JP2005174418A - 光学的情報記録再生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 特別な球面収差補正素子を用いずに、球面収差補正に要する時間を短縮し、簡便に球面収差の補正が可能な光学的情報記録再生装置を提供する。
【解決手段】 光ディスク１３からの再生信号品位が最良となるデフォーカス量を検出し、得られたデフォーカス量と予め求められた所定基準値との差異に基づいて球面収差発生手段１１を駆動することによって球面収差を補正する。球面収差発生手段１１は光路上に配置されたレンズ７、８の間隔を光軸方向に可変することで球面収差が変化する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光記録媒体に情報を記録し或いは記録情報を再生する光学的情報記録再生装置に関し、特に、光記録媒体の基板厚誤差により発生する球面収差を補正するための補正技術に関するものである。

近年、光ディスク装置においては、半導体レーザの発振波長が短波長化すると共に、使用される対物レンズが高ＮＡ化している。例えば、ＢＤ（ブルーレイディスク）装置では、波長は４０５ｎｍ、対物レンズＮＡは０．８５である。

一方、光ディスクの基板（光透過層）の厚みに設計値に対する誤差があると、球面収差が発生し、光記録媒体上でのスポット品位が劣化し（スポットサイズが大きくなり、相対的にピーク強度が低下する）、記録再生性能が低下することが知られている。また、発生する球面収差量は、概ね対物レンズＮＡの４乗に比例し、波長に反比例することが知られている。

従って、ＢＤ装置の場合、ＤＶＤ装置等に比較して、非常に球面収差が発生しやすく、光ディスクが交換された場合や、同じ光ディスクでも記録再生位置が大きく変わった場合には、その球面収差を補正する必要があり、その球面収差を補正する技術が種々提案されている。

例えば、特開２００２−３１２９７１号公報には、球面収差補正手段としてコリメートレンズと対物レンズの間に２枚のレンズを配し、一方のレンズをＤＣモータにより光軸方向に動かし、レンズ間隔を可変にして球面収差を発生させることで球面収差を補正する方法が提案されている（特許文献１）。この補正はディスクが挿入されたときや、記録再生動作が所定時間経過した時にレンズ間隔を変えながら基準信号が最大となる位置を探し、基準信号が最大となる位置でレンズ間隔を固定するというプロセスで行われる。

また、特開２００１−３０７３４９号公報には、光束を中心部と周辺部とに光学的に分離し、各々から得られるフォーカスエラーの差異により球面収差量（基板厚誤差）を検知し、液晶素子により球面収差を発生させて球面収差補正を行う技術が提案されている（特許文献２）。
特開２００２−３１２９７１号公報 特開２００１−３０７３４９号公報

ところが、特許文献１の補正技術では、球面収差量を変えながら（機械的に少しずつレンズ位置を変えながら）、基準信号を再生し、基準信号が最大となる位置を探索するため、補正すべき球面収差の極性、大きさが不明のまま補正作業を行うことになり、非常に時間がかかってしまうという問題があった。

また、特許文献２の補正技術では、光束を２光束に分離し球面収差を検出するため、光学系が複雑になり組立て調整が難しいという問題があった。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたもので、その目的は、簡便に球面収差の補正が可能な光学的情報記録再生装置を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するため、光源と、前記光源からの光束を光記録媒体に集光する対物レンズと、前記光源と対物レンズの間にあって前記光束に球面収差を発生させる球面収差発生手段とを有する光学的情報記録再生装置において、前記光記録媒体からの再生信号品位が最良となるデフォーカス量を検出する手段と、前記デフォーカス量と所定基準値との差異に基づいて前記球面収差発生手段を駆動する手段とを有することを特徴とする。

本発明によれば、光記録媒体からの再生信号が最良となるデフォーカス量を検出し、そのデフォーカス量と所定基準値との差異に基づいて球面収差発生手段を駆動することにより、球面収差の補正を簡略化でき、短時間化することができる。

