CN101199010B - 光拾波器装置及双折射补偿板 - Google Patents
光拾波器装置及双折射补偿板 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种光拾波器装置,具备:光源;将从光源射出的光束聚光到记录面上的物镜;在光源和物镜之间的光程上配置的偏振光束分离器;以及配置在物镜和偏振光束分离器之间的光程上并对所入射的光束的相互正交的两个偏振光成分间给予相位差的双折射补偿板,用双折射补偿板产生的相位差根据双折射补偿板的面内位置而不同。由此,可使用更简易的光学元件而更有效地降低双折射的影响,并扩展信息记录媒体对于双折射的变动的范围。
Description
技术领域
本发明涉及将光照射到具有光透射性介质的信息记录媒体的记录面上,并接受来自该记录面的反射光的光拾波器装置、重放装置及用在这些装置中的双折射补偿板。
背景技术
在信息记录媒体技术领域,记录密度的提高日益成为重要的技术课题,过去,从沿着信息通道的线记录媒体的改善以及利用通道间距的狭窄化的面记录密度的改善这两方面来实现记录密度的提高。
就作为信息记录媒体之一的DVD而言,通过使激光波长为650nm、并使物镜的数值孔径NA为0.6,可实现CD尺寸4.7GB的面密度。另外,就现在正进行开发的HD DVD而言,通过采用405nm的激光波长、0.65的物镜数值孔径NA,可实现面密度的提高,实现了CD尺寸15GB的容量。
然而,通常,用于信息记录媒体的透明衬底多采用批量化生产优越的注射模塑成形制作,上述的DVD或HD DVD的情况也相同。由于DVD及HD DVD是圆板形状,所以由于注射模塑成形时熔融树脂的流动是从内周向外周呈同心圆状地扩展,因而,在成形后的透明衬底发生的双折射的主轴为盘的半径方向、与半径方向正交的周向及衬底的厚度方向。若设定与半径方向的主轴对应的折射率为nr、与周向的主轴对应的折射率为nt、与衬底的厚度方向对应的折射率为nz,则就CD及DVD最常使用的聚碳酸酯成形衬底而言,其面内方向的双折射量nt-nr(以下,也称为面内双折射量)及厚度方向的双折射量na-nz(以下,也称为断面双折射量。其中,na=(nt+nr)/2)分别为如下的值。
-4×10-5≤nt-nr≤4×10-5
上述面内方向的折射率nt和nr的大小关系虽因成形的工艺条件而异,但厚度方向的折射率nz和面内方向的折射率na的大小关系通常为na>nz,即nr、nt>nz。另外,这些折射率的值在成形用的树脂中也有变化,但作为信息记录媒体的衬底材料应满足的条件而具备材料成本、成形性、成形衬底的机械性能等等各种性能良好地平衡的材料,现在除聚碳酸酯以外尚不存在其它材料。因此,目前,即使实现了信息记录媒体的高密度化,由于所用衬底的变化难以考虑,因而,在衬底中发生的双折射(双折射量)与过去没有变化。因此,伴随着高密度化导致的记录容量的增大,可许用的双折射量的范围(相对双折射量的变动的范围)变窄,有可能对记录重放带来障碍。
为了解决伴随着如上所述的记录容量的增大(高记录密度化)的双折射量的许用范围缩小的问题,过去,提出了例如具有用于补偿在媒体中发生的双折射的影响的液晶补偿元件的拾波器装置的方案(例如,参照专利文献1-日本特开2000-268398号公报)。
另外,在信息记录媒体中,除了上述的工艺条件以外,由伴随着媒体在高速旋转时的离心力引起的应力也产生双折射。因此,若设定由离心力引起的半径方向应力为σr、周向应力为σt,则旋转时信息记录媒体产生的总双折射量(nt-sum-nr-sum)以由离心力引起的应力产生的双折射量和由上述工艺发生的双折射量之和表示,并以下式表示。
(nt-sum-nr-sum)=C×(σt-σr)+(nt-nr)
上式右边第一项是由离心力产生的双折射量,第二项相当于由衬底成形发生的双折射量。此处,C是称为光弹性常数的系数,对于聚碳酸酯树脂,已知其值为C=7.2×10-11(Pa -1)。
过去,作为补偿信息记录媒体由于旋转产生的在半径位置的双折射量的差异的方案,提出了具有用于补偿因半径位置引起的双折射量的差异的波长板的拾波器装置的方案(例如,参照专利文献2-日本特开2004-245957号公报)。
就现在正进行开发的HD DVD的标准而言,如上所述,通过采用405nm的激光波长,0.65的数值孔径则可实现面密度的提高。因此,针对如上所述的双折射的问题,与作为现在的光盘的主产品的DVD相比成为更大的课题,就HD DVD标准而言,可以预想,衬底的相对双折射量的变动的范围更进一步变窄。
本发明的发明人对HD DVD的双折射的影响进行验证的结果发现,就HDDVD标准而言,虽然通过激光波长的短波长化及数值孔径的提高(0.60→0.65)实现了面密度的提高,但相反,存在于信息记录媒体的信息记录面和光拾波器装置的物镜之间的信息记录媒体的光透射性质,即透明衬底的双折射的影响变大,信号调制度相对透明衬底的面内双折射量的变动的的变动增大。即,已经知道,对HD DVD而言,透明衬底的双折射的影响变大,可许用的面内双折射量的范围(相对面内双折射量的变动的范围)变窄。下面,具体地说明该验证内容。
本发明人等的验证实验,通过考虑偏振光效果的重放信号分析计算了3T凹坑(短标记)及跟踪误差信号(DPP:Divided Push Pull signal)相对DVD和HD DVD的面内双折射量的信号振幅变化(调制度变化)。其结果表示于图8及图9。图8是3T短标记及DPP信号相对DVD的面内双折射量的调制度变化的评价结果,横轴为面内双折射量nt-nr(nt:衬底的周向折射率,nr:衬底的半径方向的折射率),纵轴为各信号的调制度。另外,图9是3T短标记及DPP信号相对HD DVD的面内双折射量的调制度变化的评价结果。另外,有关相对于HD DVD的转数的面内双折射量nt-nr的变化特性也进行了评价,其结果示于图10。
从图8及图9可明确,对于DVD,面内双折射量nt-nr即使以±6×10-5的程度波动,3T短标记的调制度及DPP信号的变动也很微小,相对于此,对于HD DVD,相对于面内双折射量的3T短标记的调制度及DPP信号的变动比DVD的场合更大。根据图8及图9的结果可知,若考虑现有的信号记录媒体的记录重放系统的性能,为了确保HD DVD稳定的动作,必须将HD DVD的面内双折射量的变动抑制到±3×10-5以下。
然而,在通过注射模塑成形大批量生产树脂衬底的阶段,已知面内双折射量以±4×10-5的程度波动,进而,若使信息记录媒体以作为记录重放装置的转数极限的10000rpm程度高速旋转,则如图10所示,面内双折射量增加到5×10-5的程度。因此,若考虑由于注射模塑成形产生的面内双折射量的波动及以高速旋转使用时的面内双折射量的变化量,则就HD DVD而言实质上不可能将面内双折射的变动抑制到±3×10-5以下。
发明内容
因此,本发明就是为解决上述问题而提出的,本发明的目的在于提供一种可使用更简易结构的光学元件来更为有效地降低双折射的影响,并扩大相对于面内双折射量的变动的范围的光拾波器装置、重放装置(或记录重放装置)以及双折射补偿板。
根据本发明的第一方式,可提供一种光拾波器装置,在具有光透射性介质的信息记录媒体的记录面上通过该光透射性介质照射光束,并接受来自该记录面的反射光,其特征在于,具备:光源;将从上述光源射出来的光束聚光到上述记录面上的物镜;在上述光源和上述物镜之间的光程上配置的偏振光束分离器;以及配置在上述物镜和上述偏振光束分离器之间的光程上,并对所入射的光束的相互正交的两个偏振光成分间给予相位差的双折射补偿板,用上述双折射补偿板产生的上述相位差根据上述双折射补偿板的面内位置而不同。
在根据本发明的第一方式的光拾波器装置中,优选上述双折射补偿板的入射光束的面内的上述相位差的分布为相对入射的光束的中心旋转对称。
本发明的发明人为降低上述的信息记录媒体的透明衬底的双折射的影响进行了专心研究。根据本发明人的验证可知,双折射就衬底而言,受到其厚度、半径方向和周向(通道方向)的3个成分的影响,这其中尤其是厚度方向的双折射(断面双折射)对信号的调制度给予很大的影响。即,通过降低透明衬底的断面双折射量na-nz(其中,na=(nt+nr)/2,nz:衬底的厚度方向的折射率),可以减小信号调制度相对面内双折射量nt-nr的变动的变动。但是,由于断面双折射量na-nz的值在大量批生产良好的注射模塑成形工艺中基本上由材料决定,因而,难以通过成形工艺的改进来大幅度地降低断面双折射量。
在这里,对由透明衬底的断面双折射量na-nz对信号调制度的影响进行说明,根据本发明人的验证可知,在来自信息记录媒体的反射光中的与信息记录媒体的表面基本上垂直而反射的光不受透明衬底的断面双折射的影响。然而,在来自信息记录媒体的反射光中的倾斜于信息记录媒体的表面而反射的光较大地受到透明衬底的断面双折射的影响。
