JP2006079797A - 光ピックアップ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】平行平板型のビームスプリッタにより発生される非点収差方向が光検出器の受光領域の分割線方向に対してフォーカス制御の非点収差法に適切な方向とならない場合、前記ビームスプリッタで発生される非点収差を打ち消す必要があり、この非点収差を打ち消すのに汎用性の無い特殊機能のレンズを必要とした。
【解決手段】平行平板型ビームスプリッタ７と光検出器１４の間に前記ビームスプリッタ７に対して傾き方向がレーザ光の光軸を中心にしてπ／２ラジアン回転された向きに平行平板１２を配置し、この平行平板１２により前記ビームスプリッタ７で発生される非点収差を打ち消すようにしている。これにより前記ビームスプリッタ７と前記光検出器１４の間に新たに非点収差を発生させる非点収差発生光学素子１３をビームスプリッタ７で発生される非点収差に関係なく独立して設けるようにしている。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザ光源から出射されるレーザ光を平行平板型のビームスプリッタに反射させて対物レンズに導き、この対物レンズによりレーザ光を収束させて信号記録媒体に照射すると共に、信号記録媒体により反射されて戻されたレーザ光を前記ビームスプリッタを透過させて光検出器に導く構成の光ピックアップ装置に関する。

ＣＤやＤＶＤの光ディスク等の信号記録媒体に対してレーザ光を用いて光学的に信号の記録再生を行う光ピックアップ装置において、信号記録媒体に照射されるレーザ光を信号記録媒体の信号トラックに追従させるトラッキング制御方式には、信号記録媒体の規格方式に対応させて３ビーム法、プッシュプル法、位相差法及びその応用（差動）のいずれかが採用されている。

一方、信号記録媒体に照射されるレーザ光を信号記録媒体の信号面に合焦させるフォーカス制御には、通常、非点収差法が採用されている。

記録再生のＣＤ各種及びＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ±Ｒ/ＲＷに対応した光ピックアップ装置の実例としては、例えば、ＤＶＤ−ＲＯＭに位相差法、ＤＶＤ±Ｒ/ＲＷ及びＣＤに差動プッシュプル法のトラッキング制御方式を採用し、記録再生のＣＤ各種に非点収差法、記録再生のＤＶＤ各種に差動非点収差法のフォーカス制御方式を採用する場合がある。

差動プッシュプル法、差動非点収差法及び３ビーム法の場合、３ビームを必要とするので、これらの方式が採用される光ピックアップ装置においては、周知の如く、半導体レーザから出射されるレーザ光を３ビームに分離するべく０次回折光ビーム及び±１次回折光ビームを回折して形成する回折格子を備えると共に、これら３ビームが信号記録媒体により反射された３ビームの反射光ビームをそれぞれ受光する受光領域を備える光検出器が用いられる。

図２は上述で実例に挙げた光ピックアップ装置に対応する光検出器の受光面の一例を示し、この図を用いてトラッキング制御方式及びフォーカス制御方式を説明する。

信号記録媒体に照射される３ビームのうち、０次回折光ビームのメインスポットは信号トラック上の中央に配置され、±１次回折光ビームの各サブスポットはそれぞれメインスポットがオントラックされる信号トラックとそれぞれ異なる方向の隣接信号トラックとの中央に配置される。

光検出器の受光面には互いに直交する２つの分割線により十字状に４分割されてそれぞれ４つのセグメントにより構成されるメイン受光領域２１及びサブ受光領域２２，２３が３つ縦に並べて配置され、メイン受光領域２１及びサブ受光領域２２，２３には信号記録媒体により反射された０次回折光ビーム、+１次回折光ビーム、-１次回折光ビームのそれぞれの反射光が受光されるようになっている。この場合、メイン受光領域２１及びサブ受光領域２２，２３のそれぞれ一方の分割線２１Ａ，２２Ａ，２３Ａは採用するトラッキング制御方式を考慮して信号記録媒体の信号トラックの方向に設定される。

