JP2008090976A - 光ピックアップ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】収差補正素子として凸レンズと凹レンズからなるレンズ素子を用いながら、有効径の小さな対物レンズにも適正にレーザ光を入射させることができ、加えて、光学系の簡素化と組立作業の簡易化を図り得る光ピックアップ装置を提供する。
【解決手段】コリメートレンズ１０３を偏光ビームスプリッタ１０２よりも半導体レーザ１０１から離れる位置に配置し、その後に、凸レンズ１０４ａを配置する。凹レンズ１０４ｂを変位させることによりＢＤ記録面上における球面収差を抑制する。凸レンズ１０４ａに入射する際のビーム径よりも凹レンズ１０４ｂを通過した後のビーム径を小さくでき、小径の対物レンズ１０８に対しても、適正にレーザ光を入射させることができる。また、コリメートレンズ１０３の有効径を大きくできるため、組み立て時におけるコリメートレンズ１０３の調整作業を容易化できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、光ピックアップ装置に関し、特に、球面収差を補正する際に用いて好適なものである。

ＣＤ（Compact Disc）やＤＶＤ（Digital Versatile Disc）にレーザ光を収束させる場合、レーザ光の波長変動や、ディスク側における光透過保護層（カバー層）の厚み変動等に起因して、記録面上におけるレーザ光に球面収差が生じる。現在商品化が進められているＢＤ（ブルーレイディスク）では、ＣＤやＤＶＤよりも高い開口数（ＮＡ）が要求されるため、記録面上において生じる球面収差は、ＣＤやＤＶＤの場合よりも大きなものとなる。このため、特にＢＤでは、球面収差を抑制するための構成が光ピックアップ装置に必要となる。

球面収差を補正するための方法として、特許文献１に記載の方法が知られている。この方法は、凹レンズと凸レンズを組み合わせたエキスパンダを光ピックアップ装置の光学系に配置し、これら２つのレンズのうち何れか一方を、レーザ光の光軸方向に変位させ、これにより、記録面上における球面収差を補正するものである。この方法によれば、半導体レーザ側から凹レンズ、凸レンズの順でこれら２つのレンズが配置されているため、エキスパンダを通過した後のビーム径は、エキスパンダに入射する際のビーム径よりも大きくなる。

その一方、ＢＤでは、一般に、対物レンズとしてガラスレンズが用いられるため、対物レンズの軽量化を図るために、対物レンズの小型化が求められている。この場合、特許文献１に記載のように凹レンズと凸レンズを配置すると、対物レンズに入射する際のビーム径が対物レンズの有効径よりも大きくなり、対物レンズの有効径を超える範囲にレーザ光が入射されるとの問題が起こり得る。

これに対し、特許文献２に記載の方法では、半導体レーザ側から凸レンズ、凹レンズの順でこれら２つのレンズが配置されているため、凹レンズを通過した後のビーム径は、凸レンズに入射する際のビーム径よりも小さくなる。よって、この方法によれば、対物レンズの小型化が進んでも、対物レンズに入射する際のビーム径を対物レンズの有効径より小さくすることができる。

図５に、特許文献２に記載の構成を示す。半導体レーザ１１から出射されたレーザ光は、コリメートレンズ１２にて平行光に変換された後、偏光ビームスプリッタ１３を通過する。このレーザ光は、収差補正光学系１４を構成する凸レンズ１４ａによって収束された後、凹レンズ１４ｂによって再び平行光に変換され、対物レンズ（図示せず）へと導かれる。ディスクからの反射光は、ディスクへ入射する際の光路を逆行し、平行光として偏光ビームスプリッタ１３に入射される。そして、この反射光は、偏光ビームスプリッタ１３によって反射された後、検出レンズ１５によって、光検出器１６上に収束される。
特開２００２−８２２８０号公報 特開２００６−１４７０６９号公報

特許文献２に記載の構成によれば、コリメートレンズ１２が半導体レーザ１１と偏光ビームスプリッタ１３の間に配されているため、コリメートレンズ１２の有効径をかなり小さくする必要がある。しかし、コリメートレンズ１２の有効径を小さくすると、それに伴って、レーザ光軸に対するコリメートレンズ１２のズレによる光学特性上の影響が顕著となる。このため、特許文献２の構成では、光ピックアップ装置の組み立て時に、レーザ光軸に対するコリメートレンズ１２の位置調整をかなり厳密に行わなければならないとの問題が生じる。

