JP4353780B2 - 光ピックアップ装置 - Google Patents

Description

この発明は、光ピックアップ装置に関し、特にたとえば光ディスクの表面から信号記録層までの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、光ピックアップ装置に関する。

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。

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。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。

特許文献１に開示されている従来の光ピックアップ装置では、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ため、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がコリメータレンズと対物レンズの間に配置されていた。このビームエキスパンダは、いずれか一方のレンズをステッピングモータで駆動して２枚のレンズ間の距離を調整し、射出光を収束光または拡散光としていた。例えば光ディスクのカバー層の厚さが薄い場合、ビームエキスパンダは対物レンズに収束光を入射させる。この結果、カバー層が薄くなったことによって生じた球面収差を対物レンズで発生する球面収差で相殺し、信号記録層ではほぼ無収差としていた。
特開２００３−７７１４２号公報「Ｇ１１Ｂ ７／０８５、７／０９、７／１２５」

しかし、ビームエキスパンダ内のレンズを駆動するためのステッピングモータを光ピックアップ装置内に配置すると、球面収差補正の可能な光ピックアップ装置が大型化するという問題があった。

それゆえに、この発明の主たる目的は、小型で球面収差の補正ができる、光ピックアップ装置を提供することである。

請求項１記載の発明は、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／または再生を行う光ピックアップ装置であって、光源、カバー層を透過して光源からの光を信号記録層に集光させる対物レンズ、固定部と可動部を含み、光源と対物レンズとの間に配置され光源からの光を拡散光、収束光および平行光のいずれか１つに変換して射出するビームエキスパンダユニット、磁界内に配置された可動部に含まれる駆動コイルに電流を流すことによって可動部を光軸方向に移動させる移動手段を備える、光ピックアップ装置である。 請求項１の発明では、ビームエキスパンダユニットの可動部内の駆動コイルは、磁界内に配置されている。このため、駆動コイルに電流を流すと、電流は磁界から力を受けて、可動部を光軸方向に移動させる。この結果、ビームエキスパンダユニットに含まれる２枚のレンズ間距離が変わるので、ビームエキスパンダユニットから射出される光が拡散光または収束光になる。このため、対物レンズはカバー層の厚さが基準値からずれたことによって生じた球面収差とは逆方向に球面収差を発生させ、球面収差を相殺させる。この場合、可動部を移動させるために、ステッピングモータを必要としないので、球面収差の補正ができる光ピックアップ装置を小型化することができる。

したがって、カバー層の厚さが基準値からずれた場合に、可動部を光軸方向に移動させて、対物レンズへの入射光を拡散光または収束光にする。次に、対物レンズによってカバー層の厚さの基準値からのずれによって生じた球面収差とは逆方向に球面収差を発生させて、球面収差を相殺させることにより、信号記録層上での球面収差を抑制する。このように、可動部を移動させるために、ステッピングモータを必要としないので、球面収差の補正ができる光ピックアップ装置を小型化することができる。

また、ステッピングモータを使用しない場合は、使用する場合と比べて、ステッピングモータを制御するために必要な４本以上の信号線、および可動部の位置検出のためのリミットスイッチを制御するために必要な２本〜４本の信号線の合計６本〜８本以上の信号線が不要となり、代わりに必要な信号線は駆動コイルを制御するための２本だけなので、制御系が簡素化される。
請求項１の発明において、ビームエキスパンダユニットは可動部の位置を駆動コイルによって移動させられる前の位置に復元させる復元手段をさらに備える。この場合、光軸方向に移動した可動部を復元手段により移動前の位置に戻すことができるので、可動部の位置を検出するリミッタスイッチを光ピックアップ装置内に設ける必要がない。このため、光ピックアップ装置をさらに小型化することができる。
上記復元手段は、同一平面上において互いに接触しないように配置された２枚の渦巻状板バネを含み、２枚の渦巻状板バネに駆動コイルの両端部がそれぞれ電気的に接続されている。この場合、可動部は、２つの渦巻状板バネによって移動させられる前の位置に戻される。渦巻状にすることで移動方向への負荷が少なくすることができるので、可動部の感度を向上させることができる。また、２つの渦巻状板バネは、接触していないので、可動部に巻かれた駆動コイルの両端を２つの渦巻状板バネにそれぞれ電気的に接続し、渦巻状板バネを介して駆動コイルに電流を供給することができる。