尚、図２においては、メイン受光領域２１及びサブ受光領域２２，２３を構成する各セグメントから得られる各受光出力をそれぞれａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｈ，ｉ，ｊ，ｋ，ｌと示している。

ＤＶＤ−ＲＯＭの再生のトラッキング制御に採用される位相差法は、メイン受光領域１の各対角方向のセグメントの受光出力をそれぞれ加算した各和信号（ａ＋ｃ），（ｂ＋ｄ）の位相差を検出するか、あるいはメイン受光領域２１の信号トラック方向の分割線２１Ａに分割された隣り合う所定の２つのセグメントの受光出力ａ，ｄあるいはｂ，ｃの位相差を検出するかしてトラッキングエラー信号を得る。（特許文献１参照）
ＤＶＤ±Ｒ/ＲＷの記録及びＣＤの記録再生のトラッキング制御に採用される差動プッシュプル法は、メイン受光領域２１の信号トラック方向の分割線２１Ａに分割されたそれぞれ２つのセグメントごとの各受光出力をそれぞれ加算した各和信号同士の差信号であるメインプッシュプル信号を演算し、サブ受光領域２２，２３のそれぞれにおいて信号トラック方向の分割線２２Ａ，２３Ａに分割されたそれぞれ２つのセグメントごとの各受光出力をそれぞれ加算した各和信号同士の差信号であるサブプッシュプル信号をサブ受光領域２２，２３ごとに第１、第２のサブプッシュプル信号として演算し、この第１、第２のサブプッシュプル信号を合成した合成サブプッシュプル信号をメインプッシュプル信号に合わせてゲイン（Ｇ１）調整し、これらのプッシュプル信号の差分を演算して演算式ａ−ｂ−ｃ＋ｄ−Ｇ１（ｅ−ｆ−ｇ＋ｈ−ｊ−ｋ＋ｌ）のトラッキングエラー信号を得る。（特許文献２参照）
記録再生のＣＤ各種のフォーカス制御に採用される非点収差法は、信号記録媒体により反射された反射光ビームにメイン受光領域２１及びサブ受光領域２２，２３の各分割線に対して非点収差の発生方向が４５度の角度を成すように非点収差を付与し、メイン受光領域２１の各セグメントの各受光出力をそれぞれ対角線上に配置されるセグメントごとにそれぞれ加算して２つの和信号を得、この各和信号同士の差信号を演算した演算式ａ＋ｃ−（ｂ＋ｄ）のメイン非点収差信号となるフォーカスエラー信号を得る。

記録再生のＤＶＤ各種のフォーカス制御に採用される差動非点収差法は、各サブ受光領域２２，２３においても上記非点収差法におけるメイン受光領域２１の場合と同様にして得られる各サブ受光領域２２，２３ごとの各サブ非点収差信号をメイン非点収差信号に合わせてゲイン（Ｇ２）調整してメイン非点収差信号に加算するべく演算式ａ＋ｃ−（ｂ＋ｄ）＋Ｇ２（ｅ−ｆ＋ｇ−ｈ＋ｉ−ｊ＋ｋ−ｌ）によってフォーカスエラー信号を得る。（特許文献２参照）
ところで、非点収差法及びあるいは差動非点収差法に必要な非点収差は、信号記録媒体により反射された反射光ビームを光検出器に導く光路上に、光軸に垂直な方向で互いに直交する２方向で焦点距離が相違するシリンダー形状、トーリック形状、あるいはトロイダル形状のアナモフィックレンズを配置したり、光軸に垂直な面に対して平行平板を傾けて配置することにより発生させている。

レーザ光源と光検出器とを別光路に分離するのに平行平板型ビームスプリッタを用いる構成の光ピックアップ装置においては、光検出器をビームスプリッタの透過光路に配置することにより信号記録媒体により反射された反射光ビームがビームスプリッタを透過して光検出器に導かれることになるので、前記ビームスプリッタを用いて光検出器に受光される受光ビームにフォーカス制御用の非点収差を発生させることが行われている。

