(57)【要約】【課題】２波長の半導体レーザユニットを使用して光学特性の良好な光ピックアップ装置を提供する。【解決手段】光ピックアップは、ＣＤ用とＤＶＤ用の２波長の半導体レーザユニットと、コリメータレンズと、対物レンズを含む。２波長の半導体レーザユニット２及び光学系の構成に応じて発生しうるコマ収差は、ＣＤ側の像高に起因するコマ収差、ＤＶＤ側の像高に起因するコマ収差、対物レンズによるＣＤ側のコマ収差、及び、対物レンズによるＤＶＤ側のコマ収差に分類される。これらコマ収差の合計が０となるようにＣＤ用光源とＤＶＤ用光源の位置を決めて半導体レーザユニットを配置する。これにより、光ピックアップ装置としてのコマ収差発生量を全体として０にし、良好な光学特性を得ることができる。【選択図】　　　図１
2004133958.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の波長を有する第１のレーザ光を出射する第１の光源と、
第２の波長を有する第２のレーザ光を出射する第２の光源と、
前記第１のレーザ光及び前第２のレーザ光を集光する対物レンズと、を備え、前記第１の光源及び前記第２の光源は、前記第１の光源と前記対物レンズの光軸との距離に応じて前記第１のレーザ光に発生するコマ収差と前記対物レンズのチルト量に応じて前記第１のレーザ光に発生するコマ収差との合計が０となり、かつ、前記第２の光源と前記光軸との距離に応じて前記第２のレーザ光に発生するコマ収差と前記対物レンズのチルト量に応じて前記第２のレーザ光に発生するコマ収差との合計が０となる位置にそれぞれ配置されていることを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項２】
第１の波長を有する第１のレーザ光を出射する第１の光源と、
第２の波長を有する第２のレーザ光を出射する第２の光源と、
前記第１のレーザ光及び前第２のレーザ光を平行光に変換するコリメータレンズと、
前記コリメータレンズと同一の光軸上に設けられ前記平行光を集光する対物レンズと、を備え、
前記第１の光源及び前記第２の光源は、前記第１のレーザ光が前記コリメータレンズに入射する第１の入射角に応じて生じる前記対物レンズに対する像高による前記第１のレーザ光に発生するコマ収差と前記対物レンズのチルト量に応じて前記第１のレーザ光に発生するコマ収差との合計が０となり、かつ、前記第２のレーザ光が前記コリメータレンズに入射する第２の入射角に応じて生じる前記対物レンズに対する像高による前記第２のレーザ光に発生するコマ収差と前記対物レンズのチルト量に応じて前記第２のレーザ光に発生するコマ収差との合計が０となる位置にそれぞれ配置されていることを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項３】
第１の波長を有する第１のレーザ光を出射する第１の光源と、
第２の波長を有する第２のレーザ光を出射する第２の光源と、
前記第１のレーザ光及び前第２のレーザ光を平行光に変換するコリメータレンズと、
前記コリメータレンズと同一の光軸上に設けられ前記平行光を集光する対物レンズと、を備え、
前記第１の光源と前記第２の光源との距離をＡとし、前記第１の光源と前記光軸との距離をＢとし、前記第１のレーザ光が前記コリメータレンズへ入射する第１の入射角α１＝ｔａｎ−１（Ｂ／ｆ）に対する前記第１のレーザ光のコマ収差量の増加率をｈとし、前記第２のレーザ光が前記コリメータレンズへ入射する第２の入射角α２＝ｔａｎ−１（（Ｂ−Ａ）／ｆ）に対する前記第２のレーザ光のコマ収差量の増加率をＨとし、前記対物レンズのチルト角βに対する前記第１のレーザ光のコマ収差量の増加率をｇとし、前記対物レンズのチルト角βに対する前記第２のレーザ光のコマ収差量の増加率をＧとすると、前記第２の光源と前記光軸との距離Ｂは、Ｂ＝（ｇ・Ｈ・Ａ）／（ｇ・Ｈ−Ｇ・ｈ）で与えられることを特徴とする光ピックアップ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ピックアップ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ　