非特許文献1に記載の技術によれば、対物レンズに入射する光束の位相分布を変化させる液晶板を用いて球面収差を補正することができる。しかしながら、良好な集光スポットを形成すべく球面収差を連続的に補正するためには、液晶板における位相差を与える領域を細分化しなくてはならず、液晶板のコストが増大するのみならず、駆動方式が複雑となったり回路構成が大型化するなどの問題がある。
一方、特許文献1〜3に記載の技術によれば、光軸方向に可動のレンズを用いることで球面収差を補正している。しかしながら、可動のレンズの許容可動範囲が不適切であると、光ディスクの保護層の厚さばらつきに対して球面収差補正が十分に行えないという問題がある。この問題について詳細に説明する。
図1は、可動レンズの位置を横軸に、球面収差の補正量を縦軸にとって示した図である。可動レンズの可動範囲をLとする。光ディスクの保護層の厚さのばらつきを考慮したときに、最も効率よく球面収差を補正するには、可動のレンズの可動範囲Lの中心が、保護層の平均厚さの光ディスクに対して球面収差量がゼロとなる位置に配置することが望ましい。かかる場合、図1において、可動レンズはX1〜X2の範囲で移動でき、それにより補正される球面収差はY1〜Y2(≒−Y1)となる。
ところが、寸法誤差や組み付け誤差などにより、可動レンズの可動範囲Lの中心を、保護層の平均厚さの光ディスクに対して球面収差量がゼロとなる位置に配置することは難しい。例えば、図1に示すように、可動レンズの可動範囲Lが+側にずれ、可動レンズはX3〜X4の範囲で移動でき、それにより補正される球面収差はY3〜Y4となったとする。かかる場合、+側の球面収差Y2〜Y4を補正できるようになるが、かかる範囲は光ディスクの保護層のばらつきの上限を超えており、規格外のディスクとなるので使用頻度が極めて低い。むしろ、光ディスクの保護層のばらつきにおける規格の範囲内である−側の球面収差Y1〜Y3について十分な補正ができず、情報の記録及び/又は再生が行えなくなる恐れがある。
本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、簡素な構成でありながら、調整容易であり、適切に情報の記録及び/又は再生を行える光ピックアップ装置及びその調整方法を提供することを目的とする。
請求項1に記載の光ピックアップ装置は、
光源と、
第1のカップリングレンズと、
少なくとも光軸方向に変位可能な第2のカップリングレンズと、
前記第2のカップリングレンズを、少なくとも光軸方向に変位するように駆動する駆動手段と、
前記光源から出射され、前記第1のカップリングレンズ及び前記第2のカップリングレンズを通過した光束を入射して、光情報記録媒体の情報記録面に集光する対物レンズと、
前記光情報記録媒体の情報記録面から反射した光束を受光し、電気信号に変換する受光素子とを有し、前記電気信号に基づいて、前記光情報記録媒体の情報記録面に対して情報の記録及び/又は再生を行えるようになっており、
前記第1のカップリングレンズは、光軸方向位置を調整可能に取り付けられていることを特徴とする。
本発明によれば、例えばコリメートレンズやビームエキスパンダ等の前記第2のカップリングレンズを光軸方向に移動させることによって、光ディスクの保護層厚が異なることに起因して生じる球面収差を補正することができる。又、前記第2のカップリングレンズの可動範囲が、適切な範囲からずれていたような場合には、前記第1のカップリングレンズの位置を光軸方向に調整することで、前記第2のカップリングレンズの設定を変更することなく、光ディスクの保護層厚が異なることに起因して生じる球面収差を最大限補正できる。
本発明の原理を、図面を参照して説明する。図2は、第2のカップリングレンズが1枚のレンズである本発明のピックアップ装置の主要部を示す概略構成図である。図2において、光源LDから出射された光束は、第1のカップリングレンズCUL1及び第2のカップリングレンズCUL2を通過し、対物レンズOBJに入射した後、光ディスクODの保護層PLを通過し情報記録面RLに集光されてスポットを形成するようになっている。なお、実線で示す第2のカップリングレンズCUL2は、DVD等に対して情報の記録及び/又は再生を行うのに適した位置であり、点線で示す第2のカップリングレンズCUL2は、CD等に対して情報の記録及び/又は再生を行うのに適した位置である。
図3は、図2に示す光ピックアップ装置における第2のカップリングレンズの位置と、補正される球面収差を示す図であり、光ディスクODの保護層PLの厚さは規格の中心値として求めている。ΔcpLは、第1のカップリングレンズCUL1の光軸方向移動量を示し、Δcolは、第2のカップリングレンズCUL2の光軸方向移動量を示し、共に光ディスク側を+とし、光源側を−としている。
