JP4198070B2

JP4198070B2 - 光ピックアップ装置

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Publication number: JP4198070B2
Application number: JP2004009891A
Authority: JP
Inventors: 謙司永冨; 清治梶山
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2004-01-16
Filing date: 2004-01-16
Publication date: 2008-12-17
Anticipated expiration: 2024-01-16
Also published as: JP2005203048A

Description

本発明は、本発明は光ピックアップ装置に関し、特に、波長の異なる複数のレーザ光によって記録および／若しくは再生を行う際に用いて好適なものである。

現在、ＣＤ（Compact Disc）やＤＶＤ（Digital Versatile Disc）等、様々な光ディスクが商品化され普及している。さらに、最近では、青紫レーザ光を用いて情報を記録再生する次世代ＤＶＤの規格化が進められている。この次世代ＤＶＤは、波長４０５ｎｍのレーザ光を用いて情報を記録再生するものである。レーザ光の短波長化によって記録情報のさらなる高密度化を図ることができる。

このように、ディスクの多様化が進むと、異なる種類の光ディスクに対して記録再生を行い得る、いわゆる互換型の光ピックアップ装置の開発が要求される。たとえば、以下の特許文献１には、波長の異なる２つの半導体レーザを配備した光ピックアップ装置が提案されている。すなわち、ディスク種別に応じて使用する半導体レーザを切り換えることで、波長７８０ｎｍの光ディスクと、波長６６０ｎｍの光ディスクに対し記録再生を行い得る光ピックアップ装置が開示されている。
特開平６−１３１６８８号公報

ところで、光ピックアップ装置においては、ビームのリム強度を高めるために、通常、半導体レーザから出射された楕円ビームを真円ビームに整形するための光学手段が、光学系中に配備されている。たとえば、上記特許文献１では、ビーム整形用の２組のプリズムが、それぞれの半導体レーザの後段側（コリメータレンズの直後）に配備されている。

しかしながら、上記特許文献１のように、波長毎に個別に半導体レーザを配備すると、部品点数が増加し、コストの上昇を引き起こす。また、光ピックアップ装置の小型化を図る上でも障害となる。

これに対し、たとえば、図６に示すように、波長の異なる２種類のレーザ光を同一ＣＡＮ（筺体）内から選択的に出射し得る２波長レーザを採用すれば、部品点数の増大を抑制でき、また、光学系の簡略化を図ることができる。しかし、この場合、波長に応じて整形プリズムの屈折率が変化するため、何れか一方の波長のレーザ光に対して整形プリズムの屈折率を最適化すると、他の波長のレーザ光に非点収差が生じてしまう。

本発明は、かかる問題を解消し、部品点数の抑制を図りながら、同時に、ビーム整形を適正に行い得る光ピックアップ装置を提供することを課題とする。

上記課題に鑑み本発明は、以下の特徴を有する。

請求項１の発明は、波長の異なる数種のレーザ光を同一筺体内から出射する半導体レーザと、前記半導体レーザから出射されたレーザ光のビーム形状を整形する整形レンズとを備えた光ピックアップ装置であって、前記半導体レーザは、それぞれのレーザ光を出射する発光点が一方向に並ぶように配列され、前記整形レンズは、稜線方向が一致するようにして光軸方向に配置された複数のシリンダーレンズによって構成され、これらレンズ群は、前記波長の異なるそれぞれのレーザ光に対してビーム整形作用を付与するよう、各レンズの材質と曲率が調整されていると共に、前記波長の異なるレーザ光に対して色収差を抑制するよう、各レンズのアッベ数が調整され、前記レンズ群と半導体レーザは、前記稜線方向と前記発光点の配列方向が一致するように位置調整されていることを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１に記載の光ピックアップ装置において、前記整形レンズは、前記複数のシリンダーレンズを積層して貼り合わせて一体化することにより形成されていることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１または２に記載の光ピックアップ装置において、前記半導体レーザから出射されたレーザ光を平行光に変換するコリメータレンズをさらに備え、前記コリメータレンズは、光軸方向に配置された複数のレンズ群からなり、これらレンズ群は、全体として、前記波長の異なるそれぞれのレーザ光に対して平行ビーム変換作用を付与するよう、各レンズの材質と曲率が調整されていることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項３に記載の光ピックアップ装置において、前記コリメータレンズを構成するレンズ群は、前記波長の異なるレーザ光に対して色収差を抑制するよう、各レンズのアッベ数が調整されていることを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項３または４に記載の光ピックアップ装置において、前記コリメータレンズは、複数のレンズを積層して貼り合わせて一体化することにより形成されていることを特徴とする。

