JP2002170274A - 光ピックアップ - Google Patents

光ピックアップ

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JP2002170274A
JP2002170274A JP2000369948A JP2000369948A JP2002170274A JP 2002170274 A JP2002170274 A JP 2002170274A JP 2000369948 A JP2000369948 A JP 2000369948A JP 2000369948 A JP2000369948 A JP 2000369948A JP 2002170274 A JP2002170274 A JP 2002170274A
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optical
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Takanori Maeda
孝則 前田
Ikuya Kikuchi
育也 菊池
Katsuhiro Koike
克宏 小池
Mitsuru Sato
充 佐藤
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    • G—PHYSICS
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 球面収差の補償があっても、開口数が変化し
ない光ピックアップを提供する。 【解決手段】 光源から照射された光ビームを情報記録
媒体の記録層に集光する対物レンズ及び対物レンズの光
源側に配置される開口絞りを含む集光光学系を備えかつ
該光ビームの照射により情報の記録及び／又は再生を行
う装置における光ピックアップであって、開口絞りが、
対物レンズの入射側主面位置から集光光学系の光軸上の
光源側へ対物レンズの略焦点距離だけ離間した位置に配
置されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、情報をトラック上
に記録する光ディスクなどの光学式情報記録媒体の記録
層に対して集光された光ビームの照射により情報の記録
及び／又は再生を行う装置における光ピックアップに関
し、特に、当該光ピックアップにおける光学系に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】近年、光ディスクは、映像データ、音声
データ及びコンピュータデータなどのデータを記録再生
する手段として広く用いられている。例えば、ＤＶＤ(D
igitalVersatile Disc)と称される高密度記録型光ディ
スクが実用化されている。記録容量を拡大するという要
求から次世代光ディスクシステムとして、光ピックアッ
プにおいては例えばＮＡ＝０．８５という高開口数の対
物レンズを用いつつ、ＤＶＤよりさらに高い密度で記録
した光ディスクを用いることが検討されている。
【０００３】光ディスクの記録層上には最表面の光透過
層であるカバー層が設けられているが、対物レンズの開
口数を大きくした場合、情報を記録再生する際に透過す
るカバー層の厚さが基準値から偏倚していると、球面収
差が多く発生し、本来の対物レンズがもっている空間周
波数特性（ＭＴＦ）を実現することができない。特に短
いマークやピットを記録再生する場合に、カバー層の厚
さムラによりジッタの発生量が増加するという問題点が
生じる。
【０００４】このような問題を解決するために、２枚の
レンズを組み合わせた球面収差補正光学装置であるビー
ムエキスパンダを光源と対物レンズとの間に挿入し、発
生する球面収差を補正することが考えられる。ビームエ
キスパンダにより対物レンズに入射する光ビームを平行
光から収束光又は拡散光とすることによって、対物レン
ズからの射出光に予め球面収差を発生させ、カバー層で
発生する球面収差を補正する。すなわち、カバー層厚さ
が基準値である場合には、ビームエキスパンダが平行に
入射した光ビームを平行に射出するように動作し、光ビ
ーム径を若干変化させる。このとき、対物レンズ射出時