次に、発明を実施するための最良の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の光学的情報記録再生に用いる光ヘッド２１の一例を示す構成図である。半導体レーザ１から出射した光ビームは回折格子２で３ビームに分けられ、コリメータ３で平行光とされ、ビーム整形付き偏光ビームスプリッター４に入射する。

偏光ビームスプリッター４は、入射ビームの一部を反射してＡＰＣ用センサ５に導き、半導体レーザ１の出射光量のＡＰＣ制御に利用される。一方、透過ビームは１／４波長板６、レンズ７、レンズ８を介して対物レンズ１２に入射し、対物レンズ１２により光ディスク１３上で光透過層を経て記録層面へ集光され、情報の再生或いは記録に利用される。光ディスク１３で反射された光ビームは、再び対物レンズ１２、レンズ７、８等を透過して偏光ビームスプリッター４に入射し、ここで反射されてセンサレンズ１４を介してＲＦ／サーボ用センサ１５で受光され、情報信号の再生等に利用される。

ここで、レンズ７は固定され、レンズ８は電磁駆動手段（アクチュエータ）１０の駆動によりレンズ７との光軸方向の間隔を可変でき、これらの構成によって球面収差発生手段１１が形成されている。レンズ７、レンズ８の形状、硝材は、レンズ間隔が変わった時に球面収差が発生するように構成されている。尚、本実施形態ではレンズ２枚で構成しているが、性能向上のためレンズ枚数を増やしても良い。

また、レンズ間隔はセンサにより間隔を検出しても良いが、本実施形態では予め電磁駆動手段１０を駆動するための入力信号と、レンズ７、８の間隔との関係を測定しておいて、その結果を利用して精度良くレンズ間隔を可変する構成としている。電磁駆動手段１０は電磁力を利用して図示しないガイドに沿ってレンズ８を光軸方向に移動させるものである。

図２は球面収差発生手段１１のレンズ間隔と発生する球面収差との関係を示す。レンズ間隔の変化に対して正、負にわたりほぼ線形的に発生する球面収差が変化している。これにより、従来例と同様に光透過層の厚み誤差を補償できる。

次に、本実施形態の光透過層の厚み誤差補償方法について説明する。光学パラメータとして、波長λは４０５ｎｍ、対物レンズ開口数ＮＡは０．８５、光透過層厚ｔは１００μｍ、その屈折率は約１．６２である。この時の光透過層の厚み誤差Δｔとそれにより発生する球面収差ΔＳＡと再生信号が最良となるように加えられるデフォーカス量Δｄｅｆｏｃｕｓｓの関係は図３に示す通りとなる。図３から明らかなように基準とする初期値が決まれば、ΔｔとΔＳＡとΔｄｅｆｏｃｕｓの関係が一義的に決まることが分かる。

図４は本実施形態に係る光学的情報記録再生装置の構成を示すブロック図である。１３は光ディスク、２１は光ヘッドであり、いずれも図１のものと同じである。また、サーボ回路２４はトラキング制御、フォーカス制御等のサーボ制御を行う。また、信号再生回路２６は光ヘッド２１のＲＦ／サーボ用センサ１５の受光信号をもとに情報の再生を行う。コントローラ２２は装置内の各部を制御する制御回路である。

球面収差発生手段駆動回路２５は図１に示す光ヘッド２１内の電磁駆動手段１０を駆動する駆動回路である。球面収差発生手段１１のレンズ間隔を設定する場合には、コントローラ２２は球面収差発生手段駆動回路２５を制御し、球面収差発生手段２５はその制御に基づいて光ヘッド２１内の電磁駆動手段１０を駆動する。この駆動により、球面収差発生手段１１のレンズ８を光軸方向に移動させることで、レンズ７、８の間隔設定を行う。メモリ２３は球面収差補償処理のデータ格納に用いられる。

