JP2008071385A - 光ヘッド装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ツインレーザ光源を用いた場合でも、２つのレーザ光の戻り光の受光素子に対する集光位置を一致させることができる光ヘッド装置を提供すること。
【解決手段】光ヘッド装置１では、ツインレーザ光源４を用い、かつ、フォーカシングエラー信号の生成に非点収差法を採用している。検出レンズ５４としてトーリックレンズを用い、このトーリックレンズは、軸上を通る第１のレーザ光Ｌ１の戻り光に対してトーリック面により生じる非点隔差を付与する一方、軸外を通る第２のレーザ光Ｌ２の戻り光に対しては、トーリック面により生じる非点隔差と、軸外を通ることにより生じる非点収差および像面湾曲とを合成した非点収差を付与して、第１のレーザ光Ｌ１の戻り光と第２のレーザ光Ｌ２の戻り光の合焦位置を一致させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、異なる波長のレーザ光を出射する２つのレーザ発光素子を備えたツインレーザ光源を備えた光ヘッド装置に関するものである。

ＣＤやＤＶＤなどといった異なるタイプの光記録媒体（光記録ディスク）の再生、記録が可能な光ヘッド装置では、異なる波長のレーザ光を出射する第１のレーザ発光素子と第２のレーザ発光素子とを備えたツインレーザ光源を用いた構成が提案されており、かかる光源を用いると、２つのレーザ光が共通の略光路を通るため、光路合成素子が不要である分、部品点数を減らすことができ、コストを低減することができる（例えば、特許文献１、２参照）。
特開２００３−２７２２１８号公報 特開２００６−２４２７６号公報

しかしながら、ツインレーザ光源を備えた光ヘッド装置において、非点収差法によりフォーカシングエラー信号を検出しようとすると、以下の問題点がある。

まず、波長が異なるとレンズの軸上色収差が生じるため、各光学素子の最適位置は波長により定まるので、レーザ発光素子を各波長毎に複数備えている場合には、発光素子の位置や他の光学素子の位置を波長毎に最適化してデフォーカス調整を行えばよいが、ツインレーザ光源を用いた場合には、２つのレーザ発光素子が一体になっているため、かかる方法でのデフォーカス調整が不可能である。

また、再生、記録の品位を向上することを目的に、受光素子の前側に検出レンズを配置する場合があるが、ツインレーザ光源を用いた場合には、前記の軸上色収差の問題に加えて、２つのレーザ発光素子が１１０μｍ程度、離間しているので、少なくとも一方のレーザ光の戻り光の光軸が、検出レンズの軸外に位置することになるため、像面湾曲が発生するという問題点がある。

それ故、ツインレーザ光源を用いた場合には、各波長間でのフォーカスエラーオフセットの差が大きくなってしまい、サーボ制御がかかりにくく、信号品位の低下を招いてしまう。

以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、ツインレーザ光源を用いた場合でも、２つのレーザ光の戻り光の受光素子に対する集光位置を一致させることができる光ヘッド装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明では、第１のレーザ光を出射する第１のレーザ発光素子、および前記第２のレーザ光と異なる波長の第２のレーザ光を出射する第２のレーザ発光素子を備えたツインレーザ光源と、受光素子と、対物レンズを含み、前記ツインレーザ光源から出射されたレーザ光を前記対物レンズを介して光記録媒体に収束させるともに、当該光記録媒体で反射した前記第１のレーザ光の戻り光および前記第２のレーザ光の戻り光を前記受光素子に導く光学系とを有する光ヘッド装置において、前記光学系は、前記受光素子の前側で前記戻り光に非点隔差を付与して非点収差法によるフォーカシングエラー信号の検出を可能とする検出レンズを備え、前記第１のレーザ光の戻り光および前記第２のレーザ光の戻り光のうちの一方の戻り光は光軸が前記検出レンズの軸上に位置し、他方の戻り光の光軸は前記検出レンズの軸外に位置し、前記検出レンズはトーリックレンズであり、前記トーリックレンズは、前記一方の戻り光に対してトーリック面により生じる非点隔差を付与する一方、前記他方の戻り光に対しては、トーリック面により生じる非点隔差と、軸外を通ることにより生じる非点収差および像面湾曲とを合成した非点収差を付与して、前記第１のレーザ光の戻り光と前記第２のレーザ光の戻り光の合焦位置を一致させることを特徴とする。