に発生する球面収差が基準厚さのカバー層で発生する球
面収差とちょうど打ち消し合うように対物レンズが設計
されていれば、基準厚さのカバー層を通して集光したス
ポットでは球面収差が発生しない。カバー層厚が基準値
から偏倚している場合には、ビームエキスパンダにより
射出光ビームを平行光から拡散光又は収束光に変化させ
る。具体的には、例えばカバー層が薄い場合には対物レ
ンズに収束光を入射させ、これによって対物レンズで発
生する球面収差量をカバー層厚によって減少した球面収
差発生量と相殺するように増加させ、情報記録面上では
無収差とするような補正を行なうのである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１に
示すように、従来の光ピックアップの対物レンズの入射
瞳面に絞りを設けた光学系を用いて上記のような球面収
差補正を行う場合、例えば収束光（発散光）を入射させ
ることによって実際の集光位置が焦点より手前（奥）と
なり、記録層上での開口数が増加（減少）するなど、球
面収差の補償に伴って記録層上での開口数が変動（ＮＡ
１＞ＮＡ０＞ＮＡ２）してしまうという問題があった。
開口数ＮＡが大きくなると信号帯域外までＭＴＦ特性が
延びてしまい、信号ノイズが増加するという問題があ
り、逆に開口数が減少すると信号再生に必要なＭＴＦ帯
域が得られず、信号変調度の減少により再生信号のＳＮ
比が劣化する。
【０００６】本発明はかかる問題点を解消するためにな
され、その目的は、球面収差補償を行っても記録層上で
の開口数の変動を抑制する光学系を有する光ピックアッ
プを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の光ピックアップ
は、光源から照射された光ビームを情報記録媒体に集光
する対物レンズと前記対物レンズの光源側に配置される
開口絞りを含む集光光学系とを備えかつ、情報記録媒体
の記録層に対して集光された光ビームの照射により情報
の記録及び／又は再生を行う装置における光ピックアッ
プであって、前記開口絞りが、前記対物レンズの入射側
主面位置から前記集光光学系の光軸上の光源側へ前記対
物レンズの略焦点距離だけ離間した位置に配置されてい
ることを特徴とする。
【０００８】本発明の光ピックアップにおいては、前記
集光光学系は、前記光ビームを収束光若しくは発散光と
して球面収差を補正しつつ前記開口絞りへ導く集光位置
可変光学系を備えたことを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態の光ピッ
クアップを添付図面を用いて詳細に説明する。まず、球
面収差補償を行っても光ディスクの記録層上での開口数
の変動を抑制する光学系のために、開口数の変化を考え
る。図１に示す従来の対物レンズの入射面の大きな径の
絞りを通って制限された収束光ビームであるので、焦点
を結ぶ位置が近くなった分だけ光ディスクの記録層上で
の開口数が拡大するようになる。すなわち、図１に示す
ように球面収差の補償によって開口数ＮＡ１が拡大して
いた。対物レンズに入射する光ビーム径は、図１に示す
ように、入射光が平行光であっても収束光であっても入
射側主面位置において常に一定であるためである。
【００１０】これに対して、本発明では、図２に示すよ
うに、開口絞り１６の位置を入射側主面位置１８から光
源側に所定距離Ｄだけ変位した位置に配置する。開口絞
り１６は光軸に関して回転対称な円形の開口部を有す
る。開口絞り１６の位置を従来の対物レンズの入射面か
ら光源側に移動させると、入射面での入射平行光のビー
ム径Ｒに比べて、入射収束光のビーム径は光ビーム径ｒ
が収束している分だけ入射側主面から開口絞り１６まで
の距離Ｄに応じて小さくなることになる。すなわち、開
口数が開口絞り１６によって制限される。この距離Ｄに
応じた入射光ビーム径ｒの減少量を、収束光の入射によ
る記録層上での光ビームの開口数（図１のＮＡ１）の拡
大量にて相殺させることによって、球面収差補償を行っ
ても開口数が変化しないようにすることができる。
【００１１】本発明では、図３に示すように、開口絞り
１６を、入射側主面位置１８から光源側に対物レンズの
