(57)【要約】  【課題】  レンズシフトに起因した特性の劣化が生じるのを防止できるとともに、ジッター特性を向上させることができ、読取特性が向上する光ディスク装置を提供する。  【解決手段】  半導体レーザ２１からの光を光ディスクＤへ照射する光路上に、対物レンズ３１と、この対物レンズ３１からの光を絞って光ディスクＤへ結像させる絞り部３２とを備えた光ピックアップユニット１０の、絞り部３２に設けた開口孔３２Ａは、光ディスクＤの半径方向に平行な方向の大きさに対する周方向の大きさの比の値である楕円率が０．８５から０．９５までの範囲にある略楕円形状を有する。【選択図】  図２
2007018619.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ビームを照射する光源と、前記光源から照射された光ビームを絞る開口孔を有した絞り部と、この絞り部で絞られた前記光ビームを光ディスクへ集光する対物レンズとを備えた光ディスク装置であって、
前記絞り部の開口孔は、前記光ディスクのラジアル方向での大きさＲとタンジェンシャル方向での大きさＴとの比の値（Ｒ／Ｔ）が０．８０より大きく０．９５以下の範囲にある略楕円形状を呈する光ディスク装置。
【請求項２】
前記開口孔の前記光ディスクのタンジェンシャル方向における大きさは、前記開口孔を通過後の光ビームが、前記対物レンズでの特性が許容される有効径の最大領域に一致した状態で入射するときの大きさに形成された請求項１に記載の光ディスク装置。
【請求項３】
光ディスクを載置するターンテーブルと、前記ターンテーブルに載置された光ディスクに対してラジアル方向に移動自在に設けられた光ピックアップユニットとを有し、
前記光ピックアップユニットは、前記フィルタ手段又は前記絞り部と前記対物レンズとを搭載し前記光ディスクのラジアル方向及び厚さ方向に変位する対物レンズアクチュエータと、前記光源を含む光学素子を搭載したオプトベースとを設けた請求項１または請求項２に記載の光ディスク装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ディスクへの光学的な情報の記録及び／又は再生（以下、記録再生という）を行う光ディスク装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＤやＤＶＤなどの光ディスクへの光学的な記録再生を行うため、光ディスク装置が各種開発されている。この光ディスク装置における光ピックアップユニットは、対物レンズを用いて光源からの光を集光させ、光ディスク上に光スポットを形成し、この反射光を検出して光ディスクの情報を読取っている。光ピックアップユニットには、一般に、対物レンズ近傍の光路上に絞り（開口制限）を設けてあり、余分な光を遮蔽するようになっているが、開口された孔の形状を真円形でなく楕円形とすることで読取特性が劣化することを防止するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
即ち、特許文献１に記載の絞りは、図１１（Ａ）に示すように、絞り１０２の孔１０１が楕円形であって、光ディスクのラジアル方向（光ディスクの半径方向）の開口孔の大きさが、これに直交するタンジェンシャル方向（光ディスクのピット列に対する接線の方向、すなわちラジアル方向と直交する方向）の開口孔の大きさに比べて、大幅に狭められた形状となっている。
【特許文献１】特開平８−３１００１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、この特許文献１に記載のものは、対物レンズの周辺部に発生するサイドローブ（輪帯状の光分布）による悪影響を考慮し、レンズ周辺部のサイドローブを除去することを主目的としているため、絞り１０２の開口した楕円形状の孔１０１は、短軸（β）と長軸（α）との比の値（β／α）で定義される楕円率が、最大でも０．８までに抑えてある。別言すれば、扁平度が高めに設定されている。なお、光ビームが照射される光ディスク面での光スポットの形状は、光スポットの大きさが開口孔の大きさに反比例するため、図１１（Ｂ）のような形状を呈している。その結果、以下のような問題を有している。
【０００５】
即ち、楕円率が０．８０以下のような扁平度の高いスポット光が照射されると、クロストーク値（その定義は後述する）が、良好な読取特性を得るための限界である０．４０をオーバーするため、読取特性が劣化する。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、レンズシフトに起因した特性の劣化が生じるのを防止できるとともに、ジッター特性を向上させることができ、読取特性が向上する光ディスク装置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】