また、特許文献２の構成では、コリメートレンズ１２が半導体レーザ１１と偏光ビームスプリッタ１３の間に配されているため、偏光ビームスプリッタ１３によって光検出器１６方向に反射された光は平行光となる。このため、特許文献２の構成では、この光を光検出器１６上に収束させるために、偏光ビームスプリッタ１３と光検出器１６に間に、コリメートレンズ１２と同様の機能を発揮するレンズを追加しなければならない。たとえば、フォーカスエラー信号の生成手法として非点収差法を用いる場合には、検出レンズ１５として、シリンドリカルレンズの他に、集光レンズを組み合わせる必要がある。したがって、特許文献２の構成では、検出レンズ１５の構成が複雑化し、コストの上昇を招くとの問題が生じる。

さらに、特許文献２の構成に３ビーム生成用の回折格子を追加しようとすると、回折格子は拡散光中に配する必要があるため、半導体レーザ１１とコリメートレンズ１２の間に回折格子を配する必要がある。この場合、回折格子として、有機材料にて形成された安価な回折格子を用いることができれば、コストの面で有利であるが、有機材料を用いた回折格子は耐光性が低いため、レーザ光強度が高い位置には配置できない。一方、半導体レーザ１１とコリメートレンズ１２の間は、レーザ光が出射された直後の位置であるため、レーザ光の強度密度がかなり高くなる。このため、特許文献２の構成では、３ビーム生成用の回折格子として有機材料による回折格子を用いることができず、コストの上昇を招くとの問題が生じる。

この他、特許文献２の構成によれば、半導体レーザ１１と偏光ビームスプリッタ１３の間の光路にコリメートレンズ１２が配されているため、この光路中に他の光学素子を配置し難いとの問題も生じる。

本発明は、上記のような問題を解消するためになされたものであり、収差補正素子として凸レンズと凹レンズからなるレンズ素子を用いながら、有効径の小さな対物レンズにも適正にレーザ光を入射させることができ、加えて、光学系の簡素化と組立作業の簡易化を図ることができる光ピックアップ装置を提供することを課題とするものである。

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、光ピックアップ装置において、半導体レーザと、前記半導体レーザから出射されたレーザ光が入射されるビームスプリッタと、前記ビームスプリッタを経由した前記レーザが入射されるコリメートレンズと、前記コリメートレンズによって平行光とされたレーザ光に球面収差補正作用を付与する球面収差補正素子と、前記球面収差補正素子によって球面収差補正作用を付与されたレーザ光が入射される対物レンズを備え、前記球面収差補正素子は、前記レーザ光の光軸に沿って配置された凸レンズおよび凹レンズと、これら２つのレンズの距離をレーザ光の光軸方向に変化させるアクチュエータを含み、これら凸レンズと凹レンズは、前記コリメートレンズによって平行光とされたレーザ光が前記凸レンズに先に入射するよう配置されていることを特徴とする。

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、前記コリメートレンズと前記凸レンズを、これらのレンズの焦点距離を合成した一つのレンズに置き換えたことを特徴とする。

本発明によれば、コリメートレンズによって平行光とされたレーザ光が凸レンズに先に入射するよう凸レンズと凹レンズが配置されているため、凸レンズに入射する際のビーム径よりも凹レンズを通過した後のビーム径を小さくすることができる。よって、対物レンズとして有効径の小さな対物レンズを用いた場合にも、当該対物レンズに適正にレーザ光を入射させることができる。

また、本発明によれば、コリメートレンズがビームスプリッタよりも半導体レーザから離れる位置に配置されているため、コリメートレンズの有効径を大きくすることができる。よって、上記特許文献２に記載の構成に比べ、レーザ光軸に対するコリメートレンズのズレによる光学特性上の影響を抑制することができ、光ピックアップ装置の組み立て時におけるコリメートレンズの位置調整作業を容易化することができる。

また、本発明によれば、コリメートレンズがビームスプリッタよりも半導体レーザから離れる位置に配置されているため、ビームスプリッタを経由して光検出器へと向かうレーザ光を、別途レンズを用いることなく収束光とすることができる。よって、上記特許文献２に記載の構成に比べ、ビームスプリッタを経由して光検出器へと向かうレーザ光を収束光とするためのレンズを省略することができ、その分、構成の簡素化とコストの抑制を図ることができる。

