JP2010040070A - 収差補正素子、光ヘッド及び光ディスク装置 - Google Patents

収差補正素子、光ヘッド及び光ディスク装置 Download PDF

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Abstract

【課題】一つの透明電極面においてコマ収差と非点収差を効率よく補正できる収差補正素子、光ヘッドおよび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。
【解決手段】透明電極の略中心部に第1の円形分割線を配置し、第1の円形分割線の外側に、第1の円形分割線と同心円状に第2の円形分割線を配置し、第1の円形分割線と第2の円形分割線の間の領域を略等間隔に配置された複数の分割線によって放射状に分割することによって、例えば、8本の分割線によって分割することによって、互いに直交の関係を持つラジアル方向のコマ収差とタンジェンシャル方向のコマ収差のどちらの補正にも対応することができる。
【選択図】 図4

Description

本発明は、収差補正素子、それを用いた光ヘッド及び光ディスク装置に関するものである。
CD(Compact Disc)規格やDVD(Digital Versatile Disk)規格と呼ばれる複数種類の記録密度の光ディスクが既に広く普及しているが、近年、青紫色の波長のレーザ光を用いて情報を記録することにより、さらに記録密度が高められた超高密度光ディスクであるBD(Blu-ray Disc)規格やHD DVD(High Definition Digital Versatile Disk)規格の光ディスクも実用化されている。
前記光ディスクへの記録や記録された情報を再生するための光ディスク装置の一部には、光ディスクの傾き、光ディスクの厚さ(光ディスクの外表面から記録層までの距離)のばらつき、光学素子や光ヘッドの組み立てにおける誤差等によって生ずるコマ収差、球面収差、非点収差等の収差を補正するため収差補正素子が用いられている。
例えばDVD規格においては2層記録の光ディスクが含まれており、1層目と2層目では光ディスクの外表面から記録層までの距離が約55μmほど異なる。従って光ディスクの厚さのばらつき以前に2層記録の光ディスクは球面収差を発生させる要因が存在している。またコマ収差は対物レンズの光軸と光ディスクの記録面の傾きによって発生し、タンジェンシャル方向(光ディスクのトラックの接線方向)の傾きによるコマ収差とラジアル方向(光ディスクの半径方向)の傾きによるコマ収差がある。
液晶を用いた収差補正素子は、液晶層とこの液晶層を挟むように配置されたガラス基板、ガラス基板の液晶層と接する面側に液晶に電界を印加する透明電極が配設されている。透明電極は収差の分布形状に合わせて複数のパターンに分割されている。液晶層の数をn(nは自然数)とすれば透明電極の面数は2n、ガラス基板の数はn+1となり、液晶層の数1、透明電極の面数2、ガラス基板2が最小構成となる。
液晶層の数および透明電極の面数を増加するとガラス基板の数が増大し液晶素子の厚さと重さが増加する。厚い液晶素子は高密度に集積された光ヘッド内の部品配置を圧迫し、ひいては光ヘッドの設計自由度を低下させる要因となる。このため上記した最小構成の液晶素子で効率よく収差を補正することが求められる。
一例として、一方の透明電極面で光ディスクのラジアル方向のコマ収差を補正し、他方の透明電極面で光ディスクのタンジェンシャル方向のコマ収差と非点収差を補正する方法が考案されている。この一つの透明電極面でコマ収差と非点収差を補正する場合に透明電極面の中心部でコマ収差を補正し、外周部で非点収差を補正する透明電極のパターンが考えられている。(例えば特許文献1参照。)。
特開2005−122828号公報
例えば、特許文献1のような透明電極の分割パターンでは、外周部の非点収差を補正するパターンが、光束の有効範囲におけるコマ収差の外周部分の分布パターンと整合しておらず、コマ収差の外周部の補正に対して十分な収差低減の性能が得られなかった。またコマ収差は、光ディスクのラジアル方向(半径方向)とこれと直角なタンジェンシャル方向の2通りがあり、例えば、ラジアル方向のコマ収差を補正する分割パターンとした場合にはタンジェンシャル方向のコマ収差が精度よく補正できないという問題があった。
