JP4046675B2 - 光ピックアップ装置および光ディスク装置 - Google Patents

Description

本発明は、光ピックアップ装置およびこれを内蔵した光ディスク装置に関し、特に、ディスク表面と記録層の間の距離変動によって生じる球面収差を補正する際に用いて好適なものである。

光ディスクの高密度化に伴い、対物レンズの開口数が大きくなっている。しかし、対物レンズの開口数が大きくなると、ディスク表面と記録層との間の距離変動によって生じる球面収差が大きくなる。かかる距離変動は、たとえば、記録層上に形成される保護層の膜厚誤差によって生じる。しかし、かかる誤差は、精々、数ミクロン程度であるため、それにより生じる球面収差は、通常、許容範囲内に抑えられる。

これに対し、たとえば厚み方向に複数の記録層を備える光ディスクにあっては、それぞれの記録層から保護層表面までの距離に数十ミクロン程度の差が生じる。たとえば、第１の記録層および第２の記録層がそれぞれ保護層表面から１００ミクロンおよび７５ミクロンの位置に配されている場合には、両層間の距離差は２５ミクロンとなる。この場合、第１の記録層に対してフォーカスが合うように対物レンズを設計すると、第２の記録層の記録・再生時には２５ミクロンの距離変動が生じる。その結果、大きな球面収差が生じ、良好な記録・再生動作が阻害される。

この現象は、保護層表面から記録層までの距離が相違する、異なるタイプの光ディスクを互換再生するときにも生じる。たとえば、記録層から保護層表面までの距離がそれぞれ１００ミクロンおよび７５ミクロンの２種の光ディスクを互換再生する場合、何れか一方の光ディスクの記録層にフォーカスが合うように対物レンズを設計すると、他方の光ディスクの記録・再生時には、適正状態に対し２５ミクロンの距離変動が生じる。その結果、上記と同様、大きな球面収差が生じ、良好な記録・再生動作が阻害される。

そこで、特許文献１に記載の光ピックアップでは、半導体レーザから対物レンズまでの光路中に、反射面の形状を変更制御できるミラーを配し、記録層から保護層表面までの距離の変動に応じてミラー面を変化させ、球面収差を打ち消すようにレーザ光の広がり角を修正する技術が記載されている。
特開平１０−１８８３１９号公報

しかしながら、かかる従来技術は、反射面を有する可撓性部材を、球面収差の補正が可能な形状の参照面に静電力または電磁力に吸着させて反射面を変形させるものであるから、構造が複雑となり、また、長期間の使用による可撓性部材の変性、劣化等によって、参照面に対する可撓性部材の吸着に不具合が生じるとの危惧もある。

そこで、本発明は、簡素な構造により円滑に球面収差の補正を行い得る光ピックアップ装置および光ディスク装置を提供することを課題とする。

本発明に係る光ピックアップ装置は、半導体レーザが出射するレーザ光の偏光面を回転させる偏光面回転手段及び、レーザ光の偏光面の向きに応じてレーザ光を全透過または全反射すべく、内部に偏光ビームスプリッタ面を有するプリズムによって形成された偏光ビームスプリッタとを備えた光路切替手段と、前記偏光ビームスプリッタ面を全透過または全反射したレーザ光のうち一方のレーザ光が到達するプリズム表面に配され、対物レンズに対してレーザ光を収束光または拡散光の状態で導くように調整された反射面を有する第１のミラー手段及び、前記偏光ビームスプリッタ面を全透過または全反射したレーザ光のうち他方のレーザ光が到達するプリズム表面に配され、対物レンズに対してレーザ光を平行光の状態で導く第２のミラー手段とを備えた球面収差補正手段とを備えたことを特徴とする。
また、本発明に係る光ピックアップ装置は、半導体レーザが出射するレーザ光の偏光面を回転させる偏光面回転手段及び、レーザ光の偏光面の向きに応じてレーザ光を全透過または全反射すべく、内部に偏光ビームスプリッタ面を有するプリズムによって形成された偏光ビームスプリッタとを備えた光路切替手段と、前記偏光ビームスプリッタ面を全透過または全反射したレーザ光のうち一方のレーザ光が到達するプリズム表面に配され、対物レンズに対してレーザ光を収束光または拡散光の状態で導くように調整された反射面を有する第１のミラー手段及び、前記偏光ビームスプリッタ面を全透過または全反射したレーザ光のうち他方のレーザ光が到達するプリズム表面に配され、対物レンズに対してレーザ光を収束光または拡散光の状態で導くように調整された反射面を有する第２のミラー手段とを備えた球面収差補正手段とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、光路切替手段によって適宜光路を切替えるだけで球面収差の補正が可能となるため、構造を簡素化でき、また、円滑に球面収差の補正を行うことができる。

