(57)【要約】【課題】光ピックアップとしての充分な性能を確保しつつ光学部品実装時の設置位置精度や光ビームのコリメート状態の精度を大幅に緩和すること。【解決手段】レーザ光源１と、光ビームの光束径を所定の方向にのみ拡大または縮小させる光ビーム整形用光学素子２と、光ビーム整形用光学素子を通過した光ビームを略平行光ビームに変換するカップリングレンズ３と、ディスクに照射する対物レンズ７と、を備えた光ピックアップであって、光ビーム整形用光学素子２は、光束径を所定の方向にのみ拡大または縮小させるとともに、光ビームに所定量の非点収差を発生させ、カップリングレンズ３は、発散光ビームを略平行光ビームに変換させるとともに、光ビームの光軸に沿って変位（位置調整）させることによって光ビーム整形用光学素子２の通過時に生じた非点収差を打ち消すだけの非点収差を発生させること。【選択図】図１
2006085841.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光源と、前記レーザ光源から発した光ビームの光束径を所定の方向にのみ拡大または縮小させる光ビーム整形用光学素子と、前記光ビーム整形用光学素子を通過した光ビームを発散光ビームから略平行光ビームに変換するカップリングレンズと、前記カップリングレンズを通過した光ビームを集光し所定の光学的情報記録媒体の記録面上に光スポットを照射する対物レンズと、を備えた光ピックアップであって、
前記光ビーム整形用光学素子は、前記光ビームの光束径を所定の方向にのみ拡大または縮小させるとともに、前記光ビーム整形用光学素子を通過した光ビームに所定量の非点収差を発生させ、
前記カップリングレンズは、前記発散光ビームを略平行光ビームに変換させるとともに、前記カップリングレンズを通過する光ビームに少なくとも前記光ビーム整形用光学素子通過時で生じた非点収差を打ち消すだけの非点収差を発生させ、さらに前記カップリングレンズを光軸に沿って変位する構成である
ことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項２】
レーザ光源と、前記レーザ光源から発した光ビームの光束径を所定の方向にのみ拡大または縮小させる光ビーム整形用光学素子と、前記光ビーム整形用光学素子を通過した光ビームを発散光ビームから略平行光ビームに変換するカップリングレンズと、前記カップリングレンズを通過した光ビームを集光し所定の光学的情報記録媒体の記録面上に光スポットを照射する対物レンズと、を備えた光ピックアップであって、
前記光ビーム整形用光学素子は、前記光ビームの光束径を所定の方向にのみ拡大または縮小させるとともに、前記光ビーム整形用光学素子を通過した光ビームに所定量の非点収差を発生させ、
前記カップリングレンズは、前記発散光ビームを略平行光ビームに変換させるとともに、前記光ビームの光軸に対して垂直な軸廻りに傾斜させることによって前記光ビーム整形用光学素子の通過時に生じた前記所定の非点収差を打ち消すだけの非点収差を発生させる
ことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項３】
レーザ光源と、前記レーザ光源から発した光ビームを発散光ビームから略平行光ビームに変換するカップリングレンズと、前記カップリングレンズからの光ビームの光束径を所定の方向にのみ拡大または縮小させる光ビーム整形用光学素子と、前記光ビーム整形用光学素子からの光ビームを入射する非点収差発生レンズと、前記非点収差発生レンズを通過した光ビームを集光し所定の光学的情報記録媒体の記録面上に光スポットを照射する対物レンズと、を備えた光ピックアップであって、
前記前記カップリングレンズ及び光ビーム整形用光学素子は、前記光ビームの光束径を所定の方向にのみ拡大または縮小させるとともに、前記光ビーム整形用光学素子を通過した光ビームに所定量の非点収差を発生させ、
前記非点収差発生レンズは、前記非点収差発生レンズを通過する光ビームに少なくとも前記光ビーム整形用光学素子通過時で生じた非点収差を打ち消すだけの非点収差を発生させ、さらに前記非点収差発生レンズを光軸に沿って変位する構成である
ことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項４】
請求項１または２において、
前記光ビーム整形用光学素子は、前記レーザ光源を発した光ビームが入射する入射面と前記光ビームが出射する出射面の両方または一方がそれぞれ所定の曲率半径を有する円筒面、または鞍型面、または前記光ビームの光軸に垂直な所定の断面における第１の曲率半径と前記光軸および前記所定の断面の両方に対して略垂直な断面における第２の曲率半径とが互いに異なる値を持つ曲面、を有するレンズである
ことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項５】
請求項１において、
前記光ビーム整形用光学素子は、前記レーザ光源を発した光ビームが入射する入射面と前記光ビームが出射する出射面の両方または一方がそれぞれ所定の曲率半径を有する円筒面、または鞍型面、または前記光ビームの光軸に垂直な所定の断面における第１の曲率半径と前記光軸および前記所定の断面の両方に対して略垂直な断面における第２の曲率半径とが互いに異なる値を持つ曲面、を有するレンズであり、
