JP2007272931A - 光学ヘッドおよび光ディスク装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】光ディスクのカバー層の厚み誤差に対する球面収差補正、あるいは多層ディスクに対して記録再生を行う際の層切替えに対する球面収差補正を行う際に、その補正手段によって光の取り込み効率の悪化、光ヘッドおよび光ディスク装置の大型化、他性能の低下などの副作用が生じる。
【解決手段】光ディスク装置の光学ヘッドに複数の球面収差補正手段を有し、それぞれの補正手段が補正する補正量を分担しあうことで、上記課題を解決する。
【選択図】図１

Description

本発明は、音声や画像、またはコンピュータ用の各種データの再生や記録を行う光ディスク装置に関し、また対物レンズの球面収差補正機能を有する光学ヘッドに関する。
光ディスクの高密度化のため、一般には光源の波長を短くするかあるいは対物レンズの開口数を上げる必要がある。しかしこのような光ディスク装置の光学ヘッドでは、わずかな光ディスクのカバー層誤差に対しても大きな球面収差が発生する。
一方、更なる高密度化を図るため、一つの光ディスク内に情報記録面を２層以上有するいわゆる多層ディスクも提案されている。しかし多層ディスクの場合、光学ヘッドの側からある一つの層を見た場合に、他の層に対しては相対的に球面収差が存在することになる。
これらの球面収差を補正する方法として従来からいくつかの方法が提案されている。
まず第１に、コリメートレンズを光軸方向に変位させる方法であり、例えば特開平１１ー１９５２２９号公報の図２に示されている。これは光源から放射された発散光をコリメートレンズで略平行光に変換した上で対物レンズにて情報記録媒体へ集光させる光学ヘッドにおいて、コリメートレンズの位置を光軸方向（すなわち光源へ近づく方向かあるいは対物レンズへ近づく方向）へ変位させることでコリメートレンズから対物レンズへ入射する光の平行度合い（発散度合い）を変化させ、対物レンズで集光する光スポットの球面収差を軽減させる方法である。
第２の方法は液晶素子を用いる方法で、例えば特開平９ー１２８７８５号公報に示される。液晶素子による球面収差補正の原理、具体構成は当該公報に詳述されているのでここでは詳細は省略するが、電圧を印加することで屈折率が変化する液晶素子を光源から対物レンズへ向かう光路中に配置し、この液晶は複数の領域に分割されており、領域ごとに印加する電圧を制御して各分割領域ごとの屈折率を変化させて透過する光に位相差を与えることにより、対物レンズで集光する光スポットの球面収差を補正する方法である。
第３の方法は、所定の厚みの光学素子を用いる方法で、例えば特開平９ー１３８９５７号公報に示されている。これは、光源から対物レンズへ放射される発散光束中に、所定の厚みの光学素子を挿入し、その光学素子の屈折率と厚みで決まる所定の球面収差を発生させて、対物レンズで集光する光スポットの球面収差を相対的に相殺させる方法である。
特開平１１−１９５２２９号公報 特開平９−１２８７８５号公報 特開平９−１３８９５７号公報
しかしながら上記従来の方法の課題は、それぞれが補正可能な球面収差量に限界があることである。光ディスクのカバー層の厚み誤差による球面収差補正ばかりでなく、多層ディスクに対する球面収差補正をも行ったり、もともとカバー層厚みの異なる異種の光ディスクに対応させたりする場合のように大きな球面収差量を補正しようとすると、例えば第１のコリメートレンズを変位させる方法では、コリメートレンズの変位量を大きくとる必要があり、その結果、コリメートレンズから対物レンズに入射する光の平行度（発散度）が大きく変化し、対物レンズにおける光の取り込み効率が悪化したり、光ディスク上に集光される光スポット自体の形状が変化し、情報の記録再生性能を劣化させる可能性がある。またコリメートレンズを変位させる量を大きくすると、その機構手段も大きくなり光学ヘッドの小型化の阻害要因となる。
また第２の液晶素子を用いる場合では、液晶素子そのものが発生し得る位相差量がもともと小さく、また高次の収差が発生しやすく大きな補正量には適さない。