一方、一つの透明電極面でコマ収差と非点収差を精度良く補正するには、それぞれの収差の分布パターンに合うように透明電極の分割数を増やしてやればよい。しかしながら、電極数を増やすと、収差を補正する性能は向上するが、電極数が増えることによって信号線が増えたり、また駆動回路が複雑になるなどの問題がある。従って、透明電極の分割数はできるだけ少なくしながら、効率良く収差を補正できる透明電極の分割パターンが望まれている。
本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、一つの透明電極面においてコマ収差と非点収差を効率よく補正できる収差補正素子、光ヘッドおよび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、本発明の収差補正素子は、印加された電界に応じて屈折率が変化する液晶層と、前記液晶層を挟むように配設された一組の透明電極と、を有する収差補正素子であって、前記一組の透明電極の少なくとも一方は、略中心部に配置された第1の円形分割線と前記第1の円形分割線の外側で略同心円状に配置された第2の円形分割線を有し、前記第1の円形分割線と前記第2の円形分割線の間の領域が略等間隔の複数の分割線によって放射状に分割されていることを特徴とする。
また、本発明の光ヘッドは、半導体レーザから出射されたレーザ光を光ディスクに向けて集光するとともに、前記光ディスクから反射した戻りレーザ光を受ける対物レンズと、前記半導体レーザと前記対物レンズの間の光路上に設けられ印加された電界に応じて屈折率が変化する液晶層と前記液晶層を挟むように配設された一組の透明電極を有する収差補正素子と、を備え、前記一組の透明電極の少なくとも一方は、略中心部に配置された第1の円形分割線と前記第1の円形分割線の外側で略同心円状に配置された第2の円形分割線を有し、前記第1の円形分割線と前記第2の円形分割線の間の領域が略等間隔の複数の分割線によって放射状に分割されていることを特徴とする。
また、本発明の光ディスク装置は、半導体レーザから出射されたレーザ光を光ディスクに向けて集光するとともに、前記光ディスクから反射した戻りレーザ光を受ける対物レンズと、前記半導体レーザと前記対物レンズの間の光路上に設けられ印加された電界に応じて屈折率が変化する液晶層と前記液晶層を挟むように配設された一組の透明電極を有する収差補正素子と、を備えた光ヘッドと、前記光ヘッドの光検出器の出力から前記光ディスクの情報の再生信号を演算処理する演算回路と、を備えた光ディスク装置であって、前記一組の透明電極の少なくとも一方は、略中心部に配置された第1の円形分割線と前記第1の円形分割線の外側で略同心円状に配置された第2の円形分割線を有し、前記第1の円形分割線と前記第2の円形分割線の間の領域が略等間隔の8本の分割線によって放射状に分割されていることを特徴とする。
本発明によれば、一つの透明電極面でコマ収差と非点収差を効率よく補正することができる。
以下本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。図1は本発明の実施の形態が適用可能な光ディスク装置の構成の一例を示す図である。図1に示す光ディスク装置1は、光ヘッド2を有する。光ヘッド2は、所定の波長のレーザ光12を出力する半導体レーザ素子3を含む。なお、半導体レーザ素子3から出射されるレーザ光12の波長は、光ディスク10がCD系であれば780nm、DVD系であれば650nm、BD/HD DVD系であれば405nmである。
半導体レーザ素子3からのレーザ光12は、偏光ビームスプリッタ4を通過した後、コリメートレンズ5よりコリメートされ、液晶素子6、λ/4板および回折素子7を透過し、対物レンズ8により、光ディスク10の記録再生面10aに集光される。DVD系、BD/HD DVD系は記録再生面が多層の場合がある。
