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【発明の名称】 光ピックアップ装置
【発明者】 【氏名】小笠原 昌和

【氏名】岩崎 正之
【要約】 【課題】

【解決手段】対物レンズ及び対物レンズに固定されて光学系で発生する収差を補正する収差補正素子を含む光学ユニットと、当該光学ユニットをトラッキング方向及び／又はフォーカシング方向に移動せしめるアクチュエータと、光学ユニットのトラッキング方向における変位を検出する検出手段と、を有する。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 光ディスクに光ビームを照射し、前記光ディスクからの反射光ビームを導く光学系を有する光ピックアップ装置であって、対物レンズ及び前記対物レンズに固定されて前記光学系で発生する収差を補正する収差補正素子を含む光学ユニットと、前記光学ユニットをトラッキング方向及び／又はフォーカシング方向に移動せしめるアクチュエータと、前記光学ユニットのトラッキング方向における変位を検出する検出手段と、を有することを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項２】 前記検出手段は、前記収差補正素子上に形成された遮光部と、前記遮光部の変位を光学的に検出する光センサと、を含むことを特徴とする請求項１記載の光ピックアップ装置。
【請求項３】 前記遮光部は前記収差補正素子の電極の一部であることを特徴とする請求項２記載の光ピックアップ装置。
【請求項４】 前記遮光部はストライプ形状の複数の遮光帯からなることを特徴とする請求項２又は３記載の光ピックアップ装置。
【請求項５】 前記光センサは反射型センサであることを特徴とする請求項２ないし４のいずれか１に記載の光ピックアップ装置。
【請求項６】 前記検出手段は、前記収差補正素子の有効領域外に形成されて前記光ディスクへの照射光ビームの一部を反射する反射手段と、前記反射手段からの反射光を検出するディテクタと、を含むことを特徴とする請求項１記載の光ピックアップ装置。
【請求項７】 前記反射手段はホログラム素子を含むことを特徴とする請求項６記載の光ピックアップ装置。
【請求項８】 前記照射光ビームは偏光ビームであり、前記反射手段はλ／４波長板及びホログラム素子からなることを特徴とする請求項６記載の光ピックアップ装置。
【請求項９】 前記ディテクタは前記光ディスクからの反射光を検出する受光素子と同一平面内に設けられたことを特徴とする請求項８記載の光ピックアップ装置。
【請求項１０】 前記アクチュエータは、前記光学ユニットに取り付けられたコイルと、前記コイルに磁束を付与する磁束付与部からなることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１に記載の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、光学式記録再生装置に用いられる光ピックアップ装置、特に、光路中に生じた収差を補正するための収差補正ユニットを有する光ピックアップ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、ＤＶＤ（Digital Video Disc 又は Digital Versatile Disc）等、大容量の画像・音声データ、デジタルデータを記録可能な種々の光ディスクが開発されている。また、かかる光ディスクの更なる大容量化のための高密度化の研究開発が進められると共に、高密度化に対応する光ピックアップ装置や情報記録再生装置の研究開発が進められている。
【０００３】この光ディスクの高密度化に対応する方法としては、光ピックアップ装置に備えられている対物レンズの開口数（numerical aperture：ＮＡ）を大きくしたり、また、短波長の光ビームを用いることにより光ディスクに照射される光ビームの照射径を小さくすることがある。ところが、対物レンズの開口数ＮＡを大きくしたり、短波長の光ビームを用いると、光ディスクによる光ビームへの収差の影響が大きくなり、情報記録及び情報再生の精度を向上させることが困難になるという問題が生じる。
【０００４】また、光ディスクの高密度化に伴い、光ビームが通過する透明基板の薄膜化がなされているが、製造工程において僅かな透明基板厚の誤差が生じても球面収差の影響が大きくなるという問題が生じる。こうした収差の影響を低減するため、従来、収差補正用の液晶素子を備えた光ピックアップ装置が提案されている。このような液晶素子としては、例えば、特開平１０−２６９６１１号公報に開示されているものがある。この液晶素子は、その両面に同心円状に形成された複数の電極を有し、各々の電極に異なる電圧を印加することによって液晶の配向状態を調節して光路中に生じた収差を補正するものである。
