JP2004296034A

JP2004296034A - 光ピックアップ装置及び補正光学素子

Info

Publication number: JP2004296034A
Application number: JP2003089744A
Authority: JP
Inventors: Seino Ikenaka; 清乃池中
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 2003-03-28
Filing date: 2003-03-28
Publication date: 2004-10-21

Abstract

【課題】比較的低コストで、コンパクトな構成ながら、集光スポットの収差特性を良好に補正できる光ピックアップ装置及び補正光学素子を提供する。
【解決手段】第１の光ディスク１１０に対して情報の記録又は再生を行っている際に、光検出器１１３から検出信号を受けた制御部ＣＴは、それに基づき情報記録面のスポットの波面収差が劣化していると判断した場合には、加熱部兼冷却部ＨＣ１〜ＨＣ４を駆動して、コリメータ１０４に温度変化を与え、屈折率変化を生じさせる。それにより対物レンズ１０９により情報記録面に集光される集光スポットの波面収差が変化し、それを受光した光検出器１１３より新たな検出信号が出力されるので、制御部ＣＴは、最適な波面収差となるように、加熱部兼冷却部ＨＣ１〜ＨＣ４をフィードバック制御できる。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ピックアップ装置及びそれに用いられる補正光学素子に関し、特に、集光スポットの波面収差を良好に補正できる光ピックアップ装置及びそれに用いられる対物レンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光情報記録媒体の情報記録面に情報を記録及び／又は再生する光ピックアップ装置において、情報記録面に集光スポットを形成する一般的な対物レンズには、プラスチックを素材としたものと、ガラスを素材としたものとがある。ガラス製の対物レンズは、一般的には環境変化に対する特性変化が少ないという特徴がある一方、加工が困難であり大量生産に向いていないという問題を有している。これに対し、プラスチック製の対物レンズは、一般的には射出成形により安価で大量に製造できるという特徴がある一方、温度変化に対する屈折率変化が大きく、集光スポットの波面収差が劣化しやすいという問題がある。
【０００３】
特に近年においては、波長４００ｎｍ程度の青紫色半導体レーザを用いて、情報の記録／再生を行える高密度光情報記録／再生システムの研究・開発が急速に進んでいる。一例として、ＮＡ０．８５、光源波長４０５ｎｍの仕様で情報記録／再生を行う光情報記録媒体では、１面あたり２０〜３０ＧＢの情報の記録が可能である。
【０００４】
このような光情報記録媒体においては、従来のＤＶＤ等の仕様と比較しＮＡを大幅に増大することで、高密度な情報の記録及び／又は再生を実現しようとしているが、それにより対物レンズに要求される光学特性がますます厳しくなっているという実情がある。これに対し、対物レンズ以外の光学素子を光軸方向に移動させることで、樹脂製の対物レンズを用いた場合における屈折率変化に起因する集光スポットの収差を良好にできる技術が開発されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】
特開２００２−１９７７１２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に技術によれば、光学素子を軸線方向に移動させるためのスペースが必要となり、光ピックアップ装置の構成が大型化する。又、光学素子を移動させるための駆動装置も必要となり、コスト高を招く。
【０００６】
