JP2005317158A - 光学系及び光ピックアップ装置及び光情報記録再生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光源と受光素子が近接して配置されている光源ユニットを用いた光学系において、光源ユニットの近傍に配置された光学部材の光源側の面からの戻り光（迷光）の受光素子への入射を低減する。
【解決手段】本発明は、光源１０１と受光素子１０２を同一のユニット１０４内に有するとともに前記光源１０１からの出射光束を透過し外部からの入射光を前記受光素子１０２に導く光学素子１０３を有する光源ユニット１１と、該光源ユニット１１からの光束を透過する光学部材（例えばレンズ）１８，１２を備えた光学系において、前記光源ユニット１１の直近の位置に配置された光学部材（補正レンズ）１８の光源側の面（レンズ面）から光源１０１までの距離をＬとしたとき、前記面（レンズ面）の曲率半径を４Ｌ以上とする。これにより、光学部材の面（レンズ面）からの戻り光（迷光）の受光素子１０２への入射を低減することができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、光源と受光素子を同一のユニット内に有するとともに前記光源からの出射光束を透過し外部からの入射光を前記受光素子に導く光学素子を有する光源ユニットを用いた光学系、及びその光学系を備えた光ピックアップ装置、及びその光ピックアップ装置を備えた光情報記録再生装置に関する。

近年、光情報記録再生装置（例えば光ディスクドライブ装置）の光ピックアップ装置等に用いられる光学系として、光源と受光素子を同一のユニット内に有するとともに前記光源からの出射光束を透過し外部からの入射光を前記受光素子に導く光学素子を有する光源ユニットを用いた光学系が知られている。
図８はその一例を示すものであり、前記光源ユニットの光学素子としてホログラムを用いた光学系を有する光学装置（光ピックアップ装置）の構成例を示している。図８において、光源１から出射した光束（往路光）は、ホログラム２、コリメートレンズ３、光学部品７を透過し、対物レンズ４で情報記録媒体５に集光される。前記情報記録媒体５から反射された信号光（復路光）は、対物レンズ４、コリメートレンズ（検出レンズを兼ねる）３を透過し、ホログラム２で回折され、受光素子６で検出される。この様な光学装置は、形状が小型化しやすく、安価で構成できるため、近年良く利用されている。なお、図示を省略しているが、光源１と受光素子６は同一のユニット内に配置され、そのユニットの光束の出・入射部にホログラム２が配置されている。

上記のようなホログラム２を用いた光学装置では、往路光の光学部品７からの反射光が、信号光（復路光）と同じ経路をたどり、受光素子６に入射してしまう。この時、受光素子６で検出される信号光は、迷光（フレア光）によるオフセットを履いてしまい、様々な制御信号に不具合を生じてしまう。

そこで本出願人は先に、前記ホログラムを用いた光学装置において、迷光による信号特性が悪化することを防止でき、ノイズの少ない信号を得ることができる装置を提供することを目的として、ホログラムと情報記録媒体の間の光路中に光学部品を設置し、前記光学部品を傾斜させたことを特徴とする光学装置を提案している（特許文献１参照）。
この光学装置では図９に示すように、光源１から出射した光は、コリメートレンズ３、光学部品７を透過し、対物レンズ４で情報記録媒体５に集光される。前記情報記録媒体５から反射された信号光は、角度θ１傾斜された光学部品７からホログラム２を介して受光素子６で検出されるが、前記光学部品７を傾斜することにより、光学部品での反射戻り光が傾き、迷光が小さくなるので、ノイズの少ない良好な信号を得ることができる

特開２００２−２７９６７９号公報

図９に示すように、ホログラム２と情報記録媒体５の間の光路中に光学部品７を設置し、前記光学部品７を傾斜させることにより、光学部品７での反射戻り光が傾き、受光素子６に迷光が入り込むことを防止できるが、光路中に光学部品７を傾斜配置する構成では、光学系の光路長が長くなり、装置が大型化する。また、光学部品７により光路がずれるため、光学系の組み付けや調整、レイアウトが難しくなる。
また、前記光学部品７よりも光源１側に配置されたレンズのレンズ面形状によっては、そのレンズ面で反射された光が迷光となり、信号光と同じ経路をたどり受光素子６に入射してしまうことがあり、このような場合には図９の構成では対応できない。

