JP2005327402A

JP2005327402A - 光ピックアップ

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Publication number: JP2005327402A
Application number: JP2004145645A
Authority: JP
Inventors: Yoshiki Okamoto; 好喜岡本; Katsuhiro Seo; 勝弘瀬尾; Yoshiaki Kato; 義明加藤; Takeshi Yonezawa; 健米澤
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2004-05-14
Filing date: 2004-05-14
Publication date: 2005-11-24

Abstract

【課題】球面収差を補正させた場合でも、横倍率の変化を最小とする。
【解決手段】レーザ光を出射する光源２と、光源２より出射されたレーザ光の発散角を変換させる１枚以上のカップリングレンズ群３と、入射されたカップリングレンズ群３によって発散角を変換されたレーザ光を光ディスクの信号記録面に集光する１枚以上の対物レンズ群５と、光源２を光軸方向に移動させてカップリングレンズ群３に対して接離させることにより球面収差を補正する光源移動手段とを備える光ピックアップにおいて、カップリングレンズ群３の主平面から対物レンズ群５の主平面までの距離が、カップリングレンズ群３の焦点距離と対物レンズ群５の焦点距離とを加算した距離と等しくされる。
【選択図】図５

Description

本発明は、光磁気ディスク、相変化型の光ディスク等の光学的に情報信号の記録及び／又は再生が行われる光ディスクに対して情報を記録及び／又は再生する光ピックアップに関する。

現在、次世代光ディスクフォーマットとして、青紫色半導体レーザによる波長４００〜４１０ｎｍ程度の光源と、ＮＡ（開口数）＝０．８５の対物レンズを用いたものが採用されている。この波長４００ｎｍ程度のレーザ光が照射される光ディスクは、信号記録層を保護するカバー層の厚さを薄く、例えば０．１ｍｍとした構造のものが提案されている。

このような光ディスクにおいては、従来のＣＤやＤＶＤと異なりカバー層が極薄に形成されているため、カバー層の僅かな厚み誤差で大きな球面収差が発生し、記録再生特性に影響することから、かかる球面収差を補正する手段が必要となる。

また、従来よりＣＤやＤＶＤといった外径は同じであるがフォーマットの異なる光ディスクに対応した光ピックアップが提供されている。このような異なるフォーマットの光ディスクに対応した光ピックアップにおいても、各光ディスクに対して出射するレーザ光の波長や各光ディスクのカバー層の厚さの相違によって球面収差が発生し、記録再生特性に影響することから、かかる球面収差を補正する手段が必要となる。

このような球面収差を補正する手段として、記録層上に光透過層が形成されている光ディスクに対して記録再生を行う際に使用される光ピックアップに、光源を光軸と平行に移動するような光源用アクチュエータを設けたものがある。かかる光ピックアップにおいては、この光源用アクチュエータによって、カバー層の厚み誤差に起因する球面収差をうち消すように、光源部を光軸方向に移動させ、球面収差を補正することができる。

しかしながら、この光ピックアップにおいて、球面収差を補正するために光源部を光路方向に移動させると、光学系全体の横倍率が変化してしまう。光学系全体の横倍率が変化すると、例えば、３ビーム方式の場合、サイドビームとメインビームの間隔及びサイドビームとサイドビームとの間隔が変化してしまうため、正確なトラッキングエラー信号が得られなくなってしまう。

さらに、横倍率の変化に伴い光学系全体の縦倍率も変化してしまうため、焦点深度が変化して、受光部からビームが外れてしまい、正確なフォーカシングエラー信号が得られなくなってしまう。

特開平８−３２１０６７号公報

本発明の目的は、球面収差を補正するために光源部を光路方向に移動させた場合にも、横倍率の変化を最小とする光ピックアップを提供することにある。

この目的を達成するため、本発明に係る光ピックアップは、レーザ光を出射する光源と、光源より出射されたレーザ光の発散角を変換させる１枚以上のカップリングレンズ群と、入射されたカップリングレンズ群によって発散角を変換されたレーザ光を光ディスクの信号記録面に集光する１枚以上の対物レンズ群と、光源を光軸方向に移動させてカップリングレンズ群に対して接離させることにより球面収差を補正する光源移動手段とを備える光ピックアップにおいて、カップリングレンズ群の主平面から対物レンズ群の主平面までの距離が、カップリングレンズ群の焦点距離と対物レンズ群の焦点距離とを加算した距離と等しくされることを特徴とする。

また、上述の目的を達成するため、本発明に係る光ピックアップは、レーザ光を出射する光源と、光源から出射されたレーザ光を平行にする１枚以上のコリメートレンズ群と、コリメートレンズ群によって平行とされたレーザ光の発散角を変換させるレンズ群とを有する光源部と、光源部より出射されたレーザ光の発散角を変換させる１枚以上のカップリングレンズ群と、入射されたカップリングレンズ群によって発散角を変換されたレーザ光を光ディスクの信号記録面に集光する１枚以上の対物レンズ群と、発散角を変換させるレンズ群を光軸方向に移動させてカップリングレンズ群に対して接離させることにより球面収差を補正するレンズ移動手段とを備える光ピックアップにおいて、カップリングレンズ群の主平面から対物レンズ群の主平面までの距離が、カップリングレンズ群の焦点距離と対物レンズ群の焦点距離とを加算した距離と等しくされることを特徴とする。

