(57)【要約】【課題】  光学特性を維持した状態でトータルトラック長を短くすることができ、装置の小型化を実現する。【解決手段】  発散光で入射する光ビームの発散角を変換して出射する発散角変換レンズ４と、発散角変換レンズで発散角を変換された光ビームが入射され、この光ビームを集束して出射するトラッキング方向に変位可能とされた対物レンズ５とを備え、発散角変換レンズ４は、対物レンズが変位されたときに発生する非点収差を相殺できる量に相当する球面収差が付与されており、対物レンズ５は、発散角変換レンズに付与された球面収差を相殺できる球面収差が付与されるとともに、対物レンズが変位されたときに発散角変換レンズに付与された球面収差により発生するコマ収差を相殺できるコマ収差が付与されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発散光で入射する光ビームの発散角を変換して出射する発散角変換レンズと、
上記発散角変換レンズで発散角を変換された光ビームが入射され、この光ビームを集束して出射するトラッキング方向に変位可能とされた対物レンズとを備え、
上記発散角変換レンズは、上記対物レンズが変位されたときに発生する非点収差を相殺できる量に相当する球面収差が付与されており、
上記対物レンズは、上記発散角変換レンズに付与された球面収差を相殺できる球面収差が付与されるとともに、上記対物レンズが変位されたときに上記発散角変換レンズに付与された球面収差により発生するコマ収差を相殺できるコマ収差が付与されている光ピックアップ。
【請求項２】
光記録媒体に対し情報信号の記録再生を行う光ピックアップを備える光ディスク装置において、
上記光ピックアップは、発散光で入射する光ビームの発散角を変換して出射する発散角変換レンズと、
上記発散角変換レンズで発散角を変換された光ビームが入射され、この光ビームを集束して出射するトラッキング方向に変位可能とされた対物レンズとを備え、
上記発散角変換レンズは、上記対物レンズが変位されたときに発生する非点収差を相殺できる量に相当する球面収差が付与されており、
上記対物レンズは、上記発散角変換レンズに付与された球面収差を相殺できる球面収差が付与されるとともに、上記対物レンズが変位されたときに上記発散角変換レンズに付与された球面収差により発生するコマ収差を相殺できるコマ収差が付与されている光ディスク装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ディスクに情報信号の記録を行い、光ディスクに記録された情報信号の再生を行うために用いられる光ピックアップ及びこれを用いた光ディスク装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ＣＤ（Compact Disc）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）等の光ディスクや、さらに高密度記録を可能とする光ディスクに対して情報信号の記録及び／又は再生を行う光ピックアップがある。
【０００３】
かかる光ピックアップは、様々な用途に対応するため小型化及び簡素化が望まれている。光ピックアップの小型化及び簡素化は、光学系のトータルトラック（Ｔｏｔａｌ  Ｔｒａｃｋ）長、すなわち光学系の全長を短くすることで実現することができる。
【０００４】
光ピックアップのトータルトラック長は、主に記録又は再生を行う光ディスクのメディア規格と、使用する半導体レーザの発散角の特性とにより決定される。従来の光ピックアップでは、半導体レーザ等の光源から出射された所定の発散角とされた光ビームをコリメータレンズで平行光とし、この平行光とされた光ビームを所定の開口数の対物レンズで光ディスク上に集光してスポットを形成する。
【０００５】
この構成の場合、メディア規格が決まると、スポットサイズによって決定される対物レンズの開口数と、対物レンズに入射する光ビームのＲＩＭ強度とが決定する。ここで、ＲＩＭ強度とは、中心部の強度に対する外周部の強度の比である。
【０００６】
