(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ディスクに光ビームを照射する光ピックアップ装置の光源から光ディスクに到る光路中に配置される収差補正装置であって、
離間して対向する互いに相補的な曲面を有する一対の光透過基板からなり、前記光透過基板の少なくとも一方は前記光路の光軸に垂直方向に移動自在に保持され、
前記曲面は、次式
【数１】
0003666632.tif 000002
（式中、ｚは光軸に平行な方向における高さ、ｘは光軸を中心とした半径を示す）を満たす形状であり、
前記数式における各係数は、前記光ディスクの透明板によって透過光ビームに与えられるコマ収差を最小とすべく、前記一対の光透過基板を透過する光ビームの光路長が前記光透過基板の移動によって変化することにより透過光ビームに位相差を与えつつ該位相差が該光ビームの進行方向を維持するように決定されている、ことを特徴とする収差補正装置。
【請求項２】
前記曲面は、前記光ディスクの少なくとも半径又は接線の方向に関して対称であることを特徴とする請求項１記載の収差補正装置。
【請求項３】
前記曲面は、次式
【数２】
0003666632.tif 000003
（式中、２ａ2＝ｂである）を満たす形状であることを特徴とする請求項１記載の収差補正装置。
【請求項４】
前記光透過基板の一方の表面形状は光軸周りで凸面でありかつ有効径内最外部における面法線が光軸に対して平行であり、他方の光透過基板は表面形状が光軸周りで凹面でありかつ有効径内最外部における面法線が光軸に対して平行であるように構成されることを特徴とする請求項３記載の収差補正装置。
【請求項５】
前記光透過基板の一方の表面形状は光軸周りで凸面でありかつ有効径内の外側において凹部が形成されており該凹部底部における面法線が光軸に対して平行であり、他方の光透過基板は表面形状が光軸周りで凹面でありかつ有効径内の外側において凸部が形成されており該凸部頂部における面法線が光軸に対して平行であるように構成されることを特徴とする請求項３記載の収差補正装置。
【請求項６】
前記光透過基板の一方の形状は光軸を含む平面を対称面とし、対称面を中心とする凸面であり、かつ、有効径内最外部における面法線が光軸に対して平行であり、他方の光透過基板は前記対称面を中心とする凹面であり、かつ、有効径内最外部における面法線が光軸に対して平行であることを特徴とする請求項３記載の収差補正装置。
【請求項７】
前記光透過基板の一方の形状は光軸を含む平面を対称面とし、対称面を中心とする凸面であり、かつ、有効径内外部において凹部が形成されており、該凹部底面の面法線が光軸に対して平行であり、他方の光透過基板は前記対称面を中心とする凹面であり、かつ、有効径内外部において凸部が形成されており、該凸部底面の面法線が光軸に対して平行であることを特徴とする請求項３記載の収差補正装置。
【請求項８】
前記光透過基板の少なくとも一方は前記光軸上の１点を中心とした円筒面内において駆動されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１記載の収差補正装置。
【請求項９】
前記光透過基板の少なくとも一方は前記光軸上の１点を中心とした球面内において駆動されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１記載の収差補正装置。
【請求項１０】
光ビームを射出する光源、光ビームを光ディスクの情報記録面上に向け集光する対物レンズ、該光ビームを前記対物レンズに導く照射光学系、並びに、光検出手段を含み前記対物レンズを介して前記情報記録面からの反射光を前記光検出手段へ導く検出光学系、を備える、光ディスクから信号を読み出し及び又は書込む光ピックアップ装置であって、
前記光ディスクの少なくとも半径又は接線の方向に関する傾きを検出する傾き検出手段と、
前記照射光学系に配置され、離間して対向する互いに相補的な曲面を有する一対の光透過基板からなり、前記光透過基板の少なくとも一方は前記光路の光軸に垂直方向に移動自在に保持され、前記曲面は、次式
【数３】
0003666632.tif 000004
（式中、ｚは光軸に平行な方向における高さ、ｘは光軸を中心とした半径を示す）を満たす非球面であり、前記数式における各係数は、前記光透過基板の移動によって前記一対の光透過基板を透過する光ビームの光路長を変化させて透過光ビームに位相差を与えつつ該位相差が該光ビームの進行方向を維持するように決定されている、収差補正装置と、
前記傾き検出手段からの前記光ディスクの傾き量に対応する出力に応じて、前記光透過基板を前記光路の光軸に垂直方向に移動せしめ、前記光ディスクの透明板によって透過光ビームに与えられる少なくとも半径又は接線方向のコマ収差を最小とする収差補正駆動手段と、を有することを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項１１】
前記光透過基板の少なくとも一方は、前記光軸を中心とした円筒面内において駆動されることを特徴とする請求項１０記載の光ピックアップ装置。
【請求項１２】
