JP2008130114A - 光ピックアップ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】強度分布が理想的なビーム光を対物レンズに入射させつつ、コマ収差と球面収差と非点収差とを低減する光ピックアップ装置を提供する。
【解決手段】光源１、２から波長の異なるビーム光を発射して、共通のコリメートレンズ５と対物レンズ８に透過させて光ディスク１１に照射する光ピックアップ装置１０において、一方のビーム光を無限光にしてコリメートレンズ５から出射させ、他方のビーム光を有限光にしてコリメートレンズ５から出射させる。レンズ５、８間に、くさび形で光透過型のプリズムから成り、コリメートレンズ５から出射されたビーム光を一方の面から入射させて、対向する他方の面で反射し、一方の面から対物レンズ８に向けて出射させて、該ビーム光の縦横比を変換するビーム整形素子６を設け、該素子６の他方の面に、該素子６が有する波長分散特性と該素子６が有限光に対して発生させる非点収差を補正するパターンの回折格子７を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の光源から波長の異なるビーム光を別々に発射して、共通のコリメートレンズと対物レンズに透過させて光ディスクに照射する光ピックアップ装置に関するものである。

光ピックアップ装置には、複数の光源から波長の異なるビーム光を発射して、共通のコリメートレンズと立ち上げミラーと対物レンズを介して光ディスクに照射するものがある。詳しくは、この種の光ピックアップ装置では、例えば、光ディスクの種類に応じた赤色や青色等のビーム光を光源から発射して、コリメートレンズで光束が平行な無限光に変換し、立ち上げミラーで反射して対物レンズに垂直に入射させ、対物レンズで集光して光ディスクに照射する。また、光ディスクで反射した光を対物レンズと立ち上げミラーとコリメートレンズを介して光検出器で受光し、該光検出器で光電変換して、フォーカシングエラー信号、トラッキングエラー信号、および光ディスクの記録データの再生信号や記録信号等を検出する。

良好な再生信号等を得るためには、対物レンズに入射させるビーム光の強度分布を円形にするのが理想的である。しかし、光源から発射されてコリメートレンズを透過したビーム光の強度分布は、光源の特性により楕円形になることがある。また、立ち上げミラーが表面で光を反射させる平行な平板から成る場合、コリメートレンズから立ち上げミラーに入射するビーム光と、立ち上げミラーから対物レンズに向かって出射するビーム光の強度分布は、同一の形状になる。このため、強度分布が理想からずれた楕円形のビーム光が対物レンズに入射されて、良好な再生信号等が得られなくなる。一方、下記の特許文献１では、立ち上げミラーが光透過型の立ち上げプリズムと、該プリズムの光源と反対側の傾斜面に設けられた光反射型の回折格子とから成り、該回折格子への印加電圧の制御によりビーム光の利用効率を変化させているが、ビーム光の強度分布の形状については何ら記載されていない。

また、立ち上げミラーが光透過型の立ち上げプリズム等から成る場合、ビーム光の波長によって屈折角が変わるという波長分散特性を有している。このため、波長の異なるビーム光の光軸が、コリメートレンズから立ち上げミラーに入射するときに一致していても、立ち上げミラーから対物レンズに向かって出射したときに、一方の光軸が他方の光軸に対して傾いて、コマ収差を発生させてしまう。

また、波長の異なるビーム光を両方とも無限光にして共通の対物レンズに入射させた場合、一方のビーム光で大きな球面収差が発生してしまう。さらに、波長の異なるビーム光の一方を光束が発散する有限光にした場合、立ち上げミラーから対物レンズに向かって出射するビーム光に非点収差が発生してしまう。一方、下記の特許文献２には、光ディスクからの戻り光を回折する回折格子を偏光ホログラム等から構成して設け、該回折格子の形状を調整して、非点収差を補正する機能を付加することが記載されているが、これ以外の収差の補正等については何ら記載されていない。また、下記の特許文献３には、光ディスクからの戻り光を回折する回折格子をハーフミラーの光検出器側に設けているが、収差の補正等については何ら記載されていない。

特開平１０−３２０８１１号公報 特開２００５−３２２９９号公報（段落０１０５） 特開２００４−１３９６７２号公報

本発明は、上述した問題点を解決するものであって、その課題とするところは、強度分布が理想的なビーム光を対物レンズに入射させつつ、コマ収差と球面収差と非点収差とを低減する光ピックアップ装置を提供することにある。

