JP2005032296A

JP2005032296A - 収差発生装置および光ピックアップ

Info

Publication number: JP2005032296A
Application number: JP2003193277A
Authority: JP
Inventors: Toru Suzuki; 亨鈴木
Original assignee: SEC KK; SEC Corp
Current assignee: SEC KK; SEC Corp
Priority date: 2003-07-08
Filing date: 2003-07-08
Publication date: 2005-02-03

Abstract

【課題】収差をキャンセルさせる収差分を発生させ、ディスクの良し悪しに影響されず、常に理想的な状態で記録、再生できる収差発生装置（光学系収差相殺装置）および該収差発生装置を組み込んだ光ピックアップを提供する。
【解決手段】収差発生装置の構成として、光軸に対して垂直方向に移動可能な透明な第１の楔型部品と、第１の楔型部品の両側に配置され、光軸に沿って移動可能な透明な第２および第３の楔型部品と、を設ける。光ピックアップの構成として、光を発生しディスクに向けて照射する光源と、光源とディスクの間に配置された収差発生装置と、ディスクから発射された反射光からディスク内のデータを信号として検出する信号検出手段と、ディスクの傾きを検出するチルトセンサーと、信号検出手段によって検出された信号およびチルトセンサーによって検出されたチルト信号が入力される演算ユニットと、演算ユニットによる処理の結果、ディスクに起因して発生している収差を相殺するように収差発生装置の楔型部品を移動させて収差を補償する収差発生装置の駆動装置と、を設ける。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、収差発生装置（光学系収差相殺装置）と該収差発生装置を用いる光ピックアップに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光ディスクを利用したシステムにおいて、ディスクへの情報を書き込んだり、読み出したりするキーパーツとしての光ピックアップの高性能化が望まれており、より容量の大きなシステムを構築するべく開発が進められている。ＣＤからＤＶＤへ、またブルーレーザーを用いた光ディスクシステムが提案されて、ディスクの情報量の高密度化が図られている。その流れの中で、信号の記録、再生する光ピックアップについても、レーザー光を限界まで集光して使う関係上、その妨げになる光学系としての収差をできるだけ抑える必要がある。
【０００３】
まず、光ピックアップ製造時における、そのピックアップ固有の収差に関しての補償については、各部品の収差管理，および組み立て検査時に収差の大きいものは省くなどの対策を行い、積極的に収差を補償する手段を講じてはいないことが一般的である。
【０００４】
次に、光ディスクシステムとして、ディスクへ記録、再生するにあたってのディスクに起因して生じる収差については、基板の厚みむらで生じやすい球面収差の補償を、光路中の補正板の厚みを調整することによって（特開平０５−２４１０９５号公報）、または、透明楔光学素子を移動させて光の透過方向の長さを変えることによって（特開２０００−１１３４９４号公報）行っている。
【０００５】
ディスク傾きに対して生じやすいコマ収差については、光ピックアップの対物レンズを傾けて、逆方向の収差を発生してキャンセルする方法、ピックアップの光路中に液晶板を挿入し、ある一定の分割パターンよりコマ収差を作り出してキャンセルする方法、およびピックアップを載せているメカニズムをベースごと傾け、ディスクに対して常に鉛直に光が入るように制御する方法などがある。
【０００６】
【特許文献１】
特開平０５−２４１０９５号公報
【特許文献２】
特開２０００−１１３４９４号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
光ディスクシステムの高性能化に伴い、その光ピックアップ固有の収差を補償する手段や、ディスクの厚みむらや、傾きに伴って生じる動的な収差をさらに精密に補償する手段が求められている。各々の収差要因に個別に補償対応していくと、光ピックアップとして部品点数が増え、小型化、低コスト化が難しく、複雑な構造にならざるを得ないことから製造時の歩留まり、製品としての信頼性の低下を招くことになりがちである。
【０００８】
したがって、本発明の目的は、そのような用途や、ディスク記録、再生時にディスクの特性から生じる収差についても、収差をキャンセルさせる収差分を発生させ、ディスクの良し悪しに影響されず、常に理想的な状態で記録、再生できる収差発生装置（光学系収差相殺装置）および該収差発生装置を組み込んだ光ピックアップを提供するものである。
【０００９】
本発明は、簡単な構成で光ピックアップに影響の大きい球面収差、コマ収差、非点収差について任意量発生可能な収差発生装置を提供するものであり、静的な補償や、ディスク記録，再生時の動的な補償も行うことを可能とするものである。
【００１０】
【課題を解決しようとする手段】
本発明の目的を達成するために、収差発生装置の基本構成は、楔型の等方性透明部品（ガラス，プラスチックなど）を３個配置し、各々の位置関係を変えることによって、球面収差、コマ収差、非点収差を発生させるものである。
【００１１】
各部品の位置を変える手段には、コイル磁気と磁石で移動力を発生させるモーターのような方法、圧電素子の変形を利用したリニアモーターを構成する方法などがある。
【００１２】
そして、上記収差発生装置を記録、再生を行うピックアップに組み込むことによって、記録媒体の形状や傾きによって光学系に発生する球面収差、コマ収差、非点収差を相殺させて補償する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図面を参照して本発明の好ましい実施の形態を説明する。
【００１４】
最初に、図１〜図３を参照して、本発明の収差発生装置について説明する。図１ａおよび図１ｂに示すように、本発明の収差発生装置１０は３つの透明な楔型部品１２、１４、１６から成る。楔型部品１２は下端に細まるような光軸に対して両側が傾斜した形状であり、楔型部品１４、１６は片側で楔型部品１２の傾斜面に対して補完するような傾斜を持ち、かつ他方の側が光軸に対して垂直な形状である。
【００１５】
図１ｃは収差発生装置での球面収差の発生を説明するための図である。楔型部品１２を下方に移動させ、同時に楔型部品１４、１６を両側に移動させること、または逆に楔型部品１２を上方に移動させ、同時に楔型部品１４、１６を中心に移動させることによって球面収差を発生する。
【００１６】
ここで、球面収差量をＷｓとすると、本発明においての球面収差発生量を算出するための計算式（式１）は下記のとおりである。
【００１７】
【式１】

