JP4591329B2

JP4591329B2 - 光ピックアップ装置

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Publication number: JP4591329B2
Application number: JP2005337137A
Authority: JP
Inventors: 嗣弘阿部
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Priority date: 2005-11-22
Filing date: 2005-11-22
Publication date: 2010-12-01
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Description

本発明は、光ピックアップ装置に関し、特に、小型の装置で安定した収差の補正を行うことができるようにする光ピックアップ装置に関する。

DVD（Digital Versatile Disc）レコーダ／プレーヤなどに代表される光ディスク装置では、近年、ノートパソコンやモバイルDVDプレーヤなどのモバイル機器への対応や、省スペースの要求等により、さらなる小型化、薄型化が望まれてきている。また、モバイル型ゲーム機等においても、UMD（Universal Media Disc）などの高密度のディスクの再生が可能で且つ、小型で薄型に製造されることが実現可能な光ディスク装置が必要となっている。また、Blu−rayディスク（商標）に代表される高密度次世代光記録媒体を用いる装置等においても、高機能化、デザイン性の向上等を実現するため、小型化、薄型化は避けて通れない。

そのような小型、薄型の光ディスク装置を実現するためには、光ディスク装置に用いられる光ピックアップやその光学系を小型化、薄型化することが必要になってくる。

従来、CD（Compact Disc）やMD（Mini Disc）など、NAのそれほど高くない（すなわち、記憶容量をそれほど必要としない）記録媒体を用いる光ディスク装置においては、図１に示されるようないわゆる無限光学系を採用した光ピックアップを、図２に示されるようないわゆる有限光学系を採用したピックアップに変更することにより装置の小型化、薄型化が図られている（例えば、特許文献１参照）。

無限光学系においては、光源１１から照射された光は、コリメータレンズ１２を介して平行光とされ、対物レンズ１３を通過することにより、記録媒体１４の記録面に集光される。

無限光学系は、トラッキングサーボやフォーカスサーボに対応した対物レンズ１３のシフトに対して収差の発生が無い構成とされる。しかしながら、無限光学系では、光源１１からコリメータレンズ１２までの距離を、コリメータレンズ１２の焦点距離とほぼ同程度にとる必要があることや、対物レンズ１３の移動範囲を充分満足する太い平行光束が得られるよう、コリメータレンズ１２の外径寸法や光束径を大きくしなければならないことなどから、光学系全体の小型化や薄型化には限界がある。

これに対して、有限光学系では、対物レンズ１３から有限の距離に配置された光源１１から発光される光を対物レンズ１３で直接受光するか、またはカップリングレンズ１５を通して対物レンズ１３で受光し、記録媒体１４の記録面上に集光させる。

有限光学系では、対物レンズ１３以外のレンズを用いないでよいか、またはレンズ外径の比較的小さなカップリングレンズ１５を用いることができ、また、物像間距離も短くすることができるため、光学系全体の小型化や薄型化が可能となる。ただし、トラッキングサーボやフォーカスサーボのための対物レンズ１３のシフトに対しての収差が発生することになるが、NAの低いCDやMDでは、対物レンズのシフトによって発生する収差量はシステムマージンが破綻するほど大きくは無いため、有限光学系による小型化や薄型化が実現できていた。

特開２００４−２４７０３４号公報

しかしながら、NAの大きなDVDやUMDを記録媒体として用いる光ディスク装置において、装置を小型化、薄型化するために有限光学系を採用しようとすると、対物レンズのシフトによって発生する収差量がシステムマージンの破綻を引き起こす程度に悪化してしまう恐れがあり、実用化が困難であった。また、仮に実用化したとしても、歩留まりの悪化や市場不良の増加等を引き起こすなどの恐れがあった。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、小型の装置で安定した収差の補正を行うことができるようにするものである。

本発明の第１の側面は、光記録媒体に対して照射する光を発生する光源と、前記光源から照射された光を前記記録媒体の記録面に集光する対物レンズとを備える光ピックアップ装置であって、前記光源と、前記対物レンズとの間の光路上に配置されるカップリングレンズをさらに備え、前記対物レンズがシフトしたとき、前記対物レンズのシフト量に対応して定まる位置であって、前記光源から発せられた光が前記カップリングレンズを通過する位置において、前記光源から発せられた光に予め設定された球面収差量を生じさせるように前記カップリングレンズの面形状が形成され、前記カップリングレンズは、前記カップリングレンズの全有効径領域において、Zernike 4次球面収差の収差係数をSa、カップリングレンズの全有効径Aと光束径Bとの比B/Aをγ、視野振り時の光束移動量sと光束半径B/2の比2s/Bをδとし、対物レンズで発生する軸外非点収差のZernike非点収差係数をWasとしたとき、

を満たす球面収差が前記カップリングレンズを通過する光に付加されるような面形状を有し、
前記対物レンズは、前記対物レンズを通過する光の視野コマ収差のZernikeコマ収差係数をWcomaとし、前記カップリングレンズの全有効径領域において、Zernike 4次球面収差の収差係数をSa、カップリングレンズの全有効径Aと光束径Bとの比B/Aをγ、視野振り時の光束移動量sと光束半径B/2の比2s/Bをδとしたとき、

を満たす軸外コマ収差が前記対物レンズを通過する光に付加されるような面形状を有する光ピックアップ装置である。

前記カップリングレンズは、カップリングレンズの全有効径領域において、Zernike 4次球面収差の収差係数をSa、6次球面収差の収差係数をSｋ、カップリングレンズの全有効径Aと光束径Bとの比B/Aをγ、視野振り時の光束移動量ｓと光束半径B/2の比2s/Bをδとし、対物レンズで発生する視野非点収差のZernike非点収差係数をWasとしたとき、

