JP5025349B2 - 光ピックアップ装置 - Google Patents

Description

本発明は、光ディスクに記録されている信号の読み出し動作や光ディスクに信号の記録動作を行う光ピックアップ装置に関する。

光ピックアップ装置から照射されるレーザー光を光ディスクの信号記録層に照射することによって信号の読み出し動作や信号の記録動作を行うことが出来る光ディスク装置が普及している。

光ディスク装置としては、ＣＤやＤＶＤと呼ばれる光ディスクを使用するものが一般に普及しているが、最近では記録密度を向上させた光ディスク、即ちＢｌｕ−ｒａｙ規格やＨＤ ＤＶＤ（High Density Digital Versatile Disk）規格の光ディスクを使用するものが開発されている。

ＣＤ規格の光ディスクに記録されている信号の読み出し動作を行うレーザー光としては、波長が７８０ｎｍである赤外光が使用され、ＤＶＤ規格の光ディスクに記録されている信号の読み出し動作を行うレーザー光としては、波長が６５０ｎｍの赤色光が使用されている。

そして、前記ＣＤ規格の光ディスクにおける信号記録層の上面に設けられている保護層の厚さは１．２ｍｍであり、この信号記録層から信号の読み出し動作を行うために使用される対物レンズの開口数は０．４５と規定されている。また、ＤＶＤ規格の光ディスクにおける信号記録層の上面に設けられている保護層の厚さは０．６ｍｍであり、この信号記録層から信号の読み出し動作を行うために使用される対物レンズの開口数は０．６と規定されている。

斯かるＣＤ規格及びＤＶＤ規格の光ディスクに対して、Ｂｌｕ−ｒａｙ規格やＨＤ ＤＶＤ規格の光ディスクに記録されている信号の読み出し動作を行うレーザー光としては、波長が短いレーザー光、例えば波長が４０５ｎｍの青紫色光が使用されている。

Ｂｌｕ−ｒａｙ規格の光ディスクにおける信号記録層の上面に設けられている保護層の厚さは、０．１ｍｍであり、この信号記録層から信号の読み出し動作を行うために使用される対物レンズの開口数は、０．８５と規定されている。

Ｂｌｕ−ｒａｙ規格の光ディスクに設けられている信号記録層に記録されている信号の再生動作や該信号記録層に信号を記録するためにレーザー光を集光させることによって生成されるレーザースポットの径を小さくする必要がある。所望のレーザースポット形状を得るために使用される対物レンズは、開口数(ＮＡ)が高くなるだけでなく焦点距離が短くなるので、対物レンズの曲率半径が小さくなる。

また、光ピックアップ装置において、レーザー光を生成放射する素子としてレーザーダイオードが使用されるが、該レーザーダイオードから放射されるレーザー光の強度は一定ではなくガウシャン分布と呼ばれる特性を有している。斯かるレーザー光の強度分布は、レーザーダイオードでは周知のように楕円形状に分布している。

曲率半径が小さい対物レンズを使用する光ピックアップ装置では、レーザーダイオードから放射された楕円形状のレーザー光が対物レンズに入射されるので、リム強度、即ち対
物レンズの光軸付近を透過するレーザー光の強度に対する周辺部を透過するレーザー光の強度が小さくなる。その結果、レーザースポットの周辺部がぼやけるだけでなく、集光強度が低下するという問題がある。

斯かる問題は、前述した対物レンズのように曲率半径が小さく、且つ開口数が大きなレンズの場合には、対物レンズの周辺側、即ち高開口数の位置におけるレーザー光の入射角度が大きくなるので、反射率が大きくなり、斯かる特性から前述したリム強度の低下を招いている。

斯かる問題を解決し、所望のレーザースポットを得る方法として対物レンズに反射防止膜を形成する方法が提案されている。（特許文献１参照。）
特開２００４−３９１６１号公報

前述した特許文献には、対物レンズに反射防止膜を設け、該反射防止膜によって所定の位置における反射率を最小にする技術が記載されている。斯かる技術によってもリム強度の改善を行うことは出来るものの対物レンズの入射瞳に入射されるレーザー光の強度が均一の場合に適用出来るものである。

対物レンズは周知のようにトラッキング制御動作に伴って光ディスクの径方向へ変位するように構成されているので、対物レンズの入射瞳に入射されるレーザー光の強度がトラッキング制御動作に伴う対物レンズの変位により不均一になる。