本発明によれば、発生する球面収差を補正するために光源部を光路方向に移動した場合にも、特別な補正機構を用いることなく光学系全体の横倍率の変化を防止できる。

よって、本発明は、３ビーム方式の光学系に適用した場合においても、横倍率の変化を防止できるので、横倍率の変化によるサイドビームとメインビームとの間隔、及び、メインビームとメインビームとの間隔が変化することを防止し、正確な、トラッキングエラー信号を得ることができる。

また、本発明は、横倍率の変化を防止することができるので、横倍率の変化に伴う縦倍率の変化を防止し、縦倍率の変化に伴う焦点深度の変化により受光部からビームが外れることを防止できる。

したがって、本発明は、球面収差を良好に補正するとともに、光ディスクに対する良好な記録再生特性を維持することができる。

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１は、光ディスクに対して光ビームを照射することによりデータを記録すると共に光ディスクで反射された戻りの光ビームを検出することにより光ディスクに記録されたデータの読み出しを行う光ディスク記録再生装置１０に適用される。

この記録再生装置１０は、フォーマットの異なる３タイプの光ディスク１１に対して情報信号の記録及び／又は再生を行うことができる３規格間互換性を実現した記録再生装置であり、例えば波長４０５ｎｍの光ビームを記録再生光として使用する光ディスク、波長６５５ｎｍの光ビームを記録再生光として使用する光ディスク、波長７８５ｎｍの光ビームを記録再生光として使用する光ディスクの３タイプの光ディスクが用いられる。

具体的に、この記録再生装置１０は、図１に示すように、光ディスク１１を回転するスピンドルモータ１２と、スピンドルモータ１２を制御するモータ制御回路１３と、スピンドルモータ１２により回転される光ディスク１１に光ビームを照射し光ディスク１１で反射した戻りの光ビームを検出する光ピックアップ１と、光ピックアップ１から出力された電気信号を増幅するＲＦアンプ１５と、対物レンズのフォーカシングサーボ信号やトラッキングサーボ信号を生成するサーボ回路１６と、サブコードデータを抽出するサブコード抽出回路１７とを備える。また、この記録再生装置１０は、記録系として、パーソナルコンピュータ等のホスト機器に接続され、記録すべきデータが入力される入力端子１８と、入力端子１８に入力された記録データに対してエラー訂正符号化処理を施すエラー訂正符号化回路１９と、エラー訂正符号化処理が施されたデータを変調する変調回路２０と、変調された記録データに対して記録処理を施す記録処理回路２１とを備える。更に、記録再生装置１０は、再生系として、光ディスク１１より読み出した再生データに対して復調する復調回路２２と、復調された再生データに対してエラー訂正復号処理を施すエラー訂正復号回路２３と、エラー訂正復号処理されたデータを出力する出力端子２４とを備える。更に、記録再生装置１０は、装置に対して操作信号を入力する操作部２５と、各種制御データ等を格納するメモリ２６と、全体の動作を制御する制御回路２７を備える。

スピンドルモータ１２は、スピンドルに光ディスク１１が装着されるディスクテーブルが設けられており、ディスクテーブルに装着されている光ディスク１１を回転する。モータ制御回路１３は、光ディスクをＣＬＶ（Constant Linear Velocity）で回転することができるようにスピンドルモータ１２を駆動制御する。具体的に、モータ制御回路１３は、水晶発振器からの基準クロックとＰＬＬ回路からのクロックとに基づいて光ディスク１１の回転速度が線速一定となるようにスピンドルモータ１２を駆動制御する。なお、光ディスク１１は、ＣＡＶ（Cnstant Angular Velocity）やＣＬＶとＣＡＶとを組み合わせた制御で回転するようにしてもよい。

光ピックアップ１は、装着された光ディスク１１の種類に応じた波長を出射する例えば３波長互換光学系を有する光ピックアップであり、規格の異なる光ディスクの信号記録面に対して上述した異なる波長の光ビームを出射する半導体レーザ、この半導体レーザより出射された光ビームを集束する光ディスク１１の種類に対応した開口数の対物レンズ、光ディスク１１で反射された戻りの光ビームを検出する光検出器等を備える。光ピックアップ１は、光ディスク１１に記録されているデータを読み出すとき、半導体レーザの出力を標準レベルに設定し、半導体レーザよりレーザ光である光ビームを出射する。また、光ピックアップ１は、記録データを光ディスク１１に記録するとき、半導体レーザの出力を、再生時の標準レベルより高い記録レベルにして、半導体レーザよりレーザ光である光ビームを出射する。光ピックアップ１は、記録再生時、光ディスク１１に光ビームを照射し、信号記録面で反射した戻りの光ビームを光検出器で検出し、光電変換する。また、対物レンズは、２軸アクチュエータ等の対物レンズ駆動機構に保持され、フォーカシングサーボ信号に基づいて対物レンズの光軸と平行なフォーカシング方向に駆動変位され、また、トラッキングサーボ信号に基づいて対物レンズの光軸に直交するトラッキング方向に駆動変位される。なお、半導体レーザ、対物レンズ及び光検出器等の光学系の構成については後に詳述する。

