JP2007073094A - 光ピックアップ装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】例えば高密度DVDと従来のDVD、CDの全てに対して適切に情報の記録及び/再生を行える光ピックアップ装置を提供する。
【解決手段】レンズホルダ本体12が、内枠部材12cと外枠部材12dとからなり、更に内枠部材12cの素材は、外枠部材12dの素材よりも熱伝導率が低くなっているので、レンズホルダ本体12に伝搬した熱は、外枠部材12dの表面から放出され、また内枠部材12cにより遮熱されると共に均一化され、対物レンズ109,209の周囲に、均一化された熱が少量だけ伝搬するようにする。これにより球面収差、コマ収差及び非点収差の変化を一定の範囲(ここでは±0.02λ1rms又は±0.02λ2rms以下)内に抑えるようにしている。
【選択図】 図3

Description

本発明は、光ピックアップ装置に関し、特に、光源波長の異なる光源から出射される光束を、2つの対物光学素子のいずれかを介して集光させることにより、異なる光情報記録媒体に対して情報の記録及び/又は再生が可能な光ピックアップ装置に関する。
近年、波長400nm程度の青紫色半導体レーザを用いて、情報の記録/再生を行える高密度光ディスクシステムの研究・開発が急速に進んでいる。一例として、NA0.85、光源波長405nmの仕様で情報記録/再生を行う光ディスク(以下、本明細書ではかかる光ディスクを「高密度DVD」と呼ぶ)では、DVD(NA0.6、光源波長650nm、記憶容量4.7GB)と同じ大きさである直径12cmの光ディスクに対して、1面あたり20〜30GBの情報の記録が可能である。
ところで、このような高密度DVDに対して適切に情報を記録/再生できるというだけでは、光ピックアップ装置の製品としての価値は十分なものとはいえない。現在において、多種多様な情報を記録したDVDやCDが販売されている現実をふまえると、高密度DVDに対して適切に情報を記録/再生できるだけでは足らず、例えばユーザーが所有している従来のDVD或いはCDに対しても同様に適切に情報を記録/再生できるようにすることが、互換タイプの光ピックアップ装置として製品の価値を高めることに通じるのである。このような背景から、互換タイプの光ピックアップ装置に用いる集光光学系は、高密度DVD、従来タイプのDVD、CDいずれに対しても、互換性を維持しながら適切に情報を記録/再生できる性能を有することが望まれている。
ここで、光ピックアップ装置の構成を簡素化し、低コスト化を図るためには、本来的には、互換性を有する光ピックアップ装置においても対物レンズを含む集光光学系は単一とすることが好ましい。しかしながら、光源波長の短波長化、高NAの採用などにより、高密度DVDに対する情報の記録及び/又は再生において対物レンズの収差特性は、きわめて高いものが要求されるため、同じ対物レンズを用いて、DVD、CDに対して情報の記録及び/又は再生を適切に行うことが困難な場合がある。これに対し、複数の対物レンズを切り替えて用いることにより、3種類以上の光情報記録媒体に対し情報の記録及び/又は再生を行える光ピックアップ装置の例は、例えば以下の特許文献1に記載されている。
特開2004−319062号公報
ところで、光ピックアップ装置において、適切に情報の記録及び/又は再生を行うためには、対物光学素子を通過した光束を光情報記録媒体(光ディスク)の情報記録面のトラック上に適切に集光させる必要があり、そのため、対物光学素子の位置調整を行うフォーカシング動作とトラッキング動作とが必要となっている。ここで、例えばDVD/CD互換タイプの一般的な光ピックアップ装置においては、共通に用いる対物光学素子についてフォーカシング動作とトラッキング動作とを行えば足り、そのアクチュエータは小型のタイプを用いることができた。
しかるに、特許文献1に示すごとく2つの対物光学素子を用いる場合には、それぞれについてフォーカシング動作とトラッキング動作とを行う必要が生じるが、別個にアクチュエータを設けて、それぞれ独立して駆動するようにすると、アクチュエータの数が増大して構成の複雑化や装置の大型化を招く。更に、一方の対物光学素子を使用しているときは、他方の対物光学素子は使用されないので、対物光学素子を独立して駆動する必要はないという実情もある。
そこで、2つの対物光学素子を共通する支持部材で保持し、共通のアクチュエータで駆動する構成が企画された。ところが、2つの対物光学素子を、共通する支持部材ごと駆動する構成では、慣性質量の増大に対して、レスポンス良くフォーカシング動作とトラッキング動作を実施するために、アクチュエータにはより大きな駆動力が要求されることとなった。大きな駆動力を得るには通電量が多くなるので、発熱量も大きくなり、発生した熱が支持部材を伝わって対物光学素子を加熱するという問題が明らかになった。又、アクチュエータの配置と、2つの対物光学素子との配置の関係から、対物光学素子の光学面における温度分布に偏りが生じるという問題も明らかになった。対物光学素子内の光軸垂直方向及び/又は光軸方向における温度分布において温度差が過大になると、光学面の熱膨張を招き、適切な情報の記録及び/又は再生を阻害する収差劣化を生じさせる恐れがある。特に近年は、光情報記録媒体に対して情報の記録及び/又は再生を行う速度を増大させる要求があり、これに応じるためにも、対物光学素子を通過した光束の収差劣化を適正に抑える必要がある。
本発明は、かかる問題点に鑑みて成されたものであり、2つの対物光学素子を用いて、異なる光情報記録媒体に対して適切に情報の記録及び/再生を行える光ピックアップ装置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、波長λ1の第1光源と、波長λ2(λ1<λ2)の第2光源と、第1の対物光学素子及び第2の対物光学素子を含む集光光学系とを有する光ピックアップ装置であって、