本発明は、かかる問題点に鑑みて成されたものであり、比較的低コストで、コンパクトな構成ながら、集光スポットの収差特性を良好に補正できる光ピックアップ装置及び補正光学素子を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の光ピックアップ装置は、光源と、対物光学素子を含む集光光学系とを有し、前記集光光学系が、前記光源からの光束を光情報記録媒体の情報記録面に集光させることによって、情報の記録及び／又は再生を行うことが可能となっている光ピックアップ装置であって、前記対物光学素子と前記光源との間に配置され、樹脂材料から形成された補正光学素子と、前記光情報記録媒体の情報記録面上に集光される集光スポットの波面収差に応じて、前記補正光学素子の温度を制御する温度制御装置と、を有することを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、樹脂材料からなる補正光学素子における収差特性が、温度変化により大きく変化することを積極的に利用し、例えば前記対物光学素子において温度変化に応じた屈折率変化が生じた場合、これをうち消すように前記補正光学素子に温度変化を与えることで、最終的に集光スポットの波面収差を良好とするものである。具体例としては、前記対物レンズの温度が何度になったら、どのくらいの屈折率変化が生じるか予め調べておき、温度センサで前記対物レンズの温度を測定しつつ、測定温度を集光スポットの波面収差の代用値としてそれに応じて、前記補正光学素子の温度制御を行うことができるが、それ得に限られない。
【０００９】
請求項２に記載の光ピックアップ装置は、光源と、対物光学素子を含む集光光学系と、光検出器とを有し、前記集光光学系が、前記光源からの光束を光情報記録媒体の情報記録面に集光させることによって、情報の記録及び／又は再生を行うことが可能となっている光ピックアップ装置であって、前記対物光学素子と前記光源との間に配置され、樹脂材料から形成された補正光学素子と、前記光検出器からの信号に基づいて、前記補正光学素子の温度を制御する温度制御装置と、を有することを特徴とするので、前記光検出器からの信号を解析しながら、最適な集光スポットを形成できるように前記補正光学素子の温度制御をフィードバック制御により行うことができる。
【００１０】
請求項３に記載の光ピックアップ装置は、請求項１又は２に記載の光ピックアップ装置において、前記温度制御装置は、前記集光スポットの球面収差に応じて、前記補正光学素子の温度を制御することを特徴とする。
【００１１】
請求項４に記載の光ピックアップ装置は、請求項３に記載の光ピックアップ装置において、前記温度制御装置は、前記補正光学素子に、光軸に対して回転対称な温度分布を与えることを特徴とする。
【００１２】
請求項５に記載の光ピックアップ装置は、請求項１乃至４のいずれかに記載の光ピックアップ装置において、前記温度制御装置は、前記集光スポットの非点収差に応じて、前記補正光学素子の温度を制御することを特徴とする。
【００１３】
請求項６に記載の光ピックアップ装置は、請求項５に記載の光ピックアップ装置において、前記温度制御装置は、前記補正光学素子に、光軸に対して回転非対称な温度分布を与えることを特徴とする。
【００１４】
請求項７に記載の光ピックアップ装置は、請求項１乃至６のいずれかに記載の光ピックアップ装置において、前記補正光学素子はコリメータであることを特徴とする。
【００１５】
請求項８に記載の光ピックアップ装置は、請求項１乃至７のいずれかに記載の光ピックアップ装置において、前記対物光学素子は樹脂材料から形成されていることを特徴とする。
【００１６】
請求項９に記載の補正光学素子は、請求項１乃至８のいずれかに記載の光ピックアップ装置に用いられることを特徴とする。
【００１７】
本明細書中において、対物光学素子とは、狭義には光ピックアップ装置に光情報記録媒体を装填した状態において、最も光情報記録媒体側の位置で、これと対向すべく配置される集光作用を有する光学素子（例えばレンズ）を指し、広義にはその光学素子と共に、アクチュエータによって少なくともその光軸方向に作動可能な光学素子を指すものとする。従って、本明細書中において、光学素子の光情報記録媒体側（像側）の開口数ＮＡとは、光学素子の最も光情報記録媒体側に位置する面の開口数ＮＡを指すものである。また、本明細書中では必要開口数ＮＡは、それぞれの光情報記録媒体の規格で規定されている開口数、あるいはそれぞれの光情報記録媒体に対して、使用する光源の波長に応じ、情報の記録または再生をするために必要なスポット径を得ることができる回折限界性能の対物光学素子の開口数を示すものとする。