前記カップリングレンズは、その入射面および／または出射面を所定の曲率半径を有する円筒面または鞍型面または所定の断面での曲率半径と前記所定の断面に対して略垂直な方向の断面での曲率半径が異なる曲面とする
ことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項６】
請求項２において、
前記光ビーム整形用光学素子は、前記レーザ光源を発した光ビームが入射する入射面と前記光ビームが出射する出射面の両方または一方がそれぞれ所定の曲率半径を有する円筒面、または鞍型面、または前記光ビームの光軸に垂直な所定の断面における第１の曲率半径と前記光軸および前記所定の断面の両方に対して略垂直な断面における第２の曲率半径とが互いに異なる値を持つ曲面、を有するレンズであり、
前記カップリングレンズは、前記光ビームの光軸に対して回転対称なレンズ面である
ことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項７】
請求項３において、
前記光ビーム整形用光学素子は、所定の三角形または台形形状を有する光学プリズムであり、
前記カップリングレンズを前記光ビームの光軸にそって変位させることによって、前記レーザ光源を発し所定の発散角を有する発散光束の状態または所定の収束角を有する収束光束の状態で前記光学プリズムを通過した光ビームに前記所定量の非点収差を発生させる
ことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項８】
請求項１、２または３において、
前記カップリングレンズは、単レンズまたは複数個のレンズ群の全部または少なくとも一部が光軸に沿って変位する構成であり、
前記変位によって前記カップリングレンズを通過した光ビームに付加される非点収差量は任意に増減させられる
ことを特徴とする光ピックアップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定の光学的情報記録媒体に所定の情報信号を記録または記録された情報信号を再生する機能を備えた光ピックアップに係り、特に、光ピックアップの収差性能向上および製造時の作業性向上に有効な光学系構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に半導体レーザ光源を用いた光ピックアップでは、半導体レーザ光源を発し、所定の光学的情報記録媒体（以下、光学的情報記録媒体を光ディスクと称する）に照射されるまでの光量の伝達効率を高め、かつ光ディスク上に照射される光スポットをできるだけ小さく絞り込む目的から、光ビーム整形と呼ばれる手段が広く用いられている。
【０００３】
この光ビーム整形手段は通常、半導体レーザから出射した楕円形の断面を有する光ビームを略円形断面になるように整形する手段であるが、具体的には、半導体レーザから出射した直後の光ビームを、シリンドリカル面あるいは鞍型面などの光軸に対して非回転対称のレンズ面から構成される特殊な単レンズまたは複数のレンズからなるレンズ群に入射させることにより、光ビームの所定の断面方向だけを拡大または縮小させて光ビームの真円化をおこなう特殊レンズ方式が知られ、また、カップリングレンズ等によって略平行光ビームに変換されたレーザ光を所定の台形または三角形プリズムに入射させることにより、光ビームの所定の断面方向だけを拡大または縮小させることで光ビームの真円化を行うプリズム方式が知られている。
【０００４】
ここで、上述した特殊レンズ方式、プリズム方式の各方式は、いずれも既に公知の技術であり、従来からいくつかの特許文献などに開示されている。その代表例としては、例えば特許文献１（光ビーム整形用特殊レンズ方式の一例）や特許文献２（光ビーム整形用プリズム方式の一例）などが挙げられる。
【特許文献１】特開平１０−８３５５５号公報
【特許文献２】特開２００１−３４４８０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した各光ビーム整形手段には以下に示すような性能劣化要因が存在する。すなわち、例えば、特殊レンズ方式ではレーザ光の発光点と光ビーム整形用特殊レンズの入射面との間隔がノミナルの値に対して数μｍずれただけで大きな非点収差が生じてしまう。また、プリズム方式では、光ビーム整形プリズムに入射する光ビームの状態が平行光ビームの状態からわずかでも変化し、弱発散光もしくは弱収束光ビームの状態になると、それだけで大きな非点収差が生じてしまう。
【０００６】
このような大きな非点収差が光ビーム内に生じてしまうと、この光ビームを対物レンズによりディスク上に集光しても充分に絞り込まれず、その結果、信号再生性能や記録性能等の光ピックアップ基本性能が大幅に劣化する。
【０００７】
このような性能劣化を防ぐためには、プリズム方式におけるカップリングレンズや特殊レンズ方式における光ビーム整形用特殊レンズなどの光学素子を高々数μｍ程度の誤差でおさまるように、極めて高精度に位置決めする必要がある。しかしながら、現実に光ピックアップを量産する場合、このように光学素子を高々数μｍ程度以下の誤差におさまるように高精度で位置決めして配置するためには極めて高度な技術が要求される。
【０００８】