本発明の特徴は、以下に示す実施の形態の説明により更に明らかとなろう。

ただし、以下の実施の形態は、あくまでも、本発明の一つの実施形態であって、本発明ないし各構成要件の用語の意義は、以下の実施の形態に記載されたものに制限されるものではない。

本発明によれば、波長の異なる数種のレーザ光を同一筺体内から出射する半導体レーザを採用するものであるから、部品点数を抑制でき、コストの低減、光ピックアップ装置の小型化を図ることができる。また、本発明に係る整形レンズおよびコリメータレンズは、波長の異なるそれぞれのレーザ光に対して光学作用を付与するよう調整されているから、波長の異なるレーザ光が入射されても、同様のビーム整形作用および平行光への変換作用を実現できる。このように、本発明によれば、部品点数の抑制を図りながら、ビーム整形を適正に行い得る互換型の光ピックアップ装置を提供することができる。

なお、上記請求項中に記載の「色収差」とは、光の波長に応じて屈折率が異なるために、異なる位置に像を結ぶ現象のことである。かかる色収差は、以下の(1)式を満たすようにして、複数のレンズを組み合わせることによって除去することができる。
Σ（ν_ｋ・ｆ_ｋ）^−１＝０・・・（１）
なお、ｆ_ｋは、ｋ番目のレンズの焦点距離であり、ν_ｋは、ｋ番目のレンズのアッベ数である。

上記(1)式を満たすように、整形レンズのレンズ群とコリメータレンズのレンズ群の曲率とアッベ数（材料）を選択設定することにより、半導体レーザから出射される各波長のレーザ光に対して、同様のビーム整形作用およびコリメータ作用を付与することができる。

本発明の作用効果は、以下に示す実施の形態の説明により、さらに明確に理解されよう。

以下、本発明の実施の形態につき図面を参照して説明する。

図１に実施の形態に係る光ピックアップ装置の構成を示す。なお、同図には、光ピックアップ装置の構成の他、光ディスク装置側の構成に係る再生回路２０１、サーボ回路２０２およびコントローラ２０３が同時に示されている。

図示の如く、本実施の形態に係る光ピックアップ装置は、２波長レーザ１０１と、整形レンズ１０２と、コリメータレンズ１０３と、偏光ＢＳ（ビームスプリッタ）１０４と、λ／４板１０５と、ミラー１０６と、対物レンズアクチュエータ１０７と、対物レンズ１０８と、集光レンズ１０９と、光検出器１１０とを備えている。

２波長レーザ１０１は、波長λ１のレーザ光を出射するレーザチップと、波長λ２のレーザ光を出射するレーザチップを同一ＣＡＮ内に収納したものである。ここで、それぞれのレーザチップからは、ほぼ同一の広がり角の楕円ビームが出射される。また、２つのレーザチップは、楕円ビームの短軸が同一直線上にほぼ並ぶようにして形成されている。なお、当該光ピックアップ装置が上記次世代ＤＶＤとＤＶＤの互換用である場合には、波長λ１および波長λ２は、たとえば、λ１＝４０５ｎｍ、λ２＝６６０ｎｍとされる。

整形レンズ１０２は、２波長レーザ１０１から出射されたレーザ光のビーム形状をほぼ真円に整形する。コリメータレンズ１０３は、整形レンズ１０２によって整形されたレーザ光（拡散光）を平行光に変換する。なお、整形レンズ１０２およびコリメータレンズ１０３の構成については、追って詳述する。

偏光ＢＳ１０４は、その偏光面が２波長レーザ１０１から出射されるレーザ光の偏光面に一致するように調整・配置されている。よって、コリメータレンズ１０３によって平行光に変換されたレーザ光は、偏光ＢＳ１０４をほぼ全透過する。

