JP3904893B2 - Optical pickup device - Google Patents

Optical pickup device Download PDF

Info

Publication number
JP3904893B2
JP3904893B2 JP2001340091A JP2001340091A JP3904893B2 JP 3904893 B2 JP3904893 B2 JP 3904893B2 JP 2001340091 A JP2001340091 A JP 2001340091A JP 2001340091 A JP2001340091 A JP 2001340091A JP 3904893 B2 JP3904893 B2 JP 3904893B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
optical
pickup device
aberration
optical pickup
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2001340091A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2003141771A (en
Inventor
和也 北村
幸夫 倉田
哲男 岩木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sharp Corp filed Critical Sharp Corp
Priority to JP2001340091A priority Critical patent/JP3904893B2/en
Publication of JP2003141771A publication Critical patent/JP2003141771A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3904893B2 publication Critical patent/JP3904893B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Optical Recording Or Reproduction (AREA)
  • Optical Head (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学的情報記録媒体に情報の記録、再生を行う収差補正光学系及び収差検出系を用いた光ピックアップ装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
光を利用した技術は、周波数が高い(高速)、空間情報処理ができる、位相処理ができる等の多くの特徴を有しているため、通信、計測、加工などの多岐に渡る分野で研究・開発・実用化が行われている。その技術の中で、光ビームを絞り込むために高精度の対物レンズが用いられている。
【0003】
近年、特に光を利用した画像記録装置等への要求は大きく、大容量化へ向けての技術は大変重要になりつつある。光情報記録の大容量化のためには、記録媒体の向上にも増してビームスポットの小径化、即ち対物レンズによるビームスポットの十分な絞り込みが必要である。周知のように、ビームスポット径は、光の波長に比例し対物レンズのNA(Numerical Aperture)に反比例する。波長については近年、青色レーザダイオードや青あるいは緑色SHGレーザが開発されつつある。一方、対物レンズの高NA化については、CD(Compact Disc)のNA0.45に比べてDVD(Digital Versatile Discs)ではNA0.6とし高密度化を達成してきた。また、2群2枚のレンズを用いて、NAを0.85とし更なる高密度化を目指した光ピックアップ装置が、特開平10−123410号公報に開示されている。
【0004】
この様な高いNAの対物レンズを用いた光ピックアップ装置においては、媒体の光透過層の厚さのばらつきや多層記録を行う際に発生する球面収差を補正する目的で、例えば、特開2001−143303号公報に開示されるように球面収差を補正する液晶素子を付与している。
【0005】
また、球面収差を検出する手段としては、特開2000−155979号公報に開示されるように、受光部に入射する光束を光軸に近い領域と遠い領域に分割し、各々のフォーカス位置を検出・比較することで球面収差量を得ている。
【0006】
さらに、収差補正手段として液晶を用いた光ピックアップが特開2001−34996号公報に提案されている。これを図13に示す。ここでは、ディスク101に対して円偏光を入射させ、反射してきた光束が1/4波長板102で90度の角度をなす直線偏光にすることで偏光ビームスプリッタ103で全光量反射させ、受光部104に入射させる構成となっている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この様な収差補正手段に使用される液晶素子においては、液晶を2枚のガラス基板上に形成した電極により挟み込む構成であり、球面収差を補正するために、電極に電圧を印加することで液晶の配向を変えて屈折率を変化させることで位相分布を形成している。この時、屈折率を変化させることができるのは、液晶素子の配向方向に対して異常光となる一方向の直線偏光のみである。
【0008】
また、液晶素子の位相分布が変曲点を持つ様な構成となっているため対物レンズとの芯ずれに対して大きな収差が発生し、トラッキングの際の対物レンズシフトが許容できず、フォーカシング・トラッキング用のアクチュエータに、対物レンズ、1/4波長板、液晶素子を搭載した構成となっていた。
【0009】
そのため、液晶素子を透過する光束の偏光方向が往きと帰りで90度異なるため、往きでは液晶素子に対して異常光となるため位相変調を受けるが、帰りは常光となるため位相変調を受けないこととなる。
【0010】
従って、光透過層厚さが異なり球面収差が発生した場合、その収差を補正するために液晶素子で位相変調を付与することによって、記録面上で球面収差の無い良好なビームが得られても、記録面上で反射し、戻ってきて受光部に入射する光束は液晶素子で位相変調を受けないため、帰りの光透過層厚さによる球面収差が残存してしまい、この光束を用いて球面収差を検出した場合、記録面上の収差と受光部上の収差が著しく異なるため、記録面上の球面収差の情報を把握できず、収差補正光学系に正しくフィードバックできなくなり、ひいては、正確な収差補正が困難になると言った問題があった。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記問題点を解決するため、以下の様な構成とするものである。
【0012】
本発明の光ピックアップ装置にあっては、光源と収差検出系と、光源から光記録媒体に至る光路中に対物レンズと波長板と収差補正光学系と偏光による光路分割手段を具備する光ピックアップ装置において、前記収差補正光学系と前記波長板の間に前記偏光による光路分割手段を配置し、前記光路分割手段は、前記記録媒体からの反射光のうち直線偏光の異常光のみを透過し、前記補正光学系は、前記光源が出射する直線偏光としての異常光に位相変調を付与すると共に、前記光路分割手段を透過した異常光に位相変調を付与し、前記収差検出系は、前記記録媒体からの反射光であって、前記補正光学系において位相変調を受けた異常光を受光することを特徴とする。
【0013】
また、本発明の光ピックアップ装置にあっては、偏光による光路分割手段により分割された光束の一方によりRF信号を、他の光束によりトラックサーボ及びフォーカスサーボ及び球面収差を検出する事を特徴とする。
【0014】
また、本発明の光ピックアップ装置にあっては、前記光記録媒体に入射する光束は楕円偏光であり、楕円偏光の楕円率が、0.4以上であることを特徴とする。
【0015】
また、本発明の光ピックアップ装置にあっては、収差検出系は、光束を分割し所定の受光素子に入射せしめる光束分割手段を有し、分割した光束のいずれか少なくとも一つから得られる信号に基づき球面収差を検出することを特徴とする。
【0016】