【０００５】かかる光ピックアップ装置においては、一般に、対物レンズはアクチュエータに搭載され、弾性部材によって浮遊支持された可動部として構成され、対物レンズ以外の光学部品はピックアップボディに取り付けられていた。例えば、アクチュエータはコイルであり、ピックアップボディに固定された磁石からの磁束によって対物レンズをフォーカシング方向及びトラッキング方向に駆動するようになっている。例えば、プッシュプルトラッキングエラー方式を用いた場合では、対物レンズがトラッキング方向にシフトするとトラッキングエラーにオフセットが生じる。それを防ぐためにトラッキング時の対物レンズの位置を測定してプッシュプルトラッキングエラーから減算することが行われる。この際、対物レンズホルダやコイルボビン等に遮光部を付加し、透過型センサによって当該遮光部の変位を検出してトラッキング時の対物レンズの変位を測定している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の光ピックアップ装置においては、トラッキングサーボ時に生じる対物レンズと収差補正用の液晶素子のずれによって収差補正性能が劣化するという問題があった。本発明は、上述した点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、トラッキングサーボ時においても収差補正性能が劣化することのない高性能な光ピックアップ装置を提供することも本発明の目的である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明による光ピックアップ装置は、光ディスクに光ビームを照射し、光ディスクからの反射光ビームを導く光学系を有する光ピックアップ装置であって、対物レンズ及び対物レンズに固定されて当該光学系で発生する収差を補正する収差補正素子を含む光学ユニットと、当該光学ユニットをトラッキング方向及び／又はフォーカシング方向に移動せしめるアクチュエータと、光学ユニットのトラッキング方向における変位を検出する検出手段と、を有することを特徴としている。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の説明に用いられる図において、実質的に等価な構成要素には同一の参照符を付している。
［第１の実施例］図１は、本発明の第１の実施例である光ピックアップ装置の光学ユニット１０の構成を模式的に示す斜視図である。この光学ユニット１０は、光ディスク等を記録媒体とする光学式記録再生装置の光ピックアップ装置に組み込まれ、弾性部材によって浮遊支持された可動部として構成されている。
【０００９】より詳細には、光学ユニット１０は、レンズホルダ１１に支持された対物レンズ１２、アクチュエータであるボビンに巻かれたコイル１４、及び液晶ホルダ１５に支持された液晶素子１６を有する。レンズホルダ１１、コイルボビン及び液晶ホルダ１５は、光ビームの通過の障害とならないように光路径に対応する部分は円形状の貫通孔となっている。すなわち、光ピックアップ装置の本体部（ピックアップボディ）内の光学系からの照射光ビームは、光学ユニット１０を通過して光ディスクに照射され、光ディスクからの反射光ビームは、光学ユニット１０を通過してピックアップボディ内の光学系に供給される。
【００１０】レンズホルダ１１及び／又は液晶ホルダ１５にはサスペンションばね１７が設けられ、光学ユニット１０を浮遊支持している。本実施例においては、サスペンションばね１７は、コイル１４に電力を供給するための導線を兼ねている。光学ユニット１０は、磁束付与手段として働く、ピックアップボディに固定された磁石（図示しない）の間に配されている。また、コイル１４は、フォーカシング及びトラッキングサーボのためのフォーカシングコイル及びトラッキングコイルを含んでいる。従って、光学ユニット１０は、コイル１４へ電流供給を行うことによって、ピックアップボディと相対的に、フォーカシング方向及びトラッキング方向に変位駆動されるようになっている。
【００１１】後述するように、液晶素子１６上には帯状の遮光部１８が設けられている。一方、ピックアップボディには光センサ３１が設けられており、遮光部１８のトラッキング方向の変位が検出される。図２は、液晶素子１６の構成を模式的に示す斜視図である。また、ピックアップボディに設けられた光センサ３１も示してある。液晶素子１６は、印加される駆動電圧の大きさに応じて生じる電界によって通過する光に対して複屈折変化をもたらす液晶２１を有している。より詳細には、図３の断面図に示すように、この液晶素子１６は、液晶２１の両側にそれぞれ液晶配向膜２３Ａ、２３Ｂ、透明絶縁層２４Ａ、２４Ｂ、電極層２５Ａ、２５Ｂ、及びガラス等からなる透明基板２６Ａ、２６Ｂが形成されている。
