JP2004152426A - 収差補正装置、光ピックアップ及び収差補正方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】省スペース及び省エネルギーを実現しつつ、短時間で球面収差補正動作を完了することが出来る収差補正素子、収差補正装置、光ピックアップ及び収差補正方法を提供する。
【解決手段】ディスクＤＫに光ビームを照射し、収差補正を行う収差補正装置を含む光ピックアップにおいて、制御部１３は、ディテクタ１１から受信した信号に基づいて光ビームＢの収差を判別、コリメータレンズ９ａの駆動量を確定し、当該駆動量を表す制御信号を、アクチュエータ１２に供給する。レーザー光源１より発する光ビームＢを平行光にする一組のコリメータレンズ９ａ、９ｂのうち、レンズ９ａは固定され、アクチュエータ１２は、レンズ９ａのみを光軸方向に沿って移動することにより、ディスクＤＫの厚み誤差により生じた球面収差を補償する。
【選択図】 図３
【解決手段】ディスクＤＫに光ビームを照射し、収差補正を行う収差補正装置を含む光ピックアップにおいて、制御部１３は、ディテクタ１１から受信した信号に基づいて光ビームＢの収差を判別、コリメータレンズ９ａの駆動量を確定し、当該駆動量を表す制御信号を、アクチュエータ１２に供給する。レーザー光源１より発する光ビームＢを平行光にする一組のコリメータレンズ９ａ、９ｂのうち、レンズ９ａは固定され、アクチュエータ１２は、レンズ９ａのみを光軸方向に沿って移動することにより、ディスクＤＫの厚み誤差により生じた球面収差を補償する。
【選択図】 図３
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、収差補正装置、光ピックアップ及び収差補正方法の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、情報記録再生密度は、光ピックアップ装置によりその記録媒体に結ばれる光スポットを縮径するほど大きくなる。光スポット径は、短い波長の光が使用されるほど、また対物レンズの開口数（ＮＡ）が大きいほど小さくなる。
【０００３】
そのため、光学記録媒体の記録容量を高めるためには、光学ピックアップ装置においては、光源として、発光波長がより短い波長の半導体レーザー（ＬＤ）を採用し、また、開口数（ＮＡ）がより高い対物レンズを使用する必要がある。このため高密度光ディスクシステムの技術分野では、発光波長が４０５ｎｍという青紫色の半導体レーザーを光源として使用し、開口数０．８５である対物レンズを用いて記録容量を１面あたり２５ギガバイトＧＢに高め、記録媒体の傾斜による性能の劣化を防止するために記録媒体のカバー層厚みを１００ｕｍに縮める規格に関心が寄せられている。また、２層ディスクについても規格化され、そのカバー層厚みは７５ｕｍである。ここで、カバー層厚みとは、記録媒体の光入射面から情報記録面までの厚さを言う。
【０００４】
一方、光学系において発生する球面収差は、対物レンズ開口数の４乗に比例し、また記録媒体の厚み誤差に比例するため、約０．８５の高開口数を有する対物レンズを採用するには、記録媒体は一定の厚み誤差以内に均一な厚さを有さねばならない。しかし、記録媒体をこの一定の厚み誤差の範囲内に製造するのは極めて難く、また製造上許容される一定の厚み誤差であっても球面収差が大きくなることから、ディスクを交換する都度球面収差を補正する必要があり、とくに２層ディスクの再生時に発生する球面収差に対しては、従来のＤＶＤやＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）にはなかった特別な補正手段を必要としている。
【０００５】
このような球面収差補正を実現する従来例について、図１及び図２を用いて説明する。
【０００６】
まず、図１は球面収差の補正手段としてエキスパンダーレンズを用いた例である。
【０００７】
図１に示すように、レーザー光源１から発せられた光ビームＢはコリメータ２で平行光束に変換された後、エキスパンダーレンズを通り、対物レンズに入射する。エキスパンダーレンズは凸レンズ５ａと凹レンズ５ｂとの２群のレンズからなり、入射平行光の光束を拡大して再び平行光にして射出する作用を有している。
【０００８】
ここで、球面収差補正の作用について説明する。例えば、ディスクの板厚が変わった場合に球面収差が発生する。その際に、エキスパンダーレンズの凸レンズ５ａと凹レンズ５ｂいずれかのレンズを光軸に沿って前後に動かすことにより、射出する光束が平行光からずれ、対物レンズに入射する角度が変わり、発生した球面収差をキャンセルすることが可能となる。
【０００９】
次に図２は、球面収差補正の手段としてコリメータレンズを用いた例である。
【００１０】
図２に示すように、コリメータレンズ２を光軸に沿って前後に動かすことで、コリメータ出射の光束角度を変化させ、上記エキスパンダーのときと同様に球面収差を補正することが可能となる。
【００１１】
なお、図２ではコリメータレンズとして１枚のレンズを使用いるが、２枚以上の組み合わせのコリメータレンズを一体として動かすことにより球面収差を補正する場合もある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】
特開平２００２−１５０５９８号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記図１における従来例では、エキスパンダーレンズを用いているため、ピックアップに追加的な部品が必要となりコストがかかるほか、そのためのスペースも必要となるため、ピックアップ全体の小型化に適さないという問題点があった。
【００１３】
また、上記図２における従来例では、コリメータレンズ全体を動かすため、球面収差を補正するために必要とされるレンズ駆動量が多く、このレンズ駆動のためのスペースを必要とするほか、長い距離を動かす必要があるため、球面収差補正に時間及びエネルギーがかかるという問題点があった。