本発明は、複数の光源から波長の異なるビーム光を別々に発射し、共通のコリメートレンズと対物レンズに透過させて光ディスクに照射する光ピックアップ装置において、光源の一方から発射されたビーム光を、コリメートレンズで光束が平行な無限光にしてコリメートレンズから出射させ、光源の他方から発射されたビーム光を、光束が発散する有限光にしてコリメートレンズから出射させ、くさび形に形成された光透過型のプリズムから成り、コリメートレンズから出射されたビーム光を一方の面から入射させて、一方の面と対向する他方の面で反射し、一方の面から前記対物レンズに向けて出射させて、該ビーム光の縦横比を変換するビーム整形素子と、ビーム整形素子の他方の面に設けられ、ビーム整形素子が有する波長分散特性とビーム整形素子が有限光に対して発生させる非点収差とを補正するパターンに形成された光反射型の回折格子とを備える。

このようにすると、光源から発射されてコリメートレンズを透過したビーム光の強度分布が光源の特性により楕円形であっても、ビーム整形素子でビーム光の強度分布の縦横比をほぼ１に変換することで、強度分布が理想的な円形のビーム光を対物レンズに入射させることができる。また、ビーム整形素子が有する波長分散特性を回折格子で補正するので、ビーム整形素子から対物レンズに向かって出射する波長の異なるビーム光の光軸を平行にして、コマ収差の発生を抑えることができる。また、波長の異なるビーム光のうち、一方をコリメートレンズで無限光にして対物レンズに入射させ、他方を有限光にして対物レンズに入射させるので、一方で球面収差の発生を抑えつつ、他方で球面収差を低減することができる。さらに、ビーム整形素子が有限光に対して発生させる非点収差を回折格子で補正するので、ビーム整形素子から対物レンズに向かって出射するビーム光の非点収差を低減することができる。そしてこれらの結果、光ディスクからの反射光より、良好な再生信号や記録信号を得ることが可能となる。

また、本発明の典型的な実施形態では、複数の光源から波長の異なるビーム光を別々に発射し、共通のコリメートレンズと対物レンズに透過させて光ディスクに照射する光ピックアップ装置において、光源の一方から発射されたビーム光を、コリメートレンズで光束が平行な無限光にしてコリメートレンズから出射させ、光源の他方から発射されたビーム光を、光束が発散する有限光にしてコリメートレンズから出射させ、くさび形に形成された光透過型の立ち上げプリズムから成り、コリメートレンズから出射されたビーム光を一方の面から入射させて、一方の面と対向する他方の面で反射し、一方の面から前記対物レンズに向けて出射させて、該ビーム光の強度分布の縦横比をほぼ１に変換するビーム整形素子と、ビーム整形素子のビーム光を反射する他方の面に複数の凹凸を形成して一体的に設けられ、ビーム整形素子が有する波長分散特性を打ち消すパターンとビーム整形素子が有限光に対して発生させる非点収差を低減するパターンとを合成したパターンの回折格子とを備える。

このようにすると、ビーム整形素子でビーム光の強度分布の縦横比をほぼ１に変換して、強度分布が理想的な円形のビーム光を対物レンズに入射させることができる。また、ビーム整形素子が有する波長分散特性を回折格子で打ち消して、ビーム整形素子から対物レンズに向かって出射する波長の異なるビーム光の光軸を平行にして、コマ収差の発生を抑えることができる。また、波長の異なるビーム光のうち、一方をコリメートレンズで無限光にして対物レンズに入射させて球面収差の発生を抑えつつ、他方を有限光にして対物レンズに入射させて球面収差を低減することができる。さらに、ビーム整形素子が有限光に対して発生させる非点収差を回折格子で低減して、ビーム整形素子から対物レンズに向かって出射するビーム光の非点収差を低減することができる。そしてこれらの結果、光ディスクからの反射光より、良好な再生信号や記録信号を得ることが可能となる。また、ビーム整形素子の反射面に回折格子を一体的に設けているので、部品点数が少なく、ビーム整形素子と回折格子を安価で容易に製造することができ、光ピックアップ装置のコストを低く抑えることが可能になる。

