JP2001043556A - 光学ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の光学ヘッドにおいて、対物レンズが光
軸に対して傾いた場合、光スポット上にコマ収差が発生
するといった課題があった。 【解決手段】 対物レンズ３の軸外性能とあおり時に発
生するコマ収差を最適化することにより、対物レンズ３
が光軸に対して傾いても、コマ収差を低減できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ディスク等の記
録媒体に情報を記録し、記録媒体に記録された情報を再
生し、あるいは記録媒体に記録された情報を消去する記
録再生装置に利用可能な光学ヘッドに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、デジタルの静止画や動画などのよ
うな大容量のデータが取り扱われるようになり、そのよ
うなデータは、光ディスクなどの大容量の記録媒体に蓄
積される。光ディスクは、ランダムアクセスが可能であ
り、フロッピーディスクなどの磁気による記録媒体より
記録密度が高く、さらに、光磁気ディスクにおいては、
書き換えも可能であるので、前述の情報記録媒体として
広く利用されている。

【０００３】光ディスクへの情報の記録再生に用いる光
ディスク装置に利用可能な光学ヘッドに関する技術とし
ては多くの報告がなされている。以下、図面を参照しな
がら、従来の光学ヘッドについて説明を行う。

【０００４】図６は従来の光ディスク装置に用いられて
いる光学ヘッドの構成を示す図である。

【０００５】図６において、半導体レーザ１０１より出
射された光線２００は、ビームスプリッタ１０２を透過
し、対物レンズ１０３により、光ディスク１０４上に集
光スポットを形成する。光ディスク１０４上で反射した
光線２００は、同じ光路を逆向きに通って、半導体レー
ザ１０１に戻るが、一部はビームスプリッタ１０２によ
り反射され、検出レンズ１０５により、光検出器１０６
上の各信号検出用の受光領域に集光され、フォーカス誤
差信号、トラッキング誤差信号、情報信号を得る。

【０００６】フォーカス誤差信号の検出方式としては、
非点収差法、ナイフエッジ法等がよく知られている。ま
た、トラッキング誤差信号の検出方式としては、３ビー
ム法、プッシュプル法、位相差検出法等がよく知られて
いる。

【０００７】光検出器１０６で検出されたフォーカス誤
差信号、トラッキング誤差信号は、対物レンズ１０３を
搭載したアクチュエータ１０７にフィードバックされ、
スピンドルモータ１０８を中心に回転する光ディスク１
０４の面振れに追従するフォーカスサーボ、偏心に追従
するトラッキングサーボがなされる。これにより、集光
スポットは光ディスク１０４上のトラックをトレース
し、光検出器１０６で光ディスク１０４上の情報信号を
検出することが可能となる。

【０００８】ここで、対物レンズ１０３は、光ディスク
１０４に対して、球面収差がほぼ完全に補正され、回折
限界内の性能を確保するように設計されている。また、
対物レンズ１０３は一般的に非球面の単レンズであり、
以下の条件を満たしている。

【０００９】ＣＬ／ＣＤ≒１．０ ただし、 ＣＤ：平行平板が１度傾いたときに発生する波面収差の
３次のコマ収差成分の最小二乗誤差（単位：ｍλ） ＣＬ：対物レンズが１度傾いたときに発生する波面収差
の３次のコマ収差成分の最小二乗誤差（単位：ｍλ） 従来の光学ヘッドに一般的に用いられている対物レンズ
における収差の特性図を図７および図８に示す。ここ
で、図７はコマ収差の軸外性能、図８は光ディスク１０
４に対して平行光線が垂直入射する状態で、対物レンズ
１０３のみが傾いたときのコマ収差の変化である。

【００１０】図７に示す軸外性能では、軸外においてほ
とんどコマ収差が発生しない。しかし図８に示すよう
に、レンズを１度あおった状態ではコマ収差が約８０ｍ
λと、かなり大きな値となる。

