JP2005209283A - 光ピックアップ、光情報処理装置及び光情報処理方法 - Google Patents

光ピックアップ、光情報処理装置及び光情報処理方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 多層化、短波長化或いは高NA化により発生する球面収差と3次のコマ収差を最適補正して、多層光記録媒体の何れの情報記録面に対しても良好なスポット特性が得られるようにする。
【解決手段】 多層光記録媒体を対象とする場合、CDx(x=1,2,…);当該多層光記録媒体基板が傾いたときに単位角度当りに発生する3次のコマ収差成分の各最小二乗誤差値(単位:λrms)、CLx(x=1,2,…);当該多層光記録媒体の所定の情報記録面xにレーザ光を集光照射させている場合に、前記対物レンズが傾いたときに単位角度当りに発生する3次のコマ収差成分の各最小二乗誤差値(単位:λrms)、としたとき、当該多層光記録媒体の各情報記録面x(x=1,2,…)で、条件;|CLx/CDx|≧1を満足することで、媒体チルトにより発生する3次のコマ収差をレンズチルトにより補正可能となるようにした。
【選択図】 図3

Description

本発明は、光ピックアップ、光情報処理装置及び光情報処理方法に関する。

映像情報、音声情報又はコンピュータ上のデータを保存する手段として、記録容量0.65GBのCD、記録容量4.7GBのDVDなどの光記録媒体が普及しつつある。そして、近年、さらなる記録密度の向上及び大容量化の要求が強くなっている。

具体的には、BSデジタル放送、さらには地上波デジタル放送が始まり、これらの放送によるHDTV番組を光記録媒体に録画したくても、従来のDVD系光記録媒体では20分程度しか収まらないため、これらを2時間以上記録するための22GB以上の容量をもつ光記録媒体及び光情報処理装置が必要である。

このような光記録媒体の記録密度を上げる手段としては、光記録媒体に情報の書き込み又は読み出しを行う光情報処理において、対物レンズの開口数(NA)を大きくすること、或いは、光源の波長を短くすることにより、対物レンズによって集光され、光記録媒体上に形成されるビームスポットを小径化することが有効である。例えば、「CD系光記録媒体」では、対物レンズの開口数NAが0.50、光源の波長λが780nmとされているのに対して、「CD系光記録媒体」よりも高記録密度化がなされた「DVD系光記録媒体」では、対物レンズの開口数NAが0.65、光源の波長λが660nmとされている。そして、光記録媒体は、上述したように、さらなる記録密度の向上及び大容量化が望まれており、そのためには、対物レンズの開口数NAを0.65よりもさらに大きく、或いは、光源の波長λを660nmよりもさらに短くすることが望まれている。

一方、他の方法として、特許文献1,2に記載されているように複数、例えば2つの情報記録面を積層させた多層光記録媒体がある。例えば、射出成形された2枚の基板の信号面を向かい合わせた形で貼り合せることにより、単層光記録媒体に対して容量が約2倍の2層光記録媒体が実現できる。

特開平8―96406号公報 特開平9―54981号公報

一般に、2層光記録媒体は上述のように、射出成形された2枚の基板の信号面を向かい合わせた形で貼り合せた構造であり、読み取り側(光源側)から見て1層目はレイヤー0(Layer0:以下、L0と称す)、2層目はレイヤー1(Layer1:以下、L1と称す)と呼ばれ、これらのレイヤーL0,L1間は一般に中間層と呼ばれる(図9参照)。このような中間層を設けることにより各々のレイヤーL0,L1の信号分離が可能となる。ここで、対物レンズは単層光記録媒体の基板厚で球面収差が最小となるように最適設計がされているが、2層光記録媒体では中間層の分、厚みずれが生じ、スポット性能が劣化する問題がある。一般に、球面収差:W40 rmsはよく知られるように、
40 rms ≒{1/48√5}{(n−1)/n}NAΔt
で表現される。ここで、λは使用波長、NAは対物レンズの開口数、nは光記録媒体の等価屈折率、Δtは球面収差が最小となるスポット位置からの光軸方向のずれを表す。この式から高NA、短波長ほど球面収差W40 rmsが劣化することが判る。

また、他の問題として、対物レンズの開口数NAをより大きく、或いは光源の波長λをより短くすると、光記録媒体のチルト(傾き)によって発生する3次のコマ収差が大きくなる問題がある。3次のコマ収差が発生すると、光記録媒体の情報記録面上に形成されるスポットが劣化するため、正常な記録再生動作が行えなくなる。光記録媒体のチルトによって発生する3次のコマ収差W31は、一般的に以下の式
31={(n2−1)/(2n3)}×(d×NA3×θ/λ)
で与えられる。ここで、nは光記録媒体の透明基板の屈折率、dは透明基板の厚み、NAは対物レンズの開口数、λは光源の波長、θは光記録媒体のチルト量を意味する。この式から、短波長、高NAほど収差が大きくなることが判る。

本発明の目的は、多層化、短波長化或いは高NA化により発生する球面収差と3次のコマ収差を最適補正して、多層光記録媒体の何れの情報記録面に対しても良好なスポット特性が得られる光ピックアップ及び光情報処理装置を提供することである。

上述した目的を達成するため、本発明では以下のような手段を採用した。なお、以下の説明において、多層光記録媒体の各情報記録面の層間距離については具体的に触れずに、「厚み偏差」という表現で記載するが、例えば従来の光記録媒体であるDVD−ROM2層媒体においての層間距離は約0.05mmと定められており、青色系光記録媒体においては波長比分薄くした程度のレベルが想定される。また、発生するチルト量については光記録媒体の種類にもよるが、青色系光記録媒体においては0.45deg相当である。