ＲＦアンプ１５は、光ピックアップ１を構成する光検出器からの電気信号に基づいて、ＲＦ信号、フォーカシングエラー信号及びトラッキングエラー信号を生成する。例えばフォーカシングエラー信号は、非点収差法により生成され、トラッキングエラー信号は、３ーム法やプッシュプル法により生成される。そして、ＲＦアンプ１５は、再生時、ＲＦ信号を復調回路２２に出力し、フォーカシングエラー信号及びトラッキングエラー信号をサーボ回路１６に出力する。

サーボ回路１６は、光ディスク１１を再生する際のサーボ信号を生成する。具体的に、サーボ回路１６は、ＲＦアンプ１５から入力されたフォーカシングエラー信号に基づき、このフォーカシングエラー信号が０となるように、フォーカシングサーボ信号を生成し、また、ＲＦアンプ１５から入力されたトラッキングエラー信号に基づき、このトラッキングエラー信号が０となるように、トラッキングサーボ信号を生成する。そして、サーボ回路１６は、フォーカシングサーボ信号及びトラッキングサーボ信号を光ピックアップ１を構成する対物レンズ駆動機構の駆動回路に出力する。この駆動回路は、フォーカシングサーボ信号に基づき２軸アクチュエータを駆動し、対物レンズを対物レンズの光軸と平行なフォーカシング方向に駆動変位させ、トラッキングサーボ信号に基づき２軸アクチュエータを駆動し、対物レンズの光軸に直交するトラッキング方向に対物レンズを駆動変位させる。

サブコード抽出回路１７は、ＲＦアンプ１５より出力されたＲＦ信号よりサブコードデータを抽出し、抽出したサブコードデータを制御回路２７に出力し、制御回路２７がアドレスデータ等を特定できるようにする。

入力端子１８は、パーソナルコンピュータ等のホスト機器のＳＣＳＩ（Small Computer System Interface）、ＡＴＡＰＩ（Advanced Techonology Attachment Packet Interface）、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）、ＩＥＥＥ（Institute of Electrical and Electronic Engineers）１３９４等のインタフェースに電気的に接続され、ホスト機器よりオーディオデータ、映画データ、コンピュータプログラム、コンピュータで処理された処理データ等の記録データが入力され、入力された記録データをエラー訂正符号化回路１９に出力する。

エラー訂正符号化回路１９は、例えば、クロスインターリーブ・リード・ソロモン符号化（Cross Interleave Reed-solomon Code；ＣＩＲＣ）、リードソロモン積符号化等のエラー訂正符号化処理を行い、エラー訂正符号化処理した記録データを変調回路２０に出力する。変調回路２０は、８−１４変調、８−１６変調等の変換テーブルを有しており、入力された８ビットの記録データを１４ビット又は１６ビットに変換して、記録処理回路２１に出力する。記録処理回路２１は、変調回路２０から入力された記録データに対してＮＲＺ（Non Return to Zoro）、ＮＲＺＩ（Non Return to Zoro Inverted）等の処理や記録補償処理をを行い、光ピックアップ１に出力する。

復調回路２２は、変調回路２０と同様な変換テーブルを有しており、ＲＦアンプ１５から入力されたＲＦ信号を１４ビット又は１６ビットから８ビットに変換し、変換した８ビットの再生データをエラー訂正復号回路２３に出力する。エラー訂正復号回路２３は、復調回路２２から入力されたデータに対してエラー訂正復号処理を行い、出力端子２４に出力する。出力端子２４は、上述したホスト機器のインタフェースに電気的に接続されている。出力端子２４より出力された再生データは、ホスト機器に接続されたモニタに表示され、また、スピーカで再生音に変換されて出力される。

操作部２５は、記録再生装置１０を操作するための各種操作信号を生成し、生成した各種操作信号を制御回路２７に出力する。具体的に、この操作部２５は、記録再生装置１０に設けられたイジェクト釦２５ａの他、ディスクテーブルに装着された光ディスク１１に対して記録データの記録を開始する記録釦２５ｂや光ディスク１１に記録されているデータの再生を開始する再生釦２５ｃや記録再生動作を停止する停止釦２５ｄを備える。記録釦２５ｂ、再生釦２５ｃ、停止釦２５ｄ等は、必ずしも記録再生装置１０にイジェクト釦２５ａと共に設けられている必要は無く、例えばホスト機器のキーボード、マウス等を操作することにより、ホスト機器よりインタフェースを介して記録開始信号、再生開始信号、停止信号等を制御回路２７に入力するようにしてもよい。

メモリ２６は、例えばＥＰ−ＲＯＭ（Erasable Programmable Read-Only Memory）等のメモリであり、制御回路２７が行う各種制御データやプログラムが格納されている。具体的に、このメモリ２６には、光ピックアップ１をディスクテーブルに装着された光ディスク１１の径方向に送り操作する際の駆動源となるステッピングモータ２８の光ディスク１１の種類に応じた各種制御データが格納されている。

