JP4274285B2 - 情報ピックアップ装置及び光ディスク装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザ光などの光ビームを光ディスク等の光情報記録媒体上に照射することにより、光情報を再生する光情報記録媒体の情報ピックアップ装置及び光ディスク装置に関する。

本発明に係わる従来の技術を説明する。

図１８に於いて、レーザ光源１から出射した光束はビームスプリッタ２を通過してコリメータレンズ３に入射し平行光束となり絞り５で所定の光束に制限されて対物レンズ６へ入射する。この対物レンズ６は平行光束が入射したときにある所定の厚みの基板７（ここではｔ＝０．６ｍｍ）を通して無収差の光スポットを情報記録面８上へ結像させる。

この情報記録面８で情報ピットにより変調されて反射した光束は、対物レンズ６、コリメータレンズ３を介してビームスプリッタ２に戻り、ここでレーザ光源１からの光路から分離され、受光手段９へ入射する。この受光手段９は多分割されたＰＩＮフォトダイオードであり、各素子より、入射した光束の強度に比例した電流を出力し、この電流を図には示さない検出回路系に送りここで情報信号、フォーカスエラー信号、トラックエラー信号を生成する。このフォーカスエラー信号、トラックエラー信号に基づき磁気回路とコイル等で構成される２次元アクチュエータ（図示せず）で対物レンズ６を制御し、常に情報トラック上に光スポット位置を合わせる。

このような情報ピックアップでは対物レンズ６で集光される光スポットを小さくする為大ＮＡ（例えばＮＡ０．６）であるので、このような集光光束中に置かれる基板７の厚みが所定の厚みからずれると大きな球面収差が発生する。

図１９でこれを説明するとＮＡ０．６、レーザ光源から出射されるレーザ光の波長６３５ｎｍ、基板厚み０．６ｍｍ、基板屈折率１．５８の条件で最適化された対物レンズで、基板の厚みが０．６ｍｍからずれた場合、０．０１ｍｍずれるごとに０．０１λｒｍｓ程収差が増大する。基板厚みが±０．０７ｍｍずれると０．０７λｒｍｓの収差となり、読み取りが正常に行える目安となるマレシャルの限界値に達してしまう。

この為基板の厚み０．６ｍｍの光情報記録媒体にかえて例えば基板の厚み１．２ｍｍの光情報記録媒体の情報記録面の情報を再生しようとする場合、アクチュエータ部で基板の厚み１．２ｍｍの光情報記録媒体に対応した対物レンズ１１と絞り１０（図１８参照）に切り替えて再生する方法が提案されている。

或いは基板の厚み０．６ｍｍの光情報記録媒体用と基板の厚み１．２ｍｍの光情報記録媒体用の２個の情報ピックアップを装置につける方法も提案されている。

また、情報ピックアップの光学系中にホログラムを設け、これを透過する０次光と１次光の夫々を基板の厚み０．６ｍｍの光情報記録媒体と基板の厚み１．２ｍｍの光情報記録媒体に対応する光スポットとして情報記録面に集光させる方法も考えられている。

前述のように、１台の光ディスク装置で異なる基板厚を有する光ディスク（光情報記録媒体）を再生可能とする装置とするために、例えば光ディスクの基板厚が０．６ｍｍ用と１．２ｍｍ用それぞれに対応する対物レンズを２個取り付けたり、ディスクの基板厚が０．６ｍｍ用と１．２ｍｍ用の２個の光ピックアップを装置につける方法では情報ピックアップ装置及び光ディスク装置をコンパクトで低コストとすることは出来ない。

又、同じ基板厚みであっても、情報記録密度の差が大きい光情報記録媒体（例えば、ＣＤ、ＤＶＤ）の場合、その読取りスポットの大きさが情報ピットサイズに対し不適当となり再生性能が低下する。

情報ピックアップ中にホログラムを設け、これを透過する０次光と１次光の夫々を０．６ｍｍ厚基板と１．２ｍｍ厚基板に対応する光スポットとして情報記録面に集光させる方法では、常に光情報記録媒体の情報記録面に向け２つの光束が出射されるため、一方の光束による光スポットでの情報読み出しを行うときは他方の光束は読み出しには寄与しない不要光となり、ノイズ増大要因となる。又、レーザー光強度を分割して用いる事になるため、光量低下によるＳ／Ｎ比低下や、Ｓ／Ｎ比低下を防ぐために光量を増大させた場合にはレーザー寿命が低下してしまう。さらに記録を行う方式とするときは出射ロス分が増大することにより、より高い出力のレーザーが必要となりコストが高くなる。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものである。すなわち、一つの光ピックアップで異なる基板厚を有する光情報記録媒体を再生可能とし、相互に互換性を有する構造が簡単でコンパクトな情報ピックアップ装置及び光ディスク装置を提供することを目的としたものである。

また、本発明は、情報記録密度の異なる光情報記録媒体を再生可能とし、相互に互換性を有する構造が簡単でコンパクトな情報ピックアップ装置及び光ディスク装置を提供することを目的としたものである。

上記目的は、レーザー光源と、ビームスプリッタと、前記ビームスプリッタを通過した前記レーザー光源からの光束を光情報記録媒体の透明基板を介して情報記録面上に集光する正の屈折力を有する対物レンズと、前記情報記録面で反射され前記対物レンズを通過した光束を受光する受光手段と、を備え、前記光情報記録媒体の情報を読み出し可能な情報ピックアップ装置において、前記ビームスプリッタと前記対物レンズの間の光路上に、前記レーザー光源から出射され前記ビームスプリッタを通過した発散光が入射され、ほぼ平行光束とする正の屈折力を有するレンズを有し、前記レンズを光軸方向に移動させて前記対物レンズの倍率を変えることにより、温度変化によって発生する球面収差を補正することを特徴とする情報ピックアップ装置によって達成される。

本発明は対物レンズに入射するレーザ光源からの光束の発散度を光情報記録媒体の透明基板の厚みに応じて変えることにより基板の厚みが異なる光情報記録媒体の再生を可能としたものである。

本発明により、基板厚みのことなる光情報記録媒体を１つの情報ピックアップ装置で再生可能とし、相互に互換性を有する構造が簡単でコンパクトで低コストな情報ピックアップ装置及び光ディスク装置が提供されることとなった。