本発明では、ツインレーザ光源を用いているが、検出レンズとしてトーリックレンズを用い、このトーリックレンズは、軸上を通る一方の戻り光に対してトーリック面により生じる非点隔差を付与する一方、軸外を通る他方の戻り光に対しては、トーリック面により生じる非点隔差と、軸外を通ることにより生じる非点収差および像面湾曲とを合成した非点収差を付与して、検出レンズによって一方のレーザ光の戻り光に付与した後の非点隔差との差を解消する。このため、第１のレーザ光の戻り光と第２のレーザ光の戻り光の合焦位置を一致させることができるので、ツインレーザ光源を用いた場合に、発光素子の位置や他の光学素子の位置を波長毎に最適化することはできず、かつ、他方の戻り光の光軸は検出レンズの軸外に位置している場合でも、第１のレーザ光の戻り光と第２のレーザ光の戻り光との間のフォーカスエラーオフセットの差が小さい。

本発明において、前記トーリックレンズは、トーリック面の曲率半径、および光軸周りの回転角度位置により、前記第１のレーザ光の戻り光に付与した非点隔差の方向、および前記第２のレーザ光の戻り光に付与した非点隔差の方向を前記受光素子の分割受光面の形成パターンに適合させることが好ましい。例えば、前記第１のレーザ光の戻り光に付与した非点隔差の方向、および前記第２のレーザ光の戻り光に付与した非点隔差の方向を信号検出用受光素子４の分割受光面の分割線に４５°傾いた方向に設定することができ、このように設定すると、第１のレーザ光の戻り光および第２のレーザ光の戻り光の双方に対して、よりクリアなフォーカスエラー信号を得ることができる。

本発明では、ツインレーザ光源を用いているが、検出レンズとしてトーリックレンズを用い、このトーリックレンズは、軸上を通る一方の戻り光に対してトーリック面により生じる非点隔差を付与する一方、軸外を通る他方の戻り光に対しては、トーリック面により生じる非点隔差と、軸外を通ることにより生じる非点収差および像面湾曲とを合成した非点収差を付与して、第１のレーザ光の戻り光と第２のレーザ光の戻り光の合焦位置を一致させる。このため、第１のレーザ光の戻り光と第２のレーザ光の戻り光との間のフォーカスエラーオフセットの差が小さいので、第１のレーザ光および第２のレーザ光のいずれを用いる場合でも、オフセットをかけずに対物レンズにサーボ制御をかけることができるので、品位の高い信号を得ることができる。

図面を参照して、本発明を適用した光ヘッド装置の一例を説明する。なお、以下の説明では、対物レンズが見える側を上面とし、その反対側を下面としてある。

（全体構成）
図１（ａ）、（ｂ）は各々、図１に示す光ヘッド装置の本体部分から上面カバー、下面カバーおよびアクチュエータカバーを取り外した状態の平面図および底面図である。

図１に示すように、本発明を適用した光ヘッド装置１は、装置フレーム２の両端の各々に、ディスク駆動装置の送りねじ軸やガイド軸が係合する第１の軸受部２１１および第２の軸受部２１２が形成されており、光記録ディスクの半径方向に駆動されるようになっている。装置フレーム２の一方側の側面は、ディスク駆動機構のスピンドルモータ（図示せず）に接近した際の干渉を防止するために円弧状に湾曲している。

装置フレーム２の上面側では、略中央に対物レンズ９１が位置するとともに、フレキシブルプリント回路基板３が平伏した状態にある。フレキシブルプリント回路基板３の下面には、後述するツインレーザ光源４などに対する駆動や対物レンズ駆動機構９などに対する制御を行うための駆動用ＩＣ３０（駆動回路）が実装されている。また、フレキシブルプリント回路基板３の端部３１、３２に形成された配線パターンは、信号検出用受光素子５５に電気的に接続している。さらに、フレキシブルプリント回路基板３は、ツインレーザ光源４およびフロントモニター用受光素子５６に接続された端部３３、３４も備えており、端部３３の最先端部分にはボリーム３６が実装されている。ここで、装置フレーム２は、メインフレーム２１と、金属製のサブフレーム２２とを備えており、サブフレーム２２は、メインフレーム２１の内側に配置された状態でメインフレーム２１に保持されている。