第３の光学素子を挿入する場合には、光学素子の厚みと屈折率で補正量が決まるので、補正すべき球面収差量は一意的に限定されてしまい、またカバー層の厚み誤差等で発生するＡＣ的な球面収差の補正は実質的に行えない。また光学素子自体を光路中に挿抜する機構を要し、大きな補正量を必要とするときは光ヘッドの小型化の阻害要因となる。
以上のように従来の方法では、それぞれ単独でそれほど大きくない球面収差量を補正する際に使用するものであり、ひとつの光学ヘッドで光ディスクのカバー層の厚み誤差による球面収差補正および多層ディスクに対する球面収差補正およびもともとカバー層厚みの異なる異種の光ディスクへの対応を行なう場合のように大きな球面収差補正を行うには適さない。
本発明は、上記課題を解決し、大きな球面収差補正能力を有する光学ヘッドとそれを用いた光ディスク装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の光学ヘッドは、光源と、前記光源から放射された光を情報記録媒体に集光する対物レンズと、前記光源と前記対物レンズの間の光路中に、異なる少なくとも２つの球面収差補正手段とを有し、前記異なる少なくとも２つの球面収差補正手段のそれぞれにより補正される球面収差の補正量の総和が前記情報記録媒体に前記光源からの光を集光させたときに生じる球面収差を補正すべき補正量となるように構成したものである。
また、前記情報記録媒体は、複数の情報記録面を有し、前記光学ヘッドは、前記光源と前記対物レンズの間の光路中に設けられ前記光源から放射された発散光を略平行に変換して前記対物レンズへ導くコリメートレンズを備え、複数の球面収差補正手段は、前記コリメートレンズを光軸方向に移動する第１の球面収差補正手段、所定の厚みの光学素子を光路に対し挿抜可能に設けることにより球面収差を補正する第２の球面収差補正手段、複数の領域に分割され、前記複数の領域のそれぞれに印加する電圧を変化させることにより、前記複数の領域のそれぞれを通過する光の屈折率を変化させることにより、球面収差を補正する液晶素子を有する第３の球面収差補正手段、のうちから少なくとも２つを組み合わせたものであることを特徴とする。
また、前記情報記録媒体において、前記光源からの光が入射する側に設けたカバー層を介して情報記録面に集光するようにした請求項２に記載の光学ヘッド。
また、複数の球面収差補正手段のうちの少なくとも１つの球面収差補正手段が前記カバー層の厚みのムラや変化に対する球面収差を補正し、前記少なくとも１つの球面収差補正手段以外の球面収差補正手段が前記複数の情報記録面のうち一つの面から別の面を見たときの相対的な球面収差を補正することを特徴とする。
また、情報記録媒体は、複数の情報記録面を有し、前記光学ヘッドは、前記光源と前記対物レンズの間の光路中に設けられ前記光源から放射された発散光を略平行に変換して前記対物レンズへ導くコリメートレンズを備え、複数の球面収差補正手段は、前記コリメートレンズを光軸方向に移動する第１の球面収差補正手段、または所定の厚みの光学素子を光路に対し挿抜可能に設けることにより球面収差を補正する第２の球面収差補正手段と、複数の領域に分割され、前記複数の領域のそれぞれに印加する電圧を変化させることにより、前記複数の領域のそれぞれを通過する光の屈折率を変化させることにより、球面収差を補正する液晶素子を有する第３の球面収差補正手段とを有し、前記第１の球面収差補正手段または前記第２の球面収差補正手段のいずれかにより前記情報記録媒体のカバー層の厚みのムラまたは変化に対する球面収差の補正と情報記録面のうち一つの面から別の面を見たときの相対的な球面収差の補正の両方の補正を行い、前記第１の球面収差補正手段または前記第２の球面収差補正手段を動作させたときに生じる高次の球面収差を前記第２の球面収差補正手段にて補正することを特徴とする。
本発明の光ディスク装置は、複数の情報記録面を有する情報記録媒体に用いる光ディスク装置であって、少なくとも前記情報記録媒体を駆動する媒体駆動部と、前記情報記録媒体に光を照射し前記情報記録媒体に情報を記録し前記情報記録媒体からの反射光を受光して前記情報記録媒体上の情報を再生する光学ヘッドと、前記媒体駆動部と前記光学ヘッドの駆動および制御と前記光学ヘッドで受光された情報信号の信号処理を行う回路部と、を有し前記光学ヘッドが上述の光学ヘッドであることを特徴とする。
