JP4046580B2 - 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】
この発明は、光ピックアップ装置に関し、特に光ディスクの信号記録層上に形成されたカバー層の厚さが基準値からずれることにより生じる球面収差の補正が可能な、記録および／または再生を行なう光ピックアップ装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
近年、光ディスクは、映像データ、音声データおよびコンピュータデータなどのデータを記録する媒体として広く使用されており、光ディスクに対する高記録密度化および大容量化の要求は、ますます強くなっている。
【０００３】
この光ディスクは、信号記録層上に光を透過するカバー層を有しており、このカバー層を透過して信号記録層に光を照射することにより記録および／または再生が行なわれる。また、対物レンズは、カバー層の厚さが基準値（光ディスクの規格値の標準値）のときに、信号記録層上で球面収差が最小となるように設計されている。このため、片面に複数の信号記録層がある場合、またはカバー層の厚さに製造上のばらつきがある場合など、カバー層の厚さが基準値からずれると球面収差が発生する。
【０００４】
このようなカバー層の厚さの基準値からのずれによって発生する球面収差を補正する手段として、２枚の凸レンズ、または１枚の凸レンズと１枚の凹レンズからなるビームエキスパンダをコリメータレンズと対物レンズの間に配置し、これら２枚のレンズ間の距離を調整して、光の平行度を調整する光ピックアップ装置がある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
このビームエキスパンダは、対物レンズに入射する光を収束光または拡散光とすることにより、対物レンズからの射出光にあらかじめ球面収差を発生させて、カバー層の厚さの基準値からのずれによって発生する球面収差を補正する。
【０００６】
すなわち、カバー層の厚さが基準値からずれている場合には、ビームエキスパンダにより射出光を平行光から拡散光または収束光に変化させる。例えば、カバー層の厚さが薄い場合には、対物レンズに収束光を入射させ、これによって対物レンズで発生する球面収差を、カバー層が薄くなったことによって生じた球面収差で相殺し、信号記録層ではほぼ無収差とする。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−１７０２７６号公報（第３−４頁、第２−３図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、光ピックアップ装置にビームエキスパンダを配置すると、光ピックアップ装置全体が非常に大きくなるという問題がある。また、ビームエキスパンダを配置することによって、光ピックアップ装置はレンズを２枚多く使用することになるので、光軸の調整が複雑になるという問題もある。
【０００９】
それゆえに、この発明の主たる目的は、小型で、光軸の調整が容易な球面収差の補正手段を有する、光ピックアップ装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明は、信号記録層の上にカバー層が形成されている光ディスクの記録および／または再生を行なう光ピックアップ装置であって、光源、光源からの光を、カバー層を透過して信号記録層に集光させる対物レンズ、光源と対物レンズとの間に配置されたコリメータレンズ、コリメータレンズの周囲に巻かれた第１駆動コイルと、第１駆動コイルに磁界が作用するように配置された第１マグネットとを含み、第１駆動コイルに電流を流すことによってコリメータレンズをその光軸に沿って移動させるコリメータレンズ移動手段、第１駆動コイルと所定の距離を隔てて配置され、光軸を挟んで対向しかつ逆向きに巻かれた２つのコイルからなる第２駆動コイルと、第２駆動コイルに光軸に対して対称となる磁界が作用するように配置された第２マグネットとを含み、第２駆動コイルに電流を流すことによって、第２駆動コイルに光ディスクのラジアル方向の力を発生させるラジアル方向駆動手段、および光軸を挟んで対向しかつ逆向きに巻かれた２つのコイルからなり、それらが第２駆動コイルの各々の間に配置された第３駆動コイルと、第３駆動コイルに光軸に対して対称となる磁界が作用するように配置された第３マグネットとを含み、第３駆動コイルに電流を流すことによって第３駆動コイルを構成する２つのコイルに光ディスクのタンジェンシャル方向の力を発生させるタンジェンシャル方向駆動手段を備える、光ピックアップ装置である。
【００１１】
【作用】
光ピックアップ装置は、光源と、カバー層が形成されている光ディスクの信号記録層に光源からの光を集光させる対物レンズと、光源と対物レンズとの間に配置されたコリメータレンズと、コリメータレンズ移動手段と、ラジアル方向駆動手段と、タンジェンシャル方向駆動手段とを含む。コリメータレンズ移動手段は、コリメータレンズの周囲に巻かれた第１駆動コイルと、第１駆動コイルに磁界が作用するように配置された第１マグネットとを含む。第１駆動コイルに電流を流すと、第１駆動コイルは、電流と第１マグネットからの磁界との相互作用によって光軸方向に力を受ける。この力によって、コリメータレンズは光軸に沿って前後に移動して、対物レンズへの入射光が拡散光または収束光となる。この結果、光ディスクのカバー層の厚さが基準値からずれたために生じた球面収差とは逆方向の球面収差が発生する。この逆方向の球面収差は、カバー層の厚さが基準値からずれたときに生じる球面収差を打ち消すことができる。
ラジアル方向駆動手段は、互いに逆向きに巻かれ、光軸を挟んで対向して配置された２つのコイルと、これらのコイルに磁界が作用するように配置された第２マグネットを含む。２つのコイルは互いに逆向きに巻かれているので、電流は互いに逆向きに流れる。このため、第２マグネットからの光軸に対して対称な磁界がこの電流に作用すると、２つのコイルには光軸方向に互いに逆向きの力が働いて、コリメータレンズの傾きを補正することができる。また、タンジェンシャル方向駆動手段は、互いに逆向きに巻かれ、第２駆動コイルの２つのコイルの間に、光軸を挟んで対向して配置された２つのコイルと、これらのコイルに磁界が作用するように配置された第３マグネットを含む。この２つのコイルも互いに逆向きに巻かれているため、電流は互いに逆向きに流れる。このため、第３マグネットからの光軸に対して対称な磁界がこの電流に作用すると、２つのコイルには光軸方向に互いに逆向きの力が働いて、コリメータレンズの傾きを補正することができる。このようにして、ラジアル方向駆動手段およびタンジェンシャル方向駆動手段によって、こま収差の発生を防止することができる。
【００１２】
第１駆動コイルはコリメータレンズを保持するレンズホルダの周囲に巻かれ、第２駆動コイルと第３駆動コイルは第１駆動コイルから所定の距離を隔ててレンズホルダ上に配置されていることが好ましい。この場合、各駆動コイルは、他の駆動コイルからの影響を受けることなくそれぞれの機能を発揮するとともに、コンパクトに配置することができる。
また、第４マグネットは、第１マグネット、第２マグネットおよび第３マグネットを含み、光軸を囲むように配置されていることが好ましい。この場合、第１マグネット、第２マグネットおよび第３マグネットを第４マグネットとして１つのマグネットにまとめることができるので、光ピックアップ装置のマグネットを小型化することができる。
また、第４マグネットは４つの分割片に分割されており、各分割片は第２駆動コイルおよび第３駆動コイルを構成する４つのコイルにそれぞれ隣接して配置されていることが好ましい。この場合、第２駆動コイルおよび第３駆動コイルには、第４マグネットの各分割片から効率よく磁界を与えることができる。
さらに、レンズホルダは、第２駆動コイルと第３駆動コイルを構成する４つのコイルの間から外側にそれぞれ延びるサスペンションワイヤによって支えられることが好ましい。この場合、第１駆動コイルによってコリメータを光軸方向に移動できるとともに、第２駆動コイルと第３駆動コイルによってラジアル方向およびタンジェンシャル方向に容易に傾けることができる。
【００１３】
また、光ピックアップ装置は、光源の周囲温度を測定する温度センサをさらに備えて、移動手段はこの温度センサが測定した温度に応じてコリメータレンズを移動させることが好ましい。光源の周囲温度により、光源からの光の波長が変動し、カバー層の屈折率も波長に応じて変わるので、球面収差が発生する。このため、温度センサによって得られた光源の周囲温度に基づいて、コリメータレンズを光軸に沿って移動させることにより、球面収差を抑制する。
【００１４】
