JP4989302B2 - 光ピックアップ光学系組付方法 - Google Patents

Description

本発明は、光ピックアップ光学系を筐体に組み付けるための方法に、関する。

周知のように、半導体レーザー素子は非点収差を有するため、半導体レーザー素子から放射される光束を集光させると、非点収差が生ずる。従って、半導体レーザー素子からの光束が光ピックアップ光学系を透過して光ディスク上に形成する光スポットの形状は、光ディスク記録面のデフォーカスに応じて、円形から楕円形まで変化する。このようにスポットの形状が変化することにより、ＲＦ信号の劣化、ジッターの低下等の問題が発生する。

光学系の非点収差を抑える方法として、例えば特許文献１のように、非点収差を持つコリメートレンズを、光軸を中心に回転させて、コリメートレンズの非点収差とコリメートレンズ以外の光学系全体で発生する非点収差を相殺させる方法がある。しかしながら、この場合、コリメートレンズの非点収差量を光学系に相応した値にする必要があるが、その非点収差量は光学系毎に異なるため、一種類のコリメートレンズを汎的に用いるには不適当である。

特開２００４−３４２１４５号公報

最近、ＢＤやＨＤ ＤＶＤのような次世代ＤＶＤ規格が策定されつつある。この次世代ＤＶＤ規格では、光スポットの直径を小さくするために、光ピックアップ光学系の像側開口数を大きくし、光源の波長を短くしている。これは、光スポットの直径が像側開口数に反比例し、波長の長さに比例するからである。一方、非点収差量は、像側開口数の二乗に比例して大きくなる。従って、対物レンズの像側開口数を単純に拡大させると、半導体レーザーや製造誤差に起因する光ピックアップ光学系全体の非点収差量が、大きくなってしまう。また、光ピックアップ光学系の収差は、非点収差に限らず、波長を単位として評価される。ＤＶＤやＣＤでは評価波長が６６０ｎｍ付近や７９０ｎｍ付近だったのに対して、次世代ＤＶＤ規格では評価波長が４０５ｎｍ付近と短くなるため、対物レンズの形状誤差量がＤＶＤやＣＤの場合と同じであっても、収差量は波長に反比例して大きくなる。

そのような非点収差量の増大に対し、非点収差の少ない対物レンズを製造して対処しようとする考え方がある。しかし、非点収差の少ない対物レンズを製造するのは、簡単ではない。対物レンズが設計通りに製造されれば、その対物レンズから非点収差が生ずることはないが、一般的に製造誤差による非点収差は避け得ない。然も、その非点収差量は、対物レンズ毎にばらつく。

このため、製造上、この非点収差量には最大許容量が設定される。非点収差量がその最大許容量を超える対物レンズが多くて歩留まりが悪い場合、製造費用が嵩むので、歩留まりの悪化を抑えるためには、発生する製造誤差を小さくせねばならない。しかし、製造誤差を小さくするためには、製造ライン等の改良が必要なため、やはり、費用が嵩む。従って、製造者としては、非点収差量の最大許容量をできるだけ大きく設定することにより、歩留まりの悪化や製造費用の高騰を抑えたいとの要望がある。

本発明は、前述したような要望に鑑みてなされたものであり、その課題は、対物レンズの非点収差許容量を大きくしつつ、光ピックアップ光学系全体の非点収差量を抑え込むことにある。

上記の課題を解決するために案出された光ピックアップ光学系組付方法は、半導体レーザー素子、コリメートレンズ、及び、対物レンズを含む光ピックアップ光学系を筐体に組み付けるため、光ピックアップ光学系全体の非点収差の最大許容量を設定する手順、対物レンズの非点収差量を前記最大許容量の２倍以下に設定する手順、コリメートレンズを、筐体における半導体レーザー素子の後側で、かつコリメートレンズの光軸上に半導体レーザー素子の発光点が存在する状態からその中心を基点に傾けることによって、上記最大許容値まで非点収差を発生させて設置する手順、及び、最大許容量の２倍以下の非点収差量に設定された対物レンズを、筐体におけるコリメートレンズの後側で、かつコリメートレンズの光軸上に半導体レーザー素子の発光点とコリメートレンズの中心とが共に存在する状態に配置し、光ピックアップ光学系全体による非点収差量が当該最大許容値よりも小さい値となるように、その光軸を回転軸として対物レンズを回転させて設置する手順からなることを、特徴としている。ここで、コリメートレンズの中心とは、コリメートレンズの第一主点位置と第二主点位置の間に存在する任意の点とする。

このような方法によると、対物レンズの非点収差量が上記最大許容値以下である場合には、対物レンズの回転角度に応じて、当該光学系の非点収差量のうちの幾らかを、対物レンズの非点収差によって打ち消すことができる。このため、光ピックアップ光学系全体の非点収差量は、上記最大許容値以下に抑えることができる。

また、対物レンズの非点収差量が、上記最大許容値以上その値の二倍以下である場合でも、対物レンズの回転角度に応じて、当該前側光学系の非点収差を、対物レンズの非点収差によって打ち消すことができるが、対物レンズの非点収差量が、当該前側光学系の非点収差量に勝るため、対物レンズの非点収差量が余剰する。しかしながら、その余剰量は、必ず上記最大許容値以下となるため、光ピックアップ光学系全体の非点収差量は、やはり、上記最大許容値以下に抑えられることとなる。