さらに、対物レンズは１つのみであるので対物レンズを駆動するアクチュエータの可動部が小型軽量化でき、消費電流を低くすることができる。又、感度を上げるのが容易であり、光ディスクの高速回転に対応しやすい。

又、読み出しに用いる光スポットは一つなのでパワーロスがなくＳ／Ｎ比が向上する。

記録を行う方式では出射効率がよく、より低いレーザーパワーで書込が可能である。

又、３種類以上の厚みの基板への対応や、個々の基板の厚みばらつきの補正も容易に対応することが可能となる。

図１は、ＮＡ０．６０、基板厚み０．６０ｍｍ、基板屈折率１．５８の条件で波長６３５ｎｍの平行光束が入射するときに収差補正が最適化された対物レンズ６に光束を入射させたときの光路図である。無限遠よりの光束は絞り５、対物レンズ６、基板７を通り情報記録面８に相当する位置に集光する。このような対物レンズ６はレンズ面に非球面を用いることにより容易に波面収差０．０００λｒｍｓのものを得ることができる。

図２は、この対物レンズ６を用いたときの基板厚みと発散度の関係を示している。横軸は基板厚み、縦軸は対物レンズに入射する光束の発散度の関数である使用状態における対物レンズの倍率（対物レンズでみたレーザー光源と集光される光スポットの間の倍率）である。対物レンズより基板側へ出射する光束は常に収斂光であるので、対物レンズに収斂光が入射するときの符号を十、発散光が入射するときの符号は一とする。又この倍率が０のときは、対物レンズへは平行光が入射する。

図中に示す曲線は各基板厚に対し、波面収差を最小とする倍率を結んだものである。基準である基板厚み０．６０ｍｍ、平行光入射に対し厚みが厚くなるときはマイナス、すなわち発散光、薄くなるときはプラスすなわち収斂光を入射させてやると収差が小さくなる。

図３は、基板の厚みが厚くなったときに、対物レンズ６に発散光を入射させた場合である。基板の厚みが厚くなるとその分球面収差がオーバーとなるのを、発散光入射とすることにより対物レンズでアンダーの球面収差を発生させ打ち消している。

前記と同じ対物レンズで、ＮＡ０．６０、基板厚み１．６１ｍｍのとき、レーザ光源と情報記録面上にできる光スポットの間の倍率が−０．０８９倍とすると波面収差０．０３λｒｍｓとなり情報再生に充分な程度に補正される。

図４は逆に基板の厚みが薄くなったときに、対物レンズ６に収斂光を入射させた場合である。基板の厚みが薄くなった分発生するアンダーの球面収差を、収斂光入射でオーバーの球面収差を発生させ打ち消している。ＮＡ０．６０で基板厚み０．１０ｍｍのとき、レーザ光源と情報記録面上の光スポットとの間の倍率を＋０．１１２倍とすると、波面収差０．０３λｒｍｓとなる。なお図１、３、４ともに絞り５は対物レンズ６の前側焦点位置におかれており、どの場合も同じ直径である。

以下実施例を説明する。

各実施例において、数値例は、レーザー光源を第０面とし、ここから順に第ｉ番目の面（絞り面を含む）の曲率半径をｒｉ、第ｉ番目の面と第ｉ＋１番目の面の間の間隔をｄｉ、第ｉ番目の面と第ｉ＋１番目の面の間の媒質のレーザー光源波長での屈折率をｎｉで表す。また空気の屈折率を１とする。

また、レンズ面に非球面を用いている場合においては、その非球面は光軸方向にＸ軸、光軸と垂直方向にＨ軸、光の進行方向を正とし、ｒを近軸曲率半径、Ｋを円錐係数、Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０、Ａ１２を非球面係数としたとき下式で表すレンズ面とする。

実施例１
図５は基板厚み０．６ｍｍの光情報記録媒体の再生に対応するときの構成を示す。

レーザ光源１から出射した光束は、ホログラムビームスプリッタ２を通過して光軸方向に移動可能な枠２０で保持されたレンズ３を通ってほぼ平行光束となり、絞り５で所定の光束に制限されて対物レンズ６に入射する。対物レンズ６に入射した光束は対物レンズ６で集光され基板７を通して情報記録面８上に集光される。この情報記録面８で情報ピットにより変調されて反射した光束は、対物レンズ６、レンズ３を介してホログラムビームスプリッタ２に戻り、ここでレーザー光源１の光路から分離され、受光手段９へ入射する。この受光手段９は多分割されたＰＩＮフォトダイオードで構成され、各素子より、入射した光束の強度に比例した電流を出力し、この電流を図には示さない検出回路系に送りここで情報信号、フォーカスエラー信号、トラックエラー信号を生成する。このフォーカスエラー信号、トラックエラー信号に基づき磁気回路とコイル等で構成される２次元アクチュエータ（図示せず）で一体的に設けられている対物レンズ６と絞り５を制御し、常に情報トラック上に光スポット位置を合わせるように構成されている。

次にこの図５に示した例における数値例を示す。

ｉ ｒｉ ｄｉ ｎｉ
０ ０．５５ １
１ ∞ ３．０ １．５１４５４６
２ ∞ ２３．９ １
３ −１５６ １．２ １．８７８３３３
４ −２０．５８ ２．９ １
５ 絞り∞ ０ １ （φ３．９９）
６ ２．０２８２ ２．６ １．４９８１
７ −５．２２３ １．５２６ １
８ ∞ ０．６ １．５８
９ 情報記録面
ｒ６の非球面係数
Ｋ ＝ −０．５４７７２
Ａ４ ＝ ０．５０７１８ ｅ−３
Ａ６ ＝ ０．３２５６０ ｅ−４
Ａ８ ＝ −０．６０９１９ ｅ−５
Ａ１０＝ −０．１６３６６ ｅ−５
ｒ７の非球面係数
Ｋ ＝−２１．８７３７
Ａ４ ＝ ０．９８８９７ ｅ−２
Ａ６ ＝ −０．２９１２３ ｅ−２
Ａ８ ＝ ０．５７０５２ ｅ−３
Ａ１０＝ −０．５０２４５ ｅ−４
上記数値例において、非球面係数の数値をｅ−２、ｅ−３等を用いて表しているが、このｅ−２、ｅ−３は×１０ ^−２ 、×１０ ^−３ を表している。これは後述する数値例においても同様である。