ここで、図3(b)は、第2のカップリングレンズCUL2が基準位置にあるときに、第1のカップリングレンズCUL1を光軸方向に変位した場合における球面収差を示しており、ΔcpL=0の時に球面収差は最も低くなる。これに対し、図3(a)に示すように、第2のカップリングレンズCUL2を光源側に0.1mm移動させると、球面収差が最も低くなるのは、ΔcpL=0.4mmの位置である。これを言い換えると、第2のカップリングレンズCUL2の基準位置(可動範囲の中心)が光源側に0.1mmずれた場合、第1のカップリングレンズCUL1を光ディスク側に0.4mm移動させれば球面収差が最小となるので、第2のカップリングレンズの可動範囲が有限であることを前提として、ここを基準とすることにより光ディスクの保護層厚が異なることに起因して生じる球面収差を最大限補正できることとなる。
同様に、第2のカップリングレンズCUL2を光ディスク側に0.1mm移動させると、球面収差が最も低くなるのは、ΔcpL=−0.6mmの位置である。これを言い換えると、第2のカップリングレンズCUL2の基準位置(可動範囲の中心)が光ディスク側に0.1mmずれた場合、第1のカップリングレンズCUL1を光源側に0.6mm移動させれば球面収差が最小となるので、第2のカップリングレンズの可動範囲が有限であることを前提として、ここを基準とすることにより光ディスクの保護層厚が異なることに起因して生じる球面収差を最大限補正できることとなる。
図4は、第2のカップリングレンズが2枚のレンズからなる本発明のピックアップ装置の主要部を示す概略構成図である。図4において、光源LDから出射された光束は、第1のカップリングレンズCUL1及び第2のカップリングレンズEXPのレンズL1,L2を通過し、対物レンズOBJに入射した後、光ディスクODの保護層PLを通過し情報記録面RLに集光されてスポットを形成するようになっている。なお、実線で示すレンズL2は、DVD等に対して情報の記録及び/又は再生を行うのに適した位置であり、点線で示すレンズL2は、CD等に対して情報の記録及び/又は再生を行うのに適した位置である。
図5は、図4に示す光ピックアップ装置における第2のカップリングレンズの位置と、補正される球面収差を示す図であり、光ディスクODの保護層PLの厚さは規格の中心値として求めている。ΔcpLは、第1のカップリングレンズCUL1の光軸方向移動量を示し、ΔcolAは、第2のカップリングレンズEXP全体の光軸方向移動量を示し、Δcol2は、第2のカップリングレンズEXPのレンズL2の光軸方向移動量を示し、いずれも光ディスク側を+とし、光源側を−としている。
ここで、図5(b)は、第2のカップリングレンズEXPが基準位置にあるときに、第1のカップリングレンズCUL1を光軸方向に変位した場合における球面収差を示しており、ΔcpL=0の時に球面収差は最も低くなる。これに対し、図5(a)に示すように、第2のカップリングレンズEXPのレンズL2のみを光源側に0.02mm移動させると、球面収差が最も低くなるのは、ΔcpL=0.6mmの位置である。これを言い換えると、第2のカップリングレンズEXPのレンズL2の基準位置(可動範囲の中心)が光源側に0.02mmずれた場合、第1のカップリングレンズCUL1を光ディスク側に0.6mm移動させれば球面収差が最小となるので、第2のカップリングレンズの可動範囲が有限であることを前提として、ここを基準とすることにより光ディスクの保護層厚が異なることに起因して生じる球面収差を最大限補正できることとなる。
同様に、第2のカップリングレンズEXPのレンズL2を光ディスク側に0.02mm移動させると、球面収差が最も低くなるのは、ΔcpL=−0.8mmの位置である。これを言い換えると、第2のカップリングレンズEXPのレンズL2の基準位置(可動範囲の中心)が光ディスク側に0.02mmずれた場合、第1のカップリングレンズCUL1を光源側に0.8mm移動させれば球面収差が最小となるので、第2のカップリングレンズの可動範囲が有限であることを前提として、ここを基準とすることにより光ディスクの保護層厚が異なることに起因して生じる球面収差を最大限補正できることとなる。
更に、図5(d)に示すように、基準位置から第2のカップリングレンズEXP全体を光源側に0.1mm移動させると、球面収差が最も低くなるのは、ΔcpL=0.4mmの位置である。これを言い換えると、第2のカップリングレンズEXPの基準位置(可動範囲の中心)が光源側に0.1mmずれた場合、第1のカップリングレンズCUL1を光ディスク側に0.4mm移動させれば球面収差が最小となるので、第2のカップリングレンズの可動範囲が有限であることを前提として、ここを基準とすることにより光ディスクの保護層厚が異なることに起因して生じる球面収差を最大限補正できることとなる。
同様に、第2のカップリングレンズEXP全体を光ディスク側に0.1mm移動させると、球面収差が最も低くなるのは、ΔcpL=−0.4mmの位置である。これを言い換えると、第2のカップリングレンズEXPの基準位置(可動範囲の中心)が光ディスク側に0.1mmずれた場合、第1のカップリングレンズCUL1を光源側に0.4mm移動させれば球面収差が最小となるので、第2のカップリングレンズの可動範囲が有限であることを前提として、ここを基準とすることにより光ディスクの保護層厚が異なることに起因して生じる球面収差を最大限補正できることとなる。