ここで、ＮＡ_ｃはコリメートレンズのＮＡであり、ｎは部品屈折率であり、Δｔは、初期状態における光軸位置での部品厚み分に対する、動作状態での部品厚みが変化した際の差分値である。
【００１８】
ディスクの厚みむらによる球面収差の発生量は、上記のＮＡｃが、光ピックアップにおける対物レンズのＮＡに変るのみである。対物レンズとコリメートレンズのＮＡの比は、大きくて５：１程度あり、同じΔｔのむら量が出た場合、６２５倍の収差が発生してしまうことになる。しかし実際のディスクの厚みむらは、数十ミクロン以下であることから、素子側のΔｔは、ミリ単位で済み、厚みむらを補正することにおいても、実用上適当な大きさに抑えることが可能であることがわかる。
【００１９】
図１ｄは収差発生装置でのコマ収差の発生を説明するための図である。楔型部品１２に対して一方の楔型部品１４を光軸に沿って移動させて楔型部品１２に対する距離を変えることによってコマ収差を発生させることができる。また、楔型部品１２に対して他方の楔型部品１６を光軸に沿って移動させて楔型部品１２に対する距離を変えることによって逆向きのコマ収差を発生させることができる。
【００２０】
ここで、ディスクの傾きθ（チルト角度）が発生した際、そのコマ収差量は、以下の式（式２）で算出することが可能である。
【００２１】
【式２】

ここで、ＮＡ_ｏは対物レンズのＮＡ、ｎ_ｄはディスクの屈折率、ｄは表面〜記録面ディスクの厚みである。
【００２２】
一方、本発明の楔形部品の傾斜角をαとし、図１ｄにおける動作による隙間をΔｌとすると、コマ収差の発生量は下記の式（式３）で算出され、ディスクによる収差と反対符号で生成させることにより、キャンセルが可能となる。
【００２３】
【式３】

