(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学記録媒体の信号記録面に光源からの光を集光するための光学ピックアップ装置において、
上記光学記録媒体の表面と対向する平坦面を有し、屈折率が所定の値に設定される凸レンズと、
上記凸レンズを上記光学記録媒体との間で挟み込むような位置にするように配設される対物レンズと、
上記媒体表面及び上記レンズ平坦面からの反射光を集光する集光光学系と、
上記媒体表面からの上記集光光学系を介した反射光を検出する第１の光検出手段と、
上記レンズ平坦面からの上記集光光学系を介した反射光を検出する第２の光検出手段と、
上記第１及び第２の光検出手段からの検出出力に基づいて上記媒体表面と上記レンズ平坦面との位置関係を検出する位置検出手段と、
上記位置検出手段の出力に基づいて上記媒体表面と上記レンズ平坦面との間の距離を制御するように上記凸レンズを上記光学記録媒体方向又は上記対物レンズ方向に駆動する駆動手段と
を有することを特徴とする光学ピックアップ装置。
【請求項２】
上記第１の光検出手段は上記媒体表面からの反射光の集光点に対する上記集光光学系を介した共役点に配設され、上記第２の光検出手段は上記レンズ平坦面からの反射光の集光点に対する上記集光光学系を介した共役点に配設されることを特徴とする請求項１記載の光学ピックアップ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、光学記録媒体の信号記録面に光源からの光を集光するための光学ピックアップ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、コンピュータの記録装置や音楽・画像情報のパッケージメディアとしての光ディスクや、光磁気ディスク等のディスク状記録媒体の高密度化が進んでいる。この高密度化の１つの方法として、光学ピックアップ装置の対物レンズの開口数を大きくし、ディスク上のスポット径を小さくすることが考えられる。
変更
【０００３】
例えば、上記光学ピックアップ装置により、既に情報信号が情報ピットで高密度記録されている光ディスクから、上記情報信号を再生する場合を考慮すると、上記スポット径が小さくなれば、小さな記録マークの再生が可能となり、高密度再生が実現できる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記対物レンズの開口数が大きくなると、上記対物レンズ自体の製造が困難になり、高コストとなる。
【０００５】
また、上記光ディスクの基板厚が規定値からはずれると球面収差が発生する。この球面収差Ｗ４０は、上記光ディスクの厚み誤差をΔｔとし、屈折率をＮとし、対物レンズの開口数をＮＡとすると、
【０００６】
【数１】
0003567515.tif 000002
【０００７】
のように示され、開口数ＮＡの大きさに応じていることが分かる。すなわち、上記対物レンズの開口数を大きくすると、球面収差もそれに応じるので、ディスクの厚さの管理が厳しくなり、製造上部留まり、コストの点で不利であった。
【０００８】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、上記対物レンズの開口数を高くし、光学記録媒体上に形成するスポット径を小さくして、高密度再生及び高密度記録を実現すると共に、上記スポットを高精度で上記光学記録媒体の信号記録面に集光すると共に、該記録媒体の厚み誤差に対して発生する球面収差を小さくできる光学ピックアップ装置の提供を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光学ピックアップ装置は、上記光学記録媒体の表面と対向する平坦面を有し、屈折率が所定の値に設定される凸レンズと、上記凸レンズを上記光学記録媒体との間で挟み込むような位置にするように配設される対物レンズと、上記媒体表面及び上記レンズ平坦面からの反射光を集光する集光光学系と、上記媒体表面からの上記集光光学系を介した反射光を検出する第１の光検出手段と、上記レンズ平坦面からの上記集光光学系を介した反射光を検出する第２の光検出手段と、上記第１及び第２の光検出手段からの検出出力に基づいて上記媒体表面と上記レンズ平坦面との位置関係を検出する位置検出手段と、上記位置検出手段の出力に基づいて上記媒体表面と上記レンズ平坦面との間の距離を制御するように上記凸レンズを上記光学記録媒体方向又は上記対物レンズ方向に駆動する駆動手段とを有する。
