(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学装置内部の光路の光軸上に配置される収差補正装置であって、各々が光軸に垂直に交差するように配置され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軸の周りにて回動自在に保持され、前記光透過基板の各々は前記光軸を中心とした同心円上の所定の範囲内において互いに相補的に減少又は増加する光路長の分布を有し、前記光透過基板の回転に応じて、前記一対の光透過基板の合計の光路長の分布を前記光軸を中心とした同心円上の所定の範囲内にて一様に変化させ透過光束に位相差を与えることを特徴とする収差補正装置。
【請求項２】
前記一対の光透過基板は互いに相補的な厚みを有し、前記各光透過基板の板厚は前記光軸を中心とした同一半径の円周上の所定の範囲内において漸次減少又は増加す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】
前記各光透過基板の板厚は、前記光軸からの同一動径上において漸次減少又は増加することを特徴とする請求項２記載の収差補正装置。
【請求項４】
前記一対の光透過基板を合わせた板厚が補正すべき位相ずれ量に比例するように、前記各光透過基板の表面は互いに相補的な曲面を形成してい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】
前記各光透過基板の板厚は、前記光軸を中心とした同一動径上の所定の範囲内において、一定であることを特徴とする請求項２記載の収差補正装置。
【請求項６】
前記各光透過基板の屈折率は前記光軸を中心とした同一半径の円周上の所定の範囲内において漸次減少又は増加するように分布してい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７】
前記屈折率の分布は、前記光軸からの同一動径上において漸次減少又は増加することを特徴とする請求項６記載の収差補正装置。
【請求項８】
前記一対の光透過基板は、透過光束の前記光軸からの同一動径上に４次の位相差を与えることを特徴とする請求項３又は４又は６記載の収差補正装置。
【請求項９】
前記一対の光透過基板を合わせた前記屈折率の分布が補正すべき位相ずれ量に比例するように、前記各光透過基板は互いに相補的な屈折率の分布であることを特徴とする請求項８記載の収差補正装置。
【請求項１０】
前記各光透過基板の前記屈折率の分布は、前記光軸を中心とした同一動径上において一定であることを特徴とする請求項７記載の収差補正装置。
【請求項１１】
前記一対の光透過基板の間隙には光透過基板と屈折率の異なる透明流動媒質が充填されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１記載の収差補正装置。
【請求項１２】
光束を射出する光源、光束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、該光束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き込む光ピックアップ装置であって、前記照射光学系の光路の光軸上に配置され、各々が対向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が前記光軸の周りにて回動自在に保持され、前記光透過基板の各々が前記光軸を中心とした同一半径の円周上において互いに相補的に漸次減少又は増加する光路長の分布を有し、前記光透過基板の回転に応じて、前記一対の光透過基板の合計の光路長の分布を前記光軸を中心とした同心円上の所定の範囲内にて一様に変化させ透過光束に位相差を与える収差補正装置と、前記光ディスクの厚さ変化量に対応する出力を生成する光ディスク厚さ検出手段を含み、前記出力に応じて、前記光透過基板を回動せしめ、前記光ディスクの透明基板によって透過光束に与えられる球面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。
【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及び又は書き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】
光ディスクは情報記録面と情報記録面を保護する透明基板を備えており、透明基板を介して情報記録面に光ビームが照射されることにより、光ディスクの情報記録面の情報の読取りや書き込みが行なわれる。
現在このような光ディスクの記録密度の向上化が考えられている。記録密度を向上した光ディスクの情報記録面の情報の読み取りや書き込みを行なうために、光ビームを情報記録面にて充分小さく集光させる必要がある。光ビームを小さく集光させる一つの方法として、対物レンズの開口数を上げることが考えられている。具体的には、対物レンズの開口数は、これまで通常０．４程度であったものを０．６から０．８に上げることが考えられている。
【０００３】
光ビームは所定の厚みの透明基板に対して収差が発生しないように設計されているため、透明基板に厚み誤差がある場合、球面収差が発生してしまうという問題がある。特に、開口数の大きな対物レンズを用いた場合は、開口数の小さな対物レンズを用いた場合に比べて、透明基板の厚み誤差の影響を受けやすく、少しの厚み誤差により、大きな球面収差を発生してしまうことになる。
【０００４】
