JP2595210B2 - 光ピックアップ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、光ディスク装置等の再生ヘッドとして用い
る光ピックアップ装置に関するものである。

従来の技術 近年、小型で検出感度の高い光ピックアップ装置が多
く提案されている。

以下、図面を参照しながら、上述した従来の光ピック
アップ装置の一例について説明する。

第７図は従来の光ピックアップ装置の側面図を示すも
のである。第７図において、10はレーザーダイオード
（発光手段）、11はコリメータレンズ、12a、12bは楕円
補正プリズムであり、これらを総じて発光装置１とす
る。３は対物レンズで、発光装置１が発した光を記録媒
体100上に集束、結像させる。４は受光レンズで、記録
媒体反射光を受光手段６に結像させる。５はナイフエッ
ジであり、受光手段６とともに用いてフォーカス誤差を
検出するものである。２は分光手段であり、記録媒体に
対する入射光と反射光を分岐させるものである。

以上のように構成されたフォーカス検出装置につい
て、以下その動作を説明する。

まず、レーザーダイオード10が発したレーザービーム
はコリメータレンズ11によって平行ビームとなり、さら
に楕円補正プリズム12a、12bの作用でレーザービームの
断面形状が楕円から真円に補正される。この円ビームは
分光手段２、対物レンズ３を経て記録媒体100に焦点を
結ぶ。その反射ビームは再び分光手段２を経た後、受光
レンズ４の作用で受光手段６に結像する。その際レーザ
ービームはナイフエッジ５によって半分が遮光される。

第２図（ｂ）〜（ｇ）に、受光手段６における結像の
様子を示す。同図（ｃ）、（ｆ）は記録媒体100が対物
レンズ３の焦点にあるとき、また（ｂ）、（ｅ）および
（ｄ）、（ｇ）は、それぞれ記録媒体100が対物レンズ
３の焦点より近づいた、あるいは遠のいた場合を表す。

結像光の形状は、同図に示したような小楕円であり、
しかもその位置は、記録媒体100と対物レンズ３との相
対的位置関係によって変化する。ここで、受光手段６を
受光素子6a、6bで構成し、さらに記録媒体100が対物レ
ンズ３の焦点にあるときの結像光を、受光素子6a、6bの
境界線上に設けておき（図中（ｃ）、（ｆ））、これら
受光素子6a、6bの出力（Ａ、Ｂとする）の差（Ａ−Ｂ）
をとれば、両者の相対的位置誤差すなわちフォーカス誤
差を同図（ａ）のように検知することができる。

この構成によるフォーカス検出方法は、一般にナイフ
エッジ方式と呼ばれている（例えば、サイエンスフォー
ラム社「光メモリー光磁気メモリー総合技術集成」95〜
96ページ）。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、上記のような従来構成では、光学部品
の数が多いためピックアップ全体の小型化特に薄型化が
難しく、さらに前記結像光の形が非常に小さいため、受
光手段６の位置調整が極めて高精度に要求されるといっ
た問題点を有していた。

そこで本発明は、同数の部品を有しながらも薄型化が
容易で、しかも調整精度が緩和される光ピックアップ装
置を提供することを目的とする。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するために本発明の光ピックアップ
装置は、断面が楕円形状の光束を放射する発光手段と、
前記発光手段より発した光を記録媒体上に集束させる対
物レンズと、前記記録媒体を反射した光を前記発光手段
から前記記録媒体に入射する光の光路より分離する分光
手段と、前記分光手段により分離された光の結像点付近
に設けられた受光手段とを設け、さらに前記分光手段と
対物レンズとを結ぶ光路中にアフォーカル光学系を設け
たものである。

作用 本発明は上記した構成によって、発光手段（例えばレ
ーザーダイオード）が発する光の断面形状を、楕円から
真円に変換することができ、コリメータレンズ、分光手
段、受光手段を含む、アフォーカル光学系より、発光側
および受光側に配置されるすべての光学部材の形状を縮
小することができ、さらにアフォーカル光学系の効果に
より、コリメータレンズの焦点距離を実質的に長くする
ことができ、その結果、小型化したにもかかわらずかえ
って調整精度を緩和することができる。

実施例 以下本発明の第１の実施例の光ピックアップ装置につ
いて図面を参照しながら説明する。

第６図は本発明の第１の実施例の光ピックアップ装置
の斜視図である。第６図において、10はレーザーダイオ
ードであり、楕円断面形状の発散ビームを発する。110
はレンズ、40は（コリメータ）レンズであり、（コリメ
ータ）レンズ40を通過後、上記レーザービームは平行ビ
ームとなる。７はアフォーカル光学系であり、２枚の三
角プリズム7a、7bより構成されている。

