JP2005285219A

JP2005285219A - 光ピックアップ及び光ディスク装置

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Publication number: JP2005285219A
Application number: JP2004097026A
Authority: JP
Inventors: Kazuma Aiki; 一磨相木
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2004-03-29
Filing date: 2004-03-29
Publication date: 2005-10-13

Abstract

【課題】高温環境下においても収差の発生を抑え、良好な記録再生特性を維持する。
【解決手段】所定の温度で無収差となるよう設計された対物レンズ７と、対物レンズ７をフォーカシング方向及びトラッキング方向へ可動自在に保持するとともに、対物レンズ７の光路を避けて設けられ、上対物レンズ７を所定の温度に加熱する加熱手段１３を有するレンズホルダ９と、対物レンズ７を無収差となる温度に保持するよう加熱手段１３を制御する温度制御手段２６とを備える。
【選択図】図６

Description

本発明は、光ディスクに対して情報信号の記録及び／又は再生を行う光ピックアップ装置及びこの光ピックアップ装置を備えた光ディスク装置に関し、特に、光ディスクにレーザ光を照射し、また光ディスクからの反射光が入射される対物レンズに関する。

従来より、光ディスクに対してレーザ光を照射し、また光ディスクからの反射光が入射される対物レンズを備えた光ピックアップ装置がある。この光ピックアップ装置は、レーザ光を出射する半導体レーザ等の発光素子と、発光素子から出射させたレーザ光を回折させるプリズム等の回折部材と、レーザ光の光路上に設けられ、レーザ光を光ディスクの信号記録面に集光する対物レンズと、光ディスクからの反射光を受光する受光素子とを備えている。

そして、発光素子から出射したレーザ光は、回折部材によってほぼ直角に反射され、対物レンズを透過することにより光ディスクの信号記録面に集光される。また、光ディスクの信号記録面で反射した戻りのレーザ光は、光ディスク及び対物レンズとの間を同一経路で進み、回折部材によって受光素子に導かれる。

このような光ピックアップ装置は、ディスク記録及び／又は再生装置やゲーム機、撮像装置等、光ディスクを記録媒体に用いる光ディスク装置に組み込まれる。

ところで、この種の光ディスク装置においては、光ディスクにレーザ光を集光する対物レンズの収差特性が記録再生特性に影響を及ぼす。特に、光ディスク装置が駆動されることにより熱が発生し、光ピックアップ装置が高温環境下におかれた場合、温度条件による屈折率の変化や光源の波長変化によって対物レンズに球面収差が発生し、記録再生特性が劣化してしまう。

以下、常温（２５℃）で球面収差がほぼゼロとなるように設計された対物レンズを例に説明する。この対物レンズの非球面は、次の条件を満たす。
Ｒ_１：第１面の曲率半径
Ｒ_２：第２面の曲率半径
ｄ：レンズの厚み
Ｋ_１：第１面の円錐係数
Ｋ_２：第２面の円錐係数
Ａ_２ｉ（１）：第１面の２ｉ次の非球面係数
Ａ_２ｉ（２）：第２面の２ｉ次の非球面係数
ｌ：カバーガラスまたは保護層の厚み
波長６６０ｎｍに対する屈折率１．５７８０９８とした
Ｗ．Ｄ：作動距離
ｎ：屈折率
を示し、波長６６０ｎｍに対し、ｆ（レンズの焦点距離）＝３．０５ｍｍのものとしたとき、
Ｒ_１＝１．８８０５６
Ｒ_２＝−９．１６０６１
ｄ＝１．７ｍｍ
ｌ＝０．６
ｎ＝１．５４０７８３
Ｗ．Ｄ＝１．７１８８０８
である。

また、以下に示す公知の非球面式（１）に示される係数を示す。

Ｋ_１＝−０．７７２４
Ａ_４（１）＝０．５２０３８８Ｅ−０２
Ａ_６（１）＝０．２１６７３１Ｅ−０３
Ａ_８（１）＝０．４９０８７５Ｅ−０４
Ａ_１０（１）＝−０．１４１８０５Ｅ−０４
Ｋ_２＝−７２．１０６４
Ａ_４（２）＝０．３２８６１４Ｅ−０２
Ａ_６（２）＝−０．１０５９２１Ｅ−０２
Ａ_８（２）＝０．１５５０５０Ｅ−０３
Ａ_１０（２）＝−０．９５４９７８Ｅ−０５
なお、Ｅは、１０を基数、Ｅの右の数字を指数とする累乗を表しており、例えば第１面における第４次の非球面係数の値、［０．５２０３８８Ｅ−０２］は、［０．００５２０３８８］を意味する。