本発明の光学ヘッドおよびそれを用いた光ディスク装置によれば、複数の球面収差補正手段を有し、なおかつそれぞれの球面収差補正手段が補正すべき球面収差を分担することにより、ひとつの光学ヘッドで大きな球面収差の補正を可能としながら、光学ヘッドおよび光ディスク装置の性能の確保、および小型化を実現することができる。
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明の一例としての光学ヘッドの構成概念図である。光源（半導体レーザー）１から放射された発散光は、コリメートレンズ２により略平行光に変換され、第３の球面収差補正手段に対応する液晶球面収差補正素子３を透過して対物レンズ４によって光ディスク５上に集光される。光ディスク５は、カバー層５ａの奥に第１の情報面５ｂが、さらに層５ｃを挟んで奥に第２の情報面５ｄを有する多層ディスクである。コリメートレンズ２は、ソレノイド素子６ａとホルダ６ｂからなる第１の球面収差補正手段に対応するコリメートレンズ駆動装置６上に配置されており、外部の制御回路（図示せず）から供給される制御信号に応じて、コリメートレンズ２は光軸方向に可動される。コリメートレンズ２が光軸方向へ移動すると、コリメートレンズ２から対物レンズ４へ向かう略平行光が、若干発散光あるいは収斂光となり、対物レンズ４の球面収差を補正する。液晶球面収差補正素子３は、電圧を印加することで屈折率が変化するもので、複数の領域に分割されており、領域ごとに印加する電圧を制御して各分割領域の屈折率を変化させて透過する光に位相差を与えることにより、対物レンズ４で集光する光スポットの球面収差を補正する。
装填されたときに対物レンズ４側に位置するように設けた光ディスク５のカバー層５ａを介して第１の情報面５ｂに対して情報の記録再生を行う状態から第２の情報面５ｄに対して情報の記録再生を行うよう切り替える際、層５ｃの厚みに相当する球面収差を補正する必要があるが、このとき外部の制御回路（図示せず）からの層切り替え信号によりコリメートレンズ駆動装置６が作動してコリメートレンズ２を光軸方向に対物レンズ４から遠ざかる方向に変位させ、光を若干発散光で対物レンズ４に入射させることで、層５ｃの厚み相当の球面収差が補正されて情報面５ｄに対して集光されることとなる。
またカバー層５ａや層５ｃに厚みムラがある場合は、それにより発生する球面収差を検出手段および補正信号発生器（いずれも図示せず）からの信号により、液晶球面収差補正素子３の複数の領域ごとに適切な電圧を印加させることで領域ごとの屈折率を変化させ、所定の位相差を与えることで、カバー層５ａ、層５ｃの厚みムラに起因する球面収差が補正されることとなる。
以上のように、コリメートレンズ２を光軸方向へ移動させること、および液晶球面収差補正素子３という二つの球面収差補正素子を有し、なおかつ層切替えをコリメートレンズ２の移動とし、カバー層５ａおよび層５ｃの厚みムラによる球面収差を液晶球面収差補正素子３として補正を分担させることにより、両方の補正をコリメートレンズ２の移動で行う場合よりもコリメートレンズ２の移動量が少なくてすみ、コリメートレンズ２の大きな変位で発生する対物レンズ４における光の取り込み効率の悪化や、光ディスク上に集光される光スポット自体の形状変化による情報の記録再生性能の劣化を抑えることが可能となる。またコリメートレンズ駆動装置も小型化することが可能となる。液晶球面収差補正素子３はカバー層５ａと層５ｃの厚みムラ分の球面収差だけを補正すればよく、発生させる位相差がそれほど大きくなく高次の収差の発生が少ない範囲で使用することができる。
（実施の形態２）
図２も本発明の一例としての光学ヘッドの構成概念図である。なお図１と同じ部材については同じ記号を付与して説明する。
図２における図１との違いは、コリメートレンズ２は固定配置とし、光源１とコリメートレンズ２の発散光束中にカバーガラス７を新たに設け、カバーガラス７を光束中に挿抜するためのソレノイド素子８ａとホルダ８ｂからなるカバーガラス駆動装置８を設けたことである。第２の球面収差補正手段はカバーガラス７、カバーガラス駆動装置８を有する。