（光学素子の構成）
図２は各々、図１に示す光ヘッド装置に用いた光学系などの説明図である。図２に示すように、光ヘッド装置１は、波長が６５０ｎｍ帯の第１のレーザ光Ｌ１（赤外光）、および波長が７８０ｎｍ帯の第２のレーザ光Ｌ２（外赤外光）を用いてＤＶＤ系ディスクおよびＣＤ系ディスクに対する情報の記録、再生が可能な２波長光ヘッド装置であり、装置フレーム２上には、第１のレーザ光Ｌ１を出射するＡｌＧａＩｎＰ系のレーザダイオード（第１のレーザ発光素子）と、第２のレーザ光Ｌ２を出射するＡｌＧａＡｓ系のレーザダイオード（第２のレーザ発光素子）とを一体に備えたツインレーザ光源４が搭載されている。ここで、第１のレーザ光Ｌ１および第２のレーザ光Ｌ２は、対物レンズ９１を含む共通の光学系を介して光記録ディスクであるＤＶＤ系ディスクあるいはＣＤ系ディスクに導かれ、この光学系を構成する光学素子も装置フレーム２上に搭載されている。また、光記録ディスクからの戻り光（第１のレーザ光Ｌ１の戻り光、および第２のレーザ光Ｌ２の戻り光）も、共通の光学系を介して共通の信号検出用受光素子５５に導かれ、かかる戻り光に対する光路を規定する光学素子、および信号検出用受光素子５５も装置フレーム２に搭載されている。

本形態の光ヘッド装置１において、共通の光学系には、ツインレーザ光源４から出射された第１および第２のレーザ光Ｌ１、Ｌ２をトラッキング検出用に３ビームに回折する回折素子５１と、回折素子５１により３ビームに分離したレーザ光を部分反射するハーフミラー５２と、ハーフミラー５２からのレーザ光を平行光にするコリメートレンズ５３と、この平行光を光記録ディスクに向けて立ち上げる立ち上げミラー５９と、立ち上げミラー５９からのレーザ光を光記録ディスク５（光記録媒体）の記録面に収束させる対物レンズ９１とが含まれている。また、共通の光学系には、光記録ディスクの記録面で反射された後に、コリメートレンズ５３およびハーフミラー５２を通過した第１および第２のレーザ光の戻り光を受光する信号検出用受光素子５５が含まれている。なお、ハーフミラー５２に対して回折素子５１とは反対側にはフロントモニター用受光素子５６が配置されている。

このように構成した光ヘッド装置１において、フォーカシングエラー信号の検出は非点収差法（差動非点収差法も含む）で行われる。このため、信号検出用受光素子５５は、メインビームおよびサブビームに対する受光面が４分割受光面になっている。また、共通の光学系は、信号検出用受光素子５５の前側で第１および第２のレーザ光Ｌ１、Ｌ２の戻り光に非点隔差を付与する検出レンズ５４も備えている。

対物レンズ９１は、対物レンズ駆動機構９によってトラッキング方向およびフォーカシング方向の位置がサーボ制御されるようになっており、このような対物レンズ駆動機構９も装置フレーム２に搭載されている。本形態では、対物レンズ駆動機構９としてワイヤサスペンション方式のものを用いており、かかる対物レンズ駆動機構９としては周知のものを用いることができるので、詳細な説明を省略するが、対物レンズ９１を保持しているレンズホルダと、このレンズホルダを複数本のワイヤでトラッキング方向およびフォーカシング方向に移動可能に支持しているホルダ支持部と、装置フレーム２に固定されたヨークとを備えている。また、対物レンズ駆動機構９は、レンズホルダに取り付けられた駆動コイルと、ヨークに取り付けられた駆動マグネットにより構成される磁気駆動回路を備えており、駆動コイルに対する通電を制御することにより、レンズホルダに保持された対物レンズ９１を光記録ディスクに対してトラッキング方向およびフォーカシング方向に駆動する。なお、対物レンズ駆動機構９は、対物レンズ９１のジッタ方向の傾きを調整するチルト制御も可能である。