制御回路２７は、マイクロコンピュータ、ＣＰＵ等で構成されており操作部２５からの操作信号に応じて装置全体の動作を制御する。また、制御回路２７は、光ディスク１１の表面反射率、形状的及び外形的な違い等から異なるフォーマットを検出して光ディスク１１の種類を判別し、検出された光ディスク１１の種類に応じて光ピックアップ１の半導体レーザの光源及び出力パワーを切り換える。

このような記録再生装置１０によって情報信号の記録及び／又は再生が行われる光ディスク１１は、ピットや相変化材料層等が設けられた信号記録層と、この信号記録層を保護するためのカバー層を有する。カバー層は、ポリカーボネート基材等の透明プラスチックからなり、厚さは例えば約０．１ｍｍとされている。

次に、本発明を適用した光ピックアップの説明に先立ち、球面収差補正を行う光学系における、一般的な近軸モデルを用いた理論解析を行ったものについて説明する。以下、図２に示す２要素光学系について検討する。

図２に示す２要素光学系は、対物レンズとそれ以外の光学要素からなる最も単純な薄肉レンズ系によってモデル化したものである。構成要素名および符号は一般的な近軸理論に従うものとする。光学面には、光線が通過する順に０，１，２，・・・、ｋなる番号を付す。各面において、光線と光軸がなす角度をｕ_ｋ、光線高さをｈ_ｋ、次面までの距離をｄ_ｋ’とする。また、第１面（要素１）の屈折力（ｐｏｗｅｒ）をφ_１、第２面の対物レンズの屈折力（ｐｏｗｅｒ）をφ_２とする。

図２に示す、光ディスクの光学系において、光源から出た光は、ディスク面にて反射され、ほぼ同じ光路を通過して受光面に到達するので、以下の計算では、光源からディスク面までの往路と、ディスク面から受光面までの復路を同一の光路としたモデルとして計算を行う。図２は、対物レンズが無限共役であるような図になっているが、以下の計算では特に限定しない限り無限共役に限らない。

まず、図２より下記の式（１）〜（４）を得る。

次に、式（３）を式（１）及び式（２）を用いて変形して、第２面の対物レンズにおける光線高さｈ_２が式（５）のように得られる。また、式（４）を式（１）及び式（２）を用いて変形して、第２面の対物レンズにおける出射光線角度ｕ_２’が式（６）のように得られる。

ここで、光源と受光部とを備えた集積素子のようなものを用いる場合は、図２に示す２要素光学系そのものであり、発光点〜ディスク面での焦点〜受光面の共役関係は崩れることはないが、光源と受光部が各々の光路を持つ場合は、発光点と第１面（要素１）の間で分離するように構成すれば、共役関係が崩れることはない。

図２に示す２要素光学系において、球面収差の補正手段としては、物点の移動、レンズの移動、光学素子の屈折力を変化させることが考えられる。

物点の移動により球面収差を補正する物点移動光学系は、光源と第１面以降の光学系との距離が相対的に変化するものであり、図２の２要素光学系のパラメータのうち、ｄ_０’が変化するものである。

上述のように、物点移動光学系においては、ｄ_０’が変化する光学系を考える。ｄ_０’の初期値をａとし、変化量をΔｄとすると、式（７）、式（８）のように表すことができる。

光学系全体の横倍率は、第０面からの光線角度ｕ_１と最終面からの光線角度ｕ_２’の比により得られる。そして、光学系全体の横倍率の変化を、初期状態（Δｄ＝０）で規格化する。すなわち、光学系全体の横倍率の変化率Ｍは、ｄ_０’が（ａ＋Δｄ）としたときの（ｕ_２’_{（ｄ０’＝ａ＋Δｄ）}／ｕ_１）を、ｄ_０’がａとしたときの（ｕ_２’_{（ｄ０’＝ａ）}／ｕ_１）で割ることにより式（９）が得られる。

式（９）において、ｄ_１’、φ_１及びφ_２の関係が次式（１０）であれば、Δｄによらず横倍率が常に一定となる、すなわち、横倍率の変化は最小となる。この条件は、要素１と要素２である対物レンズがアフォーカル系（無限焦点系）を構成する条件に相当する。

尚、図２のような２要素光学系において、図３のように第０面と第１面の間に、カップリングレンズ等のひとつ以上の面を有する光学部品が存在する場合でも、第１面（要素１）に入射する光線角度ｕ_１に対する各特性は、上述と同様である。

ただし、横倍率は、第０面からの出射光線角度をｕ_０’、第０面と第１面との間の光学系における各面での出射光線角度をｕ_ａ’，ｕ_ｂ’，・・・，ｕ_ｎ’であるとすれば、次式（１１）に示すとおりとなり、上述の横倍率の式にｕ_１／ｕ_０’を掛けたものとなる。

次に、上述の解析により導きだされた関係を用いた、本発明が適用された光ピックアップの光学系について説明する。

この光ピックアップ１は、図４に示すように、１又は複数のフォーマットの光ディスク１１に対応した波長のレーザ光の光源となる半導体レーザ等の発光素子２と、この発光素子２から出射されたレーザ光の発散角を変換する１枚以上のカップリングレンズ群３と、レンズホルダ４に形成されたアパーチャを介して入射されたレーザ光を光ディスク１１の信号記録面に集光させる１枚以上の対物レンズ群５と、発光素子２を光軸方向に移動させてカップリングレンズ群３に対して接離させる光源移動手段６と、光ディスク１１から反射された戻りのレーザ光を検出するフォトディテクタ等の光検出器７とを備える。

