JPH08138263A - 光学ピックアップ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 比較的大きなサイズの光学ディスクであって
も，この光学ディスクと対物レンズとの間の距離を所定
量とり，なおかつ光学系全体を小型化した光学ピックア
ップを提供すること。 【構成】 半導体レーザ素子１０と、この半導体レーザ
素子１０から出射した光ビームを光学ディスクの方向に
導くとともに光学ディスク面で反射した光ビームを半導
体レーザ素子１０からの光路と分離するビームスプリッ
タ１３と、このビームスプリッタ１３によって分離され
た光学ディスクからの反射ビームを受光する受光器２１
と、ビームスプリッタ１３と光学ディスクとの間に設け
られた対物レンズ１６と、この対物レンズ１６とビーム
スプリッタ１３との間に設けられた凹レンズ２２とを備
えたことを特徴とする光学ピックアップ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体レーザ素子から
出射し光学式記録媒体で反射した光ビームを受光器で受
光して光学式記録媒体の信号を読み取る光学ピックアッ
プに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】コンパクトディスク等の小径サイズの光
学ディスクの信号を読み取る光学ピックアップに対し
て、例えば直径３０ｃｍの大型大容量の光学ディスクの
信号を読み取る光学ピックアップが知られている。

【０００３】図４に従来の光学ピックアップにおける光
学系の構成を示す。図４において、光源として半導体レ
−ザ素子１０が用いられ、半導体レ−ザ１０から出射し
た発散光である光ビ−ムはコリメータレンズ１１を通る
ことにより平行光に変換される。平行光に変換された光
ビームはグレ−ティング素子１２により３分割される。
グレ−ティング素子１２で３分割された光ビ−ムはビ−
ムスプリッタ１３に入射する。

【０００４】このビ−ムスプリッタ１３には、反射面１
３ａと、偏光ビ−ムスプリッタとして機能する多層の誘
電体層からなる面１３ｂが設けられている。この偏光ビ
−ムスプリッタ１３ｂはＰ偏光成分を透過しＳ偏光成分
を反射する。この場合、半導体レ−ザ素子１０からの光
ビ−ムはＳ偏光なので、反射面１３ａからの光ビ−ムは
偏光ビ−ムスプリッタ面１３ｂで反射する。

【０００５】さらに、半導体レーザ素子１０からの光ビ
ームの一部は偏光ビームスプリッタ面１３ｂを透過し、
受光器２０に入射する。この受光器２０は半導体レーザ
素子１０からの光ビームの光量を検出するものであり、
この検出値に基づいて図示しない制御手段によって半導
体レーザ素子１０からの出射ビーム量が制御される。

【０００６】偏光ビ−ムスプリッタ面１３ｂで反射した
光ビ−ムは反射ミラ−１４で反射して、λ／４波長板１
５を通過し偏光が回転する。λ／４波長板１５を通過し
た光ビ−ムは対物レンズ１６を通過しディスク面１７に
集光する。ディスク面１７で反射した光ビ−ムはλ／４
波長板１５を通過しＰ偏光がＳ偏光となる。Ｓ偏光成分
を有する光ビ−ムは偏光ビ−ムスプリッタ面１３ｂを透
過し、結像レンズ１８を通過して、マルチレンズ１９に
入射する。

【０００７】マルチレンズ１９は結像レンズ１８によっ
て集光された光ビ−ムにフォ−カスエラ−検出のための
非点収差を発生させるとともに、レンズの出射側の面を
凹レンズ形状とすることによって、ビ−ムスプリッタ１
３の出射端面から受光器２１までの戻り光路長を短縮す
ることができる。

【０００８】マルチレンズ１９からの光ビ−ムは受光器
２１に入射し、この受光部からの信号に基づいてディス
ク面上に記録された情報信号及びサ−ボ信号が読み取ら
れる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】比較的サイズの大きい
光学ディスクを読み取る光学ピックアップにおいては、
スキューが生じた場合に光学ディスクと光学ディスクに
ビームスポットを投射するための対物レンズとの接触を
避けるために、光学ディスクと対物レンズとの距離をコ
ンパクトディスク等の小径サイズのディスクに対応する
光学ピックアップに比較して、大きく取る必要がある
（例えば２ｍｍ程度）。

【００１０】この光学ディスクと対物レンズとの距離を
大きくすると焦点距離が長くなるため，対物レンズに入
射する光束径は大きくされなければならない。光束径を
大きくするためには、各光学部品を大きくする必要があ
る。従って光学系が全体的に大型化するという問題があ
った。