を満たし、かつ

を満たす球面収差が前記カップリングレンズを通過する光に付加されるような面形状を有し、
前記対物レンズは、対物レンズの球面収差のZernike球面収差係数をWsaとし、カップリングレンズの全有効径領域において、Zernike 4次球面収差の収差係数をSa、6次球面収差の収差係数をSｋ、カップリングレンズの全有効径Aと光束径Bとの比B/Aをγ、視野振り時の光束移動量ｓと光束半径B/2の比2s/Bをδとしたとき、

を満たす球面収差が前記対物レンズを通過する光に付加されるような面形状を有するようにすることができる。

本発明の第１の側面光源と、前記対物レンズとの間の光路上にカップリングレンズが配置され、前記対物レンズがシフトしたとき、前記対物レンズのシフト量に対応して定まる位置であって、前記光源から発せられた光が前記カップリングレンズを通過する位置において、前記光源から発せられた光に予め設定された球面収差量を生じさせるように前記カップリングレンズの面形状が形成され、前記カップリングレンズが、前記カップリングレンズの全有効径領域において、Zernike 4次球面収差の収差係数をSa、カップリングレンズの全有効径Aと光束径Bとの比B/Aをγ、視野振り時の光束移動量sと光束半径B/2の比2s/Bをδとし、対物レンズで発生する軸外非点収差のZernike非点収差係数をWasとしたとき、

を満たす球面収差が前記カップリングレンズを通過する光に付加されるような面形状を有し、
前記対物レンズが、前記対物レンズを通過する光の視野コマ収差のZernikeコマ収差係数をWcomaとし、前記カップリングレンズの全有効径領域において、Zernike 4次球面収差の収差係数をSa、カップリングレンズの全有効径Aと光束径Bとの比B/Aをγ、視野振り時の光束移動量sと光束半径B/2の比2s/Bをδとしたとき、

を満たす軸外コマ収差が前記対物レンズを通過する光に付加されるような面形状を有する。

本発明の第２の側面は、光記録媒体に対して照射する光を発生する光源と、前記光源から照射された光を前記記録媒体の記録面に集光する対物レンズと、前記光源と、前記対物レンズとの間の光路上に配置されるカップリングレンズを備える光ピックアップ装置であって、前記カップリングレンズと、前記対物レンズとの間の光路上に配置される光学素子をさらに備え、前記対物レンズがシフトしたとき、前記対物レンズのシフト量に対応して定まる位置であって、前記光源から発せられた光が前記光学素子を通過する位置において、前記光源から発せられた光に予め設定された球面収差量を生じさせるように前記光学素子の面形状が形成され、前記光学素子は、前記光学素子の全有効径領域において、Zernike 4次球面収差の収差係数をSa、カップリングレンズの全有効径Aと光束径Bとの比B/Aをγ、視野振り時の光束移動量sと光束半径B/2の比2s/Bをδとし、対物レンズで発生する軸外非点収差のZernike非点収差係数をWasとしたとき、

を満たす球面収差が前記光学素子を通過する光に付加されるような面形状を有し、
前記対物レンズは、前記対物レンズを通過する光の視野コマ収差のZernikeコマ収差係数をWcomaとし、前記光学素子の全有効径領域において、Zernike 4次球面収差の収差係数をSa、前記光学素子の全有効径Aと光束径Bとの比B/Aをγ、視野振り時の光束移動量sと光束半径B/2の比2s/Bをδとしたとき、

前記光学素子は、対物レンズの球面収差のZernike球面収差係数をWsaとし、カップリングレンズの全有効径領域において、Zernike 4次球面収差の収差係数をSa、6次球面収差の収差係数をSｋ、カップリングレンズの全有効径Aと光束径Bとの比B/Aをγ、視野振り時の光束移動量ｓと光束半径B/2の比2s/Bをδとしたとき、

本発明の第２の側面においては、カップリングレンズと、対物レンズとの間の光路上に光学素子が配置され、前記対物レンズがシフトしたとき、前記対物レンズのシフト量に対応して定まる位置であって、前記光源から発せられた光が前記光学素子を通過する位置において、前記光源から発せられた光に予め設定された球面収差量を生じさせるように前記光学素子の面形状が形成され、前記光学素子が、前記光学素子の全有効径領域において、Zernike 4次球面収差の収差係数をSa、カップリングレンズの全有効径Aと光束径Bとの比B/Aをγ、視野振り時の光束移動量sと光束半径B/2の比2s/Bをδとし、対物レンズで発生する軸外非点収差のZernike非点収差係数をWasとしたとき、

を満たす球面収差が前記光学素子を通過する光に付加されるような面形状を有し、
前記対物レンズが、前記対物レンズを通過する光の視野コマ収差のZernikeコマ収差係数をWcomaとし、前記光学素子の全有効径領域において、Zernike 4次球面収差の収差係数をSa、前記光学素子の全有効径Aと光束径Bとの比B/Aをγ、視野振り時の光束移動量sと光束半径B/2の比2s/Bをδとしたとき、

本発明によれば、小型の装置で安定した収差の補正を行うことができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。

図３は本発明を適用した光ディスク装置の一実施の形態に係る構成例を示すブロック図である。

同図において、この実施例においては、光学ピックアップ部１０１は、内蔵する光源（例えば、レーザダイオード）から光を発生し、所定の光学系（後述）を介して、光ディスク１５１に集光し、その反射光を、複数の受光部を有する光検出部で検出し、各受光部の出力信号をＰＤ出力信号として演算回路１０２に出力するようになされている。