ここで、ＮＡ_ｃはコリメートレンズのＮＡであり、ｎは部品屈折率である。対物レンズとコリメートレンズのＮＡの比は、大きくても５：１であり、ディスク厚みを０．６ｍｍとすると、倍の１．２ｍｍの間隔をΔｌとしてあけた場合、０．３度のディスク傾き分収差を補償するには、部品の傾斜角度αを１９度程度に設定すれば良いことになる。
【００２４】
図１ｅは収差発生装置での非点収差の発生を説明するための図である。楔型部品１２と楔型部品１４との間の距離（Ｌ１）と、楔型部品１２と楔型部品１６との間の距離（Ｌ２）が同一となるように楔型部品１４と１６を移動させることによって非点収差を発生させることができる。
【００２５】
非点収差の収差発生量をＷａとすると、非点収差は下記の式（式４）で計算できる。
【００２６】
【式４】

ここで、ＮＡ_ｃはコリメートレンズのＮＡであり、ｎは部品屈折率であり、Δｌは、両側の隙間の間隔とみなすことができる（値としては片側分）。
【００２７】
以上の各楔型部品の移動動作を組み合わせれば、各々の収差の必要分を生み出すことができ、例えばディスク記録，再生時に信号の変化やセンサーなどから収差発生が検出されれば、それをキャンセルするように楔間の距離を動かす制御を行い、信号品質の安定化を図ることができる。
【００２８】
次に、図２を参照して楔型部品を移動させる駆動機構の一例を説明する。図２ａは楔型部品１２を移動させる機構を示す。楔型部材１２を電磁力型（マグネット−コイル型）の駆動装置に取り付けたものである。ヨーク１２ｂに取り付けたマグネットとコイル１２ａの間に電磁力を働かせ、楔型部品１２を光軸に対して垂直の方向に移動させる。
【００２９】
図２ｂは楔型部品１４、１６を移動させる駆動機構を示す。楔型部材１４、１６を電磁力型（マグネット−コイル型）の駆動装置に取り付けたものである。ヨーク１４ｂ、１６ｂに取り付けたマグネットとコイル１４ａ、１６ａの間に電磁力を働かせ、楔型部品１４、１６を光軸に沿って移動させる。
【００３０】
次に、図３を参照して楔型部品を移動させる駆動機構の他の例を説明する。図３は圧電セラミックを用いた楔型部品の移動機構を示す。圧電セラミック１２ｄ、１２ｅの間に交流電圧をかけ、レール１２ｃで楔型部品１２を案内して移動させる。なお、楔型部品１４、１６も同様な構成によって移動させることができる。
【００３１】
次に、図４を参照して本発明の収差発生装置を組み込んだ光ピックアップを説明する。図４は光ピックアップのブロック図である。この光ピックアップは、収差発生装置を除いては、標準的な構成である。本発明の収差発生装置は、レーザーとコリメートレンズ間の光の状態が平行光でない位置に挿入する。すなわち、収差発生装置が所定の収差を発生させるにあたり、光は収束、また発散の形態となっている位置に配置しなければならない。
【００３２】
光ピックアップの構成をディスクの再生時を例にとり説明すると、光ピックアップでは、レーザーダイオードで発光した光は、グレーティング、本発明において設けられた収差発生装置、コリメートレンズ、ビームスプリッター、ミラー、対物レンズを通してディスクに当てられる。ディスクからの反射光はミラー、ビームスプリッターを通して集光レンズ側に取り出され、フォトディテクターに入力され、ディスクに記録されていた信号が検出される。フォトディテクターで検出された信号は信号処理回路によって処理され中央演算ユニットに入力される。
【００３３】
これと同時にディスクの傾きがチルトセンサーユニットによって検出され、センサー信号処理によって信号処理がなされて中央演算ユニットに入力される。中央演算ユニットはディスクからの信号およびチルトセンサーユニットからの信号を演算処理し、再生を行うとともに、ディスクの形状や動作状態に起因して発生した収差（球面収差、コマ収差、非点収差）を相殺するようにドライバー回路に信号を送る。ドライバー回路は収差発生装置１０の各楔型部品１２、１４、１６の駆動装置１２ｆ、１４ｆ、１６ｆに増幅器を通して信号を送る。駆動装置１２ｆ、１４ｆ、１６ｆは発生した収差を相殺して補償するように各楔型部品を図１を参照して説明したように移動させる。
【００３４】
次に、図５〜図７を参照して、発生した収差を各収差ごとに光ピックアップにおいて相殺する補正（調整）を説明する。図５は光ピックアップの組み立て時の非点収差の調整を行うステップを示すフローチャートである。光ピックアップの組み立て時にその光ピックアップが持っている非点収差分を調整する。このことは組み立て時に集光スポットの様子を見ながら行うことが可能であり、調整後の楔型部品の間の間隔を光ピックアップごとに管理しておく。管理は、例えば、バーコード化して光ピックアップ本体に貼り付けておくような方法がある。
