JP2008010085A - 光ピックアップ装置およびそれを用いた光ディスク装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
本発明は、精度良く動作する複雑な機構によらず、かつ小型化可能な球面収差補正手段、およびその手段を実現するための光ピックアップ、光ディスク装置を提供することを目的とする。
【解決手段】
半導体レーザと、半導体レーザから出射した光束を略平行光に変換するコリメートレンズおよび光ディスク上の記録面に集光する対物レンズを有し、前記半導体レーザと前記コリメートレンズの間に配置された光ピックアップ装置において発散光路中に挿入した透過型光路長可変素子によって球面収差を補正する。
【選択図】図３

Description

本発明は、光ピックアップ装置、光ディスク装置に関する発明である。

本技術分野の背景技術としては、例えば特開２００２−１５０５９８がある。本公報には「対物レンズに入射する光束を前もってエキスパンダレンズに通すことによって球面収差の補正を行う」と記載がある。

また、他の背景技術としては、例えば特開２００４−２８８２８７がある。本公報には「光路長変更素子の配置角度を変えることで、レーザ光の光路長を変化させ、球面収差を補正する」と記載がある。

特開２００２−１５０５９８ 特開２００４−２８８２８７

光ディスクの記録容量は光ディスク記録面のスポット径に依存しており、スポットが小さいほど高密度に記録することが可能となる。また、スポット径は、使用される光源の波長が短いほど、そして開口数ＮＡが大きいほど小さくなる。

このため、高密度光ディスクには、光ピックアップ装置に青色半導体レーザのような短波長レーザを採用する他に、高い開口数の対物レンズを採用する必要がある。このような高密度光ディスクとしては、波長略４０５ｎｍの青色半導体レーザと開口数０．８５の対物レンズを採用したＢｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ（以降ＢＤと呼ぶ）がある。

一方で、ＢＤに採用されているような高ＮＡの対物レンズを用いると、複数の層に記録／再生する光ディスクの場合、光ディスク表面と各記録層間の距離の違いにより球面収差が発生し、記録／再生性能が著しく劣化する。

特許文献１は、球面収差補正素子は２枚組のレンズとレンズを駆動する駆動装置から構成される。２枚組のレンズだけでなく、駆動装置を必要とするため、この球面収差補正素子は小型化が困難であるという課題を有する。特に駆動装置は、小型のモータであっても光ピックアップ装置にとっては非常に大きい部品となるため、球面収差補正素子の小型化が困難であるという課題を有する。

また、特許文献２は、ミラーを回転させて角度選択性のコートにより光路長を変化させ、球面収差の補正を行っている。このため、ミラーを精度良く回転させる装置が必要となる。さらに特許文献２は、復路で発生する球面収差を補正していないため、光検出器面上で球面収差が発生してしまい精度良い信号検出が困難であるという課題を有する。さらに角度選択性のコートは実用上完全に反射・透過を制御することが困難であり、例えば透過するはずの面から反射してしまった場合、本来信号を検出したい層の信号に加え、他層でもスポットを形成してしまうため、他層からの信号が漏れ込んでくるという課題を有する。

本発明は、小型な光ピックアップおよび光ディスク装置を提供することを目的とする。

上記目的は、その一例として特許請求の範囲の構成により達成できる。

本発明によれば、小型な光ピックアップおよび光ディスク装置を提供できる。

以下、本発明の実施形態の詳細について図面を参照しながら説明する。

図１は本発明の第１の実施例に係る光ピックアップ装置と光ディスクの位置関係を示す図である。

光ディスク装置はスピンドル１０を中心軸として光ディスク１００を回転する機能を持っている。また、光ピックアップ装置１はスピンドル１０の中心から半径方向に伸びる直線上を駆動する機能を持っており、光ディスク１００の内外周に移動することで光ディスク１００内の全てのデータにアクセスすることが可能となっている。

次に球面収差補正についてＢＤの２層ディスクで説明を行う。ＢＤの２層ディスクの光ディスク表面と記録層間の距離は７５μｍ（以降Ｌａｙｅｒ１と呼ぶ）と１００μｍ（以降Ｌａｙｅｒ０と呼ぶ）とがある。図２はＢＤの２層ディスクを記録／再生するときの各記録層と対物レンズで集光される光束の関係を示した図である。図２（１）はＬａｙｅｒ１を記録／再生するときを示したもので、図２（２）はＬａｙｅｒ０を記録／再生するときを示している。このように、光ディスクを記録／再生する場合には記録／再生する記録層に集光する必要がある。このとき、各記録層では球面収差が０であることが望ましい。

