JP2001216678A - 光ピックアップ装置 - Google Patents

光ピックアップ装置

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JP2001216678A
JP2001216678A JP2000387817A JP2000387817A JP2001216678A JP 2001216678 A JP2001216678 A JP 2001216678A JP 2000387817 A JP2000387817 A JP 2000387817A JP 2000387817 A JP2000387817 A JP 2000387817A JP 2001216678 A JP2001216678 A JP 2001216678A
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objective lens
optical pickup
pickup device
light
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JP2000387817A
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Tae-Kyung Kim
泰敬 金
Chong-Sam Chung
鐘三 鄭
Young-Man Ahn
栄万 安
Hea-Jung Suh
偕貞 徐
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Samsung Electronics Co Ltd
Original Assignee
Samsung Electronics Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 波長帯域が相異なる二つの波長のレーザー光
を用いる互換型光ピックアップ装置を提供する。 【解決手段】 一つの光検出器を使用し、対物レンズが
ネガティブパワーを有する部分とポジティブパワーを有
する部分が一つで接合されている。前記対物レンズの光
源側から対物レンズの各部分の焦点距離をf１、f２と
し、各部分の光学材料のd線でのアッベ数を各々v１、v
２とする時、０＜１/(f１・v１)＋１/(f２・v２)＜０.０
０５と表現される不等式を満たし、前記対物レンズ全体
の全体焦点距離をf、ネガティブパワーを有する部分の
焦点距離をfnとする時、−０.８＜f/fn＜０と表現され
る式を満たす。これにより、４０５nm近辺の青色光源と
０.６以上の開口数を有する対物レンズを使用するいわ
ゆるHD(High Definition)DVD用光ピックアップに既存の
DVD系のディスクに対する互換性を付与する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は高密度情報記録/再
生装置に適用される光ピックアップ装置に係り、より詳
細には青色系の光源を用いる時発生する色収差を縮めら
れる光ピックアップ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】光ピックアップでのレーザー光と対物レ
ンズによる集光スポットを用いて光ディスクに任意の情
報を記録したりこれに記録された情報を再生する装置
で、記録容量は集光されるスポットの大きさにより決ま
る。一般に集光スポットの大きさSは下記の数学式１の
ように波長λに比例し、開口数(NA、Numerical Apertur
e)に反比例する。
【数１】
【０００３】従って、現在のCD(Compact Disc)やDVD(Di
gital Versatile Disc)から得られる情報の記録密度よ
り高い情報記録密度を得るためには光ディスクに結ばれ
るスポットの大きさをより縮めるべきである。スポット
の大きさを縮めるためには、前記数学式１のようにレー
ザー光の波長λを短くすると共に対物レンズの開口数NA
は大きく拡大すべきである。このように高密度の情報記
録のためには青色レーザーのような短波長のレーザー光
源が使われるべきであり、対物レンズの開口数は０.６
以上が維持されるべきである。また、光ディスクの傾斜
