(57)【要約】光記録媒体の厚みのバラツキを補償することができる光ピックアップ装置は光源と、光源から出てきたビームを平行光に作るコリメーターレンズ、光記録媒体の基板に対向する面が平面をなすように形成された固体液浸レンズを含む対物レンズシステムとフォーカス制御をするフォーカス制御部、及びフォーカス制御部から出力されるフォーカス信号によって光源またはコリメーターレンズに連結されて光源またはコリメーターレンズの位置を移動させる位置調整部を備え、光記録媒体の厚みのバラツキがある場合、光源またはコリメーターレンズの位置を移動させて光記録媒体の厚みのバラツキを補正することができる。また、コリメーターレンズを使用しない有限光学系の光ピックアップ装置の場合、位置補正部を光源に連結して光源の位置をフォーカス制御信号によって調整することにより光記録媒体の厚みのバラツキを補正することができる。
2005518620.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に信号記録面を有する高密度光記録媒体に情報を記録したり記録された情報を再生する光ピックアップ装置において、
ビームを生成、出射する光源と、
光源から出てきたビームを平行光にするコリメーターレンズと、
前記コリメーターレンズから出てきたビームの一部を透過させるビーム分割器と、
光記録媒体の基板に対向する面が平面をなすように形成された固体液浸レンズを含み、前記ビーム分割器と光記録媒体との間の光経路に配置されてビーム分割器を透過したビームを光記録媒体に集光させる対物レンズシステムと、
光記録媒体で反射される光を受光して電気的信号を出力する受光モジュールと、
前記受光モジュールから出る信号によってフォーカス制御のためのフォーカス制御信号を出力するフォーカス制御部と、
フォーカス制御部から出力されるフォーカス制御信号によって、光源またはコリメーターレンズに連結されて光源またはコリメーターレンズの位置を移動させる位置調整部と
を含む光記録媒体の厚みのバラツキを補償することができる光ピックアップ装置。
【請求項２】
前記対物レンズシステムは集光用対物レンズをさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の光ピックアップ装置。
【請求項３】
コリメーターレンズと光源の距離変化量（Ｌ）が次の式
Ｌ〜（ｆ１／ｆ２）２Ｘ（Δｄ／ｎ）
（ここで光記録媒体基板の厚さの変化をΔｄ、光記録媒体基板の屈折率をｎ、コリメーターレンズの焦点距離をｆ１、対物レンズシステムの焦点距離をｆ２とする）
を満足させることを特徴とする、請求項１に記載の光ピックアップ装置。
【請求項４】
前記光源がレーザーダイオードであることを特徴とする、請求項１に記載の光ピックアップ装置。
【請求項５】
前記フォーカス制御部がビームサイズ測定方法、非点収差法、ナイフエッジ法、ホログラムフーコー法からなる群より選択される測定方法によってフォーカス制御信号を出力することを特徴とする、請求項１に記載の光ピックアップ装置。
【請求項６】
前記固体液浸レンズが光記録媒体と一定の間隔を維持するための空気間隔制御部をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の光ピックアップ装置。
【請求項７】
基板上に信号記録面を有する高密度光記録媒体に情報を記録したり記録された情報を再生する光ピックアップ装置において、
ビームを生成、出射する光源と、
前記光源から出てきたビームの一部を透過させるビーム分割器と、
光記録媒体の基板に対向する面が平面をなすように形成された固体液浸レンズを含み、前記ビーム分割器と光記録媒体との間の光経路に配置されてビーム分割器を透過したビームを光記録媒体に集光させる対物レンズシステムと、
光記録媒体で反射される光を受光して電気的信号を出力する受光モジュールと、
前記受光モジュールから出る信号によってフォーカス制御のためのフォーカス制御信号を出力するフォーカス制御部と、
フォーカス制御部から出力されるフォーカス信号によって、光源の位置を移動させる位置調整部と