また、本発明の光ピックアップ装置にあっては、光記録媒体上に複数の光スポットを形成する光束分割手段を有し、収差検出系は、分割された光スポットのいずれか少なくとも一つの反射光に基づいて球面収差を検出することを特徴とする。
【0017】
また、本発明の光ピックアップ装置にあっては、収差補正光学系に液晶を用いていることを特徴とする。
【0018】
また、本発明の光ピックアップ装置にあっては、対物レンズのNAが0.75以上であり、収差補正光学系に液晶素子を含むことを特徴とする。
【0019】
また、本発明の光ピックアップ装置にあっては、収差補正光学系は、同心円状の複数の電極を有し、球面収差を補正する際に印加する位相分布において、収差補正時を通じて、位相分布曲線の中間値付近の電極を同じ電位とし、その他の部分の電極の電位を変動させることを特徴とする。
【0020】
さらに、本発明の光ピックアップ装置にあっては、収差補正光学系は、球面収差を補正する際に印加する位相分布が、複数の同心円状の領域に分割されたフレネルレンズ形状であることを特徴とする。
【0021】
【発明の実施の形態】
《実施例1》
以下、本発明の実施例について説明する。
【0022】
図1に第1の実施例による光ピックアップの構成図を示す。
【0023】
光源であるLD1より発した直線偏光のレーザ光は、ホログラム素子2の光源側面に有効光束径よりも大きな領域に形成されて回折格子3によって光束が、0次回折光と、1次回折光、−1次回折光に分岐される。その後、光束は回折格子3と反対側の面に形成されたホログラム4を透過し、コリメータレンズ5で平行光束になり整形プリズム6に入射する。整形プリズム6は、LD1を出射したレーザ光の強度分布が楕円形であるため、円形に近いものに整形するためのものである。
【0024】
その後、液晶素子7で光透過層厚さの違いによる球面収差分の位相変調を付与され、偏光ビームスプリッタ8を透過し、1/4波長板9で楕円偏光に変換される。
【0025】
ここで、1/4波長板9の光軸と入射する直線偏光の方向とがなす角θとの関係を図2に示す。θは約30度に設定しており、1/4波長板9を透過した光束は、楕円偏光となっている。
【0026】
また、偏光ビームスプリッタ8は、p偏光は100%透過し、s偏光は100%反射する設計となっている。LD1から発した光束(往路)はp偏光となっており、偏光ビームスプリッタをほぼ全光量透過する。
【0027】
次に、45度ミラー(図示しない)で光線を立ち上げた後、対物レンズ10で絞られ光記録媒体13に到達する。
【0028】
光記録媒体13の構成を図3に示す。光記録媒体13は、光透過層11、記録面12、基板14からなり、光透過層11を通って、記録面12にビームスポットを結ぶようになっている。ここで、光透過層11の厚さの中心値は、0.1mmである。
【0029】
記録面12で反射(変調)された光は、前記経路を逆に辿る。そして図1に示すように1/4波長板9により直線偏光(p偏光とs偏光)に戻されるが、この時偏光方向は、往きと帰りで60度回転しているため、偏光ビームスプリッタ8でs偏光即ち液晶素子に対する常光は略直角に曲げられ、p偏光分は偏光ビームスプリッタ8を透過する。s偏光は集光レンズ15を通ってRF受光部16に入射する。RF受光部16では0次回折光を用いている。
【0030】
高速大容量の光ディスクシステムにおいて、RF信号は高帯域を要求され、それを満たすためには受光部の面積を小さくすることが必要である。本実施例においては、RF受光部16の前に集光レンズ15を配置しており、RF受光部16に小さいスポットを結ぶことができ、かつ、対物レンズシフト等の影響を受けないため受光部面積は最小限のものでよく、本実施例においては、大きさ50μmの正方形としている。
【0031】
このように小さい受光部でも、フォーカスサーボ、トラックサーボ、球面収差検出等と共用していないため、受光部の位置決めが容易で、かつ、帯域の向上がはかれる。
【0032】
一方、p偏光即ち液晶素子7に対する異常光は、偏光ビームスプリッタ8を透過し、液晶素子7で位相変調を付与された後、コリメータレンズ5を通り、ホログラム4により回折されて、サーボ信号受光部17に入射する。サーボ信号受光部17では、0次回折光でフォーカス誤差信号、球面収差誤差信号を、1次回折光と−1次回折光と0次回折光でトラック誤差信号を検出するようになっている。
【0033】
球面収差量はサーボ信号受光部17にて検出した光信号より、収差検出回路にて算出し、液晶駆動回路がその信号に基づいて液晶素子7を駆動する。サーボ信号受光部17に達する光束は、液晶素子7においてレーザを出射し光記録媒体に到達する光束(往路)と光記録媒体で反射しサーボ信号受光部17に戻ってくる光束(復路)共に液晶素子7に対して偏光方向が同じ異常光であるので、光透過層厚さによって発生している球面収差量に応じた位相変調を付与され、記録面上での球面収差と、サーボ信号受光部17での球面収差が同等となり、検出及び補正がクローズド・ループで行え、より正確な球面収差の補正が可能である。
【0034】
フォーカス誤差検出は、ホログラム・フーコー法で、トラック誤差検出は、位相差プッシュプル法(Differential Push−Pull)を用いている。収差検出系については後に詳細を示す。
【0035】
さらに、ここで用いた対物レンズ10は、レンズホルダー(図示しない)に固着され、レンズホルダーは、4本のワイヤー(図示しない)で、光ピックアップ本体(図示しない)に固定されている。対物レンズ10は、NA0.85で平行光束が入射し(いわゆる無限共役)、光透過層11の厚さが0.1mmの時、ほぼ無収差となるように設計されており、使用波長は、405nm、有効光束径はφ3、焦点距離は、1.76mmに設計されたものを使用している。
【0036】
以上、本実施例の構成について述べたが、収差補正光学系と1/4波長板および偏光ビームスプリッタがこのような配置構成とする理由について、光束を基に説明する。
【0037】
まず、光源を発した直線偏光の光束が、液晶素子を透過し、ディスクで反射した後、再び液晶素子を透過し、受光部にもどる過程で、前述の通り、液晶素子にて位相変調を付与するためには、液晶素子に入射する光束が液晶素子に対して異常光であること、即ち、液晶の配向方向と平行な直線偏光を入射させることが必要である。光源から発した光束は、液晶素子に対してこの様な配置となっている。このような方向の直線偏光に対して、液晶素子は印加される電圧に応じて、液晶分子がガラス板に垂直な方向に向かって連続的に角度を変化させ、前記偏光方向の入射光束に対して液晶分子の方向に応じた屈折率の分布を持ち、それによって位相変調を付与できるような構成となっている。
【0038】
また、常光となる方向、即ち、液晶素子の配向方向に対して直角な方向に偏光した直線偏光を入射させた場合、液晶分子の方向によらず一定の屈折率となるため液晶素子による屈折率分布は無く、位相変調を付与できないため、球面収差を補正することはできない。
【0039】
一方、記録面にて反射された光束は、1/4波長板で直線偏光に戻るが、偏光ビームスプリッタで、液晶素子に対して異常光のみを透過し、常光は反射する。液晶素子に入射するのは異常光のみであり、復路も位相変調を受けるような構成となる。従って、光透過層の厚さの違いによる球面収差を補正する際、受光部に入射する光束の球面収差を最小にするよう収差補正系即ち本実施例においては液晶素子を調整することにより、記録面上での球面収差を最小にできる。
【0040】
また、記録媒体上で、ビームスポットが楕円偏光になるように構成していることから、収差補正光学系に寄与しない直線偏光成分を有効利用するのが好ましい。そこで記録媒体側から1/4波長板、偏光ビームスプリッタ、収差補正光学系(液晶)の順に構成することで、光が有効利用できる。偏光ビームスプリッタで90度に曲げられた偏光成分はRF信号を検出するのに用いるのが最も好ましい形態であるといえる。
【0041】
以下、上記構成要素の収差補正系、収差検出系および記録媒体上での偏光状態について、さらに詳細な説明を行う。
【0042】
(収差補正系)
本実施例では、収差補正素子として液晶素子を用いている。図4(a)(b)に本実施例の液晶素子の構成図を示す。
【0043】