請求項2に記載の光ピックアップ装置は、請求項1に記載の発明において、前記光源は波長の異なる複数の発光素子を有し、前記発光素子から出射された異なる波長の光束は、それぞれ異なる種類の光情報記録媒体の情報記録面に対して集光され情報の記録及び/又は再生が行えるようになっており、前記第2のカップリングレンズは、情報の記録及び/又は再生が行われる光情報記録媒体に応じて、少なくとも光軸方向に変位するように駆動されることを特徴とする。
例えばBD、HD DVD、DVD、CDなど異なる種類の光情報記録媒体(光ディスクともいう)に対して互換可能に情報の記録及び/又は再生を行える光ピックアップ装置が開発されている。ここで、使用する光情報記録媒体の保護層の厚さに応じて、第2のカップリングレンズの位置を光軸方向に移動させ、それにより球面収差を補正することが行われる。しかるに、図2,4に点線で示すように、第2のカップリングレンズの移動量が比較的大きいと、その移動スペースを確保するために、光ピックアップ装置の構成が大型化してしまう。そこで、光ピックアップ装置のコンパクト化を図るため、第2のカップリングレンズにおいて、移動量に対する球面収差補正量を比較的大きく設計することが行われる。ところが、第2のカップリングレンズの基準位置が僅かにズレただけで、球面収差の補正許容範囲が大きく変わりやすくなる。これに対し、本発明によれば、第1のカップリングレンズが光軸方向に調整可能になっているので、移動量に対する球面収差補正量を比較的大きくした第2のカップリングレンズを用いても、その光軸方向位置を調整することによって、最適な球面収差の補正範囲を得ることができるようにしている。
請求項3に記載の光ピックアップ装置は、請求項2に記載の発明において、前記第1のカップリングレンズは、いずれかの発光素子が出射する光束を用いて情報の記録及び/又は再生を行う光情報記録媒体に対応して、光軸方向位置を調整されることを特徴とする。例えば、BDにおいて、第2のカップリングレンズにおける基準位置からのズレが最も許容度が低い場合には、BDに対応して、前記第1のカップリングレンズの光軸方向位置を決めることができる。
請求項4に記載の光ピックアップ装置は、請求項2に記載の発明において、前記複数の発光素子は共通のヒートシンクに固定されており、前記第1のカップリングレンズは、前記複数の発光素子のうち軸上にある発光素子が出射する光束を用いて情報の記録及び/又は再生を行う光情報記録媒体に対応して、光軸方向位置を調整されることを特徴とする。例えば、DVD用のレーザ(発光素子)とCD用のレーザ(発光素子)とが共通のヒートシンクに固定され同一パッケージ内に収容された2レーザ1パッケージを光源として用いる場合、DVD用のレーザが軸上にあるのが一般的である。かかる場合、DVDに対応して、前記第1のカップリングレンズの光軸方向位置を決めることができる。なお、3つの発光素子を共通のヒートシンクに固定し1つのパッケージに収容した3レーザ1パッケージも用いることができる。
請求項5に記載の光ピックアップ装置は、請求項1に記載の発明において、前記光源から出射された単一波長の光束は、異なる種類の光情報記録媒体の情報記録面に対して集光され、それぞれ情報の記録及び/又は再生が行えるようになっており、前記第2のカップリングレンズは、情報の記録及び/又は再生が行われるいずれかの光情報記録媒体に応じて、少なくとも光軸方向に変位するように駆動されることを特徴とする。例えばBDとHD DVDとは、一般的には同じ波長の光束を用いて情報の記録及び/又は再生を行うが、BDの方が、第2のカップリングレンズにおける基準位置からのズレが最も許容度が低い場合には、BDに対応して、前記第1のカップリングレンズの光軸方向位置を決めることができる。
請求項6に記載の光ピックアップ装置は、請求項1乃至5のいずれかに記載の発明において、前記第1のカップリングレンズは正の屈折作用を有することを特徴とする。前記第1のカップリングレンズを正レンズとすることで、前記光源からの光束を、集光スポット形成のために有効に利用することができる。
請求項7に記載の光ピックアップ装置は、請求項1乃至5のいずれかに記載の発明において、前記第1のカップリングレンズは正の屈折作用を有することを特徴とする。前記第1のカップリングレンズを負レンズとすることで、集光スポットのリム強度分布を適正な特性に変換できる。
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発明において、前記第2のカップリングレンズは1枚の非球面レンズから構成されていることを特徴とするので、コンパクトで低コストな光ピックアップ装置を提供できる。
請求項9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発明において、前記第2のカップリングレンズは2枚の以上のレンズから構成されていることを特徴とするので、球面収差の補正感度が向上し、よりコンパクトな光ピックアップ装置を提供できる。