【００１１】ここで、図９（ａ）に示すように、対物レ
ンズ１０３自身の製造誤差あるいはアクチュエータ１０
７に対する取付誤差によって、光ディスク１０４に垂直
入射するように調整された光線２００が入射しても、光
ディスク１０４に集光されたスポットにはコマ収差が発
生する。そこで、図９（ｂ）に示すように、対物レンズ
１０３を搭載したアクチュエータ１０７を傾ける初期調
整により、対物レンズ１０３のアクチュエータ１０７に
対する位置ずれや、対物レンズ１０３自身が持っている
コマ収差を補正することが可能となる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかし、一般的な光デ
ィスク装置においては、光ディスク半径方向への光学ヘ
ッドの送りが粗動であるため、トラッキングサーボによ
り光ディスク上のトラックに追従する対物レンズは、光
学ヘッドの送りにより、光軸に対して半径方向にシフト
し、例えば、４本のワイヤから成るサスペンションで対
物レンズホルダが保持されている場合には、対物レンズ
が光軸に対して大きな傾きを生じる。

【００１３】一方、フォーカスサーボおよびトラッキン
グサーボにより、サスペンションに保持された対物レン
ズホルダ及び対物レンズが、光ディスクの回転周波数で
揺動する際に、対物レンズが光軸に対し傾きを生じる。
これらの傾きをチルトという。

【００１４】このように、初期調整により、アクチュエ
ータを傾けてコマ収差を補正したにもかかわらず、さら
に対物レンズが光軸に対して傾いた場合、すなわちチル
トが発生した場合は、新たなコマ収差が発生し、良好な
信号検出が行えなくなるという問題点があった。

【００１５】このため、対物レンズのサーボ動作時のチ
ルトを軽減することが非常に重要となり、アクチュエー
タの設計自由度を狭くするという課題が生じる。

【００１６】また、従来のアクチュエータにおいては、
対物レンズのサーボ動作時のチルトを低減する目的で、
フォーカスサーボ、トラッキングサーボ以外に、チルト
サーボ機構を追加し、対物レンズのチルトによるコマ収
差を低減することがなされているが、光学ヘッドの構成
が複雑かつ高価なものになってしまう。

【００１７】本発明は上記のような従来の問題点に鑑み
てなされたものであって、アクチュエータに搭載されて
いる対物レンズが、光軸に対してチルトを発生した場合
でも、光スポット上のコマ収差を低減し、その結果、光
ディスクの記録再生時に、歪みの少ない安定した信号光
を取り出すことができ、かつ安価である、優れた光学ヘ
ッドを実現することを目的としている。

【００１８】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に、本発明の光学ヘッドは、例えば、光源と、前記光源
から出射された光線を平行平板を透過して、前記平行平
板に形成された情報記録媒体上に集光して光スポットを
形成する集光手段と、前記情報記録媒体からの反射光を
検出する検出手段とを具備し、前記集光手段は、対物レ
ンズと、前記対物レンズを少なくともフォーカス方向と
トラッキング方向とに駆動するアクチュエータからな
り、前記対物レンズは、以下の条件を満足することを特
徴としている。

【００１９】０．５＜ＣＬ／ＣＤ＜１ （１） ただし、 ＣＤ：前記平行平板が傾いたときに単位角度あたりに発
生する波面収差の３次のコマ収差成分の最小二乗誤差
（単位はｍλ、ｍλは波長λの１０００分の１の単位） ＣＬ：前記対物レンズが傾いたときに単位角度あたりに
発生する波面収差の３次のコマ収差成分の最小二乗誤差
（単位はｍλ）

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図１から図５を用いて説明する。

【００２１】図１は本発明の一実施の形態を示し、図１
において１は半導体レーザ、２はビームスプリッタ、３
は対物レンズ、４は光ディスクであり平行平板としての
機能も有する、５は検出レンズ、６は光検出器、７はア
クチュエータ、８はスピンドルモータ、１００は光線で
ある。

【００２２】以上のように構成された光学ヘッドについ
て、以下、その動作を述べる。

【００２３】半導体レーザ１より出射された光線１００
は、ビームスプリッタ２を透過し、対物レンズ３によ
り、光ディスク４上に集光スポットを形成する。ここで
対物レンズ３は、非球面の単レンズであり、以下の条件
を満たしている。

