JP3959681B2 - 光ピックアップ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、光ディスク等の記録媒体に対して半導体レーザなどの光源からの光束を照射し、記録媒体の記録面に情報を書込んで記録し、あるいは該記録媒体の記録面に書き込まれた情報を再生する光ピックアップ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、情報記録の分野においては、光学情報記録方式に関する研究が各所で進められている。この光学情報記録方式は、非接触で記録再生が行えること、再生専用型や追記型，書き換え可能型のそれぞれのメモリ形態に対応できること等の数々の利点を有し、安価な大容量メディアを実現し得るものとして、産業用から民生用まで幅広い用途が考えられている。
【０００３】
これら光学情報記録方式では、ディスク状の記録媒体である光ディスクが採用され、テープ状の記録媒体のようなシーケンシャルなアクセスに限られず、ランダムアクセスが可能である利点も有している。光ディスク装置の最近の流れとしては、ＣＤ（Compact Disc）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）などの１２０ｍｍ径ディスクのように既にデファクトスタンダードとなった形状の光ディスクにおいて単位面積当りの情報記録容量を増やす方向と、情報記録量を減らさずに（むしろ増やす方向に）光ディスク、ならびに光ディスク再生装置の大きさを小さくする方向との２つの座標軸が挙げられ、近年盛んに研究が行われている。
【０００４】
単位面積当りの情報記録容量を増やす方向としては、光源の波長を短波長化したり、対物レンズの開口数ＮＡ（Numerical Aparture）を大きくするといった方法が挙げられる。光源の短波長化については、近年の青色レーザの出現により大きな飛躍を遂げたが、さらなる短波長化に際しては光学部品の吸収が問題となることなど頭打ちの状態にある。一方、レンズＮＡの増加についてはレンズ設計により高ＮＡのレンズ設計は可能であるが、光ディスクの記録面を覆う光透過層の厚み誤差による球面収差、ならびにディスクのチルトによるコマ収差の影響が大きくなるなどの課題がある。なお、光透過層は必ずしもガラスを材料とはしていないけれども、本明細書では、「カバーガラス」と呼ぶこととする。
【０００５】
後者のコマ収差の影響についてはカバーガラスの厚みを薄くすることで影響を逃れることができる。前者のカバーガラスの厚み誤差については、５μｍ程度の厚み誤差があると、対物レンズを光軸方向に移動させるアクチュエータによるフォーカスサーボだけではスポットが絞れなくなるため、別途、収差補償の手法を確立する必要がある。
【０００６】
図１１は、このような球面収差補償を行う従来例を示す。この従来例は、特開平１１−２５９８９３号公報に図１として開示されているものに基づく。以後、この従来例を「従来例１」と呼ぶ。半導体レーザ１からの光は回折格子２と、光分岐素子３とを通過した後、コリメートレンズ４により平行光束化され、λ／４板５にて円偏光とされた後に、２枚組み対物レンズ６で集光されてカバーガラス７を有する記録媒体８上に集光される。なお、対物レンズ６には、フォーカスおよびトラッキングの調整用に、対物レンズ用２軸アクチュエータ９が設けられている。その後、記録媒体８から反射した信号光は光分岐素子３にて分岐され、反射光は入射側が円筒レンズで、出射側が凹レンズとなる複合レンズ１０によって受光素子１１上に集光され、記録信号ならびにサーボ信号が読取られる。ここではコリメートレンズ４を、コリメートレンズ用アクチュエータ１２を用い、カバーガラス７の厚みに応じて光軸方向に移動させることで、カバーガラス７の厚み誤差に起因する球面収差を低く抑えることが可能となる。
【０００７】
なお、従来例１の［００６６］段落等には、対物レンズの開口数ＮＡを、ＤＶＤに必要な０．６５程度よりも大きくする旨が記載され、［００７８］段落等には、対物レンズの開口数ＮＡを０．８５以上とすることが記載されている。
【０００８】
図１２は、従来例１とは別の従来例を示す。この従来例は、特開平５−２６６５１１号公報に図１として開示されているものに基づく。以後、この従来例を「従来例２」と呼ぶ。半導体レーザとコリメートレンズなどの組合わせにより平行化された光が２枚のレンズ１４，１５でビーム径を拡大するビーム拡大光学系を通る。光は、ビーム拡大光学系を通った後、４群のレンズからなる対物レンズ１６によってカバーガラス７を有する記録媒体８上に集光される。なお、記録媒体７から反射された光は、従来例１と同様に、図示しない光分岐素子にて分岐され受光素子にて記録信号ならびにサーボ信号が読みとられるものと推察される。
【０００９】
従来例２では、ビーム拡大光学系のレンズ１４，１５の一方を、移動機構１７でカバーガラス７の厚みに応じて光軸方向に移動させることで、カバーガラス７の厚み誤差に起因する球面収差を低く抑えることが可能となる。移動機構１７は、データ読取り手段１８によって記録媒体８の表面から読取られるレンズ間補正間隔データに応答して、変換／駆動を行う手段１９によって制御される。なお、図に見られるようにビーム拡大光学系のレンズ１４，１５の間隔は狭く、レンズ１４、１５による光束径の拡大率も小さいものとなっている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来例１の光学系は、コリメートレンズ４を用いて球面収差補償を行うために、従来部品の使用という点で部品点数削減といったメリットがある一方で、コリメートレンズ４はホルダを含めるとサイズならびに重量が非常に重くなってしまい、消費電力の点から図１１のような電磁式の駆動には不向きであるというデメリットが考えられる。
【００１１】
一方、従来例２の光学系は、図１２に見られるようにビーム拡大率が小さいビーム拡大光学系を用いて球面収差補償を行う構成となっており、ビーム径拡光学系のレンズ１４，１５間の間隔が短いために光ピックアップ装置を小型化し易いというメリットがある一方で、実施例１において後述するように、拡大率の低いビーム拡大光学系では波面収差が使用するレンズ等の光学素子のシフト・チルト誤差に影響を受け易くなるので、実装精度が要求され、低コストでの量産が難しいというデメリットが考えられる。
【００１２】
前述のように、記録媒体８である光ディスクは、記録面の保護などの理由によって光透過層としてのカバーガラス７を有しており、カバーガラス７を通して光を照射することにより記録・再生が行われる。ここでカバーガラス７に厚み誤差（δｔ）がある場合、次の関係式（１）で表されるような球面収差（Ｗ４０）が生じる（なお、ここでｎはカバーガラスの屈折率である）。
Ｗ４０＝（ｎ２−１）／（８ｎ３）・δｔ・ＮＡ４ …（１）
【００１３】
この（１）式より、カバーガラス７の厚み誤差に起因する球面収差は開口数ＮＡの４乗に比例して増加することが判る。すなわち、開口数ＮＡの大きい光学系の場合、カバーガラス７の厚み誤差を抑えることが重要である。しかし、カバーガラス７の厚み誤差を管理することは非常に難しく、単一ディスク内での厚みばらつきを管理することはできても、ディスク交換時の想定におけるディスク間の厚みバラツキを制御することは生産技術的に非常に難しく、量産性・他社製品との互換性を考えてもディスク厚を正確に管理することは得策ではない。
【００１４】
