JPH10116434A - 光学ピックアップ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 実効的な開口数を簡素な方法で制御する光学
素子が、トラッキング動作やフォーカシング動作の支障
とならずに対物レンズと共に移動するようにし、トラッ
キング動作時の波面収差量の変動を低減させること。 【解決手段】 光ビームを発生する光源を有し、該光源
より出射した光ビームを光記録媒体に導くための光学手
段を有している光学ピックアップ装置に於いて、トラッ
キング動作時に、光ビームの偏光方向によって透過率分
布が変化する光学素子が、対物レンズと共に移動するこ
とを特徴とする光学ピックアップ装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光学ピックアップ装
置に係り、特に、偏光方向の異なる複数の光ビームで、
同一の対物レンズを共有する光学ピックアップ装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】近年、光記録媒体の応用範囲の広範化に
伴い、記録密度、基板（保護層）の厚み、基板（保護
層）の材質、記録再生方式、ディスクサイズ等が異なる
多種の光記録媒体が、提供されている。

【０００３】そして、これらの記録密度が異なる光記録
媒体を取り扱う光学ピックアップ装置に於いては、光記
録媒体の記録密度に応じて光ビームのスポット（集光ス
ポット）の径（以下、スポット径という。）を変化させ
る必要がある。

【０００４】ここで、上記記録密度は、記録マーク長と
トラックピッチによって規定されるが、最短記録マーク
長が０．８μｍ程度の低密度記録媒体の場合には、スポ
ットの径を１．４μｍ程度の大きさに、最短記録マーク
長が０．４μｍ程度の高密度記録媒体の場合には、スポ
ットの径を０．９μｍ程度の大きさにする必要がある。

【０００５】又、スポット径Ｄは、次式で与えられる。

【０００６】Ｄ＝ｋ・λ／ＮＡ ここで、ｋは光束の強度分布や収差等によって決まる比
例定数であり、λは光ビームの波長である。尚、比例定
数は、通常は、 ｋ≒０．８２ としている。

【０００７】又、ＮＡはレンズの開口数であり、次式で
与えられる。

【０００８】ＮＡ＝ｎ×ｓｉｎθ この式で、ｎは屈折率であり、θは図７（レンズ３５の
開口数を説明するための説明図）に示したように射出瞳
径に張る角度である。

【０００９】これらの式からもわかるように、スポット
径Ｄを小さくするためには、光ビームの波長λを短くす
るか、又は、レンズの開口数（ＮＡ）、つまりθを大き
くする必要がある。

【００１０】しかし、レンズの開口数（ＮＡ）が大きく
すると、記録媒体の傾きによって生じるコマ収差の量が
著しく増加する。このコマ収差は、数１に示したように
開口数（ＮＡ）の３乗と、基板（保護層）の厚みに比例
する。

【００１１】

【数１】

【００１２】従って、記録媒体の高密度化に伴い、対物
レンズの開口数（ＮＡ）が大きくする場合には、基板
（保護層）の厚みを薄くする傾向がある。

【００１３】又、上記のような理由により、基板（保護
層）の厚みを変えた場合、基板（保護層）中で発生する
球面収差も変化する。この球面収差は、数２に示したよ
うに開口数（ＮＡ）の４乗と、基板（保護層）の厚みに
比例し、通常は、光学ピックアップ装置の光学系（例え
ば、対物レンズ）でその補正がなされている。

【００１４】

【数２】

【００１５】従って、基板（保護層）の厚みの異なる記
録媒体を同一の光学系で記録再生する場合には、全ての
記録媒体に対して最適な球面収差の補正を行うことはで
きない。この問題を解決する手段として、対物レンズに
入射する光束を絞ることにより、実効的な開口数を変化
させ球面収差の影響を低減する方法が知られている。

【００１６】例えば、基板（保護層）の薄い高密度記録
媒体（ＤＶＤ）と基板（保護層）の厚い低密度記録媒体
（ＣＤ）を記録再生する光学ピックアップ装置に於いて
は、光学系をＤＶＤ側を優先して構成し、ＣＤを記録再
生するときに実効的な開口数をＤＶＤの場合の（ＮＡ
＝）０．６から（ＮＡ＝）０．４５に変更し、球面収差
の影響を低減する。