本例では対物レンズ６に入射する光束の発散度は若干の収斂光であり、軸上での波面収差は情報記録面側ＮＡ０．６のとき０．００１λｒｍｓ、対物レンズがトラッキングにより０．１ｍｍシフトしたとき０．００６λｒｍｓである。

又、レンズ３と対物レンズ６のトータルでのレーザー光源１と情報記録面８間の倍率は−０．１２３倍、レーザー光源側ＮＡは０．０７４である。

若干の収斂光としたのは、レンズ３により発生する球面収差を対物レンズで打ち消す為である。

レーザー光源としては波長６３５ｎｍの半導体レーザーでありその発散光は７°、３０°程度の楕円状である。本実施例では前述のようにレーザー光源側ＮＡ０．０７４であり、中心部の４．３°の発散角分の光束を使用するのでほぼ一様な強度とみなせる。

又、半導体レーザーには通常５〜１０μｍ程度の非点隔差があるが、この実施例では上記の通り倍率が−０．１２３倍であるので、情報記録面上での非点隔差は０．０８〜０．１５μｍ程度と充分に小さな値となり無視できる。

次に、より厚い第２の厚みｔ＝１．２ｍｍの光情報記録媒体７１の読み取り時は、レンズ移動手段２１によりレンズ３を光軸方向レーザ光源側の所定位置へ移動させる。及びＮＡを調整する為、絞り手段２２で第２の絞り４を光路中に挿入する。この例においては、レンズ移動手段２１とレンズ３で発散度変更手段を構成している。

図６にこのときの構成を示す。

図６に示した例における数値例は以下の通りである。

ｉ ｒｉ ｄｉ ｎｉ
０ ０．５５ １
１ ∞ ３．０ １．５１４５４６
２ ∞ １４ １
３ −１５６ １．２ １．８７８３３３
４ −２０．５８ １０．９９ １
５ 絞り∞ ２．０ １ （φ３．５１）
６ ２．０２８２ ２．６ １．４９８１
７ −５．２２３５７１ １．３４１ １
８ ∞ １．２ １．５８
９ 情報記録面
ｒ６、ｒ７の非球面係数は先に示した図５の例と同じである。

レンズ３と対物レンズ６トータルでのレーザ光源１と情報記録面８間の倍率は−０．１６倍、情報記録面側ＮＡは０．５２、光源側ＮＡは０．０８３である。軸上での波面収差０．００３λｒｍｓ、対物レンズがトラッキングにより０．１ｍｍシフトしたとき０．０１６λｒｍｓである。なお、第２の絞り４は対物レンズ６のトラッキング時も移動しない。

このように、レンズ３を光軸上で移動させることで対物レンズで基板の厚みの違いによる球面収差を打ち消すことができ、基板厚みの異なる光情報記録媒体の情報を読み出すことができる。

基板厚みの異なる２種類（例えば０．６ｍｍ、１．２ｍｍ）の光情報記録媒体のみに対応する場合は、このレンズ移動手段２１はモータやソレノイドを用いて構成し、レンズ３を保持している枠２０を機械的に２点突き当て固定されるようにすれば良く、構成が簡単である。

３種以上に対応する場合は、レンズ３の光軸方向位置を検出する位置センサーを設け、このセンサーからの出力によりレンズ移動手段２１を制御すれば良い。

又、絞り手段２２はこのレンズ移動手段２１と連動させることができ、レンズ移動手段に使用する１つのモータもしくはソレノイドで駆動させることにより小型に構成することができる。

更にこのレンズ移動手段２１でレンズ３の光軸方向位置を微調整してやることにより個々の基板の厚みバラツキを補正してやることもできる。

ＮＡ０．６０のとき基板厚みが０．６０ｍｍでなく０．５７ｍｍ、もしくは０．６３ｍｍであると０．０３λｒｍｓの収差が発生する。基板厚み０．５７ｍｍのときはレンズ３を０．９ｍｍ対物レンズ側に移動させ、より収斂光を対物レンズ６に入射させることにより０．００１λｒｍｓまで補正される。基板厚み０．６３ｍｍのときは０．８５ｍｍレーザ光源側に移動させて発散光入射とし０．００１λｒｍｓまで補正できる。

又、この方式においては、厚み方向に複数の情報記録面を有する光情報記録媒体の夫々の面に対し最適な収差補正を行うことができる。

例えば厚み０．５７ｍｍの基板に更に厚み方向について０．０３ｍｍおきに２層記録層があるときは０．６±０．０３ｍｍに相当する収差補正を行えば良く、これは前記±０．０３ｍｍの誤差補正と同じ量のレンズ移動を行えばよい。

基板厚みのバラツキを補正するには、光情報記録媒体の情報記録面に少なくともフォーカシングサーボをかけた後、再生される信号の振幅が大きくなるように、もしくはジッターが小さくなるようにレンズ３の位置を光軸方向に移動させる。又、再生中もしくは少なくともフォーカシングサーボがかかった状態で待機中に前記動作を行うことにより、情報ピックアップ系内や光情報記録媒体の温湿度による球面収差発生を補正してやることができる。

さて、本実施例では、基板厚みが０．６ｍｍの光情報記録媒体を読み取るとき平行光入射で収差補正された対物レンズ６を用いたが、基板厚み１．２ｍｍの光情報記録媒体を読み取るとき平行光入射で収差補正された対物レンズを用い、レンズ３として対物レンズ６から光軸方向に離れた第１のレンズ位置で平行光束が出射されるものを用い、対物レンズ６に近い第２の位置でレンズ３から収斂光束が出射されるようにして２種もしくはそれ以上の基板厚みに対応することができる。

又、対物レンズ６として基板厚み０．８ｍｍで平行光入射で収差補正されたものを用い、０．６ｍｍ厚対応のときはレンズ３が対物レンズ６に近い第２の位置で収斂光、１．２ｍｍ厚対応のときは対物レンズ６から離れた第１の位置で発散光が出射するようにしてやっても良い。