請求項1記載の発明は、光源から出射されたレーザ光を光記録媒体の情報記録面に集光照射させる対物レンズを備える光ピックアップにおいて、前記光記録媒体が複数の情報記録面を有する多層光記録媒体の場合、
CDx(x=1,2,…);当該多層光記録媒体基板が傾いたときに単位角度当りに発生する3次のコマ収差成分の各最小二乗誤差値(単位:λrms)、
CLx(x=1,2,…);当該多層光記録媒体の所定の情報記録面xにレーザ光を集光照射させている場合に、前記対物レンズが傾いたときに単位角度当りに発生する3次のコマ収差成分の各最小二乗誤差値(単位:λrms)、
としたとき、当該多層光記録媒体の各情報記録面x(x=1,2,…)で、条件;
|CLx/CDx|≧1
を満足する。

請求項2記載の発明は、請求項1記載の光ピックアップにおいて、前記対物レンズは、レーザ光入射側から見て手前側情報記録面よりも奥側情報記録面での波面収差が小さくなるように設定されている。

請求項3記載の発明は、請求項1又は2記載の光ピックアップにおいて、前記多層光記録媒体の各情報記録面までの厚み偏差に応じて前記対物レンズの結像倍率を変化させる球面収差補正手段を備える。

請求項4記載の発明は、請求項3記載の光ピックアップにおいて、前記球面収差補正手段は、前記光源と前記対物レンズとの間の光路上に正レンズと負レンズとによる補助レンズ群を備え、前記多層光記録媒体の各情報記録面までの厚み偏差に応じて前記補助レンズ群のレンズ間隔を光軸方向に移動させる。

請求項5記載の発明は、請求項3記載の光ピックアップにおいて、前記球面収差補正手段は、前記光源と前記対物レンズとの間の光路上にカップリングレンズを備え、前記多層光記録媒体の各情報記録面までの厚み偏差に応じて前記カップリングレンズを光軸方向に移動させる。

請求項6記載の発明は、請求項1ないし5の何れか一記載の光ピックアップにおいて、前記対物レンズを前記光記録媒体の半径方向と回転方向との少なくとも一方の方向に傾動させるレンズ駆動装置を備える。

請求項7記載の発明は、請求項6記載の光ピックアップにおいて、
前記光記録媒体と前記対物レンズとの相対角度A、
前記光記録媒体と当該光ピックアップ所定基準面との相対角度B、
前記対物レンズと当該光ピックアップ所定基準面との相対角度C
なる相対角度A,B,Cのうち、2つ以上の角度を検出する角度検出手段を備える。

請求項8記載の発明は、請求項7記載の光ピックアップにおいて、前記多層光記録媒体の各情報記録面までの厚み偏差に応じて、前記相対角度A,B,Cのうち、少なくとも1つの信号に対して所定のゲイン又はオフセットを与える補正手段を備える。

請求項9記載の発明は、請求項7記載の光ピックアップにおいて、前記多層光記録媒体の各情報記録面までの厚み偏差に応じて発生する球面収差を検出する球面収差検出手段と、この球面収差検出手段により検出された検出信号に基づいて、前記相対角度A,B,Cのうち、少なくとも1つの信号に対して所定のゲイン又はオフセットを与える補正手段と、を備える。

請求項10記載の発明は、請求項7記載の光ピックアップにおいて、前記多層光記録媒体の各情報記録面までの厚み偏差を検出する厚み検出手段と、この厚み検出手段により検出された検出信号に基づいて、前記相対角度A,B,Cのうち、少なくとも1つの信号に対して所定のゲイン又はオフセットを与える補正手段と、を備える。

請求項11記載の発明は、請求項6記載の光ピックアップにおいて、前記光記録媒体と前記対物レンズとの相対角度に応じて発生する3次のコマ収差量を検知するコマ収差量検知手段を備える。

請求項12記載の発明は、請求項6ないし11の何れか一記載の光ピックアップにおいて、前記レンズ駆動装置は、初期調整として、CLxが最大となる情報記録面を対象に傾き調整される。

請求項13記載の発明の光情報処理装置は、請求項1ないし12の何れか一記載の光ピックアップを用いて、光記録媒体に対して情報の記録、消去又は消去を行う。

請求項14記載の発明の光情報処理装置は、請求項1ないし12の何れか一記載の光ピックアップを用いて、基板厚0.54〜0.63mmの範囲に中間層が設けられた光記録媒体に対して情報の記録、消去又は消去を行う。

請求項15記載の発明の光情報処理方法は、請求項1ないし12の何れか一記載の光ピックアップを用いて、基板厚0.54〜0.63mmの範囲に中間層が設けられた光記録媒体に対して情報の記録、消去又は消去を行う。

即ち、一つの本発明では、対物レンズの結像倍率を変化させる球面収差補正手段を備える(請求項3〜5)。結像倍率を変化させることは、当該対物レンズへの入射ビームを発散状態或いは収束状態に変化させることに相当し、これにより球面収差が変化するため、多層光記録媒体の各情報記録面間の厚み偏差に起因して発生する球面収差を相殺させることが可能となる。例えば、基板厚:0.6mm、開口数NA:0.65、使用波長λ:405nmで最適設計された対物レンズを備える青色光学系において、厚み偏差に伴い発生する波面収差は図1中の●印で示すようになるのに対して、厚み偏差に応じて結像倍率を変化させると図1中の○印で示すように補正することが可能となる。

