JP2010140518A - 光ピックアップ - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成でコマ収差を抑制する。
【解決手段】光ピックアップは、光ビームを出射するレーザ光出射装置を含む固定部２４と、光記録媒体に光ビームを集光させる対物レンズ１４を含み、光ビームの光軸と直交する方向で固定部２４に対して移動可能な可動部２２と、可動部２２に一端が、固定部２４に他端が固定された付勢部材２３であって、可動部２２が直交する方向で移動したときに対物レンズ１４の中心軸が光ビームの光軸に接近する方向に傾くように可動部２２に付勢力を与える付勢部材２３と、有している。
【選択図】図２

Description

本発明は光ピックアップに関し、特にコマ収差を抑制する機構に関する。

光ピックアップは、光記録媒体の所定の位置に精度よくレーザ光を照射できることが要求される。レーザ光の照***度を高めるためには、光記録媒体に最も近接した位置に設けられた対物レンズの位置を高精度で制御するとともに、対物レンズの光学収差を最小化することが必要である。対物レンズの位置はフォーカスサーボ及びトラッキングサーボによって常に補正される。フォーカスサーボは対物レンズの光軸方向位置を制御し、トラッキングサーボは対物レンズの横方向（光軸直交方向）位置を制御する（例えば、特許文献１参照。）
特開２００５−４８２６号公報

トラッキングサーボは対物レンズの位置を光軸直交方向に移動調整する。しかしこの方法は、コマ収差の抑制という観点から以下の問題を含んでいる。

図５は、従来技術のトラッキングサーボを用いた対物レンズの光軸直交方向の位置調整方法を示す概念図である。同図（ｂ）のようにレーザ光出射装置１０３の光軸Ｃ１と対物レンズ１１４の中心軸Ｃ２とが一致し、かつこれらの光軸Ｃ１及び中心軸Ｃ２が光記録媒体１０２に対して垂直である場合は、コマ収差は生じない。これに対して、同図（ａ）のように対物レンズ１１４がトラッキングサーボによって左側に平行にシフトした場合、対物レンズ１１４の中心軸Ｃ２は当初の位置（図示省略）から平行に移動する。レーザ光出射装置１０３の光軸は結像に寄与する光の進路で決まるため、その光軸Ｃ１は対物レンズ１１４の中心を通る。この結果、レーザ光出射装置１０３の光軸Ｃ１は対物レンズ１１４の中心軸Ｃ２に対して斜めとなる。また、光記録媒体１０２は固定されているため、レーザ光出射装置１０３の光軸Ｃ１は、光記録媒体１０２の法線に対しても斜めとなる。これらの結果、コマ収差が発生する。ここで重要なことは、同図（ａ）では、レーザ光出射装置１０３の光軸Ｃ１は対物レンズ１１４と光記録媒体１０２の両者に対し、同じ方向に傾いているということである。すなわち、レーザ光は対物レンズ１１４と光記録媒体１０２のいずれに対しても、図面上で右下から左上方向に斜め入射し、光軸Ｃ１は対物レンズ１１４と光記録媒体１０２のいずれに対しても入射角θ’をなす。このように対物レンズ及び光記録媒体にレーザ光が同じ方向から入射すると、コマ収差が増大することが知られている。このような状況は、光源と対物レンズとの間にコリメートレンズを配置した無限系の光学系であっても、対物レンズから見た倍率が無限大から少しでもずれた場合には常に発生する。

図５（ｃ）は、図５（ａ）とは逆に対物レンズ１１４がトラッキングサーボによって右側に平行にシフトした場合を示している。この場合、レーザ光は対物レンズ１１４及び光記録媒体１０２に対し図面上で左下から右上方向に斜め入射し、レーザ光出射装置１０３の光軸Ｃ１は対物レンズ１１４と光記録媒体１０２のいずれに対しても入射角θ”をなすこととなり、同様の問題が生じる。

この問題を解決するために、対物レンズの中心軸と光軸とがなす相対角度をチルトアクチュエータを用いて調整する技術も知られているが、周波数特性が不十分なため、レンズシフトに追随するためには課題が多い。

本発明は、このような課題に鑑みて、簡易な構成でコマ収差を抑制することのできる光ピックアップを提供することを目的とする。

本発明の一実施態様によれば、光ピックアップは、光ビームを出射するレーザ光出射装置を含む固定部と、光記録媒体に前記光ビームを集光させる対物レンズを含み、前記光ビームの光軸と直交する方向で前記固定部に対して移動可能な可動部と、前記可動部に一端が、前記固定部に他端が固定された付勢部材であって、前記可動部が前記直交する方向で移動したときに前記対物レンズの中心軸が前記光ビームの光軸に接近する方向に傾くように前記可動部に付勢力を与える付勢部材と、有している。