さらに、光情報記録媒体の基板厚みの差によって発生する球面収差を打ち消して光スポットを無収差とさせると共に、光情報記録媒体の情報記録面８の種類によって最適な光スポットサイズにしてやるのが好ましい。光スポットサイズは主に対物レンズ６の出射側ＮＡと波長で決まる。ピット列がトラック状に記録された情報記録面８から情報を読み出す際、その大きさに対しＮＡが大きくスポットが小さすぎると、基板のチルト誤差、厚み誤差、偏光依存性、アイパターンの非対称性等が大きくなる。この為種類の差、具体的にはトラックピッチで代表される記録密度の差に応じて、スポットサイズを決める絞り径を変える手段を用意してやる。絞りを小さくしてＮＡを小さくすることにより光スポットは大きくなる。例えばＣＤ規格の媒体の場合、波長λと対物レンズの出射側ＮＡとの関係をλ／ＮＡ＝１．７５（μｍ）程度となるよう、λ＝６３５ｎｍの場合であればＮＡ＝０．３６程度となるような絞りを入れてやる。このように絞ることにより対物レンズがフォーカシング、トラッキングしたときに発生する収差や、レンズを対物レンズから離れた第１の位置に決める設定精度が緩和される。

基板のそりやうねり、光情報記録媒体を回転させるスピンドルモータや、情報ピックアップ装置の組立誤差等で対物レンズと基板との間の平行度がずれるとコマ収差が発生する。この収差はＮＡが大きい程、又基板厚みが厚い程大きくなる。コマ収差が発生すると光スポットの１次リングに非対称性があらわれ、再生信号の劣化につながる。この為対物レンズ６へ入射する光束の発散度を変え厚い基板に対応するときは、情報記録面に入射する光束のＮＡは小さくなるようにしてやるのが好ましい。実施例ではＮＡ０．６を０．５２に絞ったが、ＣＤ対応であればλ＝６３５ｎｍとしてＮＡ０．３６になるように絞ってやる。もしくは対物レンズ６と一体でフォーカシング、トラッキング時可動の絞りを対物レンズの入射側焦点位置より光情報記録媒体側に設定してやることによって、発散度を変え厚い基板の光情報記録媒体に対応したときに絞り径を変えることなくＮＡを小さくすることができ、別体の絞りや可変絞りを設ける必要がなくなる。この効果は、絞り位置が光情報記録媒体面に近づけば近づくほど大きくなる。なお、対物レンズ６の出射側に設ける場合、光情報記録媒体の基板表面との必要な作動距離がとれる範囲で設定し、基板へのキズつき防止の為、絞りの光情報記録媒体面側には自己潤滑性をもたせるのが好ましい。

図６に示す実施例で仮に基板が０．３°傾くと波面収差は０．０４λｒｍｓに劣化する。これは大部分コマ収差である。ところで本構成では対物レンズに非平行光が入射するので、対物レンズがトラッキングによりシフトしたときには同じくコマ収差が発生する。よって光情報記録媒体にそり等で傾きが発生したときは対物レンズ６にシフトを与える（光軸と垂直な方向に移動する）ことでこれを相殺することができる。０．３°の傾きで０．０４λｒｍｓの波面収差が、トラッキングアクチュエータにＤＣバイアス電流を印加し、対物レンズ６を０．２２ｍｍシフトさせることにより０．００９λｒｍｓに低減される。

実施例２
実施例２として、第１の厚みの基板として０．６ｍｍ、第２のより厚い厚みの基板として１．２ｍｍの２種の光情報記録媒体の再生を行う情報ピックアップ装置として、発散度変更手段を構成するレンズ移動手段としてビームスプリッタと対物レンズとの間でレンズを反転移動させる構成のレンズ枠回転手段２１１を用いたものを図７に示す。レーザ光源１、ビームスプリッタ２、レンズ３、対物レンズ６、受光手段９である光検出器等実施例１と同じものを用い、０．６ｍｍの基板の光情報記録媒体の情報記録面の情報を読み取る際は実施例１の図５と同じ光学系配置である。収差は軸上で０．００１λｒｍｓ、対物レンズがトラッキングにより０．１ｍｍシフトしたときは０．００６λｒｍｓである。

図７に本実施例で１．２ｍｍの基板厚みの光情報記録媒体の情報記録面を再生するときの構成を示す。光学系の構成は
ｉ ｒｉ ｄｉ ｎｉ
０ ０．５５ １
１ ∞ ３．０ １．５１４５４６
２ ∞ １５．４ １
３ ２０．５８ １．２ １．８７８３３３
４ １５６ ９．６ １
５ 絞り ２ １ （φ２．４３）
６ ２．０２８２ ２．６ １．４９８１
７ −５．２２３６ １．３２８ １
８ ∞ １．２ １．５８
９ 情報記録面
ｒ６、ｒ７の非球面係数は実施例１と同じである。

この構成では、
情報記録面側ＮＡ ０．３６
レーザ光源側ＮＡ ０．０５７
レーザ光源と情報記録面間の倍率 −０．１５８倍
軸上波面収差 ０．００１λｒｍｓ
対物レンズの０．１ｍｍシフト時波面収差 ０．００６λｒｍｓ
である。レンズ３を逆向きとすることでこのレンズ３でよりアンダーの球面収差を発生させることにより、基板の厚みの増大によるオーバーの球面収差の補正効果が大きくできる。レンズ３はレンズ保持枠２０１に保持され光軸に垂直な回転軸３１周りで回転させることで第１の位置と第２の位置の間を切り替える。この切り替えにはモータ又はソレノイドが使用できる。

モータを用いる場合、レンズ３を第１の位置（あるいは第２の位置）に移動させてレンズ保持枠２０１の回転量を微調整してやることにより、基板の傾きで発生するコマ収差を打ち消してやることもできる。この場合基板の傾きが発生しやすい方向にレンズが回転による微調整ができるように回転軸３１の向きを設定してやる。

又、本実施例では、基板の厚み０．６ｍｍの光情報記録媒体に対応するときのレーザー光源側ＮＡは０．０７４、基板の厚み１．２ｍｍの光情報記録媒体に対応するときのレーザー光源側ＮＡは０．０５７であり、レーザー光の利用率はおおよそ１：０．５９となる。このため、光検出器で検出される光強度も１：０．５９となり基板の厚み１．２ｍｍの光情報記録媒体に対応するときの各信号強度も低下してしまう。よって、基板の厚み１．２ｍｍの光情報記録媒体に対応する発散度に切り替えるときは、同時にレーザー光量を約７０％増大させるか、光検出器から出力される電流を検出する処理系のゲインを約７０％上げてやることが望ましい。