前記光透過基板の少なくとも一方は、前記光軸上の１点を中心とした球面内において駆動されることを特徴とする請求項１０記載の光ピックアップ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学式情報記録媒体である光ディスクから信号を読み出し／書込む光学式情報記録再生装置における光ピックアップ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ディスクへの記録密度を向上させる目的で、光ピックアップ装置の対物レンズの開口数を大きくすることが考えられる。例えば、０．４５から０．６へ開口数を大きくする。このとき、所定の厚さの透明ディスク基板を透過して情報記録面から情報を記録するように取り決められた規格においては、その透明ディスク基板の傾きによってコマ収差が発生し、適切な光スポットを情報記録面に照射することができなくなる。特にこのコマ収差発生量は開口数が大きくなると顕著に増大するため、射出成形などによって成形した透明ディスク基板を用いて光ディスクを廉価に作製した場合には、光ディスクの反りによる傾きが大きくなり、コマ収差による悪影響を大きく受ける。
【０００３】
このコマ収差の影響を低減するために、透明ディスク基板厚を薄くする。例えば、１．２mmから０．６mmへ基板厚を薄くする。こうすると、光ディスク表面の汚れ、傷などの影響を顕著に受けるようになってしまい、長期間の使用などによって光ディスク性能の劣化が生じると言う問題点がある。
また、光ディスクの傾き（スキュー）調整機構をピックアップ装置に取り付け、光ディスクの傾きに追従してピックアップ自体を傾けるチルト・サーボ機構が用いることが考えられるが、このような方法では可動部分の慣性重量が大きく応答速度が遅いことが懸念される。このために光ディスクの１回転中での傾き変動、特に時間軸方向（接線方向）の傾きにピックアップ自体の傾動が追従することができない。よって、接線方向傾きによるコマ収差の補正が開口数を大きくした対物レンズを用いたピックアップ装置において問題となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
コマ収差の補正を行なう方法として、特開平７−１４０３８１に示したような技術が知られている。図１に示すように、瞳上半径Ｒに対し、Ｒの４乗で変化するような凸面と同一形状の凹面を組み合せた２枚の補償板１及び２を光軸に直交する方向に相互に移動させることによってコマ収差の補正を行なっている。
【０００５】
ここで、もし光ディスク５が接線方向に傾いている場合には、これによる接線方向の収差が発生する。対物レンズ４のような、比較的開口数の大きい凸レンズを用いる場合には、この収差は３次のいわゆるコマ収差が大きく、このほかに非点収差、高次の収差が加わる。この高次の収差は開口数が大きいほど顕著に現れる。
【０００６】
図２に示す（Ａ）は、光ディスク５の透明ディスク基板が傾いた場合の収差による瞳内での光路長差の変化を示す。図では横軸は瞳上の半径位置、縦軸は発生する波面の位相差を光路長差として１波長を単位として表している。理想的な無収差状態ではこの光路長差は発生しない。光ビームが垂直に入射して周縁が光軸に対して対称であるからである。図２は対物レンズの開口数を０．８５とし、光ディスクが水平から１度の角度で傾いた場合の数値を計算した結果である。この変化量は光ディスクの傾き量に伴って増減する。
【０００７】
この収差は光ディスクの透明ディスク基板の傾きによって発生するものであり、図２に示す光路長差の曲線形状が左上がりとなっていることは、透明ディスク基板が傾くことによる波面、すなわち光軸からの光の進行方向の偏向を表している。
例えば光源から対物レンズに到る光路中に、この波面収差をそのままの形（図２（Ａ））の逆波面収差の上記補償板を挿入して補正することは、光ディスク上で回折限界スポットを結ぶための波面を構成することに加え補償板通過後の光の進行方向に偏向を与えることとなり、図１に示すように、この偏向は光ビームが対物レンズへ斜め方向から入射するような悪効果を生み出し、結像性能の低下をきたす。さらに、接線方向傾きの補正に用いる場合には、一般的に光ピックアップでは接線方向に照射位置を調整する手段を持たないので、この偏向が照射位置の変移を生み出し、この変移が接線方向のジッタとなる。また、この周辺部での必要な収差補正量が大きいため、補正量に比例して厳しくなる位置変移による補正誤差も大きくなり、大きな開口数では実現が難しくなる。
【０００８】
すなわち、この従来方法によると、挿入された補償板の移動によって光軸が偏向し、光ディスク上に照射されるスポットの中心位置が変移する。この照射光軸の偏向は、特に、接線方向の補正を行なうにあたって時間変動ノイズ（ジッタ）として作用し、接線方向の傾き補正を良好に行なえないと言う問題点があった。本発明は、上述した点に鑑みなされたものであり、従来のコマ収差の補正にあたって補償板の移動に起因する照射光軸の偏向を防止して時間変動ノイズ成分を良好に除去できる光ピックアップ装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の収差補正装置は、光ディスクに光ビームを照射する光ピックアップ装置の光源から光ディスクに到る光路中に配置される収差補正装置であって、
離間して対向する互いに相補的な曲面を有する一対の光透過基板からなり、前記光透過基板の少なくとも一方は前記光路の光軸に垂直方向に移動自在に保持され、
前記曲面は、次式
【数４】
ｚ ＝ （ａｘ）6−（ｂｘ）4＋Ｃｘ2＋Ｄｘ
（式中、ｚは光軸に平行な方向における高さ、ｘは光軸を中心とした半径を示す）を満たす形状であり、
前記数式における各係数は、前記光ディスクの透明板によって透過光ビームに与えられるコマ収差を最小とすべく、前記一対の光透過基板を透過する光ビームの光路長が前記光透過基板の移動によって変化することにより透過光ビームに位相差を与えつつ該位相差が該光ビームの進行方向を維持するように決定されている、ことを特徴とする。
