JP2006294151A - 球面収差補検出装置とそれを具備した光ピックアップおよび光情報処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光情報記録媒体の厚さ誤差や多層光情報記録媒体の中間層厚さ、光源波長の違い等で球面収差が発生しても、受光素子数や部品点数を増やすことなく、経時特性・温度特性などの環境変動の影響が受けにくく安定した球面収差検出を行え、さらに部品点数の削減、組付工程を低減して低コスト化を実現した光ピックアップおよび光情報処理装置を提供することにある。さらにその検出信号に基づいて球面収差を補正して情報の記録、再生品質の精度を高めることができる光ピックアップおよび光情報記録装置を提供する。
【解決手段】相異なる２つ以上の集光位置において再生信号振幅または波形等化係数を検出し、それぞれの集光位置での再生信号振幅または波形等化係数の違いを算出することで、球面収差を検出する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、集光光学系において発生する球面収差を検出する球面収差検出装置、この検出装置を備えた光ピックアップ及び光情報処理装置に関する

近年、情報量の増大と共に光情報記録媒体の記録密度を高くすることが求められている。そこで、光情報記録媒体の情報記録面における線記録密度を高めることやトラックの狭ピッチ化によって、光情報記録媒体の高記録密度化が行われてきた。この光情報記録媒体の高記録密度化に対応するためには、光情報記録媒体の情報記録面上に集光される光ビームのビーム径を小さくすることが必要である。
光ビームのビーム径を小さくする方法としては、光情報記録媒体を記録再生する光ピックアップの集光光学系としての対物レンズから照射される光ビームの開口数（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ａｐｅｒｔｕｒｅ：以下ＮＡと表示する）を大きくすることや、光ビームの短波長化が考えられる。
一般に、光情報記録媒体では、埃や傷から情報記録面を保護するために、情報記録面が透明基板で覆われている。従って、光ピックアップの対物レンズを透過した光ビームは、透明基板を通過して、その下にある情報記録面上で集光されて焦点を結ぶことになる。
このように光ビームが透明基板を通過すると、球面収差（Ｓｐｈｅｒｉｃａｌ Ａｂｅｒｒａｔｉｏｎ：以下ＳＡと表示する）が発生する。球面収差ＳＡは、次式（１）
ＳＡ ∝ ｄ・ＮＡ^４・・（１）
で示され、透明基板の厚さｄおよび対物レンズの開口数ＮＡの４乗に比例する。通常、対物レンズは、この球面収差を相殺するように設計されているので、対物レンズとカバーガラスを通過した光ビームの球面収差は十分に小さくなっている。

しかしながら、透明基板の厚さが、予め定められた値からずれると、情報記録層に集光された光ビームには、球面収差が発生し、情報を正しく記録再生することができなくなるという問題が生じる。
製造上において、全ての光情報記録媒体の透過基板厚さを規定値に形成させることは困難であり、厚さ誤差が発生する。そのため、かかる透過基板の厚さ誤差によって球面収差が発生する。 また、上記の式（１）より透過基板厚さ誤差Δｄによって発生する球面収差の誤差ΔＳＡは、透過基板厚さ誤差Δｄに比例する。即ち、透過基板の厚さ誤差Δｄが大きくなればなるほど、球面収差の誤差ΔＳＡが大きくなる。これにより、情報を正しく読み書きすることができなくなる。
従来の光ディスクにおいては、例えば、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ ＤＩＳＣ）のように、用いる光ピックアップ装置における対物レンズの開口数ＮＡは０．６程度と小さく、波長は６６０ｎｍの赤色領域であった。従って、透過基板厚さ誤差Δｄによって発生する球面収差の誤差ΔＳＡは小さく、情報記録層ごとに、光ビームを十分小さく集光することができた。
透明基板の厚さ誤差Δｄが等しくても、開口数ＮＡが大きくなるほど大きな球面収差ＳＡが発生する。例えば、ＮＡ＝０．６に比べて、ＮＡ＝０．８５では、約４倍の球面収差ＳＡが発生する。従って、上記式（１）より、ＮＡ＝０．８５のように高開口数になればなるほど、透明基板の厚さ誤差Δｄによって発生する球面収差が大きくなることが分かる。
さらに、波長が短くなると、光学材料の屈折率変化が大きくなるため、発生する球面収差量が大きくなる。