請求項２の発明は、請求項１記載の光ピックアップ装置において、駆動コイルは光軸方向に直交する方向に巻かれ、マグネットは駆動コイルに流す電流の方向および光軸方向のいずれにも直交する方向に磁界が生じるように固定部に配置されている。

請求項２の発明では、駆動コイルに電流を流すと、駆動コイルは磁界から光軸方向の力を受ける。このため、可動部を光軸方向に移動させて、対物レンズへの入射光を拡散光または収束光にすることにより、球面収差を抑制することができる。

請求項３の発明は、請求項１または２記載の光ピックアップ装置において、光源とビームエキスパンダユニットとの間に配置され光源からの光を平行光に変換するコリメータレンズをさらに備える。

請求項３の発明では、光源からの光をコリメータレンズによって平行光にした後、ビームエキスパンダユニットに入射させるので、入射した平行光を拡散光、収束光および平行光のいずれか１つへの変換するために必要な可動部の調整が容易である。

請求項４の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の光ピックアップ装置を含み、光源の周囲温度を測定する温度センサ、および温度センサの測定結果に基づいて移動手段を制御する第１制御手段をさらに備える、光ディスク記録および／または再生装置である。

請求項４の発明では、光源の周囲温度を測定する温度センサをさらに備え、移動手段はこの温度センサが測定した温度に応じて可動部を移動させる。光源の周囲温度により、光源からの光の波長が変動する。さらに、光の波長の変動に応じて、カバー層の屈折率も変わるので、球面収差が発生する。このため、第１制御手段は、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、ビームエキスパンダユニットの可動部を光軸に沿って移動させるように移動手段を制御し、球面収差を抑制する。

請求項５の発明は、請求項５記載の光ディスク記録および／または再生装置において、光源の出力を測定する出力センサ、および出力センサの測定結果に基づいて移動手段を制御する第２制御手段をさらに備える。

請求項５の発明では、光源の出力を測定する出力センサを備えている。光源の出力が変われば、光源から射出される光の波長が変動する。さらに、光の波長の変動に応じてカバー層の屈折率も変わるので、球面収差が発生する。このため、第２制御手段は、出力センサによって得られた光源の出力に基づいて、可動部を光軸に沿って移動させるように移動手段を制御し、球面収差を抑制する。

請求項６の発明は、請求項６または５記載の光ディスク記録および／または再生装置において、対物レンズの光軸方向の位置情報を検出する検出手段、および検出手段の結果に基づいて移動手段を制御する第３制御手段をさらに備える。

請求項６の発明では、対物レンズの光軸方向の位置情報を検出し、検出された位置情報に基づいて移動手段を制御して、可動部を移動させる。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、対物レンズとビームエキスパンダとの距離も変わり、球面収差が発生する。このため、第３制御手段は、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のアクチュエータのフォーカス電圧と電圧感度から求めて移動させるよう移動手段を制御し、球面収差を抑制する。

この発明によれば、ビームエキスパンダの可動部に巻かれた駆動コイルに流れる電流とマグネットによる磁界との相互作用を利用して、ビームエキスパンダの可動部を光軸に沿って移動させることで、球面収差の補正ができる光ピックアップ装置を小型化することができる。しかも、ビームエキスパンダユニットが可動部の位置を復元させる復元手段をさらに備えることによって、光軸方向に移動した可動部を２つの渦巻状板バネによって移動前の位置に戻すことができるので、可動部の位置を検出するリミッタスイッチを光ピックアップ装置内に設ける必要がない。このため、光ピックアップ装置をさらに小型化することができる。また、板バネを渦巻状にすることで移動方向への負荷が少なくすることができるので、可動部の感度を向上させることができる。また、２つの渦巻状板バネは、接触していないので、可動部に巻かれた駆動コイルの両端を２つの渦巻状板バネにそれぞれ電気的に接続し、渦巻状板バネを介して駆動コイルに電流を供給することができる。