請求項10に記載の光ピックアップ装置は、請求項1乃至9のいずれかに記載の発明において、前記駆動手段が、電気機械変換素子と、前記電気機械変換素子の一端に固定された駆動部材と、前記第2のカップリングレンズに連結され、かつ前記駆動部材上に移動可能に保持された可動部材と、から構成され、前記電気機械変換素子を、伸び方向と縮み方向とで速度を変えて繰り返し伸縮させることで、前記可動部材を移動させるようになっていることを特徴とする。
前記駆動手段において、前記電気機械変換素子に対して例えば鋸歯状の波形をしたパルスなどの駆動電圧をごく短時間印加することで、前記電気機械変換素子を微少に伸長または収縮するように変形させることができるが、そのパルスの形状により伸長又は収縮の速度を変えることができる。ここで、前記電気機械変換素子を伸長または収縮方向へ速い速度で変形したとき、前記可動部材は、その質量の慣性により、前記駆動部材の動作に追随せず、そのままの位置に留まる。一方、前記電気機械変換素子がそれよりも遅い速度で反対方向へと変形したとき、前記可動部材は、その間に作用する摩擦力で駆動部材の動作に追随して移動する。したがって、前記電気機械変換素子が伸縮を繰り返すことにより、前記可動部材は一方向へ連続して移動することができる。即ち、高い応答性を有する本発明の駆動手段を用いることで、前記可動部材に連結した前記第2のカップリングレンズを高速に移動させることもでき、且つ微小量移動させることもできる。更に、前記可動部材を定位置に保持するような場合には、前記電気機械変換素子への電力供給を中断すれば、前記可動部材と前記駆動部材との間に作用する摩擦力によって保持されるので、省エネも図れる。加えて、前記駆動手段の構成は、簡素で小型化が可能で、低コストであるという利点もある。よって、光ピックアップ装置において、前記レーザ光源と前記対物レンズとの間に配置された前記第2のカップリングレンズを、その光軸方向に駆動することにより、高精度かつ高速に球面収差補正が可能であり、又コンパクトで消費電力が低く比較的低コストな光ピックアップ装置を実現できる。
請求項11に記載の光ピックアップ装置の調整方法は、光源と、第1のカップリングレンズと、少なくとも光軸方向に変位可能な第2のカップリングレンズと、前記第2のカップリングレンズを、少なくとも光軸方向に変位するように駆動する駆動手段と、前記光源から出射され、前記第1のカップリングレンズ及び前記第2のカップリングレンズを通過した光束を入射して、光情報記録媒体の情報記録面に集光する対物レンズと、前記光情報記録媒体の情報記録面から反射した光束を受光し、電気信号に変換する受光素子とを有し、前記電気信号に基づいて、前記光情報記録媒体の情報記録面に対して情報の記録及び/又は再生を行えるようになっている光ピックアップ装置の調整方法において、
前記光情報記録媒体の代わりに検出手段を配置し、
前記検出手段からの信号に基づいて、前記第1のカップリングレンズを光軸方向に変位させることを特徴とする。
本発明によれば、前記検出手段からの信号に基づいて、前記第1のカップリングレンズを最適な位置に変位させることができる。
請求項12に記載の光ピックアップ装置の調整方法は、請求項11に記載の発明において、前記検出手段は、画像読み取り装置を含むことを特徴とする。画像読み取り装置は、CCD等の固体撮像素子を有し、前記対物レンズにより集光されたスポット形状に応じた信号を出力すると好ましい。
請求項13に記載の光ピックアップ装置の調整方法は、請求項11又は12に記載の発明において、前記第2のカップリングレンズを、その可動範囲の中央に位置せしめた状態で、前記第1のカップリングレンズを光軸方向に変位させることを特徴とする。
請求項14に記載の光ピックアップ装置の調整方法は、光源と、前記光源から出射された光束を入射する第1のカップリングレンズと、前記第1のカップリングレンズから出射された光束を入射する、少なくとも光軸方向に変位可能な第2のカップリングレンズと、前記第2のカップリングレンズを、少なくとも光軸方向に変位するように駆動する駆動手段と、前記第2のカップリングレンズから出射された光束を入射して、光情報記録媒体の情報記録面に集光する対物レンズと、前記光情報記録媒体の情報記録面から反射した光束を受光し、電気信号に変換する受光素子とを有し、前記電気信号に基づいて、前記光情報記録媒体の情報記録面に対して情報の記録及び/又は再生を行えるようになっている光ピックアップ装置の調整方法において、
前記受光素子からの電気信号をジッターメーターに入力し、
前記ジッターメーターからの信号に基づいて、前記第1のカップリングレンズを光軸方向に変位させることを特徴とする。
本発明によれば、前記ジッターメーターからの信号に基づいて、前記第1のカップリングレンズを最適な位置に変位させることができる。
