(57)【要約】【課題】ディスクの傾きを、対物レンズを傾けることにより補正する場合に十分な補正効果を得る。【解決手段】対物レンズ８と、レーザ光の波長の変動により対物レンズ８で発生する色収差を、一方の面に形成された回折パターンにより吸収する色収差補正素子７とを一体で記録媒体の傾きを補正する方向に傾ける構成において、色収差補正素子７の入射面７ａ側に回折パターンを形成し、色収差補正素子７の出射面側に対物レンズ８を配置することにより、対物レンズ８がレーザ光の光軸に対して発生するコマ収差の方向と、色収差補正素子７がレーザ光の光軸に対して発生するコマ収差の方向が一致するように構成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を記録媒体上に集光する対物レンズと、
前記レーザ光の波長の変動により前記対物レンズで発生する色収差を補正するため、一方の面に回折パターンを形成した色収差補正素子と、
前記記録媒体の傾きを補正する方向に前記対物レンズ及び前記色収差補正素子を一体で傾けるアクチュエータとを備え、
前記色収差補正素子の入射面側に前記回折パターンを形成し、前記色収差補正素子の出射面側に前記対物レンズを配置することにより、前記対物レンズが前記レーザ光の光軸に対して発生するコマ収差の方向と、前記色収差補正素子が前記レーザ光の光軸に対して発生するコマ収差の方向が一致するように構成した光ピックアップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディスクの傾きによる影響を、対物レンズを光軸に対して傾斜（チルト）させることで補正する光ピックアップに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光ディスクでは、ディスクの面振れや反りにより発生する収差については、ディスクの規格により十分なマージンが確保され、したがって、対物レンズは、ディスクのフォーカス方向とトラッキング方向の二軸に駆動することで成り立っていた。ところで、ディスクの傾きにより発生するコマ収差は、対物レンズの開口数（Numerical Aperture：ＮＡ）とディスクの厚さｔに比例し、次式で表される。
コマ収差∝ＮＡ3×ｔ／λ    
ただし、λ：波長
【０００３】
ディスクの高密度化のために、使用するレーザの波長λを短くするとともに、対物レンズのＮＡを大きくすることで、ディスクの傾きにより発生する収差の影響が大きくなっている。一方、この影響を少なくするために、ＣＤのときのディスクの厚さｔが１．２ｍｍに対して、ＤＶＤでは０．６ｍｍ、Blu-ray Disc（登録商標）では０．１ｍｍと薄くすることで、ディスクの傾きに対するマージンを確保してきた。
【０００４】
しかしながら、ディスク自体の反りが大きい場合、ディスクを回転させるスピンドルモータのターンテーブルに対する傾きや、光ピックアップの取り付け誤差等を含めて、ディスクの傾きに対するマージンを十分に確保するためには、傾きにより発生する収差を補正する必要がでてきた。ディスクの傾きを補正する方法としては、傾きにより発生するコマ収差を打ち消すため、逆方向のコマ収差を発生させる方法が提案されている（下記の特許文献１参照）。
【０００５】
また、実際には、ディスクの傾きは、円周方向よりも半径方向の反りによるものが大きく、半径方向のみを補正する方法が多く使われている。一つには、液晶素子を使用して、ディスクの傾きによる発生するコマ収差を打ち消すように波面を補正する方法（下記の特許文献２参照）が開示され、もう一つに、フォーカスアクチュエータ、トラッキングアクチュエータをトラッキング方向に傾けることができるような構成として、対物レンズのみをディスクの傾きに対応して傾斜させることによってディスクの傾きを補正する方法（下記の特許文献３参照）が開示されている。
【０００６】
一方、ＤＶＤ、ＣＤ、B1u-ray Disc（登録商標）など、ディスクの規格が増えるに従い、互換のための素子と組み合わせたり、特にB1u-ray Disc（登録商標）のように、対物レンズ単体では、ディスクの厚さ誤差や、半導体レーザの波長変化によって生じる誤差が大きい場合、補正のための素子を対物レンズとは別に設けて対物レンズアクチュエータの可動部に搭載する方法が使われている。
