JPH0684195A - 光ピックアップ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 光ディスクのチルトに対して高速な応答特性
を有する光ピックアップを提供すること。 【構成】 レーザ光源６と、このレーザ光源６から放射
したレーザ光束を偏向するガルバノミラー３と、対物レ
ンズ２と、光ディスク１からの反射光を信号として検出
する光検出器８とからなる光ピックアップにおいて、対
物レンズ２の正弦条件を所定程度不満足に設定すると共
に、光ディスク１の傾きを検出する傾きセンサ９によっ
て検出された光ディスク１の傾きに応じてガルバノミラ
ー３の偏向角度を制御するサーボ機構１０を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光ディスクに用いられ
る光ピックアップに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光ディスクの記録容量は、記録トラック
のピッチと記録波長によってきまる。そして、これらの
それぞれの限界値は読み出しに使われるレーザ光のスポ
ットの大きさＤによってほぼ規定される。レーザ光のス
ポットの大きさＤは、レーザ光の波長λと再生に用いら
れる光ピックアップの対物レンズの開口数ＮＡにより決
まり、次の式で示される。 Ｄ＝λ／ＮＡ この関係を読み出し専用型の光ディスクとして普及して
いるコンパクトディスク（ＣＤ）について見てみると、
λ＝０．７８μｍ、ＮＡ＝０．４５がその代表的な値で
あり、これらを上式に代入するとスポットの大きＤは約
１．７μｍとなる。そしてこの結果、ＣＤシステムにお
けるトラックピッチは１．６μｍ、最短記録波長は１．
７μｍとなっている。

【０００３】従って、このような光ディスクを大容量化
するためには、 読み出しレーザ光の波長λを短くする。 対物レンズの開口数ＮＡを大きくする。 かのいずれかの方法しかない。最近、短波長のレーザの
開発も盛んに行なわれているが、の方法では、現在の
ところ実用的にはλ＝０．６７μｍ程度のものが限界で
ある。そこで、対物レンズの開口数ＮＡを大きくして記
録密度を上げることが必要になる。しかし、開口数ＮＡ
を大きくすると、システムが理想的な状態からズレた場
合の許容範囲が非常に小さくなってしまうという問題が
発生する。システムの余裕度を決める様々な要因の内
で、最も性能に影響を与えるのは、ディスクのチルト
（傾き）である。中でも、ＣＤのようにデジタル信号を
扱う光ディスクに於ては、チルトの影響は、チルトがラ
ジアル方向に発生する場合に比べてタンジェンシャル方
向に発生する場合の方がより深刻な影響を与えることが
知られている。

【０００４】チルトが発生するとコマ収差が発生する
が、この時発生するコマ収差は、３次収差理論によれ
ば、開口数ＮＡの３乗に比例して大きくなる。従って、
ＮＡを大きくするとシステムでのチルト許容幅が狭くな
り、安定性が極端に悪くなる。一例として、前記したコ
ンパクトディスク（ＣＤ）の場合において、読み出しレ
ーザ光の波長λ（λ＝０．７８μｍ）を一定にして開口
数をＮＡ＝０．６とした場合について計算してみると、
記録容量は１．７８倍に増加するが、同じ量の光ディス
クのチルトで生じるコマ収差の量は２．３７倍にもなっ
てしまう。前記したＮＡ＝０．４５のコンパクトディス
クシステムでは、０．６度のディスクの傾きが許容され
ているが、ＮＡ＝０．６とした場合には、０．２度程度
の許容幅しかないことが分かる。このような精度の要求
を、一般市場での様々な状況下で行なわれているような
プラスチック成形ディスクで満足することは極めて困難
である。従って、開口数ＮＡを大きくして記録密度の高
密度化を図る場合には、なんらかの方法でこの問題を解
決することが必要である。

