JP2006079667A - 光ピックアップ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 複数波長のレーザ光が使用される場合にも、一つの光検出器にて円滑にフォーカスエラー信号を生成し得る光ピックアップ装置を提供する。
【解決手段】 非点収差導入手段としてシリンダミラー２１０を用いる。ミラー面２１０ａは、レーザ光の光軸を略９０度曲げるとともに、レーザ光に対し、図６のＹ軸方向の収束作用を導入するよう面形状が設計されている。オンフォーカス時、ミラー面２１０ａによって収束作用を受けたレーザ光はＦ１の位置に収束し、収束作用を受けなかったレーザ光はＦ２の位置に収束する。センサー面（４分割センサー）を、Ｆ１とＦ２の間のビームスポットが真円となる位置に配置することにより、フォーカスエラー信号を導出できる。シリンダレンズ２１０を用いることにより、全ての波長のレーザ光に対し、色収差による誤差なく適正にフォーカスエラー信号を生成することができる。
【選択図】 図６

Description

本発明は、光ピックアップ装置に関し、特に、波長の異なる数種のレーザ光を記録媒体に照射する互換型の光ピックアップ装置に用いて好適なものである。

現在、ＣＤ（Compact Disc）やＤＶＤ（Digital Versatile Disc）等、様々な光ディスクが商品化され普及している。さらに、最近では、青紫レーザ光を用いて情報を記録再生する次世代ＤＶＤの規格化が進められている。この次世代ＤＶＤは、波長４０５ｎｍ程度の青紫レーザ光を用いて情報を記録再生するものである。レーザ光の短波長化によって、さらなる高密度化を図ることができる。

このように、ディスクの多様化が進むと、異なる種類のディスクに対し記録再生を行い得る、いわゆる互換型の光ピックアップ装置の開発が要求される。

図７に、互換型光ピックアップ装置の構成例（光学系）を示す。

図示の如く、光ヒップアップ装置は、３波長レーザ１０１と、光軸補正用の回折格子１０２と、偏光ＢＳ（ビームスプリッタ）１０３と、コリメータレンズ１０４と、λ／４板１０５と、ミラー１０６と、波長選択性の開口制限素子１０７と、対物レンズ１０８と、集光レンズ１０９と、シリンドリカルレンズ１１０と、光検出器１１１から構成されている。

この光ピックアップ装置においては、フォーカスエラー信号の生成方法として、従来公知の非点収差法が用いられている。ディスク１００からの反射光は、集光レンズ１０９によって収束された後、シリンドリカルレンズ１１０にて一方向の収束作用を受け、非点収差光とされる。この非点収差光は、光検出器１１１上の４分割センサーに受光される。４分割センサーの各センサー出力のうち、たすき掛けの位置にあるセンサーからの出力をそれぞれ加算した後、これら加算出力を互いに減算することで、フォーカスエラー信号が生成される。

しかし、この光ピックアップ装置においては、非点収差の導入をシリンドリカルレンズ１１０にて行っているため、記録／再生レーザ光として波長の異なるレーザ光を用いると、フォーカスエラー信号に誤差が生じる。すなわち、レーザ光の波長が異なると、シリンドリカルレンズ１１０を通過する際の屈折率が異なり、波長毎に焦点距離がずれてしまうとの現象が生じる（色収差）。このため、光検出器１１１上におけるビームスポットが適正形状から変形し、その結果、フォーカスエラー信号に誤差が生じる。

この問題を解消するために、以下に示す特許文献１では、波長毎に光検出器を個別に準備し、それぞれの光検出器の位置を、色収差に応じて光軸方向にずらすようにしている。
特開２００１−１８４６９８号公報

しかし、上記特許文献１に記載の光ピックアップ装置では、波長毎に光検出器を準備しなければならないため、構成が複雑化するとの問題が生じる。また、波長毎に光検出器の位置を微調整しなければなたないため、調整作業が煩雑化するとの問題も生じる。