演算回路１０２は、ＰＤ出力信号（各受光部の信号）から、光ディスク再生用のデータ検出信号（ＲＦ信号）、光軸方向におけるレーザ光のフォーカスのずれを示すフォーカスエラー信号、および、光ディスクの半径方向のトラッキングのずれを示すトラッキングエラー信号を算出し、データ検出信号を再生回路１０３に出力し、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制御回路１０４に出力するようになされている。

再生回路１０３は、演算回路１０２より供給されたデータ検出信号をイコライズした後、２値化し、さらに、エラー訂正しながら復調した信号を、再生信号として、所定の装置に出力するようになされている。

制御回路１０４は、演算回路１０２より供給されたフォーカスエラー信号に応じて、フォーカスサーボ用アクチュエータ１０６を制御し、例えば、光学ピックアップ部１０１の対物レンズを光軸方向に移動させてフォーカスを調整し、演算回路１０２より供給されたトラッキングエラー信号に応じて、トラッキングサーボ用アクチュエータ１０７を制御し、例えば、光学ピックアップ部１０１を光ディスク１５１の半径方向に移動させてトラッキングを調整するようになされている。なお、フォーカスサーボ用アクチュエータ１０６とトラッキングサーボ用アクチュエータ１０７とは、実際には１つのアクチュエータとして構成され、後述する対物レンズがそのアクチュエータに搭載されることになる。

また、制御回路１０４は、モータ１０９を制御し、光ディスク１５１を所定の速度で回転させるようになされている。

なお、制御回路１０４は、入力装置１０５からユーザによる操作に応じた信号を受け取ると、その信号に応じて、各回路を制御するようになされている。

光学ピックアップ部１０１は、いわゆる有限光学系を採用した光ピックアップ装置として構成され、例えば、図４に示されるような構成とされる。同図において、光ピックアップ装置２００は、光学ピックアップ部１０１の一実施の形態の構成例を示しており、いわゆる有限光学系を採用した光ピックアップ装置であって、光源２０１から照射された光を所定の角度の光束に変換するカップリングレンズ２０５と、カップリングレンズ２０５を通過した光を記録媒体２０４の記録面上に集光させる対物レンズ２０３を有する構成とされる。なお、記録媒体２０４は、図３の光ディスク１５１を簡素化して表示したものであり、記録媒体２０４と光ディスク１５１は、実質的に同じものである。

対物レンズ２０３は、正弦条件を満たすように設計されており、対物レンズ２０３を通過した光において軸外収差としての球面収差とコマ収差が発生しないように構成されているが、非点収差は発生してしまう。

カップリングレンズ２０５の面形状が、カップリングレンズ２０５を通過する光において収差が発生しないように設計されている場合、例えば、トラッキングサーボを行うために対物レンズ２０３を移動（シフト）させると、いわゆる視野振りが発生し、対物レンズ２０３による非点収差量は、視野振り量の２次関数となるため、対物レンズ２０３のシフト量が大きくなるほど、有限光学系を採用した光ピックアップ装置では、非点収差の影響が大きくなると言える。

図５は、図４の光ピックアップ装置２００において、視野振りが発生した場合の例を示
す図である。同図においては、図４の場合と比較して、対物レンズ２０３が、光軸と垂直な方向に移動している。

このような、対物レンズのシフトによって発生する収差量は、例えば、NAの低いCD（Compact Disc）やMD（Mini Disc）などの光記録媒体に対する情報の記録または再生などを行う場合、システムマージンが破綻するほど大きくは無いため、許容できることもあるが、NAの大きなDVD（Digital Versatile Disc）やUMD（Universal Media Disc）などの光記録媒体に対する情報の記録または再生などを行う場合、無視できない影響を与える恐れがある。

そこで、本発明においては、上述した対物レンズ２０３のシフトに伴って発生する収差を補正するため、カップリングレンズ２０５の特性を、例えば、レンズの面形状を所定の形状に設計するなどして変更する。

視野振りが発生している場合、光源２０１から照射された光ビームのカップリングレンズ２０５内の通過位置が異なってくる。

例えば、視野振りが発生していない図４に示されるような状態においては、光源２０１から照射された光ビームのカップリングレンズ２０５内の通過位置は、図６に示されるような位置になる。図６は、カップリングレンズ２０５を、光源２０１から照射される光ビームの光軸上の一点からみた図である。同図においては、カップリングレンズ２０５の直径にほぼ等しいカップリングレンズ２０５の全有効径領域内において、光源２０１から照射される光ビームの光束が通過する光束径領域２２１は中心部分に全有効径領域と同心円状に配置されている。

一方、視野振りが発生している図５に示されるような状態においては、光源２０１から照射された光ビームのカップリングレンズ２０５内の通過位置は、図７に示されるような位置になる。図７は、図６と同様にカップリングレンズ２０５を、光源２０１から照射される光ビームの光軸上の一点からみた図である。同図においては、カップリングレンズ２０５の全有効径領域内において、光源２０１から照射される光ビームの光束が通過する光束径領域２２１は、図６の場合と比較して図中上方向にずれて配置されている。

このように、視野振り量（対物レンズ２０３のシフト量）に伴って、光源２０１から照射された光ビームのカップリングレンズ２０５内の通過位置が異なってくるため、予めカップリングレンズ２０５内の通過位置に応じてレンズの面形状を所定の割合で変化させるなどして最適化すれば、対物レンズ２０３のシフトに伴って発生する収差を、カップリングレンズ２０５の特性により補正することが可能となる。