【００１１】本発明は、以上の点に鑑み、比較的大きな
サイズの光学ディスクであっても，この光学ディスクと
対物レンズとの間の距離を所定量とり，なおかつ光学系
全体を小型化した光学ピックアップを提供することを目
的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的は、本発明によ
れば、半導体レーザ素子と、この半導体レーザ素子から
出射した光ビームを光学式記録媒体の方向に導くととも
に光学式記録媒体面で反射した戻り光ビームを前記半導
体レーザ素子からの光路と分離する光ビーム分離手段
と、この光ビーム分離手段によって分離された光学式記
録媒体からの反射ビームを受光する受光器と、光ビーム
分離手段と光学式記録媒体との間に設けられた対物レン
ズと、この対物レンズと光ビーム分離手段との間に設け
られた凹レンズとを備えた、光学ピックアップにより達
成される。

【００１３】本発明では、好ましくは前記凹レンズと前
記対物レンズとの間に光路を折り曲げるミラーを設け
る。また、好ましくは前記対物レンズの焦点距離ｆは次
式を満足するように設定される。

【数１】ただしｆａは対物レンズと凹レンズとの合成の
焦点距離とする。

【００１４】

【作用】上記構成によれば、対物レンズと光ビーム分離
手段との間に凹レンズを配置することにより、この凹レ
ンズの作用で対物レンズに入射する光束径を大きくする
ことができる。従って光学ディスクと対物レンズとの距
離は必要量確保され、かつ凹レンズに対して半導体レー
ザ素子及び受光器側の光学系を小さくすることが可能と
なる。

【００１５】

【実施例】以下、この発明の好適な実施例を図１及至図
３を参照しながら、詳細に説明する。尚、以下に述べる
実施例は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に
好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲
は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載
がない限り、これらの態様に限られるものではない。

【００１６】図１及は，本発明の光学ピックアップの一
実施例を示している。図１において、図 と同一の構成
要素については同一の符号を付す。ビームスプリッタ１
３と立ち上げミラーとしての反射ミラー１４との間に凹
レンズ２２が配置される。

【００１７】表１は対物レンズ１６及び凹レンズ２２の
設計例を示す。なお、設計する際には、凹レンズ２２で
発生する球面収差を対物レンズ１６で補正すること、対
物レンズ１６は２軸駆動デバイス上にあるため、凹レン
ズ２２と対物レンズとの間の偏心及びレンズ間隔の変化
に対するトレランスを持つこと、及び対物レンズ１６と
凹レンズ２２との合成の焦点距離が小型ディスク用光学
系にマッチングすること（特にレーザの発散角分布によ
る対物レンズ射出瞳内の光量分布を確保すること）が条
件となる。

【表１】 ここで、１面は凹レンズ２２の物体側面（光源側）、２
面は凹レンズ２２の像側面（ディスク側）、４面は対物
レンズ１６の物体側面、５面は対物レンズ１６の像側
面、６面は光学ディスクの物体側面、７面は光学ディス
クの像側面である。ｒは曲率半径を、ｄは面間隔を示
す。

【００１８】表２は対物レンズ１６の非球面形状を示
す。Ｋは円錐係数、Ａ4 、Ａ6 、Ａ8、Ａ10は非球面係
数である。

【表２】

【００１９】非球面形状は、光軸方向をＺ軸とした直交
座標系において、Ｚ軸方向の高さとして以下の（１）式

【数２】 によって与えられる。（１）式において、Ｈは光軸方向
に直交しかつ互いに直交する方向をＸ軸、Ｙ軸とする
と、以下の（２）式

【数３】 で表される。

【００２０】なお、対物レンズ１６及び凹レンズ２２に
より構成されるレンズ系として、ＮＡは０．５３、焦点
距離は２．８ｍｍ、後側焦点は２．１０４５ｍｍ、前側
焦点は１８．６４０８ｍｍ、Ｆナンバーは０．９４３
４、像距離は２．１０４３ｍｍ、レンズ系の全長は３
４．８１２２ｍｍ、斜め入射時の像位置のずれ量及び入
射角は、０．１ｍｍに対して２．０４５４度、入射瞳の
径及び１面からの距離は、それぞれ２．９６８０ｍｍ、
２０．２４０９ｍｍ、射出瞳の径及び７面からの距離
は、それぞれ５．１９３８ｍｍ、ー２．７９５３ｍｍ、
３面と４面との間に配置される絞りの径は４．４８０４
ｍｍである。また半導体レーザ素子１０からのレーザビ
ームの波長は６８０ｎｍ±１０ｎｍ、対物レンズ１６の
素材はアクリル樹脂、そして凹レンズ２２の素材はガラ
スである。さらに、対物レンズ１６と光学ディスクとの
距離は２．０ｍｍ以上である。