を含む光記録媒体の厚みのバラツキを補償することができる光ピックアップ装置。
【請求項８】
前記対物レンズシステムが集光用対物レンズをさらに含むことを特徴とする、請求項７に記載の光ピックアップ装置。
【請求項９】
光源の距離変化量（Ｌ２）が次の式、
Ｌ２〜（ｓ１／ｓ２）２Ｘ（Δｄ／ｎ）
ここで光記録媒体基板の厚さの変化をΔｄ、光記録媒体基板の屈折率をｎ、光源から固体液浸レンズまでの光学的距離をｓ１、固体液浸レンズから光ディスクの信号記録面までの光学的距離をｓ２とする、
を満足することを特徴とする、請求項７に記載の光ピックアップ装置。
【請求項１０】
前記光源がレーザーダイオードであることを特徴とする、請求項７に記載の光ピックアップ装置。
【請求項１１】
前記フォーカス制御部がビームサイズ測定方法、非点収差法、ナイフエッジ法、ホログラムフーコー法からなる群より選択される測定方法によってフォーカス制御信号を出力することを特徴とする、請求項７に記載の光ピックアップ装置。
【請求項１２】
前記固体液浸レンズが光記録媒体と一定の間隔を維持するための空気間隔制御部をさらに含むことを特徴とする、請求項７に記載の光ピックアップ装置。
【請求項１３】
光源とビーム分割器との間に配置されて、対物レンズ系の光パワーを分配するカップリングレンズをさらに含み、位置調整部が前記カップリングレンズに連結されることを特徴とする、請求項７に記載の光ピックアップ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光記録媒体の厚みのバラツキを補償することができる光ピックアップ装置に関し、より具体的には固体液浸レンズ（Ｓｏｌｉｄ  Ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ  Ｌｅｎｓ：ＳＩＬ）を使用した近接場の記録／再生用光ピックアップ装置であって、光ディスクの厚みのバラツキを補正することができる光ピックアップ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、光磁気ディスクなどの光記録媒体の高密度化が進められている。光記録媒体の高密度化のために情報を記録、再生する光ピックアップ装置の光スポットの大きさを減らさなければならない。
【０００３】
光ピックアップ装置で使用する対物レンズシステムの開口数を大きくするために、固体液浸レンズを使用して光ディスクの信号記録面側に半球形の固体液浸レンズを近接させ開口数を大きくする方式が開発されてきたが、このような装置では記録／再生時に固体液浸レンズと光ディスクが互いにぶつかることがあるため、摩擦、摩耗などによって光ディスク信号記録面の情報が損失される可能性が大きく、光記録のために光を照射する場合、発生する高熱により多様な化学的変化及び物理的変化が生じることがあるため、光ディスクや光ピックアップ装置の損傷を防止することができなかった。
【０００４】
このような問題を解決するために、光ディスクの基板側から固体液浸レンズを使用して光を照射する方式が日本特開平８−２２１７９０及び大韓民国公開特許公報特２００２−００９３２８７号で提案されたことがある。光ディスクの基板側で固体液浸レンズを使用する方法は、固体液浸レンズによって集光されるビームが光ディスクの基板側を通じて信号記録面で集光されるので、光ディスクの基板の厚さが一定でない場合にはこれを補償する必要がある。
【０００５】
光ディスクの厚みの誤差は一般に発生する現象であり、このような場合、基板を通じて信号記録面に光スポットの焦点があわされる方式においては、固体液浸レンズを移動して制御する場合、光ディスクとの空気間隔変化によって伝えられる光エネルギーの変化が生じるため近接場の高密度記録／再生が不可能になる。
【０００６】
つまり、光ディスクが基準より厚い場合に対物レンズシステムまたは固体液浸レンズを信号記録面側に移動させることができず、また、光ディスクが基準より薄い場合にも固体液浸レンズを光ディスク基板面から遠く配置すれば、近接場による情報伝達が難しくなる。光ディスクの厚さのバラツキは現在固体液浸レンズと光ディスク空気間隔の制御水準である１００ｎｍに比べて比較的に非常に大きくなり、空気間隔を１００ｎｍより大きくすれば近接場によって伝えられる光エネルギーが少なくなって光スポットサイズが大きくなるため実効性がなくなる。