【００１４】
そこで、本発明は上記の問題点を考慮して為されたものであり、その課題の一例としては、省スペース及び省エネルギーを実現しつつ、短時間で球面収差補正動作を完了することが出来る収差補正装置、光ピックアップ及び収差補正方法を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の収差補正装置の発明は、検出対象体に照射され、当該検出対象体上に集光される光ビームに含まれる収差を補正する収差補正装置であって、複数のレンズ部材で構成され、前記光ビームを平行光束にするとともに、前記光ビームに含まれる収差を補正する収差補正手段と、前記収差補正手段に含まれるいずれか１の光学部材を光軸方向に駆動する駆動手段と、前記検出対象体によって反射された反射光を受光して受光信号を生成する受光手段と、前記生成された受光信号に基づいて前記駆動手段を制御する制御手段と、を有することを特徴として構成する。
【００１６】
上記の課題を解決するために、請求項８に記載の光ピックアップの発明は、前記光記録媒体から情報の読み出し又は書き込みを行う光ピックアップにおいて、請求項２乃至７いずれか１項に記載の収差補正装置を備え、前記収差補正装置により前記収差を補正しつつ前記情報の読み出し又は書き込みを行うことを特徴として構成する。
【００１７】
上記の課題を解決するために、請求項９に記載の収差補正方法の発明は、検出対象体に照射され、当該検出対象体上に集光される反射される光ビームに含まれる収差を補正する収差補正方法であって、複数のレンズ部材により、前記光ビームを平行光束にするとともに前記光ビームに含まれる収差を補正する収差補正工程と、前記複数のレンズ部材のうち、いずれか１のレンズ部材を光軸方向に駆動する駆動工程と、前記記録媒体によって反射された反射光を受光して受光信号を生成する受光工程と、前記生成された受光信号に基づいて前記駆動を制御する制御工程と、を有することを特徴として構成する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に好適な実施の形態について、図面に基づいて説明する。
なお、以下に説明する実施の形態は、検出対象体としての高密度光ディスクに光ビームを照射し、収差補正を行う収差補正装置を含む光ピックアップに対して本発明を適用した場合の実施の形態である。
【００１９】
まず記録再生がなされる検出対象体としてのディスクＤＫは、基板の上に、相変化によって情報信号を記録する記録層が形成されるとともに、この記録層上に、厚さが例えば０．１ｍｍであるカバー層が形成され、当該カバー層は、記録層を保護する保護層となるものである。そして、このディスクＤＫは、基板の側からではなく、基板よりも遥かに膜厚が薄いカバー層の側から光を入射させて、記録再生を行うようになっている。
【００２０】
このように、記録層に至るまでの厚さが薄いカバー層方の側から光を入射するようにすることで、コマ収差の発生を抑制することができ、従来のＣＤやＤＶＤ以上の高記録密度化及び大容量化を図ることが可能となるものである。
【００２１】
次に、図３を用いて以下に説明する本実施形態に係る光ピックアップの構成について説明する。なお、図３は本実施形態に係る光ピックアップの構成を示す図である。
【００２２】
図３において、実施形態の光ピックアップは、レーザー光源１、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）４、４分の１波長板６、立上げミラー７、対物レンズ８、収差補正手段としてのコリメータレンズ９ａ、９ｂ、検出レンズ１０、受光手段としてのディテクタ１１、駆動手段としてのアクチュエータ１２、制御手段としての制御部１３と、を含んで構成される。レンズ９ａは凸レンズ、９ｂは凹レンズであり、レンズ部材として一組のコリメータレンズを構成している。
【００２３】
レーザー光源１は、例えば波長λ＝４０５ｎｍの光ビームＢを放射する。レーザー光源１から放射された光ビームＢは、偏光ビームスプリッタ４を経て、コリメータレンズ９ａ、９ｂへと入射する。
【００２４】
コリメータレンズ９ａ、９ｂに入射した光ビームＢは、ディスクＤＫのカバー層厚みが０．１ｍｍの場合には、コリメータレンズ９ａ、９ｂによって平行光とされる。すなわち、ディスクＤＫのカバー層厚みが当初の設定値０．１ｍｍである場合に、光ビームＢを平行光にするように配置されている。
【００２５】
なお、コリメータレンズ９ｂは一定位置に固定されているが、コリメータレンズ９ａは、アクチュエータ１２に搭載されており、このアクチュエータ１２によって、入射した光ビームＢの光軸方向に沿って前後に移動可能とされている。そして、このコリメータレンズ９ａは、ディスクＤＫのカバー層厚みが規定値から外れている場合には、当該カバー層の厚み誤差に起因する球面収差を補正するように、アクチュエータ１２によって移動操作される。すなわち、ディスクＤＫのカバー層厚みが規定値から外れている場合、光ビームＢは、カバー層の厚み誤差に起因する球面収差を補正するように、コリメータレンズ９ａの移動によって発散光もしくは収束光とされる。この収差補正方法については後で詳述する。
【００２６】
そして、コリメータレンズ９ａ、９ｂから出射された光ビームＢは、４分の１波長板６によって円偏光となった後に、立上げミラー７で角度を変え、対物レンズ８へと入射する。
【００２７】
ここで、対物レンズ８は、光ビームＢをディスクＤＫの図示しない記録層上に集光するためのものである。すなわち、４分の１波長板６によって円偏光状態とされた光ビームＢは、対物レンズ８によって集光されて、ディスクＤＫの図示しないカバー層を介して、ディスクＤＫの記録層に集光される。
【００２８】
