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【発明の名称】 偏光ホログラムレンズ、光ピックアップ、情報再生装置及び情報記録装置
【発明者】 【氏名】菊池 育也

【氏名】荒木 良嗣
【要約】 【課題】偏光ホログラムレンズを用いて基板厚み又は記録密度が異なる光ディスクに共用可能な光ピックアップ、及び当該光ピックアップを用いた情報再生装置等を提供する。

【解決手段】偏光ホログラムレンズ６に入射した光ビームが常光線である場合は、回折されないので、対物レンズ７を介して高い開口数で光ディスクに集光される。一方、光ビームが異常光線であると、偏光ホログラムレンズ６の中央部の非ホログラム領域６ａはそのまま通過して低い開口数で光ディスクに集光される。一方、周辺のホログラム領域６ｂでは、回折される結果、対物レンズ７を介して、＋１次回折光は光ディスクの手前で、−１次回折光は光ディスクの遠方でそれぞれ集光されるため、共にデフォーカス状態となる。よって、基板厚み等が異なる光ディスクの共用可能な小型軽量で製作容易な光ピックアップが実現できる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 互いに直交する偏光方向を有する光線のうち一方の光線は回折されず、他方の光線のみが回折される格子パターンを形成した偏光ホログラムレンズであって、前記格子パターンが形成されない領域を略中央部に設け、その外周部に前記格子パターンが形成されると共に、前記他方の光線に対する前記格子パターンによる回折光は、発散光線束又は収束光線束となることを特徴とする偏光ホログラムレンズ。
【請求項２】 前記格子パターンは、回折光を集光する同心円状の格子パターンの一部であって、当該同心円の中心から所定のオフセット量だけずれた位置を中心とする所定範囲内に含まれる円弧のパターンからなることを特徴とする請求項１に記載の偏光ホログラムレンズ。
【請求項３】 請求項１又は２に記載の偏光ホログラムレンズと、光ビームを射出する光源と、前記偏光ホログラムレンズに対して、前記一方の光線又は前記他方の光線のいずれかを入射させるように前記光ビームの偏光方向を切り換え制御する偏光制御手段と、前記偏光ホログラムレンズを通過した光ビームを入射して情報記録媒体上に集光させる対物レンズと、前記情報記録媒体からの反射光を受光する受光素子と、を備え、前記偏光ホログラムレンズにて生じる回折光による前記情報記録媒体の情報記録面における焦点位置が、情報記録面に対する焦点深度の範囲外となることを特徴とする光ピックアップ。
【請求項４】 前記格子パターンは、前記偏光ホログラムレンズにて生じる回折光による前記情報記録媒体の情報記録面からの反射光が前記対物レンズに入射しないように形成されていることを特徴とする請求項３に記載の光ピックアップ。
【請求項５】 請求項３又４に記載の光ピックアップにより、基板厚み又は記録密度が異なる少なくとも２種の情報記録媒体に記録された記録情報を再生可能な情報再生装置であって、前記偏光制御手段は、基板厚みが薄い情報記録媒体又は記録密度が高い情報記録媒体を用いるときは、前記光ビームとして前記一方の光線が前記偏光ホログラムレンズに入射されるよう制御され、基板厚みが厚い情報記録媒体又は記録密度が低い情報記録媒体を用いるときは、前記光ビームとして前記他方の光線が入射されるよう制御されることを特徴とする情報再生装置。
【請求項６】 請求項３又４に記載の光ピックアップにより、基板厚み又は記録密度が異なる少なくとも２種の情報記録媒体に対して記録情報を記録可能な情報記録装置であって、前記偏光制御手段は、基板厚みが薄い情報記録媒体又は記録密度が高い情報記録媒体を用いるときは、前記光ビームとして前記一方の光線が前記偏光ホログラムレンズに入射されるよう制御され、基板厚みが厚い情報記録媒体又は記録密度が低い情報記録媒体を用いるときは、前記光ビームとして前記他方の光線が入射されるよう制御されることを特徴とする情報記録装置。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、基板厚み又は記録密度の条件が異なる光ディスクに対する情報の再生又は記録を互換可能に行う光ピックアップ用偏光ホログラムレンズ、当該光ピックアップ、当該光ピックアップを搭載する情報再生装置又は情報記録装置の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】近年、記録情報が記録される光ディスクには、従来から利用されているＣＤ(Compact Disc)より記録密度向上が可能な情報記録媒体としてのＤＶＤ(Digital Video Disc又はDigital Versatile Disc)など、その種類は多様になってきている。よって、種類の異なる光ディスクに対する再生又は記録を共用して行うことが可能な情報再生装置、情報記録装置の必要性は今後より高まると共に、当該装置に用いられる光ピックアップには、ＣＤやＤＶＤなどに対する記録又は再生の互換性が要求されるようになる。