【００１０】
本発明の収差補正装置においては、前記曲面は、前記光ディスクの少なくとも半径又は接線の方向に関して対称であることを特徴とする。
本発明の収差補正装置においては、前記曲面は、次式
【００１１】
【数５】
ｚ＝（ａｘ）4−（ｂｘ）2
（式中、２ａ2＝ｂである）を満たす形状であることを特徴とする。
本発明の収差補正装置においては、前記光透過基板の一方の表面形状は光軸周りで凸面でありかつ有効径内最外部における面法線が光軸に対して平行であり、他方の光透過基板は表面形状が光軸周りで凹面でありかつ有効径内最外部における面法線が光軸に対して平行であるように構成されることを特徴とする。
【００１２】
本発明の収差補正装置においては、前記光透過基板の一方の表面形状は光軸周りで凸面でありかつ有効径内の外側において凹部が形成されており該凹部底部における面法線が光軸に対して平行であり、他方の光透過基板は表面形状が光軸周りで凹面でありかつ有効径内の外側において凸部が形成されており該凸部頂部における面法線が光軸に対して平行であるように構成されることを特徴とする。
【００１３】
本発明の収差補正装置においては、前記光透過基板の一方の形状は光軸を含む平面を対称面とし、対称面を中心とする凸面であり、かつ、有効径内最外部における面法線が光軸に対して平行であり、他方の光透過基板は前記対称面を中心とする凹面であり、かつ、有効径内最外部における面法線が光軸に対して平行であることを特徴とする。
【００１４】
本発明の収差補正装置においては、前記光透過基板の一方の形状は光軸を含む平面を対称面とし、対称面を中心とする凸面であり、かつ、有効径内外部において凹部が形成されており、該凹部底面の面法線が光軸に対して平行であり、他方の光透過基板は前記対称面を中心とする凹面であり、かつ、有効径内外部において凸部が形成されており、該凸部底面の面法線が光軸に対して平行であることを特徴とする。
【００１５】
本発明の収差補正装置においては、前記光透過基板の少なくとも一方は前記光軸上の１点を中心とした円筒面内において駆動されることを特徴とする。
本発明の収差補正装置においては、前記光透過基板の少なくとも一方は前記光軸上の１点を中心とした球面内において駆動されることを特徴とする。
本発明の光ピックアップ装置は、光ビームを射出する光源、光ビームを光ディスクの情報記録面上に向け集光する対物レンズ、該光ビームを前記対物レンズに導く照射光学系、並びに、光検出手段を含み前記対物レンズを介して前記情報記録面からの反射光を前記光検出手段へ導く検出光学系、を備える、光ディスクから信号を読み出し及び／又は書込む光ピックアップ装置であって、
前記光ディスクの少なくとも半径又は接線の方向に関する傾きを検出する傾き検出手段と、
前記照射光学系に配置され、離間して対向する互いに相補的な曲面を有する一対の光透過基板からなり、前記光透過基板の少なくとも一方は前記曲面の光軸が前記光路の光軸に略平行にかつ前記光路の光軸に垂直方向に移動自在に保持され、前記曲面は、次式
【数６】
ｚ ＝ （ａｘ）6−（ｂｘ）4＋Ｃｘ2＋Ｄｘ
（式中、ｚは光軸に平行な方向における高さ、ｘは光軸を中心とした半径を示す）を満たす非球面であり、前記数式における各係数は、前記光透過基板の移動によって前記一対の光透過基板を透過する光ビームの光路長を変化させて透過光ビームに位相差を与えつつ該位相差が該光ビームの進行方向を維持するように決定されている、収差補正装置と、
前記傾き検出手段からの前記光ディスクの傾き量に対応する出力に応じて、前記光透過基板を前記光路の光軸に垂直方向に移動せしめ、前記光ディスクの透明板によって透過光ビームに与えられる少なくとも半径又は接線方向のコマ収差を最小とする収差補正駆動手段と、を有することを特徴とする。
【００１６】
本発明の光ピックアップ装置においては、前記光透過基板の少なくとも一方は、前記光軸と交差する前記光ディスクの半径方向へ伸長する回転軸を中心とした円筒面内において駆動されることを特徴とする。
本発明の光ピックアップ装置においては、前記光透過基板の少なくとも一方は、前記光軸上の１点を中心とした球面内において駆動されることを特徴とする。
【００１７】
本発明の光ピックアップ装置における収差補正装置によれば、照射光軸方向に部分的に厚さが異なる２枚の光透過基板を略平行にしてそれらの光軸が照射光軸にほぼ一致するように配置し、この光透過基板の一方を照射光軸にほぼ垂直に移動せしめることによって、透過光の光路すなわち光透過基板の合計厚さを部分的に可変できるようにする。これによって、透過光ビームに所定の位相差分布を与えて、少ない補正量で波面補正を高速に行なえる。さらに、透過光の偏向による光スポットの変移を起こさずに収差の補正ができ、時間軸変動ノイズ成分を良好に除去できる。このように、本発明による光ピックアップの装置においては、光透過基板の移動により透過光ビームの部分的光路長を変えて光軸の偏向を抑制又は除去して補償板の移動に起因する照射光軸の偏向を防止し、照射光スポットの変移を起さない。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ説明する。