一方、半導体レーザの発散角に対し、適切な強度分布のエリアを用いるために、コリメータレンズの焦点距離が決定される。これにより、光ピックアップの光学系の倍率が決定されると同時に、トータルトラック長は、対物レンズ及びコリメータレンズの焦点距離によって制約を受ける。
【０００７】
対物レンズに入射する光ビームの所定のＲＩＭ強度を確保し、上述した制約により決定されるトータルトラック長を短くするためには、コリメータレンズを用いるのではなく、光源から出射された光ビームの発散角を変更する発散角変換レンズを用いる構成により可能となる。
【０００８】
具体的には、発散角変換レンズは、その入射側の第１面に入射する際に、光源から出射された光ビームの発散角の角度をさらに大きく発散させ、出射側の第２面から出射する際に、所定の発散角にできるようなレトロフォーカス型の光学配置となっている。さらに、この発散角変換レンズに対応した有限倍率の対物レンズを組み合わせた構成とすることで、所定のＲＩＭ強度と開口数を確保しつつ、トータルトラック長を短くすることが可能となる。
【０００９】
しかし、通常、対物レンズ及び発散角変換レンズを球面収差及びコマ収差フリーなアプラナートな条件で設計して光ピックアップを構成すると、対物レンズが視野を振ると非点収差が発生することとなる。上述のようにトータルトラック長を短くする構成とした場合、視野を振ったときに出る非点収差量がさらに大きくなってしまい、この非点収差が信号検出時に重大な影響を及ぼすおそれがある。
【００１０】
【特許文献１】特開２００４−２４７０３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、光学特性を維持した状態でトータルトラック長を短くすることで小型化を可能と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】
【００１２】
この目的を達成するため、本発明に係る光ピックアップは、発散光で入射する光ビームの発散角を変換して出射する発散角変換レンズと、上記発散角変換レンズで発散角を変換された光ビームが入射され、この光ビームを集束して出射するトラッキング方向に変位可能とされた対物レンズとを備え、上記発散角変換レンズは、上記対物レンズが変位されたときに発生する非点収差を相殺できる量に相当する球面収差が付与されており、上記対物レンズは、上記発散角変換レンズに付与された球面収差を相殺できる球面収差が付与されるとともに、上記対物レンズが変位されたときに上記発散角変換レンズに付与された球面収差により発生するコマ収差を相殺できるコマ収差が付与されている。
【００１３】
さらに、この目的を達成するため、本発明に係る光ディスク装置は、光記録媒体に対し情報信号の記録又は再生を行う光ピックアップを備える光ディスク装置であり、この光ディスク装置に用いる光ピックアップとして上述したようなものを用いたものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る光ピックアップ及び光ディスク装置は、無限光学系に比べて光学特性を維持した状態でトータルトラック長を短くすることができ、装置の小型化を実現する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を適用した光ピックアップ及びこれを用いた光ディスク装置について、図面を参照して説明する。
【００１６】
本発明が適用された光ピックアップ１は、光ディスク２に対して情報記録再生を行うものであり、この光ディスク２を回転操作する駆動手段としてのスピンドルモータ、この光ピックアップ１を光ディスク２の径方向に移動させる送りモータ等とともに光ディスク装置を構成する。そして、光ピックアップ１は、スピンドルモータによって回転操作された光ディスク２に対して情報の記録再生を行う。
【００１７】
ここで用いられる光ディスク２は、例えばＣＤ(Compact Disc）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、情報の追記が可能とされるＣＤ−Ｒ（Recordable）及びＤＶＤ−Ｒ（Recordable）、情報の書換えが可能とされるＣＤ−ＲＷ（ReWritable）、ＤＶＤ−ＲＷ（ReWritable）、ＤＶＤ＋ＲＷ（ReWritable）、ＤＶＤ−ＲＡＭ（Random Access Memory）等の光ディスクや、さらに発光波長が短い４０５ｎｍ程度（青紫色）の半導体レーザを用いた高密度記録が可能な高密度記録光ディスクや、光磁気ディスク等である。