可動部が移動（トラッキング）する際に対物レンズの中心軸がレーザ光出射装置に接近する方向に傾くため、レーザ光出射装置から出射される光ビームの光軸と対物レンズの中心軸とがなす角度は対物レンズの中心軸が傾かない場合と比べて小さくなる。また、付勢力を調整することで、光ビームの対物レンズへの入射角と光ビームの光記録媒体への入射角を、９０度を挟んで互いに反対の値とすることもできる。これらの結果、対物レンズのコマ収差が抑制される。

以上説明したように、本発明によれば、簡易な構成でコマ収差を抑制することのできる光ピックアップを提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の光ピックアップの実施形態について説明する。図１は、光ピックアップの光学系の構成を示す概略図である。光ピックアップ１は、物理的トラックピッチが異なる３種類の光記録媒体２（２ａ〜２ｃ）のそれぞれにデジタル情報の記録または再生を行うことができるように構成されている。

第１の光記録媒体２ａは、現行のＤＶＤ(Digital Versatile Disc)−ＲＯＭ、ＤＶＤ±Ｒ／ＲＷ及びこれらと同等の構造及び記憶容量を備えた光記録媒体である。第２の光記録媒体２ｂは、ＣＤ(Compact Disc)−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ／ＲＷ及びこれらと同等の構造及び記憶容量を備えた光記録媒体である。第３の光記録媒体２ｃは波長４０５ｎｍ付近の青色レーザ光を用いて高密度の記録再生を行うＢＤ（ブルーレイディスク（登録商標））あるいはＣＢ−ＨＤ（中国高密度光記録媒体規格）などの再生専用または記録・再生兼用の光記録媒体である。

光ピックアップ１は、所定波長の光ビームを出射する光源である半導体レーザ（レーザ光出射装置）３，４を有している。半導体レーザ３は、現行のＤＶＤを記録再生するための波長６５０ｎｍの光ビーム（第１の光ビーム）を発光する第１の発光領域と、ＣＤを記録再生するための波長７８０ｎｍの光ビーム（第２の光ビーム）を発光する第２の発光領域と、を有している。これらの発光領域は所定距離を隔てて形成され、１つのパッケージに収容されている。一方、半導体レーザ４は、ＢＤまたはＣＢ−ＨＤなどの高密度光記録媒体を記録再生するための波長４０５ｎｍの光ビーム（第３の光ビーム）を発光する。

半導体レーザ３及び半導体レーザ４は、半導体レーザ３から出射された第１または第２の光ビームの光軸と、半導体レーザ４から出射された第３の光ビームの光軸とが互いに直交するように設けられている。

半導体レーザ３の光出射側の所定位置には、回折格子５が配置されている。回折格子５の片面には、半導体レーザ３から出射された、第１及び第２の光ビームをそれぞれ３本の光ビーム（０次の主ビームと±１次の副ビーム；図示せず）に分割するように最適化された回折格子パターンが形成されている。回折格子５は、光記録媒体２の表面（情報記録面）において、主ビームの集光位置を中心にトラック線方向に所定距離隔てた対称位置に±１次の副ビームが集光されるように、半導体レーザ３から出射された第１及び第２の光ビームをそれぞれ分割する。

半導体レーザ４の光出射側の所定位置にも、回折格子６が配置されている。回折格子６５の片面には、半導体レーザ４から出射された、第３の光ビームをそれぞれ３本の光ビーム（０次の主ビームと±１次の副ビーム；図示せず）に分割するように最適化された回折格子パターンが形成されている。回折格子６は、光記録媒体２の表面（情報記録面）において、主ビームの集光位置を中心にトラック線方向に所定距離隔てた対称位置に±１次の副ビームが集光されるように、半導体レーザ４から出射された第３の光ビームをそれぞれ分割する。

半導体レーザ３からの光ビームと半導体レーザ４からの光ビームとが交差する位置には、ほぼ立方体形状のダイクロイックプリズム７が設けられている。ダイクロイックプリズム７は、第１及び第２の光ビームをほぼ全通過させ、第３の光ビームをほぼ全反射させる。