【０００７】
また、焦点深度は波長に比例し、使用する固体液浸レンズまたは対物レンズシステム開口数の自乗に反比例するので、次のように定義することができる。
焦点深度＝λ／（２×ＮＡ２）
ここでλは光の波長、ＮＡは開口数である。
【０００８】
したがって、開口数が１．２で、６５０ｎｍ波長の光を使用する場合には２２５ｎｍの焦点深度を有し、短い焦点深度のために基板厚さの変化に対して満足する程度の光学的回折限界に到達することができない。
【０００９】
結局、基板の厚さの変化は近接場によっては空気間隔制御で固体液浸レンズを調整して正確な位置に回折限界の光スポットを結ぶことができないだけでなく、信号記録面が光ディスク基板の後面にあって基板と接している固体液浸レンズが光ディスクの厚みのバラツキを補正することが難しいために、光ディスク基板の厚みのバラツキを補償しなければならない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
したがって、本発明の目的は、前記で言及した問題点を解消する改善された光ピックアップ装置を提供することであって、光ディスク基板の厚さの変化または基板の屈折率が変わることによって生じる光学的厚さのバラツキ（光路の変化）を補償することができ、信号記録面に正確に光スポットを形成することができる光ピックアップ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前述した目的を達成するために本発明は、基板及び信号記録面を有する高密度光記録媒体に情報を記録したり、記録された情報を再生する光ピックアップ装置において、ビームを生成、出射する光源と、光源から出てきたビームを平行光にするコリメーターレンズと、コリメーターレンズから出てきたビームの一部を透過させるビーム分割器と；光記録媒体の基板に対向する面が平面をなすように形成された固体液浸レンズを含み、ビーム分割器と光記録媒体との間の光経路に配置されてビーム分割器を透過したビームを光記録媒体に集光させる対物レンズシステムと、光記録媒体で反射される光を受光して電気的信号を出力する受光モジュールと、受光モジュールから出る信号によってフォーカス制御のためのフォーカス制御信号を出力するフォーカス制御部と、フォーカス制御部から出力されるフォーカス制御信号によって、光源またはコリメーターレンズに連結されて光源またはコリメーターレンズの位置を移動させる位置調整部を含む光記録媒体の厚みのバラツキを補償することができる光ピックアップ装置を提供する。本発明の他の特徴による光記録媒体の厚みのバラツキを補償することができる光ピックアップ装置は、ビームを生成、出射する光源と、光源から出てきたビームの一部を透過させるビーム分割器と、光記録媒体の基板に対向する面が平面をなすように形成された固体液浸レンズを含み、ビーム分割器と光記録媒体との間の光経路に配置されてビーム分割器を透過したビームを光記録媒体に集光させる対物レンズシステムと、光記録媒体で反射される光を受光して電気的信号を出力する受光モジュールと、受光モジュールから出る信号によってフォーカス制御のためのフォーカス制御信号を出力するフォーカス制御部、フォーカス制御部から出力されるフォーカス制御信号によって、光源の位置を移動させる位置調整部を含む。
【発明の効果】
【００１２】
本発明による光ピックアップ装置は光記録媒体の基板側で記録及び再生する場合、光記録媒体の物理的、光学的厚さが変わることによって生じるフォーカスエラーを補償することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、添付した図面を参照して本発明の最良の形態を説明する。
【実施例１】
【００１４】
本発明はコンパクトディスク（ＣＤ）、デジタル多機能ディスク（ＤＶＤ）、ミニディスク（ＭＤ）、光磁気ディスクなどを含む種々の光学記録媒体の記録／再生に使用することができるが、ここでは説明の便宜のためにコンパクトディスクを中心に説明する。