【００３５】
実際に、ドライバーとして組み立てる際には、内蔵されている制御用マイコンやフラッシュメモリに非点収差の補償間隔距離を初期位置として記録しておく。これはその後にダイナミックに動かして行う球面収差とコマ収差の補償の際の基準とするためである。すなわち、基準位置からの移動で，球面収差、コマ収差の補償を行うことから、常に非点収差の補償間隔距離が保たれるようにする。なお、コマ収差の補償の際には、非点収差の補償距離を空けた位置を原点におくようにする。
【００３６】
図５において、集光スポットの観測を行い（ステップＳ１０）、非点収差許容範囲にあるか否かを判断し（ステップＳ１１）、非点収差許容範囲にない場合には楔型部品の間隔移動の調整を行い（ステップＳ１２）、非点収差許容範囲にあるようになるまでこれらのステップを繰り返し、非点収差許容範囲に入ったならば，楔型部品の間の位置情報を記録する（ステップＳ１３）。
【００３７】
図６はディスク挿入後の起動時における球面収差の補正をダイナミックに行うステップを示すフローチャートである。最初にイニシャライズを行う、すなわち、記録した非点収差による補正を行う（ステップＳ２０）。次に、記録または再生のテストを行い（ステップＳ２１）、その結果のデータを分析する（ステップＳ２２）。分析内容の一例としては、テスト時に得られる再生信号において、信号振幅が最大になる位置が球面収差の最小位置に対応することから、楔型部品の位置を変化させ、その都度信号振幅を読み取り最大位置を探すことが挙げられる。なお、記録または再生テストを行うことに代えて、ディスクの厚みを求める厚みセンサー信号を与えることによって、その基準値からの変化分を検出し、補正する位置に楔型部品を動かしてもよい（ステップＳ２５）。
【００３８】
ステップＳ２２におけるデータ分析の結果、球面収差が許容範囲にあるか否かを判断し（ステップＳ２３）、球面収差が許容範囲にないときは球面収差の補正のために楔型部品の位置の調整を行い（ステップＳ２４）、球面収差が許容範囲に入るまでこれらのステップを繰り返し、球面収差が許容範囲に入った時点で球面収差の補正が終了する。これにより、記録または再生の準備が完了する。
【００３９】
図７はディスクの記録、再生時のコマ収差の補正をダイナミックに行うステップを示すフローチャートである。非点収差、球面収差の補正位置を原点として処理するように設定する（ステップＳ３０）。次に、ディスクの記録又は再生の動作を行い（ステップＳ３２）、フォトディテクターからの読み取り信号又はチルトセンサーからのセンサ信号（ステップＳ３５）を解析する（ステップＳ３２）。解析の結果、コマ収差が許容範囲内にあるか否かを判断し（ステップＳ３３）、コマ収差が許容範囲にない場合、コマ収差の補正のための楔型部品の位置調整を行い（ステップＳ３４）、ディスクの記録または再生を継続する（ステップＳ３１）。またコマ収差が許容範囲に入っている場合には、位置調整を行わずにディスクの記録又は再生を継続する（ステップＳ３１）。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、簡単な構成の小型で一つの収差発生装置のユニットにより、光ピックアップにおいて大敵である３次の収差である球面収差、コマ収差、非点収差に対し、楔型部品位置の配置を移動することで、任意の収差量を生み出すことが可能となり、静的なピックアップ固有の収差をキャンセルできる。また、ディスク記録、再生時に発生する収差をキャンセルする動作をとりながら記録，再生を行うことも可能であって、記録、再生品質の劣化を防ぐことができ、今後の記録密度向上への対応も容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の収差発生装置を説明するための図である。
【図２】図２は収差発生装置の部品の駆動装置の一例を説明するための図である。
【図３】図３は収差発生装置の部品の駆動装置の他の例を説明するための図である。
【図４】図４は本発明の光ピックアップのブロック図である。
【図５】図５は光ピックアップの組み立て時の非点収差の調整を行うステップを示すフローチャートである。
【図６】図６はディスク挿入後の起動時における球面収差の補正をダイナミックに行うステップを示すフローチャートである。
【図７】図７はディスクの記録、再生時のコマ収差の補正をダイナミックに行うステップを示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０収差発生装置
１２楔型部品
１４楔型部品
１６楔型部品