以上により、当該前側光学系による非点収差量が、上記最大許容値となるように意識的に調整される光学系として光ピックアップ光学系を設計することで、この光ピックアップ光学系を構成する対物レンズの非点収差量の最大許容量は、上記最大許容値の二倍にまで採ることができる。

従って、本発明によれば、対物レンズの非点収差許容量を大きくしながら、光ピックアップ光学系全体の非点収差量を従来と同様に抑え込むことができるようになる。

以下、添付図面に基づいて、本発明を実施するための最良の形態について、説明する。

図１は、本発明が適用される一般的な光ピックアップ光学系１０の基本構成を示す図である。

図１に示すように、光ピックアップ光学系１０は、半導体レーザー素子１１、ハーフミラー１２、コリメートレンズ１３、対物レンズ１４、及び、受光素子１５を、基本構成として、備えている。

半導体レーザー素子１１は、発光点から光束を放射する。ハーフミラー１２は、入射光の一部を反射して残りを透過させる。コリメートレンズ１３は、半導体レーザー素子１１から放射されてハーフミラー１２を透過した光束を略平行光に変換する。対物レンズ１４は、コリメートレンズ１３で略平行化された光束を収斂させて光ディスクＤの記録面にスポット光を形成する。受光素子１５は、光ディスクＤの記録面で反射されて対物レンズ１４とコリメートレンズ１３とを順に透過してハーフミラー１２で反射された光束を検出する。

なお、対物レンズ１４は、図示していないが、光ピックアップの筐体内では、周知のアクチュエータに取り付けられ、スポット光が光ディスクＤ上の適正位置に適正な大きさで形成されるよう、光ディスクＤに垂直な方向（フォーカシング方向）と光ディスクＤの径方向（トラッキング方向）とに駆動されるようになっている。

次に、このような光学構成の光ピックアップ光学系１０を内蔵した光ピックアップの製造方法について、説明する。

図２は、この光ピックアップの製造方法を説明するための模式図である。

まず、製造者は、光ピックアップ光学系１０全体の非点収差量について許容できる最大量を、決定する。なお、この最大許容量を「Ａ」と表記する。本実施形態では、このＡは、波面収差のλｒｍｓ値であり、ゼロ以外の値となっている。

次に、製造者は、対物レンズ１４を製造する。このとき、製造者は、対物レンズ１４の非点収差量の最大許容量をＡの２倍である２Ａに設定する。従って、非点収差量が２Ａより大きい対物レンズ１４は、不良品としてはじかれ、非点収差量が２Ａ以下の対物レンズ１４だけが、良品として確保される。

次に、製造者は、半導体レーザー素子１１とコリメートレンズ１３とを用意し、光ピックアップの図示せぬ筐体に半導体レーザー素子１１とコリメートレンズ１３とを組み付ける工程を、行う。まず、製造者は、コリメートレンズ１３の光軸上に半導体レーザー素子１１の発光点が存在するように、半導体レーザー素子１１とコリメートレンズ１３とを図示せぬ筐体に組み付ける。

その上で、半導体レーザー素子１１からコリメートレンズ１３までの前側光学系の非点収差量が意識的にＡになるように、コリメートレンズ１３をその中心を基点として任意の方向に任意量傾ける（図２の矢印ａ）。

次に、製造者は、対物レンズ１４を光ピックアップの図示せぬ筐体に組み付ける工程を行う。まず、製造者は、対物レンズ１４の光軸上に半導体レーザー素子１１の発光点とコリメートレンズ１３の中心とが存在するように、対物レンズ１４を図示せぬ筐体に組み付ける。

その上で、半導体レーザー素子１１とコリメートレンズ１３と対物レンズ１４とからなる光学系の非点収差量がＡ以下になるように、対物レンズ１４をその光軸を回転軸として任意量回転させる（図２の矢印ｂ）。

最後に、製造者は、ハーフミラー１２や受光素子１５を図示せぬ筐体に組み付けて、光ピックアップを完成させる。

次に、非点収差量の最大許容量が２Ａに設定された対物レンズ１４を使っているにも拘わらず、光ピックアップ光学系１０の非点収差量がＡ以下に抑えられる理由について、説明する。

図３は、半導体レーザー素子１１からコリメートレンズ１３までの前側光学系、対物レンズ１４、光ピックアップ光学系のそれぞれの非点収差量の関係を示す表である。

なお、この図３の表において、光ピックアップ光学系１０の非点収差量は、前側光学系の非点収差量を対物レンズ１４による非点収差量によって最大限打ち消したときの値となっている。すなわち、非点収差は、ある任意の方向（例えばメリジオナル方向、ラジアル方向）のパワーによる結像位置とその方向に直交する方向（例えばサジタル方向、タンジェンシャル方向）のパワーによる結像位置とが光軸方向において異なる収差であって、方向性を有している。このため、二つのレンズが生じさせる非点収差量を打ち消すことができ、特に、二つのレンズの相対的な位置関係を、互いの非点収差の方向が一致する状態から９０度ずらした状態にすると、二つのレンズの非点収差量を最大限に打ち消すことができる。そして、その打ち消しの結果、光ピックアップ光学系全体について、理想波面に対する実際の波面の非点収差が減少し、波面収差のλｒｍｓ値が減少することとなる。

