JP3826819B2 - 光ピックアップ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ディスクに光を照射して情報信号の記録又は再生を行う光ピックアップ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光学記録媒体である光ディスクは、動画、音声、コンピューター用データなどの情報信号（データ）保存のために用いられている。また、この光ディスクは、良好な量産性と低コスト性のため、広く普及している。この光ディスクに対しては、記録される情報信号の高密度化、大容量化の要望が強く、近年においてもこの要望はますます強くなっている。
光ディスクにおいて記録される情報信号の記録密度を上げるには、この情報信号の読み出しに用いる光束の短波長化と、該光束を光ディスク上に集光させる対物レンズとして高い開口数（ＮＡ）のレンズを使うことの２つが有効である。
このため、ＣＤ（Compact Disc）からＤＶＤ（Digital Versatile Disc，Digital Video Disc）への発展の過程では、波長が７８０ｎｍから６５０ｎｍに短縮され、対物レンズのＮＡが０．４５から０．６０に高められたので、記録密度は６５０ＭＢから４．７ＧＢ（片面）へ約７倍の向上が達成されている。
また、記録型の光ディスクシステムは、光磁気方式、相変化方式共に各種あるが、波長とＮＡは、ほぼ前記の値に近いものが使われている。
これらのシステムにおいては、現在は、ガラスあるいは樹脂を成形した、単玉型の対物レンズが使われている。これは、レンズの両面を非球面形状として収差の補正を行ったレンズであり、成形で作れることから、コストと量産性に優れているため、もっとも普及している。
ここで、光ディスクの記録密度を更に高めて、更に大容量の記憶システムを実現するためには、更に波長の短い、いわゆる青色レーザーと、よりＮＡの高い対物レンズとの組み合わせのシステムが期待されている。
【０００３】
例えば光源の波長が４５０ｎｍ以下で、開口数が０．７以上の対物レンズを用いた光ピックアップにおいては、軸上色収差と、球面収差の色収差を同時に補正することが不可欠である。ここで、軸上色収差とは波長変化による焦点位置の変化であり、球面収差の色収差とは波長変化による球面収差である。なお、本明細書中においては、球面収差の色収差について、波長誤差による球面収差と呼ぶ。
このように光源の波長が４５０ｎｍ以下で、開口数が０．７以上の対物レンズの場合に、軸上色収差と球面収差の色収差の補正が必要になる理由は次のとおりである。
【０００４】
第１に、波長が４５０ｎｍ以下では、対物レンズを構成するガラスなどの光学材料の分散が大きくなる。このため、大きな軸上収差が発生すると同時に、球面収差の発生が大きくなる。
【０００５】
第２に、対物レンズの開口数が大きくなると、レンズの周辺での屈折角が大きくなるため、僅かな波長変化に対しても、大きな屈折角の変化が生じる。このため球面収差の発生が大きくなる。
【０００６】
軸上色収差と波長誤差による球面収差は、色収差という点では共通しているが、次のように異なった理由により生じ、それぞれ特徴を有する。
【０００７】
軸上色収差は、ピックアップ装置においては、レーザダイオードにおける高周波重畳による波長に広がりと、光ディスクへの記録時のレーザダイオードにおける急激なパワー変化に伴う急激な波長変化、さらにはレーザダイオードの個体差による波長誤差に由来している。
【０００８】
パワー変化による軸上色収差は、パワー変化と同時に発生し、変化が急激であるので、対物レンズを焦点方向に駆動するフォーカスサーボによっては追随することはできない。対応すべき波長の範囲ないし変化幅は、±１〜±２ｎｍ程度と狭い。また、レーザダイオードが高周波重畳されている場合には、波長に幅のある光束が同時にレンズに入射されることになるので、特定の波長以外の成分に対して、常に焦点誤差が発生することになる。
【０００９】
光ピックアップ装置においては、波長に拡がりがある場合や波長が急激に変化した場合は、軸上色収差によるフォーカス誤差が生じて、特性の劣化を来す。このデフォーカス（焦点誤差）による収差の劣化は、かなり大きいので、補正が不可欠である。
【００１０】
一方、波長誤差による色収差は、個別のレーザダイオードの特性のばらつきによる波長のばらつきと、レーザダイオードの温度変化による波長変化とによるものである。
【００１１】
この波長誤差による色収差には、一定であるか、変化しても比較的ゆったりとしているという特徴がある。また、対応すべき波長の範囲は、±５〜±１０ｎｍくらいと前述した軸上色収差の場合に比べて狭い。
【００１２】
このような軸上色収差及び波長誤差による色収差に関連して、特開平６−２５００８１号公報には、貼り合わせ型の色補正素子が提案されている。これは、色補正素子の貼り合わせ面を非球面とすることで、軸上色収差と波長誤差による球面収差を同時に補正可能としたものである。
【００１３】
さらに、特開平６−８２７２５号公報に回折面と屈折面を組み合わせた色補正素子が提案されている。この色補正素子の提案者が著した文献「回折光学素子（オプトロニクス社、平成９年）」の「光ディスク用色収差補正レンズ」の章には、この前記色補正素子の構成により、軸上色収差と波長誤差による球面収差を同時に補正可能な構成が示されている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、光ピックアップ装置では、光ディスクに照射したレーザー光がトラックに追随するように、光ディスク上にレーザー光を集光する対物レンズの光ディスクの径方向の位置を制御するトラッキング動作が行われる。以下では、トラッキング動作による対物レンズの移動をレンズシフトと呼ぶ。
【００１５】
光源の波長が４５０ｎｍ以下で、開口数が０．７以上の対物レンズを用いる光ピックアップ装置においては、前述のように色補正素子が必要になるが、トラッキング動作の帯域確保のためにアクチュエーターの可動部の重量には制限があるので、色補正素子は光ピックアップ装置に固定される。
【００１６】
このため、トラッキング動作によるレンズシフトに応じて、対物レンズと色収差補正素子の光軸がずれ、収差が発生する。すなわち、対物レンズにおいて、コマ収差を主成分とする収差が発生し、光ディスクの記録再生に著しい悪影響を与える。
【００１７】
なお、対物レンズと色収差補正素子の光軸がずれた場合の収差増加への対策として、前記特開平６−８２７２５号公報の構成によれば、球面収差の補正は行わず軸上色収差のみを補正する構成が可能であるが、この場合は波長誤差による球面収差を補正することが出来ないという問題がある。また、前記特開平６−８２７２５号公報の構成による球面収差と焦点誤差を同時に補正する構成において対物レンズと色補正素子を共にアクチュエーターで駆動すると、可動部の重量が増加して必要な帯域を確保することができないという問題がある。
【００１８】
本発明は、前述の実情に鑑みて提案されるものであって、対物レンズと色補正素子の光軸がずれた場合にも、軸上色収差と波長誤差による球面収差を補正し、収差を抑制するような光ピックアップ装置を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するために、本発明に係る光ピックアップ装置は、回転する光ディスクのトラックに沿って光を照射して情報信号の記録又は再生を行うものであって、集光する光が光ディスクのトラックに沿って照射されるように前記光ディスクの径方向に移動制御される対物レンズと、前記対物レンズの色収差を補正する固定された色収差補正手段と、前記対物レンズの球面収差を補正する固定された球面収差補正手段と、を有し、前記色収差補正手段は、色収差により生じる焦点方向の誤差成分を補正する。
【００２０】
好ましくは、前記球面収差補正手段は、前記色収差補正手段による補正後に残った球面収差を補正する。
【００２１】
好ましくは、前記色収差補正手段は、入射される光の波長が規準波長から変化すると略球面形状の波面の光を射出する。
【００２２】
好ましくは、前記色収差補正手段は、凸レンズの両側をこの凸レンズより分散の大きい凹レンズでそれぞれ挟んで貼り合わせてなるものである。
【００２３】
好ましくは、前記凸レンズ及び前記凹レンズの屈折率は、規準波長において略一致しているが、厳密に一致している必要はない。好ましくは、前記色収差補正手段へ入射する光が規準波長から変化すると、略球面波状の波面を有する光を射出する。
【００２４】
好ましくは、前記色収差補正手段は、屈折率が略等しい２つの硝材で構成されていて、アッベ数の小さな硝材で作成した凹レンズで、アッベ数の大きな硝材で作成した凸レンズを挟んで、トリプレットである。