通常,在信息记录媒体所使用的透明衬底中,由于透明衬底的厚度方向的折射率nz比面内方向的折射率na小(存在断面双折射),因而,透明衬底内对倾斜于信息记录媒体的表面而反射的光的折射率分布呈椭圆形状。这时,椭圆状的折射率分布的长轴方向对倾斜于信息记录媒体的表面而反射的光来说是滞相轴(短轴方向成为进相轴)。因此,在倾斜于信息记录媒体的表面而反射的光的长轴方向的偏振光成分和短轴方向的偏振光成分之间产生相位差(产生双折射)。
若存在如上所述的倾斜于透明衬底的表面而反射的光的双折射,则3T短标记的调制度和DPP信号的变动变大。尤其是对于HD DVD这样的高密度记录的信息记录媒体来说,由于物镜的数值孔径变大,因而,光束的滤光量变大,倾斜于透明衬底的表面而反射的光的双折射的影响(断面双折射的影响)变大。因此,就本发明的光拾波器装置而言,在光拾波器中设置了对在通过双折射补偿板的光束中的倾斜于透明衬底的表面而反射的光使其产生预定的相位差以补偿该倾斜反射的光的双折射的双折射补偿板。
根据本发明的第二方式,可提供一种光拾波器装置,在具有光透射性介质的信息记录媒体的记录面上通过该光透射性介质照射光束,并接受来自该记录面的反射光,其特征在于,具备:光源;将从上述光源射出来的光束聚光到上述记录面上的物镜;在上述光源和上述物镜之间的光程上配置的偏振光束分离器;以及配置在上述物镜和上述偏振光束分离器之间的光程上,并对所入射的光束的相互正交的两个偏振光成分间给予相位差的双折射补偿板,上述双折射补偿板具有中央区域和设置成包围该中央区域的外缘区域,该中央区域的双折射量和该外缘区域的双折射量不同。
另外,在根据本发明的第二方式的光拾波器装置中,优选上述外缘区域的进相轴朝向环绕上述中央区域的方向。
在根据本发明的第二方式的光拾波器装置中,优选上述外缘区域在环绕上述中央区域的方向等分为4个区域。然而,本发明不限于此,也可以将外缘区域在环绕上述中央区域的方向分成5个以上的区域。若根据后述的断面双折射的补偿原理实施,则由于理想的是双折射补偿板的外缘区域的进相轴为入射光束的周向,因而外缘区域的分割数最好更多。
在根据本发明的第二方式的光拾波器装置中,优选上述中央区域是正方形,上述外缘区域的进相轴朝向沿着上述中央区域的外缘的方向。
在根据本发明的第二方式的光拾波器装置中,优选上述双折射补偿板具有衬底和设置在衬底上的双折射补偿片,该双折射补偿片设置在上述外缘区域。
如上所述,根据本发明人的验证可知,来自信息记录媒体的反射光中的倾斜于透明衬底的表面而反射的光受到透明衬底的断面双折射的影响。与此相应,在根据第二方式的光拾波器装置中,作为配置在物镜和偏振光束分离器之间的光程上的双折射补偿板,使用了具有对通过光几乎不产生双折射(相位差基本上为0)的中央区域和设置成包围该中央区域并对通过光产生双折射(产生相位差)的外缘区域,并使该外缘区域的进相轴大体朝向环绕中央区域的方向的双折射补偿板。此外,这里所谓的“在中央区域几乎不产生双折射”是指,双折射补偿板的中央区域的双折射量为外缘区域的双折射量的约1/5以下的状态。另外,本说明书称作的“双折射量”是指,进相轴方向的折射率和滞相轴方向的折射率之差。例如,在双折射补偿板的外缘区域,进相轴方向的折射率和在垂直于进相轴的方向且面内方向(滞相轴)的折射率之差为外缘区域的双折射量。即,双折射补偿板的双折射量是面内方向的双折射量。
双折射补偿板的中央区域,为对通过的光几乎不产生双折射,最好用面内方向的折射率为各向同性材料形成。作为这样的材料,可以使用例如熔凝石英,光学玻璃等。
另外,本说明书称作的双折射补偿板的“环绕的方向”是指,双折射补偿板的面内方向且包围中央区域的方向。但是,在“环绕的方向”中不仅有沿着中央区域的外缘的方向,还包含如下的情况。例如,在图3所示的双折射补偿板6中,虽然将中央区域(形成了光程差调整板61的区域)做成正方形,外缘区域(形成了双折射补偿片61a-62d的区域)的进相轴63朝向沿着中央区域的外缘的方向(环绕的方向),但在图3所示的双折射补偿板6中以圆形形成中央区域的场合,即,即使存在进相轴63的方向未朝向沿着中央区域的外缘的方向的区域的场合,由于外缘区域的进相轴63在双折射补偿板的面内方向且朝向包围中央区域的方向,因而,这种情况也将进相轴的方向包含在环绕中央区域的方向中。
在根据本发明的第二方式的用于光拾波器装置的双折射补偿板中,由于中央区域的宽度比所通过的光束的直径小,因而构成如下,在与信息记录媒体的表面垂直方向上反射的光通过双折射补偿板的中央区域,倾斜于信息记录媒体的表面而反射的光通过双折射补偿板的外缘区域。因此,在根据本发明的第二方式的用于光拾波器装置的双折射补偿板中,仅倾斜于信息记录媒体的表面而反射的光用双折射补偿板进行了相位修正。因此,可降低透明衬底的断面双折射的影响。
在此,对利用本发明的第二方式的光拾波器装置能够降低透明衬底的断面双折射的影响的原理进行简单说明。
通常,以注射模塑成形工艺制成的圆盘状透明衬底的断面双折射量na-nz>0。即,由于透明衬底的厚度方向的折射率nz比面内方向的平均折射率na小,因而透明衬底的折射率呈例如图5中的分布NS那样沿透明衬底的面内方向延长的椭圆体状分布。因此,例如图5中的光L2那样,与倾斜于透明衬底的半径方向而反射的光来说,其垂直的面内的折射率如图6(b)的上图呈椭圆分布N2。
就与倾斜于向透明衬底的半径方向而反射的光L2垂直的面的透明衬底的折射率分布N2而言,如图6(b)的上图所示,其长轴方向的折射率虽为透明衬底的周向的折射率nt,但垂直于周向的方向(短轴方向)的折射率nr’比透明衬底的周向的折射率nt小。因此,对倾斜于透明衬底的半径方向而反射的光L2来说,透明衬底的滞相轴为周向(图6(b)的分布N2的长轴方向)。因此,在光L2通过透明衬底时,光L2的周向的偏振光成分的相位相对于与其垂直的方向的偏振光成分滞后,在光L2的相互正交的偏振光成分之间产生相位差。
在本发明的第二方式的光拾波器装置中,如上所述,在两个偏振光成分间产生了相位差的光L2通过物镜入射到双折射补偿板的外缘区域。在本发明的第二方式的光拾波器装置中,双折射补偿板的外缘区域的进相轴朝向环绕双折射补偿板的中央区域的方向,倾斜于透明衬底的半径方向而反射的光L2通过外缘区域时的外缘区域的进相轴的方向为与透明衬底的周向相同的方向。即,光L2通过透明衬底时的透明衬底对光L2的的进相轴和光L2通过双折射补偿板的外缘区域时的双折射补偿板对光L2的滞相轴为相同方向。因此,由于通过了透明衬底而在两个偏振光成分之间产生了相位差的光L2在通过双折射补偿板的外缘区域时,则通过了透明衬底时相位滞后了的光L2的偏振光成分的相位,相对其垂直的偏振光成分(通过了透明衬底时相位超前的偏振光成分)超前。其结果,可以用双折射补偿板修正通过了透明衬底时产生的光L2的相互正交的偏振光成分间的相位差。因此,可以补偿倾斜于透明衬底的半径方向而反射的光L2的双折射,可以等效地降低透明衬底的断面双折射量。另外,即使对于如图5中的光L3那样倾斜于透明衬底的周向而反射的光来说,也可以用同样的原理补偿双折射。即,根据本发明的第二方式的光拾波装置,如上所述,对倾斜于透明衬底而入射的光,通过使透明衬底的滞相轴的方向和双折射补偿板的进相轴的方向基本一致,从而可补偿倾斜于透明衬底而入射的光的双折射进而降低透明衬底的断面双折射的影响。
本发明中,双折射补偿板的相位修正量(由双折射补偿板产生的偏振光成分间的光程差)虽可以根据所使用的信息记录媒体的光透射性介质(透明衬底)的断面双折射适当设定,但就现在最常使用的聚碳酸酯制的成形衬底而言,最好为10~40nm的程度,尤其优选15~25nm的程度。通过将相位修正量设定在该范围,对于现在最常使用的聚碳酸酯制的成形衬底,可以充分地降低断面双折射的影响,对于现在的记录重放装置都可以确保其稳定的工作。
另外,本发明中,双折射补偿板的中央区域的尺寸可以根据所入射的光束的直径、物径的数值孔径、信息记录媒体的光透射性介质(透明衬底)的材料等适当设定。此外,就HD DVD标准来说,在作为光透射性介质使用现有的聚碳酸酯成形衬底的场合,通过使中央区域的宽度为入射到双折射补偿板的光束的直径的一半程度,就可以充分地降低断面双折射的影响这点已通过本发明人的验证实验予以确认。
就如上所述的根据本发明的第二方式的光拾波器装置而言,不必像现有的具有液晶补偿元件或波长板等补偿单元的光拾波器装置那样,一边利用补偿单元对驱动中的光盘变更双折射的补偿值,一边进行记录重放,而仅预先设置具有既定的相位修正量的双折射补偿板,就可以降低透明衬底的断面双折射的影响,就可实质上扩大光盘的对于面内双折射量变动的范围。