略焦点距離Ｄｆだけ離れたところに設置する。図示する
ように、実施形態の光ピックアップでは、ビームエキス
パンダで球面収差補正を行う場合、球面収差の補償に伴
う収束光（発散光）を対物レンズ１７に入射させても、
開口絞り１６により、記録層上での開口数が変動しない
（ＮＡ１≒ＮＡ０≒ＮＡ２）。これにより、開口数ＮＡ
の変動によるＭＴＦ特性が安定する。なお、対物レンズ
１７の有効径は開口絞り１６の開口径より大とする。光
量を確保するためである。球面収差補正手段として集光
位置を可変とすることができる集光位置可変光学系のビ
ームエキスパンダを用いるが、他の集光位置可変光学系
も用いることができる。
【００１２】図４は、本発明による光ディスクの情報記
録再生装置の光ピックアップの光学系の概略を示す。該
情報記録再生装置の光ピックアップは、波長が４００ｎ
ｍ〜４１５ｎｍ好ましくは４０５ｎｍ付近の短波長の青
を射出する青色半導体レーザ１１を備えている。さら
に、光ピックアップは、コリメータレンズ１２、偏光ビ
ームスプリッタ１３、ビームエキスパンダ第１レンズ１
４及びビームエキスパンダ第２レンズ１５からなるビー
ムエキスパンダ、開口絞り１６、並びに２つのレンズを
含む２群対物レンズユニット１７を備えている。以上の
光照射光学系によって、半導体レーザ１１からの発散光
ビームは、コリメートタレンズ１４で平行光ビームに変
換され、偏光ビームスプリッタ１３を透過して、対物レ
ンズユニット１７によって、その焦点付近にその記録層
が位置するように置かれている光ディスク１９に向けて
集光され、光ディスク１９の情報記録面のピット列上で
光スポットを形成する。なお、符号１８は対物レンズの
入射側主面位置を示す。２枚のレンズを組み合わせたビ
ームエキスパンダは、両レンズ１４、１５を光軸に沿っ
て離すように駆動して対物レンズに入射する光ビームを
平行光から収束光とし、逆に近接するように駆動して拡
散光とすることによって、波面を制御して予め球面収差
を発生させ、これによって、光ディスク１９のカバー層
で発生する球面収差を相殺する。また、対物レンズとし
て２群対物レンズユニット１７を用いているが、対物レ
ンズは開口絞り１６と光ディスク１９の間にあるレンズ
（レンズ群）全てを含むものであり、単一レンズでも複
数レンズでも良い。開口絞りと光ディスクの間にある全
てのレンズにより所定焦点距離が決まるので、かかる対
物レンズの焦点距離に基づいて開口絞りの位置が定ま
る。
【００１３】以上の光照射光学系に加えて、光ピックア
ップはさらに検出レンズなど光検出光学系を有してお
り、対物レンズユニット１７及び偏光ビームスプリッタ
１３は光検出光学系にも利用されている。光検出光学系
により、光ディスク１９からの反射光は、対物レンズユ
ニット１７で集められ偏光ビームスプリッタ１３によっ
て検出用集光レンズ１１０に向けられる。検出レンズ１
１０で集光された集束光は、例えば、シリンドリカルレ
ンズ、マルチレンズなどの非点収差発生素子（図示せ
ず）を通過して、光検出器の受光面１１１中心付近に光
スポットを形成する。
【００１４】また、受光面１１１を有する光検出器は復
調回路３０及びエラー検出回路３１に接続されている。
エラー検出回路３１は、対物レンズユニットのトラッキ
ング制御及びフォーカス制御用のアクチュエータ２６を
含む機構を駆動する駆動回路３３に、さらにビームエキ
スパンダの第１及び第２レンズ１４、１５間の光軸上距
離を制御するアクチュエータ２６ａを含む機構を駆動す
る駆動回路３３ａに接続されている。
【００１５】光検出器は、その受光面１１１中心付近に
結像された光スポット像に応じた電気信号を復調回路３
０及びエラー検出回路３１に供給する。復調回路３０
は、その電気信号に基づいて記録信号を生成する。エラ
ー検出回路３１は、その電気信号に基づいてフォーカス
エラー信号や、トラッキングエラー信号や、球面収差エ
ラー信号や、その他サーボ信号などを生成し、アクチュ
エータの駆動回路３３、３３ａを介して各駆動信号を各
アクチュエータに供給し、これらが各駆動信号に応じて
対物レンズユニット１７、ビームエキスパンダなどをサ
ーボ制御して駆動する。