【００１８】
本発明を適用した光ピックアップ１は、図１に示すように、所定の波長の光ビームを出射する光源３と、光源３から出射された光ビームを所定の発散角となるように発散角を変換する発散角変換レンズとしてカップリングレンズ４と、カップリングレンズ４により発散角を変換された光ビームを光ディスク２の信号記録面に集光する対物レンズ５と、光ディスク２で反射された戻りの光ビームを検出する図示しない光検出器とを備える。
【００１９】
光ピックアップ１は、光検出器により検出された戻り光により生成されたトラッキングエラー信号、フォーカスエラー信号に基づいて、対物レンズ５をトラッキング方向及びフォーカス方向に駆動して、トラッキングサーボ及びフォーカスサーボを行う。対物レンズ５が駆動されることにより、光ディスク２の信号記録面に対して合焦する合焦位置に移動されて光ビームが光ディスク２の信号記録面上に合焦されて、光ディスク２に対して情報の記録又は再生を行う。
【００２０】
ここで、光ピックアップ１を構成する発散角変換レンズとしてのカップリングレンズ４と、対物レンズ５とについて説明する。
【００２１】
カップリングレンズ４は、光源３からの入射した光ビームを非平行な状態の光ビームとなるように発散角を変換する素子であり、所謂有限倍率を有するように構成され、対物レンズ５は、このカップリングレンズ４に対応する有限倍率を有するように構成される。
【００２２】
また、このカップリングレンズ４は、その入射側の面に入射する際に、光源から出射された光ビームの発散角の角度を大きくなるように発散させ、出射側の面から出射する際に、所定の発散角にできるような、所謂レトロフォーカス型の光学素子となっている。
【００２３】
このようなカップリングレンズ４及び対物レンズ５を有する光ピックアップ１の光学系は、所謂有限光学系であり、コリメータレンズ等を用いる無限光学系に比べて光学系に全長であるトータルトラック長（以下、「ＴＴ長」ともいう。）を短くすることができる。ここで、トータルトラック長とは、換言すれば、物点と像点との間の距離である。
【００２４】
また、カップリングレンズ４及び対物レンズ５は、非アプラナートな条件で構成されている。ここで、アプラナートな条件とは、球面収差及びコマ収差が発生しない条件をいい、非アプラナートな条件とは、アプラナートな条件に球面収差、コマ収差又はその両方が付与された条件をいう。
【００２５】
カップリングレンズ４は、対物レンズ５がトラッキング方向に変位される、所謂視野振りの際に発生する非点収差を相殺できる量に相当する球面収差が付与されている。ここで、視野振りとは、対物レンズ５を変位させて像点を変位させることをいう。
【００２６】
一方、対物レンズ５は、カップリングレンズ４に付与された球面収差を相殺できる球面収差が付与されるとともに、視野振りの際にカップリングレンズ４に付与された球面収差と対物レンズ５自体に付与された球面収差とにより発生するコマ収差を相殺できるコマ収差が付与されている。
【００２７】
ここで、球面収差、非点収差、コマ収差は、それぞれ、波面をツェルニケ展開した際の球面収差成分、非点収差成分、コマ収差成分に換算した値をいう。
【００２８】
また、カップリングレンズ４の入射側の第１面４ａと、出射側の第２面４ｂとは、非球面形状に形成され、対物レンズ５の入射側の第３面５ａと、出射側の第４面５ｂとは、非球面形状に形成されることにより、所定の収差が付与された状態とされている。ここで、カップリングレンズ４及び対物レンズ５の非球面形状は、以下の式（１）によって与えられる。式（１）中において、ｈは、光軸からの距離（ｍｍ）を示し、Ｒは、曲率半径（ｍｍ）を示し、Ｚ（ｈ）は、光軸からの距離がｈの位置における面頂点の接平面からの距離（ｍｍ）を示し、Ｋは、円錐定数を示し、Ａｉは、ｉ次の非球面係数を示すものである。
【００２９】
【数１】
2008065942.tif 000003
【００３０】