【０００７】
本発明の光ディスク装置は、光ビームを照射する光源と、前記光源から照射された光ビームを絞る開口孔を有した絞り部と、この絞り部で絞られた前記光ビームを光ディスクへ集光する対物レンズとを備えた光ヘッド装置であって、
前記絞り部の開口孔は、前記光ディスクのラジアル方向での大きさＲとタンジェンシャル方向での大きさＴとの比の値（Ｒ／Ｔ）が０．８０より大きく０．９５までの範囲にある略楕円形状を呈するものである。
【０００８】
また、前記開口孔の前記光ディスクのタンジェンシャル方向における大きさは、前記開口孔を通過後の光ビームが、前記対物レンズでの特性が許容される有効径の最大領域に一致した状態で入射するときの大きさに形成されたものである。
【０００９】
また、光ディスクを載置するターンテーブルと、前記ターンテーブルに載置された光ディスクに対してラジアル方向に移動自在に設けられた光ピックアップユニットを有し、前記光ピックアップユニットは、前記フィルタ手段又は前記絞り部と前記対物レンズとを搭載し前記光ディスクのラジアル方向及び厚さ方向に変位する対物レンズアクチュエータと、前記光源を含む光学素子を搭載したオプトベースとを設けたものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、レンズシフトに起因した特性の劣化が生じるのを防止できるとともに、ジッター特性を向上させることができ、読取特性が向上する光ディスク装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
光ディスク装置１内に挿入された光ディスクＤは、光ディスク装置１の内部において筐体２など固定されているモータ９の回転軸に軸支されたターンテーブル１２に搭載される。モータ９が回転することでターンテーブル１２が回転するのに連動して、モータ１１の回転運動が直線運動に変換されて光ピックアップユニット１０に伝達されることで、光ピックアップユニット１０がターンテーブル１２に載置される光ディスクＤのラジアル（半径）方向に移動して、光ディスクＤの記録再生動作が行われる。
【００１２】
光ピックアップユニット１０Ａは、例えば本実施形態の場合、その移動動作を行うためのトラバース機構として、光ピックアップユニット１０を筐体２に回転可能に軸支された送りねじ８に螺合させ、この送りねじ８にモータ１１の回転動作を伝達して回転駆動させる構成を用いている。なお、このトラバース機構としては、このような送りねじを用いたものに限らず、ラックピニオン機構を用いたものや、電磁力を利用した送り機構などの精密送り機構などを用いることも可能である。
【００１３】
次に、図２を用いて、本発明の実施形態にかかる光ディスク装置１の光ピックアップユニット１０について説明する。
図２は、本発明の実施形態に係る光ディスク装置１の光ピックアップユニット１０などを示す原理図である。光ピックアップユニット１０の内部構成は、大きく、オプトベース２０と対物レンズアクチュエータ３０とに分けられる。
【００１４】
このうち、オプトベース２０は、対物レンズ３１および絞り部３２を除く主要な光学系を含むものであり、光源として、受光素子や往路と復路とで光路を分離させるための回折格子などを一体に備えたホログラムレーザユニット２１、およびホログラムレーザユニット２１から投光される光の光路を方向変換するための立ち上げミラー２３を配置している。ここで、光源には単体の半導体レーザを用いる構成としてもよい。その場合は、光ディスクＤへ向かう投光用のレーザ光と光ディスクＤで反射して戻る受光用のレーザ光とを分離分割し、戻り光が半導体レーザに入射するのを避けるＢＳ（ビームスプリッタ）、光ディスクＤで反射して戻る光を受ける受光素子を用いることになる。さらに、ＢＳの代替にハーフミラーを用いる構成としてもよい。
【００１５】
半導体レーザ２１には、光ディスクＤにＣＤを用いているので、波長（λ）が７８０ｎｍ程度のものを用いたが、ＤＶＤではこれより短い６５０ｎｍ程度のものを用いることになる。また、光源であるレーザには、受光素子や往路と復路で光路を分離させるための回折格子などを一体に備えたホログラムレーザなどを用いても良い。その場合には、半導体レーザ２１とともに用いる光学素子をその分だけ削減できる。また、１／２波長板や偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）などを用い、偏光を利用して往路と復路を分離するような構成としてもよい。