【０００３】ところで、ＣＤに比べ記録密度が大きいＤＶＤは、基板厚みが薄く、開口数を大きくとる必要があるのに対し、ＣＤでは基板厚みが厚く、実効的に開口数を小さくしないと各種サーボ信号や情報信号が劣化する恐れがある。そこで、光ピックアップの光学部品の配置を変えることなく、開口数の大小を切り換えるため、偏光ホログラムレンズを利用する方法が提案されている。
【０００４】例えば、外周部に格子パターンを設け中央部に略円状の開口部を有する偏光ホログラムレンズを通過させて対物レンズに光ビームを入射させるように光ピックアップを構成することがその一例である。このように構成された光ピックアップでは、例えば常光線に対しては格子パターンによる回折はされず、そのまま対物レンズに入射される。これに対し、異常光線に対しては外周部の格子パターンにより回折される結果、開口部を通過した光線のみ対物レンズに入射されるので、相対的に開口数を小さくすることが可能となる。このような構成により、基板厚みの差に対応して開口数を大小切り換えることができ、記録密度又は基板厚みの異なる光ディスクに共用可能な光ピックアップを実現することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従来の共用可能な光ピックアップを構成するためには、偏光ホログラムレンズの外周部に設けられた格子パターンによる回折光が光ディスクに集光されると、その反射光が検出性能を劣化させる要因となるので、回折光を対物レンズに入射させないようにする必要がある。そのため、偏光ホログラムレンズと対物レンズの距離を一定以上離して配置せねばならず、光ピックアップが大型になり、アクチュエータ可動部の小型軽量化が困難となるので、消費電力の増大を招く。
【０００６】また、このような問題を回避するため、偏光ホログラムレンズの格子パターンをブレーズ化して、−１次回折光の発生を抑え、偏光ホログラムレンズと対物レンズの距離をある程度短縮可能に構成することも可能である。しかしながら、格子パターンをブレーズ化すると、偏光ホログラムレンズの製作が非常に難しくなり、光ピックアップの大幅なコスト上昇は避けられない。
【０００７】以上のように、従来は、記録密度又は基板厚みの異なる情報記録媒体に共用可能な光ピックアップを、小型軽量に構成し、消費電力を抑え、低コストに提供することが困難であるという問題があった。
【０００８】そこで、本発明は上述した問題に鑑みなされたものであり、小型軽量化が可能で、低消費電力であり、製作が容易で低コストに実現可能な光ピックアップ、及び、当該光ピックアップを用いた情報再生装置、情報記録装置を提供すると共に、前記光ピックアップの構成部材としての偏光ホログラムレンズを提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するために、請求項１に記載の偏光ホログラムレンズは、互いに直交する偏光方向を有する光線のうち一方の光線は回折されず、他方の光線のみが回折される格子パターンを形成した偏光ホログラムレンズであって、前記格子パターンが形成されない領域を略中央部に設け、その外周部に前記格子パターンが形成されると共に、前記他方の光線に対する前記格子パターンによる回折光は、発散光線束又は収束光線束となることを特徴とする。
【００１０】請求項１に記載の発明によれば、偏光ホログラムレンズに互いに直交方向を有する光線のうち一方の光線が入射されると、内周部ではそのまま通過し、外周部では格子パターンにおいて位相変化が生じないので回折されず、やはり通過する。一方、他方の光線が入射されると、内周部ではそのまま通過するが、外周部では複屈折性に基づき格子パターンにより回折される。そして、入射された他方の光線が格子パターンによる回折されると、発散光線束又は収束光線束のどちらかになる。
【００１１】よって、偏光ホログラムレンズに入射された光ビームの偏光面に応じて、そのまま通過させる領域の大きさが変化することになると共に、格子パターンによる回折光は発散又は収束するので、後段に対物レンズを配置させた場合に、当該回折光は、中央部を通過した光ビームに重ならず、しかも当該光ビームが集光される平面内において集光されることはない。
【００１２】また、請求項２に記載の偏光ホログラムレンズは、請求項１に記載の偏光ホログラムレンズにおいて、前記格子パターンは、回折光を集光する同心円状の格子パターンの一部であって、当該同心円の中心から所定のオフセット量だけずれた位置を中心とする所定範囲内に含まれる円弧のパターンからなることを特徴とする。
【００１３】請求項２に記載の発明によれば、偏光ホログラムレンズに前記一方の光線が入射されると、内周部、外周部ともそのまま通過するのに対し、前記他方の光線が入射されると、内周部ではそのまま通過するが、外周部では同心円状の格子パターンの中心からオフセットした所定範囲の円弧のパターンにより回折される。このとき、各回折光は、＋１次回折光が収束光線束、−１次回折光が発散光線束となって、所定の回折角にて回折される。