また、本発明によれば、半導体レーザとビームスプリッタの間の光路にコリメートレンズが配されていないため、この光路中に、適宜、他の光学素子を配置することができる。たとえば、回折格子を別途配置する場合には、ビームスプリッタの直前位置に回折格子を配置することができる。よって、上記特許文献２に記載の構成に比べ、回折格子を半導体レーザから引き離すことができ、強度分布が分散した状態のレーザ光を回折格子に入射させることができる。このため、回折格子として、有機材料による回折格子を用いることができ、上記特許文献２に記載の構成に比べ、コストの抑制を図ることができる。なお、本発明によれば、回折格子に限らず、１／２波長板等の光学素子も、半導体レーザから引き離した位置に配置できる。よって、これらの光学素子も、有機材料による素子を用いることができ、コストの抑制を図ることができる。

請求項２の発明によれば、コリメートレンズと凸レンズが、これらレンズの焦点距離を合成した一つのレンズに置き換えられるため、レンズを１つ省略することができ、部品点数の抑制を図ることができる。また、この場合、実質的にコリメートレンズの配置が省略されることとなるため、半導体レーザから収差補正素子までの光路にスペース上のゆとりを持たせることができ、この光路中に他の光学素子を配置し易くなるとの効果を奏することができる。

本発明の特徴は、以下に示す実施の形態により更に明らかとなろう。ただし、以下の実施の形態は、あくまでも、本発明を実施する際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、以下の実施の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。本実施の形態は、光透過保護層（カバー層）の厚みが０．１ｍｍのＢＤに対応可能な光ピックアップ装置に本発明を適用したものである。

図１は、実施の形態に係る光ピックアップ装置の光学系と、これに関連する光ディスク装置側の回路構成を併せて示す図である。

図示の如く、光ピックアップ装置の光学系は、半導体レーザ１０１と、偏光ビームスプリッタ１０２と、コリメートレンズ１０３と、球面収差補正素子１０４と、レンズアクチュエータ１０５と、立ち上げミラー１０６と、１／４波長板１０７と、対物レンズ１０８と、ホルダ１０９と、対物レンズアクチュエータ１１０と、検出レンズ１１１と、光検出器１１２を備えている。また、光ディスク装置は、信号演算回路２０１と、再生回路２０２と、サーボ回路２０３を備えている。

半導体レーザ１０１は、波長４０５ｎｍ程度のレーザ光を出射する。偏光ビームスプリッタ１０２は、半導体レーザ１０１から入射されるレーザ光（Ｐ偏光）を略全透過するとともに、コリメートレンズ１０３側から入射されるレーザ光（Ｓ偏光）を略全反射する。コリメートレンズ１０３は、偏光ビームスプリッタ１０２側から入射されるレーザ光を平行光に変換する。

球面収差補正素子１０４は、凸レンズ１０４ａと凹レンズ１０４ｂから構成され、このうち凹レンズ１０４ｂは、レンズアクチュエータ１０５によってレーザ光の光軸方向に変位される。図示の如く、凸レンズ１０４ａと凹レンズ１０４ｂは、コリメートレンズ１０３からのレーザ光が先に凸レンズ１０４ａに入射するよう配置されている。よって、凹レンズ１０４ｂを通過した後のビーム径は凸レンズ１０４ａに入射する際のビーム径よりも小さくなる。

凹レンズ１０４ｂがイニシャル位置にあるとき、凹レンズ１０４ｂを通過したレーザ光は平行光となる。このレーザ光は、凹レンズ１０４ｂがイニシャル位置から光軸方向に変位することにより拡散光または収束光となる。これにより、レーザ光に生じる球面収差が抑制される。

レンズアクチュエータ１０５は、サーボ回路２０３から入力されるサーボ信号に応じて凹レンズ１０４ｂを光軸方向に変位させる。これにより、レーザ光に生じる球面収差が抑制される。

立ち上げミラー１０６は、凹レンズ１０４ｂ側から入射されるレーザ光を対物レンズ１０８に向かう方向に反射する。１／４波長板１０７は、ディスクへと向かうレーザ光を円偏光に変換するとともに、ディスクからの反射光をディスク入射時の偏光方向（Ｐ偏光）に直交する直線偏光（Ｓ偏光）に変換する。なお、１／４波長板１０７は、ホルダ１０９に装着しても良い。

対物レンズ１０８は、レーザ光をＢＤ記録面上に適正に収束できるよう設計されている。ホルダ１０９は、対物レンズ１０８を一体的に保持する。対物レンズアクチュエータ１１０は、従来周知の電磁駆動回路によって構成され、当該回路のうち、フォーカスコイル等のコイル部がホルダ１０９に装着されている。

検出レンズ１１１は、シリンドリカルレンズから構成され、ディスクからの反射光に非点収差を導入する。光検出器１１２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。各センサからの信号は、信号演算回路２０１に出力される。