また、多層構造を持つ光ディスクを再生しようとする場合、層によって光透過基板厚が異なるために球面収差が発生し、良好な信号再生が困難になる問題点がある。これに対し、特開平１０−２６９６１１号公報には同心円状に分割された液晶素子を用い、ここに電圧を印加することによって同心円部分の屈折率を変化させ、多層構造光ディスクの球面収差補正を行なうことが示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、液晶素子はその応答速度が遅く、光ディスクの基板厚さの一周の中で変動する球面収差に対しては応答できないという問題点があった。また、球面収差発生の問題は対物レンズの開口数を拡大した場合に顕著に発生し、このような場合には光ディスクの厚さ精度を厳しくしなければ良好な記録再生が行なえない。
【０００６】
本発明は、上述した点に鑑みなされたものであり、光ディスク基板の厚み誤差に基づく球面収差を良好に除去でき、高開口数の対物レンズを使用しても光ディスク基板の厚み誤差許容範囲を拡大できる収差補正装置及びこれを用いた光ピックアップ装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の収差補正装置は、光学装置内部の光路の光軸上に配置される収差補正装置であって、各々が光軸に垂直に交差するように配置され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軸の周りにて回動自在に保持され、前記光透過基板の各々は前記光軸を中心とした同心円上の所定の範囲内において互いに相補的に減少又は増加する光路長の分布を有し、前記光透過基板の回転に応じて、前記一対の光透過基板の合計の光路長の分布を前記光軸を中心とした同心円上の所定の範囲内にて一様に変化させ透過光束に位相差を与えることを特徴とする。
【０００８】
本発明の収差補正装置においては、前記一対の光透過基板は互いに相補的な厚みを有し、前記各光透過基板の板厚は前記光軸を中心とした同一半径の円周上の所定の範囲内において漸次減少又は増加することを特徴とする。なお、「漸次」とはなめらかに変化する様と階段状に変化する様との両方を含む意味である。
本発明の収差補正装置においては、前記各光透過基板の板厚は、前記光軸からの同一動径上において漸次減少又は増加することを特徴とする。
【０００９】
本発明の収差補正装置においては、前記一対の光透過基板を合わせた板厚が補正すべき位相ずれ量に比例するように、前記各光透過基板の表面は互いに相補的な曲面を形成していることを特徴とする。
本発明の収差補正装置においては、前記各光透過基板の板厚は、前記光軸を中心とした同一動径上の所定の範囲内において、一定であ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、前記各光透過基板の屈折率は前記光軸を中心とした同一半径の円周上の所定の範囲内において漸次減少又は増加するように分布していることを特徴とする。
本発明の収差補正装置においては、前記屈折率の分布は、前記光軸からの同一動径上において漸次減少又は増加することを特徴とする。
【００１１】
本発明の収差補正装置においては、前記一対の光透過基板は、透過光束の前記光軸からの同一動径上に４次の位相差を与えることを特徴とする。
本発明の収差補正装置においては、前記一対の光透過基板を合わせた前記屈折率の分布が補正すべき位相ずれ量に比例するように、前記各光透過基板は互いに相補的な屈折率の分布であ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、前記各光透過基板の前記屈折率の分布は、前記光軸を中心とした同一動径上において一定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、前記一対の光透過基板の間隙には光透過基板と屈折率の異なる透明流動媒質が充填されていることを特徴とする。
本発明の光ピックアップ装置は、光束を射出する光源、光束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、該光束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き込む光ピックアップ装置であって、
前記照射光学系の光路の光軸上に配置され、各々が対向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が前記光軸の周りにて回動自在に保持され、前記光透過基板の各々が前記光軸を中心とした同一半径の円周上において互いに相補的に漸次減少又は増加する光路長の分布を有し、前記光透過基板の回転に応じて、前記一対の光透過基板の合計の光路長の分布を前記光軸を中心とした同心円上の所定の範囲内にて一様に変化させ透過光束に位相差を与える収差補正装置と、
前記光ディスクの厚さ変化量に対応する出力を生成する光ディスク厚さ検出手段を含み、前記出力に応じて、前記光透過基板を回動せしめ、前記光ディスクの透明基板によって透過光束に与えられる球面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。
【００１３】
【作用】