により発生するコマ収差W31はディスクの傾斜角θ、デ
ィスク基板の屈折率n、ディスク基板の厚さd、対物レン
ズの開口数NAとする時次のような関係がある。
【数２】
【０００４】高密度化に従うディスク傾斜による公差を
確保するためにはディスク基板の厚さdを縮める傾向が
あり、CDの場合は１.２mmで、これより高密度のDVDは
０.６mmである。そして、現在開発段階にある、いわゆ
るHD DVD(high definition Digital Versatile Disk)系
の光ディスク基板の場合は０.６mm以下に決定される可
能性が高い。しかし問題になるのは、既存ディスク、例
えばCDとDVDとの互換性維持であり、一回記録用及び多
層DVDディスクの場合短波長光源に対して反射率が顕著
に落ちて赤色光源の使用が必須である。しかし対物レン
ズの場合には光源の波長差による色収差と基板厚さの差
による球面収差を同時に補正する技術によって兼用でき
る。
【０００５】赤色光源とNAが０.６の対物レンズを使用
する０.６mm厚さのDVD用光ピックアップの場合、CD系の
１.２mm厚さのディスクに対する互換性を有するために
６５０nmの光源と一枚の対物レンズを用いたいろいろな
方法が提示された。一例として、遠軸と近軸領域との間
の中間領域の光をディスクに到達させない、いわゆる環
状遮蔽方式、液晶シャッターを用いて実質的な光ピック
アップの開口率を調節する方法、ホログラムを用いて厚
さの違い二つのディスクに各々に焦点を有するようにす
る光を分離する方法などがある。しかし、CD-R(Compact
Disc Recordable)の場合、赤色光に対する反射率が急
に低下するために、７８０nm光源の採用が不回避にな
り、これにより一つの対物レンズで７８０nmと６５０nm
光に対する互換性を有するDVD無限/CD有限光学系による
方式と、環状レンズ方式などが提案された。特にCD有限
光学系方式の場合、対物レンズとディスクの厚さに従う
収差を補正するために開口数の制限と対物レンズに発散
光を入射させる方式が適用される。
【０００６】前述したようにDVDよりも高密度化された
情報の記録及び再生のためにはより短い波長の光源を用
いる光ピックアップ装置が要求される。一例としてHD D
VD用光ピックアップを挙げられるが、この場合DVDに適
用される６５０nmのレーザー光よりさらに短い波長のレ
ーザー光が適用されるべきである。しかし、６５０nmよ
り短い波長帯域で光学材料の非常に険しい屈折率変化を
示すために収差が多量発生する。従って、色収差を効果
的に縮められる光学系が要求される。またこの光学系は
HD-DVDだけでなく既存のDVDに対する互換性を維持する
ものが必要である。
【０００７】一回記録用DVD-Rディスクも赤色光でない
光に対する反射率が落ちるので、やはり互換のためには
６５０nm光源を採用しなければならない。しかし、４０
０nm用対物レンズは６５０nmに対して対物レンズに入射
する光の発散程度調節により収差が十分に除去されな
い。従って、前記HD DVDの研究における重要な課題は効
果的な色収差の補正方法である。
【０００８】収差を補正する従来の方法は、図１に示し
たようにディスク１と対物レンズ２との間に収差補正レ
ンズ３を挿入したり、図２に示したように対物レンズ２
の後方に波長別に開口数を制限する波長選択性部材４を
位置させる。図１に示した形態の光ピックアップは光デ
ィスク１の厚さ変化に比例して二つのレンズ間の距離を
調整して球面収差を補正し、図２に示した光ピックアッ
プの場合は長波長の光に対して前記波長選択性部材４が
開口数を制限し、対物レンズに発散する光が入射される
ように部品が配置されてディスク厚さ差による球面収差
を補正するようにしている。
【０００９】しかし、図１に示した従来の光ピックアッ
プの場合は、対物レンズ２と収差補正レンズ３との距離
が精密に維持されるべきであるだけでなく二つのレンズ
間の距離と前記ディスクに対する二つのレンズ全体の距
離を調節するためのアクチュエータが要求される。従っ
て、製作が非常に難しいだけでなくその製作コストも高
い。そして図２に示した従来の光ピックアップの場合
は、発散光を使用するためにディスクに対する対物レン
ズの光軸の歪みによりトラックキング信号が不良になる