Ｄｉｓｃ）やＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ　Ｄｉｓｃ）などの光情報記録媒体を再生する光ピックアップ装置の光源としては、半導体レーザ素子が使用されている。記録媒体としてＣＤを再生する場合とＤＶＤを再生する場合では、使用するレーザ光の波長及び対物レンズの開口数（ＮＡ）が異なる。例えばＤＶＤに対しては、レーザ光の波長は６５０ｎｍであり、ＮＡは０．６である。一方、ＣＤに対しては、レーザ光の波長は７８０ｎｍであり、ＮＡは０．４５である。
【０００３】
１つのプレイヤーでＣＤとＤＶＤの両方の再生を可能とするため、６５０ｎｍと７８０ｎｍの２波長の光源を内蔵した光ピックアップ装置が開発されており、特に近年では、２つの波長のレーザ光を出射する半導体レーザユニットが使用されている。この種の半導体レーザユニットは、ＣＤ用の７８０ｎｍの波長のレーザダイオードと、ＤＶＤ用の６５０ｎｍの波長のレーザダイオードとが単一のパッケージに取り付けられて構成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような２波長の半導体レーザユニットを使用して光ピックアップ装置を構成する場合、光源からディスクに至る光学系の中心軸（光軸）と光源との位置関係が問題となる。基本的には、光軸上に光源を配置すれば、コマ収差などの各種収差の発生を抑制することができる。しかし、上記のような２波長の半導体レーザユニットはＣＤ用とＤＶＤ用の２つの光源を有するので、両方を光軸上に配置することは物理的に不可能である。このため、２波長の半導体レーザユニットを使用する光ピックアップ装置では、ＣＤ用光源を光軸上に配置し、その分ＤＶＤ用光源を光軸からシフトした位置に配置するものが多かった。
【０００５】
しかし、そのようにＤＶＤ用光源を光軸からシフトした位置に配置すると、ＤＶＤ用光源から出射されたレーザ光は対物レンズに対して像高を持つことになり、それによりコマ収差が発生する。また、コマ収差の発生量は、使用する対物レンズの設計によっても変化するため、使用する対物レンズによっては、ＤＶＤ用レーザ光の像高に起因するコマ収差に加えて、対物レンズの形状や配置に起因してコマ収差が発生する結果、コマ収差の総量がかなり大きくなり、光ピックアップ装置の光学的特性を悪化させるという問題があった。本発明が解決しようとする課題には、上記のような問題が一例として挙げられる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、光ピックアップ装置において、第１の波長を有する第１のレーザ光を出射する第１の光源と、第２の波長を有する第２のレーザ光を出射する第２の光源と、前記第１のレーザ光及び前第２のレーザ光を集光する対物レンズと、を備え、前記第１の光源及び前記第２の光源は、前記第１の光源と前記対物レンズの光軸との距離に応じて前記第１のレーザ光に発生するコマ収差と前記対物レンズのチルト量に応じて前記第１のレーザ光に発生するコマ収差との合計が０となり、かつ、前記第２の光源と前記光軸との距離に応じて前記第２のレーザ光に発生するコマ収差と前記対物レンズのチルト量に応じて前記第２のレーザ光に発生するコマ収差との合計が０となる位置にそれぞれ配置されていることを特徴とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、光ピックアップ装置において、第１の波長を有する第１のレーザ光を出射する第１の光源と、第２の