このような対物レンズ７は、図８に示すように、約２５℃に加熱されたときに球面収差がほぼゼロとなり、２５℃を境に温度が上昇又は下降するにつれて球面収差が大きくなっていく。したがって、この対物レンズを備えた光ピックアップ装置が、２５℃より高温の環境で使用される光ディスク装置に用いられた場合、対物レンズの温度が２５℃以上に上昇するにつれて球面収差が悪化し、良好な記録再生特性を維持することが困難となる。

また、ＤＶＤ（digital versatile disk）等の信号記録面が２層形成されている光ディスクにおいては、第１レイヤと第２レイヤとの間に中間層が形成されているため、この中間層を透過することによって生じる収差をある程度見越してレンズ設計が行われ、多少の収差が発生しても検出可能なスポットが結ばれるところ、この球面収差を吸収できるマージンを確保するためにも、高温環境下における収差特性の悪化を極力抑える必要がある。

特開平６−７６３３３号公報

そこで本発明は、高温環境下においても収差の発生を抑え、良好な記録再生特性を有する対物レンズを備えた光ピックアップ装置及びこの光ピックアップ装置を備えた光ディスク装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明にかかる光ピックアップ装置は、所定の温度で無収差となるよう設計された対物レンズと、上記対物レンズをフォーカシング方向及びトラッキング方向へ可動自在に保持するとともに、上記対物レンズの光路を避けて設けられ、上記対物レンズを上記所定の温度に加熱する加熱手段を有するレンズホルダと、上記対物レンズを無収差となる温度に保持するよう上記加熱手段を制御する温度制御手段とを備えるものである。

また、本発明にかかる光ディスク装置は、光ディスクに対して情報信号の記録及び／又は再生を行う光ディスク装置において、所定の温度で無収差となるよう設計された対物レンズと、上記対物レンズをフォーカシング方向及びトラッキング方向へ可動自在に保持するとともに、上記対物レンズの光路を避けて設けられ、上記対物レンズを上記所定の温度に加熱する加熱手段を有するレンズホルダと、上記対物レンズを無収差となる温度に保持するよう上記加熱手段を制御する温度制御手段とを備え、光ディスクに対して情報信号の記録及び／又は再生を行う光ピックアップ装置を備えるものである。

本発明にかかる光ピックアップ装置及びこれを用いた光ディスク装置によれば、光ピックアップ装置の使用環境によって対物レンズの温度が変動し収差特性が変動する場合にも、温度制御手段によってレンズホルダに設けられた加熱手段が、対物レンズの温度を所定の温度に維持することができる。これにより、光ピックアップ装置及びこれを用いた光ディスク装置は、対物レンズの球面収差を最小に抑え、良好な記録再生特性を実現することができる。

以下、本発明が適用された光ピックアップ装置及びこれを用いた光ディスク装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。この光ピックアップ装置１は、図１に示すように、レーザ光を出射する半導体レーザ３、フォトダイオードからなる受光素子を形成したフォトダイオードＩＣ４、ビームスプリッタ５を個別に配置してなり、さらにビームスプリッタ５と半導体レーザ３との間にいわゆる３スポット法を行うためのグレーティング６が配置されている。また、ビームスプリッタ５の上方であってレーザ光の光路上には、半導体レーザ３から出射されたレーザ光ＬＦを光ディスク８に集光する対物レンズ７と、この対物レンズ７を保持するレンズホルダ９が配設されている。