また、別の本発明では、光記録媒体の半径方向と回転方向との少なくとも一方の方向に対物レンズを傾動させるレンズ駆動装置を備える(請求項6)。対物レンズを傾動させると3次のコマ収差が発生するため、光記録媒体が傾いたときに発生する3次のコマ収差を相殺することが可能となる。例えば、基板厚:0.6mm、開口数NA:0.65、使用波長λ:405nmで最適設計された対物レンズを備える青色光学系において、厚み偏差に伴い発生する波面収差は図2中に●印で示すようになるのに対して、光記録媒体のチルト(横軸)に応じて対物レンズを傾動(チルト)させると図2中の○印に示すように補正することが可能となる。

ここに、図3は、基板厚:0.6mm、開口数NA:0.65、使用波長λ:405nmで最適設計された対物レンズを備える青色光学系において、対物レンズのレンズチルト1degで発生する3次のコマ収差と、光記録媒体のチルト1degで発生する3次のコマ収差をプロットしたものである。ここで、前述の請求項3〜6の前提となる本発明の光ピックアップでは、光記録媒体として複数の情報記録面を有する多層光記録媒体を対象とする場合、
CDx(x=1,2,…);当該多層光記録媒体基板が傾いたときに単位角度当りに発生する3次のコマ収差成分の各最小二乗誤差値(単位:λrms)、
CLx(x=1,2,…);当該多層光記録媒体の所定の情報記録面xにレーザ光を集光照射させている場合に、前記対物レンズが傾いたときに単位角度当りに発生する3次のコマ収差成分の各最小二乗誤差値(単位:λrms)、
としたとき、当該多層光記録媒体の各情報記録面x(x=1,2,…)で、条件;
|CLx/CDx|≧1
を満足するように設定されている(請求項1)。このような条件を満足することにより、光記録媒体のチルトによって発生する3次のコマ収差を対物レンズのチルトによって十分に補正することが可能となり、多層光記録媒体の各情報記録面において良好なスポットを得ることが可能となる。

即ち、図4は基板厚:0.6mmで最適化された対物レンズを用いて、基板厚:0.51mm、0.54mm、0.57mm、0.60mm、0.63mm、0.66mm、0.69mm(厚み偏差は、各々、−0.09mm、−0.06mm、−0.03mm、0、+0.03mm、+0.06mm、+0.09mmに相当する)の各光記録媒体における当該光記録媒体のチルトに伴う3次のコマ収差をレンズチルト(レンズ傾動)で補正したときの収差特性図である。基板厚が薄い方が、レンズチルトによる補正効果が大きく、図4(e)〜図4(g)に示すように上記条件式を満足しない範囲では、対物レンズをチルトさせても光記録媒体のチルトによる3次のコマ収差を十分に抑制できないことが判る。

図5は、前述したように青色系光記録媒体の場合に発生するチルト量0.45deg相当を考慮し、光記録媒体のチルト量0.45degでの特性を抽出した結果を示す。通常、光記録媒体からの信号の読み取りにおいて、波面収差値はマレシャルクライラリオン(0.07λrms)より小さくする必要があることが経験上知られている。波面収差には対物レンズの収差なども含めて考える必要があるので、許容量は約0.07λrmsの1/2程度の0.04λrms以下にする必要があるされており、図5中で上記条件式を満たす範囲では、0.04λrms以下の信号を得ることができている。

なお、厚み偏差が−0.05mm以下で、また波面収差が悪くなりだすが、これは厚み偏差に伴う球面収差残留分の影響によるものである。

従って、図5において波面収差0.04λrms以下となるためには基板厚0.6mm基準(単層光記録媒体)に対して0.54〜0.63mmの範囲に多層光記録媒体の情報記録面が存在するように設定する、換言すると、この範囲に中間層を設ける必要があることが判る。例えば、2層光記録媒体の場合、L0層を基板厚0.57mm相当の位置に持ち、L1層を基板厚0.60mm相当の位置に持つような光記録媒体と光ピックアップとの組合せとすればよい。

ちなみに、図6は、光記録媒体チルトを補正するために対物レンズに必要なレンズ駆動量を図5に対応させて示している。図6(e)〜図6(g)に示すように、上記条件式を満足しない範囲では、光記録媒体のチルトに対する対物レンズチルト駆動量が非線形となっており、これでは制御が煩雑化するため好ましくない。

そして、例えばL0層を0.57mmの位置に、L1層を0.60mmの位置にとった場合、図6よりL0層では光記録媒体が1deg傾いたときは、対物レンズを同一方向に0.8deg傾け(図6(c)参照)、L1層では光記録媒体が1deg傾いたときは、対物レンズを同一方向に1.0deg傾ける(図6(d)参照)ことにより、各情報記録面での3次のコマ収差が補正される。

また、別の本発明では、各情報記録面までの厚み偏差或いは厚み偏差に応じて発生する球面収差を検出する球面収差検出手段を備えている(請求項8,9)、このため、厚み偏差信号を、別に設けられたチルト検出信号(請求項7)により補正でき、より良好な3次のコマ収差補正が可能となる。

本発明によれば、多層化及び短波長化によって大容量化を図った光ピックアップないしは光情報処理装置において、多層光記録媒体の何れの情報記録面位置に対しても良好なスポット特性が得ることができる。