アフォーカル光学系７は、プリズム特有の一軸方向に
のみアフォーカルな性質を利用し、レーザーダイオード
10が発する楕円断面形状のビームを真円に変換する。

３は対物レンズで、上記平行ビームを記録媒体100上
に集束させる。20は第１の分光手段（分光手段）であ
り、上記記録媒体100による反射ビームをレーザーダイ
オード10と記録媒体100の結ぶ光路から分離し、以下述
べる受光部へ至らしめるものである。21は第２の分光手
段であり、上記反射ビームをさらにフォーカス検出を行
う分光プリズム50（光分割手段）乃至受光手段60と、そ
の偏光角を検出して記録情報信号を再生する受光手段61
とに振り分ける。

従来例では、ナイフエッジで受光手段に入射するビー
ムの一部を遮光したが、本実施例では、プリズムによっ
てビームを二方向に分ける、いわゆるフーコー方式を用
いている。

フーコー方式は、ナイフエッジ方式の一応用であり、
これと同様に受光レンズの焦点近傍に受光手段61を設け
る。ただし、本実施例では、（コリメータ）レンズ40が
受光レンズを兼ねる。

まず、受光手段60を、第６図に示されるように、受光
素子6a、6b、6c、6dで構成し、各出力をＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ
とする。分光プリズム50によって分割された片方のビー
ムの結像光が受光素子6a、6bの境界に位置するように予
め調整しておいて、出力（Ａ−Ｂ）を演算すれば、第２
図（ｂ）で示した原理に基づきフォーカス誤差信号を検
出することができる。同様に他方のビームと受光素子6
c、6dを用いて出力（Ｃ−Ｄ）を演算すれば同様にフォ
ーカス誤差信号を検出することができる。

受光素子6a、6bは受光素子6d、6cに対して対称に配置
されているから、この出力（Ｃ−Ｄ）によるフォーカス
誤差信号は、出力（Ａ−Ｂ）に対して逆特性で検出され
る。従って、更にこれらフォーカス誤差信号同士の差
｛（Ａ−Ｂ）−（Ｃ−Ｄ）｝＝｛（Ａ＋Ｄ）−（Ｂ＋
Ｃ）｝とすれば、それぞれの検出系で検出するノイズの
同相成分を除去することができ、検出S/Nの高いフォー
カス誤差信号を得ることができる。

しかし、一般的に上記のように受光素子6a、6b、6c、
6dを同一基板上に形成すると、両方のビームに対して最
適調整をすることが困難になる。それぞれのビームが正
確に受光素子6a、6bの境界線と受光素子6c、6dの境界線
上に位置させるためには、両者間の位置が固定であるが
故、分光プリズム50の分離角の精度管理を極めて高精度
にすることが要請される。

一方、本実施例では、後述するように特に高精度を必
要とせず、上記構成が実現できる。

なお、上記分光プリズム50の稜線をトラック接線方向
に一致させておけば、トラッキング誤差信号は｛（Ａ＋
Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ）｝を演算することにより得ることがで
きる。

81はレーザービームの偏光を45゜回転させるλ/2板、
82は互いに直交する偏光成分を２方向に分離するウォー
ラストンプリズムである。受光手段60は受光素子6e、6f
より構成され、記録媒体100が光磁気媒体である場合、
その情報再生信号は各受光素子の出力をＥ、Ｆとする
と、Ｅ−Ｆによって求めることができる。

ウォーラストンプリズムの分離角は一般に非常に小さ
いため、それぞれの受光素子に入る光を完全分離するた
めの集束レンズ系が必要とされる。（コリメータ）レン
ズ40は、そのための機能も兼ねる。

本発明の特徴は、楕円補正に用いるアフォーカル光学
系７を、第１の分光手段20と対物レンズ３とを結ぶ光路
中に配置したことである。

これにより、レンズ110、レンズ40、第１の分光手段2
0、第２の分光手段21、分光プリズム50（光分割手
段）、λ/2板81、ウォーラストンプリズム82を通過する
のは、真円に拡張される前の楕円形状ビームであるか
ら、これらの光学部品は従来のものに比べて薄く作成す
ることができる。すなわち、アフォーカル光学系７の楕
円補正率（短軸方向拡大率）γとし、この作用によって
楕円ビームが真円ビームになるとすると、上記光学部品
の必要とされる厚みは、従来のものの1/γとなる。

ここで、一般的に云えば、光学系が縮小されると、そ
の取付精度も縮小せざるをえず、その結果、特に受光手
段60の光軸調整がより厳しくなり、調整後の経時変化等
による光軸ずれが一層発生し易くなる。