【００２５】
そして、好ましくは、中心の凸レンズは両側の半径の絶対値が等しく成された両凸レンズである。
【００２６】
好ましくは、前記色収差補正手段は、ＴＡＦ４からなる球面の半径６．５ｍｍ及び−６．５ｍｍで厚さ１．０ｍｍの凸レンズを挟んで、ＴＩＨ１４からなる厚さ１．０ｍｍの平凹レンズを両側から貼り合わせたトリプレットである。
【００２７】
前記トリプレットの設計値は、凸レンズの屈折率１．８１６９５８０３、凹レンズの屈折率１．８１６８４６１、凸レンズの球面の半径±６．５ｍｍ、凸レンズ及び凹レンズの厚さ１．０ｍｍを規準として、好ましくは５％以内の範囲、より好ましくは３％以内の範囲にある。
【００２８】
好ましくは、前記トリプレットを構成する凹レンズのアッベ数は４０以下、より好ましくは３５以下、さらにより好ましくは３０以下である。好ましくは、前記トリプレットを構成する凸レンズのアッベ数は３５以上、より好ましくは４０以上、さらにより好ましくは４５以上である。
【００２９】
好ましくは、前記凸レンズと前記凹レンズのアッベ数の差が大きくなるにしたがい、前記凸レンズの半径が大きくなる。
【００３０】
好ましくは、前記球面収差補正手段は、前記対物レンズに入射される光の波面を変化させるものである。
【００３１】
好ましくは、前記球面収差補正手段は、前記対物レンズに入射される光の平行度を変化させるビームエキスパンダーである。
【００３２】
好ましくは、波長４５０ｎｍ以下の光を用い、前記対物レンズの開口数は、０．７以上である。
【００３３】
前述のような構成を有する本発明に係る光ピックアップ装置は、軸上色収差と波長誤差による球面収差を別々な原理によって補正する。
【００３４】
すなわち、軸上色収差すなわち波長変化による焦点位置変化は、通過する光の波面の曲率半径を波長により変化するように為された色収差補正手段によって補正する。色収差補正手段を通過した光は、近軸焦点位置へ収束する球面が略球面の収束波となり、球面収差成分が小さく押さえられた波面形状になるように為されている。
【００３５】
ここで、この軸上色収差の補正量は、近軸光線の像面が波長変化した場合に変動しない補正量よりは、過剰に補正を行うことが望ましい。これは、本願の色収差補正素子は球面収差の色収差を補正しないため、近軸光線の像面が一致するようにするのみでは、波面収差が最小とならないためである。そこで、適切な量過剰に補正することで、波長が変化した場合の縦収差の、中心波長の像面からのずれを少なくすることが出来て、波面収差を低く保つことが出来る。
【００３６】
色収差補正手段は、波長が基準波長より長くなった場合に、収束波の曲率半径が小さくなるように為されている。これにより、波長が長くなることで、対物レンズの焦点距離が長くなった分を相殺して、基準波長とほぼ同じ焦点面に焦点を結ぶように作用する。したがって、レーザダイオードの波長の急激な変化や、波長拡がりに対応できる。
【００３７】
一方、レーザダイオードのばらつきあるいは温度変化のようにゆっくりした波長誤差による球面収差は、対物レンズに入射される光束の平行度を変化させる球面収差補正手段を用い、対物レンズに倍率誤差の球面収差を発生させて、光学系に発生している前記波長誤差による球面収差と相殺させる。このとき、平行度を変化させられた光の波面は、略球面波となる。
【００３８】
ここで、仮に特定の量の、波長の変化を考えた場合、軸上色収差の補正を行うことに必要な球面波の極性（収束又は拡散）と、球面収差の色収差を補正する、球面波の極性は逆極性である。前記したように、レーザダイオードの波長の急激な変化や、波長拡がりの幅は狭い。そして、この狭い範囲内では、軸上色収差の変化は巨大であるが、球面収差の色収差の増加は小さい。
【００３９】
より大きな波長変化ないし誤差がある場合は、球面収差の色収差の増加が大きくなり補正が必要になる。したがって、光束の平行度を変化させて球面収差を補正する。この動作は、非常にゆっくりした動作ないし、初期設定で行われることは言うまでもない。そしてこの補正が行われた後の急激な波長変化ないし波長拡がりに対しては、色収差補正素子が、基準の状態と同様に対応する。
【００４０】
本発明においては、軸上色収差を色収差補正手段で補正し、波長誤差による球面収差を球面収差補正手段で補正する。軸上色収差及び波長誤差による球面収差の補正は、対物レンズにおいて完結しており、他の部分に関わることはない。したがって、本発明においては、対物レンズの光軸と他の光学系の光軸がずれても、収差は抑制されている。
【００４１】
前記色収差補正手段を通過した光の波面は、球面波に近い形状とされている。この理由は、レンズシフトが生じた場合に、球面波によって収差の増大を抑えるためである。球面波が入射した場合、レンズシフトは、対物レンズに光が斜め入射した場合と等価（像高特性そのものに相当する）である。ここで、色収差を補正するための球面波の半径は非常に大きいため、レンズシフトによる像高は非常に小さく、収差の増大が抑えられる。
【００４２】
また、前記球面収差補正手段も、平行度を変化させた略球面波を発生させる。したがって、前記した理由と同一の理由により、レンズシフトによる収差の発生が抑えられる。
【００４３】
なお、色収差補正素子から射出される光の波面が、球面波から著しくずれる場合、さらには波面に前記した球面収差を補正する波面形状を付与した場合は、レンズシフトがない場合にはより優れた特性が得られるが、レンズシフトが生じた場合には、コマ収差等の発生により性能の劣化をきたす。
【００４４】
ところで、色収差補正手段によって、基準波長以外では対物レンズに入る光束が平行光でなくなるために、倍率誤差による球面収差が発生する。倍率誤差による球面収差は、対物レンズの単体の波長誤差による球面収差と同じ極性を持っているので、基準波長以外における球面収差は、対物レンズ単体でその基準波長以外の光束を集光した場合に比べて大きくなる。
【００４５】
本発明においては、色収差補正手段と球面収差補正手段は、次のように設定されている。まず、球面収差補正手段は、中心波長で収差が最小になるように、光の平行度が設定されている。球面収差補正手段は、色収差補正手段及び対物レンズの両方の球面収差を最小にする。前記中心波長とは、レーザダイオードの波長のばらつきがある場合は、例えばばらついた波長の平均値である。
【００４６】
次に、中心波長から僅かにずれた波長に対しては、色収差補正手段は、光の波面の曲率半径を変化させ、軸上色収差に起因する波面収差増加を最小に抑えることで収差の発生を抑圧する。
【００４７】
ここで、波長が基準波長でない場合、軸上球面収差を補正するための球面波と、波面誤差及び倍率誤差による球面収差を補正するための球面波は、逆向きである。たとえば、規準波長の長波長側では、軸上色収差を補正するためには収束光が必要であり、球面収差の補正をするためには拡散光が必要である。
【００４８】
このずれた波長では、軸上球面収差を最小に抑えるような曲率の波面を発生させるので、前記したように波面誤差及び倍率誤差による球面収差が補正される方向とは逆に収束度が変化するので、この球面収差は増加する。ただし、この球面収差は、軸上色収差を補正しない場合に発生する、デフォーカス（焦点誤差）による収差に比べて遙かに小さく実用上問題にならない。
【００４９】
なお、ここで述べた球面収差補正光学系を用いて、対物レンズのばらつきによる球面収差、ディスクの厚さ誤差による球面収差の補正が出来ることは言うまでもない。
【００５０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る光ピックアップ装置の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００５１】
図１は、光ピックアップ装置の概略的な構成を示す図である。
【００５２】
光ピックアップ装置１０は、回転する光ディスクのトラックに沿って光を照射して情報信号の記録又は再生を行うものであって、集光する光が光ディスクのトラックに沿って照射されるように光ディスクの径方向に移動制御される対物レンズ１９と、対物レンズ１９の色収差を補正する固定された色収差補正手段となるトリプレット１８と、対物レンズ１９の球面収差を補正する固定された球面収差補正手段となるビームエキスパンダー１７と、を有し、色収差補正手段となるトリプレット１８は、色収差により生じる焦点方向の誤差成分を補正する。
【００５３】