本発明の目的は、高密度記録におけるこのような問題点を解決するためのものであり、開口数ＮＡを大きくしても、ディスク間の厚みバラツキによる球面収差を充分に小さくすることができる調整機構を有する光ピックアップを提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、光源から出射される光束をコリメートレンズで平行光束化し、対物レンズで記録媒体上に集光するとともに、記録媒体からの反射光を対物レンズを通過させ、対物レンズとコリメートレンズとの間に配置される光分岐素子で分岐させて受光する光ピックアップ装置において、
光分岐素子と対物レンズとの間に、設けられ、光学素子を用いて構成され、該光分岐素子を透過した光束径を、拡大率（ｍ）が１．２以上１．５以下となるように拡大するとともに、光学素子のチルトが±１ｄｅｇ以下であるビーム拡大光学系を含み、
対物レンズの開口数ＮＡが０．８５であることを特徴とする光ピックアップ装置である。
【００１６】
本発明に従えば、ビーム拡大光学系を構成する光学素子の光軸が光束の方向に対して傾斜するチルトが発生した場合に、該チルトの最大量が±１ｄｅｇ以下であれば、拡大率（ｍ）を１．２以上とすることによって、開口数ＮＡが０．８５と大きくなっても、波面収差を０．０５λ以下に抑えることができるので、記録媒体の記録トラック内に集光スポットを所定の大きさで集光させることができる。
【００１７】
したがって、光ピックアップ装置にビーム拡大光学系を取り付ける際の実装精度を簡易化することができる。
【００１９】
また、記録媒体のカバーガラスに厚み誤差が生じた場合に、該厚み誤差量が±３０μｍ以下であれば、ビーム拡大光学系の拡大率（ｍ）を１．５以下とすることによって発生収差量を０．０５λ以下に抑えることができるので、記録媒体の記録トラック内に集光スポットを所定の大きさで集光させることができる。
【００２０】
また本発明で、前記ビーム拡大光学系は、
前記平行光束化される光束の方向に光軸を有し、光分岐素子側に配置される第１のレンズと、
第１のレンズと光軸を共有し、対物レンズ側に配置される第２のレンズとを含むことを特徴とする。
【００２１】
本発明に従えば、第１のレンズと第２のレンズとの間隔を変化させて、光束を拡大するビーム拡大光学系の拡大率を容易に調整し、適切な収差補正を行うことができる。
【００２２】
さらに本発明は、前記ビーム拡大光学系は、
該平行光束化される光束の方向に光軸を有し、光分岐素子側に配置される光学素子としての第１のレンズと、
第１のレンズと光軸を共有し、対物レンズ側に配置される光学素子としての第２のレンズと、
第２のレンズを光軸に沿って移動させる移動手段とを有することを特徴とする。
【００２３】
本発明に従えば、２枚のレンズの組合わせからなるビーム拡大光学系のレンズのうち、記録媒体側となる対物レンズ側に配置されてチルトに対する波面収差の増加量が少ない第２のレンズを移動手段で移動させるので、光軸方向にレンズを移動する際に生じるレンズホルダとガイドレールとのいわゆる「ガタ」によって発生するチルトに対する影響を少なくすることができる。
【００２４】
したがって、開口数ＮＡを０．８５と大きくする場合の収差補正のために、ビーム拡大光学系を構成するレンズの移動に起因したチルトが発生した場合においても、発生収差量をより小さくすることができるので、記録媒体の記録トラック内に集光スポットを所定の大きさで集光させることができる。
【００２５】
なお、光束径の拡大率（ｍ）を１．２以上に規定することにより、ビーム拡大光学系のレンズにチルトが発生した場合に、該チルトの最大量が±１ｄｅｇ以下であれば、波面収差を０．０５λ以下に抑えることができるので、記録媒体の記録トラック内に集光スポットを所定の大きさで集光させることができる。
【００２６】
また、光束径の拡大率（ｍ）を１．５以下に規定することにより、記録媒体のカバーガラスに厚み誤差が生じた場合に、該厚み誤差量が±３０μｍ以下であれば、発生収差量を０．０５λ以下に抑えることができるので、記録媒体の記録トラック内に集光スポットを所定の大きさで集光させることができる。
【００２７】
また本発明で、前記第１のレンズは両凹レンズであり、
前記第２のレンズは平凸レンズであることを特徴とする。
【００２８】
本発明に従えば、第１のレンズである両凹レンズの焦点距離を−ｆ１、第２のレンズである平凸レンズの焦点距離をｆ２とすると、光束径の拡大率（ｍ）は、ｍ＝ｆ２／ｆ１で導かれる。平凸レンズでは、焦点距離ｆ２が凸面側のレンズ半径で決定されるので、このレンズ半径によって拡大率を変化させることができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の第１形態における光ピックアップ装置２０の光学系の概略的な構成を示す。半導体レーザ２１からの光はコリメートレンズ２２により平行光束化される。平行光束は、光分岐素子２３を介して、第１のレンズである両凹レンズ２４と、第２のレンズである平凸レンズ２５とにより光束径を拡大された後で、２枚組の対物レンズ２６に導かれた後に、カバーガラス２７を介して光記録媒体２８の記録面上に集光させる。光記録媒体２８からの反射光は、入射光と逆の光路を辿った後に、光分岐素子２３で反射され、スポットレンズ２９で集光された後に円筒レンズ３０を通って、同一平面上に多分割の受光部を持つ受光素子３１に照射され、ここで記録信号、ならびにサーボ信号が検出される。なお、ここで対物レンズ２６としては２枚組レンズに限定されるものではなく、単レンズを用いた光学系であっても良い。
【００３０】
対物レンズ２６に入射する光束径は、アパーチャ３２の開口径よりも大きい必要がある。このため、光ピックアップ装置２０では、半導体レーザ２１からの光のビーム径を拡大する必要がある。本実施形態では、光分岐素子２３の後に、光学素子である両凹レンズ２４と平凸レンズ２５とを配置してビーム拡大光学系３３を構成して、光束径を拡大している。ビーム拡大光学系３３をこの位置に配置しているのは、ビーム拡大光学系３３を介した後に光分岐素子２３を通ると、光分岐素子２３でのビーム径が大きくなり、光分岐素子２３の部品形状も大きくする必要があるためである。したがって、光ピックアップ装置２０の省サイズ化を図るために、ビーム拡大光学系３３の位置を、拡大する光束が光分岐素子２３を通った後の位置に限定している。
【００３１】
ここで、ビーム拡大光学系３３は、カバーガラス２７の厚み誤差に起因する球面収差を補償するために設けるものであり、図１のように入射側に少なくとも片面に凹面を有するレンズ（以降、Ｌ１とする）、出射側に少なくとも片面に凸面を有するレンズ（以降、Ｌ２とする）の組合わせからなる。なお、Ｌ１、Ｌ２は球面レンズでも良いし、軸外収差特性を向上させるために非球面レンズとしてもよい。
【００３２】
ビーム拡大光学系３３が無い場合、コリメートレンズ２２から出た平行光を対物レンズ２６によって光記録媒体２８上に集光する際、カバーガラス２７の厚み誤差に起因する球面収差が生じるが、コリメートレンズ２２と対物レンズ２６との間にビーム拡大光学系３３の光学素子である両凹レンズ２４および平凸レンズ２５を配置し、レンズ間距離を調節することによりカバーガラス２７の厚み誤差に起因する球面収差とは逆位相の球面収差を発生させ、球面収差補償を行うことができる。
【００３３】
図２は、ビーム拡大光学系３３を用いて球面収差補償を行うための具体的な光学配置の例を示す。入射側の光束径Ｄ１を２．２７ｍｍとし、出射側の光束径Ｄ２を３．４ｍｍとするときに必要なビーム拡大率は、Ｄ２／Ｄ１＝３．４／２．２７＝１．４９８である。出射側の光束径Ｄ２は、アパーチャ３２の開口径Ｄ３、たとえば３ｍｍよりも大きくしておく必要がある。アパーチャ３２の開口径Ｄ３は、対物レンズ２６の有効径に応じて設定される。また、両凹レンズ２４のレンズ半径Ｒ１１，Ｒ１２は、それぞれ３２．６５ｍｍおよび１７．３９ｍｍである。両凹レンズ２４で最も薄くなる中央部分の厚みｔ１は、１ｍｍである。平凸レンズ２５で最も厚くなる中央部分の厚みｔ２は、１．４２ｍｍである。両凹レンズ２４と平凸レンズ２５との間のレンズ間距離Ｓ１は、５．９１４ｍｍである。