【００１０】
この場合、上記第１の光検出手段は上記媒体表面からの反射光の集光点に対する上記集光光学系を介した共役点に配設され、上記第２の光検出手段は上記レンズ平坦面からの反射光の集光点に対する上記集光光学系を介した共役点に配設される。
【００１１】
【作用】
所定の屈折率を有する凸レンズを対物レンズと光学記録媒体との間に配設するので、トータルの開口数を上げられる。また、光学記録媒体の表面からの反射光と凸レンズの平坦面からの反射光の検出出力に基づいて上記媒体表面と上記レンズ平坦面との位置関係を検出し、該位置関係に基づいて上記光学記録媒体と上記凸レンズとの間の距離を制御するので、上記光学記録媒体の信号記録面に発生する球面収差を小さくでき、再生特性を上げることができる。
【００１２】
【実施例】
以下、本発明に係る光学ピックアップ装置の実施例について図面を参照しながら説明する。
【００１３】
本実施例の光学ピックアップ装置は、光学記録媒体の一種である光ディスクの信号記録面に既に高密度記録された情報信号を再生する光学ピックアップ装置である。この光学ピックアップ装置は、図１に示すように、光ディスク２０の表面である光入射面２０ａと対向する平坦面である平面７ｂを有し、屈折率が所定の値に設定される凸レンズである半球状レンズ７と、上記光入射面２０ａ及び上記平面７ｂからの反射光を集光する集光光学系２３と、この集光光学系２３を介した上記光入射面２０ａからの反射光Ｒ２を検出する第１の光検出手段であるフォトディテクタ（以下、ＰＤという。）１５と、集光光学系２３を介した上記平面７ｂからの反射光Ｒ３を検出する第２の光検出手段であるＰＤ１９と、ＰＤ１５の検出出力ＰｂとＰＤ１９の検出出力Ｐｃに基づいて上記光入射面２０ａと上記平面７ｂとの位置関係を検出する位置検出手段である減算器２１と、減算器２１の出力Ｐｂ−Ｐｃに基づいて上記光入射面２０ａと上記平面７ｂとの間の空気層（エアーギャップ）ＡＧの距離を制御するように半球状レンズ７を光ディスク２０方向又は対物レンズ６方向に駆動する駆動手段である半球状レンズ用アクチュエータ３１とを有して成る。
【００１４】
この場合、ＰＤ１５は光入射面２０ａからの反射光の集光点に対する集光光学系２３を介した共役点に配設され、ＰＤ１９は平面７ｂからの反射光Ｒ３の集光点に対する集光光学系２３を介した共役点に配設される。ＰＤ１５及び１９は、例えば、それぞれ４分割ディテクタであり、フォーカスエラー検出に用いられる非点収差法と同様な方法によって検出出力を得る。この検出出力は、上述したように、減算器２１に供給され、光入射面２０ａと平面７ｂの位置関係の検出に用いられる。
【００１５】
次に、この光学ピックアップ装置の詳細な構成を説明する。光源である例えばレーザダイオード１から出た直線偏波レーザ光を、コリメートレンズ２で平行とし、グレーティング３で回折し、偏光ビームスプリッタ（以下、ＰＢＳという。）４、１／４波長板５を介して、対物レンズ６に入射させ、該対物レンズ６で集光して、半球状レンズ７を介して、光ディスクの信号記録面２０ｂに照射している。信号記録面２０ｂに照射されるレーザ光は、１／４波長板５を通過しているので、直線偏光から円偏光になっている。
【００１６】