液晶素子7は、、第1のガラス板19、ディスプレイ等に使用されるネマチック液晶組成物からなる液晶18、第2のガラス板20と封止材28で構成されており、液晶分子の光軸方向とこれに垂直な方向とでその屈折率が異なる複屈折効果を有しているものを用いている。また第1のガラス板19上には、電極21、絶縁層22、配向層23が形成されている。第2のガラス板20にも同様に電極25、絶縁層26、配向層27が形成され、電極25は円形の共通電極である。
【0044】
ここでは、互いに対向する透明電極間、例えばガラス基板にITO膜を蒸着したものの間に液晶18を挟んだ構造を有し、透明電極間の印加電圧を調節することで液晶18の配向状態を変化させ、一方の透明電極側から入射する光が液晶中を通る際に、その光に対して配向状態に応じた複屈折変化を与えて他方の透明電極側へ射出するようになっている。
【0045】
電圧印加前の状態が図4(a)で、適当な電圧を印加している状態が図4(b)である。電圧を印加していない状態では、ガラス板の面内方向では一方向に配向しており、いわゆるホモジニアス配向となっており、透明電極に印加する電圧により、ガラス板と直角方向に液晶分子の向きを変えることができる。勿論、電圧を印加していない状態では、ガラス板と直角方向に僅かな角度(いわゆる、プレチルト角)があっても良い。
【0046】
更には、印加電圧に対して反応良くしたり、印加電圧と屈折率の間の関係が線形である領域を使用するため、予めバイアス電圧を与えておいても良い。
【0047】
ここで、液晶素子7に入射する光は、直線偏光で偏光方向は液晶18の配向方法に対して異常光となる方向である。液晶材料は、ネマチック液晶を例にあげたが、複屈折性をもつ液晶であれば同様の効果が得られる。
【0048】
図5に第1のガラス板19上に形成された電極の形状を示す。これらは、同心円状に分割された3つの領域からなり、図5(a)はその正面図、(b)は断面図である。また、断面に対応した電界分布を図5(c)に示す。ここで、電極21a、21b、21c、及び金属電極21dが配設されており、更に各々、リード線24a、24b、24cが接続されている。高抵抗の透明電極(ITO等)と低抵抗の金属電極(金、アルミ等)の組合せにより、中央部から周辺部に向かって電界分布を作ることで液晶18に位相差を発生させ、収差を除去できる。例えば、低抵抗の金属電極に通電するように、各々リード線24a、24b、24cにV1=4V、V2=2V、V3=1Vの電圧を加えることで図5(c)のような電界分布を作ることができ、中央部では屈折率が低く、周辺部に向かって徐々に屈折率が大きくなるような収差補正光学系を得ることができる。
【0049】
これにより、液晶素子7と対物レンズ10の芯ずれに対して収差劣化が無く、フォーカシング・トラッキング用アクチュエータ上に液晶素子を搭載する必要が無い収差補正光学系が得られる。
【0050】
また、図5に示した液晶素子の他の電界強度分布の例を図6(a)〜図6(c)に示す。図6(a)に示すように、領域に分割した位相分布でも同様、対物レンズとの芯ずれに強い液晶素子とする事ができる。分割数と領域は、液晶の屈折率の変化量、厚み、球面収差の補正量、電極数等から適切に決められる。
【0051】
更に、液晶素子の場合、位相を変調させる最大量は、液晶の屈折率変化量と液晶厚さの積で決まる。例えば、光透過層厚さが、基準値に対してプラス方向とマイナス方向に変動する場合は、上下反転した位相分布が必要であり、それに対応した電界分布は、図6(b)に示すような同様形状のものとなる。この時、全体の電界のちょうど中間点付近(図では、同電位位置と記載)を光透過層厚のプラス方向とマイナス方向のいずれに対しても同じ電位とする事で、補正に必要な位相量に対して、最小の液晶厚さ若しくは屈折率変化量に抑えることが可能となり、高速応答性、透過率等良好な補正素子が得られると言う効果もある。図6(c)には、別の位相分布の場合を示すが、効果は前記と同様である。
【0052】
以上説明したように、第1のガラス板上に形成された電極21a、21b、21cの各々の電圧値を制御することにより電圧分布を形成し、それに応じた屈折率分布を作ることができる。そのため、異なる光透過層厚さに対する、収差補正光学系を構成することが可能となる。
【0053】
例えば、光ピックアップ装置は多層記録媒体に対応するため、光透過層11の厚さが中心値である0.1mmに対して、±0.015mmの厚さに対して記録再生を行えるよう構成される。ここで、液晶素子7の電極21a、21b、21cに印加する電圧を変化させる事により、光透過層厚11の違いにより発生する球面収差量に対応して、記録面12上で球面収差量を最小にすることが可能となる。
【0054】
(収差検出系)
収差検出系とは、サーボ信号受光部の球面収差を検出する受光部とその受光量を元に球面収差を計算する球面収差検出部を指す。球面収差検出は光軸近傍と周辺部の光束をホログラムで分割しており、光軸近傍の光束と周辺部の光束の各々についてホログラムフーコー法でフォーカス誤差信号を検出し、各光束のフォーカス位置を検出する。ここで、球面収差とは、光軸近傍の光束と周辺部の光束の合焦位置が異なる収差であるから、前述に2つの光束の合焦位置を一致させることが球面収差を最小にすることになる。
【0055】
ホログラムのパターンの概略図を図7に、収差検出部の受光部配置図を図8にそれぞれ示す。
【0056】
ホログラムパターンは、図7(a)の通り、4a部、4b部、4c部、4d部の4領域に分けられる。4a部は光軸に近い中央部領域の光束を、4b部は光軸から遠い周辺部領域の光束を、各々受光部17a、17b部と17c、17d部に入射させる様回折する。同様に4c部、4d部についてもメインビームは各々17e、17fに、サブビームは、17g、17h、17i、17jに入射させる。
【0057】
球面収差誤差信号SAESは、下記演算式により算出できる。
SAES=(17a−17b+17c−17d)−α×(17c−17d)
又は、
SAES=(17a−17b)−β×(17c−17d)
ここで、α、βは共に係数である。この演算は収差検出回路にて行い、液晶駆動回路がその信号に基づいて液晶素子を駆動する。このホログラムの分割方法によれば、対物レンズのシフトに対して信号変動が小さくなる。また、別のホログラムの分割方法を図7(b)に示す。円周状に分割した分、球面収差の検出感度は向上する。
【0058】
この様な収差検出方法によれば、信号再生中にリアルタイムで球面収差を補正したり、記録中でも補正が可能となり、大きな効果がある。
【0059】
例えば、RF信号のエンベロープ、ジッタ値等を検出しながら球面収差を補正する方法も考えられるが、この検出方法だと再生中の信号を用いて検出するため、球面収差の量や方向が分からず、山登り的な補正となるためリアルタイムに調整することが困難である。また、記録中には検出できないため、前記で述べた戻り光の光束を分割し検出する方法が有利である。
【0060】
即ち、従来の様に、往きだけしか位相変調を受けない構成では、光透過層厚さの違いや、光ピックアップ内の光学部品に残存する球面収差を補正し光記録媒体上で良好な収差のビームスポットを形成しても、復路では液晶素子での位相変調を受けないので、受光部上では復路の分の球面収差が残存し、正しい収差検出ができなかった。更に、収差補正素子を駆動する際のサーボ系においても収差検出部と光記録媒体上での収差が異なるためクローズドループを構成できず、正確なフィードバック補正ができなかった。
【0061】
しかし、本発明によると、上述の問題が解消され、光記録媒体上での球面収差量を正しく検知し、補正することができ、ひいては、記録時の補正や再生時のリアルタイム補正が可能となる。
【0062】
また、上記収差検出の原理から、サーボ受光部で球面収差を検出する方が、光の利用効率及び、受光素子の一体化形成による部品の共通化が図れる等の点で好ましい形態である。
【0063】
更に、液晶素子において往復で位相変調を受けるため、球面収差を補正する際にフォーカス誤差信号を検出する受光部上での焦点が変わることもない。従って、それが原因となるフォーカスオフセットが発生しないと言う効果もある。
【0064】
(光記録媒体上の偏光状態)
本実施例においては、1/4波長板の光軸が、入射する直線偏光の方向と約30度の角度を持っており、1/4波長板を透過した光束は、楕円率0.58の楕円偏光となる。光記録媒体上にスポットを結ぶ際、この偏光の楕円率は重要な意味を持つ。