【００３４】
コリメートレンズ２２により平行光束化された光は、光分岐素子２３を介した後に両凹レンズ２４と平凸レンズ２５とからなるビーム拡大光学系３３により光束径を拡大された後、２枚組の対物レンズ２６に導かれ、さらにカバーガラス２７を介して光記録媒体２８に集光される。光記録媒体２８上のカバーガラス２７の厚みｔ０は、０．１ｍｍとする。
【００３５】
図３は、カバーガラス２７の厚み誤差に対して、ビーム拡大光学系３３の光学素子である両凹レンズ２４および平凸レンズ２５により球面収差補正を行う際の集光スポット面での波面収差特性、ならびにビーム拡大光学系３３でレンズ間距離特性を示す。なお、カバーガラス２７の厚さの理想値を、図２に従って０．１ｍｍとしている。
【００３６】
カバーガラス２７に厚み誤差がない場合、すなわち、０．１ｍｍの場合には、波面収差は０．００３λ程度であるが、カバーガラス２７に厚み誤差が生じるとビーム拡大光学系３３の両凹レンズ２４および平凸レンズ２５のレンズ間距離を変化させる補正を行わない、補正なし場合では、波面収差が非常に大きくなってしまう。一方、カバーガラス２７の厚みに応じて、ビーム拡大光学系３３の光学素子である両凹レンズ２４と平凸レンズ２５とのレンズ間距離を、図示した関係に従って変化させれば、波面収差を大幅に削減することが可能となる。
【００３７】
ところで、カバーガラス２７の厚み誤差は、現状の生産工程ではディスク面内で±２〜３μm以下、ディスク間で±５〜７μm以下であり、通常のディスクではトータル±１０μmの厚み誤差を考えれば充分と考えられるが、ＤＶＤの２層記録等のように同一の光ピックアップ装置を用いて記録面を２層化したディスクへ対応する場合には２０μm程度の層間厚での記録再生を行う必要があるため、全体としては±３０μm程度のカバーガラス厚誤差に対応する必要がある。なお、各光学部品の設定パラメータは以下の通りであり、対物レンズ２６の開口数ＮＡは、ＤＶＤで必要な０．６５よりも大きな０．８５という値となっている。
光源波長：４０５ｎｍ
第１レンズ硝材：ＳＦ４
第２レンズ硝材：ＢＫ７
対物レンズ開口数：０．８５
対物レンズ有効径：３．０ｍｍ
カバーガラス厚さ：０．１ｍｍ
【００３８】
図４は、ビーム拡大光学系３３の光学素子である両凹レンズ２４と平凸レンズ２５とを入れ替えることにより、光束径を縮小する具体的な光学配置を示す。この図ではコリメートレンズ２２からの出射光以降について、平凸レンズ２５と両凹レンズ２４、ならびにその入射・出射方向を入れ替えた構成とする。平凸レンズ２５へ入射する光束径Ｄ１１を５．１ｍｍとして、両凹レンズ２４から出射する光束径Ｄ２を３．４ｍｍすると、拡大率は０．６６７倍（＝３．４／５．１）となって、光束径を縮小している。この光学系ではビーム拡大光学系３３を構成する光学素子の配置順序を変えて光束径を縮小することになるため、対物レンズ２６の有効径以上の光束径を確保する目的で、コリメート出射光の段階において光束径を１．５倍としている。
【００３９】
図５は、ビーム拡大光学系３３の光学素子である両凹レンズ２４と平凸レンズ２５の各倍率における具体的な光学配置の例を示す。両凹レンズ２４および平凸レンズ２５のような凹レンズと凸レンズとを組合わせる光学系による光ビームの拡大率（ｍ）は、凹レンズの焦点距離（−ｆ１）と、凸レンズの焦点距離（ｆ２）とによって、関係式ｍ＝（ｆ２／ｆ１）で導かれる。凸レンズの焦点距離ｆ２は、その逆数がレンズ半径の逆数に関連する。平凸レンズ２５では、平面側のレンズ半径は無限大であって、その逆数は０であるので、凸面側のレンズ半径のみが焦点距離に関連する。したがって、両凹レンズ２４と平凸レンズ２５とを組合わせるビーム拡大光学系３３では、両凹レンズ２４は共通に使用し、平凸レンズ２５の凸面側のレンズ半径Ｒと、レンズ間距離Ｓとを変えることによって、拡大率（ｍ）を変化させるような設計変更を、比較的容易に行うことができる。
【００４０】
図５の（ａ）では、拡大率ｍ＝１．３５とするために、レンズ間距離Ｓ＝３．８４１ｍｍとし、平凸レンズ２５の凸面側レンズ半径Ｒ＝１０．０４ｍｍとする。（ｂ）では、拡大率ｍ＝１．２０とするために、レンズ間距離Ｓ＝１．７７７ｍｍとし、平凸レンズ２５の凸面側レンズ半径Ｒ＝８．９６ｍｍとする。（ｃ）では、拡大率ｍ＝１．１０とするために、レンズ間距離Ｓ＝０．４１１ｍｍとし、平凸レンズ２５の凸面側レンズ半径Ｒ＝８．２５ｍｍとする。（ｄ）では、拡大率ｍ＝０．６６７とするために、レンズ間距離Ｓ＝５．９１６ｍｍとし、平凸レンズ２５の凸面側レンズ半径Ｒ＝１１．１３ｍｍとする。
【００４１】
なお、図５においては、平凸レンズ２５のレンズ半径Ｒ以外の光学部品パラメータは図３に示すｍ＝１．５の場合と同じであるが、コリメート入射光の光束径（φ）をφ＝（３．４／ｍ）とすることで、ビーム拡大光学系３３から出射される段階での光束径を３．４ｍｍとしている。
【００４２】
図６は、両凹レンズ２４と平凸レンズ２５とによるビーム拡大光学系３３の各倍率において、カバーガラス厚に誤差を与え、球面収差補償を行ったときのビーム拡大光学系のレンズ間距離の変化特性の一例を示す。ｍ＝１．５は図２の光学配置に対応し、ｍ＝１．３５、ｍ＝１．２およびｍ＝１．２は、図５の（ａ）、（ｂ）および（ｃ）の光学配置にそれぞれ対応している。ビーム拡大光学系３３の拡大率ｍが減少するにしたがってレンズ間距離は短くなり、カバーガラス２７が厚くなるにしたがってビーム拡大光学系３３でのレンズ間距離は短くなる。
【００４３】
図７は、前述の各拡大率において、カバーガラス２７に厚み誤差を与え、球面収差補償を行ったときの対物レンズ２６の結合効率の一例を示す。ｍ＞１の拡大光学系については、カバーガラス厚変化±１０μmで結合効率の変動率が±２％と安定している。ｍ＝０．６６７の縮小光学系では、結合効率の変動率が±５〜６％となり、カバーガラス厚が厚くなるにしたがって結合効率の差は更に大きくなる。このことは、球面収差補償をすることで対物レンズ出射光の光量が変動し、光記録媒体２８からの反射光も変動することを意味する。したがって、信号光の安定化のためには、球面収差補償を行う光学系では、拡大光学系となるように、拡大率ｍは少なくともｍ＞１を満たす必要がある。
【００４４】
図８は、ビーム拡大光学系３３の各拡大率ｍにおいて、入射側レンズ（Ｌ１）と出射側レンズ（Ｌ２）とに、光軸に対するチルトを与えたときの集光スポット面での波面収差を示す。この際に現れる収差の主成分はコマ収差であるが、ビーム拡大光学系３３の拡大率が小さい方がチルトに対する収差発生量は小さく、また、Ｌ２よりもＬ１の方がチルトに対する収差発生量が大きいことが判る。
【００４５】
通常の光ピックアップ装置を汎用実装機に実装することを想定する場合、実装時に最大で±１ｄｅｇのチルトが発生することが想定される。また、光記録媒体２８の記録トラック内に集光スポットを絞り込むためには、発生収差量を０．０５λ以下にする必要がある。ｍ＝１．１でＬ１側に１ｄｅｇのチルトがあると、波面収差は０．０５λよりも大きくなってしまう。したがって、これら条件を満足するためにはビーム拡大光学系３３の拡大率を、ｍ≧１．２とする必要がある。
【００４６】
なお、図６に見られるように、拡大率ｍが１．２以下になるとカバーガラス厚±３０μｍにおいてビーム拡大光学系３３でのレンズ間距離が０以下となって、レンズ間距離を確保することができなくなる。したがって機構上の点からもｍ≧１．２を満たす必要がある。
【００４７】