また、発光素子２とカップリングレンズ群３との間の光路上にはレーザ光を光路分岐させるビームスプリッタ８が設けられている。ビームスプリッタ８から分岐された光路上には上述の光検出器７が設けられている。

光源となる発光素子２は、記録再生装置１０に用いられる１又は複数の光ディスク１１のフォーマットに応じた波長のレーザ光を出射する。この発光波長は、例えば約４０５ｎｍ、約６５５ｎｍ又は約７８５ｎｍ程度である。

ビームスプリッタ８は、発光素子２から出射されたレーザ光をカップリングレンズ群３側へ透過させるとともに、ハーフミラー面により光ディスク１１に反射された戻りのレーザ光を光検出器７側へ反射させる。

カップリングレンズ群３は、発光素子２より出射されたレーザ光の発散角を変換して出射させる。カップリングレンズ群３は、発光素子２より出射されたレーザ光を対物レンズ群５に導く機能と、対物レンズ群５からの戻り光を受光部に集光する機能とを有する。

対物レンズ群５は、対物レンズ駆動機構が設けられたレンズホルダ４に保持され、このレンズホルダ４のビームスプリッタ８側に形成されたアパーチャを介して入射したレーザ光を光ディスク１１の信号記録面上に集光させる。この対物レンズ群５は、光検出器７で検出されたＲＦ信号より生成されたフォーカスサーボ信号やトラッキングサーボ信号を受けた対物レンズ駆動機構によって、レンズホルダ４がフォーカシング方向及びトラッキング方向に変位駆動される。

光源移動手段６は、上述した光ディスク１１のカバー層の厚み誤差やレーザ波長の相違に起因して発生する球面収差を補正するものであり、発光素子２を光軸方向に移動させて、カップリングレンズ群３との離間距離を変化させることができる。

また、光ピックアップ１は、光検出器７で検出された検出信号より球面収差の発生を検出し、収差補正用の信号を生成する収差補正回路３０及び収差補正回路３０で生成された収差補正信号を受けて光源移動手段６を制御する制御回路３１を備える。そして光源移動手段６は、光検出器７で検出された検出信号を受けた収差補正回路３０によって生成された収差補正信号を受けて、制御回路３１によって、発光素子２の光軸方向の移動量が制御され、球面収差がゼロとなるように発光素子２を移動させる。

このような光ピックアップ１の光学系は、図５に示すように配置される。すなわち、発光素子２から順に、ビームスプリッタ８、カップリングレンズ群３、対物レンズ群５が設けられ、ビームスプリッタ８より光路分岐されて光検出器７が設けられる。

また、光ピックアップ１において、カップリングレンズ群３の主平面から対物レンズ群５の主平面までの距離が、カップリングレンズ群３の焦点距離と対物レンズ群５の焦点距離とを加算した距離と等しく配置される。ここで、カップリングレンズ群３及び対物レンズ群５において、各レンズ群の焦点距離は、各レンズ群の屈折力φ_１、φ_２の逆数と同等である。

すなわち、光ピックアップ１の光学系は、上述の式（１０）の関係を満たす。但し、ｄ_１’，φ_１及びφ_２は、それぞれ以下のとおりとする。
ｄ_１’：カップリングレンズ群３の主平面と対物レンズ群５の主平面との間隔
φ_１：カップリングレンズ群３の屈折力
φ_２：対物レンズ群５の屈折力
すなわち、光源移動手段６により発光素子２がΔｄだけ移動されたときの、この光学系全体の横倍率の変化率は、上述の解析で導き出したように、式（９）である。但し、式（９）における、φ_１、φ_２、ｄ_１’、Δｄ、ａは、以下のとおりとする。
φ_１：カップリングレンズ群３の屈折力（焦点距離の逆数）
φ_２：対物レンズ群５の屈折力
ｄ_１’：カップリングレンズ群３の主平面と対物レンズ群５の主平面との間隔
Δｄ：光源の移動量
ａ：光源とカップリングレンズ群３の主平面との間隔
この光ピックアップ１において、光学系全体の横倍率が変化することを防止するためには、式（９）が１に近づけばよい。

上述のように、この光ピックアップ１は、ｄ_１’、φ_１及びφ_２が式（１０）の関係を満たすので、Δｄにかかわらず、式（９）で示す横倍率の変化率は１となり、常に、横倍率は変化しない。

したがって、本発明が適用された光ピックアップ１によれば、光ディスク１１のカバー層の厚み誤差やレーザ波長の相違に起因して発生する球面収差を補正すべく、光源移動手段６により発光素子２が移動した場合にも、特別な補正機構を用いることなく、光学系全体の横倍率の変化を最小に抑えることができ、光ディスク１１に対する良好な記録再生特性を維持することができる。

尚、上述の光ピックアップ１では、発光素子２を光源移動手段により直接移動させるようにしたが、発光素子とカップリングレンズ群との間に１又は複数のレンズ群を設け、このレンズ群を移動させることにより、球面収差補正を行うように構成してもよい。