問題点を有する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明の第１の目的
は、波長帯域が相異なる二つの波長のレーザー光を用い
る互換型光ピックアップ装置を提供することである。
【００１１】本発明の第２の目的は、構造が簡単で組立
が容易な互換型光ピックアップ装置を提供することであ
る。
【００１２】本発明の第３の目的は、製作コストが安価
な互換型光ピックアップ装置を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、本発明によれば、厚さの違う第１、第２光ディス
クに対応するものであって相異なる波長のレーザー光を
発生させる第１、第２光源と、前記光源からのレーザー
光をメディアに集束するものであってネガティブパワー
を有する部分とポジティブパワーを有する部材が一つで
接合されている対物レンズと、前記メディアで反射され
た第１光源と第２光源からのレーザー光を受光する少な
くとも一つの光検出器と、前記第１、第２光源と前記対
物レンズとの間に備えられるコリメーティングレンズと
を備えることを特徴とする光ピックアップ装置が提供さ
れる。
【００１４】前記本発明の光ピックアップ装置におい
て、前記対物レンズの光源側から対物レンズの各部分の
焦点距離をf１、f２とし、各部分の光学材料のd線での
アッベ数を各々v１、v２とする時、０＜１/(f１・v１)＋
１/(f２・v２)＜０.００５と表現される不等式を満たす
ことが望ましい。
【００１５】また、前記対物レンズ全体の全体焦点距離
をf、ネガティブパワーを有する部分の焦点距離をfnと
する時、−０.８＜f/fn＜０と表現される式を満たすこ
とが望ましい。
【００１６】そして、前記本発明の対物レンズの一側面
が非球面で形成されることが望ましく、前記光検出器は
前記第１光源と第２光源からの光を受光することが望ま
しい。
【００１７】また、前記本発明の光ピックアップ装置に
おいて、前記第１光源は青色系、特に４０５nm波長を有
するレーザーであり、第１光ディスクの基板厚さは０.
６mm以下であり、第２光源は赤色系、特に６５０nm波長
を有するレーザーであり、第２光源に対応する光ディス
クの基板厚さは０.６mmであることが望ましい。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、添付した図面を参照しなが
ら、本発明の望ましい実施形態を詳細に説明する。
【００１９】＜実施形態１＞図３を参照すれば、メディ
ア１００に対面する対物レンズ２００の光軸上の縦断部
に第１光源６０１が位置する。前記対物レンズ２００と
第１光源６０１との間にはコリメーティングレンズ４０
０及び第１、第２、第３光分割器５０１、５０２、５０
３が所定間隔をおいて位置する。
【００２０】前記コリメーティングレンズ４００は第
１、第２光源６０１、７０１からのレーザー光を平行光
に作って対物レンズ２００を通じてメディア１００に入
射させる。
【００２１】前記第３光分割器５０３は前記第１光源か
らのレーザー光は通過させ、後述する第２光源７０１か
らのレーザー光は反射させる。前記第２光源７０１は前
記第３光分割器５０１の反射光進行経路上に位置する。
【００２２】前記第２光分割器５０２は第１、第２光源
６０１、７０１からの光は全て通過させ、メディア１０
０で反射された光中で第２光源７０１からのレーザー光
は反射させる。第２光分割器５０２で反射されたメディ
アからの反射光は第２受光レンズ８０２を通じて第２光
検出器７０２に集束される。
【００２３】前記第３光分割器５０３は第１、第２光源
６０１、７０１からの光は全て通過させ、メディア１０
０で反射された光中で第１光源７０１からのレーザー光
は反射させる。第１光分割器５０１で反射されたメディ
アからの反射光は第１受光レンズ８０１を通じて第１光
検出器６０２に集束される。
【００２４】本発明を特徴づける前記対物レンズ２００
はポジティブパワーを有するポジティブ部分２０２とネ
ガティブパワーを有するネガティブ部分２０１を具備す
る。この時に前記対物レンズ２００の全体焦点距離を
f、ネガティブ部分の焦点距離をfnとする時−０.８＜f/
fn＜０と表現される式を満たす。