波長を有する第２のレーザ光を出射する第２の光源と、前記第１のレーザ光及び前第２のレーザ光を平行光に変換するコリメータレンズと、前記コリメータレンズと同一の光軸上に設けられ前記平行光を集光する対物レンズと、を備え、前記第１の光源及び前記第２の光源は、前記第１のレーザ光が前記コリメータレンズに入射する第１の入射角に応じて生じる前記対物レンズに対する像高による前記第１のレーザ光に発生するコマ収差と前記対物レンズのチルト量に応じて前記第１のレーザ光に発生するコマ収差との合計が０となり、かつ、前記第２のレーザ光が前記コリメータレンズに入射する第２の入射角に応じて生じる前記対物レンズに対する像高による前記第２のレーザ光に発生するコマ収差と前記対物レンズのチルト量に応じて前記第２のレーザ光に発生するコマ収差との合計が０となる位置にそれぞれ配置されていることを特徴とする。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、光ピックアップ装置において、第１の波長を有する第１のレーザ光を出射する第１の光源と、第２の波長を有する第２のレーザ光を出射する第２の光源と、前記第１のレーザ光及び前第２のレーザ光を平行光に変換するコリメータレンズと、前記コリメータレンズと同一の光軸上に設けられ前記平行光を集光する対物レンズと、を備え、前記第１の光源と前記第２の光源との距離をＡとし、前記第１の光源と前記光軸との距離をＢとし、前記第１のレーザ光が前記コリメータレンズへ入射する第１の入射角α１＝ｔａｎ−１（Ｂ／ｆ）に対する前記第１のレーザ光のコマ収差量の増加率をｈとし、前記第２のレーザ光が前記コリメータレンズへ入射する第２の入射角α２＝ｔａｎ−１（（Ｂ−Ａ）／ｆ）に対する前記第２のレーザ光のコマ収差量の増加率をＨとし、前記対物レンズのチルト角βに対する前記第１のレーザ光のコマ収差量の増加率をｇとし、前記対物レンズのチルト角βに対する前記第２のレーザ光のコマ収差量の増加率をＧとすると、前記第２の光源と前記光軸との距離Ｂは、Ｂ＝（ｇ・Ｈ・Ａ）／（ｇ・Ｈ−Ｇ・ｈ）で与えられることを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の実施形態は、本発明をＣＤ及びＤＶＤの両方を再生するための光ピックアップに適用したものであるが、本発明をこれら以外の記録媒体に適用することも可能である。
【００１０】
本発明においては、ＣＤ用波長のレーザ光とＤＶＤ用波長のレーザ光を発する２波長の半導体レーザユニットを有する光ピックアップ装置において、いくつかの要因により発生するコマ収差の合計を０とするように半導体レーザユニットを配置する。これにより、ピックアップ装置全体としてコマ収差の発生を防止して、好ましい光学特性の光ピックアップ装置を提供する。
【００１１】
図１に、本実施形態に係る光ピックアップ装置１の光学系の概略構成を示す。図１において、半導体レーザユニット２は前述のようにＣＤ用波長とＤＶＤ用波長の２種類の波長のレーザ光を出射する。半導体レーザユニット２は、所定のパッケージに、ＣＤ用及びＤＶＤ用の半導体レーザが光源として所定間隔で取り付けられて構成される。図１においては、模式的にＣＤ光源位置をＰｃｄで示し、ＤＶＤ用光源位置をＰｄｖｄで示す。
【００１２】
また、光ピックアップ装置１は、半導体レーザユニット２から出射されたレーザ光を平行光に変えるコリメータレンズ１２と、その平行光をディスク１６上に集光するための対物レンズ１４とを備える。また、対物レンズのチルト角、即ち対物レンズの光軸５の鉛直方向に対する傾きをβで示す。
【００１３】