本発明を実施するための最良の形態について図面に基づいて説明する。

まず、本実施の形態の光ピックアップ1の概略構成例について図7に基づいて説明する。光記録媒体2に対して情報の記録、再生又は消去動作を行う光ピックアップ1は、固定光学系3からの光を対物レンズ4により光記録媒体2上に集光させ、この光記録媒体2からの反射光を固定光学系3内に配置されている検出系(後述)からの信号に基づいて情報の記録、再生又は消去動作が行われる。また、固定光学系3とは別に、対物レンズ4を傾動させるレンズ駆動装置としてのアクチュエータ部5と、光記録媒体2のチルトを検出するチルト検出手段6とが設置されており、チルト検出手段6により検出されたチルト量に応じて、アクチュエータ部5はチルトされて、対物レンズ4の光軸が光記録媒体2の面に対して所定角度となるように制御される。

ここで、信号読み取りを行う固定光学系3の構成例を図8を参照して説明する。本実施の形態の光ピックアップ1は、光源としての青色波長域の半導体レーザ12、カップリングレンズ13、偏光ビームスプリッタ14、球面収差補正手段15、偏向プリズム16、1/4波長板17、対物レンズ4、検出レンズ18、光束分割手段19、受光素子20により構成されている。

波長405nmの半導体レーザ12から出射した直線偏光の発散光は、カップリングレンズ13で略平行光とされ、偏光ビームスプリッタ14、球面収差補正手段15を透過し、偏向プリズム16で光路を90度偏向され、1/4波長板17を通過し円偏光とされ、対物レンズ4に入射し、光記録媒体2上に微小スポットとして集光される。このスポットにより、情報の再生、記録又は消去が行われる。光記録媒体2から反射した光は、往路とは反対回りの円偏光となり、再び略平行光とされ、1/4波長板17を通過して往路と直交した直線偏光になり、偏光ビームスプリッタ14で反射され、検出レンズ18で収束光とされ、光束分割手段19により複数の光路に偏向分割され、受光素子20に至る。受光素子20からは、情報信号、サーボ信号等が検出される。

ここに、前述したように、HDTV番組を2時間以上記録するためには22GB以上の容量が必要である。記録容量22GBを達成するためには、従来から知られている単層DVD系光記録媒体に対して、使用波長:λ、若しくは開口数:NA、情報記録層数:Lを変更する必要がある。その条件としては、
L×{(0.66/λ)/(0.65/NA)}≧(22/4.7)
を満たせばよい。なお、DVD系光記録媒体では再生専用の所謂DVD−ROM光記録媒体において、L=2が実現されている。高NA化は対物レンズの製造公差を厳しくし、光情報処理装置のコストアップに繋がるため、ここでは開口数:NAは、DVD同等の0.65とし、波長:λをDVDで用いられている赤色波長帯域の半導体レーザより短波長の青色半導体レーザの波長405nmを用いる。そして、L=2とすれば、約25GBで、22GB以上の容量をもつ光記録媒体が実現可能である。

即ち、本実施の形態の光ピックアップ1では、光記録媒体2として単層DVD系光記録媒体も適用可能であるが、多層光記録媒体も適用可能としているものであり、図9にこのような多層光記録媒体の一例として、2層光記録媒体2aの断面図を示す。情報記録面の数を増やしてn層化することで容量が略n倍となる。2層光記録媒体2aは射出成形された2枚の基板21,22の信号面(情報記録面)を向かい合わせた形で貼り合せた構造であり、読み取り側(光源側)から見て1層目はレイヤー0(Layer0:以下、L0と称す)、2層目はレイヤー1(Layer1:以下、L1と称す)と呼ばれる。レイヤーL0の反射膜23は当該レイヤーL0を透過してレイヤーL1の信号を読み取れるように半透明膜とし、金や誘電体などで形成される。レイヤーL1の反射膜24には単層光記録媒体と同様にアルミ反射膜が用いられる。レイヤーL0,L1間には信号面を一定の厚さtで分離するための中間層25が設けられる。中間層25は読み取り光の光路となるため、読み取り光の波長での透過率が高く基板の屈折率に近い屈折率をもつ紫外線硬化樹脂材料が用いられる。読み取りビームの焦点を移動させる(フォーカスジャンプ)だけでL0、L1何れのレイヤーの信号も片側から読み出すことができる。

ここに、本実施の形態の光ピックアップ1では、
CDx(x=1,2);当該多層光記録媒体2aの基板が傾いたときに単位角度当りに発生する3次のコマ収差成分の各最小二乗誤差値(単位:λrms)、
CLx(x=1,2);当該多層光記録媒体2aの所定の情報記録面xにレーザ光を集光照射させている場合に、対物レンズ4が傾いたときに単位角度当りに発生する3次のコマ収差成分の各最小二乗誤差値(単位:λrms)、
としたとき、当該多層光記録媒体2aの各情報記録面x(x=1,2)で、条件;
|CLx/CDx|≧1
を満足するように設定されている。即ち、
|CL1/CD1|≧1
|CL2/CD2|≧1
である。具体的には、例えば、2層光記録媒体2aの場合であり、L0層を基板厚0.57mm相当の位置に持ち、L1層を基板厚0.60mm相当の位置に持つような光記録媒体2と光ピックアップ1との組合せとされている。これは、対物レンズ4が、レーザ光入射側から見て手前側情報記録面L0よりも奥側情報記録面L1での波面収差が小さくなるように設定されていることも意味している。