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、相補的かつ部分的に厚さ又は屈折率が異なるようにして、照射光軸を中心とした同一半径の円周上において互いに相補的に漸次減少又は増加する光路長の分布をそれぞれが有する一対の光透過基板を該光軸上に配置し、この光透過基板の一方を光軸周りに回転させることによって、光束が通過する一対の光透過基板全体の光路長を部分的に可変させ、透過光に所定の位相差分布を部分的に与えて球面収差の補正を行うものである。光透過基板の一方を回転させるだけで球面収差を補正するため、ディスクの１回転中に変化する厚み誤差にも応答することができる。
【００１４】
【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。
まず、光ディスクに光束を照射することにより、光ディスクの情報記録面の信号を読み出し及び又は書き込むための光ピックアップ装置を図２８を用いて説明する。
【００１５】
光学式ビデオディスクやディジタルオーディオ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の光ピックアップ装置には、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に常に正確に光束を収束せしめるための、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。
【００１６】
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２８に示すように、対物レンズユニットは、光束を光ディスク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１５は、対物レンズホルダを半径方向及びフォーカシング方向に駆動するコイル及び磁気回路を有している。
【００１７】
図２８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束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などと、例えば直交する２線分によって４分割されてなる光検出器９の光検出手段へ導く検出光学系を備える。
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が、照射光学系の光軸に補正板の回転軸が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１１４により、光軸回りに回動自在に保持されている。
【００１８】
収差補正駆動手段はアクチュエータ１１４、厚さ検出フォトディテクタ１２０及び駆動回路１２１を含み、厚さ検出フォトディテクタ１２０は光ディスク厚さ変化量に対応する出力信号を生成しこれを駆動回路１２１へ供給し、駆動回路１２１は厚さエラー信号に応じて、第１補正板１０１を回動せしめ、光ディスクの透明基板によって透過光束に与えられる球面収差を最小とする。
【００１９】
次に、上記の光ピックアップの動作について述べる。図２８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束は、コリメータレンズ２を透過し、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、対物レンズ４へ向けられる。そして、光束は後述する収差補正装置の第１及び第２補正板１０１，１０２を透過して所定の光路長差分布を付与され、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の透明基板にて球面収差が相殺され、光スポットからの反射光は、対物レンズ４、並びに収差補正装置の第１及び第２補正板１０１，１０２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て検出用集光レンズ７へ分離され、マルチレンズ８を経て、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束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光検出器９に照射する、いわゆる非点収差を生ぜしめる。
【００２０】
光検出器９は、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、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、駆動回路１３に供給する。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、球面収差と、光路長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。上記実施例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、超音波モータなどを用いるなど、様々な構成方法が可能である。
【００２１】
光ピックアップの対物レンズを含む光学系においては、信号の記録再生を行うために、所定値の厚さを持つ透明光ディスク基板を通して、光ディスクの情報記録面に光束を照射する。ここで、透明光ディスク基板厚さが所定値の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おり、もし基板の厚さが所定値からずれている場合には焦点位置ずれ及び球面収差が発生することになる。焦点ずれについては、ピックアップのフォーカシング機構をもって自動的に補正されるものとする。
【００２２】