λ／４板１０５は、偏光ＢＳ１０４を全透過したレーザ光（直線偏光）を円偏光に変換する。また、ディスクから反射されたレーザ光（円偏光）を、入射時の偏光方向に直交する直線偏光に変換する。よって、ディスクから反射されたレーザ光は、偏光ビームＢＳ１０４によってほぼ全反射される。

ミラー１０６は、λ／４板１０５からのレーザ光の光路を対物レンズ１０８方向に立ち上げる。

対物レンズアクチュエータ１０７は、サーボ回路２０２からのサーボ信号（トラッキングサーボ信号およびフォーカスサーボ信号）に応じて、対物レンズ１０８を駆動する。

集光レンズ１０９は、偏光ＢＳ１０４によって反射されたレーザ光（ディスクからの反射光）を光検出器１１０上に集光する。光検出器１１０は、受光したレーザ光の強度分布から再生ＲＦ信号、フォーカスエラー信号およびトラッキングエラー信号を導出するためのセンサーパターンを有している。これら各センサーからの信号は、ディスク装置側の再生回路２０１およびサーボ回路２０２に出力される。

再生回路２０１は、光検出器１１０から受信したセンサー信号を演算処理して再生ＲＦ信号を導出し、これを復調して再生データを生成する。

サーボ回路２０２は、光検出器１１０から受信したセンサー信号を演算処理してトラッキングエラー信号およびフォーカスエラー信号を導出し、これに基づいてトラッキングサーボ信号およびフォーカスサーボ信号を生成して対物レンズアクチュエータ１０７に出力する。

コントローラ２０３は、キー入力部（図示せず）からの入力指令等に応じて各部を制御する。

図２に、対物レンズアクチュエータ１０７の構成を示す。

図示の如く、対物レンズアクチュエータは、ベース３０１と、レンズホルダー３０２と、ワイヤー３０３と、トラッキングコイル３０４と、フォーカスコイル３０５と、ヨーク３０６と、マグネット３０７から構成されている。

レンズホルダー３０２は、対物レンズ１０８を保持するとともに、ワイヤー３０３によって、ベース３０１にフォーカス方向およびトラッキング方向に移動可能に支持されている。また、レンズホルダー３０２は、中央部の開口にフォーカスコイル３０５が装着されており、さらに、フォーカスコイル３０５の側面には、一対のトラッキングコイル３０４が貼着されている。これらフォーカスコイル３０５とトラッキングコイル３０３には、ワイヤー３０３を介して、フォーカスサーボ信号とトラッキングサーボ信号が供給される。

また、ベース３０１には、Ｕ字状のヨーク３０６が、フォーカスコイル３０５およびトラッキングコイル３０４を挟むようにして取り付けられている。また、ヨーク３０６の内側面には、マグネット３０７が固着されている。レンズホルダー３０２の開口は、マグネット間またはマグネット３０７とヨーク３０６の間の磁気ギャップ位置が切り欠かれており、これにより、磁界がフォーカスコイル３０５およびトラッキングコイル３０４に効率よく印加される。なお、トラッキングコイル３０４は、開口の切り欠き位置に位置するよう、フォーカスコイル３０５に貼着されている。

図３に、整形レンズ１０２の構成を示す。

図示の如く、整形レンズ１０２は、中央部にシリンダー面を有する２つのレンズ１０２
ａ、１０２ｂから構成されている。ここで、レンズ１０２ａの凹状シリンダー面と、レン
ズ１０２ｂの凸状シリンダー面は同一形状となっている。これら２つのシリンダー面を貼
着することにより、レンズ１０２ａとレンズ１０２ｂが積層して一体となっている。この
とき、それぞれのシリンダー面の稜線は、積層方向に見て重なっている。

なお、レンズ１０２ａとレンズ１０２ｂは、そのアッベ数が、各シリンダー面の曲率（各レンズの焦点距離）と相俟って色収差を除去（色消し）できるよう調整されている。すなわち、レンズ１０２ａとレンズ１０２ｂは、整形レンズ１０２全体で、波長λ１のレーザ光と波長λ２のレーザ光に対し同様の収束作用を導入できるようなアッベ数をもつ材料によって形成されている。