【００１２】電極層２５Ａ、２５Ｂの間に駆動電圧が印加されると、その駆動電圧によって生じる電界に応じて液晶２１内の液晶分子の配向が変化する。その結果、液晶２１中を通過する光は、液晶２１による複屈折を受けて位相が変化する。すなわち、液晶２１を通過する光の位相は、液晶２１に印加される駆動電圧によって制御することができる。従って、電極層２５Ａ、２５Ｂを収差分布に応じた形状に形成し、収差の大きさに応じた電圧を印加することによって当該収差を補正することが可能になる。本実施例においては、球面収差を補正するために電極層２５Ａが同心円状（円環状）の複数の電極から構成された場合を例に示している。また、電極層２５Ｂは、電極層２５Ａと同様に円環状に電極が形成されている。なお、電極層２５Ｂの形状は円環状に限らず、例えば、全面に亘って透明導電体が形成された全面電極であってもよい。
【００１３】図２に示すように、液晶２１上には、電極層２５Ａの各電極に駆動電圧を供給するための配線電極２８及び帯状の遮光部１８が形成されている。遮光部１８は、配線電極２８と同一の材料から形成されている。あるいは、遮光部１８は、配線電極２８の一部を利用することも可能である。また、遮光部１８は、トラッキング方向の垂直方向に延在し、液晶素子１６内の各要素と電気的に絶縁されて液晶素子１６から突き出た突出部２９に渡って形成されている。突出部２９は液晶素子１６の一部、例えば、透明絶縁層２４Ｂ及び透明基板２６Ｂが突き出た構造を有している、あるいは、液晶素子１６の下部に更に透明基板等を設けて同様な構造としてもよい。
【００１４】トラッキングサーボ動作に伴って対物レンズ１２がシフトすると、ピックアップボディに設けられた透過型光センサ３１のセンサ光（図中、矢印）は遮光部１８によって遮られ、トラッキング方向の変位が測定される。前述のように、液晶素子１６は対物レンズ１２に固定されて一体駆動されるので、光センサ３１及び遮光部１８によって対物レンズ１２のトラッキング方向の変位を測定することができる。従って、トラッキングサーボ時に対物レンズ１２と液晶素子１６の位置がずれることがないので、液晶素子１６の収差補正性能が劣化することがない。
【００１５】従って、上記したように、光センサ３１のターゲット（被検出部）として余分な部品を付加することなく対物レンズ１２の位置の測定が可能となる。なお、上記実施例においては、液晶素子１６に突出部２９を設け、突出部２９上の遮光部１８を被検出部として用いる場合について説明したが、図４に示すように、突出部２９を設けず、液晶素子１６上の一部に平坦に遮光部１８を設ける構造としてもよい。
［第２の実施例］図５は、本発明の第２の実施例である液晶素子１６の構成を模式的に示す斜視図である。また、ピックアップボディに設けられた光センサ３１も示してある。
【００１６】本実施例において、遮光部１８は、ストライプ形状の複数の遮光帯から構成されている。その他の構成は、上記した第１の実施例と同様である。複数のストライプ形状の遮光部１８は、配線電極２８と同一の電極材料を用いて形成されている。光センサ３１は透過型である。トラッキングサーボ動作に伴って対物レンズ１２がシフトすると、光センサ３１のセンサ光は断続的に遮られる。従って、センサ受光部（図示しない）においてパルス信号が得られる。センサ受光部で検出されたこのパルス信号を演算することによって対物レンズ１２の移動量を正確に測定することができ、光学式ポジションセンサとして動作する。
［第３の実施例］図６は、本発明の第３の実施例である液晶素子１６の構成を模式的に示す斜視図である。また、ピックアップボディに設けられた光センサ３２も示してある。本実施例において、光センサ３２には反射型のものが用いられている。また、遮光部１８は、ストライプ形状の複数の遮光帯から構成されている。複数の遮光帯の高反射率材料でできていることが好ましい。その他の構成は、上記した第１の実施例と同様である。
【００１７】光センサ３２のセンサ光は、液晶素子１６の突出部２９を透過し、遮光部１８の遮光帯によって反射され、反射されたセンサ光は光センサ３２の受光部で検出される。第２の実施例の場合と同様に、光センサ３２の受光部により検出されたパルス信号を演算することによって対物レンズ１２の移動量を正確に測定することができる。
［第４の実施例］図７は、本発明の第４の実施例である液晶素子１６の構成を模式的に示す斜視図である。本実施例においては、液晶素子１６には反射型のホログラム素子３３Ａ、３３Ｂが設けられ、ピックアップボディにはホログラム素子３３Ａ、３３Ｂからの反射光を受光するための２分割ディテクタ３４Ａ、３４Ｂが設けられている。
【００１８】図７及び図８の断面図に模式的に示すように、ホログラム素子３３Ａ、３３Ｂは液晶素子１６の有効径３５の外側であって照射光ビーム径３６の内側に配置され、２分割ディテクタ３４Ａ、３４Ｂは照射光ビーム径３６の外側となるように配置されている。本実施例においては、ホログラム素子３３Ａ、３３Ｂによって照射光ビームの一部が反射され、反射光ビームは２分割ディテクタ３４Ａ、３４Ｂで受光される。トラッキングサーボ動作に伴って対物レンズ１２がシフトすると、２分割ディテクタ３４Ａ、３４Ｂ上の反射光ビームのスポットは移動する。より詳細には、図９に示すように、対物レンズ１２のシフトがゼロの場合には、２分割ディテクタ３４Ａ、３４Ｂ（図９において、それぞれＡ，Ｂで示す）上のスポットはディテクタ中央に位置する。トラッキングサーボ動作に伴って対物レンズ１２がプラス（＋）方向にシフトすると、スポットはディテクタ中央からシフトし、対物レンズ１２がマイナス（−）方向にシフトすると、スポットはその反対方向にシフトする。