根据本发明的第三方式,可提供一种光拾波器装置,在具有光透射性介质的信息记录媒体的记录面上通过该光透射性介质照射光束,并接受来自该记录面的反射光,其特征在于,具备:光源;将从上述光源射出来的光束聚光到上述记录面上的物镜;以及对所入射的光束的相互正交的两个偏振光成分间给予相位差的双折射补偿板,上述双折射补偿板配置在上述物镜的上述信息记录媒体一侧。
根据本发明的第四方式,可提供一种光拾波器装置,在具有光透射性介质的信息记录媒体的记录面上通过该光透射性介质照射光束,并接受来自该记录面的反射光,其特征在于,具备:光源;将从上述光源射出来的光束聚光到上述记录面上的物镜;以及配置在上述物镜的上述信息记录媒体一侧上,并对所入射的光束的相互正交的两个偏振光成分间给予相位差的双折射补偿板,上述双折射补偿板的滞相轴朝向双折射补偿板的厚度方向。
下面,使用图21及图22对根据第四方式的光拾波器装置的双折射的补偿原理进行简单说明。
如在上述的本发明的第二方式的光拾波器装置的双折射原理中说明的那样,通常,由于用注射模塑成形工艺制作的圆盘状透明衬底的断面双折射量为na-nz>0,因而,透明衬底的折射率的分布如图21(a)所示,为沿面内方向延长的椭圆体状的分布NS。
因此,与倾斜于透明衬底的半径方向而反射的光L2垂直的面的透明衬底的折射率如图22(b)的上图所示,呈椭圆状的分布N2,其长轴方向的折射率虽为透明衬底的周向的折射率nt,但垂直于周向的方向(第三方向)的折射率nr’小于透明衬底的周向的折射率nr。因此,对倾斜于透明衬底的半径方向而反射的光L2来说,透明衬底的滞相轴为周向(图22(b)的分布NS2的长轴方向)。因此,在光L2通过透明衬底时,光L2的周向的偏振光成分的相位相对于与其垂直的方向的偏振光成分滞后,在光L2的相互正交的偏振光成分间产生相位差。
在本发明的第四方式的光拾波器装置中,如上所述,在两个偏振光成分间产生了相位差的光L2入射到设于物镜和信息记录媒体之间的双折射补偿板上。这时,光L2如图21(a)所示,从双折射补偿板的第一方向(透明衬底的半径方向)倾斜入射。在本发明的第四方式的光拾波器装置中,由于双折射补偿板的厚度方向为滞相轴,即,双折射补偿板的厚度方向的折射率n3大于面内方向的平均折射率n0(n1、n2),因而,双折射补偿板的折射率如图21(b)所示,为沿厚度方向延长的椭圆体状的分布NP。
因此,与从双折射补偿板的第一方向(透明衬底的半径方向)倾斜入射的光L2垂直的面的双折射补偿板的折射率呈如图22(b)的下图所示的椭圆状的分布NP2,第二方向(与透明衬底的周向对应)的折射率n2比与其垂直的方向(图22(b)中的第1’方向)的折射率n1’小。因此,在从透明衬底在其半径方向反射的光L2入射到双折射补偿板时,对于该光L2来说,双折射补偿板的进相轴为第二方向。这种情况,光L2通过透明衬底时的对于光L2的透明衬底的滞相轴和光L2通过双折射补偿板时的对于光L2的双折射补偿板的进相轴为相同方向。
因此,在两个偏振光成分间产生了相位差的光L2通过双折射补偿板时,则通过了透明衬底时相位滞后的光L2的第二方向的偏振光成分的相位,相对其垂直的偏振光成分(通过了透明衬底时相位超前的偏振光成分)超前。其结果,可以用双折射补偿板修正通过了透明衬底时产生的光L2的相互正交的偏振光成分间的相位差。因此,可以补偿倾斜于透明衬底的半径方向而反射的光L2的双折射,可以等效地降低透明衬底的断面双折射量。另外,在本发明的双折射补偿板中,如图21(a)中的光L3那样,即使对于倾斜于透明衬底的周向而反射的光来说,也能以相同的原理补偿其双折射。即,在根据本发明的第四方式的光拾波器装置中,如上所述,对于倾斜于透明衬底入射的光来说,通过使透明衬底的滞相轴的方向与双折射补偿板的进相轴的方向一致,便可以补偿倾斜于透明衬底入射的光的双折射并降低透明衬底的断面双折射的影响。
因此,在按照本发明的第四方式的光拾波器装置中,也不必像现有的具有液晶补偿元件及波长板等补偿单元的光拾波器那样,利用补偿单元机构对驱动中的光盘一边变更双折射的修正值一边进行记录重放,而仅预先使滞相轴朝向双折射补偿板的厚度方向,就可以降低透明衬底的断面双折射的影响,可以实质上扩大对光盘的面内双折射量的范围。
在根据本发明的第四方式的光拾波器装置中,优选上述双折射补偿板具有衬底和设置在衬底上的双折射板,设定该双折射板的厚度方向的折射率和面内方向的折射率之差为Δn,该双折射板的厚度为t时,满足180nm≤Δn×t≤300nm。通过将参数Δn×t值的范围设定在上述范围,对于现在最常使用的聚碳酸酯制的成形衬底来说,可以充分地降低断面双折射的影响,即便是现有的记录再装置也可确保稳定工作。
在本发明的光拾波器装置中,优选从上述光源射出的光束的波长为430nm以下。作为本发明的光源,最好是射出具有蓝色光波长以下的短波长的光的光源。此外,现在,在市场上所提供的蓝色激光器中,最长的波长为430nm。
在本发明的光拾波器装置中,优选上述物镜的数值孔径为0.6以上。本发明的光拾波器装置作为HD DVD之类的高记录密度的媒体的装置是适合的,在这类装置中,通常随着记录密度的增大,物镜的数值孔径NA也变大。在现有的DVD标准中NA=0.6,但在HD DVD标准中,NA=0.65。今后,若进一步实现高记录密度,可以预测到物镜的数值孔径NA也将进一步变大。
在本发明的光拾波器装置中,优选上述光透射介质的面内方向的折射率na和厚度方向的折射率nz之差na-nz为2×10-4以上的数值。尤其是,上述光透射性介质最好是聚碳酸酯制的成形衬底。
根据本发明的第五方式,可提供一种重放装置,在具有光透射性介质的圆盘状信息记录媒体的记录面上通过该光透射性介质照射光束,并接受来自该记录面的反射光而对信息进行重放,其特征在于,具备:上述第1~14方式中任一项所述的光拾波器装置,以及用于驱动上述圆盘状信息记录媒体旋转的旋转装置。
此外,本说明书所谓的“重放装置”是指,不限于只进行重放动作的装置,还指进行重放及记录动作的装置。
在本发明的重放装置中,优选上述旋转装置的最高转数为6000rpm以上。使用本发明的重放装置,在圆盘状信息记录媒体的最高转数为6000rpm以上的场合,能以高转输速率重放。另外,根据本发明人的验证,可以忽视媒体旋转时的离心力引起的面内双折射量变化的影响的转数的下限是转数6000rpm,在该转数以下,由离心力引起的面内双折射量的变化相对于由成形工艺产生的面内双折射量则为可以忽略的程度。
根据本发明的第六方式,可提供一种双折射补偿板,对所入射的光束的相互正交的两个偏振光成分间给予相位差,其特征是,具备中央区域和设置成包围上述中央区域的外缘区域,上述中央区域的双折射量和上述外缘区域的双折射量不同。
在根据本发明的第六方式的双折射补偿板中,最好是上述外缘区域的进相轴朝向环绕上述中央区域的方向。
在根据本发明的第六方式的双折射补偿板中,最好是上述中央区域的宽度是所入射的光束的直径的一半。另外,在根据本发明的第六方式的双折射补偿板中,最好是上述外缘区域在环绕上述中央区域的方向等分为4个区域。再有,在根据本发明的第六方式的双折射补偿板中,优选上述中央区域是正方形,上述外缘区域的进相轴朝向沿着上述中央区域的外缘的方向。
在根据本发明的第六方式的双折射补偿板中,最好是上述双折射补偿板具有衬底和设置在衬底上的双折射补偿片,该双折射补偿片设置在上述外缘区域。另外,在根据本发明的第六方式的双折射补偿板中,上述双折射补偿片最好是水晶。
根据本发明的第七方式,可提供一种双折射补偿板,对所入射的光束的相互正交的两个偏振光成分间给予相位差,其特征是,上述双折射补偿板的滞相轴朝向双折射补偿板的厚度方向。
在根据本发明的第七方式的双折射补偿板中,最好是上述双折射补偿板具有衬底和设置在衬底上的双折射板,设定该双折射板的厚度方向的折射率和面内方向的折射率之差为Δn,该双折射板的厚度为t时,满足180nm≤Δn×t≤300nm。另外,在根据本发明的第七方式的双折射补偿板中,上述双折射补偿板最好是水晶。
如上所述,在本发明的光拾波器装置、重放装置及双折射补偿板种,仅通过预先适当调整双折射补偿板的外缘区域的折射率,或者仅使双折射补偿板的滞相轴朝向厚度方向,就可以补偿倾斜于透明衬底入射的光及倾斜反射的光的双折射而降低透明衬底的断面双折射的影响,可以扩大光盘的对于面内双折射量的变动的范围。