【００１８】
本明細書中において、光情報記録媒体とは、青紫色レーザを用いる高密度ＤＶＤ系の光ディスク、再生専用に用いるＤＶＤ−ＲＯＭ，ＤＶＤ−Ｖｉｄｅｏの他、再生／記録を兼ねるＤＶＤ−ＲＡＭ，ＤＶＤ−Ｒ，ＤＶＤ−ＲＷ等の各種ＤＶＤ系の光ディスク、ＣＤ−Ｒ，ＣＤ−ＲＷ等のＣＤ系の光ディスクをいう。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明をさらに詳細に説明する。図１は、高密度ＤＶＤ（第１の光ディスクともいう）、従来のＤＶＤ（第２の光ディスクともいう）及びＣＤ（第３の光ディスクともいう）の全てに対して情報の記録／再生を行える、本発明の実施の形態にかかる光ピックアップ装置の概略断面図である。
【００２０】
図１において、第１光源としての第１半導体レーザ１０１（波長λ１＝３８０ｎｍ〜４５０ｎｍ）から出射された光束は、ビームシェイパー１０２でビーム形状を補正され、第１ビームスプリッタ１０３を通過し、コリメータ１０４で平行光束とされた後、第２ビームスプリッタ１０５を通過して、光学素子１０６，１０７とを有するビームエキスパンダに入射する。少なくとも一方（好ましくは光学素子１０６）が光軸方向に可動のビームエキスパンダ（１０６，１０７）は、平行光束の光束径を変更（ここでは拡大）する機能を有する。更に、ビームエキスパンダの他方の光学素子１０７の光学面には回折構造（回折輪帯）が形成されており、これにより第１半導体レーザ１０１から出射された光束について色収差補正を行うようになっている。色収差補正用の回折構造は、光学素子１０７のみならず、他の光学素子（コリメータ１０４）等に設けても良い。
【００２１】
例えば高密度ＤＶＤが情報記録面を２層に有しているタイプの場合、光学素子１０６を光軸方向に移動させることで、情報記録面の選択を行うことができる。ビームエキスパンダ（１０６，１０７）は、後述する第２半導体レーザ２０１，第３半導体レーザ３０１からの光束が通過する共通の光路内に配置されている。
【００２２】
図１において、ビームエキスパンダ（１０６，１０７）を透過した光束は、絞り１０８を通過し、屈折面のみからなる対物光学素子である対物レンズ１０９により、第１の光ディスク１１０の保護層（厚さｔ１＝０．１〜０．７ｍｍ）を介してその情報記録面に集光されここに集光スポットを形成する。尚、対物レンズ１０９は、安価なプラスチック素材を用いることができる。
【００２３】
そして情報記録面で情報ピットにより変調されて反射した光束は、再び対物レンズ１０９、絞り１０８、ビームエキスパンダ（１０７，１０６）を透過して、第２ビームスプリッタ１０５で反射され、シリンドリカルレンズ１１１で非点収差が与えられ、センサレンズ１１２を透過し、光検出器１１３の受光面に入射するので、その出力信号を用いて、第１の光ディスク１１０に情報記録された情報の読み取り信号が得られる。
【００２４】
また、光検出器１１３上でのスポットの形状変化、位置変化による光量変化を検出して、合焦検出やトラック検出を行う。この検出に基づいて２次元アクチュエータ１２０が第１半導体レーザ１０１からの光束を第１の光ディスク１１０の情報記録面上に結像するように対物レンズ１０９を一体で移動させるようになっている。
【００２５】
更に、図１において、第２半導体レーザ２０１と第３半導体レーザ３０１は、同一基板に取り付けられ、いわゆる２レーザ１パッケージと呼ばれる単一ユニットとされている。第２光源としての第２半導体レーザ２０１（波長λ２＝６００ｎｍ〜７００ｎｍ）から出射された光束は、１／４波長板２０２を通過し、第３ビームスプリッタ２０３を通過し、第１ビームスプリッタ１０３で反射され、コリメータ１０４で光束径を絞られつつ平行光束となり、第２ビームスプリッタ１０５を通過して、ビームエキスパンダ（１０６，１０７）に入射し、ここで弱い発散角を有する有限発散光束に変換される。尚、開口制限素子としてのコリメータ１０４には、ダイクロイックコートが付与されており、波長に応じて光束の通過領域を制限することで、例えば第１半導体レーザ１０１からの光束については、対物レンズ１０９の開口数ＮＡ＝０．６５を実現し、第２半導体レーザ２０１からの光束については、対物レンズ１０９の開口数ＮＡ＝０．６５を実現し、第３半導体レーザ３０１からの光束については、対物レンズ１０９の開口数ＮＡ＝０．４５を実現するようになっている。ただし、開口数の組み合わせはこれに限られない。