【０００５】このチルトを補正する従来の方法として
は、例えば、いわゆるレーザディスク（ＬＤ）に用いら
れているラジアルチルトサーボが知られている。この方
法では、ディスクのラジアル方向の傾きをセンサで検出
して、検出されたディスクの傾きに応じてピックアップ
光学系全体を機構的に傾けて、チルトを補正する方法で
ある。アナログ信号を扱うレーザディスク（ＬＤ）で
は、タンジェンシャル方向のチルトは信号がＦＭ変調さ
れているため問題にならないが、ラジアル方向のチルト
は、これによって発生するコマ収差により隣接トラック
からのクロストークが再生画面の品質に重大な影響を与
えるためこのラジアル方向のチルトを補正することによ
り良好な結果を得ている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ＬＤで用いられている
このラジアルチルトサーボでは、上述したようにピック
アップ光学系全体を傾けているため、高速な応答性能を
得るには不向きであるが、ラジアル方向のディスクの傾
きは、ディスク内周から外周に向けての緩やかで単調な
面の反りであることがほとんどであるため、高速な応答
は必要なく特に問題となっていない。しかし、タンジェ
ンシャル方向のチルトが直ちに信号品質の劣化につなが
るデジタル信号を取り扱うシステムに於ては、ラジアル
チルトに加えてタンジェンシャルチルトも補正する必要
がある。そして、タンジェンシャル方向のチルトの周波
数成分は、ディスクの回転の周期よりも高くサーボもラ
ジアル方向に比べて格段に高い周波数応答性能が要求さ
れている。本発明は、簡単な構成で高い周波数応答性能
を有した光ピックアップを提供することを目的とするも
のである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記問題点に
鑑みなされたものであり、「レーザ光源と、該レーザ光
源から放射したレーザ光束を偏向する偏向手段と、該偏
向手段によって偏向されたレーザ光束を少なくも有限な
厚みを有した透明基板と情報担持面とからなる光ディス
クの該情報担持面に該透明基板を介して集光する対物レ
ンズと、該情報担持面からの反射光又は透過光を検出す
る光検出器とを少なくとも具備した光ピックアップにお
いて、該対物レンズの正弦条件を所定程度不満足に設定
すると共に、該光ディスクの傾きを検出する検出手段と
該検出手段によって検出された該光ディスクの傾きに応
じて該偏向手段の偏向角度を制御する制御手段とを設け
たことを特徴とする光ピックアップ。」を提供するもの
である。

【０００８】

【作用】本発明の光ピックアップは、正弦条件が所定程
度不満足に設計された対物レンズを用いて、これに入射
するレーザ光束の入射角を偏向手段によって適宜調節す
ることにより意図的にコマ収差を発生させ、この意図的
に発生させたコマ収差でディスクのチルトによって発生
するコマ収差を低減するように補正するものである。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例の説明に先立ち、ディ
スクが傾いた時に発生する収差について説明する。光デ
ィスクの読み出し光学系では、対物レンズによって集光
された収束光束の光路中にディスクの透明基板が存在す
るため、対物レンズの光軸とディスクの法線の方向がず
れるとレーザ光束が通過する光路に非対称性が生じてコ
マ収差と非点収差が発生する。そして、ディスクの傾き
が小さいときはコマ収差が支配的であり、傾きの増加と
ともに非点収差が増加するが、通常、光ディスクシステ
ムで問題となるディスクの傾きの範囲では、このコマ収
差が問題となる。また、この原因によるコマ収差は、対
物レンズが正弦条件を満たしている場合でも満たしてい
ない場合でも、その発生の量は同じである。

【００１０】そして一般に、光ディスクではコマ収差が
増大するとクロストークが多くなり信号の符号間干渉が
増加して光ディスクの再生を害することになる。ここ
で、前述したコンパクトディスク（ＣＤ）用の対物レン
ズを例にとって説明する。尚、ここで示す対物レンズの
諸元は以下の通りである。 焦点距離 ｆ＝ ４．５ｍｍ 開口数 ＮＡ＝０．４５ 使用レーザ波長 λ＝ ７８０ｎｍ 一般的に用いられているコンパクトディスク用の対物レ
ンズは正弦条件を満足するように設計されており、その
ように設計された対物レンズは次のような光学的な特徴
を有している。 １）対物レンズに斜めに光が入射した場合にコマ収差が
発生しない。 ２）発生する収差は、非点収差である。