また、光ピックアップ装置は、光源の出力を測定する出力センサを備えていることが好ましい。光源の出力により、光源からの光の波長が変動し、カバー層の屈折率も波長に応じて変わるので、球面収差が発生する。このため、出力センサによって得られた光源の出力に基づいて、コリメータレンズを光軸に沿って移動させることにより、球面収差を抑制する。
【００１５】
また、光ピックアップ装置は、対物レンズ駆動用アクチュエータのフォーカス駆動電圧と電圧感度とに基づいて算出された対物レンズの光軸方向の位置情報に応じて、移動手段によりコリメータレンズを移動させることが好ましい。光ディスクの信号記録層に焦点を合わせるために、対物レンズを移動させれば、対物レンズとコリメータレンズとの距離も変わり、球面収差が発生する。このため、光ピックアップ装置は、対物レンズのフォーカス方向である光軸方向の位置情報を、対物レンズ駆動用アクチュエータのフォーカス駆動電圧と電圧感度から計算する機能を備えていて、球面収差を抑制する。
【００２０】
【発明の効果】
この発明によれば、カバー層の基準値からのずれによる球面収差を補正するために、新たにコリメータレンズを光軸に沿って移動させる移動手段を組み込むだけでよいので、光ピックアップ装置も小型化できる。また、球面収差を補正するための新たなレンズを必要としないので、光軸の調整を容易に行なうことができる。
【００２１】
この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。
【００２２】
【実施例】
図１を参照して、光ディスクの記録、再生に使用する光ピックアップ装置１０の実施例について説明する。図１には、この光ピックアップ装置の斜視図、平面図および側面図がそれぞれ示されている。光源である半導体レーザ１２から射出された直線偏光のレーザ光は、偏光ビームスプリッタ１４を透過した後、１／４波長板１６により円偏光に変換される。
【００２３】
この円偏光に変換されたレーザ光は、コリメータレンズユニット１８に組み込まれたコリメータレンズによって平行光にされる。このコリメータレンズユニット１８は、レーザ光の光軸に沿って前後に移動できるようになっている。その構造の詳細については後述する。
【００２４】
平行光にされたレーザ光は、次に４５度反射ミラー２０により対物レンズ２２が配置されている方向に反射され、対物レンズ２２によって光ディスク２４の信号記録層に集光される。
【００２５】
そして、光ディスク２４により反射された円偏光のレーザ光は、再び４５度反射ミラー２０で反射された後、コリメータレンズユニット１８に組み込まれたコリメータレンズを透過し、さらに１／４波長板１６により最初の偏光方向に対して９０度回転した直線偏光のレーザ光に変換される。このレーザ光は、偏光ビームスプリッタ１４によって、入射方向と９０度の角度をなす方向に反射される。
【００２６】
反射された光は、集光レンズ２６、およびフォーカスサーボができるように非点収差を引き起こす円筒レンズ２８を経て、光検出器３０に入射する。この光検出器３０はフォトダイオードからなり、入射した光の強度に応じた出力信号が出力される。
【００２７】
図２〜４を参照して、光ディスク２４のカバー層の厚さが基準値からずれることにより発生する球面収差と、この球面収差を補正するために、対物レンズ２２に入射させる入射光との関係について説明する。
【００２８】
まず、図２（ａ）を参照して、対物レンズ２２に平行光を入射させると、この平行光はディスク表面２４ａからカバー層３２ａを透過して、ディスク表面２４ａに近い第１信号記録層２４ｂに集光するように対物レンズ２４を設計した場合、第１信号記録層２４ｂに集光するスポット光の球面収差は最小となる。
【００２９】
この対物レンズ２２を使用して、図２（ｂ）に示すように、第１信号記録層２４ｂよりも深い位置にある第２信号記録層２４ｃに平行光を集光させると、基準値よりも厚いカバー層３２ａ、３２ｂを透過するので、球面収差が発生する。そこで、対物レンズ２２への入射光を拡散光とすると、この球面収差をほぼ相殺するような球面収差が生じ、第２信号記録層２４ｃに集光するスポット光の球面収差を抑制することができる。
【００３０】
次に、図３（ａ）を参照して、対物レンズ２２に平行光を入射させると、この平行光はディスク表面２４ａからカバー層３２ａ、３２ｂを透過して第２信号記録層２４ｃに集光するように対物レンズ２２を設計した場合、第２信号記録層２４ｃではスポット光の球面収差は最小となる。
【００３１】
この対物レンズ２２を使用して、図３（ｂ）に示すように、第１信号記録層２４ｂに集光させると、平行光が透過するカバー層３２ａの厚さが薄いため、球面収差が生じる。そこで、対物レンズ２２への入射光を収束光とすると、この球面収差をほぼ相殺するような球面収差が生じ、第１信号記録層２４ｂに集光するスポット光の球面収差を抑制することができる。
【００３２】
さらに、図４（ａ）を参照して、対物レンズ２２に平行光を入射させると、この平行光は第１信号記録層２４ｂと第２信号記録層２４ｃに挟まれたカバー層３２ｂとのちょうど中間の位置２４ｄに集光するように対物レンズ２２を設計した場合、その中間の厚さの位置２４ｄでスポット光の球面収差は最小となる。
【００３３】
この対物レンズ２２を使用して、図４（ｂ）に示すように、第１信号記録層２４ｂに集光する場合には、入射光は基準値よりも薄いカバー層３２ａを透過することになるので、第１信号記録層２４ｂで球面収差が発生する。このとき、対物レンズ２２に入射する光を収束光にすると、この球面収差をほぼ相殺するような球面収差が生じるので、第１信号記録層２４ｂに集光するスポット光の球面収差を抑制することができる。
【００３４】
また、図４（ｃ）に示すように、第２信号記録層２４ｃに集光する場合は、入射光は基準値よりも厚いカバー層３２ａ、３２ｂを透過することになるので、第２信号記録層２４ｃで球面収差が発生する。このとき、対物レンズ２２に入射する光を拡散光にすると、この球面収差をほぼ相殺するような球面収差が生じるので、第２信号記録層２４ｃに集光するスポット光の球面収差を抑制することができる。
【００３５】
このように対物レンズ２２への入射光を収束光または拡散光として球面収差を抑制することにより、記録および／または再生特性の劣化を低減することができる。
【００３６】
なお、光ディスク２４のカバー層３２ａ、３２ｂの厚さは、光ディスク２４製造時の膜厚のばらつきにより、基準値からずれることもあるが、この場合も同様にして球面収差を抑制することができる。
【００３７】
また、光源である半導体レーザの温度、出力などが変動すると、それに伴い波長がわずかながら変動する。このとき、レーザ光の波長に対応する光ディスク２４のカバー層の屈折率も変わるので球面収差が発生するが、この場合も同様に球面収差を抑制することができる。
【００３８】
次に、図５を参照して、コリメータレンズ３４の位置によって、対物レンズ２２への入射光が平行光、拡散光、収束光となることを説明する。ここで、光源１２の位置と対物レンズ２２の位置は固定されており、コリメータレンズ３４のみが光軸方向に前後に移動可能である。また、ａは対物レンズ２２の射出側の焦点距離（後側焦点距離）であり、ｂは対物レンズ２２の入射側の焦点距離（前側焦点距離）である。
【００３９】
図５の中央の図は、光ディスクのカバー層の厚さが、基準値である場合を示している。このときのコリメータレンズ３４の位置は、対物レンズ２２側に、光源１２からコリメータレンズ３４の焦点距離だけ離れた位置にあるので、コリメータレンズ３４から射出される光は平行光となる。
【００４０】
図５の上側の図は、光ディスクのカバー層の厚さが基準値よりも厚い場合を示している。このときのコリメータレンズ３４の位置は、図５の中央の図の場合に比べて、光源１２側に移動しているので、コリメータレンズ３４から射出される光は拡散光となる。
【００４１】
図５の下側の図は、光ディスクのカバー層の厚さが基準値よりも薄い場合を示している。このときのコリメータレンズ３４の位置は、図５の中央の図の場合に比べて、対物レンズ２２側に移動しているので、コリメータレンズから射出される光は収束光となる。
【００４２】
次に、図６を参照して、光ディスクのカバー層の厚さが７０μｍから１３０μｍの範囲で発生する球面収差と、この球面収差に対して上述の補正を行なった場合のシミュレーション結果について説明する。ここで、カバー層の厚さの基準値を１００μｍ、対物レンズの開口数ＮＡを０．８５、対物レンズの焦点距離を２．３５ｍｍ、レーザ光の波長を４０５ｎｍ、コリメータレンズの焦点距離を１４．１ｍｍとした。
【００４３】
例えば、カバー層の厚さが基準値である１００μｍから±１０μｍはずれた場合、すなわちカバー層の厚さが１１０μｍまたは９０μｍの場合には、図６からわかるように、球面収差の発生量は約０．１λ（「λ」は光の波長、以下同じ）にまで増加する。一般に、良好な記録再生特性を得るためには球面収差の発生量は、光ピックアップ装置全体で０．０７λ以下に抑えなければ、良好な記録再生特性は得られないとされているので、球面収差の発生量が０．１λでは良好な記録再生特性は得られない。
