JP4956325B2 - 光ピックアップ - Google Patents

Description

本発明は、光ディスクの記録層に情報記録又は情報読出しのためにレーザ光を照射する光ピックアップに、関する。

ＣＤ（Compact Disc）やＤＶＤ（Digital Versatile Disc）のような光ディスクに記録されている光情報を読み出したり、光ディスクに対して光情報を書き込むための各種光ディスクドライブ装置に用いられる光ピックアップは、一般に、レーザ光源から射出されたレーザ光を、光記録媒体の記録層に収束する構成となっている。

ところで、光ディスクの記録層に記録された個々のピットのサイズは、光ディスクの記録密度を最大限にするために、その光ディスクに使用されるレーザ光の波長オーダーとなっている。よって、かかる光ピックアップに用いられる対物レンズの結像性能については、球面収差が良好に補正されていることが求められる。

かかる球面収差は、光ディスクの表面から記録層までのカバー層の厚さ（即ち、ディスク表面から記録層までの距離）が所定値から変動することによって発生する。また、それ故に、複数の記録層を重層的に有する光ディスクにおいては、各記録層毎に表面からの見かけ上のカバー層の厚が異なることになるので、光ピックアップが、対物レンズのフォーカシングを行って記録又は読み出し対象の記録層を切り換えようとすると、何れか一方の記録層に対して球面収差が補正されていたとしても、他方の記録層に対しては球面収差が発生してしまう。かかる２層記録型の光ディスクの例としては、ブルーレイディスクが挙げられる。

一方 球面収差は、対物レンズに入射するレーザ光の状態（収束ないし発散の度合）が変化しても生じる。そこで、従来の光ピックアップには、記録層までのカバー層の厚さの変化に伴う球面収差を補正するために、（見かけ上の）カバー層の厚さの変化に合わせてコリメートレンズを移動させることで、対物レンズに入射するレーザ光の状態を変化させ、もって、各記録層での球面収差を補正する構成が、採用されていた。

一方、レーザ機器には、一般的に、レーザ光源の個体差に依らずにレーザ光源から射出されるレーザ光の光量を一定に保つために、ＡＰＣ（Auto Power Control）と呼ばれるフィードバック制御機構が付加されている。即ち、レーザ光源から射出されたレーザ光の一部をビームスプリッタにより分離し、受光素子によって光量を測定し、この測定値が目標値と合致するようにレーザ光源に供給する電力を調整することにより、レーザ光源から実際に射出されるレーザ光の光量を一定に保つものである。

そして、かかるＡＰＣ用にレーザ光を分離するビームスプリッタは、上述したコリメートレンズの移動に依って受光素子での受光光量が影響を受けぬ様に、レーザ光源とコリメートレンズとの間に配置されるのが、一般的である。
特開２００５−３２７３９５号

しかしながら、対物レンズ自体の有効径や鏡枠の形状に依り、対物レンズに入射できる光束径には限度があり、これよりも外側を進行する光束は鏡枠等によってケラれてしまう。そのため、コリメートレンズが上述したように移動すると、光ディスクの記録層に達するレーザ光の光量が変化してしまう（情報読出時には、それ故に、記録層で反射されて情報読取用の受光素子によって受光される反射光の光量も変化してしまう）という問題が生じる。

なお、上述したように、ＡＰＣは、球面収差補正のためのコリメートレンズの移動とは独立に動作するように構成されているので、コリメートレンズの移動に拘わらず、レーザ光源から射出されるレーザ光の光量を一定に保つよう制御するのみであり、コリメートレンズの移動に依る記録層へのレーザ光入射光量低下を補正することができない。

そこで、本発明は、従来の光ピックアップにおける以上の問題点に鑑みて案出されたものであり、球面収差補正のためにコリメートレンズを移動させても、光ディスクの記録層に入射するレーザ光の光量を一定に保つことができるピックアップの提供を、課題とする。

