JP2000228025A

JP2000228025A - 光ピックアップ装置

Info

Publication number: JP2000228025A
Application number: JP11030178A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Nakayama; 昌彦中山
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1999-02-08
Filing date: 1999-02-08
Publication date: 2000-08-15

Abstract

(57)【要約】【課題】アナモフィックなビーム整形レンズを用いる光
ピックアップ装置において、上記光源の波長変動に起因
する非点収差を補正できるようにする。【解決手段】半導体レーザ１０からの光束を、アナモフ
ィックなビーム整形レンズ１６と対物レンズ１８を介し
て光情報記録媒体２０の記録面２１上に光スポットとし
て集光させ、光情報記録媒体２０に対して情報の記録・
再生・消去の１以上を行う光ピックアップ装置におい
て、半導体レーザ１０とアナモフィックなビーム整形レ
ンズ１６との間の光路上に、光路長調整用の屈折率可変
な光学素子１４を配備した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は光ピックアップ装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体レーザからの光束を、アナモフィ
ックなビーム整形レンズと対物レンズを介して光情報記
録媒体の記録面上に光スポットとして集光させ、上記光
情報記録媒体に対して情報の記録・再生・消去の１以上
を行う光ピックアップ装置が提案されている（例えば、
特開平５−２７４９３１号公報）。このような光ピック
アップ装置において、アナモフィックなビーム整形レン
ズは「半導体レーザからの発散性の光束をコリメートす
るとともに、光束断面形状を円形もしくはそれに近い形
状にビーム整形する機能」を有する。このように、アナ
モフィックなビーム整形レンズは、半導体レーザからの
光束をコリメートする機能と、ビーム整形する機能とを
有しているので、コリメートレンズとビーム整形プリズ
ムとを用いる場合に比して部品点数が少なく、またビー
ム整形に伴う光路の曲がりがないので、光ピックアップ
装置を小型化できるという利点を有している。一方、半
導体レーザには、温度や出力パワーの変動により発光波
長が変動する「波長変動」の問題がある。上記のアナモ
フィックなビーム整形レンズを用いる場合、このような
波長変動があると、光情報記録媒体の記録面に形成され
る光スポットに非点収差が発生するという問題がある。
また、近来、大記憶容量の光情報記録媒体（ＤＶＤ等）
の出現と相俟って、光源として発光波長の異なる複数の
半導体レーザを使用する光ピックアップ装置の実現が意
図されているが、各半導体レーザからの光束をコリメー
トレンズ等にカップリングさせるのに、ビームスプリッ
タ等の使用により光源部が大型化するという問題があっ
た。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、アナモフ
ィックなビーム整形レンズを用いる光ピックアップ装置
において、上記光源の波長変動に起因する非点収差を補
正できるようにすることを課題とする。この発明はま
た、発光波長の異なる複数の半導体レーザを光源として
有し、各半導体レーザを選択的に使用する光ピックアッ
プ装置において、光源部を大型化することなく、各半導
体レーザからの光束をカップリングレンズに容易にカッ
プリングできるようにすることである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の光ピック
アップ装置は「半導体レーザからの光束を、アナモフィ
ックなビーム整形レンズと対物レンズを介して光情報記
録媒体の記録面上に光スポットとして集光させ、光情報
記録媒体に対して情報の記録・再生・消去の１以上を行
う光ピックアップ装置」であって、屈折率可変な光学素
子を有する。「屈折率可変な光学素子」は、半導体レー
ザとアナモフィックなビーム整形レンズとの間の光路上
に設けられ、必要に応じて光路長の調整を行う。請求項
２記載の光ピックアップ装置は「半導体レーザからの光
束を、カップリングレンズと対物レンズを介して光情報
記録媒体の記録面上に光スポットとして集光させ、光情
報記録媒体に対して情報の記録・再生・消去の１以上を
行う光ピックアップ装置」であって、複数の半導体レー
ザと、カップリング素子とを有する。「複数の半導体レ
ーザ」は、互いに発光波長が異なり、記録媒体における
記録密度に応じて適宜のものが光源として選択的に使用
される。「カップリング素子」は、これら半導体レーザ
からの各光束を選択的にカップリングレンズ（光源から
の光束を以後の光学系にカップリングさせる）にカップ
リングさせる。カップリング素子は、屈折率可変な２個
の楔状光学素子を組み合わせて構成され、各楔状光学素
子の屈折率の調整により、所望の半導体レーザからの光
束光軸をビーム整形レンズの光軸にカップリング（実質
的に合致）させるように構成される。