そこで、本発明は、複数の波長のレーザ光が使用される場合にも、一つの光検出器にて円滑にフォーカスエラー信号を生成し得る光ピックアップ装置を提供することを課題とする。

上記課題に鑑み本発明は、以下の特徴を有する。

請求項１の発明は、記録媒体からのレーザ光に非点収差作用を導入する光学素子と、前記非点収差作用が導入されたレーザ光を受光してフォーカスエラー信号を生成するセンサーパターンを有する光検出器とを備え、前記光学素子は、反射により前記レーザ光に収差作用を導入する反射ミラーを含むことを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１に記載の光ピックアップ装置において、前記反射ミラーは、前記レーザ光に一方向の収束または発散作用を導入する反射面を具備することを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１または２に記載の光ピックアップ装置において、波長の異なる数種のレーザ光を発する半導体レーザと、該半導体レーザと前記光検出器の間の光路中に配されると共に、前記波長の異なるレーザ光の光軸を整合させる光軸調整素子とを有することを特徴とする。

本発明によれば、反射ミラーによってレーザ光に非点収差作用が導入されるため、各波長のレーザ光に色収差が生じることはなく、よって、フォーカスエラー信号を誤差なく生成することができる。また、請求項３のように光軸調整素子を配すれば、光検出器上の光軸を互いに整合させることができ、もって、一つの光検出器にて円滑に、フォーカスエラー信号を生成することができる。

本発明の効果ないし意義は、以下に示す実施形態の説明により更に明らかとなろう。ただし、以下の実施の形態は、本発明の一つの例示であって、本発明ないし各構成要件の用語の意義は、以下の実施形態に記載されたものに制限されるものではない。

以下、本発明の実施の形態につき図面を参照して説明する。

図１に実施の形態に係る光ピックアップ装置の構成を示す。なお、この光ピックアップ装置は、ＣＤ／ＤＶＤ／次世代ＤＶＤ用の互換型として用いられるものである。

この光ピックアップ装置は、上記図７の光ピックアップ装置と比べ、シリンドリカルレンズ１１０がシリンダミラー２１０に置き換えられている。すなわち、図１の光ピックアップ装置は、３波長レーザ１０１と、光軸補正用回折格子１０２と、偏光ＢＳ（ビームスプリッタ）１０３と、コリメータレンズ１０４と、λ／４板１０５と、ミラー１０６と、波長選択性の開口制限素子１０７と、対物レンズ１０８と、集光レンズ１０９と、シリンダミラー２１０と、光検出器１１１を備えている。

３波長レーザ１０１は、ＣＤ用のレーザ光（波長７８０ｎｍ）、ＤＶＤ用のレーザ光（波長６５５ｎｍ）、次世代ＤＶＤ用のレーザ光（波長４０８ｎｍ）をそれぞれ出射する３つのレーザ素子を同一ＣＡＮ内に収容している。ここで、それぞれのレーザ素子は一つの直線上に並ぶよう所定のギャップをおいて配置されている。また、各素子から出射されるレーザ光は互いに偏光面が平行となっている。なお、各レーザ素子の配置については後述する。

光軸補正用回折格子１０２は、３波長レーザ１０１から出射されるレーザ光のうち、ＣＤ用レーザ光の光軸とＤＶＤ用レーザ光の光軸を、回折作用によって、次世代ＤＶＤ用レーザ光の光軸に整合させる。すなわち、光軸補正用回折格子１０２には、ＣＤ用レーザ光とＤＶＤ用レーザ光の光軸ずれを補正できるよう設計されたパターンが形成されている。なお、回折格子の構成および光軸ずれの補正作用については後述する。

偏光ＢＳ１０３は、その偏光面が３波長レーザ１０１から出射されるレーザ光の偏光面に一致するように調整・配置されている。したがって、光軸補正用回折格子１０２によって光軸補正された各波長のレーザ光は、それぞれ偏光ＢＳ１０３をほぼ全透過する。