すなわち、光ピックアップ装置１０は、光源となる規準波長４０３ｎｍのレーザダイオード１１と、グレーティング１２と、コリメータレンズ１３と、ビーム成型及び色消しプリズム１４と、偏向ビームスプリッタ１５と、ミラー１６と、ビームエキスパンダー１７と、トリプレット１８と、開口数０．７以上の対物レンズ１９と、アクチュエーター２０とを有している。
【００５４】
対物レンズ１９は、アクチュエーター２０によって支持され、このアクチュエーター２０とともに、図示しない光ディスクのトラックに追随するように光ディスクの径方向（トラッキング方向）に移動制御される。
【００５５】
これに対して、ビームエキスパンダー１７及びトリプレット１８は、前記移動部とともに移動することなく、光ピックアップ装置１０に固定されている。
【００５６】
ビームエキスパンダー１７は、一組の凹レンズ及び凸レンズから構成され、光の平行度を変化させる。トリプレット１８は、凸レンズの両側をこの凸レンズより分散の大きい凹レンズでそれぞれ挟んで貼り合わせてなる。トリプレット１８は、規準波長の４０３ｎｍにおいてほぼ平行な光を射出する。
【００５７】
したがって、対物レンズ１９がトラッキング方向に移動（レンズシフト）することにより、対物レンズ１９の光軸とビームエキスパンダー１７及びトリプレット１８の光軸は、ずれることになる。
【００５８】
また、光ピックアップ装置１０は、コンデンサレンズ２１と、フロントモニタフォトダイオード２２と、検出レンズチューブ２３と、フォトダイオード２４とを有している。
【００５９】
本実施の形態の光ピックアップ装置１０においては、光の平行度を変化させるビームエキスパンダー１７と、色収差を補正するトリプレット１８によって対物レンズにおける収差を除去する。
【００６０】
なお、光の平行度を変化させる手段は、ビームエキスパンダー１７に限らないので、以下の説明では必要のある場合を除いてトリプレット１８と対物レンズ１９のみを取り出して説明する。また、便宜上、トリプレット１８及び対物レンズ１９を光学系と称することがある。
【００６１】
図２は、光ピックアップ装置１０の光学系における光路を示す図である。
【００６２】
図中のトリプレット２４と対物レンズ２５は、それぞれ図１におけるトリプレット１８と対物レンズ１９に対応している。トリプレット２４には、光源のレーザダイオード１１から射出された光Ｌが入射する。
【００６３】
トリプレット２４は、第１の光学材料からなる第１の部材２１、第２の光学材料からなる第２の部材２２、及び第３の光学材料からなる第３の部材２３を貼り合わせてなる。
【００６４】
トリプレット２４は、光の進行方向に、第１の部材２１の第１の面１、第１の部材２１と第２の部材２２の貼り合わせ面である第２の面２、第２の部材２２と第３の部材２３の貼り合わせ面である第３の面３、及び第３の部材の第４の面４を有する。対物レンズ２５は、第５の面及び第６の面を有する。
【００６５】
表１は、対物レンズ２５の仕様を示す表である。
【００６６】
【表１】
表２は、光学系の設計値を示す表である。
【００６７】
【表２】
表３は、第５面の非球面係数を示す表である。
【００６８】
【表３】
表４は、第６面の非球面係数を示す表である。
【００６９】
【表４】
表５は、光学材料の屈折率とアッベ数を示す表である。
【００７０】
【表５】
表５に見られるように、トリプレット２４は、ＴＡＦ４からなる第２の部材２２による凸レンズの両側を、ＴＩＨ１４からなる第１及び第３の部材２１，２３による凹レンズで挟んでなるものである。凹レンズを構成する第１及び第３の部材２１，２３の分散は、凸レンズを構成する第２の部材２２の分散より大きい。すなわち、アッベ数の逆数は分散の目安となるが、第１の及び第３の部材２１，２３を構成するＴＩＨ１４のアッベ数は２６．５２であり、第２の部材２２を構成するＴＡＦ４の４７．４９である。
【００７１】
図３は、ビームエキスパンダー１７による光の平行度の変化を示す図である。
【００７２】
図中のＡは、規準波長となる４０３ｎｍの光を用いた状態における光の平行度を示している。この場合、ビームエキスパンダー１７は、入射される平行光を、平行光として射出する。ビームエキスパンダー１７から射出された平行光は、光学系のトリプレット２４及び対物レンズ２５を介して光ディスク２６に入射する。
【００７３】
図中のＢは、球面収差を補正するようにビームエキスパンダー１７により光の平行度を拡散光に変化させた状態を示す図である。
【００７４】
これは、規準波長より波長が長い光が入射したときに、オーバーとなる球面収差を補正するために拡散光を入射し、球面収差をアンダー方向に補正するものである。
【００７５】
この場合、ビームエキスパンダー１７は、入射される光の平行光を変化させ、拡散光として射出させる。ビームエキスパンダー１７から射出された拡散光は、トリプレット２４及び対物レンズ２５を介して光ディスク２６に入射する。
【００７６】
図４は、光ピックアップ装置１０の光学系の収差の波長依存性を示す図である。
【００７７】
符号△を結んだ曲線ａは、トリプレットと対物レンズを用いて、基準波長となる４０３ｎｍの最良像面における各波長の収差を示す。トリプレット１８への光の平行度は、平行光であるものとする。これによると、規準波長から±２〜３ｎｍの波長範囲では、十分低い収差に抑えられていることが見られる。
【００７８】
また、レンズシフトに関しては、トリプレット１８を出た光束が概ね平行光であるから、対物レンズへの入射光の状態がレンズシフトで変化しないために、収差の増加はない。
【００７９】
光ピックアップ装置１０の周辺温度が大きく変化して、レーザダイオード１１の射出するレーザー波長が前述の範囲を超えて変化した場合や、レーザダイオード１１の個体差により、波長が基準波長となる４０３ｎｍから大きく変化した場合を考える。この場合は、収差が増大する。たとえば、レーザダイオード１１の波長が４０８ｎｍの場合は、収差は０．０５７λとなってしまう。
【００８０】
そこで、この場合は、エキスパンダー１７によって光の平行度を変化させる。波長が４０８ｎｍの場合は、光学系の手前の約１４５０ｍｍの点から出た拡散光束を光学系に入射させれば、良い結果が得られる。図３のＢは、光学系に拡散光を入射する場合を示す図である。
【００８１】
図４の符号×を結んだ曲線ｂは、この場合の収差を示すものである。波長が４０８ｎｍにおいて、収差は０．００９λであり、その前後±２〜３ｎｍの波長範囲では、十分低い収差に押さえられていることがわかる。
【００８２】
例えば、波長４０８ｎｍの前後±２ｎｍの範囲では、波長４０６ｎｍにおいて収差０．０２３λ、波長４１０ｎｍにおいて収差０．０２６λであるので収差は充分に低いといえる。
【００８３】
この波長が４０８ｎｍで１４５０ｍｍの拡散光が入射された状態で、対物レンズ１９を光軸から０．３ｍｍだけレンズシフトした場合の収差の増加は０．０１λと、レンズシフトがない場合と比べてその増加は非常に小さく、全く問題のない性能が得られる。
【００８４】
なお、本実施の形態と比較するために、トリプレット１８などの色補正素子がない対物レンズ１９単体の場合の収差を符号□を結んだ曲線ｃ及び符号◆を結んだ曲線ｄに示す。
【００８５】
曲線ｃは、対物レンズ１９を各波長の最良像面で使用した場合の収差である。これに対して、曲線ｄは、基準波長となる４０３ｎｍの波長の最良像面における各波長の収差量である。曲線ｄを曲線ｃと比較すると、４０３ｎｍの最良像面においては収差が遥かに大きいことが見られる。
【００８６】
図５は、光学系に平行光が入射した場合の縦収差を示す図である。
【００８７】
図中の曲線ａは波長４０３ｎｍの場合の収差を示し、図中の曲線ｂは波長４０９ｎｍの場合の収差を示す。波長４０９ｎｍの場合、軸上色収差は補正されているが、大きな球面収差が発生している。
【００８８】
図６は、光学系に焦点距離が１４５０ｍｍの拡散光が入射した場合の縦収差を示す図である。図中の曲線ａは波長４０３ｎｍの場合の収差を示し、図中の曲線ｂは波長４０９ｎｍの場合の収差を示す。図５と比較すると、球面収差が大きく改善されたことが示されている。
【００８９】
図７は、対物レンズ単体に対する縦収差を示す図である。図中の曲線ａ，ｂ，ｃは、それぞれ波長４０２，４０３，４０４ｎｍの場合の収差を示している。波長によって焦点位置が大きく異なっていることが示されている。
【００９０】
図８は、対物レンズ及びトリプレットに対する縦収差を示す図である。図７と比較すると、焦点位置がよく揃っていて補正の効果が大きいことが分かる。ここで、この実施の形態の場合、近軸の焦点位置はに関して、やや補正過剰とされている。これは像高のある光線の球面収差による変化と相殺させるためである。
【００９１】