前記第1の対物光学素子を介して、前記第1光源からの光束を厚さt1の保護層を介して第1光情報記録媒体の情報記録面に集光させることによって、情報の記録及び/又は再生を行うことにより、前記第1の対物光学素子の光学面において温度分布が生じた場合、その最高温度と最低温度との温度差が最大になったときの球面収差、コマ収差及び非点収差の変化は、温度差がゼロである場合と比較して、±0.02λ1rms以下に抑えられており、
更に、前記第2の対物光学素子を介して、前記第2光源からの光束を厚さt2の保護層を介して第2光情報記録媒体の情報記録面に集光させることによって、情報の記録及び/又は再生を行うことにより、前記第2の対物光学素子の光学面において温度分布が生じた場合、その最高温度と最低温度との温度差が最大になったときの球面収差、コマ収差及び非点収差の変化は、温度差がゼロである場合と比較して、±0.02λ2rms以下に抑えられていることを特徴とする。
前記第1の対物光学素子と前記第2の対物光学素子が、例えばアクチュエータなどの熱源を介して加熱された場合にも、適切に情報の記録及び/又は再生を行うための一技術思想として、温度調整手段を用いて、対物光学素子の温度を、常に所定の範囲内に調整するということがある。しかしながら、例えばノート型パソコンに搭載する光ピックアップ装置等においては、スペース等の制約から、嵩張る温度調整手段を別個に設けることは困難である。一方、別な技術思想としては、温度分布が生じた状態で良好な収差となるような光学面形状を対物光学素子に予め与えるということがある。しかしながら、電源投入から定常状態になるまでの過渡時における温度分布は一定ではなく時々刻々と変化するものであり、また外気温度が異なる環境下においては、定常状態であっても温度分布が異なる可能性がある。従って、このように様々に異なる温度分布に対して、常に良好な収差となるような光学面形状を得るのは困難である。
これに対し本発明者らは、かかる問題について別な視点から鋭意検討した結果、使用前の対物光学素子の光学面の温度分布から、使用時の温度分布へと変化する間に、球面収差、コマ収差及び非点収差の変化を一定の範囲(即ち±0.02λ1rms又は±0.02λ2rms以下)内に抑えれば、例えば対物光学素子を光軸に対してチルトさせるスキュー調整などにより、光情報記録媒体に対して適切に情報の記録及び/又は再生を行うことができることを見出したのである。ここで、球面収差、コマ収差及び非点収差の劣化を、±0.02λ1rms又は±0.02λ2rms以下に抑える手法としては、温度分布が生じても収差変化を抑えるような対物光学素子を用いること、対物光学素子内の光軸垂直方向及び/又は光軸方向に生じる温度分布の偏りを抑制することなどがある。
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、前記第1の対物光学素子及び前記第2の対物光学素子は、共通する支持部材に固設されるとともに、当該支持部材は、前記第1及び第2光情報記録媒体のうち一方に対して情報の記録及び/又は再生を行う際に、アクチュエータによって駆動されることを特徴とするので、光ピックアップ装置の簡素化を図れる。
請求項3に記載の光ピックアップ装置は、請求項1又は2に記載の発明において、前記第1の対物光学素子及び前記第2の対物光学素子のうち少なくとも一方は、粒径が30nm以下の無機微粒子を分散させたプラスチック樹脂から形成され、温度変化に対する屈折率変化|dn/dT|は、8×10-5未満であることを特徴とするので、温度分布が生じても収差変化を抑えるような対物光学素子とすることができる。
プラスチック樹脂として例えば熱可塑性樹脂中に分散される無機微粒子としては特に限定はなく、得られる熱可塑性樹脂組成物の温度による屈折率の変化率(以後、|dn/dT|とする)が小さいという本発明の目的の達成を可能とする無機微粒子の中から任意に選択することができる。具体的には酸化物微粒子、金属塩微粒子、半導体微粒子などが好ましく用いられ、この中から、光学素子として使用する波長領域において吸収、発光、蛍光等が生じないものを適宜選択して使用することが好ましい。
本発明において用いられる酸化物微粒子としては、金属酸化物を構成する金属が、Li、Na、Mg、Al、Si、K、Ca、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Rb、Sr、Y、Nb、Zr、Mo、Ag、Cd、In、Sn、Sb、Cs、Ba、La、Ta、Hf、W、Ir、Tl、Pb、Bi及び希土類金属からなる群より選ばれる1種または2種以上の金属である金属酸化物を用いることができ、具体的には、例えば、酸化珪素、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ストロンチウム、酸化バリウム、酸化インジウム、酸化錫、酸化鉛、これら酸化物より構成される複酸化物であるニオブ酸リチウム、ニオブ酸カリウム、タンタル酸リチウム、アルミニウム・マグネシウム酸化物(MgAl24)等が挙げられる。また、本発明において用いられる酸化物微粒子として希土類酸化物を用いることもでき、具体的には酸化スカンジウム、酸化イットリウム、酸化ランタン、酸化セリウム、酸化プラセオジム、酸化ネオジム、酸化サマリウム、酸化ユウロピウム、酸化ガドリニウム、酸化テルビウム、酸化ジスプロシウム、酸化ホルミウム、酸化エルビウム、酸化ツリウム、酸化イッテルビウム、酸化ルテチウム等も挙げられる。金属塩微粒子としては、炭酸塩、リン酸塩、硫酸塩などが挙げられ、具体的には炭酸カルシウム、リン酸アルミニウム等が挙げられる。