一方、光情報記録媒体の厚さ方向へ記録情報の高密度化を進めることができるように、情報記録層を積層化して形成された多層光情報記録媒体として、例えば情報記録層が２層のＤＶＤが既に商品化されている。このような多層光情報記録媒体を記録再生する光ピックアップは、光情報記録媒体の情報記録面ごとに光ビームを十分小さく集光させることが必要である。
しかしながら、上記のような多層光情報記録媒体では、積層化された情報記録層ごとに、光情報記録媒体の表面から各情報記録面までの厚みがそれぞれ異なる。これにより、光ビームが光ディスクの透明基板を通過する際に発生する球面収差が、各情報記録面ごとに異なる。この場合、例えば、隣接する情報記録面で発生する球面収差の差異（誤差ΔＳＡ）は、上記式（１）より、隣接する情報記録層の層間距離ｔ（厚さｄに相当）に比例する。
多層光情報記録媒体の場合、隣接する情報記録面の層間距離ｔが等しくても、光ピックアップ装置の対物レンズのＮＡが大きくなるほど大きな球面収差の差異（誤差ΔＳＡ）が発生する。例えば、ＮＡ＝０．６に比べて、ＮＡ＝０．８５では、約４倍の球面収差の差異が発生する。従って、上記式（１）より、ＮＡ＝０．８５のように高開口数になればなるほど、各情報記録層毎の球面収差の差異が大きくなることが分かる。
さらに、波長が短くなると、光学材料の屈折率変化が大きくなるため、発生する球面収差量が大きくなる。

また、光源の波長は、個々の光源の波長ばらつきや温度や出力の違いにより、変動する。光学材料の屈折率は、波長により変化する性質（分散）を持つため、光源の波長ばらつきや、波長変動により球面収差が発生する。
よって、高開口数の対物レンズ、短い波長では、球面収差の誤差の影響が無視できず、情報の読み取り精度の低下を招来するという問題が生じる。そこで、短波長、高開口数の対物レンズを用いて高記録密度化を実現するためには球面収差を検出し、補正する必要がある。
そこで、球面収差を検出する方法として、上述の球面収差を検出し補正する光ピックアップが開示されている（例えば、特許文献１ 参照）。この光ピックアップでは、光ディスクの情報記録層に光ビームを集光させたとき、球面収差によって光ビームの光軸付近のビームと光軸付近より外側のビームとで光ビームの集光位置が異なるのを利用している。
しかしながら、この検出方法は、分離した光ビームの焦点位置ずれを検出することで、球面収差を検出するようになっている。このため、光ビームを適切に分離しないと、各光ビームのスポット径が最も小さくなる位置の相違が小さくなるので、それぞれの光ビームの焦点位置ずれ量が小さくなり、感度よく球面収差を検出することができない。

上記光ピックアップによれば、検出する光ビームをホログラム等の光学素子で光ビームの光軸付近の光ビームと光軸付近より外側の光ビームに分離し、球面収差発生時にどちらか一方の光ビームにおける情報記録層からの集光位置のずれを検出して、その検出結果に基づき球面収差を補正する。これにより、光情報記録媒体の各情報記録層ごとに集光される光ビームを十分小さくすることができる。
また、光情報記録媒体から反射して集光する復路の光ビームのうち、光ビームの光軸を中心とする径が異なる２つの同心円で挟まれた領域（半リング状領域）を通過する光ビームのみを集光させて球面収差を検出し、この検出結果に基づいて球面収差を補正する技術が開示されている（例えば、特許文献２ 参照）。この半リング状領域は、光ビームの波面を表わす曲線の極値を含む領域であり、この領域を通過する光ビームは、球面収差の無い理想波面における集光ビームの焦点位置に集光することになる。このため、光ビームの焦点位置を利用して球面収差誤差信号を検出する方法に適用することができない。
上記両特許文献では、検出系入射ビームをホログラムにより複数ビームに分割し、そのビームを受光素子で検出する構成となっている。このような複数分割したビームを微小スポット化し、複数の受光素子で検出するという構成は、煩雑かつ装置の安定性を損ない、歩留りの低下、そしてコストアップを招くおそれがある。
液晶素子を用いた遮光手段を検出系に配置することで、受光素子数を増やすことなく、球面収差を検出する例がある（例えば、特許文献３ 参照）。
このようにして検出された球面収差量に基づいて、光ピックアップの集光光学系の球面収差を球面収差補正機構で補正し、常に球面収差が小さい状態を保持することができる。さらに、光情報の記録再生中に、球面収差の検出・補正を行い、常に球面収差の発生量を小さく抑える球面収差補正サーボを行えば、常に最良なビーム状態で光情報記録媒体から情報の記録再生を行うことができる。

特許３５４５２３３号公報 特開２０００−１５５９７９号公報 特開２００２−３７３４４４号公報

本発明は、上記の各問題点を解決するためになされたもので、従来の光ピックアップ装置のように受光素子数や部品点数を増やすことなく、経時特性・温度特性などの環境変動の影響を受けにくく、安定した球面収差検出が行え、さらに部品点数の削減、組付工程を低減して低コスト化を実現した光ピックアップおよび光情報処理装置を提供することにある。

請求項１に記載の発明では、光源から出射された光束を光情報記録媒体に集光する対物レンズを含む光学系の球面収差を検出する収差検出装置であって、前記対物レンズの光軸方向に関する前記光束の集光位置を変更する位置変更手段と、前記集光位置毎に光情報記録媒体からの反射光に基づいて受光信号をそれぞれ取得する信号取得回路と、前記受光信号の信号特性について、前記集光位置の違いによる前記信号特性の差の情報を求め、該信号特性の差の情報に基づいて、球面収差を算出する収差算出回路と、を備えることを特徴とする。
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の収差検出装置において、前記受光信号の信号特性が、最短マークの再生信号振幅であることを特徴とする。