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。

図１を参照して、光ディスク３０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、光ピックアップ装置１０の斜視図、平面図および側面図がそれぞれ示されている。

光ピックアップ装置１０は光源である半導体レーザ１２を含む。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。

円偏光に変換されたレーザ光は、コリメータレンズ１８によって平行光にされ、ビームエキスパンダユニット２０に入射する。ビームエキスパンダユニット２０は、凹レンズであるエキスパンダ第１レンズ２２と凸レンズであるエキスパンダ第２レンズ２４を含み、エキスパンダ第２レンズ２４はレーザ光の光軸に沿ってＸ方向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。

ビームエキスパンダユニット２０を透過したレーザ光は、次に４５度反射ミラー２６により対物レンズ２８が配置されている＋Ｚ方向に反射され、対物レンズ２８によって光ディスク３０の信号記録層に集光される。

光ディスク３０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２６で反射された後、ビームエキスパンダユニット２０とコリメータレンズ１８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。直線偏光に変換されたレーザ光は、偏光ビームスプリッタ１２によって、入射方向と９０度の角度をなす＋Ｙ方向に反射される。

反射された光は、集光レンズ３２、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３４を透過して、光検出器３６に入射する。光検出器３６はフォトダイオードを含み、入射した光の強度に応じた出力信号を出力する。

図２〜４を参照して、光ディスク３０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２８の入射光との関係について説明する。

まず、図２（Ａ）を参照して、対物レンズ２８に平行光を入射させると、平行光はディスク表面３０ａからカバー層３８ａを透過して、ディスク表面３０ａに近い第１信号記録層３０ｂに集光するように対物レンズ２８を設計した場合、第１信号記録層３０ｂに集光するスポット光の球面収差は最小となる。

この対物レンズ１６を使用して、図２（Ｂ）に示すように、第１信号記録層３０ｂよりも深い位置にある第２信号記録層３０ｃに平行光を集光させると、基準値よりも厚いカバー層３８ａおよび３８ｂを透過するので、球面収差が発生する。そこで、対物レンズ２８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対物レンズ２８からの射出光に生じ、第２信号記録層３０ｃ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。

次に、図３（Ａ）を参照して、対物レンズ２８に平行光を入射させると、この平行光はディスク表面３０ａからカバー層３８ａおよび３８ｂを透過して第２信号記録層３０ｃに集光するように対物レンズ２８を設計した場合、第２信号記録層３０ｃに集光するスポット光の球面収差は最小となる。

この対物レンズ２８を使用して、図３（Ｂ）に示すように、第１信号記録層３０ｂに集光させると、平行光はカバー層３８aのみを透過するため、球面収差が生じる。そこで、対物レンズ２８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対物レンズ２８からの射出光に生じ、第１信号記録層３０ｂ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。

さらに、図４（Ａ）を参照して、対物レンズ２８に平行光を入射させると、この平行光は第１信号記録層３０ｂと第２信号記録層３０ｃに挟まれたカバー層３８ｂとのちょうど中間の位置３０ｄに集光するように対物レンズ２８を設計した場合、その中間の位置３０ｄでスポット光の球面収差は最小となる。

この対物レンズ２８を使用して、図４（Ｂ）に示すように、第１信号記録層３０ｂに集光する場合には、入射光はカバー層３０ａのみを透過することになるので、第１信号記録層３０ｂで球面収差が発生する。このとき、対物レンズ２８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対物レンズ２８からの射出光に生じるので、第１信号記録層３０ｂ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。

また、図４（Ｃ）に示すように、第２信号記録層３０ｃに集光する場合は、入射光はカバー層３０ａおよび３０ｂを透過することになるので、第２信号記録層３０ｃで球面収差が発生する。このとき、対物レンズ１６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対物レンズ２８からの射出光に生じるので、第２信号記録層３０ｃ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。

このように対物レンズ２８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、光ピックアップ装置１０の記録および／または再生特性の劣化を低減することができる。