ところが本発明においては、逆に取付精度が緩和され
ることがある。これについて以下述べる。

第１図は、本発明の光ピックアップ装置の第１の実施
例の効果を説明するための等価構成図であるが、特に受
光手段60の調整精度に対する効果を説明するために、従
来例に近い構成にしてある。

分光プリズム50は、その方側のみの効果を先ず論じる
ため、ナイフエッジ５としており、受光手段60も片側の
受光素子対6a、6bのみが設けられた受光手段６としてい
る。コリメータレンズ40、アフォーカル光学系７は、本
実施例では対物レンズ３と分光手段20の間に設けてある
が、受光部における効果に限定すれば分光手段20と受光
手段６の間にあっても、等価的に同じ動作をする。ま
た、アフォーカル光学系７の等価配置に伴い、（コリメ
ータ）レンズ40も受光レンズ４として受光側へ設けてい
る。

以上のように構成された等価光学系の動作について、
以下第１図、第２図、第３図、および第４図を用いて説
明する。

まず、第４図はアフォーカル光学系（プリズム）の作
用を示したものである。光線が図のように屈折したとき
そのビーム径は細くなる。こういった機能を有する光学
系のことを一般にアフォーカル系、あるいは望遠鏡系と
呼ぶ。つまり、それ自体には結像能力が無く、平行ビー
ムを入射させた際にビーム系の異なる平行ビームが出射
するような光学系を言う。

アフォーカル系は、出射光線に対する入射光線の比、
すなわち角倍率によって記述することができる。三角プ
リズムは、１次元のアフォーカル系であるから、第４図
に示したプリズムの角倍率をγとすれば、入射ビーム系
を１として出射ビーム径は1/γになる（この角倍率と
は、このアフォーカル光学系を楕円ビーム補正に用いた
場合の楕円補正率γに他ならない。）。

第３図は、この光学系の作用を示した説明図である。
同図（ａ）は従来例における受光手段６への入射ビーム
ならびにその結像の状態を示す。

入射ビームの断面は、その半分がナイフエッジ５によ
って遮光されているため、図に示すような半円形とな
る。この光が、焦点を結んだときの形状は、右に示した
如く長円形になる。

その短軸ax、および長軸ay、入射ビーム径をＡ、受光
レンズ４の焦点距離をｆとして、 ax＝λf/A ・・・・（１） ay＝２λf/A ・・・・（２） で与えられる。

このときのフォーカス誤差の検出範囲は、 ε_max＝４λ/NA² ・・・・（３） で与えられる（第２図（ａ））。

従ってフォーカス検出感度はこの逆数、すなわち、1/
ε_max＝NA²/4λによって記述することができる。なお、
ここでλはレーザービーム光の波長を、NAは対物レンズ
３の開口数（ビーム径／焦点距離）を表す。

これに対して本発明の場合、入射ビームと結像との関
係は、第３図（ｂ）のようになる。すなわち、受光レン
ズ４に入射するビームは、アフォーカル光学系７によっ
て一方向のビーム径が1/γに縮小されているため、半楕
円形状となっている。

この光が焦点を結んだときの形状は右に示したごと
く、より長円形になる。このときの短軸bx、長軸byは bx＝λf/A ・・・・（４） by＝２γλf/A ・・・・（５） となって、長軸は従来例のときのγ倍になり、γ＞１で
あるから、従来のものよりも長くすることができる。

このことを具体的に実証するため、実際に数値を代入
してみる。例えば、λ＝0.8μｍ、Ａ＝2mm、ｆ＝40mm、
γ＝３のとき、従来例ではax＝16μｍ、ay＝32μｍであ
るが、本発明ではbx＝16μｍ、by＝96μｍとすることが
できる。

これより明らかなように、従来構成では受光手段60の
それぞれの分割線上に32μｍの結像を精度良く位置しな
ければならなかったが、本発明では96μｍの大きさのも
のを位置調整することになるため、精度上非常に有利に
なる。

さらに第６図に示したように、同一基板上に受光素子
6a、6b、6c、6dを固定して設けた受光素子を用いたフー
コー方式を容易に実現することができ、フォーカス検出
のS/Nを改善することが可能となる。

アフォーカル系を挿入することによってフォーカス誤
差の検出能力が変わることはない。なぜなら（３）式よ
り明らかなように、フォーカス誤差検出感度は、対物レ
ンズ３のNAと波長とのみによって決定されるからであ
る。