請求項３に記載の発明では、請求項１に記載の収差検出装置において、前記受光信号の信号特性が、最短マークの再生信号の振幅と最長マークの再生信号の振幅との比であることを特徴とする。
請求項４に記載の発明では、請求項１に記載の収差検出装置において、前記受光信号は再生信号であり、前記収差算出回路は、前記再生信号の波形等化を行う波形等化回路を有し、該波形等化回路により前記集光位置毎にそれぞれ対応する再生信号に応じて波形等化係数を設定し、該波形等化係数を前記信号特性とすることを特徴とする。

請求項５に記載の発明では、請求項４に記載の収差検出装置において、前記波形等化係数は、再生データの高周波数成分の増幅度であることを特徴とする。
請求項６に記載の発明では、請求項４に記載の収差検出装置、または請求項５に記載の球面収差検出装置において、前記波形等化係数は、再生信号のジッター値が最小になるように設定されることを特徴とする。

請求項７に記載の発明では、請求項４または５に記載の球面収差検出装置において、前記波形等化係数は、再生信号のエラー率が最小になるように設定されることを特徴とする
請求項８に記載の発明では、光情報記録媒体の記録面にレーザ光を照射し、前記記録面からの反射光を受光する光ピックアップ装置であって、光源と、前記光源から出射された光束を光情報記録媒体の記録面に集光する対物レンズを含み、前記記録面で反射された戻り光束を所定の受光位置に導く光学系と、前記受光位置に配置された光検出器と、前記光検出器の出力信号を用いて、前記光学系の球面収差を検出する請求項１ないし７のいずれか１つに記載の収差検出装置と、を備えることを特徴とする。
請求項９に記載の発明では、請求項８に記載の光ピックアップ装置において、前記光源と前記対物レンズとの間の光路上に配置され、前記光学系の球面収差を調整可能な球面収差調整手段を更に備えることを特徴とする。

請求項１０に記載の発明では、請求項８に記載の光ピックアップ装置において、前記球面収差調整手段は、その光軸方向に移動可能な可動レンズを含み、前記対物レンズに向かう光束の発散角を変更可能な変更機構であることを特徴とする。
請求項１１に記載の発明では、請求項８に記載の光ピックアップ装置において、前記球面収差調整手段は、複屈折特性を有する液晶が充填された液晶パネルと、前記液晶に電圧を印加する液晶駆動回路とを含むことを特徴とする。
請求項１２に記載の発明では、請求項８に記載の光ピックアップ装置において、前記光学系は、前記光源からの光を略平行光とするレンズを含み、前記収差検出装置の検出結果に応じて、前記レンズと前記光源との間隔を調整する間隔調整回路を、更に備えることを特徴とする。
請求項１３に記載の発明では、光情報記録媒体に対して、情報の記録、再生及び消去のうち少なくとも再生が可能な光ドライブ装置であって、光源と、前記光源から出射された光束を光情報記録媒体の記録面に集光する対物レンズを含み、前記記録面で反射された戻り光束を所定の受光位置に導く光学系と、前記受光位置に配置された光検出器と、前記光検出器の出力信号を用いて、前記光学系の球面収差を検出する収差検出装置と、前記収差検出装置の検出結果に応じて、前記光学系の収差を補正する制御装置と、請求項８ないし１２のいずれか１つに記載の光ピックアップ装置と、該光ピックアップを構成する光検出器の出力信号を用いて、前記光情報記録媒体に記録されている情報の再生を行なう処理装置と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、光ピックアップにおいて、記録マークの再生信号振幅の集光位置、さらには、最も短い記録マークの再生信号振幅の集光位置、による違いを検出することで球面収差を検出するため、受光素子数や部品点数を増やすことなく、経時特性・温度特性などの環境変動の影響が受けにくく安定した球面収差検出を行うことができる。
最短マークの再生信号の振幅と最長マークの再生信号の振幅との比の集光位置による違いを検出することで球面収差を検出するため、同様の効果を得ることができる。
波形等化係数の集光位置による違いを算出することで球面収差を検出するため、同様の効果を得ることができる。
波形等化係数が高周波数成分の増幅度であるため、感度良く球面収差を検出することができる。
波形等化係数はジッタ−が最小になるように設定されるため、精度良く球面収差を検出することができる。
波形等化係数はエラー率が最小になるように設定されるため、精度良く球面収差を検出することができる。