なお、光ディスク３０のカバー層３０ａおよび３０ｂの厚さは、光ディスク３０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。

また、光源である半導体レーザ１２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３０のカバー層３８ａおよび３８ｂ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。

次に、図５を参照して、ビームエキスパンダユニット２０に含まれる２枚のレンズのレンズ間距離によって、対物レンズ２８への入射光を平行光、拡散光、収束光のいずれかに変えられることを説明する。

この実施例では、エキスパンダ第１レンズ２２（コリメータレンズ１８側）を凹レンズとし、エキスパンダ第２レンズ２４（対物レンズ２８側）を凸レンズとしている。また、半導体レーザ（光源）１２、コリメータレンズ１８、エキスパンダ第１レンズ２２、対物レンズ２８の位置は固定されており、エキスパンダ第２レンズ２４のみが光軸方向に移動可能である。また、“ａ”は対物レンズ２８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２８の入射側の焦点距離（前側焦点距離）である。

図５の中央の図は、光ディスク３０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、エキスパンダ第１レンズ２２とエキスパンダ第２レンズ２４間の距離は、コリメータレンズ１８から射出された平行光がエキスパンダ第１レンズ２２によって拡散光となり、さらにエキスパンダ第２レンズ２４によって再び平行光になるような距離である。したがって、エキスパンダ第２レンズ２４からの射出光は平行光となる。

図５の上側の図は、光ディスク３０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。このときのエキスパンダ第２レンズ２４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、エキスパンダ第２レンズ２４からの射出光は拡散光となる。

図５の下側の図は、光ディスク３０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。このときのエキスパンダ第２レンズ２４は、図５の中央の図の場合に比べて、対物レンズ２８側に移動しているので、エキスパンダ第２レンズ２４からの射出光は収束光となる。

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とした。

例えば、カバー層の厚さが基準値である１００μｍから±２５μｍはずれた場合、すなわちカバー層の厚さが１２５μｍまたは７５μｍ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０．１０λ（「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０．２５λでは良好な記録再生特性は得られない。

そこで、この場合に、エキスパンダ第２レンズ２４を光軸方向であるＸ方向に動かして、対物レンズ２８に入射する光を拡散光または収束光とする補正を行なうと、球面収差の発生量を０．０１λ以下にすることができる。すなわち、補正を行なわない場合に比べて球面収差を大幅に抑制できる。このように、球面収差の発生量が０．０１λ以下であれば、光ピックアップ装置１０の記録再生特性への影響はほとんどないと考えられる。

次に、図７を参照して、ビームエキスパンダユニット２０の構造について説明する。ビームエキスパンダユニット２０は、可動部２０ａと固定部２０ｂとを含む。可動部２０ａは、凸レンズであるエキスパンダ第２レンズ２４が嵌め込まれたレンズホルダ４０、レンズホルダ４０の外周に光軸に直交するように巻かれた駆動コイル４４、および２枚の渦巻状板バネ４２ａおよび４２ｂを含む。レンズホルダ４０の一方端側の近傍には駆動コイル４４が巻かれ、他方端側の端部には、他の部分よりもその直径が大きくかつ切欠きによって４等分された突出部が形成されている。なお、駆動コイル４４の両端は、それぞれ渦巻状板バネ４６ａおよび４６ｂに電気的に接続されている。また、渦巻状板バネ４２ａおよび４２ｂの取付け方法については後述する。

固定部２０ｂは、ヨーク５０を含む。ヨーク５０に形成された開口部の内壁に配置されたリング状のマグネット４６と、開口部中央にエキスパンダ第１レンズ２２を嵌め込んだ突起とによって挟まれた空間に、可動部２０ａのレンズホルダ４０がＸ方向に移動可能な状態で収納されている。なお、ヨーク５０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。