【０００５】この請求項２記載の光ピックアップ装置に
おいて「複数の半導体レーザと、各半導体レーザに対応
する戻り光束を受光する受光手段と、各戻り光束を受光
手段に向けて回折させるホログラム素子とをユニットと
して一体化する」ことができる（請求項３）。また、請
求項２または３記載の光ピックアップ装置において、各
光源からの光束を以後の光学系にカップリングするカッ
プリングレンズとして、上述の「アナモフィックなビー
ム整形レンズ」を用いることができる（請求項４）。こ
の請求項４記載の光ピックアップ装置においては、各半
導体レーザとアナモフィックなビーム整形レンズとの間
の光路上に「光路長調整用の、屈折率可変な光学素子」
を配備することができる（請求項５）。上記光路長調整
用の屈折率可変な光学素子や、屈折率可変な楔状光学素
子としては「結晶」や「不純物をドープさせたガラ
ス」、「セラミックス材料」等を用いることもできる
が、上記請求項１または４記載の光ピックアップ装置に
おいて、光路長調整用の屈折率可変な光学素子は「液晶
を用いた素子」であることができ（請求項６）、また、
請求項２または３または４または５記載の光ピックアッ
プ装置において、カップリング素子を構成する２つの楔
状光学素子は「液晶を用いた素子」であることができる
（請求項７）。なお、上記「アナモフィックなビーム整
形レンズ」は、２枚以上のレンズで構成するすることも
できるが、後述の実施の形態に示すように「単体のレン
ズ」として構成することができる。

【０００６】

【発明の実施の形態】図１は、この発明の光ピックアッ
プ装置の実施の１形態を模式図的に示している。図１に
おいて、符号１０は光源としての半導体レーザ、符号１
２はホログラム素子、符号１４は光路長調整用の屈折率
可変な光学素子、符号１６はアナモフィックなビーム整
形レンズ、符号１８は対物レンズ、符号２０は光情報記
録媒体、符号２１は記録面、符号２３は受光手段を、そ
れぞれ示している。図１（ａ）において、Ｚ方向は対物
レンズ１８の光軸（ビーム整形レンズ１６の光軸と合致
している）方向、Ｘ方向は半導体レーザ１０における接
合面に直交する方向である。図１（ｂ）においてＹ方向
は半導体レーザ１０における接合面に平行な方向であ
る。半導体レーザ１０は、その発光部が、ビーム整形レ
ンズ１６と対物レンズ１８の合致した光軸上に位置する
ように配備される。従って、半導体レーザ１０から放射
される発散性の光束の発散角は、ＸＺ面内において最大
であり、ＹＺ面内において最小である。半導体レーザ１
０から放射された発散性の光束は、ホログラム素子１２
を介して光学素子１４に入射し、これを透過するとアナ
モフィックなビーム整形レンズ１６を透過する。ビーム
整形レンズ１６は、Ｘ方向とＹ方向とで光学作用が異な
る。即ち、ビーム整形レンズ１６はＸＺ面に平行な方向
においては、光束を平行光束として射出させ、ＹＺ面に
平行な方向においては、光束を平行光束化するとともに
光束径を拡大する。その結果、ビーム整形レンズ１６か
ら対物レンズ１８側へ射出する光束は、平行光束で且つ
Ｘ方向とＹ方向の光束径が略等しく、従って、光束断面
形状は「略円形」となる。ビーム整形レンズ１６により
コリメートされてビーム整形された光束は、対物レンズ
１８により集束光束に変換され、ＣＤやＤＶＤ等である
光情報記録媒体２０の基板を透過し、記録面２１に光ス
ポットとして集光する。記録面２１により反射された光
束は「戻り光束」となり、対物レンズ１８、ビーム整形
レンズ１６を透過して集束光束となり、光学素子１４を
介してホログラム素子１２に入射し、ホログラム素子１
２により受光手段２３に向けて回折される。受光手段２
３は、戻り光束を受光して、フォーカス誤差信号やトラ
ック誤差信号、再生信号等を生成する。生成されたフォ
ーカス誤差信号やトラック誤差信号に基づき、フォーカ
シングやトラッキングのサーボ制御が行われる。