【００１７】次に、液晶フィルタを用いて実効的な開口
数を変化させている光学ピックアップ装置（特開平８ー
１０２０７９号公報）について図４を参照して説明す
る。

【００１８】この光学ピックアップ装置 に於いては、
半導体レーザ３１から出射した光ビームは、回折格子３
２で主ビーム（焦点誤差信号用、記録再生信号用）と副
ビーム（トラッキング誤差信号用）に分離した後、コリ
メータレンズ３３に入射する。コリメータレンズ３３に
入射した光ビームは、発散光から平行光にされ、ビーム
スプリッタ３４に入射する。ビームスプリッタ３４に入
射した光ビームは対物レンズ3５の方向に反射され、液
晶フィルタ５１を介して対物レンズ３５に入射する。対
物レンズ３５に入射した光ビームは平行光から収束光に
され、光記録媒体３６の記録面にスポットを形成する。

【００１９】この光ビームは、記録面で反射され、その
際、記録面の記録情報に応じて変調される。記録面で反
射された光ビームは、対物レンズ３５で再び平行光とさ
れ、ビームスプリッタ３４に入射する。ビームスプリッ
タ３４に入射した光ビームは、ビームスプリッタ３４内
を直進し、集光レンズ３７に入射する。集光レンズ３７
に入射した光ビームは、平行光から収束光にされ、アナ
モフィックレンズ３８に入射する。アナモフィックレン
ズ３８に入射した光ビームは、焦点誤差信号検出用の非
点収差を発生し、受光素子３９に入射する。受光素子３
９に入射した光ビームは、トラッキング誤差信号、焦点
誤差信号、記録再生信号等の電気信号に変換される。

【００２０】上記光学ピックアップ装置で、正確な電気
信号を得るためには、適正なスポットを記録面に結像す
る必要があり、そのためには球面収差の影響を低く抑え
る必要があり、この光学ピックアップ装置では液晶フィ
ルタ５１を用いて球面収差の影響を低減している。

【００２１】図５及び図６は、液晶フィルタ５１を用い
て基板（保護層）の薄い高密度記録媒体と基板（保護
層）の厚い低密度記録媒体に記録再生を行う場合を示し
ている。

【００２２】図５（（ａ）液晶フィルタの平面図、
（ｂ）液晶フィルタを透過する光ビームを示した説明
図）は高密度記録媒体を記録再生する場合を示し、液晶
フィルタ５１に入射した光ビームは、液晶フィルタ５１
中を一様に透過した後、対物レンズ５２で収束光とされ
る。又、対物レンズ５２を透過する際に、光ビームには
高密度記録媒体の基板（保護層）５３ａで発生する球面
収差を打ち消す逆向きの球面収差が与えられる（以下、
収差補正という）。このように収差補正がなされた収束
光の光ビームは、基板（保護層）５３ａ中を透過し、記
録面５４ａ上に小さなスポット５５ａを結像する。

【００２３】図６（（ａ）液晶フィルタの平面図、
（ｂ）液晶フィルタを透過する光ビームを示した説明
図）は低密度記録媒体を記録再生する場合を示し、液晶
フィルタ５１が光ビームの周辺部を遮断し、中央部の光
ビームのみが対物レンズ５２に入射し、対物レンズ５２
で収束光とされる。ここで、対物レンズ５２を透過する
際に、光ビームには高密度記録媒体の場合と同じ収差補
正がなされる。このように収差補正がなされた収束光の
光ビームは、基板（保護層）５３ｂ中を透過し、記録面
５４ｂ上にスポット５５ｂを結像するが、θ１＞θ２で
あるため実効的な開口数が小さくなり、スポット径は高
密度記録媒体を再生する場合よりも大きくなる。

【００２４】又、低密度記録媒体の基板（保護層）５３
ｂは、高密度記録媒体の基板（保護層）５３ａより厚い
ので、高密度記録媒体の場合と同じ収差補正では、球面
収差が残留するが、低密度記録媒体の場合には、θ２が
小さいため、つまり開口数が小さいため、その影響は小
さくなる。

【００２５】つまり、球面収差の発生量は、光ビーム
（光束）の周辺部では大きく、光ビーム（光束）の中央
部では極めて小さいため、周辺部の光ビームを遮断すれ
ば、収差補正が不十分であっても球面収差はほとんど問
題にならない。

【００２６】以上のように、液晶フィルタ５１を用いた
光学ピックアップ装置では、対物レンズに入射する光ビ
ームの径（実効的な開口数）を制御することにより、低
密度記録媒体と高密度記録媒体の場合のスポット径を変
更すると共に、球面収差の影響を低減していた。