図９は、ビーム拡大光学系３３に対し、各拡大率ｍにおいて、カバーガラス２７に厚み誤差を与え、球面収差補償を行ったときの集光スポット面での波面収差の一例を示す。図に見られるように、ビーム拡大光学系３３の拡大率ｍが増加するに従って球面収差が増加する。前述のカバーガラス厚み誤差±３０μｍにおいて発生収差量を０．０５λ以下にするためには、拡大率ｍ＝１．６では波面収差が大きくなってしまい、拡大率をｍ≦１．５にする必要があることも判る。
【００４８】
したがって、ビーム拡大光学系３３でのレンズ間距離の確保、レンズ組立て誤差マージンの確保、ならびに集光スポットを充分に絞り込むために、ビーム拡大光学系３３の拡大率は、１．２≦ｍ≦１．５を満足する必要がある。
【００４９】
図１０は、本発明の実施の第２形態における光ピックアップ装置４０の光学系の概略的な構成を示す。本実施形態で、図１の実施形態に対応する部分には同一の参照符を付し、重複する説明を省略する。本実施形態では、光分岐素子２３と対物レンズ２６との間に、基本的に図１のビーム拡大光学系３３と同様なビーム拡大光学系４３を配置する。ただし、第２レンズＬ２となる平凸レンズ２５について光軸方向に移動可能とし、レンズ間距離を変更可能にする。任意の厚み誤差をもつ記録媒体２８を入れ替えた場合、若しくは記録面を２層化したディスクへの記録再生を行う際に、ビーム拡大光学系４３のレンズ間距離を変えれば、厚み誤差によって生じる球面収差を補償することが可能となる。
【００５０】
本実施形態では、出射側となる第２レンズＬ２について移動可能としている。これは、入射側となる第１レンズＬ１と第２レンズＬ２とを比較した場合、図８に見られるように、第２レンズＬ２の方がチルトに対する波面収差の増加量が少なくなるためである。光軸方向にレンズを移動可能にする際には、レンズホルダ４４とガイドレール４５との間に、いわゆる「ガタ」が発生することは不可避である。このような「ガタ」によって発生するチルトに対して、第１レンズＬ１よりも第２レンズＬ２のマージンの方が広くなるため、第２レンズＬ２の方を移動させる。
【００５１】
一方、図１２に示す従来例２では、入射側のレンズを移動可能としている。これは入射側のレンズの光束径が小さいために、レンズ外形、ならびにレンズ重量を小さくすることができることにより、アクチュエータによる高速駆動がやり易いことによると推察される。球面収差の補償を行う必要があるのは、ディスクの交換の際などに限られるため、必ずしも高速駆動を必要とするものではなく、レンズ重量の差は大きな影響を与えるものではないと考えられる。
【００５２】
なお、本実施形態で第２レンズＬ２の移動手段としては、図に見られるように駆動モータ４７を用いる方法の他に、図１１に示す従来例１と同様に、電磁式アクチュエータを用いる方法なども使用可能であるが、手段はこれらに限定されるものではない。
【００５３】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、ビーム拡大光学系を構成する光学素子にチルトが発生した場合に、該チルトの最大量が±１ｄｅｇ以下であれば、拡大率（ｍ）を１．２以上とすることによって、開口数ＮＡが０．８５と大きくても波面収差を０．０５λ以下に抑えることができるので、記録媒体の記録トラック内に集光スポットを所定の大きさで集光させることができる。したがって、光ピックアップ装置にビーム拡大光学系を取り付ける際のレンズ実装公差を拡げることができ、これにより、光ピックアップ装置の実装時におけるレンズ実装を簡易化することができるという効果を奏する。
【００５４】
また、ビーム拡大光学系での光束径の拡大率（ｍ）を１．５以下としているので、記録媒体のカバーガラスに厚み誤差が生じた場合に、該厚み誤差量が±３０μｍ以下であれば、発生収差量を０．０５λ以下に抑えることができ、記録媒体の記録トラック内に集光スポットを所定の大きさで集光させることができるという効果を奏する。
【００５５】
また本発明によれば、ビーム拡大光学系で第１のレンズと第２のレンズとの間隔を変化させて、光束径の拡大率を容易に調整し、適切な収差補正を行うことができる。
【００５６】
さらに本発明によれば、２枚のレンズの組合わせからなるビーム拡大光学系のレンズのうち、出射側のレンズを光軸方向に移動可能とすることによって、球面収差補正時においてレンズホルダとガイドレールとの「ガタ」によるチルトに対して発生する収差発生量を、開口数ＮＡが０．８５と大きくても、小さくすることができる。これにより、記録媒体上スポットの集光特性を劣化させることなく、光ピックアップ装置のディスク交換時などにおいて生じる球面収差をビーム拡大光学系により補償することができるという効果を奏する。
【００５７】
また本発明によれば、平凸レンズの凸面側のレンズ半径によって、光束径の拡大率（ｍ）を変化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の第１形態としての光ピックアップ装置２０の概略的な光学系の構成を示す簡略化した断面図である。
【図２】図１のビーム拡大光学系３３の構成を示す断面図である。
【図３】図１の光ピックアップ装置２０で、カバーガラス厚さの変化に対するビーム拡大光学系３３による球面収差補正の効果と、補正に必要なレンズ間距離を示すグラフである。
【図４】図１のビーム拡大光学系３３で、第１レンズと第２レンズとの配置を逆にして、光束径を縮小する場合の具体的な光学配置を示す断面図である。
【図５】図１のビーム拡大光学系３３で、レンズ間距離Ｓと平凸レンズ２５のレンズ半径Ｒとを変えて、異なる拡大率ｍとする光学配置例を示す断面図である。
【図６】図１のビーム拡大光学系３３で、各拡大率においてカバーガラス厚に誤差を与え、球面収差補償を行うときのレンズ間距離を示すグラフである。
【図７】図１の実施形態で、カバーガラス２７の厚み誤差を与え、球面収差補償を行うときの対物レンズ２６の結合効率を、拡大率ｍをパラメータとして示すグラフである。
【図８】図１の実施形態で、ビーム拡大光学系３３の各拡大率において入射側レンズ（Ｌ１）と出射側レンズ（Ｌ２）とに、光軸に対するチルトをそれぞれ与えるときの集光スポット面での波面収差を示すグラフである。
【図９】図１の実施形態で、ビーム拡大光学系３３により球面収差補正を行う際の集光スポット面での波面収差を、拡大率ｍをパラメータとして示すグラフである。
【図１０】本発明の実施の第２形態としての光ピックアップ装置４０の概略的な光学系の構成を示す簡略化した断面図である。
【図１１】従来例１の概略的な光学系の構成を示す簡略化した断面図である。
【図１２】従来例２の概略的な光学系の構成を示す簡略化した断面図である。
【符号の説明】
２０，４０ 光ピックアップ装置
２１ 半導体レーザ
２２ コリメートレンズ
２３ 光分岐素子
２４ 両凹レンズ
２５ 平凸レンズ
２６ 対物レンズ
２７ カバーガラス
２８ 光記録媒体
３１ 受光素子
３２ アパーチャ
３３，４３ ビーム拡大光学系
４５ レンズホルダ
４６ ガイドレール
４７ 駆動モータ
【産業上の利用分野】
本発明は、光ディスク等の記録媒体に対して半導体レーザなどの光源からの光束を照射し、記録媒体の記録面に情報を書込んで記録し、あるいは該記録媒体の記録面に書き込まれた情報を再生する光ピックアップ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、情報記録の分野においては、光学情報記録方式に関する研究が各所で進められている。この光学情報記録方式は、非接触で記録再生が行えること、再生専用型や追記型，書き換え可能型のそれぞれのメモリ形態に対応できること等の数々の利点を有し、安価な大容量メディアを実現し得るものとして、産業用から民生用まで幅広い用途が考えられている。
【０００３】
