JPH1049907A

JPH1049907A - 光ピックアップ

Info

Publication number: JPH1049907A
Application number: JP8217893A
Authority: JP
Inventors: Makoto Itonaga; 誠糸長
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 1996-07-31
Filing date: 1996-07-31
Publication date: 1998-02-20

Abstract

(57)【要約】【課題】光学素子の移動のみで厚さの異なる光ディス
クに対応することができる光ピックアップを提供する。【解決手段】厚さの異なる２種類の光ディスクＤを互
換的に記録・再生する光ピックアップにおいて、半導体
レーザ素子１を出た光を、一旦焦点を結ばせた後に出射
する光学素子４を備え、この光学素子の位置を光軸８の
方向に移動することにより、厚さの異なる光ディスクの
記録・再生に適合させるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ピックアップに
係り、特に厚さの異なる２種類のディスクを互角的に記
録・再生する光ピックアップに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、光ディスクにあっては、ＯＡ機
器の発達に伴って益々その小型化及び高記録密度化が求
められており、これに応えて、より情報量の大きいＤＶ
Ｄ（ＤｉｇｉｔａｌＶｉｄｅｏＤｉｓｃ）が開発さ
れてきている。このＤＶＤは通常のＣＤ（Ｃｏｍｐａｃ
ｔＤｉｓｃ）よりもはるかに大きな記録容量を有する
ことから、今後、広く使用されるものと期待されてい
る。

【０００３】ところで、上記したＣＤやＤＶＤにあって
は、当然のこととして記録面にレーザ光の焦点を合わせ
て記録・再生を行なうが、ＣＤとＤＶＤとではディスク
表面から記録面までの距離或いは深さが異なる。このよ
うに、ディスク厚の異なる記録・再生用のピックアップ
として、例えば特開平６−３２５４０５号公報に開示さ
れるものが知られている。この公報の第２９実施例及
び、第３０実施例が示すように、ディスク厚の異なる２
つのディスクを互換的に記録・再生する方式として、光
路途中に光学的な補正素子を挿脱させることで、厚み誤
差による球面収差を、対物レンズに入射される光束の平
行度を変化させることにより発生する球面収差でキャン
セルする方式が知られている。この方式は、液晶シャッ
ター等を用いた互換ピックアップに比べても付加的な機
能素子が不要であり、光学系の特性を有効に生かした優
れた方式である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、厚さの異な
るディスクの互換性のみを考えた場合、上記特開平６−
３２５４０５号公報の第２９実施例が示すように、厚い
ディスクの場合には、対物レンズに対して、収差を最小
にするような拡がりを持った有限な光束（拡散光）を入
射させればよいが、ＤＶＤとＣＤの互換を考えた場合、
上記特開平６−３２５４０５号公報の第３０実施例に示
すように、光学系を、次のようにするのがよい。すなわ
ち、ＤＶＤの場合には、対物レンズへ入射される光は、
平行光とし、また、対物レンズの瞳一杯に光束は満たす
ように設定する。

【０００５】ＣＤの場合には、対物レンズへは拡散光を
入射し、また、ディスクへ集光されるＮＡ（開口数）を
下げるために、光学系のどこかに絞りを設置する。この
絞りを入れた方が良い理由を以下に示す。（１）より密度の高いＤＶＤにおいては、対物レンズ
は、少なくとも設計上略無収差であることが、安定な記
録・再生と各種のずれ（ディスクの製造公差、ピックア
ップの組立公差等）に対する許容度の観点から実際上必
要である。（２）この時、ＣＤ再生時に収差は、約０．０２３λと
比較的大きな値となる。尚、λはレーザ光の波長であ
る。更に、図５に示すように、ディスクの偏芯等に対応
したレンズシフトにより、著しく大きな収差、特に、コ
マ収差が発生する。ここで、図５はＣＤ再生時のレンズ
シフトと収差の関係を示すグラフである。ＮＡが０．６
の場合は、収差はレンズシフトに対して、略直線的に増
加している。ここで発生している収差は、コマ収差であ
る。０．１ｍｍ強のレンズシフトで０．０５λ以上の収
差の増加であり、ピックアップの組立精度に高精度なこ
とが要求されるのみならず、偏芯の大きなＣＤの再生時
に破綻が生じてしまう。これに対して、ＮＡ＝０．３８
の場合は、レンズシフトに対する収差の増加は緩やかで
あり、０．５ｍｍのレンズシフトにおいても、収差の増
加は僅かに０．０２１λ程度であり、ディスクのそり等
による収差の更なる増加を考えても十分なマージンを有
している。（３）また、対物レンズ自体に製造誤差によるコマ収差
等が残留していた場合、この収差はピックアップまた
は、対物レンズのディスクに対する姿勢を最適に調整す
ることでキャンセルできるが、より密度が高く再生の困
難なＤＶＤで調整されるため、ＣＤ時には、収差が残留
してしまい、上記（２）で示した収差よりも大きな収差
になってしまう。上記の理由により、実質的には、絞り
を入れた光学系を用いないと互換ピックアップを実用的
に実現し得ない。（４）更に、本来ＤＶＤを再生するスポットより小さな
スポットで再生することを前提としたＣＤを、ＤＶＤと
同じ大きさのスポットで再生すると、スポットが小さす
ぎるために、情報信号の検出または、サーボ信号の検出
に、問題が生じる場合がある。