另外,本发明的光拾波器装置、重放装置及双折射补偿板,由于仅预先适当调整双折射补偿板的外缘区域的折射率,或者仅使双折射补偿板的滞相轴朝向厚度方向,就可以补偿倾斜于透明衬底入射的光及倾斜反射的光的双折射而降低透明衬底的断面双折射的影响,由于不必像现有的光拾波器装置那样用液晶补偿元件或波长板等补偿单元在消除双折射的方向一边变更相位差的修正值,一边进行记录重放,因而,可以做成更简易的结构。
另外,在本发明的重放装置中,在将圆盘状信息记录媒体的最高转数为6000rpm以上的场合,可进行高转输速率的记录重放。
附图说明
图1是表示实施例1中使用的光拾波器装置的简要结构的侧视图,是表示图2中的B-B断面的图。
图2是表示实施例1中使用的光拾波器装置的简要结构的俯视图,是表示图1中的A-A断面的图。
图3是实施例1中使用的双折射补偿板的立体图。
图4是实施例1中使用的双折射补偿板的俯视图。
图5是用于说明以实施例1中使用的双折射补偿板补偿双折射的原理的图。
图6(a)-图6(c)是用于说明以实施例1中使用的双折射补偿板补偿双折射的原理的图。
图7是实施例1中使用的光检测器的电路图。
图8是现有的DVD检测光学系统的由双折射引起的信号振幅特性。
图9是现有的HD DVD检测光学系统的由双折射引起的信号振幅特性。
图10是表示HD DVD的离心力对面内双折射量的影响的图。
图11是表示对于断面双折射量为6×10-4的HD DVD,应用了实施例1的光拾波器装置的场合的3T标记的调制度相对面内双折射量的变化图。
图12是表示对于断面双折射量为6×10-4的HD DVD,应用了实施例1的光拾波器装置的场合的DPP信号的调制度相对面内双折射量的变化图。
图13是表示对于断面双折射量为4×10-4的HD DVD,应用了实施例1的光拾波器装置的场合的3T标记的调制度相对面内双折射量的变化图。
图14是表示对于断面双折射量为4×10-4的HD DVD,应用了实施例1的光拾波器装置的场合的DPP信号的调制度相对面内双折射量的变化图。
图15是表示对于断面双折射量为2×10-4的HD DVD,应用了实施例1的光拾波器装置的场合的3T标记的调制度相对面内双折射量的变化图。
图16是表示对于断面双折射量为2×10-4的HD DVD,应用了实施例1的光拾波器装置的场合的DPP信号的调制度相对面内双折射量的变化图。
图17是表示实施例2中使用的光拾波器装置的简要结构的侧视图,是表示图18中的B’-B’断面的图。
图18是表示实施例2中使用的光拾波器装置的简要结构的俯视图,是表示图17中的A’-A’断面的图。
图19是实施例2中使用的双折射补偿板的立体图。
图20是实施例2中使用的双折射补偿板的剖视图。
图21(a)及图21(b)是用于说明以实施例2中使用的双折射补偿板补偿双折射的原理的图。
图22(a)~图22(c)是用于说明以实施例2中使用的双折射补偿板补偿双折射的原理的图。
图23是表示对于断面双折射量为6×10-4的HD DVD,应用了实施例2的光拾波器装置的场合的相对面内双折射量的3T标记的调制度的变化图。
图24是表示对于断面双折射量为6×10-4的HD DVD,应用了实施例2的光拾波器装置的场合的相对面内双折射量的DPP信号的调制度的变化图。
图25是表示对于断面双折射量为4×10-4的HD DVD,应用了实施例2的光拾波器装置的场合的3T标记的调制度相对面内双折射量的变化图。
图26是表示对于断面双折射量为4×10-4的HD DVD,应用了实施例2的光拾波器装置的场合的DPP信号的调制度相对面内双折射量的变化图。
图27是表示对于断面双折射量为2×10-4的HD DVD,应用了实施例2的光拾波器装置的场合的3T标记的调制度相对面内双折射量的变化图。
图28是表示对于断面双折射量为2×10-4的HD DVD,应用了实施例2的光拾波器装置的场合的DPP信号的调制度相对面内双折射量的变化图。
图中:
1-光源,2-准直透镜,3-复合棱镜,4-λ/4板,5-立起透镜,
6,6’-双折射补偿板,7-透镜架,8-物镜,9-圆柱形透镜,
10-聚光透镜,11-光检测器,20-圆盘状信息记录媒体,21-记录面,
61-光程差调整板,62a、62b、62c、62d-双折射补偿片,
62’-双折射板,63-进相轴,100,200-光拾波器装置。
具体实施方式
下面,虽然针对本发明的光拾波器装置、重放装置及双折射补偿板,具体列举实施例进行说明,但本发明不受这些实施例的限定。
实施例1
首先,说明光拾波器装置。
图1和图2表示了实施例1的光拾波器装置的简要结构。并且,图1是表示图2中的B-B断面的图,图2是表示图1中的A-A断面的图。
实施例1的光拾波器装置100如图1和图2所示,主要由以下部件构成:射出波长405nm光束的半导体激光器1(光源);准直透镜2;复合棱镜3(偏振光束分光器);λ/4板4;立起透镜5;双折射补偿板6;物镜8;保持物镜的透镜架7;圆柱形透镜9;聚光透镜10和光检测器11。在这个例子中,双折射补偿板6如图1所示,配置在复合棱镜3和物镜8之间的光程上并用透镜架7支撑。此外,双折射补偿板6以外的构成元件及装置使用与现有的光拾波器装置中使用的相同的元件和装置。因此,这里省略了双折射补偿板6以外的构成元件及装置的说明。
图3及图4表示了这个例子的双折射补偿板6的简要结构。双折射补偿板6如图3所示,由正方形的板状部件的衬底60和在衬底60的一个表面上设置的光程差调整板61及4个双折射补偿片62a-62d构成。衬底60以熔凝石英制成,其厚度为1mm。并且,光程差调整板61及4个双折射补偿片62a-62d用水晶制成。另外,如图3所示,光程差调整板61的表面形状为正方形,各双折射补偿片的表面形状完全相同并为梯形。并且,各双折射补偿片的进相轴63形成为朝向各双折射补偿片的长度方向。此外,作为双折射补偿片,除使用水晶外,还可以使用铌酸锂晶体、高分子膜(例如,由压延制成的聚酰亚胺膜)等。
在这个例子中,通过粘贴形状相同且进相轴的方向相互正交的2片水晶片而形成光程差调整板61及各双折射补偿片62a-62d。具体地,按如下方法制作光程差调整板61及各双折射补偿片62a-62d。首先,将具有单轴各向异性的人工合成石英晶体沿着各向异性轴切成厚度为0.31mm,纵横方向分别为10mm、40mm的石英板。接着,将切取得到的石英板研磨到其厚度为0.30mm。随后,将研磨得到的石英片4等分成一张约10mm×10mm,制作成4张水晶板。
接着,将切取得到的4张中的2张水晶板以各向异性轴互相正交的方式粘贴。随后,为了使已粘贴的水晶片的相位修正量为0nm(双折射量基本为0),一边用已知的双折射测定装置测量,一边对已粘贴的水晶板的单面进行研磨。接着,从研磨好的粘贴水晶板切取一张1.6mm的正方形的板状部件。由此,得到了本例子的光程差调整板61。
另外,使用切取得到的4张中的其余2张水晶板按如下的方法制作各双折射补偿片62a-62d。首先,将2张水晶板以各向异性轴相互正交的方式粘贴。接着,为了使已粘贴的水晶片的相位修正量为20nm(双折射量为0.00956:与后述的图6(b)及图6(c)的下图中的n1’-n2及n2’-n1相对应),一边用已知的双折射测定装置测量,一边将已粘贴的水晶板的单面进行研磨。更具体地,将已粘贴的2张水晶板片的厚度差研磨到约2μm左右。随后,从研磨好的粘贴水晶板中至少切出4张以上的上底1.6mm、下底4.8mm、高度1.6mm且进相轴与梯形的上底及下底平行这样的板状构件。由此,得到了本例子的双折射补偿片62a-62d。
接着,将如上所述制得的4片双折射补偿片62a-62d如图3所示以使双折射补偿片的长度方向的端部彼此接触的方式设置在衬底60上。然后,将光程差调整板61嵌入到由4片双折射补偿片62a-62d围成的正方形区域。另外,在本例子中,使用光学用UV粘接剂将光程差调整板61及双折射补偿片62a-62d安装在衬底60上。其结果,如图3所示,在双折射补偿板6的中央形成由光程差调整板61而使双折射量基本为0的中央区域,在其周围形成由双折射补偿片62a-62d构成的外缘区域。这样一来,制成了在中央区域和外缘区域双折射量不同的双折射补偿板6。再有,在本例子中,与上述制作方法同样地还制作了外缘区域的相位修正量为40nm(双折射量为0.01912)的双折射补偿板6。
此外,由于构成外缘区域的各双折射补偿片的进相轴63朝向各双折射补偿片的长度方向,因而,在本例子的双折射补偿板6中,如图3所示,使外缘区域的进相轴63朝向沿着中央区域(光程差调整板61)的外缘的方向,即环绕中央区域的方向。此外,通过双折射补偿板6的外缘区域的光束虽然由于双折射在光束的相互正交的两个偏振光成分间产生一定的相位差,但由于在中央区域设有相位修正量为0的光程差调整板61,因而,在中央区域产生的相位差基本为0。即,在本例子的双折射补偿板6中,通过双折射补偿板6的光束32所产生的两个偏振光成分间的相位差的面内分布,相对于光束32的中央为旋转对称。