【００１４】よって、偏光ホログラムレンズの円弧のパターンによる回折光は所定の回折角をなして発散又は収束するので、後段に対物レンズを配置させた場合に、当該回折光が、中央部を通過した光ビームの集光位置から光軸に水平に所定の距離をおいて照射され、しかも集光位置は前方又は後方になる。
【００１５】また、請求項３に記載の光ピックアップは、請求項１又は請求項２に記載の偏光ホログラムレンズと、光ビームを射出する光源と、前記偏光ホログラムレンズに対して、前記一方の光線又は前記他方の光線のいずれかを入射させるように前記光ビームの偏光方向を切り換え制御する偏光制御手段と、前記偏光ホログラムレンズを通過した光ビームを入射して情報記録媒体上に集光させる対物レンズと、 前記情報記録媒体からの反射光を受光する受光素子と、を備え、前記偏光ホログラムレンズにて生じる回折光による前記情報記録媒体の情報記録面における焦点位置が、情報記録面に対する焦点深度の範囲外となることを特徴とする。
【００１６】請求項３に記載の発明によれば、光源から射出された光ビームは、偏光制御手段により偏光方向を切り換え制御され、前記一方の光線か前記他方の光線のどちらかが偏光ホログラムレンズに入射される。そして、偏光ホログラムレンズを通過した光ビームは対物レンズに入射され情報記録媒体に集光された後、その反射光が受光素子により受光される。このとき、偏光ホログラムレンズによる回折光は、対物レンズを介して、情報記録媒体の情報記録面に対しての焦点深度の範囲外に集光される。
【００１７】よって、偏光制御手段の切り換えに応じて、偏光ホログラムレンズをそのまま通過させる領域を可変できるので、基板厚み等に対応して開口数を大小変えることできると共に、格子パターンによる回折光は対物レンズを介して照射されても、情報記録媒体上ではデフォーカス状態となっているので、反射光による検出性能への影響が軽減される。これにより、偏光ホログラムレンズと対物レンズを近接して配置することができ、光ピックアップが小型化される。
【００１８】また、請求項４に記載の光ピックアップは、請求項３に記載の光ピックアップにおいて、前記格子パターンは、前記偏光ホログラムレンズにて生じる回折光による前記情報記録媒体の情報記録面からの反射光が前記対物レンズに入射しないように形成されていることを特徴とする。
【００１９】請求項４に記載の発明によれば、光源から射出された光ビームは、請求項３に記載の発明と同様に、情報記録媒体に集光されるが、偏光ホログラムレンズによる回折光が情報記録媒体にて反射されると、対物レンズに戻ることはないので、その反射光が受光素子で受光されることもない。
【００２０】よって、格子パターンによる回折光は対物レンズを介して照射されると、情報記録媒体上でデフォーカス状態になっていることに加えて、反射光が対物レンズに戻らないように構成されるので、本来不要である回折光の影響で検出性能を劣化させることがない。
【００２１】また、請求項５に記載の情報再生装置は、請求項３又４に記載の光ピックアップにより、基板厚み又は記録密度が異なる少なくとも２種の情報記録媒体に記録された記録情報を再生可能な情報再生装置であって、前記偏光制御手段は、基板厚みが薄い情報記録媒体又は記録密度が高い情報記録媒体を用いるときは、前記光ビームとして前記一方の光線が前記偏光ホログラムレンズに入射されるよう制御され、基板厚みが厚い情報記録媒体又は記録密度が低い情報記録媒体を用いるときは、前記光ビームとして前記他方の光線が入射されるよう制御されることを特徴とする。
【００２２】請求項５に記載の発明によれば、情報再生装置において、ＤＶＤ等の基板厚みが薄いか又は記録密度が高い情報記録媒体を再生するときは、偏光制御手段をにより前記一方の光線が入射されるよう制御し、偏光ホログラムレンズを介して高い開口数で情報記録媒体に集光させるようにする。一方、ＣＤ等の基板厚みが厚いか又は記録密度が低い情報記録媒体を再生するときは、偏光制御手段により前記他方の光線が入射されるよう制御し、偏光ホログラムレンズを介して相対的に低い開口数で情報記録媒体に集光させるようにする。
【００２３】よって、１つの情報再生装置で基板厚み、記録密度が異なる２種の情報記録媒体を切り替えて共用することができ、そのために用いる光ピックアップは、これら情報記録媒体に対応して容易に開口数を可変することができる。また、光ピックアップは小型軽量であるため、可動部の大型化に伴う消費電力の増大を回避できる。
【００２４】また、請求項６に記載の情報記録装置は、請求項３又４に記載の光ピックアップにより、基板厚み又は記録密度が異なる少なくとも２種の情報記録媒体に対して記録情報を記録可能な情報記録装置であって、前記偏光制御手段は、基板厚みが薄い情報記録媒体又は記録密度が高い情報記録媒体を用いるときは、前記光ビームとして前記一方の光線が前記偏光ホログラムレンズに入射されるよう制御され、基板厚みが厚い情報記録媒体又は記録密度が低い情報記録媒体を用いるときは、前記光ビームとして前記他方の光線が入射されるよう制御されることを特徴とする。