図５は従来の光ピックアップ装置における対物レンズ上の入射瞳Ｓと光強度との関係を示すものであり、(Ａ)は対物レンズが中立位置、即ちトラッキング制御動作によって変位していない位置にある場合、(Ｂ)は対物レンズがトラッキング制御動作によってトラッキング方向に変位した位置にある場合である。

図５の(Ａ)及び(Ｂ)において、点で示す範囲ｅは光強度が低いことを示すものである。図５の(Ａ)は前述したように対物レンズが中立位置にある場合を示すものであり、対物レンズの入射瞳Ｓ上の光強度が均一でない場合には、対物レンズがトラッキング方向へ変位すると図５の(Ｂ)に示すように対物レンズの入射瞳Ｓ上の光強度がトラッキング方向において大きく不均一になる。

対物レンズのトラッキング方向への変位に伴って入射瞳に入射されるレーザー光のトラッキング方向における強度が不均一になると、トラッキング方向のリム強度が低下するので、光ディスクの信号記録層に集光されて形成されるレーザー光のスポットの形状が大きくなり、その結果光ディスクに記録されている信号の再生特性や光ディスクへの信号の記録特性が悪化するという問題がある。

本発明は、斯かる問題を解決することが出来る光ピックアップ装置を提供しようとするものである。

本発明は、レーザーダイオードから放射されたレーザー光が発散光として入射されるとともに該レーザー光を平行光に変換するコリメートレンズと、該コリメートレンズにて平行光に変換されたレーザー光が入射されるとともに該レーザー光を光ディスクに設けられている信号記録層に集光させ、且つトラッキング制御動作によってトラッキング方向へ変位される対物レンズとを備え、前記コリメートレンズの表面にレーザー光の透過率を設定する透過制御膜を設け、対物レンズがトラッキング制御動作に伴って変位する範囲において対物レンズの入射瞳上の光強度分布を一様にするべく前記透過制御膜の透過率を前記コリメートレンズの中心部を外周部より小さく設定して前記レーザーダイオードから放射されたレーザー光のガウシャン分布特性を補正するようにしたことを特徴とするものである。

また、本発明は、透過制御膜によりコリメートレンズのレーザー光の透過率が、コリメートレンズの中心部で最も小さく、コリメートレンズの外周部で最も大きく、かつコリメートレンズの前記中心部と前記外周部との間の中間部で前記中心部の透過率より大きく前記外周部の透過率より小さくなるように設定されたことを特徴とするものである。

本発明の光ピックアップ装置は、レーザーダイオードから放射されたレーザー光が発散光として入射されるとともに該レーザー光を平行光に変換するべく設けられているコリメートレンズの表面にレーザー光の透過率を設定する透過制御膜を設け、対物レンズがトラッキング制御動作に伴って変位する範囲において対物レンズの入射瞳上の光強度分布を一様にするべく前記透過制御膜の透過率を前記コリメートレンズの中心部を外周部より小さく設定して前記レーザーダイオードから放射されたレーザー光のガウシャン分布特性を補正するようにしたので、リム強度の低下を防ぐことが出来るとともに対物レンズがトラッキング方向へ変位した場合においても対物レンズの入射瞳に入射されるレーザー光の強度分布の変化を防止することが出来る。従って、本発明によれば対物レンズがトラッキング方向へ変位した場合においても対物レンズの集光動作によって光ディスクの信号記録層に生成されるスポットの形状が大きくなることを防止することが出来るので、光ディスクに記録されている信号を再生する再生特性や信号を光ディスクに記録する記録特性を向上させることが出来る。

また、本発明の光ピックアップ装置は、レーザー光のガウシャン分布特性を補正するように透過率を設定したので、対物レンズの入射瞳上の光強度分布を最良にすることが出来る。

図１は本発明の光ピックアップ装置を示す概略図、図２は本発明に係るコリメートレンズと対物レンズとの関係を示す光線図、図３は本発明に係るコリメートレンズにおける透過率の分布を示す平面図、図４は本発明に係る対物レンズの入射瞳と光強度との関係を示す図である。

図１において、１は例えば４０５ｎｍの青紫色光であるレーザー光を放射するレーザーダイオードであり、前述したように放射されるレーザー光はガウシャン分布特性を有している。２は前記レーザーダイオード１から放射されるレーザー光が入射される回折格子であり、レーザー光を０次光、＋１次光及び−１次光に分離する回折格子部２ａと入射され
るレーザー光をＳ方向の直線偏光光に変換する１／２波長板２ｂとより構成されている。