また、本発明における半導体微粒子とは、半導体結晶組成の微粒子を意味し、該半導体結晶組成の具体的な組成例としては、炭素、ケイ素、ゲルマニウム、錫等の周期表第14族元素の単体、リン(黒リン)等の周期表第15族元素の単体、セレン、テルル等の周期表第16族元素の単体、炭化ケイ素(SiC)等の複数の周期表第14族元素からなる化合物、酸化錫(IV)(SnO2)、硫化錫(II,IV)(Sn(II)Sn(IV)S3)、硫化錫(IV)(SnS2)、硫化錫(II)(SnS)、セレン化錫(II)(SnSe)、テルル化錫(II)(SnTe)、硫化鉛(II)(PbS)、セレン化鉛(II)(PbSe)、テルル化鉛(II)(PbTe)等の周期表第14族元素と周期表第16族元素との化合物、窒化ホウ素(BN)、リン化ホウ素(BP)、砒化ホウ素(BAs)、窒化アルミニウム(AlN)、リン化アルミニウム(AlP)、砒化アルミニウム(AlAs)、アンチモン化アルミニウム(AlSb)、窒化ガリウム(GaN)、リン化ガリウム(GaP)、砒化ガリウム(GaAs)、アンチモン化ガリウム(GaSb)、窒化インジウム(InN)、リン化インジウム(InP)、砒化インジウム(InAs)、アンチモン化インジウム(InSb)等の周期表第13族元素と周期表第15族元素との化合物(あるいはIII−V族化合物半導体)、硫化アルミニウム(Al23)、セレン化アルミニウム(Al2Se3)、硫化ガリウム(Ga23)、セレン化ガリウム(Ga2Se3)、テルル化ガリウム(Ga2Te3)、酸化インジウム(In23)、硫化インジウム(In23)、セレン化インジウム(In2Se3)、テルル化インジウム(In2Te3)等の周期表第13族元素と周期表第16族元素との化合物、塩化タリウム(I)(TlCl)、臭化タリウム(I)(TlBr)、ヨウ化タリウム(I)(TlI)等の周期表第13族元素と周期表第17族元素との化合物、酸化亜鉛(ZnO)、硫化亜鉛(ZnS)、セレン化亜鉛(ZnSe)、テルル化亜鉛(ZnTe)、酸化カドミウム(CdO)、硫化カドミウム(CdS)、セレン化カドミウム(CdSe)、テルル化カドミウム(CdTe)、硫化水銀(HgS)、セレン化水銀(HgSe)、テルル化水銀(HgTe)等の周期表第12族元素と周期表第16族元素との化合物(あるいはII−VI族化合物半導体)、硫化砒素(III)(As23)、セレン化砒素(III)(As2Se3)、テルル化砒素(III)(As2Te3)、硫化アンチモン(III)(Sb23)、セレン化アンチモン(III)(Sb2Se3)、テルル化アンチモン(III)(Sb2Te3)、硫化ビスマス(III)(Bi23)、セレン化ビスマス(III)(Bi2Se3)、テルル化ビスマス(III)(Bi2Te3)等の周期表第15族元素と周期表第16族元素との化合物、酸化銅(I)(Cu2O)、セレン化銅(I)(Cu2Se)等の周期表第11族元素と周期表第16族元素との化合物、塩化銅(I)(CuCl)、臭化銅(I)(CuBr)、ヨウ化銅(I)(CuI)、塩化銀(AgCl)、臭化銀(AgBr)等の周期表第11族元素と周期表第17族元素との化合物、酸化ニッケル(II)(NiO)等の周期表第10族元素と周期表第16族元素との化合物、酸化コバルト(II)(CoO)、硫化コバルト(II)(CoS)等の周期表第9族元素と周期表第16族元素との化合物、四酸化三鉄(Fe34)、硫化鉄(II)(FeS)等の周期表第8族元素と周期表第16族元素との化合物、酸化マンガン(II)(MnO)等の周期表第7族元素と周期表第16族元素との化合物、硫化モリブデン(IV)(MoS2)、酸化タングステン(IV)(WO2)等の周期表第6族元素と周期表第16族元素との化合物、酸化バナジウム(II)(VO)、酸化バナジウム(IV)(VO2)、酸化タンタル(V)(Ta25)等の周期表第5族元素と周期表第16族元素との化合物、酸化チタン(TiO2、Ti25、Ti23、Ti59等)等の周期表第4族元素と周期表第16族元素との化合物、硫化マグネシウム(MgS)、セレン化マグネシウム(MgSe)等の周期表第2族元素と周期表第16族元素との化合物、酸化カドミウム(II)クロム(III)(CdCr24)、セレン化カドミウム(II)クロム(III)(CdCr2Se4)、硫化銅(II)クロム(III)(CuCr24)、セレン化水銀(II)クロム(III)(HgCr2Se4)等のカルコゲンスピネル類、バリウムチタネート(BaTiO3)等が挙げられる。なお、G.Schmidら;Adv.Mater.,4巻,494頁(1991)に報告されている(BN)75(BF2)15F15や、D.Fenskeら;Angew.Chem.Int.Ed.Engl.,29巻,1452頁(1990)に報告されているCu146Se73(トリエチルホスフィン)22のように構造の確定されている半導体クラスターも同様に例示される。
一般的に熱可塑性樹脂のdn/dTは負の値を持つ、即ち温度の上昇に伴い屈折率が小さくなる。従って、熱可塑性樹脂組成物の|dn/dT|を効率的に小さくする為には、dn/dTが大きい微粒子を分散させることが好ましい。熱可塑性樹脂のdn/dTと同符号の値を持つ微粒子を用いる場合には、微粒子のdn/dTの絶対値が、母材となる熱可塑性樹脂のdn/dTよりも小さいことが好ましい。更に、母材となる熱可塑性樹脂のdn/dTと逆符号のdn/dTを有する微粒子、即ち、正の値のdn/dTを有する微粒子が好ましく用いられる。このような微粒子を熱可塑性樹脂に分散させることで、少ない量で効果的に熱可塑性樹脂組成物の|dn/dT|を小さくすることができる。分散される微粒子のdn/dTは、母材となる熱可塑性樹脂のdn/dTの値により適宜選択することができるが、一般的に光学素子に好ましく用いられる熱可塑性樹脂に微粒子を分散させる場合は、微粒子のdn/dTが−20×10-6よりも大きいことが好ましく、−10×10-6よりも大きいことが更に好ましい。dn/dTが大きい微粒子として、好ましくは、例えば、窒化ガリウム、硫化亜鉛、酸化亜鉛、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムなどが用いられる。