信号演算回路２０１は、光検出器１１２から入射されるセンサ信号を演算処理して再生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生成し、これらを対応する回路に出力する。再生回路２０２は、信号演算回路２０１から入力された再生ＲＦ信号を復調して再生データを生成する。サーボ回路２０３は、信号演算回路２０１から入力されたトラッキングエラー信号およびフォーカスエラー信号からトラッキングサーボ信号およびフォーカスサーボ信号を生成し、これらを対物レンズアクチュエータ１１１に出力する。また、再生ＲＦ信号の状態が最良となるよう駆動信号をレンズアクチュエータ１０５に出力する。

半導体レーザ１０１から出射されたレーザ光は、偏光ビームスプリッタ１０２を透過し、コリメートレンズ１０３によって平行光とされる。そして、凸レンズ１０４ａによって収束された後、凹レンズ１０４ｂによって拡散される。このとき、凹レンズ１０４ｂは、レンズアクチュエータ１０５によって、レーザ光の収差を抑制する位置に変位される。これにより、凹レンズ１０４ｂを通過したレーザ光は、凹レンズ１０４ｂの位置に応じて、平行光からやや拡散または収束した状態となる。

凹レンズ１０４ｂを通過する際のレーザ光のビーム径は、レーザ光が凸レンズ１０４ａによって収束されるため、凸レンズ１０４ａに入射する際のレーザ光のビーム径よりも小さくなる。なお、凸レンズ１０４ａと凹レンズ１０４ｂの焦点距離は、対物レンズ１０８に入射する際のビーム径が対物レンズ１０８の有効径に応じた大きさとなるよう調整されている。

その後、レーザ光は、立ち上げミラー１０６と１／４波長板１０７を経由して対物レンズ１０８に入射され、ＢＤ記録面上に収束される。このとき、対物レンズアクチュエータ１１０を介して対物レンズ１０８にサーボが掛けられ、レーザ光の収束位置がフォーカス方向およびトラッキング方向に微調整される。

ＢＤ記録面からの反射光は、ＢＤに向かう際の光路を逆行し、偏光ビームスプリッタ１０２に入射される。このとき、この反射光は、再びコリメートレンズ１０３を通過することにより、収束光の状態で、偏光ビームスプリッタ１０２に入射される。この反射光は、１／４波長板１０７の作用によりＳ偏光となっているため、偏光ビームスプリッタ１０２により、光検出器１１２に向かう方向に反射される。その後、この反射光は、検出レンズ１１１により非点収差が導入され、光検出器１１２に収束される。

本実施の形態によれば、コリメートレンズ１０３によって平行光とされたレーザ光が凸レンズ１０４ａに先に入射するよう凸レンズ１０４ａと凹レンズ１０４ｂが配置されているため、凸レンズ１０４ａに入射する際のビーム径よりも凹レンズ１０４ｂを通過した後のビーム径を小さくすることができる。よって、軽量化を図るべく小型化されたＢＤ用の対物レンズ１０８に対しても、適正にレーザ光を入射させることができる。

また、本実施の形態によれば、コリメートレンズ１０３が偏光ビームスプリッタ１０２よりも半導体レーザ１０１から離れる位置に配置されているため、コリメートレンズ１０３の有効径を大きくすることができる。よって、レーザ光軸に対してコリメートレンズ１０３が変位したときに生じる光学特性上の影響の程度を小さくすることができ、光ピックアップ装置の組み立て時におけるコリメートレンズ１０３の位置調整作業を容易化することができる。

また、本実施の形態によれば、コリメートレンズ１０３が偏光ビームスプリッタ１０２よりも半導体レーザ１０１から離れる位置に配置されているため、偏光ビームスプリッタ１０２を経由して光検出器１１２へと向かうレーザ光（ＢＤからの反射光）を、別途レンズを用いずとも、収束光の状態とすることができる。よって、検出レンズ１１１として、シリンドリカルレンズの他に集光レンズを組み合わせる必要がなく、検出レンズ１１１の構成の簡素化とコストの抑制を図ることができる。

なお、本実施の形態によれば、半導体レーザ１０１と偏光ビームスプリッタ１０２の間の光路にコリメートレンズが配されていないため、この光路中に、適宜、他の光学素子を配置することができる。たとえば、図２に示す如く、３ビーム用の回折格子１２１と、偏光ビームスプリッタ１０２に対するレーザ光の偏光方向を調整するための１／２波長板１２２を配置することができる。この場合、これらの素子は、偏光ビームスプリッタ１０２に接近させ、なるべく半導体レーザ１０１から引き離すよう配置するのが好ましい。こうすると、これらの素子に対し、強度分布が分散した状態のレーザ光を入射させることができるため、これらの素子として、安価な、有機材料を用いた素子を利用することができる。