球面収差補検出装置と、該球面収差補検出装置の出力に基づいて、前記集光光学系の球面収差を補正する収差補正手段とを備えているため、最適な光学系の球面収差補正が可能となり、さらに部品点数の削減、組付工程の低減をして低コスト化を実現し、情報の記録、再生品質の精度を高めることができる。
エキスパンダーを用いて球面収差を補正しているため、対物レンズとの相対的な位置ずれによる球面収差発生性能への影響が小さいため、光ピックアップへの組込み調整を比較的容易に行うことができる。
液晶を用いて球面収差を補正しているため、球面収差を相殺しうる所望の球面収差量を機械的な動きなしに即座に発生することができるため、ピックアップに外乱が乗ることがなく、補正のための球面収差量を正確に管理することができる。
コリメートレンズを用いて球面収差を補正しているため、少ない部品点数で球面収差を補正することができる。
上記のような機能を持った光ピックアップを搭載して光情報記録装置を構成するため、常に最適に光学系の球面収差が補正され情報の記録、再生品質の精度を高めることができ、さらに部品点数の削減、組付工程の低減して低コスト化を実現できる。

図１は本発明の光ピックアップの全体構成の概略図である。
同図において符号１０１は半導体レーザ、１０２はコリメートレンズ、１０３はビームスプリッタ、１０４はプリズム、１０５は１／４波長板、１０６は対物レンズ、１０７は光情報記録媒体、１０８は検出レンズ、１０９は球面収差補正手段、１１０は受光素子、１１１はアクチュエータ、１１２は再生信号生成手段、１１３は演算手段としての演算器、１１４は制御手段、１２０は集光位置変更手段をそれぞれ示す。
光ピックアップは半導体レーザ１０１、コリメートレンズ１０２、プリズム１０４、１／４波長板１０５、対物レンズ１０６、アクチュエータ１１１、偏光ビームスプリッタ１０３、 検出レンズ１０８、 球面収差補正手段１０９、 受光素子１１０より構成される。光源の中心波長は４０５ｎｍであり、開口数ＮＡは０．６５、情報記録媒体１０７の基板厚は０．６ｍｍとする。半導体レーザの出射光は、コリメートレンズ１０２により略平行光にされる。コリメートレンズ１０２を通過した光は偏光ビームスプリッタ１０３に入射し、プリズム１０４を経由して、球面収差補正手段１０９、１／４波長板１０５、対物レンズ１０６を介して集光されることにより、情報の記録、再生がされる。光情報媒体１０７からの反射光は対物レンズ１０６、１／４波長板１０５を通過した後、偏光ビームスプリッタ１０３により入射光と分離して偏向され、検出レンズ１０８により受光素子１１０上に導かれ、再生信号、フォーカス誤差信号、トラック誤差信号が検出される。

図２は点像強度分布を一次元に積分した線像強度分布を示すグラフである。
同図において符号ΔＷＤは集光スポットの最適点からのずれ量を示す。
本発明は、集光スポットの集光位置に対する特性が、球面収差発生量により異なることを利用している。この集光スポットの集光位置に対する特性が、再生信号振幅や波形透過器が算出する波形透過係数といったパラメータに反映される。
上記のような集光光学系における集光スポットの集光位置に対する特性を以下に示す。
上述の対物レンズの集光位置が最適点（ΔＷＤ＝０μｍ）での光情報記録媒体の記録面でのビームの強度分布と、この集光位置が０．４μｍずれている場合（ΔＷＤ＝±０．４μｍ）のビームの強度分布は同図のようになる。ΔＷＤ＝０μｍの場合に比べ、ΔＷＤ＝±０．４μｍの強度分布はやや劣化している。強度はピーク値で規格化されている。集光位置が正側にずれた場合でも、負側にずれた場合でも、スポット劣化は同様の傾向を示す。

図３は球面収差がある場合の線像強度分布の違いを示す図である。
球面収差が発生している時は、集光位置が正側にずれた場合、負側にずれた場合で傾向が異なる。集光位置が最適点（ΔＷＤ＝０μｍ）の場合、集光位置が正側にずれた場合（ΔＷＤ＝＋０．４μｍ）、負側にずれた場合（ΔＷＤ＝−０．４μｍ）の強度分布を示す。同図を見ると、正側と負側で異なるスポット劣化の傾向を示す。

図４は空間周波数に対するＭＴＦの関係を示す図である。同図（ａ）は球面収差なしの場合、同図（ｂ）は球面収差＋０．０５λｒｍｓの場合をそれぞれしめす。
スポット劣化の傾向の相違は、ＭＴＦを見ても明らかである。同図（ａ）の球面収差なしの場合に比べ、同図（ｂ）の球面収差＋０．０５λｒｍｓの場合では、球面収差によって、集光位置が正側と負側でＭＴＦの空間周波数依存性が異なっているのが分かる。
本発明は、スポット特性の集光位置依存性が球面収差の発生量や方向によりこのように異なることを利用している。