【００１６】
一方、対物レンズアクチュエータ３０は、情報の記録読取を行う光ディスクＤのトラック（ピット）へレーザ光を集光するための対物レンズ３１およびフィルタ手段(空間フィルタ)の一種である絞り部３２などを設けている。また、本実施形態の対物レンズアクチュエータ３０は、図３に示すように、トラッキングサーボをかけるために光ディスクＤのラジアル（Ｒ）方向に変位可能であるとともに、フォーカシングサーボをかけるために光ディスクＤの厚さ方向に変位可能な可動部３Ａと、この可動部３Ａを変位可能な状態で支持するヨーク部３Ｂとを備えている。この可動部３Ａとヨーク部３Ｂとの間には、コイル３３Ａと永久磁石３３Ｂなどとを用いて、対物レンズ３１がトラッキング方向（すなわちラジアル方向）およびフォーカス方向（すなわちレーザ光の光軸方向）に微動自在となるように、サーボ機構３３を備えている。なお、可動部３Ａは、ヨーク部３Ｂに対して適宜の支持手段で変位自在に支持されており、本実施形態では４本のワイヤー３４で支持されている。さらに、本実施形態においては、絞り部３２は可動部３Ａに含まれるように構成されている。以上のような構成を有することで、トラッキング制御の際に、光源（半導体レーザ）からの光ビームを光ディスクＤのトラックに追従させるための対物レンズ３１の微動をサーボ機構３３で行い、サーボ機構３３で追従しきれない所定距離以上の移動動作が必要な場合は前述のようなトラバース機構を利用して光ピックアップユニットを移動させることとなる。
【００１７】
次に、本発明の対物レンズ３１と絞り部３２との関係について説明する。
一般に、光ディスクに対する情報の記録再生に関して、ジッター（記録信号又は再生信号の時間軸のゆらぎ）特性が重要な役割を果たしており、このジッター特性をいかにして向上させるかが重要な課題となっている。ここで、ジッター特性の良否を判断する指標としてジッター値が用いられており、このジッター値が小さいほど、ジッター特性が良好である。
また、このジッター特性を向上させるためには、光スポット径を小さく狭めることが必要であることが知られている。ここで、光スポット径（φ）は、次式、
φ＝ｋ・λ／ＮＡ                                          ・・・（１）
但し、ｋ；定数
λ；使用する光の波長
ＮＡ；対物レンズの開口数（Numerical Aperture）
から一義的に決定される。
従って、光スポット径を小さくするためには、使用する光の波長が一定である場合、次式で定義される開口数ＮＡ、つまり、
ＮＡ＝ｎ・ｓｉｎθ
≒ａ／ｆ                                              ・・・（２）
但し、ｎ；媒質の屈折率
θ；光軸と対物レンズに入る光線とがなす角度
ａ；絞り半径
ｆ；焦点距離
をできるだけを大きくすること、換言すれば絞りをできるだけ大きくすることが有効であることが分かる。つまり、絞りを大きくすれば、光スポット径は絞られるので、ジッター特性を向上させることができるようになるわけである。
【００１８】
ここで、対物レンズ３１について、図４を用いて説明する。なお、符号Ｓは光ディスクＤでのレーザ光（レーザビーム）が照射された光スポットのビームウエストでの径寸法（以下、光スポット径）を示す。
対物レンズ３１については、一般に空気の屈折率（ｎ）が１であるから、（２）式より、
ＮＡ＝ｓｉｎθ                                            ・・・（３）
が成立しているが、本実施形態では、光ディスクＤにＣＤ（勿論ＤＶＤでもよい）を用いているので、タンジェンシャル方向ではＮＡ＝０．４８、ラジアル方向ではＮＡ＝０．４５としている。
【００１９】
一方、絞り部３２は、図５（Ａ）に示すように、楕円形状の開口孔３２Ａを有しており、具体的には、光ディスクＤのラジアル方向（Ｒ）に平行な方向が短軸（孔寸法Ｈｒ）、光ディスクＤのタンジェンシャル方向（Ｔ）が長軸（孔寸法Ｈｔ）となる楕円形状を呈している。特に、本実施形態では、この絞り部３２の孔形状について、短軸と長軸の長さの比である楕円率（Ｈｒ／Ｈｔ）が、０．８０より大きく０．９５以下の範囲に収まるような形状に開口してある。つまり、開口孔３２Ａの開口形状は、次式
０．８０＜Ｈｒ／Ｈｔ≦０．９５                            ・・・（４）
を満たしている。なお、本発明の絞り部は、後述するように、図１０に示すとおり０．８５≦Ｈｒ／Ｈｔ≦０．９５の範囲にあると特に有用性が増す。