本発明によれば、強度分布が理想的なビーム光を対物レンズに入射させることができ、かつ、球面収差とコマ収差と非点収差とを低減することができる。

図１は、本発明の実施形態に係る光ピックアップ装置１０の光学系を示す図である。光ピックアップ装置１０は、光ディスクドライブ等の上位装置に内蔵されている。光ディスク１１は、光ディスクドライブ等にセットされていて、再生時に図示しないスピンドルモータ等の駆動により回転する。光ピックアップ装置１０は、光ディスク１１の記録面に記録されたデータを読み出して再生したり、光ディスク１１の記録面にデータを書き込んで記録したりする。

光源１、２は、種類の異なる半導体レーザ素子から成る。光源１、２は、波長の異なる赤色や青色のビーム光を別々に発射する。ビームスプリッタ３、４は、ビーム光を透過させかつ反射させる。コリメートレンズ５は、ビーム光を透過させかつ光束が平行な無限光に変換する。ビーム整形素子６は、図１および図２に示すようにくさび形に形成された光透過型の立ち上げプリズムから成る。ビーム整形素子６は、ビーム光を透過させかつ反射させる。回折格子７は、光反射型の回折格子である。回折格子７は、ビーム整形素子６のビーム光を反射する面に複数の凹凸を形成して一体的に設けられている。回折格子７は、ビーム光を反射させかつ回折させる。対物レンズ８は、ビーム光の焦点を光ディスク１１の記録面上の一点に合わせる。光検出器９は、光ディスク１１からの反射光を受光して、電気信号を検出する。波長の異なるビーム光に対して、光源１、２以外は共通の部品３〜９を用いている。

ＤＶＤやブルーレイディスクといったディスク１１の種類に応じて、光源１、２から赤色や青色のビーム光が発射される。光源１から発射されたビーム光は、ビームスプリッタ３、４を透過して、コリメートレンズ５に入射する。光源２から発射されたビーム光は、ビームスプリッタ３で反射して進行方向を曲げられ、ビームスプリッタ４を透過して、コリメートレンズ５に入射する。そして、ビーム光は、コリメートレンズ５から出射して、ビーム整形素子６の一方の面（レンズ５、８側の面）から入射し、一方の面と対向する他方の面（レンズ５、８と反対側の反射面でかつ回折格子７）で反射して進行方向を上向きに曲げられ、一方の面から対物レンズ８に向かって出射する。そして、ビーム光は、対物レンズ８で集光されて光ディスク１１の記録面に照射される。光ディスク１１で反射した光は、対物レンズ８を透過し、ビーム整形素子６で反射して進行方向を曲げられ、コリメートレンズ５を透過し、ビームスプリッタ４で反射して進行方向を曲げられ、光検出器９で受光される。そして、光検出器９で受光した光が電気信号に変換されて、フォーカシングエラー信号、トラッキングエラー信号、および光ディスク１１の記録データの再生信号や記録信号等が検出される。

ビーム整形素子６に入射するビーム光のスポットは、コリメートレンズ５の特性により、図３（ａ）に示すような円形になる。また、ビーム整形素子６に入射するビーム光の強度分布は、光源１、２の特性により、図３（ｂ）に示すような楕円形になる。ビーム整形素子６では、ビーム光の縦横比が変換される。特に、ビーム光の強度分布の縦横比がほぼ１に変換される。この特性を利用して、ビーム整形素子６の取り付け角度を調節することにより、ビーム整形素子６から出射するビーム光のスポットは、図４（ａ）に示すような楕円形になり、該ビーム光の強度分布は、図４（ｂ）に示すような円形になる。さらに、ビーム整形素子６から出射したビーム光は対物レンズ８にほぼ垂直に入射する。このようなビーム光の状態は、良好な再生信号等を得るのに理想的である。

ビーム整形素子６では、ビーム光の波長によって屈折角が変わる。この波長分散特性により、図５（ａ）に示すようにビーム整形素子６の反射面に回折格子７を設けていない場合は、異なる波長λ１、λ２のビーム光の光軸がビーム整形素子６に入射するときに一致していても、ビーム整形素子６から出射したときに、一方の波長λ１のビーム光の光軸が他方の波長λ２のビーム光の光軸に対して傾いて、コマ収差が発生する。この対策を回折格子７により行う。コマ収差の発生を抑えるように、ビーム整形素子６が有する波長分散特性を補正するのに適した回折格子７のパターンは、図６（ａ）に示すような直線的な縞模様のパターンである。このパターンは、ビーム整形素子６が有する波長分散特性と逆の波長分散特性を回折格子７に付与して、ビーム整形素子６の波長分散特性を打ち消す。図６（ａ）のパターンの左側（または右側）が、コリメートレンズ５の方向を向くように、該パターンの向きを設定する。図６では、円の内側が回折格子７のビーム光が照射される部分であり、該部分のパターンだけを図示している。また、円の内側の白い部分または黒い部分が凹部または凸部である。図６（ａ）に示すパターンの回折格子７をビーム整形素子６の反射面に設けた場合、ビーム整形素子６と回折格子７の波長分散特性が相殺される。このため、図５（ｂ）に示すように異なる波長λ１、λ２のビーム光の光軸がビーム整形素子６に入射して、回折格子７で反射されかつ回折され、ビーム整形素子６から平行に出射して、コマ収差が発生しなくなる。