絶縁材からなるスペーサ４８は、ヨーク５０と渦巻状板バネ４２ａおよび４２ｂとを絶縁するためのものである。スペーサ４８は、その両端の直径が中央部の直径よりも細い円柱形状であり、その一方端はヨーク５０の四隅に形成された穴５２に挿入され、他方端は渦巻状板バネ４２ａおよび４２ｂに２個ずつ形成された穴に挿入される。この結果、スペーサ４８の中央部によってヨーク５０と、渦巻状板バネ４２ａおよび４２ｂが絶縁される。なお、渦巻状板バネ４２ａおよび４２ｂを固定部２０ｂに固定する方法の詳細については後述する。また、マグネット４６がリング状である場合には、部品点数を少なくできるが、マグネット４６が小さいため製造が難しいという問題がある。このため、Ｘ方向から見ると扇形となるように、マグネット４６を複数の部分に分割して開口部の内壁に配置してもよい。

図８を参照して、渦巻状板バネ４２ａおよび４２ｂの形状について説明する。図８（Ａ）からわかるように、渦巻状板バネ４２ｂは、長さの異なる４本の円弧が円弧の幅よりも広い間隔を隔てて渦巻状に配置されており、これらの円弧は分離しないように接続されている。最外周の円弧には、スペーサ４８の一方端を挿入できる穴が２個形成されている。この穴にスペーサ４８の一方端を挿入することにより、渦巻状板バネ４２ｂをビームエキスパンダ２０の固定部２０ｂに固定することができる。

渦巻状板バネ４２ａも、図８（Ｂ）からわかるように、渦巻状板バネ４２ｂと同一形状である。したがって、図８（Ｃ）に示すように、渦巻状板バネ４２ａおよび４２ｂを同一平面内で互いに１８０度回転させて組み合わせると、渦巻状板バネ４２ａの各円弧が渦巻状板バネ４２ｂの円弧と円弧との間にそれぞれ配置される。このように、渦巻状板バネ４２ａおよび４２ｂは互いに接触することなく組み合わされるので、渦巻状板バネ４２ａおよび４２ｂを介して駆動コイル４４に電流を供給することができる。

図９を参照して、ビームエキスパンダユニット４１の構造についてさらに説明する。図９（Ａ）は、ビームエキスパンダユニット２０を＋Ｘ方向から見た図である。渦巻状板バネ４２ａおよび４２ｂは、その最外周の円弧に設けられた穴をヨーク５０に固定されたスペーサの他方端に挿入し、最内周の円弧をレンズホルダ４０の突出部の裏面に接着剤で固定されている。なお、最内周の円弧の一部が、レンズホルダ４０の４箇所の切欠き部から見えている。

このように、渦巻状板バネ４２ａおよび４２ｂは、いずれも一端が固定部２０ｂのヨーク５０に、他端が可動部２０ａのレンズホルダ４０に固定され、渦巻状になっている。この結果、可動部２０ａをＸ方向に移動させる場合に、可動部２０ａに大きな力を加えなくても移動させることができる。したがって、可動部２０ａの感度を向上させることができる。たとえば、ピックアップ装置１０の可動部２０ａは、力を加えられていない状態からＸ方向に±１ｍｍ移動させることができる。一方、カバー層の厚さの基準値からのずれによる球面収差を相殺するために必要な可動部２０aは、Ｘ方向に±０．６ｍｍ〜０．７ｍｍ移動できれば十分である。このため、渦巻状板バネ４２ａおよび４２ｂを使用することにより、カバー層３８ａ、３８ｂの厚さの基準値からのずれによる球面収差を十分相殺することができる。

また、停電などにより電源スイッチが突然オフされた場合、可動部２０ａは渦巻状板バネ４２ａおよび４２ｂの復元力によって、力を加えていない位置に戻る。したがって、再び電源スイッチがオンされた場合に、可動部２０ａの位置を検出するリミッタスイッチを光ピックアップ装置１０内に配置する必要がないので、光ピックアップ装置１０をより小型化することができる。