以上のようなカップリングレンズ４及び対物レンズ５の光学設計方法について図２乃至図４を用いて以下に説明する。
【００３１】
カップリングレンズ４及び対物レンズ５の光学設計方法は、有限倍率を有するカップリングレンズ及び対物レンズからなる光学系において、視野振りに対して非点収差を発生させないようにカップリングレンズに付与する球面収差を算出するステップ１と、球面収差が付与されたカップリングレンズにより発生する球面収差を相殺するように対物レンズに付与する球面収差を算出するステップ２と、球面収差が付与されたカップリングレンズと、球面収差が付与された対物レンズとからなる光学系において、視野振りに対してコマ収差を発生させないように対物レンズに付与するコマ収差を算出するステップ３とからなる。
【００３２】
ステップ１は、図２及び図３に示すように、対物レンズ及びカップリングレンズからなる光学系において、有限倍率のカップリングレンズのアプラナートな条件と、これに対応する有限倍率の対物レンズのアプラナートな条件とを算出するステップ１−１と、このカップリングレンズの軸上に球面収差ＳＡ１を変数として付与するステップ１−２と、かかる光学系において、対物レンズをトラッキング方向に変位した、所謂視野振りの際の光学系の視野特性を算出し、発生する非点収差（ＡＳ）の特性を確認するステップ１−３と、ステップ１−２及びステップ１−３を繰り返すことにより、対物レンズの視野振りに対して軸外の非点収差が発生しない軸上球面収差ＳＡ１を決定するステップ１−４とを有する。
【００３３】
ステップ１−１では、有限倍率のカップリングレンズ及び対物レンズが球面収差及びコマ収差がないアプラナティックな設計により算出される。
【００３４】
ステップ１−１により算出された有限倍率のアプラナート対物レンズと、有限倍率のアプラナートカップリングレンズとを光ピックアップとして組み合わせた場合の視野特性を計算した結果を図５に示す。尚、図５及び後述する図６及び図８中において、横軸は、対物レンズ移動量（ｍｍ）を示し、縦軸は、収差量（λＲＭＳ）を示す。また、各図において、ＬＡ１，ＬＡ２，ＬＡ４は、非点収差（Ａｓｔｉｇｍａ）を示し、ＬＣ１，ＬＣ２，ＬＣ４は、コマ収差（Ｃｏｍａ）を示し、ＬＳ１，ＬＳ２，ＬＳ４は、球面収差（Ｓｐｈｅｒｉｃ．）を示し、ＬＴ１，ＬＴ２，ＬＴ４は、波面収差（Ｔ／ＲＭＳ）を示す。図５に示すように、対物レンズの視野が変化すると、３次非点収差が発生する。
【００３５】
また、ステップ１−２では、カップリングレンズの第１面又は第２面に４次の非球面係数（Ａ）を変数として付与することで、この係数に応じて軸上の球面収差ＳＡ１が変動する。
【００３６】
そして、ステップ１−４では、対物レンズの視野振りに対して軸外の非点収差が発生しない、所謂ＡＳフリーな状態となるときの変数とした４次の非球面係数（Ａ）が決定されることで、カップリングレンズに付与される軸上球面収差ＳＡ１が決定される。ステップ１−４で球面収差ＳＡ１が決定されたときの、視野特性の結果を図６に示す。図６に示すように、ＳＡ１が付与されることにより視野振りの際の非点収差の発生を抑制できる。
【００３７】
ステップ２は、図２及び図３に示すように、光ピックアップに対物レンズのアプラナートな条件と、カップリングレンズの上述のアプラナートな条件にステップ１−４で決定された球面収差ＳＡ１を付与した状態を設定するステップ２−１と、ステップ２−１で設定された光ピックアップの軸上で３次球面収差が０となるように対物レンズに付与する軸上球面収差ＳＡ２を算出するステップ２−２とを有する。
【００３８】
ステップ２−２では、光ピックアップの軸上で３次球面収差が０となるように対物レンズの第１面又は第２面の４次の非球面係数（Ａ２）を変化させて、対物レンズに付与する球面収差ＳＡ２を算出する。
【００３９】