【００２５】請求項６に記載の発明によれば、情報記録装置において、ＤＶＤ等の基板厚みが薄いか又は記録密度が高い情報記録媒体に情報を記録するときは、偏光制御手段をにより前記一方の光線が入射されるよう制御し、偏光ホログラムレンズを介して高い開口数で情報記録媒体に集光させるようにする。一方、ＣＤ等の基板厚みが厚いか又は記録密度が低い情報記録媒体に情報を記録するときは、偏光制御手段により前記他方の光線が入射されるよう制御し、偏光ホログラムレンズを介して相対的に低い開口数で情報記録媒体に集光させるようにする。このとき、偏光ホログラムレンズによる回折光は情報記録媒体上にてデフォーカス状態であって、光強度を弱くできるので、例えば相変化記録を用いる場合に誤って記録されることが防止される。
【００２６】よって、１つの情報記録装置で基板厚み、記録密度が異なる２種の情報記録媒体を切り替えて共用することができ、そのために用いる光ピックアップは、これら情報記録媒体に対応して容易に開口数を可変することができる。また、光ピックアップは小型軽量であるため、可動部の大型化に伴う消費電力の増大を回避できる。
【００２７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明では、情報記録媒体としてＣＤとＤＶＤをどちらも再生可能な情報再生装置に搭載される光ピックアップに本発明を適用する場合について説明を行う。
【００２８】図１は、本実施形態に係る光ピックアップの概略構成を示す図である。図１に示す光ピックアップは、半導体レーザ１と、コリメートレンズ２と、液晶パネル３と、ビームスプリッタ４と、反射ミラー５と、偏光ホログラムレンズ６と、対物レンズ７と、検出レンズ８と、受光素子９を備えている。なお、図１に示す光ピックアップの各種光学系は、ＤＶＤを最適に再生できるよう設計されたものである。
【００２９】図１に示す構成において、半導体レーザ１から光ビームが射出される。この光ビームの波長は例えば６５０ｎｍである。コリメートレンズ２により平行光にされてから、液晶パネル３を通る。この液晶パネル３は、液晶分子の複屈折効果を利用して、光ビームの偏光方向を制御するものであり、所定の印加電圧を加えて偏光の方向を切り換えることができる。本実施形態では、後述する偏光ホログラムレンズ６に対し、ＣＤ動作時には異常光線となるように、ＤＶＤ動作時には異常光線と直交する常光線となるように、偏光方向を切り換えて制御する。
【００３０】液晶パネル３を通過した一定の偏光方向を有する光ビームは、ビームスプリッタ４を通り、反射ミラー５で反射されてから、偏光ホログラムレンズ６に入射する。この偏光ホログラムレンズ６では、ＤＶＤ動作時の偏光方向に対しては、光ビームは回折されずに、ＣＤ動作時の偏光方向に対しては、外周部に設けたホログラムパターンにより回折されるよう作用する。なお、偏光ホログラムレンズ６の当該回折のメカニズムの詳細については後述する。
【００３１】偏光ホログラムレンズ６を介して対物レンズ７に入射された光ビームは、ＤＶＤ動作時には高い開口数で、ＣＤ動作時には低い開口数で、それぞれ図示しない光ディスクの情報記録面に集光される。このように、本実施形態に係る光ピックアップでは、偏光ホログラムレンズ６による回折光が対物レンズ７に入射するように構成可能である。これは、偏光ホログラムレンズ６の回折作用により、光ディスクの情報記録面上に、回折光がデフォーカス状態で集光されるためであるが、詳細なメカニズムについては後述する。これにより、偏光ホログラムレンズ６と対物レンズ７を近接した配置とすることが可能となる。
【００３２】次に、図２を用いて、本実施形態に係る偏光ホログラムレンズ６の構造について説明する。
【００３３】図２（ａ）は、偏光ホログラムレンズ６の正面図である。図２（ａ）に示す偏光ホログラムレンズ６は、全体は複屈折性を示すニオブ酸リチウムからなり、中央部分にはホログラムパターンが形成されていない所定サイズの円形の非ホログラム領域６ａが設けられ、その外周部には回折格子として作用させるための所定形状のホログラムパターンが形成されたホログラム領域６ｂが設けられている。
【００３４】ここで、所定サイズの円形とは、ＣＤ再生時に対物レンズ７に入射する入射光の開口数がＣＤを再生するのに最適となるようなサイズである。すなわち、ＣＤの開口数に相当するサイズである。なお、ホログラム領域６ｂに形成されたホログラムパターンの詳細については後述する。