尚、本明細書中、「レンズ」とは、研磨ガラス、成形プラスチックレンズなどの表面が曲面状のレンズのみでなく、ホログラムや回折格子でできたレンズやGRINレンズ等も含む。これらレンズは、必ずしも結像性能を有さなくても良く、レンズが構成する光学素子に入射した光線の発散角を変更して出射するよう、入射光線を屈折させて出射する作用を有すれば足りる。
本発明によれば、簡素な構成でありながら、調整容易であり、適切に情報の記録及び/又は再生を行える光ピックアップ装置及びその調整方法を提供することができる。
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図6は、保護基板の厚さが異なる光情報記録媒体(光ディスクともいう)であるBD又はHD DVD、DVD及びCDに対して適切に情報の記録/再生を行える本実施の形態の光ピックアップ装置の構成を概略的に示す上面図である。図7は、本実施の形態を矢印VII方向から見た側面図である。本実施の形態においては、集光光学系として対物レンズOBJ及びコリメータ光学系COLを含む。又、本実施の形態では、第2の光源である第2半導体レーザLD2と、第3の光源である第3半導体レーザLD3とを、同一のパッケージに収容した或いは同一のヒートシンクに固定した、いわゆる2レーザ1パッケージを使用しているが、半導体レーザを個別に配置しても良い。更に、第1の半導体レーザLD1のみを用い、コリメータ光学系COLを移動させることで、BDとHD DVDとに対して互換可能に情報の記録及び/又は再生を行うこともできる。
第1の光ディスクOD1(例えばBD又はHD DVD)に対して情報の記録及び/又は再生を行う場合、図1の光ピックアップ装置において、光源波長380〜450nmの半導体レーザLD1(第1の光源)から出射された光束は、カップリングレンズ(第1のカップリングレンズ)CPL1を通過し、更に第1回折素子D1を通過することで、記録再生用のメインビームとトラッキングエラー信号検出用のサブビームに分離された後、ダイクロイックビームスプリッタDBSで反射され、偏光ビームスプリッタPBSで反射されて、コリメータ光学系COLを通過して平行光束に変換された後、立ち上げミラーMに入射する。第2のカップリングレンズであるコリメータ光学系COLの動作については後述する。
図7において、立ち上げミラーMに入射した光束の一部は、それを透過した後モニタレンズMLを通過して、レーザパワーモニタLPMに入射し、レーザパワーの監視に用いられる。一方、立ち上げミラーMに入射した光束の残りは、そこで反射され、1/4波長板QWPを通過した後、対物レンズOBJ(本実施の形態では2枚の素子からなるが1枚でも良い)に入射して、ここから光ディスクOD1の情報記録面R1(保護基板の厚さ0.1mm又は0.6mm)に集光される。
情報記録面R1で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物レンズOBJ、1/4波長板QWPを通過し、立ち上げミラーMで反射された後、コリメータ光学系COLを通過し、更に偏光ビームスプリッタPBSを通過してセンサレンズSLによって、光検出器(受光素子、以下同じ)PDの受光面に集光されるようになっている。光検出器PDの出力信号を用いて、光ディスクOD1に情報記録された情報の読み取り信号が得られる。
また、光検出器PD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対物レンズアクチュエータ機構ACTのフォーカシングアクチュエータ及びトラッキングアクチュエータが、第1半導体レーザLD1からの光束を光ディスクOD1の情報記録面R1上に適切に結像するように、対物レンズOBJをレンズホルダHDと一体で移動させるようになっている。
第2の光ディスクOD2(例えばDVD)に対して情報の記録及び/又は再生を行う場合、図1の光ピックアップ装置において、光源波長600〜700nmの半導体レーザLD2から出射された光束は、2レーザ1パッケージから外部へと出た後、第2回折素子D2を通過することで、記録再生用のメインビームとトラッキングエラー信号検出用のサブビームに分離され、カップリングレンズ(第1のカップリングレンズ)CPL2で発散角を調整され、1/2波長板HWP、ダイクロイックビームスプリッタDBSを通過し、偏光ビームスプリッタPBSで反射されて、コリメータ光学系COLを通過して平行光束に変換された後、立ち上げミラーMに入射する。
図7において、立ち上げミラーMに入射した光束の一部は、それを透過した後モニタレンズMLを通過して、レーザパワーモニタLPMに入射し、レーザパワーの監視に用いられる。一方、立ち上げミラーMに入射した光束の残りは、そこで反射され、1/4波長板QWPを通過した後、対物レンズOBJに入射して、ここから光ディスクOD2の情報記録面R2(保護基板の厚さ0.6mm)に集光される。