另外,在本例子中,如图4所示,做成双折射补偿板6的中央区域的宽度a为入射到双折射补偿板6的光束32的直径(2a)的一半。更具体地,在本例子中,由于入射到双折射补偿板6的光束32的直径为3.2mm左右,因而,以使双折射补偿板6的中央区域的宽度a为1.6mm的方式形成了光程差调整板61及4片双折射补偿片62a-62d。
另外,该例的光程差调整板61是为了使通过外缘区域和中央区域的光之间没有光程差而设置的,中央区域和外缘区域的表面高度做成相同。再有,在本例子的双折射补偿板6中,为了避免水分的影响,也可以在形成有双折射补偿片62a-62d一侧的面上设置玻璃衬底。
其次,说明光拾波器装置的动作。
下面,说明本例子的光拾波器装置100的动作。从半导体激光器1射出的激光30(直线偏振光的光束)由准直透镜2转换成平行光31后入射到复合棱镜3中。平行光31通过用复合棱镜3折射而大体上转换成圆形光束。然后,透射偏振光功能膜3a后,再透射γ/4板4,转换成圆偏振光的光束32。其后,光束32由立起透镜5变更光程,透射双折射补偿板6。
然后,透射双折射补偿板6后的光束32利用物镜8聚光到圆盘状信息记录媒体20的记录面21上。此外,物镜8与现有的光拾波器装置同样,由透镜架7支撑,并以电磁力(未图示)驱动透镜架7,控制透镜位置使得激光光点聚焦在圆盘状信息记录媒体20的记录面21的预定位置。这时,由于双折射补偿板6支撑在透镜架7上,因而,双折射补偿板6也与物镜8一起移动。
在圆盘状信息记录媒体20的记录面21反射的光束由物镜8再次转换为大致平行光,并经双折射补偿板6、立起透镜5,γ/4板4入射到复合棱镜3。接着,入射到复合棱镜3的光束由复合棱镜3的偏振光功能膜3a反射并经圆柱透镜9、聚光透镜10到达光检测器11。光检测器11做成如图7所示的结构,并与已知的光检测器的结构相同。即,光检测器11被分成4部分,做成可利用像散方式检测聚焦误差信号,利用推挽方式检测跟踪误差信号的结构,进而做成以已知的结构,即以和信号得到使推挽信号标准化的DPP信号(DividedPush pull signal)的结构。
接着,说明双折射的补偿原理。
下面,参照图5及图6,说明本实施例的利用双折射补偿板6的双折射的补偿原理。再有,下述说明虽然说明对来自透明衬底的反射光进行双折射补偿的原理,但用同样的原理也可以对向透明衬底的入射光进行双折射的补偿。
图5是表示来往于双折射补偿板6和圆盘状信息记录媒体20之间的光束与圆盘状信息记录媒体20的透明衬底的折射率的关系的图,图5中的上图所示的椭圆体NS表示圆盘状信息记录媒体20的透明衬底(聚碳酸酯衬底)内的折射率的分布。通常,在用注射模塑成形工艺制作的聚碳酸酯制透明衬底中,半径方向的折射率nr和周向的折射率nt为基本相同的数值(nr nt),由于透明衬底的厚度方向的折射率nz比面内方向的平均折射率na(=(nr+nt)/2)小,因而,透明衬底的折射率如图5的上图所示,为沿透明衬底的面内方向延长的椭圆体状分布NS。
另外,在图5中的下图的双折射补偿板6上记载的第一方向是与透明衬底及物镜8的半径方向对应的方向,第二方向是与透明衬底及物镜8的周向(道方向)对应的方向。
最先,对与透明衬底的表面大体垂直地反射的光L1进行说明。首先,由于光L1在与透明衬底的表面大体垂直的方向上反射,因而,与光L1的反射方向垂直的面的透明衬底内的折射率N1则如图6(a)所示。这时,就透明衬底对光L1的折射率N1而言,如图6(a)所示,由于半径方向的折射率nr和周向的折射率nt为基本相同的数值(nr nt),因而,在光L1通过了透明衬底时,在光L1的半径方向的偏振光成分和周向的偏振光成分之间几乎不产生相位差。此外,这里所谓“几乎不产生相位差”是指,与相对于后述的光L2产生的相位差相比,其相位差小,因透明衬底的成形条件,半径方向的折射率nr和周向的折射率nt的差会产生少许,由此,也指包含这种产生少许的相位差的情况。
其次,与透明衬底的表面大体垂直地反射的光L1如图5所示,通过物镜8的中央而入射到双折射补偿板6的中央区域。由于在中央区域所设的光程差调整板61中几乎不产生双折射(双折射量0),因而,在光L1通过了双折射补偿板6时,在光L1的第一方向(与透明衬底的周向对应)的偏振光成分和第二方向(与透明衬底的半径方向对应)的偏振光成分之间不产生相位差。即,对与透明衬底的表面大体垂直地反射的光L1来说,不产生双折射。
其次,对从透明衬底并倾斜于其半径方向而反射的光L2进行说明。如上所述,由于用成形工艺制作的圆盘状信息记录媒体的透明衬底的断面双折射量na-nz>0(透明衬底的厚度方向的折射率nz比面内方向的平均折射率na小),因而,透明衬底的折射率NS如图5的上图所示,呈在面内方向延长的椭圆体状分布。因此,与光L2的反射方向垂直的面的透明衬底内的折射率N2如图6(b)的上图所示,作为椭圆状的长轴方向(周向)的折射率虽为透明衬底的周向的折射率nt,但垂直于周向的方向(图6(b)上图中的第三方向)的折射率nr’比透明衬底的半径方向的折射率nr小。因此,对倾斜于透明衬底的半径方向而反射的光L2来说,透明衬底的滞相轴为周向。因此,光L2在通过透明衬底时,光L2的周向的偏振光成分的相位滞后于与其垂直的方向(第三方向)的偏振光成分,光L2在相互正交的两个偏振光成分之间产生相位差。
随后,在两个偏振光成分之间产生相位差的光L2如图5所示,通过物镜8入射到双折射补偿板6的外缘区域的双折射补偿片62a。这时,光L2与双折射补偿板6的表面大体垂直地入射。在这个例子的双折射补偿板6中,由于外缘区域对入射光的进相轴63朝向环绕双折射补偿板6的中央区域的方向,所以对于入射到外缘区域的双折射补偿片62a的光L2的进相轴63的方向与光L2通过透明衬底时的透明衬底的滞相轴的方向(周向)为相同方向。因此,若在透明衬底上在两个偏振光成分之间产生了相位差的光L2通过双折射补偿板6的外缘区域的双折射补偿片62a时,在通过了透明衬底时相位滞后的光L2的偏振光成分的相位则超前于其垂直的偏振光成分(通过了透明衬底时相位超前的偏振光成分)。其结果,通过了透明衬底时产生的光L2的相互正交的偏振光成分之间的相位差可以由双折射补偿板6进行修正。因此,可以补偿倾斜于透明衬底的半径方向而反射的光L2的双折射,可以等效地降低透明衬底的断面双折射量。
下面,对从透明衬底并倾斜于其周向而反射的光L3进行说明。如上所述,用成形工艺制作的圆盘状信息记录媒体的透明衬底的折射率如图5的上图所示,为面内方向延长的椭圆体状的分布NS。因此,与光L3的反射方向垂直的面的透明衬底内的折射率如图6(c)的上图所示,为椭圆状且长轴方向(半径方向)的折射率为透明衬底的半径方向的折射率nr,但垂直于半径方向的方向(图6(c)上图中的第四方向)的折射率nt’则比透明衬底的周向的折射率nt小。因此,对倾斜于透明衬底的周向而反射的光L3来说,透明衬底的滞相轴为半径方向。因此,光L3在通过透明衬底时,光L3的半径方向的偏振光成分的相位滞后于与其垂直的方向(第四方向)的偏振光成分,光L3在相互正交的两个偏振光成分之间产生相位差。
随后,在两个偏振光成分之间产生相位差的光L3如图5所示,通过物镜8入射到双折射补偿板6的外缘区域的双折射补偿片62d。这时,光L3与双折射补偿板6的表面大体垂直地入射。这时,外缘区域对入射到外缘区域的双折射补偿片62d的光L3的进相轴63的方向与光L3通过透明衬底时的透明衬底的滞相轴的方向(半径方向)为相同方向。因此,在透明衬底中在两个偏振光成分之间产生了相位差的光L3通过双折射补偿板6的外缘区域的双折射补偿片62d时,通过了透明衬底时相位滞后的光L3的偏振光成分的相位超前于其垂直的偏振光成分(通过了透明衬底时相位超前的偏振光成分)。其结果,通过了透明衬底时产生的光L3的相互正交的偏振光成分之间的相位差可以用双折射补偿板6进行修正。因此,可以补偿倾斜于透明衬底的半径方向而反射的光L3的双折射,可以等效地降低透明衬底的断面双折射量。
本实施例中,如上所述,对于倾斜于透明衬底的表面而反射的光,通过使透明衬底的滞相轴的方向和双折射补偿板的进相轴方向大体一致,从而补偿了倾斜于透明衬底的表面而反射的光的双折射,进而降低了透明衬底的断面双折射的影响。
最后,说明评价实验。
在这个例子的评价实验中,首先,通过偏振光分析计算了将具有各种断面双折射量的HD DVD安装在本实施例的光拾波器装置中的场合的相对面内双折射量的3T短标记调制度的变化及DPP信号的调制度变化。