光ディスク10の記録再生面10aに集光されたレーザ光12は、記録再生面10aで反射され、反射レーザ光13として対物レンズ8に戻され、λ/4板および回折素子7、液晶素子6、コリメートレンズ5を透過して偏光ビームスプリッタ4に戻される。偏光ビームスプリッタ4に戻された反射レーザ光13は、偏光ビームスプリッタ4の反射面4aで反射され、光検出器11の受光面に結像される。
光検出器11の受光面は、通常、所定形状かつ複数に分割されており、それぞれの受光領域において受光された光ビームの光強度に応じた電流が出力される。個々の受光領域から出力された電流は、図示しないI/V(電流−電圧)変換アンプにより電圧信号に変換された後、演算回路14により、RF(再生)信号、フォーカスエラー信号およびトラックエラー信号等に利用可能に、演算処理される。なお、RF(再生)信号は、詳述しないが、所定の信号形式に変換され、もしくは所定のインタフェースを通じて、例えば一時記憶装置または外部記憶装置等に出力される。
演算回路14により得られた信号はまた、サーボドライバ15に供給され、対物レンズ8の焦点位置に所定のサイズで形成される光スポットを、対物レンズ8と光ディスク10の記録再生面10aとの間の距離に一致するよう、対物レンズ8の位置を変化させるためのフォーカスエラー信号の生成に利用される。なお、フォーカスエラー信号は、対物レンズ8の位置を変位させるアクチュエータ9に対して対物レンズ8の位置を変化させるためのフォーカス制御信号を得るために利用され、フォーカスエラー信号に基づいて生成されたフォーカス制御信号が、アクチュエータ9に供給される。アクチュエータ9はこれにより、アクチュエータ9に保持された対物レンズ8は、光ディスク10の記録再生面10aに対して、接近し、あるいは離れる方向(図1における左右方向)に、任意に移動される。
演算回路14により得られた信号はまた、サーボドライバ15に供給され、対物レンズ8の焦点位置に集光されたレーザ光14の光スポットが光ディスク10の記録再生面10aに記録されている記録マーク列もしくは予め形成されている案内溝すなわちトラックの概ね中心に案内されるよう対物レンズ8の位置を変化させるためのトラッキングエラー信号の生成に利用される。
なお、トラッキングエラー信号は、対物レンズ8の位置を変位させるアクチュエータ9に対して対物レンズ8の位置を所定の位置に変化させるためのトラッキング制御信号を得るために利用され、トラッキングエラー信号に基づいて生成されたトラッキング制御信号が、アクチュエータ9に供給される。従って、アクチュエータ9に保持された対物レンズ8は、光ディスク10の記録再生面10aのラジアル方向すなわちトラックまたは記録マーク列と交差する方向に、任意に移動される。
すなわち、対物レンズ8は、サーボドライバ15により、光ディスク10の記録再生面10aに形成されているトラックまたは記録マーク列に、対物レンズ9により集光された光スポットの大きさが、その焦点距離において最小となるように、逐次制御される。
次に液晶素子6について説明する。図2は液晶素子6の断面図である。ガラス基板16、17の間に液晶分子を含む液晶層18が配設されている。ガラス基板16、17の内側表面(液晶層18側の面)には液晶に電界を印加する第1の透明電極19と第2の透明電極20が形成されている。ガラス基板16、17の厚さは約0.5mm、液晶層18の厚さは数μm〜数十μm(マイクロメートル)である。この液晶素子6の全体の厚さは約1mmである。第1及び第2の透明電極19、20は収差の分布状態によって複数の領域に分割されている。外形は数mm角の正方形あるいはそれに近い長方形、または面積がほぼ同じような円形であってもよい。液晶素子6の動作は、サーボドライバ15によって制御されている。
球面収差、コマ収差、非点収差の3種類の収差を補正するとき、透明電極は2面しかないため、少なくとも一方の透明電極にて上記3種類の内2種類を補正する必要がある。本実施例においては、第1の透明電極19で球面収差を補正し、第2の透明電極20でコマ収差と非点収差を補正する透明電極の分割パターンを示している。第1の透明電極19でコマ収差と非点収差を補正し、第2の透明電極20で球面収差を補正してもよい。