【００１５】
まず、図１及び図２には本発明の第１実施例による光ピックアップ装置が示されている。このような光ピックアップ装置は光源１１０であるレーザーダイオード、コリメーターレンズ１２０、ビーム分割器１４０、センサーレンズ２２０及び光検出器２４０を含んで光源１１０から出てきた光はコリメーターレンズ１２０により平行ビームになる。図１に示された光ピックアップ装置は平行ビームを光ディスク２００の信号記録面２０２に集光させるための対物レンズシステム１７０として固体液浸レンズ１８０が含まれ、固体液浸レンズ１８０は光ディスク２００に近接して配置されている。固体液浸レンズ１８０は光ディスク２００の基板２０１側に近接する平面を有し、光源側は曲面を有する。
【００１６】
図１には対物レンズ系１７０として固体液浸レンズ１８０が示されているが、図２に示されているように集光用対物レンズ１６０と固体液浸レンズ１８０とが対物レンズシステム１７０を形成するように構成することもできる。
【００１７】
コリメーターレンズ１２０には位置調整部３１０が連結され、位置調整部３１０はフォーカス制御部３００に連結されている。フォーカス制御部３００では光検出器２４０から出てくる電気的信号によってコリメーターレンズ１２０を移動させて光ディスクの厚みのバラツキによる焦点ぼけをなくすようにフォーカス制御し、このために位置調整部３１０にフォーカス制御信号を出力する。位置調整部３１０は公知のピエゾ素子や可動磁石または可動コイル方式の装置を利用して磁気的力によって精密に間隔を調整することができる。
【００１８】
図１及び図２にはコリメーターレンズ１２０に位置調整部３１０が連結されてコリメーターレンズの位置を調整する装置が示されているが、このような位置調整部が光源１１０に連結されて光源の位置を調整してもよい。フォーカス制御部３００は既存の光ディスクの焦点誤差検出方式で使用するビームサイズ測定方法、非点収差法、ナイフエッジ法、ホログラムフーコー法などの多様な方式で制御することができ、光検出器２４０は焦点誤差検出方式によって適切に分割されている。
【００１９】
このような第１実施例による光ピックアップ装置の動作によれば、レーザーダイオードで構成された光源１１０で発生したレーザービームがコリメーターレンズ１２０を通過しながら平行ビームになり、ビーム分割器１４０を通過して対物レンズシステム１７０の固体液浸レンズ１８０に入射し、再び光ディスク２００の基板２０１を通過して信号記録面２０２に結像する。信号記録面２０２に結像した光スポットは信号記録面２０２によって反射、回折されて再び基板２０１を通じて対物レンズシステム１７０を経てビーム分割器１４０で反射され、センサーレンズ２２０を経て光検出器２４０に入射して電気的信号に変わる。
【００２０】
この時、固体液浸レンズ１８０と光ディスク２００との間の間隔は近接場記録及び再生が可能な水準である光の波長以下の距離であり、通常１００ｎｍ程度を維持するのが一般的であり、通常の間隔維持方法によってこのような間隔が維持される。
【００２１】
固体液浸レンズ１８０と光ディスク２００との間の間隔が基準間隔を維持した状態で光ディスクの厚さが基準の厚さである場合、光スポットは信号記録面２０２に正確に焦点が結ばれる（図３の（ａ）参照）。この時、光ディスクの厚さが厚くなればフォーカス制御部３００でフォーカス制御信号を出力してコリメーターレンズ１２０を光源１１０側に移動させ（図３の（ｂ）参照）、光ディスクの厚さが薄くなればコリメーターレンズ１２０を光源１１０から遠くなるようにして（図３の（ｃ）参照）、光ディスク厚さのバラツキを補償する。
【００２２】
この時、コリメーターレンズ１２０または光源１１０の移動量または距離変化量は次の通りである。即ち、光学的にディスクの厚さの変化をΔｄとし、ディスクの屈折率をｎとし、コリメーターレンズ１２０の焦点距離をｆ１、対物レンズシステム１７０の焦点距離をｆ２とすれば、コリメーターレンズ１２０での光源１１０との距離変化量Ｌ１は次の式を満足する。
Ｌ１〜（ｆ１／ｆ２）２Ｘ（Δｄ／ｎ）
【００２３】