本発明は、上記課題を解決するために、以下の手段を採用した。即ち、本発明による光ピックアップは、レーザ光源から発したレーザ光を、光ディスクに照射する光ピックアップであって、前記レーザ光源と、所定位置に在る場合には前記レーザ光源から発したレーザ光を平行光に変換するコリメートレンズと、前記コリメートレンズを、前記レーザ光の光路に沿って前記所定位置から移動可能に保持するコリメートレンズアクチュエータと、前記コリメートレンズを透過した光を収束する対物レンズと、前記レーザ光源と前記コリメートレンズとの間に設けられ、前記光源から発したレーザ光を前記対物レンズに向けて導光するとともに、その一部を分離するビームスプリッタと、前記ビームスプリッタによって分離されたレーザ光を収束する集光レンズと、前記集光レンズによって集光されたレーザ光を受光して光電変換する受光素子と、前記レーザ光源に対して駆動電力を供給するとともに、前記受光素子によって受光されたレーザ光の光量が所定の目標値と合致するように、前記駆動電力の大きさを調整する制御回路と、前記受光素子に入射するレーザ光のビーム径を制限するとともに、前記コリメートレンズの移動に連動し、前記コリメートレンズが前記所定位置よりも前記レーザ光源に接近した場合には、前記コリメートレンズが前記所定位置にあるときよりも前記受光素子に入射するレーザ光のビーム径を縮小し、前記コリメートレンズが前記所定位置よりも前記対物レンズに接近した場合には、前記コリメートレンズが前記所定位置にあるときよりも前記受光素子に入射するレーザ光のビーム径を拡大する絞り機構とを、備えたことを特徴とする。

以上のように構成された本願発明によれば、光ディスクの種別に応じ、そのカバー層の厚さに合わせて球面収差を補正するためにコリメートレンズアクチュエータによってコリメートレンズを移動させると、対物レンズに入射するレーザ光のビーム径が変化することにより、レーザ光の全光量のうち光ディスクＤに入射する光量の比率が変化するが、コリメートレンズの移動に連動して絞り機構が動作し、ビームスプリッタ及び集光レンズを経て受光素子に入射するＡＰＣ用のレーザ光のビーム径を変化させる。その結果、ビームスプリッタを経てコリメートレンズに入射するレーザ光の全光量に対する受光素子に入射する光量の比率が変化し、制御装置が当該受光素子によって受光される光量に基づいてＡＰＣによるフィードバック制御を行うことにより、結果として、レーザ光源から射出されるレーザ光の光量が変化する。即ち、コリメートレンズがレーザ光源に接近することにより、レーザ光の全光量のうち光ディスクに入射する光量の比率が低くなる場合には、受光素子に入射するレーザ光のビーム径が絞り機構によって縮小されるので、制御回路は、レーザ光源から射出されるレーザ光の光量が増加するように当該レーザ光源に供給する電力を増加させる。その結果、レーザ光の全光量のうち光ディスクＤに入射する光量の比率が低下した分が補正され、光ディスクに入射する光量がほぼ一定に保たれる。一方、コリメートレンズが対物レンズに接近することにより、レーザ光の全光量のうち光ディスクＤに入射する光量の比率が高くなる場合には、受光素子に入射するレーザ光のビーム径が絞り機構によって拡大されるので、制御回路は、レーザ光源から射出されるレーザ光の光量が減少するように当該レーザ光源に供給する電力を減少させる。その結果、レーザ光の全光量のうち光ディスクに入射する光量の比率が増加した分が補正され、光ディスクに入射する光量がほぼ一定に保たれる。

本願発明において、絞り機構は、コリメートレンズの移動に連動して受光素子に入射するレーザ光のビーム径を拡縮できるものであれば良く、例えば、複数枚の絞り羽根をレーザ光の外縁から中心に向けて均等に進出させる所謂虹彩絞りを、コリメートレンズの移動にリンクさせて動作させるものであっても良いし、一枚の絞り羽根を回動させることにより、レーザ光の光路に側方から挿入するものであっても良いし、コリメートレンズと一体に移動する板におけるレーザ光と交差する領域に、コリメートレンズに近接した端から他方の端に向けて幅が漸次拡がるスリット状のアパーチャが形成されたアパーチャ板であっても良い。

以上のように構成された本発明の光ピックアップによると、球面収差補正のためにコリメートレンズを移動させても、光ディスクの記録層に入射するレーザ光の光量を一定に保つことができる。