カップリングレンズ２０５の全有効径の波面収差のZernike多項式展開による解析より、次のように関係式を導くことができる。カップリングレンズの全有効径領域に付加する球面収差のZernike 4次球面収差の収差係数をSa、カップリングレンズの全有効径Aと光束径Bとの比B/Aをγ、視野振り時の光束移動量sと光束半径B/2の比2ｓ/Bをδとしたとき、視野振りに伴い、カップリングレンズに由来して発生する非点収差の収差係数Ａおよびコマ収差の収差係数Ｃは式（１）のように書き表せる。

従って、カップリングレンズ２０５の全有効径の収差量として、適当な4次球面収差Saを与えることにより、視野振り時に、視野振り量の2次関数で変化する任意の非点収差をカップリングレンズ２０５により発生させることが可能となる。

すなわち、対物レンズ２０３により発生する非点収差（軸外非点収差）のZernike非点収差係数をWasとしたとき、式（２）を満たす4次球面収差Saを与えるように、カップリングレンズ２０５の面形状を最適化することで、視野振りがあっても非点収差が少ない視野特性の改善された光ピックアップ装置を構成することが可能となる。

このようにすることで、有限光学系を採用した光ピックアップを構成し、装置を小型化、薄型化することが可能となるとともに、視野振りに伴う収差の発生が抑制され、例えば、NAの大きいDVD、UMDなどの光記録媒体に対する情報の記録または再生においても、安定した動作を実現することが可能となる。

以上においては、適当なZernike 4次球面収差の収差係数Saを求めることで、対物レンズ２０３のシフトにより発生する非点収差を補正する例について述べたが、このとき、上述した式（１）においてコマ収差係数Cは、やはりZernike 4次球面収差の収差係数Saの関数となるため、γやδ等の光学パラメータの値によっては、対物レンズ２０３のシフトにより発生する非点収差を補正しても、かえってコマ収差量が大きくなってしまう恐れがある。

このように、非点収差の補正に伴って発生する可能性のあるコマ収差についてもさらに補正する場合、次のような方式でカップリングレンズ２０５の面形状を最適化するようにすればよい。

カップリングレンズ２０５の全有効径領域に付加する球面収差のZernike 4次球面収差の収差係数をSa、6次球面収差の収差係数をSｋ、カップリングレンズ２０５の全有効径Aと光束径Bとの比B/Aをγ、視野振り時の光束移動量sと光束半径B/2の比2s/Bをδとしたとき、視野振りに伴い、カップリングレンズ２０５により発生する非点収差の収差係数Aおよびコマ収差の収差係数Cは式（３）のように書き表せる。

従って、カップリングレンズ２０５の全有効径の収差量として、適当な4次球面収差Saと6次球面収差Skを与えることにより、視野振り時に、適当なコマ収差と、視野振り量の2次関数で変化する任意の非点収差を、カップリングレンズ２０５により発生させることが可能となる。

対物レンズ２０３で発生する視野非点収差（軸外非点収差）のZernike非点収差係数をWasとしたとき、式（４）と式（５）を同時に満たす4次球面収差Saと6次球面収差Skを与えるように、カップリングレンズの面形状を最適化することで、さらに視野特性が改善された光ピックアップ装置を構成することができる。

このようにすることで、有限光学系を採用した光ピックアップを構成し、装置を小型化、薄型化することが可能となるとともに、非点収差の補正に伴って発生する可能性のあるコマ収差についてもさらに補正されて視野振りに伴う収差の発生がさらに抑制され、例えば、NAの大きいDVD、UMDなどの光記録媒体に対する情報の記録または再生においても、安定した動作を実現することが可能となる。

以上においては、カップリングレンズ２０５の全有効径に対し、適当な4次球面収差Saや6次球面収差Skを与えるように、カップリングレンズ２０５の面形状を最適化する例について説明したが、カップリングレンズ２０５の面形状を最適化する代わりに、例えば、図８に示されるように、適当な球面収差を付加するためのレンズや液晶素子などの光学素子を、光ピックアップ装置の光路中に配置しても良い。

図８は、光学ピックアップ部１０１の別の構成例を示すブロック図である。同図においては、図４の場合と異なり、カップリングレンズ２０５と、対物レンズ２０３との間に、適当な球面収差を付加するための光学素子２０６が配置されている。また、この例では、カップリングレンズ２０５の面形状は、上述した式（２）、（４）、（５）などにより特に最適化されておらず、全有効径に渡って均一な特性をもつように構成されているものとする（従来より用いられているカップリングレンズと同等のものをカップリングレンズ２０５として用いる）。その他は、図４の場合と同等である。

光学素子２０６は、例えば、図９に示されるように構成される。図９は、図８の光学素子２０６を、光源２０１から照射される光の光軸上の一点からみた図である。同図に示されるように、光学素子２０６は、通過する光の光軸の中心（図中縦方向の破線と横方向の破線が交差する点）からの距離ρに応じて異なる収差量を発生させるように構成されるものとする。

図１０は、光学素子２０６において発生される収差量の特性の例を示す図である。同図は、縦軸が収差量、横軸がρの値とされる。例えば、上述した式（２）、（４）、（５）などにより求められた最適な特性が線３０１で与えられる場合、光学素子２０６を、線３０２で示されるような特性を有するように構成すれば、線３０１で表される特性を近似することができ、その結果、カップリングレンズ２０５の面形状を最適化した場合と同様に、視野振りにより発生する収差を補正することが可能となる。

なお、光学素子２０６は、対物レンズ２０３のシフトに伴って発生する非点収差を補正するためだけに設けられる必要はなく、例えば、エキスパンダーレンズなど、光ディスクの厚みの変動や環境温度変動などにより発生する球面収差を補正するために、予め光ディスク装置などに配置されている光学素子により構成されるようにしてもよい。

さらに、光学素子２０６は、レンズなどにより構成されるものに限られるものではなく、例えば、液晶素子により構成されるようにすることも可能である。このようにすることで、光学素子２０６の面形状を容易に調節することが可能となる。