図3は球面収差を補正する第1の透明電極19の分割パターンを示す図である。透明電極19は球面収差の分布形態に対応して同心状の円環領域21a〜21dと外周およびその外側部21eに分割されている。1点鎖線で示す円は対物レンズの有効範囲(光ビームの有効範囲)22を示す。球面収差を精度よく補正するには透明電極19を細かく分割してできるだけ球面収差の分布曲線に近似させることであるが、配線や駆動回路等が複雑となりコストも掛かるので、本実施例においては上述のように5分割としている。図面の中央の横線はラジアル方向の軸線である。
図4は、本発明による透明電極20の分割パターンの実施例を示す図である。コマ収差と非点収差を同時に補正する第2の透明電極20の分割パターンを示している。第2の透明電極20の略中心部に第1の円形分割線23が配置されている。第1の円形分割線23の外側に、第1の円形分割線23と同心円状に第2の円形分割線24が配置されている。第1の円形分割線23と第2の円形分割線24の間の領域は、略等間隔に配置された複数の分割線によって放射状に分割されている。図4では、分割線25a〜25hの8本の分割線が、第1の円形分割線23の中心を中心とする略扇角45度の間隔で配置されている。
第1の円形分割線23、第2の円形分割線24、分割線25a〜25hによって、第2の透明電極20は、第1の円形分割線23の内側の中心部の円形領域26、半扇形の領域27a〜27h、第2の円形分割線24の外側の外縁領域28の10個の領域に分割される。
分割線25a〜25hの8本の分割線の内の1本の分割線25aは、第1の円形分割線の中心を通り前記光ディスクのラジアル方向の軸線に対して略22.5度の角度を持った直線上に配置されている。略22.5度傾けても、タンジェンシャル方向の軸線29に対してもラジアル方向の軸線30に対しても分割パターンの対称性は維持される。
図5はコマ収差の分布の例を示す図である。コマ収差は対物レンズの光軸と光ディスクの記録面の傾きによって発生し、タンジェンシャル方向(光ディスクのトラックの接線方向)の傾きによるコマ収差とラジアル方向(光ディスクの半径方向)の傾きによるコマ収差がある。図5(a)は対物レンズの有効範囲におけるラジアル方向のコマ収差の分布を示す図である。図5(b)は図5(a)の分布のラジアル方向の軸上におけるコマ収差の大きさの分布状態を示す図である。タンジェンシャル方向のコマ収差もほぼ同様の分布状態を示す。コマ収差は光軸を挟んで大体点対称の分布をしており、外周部において位相が逆向きで大きな収差が発生する。図5(a)に示すように、ラジアル方向の収差成分だけを考えた場合には、コマ収差の変化の大きい範囲の分布は、ラジアル軸から約65〜70度の角度範囲にある場合が多い。分割線25aを光ディスクのラジアル方向の軸線に対して22.5度の角度を持たせることで、コマ収差の発生パターンと透明電極の分割パターンの位置を合わせることができる。
図4に示す分割パターンとすることで、互いに直交の関係を持つラジアル方向のコマ収差とタンジェンシャル方向のコマ収差のどちらの補正にも対応することができる。また、ラジアル軸−タンジェンシャル軸方向の非点収差とラジアル軸−タンジェンシャル軸に対して45度傾いた方向の非点収差のどちらの補正にも対応することができる。
図6は、第2の円形分割線24(外側円)の大きさとコマ収差、非点収差の大きさの関係を示す図である。外側円の大きさは、光ビームの有効領域の直径を1として示している。外側円の大きさが0.8程度のときは、コマ収差に比べて非点収差の方が大きいが、大きさが0.97付近で逆転し、1になるとコマ収差の方が大きくなっている。図6に示すように、外側円(第2の円形分割線24)の大きさを0.97程度にすると、コマ収差と非点収差の補正配分を50対50にすることができる。
図7は、第1の円形分割線23(内側円)の大きさと、コマ収差、非点収差の大きさの関係を示した図である。内側円の大きさは、光ビームの有効領域の直径を1として示している。内側円の大きさが0.15から0.37に変化した場合、コマ収差は上昇するが、非点収差は下降する。内側円の大きさを0.2程度にしておけば補正効果が十分に得られる。