３は前記回折格子２を透過したレーザー光が入射される偏光ビームスプリッタであり、Ｓ偏光されたレーザー光を反射し、Ｐ方向に偏光されたレーザー光を透過させる制御膜３ａが設けられている。４は前記レーザーダイオード１から放射されたレーザー光の中の前記偏光ビームスプリッタ３を透過したレーザー光が照射される位置に設けられているモニター用光検出器であり、その検出出力は前記レーザーダイオード１から放射されるレーザー光の出力を制御するために使用される。

５は前記偏光ビームスプリッタ３の制御膜３ａにて反射されたレーザー光が入射される位置に設けられている１／４波長板であり、入射されるレーザー光を直線偏光光から円偏光光に変換する作用を成すものである。６は前記１／４波長板５を透過した発散光であるレーザー光が入射されるコリメートレンズであり、入射されたレーザー光を平行光にする作用を成すとともにＢｌｕ−ｒａｙ規格の光ディスクＤの保護層による球面収差を補正するために設けられている。

また、前記コリメートレンズ６には、該コリメートレンズ６を透過するレーザー光の透過率を設定する透過制御膜６ａが形成されている。斯かる透過制御膜６ａの詳細については後述する。

７は前記コリメートレンズ６にて平行光に変換されたレーザー光が入射されるとともに該レーザー光を光ディスクＤの信号面方向へ反射させる反射ミラーであり、後述するように光ディスクＤの信号記録層Ｌから反射された戻り光が入射されるとともに該戻り光を前記偏光ビームスプリッタ３の方向へ反射させる作用を成すように設けられている。

８は前記偏光ビームスプリッタ３に設けられている制御膜３ａを透過した戻り光が入射されるセンサーレンズであり、シリンドリカル面、平面、凹曲面または凸曲面等が入射面側及び出射面側に形成されている。斯かるセンサーレンズ８は戻り光に非点収差を発生させることによってフォーカス制御動作に使用されるフォーカスエラー信号を生成させるために設けられている。

９は前記センサーレンズ８を通過した戻り光が集光されて照射される位置に設けられている光検出器であり、フォトダイオードが配列された４分割センサー等にて構成されている。斯かる光検出器９の構成及び非点収差法によるフォーカスエラー信号の生成動作等は周知であり、その説明は省略する。

１０は前記反射ミラー７にて反射されたレーザー光が入射されるとともに入射されたレーザー光を前記光ディスクＤに設けられている信号記録層Ｌに集光させる対物レンズであり、曲率半径が球面と異なり小さくされている。また、前記対物レンズ１０は、例えば４本の支持ワイヤーによって光ディスクの信号面に対して垂直方向、即ちフォーカス方向への変位動作及び光ディスクの径方向、即ちトラッキング方向への変位動作を可能に設けられているレンズホルダーに固定されている。斯かる構成は周知であり、その説明は省略する。

光ディスクＤに記録されている信号の再生動作を行う場合には、レーザーダイオード１に駆動電流が供給され、該レーザーダイオード１から波長が４０５ｎｍのレーザー光が放射される。前記レーザーダイオード１から放射されたレーザー光は、回折格子２に入射され、該回折格子２を構成する回折格子部２ａによって０次光、＋１次光及び−１次光に分離されるとともに１／２波長板２ｂによってＳ方向の直線偏光光に変換される。前記回折格子２を透過したレーザー光は、偏光ビームスプリッタ３に入射され、該偏光ビームスプ
リッタ３に設けられている制御膜３ａにて反射されるとともに一部のレーザー光は透過してモニター用光検出器４に照射される。

前記制御膜３ａにて反射されたレーザー光は、１／４波長板５を通してコリメートレンズ６に入射され該コリメートレンズ６の働きによって平行光に変換される。前記コリメートレンズ６によって平行光に変換されたレーザー光は、反射ミラー７にて反射された後対物レンズ１０に入射される。前記対物レンズ１０に入射されたレーザー光は該対物レンズ１０の集光動作によって光ディスクＤの信号記録層Ｌにスポットとして照射されることになる。このようにして、レーザーダイオード１から放射されるレーザー光は、光ディスクＤの信号記録層Ｌに所望のスポットとして照射されるが、この場合における対物レンズ１０の開口数は０．８５になるように設定されている。