コリメータレンズ１０４は、偏光ＢＳ１０３から入射された各波長のレーザ光を平行光に変換する。ここで、コリメータレンズ１０４は、たとえば、各波長のレーザ光に対し色消し効果を実現できるよう、アッベ数と曲率（球面）が調整された複数枚のレンズを貼り合わせて形成されている。

λ／４板１０５は、コリメータレンズ１０４によって平行光に変換されたレーザ光（直線偏光）を円偏光に変換する。また、ディスクから反射されたレーザ光（円偏光）を、入射時の偏光方向に直交する直線偏光に変換する。したがって、ディスクから反射されたレーザ光は、偏光ビームＢＳ１０３によってほぼ全反射される。

ミラー１０６は、偏光ＢＳ１０３からのレーザ光の光路を対物レンズ１０８方向に立ち上げる。

開口制限素子１０７は、各ディスクの基板厚に応じてレーザ光の外周を遮光し、これにより、対物レンズ１０８に対する各レーザ光の開口数（ＮＡ）を調整する。すなわち、対物レンズ１０８の開口数は、ディスク毎の基板厚に応じて、あらかじめレーザ光毎に決められている。開口制限素子１０７は、ディスクの基板厚に対応する開口数となるようレーザ光の外周部を遮光し、各レーザ光を適正な有効径にて対物レンズ１０８に入射させる。

本実施の形態のように光ピックアップ装置がＣＤ／ＤＶＤ／次世代ＤＶＤ（基板厚０．６ｍｍ）互換用である場合には、ＣＤの基板厚（１．２ｍｍ）のみが他のディスクに比べて大きく、このためＣＤ用レーザ光のＮＡのみが他に比べて小さく設定さている。開口制限素子１０７は、ＣＤ用レーザ光のみ外周部を遮光し、対物レンズ１０８に対するＣＤ用レーザ光の有効径を調整する。これにより、ＣＤ用レーザ光の開口数を設定値に調整する。

なお、開口制限素子１０７としては、たとえば、回折素子を用いることができる。この回折素子には、レーザ光の外周部が入射する位置に波長選択性の回折パターンが形成されており、このパターンの回折作用によって、当該波長のレーザ光の外周部を発散させる。本実施の形態の場合には、ＣＤ用レーザ光（波長７８０ｎｍ）のみを回折させる回折パターンが、外周部入射位置に形成されている。これにより、ＣＤ用レーザ光の外周部が回折により発散され、中央部のみが対物レンズ１０８方向に導かれる。この他、開口制限素子１０７として、波長選択性のダイクロフィルタを用いることもできる。

対物レンズ１０８は、各波長のレーザ光を記録層上に適正に収束させるよう設計されている。対物レンズ１０８は、対物レンズアクチュエータ（図示せず）によって、フォーカス方向およびトラッキング方向に駆動される。すなわち、サーボ回路からのサーボ信号（トラッキングサーボ信号およびフォーカスサーボ信号）に応じて、フォーカス方向およびトラッキング方向に駆動される。なお、対物レンズアクチュエータの構成は、従来周知であるので、説明を省略する。

集光レンズ１０９は、偏光ＢＳ１０３によって反射されたレーザ光（ディスクからの反射光）を光検出器１１１上に集光する。ここで、集光レンズ１０９は、各波長のレーザ光に対し色消し効果を実現できるよう、アッベ数と曲率（球面）が調整された複数枚のレンズを貼り合わせて形成されている。なお、集光レンズ１０９は、光検出器１１１に対するレーザ光の光路長を調整するために配されている。光路長の調整が不要な場合、集光レンズ１０９は省略される。

光検出器１１１は、受光したレーザ光の強度分布から再生ＲＦ信号、フォーカスエラー信号およびトラッキングエラー信号を導出するためのセンサーパターンを有している。各センサーからの信号は、ディスク装置側の再生回路およびサーボ回路に出力される。なお、光検出器１１１は、非点収差法に従ってフォーカスエラー信号を生成するためのセンサーパターン（４分割センサー）を有している。