図３に示す第１の実施例の収差補正装置１００は、光ディスクから信号を読み出し及び／又は書込む光ピックアップ装置の例えば半導体レーザから光ディスク５に到る光路、あるいは光ディスク５から光検出器に到る光路中に配置され、例えばコリメータレンズと対物レンズの間に配置される。収差補正装置１００は第１補正板１０１及び第２補正板１０２からなる。第１補正板１０１及び第２補正板１０２は部分的に厚さが異なるガラス板すなわち光透過基板であり、それぞれの平坦面がピックアップ光軸に対して垂直になるように配置されている。このうち第２補正板１０２は光軸に垂直な方向、例えば光ディスクの接線方向又は、及び半径方向に移動制御可能に支持されている。第２補正板１０２の移動により、半径方向のコマ収差のみの補正でも、接線方向のコマ収差のみの補正でも、半径方向と接線方向の両方のコマ収差の補正も可能となる。
【００１９】
尚、光ビームは何度も屈折されたり反射されたりして光ディスクに導かれるため、補正板が配置される箇所の光ビームの光軸は、光ディスク面に垂直とは限らない。そのため、補正板は光ディスクの半径方向や接線方向と平行な方向に移動するものに限られるものではなく、光ディスク面上に照射される光ビームの光ディスク面上における接線方向や半径方向に対応する方向に移動する。
【００２０】
第１補正板１０１及び第２補正板１０２は、離間して対向する互いに相補的な非球面である曲面１０１a及び１０２aをそれぞれ有する。第１及び第２補正板１０１，１０２の対向する曲面１０１a及び１０２aの反対側は、互いに平行で平坦な面１０１b及び１０２bである。第１及び第２補正板１０１，１０２の少なくとも一方は曲面の光軸が光ビームの光路の光軸に略平行にかつ垂直方向に移動自在に保持されていればよい。また、接線方向又は半径方向の一方の方向にのみ関係するコマ収差を補正をするものであれば、補正板の曲面は光軸を含む平面を対称面とする面対称な非球面で形成される。さらに、補正板の曲面が光軸を中心とする軸対称な非球面の場合は、接線方向と半径方向の両方のコマ収差を補正することができる。
【００２１】
なお、接線方向又は半径方向の一方の方向のコマ収差を補正する補正板については、光軸を含む平面で、かつ、光ディスク面上に照射される光ビームの光ディスク面上における接線方向又は半径方向に対応する方向に平行な平面を、対称面という。
また、接線方向と半径方向の両方のコマ収差を補正する補正板については、光軸に平行な軸を対称軸とする。
【００２２】
次に、第１及び第２補正板の曲面１０１a及び１０２aの面形状について説明する。光ピックアップの対物レンズを含む光学系においては、所定値の厚さを持つ透明ディスク基板を通して信号の記録再生を行なう。よって、透明ディスク基板に傾きが存在しない場合、すなわち、光軸に対して垂直に透明ディスク基板が配置された場合に光ディスク記録面上に回折限界スポットを結ぶように光学系が設計されている。
【００２３】
本実施例においては、基板に傾きが存在する場合に発生する波面収差をそのままの形（図２）での逆波面収差を発生させる上記従来の補償板を光路中に挿入して補正するのではなく、光の進行方向の偏向を減らした波面収差を付与した曲面を有する補正板を用いる。一般に、レンズなどの光学素子の入射瞳径に対する収差の関係において、コマ収差は入射瞳径に大きく依存している。つまり入射瞳開口数が大きくなるとコマ収差も大きくなる。よって、収差補正装置によってディスク基板のコマ収差の逆のコマ収差を付与して当該コマ収差を相殺するに加えて、光学素子の近軸から外周へ向け光路長差を減ずるように変化させることにより、光軸の偏向を抑制することができる。
【００２４】
そこで、この曲面１０１a及び１０２aは、光ディスクの透明基板を透過する光ビームに与えられる少なくとも接線方向のコマ収差を最小とすべく、透過光ビームの光路長が第１及び第２補正板の少なくとも一方の移動によって変化することにより透過光ビームに位相差を与えつつ該位相差が該光ビームの進行方向を維持するように、形成されている。
【００２５】
すなわち、本発明において補正すべき波面の位相差形状は、図４に示すように、図４（Ａ）（図２（Ａ）に対応）の収差のある波面から移動分を除去した図４（Ｂ）に示すような位相差形状である。
図５，図６及び図７は、図３に示す第１の実施例で用いる第１及び第２補正板の曲面１０１a及び１０２aの面形状を示す。
【００２６】
図５は、直交座標系でとった第１補正板１０１の半径方向の厚さを示す断面図である。図６はその等高線図である。図５及び図６に示すように、第１補正板１０１の曲面は光軸Oから対称に、最外周部P側に行くに従って薄くなっていて、しかも中央部Oだけでなく最外周部Pにおける厚さの変化率が０となるような形状になっている。すなわち、第１補正板１０１の断面は中央部Oの頂部及び最外周部Pの環状領域では面法線の方向が光軸方向と平行となるように形成されている。
【００２７】
図７に示す第２補正板１０２も直交座標系でとった半径方向の厚さを表したものである。図７に示すように、その曲面は光軸Oから対称に、外側に行くに従って厚くなっていて、しかも最外周部Pにおける厚さの変化率が０となるような形状になっている。すなわち、第２補正板１０２の断面は中央部Oの陥没部及び最外周部Pの隆起環状領域では面法線の方向が光軸方向と平行となるように形成されている。この第２補正板１０２の曲面は図５及び図６に示す第１補正板１０１の曲面と相補的な関係で形成されるので、曲面側を重ねると平行平板となる。いずれも曲面は、光ディスクの少なくとも半径又は接線の方向に関して対称である。
【００２８】
収差補正装置は、この二つの第１及び第２補正板１０１，１０２がそれらの光軸を共通として、照射光軸に一致させて、それぞれが接触しないように離間させて重ねて配置され、さらに少なくとも一方例えば第１補正板１０１を所定距離だけ光軸に垂直に移動自在にして構成される。