【００２５】また、前記対物レンズ２００の光源側から
対物レンズの各部分２０１、２０２の焦点距離をf１、f
２とし、各部分の光学材料のd線でのアッベ数を各々v
１、v２とする時、０＜１/(f１・v１)＋１/(f２・v２)＜
０.００５と表現される不等式を満たし、対物レンズ２
００の一側面が非球面で形成される。
【００２６】＜実施形態２＞図４を参照すれば、メディ
ア１００に対面する対物レンズ２００の光軸上の縦断部
に第１光源６０１が位置する。前記対物レンズ２００と
第１光源６０１との間には第１、第３光分割器５０１、
５０３が所定間隔を隔てて位置する。前記対物レンズ２
００と第１光分割器５０１との間には、ポジティブパワ
ーを有するレンズ４０１とネガティブパワーを有するレ
ンズ４０２を有するコリメーティングレンズ４００が位
置する。
【００２７】前記コリメーティングレンズ４００は第
１、第２光源６０１、７０１からのレーザー光を平行光
に作って対物レンズ２００を通じてメディア１００に入
射させる。
【００２８】前記第３光分割器５０３は、前記第１光源
６０１からのレーザー光は通過させ、後述する第２光源
７０１からのレーザー光は反射させる。前記第２光源７
０１は前記第３光分割器５０３の反射光進行経路上に位
置する。
【００２９】前記第１光分割器５０１は第１、第２光源
６０１、７０１からの光は全て通過させ、メディア１０
０で反射された光は光検出器６０２に集束される。
【００３０】本実施形態２でも、本発明を特徴づける前
記対物レンズ２００は、ポジティブパワーを有するポジ
ティブ部分２０２とネガティブパワーを有するネガティ
ブ部分２０１とを具備する。この時に前記対物レンズ２
００の全体焦点距離をf、ネガティブ部分の焦点距離をf
nとする時−０.８＜f/fn＜０と表現される式を満たし、
対物レンズ２００の一側面が非球面で形成される。
【００３１】また、前記対物レンズの光源側から対物レ
ンズの各部分の焦点距離をf１、f２とし、各部分の光学
材料のd線でのアッベ数を各々v１、v２とする時、０＜
１/(f１・v１)＋１/(f２・v２)＜０.００５と表現される
不等式を満たす。
【００３２】以上のような実施形態１と実施形態２で前
記対物レンズ２００とコリメーティングレンズ４００と
の間には波長選択性フィルターが備えられ得る。これは
前記第１光源６０１と第２光源７０１に対する開口数調
節が必要な場合、設けられるものであって、例えば前記
第１光源６０１が４０５nm波長の青色系のレーザー光を
発生させ、これに要求される開口数が０.７で、第２光
源７０１が６５０nm波長の赤色系のレーザー光を発生さ
せ、これに要求される開口数が０.６の場合、前記波長
選択性フィルター３００は前記６５０nm波長のレーザー
光に対しては開口数が０.６になるように開口を狭め、
４０５nm波長のレーザー光に対しては全て通過されるよ
うにする。
【表１】
【数３】
【００３３】前記の表１はレーザー光の波長が４０５n
m、基板の厚さが０.４mmに対する光学的設計データであ
る。
【００３４】図５は、従来の単レンズ型対物レンズと表
１での設計に係る対物レンズに対して波長変動に従う基
板の最適厚さ変化を示す。単レンズの場合、波長が長く
なる時発生する色収差を補正するためには基板が薄くな
る傾向がある。即ち、波長４０５nm、厚さが０.４mmの
基板に単レンズ型対物レンズを適用した時、波長６５０
nmでは基板厚さが０.２３nmの時色収差が除去される。
従ってDVDディスク再生時、(０.４−０.２３＝０.１７m
mに該当する色収差)＋(０.６−０.４＝０.２mmに該当す
る球面収差)が発生して再生が不可能である。これを補
正するためにHDDVD用で基板厚さを０.６＋０.７７mmと
設定しなければならないが、これは高密度化に従うディ
スク厚さの減少と逆行する。
【００３５】図６は、色収差だけを補正するように設計
した本発明に係る対物レンズと従来の単レンズ型対物レ
ンズの波長変化に従う収差変動を示す。本発明に係る対
物レンズにより波長変度に従う色収差をrms OPD ０.０
１５λ以内にすることができることを示す。またメディ
アの記録/再生間に発生するレーザー波長の変動に従う
集束ずれはNA2に反比例し、焦点深度は±λ/２NA2＝０.