これら光学情報記録方式では、ディスク状の記録媒体である光ディスクが採用され、テープ状の記録媒体のようなシーケンシャルなアクセスに限られず、ランダムアクセスが可能である利点も有している。光ディスク装置の最近の流れとしては、ＣＤ（Compact Disc）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）などの１２０ｍｍ径ディスクのように既にデファクトスタンダードとなった形状の光ディスクにおいて単位面積当りの情報記録容量を増やす方向と、情報記録量を減らさずに（むしろ増やす方向に）光ディスク、ならびに光ディスク再生装置の大きさを小さくする方向との２つの座標軸が挙げられ、近年盛んに研究が行われている。
【０００４】
単位面積当りの情報記録容量を増やす方向としては、光源の波長を短波長化したり、対物レンズの開口数ＮＡ（Numerical Aparture）を大きくするといった方法が挙げられる。光源の短波長化については、近年の青色レーザの出現により大きな飛躍を遂げたが、さらなる短波長化に際しては光学部品の吸収が問題となることなど頭打ちの状態にある。一方、レンズＮＡの増加についてはレンズ設計により高ＮＡのレンズ設計は可能であるが、光ディスクの記録面を覆う光透過層の厚み誤差による球面収差、ならびにディスクのチルトによるコマ収差の影響が大きくなるなどの課題がある。なお、光透過層は必ずしもガラスを材料とはしていないけれども、本明細書では、「カバーガラス」と呼ぶこととする。
【０００５】
後者のコマ収差の影響についてはカバーガラスの厚みを薄くすることで影響を逃れることができる。前者のカバーガラスの厚み誤差については、５μｍ程度の厚み誤差があると、対物レンズを光軸方向に移動させるアクチュエータによるフォーカスサーボだけではスポットが絞れなくなるため、別途、収差補償の手法を確立する必要がある。
【０００６】
図１１は、このような球面収差補償を行う従来例を示す。この従来例は、特開平１１−２５９８９３号公報に図１として開示されているものに基づく。以後、この従来例を「従来例１」と呼ぶ。半導体レーザ１からの光は回折格子２と、光分岐素子３とを通過した後、コリメートレンズ４により平行光束化され、λ／４板５にて円偏光とされた後に、２枚組み対物レンズ６で集光されてカバーガラス７を有する記録媒体８上に集光される。なお、対物レンズ６には、フォーカスおよびトラッキングの調整用に、対物レンズ用２軸アクチュエータ９が設けられている。その後、記録媒体８から反射した信号光は光分岐素子３にて分岐され、反射光は入射側が円筒レンズで、出射側が凹レンズとなる複合レンズ１０によって受光素子１１上に集光され、記録信号ならびにサーボ信号が読取られる。ここではコリメートレンズ４を、コリメートレンズ用アクチュエータ１２を用い、カバーガラス７の厚みに応じて光軸方向に移動させることで、カバーガラス７の厚み誤差に起因する球面収差を低く抑えることが可能となる。
【０００７】
なお、従来例１の［００６６］段落等には、対物レンズの開口数ＮＡを、ＤＶＤに必要な０．６５程度よりも大きくする旨が記載され、［００７８］段落等には、対物レンズの開口数ＮＡを０．８５以上とすることが記載されている。
【０００８】
図１２は、従来例１とは別の従来例を示す。この従来例は、特開平５−２６６５１１号公報に図１として開示されているものに基づく。以後、この従来例を「従来例２」と呼ぶ。半導体レーザとコリメートレンズなどの組合わせにより平行化された光が２枚のレンズ１４，１５でビーム径を拡大するビーム拡大光学系を通る。光は、ビーム拡大光学系を通った後、４群のレンズからなる対物レンズ１６によってカバーガラス７を有する記録媒体８上に集光される。なお、記録媒体７から反射された光は、従来例１と同様に、図示しない光分岐素子にて分岐され受光素子にて記録信号ならびにサーボ信号が読みとられるものと推察される。
【０００９】
従来例２では、ビーム拡大光学系のレンズ１４，１５の一方を、移動機構１７でカバーガラス７の厚みに応じて光軸方向に移動させることで、カバーガラス７の厚み誤差に起因する球面収差を低く抑えることが可能となる。移動機構１７は、データ読取り手段１８によって記録媒体８の表面から読取られるレンズ間補正間隔データに応答して、変換／駆動を行う手段１９によって制御される。なお、図に見られるようにビーム拡大光学系のレンズ１４，１５の間隔は狭く、レンズ１４、１５による光束径の拡大率も小さいものとなっている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来例１の光学系は、コリメートレンズ４を用いて球面収差補償を行うために、従来部品の使用という点で部品点数削減といったメリットがある一方で、コリメートレンズ４はホルダを含めるとサイズならびに重量が非常に重くなってしまい、消費電力の点から図１１のような電磁式の駆動には不向きであるというデメリットが考えられる。
【００１１】
一方、従来例２の光学系は、図１２に見られるようにビーム拡大率が小さいビーム拡大光学系を用いて球面収差補償を行う構成となっており、ビーム径拡光学系のレンズ１４，１５間の間隔が短いために光ピックアップ装置を小型化し易いというメリットがある一方で、実施例１において後述するように、拡大率の低いビーム拡大光学系では波面収差が使用するレンズ等の光学素子のシフト・チルト誤差に影響を受け易くなるので、実装精度が要求され、低コストでの量産が難しいというデメリットが考えられる。
【００１２】
前述のように、記録媒体８である光ディスクは、記録面の保護などの理由によって光透過層としてのカバーガラス７を有しており、カバーガラス７を通して光を照射することにより記録・再生が行われる。ここでカバーガラス７に厚み誤差（δｔ）がある場合、次の関係式（１）で表されるような球面収差（Ｗ４０）が生じる（なお、ここでｎはカバーガラスの屈折率である）。
Ｗ４０＝（ｎ２−１）／（８ｎ３）・δｔ・ＮＡ４ …（１）
【００１３】
この（１）式より、カバーガラス７の厚み誤差に起因する球面収差は開口数ＮＡの４乗に比例して増加することが判る。すなわち、開口数ＮＡの大きい光学系の場合、カバーガラス７の厚み誤差を抑えることが重要である。しかし、カバーガラス７の厚み誤差を管理することは非常に難しく、単一ディスク内での厚みばらつきを管理することはできても、ディスク交換時の想定におけるディスク間の厚みバラツキを制御することは生産技術的に非常に難しく、量産性・他社製品との互換性を考えてもディスク厚を正確に管理することは得策ではない。
【００１４】
本発明の目的は、高密度記録におけるこのような問題点を解決するためのものであり、開口数ＮＡを大きくしても、ディスク間の厚みバラツキによる球面収差を充分に小さくすることができる調整機構を有する光ピックアップを提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、光源から出射される光束をコリメートレンズで平行光束化し、対物レンズで記録媒体上に集光するとともに、記録媒体からの反射光を対物レンズを通過させ、対物レンズとコリメートレンズとの間に配置される光分岐素子で分岐させて受光する光ピックアップ装置において、
光分岐素子と対物レンズとの間に、設けられ、光学素子を用いて構成され、該光分岐素子を透過した光束径を、拡大率（ｍ）が１．２以上１．５以下となるように拡大するとともに、光学素子のチルトが±１ｄｅｇ以下であるビーム拡大光学系を含み、
対物レンズの開口数ＮＡが０．８５であることを特徴とする光ピックアップ装置である。
【００１６】