【００３５】図２（ｂ）は、偏光ホログラムレンズ６のホログラム領域６ｂの断面構造を示す図である。図２（ｂ）に示すホログラム領域６ｂでは、ニオブ酸リチウム基板上にて、凹凸形状のホログラムパターンが所定のピッチで並び、その凸部には、プロトン交換領域６ｃと誘電体膜６ｄからなる２層構造が形成されている。このとき、光学軸に対し常光線がホログラムパターンに沿う方向、異常光線がホログラムパターンに直交する方向になるようにする。これにより、常光線は回折されずに直進して通過する一方、異常光線は回折されて、＋１次回折光と−１次回折光が所定の回折角で発生する。
【００３６】すなわち、図２（ｃ）に示すように、常光線に対するプロトン交換領域６ｃの屈折率は減少し、それによる位相変化は誘電体膜６ｄによる位相変化と打ち消し合うことになり、ホログラムパターンにおける空間的な位相変化は生じない。そのため、常光線に対しては、ホログラムパターンによる回折はされないことになる。一方、異常光線に対するプロトン交換領域６ｃの屈折率は増加し、それによる位相変化と誘電体膜６ｄによる位相変化とが重なって、トータルπの位相変化を生じ、ホログラムパターン上で空間的にこの位相変化が繰り返されることになる。そのため、異常光線に対しては、ホログラムパターンが回折格子として作用するわけである。
【００３７】次に、図３を用いて、本実施形態に係る偏光ホログラムレンズ６による回折の原理を説明する。
【００３８】図３に示すように、本実施形態に係る偏光ホログラムレンズ６のホログラムパターンは、リング状の同心円パターンを多数重ねたフレネルレンズ１０の一部の円形部分１０ａを切り出したものである。このフレネルレンズ１０に設けられた同心円パターンは、中心から外周に行くほど、ピッチが狭くなっていく。従って、フレネルレンズ１０に光ビームを入射させると、回折光に対してレンズとして作用することになる。
【００３９】ここで、前記円形部分１０ａは、フレネルレンズ１０の中心からＹ０だけオフセットした点を中心に半径Ｒの円形部分１０ａのパターンをそのままホログラム領域６ｂのホログラムパターンとするものである。円形部分１０ａには、図３に拡大して示すように、多数の円弧のパターンが並んでいる。このホログラムパターンの中心部を前記非ホログラム領域６ａとすれば、偏光ホログラムレンズ６が得られる。
【００４０】なお、本実施形態では、Ｙ０＝４．０４ｍｍ、Ｒ＝０．９ｍｍに設定している。また、このときの円形部分１０ａの格子パターンのピッチは９０．１μｍから５８．８μｍの範囲内としている。
【００４１】次に、図４により、偏光ホログラムレンズ６による回折作用を説明する。前述のように形成した偏光ホログラムレンズ６に異常光線が入射すると、中心部分の非ホログラム領域６ａでは、直進して対物レンズ７に入射する。一方、外周部のホログラム領域６ｂでは、前述したようにホログラムパターンにより回折される結果、＋１次回折光と−１次回折光が生じる。このとき、ホログラムパターンにオフセットＹ０を与えてあるため、＋１次回折光はやや収束しながら対物レンズ７に入射するのに対し、−１次回折光はやや発散しながら対物レンズ７に入射する。その結果、＋１次回折光、−１次回折光とも、対物レンズ７を介して光ディスクの情報記録面上では、本来の光ビームの照射位置からずれた位置に、デフォーカス状態で集光されることになる。
【００４２】仮にオフセットＹ０を与えないとすると、＋１次回折光と−１次回折光は、光軸上に集光してしまう。つまり、＋１次回折光は光軸上で情報記録面より手前に、−１次回折光は光軸上で情報記録面より遠方に、それぞれ集光されることになる。そのため、その反射光が受光素子９上にほぼ１００％戻ってしまい、誤検出の要因となってしまう。
【００４３】図５に、光ディスクの情報記録面における集光状態を示す。図５に示すように、偏光ホログラムレンズ６の非ホログラム領域６ａを通過した光ビームは、情報記録面のビームスポット１１に照射される。一方、偏光ホログラムレンズ６のホログラム領域６ｂによる回折光のうち、＋１次回折光は、情報記録面のビームスポット１２に、−１次回折光は情報記録面のビームスポット１３に、それぞれ照射される。そして、ビームスポット１１を中心に、一定間隔をおいてほぼ直線状にビームスポット１２、１３が配置される。
【００４４】このとき、ビームスポット１１はフォーカス状態であり、情報記録面のピットからの反射光を正常に読み出すことができる。これに対し、ビームスポット１２は、集光点が情報記録面より手前にあり、ビームスポット１３は、集光点が情報記録面より遠方にあるため、共にデフォーカス状態となっている。よって、ビームスポット１２と１３では、照射される光ビームの強度はビームスポット１１に比べると弱くなっている。
【００４５】ビームスポット１２、１３からの反射光は通常対物レンズ７に入射されないように、偏光ホログラムレンズ６のホログラムパターンが決められている。しかし、ビームスポット１２、１３からの反射光が仮に対物レンズ７に入射されたとしても、受光素子９において、その受光量は非ホログラム領域９ａを通過した光ビームの反射光による変調量に比べ、ホログラム領域９ｂを通過した反射光による変調量は大幅にそのレベルが低いので、誤検出の要因とはならない。