続いて本発明の収差補正装置の第１の実施例について図１を用いて説明する。図１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き込む光ピックアップ装置内部の、半導体レーザから光ディスク５に到る光束の光路中に配置され、例えばコリメータレンズと対物レンズ４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の各々は互いに離間して対向する相補的な曲面１０１a及び１０２aを有する。この２つの第１及び第２補正板１０１，１０２はそれぞれの相補的な曲面が接触しないように離間させて重ねて配置されている。第１補正板１０１及び第２補正板１０２は、それぞれ内面の当該曲面の反対側の平坦面１０１b及び１０２bからの部分的厚さが異なるガラス板などの光透過基板であり、それぞれピックアップ内の光束の光軸に対して該平坦面が垂直に配置されるように、位置している。第１及び第２補正板１０１，１０２の両方の中心軸が光束の光軸と一致している。一対の補正板の各々の曲面部分において光束の光軸を中心とした同一半径上における板厚の変化率は正負が異なるように形成されている。このうち第２補正板１０２は固定され、第１補正板１０１は光軸を中心として所定の角度、例えばプラス・マイナス０．５°の角度範囲でアクチュエータ１１４によって保持され回動可能に構成されている。また、第２補正板１０２を回動自在とし、第１補正板１０１補正板を固定して、両補正板が相対的に回動する構造としてもよく、補正板の少なくとも一方が光束の光軸を回転軸として回動自在に保持されればよい。
【００２３】
第１補正板１０１及び第２補正板１０２は、相補的な非球面である曲面１０１a及び１０２aをそれぞれ有し、対向する曲面１０１a及び１０２aのそれぞれ反対側は、互いに平行で平坦な面１０１b及び１０２bとなるように形成されている。曲面１０１a及び１０２aが相補的な関係で形成されるので、収差補正装置１００は、全体として曲面側を重ねると平行平板となる。第２補正板１０２と第１補正板１０１との相対的な回動の回転軸が光束光路の光軸に一致するように保持されているので、補正板の相対的な回動によって透過光束の両補正板における合計光路長が光軸を中心とした同心円上にて一様に変化する。
【００２４】
図２は、第１の実施例で用いる第１補正板１０１の曲面の面形状を示す斜視図である。曲面１０１aは、段差の頂上から補正板の板厚が光軸を中心とした同一半径の円周上において漸次減少するような螺旋状の曲面である。よって、曲面１０１aは、光軸からの同一半径の円周上の板厚の分布で画定され、光軸を中心とした同一半径上における光束の透過部分の光路長がその円周方向の角度ω（図４参照）にて単調に減少変化している。さらに、この螺旋面の曲面１０１aには、光軸から一定の傾きを持って最外周部側（半径r1）に行くに従って、厚くなる部分と、薄くなる部分とが存在する。すなわち、基板の曲面の板厚は、光軸からの同一動径上において漸次減少又は増加する。図示する基板では半径r0以内の中央部の厚さの変化率が０となるような形状になっている。
【００２５】
図３は第１補正板の厚みを半径方向すなわち同一動径上の極座標で示したものである。よって、図のΔｔ（ｒ）maxはその半径位置における周内の最大及び最小厚み、すなわち段差部分の厚み差を示している。
図４は曲面１０１aの或る同一半径ｒの円周方向の第１補正板１０１の厚みを極座標で示したものである。図２に示す段差を０度とし、反時計回り方向に角度θをとったときの点（ｒ，θ）での厚さを示している。図３及び図４におけるｔ０は半径r0以内の中央部などの曲面１０１a以外の部分の板厚を示す。
【００２６】
一方、第１の実施例で用いる第２補正板１０２は、図５に示すように、第１補正板１０１の曲面１０１aの相補的な面形状１０２aを有している。曲面１０２aは、図７のグラフに示すように、段差の底から補正板の板厚が光軸を中心とした同一半径の円周上において角度ωで漸次増加するような螺旋状の曲面である。図７は図４におけるθに対する板厚の変化の勾配の符号が逆になっている。さらに、この螺旋面の曲面１０２aには、上記曲面１０１aとは逆の位置であるが、光軸から一定の傾きを持って最外周部側に行くに従って、薄くなる部分と、厚くなる部分とが存在する。また、曲面１０２aも図６に示すように、上記曲面１０１aと同一変化率で光軸からの同一動径上において漸次減少又は増加する。
【００２７】
この２つの第１補正板１０１及び第２補正板１０２を光軸を共通として重ねて配置し、さらにその共通の光軸を中心として第１補正板１０１が第２補正板１０２に対して所定角度回転するように構成される。従って、図８に示すように、第１補正板１０１及び第２補正板１０２における或る同一半径ｒの円周方向の板厚を極座標で示すと、両板厚合計２ｔ０からそれらの間隙を差し引いた厚さ、これが収差補正装置における光束の全光路長となり、これは両補正板の相対的回転がない場合、一定である。
【００２８】
次に、本発明の動作について説明する。いま、簡単のために、θ＝πであるときの第１補正板１０１及び第２補正板１０２の厚さをどちらも同じｔ０であるとし、両補正板の相対回転角度ずれをφとする。図９に示すように、第１補正板１０１及び第２補正板１０２には平行光束が入射するとして、これを通過した光束の波面がどのような位相差を受けるかを算出する。図９は、位置（ｒ，θ）を含む第１補正板１０１及び第２補正板１０２の同一円周上にて切断した板厚を示す断面図である。
【００２９】
位置（ｒ，θ）において相対回転角φが与えられた時の第２補正板１０２及び第１補正板１０１の厚さｔ２（ｒ，θ）及びｔ１（ｒ，θ＋φ）は、それぞれ段差部分を除いて、