对具有6×10-4断面双折射量的HD DVD的评价结果示于图11及图12。另外,对具有4×10-4断面双折射量的HD DVD的评价结果示于图13及图14。再有,对具有2×10-4断面双折射的HD DVD的评价结果示于图15及图16。此外,图11-图16中的实线所示的特性是未使用双折射补偿板的场合的结果,用点划线所示的特性是双折射补偿板中的相位修正量为20nm的场合(将双折射补偿板的外缘区域的双折射量定为0.00956时)的结果,而用虚线所示的特性是双折射补偿板中的相位修正量为40nm的场合(将双折射补偿板的外缘区域的双折射量定为0.01912时)的结果。另外,图11、图13及图15是表示相对面内双折射量的3T短标记调制度的变化的图,而图12、图14及图16是表示相对面内双折射量的DPP信号的调制度的变化的图。此外,在图11-图16中的作为横轴的面内双折射量中未包含由离心力引起的面内双折射量的变化量。
如图11-图16的结果所表明的可知,通过将本实施例的双折射补偿板设置在物镜和复合棱镜(λ/4板)之间的光程上,从而可以降低面内双折射量发生了变化时的3T短标记调制度的变化及DPP信号的调制度变化。即,知道了如下情况,通过使用本实施例的双折射补偿板来补偿倾斜于透明衬底的表面而反射(或入射)的光的双折射,从而可以降低透明衬底的断面双折射的影响,可以在实质上扩展可许用的面内双折射量的变动范围。
另外,如图11-图16的结果可明确:通过使双折射补偿板的相位修正量为20nm的程度,即便对于断面双折射量为2×10-4~6×10-4的任一HD DVD,双折射补偿板的相位修正量都无变化,都可以充分降低3T短标记调制度的变化和DPP信号的调制度变化。因此,就本实施例的构成的光拾波器装置而言,可以将其构成做成更简易的结构,并通过采用本实施例的构成的光拾波器装置,可以构建范围广泛的可适用于各种信息记录媒体(各种具有面内双折射量的信息记录媒体)的光信息记录重放系统。
另外,在这个例子中,实际上分别制作了断面双折射量约为2×10-4、4×10-4、6×10-4的HD DVD,并且对于各断面双折射量的HD DVD还制作了使从内周到外周的面内双折射量在-4.0×10-5~4.0×10-5范围变化的HD DVD。即,制作了断面双折射量和面内双折射量的组合不同的各种HD DVD。此外,透明衬底的断面双折射量通过调整注射模塑成形时的金属模具的温度和改变其后对衬底酚醛树脂温度来进行调整。
将如上制作的各种HD DVD安装在这个例子的光拾波器装置中并测定了相对面内双折射量的3T短标记调制度的变化及DPP信号的调制度变化。此外,这个实验与上述偏振光分析同样,对未使用双折射补偿板的情况,双折射补偿板的相位修正量为20nm的情况以及双折射补偿板的相位修正量为40nm的情况分别进行。另外,在这个实验中,在设定HD DVD的转数为600rpm~1800rpm,对由离心力引起的面内双折射量的变动几乎可以忽略的条件下进行了实验。该测定结果也示于图11-图16中。图11-图16中的空心圆标记是未使用双折射补偿板时的结果,空心三角标记是在双折射补偿板中的相位修正量为20nm时的结果,而空心四方标记是双折射补偿板中的相位修正量为40nm时的结果。
如图11-图16的结果可明确,实际制作的HD DVD的测定点几乎落到了由偏振光分析得到的特性上(图11-图16的实线、点划线及虚线上)。即,根据偏振光分析(模拟分析)及实际制作的HD DVD的测定结果的二者的评价结果可以确认:通过使用本实施例的双折射补偿板,可以降低透明衬底的断面双折射的影响,实质上可以扩展可许用的面内双折射量的变化范围。
另外,如本实施例的上述评价结果可明确,即使面内双折射量以±6×10-5的程度变化,由于3T短标记调制度的变化及DPP信号的调制度变化均较小,因而,即便使圆盘状信息记录媒体以转数为6000rpm以上旋转面内双折射量因离心力以2×10-5程度发生变动也可以无问题地使用。实际上,即便使HDDVD以6000rpm以上的转数旋转,也可以无问题地进行信息的记录重放。
在上述实施例1中,虽将双折射补偿板6的中央区域(光程差调整板61)做成正方形,但本发明不限定于此,也可以将中央区域的形状做成例如圆形,多边形等。另外,上述实施例1中,虽然说明的是将双折射补偿板6的外缘区域以4个双折射补偿片62a-62d形成的例子,即将外缘区域沿环绕中央区域的方向分成4部分的例子,但本发明不限定于此,也可以分割成5部分以上。
另外,在上述实施例1中,虽然说明了在衬底上设有双折射补偿片的双折射补偿板的例子,但本发明不限于此,也可以使用具有如下构造的双折射补偿板,即:在衬底本身上设有中央区域和外缘区域,而使外缘区域的进相轴朝向环绕中央区域的方向。这样的双折射补偿板例如,可以用如下方法制作。首先,在透明衬底的成形工艺中,使熔融树脂在周向注射模塑成形以成形进相轴朝向了周向的透明衬底,然后,通过将透明衬底的中央部分挖空,并在已挖空的部分嵌入双折射较小的透明构件(例如,玻璃构件,丙烯构件等),便可以得到如上所述结构的双折射补偿板。
实施例2
首先,说明光拾波器装置。
图17和图18表示了实施例2的光拾波器装置的简要结构。并且,图17是表示图18中的B’-B’断面的图,图18是表示图17中的A’-A’断面的图。
实施例2的光拾波器装置200如图17和图18所示,主要由以下部件构成:射出波长405nm光束的半导体激光器1(光源);准直透镜2;复合棱镜3(偏振光束分光器);λ/4板4;立起反射镜5;双折射补偿板6’;物镜8;保持物镜的透镜架7;圆柱形透镜9;聚光透镜10和光检测器11。在这个例子中,双折射补偿板6’如图17所示,配置在物镜8和圆盘状信息记录媒体20之间的光程上并用透镜架7支撑。此外,双折射补偿板6’以外的构成元件及装置使用与现有的光拾波器装置中使用的相同的元件和装置。因此,这里省略了双折射补偿板6’以外的构成元件及装置的说明。
图19及图20表示了这个例子的双折射补偿板6’的简要结构。双折射补偿板6’如图19所示,由正方形的板状部件的衬底60’和在衬底60’的一个表面上设置的双折射板62’构成。衬底60’使用了厚度为0.3mm的双折射小的光学玻璃。双折射板62’使用水晶,如图20所示,借助于粘接剂64(光学用UV粘接剂)粘贴在衬底60’上。
如图19所示,这个例子的双折射板62’使用了水晶板,该水晶片的面内第一方向(如后述那样,该方向与圆盘状信息记录媒体20的半径方向对应)的折射率n1和面内第二方向(如后述那样,该方向与圆盘状信息记录媒体20的周向对应)的折射率n2基本相同,而厚度方向(图19中的第三方向)的折射率n3比面内方向的平均折射率n0(=(n1+n2)/2)大。即,使用了滞相轴朝向厚度方向(单轴各向异性)的水晶板。这种水晶板可以通过切成使人工合成的石英晶体的各向异性轴与水晶板的表面垂直,然后进行研磨制成。作为双折射板62’除水晶以外,还可以使用铌酸锂晶体,氟化镁晶体等。
这个例子的双折射补偿板6’按如下方法制作。首先,用上述方法制作并准备滞相轴朝向厚度方向(单轴各向异性)的双折射板62’。此外,在这个例子中,使用了在波长为405nm时厚度方向的折射率n3为1.5667,面内方向的折射率n0(n1、n2)为1.55714的水晶板作为双折射板62’。因此,双折射板62’的厚度方向的折射率n3和面内的平均折射率n0之差,即双折射补偿片62’的断面双折射的大小Δn(断面双折射量)为0.00956。接着,在用粘接剂将双折射板62’粘贴到光学玻璃60’上之后,研磨双折射板62’,使双折射板62’的厚度t约为25μm。因此,这个例子的双折射板62’的相位修正参数Δn×t值为240nm。
此外,在本实施例中,双折射板62’的相位修正参数Δn×t最好具有180nm-300nm。若Δn×t值小于180nm,则使用大批量生产优越的聚碳酸酯作为信息记录媒体的衬底的场合,断面双折射的修正不充分,其结果,信息记录媒体容易受到面内双折射的影响,缩小了信息记录媒体的重放范围。另一方面,Δn×t值大于300nm的场合,作为信息记录媒体的衬底材料使用断面双折射量比较小的聚烯等的场合,则断面双折射的修正成为过度修正。因此,Δn×t值未在上述范围的场合,则将有损光拾波器装置对各种信息记录媒体的互换性。关于其根据将后述。
其次,说明光拾波器装置的动作。
下面,参照图17及图18说明本例子的光拾波器装置200的动作。从半导体激光器1射出的激光30(直线偏振光的光束)用准直透镜2转换成平行光31后入射到复合棱镜3中。平行光31通过用复合棱镜3折射而大体上转换成圆形光束。然后,透射偏振光功能膜3a后,再透射λ/4板4,转换成圆偏振光的光束32。其后,光束32由立起透镜5变更光程,入射到物镜8。然后,利用物镜8会聚的光束经双折射补偿板6’聚焦在圆盘状信息记录媒体20的记录面21上。此外,物镜8与现有的光拾波器装置同样,由透镜架7支撑,并以电磁力(未图示)驱动透镜架7,控制透镜位置使得激光光点聚光在圆盘状信息记录媒体20的记录面21的预定位置。这时,由于双折射补偿板6’支撑在透镜架7上,因而,双折射补偿板6’也与物镜8一起移动。