【００２４】ＣＬ＝６０．０ ＣＤ＝７５．０ ＣＬ／ＣＤ＝０．８ ただし、 ＣＤ：平行平板が１度傾いたときに発生する波面収差の
３次のコマ収差成分の最小二乗誤差（単位：ｍλ） ＣＬ：対物レンズが１度傾いたときに発生する波面収差
の３次のコマ収差成分の最小二乗誤差（単位：ｍλ） 以上の条件を満たす本実施の形態の対物レンズにおける
収差の特性図を図２および図３に示す。ここで、図２は
コマ収差の軸外性能、図３は光ディスク４に対して平行
光線が垂直入射する状態で、対物レンズ３のみが傾いた
ときのコマ収差の変化である。

【００２５】ここで、対物レンズ３は、光ディスク４に
対して、球面収差がほぼ完全に補正され、回折限界内の
性能を確保するように設計されている。また、図４に示
すように、対物レンズ３を搭載したアクチュエータ７を
傾ける初期調整（あおり調整）により、対物レンズ３の
アクチュエータ７に対する位置ずれや、対物レンズ３自
身が持っているコマ収差が補正されている。

【００２６】アクチュエータ４は、図５に示すように、
対物レンズ３を駆動するレンズホルダが、４本のワイヤ
状のサスペンション９で保持されているものが好まし
い。すなわち、サスペンションとレンズホルダの一体成
形技術などにより、大量に、かつ安価に量産することが
可能となる。

【００２７】図１において、光ディスク４上で反射した
光線１００は、同じ光路を逆向きに通って、半導体レー
ザ１に戻るが、一部はビームスプリッタ２により反射さ
れ、検出レンズ５により、光検出器６上の各信号検出用
の受光領域に集光され、フォーカス誤差信号、トラッキ
ング誤差信号、情報信号を得る。

【００２８】光検出器６で検出された、フォーカス誤差
信号、トラッキング誤差信号は、対物レンズ３を搭載し
たアクチュエータ７にフィードバックされ、スピンドル
モータ８を中心に回転する光ディスク４の面振れに追従
するフォーカスサーボ動作、偏心に追従するトラッキン
グサーボ動作が行われる。これにより、集光スポットは
光ディスク４上のトラックをトレースし、光検出器６で
トラック上の情報信号を検出することが可能となる。

【００２９】ここで、初期調整により、対物レンズ３を
傾けてコマ収差を補正したにもかかわらず、アクチュエ
ータのチルトにより、新たなコマ収差が発生する。

【００３０】しかし、本実施の形態における対物レンズ
３は、チルトによるコマ収差の発生を、従来のレンズに
比べて２０％軽減しているため、光ディスクの記録再生
時に、雑音の少ない信号光を安定に取り出すことができ
る。

【００３１】すなわち、図３に示すように、レンズを１
度あおった状態ではコマ収差が約６０ｍλと、従来のレ
ンズに比べて２０％軽減されている。

【００３２】また、アクチュエータ７を設計する際の許
容コマ収差を従来の光学ヘッドと同等とした場合、一般
にコマ収差は角度に対してリニアに変化するので、アク
チュエータ４のチルトマージンは約２０％拡大され、ア
クチュエータ７の設計の自由度が増し、より高性能ある
いは安価なアクチュエータを選択することが可能とな
る。

【００３３】ここで、図２に示す軸外性能では、軸外に
おいてコマ収差がでており、画角１度においてはコマ収
差が１５ｍλとなる。初期調整にて対物レンズ３をあお
り調整する際、従来の光ヘッドに対し、約２０％余計に
対物レンズ３を傾ける必要が生じるが、対物レンズ３の
傾きによる非点収差及び高次収差の増大は、光学ヘッド
の性能にほとんど影響を与えない。

【００３４】本実施の形態においては、ＣＬ／ＣＤ＝
０．８の場合についての具体例を述べたが、本発明はこ
れに限定されるものではなく、０．５＜ＣＬ／ＣＤ＜１
の範囲において、同様の効果が得られることは明らかで
ある。