ここまで、対物レンズ２０３のシフトに伴って発生する収差を、カップリングレンズ２０５、または光学素子２０６により補正する例について説明したが、対物レンズ２０３により補正するようにすることも可能である。この場合、通常、正弦条件を満たすように設計されている対物レンズ２０３の面形状をあえて変更し、対物レンズ２０３を通過する光に適当な軸外コマ収差が付加されるようにすればよい。

すなわち、対物レンズ２０３の軸外コマ収差のZernikeコマ収差係数をWcomaとし、カップリングレンズ２０５の全有効径領域に付加する球面収差のZernike 4次球面収差の収差係数をSa、カップリングレンズの全有効径Aと光束径Bとの比B/Aをγ、視野振り時の光束移動量sと光束半径B/2の比2ｓ/Bをδとしたとき、式（６）を満たすコマ収差係数を与えるように、対物レンズの面形状を最適化すればよい。

そして、上述したように面形状が最適化された対物レンズ２０３と、式（２）を満たす4次球面収差Saを与えるように、面形状が最適化されたカップリングレンズ２０５とを組み合わせて使用することにより、更に良好に視野特性が改善された有限光学系を構成することができる。

ところで、上述したカップリングレンズ２０５の全有効径領域または光学素子２０６の面形状を最適化して、カップリングレンズ２０５の全有効径領域または光学素子２０６を通過した光に付加された球面収差により、光束径領域での球面収差が発生する。この球面収差は、球面収差係数をSとすると式（７）により表すことができる。

このような球面収差は、多くの場合、光ピックアップ装置の特性にさほど大きな影響を及ぼさない程度（無視できる程度）に小さいが、対物レンズ２０３にあらかじめ適当な球面収差を付加しておけば、カップリングレンズ２０５により発生する球面収差を補正することが可能となる。すなわち、上述したように対物レンズ２０３は、通常、正弦条件を満たすように設計されているが、あえてその面形状を変更し、対物レンズ２０３を通過する光に適当な球面収差が付加されるようにすれば、カップリングレンズ２０５により発生する球面収差をも補正することができる。

対物レンズ２０３に適当な球面収差を付加する場合、式（８）を満たすような球面収差Wsaを与えるように対物レンズ２０３の面形状を最適化すればよい。

このようにすることで、有限光学系を採用した光ピックアップを構成し、装置を小型化、薄型化することが可能となるとともに、対物レンズ２０３のシフトに伴う非点収差の補正とともに、カップリングレンズ２０５の球面収差についてもさらに補正されて視野振りに伴う収差の発生がさらに抑制され、例えば、NAの大きいDVD、UMDなどの光記録媒体に対する情報の記録または再生においても、安定した動作を実現することが可能となる。

次に、上述したように、対物レンズ２０３のシフトに伴って発生する非点収差を補正した場合の効果について説明する。

図１１ａと図１１ｂは、従来の有限光学系における視野振り量と収差量の関係を表すグラフである。図１１ａと図１１ｂは、縦軸が収差量、横軸が視野振り量とされ、図１１ａには、対物レンズの視野振り量に伴う、球面収差量、非点収差量、コマ収差量、および波面収差量がそれぞれグラフとして記されており、図１１ｂには、カップリングレンズにおける視野振り量（対物レンズがシフトしたことによる視野振り量）に伴う、球面収差量、非点収差量、コマ収差量、および波面収差量がそれぞれグラフとして記されている。

図１１ｂに示されるように、従来のカップリングレンズは、対物レンズのシフトに伴って発生する非点収差を補正するように面形状が最適化されてはいないため、視野振り量に係らず球面収差量、非点収差量、コマ収差量、および波面収差量が０となるように構成されている。

図１１ａに示されるような特性を有する対物レンズと、図１１ｂに示されるような特性を有するカップリングレンズにより有限光学系を採用した光ピックアップ装置を構成した場合、その光ピックアップ装置（全光学系）の特性は、図１２に示されるようになる。図１２は、やはり縦軸が収差量、横軸が視野振り量とされ、光ピックアップ装置の視野振り量に伴う、球面収差量、非点収差量、コマ収差量、および波面収差量がそれぞれグラフとして記されている。

同図に示されるように、従来の有限光学系（光ピックアップ装置）においては、対物レンズのシフトに伴って発生する非点収差が補正されないため、全光学系において対物レンズの特性と同様の特性を有することになる。

図１３ａと図１３ｂは、カップリングレンズの面形状を最適化した場合の有限光学系における視野振り量と収差量の関係を表すグラフである。図１３ａと図１３ｂは、縦軸が収差量、横軸が視野振り量とされ、図１３ａには、対物レンズの視野振り量に伴う、球面収差量、非点収差量、コマ収差量、および波面収差量がそれぞれグラフとして記されており、図１３ｂには、カップリングレンズにおける視野振り量に伴う、球面収差量、非点収差量、コマ収差量、および波面収差量がそれぞれグラフとして記されている。

なお、図１３ｂに示される特性を有するカップリングレンズは、上述した式（１）および式（２）により得られた適当なZernike 4次球面収差の収差係数Saを与えるように面形状が最適化されたものである。この例では、Zernike 4次球面収差の収差係数Saの値が0.08（coeff.）、カップリングレンズの全有効径Aと光束径Bとの比B/Aであるγの値が0.70（coeff.）、視野振り時の光束移動量sと光束半径B/2の比2ｓ/Bであるδの値が0.25（coeff.）となるように面形状が最適化されたカップリングレンズが用いられている。