又、このレンズ保持枠２０１のレンズから離れた部分に絞り２０２を一体に設けることもでき、構成が簡単となる。

情報記録面の情報トラックと光スポットの間のずれ（トラックエラー）を検出するのに３ビーム法を用いる場合、レーザ光源とビームスプリッタの間の光路中に回折格子を配置し、ここで回折した±１次光を情報トラック１８１０の中心から夫々１／４トラック分ずらした光スポット１８０２、１８０３として情報記録面上に集光させ、この戻り光を光検出器で受けトラッキングエラー信号として検出する。

本実施例に於いて、基板厚み０．６ｍｍの光情報記録媒体の情報記録面のトラックピッチが０．７５μｍ、±１次光スポット１８０２、１８０３と０次光による読み取りスポット１８０１の間のスポット間隔が２０μｍであるとすると、この３本のスポットを結ぶ線１８１１が情報トラック１８１０となす角度は０．５４°の時１／４トラック分のずれとなる（図８）。

これを１．２ｍｍ対応でレンズ３を回転させると、レーザ光源と情報記録面との間の倍率が−０．１２３倍から−０．１５８倍となり、±１次光スポット１８０２、１８０３と読み取りスポット１８０１の間のスポット間隔は１５．６μｍとなる。このときの情報記録面の情報トラックのトラックピッチが１．６μｍであると、３本のスポットを結ぶ線１８１１と情報トラック１８１０のなす角度は１．４７°となるのが好ましい（図９）。

この為、基板の厚みに対応して光束の発散角を変えると共に、情報記録面上での３スポットを結ぶ向きを情報トラックのピッチに応じて回転してやるのが良い。

この方法としては、回折格子のみを光軸を中心に回転させる、レーザ光源、回折格子、ビームスプリッタ、光検出器一体で対物レンズに向かう光軸を中心に回転させる、情報ピックアップ全体を光情報記録媒体に対して回転させる等により実現できる。

実施例３
実施例３として図１０、図１１の構成を説明する。

半導体レーザチップとホログラムビームスプリッタ、光検出器が一体化された投受光ユニット３０２はそのレーザ光が対物レンズに向かう光軸方向に移動させる移動手段３０１で保持される。この例においては、移動手段３０１と投受光ユニット３０２とで発散度変更手段を構成しており、この投受光ユニット３０２を一体で移動させることにより対物レンズに入射する光束の発散度が変更できる。

図１０の構成の光学系は
ｉ ｒｉ ｄｉ ｎｉ
０ ０．５５ １
１ ∞ ３．０ １．５１４５４６
２ ∞ ２１．６２ １
３ ９０．３２５ １．５ １．４９８１
４ −１４．３６４ ２．７ １
５ 絞り ０ １ （φ３．９９８）
６ ２．０２８２ ２．６ １．４９８１
７ −５．２２３６ １．５３１ １
８ ∞ ０．６ １．５８
９ 情報記録面
ｒ３の非球面係数
Ｋ ＝−２９０．１０４
Ａ４ ＝ −０．１５２２９ ｅ−４
Ａ６ ＝ ０．２９７１６ ｅ−４
Ａ８ ＝ −０．４９５６４ ｅ−５
Ａ１０＝ ０．２９１３２ ｅ−６
ｒ４の非球面係数
Ｋ ＝ ０．２００３０
Ａ４ ＝ −０．１４２５２ ｅ−４
Ａ６ ＝ ０．２５２３８ ｅ−４
Ａ８ ＝ −０．３８３０８ ｅ−５
Ａ１０＝ ０．２１１５４ ｅ−６
なお、ｒ６とｒ７の非球面係数は実施例１のものと同じである。

情報記録面側ＮＡ ０．６０
レーザ光源側ＮＡ ０．０８０
情報記録面とレーザ光源間倍率 −０．１３３１倍
軸上波面収差 ０．００２λｒｍｓ
対物レンズのシフト０．１ｍｍ時波面収差０．００２λｒｍｓ
本構成では対物レンズ６に実施例１、２と同じもの、レンズ３として非球面を用いた球面収差をよく補正したものを用いて、対物レンズ６がトラッキング時シフトしても収差変動がないようにしている。

図１１は基板厚み１．２ｍｍの光情報記録媒体に対応する為前記投受光ユニットを対物レンズ側の第２の位置に移動させたものである。このときの光学系の構成は図１０に対し各面間の間隔が変化し、
ｄ２ ２１．６２ →１４．０
ｄ４ ２．７ → １．１
ｄ５ ０ → ２．０
ｄ７ １．５３１→ １．３４３
となる。ｒ５は絞り面であり、図１０では対物レンズ６と一体に可動する絞り５、図１１では、レンズ３と対物レンズ６の間に挿入される虹彩絞り３０３である。

情報記録面側ＮＡ ０．５５（絞り径φ３．７２４）
レーザ光源側ＮＡ ０．１０４
情報記録面とレーザ光源間倍率 −０．１９０倍
軸上波面収差 ０．００５λｒｍｓ
対物レンズのシフト０．１ｍｍ時波面収差 ０．０２２λｒｍｓ
となる。

本実施例ではビームスプリッタとしてホログラムビームスプリッタを用い、半導体レーザと光検出器を近接させたものとして、投受光ユニットを小型化して移動を容易に行えるようにしている。なお、ビームスプリッタとしてハーフミラー、偏光ビームスプリッタ等を用い、レーザ光源と光検出器が離れて構成されたものであっても、それらが一体化され対物レンズの光軸方向に移動できれば良い。又、虹彩絞り３０３の絞り径をより小さくし出射側ＮＡを０．４２程度としてやると、レーザ光源側ＮＡは約０．０８となり、基板の厚みを変えてもレーザ光源側のＮＡがほぼ同じとなり、出射効率や光検出器への戻り光量もほぼ同じとなる為、レーザの光量制御系や信号検出系の構成が簡単にできる。