また、本実施の形態では、対物レンズ4の結像倍率を変化させる球面収差補正手段15を備え、結像倍率を変化させることで、対物レンズ4への入射ビームを発散状態或いは収束状態に変化させ、これにより積極的に球面収差を変化させることで、多層光記録媒体2aの各情報記録面間の厚み偏差に起因して発生する球面収差を相殺させるものである。

このような結像倍率を変化させる球面収差補正手段15としては、例えば図8に示す例では、2枚のレンズ15a,15bによる補助レンズ群と、これらのレンズ15a,15bの間隔を調整する間隔調整手段(図示せず)とにより構成されている。2枚のレンズ15a,15bは一方が正レンズ、他方が負レンズで、図8の例では正レンズが光源12側に配置されているが、負レンズを光源12側に配置しても良い。球面収差補正手段15を構成する正・負レンズの間隔を変化させると、球面収差補正手段15を対物レンズ4側へ透過する光束の発散状態が変化し、対物レンズ4通過後のビームに球面収差が発生するので、この球面収差により多層光記録媒体2aの中間層25厚みに起因して発生する球面収差を相殺するようにすればよい。

球面収差補正手段としては、図8に示すような球面収差補正手段15に限定されるものでなく、カップリングレンズ13を光軸方向に移動させることで対物レンズ4側へ透過する光束の発散状態を変化させ、対物レンズ4通過後のビームに球面収差を発生させることによってもよい。

例えば、基板厚:0.6mm、開口数NA:0.65、使用波長λ:405nmで最適設計された対物レンズ4を備える本実施の形態のような青色光学系においては、厚み偏差に伴い発生する波面収差は図1中の●印で示すようになるのに対して、厚み偏差(レイヤーL0,L1)に応じて球面収差補正手段15により対物レンズ4の結像倍率を変化させると図1中の○印で示すように補正することが可能となる。

また、図8に示す本実施の形態の光ピックアップ1においては、光束分割手段19と受光素子20との組合せにより球面収差検出手段が構成されている。前述の通り、中間層25の厚みに起因して各情報記録面において球面収差が発生し、情報記録面上に形成される光スポットの形状が劣化する。このように発生した球面収差は戻り光束の波面を歪ませることになり、検出レンズ18を介して受光素子20に向う光束にも収差が発生する。図10(a)はこの状態を示している。検出レンズ18へ戻る戻り光束に球面収差が発生しているときには、戻り光束の基準波面に対して、光軸中心に同心円状に「波面の遅れ」があり、基準波面を集光したときの集光点に対し遅れた波面が集光する位置はデフォーカスとなる。そこで、遅れた波面と進んだ波面の差を取り出してフォーカス状態を検出することで球面波面収差の発生状況を知ることができる。例えば、光束分割手段19として図10(b)に示すようにホログラムを配置し、分割された各々の光束を検知できるように受光領域が分割された受光素子20を備えればよい。

或いは球面収差を検出するのではなく、光記録媒体2の基板表面と情報記録面との厚みそのものを厚み偏差として検出するものであってもよい(厚み検出手段)。一般に、対物レンズ4を光軸方向に制御するために検出されているフォーカス信号は光記録媒体2の基板表面或いは情報記録面においてゼロクロスするためその距離を計測すれば厚みが判る。

次に、アクチュエータ部5の構成例を図11に示す概略斜視図を参照して説明する。このアクチュエータ部5は、対物レンズ4を保持する対物レンズ保持体31に対して、この対物レンズ保持体31を支持するベース部32と、このベース部32と対物レンズ保持体31との間に介在される弾性支持機構33,34とを備えている。弾性支持機構33,34は、対物レンズ保持体31をフォーカス方向、トラッキング方向、ラジアルチルト方向、タンジェンシャルチルト方向の計4方向に動けるよう、ベース部32に対して弾性的に支持している。ここで、フォーカス方向とは図11のZ軸方向(対物レンズ4の光軸方向)、トラッキング方向とは図11のX軸方向(光記録媒体2の半径方向)をいう。また、ラジアルチルト方向とは図11のY軸回りのチルト方向(光記録媒体2の半径方向に対するチルトの方向)、タンジェンシャルチルト方向とは図11のX軸回りのチルト方向(光記録媒体2の回転方向に対するチルトの方向)をいう。また、図11には図示しない駆動手段を備えており、この駆動手段は、例えば対物レンズ保持体31に設けられた永久磁石と、ベース部32に対して相対的に固定された駆動コイルとからなるいわゆるボイスコイルモータによって構成されている。そして、この駆動手段は、駆動コイルへの入力電流に応じて、対物レンズ保持体31を上記4方向に駆動するようになっている。駆動手段の駆動コイルへの入力電流を制御して、光記録媒体2の情報記録面における記録トラック上に所定のレーザ光スポットを追従させるフォーカスサーボ及びトラッキングサーボを行うと共に、レーザ光の入射方向(即ち、対物レンズ4の光軸)が光記録媒体2の情報記録面に3次のコマ収差を抑制する方向にチルトサーボを行うように構成されている。

このように、対物レンズ4を傾動させるアクチュエータ部5(レンズ駆動装置)を備えるので、対物レンズ4を積極的に傾動させると3次のコマ収差が発生するため、光記録媒体2が傾いたときに発生する3次のコマ収差を相殺することが可能となる。例えば、基板厚:0.6mm、開口数NA:0.65、使用波長λ:405nmで最適設計された対物レンズ4を備える本実施の形態のような青色光学系において、厚み偏差に伴い発生する波面収差は図2中に●印で示すようになるのに対して、光記録媒体2のチルト(横軸)に応じて対物レンズ4を傾動(チルト)させると図2中の○印に示すように補正することが可能となる。特に、本実施の形態では、多層光記録媒体2aの各情報記録面で、前述の条件を満たしているので、図4(a)〜(d)、図5に示したように、光記録媒体2のチルトに伴う3次のコマ収差をレンズチルトで補正し得ることが判る。