ディスクＤＫの記録層から反射した光ビームＢは、元の光路を辿って対物レンズ８を通り、４分の１波長板６に入射する。そして光ビームＢは４分の１波長板６を通過することにより、往きの偏光方向に対して９０度回転された直線偏光となった後、コリメータレンズ９ａ、９ｂによって収束光とされた後、偏光ビームスプリッタ４により反射され、検出レンズ１０へ入射し、ディテクタ１１上に像を結ばれるものである。
【００２９】
光ビームＢを検出するディテクタ１１は、例えば４つのフォトダイオードを備えて構成される。そして、このディテクタ１１は、各フォトダイオードに入射した光ビームＢの光強度に応じた電気信号をそれぞれ出力する。
【００３０】
具体的には、ディテクタ１１は、ディスクＤＫから情報信号を再生する際に、各フォトダイオードに入射した光ビームＢを検出して、光強度に応じた所定の信号を生成し出力する。
【００３１】
ディテクタ１１において出力された信号は制御部１３に送られ、制御部１３は、受け取った信号からコリメータレンズ９ａを制御するために必要な信号を生成してアクチュエータ１２に送出する。具体的には、制御部１３は、ディテクタ１１から受信した信号に基づいて光ビームＢの収差を判別し、当該光ビームの収差量に基づいて、コリメータレンズ９ａの駆動量を確定する。制御部１３は、当該駆動量を表す制御信号を、コリメータレンズ９ａを駆動するためのアクチュエータ１２に供給する。アクチュエータ１２は、当該制御信号に応じた駆動電流を生成し、コリメータレンズ９ａを駆動する。
【００３２】
当該アクチュエータ１２は供給する電力の制御によって駆動することができる。当該アクチュエータ１２は、例えば、ボイスコイルであり、当該ボイスコイルへの供給電流を変化させることによってコリメータレンズ９ａの位置を変位させることができる。なお、当該アクチュエータ１２はこれに限らず、供給電圧によって制御可能な圧電素子等やパルス数に応答するステッピングモータによる駆動機構等を用いてもよい。
【００３３】
つぎに、ディスクＤＫのカバー層の厚み誤差により発生する球面収差、並びにその補正の方法について図４乃至図６を用いて詳細に説明する。
【００３４】
まず、コリメータレンズ全体を移動することにより収差補正を行う場合について図４を用いて説明する。
【００３５】
まず図４（Ａ）に示すようにディスクのカバー層厚み０．１ｍｍのときは、ディスクＤＫのカバー層の厚み誤差が０であるため、厚み誤差による球面収差は発生せず、収差補正は不要となる。そのため光ビームはコリメータレンズ２により平行光とされる。
【００３６】
一方、ディスクＤＫのカバー層の厚みが０．０７５ｍｍである場合には、図４（Ｂ）に示すように厚み誤差による球面収差が発生するため、当該球面収差をコリメータレンズ２の移動により光ビームＢを収束光として補正する必要がある。
【００３７】
例えば焦点距離２５ｍｍのコリメータレンズ２をΔＤだけディスクＤＫ方向に移動させて、光ビームをａ＝２００〜２５０ｍｍ程度に集光する。
【００３８】
この収束光を対物レンズに入射させて収差の補正を行う場合のコリメータレンズ２の移動量ΔＤは、図４（Ｂ）においてｆに比較してａが十分に大きいため、
ΔＤ＝ｆ２／（ａ−ｆ）＝ｆ２／ａ
となる。
【００３９】
続いて、本実施形態における２枚組み合わせのコリメータレンズのうち、１のレンズを移動することにより収差補正を行う場合について図５を用いて説明する。
【００４０】
図５（Ａ）に示す、２枚組み合わせのコリメータレンズ９ａ、９ｂにおいて、コリメータレンズ９ａの焦点距離をｆ１、コリメータレンズ９ｂの焦点距離をｆ２としたとき、２枚組み合わせの合成の焦点距離は、
ｄ≦ｆ１、ｆ２
ｆ＝ｆ１・ｆ２／（ｆ２−ｆ１）
となり、コリメータレンズ９ａから光源までの距離Ｄは、
Ｄ＝ｆ１・ｆ２／（ｆ２−ｆ１）−ｄ｛ｆ２／（ｆ２−ｆ１）−１｝
Ｄ＝ｆ−ｄ・ｆ／ｆ１−１
となる。
【００４１】
図５（Ｂ）に示すように、２枚組み合わせレンズでコリメータレンズ９ａのみを動かして球面収差補正を行う場合、コリメータレンズ９ａの移動量をΔｄとすると、
Δｄ＝ｆ１ ２／（ａ−ｆ１）＝ｆ１ ２／ａ
となる。
【００４２】
上述のコリメータレンズ２全体を動かす場合の移動量ΔＤと、コリメータレンズ９ａのみを動かして補正する場合の移動量Δｄの比をとると、コリメータレンズ９ａの焦点距離ｆ１と合成焦点距離ｆとの比をｍ（＝ｆ１／ｆ）とすれば、
ΔＤ／Δｄ＝１／ｍ２
となり、例えばｍ＝０．５であればΔＤ／Δｄ＝４となり、コリメータレンズ９ａのみを１移動させることが、コリメータレンズ全体を４動かすのと等価である。なおこのΔＤ／Δｄとｍとの関係をグラフで表したのが図６である。
【００４３】
高密度光ディスク用ピックアップでは、２０〜２５ｍｍ程度の焦点距離のコリメータレンズが使用される。また、２層ディスクでは層間距離が２５ｕｍあり、これをコリメータレンズ２全体を移動して球面収差をキャンセルする場合、約３ｍｍ移動する必要がある。これに対し、このときｍ＝５であればコリメータレンズ９ａのみを０．７５ｍｍ移動するだけで収差をキャンセルすることができる。
【００４４】
ここで、２５ｍｍのレンズで０．５ｍｍ調整ずれがあると、球面収差がおよそ１２ｍλ増加する。温度特性等を含むレンズ調整ずれは、オープン制御の場合、０．０１ｍｍ程度見込む必要がある。調整ずれによる球面収差の劣化を６ｍλに抑えるとすると、コリメータレンズ２全体を動かす場合は、０．２５ｍｍが許容できることになる。これにより、ΔＤ／Δｄ＝０．２５／０．０１＝２５となるため、ｍは０．２より大きいことが望ましい。
【００４５】
さらに、図６のグラフが示すように、ｍが０．２以下ではΔＤ／Δｄの値が急激に変化するため、ｆ１がばらついた場合に球面収差の補正感度も大きくばらついてしまうため、好ましくない領域である。またこの領域では、ｆ１、ｆ２の曲率もきついため、収差やディセンターに対しても弱くなる。
【００４６】
したがって、ｍの値は、
１．５≦ΔＤ／Δｄ≦２５
となる
０．２≦ｍ≦０．８２
の範囲が、現実的で制御容易な値となる。
【００４７】