図５はレンズ間隔を設定する場合の初期基準値設定処理を示すフローチャートである。図５の処理はコントローラ２２の制御によって行う。図５において、まず、ステップ１で球面収差発生手段１１のレンズ間隔を初期値α、レンズ間隔を変化させる時の刻み幅δ、レンズ間隔上限値βを設定し、球面収差発生手段１１のレンズ間隔を初期値αに設定する。レンズ間隔を設定する場合には、上述のように電磁駆動手段１０の入力信号とレンズ間隔との関係を予め測定しておいて、それに基づいてレンズ間隔の設定を行う。

次いで、ステップ２で光ディスク１３の所定半径位置で、信号再生回路２６によりＲＦ信号を再生する。また、ステップ３でサーボ回路２４により加えるデフォーカス量を変えながら再生信号振幅を検出する。この時、評価対象とするものはデフォーカス依存性の大きい信号が望ましく、本実施形態では、最短マークの振幅に注目し、それを再生して評価対象とする。その後、ステップ４で再生信号振幅が最大となる時の再生信号振幅値Ａｐ−ｐとその時加えたデフォーカス量ｆｏ、及びレンズ間隔値ｌを組としてメモリ２３に格納する。

次に、ステップ５で球面収差発生手段１１のレンズ間隔設定値をδ増やし、レンズ間隔ｌ＝α＋δとする。その後、ステップ６で球面収差発生手段１１のレンズ間隔と上限値βとを比較し、レンズ間隔が上限値に等しい時はステップ７へ進む。また、レンズ間隔が上限値βに達していない時はステップ３〜ステップ６の処理を繰り返し行い、レンズ間隔をδづつ増加しながら、その都度、デフォーカス量を変えながら再生信号振幅を検出し、最大となる時の最大信号振幅及びその時のデフォーカス量、レンズ間隔をメモリ２３に格納していく。

ステップ６でレンズ間隔Ｌが上限値βと等しくなると、ステップ７に進んでメモリ２３に蓄えられた信号振幅値Ａｐ−ｐの最大値、その時のデフォーカス量ｆｏ、レンズ間隔値を選出し、Ｓｍａｘ、Ｆｏ、Ｌとしてメモリ２３に格納する。また、球面収差発生手段駆動回路２５を制御してレンズ間隔をＬに設定しておく。

更に、メモリ２３に蓄えられたデフォーカス量Ｆｏとレンズ間隔値Ｌよりデフォーカス量とレンズ間隔値の関係式Ｌ＝γ×Ｆｏ …（１）
を用いて係数γを算出し、メモリ２３に格納する。

このようにしてある光ディスク１３の所定半径位置における最適の球面収差発生手段１１のレンズ間隔値と、その時に加えるデフォーカス量が決定され、Ｓｍａｘ、Ｆｏ、Ｌとしてメモリ２３に保持される。そして、この時、ある光ディスクの所定半径位置でのトータルでの球面収差ＳＡはほぼゼロとなっている。

図６はトータルでの球面収差ＳＡがある値の時の、加えられるデフォーカス量と信号振幅の関係を示す（これは、レンズ間隔が３つの場合の再生信号振幅とデフォーカス量との関係を示すものである）。トータルでの球面収差ＳＡがＳＡ＝ａの時、デフォーカス量ｆｏはｆｏ＝ｂで、信号振幅値Ａｐ−ｐはＡｐ−ｐ＝ｇとなる。また、球面収差ＳＡ＝ｅの時、ｆｏ＝ｆで、Ａｐ−ｐ＝ｃとなり、更に、ＳＡ≒０の時、ｆ０＝ｈで、Ａｐ−ｐ＝ｉとなる。そして、このＡｐ−ｐ＝ｉが一連の作業での最大値となる。

このように図３における基準とする初期値が決まる。即ち、Δｔはある光ディスクの所定半径位置が基準となり、Δｄｅｆｏｃｕｓはｆｏ＝ｈが基準となる。また、光透過層の厚みもこの時が基準となる。