このため、量産時の作業性が著しく阻害され、作業性確保のための余分なコストがかさむ上に、現実には精度を確保しきれずに余分な非点収差が残留してしまい、その結果、光ピックアップの基本性能である記録性能あるいは再生性能が充分に得られないという課題が生じている。そして、このような課題に対して、従来技術では、有効な改善策を提示していなかった。
【０００９】
本発明の課題は、光ビーム整形手段の設置位置誤差等に起因して発生する非点収差を良好に消去し、充分な記録性能あるいは再生性能を確保する光ピックアップを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決するために、本発明は主として次のような構成を採用する。  
レーザ光源と、前記レーザ光源から発した光ビームの光束径を所定の方向にのみ拡大または縮小させる光ビーム整形用光学素子と、前記光ビーム整形用光学素子を通過した光ビームを発散光ビームから略平行光ビームに変換するカップリングレンズと、前記カップリングレンズを通過した光ビームを集光し所定の光学的情報記録媒体の記録面上に光スポットを照射する対物レンズと、を備えた光ピックアップであって、
前記光ビーム整形用光学素子は、前記光ビームの光束径を所定の方向にのみ拡大または縮小させるとともに、前記光ビーム整形用光学素子を通過した光ビームに所定量の非点収差を発生させ、
前記カップリングレンズは、前記発散光ビームを略平行光ビームに変換させるとともに、前記カップリングレンズを通過する光ビームに少なくとも前記光ビーム整形用光学素子通過時で生じた非点収差を打ち消すだけの非点収差を発生させ、さらに前記カップリングレンズを光軸に沿って変位する構成である光ピックアップ。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、実際に光ビーム整形用光学素子の配置位置の誤差等によって余分な非点収差が発生した場合であっても、この余分な非点収差を打ち消すための所定の非点収差を付加することによって、これら各非点収差を相互作用させて結果的に非点収差が良好に消去された光ビームを得ることができる。
【００１２】
また、付加された非点収差の発生感度は、光ビーム整形用光学素子そのものの配置位置誤差などに起因する非点収差の発生感度に比べ著しく低いため、従来技術のように光学素子を極めて高精度で位置決めする必要がなく、比較的低い精度で位置決めしても、これによって生じた余分な非点収差量は比較的容易に除去できる。この結果、光ピックアップの組立て調整が大幅に簡略化でき、しかも、光ピックアップとして充分な性能を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明に係る光ピックアップについて、複数の実施例を挙げて図面を参照しながら以下詳細に説明する。
【００１４】
「実施例１」
本発明の実施例１に係る光ピックアップについて、図１〜図４を参照しながら以下詳細に説明する。図１は本発明の実施例１に係る光ピックアップの全体構成を示す図である。
【００１５】
図１において、１は半導体レーザ光源、２は光ビーム整形用特殊レンズ、３は特殊カップリングレンズ、４はビームスプリッタ、５はビームエクスパンダ、６は立ち上げミラー、７は対物レンズ、８は光ディスク、９は検出レンズ、１０は光検出器、２１は凹面、２２は凸面、３１は入射面、５１は負レンズ、５２は正レンズ、５３はリニアアクチュエータ、７１は対物レンズアクチュエータ、１００は長円形断面の光ビーム、１０１は略円形断面の光ビーム、１０２は略平行光ビーム、をそれぞれ表す。
【００１６】
半導体レーザ光源１を発した光ビーム１００は、まず光ビーム整形用特殊レンズ２（以下、光ビーム整形用特殊レンズを特殊レンズと称する）に入射する。この特殊レンズ２は、光ビーム入射側の面２１と出射側の面２２がそれぞれ所定の曲率半径のシリンドリカル面（円筒面）になった厚肉レンズである。
【００１７】
図１の構成例では面２１と面２２は共にＸ−Ｙ座標面、すなわち紙面に平行な座標面内にのみ所定の曲率を有する円筒面になっており、面２１は凹面、面２２は凸面になっている。このような形状の特殊レンズを用いると、Ｘ−Ｙ座標面すなわち紙面に平行な断面でのみ光ビームが所定の倍率で拡大され、Ｘ−Ｚ座標面すなわち紙面に垂直な断面では光ビームはほとんど拡大されない。これによって例えばＸ−Ｚ座標面方向により長く広がった長円形の断面を持つ光ビーム１００をほぼ円形の断面を持つ光ビーム１０１に整形することができる。
【００１８】
なお、図１に示した実施例１では、上述したように特殊レンズ２の入射面と出射面の形状が凹、凸のシリンドリカル円筒面になっているが、特殊レンズ２はこの形状に限定されるものではない。光ビームを拡大もしくは縮小する断面方向および拡大もしくは縮小倍率に応じて、凹凸の組み合わせや曲率を持つ座標面方向が図１の構成と異なっていても構わない。また、入射面２１および出射面２２の形状は単純な円筒面に限定されるものではなく、トロイダル面（鞍型面）や縦方向と横方向の曲率が異なる特殊な非球面などであっても構わない。さらに、入射面または出射面のいずれかがシリンドリカル円筒面であっても良い。
【００１９】