ここで、本実施形態における球面収差補正を行った場合の実施結果のデータについて図７を用いて説明する。
【００４８】
まず、図７（Ａ）においては従来の図２のような構成のコリメータレンズを一体として動かす場合について示している。図７（Ａ）に示すように、ディスクのカバー層厚み１００ｕｍを基準として、厚みの変化に応じて、コリメータレンズ全体を一体として動かすことによって球面収差を補正する場合には、例えばカバー層厚みが７０ｕｍ、すなわち厚み誤差が３０ｕｍ生じている場合には、コリメータレンズ全体を４ｍｍ動かす必要がある。
【００４９】
これに対し、本実施形態のようにコリメータレンズを構成する１のレンズを動かすことにより球面収差を補正する場合、図７（Ｂ）に示すように、同じカバー層厚みが７０ｕｍで厚み誤差が３０ｕｍ生じている場合に従来例と同等の補正効果を奏するためには、コリメータレンズを構成する１のレンズのみを０．６５ｍｍ動かすのみで足りていることがわかる。
【００５０】
なお、図７は、対物レンズの設計特性等により発生する高次の球面収差のみが補正後に残留し、補正により低次の球面収差は当該レンズ移動によりキャンセルされていることを示している。
【００５１】
以上のように、本実施形態の光ピックアップにおいては、コリメータレンズを構成する複数のレンズのうち１のレンズのみを移動させることによって球面収差を補正するので、コリメータレンズ全体を移動させる場合に比べて、移動距離が非常に少なくて済む。
【００５２】
このため、球面収差を補正するために必要とされるレンズ駆動量が少なく、このレンズ駆動のためのスペースを小さくすることができ、省スペース化が実現される。
【００５３】
また、長い距離を動かす必要がないため、球面収差補正に要する時間を短縮でき、駆動に要するエネルギーをも節約することもできる。
【００５４】
さらには、コリメータレンズを用いているため、ピックアップについてエキスパンダーレンズ等の球面収差補正を行うための追加的な部品を必要としないことから、部品コストを節約できるほか、そのための追加的なスペースも不要であり、ピックアップ全体の小型化を実現できる。
【００５５】
なお、コリメータレンズ９ａを固定し、コリメータレンズ９ｂのみを動かす場合についても同様であり、図８（Ａ）のように上記ｍの値を充足していればコリメータレンズ９ｂのみを動かした場合であっても、収差補正感度ばらつき等の小さい球面収差補正が、小さなストロークで実現することが可能となる。
【００５６】
また、コリメータレンズ９ａとコリメータレンズ９ｂのそれぞれの位置関係は任意であり、図８（Ｂ）に示すように配置を入れ替えてもよい。
【００５７】
また、コリメータレンズを構成するそれぞれのレンズは単レンズである必要はなく、図８（Ｃ）に示すように、１群が２枚以上のレンズからなる構成でもよい。このようにレンズ枚数を増やすことによって、上記球面収差補正に加えて対物レンズにより発生する色収差の補正等を行うことが可能となる。
【００５８】
さらに、コリメータレンズを構成するレンズは、図８（Ｄ）に示すように、ホログラム１４を付加した、いわゆるホログラムレンズであってもよい。このホログラムレンズを使用することにより、上記球面収差補正に加えて色収差補正を厳密に行うことができる。
【００５９】
なお、コリメータレンズを構成するレンズの面の形状は、球面に限るものではなく、非球面形状であってもよい。非球面形状とすることにより、対物レンズで発生する前述の高次の球面収差を補正することが可能となる。
【００６０】
また、当然の事ながら本実施形態に係る光ピックアップは、基板側から光を入射させて記録又は再生を行うような情報記録媒体にも適用可能である。
【００６１】
さらに、レーザー光源１から出射される光ビームの波長λは、上記４０５ｎｍに特に限定されるものではないことはもちろんである。
【００６２】
最後に、実施形態に係るコリメータレンズの設計例を図９に示す。なお、図９に示すコリメータレンズの設計値は一例であり、これに限るものではない。またレンズの材料についても制約はなく、ガラス、プラスチックもしくはこれらの組み合わせ等も可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術を示す図である。
【図２】従来技術を示す図である。
【図３】実施形態に係るピックアップの構成を示した図である。
【図４】コリメータレンズを用いた球面収差補正について示す図である。
【図５】複数のレンズからなるコリメータレンズを用いた球面収差補正について示す図である。
【図６】レンズ全体を動かす場合の駆動量と複数のレンズのうち１のレンズを動かす場合の駆動量の関係を示した図である。
【図７】実施形態に係る球面収差補正の実施結果の一例を示す図である。
【図８】複数のレンズからなるコリメータレンズのバリエーションの一例を示す図である。
【図９】実施形態に係るコリメータレンズの設計例を示す図である。
【符号の説明】
ＤＫ・・・光ディスク
Ｂ・・・光ビーム
１・・・レーザー光源
２・・・コリメータレンズ
３・・・整形プリズム
４・・・偏光ビームスプリッタ
５ａ、５ｂ・・・エキスパンダーレンズ
６・・・４分の１波長板
７・・・立上げミラー
８・・・対物レンズ
９ａ、９ｂ、９ｃ・・・コリメータレンズ
１０・・・検出レンズ
１１・・・ディテクタ
１２・・・アクチュエータ
１３・・・制御部
１４・・・ホログラム
【発明の属する技術分野】
本発明は、収差補正装置、光ピックアップ及び収差補正方法の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、情報記録再生密度は、光ピックアップ装置によりその記録媒体に結ばれる光スポットを縮径するほど大きくなる。光スポット径は、短い波長の光が使用されるほど、また対物レンズの開口数（ＮＡ）が大きいほど小さくなる。
【０００３】