本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、光源と受光素子が近接して配置されている光源ユニットを用いた光学系において、光源ユニットの近傍に配置されたレンズ等の光学部材の光源側の面からの戻り光（迷光）の受光素子への入射を低減することを目的とする。
また、本発明は、光源ユニットの近傍に配置された光学部材の光源側の面からの戻り光（迷光）の受光素子への入射を低減した光学系を用いることにより、信号に占める迷光（ノイズ）成分の少ない光ピックアップ装置を提供することを目的とする。
さらに本発明は、迷光の受光素子への入射を低減した光ピックアップ装置を備えることにより、迷光によるノイズ成分が少なく安定な動作を行うことができる光情報記録再生装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明では以下のような手段を採っている。
本発明の第１の手段は、光源と受光素子を同一のユニット内に有するとともに前記光源からの出射光束を透過し外部からの入射光を前記受光素子に導く光学素子を有する光源ユニットと、該光源ユニットからの光束を透過する光学部材を備えた光学系において、前記光源ユニットの直近の位置に配置された光学部材の光源側の面から光源までの距離をＬとしたとき、前記面の曲率半径が４Ｌ以上であることを特徴とする（請求項１）。
また、第２の手段は、第１の手段の光学系において、前記光源ユニットの直近の位置に配置された光学部材の光源側の面が平面であることを特徴とする（請求項２）。
さらに第３の手段は、第１の手段の光学系において、前記光源ユニットの直近の位置に配置された光学部材の光源側の面が凸面であることを特徴とする（請求項３）。

第４の手段は、第１〜第３のいずれか一つの手段の光学系において、前記光源ユニットは、前記光学素子としてホログラムを有するホログラム光源ユニットであることを特徴とする（請求項４）。
また、第５の手段は、第１〜第４のいずれか一つの手段の光学系において、光源の波長が異なる２種類の光源ユニットと、該光源ユニットからの光束をコリメートする共通のコリメートレンズを有し、一方の光源ユニットの直近の位置に配置された光学部材は、該光源ユニットとコリメートレンズの間に配置され、光学系の焦点距離を補正する補正レンズであることを特徴とする（請求項５）。

第６の手段は、光源からの光束を情報記録媒体に集光し、該情報記録媒体からの戻り光束を受光素子で受光する光学系を備え、前記情報記録媒体に対して情報の記録または再生または消去を行う光ピックアップ装置において、前記光学系として、第１〜第５のいずれか一つの手段の光学系を備えたことを特徴とする（請求項６）。
また、第７の手段は、情報記録媒体に対して情報の記録または再生または消去を行う光情報記録再生装置において、第６の手段の光ピックアップ装置を備えたことを特徴とする（請求項７）。

本発明に係る光学系では、光源ユニットの直近の位置に配置された光学部材（例えばレンズ等）の光源側の面（レンズ面）から光源までの距離をＬとしたとき、前記面の曲率半径を４Ｌ以上とすることにより、光学部材の光源側の面からの戻り光（迷光）が受光素子へ入射することを低減することができる。
また、光源ユニットの直近の位置に配置された光学部材の光源側の面を平面にすることにより、面の加工がしやすくなる。
また、光源ユニットの直近の位置に配置された光学部材の光源側の面を凸面にすることにより、さらに光学部材の光源側の面からの迷光量を減らすことができ、信号にオフセットの載り難い光学系を提供できる。

さらに本発明に係る光学系では、光源ユニットの光学素子としてホログラムを用いた場合にも、光学部材の面からの戻り光（迷光）が受光素子へ入射することを低減することができる。
また、光学系が、光源の波長が異なる２種類の光源ユニットと、該光源ユニットからの光束をコリメートする共通のコリメートレンズを有し、一方の光源ユニットの直近の位置に配置された光学部材は、該光源ユニットとコリメートレンズの間に配置され、光学系の焦点距離を補正する補正レンズである場合には、前記補正レンズのレンズ面の曲率半径を４Ｌ以上とすることにより、レンズ面からの戻り光（迷光）の受光素子への入射を低減することができ、さらに、補正レンズのレンズ面を平面にすることにより、レンズ面の加工がしやすくなる。また、補正レンズのレンズ面を凸面にすることにより、さらにレンズ面からの迷光量を減らすことができ、信号にオフセットの載り難い光学系を提供できる。