一方、熱可塑性樹脂に微粒子を分散させる際には、母材となる熱可塑性樹脂と微粒子の屈折率の差が小さいことが望ましい。発明者らの検討の結果、熱可塑性樹脂と分散される微粒子の屈折率の差が小さいと、光を透過させた場合に散乱を起こし難いということがわかった。熱可塑性樹脂に微粒子を分散させる際、粒子が大きい程、光を透過させた時の散乱を起こしやすくなるが、熱可塑性樹脂と分散される微粒子の屈折率の差が小さいと、比較的大きな微粒子を用いても光の散乱が発生する度合いが小さいことを発見した。熱可塑性樹脂と分散される微粒子の屈折率の差は、0〜0.3の範囲であることが好ましく、更に0〜0.15の範囲であることが好ましい。
光学材料として好ましく用いられる熱可塑性樹脂の屈折率は、1.4〜1.6程度である場合が多く、これらの熱可塑性樹脂に分散させる材料としては、例えばシリカ(酸化ケイ素)、炭酸カルシウム、リン酸アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、アルミニウム・マグネシウム酸化物などが好ましく用いられる。
また、発明者らの研究により、比較的屈折率の低い微粒子を分散させることで、熱可塑性樹脂組成物のdn/dTを効果的に小さくすることができることがわかった。屈折率が低い微粒子を分散した熱可塑性樹脂組成物の|dn/dT|が小さくなる理由について、詳細はわかっていないものの、樹脂組成物における無機微粒子の体積分率の温度変化が、微粒子の屈折率が低いほど、樹脂組成物の|dn/dT|を小さくする方向に働くのではないかと考えられる。比較的屈折率が低い微粒子としては、例えばシリカ(酸化ケイ素)、炭酸カルシウム、リン酸アルミニウムが好ましく用いられる。
熱可塑性樹脂組成物のdn/dTの低減効果、光透過性、所望の屈折率等を全て同時に向上させることは困難であり、熱可塑性樹脂に分散させる微粒子は、熱可塑性樹脂組成物に求める特性に応じて、微粒子自体のdn/dTの大きさ、微粒子のdn/dTと母材となる熱可塑性樹脂のdn/dTとの差、及び微粒子の屈折率等を考慮して適宜選択することができる。更に、母材となる熱可塑性樹脂との相性、即ち、熱可塑性樹脂に対する分散性、散乱を引き起こし難い微粒子を適宜選択して用いることは、光透過性を維持する上で好ましい。
例えば、光学素子に好ましく用いられる環状オレフィンポリマーを母材として用いる場合、光透過性を維持しながら|dn/dT|を小さくする微粒子としては、シリカが好ましく用いられる。
上記の微粒子は、1種類の無機微粒子を用いてもよく、また複数種類の無機微粒子を併用してもよい。異なる性質を有する複数種類の微粒子を用いることで、必要とされる特性を更に効率よく向上させることもできる。
また、本発明に係る無機微粒子は、平均粒子径が1nm以上、30nm以下が好ましく、1nm以上、20nm以下がより好ましく、さらに好ましくは1nm以上、10nm以下である。平均粒子径が1nm未満の場合、無機微粒子の分散が困難になり所望の性能が得られない恐れがあることから、平均粒子径は1nm以上であることが好ましく、また平均粒子径が30nmを超えると、得られる熱可塑性材料組成物が濁るなどして透明性が低下し、光線透過率が70%未満となる恐れがあることから、平均粒子径は30nm以下であることが好ましい。ここでいう平均粒子径は各粒子を同体積の球に換算した時の直径(球換算粒径)の体積平均値を言う。
さらに、無機微粒子の形状は、特に限定されるものではないが、球状の微粒子が好適に用いられる。具体的には、粒子の最小径(微粒子の外周に接する2本の接線を引く場合における当該接線間の距離の最小値)/最大径(微粒子の外周に接する2本の接線を引く場合における当該接線間の距離の最大値)が0.5〜1.0であることが好ましく、0.7〜1.0であることが更に好ましい。
また、粒子径の分布に関しても特に制限されるものではないが、本発明の効果をより効率よく発現させるためには、広範な分布を有するものよりも、比較的狭い分布を持つものが好適に用いられる。
請求項4に記載の光ピックアップ装置は、請求項1乃至3のいずれかに記載の発明において、前記第1の対物光学素子及び前記第2の対物光学素子のうち少なくとも一方は、ガラスから形成され、温度変化に対する屈折率変化|dn/dT|は、5×10-5未満であることを特徴とするので、温度分布が生じても収差変化を抑えるような対物光学素子とすることができる。
請求項5に記載の光ピックアップ装置は、請求項1乃至4のいずれかに記載の発明において、前記支持部材は、前記第1の対物光学素子及び前記第2の対物光学素子が固設される固設部材と、該固設部材を保持する保持部材とを有し、前記固設部材と、前記保持部材とは、熱伝導係数が異なることを特徴とするので、前記保持部材の放熱機能と、前記固設部材の遮熱機能とを用いて、熱源から前記対物光学素子への熱伝達を抑制することによって、その光学面に生じる温度分布の偏りや最高温度を抑制することができる。
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、前記支持部材は、放熱用のフィンを備えることを特徴とするので、熱源からの熱が前記対物光学素子へ伝達される前に放熱を行うことで、その光学面に生じる温度分布の偏りや最高温度を抑制することができる。
請求項7に記載の光ピックアップ装置は、請求項1乃至6のいずれかに記載の発明において、前記第1の対物光学素子を通過した前記第1光源からの光束又は前記第2の対物光学素子を通過した前記第2光源からの光束を、厚さt3(t3>t1又はt3>t2)の保護層を介して第3光情報記録媒体の情報記録面に集光させることによって、情報の記録及び/又は再生を行うことを特徴とするので、例えば高密度DVD、DVD、CDのいずれに対しても、情報の記録及び/又は再生を行うことができる。
本明細書中において、対物光学素子(対物レンズともいう)とは、狭義には光ピックアップ装置に光情報記録媒体を装填した状態において、最も光情報記録媒体側の位置で、これと対向すべく配置される集光作用を有する光学素子を指し、広義にはその光学素子と共に、アクチュエータによって少なくともその光軸方向に作動可能な光学素子を指すものとする。