そのため、光学記録媒体の記録容量を高めるためには、光学ピックアップ装置においては、光源として、発光波長がより短い波長の半導体レーザー（ＬＤ）を採用し、また、開口数（ＮＡ）がより高い対物レンズを使用する必要がある。このため高密度光ディスクシステムの技術分野では、発光波長が４０５ｎｍという青紫色の半導体レーザーを光源として使用し、開口数０．８５である対物レンズを用いて記録容量を１面あたり２５ギガバイトＧＢに高め、記録媒体の傾斜による性能の劣化を防止するために記録媒体のカバー層厚みを１００ｕｍに縮める規格に関心が寄せられている。また、２層ディスクについても規格化され、そのカバー層厚みは７５ｕｍである。ここで、カバー層厚みとは、記録媒体の光入射面から情報記録面までの厚さを言う。
【０００４】
一方、光学系において発生する球面収差は、対物レンズ開口数の４乗に比例し、また記録媒体の厚み誤差に比例するため、約０．８５の高開口数を有する対物レンズを採用するには、記録媒体は一定の厚み誤差以内に均一な厚さを有さねばならない。しかし、記録媒体をこの一定の厚み誤差の範囲内に製造するのは極めて難く、また製造上許容される一定の厚み誤差であっても球面収差が大きくなることから、ディスクを交換する都度球面収差を補正する必要があり、とくに２層ディスクの再生時に発生する球面収差に対しては、従来のＤＶＤやＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）にはなかった特別な補正手段を必要としている。
【０００５】
このような球面収差補正を実現する従来例について、図１及び図２を用いて説明する。
【０００６】
まず、図１は球面収差の補正手段としてエキスパンダーレンズを用いた例である。
【０００７】
図１に示すように、レーザー光源１から発せられた光ビームＢはコリメータ２で平行光束に変換された後、エキスパンダーレンズを通り、対物レンズに入射する。エキスパンダーレンズは凸レンズ５ａと凹レンズ５ｂとの２群のレンズからなり、入射平行光の光束を拡大して再び平行光にして射出する作用を有している。
【０００８】
ここで、球面収差補正の作用について説明する。例えば、ディスクの板厚が変わった場合に球面収差が発生する。その際に、エキスパンダーレンズの凸レンズ５ａと凹レンズ５ｂいずれかのレンズを光軸に沿って前後に動かすことにより、射出する光束が平行光からずれ、対物レンズに入射する角度が変わり、発生した球面収差をキャンセルすることが可能となる。
【０００９】
次に図２は、球面収差補正の手段としてコリメータレンズを用いた例である。
【００１０】
図２に示すように、コリメータレンズ２を光軸に沿って前後に動かすことで、コリメータ出射の光束角度を変化させ、上記エキスパンダーのときと同様に球面収差を補正することが可能となる。
【００１１】
なお、図２ではコリメータレンズとして１枚のレンズを使用いるが、２枚以上の組み合わせのコリメータレンズを一体として動かすことにより球面収差を補正する場合もある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】
特開平２００２−１５０５９８号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記図１における従来例では、エキスパンダーレンズを用いているため、ピックアップに追加的な部品が必要となりコストがかかるほか、そのためのスペースも必要となるため、ピックアップ全体の小型化に適さないという問題点があった。
【００１３】
また、上記図２における従来例では、コリメータレンズ全体を動かすため、球面収差を補正するために必要とされるレンズ駆動量が多く、このレンズ駆動のためのスペースを必要とするほか、長い距離を動かす必要があるため、球面収差補正に時間及びエネルギーがかかるという問題点があった。
【００１４】
そこで、本発明は上記の問題点を考慮して為されたものであり、その課題の一例としては、省スペース及び省エネルギーを実現しつつ、短時間で球面収差補正動作を完了することが出来る収差補正装置、光ピックアップ及び収差補正方法を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の収差補正装置の発明は、検出対象体に照射され、当該検出対象体上に集光される光ビームに含まれる収差を補正する収差補正装置であって、複数のレンズ部材で構成され、前記光ビームを平行光束にするとともに、前記光ビームに含まれる収差を補正する収差補正手段と、前記収差補正手段に含まれるいずれか１の光学部材を光軸方向に駆動する駆動手段と、前記検出対象体によって反射された反射光を受光して受光信号を生成する受光手段と、前記生成された受光信号に基づいて前記駆動手段を制御する制御手段と、を有することを特徴として構成する。
【００１６】
上記の課題を解決するために、請求項８に記載の光ピックアップの発明は、前記光記録媒体から情報の読み出し又は書き込みを行う光ピックアップにおいて、請求項２乃至７いずれか１項に記載の収差補正装置を備え、前記収差補正装置により前記収差を補正しつつ前記情報の読み出し又は書き込みを行うことを特徴として構成する。
【００１７】
上記の課題を解決するために、請求項９に記載の収差補正方法の発明は、検出対象体に照射され、当該検出対象体上に集光される反射される光ビームに含まれる収差を補正する収差補正方法であって、複数のレンズ部材により、前記光ビームを平行光束にするとともに前記光ビームに含まれる収差を補正する収差補正工程と、前記複数のレンズ部材のうち、いずれか１のレンズ部材を光軸方向に駆動する駆動工程と、前記記録媒体によって反射された反射光を受光して受光信号を生成する受光工程と、前記生成された受光信号に基づいて前記駆動を制御する制御工程と、を有することを特徴として構成する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に好適な実施の形態について、図面に基づいて説明する。