ここで、前記偏光面回転手段は、レーザ光が前記偏光ビームスプリッタの偏光面を透過する第１の状態と、レーザ光が前記偏光ビームスプリッタの偏光面を反射する第２の状態を取るように制御される液晶素子を有する。

この構成によれば、液晶素子に電圧等を適宜印加するのみで球面収差を補正でき、迅速且つ円滑な制御動作を実現できる。

また、本発明の光ディスク装置は、上記記載の光ピックアップ装置を内蔵し、さらに、前記光路切替手段を制御する制御手段を有することを特徴とする。

本発明の特徴ないしその技術的意義および効果は、以下に示す実施の形態の説明により更に明らかとなろう。ただし、以下の実施の形態は、あくまでも、本発明の一つの実施形態であって、本発明ないし各構成要件の用語の意義等は、以下の実施の形態に記載されたものに制限されるものではない。

以下、本発明の実施の形態につき図面を参照して説明する。

なお、本実施の形態は、厚み方向に２つの記録層を有する光ディスクを再生する光ピックアップ装置および光ディスク装置に本発明を適用した場合の一構成例を示すものである。

まず、図１に実施の形態に係る光ピックアップ装置およびそれを内蔵した光ディスク装置の構成を示す。

図において、光ピックアップ装置は、半導体レーザ１と、コリメータレンズ２と、ビームスプリッタ３と、偏光スイッチ用ＴＮ液晶素子４、ＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）プリズム５と、対物レンズ駆動アクチュエータ６と、ミラー７と、非点収差レンズ８と、光検出器９とから構成されている。

半導体レーザ１から出射された直線偏光のレーザ光は、コリメータレンズ２により平行光に変換される。当該レーザ光は、ビームスプリッタ３を透過した後、偏光スイッチ用ＴＮ液晶素子４に入射される。偏光スイッチ用ＴＮ液晶素子４は、液晶素子駆動回路４００から駆動信号が印可されているとき、当該レーザ光の偏光面を９０度回転させる。なお、液晶素子駆動回路４００からの駆動信号が印可されていないときは、レーザ光の偏光面は回転させない。

このようにして偏光面が調整されたレーザ光は、ＢＰＳプリズム５に入射される。ここで、ＢＰＳプリズム５は、図２（ａ）に示す構造を有している。すなわち、ＢＰＳプリズム５は、レーザ光が垂直に入射する入射面５ａと、レーザ光が垂直に出射する出射面５ｂと、入射面５ａと出射面５ｂに対し４５度傾いたＢＰＳ面５ｃと、ＢＰＳ面５ｃを通過したレーザ光が到達するプリズム面に形成された第１のミラー面５ｄと、ＢＰＳ面５ｃにより反射されたレーザ光が到達するプリズム面に形成された第２のミラー面５ｅとを有する。

ここで、第１のミラー面５ｄは、レーザ光の光軸を９０度曲げて反射するとともに、反射されたレーザ光を収束または拡散させるような曲面形状を有する。かかる曲面の設定方法については、追って詳述する。他方、第２のミラー面５ｅは、レーザ光の光軸を９０度曲げて反射するような平面形状となっている。第１のミラー面５ｄは、当該ミラー面５ｄが配される部分のプリズム面を当該曲面形状になるように成形し、この曲面形状の上にミラー面を蒸着等によって形成することによって構成される。第２のミラー面５ｅも同様に、当該ミラー面５ｅが配される部分のプリズム面を平面形状になるように成形し、この曲面形状の上にミラー面を蒸着等によって形成することによって構成される。

かかるＢＰＳプリズム５は、図２（ｂ）に示すように、半導体レーザ１から出射されるレーザ光の偏光面とＢＰＳ面５ｄの偏光面が一致するように配置されている。したがって、ＢＰＳプリズム５に入射されたレーザ光は、偏光スイッチ用ＴＮ液晶素子４によって偏光面が回転されていないとき、ＢＰＳ面５ｃを通過し、第１のミラー面５ｄによって反射される。このとき、レーザ光は、第１のミラー面５ｄの曲面形状に応じて、収束または拡散される。そして、再び、ＢＰＳ面５ｃを通過し、出射面５ｂから出射される。

他方、レーザ光の偏光面が偏光スイッチ用ＴＮ液晶素子４によって回転されているとき、レーザ光はＢＰＳ面５ｄによって反射され、第２のミラー面５ｅによって反射される。このとき、第２のミラー面５ｅは平面形状であるため、これによって反射されたレーザ光は、収束または拡散されない。しかる後、レーザ光は、再び、ＢＰＳ面５ｄによって反射され、出射面５ｂから出射される。