また、レンズ１０２ａとレンズ１０２ｂのシリンダー面は、レーザ光がレンズ１０２ａの凸状シリンダー面から整形レンズ１０２に入射したとき、同図のＸ方向にレーザ光を収束させてビーム形状をほぼ真円にするように設計されている。

かかる整形レンズ１０２は、上記２波長レーザ１０１の２つの光源（λ１光源、λ２光源）が、レンズ１０２ａとレンズ１０２ｂの積層方向に見て、シリンダー面の稜線上に並ぶように配置されている。また、レンズ１０２ａの凸状シリンダー面がλ１光源、λ２光源に対向するように配置されている。よって、λ１光源およびλ２光源からのレーザ光（楕円ビーム）は、整形レンズ１０２によって同様の収束作用を受け、真円のビーム形状に整形される。

図４に、整形レンズ１０２とコリメータレンズ１０３の具体的設計例を示す。

なお、コリメータレンズ１０３は、上記整形レンズ１０２と同様、波長λ１のレーザ光と波長λ２のレーザ光に対して色消し効果を実現できるよう、アッベ数と曲率（球面）が調整された２枚のレンズを貼り合わせて形成されている。

図中、最上段は、上記図３のＹ軸方向からＸＺ平面方向に見たときのコリメータレンズ１０３、整形レンズ１０２、発光点（λ１光源、λ２光源）の配置とレーザ光の進行状態（点線）を示すものである。また、図中、中段は、上記図３のＸ軸方向からＹＺ平面方向に見たときのコリメータレンズ１０３、整形レンズ１０２、発光点（λ１光源、λ２光源）の配置とレーザ光の進行状態（点線）を示すものである。さらに、図中、最下段は、各レンズの設計寸法等を示す表である。

ここで、図中、最上段に付された１〜８は、各レンズの面番号を示す。なお、面番号７と８は、２波長レーザ１０１の出射窓の外側面と内側面を示すものである。かかる面番号は、最下段の表中、“面の位置”として対応付けられている。

なお、最下段の表中、“曲率半径”は、面が同図の左側に凸である場合を正、右側に凸である場合を負として表している。“厚さ”は、その面から次の面までの距離（光軸上における距離）を示している。たとえば、面番号１の面から面番号２の面までの距離は２．２５（ｍｍ）、面番号２の面から面番号３の面までの距離は１．４５（ｍｍ）である。なお、面番号８の欄に記載されている“厚さ”は、面番号８の面から発光点までの距離である。

また、“屈折率”は、面に挟まれたレンズ部分の屈折率を示している。たとえば、面番号１と面番号２の２つの面によって挟まれたレンズ部分の屈折率は1.5168、面番号２と面番号３の２つの面によって挟まれたレンズ部分の屈折率は1.62588である。同様に、“アッベ数”は、面に挟まれたレンズ部分のアッベ数を示している。たとえば、面番号１と面番号２の２つの面によって挟まれたレンズ部分のアッベ数は64.17、面番号２と面番号３の２つの面によって挟まれたレンズ部分のアッベ数は35.74である。

コリメータレンズ１０３と整形レンズ１０２の設計は、レーザ光の出射方向とは逆向きの経路、すなわち、真円平行光を発光点に、λ１光源およびλ２光源からのレーザ光の広がり角にて収束させる場合に、各レンズに求められるパラメータを演算によって求めることにより行う。

同図では、まず、直径５ｍｍの平行ビーム（真円）を１点に収束させ得るコリメータレンズ１０３を設計する。このとき、波長λ１、λ２のレーザ光に対して色消し効果をもつよう、コリメータレンズ１０３を構成する２枚のレンズの球面（曲率）とアッベ数を算出する。

次に、かかるコリメータレンズ１０３によって収束されるレーザ光を、同一の発光点に、λ１光源、λ２光源からのレーザ光の広がり角にて収束させ得る整形レンズ１０２を設計する。このとき、波長λ１、λ２のレーザ光に対して色消し効果をもつよう、整形レンズ１０２を形成する２枚のレンズのシリンダー面（曲率）とアッベ数を算出する。

なお、設計においては、発光点と整形レンズ１０２およびコリメータレンズ１０３の距離を、光ピックアップ装置の設計寸法に沿うように適宜調整する。また、アッベ数は、各レンズの材質として設定しやすいもの（入手しやすいもの）を適宜選択するのが好ましい。