実施例４
本実施例は、実施例１の光学系を用いて０．６ｍｍの基板の光情報記録媒体の再生を行い、１．２ｍｍの基板厚の光情報記録媒体のときはレーザ光源から対物レンズまでの光路中に発散度を広げる凹レンズ作用を有する光学素子４０１を挿入するものである。本実施例においては、光学素子４０１とこの光学素子４０１を光路中に挿脱する手段で発散度変更手段を構成している。

図１２にこの１．２ｍｍ厚の基板に対応するときの構成を示す。

光学系構成は、
ｉ ｒｉ ｄｉ ｎｉ
０ ０．５５ １
１ ∞ ３ １
２ ∞ ２１．９ １
３ −１０．２１７４ １ １．４９８１
４ −２３．０２５８ １ １
５ −１５６ １．２ １．８７８３３３
６ −２０．５８ ３．０６ １
７ ２．０２８２ ２．６ １．４９８１
８ −５．２２３６ １．３６７ １
９ ∞ １．２ １．５８
１０ 情報記録面
ｒ４の非球面係数
Ｋ ＝１４．９４２３８
Ａ４ ＝ ０．１６５３９ ｅ−３
Ａ６ ＝ ０．６９５１７ ｅ−３
Ａ８ ＝ ０．８２５１９ ｅ−５
Ａ１０＝−０．４６４３８ ｅ−５
ｒ７、ｒ８の非球面係数は実施例１と同じである。

情報記録面側ＮＡ ０．５５
レーザ光源側ＮＡ ０．０６４
情報記録面とレーザ光源間の倍率 −０．１１６倍
軸上波面収差 ０．００１λｒｍｓ
対物レンズのシフト０．１ｍｍ時波面収差 ０．００７λｒｍｓ
本実施例では、この光学素子４０１をビームスプリッタとレンズ３の間に入れたが、これはレンズ３と対物レンズ６の間でも良い。又この構成の方がレーザ光源側ＮＡが大きくし易く、光束の利用効率が良い。

実施例５
本実施例は、有限距離から発散するレーザ光を直接光情報記録媒体の１．２ｍｍ厚の基板を介しての情報記録面に無収差に集光する対物レンズ６を用いる。この例では特に１．２ｍｍ厚の基板の光情報記録媒体の高密度化に対応して小さい光スポットでの再生に優れたものである。

図１３に於いて、
ｉ ｒｉ ｄｉ ｎｉ
０ ０．５５ １
１ ∞ ３ １．５１４５４６
２ ∞ １７ １
３ 絞り ２ １
４ １．９０９５ ２．７ １．４９８１
５ −２．９１３１ １．１６２ １
６ ∞ １．２ １．５８
７ 情報記録面
ｒ４の非球面係数
Ｋ ＝−１．７５７４０
Ａ４ ＝ ０．１８９３２ ｅ−１
Ａ６ ＝−０．１２２３３ ｅ−２
Ａ８ ＝ ０．１８８６１ ｅ−３
Ａ１０＝−０．９３１４７ ｅ−５
ｒ５面非球面係数
Ｋ ＝−９．２０９８１
Ａ４ ＝ ０．６１１６２ ｅ−２
Ａ６ ＝−０．１５２７４ ｅ−３
Ａ８ ＝−０．１４２７６ ｅ−３
Ａ１０＝ ０．１７８７４ ｅ−４
情報記録面側ＮＡ ０．５５
レーザ光源側ＮＡ ０．０８０
情報記録面とレーザ光源との間の倍率 −０．１４５
軸上波面収差 ０．０００λｒｍｓ
対物レンズのシフト０．１ｍｍ時波面収差 ０．００１λｒｍｓ
図１４は０．８ｍｍ厚の基板の光情報記録媒体に対応する為にビームスプリッタと対物レンズの間に絞り５０２が一体の保持枠に保持された凸レンズ作用を有するレンズ５０１を挿入したものである。この例においては、レンズ５０１とこのレンズ５０１を光路中に挿脱する手段とで発散度変更手段を構成している。

なお、保持枠には１．２ｍｍ厚の基板の光情報記録媒体に対応する際の絞り５０３も一体に設けられている。

ｉ ｒｉ ｄｉ ｎｉ
０ ０．５５ １
１ ∞ ３ １．５１４５４６
２ ∞ １６．２ １
３ −２．９９４２ １．３ １．４９８１
４ −３．０２０８ １．５ １
５ １．９０９５ ２．７ １．４９８１
６ −２．９１３１ １．１６２ １
７ ∞ ０．８ １．５８
８ 情報記録面
ｒ４の非球面係数
Ｋ ＝ ０．０３１７４
Ａ４ ＝ ０．８２３７１ ｅ−３
Ａ６ ＝ ０．２１８９６ ｅ−３
Ａ８ ＝−０．４７２３７ ｅ−５
Ａ１０＝ ０．１１８４０ ｅ−４
Ａ１２＝−０．２１３１０ ｅ−５
情報記録面側ＮＡ ０．５５
レーザ光源側ＮＡ ０．０７１
情報記録面とレーザ光源との間の倍率 −０．１２９
軸上波面収差 ０．００２λｒｍｓ
対物レンズのシフト０．１ｍｍ時波面収差 ０．０１７λｒｍｓ
情報記録面側ＮＡを決める絞りは第４面に併設されている。

本実施例では、対物レンズ６の出射面から基板表面までの距離が同じであり、対物レンズを駆動するアクチュエータのフォーカシング方向の可動範囲を小さくできアクチュエータ等を小型化するのに有効である。

本実施例でも、対物レンズがシフトしたときに発生する収差は主にコマ収差であり、トラッキングアクチュエータにバイアス電流を印加するか、挿入される凸レンズをモーターでシフトさせることで基板の傾きによるコマ収差を相殺できる。

本実施例で示した対物レンズを用いて、実施例３のように投受光ユニットを対物レンズの光軸方向に移動可能として基板厚みの差に対応してもよい。

又、対物レンズに入射する光束の径を換える絞り手段を設ける構成とし、基板厚みは１．２ｍｍで記録密度の異なる情報記録面からの情報読取りを良好に行うことができる。

３ビーム法でトラッキングを行う場合は、この絞り手段に連動させて情報トラックに対する３ビームの方向を調整してやることにより、更に再生性能の安定した情報ピックアップ装置とすることができる。