図９に、トリプレットを有しエキスパンダーを含まない場合の波長が、４０９ｎｍの場合の縦収差図を示す。光学系の４０９ｎｍでの焦点距離は、１６４１ｍｍである。対物レンズ１９の有効径の最外周（図９の最大光線高さに対応する）に相当する光線の高さ１．８７ｍｍでの縦収差の量は、焦点距離の約４％である。縦収差は小さい値を示している。これは、波長誤差がある場合でも、焦点方向の変化が支配的で、球面収差の発生が少ないことを示している。すなわち、トリプレットは略球面波の光束を出射していて、色収差補正の効果としては、概ね軸上色収差のみを補正していると言える。
【００９２】
このトリプレットは、凸レンズである対物レンズの色収差を補正するために、次のように構成される。まず、設計の基準において、略平行光で出射するように、基準波長で屈折率の差が小さなガラスを選定する。ここで凹レンズは、分散の大きなガラスを用い、凸レンズは、分散の小さなガラスを用いる。このようにすることで、波長が短くなった場合に、凹レンズの屈折率の方が大きくなり、対物レンズの発生する焦点誤差を相殺する効果が得られる。
【００９３】
凸レンズと凹レンズのガラスの屈折率は、基準波長において、厳密に一致している必要はない。これは対物レンズに入射する光束が平行光からずれると、球面収差が発生するが、この球面収差は、エクスパンダーにより補正することが出来る。したがって、屈折率が多少異なっていて、平行光でないの光束を発生する補正素子がであても良い。このレンズは、両端が平面であるから、製造しやすくなっている。また、実施例においては、製造のしやすさを考えて、中心のレンズの面の半径は、両側で同じに設定されている。凹レンズのレンズパワー（焦点距離）を保って、両側の面の半径を多少変化させ他も、色収差の補正の効果は変化しない。ただし、波長が変化した場合に、きれいな球面波を発生するためには、
両面の半径の違いは小さい必要がある。
【００９４】
さらに、屈折率の違いが大きい場合は、両端を球面とすることで、屈折率差がある場合でも、平行光が出射するようにする事も可能である。この場合も３枚構成であれば、波長誤差により、球面波を発生する。
【００９５】
図１０は、第１の他の実施の形態の光路を示す図である。
【００９６】
第１の他の実施の形態は、図１に示した光ピックアップ装置１０において、色収差素子に素子６４を用いるものである。この素子６４は、回折面と屈折面を組み合わせたもので、トリプレット１８によるものと同様な波面を生成する。
【００９７】
図中のＡに示す第１の他の実施の形態の光学系は、凹レンズ６１及び凸レンズ６２からなるビームエキスパンダー６３と、素子６４と、絞り６５と、対物レンズ６６とを有している。
【００９８】
ビームエキスパンダー６３及び対物レンズ６６は、図１に示したビームエキスパンダー１７及び対物レンズ１９に対応している。素子６４は、図１に示したトリプレット１８と同等の機能を有する。絞り６５は、格子６４から対物レンズ６６に入射する光の高さを制限する。
【００９９】
光源のレーザダイオードから発した光Ｌは、ビームエキスパンダー６３により平行度を変化され、素子６４によって球面状の波面とされ、対物レンズ６６によって光ディスク６７に集光して照射される。
【０１００】
図中のＢは、素子６４を示す図である。図に示す素子６４は説明のために段数を少なく描いてあるが、実際には、数十以上の段数が必要である。
【０１０１】
素子６４による色補正素子は、特開平６−８２７２５号公報の形態として、軸上色収差を補正する波面が発生するように、具体的には輪帯構造にすればよい。当然、屈折面と回折面を別な面の上に形成した素子でも同様である。
【０１０２】
なお、回折素子による用いた色収差補正素子は、良く知られている上に前記公報に詳細に論述されているので、ここでは詳細な説明を省略する。
【０１０３】
図１１は、第２の他の実施の形態の光ピックアップ装置の光路を示す図である。
【０１０４】
第２の他の実施の形態は、図１に示した光ピックアップ装置１０において、ビームエキスパンダー１７の凸レンズとトリプレット１８を兼用したものである。
【０１０５】
凹レンズ７１と素子７２は、図１のビームエキスパンダー１７の凹レンズと、ビームエキスパンダー１７の凸レンズ及びトリプレット１８に対応している。
【０１０６】
素子７２は、後段の対物レンズ７３側に回折面による凸レンズを有する。これによって凹レンズ７１に対応する凸レンズとし、これらによって光の平行度を変化させる。
【０１０７】
なお、この凸レンズは、回折レンズと凸レンズの組み合わせ型のレンズであっても良いことは言うまでもない。また、素子の両面に回折素子を形成した素子として、片面の回折素子の焦点距離を長くして、回折レンズの輪帯のピッチを広くして加工を容易にすることも可能である。
【０１０８】
図１２は、本実施の形態と比較するための参考例を示す図である。
【０１０９】
この参考例は、図１に示した光ピックアップ装置１０におけるトリプレット１８をダブレット８１で置き換えたものである。図中で、ダブレット８１及び対物レンズ８２は、それぞれ図１のトリプレット１８及び対物レンズ１９に相当している。
【０１１０】
表６は、ダブレット８１の設計値を示す表である。
【０１１１】
【表６】
参考例においても、レンズシフトがない場合には、ダブレット８１によって十分な色収差補正が行える。しかしながら、波長が基準波長からずれた場合にレンズシフトがあると収差が増大してしまう。
【０１１２】
図１３は、参考例の光学系の縦収差を示す図である。
【０１１３】
これは、ダブレット８１を有しビームエキスパンダーを含まない光学系において、波長が、４０９ｎｍの場合の縦収差図である。ダブレット８１の４０９ｎｍでの焦点距離は、１４６４ｍｍである。対物レンズ８２の有効径の最外周（図９の最大光線高さに対応する）に相当する光線の高さ１．８７ｍｍでの縦収差の量は、焦点距離の約２４％と非常に、大きな値を示している。これは、波長誤差がある場合に非常に大きな球面収差が発生することを示している。これが原因でレンズシフト時の収差が増大する。
【０１１４】
なお、この球面収差の形は、ダブレット８１の貼り合わせ面の形状を非球面形状等にすることにより設定することができる。そして、球面収差の色収差を改善できる。
【０１１５】
この場合は、図４の曲線ａを、対物レンズ１９単体の性能を示す曲線ｃ以上に改善することも可能である。しかしながら、レンズシフトに弱くなるので、対物レンズ８２と一体でアクチュエーターに搭載する必要が生じ、周波数特性が確保できない。その取り付け精度も高精度な１０ミクロンのオーダーの高い精度が要求されるため、製造が困難になる。
【０１１６】
なお、以上においては、色収差に着目して論述したが、ここで述べた光学系で補正する球面収差は、波長誤差による球面収差のみに限定されたものではなく、対物レンズ自体の残留球面収差、光ディスクの厚さ誤差による球面収差を同時に補正できることはいうまでもない。
【発明の効果】
前述のように、本発明によると、色補正素子をアクチュエーターと一体として構成する必要がないので、アクチュエーターの重量を低減し、周波数特性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】光ピックアップ装置の概略的な構成を示す図である。
【図２】光ピックアップ装置の光学系における光路を示す図である。
【図３】ビームエキスパンダーによる光の平行度の変化を示す図である。
【図４】光ピックアップ装置の光学系の収差の波長依存性を示す図である。
【図５】光学系に平行光が入射した場合の縦収差を示す図である。
【図６】光学系に焦点距離が１４５０ｍｍの拡散光が入射した場合の縦収差を示す図である。
【図７】対物レンズ単体に対する縦収差を示す図である。
【図８】対物レンズ及びトリプレットに対する縦収差を示す図である。
【図９】波長が４０９ｎｍの場合の縦収差を示す図である。
【図１０】第１の他の実施の形態の光路を示す図である。
【図１１】第２の他の実施の形態の光路を示す図である。
【図１２】本実施の形態と比較するための参考例を示す図である。
【図１３】参考例の光学系の縦収差を示す図である。
【符号の説明】
１１ レーザダイオード
１７ ビームエキスパンダー
１８ トリプレット
１９ 対物レンズ
２０ アクチュエーター
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ディスクに光を照射して情報信号の記録又は再生を行う光ピックアップ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光学記録媒体である光ディスクは、動画、音声、コンピューター用データなどの情報信号（データ）保存のために用いられている。また、この光ディスクは、良好な量産性と低コスト性のため、広く普及している。この光ディスクに対しては、記録される情報信号の高密度化、大容量化の要望が強く、近年においてもこの要望はますます強くなっている。