本発明に係る光ピックアップ装置では、光源ユニットの近傍に配置された光学部材（レンズ等）の光源側の面からの戻り光（迷光）の受光素子への入射を低減した光学系を用いたことにより、信号に占める迷光（ノイズ）成分の少ない光ピックアップ装置を提供することができる。
また、本発明に係る光情報記録再生装置では、迷光の受光素子への入射を低減した光ピックアップ装置を備えることにより、迷光によるノイズ成分が少なく安定な動作を行うことができる光情報記録再生装置を提供することができる。

以下、本発明の構成、動作及び作用を、図示の実施例に基いて詳細に説明する。

図１は光情報記録再生装置（例えば光ディスクドライブ装置）の光ピックアップ装置に用いられる光学系の一例を示す概略構成図であり、図中の符号１１は光源ユニット、１２はコリメートレンズ（またはカップリングレンズ）、１３は偏向ミラー、１４は対物レンズ、１５は情報記録媒体である光ディスクである。図２は光源ユニット１１の一例を示しており、この光源ユニット１１は、光源１０１と受光素子１０２を同一のユニット１０４内に有するとともに、光源１０１からの出射光束を透過し外部からの入射光を受光素子１０２に導く光学素子としてホログラム１０３を有するホログラム光源ユニットである。また、光源１０１としては半導体レーザ（ＬＤ）が用いられており、受光素子１０２としては、多分割された受光面を有する多分割受光素子等が用いられ、図２に示すように、半導体レーザ１０１の近傍（１〜２ｍｍ）に配置されている。

光源ユニット１１の光源（ＬＤ）１０１から出射された発散光は、ホログラム１０３を透過し、コリメートレンズ１２により略平行光束にコリメートされ、偏向ミラー１３により偏向され、対物レンズ１４により光ディスク１５の記録面に集光される。そして、光ディスク１５の記録面で反射した光束は元の光路をたどり、検出用レンズ兼用のコリメートレンズ１２で集光され、光源ユニット１１のホログラム１０３により受光素子１０２の方向に回折され、受光素子１０２の多分割受光面で受光される。そして、受光素子１０２の出力信号から、情報の再生信号、サーボ信号（フォーカスエラー信号、トラックエラー信号）等の各種信号が得られる。

図１に示すような構成の光学系では、光源ユニット１１の近傍に配置されたコリメートレンズ１２の光源側のレンズ面形状によっては、そのレンズ面で反射された光が迷光となり、信号光と同じ経路をたどり受光素子１０２に入射してしまうことがある。特に、光源側のレンズ面形状が凹面の場合、該レンズ面の反射光が収束光として光源ユニット１１側に戻り、ホログラム１０３で回折されて受光素子１０２へ入射してしまう。

そこで本発明では、光源ユニット１１の直近の位置に配置されたコリメートレンズ１２のレンズ面から光源までの距離をＬとしたとき、前記レンズ面の曲率半径を４Ｌ以上とする。これにより、レンズ面からの戻り光（迷光）の受光素子１０２への入射を低減することができる。また、光源側のレンズ面を平面や凸面にすることにより、さらにレンズ面からの迷光量を減らすことができ、信号にオフセットの載り難い光学系を提供できる。