本発明によれば、2つの対物光学素子を用いて、異なる光情報記録媒体に対して適切に情報の記録及び/再生を行える光ピックアップ装置を提供することができる。
以下、図面を参照して、本発明をさらに詳細に説明する。図1は、高密度DVD(第1の光ディスクともいう)、従来のDVD(第2の光ディスクともいう)及びCD(第3の光ディスクともいう)の全てに対して情報の記録/再生を行える光ピックアップ装置の概略断面図である。図2は、本実施の形態の光ピックアップ装置に用いる対物レンズユニットの斜視図である。
まず、対物レンズユニット10について説明する。対物レンズユニット10は、集光用の対物レンズ109及び対物レンズ209と、この対物レンズ109,209を保持するレンズホルダ本体(支持部材ともいう)12と、このレンズホルダ本体12の外周に形成され、フォーカシングアクチュエータの構成要素であるフォーカシングコイル13と、レンズホルダ本体12の長手方向の両端に配置され、トラッキングアクチュエータの構成要素であるトラッキングコイル14,15とを備える。なお、レンズホルダ本体12は、不図示のワイヤによってヘッド本体側に対し微小変位可能に支持されており、マグネット若しくはヨーク(不図示)に対向してトラッキングコイル14,15等が適所に配置されるようになっている。また、対物レンズユニット10は、上記マグネット等によって形成された磁界中に配置された各コイル13,14,15に通電することによって、レンズホルダ本体12を対物レンズ109,209とともに光軸に平行なZ方向やこれに垂直なX方向に対して所望量だけ移動させるコイル駆動回路(不図示)を備える。
ここで、対物レンズ109,209は、プラスチック製の両凸レンズであり、円形の対物レンズ本体109a、209aの外周に環状のフランジ部109b、209bを有する。なお、対物レンズ本体109a、209aに設けた一対の光学面は、例えば非球面等からなるものとすることができるが、単なる曲面に限定されるものではない。例えば、CD、DVD、高密度光ディスク等の複数規格に対して情報の再生・記録が可能な互換型の光ヘッドの場合には、対物レンズ本体109a、209aの光学面を回折構造或いは光路差付与構造を有するものとすることができる。さらに、これらの光学面は、特殊な輪帯構造に分割することもできる。
レンズホルダ本体12は、中央に円形の開口部12a、12bを有する内枠部材(固設部材ともいう)12cと、内枠部材12cを周囲から支持する外枠部材(支持部材ともいう)12dとを有する。内枠部材12cは、外枠部材12dに形成された開口に嵌め込まれた状態で接着によって固定されている。両枠部材12c,12dは、ともにプラスチック材料からなる成形品であり、内枠部材12cの素材は、外枠部材12dの素材よりも熱伝導率が低くなっている。内枠部材12cに形成された開口部12aの内周には、環状支持部12eが段差を有して形成されており、また内枠部材12cに形成された開口部12bの内周には、環状支持部12fが段差を有して形成されている。この環状支持部12e、12fは、平坦な上面FSを有しており、ここで対物レンズ109,209の外周に形成された環状のフランジ部109b、209bを下方から支持することができる。
次に、本実施の形態の光ピックアップ装置について説明する。図1に示す本実施の形態においては、第1の光ディスク110及び第2の光ディスク110’に対して情報の記録及び/又は再生を行う場合、対物レンズユニット10を移動させ、図1に示すように対物レンズ109を光路内に挿入するものとする。即ち、本実施の形態では、対物レンズ109は、第1の光ディスク110及び第2の光ディスク110’に共用される。又、第1半導体レーザ101と第2半導体レーザ201は、同一基板に取り付けられ、いわゆる2レーザ1パッケージと呼ばれる単一ユニットを構成している。
まず、第1光源としての第1半導体レーザ101(波長λ1=380nm〜450nm)から出射された光束は、ビームシェイパー102でビーム形状を補正され、第1ビームスプリッタ103を通過し、コリメータ104で平行光束とされた後、第2ビームスプリッタ105を通過して、光学素子106,107とを有するビームエキスパンダに入射する。少なくとも一方(好ましくは光学素子106)が光軸方向に可動のビームエキスパンダ(106,107)は、平行光束の光束径を変更(ここでは拡大)し、色収差及び球面収差を補正する機能を有する。特に、ビームエキスパンダの他方の光学素子107の光学面には回折構造(回折輪帯)が形成されており、これにより第1半導体レーザ101から出射された光束について色収差補正を行うようになっている。色収差補正用の回折構造は、光学素子107のみならず、他の光学素子(コリメータ104)等に設けても良い。尚、色収差補正機能は、回折構造によらず、位相構造、NPSなどによっても達成可能である。
このようにビームエキスパンダ(106,107)を設けることで、色収差補正及び球面収差補正を行うことができ、更に、例えば高密度DVDが情報記録面を2層に有しているタイプの場合、光学素子106を光軸方向に移動させることで、情報記録面の選択を行うこともできる。尚、色収差補正光学素子及び球面収差を抑制する手段は、ビームエキスパンダ(106,107)でなく、対物レンズ109(209)に設けた回折構造等であっても良い。
図1において、ビームエキスパンダ(106,107)を透過した光束は、絞り108を通過し、屈折面のみからなる対物光学素子である対物レンズ109により、第1の光ディスク110の保護層(厚さt1=0.1〜0.7mm)を介してその情報記録面に集光されここに集光スポットを形成する。尚、対物レンズ109は、ガラスを素材としても良いが、環境変化等により生じる収差劣化をビームエキスパンダ(106,107)で任意に補正できることから、要求される光学特性の制限が緩和されるため、より安価なプラスチック素材を用いることができる。