さらに、図12に光記録媒体2のチルトを検出するチルト検出手段6の光学系構成例を示す。このチルト検出光学系の要部は、半導体レーザ41、コリメートレンズ42、ハーフミラー43、1/4波長板17、偏光ビームスプリッタ44、第1の受光素子45、第2の受光素子46により構成される。半導体レーザ41から出射した直線偏光の発散光は、ハーフミラー43で光路を90度偏向されコリメートレンズ42で略平行光とされる。続く1/4波長板17の光源側の面には、所定のコートがされており、ハーフミラー43からの光の一部は反射され、残りの成分は透過させる。1/4波長板17を透過した光は、1/4波長板17を通過することにより円偏光とされ、光記録媒体2で反射される。光記録媒体2からの反射光は、往路とは反対回りの円偏光となり、1/4波長板17を再度通過して往路と直交した直線偏光になる。即ち、1/4波長板17表面で反射した光と、1/4波長板17を通過して光記録媒体2で反射した光は、偏光方向が直交した状態で、コリメータレンズ42に反射光として入射する。そして、各反射光はほぼ同一光路を辿り、ハーフミラー43を通過し偏光ビームスプリッタ44に入射する。ここで、1/4波長板17表面からの反射光と光記録媒体2からの反射光は偏光ビームスプリッタ44により光路が分離される。光記録媒体2からの反射光は偏光ビームスプリッタ44で反射され第1の受光素子45に、1/4波長板17からの反射光は偏光ビームスプリッタ44を透過し第2の受光素子46に至る。

ここで、図13を参照し、第1、第2の受光素子45,46からの出力値についての演算手段の詳細な構成例を説明するが、ここでは簡単のために一方向、例えばラジアル方向の場合に限定して説明するものとする。具体的には、本来、第1の受光素子45(第2の受光素子46も同様)は図14に示すような受光部45c〜45fに4分割された4分割受光素子を用いるのであるが、ここでは一方向に限定して話を進めるため、受光部45a,45bのみを有する2分割受光素子(第2の受光素子46にあっては、受光部46a,46bのみを有する2分割受光素子)を用いるものとする。

まず、光記録媒体2のチルト量を検出するために、光記録媒体2からの反射光を検出する受光素子45は一対の受光部45a,45bからなる。一対の受光部45a,45bは、光記録媒体2の半径方向に沿って配置されている。従って、光記録媒体2がチルトすると、その方向に応じて一対の受光部45a,45bの一方からの検出信号のレベルが他方に比べて大きくなる。一対の受光部45a,45bは、各々、プリアンプ51,52に接続されている。このプリアンプ51,52は、これらの出力信号の差を差出力信号として出力する差分回路53に接続されている。差分回路53からの差出力信号を演算することにより光記録媒体2の傾き量が求められる。光記録媒体2の反射率が変動し、或は、光源41から発光される光線の光強度が時間とともに変動すると、その結果として、プリアンプ51,52からの検出信号の特性も変化するが、この特性の変化は、後段の回路で補正される。即ち、プリアンプ51,52からの信号が加算回路54で加算され、この加算出力が割算回路55に入力される。割算回路55では、加算出力を基準として差分回路53からの差出力が規格化され、差出力に含まれる変動成分が除去され、この割算回路55からは、光記録媒体2のチルト信号が発生される。

一方、対物レンズ4及び1/4波長板17を搭載したアクチュエータ部5のチルト量を検出するために、アクチュエータ部5に設置されている1/4波長板17から反射された光線を検出する受光素子46は一対の受光部46a,46bからなる。対物レンズ4が傾けられると、その傾く方向に応じてこの一対の受光部46a,46bの一方から発生する検出信号のレベルが他方から発生する信号レベルに比して大きくなる。この一対の受光部46a,46bは、各々プリアンプ56,57に接続されている。このプリアンプ56,57は、プリアンプ51,52の場合と同様に、プリアンプ56,57からの出力信号の差を差出力信号として出力する差分回路58に接続されている。差分回路58からの差出力信号を演算することによりアクチュエータ部5、即ち対物レンズ4のチルト量が求められる。光源41から発光される光線の光強度が時間とともに変動するとプリアンプ56,57からの検出信号の特性も変化するが、この特性の変化は、後段の回路で補正される。即ち、プリアンプ56,57からの信号が同様に加算回路59で加算され、この加算出力が割算回路60に入力される。割算回路60では、加算出力を基準として差分回路58からの差出力を規格化し、差出力に含まれる変動成分を除去してこの割算回路60からは、対物レンズ4のチルト信号が出力される。

光記録媒体2及び対物レンズ4のチルト量に相当するチルト信号を出力する割算回路55,60は、差分回路61に接続され、そのチルト信号の差がこの差分回路61から発生される。この差分回路61からの差出力は、光記録媒体2に対する対物レンズ4の相対チルト量に相当している。差分回路61の前段にはスイッチ62,63が設置されており、対物レンズチルト信号、光記録媒体2のチルト信号、そしてそれらの相対チルト信号を選択できる。即ち、図13に示す回路により角度検出手段64が構成されている。