【０００７】図２は、半導体レーザ１０における波長変
動に起因する非点収差の発生を説明するための図であ
る。ビーム整形レンズ１６はアナモフィックなレンズで
あり、Ｘ方向とＹ方向とで光学作用が異なるが、図２
（ａ）において、点：Ｈ_X は、Ｘ方向の物体側主点であ
り、ＸＺ面に平行な面内における焦点距離：ｆ_Xは、
点：Ｈ_Xと半導体レーザ１０の発光部との距離である。
図２（ｂ）において、点：Ｈ_Y は、Ｙ方向の物体側主点
であり、ＹＺ面に平行な面内における焦点距離：ｆ
_Yは、点：Ｈ_Yと半導体レーザ１０の発光部との距離であ
る。１例を挙げれば、ｆ_X＝１０ｍｍ、ｆ_Y＝２５ｍｍで
ある。半導体レーザの発光波長は、温度や出力パワーの
変動により１５ｎｍ程度の変動を生じることが知られて
いる。ビーム整形レンズ１６の材質は分散（波長により
屈折率が変化する）を有するので、例えば、発光波長が
規定の発光波長から１５ｎｍ長くなった場合を考える
と、ビーム整形レンズ１６の屈折力が相対的に弱まり、
ビーム整形レンズ１６から対物レンズ１８側へ向けて射
出する光束は、ＸＺ面に平行な方向においては、あたか
も、図２（ａ）のＰ点から放射された光束の如きものと
なり、ＹＺ面に平行な方向においては、あたかも、図２
（ｂ）のＱ点から放射された光束の如きものとなる。こ
のように波長変動に伴い、ビーム整形レンズ１６のバッ
クフォーカス長が変化する。このバックフォーカス長の
変化を、ＸＺ面内につきΔＢＦＸ、ＹＺ面内につきΔＢ
ＦＹとする。ビーム整形レンズ１６と対物レンズ１８と
は「アフォーカル光学系」を構成するから、この合成系
の横倍率は、対物レンズ１８の焦点距離をｆ_OLとする
と、Ｘ方向においては「ｆ_OL/ｆ_X」であり、Ｙ方向にお
いては「ｆ_OL/ｆ_Y」である。また、対物レンズ１８とビ
ーム整形レンズ１６との合成系の縦倍率は横倍率の２乗
であるから、Ｘ方向につき「(ｆ_OL/ｆ_X)²」、Ｙ方向に
つき「(ｆ_OL/ｆ_Y)²」である。すると、上記バックフォ
ーカス長の変化：ΔＢＦＸ，ΔＢＦＹが生じたとき、対
物レンズ１８により結像される光スポットの光軸方向の
ずれは、Ｘ方向につき「(ｆ_OL/ｆ_X)²・ΔＢＦＸ」、Ｙ
方向につき「(ｆ_OL/ｆ_Y)²・ΔＢＦＹ」となる。例え
ば、ｆ_X＝１０ｍｍ、ｆ_Y＝２５ｍｍ、ｆ_OL＝３ｍｍと
し、波長の延び１５ｎｍに応じたバックフォーカス長の
変化：ΔＢＦＸ＝１２μｍ、ΔＢＦＹ＝５０μｍとする
と、(ｆ_OL/ｆ_X)²・ΔＢＦＸ＝１．０８μｍ、(ｆ_OL/
ｆ_Y)²・ΔＢＦＹ＝０．７２μｍとなる。従って光スポ
ットに生じる非点収差量：ΔＺは、１．０８−０．７２
＝０．３６μｍである。この非点収差量：ΔＺを、半導
体レーザの発光部をＺ方向へ図２の距離：αだけ「ずら
す」ことにより０とすることを考えてみる。このとき、
距離：αの満足すべき条件は、 (ｆ_OL/ｆ_X)²・（ΔＢＦＸ−α）＝(ｆ_OL/ｆ_Y)²・（ΔＢ
ＦＹ−α）である。上記ｆ_X＝１０ｍｍ、ｆ_Y＝２５ｍｍ、ｆ_OL＝３
ｍｍ、ΔＢＦＸ＝１２μｍ、ΔＢＦＹ＝５０μｍを上の
式に代入して「α」について解くと、α≒４．８μｍと
なる。即ち、今説明している場合には、波長が１５ｎｍ
のびたとき、半導体レーザの発光部を、ビーム整形レン
ズ１６側へα＝４．８μｍだけ変位させれば、光スポッ
トの非点収差量：ΔＺを０にできる。この発明では、半
導体レーザを変位させる代わりに「光学素子１４によ
り、半導体レーザとビーム整形レンズ１６との間の光路
長を調整する」ことにより、非点収差量：ΔＺの軽減も
しくは補正を行うのである。