次に、特殊レンズ２を出射した光ビーム１０１はカップリングレンズ３に入射する。このカップリング３は通常のカップリングレンズの機能すなわちレーザ光源から発した発散光ビームを平行光ビームに変換して対物レンズへ導く機能に加え、後ほど詳説するように、通過光ビームに所定量の非点収差を付加する機能を備えている。図１の実施例１では、光ビーム１０１が入射する面３１をＸ−Ｚ座標面内でのみ所定の曲率をもつ凸円筒面にすることにより、出射光ビーム１０２に所定量の非点収差を付加する構成になっている（以下、このような非点収差付加機能を持ったカップリングレンズを特殊カップリングレンズと称する）。そして、この特殊カップリングレンズ（特殊ＣＰレンズ）３と上述した特殊レンズ２を組み合わせた構成が本発明の実施例１の核心部分であるが、その具体的機能については後述する。
【００２０】
特殊ＣＰレンズ３を出射した略平行光ビーム１０２は、ビームスプリッタ４を透過後、ビームエクスパンダ５に達する。このビームエクスパンダ５は、例えば図１の構成例では光ビームを発散する機能を備えた負レンズ５１と、収束する機能を備えた正レンズ５２から構成され、リニアアクチュエータ５３によって一方のレンズ（図１の構成例ではレンズ５２）を光軸方向に沿って任意に変位させて両レンズの間隔を変化させ、それによってレンズ群を透過した光ビームの発散あるいは収束状態を任意に調整する機能を備えている。なお当然のことながら、ビームエクスパンダ５の構成は図１に示した構成に限定されるものではなく、光ビームの発散あるいは収束状態を所定の範囲内で任意に調整できる機能を備えていればどのような構成のものでも構わない。例えば最近では、液晶等を用いて機械的可動部分を設けることなく、光ビームの発散あるいは収束状態を任意に調整できるような装置も開発されているが、そのような装置を用いても構わない。
【００２１】
次に、ビームエクスパンダ５を通過した光ビームは、立ち上げミラー６を経て対物レンズ７に入射し、この対物レンズ７によって所定の光ディスク８の情報信号記録面上に集光されて光スポットを形成する。
【００２２】
また、光ディスク８を反射した光ビームは、往路光ビームとほぼ逆の光路をたどり、対物レンズ７、立ち上げミラー６、ビームエクスパンダ５を経てビームスプリッタ４に達し、少なくともその光量の一部が反射され、検出レンズ９を経て光検出器１０の検出面に照射される。そして、この光検出器１０によって所定の信号が検出され、さらに、検出信号を所定の演算回路（図示せず）によって演算処理することで光ディスクに記録されている情報信号や所定の制御信号を出力し、この制御信号を対物レンズアクチュエータ７１やビームエクスパンダ５のリニアアクチュエータ５３にフィードバックすることで、対物レンズ７やビームエクスパンダ内のレンズ５２などの位置制御に用いられる。なお、この各制御信号の検出、演算手段や実際のアクチュエータ制御方式などは、いずれもすでに公知の技術であり、本発明とは直接関係は無いので、これ以上の詳しい説明は省略する。
【００２３】
ところで、図１に示した実施例１のように光ビーム整形手段として、特殊レンズ２のような光学素子を用いた場合は、その特殊レンズ２の設置位置のずれやレーザ光の発光点位置のばらつきなどの要因で、特殊レンズ２とレーザ光発光点との間隔がノミナル位置からずれると、その影響で大きな非点収差が生じてしまう。このような大きな非点収差が生じる背景について、図７と図８に示す従来技術を参照しながら以下説明する。図７はビーム整形用特殊レンズ２を用いた従来技術の光ピックアップの主要部における具体的構成を示す図である。なお、図７において、図１と同一の部品には同一の番号を付している。
【００２４】
ここで、図７に示すように半導体レーザ光源１の発光点Ｐとこの発光点Ｐから発した発散光ビーム１００が入射する特殊レンズ２の光ビーム入射面（凹円筒面）２１の頂点Ｑまでの間隔をＬ１、特殊レンズ２の厚さ、すなわち頂点Ｑから光ビーム出射面（凸円筒面）２２の頂点Ｒまでの間隔をＬ２とし、面２１の曲率半径をＲ１、面２２の曲率半径をＲ２、特殊レンズ２を構成する材料の屈折率をｎで表し、一例として、Ｌ１＝１．６３ｍｍ、Ｌ２＝４．０ｍｍ、Ｒ１＝０．５６ｍｍ、Ｒ２＝７．３０ｍｍ、ｎ＝１．８４１、という各パラメータを備えた特殊レンズ２を想定する。
【００２５】
上述したパラメータを備えた特殊レンズ２を用いると、約２．４倍の整形比（光ビーム整形がなされる方向に関する光ビーム断面の拡大または縮小比）で光ビーム整形を行うことができる。
【００２６】
そこで、例えば波長が約４０５ｎｍのレーザ光ビームをこの特殊レンズ２でビーム整形し、この特殊レンズ２を出射した光ビームを図７に示すように通常のカップリングレンズ（このカップリングレンズは、機能としては光ビームをコリメートするレンズであるが、光源と対物レンズ間を光ビームでカップリングする機能をもつレンズ）１１で略平行光ビームに変換した後、焦点距離＝１．７６５ｍｍ、開口数（ＮＡ）＝０．８５の対物レンズおよび倍率（対物レンズ焦点距離に対するカップリングレンズの焦点距離の比）＝７．４５倍の光学系で、光ディスクの記録面上に集光させる場合を想定する。
【００２７】
そうすると、その際の特殊レンズ２のノミナル位置からの位置ずれや半導体レーザ光源内の発光点位置のばらつき等によって間隔Ｌ１（ノミナル値＝１．６３ｍｍ）に誤差が生じると、それに伴い光ディスク記録面上に集光される光ビームに波面収差が残留してしまう。そのときの間隔Ｌ１の誤差量と残留波面収差量のＲＭＳ値との関係をプロットした結果を図８に示す。
【００２８】