例えば、2層光記録媒体2aの場合、レイヤーL0,L1によって光記録媒体チルトに対する最適レンズチルト量が異なるが、本実施の形態では、
1) 光記録媒体2と対物レンズ4との相対角度A
2) 光記録媒体2と光ピックアップ所定基準面との相対角度B
3) 対物レンズ4と光ピックアップ所定基準面との相対角度C
を検出しているため、予め記憶されているマップに基づき制御してやればよい。例えば、図6(a)において、まず、光記録媒体2と光ピックアップ所定基準面との相対角度が0.6deg傾いているという信号を検出した場合、引き続き、対物レンズ4と光ピックアップ所定基準面との相対角度を0.4degになるようにフィードバックしてやればよい。

そして、図6に示したように光記録媒体2のチルトを補正するための対物レンズチルト量は厚み偏差に応じて異なる。本実施の形態では、このようなチルト制御演算時に、所定のゲイン(図示せず)を情報記録面位置に応じて切換えてもよい。即ち、厚み偏差に応じて補正レンズチルト量が異なるため、常に同等レベルの信号が出力されるように上記2),3)の何れかにゲインを加えるようにしてもよい。

また、光ピックアップ1の組付調整時に発生する対物レンズ4への入射光束の傾き誤差や、対物レンズ4の製造誤差に伴う3次のコマ収差を補正するように、レンズチルトアクチュエータはその組付時に傾きが調整される。この傾き調整は、レンズチルトによる3次のコマ収差劣化が最も大きい情報記録面位置に対して行うのが望ましい。一方、他の情報記録面位置については組付調整されないが、本実施の形態によれば、予め光ピックアップ組付工程の段階で、対物レンズ4への入射光束の傾き誤差や、対物レンズ4の製造誤差に伴う3次のコマ収差を補正するための対物レンズ最適位置を確認しておき、その位置に図6の関係をオフセットさせることで、組付製造誤差分の3次のコマ収差もレンズチルトにより合わせて補正することが可能となる。無論、前者の傾き調整を行わずに、前者もチルト信号のオフセットにより補正する方法をとってもよい。

なお、本実施の形態の光ピックアップ1においては、アクチュエータ部5の駆動信号として、対物レンズ4、光記録媒体2のチルト角度を用いたが、対物レンズ4と光記録媒体2との相対チルトによって発生する3次のコマ収差を補正する方法であってもよい。3次のコマ収差検出の方法について説明する。

光記録媒体2には、図15に示すような案内溝71が形成されている。この案内溝71からの反射光には、直接の反射光である0次光と、回折された±1次回折光とが含まれ、これらの光が干渉し合っている。図16は、受光素子20の受光面で受光される0次光(直進光)と±1次回折光とを、受光素子20の受光面の上から見た図である。0次光(直進光)と1次回折光とは、重なる部分があり、この重なる部分を干渉領域72と呼ぶ。

この干渉領域72が、光記録媒体2のチルトに伴いどのように変化するかを、図17及び図18を用いて説明する。図17は、光記録媒体2が半径方向(ラジアル方向)に傾いていたときの干渉領域72の変化を示している。チルトに伴い図17の左右で光量に偏りが生じる。これは、光記録媒体2の傾きにより、光記録媒体2上に投影されるスポットに3次のコマ収差が発生するためである。この偏りは、一方の干渉領域72と、他方の干渉領域72とで、逆方向に生じる。図17では、チルトが大きくなるほど図17中右側の領域が強くなり、左側の領域が徐々に弱くなっていくのが判る。同様に、図18は光記録媒体2が回転方向(タンジェンシャル方向)に傾いたときの干渉領域72の変化を示している。

よって、このような光量分布の変化を検知してやればよい。例えば、図19に示すよう荷、干渉領域72のパターン変化が検出できるような複数分割の受光素子73を用いてやればよい。

図20に本発明の光情報処理装置の概略斜視図を示す。本実施の形態の光情報処理装置91は、例えば多層光記録媒体2aのような光記録媒体2に対して、図8に示したような構成の光ピックアップ1を用いて情報の記録、再生又は消去を互換性を持って行う装置である。本実施の形態において、光記録媒体2(2a)はディスク状であって、保護ケース93内に格納されている。光記録媒体2(2a)は保護ケース93ごと、挿入口94から当該光情報処理装置91内に対して矢印「入」方向へ挿入セットされ、スピンドルモータ95により回転され、光ピックアップ1により情報の記録や再生、或いは消去が行われる。なお、光記録媒体2(2a)は保護ケース93に入れられている必要はなく裸の状態であってもよい。

対物レンズ4や光ピックアップ1として、前述したものを用いることにより、多層光記録媒体2aの何れの情報記録面位置に対しても良好なスポット特性が得ることができる。

球面収差補正前後の特性を示す特性図である。 コマ収差補正前後の特性を示す特性図である。 厚み偏差とコマ収差との関係を示す特性図である。 基板厚み(厚み偏差)に応じたチルト補正効果を示す特性図である。 光記録媒体チルト0.45degにおける補正後の残留収差を示す特性図である。 基板厚み(厚み偏差)に応じた対物レンズに必要な駆動量を示す特性図である。 本発明の位置実施の形態の光ピックアップを示す概略的な全体構成図である。 その固定光学系の詳細を示す構成図である。 多層光記録媒体の構成例を示す原理的な断面図である。 球面収差の様子及び光束分割素子のパターン例を示す説明図である。 アクチュエータ部の構成例を示す概略斜視図である。 チルト検出光学系の構成例を示す概略図である。 チルト信号算出用の回路構成例を示す概略回路図である。 4軸アクチュエータ用の受光素子の構成例を示す正面図である。 光記録媒体と干渉領域との関係を示す説明図である。 干渉領域に関する説明図である。 ラジアルチルトに伴う干渉領域の変化の様子を示す説明図である。 タンジェンシャルチルトに伴う干渉領域の変化の様子を示す説明図である。 受光素子のパターン構成例を示す正面図である。 光情報処理装置の実施の形態を示す概略斜視図である。