例えば（ｆ１／ｆ２）の比が１０である時、つまり、コリメーターレンズ１２０の焦点距離が１０ｍｍで、対物レンズ系１７０の焦点距離が１ｍｍ、光ディスクの基準の厚さが０．１ｍｍ、光ディスクの厚さの変化量（Δｄ）が１μｍ、光ディスクの屈折率（ｎ）が１．５７である場合、コリメーターレンズ１２０と光源１１０との距離変化量（Ｌ１）は約６４μｍ程度となる。したがって、光ディスクの厚さの全変化量がほぼ２μｍである場合には１２８μｍ程度にコリメーターレンズ１２０と光源１１０との距離を変化させれば、光ディスクの厚さの変化にもかかわらず正確な位置に光スポットの焦点が結ばれる。
【００２４】
表１及び図４は二枚のコリメーターレンズ１２０と、対物レンズシステムとして１枚の非球面固体浸レンズで構成される光ピックアップ装置の具体的な例を示す。
【表１】
2005518620.tif 000003
【００２５】
表１及び図４のような光ピックアップ装置において、光ディスクの基板の厚さが基準より１μｍ程度厚い場合には、光源とコリメーターレンズとの間の距離が基準より約６７μｍの短いほぼ１１．８７７７ｍｍ程度でなければならず、光ディスクの基板の厚さが基準より１μｍ程度薄い場合には、光源とコリメーターレンズとの間の距離が基準よりほぼ６８μｍ程度長い１２．０１３５ｍｍでなければならない。また、光ディスクの基板の厚さが基準より３μｍ程度の範囲を外れると光学系システムの回折限界性能を逸脱することが分かる。
【００２６】
一方、使用する範囲内でディスクの厚みのバラツキが相当に大きい場合には固体液浸レンズ及びコリメーターレンズの形状を改善して回折限界性能を満足させる範囲を前記の例より大きくすることができる。実際、光ディスク基板の厚さが０．１ｍｍである場合には現在の技術水準で±１μｍ水準の範囲内で光ディスクを製造することができ、その他の部品の製造公差を勘案するとしても十分に３枚で構成されたコリメーターレンズ、非球面を含んで２枚で構成された固体液浸レンズ、または屈折率分布レンズ型の固体液浸レンズまたは集光用対物レンズを共に使用することによって光ディスクの厚みのバラツキの範囲内で回折限界性能を十分に達成することができる。
【００２７】
また、光源とコリメーターレンズとの間の光学的距離を変化させるために、光源またはコリメーターレンズを移動させてその距離を変化させることの他にも、外部から加えられる電界によって屈折率が変わる材料（例えば、線状電気光学効果のある液晶）、または光度によって屈折率が変わる光屈折性効果のある液晶などの材料のように光学的距離を変化させることができる材料などを光源とコリメーターレンズとの間に配置させて光源とコリメーターレンズとの間の光学的距離が変わるようにし光ディスクの厚さの変化を補償することができる。
【実施例２】
【００２８】
図５には本発明の第２実施例による光ピックアップ装置が示されている。第２実施例による光ピックアップ装置はコリメーターレンズを使用しない一種の有限光学システムである点で第１実施例と異なる。つまり、光ピックアップ装置は光源１１０であるレーザーダイオード、ビーム分割器１４０、センサーレンズ２２０及び光検出器２４０を含む。
【００２９】
図５に示された光ピックアップ装置は発散ビームを光ディスクの信号記録面２０２に集光させる対物レンズシステム１７０として固体液浸レンズ１８０が含まれ、固体液浸レンズ１８０は光ディスク２００に近接して配置されている。固体液浸レンズ１８０は光ディスク２００の基板２０１側に向かう面は平面をなし、光源側は曲面をなす。
【００３０】
図５には対物レンズシステム１７０として１つの固体液浸レンズ１８０が示されているが、集光用対物レンズと固体液浸レンズを有する対物レンズシステムを形成するように構成することができるのは第１実施例と同じである。
【００３１】
第２実施例では光源１１０に位置調整部３１０が連結され、位置調整部３１０はフォーカス制御部３００に連結され、光検出器２４０から出てくる電気的信号によって光源１１０を移動させ光ディスクの厚みのバラツキによる焦点ぼけをフォーカス制御する。位置調整部３１０は公知のピエゾ素子や可動磁石または可動コイル方式の装置を利用して磁気的力によって精密に間隔を調整することができる。
【００３２】