第1の円形分割線23(内側円)と第2の円形分割線24(外側円)の大きさを変えることで、光ヘッド2の特性や光ディスク装置1のコマ収差、非点収差に対する許容値に合わせてコマ収差、非点収差の補正配分を変更することが可能である。
図8は、ラジアル軸−タンジェンシャル軸方向の非点収差を補正する場合の透明電極20の駆動パターンを示す図である。図4で説明した透明電極20の分割パターンの内27b、27d、27f、27hの領域に電界を印加する。非点収差は光軸中心に対して点対称であるので、27bと27fの領域の電界の印加の方向は同じであり、27dと27hの領域は、27bと27fの領域と逆方向である。図8に示す第1の円形分割線23(内側円)の大きさは約0.25であり、第2の円形分割線24(外側円)の大きさは約0.95である。
図9は、ラジアル軸−タンジェンシャル軸に対して45°傾いた方向の非点収差を補正する場合の透明電極20の駆動パターンを示す図である。図4で説明した透明電極20の分割パターンの内27a、27c、27e、27gに電界を印加する。非点収差は光軸中心に対して点対称であるので、27aと27eの電界の印加の方向は同じであり、27cと27gは、27aと27eと逆方向である。図9に示す第1の円形分割線23(内側円)と第2の円形分割線24(外側円)の大きさは、図8の示した値と同じである。
図10は、ラジアル方向のコマ収差を補正する場合の透明電極20の駆動パターンを示す図である。図4で説明した透明電極20の分割パターンの内27a、27c、27d、27e、27g、27hに電界を印加する。ラジアル方向のコマ収差は図5(b)に示したようにタンジェンシャル方向の軸線29に対して対称であるので、27a、27g、27hの電界の印加の方向は同じであり、27c、27d、27eは、27a、27g、27hと逆方向である。図10に示す第1の円形分割線23(内側円)と第2の円形分割線24(外側円)の大きさは、図8の示した値と同じである。
図11は、タンジェンシャル方向のコマ収差を補正する場合の透明電極20の駆動パターンを示す図である。図4で説明した透明電極20の分割パターンの内27a、27b、27c、27e、27f、27gに電界を印加する。タンジェンシャル方向のコマ収差はラジアル方向の軸線30に対して対称であるので、27a、27b、27cの電界の印加の方向は同じであり、27e、27f、27gは、27a、27b、27cと逆方向である。図11に示す第1の円形分割線23(内側円)と第2の円形分割線24(外側円)の大きさは、図8の示した値と同じである。
以上のように、第2の透明電極20の略中心部に第1の円形分割線23を配置し、第1の円形分割線23の外側に、第1の円形分割線23と同心円状に第2の円形分割線24を配置し、第1の円形分割線23と第2の円形分割線24の間の領域を略等間隔に配置された複数の分割線によって放射状に分割することによって、例えば、分割線25a〜25hの8本の分割線によって分割することによって、互いに直交の関係を持つラジアル方向のコマ収差とタンジェンシャル方向のコマ収差のどちらの補正にも対応することができる。また、ラジアル軸−タンジェンシャル軸方向の非点収差とラジアル軸−タンジェンシャル軸に対して45°傾いた方向の非点収差のどちらの補正にも対応することができる。
本発明は以上の構成に限定されるもではなく種々の変形が可能である。
本発明の実施の形態が適用可能な光ディスク装置の構成の一例を示す図。 液晶素子の断面図。 球面収差を補正する透明電極の分割パターンを示す図。 コマ収差と非点収差を同時に補正する透明電極の分割パターンを示す図 コマ収差の分布の例を示す図。 第2の円形分割線の大きさとコマ収差、非点収差の大きさの関係を示す図。 第1の円形分割線の大きさとコマ収差、非点収差の大きさの関係を示す図。 ラジアル軸−タンジェンシャル軸方向の非点収差を補正する場合の透明電極の駆動パターンを示す図。 ラジアル軸−タンジェンシャル軸に対して45°傾いた方向の非点収差を補正する場合の透明電極の駆動パターンを示す図 ラジアル方向のコマ収差を補正する場合の透明電極の駆動パターンを示す図。 タンジェンシャル方向のコマ収差を補正する場合の透明電極の駆動パターンを示す図。