この図３に示すように、前側光学系の非点収差量がゼロである場合、対物レンズ１４の非点収差量がゼロであれば、光ピックアップ光学系１０の非点収差量もゼロであり、対物レンズ１４の非点収差量がＡであれば、光ピックアップ光学系１０の非点収差量もＡである。

一方、前側光学系の非点収差量がＡである場合、対物レンズ１４の非点収差量がゼロ以上Ａ以下であれば、光ピックアップ光学系１０の非点収差量は、Ａ以下ゼロ以上となるため、光ピックアップ光学系１０の非点収差量は、Ａ以下に抑えられることとなる。

また、前側光学系の非点収差量がＡである場合において、対物レンズ１４の非点収差量がＡ以上２Ａ以下であっても、対物レンズ１４の非点収差量が、当該前側光学系の非点収差量に勝るため、余剰するものの、その余剰量が、ゼロ以上Ａ以下となるため、光ピックアップ光学系１０の非点収差量は、結局のところ、Ａ以下となる。

このことは、対物レンズ１４の非点収差量が２Ａ以下であれば、必ず、光ピックアップ光学系１０の非点収差量がＡ以下に抑えられることを、意味している。

以上のような作用があることから、前側光学系による非点収差量が、光ピックアップ光学系１０全体の非点収差量の最大許容量として設定された値と同じＡとなるように意識的に調整される光学系として、光ピックアップ光学系１０を設計しておけば、この光ピックアップ光学系１０を構成する対物レンズ１４の非点収差量の最大許容量は、２Ａまで採ることができる。

本発明が適用される一般的な光ピックアップ光学系の基本構成を示す図 光ピックアップの製造方法を説明するための模式図 前側光学系、対物レンズ、光ピックアップ光学系のそれぞれの非点収差量の関係を示す表

符号の説明

１０ 光ピックアップ光学系
１１ 半導体レーザー素子
１３ コリメートレンズ
１４ 対物レンズ

Claims (5)

1. 半導体レーザー素子、コリメートレンズ、及び、対物レンズを含む光ピックアップ光学系を筐体に組み付けるための方法であって、
   前記光ピックアップ光学系全体の非点収差の最大許容量を設定する手順、
   前記対物レンズの非点収差量を前記最大許容量の２倍以下に設定する手順、
   前記コリメートレンズを、前記筐体における前記半導体レーザー素子の後側で、かつ前記コリメートレンズの光軸上に前記半導体レーザー素子の発光点が存在する状態からその中心を基点として傾けることによって、前記最大許容値まで非点収差を発生させて設置する手順、及び、
   前記最大許容量の２倍以下の非点収差量に設定された前記対物レンズを、前記筐体における前記コリメートレンズの後側で、かつ前記対物レンズの光軸上に前記半導体レーザー素子の発光点と前記コリメートレンズの中心とが共に存在する状態に配置し、前記光ピックアップ光学系全体による非点収差量が前記最大許容値よりも小さい値となるように、その光軸を回転軸として前記対物レンズを回転させて設置する手順からなることを
   特徴とする光ピックアップ光学系組付方法。
2. 前記最大許容値が、０．００５〜０．０３０[λｒｍｓ]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光学系組付方法。
3. 前記最大許容値が、０．００５〜０．０１５[λｒｍｓ]であることを特徴とする請求項２記載の光ピックアップ光学系組付方法。
4. 前記半導体レーザーの波長が、４５０[ｎｍ]以下であり、前記対物レンズを前記波長で用いたときの像側開口数が０．６５以上である
   ことを特徴とする請求項１、２又は３記載の光ピックアップ光学系組付方法。
5. 半導体レーザー素子、コリメートレンズ、及び、対物レンズを含む光ピックアップ光学系の非点収差量を調整する方法であって、
   前記光ピックアップ光学系全体の非点収差の最大許容量を設定する手順、
   前記対物レンズの非点収差量を前記最大許容量の２倍以下に設定する手順、
   前記コリメートレンズを、前記半導体レーザー素子の後側で、かつ前記コリメートレンズの光軸上に前記半導体レーザー素子の発光点が存在する状態に配置し、前記コリメートレンズの中心を基点として傾けることによって、前記光ピックアップ光学系全体の最大許容値まで非点収差を発生させて設置する手順、及び、
   前記最大許容量の２倍以下の非点収差量に設定された前記対物レンズを、前記コリメートレンズの後側で、かつ前記対物レンズの光軸上に前記半導体レーザー素子の発光点と前記コリメートレンズの中心とが共に存在する状態に配置し、前記光ピックアップ光学系全体による非点収差量が前記最大許容値よりも小さい値となるように、その光軸を回転軸として前記対物レンズを回転させて設置する手順からなることを
   特徴とする光ピックアップ光学系の非点収差量を調整する方法。