【００２６】
図１において、ビームエキスパンダ（１０６，１０７）を透過した光束は、弱い発散角を有する有限発散状態で絞り１０８を通過し、屈折面のみからなる対物レンズ１０９により、第２の光ディスク１１０’の保護層（厚さｔ２＝０．５〜０．７ｍｍ）を介してその情報記録面に集光されここに集光スポットを形成する。
【００２７】
そして情報記録面で情報ピットにより変調されて反射した光束は、再び対物レンズ１０９、絞り０８、ビームエキスパンダ（１０７，１０６）、第２ビームスプリッタ１０５、コリメータ１０４を通過し、第１ビームスプリッタ１０３で反射され、続いて第３ビームスプリッタ２０３で反射され、その後シリンドリカルレンズ２０４で非点収差が与えられ、センサレンズ２０５を透過し、光検出器２０６の受光面に入射するので、その出力信号を用いて、第２の光ディスク１１０’に情報記録された情報の読み取り信号が得られる。
【００２８】
また、光検出器１１３上でのスポットの形状変化、位置変化による光量変化を検出して、合焦検出やトラック検出を行う。この検出に基づいて２次元アクチュエータ１２０が第２半導体レーザ２０１からの光束を第２の光ディスク１１０’の情報記録面上に結像するように対物レンズ１０９を一体で移動させるようになっている。
【００２９】
更に、図１において、第３光源としての第３半導体レーザ３０１（波長λ３＝７７０ｎｍ〜８３０ｎｍ）から出射された光束は、１／４波長板２０２を通過し、第３ビームスプリッタ２０３を通過し、第１ビームスプリッタ１０３で反射され、コリメータ１０４で光束径を絞られつつ平行光束となり、第２ビームスプリッタ１０５を通過して、ビームエキスパンダ（１０６，１０７）に入射し、ここで第２半導体レーザ２０１の光束の場合より強い（大きい）発散角を有する有限発散光束に変換される。
【００３０】
図１において、ビームエキスパンダ（１０６，１０７）を透過した光束は、強い発散角を有する有限発散状態で絞り１０８を通過し、屈折面のみからなる対物レンズ１０９により、第３の光ディスク１１０”の保護層（厚さｔ３＝１．１〜１．３ｍｍ）を介してその情報記録面に集光されここに集光スポットを形成する。
【００３１】
そして情報記録面で情報ピットにより変調されて反射した光束は、再び対物レンズ１０９、絞り１０８、ビームエキスパンダ（１０７，１０６）、第２ビームスプリッタ１０５、コリメータ１０４を通過し、第１ビームスプリッタ１０３で反射され、続いて第３ビームスプリッタ２０３で反射され、その後シリンドリカルレンズ２０４で非点収差が与えられ、センサレンズ２０５を透過し、光検出器２０６の受光面に入射するので、その出力信号を用いて、第３の光ディスク１１０”に情報記録された情報の読み取り信号が得られる。
【００３２】
また、光検出器１１３上でのスポットの形状変化、位置変化による光量変化を検出して、合焦検出やトラック検出を行う。この検出に基づいて２次元アクチュエータ１２０が第２半導体レーザ２０１からの光束を第３の光ディスク１１０”の情報記録面上に結像するように対物レンズ１０９を一体で移動させるようになっている。
【００３３】
図２は、本実施の形態における温度制御装置の概略構成図である。図２において、本発明の補正光学素子である樹脂材料からなるコリメータ１０４の周囲を、４分割された加熱部兼冷却部ＨＣ１〜ＨＣ４が取り巻いている。加熱部兼冷却部ＨＣ１〜ＨＣ４は、制御部ＣＴから個々に駆動され加熱もしくは冷却を実行するようになっており、例えば直流電源を与えることで加熱又は冷却を行えるペルチェ素子などを用いることができる。制御部ＣＴは、光検出器１１３，２０６より検出信号を受信し、それに応じて加熱部兼冷却部ＨＣ１〜ＨＣ４を駆動することができる。加熱部兼冷却部ＨＣ１〜ＨＣ４と制御部ＣＴとで温度制御装置を構成する。
【００３４】