【００４４】
そこで、この場合に、コリメータレンズを光軸方向で前後に動かして、コリメータレンズから射出される光を拡散光または収束光とする補正を行なうと、図６から、球面収差の発生量を０．００５λ以下と、補正を行なわない場合に比べて大幅に抑制できることがわかる。このように、球面収差の発生量が０．００５λ以下であれば記録再生特性への影響はほとんどないと考えられる。
【００４５】
例えば、光ディスクのカバー層の基準値が１００μｍの場合に、球面収差を補正するために必要なコリメータレンズの移動量を求める。ここで、移動量は、コリメータレンズが平行光を射出する位置、すなわち発光点から対物レンズ側にコリメータの焦点距離だけ離れた位置を基準に考える。
【００４６】
図６に示すように、例えば、カバー層の厚さが１０μｍ厚くなって１１０μｍになった場合、コリメータレンズを、発光点側へ０．１８３５ｍｍ、すなわち−０．１８３５ｍｍだけ移動させる必要がある。また、カバー層の厚さが１０μｍ薄くなって９０μｍになった場合、対物レンズ側へ０．１７０７ｍｍ、すなわち＋０．１７０７ｍｍだけ移動させればよい。このように、カバー層の厚さが基準値からずれることによって生じる球面収差を、補正によって相殺するためには、図６のグラフに基づいてコリメータレンズユニットを駆動すればよいことがわかる。
【００４７】
次に、図７を参照して、コリメータレンズユニット１８の構造およびその動作原理について説明する。コリメータレンズユニット１８は可動部４４を含み、この可動部４４は、コリメータレンズ３４が嵌め込まれているコリメータレンズホルダ３６と、このコリメータレンズホルダ３６の周囲に配置された第１駆動コイル３８、第２駆動コイル４０および第３駆動コイル４２から構成されている。
【００４８】
第１駆動コイル３８は、第２駆動コイル４０および第３駆動コイル４２から離れた位置で、コリメータレンズホルダ３６の外周部を、光軸と直交するように巻かれている。
【００４９】
次に、第２駆動コイル４０は、光ディスクの主面に対して平行な方向であるＹ方向に、２つのコイル４０ａ、４０ｂが光軸を挟んで対向して配置されており、互いに逆向きに巻かれて結線されている。
【００５０】
また、第３駆動コイル４２は、光ディスクの主面に対して垂直な方向であるＺ方向に、２つのコイル４２ａ、４２ｂが光軸を挟んで対向して配置されており、互いに逆向きに巻かれて結線されている。そして、第２駆動コイル４０の２つのコイル４０ａ、４０ｂおよび第３駆動コイル４２の２つのコイル４２ａ、４２ｂによって、コリメータレンズホルダ３６の外周部を囲んでいる。
【００５１】
さらに、可動部４４の外周部全体を囲むように、マグネット４６が配置され、このマグネット４６は第２駆動コイル４０、第３駆動コイル４２に対応して４分割されている。このマグネットの内周面が、例えばＳ極であるとき、外周面はＮ極であるため、このときマグネットによる磁界の方向は、光軸と直行し、内周側から外周側に向かって放射状に出ていく方向である。
【００５２】
ヨーク４８は円筒状の外壁とその内部に、外壁と同心円をなす円筒状の内壁からなり、この外壁と内壁に挟まれた空間に、マグネット４６とマグネット４６によってその外周を取り囲まれた可動部４４が配置されている。このヨーク４８は、マグネット４６とともに磁気回路を構成し、マグネット４６により発生する磁界の強度を強める働きをしている。
【００５３】
さらに、第２駆動コイル４０と第３駆動コイル４２の端面が互いに向かい合う４箇所の位置に対応するヨーク４８の外周部に、それぞれ接続基板５０が取付けられおり、各接続基板５０には可動部４４を支えるサスペンションワイヤ５２が２本ずつ固定されて、可動部４４を支えている
次に、図８を用いて、第１駆動コイル３８、第２駆動コイル４０、第３駆動コイル４２の役割を説明する。まず、第１駆動コイル３８は、すでに説明したように、光軸の周りを光軸に直行する方向にコイルが巻かれている。この第１駆動コイル３８に電流を流すと、その外周部を囲んでいるマグネット４４によって発生する、光軸と直交する放射線状の磁界によって、フレミング左手の法則により第１駆動コイル３８に電流の向きおよび磁界の方向のいずれにも垂直な方向である光軸方向に力が働く。
【００５４】
例えば、図８（ａ）に示すように、第１駆動コイル３８に流れる電流を矢印の向きである右回りに流し、磁界の方向をマグネット４６の内周側から外周側に向かう方向とすると、第１駆動コイルには、光軸方向を対物レンズから遠ざかる方向（紙面に垂直に遠ざかる方向）に力が作用する。このため、コリメータレンズユニットは、光軸上を対物レンズから離れる方向に移動するので、コリメータレンズから射出される光は拡散光となる。このように、光ディスクの信号記録層上に生じる球面収差の補正は、第１駆動コイル３８に電流を流して光軸上で可動部を前後に移動させることにより行なう。
【００５５】
次に、第２駆動コイル４０を構成する２つのコイル４０ａ、４０ｂも、光軸に直行する方向に巻かれているが、互いに逆向きに巻かれて結線されている。このため、一方のコイル４０ａに電流を流すと、他方のコイル４０ｂには逆方向の電流が流れるので、フレミング左手の法則により、光軸と平行な方向に互いに逆方向に引っ張る力が生じる。したがって、コリメータレンズを光ディスクのラジアル方向に傾けることができるので、この方向の傾きを補正することができる。
【００５６】
同様に、第３駆動コイル４２を構成する２つのコイル４２ａ、４２ｂにも、光軸に直行する方向にコイルが巻かれているが、互いに逆向きに巻かれて結線されている。このため、一方のコイル４２ａに電流を流すと、フレミング左手の法則により、他方のコイル４２ｂには互いに逆方向の電流が流れるので、光軸と平行な方向に、互いに逆方向に引っ張る力が生じる。したがって、コリメータレンズを光ディスクのタンジェンシャル方向に傾けることができるので、この方向の傾きを補正することができる。
【００５７】
これら第２駆動コイル４０または第３駆動コイル４２によるコリメータレンズのラジアル方向またはタンジェンシャル方向の傾きの補正は、コマ収差が発生する場合に行なう。すなわち、上述の第１駆動コイル３８によってコリメータレンズを移動させたときにコリメータレンズが傾いた場合、ディスクが傾いた場合または光ピックアップ装置の組立誤差が生じた場合などである。この補正を行なうと、コマ収差を低減することができるので、良好な記録および／または再生を行なうことができる。
【００５８】
次に、図９を参照して、光ピックアップ装置１０を用いた光ディスク記録および／または再生装置５４について説明する。この光ディスク記録および／または再生装置５４は、光ピックアップ装置１０を含み、さらに信号生成回路５６、半導体レーザ駆動回路５８およびコンピュータ６０を備える。
【００５９】
光ピックアップ装置１０は、さらに半導体レーザの周囲温度を測定する温度センサ６２および半導体レーザ１２の出力をモニタする出力センサとして機能するフロントモニタダイオード６４を備えており、これらの測定結果は、コンピュータ６０に送られる。
【００６０】
また、光検出器３０には信号生成回路５６が接続され、この信号生成回路５６で光検出器３０からの出力信号に基づいてフォーカスエラー信号、トラッキングエラー信号、ＲＦ信号などの信号が生成され、これらの信号もコンピュータ６０に伝えられる。
【００６１】
コンピュータ６０は、フォーカスエラー信号によって、レーザ光が光ディスク２４の信号記録層に焦点が合っていないことを知ると、対物レンズ２２のアクチュエータ６６を駆動して、対物レンズ２２を光ディスク２４の主面に対して垂直方向に移動させて焦点を合わせる。そして、焦点があったときの対物レンズ２２のフォーカス方向である光軸方向の位置情報を、アクチュエータ６６のフォーカス駆動電圧とフォーカス電圧感度に基づいて、コンピュータ６０で計算する。ここで、対物レンズ２２の位置を計算するのは、対物レンズ２２の位置が変われば、対物レンズ２２とコリメータレンズ３４との距離が変わり、球面収差の発生に影響を与えるからである。
【００６２】
同様に、トラッキングエラー信号によって、レーザ光が光ディスク２４のトラック上からはずれていることを知ると、対物レンズ２２のアクチュエータ６６を駆動して、対物レンズ２２を光ディスク２４の主面に対して平行に移動させて、レーザ光が常に光ディスク２４のトラック上に照射されるように制御する。
【００６３】