図３は、本発明においてＬａｙｅｒ１およびＬａｙｅｒ０の信号を検出する時の光学系構成を示したものである。

まず、Ｌａｙｅｒ１の信号を検出する場合について説明を行う。半導体レーザ５を出射したＳ偏光の光束は回折格子６を透過、偏光ビームスプリッタ７を反射し、コリメートレンズ９により図中の実線で示される弱収束光に変換される。

コリメートレンズ９を透過した光束は１／４波長板１０により円偏光に変換され、対物レンズ２を経て光ディスクのＬａｙｅｒ１に良好なスポットを形成する。光ディスクを反射した光束は対物レンズ２、１／４波長板１０によりＰ偏光に変換され、コリメートレンズ９を経て、偏光ビームスプリッタ７を透過する。透過した光束は検出レンズ１１を透過して検出器１２に入射する。ここで、偏光ビームスプリッタにおいては半導体レーザから光ディスクの経路では、Ｓ偏光となるため効率良く反射し、光ディスクから検出器の経路ではＰ偏光となるため効率良く透過する。これにより、効率良く信号を検出することができる。

次にＬａｙｅｒ０の信号を検出する場合について説明を行う。Ｌａｙｅｒ０を再生する場合は、図示しない駆動手段により光学部品８を差し込むようにしている。半導体レーザ５を出射したＳ偏光の光束は回折格子６を透過、偏光ビームスプリッタ７を反射し、球面収差補正用の平行平板の光学部品８、コリメートレンズ９を透過する。光学部品８を透過すると、偏光ビームスプリッタ７とコリメートレンズ９の間隔が狭くなったことに相当する。これによりコリメータレンズ９を透過した光束は、図中の点線で示される弱発散光に変換される。

コリメートレンズ９を透過した光束は１／４波長板１０により円偏光に変換され、対物レンズ２を経て光ディスクのＬａｙｅｒ０に良好なスポットを形成する。光ディスクを反射した光束は対物レンズ２、１／４波長板１０によりＰ偏光に変換され、コリメートレンズ９、球面収差補正用の平行平板の光学部品８を経て、偏光ビームスプリッタ７を透過する。透過した光束は検出レンズ１１を透過して検出器１２に入射する。ここで、偏光ビームスプリッタにおいては半導体レーザから光ディスクの経路では、Ｓ偏光となるため効率良く反射し、光ディスクから検出器の経路ではＰ偏光となるため効率良く透過する。これにより、効率良く信号を検出することができる。

図４は、球面収差を最小とするための光ピックアップ装置の半導体レーザ発光点とコリメートレンズ間の距離（以降光路長と呼ぶ）の一例を示したものである。この図から、光ピックアップ装置の半導体レーザとコリメートレンズ間の距離を、Ｌａｙｅｒ０の信号を検出する場合と、Ｌａｙｅｒ１の信号を検出する場合で異なる値にする必要があることがわかる。このため図３では、Ｌａｙｅｒ０の信号を検出するために、平行平板の光学部品８を挿入した。ここで、一様な屈折率ｎの光学部品８を発散光路中に出し入れすることで光路長は

数１に示すΔｄだけ変化する

図４よりＢＤの光ディスクのＬａｙｅｒ０で発生する球面収差を補正するには、０.４ｍｍ程度光路長を変化させる必要がある。例えば、出し入れする平行平板の光学部品をガラス（屈折率約１．５）とした場合、半導体レーザ５とコリメートレンズ９間に厚さ１．２ｍｍ程度の平行平板のガラスを入れればよいことになる。この光学系構成は往復光路中で球面収差が補正されるため、光ディスク上、光検出器面上で球面収差が補正される。本実施例は平行平板の光学部品を透過することで光束の光路長を完全に変化させることができるため、他層でスポットは形成されなく、安定した信号検出が可能となる。

また、駆動に関しては駆動方向に精度良く駆動する必要がないため、例えば図５のようなリニア型の駆動方式にすることで、駆動系をコンパクトにすることが可能となる。この駆動方式は図５のように平行平板の光学部品８に可動磁石を配置する。そして、図５（１）の静止状態から、図５（２）のように固定磁石の磁極を変化させると可動磁石は図中の矢印の方向に動き出す。図５（３）のように固定電磁石の磁極変化を繰り返していくと、可動電磁石は、矢印の方向に引き寄せられ続ける。これにより、図５（４）のように光学部品８を移動することができる。また、逆側に移動する場合においても同様に磁極を変化させれば良い。なお、駆動方法に関しては他の駆動方法でも同様の効果が得られることは言うまでもない。