図５はΔＷＤと再生信号振幅の関係を示す図である。同図（ａ）は球面収差がない場合、同図（ｂ）は球面収差がある場合である。
本実施例は、図１で示した構成から成っており、球面収差の検出に再生信号振幅を利用する。ここで、ΔＷＤと再生信号振幅の結果を図５に示す。再生信号振幅を算出したマーク長は、０．１８μｍである。同図（ａ）は曲線の極大値が、集光位置の最適位置にあり、さらに最適位置あたりのΔＷＤに対する変化量が小さい。一方、同図（ｂ）の球面収差が例えば＋０．０５λｒｍｓ発生している時、曲線の極小値は、集光位置の最適位置と大きくずれ、最適位置周辺の傾きが大きくなっている。さらに、−０．０５λｒｍｓ発生している時のΔＷＤと再生信号振幅は、＋側の球面収差と逆の傾向を示しているのがわかる。本実施例は、このΔＷＤと再生信号振幅の関係を検出することで、球面収差を検出する。したがって、集光光学系の球面収差が最適な位置というのは、同図（ａ）のような状態である。

詳細な動作は、以下の通りである。集光位置ずれΔＷＤを例えば＋０．２μｍの位置に対物レンズのアクチュエータにより移動させる。この時、受光素子１１０より得られた信号は、再生信号生成手段へ導かれ、再生信号の信号振幅を検出する。次に、集光位置ΔＷＤを例えば−０．２μｍの位置にアクチュエータにより移動させる。この時、受光素子１１０より得られた信号は、再生信号生成手段へ導かれ、再生信号の信号振幅を検出する。
そして、演算器１１３で、それぞれの集光位置で検出された信号振幅の違いを演算する。この演算結果より、球面収差の発生している方向と量を算出する。この算出結果が球面収差量として検出される。
本実施例では信号振幅を集光位置ずれΔＷＤを相異なる２点で取得したが、さらに多くのΔＷＤで取得しても良い。また演算器では、例えば差信号を算出すればよい。３点以上の異なる集光位置で検出する場合は、集光位置に対する信号振幅の差信号のほかに、例えば、近似曲線を求め算出される極値であってもよい。
また、異なる集光位置は最適集光位置の中心振り分けされたΔＷＤが望ましい。
また、再生信号振幅は記録されたマークのうち、最短マークの振幅を用いることが望ましい。これは、最短マークの振幅はスポット劣化による影響を受けやすく、球面収差に対する感度が高いためである。
また、最短マークの再生信号振幅を用いる代わりに、最短マークの振幅と最長マークの振幅比を用いてもよい。
図６は多層光情報記録媒体の構成を示す概要図である。
情報記録媒体１０７が同図のように多層光情報記録媒体１１７において発生する球面収差であっても、各記録層の球面収差を検出することができる。

次に球面収差の補正手段について示す。本実施例では、球面収差補正手段１０９として、ビームエキスパンダーを用いる。ビームエキスパンダ１０９は、たとえば凹レンズと凸レンズという２つ以上の光学素子の組み合わせで構成されるビーム拡大型のリレーレンズであり、通常は、入射平行光に対してビーム径を拡大させた平行光を出射させるように構成されている。凹レンズまたは凸レンズどちらか一方の光学素子に設けられた駆動手段により光軸方向に進退させ、前記凹レンズと凸レンズとのレンズ間隔を変化させることによって、対物レンズ１０６に入射する光を、発散光あるいは集束光に変換させる発散角変換手段として機能し、対物レンズ１０６により球面収差を発生させることができる。このような動作によって、ビームエキスパンダ１０９を、球面収差の補正を行う球面収差補正手段として機能させることができる。この場合、ビームエキスパンダ１０９と対物レンズ１０６とは、相対的な位置ずれによる球面収差発生性能への影響が小さいため、光ピックアップへの組込み調整を比較的容易に行うことができる。

上述の球面収差の検出信号が、図５（ａ）のような状態になるようビームエキスパンダ１０９のレンズ間隔を変化させればよい。
また、コリメートレンズ１０２と光源１０１との間隔を変化させることによって、発散光あるいは集束光に変換させ、該対物レンズ１０６により球面収差を発生させることができる。図５（ａ）のような状態になるように、コリメートレンズ１０２と光源１０１との間隔を変化させればよい（図１における点線参照）。ムエキスパンダ１０９のレンズ間隔と、コリメートレンズ１０２と光源１０１との間隔の双方を動かすことも構わない。
このように、光学系に球面収差が生じているとその球面収差の度合いに応じて、それぞれの集光位置で検出される再生信号振幅の違いが、異なることに着目して、その違いが小さくなる方向へと随時、球面収差を補正する。かかる動作によれば、光情報記録媒体の再生動作中においても、常に最適な光学系の球面収差補正が可能となり、情報の記録、再生品質の精度を高めることができる。