半導体レーザ３から出射されたレーザ光ＬＦは、ビームスプリッタ５の表面で反射され、対物レンズ７で収束されて光ディスク８の信号記録面で反射される。この戻りのレーザ光ＬＲは、再び対物レンズ７を通じてビームスプリッタ５に向かい、ビームスプリッタ５の表面で屈折してビームスプリッタ５の内部を通過しフォトダイオードＩＣ４上に集光される。ビームスプリッタ５は、出射光ＬＦ及び戻り光ＬＲが上述のように進むように、その位置、角度、表面におけるレーザ光の透過率が設定されている。

対物レンズ７は、例えば光学ガラスからなる単レンズであり、光ディスク８側から順に第１面及び第２面を有する。また、対物レンズ７は、第１面及び第２面がともに凸面とされた正のパワーを有する非球面レンズである。また、対物レンズ７は、光軸方向と直交する側面部にフランジ部７ａが形成され、このフランジ部７ａが後述するレンズホルダ９のレンズ保持部１０に支持されることによりレンズホルダ９に保持されている。

この対物レンズ７は、所定の温度に加熱されることで球面収差がなくなるように設計されている。すなわち、対物レンズ７は、後述するレンズホルダ９に巻回された加熱用コイルによって加熱され、例えば６０℃とされることにより球面収差がなくなるように設計されている。これにより、この光ピックアップ装置１が組み込まれた光ディスク装置が駆動されることにより熱を帯び、対物レンズ７が加熱されることにより収差特性が変化した場合にも、対物レンズ７は、レンズホルダ９に巻回された加熱用コイルによって加熱され、球面収差がゼロとされるため、温度環境の変化が発生した場合にも良好な記録再生特性を維持することができる。

このような対物レンズ７のうち、６０℃に加熱されることにより球面収差がゼロとなる対物レンズ７の非球面は、次の条件を満たすものである。
Ｒ_１：第１面の曲率半径
Ｒ_２：第２面の曲率半径
ｄ：レンズの厚み
Ｋ_１：第１面の円錐係数
Ｋ_２：第２面の円錐係数
Ａ_２ｉ（１）：第１面の２ｉ次の非球面係数
Ａ_２ｉ（２）：第２面の２ｉ次の非球面係数
ｌ：カバーガラスまたは保護層の厚み
波長６６０ｎｍに対する屈折率１．５７８０９８とした
Ｗ．Ｄ：作動距離
ｎ：屈折率
を示し、波長６６０ｎｍに対し、ｆ（レンズの焦点距離）＝３．０５ｍｍのものとしたとき、
Ｒ_１＝１．８７３７８
Ｒ_２＝−８．９０１５５
ｄ＝１．７ｍｍ
ｌ＝０．６
ｎ＝１．５３７２
Ｗ．Ｄ＝１．７０２８５３
である。

また、上記公知の非球面式（１）に示される係数を示すと、
Ｋ_１＝−０．７７１６２
Ａ_４（１）＝０．５２３６９３Ｅ−０２
Ａ_６（１）＝０．２１６９３６Ｅ−０３
Ａ_８（１）＝０．４９６８１０Ｅ−０４
Ａ_１０（１）＝−０．１４３３６９Ｅ−０４
Ｋ_２＝−６８．６９５５
Ａ_４（２）＝０．３２８２２７Ｅ−０２
Ａ_６（２）＝−０．１０６２０４Ｅ−０２
Ａ_８（２）＝０．１５６４９５Ｅ−０３
Ａ_１０（２）＝−０．９７０６２５Ｅ−０５
このような対物レンズ７は、図２に示すように、約６０℃に加熱されたときに球面収差がほぼゼロとなり、６０℃を境に温度が上昇又は下降するにつれて球面収差が大きくなっていく。

対物レンズ７を保持するレンズホルダ９は、図３に示すように、対物レンズ７を保持するレンズ保持部１０と、対物レンズ７をトラッキング方向へ移動させるトラッキングコイルが巻回されるトラッキングコイル巻回部１１と、対物レンズ７をフォーカシング方向へ移動させるフォーカシングコイルが巻回されるフォーカシングコイル巻回部１２と、対物レンズ７を加熱する加熱手段を構成する加熱用コイル１３が巻回される加熱用コイル巻回部１４とを有する。