この平行平板型ビームスプリッタはプリズム型ビームスプリッタに比べてコスト削減が可能であるので、多くの光ピックアップ装置に用いられている。

ところで、光ピックアップ装置のトラッキング制御に位相差法やプッシュプル法（差動タイプ含む）を採用する場合、光検出器の受光領域（メイン受光領域及びサブ受光領域）の一方の分割線を信号記録媒体の信号トラックの方向に設定する必要がある。

このように光検出器の受光領域の分割線を信号トラックの方向を考慮して設定する必要
がある場合、光ピックアップ装置の光学配置等の設計上の制限から平行平板型ビームスプリッタにより発生される非点収差方向が前記光検出器の受光領域の分割線に対して非点収差法に適切な方向とならないことが多々ある。

このような場合、通常、プリズム型ビームスプリッタを使用し、光検出器に導く光路上に別の非点収差発生用の光学素子を配置する。

あるいは、平行平板型ビームスプリッタにより発生される非点収差を打ち消した上で新たな非点収差を発生させる光学素子を光検出器に導く光路上に配置する。（特許文献３参照）
特開２０００−２７６７４２号公報 特開平１１−２９６８７５号公報 特公平６−７７３３２号公報

ところで、特許文献３に示される光ピックアップ装置は、単一のレンズに平行平板型ビームスプリッタにより発生される非点収差を打ち消すと共に、新たな非点収差を発生させる機能を持たせており、このレンズは一方の面が非点収差を打ち消すための逆方向の非点収差を発生させるような異方性曲率を有し、他方の面が異方性軸を有するトーリック面又はトロイダル面によって構成される。

その為、特殊機能のレンズを必要とすると共に、平行平板型ビームスプリッタによる非点収差を打ち消す非点収差の方向と新たに発生させる非点収差の方向との関係が固定されるので、これらの非点収差の方向の調整が不可であり、発生させる非点収差の方向を光検出器に対応させて微調整させることが出来ないと共に、汎用性がなくコスト高を招いた。

請求項１に係る発明は、平行平板型ビームスプリッタと光検出器の間に前記ビームスプリッタに対して傾き方向がレーザ光の光軸を中心にしてπ／２ラジアン回転された向きに平行平板を配置し、この平行平板により前記ビームスプリッタで発生される非点収差を打ち消すようにしている。これにより前記ビームスプリッタと前記光検出器の間に新たに非点収差を発生させる非点収差発生光学素子をビームスプリッタで発生される非点収差に関係なく独立して設けるようにしている。

本発明は、平行平板型ビームスプリッタにより発生される非点収差を打ち消す光学部品として平行平板が用いられるので、この非点収差を打ち消すのに特殊なコスト高な光学部品を必要としないと共に、平行平板の厚み及び傾き角度により打ち消す非点収差の強度を調整可能である。

また、ビームスプリッタと光検出器の間に新たにフォーカス制御に用いる非点収差を発生させる非点収差発生光学素子をビームスプリッタで発生される非点収差に関係なく独立して設けることが出来、この非点収差発生光学素子として汎用性のあるものを使用可能である。

また、前記非点収差発生光学素子の非点収差発生機能を有する面と異なる面に前記ビームスプリッタ及び前記平行平板により発生されるコマ収差を補正するコマ収差補正機能を付与しているので、非点収差発生機能と独立してコマ収差補正機能を容易に付与出来、非点収差発生光学素子の設計及び表裏各面形状の複雑化が防止出来る。

ビームスプリッタにより発生される非点収差方向を考慮せずに光検出器の受光領域の一方の分割線を信号記録媒体の信号トラックの方向に設定し、トラッキング制御方式として位相差法やプッシュプル法を採用する光ピックアップ装置に対応させることが出来、立上げミラーに入射させるレーザ光の向きの自由度が高い光学設計が可能である。

図１は本発明に係る光ピックアップ装置の光学系の一例を示す光学配置図である。

図１に示す光ピックアップ装置は、ＣＤの記録再生に対応すると共に、ＤＶＤの記録再生に対応する構成となっている。

１はＤＶＤの記録再生に適した波長６５０〜６６５ｎｍ、例えば６５８ｎｍのレーザ光を発光する第１半導体レーザ、２はＣＤの記録再生に適した波長７７５〜７９５ｎｍ、例えば７８４ｎｍのレーザ光を発光する第２半導体レーザである。