５６３μmである。従来の対物レンズの場合、波長１nm
変度に対して発生する集束ずれは０.７μmで焦点深度を
外れる。しかし本発明によれば、波長１nm変動に対して
集束ずれ量は焦点深度以内の０.４５μmに抑制される。
【００３６】図７Ａは、前記表１の設計に係るものであ
って、波長４０５nm/基板厚さ０.４mmに対する光路図、
図７Ｂは収差図、そして図７Ｃは非点収差法を用いた集
束検出信号を示す。
【００３７】図８Ａは、前記表１の設計に係るものであ
って、波長６５０nm/基板厚さ０.６mmに対する光路図、
図８Ｂは収差図、そして図８Ｃは非点収差法を用いた集
束検出信号を示す。ここで、０.５μm程のオフセットが
発生するが、これは回路的に補正可能な程度の水準であ
り、従って前記実施形態２で説明されたように一つの光
検出器で二つのメディアに対して互換できることを示
す。
【表２】
【００３８】前記表２は、波長６５０nm用として、全体
焦点距離が２５mmの従来の一般的な二重接合コリメーテ
ィングレンズの光学的設計図である。表２で分かるよう
に、全体パワーに比べてネガティブレンズのパワーが−
１近辺であることが分かり、表１に示された本発明に係
るコリメーティングレンズでの比率が−１.２９である
ことを勘案する時、比較的ネガティブレンズのパワーが
強いことが分かる。しかし、本発明において、対物レン
ズのネガティブパワーが０.４８でネガティブ部分のパ
ワーが相対的に弱い。
【００３９】
【発明の効果】本発明はまだ標準化されない４０５nm近
辺の青色光源と０.６以上の開口数を有する対物レンズ
を使用するいわゆるHD(High Definition)DVD用光ピック
アップに既存のDVD系のディスクに対する互換性を付与
する。
【００４０】特に、一種の対物レンズと一個の光検出器
により厚さの相異なるメディアに対して記録/再生が可
能な互換性が付与される。また、本発明に係る光ピック
アップ装置は構造が簡単で組立が容易で製作コストを節
減できる。
【００４１】また高密度光記録/再生時レーザー波長変
動に従う集束ずれ量が焦点深度以内に抑制されて良質の
信号を記録/再生できる。
【００４２】本発明は図面に示した実施形態を参考して
説明されたが、これは例示的なことに過ぎなく、当該分
野で通常的知識を有する者であればこれより多様な変形
及び均等な他実施形態が可能であることを理解するはず
である。従って、本発明の真の技術的保護範囲は特許請
求の範囲に限って決まるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来の光ピックアップ装置の対物レンズの抜
粋図である。
【図２】 従来の他の光ピックアップ装置の対物レンズ
の抜粋図である。
【図３】 本発明の光ピックアップに係る第１実施形態
の概略的な構成図である。
【図４】 本発明の光ピックアップに係る第２実施形態
の概略的な構成図である。
【図５】 本発明と従来の光ピックアップ装置で、対物
レンズの波長変動による基板の最適厚さの変化を示す線
図である。
【図６】 本発明と従来の光ピックアップ装置で、対物
レンズの波長変動による収差変度を示す線図である。
【図７】 図７Ａは、本発明に係る光ピックアップ装置
で４０５nmの光源に対する光路図であり、図７Ｂは、本
発明に係る光ピックアップ装置で４０５nmの光源に対す
る収差図であり、図７Ｃは、本発明に係る光ピックアッ
プ装置で４０５nmの光源に対する集束信号の線図であ
る。
【図８】 図８Ａは、本発明に係る光ピックアップ装置
で６５０nmの光源に対する光路図であり、図８Ｂは、本
発明に係る光ピックアップ装置で６５０nmの光源に対す
る収差図であり、図８Ｃは、本発明に係る光ピックアッ
プ装置で６５０nmの光源に対する集束信号の線図であ
る。
【符号の説明】