【００３０】
【数１】
ｔ２（ｒ，θ）＝ｔ０−Δｔ／２＋（θ／（２π））Δｔ（ｒ）
ｔ１（ｒ，θ＋φ）＝ｔ０−Δｔ／２−（（θ＋φ）／（２π））Δｔ（ｒ）
である。よって、この２枚を透過した後の光が通過する合計基板厚さｔ（ｒ，θ）は、
【００３１】
【数２】
0003640059.tif 000002
となる。この式から分かるように、回転角φを与えなければ透過する全板厚はすべての場所で一定値であり、回転角φを与えた時の全板厚の増減の変化はそれぞれの半径に応じてΔｔ（ｒ）によって決めることができる。また、図９に示すように、半径ｒ上の角度ωの勾配を有しているので、
【００３２】
【数３】
Δｔ（ｒ）＝ｒ・φ・tanω
となり、同一半径ｒ上の一定角度ωの勾配に応じて、全板厚すなわち光路長を変化させることもできる。
図１０に、焦点ずれの補正を行なった後に残留する光ディスク基板の厚さ誤差に応じた球面収差による瞳内での４次の収差量を示す。図１０の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の差として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は発生しないが、図１０は対物レンズの開口数を０．８５とし、規定値６００μｍの光ディスク厚が６５０μｍになった場合の数値を計算した結果である。４次収差の変化量は光ディスク基板の厚み誤差に比例する。
【００３３】
ここで、上記第１の実施例によって図１０に示すディスク基板の厚み誤差のよる光路長の差を補正すると、図１１に示す位相差分布を透過光束に付与できるので、結果として、図１２に示す光路長の差が得られ、球面収差が減少する。
また、図１３に示すように、図２に示す光軸周りの板厚変化率０の中央部分にまで、第１補正板１０１の曲面１０１aを光軸まで広げたものを用いれば、光軸近傍の収差をより減少させることができる。
【００３４】
さらに、図１０で示した光ディスク厚誤差によって発生する球面収差を補償するように、上記Δｔ（ｒ）を設定することもできる。すなわち、補正板は、その曲面の板厚が透過光束に４次の収差の位相差を与えるような分布にて形成することができる。例えば、２λ（λ：光源波長）の収差を補正するガラス厚さは約０．６μｍで、これを回転角φを１°の角度で回動することによって補正するように光線追跡法などで設計すると、Δｔは約０．２ｍｍとなる。図１０に示された収差量からそれぞれの半径ｒにおけるΔｔを算出してやることにより、光ディスク厚み誤差に応じて第１補正板１０１の回転角φで回動させれば、これによって発生する４次の収差、球面収差を補正する収差補正装置が作製できる。設計された好適な第１補正板１０１の斜視図を図１４に示す。第１補正板１０１の光軸からの同一動径上における曲面の板厚は、補正すべき図１０で示した光軸に対称な収差成分による位相ずれ量の半径方向成分に比例するように、形成されている。好適な第２補正板はこの第１補正板１０１の曲面１０１a側に相補的形状を有するものあって、間隙を挟んで、両者の反対平面同士が平行となるように、配置される。図１５及び図１７はそれぞれ好適な第１及び第２補正板の厚みを半径方向の極座標で示したグラフである。図１６及び図１８はそれぞれ好適な第１及び第２補正板の厚みを半径方向及び円周方向の極座標で示したグラフである。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が、これは同様に瞳上距離の６乗、８乗、１０乗といった偶数次の成分を加えることによって、高次の収差成分の補正ができる。
【００３５】
この収差補正装置は以上説明したように、補償しようとする光学系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、樹脂成形によって安価に大量生産が可能である。また、例えば、補正板の一方を回転アクチュエータに取り付け、検出された球面収差量、あるいは光ディスク厚さ誤差量信号に基づいてこのアクチュエータを駆動して、球面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、光ディスクの厚さ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や、傷がついた部分を磨いて修理したような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。
【００３６】
また、多層構造をもつ光ディスクを再生する場合や、異なる光ディスク厚の規格のものを再生するような場合にも勿論適用することが可能である。
上記好適な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曲面形状を決定したが、これは、例えば半径方向の厚み変化を図１９に示すように、ある半径区間一定値をとるような形状によって近似することも可能である。このように曲面の板厚が光軸を中心とした同一動径上において一定であると、図１９に示す破線部分に対応する補正量が図１２に示す曲線のピークpの残留する収差量は多くなるが、図２０に示すように、面形状が簡単になり、補正板の製作が容易となる。
【００３７】