図１３ａに示されるような特性を有する対物レンズと、図１３ｂに示されるような特性を有するカップリングレンズにより有限光学系を採用した光ピックアップ装置を構成した場合、その光ピックアップ装置（全光学系）の特性は、図１４に示されるようになる。図１４は、やはり縦軸が収差量、横軸が視野振り量とされ、光ピックアップ装置の視野振り量に伴う、球面収差量、非点収差量、コマ収差量、および波面収差量がそれぞれグラフとして記されている。

同図に示されるように、カップリングレンズの面形状が最適化され対物レンズのシフトに伴って発生する非点収差が補正されるため、従来の有限光学系（図１２）の場合と比較して、視野振り量に伴う、非点収差量、波面収差量の増大が抑制され、光ピックアップ装置の視野特性が改善されている。

図１５ａと図１５ｂは、カップリングレンズの面形状をさらに最適化した場合の有限光学系における視野振り量と収差量の関係を表すグラフである。図１５ａと図１５ｂは、縦軸が収差量、横軸が視野振り量とされ、図１５ａには、対物レンズの視野振り量に伴う、球面収差量、非点収差量、コマ収差量、および波面収差量がそれぞれグラフとして記されており、図１５ｂには、カップリングレンズにおける視野振り量に伴う、球面収差量、非点収差量、コマ収差量、および波面収差量がそれぞれグラフとして記されている。

なお、図１５ｂに示される特性を有するカップリングレンズは、上述した式（３）、式（４）、および式（５）により得られた適当なZernike 4次球面収差の収差係数Sa、および6次球面収差Skを与えるように面形状が最適化されたものである。この例では、Zernike 4次球面収差の収差係数Saの値が0.10（coeff.）、６次球面収差の収差係数Skの値が0.03（coeff.）、カップリングレンズの全有効径Aと光束径Bとの比B/Aであるγの値が0.70（coeff.）、視野振り時の光束移動量sと光束半径B/2の比2ｓ/Bであるδの値が0.25（coeff.）となるように面形状が最適化されたカップリングレンズが用いられている。

図１５ａに示されるような特性を有する対物レンズと、図１５ｂに示されるような特性を有するカップリングレンズにより有限光学系を採用した光ピックアップ装置を構成した場合、その光ピックアップ装置（全光学系）の特性は、図１６に示されるようになる。図１６は、やはり縦軸が収差量、横軸が視野振り量とされ、光ピックアップ装置の視野振り量に伴う、球面収差量、非点収差量、コマ収差量、および波面収差量がそれぞれグラフとして記されている。

同図に示されるように、カップリングレンズの面形状がさらに最適化され対物レンズのシフトに伴って発生する非点収差の補正に伴って発生するコマ収差も補正されるため、図１２の場合と比較して、また、図１４の場合と比較しても、視野振り量に伴う、球面収差量、非点収差量、コマ収差量、波面収差量の増大が抑制され、光ピックアップ装置の視野特性がさらに改善されている。

図１７ａと図１７ｂは、カップリングレンズの面形状とともに、対物レンズの面形状も最適化した場合の有限光学系における視野振り量と収差量の関係を表すグラフである。図１７ａと図１７ｂは、縦軸が収差量、横軸が視野振り量とされ、図１７ａには、対物レンズの視野振り量に伴う、球面収差量、非点収差量、コマ収差量、および波面収差量がそれぞれグラフとして記されており、図１７ｂには、カップリングレンズにおける視野振り量に伴う、球面収差量、非点収差量、コマ収差量、および波面収差量がそれぞれグラフとして記されている。

いまの場合、上述したように、対物レンズの面形状が最適化され、予め球面収差が付加されているので、図１７ａにおいては、図１１ａ、図１３ａ、図１５ａの場合と比較して、視野振り量の全体に渡って球面収差量の絶対値が増大している。

また、図１７ｂに示される特性を有するカップリングレンズは、上述した式（１）および式（２）により得られた適当なZernike 4次球面収差の収差係数Saを与えるように面形状が最適化されたものである。この例では、Zernike 4次球面収差の収差係数Saの値が0.08（coeff.）、カップリングレンズの全有効径Aと光束径Bとの比B/Aであるγの値が0.70（coeff.）、視野振り時の光束移動量sと光束半径B/2の比2ｓ/Bであるδの値が0.25（coeff.）となるように面形状が最適化されたカップリングレンズが用いられている。

図１７ａに示されるような特性を有する対物レンズと、図１７ｂに示されるような特性を有するカップリングレンズにより有限光学系を採用した光ピックアップ装置を構成した場合、その光ピックアップ装置（全光学系）の特性は、図１８に示されるようになる。図１８は、やはり縦軸が収差量、横軸が視野振り量とされ、光ピックアップ装置の視野振り量に伴う、球面収差量、非点収差量、コマ収差量、および波面収差量がそれぞれグラフとして記されている。

同図に示されるように、カップリングレンズの面形状とともに、対物レンズの面形状も最適化され、カップリングレンズにより発生する球面収差も補正されるため、図１４の場合と比較して、視野振り量に伴う、球面収差量、非点収差量、コマ収差量、波面収差量の増大がさらに抑制され、光ピックアップ装置の視野特性がさらに改善されている。

次に、実際に有限光学系を採用した光ピックアップ装置を構成し、視野振り量と収差量を測定した結果について説明する。

ここでは、図１９に示されるような光ピックアップ装置４００を用いて測定された視野振り量と収差量について説明する。図１９における光源４０１乃至カップリングレンズ４０５は、図４の光源２０１乃至カップリングレンズ２０５に対応しており詳細な説明は省略する。光源レンズ４０７は、光源４０１による照射光を所定の光束とするために備えられるものである。