用圆盘状信息记录媒体20的记录面21反射的光束经双折射补偿板6’入射到物镜8,其反射光由物镜8再次转换为大致平行光,并经立起反射镜5,λ/4板4入射到复合棱镜3。接着,入射到复合棱镜3的光束用复合棱镜3的偏振光功能膜3a反射并经圆柱透镜9、聚光透镜10到达光检测器11。光检测器11做成如图7所示的结构,并与已知的光检测器的结构相同。
接着,说明双折射的补偿原理。
下面,参照图21及图22说明利用本实施例的双折射补偿板6’进行双折射的补偿原理。此外,下面的说明虽然说明了对来自透明衬底的反射光进行双折射的补偿的原理,但用同样的原理也可以对向透明衬底的入射光进行双折射补偿。
图21(a)是表示来往于双折射补偿板6’和圆盘状信息记录媒体20之间的光束与圆盘状信息记录媒体20的透明衬底的折射率的关系的图,图21(a)中的上图的椭圆体状NS表示圆盘状信息记录媒体20的透明衬底(聚碳酸酯衬底)内的折射率分布。通常,在用注射模塑成形工艺制作的聚碳酸酯制透明衬底中,半径方向的折射率nr和周向的折射率nt为基本相同的数值(nr nt),由于透明衬底的厚度方向的折射率nz比面内方向的平均折射率na(=(nr+nt)/2)小,因而,透明衬底的折射率NS成为如图21(a)的上图所示的沿面内方向延长的椭圆体状的分布。另外,示于图21(a)中的下图的双折射补偿板6’的第一方向是与透明衬底的半径方向对应的方向,第二方向对应于透明衬底的周向(通道方向)。
另外,图21(b)是表示来往于双折射补偿板6’和物镜8之间的光束与双折射补偿板6’的双折射板62’内的折射率的关系图。图21(b)中的上图的椭圆体NP表示双折射补偿板6’的双折射板62’内的折射率的分布。这个例子的双折射补偿板6’的双折射板62’如上所述,由于滞相轴朝向厚度方向(厚度方向的折射率n3大于面内方向的折射率n1、n2),因而,双折射板62’内的折射率NP如图21(b)中的上图所示,为沿厚度方向(第三方向)延长的椭圆体状分布。
最先,对与透明衬底的表面大体垂直地反射的光L1进行说明。首先,由于光L1在与透明衬底的表面大体垂直的方向上反射,因而,与光L1的反射方向垂直的面的透明衬底内的折射率NS1则如图22(a)上图所示。这时,就透明衬底对光L1的折射率NS1而言,如图22(a)的上图所示,由于半径方向的折射率nr和周向的折射率nt为基本相同的数值(nr nt),因而,在光L1通过了透明衬底时,在光L1的半径方向的偏振光成分和周向的偏振光成分之间几乎不产生相位差。此外,这里所谓“几乎不产生相位差”是指,与相对于后述的光L2产生的相位差相比其相位差小,半径方向的折射率nr和周向的折射率nt的差因透明衬底的成形条件而产生少许,由此,也指包含这种产生少许相位差的情况。
随后,与透明衬底的表面大体垂直地反射的光L1入射到双折射补偿板6’。这时,光L1如图21(a)所示,与双折射补偿板6’大体垂直地入射。这种情况,就双折射板62’对光L1折射率NP1而言,如图22(a)的下图所示,由于第一方向(与透明衬底的半径方向对应)的折射率n1和第二方向(与透明衬底的周向对应)的折射率n2为基本相同的数值,因而,在光L1通过了双折射补偿板6’时,在光L1的第一方向的偏振光成分和第二方向的偏振光成分之间几乎不产生相位差。即,对于与透明衬底的表面大体垂直地反射(或入射)的光L1来说,不产生双折射。
其次,对从透明衬底倾斜于其半径方向而反射的光L2进行说明。如上所述,由于由成形工艺制作的圆盘状信息记录媒体的透明衬底的折射率如图21(a)的上图所示,呈在面内方向延长的椭圆体状的分布NS。因此,在垂直于光L2的反射方向的面的透明衬底内的折射率NS2如图22(b)的上图所示,呈椭圆状且长轴方向(周向)的折射率虽为透明衬底的周向的折射率nt,但垂直于周向的方向(图22(b)上图中的第三方向)的折射率nr’则比透明衬底的半径方向的折射率nr小。因此,对于倾斜于透明衬底的半径方向而反射的光L2,透明衬底的滞相轴为周向。因此,光L2在通过透明衬底时,光L2在周向的偏振光成分的相位滞后于与其垂直的方向(第三方向)的偏振光成分,光L2的相互正交的两个偏振光成分之间产生相位差。
随后,在两个偏振光成分之间产生了相位差的光L2入射到双折射补偿板6’。这时,光L2如图22(a)所示,从倾斜于双折射补偿板6’的表面的方向(第一方向)入射。由于这个例子的双折射板62’的滞相轴由于朝向厚度方向,因而,垂直于光L2的入射方向的面的双折射板62’内的折射率NP2如图22(b)的下图所示呈椭圆状,第二方向(与透明衬底的周向对应)的折射率n2比与其垂直的方向(图22(b)中的第1’方向:与透明衬底的第三方向对应)的折射率n1’小。因此,对于向双折射补偿板6’入射的光L2的进相轴的方向为第二方向,并成为与光L2通过透明衬底时的透明衬底的滞相轴的方向(周向)为相同方向。因此,若在透明衬底上在两个偏振光成分之间产生了相位差的光L2通过双折射补偿板6’时,在通过了透明衬底时相位滞后的光L2的偏振光成分的相位则超前于其垂直的偏振光成分(通过了透明衬底时相位超前的偏振光成分)。其结果,通过了透明衬底时产生的光L2的相互正交的偏振光成分之间的相位差可以由双折射补偿板6’进行修正。因此,可以补偿倾斜于透明衬底的半径方向而反射的光L2的双折射,可以等效降低透明衬底的断面双折射量。
下面,对从透明衬底倾斜于其周向而反射的光L3进行说明。如上所述,用成形工艺制作的圆盘状信息记录媒体的透明衬底的折射率如图21(a)的上图所示,成为面内方向延长的椭圆体状的分布NS。因此,与光L3的反射方向垂直的面的透明衬底内的折射率NS3如图22(c)的上图所示,呈椭圆状且长轴方向(半径方向)的折射率虽为透明衬底的半径方向的折射率nr,但垂直于半径方向的方向(图22(c)上图中的第四方向)的折射率nt’则比透明衬底的周向的折射率nt小。因此,对于倾斜于透明衬底的周向而反射的光L3来说,透明衬底的滞相轴为半径方向。因此,光L3在通过透明衬底时,光L3的半径方向的偏振光成分的相位滞后于与其垂直的方向(第四方向)的偏振光成分,光L3的在相互正交的两个偏振光成分之间产生相位差。
随后,在两个偏振光成分之间产生了相位差的光L3入射到双折射补偿板6’。这时,光L3如图22(a)所示,从倾斜于双折射补偿板6’的表面的方向(第二方向)入射。这个例子的双折射板62’的滞相轴由于朝向厚度方向,因而,垂直于光L3的入射方向的面的双折射板62’内的折射率NP3如图22(c)的下图所示呈椭圆状,第一方向(与透明衬底的周向对应)的折射率n1比与其垂直的方向(图22(c)中的第2’方向:与透明衬底的第四方向对应)的折射率n2’小。因此,向双折射补偿板6’入射的光L3的进相轴的方向为第一方向,并成为与光L3通过透明衬底时的透明衬底的滞相轴的方向(半径方向)为相同方向。因此,若在透明衬底上在两个偏振光成分之间产生了相位差的光L3通过双折射补偿板6’时,在通过了透明衬底时相位滞后的光L3的偏振光成分的相位则超前于其垂直的偏振光成分(通过了透明衬底时相位超前的偏振光成分)。其结果,通过了透明衬底时产生的光L3的相互正交的偏振光成分之间的相位差可以由双折射补偿板6’进行修正。因此,可以补偿倾斜于透明衬底的半径方向而反射的光L3的双折射,可以等效地降低透明衬底的断面双折射量。
本实施例中,如上所述,对倾斜于透明衬底的表面而反射(或入射)的光来说,通过使透明衬底的滞相轴的方向和双折射补偿板的进相轴方向一致,从而补偿了倾斜于透明衬底的表面而反射(或入射)的光的双折射而降低了透明衬底的断面双折射的影响。
最后,说明评价实验。
在这个例子的评价实验中,与实施例1相同,首先,通过偏振光分析计算了将具有各种断面双折射量的HD DVD安装在本实施例的光拾波器装置中的场合的相对面内双折射量的3T短标记调制度的变化及DPP信号的调制度变化。
对具有6×10-4断面双折射量的HD DVD的评价结果示于图23及图24。另外,对具有4×10-4断面双折射量的HD DVD的评价结果示于图25及图26。再有,对具有2×10-4断面双折射的HD DVD的评价结果示于图27及图28。此外,图23-图28中的实线所示的特性是未使用双折射补偿板时的结果,用点划线所示的特性是使用了本实施例的双折射补偿板的结果。另外,图23、图25及图27是表示相对面内双折射量的3T短标记调制度的变化图,而图24、图26及图28是表示相对面内双折射量的DPP信号的调制度的变化图。此外,在图23~图28中的作为横轴的面内双折射量中未包含由离心力引起的面内双折射量的变化量。