【0065】
図9(a)に偏光の楕円率とスポット径の真円度(長径と短径の比)の関係を、図9(b)に偏光の楕円率及び各偏光方向の強度比と1/4波長板の光軸と光束の偏光方向の角度θの関係を示す。
【0066】
スポット径が円にならずに楕円形状となった場合、記録再生を行う時、信号のジッタ特性、クロストーク特性等に影響が生じる。スポット径の真円度のずれは10%以下であれば、ジッタも10%を越えることもなく、クロストークも小さく良好である。その為には、偏光の楕円率は、0.4以上であることが必要であり、その時、1/4波長板の光軸と光束の偏光方向の角度θ(図3参照)は、22度から68度の間である。
【0067】
また、一方では前記楕円率は、RF受光部とサーボ信号受光部との光量配分にも関係してくる。RF受光部に必要な光量は、受光部の感度、応答帯域により変化するが、少なくとも全体の10%であれば、信号品位の劣化を最小限にとどめることができる。また、サーボについても、最小限全体の光量の10%であれば、検出可能である。従って、楕円率は、0.15から0.75、即ち前記θは10度から37度の間若しくは53度から80度の間であることが必要である。
【0068】
以上、スポット径と光量配分を双方とも満足するためには、楕円率は、0.4以上0.75以下であり、1/4波長板の光軸と光束の偏光方向のなす角θは、22<θ<37、又は53<θ<68(度)となる。
【0069】
ここで、楕円率とは、楕円偏光の振幅の楕円長軸に対する短軸の比(短軸/長軸)であり、1は円偏光を、0は直線偏光を示す。また、強度比とは、偏光ビームスプリッタで反射しRF受光部に向かう光束の強度が全体の戻り光に占める割合を示している。
【0070】
以上説明したように、本実施例においては、収差補正素子として液晶素子を用いたが、前記位相分布を得られるものであれば、他のものでも良く、例えば、電圧により屈折率を可変とできる材料を用いた素子やその他の素子でも効果は同じである。また、球面収差量は、光透過層厚にして±15μmを例にしたが、それ以外でも良く、各々のシステムにおいて、補正が必要な球面収差に応じて決められる。
【0071】
また、対物レンズのNAが0.85の光学系を例にしたが、NA0.75以上の対物レンズを用いるピックアップにおいては、2層記録等光透過層の厚さの変化に対して、球面収差の発生量が大きく、本収差補正素子による収差補正の効果が大きい。3次球面収差係数 W40は以下の式で表される。
W40≒(t/8)×{(n2−1)/n3}×(NA)4
即ち、NA0.6に比べてNA0.75は、同じ光透過層厚さの変化に対して、球面収差量は2倍以上となる。2層記録(再生)媒体においては、その層間の厚さは、記録層間の熱干渉、フォーカスサーボ信号の干渉、層間層の製造方法に起因する厚さの限界等により決められ、薄くとも10〜20μm程度である。
【0072】
この厚さの違いにより、NA0.75においては、許容収差値0.03λrmsを越えてしまう。従って、この様な高いNAの光学系においては、収差検出及び収差補正素子はより重要となり、光ピックアップの特性向上に大きな効果を持つことになる。
【0073】
さらに、上述した構成の他にホログラム4の代わりにビームスプリッタを用いても良い。このビームスプリッタは、ハーフミラーとなっており約70%を透過し、残りを反射する構成としても構わない。
【0074】
このように、本発明の主旨から逸脱しない構成は、種々考えられるため、本発明の構成に限ったものではない。
【0075】
以上の説明によると、本発明による光ピックアップ装置は、光記録媒体からの戻り光を用いて球面収差を検出し、リアルタイムでの検出・補正が可能となるので、光透過層の厚みむらや、多層記録媒体に対しても対応可能で、良好なジッタ特性が得られると言う効果がある。
《実施例2》
上述の実施例1では、図1の光ピックアップ装置において、ホログラム4の構成については図7、サーボ信号受光部17の構成については図8を用いて説明を行ったが、他の回折格子33、ホログラム34、サーボ信号受光部43の構成を以下に示す。
【0076】
また、回折格子33は、図10に示すような形状となっており、全透過光束の内、光軸に近い内周部の光束のみが、+1次回折光と−1次回折光に分岐される。即ち、これらサブビームについては、光軸に近い内周部即ちNAの小さいビームが得られることになる。回折格子は、全光束の直径の約70%にあたる領域に形成されている。この+1次回折光と−1次回折光の光記録媒体からの反射光と0次光の反射光のフォーカス誤差を検出し、比較することで球面収差が検出できる。前記全光束の70%とは、球面収差を検出する感度が最も高くなる分割比である。
【0077】
サーボ信号受光部43に配向するために、ホログラム34は、図11(a)示すように3つの領域に分けられている。また、図11(b)のように、4分割であっても良い。4分割ホログラムの場合は、それに対応した受光部配置が別途決定されることになる。
【0078】
ここでは、3分割ホログラムの場合について説明する。サーボ信号受光部43の各受光部を図12に示す。メインビームのフォーカスは、43aと43bで、サブビームのフォーカスは、43cと43d、43eと43fで、メインビームのプッシュプルは、43gと43hで、サブビームのプッシュプルは、43iと43j、43kと43mで検出する。ホログラム34aにより回折された光束は、受光部43a、43b、43c、43d、43e、43fに入射し、ホログラム34bにより回折された光束は、受光部43i、43g、43kに、ホログラム34cにより回折された光束は、受光部43j、43h、43mに入射する。
【0079】
球面収差誤差信号SAESについては、下式の通り表される。
SAES=(43a−43b)−α×(43c−43d)+β×(43e−43f)
ここで、α及びβは係数である。この演算は収差検出回路にて行い、液晶駆動回路がその信号に基づいて液晶素子を駆動する。
【0080】
以上のような回折格子33、ホログラム34、サーボ信号受光部43の構成であっても、上述の実施例1で示した構成と同様の効果が得られる。
【0081】
【発明の効果】
本発明による光ピックアップ装置は、光記録媒体からの戻り光を用いて球面収差を検出し、リアルタイムでの検出・補正が可能となるので、光透過層の厚みむらのある光記録媒体や、多層記録媒体に対しても対応可能で、良好なジッタ特性が得られると言う効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の光ピックアップ装置の構成図である。
【図2】本発明の1/4波長板の光軸方向と偏光方向の関係を示す図である。
【図3】本発明の記録媒体の構成図である。
【図4】本発明の液晶素子の電圧印加前後の構成図である。
【図5】本発明の液晶素子の電極配置の構成図及び電界強度分布を示す図である。
【図6】本発明の液晶素子の他の電界強度分布を示す図である。
【図7】本発明のホログラムの平面図である。
【図8】本発明のサーボ信号受光部の配置図である。
【図9】本発明の偏光の楕円率とスポット径の関係を示すグラフである。
【図10】本発明の実施例2の回折格子の平面図である。
【図11】本発明の実施例2のホログラムの平面図である。
【図12】本発明の実施例2のサーボ信号受光部の配置図である。
【図13】従来例を示す光ピックアップ装置の構成図である。
【符号の説明】
1 LD
2 ホログラム素子
3 回折格子
4 ホログラム
5 コリメータレンズ
6 整形プリズム
7 液晶素子
8 偏光ビームスプリッタ
9 1/4波長板
10 対物レンズ
13 光記録媒体
16 RF受光部
17 サーボ信号受光部
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an aberration correction optical system for recording and reproducing information on an optical information recording medium, and an optical pickup apparatus using an aberration detection system.