情報記録面R2で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物レンズOBJ、1/4波長板QWPを通過し、立ち上げミラーMで反射された後、コリメータ光学系COLを通過し、更に偏光ビームスプリッタPBSを通過してセンサレンズSLによって、光検出器PDの受光面に集光されるようになっている。光検出器PDの出力信号を用いて、光ディスクOD2に情報記録された情報の読み取り信号が得られる。
また、光検出器PD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対物レンズアクチュエータ機構ACTのフォーカシングアクチュエータ及びトラッキングアクチュエータが、第2半導体レーザLD2からの光束を光ディスクOD2の情報記録面R2上に適切に結像するように、対物レンズOBJをレンズホルダHDと一体で移動させるようになっている。
第3の光ディスクOD3(例えばCD)に対して情報の記録及び/又は再生を行う場合、図1の光ピックアップ装置において、光源波長750〜850nmの半導体レーザLD3から出射された光束は、2レーザ1パッケージから外部へと出た後、第2回折素子D2を通過することで、記録再生用のメインビームとトラッキングエラー信号検出用のサブビームに分離され、カップリングレンズCPL2で発散角を調整され、1/2波長板HWP、ダイクロイックビームスプリッタDBSを通過し、偏光ビームスプリッタPBSで反射されて、コリメータ光学系COLを通過して平行光束に変換された後、立ち上げミラーMに入射する。
図7において、立ち上げミラーMに入射した光束の一部は、それを透過した後モニタレンズMLを通過して、レーザパワーモニタLPMに入射し、レーザパワーの監視に用いられる。一方、立ち上げミラーMに入射した光束の残りは、そこで反射され、1/4波長板QWPを通過した後、対物レンズOBJに入射して、ここから光ディスクOD3の情報記録面R3(保護基板の厚さ1.2mm)に集光される。
情報記録面R3で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物レンズOBJ、1/4波長板QWPを通過し、立ち上げミラーMで反射された後、コリメータ光学系COLを通過し、更に偏光ビームスプリッタPBSを通過してセンサレンズSLによって、光検出器PDの受光面に集光されるようになっている。光検出器PDの出力信号を用いて、光ディスクOD3に情報記録された情報の読み取り信号が得られる。
また、光検出器PD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対物レンズアクチュエータ機構ACTのフォーカシングアクチュエータ及びトラッキングアクチュエータが、第3半導体レーザLD3からの光束を光ディスクOD3の情報記録面R3上に適切に結像するように、対物レンズOBJをレンズホルダHDと一体で移動させるようになっている。
図8は、コリメータ光学系COLと、その駆動手段とを一体的に収納した光学系ユニットCUの斜視図である。図8において、ベースBの上面に壁Wが形成されている。壁W(一部を切り欠いて図示)に植設されたガイド軸GSが、ベースBに沿って延在している。壁Wに形成された開口には、レンズL3が嵌め込まれている。
又、ベースB上には、電気機械変換素子である圧電アクチュエータPZの後端が取り付けられている。圧電アクチュエータPZは、PZT(ジルコン・チタン酸鉛)などで形成された圧電セラミックスを積層してなる。圧電セラミックスは、その結晶格子内の正電荷の重心と負電荷の重心とが一致しておらず、それ自体分極していて、その分極方向に電圧を印加すると伸びる性質を有している。しかし、圧電セラミックスのこの方向への歪みは微小であり、この歪み量により被駆動部材を駆動することは困難であるため、図9に示すように、複数の圧電セラミックスPEを積み重ねてその間に電極Cを並列接続した構造の積層型圧電アクチュエータPZが実用可能なものとして提供されている。本実施の形態では、この積層型圧電アクチュエータPZを駆動源として用いている。
圧電アクチュエータPZの前端には、駆動部材である駆動軸DSが取り付けられている。駆動軸DSは壁Wを貫通し、可動部材であるレンズホルダHDの駆動孔DAに適度な摩擦力をもって係合している。
開口に光学素子であるレンズL1、L2を同軸に嵌め込んだレンズホルダHDは、そのガイド孔GA内に挿通されたガイド軸GSによりガイドされ、ベースB上を移動可能となっている。尚、レンズL1、L2の軸線X1は、レンズL3の軸線X2と同軸もしくは平行であるが、ガイド軸GS、駆動軸DSは、平行でも良いし、或いは軸線X1,X2に対して傾けてもよい。又、レンズL2,L3を省略し、可動するレンズL1を非球面のレンズとしても良い。
レンズホルダHDの移動量を磁気的に(又は光学的に)検出する不図示のエンコーダ(位置情報取得手段であり、例えばガイド軸GSに磁気情報を配置し、レンズホルダHDに読み取りヘッドなどを設けることができる)から信号(位置情報)を受けて、圧電アクチュエータPZを駆動制御するために、配線Hを介して電圧を印加する外部の駆動回路(不図示)が配置されている。圧電アクチュエータPZと、駆動軸DSと、レンズホルダHDとで駆動手段を構成する。尚、駆動回路は、ベースB上に配置して、配線により連結しても良い。