そして情報記録面で情報ピットにより変調されて反射した光束は、再び対物レンズ109、絞り108、ビームエキスパンダ(107,106)を透過して、第2ビームスプリッタ105で反射され、シリンドリカルレンズ111で非点収差が与えられ、センサレンズ112を透過し、光検出器113の受光面に入射するので、その出力信号を用いて、第1の光ディスク110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113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ユニット10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101からの光束を第1の光ディスク110の情報記録面上に結像するように対物レンズ109を一体で移動させるようになっている。
更に、図1において、第2光源としての第2半導体レーザ201(波長λ2=600nm〜700nm)から出射された光束は、ビームシェイパー102でビーム形状を補正され、第1ビームスプリッタ103を通過し、コリメータ104で光束径を絞られつつ平行光束となり、第2ビームスプリッタ105を通過して、ビームエキスパンダ(106,107)に入射する。上述したようにビームエキスパンダ(106,107)は、色収差補正及び球面収差補正を行うことができる。尚、開口数を調整する手段としての絞り108には、ダイクロイックコートが付与されており、波長に応じて光束の通過領域を制限することで、例えば第1半導体レーザ101からの光束については、対物レンズ109の開口数NA=0.65を実現し、第2半導体レーザ201からの光束については、対物レンズ109の開口数NA=0.65を実現し、第3半導体レーザ301からの光束については、対物レンズ109の開口数NA=0.45を実現するようになっている。ただし、開口数の組み合わせはこれに限られない。
図1において、ビームエキスパンダ(106,107)を透過した光束は、平行光束状態で絞り108を通過し、屈折面のみからなる対物レンズ109により、第2の光ディスク110’の保護層(厚さt2=0.5〜0.7mm、好ましくは0.6mm)を介してその情報記録面に集光されここに集光スポットを形成する。
そして情報記録面で情報ピットにより変調されて反射した光束は、再び対物レンズ109、絞り108、ビームエキスパンダ(107,106)を透過して、第2ビームスプリッタ105で反射され、シリンドリカルレンズ111で非点収差が与えられ、センサレンズ112を透過し、光検出器113の受光面に入射するので、その出力信号を用いて、第1の光ディスク110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113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ユニット10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201からの光束を第2の光ディスク110’の情報記録面上に結像するように対物レンズ109を一体で移動させるようになっている。
更に、第3の光ディスク110”に対して情報の記録及び/又は再生を行う場合、対物レンズユニット10を移動させ、対物レンズ209を光路内に挿入する。即ち、本実施の形態では、対物レンズ209は、第3の光ディスク110”専用となる。
図1において、第3光源としての第3半導体レーザ301(波長λ3=770nm〜830nm)から出射された光束は、λ/4波長板202を通過し、第3ビームスプリッタ203を通過し、第1ビームスプリッタ103で反射され、コリメータ104で光束径を絞られつつ平行光束となり、第2ビームスプリッタ105を通過して、ビームエキスパンダ(106,107)に入射し、発散角を有する有限発散光束に変換される。同様に、ビームエキスパンダ(106,107)は、色収差補正及び球面収差補正を行うことができる。
図1において、ビームエキスパンダ(106,107)を透過した光束は、有限発散状態で絞り108を通過し、屈折面のみからなる対物レンズ209により、第3の光ディスク110”の保護層(厚さt3=1.1〜1.3mm、好ましくは1.2mm)を介してその情報記録面に集光されここに集光スポットを形成する。
そして情報記録面で情報ピットにより変調されて反射した光束は、再び対物レンズ209、絞り108、ビームエキスパンダ(107,106)、第2ビームスプリッタ105、コリメータ104を通過し、第1ビームスプリッタ103で反射され、続いて第3ビームスプリッタ203で反射され、その後シリンドリカルレンズ204で非点収差が与えられ、センサレンズ205を透過し、光検出器206の受光面に入射するので、その出力信号を用いて、第3の光ディスク110”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206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ユニット10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301からの光束を第3の光ディスク110”の情報記録面上に結像するように対物レンズ209を一体で移動させるようになっている。
なお、以上の実施の形態において、ビームエキスパンダーの代わりに液晶光学素子を用いることもでき、それにより主たる熱源を、フォーカシングアクチュエータとトラッキングアクチュエータとに限定でき、対物レンズの加熱を抑制できる。
図3は、本実施の形態にかかる対物レンズユニットの上面図であって、伝熱状態を模式的に示す図であり、図4は、比較例にかかる対物レンズユニットの上面図であって、同様に伝熱状態を模式的に示す図であり、それぞれ伝熱量の大きさを矢印の長さで示している。図4に示す比較例では、レンズホルダ本体12’の内枠部材と外枠部材とが同じ樹脂で一体的に形成されている。それ以外の点に関しては、図3,4の構成は同様である。