該信号記録面２０ｂの反射レーザ光は、半球状レンズ７、対物レンズ６を介して再び１／４波長板５に入射する。この１／４波長板５は、上記反射レーザ光を最初の直線偏光から９０゜回転した直線偏光にする。この最初の直線偏光から９０゜回転した直線偏光となった反射レーザ光は、ＰＢＳ４で９０度に反射され、ハーフミラー８に入射する。ハーフミラー８は、上記反射レーザ光の５０％を収束レンズ９方向に反射すると共に、残りの５０％を透過する。ハーフミラー８は、同様の光学的性質を有するビームスプリッタに置き換えてもよい。収束レンズ９に向かった上記反射レーザ光は、該収束レンズ９で収束され、マルチレンズ１０でさらに集光されて、フォトディテクタ１１に照射される。
【００１７】
ここで、ＰＢＳ４、ハーフミラー８、収束レンズ９、マルチレンズ１０と、後述するハーフミラー１２、収束レンズ１３、マルチレンズ１４、ミラー１６、収束レンズ１７、マルチレンズ１８とは、上記集光光学系２３を構成している。
【００１８】
フォトディテクタ１１は、例えば４分割フォトディテクタであり、検出出力を図示しない再生処理部に供給し、再生データとなるＲＦ信号、トラッキングエラー信号、フォーカスエラー信号の生成に使わせる。再生処理部では、ＲＦ信号に、ＥＦＭ復調処理、ＣＩＲＣデコード処理が施され、該ＲＦ信号は再生ディジタルデータとなる。トラッキングエラー信号、フォーカスエラー信号は、図示しないサーボ回路に供給される。このサーボ回路は、二軸アクチュエータ１２を使い、上記トラッキングエラー信号、フォーカスエラー信号に応じて、対物レンズ６のトラッキング制御、フォーカス制御等を行う。
【００１９】
ここで、半球状レンズ７は、図２に示すように、ボールレンズ３０の一部を切断した形状を有し、その切断面を鏡面研磨して平面７ｂを得ている。ボールレンズ２０は、光ディスク２０の光透過層と同一の屈折率ｎを有する材質で作られている。
【００２０】
対物レンズ６の開口数ＮＡは、対物レンズの出射光の開口角の１／２をθとし、光の伝搬媒質の屈折率をｎとすると、
ＮＡ＝ｎｓｉｎθ
となる。ここで、半球状レンズ７の屈折率を、光ディスク２０の光透過層の屈折率と同様に例えば、１．５とする。したがって、この光学ピックアップ装置では、従来のように、対物レンズだけを用いてレーザ光を集光する場合の光の伝搬媒質の屈折率ｎ＝１に比べて、例えば１．５倍の開口数を得ることができる。このため、レーザ光の信号記録面２０ｂでのスポット径は、１／１．５となり、高密度再生が実現できる。
【００２１】
ところで、半球状レンズ７の平面７ｂと光ディスク２０の光入射面２０ａとの間には、該光ディスク２０の回転時に半球状レンズ７との摺接による摩擦を防ぐために、上述したような空気層ＡＧが必要とされる。
【００２２】
図３に、この空気層ＡＧと、半球状レンズ７と、光ディスク２０と、対物レンズ６との詳細な関係について示す。空気層ＡＧの光ディスク２０の厚み方向の距離が変動すると、球面収差が発生する。この球面収差Ｗ’４０は、空気層ＡＧの厚さの変化量をΔｈとし、光ディスク２０と半球状レンズ７の屈折率をｎとし、開口数をｓｉｎθとすると、
【００２３】
【数２】
0003567515.tif 000003
【００２４】
となる。この（２）式で示す球面収差が大きくなれば、光ディスク２０からこの光学ピックップが情報信号を再生する際の再生特性は、大幅に劣化する。
【００２５】
この実施例の光学ピックアップ装置では、上記（２）式に示した球面収差Ｗ’４０が最小となるように、半球状レンズ用アクチュエータ３１を用いて半球状レンズ７を光ディスク２０方向又は対物レンズ６方向に駆動し、空気層ＡＧの厚みを高精度に調整している。
【００２６】