【００１９】上記したスポットのシフト量から対物レンズ１２の移動量を確定することができる。すなわち、２分割ディテクタ（Ａ）３４Ａの各ディテクタ素子の受光量をそれぞれＡ１，Ａ２、同様に、２分割ディテクタ（Ｂ）３４Ｂの各ディテクタ素子の受光量をＢ１，Ｂ２とすると、例えば、以下の式で対物レンズ１２の移動量δが算出される。
δ＝((A1+B1)-(A2+B2))/(A1+A2+B1+B2） （１）
なお、上式において、２分割ディテクタ３４Ａ及び３４Ｂの両者に入射する光量の総和（A1+A2+B1+B2）で除しているのは、光量分布の変化による誤差を低減するためである。
【００２０】従って、上記したように、液晶素子１６の有効径外にホログラム素子を光センサの被検出部として設けることによって対物レンズ１２の位置の測定が可能となる。
［第５の実施例］図１０は、本発明の第５の実施例である液晶素子１６の構成を模式的に示す斜視図である。本実施例においては、光ピックアップは偏光ビーム系である。すなわち、照射光ビームとして偏光ビームが用いられている。また、プッシュプルトラッキングエラー方式によるトラッキングサーボがなされる。
【００２１】図１０及び図１１に示すように、液晶素子１６には、反射型のホログラム素子３３Ａ、３３Ｂ、及びλ／４波長板３８Ａ、３８Ｂが設けられている。また、ホログラム素子３３Ａ、３３Ｂからの反射光を受光するための２分割ディテクタ３４Ａ、３４Ｂが光ディスクからの反射光を検出する信号検出用の４分割受光素子３９と同一平面内に設けられている。第４の実施例の場合と同様に、ホログラム素子３３Ａ、３３Ｂ及びλ／４波長板３８Ａ、３８Ｂは液晶素子１６の有効径外であって照射光ビーム径の内側に配置されている。
【００２２】本実施例においては、ホログラム素子３３Ａ、３３Ｂによって照射光ビームの一部が反射され、反射光ビームは２分割ディテクタ３４Ａ、３４Ｂで受光される。トラッキングサーボ動作に伴って対物レンズ１２がシフトすると、受光素子３９及び２分割ディテクタ３４Ａ、３４Ｂ上の反射光ビームのスポットは移動する。より詳細には、図１２に示すように、対物レンズ１２のシフトがゼロの場合には、２分割ディテクタ３４Ａ、３４Ｂ及び受光素子３９（図１２において、それぞれＡ，Ｂ，Ｃで示す）上のスポットはディテクタ中央に位置する。トラッキングサーボ動作に伴って対物レンズ１２がプラス（＋）方向にシフトすると、スポットはディテクタ中央からシフトし、対物レンズ１２がマイナス（−）方向にシフトすると、スポットはその反対方向にシフトする。
【００２３】上記したスポットのシフト量から対物レンズ１２の移動量を確定することができる。すなわち、２分割ディテクタ３４Ａ、３４Ｂの各ディテクタ素子の受光量Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２及び受光素子３９の受光量Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４を用いて、例えば、以下の式で対物レンズ１２の移動量（δ）、プッシュプルトラッキングエラー（ε）が算出される。
δ＝((A1+B1)-(A2+B2))/(A1+A2+B1+B2） （２）
ε＝((C1+C4)-(C2+C3） （３）
また、オフセット補正後のトラッキングエラー（ε'）は、所定のゲインをＧとすると、 ε'＝ε−Ｇ×δ （４）
で表される。
【００２４】なお、上式において、２分割ディテクタ３４Ａ及び３４Ｂの両者に入射する光量の総和（A1+A2+B1+B2）で除しているのは、光量分布の変化による誤差を低減するためである。通常のプッシュプル信号はトラックの回折の影響による明暗と対物レンズのシフトによるオフセットを分離できないが、上記した構成によれば、対物レンズのシフトを測定する光ビームにトラックの影響がないため、レンズシフト分だけのオフセットを測定することができる。
【００２５】なお、上記した実施例においては、収差補正素子として液晶素子を用いた場合を例に説明したが、他の動作原理により収差補正をなす素子であってもよい。
【００２６】
【発明の効果】上記したことから明らかなように、本発明によれば、トラッキングサーボ時においても収差補正性能が劣化することのない高性能な光ピックアップ装置を実現できる。
【出願人】 【識別番号】０００００５０１６
【氏名又は名称】パイオニア株式会社
【出願日】 平成１２年８月７日（２０００．８．７）
【代理人】 【識別番号】１０００７９１１９
【弁理士】
【氏名又は名称】藤村 元彦
【公開番号】 特開２００２−５６５６５（Ｐ２００２−５６５６５Ａ）
【公開日】 平成１４年２月２２日（２００２．２．２２）
【出願番号】 特願２０００−２３８５９８（Ｐ２０００−２３８５９８）