さらに、コンピュータ６０は、信号生成回路５６によって生成されたＲＦ信号、温度センサ６２によって測定された半導体レーザ１２の周囲温度、フロントモニタダイオード６４によって測定された半導体レーザ１２の出力および対物レンズ２２の位置情報に基づいて、コリメータレンズユニット１８を制御し、球面収差を補正する。ここで、半導体レーザ１２の周囲温度および出力が必要な理由は、レーザ光の波長が、半導体レーザ１２の周囲温度または出力の変動にともなって変化するので、その波長に対応する光ディスク２４のカバー層の屈折率も変化して、球面収差が生じるからである。また、対物レンズ２２の位置情報が必要な理由は、例えば光ディスク２４が反っているとき、対物レンズ２２を光ディスク２４の主面に対して垂直方向に移動させて焦点を合わせると、対物レンズ２２とコリメータレンズユニット１８内のコリメータレンズとの距離が変わるからである。
【００６４】
また、コンピュータ６０はフロントモニタダイオード６４からの半導体レーザ１２の出力を半導体レーザ駆動回路５８にフィードバックして、半導体レーザ１２の出力を安定させたり、光ディスク２４に記録させるために強いパルスレーザ光を発生させたりするため、半導体レーザ駆動回路５８に信号を送って半導体レーザ１２を駆動する。
【００６５】
次に、図１０を参照して、コリメータレンズユニットにおける処理のフローについて説明する。まず、ステップＳ１で、記録および／または再生を行なう信号記録層がディスクの第１信号記録層であるレイヤ０か否かを判断する。その結果、レイヤ０であれば、ステップＳ３で、レイヤ０としてコリメータレンズの位置の粗調整を行なう。レイヤ０でない場合は、第２信号記録層であるレイヤ１であるので、ステップＳ５で、レイヤ１としてコリメータレンズの位置を粗調整する。すなわち、球面収差を大略打ち消すことができるように、コリメータレンズを光軸に沿って仮の位置まで移動させる。
【００６６】
次に、ステップＳ７で、温度センサからの半導体レーザの温度情報、半導体レーザの出力情報、対物レンズの位置情報に基づいて発生する球面収差を求める。
【００６７】
すなわち、温度センサから得られた半導体レーザの温度情報に基づいて、以下の式（１）、（２）により球面収差ΔＸＴを求める。
【００６８】
【数１】
ΔλＴ＝ＡＴ×ΔＴ・・・（１）
ここで、ΔλＴ：波長変化量
ΔＴ：温度変化量
ＡＴ：カバー層の厚さ、レーザ光の波長などにより変わる係数
【００６９】
【数２】
ΔＸＴ≒ＢＴ×λＴ＝ＡＴＢＴ×ΔＴ・・・（２）
ここで、ΔＸＴ：球面収差の発生量
ＢＴ：カバー層の厚さ、レーザ光の波長などにより変わる係数
同様にして、フロントモニタダイオードから得られた半導体レーザの出力情報に基づいて、以下の式（３）、（４）により球面収差ΔＸｐを求める。
【００７０】
【数３】
Δλｐ＝ＡＰ×ΔＰ・・・（３）
ここで、ΔλＰ：波長変化量
ΔＰ：出力変化量
Ａｐ：カバー層の厚さ、レーザ光の波長などにより変わる係数
【００７１】
【数４】
ΔＸｐ≒Ｂｐ×λｐ＝ＡｐＢｐ×ΔＰ・・・（４）
ここで、ΔＰ：球面収差の発生量
ＢＰ：カバー層の厚さ、レーザ光の波長などにより変わる係数
さらに、位置センサから得られた対物レンズの位置情報に基づいて、以下の式（５）〜（９）により球面収差ΔＸｓを求める。
【００７２】
【数５】
α＝１／（（１／ｆＣＬ）＋（１／（ｆＣＬ＋ΔＣＬ）））・・・（５）
ここで、ｆＣＬ：コリメータレンズの焦点距離
ΔＣＬ：コリメータレンズの基準位置（コリメータレンズから射出されたレーザ光が平行光となる位置）からの移動量で、対物レンズ側を正の方向とする
【００７３】
【数６】
ａ＝Ｌ−α＋ΔＯＬ・・・（６）
ここで、Ｌ：対物レンズとコリメータレンズ間の距離
ΔＯＬ：対物レンズの基準位置（カバー層が基準値のときに、信号記録層にレーザ光の焦点が合う対物レンズの位置）からの移動量で、光ディスク側を正の方向とする
【００７４】
【数７】
ｂ＝１／（（１／ｆＯＬ）＋（１／ａ））・・・（７）
ここで、ｆＯＬ：対物レンズの焦点距離
したがって、対物レンズに拡散光が入射する場合の球面収差ΔＸＳ１は、
【００７５】
【数８】
ΔＸＳ１＝Ｃ×（ｂ／ａ）＋Ｅ・・・（８）
ここで、Ｃ：カバー層の厚さ、レーザ光の波長などにより変わる負の係数
Ｅ：カバー層の厚さ、レーザ光の波長などにより変わる係数
また、対物レンズに収束光が入射する場合の球面収差ΔＸＳ２は、
【００７６】
【数９】
ΔＸＳ２＝Ｄ×（ｂ／ａ）＋Ｅ・・・（９）
ここで、Ｄ：カバー層の厚さ、レーザ光の波長などにより変わる正の係数次に、ステップＳ７で求めた球面収差を補正するために、コリメータレンズをステップＳ３またはステップＳ５の仮の位置から、ステップＳ９でさらに微調整によって移動させる。このようにして、コリメータレンズの位置を決めた後、ステップＳ１１で、光ディスクの記録および／または再生の試行を行なう。すなわち、半導体レーザの温度センサ、出力センサ、対物レンズの位置センサによってそれぞれ得られる、半導体レーザの温度情報、出力情報または対物レンズの位置情報に基づいて球面収差を求める。そして、求めた球面収差の発生量に応じて、コリメータレンズの位置を微調整することにより、発生した球面収差を打ち消す。
【００７７】
そして、ステップＳ１３で、ステップＳ１１で行なった試行の結果が、最適条件かどうかの判断を行う。この判断は、例えば、ステップＳ１１で記録したデータの再生結果が、あらかじめ決めておいたエラーレートよりも低いかどうかをみることにより行う。
【００７８】
その結果、最適条件ではないと判断された場合は、ステップＳ１５でコリメータレンズの位置を少しずらした後、再びステップＳ１１で、光ディスクへの記録および／または再生の試行を行なう。
【００７９】
また、ステップＳ１３で、最適条件と判断された場合は、ステップＳ１７で光ディスクへの記録および／または再生を行なう。
【００８０】
なお、この処理フローでは、ステップＳ１で、信号記録層が２層のうちのどちらの層であるかを判断しているが、この処理フローは信号記録層が２層の場合に限定されず、３層以上の場合にも、また光ディスクのカバー層の膜厚にばらつきがある場合にも同様に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の光ピックアップ装置の一実施例を示す図解図である。
【図２】球面収差と対物レンズの入射光の関係を示す図解図である。
【図３】球面収差と対物レンズの入射光の関係を示す図解図である。
【図４】球面収差と対物レンズの入射光の関係を示す図解図である。
【図５】コリメータレンズの位置と対物レンズの入射光との関係を示す図解図である。
【図６】コリメータレンズユニットの構成を示す図解図である。
【図７】第１駆動コイル、第２駆動コイルおよび第３駆動コイルの動作原理を示す図解図である。
【図８】図１実施例による効果を示すグラフである。
【図９】図１実施例の光ピックアップ装置を含む光ディスク記録および／または再生装置の全体構成を示すブロック図である。
【図１０】図１実施例の動作を示すフロー図である。
【符号の説明】
１０…光ピックアップ装置
１２…半導体レーザ
１８…コリメータレンズユニット
２２…対物レンズ
２４…光ディスク
２４ａ…第１信号記録層
２４ｂ…第２信号記録層
３０…光検出器
３２ａ、３２ｂ…カバー層
３４…コリメータレンズ
３８…第１駆動レンズ
４０…第２駆動レンズ
４２…第３駆動レンズ
４６…マグネット
６０…コンピュータ
６２…温度センサ
６４…フロントモニタダイオード
６６…アクチュエータ
【発明の属する技術分野】
この発明は、光ピックアップ装置に関し、特に光ディスクの信号記録層上に形成されたカバー層の厚さが基準値からずれることにより生じる球面収差の補正が可能な、記録および／または再生を行なう光ピックアップ装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
近年、光ディスクは、映像データ、音声データおよびコンピュータデータなどのデータを記録する媒体として広く使用されており、光ディスクに対する高記録密度化および大容量化の要求は、ますます強くなっている。
【０００３】
この光ディスクは、信号記録層上に光を透過するカバー層を有しており、このカバー層を透過して信号記録層に光を照射することにより記録および／または再生が行なわれる。また、対物レンズは、カバー層の厚さが基準値（光ディスクの規格値の標準値）のときに、信号記録層上で球面収差が最小となるように設計されている。このため、片面に複数の信号記録層がある場合、またはカバー層の厚さに製造上のばらつきがある場合など、カバー層の厚さが基準値からずれると球面収差が発生する。
【０００４】
このようなカバー層の厚さの基準値からのずれによって発生する球面収差を補正する手段として、２枚の凸レンズ、または１枚の凸レンズと１枚の凹レンズからなるビームエキスパンダをコリメータレンズと対物レンズの間に配置し、これら２枚のレンズ間の距離を調整して、光の平行度を調整する光ピックアップ装置がある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