第１半導体レーザ１及び第２半導体レーザ２には、それぞれのパッケージ内にそれぞれの光源となるレーザダイオード１ａ及び２ａが組み込まれている。

第１半導体レーザ１から出射されるレーザ光は、このレーザ光のレーザ波長に対して有効な回折作用を有する回折格子３を介して０次回折光ビーム及び±１次回折光ビームの３ビームに分離された後、プリズム型ビームスプリッタ４に入射される。

一方、第２半導体レーザ２から出射されるレーザ光は、このレーザ光のレーザ波長に対して有効な回折作用を有する回折格子５を介して０次回折光ビーム及び±１次回折光ビームの３ビームに分離された後、カップリングレンズ６により広がり角が調整され、ビームスプリッタ４に入射される。

ここで、前記ビームスプリッタ４は分離面４ａが偏光フィルタにより形成される偏光ビームスプリッタであり、回折格子３及び５には、それぞれ回折面と相違する面に１／２波長板の機能が付与されており、これら回折格子３及び５の各１／２波長板の機能により第１半導体レーザ１から発光されるレーザ光が前記ビームスプリッタ４の分離面４ａの偏光フィルタにより反射される偏光方向になるように設定されていると共に、第２半導体レーザ２から発光されるレーザ光が前記分離面４ａの偏光フィルタにより透過される偏光方向になるように設定されている。

尚、第１半導体レーザ１及び第２半導体レーザ２からそれぞれ発光されるレーザ光の偏光方向は第１半導体レーザ１及び第２半導体レーザ２のそれぞれ光源となるレーザダイオードの接合面の向きによって決定されるので、第１半導体レーザ１においてはこの第１半導体レーザ１から発光されるレーザ光が前記ビームスプリッタ４の分離面４ａの偏光フィルタにより反射されるようにレーザダイオードの接合面の向きを設定すると共に、第２半導体レーザ２においてはこの第２半導体レーザ２から発光されるレーザ光が前記分離面４ａの偏光フィルタにより透過されるようにレーザダイオードの接合面の向きを設定するようにすることで、回折格子３及び５にそれぞれ１／２波長板の機能を付与しない構成を採用することも可能である。

第１半導体レーザ１から出射され、ビームスプリッタ４に入射されるレーザ光はビームスプリッタ４の分離面４ａにより反射されて光軸が折曲され、更に平行平板型ビームスプリッタであるハーフミラー７の表面により反射された後、コリメータレンズ８により平行光に成され、１／４波長板９により円偏光に成されて立上げミラー１０により該立上げミ
ラー１０に入射されるレーザ光の光軸が立ち上げられて対物レンズ１１に入射される。

前記対物レンズ１１はＤＶＤ及びＣＤの両方のレーザ波長に適合される２焦点レンズにより構成されており、ＤＶＤに適合するレーザ波長に対するＮＡ（Numerical Aperture）が０．６５、ＣＤに適合するレーザ波長に対するＮＡが０．５１に設計されており、ＤＶＤに対応する第１半導体レーザ１からのレーザ光が対物レンズ１１に入射されると、このレーザ光をＤＶＤの基板厚に適切に収束してＤＶＤの信号面に照射させる。

一方、第２半導体レーザ２から出射され、ビームスプリッタ４に入射されるレーザ光はビームスプリッタ４の分離面４ａを透過して第１半導体レーザ１からのレーザ光と同一光路上を進行し、ハーフミラー７の表面により反射され、コリメータレンズ８により平行光に成され、１／４波長板９により円偏光に成された後、立上げミラー１０によりレーザ光の光軸が立ち上げられて対物レンズ１１に入射され、該対物レンズ１１によりＣＤの基板厚に適切に収束されてＣＤの信号面に照射される。

ＤＶＤ及びＣＤの信号面により変調されて反射されたレーザ光は、それぞれ対物レンズ１１に戻り、立上げミラー１０、１／４波長板９及びコリメータレンズ８を介してハーフミラー７に戻る。