本発明に従えば、ビーム拡大光学系を構成する光学素子の光軸が光束の方向に対して傾斜するチルトが発生した場合に、該チルトの最大量が±１ｄｅｇ以下であれば、拡大率（ｍ）を１．２以上とすることによって、開口数ＮＡが０．８５と大きくなっても、波面収差を０．０５λ以下に抑えることができるので、記録媒体の記録トラック内に集光スポットを所定の大きさで集光させることができる。
【００１７】
したがって、光ピックアップ装置にビーム拡大光学系を取り付ける際の実装精度を簡易化することができる。
【００１９】
また、記録媒体のカバーガラスに厚み誤差が生じた場合に、該厚み誤差量が±３０μｍ以下であれば、ビーム拡大光学系の拡大率（ｍ）を１．５以下とすることによって発生収差量を０．０５λ以下に抑えることができるので、記録媒体の記録トラック内に集光スポットを所定の大きさで集光させることができる。
【００２０】
また本発明で、前記ビーム拡大光学系は、
前記平行光束化される光束の方向に光軸を有し、光分岐素子側に配置される第１のレンズと、
第１のレンズと光軸を共有し、対物レンズ側に配置される第２のレンズとを含むことを特徴とする。
【００２１】
本発明に従えば、第１のレンズと第２のレンズとの間隔を変化させて、光束を拡大するビーム拡大光学系の拡大率を容易に調整し、適切な収差補正を行うことができる。
【００２２】
さらに本発明は、前記ビーム拡大光学系は、
該平行光束化される光束の方向に光軸を有し、光分岐素子側に配置される光学素子としての第１のレンズと、
第１のレンズと光軸を共有し、対物レンズ側に配置される光学素子としての第２のレンズと、
第２のレンズを光軸に沿って移動させる移動手段とを有することを特徴とする。
【００２３】
本発明に従えば、２枚のレンズの組合わせからなるビーム拡大光学系のレンズのうち、記録媒体側となる対物レンズ側に配置されてチルトに対する波面収差の増加量が少ない第２のレンズを移動手段で移動させるので、光軸方向にレンズを移動する際に生じるレンズホルダとガイドレールとのいわゆる「ガタ」によって発生するチルトに対する影響を少なくすることができる。
【００２４】
したがって、開口数ＮＡを０．８５と大きくする場合の収差補正のために、ビーム拡大光学系を構成するレンズの移動に起因したチルトが発生した場合においても、発生収差量をより小さくすることができるので、記録媒体の記録トラック内に集光スポットを所定の大きさで集光させることができる。
【００２５】
なお、光束径の拡大率（ｍ）を１．２以上に規定することにより、ビーム拡大光学系のレンズにチルトが発生した場合に、該チルトの最大量が±１ｄｅｇ以下であれば、波面収差を０．０５λ以下に抑えることができるので、記録媒体の記録トラック内に集光スポットを所定の大きさで集光させることができる。
【００２６】
また、光束径の拡大率（ｍ）を１．５以下に規定することにより、記録媒体のカバーガラスに厚み誤差が生じた場合に、該厚み誤差量が±３０μｍ以下であれば、発生収差量を０．０５λ以下に抑えることができるので、記録媒体の記録トラック内に集光スポットを所定の大きさで集光させることができる。
【００２７】
また本発明で、前記第１のレンズは両凹レンズであり、
前記第２のレンズは平凸レンズであることを特徴とする。
【００２８】
本発明に従えば、第１のレンズである両凹レンズの焦点距離を−ｆ１、第２のレンズである平凸レンズの焦点距離をｆ２とすると、光束径の拡大率（ｍ）は、ｍ＝ｆ２／ｆ１で導かれる。平凸レンズでは、焦点距離ｆ２が凸面側のレンズ半径で決定されるので、このレンズ半径によって拡大率を変化させることができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の第１形態における光ピックアップ装置２０の光学系の概略的な構成を示す。半導体レーザ２１からの光はコリメートレンズ２２により平行光束化される。平行光束は、光分岐素子２３を介して、第１のレンズである両凹レンズ２４と、第２のレンズである平凸レンズ２５とにより光束径を拡大された後で、２枚組の対物レンズ２６に導かれた後に、カバーガラス２７を介して光記録媒体２８の記録面上に集光させる。光記録媒体２８からの反射光は、入射光と逆の光路を辿った後に、光分岐素子２３で反射され、スポットレンズ２９で集光された後に円筒レンズ３０を通って、同一平面上に多分割の受光部を持つ受光素子３１に照射され、ここで記録信号、ならびにサーボ信号が検出される。なお、ここで対物レンズ２６としては２枚組レンズに限定されるものではなく、単レンズを用いた光学系であっても良い。
【００３０】
対物レンズ２６に入射する光束径は、アパーチャ３２の開口径よりも大きい必要がある。このため、光ピックアップ装置２０では、半導体レーザ２１からの光のビーム径を拡大する必要がある。本実施形態では、光分岐素子２３の後に、光学素子である両凹レンズ２４と平凸レンズ２５とを配置してビーム拡大光学系３３を構成して、光束径を拡大している。ビーム拡大光学系３３をこの位置に配置しているのは、ビーム拡大光学系３３を介した後に光分岐素子２３を通ると、光分岐素子２３でのビーム径が大きくなり、光分岐素子２３の部品形状も大きくする必要があるためである。したがって、光ピックアップ装置２０の省サイズ化を図るために、ビーム拡大光学系３３の位置を、拡大する光束が光分岐素子２３を通った後の位置に限定している。
【００３１】
ここで、ビーム拡大光学系３３は、カバーガラス２７の厚み誤差に起因する球面収差を補償するために設けるものであり、図１のように入射側に少なくとも片面に凹面を有するレンズ（以降、Ｌ１とする）、出射側に少なくとも片面に凸面を有するレンズ（以降、Ｌ２とする）の組合わせからなる。なお、Ｌ１、Ｌ２は球面レンズでも良いし、軸外収差特性を向上させるために非球面レンズとしてもよい。
【００３２】
ビーム拡大光学系３３が無い場合、コリメートレンズ２２から出た平行光を対物レンズ２６によって光記録媒体２８上に集光する際、カバーガラス２７の厚み誤差に起因する球面収差が生じるが、コリメートレンズ２２と対物レンズ２６との間にビーム拡大光学系３３の光学素子である両凹レンズ２４および平凸レンズ２５を配置し、レンズ間距離を調節することによりカバーガラス２７の厚み誤差に起因する球面収差とは逆位相の球面収差を発生させ、球面収差補償を行うことができる。
【００３３】
図２は、ビーム拡大光学系３３を用いて球面収差補償を行うための具体的な光学配置の例を示す。入射側の光束径Ｄ１を２．２７ｍｍとし、出射側の光束径Ｄ２を３．４ｍｍとするときに必要なビーム拡大率は、Ｄ２／Ｄ１＝３．４／２．２７＝１．４９８である。出射側の光束径Ｄ２は、アパーチャ３２の開口径Ｄ３、たとえば３ｍｍよりも大きくしておく必要がある。アパーチャ３２の開口径Ｄ３は、対物レンズ２６の有効径に応じて設定される。また、両凹レンズ２４のレンズ半径Ｒ１１，Ｒ１２は、それぞれ３２．６５ｍｍおよび１７．３９ｍｍである。両凹レンズ２４で最も薄くなる中央部分の厚みｔ１は、１ｍｍである。平凸レンズ２５で最も厚くなる中央部分の厚みｔ２は、１．４２ｍｍである。両凹レンズ２４と平凸レンズ２５との間のレンズ間距離Ｓ１は、５．９１４ｍｍである。
【００３４】
コリメートレンズ２２により平行光束化された光は、光分岐素子２３を介した後に両凹レンズ２４と平凸レンズ２５とからなるビーム拡大光学系３３により光束径を拡大された後、２枚組の対物レンズ２６に導かれ、さらにカバーガラス２７を介して光記録媒体２８に集光される。光記録媒体２８上のカバーガラス２７の厚みｔ０は、０．１ｍｍとする。
【００３５】
図３は、カバーガラス２７の厚み誤差に対して、ビーム拡大光学系３３の光学素子である両凹レンズ２４および平凸レンズ２５により球面収差補正を行う際の集光スポット面での波面収差特性、ならびにビーム拡大光学系３３でレンズ間距離特性を示す。なお、カバーガラス２７の厚さの理想値を、図２に従って０．１ｍｍとしている。