また、図９（Ｂ）は、ビームエキスパンダユニット２０の中央断面を＋Ｙ方向から見た断面図である。図９（Ｂ）からわかるように、エキスパンダ第２レンズ２４はレンズホルダ４０に嵌め込まれ、駆動コイル４４はレンズホルダ４０の外周部に巻かれている。また、ヨーク５０の開口部中央の突起にはエキスパンダ第２レンズ２４に固定されており、ヨーク５０の開口部内壁にはマグネット４６が固定されている。また、レンズホルダ４０はヨーク５０内を光軸方向（Ｘ方向）に移動可能なように取り付けられている。
図１０を参照して、ビームエキスパンダユニット２０の駆動原理を説明する。可動部２０aの駆動コイル４４を囲むように、マグネット４６が配置される。マグネット４６の内周面がＮ極、外周面がＳ極であるとき、マグネット４６による磁界の方向は、ＹＺ面内でマグネット４６の中心から外側に向かって放射状に出ていく方向である。一方、駆動コイル４４は、光軸の周りを光軸に直行する方向に巻かれている。駆動コイル４４に右回りの電流を流すと、駆動コイル４４にはフレミング左手の法則により電流の方向および磁界の方向のいずれにも垂直な方向である＋Ｘ方向（紙面に垂直に裏面から表面向かう方向）に力が働く。

この結果、エキスパンダ第２レンズ２４とエキスパンダ第１レンズ２２との間の距離が長くなり、エキスパンダ第２レンズ２４からの射出光は収束光となる。

一方、エキスパンダ第２レンズ２４からの射出光を拡散光にしたい場合は、駆動コイル４４に流す電流を左回りに流せばよい。このように、光ディスク３０の信号記録層上に生じる球面収差は、駆動コイル４４に流す電流を右回りまたは左回りに流して、可動部２０ａを＋Ｘ方向または−Ｘ方向に移動させることにより補正される。

このように、ビームエキスパンダユニット２０の可動部２０ａ内に駆動コイル４４を配置し、駆動コイル４４に流す電流と磁界との相互作用により可動部２０ａを光軸方向に移動させて、エキスパンダ第２レンズ２４とエキスパンダ第１レンズ２２との間の距離を調整する。したがって、可動部２０ａを移動させるステッピングモータを光ピックアップ装置１０内に配置する必要がないので、光ピックアップ装置１０を小型化できる。

また、ステッピングモータを使用しない場合は、使用する場合に比べて、ステッピングモータを制御するために必要な４本以上の信号線、および可動部２０ａの位置検出をするリミットスイッチを制御するために必要な２本〜４本の信号線の合計６本〜８本以上の信号線が不要となり、代わりに必要な信号線は駆動コイル４４を制御するための２本だけなので、制御系が簡素化される。

なお、光ピックアップ装置１０では、エキスパンダ第１レンズ２２を凹レンズとし、エキスパンダ第２レンズ２４を凸レンズとしたが、エキスパンダ第１レンズ２２を凸レンズとし、エキスパンダ第２レンズ２４を凹レンズとしてもよい。また、エキスパンダ第１レンズ２２およびエキスパンダ第２レンズ２４をともに凸レンズとしてもよい。

次に、図１１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６０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６０は、光ピックアップ装置１０を含み、さらに信号生成回路６２およびＣＰＵ７２を備える。

光ピックアップ装置１０は、半導体レーザ１２、ビームエキスパンダユニット２０、対物レンズ２８、光検出器３６、レーザ駆動回路６４、対物レンズアクチュエータ７０を含む。光ピックアップ装置１０は、さらに半導体レーザ１２の周囲温度を測定する温度センサ７４、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６８を備えており、これらによって測定された温度および出力はＣＰＵ７２に与えられる。

また、信号生成回路６２は、光検出器３６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信号などの信号を生成し、生成された信号をＣＰＵ７２に与える。

ＣＰＵ７２は、与えられたフォーカスエラー信号に基づいて、レーザ光が光ディスク３０の信号記録層に焦点が合っていないことを検知すると、対物レンズアクチュエータ７０を駆動して、対物レンズ２８をフォーカス方向に移動させて合焦させる。次に、ＣＰＵ７２は、合焦されたときの対物レンズ２８のフォーカス方向の位置情報を、対物レンズアクチュエータ７０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計算する。ここで、対物レンズ２８の位置を計算するのは、対物レンズ２８の位置が変われば、対物レンズ２８とエキスパンダ第２レンズ２４との間の距離が変わり、球面収差の発生に影響を与えるからである。