図７は本発明の他の実施例を説明するための図である。
同図において符号１１５は波形等化器を示す。
図８はＤＶＤにおける増幅度の周波数特性を示す図である。
球面収差の検出に波形等化器１１５より検出される波形等化係数を用いる。波形等化係数とは、増幅する度合いを表すパラメータである。例えば波形等化器は、再生信号中の高周波成分が減少している場合、失われた高周波成分を取り戻す、すなわち、波形等化するような等化器特性になるように波形等化係数が設定される。
例えば、ＤＶＤにおける増幅度の周波数特性を図８に示す。最長マークに対する最短マークの増幅度は３ｄＢ弱となるように波形等化特性が設定されている。つまり、最短マークに相当する周波数である高周波成分を取り戻すような波形等化係数Ｃ０は、３＝２０×ｌｏｇ（Ｃ０）より、波形等化係数Ｃ０は１．４程度となる。
この高周波成分の低周波成分に対する増幅度である波形等化係数を、本発明において、それぞれの集光位置でジッタ−値または再生信号のエラー率が最適になるよう設定される。このように設定された波形等化係数の集光位置に伴う変動量が、球面収差の大きさや方向による異なる。

図９はΔＷＤと波形等化係数の関係を示す図である。同図（ａ）は球面収差が無い場合、同図（ｂ）は球面収差が±０．０５λｒｍｓの場合をそれぞれ示す図である。
同図において縦軸の単位は任意である。
球面収差がない場合同図（ａ）は、曲線の極小値が、集光位置の最適位置にあり、さらに最適位置あたりのΔＷＤに対する変化量が小さい。一方、球面収差が例えば＋０．０５λrms発生している時のΔＷＤと波形等化係数の結果を同図（ｂ）に示す。曲線の極小値は、集光位置の最適位置と大きくずれ、最適位置周辺の傾きが大きくなっている。さらに、−０．０５λｒｍｓ発生している時のΔＷＤと波形等化係数は、+側の球面収差と逆の傾向を示す。本実施例は、このΔＷＤと波形等化係数の関係を検出することで、球面収差を検出する。したがって、集光光学系の球面収差を最適な位置というのは、同図（ａ）のような状態である。

詳細な動作は、以下の通りである。集光位置ずれΔＷＤを例えば＋０．２μｍの位置にアクチュエータにより移動させる。この時、受光素子１１０より得られた信号は、波形等化器へ導かれ、再生信号のジッタ−値やエラー率が最適になるような波形等化係数を設定する。次に、集光位置ΔＷＤを例えば−０．２μｍの位置にアクチュエータにより移動させる。この時、受光素子１１０より得られた信号は、波形等化器へ導かれ、ジッタ−値やエラー率が最適になるような波形等化係数を設定する。
そして、演算器１１３で、それぞれの集光位置で設定された波形等化係数の違いを演算する。この演算結果より、球面収差の発生している方向と量を算出する。この算出結果が球面収差量として算出される。

本実施例では信号振幅を集光位置ずれΔＷＤを２点で取得したが、さらに多くのΔＷＤで取得しても良い。また、２点でのみ信号を取得する場合は最適集光位置の中心振り分けされたΔＷＤが望ましい。
また、波形等化係数は、記録されたマークのうち、最も短いマークつまり高周波数の増幅度である波形等化係数を用いることが望ましい。これは、最も短いマークの振幅はスポット劣化による影響を受けやすく、感度が高いためである。
発生している球面収差は、実施例１と同様に、上述の球面収差の検出信号が同図（ａ）のような状態になるようエキスパンダーを用いれば、常に最良なビーム状態で光情報記録媒体から情報の記録再生を行うことができる。
このように、それぞれの集光位置における波形等化係数の違いが、光学系に球面収差が生じているとその球面収差の度合いに応じて、異なる点に着目して、その違いが小さくなる方向へと随時、球面収差を補正する。かかる動作によれば、光情報記録媒体の再生動作中においても、常に最適な光学系の球面収差補正が可能となり、情報の記録、再生品質の精度を高めることができる。

図１０は本発明のさらに他の実施例を説明するための図である。
図１１は液晶パネルの構成を説明するための図である。
両図において符号１１６は球面収差補正手段としての液晶パネル、１１７は液晶駆動回路をそれぞれ示す。
本実施例の球面収差補正手段１１６は、λ／４板１０５と対物レンズ１０６との間に設けられている。アクチュエータ１１１は、これらの対物レンズ１０６および液晶パネル１１６を一体で変位駆動する。
液晶パネル１１６は、前記ビームエキスパンダと同様に、球面収差を補正すべく設けられるものであり、球面収差の検出信号に基づいて駆動される。
図１１は、前述のレーザビーム光の光軸方向から眺めた液晶パネル１１６の構造を示す正面図である。同図に示されるように、液晶パネル１１６は、円形の透明電極Ｅ１、円環状の透明電極Ｅ２、および複屈折特性を有する液晶分子が充填された液晶層ＣＬとから構成される。前記対物レンズ１０６のレンズ径が３ｍｍである場合に、たとえば、透明電極Ｅ１の直径は約１.６ｍｍであり、透明電極Ｅ２の外径は約２.８ｍｍである。なお、透明電極Ｅ１およびＥ２の中心軸は、ともにレーザビーム光の光軸中心上となるように配置される。