また、式（１）を変化分に置き換えると、
ΔＬ＝γ×ΔＦｏ …（２）
となる。これは、基準からΔｌレンズ間隔が変わると、対応する球面収差（これをδＳＡとする）が発生し、信号振幅が最大となるために加えるデフォーカス量はΔｆｏとなるという意味であり、逆に、δＳＡの球面収差があるものを補正する場合には、レンズ間隔を−Δｌ変えれば良いということになる。

即ち、デフォーカス量Δｆｏを知ることにより、補正すべき球面収差δＳＡの大きさ、極性が判る。そして、補正する場合には、
ΔＬ＝−γ×ΔＦｏ …（３）
とすれば良い。

なお、上記実施形態では、ＲＦ信号品位の指標として、信号振幅を採用したが、他の指標、例えば、ジッター値、エラーレート値を採用しても構わない。

次に、同じ光ディスクの別の所定量離れた半径位置へ移動した時、或いは予定時間経過した時、更には、基準値がメモリに保持されたまま別の光ディスクが挿入された時等、光透過層が基準値と異なることによる球面収差の補償方法について説明する。

図７はこの場合の処理を示すフローチャートである。図７の処理もコントローラ２２の制御によって行う。図７において、まず、ステップ１１で信号再生回路２６によりＲＦ信号を再生する。この場合も最短記録マークを再生するのが望ましい。次いで、ステップ１２でサーボ回路２４により加えるデフォーカス量を変えながら再生信号振幅を検出する。

次に、ステップ１３で再生信号が最大となる時に加えられたデフォーカス量ｆｏと、メモリ２３に格納された基準値Ｆｏの差を求める（これをδＦｏとする）。また、式（３）を用いてΔｆｏ＝δＦｏとしてΔｌを算出する。

次いで、ステップ１４で球面収差発生手段１１のレンズ間隔設定値にΔｌを加え、それに対応する駆動信号で球面収差発生手段１１を駆動する。このようにしてレンズ間隔の調整を行い、球面収差の補正を行う。

また、ステップ１５でサーボ回路２４により加えるデフォーカス量を変えながら再生信号振幅を検出し、その時の最大振幅値及びそれに対応するデフォーカス量を検出する。その後、ステップ１６で再生信号が最大となる時に加えられたデフォーカス量ｆｏと、メモリ２３に格納された基準値Ｆｏとの差を求め、これをδＦｏ′としてδＦｏ′＞δｆｏを判定する。この時、δＦｏ′がδｆｏより大きければ、
δＦｏ＝δＦｏ＋δＦｏ′
としてステップ１３に戻り、同様の処理を行う。また、δＦｏ′がδｆｏより小さければ処理を終了する。

ここで、δｆｏは対物レンズ１２の開口数ＮＡと波長λから決まる焦点深度の１／２程度より小さければ良く、本実施形態では０．１μmとする。なお、ステップ１５〜１６の処理は確認作業であり、ステップ１３に戻るケースはほとんど無く、省略しても構わない。

次に、光ディスク１３の記録層が２層からなる場合の球面収差補正方法について説明する。この場合には、初期値の設定を図５のフローチャートに基づいて各層に対して行う。即ち、２層の記録層のうち第１の層でのＳｍａｘ、Ｆｏ、ＬをＳｍａｘ（１）、Ｆｏ（１）、Ｌ（１）として、第２の層に対してＳｍａｘ（２）、Ｆｏ（２）、Ｌ（２）としてメモリ２３に格納する。

また、同じ光ディスクの別の所定量離れた半径位置へ移動した時、或いは予定時間経過した時、更には、基準値がメモリ２３に保持されたまま別の光ディスクが挿入された時等には、記録層に応じて上述のＳｍａｘ（１）、Ｆｏ（１）、Ｌ（１）又はＳｍａｘ（２）、Ｆｏ（２）、Ｌ（２）を初期基準値として図７のフローに基づいて球面収差補正を行う。即ち、第１の層に対しては（１）を用い、第２の層に対しては（２）を用いて補正を行う。尚、記録層が３層、４層、…となっても同様に図５のフローチャートに基づいて初期値の設定を行い、図７のフローチャートに基づいて球面収差補正を行う。