Claims

光軸に対して垂直方向に移動可能な透明な第１の楔型部品と、
該第１の楔型部品の両側に配置され、光軸に沿って移動可能な透明な第２および第３の楔型部品と、
を有することを特徴とする収差発生装置。
請求項１記載の収差発生装置において、第１の楔型部品は一つの端部に向かって細まるように光軸に対して両側が傾斜した形状であり、第２および第３の楔型部品は片側で第１の楔型部品の傾斜面に対して補完するような傾斜を持ち、かつ他方の側が光軸に対して垂直な形状であることを特徴とする収差発生装置。
請求項１記載の収差発生装置において、第１の楔型部品を光軸に対して垂直に移動させることによって球面収差を発生することを特徴とする収差発生装置。
請求項１記載の収差発生装置において、第２および第２の楔型部品のいずれか一方を光軸に沿って移動させることによってコマ収差を発生することを特徴とする収差発生装置。
請求項１記載の収差発生装置において、第１の楔型部品に対する第２の楔型部品との距離と第１の楔型部品との距離を同一に保つように第２及び第３の楔型部品を光軸に沿って移動させることによって非点収差を発生することを特徴とする収差発生装置。
光を発生しディスクに向けて照射する光源と、
該光源とディスクの間に配置された収差発生装置と、
前記ディスクから発射された反射光からディスク内のデータを信号として検出する信号検出手段と、
ディスクの傾きを検出するチルトセンサーと、
信号検出手段によって検出された信号およびチルトセンサーによって検出されたチルト信号が入力される演算ユニットと、
演算ユニットによる処理の結果、ディスクに起因して発生している収差を相殺するように収差発生装置の楔型部品を移動させて収差を補償する収差発生装置の駆動装置と、
を有することを特徴とする光ピックアップ。
請求項６記載の光ピックアップにおいて、組み立て時に集光スポットを観測し、観測結果が非点収差の許容範囲に入るように楔型部品の位置を調整して楔型部品の位置を記録することを特徴とする光ピックアップ。
請求項６記載の光ピックアップにおいて、ディスク挿入後の起動時に記録又は再生のテストを行い、その結果のデータを分析して球面収差の許容範囲に入るように楔型部品の位置を調整することを特徴とする光ピックアップ。
請求項６記載の光ピックアップにおいて、ディスクの記録または再生時にディスクの記録または再生を行い，その際に得られる読み取り信号またはチルトセンサーからのチルト信号を解析し、解析結果がコマ収差の許容範囲に入るように制御して記録または再生を行うことを特徴とする光ピックアップ。