レンズ保持部１０は、上下に開口されている半導体レーザ３からの出射光及び光ディスク８からの戻り光の光路周辺に対物レンズ７のフランジ部７ａを支持する支持面１０ａが形成されてなる。レンズ保持部１０はこの支持面１０ａで対物レンズ７のフランジ部７ａを支持することにより、対物レンズ７の第１面及び第２面をレーザ光の光路上に位置させて保持する。

このレンズ保持部１０の支持面１０ａには、対物レンズ７を加熱する加熱用コイル１３が巻回される加熱用コイル巻回部１４が形成されている。この加熱用コイル巻回部１４は、対物レンズ７の外側面に沿って、加熱用コイル１３が巻回される巻回壁１５が断続的に複数立設されてなる。加熱用コイル巻回部１４は、巻回壁１５に加熱用コイル１３が巻回されることにより、図４及び図５に示すように、レンズ保持部１０に保持された対物レンズ７の外側面に形成されたフランジ部７ａと当接され、対物レンズ７を加熱することができる。

具体的に、レンズホルダ９は、対物レンズ７を加熱する加熱用コイル１３を加熱用コイル巻回部１４に巻回させた後、この加熱用コイル１３の上に対物レンズ７のフランジ部７ａが載置されるように保持される。対物レンズ７は、図５に示すように、フランジ部７ａの下側に加熱用コイル１３が当接されるため、加熱用コイル１３が導通されることより所定の温度に加熱される。

なお、加熱用コイル１３をレンズ保持部１０の支持面１０ａに配置されたフレキシブル基板（図示せず）に形成すれば、加熱用コイル巻回部１４の巻回壁１５を設ける必要がなく、光ピックアップ装置１の省スペース化、小型化、軽量化を図ることができる。

図６にこのレンズホルダ９を駆動する光ピックアップ装置１のサーボ機構を示す。図６に示すように、光ピックアップ装置１は、記録又は再生処理がされているとき、フォーカスエラー信号生成部２０からフォーカスエラー信号がフォーカスサーボ回路２１に出力される。そしてレンズホルダ９は、フォーカスエラー信号を受けたフォーカスサーボ回路２１により生成された駆動信号に基づき、レーザ光の焦点位置を光ディスク８に対して近接離間するフォーカシング方向に移動される。具体的には、フォーカスサーボ回路２１は、フォーカスエラー信号が０となるようにネガティブフィードバックが形成されたサーボループを形成して、レンズホルダ９を駆動させる。

また、光ピックアップ装置１は、トラッキングエラー信号生成部２２からトラッキングエラー信号がトラッキングサーボ回路２３に出力される。そしてレンズホルダ９は、トラッキングエラー信号を受けたトラッキングサーボ回路２３により生成された駆動信号に基づき、光ビームの照射位置を光ディスク８の記録トラックに直交するトラッキング方向に移動される。具体的には、トラッキングサーボ回路２３は、トラッキングエラー信号が０となるようにネガティブフィードバックが形成されたサーボループを形成して、レンズホルダ９を駆動させる。

また、光ピックアップ装置１は、光ディスク８の傾きを検出するチルトエラー信号生成部２４からチルトエラー信号がチルトサーボ回路２５に出力される。そしてレンズホルダ９は、チルトエラー信号を受けたチルトサーボ回路２５により生成された駆動信号に基づき、光ビームが光ディスク８に対して垂直に照射されるようにチルト制御される。

さらに、光ピックアップ装置１は、対物レンズ７の温度を検出する温度制御部２６から加熱信号が対物レンズ加熱サーボ回路２７に出力される。そして対物レンズ７は、レンズホルダ９に巻回された加熱用コイル１３が通電されることにより、所定の温度、例えば６０℃に維持される。

このような光ピックアップ装置１によれは、この光ピックアップ装置が組み込まれた光ディスク装置が高温環境下で使用され、対物レンズ７の温度が上昇されることにより収差特性が変動する場合にも、温度制御部２６及び対物レンズ加熱サーボ回路２７によってレンズホルダ９に巻回された加熱用コイル１３が導通され、対物レンズ７を光ディスク装置の温度よりもさらに高温の６０℃に加熱、維持することができる。これにより、光ピックアップ装置１は、対物レンズ７の球面収差を最小に抑え、良好な記録再生特性を実現することができる。