ダイクロイックプリズム７を通過または反射した光ビームは偏光ビームスプリッタ８に入射する。偏光ビームスプリッタ８に入射した光ビームの９０％程度は偏光ビームスプリッタ８で反射し、立ち上げミラー１１に入射する。偏光ビームスプリッタ８に入射した光ビームの残りの１０％程度は通過して、フロントモニタ用光検出器１５に入射する。フロントモニタ用光検出器１５は、半導体レーザ３，４から出射された第１〜第３の光ビームの光強度を計測する。半導体レーザ３，４の出力は、フロントモニタ用光検出器１５の出力に基づいて調整される。

立ち上げミラー１１に入射した光ビームは、立ち上げミラー１１で反射し、コリメートレンズ９に入射する。光ビームは、半導体レーザ３，４を出射した後コリメートレンズ９に入射するまでは発散ビームであるが、コリメートレンズ９によって、概ね平行ビーム光に変換させられる。すなわち、コリメートレンズ９は半導体レーザ３，４と対物レンズ１４との間の光路上に配置され、光ビームの平行度を変換する平行度変換レンズである。

コリメートレンズ９を通過した光ビームは、液晶素子１０に入射する。液晶素子１０は、所定の形状に分割された透明電極（図示せず）を備え、分割された領域ごとに印加電圧に応じた異なる屈折率を示すように構成されている。透明電極は、例えば、錫ドープ酸化インジウム（ＩＴＯ：Indium Tin Oxide）や酸化錫等からなる。液晶素子１０の各領域に電圧が印加されると、屈折率が変化し、通過する光ビームに適切な位相差が与えられ、光路上に生じる各種の波面収差を補正および最適化することができる。

液晶素子１０を通過した光ビームは４分の１波長板１２に入射し、光ビームの主ビーム及び±１次の副ビーム（以下、「往路光ビーム」という。）が直線偏光から円偏光に変換させられる。４分の１波長板１２には、エキスパンダーレンズ１２’が一体的に形成されている。また、対物レンズ１４には温度補償素子１３が取付けられている。エキスパンダーレンズ１２’は、使用する光源の波長に応じて、各々特定のレンズパワーを有し、対物レンズ１４への入射光の波面（角度）を変化させ、対物レンズ１４の倍率を変換させる。温度補正素子１３は、対物レンズ１４の温度変化によって生じる球面収差に対して、これを打ち消す方向に球面収差を発生させて、全体としての球面収差量を均一な値に保つ。本実施形態では、温度補正素子１３は独立した素子として対物レンズ１４よりも光源に近い側に設けられているが、対物レンズ１４そのものがこの機能を有していてもよい。４分の１波長板１２を通過した光ビームは対物レンズ１４に入射し、光記録媒体２の情報記録面に集光される。記録時には、集光された光ビームが情報記録面の所定のビットに記録を書き込み、記録動作が終了する。

再生時には、光記録媒体２に集光した光ビームは情報記録面で反射し、逆方向にさらに進行する。まず、光記録媒体２で反射した光ビームは、対物レンズ１４で略平行ビームに変換させられる。光ビームは引き続き４分の１波長板１２に入射し、円偏光から往路光ビームの偏光方位と直交する方向の直線偏光に変換させられる。４分の１波長板１２を通過した光ビームは液晶素子１０を通ってコリメートレンズ９に入射し、収束ビームに変換させられる。コリメートレンズ９を通過した光ビームは立ち上げミラー１１で反射し、偏光ビームスプリッタ８に入射する。偏光ビームスプリッタ８は、コリメートレンズ９からの戻り光を内部の接合面で通過させて、アナモフィックレンズ１６に入射させる。アナモフィックレンズ１６は、偏光ビームスプリッタ８から入射した光ビームに焦点ずれ誤差検出のための非点収差を与え、受光素子１７上に結像させる。受光素子１７は、受光した光ビームを分割された受光領域（図示せず）毎に独立に光電変換して、電気信号を出力する。

液晶素子１０から対物レンズ１４までの光学要素はレンズホルダ２１に収容されている。レンズホルダ２１は、対物レンズ１４とともに可動部２２を構成している。半導体レーザ３，４を含むその他の要素は固定部２４を構成している。可動部２２は、フォーカスサーボによって固定部２４に対し光ビームの光軸方向に移動可能であり、トラッキングサーボによって固定部２４に対し光軸と直交する方向に移動可能である。