なお、以下に説明する実施の形態は、検出対象体としての高密度光ディスクに光ビームを照射し、収差補正を行う収差補正装置を含む光ピックアップに対して本発明を適用した場合の実施の形態である。
【００１９】
まず記録再生がなされる検出対象体としてのディスクＤＫは、基板の上に、相変化によって情報信号を記録する記録層が形成されるとともに、この記録層上に、厚さが例えば０．１ｍｍであるカバー層が形成され、当該カバー層は、記録層を保護する保護層となるものである。そして、このディスクＤＫは、基板の側からではなく、基板よりも遥かに膜厚が薄いカバー層の側から光を入射させて、記録再生を行うようになっている。
【００２０】
このように、記録層に至るまでの厚さが薄いカバー層方の側から光を入射するようにすることで、コマ収差の発生を抑制することができ、従来のＣＤやＤＶＤ以上の高記録密度化及び大容量化を図ることが可能となるものである。
【００２１】
次に、図３を用いて以下に説明する本実施形態に係る光ピックアップの構成について説明する。なお、図３は本実施形態に係る光ピックアップの構成を示す図である。
【００２２】
図３において、実施形態の光ピックアップは、レーザー光源１、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）４、４分の１波長板６、立上げミラー７、対物レンズ８、収差補正手段としてのコリメータレンズ９ａ、９ｂ、検出レンズ１０、受光手段としてのディテクタ１１、駆動手段としてのアクチュエータ１２、制御手段としての制御部１３と、を含んで構成される。レンズ９ａは凸レンズ、９ｂは凹レンズであり、レンズ部材として一組のコリメータレンズを構成している。
【００２３】
レーザー光源１は、例えば波長λ＝４０５ｎｍの光ビームＢを放射する。レーザー光源１から放射された光ビームＢは、偏光ビームスプリッタ４を経て、コリメータレンズ９ａ、９ｂへと入射する。
【００２４】
コリメータレンズ９ａ、９ｂに入射した光ビームＢは、ディスクＤＫのカバー層厚みが０．１ｍｍの場合には、コリメータレンズ９ａ、９ｂによって平行光とされる。すなわち、ディスクＤＫのカバー層厚みが当初の設定値０．１ｍｍである場合に、光ビームＢを平行光にするように配置されている。
【００２５】
なお、コリメータレンズ９ｂは一定位置に固定されているが、コリメータレンズ９ａは、アクチュエータ１２に搭載されており、このアクチュエータ１２によって、入射した光ビームＢの光軸方向に沿って前後に移動可能とされている。そして、このコリメータレンズ９ａは、ディスクＤＫのカバー層厚みが規定値から外れている場合には、当該カバー層の厚み誤差に起因する球面収差を補正するように、アクチュエータ１２によって移動操作される。すなわち、ディスクＤＫのカバー層厚みが規定値から外れている場合、光ビームＢは、カバー層の厚み誤差に起因する球面収差を補正するように、コリメータレンズ９ａの移動によって発散光もしくは収束光とされる。この収差補正方法については後で詳述する。
【００２６】
そして、コリメータレンズ９ａ、９ｂから出射された光ビームＢは、４分の１波長板６によって円偏光となった後に、立上げミラー７で角度を変え、対物レンズ８へと入射する。
【００２７】
ここで、対物レンズ８は、光ビームＢをディスクＤＫの図示しない記録層上に集光するためのものである。すなわち、４分の１波長板６によって円偏光状態とされた光ビームＢは、対物レンズ８によって集光されて、ディスクＤＫの図示しないカバー層を介して、ディスクＤＫの記録層に集光される。
【００２８】
ディスクＤＫの記録層から反射した光ビームＢは、元の光路を辿って対物レンズ８を通り、４分の１波長板６に入射する。そして光ビームＢは４分の１波長板６を通過することにより、往きの偏光方向に対して９０度回転された直線偏光となった後、コリメータレンズ９ａ、９ｂによって収束光とされた後、偏光ビームスプリッタ４により反射され、検出レンズ１０へ入射し、ディテクタ１１上に像を結ばれるものである。
【００２９】
光ビームＢを検出するディテクタ１１は、例えば４つのフォトダイオードを備えて構成される。そして、このディテクタ１１は、各フォトダイオードに入射した光ビームＢの光強度に応じた電気信号をそれぞれ出力する。
【００３０】
具体的には、ディテクタ１１は、ディスクＤＫから情報信号を再生する際に、各フォトダイオードに入射した光ビームＢを検出して、光強度に応じた所定の信号を生成し出力する。
【００３１】
ディテクタ１１において出力された信号は制御部１３に送られ、制御部１３は、受け取った信号からコリメータレンズ９ａを制御するために必要な信号を生成してアクチュエータ１２に送出する。具体的には、制御部１３は、ディテクタ１１から受信した信号に基づいて光ビームＢの収差を判別し、当該光ビームの収差量に基づいて、コリメータレンズ９ａの駆動量を確定する。制御部１３は、当該駆動量を表す制御信号を、コリメータレンズ９ａを駆動するためのアクチュエータ１２に供給する。アクチュエータ１２は、当該制御信号に応じた駆動電流を生成し、コリメータレンズ９ａを駆動する。
【００３２】
当該アクチュエータ１２は供給する電力の制御によって駆動することができる。当該アクチュエータ１２は、例えば、ボイスコイルであり、当該ボイスコイルへの供給電流を変化させることによってコリメータレンズ９ａの位置を変位させることができる。なお、当該アクチュエータ１２はこれに限らず、供給電圧によって制御可能な圧電素子等やパルス数に応答するステッピングモータによる駆動機構等を用いてもよい。
【００３３】
つぎに、ディスクＤＫのカバー層の厚み誤差により発生する球面収差、並びにその補正の方法について図４乃至図６を用いて詳細に説明する。
【００３４】
まず、コリメータレンズ全体を移動することにより収差補正を行う場合について図４を用いて説明する。
【００３５】