また、前述した対物レンズ１０によるレーザー光の集光動作が行われるとき、信号記録層Ｌと光ディスクＤの信号入射面との間にある保護層の厚みの相違によって球面収差が発生するが、本実施例に示したコリメートレンズ６を光路方向へ変位させることによってこの球面収差が最も少なくなるように調整することが出来る。斯かる調整動作は一般的に行われており、その説明は省略する。

前述した動作によってレーザー光の光ディスクＤに設けられている信号記録層Ｌへの照射動作が行われるが、斯かる照射動作が行われるとき、該信号記録層Ｌから反射される戻り光が対物レンズ１０に対して光ディスクＤ側から入射される。前記対物レンズ１０に入射された戻り光は、反射ミラー７、コリメートレンズ６及び１／４波長板５を通して偏光ビームスプリッタ３に入射される。前記偏光ビームスプリッタ３に入射される戻り光は、Ｐ方向の直線偏光光に変換されているので、該偏光ビームスプリッタ３に設けられている制御膜３ａを透過することになる。

前記制御膜３ａを透過したレーザー光の戻り光は、センサーレンズ８に入射され、該センサーレンズ８の働きによって非点収差が発生せしめられる。前記センサーレンズ８によって非点収差が発生せしめられた戻り光は、該センサーレンズ８の集光動作によって光検出器９に設けられている４分割センサー等のセンサー部に照射される。このようにして戻り光が光検出器９に照射される結果、該光検出器９に組み込まれているセンサー部に照射されるスポット形状の変化を利用して周知のようにフォーカスエラー信号の生成動作が行われる。斯かるフォーカスエラー信号を利用して対物レンズ１０を光ディスクＤの信号面方向へ変位させることによってフォーカス制御動作を行うことが出来る。

また、本実施例では説明しないが、回折格子２によって生成される＋1次光と−1次光を利用した周知のトラッキング制御動作を行うことが出来るように構成されており、斯かるトラッキング制御動作によって対物レンズ１０をトラッキング方向へ変位させることによって光ディスクＤに記録されている信号の読み取り動作を行うことが出来る。

前述したように光ディスクＤに記録されている信号の読み取り動作は行われるが、斯かる読み取り動作が行われているとき、モニター用光検出器４にレーザー光の一部が照射されているので、該モニター用光検出器４から得られるモニター信号のレベル変化を利用してレーザーダイオード１に供給される駆動電流値を制御することが出来る。

レーザーダイオード１に供給される駆動電流値を制御することによってレーザー光の出力を制御することが出来るので、光ディスクＤに記録されている信号の再生動作だけでなく該光ディスクＤ１に信号を記録する場合に要求されるレーザー出力の調整動作も行うことが出来る。

以上に説明したように図１に示した構成の光ピックアップ装置における信号の再生動作等は行われるが、次に本発明の要旨である透過制御膜６ａの作用について説明する。

前記透過制御膜６ａはコリメートレンズ６の入射面側の表面に例えばフッ化マグネシウムによる単層にて形成されるが、斯かる透過制御膜６ａは反射されるレーザー光の反射率を調整制御することによってコリメートレンズ６を透過させるレーザー光の強度を調整するように構成されている。

図３はコリメートレンズ６の入射面側の表面に形成される透過制御膜６ａにて設定される透過率分布を示すものであり、コリメートレンズ６の中心部の透過率を外周部より小さくするようにされている。

同図において、Ａで示す中心部の透過率が最も小さく、Ｂで示す外周部の透過率が最も大きく、そしてＣで示す中間部の透過率はＡより大きくＢより小さくなるように設定されている。透過制御膜６ａによって設定される透過率は、例えばレーザーダイオード１から放射されるレーザー光のガウシャン分布特性を補正する値になるように設定される。

図２は入射される発散光であるレーザー光を平行光に変換するコリメートレンズ６と対物レンズ１０との関係を示す光線図である。斯かる図より明らかなようにコリメートレンズ６にて平行光に変換されたレーザー光は対物レンズ１０に照射され、該対物レンズ１０の集光動作によって光ディスクＤに設けられている信号記録層Ｌ上に集光される。

このようにレーザー光は対物レンズ１０の集光動作によって信号記録層Ｌ上に集光されてスポットが生成されるが、このとき対物レンズ１０の入射面においてスポット生成のために作用する範囲が対物レンズ１０における入射瞳である。