透明電極Ｅ１には、所定の電位として、たとえば２Ｖが固定印加されており、透明電極Ｅ２には、液晶駆動回路１１７からの液晶駆動電位ＣＶが印加される。この際、液晶層ＣＬ内に充填されている液晶分子のうち、透明電極Ｅ２に覆われた円環状の領域に存在する液晶分子のツイスト角が、液晶駆動電位ＣＶに応じた分だけ推移する。よって、図１２に示されるように、レーザビーム光によるビームスポットＳＰＴが液晶パネル１１６に照射されると、透明電極Ｅ２に覆われた領域を透過する光と、他の領域を透過する光とに液晶駆動電位ＣＶに応じた分の位相差が生じる。つまり、液晶パネル１１６は、レーザ発生素子１０１から供給されるレーザビーム光の波面に、前述のような位相差をもたせて透過出力するのである。
かかる動作により、液晶パネル１１６は、球面収差の補正を行う。このように液晶パネル１１６による球面収差補正では、球面収差を相殺しうる所望の球面収差量を機械的な動きなしに即座に発生することができるため、ピックアップに外乱が乗ることがなく、補正のための球面収差量を正確に管理することができる。しかしながら、ビームエキスパンダ１０９に比べて、組立て調整精度が必要になり、また収差補正中常に液晶に電圧をかけ続ける必要があり、消費電力が高くなる。

図１２は本発明のさらに他の実施例を説明するための図である。
同図において符号４０３は光記録情報媒体、４０９は光学ピックアップ装置、４１０はスピンドルモータ、４１１は変復調回路、４１２は送りモータ、４１３はサーボ制御回路、４１４はシステムコントローラ、４１５は外部回路をそれぞれ示す。
本実施例は、光情報処理装置の一形態であり、前記実施例１から実施例３のいずれかの光ピックアップを用いて、光記録情報媒体に対する情報の再生、記録、消去のうちの、少なくとも一つを行う装置である。
光記録再生装置はスピンドルモータ４１０、送りモータ４１２および光学ピックアップ装置４０９等により概略構成されており、これらは光記録再生装置全体を制御するシステムコントローラ４１４により制御される。そして、光ピックアップのトラッキング方向への移動は、送りモータ４１２とで構成される制御により行われる。たとえば、光記録情報媒体４０３を再生する場合、システムコントローラ４１４からのコントロール信号がサーボ制御回路４１３と変復調回路４１１に供給される。
サーボ制御回路４１３では、スピンドルモータ４１０を設定された回転数で回転させるとともに送りモータ４１２を駆動する。

変復調回路４１１には、光ピックアップ４０９の光検出器により検出されたフォーカシングエラー信号、トラッキングエラー信号および光記録情報媒体４０３の何処を読み出しているかの位置情報等が供給される。フォーカシングエラー信号およびトラッキングエラー信号はシステムコントローラ４１４を介してサーボ制御回路４１３に供給される。
サーボ制御回路４１３は、フォーカシング制御信号によってアクチュエータのフォーカシングコイルを駆動し、トラッキング制御信号によってアクチュエータのトラッキングコイルを駆動する。トラッキング制御信号の低域成分はシステムコントローラ４１４を介してサーボ制御回路４１３に供給され、送りモータ４１２を駆動する。これらによって、フォーカシングサーボ、トラッキングサーボおよび送りサーボのフィードバックサーボが行われる。

また、光記録情報媒体４０３の何処を読み出しているかの位置情報は変復調回路４１１により処理され、スピンドル制御信号としてスピンドルモータ４１０に供給され、光記録情報媒体４０３の再生位置に応じた所定の回転数に制御駆動され、ここから実際の再生が開始される。そして、変復調回路４１１により処理されて復調された再生データは外部回路４１５を介して外部に伝送される。
データを記録する場合、フォーカシングサーボ、トラッキングサーボおよび送りサーボのフィードバックサーボをかけるまでは再生と同様の過程を経る。
外部回路４１５を介して入力される入力データを光記録情報媒体４０３の何処に記録するかのコントロール信号が、システムコントローラ４１４からサーボ制御回路４１３および変復調回路４１１に供給される。
サーボ制御回路４１３では、スピンドルモータ４１０を所定の回転数に制御するとともに、送りモータ４１２を駆動して光ピックアップ４０９を情報記録位置に移動させる。
また、外部回路４１５を介して変復調回路４１１に入力された入力信号は、記録フォーマットに基づく変調が行われ、光ピックアップ４０９に供給される。光ピックアップ４０９では出射光の変調および出射光パワーが制御されて、光記録情報媒体４０３への記録が開始される。
再生専用の光再生装置および記録と再生の両方可能な光記録再生装置に具備される光ピックアップ４０９に本発明の球面収差補検出装置を具備した光ピックアップが構成されていれば、常に最適な光学系の球面収差補正が可能となり、情報の記録、再生品質の精度を高めることができる。