符号の説明

1 光ピックアップ
2 光記録媒体
2a 多層光記録媒体
4 対物レンズ
5 レンズ駆動装置
12 光源
13 球面収差補正手段、カップリングレンズ
15 球面収差補正手段、補助レンズ群
19,20 球面収差検出手段
64 角度検出手段

Claims (15)

  1. 光源から出射されたレーザ光を光記録媒体の情報記録面に集光照射させる対物レンズを備える光ピックアップにおいて、
    前記光記録媒体が複数の情報記録面を有する多層光記録媒体の場合、
    CDx(x=1,2,…);当該多層光記録媒体基板が傾いたときに単位角度当りに発生する3次のコマ収差成分の各最小二乗誤差値(単位:λrms)、
    CLx(x=1,2,…);当該多層光記録媒体の所定の情報記録面xにレーザ光を集光照射させている場合に、前記対物レンズが傾いたときに単位角度当りに発生する3次のコマ収差成分の各最小二乗誤差値(単位:λrms)、
    としたとき、当該多層光記録媒体の各情報記録面x(x=1,2,…)で、条件;
    |CLx/CDx|≧1
    を満足する、ことを特徴とする光ピックアップ。
  2. 前記対物レンズは、レーザ光入射側から見て手前側情報記録面よりも奥側情報記録面での波面収差が小さくなるように設定されている、ことを特徴とする請求項1記載の光ピックアップ。
  3. 前記多層光記録媒体の各情報記録面までの厚み偏差に応じて前記対物レンズの結像倍率を変化させる球面収差補正手段を備える、ことを特徴とする請求項1又は2記載の光ピックアップ。
  4. 前記球面収差補正手段は、前記光源と前記対物レンズとの間の光路上に正レンズと負レンズとによる補助レンズ群を備え、前記多層光記録媒体の各情報記録面までの厚み偏差に応じて前記補助レンズ群のレンズ間隔を光軸方向に移動させる、ことを特徴とする請求項3記載の光ピックアップ。
  5. 前記球面収差補正手段は、前記光源と前記対物レンズとの間の光路上にカップリングレンズを備え、前記多層光記録媒体の各情報記録面までの厚み偏差に応じて前記カップリングレンズを光軸方向に移動させる、ことを特徴とする請求項3記載の光ピックアップ。
  6. 前記対物レンズを前記光記録媒体の半径方向と回転方向との少なくとも一方の方向に傾動させるレンズ駆動装置を備える、ことを特徴とする請求項1ないし5の何れか一記載の光ピックアップ。
  7. 前記光記録媒体と前記対物レンズとの相対角度A、
    前記光記録媒体と当該光ピックアップ所定基準面との相対角度B、
    前記対物レンズと当該光ピックアップ所定基準面との相対角度C
    なる相対角度A,B,Cのうち、2つ以上の角度を検出する角度検出手段を備える、ことを特徴とする請求項6記載の光ピックアップ。
  8. 前記多層光記録媒体の各情報記録面までの厚み偏差に応じて、前記相対角度A,B,Cのうち、少なくとも1つの信号に対して所定のゲイン又はオフセットを与える補正手段を備える、ことを特徴とする請求項7記載の光ピックアップ。
  9. 前記多層光記録媒体の各情報記録面までの厚み偏差に応じて発生する球面収差を検出する球面収差検出手段と、
    この球面収差検出手段により検出された検出信号に基づいて、前記相対角度A,B,Cのうち、少なくとも1つの信号に対して所定のゲイン又はオフセットを与える補正手段と、
    を備えることを特徴とする請求項7記載の光ピックアップ。
  10. 前記多層光記録媒体の各情報記録面までの厚み偏差を検出する厚み検出手段と、
    この厚み検出手段により検出された検出信号に基づいて、前記相対角度A,B,Cのうち、少なくとも1つの信号に対して所定のゲイン又はオフセットを与える補正手段と、
    を備えることを特徴とする請求項7記載の光ピックアップ。
  11. 前記光記録媒体と前記対物レンズとの相対角度に応じて発生する3次のコマ収差量を検知するコマ収差量検知手段を備える、ことを特徴とする請求項6記載の光ピックアップ。
  12. 前記レンズ駆動装置は、初期調整として、CLxが最大となる情報記録面を対象に傾き調整される、ことを特徴とする請求項6ないし11の何れか一記載の光ピックアップ。
  13. 請求項1ないし12の何れか一記載の光ピックアップを用いて、光記録媒体に対して情報の記録、消去又は消去を行うことを特徴とする光情報処理装置。
  14. 請求項1ないし12の何れか一記載の光ピックアップを用いて、基板厚0.54〜0.63mmの範囲に中間層が設けられた光記録媒体に対して情報の記録、消去又は消去を行うことを特徴とする光情報処理装置。
  15. 請求項1ないし12の何れか一記載の光ピックアップを用いて、基板厚0.54〜0.63mmの範囲に中間層が設けられた光記録媒体に対して情報の記録、消去又は消去を行うことを特徴とする光情報処理方法。
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