【０００８】屈折率可変な光学素子１４は、図３に示す
ように構成されている。即ち、光学素子１４は透明電極
１４３，１４４を形成された透明ガラス基板１４０，１
４１の間にシール１４６を用いて液晶１４５を封入密閉
してなる。透明電極１４３，１４４間に電圧を印加する
ことにより、液晶１４５における液晶分子の向きを変え
ることができ、これにより液晶１４５の屈折率を変える
ことができる。例えば、図３（ａ）では、上記電圧の調
整により、液晶分子の向きを透明ガラス基板１４０，１
４１に平行な向きにした状態を示す。例えば、この状態
において、液晶１４５の屈折率を１．７程度とすること
ができ、図３（ｂ）に示すように、上記電圧の調整によ
り液晶分子の向きを光学素子１４の厚み方向に平行にす
ることにより、上記屈折率を１．５程度にすることが可
能である。また、上記電圧を変化させることにより、液
晶分子の向きを、図３の（ａ），（ｂ）の２状態の一方
から他方へ連続的に変化させることができ、それに応じ
て液晶１４５の屈折率を、例えば上記１．７と１．５の
間で連続的に変化させることができる。図３（ａ）と
（ｂ）の各状態における液晶１４５の屈折率が上記の
１．７と１．５であるとすると、これら２状態における
「光路差」は、液晶１４５の厚みをｄとして「（１．７
−１．５）ｄ＝０．２ｄ」となる。従って、例えば、上
記α＝４．８μｍの光路差を、光学素子１４において、
上記屈折率：１．７と１．５の変化で実現する場合に
は、０．２ｄ＝４．８をｄについて解いて、ｄ＝２４μ
ｍとすればよい。従って、図１の如き実施の形態におい
て、半導体レーザ１０の波長変動に起因する非点収差が
生じた場合、光学素子１４における屈折率変化を調整
し、光路長を調整することにより光スポットにおける非
点収差量：ΔＺを軽減もしくは補正することができる。
なお、光学素子１４は、光損失を少なくするため、透明
ガラス基板には「反射防止膜」を形成するのが好まし
い。即ち、図１〜図３に即して実施の形態を説明した光
ピックアップ装置は、半導体レーザ１０からの光束を、
アナモフィックなビーム整形レンズ１６と対物レンズ１
８を介して光情報記録媒体２０の記録面２１上に光スポ
ットとして集光させ、光情報記録媒体２０に対して情報
の記録・再生・消去の１以上を行う光ピックアップ装置
において、半導体レーザ１０とアナモフィックなビーム
整形レンズ１６との間の光路上に、光路長調整用の屈折
率可変な光学素子１４を配備したものである（請求項
１）。また、光路長調整用の屈折率可変な光学素子１４
は、液晶を用いた素子である（請求項６）。