符号の説明
1 光ディスク装置
2 光ヘッド
3 半導体レーザ
6 液晶素子
8 対物レンズ
9 アクチュエータ
10 光ディスク
14 演算回路
15 サーボドライバ
16 ガラス基板
17 ガラス基板
18 液晶層
19 第1の透明電極
20 第2の透明電極
21a〜21d 円環領域
22 有効領域
23 第1の円形分割線
24 第2の円形分割線
25a〜25h 分割線
26 円形領域26
27a〜27h 半扇形の領域
28 外縁領域28

Claims (7)

  1. 印加された電界に応じて屈折率が変化する液晶層と、
    前記液晶層を挟むように配設された一組の透明電極と、
    を有する収差補正素子であって、
    前記一組の透明電極の少なくとも一方は、略中心部に配置された第1の円形分割線と前記第1の円形分割線の外側で略同心円状に配置された第2の円形分割線を有し、前記第1の円形分割線と前記第2の円形分割線の間の領域が略等間隔の複数の分割線によって放射状に分割されていることを特徴とする収差補正素子。
  2. 前記一組の透明電極の少なくとも一方は、略中心部に配置された第1の円形分割線と前記第1の円形分割線の外側で略同心円状に配置された第2の円形分割線を有し、前記第1の円形分割線と前記第2の円形分割線の間の領域が略等間隔の8本の分割線によって放射状に分割されていることを特徴とする請求項1記載の収差補正素子。
  3. 半導体レーザから出射されたレーザ光を光ディスクに向けて集光するとともに、前記光ディスクから反射した戻りレーザ光を受ける対物レンズと、
    前記半導体レーザと前記対物レンズの間の光路上に設けられ印加された電界に応じて屈折率が変化する液晶層と前記液晶層を挟むように配設された一組の透明電極を有する収差補正素子と、を備え、
    前記一組の透明電極の少なくとも一方は、略中心部に配置された第1の円形分割線と前記第1の円形分割線の外側で略同心円状に配置された第2の円形分割線を有し、前記第1の円形分割線と前記第2の円形分割線の間の領域が略等間隔の複数の分割線によって放射状に分割されていることを特徴とする光ヘッド。
  4. 前記一組の透明電極の少なくとも一方は、略中心部に配置された第1の円形分割線と前記第1の円形分割線の外側で略同心円状に配置された第2の円形分割線を有し、前記第1の円形分割線と前記第2の円形分割線の間の領域が略等間隔の8本の分割線によって放射状に分割されていることを特徴とする請求項3記載の光ヘッド。
  5. 前記8本の分割線の内の1本の分割線が、前記第1の円形分割線の中心を通り前記光ディスクのラジアル方向の軸線に対して22.5度の角度を持った直線上に配置されていることを特徴とする請求項4記載の光ヘッド。
  6. 半導体レーザから出射されたレーザ光を光ディスクに向けて集光するとともに、前記光ディスクから反射した戻りレーザ光を受ける対物レンズと、前記半導体レーザと前記対物レンズの間の光路上に設けられ印加された電界に応じて屈折率が変化する液晶層と前記液晶層を挟むように配設された一組の透明電極を有する収差補正素子と、を備えた光ヘッドと、
    前記光ヘッドの光検出器の出力から前記光ディスクの情報の再生信号を演算処理する演算回路と、を備えた光ディスク装置であって、
    前記一組の透明電極の少なくとも一方は、略中心部に配置された第1の円形分割線と前記第1の円形分割線の外側で略同心円状に配置された第2の円形分割線を有し、前記第1の円形分割線と前記第2の円形分割線の間の領域が略等間隔の8本の分割線によって放射状に分割されていることを特徴とする光ディスク装置。
  7. 前記8本の分割線の内の1本の分割線が、前記第1の円形分割線の中心を通り前記光ディスクのラジアル方向の軸線に対して22.5度の角度を持った直線上に配置されていることを特徴とする請求項6記載の光ディスク装置。
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