ところで、近年、普及し始めているＣＤ（コンパクトディスク）系光ディスクとＤＶＤ（デジタルバーサタイルディスク）系光ディスクの両方に対応できる構成の光情報記録再生装置（光ディスクドライブ装置）では、図２と同様の構成で光源（ＬＤ）１０１の波長が異なる２種類の光源ユニットを有する光ピックアップ装置を用いているが、このような光ピックアップ装置の光学系では、光源（ＬＤ）の発散角特性や光利用効率の関係でＤＶＤ系光ディスクとＣＤ系光ディスクのコリメートレンズの焦点距離が異なる場合がある。このとき、コスト要求や小型化要求などから、図３に示すように、光路合成・分離用の光学部材（ハーフミラー、平行平板、ビームスプリッタ等）１７を用いて、コリメートレンズ１２以降の光学系を２種類の光源ユニット１１，１６で共通にし、一方の光源ユニット１１側の光路には、安価な補正レンズ１８を挿入し、所望の焦点距離の光学系を構成する場合がある。このとき、光源ユニット１１から見て補正レンズ１８の光源側のレンズ面（第１面）が凹面の場合、図４に示すように第１面で反射した光線が収束光となり、ホログラム１０３に入射し、受光素子１０２方向に回折されて受光され、本来のサーボ信号にオフセットを履かせてしまう。そして、このオフセットが大きいとサーボ制御上問題になる場合がある。

そこで、本発明では、一方の光源ユニット１１の直近の位置に配置された補正レンズ１８の光源側のレンズ面（第１面）から光源１０１までの距離をＬとしたとき、補正レンズ１８の第１面の曲率半径を４Ｌ以上とする。これにより、補正レンズ１８の第1面からの戻り光（迷光）の受光素子１０２への入射を低減することができる。
ここで、光源１０１から補正レンズ１８までの距離Ｌが４．１８ｍｍの場合、補正レンズ１８の第１面の曲率半径Ｒと迷光量（フレア量）の関係を計算した結果を図５に示す。なお、図５において、曲率半径のマイナスは凹面になっている場合である。

図５から明らかなように、補正レンズ１８の第１面の曲率半径Ｒが、光源とレンズ面間の距離Ｌの約４倍程度あると、迷光（フレア）の量がかなり抑えられることがわかる。
また、図６は横軸を曲率（１／Ｒ）に直したものであり、プラスが凸面を表している。図６から明らかなように、補正レンズ１８の第１面を凸面にすることにより、さらにレンズ面からの迷光量を減らすことができ、サーボ信号にオフセットの載り難い光ピックアップ装置用光学系を提供できる。

以上のように、光ピックアップ装置の光学系が、光源の波長が異なる２種類の光源ユニット１１，１６と、該光源ユニット１１，１６からの光束をコリメートする共通のコリメートレンズ１２を有し、一方の光源ユニット１１の直近の位置に配置された光学部材が、該光源ユニットとコリメートレンズの間に配置され、光学系の焦点距離を補正する補正レンズ１８である場合には、補正レンズ１８の光源側のレンズ面（第１面）の曲率半径を４Ｌ以上とすることにより、レンズ面からの戻り光（迷光）の受光素子１０２への入射を低減することができる。また、補正レンズ１８のレンズ面（第１面）を平面にすることにより、レンズ面の加工がしやすくなる。また、補正レンズ１８のレンズ面（第１面）を凸面にすることにより、さらにレンズ面からの迷光量を減らすことができ、信号にオフセットの載り難い光学系を提供できる。そして、このように、光源ユニットの近傍に配置されたレンズのレンズ面からの戻り光（迷光）の受光素子への入射を低減した光学系を用いることにより、信号に占める迷光（ノイズ）成分の少ない光ピックアップ装置を提供することができ、さらには、迷光の受光素子への入射を低減した光ピックアップ装置を備えることにより、迷光によるノイズ成分が少なく安定な動作を行うことができる光情報記録再生装置（光ディスクドライブ装置）を提供することができる。

次に図７は、本発明に係る光ピックアップ装置を備えた光ディスクドライブ装置の一構成例を示すブロック図である。
この図７に示される光ディスクドライブ装置２０は、光ディスク１５を回転駆動するためのスピンドルモータ２２、光ピックアップ装置２３、レーザコントロール回路２４、エンコーダ２５、モータドライバ２７、再生信号処理回路２８、サーボコントローラ３３、バッファＲＡＭ３４、バッファマネージャ３７、インターフェース３８、ＲＯＭ３９、記憶手段としてのフラッシュメモリ４２、ＣＰＵ４０及びＲＡＭ４１などを備えている。なお、図７における矢印は、代表的な信号や情報の流れを示すものであり、各ブロックの接続関係の全てを表すものではない。