図２は可動部の詳細断面図である。レンズホルダ２１内には対物レンズ１４と、４分の１波長板１２と、液晶素子１０とが保持されている。レンズホルダ２１の外周面には吊りワイヤ１８が配置され、レンズホルダ２１は吊りワイヤ１８によって移動自在に支持されている。吊りワイヤ１８はフォーカスサーボ及びトラッキングサーボ及びチルト制御用のコイルに接続されている。コイルと対向した位置にはマグネット（図示せず）が設けられている。コイル（吊りワイヤ１８）に通電することによって、マグネットとコイルを流れる電流との間に磁気的作用（ローレンツ力）が生じる。この力によってコイルは電流の流れる向きに応じて光軸方向または光軸直交方向に移動し、可動部２２は光軸方向または光軸直交方向に移動することができる。

レンズホルダ２１には可撓性部材からなる付勢部材２３が取付けられている。付勢部材２３の一端は可動部２２に固定され、他端は光ピックアップの固定部２４に固定されている。本実施形態では、対物レンズ１４とレーザ光出射装置３，４との間に液晶素子１０（光学能動素子）が設けられ、液晶素子１０に給電するための電線がフレキシブルプリント回路（ＦＰＣ）の形態で設けられている。本実施形態ではＦＰＣ、すなわち電線が付勢部材２３を兼ねており、付勢部材２３は液晶素子１０の電極（図示せず）に固定されている。付勢部材２３は、可動部２２の重心位置Ｇよりレーザ光出射装置３，４に近い位置で電極に固定され、電極との接続部の近傍の位置で、光ビームの光軸を含む面内でＺ字状に折り曲げられている。

図３は、付勢部材によるコマ収差抑制効果を説明するための模式図である。同図（ａ）は、可動部が図面上で左側にシフトした時の状況を、同図（ｂ）は、可動部が中央位置にあり、光軸と対物レンズの中心軸とが一致するときの状況を、同図（ｃ）は、可動部が図面上で右側にシフトした時の状況を、各々示している。以下の説明では光出射装置３を例としているが、光出射装置４の場合でも全く同様である。

図３（ｂ）のようにレーザ光の光軸Ｃ１と対物レンズ１４の中心軸Ｃ２とが一致し、かつこれらの光軸Ｃ１及び中心軸Ｃ２が光記録媒体２に対して垂直である場合は、コマ収差は生じない。これに対して、図３（ａ）に示すように、光軸と直交する方向で可動部２２が図面上で左側にシフトすると、付勢部材２３はこの動きに引きずられて左側へ動こうとするが、弾性力による抵抗力を発生させる。付勢部材２３は可動部２２の重心位置Ｇ（図２参照。）よりレーザ光出射装置３，４に近い位置で可動部２２に固定されているため、可動部２２は全体として反時計回りの方向Ｄ１に回転する。すなわち、付勢部材２３は、対物レンズ１４の中心軸Ｃ２がレーザ光の光軸Ｃ１に接近する方向に傾くように可動部２２に付勢力を与える。

この状況を従来技術を示す図５（ａ）と対比すると、光軸Ｃ１の可動部２２に対する入射角θ_N’は図５（ａ）に示す入射角度θ’と比べて９０度に近づく。すなわち、対物レンズ１４の中心軸Ｃ２と光軸Ｃ１とが同じ方向を向くようになる。一実施形態では、対物レンズ１４の中心軸Ｃ２と光軸Ｃ１の方向は完全に一致し、対物レンズ１４の中心軸Ｃ２と光軸Ｃ１との不一致に伴うコマ収差の発生が防止される。また、完全に一致しなくとも、対物レンズ１４の中心軸Ｃ２と光軸Ｃ１の不一致が軽減されるため、コマ収差の発生は抑制される。

さらに、図３（ｄ）に示すように、光軸Ｃ１の可動部２２に対する入射角θ_N1’が９０度を超えると、光軸Ｃ１の光記録媒体２に対する入射角θ_N2’が９０度未満であることから、光軸Ｃ１の可動部２２への斜め入射に起因するコマ収差と、光軸Ｃ１の光記録媒体２への斜め入射に起因するコマ収差と、が相殺され、対物レンズのコマ収差が全体としてさらに低減される。

図３（ｃ）に示すように、レンズホルダが光軸と直交する方向で可動部が図面上で右側にシフトする場合も同様である。この場合は、可動部２２は全体として時計回りの方向Ｄ２に回転する。この結果、図３（ａ）の場合と同様、付勢部材２３は、対物レンズ１４の中心軸Ｃ２がレーザ光の光軸Ｃ１に接近する方向に傾くように可動部２２に付勢力を与える。