以下、図面に基づいて本発明による光ピックアップの実施の形態を、説明する。図１は、本発明を実施した形態である光ディスクドライブ装置の斜視図である。図１に示すように、この光ディスクドライブ装置は、図示せぬパーソナルコンピュータ，ビデオレコーダー等の筐体に組み込まれる薄型の箱状のケーシング１と、このケーシング１から引き出し状に進退可能なトレー２とから、構成されている。このトレー２には、スピンドル３及びキャリッジ４が組み込まれている。本実施形態においては、光ディスクとして、ブルーレイディスクが光ディスクドライブ装置に装填される。

図１に示す光ディスクドライブ装置では、トレー２の上面には、光ディスクＤを搭載してその回転を可能とするように、光ディスクの円形の外縁に合わせて凹んだディスク載置部２ａが、形成されている。このディスク載置部２ａの中心に、スピンドル３が埋め込まれている。このスピンドル３は、光ディスクＤの中央に穿たれた穴にその先端が嵌め込まれてこれをクランプする軸を内蔵したダイレクトドライブモータによって、回転させる。その結果、スピンドル３は、光ディスクＤを回転させることができるのである。

キャリッジ４は、光ピックアップを内蔵しており、ディスク載置部２ａの底面に形成された切り欠き２ｂ内に、２本のレール５，６によって、スライド自在に保持されている。このキャリッジ４の上面には、光ピックアップに含まれる対物レンズ７を露出する窓４ｄが穿たれており、キャリッジ４の内部には、光ピックアップを収容するための空洞が形成されている。

図２は、このキャリッジ４内に内蔵された光ピックアップを構成する各光学部品の光学構成（但し、反射鏡等の反射部材やプリズム等の屈折部材の図示を省略して、光路を直線化して示している），及び、制御回路のブロック構成を示している。

光ピックアップを構成する光学部品とは、レーザ光源８，ビームスプリッタ９，コリメートレンズ１０，対物レンズ７，集光レンズ１１，ＡＰＣ用受光素子１２，センサーレンズ１３，及び、再生用受光素子１４である。

レーザ光源８は、後述する制御ブロック１５から駆動電力を供給されることにより、駆動電力の大きさに応じた光量にて、クランプ３に保持された光ディスクＤの規格に則った波長帯域のレーザ光を、発する。

ビームスプリッタ９は、レーザ光源８から発散光として射出されたレーザ光の光路中に配置され、当該光路に対して４５度傾いた分離面９ａを有するプリズム（偏光ビームスプリッタ）である。即ち、このビームスプリッタ９の分離面９ａは、レーザ光源８から射出されたレーザ光のうち一定比率の部分を集光レンズ１１に向けて反射するとともに、残りの大部分をコリメートレンズ１０に向けて透過する。また、この分離面９ａは、光ディスクＤの記録層Ｒに入射したレーザ光が記録層Ｒに記録された情報によって変調されてなる反射光が戻ってくると、その大部分をセンサーレンズ１３に向けて反射する。

コリメートレンズ１０は、コリメートレンズアクチュエータ１６により、その光軸がレーザ光源８の発光点を向く方向に向けられて保持された正レンズであり、基準位置にある場合に、レーザ光源８から発してビームスプリッタ９を透過したレーザ光を発散光から平行光へ変換するように、屈折させる。コリメータレンズアクチュエータ１６は、制御ブロック１５からの制御信号に応じてコリメートレンズ１０をその光軸方向に移動させる公知の機構であり、例えば、リニアモータをその駆動源とする。

対物レンズ７は、コリメートレンズ１０を透過したレーザ光を、光ディスクＤの記録層Ｒに集束させる集光レンズ（正レンズ）である。この対物レンズ７は、ブルーレイディスクの規格に則って作成された正のプラスチック単玉レンズであり、対物レンズアクチュエータ１７により、その光軸がコリメートレンズ１０と同軸となるように向けられて、保持されている。対物レンズアクチュエータ１７は、制御ブロック１５からの制御信号に応じて、対物レンズ７を、当該光軸方向（フォーカシング方向）及びトラッキング方向（上述したクランプ３に保持された光ディスクＤの径方向）に、夫々一定範囲で移動させることができる。