カバーガラス７は、光ディスク５のカバー層５ａを介して第１の情報面５ｂに対して情報の記録再生を行う状態から第２の情報面５ｄに対して情報の記録再生を行うよう切り替える際に補正すべき球面収差を補正するよう厚みと屈折率が設定されており、光ディスク５のカバー層５ａを介して第１の情報面５ｂに対して情報の記録再生を行う際は、カバーガラス駆動装置８によりカバーガラス７は光束中から抜きさられ、情報面５ｄに対して情報の記録再生を行うよう切り替える際、外部の制御回路（図示せず）からの層切り替え信号に応じて光束内に挿入される。
その他の動作、機能は実施の形態１と同様なので省略するが、カバーガラス７を挿抜すること、および液晶球面収差補正素子３という二つの球面収差補正素子を有し、なおかつ層切替えをカバーガラス７の挿抜で、カバー層５ａおよび層５ｃの厚みムラによる球面収差を液晶球面収差補正素子３として補正を分担させることにより、それぞれの補正量が少なくてすみ、特にカバーガラス７の挿抜は実施の形態１におけるコリメートレンズ２の移動に較べてカバーガラスの位置精度を全く気にする必要がないので、カバーガラス駆動装置８はコリメートレンズ駆動装置６よりはるかに安価で小型化が可能となる。
（実施の形態３）
図３もまた本発明の一例としての光学ヘッドの構成概念図である。液晶球面収差補正素子３を排除し、層切替えをカバーガラス７の挿抜で、カバー層５ａと層５ｃの厚みムラ補正をコリメートレンズ２の移動で、と分担したもので、これによりコリメートレンズ２の移動は更に小さくてすみ、対物レンズ４における光の取り込み効率の悪化や、光ディスク上に集光される光スポット自体の形状変化による情報の記録再生性能の劣化をいっそう抑えることが可能となり、またコリメートレンズ駆動装置も更に小型化することが可能となる。また液晶球面収差補正素子３が不要な分だけ、光ヘッドのいっそうの小型化と低コスト化を図ることが可能となる。
（実施の形態４）
図４もまた本発明の一例としての光学ヘッドの構成概念図である。実施の形態１と略同一構成であるが、図１の液晶球面収差補正素子３の代わりに高次球面収差補正用液晶素子９を設けている。
実施の形態１では、層切替えをコリメートレンズ２の移動で、カバー層５ａと層５ｃの厚みムラの補正を液晶球面収差補正素子３で分担していたが、本実施の形態では、そのいずれの補正もコリメートレンズ２の移動で行い、コリメートレンズ２を移動させたときに発生する高次の球面収差を高次球面収差補正用液晶素子９で行うこととしたものである。
これによりコリメートレンズ２を移動させることで発生する高次球面収差を削減することが出来、より良好な光ヘッド性能を得ることが可能となる。
（実施の形態５）
図５は、本発明の一例としての光ディスク装置の構成概念ブロック図である。１０は光ディスク装置全体の筐体であり、筐体１０の内部に媒体駆動部１１、光学ヘッド１２、回路部１３を備える。媒体駆動部１１は光ディスク５を筐体１０の外部から内部へローディングする機能と光ディスク５を回転駆動する機能を有し、光学ヘッド１２は実施の形態１から４で述べたいずれかの光学ヘッドである。回路部１３は、媒体駆動部１１と光学ヘッド１２の駆動および制御を行う機能、光学ヘッド１２で受光された情報信号の信号処理を行う機能、情報信号を筐体１０の外部と内部でインターフェースさせる機能を有する。
光学ヘッド１２として実施の形態１から４のいずれかの光学ヘッドを搭載しているので、光ディスク装置として、情報の記録再生性能の劣化を抑えることが可能となり、また装置の小型化と低コスト化を図ることが可能となる。
本発明の光学ヘッドおよび光ディスク装置は、複数の情報記録層を有する情報記録媒体の記録再生を行うときに有用である。
また、一つの光学ヘッドでカバー層厚みのことなる異種の情報記録媒体に対して兼用して用いる互換光ヘッドにも適用が可能である。