ここで、図4に示すように、レンズホルダ本体12’の周囲に配置された熱源となるフォーカシングコイル13やトラッキングコイル14,15で発生した熱は、一部は周囲雰囲気に放熱されるが、残りは矢印で示すようにレンズホルダ本体12’に伝搬する。この結果、レンズホルダ本体12を介して、対物レンズ109,209に熱が伝搬し、それにより対物レンズ109,209内の光軸垂直方向に生じる温度分布は、図でハッチングで示す高温の領域と、白抜きで示す低温の領域とに分けられることになるが、それにより光軸に対して非点対称な光学面の変形を招き、収差劣化を生じる恐れがある。
これに対し、図3に示すように、レンズホルダ本体12が、内枠部材12cと外枠部材12dとからなり、更に内枠部材12cの素材は、外枠部材12dの素材よりも熱伝導率が低くなっているので、レンズホルダ本体12に伝搬した熱は、外枠部材12dの表面から放出され、また内枠部材12cにより遮熱されると共に均一化され、対物レンズ109,209の周囲に、均一化された熱が少量だけ伝搬するようにする。従って、対物レンズ109,209は、図でハッチングで示す高温の領域が、略光軸を中心としたフランジ部の近傍の狭い領域のみに留まり、しかも白抜きで示す低温の領域との温度差も減少するようになっている。
外枠部材12dの放熱と内枠部材12cの遮熱とを組み合わせて用いることで、使用前の対物レンズ109,209内の光軸垂直方向及び/又は光軸方向に生じる温度分布から、使用時の温度分布へと変化する間に、球面収差、コマ収差及び非点収差の変化を一定の範囲(ここでは±0.02λ1rms又は±0.02λ2rms以下)内に抑えるようにしている。このように収差変化を抑え、また光学面の変形が生じたとしても点対称なものとできるので、いずれの光ディスクに対しても、適切に情報の記録及び/又は再生を行えるようになっている。
図5は、変形例にかかる対物レンズユニットの上面図である。この対物レンズユニット10Aの場合、レンズホルダ本体12Aを構成する内枠部材12cの周囲に4つの突起12gを形成し、外枠部材12dの開口内周側に4つの陥凹部12hを形成する。外枠部材12dの開口中に内枠部材12cを挿入する際に、各突起12gが各陥凹部12hに嵌め込まれる。例えば内枠部材12cの熱膨張係数を小さくし、外枠部材12dの熱膨張係数を大きくすることにより、両部材12c,12dを高温状態にして外枠部材12dの開口中に内枠部材12cを嵌め込んで常温に戻すことにより、対応する突起12g及び陥凹部12h間で締まり嵌めが達成され、内枠部材12c中に外枠部材12dが固定されることとなる。
図6は、図1の光ピックアップ装置に用いることができる、第2の実施の形態に係る対物レンズユニット20を示す斜視図である。図において、O1,O2を光軸とし、フランジ部2箇所がカットされ小判型の外形の対物レンズ109、209は、共通のレンズホルダ本体22に支持接着されている。レンズホルダ本体22は支持ホルダ23から延びる4本の可撓性のワイヤ24により支持され、ワイヤ24をサスペンションとして、レンズホルダ本体22は所定範囲の移動が可能とされている。
レンズホルダ本体22の外周には、フォーカス駆動用コイル25が巻き回され、外ヨーク26、内ヨーク27、マグネット28で構成される磁気回路中にトラッキング駆動用コイル29(図7)が配置されている。アクチュエータの構成要素である、これらのコイルに給電することによりレンズホルダ本体22は、光軸O1,O2の方向とこの光軸に直交する方向の2方向に揺動可能となっている。またこれらのコイルはワイヤ24を介して電源が供給されるようになっている。
図7は、図6の対物レンズユニット20をVII-VII線を含む面で切断して矢印方向に見た拡大断面図である。図8は、図6の対物レンズユニット20を、光軸O2を含みVII-VII線に直交する面で切断して矢印方向に見た拡大断面図である。図8に示すように、対物レンズ209は、例えば紫外線硬化型の接着剤Bによりレンズホルダ本体22にフランジ部で接着されている。
レンズホルダ本体22は、図示のように、光軸O2の周囲を幾重にも取り巻くようにして形成された角筒状のフィン22a、22aの隣接するもの同士を、半径方向に板部22bで連結してなるため、その表面積を可能な限り大きくするよう形成されている。即ち、フォーカス駆動用コイル25及びトラッキング駆動用コイル29から発生した熱は、この表面積を大きくした突起により放熱され、対物レンズ209へ伝わる熱量を最小限に止めることができるので、使用前の対物光学素子209の光学面の温度分布から、使用時の温度分布へと変化する間に、球面収差、コマ収差及び非点収差の変化を一定の範囲(ここでは±0.02λ2rms以下)内に抑えるようにしている。更に、このような形状にすることで、レンズホルダ本体22の成形のための金型を簡単な構成で容易に製作でき、コストアップせずに、レンズホルダ本体を得ることができる。
また、それぞれのフィン22a、22aとの間に位置する板部22bは、隣接するもの同士が図示のように光軸方向に相互にずれ、同一平面上に位置しないように形成されることが望ましい。これは、フォーカス駆動用コイル25及びトラッキング駆動用コイル29から発生した熱の伝導する経路を複雑にし、対物レンズ209までの熱伝導距離を大きくすることに効果がある。また、フィン22aや板部22bには、剛性に影響を与えない範囲で孔を設けても良い。対物レンズ109を支持する構成も同様である。
更に、別な実施の形態として、図4に示す対物レンズユニット10’において、対物レンズ109,209の少なくとも一方を、dn/dTが8×10-5未満である、粒径が30nm以下の無機微粒子を分散させたプラスチック樹脂から形成しても良い。或いは、対物レンズ109,209の少なくとも一方を、dn/dTが5×10-5未満であるガラスから形成しても良い。かかる場合、通常のプラスチックレンズに比べ、dn/dTが小さくなるので、光学面の温度分布に偏りが生じた場合でも、その局所的な屈折率変化を抑えることで、いずれの光ディスクに対しても適切に情報の記録及び/又は再生を行うことができる。