温度制御の態様を以下に説明する。例えば第１の光ディスク１１０に対して情報の記録又は再生を行っている際に、光検出器１１３から検出信号を受けた制御部ＣＴは、それに基づき情報記録面のスポットの波面収差を求め、閾値と比較して劣化していると判断した場合には、加熱部兼冷却部ＨＣ１〜ＨＣ４を駆動して、コリメータ１０４に温度変化を与え、屈折率変化を生じさせる。それにより対物レンズ１０９により情報記録面に集光される集光スポットの波面収差が変化し、それを受光した光検出器１１３より新たな検出信号が出力されるので、制御部ＣＴは、最適な波面収差となるように、加熱部兼冷却部ＨＣ１〜ＨＣ４をフィードバック制御できる。このとき、加熱部兼冷却部ＨＣ１〜ＨＣ４全体を加熱もしくは冷却すれば、コリメータ１０４は光軸に対して回転対称的に加熱又は冷却されるので、集光スポットの球面収差を良好に補正できる。一方、加熱部兼冷却部ＨＣ１、ＨＣ３を加熱（又は冷却）し、加熱部兼冷却部ＨＣ２、ＨＣ４を冷却（又は加熱）した場合、コリメータ１０４は光軸に対して回転非対称的に加熱又は冷却されるので、集光スポットの非点収差を良好に補正できる。尚、第１の光ディスクのみでなく、第２、第３の光ディスクにおいても、同様にコリメータに温度変化を与えることで集光スポットの波面収差を良好なものにできる。
【００３５】
図３は、高密度ＤＶＤ（第１の光ディスクともいう）、従来のＤＶＤ（第２の光ディスクともいう）に対して情報の記録／再生を行える、第２の実施の形態にかかる光ピックアップ装置の概略断面図である。
【００３６】
図３において、第１光源としての第１半導体レーザ４０１（波長λ１＝３８０ｎｍ〜４５０ｎｍ）から出射された光束は、１／４波長板４０２を通過し、第１ビームスプリッタ４０３及び第２ビームスプリッタ４０４を通過し、コリメータ４０５で平行光束とされた後、絞り４０６を通過し、屈折面のみからなる対物光学素子である対物レンズ４０７により、第１の光ディスク４０８の保護層（厚さｔ１＝０．１〜０．７ｍｍ、好ましくは０．１ｍｍ）を介してその情報記録面に集光されここに集光スポットを形成する。尚、対物レンズ４０７は、安価なプラスチック素材を用いることができる。
【００３７】
そして情報記録面で情報ピットにより変調されて反射した光束は、再び対物レンズ４０７、絞り４０６を透過して、第２ビームスプリッタ４０４で反射され、シリンドリカルレンズ４０９で非点収差が与えられ、センサレンズ４１０を透過し、光検出器４１１の受光面に入射するので、その出力信号を用いて、第１の光ディスク４０８に情報記録された情報の読み取り信号が得られる。
【００３８】
また、光検出器４１１上でのスポットの形状変化、位置変化による光量変化を検出して、合焦検出やトラック検出を行う。この検出に基づいて２次元アクチュエータ（不図示）が第１半導体レーザ４０１からの光束を第１の光ディスク４０８の情報記録面上に結像するように対物レンズ４０７を一体で移動させるようになっている。
【００３９】
更に、図３において、第２光源としての第２半導体レーザ５０１（波長λ２＝６００ｎｍ〜７００ｎｍ）から出射された光束は、１／４波長板５０２を通過し、第１ビームスプリッタ４０３及び第２ビームスプリッタ４０４を通過し、コリメータ４０５で平行光束とされた後、絞り４０６を通過し、屈折面のみからなる対物光学素子である対物レンズ４０７により、第２の光ディスク４０８’の保護層（厚さｔ２＝０．５〜０．７ｍｍ、好ましくは０．６ｍｍ）を介してその情報記録面に集光されここに集光スポットを形成する。
【００４０】
そして情報記録面で情報ピットにより変調されて反射した光束は、再び対物レンズ４０７、絞り４０６を透過して、第２ビームスプリッタ４０４で反射され、シリンドリカルレンズ４０９で非点収差が与えられ、センサレンズ４１０を透過し、光検出器４１１の受光面に入射するので、その出力信号を用いて、第２の光ディスク４０８’に情報記録された情報の読み取り信号が得られる。
【００４１】
また、光検出器４１１上でのスポットの形状変化、位置変化による光量変化を検出して、合焦検出やトラック検出を行う。この検出に基づいて２次元アクチュエータ（不図示）が第２半導体レーザ５０１からの光束を第２の光ディスク４０８’の情報記録面上に結像するように対物レンズ４０７を一体で移動させるようになっている。
