JP2005322356A - 光ピックアップ装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 透明基板の厚み誤差により発生する球面収差を補正する機能を持ちながら、十分にコンパクトな光ピックアップ装置を提供する。
【解決手段】 コリメータレンズ１３を２つのレンズ群１１、１２から構成し、２つのレンズ群１１、１２の間隔を可変とする。これにより、透明基板の厚み誤差に起因する球面収差を補正する。また、コリメータレンズ１３は、少なくとも３枚の球面レンズを用いて２群構成とする。更に、コリメータレンズの１つのレンズ群は負のパワーを有し、他のレンズ群は正のパワーを有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光ピックアップ装置の光学系に係り、特に、球面収差補正の光学系に関するものである。
近年、光ディスク装置においては、高密度化を図るために、光源の短波長化、対物レンズの高ＮＡ化に対応した技術が盛んに研究されている。そして、一部では、４０５ｎｍ帯半導体レーザとＮＡ＝０．８５の対物レンズを用いた装置が製品化され始めている。
このような短波長光源、高ＮＡの対物レンズを採用する場合には、以下の基本的な課題がある。
（１）ディスクのチルトに弱くなる。
（２）透明基板の厚み誤差に弱くなる。
（３）光源の波長跳びに弱くなる。
このうち、（１）の課題に関しては、透明基板の厚みを薄くすることで解決している。例えば、透明基板厚≒１００μｍとしている。
（２）、（３）に関しては、光学系の工夫により解決が試みられている。例えば、（３）の光源の波長跳びに対しては、対物レンズで発生する色収差を相殺する色収差を生じさせる色収差補正レンズを追加して解決する、という試みがなされている。
（２）に関しては、透明基板の厚みに誤差が生じた場合発生する球面収差を、例えば、
（ａ）ビームエクスパンダーを追加採用して、そのレンズ間隔を変えることにより球面収差を発生させて、透明基板の厚みに誤差による球面収差を相殺する。
（ｂ）コリメートレンズの位置を光軸方向に変えることにより球面収差を発生させて、透明基板の厚み誤差による球面収差を相殺する。
等の方法が検討されている。
そのような技術が、例えば、特開２００２−２３６２５２号公報に開示されている（特許文献１）。
簡単に説明すると、ビームエクスパンダーを用いる場合には、図４（ａ）に示すように対物レンズ３５の入射側の平行光束中に、負のパワーを持つレンズ３１と正のパワーを持つレンズ３２からなるエクスパンダー３３を設け、光ディスクの透明基板３６の厚み誤差に応じてレンズ３１とレンズ３２間の間隔を変え、球面収差を発生させている。
また、コリメートレンズの位置を変える場合には、図４（ｂ）に示すような系を用い、光ディスクの透明基板３６の厚み誤差に応じてコリメートレンズ３４を光軸に沿って移動させることで球面収差を発生させている。
特開２００２−２３６２５２号公報
ところが、上記従来例のような場合には、以下のような課題がある。即ち、ビームエクスパンダーを追加採用する場合には、光学素子を追加附加することとなるので、光ピックアップ装置の大型化に繋がる恐れがあった。
また、コリメートレンズの位置を変える場合には、その可変量はコリメートレンズの焦点深度の１０倍程度の距離を移動させなくてはならない。例えば、コリメートレンズのＮＡが０．１程度であれば、透明基板の厚み誤差≒±７μｍ程度に対して、±１ｍｍ程度の可動範囲を用意する必要がある。この結果、光ピックアップ装置の大型化に繋がる恐れがあった。
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたもので、その目的は、透明基板の厚み誤差により発生する球面収差を補正する機能を持ちながら、十分にコンパクトな光ピックアップ装置を提供することにある。
本発明は、上記課題を解決するため、光源からの出射光をコリメートレンズにより略平行光束として対物レンズに導き、前記対物レンズにより前記平行光束を透明基板を有する光記録媒体の記録面に集光して情報の記録或いは再生を行う光ピックアップ装置において、前記コリメートレンズは２つのレンズ群から構成されており、前記２つのレンズ群の間隔が可変であることを特徴とする。
本発明においては、透明基板の厚み誤差による球面収差を補正出来、従来例のコリメートレンズ位置を変える場合と比較して、可動距離は半分程度と出来、光ピックアップ装置をコンパクトに保つことが出来る。
また、コリメートレンズを少なくとも３枚の球面レンズで２群構成とし、特に、１つの群は負のパワーを有し、他の群は正のパワーを有するようにする。こうして、安価な素子構成で、且つ、光ピックアップ装置をコンパクトに保つことが出来る。
更に、コリメートレンズの各レンズ群のうち、正のパワーを有するレンズ群は負のパワーを有するレンズと正のパワーを有するレンズから構成し、且つ、負のパワーを有するレンズは相対的に高分散の硝材からなり、正のパワーを有するレンズは相対的に低分散の硝材となるようにする。
こうすることにより、特に、再生から記録に移行した時の、光源の波長跳びにより対物レンズで発生する色収差の影響も軽減できる。