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。例えば、対物レンズが複数の光学素子からなる場合、熱源に近い一つの光学素子の温度と、残りの光学素子の温度、更に、その光軸垂直方向及び/又は光軸方向に生じる温度分布とが顕著に異なる場合にも、本発明は適用可能である。
本実施の形態にかかる光ピックアップ装置の概略断面図である。 本実施の形態の光ピックアップ装置に用いる対物レンズユニットの斜視図である。 本実施の形態にかかる対物レンズユニットの上面図であって、伝熱状態を模式的に示す図である。 比較例にかかる対物レンズユニットの上面図であって、同様に伝熱状態を模式的に示す図である。 変形例にかかる対物レンズユニットの上面図である。 図1の光ピックアップ装置に用いることができる、第2の実施の形態に係る対物レンズユニット20を示す斜視図である。 図6の対物レンズユニット20をVII-VII線を含む面で切断して矢印方向に見た拡大断面図である。 図6の対物レンズユニット20を、光軸O2を含みVII-VII線に直交する面で切断して矢印方向に見た拡大断面図である。
符号の説明
10、10A 対物レンズユニット
12、12A レンズホルダ本体
12a 開口部
12b 開口部
12c 内枠部材
12d 外枠部材
12e 環状支持部
12f 環状支持部
12g 突起
12h 陥凹部
13 フォーカシングコイル
14、15 トラッキングコイル
20 対物レンズユニット
22 レンズホルダ本体
22a フィン
22b 板部
23 支持ホルダ
24 ワイヤ
25 フォーカス駆動用コイル
26 外ヨーク
27 内ヨーク
28 マグネット
29 トラッキング駆動用コイル
101 半導体レーザ
102 ビームシェイパー
103 ビームスプリッタ
104 コリメータ
105 ビームスプリッタ
106 光学素子
106,107 光学素子
107 光学素子
108 絞り
109,209 対物光学素子
109a、209a 対物レンズ本体
109b、209b フランジ部
110、110’、110” 光ディスク
111 シリンドリカルレンズ
112 センサレンズ
113 光検出器
201、301 半導体レーザ
202 λ/4波長板
203 ビームスプリッタ
204 シリンドリカルレンズ
205 センサレンズ
206 光検出器

Claims (7)

  1. 波長λ1の第1光源と、波長λ2(λ1<λ2)の第2光源と、第1の対物光学素子及び第2の対物光学素子を含む集光光学系とを有する光ピックアップ装置であって、
    前記第1の対物光学素子を介して、前記第1光源からの光束を厚さt1の保護層を介して第1光情報記録媒体の情報記録面に集光させることによって、情報の記録及び/又は再生を行うことにより、前記第1の対物光学素子の光学面において温度分布が生じた場合、その最高温度と最低温度との温度差が最大になったときの球面収差、コマ収差及び非点収差の変化は、温度差がゼロである場合と比較して、±0.02λ1rms以下に抑えられており、
    更に、前記第2の対物光学素子を介して、前記第2光源からの光束を厚さt2の保護層を介して第2光情報記録媒体の情報記録面に集光させることによって、情報の記録及び/又は再生を行うことにより、前記第2の対物光学素子の光学面において温度分布が生じた場合、その最高温度と最低温度との温度差が最大になったときの球面収差、コマ収差及び非点収差の変化は、温度差がゼロである場合と比較して、±0.02λ2rms以下に抑えられていることを特徴とする光ピックアップ装置。
  2. 前記第1の対物光学素子及び前記第2の対物光学素子は、共通する支持部材に固設されるとともに、当該支持部材は、前記第1及び第2光情報記録媒体のうち一方に対して情報の記録及び/又は再生を行う際に、アクチュエータによって駆動され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. 前記第1の対物光学素子及び前記第2の対物光学素子のうち少なくとも一方は、粒径が30nm以下の無機微粒子を分散させたプラスチック樹脂から形成され、温度変化に対する屈折率変化|dn/dT|は、8×10-5未満であることを特徴とする請求項1又は2に記載の光ピックアップ装置。
  4. 前記第1の対物光学素子及び前記第2の対物光学素子のうち少なくとも一方は、ガラスから形成され、温度変化に対する屈折率変化|dn/dT|は、5×10-5未満であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の光ピックアップ装置。
  5. 前記支持部材は、前記第1の対物光学素子及び前記第2の対物光学素子が固設される固設部材と、該固設部材を保持する保持部材とを有し、前記固設部材と、前記保持部材とは、熱伝導係数が異なることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の光ピックアップ装置。
  6. 前記支持部材は、放熱用のフィンを備えることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の光ピックアップ装置。
  7. 前記第1の対物光学素子を通過した前記第1光源からの光束又は前記第2の対物光学素子を通過した前記第2光源からの光束を、厚さt3(t3>t1又はt3>t2)の保護層を介して第3光情報記録媒体の情報記録面に集光させることによって、情報の記録及び/又は再生を行うことを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の光ピックアップ装置。

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