从图23-图28的结果可明确,通过将本实施例的双折射补偿板设置在物镜和圆盘状信息记录媒体之间的光程上,可以降低面内双折射量发生了变化时的3T短标记调制度的变化及DPP信号的调制度变化。即,知道了,通过使用本实施例的双折射补偿板来补偿倾斜于透明衬底的表面而反射(或入射)的光的双折射,从而可以降低透明衬底的断面双折射的影响,可以在实质上扩展可许用的面内双折射量的变动范围。
另外,从图23-图28的结果可明确,通过使本例子的双折射补偿板的修正参数Δn×t为240nm的程度,从而即使对断面双折射量为2×10-4~6×10-4的任一HD DVD来说,双折射补偿板的修正参数(相位修正量)都无变化,都可以充分地降低3T短标记调制度的变化和DPP信号的调制度变化。由此可知,就本实施例的构成的光拾波器装置而言,也与实施例1相同,可以将其构成做成更简易的结构,并通过采用本实施例的构成的光拾波器装置,可以构建范围广泛的可适用于各种媒体的光信息记录重放系统。
另外,在这个例子中,与实施例1相同,实际上分别制作了断面双折射量约为2×10-4、4×10-4及6×10-4的HD DVD,并且对于各断面双折射量的HD DVD还制作了使面内双折射量从内周到外周在-4.0×10-5~4.0×10-5范围变化的HDDVD。即,制作了断面双折射量和面内双折射量的组合不同的各种HD DVD。即,制作了断面双折射量和面内双折射量的组合不同的各种HD DVD。此外,透明衬底的断面双折射量和面内双折射量与实施例1同样地进行调整。
将如上制作的各种HD DVD安装在这个例子的光拾波器装置中并测定了相对面内双折射量的3T短标记调制度的变化及DPP信号的调制度变化。此外,与上述偏振光分析同样,对未使用双折射补偿板的情况及使用了双折射补偿板的情况都进行了这个实验。另外,在这个实验中,在设定HD DVD的转数为600rpm~1800rpm,几乎可以忽略由离心力引起的面内双折射量的变动的条件下进行了实验。该测定结果也示于图23-图28中。图23-图28中的空心圆标记是未使用双折射补偿板时的结果,空心四方标记是使用了双折射补偿板时的结果。
从图23-图28可明确,实际制作的HD DVD的测定点大体上落到了由偏振光分析得到的特性上(图23~图28的实线、点划线上)。因此,根据偏振光分析(模拟分析)及实际制作的HD DVD的测定结果的二者的评价结果可以确认:通过使用本实施例的双折射补偿板,可以降低透明衬底的断面双折射的影响,实质上可以扩展可许用的面内双折射量的变化范围。
另外,从本实施例的上述评价结果可明确,即使面内双折射量以±6×10-5的程度变化,由于3T短标记调制度的变化及DPP信号的调制度变化均较小,因而,即便使圆盘状信息记录媒体以转数6000rpm以上旋转而因离心力引起的面内双折射量的变动为2×10-5程度也能无问题地使用。实际上,即便使HDDVD以6000rpm以上的转数旋转,也能无问题地进行信息的记录重放。
另外,在这个例子中,为了求得双折射板62’的相位修正参数Δn×t的合适范围而进行了如下的分析实验。使用具有相位修正参数Δn×t为180nm和300nm的双折射板的双折射补偿板,通过偏振光分析计算了相对具有各种断面双折射量的HD DVD的面内双折射量的DPP信号的调制度变化。并且,在此,对断面双折射量为2×10-4及6×10-4的HD DVD进行了偏振光分析。即,对断面双折射量比较小的HD DVD和断面双折射量比较大的HD DVD进行了偏振光分析。其结果示于图24及图28。图24及图28中的虚线的特性是使用了具有Δn×t为180nm的双折射板的双折射补偿板时的结果,双点划线的特性是使用了具有Δn×t为300nm的双折射板的双折射补偿板时的结果。
从图24可明确,在断面双折射量比较大的场合(6×10-4),若Δn×t较小,则相对面内双折射量的DPP信号的调制度的变动增大。这是因为,若Δn×t变小,相位修正量则不充分。并且,在Δn×t为180nm的场合,面内双折射量在±6×10-5范围内的DPP信号的调制度的最大值和最小值之比接近2,若根据该结果进行使Δn×t小于180nm,则面内双折射量在±6×10-5范围内的DPP信号的调制度的最大值和最小值之比为2以上。若DPP信号的调制度的最大值和最小值之比为2以上,则存在光拾波器装置的通道跟踪性能恶化之类不良影响。
另外,从图28可明确,在断面双折射量比较小的场合(2×10-4),若Δn×t较大,则相对面内双折射量的DPP信号的调制度的变动增大。这是因为,若Δn×t变大,相位修正量则成为过度修正。并且,在Δn×t为300nm的场合,面内双折射量在±6×10-5范围内的DPP信号的调制度的最大值和最小值之比接近2,若根据该结果使Δn×t大于300nm,则面内双折射量在±6×10-5范围内的DPP信号的调制度的最大值和最小值之比为2以上。因此,根据图24及图28的结果可知,这个例子的双折射补偿板的相位修正参数Δn×t的合适的范围是180nm≤Δn×t≤300nm。
在上述实施例1及2中,虽对光源为一个的光拾波器装置进行了说明,但本发明不限于此,即便对于DVD-CD驱动器等具有媒体互换性的记录重放装置之类的具有多个波长的光源的光拾波器装置来说,也同样适用。
在上述实施例1及2中,虽对从光源射出的光束的波长为405nm的情况进行了说明,但本发明不限于此,本发明对用于高密度记录的波长为430nm以下的光束也同样能适用。实际上,本发明人使用具有波长为430nm以下的各种波长的光源进行了与实验例1及2同样的验证实验时,得到了与实验例1及2相同的结果。
产业上的可利用性
若采用本发明的双折射补偿板及使用了它的光拾波器装置及重放装置(或记录重放装置),则可以不必改变双折射补偿板的相位修正量而对具有各种断面双折射量的信息记录媒体进行双折射的补偿。因此本发明的双折射补偿板以及使用了它的光拾波器装置及重放装置是媒体互换性优良的双折射补偿板以及使用了它的光拾波器装置及重放装置,作为可范围广泛地适应各种信息记录媒体的双折射补偿板以及使用了它的光拾波器装置及重放装置是合适的。
Claims (10)
1.一种光拾波器装置,在具有光透射性介质的信息记录媒体的记录面上通过该光透射性介质照射光束,并接受来自该记录面的反射光,其特征在于,
具备:光源;
将从上述光源射出来的光束聚光到上述记录面上的物镜;
在上述光源和上述物镜之间的光程上配置的偏振光束分离器;以及
配置在上述物镜和上述偏振光束分离器之间的光程上,并对所入射的光束的相互正交的两个偏振光成分间给予相位差的双折射补偿板,
上述双折射补偿板具有中央区域和设置成包围该中央区域的外缘区域,该中央区域的双折射量和该外缘区域的双折射量不同,
其中,上述外缘区域的进相轴朝向环绕上述中央区域的方向。
2.根据权利要求1所述的光拾波器装置,其特征在于,
上述外缘区域在环绕上述中央区域的方向等分为4个区域。
3.根据权利要求2所述的光拾波器装置,其特征在于,
上述中央区域是正方形,上述外缘区域的进相轴朝向沿着上述中央区域的外缘的方向。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的光拾波器装置,其特征在于:
上述双折射补偿板具有衬底和设置在衬底上的双折射补偿片,该双折射补偿片设置在上述外缘区域。
5.一种双折射补偿板,对所入射的光束的相互正交的两个偏振光成分间给予相位差,其特征在于,
具备中央区域和设置成包围上述中央区域的外缘区域,
上述中央区域的双折射量和上述外缘区域的双折射量不同,
其中,上述外缘区域的进相轴朝向环绕上述中央区域的方向。
6.根据权利要求5所述的双折射补偿板,其特征在于,
上述中央区域的宽度是所入射的光束的直径的一半。
7.根据权利要求5所述的双折射补偿板,其特征在于,
上述外缘区域在环绕上述中央区域的方向等分为4个区域。
8.根据权利要求7所述的双折射补偿板,其特征在于,
上述中央区域是正方形,上述外缘区域的进相轴朝向沿着上述中央区域的外缘的方向。
9.根据权利要求5所述的双折射补偿板,其特征在于,
上述双折射补偿板具有衬底和设置在衬底上的双折射补偿片,该双折射补偿片设置在上述外缘区域。
10.根据权利要求9所述的双折射补偿板,其特征在于,
上述双折射补偿片是水晶。
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