【０００６】以上の観点より、ＣＤ再生時のＮＡを、Ｄ
ＶＤ再生時のＮＡより小さくすることが必須である。波
長が６５０ｎｍ付近のレーザ光を出力するレーザダイオ
ードを用いるＤＶＤ用ピックアップの場合には、ＣＤの
ＮＡを、０．３５乃至０．３８程度にすれば、従来のＣ
Ｄ用ピックアップと同等のスポットの大きさとなり、好
都合である。また、この時、図５に示すようにレンズシ
フトが発生しても、十分な性能が得られる。ここで、絞
りは、ディスクの偏芯等に追随するためのレンズの動き
（レンズシフト）による再生特性の劣化を防ぐために対
物レンズと一体的になって動くことが良いが、この時下
記のような欠点がある。対物レンズと絞りを一体で動か
すためには、レンズの載ったアクチュエータの所に絞り
を付加するのが最も構成的に簡単であるが、可動部に開
閉可能な絞りを搭載するのは、装置の小型化の観点から
見て困難である。レンズアクチュエータ以外の場所にレ
ンズと同期して動くアクチュエータに絞りを搭載するこ
とが考えられるが、この構成では、部品点数が増えてし
まう。また、可動部上で絞りの開閉を行なうか、絞り機
構全体の光路への出し入れを行なう必要があり、機器の
大型化を招いてしまう。また、絞りと対物レンズが一体
で動かない場合には、レンズシフト時に帰りの光路にお
いて、光束のけられが生じ、このため、光検出器への入
射光量が低下すると同時にディスクからの全回折光が戻
らなくなるため、信号品質の劣化を招き、検出信号のエ
ラーが増大する。

【０００７】更に、別の欠点として、絞りにより光束が
遮られるためにＣＤ時には光量が低下するため、再生の
Ｓ／Ｎが劣化する１．２ｍｍ厚のディスクに対して記録
することが事実上出来なくなるといった欠点がある。ま
た、ＤＶＤとＣＤの両者間で、絞りの影響により光検出
器上でのスポットの大きさが変化するため、サーボの特
性が変化する。また、絞りと光束の同軸性が低いとサー
ボにオフセットが発生してしまうという欠点もある。本
発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解
決すべく創案されたものであり、その目的は、光学素子
或いは光学素子系の移動のみで厚さの異なる光ディスク
に対応することができる光ピックアップを提供すること
にある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、厚さの異
なる２種類の光ディスクを互換的に記録・再生する光ピ
ックアップにおいて、半導体レーザ素子を出た光を、一
旦焦点を結ばせた後に出射する光学素子を備え、この光
学素子の位置を光軸の方向に移動することにより、厚さ
の異なる光ディスクの記録・再生に適合させるように構
成したものである。第２の発明は、厚さの異なる２種類
の光ディスクを互換的に記録・再生する光ピックアップ
において、半導体レーザ素子を出た光を、一旦焦点を結
ばせた後に出射する光学素子系を備え、この光学素子系
の位置を光軸の方向に移動することにより、厚さの異な
る光ディスクの記録・再生に適合させるように構成した
ものである。