上記実施例においては、同一半径の円周上において板厚が変化するような構成を示したが、これは、図２１及び図２２に示すように同一半径の円周上において２回変化させ、曲面を分割することもできる。２個所で曲面を分割する場合は、分割個所をディスクの半径方向に対応させることにより、トラッキングエラー信号に重畳される分割個所によるトラッキングエラー信号の誤差をなくすことができる。第１及び第２補正板の曲面の分割は２回に限らず、３回、４回とするなど、いろいろな構成をとることができる。この実施例によれば、収差補正板の面形状を第１の実施例よりも平面に近く、すなわち段差の部分を低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。
【００３８】
また、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曲面の形状をなめらかに決定したが、図２３に示すように、補正板の曲面の傾斜部分を何ステップかの直線で置き換えて構成することも可能である。補正板の面形状を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すなわち階段状の平面で構成することもできる。このように補正板の板厚を階段状にすなわち漸次減少又は増加することにより、ホログラムシート作製プロセスを用いることができ、簡便に収差補正板を作成することが可能になる。また、例えばトラッキングエラー生成用などとして知られる他のホログラムパターンと合成して複数の機能を持たせるように構成することも可能である。
【００３９】
上記実施例では面の傾き角度がわずかであるので第１補正板１０１及び第２補正板１０２の間にできる空気間隙による悪影響は小さいが、もっと大きい球面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、この間隙部分を屈折率が光透過基板と異なるインデックスマッチングオイルなどの流動性透明媒質で満たすように構成することもでき、このようにすると間隙の影響を少なくする構成が可能である。
【００４０】
本発明では、第１補正板１０１及び第２補正板１０２の対向しない側の面１０１b及び１０２bを平面ではなく、曲率をも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、この外側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、この補正板の一方の外側の非対向面を反射面とし、この収差補正装置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。このような場合、曲面形状はそれぞれの光学系において付与すべき位相差分布形状に基づき、任意の設定が可能である。
【００４１】
上記第１の実施例においては２枚の光透過基板の屈折率を同じものとして補正板の板厚を変えることで光路長の変化を作り出したが、上記実施例と同様の光路差を発生させる構成であれば、第２の実施例として、補正板に異なる屈折率のものを用いることもできる。すなわち、光路長の分布は平行平板の補正板の各々に設けられた相補的な屈折率の分布とすることができる。また、分散の異なる材料を用いて光源波長の変化を吸収したり、２つ以上のことなる波長の光源を備えたピックアップ装置に用いる場合に、一方の波長の場合に特に顕著に効果を発揮させるなど、レンズの設計において用いられる様々な手法を同様に適用することが可能である。
【００４２】
図２４及び図２５に、各々は互いに離間して対向する相補的な高低の屈折率分布を有する第１補正板２０１及び第２補正板を示す。それぞれ高屈折率及び低屈折率の領域は光軸から伸びるの境界Kを境に同心円方向に連続的に拡がっている。よって、第１補正板２０１及び第２補正板において、屈折率の分布は、光軸を中心とした同一半径の円周上において漸次減少又は増加するようになされている。また、屈折率の分布は、光軸からの同一動径上において漸次減少又は増加するようになされている。さらに、屈折率の分布は、同一動径上において一定であるようにすることもできる。
【００４３】
また、図２６に示すように、光軸から伸びる屈折率変化領域の境界Kを１本ではなく、２本にして、図２１及び図２２に示すと同様ような同一半径の円周上において屈折率の高低を２回変化させることにより、光路長を変化させる屈折率の分布を分割できる。
かかる相補的な屈折率の分布平行平板の補正板の作成方法は、分布屈折率レンズの作成方法を応用することができる。素材には多成分ガラス、多孔質ガラスなどが用いられ、イオン交換法、ＣＶＤ法などにより、作成できる。また、図２７に示すように、所定の曲面３０１aを形成した透明基板３０１上に、基板屈折率とは異なる屈折率の材料３０１ｃを、全体が平行平板となるように堆積させることにより、正確な屈折率の分布、例えば、透過光束に４次の収差の位相差を与えるような、光軸からの同一動径上において対称な補正すべき収差成分による位相ずれ量の半径方向成分に比例する屈折率の分布を形成することもできる。
【００４４】
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、球面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。
【００４５】
【発明の効果】