【００２７】

【発明が解決しようとする課題】ところで光学ピックア
ップ装置では、記録再生時に対物レンズがフォーカス方
向（記録媒体の記録面に垂直な方向）やトラッキング方
向（記録媒体の記録面に平行かつトラックと直交する方
向）に移動するが、特開平８ー１０２０７９号公報に記
載されている液晶フィルタを用いた光学ピックアップ装
置では、トラッキング動作の際に液晶フィルタと対物レ
ンズの中心軸に位置ずれが生じ、その結果、波面収差量
に変動が生じる。又、トラッキング動作時に対物レンズ
と共に移動する部材に、液晶フィルタを設置すると良好
なトラッキング動作を行うことが困難になる。

【００２８】そこで、本発明は、実効的な開口数を簡素
な方法で制御する光学素子が、トラッキング動作やフォ
ーカシング動作の支障とならずに対物レンズと共に移動
するようにし、トラッキング動作時の波面収差量の変動
を低減させた光学ピックアップ装置を提供することを目
的とする。

【００２９】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の光学ピッ
クアップ装置は、光ビームを発生する光源を有し、該光
源より出射した光ビームを光記録媒体に導くための光学
手段を有している光学ピックアップ装置に於いて、トラ
ッキング動作時に、光ビームの偏光方向によって透過率
分布が変化する光学素子が、対物レンズと共に移動する
ことを特徴とするものである。

【００３０】請求項２記載の光学ピックアップ装置は、
請求項１記載の光学ピックアップ装置に於いて、上記光
ビームの偏光方向によって透過率分布が変化する光学素
子が、光ビームの偏光方向によって実効的な開口数が変
化する光学素子であることを特徴とするものである。

【００３１】請求項３記載の光学ピックアップ装置は、
請求項１又は２記載の光学ピックアップ装置に於いて、
上記光ビームの偏光方向によって透過率分布が変化する
光学素子が、偏光フィルタであることを特徴とするもの
である。

【００３２】請求項４記載の光学ピックアップ装置は、
請求項１乃至３記載のいずれかの光学ピックアップ装置
に於いて、上記光ビームの偏光方向によって透過率分布
が変化する光学素子が、対物レンズの縁に固定されてい
ることを特徴とするものである。

【００３３】請求項５記載の光学ピックアップ装置は、
請求項１乃至３記載のいずれかの光学ピックアップ装置
に於いて、上記光ビームの偏光方向によって透過率分布
が変化する光学素子が、対物レンズホルダに固定されて
いることを特徴とするものである。

【００３４】請求項６記載の光学ピックアップ装置は、
請求項１乃至５記載のいずれかの光学ピックアップ装置
に於いて、該光学ピックアップ装置が複数の光源を有す
ることを特徴とするものである。

【００３５】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の光学ピックアッ
プ装置を図面を参照して説明する。

【００３６】まず、図１に示した光学ピックアップ装置
について、低密度記録媒体を記録再生する場合と、高密
度記録媒体を記録再生する場合とに分けて説明する。

【００３７】低密度記録媒体の場合には、ＬＤ／ＰＤユ
ニット１から出力された発振波長７８０ｎｍの光ビーム
は、コリメータレンズ２に入射し、発散光から平行光に
され、偏光ビームスプリッタ３にＳ波として入射する。
Ｓ波として偏光ビームスプリッタ３に入射した光ビーム
は、立ち上げミラー４の方向に反射され、立ち上げミラ
ー４で反射された後に、中心部が除去された環状の偏光
フィルタ５に入射する。この光ビームの偏光方向は、偏
光フィルタ５の透過偏光方向（偏光フィルタを透過する
直線偏光の偏光方向）と直交する方向なので、偏光フィ
ルタ５の除去部（中心部）の光束のみが透過し、ビーム
径が小さくなった光ビームが対物レンズ６に入射する。
対物レンズ６に入射した光ビームは、平行光から収束光
にされ、記録媒体１４の記録面にスポットを形成する。

【００３８】尚、偏光フィルタ５と対物レンズ６は、共
に対物レンズホルダに固定されているため、偏光フィル
タ５はトラッキング動作やフォーカシング動作のとき
に、対物レンズと共に移動する。

【００３９】その後、記録媒体１４の記録面で反射した
光ビームは、上記と逆の経路、つまり、対物レンズ６、
偏光フィルタ５、立ち上げミラー４、偏光ビームスプリ
ッタ３、コリメータレンズ２を介してＬＤ／ＰＤユニッ
ト１に入射する。

【００４０】尚、上記ＬＤ／ＰＤユニット１は、光源
（レーザーダイオード）と受光素子（フォトディテク
タ）を光学的に調整し一体化した光学ユニットであり、
フーコー法によりフォーカス誤差信号を、プッシュプル
法によりトラック誤差信号を検出している。