光ディスクにおいて記録される情報信号の記録密度を上げるには、この情報信号の読み出しに用いる光束の短波長化と、該光束を光ディスク上に集光させる対物レンズとして高い開口数（ＮＡ）のレンズを使うことの２つが有効である。
このため、ＣＤ（Compact Disc）からＤＶＤ（Digital Versatile Disc，Digital Video Disc）への発展の過程では、波長が７８０ｎｍから６５０ｎｍに短縮され、対物レンズのＮＡが０．４５から０．６０に高められたので、記録密度は６５０ＭＢから４．７ＧＢ（片面）へ約７倍の向上が達成されている。
また、記録型の光ディスクシステムは、光磁気方式、相変化方式共に各種あるが、波長とＮＡは、ほぼ前記の値に近いものが使われている。
これらのシステムにおいては、現在は、ガラスあるいは樹脂を成形した、単玉型の対物レンズが使われている。これは、レンズの両面を非球面形状として収差の補正を行ったレンズであり、成形で作れることから、コストと量産性に優れているため、もっとも普及している。
ここで、光ディスクの記録密度を更に高めて、更に大容量の記憶システムを実現するためには、更に波長の短い、いわゆる青色レーザーと、よりＮＡの高い対物レンズとの組み合わせのシステムが期待されている。
【０００３】
例えば光源の波長が４５０ｎｍ以下で、開口数が０．７以上の対物レンズを用いた光ピックアップにおいては、軸上色収差と、球面収差の色収差を同時に補正することが不可欠である。ここで、軸上色収差とは波長変化による焦点位置の変化であり、球面収差の色収差とは波長変化による球面収差である。なお、本明細書中においては、球面収差の色収差について、波長誤差による球面収差と呼ぶ。
このように光源の波長が４５０ｎｍ以下で、開口数が０．７以上の対物レンズの場合に、軸上色収差と球面収差の色収差の補正が必要になる理由は次のとおりである。
【０００４】
第１に、波長が４５０ｎｍ以下では、対物レンズを構成するガラスなどの光学材料の分散が大きくなる。このため、大きな軸上収差が発生すると同時に、球面収差の発生が大きくなる。
【０００５】
第２に、対物レンズの開口数が大きくなると、レンズの周辺での屈折角が大きくなるため、僅かな波長変化に対しても、大きな屈折角の変化が生じる。このため球面収差の発生が大きくなる。
【０００６】
軸上色収差と波長誤差による球面収差は、色収差という点では共通しているが、次のように異なった理由により生じ、それぞれ特徴を有する。
【０００７】
軸上色収差は、ピックアップ装置においては、レーザダイオードにおける高周波重畳による波長に広がりと、光ディスクへの記録時のレーザダイオードにおける急激なパワー変化に伴う急激な波長変化、さらにはレーザダイオードの個体差による波長誤差に由来している。
【０００８】
パワー変化による軸上色収差は、パワー変化と同時に発生し、変化が急激であるので、対物レンズを焦点方向に駆動するフォーカスサーボによっては追随することはできない。対応すべき波長の範囲ないし変化幅は、±１〜±２ｎｍ程度と狭い。また、レーザダイオードが高周波重畳されている場合には、波長に幅のある光束が同時にレンズに入射されることになるので、特定の波長以外の成分に対して、常に焦点誤差が発生することになる。
【０００９】
光ピックアップ装置においては、波長に拡がりがある場合や波長が急激に変化した場合は、軸上色収差によるフォーカス誤差が生じて、特性の劣化を来す。このデフォーカス（焦点誤差）による収差の劣化は、かなり大きいので、補正が不可欠である。
【００１０】
一方、波長誤差による色収差は、個別のレーザダイオードの特性のばらつきによる波長のばらつきと、レーザダイオードの温度変化による波長変化とによるものである。
【００１１】
この波長誤差による色収差には、一定であるか、変化しても比較的ゆったりとしているという特徴がある。また、対応すべき波長の範囲は、±５〜±１０ｎｍくらいと前述した軸上色収差の場合に比べて狭い。
【００１２】
このような軸上色収差及び波長誤差による色収差に関連して、特開平６−２５００８１号公報には、貼り合わせ型の色補正素子が提案されている。これは、色補正素子の貼り合わせ面を非球面とすることで、軸上色収差と波長誤差による球面収差を同時に補正可能としたものである。
【００１３】
さらに、特開平６−８２７２５号公報に回折面と屈折面を組み合わせた色補正素子が提案されている。この色補正素子の提案者が著した文献「回折光学素子（オプトロニクス社、平成９年）」の「光ディスク用色収差補正レンズ」の章には、この前記色補正素子の構成により、軸上色収差と波長誤差による球面収差を同時に補正可能な構成が示されている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、光ピックアップ装置では、光ディスクに照射したレーザー光がトラックに追随するように、光ディスク上にレーザー光を集光する対物レンズの光ディスクの径方向の位置を制御するトラッキング動作が行われる。以下では、トラッキング動作による対物レンズの移動をレンズシフトと呼ぶ。
【００１５】
光源の波長が４５０ｎｍ以下で、開口数が０．７以上の対物レンズを用いる光ピックアップ装置においては、前述のように色補正素子が必要になるが、トラッキング動作の帯域確保のためにアクチュエーターの可動部の重量には制限があるので、色補正素子は光ピックアップ装置に固定される。
【００１６】
このため、トラッキング動作によるレンズシフトに応じて、対物レンズと色収差補正素子の光軸がずれ、収差が発生する。すなわち、対物レンズにおいて、コマ収差を主成分とする収差が発生し、光ディスクの記録再生に著しい悪影響を与える。
【００１７】
なお、対物レンズと色収差補正素子の光軸がずれた場合の収差増加への対策として、前記特開平６−８２７２５号公報の構成によれば、球面収差の補正は行わず軸上色収差のみを補正する構成が可能であるが、この場合は波長誤差による球面収差を補正することが出来ないという問題がある。また、前記特開平６−８２７２５号公報の構成による球面収差と焦点誤差を同時に補正する構成において対物レンズと色補正素子を共にアクチュエーターで駆動すると、可動部の重量が増加して必要な帯域を確保することができないという問題がある。
【００１８】
本発明は、前述の実情に鑑みて提案されるものであって、対物レンズと色補正素子の光軸がずれた場合にも、軸上色収差と波長誤差による球面収差を補正し、収差を抑制するような光ピックアップ装置を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するために、本発明に係る光ピックアップ装置は、回転する光ディスクのトラックに沿って光を照射して情報信号の記録又は再生を行うものであって、集光する光が光ディスクのトラックに沿って照射されるように前記光ディスクの径方向に移動制御される対物レンズと、前記対物レンズの色収差を補正する固定された色収差補正手段と、前記対物レンズの球面収差を補正する固定された球面収差補正手段と、を有し、前記色収差補正手段は、色収差により生じる焦点方向の誤差成分を補正する。
【００２０】
好ましくは、前記球面収差補正手段は、前記色収差補正手段による補正後に残った球面収差を補正する。
【００２１】
好ましくは、前記色収差補正手段は、入射される光の波長が規準波長から変化すると略球面形状の波面の光を射出する。
【００２２】
好ましくは、前記色収差補正手段は、凸レンズの両側をこの凸レンズより分散の大きい凹レンズでそれぞれ挟んで貼り合わせてなるものである。
【００２３】
好ましくは、前記凸レンズ及び前記凹レンズの屈折率は、規準波長において略一致しているが、厳密に一致している必要はない。好ましくは、前記色収差補正手段へ入射する光が規準波長から変化すると、略球面波状の波面を有する光を射出する。
【００２４】
好ましくは、前記色収差補正手段は、屈折率が略等しい２つの硝材で構成されていて、アッベ数の小さな硝材で作成した凹レンズで、アッベ数の大きな硝材で作成した凸レンズを挟んで、トリプレットである。
【００２５】
そして、好ましくは、中心の凸レンズは両側の半径の絶対値が等しく成された両凸レンズである。
【００２６】
好ましくは、前記色収差補正手段は、ＴＡＦ４からなる球面の半径６．５ｍｍ及び−６．５ｍｍで厚さ１．０ｍｍの凸レンズを挟んで、ＴＩＨ１４からなる厚さ１．０ｍｍの平凹レンズを両側から貼り合わせたトリプレットである。
【００２７】