【００１１】図１に、このような正弦条件を満足した対
物レンズを使用した際のディスクの傾きと波面収差量
（ｒｍｓ値）との関係を示す。図２は、同一対物レンズ
を使用した際のレンズの光軸に対する入射光束の傾き角
と波面収差量との関係を示す。この対物レンズの特徴と
しては、図１に示すように、ディスクの傾きに対して波
面収差が直線的にかなり急激に増加していることが分か
る。この収差を解析すると、前述したように、ディスク
の傾き角が数十分程度までの範囲ではコマ収差の成分が
支配的になっている。これに対して、図２に示すよう
に、対物レンズの光軸に対する入射光束の傾きによる波
面収差の増加は、緩やかである。ここでの収差を解析す
ると非点収差が支配的になっている。このように、通常
のコンパクトディスク用対物レンズが正弦条件を満たす
ように設計されるのは、以下の理由による。

【００１２】一般のレンズ系において、レンズ系への光
線の入射角をθとした場合、コマ収差はθに比例し、非
点収差はθ² に比例して増加する特性を有している。入
射角θが、光ディスクで使われる程度の範囲では、非点
収差の増加の方がはるかに緩やかである。そこで、対物
レンズが正弦条件を満足するように設計してコマ収差が
発生しないようにすれば、発生する収差は非点収差が支
配的になり、図２に示すように、θの増加に対して収差
の発生の緩やかな対物レンズとすることができる。この
ように正弦条件を満たした対物レンズを使っている光ピ
ックアップでは、対物レンズの光軸がディスクと垂直に
なるように設計・制作・組立をすれば、残留収差は、対
物レンズのレーザ光に設置の誤差に起因する僅かな量の
非点収差のみとなり、性能を確保することが容易となる
からである。

【００１３】次に、上述した通常の光ディスク用対物レ
ンズとは反対に、正弦条件を満たさない対物レンズの特
徴について見てみる。正弦条件を満足しない対物レンズ
では、対物レンズの光軸にレーザ光束が斜めに入射する
とコマ収差が発生する。そこで、対物レンズの光軸に対
するディスクの傾きに応じて入射光束を傾けることによ
りディスクの傾きによるコマ収差を補正して全体として
のコマ収差を軽減させる可能性が出てくる。本発明は、
この点に着目してなされたものであり、以下詳細に説明
する。対物レンズの光軸にレーザ光束を斜めに入射させ
て発生するコマ収差の量は、レンズ設計によりある程度
自由に設定することができる。従って、コマ収差の面だ
けを見れば、ディスクが最大限傾いた時のコマ収差を完
全にキャンセルできるように設計されたレンズが良いこ
とになる。しかし実際は、対物レンズの他の性能を考慮
にいれて設計する必要がある。特に正弦条件を崩すとい
うことは、レンズの設置位置に要求される位置精度が厳
しくなる。そこで、コマ収差のキャンセルと、設置の緩
やかさとのバランスをとって設計することが必要とな
る。実用上は、ディスクの傾きにより発生するコマ収差
を完全に補正するのではなく、５０％程度低減するよう
に設計したレンズが使いやすさを兼ね備えており良い。
もちろんこの際、残存するコマ収差が光ディスクシステ
ムとしての許容範囲内になっていなければならないこと
はいうまでもない。

【００１４】図３は、正弦条件を少し満足しないように
設計した対物レンズを使用した際のディスクの傾きと波
面収差量（ｒｍｓ値）との関係を示す。図４は、同一対
物レンズを使用した際のレンズの光軸に対する入射光束
の傾き角と波面収差量（ｒｍｓ値）との関係を示す。
尚、この対物レンズは正弦条件を少し満足しないように
設計した点を除いたその他の諸元については、図１又は
図２でその波面収差の発生状況を示した通常のコンパク
トディスク用の対物レンズと同一である。前述したよう
に、図３に示すディスクの傾きに対する波面収差の増加
は、正弦条件の満足、不満足に関わらず一定である為、
図１と同等の性能になっている。それに対して、図４に
示すレンズの光軸に対する入射光束の傾き角と波面収差
との関係は、図２の場合と比べて直線的で急になってい
ることが分かる。ここで発生している収差を解析する
と、非点収差に加えて、それより多い量のコマ収差が発
生している。従って、このコマ収差で、ディスク傾きの
コマ収差をキャンセルすることができるであろうことが
予測される。