【特許文献１】特開平８−１８５６３８号公報（段落００１６、図８）
【特許文献２】特開２００２−３５８６９０号公報（要約書）
【特許文献３】特開平５−６５６２号公報（要約書）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、従来の光ピックアップでは、ディスクの傾き（ディスクチルト）を補正するために、対物レンズを傾けて補正した場合、ディスクの傾きに対応してレンズを傾けることで、ディスクチルトにより発生するコマ収差を補正する方法が取られているが、ディスクが光軸に対して傾いたときに発生する収差は、ほとんどがコマ収差のみであるのに対して、レンズを傾けたときには、コマ収差のほかに非点収差が発生する。レンズに対して光軸が傾いた場合、コマ収差が出ない条件を正弦条件といい、通常のレンズではこれを満足させるように設計される。一方、平面上に回折パターンを有してレンズ作用を持たせる、いわゆるフレネルレンズの場合、正弦条件を満足することは不可能であり、光軸に対して傾くことによりコマ収差が発生する。したがって、平面上に形成した回折素子を対物レンズと一体で駆動した場合、ディスクの傾きに応じて対物レンズを傾けた時にコマ収差を補正する特性が、対物レンズのみで補正する場合と異なり、回折素子で発生する収差を考慮する必要がある。
【０００８】
対物レンズでディスクの傾きを補正する場合、光軸の傾きに対して発生する収差がゼロであれば、対物レンズをディスクの傾きに対して同じ量だけ傾ければ、ディスクの傾きにより発生する収差を補正することができる。しかし、対物レンズが光軸に対して傾斜した場合に発生する収差はゼロではなく、傾きにより発生する収差の多くが非点収差であることは一般的である。ここで、非点収差は光軸の傾きに対して二次曲線的に増加する。コマ収差は光軸の傾きに対して直線的に増加する。
【０００９】
したがって、傾き角度の小さい時には非点収差の影響が少ないが、角度が大きくなるに従い非点収差が増加して、全体としての収差が大きくなる。ディスクの傾きにより発生する収差は、ほとんどがコマ収差であるので、角度の小さい領域では、レンズを傾けることでほとんどの収差を補正できるが、角度が大きくなると非点収差が増加して、コマ収差を補正しても全体として収差を小さくすることができない。したがって、ディスクの傾きを、対物レンズを傾けることにより補正する場合、できるだけ小さな角度で補正することが望ましい。一方、平面上に回折構造を有した素子でも、光軸に対して傾くことでコマ収差が発生し、対物レンズと一体で駆動した場合に、ディスクの傾きで発生するコマ収差を打ち消す方向にコマ収差が発生すると、ディスクの傾きを補正するための角度が大きくなってしまい、非点収差が大きくなるので、十分な補正の効果が得られないということが課題であった。
【００１０】
本発明は上記従来技術の問題点に鑑み、ディスクの傾きを、対物レンズを傾けることにより補正する場合に十分な補正効果を得ることができる光ピックアップを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は上記目的を達成するために、レーザ光を記録媒体上に集光する対物レンズと、
前記レーザ光の波長の変動により前記対物レンズで発生する色収差を補正するため、一方の面に回折パターンを形成した色収差補正素子と、
前記記録媒体の傾きを補正する方向に前記対物レンズ及び前記色収差補正素子を一体で傾けるアクチュエータとを備え、