本発明においては、上述のように補正板曲面が光ディスクの透明基板を透過する光束に与えられる球面収差を最小とすべく、相補形状の相補曲面が光軸からの同一半径の円周上の傾きが常に等しい関係にあるようになし、光軸を共通として、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の補正板を所定距離だけ光軸の周りを回動自在にして構成したことにより、僅かな部品の回転によって高速かつ正確に球面収差の補正を行なえるので、高開口数の対物レンズを使用するシステムにおいても光ディスク基板の厚み誤差許容範囲を拡大することが可能になり、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、本発明を例えばＤＶＤとＣＤのように設計基板厚さが異なるシステムに適応するために用いることも可能である。また、比較的厚い光透過基板を通して高密度に情報を記録することが可能になるため、光ディスクの傷や汚れによる性能劣化が少ないビデオ光ディスクシステムなどを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  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２】  実施例の光ピックアップ装置における収差補正装置の第１補正板の概略斜視図。
【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第１補正板の動径上の板厚さの変化を示すグラフ。
【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第１補正板の同一半径円周上の板厚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第２補正板の概略斜視図。
【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第２補正板の動径上の板厚さの変化を示すグラフ。
【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第２補正板の同一半径円周上の板厚の変化を示すグラフ。
【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両補正板の板厚の変化を示すグラフ。
【図９】  本発明の光ピックアップ装置における収差補正装置の両補正板の回動による板厚の変化を示す概略説明図。
【図１０】  実施例の光ピックアップ装置における光ディスク基板の厚さ誤差に応じた補正すべき残留する球面収差量を示すグラフ。
【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による光路長差の変化を示すグラフ。
【図１２】  実施例の光ピックアップ装置における収差補正装置による補正後の球面収差量を示すグラフ。
【図１３】  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補正板の概略斜視図。
【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補正板の概略斜視図。
【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第１補正板の動径上の板厚さ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第１補正板の同一半径円周上の板厚の変化を示すグラフ。
【図１７】  実施例の光ピックアップ装置における収差補正装置の第２補正板の動径上の板厚さの変化を示すグラフ。
【図１８】  実施例の光ピックアップ装置における収差補正装置の第２補正板の同一半径円周上の板厚の変化を示すグラフ。
【図１９】  実施例の光ピックアップ装置における収差補正装置の第２補正板の動径上の板厚さの変化を示すグラフ。
【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補正板の概略斜視図。
【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補正板の同一半径円周上の板厚の変化を示すグラフ。
【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補正板の概略斜視図。
【図２３】  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補正板の同一半径円周上の板厚の変化を示すグラフ。
【図２４】  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第１補正板の概略平面図。
【図２５】  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第２補正板の概略平面図。
【図２６】  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第２補正板の概略平面図。
【図２７】  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補正板の概略斜視図。
【図２８】  実施例の光ピックアップ装置の概略構成図。
【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  光検出器
１２  信号検出回路
１３、１２１  駆動回路
１０１、１０２、２０１、２０２  補正板
１１４  アクチュエータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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