[0002]
[Prior art]
Technology using light has many features such as high frequency (high speed), spatial information processing, phase processing, etc., so research and research in various fields such as communication, measurement, and processing. Development / practical use is in progress. Among the techniques, a high-precision objective lens is used to narrow the light beam.
[0003]
In recent years, there has been a great demand for an image recording apparatus that uses light in particular, and a technology for increasing the capacity has become very important. In order to increase the capacity of optical information recording, it is necessary to reduce the diameter of the beam spot, that is, to sufficiently narrow the beam spot by the objective lens, in addition to the improvement of the recording medium. As is well known, the beam spot diameter is proportional to the wavelength of light and inversely proportional to the NA (Numerical Aperture) of the objective lens. In recent years, blue laser diodes and blue or green SHG lasers are being developed in terms of wavelength. On the other hand, the NA of the objective lens has been increased to NA 0.6 in the DVD (Digital Versatile Discs) compared to the NA 0.45 of the CD (Compact Disc). Further, an optical pickup device using two lenses in two groups and having an NA of 0.85 and aiming at higher density is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 10-123410.
[0004]
In such an optical pickup device using an objective lens having a high NA, for example, for the purpose of correcting variations in the thickness of the light transmission layer of the medium and spherical aberration that occurs when performing multilayer recording, for example, JP-A-2001-2001 As disclosed in Japanese Patent No. 143303, a liquid crystal element for correcting spherical aberration is provided.
[0005]
As means for detecting spherical aberration, as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-1555979, the light beam incident on the light receiving unit is divided into a region close to the optical axis and a region far from the optical axis, and each focus position is detected.・ Spherical aberration is obtained by comparison.
[0006]
Furthermore, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-34996 proposes an optical pickup using liquid crystal as aberration correction means. This is shown in FIG. Here, circularly polarized light is incident on the disk 101, and the reflected light beam is converted into linearly polarized light that forms an angle of 90 degrees with the quarter-wave plate 102, so that the total amount of light is reflected by the polarizing beam splitter 103, and the light receiving unit. 104 is made to enter.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, the liquid crystal element used for such aberration correction means has a configuration in which liquid crystal is sandwiched between electrodes formed on two glass substrates, and a voltage is applied to the electrodes in order to correct spherical aberration. The phase distribution is formed by changing the refractive index by changing the orientation of the liquid crystal. At this time, the refractive index can be changed only by linearly polarized light in one direction that becomes abnormal light with respect to the alignment direction of the liquid crystal element.
[0008]
In addition, because the phase distribution of the liquid crystal element has an inflection point, large aberrations occur due to misalignment with the objective lens, and the objective lens shift during tracking cannot be allowed. An objective lens, a quarter-wave plate, and a liquid crystal element were mounted on the tracking actuator.
[0009]
Therefore, since the polarization direction of the light beam transmitted through the liquid crystal element differs by 90 degrees on the return and the return, the light becomes abnormal light with respect to the liquid crystal element on the return and undergoes phase modulation. It will be.
[0010]
Therefore, when spherical aberration occurs when the light transmission layer thickness is different, by applying phase modulation with a liquid crystal element to correct the aberration, a good beam without spherical aberration can be obtained on the recording surface. Since the light beam reflected on the recording surface and returning to the light receiving portion is not subjected to phase modulation by the liquid crystal element, spherical aberration due to the thickness of the returning light transmission layer remains. When the aberration is detected, the aberration on the recording surface is significantly different from the aberration on the light receiving section, so it is impossible to grasp the spherical aberration information on the recording surface, and it is not possible to correctly feed back to the aberration correction optical system. There was a problem that correction would be difficult.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention has the following configuration.
[0012]
  In the optical pickup device of the present invention, a light source, an aberration detection system,TheIn an optical pickup device including an objective lens, a wave plate, an aberration correction optical system, and an optical path dividing unit using polarized light in an optical path from a light source to an optical recording medium,SaidWith aberration correction opticsSaidBetween wave platesSaidArranges optical path splitting means using polarized lightThe optical path splitting unit transmits only linearly polarized extraordinary light out of the reflected light from the recording medium, and the correction optical system imparts phase modulation to the extraordinary light as linearly polarized light emitted from the light source. At the same time, the abnormal light transmitted through the optical path dividing means is phase-modulated, and the aberration detection system receives the abnormal light that is reflected light from the recording medium and phase-modulated in the correction optical system.It is characterized by doing.
[0013]
The optical pickup device of the present invention is characterized in that an RF signal is detected by one of the light beams divided by the optical path dividing means by polarized light, and a track servo, focus servo, and spherical aberration are detected by the other light beam. .
[0014]
  In the optical pickup device of the present invention,The light beam incident on the optical recording medium is elliptically polarized light,The ellipticity of elliptically polarized light is 0.4 or more.
[0015]
Further, in the optical pickup device of the present invention, the aberration detection system has a light beam splitting unit that splits the light beam and makes it incident on a predetermined light receiving element, and outputs a signal obtained from at least one of the split light beams. Based on this, spherical aberration is detected.
[0016]
The optical pickup device of the present invention further includes a light beam splitting unit that forms a plurality of light spots on the optical recording medium, and the aberration detection system includes at least one reflected light of the split light spots. Based on the above, spherical aberration is detected.
[0017]
In the optical pickup device of the present invention, liquid crystal is used for the aberration correction optical system.
[0018]
In the optical pickup device of the present invention, the NA of the objective lens is 0.75 or more, and the aberration correction optical system includes a liquid crystal element.
[0019]
Further, in the optical pickup device of the present invention, the aberration correction optical system has a plurality of concentric electrodes, and the phase distribution curve applied when correcting the spherical aberration has a phase distribution curve throughout the aberration correction. The electrodes in the vicinity of the intermediate value are set to the same potential, and the potentials of the other portions of the electrode are varied.
[0020]
Further, in the optical pickup device of the present invention, the aberration correction optical system is characterized in that the phase distribution applied when correcting the spherical aberration is a Fresnel lens shape divided into a plurality of concentric regions. And
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Example 1
Examples of the present invention will be described below.
[0022]
FIG. 1 shows a configuration diagram of an optical pickup according to the first embodiment.
[0023]
Linearly polarized laser light emitted from the light source LD 1 is formed in a region larger than the effective light beam diameter on the side surface of the light source of the hologram element 2, and the light beam is divided into zero-order diffracted light, first-order diffracted light, −1 by the diffraction grating 3. Branched to the next diffracted light. Thereafter, the light beam passes through the hologram 4 formed on the surface opposite to the diffraction grating 3, becomes a parallel light beam by the collimator lens 5, and enters the shaping prism 6. The shaping prism 6 is for shaping the laser light emitted from the LD 1 into an almost circular shape because the intensity distribution of the laser light is elliptic.
[0024]
Thereafter, phase modulation corresponding to the spherical aberration due to the difference in the thickness of the light transmission layer is given by the liquid crystal element 7, transmitted through the polarization beam splitter 8, and converted into elliptically polarized light by the quarter wavelength plate 9.
[0025]
Here, the relationship between the angle θ formed by the optical axis of the quarter-wave plate 9 and the direction of incident linearly polarized light is shown in FIG. θ is set to about 30 degrees, and the light beam transmitted through the quarter-wave plate 9 is elliptically polarized light.
[0026]
The polarizing beam splitter 8 is designed to transmit 100% of p-polarized light and reflect 100% of s-polarized light. The light beam (outward path) emitted from the LD 1 is p-polarized light and transmits almost the entire amount of light through the polarization beam splitter.
[0027]
Next, after a light beam is raised by a 45 degree mirror (not shown), it is narrowed down by the objective lens 10 and reaches the optical recording medium 13.