【００２１】図２は表１に示されるレンズ系を使用した
ときの、対物レンズ１６のフォーカス方向への移動量に
対する収差変化を示す。図３は表１に示されるレンズ系
を使用したときの、対物レンズ１６の偏心量に対する収
差の総和量の変化、非点収差の変化、コマ収差の変化及
び球面収差の変化を示す。この図２によれば、実際の対
物レンズ１６のフォーカス方向への移動量が±１ｍｍと
すると、表１に示されるレンズ系による収差は実用上問
題とならない約０．００３以下になっていることがわか
る。また図３によれば、レンズの偏心量に対する収差も
実用上問題とならない０．００３以下にあることがわか
る。すなわち、表１に示されるレンズ系は大型ディスク
の面振れ及び偏心による収差の影響を少なくするような
トレランスを持っていることがわかる。

【００２２】このトレランスは凹レンズ２２の焦点距離
（絶対値）を大きくすれば広がるが、以下の（３）式に
示すように、対物レンズ１６と凹レンズ２２との間の距
離ｄは、ｆ１が凹レンズ２２の焦点距離、ｆ２が対物レ
ンズ１６の焦点距離、ｆ３が凹レンズ２２と対物レンズ
１６との合成の焦点距離とすると、

【数４】 となり広がってしまう。そのため対物レンズ１６と凹レ
ンズ２２との間に立ち上げミラーとしての反射ミラー１
４が配置されれば光学系を一方向に長く突出させること
なく必要な光路長を確保できる。

【００２３】大型ディスク用の光学ピックアップにおい
て、より小型の光学部品を使用する場合、対物レンズの
焦点距離ｆ２と合成の焦点距離ｆ３との比率は以下の
（４）式

【数５】 に示される程度であるので、ｄを以下の（５）式

【数６】 によって与えられる範囲内として凹レンズ２２の焦点距
離ｆ１を選択すれば、対物レンズ１６と凹レンズ２２と
の間に立ち上げミラー１４を配置できる。なおｄの値は
下限値より小さいと収差が大きくなりレンズ設計が困難
となり、上限値より大きいと従来よりも光路長が大きく
なってしまう。すなわち式は従来よりも光路長を大きく
せず、かつ収差による問題を許容できる範囲である。ら
れる。

【００２４】凹レンズの焦点距離ｆ１は（５）式及び以
下の（６）式

【数７】 に基づいて以下の（７）式

【数８】 で得られる範囲となる。

【００２５】尚、本実施例にあっては対物レンズとして
プラスチックレンズを用いることについて説明したが、
対物レンズはガラス成形であってもよい。ガラス成形で
あればトレランスは容易に確保できる。

【００２６】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、大
型の光学ディスクの信号を読み取るための光学ピックア
ップとして、光路長を大きくすることなく小型化したも
のを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による光学ピックアップの全体構成を示
す概念図である。

【図２】本発明の対物レンズのフォーカス方向の移動量
に対する収差を示す特性図である。

【図３】本発明の対物レンズの偏心量に対する収差を示
す特性図である。

【図４】従来の光学ピックアップの一例を示す概念図で
ある。

【符号の説明】

１０ 半導体レ−ザ素子 １３ ビームスプリッタ １４ 立ち上げミラー １６ 対物レンズ ２０、２１ 受光器 ２２ 凹レンズ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体レーザ素子と、 この半導体レーザ素子から出射した光ビームを光学式記
   録媒体の方向に導くとともに光学式記録媒体面で反射し
   た戻り光ビームを前記半導体レーザ素子からの光路と分
   離する光ビーム分離手段と、 この光ビーム分離手段によって分離された光学式記録媒
   体からの戻り光ビームを受光する受光器と、 前記光ビーム分離手段と光学式記録媒体との間に設けら
   れた対物レンズと、 この対物レンズと前記光ビーム分離手段との間に設けら
   れた凹レンズとを備えたことを特徴とする光学ピックア
   ップ。
2. 【請求項２】 前記凹レンズと上記対物レンズとの間に
   光路を折り曲げるミラーを設けたことを特徴とする請求
   項１に記載の光学ピックアップ。
3. 【請求項３】 前記対物レンズの焦点距離ｆは次式を満
   足することを特徴とする請求項１及び２に記載の光学ピ
   ックアップ。 【数１】 ただしｆａは対物レンズと凹レンズとの合成の焦点距離
   とする。