一方、センサーレンズ１３には、対物レンズ７によって光ディスクＤに入射されたレーザ光が、当該光ディスクＤの記録層Ｒに記録された情報に応じて変調されつつ反射されてなる反射光が、対物レンズ７，コリメートレンズ１０及びビームスプリッタ９の分離面９ａを経て、入射される。センサーレンズ１３は、この反射光を更に収束して、再生信号用受光素子１４の受光面に収束する。

この再生信号用受光素子１４の受光面は、公知のように、センサーレンズ１３の光軸を中心として分割されており、分割された領域にて夫々入射した反射光の光量を検知する。なお、このように各領域で夫々検知された入射光量の値は、後述する制御ブロック１５により演算されて、それにより、光ディスクＤの記録層Ｒに記録されている情報を示す再生信号，対物レンズ７によって収束されたレーザ光の収束点と光ディスクＤの記録層Ｒとのズレを示すフォーカス信号，上記収束点と上記記録層Ｒ上のトラックとのズレを示すトラッキングエラー信号が、夫々得られる。

集光レンズ１１は、ビームスプリッタ９の分離面９ａにて折り曲げられた光軸がコリメートレンズ１０の光軸と同軸となって、レーザ光源８の発光点を貫くように、配置されている。従って、集光レンズ１１には、レーザ光源８から発散光として射出されてビームスプリッタ９の分離面９ａにて部分反射されたレーザ光が、入射する。集光レンズ１１は、入射したレーザ光を収束して、ＡＰＣ用受光素子（集光レンズによって集光されたレーザ光を受光して光電変換する受光素子に相当）１２の受光面に収束する。

ＡＰＣ用受光素子１２は、受光面に入射したレーザ光の光量を逐次測定して、制御ブロック１５に通知する。制御ブロック１５は、上述したＡＰＣの機能を有しており、光ディスクＤに対する記録時及び読取時にレーザ光源８に対して駆動電力を供給する際には、ＡＰＣ用受光素子によって測定される光量（変調を行っている場合にはそのピーク値）が所定の目標値と合致するようにフィードバック制御することにより、レーザ光源８から射出されるレーザー光の光量（ピーク値）を一定に保つ。

集光レンズ１１とＡＰＣ用受光素子１２との間におけるレーザ光の光路上には、絞り機構としてのアパーチャ板１９が、挿入されている。このアパーチャ板１９は、図２の面内において逆Ｌ字状に折り曲げられた板状の形状を有し、短い方の腕の端がコリメータレンズ１０のコバ面に固着され、長い方の腕がコリメートレンズ１０の光軸と平行に延び、その先端近傍が集光レンズ９とＡＰＣ用受光素子１２との間に挿入されている。従って、コリメートレンズアクチュエータ１６によってコリメートレンズ１０が移動されると、アパーチャー板１９も一体に移動する。なお、コリメートレンズアクチュエータ１６による移動範囲内のどこにコリメートレンズ１０が移動しても、アパーチャ板１９の一部が常時集光レンズ１１とＡＰＣ用受光素子１２との間に存在するように、アパーチャ板１９の長い方の腕の長さが設定されている。

なお、当該アパーチャ板１９上における、当該アパーチャ板１９自体の移動に伴って、レーザ光の光路（集光レンズ１１の光軸）との交差点が相対的に移動する範囲には、レーザ光の光路に対して可変絞りとして機能する長穴状のアパーチャ１９ａが、その長軸方向を当該アパーチャ板１９自体の移動方向（コリメートレンズ１０の光軸方向）と平行に向けて、穿たれている。図３に示すように、このアパーチャ１９の幅は、コリメートレンズ１０から遠い側において広く、コリメータレンズ１０に近くなるほど狭くなるように、形成されている。

即ち、コリメータレンズ１０が図４に示すように、対物レンズ７に接近すると、コリメータレンズ１０から射出されて対物レンズ７に入射するレーザ光は収束光となる。従って、対物レンズ７に入射する際のビーム径が縮小するので、対物レンズアクチュエータ１７や対物レンズ７自体の有効径の限界によってケラれる光束が少なくなり、よって、コリメートレンズ１０から射出したレーザ光の光量に対する光ディスクＤに入射する光量の比率が大きくなる。よって、この場合に光ディスクＤに入射するレーザー光の光量を一定値となる様に抑制するには、レーザー光源８から発するレーザー光の光量自体を下げる必要がある。そのためには、ＡＰＣ用受光素子１２が測定する見かけの光量を上げれば良いので、ＡＰＣ用受光素子１２に入射するレーザ光のビーム径を拡大すべく、アパーチャ１９ａにおける当該状態においてレーザ光の光路と交差する部分（即ち、コリメータレンズ１０から離れた側の端）の幅が、広くなっているのである（図５参照）。