ステップ３は、図２及び図４に示すように、対物レンズの上述のアプラナートな条件にステップ２−２で算出された球面収差ＳＡ２を付与した状態と、カップリングレンズの上述のアプラナートな条件にステップ１−４で決定された球面収差ＳＡ１を付与した状態とを設定した光ピックアップの視野振りにより発生するコマ収差量ＣＭ１を算出するステップ３−１と、ステップ１−１で用いた有限倍率のアプラナートな条件とされたカップリングレンズに対して、ステップ３−１で得られた視野０．３ｍｍで発生するコマ収差量ＣＭ１を相殺するような非アプラナートな対物レンズとするために付与する軸外における所定のコマ収差ＣＭ２を算出するステップ３−２と、光ピックアップに、アプラナートな条件に上述した球面収差ＳＡ１を付与したカップリングレンズと、ステップ３−２で算出した非アプラナートな条件に上述した球面収差ＳＡ２を付与した対物レンズとを設定し、視野振りに対する非点収差（ＡＳ）、コマ収差（ＣＭ）及び球面収差（ＳＡ）を確認するステップ３−３とを有する。
【００４０】
ステップ３−１では、上述のように設定した光ピックアップの視野特性を計算して、カップリングレンズに付与された軸上球面収差ＳＡ１と、対物レンズに付与された軸上球面収差ＳＡ２との偏心により発生するコマ収差量を算出する。例えば、視野０．３ｍｍでのコマ収差量を算出する。
【００４１】
ステップ３−２では、ステップ３−１で得られた視野０．３ｍｍで発生するコマ収差ＣＭ１となるような非アプラナートな対物レンズとなるように軸外に付与するコマ収差ＣＭ２を算出する。尚、ここで、対物レンズにコマ収差ＣＭ２を付与するとは、コマ収差ＣＭ１を相殺すべき所定のコマ収差ＣＭ２を発生させ非アプラナートな条件とされることをいう。
【００４２】
ステップ３−２で得られたコマ収差ＣＭ２が付与された非アプラナートな条件とされた対物レンズと、有限倍率のアプラナートな条件とされたカップリングレンズとを光ピックアップとして組み合わせた場合の物体高特性を計算した結果を図７に示す。すなわち、図７は、物体高を変化させたときの各収差の変化を示す特性図である。尚、図７中、横軸は、物体高（ｍｍ）を示し、縦軸は、収差量（λＲＭＳ）を示す。また、図７において、ＬＡ３は、非点収差（Ａｓｔｉｇｍａ）を示し、ＬＣ３は、コマ収差（Ｃｏｍａ）を示し、ＬＳ３は、球面収差（Ｓｐｈｅｒｉｃ．）を示し、ＬＴ３は、波面収差（Ｔ／ＲＭＳ）を示す。図７に示すように、所望のコマ収差ＣＭ２が付与されたことが確認できる。尚、ここでは、相殺すべきコマ収差ＣＭ１が０．０４３０λＲＭＳ（０．３ｍｍの位置）とし、このコマ収差ＣＭ１を相殺するコマ収差ＣＭ２が得られた場合の一例を示す。
【００４３】
ステップ３における、球面収差が付与され非アプラナートとされたカップリングレンズと、球面収差及びコマ収差が付与され非アプラナートとされた対物レンズとを光ピックアップとして組み合わせた場合の視野特性を計算した結果を図８に示す。尚、図８中、横軸は、対物レンズ移動量（ｍｍ）を示し、縦軸は、収差量（λＲＭＳ）を示す。図８に示すように、対物レンズの視野が変化しても、３次非点収差及び３次コマ収差を極限まで低減でき、３次球面収差についても十分に低減できる。
【００４４】
以上のようなステップ１−１からステップ３−３からなる光学設計方法により、対物レンズが変位されたときに発生する非点収差を相殺できる量に相当する球面収差ＳＡ１が付与されたカップリングレンズ４と、カップリングレンズ４に付与された球面収差ＳＡ１を相殺できる球面収差ＳＡ２が付与されるとともに、対物レンズ５が変位されたときにカップリングレンズ４に付与された球面収差ＳＡ１と対物レンズ５自体に付与される球面収差ＳＡ２とにより視野振りの際に発生するコマ収差ＣＭ１を相殺できるコマ収差ＣＭ２が付与されている対物レンズ５とを構成することを可能とする。
【００４５】
すなわち、かかる光学設計方法は、対物レンズと発散角変換レンズ（カップリングレンズ）とを、作為的に非アプラナートとし、互いに光学収差のバランスを保つように構成することで、有限光学系とされた対物レンズ及び発散角変換レンズの視野特性を改善するものである。
【００４６】