以上のように色収差の影の軽減も可能な、安価で、且つ、球面収差補正が可能なコンパクトな光ピックアップ装置を提供することが可能となる。
本発明によれば、球面レンズによる２つのレンズ群によりコリメートレンズを構成し、２つのレンズ群の間隔を可変するようにしたので、透明基板の厚み誤差により発生する球面収差を補正する機能を持ちながら、十分にコンパクトであり、且つ、安価な光ピックアップ装置を提供することができる。
次に、発明を実施するための最良の形態について図面を参照して詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図１は本発明による光ピックアップ装置の第１の実施形態を示す構成図である。図１において、まず、半導体レーザ１からの出射ビームは、回折格子２でメインビームと２つのサブビームに分離される。サブビームはＤＰＰ（ディファレンシャルプッシュプル）用のサーボ用信号生成に利用され、メインビームは情報の記録或いは記録情報の再生に用いられる。
回折格子２からの光ビームは、一部が偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）３で反射され、集光レンズ４によりモニター用ＰＤ５に集光される。このモニター用ＰＤ５の出力は、半導体レーザ１からの出射パワーのコントロールに使用される。
ＰＢＳ３を透過したビームは、λ／４板６を介してコリメートレンズ１３で平行光束とされ、対物レンズ１４により透明基板を通して光ディスク１５の情報記録面に結像される。光ディスク１５は透明基板と情報記録面から形成されている。
ここで、コリメートレンズ１３は球面レンズ７、８（第１のレンズ群１１）と球面レンズ９、１０（第２のレンズ群１２）の二つのレンズ群から構成されている。第１のレンズ群１１と第２のレンズ群１２の間隔は可変可能に構成されており、第１、第２のレンズ群の間隔を可変することで球面収差を補正する。これは、例えば、ステッピングモータ等の駆動手段を用いて、第１のレンズ群１１や第２のレンズ群１２を光軸方向に駆動することで実現できる。
光ディスク１５で反射した光ビームは、再度対物レンズ１４を通り、更にコリメートレンズ１３、λ／４板６を介してＰＢＳ３で反射され、センサレンズ１６によりＲＦサーボＰＤ１７上に集光される。このＲＦサーボＰＤ１７からの出力により、情報信号、サーボ用信号が得られる。
ここで、半導体レーザ１の波長は、情報再生時は約４０７ｎｍであり、対物レンズ１４のＮＡは０．８５、焦点距離は１．１７６５ｍｍである。
本実施形態の投光系の設計値を表１に示す。N（４０７）は波長４０７ｎｍでの屈折率、ΔＮは波長が１ｎｍ増加した時の屈折率変化を表しており、波長４０７ｎｍ付近での分散に対応する。また、ｒはレンズ曲率、ｄは面間隔である。
対物レンズの非球面形状は、光軸方向の距離をＸ、光軸に垂直な方向の高さをｈ、円錐係数ｋとして、
Figure 2005322356
 で表される。表２はｋ、Ｂ〜Ｇの非球面係数を示す。
Figure 2005322356
Figure 2005322356
 表１から分かるように、コリメートレンズ１３は球面レンズのみからなっており、製造も容易で安価な光学素子となっている。
次に、光ディスク１５の透明基板に厚み誤差が生じた場合について述べる。透明基板に厚み誤差が生じた場合には、周知のように球面収差が発生する。特に、短波長、高ＮＡ対物レンズを使用した場合には、その影響は大きい。
そこで、本実施形態の光学系においては、コリメートレンズ１３の第１のレンズ群１１と第２のレンズ群１２との間隔を変えることにより、発生した球面収差を補正する。図２は透明基板の厚み誤差とそれを補正するためのレンズ群間距離の関係を示す。
なお、図２は第１のレンズ群１１を移動させた場合の関係を示す。第２のレンズ群１２は固定である。図２から明らかなように透明基板厚み誤差１μｍ当たりの移動量は約２８μｍである。
図３は第２のレンズ群１２を移動させた場合の透明基板厚み誤差とレンズ群間隔との関係を示す図である。第１のレンズ群１１は固定である。この場合には、透明基板厚み誤差１μｍ当たりの移動量は約２０μｍである。ここで、例えば、従来例のようにコリメートレンズ１３全体を移動させる場合には、透明基板厚み誤差１μｍ当たりの移動量は約５０μｍ程度である。
本実施形態においては、第１のレンズ群１１を移動させる場合には、光学系の全長に変化は無く、第２のレンズ群１２を移動させる場合でも、移動のために確保すべき領域は、従来例に比較して半分程度と十分に短く、光学系をコンパクトに構成することが可能である。
更に、図１、表１から分かるように第１のレンズ群１１はレンズ群としては負のパワーを持つレンズ（焦点距離約−１０．３ｍｍ）となっていて、第２のレンズ群１２としては正のパワーを持つレンズ（焦点距離７．０ｍｍ）となっている。この結果、コリメートレンズ１３は望遠系となり、半導体レーザ１からコリメートレンズ１３までの距離の短縮が図られ、光学系のコンパクト化が実現出来る。
次に、半導体レーザ１の波長が変化した場合について述べる。問題となるのは、再生から記録へ移った直後のようなフォーカスサーボ制御の追随が不可能な場合である。比較的ゆっくりとした波長変化の場合には、その波長変化によるデフォーカスはフォーカスサーボにより相殺される。