このような構成とすることで、複雑な機構によらずに光ディスク上、光検出器面上で球面収差の補正を行い、かつ小型化可能となる。

なお、本実施例はＢＤで説明を行ったが、本発明はＢＤに特化したものでなく、例えばＤＶＤ、ＨＤ ＤＶＤのような光ディスクであってもかまわない。

図６は本発明の第２の実施例に係る光ピックアップ装置の光学系構成を示す図である。図中示された各光学部品については、図３に示した本発明実施例１と同じ光学部品には同じ番号を付している。図３に示した本発明の実施例１と異なる点は球面収差補正素子１３が複数の平行平板からなることである。

例えば４層ディスク４００に対して記録／再生を行う場合、それぞれの層に対して光ディスクから発生する球面収差を補正する必要がある。このため、図６の球面収差補正素子では各層間隔に対応した平行平板を出し入れしている。図６（１）のように平行平板を入れない状態が１層目で球面収差が抑制できているとすれば、２層目においては１層目と２層目の層間隔から発生する球面収差を平行平板１枚で補正する。また３層目においては、２層目と３層目の層間隔から発生する球面収差をもう１枚で補正する。さらに４層目においては、３層目と４層目の層間隔から発生する球面収差をもう１枚で補正する。このため、２層目を記録／再生する場合には、図６の（２）のように１枚の平行平板、３層目を記録／再生する場合には、図６の（３）のように２枚の平行平板、４層目を記録／再生する場合、図６の（４）のように３枚の平行平板を光路中に挿入する。

これにより、各層で発生する球面収差を補正することができ、安定した信号検出が可能となる。

図７の球面収差補正素子１４は、１層分の球面収差を補正する平行平板と２層分の球面収差を補正する平行平板を搭載している。これにより、２層目を記録／再生する場合には図７の（２）のように１層分に対応した平行平板、３層目記録／再生する場合には図７の（３）のように２層分に対応した平行平板、４層目記録／再生する場合には図７の（４）のように１層分、２層分に対応した２枚の平行平板を光路中に挿入して球面収差を補正している。

また、ここでは４層ディスクで説明を行ったが、多層ディスクであれば同様の効果が得られることは言うまでもない。

図８は本発明の第３の実施例に係る光ピックアップ装置の光学系構成を示す図である。本実施例は、図８のように実施例１に対して球面収差の微補正用として光路長可変素子の液晶素子１５を搭載していることを特徴とする。

液晶素子１５は、液晶分子の配向を電気的に制御することで屈折率を変えることができる。液晶素子１５を用いることで光ディスク厚さの精度誤差が発生しても球面収差の発生を低減することが可能となる。

屈折率ｎ１からｎ２に変化すると光路長は

数２で示されるΔｄだけ変化する。

例えば図４の条件で、液晶素子１５の屈折率が１．４から１．８まで変化するとすれば、５μｍを補正するためには０．５ｍｍの液晶を用いて補正すれば良いことがわかる。

このような光学系構成にすることで、レンズ等を駆動することなく光ディスク上、検出器面上の球面収差を補正することが可能となる。

図９は本発明の第４の実施例に係る光ピックアップ装置１を搭載した再生用の光ディスク装置の概略構成である。光ピックアップ装置１は、光ディスク１００の半径方向に沿って駆動できる機構が設けられており、アクセス制御回路１７２からのアクセス制御信号に応じて位置制御される。

レーザ点灯回路１７７からは所定のレーザ駆動電流が光ピックアップ装置１内の半導体レーザに供給され、半導体レーザからは再生に応じて所定の光量でレーザ光が出射される。なお、レーザ点灯回路１７７は光ピックアップ装置１内に組み込むこともできる。

光ピックアップ装置１内の光検出器から出力された信号は、サーボ信号生成回路１７４および情報信号再生回路１７５に送られる。サーボ信号生成回路１７４では前記光検出器からの信号に基いてフォーカス誤差信号、トラッキング誤差信号ならびにチルト制御信号などのサーボ信号が生成され、これを基にアクチュエータ駆動回路１７３を経て光ピックアップ装置１内のアクチュエータを駆動して、対物レンズの位置制御がなされる。また、このサーボ信号を基に球面収差補正素子駆動回路１７９を経て光ピックアップ装置１内の球面収差補正素子を駆動して球面収差の補正がなされる。