次に、発光素子とカップリングレンズ群との間に又は複数のレンズ群を設け、このレンズ群を移動させるように構成された光ピックアップ５１について説明する。尚、以下の説明において、上述した光ピックアップ１と共通する部分については、共通の符号を付して詳細な説明は省略する。

本発明を適用した光ピックアップ５１は、図６に示すように、１又は複数のフォーマットの光ディスク１１に対応した波長のレーザ光を出射させる光源ユニット５２と、この光源ユニット５２から出射されたレーザ光の発散角を変換する１枚以上のカップリングレンズ群３と、レンズホルダ４に形成されたアパーチャを介して入射されたレーザ光を光ディスク１１の信号記録面に集光させる１枚以上の対物レンズ群５と、光ディスク１１から反射された戻りのレーザ光を検出するフォトディテクタ等の光検出器７とを備える。

光源ユニット５２は、光源となる半導体レーザ等の発光素子５３と、この発光素子５３から出射されたレーザ光を平行にする１枚以上のコリメートレンズ群５４と、このコリメートレンズ群５４によって平行とされたレーザ光の発散角を変換させて、カップリングレンズ群３にレーザ光を導くレンズ群５５と、レンズ群５５を光軸方向に移動させて、カップリングレンズ群３及びコリメートレンズ群５４に対して接離させる移動手段５６とを有する。

また、光源ユニット５２とカップリングレンズ群３との間の光路上にはレーザ光を光路分岐させるビームスプリッタ８が設けられている。ビームスプリッタ８から分岐された光路上には上述の光検出器７が設けられる。

光源となる発光素子５２は、記録再生装置１０に用いられる１又は複数の光ディスク１１のフォーマットに応じた波長のレーザ光を出射する。この発光波長は、例えば約４０５ｎｍ、約６５５ｎｍ又は約７８５ｎｍ程度である。

移動手段５６は、上述した光ディスク１１のカバー層の厚み誤差やレーザ波長の相違に起因して発生する球面収差を補正するものであり、レンズ群５５を光軸方向に移動させて、光源の位置を移動させたときと同様の効果を得ることができる。

すなわち、図７（ａ）に示すように、レンズ群５５を対物レンズ群５側に移動させることにより、仮想光源５３Ｖの位置は、対物レンズ群５に接近する方向に移動し、また、図７（ｂ）に示すように、レンズ群５５を光源側に移動させることにより、仮想光源５３Ｖの位置は、対物レンズ群５から離間する方向に移動する。ここで、仮想光源５３Ｖの位置とは、この光源ユニット５２において、レンズ群５５及びコリメータレンズ群５４を設置しなかったときに、発光素子５３からコリメータレンズ群５４及びレンズ群５５を通過してカップリングレンズ群３に入射する光線と同様の光線を得るための仮想的な光源の位置のことである。尚、この光ピックアップ５１においては、レンズ群５５は、負の屈折力を有するものを用いたが、正の屈折力を有するものを用いても良い。

この光ピックアップ５１では、移動手段５６によりレンズ群５５を移動させることにより、仮想光源の位置を、上述の光ピックアップ１の場合と同様に、球面収差を補正することができる。

また、光ピックアップ５１は、光ピックアップ１と同様に、光検出器７で検出された検出信号より球面収差の発生を検出し、収差補正用の信号を生成する収差補正回路３０及び収差補正回路３０で生成された収差補正信号を受けて、移動手段５６を制御する制御回路３１を備える。そして、移動手段５６は、光検出器７で検出された検出信号を受けた収差補正回路３０によって生成された収差補正信号を受けて、制御回路３１によって、レンズ群５５の光軸方向の移動量が制御され、球面収差がゼロとなるようにレンズ群５５及び仮想光源５３Ｖを移動させる。

このような光ピックアップ５１の光学系は、図６に示すように配置される。すなわち、光学素子２から順に、コリメートレンズ群５４、レンズ群５５、ビームスプリッタ８、カップリングレンズ群３、対物レンズ群５が設けられ、ビームスプリッタ８より光路分岐されて光検出器７が設けられる。

また、光ピックアップ５１において、カップリングレンズ群３の主平面から対物レンズ群５の主平面までの距離ｄ_１’、カップリングレンズ群３の焦点距離（１／φ_１）、及び、対物レンズ群５の焦点距離（１／φ_２）の関係は、上述の光ピックアップ１の場合と同様である。

上述のように、この光ピックアップ５１は、ｄ_１’、φ_１及びφ_２が式（１０）の関係を満たすので、Δｄにかかわらず、式（９）で示す横倍率の変化率は１となり、常に、横倍率は変化しない。

したがって、本発明が適用された光ピックアップ５１によれば、光ディスク１１のカバー層の厚み誤差やレーザ波長の相違に起因して発生する球面収差を補正すべく、移動手段５６によりレンズ群５５を移動させた場合にも、特別な補正機構を用いることなく光学系全体の横倍率の変化率を最小に抑えることができ、光ディスク１１に対する良好な記録再生特性を維持することができる。