再生から記録へ移った場合の波長シフトは、青紫色半導体レーザの場合、１ｎｍ前後であり、通常、波長は伸びる。その時、表１に示す対物レンズの場合には、波長が１ｎｍ伸びると屈折率が下がり、対物レンズの正のパワーが低下して、焦点距離が伸びるようになり、０．２４３μｍのデフォーカスが生じる。ＮＡ０．８５、波長４０７ｎｍの場合には、その焦点深度は約０．２８μｍであり、波長シフトが２ｎｍの場合は焦点深度を大きく超えるデフォーカスが生じてしまい、情報の記録／再生に適さなくなる。
そこで、本実施形態では、コリメートレンズ１３の構成を表１に示すように第１のレンズ群１１としては、相対的に低分散の正パワーレンズ７と相対的に高分散の負パワーレンズ８から構成し、一方、第２のレンズ群１２としては、相対的に高分散の負パワーレンズ９と相対的に低分散の正パワーレンズ１０から構成し、波長が伸びた場合には、屈折率変化により第１のレンズ群１１の負のパワーは小さくなるように、そして、第２のレンズ群１２の正のパワーは大きくなるようにしている。
特に、正のパワーを有するレンズ群は、単一硝材で構成したり、単レンズで構成した場合には、波長が伸びたことに伴い、正のパワーは小さくなり、対物レンズのデフォーカスを助長してより大きなデフォーカスを発生させることとなる。
対して、本実施形態では、正のパワーを有するレンズ群でも、波長が伸びたことに伴う対物レンズのデフォーカスを相殺する傾向となるようにしている。実際に、波長４０７ｎｍから４０８ｎｍになった時、その焦点距離は、６．９６７８ｍｍから６．９６７６ｍｍとなり、僅かながら焦点距離が縮み、パワーが大きくなっている。
また、負のパワーを有するレンズ群に関しては、単レンズでも屈折率変化により負のパワーは小さくなるが、本実施形態の場合、その変化の程度がより大きくなるように２枚構成としている。こうして対物レンズの波長シフトによるデフォーカス、即ち、色収差を補正している。
結果を表３に示す。
Figure 2005322356
 結果として、たとえ、波長のシフトが２ｎｍであっても、デフォーカス量が焦点深度内であるようにして、フォーカスサーボが追随出来ていない時間領域でも、記録／再生性能を確保することができる。
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。表４は第２の実施形態の設計値を、表５は色収差補正の結果を示す。光ピックアップ装置の光学系の構成は図１と同様であり、対物レンズも第１の実施形態と同じである。
Figure 2005322356
Figure 2005322356
 第２の実施形態においては、球面収差補正の状況は第１の実施形態とほぼ同じであるが、色収差の補正は更に改善している。こうして製造容易な球面レンズの組み合わせにより、正負パワーを有するレンズ群からコリメートレンズを構成したので、球面収差、色収差の補正が可能な安価でコンパクトな光ピックアップが提供できる。
本発明に係る光ピックアップ装置の光学系を示す図である。 第１のレンズ群を移動させた場合の透明基板厚み誤差とそれを補正するためのレンズ群間距離の関係を示すグラフである。 第２のレンズ群を移動させた場合の透明基板厚み誤差とそれを補正するためのレンズ群間距離の関係を示すグラフである。 従来例の球面収差補正方法を説明する図である。
符号の説明
１ 半導体レーザ
２ 回折格子
３ 偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）
４ 集光レンズ
５ モニター用ＰＤ
６ λ／４板
７〜１０ 球面レンズ
１１ 第１のレンズ群
１２ 第２のレンズ群
１３ コリメートレンズ
１４ 対物レンズ
１５ 光ディスク
１６ センサレンズ
１７ ＲＦサーボＰＤ

Claims (5)

  1. 光源からの出射光をコリメートレンズにより略平行光束として対物レンズに導き、前記対物レンズにより前記平行光束を透明基板を有する光記録媒体の記録面に集光して情報の記録或いは再生を行う光ピックアップ装置において、前記コリメートレンズは２つのレンズ群から構成されており、前記２つのレンズ群の間隔が可変であることを特徴とする光ピックアップ装置。
  2. 前記コリメートレンズは、少なくとも３枚の球面レンズで２群構成を成している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. 前記コリメートレンズの１つのレンズ群は負のパワーを有し、他のレンズ群は正のパワーを有することを特徴とする請求項２に記載の光ピックアップ装置。
  4. 前記正のパワーを有するレンズ群は、負のパワーを有するレンズと正のパワーを有するレンズから構成されていることを特徴とする請求項２乃至３に記載の光ピックアップ装置。
  5. 前記負のパワーを有するレンズは相対的に高分散の硝材からなり、正のパワーを有するレンズは相対的に低分散の硝材からなることを特徴とする請求項４に記載の光ピックアップ装置。

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