【００４６】次に、図６を用いて、各回折光に必要なデフォーカス量と、各回折光の集光点のオフセット量についての設計条件を説明する。なお、以下の説明では、偏光ホログラムレンズ６のホログラム領域６ｂは、前述のようにフレネルレンズ１０の円形部分１０ａに回折格子であるホログラムパターンを形成させた場合について説明する。
【００４７】図６（ａ）に、前記デフォーカス量の設計条件を求めるための仮想的なフレネルレンズ１０と対物レンズ７の位置関係を示す。図６（ａ）では、フレネルレンズ１０と対物レンズ７の中心は共に光軸１５に一致しているとする。そして、フレネルレンズ１０の焦点距離をｆ、対物レンズ７の焦点距離をｆ０、フレネルレンズ１０と対物レンズ７の間の距離をｄ、対物レンズ７から集光点Ｐまでの距離をＺとする。このとき、Ｚは次のように与えられる。
【００４８】
【数１】
Ｚ＝（ｆ０×ｄ±ｆ０×ｆ）／（ｄ±ｆ−ｆ０）
なお、数１において、＋ｆは＋１次光による焦点距離、−ｆは−１次光による焦点距離である。
【００４９】一方、ホログラムパターンがない場合の集光点はＺ＝ｆ０となるので、集光点Ｐの軸方向のずれは、次にように求められる。
【００５０】
【数２】
Ｚ−ｆ０＝（ｆ０×ｆ０）／（ｄ±ｆ−ｆ０）
この値が光ディスクに対する対物レンズ７の焦点深度より大きければ、前記情報記録面のビームスポット１２、１３がデフォーカス状態となる。よって、数２の値が各回折光に必要なデフォーカス量である。
【００５１】例えば、ｆ０を３．３ｍｍ、ｄを５ｍｍとし、ＣＤ等の開口数の小さなピックアップの焦点深度を±１μｍとして計算すると、ｆは１０８９０ｍｍ以下でよいことになり、非常に大きな焦点距離を持つフレネルレンズ１０を基礎として設計を行える。
【００５２】図６（ｂ）に集光点のオフセット量を求めるための仮想的なフレネルレンズ１０と対物レンズ７の位置関係を示す。図６（ｂ）では、対物レンズ７の中心を通る光軸１５に対し、フレネルレンズ１０の中心がＹ０だけオフセットしていると共に、集光点Ｐは光軸１５からΔＹだけオフセットしている。このとき、ΔＹには次の関係が成り立つ。
【００５３】
【数３】
ΔＹ＝｛ｆ０＋（ｆ−ｄ）｝／（ｆ−ｄ）２×ｆ０すなわち、数３に示すΔＹ及び対物レンズ７の特性から、光ディスクの情報記録面での反射光が対物レンズ７に戻るか否かがわかる。よって、数３の値が各回折光に必要な集光点のオフセット量である。
【００５４】ここで、反射光が対物レンズ７に戻らないよう光学系を設計することが望ましいが、反射光が対物レンズ７に戻るような設計条件であっても、前述のように回折光はデフォーカス状態で集光されるので、本発明を適用した場合の効果が得られる。
【００５５】以上述べた設計条件に従って光ピックアップの光学系の設計を行うようにすれば、例えばＣＤとＤＶＤを共用可能となる。すなわち、ＤＶＤに対しては、液晶パネル３により常光線が偏光ホログラムレンズ６に入射されるように制御し、ホログラム領域６ｂによる回折がされないようにする。よって、光ビームが全体的に対物レンズ７を通過して開口数の大きな状態でＤＶＤの情報記録面に集光される。
【００５６】一方、ＣＤに対しては、液晶パネル３により異常光線が偏光ホログラムレンズ６に入射されるよう制御し、ホログラム領域６ｂによる回折を受けるようにする。よって、中央の非ホログラム領域６ａのみ光ビームが通過し、外周部のホログラム領域６ｂでは回折により＋１次回折光と−1次光が発生する。よって、対物レンズ７を通過して開口数の小さな状態でＤＶＤの情報記録面に集光されると共に、回折光はデフォーカス状態でその近辺に照射されることになる。
【００５７】なお、前述した本実施形態においては、偏光ホログラムレンズ６の複屈折性に基づいて、常光線に対しては回折を生じさせずに、異常光線に対し回折を生じさせる場合について説明したが、互いに直交する偏光方向を有する光線のうち、一方の光線のみ回折させ、他方の光線を回折させないように構成されていれば、本発明の適用が可能である。
【００５８】また、前述した本実施形態においては、半導体レーザ１が１つであるため、1つの波長で少なくとも２種の情報記録媒体を共用させる構成について説明を行ったが、少なくとも２波長を射出可能な半導体レーザ１を用いる構成としてもよい。
【００５９】また、本実施形態に係る偏光ホログラムレンズ６のホログラムパターンは、フレネルレンズ１０の同心円パターンの一部を用いる場合について説明を行ったが、本発明はこれに限定されるものではなく、回折光をデフォーカス状態で集光させる格子パターンであればよい。例えば、図３のフレネルレンズ１０の円形部分１０ａの曲率をゼロとして、多数の平行な直線パターンとしてもよい。この場合、各直線のピッチは徐々に減少していくので、＋１次回折光、−１次回折光は、対物レンズ７を介して０次回折光の集光点の手前又は遠方にて線上に集光し、デフォーカス状態となる。