しかして、ＢＰＳプリズム５を通過したレーザ光は、対物レンズ駆動アクチュエータ６によりディスク１００の記録層上に集光される。ここで、対物レンズ駆動アクチュエータ６は、サーボ回路２００（後述）からのサーボ信号に応じて対物レンズをフォーカス方向およびトラッキング方向に駆動する。これにより、記録層上におけるレーザ光の集光点が、ディスク上のトラックを追従する。

ディスク１００からの反射光は、上記光路を逆行し、ＢＰＳプリズム５の出射面５ｄからＢＰＳプリズム５内に進行する。このとき、レーザ光の偏光面は、上記ディスク１００へ向かうとき（入射時）の偏光面と同一であるから、当該レーザ光は、上記入射時にＢＰＳ面５ｃを通過したときには、同様に、ＢＰＳ面５ｃを通過して第１のミラー面５ｄに到達し、他方、上記入射時にＢＰＳ面５ｃを通過したときには、同様に、ＢＰＳ面５ｃを通過して第２のミラー面５ｅに到達する。

反射光が第１のミラー面５ｄに到達した場合、反射光は、第１のミラー面ｄによって収束または拡散される。このとき、レーザ光は、上記入射時に受けた収束または拡散作用を打ち消すように収束または拡散されるため、平行光とされる。

しかして、第１のミラー面５ｄまたは第２のミラー面５ｅによって反射されたレーザ光は、ＢＰＳ面５ｃを通過または反射され、入射面５ａから出射される。そして、上記入射時に偏光スイッチ用ＴＮ液晶素子４によって偏光面が回転されている場合には、再び偏光面が９０度回転され、入射時と同様の偏光面に戻される。しかる後、レーザ光は、さらに、ミラー７によって反射され、非点収差レンズ８を介して光検出器９に収束される。なお、非点収差レンズ８は、たとえば、収束レンズとシリンドリカルレンズを組み合わせて構成される。

光検出器９からの信号は、サーボ回路２００および再生回路３００にそれぞれ供給され、ここで各種サーボ信号および再生ＲＦ信号が生成される。

図３に、光検出器９とその出力信号を演算する演算回路を示す。

光検出器９は、４つの光センサｄ１〜ｄ４から構成されている。ここで、光検出器９は、レーザ光がディスク上の記録トラックを正しく追従しているとき、記録トラックがセンサｄ１、ｄ２とセンサｄ３、ｄ４の間の分割線上に投影されるよう構成されている。よって、センサｄ１、ｄ２の出力の加算信号（加算回路９１の出力信号）と、センサｄ３、ｄ４の出力の加算信号（加算回路９２の出力信号）とを、減算回路９６にて減算することによりトラッキングエラー信号（ＴＲ）が生成される。

また、上記非点収差レンズ８によって収束されるレーザ光は、ディスク１００の記録層上にレーザ光が正しく集光されているとき、光検出器９の中央に真円スポットとして収束される。他方、レーザ光の集光点が記録層に対し前方または後方にずれているとき、光検出器９上のスポットは、光センサｄ１とｄ４、あるいはｄ２とｄ３に多く掛かる楕円スポットとなる。したがって、センサｄ１、ｄ４の出力の加算信号（加算回路９３の出力信号）と、センサｄ２、ｄ３の出力の加算信号（加算回路９４の出力信号）とを、減算回路９７にて減算することにより、フォーカスエラー信号（ＦＯ）が生成される。

さらに、センサｄ１〜ｄ４からの全出力信号を、加算回路９１、９２、９５にて加算することにより、再生ＲＦ信号（ＲＦ）が生成される。

サーボ回路２００は、上記トラッキングエラー信号（ＴＲ）とフォーカスエラー信号（ＦＯ）からフォーカスサーボ信号とトラッキングサーボ信号を生成し、これを対物レンズ駆動アクチュエータ６に供給する。また、再生回路３００は、上記再生ＲＦ信号を処理して再生データを生成する。

次に、上記ＢＰＳプリズム５に形成された第１の反射面５ｄの曲面設定方法について、図４を参照して説明する。

曲面の設定にあたっては、まず、２つの記録層のうち、何れか一方の記録層にレーザ光が球面収差なく適正に集光するよう、対物レンズを設計する。たとえば、図４（ａ）に示す如く、第１の記録層１０１にレーザ光が適正に集光されるように、対物レンズを設計する。このとき、対物レンズに入射されるレーザ光は、たとえば、上記ＢＰＳプリズム５のうち、第２のミラー面５ｅを経由したレーザ光とする。すなわち、対物レンズに入射されるレーザ光は、平行光となっている。