【００１６】実施形態の光ピックアップの再生動作を説
明する。偏光ビームスプリッタ１３を透過した平行光ビ
ームは、ビームエキスパンダ第１レンズ１４によってビ
ームエキスパンダ倍率に対応した拡散光となる。この拡
散光をビームエキスパンダ第２レンズ１５は、球面収差
エラー信号に応じて光軸上で駆動される収差を補償する
ようになっており、平行光或いは収差が補償された収束
光若しくは発散光を開口絞り１６を介して対物レンズユ
ニット１７へと導く。
【００１７】光ディスク１９のカバー層膜厚が基準の厚
さ例えば１００μｍである場合において、光学系に例え
ば開口数が０．８５の対物レンズユニットを用いて、対
物レンズユニット１７に平行に入射した光ビームが光デ
ィスク１９上に設計上無収差でスポットを形成するよう
に光学系が設計されている。光ディスク１９のカバー層
膜厚が基準厚１００μｍである場合には、図５に示すよ
うに、ビームエキスパンダ第２レンズ１５は平行光ビー
ムを対物レンズユニット１７に射出する。
【００１８】また、図６に示すように、カバー層の厚さ
が薄いときには、ビームエキスパンダ第２レンズ１５を
上記の位置よりも光源から遠ざけるように移動し、対物
レンズの入射側主面位置１８には収束光が入射するよう
に動作させる。これによって、対物レンズユニット１７
での球面収差発生量が増加し、カバー層が薄くなったこ
とによってカバー層で発生する球面収差量が減少してい
る分を補償する。これに対し、図７に示すように、カバ
ー層の厚さが基準値より厚いときには、ビームエキスパ
ンダ第２レンズ１５を上記の位置よりも光源に近づける
ように移動し、対物レンズの入射側主面位置１８には発
散光が入射するように動作させ、カバー層による球面収
差量の増加分を補償する。
【００１９】光ディスク１９のカバー層膜厚が基準厚１
００μｍから±１０μｍ変動したときに、上記実施形態
の場合と図１に示す従来の場合における記録層上の開口
数の変化を測定した。図８にその結果を示す。上記実施
形態の光ピックアップの場合の方が図１に示す従来の場
合よりも開口数の変動が少ないことが確認された。さら
に、図９に示すように、上記実施形態の光ピックアップ
の光軸における開口数０．８５の対物レンズユニット１
７の入射側レンズ面の頂点から開口絞り１６までの距離
をｄとして、距離ｄ（ｍｍ）をＤ＝０、Ｄ＝１．２５、
Ｄ＝２．５と変化させた場合の光ディスク１９のカバー
層の厚み誤差の開口数に対応する変化量をシミレートし
た。Ｄ＝０は従来の場合に、Ｄ＝１．２５は本願発明の
場合に対応する。図１０にその結果を示す。本願発明の
場合（Ｄ＝１．２５）すなわち、開口絞り１６を、対物
レンズユニットの入射側主面位置１８から光源側に対物
レンズの略焦点距離Ｄｆだけ離れたところに設置した場
合では、開口数が０．８５で一定である。
【００２０】なお、開口絞り１６は、対物レンズユニッ
トの鏡筒内に配置するような構成としなくとも、例えば
対物レンズがアクチュエータによって駆動されるような
構成である場合、そのアクチュエータのボビンに開口絞
り１６を設けておき、ここに対物レンズを所定の位置に
取り付けるようにしても良い。開口絞り１６は、所定の
大きさの光学的な開口部をもつものであれば、円環状絞
り、透明部材の周囲を遮光したものなど、いろいろな構
成のものを用いることができる。絞りの厚さは適宜選ぶ
ことができ、厚くすることによって開口数を一定にする
精度が低下するが、規定の位置はその絞りの厚さ部分に
含まれていれば同様の効果が得られる。
【００２１】開口数は開口絞りの大きさがレンズの有効
径よりも小さければ、いくつであってもこの効果は発揮
される。上記実施形態では、開口絞り１６の開口部の形
状は円形とした場合の説明をしたが、楕円形、長方形、
正方形など特殊な形状であっても構わない。本発明によ
れば、ビームエキスパンダなど、光ビームの収束状態を
変えることによって球面収差の補償を行う光ピックアッ
プ光学系で補償に伴って対物レンスの開口数が変化しな
いので、２層ディスクなどの多層記録媒体の記録再生時
にも各記録層において同一のＭＴＦ特性を得ることがで
きる。
【００２２】また、本発明は、開口数が１を越える、い
わゆるソリッドイマージョンレンズを用いた光学系に対