図４は、付勢部材の様々な実施形態を示している。同図（ａ）は参考例であって、鋭角に折り曲げられていない付勢部材１２３を示している。これに対して、同図（ｂ）では付勢部材２３が２か所で９０度以下の鋭角で折り曲げられ、全体としてＺ字形状を呈している。図４（ａ）と図４（ｂ）とを比較すると、前者の場合は付勢部材１２３の弾性復元力（白抜き矢印参照。）が図中左向き及び上向きに大きく作用し、フォーカスサーボ及びトラッキングサーボへの影響が大きい。

これに対して、同図（ｂ）に示す形態では、付勢部材２３の弾性復元力は図中左向き及び上向きを向くものの、その大きさは抑制される。その理由は、まず、同図（ａ）の場合には付勢部材１２３の全域で弾性復元力が生じるのに対し、同図（ｂ）の場合には左向きの復元力は図中Ａ部でしか発生しないため、弾性復元力が抑えられるからである。また、同図（ｂ）の場合には、図中Ａ部の弾性復元力は、反時計回りの向きのモーメントＭ１を生じさせ、図中Ｂ部の弾性復元力は、時計回りの向きのモーメントＭ２を生じさせるため、これらのモーメントが相殺し、図中上向きの力も同図（ａ）の場合と比べて小さくなるからである。

図４（ｃ）のようにＺ形状を２段階に設けた付勢部材２３’を用いることも効果的である。さらにカバー２８を設けて図中上向きの弾性復元力が可動部２２に作用しないようにすることもできる。

以上説明したように、本実施形態によれば、液晶素子への給電用のＦＰＣを付勢部材として利用することで、対物レンズのコマ収差を抑制することができる。従って、本発明は液晶素子をコマ収差の補正に用いる光ピックアップに有効に適用することができるが、その他のタイプの光ピックアップにも適用できることはいうまでもない。一例として、ワイヤ等の弾性部材あるいは可撓性部材を付勢部材として用いることによっても本発明を実施することができる。

光ピックアップの光学系の構成を示す概略図である。 可動部の詳細断面図である。 付勢部材によるコマ収差抑制効果を説明するための模式図である。 付勢部材の様々な実施形態を示す模式図である。 従来技術のトラッキングサーボを用いた対物レンズの光軸直交方向の位置調整方法を示す概念図である。

符号の説明

１ 光ピックアップ
２ 光記録媒体
２ａ 第１の光記録媒体
２ｂ 第２の光記録媒体
２ｃ 第３の光記録媒体
３ 半導体レーザ（第１及び第２の半導体レーザ）
４ 半導体レーザ（第３の半導体レーザ）
５，６ 回折格子
７ ダイクロイックプリズム
８ 偏光ビームスプリッタ
９ コリメートレンズ
１０ 液晶素子
１１ 立ち上げミラー
１２ ４分の１波長板
１４ 対物レンズ
１５ フロントモニタ用光検出器
１６ アナモフィックレンズ
１７ 受光素子
２１ レンズホルダ
２２ 可動部
２３，２３’ 付勢部材
２４ 固定部
Ｃ１ レーザ光の光軸
Ｃ２ 対物レンズの中心軸

Claims (5)

1. 光ビームを出射するレーザ光出射装置を含む固定部と、
   光記録媒体に前記光ビームを集光させる対物レンズを含み、前記光ビームの光軸と直交する方向で前記固定部に対して移動可能な可動部と、
   前記可動部に一端が、前記固定部に他端が固定された付勢部材であって、前記可動部が前記直交する方向で移動したときに前記対物レンズの中心軸が前記光ビームの光軸に接近する方向に傾くように前記可動部に付勢力を与える付勢部材と、
   を有する、光ピックアップ。
2. 前記付勢部材は、前記可動部の重心位置より前記レーザ光出射装置に近い位置で前記可動部に固定されている、請求項１に記載の光ピックアップ。
3. 前記付勢部材は、前記可動部との接続部の近傍の位置で、前記光ビームの光軸を含む面内でＺ字状に折り曲げられた可撓性部材である、請求項１または２に記載の光ピックアップ。
4. 前記対物レンズと前記レーザ光出射装置との間に設けられた光学能動素子と、
   前記光学能動素子に給電するための電線と、
   を有し、
   前記電線が前記付勢部材を兼ねている、請求項１から３のいずれか１項に記載の光ピックアップ。
5. 前記電線はフレキシブルプリント回路の形態で構成されている、請求項４に記載の光ピックアップ。