図１に示すように、２つの光源を有する半導体レーザユニット２を所定位置に配置した場合を想定する。ＣＤ用光源とＤＶＤ用光源はいずれも光軸５からずれて配置されるため、ＣＤ用光源からのレーザ光は、コリメータレンズに対して、ＣＤ用光源と光軸との距離に対応する像高ＩＨｃｄを有する。同様に、ＤＶＤ用光源からのレーザ光は、コリメータレンズに対して、ＤＶＤ用光源と光軸との距離に対応する像高ＩＨｄｖｄを有する。ＣＤの像高に起因して対物レンズに入射する光はある入射角を持つため、ディスク１６に至るレーザ光にはコマ収差が発生する。同様に、ＤＶＤの像高に起因して対物レンズに入射する光はある入射角を持つため、ディスク１６に至るレーザ光にはコマ収差が発生する。
【００１４】
また、対物レンズ１４を、光軸５と鉛直方向に対してチルト角βを有するように配置すると、このチルト角βに依存して、ＣＤ及びＤＶＤ用レーザ光の各々についてコマ収差が生じる。
【００１５】
以上より、図１に示すように、２波長の半導体レーザユニット２及び光学系の構成に応じて発生しうるコマ収差は、その原因により以下の４つに分類される。（ａ）ＣＤ側の像高に起因する対物レンズ入射角によるコマ収差、（ｂ）ＤＶＤ側の像高に起因する対物レンズ入射角によるコマ収差、（ｃ）対物レンズチルトによるＣＤ側のコマ収差、及び（ｄ）対物レンズチルトによるＤＶＤ側のコマ収差。よって、これらＣＤ側コマ収差の合計が０、さらにＤＶＤ側コマ収差の合計が０となるように半導体レーザユニットを配置すれば、光ピックアップ装置としてのコマ収差発生を全体として防止することができる。本実施形態の光ピックアップ装置は、そのような発想により、全体としてコマ収差が０となるように半導体レーザユニット（より詳細にはＣＤ用及びＤＶＤ用光源）の位置決めを行ったピックアップ装置を提供する。
【００１６】
【実施例】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例について説明する。
【００１７】
［光ピックアップ装置］
図２に、本発明の実施例にかかる光ピックアップ装置の光学系の位置関係を示す。図２において、光ピックアップ１０は、２波長の半導体レーザユニット２を有し、そのＣＤ用光源位置をＰｃｄ、ＤＶＤ用光源位置をＰｄｖｄで示している。また、光軸５上にはコリメータレンズ１２と対物レンズ１４が配置されている。ＣＤ用光源及びＤＶＤ用光源から出射されたレーザ光は、コリメータレンズ１２により平行光とされ、対物レンズ１４によりディスク１６の情報記録面上に集光される。
【００１８】
半導体レーザユニット２内では、ＣＤ用光源位置ＰｃｄとＤＶＤ用光源位置Ｐｄｖｄとは所定距離Ａだけ離れている。この所定距離Ａは、半導体レーザユニット２内において、各光源を構成する半導体レーザの位置によって決まるものであり、半導体レーザユニット毎に決まった値となる。図２において、ＣＤ用光源位置Ｐｃｄは光軸５から距離Ｂだけ離れている。また、ＣＤ用光源位置ＰｃｄとＤＶＤ用光源位置Ｐｄｖｄとは所定距離Ａだけ離れているので、ＤＶＤ用光源位置Ｐｄｖｄは光源５から（Ａ−Ｂ）だけ離れていることになる。
【００１９】
図２に示すように、コリメータレンズ１２の焦点距離をｆとし、対物レンズ１４のチルト角をβとする。
【００２０】
先に述べたように、２波長の半導体レーザユニット２及び光学系の構成に応じて発生しうるコマ収差は、その原因により、（ａ）ＣＤ側の像高に起因する対物レンズ入射角によるコマ収差、（ｂ）ＤＶＤ側の像高に起因する対物レンズ入射角によるコマ収差、（ｃ）対物レンズチルトによるＣＤ側のコマ収差、及び、（ｄ）対物レンズチルトによるＤＶＤ側のコマ収差に分類される。このうち、像高に起因する対物レンズ入射角によるコマ収差量は対物レンズの入射角の大きさに応じて決まるので、入射角の関数として定義することができる。また、対物レンズによるコマ収差量は対物レンズの光軸に対するチルト角により決まるので、対物レンズのチルト角の関数として定義することができる。よって、上記４つのコマ収差量はそれぞれ以下のように定義できる。
【００２１】
（ａ）ＣＤ側の像高に起因する対物レンズ入射角によるコマ収差量：Ｙ＝ｈ（α）