（基本動作）
このように構成した光ヘッド装置１において、ツインレーザ光源４から出射された第１および第２のレーザ光Ｌ１、Ｌ２は、回折素子５１を透過した後、一部がハーフミラー５２の部分反射面によって反射され、その光軸が９０度折り曲げられてコリメートレンズ５３に向かう。そして、コリメートレンズ５３で平行光化されたレーザ光は、立ち上げミラー５９でその光軸が９０度折り曲げられて対物レンズ９１に向かう。その際、ツインレーザ光源４から出射された第１および第２のレーザ光Ｌ１、Ｌ２の一部は、ハーフミラー５２の部分反射面を透過して、モニター光としてフロントモニター用受光素子５６に導かれる。このフロントモニター用受光素子５６でのモニター結果は、駆動用ＩＣ３０を介してツインレーザ光源４にフィードバックされ、ツインレーザ光源４から出射されるレーザ光の強度が制御される。

一方、光記録ディスク５からの戻り光は、対物レンズ９１、立ち上げミラー５９を逆に戻り、コリメートレンズ５３、ハーフミラー５２を介して検出レンズ５４に向けて出射され、この検出レンズ５４によってコマ収差の除去、非点隔差の調整が行われた後、信号検出用受光素子５５に入射し、信号検出用受光素子５５で検出される。この信号検出用受光素子５５で検出される戻り光には、第１および第２のレーザ光Ｌ１、Ｌ２が回折素子５１で回折された３ビームが含まれており、例えば、３ビームのうち、０次光からなるメインビームよって信号の再生が行われるとともに、±１次回折光からなるサブビームの検出結果を用いて対物レンズ９１のトラッキングエラー信号の検出が行われる。また、非点収差法では、メインビームから得られた非点収差信号によって対物レンズ９１のフォーカシングエラー信号の検出が行われ、差動非点収差法では、メインビームおよびサブビームから得られた非点収差信号によって対物レンズ９１のフォーカシングエラー信号の検出が行われる。このようにして検出されたトラッキングエラー信号やフォーカシングエラー信号の検出結果に基づいて、駆動用ＩＣは対物レンズ駆動機構９を制御する。

このように本形態では、共通の対物レンズ９１により第１のレーザ光および第２のレーザ光による記録、再生を行うため、対物レンズ９１については、同心円状の溝や段差により回折格子が形成された２波長レンズが用いられている。このため、本形態によれば、対物レンズ９１を共用しても、第１のレーザ光および第２のレーザ光の双方について、表面保護層の厚さが異なる記録層を備えた光記録ディスクに対応することができる。

（検出レンズ５４の詳細な構成）
図１および図２を参照して説明したように、本形態の光ヘッド装置１においては、ツインレーザ光源４を用いたため、２つのレーザダイードが１１０μｍ程度、離間しているので、第１のレーザ光Ｌ１の光軸と第２のレーザ光Ｌ２の光軸も１１０μｍ程度、離間している。このため、第１のレーザ光Ｌ１の戻り光については、光軸が検出レンズ５４の軸上に位置する一方、第２のレーザ光Ｌ２の戻り光については、光軸が検出レンズ５４の軸外に位置する。他の光学素子でも同様である。

そこで、本形態では、検出レンズ５４として、両面がトーリック面になっているトーリックレンズを用いられている。ここで、検出レンズ５４は、装置光軸に対して斜めに傾いて配置されており、第１のレーザ光Ｌ１の戻り光、および第２のレーザ光Ｌ２の戻り光が、平行平板状のハーフミラー５２に対して収束光として斜めに透過する際に生じたコマ収差を補正している。

また、検出レンズ５４は、第１のレーザ光Ｌ１の戻り光に対しては、トーリック面により生じる非点隔差を付与し、非点収差法でのフォーカシングエラー信号の検出を可能にしている。