【００４１】高密度記録媒体の場合には、半導体レーザ
７から出力された発振波長６５０ｎｍの光ビームは、回
折格子８に入射し、主ビーム（焦点誤差信号用、記録再
生信号用）と副ビーム（トラッキング誤差信号用）に分
離した後、コリメータレンズ９に入射する。コリメータ
レンズ９に入射した光ビームは、発散光から平行光とさ
れ、ハーフミラー１０に入射する。ハーフミラー１０に
入射した光ビームは、偏光ビームスプリッタ３の方向に
反射され、偏光ビームスプリッタ３にＰ波として入射す
る。Ｐ波として偏光ビームスプリッタ３に入射した光ビ
ームは、立ち上げミラー４の方向に透過し、立ち上げミ
ラー４で反射された後に、中心部が除去された環状の偏
光フィルタ５に入射する。この光ビームの偏光方向は、
偏光フィルタ５の透過偏光方向（偏光フィルタを透過す
る直線偏光の偏光方向）と平行な方向なので、光ビーム
は偏光フィルタ５にほとんど遮断されることなく、対物
レンズ６に入射する。対物レンズ６に入射した光ビーム
は、平行光から収束光にされ、記録媒体１４の記録面に
スポットを形成する。

【００４２】その後、記録媒体１４の記録面で反射した
光ビームは、上記と逆の経路、つまり、対物レンズ６、
偏光フィルタ５、立ち上げミラー４、偏光ビームスプリ
ッタ３を介して、ハーフミラー１０に入射する。ハーフ
ミラー１０に入射した光ビームは、これを透過し、集光
レンズ１１に入射する。集光レンズ１１に入射した光ビ
ームは、平行光から収束光にされ、アナモフィックレン
ズ１２に入射する。アナモフィックレンズ１２に入射し
た光ビームは、フォーカス誤差信号を検出するための非
点収差が与えられ、受光素子１３上に集光する。

【００４３】尚、高密度記録媒体の場合には、非点収差
法によりフォーカス誤差信号を、３ビーム法によりトラ
ック誤差信号を検出している。

【００４４】上記光学ピックアップ装置に於いては、中
心部が除去された環状の偏光フィルタ５に入射する波長
６５０ｎｍの光ビームと、波長７８０ｎｍの光ビームは
偏光方向が直交しており、波長６５０ｎｍの光ビームの
偏光方向は偏光フィルタ５の透過偏光方向に、波長７８
０ｎｍの光ビームの偏光方向は偏光フィルタ５の透過偏
光方向と直交する方向に設定されている。この様に設定
したことによって、波長７８０ｎｍの光ビームと波長６
５０ｎｍの光ビームとで、対物レンズ８の実効的な開口
数（対物レンズ６に入射する光ビームに対する実質的な
開口数）が変化し、その開口数は、波長６５０ｎｍの光
ビームの場合に大きく、波長７８０ｎｍの光ビームの場
合に小さくなる。

【００４５】従って、高密度記録媒体を再生する場合に
は、記録面に小さなスポットが形成され、低密度記録媒
体を再生する場合には、記録面に比較的大きなスポット
が形成される。

【００４６】上記光学ピックアップ装置では、実効的な
開口数を偏光フィルタ５によって制御している。図２
は、この偏光フィルタとその透過特性を示したものであ
る。同図の（ａ）斜視図と（ｂ）断面図（（ａ）に示し
たＡＡ’断面）に示したようにこの偏光フィルタ５は、
フィルムの中心部が除去されている。

【００４７】そして、この偏光フィルタのＡＡ’断面に
沿った透過率分布は、波長６５０ｎｍの光ビームについ
ては図２（ｃ）、波長７８０ｎｍの光ビームについては
図２（ｄ）のようになる。ここで、波長６５０ｎｍの光
ビームの偏光方向は偏光フィルタ５の透過偏光方向に、
波長７８０ｎｍの光ビームの偏光方向は偏光フィルタ５
の透過偏光方向と直交する方向に設定されているため、
波長７８０ｎｍの光ビームの場合だけ、光束の外周部が
偏光フィルタによって遮断される。

【００４８】尚、上記波長６５０ｎｍの光ビームと波長
７８０ｎｍの光ビームは、偏光方向が直交する光ビーム
であれば、波長が同一であってもよい。又、同一の光源
から出力された光ビームを、２分の１波長板、液晶素子
等を用いて、透過偏光方向と平行な直線偏光と、直交す
る直線偏光とに切り換えてもよい。