以下に、その構成と原理動作について図４を参照しながら説明する。光ディスク２０からの反射レーザ光には、図４に示すように、信号記録面２０ｂからの反射光Ｒ１と、光入射面２０ａからの反射光Ｒ２と、半球状レンズ７の平面７ｂからの反射光Ｒ３が含まれる。反射光Ｒ１は、図１のＰＤ１１に導かれる。反射光Ｒ２は、ハーフミラー８で５０％透過された上記レーザ光の内の、さらにハーフミラー１２で透過された５０％のレーザ光であり、収束レンズ１３及びマルチレンズ１４を介してＰＤ１５に導かれる。ここで、ハーフミラー１２は、ビームスプリッタに代替してもよい。反射光Ｒ３は、ハーフミラー８で５０％透過された上記レーザ光の内の、さらにハーフミラー１２で反射された５０％のレーザ光であり、ミラー１６で全反射されて収束レンズ１７及びマルチレンズ１８を介してＰＤ１９に導かれる。ここで、ＰＤ１５、ＰＤ１９も、上述したように、例えば４分割ディテクタである。また、マルチレンズ１０、１４及び１８は、非点収差法で用いられるシリンドリカルレンズと、収束レンズから構成されている。
【００２７】
ＰＤ１５は、光ディスク２０の光入射面２０ａからの反射光Ｒ２の非点収差法で用いられる出力と同様の出力を検出する。ＰＤ１９は、半球状レンズ７の平面７ｂからの反射光Ｒ３の非点収差法で用いられる出力と同様の出力を検出する。減算器２１は、ＰＤ１５の検出出力ＰｂからＰＤ１９の検出出力Ｐｃを減算し、その差信号Ｐｂ−Ｐｃをドライバ２２に供給する。ドライバ２２は、上記差信号Ｐｂ−Ｐｃを半球状レンズ用アクチュエータ３１に供給する。
【００２８】
ここで、ＰＤ１１、ＰＤ１５及びＰＤ１９の各配設位置は、各反射光Ｒ１、Ｒ２及びＲ３の集光点の位置に応じて予め調整されている。この各ＰＤの位置調整について図５を参照しながら説明する。この図５では、分かりやすいように、反射光Ｒ１、Ｒ２及びＲ３の光路を同じ光軸上に示している。
【００２９】
先ず、ＰＤ１１を、光ディスク２０の信号記録面２０ｂ上の集光点Ｆａに対するＰＢＳ４、ハーフミラー８、収束レンズ９、マルチレンズ１０を介した共役点ｆａに配設する。また、ＰＤ１５を、光ディスク２０の光入射面２０ａからの反射レーザ光Ｒ２の集光点Ｆｂに対するＰＢＳ４、ハーフミラー８及び１２、収束レンズ１３、マルチレンズ１４を介した共役点ｆｂに配設する。また、ＰＤ１９を、半球状レンズ７の平面７ｂからの反射レーザ光Ｒ３の集光点Ｆｃに対するＰＢＳ４、ハーフミラー８及び１２、ミラー１６、収束レンズ１７、マルチレンズ１８を介した共役点ｆｃに配設する。
【００３０】
具体的には、先ず、ＰＤ１１で非点収差法により、対物レンズ６のフォーカスを調整する。このとき、フォーカスバイアスを零にする。フォーカスをかけた状態で半球状レンズ７を光ディスク２０に近ずけていくと、ＰＤ１５及び１９には非点収差法により、それぞれＳ字の信号出力Ｐｂ及びＰｃが検出できる。二つのＳ字の信号出力Ｐｂ及びＰｃは、その振幅、すなわちピークトウピークが同じになるように、電気的に調整される。二つのＳ字の信号出力Ｐｂ及びＰｃのゼロクロス付近で半球状レンズ７を固定してＰＤ１５の出力Ｐｂと、ＰＤ１９の出力Ｐｃが共に零になるように、マルチレンズ１４とマルチレンズ１８のＺ長をアライメントする。このように、ＰＤ１１、ＰＤ１５及びＰＤ１９の各配設位置が調整される。
【００３１】
次に、上記空気層ＡＧの制御の手順について説明する。
【００３２】
空気層ＡＧを一定に保つためには、減算器２１が出力するＰＤ１５の出力ＰｂとＰＤ１９の出力Ｐｃの位置検出出力Ｐｂ−Ｐｃがゼロになるようにドライバ２２を使って、半球状レンズ用アクチュエータ３１を駆動し半球状レンズ７の位置を調整すればよい。
【００３３】
ＰＤ１５の出力ＰｂとＰＤ１９の出力Ｐｃは、対物レンズ６に対する上記集光点Ｆｂと上記集光点Ｆｃの位置に対応している。つまり、対物レンズ６に対する光ディスク２０の光入射面２０ａと、半球状レンズ７の平面７ｂの位置がずれると、上記集光点Ｆｂと上記集光点Ｆｃの位置もずれるので、ＰＤ１５の出力ＰｂとＰＤ１９の出力Ｐｃも変化する。このとき、空気層ＡＧの厚さが変わらなければ、対物レンズ６に対する上記集光点Ｆｂと上記集光点Ｆｃの位置の移動量はほぼ等しいので、ＰＤ１５の出力ＰｂとＰＤ１９の出力Ｐｃはゼロクロス点で出力が共に零とされた上記二つのＳ字上でほぼ同じ変化をする。したがって、減算器２１の減算出力Ｐｂ−Ｐｃが零ならば空気層ＡＧは一定に保たれる。この減算出力Ｐｂ−Ｐｃがギャップ誤差信号となる。