一方、コリメータレンズ１０が図６に示すように、レーザ光源８に接近すると、コリメータレンズ１０から射出されて対物レンズ７に入射するレーザ光は発散光となる。従って、対物レンズ７に入射する際のビーム径が大きくなるので、対物レンズアクチュエータ１７や対物レンズ７自体の有効径の限界によってケラれる光束が多くなり、よって、コリメートレンズ１０から射出したレーザ光の光量に対する光ディスクＤに入射する光量の比率が小さくなる。よって、この場合に光ディスクＤに入射するレーザー光の光量を一定値となる様にするには、レーザー光源８から発するレーザー光の光量自体を上げる必要がある。そのためには、ＡＰＣ用受光素子１２が測定する見かけの光量が下がれば良いので、ＡＰＣ用受光素子１２に入射するレーザ光のビーム径を縮小すべく、アパーチャ１９ａにおける当該状態においてレーザ光の光路と交差する部分（即ち、コリメータレンズ１０に近い側の端）の幅が狭くなっているのである（図７参照）。

次に、上述した制御ブロック１５は、更に、ディスク種類判別部１８に接続されている。このディスク種類判別部１８は、光ディスクＤのディスク面の反射率等の各ディスクフォーマット毎の相違を検知することにより、クランプ３に保持されている光ディスクＤの記録層Ｒが単層であるか複数層であるかを判別する。そして、判別した光ディスクＤの層数を制御ブロック１５に通知する。また、制御ブロック１５は、図示せぬインタフェース回路を通じて外部から書込信号（光ディスクＤの記録層Ｒに記録されるべき情報によって変調された信号）が入力される。

制御ブロック１５は、上記ディスク種類判別部１８から通知された光ディスクＤの記録層Ｒの層数（及び、記録層が複数層である場合には、図示せぬプロセッサからの記録層Ｒの切り換え命令）に応じて、クランプ３に保持されている光ディスクＤの記録層の位置に適した位置へ対物レンズ７を移動させるべく、対物レンズアクチュエータ１７へ制御信号を供給するとともに、光ディスクＤの保護層の厚さに起因する球面収差を補正できる位置へコリメートレンズ１０を移動させるべく、コリメートレンズアクチュエータ１６へ制御信号を供給する。例えば、光ディスクＤの記録層Ｒが単層であるか、若しくは、複数層であるが記録又は読み出し対象の記録層Ｒが浅い層である場合には、対物レンズ７に収束光を入射させるべく、制御ブロック１５は、コリメータレンズ１０をより対物レンズ７に接近させる。他方、光ディスクＤの記録層が複数層であり、記録又は読み出し対象の記録層Ｒが深い層である場合には、対物レンズ７に平行光又は発散光を入射させるべく、制御ブロック１５は、コリメータレンズ１０をよりレーザ光源８に接近させる。

その結果、上述したように、コリメートレンズ１０の移動に合わせてアパーチャ板１９が移動し、対物レンズ７に入射するレーザ光の発散乃至収束の度合に応じて、ＡＰＣ用受光素子１２に入射するレーザ光のビーム径が変化する。その状態で、制御ブロック１５は、ＡＰＣによるフィードバック制御を行いつつ、レーザ光源８に駆動電力を供給する。即ち、記録時においては、制御ブロック１５は、ＡＰＣ用受光素子１２が検出した光量のピーク値が所定の目標値と合致するように制御しつつ、記録信号に基づいてレーザ光源８に供給する電力を変調する。その結果、ピーク値が一定の強度のレーザ光が光ディスクＤの記録層Ｒに入射されることになり、クランプ３に保持されている光ディスクＤのディスクフォーマットに応じて、情報が光ディスクＤの記録層Ｒに記録される。また、読出時においては、制御ブロック１５は、ＡＰＣ用受光素子１２が検出した光量のピーク値が所定の目標値と合致するように制御しつつ、一定光量のレーザ光をレーザ光源８から射出させる。その結果、一定の強度のレーザ光が光ディスクＤの記録層Ｒに入射されることになり、その記録層Ｒに記録された情報に応じて変調を受けた反射光が、再生用受光素子１４によって光電変換されて制御ブロック１５に入力される。制御部ブロック１５は、再生用受光素子１４によって入力された信号に基づいて上述したように、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生成して、対物レンズアクチュエータ１７に供給するとともに、再生信号を生成して、図示せぬインタフェース回路から外部へ出力する。