【００６０】また、本実施形態に係る偏光ホログラムレンズ６のホログラム領域６ｂの断面構造を、凹凸形状とする場合について説明を行ったが、ブレーズ化させた断面構造としてもよい。これにより、製作は難しくなるが、−１次回折光が発生せず、＋１次回折光のみ考慮して設計を行えばよいので、光ピックアップの小型化に有効である。この場合も、＋１次回折光をデフォーカス状態とすれば、本発明の適用の効果は大きい。
【００６１】次に、図７を用いて、本実施形態に係る光ピックアップの変形例について説明する。図７は、２種の半導体レーザを用いて光ピックアップを構成する場合の概略構成を示す図である。
【００６２】図７に示す光ピックアップは、ＣＤ又はＣＤ−Ｒ(CD-Recordable)等の基板厚みが厚い記録媒体用の光ビームを射出する第１の半導体レーザ１ａと、ＤＶＤ等の基板厚みが薄い記録媒体用の光ビームを射出する第２の半導体レーザ１ｂと、偏光ビームスプリッタ１４と、ビームスプリッタ４と、コリメータレンズ２と、反射ミラー５と、偏光ホログラムレンズ６と、対物レンズ７と、検出レンズ８と、受光素子９を備えている。
【００６３】図７に示す構成において、第１の半導体レーザ１ａから射出された光ビームは、複屈折性を有する偏光ビームスプリッタ１４を通り、異常光線の光ビームとして、ビームスプリッタ４、コリメータレンズ２、反射ミラー５を介して偏光ホログラムレンズ６に入射する。一方、第２の半導体レーザ１ｂから射出された光ビームは、偏光方向が９０°ずれた状態となり、常光線の光ビームとして偏光ホログラムレンズ６に入射する。
【００６４】ここで、偏光ホログラムレンズ６は前述したような構造を有するので、半導体レーザ１ａから射出された光ビームは、ホログラム領域６ｂで回折を受け、低い開口数で光ディスクの情報記録面に集光されるのに対し、半導体レーザ１ｂから射出された光ビームは、ホログラム領域６ｂによる回折を受けず高い開口数で光ディスクの情報記録面に集光される。よって、記録密度が高く基板厚みが薄いＤＶＤと、記録密度が低く基板厚みが厚いＣＤとが、光ビームを射出する半導体レーザ１ａ、１ｂを切り替えて動作させるだけで共用可能となる。
【００６５】また、図７に示す変形例においては、半導体レーザ１ａの波長と、半導体レーザ１ｂの波長を、別々にする場合に特に有効である。例えば、ＣＤ−ＲとＤＶＤの双方に対し互換性がある光ピックアップに適用可能である。ＣＤ−Ｒは、記録及び再生に際し、色素を使用しているため波長依存性が強く、７８０ｎｍでしか記録再生ができない。よって、ＣＤ−ＲとＤＶＤの共用可能な光ピックアップには、２つの光源が必要となる。このとき、第１の半導体レーザ１ａの波長を７８０ｎｍ、第２の半導体レーザ１ｂの波長を６５０ｎｍとすればよい。
【００６６】更に、次世代の高記録密度のＤＶＤに対応するため、より波長の短い青色レーザが採用された場合には、現行方式のＤＶＤ２層ディスクが青色レーザを反射しないため、半導体レーザの共用化が難しい。そこで、図７の構成をもちいることにより、異なる波長の半導体レーザを切り換えて使用し、互換性を保つことが可能となる。
【００６７】なお、偏光ビームスプリッタ１４の代わりに通常のビームスプリッタを用い、図１の構成と同様に液晶パネル３を配置するようにしてもよい。この場合でも、図７と同様、本発明を適用でき、異なる波長の２つの半導体レーザを切り換えて共用することが可能である。
【００６８】以上説明した本実施形態に係る光ピックアップを、ＣＤとＤＶＤを共用可能な情報再生装置に搭載して動作させるに際しては、まず、再生すべき情報記録媒体の種別を判別する。そして、ＤＶＤを再生する場合には、前記液晶パネル３に対し、光ビームの偏光方向が常光線となるよう印加電圧を加えて制御するか、又は、前記半導体レーザ１ａがオフ、半導体レーザ１ｂがオンとなるよう動作制御すればよい。一方、ＣＤを再生する場合には、前記液晶パネル３に対し、光ビームの偏光方向が異常光線となるよう印加電圧を加えて制御するか、又は、前記半導体レーザ１ａがオン、半導体レーザ１ｂがオフとなるよう動作制御すればよい。
【００６９】なお、本実施形態に係る光ピックアップを、ＣＤとＤＶＤで共用可能の情報記録装置に搭載して動作させる場合にも、前述の情報再生装置の場合と同様の制御を行えばよい。このとき、ＣＤ動作時に偏光ホログラムレンズ６にて回折された＋１次回折光は収束した状態で、−１次回折光は発散した状態で、それぞれ光ディスクに照射されるが、何れもデフォーカス状態であり反射光の影響は抑えられる。
【００７０】以上説明したように、本実施形態に係る光ピックアップによれば、ディスク厚みが薄いＤＶＤ等の情報記録媒体に対しては、常光線が偏光ホログラムレンズ６に入射されるよう制御が行われるので、偏光ホログラムレンズ６における回折はされず、そのまま通過して対物レンズ７に入射される結果、高い開口率で光ディスクの情報記録面に集光される。