【００１５】以下、この予測に基づき設計した本願発明
の実施例である高密度光ディスク用ピックアップについ
て説明する。尚、ここで使用する光ピックアップの対物
レンズの基本的な諸元は以下の通りである。 焦点距離 ｆ＝ ３．０ｍｍ 開口数 ＮＡ＝０．６ 使用レーザ波長 λ＝ ６７０ｎｍ レンズ構成 両面非球面単レンズ 前述したように、ディスクの傾きによるコマ収差はＮＡ
の３乗に比例して大きくなるため、このような仕様の対
物レンズではディスクの傾き等に対して求められる精度
はＣＤに比べてはるかに厳しくなる。この場合、システ
ムで許容される収差配分からみて、ディスクの傾きの許
容値は０．２度程度であり波面収差にすると０．０４λ
程度となる。

【００１６】図５は、本発明の実施例である光ピックア
ップに使用される対物レンズ（以下「本発明レンズ」と
いう。）の球面収差及び正弦条件を示す収差図である。
同図から明らかなように、本発明レンズでは、球面収差
は全ての入射高さでほぼ完全に補正されている。また、
正弦条件（ＯＳＣ）は、入射高さをｈとして、 ＯＳＣ＝−０．０２×ｈ² となるように、条件設定して自動設計法により設計した
ものであり、概ね狙い通りの設計となっていることが分
かる。一方、図６は上記本発明レンズと比較するため
に、基本的な諸元は本発明レンズと同様として、正弦条
件を満たすように設計した対物レンズ（以下「比較レン
ズ」という。）の球面収差及び正弦条件を示す収差図で
ある。図６は、正弦条件の挙動を明らかにするために、
横軸を図５の５倍に拡大して示している。同図から明ら
かなように、この比較レンズも球面収差がよく補正され
ている。そして、正弦条件もその絶対値が非常に小さな
値に抑えられていると共に入射高さｈに対しては正負の
値をとっていて、レンズの瞳面全体では、コマ収差を打
ち消すように配慮されており、いわゆる正弦条件を満た
したものとなっている。

【００１７】図７は、これらの両対物レンズの像高特性
を示す図であり、横軸に像高を入射角でとり、縦軸は角
像高における波面収差（ｒｍｓ値）をとったものであ
る。同図中、曲線Ｂは本発明レンズの特性を示すもので
あり、曲線Ａは正弦条件を満足した比較レンズの特性を
示すものである。同図から明らかなように、正弦条件を
満足した比較レンズの方が本発明レンズよりも入射角
（像高）に対する波面収差の増加率が小さくほぼ２乗の
曲線にのって収差が増加していることが分かる。これ
は、非点収差が支配的であることを示している。これに
対して本発明レンズでは、特に入射角が小さく像高が低
いときは直線的な増加の状態を示しており、コマ収差が
支配的であることが分かる。

【００１８】図８、は、ディスクに０．２度の傾きがあ
る場合に、このディスクの傾きによるコマ収差を補正す
べく上記本発明レンズと比較レンズに入射する光束の入
射角を適宜変更してその軽減の具合を見たものである。
また、図９は、ディスクの傾きが０．４度の場合につい
て同様にコマ収差の軽減の具合を見たものである。これ
らの図から明らかなように、正弦条件を満足した比較レ
ンズ（曲線Ａ）では入射光束を傾けても波面収差の軽減
は見られないが、所定程度正弦条件を不満足に設計した
本発明レンズでは、波面収差の明かな改善が見られる。
ディスクの傾きだけでシステムの全許容量０．０７λを
越えている図９の場合でも０．０５λ以下に改善できて
いる。

【００１９】図１０に上記本発明レンズを使用した光ピ
ックアップの断面構成を示す。符号１は光ディスク、符
号２は対物レンズ（本発明レンズ）、符号３ハガルバノ
ミラー、符号４はビームスプリッタ、符号５はコリメー
タレンズ、符号６はレーザ光源、符号７は信号検出光学
系、符号８は光検出器、符号９は傾きセンサ、符号１０
はサーボ機構である。