ただし、アフォーカル系の代わりに、例えば絞り等を
用いて受光レンズ４（コリメータレンズ40）に入射する
光を狭めた場合には、フォーカス誤差検出能力に影響を
及ばす。すなわち、絞りによって遮断された光は、もと
もと対物レンズ３を通らなかったと考えてもよいので、
絞りの分だけNAが小さくなるからである。その結果、
（３）式よりもε_maxは大きくなる。こで、フォーカス
検出感度は1/ε_maxに比例するから、当然検出能力は低
下することになる。

アフォーカル系を入れなくても、受光レンズ４の焦点
距離を長くすれば、本実施例と同等の効果が得られる
が、このとき受光レンズ４（コリメータレンズ40）の焦
点距離をγ倍せねばならず、したがって、先の例では40
mm×γ（＝３）＝120mmの焦点距離が必要となって、本
発明の主たる効果、すなわち、光ピックアップの小型化
とは逆行する結果となり、好ましくない。

本実施例では、アフォーカル光学系７として三角プリ
ズムを用いているが、三角プリズムは以下に述べる点で
優れている。アフォーカル系は、凸レンズと凸レンズ、
または凹レンズと凸レンズの組み合わせでも実現できる
が、角倍率を大きく、しかも形状を小さくしようと思え
ば、各レンズのNAを大きくせねばならず、収差等の問題
が生じてくる。しかし、プリズムならば、その角倍率は
入射光と出射光との屈折角を変えることによって、容易
に操作することができ、しかも十分小さな形状で実現す
ることができる。また、収差に関しても、レンズに比べ
て十分小さくすることができる。ただ、プリズムは一方
向にしかビーム系を拡大縮小できず、そのため受光手段
上の結像光の径も一方向（ｙ方向）しか広げられない
が、本実施例のように一方向に分割した受光手段を用い
る場合には、問題を生じない。

さらに、プリズムを用いる利点は、第５図に示すよう
に他の光学部品、例えば分光手段20と一体成形すること
が容易なことである。これにより、さらに光ピックアッ
プ全体を小型化することができる。

以上のように本発明によれば、対物レンズ３と分光手
段20を結ぶ光路中にアフォーカル光学系７を設けたこと
により、レーザーダイオードが発する光の断面形状を楕
円から真円に補正することができ、アフォーカル光学系
７より発光側および受光側に配置されるすべての光学部
材を、従来の1/γだけ薄くすることができ、さらに、受
光手段60の調整精度を緩和することができる。

発明の効果 以上のように本発明は、レーザーダイオードが放射す
るビームを記録媒体上に集束させる対物レンズと、前記
記録媒体を反射した光を前記発光手段から前記記録媒体
に入射する光の光路より分離する分光手段と、前記分光
手段により分離された光の結像点付近に受光手段を設
け、さらに前記分光手段と対物レンズを結ぶ光路中にア
フォーカル光学系を設けたことにより、レーザーダイオ
ードが発するビームの断面形状を楕円から真円に変換す
ることができ、コリメータレンズ、分光手段、受光手段
を含む、アフォーカル光学系より発光側および受光側に
配置されるすべての光学部材の形状を縮小することがで
き、さらに受光手段の調整精度を緩和することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図、第５図は本発明の一実施例の効果を説明するた
めの等価構成図、第２図、第３図、第４図は本発明の実
施例の動作を表した説明図、第６図は本発明の一実施例
の光ピックアップ装置の斜視図、第７図は従来の光ピッ
クアップ装置の側面図である。 １……発光手段、３……対物レンズ、７……アフォーカ
ル光学系、10……レーザーダイオード、20……第１の分
光手段、40……コリメータレンズ、60……受光手段。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】断面が楕円形状の発散光束を放射する発光
   手段と、前記発光手段より発した光を記録媒体上に集束
   させる対物レンズと、前記記録媒体を反射した光を前記
   発光手段から前記記録媒体に入射する光の光路より分離
   する分光手段と、前記分光手段により分離された光の結
   像点付近に設けられた受光手段とを設け、前記発散光束
   を平行光束にするコリメータレンズを前記対物レンズと
   前記分光手段を結ぶ光路中に設け、前記コリメータレン
   ズと前記対物レンズとを結ぶ光路中に前記平行光束を真
   円化するアフォーカル光学系を設け、前記記録媒体を反
   射した反射光が、前記対物レンズ、前記アフォーカル光
   学系及び前記コリメータレンズを介して複数の位置に結
   像するように光分割手段を設け、複数の結像光が生成さ
   れる位置に各々複数の受光素子に分割された受光手段を
   設けたことを特徴とする光ピックアップ装置。
2. 【請求項２】アフォーカル光学系の角倍率は１より大き
   いことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光ピッ
   クアップ装置。
3. 【請求項３】アフォーカル光学系をプリズムによって構
   成したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光
   ピックアップ装置。