この光ピックアップ装置４００の光源４０１の出射面をS0、光源レンズ４０７の光源４０１側の面と光記録媒体４０４側の面（図中左側の面と右側の面）をそれぞれS１とS２、カップリングレンズ４０５の光源４０１側の面と光記録媒体４０４側の面をそれぞれS３とS４とする。また、対物レンズ４０３の光源４０１側の面と光記録媒体４０４側の面をそれぞれS５とS６、光記録媒体４０４の光源４０１側の面と光記録媒体４０４側の面をそれぞれS７とS８とした場合、光ピックアップ装置４００の各光学系のそれぞれの面である面S０乃至S８における次の面までの距離ｔと、次の面との間に存在する物質の屈折率ｎが、図２０に示されるように構成されているものとする。

式（３）、（４）、（５）により得られた適当な4次球面収差の収差係数Sa、６次球面収差の収差係数Skを与えるように、カップリングレンズ４０５の面形状を最適化することで視野振りに伴う非点収差を補正するように光ピックアップ装置４００を構成する場合の測定結果について説明する。この場合、光源４０１から照射される光の波長が660nmであり、対物レンズ４０３のNAが0.6であり、カップリングレンズ４０５のZernike 4次球面収差の収差係数Saの値が0.048（coeff.）、６次球面収差の収差係数Skの値が0.015（coeff.）とされ、図２１に示されるように、カップリングレンズ４０５の面S３とS４および対物レンズ４０３の面S５とS６の面形状を構成し、視野振り量と収差量を測定する。

なお、図２１に示されるパラメータＲ，Ｋ，Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、式（９）に示される非球面収差関数におけるパラメータＲ，Ｋ，Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの値を指すものとする。すなわち、式（９）のパラメータＲ，Ｋ，Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの値を図２１に示されるように設定することで、カップリングレンズ４０５の面S３とS４および対物レンズ４０３の面S５とS６の面形状が特定されることになる。

図２２ａは、図２１に示されるように、カップリングレンズ４０５と、対物レンズ４０３の面形状が構成される場合の光ピックアップ装置４００における視野振り量と収差量（波面収差量、球面収差量、非点収差量、コマ収差量）の測定結果を示すグラフである。また、図２２ｂは、同じ光ピックアップ装置４００における対物レンズ４０３単体の視野振り量と収差量の測定結果を示すグラフである。

図２２ａに示されるように、光ピックアップ装置４００においては、対物レンズ４０３単体の場合（図２２ｂ）と比較して、視野振り量が大きくなることに伴う収差量の増加が抑制されている。

次に、式（１）、（２）により得られた適当な4次球面収差の収差係数Saを与えるように、カップリングレンズ４０５の面形状を最適化するとともに、式（８）を満たすような球面収差Wsaを与えるように対物レンズ４０３の面形状を最適化し、視野振りに伴う非点収差を補正し、カップリングレンズ４０５により発生する球面収差を補正するように光ピックアップ装置４００を構成する場合の測定結果について説明する。この場合、光源４０１から照射される光の波長が660nmであり、対物レンズ４０３のNAが0.6であり、カップリングレンズ４０５のZernike 4次球面収差の収差係数Saの値が0.045（coeff.）とされ、図２３に示されるように、カップリングレンズ４０５の面S３とS４および対物レンズ４０３の面S５とS６の面形状を構成し、視野振り量と収差量を測定する。

なお、図２３は、図２１と同様に、式（９）に示される非球面収差関数におけるパラメータＲ，Ｋ，Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの値を特定するものとし、式（９）によりレンズの面形状が特定される。

図２４ａは、図２３に示されるように、カップリングレンズ４０５と、対物レンズ４０３の面形状が構成される場合の光ピックアップ装置４００における視野振り量と収差量（波面収差量、球面収差量、非点収差量、コマ収差量）の測定結果を示すグラフである。また、図２４ｂは、同じ光ピックアップ装置４００における対物レンズ４０３単体の視野振り量と収差量の測定結果を示すグラフである。

図２４ａに示されるように、光ピックアップ装置４００においては、対物レンズ４０３単体の場合（図２４ｂ）と比較して、やはり視野振り量が大きくなることに伴う収差量の増加が抑制されている。

従来の無限光学系を説明する図である。従来の有限光学系を説明する図である。本発明を適用した光ディスク装置の一実施形態に係る構成例を示すブロック図である。図３の光学ピックアップ部の構成例を示す図である。図４の光ピックアップ装置において視野振りが発生した場合の例を示す図である。視野振りがない場合のカップリングレンズにおける光の通過位置を説明する図である。視野振りがある場合のカップリングレンズにおける光の通過位置を説明する図である。図３の光学ピックアップ部の別の構成例を示す図である。図８の光学素子の構成例を示す図である。図９の光学素子における光軸からの距離と収差量の関係を示すグラフである。従来の有限光学系の対物レンズとカップリングレンズにおける視野振り量と収差量の関係を示すグラフである。図１１に対応する有限光学系全体における視野振り量と収差量の関係を示すグラフである。本発明を適用した有限光学系の対物レンズとカップリングレンズにおける視野振り量と収差量の関係を示すグラフである。図１３に対応する有限光学系全体における視野振り量と収差量の関係を示すグラフである。本発明を適用した有限光学系の対物レンズとカップリングレンズにおける視野振り量と収差量の関係の別の例を示すグラフである。図１５に対応する有限光学系全体における視野振り量と収差量の関係を示すグラフである。本発明を適用した有限光学系の対物レンズとカップリングレンズにおける視野振り量と収差量の関係のさらに別の例を示すグラフである。図１７に対応する有限光学系全体における視野振り量と収差量の関係を示すグラフである。図３の光学ピックアップ部のさらに別の構成例を示す図である。図１９の光学系の各面間の距離と、屈折率を示す図である。図１９のカップリングレンズと対物レンズの面形状を特定する変数の例を示す図である。図２１に対応するカップリングレンズと対物レンズを用いた図１９の光学系の視野振り量と収差量の測定結果を示すグラフである。図１９のカップリングレンズと対物レンズの面形状を特定する変数の別の例を示す図である。図２３に対応するカップリングレンズと対物レンズを用いた図１９の光学系の視野振り量と収差量の測定結果を示すグラフである。