図２に、３波長レーザ１０１の構成を示す。なお、同図（ｂ）は、同図（ａ）を右側から見た右側面図である。

図において、１０１ａ〜１０１ｃは、レーザ素子である。図示のとおり、レーザ素子１０１ａ〜１０１ｃは、出射口側から見て一直線上に並ぶよう、基体１０１ｄにマウントされている。ここで、各レーザ素子間の間隔は、レーザ素子１０１ａおよびレーザ素子１０１ｃから出射されるレーザ光が、上記軸補正用回折格子１０２によって、レーザ素子１０１ｂから出射されるレーザ光の光軸に一致するよう回折される間隔に設定されている。

図３に、レーザ素子１０１ａ〜１０１ｃと軸補正用回折格子１０２の関係を示す。

図示の如く、軸補正用回折格子１０２には、レーザ光が入射する側の面に、ホログラム格子パターンが形成されている。なお、同図には、ステップ数＝３の格子パターンが示されている。ここで、格子ピッチをｐとすると、レーザ光の１次光の回折角θと波長λの関係は、
λ＝ｐ ｓｉｎθ …（１）
θ＝ｓｉｎ^-1λ／ｐ …（２）
と規定される。したがって、レーザ素子１０１ａと１０１ｃからのレーザ光の光軸を軸補正用回折格子１０２による回折にてレーザ素子１０１ｂからのレーザ光の光軸に一致させようとすると、レーザ素子間の発光点間隔ｄ１、ｄ２は、
ｄ１＝Ｌｔａｎθ１ …（３）
ｄ２＝Ｌｔａｎθ２ …（４）
と規定されるから、レーザ素子１０１ａ、１０１ｃの出射波長λａ、λｂと、軸補正用回折格子１０２の格子ピッチｐから、レーザ素子間の発光点間隔ｄ１、ｄ２は、
ｄ１＝Ｌｔａｎ（ｓｉｎ^-1λａ／ｐ） …（５）
ｄ２＝Ｌｔａｎ（ｓｉｎ^-1λｂ／ｐ） …（６）
として設定される。従って、出射波長λａ、λｂと単純光路長Ｌから発光点間隔ｄ１、ｄ２とを求め、この位置にレーザ素子１０１ａ、１０１ｃを設定すれば、単純光路長Ｌの位置に軸補正用回折格子１０２配置することにより、レーザ素子１０１ａ、１０１ｃから出射されるレーザ光（１次回折光）の光軸を、レーザ素子１０１ｂから出射されるレーザ光に整合させることができる。

図４に、軸補正用回折格子１０２の格子パターンと回折効率の関係を示す。

同図は、格子パターンのステップ数を２ステップとしたときのシミュレーション結果である。なお、シミュレーションの条件は、シミュレーション結果を示す特性グラフの下方欄外に示すとおりである。また、グラフ中に付記された４０８−０ｔｈ、６５５−１ｓｔ、７８０＋１ｓｔは、それぞれ波長４０８ｎｍレーザ光の０次回折光、波長６５５ｎｍレーザ光の−１次回折光、波長７８０ｎｍレーザ光の＋１次回折光の回折効率特性であることを示すものである。

同図から、格子パターンが２ステップの場合には、ステップ高さＨを０．８５μｍ程度に設定すると、波長４０８ｎｍの青紫レーザ光（次世代ＤＶＤ用）の回折効率を１００％近くに維持しながら、波長６５５ｎｍのレーザ光（ＤＶＤ用）と波長７８０ｎｍ（ＣＤ用）のレーザ光の回折効率を４０％前後にまで高めることができることが分かる。

図５に、シリンダレンズ２１０の構成を示す。図示の如く、シリンダレンズ２１０は、ベース２１０ｂとミラー面２１０ａからなっている。ベース２１０ｂは、たとえばプラスチック材料から形成されており、上面に非球面状のシリンダ面が形成されている。このシリンダ面上に、アルミニウム等の反射材料を蒸着することにより、ミラー面２１０ａが形成される。