これに対して、検出レンズ５４は、第２のレーザ光Ｌ２の戻り光に対しては、トーリック面により生じる非点隔差と、軸外を通ることにより生じる非点収差および像面湾曲とを合成した非点収差を付与することにより、非点収差法でのフォーカシングエラー信号の検出を可能にしているとともに、検出レンズ５４によって非点隔差を付与することにより、第１のレーザ光Ｌ１の戻り光と第２のレーザ光Ｌ２の戻り光の合焦位置を一致させている。

具体的には、例えば、検出レンズ５４の入射側のトーリック面で、検出レンズ５４に到達するまでに生じた非点収差を改善した後、検出レンズ５４の出射側のトーリック面で非点収差法でのフォーカシングエラー信号の検出に必要な非点隔差を付与する。

また、検出レンズ５４は、トーリック面の曲率半径、および光軸周りの回転角度位置により、第１のレーザ光Ｌ１の戻り光に付与した非点隔差の方向、および第２のレーザ光Ｌ２の戻り光に付与した非点隔差の方向を信号検出用受光素子４の分割受光面の形成パターンに適合させている。

（トーリックレンズの説明）
図３（ａ）、（ｂ）は各々、球面レンズで発生する非点収差の説明図、およびトーリックレンズの説明図である。図３（ａ）には、検出レンズ５４として球面レンズを用いた場合において、第２のレーザ光Ｌ２の戻り光が各位置Ａ、Ａ′、Ｂ、Ｃ、Ｄを通った際に生じる非点収差の方向を矢印の向きで示し、その大きさを矢印の長さで示してあり、軸外を通ることに起因する非点収差の大きさはレンズ中心からの距離で規定され、その角度位置によって、非点収差の向きが規定される。

これに対して、本形態の光ヘッド装置１で検出レンズ５４として用いたトーリックレンズは、図３（ｂ）に示すように、トーリック面の２つの主経線Ｋ１、Ｋ２の曲率半径が相違しているため、第２のレーザ光Ｌ２の戻り光が軸外を通ることに起因する非点収差の大きさをレンズ中心からの距離によって変動させることができるとともに、第２のレーザ光Ｌ２の戻り光が軸外を通ることに起因する非点収差の向きも、レンズ中心からの距離によって変動させることができる。また、検出レンズ５４としてトーリックレンズを用いた場合には、第２のレーザ光Ｌ２の戻り光が軸外を通ることに起因する非点収差の大きさをレンズ上の角度位置によって変動させることができるとともに、第２のレーザ光Ｌ２の戻り光が軸外を通ることに起因する非点収差の向きも、レンズ上の角度位置によって変動させることができる。

しかも、本形態で検出レンズ５４として用いたトーリックレンズは、両面がトーリック面であるため、主経線Ｋ１、Ｋ２の方向をずらせば、第２のレーザ光Ｌ２の戻り光が検出レンズ５４の軸外を通る際に付与する非点隔差を任意の大きさおよび任意の方向に設定することができる。

それ故、検出レンズ５４において、両面のトーリック面の主経線Ｋ１、Ｋ２の曲率半径を最適化し、かつ、第２のレーザ光Ｌ２の戻り光が通る位置を最適化すれば、第１のレーザ光Ｌ１の戻り光と第２のレーザ光Ｌ２の戻り光の双方に同様な非点隔差を付与することができ、第２のレーザ光Ｌ２の戻り光に対する像面湾曲により、合焦位置を一致させることができる。また、第１のレーザ光Ｌ１の戻り光に付与した非点収差の方向、および第２のレーザ光Ｌ２の戻り光に付与した非点収差の方向を信号検出用受光素子４の分割受光面の分割線に４５°傾いた方向に設定することができる。

（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態では、ツインレーザ光源４を用いているが、検出レンズ５４としてトーリックレンズを用い、このトーリックレンズは、軸上を通る第１のレーザ光Ｌ１の戻り光に対してトーリック面により生じる非点隔差を付与する一方、軸外を通る第２のレーザ光Ｌ２の戻り光に対しては、トーリック面により生じる非点隔差と、軸外を通ることにより生じる非点収差および像面湾曲とを合成した非点収差を付与して、第１のレーザ光Ｌ１の戻り光と第２のレーザ光Ｌ２の戻り光の合焦位置を一致させる。このため、第１のレーザ光Ｌ１の戻り光と第２のレーザ光Ｌ２の戻り光との間のフォーカスエラーオフセットの差が小さい。