本発明の第１の実施の形態における光ディスク装置の光学ヘッドの構成概念図 本発明の第２の実施の形態における光ディスク装置の光学ヘッドの構成概念図 本発明の第３の実施の形態における光ディスク装置の光学ヘッドの構成概念図 本発明の第４の実施の形態における光ディスク装置の光学ヘッドの構成概念図 本発明における光ディスク装置の構成概念ブロック図
符号の説明
１ 光源（半導体レーザー）
２ コリメートレンズ
３ 液晶球面収差補正素子
４ 対物レンズ
５ 情報記録媒体
６ コリメートレンズ駆動装置

Claims (6)

  1. 光源と、前記光源から放射された光を情報記録媒体に集光する対物レンズと、前記光源と前記対物レンズの間の光路中に、異なる少なくとも２つの球面収差補正手段とを有し、前記異なる少なくとも２つの球面収差補正手段のそれぞれにより補正される球面収差の補正量の総和が前記情報記録媒体に前記光源からの光を集光させたときに生じる球面収差を補正すべき補正量となるように構成した光学ヘッド。
  2. 前記情報記録媒体は、複数の情報記録面を有し、
    前記光学ヘッドは、前記光源と前記対物レンズの間の光路中に設けられ前記光源から放射された発散光を略平行に変換して前記対物レンズへ導くコリメートレンズを備え、
    複数の球面収差補正手段は、前記コリメートレンズを光軸方向に移動する第１の球面収差補正手段、
    所定の厚みの光学素子を光路に対し挿抜可能に設けることにより球面収差を補正する第２の球面収差補正手段、
    複数の領域に分割され、前記複数の領域のそれぞれに印加する電圧を変化させることにより、前記複数の領域のそれぞれを通過する光の屈折率を変化させることにより、球面収差を補正する液晶素子を有する第３の球面収差補正手段、のうちから少なくとも２つを組み合わせたものであることを特徴とする請求項１に記載の光学ヘッド。
  3. 前記情報記録媒体において、前記光源からの光が入射する側に設けたカバー層を介して情報記録面に集光するようにした請求項２に記載の光学ヘッド。
  4. 複数の球面収差補正手段のうちの少なくとも１つの球面収差補正手段が前記カバー層の厚みのムラや変化に対する球面収差を補正し、前記少なくとも１つの球面収差補正手段以外の球面収差補正手段が前記複数の情報記録面のうち一つの面から別の面を見たときの相対的な球面収差を補正する請求項１に記載の光学ヘッド。
  5. 情報記録媒体は、複数の情報記録面を有し、
    前記光学ヘッドは、前記光源と前記対物レンズの間の光路中に設けられ前記光源から放射された発散光を略平行に変換して前記対物レンズへ導くコリメートレンズを備え、
    複数の球面収差補正手段は、前記コリメートレンズを光軸方向に移動する第１の球面収差補正手段、または
    所定の厚みの光学素子を光路に対し挿抜可能に設けることにより球面収差を補正する第２の球面収差補正手段と、
    複数の領域に分割され、前記複数の領域のそれぞれに印加する電圧を変化させることにより、前記複数の領域のそれぞれを通過する光の屈折率を変化させることにより、球面収差を補正する液晶素子を有する第３の球面収差補正手段とを有し、前記第１の球面収差補正手段または前記第２の球面収差補正手段のいずれかにより前記情報記録媒体のカバー層の厚みのムラまたは変化に対する球面収差の補正と情報記録面のうち一つの面から別の面を見たときの相対的な球面収差の補正の両方の補正を行い、
    前記第１の球面収差補正手段または前記第２の球面収差補正手段を動作させたときに生じる高次の球面収差を前記第２の球面収差補正手段にて補正する請求項１記載の光学ヘッド。
  6. 複数の情報記録面を有する情報記録媒体に用いる光ディスク装置であって、少なくとも前記情報記録媒体を駆動する媒体駆動部と、
    前記情報記録媒体に光を照射し前記情報記録媒体に情報を記録し前記情報記録媒体からの反射光を受光して前記情報記録媒体上の情報を再生する光学ヘッドと、
    前記媒体駆動部と前記光学ヘッドの駆動および制御と前記光学ヘッドで受光された情報信号の信号処理を行う回路部と、を有し前記光学ヘッドが請求項１〜５記載の光学ヘッドであることを特徴とする光ディスク装置。
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