【００３４】
次に、空気層ＡＧが変化する場合について説明する。
【００３５】
先ず、ＰＤ１５の出力ＰｂとＰＤ１９の出力Ｐｃが図５に示すようなＳ字特性を持っており、空気層ＡＧが大であるとき、ＰＤ１５の出力Ｐｂに対してＰＤ１９の出力Ｐｃは、図６の（Ａ）に示すように右側にシフトする。一方、空気層ＡＧが小であるとき、ＰＤ１５の出力Ｐｂに対してＰＤ１９の出力Ｐｃは、図６の（Ｂ）に示すように左側にシフトする。減算器２１では、ギャップ誤差信号Ｐｂ−Ｐｃが演算されるのであるから、空気層ＡＧが大きくなる場合と、小さくなる場合のギャップ誤差信号Ｐｂ−Ｐｃの変化は、図７に示すようになる。すなわち、空気層ＡＧが広がると、ギャップ誤差信号Ｐｂ−Ｐｃは負になり、狭くなると正になる。したがって、ギャップ誤差信号Ｐｂ−Ｐｃを小さくするように、ドライバ２２で半球状レンズ用アクチュエータ３１を駆動し、半球状レンズ７を移動させれば空気層ＡＧはほぼ一定に保たれる。
【００３６】
このように、本実施例の光学ピックアップ装置によれば、半球状レンズ７と光ディスク２０との空気層ＡＧを高精度で制御することができ、球面収差の発生を抑制できる。このため、光ディスク２０の再生特性の向上を実現できる。
【００３７】
ところで、光ディスク２０には、厚み誤差が生じている。この厚み誤差により、やはり球面収差が発生してしまう。本実施例の光学ピックアップ装置では、光ディスク２０の厚み誤差により発生する球面収差も抑制できる。
【００３８】
具体的には、ＰＤ１１の検出出力から得られるＲＦ信号の再生特性が最良となるように、ＰＤ１５又は１９のどちらか一方に、バイアスを加える。したがって、光ディスク２０に厚み誤差があっても、本実施例の光学ピックアップ装置を用いれば、球面収差を抑えることができ、良好な再生特性を得られる。
【００３９】
【発明の効果】
以上の説明からも明かなように、本発明に係る光学ピックアップ装置によれば、対物レンズと光学記録媒体との間に、所定の屈折率の凸レンズを配設してなるので、トータルの開口数を上げることができ、上記光学記録媒体の信号記録面でのスポット径を小さくして、高密度再生が実現できる。また、光学記録媒体の光入射面からの反射光と凸レンズの平面からの反射光の出力差に応じて、上記光学記録媒体と上記凸レンズとの間の空気層の距離を制御するので、空気層の距離を一定に保つことができる。また、光学記録媒体の厚み誤差により発生する球面収差を小さくでき、再生特性を上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光学ピックアップ装置の実施例の構成図である。
【図２】上記実施例に使われる半球状レンズの具体例を示す図である。
【図３】上記実施例の半球状レンズ付近の構成の詳細を示す図である。
【図４】光ディスクと、半球状レンズからの反射光を説明するための図である。
【図５】上記実施例に用いられる光検出手段であるフォトディテクタの配設位置を説明するための図である。
【図６】半球状レンズ及び光ディスクの光入射面からの反射光の検出出力と、該半球状レンズと該光ディスクの光入射面の位置との関係を示す図である。
【図７】上記実施例が上記光学記録媒体と上記半球状レンズとの間の空気層を制御する動作を説明するための図である。
【符号の説明】
６  対物レンズ
７  半球状レンズ
１５，１９  フォトデテクタ
２０  光ディスク
２１  減算器
２３  集光光学系
３１  半球状レンズ用アクチュエータ
【図１】
0003567515.tif 000004
【図２】
0003567515.tif 000005
【図３】
0003567515.tif 000006
【図４】
0003567515.tif 000007
【図５】
0003567515.tif 000008
【図６】
0003567515.tif 000009
【図７】
0003567515.tif 000010