同様に、ＣＰＵ７２は、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３０のトラック上からはずれていることを検知すると、対物レンズアクチュエータ７０を駆動して、対物レンズ２８を光ディスク３０の主面に平行に移動させて、レーザ光が常に光ディスク３０のトラック上に照射されるように制御する。

さらに、ＣＰＵ７２は、信号生成回路６２によって生成されたＲＦ信号、温度センサ７４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６８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２８の位置情報に基づいて、ビームエキスパンダユニット２０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３０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２８の位置情報が必要な理由は、例えば光ディスク３０が反っているとき、対物レンズ２８をフォーカス方向に移動させて合焦させると、対物レンズ２８とエキスパンダ第２レンズ２４との距離が変わるからである。

また、ＣＰＵ７２は、フロントモニタダイオード６８から出力された半導体レーザ１２の出力を半導体レーザ駆動回路６４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３０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６４に信号を与えて半導体レーザ１２を駆動する。

次に、図１２を参照して、ビームエキスパンダユニット２０の位置を調整するＣＰＵ７２の処理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としてビームエキスパンダユニット２０内のエキスパンダ第２レンズ２４の位置の粗調整を行なう。一方、信号記録層がレイヤ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としてエキスパンダ第２レンズ２４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Ｘ方向の仮の位置まで移動させる。

次に、ステップＳ７で、半導体レーザ１２の温度情報、半導体レーザ１２の出力情報、対物レンズ２８の位置情報に基づいて発生する球面収差を求める。

すなわち、温度センサ７４から得られた半導体レーザ１２の温度情報に基づいて、以下の式（１）、（２）により球面収差ΔＸ_Ｔを求める。

［数１］
Δλ_Ｔ＝Ａ_Ｔ×ΔＴ・・・（１）
ここで、Δλ_Ｔ：波長変化量
ΔＴ：温度変化量
Ａ_Ｔ：カバー層の厚さ、レーザ光の波長などにより変わる係数

［数２］
ΔＸ_Ｔ≒Ｂ_Ｔ×λ_Ｔ＝Ａ_ＴＢ_Ｔ×ΔＴ・・・（２）
ここで、ΔＸ_Ｔ：球面収差の発生量
Ｂ_Ｔ：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６８から得られた半導体レーザ１２の出力情報
に基づいて、以下の式（３）、（４）により球面収差ΔＸ_ｐを求める。

［数３］
Δλ_ｐ＝Ａ_Ｐ×ΔＰ・・・（３）
ここで、Δλ_Ｐ：波長変化量
ΔＰ：出力変化量
Ａ_ｐ：カバー層の厚さ、レーザ光の波長などにより変わる係数

［数４］
ΔＸ_ｐ≒Ｂ_ｐ×λ_ｐ＝Ａ_ｐＢ_ｐ×ΔＰ・・・（４）
ここで、Δ_Ｐ：球面収差の発生量
Ｂ_Ｐ：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ΔＸ_ｓを求める。

［数５］
α＝１／（（１／ｆ_ｂ２）＋（１／（Ｌ１-ｆ_ｂ１＋ΔＢ）））・・・（５）
ここで、ｆ_ｂ１：ビームエキスパンダ第一レンズの焦点距離（凹レンズは負）
ｆ_ｂ２：ビームエキスパンダ第二レンズの焦点距離
ΔＢ：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。

［数６］
ａ＝Ｌ２−α＋ΔＯＬ・・・（６）
ここで、Ｌ２：対物レンズとビームエキスパンダ第二レンズ４３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。

［数７］
ｂ＝１／（（１／ｆ_ＯＬ）＋（１／ａ））・・・（７）
ここで、ｆ_ＯＬ：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ΔＸ_Ｓ１は、
［数８］
ΔＸ_Ｓ１＝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ΔＸ_Ｓ２は、
［数９］
ΔＸ_Ｓ２＝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、エキスパンダ第２レンズ２４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、エキスパンダ第２レンズ２４の位置を決めた後、ステップＳ１１で、光ディスク３０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１２の温度センサ７４、フロントモニタダイオード６８、対物レンズ２８の位置センサによって、半導体レーザ１２の温度情報、出力情報および対物レンズ２８の位置情報がそれぞれ得られる。ＣＰＵ７２は、得られた温度情報、出力情報および位置情報に基づいて球面収差を求める。次に、ＣＰＵ７２は、求められた球面収差の発生量に応じて、エキスパンダ第２レンズ２４の位置を微調整する。この結果、発生した球面収差は打ち消される。