[0028]
The configuration of the optical recording medium 13 is shown in FIG. The optical recording medium 13 includes a light transmission layer 11, a recording surface 12, and a substrate 14, and a beam spot is formed on the recording surface 12 through the light transmission layer 11. Here, the center value of the thickness of the light transmission layer 11 is 0.1 mm.
[0029]
The light reflected (modulated) by the recording surface 12 follows the path in reverse. Then, as shown in FIG. 1, the light is returned to linearly polarized light (p-polarized light and s-polarized light) by the quarter-wave plate 9. At this time, since the polarization direction is rotated 60 degrees in the forward and backward directions, the polarization beam splitter 8 Thus, s-polarized light, that is, ordinary light with respect to the liquid crystal element is bent at a substantially right angle, and p-polarized light is transmitted through the polarizing beam splitter 8. The s-polarized light enters the RF light receiving unit 16 through the condenser lens 15. The RF light receiving unit 16 uses 0th-order diffracted light.
[0030]
In a high-speed and large-capacity optical disk system, the RF signal is required to have a high bandwidth, and in order to satisfy this, it is necessary to reduce the area of the light receiving unit. In the present embodiment, the condensing lens 15 is disposed in front of the RF light receiving unit 16, and a small spot can be formed on the RF light receiving unit 16, and the light receiving unit is not affected by the objective lens shift or the like. The area may be a minimum, and in this embodiment, it is a square having a size of 50 μm.
[0031]
Even in such a small light receiving portion, since it is not shared with focus servo, track servo, spherical aberration detection, etc., positioning of the light receiving portion is easy and the band can be improved.
[0032]
On the other hand, p-polarized light, that is, extraordinary light with respect to the liquid crystal element 7 is transmitted through the polarization beam splitter 8, phase modulated by the liquid crystal element 7, and then diffracted by the hologram 4 through the collimator lens 5. 17 is incident. The servo signal light receiving unit 17 detects a focus error signal and a spherical aberration error signal using the 0th-order diffracted light, and detects a track error signal using the 1st-order diffracted light, the −1st-order diffracted light, and the 0th-order diffracted light.
[0033]
The spherical aberration amount is calculated by the aberration detection circuit from the optical signal detected by the servo signal light receiving unit 17, and the liquid crystal drive circuit drives the liquid crystal element 7 based on the signal. The light beam reaching the servo signal light receiving unit 17 is a liquid crystal that emits a laser beam in the liquid crystal element 7 and reaches the optical recording medium (outward path) and the light beam reflected by the optical recording medium and returned to the servo signal light receiving unit 17 (return path). Since the light has the same polarization direction with respect to the element 7, phase modulation corresponding to the amount of spherical aberration generated by the thickness of the light transmission layer is given, and the spherical aberration on the recording surface and the servo signal light receiving unit The spherical aberration at 17 is equivalent, detection and correction can be performed in a closed loop, and more accurate spherical aberration can be corrected.
[0034]
The focus error detection uses a hologram Foucault method, and the track error detection uses a phase difference push-pull method (Differential Push-Pull). Details of the aberration detection system will be described later.
[0035]
Furthermore, the objective lens 10 used here is fixed to a lens holder (not shown), and the lens holder is fixed to an optical pickup body (not shown) with four wires (not shown). The objective lens 10 is designed to have almost no aberration when a parallel light beam is incident at an NA of 0.85 (so-called infinite conjugate) and the thickness of the light transmission layer 11 is 0.1 mm. The one designed to have a diameter of 405 nm, an effective beam diameter of φ3, and a focal length of 1.76 mm is used.
[0036]
Although the configuration of the present embodiment has been described above, the reason why the aberration correction optical system, the quarter wavelength plate, and the polarization beam splitter have such an arrangement configuration will be described based on the light beam.
[0037]
First, the linearly polarized light beam emitted from the light source passes through the liquid crystal element, reflects off the disk, then passes through the liquid crystal element again, and returns to the light receiving section. As described above, phase modulation is applied to the liquid crystal element. In order to achieve this, it is necessary that the light beam incident on the liquid crystal element is abnormal light with respect to the liquid crystal element, that is, linearly polarized light parallel to the alignment direction of the liquid crystal is incident. The luminous flux emitted from the light source is arranged in this way with respect to the liquid crystal element. With respect to linearly polarized light in such a direction, the liquid crystal element continuously changes the angle of the liquid crystal molecules in the direction perpendicular to the glass plate in accordance with the applied voltage, and the incident light flux in the polarization direction. Thus, it has a refractive index distribution according to the direction of the liquid crystal molecules, and can thereby apply phase modulation.
[0038]
In addition, when linearly polarized light that is polarized in the direction of normal light, that is, in the direction perpendicular to the alignment direction of the liquid crystal element is incident, the refractive index is constant regardless of the direction of the liquid crystal molecules. Since there is no distribution and phase modulation cannot be applied, spherical aberration cannot be corrected.
[0039]
On the other hand, the light beam reflected by the recording surface returns to linearly polarized light by the ¼ wavelength plate, but the polarizing beam splitter transmits only abnormal light to the liquid crystal element and reflects ordinary light. Only the extraordinary light is incident on the liquid crystal element, and the return path is also subjected to phase modulation. Therefore, when correcting the spherical aberration due to the difference in the thickness of the light transmission layer, the recording is performed by adjusting the aberration correction system, that is, the liquid crystal element in this embodiment so as to minimize the spherical aberration of the light beam incident on the light receiving portion. Spherical aberration on the surface can be minimized.
[0040]
Further, since the beam spot is configured to be elliptically polarized on the recording medium, it is preferable to effectively use the linearly polarized light component that does not contribute to the aberration correction optical system. Therefore, the light can be effectively used by configuring the quarter wavelength plate, the polarization beam splitter, and the aberration correction optical system (liquid crystal) in this order from the recording medium side. It can be said that the polarization component bent at 90 degrees by the polarization beam splitter is the most preferable form to be used for detecting the RF signal.
[0041]
Hereinafter, the aberration correction system, the aberration detection system, and the polarization state on the recording medium will be described in more detail.
[0042]
(Aberration correction system)
In this embodiment, a liquid crystal element is used as the aberration correction element. 4A and 4B are configuration diagrams of the liquid crystal element of this example.
[0043]
The liquid crystal element 7 includes a first glass plate 19, a liquid crystal 18 made of a nematic liquid crystal composition used for a display, a second glass plate 20, and a sealing material 28, and an optical axis of liquid crystal molecules. A material having a birefringence effect in which the refractive index differs between the direction and the direction perpendicular thereto. An electrode 21, an insulating layer 22, and an alignment layer 23 are formed on the first glass plate 19. Similarly, an electrode 25, an insulating layer 26, and an alignment layer 27 are formed on the second glass plate 20, and the electrode 25 is a circular common electrode.
[0044]
Here, it has a structure in which the liquid crystal 18 is sandwiched between transparent electrodes facing each other, for example, an ITO film deposited on a glass substrate, and the alignment state of the liquid crystal 18 is changed by adjusting the applied voltage between the transparent electrodes. In addition, when light incident from one transparent electrode side passes through the liquid crystal, birefringence change corresponding to the alignment state is given to the light, and the light is emitted to the other transparent electrode side.
[0045]
FIG. 4A shows a state before voltage application, and FIG. 4B shows a state where an appropriate voltage is applied. When no voltage is applied, the glass plate is oriented in one direction in the in-plane direction of the glass plate, so-called homogeneous orientation, and the liquid crystal molecules are oriented in a direction perpendicular to the glass plate by the voltage applied to the transparent electrode. Can be changed. Of course, when no voltage is applied, there may be a slight angle (so-called pretilt angle) in the direction perpendicular to the glass plate.