また、レンズホルダ９は、レンズ保持部１０に対物レンズ７が載置された後、加熱用コイル巻回部１４に加熱用コイル１３を巻回させ、対物レンズ７のフランジ部７ａの上側に加熱用コイル１３が当接するようにしてもよい。対物レンズ７は、図７に示すように、フランジ部７ａの上側に加熱用コイル１３が当接されるため、加熱用コイル１３が導通されることにより所定の温度に加熱される。

このような構成を備えた光ピックアップ装置１は、加熱用コイル１３がフランジ部７ａの上部に当接するように巻回させているため、対物レンズ７をレンズホルダ９のレンズ保持部１０にガタつくことなく精度よく取り付けることができる。また、加熱用コイル１３が対物レンズ７と光ディスク８の間に位置するため、対物レンズ７と光ディスク８とが直接衝突することを防止することができる。

以上、６０℃において無収差となるよう設計された対物レンズ７を用いた光ピックアップ装置１について説明したが、本発明が適用された光ピックアップ装置１の対物レンズ７は、光ピックアップ装置１が組み込まれた光ディスク装置の使用環境に応じて、光ディスク装置の温度よりも高温で無収差となる温度を選定することができる。例えば、車載用のディスク記録及び／又は再生装置においては装置本体の温度が７０℃〜８０℃程度まで上昇することから、対物レンズを８０℃で無収差となるよう設計し、常時８０℃に加熱、維持ことで収差特性の悪化を抑え、良好な記録再生特性を維持することができる。

また、本発明が適用された光ピックアップ装置及び光ディスク装置は、光ディスクを記録媒体に用いるものの他、光磁気ディスクの光ピックアップ装置及び光磁気ディスク装置に適用してもよい。

本発明が適用された光ピックアップ装置の構成を示す図である。本発明が適用された光ピックアップ装置の対物レンズの温度と球面収差との関係を示すグラフである。対物レンズを保持するレンズホルダを示す斜視図である。対物レンズが保持されたレンズ保持部を示す平面図である。対物レンズが取り付けられたレンズホルダを示す断面図である。レンズホルダを駆動するサーボ機構を示すブロック図である。レンズホルダの他の例を示す断面図である。従来の対物レンズの温度と球面収差との関係を示すグラフである。

符号の説明

１光ピックアップ装置、７対物レンズ、８光ディスク、９レンズホルダ、１０レンズ保持部、１３加熱用コイル、１４加熱用コイル巻回部、１５巻回壁、２６温度制御部、２７対物レンズ加熱サーボ回路

Claims

所定の温度で無収差となるよう設計された対物レンズと、
上記対物レンズをフォーカシング方向及びトラッキング方向へ可動自在に保持するとともに、上記対物レンズの光路を避けて設けられ、上記対物レンズを上記所定の温度に加熱する加熱手段を有するレンズホルダと、
上記対物レンズを無収差となる温度に保持するよう上記加熱手段を制御する温度制御手段とを備える光ピックアップ装置。
上記対物レンズは、駆動時における上記光ピックアップ装置の温度よりも高い温度で無収差となるように設計されていることを特徴とする請求項１記載の光ピックアップ装置。
上記対物レンズは、６０℃に加熱されると無収差となるように設計されていることを特徴とする請求項２記載の光ピックアップ装置。
光ディスクに対して情報信号の記録及び／又は再生を行う光ディスク装置において、
所定の温度で無収差となるよう設計された対物レンズと、上記対物レンズをフォーカシング方向及びトラッキング方向へ可動自在に保持するとともに、上記対物レンズの光路を避けて設けられ、上記対物レンズを上記所定の温度に加熱する加熱手段を有するレンズホルダと、上記対物レンズを無収差となる温度に保持するよう上記加熱手段を制御する温度制御手段とを備え、光ディスクに対して情報信号の記録及び／又は再生を行う光ピックアップ装置を備える光ディスク装置。
上記対物レンズは、駆動時における上記光ピックアップ装置の温度よりも高い温度で無収差となるように設計されていることを特徴とする請求項４記載の光ディスク装置。
上記対物レンズは、６０℃に加熱されると無収差となるように設計されていることを特徴とする請求項５記載の光ディスク装置。