ハーフミラー７に戻されたレーザ光は、ハーフミラー７を透過した後、このハーフミラー７に対して傾き方向がレーザ光の光軸を中心にしてπ／２（ｒａｄ）回転された向きに設定される平行平板１２を透過し、更にアナモフィックレンズ１３を介して光検出器１４に導かれる。

前記光検出器１４においては、ＤＶＤの記録再生に用いられるＤＶＤ受光部とＣＤの記録再生に用いられるＣＤ受光部とが共用され、図２に示す如く、メイン受光領域２１及びサブ受光領域２２，２３がそれぞれ互いに直交する２つの分割線により十字状に４分割される４つのセグメントにより構成されており、メイン受光領域２１及びサブ受光領域２２，２３の各セグメントからそれぞれ出力される受光出力が用いられて、図２の説明のように記録再生の各種ディスクごとに適切なトラッキング制御方式及びフォーカス制御方式に対応したトラッキングエラー信号及びフォーカスエラー信号が演算される。

ところで、図１に示す光ピックアップ装置はトラッキング制御にＤＶＤ−ＲＯＭに関しては位相差法を採用し、ＤＶＤ±Ｒ／ＲＷ及びＣＤ全般に関しては差動プッシュプル法を採用することから、光検出器１４の受光領域（メイン受光領域及びサブ受光領域）の一方の分割線２１Ａ，２２Ａ，２３Ａをディスクの信号トラックＴの方向に設定してある。

すなわち、信号トラックＴの方向がハーフミラー７の反射面から立上げミラー１０に向かうレーザ光の光軸に平行となっており、また、前記信号トラックＴが光検出器１４の受光領域に投影される投影信号トラックの方向と一方の分割線２１Ａ，２２Ａ，２３Ａの方向とが平行になっている。

その為、ハーフミラー７を透過する際に発生する非点収差の方向がフォーカス制御の非点収差法に採用できる方向ではなく、この非点収差は有害となるだけであるので、この非点収差を平行平板１２によって打ち消している。

前記平行平板１２はハーフミラー７に対して傾き方向がレーザ光の光軸を中心にして実質π／２（ｒａｄ）回転された向きに設置されている。非点収差はハーフミラー７及び平行平板１２のそれぞれの焦線方向及びこの焦線の直交方向に発生されるので、ハーフミラー７の焦線方向をＢ−Ｂ’とすると、ハーフミラー７により発生される非点収差は図３（
イ）に示すとおりとなり、一方、平行平板１２により発生される非点収差は図３（ロ）に示すとおりとなり、ハーフミラー７と平行平板１２とによりそれぞれ発生される非点収差は相対的に同一方向で位相が逆となる。

また、非点収差量は材質、厚み及び傾き角度に応じて発生されるので、これらの要件を考慮してハーフミラー７により発生される非点収差量と同一の非点収差量となるように平行平板１２は設計され、本実施例においてはハーフミラー７と平行平板１２とに同一素材のガラス板が使用され、ハーフミラー７と平行平板１２とを厚み及び傾き角度共同一にしている。

その為、ハーフミラー７により発生される非点収差は平行平板１２により打ち消される。

その後、アナモフィックレンズ１３により光検出器１４の受光領域（メイン受光領域及びサブ受光領域）の各分割線に対してπ／４（ｒａｄ）の角度を有する方向となる非点収差を発生させ、この非点収差により各種ＤＶＤに対しては差動非点収差法、各種ＣＤに対しては非点収差法を採用してフォーカス制御が行えるようになっている。

ところで、ハーフミラー７及び平行平板１２をそれぞれレーザ光が透過する際にレーザ光にコマ収差が発生され、このコマ収差の方向はそれぞれ図４（イ）及び図４（ロ）の矢印に示すベクトルとなる。