このように対物レンズを設計した後、次に、この対物レンズによって他方の記録層にレーザ光が球面収差なく適正に集光するよう、上記ＢＰＳプリズム５の第１の反射面５ｄの曲面形状を設計する。たとえば、図４の場合においては、同図（ｂ）に示す如く、対物レンズに入射するレーザ光を同図（ａ）の平行光よりもやや収束させることによりレーザ光を第２の記録層１０３に適正に収束させることができる。このときの収束光が実現されるように、第１の反射面５ｄの曲面形状を設計する。

なお、設計にあたっては、上記の如く、第１の記録層１０１に集光する対物レンズを設計してから第２の記録層１０２に集光するよう第１の反射面５ｄの曲面形状を設計する方法の他、第２の記録層１０１に集光する対物レンズを設計してから第１の記録層１０２に集光するよう第１の反射面５ｄの曲面形状を設計する方法を採用することもできる。

上記の如く構成した図１の光ディスク装置において、第１の記録層１０１を再生する場合には、偏光スイッチ用ＴＮ液晶素子をＯＦＦにして、平行光を対物レンズアクチュエータ６の対物レンズに入射させ、サーボ回路２００により第１記録層１０１に対するフォーカスサーボを行う。このとき、液晶素子駆動回路４００は、コントローラ（図示せず）からの記録層設定指令に応じて、偏光スイッチ用ＴＮ液晶素子４を駆動し、レーザ光の偏光面を９０度回転させる。これにより、レーザ光は、球面収差のない状態で適正に、第１の記録層１０１上に集光される。

また、第２の記録層１０２を再生する場合には、偏光スイッチ用ＴＮ液晶素子をＯＮにして、収束光を対物レンズアクチュエータ６の対物レンズに入射させ、サーボ回路２００により第１記録層１０１に対するフォーカスサーボを行う。このとき、液晶素子駆動回路４００は、偏光スイッチ用ＴＮ液晶素子４に駆動信号を印加せず、よって、レーザ光の偏光面は回転されずそのままの状態が維持される。これにより、レーザ光は、球面収差のない状態で適正に、第２の記録層１０１上に集光される。

このように、本実施の形態によれば、偏光スイッチ用ＴＮ液晶素子４をＯＮ／ＯＦＦ制御することにより、適正な収束状態のレーザ光を対物レンズに入射させることができ、これにより、第１の記録層１０１および第２の記録層１０２の何れを再生する場合にも、球面収差のない適正な状態でレーザ光をそれぞれの記録層に集光させることができるようになる。

以上、本発明に係る実施の形態について説明したが、本発明はかかる実施の形態に限定されるものではなく、他に種々の変更が可能であることは言うまでもない。

たとえば、上記実施の形態では、図２に示す如く、第１のミラー面５ｄを曲面にし、第２のミラー面を平面にしたが、逆に、第１のミラー面５ｄを平面にし、第２のミラー面を曲面にしてもよい。この場合、偏光スイッチ用ＴＮ液晶素子４は、第１の記録層１０１を再生するときＯＦＦとされ、第２の記録層１０２を再生するときＯＮとされる。

また、上記実施の形態では、第１のミラー面５ｄを曲面にし、第２のミラー面を平面にしたが、たとえば、図５（ａ）に示す如く、両方のミラー面を曲面にしてもよい。さらに、図５（ｂ）に示す如く、レーザ光の入射方向と出射方向が互いに反対向きとなるようにＰＢＳプリズム５を整形することもできる。この場合、同図に示す如く、入射時と出射時にそれぞれレーザ光が偏光スイッチ用ＴＮ素子４を通過するようにすれば、入射時に偏光面が９０度回転されたレーザ光は出射時に偏光面がもとに戻されるので、第１の記録層１０１の再生時と第２の記録層１０２の再生時において、レーザ光の偏光面が一致するようになる。もちろん、図１の場合においても、ＰＢＳプリズム５と対物レンズアクチュエータ６の間に、偏光スイッチ用ＴＮ液晶素子４をもう一つ配置すれば、同様に、第１の記録層１０１の再生時と第２の記録層１０２の再生時にレーザ光の偏光面を一致させることができる。

また、上記実施の形態では、第１のミラー面５ｄと、第２のミラー面５ｅと、ＰＢＳ面５ｃをＰＢＳプリズム５に一体に形成するようにしたが、これらを別々の光学部材によって構成・配置するようにしても良い。ただし、上記実施の形態の如くこれらをＰＢＳプリズム５に一体に形成する方が、部品点数の削減、構成の簡素化、および小型・省スペース化を図ることができる。