次に、第１の実施例の第１及び第２補正板の曲面１０１a及び１０２aの面形状をの設計例を説明する。まず、光ディスクの傾きによる収差の代表的な光軸からの距離の３次関数に比例して位相差（図４（Ａ））が発生する場合を考える。この位相差から変移分を除いた光路長差（図４（Ｂ））を表すＯＰＤ0は光軸からの距離をｘとして、
【００２９】
【数７】
ＯＰＤ0（ｘ，ｙ）＝αｘ3−αｘ
と表すことができる。
いま、求めようとする第１補正板１０１の第２補正板に面する側の曲面１０１aの凸面形状が
【００３０】
【数８】
ｚ1＝（ａｘ）4−（ｂｘ）2
という面形状であるとする。ここで、定数ａの値は後ほど特定する。
第２補正板１０２の第１補正板１０１に面する側の凸面形状も、第１補正板１０１と同じ相補形状で、
【００３１】
【数９】
ｚ2＝（ａｘ）4−（ｂｘ）2
である。第１補正板１０１と第２補正板１０２の間隔が十分近く、ａが小さい値であれば、この２枚を透過した平行光の光路差ＯＰＤは
【００３２】
【数１０】
ＯＰＤ（ｘ，ｙ）＝ｚ2（ｘ）−ｚ1（ｘ）＝０
となり、この２枚を通過したことによる波面位相差分布の変化はない。
次に、第２補正板１０２をｘ方向にΔｘだけ動かした場合の位相差を考える。このときの光路差は
【００３３】
【数１１】
ＯＰＤ（ｘ；ｙ＋Δｘ，ｙ）＝ｚ1（ｘ）−ｚ2（ｘ＋Δｘ）
＝４ａ4Δｘｘ3−２ｂ2Δｘｘ＋６ａ4Δｘ2ｘ2−ｂ2Δｘ2＋４ａ4Δｘ3ｘ＋ａ4Δｘ4
ここで、Δｘの２乗以上の項を無視すれば、
【００３４】
【数１２】
ＯＰＤ＝４ａ4Δｘｘ3−２ｂ2Δｘｘ
となる。ここで、ｘは瞳半径を単位として表し、
【００３５】
【数１３】
２ａ2＝ｂ
とすれば、図４（Ｂ）の変化を有する波面を補正するように構成できる。すなわち、以上の設計を簡単にまとめると、図４（Ｂ）の光路差を、入射瞳面に対して当該光路差に反対の図８に示す光路差を付与して位相差を相殺するのである。
【００３６】
第１の実施例の収差補正装置を用いた、光ディスクから信号を読み出し及び又は書込む光ピックアップ装置を説明する。
図９に非点収差法を用いた光ピックアップ装置を示す。光学式ビデオ光ディスクやディジタルオーディオ光ディスクなどの光ディスク５を装荷して情報を記録／再生する記録再生装置には、光ディスクの情報記録面上に螺旋又は同心円状に形成されたピット列などへ常に正確に情報書込／読取用の光ビームを収束せしめる、いわゆるフォーカスサーボ及びトラッキングサーボが備えられている。
【００３７】
光ピックアップ装置は大きく分けて対物レンズユニットと、対物レンズユニットを支える本体ユニットとから構成される。本体ユニットは、光ディスク５の半径方向に伸長するシャフト上を移動するスライダ機構に固定されている。
図９に示すように、対物レンズユニットは、対物レンズ４、該対物レンズ４を対物レンズユニット４０に対して支持する板バネなどの弾性支持部材、並びに、光ビームを光ディスク５の情報記録面上に向け集光するために光ディスクの半径方向及びフォーカシング方向に対物レンズ４を駆動するアクチュエータなどの対物レンズ駆動機構１５を備えている。なお、対物レンズ駆動機構は、対物レンズホルダに協働する半径方向及びフォーカシング方向に伸長するコイル及び磁気回路を有している。
【００３８】
図９に示すように、本体ユニットは、半導体レーザ１、コリメータレンズ２、偏光ビームスプリッタ３及び１／４波長板１８などを含み、半導体レーザからの光ビームを対物レンズに導く照射光学系を備える。さらに本体ユニットは偏光ビームスプリッタ３、検出用集光レンズ７、シリンドリカルレンズ、マルチレンズなどの非点収差発生素子８など、直交する２線分によって４分割されてなる４つの受光面を有する４分割光検出器９の光検出手段へ導く検出光学系を備える。
【００３９】
照射光学系の偏光ビームスプリッタ３及び対物レンズ４間に、離間して対向する互いに相補的な曲面を有する一対の第１及び第２補正板１０１，１０２はそれらの光軸が光学系の光軸に一致するように配置されている。第１補正板１０１は収差補正駆動手段１１０により、光軸に対し垂直方向へ移動自在に保持されている。  収差補正駆動手段１１０はアクチュエータ１１４、傾き検出フォトディテクタ１２０及びアクチュエータ駆動回路１２１を含み、傾き検出フォトディテクタ１２０は光ディスクの傾き量に対応する出力信号を生成しこれをアクチュエータ駆動回路１２１へ供給し、アクチュエータ駆動回路１２１は傾きエラー信号に応じて、第１補正板１０１を光路の光軸に垂直方向に移動せしめ、光ディスクの透明基板によって透過光ビームに与えられる少なくとも接線方向又は半径方向のコマ収差を最小とする。
【００４０】
傾き検出フォトディテクタ１２０は、光ディスク５少なくとも接線方向（又は半径方向）に関する傾きを検出するが、傾き検出手段として、回折格子を照射光学系に挿入した３ビーム方法を用いて、４分割光検出器両側に検出領域を設け、これらの出力から信号検出手段１２によって傾き検出をなし、これにより信号検出手段１２がアクチュエータ１１４を直接駆動することもできる。
【００４１】
図１０及び図１１は第１の実施例における光ピックアップにおける収差補正駆動装置１１０の一例を示す。
図１０に示すように、本体ユニット５０の照射光学系には、そのベース部５０ａ上に、立ち上げ反射鏡２０が設けられている。立ち上げ反射鏡２０は、半導体レーザ１から発射され、順にコリメータレンズ２、偏光ビームスプリッタ３、及び１／４波長板１８を透過する光軸を、対物レンズ４へ立ち上げる。立ち上げ反射鏡２０の光軸に対して４５度の角度で交わる鏡面によって直角に光路が偏向される。