次に、この光学系ユニットCUによるレンズL1,L2の駆動方法について説明する。一般に、積層型圧電アクチュエータPZは、電圧印加時の変位量は小さいが、発生力は大でその応答性も鋭い。したがって、図10(a)に示すように立ち上がりが鋭く立ち下がりがゆっくりとした略鋸歯状波形のパルス電圧を印加すると、圧電アクチュエータPZは、パルスの立ち上がり時に急激に伸び、立ち下がり時にそれよりもゆっくりと縮む。したがって、圧電アクチュエータPZの伸長時には、その衝撃力で駆動軸DSが図8の手前側へ押し出されるが、レンズL1,L2を保持したレンズホルダHDは、その慣性により、駆動軸DSと一緒には移動せず、駆動軸DSと駆動孔DAとの間で滑りを生じてその位置に留まる(わずかに移動する場合もある)。一方、パルスの立ち下がり時には立ち上がり時に比較して駆動軸DSがゆっくりと戻るので、駆動孔DAが駆動軸DSに対して滑らずに、駆動軸DSと一体的に図8の奥側(壁W側)へ移動する。即ち、周波数が数百から数万ヘルツに設定されたパルスを印加することにより、レンズホルダHDを所望の速度で連続的に移動させることができる。尚、以上より明らかであるが、図10(b)に示すように電圧の立ち上がりがゆっくりで、立ち下がりが鋭いパルスを印加すれば、レンズホルダHDを逆の方向へ移動させることができる。なお、ガイド軸GSを軸線X1,X2に対して傾けた場合には、レンズL1,L2は、レンズL3に対して光軸方向に移動すると共に光軸直交方向へも移動することとなる。
本実施の形態の光ピックアップ装置においては、高密度DVD、DVD、CDの3つの異なる種類の光ディスクに対して情報の記録及び/又は再生を行うことができる。ここで、光ディスクにおける保護基板の厚さが異なることに起因して、情報記録面に集光される球面収差が発生する。そこで、本実施の形態においては、使用する光ディスクに応じて、コリメータ光学系COLのレンズL1,L2を光軸方向に移動させ、通過する光束の発散角を変えることで、保護基板の厚さに起因して生じる球面収差を補正した状態で、情報の記録及び/又は再生を行うようになっている。更に、ガイド軸GSを軸線X1,X2に対して傾けた場合、2レーザ1パッケージの発光点を切り替えることに応動して、コリメータ光学系COLのレンズL1,L2の光軸を、レンズL3の光軸直交方向に適宜移動させることで、例えば2レーザ1パッケージ2L1Pにおける基準光軸からずれた発光点からの光束により生じるコマ収差を同時に抑制することもできる。又、本実施の形態の駆動手段は、比較的低コストで、小型の構造であるため、光ピックアップ装置の低コスト化、小型化に貢献する。
更に、コリメータ光学系COLのレンズL1,L2の駆動により、光スポットのリム強度分布を任意に変えることも可能である。コリメート光学系(コリメートレンズともいう)COLの代わりに、ズームコリメートレンズ、エキスパンダーレンズ、ズームエキスパンダーレンズを用いても良い。
尚、以上の収差補正においては、球面収差検出手段(不図示)が、光ディスクの情報記録面からの反射光を受光する光検出器PDからの信号に基づいて現在の収差を検出し、その収差を小さくする方向に、圧電アクチュエータPZを駆動制御することもできる。
更に、図8に示すように、ベースBの上面に係止部材としてのストッパSPを設け、レンズホルダHDの移動端で当接させるようにすれば、位置情報取得手段を使用せずに、レンズL1,L2を最適位置に位置決めすることができ、且つ安定した保持も実現できる。尚、ストッパSPは、レンズL1,L2に当接させても良い。
尚、ユーザーが光ピックアップ装置の電源をオフ操作することで、電力の供給が中断されるような場合、完全に電力が遮断される前に、図11に示すように、レンズホルダHDを圧電アクチュエータPZ側(例えば可動範囲VRの中央位置よりなるべく圧電アクチュエータPZに近い位置)に寄せるようにすると好ましい。駆動軸DSは、圧電アクチュエータPZに片持ちに近い状態で支持されているので、光ピックアップ装置に衝撃が付与されたような場合に、過大なモーメントが生じる恐れがあるが、レンズホルダHDを圧電アクチュエータPZ側に寄せる(好ましくは圧電アクチュエータPZに接触させる)ことで、駆動軸DSのモーメントを抑えて、その破損の恐れなどを抑制できる。
次に、本実施の形態にかかる光ピックアップ装置の調整方法について説明する。図12は、カップリングレンズCPL1の支持構造を示す概略斜視図である。図12において、カップリングレンズCPL1は、円筒状のホルダHLDに保持されている。ホルダHLDは、不図示のばねにより光軸方向に延在するV字溝VGに向かって付勢されつつ、V字溝VGに沿って移動可能とされている。ホルダHLDの外周には、周溝PGが形成されている。
ハウジングHにおいて、周溝PGに対応する位置に円筒孔APが形成されている。調整工具Tは、作業者が把持できる頭部Thと、頭部Thに連結された円筒状の軸部Tsと、軸部Tsの端面から偏心して突出するピンTpとを有している。