フォーカス制御部３００は既存の光ディスクの焦点制御方式で使用するビームサイズ測定方法、非点収差回法、ナイフエッジ法、ホログラムフーコー法などの多様な方式で制御することができ、光検出器２４０は焦点誤差検出方式によって適切に分割されている。
【００３３】
このような第２実施例による光ピックアップ装置の動作としては、レーザーダイオードで構成された光源１１０で発生した光がビーム分割器１４０を通過して固体液浸レンズ１８０に入射され、再び光ディスク２００の基板２０１を通過して信号記録面２０２に結像される。信号記録面２０２に結像された光スポットは信号記録面２０２によって反射、回折されて再び基板２０１を通じて対物レンズシステム１７０を経てビーム分割器１４０で反射され、センサーレンズ２２０を経て光検出器２４０に入射し電気的信号に変わる。
【００３４】
この時、固体液浸レンズ１８０と光ディスク２００との間の間隔は近接場記録及び再生が可能な水準である光の波長以下の距離で、通常１００ｎｍ程度を維持することが一般的であり、通常の間隔維持方法によってこのような間隔が維持される。固体液浸レンズ１８０と光ディスク２００との間の間隔が基準間隔を維持した状態で光ディスクの厚さが基準の厚さである場合、光スポットは信号記録面２０２に正確に焦点が結ばれる。この時、光ディスクの厚さが厚くなればフォーカス制御部３００でフォーカス制御信号を出力して光源１１０を光ディスク２００側に移動させ、光ディスクの厚さが薄くなれば光源１１０を光ディスク２００から遠くなるようにし、光ディスク厚さの偏差を補償する。
【００３５】
この時、光源１１０の移動量または距離変化量は次の通りである。即ち、光学的なディスクの厚さの変化をΔｄとし、ディスクの屈折率をｎ、光源１１０から固体液浸レンズ１８０までの光学的距離をｓ１、固体液浸レンズ１８０から光ディスクの信号記録面までの光学的距離をｓ２とする時、光源１１０の距離変化量Ｌ２は次の式を満足する。
Ｌ２〜（ｓ１／ｓ２）２Ｘ（Δｄ／ｎ）
【００３６】
本発明の第２実施例では光源１１０に位置調整部３１０が連結された構成を説明したが、光源とビーム分割器との間に追加のレンズ、例えば対物レンズ系の光パワーを分配することができるカップリングレンズを追加し、光源の代りにカップリングレンズに位置調整部を連結させる構成も可能である。
【００３７】
また、本発明は基板の厚さが物理的に変わる場合だけでなく、基板の屈折率が変わって基板内での光路が変わる場合にも適用することができる。
【００３８】
以上、本願発明の技術的特徴を特定の実施例を中心に説明したが、本願発明が属する技術分野における通常の知識を有する者であれば、本発明による技術的思想の範囲内でも多様な変形及び修正を行うことができるのは明白なことである。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の第１実施例による光ピックアップ装置を示した図面である。
【図２】本発明の第１実施例で対物レンズシステムが集光用対物レンズと固体液浸レンズからなる場合を示した図面である。
【図３】光ディスクの厚さの変化による理想的な入射光を例示した図面である。
【図４】表１の光ピックアップ装置を説明する図面である。
【図５】本発明の第２実施例による光ピックアップ装置を示した図面である。
【符号の説明】
【００４０】
１１０      光源
１２０  コリメーターレンズ
１４０  ビーム分割器
１７０  対物レンズシステム
１８０  固体液浸レンズ
２００  光ディスク
２０１  基板
２０２  信号記録面
２２０  センサーレンズ
２４０  光検出器
３００  フォーカス制御部
３１０      位置調整部
【図１】
2005518620.tif 000004
【図２】
2005518620.tif 000005
【図３】
2005518620.tif 000006
【図４】
2005518620.tif 000007
【図５】
2005518620.tif 000008
【国際調査報告】
2005518620.tif 000009
2005518620.tif 000010
2005518620.tif 000011