前記色収差補正素子の入射面側に前記回折パターンを形成し、前記色収差補正素子の出射面側に前記対物レンズを配置することにより、前記対物レンズが前記レーザ光の光軸に対して発生するコマ収差の方向と、前記色収差補正素子が前記レーザ光の光軸に対して発生するコマ収差の方向が一致するように構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、レーザ光の波長の変動により前記対物レンズで発生する色収差を吸収する色収差補正素子の入射面側に回折パターンを形成し、色収差補正素子の出射面側に対物レンズを配置することにより、対物レンズがレーザ光の光軸に対して発生するコマ収差の方向と、色収差補正素子がレーザ光の光軸に対して発生するコマ収差の方向が一致するように構成したので、ディスクの傾きを、対物レンズを傾けることにより補正する場合に十分な補正効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明に係る光ピックアップの一実施の形態を示す構成図、図２は図１の色収差補正素子と対物レンズを詳しく示す構成図である。
【００１４】
図１はBlu-ray Disc（登録商標）用の光ピックアップの光学系を説明する構成図である。半導体レーザ素子１から出射されたレーザ光は、コリメータレンズ２により平行な光束となり、次いで偏光ビームスプリッタ３を透過して、ディスク９の厚さｔの違いを補正する球面収差補正機構４を通過し、次いで光軸の向きを変えるためのミラー５を反射し、次いでｌ／４波長板６を通過し、次いで半導体レーザ素子１の波長λの変動を吸収するための色収差補正素子７を通過し、次いでディスク９の信号面に光を集光させるための対物レンズ８を通り、ディスク８の信号面上に焦点を結ぶ。色収差補正素子７と対物レンズ８は、フォーカスアクチュエータ、トラッキングアクチュエータ（いずれも不図示）、及び図２に示すようなディスク９の半径方向に傾斜（チルト）可能なレンズアクチュエータ２０の可動部２０ａに保持されている。
【００１５】
ディスク９で反射した光は、往路と反対の順番に、対物レンズ８、色収差補正素子７、ｌ／４波長板６を通過し、ミラー５で反射され、球面収差補正機構４を通過して偏光ビームスプリッタ３に入る。このディスク９で反射した光は、ｌ／４波長板６を往復することで偏光方向が往路と９０度回転しており、偏光ビームスプリッタ３で反射して、検出レンズ１０を介してフォトディテクタ１１に入射する。フォトディテクタ１１では、ディスク９に記録された信号を読み取るとともに、フォーカス方向とトラッキング方向のエラー信号を検出し、これによりレンズアクチュエータ２０を制御する。
【００１６】
図２はディスク９と、レンズアクチュエータ２０の可動部２０ａに搭載される色収差補正素子７及び対物レンズ８の関係を示すもので、色収差補正素子７は、入射側の平面部にフレネル状の回折構造（回折面７ａ）を有し、凸レンズの作用を持つ。回折構造と反対側の面７ｂは凹レンズとなっており、回折面７ａの凸レンズの作用と反対の作用を持ち、平行に入射した光が平行に出射するように設計されている。色収差補正素子７はまた、半導体レーザ素子１の波長λの変動により対物レンズ８で発生する色収差と、回折構造で発生する色収差が打ち消すように設計されている。対物レンズ８は、光軸の傾きによる収差の発生が少ないように、正弦条件をほぼ満足するように設計されている。
【００１７】
平面上に凸のレンズ作用をもつ回折構造（回折面７ａ）を入射面側に配置し、屈折型の凹レンズ（回折構造と反対側の面７ｂ）、対物レンズ８の順に配置することで、対物レンズ８を傾けたときに発生するコマ収差と、回折構造を有する色収差補正素子７が傾いたときに発生するコマ収差の方向が一致し、ディスク９の傾きに対して対物レンズ８と色収差補正素子７を一体で傾けたときに、対物レンズ８のみを傾けた場合よりも少ない傾斜量で収差を捕正できるとともに、対物レンズ８により発生する非点収差を小さくすることが可能である。以下にその詳細を説明する。
【００１８】
図３はディスク９としてBlu-ray Disc（登録商標）が傾いた（ディスクチルト）場合に発生する収差をグラフにしたものであり、トータルの収差（トータル収差）と、３次の非点収差ＡＳ３、コマ収差ＣＭ３及び球面収差ＳＡ３と、５次の非点収差ＡＳ５、コマ収差ＣＭ５及び球面収差ＳＡ５に分解して図示する。ディスク９が傾いている場合、３次のコマ収差ＣＭ３が全体の収差の中で支配的であることが明らかである。
【００１９】