このビームエキスパンダは、対物レンズに入射する光を収束光または拡散光とすることにより、対物レンズからの射出光にあらかじめ球面収差を発生させて、カバー層の厚さの基準値からのずれによって発生する球面収差を補正する。
【０００６】
すなわち、カバー層の厚さが基準値からずれている場合には、ビームエキスパンダにより射出光を平行光から拡散光または収束光に変化させる。例えば、カバー層の厚さが薄い場合には、対物レンズに収束光を入射させ、これによって対物レンズで発生する球面収差を、カバー層が薄くなったことによって生じた球面収差で相殺し、信号記録層ではほぼ無収差とする。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−１７０２７６号公報（第３−４頁、第２−３図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、光ピックアップ装置にビームエキスパンダを配置すると、光ピックアップ装置全体が非常に大きくなるという問題がある。また、ビームエキスパンダを配置することによって、光ピックアップ装置はレンズを２枚多く使用することになるので、光軸の調整が複雑になるという問題もある。
【０００９】
それゆえに、この発明の主たる目的は、小型で、光軸の調整が容易な球面収差の補正手段を有する、光ピックアップ装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明は、信号記録層の上にカバー層が形成されている光ディスクの記録および／または再生を行なう光ピックアップ装置であって、光源、光源からの光を、カバー層を透過して信号記録層に集光させる対物レンズ、光源と対物レンズとの間に配置されたコリメータレンズ、コリメータレンズの周囲に巻かれた第１駆動コイルと、第１駆動コイルに磁界が作用するように配置された第１マグネットとを含み、第１駆動コイルに電流を流すことによってコリメータレンズをその光軸に沿って移動させるコリメータレンズ移動手段、第１駆動コイルと所定の距離を隔てて配置され、光軸を挟んで対向しかつ逆向きに巻かれた２つのコイルからなる第２駆動コイルと、第２駆動コイルに光軸に対して対称となる磁界が作用するように配置された第２マグネットとを含み、第２駆動コイルに電流を流すことによって、第２駆動コイルに光ディスクのラジアル方向の力を発生させるラジアル方向駆動手段、および光軸を挟んで対向しかつ逆向きに巻かれた２つのコイルからなり、それらが第２駆動コイルの各々の間に配置された第３駆動コイルと、第３駆動コイルに光軸に対して対称となる磁界が作用するように配置された第３マグネットとを含み、第３駆動コイルに電流を流すことによって第３駆動コイルを構成する２つのコイルに光ディスクのタンジェンシャル方向の力を発生させるタンジェンシャル方向駆動手段を備える、光ピックアップ装置である。
【００１１】
【作用】
光ピックアップ装置は、光源と、カバー層が形成されている光ディスクの信号記録層に光源からの光を集光させる対物レンズと、光源と対物レンズとの間に配置されたコリメータレンズと、コリメータレンズ移動手段と、ラジアル方向駆動手段と、タンジェンシャル方向駆動手段とを含む。コリメータレンズ移動手段は、コリメータレンズの周囲に巻かれた第１駆動コイルと、第１駆動コイルに磁界が作用するように配置された第１マグネットとを含む。第１駆動コイルに電流を流すと、第１駆動コイルは、電流と第１マグネットからの磁界との相互作用によって光軸方向に力を受ける。この力によって、コリメータレンズは光軸に沿って前後に移動して、対物レンズへの入射光が拡散光または収束光となる。この結果、光ディスクのカバー層の厚さが基準値からずれたために生じた球面収差とは逆方向の球面収差が発生する。この逆方向の球面収差は、カバー層の厚さが基準値からずれたときに生じる球面収差を打ち消すことができる。
ラジアル方向駆動手段は、互いに逆向きに巻かれ、光軸を挟んで対向して配置された２つのコイルと、これらのコイルに磁界が作用するように配置された第２マグネットを含む。２つのコイルは互いに逆向きに巻かれているので、電流は互いに逆向きに流れる。このため、第２マグネットからの光軸に対して対称な磁界がこの電流に作用すると、２つのコイルには光軸方向に互いに逆向きの力が働いて、コリメータレンズの傾きを補正することができる。また、タンジェンシャル方向駆動手段は、互いに逆向きに巻かれ、第２駆動コイルの２つのコイルの間に、光軸を挟んで対向して配置された２つのコイルと、これらのコイルに磁界が作用するように配置された第３マグネットを含む。この２つのコイルも互いに逆向きに巻かれているため、電流は互いに逆向きに流れる。このため、第３マグネットからの光軸に対して対称な磁界がこの電流に作用すると、２つのコイルには光軸方向に互いに逆向きの力が働いて、コリメータレンズの傾きを補正することができる。このようにして、ラジアル方向駆動手段およびタンジェンシャル方向駆動手段によって、こま収差の発生を防止することができる。
【００１２】
第１駆動コイルはコリメータレンズを保持するレンズホルダの周囲に巻かれ、第２駆動コイルと第３駆動コイルは第１駆動コイルから所定の距離を隔ててレンズホルダ上に配置されていることが好ましい。この場合、各駆動コイルは、他の駆動コイルからの影響を受けることなくそれぞれの機能を発揮するとともに、コンパクトに配置することができる。
また、第４マグネットは、第１マグネット、第２マグネットおよび第３マグネットを含み、光軸を囲むように配置されていることが好ましい。この場合、第１マグネット、第２マグネットおよび第３マグネットを第４マグネットとして１つのマグネットにまとめることができるので、光ピックアップ装置のマグネットを小型化することができる。
また、第４マグネットは４つの分割片に分割されており、各分割片は第２駆動コイルおよび第３駆動コイルを構成する４つのコイルにそれぞれ隣接して配置されていることが好ましい。この場合、第２駆動コイルおよび第３駆動コイルには、第４マグネットの各分割片から効率よく磁界を与えることができる。
さらに、レンズホルダは、第２駆動コイルと第３駆動コイルを構成する４つのコイルの間から外側にそれぞれ延びるサスペンションワイヤによって支えられることが好ましい。この場合、第１駆動コイルによってコリメータを光軸方向に移動できるとともに、第２駆動コイルと第３駆動コイルによってラジアル方向およびタンジェンシャル方向に容易に傾けることができる。
【００１３】
また、光ピックアップ装置は、光源の周囲温度を測定する温度センサをさらに備えて、移動手段はこの温度センサが測定した温度に応じてコリメータレンズを移動させることが好ましい。光源の周囲温度により、光源からの光の波長が変動し、カバー層の屈折率も波長に応じて変わるので、球面収差が発生する。このため、温度センサによって得られた光源の周囲温度に基づいて、コリメータレンズを光軸に沿って移動させることにより、球面収差を抑制する。
【００１４】
また、光ピックアップ装置は、光源の出力を測定する出力センサを備えていることが好ましい。光源の出力により、光源からの光の波長が変動し、カバー層の屈折率も波長に応じて変わるので、球面収差が発生する。このため、出力センサによって得られた光源の出力に基づいて、コリメータレンズを光軸に沿って移動させることにより、球面収差を抑制する。
【００１５】
また、光ピックアップ装置は、対物レンズ駆動用アクチュエータのフォーカス駆動電圧と電圧感度とに基づいて算出された対物レンズの光軸方向の位置情報に応じて、移動手段によりコリメータレンズを移動させることが好ましい。光ディスクの信号記録層に焦点を合わせるために、対物レンズを移動させれば、対物レンズとコリメータレンズとの距離も変わり、球面収差が発生する。このため、光ピックアップ装置は、対物レンズのフォーカス方向である光軸方向の位置情報を、対物レンズ駆動用アクチュエータのフォーカス駆動電圧と電圧感度から計算する機能を備えていて、球面収差を抑制する。
【００２０】
【発明の効果】
この発明によれば、カバー層の基準値からのずれによる球面収差を補正するために、新たにコリメータレンズを光軸に沿って移動させる移動手段を組み込むだけでよいので、光ピックアップ装置も小型化できる。また、球面収差を補正するための新たなレンズを必要としないので、光軸の調整を容易に行なうことができる。
【００２１】
この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。
【００２２】
【実施例】
図１を参照して、光ディスクの記録、再生に使用する光ピックアップ装置１０の実施例について説明する。図１には、この光ピックアップ装置の斜視図、平面図および側面図がそれぞれ示されている。光源である半導体レーザ１２から射出された直線偏光のレーザ光は、偏光ビームスプリッタ１４を透過した後、１／４波長板１６により円偏光に変換される。