【００４２】
第２補正板１０２は、図示しないジグによってベース部５０ａに固定される。第２補正板１０２から平行に離間する第１補正板１０１は、偏向され対物レンズ４へ入射する光軸に垂直に、すなわちそれらの光軸が照射光軸に一致するように、２枚の平行バネ１０５，１０６によって支えられている。よって、第２補正板１０２に対して第１補正板１０１が平行を維持したまま移動自在となっている。第１補正板１０１は、アクチュエータ１１４により、アクチュエータ駆動回路１２１からの光ディスクの傾き量に対応する出力に応じて、接線方向に駆動される。
【００４３】
検出光学系の１／４波長板１８を貼着した偏光ビームスプリッタ３と対物レンズ４との間に、収差補正装置を設けているので、照射光ビーム及び戻り反射光におけるコマ収差を良好に補正することができる。なお、ここで用いられる偏光ビームスプリッタ３は、半導体レーザ１からコリメータレンズ２を経た平行光ビームをビーム整形しつつ対物レンズ４へ導くと同時に光ディスクからの反射光を４分割光検出器９へ導くような検出光学系の一部の機能を有する複合プリズムである。
【００４４】
次に第１の実施例における収差補正駆動装置を用いた光ピックアップにの動作について述べる。図１０に示すように、半導体レーザ１から放射された直線偏光光ビームは、コリメータレンズ２で平行化され、偏光ビームスプリッタ３で整形され、１／４波長板１８で円偏光化され、立ち上げ反射鏡２０により、光ディスク５にほぼ垂直な照射光学系光軸に沿って対物レンズ４へ向けて偏向される。そして、図１１に示すように、光ビームは収差補正装置の第１及び第２補正板１０１，１０２を透過して所定の光路長分布を付与され、対物レンズ４で集光され光ディスク５の記録面上に光スポットを形成する。光ディスク５の透明基板にてコマ収差が相殺され、光スポットからの反射光は、対物レンズ４、収差補正装置の第１及び第２補正板１０１，１０２及び立ち上げ反射鏡２０を経て、１／４波長板１８で直線偏光化され、偏光ビームスプリッタ３の誘電体多層膜にて反射され検出用集光レンズ７へ分離され、非点収差発生素子のマルチレンズ８を経て、４分割光検出器９へ入射する。マルチレンズ８は、光ディスク５の記録面に集光された光ビームの合焦時は真円の光スポットを４分割光検出器９に照射し、フォーカスが合っていない時は、エレメントの対角線方向に楕円の光スポットを４分割光検出器９に照射する、いわゆる非点収差を生ぜしめる。
【００４５】
４分割光検出器９は、図９に示すように４つの各受光面に照射された光スポットの部分をその強度に応じて各々電気信号に光電変換して信号検出回路１２に供給する。信号検出回路１２は、４分割光検出器９から供給される電気信号に基づいてフォーカスエラー信号及びトラッキングエラー信号を生成し、アクチュエータ駆動回路１３に供給する。アクチュエータ駆動回路１３はそれぞれの駆動信号をアクチュエータ１５に供給する。アクチュエータ１５は、各駆動信号に応じて対物レンズ４を対応する方向に移動せしめる。ここで、収差補正装置によって、常時収差の補正をかけているので、コマ収差と、コマ収差とが互いに打ち消し合うようにして、全体として光源から光ディスクに到る光学系全体がもつ収差をほぼ最小にすることができる。
【００４６】
本発明の第２の実施例を図１２〜図１８において説明する。これら図において第１の実施例の部材と同一の部材は同一の参照符合にて示される。
第２の実施例では、図１１に示す上記実施例の２枚の平行バネ１０５，１０６に支持された第１補正板１０１が平行移動する駆動装置に代えて、図１２に示すように、第１補正板２０１が揺動する駆動装置を用いる。第１及び第２補正板２０１，２０２は、第１の実施例の第１及び第２補正板１０１，１０２に相当するが、それぞれの曲面の面形状のやや異なる収差補正レンズである。
【００４７】
図１２に示すように、本体ユニット５０の照射光学系においても、第２補正板２０２は、図示しないジグによってベース部５０ａに固定され、第２補正板２０２から平行に離間する第１補正板２０１は、偏向され対物レンズ４へ入射する光軸に垂直に、すなわちそれらの光軸が照射光軸に一致するように支持部材１１１によって支持されている。支持部材１１１は、光軸と交差する光ディスク５の半径方向へ伸長する回転軸１１２を中心にベース部５０ａに軸支さているので、図１１に示すように、第１補正板２０１は回転軸１１２を中心とした円筒面１１３内において光ディスク５の接線方向へ移動自在である。支持部材１１１は、アクチュエータ１１４により、アクチュエータ駆動回路１２１からの光ディスクの傾き量に対応する出力に応じて、第１補正板２０１とともに駆動される。
【００４８】
また、図２０に示すように、支持部材１１１の代わりに、第１補正板２０１が照射光学系光軸上の１点Sを中心として枢支されたピボット支持部材１１７の上面に第１補正板２０１を固定して、第１補正板２０１が点Sを中心とした球面１１３内において駆動されるようにすることもできる。この場合、光ディスク５の接線方向に駆動するアクチュエータ１１４に加えて、半径方向に駆動するアクチュエータ１１８を設けることにより、接線方向に加えて、半径方向のコマ収差を同時に高速に補正できるようになる。
【００４９】
図１４に示す第２の実施例の収差補正装置１００Aにおいても、第１補正板２０１及び第２補正板２０２は、離間して対向する互いに相補的な非球面である曲面２０１a及び２０２aをそれぞれ有する。第１及び第２補正板２０１，２０２の対向する曲面２０１a及び２０２aの反対側は、初期状態において互いに平行で平坦な面２０１b及び２０２bである。第１及び第２補正板２０１，２０２の少なくとも一方は曲面の光軸が光ビームの光路の光軸に略平行にかつ垂直方向に移動自在に保持されていればよい。