なお、上記実施の形態では、厚み方向に２つの記録層を有する光ディスクおよびその再生装置に本発明を適用した構成例を例示したが、基板表面から記録層までの距離が相違する２種類のディスクを互換再生する光ディスク装置に本発明を適用した場合も同様にして構成することができる。この場合、一方の光ディスクの記録層にレーザ光が適正に集光されるように対物レンズを設計し、次いで、この対物レンズにて、他方の光ディスクの記録層にレーザ光を適正に集光する収束光または拡散光が得られるように、第１のミラー面５ｄの曲面形状を設計すればよい。

また、上記実施の形態では、ミラー面を曲面形状とすることによりレーザ光に収束または拡散作用を与えるようにしたが、分割光路中にレンズを配することによりレーザ光に収束または拡散作用を与えるようにしてもよい。

また、上記実施の形態では、記録層が２つ存在する場合について説明したが、偏光スイッチ用ＴＮ液晶素子４、ＰＢＳ面５ｃを適宜複数組み合わせて光路をさらに分岐させ、それぞれの分岐経路をとったレーザ光に適宜収束または拡散作用を与えるようにすれば、対物レンズ入射前のレーザ光に３種以上の収束・拡散状態を持たせることができ、よって、記録層が３つ以上存在する場合にも、球面収差のない適正な状態で、レーザ光を集光させることができる。

さらに、本発明は、再生用のみならず記録用の光ピックアップ装置および光ディスク装置にも適用可能である。

本発明の実施の形態は、本発明の技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。

実施の形態に係る光ピックアップ装置の構成を示す図 実施の形態に係るＰＢＳプリズムの構成を示す図 実施の形態に係る光センサとその演算回路の構成を示す図 実施の形態に係る第１の反射面の設計方法を説明するための図 他の実施の形態に係るＰＢＳプリズムの構成を示す図

符号の説明

４ 偏光スイッチ用ＴＮ液晶素子
５ ＰＢＳプリズム
５ｃ ＰＢＳ面
５ｄ 第１のミラー面
５ｅ 第２のミラー面
４００ 液晶素子駆動回路

Claims (4)

1. 半導体レーザが出射するレーザ光の偏光面を回転させる偏光面回転手段及び、レーザ光の偏光面の向きに応じてレーザ光を全透過または全反射すべく、内部に偏光ビームスプリッタ面を有するプリズムによって形成された偏光ビームスプリッタとを備えた光路切替手段と、
   前記偏光ビームスプリッタ面を全透過または全反射したレーザ光のうち一方のレーザ光が到達するプリズム表面に配され、対物レンズに対してレーザ光を収束光または拡散光の状態で導くように調整された反射面を有する第１のミラー手段及び、前記偏光ビームスプリッタ面を全透過または全反射したレーザ光のうち他方のレーザ光が到達するプリズム表面に配され、対物レンズに対してレーザ光を平行光の状態で導く第２のミラー手段とを備えた球面収差補正手段とを備えた、
   ことを特徴とする光ピックアップ装置。
2. 半導体レーザが出射するレーザ光の偏光面を回転させる偏光面回転手段及び、レーザ光の偏光面の向きに応じてレーザ光を全透過または全反射すべく、内部に偏光ビームスプリッタ面を有するプリズムによって形成された偏光ビームスプリッタとを備えた光路切替手段と、
   前記偏光ビームスプリッタ面を全透過または全反射したレーザ光のうち一方のレーザ光が到達するプリズム表面に配され、対物レンズに対してレーザ光を収束光または拡散光の状態で導くように調整された反射面を有する第１のミラー手段及び、前記偏光ビームスプリッタ面を全透過または全反射したレーザ光のうち他方のレーザ光が到達するプリズム表面に配され、対物レンズに対してレーザ光を収束光または拡散光の状態で導くように調整された反射面を有する第２のミラー手段とを備えた球面収差補正手段とを備えた、
   ことを特徴とする光ピックアップ装置。
3. 請求項１または請求項２において、
   前記偏光面回転手段は、レーザ光が前記偏光ビームスプリッタの偏光面を全透過する第１の状態と、レーザ光が前記偏光ビームスプリッタの偏光面を全反射する第２の状態を取るように制御される液晶素子を有する、
   ことを特徴とする光ピックアップ装置。
4. 請求項１ないし３に記載の光ピックアップ装置を内蔵する光ディスク装置であって、前記光路切替手段を制御する制御手段を有することを特徴とする光ディスク装置。

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