【００７１】これに対し、ディスク厚みが厚いＣＤ等の情報記録媒体に対しては、異常光線が偏光ホログラムレンズ６に入射されるよう制御が行われる。よって、中心部の非ホログラム領域６ａでは、そのまま通過するが、その周辺のホログラム領域６ｂでは、フレネルレンズ１０などのレンズ作用があるホログラムパターンの一部によって回折され、その回折光は発散又は収束しながら対物レンズ７を介して光ディスクにデフォーカス状態で照射される。よって、開口数を低くできると共に、回折光による影響は軽減されることになる。
【００７２】また、本実施形態に係る光ピックアップは、前述のようにＣＤ、ＤＶＤなど異なる光ディスクに対し共用可能であることに加えて、偏光ホログラムレンズ６と対物レンズ７とを近接させて配置することができるので、小型軽量に構成できる。よって、情報再生装置等のおけるアクチュエータ可動部に必要な消費電力を小さくすることができる。
【００７３】なお、本実施形態においては、記録密度が低く基板厚みが厚いＣＤと、記録密度が高く基板厚みが薄いＤＶＤを共用可能な光ピックアップに対して本発明を適用する場合を主に説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、記録密度が異なる少なくとも２種の情報記録媒体に対して適用可能であり、記録密度が異なれば、基板圧みが同一であっても適用可能である。一例としては、ＭＵＳＥ−ＬＤと通常のＬＤに共用可能な光ピックアップがある。
【００７４】
【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、偏光ホログラムレンズが、異常光線に対し、格子パターンを設けた外周部において、発散又は収束させるようにしたので、後段に対物レンズを配置させた場合は、メインビームの集光面内に集光されることはない。これにより、基板厚み等の異なる情報記録媒体を共用可能な光ピックアップの構成部材を提供することができる。
【００７５】請求項２に記載の発明によれば、同心円状の格子パターンの中心からオフセットした所定範囲の円弧のパターンによる回折作用により、所定の回折角で＋１次回折光は収束し、−１次回折光は発散するようにしたので、後段に対物レンズを配置させた場合は、メインビームの集光面内を所定の距離だけおいて、さらに集光位置が前方又は後方になるように回折光が照射される。これにより、基板圧み等の異なる情報記録媒体を共用可能な光ピックアップの構成部材を提供でき、しかも設計を容易に行うことができる。
【００７６】請求項３に記載の発明によれば、光ビームの偏光方向を切り換え制御し、常光線か異常光線のどちらかを偏光ホログラムレンズに入射して、その回折光が対物レンズを介して情報記録媒体の焦点深度の範囲外に集光されるようにしたので、基板厚み等に対応して開口数を大小可変できると共に、回折光は情報記録媒体に対してデフォーカス状態で照射されるため、反射光による検出性能への影響が軽減される。これにより、偏光ホログラムレンズと対物レンズの近接配置が可能となり、基板圧み等の異なる情報記録媒体を共用可能で、小型軽量かつ低コストな光ピックアップを提供することができる。
【００７７】請求項４に記載の発明によれば、偏光ホログラムレンズによる回折光が情報記録媒体で反射された後、対物レンズに戻らないようにしたので、回折光が情報記録媒体上でデフォーカス状態になっていることに加えて、本来不要である回折光の影響による検出性能の劣化をなくすことができる。これにより、基板圧み等の異なる情報記録媒体を共用可能であり、小型軽量かつ低コストで、一層検出性能が良好な光ピックアップを提供することができる請求項５に記載の発明によれば、情報再生装置において、前記光ピックアップを用いて、ＤＶＤやＣＤ等の情報記録媒体の基板厚み、記録密度に対応して開口数の大小を可変するようにしたので、１つの情報再生装置で２種の情報記録媒体を切り替えて共用可能となり、光ピックアップの開口数の制御も容易となると共に、光ピックアップが小型軽量化されるため、可動部の大型化に伴う消費電力の増大を回避できる。これにより、基板厚み等の異なる情報記録媒体を共用可能で、小型かつ低消費電力となる情報再生装置を提供することができる。
【００７８】請求項６に記載の発明によれば、情報記録装置において、前記光ピックアップを用いて、ＤＶＤやＣＤ等の情報記録媒体の基板厚み、記録密度に対応して開口数の大小を可変するようにしたので、１つの情報記録装置で２種の情報記録媒体を切り替えて共用可能となり、光ピックアップの開口数の制御も容易となると共に、光ピックアップが小型軽量化されるため、可動部の大型化に伴う消費電力の増大を回避できる。これにより、基板厚み等の異なる情報記録媒体を共用可能で、小型かつ低消費電力となる情報記録装置を提供することができる。
【出願人】 【識別番号】０００００５０１６
【氏名又は名称】パイオニア株式会社
【出願日】 平成１０年（１９９８）３月２０日
【代理人】 【弁理士】
【氏名又は名称】石川 泰男
【公開番号】 特開平１１−２７１６０８
【公開日】 平成１１年（１９９９）１０月８日
【出願番号】 特願平１０−７２７９６