以上説明したように、本実施形態によると、クランプ３に保持された光ディスクＤの保護層の厚さに応じて球面収差を補正すべくコリメータレンズ１０を移動させて、対物レンズ７に入射するレーザ光の発散ないし収束の度合を変化させても、コリメータレンズ１０と一体にアパーチャ板１９が移動することによって、ＡＰＣ用受光素子１２に入射するＡＰＣ用のレーザ光のビーム径（即ち、コリメータレンズ１０に入射するレーザ光の光量に対するＡＰＣ用受光素子１２によって検知される光量の比率）が変化し、その結果、レーザ光源８から射出するレーザ光自体の光量が変化するので、対物レンズ７を透過して光ディスクＤの記録層Ｒに入射するレーザ光の光量が一定に保たれる。

本発明の実施例１による光ディスクドライブ装置の全体斜視図 光ピックアップを構成する光学部品の光学構成を及び回路ブロックを示す図 図２のアパーチャ版の正面図 図２の状態よりもコリメートレンズが対物レンズに接近した状態を示す図 図３の状態よりもコリメートレンズが対物レンズに接近した状態を示す図 図２の状態よりもコリメートレンズがレーザ光源に接近した状態を示す図 図３の状態よりもコリメートレンズがレーザ光源に接近した状態を示す図

符号の説明

７ 対物レンズ
８ レーザ光源
９ ビームスプリッタ
１０ コリメートレンズ
１１ 集光レンズ
１２ ＡＰＣ用受光素子
１５ 制御ブロック
１６ コリメートレンズアクチュエータ
１９ アパーチャ板
１９ａ アパーチャ
Ｄ 光ディスク

Claims (2)

1. レーザ光源から発したレーザ光を、光ディスクに照射する光ピックアップであって、
   前記レーザ光源と、
   所定位置に在る場合には前記レーザ光源から発したレーザ光を平行光に変換するコリメートレンズと、
   前記コリメートレンズを、前記レーザ光の光路に沿って前記所定位置から移動可能に保持するコリメートレンズアクチュエータと、
   前記コリメートレンズを透過した光を収束する対物レンズと、
   前記レーザ光源と前記コリメートレンズとの間に設けられ、前記光源から発したレーザ光を前記対物レンズに向けて導光するとともに、その一部を分離するビームスプリッタと、
   前記ビームスプリッタによって分離されたレーザ光を収束する集光レンズと、
   前記集光レンズによって集光されたレーザ光を受光して光電変換する受光素子と、
   前記レーザ光源に対して駆動電力を供給するとともに、前記受光素子によって受光されたレーザ光の光量が所定の目標値と合致するように、前記駆動電力の大きさを調整する制御回路と、
   前記受光素子に入射するレーザ光のビーム径を制限するとともに、前記コリメートレンズの移動に連動し、前記コリメートレンズが前記所定位置よりも前記レーザ光源に接近した場合には、前記コリメートレンズが前記所定位置にあるときよりも前記受光素子に入射するレーザ光のビーム径を縮小し、前記コリメートレンズが前記所定位置よりも前記対物レンズに接近した場合には、前記コリメートレンズが前記所定位置にあるときよりも前記受光素子に入射するレーザ光のビーム径を拡大する絞り機構と
   を備えたことを特徴とする光ピックアップ。
2. 前記絞り機構は、前記コリメータと一体に移動する板であり、当該板における当該板の移動に伴って前記レーザ光と交わる領域に、前記コリメートレンズに近い側の幅が狭く、前記レーザ光源に近い側の幅が広いスリット状のアパーチャが形成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。