【００５０】
次に、第１及び第２補正板の曲面２０１a及び２０２aの面形状について説明する。ここで、回転軸１１２から第１補正板２０１までの距離は、第１補正板２０１が第２補正板２０２に対して移動する距離より十分大きくとられているものとして説明する。
図１４に示すように、第１補正板２０１の回転軸１１２側の面２０１bは平面となっているので、この回転駆動によって、入射平行光ビームに対しその平面２０１bは傾斜する。図１５（Ｃ）の光路長差の変化に示すように、これは入射する平行光に対して駆動方向への変移を与える。このとき、図１５（Ａ）に示す透明ディスク基板の傾きによる収差がこの素子傾斜変移分を含めて補正されればよいので、収差補正を行なう量は図１５（Ｂ）に示すようなもので良い。これに伴い、面形状の係数ａ，ｂを決定する。当該係数ａ，ｂは数値計算によって第１補正板２０１と第２補正板２０２の面形状を収差の発生を最小に抑えるように決定することができる。
【００５１】
いま、第１実施例と同様に光ディスク傾きによる収差の代表的な形である、光軸からの距離の３次関数に比例して位相差が発生する場合を考える。このときの位相差は半径方向に沿って図１６に示すように変化している。このとき、この面２０１a及び２０２aでは、第１実施例の位相差からさらに反対面の傾きによる変移分を除いたものを補正すればよいので、光路長差ＯＰＤ0は光軸からの距離をｘとして、この傾きをβｘとして
【００５２】
【数１４】
ＯＰＤ0（ｘ，ｙ）＝αｘ3−αｘ＋βｘ
と表すことができる。このとき、補正すべき波面は図１６に示すようなものである。
この補正を与える第１補正板２０１の面形状は図１７及び図１８に示した形状となり、その厚さの最大値は光軸Oから最外周部OM側に行く中間Pの位置に存在するようになっている。すなわち、中心部Oが凹部であり、有効径内の外側において凸環状部Pが形成されている。また、第２補正板２０２の形状はこれとは逆に、図１９に示すように中心部Oが凸部であり、有効径内の外側において凹環状部Pが形成されている。
【００５３】
第２の実施例によれば、収差補正板の面形状を第１の実施例よりも平面に近く設計できるために、作成が容易である。また、回転軸１１２によって支えられて駆動するので、駆動時の変移や面の揺れを小さく抑えることができ、良好な性能を得ることができる。
以上説明したように、この収差補正板は補償しようとする光学系と設定する移動量が決まればその形状を決定できるので、精密ＮＣ加工機を用いて金型を製作し、ガラスのプレス加工あるいは樹脂成形によって安価に大量生産が可能である。補正板の一方を微動アクチュエータに取り付け、検出された光ディスク傾き量、あるいはコマ収差量信号に基づいてこのアクチュエータを駆動して、光ディスク傾きによる収差を常に押え込むようなサーボ系を構成することができる。ここで、アクチュエータは高い周波数に亘るまで動作をするものを用いることができるので、光ディスクの傾きが一周のうちで何度も変動するような形状の光ディスクを用いても良好な信号の再生が可能になる。また、このサーボは信号の振幅やジッタなどの品質をモニタし、常に最良の信号を得るように制御する手法を用いても構成できる。
【００５４】
上記実施例においては瞳上距離の４乗に比例する成分のみを扱って形状を示した。ディスクの傾きのみに起因するコマ収差を補正するためには、上記実施例通りで対応できるが、光ディスクの透明基板の厚みが均一でない歪んだものに対応させるために、瞳上距離の６乗、８乗、１０乗といった更に高次の偶数次の成分を加えることによって５次、７次、９次といった高次の収差成分の補正をすることができる。
【００５５】
なお、この場合は、曲面の式５を
【数１５】
ｚ＝（ａｘ）6−（ｂｘ）4＋Ｃｘ2＋Ｄｘ
に当てはめて求めることができる。なお、この場合も各項の係数は３次の補正と同様な手法を用いて決定することができる。
上記実施例においては接線方向の傾き補正を行なう場合を例にとって示したが、収差補正板方向及びその駆動方向を光ディスクに対して回転させて、同様に半径方向の光ディスク傾きを補正するように構成することができる。
【００５６】
また、上記補正板を半径方向と接線方向との双方に研磨し、一つの収差補正板をｘ軸及びｙ軸に駆動することによって２方向の傾きを同時に補正する構成も可能である。この場合、部品の工作加工及び調整を容易にするために、図２１及び図２２の等高線図に示すように、それぞれ光軸Oに対して軸対称な曲線形状を有する補正板３０１及び４０１として用いることもできる。
【００５７】
上記実施例では面の傾き角度が僅かであるので第１補正板と第２補正板の間にできる空気間隙による悪影響は小さいが、もっと大きいコマ収差を補正するような場合や高精度の補正が必要な用途などにおいては、この間隙による光線の変移をあらかじめ計算して第１補正板あるいは第２補正板の面形状を決めることができる。
【００５８】
上記実施例においては発生する収差を正確に取り去るように補正板の面の形状を決定したが、補正板の面の形状は、エッチング方法などを用いて、例えば何段かのステップ状の平面で構成することもできる。こうすることによって、簡便に収差補正板を作成することが可能になる。