図４に対物レンズ８の画角−収差の特性を示す。図４は対物レンズ８に対して光軸が傾いた場合に発生する収差を示すもので、対物レンズ８とディスク９は平行の状態で、光線が斜めに入射する時の収差を表す。非点収差ＡＳ３が支配的であることが分かる。
【００２０】
図５は対物レンズ８のみが傾いたとき（レンズチルト）の収差を示し、対物レンズ８がディスク９と相対的に傾くことで発生するコマ収差ＣＭ３、ＣＭ５と、レンズ８と光軸が傾くことで発生する非点収差ＡＳ３、ＡＳ５の両方が発生する。非点収差ＡＳ３、ＡＳ５は二次曲線的に増加するので、レンズチルト角が大きくなると、全体の収差の中で非点収差ＡＳ３、ＡＳ５が支配的になる。
【００２１】
図６に色収差補正素子７の画角−収差特性を示す。平面上に回折素子を配置した場合、正弦条件を満足する設計をすることができないため、光軸が傾くことによりコマ収差ＣＭ３が発生する。
【００２２】
図７は対物レンズ８、ディスク９に対して、色収差補正素子７が傾いた場合に発生する収差を示すものである。色収差補正素子７の傾きにより発生する収差はコマ収差ＣＭ３が支配的であることが分かる。
【００２３】
図８に色収差補正素子７の傾きで発生するコマ収差と、対物レンズ８の傾きで発生する収差のスポットの様子を示す。図８（ａ）はディスク９が０．５°傾いている場合、図８（ｂ）は対物レンズ８が０．５°傾いている場合、図８（ｃ）は入射面側に回折面を設けた色収差補正素子７が０．５°傾いている場合、図８（ｄ）は出射面側に回折面を設けた色収差補正素子７が０．５°傾いている場合の各スポットを示す。図８（ｃ）に示すように色収差補正素子７の入射面側に回折構造を設けた場合、色収差補正素子７が傾いたときに発生する収差の方向は、図８（ｂ）に示すように対物レンズ８の傾きで発生する収差の方向が一致する。一方、図８（ｄ）に示すように色収差補正素子７の出射側に回折面を設けた場合、コマ収差の方向が反対になり、打ち消す方向に向いてしまうことが分かる。
【００２４】
図９は対物レンズ８のみで補正する場合（図の「レンズ」）と、入射面側に回折面を設けた色収差補正素子７と対物レンズ８を一体にして補正する場合（図の「一体Ａ」）と、出射面側に回折面を設けた色収差補正素子７と対物レンズ８を一体にして補正する場合（図の「一体Ｂ」）におけるディスクチルト角に対するレンズチルト角の関係を示す。また、図１０は「補正なし」の場合と、上記の「レンズ」、「一体Ａ」、「一体Ｂ」におけるディスクチルト角に対する収差の関係を示す。図９と図１０から、色収差補正素子７で発生するコマ収差の方向と、対物レンズ８で発生するコマ収差の方向を同じ方向に向けた「一体Ａ」の場合に、補正に必要なレンズアクチュエータ２０の傾け角が小さくて済み、結果として非点収差の増加を防ぎ、良好な補正効果が得られることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に係る光ピックアップの一実施の形態を示す構成図である。
【図２】図１の色収差補正素子と対物レンズを詳しく示す構成図である。
【図３】ディスクの傾きに対する収差を示すグラフである。
【図４】対物レンズの画角に対する収差を示すグラフである。
【図５】対物レンズのみの傾きに対する収差を示すグラフである。
【図６】色収差補正素子の画角に対する収差を示すグラフである。
【図７】色収差補正素子の傾きに対する収差を示すグラフである。
【図８】色収差補正素子の傾きで発生するコマ収差と、対物レンズの傾きで発生する収差のスポットを示す説明図である。
【図９】ディスクチルト角に対するレンズチルト角の関係を示すグラフである。
【図１０】ディスクチルト角に対する収差を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２６】
７  色収差補正素子
７ａ  回折面
８  対物レンズ
９  ディスク
２０  レンズアクチュエータ
【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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