【００２０】
また、本実施形態では、使用する対物レンズ３１において、各種の収差や歪などが発生するおそれの少ない良好なレンズ領域のうち最大領域（すなわち、対物レンズ３１での特性が許容される有効径の最大領域であり、より具体的には、対物レンズを透過し集光した波面に歪みが少なく、光ディスクの記録データを読取る能力が許容できる領域のことを意味し、本実施形態においては、対物レンズを透過し集光したスポットの波面収差が０.０５λ以内となる領域）を絞り部３２の長軸側の寸法に対応させるように構成している。そのため、開口孔３２Ａの、光ディスクＤのタンジェンシャル方向に沿った長軸方向の大きさ（Ｈｔ）は、光源である半導体レーザ２１からの光ビームが、対物レンズ３１での特性が許容される有効径の最大領域に一致した状態で透過するように、開口してある。
【００２１】
ここで、絞りの孔の半径（ａ）と光スポット径（φ）とについては、前述の（１）、（２）式から、次式
φ∝λ・ｆ／ａ                                            ・・・（５）
が成立し、光スポット径（φ）と絞りの孔の半径（ａ）とは反比例の関係にあることがわかる。
従って、このような楕円率で開口孔３２Ａを開口すれば、光スポット径Ｓは、開口孔３２Ａの大きさに反比例する。その結果、図５（Ｂ）に示すように、光ディスクＤに投光される光スポット径Ｓは、光ディスクＤのタンジェンシャル方向Ｔに沿った方向が長く（スポット径Ｓｔ）、ラジアル方向Ｒに平行な方向が短い（スポット径Ｓｒ）、絞り部３２の開口孔３２Ａとは１８０度形状を回転させた、形状が全く逆の状態の楕円形状で投光される。
【００２２】
次に、本実施形態に係る光ピックアップユニット１０を備えた光記録再生装置により、光ディスクＤから情報を読取る際の読取特性について、各種の楕円率の孔を有する絞りを用いたときのレンズシフト量とジッターとの関係について実験を行った。但し、この実験では、対物レンズのタンジェンシャル方向でのＮＡが０．４８のものを用いた。
その結果、図６及び図７のような結果が得られた。これにより、以下のような知見が得られる。
（１）楕円率１のときには、レンズシフト量±１００μｍの範囲内であれば、ジッターが３０（ｎｓ）以内であり、良好な再生特性を得ることができる。
（２）一方、楕円率０．９５のときには、レンズシフト量±３００μｍの範囲内であれば、ジッターが３０（ｎｓ）以内であり、良好な再生特性を得ることができる。
（３）また、楕円率０．８５のときには、レンズシフト量±４００μｍの範囲内であれば、ジッターが３０（ｎｓ）以内であり、良好な再生特性を得ることができる。
【００２３】
ところで、対物レンズは、光ディスクＤに対して、絶えずラジアル方向に沿ってトラックの内外へシフトしているが、通常、レンズシフト量は±３００ｍｍ程度に亙っている。一方、良好な読取性能（再生性能）を維持するために、一般に、ジッター値を３０ｎｓ以内に抑えている。
ところが、この実験結果から、絞りの孔形状の楕円率（ラジアル／タンジェンシャル比）１のときのジッター値が３０ｎｓ以下となるレンズシフト量は、±１００μｍ以下である。従って、対物レンズのラジアルシフト量の範囲内では、ジッター値を３０ｎｓ以下に抑えることが現実上困難である。一方、楕円率が０．９５以下のときには、レンズシフト量が±３００ｍｍの範囲内でも、ジッター値が３０ｎｓ以下に収められている。これにより、本実施形態に係る絞り部３２を備えた光ピックアップユニット１０を設けた光記録再生装置、つまり楕円率が０．９５以下の孔形状の絞り部３２では、良好な読取特性を発揮できることが確認できる。
【００２４】
ここで、本実施形態に係る絞り部３２を設けた光ピックアップユニット１０を備えた光記録再生装置と、従来の光ピックアップユニット（絞りの孔形状が真円で、かつ、ＮＡ＝０．５）を備えた光記録再生装置とについて、実際にジッター特性を調べる比較実験を行ってみた。すると、それぞれ、図８のような正規（ガウス）分布曲線に近いヒストグラムのジッター特性が得られたが、本実施形態のほうがジッター値の平均値が３（ｎｓ）程度向上していることが確認された。これからも、本実施形態によれば、ジッター特性が向上していることがわかる。
【００２５】