【００４９】又、高密度記録媒体と低密度記録媒体とで
は、通常、基板（保護層）の厚みが異なる（通常、低密
度記録媒体の方が基板（保護層）が厚い）ため、基板
（保護層）で発生する球面収差の量も異なるが、上記光
学ピックアップ装置に於いては、高密度記録媒体に対し
て十分な収差補正が、対物レンズ又はその他の光学素子
でなされるように設定されている。

【００５０】従って、低密度記録媒体の場合には、収差
が残留するが、発生する球面収差が小さい対物レンズ中
央部の光線のみが結像に寄与するので、やはり回折限界
近くまで光ビームを絞り込むことができ、使用上問題と
なることはない。

【００５１】尚、この光学ピックアップ装置では、高密
度記録媒体の基板（保護層）の厚みを０．６ｍｍ、低密
度記録媒体の基板（保護層）の厚みを１．２ｍｍとし、
高密度記録媒体再生時の対物レンズの開口数を０．６、
低密度記録媒体再生時の対物レンズの実質的な開口数を
０．４５とした。

【００５２】又、本発明に於いて、実効的な開口数を制
御している偏光フィルタを、図３に示したように対物レ
ンズ６の縁６ａに直接接着してもよい。このようにすれ
ば、実効的な開口数を制御している偏光フィルタを対物
レンズ８に容易に固定することができる。

【００５３】

【発明の効果】以上に説明したように本発明の光学ピッ
クアップ装置によれば、トラッキング動作時に、実効的
な開口数を制御する偏光フィルタが、対物レンズと共に
移動するようにしたので、トラッキング動作時に波面収
差量の変動がほとんど発生しない。

【００５４】又、実効的な開口数を制御する偏光フィル
タが、トラッキング動作やフォーカシング動作の負担に
なることもほとんどない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光学ピックアップ装置の構成を示した
説明図である。

【図２】（ａ）、（ｂ）は、実効的な開口数を制御する
偏光フィルタを示した斜視図と断面図（ＡＡ’断面図）
である。（ｃ）、（ｄ）は、ＡＡ’断面に沿った透過率
分布である。

【図３】偏光フィルタを、対物レンズの縁に貼り付けた
場合を示した断面図である。

【図４】従来の光学ピックアップ装置の構成を示した説
明図である（液晶フィルタを用いた場合）。

【図５】液晶フィルタの平面図と液晶フィルタを透過す
る光ビームを示した説明図である（高密度記録媒体を再
生するの場合）。

【図６】液晶フィルタの平面図と液晶フィルタを透過す
る光ビームを示した説明図である（低密度記録媒体を再
生するの場合）。

【図７】開口数を説明するための説明図である。

【符号の説明】

１ ＬＤ／ＰＤユニット ２、９ コリメータレンズ ３ 偏光ビームスプリッタ ４ 立ち上げミラー ５ 偏光フィルタ ６ 対物レンズ ６ａ 縁 ７ 半導体レーザ ８ 回折格子 １０ ハーフミラー １１ 集光レンズ １２ アナモフィックレンズ １３ 受光素子 １４ 記録媒体

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光ビームを発生する光源を有し、該光源
   より出射した光ビームを光記録媒体に導くための光学手
   段を有している光学ピックアップ装置に於いて、トラッ
   キング動作時に、光ビームの偏光方向によって透過率分
   布が変化する光学素子が、対物レンズと共に移動するこ
   とを特徴とする光学ピックアップ装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の光学ピックアップ装置に
   於いて、上記光ビームの偏光方向によって透過率分布が
   変化する光学素子が、光ビームの偏光方向によって実効
   的な開口数が変化する光学素子であることを特徴とする
   光学ピックアップ装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の光学ピックアップ
   装置に於いて、上記光ビームの偏光方向によって透過率
   分布が変化する光学素子が、偏光フィルタであることを
   特徴とする光学ピックアップ装置。
4. 【請求項４】 請求項１乃至３記載のいずれかの光学ピ
   ックアップ装置に於いて、上記光ビームの偏光方向によ
   って透過率分布が変化する光学素子が、対物レンズの縁
   に固定されていることを特徴とする光学ピックアップ装
   置。
5. 【請求項５】 請求項１乃至３記載のいずれかの光学ピ
   ックアップ装置に於いて、上記光ビームの偏光方向によ
   って透過率分布が変化する光学素子が、対物レンズホル
   ダに固定されていることを特徴とする光学ピックアップ
   装置。
6. 【請求項６】 請求項１乃至５記載のいずれかの光学ピ
   ックアップ装置に於いて、該光学ピックアップ装置が複
   数の光源を有することを特徴とする光学ピックアップ装
   置。