【０００９】本発明は、ビームスプリッタと対物レンズ
との間に設置した１枚の光学素子もしくは、１つの光学
素子系の光軸方向の移動のみで、ＤＶＤとＣＤの場合で
各々に最適な拡がり角と光束半径を有する対物レンズへ
の入射光を実現するものである。更に、この光学素子或
いは光学素子系によれば、ディスクの厚さが異なる場合
にも、常に光量の損失無く対物レンズに光を入射させ得
るので、従来のように再生の互換のみならず、記録機で
の再生互換、更には記録機能の互換性を付加することが
可能となる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る光ピックア
ップの一実施例を添付図面に基づいて詳述する。図１は
第１の発明に係る光ピックアップの光学系の全体構成図
であり、図１（Ａ）は光ディスクがＤＶＤの時の記録・
再生時の態様を示し、図１（Ｂ）は光ディスクがＣＤの
時の記録・再生時の態様を示す。図中、１は所定の波長
のレーザ光を出力する半導体レーザ素子であり、２はこ
のレーザ光を２つに分離して、いずれか一方を直進させ
るビームスプリッタである。３は絞りであり、ビームス
プリッタ２から直線的に出力されるレーザ光の直径を規
制する。４は本発明の特徴とする光学素子、すなわち、
コリメータレンズであり、記録・再生の対象となる光デ
ィスクＤの厚み或いは記録面までの深さに応じて平行光
や拡散光を出力する。５は対物レンズであり、上記コリ
メータレンズ４からのレーザ光を光ディスクＤの記録面
上にフォーカシングする。尚、絞り３は、光源とビーム
スプリッタ２の間であっても良い

【００１１】６は戻り光からフォーカス信号を除去する
フォーカス検出用のシリンドリカルレンズであり、７は
戻り光を検出するための、例えばフォトダイオードより
なる光検出器である。情報信号とサーボ信号は、ビーム
スプリッタ２で分岐した光を光検出器７により検出す
る。ここでトラッキングサーボは１ビーム検出法である
位相作法で検出するが、半導体レーザ素子１とビームス
プリッタ２との間に、回析格子を設置して３ビーム検出
法を用いるようにしてもよい。上記コリメータレンズ４
は、これに入射した光束が図中左端の第１面４Ａのレン
ズ作用により一旦このレンズの中で焦点を結び、その
後、右端の第２面４Ｂにより、所定の直径の光束として
平行光或いは拡散光に変換されて出射するように構成さ
れる。すなわち、入射光の進行方向を光軸８の略反対側
へ変換して出射するようになっている。そして、光ディ
スクＤの厚みに対して、光軸８方向へ図示しないアクチ
ュエータ、或いは機械的な切り換え手段により所定量だ
け２値的に移動可能になされている。

【００１２】ここで、この光学素子としてのコリメータ
レンズ４の実効的な焦点距離ｆｃは図２に表されてお
り、図中、Ｈは左側の主平面を示す。この焦点距離ｆｃ
は、対物レンズ５の入射瞳端での光強度の設定と、半導
体レーザ素子１から対物レンズ５へ入る光の利用効率の
兼ね合いで設定されるが、これは従来の同じ目的のピッ
クアップと同様な設計コンセプトである。実際には、対
物レンズ５の焦点距離を３．３６ｍｍ、ＮＡを０．６と
した場合、コリメータレンズの実効的な焦点距離ｆｃ
は、１８〜３５ｍｍの範囲内、好ましくは２５ｍｍ程度
に設定するのがよい。また、ＤＶＤの記録面までの厚
み、或いは深さは略０．６ｍｍであり、これに対しＣＤ
の記録面までの厚み、或いは深さは略１．２ｍｍであ
る。

【００１３】次に、以上のように構成された第１の発明
のピックアップの動作について説明する。ディスク表面
から第１層の記録面までの厚みがＣＤの場合よりも薄い
ＤＶＤの光ディスクＤを記録・再生する場合には、図１
（Ａ）に示すように光源である半導体レーザ素子１とコ
リメータレンズ４との間の距離を大きく設定し、このコ
リメータレンズ４からの出射光が平行光となるようにす
る。すなわち、半導体レーザ素子１からのレーザ光は、
ビームスプリッタ２に入射し、この内の一部は直角に反
射し、他方は直進することによって分岐される。この直
進波は、コリメータレンズ４に入射すると第１面４Ａの
レンズ作用により一旦レンズの中で焦点を結び、その
後、第２面４Ｂにより所定の大きさの直径の光束として
平行光に変換されて出射する。この出射光は対物レンズ
５により光ディスクＤの記録面上にフォーカスされ、こ
の反射光が光路を逆に戻って、光検出器７により検出さ
れることになる。ここで、コリメータレンズ４を出射し
た光は、上述のように略平行となっており、且つ光束径
は対物レンズ５の入射瞳より十分大きくなされて光ディ
スクＤの偏芯等に伴うレンズシフトをも十分にカバーし
得る大きさの光束径に設定されている。コリメータレン
ズ４と半導体レーザ素子１との間には、光束径を制限す
る絞り３が設置されているが、これは、ＤＶＤの記録・
再生時には、特に機能するものではないが、ＣＤ再生時
には後述するように光束径を決定するための要素として
機能する。