【００２３】
この円偏光に変換されたレーザ光は、コリメータレンズユニット１８に組み込まれたコリメータレンズによって平行光にされる。このコリメータレンズユニット１８は、レーザ光の光軸に沿って前後に移動できるようになっている。その構造の詳細については後述する。
【００２４】
平行光にされたレーザ光は、次に４５度反射ミラー２０により対物レンズ２２が配置されている方向に反射され、対物レンズ２２によって光ディスク２４の信号記録層に集光される。
【００２５】
そして、光ディスク２４により反射された円偏光のレーザ光は、再び４５度反射ミラー２０で反射された後、コリメータレンズユニット１８に組み込まれたコリメータレンズを透過し、さらに１／４波長板１６により最初の偏光方向に対して９０度回転した直線偏光のレーザ光に変換される。このレーザ光は、偏光ビームスプリッタ１４によって、入射方向と９０度の角度をなす方向に反射される。
【００２６】
反射された光は、集光レンズ２６、およびフォーカスサーボができるように非点収差を引き起こす円筒レンズ２８を経て、光検出器３０に入射する。この光検出器３０はフォトダイオードからなり、入射した光の強度に応じた出力信号が出力される。
【００２７】
図２〜４を参照して、光ディスク２４のカバー層の厚さが基準値からずれることにより発生する球面収差と、この球面収差を補正するために、対物レンズ２２に入射させる入射光との関係について説明する。
【００２８】
まず、図２（ａ）を参照して、対物レンズ２２に平行光を入射させると、この平行光はディスク表面２４ａからカバー層３２ａを透過して、ディスク表面２４ａに近い第１信号記録層２４ｂに集光するように対物レンズ２４を設計した場合、第１信号記録層２４ｂに集光するスポット光の球面収差は最小となる。
【００２９】
この対物レンズ２２を使用して、図２（ｂ）に示すように、第１信号記録層２４ｂよりも深い位置にある第２信号記録層２４ｃに平行光を集光させると、基準値よりも厚いカバー層３２ａ、３２ｂを透過するので、球面収差が発生する。そこで、対物レンズ２２への入射光を拡散光とすると、この球面収差をほぼ相殺するような球面収差が生じ、第２信号記録層２４ｃに集光するスポット光の球面収差を抑制することができる。
【００３０】
次に、図３（ａ）を参照して、対物レンズ２２に平行光を入射させると、この平行光はディスク表面２４ａからカバー層３２ａ、３２ｂを透過して第２信号記録層２４ｃに集光するように対物レンズ２２を設計した場合、第２信号記録層２４ｃではスポット光の球面収差は最小となる。
【００３１】
この対物レンズ２２を使用して、図３（ｂ）に示すように、第１信号記録層２４ｂに集光させると、平行光が透過するカバー層３２ａの厚さが薄いため、球面収差が生じる。そこで、対物レンズ２２への入射光を収束光とすると、この球面収差をほぼ相殺するような球面収差が生じ、第１信号記録層２４ｂに集光するスポット光の球面収差を抑制することができる。
【００３２】
さらに、図４（ａ）を参照して、対物レンズ２２に平行光を入射させると、この平行光は第１信号記録層２４ｂと第２信号記録層２４ｃに挟まれたカバー層３２ｂとのちょうど中間の位置２４ｄに集光するように対物レンズ２２を設計した場合、その中間の厚さの位置２４ｄでスポット光の球面収差は最小となる。
【００３３】
この対物レンズ２２を使用して、図４（ｂ）に示すように、第１信号記録層２４ｂに集光する場合には、入射光は基準値よりも薄いカバー層３２ａを透過することになるので、第１信号記録層２４ｂで球面収差が発生する。このとき、対物レンズ２２に入射する光を収束光にすると、この球面収差をほぼ相殺するような球面収差が生じるので、第１信号記録層２４ｂに集光するスポット光の球面収差を抑制することができる。
【００３４】
また、図４（ｃ）に示すように、第２信号記録層２４ｃに集光する場合は、入射光は基準値よりも厚いカバー層３２ａ、３２ｂを透過することになるので、第２信号記録層２４ｃで球面収差が発生する。このとき、対物レンズ２２に入射する光を拡散光にすると、この球面収差をほぼ相殺するような球面収差が生じるので、第２信号記録層２４ｃに集光するスポット光の球面収差を抑制することができる。
【００３５】
このように対物レンズ２２への入射光を収束光または拡散光として球面収差を抑制することにより、記録および／または再生特性の劣化を低減することができる。
【００３６】
なお、光ディスク２４のカバー層３２ａ、３２ｂの厚さは、光ディスク２４製造時の膜厚のばらつきにより、基準値からずれることもあるが、この場合も同様にして球面収差を抑制することができる。
【００３７】
また、光源である半導体レーザの温度、出力などが変動すると、それに伴い波長がわずかながら変動する。このとき、レーザ光の波長に対応する光ディスク２４のカバー層の屈折率も変わるので球面収差が発生するが、この場合も同様に球面収差を抑制することができる。
【００３８】
次に、図５を参照して、コリメータレンズ３４の位置によって、対物レンズ２２への入射光が平行光、拡散光、収束光となることを説明する。ここで、光源１２の位置と対物レンズ２２の位置は固定されており、コリメータレンズ３４のみが光軸方向に前後に移動可能である。また、ａは対物レンズ２２の射出側の焦点距離（後側焦点距離）であり、ｂは対物レンズ２２の入射側の焦点距離（前側焦点距離）である。
【００３９】
図５の中央の図は、光ディスクのカバー層の厚さが、基準値である場合を示している。このときのコリメータレンズ３４の位置は、対物レンズ２２側に、光源１２からコリメータレンズ３４の焦点距離だけ離れた位置にあるので、コリメータレンズ３４から射出される光は平行光となる。
【００４０】
図５の上側の図は、光ディスクのカバー層の厚さが基準値よりも厚い場合を示している。このときのコリメータレンズ３４の位置は、図５の中央の図の場合に比べて、光源１２側に移動しているので、コリメータレンズ３４から射出される光は拡散光となる。
【００４１】
図５の下側の図は、光ディスクのカバー層の厚さが基準値よりも薄い場合を示している。このときのコリメータレンズ３４の位置は、図５の中央の図の場合に比べて、対物レンズ２２側に移動しているので、コリメータレンズから射出される光は収束光となる。
【００４２】
次に、図６を参照して、光ディスクのカバー層の厚さが７０μｍから１３０μｍの範囲で発生する球面収差と、この球面収差に対して上述の補正を行なった場合のシミュレーション結果について説明する。ここで、カバー層の厚さの基準値を１００μｍ、対物レンズの開口数ＮＡを０．８５、対物レンズの焦点距離を２．３５ｍｍ、レーザ光の波長を４０５ｎｍ、コリメータレンズの焦点距離を１４．１ｍｍとした。
【００４３】
例えば、カバー層の厚さが基準値である１００μｍから±１０μｍはずれた場合、すなわちカバー層の厚さが１１０μｍまたは９０μｍの場合には、図６からわかるように、球面収差の発生量は約０．１λ（「λ」は光の波長、以下同じ）にまで増加する。一般に、良好な記録再生特性を得るためには球面収差の発生量は、光ピックアップ装置全体で０．０７λ以下に抑えなければ、良好な記録再生特性は得られないとされているので、球面収差の発生量が０．１λでは良好な記録再生特性は得られない。
【００４４】
そこで、この場合に、コリメータレンズを光軸方向で前後に動かして、コリメータレンズから射出される光を拡散光または収束光とする補正を行なうと、図６から、球面収差の発生量を０．００５λ以下と、補正を行なわない場合に比べて大幅に抑制できることがわかる。このように、球面収差の発生量が０．００５λ以下であれば記録再生特性への影響はほとんどないと考えられる。
【００４５】
例えば、光ディスクのカバー層の基準値が１００μｍの場合に、球面収差を補正するために必要なコリメータレンズの移動量を求める。ここで、移動量は、コリメータレンズが平行光を射出する位置、すなわち発光点から対物レンズ側にコリメータの焦点距離だけ離れた位置を基準に考える。
【００４６】
図６に示すように、例えば、カバー層の厚さが１０μｍ厚くなって１１０μｍになった場合、コリメータレンズを、発光点側へ０．１８３５ｍｍ、すなわち−０．１８３５ｍｍだけ移動させる必要がある。また、カバー層の厚さが１０μｍ薄くなって９０μｍになった場合、対物レンズ側へ０．１７０７ｍｍ、すなわち＋０．１７０７ｍｍだけ移動させればよい。このように、カバー層の厚さが基準値からずれることによって生じる球面収差を、補正によって相殺するためには、図６のグラフに基づいてコリメータレンズユニットを駆動すればよいことがわかる。
【００４７】
次に、図７を参照して、コリメータレンズユニット１８の構造およびその動作原理について説明する。コリメータレンズユニット１８は可動部４４を含み、この可動部４４は、コリメータレンズ３４が嵌め込まれているコリメータレンズホルダ３６と、このコリメータレンズホルダ３６の周囲に配置された第１駆動コイル３８、第２駆動コイル４０および第３駆動コイル４２から構成されている。