【００３６】
カバーガラス２７に厚み誤差がない場合、すなわち、０．１ｍｍの場合には、波面収差は０．００３λ程度であるが、カバーガラス２７に厚み誤差が生じるとビーム拡大光学系３３の両凹レンズ２４および平凸レンズ２５のレンズ間距離を変化させる補正を行わない、補正なし場合では、波面収差が非常に大きくなってしまう。一方、カバーガラス２７の厚みに応じて、ビーム拡大光学系３３の光学素子である両凹レンズ２４と平凸レンズ２５とのレンズ間距離を、図示した関係に従って変化させれば、波面収差を大幅に削減することが可能となる。
【００３７】
ところで、カバーガラス２７の厚み誤差は、現状の生産工程ではディスク面内で±２〜３μm以下、ディスク間で±５〜７μm以下であり、通常のディスクではトータル±１０μmの厚み誤差を考えれば充分と考えられるが、ＤＶＤの２層記録等のように同一の光ピックアップ装置を用いて記録面を２層化したディスクへ対応する場合には２０μm程度の層間厚での記録再生を行う必要があるため、全体としては±３０μm程度のカバーガラス厚誤差に対応する必要がある。なお、各光学部品の設定パラメータは以下の通りであり、対物レンズ２６の開口数ＮＡは、ＤＶＤで必要な０．６５よりも大きな０．８５という値となっている。
光源波長：４０５ｎｍ
第１レンズ硝材：ＳＦ４
第２レンズ硝材：ＢＫ７
対物レンズ開口数：０．８５
対物レンズ有効径：３．０ｍｍ
カバーガラス厚さ：０．１ｍｍ
【００３８】
図４は、ビーム拡大光学系３３の光学素子である両凹レンズ２４と平凸レンズ２５とを入れ替えることにより、光束径を縮小する具体的な光学配置を示す。この図ではコリメートレンズ２２からの出射光以降について、平凸レンズ２５と両凹レンズ２４、ならびにその入射・出射方向を入れ替えた構成とする。平凸レンズ２５へ入射する光束径Ｄ１１を５．１ｍｍとして、両凹レンズ２４から出射する光束径Ｄ２を３．４ｍｍすると、拡大率は０．６６７倍（＝３．４／５．１）となって、光束径を縮小している。この光学系ではビーム拡大光学系３３を構成する光学素子の配置順序を変えて光束径を縮小することになるため、対物レンズ２６の有効径以上の光束径を確保する目的で、コリメート出射光の段階において光束径を１．５倍としている。
【００３９】
図５は、ビーム拡大光学系３３の光学素子である両凹レンズ２４と平凸レンズ２５の各倍率における具体的な光学配置の例を示す。両凹レンズ２４および平凸レンズ２５のような凹レンズと凸レンズとを組合わせる光学系による光ビームの拡大率（ｍ）は、凹レンズの焦点距離（−ｆ１）と、凸レンズの焦点距離（ｆ２）とによって、関係式ｍ＝（ｆ２／ｆ１）で導かれる。凸レンズの焦点距離ｆ２は、その逆数がレンズ半径の逆数に関連する。平凸レンズ２５では、平面側のレンズ半径は無限大であって、その逆数は０であるので、凸面側のレンズ半径のみが焦点距離に関連する。したがって、両凹レンズ２４と平凸レンズ２５とを組合わせるビーム拡大光学系３３では、両凹レンズ２４は共通に使用し、平凸レンズ２５の凸面側のレンズ半径Ｒと、レンズ間距離Ｓとを変えることによって、拡大率（ｍ）を変化させるような設計変更を、比較的容易に行うことができる。
【００４０】
図５の（ａ）では、拡大率ｍ＝１．３５とするために、レンズ間距離Ｓ＝３．８４１ｍｍとし、平凸レンズ２５の凸面側レンズ半径Ｒ＝１０．０４ｍｍとする。（ｂ）では、拡大率ｍ＝１．２０とするために、レンズ間距離Ｓ＝１．７７７ｍｍとし、平凸レンズ２５の凸面側レンズ半径Ｒ＝８．９６ｍｍとする。（ｃ）では、拡大率ｍ＝１．１０とするために、レンズ間距離Ｓ＝０．４１１ｍｍとし、平凸レンズ２５の凸面側レンズ半径Ｒ＝８．２５ｍｍとする。（ｄ）では、拡大率ｍ＝０．６６７とするために、レンズ間距離Ｓ＝５．９１６ｍｍとし、平凸レンズ２５の凸面側レンズ半径Ｒ＝１１．１３ｍｍとする。
【００４１】
なお、図５においては、平凸レンズ２５のレンズ半径Ｒ以外の光学部品パラメータは図３に示すｍ＝１．５の場合と同じであるが、コリメート入射光の光束径（φ）をφ＝（３．４／ｍ）とすることで、ビーム拡大光学系３３から出射される段階での光束径を３．４ｍｍとしている。
【００４２】
図６は、両凹レンズ２４と平凸レンズ２５とによるビーム拡大光学系３３の各倍率において、カバーガラス厚に誤差を与え、球面収差補償を行ったときのビーム拡大光学系のレンズ間距離の変化特性の一例を示す。ｍ＝１．５は図２の光学配置に対応し、ｍ＝１．３５、ｍ＝１．２およびｍ＝１．２は、図５の（ａ）、（ｂ）および（ｃ）の光学配置にそれぞれ対応している。ビーム拡大光学系３３の拡大率ｍが減少するにしたがってレンズ間距離は短くなり、カバーガラス２７が厚くなるにしたがってビーム拡大光学系３３でのレンズ間距離は短くなる。
【００４３】
図７は、前述の各拡大率において、カバーガラス２７に厚み誤差を与え、球面収差補償を行ったときの対物レンズ２６の結合効率の一例を示す。ｍ＞１の拡大光学系については、カバーガラス厚変化±１０μmで結合効率の変動率が±２％と安定している。ｍ＝０．６６７の縮小光学系では、結合効率の変動率が±５〜６％となり、カバーガラス厚が厚くなるにしたがって結合効率の差は更に大きくなる。このことは、球面収差補償をすることで対物レンズ出射光の光量が変動し、光記録媒体２８からの反射光も変動することを意味する。したがって、信号光の安定化のためには、球面収差補償を行う光学系では、拡大光学系となるように、拡大率ｍは少なくともｍ＞１を満たす必要がある。
【００４４】
図８は、ビーム拡大光学系３３の各拡大率ｍにおいて、入射側レンズ（Ｌ１）と出射側レンズ（Ｌ２）とに、光軸に対するチルトを与えたときの集光スポット面での波面収差を示す。この際に現れる収差の主成分はコマ収差であるが、ビーム拡大光学系３３の拡大率が小さい方がチルトに対する収差発生量は小さく、また、Ｌ２よりもＬ１の方がチルトに対する収差発生量が大きいことが判る。
【００４５】
通常の光ピックアップ装置を汎用実装機に実装することを想定する場合、実装時に最大で±１ｄｅｇのチルトが発生することが想定される。また、光記録媒体２８の記録トラック内に集光スポットを絞り込むためには、発生収差量を０．０５λ以下にする必要がある。ｍ＝１．１でＬ１側に１ｄｅｇのチルトがあると、波面収差は０．０５λよりも大きくなってしまう。したがって、これら条件を満足するためにはビーム拡大光学系３３の拡大率を、ｍ≧１．２とする必要がある。
【００４６】
なお、図６に見られるように、拡大率ｍが１．２以下になるとカバーガラス厚±３０μｍにおいてビーム拡大光学系３３でのレンズ間距離が０以下となって、レンズ間距離を確保することができなくなる。したがって機構上の点からもｍ≧１．２を満たす必要がある。
【００４７】
図９は、ビーム拡大光学系３３に対し、各拡大率ｍにおいて、カバーガラス２７に厚み誤差を与え、球面収差補償を行ったときの集光スポット面での波面収差の一例を示す。図に見られるように、ビーム拡大光学系３３の拡大率ｍが増加するに従って球面収差が増加する。前述のカバーガラス厚み誤差±３０μｍにおいて発生収差量を０．０５λ以下にするためには、拡大率ｍ＝１．６では波面収差が大きくなってしまい、拡大率をｍ≦１．５にする必要があることも判る。
【００４８】
したがって、ビーム拡大光学系３３でのレンズ間距離の確保、レンズ組立て誤差マージンの確保、ならびに集光スポットを充分に絞り込むために、ビーム拡大光学系３３の拡大率は、１．２≦ｍ≦１．５を満足する必要がある。
【００４９】