前記光ピックアップ装置２３は、波長が６５０ｎｍのレーザ光を出射する第１の半導体レーザと、波長が７８０ｎｍのレーザ光を出射する第２の半導体レーザと、各半導体レーザから出射される光束を光ディスク１５の記録面に導くとともに、前記記録面で反射された戻り光束を所定の受光位置まで導く光学系、前記受光位置に配置され戻り光束を受光する第１、第２の受光素子、及び駆動系（フォーカシングアクチュエータ、トラッキングアクチュエータ及びシークモータ）（いずれも図示省略）などを含んで構成されている。より具体的には、光学系としては図３に示すような構成の光学系が用いられ、第１の半導体レーザと第１の受光素子は第１の光源ユニット１１内に配置され、第２の半導体レーザと第２の受光素子は第２の光源ユニット１６内に配置され、各光源ユニット１１，１６の受光素子からは、その受光量に応じた電流（電流信号）が再生信号処理回路２８に出力される。

前記再生信号処理回路２８は、光ディスク１５の種類に対応して光ピックアップ装置２３からの出力信号である電流信号を電圧信号に変換し、該電圧信号に基づいてウォブル信号、再生信号及びサーボ信号（フォーカスエラー信号、トラックエラー信号）などを検出する。そして、再生信号処理回路２８では、ウォブル信号からアドレス情報及び同期信号等を抽出する。ここで抽出されたアドレス情報はＣＰＵ４０に出力され、同期信号はエンコーダ２５に出力される。さらに、再生信号処理回路２８では、再生信号に対して誤り訂正処理等を行なった後、バッファマネージャ３７を介してバッファＲＡＭ３４に格納する。また、サーボ信号は再生信号処理回路２８からサーボコントローラ３３に出力される。なお、再生信号処理回路２８では、ＣＰＵ４０の指示により、光ディスクの種類に対応したサーボパラメータ（例えば、信号レベル調整用ゲインなど）を設定する。

前記サーボコントローラ３３では、サーボ信号に基づいて光ピックアップ装置２３を制御する制御信号を生成し、モータドライバ２７に出力する。
前記バッファマネージャ３７では、バッファＲＡＭ３４へのデータの入出力を管理し、蓄積されたデータ量が所定の値になると、ＣＰＵ４０に通知する。
前記モータドライバ２７では、サーボコントローラ３３からの制御信号及びＣＰＵ４０の指示に基づいて、光ピックアップ装置２３及びスピンドルモータ２２を制御する。

前記エンコーダ２５では、ＣＰＵ４０の指示に基づいて、バッファＲＡＭ３４に蓄積されているデータをバッファマネージャ３７を介して取り出し、エラー訂正コードの付加などを行ない、光ディスク１５への書き込みデータを作成する。そして、エンコーダ２５では、ＣＰＵ４０からの指示に基づいて、再生信号処理回路２８からの同期信号に同期して、書き込みデータをレーザコントロール回路２４に出力する。
また、前記レーザコントロール回路２４では、エンコーダ２５からの書き込みデータに基づいて、光ピックアップ装置２３からのレーザ光出力を制御する。なお、レーザコントロール回路２４では、ＣＰＵ４０の指示に基づいて、第１の半導体レーザと第２の半導体レーザのいずれか一方を制御対象とする。

前記インターフェース３８は、ホスト（例えば、パーソナルコンピュータ）４９との双方向の通信インターフェースであり、ＡＴＡＰＩ（AT Attachment Packet Interface）及びＳＣＳＩ（Small Computer System Interface）等の標準インターフェースに準拠している。
前記ＲＯＭ３９には、ＣＰＵ４０にて解読可能なコードで記述された後述する光ディスクの種類を判別するプログラム（「ディスク判別プログラム」という）を含むプログラムが格納されている。前記フラッシュメモリ４２は、不揮発性のメモリであり、ＣＰＵ４０からの書き込み及び読み出しが可能であるとともに、電源が切られても記録された内容は保持される。