【００４８】
第１駆動コイル３８は、第２駆動コイル４０および第３駆動コイル４２から離れた位置で、コリメータレンズホルダ３６の外周部を、光軸と直交するように巻かれている。
【００４９】
次に、第２駆動コイル４０は、光ディスクの主面に対して平行な方向であるＹ方向に、２つのコイル４０ａ、４０ｂが光軸を挟んで対向して配置されており、互いに逆向きに巻かれて結線されている。
【００５０】
また、第３駆動コイル４２は、光ディスクの主面に対して垂直な方向であるＺ方向に、２つのコイル４２ａ、４２ｂが光軸を挟んで対向して配置されており、互いに逆向きに巻かれて結線されている。そして、第２駆動コイル４０の２つのコイル４０ａ、４０ｂおよび第３駆動コイル４２の２つのコイル４２ａ、４２ｂによって、コリメータレンズホルダ３６の外周部を囲んでいる。
【００５１】
さらに、可動部４４の外周部全体を囲むように、マグネット４６が配置され、このマグネット４６は第２駆動コイル４０、第３駆動コイル４２に対応して４分割されている。このマグネットの内周面が、例えばＳ極であるとき、外周面はＮ極であるため、このときマグネットによる磁界の方向は、光軸と直行し、内周側から外周側に向かって放射状に出ていく方向である。
【００５２】
ヨーク４８は円筒状の外壁とその内部に、外壁と同心円をなす円筒状の内壁からなり、この外壁と内壁に挟まれた空間に、マグネット４６とマグネット４６によってその外周を取り囲まれた可動部４４が配置されている。このヨーク４８は、マグネット４６とともに磁気回路を構成し、マグネット４６により発生する磁界の強度を強める働きをしている。
【００５３】
さらに、第２駆動コイル４０と第３駆動コイル４２の端面が互いに向かい合う４箇所の位置に対応するヨーク４８の外周部に、それぞれ接続基板５０が取付けられおり、各接続基板５０には可動部４４を支えるサスペンションワイヤ５２が２本ずつ固定されて、可動部４４を支えている
次に、図８を用いて、第１駆動コイル３８、第２駆動コイル４０、第３駆動コイル４２の役割を説明する。まず、第１駆動コイル３８は、すでに説明したように、光軸の周りを光軸に直行する方向にコイルが巻かれている。この第１駆動コイル３８に電流を流すと、その外周部を囲んでいるマグネット４４によって発生する、光軸と直交する放射線状の磁界によって、フレミング左手の法則により第１駆動コイル３８に電流の向きおよび磁界の方向のいずれにも垂直な方向である光軸方向に力が働く。
【００５４】
例えば、図８（ａ）に示すように、第１駆動コイル３８に流れる電流を矢印の向きである右回りに流し、磁界の方向をマグネット４６の内周側から外周側に向かう方向とすると、第１駆動コイルには、光軸方向を対物レンズから遠ざかる方向（紙面に垂直に遠ざかる方向）に力が作用する。このため、コリメータレンズユニットは、光軸上を対物レンズから離れる方向に移動するので、コリメータレンズから射出される光は拡散光となる。このように、光ディスクの信号記録層上に生じる球面収差の補正は、第１駆動コイル３８に電流を流して光軸上で可動部を前後に移動させることにより行なう。
【００５５】
次に、第２駆動コイル４０を構成する２つのコイル４０ａ、４０ｂも、光軸に直行する方向に巻かれているが、互いに逆向きに巻かれて結線されている。このため、一方のコイル４０ａに電流を流すと、他方のコイル４０ｂには逆方向の電流が流れるので、フレミング左手の法則により、光軸と平行な方向に互いに逆方向に引っ張る力が生じる。したがって、コリメータレンズを光ディスクのラジアル方向に傾けることができるので、この方向の傾きを補正することができる。
【００５６】
同様に、第３駆動コイル４２を構成する２つのコイル４２ａ、４２ｂにも、光軸に直行する方向にコイルが巻かれているが、互いに逆向きに巻かれて結線されている。このため、一方のコイル４２ａに電流を流すと、フレミング左手の法則により、他方のコイル４２ｂには互いに逆方向の電流が流れるので、光軸と平行な方向に、互いに逆方向に引っ張る力が生じる。したがって、コリメータレンズを光ディスクのタンジェンシャル方向に傾けることができるので、この方向の傾きを補正することができる。
【００５７】
これら第２駆動コイル４０または第３駆動コイル４２によるコリメータレンズのラジアル方向またはタンジェンシャル方向の傾きの補正は、コマ収差が発生する場合に行なう。すなわち、上述の第１駆動コイル３８によってコリメータレンズを移動させたときにコリメータレンズが傾いた場合、ディスクが傾いた場合または光ピックアップ装置の組立誤差が生じた場合などである。この補正を行なうと、コマ収差を低減することができるので、良好な記録および／または再生を行なうことができる。
【００５８】
次に、図９を参照して、光ピックアップ装置１０を用いた光ディスク記録および／または再生装置５４について説明する。この光ディスク記録および／または再生装置５４は、光ピックアップ装置１０を含み、さらに信号生成回路５６、半導体レーザ駆動回路５８およびコンピュータ６０を備える。
【００５９】
光ピックアップ装置１０は、さらに半導体レーザの周囲温度を測定する温度センサ６２および半導体レーザ１２の出力をモニタする出力センサとして機能するフロントモニタダイオード６４を備えており、これらの測定結果は、コンピュータ６０に送られる。
【００６０】
また、光検出器３０には信号生成回路５６が接続され、この信号生成回路５６で光検出器３０からの出力信号に基づいてフォーカスエラー信号、トラッキングエラー信号、ＲＦ信号などの信号が生成され、これらの信号もコンピュータ６０に伝えられる。
【００６１】
コンピュータ６０は、フォーカスエラー信号によって、レーザ光が光ディスク２４の信号記録層に焦点が合っていないことを知ると、対物レンズ２２のアクチュエータ６６を駆動して、対物レンズ２２を光ディスク２４の主面に対して垂直方向に移動させて焦点を合わせる。そして、焦点があったときの対物レンズ２２のフォーカス方向である光軸方向の位置情報を、アクチュエータ６６のフォーカス駆動電圧とフォーカス電圧感度に基づいて、コンピュータ６０で計算する。ここで、対物レンズ２２の位置を計算するのは、対物レンズ２２の位置が変われば、対物レンズ２２とコリメータレンズ３４との距離が変わり、球面収差の発生に影響を与えるからである。
【００６２】
同様に、トラッキングエラー信号によって、レーザ光が光ディスク２４のトラック上からはずれていることを知ると、対物レンズ２２のアクチュエータ６６を駆動して、対物レンズ２２を光ディスク２４の主面に対して平行に移動させて、レーザ光が常に光ディスク２４のトラック上に照射されるように制御する。
【００６３】
さらに、コンピュータ６０は、信号生成回路５６によって生成されたＲＦ信号、温度センサ６２によって測定された半導体レーザ１２の周囲温度、フロントモニタダイオード６４によって測定された半導体レーザ１２の出力および対物レンズ２２の位置情報に基づいて、コリメータレンズユニット１８を制御し、球面収差を補正する。ここで、半導体レーザ１２の周囲温度および出力が必要な理由は、レーザ光の波長が、半導体レーザ１２の周囲温度または出力の変動にともなって変化するので、その波長に対応する光ディスク２４のカバー層の屈折率も変化して、球面収差が生じるからである。また、対物レンズ２２の位置情報が必要な理由は、例えば光ディスク２４が反っているとき、対物レンズ２２を光ディスク２４の主面に対して垂直方向に移動させて焦点を合わせると、対物レンズ２２とコリメータレンズユニット１８内のコリメータレンズとの距離が変わるからである。
【００６４】
また、コンピュータ６０はフロントモニタダイオード６４からの半導体レーザ１２の出力を半導体レーザ駆動回路５８にフィードバックして、半導体レーザ１２の出力を安定させたり、光ディスク２４に記録させるために強いパルスレーザ光を発生させたりするため、半導体レーザ駆動回路５８に信号を送って半導体レーザ１２を駆動する。
【００６５】
次に、図１０を参照して、コリメータレンズユニットにおける処理のフローについて説明する。まず、ステップＳ１で、記録および／または再生を行なう信号記録層がディスクの第１信号記録層であるレイヤ０か否かを判断する。その結果、レイヤ０であれば、ステップＳ３で、レイヤ０としてコリメータレンズの位置の粗調整を行なう。レイヤ０でない場合は、第２信号記録層であるレイヤ１であるので、ステップＳ５で、レイヤ１としてコリメータレンズの位置を粗調整する。すなわち、球面収差を大略打ち消すことができるように、コリメータレンズを光軸に沿って仮の位置まで移動させる。
【００６６】
次に、ステップＳ７で、温度センサからの半導体レーザの温度情報、半導体レーザの出力情報、対物レンズの位置情報に基づいて発生する球面収差を求める。