ハーフミラー７及び平行平板１２は素材、厚み及び傾き角度が全て同一であるので、ハーフミラー７及び平行平板１２における各コマ収差を合成した合成コマ収差のベクトルは図４（ハ）の矢印Ｃに示す如く、ハーフミラー７及び平行平板１２の各コマ収差のベクトルを辺とした正方形の対角線となり、前記各コマ収差のベクトルとそれぞれπ／４（ｒａｄ）の角度を有し、前記合成コマ収差量は前記対角線に応じたものとなる。

その為、アナモフィックレンズ１３には前記合成コマ収差のベクトルと逆向きで同一量の矢印Ｄに示すベクトル基づくコマ収差補正機能が付与されており、前記アナモフィックレンズ１３は前記合成コマ収差を打ち消すようにコマ収差補正を行い、光検出器１４のメイン受光領域及びサブ受光領域には前記合成コマ収差が打ち消された光スポットが投影される。

ここで、前記アナモフィックレンズ１３は、非点収差発生機能を有する面とコマ収差補正機能を付与した面とを異なる面に形成することにより非点収差発生機能とコマ収差補正機能とが独立して設計されるようになっている。

尚、実施例において、平行平板型ビームスプリッタとしてハーフミラー７を用いた構成としているが、第１半導体レーザ１及び第２半導体レーザ２からそれぞれ出射される各レーザ光の偏光方向を一致させる構成とした場合には平行平板型ビームスプリッタとして反射面が偏光フィルタの偏光ビームスプリッタを用いることが可能である。

平行平板型ビームスプリッタがハーフミラー７の場合、第１半導体レーザ１及び第２半導体レーザ２からの各レーザ光の一部を対物レンズ１１方向ではなくハーフミラー７を透過する方向に漏洩させることが出来るので、このレーザ光の漏洩方向にフロントモニタダイオードを設置し、このフロントモニタダイオードにより第１半導体レーザ１及びあるいは第２半導体レーザ２からのレーザ光の光量を所定量に制御するべく前記レーザ光を検出することが可能である。

本発明に係る光ピックアップ装置の光学系の一例を示す光学配置図である。 トラッキング制御方式及びフォーカス制御方式を説明する説明図である。 非点収差の発生状態を説明する説明図である。 コマ収差の発生状態を説明する説明図である。

符号の説明

１ 第１半導体レーザ
２ 第２半導体レーザ
４ プリズム型ビームスプリッタ
７ ハーフミラー（平行平板型ビームスプリッタ）
１０ 立上げミラー
１１ 対物レンズ
１２ 平行平板
１３ アナモフィックレンズ（非点収差発生光学素子）
１４ 光検出器

Claims (5)

1. レーザ光源から出射されるレーザ光を平行平板型ビームスプリッタに反射させて対物レンズに導き、この対物レンズによりレーザ光を収束させて信号記録媒体に照射すると共に、信号記録媒体により反射されて戻されたレーザ光を前記ビームスプリッタを透過させて光検出器に導く構成の光ピックアップ装置であって、前記ビームスプリッタと前記光検出器の間に前記ビームスプリッタに対して傾き方向がレーザ光の光軸を中心にしてπ／２ラジアン回転される向きに平行平板を配置し、この平行平板により前記ビームスプリッタで発生される非点収差を打ち消すようにしたことを特徴とする光ピックアップ装置。
2. 前記ビームスプリッタと前記光検出器の間にフォーカス制御に用いる非点収差を発生させる非点収差発生光学素子を配置したことを特徴とする請求項１記載の光ピックアップ装置。
3. 前記非点収差発生光学素子の非点収差発生機能を有する面と異なる面に前記ビームスプリッタ及び前記平行平板により発生されるコマ収差を補正するコマ収差補正機能を付与したことを特徴とする請求項２記載の光ピックアップ装置。
4. 前記非点収差発生光学素子はアナモフィックレンズであることを特徴とする請求項２あるいは請求項３記載の光ピックアップ装置。
5. 信号記録媒体に向かう光路上において対物レンズの手前に立上げミラーが配置され、ビームスプリッタの反射面側にレーザ光源が配置されると共に、前記ビームスプリッタの透過面側に光検出器が配置され、光検出器の受光領域の一方の分割線が信号記録媒体の信号トラックの方向に設定される構成であ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。

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