ＣＰＵ４０は、ＲＯＭ３９に格納されている上記プログラムに従って上記各部の動作を制御するとともに、制御に必要なデータ等を一時的にＲＡＭ４１に保存する。また、ＣＰＵ４０は、上記各部において、回路系がＣＤ用回路系とＤＶＤ用回路系とに分かれている場合には、いずれか一方を選択する信号を出力する。なお、光ディスクドライブ装置２０に電源が投入されると、ＲＯＭ３９に格納されている上記プログラムは、ＣＰＵ４０のメインメモリ（図示省略）にロードされる。
また、この光ディスクドライブ装置２０では、一例としてＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ等のＣＤ系光ディスクと、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ＋ＲＷ、ＤＶＤ＋Ｒ等のＤＶＤ系光ディスクへのアクセスが可能である。

以上に説明したように、本発明の光学系は、光情報記録再生装置（光ディスクドライブ装置）の光ピックアップ装置に好適に利用でき、迷光によるノイズ成分が少なく安定な動作を行うことができる光情報記録再生装置（光ディスクドライブ装置）を実現することができる。

光情報記録再生装置の光ピックアップ装置に用いられる光学系の一例を示す概略構成図である。 本発明に係る光学系に用いられる光源ユニットの一例を示す概略断面図である。 光情報記録再生装置の光ピックアップ装置に用いられる光学系の別の例を示す概略構成図である。 図３に示す光学系の補正レンズの説明図である。 図３に示す光学系の補正レンズの第１面の曲率半径と迷光量（フレア量）の関係を計算した結果を示す図である。 図３に示す光学系の補正レンズの第１面の曲率と迷光量（フレア量）の関係を計算した結果を示す図である。 本発明に係る光ディスクドライブ装置の一構成例を示すブロック図である。 従来の光ピックアップ装置に用いられる光学系の一例を示す概略構成図である。 従来の光ピックアップ装置に用いられる光学系の別の例を示す概略構成図である。

符号の説明

１１，１６：光源ユニット
１２：コリメートレンズ
１３：偏向ミラー
１４：対物レンズ
１５：光ディスク（情報記録媒体）
１７：光路合成・分離用の光学部材
１８：補正レンズ
２０：光ディスクドライブ装置（光情報記録再生装置）
２３：光ピックアップ装置
１０１：光源（半導体レーザ）
１０２：受光素子
１０３：ホログラム
１０４：ユニット

Claims (7)

1. 光源と受光素子を同一のユニット内に有するとともに前記光源からの出射光束を透過し外部からの入射光を前記受光素子に導く光学素子を有する光源ユニットと、該光源ユニットからの光束を透過する光学部材を備えた光学系において、
   前記光源ユニットの直近の位置に配置された光学部材の光源側の面から光源までの距離をＬとしたとき、前記面の曲率半径が４Ｌ以上であることを特徴とする光学系。
2. 請求項１記載の光学系において、
   前記光源ユニットの直近の位置に配置された光学部材の光源側の面が平面であることを特徴とする光学系。
3. 請求項１記載の光学系において、
   前記光源ユニットの直近の位置に配置された光学部材の光源側の面が凸面であることを特徴とする光学系。
4. 請求項１〜３のいずれか一つに記載の光学系において、
   前記光源ユニットは、前記光学素子としてホログラムを有するホログラム光源ユニットであることを特徴とする光学系。
5. 請求項１〜４のいずれか一つに記載の光学系において、
   光源の波長が異なる２種類の光源ユニットと、該光源ユニットからの光束をコリメートする共通のコリメートレンズを有し、一方の光源ユニットの直近の位置に配置された光学部材は、該光源ユニットとコリメートレンズの間に配置され、光学系の焦点距離を補正する補正レンズであることを特徴とする光学系。
6. 光源からの光束を情報記録媒体に集光し、該情報記録媒体からの戻り光束を受光素子で受光する光学系を備え、前記情報記録媒体に対して情報の記録または再生または消去を行う光ピックアップ装置において、
   前記光学系として、請求項１〜５のいずれか一つに記載の光学系を備えたことを特徴とする光ピックアップ装置。
7. 情報記録媒体に対して情報の記録または再生または消去を行う光情報記録再生装置において、
   請求項６記載の光ピックアップ装置を備えたことを特徴とする光情報記録再生装置。
   

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