次に、光ディスク１１へ記録データを記録するときの記録動作について説明する。尚、ここでは、光ピックアップ１を用いた記録再生装置１０の記録動作について説明するが、光ピックアップ５１を用いた場合においても同様である。

操作部２５を構成する記録釦２５ｂがユーザにより操作されて入力端子１８より記録データが入力されると、この記録データは、エラー訂正符号化回路１９で光ディスク１１の種類に応じたエラー訂正符号化処理がされ、次いで、変調回路２０で光ディスク１１の種類に応じた変調処理がされ、次いで、記録処理回路２１で記録処理がされた後、光ピックアップ１に入力される。すると、光ピックアップ１は、光ディスク１１の種類に応じて半導体レーザより所定の波長の光ビームを照射し、光ディスク１１の記録層に照射すると共に、光ディスク１１の反射層で反射された戻りの光ビームを光検出器７で検出し、これを光電変換しＲＦアンプ１５に出力する。ＲＦアンプ１５は、フォーカシングエラー信号、トラッキングエラー信号、ＲＦ信号を生成する。サーボ回路１６は、ＲＦアンプ１５から入力されたフォーカシングエラー信号やトラッキングエラー信号に基づいてフォーカシングサーボ信号やトラッキングサーボ信号を生成し、これらの信号を光ピックアップ１の対物レンズ駆動機構の駆動回路に出力する。これにより、対物レンズ駆動機構に保持された対物レンズは、フォーカシングサーボ信号やトラッキングサーボ信号に基づいて、対物レンズの光軸と平行なフォーカシング方向及び対物レンズの光軸に直交するトラッキング方向に駆動変位される。更に、モータ制御回路１３は、アドレス用のピットより生成したクロックが水晶発振器からの基準クロックと同期するように回転サーボ信号を生成し、これに基づき、スピンドルモータ１２を駆動し、光ディスク１１をＣＬＶで回転する。更に、サブコード抽出回路１７は、ＲＦ信号からピットパターン等からリードインエリアのアドレスデータを抽出し、制御回路２７に出力する。光ピックアップ１は、制御回路２７の制御に基づいて、記録処理回路２１で記録処理されたデータを記録するため、この抽出されたアドレスデータに基づいて所定のアドレスにアクセスし、半導体レーザを記録レベルで駆動し、光ビームを光ディスク１１の記録層に照射しデータの記録を行う。光ピックアップ１は、記録データを記録するに従って、順次ステッピングモータ２８によってステップ送りされ、光ディスク１１の内外周に亘って記録データを記録する。

次に、光ディスク１１に記録されている記録データを再生するときの動作について説明する。尚、ここでは、光ピックアップ１を用いた記録再生装置１０の再生動作について説明するが、光ピックアップ５１を用いた場合においても同様である。

操作部２５を構成する再生釦２５ｃがユーザにより操作されると、光ピックアップ１は、記録動作のときと同様に、光ディスク１１の種類に応じて半導体レーザより所定の波長の光ビームを光ディスク１１の記録層に照射すると共に、光ディスク１１の反射層で反射された戻りの光ビームを光検出器で検出し、これを光電変換しＲＦアンプ１５に出力する。ＲＦアンプ１５は、フォーカシングエラー信号、トラッキングエラー信号、ＲＦ信号を生成する。サーボ回路１６は、ＲＦアンプ１５から入力されたフォーカシングエラー信号やトラッキングエラー信号に基づいてフォーカシングサーボ信号やトラッキングサーボ信号を生成し、これらの信号に基づいて対物レンズのフォーカシング制御やトラッキング制御を行う。更に、モータ制御回路１３は、同期信号より生成したクロックが水晶発振器からの基準クロックと同期するように回転サーボ信号を生成し、これに基づき、スピンドルモータ１２を駆動し、光ディスク１１をＣＬＶで回転する。更に、サブコード抽出回路１７は、ＲＦ信号からサブコードデータを抽出し、抽出したサブコードデータを制御回路２７に出力する。光ピックアップ１は、所定のデータを読み出すため、この抽出されたサブコードデータに含まれるアドレスデータに基づいて所定のアドレスにアクセスし、半導体レーザを再生レベルで駆動し、光ビームを光ディスク１１の記録層に照射し反射層で反射された戻りの光ビームを検出することによって光ディスク１１に記録されている記録データの読み出しを行う。光ピックアップ１は、記録データを読み出すに従って、順次ステッピングモータ２８によってステップ送りされ、光ディスク１１の内外周に亘って記録されている記録データの読み出しを行う。

ＲＦアンプ１５で生成されたＲＦ信号は、復調回路２２で記録時の変調方式に応じて復調処理がされ、次いで、エラー訂正復号化回路２１でエラー訂正復号処理がされ、出力端子２４より出力される。この後、出力端子２４より出力されたデータは、そのままディジタル出力されるか又は例えばＤ／Ａコンバータによりディジタル信号からアナログ信号に変換され、スピーカ、モニタ等に出力される。

このような光ディスク１１に対する記録データの記録又は再生動作時において、光ディスク１１のカバー層の厚み誤差やレーザ波長の相違に起因して球面収差が発生した場合には、収差補正回路３０によって球面収差がゼロとなるような収差補正信号が生成される。この収差補正信号を受けた制御回路３１は、光源移動手段６が球面収差がゼロとなるように発光素子２を移動させるように制御する。