図８から明らかなように、間隔Ｌ１のノミナル値に対する誤差が全く無い場合は波面収差はほぼゼロであるが、特殊レンズ２の設置位置ずれやレーザ発光点位置のばらつき等によって、間隔Ｌ１にわずかでも誤差が生じると、急激に残留波面収差が増加してしまう。例えば図３の例では、Ｌ１の誤差に対する残留波面収差の増加感度は、約０．００１λ／μｍ（λは波長を表し、この場合はλ＝４０５ｎｍ）程度もある。この残留波面収差はその大部分が非点収差成分である。
【００２９】
通常の波長４０５ｎｍ帯の半導体レーザを用いた大容量光ディスク用光ピックアップで許容される非点収差量は、高々０．０１λｒｍｓ以下程度である。したがって、上述したような光学系からなる光ピックアップを組立て調整する際は、半導体レーザ光源の発光点ばらつき等まで考慮した上で、許容される誤差が高々１０μｍ程度の極めて高精度の位置決めが必須となり、光ピックアップ量産時の作業性劣化やそれに伴うコストの上昇、あるいは精度不足からくる性能劣化などの諸課題を招いていた。
【００３０】
このような課題に対して、以下に説明するように、本発明は、その実施例１の構成を用いることによって、光ピックアップとしての基本性能を確保しつつ特殊レンズ２の位置決め精度を大幅に緩和し、結果的に光ピックアップ量産時の作業性向上、コスト低減などを達成することができるものである。
【００３１】
図２は本発明の実施例１に係る光ピックアップにおける主要部の具体的構成を示す図である。なお、図２において、図１と図７と同一の部品には同一の番号を付している。
【００３２】
本発明の実施例１では、図２に示すように特殊レンズ２を予め光軸（Ｘ軸）方向に所定量ΔＬだけずらした位置（故意にΔＬだけずらした位置）をノミナル位置として設置する。例えば、図２に示した例では０．２ｍｍだけ半導体レーザ光源１に近づけた位置をノミナルの設置位置とする。
【００３３】
特殊レンズ２を上述のようにずらした位置に配置すると、当然のことながら特殊レンズ２を出射した光ビーム１０１には極めて大きな非点収差が発生してしまう。そこで、本実施例１では、図１または図２に示すように、通常のカップリングレンズ１１（図７に示す光ビームをコリメートするレンズ）に代えて、特殊カップリングレンズ（特殊ＣＰレンズ）３を配置する。この特殊ＣＰレンズ３は、光ビームが通過する際に光ビーム１０１に含まれる非点収差と同量で符号が逆転した非点収差が発生するようになっており、この両非点収差が互いに打ち消しあって、結局、特殊ＣＰレンズ３を出射した光ビーム１０２は非点収差がほとんど除去された光ビームになるものである。
【００３４】
なお、特殊ＣＰレンズ３の具体的構成例としては、例えば図１または図２に示した実施例１では、特殊ＣＰレンズ３の光ビーム入射面３１をＸ−Ｚ座標面（紙面に垂直な面）内のみに曲率がある凸シリンドリカル面（円筒面）にすることで所望の非点収差を発生させている。なお、Ｌ１、Ｌ２、Ｒ１、Ｒ１、ｎなどの各パラメータが上述した数値である特殊レンズ２を配置した場合、特殊ＣＰレンズ３のシリンドリカル面３１の曲率半径Ｒ３を約２２０ｍｍとすると、特殊ＣＰレンズ３を出射した光ビーム１０２に残留する非点収差量をほぼゼロにすることができる。
【００３５】
図３は上述した各光学部品で構成された光ピックアップにおいて、特殊レンズ２の設置位置ずれやレーザ発光点位置のばらつき等によって生じる間隔Ｌ１の誤差量と光ディスク記録面上に集光される光ビームの波面収差ＲＭＳ値との関係をプロットした図である。当然のことながら間隔Ｌ１に誤差があると、図８の場合と全く同様に、急激に波面収差が増大してしまう。しかしながら、本実施例１では、間隔Ｌ１の各状態において、特殊ＣＰレンズ３を光軸すなわちＸ軸方向に沿って所定量変位させると、いずれの場合も収差量をＲＭＳ値で０．０１λ以下にまで低減することができる。この低減の現象は、特殊ＣＰレンズ３を光軸に沿って変位させて、この特殊ＣＰレンズ３を透過する光ビームに新たに付加される非点収差量が連続的に変化するという光学的特性を利用することで、間隔Ｌ１の誤差によって生じた非点収差を常に適正に打ち消すだけの非点収差を特殊ＣＰレンズ３を通過する光ビームに付加できるためである。
【００３６】
加えて、図４に示すように、Ｌ１の誤差量とその各場合に光ビーム１０２の残留波面収差を最小化する特殊ＣＰレンズ３の変位量の関係をプロットすると、直線的な相関関係があることがわかる（図４はコンピュータを用いたシミュレーションの結果を示す図である）。また、図４によると、Ｌ１の誤差量に対する特殊ＣＰレンズ３の最適変位量の相対感度は、約１５μｍ／μｍである。すなわち、例えば特殊レンズ２のノミナル状態（Ｌ１＝１．４３ｍｍ）から位置ずれによるＬ１の変化が２０μｍであった場合、それによって生じる非点収差は、特殊ＣＰレンズを３００μｍすなわち０．３ｍｍ変位させることにより、ほぼ完全に消去することができる。
【００３７】
換言すると、本実施例１のような構成にすることによって、特殊レンズ２の設置位置ずれ等によって生じる非点収差を特殊ＣＰレンズ３の光軸方向の位置調整によって良好に消去することができ、しかも、その際の特殊ＣＰレンズ３の変位感度は特殊レンズ２自体の位置ずれによる収差発生感度よりも約１桁以上程度も緩和できる（上述の例では、特殊レンズ２における２０μｍに対して、特殊ＣＰレンズ１１の３００μｍ）。このため、光ピックアップ量産時に特殊ＣＰレンズ３の光軸方向位置調整工程を導入するだけで、光ピックアップとしての性能を劣化させることなく、特殊レンズ２の設置位置精度を従来に比べ大幅に緩和でき、結果的に光ピックアップ量産時の作業性を大幅に向上させ、コスト低減を実現することができる。また、組立て調整精度不足からくる性能劣化も防ぐことができる。