対物レンズ８は、光源１、２から発射される波長の異なるビーム光のうち、波長の短いビーム光を光束が平行な無限光にして入射させたときに、球面収差がゼロになる（発生しない）ように設計されている。このため、波長の異なるビーム光を両方ともコリメートレンズ５で無限光にして対物レンズ８に入射させた場合は、波長の長いビーム光で大きな球面収差が発生する。この対策として、光源１、２からコリメートレンズ５までのビーム光の進行距離を調整して、光源１、２から発射される波長の異なるビーム光のうち、波長の短いビーム光を、図１に細い実線で示すようにコリメートレンズ５で無限光にしてコリメートレンズ５から出射させ、波長の長いビーム光を、図１に細い破線で示すように光束が発散する有限光にしてコリメートレンズ５から出射させる。これにより、波長の短いビーム光が無限光の状態で、ビーム整形素子６と回折格子７を介して対物レンズ８に入射し、球面収差が発生しなくなる。また、波長の長いビーム光が有限光の状態で、ビーム整形素子６と回折格子７を介して対物レンズ８に入射し、球面収差が低減される。

ビーム光を有限光にしてビーム整形素子６に入射させた場合は、ビーム整形素子６から対物レンズ８に向かって出射するビーム光に非点収差が発生する。この対策を回折格子７により行う。非点収差を抑えるように補正するのに適した回折格子７のパターンは、図６（ｂ）に示すような各辺から中央に向かって湾曲する曲線的な縞模様のパターンである。このパターンは、ビーム整形素子６が有限光に対して発生させる非点収差を低減する。図６（ｂ）に示すパターンの回折格子７をビーム整形素子６の反射面に設けた場合、ビーム光を有限光にしてビーム整形素子６に入射させても、ビーム整形素子６から出射するビーム光に非点収差が発生しなくなる。

上述したコマ収差と非点収差の対策を両方とも行うために、図６（ｃ）に示すような対向する辺の一方から他方へ向かって湾曲するような曲線的な縞模様のパターンの回折格子７を、ビーム整形素子６の反射面に設けている。この図６（ｃ）に示すパターンは、図６（ａ）に示したビーム整形素子６が有する波長分散特性を打ち消すパターンと、図６（ｂ）に示したビーム整形素子６が有限光に対して発生させる非点収差を低減するパターンとを合成したパターンであり、ビーム整形素子６の波長分散特性と非点収差とを補正する。ビーム整形素子６が有限光に対して発生させる非点収差の極性（＋または−）に応じて、図６（ｃ）のパターンの各曲線の曲率中心側（図６（ｃ）で右側）がコリメートレンズ５の方向またはコリメートレンズ５と反対の方向へ向くように、該パターンの向きを設定する。これにより、ビーム整形素子６と回折格子７の波長分散特性が相殺され、図５（ｂ）に示すように異なる波長λ１、λ２のビーム光の光軸がビーム整形素子６から平行に出射して、コマ収差が発生しなくなる。また、波長の長いビーム光を有限光にしてビーム整形素子６に入射させたときに、ビーム整形素子６から出射するビーム光に生じる非点収差が低減される。