ここで、図２乃至図４を用いて説明した光学設計方法に従い得られた、非アプラナートな対物レンズと非アプラナートなカップリングレンズの一例について表１乃至表３に示す。表１は、対物レンズ及びカップリングレンズの曲率半径（Ｒ）、面間隔及び硝材屈折率を示す。尚、表１において、光源におけるカバー硝子等は、ここでは、省略している。また、表２は、対物レンズ及びカップリングレンズの非球面係数（Ａｉ）を示す。さらに、表３は、対物レンズ及びカップリングレンズ及びこれらを組み合わせた光ピックアップのトータルトラック長（ＴＴ長）（発光点と集光点との間の距離）、倍率及び焦点距離を示す。また、この一例を得るときの、ステップ１−４で得られる軸上３次球面収差ＳＡ１は、−０．０６３９λＲＭＳであり、ステップ２−２で得られる軸上３次球面収差ＳＡ２は、０．０６３９λＲＭＳであり、ステップ３−１で得られる相殺すべきコマ収差ＣＭ１は、０．０４３０λＲＭＳ（０．３ｍｍの位置）である。
【００４７】
【表１】
2008065942.tif 000004
【００４８】
【表２】
2008065942.tif 000005
【００４９】
【表３】
2008065942.tif 000006
【００５０】
そして、かかるカップリングレンズ４及び対物レンズ５を備える光ピックアップ１は、有限系の構成によりトータルトラック長を短くするとともに、視野振りに対して発生する非点収差、コマ収差及び球面収差を低減することができ、光学特性を維持した状態で小型化を実現する。
【００５１】
すなわち、本発明を適用した光ピックアップ１は、入射された光ビームを非平行な状態にして出射する発散角変換レンズとしてカップリングレンズ４と、これに対応した対物レンズ５とにより有限光学系を構成し、カップリングレンズ４には、対物レンズ５がトラッキング方向に変位されたときに発生する非点収差を相殺できる量に相当する球面収差が付与され、対物レンズ５には、カップリングレンズ４に付与された球面収差を相殺できる球面収差が付与されるとともに、対物レンズ５が変位されたときにカップリングレンズ４に付与された球面収差と対物レンズ５自体に付与された球面収差により発生するコマ収差を相殺できるコマ収差が付与されることにより、有限系の欠点である視野振りに対して発生する非点収差、コマ収差及び球面収差を低減でき、光学特性を維持した状態で、無限光学系に比べてトータルトラック長を短くして小型化を実現する。
【００５２】
また、本発明を適用した光ディスク装置は、上述した光ピックアップ１を備えることにより、無限光学系に比べて光学特性を維持した状態でトータルトラック長を短くすることができ、装置の小型化を実現する。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明が適用された光ピックアップの光学系を示す光路図である。
【図２】本発明が適用された光ピックアップを構成する発散角変換レンズ及び対物レンズの光学設計方法を示すフローチャートである。
【図３】図２に示す光学設計方法のステップ１及びステップ２の更に詳細なフローチャートである。
【図４】図２に示す光学設計方法のステップ３の更に詳細なフローチャートである。
【図５】有限倍率のアプラナート対物レンズと、有限倍率のアプラナートカップリングレンズとを光ピックアップとして組み合わせた場合の視野特性を計算した結果を示す図である。
【図６】アプラナート対物レンズと、決定された球面収差が付与されたカップリングレンズとを光ピックアップとして組み合わせた場合の視野特性を計算した結果を示す図である。
【図７】コマ収差が付与され非アプラナートな条件とされた対物レンズと、アプラナートカップリングレンズとを光ピックアップとして組み合わせた場合の物体高特性を計算した結果を示す図である。
【図８】球面収差が付与された対物レンズと、球面収差及びコマ収差が付与された対物レンズとを光ピックアップとして組み合わせた場合の視野特性を計算した結果を示す図である。
【符号の説明】
【００５４】
１  光ピックアップ、  ２  光ディスク、  ３  光源、  ４  カップリングレンズ、  ５  対物レンズ
【図１】
2008065942.tif 000007
【図２】
2008065942.tif 000008
【図３】
2008065942.tif 000009
【図４】
2008065942.tif 000010
【図５】
2008065942.tif 000011
【図６】
2008065942.tif 000012
【図７】
2008065942.tif 000013
【図８】
2008065942.tif 000014