[0046]
Furthermore, a bias voltage may be given in advance in order to improve the response to the applied voltage or use a region where the relationship between the applied voltage and the refractive index is linear.
[0047]
Here, the light incident on the liquid crystal element 7 is linearly polarized light, and the polarization direction is a direction that becomes abnormal light with respect to the alignment method of the liquid crystal 18. As the liquid crystal material, nematic liquid crystal is taken as an example, but the same effect can be obtained if the liquid crystal has birefringence.
[0048]
FIG. 5 shows the shape of the electrode formed on the first glass plate 19. These are composed of three regions divided concentrically. FIG. 5A is a front view and FIG. 5B is a cross-sectional view. Further, FIG. 5C shows the electric field distribution corresponding to the cross section. Here, electrodes 21a, 21b, and 21c and a metal electrode 21d are provided, and lead wires 24a, 24b, and 24c are connected to each other. A combination of a high-resistance transparent electrode (ITO, etc.) and a low-resistance metal electrode (gold, aluminum, etc.) creates an electric field distribution from the center to the periphery, thereby causing a phase difference in the liquid crystal 18 and reducing aberrations. Can be removed. For example, by applying voltages of V1 = 4V, V2 = 2V, and V3 = 1V to the lead wires 24a, 24b, and 24c so that a low-resistance metal electrode is energized, the electric field distribution as shown in FIG. Thus, an aberration correction optical system can be obtained in which the refractive index is low at the center and gradually increases toward the periphery.
[0049]
As a result, an aberration correction optical system can be obtained in which there is no aberration deterioration due to misalignment between the liquid crystal element 7 and the objective lens 10 and the liquid crystal element need not be mounted on the focusing / tracking actuator.
[0050]
Examples of other electric field strength distributions of the liquid crystal element shown in FIG. 5 are shown in FIGS. 6 (a) to 6 (c). As shown in FIG. 6A, a liquid crystal element that is resistant to misalignment with the objective lens can also be obtained with the phase distribution divided into regions. The number of divisions and the region are appropriately determined from the amount of change in the refractive index of the liquid crystal, the thickness, the amount of spherical aberration correction, the number of electrodes, and the like.
[0051]
Further, in the case of a liquid crystal element, the maximum amount for modulating the phase is determined by the product of the change in refractive index of the liquid crystal and the thickness of the liquid crystal. For example, when the light transmission layer thickness fluctuates in the plus direction and the minus direction with respect to the reference value, a phase distribution that is inverted up and down is necessary, and the electric field distribution corresponding thereto is as shown in FIG. The same shape. At this time, the phase necessary for correction can be obtained by setting the same electric potential in the positive and negative directions of the light transmission layer thickness near the midpoint of the entire electric field (denoted as the same potential position in the figure). It is possible to suppress the minimum liquid crystal thickness or refractive index change amount with respect to the amount, and there is also an effect that a good correction element such as high-speed response and transmittance can be obtained. FIG. 6C shows another phase distribution, but the effect is the same as described above.
[0052]
As described above, the voltage distribution can be formed by controlling the voltage values of the electrodes 21a, 21b, and 21c formed on the first glass plate, and the refractive index distribution corresponding to the voltage distribution can be created. Therefore, it is possible to configure an aberration correction optical system for different light transmission layer thicknesses.
[0053]
For example, since the optical pickup device is compatible with a multi-layer recording medium, the optical transmission device 11 is configured to perform recording / reproducing with respect to a thickness of ± 0.015 mm with respect to a thickness of 0.1 mm, which is the central value. The Here, by changing the voltage applied to the electrodes 21a, 21b, and 21c of the liquid crystal element 7, the spherical aberration amount on the recording surface 12 can be reduced corresponding to the spherical aberration amount caused by the difference in the light transmission layer thickness 11. It can be minimized.
[0054]
(Aberration detection system)
The aberration detection system refers to a light receiving unit that detects spherical aberration of the servo signal light receiving unit and a spherical aberration detection unit that calculates spherical aberration based on the amount of received light. In spherical aberration detection, light beams near and around the optical axis are divided by holograms, and a focus error signal is detected by the hologram Foucault method for each of the light beams near and around the optical axis, and the focus position of each light beam is determined. To detect. Here, the spherical aberration is an aberration in which the in-focus positions of the light beam near the optical axis and the light beam in the peripheral portion are different, so that the in-focus position of the two light beams as described above minimizes the spherical aberration. become.
[0055]
FIG. 7 shows a schematic diagram of a hologram pattern, and FIG. 8 shows a layout of light receiving parts of the aberration detector.
[0056]
The hologram pattern is divided into four regions 4a, 4b, 4c, and 4d as shown in FIG. 7A. The portion 4a diffracts the light beam in the central region close to the optical axis, and the portion 4b diffracts the light beam in the peripheral region far from the optical axis so as to enter the light receiving portions 17a, 17b and 17c, 17d. Similarly, in the 4c portion and the 4d portion, the main beam is incident on 17e and 17f, and the sub beams are incident on 17g, 17h, 17i, and 17j, respectively.
[0057]
The spherical aberration error signal SAES can be calculated by the following arithmetic expression.
SAES = (17a−17b + 17c−17d) −α × (17c−17d)
Or
SAES = (17a-17b) −β × (17c-17d)
Here, both α and β are coefficients. This calculation is performed by the aberration detection circuit, and the liquid crystal driving circuit drives the liquid crystal element based on the signal. According to this hologram dividing method, the signal fluctuation is small with respect to the shift of the objective lens. FIG. 7B shows another hologram dividing method. The detection sensitivity of spherical aberration is improved by the amount divided into the circumference.
[0058]
According to such an aberration detection method, spherical aberration can be corrected in real time during signal reproduction, and correction can be performed even during recording.
[0059]
For example, a method of correcting spherical aberration while detecting the envelope, jitter value, etc. of the RF signal is conceivable. However, since this detection method uses the signal being reproduced, the amount and direction of the spherical aberration cannot be known. Since it is a hill-climbing correction, it is difficult to adjust in real time. Further, since it cannot be detected during recording, the method of dividing and detecting the return light beam described above is advantageous.
[0060]
In other words, in the conventional configuration that only undergoes phase modulation only in the forward direction, the difference in the thickness of the light transmission layer and the spherical aberration remaining in the optical components in the optical pickup are corrected, and a good aberration is achieved on the optical recording medium. Even when the beam spot is formed, the phase modulation by the liquid crystal element is not performed in the return path, so that the spherical aberration corresponding to the return path remains on the light receiving portion, and correct aberration detection cannot be performed. Further, even in the servo system for driving the aberration correction element, the aberrations on the aberration detection unit and the optical recording medium are different, so that a closed loop cannot be formed and accurate feedback correction cannot be performed.
[0061]
However, according to the present invention, the above-described problems can be solved, and the amount of spherical aberration on the optical recording medium can be correctly detected and corrected, and thus correction during recording and real-time correction during reproduction can be performed. .
[0062]
In addition, based on the above principle of aberration detection, it is preferable to detect the spherical aberration by the servo light receiving unit from the viewpoints of the light use efficiency and the common use of parts by the integrated formation of the light receiving elements.
[0063]
Furthermore, since the liquid crystal element undergoes phase modulation in a reciprocating manner, the focus on the light receiving unit that detects the focus error signal does not change when correcting the spherical aberration. Therefore, there is also an effect that a focus offset caused by the occurrence does not occur.
[0064]
(Polarization state on optical recording medium)
In this embodiment, the optical axis of the quarter-wave plate has an angle of about 30 degrees with the direction of incident linearly polarized light, and the light beam transmitted through the quarter-wave plate has an ellipticity of 0.58. It becomes elliptically polarized light. When connecting spots on the optical recording medium, the ellipticity of this polarization has an important meaning.