図４は本発明の光ピックアップ装置における対物レンズ上の入射瞳Ｓと光強度との関係を示すものであり、(Ａ)は対物レンズ１０が中立位置、即ちトラッキング制御動作によって変位していない位置にある場合、(Ｂ)は対物レンズ１０がトラッキング制御動作によってトラッキング方向に変位した位置にある場合である。

図４の(Ａ)及び(Ｂ)より明らかなよう本発明の光ピックアップ装置では、コリメートレンズ６に入射されるレーザー光の強度がガウシャン特性によってレンズの中心軸側と外周側とで相違していても該コリメートレンズ６の表面に形成されている透過制御膜６ａによって透過率が調整されるので、該コリメートレンズ６を透過するレーザー光、即ち平行光に変換されたレーザー光の強度は広範囲で均一化することが出来る。

広範囲で強度が均一化されたレーザー光が対物レンズ１０に入射されるので、該対物レンズ１０が中立位置にある場合及び対物レンズ１０がトラッキング方向へ変位した場合においても対物レンズの入射瞳Ｓ上の光強度を均一にすることが出来る。

従って、本発明の光ピックアップ装置では、対物レンズ１０がトラッキング方向へ変位しても入射瞳に入射されるレーザー光の強度を均一にすることが出来、その結果、トラッキング方向のリム強度が低下することはなく、光ディスクＤの信号記録層Ｌに集光されて形成されるレーザー光のスポットの形状を小さくすることが出来るので、光ディスクＤに記録されている信号の再生特性や該光ディスクへの信号の記録特性を向上させることが出来る。

尚、本実施例において、コリメートレンズ６の表面に形成される透過制御膜６ａの透過率分布を図３に示すようにＡ、Ｂ及びＣの３つの部分に分けたが、この分けられた各部の
透過率を固定したり、部分Ｃの透過率を中心部から外周部にわたって連続して変化するようにすることも出来る。

また、コリメートレンズ６に入射されるレーザー光の強度分布を測定し、その強度分布を補正するように透過制御膜６ａの透過率分布を設計することによって透過するレーザー光である平行光の強度分布を均一にすることが出来る。

そして、コリメートレンズ６の表面に形成される透過制御膜６ａは、単層にて構成することは出来るが、レーザー光の透過率を調整する方法としては透過制御膜の厚さや材質を変更する方法がある。また、透過制御膜６ａは単層ではなく、多層にて構成する、即ちマルチコーティングすることによって実施することもできる。

本発明の光ピックアップ装置を示す概略図である。 本発明に係るコリメートレンズと対物レンズとの関係を示す光線図である。 本発明に係るコリメートレンズにおける透過率分布を説明するための平面図である。 本発明に係る対物レンズの入射瞳と光強度との関係を示す図である。 従来の光ピックアップ装置に係る対物レンズの入射瞳と光強度との関係を示す図である。

符号の説明

１ レーザーダイオード
２ 回折格子
３ 偏光ビームスプリッタ
６ コリメートレンズ
６ａ 透過制御膜
１０ 対物レンズ
Ｄ 光ディスク

Claims (2)

1. レーザーダイオードから放射されたレーザー光が発散光として入射されるとともに該レーザー光を平行光に変換するコリメートレンズと、該コリメートレンズにて平行光に変換されたレーザー光が入射されるとともに該レーザー光を光ディスクに設けられている信号記録層に集光させ、且つトラッキング制御動作によってトラッキング方向へ変位される対物レンズを備えた光ピックアップ装置であり、前記コリメートレンズの表面にレーザー光の透過率を設定する透過制御膜を設け、対物レンズがトラッキング制御動作に伴って変位する範囲において対物レンズの入射瞳上の光強度分布を一様にするべく前記透過制御膜の透過率を前記コリメートレンズの中心部を外周部より小さく設定して前記レーザーダイオードから放射されたレーザー光のガウシャン分布特性を補正するようにしたことを特徴とする光ピックアップ装置。
2. 透過制御膜によりコリメートレンズのレーザー光の透過率は、コリメートレンズの中心部で最も小さく、コリメートレンズの外周部で最も大きく、かつコリメートレンズの前記中心部と前記外周部との間の中間部で前記中心部の透過率より大きく前記外周部の透過率より小さくなるように設定されたことを特徴とする請求項１に記載の光ピックアップ装置。

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