（ｂ）ＤＶＤ側の像高に起因する対物レンズ入射角によるコマ収差量：Ｙ＝Ｈ（α）
（ｃ）対物レンズチルトによるＣＤ側のコマ収差量：Ｙ＝ｇ（β）
（ｄ）対物レンズチルトによるＤＶＤ側のコマ収差量：Ｙ＝Ｇ（β）
ここで、αは入射角を示す値であり、具体的には各光源からのレーザ光がコリメータレンズ１２に入射する角度で示される。また、βは対物レンズ１４のチルト角であり、具体的には光軸の鉛直方向に対する対物レンズ１４の角度で示される。なお、上記の（ａ）及び（ｂ）を像高特性とも呼び、（ｃ）及び（ｄ）をチルト特性とも呼ぶ。
【００２２】
上記の関数はいずれも対物レンズ１４の特性によって決まる。よって、光ピックアップ装置１に搭載する対物レンズ１４が決定すれば、その特性を測定することにより、上記の各関数を得ることができる。各関数の例を図３に示す。図示のように、各関数は基本的に単調増加又は単調減少関数となり、α、βが小さければその傾きは１次関数とみなすことができる場合が多い。図３に示すように、各関数は相互に異なっている。本実施例で使用される２波長半導体レーザユニット２は、ＣＤ用波長のレーザ光とＤＶＤ用波長のレーザ光との両方を出射可能に設計されており、そのため、ＣＤ側とＤＶＤ側の像高特性及びチルト特性は図３に例示するようにそれぞれ異なっている。これを利用し、各特性上で発生するコマ収差量の合計が０となるように半導体レーザユニットの位置を示す値「Ｂ」（図２参照）を決めれば、コマ収差を０とすることができる。
【００２３】
［ＣＤ用及びＤＶＤ用光源の位置決め］
次に、実際の半導体レーザユニット２の位置決め方法について説明する。いま、光ピックアップ装置１の構成並びに各要素の位置、角度などが図２に示した状態であるとする。光ピックアップ装置１に搭載する対物レンズ１４が決まった時点で、その特性に基づいて図３に例示するような各関数が得られる。また、同じく光ピックアップ装置１に搭載するコリメータレンズ１２が決まると、その焦点距離ｆが決まる。さらに、光ピックアップ装置１に搭載する半導体レーザユニット２が決まると、その内部におけるＣＤ用光源とＤＶＤ用光源の距離Ａも１つの値に決まる。即ち、図３に例示する各関数、コリメータレンズの焦点距離ｆ、ＣＤ用光源とＤＶＤ用光源との距離Ａの各値は既知となる。
【００２４】
コリメータレンズに対するＣＤ側の像高は距離Ｂと一致し、ＤＶＤ側の像高は距離｜Ａ−Ｂ｜と一致するが、各光源位置と光軸とのなす角（コリメータレンズへの入射角）αは対物レンズへの入射角とも一致する。具体的には、ＣＤ側の対物レンズへの入射角αｃｄは、
αｃｄ　＝　ｔａｎ−１（Ｂ／ｆ）で表され、ＤＶＤ側の対物レンズへの入射角αｄｖｄは、αｄｖｄ　＝　ｔａｎ−１｛（Ｂ−Ａ）／ｆ｝で表される。
【００２５】
いま、ＤＶＤディスクを使用して対物レンズ１４のチルトを調整し、コマ収差を０にすると仮定すると、その時の対物レンズ１４のチルト量βｄｖｄは、
Ｇ（βｄｖｄ）　＋　Ｈ（αｄｖｄ）　＝　０
を満足する。よって、βｄｖｄは、
2004133958.tif 000003
となる。
【００２６】
本実施例の光ピックアップ装置１では、ＣＤ用レーザ光を使用する場合でも、対物レンズ１４のチルト量はＤＶＤ用レーザ光の場合と同一であるので、上記のβｄｖｄにおける対物レンズ１４によるコマ収差と、像高に起因するコマ収差との合計が０になればよい。即ち、
ｇ（βｄｖｄ）　＋　ｈ（αｃｄ）＝０
が成立すればよい。チルト量βｄｖｄを代入し、式を変形すると、
2004133958.tif 000004
となる。
【００２７】
ここで、前述のようにＡ、ｆの値は決まっている。また、各関数は単調増加関数なのでＢの値は１つに決まる。図２に示すように、Ｂの値はＣＤ用光源位置の光軸からの距離であるので、Ｂの値が決まれば（Ａ−Ｂ）の値、即ちＤＶＤ用光源の位置も決まる。こうして決まった位置に、ＣＤ用光源及びＤＶＤ用光源をそれぞれ配置して光ピックアップ装置１を構成し、ＤＶＤディスクを使用してコマ収差が０となるように対物レンズ１４のチルト角を調整工程で調整すれば、自動的にＣＤ側についてのコマ収差も０となる。