本発明の光ピックアップの全体構成の概略図である。 点像強度分布を一次元に積分した線像強度分布を示すグラフである。 球面収差がある場合の線像強度分布の違いを示す図である。 空間周波数に対するＭＴＦの関係を示す図である。 ΔＷＤと再生信号振幅の関係を示す図である。 多層光情報記録媒体の構成を示す概要図である。 本発明の他の実施例を説明するための図である。 ＤＶＤにおける増幅度の周波数特性を示す図である。 ΔＷＤと波形等化係数の関係を示す図である。 本発明のさらに他の実施例を説明するための図である。 液晶パネルの構成を説明するための図である。 本発明のさらに他の実施例を説明するための図である。

符号の説明

１０１ 半導体レーザ
１０２ コリメートレンズ
１０６ 対物レンズ
１０７ 光情報記録媒体
１０９ 球面収差補正手段
１１２ 再生信号生成手段
１１５ 波形等化器
１１６ 球面収差補正手段

Claims (13)

1. 光源から出射された光束を光情報記録媒体に集光する対物レンズを含む光学系の球面収差を検出する収差検出装置であって、前記対物レンズの光軸方向に関する前記光束の集光位置を変更する位置変更手段と、前記集光位置毎に光情報記録媒体からの反射光に基づいて受光信号をそれぞれ取得する信号取得回路と、前記受光信号の信号特性について、前記集光位置の違いによる前記信号特性の差の情報を求め、該信号特性の差の情報に基づいて、球面収差を算出する収差算出回路と、を備えることを特徴とする収差検出装置。
2. 請求項１に記載の収差検出装置において、前記受光信号の信号特性が、最短マークの再生信号振幅であることを特徴とする収差検出装置。
3. 請求項１に記載の収差検出装置において、前記受光信号の信号特性が、最短マークの再生信号の振幅と最長マークの再生信号の振幅との比であることを特徴とする収差検出装置。
4. 請求項１に記載の収差検出装置において、前記受光信号は再生信号であり、前記収差算出回路は、前記再生信号の波形等化を行う波形等化回路を有し、該波形等化回路により前記集光位置毎にそれぞれ対応する再生信号に応じて波形等化係数を設定し、該波形等化係数を前記信号特性とすることを特徴とする収差検出装置。
5. 請求項４に記載の収差検出装置において、前記波形等化係数は、再生データの高周波数成分の増幅度であることを特徴とする収差検出装置。
6. 請求項４に記載の収差検出装置、または請求項５に記載の球面収差検出装置において、前記波形等化係数は、再生信号のジッター値が最小になるように設定されることを特徴とする収差検出装置。
7. 請求項４または５に記載の球面収差検出装置において、前記波形等化係数は、再生信号のエラー率が最小になるように設定されることを特徴とする収差検出装置。
8. 光情報記録媒体の記録面にレーザ光を照射し、前記記録面からの反射光を受光する光ピックアップ装置であって、光源と、前記光源から出射された光束を光情報記録媒体の記録面に集光する対物レンズを含み、前記記録面で反射された戻り光束を所定の受光位置に導く光学系と、前記受光位置に配置された光検出器と、前記光検出器の出力信号を用いて、前記光学系の球面収差を検出する請求項１ないし７のいずれか１つに記載の収差検出装置と、を備えることを特徴とする光ピックアップ装置。
9. 請求項８に記載の光ピックアップ装置において、前記光源と前記対物レンズとの間の光路上に配置され、前記光学系の球面収差を調整可能な球面収差調整手段を更に備えることを特徴とする光ピックアップ装置。
10. 請求項８に記載の光ピックアップ装置において、前記球面収差調整手段は、その光軸方向に移動可能な可動レンズを含み、前記対物レンズに向かう光束の発散角を変更可能な変更機構であることを特徴とする光ピックアップ装置。
11. 請求項８に記載の光ピックアップ装置において、前記球面収差調整手段は、複屈折特性を有する液晶が充填された液晶パネルと、前記液晶に電圧を印加する液晶駆動回路とを含むことを特徴とする光ピックアップ装置。
12. 請求項８に記載の光ピックアップ装置において、前記光学系は、前記光源からの光を略平行光とするレンズを含み、前記収差検出装置の検出結果に応じて、前記レンズと前記光源との間隔を調整する間隔調整回路を、更に備えることを特徴とする光ピックアップ装置。
13. 光情報記録媒体に対して、情報の記録、再生及び消去のうち少なくとも再生が可能な光ドライブ装置であって、光源と、前記光源から出射された光束を光情報記録媒体の記録面に集光する対物レンズを含み、前記記録面で反射された戻り光束を所定の受光位置に導く光学系と、前記受光位置に配置された光検出器と、前記光検出器の出力信号を用いて、前記光学系の球面収差を検出する収差検出装置と、前記収差検出装置の検出結果に応じて、前記光学系の収差を補正する制御装置と、請求項８ないし１２のいずれか１つに記載の光ピックアップ装置と、該光ピックアップを構成する光検出器の出力信号を用いて、前記光情報記録媒体に記録されている情報の再生を行なう処理装置と、を備えることを特徴とする光ドライブ装置。

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