【００１４】図１（Ｂ）はディスク表面から記録面まで
の厚みがＤＶＤの記録面までの厚みよりも大きなＣＤの
光ディスクＤを記録・再生する場合の光学系の状態を示
している。この場合には、上記ＤＶＤの場合よりも、コ
リメータレンズ４は光源である半導体レーザ素子１側へ
所定の距離Ｌ１だけ近づけられている。この結果、コリ
メータレンズ４へ入射した光束の、このコリメータレン
ズ４の中での焦点位置はＤＶＤの場合より第２面４Ｂ側
に近づき、そのため、第２面４Ｂを出射した光は、拡散
光に変換されることになる。この拡散光の光束径は、Ｄ
ＶＤの場合よりも小さくなるように設定される。光束径
自体は、コリメータレンズ４と半導体レーザ素子１との
間に設定した絞り３により決まるが、対物レンズ５の入
射側の瞳のところでの光束径と拡散の度合いは、絞り径
とコリメータレンズ４の設計と、このレンズと対物レン
ズ５までの距離に応じて任意に設定が可能である。対物
レンズ５とコリメータレンズ４との間の距離は、主とし
てピックアップの筐体設計により設定されるので、これ
に合わせて収差の補正が十分で且つＣＤ再生に必要な光
束径が得られるコリメータレンズの設計が各種の筐体に
対して自由に行なうことができる。

【００１５】サーボエラー信号の検出は、従来のピック
アップと同様のコンセプトで行なえる。図１の場合は、
非点収差と位相差検出法で行なわれるＤＶＤで一般的な
構成となっている。半導体レーザ素子１と光検出器７は
共役点にあり、且つビームスプリッタ２以降の光路中に
光束を遮る素子が無い構成であるから、ＤＶＤとＣＤの
両者で光検出器７上でのスポットの大きさが変化するこ
ともなく、良好なエラー検出を行なえることができる。
本実施例では、以下の光学定数に設定した時に良好な結
果を得ている。〈半導体レーザ素子１とコリメータレンズ６の光学長Ｌ
２〉ＤＶＤの時：１２．０ｍｍＣＤの時：６．５ｍｍ〈コリメータレンズ〉第１面の半径：２．０ｍｍ第２面の半径：−６．０ｍｍ（図中、左方向を＋とす
る）長さＬ３：２５．４ｍｍレンズ材の屈折率：１．５４コリメータレンズ４と対物レンズ５との間の光学長Ｌ
４：３２．０ｍｍ尚、第１面４Ａ及び第２面４Ｂは、上記した曲率を中心
付近での曲率として非球面化することにより収差の補正
を施してある。上記した構成において、ＤＶＤ時には、
ＮＡ＝０．６、ＣＤ時には、対物レンズ５のところで、
直径２．６ｍｍの光束となり、ＮＡ＝０．３７の開口数
によるスポットの形成をすることができた。これによ
り、図５から明らかなようにＣＤ時においても、レンズ
シフトに対して収差の増加量を非常に少なくできること
が判明する。従って、コリメータレンズ４の所定量の移
動のみでＤＶＤにもＣＤにも対応させることができ、良
好な特性を維持しつつ両者間の互換性を得ることができ
る。

【００１６】図１に示す実施例では、レーザ光の分岐手
段として、矩形状のビームスプリッタ２を用いている
が、これに代えて、図３に示すように平行平板型のビー
ムスプリッタ９を用いることも可能である。この場合に
は、半導体レーザ素子１と光検出器７の設置位置を相互
に入れ替える。また、記録用の場合は、レーザビームス
プリッタ２を偏光プリズムとし、対物レンズとビームス
プリッタの間に１／４波長板を設けることで、光の利用
効率を上げ、高い集光強度のスポットを作ることができ
る。更に、半導体レーザ素子１とコリメータレンズ４の
距離が近いこともあり、ホログラム等を用いて、半導体
レーザ１と光検出器７を集積化したピックアップユニッ
トとの相性も良くなる。