前記トリプレットの設計値は、凸レンズの屈折率１．８１６９５８０３、凹レンズの屈折率１．８１６８４６１、凸レンズの球面の半径±６．５ｍｍ、凸レンズ及び凹レンズの厚さ１．０ｍｍを規準として、好ましくは５％以内の範囲、より好ましくは３％以内の範囲にある。
【００２８】
好ましくは、前記トリプレットを構成する凹レンズのアッベ数は４０以下、より好ましくは３５以下、さらにより好ましくは３０以下である。好ましくは、前記トリプレットを構成する凸レンズのアッベ数は３５以上、より好ましくは４０以上、さらにより好ましくは４５以上である。
【００２９】
好ましくは、前記凸レンズと前記凹レンズのアッベ数の差が大きくなるにしたがい、前記凸レンズの半径が大きくなる。
【００３０】
好ましくは、前記球面収差補正手段は、前記対物レンズに入射される光の波面を変化させるものである。
【００３１】
好ましくは、前記球面収差補正手段は、前記対物レンズに入射される光の平行度を変化させるビームエキスパンダーである。
【００３２】
好ましくは、波長４５０ｎｍ以下の光を用い、前記対物レンズの開口数は、０．７以上である。
【００３３】
前述のような構成を有する本発明に係る光ピックアップ装置は、軸上色収差と波長誤差による球面収差を別々な原理によって補正する。
【００３４】
すなわち、軸上色収差すなわち波長変化による焦点位置変化は、通過する光の波面の曲率半径を波長により変化するように為された色収差補正手段によって補正する。色収差補正手段を通過した光は、近軸焦点位置へ収束する球面が略球面の収束波となり、球面収差成分が小さく押さえられた波面形状になるように為されている。
【００３５】
ここで、この軸上色収差の補正量は、近軸光線の像面が波長変化した場合に変動しない補正量よりは、過剰に補正を行うことが望ましい。これは、本願の色収差補正素子は球面収差の色収差を補正しないため、近軸光線の像面が一致するようにするのみでは、波面収差が最小とならないためである。そこで、適切な量過剰に補正することで、波長が変化した場合の縦収差の、中心波長の像面からのずれを少なくすることが出来て、波面収差を低く保つことが出来る。
【００３６】
色収差補正手段は、波長が基準波長より長くなった場合に、収束波の曲率半径が小さくなるように為されている。これにより、波長が長くなることで、対物レンズの焦点距離が長くなった分を相殺して、基準波長とほぼ同じ焦点面に焦点を結ぶように作用する。したがって、レーザダイオードの波長の急激な変化や、波長拡がりに対応できる。
【００３７】
一方、レーザダイオードのばらつきあるいは温度変化のようにゆっくりした波長誤差による球面収差は、対物レンズに入射される光束の平行度を変化させる球面収差補正手段を用い、対物レンズに倍率誤差の球面収差を発生させて、光学系に発生している前記波長誤差による球面収差と相殺させる。このとき、平行度を変化させられた光の波面は、略球面波となる。
【００３８】
ここで、仮に特定の量の、波長の変化を考えた場合、軸上色収差の補正を行うことに必要な球面波の極性（収束又は拡散）と、球面収差の色収差を補正する、球面波の極性は逆極性である。前記したように、レーザダイオードの波長の急激な変化や、波長拡がりの幅は狭い。そして、この狭い範囲内では、軸上色収差の変化は巨大であるが、球面収差の色収差の増加は小さい。
【００３９】
より大きな波長変化ないし誤差がある場合は、球面収差の色収差の増加が大きくなり補正が必要になる。したがって、光束の平行度を変化させて球面収差を補正する。この動作は、非常にゆっくりした動作ないし、初期設定で行われることは言うまでもない。そしてこの補正が行われた後の急激な波長変化ないし波長拡がりに対しては、色収差補正素子が、基準の状態と同様に対応する。
【００４０】
本発明においては、軸上色収差を色収差補正手段で補正し、波長誤差による球面収差を球面収差補正手段で補正する。軸上色収差及び波長誤差による球面収差の補正は、対物レンズにおいて完結しており、他の部分に関わることはない。したがって、本発明においては、対物レンズの光軸と他の光学系の光軸がずれても、収差は抑制されている。
【００４１】
前記色収差補正手段を通過した光の波面は、球面波に近い形状とされている。この理由は、レンズシフトが生じた場合に、球面波によって収差の増大を抑えるためである。球面波が入射した場合、レンズシフトは、対物レンズに光が斜め入射した場合と等価（像高特性そのものに相当する）である。ここで、色収差を補正するための球面波の半径は非常に大きいため、レンズシフトによる像高は非常に小さく、収差の増大が抑えられる。
【００４２】
また、前記球面収差補正手段も、平行度を変化させた略球面波を発生させる。したがって、前記した理由と同一の理由により、レンズシフトによる収差の発生が抑えられる。
【００４３】
なお、色収差補正素子から射出される光の波面が、球面波から著しくずれる場合、さらには波面に前記した球面収差を補正する波面形状を付与した場合は、レンズシフトがない場合にはより優れた特性が得られるが、レンズシフトが生じた場合には、コマ収差等の発生により性能の劣化をきたす。
【００４４】
ところで、色収差補正手段によって、基準波長以外では対物レンズに入る光束が平行光でなくなるために、倍率誤差による球面収差が発生する。倍率誤差による球面収差は、対物レンズの単体の波長誤差による球面収差と同じ極性を持っているので、基準波長以外における球面収差は、対物レンズ単体でその基準波長以外の光束を集光した場合に比べて大きくなる。
【００４５】
本発明においては、色収差補正手段と球面収差補正手段は、次のように設定されている。まず、球面収差補正手段は、中心波長で収差が最小になるように、光の平行度が設定されている。球面収差補正手段は、色収差補正手段及び対物レンズの両方の球面収差を最小にする。前記中心波長とは、レーザダイオードの波長のばらつきがある場合は、例えばばらついた波長の平均値である。
【００４６】
次に、中心波長から僅かにずれた波長に対しては、色収差補正手段は、光の波面の曲率半径を変化させ、軸上色収差に起因する波面収差増加を最小に抑えることで収差の発生を抑圧する。
【００４７】
ここで、波長が基準波長でない場合、軸上球面収差を補正するための球面波と、波面誤差及び倍率誤差による球面収差を補正するための球面波は、逆向きである。たとえば、規準波長の長波長側では、軸上色収差を補正するためには収束光が必要であり、球面収差の補正をするためには拡散光が必要である。
【００４８】
このずれた波長では、軸上球面収差を最小に抑えるような曲率の波面を発生させるので、前記したように波面誤差及び倍率誤差による球面収差が補正される方向とは逆に収束度が変化するので、この球面収差は増加する。ただし、この球面収差は、軸上色収差を補正しない場合に発生する、デフォーカス（焦点誤差）による収差に比べて遙かに小さく実用上問題にならない。
【００４９】
なお、ここで述べた球面収差補正光学系を用いて、対物レンズのばらつきによる球面収差、ディスクの厚さ誤差による球面収差の補正が出来ることは言うまでもない。
【００５０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る光ピックアップ装置の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００５１】
図１は、光ピックアップ装置の概略的な構成を示す図である。
【００５２】
光ピックアップ装置１０は、回転する光ディスクのトラックに沿って光を照射して情報信号の記録又は再生を行うものであって、集光する光が光ディスクのトラックに沿って照射されるように光ディスクの径方向に移動制御される対物レンズ１９と、対物レンズ１９の色収差を補正する固定された色収差補正手段となるトリプレット１８と、対物レンズ１９の球面収差を補正する固定された球面収差補正手段となるビームエキスパンダー１７と、を有し、色収差補正手段となるトリプレット１８は、色収差により生じる焦点方向の誤差成分を補正する。
【００５３】
すなわち、光ピックアップ装置１０は、光源となる規準波長４０３ｎｍのレーザダイオード１１と、グレーティング１２と、コリメータレンズ１３と、ビーム成型及び色消しプリズム１４と、偏向ビームスプリッタ１５と、ミラー１６と、ビームエキスパンダー１７と、トリプレット１８と、開口数０．７以上の対物レンズ１９と、アクチュエーター２０とを有している。
【００５４】
対物レンズ１９は、アクチュエーター２０によって支持され、このアクチュエーター２０とともに、図示しない光ディスクのトラックに追随するように光ディスクの径方向（トラッキング方向）に移動制御される。
【００５５】
これに対して、ビームエキスパンダー１７及びトリプレット１８は、前記移動部とともに移動することなく、光ピックアップ装置１０に固定されている。