【０００９】図４は、この発明の光ピックアップ装置の
実施の別形態を説明図的に示している。繁雑を避けるた
めに、混同の虞れが無いと思われるものについては、図
１におけると同一の符号を用いた。即ち、この実施の形
態の光ピックアップ装置は、半導体レーザからの光束
を、カップリングレンズ１６と対物レンズ１８を介して
光情報記録媒体２０の記録面２１上に光スポットとして
集光させ、光情報記録媒体２０に対して情報の記録・再
生・消去の１以上を行う光ピックアップ装置において、
互いに発光波長の異なる複数の半導体レーザ１０，１１
と、これら半導体レーザ１０，１１からの各光束を選択
的にカップリングレンズ１６にカップリングさせるカッ
プリング素子２５とを有する。カップリング素子２５
は、屈折率可変な２個の楔状光学素子２５１，２５２を
組み合わせて構成され、後述のように、各楔状光学素子
の屈折率の調整により、所望の半導体レーザからの光束
光軸をビーム整形レンズの光軸にカップリングさせるよ
うに構成されている（請求項２）。また、複数の半導体
レーザ１０，１１と、各半導体レーザに対応する戻り光
束を受光する受光手段２４と、各戻り光束を受光手段２
４に向けて回折させるホログラム素子１２とがユニット
１００として一体化されている（請求項３）。さらに、
カップリングレンズ１６は「アナモフィックなビーム整
形レンズ」である（請求項４）。また、各半導体レーザ
１０，１１とアナモフィックなビーム整形レンズ１６と
の間の光路上に、光路長調整用の屈折率可変な光学素子
１４が配備されている（請求項５）。光学素子１４は、
図３に即して説明したのと同様のものである。カップリ
ング素子２５を構成する２つの楔状光学素子２５１，２
５２は液晶を用いた素子である（請求項７）。即ち、カ
ップリング素子２５は、図５に示すように、楔状光学素
子２５１，２５２を楔の向きを互いに逆にして組み合わ
せてなる。各楔状光学素子は、光学素子１４と同様、透
明電極を形成された１対のガラス基板の間にシールを用
いて液晶（図中の符号２５３，２５４）を封入してな
る。従って、光学素子１４と同様、各楔状光学素子の１
対の透明ガラス基板間に印加する電圧の調整により、各
楔状光学素子における液晶の屈折率を互いに独立に変化
させることができる。光源部を構成する２つの半導体レ
ーザ１０，１１は互いに発光波長が異なる。例えば、半
導体レーザ１０はＣＤ系の光情報記録媒体用で発光波
長：７８０ｎｍ、半導体レーザ１１はＤＶＤ系の光情報
記録媒体用で発光波長：６５０ｎｍである。これら半導
体レーザ１０，１１の各発光部は、ＸＺ面内において
は、カップリングレンズとしてのアナモフィックなビー
ム整形レンズ１６の光軸および対物レンズ１８の光軸と
同一の平面を共有しているが、各発光部は上記光軸に対
して偏心している。図４（ａ）は、半導体レーザ１０が
発光される場合である。このとき、カップリング素子２
５は、楔状光学素子２５２の屈折率を低く、楔状光学素
子２５１の屈折率を高く設定され、半導体レーザ１０か
らの光束光軸をビーム整形レンズの光軸にカップリング
させる。また、図４（ｂ）は、半導体レーザ１１が発光
される場合であり、カップリング素子２５は、楔状光学
素子２５２の屈折率を高く、楔状光学素子２５１の屈折
率を低く設定され、半導体レーザ１１からの光束光軸を
ビーム整形レンズの光軸にカップリングさせる。光路長
調整用の屈折率可変な光学素子１４は、図１の実施の形
態に於けると同様、光スポットの非点収差を軽減もしく
は補正するのに使用されるが、そのほかに、半導体レー
ザ１０，１１の相対的位置誤差の補正も行う。前述の如
く、複数の半導体レーザ１０，１１と、各半導体レーザ
に対応する戻り光束を受光する受光手段２４と、各戻り
光束を受光手段２４に向けて回折させるホログラム素子
１２とがユニット１００として一体化されている。この
ように光源部近傍をユニット化することは、コスト・信
頼性の面でも好ましい。しかし、ユニット化に伴い、ユ
ニットへの機械的な組み付け誤差で、半導体レーザ１
０，１１の相対的位置誤差が生じ、これら各半導体レー
ザとビーム整形レンズ１６との距離を各半導体レーザ毎
に適正に設定するのが困難である。このような相対的位
置誤差も、光学素子１４により各半導体レーザとビーム
整形レンズ１６との間の光路長を調整することにより容
易に補正することができる。