実施例６
実施例６として図１５のように屈折力の異なる複数のレンズの内の１つを選択的に挿入して対物レンズ６へ入射する光束の発散度を調整することができる。

０．６ｍｍ厚の基板の光情報記録媒体に対しては実施例１の図５の構成の光学系を用い、これより厚みの厚い基板の光情報記録媒体に対しては、より絞り６０２が一体に形成されたレンズ枠に保持された発散度変更手段を構成する、より焦点距離の長いレンズ６０１を、又これより薄い基板に対しては、絞り６０４が一体に形成されたレンズ枠に保持されたより発散度変更手段を構成する、より焦点距離の短いレンズ６０３に替えてやる。これらのレンズは夫々単独のレンズを１つの枠で保持し、この枠をモータやソレノイド等で駆動してやることにより切り替えることができる。又レンズ枠に絞りを併設することでスポットサイズの切り替えをより簡単に行うことができる。

実施例７
本実施例は、実施例３の光学系とほぼ同じ光学系を用い、情報ピックアップ装置を薄型化したものである。図１６で、対物レンズ６とレンズの間に折り返しミラー９０１を配し、光路を９０°折り曲げている。投受光ユニットは、その先端に、基板厚み１．２ｍｍに対応した位置に移動したときに対物レンズと折り返しミラーの間に配置される絞り７０１が一体化されており、投受光ユニットの移動機構のみで絞りの切替えを同時に行え低コストである。

又、３ビーム法でトラッキングを行う場合、回折格子をレーザ光源１とビームスプリッタ２の間に配置し、レーザ光源１と受光手段９とビームスプリッタと回折格子によって構成される投受光ユニットが基板の厚みに応じて移動したときにこのユニットを光軸を中心に若干（約１°）回転させるような送りガイドとしておけば情報面のトラックピッチに対応して最適な３ビームの方位の調整を同時に行える。

実施例８
本実施例は、実施例２の光学系とほぼ同じ光学系を用い、薄型化をしたものである。図１７で、回転中心を折り返しミラー９０１の光軸が交わる点と一致させたレンズ枠８０１にレンズ３を保持し、基板厚み０．６ｍｍの光情報記録媒体に対応するときには、レンズ３を対物レンズ６側に配置させ（点線で示す）、基板厚み１．２ｍｍの光情報記録媒体に対応するときにはこの枠を９０°回転させてレーザ光源側にレンズ３を配置する（実線で示す）。このレンズ枠には絞り８０２も一体で設けられており、このレンズ枠を回転させることでレンズ位置の移動と絞りの切り替えが同時に行え低コストである。

これらの実施例１〜８で、発散度変更を行うのは光情報記録媒体の再生を始める前後、及び温湿度変化補償の為のときである。その間の変更を行なわないときは、発散度変更手段を構成する移動手段のモータの出力を別の方向に取り出し、情報ピックアップ装置の内外周方向駆動源としてや、基板のそりを検出して情報ピックアップ装置の少なくとも対物レンズアクチュエータ部を傾けるチルト調整の駆動源として使用できる。

以上実施例１〜８では、基板の厚み０．６ｍｍと１．２ｍｍの２種類の光情報記録媒体への対応の場合を例として示したが、もちろんこの２種に限らず種々の基板厚み光情報記録媒体にも対応できる。又、１枚の透明基板の表面と裏面側の双方に情報記録面を有するような光情報記録媒体を同じ方向から再生することも可能である。

又、再生専用方式に限らず記録を行うことも可能である。

以上の実施例１〜８で説明した情報ピックアップ装置を用いた光ディスク装置においては、光情報記録媒体（以下光ディスクという。）の読み出しを行うに際し、光ディスク装置にローディングされた光ディスクの基板厚みを判別する判別手段を設け、この判別手段による情報に応じて対物レンズに入射する光束の発散度を設定してやる。この判別手段は、少なくとも厚み検出手段と、ＣＰＵ等の公知の論理回路により構成することができる。

厚み検出手段としては、
Ａ．厚み情報を持つ光ディスクカートリッジからスイッチを介して検出する
Ｂ．厚みとともに外径が異なる光ディスクの場合は、その外径の差をフォトインタラプタ等で検出する
Ｃ．光ディスク装置外部に基板厚みに対応する情報を設定する切り替えスイッチを設け、このスイッチの状態で検出する
Ｄ．ローディングされた光ディスクに対向してＬＥＤ、フォトトランジスタ等よりなる厚み検出用光学系を設け、この光学系の出力に基づき判別する
Ｅ．情報ピックアップ装置の対物レンズをフォーカシング駆動用のアクチュエータを利用して上下方向に駆動し、基板の表面及び裏面からの反射光が検出されるまでの間に動いた対物レンズ移動量をその移動時間により検出する
Ｆ．スピンドルモータで光ディスクの光束入射面側を基準に保持し、情報ピックアップ装置の対物レンズをフォーカシング駆動用のアクチュエータを利用して上下方向に駆動し、情報記録面からのフォーカスエラー信号で合焦点が現れる位置を、駆動電流値もしくは駆動時間により検出する
Ｇ．対物レンズに入射する光束が、例えば０．６ｍｍ厚の基板に対応する第１の発散度となっている状態で、回転している光ディスクに対し対物レンズをフォーカシング駆動用のアクチュエータを利用して上下させてフォーカスエラー信号を検出し、この合焦点付近で所定の情報信号もしくはトラックエラー信号が検出されるかどうかを判別することで基板厚みを検出する等の方法で実現できる。

複数種の基板厚みの光ディスクを読み出し可能な光ディスク装置ではあっても、厚みや形状が類似な光ディスクがローディンク可能である場合、厚み判別と同時にその光ディスクが想定された種類のものであるかどうかの判別も必要である。これには、光ディスクの情報記録面からの信号が想定された種類ものであるかどうかを検出してやれば良い。