しても同様に適用することができる。以上の実施形態に
おいては、球面収差補正手段として２つのレンズ１４，
１５からなるビームエキスパンダを用いた場合を説明し
たが、ビームエキスパンダに限らす、平行光から集光位
置を変化させて対物レンズに入射させることにより球面
収差の補正が可能なものであれば、他の構成の集光位置
可変光学系も用いることができる。例えば、図１１に示
すように、平行平板からなるビームスプリッタ９３及び
コリメータレンズ９５からなるいわゆる有限光学系も本
発明の情報記録再生装置に適用できる。図１１中図４に
示す同一符号の部材は同一のものである。この例ではコ
リメータレンズ９５を駆動する構成としたが、代わりに
半導体レーザ１１を光軸方向に移動せしめる構成として
も球面収差を変化させることができる。
【００２３】
【発明の効果】本発明によれば、特定位置の開口絞りを
設けるという簡単な構成によって、情報記録媒体におい
て球面収差補償を行った場合に発生する開口数変化を一
定に保ち、球面収差補償に伴う信号記録再生特性の変化
の発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】光ピックアップ光学系を説明するの概略断面
図。
【図２】光ピックアップ光学系を説明するの概略断面
図。
【図３】本発明の実施形態の光ピックアップ光学系を説
明するの概略断面 図。
【図４】本発明による実施形態の情報記録再生装置の光
ピックアップ光学 系を説明する概略ブロック図。
【図５】本発明による実施形態の光ピックアップ光学系
を説明する概略部 分断面図。
【図６】本発明による実施形態の光ピックアップ光学系
を説明する概略部 分断面図。
【図７】本発明による実施形態の光ピックアップ光学系
を説明する概略部 分断面図。
【図８】光ディスクのカバー層膜厚に対する光ディスク
の記録層上の光ビ ームの開口数の変化を示すグラフ。
【図９】本発明による実施形態の光ピックアップ光学系
を説明する概略部 分断面図。
【図１０】光ディスクのカバー層厚さ誤差に対する光デ
ィスクの記録層上 の光ビームの開口数の変化を示すグ
ラフ。
【図１１】本発明による他の実施形態の情報記録再生装
置の光ピックアップ光学系を説明する概略ブロック図。
【符号の説明】
１１ 半導体レーザ １３ 偏光ビームスプリッタ １４ ビームエキスパンダ第１レンズ １５ ビームエキスパンダ第２レンズ １２ コリメータレンズ １６ 開口絞り １７ 対物レンズユニット １８ 対物レンズの入射側主面位置 １９ 光ディスク
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小池 克宏 埼玉県鶴ヶ島市富士見６丁目１番１号 パ イオニア株式会社総合研究所内 (72)発明者 佐藤 充 埼玉県鶴ヶ島市富士見６丁目１番１号 パ イオニア株式会社総合研究所内 Ｆターム(参考） 2H044 AG01 2H087 KA13 LA26 NA01 PA02 QA16 QA21 RA32 5D119 AA41 AA50 BA01 DA01 DA05 EC01 JA01 JA44 JA58 JB02

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光源から照射された光ビームを情報記録
    媒体の記録層に集光する対物レンズ及び前記対物レンズ
    の光源側に配置される開口絞りを含む集光光学系を備え
    かつ該光ビームの照射により情報の記録及び／又は再生
    を行う装置における光ピックアップであって、 前記開口絞りが、前記対物レンズの入射側主面位置から
    前記集光光学系の光軸上の光源側へ前記対物レンズの略
    焦点距離だけ離間した位置に配置されていることを特徴
    とする光ピックアップ。
  2. 【請求項２】 前記集光光学系は、前記光ビームを収束
    光若しくは発散光として球面収差を補正しつつ前記開口
    絞りへ導く集光位置可変光学系を備えたことを特徴とす
    る請求項１記載の光ピックアップ。
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