以上、本実施の形態によれば、波長λ１、λ２のレーザ光の何れをも適正に真円の平行光に変換することができる。よって、波長λ１、λ２のレーザ光にて記録および／若しくは再生される光ディスクに対し、良好に情報を記録再生できる。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、他に種々の変更が可能であることは言うまでもない。

たとえば、上記実施の形態では、楕円ビームの短軸が同一直線上にほぼ並ぶよう、２つのレーザチップを形成するようにしたが、楕円ビームの長軸が同一直線上にほぼ並ぶよう、２つのレーザチップを形成するようにしても良い。この場合、整形レンズ１０２は、図５に示すように、レーザ光が入射したとき、同図のＸ方向にレーザ光を拡散させてビーム形状をほぼ真円にするように設計する必要がある。すなわち、レンズ１０２ａとレンズ１０２ｂは、そのシリンダー面およびアッベ数が、波長λ１、λ２のレーザ光に対して、色消し効果と真円ビームへの整形効果をもつように設計される。

また、上記実施の形態では、整形レンズ１０２とコリメータレンズ１０３を、それぞれ２枚のレンズを貼り合わせることにより形成したが、２枚以上のレンズを貼り合わせるようにしてもよく、また、貼り合わせずに、隙間をあけてレンズ群を配置するようにしても良い。ただし、上記実施の形態のように２枚のレンズを貼りあわせるようにすれば、部品点数を最小限に留めることができ、また、レンズの組み付け作業も簡素化できる。

なお、上記実施の形態ではレーザ光のビーム形状をほぼ真円に整形したが、これに限らず、楕円ビームを真円に近付けるようにある程度整形するだけでも効果が期待できる。

この他、本発明の実施の形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。

実施の形態に係る光ピックアップ装置の構成を示す図実施の形態に係る対物レンズアクチュエータの構成を示す図実施の形態に係る整形レンズの構成を示す図実施の形態に係る整形レンズとコリメータレンズの設計例を示す図他の実施の形態に係る整形レンズの構成を示す図従来例に係る光ピックアップ装置の構成を示す図

符号の説明

１０１２波長レーザ
１０２整形レンズ
１０３コリメータレンズ

Claims

波長の異なる数種のレーザ光を同一筺体内から出射する半導体レーザと、前記半導体レーザから出射されたレーザ光のビーム形状を整形する整形レンズとを備えた光ピックアップ装置であって、
前記半導体レーザは、それぞれのレーザ光を出射する発光点が一方向に並ぶように配列され、
前記整形レンズは、稜線方向が一致するようにして光軸方向に配置された複数のシリンダーレンズによって構成され、これらレンズ群は、前記波長の異なるそれぞれのレーザ光に対してビーム整形作用を付与するよう、各レンズの材質と曲率が調整されていると共に、前記波長の異なるレーザ光に対して色収差を抑制するよう、各レンズのアッベ数が調整され、
前記レンズ群と半導体レーザは、前記稜線方向と前記発光点の配列方向が一致するように位置調整されている、
ことを特徴とする光ピックアップ装置。
請求項１において、
前記整形レンズは、前記複数のシリンダーレンズを積層して貼り合わせて一体化することにより形成されている、
ことを特徴とする光ピックアップ装置。
請求項１または２において、
前記半導体レーザから出射されたレーザ光を平行光に変換するコリメータレンズをさらに備え、
前記コリメータレンズは、光軸方向に配置された複数のレンズ群からなり、これらレンズ群は、全体として、前記波長の異なるそれぞれのレーザ光に対して平行ビーム変換作用を付与するよう、各レンズの材質と曲率が調整されている、
ことを特徴とする光ピックアップ装置。
請求項３において、
前記コリメータレンズを構成するレンズ群は、前記波長の異なるレーザ光に対して色収差を抑制するよう、各レンズのアッベ数が調整されている、
ことを特徴とする光ピックアップ装置。
請求項３または４において、
前記コリメータレンズは、複数のレンズを積層して貼り合わせて一体化することにより形成されている、
ことを特徴とする光ピックアップ装置。