符号の説明

１００光ディスク装置，１０１光学ピックアップ部，１０２演算回路，１０４制御回路，１５１光ディスク，２００光ピックアップ装置，２０１光源，２０３対物レンズ，２０４光記録媒体，２０５カップリングレンズ，２０６光学素子，４００光ピックアップ装置，４０１光源，４０３対物レンズ，４０４光記録媒体，４０５カップリングレンズ

Claims

光記録媒体に対して照射する光を発生する光源と、
前記光源から照射された光を前記記録媒体の記録面に集光する対物レンズとを備える光ピックアップ装置であって、
前記光源と、前記対物レンズとの間の光路上に配置されるカップリングレンズをさらに備え、
前記対物レンズがシフトしたとき、前記対物レンズのシフト量に対応して定まる位置であって、前記光源から発せられた光が前記カップリングレンズを通過する位置において、前記光源から発せられた光に予め設定された球面収差量を生じさせるように前記カップリングレンズの面形状が形成され、
前記カップリングレンズは、
前記カップリングレンズの全有効径領域において、Zernike 4次球面収差の収差係数をSa、カップリングレンズの全有効径Aと光束径Bとの比B/Aをγ、視野振り時の光束移動量sと光束半径B/2の比2s/Bをδとし、対物レンズで発生する軸外非点収差のZernike非点収差係数をWasとしたとき、

を満たす球面収差が前記カップリングレンズを通過する光に付加されるような面形状を有し、
前記対物レンズは、
前記対物レンズを通過する光の視野コマ収差のZernikeコマ収差係数をWcomaとし、前記カップリングレンズの全有効径領域において、Zernike 4次球面収差の収差係数をSa、カップリングレンズの全有効径Aと光束径Bとの比B/Aをγ、視野振り時の光束移動量sと光束半径B/2の比2s/Bをδとしたとき、

を満たす軸外コマ収差が前記対物レンズを通過する光に付加されるような面形状を有する
光ピックアップ装置。
前記カップリングレンズは、
カップリングレンズの全有効径領域において、Zernike 4次球面収差の収差係数をSa、6次球面収差の収差係数をSｋ、カップリングレンズの全有効径Aと光束径Bとの比B/Aをγ、視野振り時の光束移動量ｓと光束半径B/2の比2s/Bをδとし、対物レンズで発生する視野非点収差のZernike非点収差係数をWasとしたとき、

を満たし、かつ

を満たす球面収差が前記カップリングレンズを通過する光に付加されるような面形状を有し、
前記対物レンズは、
対物レンズの球面収差のZernike球面収差係数をWsaとし、カップリングレンズの全有効径領域において、Zernike 4次球面収差の収差係数をSa、6次球面収差の収差係数をSｋ、カップリングレンズの全有効径Aと光束径Bとの比B/Aをγ、視野振り時の光束移動量ｓと光束半径B/2の比2s/Bをδとしたとき、

を満たす球面収差が前記対物レンズを通過する光に付加されるような面形状を有する
請求項１に記載の光ピックアップ装置。
光記録媒体に対して照射する光を発生する光源と、
前記光源から照射された光を前記記録媒体の記録面に集光する対物レンズと、
前記光源と、前記対物レンズとの間の光路上に配置されるカップリングレンズを備える光ピックアップ装置であって、
前記カップリングレンズと、前記対物レンズとの間の光路上に配置される光学素子をさらに備え、
前記対物レンズがシフトしたとき、前記対物レンズのシフト量に対応して定まる位置であって、前記光源から発せられた光が前記光学素子を通過する位置において、前記光源から発せられた光に予め設定された球面収差量を生じさせるように前記光学素子の面形状が形成され、
前記光学素子は、
前記光学素子の全有効径領域において、Zernike 4次球面収差の収差係数をSa、カップリングレンズの全有効径Aと光束径Bとの比B/Aをγ、視野振り時の光束移動量sと光束半径B/2の比2s/Bをδとし、対物レンズで発生する軸外非点収差のZernike非点収差係数をWasとしたとき、

を満たす球面収差が前記光学素子を通過する光に付加されるような面形状を有し、
前記対物レンズは、
前記対物レンズを通過する光の視野コマ収差のZernikeコマ収差係数をWcomaとし、前記光学素子の全有効径領域において、Zernike 4次球面収差の収差係数をSa、前記光学素子の全有効径Aと光束径Bとの比B/Aをγ、視野振り時の光束移動量sと光束半径B/2の比2s/Bをδとしたとき、

を満たす軸外コマ収差が前記対物レンズを通過する光に付加されるような面形状を有する
光ピックアップ装置。
前記光学素子は、
対物レンズの球面収差のZernike球面収差係数をWsaとし、カップリングレンズの全有効径領域において、Zernike 4次球面収差の収差係数をSa、6次球面収差の収差係数をSｋ、カップリングレンズの全有効径Aと光束径Bとの比B/Aをγ、視野振り時の光束移動量ｓと光束半径B/2の比2s/Bをδとしたとき、

を満たす球面収差が前記対物レンズを通過する光に付加されるような面形状を有する
請求項３に記載の光ピックアップ装置。