【００３８】
なお、特殊ＣＰレンズ３を光軸に沿って変位させると、この特殊ＣＰレンズ３を出射した光ビーム１０２のコリメート状態が変化し、略平行光ビームの状態から発散もしくは収束光ビームの状態になるが、この状態については、例えば図１に示すような負レンズ５１と正レンズ５２を組み合わせた、いわゆるビームエクスパンダ５を用い、リニアアクチュエータ５３を駆動してレンズ５２を光軸に沿って所定量変位させてレンズ５１と５２との間隔を制御することによって、容易に略平行光ビームに戻して対物レンズに入射させることができる。ビームエクスパンダ５を用いた光ビームの平行光化に関しては、公知の技術であるので詳細な説明は省略する。
【００３９】
また、本実施例１では、特殊レンズ２を通過する光ビームに非点収差を発生させる手段として、予め特殊レンズ２自体を所定量（具体的には０．２ｍｍ）だけレーザ光源側に近づけて配置する方法を用いているが、本発明はこの方法に限定されるものではない。すなわち特殊レンズ２の変位量は、本実施例１で示した２０μｍに限定されるものではなく、所望の非点収差を生じさせる変位量であればいくらでも構わない。また、例えば、所定量だけレーザ光源から離して配置した構成にしてもよいし、配置位置は変えずに例えば面２１または面２２の曲率半径を変更して所望の非点収差が発生するような構成にしても構わない。
【００４０】
すなわち、本発明においては、特殊レンズ２は所望の整形比で光ビーム整形を行い、同時に所望の非点収差を発生させることができる構成であればどのような構成の光学部品でも構わない。ただし、この際、特殊レンズ２を通過する光ビームにあらかじめ生じさせる非点収差量は、実際に特殊レンズ２を光ピックアップ内に実装した場合に設置位置ばらつきや半導体レーザ光源の発光点位置ばらつき等に伴って生じる間隔Ｌ１の誤差によって発生するであろう非点収差量に対して充分大きな値に設定しておく必要がある。
【００４１】
一方、特殊ＣＰレンズ３についてみると、本実施例１では、この特殊ＣＰレンズ３を通過する光ビームに新たに非点収差を付加する手段として、特殊ＣＰレンズ３の光ビーム入射面３１を所定の曲率を有する凸シリンドリカル面にする構成を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば凸シリンドリカル面を凹シリンドリカル面としても構わない。このとき、付加される非点収差量および符号が同一の場合、その曲率がある座標面は凸シリンドリカル面の場合に対して垂直な方向になる。
【００４２】
また、光ビーム入射面３１をシリンドリカル面とするのではなくて、トロイダル面（鞍型面）、あるいは縦方向と横方向それぞれの断面における曲率半径が異なる特殊な非球面としても構わない。また、光軸に対して非回転対称なレンズ面を本実施例１のように光ビーム入射面に限定して設置する必要はなく、光ビーム出射面に設けてもよいし、レンズの構成を複数枚にして入射面および出射面以外の面を光軸に対して非回転対称のレンズ面にしても構わない。さらに付け加えると、光軸に対して非回転対称なレンズ面（光ビームの光軸に垂直な所定の断面における第１の曲率半径と前記光軸および前記所定の断面の両方に対して略垂直な断面における第２の曲率半径とが互いに異なる値を持つ曲面）を設けた特殊なレンズあるいはレンズ群を用いるのではなく、後述する本発明の実施例２に示すように、光軸に対して回転対称なレンズ面だけからなる通常のレンズを用いることもできる。
【００４３】
「実施例２」
図５は本発明の実施例２に係る光ピックアップにおける主要部の具体的構成を示す図である。なお、図５において、図１、図２および図７と同一の部品には同一の番号を付している。
【００４４】
本実施例２は、光ビームのコリメート機能に加えて、非点収差を付加する機能を兼ね備えたカップリングレンズとして、実施例１で示した円筒面に代表される光軸に対して非回転対称なレンズ面を設けた特殊な形状のレンズ３またはレンズ群ではなく、図７に示すような通常のカップリングレンズと同様の光軸に対して回転対称なレンズ面だけで構成されたカップリングレンズ１１を用いた構成例である。なお、図５の構成例では、カップリングレンズ１１として単レンズを記載しているが、複数のレンズから構成されるレンズ群でも構わない。
【００４５】
本実施例２では、通常のカップリングレンズと同様の光軸に対して回転対称なレンズ面だけで構成されたレンズ１１を用い、かつこのレンズを通過する光ビームに所望の非点収差を付加する機能を持たせるために、図５に示すように、光軸に対して略垂直な軸（図５の例ではＺ軸）まわりにレンズを所定角度θだけ傾斜させている。このようにレンズを傾斜させると必然的にレンズに入射する光ビームのレンズ入射面に対する入射角度が傾き、結果として、このレンズを通過した光ビーム１０２に非点収差などの収差を付加させることができる。付加される収差量はレンズの傾斜角に依存して増減するので、レンズ傾斜角を調整することにより所望の非点収差を付加させることができる。加えて、実施例１と同様に、このカップリングレンズ１１を光軸に沿って前後に位置調整することにより、特殊レンズ２で発生する非点収差を容易に打ち消すことができる。