また、記録層が複数ある場合は以下の方法で補正しても良い。記録層が２層の場合の補正方法について説明する。まず、層間の間隔に対して、設計上、球面収差発生手段１１のレンズ間隔の変化は決定される。そこで、図５のフローチャートに基づいて初期値の設定を行う層を第１の層として、同様にＳｍａｘ、Ｆｏ、Ｌの設定を行い、第１の層に対しては同様に図７のフローチャートに基づいて球面収差の補正を行う。

また、第２の層までの層間隔は予め規定されているので、その層間隔に対応するレンズ間隔を求めてΔＬとする。記録層が第２の層へ移動した際には、設定されたＳｍａｘ、Ｆｏ、Ｌに対してＬをＬ＋ΔＬとし、同様に図７のフローチャートに基づいて球面収差の補正を行う。この場合、設計値ΔＬと実際の値の差異が、あたかも光透過層の厚み誤差のように見え、設計値ΔＬと実際の値の間の差異を補正できる。

尚、本実施形態においては、設計上、光透過層の厚みが１μmずれた時のそれを補正するためのレンズ間隔変化は１０μmとなるようになっている。以上のようにして初回以降の球面収差検出無しでの、球面収差補正を簡略化、短時間化を達成出来る。

本発明に係る光ヘッドの一例を示す図である。 本発明に係る球面収差発生手段のレンズ間隔と発生する球面収差の関係を示すグラフである。 本発明に係る光透過層の厚み誤差と、それにより発生する球面収差、再生信号が最良となるように加えられたデフォーカス量との関係を示す図である。 本発明に係る光学的情報記録再生装置の全体構成を示すブロック図である。 本発明に係る初期基準値の設定処理を示すフローチャートである。 本発明に係るデフォーカス量と再生信号振幅の関係を示す図である。 本発明に係る球面収差補償処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 半導体レーザ
２ 回折格子
３ コリメータ
４ 偏光ビームスプリッター
５ ＡＰＣ用センサ
６ １／４波長板
７、８ レンズ
１０ 電磁駆動手段
１１ 球面収差発生手段
１２ 対物レンズ
１３ 光ディスク
１４ センサレンズ
１５ Ｒ／Ｆサーボ用センサ
２１ 光ヘッド
２２ コントローラ
２３ メモリ
２４ サーボ回路
２５ 球面収差発生手段駆動回路
２６ 信号再生回路

Claims (4)

1. 光源と、前記光源からの光束を光記録媒体に集光する対物レンズと、前記光源と対物レンズの間にあって前記光束に球面収差を発生させる球面収差発生手段とを有する光学的情報記録再生装置において、前記光記録媒体からの再生信号品位が最良となるデフォーカス量を検出する手段と、前記デフォーカス量と所定基準値との差異に基づいて前記球面収差発生手段を駆動する手段とを有することを特徴とする光学的情報記録再生装置。
2. 前記球面収差発生手段は、光軸上に配置された複数のレンズと、前記複数のレンズのうち少なくとも１つのレンズを光軸方向に移動させてレンズ間隔を可変する手段とから成ることを特徴とする請求項１に記載の光学的情報記録再生装置。
3. 前記検出手段は、再生信号の振幅値、エラーレート又はジッターに基づいて再生信号品位が最良となるデフォーカス量を検出することを特徴とする請求項１に記載の光学的情報記録再生装置。
4. 前記検出手段は、光記録媒体の最短記録マークを再生し、その再生信号に基づいて再生信号品位が最良となるデフォーカス量を検出することを特徴とする請求項１に記載の光学的情報記録再生装置。