【００６７】
すなわち、温度センサから得られた半導体レーザの温度情報に基づいて、以下の式（１）、（２）により球面収差ΔＸＴを求める。
【００６８】
【数１】
ΔλＴ＝ＡＴ×ΔＴ・・・（１）
ここで、ΔλＴ：波長変化量
ΔＴ：温度変化量
ＡＴ：カバー層の厚さ、レーザ光の波長などにより変わる係数
【００６９】
【数２】
ΔＸＴ≒ＢＴ×λＴ＝ＡＴＢＴ×ΔＴ・・・（２）
ここで、ΔＸＴ：球面収差の発生量
ＢＴ：カバー層の厚さ、レーザ光の波長などにより変わる係数
同様にして、フロントモニタダイオードから得られた半導体レーザの出力情報に基づいて、以下の式（３）、（４）により球面収差ΔＸｐを求める。
【００７０】
【数３】
Δλｐ＝ＡＰ×ΔＰ・・・（３）
ここで、ΔλＰ：波長変化量
ΔＰ：出力変化量
Ａｐ：カバー層の厚さ、レーザ光の波長などにより変わる係数
【００７１】
【数４】
ΔＸｐ≒Ｂｐ×λｐ＝ＡｐＢｐ×ΔＰ・・・（４）
ここで、ΔＰ：球面収差の発生量
ＢＰ：カバー層の厚さ、レーザ光の波長などにより変わる係数
さらに、位置センサから得られた対物レンズの位置情報に基づいて、以下の式（５）〜（９）により球面収差ΔＸｓを求める。
【００７２】
【数５】
α＝１／（（１／ｆＣＬ）＋（１／（ｆＣＬ＋ΔＣＬ）））・・・（５）
ここで、ｆＣＬ：コリメータレンズの焦点距離
ΔＣＬ：コリメータレンズの基準位置（コリメータレンズから射出されたレーザ光が平行光となる位置）からの移動量で、対物レンズ側を正の方向とする
【００７３】
【数６】
ａ＝Ｌ−α＋ΔＯＬ・・・（６）
ここで、Ｌ：対物レンズとコリメータレンズ間の距離
ΔＯＬ：対物レンズの基準位置（カバー層が基準値のときに、信号記録層にレーザ光の焦点が合う対物レンズの位置）からの移動量で、光ディスク側を正の方向とする
【００７４】
【数７】
ｂ＝１／（（１／ｆＯＬ）＋（１／ａ））・・・（７）
ここで、ｆＯＬ：対物レンズの焦点距離
したがって、対物レンズに拡散光が入射する場合の球面収差ΔＸＳ１は、
【００７５】
【数８】
ΔＸＳ１＝Ｃ×（ｂ／ａ）＋Ｅ・・・（８）
ここで、Ｃ：カバー層の厚さ、レーザ光の波長などにより変わる負の係数
Ｅ：カバー層の厚さ、レーザ光の波長などにより変わる係数
また、対物レンズに収束光が入射する場合の球面収差ΔＸＳ２は、
【００７６】
【数９】
ΔＸＳ２＝Ｄ×（ｂ／ａ）＋Ｅ・・・（９）
ここで、Ｄ：カバー層の厚さ、レーザ光の波長などにより変わる正の係数次に、ステップＳ７で求めた球面収差を補正するために、コリメータレンズをステップＳ３またはステップＳ５の仮の位置から、ステップＳ９でさらに微調整によって移動させる。このようにして、コリメータレンズの位置を決めた後、ステップＳ１１で、光ディスクの記録および／または再生の試行を行なう。すなわち、半導体レーザの温度センサ、出力センサ、対物レンズの位置センサによってそれぞれ得られる、半導体レーザの温度情報、出力情報または対物レンズの位置情報に基づいて球面収差を求める。そして、求めた球面収差の発生量に応じて、コリメータレンズの位置を微調整することにより、発生した球面収差を打ち消す。
【００７７】
そして、ステップＳ１３で、ステップＳ１１で行なった試行の結果が、最適条件かどうかの判断を行う。この判断は、例えば、ステップＳ１１で記録したデータの再生結果が、あらかじめ決めておいたエラーレートよりも低いかどうかをみることにより行う。
【００７８】
その結果、最適条件ではないと判断された場合は、ステップＳ１５でコリメータレンズの位置を少しずらした後、再びステップＳ１１で、光ディスクへの記録および／または再生の試行を行なう。
【００７９】
また、ステップＳ１３で、最適条件と判断された場合は、ステップＳ１７で光ディスクへの記録および／または再生を行なう。
【００８０】
なお、この処理フローでは、ステップＳ１で、信号記録層が２層のうちのどちらの層であるかを判断しているが、この処理フローは信号記録層が２層の場合に限定されず、３層以上の場合にも、また光ディスクのカバー層の膜厚にばらつきがある場合にも同様に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の光ピックアップ装置の一実施例を示す図解図である。
【図２】球面収差と対物レンズの入射光の関係を示す図解図である。
【図３】球面収差と対物レンズの入射光の関係を示す図解図である。
【図４】球面収差と対物レンズの入射光の関係を示す図解図である。
【図５】コリメータレンズの位置と対物レンズの入射光との関係を示す図解図である。
【図６】コリメータレンズユニットの構成を示す図解図である。
【図７】第１駆動コイル、第２駆動コイルおよび第３駆動コイルの動作原理を示す図解図である。
【図８】図１実施例による効果を示すグラフである。
【図９】図１実施例の光ピックアップ装置を含む光ディスク記録および／または再生装置の全体構成を示すブロック図である。
【図１０】図１実施例の動作を示すフロー図である。
【符号の説明】
１０…光ピックアップ装置
１２…半導体レーザ
１８…コリメータレンズユニット
２２…対物レンズ
２４…光ディスク
２４ａ…第１信号記録層
２４ｂ…第２信号記録層
３０…光検出器
３２ａ、３２ｂ…カバー層
３４…コリメータレンズ
３８…第１駆動レンズ
４０…第２駆動レンズ
４２…第３駆動レンズ
４６…マグネット
６０…コンピュータ
６２…温度センサ
６４…フロントモニタダイオード
６６…アクチュエータ
Claims (8)
- 信号記録層の上にカバー層が形成されている光ディスクの記録および／または再生を行なう光ピックアップ装置であって、
光源、
前記光源からの光を、前記カバー層を透過して前記信号記録層に集光させる対物レンズ、
前記光源と前記対物レンズとの間に配置されたコリメータレンズ、
前記コリメータレンズの周囲に巻かれた第１駆動コイルと、前記第１駆動コイルに磁界が作用するように配置された第１マグネットとを含み、前記第１駆動コイルに電流を流すことによってコリメータレンズをその光軸に沿って移動させるコリメータレンズ移動手段、
前記第１駆動コイルと所定の距離を隔てて配置され、前記光軸を挟んで対向しかつ逆向きに巻かれた２つのコイルからなる第２駆動コイルと、前記第２駆動コイルに前記光軸に対して対称となる磁界が作用するように配置された第２マグネットとを含み、前記第２駆動コイルに電流を流すことによって、前記第２駆動コイルに前記光ディスクのラジアル方向の力を発生させるラジアル方向駆動手段、および
前記光軸を挟んで対向しかつ逆向きに巻かれた２つのコイルからなり、それらが前記第２駆動コイルの各々の間に配置された第３駆動コイルと、前記第３駆動コイルに前記光軸に対して対称となる磁界が作用するように配置された第３マグネットとを含み、前記第３駆動コイルに電流を流すことによって、前記第３駆動コイルを構成する２つのコイルに前記光ディスクのタンジェンシャル方向の力を発生させるタンジェンシャル方向駆動手段を備える、光ピックアップ装置。 - 前記コリメータレンズを保持するレンズホルダをさらに備え、前記第１駆動コイルは前記レンズホルダの周囲に巻かれ、前記第２駆動コイルおよび前記第３駆動コイルは前記第１駆動コイルと所定の距離を隔てて前記レンズホルダ上に配置される、請求項１記載の光ピックアップ装置。
- 前記第１マグネット、前記第２マグネットおよび前記第３マグネットを含む第４マグネットを備え、前記第４マグネットは前記光軸を囲むように配置される、請求項１または２記載の光ピックアップ装置。
- 前記第４マグネットは４つの分割片からなり、４つの前記分割片は前記第２駆動コイルおよび前記第３駆動コイルを構成する４つのコイルにそれぞれ隣接して配置される、請求項３記載の光ピックアップ装置。
- 前記レンズホルダは、前記第２駆動コイルと前記第３駆動コイルを構成する４つのコイルの間から外側にそれぞれ延びるサスペンションワイヤによって支えられる、請求項２ないし４のいずれかに記載の光ピックアップ装置。
- 前記光源の周囲温度を測定する温度センサをさらに備え、前記移動手段は前記温度センサが測定した温度に応じて前記コリメータレンズを移動させる、請求項１ないし５のいずれかに記載の光ピックアップ装置。
- 前記光源の出力を測定する出力センサをさらに備え、前記移動手段は前記出力センサが測定した出力に応じて前記コリメータレンズを移動させる、請求項１ないし６のいずれかに記載の光ピックアップ装置。
- 対物レンズ駆動用アクチュエータのフォーカス駆動電圧と電圧感度とに基づいて算出さ れた前記対物レンズの光軸方向の位置情報に応じて、前記移動手段により前記コリメータレンズを移動させる、請求項１ないし７のいずれかに記載の光ピックアップ装置。
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