【００１７】次に、第２の発明について説明する。図４
は第２の発明に係る光ピックアップを示す光学系の全体
構成図である。この第２の発明が図１に示した第１の発
明と異なる点は、第１の発明で用いた光学素子としての
コリメータレンズ４に代えて、第１と第２の２枚の凸レ
ンズ１０、１１よりなる光学素子系１２を用いた点にあ
り、他の構成は、第１の発明と全く同様である。ここ
で、第１と第２の凸レンズ１０、１１との間の距離Ｌ３
は固定された状態で、第１と第２の凸レンズ１０、１１
は、図示しないアクチュエータ等により一体的に光軸８
に沿って移動できるようになされており、図１に示した
コリメータレンズ４と同様な機能を発揮し得るようにな
っている。尚、両レンズ１０、１１は集光作用を呈すな
らば、凸レンズに限定されない。基本原理的な動作は、
第１の発明の場合と同じであり、すなわちＤＶＤを記録
・再生する場合には、第１の凸レンズ１０に入射した光
束がこのレンズ作用により一旦、両凸レンズ１０、１１
間で焦点を結び、その後、第２の凸レンズ１１より所定
の径の平行光の光束に変換されて出射されることにな
る。この出射する光束径は、対物レンズ５の入射瞳より
も十分に大きく、ディスクＤの偏芯等に伴うレンズシフ
トをも十分にカバーし得る光束に設定されている。

【００１８】一方、ＣＤ再生時には、光学素子系１２、
すなわち第１の凸レンズ１０と第２の凸レンズ１１とを
一体的に半導体レーザ素子１側へ所定の距離だけ接近さ
せ、第２の凸レンズ１１から出力される出射光が拡散光
となるように変換し、且つこの光束径をＤＶＤの場合よ
りも小さくする。光束径自体は絞りにより決まるが、対
物レンズ５の入射側の瞳のところでの光束径と拡散の度
合いは、第１の発明の場合と同様に絞り径や、第２の凸
レンズ１１と対物レンズ５との間の距離に応じて任意に
設定可能である。これにより、ＤＶＤとＣＤの両者で良
好な特性を維持しつつ、互換的に記録・再生を行なうこ
とができる。

【００１９】本実施例では、以下の光学定数により、良
好な結果を得ることができた。〈半導体レーザ素子１と第１の凸レンズ１０までの光学
長Ｌ２〉ＤＶＤの時：１２．０ｍｍＣＤの時：６．５ｍｍ〈光学素子系〉第１の凸レンズ１０の焦点距離：３．７ｍｍ第２の凸レンズ１１の焦点距離：１１．２ｍｍ両レンズの間隔Ｌ３：１６．５６ｍｍ第２の凸レンズ１１と対物レンズ５の光学長Ｌ４：２
６．４４ｍｍ＜対物レンズ＞焦点距離：３．３６ｍｍＮＡ：０．６この時、ＤＶＤ再生時のＮＡは、０．６、ＣＤ再生時の
ＮＡは、０．３５７となり、両者ともに良好な特性を得
ることができた。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の光ピック
アップによれば、次のように優れた作用効果を発揮する
ことができる。第１及び第２の発明によれば、従来用い
られていた補正素子を用いることなく、単に光学素子或
いは光学素子系を光軸に沿って所定量移動させるだけ
で、ＤＶＤとＣＤの両者に対して互換的に記録・再生を
行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の発明に係る光ピックアップの光学系の全
体構成図である。

【図２】図１に示す光ピックアップに用いるコリメータ
レンズを示す拡大図である。

【図３】図１に示す光ピックアップの変形例を示す図で
ある。

【図４】第２の発明に係る光ピックアップの光学系の全
体構成図である。

【図５】収差のレンズシフト依存性を示すグラフであ
る。

【符号の説明】

１…半導体レーザ素子、２…ビームスプリッタ、３…絞
り、４…コリメータレンズ（光学素子）、５…対物レン
ズ、７…光検出器、８…光軸、１０…第１の凸レンズ、
１１…第２の凸レンズ、１２…光学素子系、Ｄ…光ディ
スク。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】厚さの異なる２種類の光ディスクを互換
的に記録・再生する光ピックアップにおいて、半導体レ
ーザ素子を出た光を、一旦焦点を結ばせた後に出射する
光学素子を備え、この光学素子の位置を光軸の方向に移
動することにより、厚さの異なる光ディスクの記録・再
生に適合させるようにしたことを特徴とする光ピックア
ップ。
【請求項２】厚さの異なる２種類の光ディスクを互換
的に記録・再生する光ピックアップにおいて、半導体レ
ーザ素子を出た光を、一旦焦点を結ばせた後に出射する
光学素子系を備え、この光学素子系の位置を光軸の方向
に移動することにより、厚さの異なる光ディスクの記録
・再生に適合させるようにしたことを特徴とする光ピッ
クアップ。
【請求項３】前記光学素子は、ビームスプリッタと対
物レンズとの間に設置されることを特徴とする請求項１
記載の光ピックアップ。
【請求項４】前記光学素子系は、ビームスプリッタと
対物レンズとの間に設置されることを特徴とする請求項
２記載の光ピックアップ。