【００４６】
ただし、レンズを所定角度傾斜させた際に、コマ収差など非点収差以外の余計な収差成分がほとんど発生しないようにするため、ここで用いるレンズまたはレンズ群は正弦条件を充分に満足し、良好な像高特性が得られるように設計されたレンズまたはレンズ群を用いることが望ましい。
【００４７】
本実施例２のように、通常のカップリングレンズと同様に光軸に対して回転対称なレンズ面だけで構成されたレンズを用いると、非回転対称なレンズ面を設けた特殊なレンズを必要としないので製造コストなどの点で非常に有利である。また、上記したようにレンズの傾斜角度を変化させるだけで付加する非点収差量を容易に調整することができるので、所定の収差補正を行うためのレンズの変位感度を光ピックアップごとに調整することができる上、実施例１のようにレンズを光軸に沿って位置調整させるのではなく、レンズの設置位置は固定したまま傾斜角度を変化させることによっても特殊レンズ２で発生する非点収差を打ち消して良好に収差補正することができるという特徴を有している。
【００４８】
なお、実施例１および２において、本発明における非点収差付加機能を備えたカップリングレンズの構成例として２種類の構成（図２の特殊ＣＰレンズ３と図５の通常カップリングレンズ１１）を示したが、当然のことながら本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、所定の発散光ビームを略平行な光ビームに変換するカップリングレンズの機能と所定の非点収差を通過光ビームに付加する機能とを兼ね備えた光学素子であれば、どのような構成のものでも構わない。
【００４９】
「実施例３」
図６は本発明の実施例３に係る光ピックアップにおける全体構成を示す図である。なお、図６において、図１、図２、図５および図７と同一の部品には同一の番号を付している。
【００５０】
図６において、１２は光ビーム整形用プリズム、１３はシリンドリカルレンズ、２００は長円形断面の光ビーム、２０１は弱発散光、２０２は非点収差のある光ビーム、２０３は非点収差の消去された光ビーム、をそれぞれ表す。
【００５１】
本実施例３では、光ビーム整形手段として実施例１および２で示した特殊レンズ２ではなく、三角形または台形のプリズム１２を用いている。このような三角形もしくは台形のプリズム１２を用いた光ビーム整形手段はすでに公知の技術であるので詳細な説明は省略する。そして、このプリズム１２を用いた光ビーム整形においては、プリズム１２には、カップリングレンズ１１などによって厳密に平行光に変換された光ビーム２０１を入射させる必要がある。
【００５２】
ここで、カップリングレンズ１１の設置位置ずれや半導体レーザ光源１の発光点位置ばらつきなどによってカップリングレンズ１１と発光点との間隔がノミナル値からずれると、その影響でプリズム１２に入射する光ビーム２０１が厳密な平行光状態では無く弱発散光や弱収束光ビームの状態で入射してしまう。そうすると、本実施例１および２で述べた特殊レンズを用いた場合と同様に、プリズム１２を出射した光ビーム２０２には大きな非点収差が生じてしまう。付け加えると、本実施例３におけるカップリングレンズ１１とプリズム１２とを組み合わせたものが、本実施例１，２における特殊レンズ２に対応する機能を果たすものである。
【００５３】
そこで、本実施例３は、実施例１および２と同様の考え方で、予めカップリングレンズ１１を光軸にそって所定量ΔＬだけずらした位置をノミナル位置として配置する。図６の例では、カップリングレンズ１１を半導体レーザ光源１に近づく方向に所定量ΔＬだけずらして配置した場合を示している。この場合、プリズム１２に入射する光ビーム２０１は弱発散光の状態でプリズム１２に入射することになる。なお、カップリングレンズ１１は、図６の例とは逆に、半導体レーザ光源１から離れる方向にずらして配置し、光ビーム２０１を弱収束光の状態で入射させても構わない。いずれの場合においても光ビーム２０２には非点収差が生じる。
【００５４】
そして、光ビームに生じた非点収差を打ち消すように、プリズム１２とビームスプリッタ４の間にシリンドリカルレンズ１３を配置する。このシリンドリカル１３は、図６に示す実施例３では、光ビーム入射面１４がＸ−Ｙ座標面（紙面に平行）内にのみ所定の曲率がある凹シリンドリカル面（円筒面）になったレンズであるが、逆にＸ−Ｚ座標面（紙面に垂直）内に所定の曲率がある凸シリンドリカル面（円筒面）になったレンズでも構わない。さらに付け加えると、シリンドリカルレンズ１３は、当然シリンドリカル面（円筒面）を有するレンズに限定されるものではなく、トロイダル面（鞍型面）あるいは縦方向と横方向それぞれの断面における曲率半径が異なる特殊な非球面を有するレンズであっても構わない。すなわち所定の値と所定の符号をもつ非点収差を光ビームに付加する機能を持った光学素子であればどのような構成の素子であっても構わない。
【００５５】
ちなみに、カップリングレンズ１１が図６の構成例とは逆に半導体レーザ光源１から離れる方向にずらして配置された場合は、非点収差の符号が図６の場合と逆になっているため、シリンドリカルレンズ１３はＸ−Ｙ座標面（紙面に平行）内にのみ所定の曲率がある凸シリンドリカル面（円筒面）かＸ−Ｚ座標面（紙面に垂直）内にのみ所定の曲率がある凹シリンドリカル面（円筒面）になる。