本発明は、第１及び第２補正板の対向しない側の面を平面ではなく曲率を持ったレンズとすることでコリメータレンズなどの機能を持たせるようにも構成できる。また、この非対向面をホログラムとして、サーボ信号の発生やビームの分割などの機能を持たせる構成も可能である。また、この外側の非対向面の一つを反射面とし、この収差補正板を往復する光に対して位相差を与えるような構成も可能である。各面の形状は補正したい波面形状に応じて様々な設計が可能であり、要は補正板の一方を移動することによって通過光路長が非対称に変化するようなものであれば、同様の効果を得ることができる。
【００５９】
上記実施例においては、アクチュエータの巻き線コイルを用いた普通の電磁アクチュエータの他に、圧電素子を用いたアクチュエータを用いるなど、様々な構成方法が可能である。
上記実施例においては、光ディスクの記録再生に用いるピックアップ装置を例にとって説明を行なったが、本装置はこれに限らず、顕微鏡装置、天体望遠鏡など、コマ収差の補正が必要となるいろいろな光学装置に適用することが可能である。このような場合には上記収差補正板の移動量を自動制御することなく、手動によって収差を調整するような簡単な構成も可能である。
【００６０】
【発明の効果】
本発明においては、上述のように構成したことにより、僅かな方正板の移動によって高速かつ正確に光ディスクの透明板の傾きによる収差の補正を行い、かつ対物レンズを透過する光の進行方向を変えないので、高開口数対物レンズを使用するシステムにおいてもある程度の厚さを持つ光ディスクの透明板を使用することが可能になり、光ディスクの汚れ、ディフェクトなどに対する余裕度の高いシステムを構成することが可能になる。また、フレキシブルな透明基板材料を用いた光カード、光ディスクなどの高密度記録再生の道をも開くものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】コマ収差補正方法を実行する装置の概略断面図。
【図２】光ディスク基板が傾いた場合の収差による光路長差の変化を示すグラフ。
【図３】実施例の光ピックアップ装置における収差補正装置の概略断面図。
【図４】実施例の光ピックアップ装置における収差補正装置の光路長差の変化を示すグラフ。
【図５】実施例の光ピックアップ装置における収差補正装置の概略断面図。
【図６】実施例の光ピックアップ装置における収差補正装置の概略平面図。
【図７】実施例の光ピックアップ装置における収差補正装置の概略断面図。
【図８】実施例の光ピックアップ装置における収差補正装置の光路長差の逆の変化を示すグラフ。
【図９】本発明の光ピックアップ装置を示す概略構成図。
【図１０】実施例の光ピックアップ装置の照射光学系と検出光学系との関係を示す概略部分斜視図。
【図１１】実施例の光ピックアップ装置における収差補正装置の駆動機構を示す概略断面図。
【図１２】他の実施例の光ピックアップ装置における収差補正装置の駆動機構を示す概略断面図。
【図１３】他の実施例の光ピックアップ装置の照射光学系と検出光学系との関係を示す概略部分斜視図。
【図１４】他の実施例の光ピックアップ装置における収差補正装置の概略断面図。
【図１５】他の実施例の光ピックアップ装置における収差補正装置の光路長差の変化を示すグラフ。
【図１６】他の実施例の光ピックアップ装置における収差補正装置の光路長差の逆の変化を示すグラフ。
【図１７】他の実施例の光ピックアップ装置における収差補正装置の概略断面図。
【図１８】他の実施例の光ピックアップ装置における収差補正装置の概略平面図。
【図１９】他の実施例の光ピックアップ装置における収差補正装置の概略断面図。
【図２０】他の実施例の光ピックアップ装置における収差補正装置の概略平面図。
【図２１】他の実施例の光ピックアップ装置における収差補正装置の概略平面図。
【図２２】他の実施例の光ピックアップ装置における収差補正装置の概略平面図。
【主要部分の符号の説明】
１  半導体レーザ
２  コリメータレンズ
３  偏光ビームスプリッタ
４  対物レンズ
５  光ディスク
７  検出レンズ
８  マルチレンズ
９  ４分割光検出器
１２  信号検出回路
１３、１２１  アクチュエータ駆動回路
５０  本体ユニット
１０１、１０２、２０１、２０２  補正板
１１１  支持部材
１１４  アクチュエータ
【図１】
0003666632.tif 000005
【図２】
0003666632.tif 000006
【図３】
0003666632.tif 000007
【図４】
0003666632.tif 000008
【図５】
0003666632.tif 000009
【図６】
0003666632.tif 000010
【図７】
0003666632.tif 000011
【図８】
0003666632.tif 000012
【図９】
0003666632.tif 000013
【図１０】
0003666632.tif 000014
【図１１】
0003666632.tif 000015
【図１２】
0003666632.tif 000016
【図１３】
0003666632.tif 000017
【図１４】
0003666632.tif 000018
【図１５】
0003666632.tif 000019
【図１６】
0003666632.tif 000020
【図１７】
0003666632.tif 000021
【図１８】
0003666632.tif 000022
【図１９】
0003666632.tif 000023
【図２０】
0003666632.tif 000024
【図２１】
0003666632.tif 000025
【図２２】
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