このとき、本発明が適用された光ピックアップ１、光ピックアップ５１によれば、光学系を上述した配置としているため、発生する球面収差を補正すべく発光素子２、仮想光源５３Ｖを移動させた場合にも、特別な補正機構を用いることなく、光学系全体の横倍率を最小とすることができる。

よって、本発明が適用された光ピックアップ１、光ピックアップ５１は、３ビーム方式の光学系に適用した場合においても、横倍率の変化を防止できるので、横倍率の変化によるサイドビームとメインビームとの間隔、及び、メインビームとメインビームとの間隔が変化することを防止し、正確な、トラッキングエラー信号を得ることができる。

また、本発明適用された光ピックアップ１、光ピックアップ５１は、横倍率の変化を防止することができるので、横倍率の変化に伴う縦倍率の変化を防止し、縦倍率の変化に伴う焦点深度の変化により受光部からビームが外れることを防止できる。

したがって、本発明が適用された光ピックアップ１、光ピックアップ５１は、球面収差を良好に補正するとともに、光ディスクに対する良好な記録再生特性を維持することができる。

以下に、本発明を適用した光ピックアップの具体的なパラメータを設定し、上述の理論解析に基づく数値計算を行ったものについて説明する。

実施例において、図８に示す２要素光学系における各数値を下記に示すように設定する。要素１は、焦点距離ｆ＝１６ｍｍのコリメータレンズとし、ｄ_１’は、上述のｆの値±１ｍｍとし、要素２は、焦点距離ｆ＝１．４１１８ｍｍ、有効径φ＝２．４ｍｍの対物レンズとする。

図９は、コリメータレンズの焦点距離を１６ｍｍとし、ｄ_１’をこのコリメータレンズの焦点距離（＝１６ｍｍ）±１ｍｍとしたときの、物点の移動距離に対する横倍率の変化率及びディスク面でのサブビーム間隔の変化率を示す。物点の移動距離に対する横倍率の変化率は、式（９）に示すように、ｄ_１’が大きいほど移動量に対する変化率は小さくなる。

また、式（１０）に示すように、ｄ_１’が、要素１の焦点距離（１６ｍｍ）と、要素２の焦点距離（１．４１１８ｍｍ）とを加算した距離に近づくほど、物点の移動距離に対する横倍率の変化率及びディスク面でのサブビーム間隔の変化率が小さくなることを示す。

本発明に係る光ピックアップが適用された記録再生装置の構成を示すブロック図である。光学系の理論解析に用いる２要素光学系のモデルを示す図である。光学系の理論解析の２要素光学系において、第０面と第１面との間に光学部品が存在する構成を説明する図である。本発明を適用した光ピックアップの光学系を示す構成図である。本発明を適用した光ピックアップの光学系の配置を示す図である。本発明を適用した光ピックアップの他の例の光学系の配置を示す図である。本発明を適用した光ピックアップの他の例において、レンズ群５５を移動させることにより、仮想光源５３Ｖが移動することを説明する図である。実施例の２要素光学系の光ピックアップのモデルを示す図である。実施例の光ピックアップの物点の移動距離に対する横倍率の変化率を示す図である。

符号の説明

１光ピックアップ、２発光素子、３カップリングレンズ群、４レンズホルダ、５対物レンズ群、６光源移動手段、７光検出器、８ビームスプリッタ、１０記録再生装置

Claims

レーザ光を出射する光源と、
上記光源より出射されたレーザ光の発散角を変換させる１枚以上のカップリングレンズ群と、
入射された上記カップリングレンズ群によって発散角を変換されたレーザ光を光ディスクの信号記録面に集光する１枚以上の対物レンズ群と、
上記光源を光軸方向に移動させて上記カップリングレンズ群に対して接離させることにより球面収差を補正する光源移動手段とを備える光ピックアップにおいて、
上記カップリングレンズ群の主平面から対物レンズ群の主平面までの距離が、上記カップリングレンズ群の焦点距離と上記対物レンズ群の焦点距離とを加算した距離と等しくされることを特徴とする光ピックアップ。
上記カップリングレンズ群は、正の屈折力を有することを特徴とする請求項１記載の光ピックアップ。
レーザ光を出射する光源と、上記光源から出射されたレーザ光を平行にする１枚以上のコリメートレンズ群と、上記コリメートレンズ群によって平行とされたレーザ光の発散角を変換させるレンズ群とを有する光源部と、
上記光源部より出射されたレーザ光の発散角を変換させる１枚以上のカップリングレンズ群と、
入射された上記カップリングレンズ群によって発散角を変換されたレーザ光を光ディスクの信号記録面に集光する１枚以上の対物レンズ群と、
上記発散角を変換させるレンズ群を光軸方向に移動させて上記カップリングレンズ群に対して接離させることにより球面収差を補正するレンズ移動手段とを備える光ピックアップにおいて、
上記カップリングレンズ群の主平面から対物レンズ群の主平面までの距離が、上記カップリングレンズ群の焦点距離と上記対物レンズ群の焦点距離とを加算した距離と等しくされることを特徴とする光ピックアップ。