【００２８】
いま、単純化のために各関数を図３に例示するように１次関数として、
Ｈ（α）＝Ｈ・α、ｈ（α）＝ｈ・α、Ｇ（β）＝Ｇ・β、ｇ（β）＝ｇ・β
との近似を行うと、（式１）は、
−ｇ・Ｈ／Ｇ・ｔａｎ−１（（Ｂ−Ａ）／ｆ）＋ｈ・ｔａｎ−１（Ｂ／ｆ）　＝　０
となる。ここで、角度（（Ｂ−Ａ）／ｆ）及び（Ｂ／ｆ）が十分に小さいとして近似すると、
−ｇ・Ｈ・（Ｂ−Ａ）／（Ｇ・ｆ）＋ｈ・Ｂ／ｆ　＝　０
となる。よって、
Ｂ　＝　（ｇ・Ｈ・Ａ）／（ｇ・Ｈ−Ｇ・ｈ）
となり、Ｂの値が一定値をとることがわかる。
【００２９】
［光ピックアップの製造・調整方法］
次に、本実施例を適用した光ピックアップの製造・調整方法について説明する。図４は、光ピックアップの製造・調整方法の概略フローチャートである。但し、図４では、本実施例における半導体レーザユニットの配置に関連する工程のみを示している。
【００３０】
まず、製作者は、光ピックアップに使用する半導体レーザユニット、光学部品などを決定する（ステップＳ１）。これにより、半導体レーザユニット内のＣＤ用光源とＤＶＤ用光源との距離、コリメータレンズの焦点距離、対物レンズによる各関数の特性などが得られる。
【００３１】
次に、得られた値及び関数などに基づいて、上述の方法でコマ収差の合計が０となるように演算を行い、ＣＤ用光源とＤＶＤ用光源の位置を算出する（ステップＳ２）。そして、製作者は算出された位置に各光源が位置するように半導体レーザユニットを配置するとともに、光学系の各部品を配置して光ピックアップの組立を行う（ステップＳ３）。
【００３２】
最後に、ＤＶＤディスク又はＣＤディスクを使用し、レーザ光を発光してコマ収差を検出し、コマ収差が０となるように対物レンズのチルト角βを調整する。ＤＶＤディスクを使用してコマ収差＝０に調整した状態では、ＣＤ側のコマ収差は自動的に０になる。また、逆にＣＤディスクを使用してコマ収差＝０に調整した状態ではＤＶＤ側のコマ収差は自動的に０になる。これは、ステップＳ２において、両方のコマ収差の合計が０となるようにＣＤ用及びＤＶＤ用光源の位置決めがなされ、ステップＳ３において、その位置にＣＤ用光源及びＤＶＤ用光源が配置されているからである。こうして、製造、調整が行われる。
【００３３】
以上説明したように、本実施例では、光ピックアップの設計において、ＣＤ側とＤＶＤ側について、像高特性により生じるコマ収差とチルト特性により生じるコマ収差が相殺し合うような位置にＣＤ用及びＤＶＤ用光源を配置したので、２波長の半導体レーザユニットを使用する場合でも、光学特性の良好な光ピックアップ装置を提供することができる。
【００３４】
また、上記の説明ではＣＤディスク及びＤＶＤディスクに対応する光ピックアップを例示して説明したが、本発明はこれら以外の記録媒体に適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態による光ピックアップの光学系の概略構成を示す。
【図２】本発明の実施例による光ピックアップの構成及び各要素の位置関係を示す。
【図３】ＣＤ及びＤＶＤ側の像高特性及びチルト特性の例である。
【図４】光ピックアップの製造・調整方法のフローチャートである。
【符号の説明】
１　光ピックアップ装置
２　半導体レーザユニット
５　光軸
１２　コリメータレンズ
１４　対物レンズ
１６　ディスク
【図１】
2004133958.tif 000005
【図２】
2004133958.tif 000006
【図３】
2004133958.tif 000007
【図４】
2004133958.tif 000008