さらに、本実施の形態に係る光ピックアップ装置を、ＢＤの他にＤＶＤにも対応可能とする場合には、図３に示す如く、半導体レーザ１０１と偏光ビームスプリッタ１０２の間の空きスペースに、ＤＶＤ用の光学素子を配置することもできる。図において、１３１は、波長６５０ｎｍ程度のレーザ光を出射する半導体レーザ、１３２は、半導体レーザ１０１からのレーザ光を透過し、半導体レーザ１３１からのレーザ光を反射するダイクロプリズムである。なお、半導体レーザ１３１とダイクロプリズム１３２は、ダイクロプリズム１３２を経由した後のＢＤ用レーザ光とＤＶＤ用レーザ光の光軸が一致するよう配置されている。

なお、上記実施の形態では、コリメートレンズ１０３と凸レンズ１０４ａが別体となっているが、図４に示す如く、これらを一つの凸レンズ１４１に置き換えることもできる。ここで、凸レンズ１４１は、コリメートレンズ１０３と凸レンズ１０４ａの焦点距離を合成した焦点距離を有している。

こうすると、上記実施の形態に比べ、レンズを１つ省略することができ、部品点数の抑制を図ることができる。また、この場合、実質的にコリメートレンズ１０３の配置が省略されることとなるため、半導体レーザ１０１から収差補正素子１０２までの光路にスペース上のゆとりを持たせることができ、この光路中に他の光学素子を配置し易くなるとの効果を奏することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれによって制限されるものではなく、また、本発明の実施形態は、上記に示すものの他、種々の変更が可能である。

たとえば、上記実施の形態では、ＢＤ用の光ピックアップ装置に本発明を適用した例を示したが、ＣＤやＤＶＤ、さらには、ＨＤＤＶＤ（High-Definition Digital Versatile Disc）に対応する光ピックアップ装置や、これらのうち数種のディスクに対応可能な互換型の光ピックアップ装置に本発明を適用することもできる。

また、上記実施の形態では、レーザ光の利用効率を高めるために、偏光ビームスプリッタ１０２と１／４波長板１０７を用いたが、偏光ビームスプリッタに代えて、ハーフミラー等のビームスプリッタを用いることもできる。

さらに、上記実施の形態では、部品点数を抑制するために、検出レンズ１１１としてシリンドリカルレンズを用いたが、光検出器１１２を偏光ビームスプリッタ１０２に接近させる場合には、反射光の焦点距離を調整するために、検出レンズ１１１として集光レンズをさらに組み合わせるようにしても良い。

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構成を示す図 実施の形態に係る光ピックアップ装置の構成の変更例を示す図 実施の形態に係る光ピックアップ装置の構成の変更例を示す図 実施の形態に係る光ピックアップ装置の構成の変更例を示す図 従来例を説明する図

符号の説明

１０１ 半導体レーザ
１０２ 偏光ビームスプリッタ
１０３ コリメートレンズ
１０４ 収差補正素子
１０４ａ 凸レンズ
１０４ｂ 凹レンズ
１０５ レンズアクチュエータ
１０８ 対物レンズ

Claims (2)

1. 半導体レーザと、
   前記半導体レーザから出射されたレーザ光が入射されるビームスプリッタと、
   前記ビームスプリッタを経由した前記レーザが入射されるコリメートレンズと、
   前記コリメートレンズによって平行光とされたレーザ光に球面収差補正作用を付与する球面収差補正素子と、
   前記球面収差補正素子によって球面収差補正作用を付与されたレーザ光が入射される対物レンズを備え、
   前記球面収差補正素子は、前記レーザ光の光軸に沿って配置された凸レンズおよび凹レンズと、これら２つのレンズの距離をレーザ光の光軸方向に変化させるアクチュエータを含み、これら凸レンズと凹レンズは、前記コリメートレンズによって平行光とされたレーザ光が前記凸レンズに先に入射するよう配置されている、
   ことを特徴とする光ピックアップ装置。
2. 請求項１に記載の光ピックアップ装置において、
   前記コリメートレンズと前記凸レンズを、これらのレンズの焦点距離を合成した一つのレンズに置き換えた、
   ことを特徴とする光ピックアップ装置。

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