このためには、対物レンズに入射する光束が例えば１．２ｍｍ厚の基板の光ディスクに対応する第１の発散度の状態で、光ディスクをスピンドルモーターで所定の第１の回転速度（例えば１５００ｒｐｍ）で回転させ、対物レンズをフォーカシング駆動用のアクチュエータで上下に駆動してフォーカシングエラー信号の合焦点付近で所定の周波数成分を有する情報信号を検出できないとき、又はフォーカスサーボのみもしくはトラッキングサーボまで引き込んだ後、所定の情報信号が検出できないときは、ＣＰＵ等よりなる制御手段で発散度変更手段に、例えば０．６ｍｍ厚の基板の光ディスクに対応する第２の発散度に変更するように制御する。

実施例１、３等の情報ピックアップ装置を用いる場合、フォーカシング，トラッキングの各サーボを引き込んだ状態で、発散度変更手段により発散度を変更できる。実施例２の情報ピックアップ装置の場合、レーザー光が遮断される時間が長くなりサーボ動作が不安定となりやすいので、いったんサーボは外してから発散度の変更を行うのが良い。

発散度を変更した後、再び上記情報信号の検出を行い、所定の情報が得られない場合は、想定されていない種類の光ディスクであるので排出する。

又、複数種の基板厚みの光ディスクを読み出し可能な光ディスク装置であって、同一の厚みではあるが、読み出し基準回転数が異なる光ディスクも読み出し可能とするため、例えば、１．２ｍｍ厚の基板の光ディスクに対応する第１の発散度になっている状態で、光ディスクを所定の第１の回転速度（例えば１５００ｒｐｍ）で回転させ、少なくともフォーカスサーボまで引き込んだ状態で所定の周波数成分を含む信号が検出できないとき、もしくは第２の回転速度（例えば５００ｒｐｍ）で回転させるべき種類の光ディスクからの信号として検出できたときには、第２の回転速度に変更してやる。

この発散度もしくは回転速度を変更するときに、変更後に読み取りが想定される光ディスクの情報トラックのピッチが異なる場合は、同時に入射する光束の径を変える絞り手段を制御して、好ましいスポットサイズに変更してやるのが良い。

又、３ビーム法でのトラッキングエラー検出を行う場合も同時に、０次光、±１次光の情報トラックに対する角度を変えてやる。

収差補正が最適化された対物レンズによる光路図。 図１の対物レンズを用いたときの基板厚みと発散度の関係を示す図。 基板の厚みが厚くなったときに、対物レンズに発散光を入射させた場合の図。 基板の厚みが薄くなったときに、対物レンズに収斂光を入射させた場合の図。 実施例１の第１の基板厚み０．６ｍｍに対応する図。 実施例１の第２の基板厚み１．２ｍｍに対応する図。 実施例２の第２の基板厚み１．２ｍｍに対応する図。 トラック上の３スポット配置の図。 トラック上の３スポット配置の別の図。 実施例３の第１の基板厚み０．６ｍｍに対応する図。 実施例３の第２の基板厚み１．２ｍｍに対応する図。 実施例４の第２の基板厚み１．２ｍｍに対応する図。 実施例５の第２の基板厚み１．２ｍｍに対応する図。 実施例５の第１の基板厚み０．８ｍｍに対応する図。 実施例６の第２の基板厚み１．２ｍｍに対応する図。 実施例７の構成の光学系の図。 実施例８の構成の光学系の図。 従来提案されている例の光学系の図。 基板の厚み誤差と波面収差との関係図。

符号の説明

１ レーザ光源
２ ビームスプリッタ（ホログラムビームスプリッタ）
３ レンズ（コリメータレンズ）
４ 第２の絞り
５ 絞り
６ 対物レンズ
７ 基板
８ 情報記録面
９ 受光手段
２０ 枠
２１ レンズ移動手段
２２ 絞り手段

Claims (11)

1. レーザー光源と、
   ビームスプリッタと、
   前記ビームスプリッタを通過した前記レーザー光源からの光束を光情報記録媒体の透明基板を介して情報記録面上に集光する正の屈折力を有する対物レンズと、
   前記情報記録面で反射され前記対物レンズを通過した光束を受光する受光手段と、
   を備え、前記光情報記録媒体の情報を読み出し可能な情報ピックアップ装置において、
   前記ビームスプリッタと前記対物レンズの間の光路上に、前記レーザー光源から出射され前記ビームスプリッタを通過した発散光が入射され、ほぼ平行光束とする正の屈折力を有するレンズを有し、
   前記レンズを光軸方向に移動させて前記対物レンズの倍率を変えることにより、温度変化によって発生する球面収差を補正することを特徴とする情報ピックアップ装置。
2. 前記情報記録面で反射され前記対物レンズを通過した光束は、前記レンズを通過し、前記ビームスプリッタでレーザー光源からビームスプリッタへの光路から分離され、前記受光手段に入射することを特徴とする請求項１記載の情報ピックアップ装置。
3. 前記レンズを光軸方向に移動させることにより、湿度変化によって発生する球面収差を補正することを特徴とする請求項１又は２記載の情報ピックアップ装置。
4. 前記レンズを光軸方向に移動させて前記対物レンズの倍率を変えることにより、湿度変化によって発生する球面収差を補正することを特徴とする請求項３記載の情報ピックアップ装置。
5. 厚み方向に複数の情報記録面を有する光情報記録媒体のそれぞれの情報記録面の情報を読み出し可能であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の情報ピックアップ装置。
6. 前記それぞれの情報記録面までの透明基板の厚みに応じて、前記レンズを光軸方向に移動させることにより、前記それぞれの情報記録面に対し収差補正を行うことを特徴とする請求項５記載の情報ピックアップ装置。
7. 透明基板の厚みが異なる複数種の光情報記録媒体の情報を読み出し可能であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の情報ピックアップ装置。
8. 前記それぞれの光情報記録媒体の情報記録面までの透明基板の厚みに応じて、前記レンズを光軸方向に移動させることにより、前記それぞれの光情報記録媒体の情報記録面に対し収差補正を行うことを特徴とする請求項７記載の情報ピックアップ装置。
9. 前記対物レンズは非球面レンズであることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の情報ピックアップ装置。
10. 再生中もしくは少なくともフォーカシングサーボがかかった状態で待機中に、前記レンズを光軸方向に移動させることにより、温度変化によって発生する球面収差を補正することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の情報ピックアップ装置。
11. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載の情報ピックアップ装置を用いたことを特徴とする光ディスク装置。

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