また、検出レンズ５４として用いたトーリックレンズにおいて、トーリック面の曲率半径、および光軸周りの回転角度位置を最適化するにより、第１のレーザ光Ｌ１の戻り光に付与した非点隔差の方向、および第２のレーザ光Ｌ２の戻り光に付与した非点隔差の方向を信号検出用受光素子４の分割受光面の形成パターンに適合させることもできる。それ故、第１のレーザ光Ｌ１の戻り光および第２のレーザ光Ｌ２の戻り光の双方に対してフォーカスエラー信号の品位を向上させることができる。

よって、本形態によれば、ツインレーザ光源４を用いてコストダウンを図った場合において、第１のレーザ光Ｌ１および第２のレーザ光Ｌ２のいずれを用いたときでも対物レンズ９１にサーボ制御を好適にかけることができるので、品位の高い信号を得ることができる。

[その他の実施の形態]
上記形態では、両面がトーリック面になっているトーリックレンズを検出レンズ５４として用いたが、片面のみがトーリック面になっているトーリックレンズを検出レンズ５４として用いてもよい。

また、上記形態では、ツインレーザ光源４から光記録ディスク５に向かう往路と、光記録ディスク５から信号検出用受光素子４に向かう復路とを分離する光路分離素子として平行平板状のハーフミラーを用いたが、プリズム状の光路分離素子を用いた場合に本発明を適用してもよい。

（ａ）、（ｂ）は各々、図１に示す光ヘッド装置の本体部分から上面カバー、下面カバーおよびアクチュエータカバーを取り外した状態の平面図および底面図である。 図１に示す光ヘッド装置に用いた光学系などの説明図である。 （ａ）、（ｂ）は各々、球面レンズで発生する非点収差の説明図、およびトーリックレンズの説明図である。

符号の説明

１ 光ヘッド装置
２ 装置フレーム
４ ツインレーザ光源
５ 光記録ディスク（光記録媒体）
５１ 回折素子
５２ ハーフミラー
５３ コリメートレンズ
５４ 検出レンズ
９１ 対物レンズ
Ｌ１ 第１のレーザ光
Ｌ２ 第２のレーザ光

Claims (2)

1. 第１のレーザ光を出射する第１のレーザ発光素子、および前記第２のレーザ光と異なる波長の第２のレーザ光を出射する第２のレーザ発光素子を備えたツインレーザ光源と、受光素子と、対物レンズを含み、前記ツインレーザ光源から出射されたレーザ光を前記対物レンズを介して光記録媒体に収束させるとともに、当該光記録媒体で反射した前記第１のレーザ光の戻り光および前記第２のレーザ光の戻り光を前記受光素子に導く光学系とを有する光ヘッド装置において、
   前記光学系は、前記受光素子の前側で前記戻り光に非点隔差を付与して非点収差法によるフォーカシングエラー信号の検出を可能とする検出レンズを備え、
   前記第１のレーザ光の戻り光および前記第２のレーザ光の戻り光のうちの一方の戻り光は光軸が前記検出レンズの軸上に位置し、他方の戻り光の光軸は前記検出レンズの軸外に位置し、
   前記検出レンズはトーリックレンズであり、
   前記トーリックレンズは、前記一方の戻り光に対してトーリック面により生じる非点隔差を付与する一方、前記他方の戻り光に対しては、トーリック面により生じる非点隔差と、軸外を通ることにより生じる非点収差および像面湾曲とを合成した非点収差を付与して、前記第１のレーザ光の戻り光と前記第２のレーザ光の戻り光の合焦位置を一致させることを特徴とする光ヘッド装置。
2. 請求項１において、前記トーリックレンズは、トーリック面の曲率半径、および光軸周りの回転角度位置により、前記第１のレーザ光の戻り光に付与した非点隔差の方向、および前記第２のレーザ光の戻り光に付与した非点隔差の方向を前記受光素子の分割受光面の形成パターンに適合させることを特徴とする光ヘッド装置。

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