調整作業について説明する。図8,9を参照して、作業者は、コリメータ光学系COLを可動範囲の中央におき、光ディスクOD1の代わりに調整用ガラス板を載置して、レーザLD1から光束を出射させる。又、対物レンズOBJによりガラス板に集光されたスポットを不図示の光学顕微鏡で観察する。光ディスクOD1の保護層厚は、調整用ガラス板の厚さに対して光学的に等しい(厚さ方向の光路長が等しい)。更に、円筒孔APに調整工具Tの軸部Tsを嵌合させ、ピンTpを周溝PGに係合させる。
ここで、作業者が調整工具Tの頭部Thを回転させると、偏心しているピンTpが軸部Tsの軸線回りに回動して、周溝PGに対して光軸方向に力を付与するので、ホルダHLDはカップリングレンズCPL1と共に光軸方向へと移動し、それにより球面収差量が変化する(図5参照)。従って、作業者は、集光されたスポットを光学顕微鏡で観察しながら、調整工具Tの頭部Thを回転させ、最も収差が小さくなる位置にカップリングレンズCPL1を移動させることができる。
なお、以上の調整は、カップリングレンズCPL2においても同様に行える。かかる場合、2レーザ1パッケージ2L1Pの軸上にあるレーザLD2を照射して、調整を行うことが望ましい。
図13は、光ピックアップ装置の自動調整方法を示す概略構成図である。図13において、光ディスクOD1の代わりに、画像読み取り手段として撮像素子CCDを配置する。撮像素子CCDからの信号は、制御回路CPUに入力される。入力された信号に基づいて、制御回路CPUは、圧電アクチュエータPZを駆動するようになっている。
第1のカップリングレンズCUL1は、レンズホルダHLDに保持されている。レンズホルダHLDは、ガイド軸GSに案内されて、圧電アクチュエータPZにより駆動される駆動軸DSにより、光軸方向に移動するようになっている。なお、かかる構成は図8に示すものと類似しているが、別な構成であっても良い。
本実施の形態の調整方法について説明すると、第2のカップリングレンズCUL2を可動範囲の中央におき、レーザLD1から光束を出射させたとき、第1のカップリングレンズCUL1及び第2のカップリングレンズCUL2を介して対物レンズOBJにより撮像素子CCDの受光面に集光されたスポットは、電気信号により変換され制御回路CPUで画像処理される。制御回路CPUは、圧電アクチュエータPZを両方向に駆動しながら、画像処理に基づいて、より球面収差の少ない位置を探索し、最も球面収差の少ない位置で圧電アクチュエータPZを静止させる。
より具体的には、集光スポットの中心を原点として、横軸に集光位置、縦軸に光強度をとると、図14に示すごときサイドローブ形状が得られるが、中心において最も光強度が高くなり(A)、中心から周辺に向かうにつれて光強度が急激に低下した後、若干光強度が高まる部位がある(B)。これを1次リングと呼ぶ。かかる集光スポットを撮像素子CCD上で観測すると、図15に示すようになる。即ち、図15においては、中央のスポットSCの周囲に、最大光強度がBの1次リングSRが観測され、さらにその周囲にフレア光Fが観測される。球面収差が増大すると、1次リングの光強度Bが高くなる。従って、「より球面収差の少ない位置」とは、中央のスポットSCの中心光強度Aが所定値以上であって、且つ1次リングSRの最大強度Bが最小である状態をいい、かかる状態を得られるように、第1のカップリングレンズCUL1の自動調整を行うことができる。
なお、撮像素子CCDの代わりに、或いは不図示の光検出器PDの代わりにジッターメーターを用いることができる。かかる場合、制御回路CPUは、ジッターメーターからのジッター値に基づいて、圧電アクチュエータPZを駆動制御することとなる。
以上述べた実施の形態においては、第2のカップリングレンズの球面収差調整範囲を最適化するために、第1のカップリングレンズを光軸方向に変位させているが、これに限られることはない。例えば組み付け誤差による光源の光軸方向のズレや、光源と対物レンズとの間にプリズム等を配置した場合において、その厚み誤差がある場合などでも、第2のカップリングレンズの球面収差調整範囲にズレが生じるが、第1のカップリングレンズを光軸方向に変位させることで、これらに対応させることもできる。又、第1のカップリングレンズ及び第2のカップリングレンズ自体に球面収差特性のばらつきがあった場合でも、第1のカップリングレンズを光軸方向に変位させることで、これらに対応させることもできる。更に、第1のカップリングレンズは、正の屈折力を有していても良いし、負の屈折力を有していても良い。
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。2レーザ1パッケージは、第1の半導体レーザLD1と第2の半導体レーザLD2との組み合わせでも良い。又、駆動手段としては、上述の実施の形態に関わらず、ステッピングモータ、ボイスコイルモータ、形状記憶合金などを用いることができる。