【００５６】
ビームエキスパンダー１７は、一組の凹レンズ及び凸レンズから構成され、光の平行度を変化させる。トリプレット１８は、凸レンズの両側をこの凸レンズより分散の大きい凹レンズでそれぞれ挟んで貼り合わせてなる。トリプレット１８は、規準波長の４０３ｎｍにおいてほぼ平行な光を射出する。
【００５７】
したがって、対物レンズ１９がトラッキング方向に移動（レンズシフト）することにより、対物レンズ１９の光軸とビームエキスパンダー１７及びトリプレット１８の光軸は、ずれることになる。
【００５８】
また、光ピックアップ装置１０は、コンデンサレンズ２１と、フロントモニタフォトダイオード２２と、検出レンズチューブ２３と、フォトダイオード２４とを有している。
【００５９】
本実施の形態の光ピックアップ装置１０においては、光の平行度を変化させるビームエキスパンダー１７と、色収差を補正するトリプレット１８によって対物レンズにおける収差を除去する。
【００６０】
なお、光の平行度を変化させる手段は、ビームエキスパンダー１７に限らないので、以下の説明では必要のある場合を除いてトリプレット１８と対物レンズ１９のみを取り出して説明する。また、便宜上、トリプレット１８及び対物レンズ１９を光学系と称することがある。
【００６１】
図２は、光ピックアップ装置１０の光学系における光路を示す図である。
【００６２】
図中のトリプレット２４と対物レンズ２５は、それぞれ図１におけるトリプレット１８と対物レンズ１９に対応している。トリプレット２４には、光源のレーザダイオード１１から射出された光Ｌが入射する。
【００６３】
トリプレット２４は、第１の光学材料からなる第１の部材２１、第２の光学材料からなる第２の部材２２、及び第３の光学材料からなる第３の部材２３を貼り合わせてなる。
【００６４】
トリプレット２４は、光の進行方向に、第１の部材２１の第１の面１、第１の部材２１と第２の部材２２の貼り合わせ面である第２の面２、第２の部材２２と第３の部材２３の貼り合わせ面である第３の面３、及び第３の部材の第４の面４を有する。対物レンズ２５は、第５の面及び第６の面を有する。
【００６５】
表１は、対物レンズ２５の仕様を示す表である。
【００６６】
【表１】
【００６７】
【表２】
【００６８】
【表３】
【００６９】
【表４】
【００７０】
【表５】
【００７１】
図３は、ビームエキスパンダー１７による光の平行度の変化を示す図である。
【００７２】
図中のＡは、規準波長となる４０３ｎｍの光を用いた状態における光の平行度を示している。この場合、ビームエキスパンダー１７は、入射される平行光を、平行光として射出する。ビームエキスパンダー１７から射出された平行光は、光学系のトリプレット２４及び対物レンズ２５を介して光ディスク２６に入射する。
【００７３】
図中のＢは、球面収差を補正するようにビームエキスパンダー１７により光の平行度を拡散光に変化させた状態を示す図である。
【００７４】
これは、規準波長より波長が長い光が入射したときに、オーバーとなる球面収差を補正するために拡散光を入射し、球面収差をアンダー方向に補正するものである。
【００７５】
この場合、ビームエキスパンダー１７は、入射される光の平行光を変化させ、拡散光として射出させる。ビームエキスパンダー１７から射出された拡散光は、トリプレット２４及び対物レンズ２５を介して光ディスク２６に入射する。
【００７６】
図４は、光ピックアップ装置１０の光学系の収差の波長依存性を示す図である。
【００７７】
符号△を結んだ曲線ａは、トリプレットと対物レンズを用いて、基準波長となる４０３ｎｍの最良像面における各波長の収差を示す。トリプレット１８への光の平行度は、平行光であるものとする。これによると、規準波長から±２〜３ｎｍの波長範囲では、十分低い収差に抑えられていることが見られる。
【００７８】
また、レンズシフトに関しては、トリプレット１８を出た光束が概ね平行光であるから、対物レンズへの入射光の状態がレンズシフトで変化しないために、収差の増加はない。
【００７９】
光ピックアップ装置１０の周辺温度が大きく変化して、レーザダイオード１１の射出するレーザー波長が前述の範囲を超えて変化した場合や、レーザダイオード１１の個体差により、波長が基準波長となる４０３ｎｍから大きく変化した場合を考える。この場合は、収差が増大する。たとえば、レーザダイオード１１の波長が４０８ｎｍの場合は、収差は０．０５７λとなってしまう。
【００８０】
そこで、この場合は、エキスパンダー１７によって光の平行度を変化させる。波長が４０８ｎｍの場合は、光学系の手前の約１４５０ｍｍの点から出た拡散光束を光学系に入射させれば、良い結果が得られる。図３のＢは、光学系に拡散光を入射する場合を示す図である。
【００８１】
図４の符号×を結んだ曲線ｂは、この場合の収差を示すものである。波長が４０８ｎｍにおいて、収差は０．００９λであり、その前後±２〜３ｎｍの波長範囲では、十分低い収差に押さえられていることがわかる。
【００８２】
例えば、波長４０８ｎｍの前後±２ｎｍの範囲では、波長４０６ｎｍにおいて収差０．０２３λ、波長４１０ｎｍにおいて収差０．０２６λであるので収差は充分に低いといえる。
【００８３】
この波長が４０８ｎｍで１４５０ｍｍの拡散光が入射された状態で、対物レンズ１９を光軸から０．３ｍｍだけレンズシフトした場合の収差の増加は０．０１λと、レンズシフトがない場合と比べてその増加は非常に小さく、全く問題のない性能が得られる。
【００８４】
なお、本実施の形態と比較するために、トリプレット１８などの色補正素子がない対物レンズ１９単体の場合の収差を符号□を結んだ曲線ｃ及び符号◆を結んだ曲線ｄに示す。
【００８５】
曲線ｃは、対物レンズ１９を各波長の最良像面で使用した場合の収差である。これに対して、曲線ｄは、基準波長となる４０３ｎｍの波長の最良像面における各波長の収差量である。曲線ｄを曲線ｃと比較すると、４０３ｎｍの最良像面においては収差が遥かに大きいことが見られる。
【００８６】
図５は、光学系に平行光が入射した場合の縦収差を示す図である。
【００８７】
図中の曲線ａは波長４０３ｎｍの場合の収差を示し、図中の曲線ｂは波長４０９ｎｍの場合の収差を示す。波長４０９ｎｍの場合、軸上色収差は補正されているが、大きな球面収差が発生している。
【００８８】
図６は、光学系に焦点距離が１４５０ｍｍの拡散光が入射した場合の縦収差を示す図である。図中の曲線ａは波長４０３ｎｍの場合の収差を示し、図中の曲線ｂは波長４０９ｎｍの場合の収差を示す。図５と比較すると、球面収差が大きく改善されたことが示されている。
【００８９】
図７は、対物レンズ単体に対する縦収差を示す図である。図中の曲線ａ，ｂ，ｃは、それぞれ波長４０２，４０３，４０４ｎｍの場合の収差を示している。波長によって焦点位置が大きく異なっていることが示されている。
【００９０】
図８は、対物レンズ及びトリプレットに対する縦収差を示す図である。図７と比較すると、焦点位置がよく揃っていて補正の効果が大きいことが分かる。ここで、この実施の形態の場合、近軸の焦点位置はに関して、やや補正過剰とされている。これは像高のある光線の球面収差による変化と相殺させるためである。
【００９１】
図９に、トリプレットを有しエキスパンダーを含まない場合の波長が、４０９ｎｍの場合の縦収差図を示す。光学系の４０９ｎｍでの焦点距離は、１６４１ｍｍである。対物レンズ１９の有効径の最外周（図９の最大光線高さに対応する）に相当する光線の高さ１．８７ｍｍでの縦収差の量は、焦点距離の約４％である。縦収差は小さい値を示している。これは、波長誤差がある場合でも、焦点方向の変化が支配的で、球面収差の発生が少ないことを示している。すなわち、トリプレットは略球面波の光束を出射していて、色収差補正の効果としては、概ね軸上色収差のみを補正していると言える。
【００９２】
このトリプレットは、凸レンズである対物レンズの色収差を補正するために、次のように構成される。まず、設計の基準において、略平行光で出射するように、基準波長で屈折率の差が小さなガラスを選定する。ここで凹レンズは、分散の大きなガラスを用い、凸レンズは、分散の小さなガラスを用いる。このようにすることで、波長が短くなった場合に、凹レンズの屈折率の方が大きくなり、対物レンズの発生する焦点誤差を相殺する効果が得られる。
【００９３】