まず図４（Ａ）に示すようにディスクのカバー層厚み０．１ｍｍのときは、ディスクＤＫのカバー層の厚み誤差が０であるため、厚み誤差による球面収差は発生せず、収差補正は不要となる。そのため光ビームはコリメータレンズ２により平行光とされる。
【００３６】
一方、ディスクＤＫのカバー層の厚みが０．０７５ｍｍである場合には、図４（Ｂ）に示すように厚み誤差による球面収差が発生するため、当該球面収差をコリメータレンズ２の移動により光ビームＢを収束光として補正する必要がある。
【００３７】
例えば焦点距離２５ｍｍのコリメータレンズ２をΔＤだけディスクＤＫ方向に移動させて、光ビームをａ＝２００〜２５０ｍｍ程度に集光する。
【００３８】
この収束光を対物レンズに入射させて収差の補正を行う場合のコリメータレンズ２の移動量ΔＤは、図４（Ｂ）においてｆに比較してａが十分に大きいため、
ΔＤ＝ｆ２／（ａ−ｆ）＝ｆ２／ａ
となる。
【００３９】
続いて、本実施形態における２枚組み合わせのコリメータレンズのうち、１のレンズを移動することにより収差補正を行う場合について図５を用いて説明する。
【００４０】
図５（Ａ）に示す、２枚組み合わせのコリメータレンズ９ａ、９ｂにおいて、コリメータレンズ９ａの焦点距離をｆ１、コリメータレンズ９ｂの焦点距離をｆ２としたとき、２枚組み合わせの合成の焦点距離は、
ｄ≦ｆ１、ｆ２
ｆ＝ｆ１・ｆ２／（ｆ２−ｆ１）
となり、コリメータレンズ９ａから光源までの距離Ｄは、
Ｄ＝ｆ１・ｆ２／（ｆ２−ｆ１）−ｄ｛ｆ２／（ｆ２−ｆ１）−１｝
Ｄ＝ｆ−ｄ・ｆ／ｆ１−１
となる。
【００４１】
図５（Ｂ）に示すように、２枚組み合わせレンズでコリメータレンズ９ａのみを動かして球面収差補正を行う場合、コリメータレンズ９ａの移動量をΔｄとすると、
Δｄ＝ｆ１ ２／（ａ−ｆ１）＝ｆ１ ２／ａ
となる。
【００４２】
上述のコリメータレンズ２全体を動かす場合の移動量ΔＤと、コリメータレンズ９ａのみを動かして補正する場合の移動量Δｄの比をとると、コリメータレンズ９ａの焦点距離ｆ１と合成焦点距離ｆとの比をｍ（＝ｆ１／ｆ）とすれば、
ΔＤ／Δｄ＝１／ｍ２
となり、例えばｍ＝０．５であればΔＤ／Δｄ＝４となり、コリメータレンズ９ａのみを１移動させることが、コリメータレンズ全体を４動かすのと等価である。なおこのΔＤ／Δｄとｍとの関係をグラフで表したのが図６である。
【００４３】
高密度光ディスク用ピックアップでは、２０〜２５ｍｍ程度の焦点距離のコリメータレンズが使用される。また、２層ディスクでは層間距離が２５ｕｍあり、これをコリメータレンズ２全体を移動して球面収差をキャンセルする場合、約３ｍｍ移動する必要がある。これに対し、このときｍ＝５であればコリメータレンズ９ａのみを０．７５ｍｍ移動するだけで収差をキャンセルすることができる。
【００４４】
ここで、２５ｍｍのレンズで０．５ｍｍ調整ずれがあると、球面収差がおよそ１２ｍλ増加する。温度特性等を含むレンズ調整ずれは、オープン制御の場合、０．０１ｍｍ程度見込む必要がある。調整ずれによる球面収差の劣化を６ｍλに抑えるとすると、コリメータレンズ２全体を動かす場合は、０．２５ｍｍが許容できることになる。これにより、ΔＤ／Δｄ＝０．２５／０．０１＝２５となるため、ｍは０．２より大きいことが望ましい。
【００４５】
さらに、図６のグラフが示すように、ｍが０．２以下ではΔＤ／Δｄの値が急激に変化するため、ｆ１がばらついた場合に球面収差の補正感度も大きくばらついてしまうため、好ましくない領域である。またこの領域では、ｆ１、ｆ２の曲率もきついため、収差やディセンターに対しても弱くなる。
【００４６】
したがって、ｍの値は、
１．５≦ΔＤ／Δｄ≦２５
となる
０．２≦ｍ≦０．８２
の範囲が、現実的で制御容易な値となる。
【００４７】
ここで、本実施形態における球面収差補正を行った場合の実施結果のデータについて図７を用いて説明する。
【００４８】
まず、図７（Ａ）においては従来の図２のような構成のコリメータレンズを一体として動かす場合について示している。図７（Ａ）に示すように、ディスクのカバー層厚み１００ｕｍを基準として、厚みの変化に応じて、コリメータレンズ全体を一体として動かすことによって球面収差を補正する場合には、例えばカバー層厚みが７０ｕｍ、すなわち厚み誤差が３０ｕｍ生じている場合には、コリメータレンズ全体を４ｍｍ動かす必要がある。
【００４９】
これに対し、本実施形態のようにコリメータレンズを構成する１のレンズを動かすことにより球面収差を補正する場合、図７（Ｂ）に示すように、同じカバー層厚みが７０ｕｍで厚み誤差が３０ｕｍ生じている場合に従来例と同等の補正効果を奏するためには、コリメータレンズを構成する１のレンズのみを０．６５ｍｍ動かすのみで足りていることがわかる。
【００５０】
なお、図７は、対物レンズの設計特性等により発生する高次の球面収差のみが補正後に残留し、補正により低次の球面収差は当該レンズ移動によりキャンセルされていることを示している。
【００５１】
以上のように、本実施形態の光ピックアップにおいては、コリメータレンズを構成する複数のレンズのうち１のレンズのみを移動させることによって球面収差を補正するので、コリメータレンズ全体を移動させる場合に比べて、移動距離が非常に少なくて済む。
【００５２】
このため、球面収差を補正するために必要とされるレンズ駆動量が少なく、このレンズ駆動のためのスペースを小さくすることができ、省スペース化が実現される。
【００５３】
また、長い距離を動かす必要がないため、球面収差補正に要する時間を短縮でき、駆動に要するエネルギーをも節約することもできる。
【００５４】
さらには、コリメータレンズを用いているため、ピックアップについてエキスパンダーレンズ等の球面収差補正を行うための追加的な部品を必要としないことから、部品コストを節約できるほか、そのための追加的なスペースも不要であり、ピックアップ全体の小型化を実現できる。
【００５５】