【００３５】また、レンズの特性を示すパラメータＣＤ
およびＣＬは、いずれも角度１度あたりについて記載し
たが、一般にコマ収差は角度に対してリニアに変化する
ので、必ずしも単位角度は１度である必要はない。

【００３６】ここで、対物レンズは、ガラス成形又は樹
脂成形により成形するのが好ましい。すなわち、非球面
形状を型に加工しておくことにより、同一の形状及び性
能を有するレンズを大量に、かつ安価に量産することが
可能となる。

【００３７】なお、以上の説明では、対物レンズを非球
面の対物レンズとしたが、複数枚のレンズを組み合わせ
た組レンズであってもよく、さらに非球面を一面だけに
使用したレンズ、あるいは、球面レンズだけで構成され
た組レンズであっても、同様に実施可能である。

【００３８】また光ディスクを用いて説明したがこれに
限定されず、光カード等同様の原理を用いて情報の記録
または再生を行う装置に応用することは本発明の範囲で
ある。

【００３９】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、光学的に
情報を記録、再生する装置の対物レンズを、０．５＜Ｃ
Ｌ／ＣＤ＜１の条件を満足することにより、情報記録媒
体の回転による面振れ、偏心に追従するアクチュエータ
の動作による対物レンズの傾きに対するマージンが拡大
するため、アクチュエータの設計自由度が増大し、一
方、情報記録媒体上のコマ収差が低減されるため、情報
記録媒体の記録再生時に、信号を安定に取り出すことで
きる優れた光学ヘッドを実現できるという顕著な効果が
得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態における光学ヘッドの構
成を示す図

【図２】本発明の一実施の形態における光学ヘッドに用
いられる対物レンズの軸外のコマ収差を示す特性図

【図３】本発明の一実施の形態における光学ヘッドに用
いられる対物レンズのレンズあおり時のコマ収差を示す
特性図

【図４】本発明の一実施の形態における光学ヘッドのコ
マ収差補正を説明する図

【図５】本発明の一実施の形態におけるアクチュエータ
の構成を示す図

【図６】従来の光学ヘッドの構成を示す図

【図７】従来の光学ヘッドに用いられている対物レンズ
の軸外のコマ収差を示す特性図

【図８】従来の光学ヘッドに用いられている対物レンズ
のレンズあおり時のコマ収差を示す特性図

【図９】光学ヘッドにおけるコマ収差補正原理を示す図

【符号の説明】

１ 半導体レーザ ２ ビームスプリッタ ３ 対物レンズ ４ 光ディスク ５ 検出レンズ ６ 光検出器 ７ アクチュエータ ８ スピンドルモータ ９ サスペンション １００ 光線 １０１ 半導体レーザ １０２ ビームスプリッタ １０３ 対物レンズ １０４ 光ディスク １０５ 検出レンズ １０６ 光検出器 １０７ アクチュエータ １０８ スピンドルモータ ２００ 光線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 康弘 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 中村 徹 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 5D119 AA09 AA36 BA01 EC04 EC15 JA44 NA07

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光源と、前記光源から出射された光線を平
   行平板を透過して、前記平行平板に形成された情報記録
   媒体上に集光して光スポットを形成する集光手段と、前
   記情報記録媒体からの反射光を検出する検出手段とを具
   備し、 前記集光手段は、対物レンズと、前記対物レンズを少な
   くともフォーカス方向とトラッキング方向とに駆動する
   アクチュエータからなり、前記対物レンズは、以下の条
   件を満足することを特徴とする光学ヘッド。 ０．５＜ＣＬ／ＣＤ＜１ （１） ただし、 ＣＤ：前記平行平板が傾いたときに単位角度あたりに発
   生する波面収差の３次のコマ収差成分の最小二乗誤差
   （単位はｍλ） ＣＬ：前記対物レンズが傾いたときに単位角度あたりに
   発生する波面収差の３次のコマ収差成分の最小二乗誤差
   （単位はｍλ）