前記情報信号再生回路１７５では、前記光検出器からの信号に基づいて光ディスク１００に記録されている情報信号が再生される。
前記サーボ信号生成回路１７４および情報信号再生回路１７５で得られた信号の一部はコントロール回路１７６に送られる。このコントロール回路１７６にはスピンドルモータ駆動回路１７１、アクセス制御回路１７２、サーボ信号生成回路１７４、レーザ点灯回路１７７などが接続され、光ディスク１００を回転させるスピンドルモータ１０の回転制御、アクセス方向およびアクセス位置の制御、対物レンズのサーボ制御、光ピックアップ装置１内の半導体レーザ発光光量の制御などが行われる。

これにより、安定した信号の検出が行える。

図１０は本発明の第５の実施例に係る光ピックアップ装置１を搭載した記録／再生用の光ディスク装置の概略構成である。この装置で前記図９に説明した光ディスク装置と相違する点は、コントロール回路１７６とレーザ点灯回路１７７の間に情報信号記録回路１７８を設け、情報信号記録回路１７８からの記録制御信号に基づいてレーザ点灯回路１７７の点灯制御を行って、光ディスク１００へ所望の情報を書き込む機能が付加されている点である。

これにより、安定した信号の検出および光ディスクへの書き込みが行える。

実施例１における光ピックアップ装置と光ディスクの位置関係を示す図である。 実施例１におけるＢＤの２層ディスクを記録／再生するときの各記録層と対物レンズと集光する光束の関係を示した図である。 実施例１における光ピックアップ装置の光学系構成を示す図である。 ピックアップ１において発生する球面収差を最小とする光学系の光路長を示した図である。 実施例１における駆動方法を説明する図である。 実施例２における光ピックアップ装置の光学系構成を示す図である。 実施例２における光ピックアップ装置の光学系構成を示す図である。 実施例３における光ピックアップ装置の光学系構成を示す図である。 実施例４における再生用の光ディスク装置を説明する図である。 実施例５における記録／再生用の光ディスク装置を説明する図である。

符号の説明

１：光ピックアップ装置、２：対物レンズ、１０：スピンドル、５：半導体レーザ、６：回折格子、７：ビームスプリッタ、８：ガラス平行平板、９：コリメートレンズ、１０：１／４波長板、１１：検出レンズ、１２：光検出器、１３：球面収差補正素子、１４：球面収差補正素子、１５：液晶素子、１７１：スピンドルモータ駆動回路、１７２：アクセス制御回路、１７３：アクチュエータ駆動回路、１７４：サーボ信号生成回路、１７５：情報信号再生回路、１７６：コントロール回路、１７７：レーザ点灯回路、１７８：情報記録回路、１７９球面収差補正素子駆動回路、４００：４層ディスク

Claims (6)

1. 半導体レーザと、
   前記半導体レーザから出射した光束を略平行光に変換するコリメートレンズと、
   前記光束を光ディスク上の記録面に集光する対物レンズと、
   前記光ディスクからの反射光と受光する光検出器とを有し、
   球面収差を補正する球面収差補正手段は前記半導体レーザと前記コリメートレンズの間に配置され、
   前記球面収差補正手段は往復路の発散光路中あるいは収束光路中に挿入した透過型光路長可変素子であることを特徴とする光ピックアップ装置。
2. 請求項１の光ピックアップ装置であって、
   前記球面収差補正手段は、平行平板からなる光学部品の出し入れにより前記光ディスク上と前記光検出器上の球面収差を補正することを特徴とする光ピックアップ装置。
3. 請求項２の光ピックアップ装置であって、
   前記球面収差補正手段は、平行平板のガラス材料からなることを特徴とする光ピックアップ装置。
4. 請求項１の光ピックアップ装置であって、
   前記球面収差補正手段は、電気的に屈折率を変化させることにより前記光ディスク上と前記光検出器上の球面収差を補正する液晶素子であることを特徴とする光ピックアップ装置。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の光ピックアップ装置と、
   前記光ピックアップ装置内における前記半導体レーザを駆動するレーザ点灯回路と、
   前記光ピックアップ装置内の前記光検出器から検出された信号を用いてフォーカス誤差信号やトラッキング誤差信号を生成するサーボ信号生成回路と、
   光ディスクに記録された情報信号を再生する情報信号再生回路と、
   球面収差補正素子を駆動する回路を搭載した光ディスク装置。
6. 光束を出射するレーザと、
   前記レーザから出射される光束を平行光にするコリメートレンズと、
   前記レーザから出射される光束を外部の光ディスクに集光する対物レンズと、
   前記外部の光ディスクからの反射光を受光する光検出器と、
   前記レーザから出射される光束の光路長を変化する光路長変化素子と、
   を有し、
   前記光路長変化素子は前記レーザと前記コリメートレンズの間に配される、
   光ピックアップ装置。
   
   

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