【００４２】
本実施の形態においても、コリメータ４０５の周囲には、図２に示すような加熱部兼冷却部ＨＣが設けられているので、光ディスク４０８，４０８’に対して情報の記録又は再生を行っている際に、光検出器４１１から検出信号を受けた制御部ＣＴは、それに基づき情報記録面のスポットの波面収差を求め、閾値と比較して劣化していると判断した場合には、加熱部兼冷却部ＨＣを駆動して、コリメータ１０４に温度変化を与え、屈折率変化を生じさせる。それにより対物レンズ４０７により情報記録面に集光される集光スポットの波面収差が変化し、それを受光した光検出器４１１より新たな検出信号が出力されるので、制御部ＣＴは、最適な波面収差となるように、加熱部兼冷却部ＨＣをフィードバック制御できる。
【００４３】
以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。
【００４４】
【発明の効果】
本発明によれば、比較的低コストで、コンパクトな構成ながら、集光スポットの収差特性を良好に補正できる光ピックアップ装置及び補正光学素子を提供する。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態にかかる光ピックアップ装置の概略断面図である。
【図２】本実施の形態における温度制御装置の概略構成図である。
【図３】第２の実施の形態にかかる光ピックアップ装置の概略断面図である。
【符号の説明】
１０１、４０１第１半導体レーザ
１０６，１０７ビームエキスパンダ
１０９、４０７対物レンズ
２０１、５０１第２半導体レーザ
３０１第３半導体レーザ
ＨＣ１〜ＨＣ４加熱部兼冷却部
ＣＴ制御部

Claims

光源と、対物光学素子を含む集光光学系とを有し、前記集光光学系が、前記光源からの光束を光情報記録媒体の情報記録面に集光させることによって、情報の記録及び／又は再生を行うことが可能となっている光ピックアップ装置であって、
前記対物光学素子と前記光源との間に配置され、樹脂材料から形成された補正光学素子と、
前記光情報記録媒体の情報記録面上に集光される集光スポットの波面収差に応じて、前記補正光学素子の温度を制御する温度制御装置と、を有することを特徴とする光ピックアップ装置。
光源と、対物光学素子を含む集光光学系と、光検出器とを有し、前記集光光学系が、前記光源からの光束を光情報記録媒体の情報記録面に集光させることによって、情報の記録及び／又は再生を行うことが可能となっている光ピックアップ装置であって、
前記対物光学素子と前記光源との間に配置され、樹脂材料から形成された補正光学素子と、
前記光検出器からの信号に基づいて、前記補正光学素子の温度を制御する温度制御装置と、を有することを特徴とする光ピックアップ装置。
前記温度制御装置は、前記集光スポットの球面収差に応じて、前記補正光学素子の温度を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の光ピックアップ装置。
前記温度制御装置は、前記補正光学素子に、光軸に対して回転対称な温度分布を与え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。
前記温度制御装置は、前記集光スポットの非点収差に応じて、前記補正光学素子の温度を制御することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の光ピックアップ装置。
前記温度制御装置は、前記補正光学素子に、光軸に対して回転非対称な温度分布を与えることを特徴とする請求項５に記載の光ピックアップ装置。
前記補正光学素子はコリメータであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の光ピックアップ装置。
前記対物光学素子は樹脂材料から形成されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の光ピックアップ装置。
請求項１乃至８のいずれかに記載の光ピックアップ装置に用いられることを特徴とする補正光学素子。