また、本実施形態に係る絞り部３２を含む各種の楕円率の絞りを備えた光ピックアップユニットにより、光ディスクＤから情報を読取る際の読取特性について、比較実験を行い、ジッターと、レンズシフトと、クロストークの３種類の要素について具体的に調べてみた。なお、クロストークとは、隣接トラックによる信号干渉のことであり、その定義は、図９に示すように、トラック上のピットで反射して戻る戻り光による読取信号の出力値をＡ、トラック間での戻り光による読取信号の出力値をＢとすると、Ｂ／Ａで示す比の値で与えられるものである。一般に、良好な読取特性を得るためには、クロストーク値（＝Ｂ／Ａ）が、０．４０以下であることが好ましい。
この比較実験から、図１０のような結果が得られた。絞りの孔形状の楕円率（ラジアル／タンジェンシャル比）が０．８０以下の扁平度の高いスポット光については、クロストーク値が０．４０を上回っているため、読取特性が劣化していることが分かる。これにより、本実施形態に係る絞り部３２を備えた光ピックアップユニット１０、つまり楕円率が０．８５以上の扁平度の低い形状の開口孔３２Ａを有する絞り部３２のみが、良好な読取特性を発揮できることが確認できた。
【００２６】
なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施し得るものである。例えば、光ディスクへのスポット形状を楕円形状に成形する手段として、特に本実施形態のような絞りにより実現する以外に、各種の空間フィルタ、例えば波長選択性の開口フィルタや液晶フィルタなどの光学素子で実現するような構成としてもよい。
また、本発明によれば、対物レンズの有効径のみを使用することで、高価で高品質のレンズを用いなくても済む、換言すれば、良好な読取特性のものが低コストで提供できる。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明の光ピックアップユニットは、レンズシフトに起因した特性の劣化が生じるのを防止できるとともに、ジッター特性を向上させることができ、延いては読取特性が向上する効果を有し、光ピックアップユニットを備えた光記録再生装置等に有用である。さらに、本発明によれば、対物レンズの有効径のみを使用することで、高価な専用レンズを用いなくても、汎用の製品で良好な読取特性が低コストで実現できる効果も有し、また、光ピックアップユニットを備えた光記録再生装置等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】（Ａ）は本発明の実施形態にかかる光ディスク装置を示す平面図、（Ｂ）はその光ディスク装置の側面図
【図２】本発明の実施形態に係る光ピックアップユニットを模式的に示す原理図
【図３】（Ａ）はその光ピックアップユニットのオプトベースと対物レンズアクチュエータを示す分解斜視図、（Ｂ）はその対物レンズアクチュエータの分解斜視図
【図４】その光ピックアップユニットの絞りと対物レンズとの関係を示す説明図
【図５】（Ａ）はその光ピックアップユニットの絞りの孔形状を示す説明図、（Ｂ）はそのときのスポット形状を示す説明図
【図６】その光ピックアップユニットを備えた光記録再生装置による読取の際に、各種の楕円率の孔を有する絞りを用いたときのレンズシフト量とジッターとについて調べたときの実験結果を示す表
【図７】そのレンズシフト量とジッターとの相関性を示すグラフ
【図８】本実施形態及び従来の光ピックアップユニットによるジッター特性を示す特性分布図
【図９】クロストークの定義を説明する説明図
【図１０】本実施形態に係る絞りを含む各種の楕円率の絞りを備えた光ピックアップユニットによる読取特性についての比較実験結果を示す表
【図１１】（Ａ）は従来の絞りの形状を示す説明図、（Ｂ）は（Ａ）の絞りを用いたときのスポット形状を示す説明図
【符号の説明】
【００２９】
１  光ディスク装置
２  筐体
１０  光ピックアップユニット
２０  オプトベース
２１  半導体レーザ（光源）
２３  立ち上げミラー
３０  対物レンズアクチュエータ
３０Ａ  可動部
３０Ｂ  ヨーク部
３１  対物レンズ
３２  絞り
３２Ａ  開口孔
３３  トラッキングサーボ機構（フォーカスサーボ機構）
３４  ワイヤー
Ｄ  光ディスク
Ｈｔ  (開口孔の)長軸方向の大きさ
Ｈｒ  (開口孔の)短軸方向の大きさ
Ｒ  ラジアル方向
Ｓ  光スポット
Ｓｒ  スポット径(ラジアル方向)
Ｓｔ  スポット径(タンジェンシャル方向)
Ｔ  トラバース方向
【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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【図１１】
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