１００ メディア ２００ 対物レンズ ２０１ ネガティブ部分 ２０２ ポジティブ部分 ４００ コリメーティングレンズ ４０１ ポジティブパワーを有するレンズ ４０２ ネガティブパワーを有するレンズ ５０１、５０３ 第１、第３光分割器 ６０１、７０１ 第１、第２光源 ６０２ 光検出器 ８０１ 第１受光レンズ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安 栄万 大韓民国京畿道水原市八達区靈通洞969− １番地靈通地区泰栄アパート931棟901号 (72)発明者 徐 偕貞 大韓民国京畿道城南市中院区上大院３洞 1852番地

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 厚さの違う第１、第２光ディスクに対応
    するものであって相異なる波長のレーザー光を発生させ
    る第１、第２光源と、 前記光源からのレーザー光をメディアに集束するもので
    あってネガティブパワーを有する部分とポジティブパワ
    ーを有する部材が一つで接合されている対物レンズと、 前記メディアで反射された第１光源と第２光源からのレ
    ーザー光を受光する少なくとも一つの光検出器と、 前記第１、第２光源と前記対物レンズとの間に備えられ
    るコリメーティングレンズとを備えることを特徴とする
    光ピックアップ装置。
  2. 【請求項２】 前記対物レンズの光源側から対物レンズ
    の各部分の焦点距離をf１、f２とし、各部分の光学材料
    のd線でのアッベ数を各々v１、v２とする時、０＜１/(f
    １・v１)＋１/(f２・v２)＜０.００５と表現される不等式
    を満たすことを特徴とする請求項１に記載の光ピックア
    ップ装置。
  3. 【請求項３】 前記対物レンズ全体の全体焦点距離を
    f、ネガティブパワーを有する部分の焦点距離をfnとす
    る時、−０.８＜f/fn＜０と表現される式を満たすこと
    を特徴とする請求項１または請求項２に記載の光ピック
    アップ装置。
  4. 【請求項４】 前記対物レンズの一側面が非球面で形成
    されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載
    の光ピックアップ装置。
  5. 【請求項５】 前記光検出器は前記第１光源と第２光源
    からの光を共に受光することを特徴とする請求項１また
    は請求項２に記載の光ピックアップ装置。
  6. 【請求項６】 前記光検出器は、前記第１光源と第２光
    源からの光を共に受光することを特徴とする請求項３に
    記載の光ピックアップ装置。
  7. 【請求項７】 前記第１光源は青色系のレーザーを発生
    させ、第２光源は赤色系のレーザーを発生させることを
    特徴とする請求項１、請求項２、請求項６のいずれかに
    記載の光ピックアップ装置。
  8. 【請求項８】 前記第１光源は４０５nm波長を有するレ
    ーザーを発生させ、第２光源は６５０nm波長を有するレ
    ーザーを発生させることを特徴とする請求項７に記載の
    光ピックアップ装置。
  9. 【請求項９】 前記第１光源は青色系のレーザーを発生
    させ、第２光源は赤色系のレーザーを発生させることを
    特徴とする請求項３に記載の光ピックアップ装置。
  10. 【請求項１０】 前記第１光源は４０５nm波長を有する
    レーザーを発生させ、第２光源は６５０nm波長を有する
    レーザーを発生させることを特徴とする請求項９に記載
    の光ピックアップ装置。
  11. 【請求項１１】 前記第１光ディスクの基板厚さは０.
    ６mm以下で、第２光ディスクの基板厚さは０.６mmであ
    ることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項６、請
    求項８、請求項９、請求項１０のいずれかに記載の光ピ
    ックアップ装置。
  12. 【請求項１２】 前記第１光ディスクの基板厚さは０.
    ６mm以下で、第２光ディスクの基板厚さは０.６mmであ
    ることを特徴とする請求項３に記載の光ピックアップ装
    置。
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