【００５６】
上述したような非点収差付加機能を備えたシリンドリカルレンズ１３を配置し、このシリンドリカルレンズ１３を通過する際に付加される非点収差により光ビーム２０２に含まれる非点収差を打ち消すことで、このシリンドリカルレンズ１３を出射した光ビーム２０３を非点収差が良好に消去された光ビームに変換させることができる。しかも、本実施例１および２の場合と同様に、シリンドリカルレンズ１３の位置を光軸に沿って調整することにより、実際にカップリングレンズ１１を光ピックアップ内に実装した場合の設置位置誤差や半導体レーザ光源１の発光点位置のばらつきなどによって生じる光ビーム２０２内の非点収差を常に良好に消去することができる。
【００５７】
なお、シリンドリカルレンズ１３を光軸に沿って変位させると、このシリンドリカルレンズ１３を出射した光ビーム２０３は非点収差が良好に消去される一方で、光ビーム２０３のコリメート状態が変わり、弱発散もしくは弱収束光ビームの状態になってしまう。しかしながら、その場合は、本実施例１と全く同様にビームエクスパンダ５を調整することによって、この光ビーム２０３を平行光ビームに変換してから対物レンズ７に導くことができる。
【００５８】
以上説明したように、本発明の主要な特徴は、まず、特殊レンズなどの光ビーム整形素子の設置位置を予め故意にずらしたり、あるいは光ビーム整形用プリズムに入射する光ビームのコリメート状態をわずかにずらして弱発散もしくは弱収束光ビームの状態で入射させることにより、各光ビーム整形用光学素子を通過した光ビームに所定の非点収差が生じるようにしておき、その上で、光源から発した発散光ビームを略平行光ビームに変換する機能を備えたカップリングレンズ（またはレンズ群）あるいはシリンドリカルレンズ（またはレンズ群）に前記所定の非点収差を打ち消すだけの非点収差を付加する機能を兼ね備えさせる構成とする。さらに、前記カップリングレンズあるいはシリンドリカルレンズ（またはレンズ群の全てあるいは少なくとも一部）を光軸に沿って変位させたり、あるいは光軸に略垂直な所定の方向を傾斜回転軸として所定角度傾けたりすることにより、その付加非点収差量を所定の範囲で任意に増減できるような構成とする。
【００５９】
換言すると、本発明の要旨は、予め特殊レンズを所定量ずらせて配置したり、光ビームのコリメート状態を故意にずらせたりすることで、光ビーム整形手段を出射した光ビームに所定量の非点収差を与え、その上でその非点収差を打ち消すような非点収差を発生させる光学素子を設置し、その設置位置を光軸に沿って調整することで、光ビーム整形手段の製造時の位置決め誤差などに起因する非点収差を良好に消去するものである。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の実施例１に係る光ピックアップにおける全体構成を示す図である。
【図２】本発明の実施例１に係る光ピックアップにおける主要部の具体的構成を示す図である。
【図３】本実施例１を表す図２の光ピックアップにおける間隔Ｌ１の誤差量と、この誤差量に伴って生じるディスク面上の光スポットの波面収差ｒｍｓ値との関係を示す図である。
【図４】本実施例１を表す図２の光ピックアップにおける間隔Ｌ１の誤差量と残量波面収差を最小化するための特殊ＣＰレンズの変位量との関係を示す図である。
【図５】本発明の実施例２に係る光ピックアップにおける主要部の具体的構成を示す図である。
【図６】本発明の実施例３に係る光ピックアップにおける全体構成を示す図である。
【図７】従来技術に関するビーム整形用特殊レンズを用いた光ピックアップにおける主要部の具体的構成を示す図である。
【図８】従来技術を表す図７の光ピックアップにおける間隔Ｌ１の誤差量とこの誤差量に伴って生じるディスク面上光スポットの波面収差ｒｍｓ値との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００６１】
１  半導体レーザ光源
２  光ビーム整形用特殊レンズ
３  特殊カップリングレンズ
４  ビームスプリッタ
５  ビームエクスパンダ
６  立ち上げミラー
７  対物レンズ
８  光ディスク
９  検出レンズ
１０  光検出器
１１  カップリングレンズ
１２  光ビーム整形用プリズム
１３  シリンドリカルレンズ
２１  凹面
２２  凸面
３１  入射面
５１  負レンズ
５２  正レンズ
５３  リニアアクチュエータ
７１  対物レンズアクチュエータ
１００  長円形断面の光ビーム
１０１  略円形断面の光ビーム
１０２  略平行光ビーム
２００  長円形断面の光ビーム
２０１  弱発散光
２０２  非点収差のある光ビーム
２０３  非点収差の消去された光ビーム
【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】
2006085841.tif 000007
【図６】
2006085841.tif 000008
【図７】
2006085841.tif 000009
【図８】
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