【００１０】

【発明の効果】以上に説明したように、この発明によれ
ば新規な光ピックアップ装置を実現できる。請求項１記
載の光ピックアップ装置は、半導体レーザの波長変動に
より光スポットに生じる非点収差を有効に軽減もしくは
補正できる。請求項２記載の光ピックアップ装置は、屈
折率可変な２個の楔状光学素子を組み合わせて構成され
るカップリング素子を用い、各楔状光学素子の屈折率の
調整により、所望の半導体レーザからの光束光軸をビー
ム整形レンズの光軸にカップリングさせることにより、
発光波長の異なる複数の半導体レーザを光源として有す
る場合に、光源部を大型化することなく、各半導体レー
ザからの光束をカップリングレンズに容易にカップリン
グできる。請求項５記載の光ピックアップ装置ではさら
に、半導体レーザの波長変動により光スポットに生じる
非点収差を有効に軽減もしくは補正できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の１形態を説明するための図で
ある。

【図２】上記実施の形態における半導体レーザの波長変
動による非点収差の発生とその補正方法を説明するため
の図である。

【図３】上記実施の形態における光路長調整用の、屈折
率可変な光学素子の例を説明するための図である。

【図４】この発明の実施の別形態を説明するための図で
ある。

【図５】図４の実施の形態におけるカップリング素子を
説明するための図である。

【符号の説明】

１０半導体レーザ１４光路長調整用の屈折率可変な光学素子１６アナモフィックなビーム整形レンズ１８対物レンズ２０光情報記録媒体２１記録面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体レーザからの光束を、アナモフィッ
クなビーム整形レンズと対物レンズを介して光情報記録
媒体の記録面上に光スポットとして集光させ、上記光情
報記録媒体に対して情報の記録・再生・消去の１以上を
行う光ピックアップ装置において、半導体レーザと、アナモフィックなビーム整形レンズと
の間の光路上に、光路長調整用の屈折率可変な光学素子
を配備したことを特徴とする、光ピックアップ装置。
【請求項２】半導体レーザからの光束を、カップリング
レンズと対物レンズを介して光情報記録媒体の記録面上
に光スポットとして集光させ、上記光情報記録媒体に対
して情報の記録・再生・消去の１以上を行う光ピックア
ップ装置において、互いに発光波長の異なる複数の半導体レーザと、これら
半導体レーザからの各光束を選択的に上記カップリング
レンズにカップリングさせるカップリング素子とを有
し、上記カップリング素子は、屈折率可変な２個の楔状光学
素子を組み合わせて構成され、各楔状光学素子の屈折率
の調整により、所望の半導体レーザからの光束光軸をビ
ーム整形レンズの光軸にカップリングさせるように構成
されていることを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項３】請求項２記載の光ピックアップ装置におい
て、複数の半導体レーザと、各半導体レーザに対応する戻り
光束を受光する受光手段と、各戻り光束を上記受光手段
に向けて回折させるホログラム素子とがユニットとして
一体化されていることを特徴とする光ピックアップ装
置。
【請求項４】請求項２または３記載の光ピックアップ装
置において、カップリングレンズが、アナモフィックなビーム整形レ
ンズであることを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項５】請求項４記載の光ピックアップ装置におい
て、各半導体レーザと、アナモフィックなビーム整形レンズ
との間の光路上に、光路長調整用の屈折率可変な光学素
子を配備したことを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項６】請求項１または４記載の光ピックアップ装
置において、光路長調整用の屈折率可変な光学素子が、液晶を用いた
素子であることを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項７】請求項２〜６の任意の１に記載の光ピック
アップ装置において、カップリング素子を構成する２つの楔状光学素子が、液
晶を用いた素子であることを特徴とする光ピックアップ
装置。