JP2005322357A - 光ピックアップ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 安価で十分な色収差補正性能を有する光ピックアップ装置を提供する。
【解決手段】 コリメートレンズ１３を各々正のパワーと負のパワーを有する２つのレンズ群１１、１２から構成し、正のパワーのレンズ群は半導体レーザ１の波長が長くなった時に、その焦点距離が変化しない、若しくは短くなるようにする。また、コリメートレンズ１３は、少なくとも３枚の球面レンズで２群構成とする。更に、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群と正のパワーを有するレンズ群から構成する。
【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、色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、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。

短波長光源、高ＮＡの対物レンズを採用する場合、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、（２）の透明基板の厚みに誤差が生じた場合に対しては、ビームエクスパンダーを採用してそのレンズ間隔を変えて発生する球面収差を相殺する、という試みがなされている。

（３）に関しては、光源の波長変動が生じた場合に発生する色収差を、例えば、
（ａ）ビームエクスパンダーを構成するレンズの硝材の選択により、光源の波長変動が生じた場合に、特に対物レンズで大きく発生する色収差によるデフォーカスを軽減する。
（ｂ）張り合わせコリメートのレンズの硝材の選択により、色収差によるデフォーカスを軽減する。
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３（ａ）に示すようにビームエクスパンダー３３を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から構成し、レンズ３１を相対的に高分散の硝材とし、レンズ３２を相対的に低分散の硝材として、対物レンズで発生する波長シフトによるデフォーカスを軽減させている。

また、コリメートレンズの場合には、図３（ｂ）に示すように負のパワーを持つレンズと正のパワーを持つレンズで、上述と同様に負のパワーを持つレンズを相対的に高分散の硝材として、且つ、光学性能を得るための非球面を採用してコリメートレンズ３４を構成し、対物レンズで発生する波長シフトによるデフォーカスを軽減させている。図中３５は対物レンズ、３６は光ディスクの透明基板を示す。
特開２００２−２３６２５２号公報

ところが、上記従来例のような場合、以下のような課題がある。即ち、ビームエクスパンダーの場合には、正のパワーを持つレンズは低分散の硝材採用とはいえ、対物レンズで発生する波長シフトによるデフォーカスを助長する方向に作用するので、負のパワーを持つレンズに対する色収差補正の負荷が大きくなり、対物レンズとしてガラス単玉レンズを採用する場合等に補正不足になる恐れがあった。

また、コリメートレンズを用いる場合には、非球面レンズ採用（回折素子等の特殊非球面をも含む）、及び非球面レンズと球面レンズ張り合わせのため、製造の難度が上がり、高価なコリメートレンズとなってしまい、光ピックアップ装置が高価な装置になってしまうという恐れがあった。

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、安価で十分な色収差補正性能を有する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各々正のパワーと負のパワーを有する２つのレンズ群から構成されており、前記正のパワーのレンズ群は前記光源の波長が長くなった時に、その焦点距離が変化しない、若しくは短くなることを特徴とする。

また、本発明においては、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、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、負のパワーを有するレンズは相対的に高分散の硝材、正のパワーを有するレンズは相対的に低分散の硝材で構成する。

こうすることにより、安価で十分な色収差補正性能を有する光ピックアップ装置の提供が可能となる。

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、負のパワーを有するレンズ群のみならず、正のパワーを有するレンズにも色収差補正の役割を分担させたので、安価で十分な色収差補正性能を有する光ピックアップ装置を提供することが可能となる。

次に、本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の実施形態の構成を示す図である。図１において、まず、光源である半導体レーザ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を透過した光ビームは、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２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、再び対物レンズ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、室温で情報再生時は、約４０７ｎｍであり、対物レンズ１４のＮＡは０．８５、焦点距離は１．１７６５ｍｍであり、ガラス単玉レンズである。

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、Ｎ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、

で表される。表２はｋ、Ｂ〜Ｇの非球面係数を示す。

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。

ここで、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、周知のように球面収差が発生する。そこで、本実施形態の光学系では、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。透明基板厚み誤差１μｍ当たりの移動量は約２８μｍである。

本実施形態においては、第１のレンズ群１１を移動させている。その結果、光学系の全長に変化は無く光学系をコンパクトに形成出来る。

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となっていて、第２のレンズ群１２はレンズ群としては正のパワーを持つレンズとなっている。そのため、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を実現することが出来る。

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前後である。通常、波長が伸びる。その時、表１に示す対物レンズでは、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たようになり、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硝材を選択している。

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。即ち、最低限パワーが変わらなければ、色収差補正性能を有すると言える。

この観点により、本実施形態では、表１に示すように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、硝材を選択している。その結果、波長が伸びた場合には、第２のレンズ群１２の焦点距離は短くなり（若しくは変化しないでもよい）、パワーは大きくなり、十分な色収差補正性能を持たせることが出来る。

更に、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のであるが、本実施形態の場合には、そのパワー変化の程度がより大きくなるように２枚構成とし、高分散且つ負のパワーのより大きいレンズを含めたレンズ群としている。

表３は各レンズ群のパワーの変化を焦点距離の変化として示す。

ｆ（４０７）は波長４０７ｎｍ時の焦点距離、ｆ（４０８）は波長４０８ｎｍ時の焦点距離を示している。表３より第１のレンズ群１１では負の焦点距離が伸び（即ち、パワーが小さくなっている）、第２のレンズ群１２では僅かながら焦点距離が縮んでいることが分かる。

以上のようにして、対物レンズの波長シフトによるデフォーカス、即ち、色収差を十分に補正することができる。

投光光学系全体に関する結果を表４に示す。

表４からも分かるように正のパワーを持つレンズ群（第２群）でも色収差補正を分担できる。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の実施形態を説明する。表５は第２の実施形態の設計値、表６は各レンズ群の焦点距離変化、表７は投光系全体の色収差補正の結果を示す。なお、光学系の構成は図１と同様である。対物レンズも第１の実施形態と同じである。

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、色収差の補正に関しては、第１群、第２群ともに色収差補正性能を更に向上させることができる。

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を提供できる。

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グラフである。 従来例の波長シフトによるデフォーカスを低減する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 (4)

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各々正のパワーと負のパワーを有する２つのレンズ群から構成されており、前記正のパワーのレンズ群は前記光源の波長が長くなった時に、その焦点距離が変化しない、若しくは短くな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１乃至２に記載の光ピックアップ装置。
4. 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３に記載の光ピックアップ装置。
   
   

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