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。

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でエキスパンダ第２レンズ２４の位置を少しずらした後、再びステップＳ１１で、光ディスク３０への記録および／または再生の試行を行なう。

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３０への記録および／または再生を行なう。

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３０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。

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。 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。 球面収差と対物レンズの入射光の関係を示す他の図解図である。 球面収差と対物レンズの入射光の関係を示すその他の図解図である。 ビームエキスパンダ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１実施例による補正の効果を示すグラフである。 図１実施例の一部を示す図解図である。 図１実施例の他の一部を示す図解図である。 図１実施例のその他の一部を示す図解図である。 図１実施例の動作原理を示す図解図である。 図１実施例を含む光ディスク記録および／または再生装置を示すブロック 図である。 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
２０…ビームエキスパンダユニット
２０ａ…ビームエキスパンダユニットの可動部
２０ｂ…ビームエキスパンダユニットの固定部
２２…エキスパンダ第１レンズ
２４…エキスパンダ第２レンズ
２８…対物レンズ
３０…光ディスク
３０ａ、３０ｂ…信号記録層
３６…光検出器
３８ａ、３８ｂ…カバー層
４０…レンズホルダ
４２ａ、４２ｂ…渦巻状板バネ
４４…駆動コイル
４６…マグネット
５０…ヨーク
６０…光ディスク記録および／または再生装置
６２…信号生成回路
６８…フロントモニタダイオード
７０…対物レンズアクチュエータ
７２…ＣＰＵ
７４…温度センサ

Claims (6)

1. 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／または再生を行う光ピックアップ装置であって、
   光源、
   前記カバー層を透過して前記光源からの光を前記信号記録層に集光させる対物レンズ、
   可動部と固定部を含み、前記光源と前記対物レンズとの間に配置され前記光源からの光を拡散光、収束光および平行光のいずれか１つに変換して射出するビームエキスパンダユニット、
   磁界内に配置された前記可動部に含まれる駆動コイルに電流を流すことによって前記可動部を光軸方向に移動させる移動手段を備え、
   前記ビームエキスパンダユニットは前記可動部の位置を前記駆動コイルによって移動させられる前の位置に復元させる復元手段をさらに含み、
   前記復元手段は、同一平面上に、互いに接触しない状態で配置された２枚の渦巻状板バネを含み、前記２枚の渦巻状板バネに前記駆動コイルの両端部がそれぞれ電気的に接続されている、光ピックアップ装置。
2. 前記駆動コイルは前記光軸方向に直交する方向に巻かれ、
   前記マグネットは前記駆動コイルに流す電流の方向および光軸方向のいずれにも直交する方向に磁界が生じるように固定部に配置されている、請求項１記載の光ピックアップ装置。
3. 前記光源と前記ビームエキスパンダとの間に配置され光源からの光を平行光に変換するコリメータレンズをさらに備える、請求項１または２記載の光ピックアップ装置。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の光ピックアップ装置を含み、
   前記光源の周囲温度を測定する温度センサ、および
   前記温度センサの測定結果に基づいて前記移動手段を制御する第１制御手段をさらに備える、光ディスク記録および／または再生装置。
5. 前記光源の出力を測定する出力センサ、および
   前記出力センサの測定結果に基づいて前記移動手段を制御する第２制御手段をさらに備える、請求項４記載の光ディスク記録および／または再生装置。
6. 前記対物レンズの光軸方向の位置情報を検出する検出手段、および
   前記検出手段の検出結果に基づいて前記移動手段を制御する第３制御手段をさらに備える、請求項４または５記載の光ディスク記録および／または再生装置。

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