凸レンズと凹レンズのガラスの屈折率は、基準波長において、厳密に一致している必要はない。これは対物レンズに入射する光束が平行光からずれると、球面収差が発生するが、この球面収差は、エクスパンダーにより補正することが出来る。したがって、屈折率が多少異なっていて、平行光でないの光束を発生する補正素子がであても良い。このレンズは、両端が平面であるから、製造しやすくなっている。また、実施例においては、製造のしやすさを考えて、中心のレンズの面の半径は、両側で同じに設定されている。凹レンズのレンズパワー（焦点距離）を保って、両側の面の半径を多少変化させ他も、色収差の補正の効果は変化しない。ただし、波長が変化した場合に、きれいな球面波を発生するためには、
両面の半径の違いは小さい必要がある。
【００９４】
さらに、屈折率の違いが大きい場合は、両端を球面とすることで、屈折率差がある場合でも、平行光が出射するようにする事も可能である。この場合も３枚構成であれば、波長誤差により、球面波を発生する。
【００９５】
図１０は、第１の他の実施の形態の光路を示す図である。
【００９６】
第１の他の実施の形態は、図１に示した光ピックアップ装置１０において、色収差素子に素子６４を用いるものである。この素子６４は、回折面と屈折面を組み合わせたもので、トリプレット１８によるものと同様な波面を生成する。
【００９７】
図中のＡに示す第１の他の実施の形態の光学系は、凹レンズ６１及び凸レンズ６２からなるビームエキスパンダー６３と、素子６４と、絞り６５と、対物レンズ６６とを有している。
【００９８】
ビームエキスパンダー６３及び対物レンズ６６は、図１に示したビームエキスパンダー１７及び対物レンズ１９に対応している。素子６４は、図１に示したトリプレット１８と同等の機能を有する。絞り６５は、格子６４から対物レンズ６６に入射する光の高さを制限する。
【００９９】
光源のレーザダイオードから発した光Ｌは、ビームエキスパンダー６３により平行度を変化され、素子６４によって球面状の波面とされ、対物レンズ６６によって光ディスク６７に集光して照射される。
【０１００】
図中のＢは、素子６４を示す図である。図に示す素子６４は説明のために段数を少なく描いてあるが、実際には、数十以上の段数が必要である。
【０１０１】
素子６４による色補正素子は、特開平６−８２７２５号公報の形態として、軸上色収差を補正する波面が発生するように、具体的には輪帯構造にすればよい。当然、屈折面と回折面を別な面の上に形成した素子でも同様である。
【０１０２】
なお、回折素子による用いた色収差補正素子は、良く知られている上に前記公報に詳細に論述されているので、ここでは詳細な説明を省略する。
【０１０３】
図１１は、第２の他の実施の形態の光ピックアップ装置の光路を示す図である。
【０１０４】
第２の他の実施の形態は、図１に示した光ピックアップ装置１０において、ビームエキスパンダー１７の凸レンズとトリプレット１８を兼用したものである。
【０１０５】
凹レンズ７１と素子７２は、図１のビームエキスパンダー１７の凹レンズと、ビームエキスパンダー１７の凸レンズ及びトリプレット１８に対応している。
【０１０６】
素子７２は、後段の対物レンズ７３側に回折面による凸レンズを有する。これによって凹レンズ７１に対応する凸レンズとし、これらによって光の平行度を変化させる。
【０１０７】
なお、この凸レンズは、回折レンズと凸レンズの組み合わせ型のレンズであっても良いことは言うまでもない。また、素子の両面に回折素子を形成した素子として、片面の回折素子の焦点距離を長くして、回折レンズの輪帯のピッチを広くして加工を容易にすることも可能である。
【０１０８】
図１２は、本実施の形態と比較するための参考例を示す図である。
【０１０９】
この参考例は、図１に示した光ピックアップ装置１０におけるトリプレット１８をダブレット８１で置き換えたものである。図中で、ダブレット８１及び対物レンズ８２は、それぞれ図１のトリプレット１８及び対物レンズ１９に相当している。
【０１１０】
表６は、ダブレット８１の設計値を示す表である。
【０１１１】
【表６】
【０１１２】
図１３は、参考例の光学系の縦収差を示す図である。
【０１１３】
これは、ダブレット８１を有しビームエキスパンダーを含まない光学系において、波長が、４０９ｎｍの場合の縦収差図である。ダブレット８１の４０９ｎｍでの焦点距離は、１４６４ｍｍである。対物レンズ８２の有効径の最外周（図９の最大光線高さに対応する）に相当する光線の高さ１．８７ｍｍでの縦収差の量は、焦点距離の約２４％と非常に、大きな値を示している。これは、波長誤差がある場合に非常に大きな球面収差が発生することを示している。これが原因でレンズシフト時の収差が増大する。
【０１１４】
なお、この球面収差の形は、ダブレット８１の貼り合わせ面の形状を非球面形状等にすることにより設定することができる。そして、球面収差の色収差を改善できる。
【０１１５】
この場合は、図４の曲線ａを、対物レンズ１９単体の性能を示す曲線ｃ以上に改善することも可能である。しかしながら、レンズシフトに弱くなるので、対物レンズ８２と一体でアクチュエーターに搭載する必要が生じ、周波数特性が確保できない。その取り付け精度も高精度な１０ミクロンのオーダーの高い精度が要求されるため、製造が困難になる。
【０１１６】
なお、以上においては、色収差に着目して論述したが、ここで述べた光学系で補正する球面収差は、波長誤差による球面収差のみに限定されたものではなく、対物レンズ自体の残留球面収差、光ディスクの厚さ誤差による球面収差を同時に補正できることはいうまでもない。
【発明の効果】
前述のように、本発明によると、色補正素子をアクチュエーターと一体として構成する必要がないので、アクチュエーターの重量を低減し、周波数特性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】光ピックアップ装置の概略的な構成を示す図である。
【図２】光ピックアップ装置の光学系における光路を示す図である。
【図３】ビームエキスパンダーによる光の平行度の変化を示す図である。
【図４】光ピックアップ装置の光学系の収差の波長依存性を示す図である。
【図５】光学系に平行光が入射した場合の縦収差を示す図である。
【図６】光学系に焦点距離が１４５０ｍｍの拡散光が入射した場合の縦収差を示す図である。
【図７】対物レンズ単体に対する縦収差を示す図である。
【図８】対物レンズ及びトリプレットに対する縦収差を示す図である。
【図９】波長が４０９ｎｍの場合の縦収差を示す図である。
【図１０】第１の他の実施の形態の光路を示す図である。
【図１１】第２の他の実施の形態の光路を示す図である。
【図１２】本実施の形態と比較するための参考例を示す図である。
【図１３】参考例の光学系の縦収差を示す図である。
【符号の説明】
１１ レーザダイオード
１７ ビームエキスパンダー
１８ トリプレット
１９ 対物レンズ
２０ アクチュエーター
Claims (7)
- 回転する光ディスクのトラックに沿って光を照射して情報信号の記録又は再生を行う光ピックアップ装置において、
集光する光が光ディスクのトラックに沿って照射されるように前記光ディスクの径方向に移動制御される対物レンズと、
前記対物レンズの色収差を補正する固定された色収差補正手段と、
前記対物レンズの球面収差を補正する固定された球面収差補正手段と、
を有し、
前記色収差補正手段は、色収差により生じる焦点方向の誤差成分を補正すること
を特徴とする光ピックアップ装置。 - 前記球面収差補正手段は、前記色収差補正手段による補正後に残った球面収差を補正することを特徴とする請求項１記載の光ピックアップ装置。
- 前記色収差補正手段は、入射される光の波長が規準波長から変化すると略球面形状の波面の光を射出することを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置。
- 前記色収差補正手段は、凸レンズの両側をこの凸レンズより分散の大きい凹レンズでそれぞれ挟んで貼り合わせてなるものであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置。
- 前記球面収差補正手段は、前記対物レンズに入射される光の波面を変化させるものであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置。
- 前記球面収差補正手段は、前記対物レンズに入射される光の平行度を変化させるビームエキスパンダーであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置。
- 波長４５０ｎｍ以下の光を用い、前記対物レンズの開口数は、０．７以上であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置。
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