図１０は、本発明の実施の第２形態における光ピックアップ装置４０の光学系の概略的な構成を示す。本実施形態で、図１の実施形態に対応する部分には同一の参照符を付し、重複する説明を省略する。本実施形態では、光分岐素子２３と対物レンズ２６との間に、基本的に図１のビーム拡大光学系３３と同様なビーム拡大光学系４３を配置する。ただし、第２レンズＬ２となる平凸レンズ２５について光軸方向に移動可能とし、レンズ間距離を変更可能にする。任意の厚み誤差をもつ記録媒体２８を入れ替えた場合、若しくは記録面を２層化したディスクへの記録再生を行う際に、ビーム拡大光学系４３のレンズ間距離を変えれば、厚み誤差によって生じる球面収差を補償することが可能となる。
【００５０】
本実施形態では、出射側となる第２レンズＬ２について移動可能としている。これは、入射側となる第１レンズＬ１と第２レンズＬ２とを比較した場合、図８に見られるように、第２レンズＬ２の方がチルトに対する波面収差の増加量が少なくなるためである。光軸方向にレンズを移動可能にする際には、レンズホルダ４４とガイドレール４５との間に、いわゆる「ガタ」が発生することは不可避である。このような「ガタ」によって発生するチルトに対して、第１レンズＬ１よりも第２レンズＬ２のマージンの方が広くなるため、第２レンズＬ２の方を移動させる。
【００５１】
一方、図１２に示す従来例２では、入射側のレンズを移動可能としている。これは入射側のレンズの光束径が小さいために、レンズ外形、ならびにレンズ重量を小さくすることができることにより、アクチュエータによる高速駆動がやり易いことによると推察される。球面収差の補償を行う必要があるのは、ディスクの交換の際などに限られるため、必ずしも高速駆動を必要とするものではなく、レンズ重量の差は大きな影響を与えるものではないと考えられる。
【００５２】
なお、本実施形態で第２レンズＬ２の移動手段としては、図に見られるように駆動モータ４７を用いる方法の他に、図１１に示す従来例１と同様に、電磁式アクチュエータを用いる方法なども使用可能であるが、手段はこれらに限定されるものではない。
【００５３】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、ビーム拡大光学系を構成する光学素子にチルトが発生した場合に、該チルトの最大量が±１ｄｅｇ以下であれば、拡大率（ｍ）を１．２以上とすることによって、開口数ＮＡが０．８５と大きくても波面収差を０．０５λ以下に抑えることができるので、記録媒体の記録トラック内に集光スポットを所定の大きさで集光させることができる。したがって、光ピックアップ装置にビーム拡大光学系を取り付ける際のレンズ実装公差を拡げることができ、これにより、光ピックアップ装置の実装時におけるレンズ実装を簡易化することができるという効果を奏する。
【００５４】
また、ビーム拡大光学系での光束径の拡大率（ｍ）を１．５以下としているので、記録媒体のカバーガラスに厚み誤差が生じた場合に、該厚み誤差量が±３０μｍ以下であれば、発生収差量を０．０５λ以下に抑えることができ、記録媒体の記録トラック内に集光スポットを所定の大きさで集光させることができるという効果を奏する。
【００５５】
また本発明によれば、ビーム拡大光学系で第１のレンズと第２のレンズとの間隔を変化させて、光束径の拡大率を容易に調整し、適切な収差補正を行うことができる。
【００５６】
さらに本発明によれば、２枚のレンズの組合わせからなるビーム拡大光学系のレンズのうち、出射側のレンズを光軸方向に移動可能とすることによって、球面収差補正時においてレンズホルダとガイドレールとの「ガタ」によるチルトに対して発生する収差発生量を、開口数ＮＡが０．８５と大きくても、小さくすることができる。これにより、記録媒体上スポットの集光特性を劣化させることなく、光ピックアップ装置のディスク交換時などにおいて生じる球面収差をビーム拡大光学系により補償することができるという効果を奏する。
【００５７】
また本発明によれば、平凸レンズの凸面側のレンズ半径によって、光束径の拡大率（ｍ）を変化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の第１形態としての光ピックアップ装置２０の概略的な光学系の構成を示す簡略化した断面図である。
【図２】図１のビーム拡大光学系３３の構成を示す断面図である。
【図３】図１の光ピックアップ装置２０で、カバーガラス厚さの変化に対するビーム拡大光学系３３による球面収差補正の効果と、補正に必要なレンズ間距離を示すグラフである。
【図４】図１のビーム拡大光学系３３で、第１レンズと第２レンズとの配置を逆にして、光束径を縮小する場合の具体的な光学配置を示す断面図である。
【図５】図１のビーム拡大光学系３３で、レンズ間距離Ｓと平凸レンズ２５のレンズ半径Ｒとを変えて、異なる拡大率ｍとする光学配置例を示す断面図である。
【図６】図１のビーム拡大光学系３３で、各拡大率においてカバーガラス厚に誤差を与え、球面収差補償を行うときのレンズ間距離を示すグラフである。
【図７】図１の実施形態で、カバーガラス２７の厚み誤差を与え、球面収差補償を行うときの対物レンズ２６の結合効率を、拡大率ｍをパラメータとして示すグラフである。
【図８】図１の実施形態で、ビーム拡大光学系３３の各拡大率において入射側レンズ（Ｌ１）と出射側レンズ（Ｌ２）とに、光軸に対するチルトをそれぞれ与えるときの集光スポット面での波面収差を示すグラフである。
【図９】図１の実施形態で、ビーム拡大光学系３３により球面収差補正を行う際の集光スポット面での波面収差を、拡大率ｍをパラメータとして示すグラフである。
【図１０】本発明の実施の第２形態としての光ピックアップ装置４０の概略的な光学系の構成を示す簡略化した断面図である。
【図１１】従来例１の概略的な光学系の構成を示す簡略化した断面図である。
【図１２】従来例２の概略的な光学系の構成を示す簡略化した断面図である。
【符号の説明】
２０，４０ 光ピックアップ装置
２１ 半導体レーザ
２２ コリメートレンズ
２３ 光分岐素子
２４ 両凹レンズ
２５ 平凸レンズ
２６ 対物レンズ
２７ カバーガラス
２８ 光記録媒体
３１ 受光素子
３２ アパーチャ
３３，４３ ビーム拡大光学系
４５ レンズホルダ
４６ ガイドレール
４７ 駆動モータ
Claims (4)
- 光源から出射される光束をコリメートレンズで平行光束化し、対物レンズで記録媒体上に集光するとともに、記録媒体からの反射光を対物レンズを通過させ、対物レンズとコリメートレンズとの間に配置される光分岐素子で分岐させて受光する光ピックアップ装置において、
光分岐素子と対物レンズとの間に、設けられ、光学素子を用いて構成され、該光分岐素子を透過した光束径を、拡大率（ｍ）が１．２以上１．５以下となるように拡大するとともに、光学素子のチルトが±１ｄｅｇ以下であるビーム拡大光学系を含み、
対物レンズの開口数ＮＡが０．８５であることを特徴とする光ピックアップ装置。 - 前記ビーム拡大光学系は、
前記平行光束化される光束の方向に光軸を有し、光分岐素子側に配置される第１のレンズと、
第１のレンズと光軸を共有し、対物レンズ側に配置される第２のレンズとを含むことを特徴とする請求項１記載の光ピックアップ装置。 - 前記ビーム拡大光学系は、
該平行光束化される光束の方向に光軸を有し、光分岐素子側に配置される光学素子としての第１のレンズと、
第１のレンズと光軸を共有し、対物レンズ側に配置される光学素子としての第２のレンズと、
第２のレンズを光軸に沿って移動させる移動手段とを有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。 - 前記第１のレンズは両凹レンズであり、
前記第２のレンズは平凸レンズであることを特徴とする請求項３記載の光ピックアップ装置。
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