以上のようにすると、光源１、２から発射されてコリメートレンズ５を透過したビーム光の強度分布が光源１、２の特性により楕円形であっても、ビーム整形素子６でビーム光の強度分布の縦横比をほぼ１に変換して、強度分布が理想的な円形のビーム光を対物レンズ８に入射させることができる。また、ビーム整形素子６が有する波長分散特性を図６（ｃ）のパターンの回折格子７で補正するので、ビーム整形素子６から対物レンズ８に向かって出射する波長の異なるビーム光の光軸を平行にして、コマ収差の発生を抑えることができる。また、波長の異なるビーム光のうち、波長の短いビーム光をコリメートレンズ５で無限光にして対物レンズ８に入射させ、波長の長いビーム光を有限光にして対物レンズ８に入射させるので、波長の短いビーム光で球面収差の発生を抑えつつ、波長の長いビーム光で球面収差を低減することができる。さらに、ビーム整形素子６が有限光に対して発生させる非点収差を図６（ｃ）のパターンの回折格子７で補正するので、ビーム整形素子６から対物レンズ８に向かって出射するビーム光の非点収差を低減することができる。そしてこれらの結果、光ディスク１１からの反射光より、良好な再生信号や記録信号を得ることが可能となる。また、ビーム整形素子６の反射面に回折格子７を一体的に設けているので、部品点数が少なく、ビーム整形素子６と回折格子７を安価で容易に製造することができ、光ピックアップ装置１０のコストを低く抑えることが可能になる。

本発明は、以上の実施形態以外にも種々の形態を採用することができる。例えば、以上の実施形態では、回折格子７をビーム整形素子６の反射面に一体的に設けた例を挙げたが、本発明はこれのみに限定するものでは無い。これ以外に、例えばビーム整形素子と光反射型の回折格子を別々に製造して、該ビーム整形素子に回折格子を取り付けるようにしてもよい。また、回折格子は、電気的または機械的に駆動するようなものでもよい。

また、以上の実施形態では、光ディスク１１に対してデータの再生と記録が可能な光ピックアップ装置１０に本発明を適用した例を挙げているが、本発明は、光ディスクに対してデータの再生のみ可能な光ピックアップ装置にも適用することが可能である。

光ピックアップ装置の光学系を示す図である。 ビーム整形素子と回折格子を示す図である。 ビーム整形素子への入射光のスポットと強度分布を示す図である。 ビーム整形素子からの出射光のスポットと強度分布を示す図である。 ビーム光のビーム整形素子での屈折状態を示す図である。 回折格子のパターンを示す図である。

符号の説明

１、２ 光源
５ コリメートレンズ
６ ビーム整形素子
７ 回折格子
８ 対物レンズ
１０ 光ピックアップ装置
１１ 光ディスク

Claims (2)

1. 複数の光源から波長の異なるビーム光を別々に発射し、共通のコリメートレンズと対物レンズに透過させて光ディスクに照射する光ピックアップ装置において、
   前記光源の一方から発射されたビーム光を、前記コリメートレンズで光束が平行な無限光にして前記コリメートレンズから出射させ、
   前記光源の他方から発射されたビーム光を、光束が発散する有限光にして前記コリメートレンズから出射させ、
   くさび形に形成された光透過型の立ち上げプリズムから成り、前記コリメートレンズから出射されたビーム光を一方の面から入射させて、一方の面と対向する他方の面で反射し、一方の面から前記対物レンズに向けて出射させて、該ビーム光の強度分布の縦横比をほぼ１に変換するビーム整形素子と、
   前記ビーム整形素子のビーム光を反射する他方の面に複数の凹凸を形成して一体的に設けられ、前記ビーム整形素子が有する波長分散特性を打ち消すパターンと前記ビーム整形素子が有限光に対して発生させる非点収差を低減するパターンとを合成したパターンの回折格子と、を備えたことを特徴とする光ピックアップ装置。
2. 複数の光源から波長の異なるビーム光を別々に発射し、共通のコリメートレンズと対物レンズに透過させて光ディスクに照射する光ピックアップ装置において、
   前記光源の一方から発射されたビーム光を、前記コリメートレンズで光束が平行な無限光にして前記コリメートレンズから出射させ、
   前記光源の他方から発射されたビーム光を、光束が発散する有限光にして前記コリメートレンズから出射させ、
   くさび形に形成された光透過型のプリズムから成り、前記コリメートレンズから出射されたビーム光を一方の面から入射させて、一方の面と対向する他方の面で反射し、一方の面から前記対物レンズに向けて出射させて、該ビーム光の縦横比を変換するビーム整形素子と、
   前記ビーム整形素子の他方の面に設けられ、前記ビーム整形素子が有する波長分散特性と前記ビーム整形素子が有限光に対して発生させる非点収差とを補正するパターンに形成された光反射型の回折格子と、を備えたことを特徴とする光ピックアップ装置。

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