ミラー面２１０ａは、レーザ光に対して図６に示すように配置することにより、レーザ光の光軸を略９０度曲げるとともに、レーザ光に対し、同図のＹ軸方向の収束作用を導入するよう、面形状が設計されている。なお、同図（ｂ）は、同図（ａ）を集光レンズ１０９側から見たときのものである。

オンフォーカス時において、ミラー面２１０ａによって収束作用を受けたレーザ光は同図のＦ１の位置に収束し、また、収束作用を受けなかったレーザ光は同図のＦ２の位置に収束する。したがって、光検出器１１１のセンサー面（４分割センサー）を、Ｆ１とＦ２の間のビームスポットが真円となる位置に配置することにより、センサー出力からフォーカスエラー信号を導出することができる。なお、４分割センサーは、デフォーカス時のビームスポットの変形方向（楕円スポットの長軸方向）が４分割センサーのたすき掛け方向となるよう配置される。

図１に示す光学系において、シリンダレンズ２１０と光検出器１１１は、ミラー面２１０ａと光検出器１１１の４分割センサー面が上記の関係を示すように配置調整されている。

本実施の形態によれば、シリンダレンズ２１０にて非点収差を導入するようにしたので、３波長レーザ１０１から出射される全ての波長のレーザ光に対し、色収差による誤差なく適正にフォーカスエラー信号を生成することができる。また、軸補正用回折格子１０２によって光軸調整が行われているため、一つ光検出器１１１にて全てのレーザ光を適正に受光することができる。このように、本実施の形態によれば、構成の簡素化を図りながら円滑かつ適正に、フォーカスエラー信号を導出することができる。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、他に種々の変更が可能であることは言うまでもない。

たとえば、上記実施の形態では、ＣＤ／ＤＶＤ／次世代ＤＶＤ用の互換型光ピックアップ装置を例示したが、ＣＤ／ＤＶＤ互換型、ＤＶＤ／次世代ＤＶＤ互換型など、他の互換型光ピックアップ装置にも適宜適用可能である。また、上記では、軸補正用回折格子１０２を用いて光軸補正を行ったが、これ以外の軸補正素子を用いるようにしても良い。さらに、軸補正素子は、光検出器１１１の直前に配置するようにしても良い。

この他、本発明の実施の形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。

実施の形態に係る光ピックアップ装置の光学系を示す図 実施の形態に係る３波長レーザの構成を示す図 実施の形態におけるレーザ素子と軸補正用回折格子の関係を示す図 実施の形態に係る回折効率のシミュレーション結果を示す図 実施の形態に係るシリンダレンズ２１０の構成を示す図 実施の形態に係るシリンダレンズとセンサー面の関係を示す図 互換型光ピックアップ装置の構成例を示す図

符号の説明

１０１ ３波長レーザ
１０２ 軸補正素子
１１１ 光検出器
２１０ シリンダミラー

Claims (3)

1. 記録媒体からのレーザ光に非点収差作用を導入する光学素子と、
   前記非点収差作用が導入されたレーザ光を受光してフォーカスエラー信号を生成するセンサーパターンを有する光検出器とを備え、
   前記光学素子は、反射により前記レーザ光に収差作用を導入する反射ミラーを含む、
   ことを特徴とする光ピックアップ装置。
2. 請求項１において、
   前記反射ミラーは、前記レーザ光に一方向の収束または発散作用を導入する反射面を具備する、
   ことを特徴とする光ピックアップ装置。
3. 請求項１または２において、
   波長の異なる数種のレーザ光を発する半導体レーザと、
   該半導体レーザと前記光検出器の間の光路中に配されると共に、前記波長の異なるレーザ光の光軸を整合させる光軸調整素子とを有する、
   ことを特徴とする光ピックアップ装置。

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