なお、コリメータレンズ９ａを固定し、コリメータレンズ９ｂのみを動かす場合についても同様であり、図８（Ａ）のように上記ｍの値を充足していればコリメータレンズ９ｂのみを動かした場合であっても、収差補正感度ばらつき等の小さい球面収差補正が、小さなストロークで実現することが可能となる。
【００５６】
また、コリメータレンズ９ａとコリメータレンズ９ｂのそれぞれの位置関係は任意であり、図８（Ｂ）に示すように配置を入れ替えてもよい。
【００５７】
また、コリメータレンズを構成するそれぞれのレンズは単レンズである必要はなく、図８（Ｃ）に示すように、１群が２枚以上のレンズからなる構成でもよい。このようにレンズ枚数を増やすことによって、上記球面収差補正に加えて対物レンズにより発生する色収差の補正等を行うことが可能となる。
【００５８】
さらに、コリメータレンズを構成するレンズは、図８（Ｄ）に示すように、ホログラム１４を付加した、いわゆるホログラムレンズであってもよい。このホログラムレンズを使用することにより、上記球面収差補正に加えて色収差補正を厳密に行うことができる。
【００５９】
なお、コリメータレンズを構成するレンズの面の形状は、球面に限るものではなく、非球面形状であってもよい。非球面形状とすることにより、対物レンズで発生する前述の高次の球面収差を補正することが可能となる。
【００６０】
また、当然の事ながら本実施形態に係る光ピックアップは、基板側から光を入射させて記録又は再生を行うような情報記録媒体にも適用可能である。
【００６１】
さらに、レーザー光源１から出射される光ビームの波長λは、上記４０５ｎｍに特に限定されるものではないことはもちろんである。
【００６２】
最後に、実施形態に係るコリメータレンズの設計例を図９に示す。なお、図９に示すコリメータレンズの設計値は一例であり、これに限るものではない。またレンズの材料についても制約はなく、ガラス、プラスチックもしくはこれらの組み合わせ等も可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術を示す図である。
【図２】従来技術を示す図である。
【図３】実施形態に係るピックアップの構成を示した図である。
【図４】コリメータレンズを用いた球面収差補正について示す図である。
【図５】複数のレンズからなるコリメータレンズを用いた球面収差補正について示す図である。
【図６】レンズ全体を動かす場合の駆動量と複数のレンズのうち１のレンズを動かす場合の駆動量の関係を示した図である。
【図７】実施形態に係る球面収差補正の実施結果の一例を示す図である。
【図８】複数のレンズからなるコリメータレンズのバリエーションの一例を示す図である。
【図９】実施形態に係るコリメータレンズの設計例を示す図である。
【符号の説明】
ＤＫ・・・光ディスク
Ｂ・・・光ビーム
１・・・レーザー光源
２・・・コリメータレンズ
３・・・整形プリズム
４・・・偏光ビームスプリッタ
５ａ、５ｂ・・・エキスパンダーレンズ
６・・・４分の１波長板
７・・・立上げミラー
８・・・対物レンズ
９ａ、９ｂ、９ｃ・・・コリメータレンズ
１０・・・検出レンズ
１１・・・ディテクタ
１２・・・アクチュエータ
１３・・・制御部
１４・・・ホログラム
Claims (9)
- 検出対象体に照射され、当該検出対象体上に集光される光ビームに含まれる収差を補正する収差補正装置であって、
複数のレンズ部材で構成され、前記光ビームを平行光束にするとともに、前記光ビームに含まれる収差を補正する収差補正手段と、
前記収差補正手段に含まれるいずれか１の光学部材を光軸方向に駆動する駆動手段と、
前記検出対象体によって反射された反射光を受光して受光信号を生成する受光手段と、
前記生成された受光信号に基づいて前記駆動手段を制御する制御手段と、
を有することを特徴とする収差補正装置。 - 前記検出対象体は、光記録媒体であることを特徴とする請求項１に記載の収差補正装置。
- 前記収差補正手段の合成焦点距離をｆとし、前記駆動される光学部材の焦点距離をｆ１としたとき、
０．２＜｜ｆ１／ｆ｜＜０．８２
を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載の収差補正装置。 - 前記収差補正手段は、コリメータレンズであることを特徴とする請求項１乃至３いずれか１項に記載の収差補正装置。
- 前記レンズ部材のうち少なくとも１のレンズ部材は、複数のレンズから構成されることを特徴とする請求項２乃至４いずれか１項に記載の収差補正装置。
- 前記コリメータレンズの表面形状は、非球面形状であることを特徴とする請求項２乃至５いずれか１項に記載の収差補正装置。
- 前記コリメータレンズにホログラムを付加したことを特徴とする請求項２乃至６いずれか１項に記載の収差補正装置。
- 前記光記録媒体から情報の読み出し又は書き込みを行う光ピックアップにおいて、
請求項２乃至７いずれか１項に記載の収差補正装置を備え、
前記収差補正装置により前記収差を補正しつつ前記情報の読み出し又は書き込みを行うことを特徴とする光ピックアップ。 - 検出対象体に照射され、当該検出対象体上に集光される光ビームに含まれる収差を補正する収差補正方法であって、
複数のレンズ部材により、前記光ビームを平行光束にするとともに前記光ビームに含まれる収差を補正する収差補正工程と、
前記複数のレンズ部材のうち、いずれか１のレンズ部材を光軸方向に駆動する駆動工程と、
前記記録媒体によって反射された反射光を受光して受光信号を生成する受光工程と、
前記生成された受光信号に基づいて前記駆動を制御する制御工程と、
を有することを特徴とする収差補正方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002317987A JP2004152426A (ja) | 2002-10-31 | 2002-10-31 | 収差補正装置、光ピックアップ及び収差補正方法 |
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