【００２０】レーザ光源６から放射されたレーザ光束
は、コリメータレンズ５で平行光束にされた後、ビーム
スプリッタ４を経てガルバノミラー３で上方に反射され
て対物レンズ２に入射する。対物レンズ２で収束された
レーザ光束は光ディスク１の透明基板を通過した後、ピ
ットが形成された情報担持面に微小なスポットを形成す
る。そして、情報担持面でピットの状況に応じて反射さ
れたレーザ光は、再び対物レンズ２とガルバノミラー３
とを経てビームスプリッタ４に至り、ビームスプリッタ
４で反射されて信号検出光学系７で収束されて光検出器
８により信号が検出される。またこの時、傾きセンサ９
は対物レンズ２の光軸に対する光ディスク１の傾きを検
出しており、傾きが検出されるとサーボ機構１０が動作
して、ガルバノミラー３をその回転支軸の回りに回転さ
せる構成となっている。従って、光ディスク１に傾きが
検出されると、ガルバノミラー３が回転することにより
レーザ光束の対物レンズ２への入射角が直ちに調整され
るため、光ディスク１の傾きによって発生した収差は補
正されることになる。

【００２１】このように、本実施例の光ピックアップで
は、比較的軽いガルバノミラー３を傾ける構成であるた
め、光ピックアップ全体が可動部となる従来例に比べて
格段に高い周波数特性を得ることができるものである。
これにより、高い周波数成分を有するタンジェンシャル
方向の傾きの補償も可能となる。本実施例においては、
光ディスク１の傾きを検出するために別個に傾きセンサ
９をもうける構成について説明したがこれに限られるも
のでなく、再生信号自体から検出するものであっても良
いことは当然である。また、本実施例においては、対物
レンズ２に入射するレーザ光束の角度を偏向するために
ガルバノミラー３を用いているが、光を偏向することが
できるものであればよく、音響光学的偏向器、ウェッジ
プリズム等も利用することができるものである。

【００２２】

【発明の効果】本発明の光ピックアップによれば、従来
不可能であった光ディスクの高い周波数の傾きを補正す
ることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】正弦条件を満足した対物レンズを使用した際の
ディスクの傾きと波面収差の関係を示す図。

【図２】正弦条件を満足した対物レンズを使用した際の
レンズの光軸に対する入射光束の傾き角と波面収差の関
係を示す図。

【図３】正弦条件を満足しない対物レンズを使用した際
のディスクの傾きと波面収差の関係を示す図。

【図４】正弦条件を満足しない対物レンズを使用した際
のレンズの光軸に対する入射光束の傾き角と波面収差の
関係を示す図。

【図５】本発明の実施例である光ピックアップに使用さ
れる対物レンズの球面収差及び正弦条件を示す収差図で
ある。

【図６】本発明の実施例である光ピックアップに使用さ
れる対物レンズと比較するための比較用対物レンズの球
面収差及び正弦条件を示す収差図である。

【図７】本発明の実施例である光ピックアップに使用さ
れる対物レンズと比較用対物レンズの像高特性を示す図
である。

【図８】本発明の実施例である光ピックアップに使用さ
れる対物レンズと比較用対物レンズによる収差の改善効
果を比較して示す図である。

【図９】本発明の実施例である光ピックアップに使用さ
れる対物レンズと比較用対物レンズによる収差の改善効
果を比較して示す図である。

【図１０】本発明の実施例である光ピックアップの構成
を示す断面図である。

【符号の説明】

１ 光ディスク ２ 対物レンズ ３ ガルバノミラー ４ ビームスプリッタ ５ コリメータレンズ ６ レーザ光源 ７ 信号検出光学系 ８ 光検出器 ９ 傾きセンサ １０ サーボ機構

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】レーザ光源と、該レーザ光源から放射した
   レーザ光束を偏向する偏向手段と、該偏向手段によって
   偏向されたレーザ光束を少なくも有限な厚みを有した透
   明基板と情報担持面とからなる光ディスクの該情報担持
   面に該透明基板を介して集光する対物レンズと、該情報
   担持面からの反射光又は透過光を検出する光検出器とを
   少なくとも具備した光ピックアップにおいて、 該対物レンズの正弦条件を所定程度不満足に設定すると
   共に、該光ディスクの傾きを検出する検出手段と該検出
   手段によって検出された該光ディスクの傾きに応じて該
   偏向手段の偏向角度を制御する制御手段とを設けたこと
   を特徴とする光ピックアップ。