[0065]
FIG. 9A shows the relationship between the ellipticity of the polarized light and the roundness of the spot diameter (ratio of major axis to minor axis), and FIG. 9B shows the ellipticity of the polarized light and the intensity ratio of each polarization direction to ¼. The relationship between the optical axis of the wave plate and the angle θ of the polarization direction of the light beam is shown.
[0066]
If the spot diameter is not a circle but an ellipse, the signal jitter characteristics, crosstalk characteristics, etc. are affected when recording / reproducing is performed. If the deviation of the roundness of the spot diameter is 10% or less, the jitter does not exceed 10% and the crosstalk is small and good. For this purpose, the ellipticity of the polarized light needs to be 0.4 or more. At that time, the angle θ (see FIG. 3) between the optical axis of the quarter-wave plate and the polarization direction of the light beam is 22 degrees. Between 68 and 68 degrees.
[0067]
On the other hand, the ellipticity is also related to the light quantity distribution between the RF light receiving part and the servo signal light receiving part. The amount of light required for the RF light receiver varies depending on the sensitivity and response band of the light receiver, but at least 10% of the total can minimize signal quality degradation. Also, the servo can be detected as long as it is 10% of the minimum total light amount. Accordingly, the ellipticity needs to be 0.15 to 0.75, that is, the angle θ is between 10 degrees and 37 degrees or between 53 degrees and 80 degrees.
[0068]
As described above, in order to satisfy both the spot diameter and the light quantity distribution, the ellipticity is 0.4 or more and 0.75 or less, and the angle θ between the optical axis of the quarter-wave plate and the polarization direction of the light beam is 22 <θ <37 or 53 <θ <68 (degrees).
[0069]
Here, the ellipticity is the ratio of the minor axis to the major axis of the ellipse polarization (minor axis / major axis), where 1 indicates circularly polarized light and 0 indicates linearly polarized light. The intensity ratio indicates the ratio of the intensity of the light beam reflected by the polarization beam splitter and directed to the RF light receiving unit to the entire return light.
[0070]
As described above, in this embodiment, a liquid crystal element is used as an aberration correction element. However, any other element can be used as long as the phase distribution can be obtained. For example, the refractive index can be made variable by voltage. The effect is the same in the element using the material and other elements. In addition, the spherical aberration amount is set to ± 15 μm as an example of the light transmission layer thickness, but may be other than that, and is determined according to the spherical aberration that needs to be corrected in each system.
[0071]
In addition, an optical system having an objective lens with an NA of 0.85 is taken as an example. However, in a pickup using an objective lens with an NA of 0.75 or more, spherical aberration with respect to a change in the thickness of the light transmission layer such as two-layer recording Is large and the effect of aberration correction by this aberration correction element is great. The third-order spherical aberration coefficient W40 is expressed by the following equation.
W40≈ (t / 8) × {(n2-1) / nThree} × (NA)Four
In other words, NA0.75 is more than twice as much as spherical aberration with respect to the same change in light transmission layer thickness as compared with NA0.6. In a two-layer recording (reproducing) medium, the thickness between the layers is determined by thermal interference between recording layers, interference of a focus servo signal, the thickness limit due to the manufacturing method of the interlayer, and the like. It is about 20 μm.
[0072]
Due to this difference in thickness, the allowable aberration value exceeds 0.03λrms at NA 0.75. Accordingly, in such an optical system with a high NA, the aberration detection and aberration correction elements are more important and have a great effect on improving the characteristics of the optical pickup.
[0073]
Further, a beam splitter may be used instead of the hologram 4 in addition to the configuration described above. The beam splitter may be a half mirror that transmits about 70% and reflects the rest.
[0074]
As described above, various configurations that do not depart from the gist of the present invention are conceivable and are not limited to the configurations of the present invention.
[0075]
According to the above description, the optical pickup device according to the present invention detects spherical aberration using the return light from the optical recording medium and can detect and correct in real time. The present invention can be applied to a multi-layer recording medium, and has an effect that good jitter characteristics can be obtained.
Example 2
In the above-described first embodiment, the configuration of the hologram 4 in the optical pickup device in FIG. 1 has been described with reference to FIG. 7 and the configuration of the servo signal light receiving unit 17 with reference to FIG. The configuration of the hologram 34 and the servo signal light receiving unit 43 is shown below.
[0076]
In addition, the diffraction grating 33 has a shape as shown in FIG. 10, and only the light beam in the inner peripheral portion near the optical axis among all the transmitted light beams is branched into the + 1st order diffracted light and the −1st order diffracted light. That is, for these sub-beams, an inner peripheral portion close to the optical axis, that is, a beam having a small NA is obtained. The diffraction grating is formed in a region corresponding to about 70% of the diameter of the total luminous flux. The spherical aberration can be detected by detecting and comparing the focus errors of the reflected light of the + 1st order diffracted light and the −1st order diffracted light from the optical recording medium and the reflected light of the 0th order light. 70% of the total luminous flux is a division ratio that provides the highest sensitivity for detecting spherical aberration.
[0077]
In order to be oriented to the servo signal light receiving portion 43, the hologram 34 is divided into three regions as shown in FIG. Further, as shown in FIG. 11B, it may be divided into four. In the case of a quadrant hologram, the arrangement of the light receiving parts corresponding to the hologram is determined separately.
[0078]
Here, the case of a three-division hologram will be described. Each light receiving part of the servo signal light receiving part 43 is shown in FIG. The main beam focus is 43a and 43b, the sub beam focus is 43c and 43d, 43e and 43f, the main beam push pull is 43g and 43h, and the sub beam push pull is 43i and 43j, 43k and 43m. Detect with. The light beam diffracted by the hologram 34a is incident on the light receiving portions 43a, 43b, 43c, 43d, 43e, and 43f, and the light beam diffracted by the hologram 34b is diffracted by the light receiving portions 43i, 43g, and 43k by the hologram 34c. The light beam enters the light receiving portions 43j, 43h, and 43m.
[0079]
The spherical aberration error signal SAES is expressed by the following equation.
SAES = (43a−43b) −α × (43c−43d) + β × (43e−43f)
Here, α and β are coefficients. This calculation is performed by the aberration detection circuit, and the liquid crystal driving circuit drives the liquid crystal element based on the signal.
[0080]
Even with the configuration of the diffraction grating 33, the hologram 34, and the servo signal light receiving unit 43 as described above, the same effects as those of the configuration described in the first embodiment can be obtained.
[0081]
【The invention's effect】
The optical pickup device according to the present invention can detect spherical aberration using return light from the optical recording medium, and can detect and correct in real time. The present invention is also applicable to recording media, and has an effect that good jitter characteristics can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of an optical pickup device of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a relationship between an optical axis direction and a polarization direction of a quarter-wave plate of the present invention.
FIG. 3 is a configuration diagram of a recording medium of the present invention.
FIG. 4 is a configuration diagram of the liquid crystal element of the present invention before and after voltage application.
FIGS. 5A and 5B are a configuration diagram and an electric field strength distribution of an electrode arrangement of a liquid crystal element of the present invention. FIGS.
FIG. 6 is a diagram showing another electric field intensity distribution of the liquid crystal element of the present invention.
FIG. 7 is a plan view of the hologram of the present invention.
FIG. 8 is a layout view of a servo signal light receiving unit of the present invention.
FIG. 9 is a graph showing the relationship between the ellipticity of polarized light and the spot diameter according to the present invention.
FIG. 10 is a plan view of a diffraction grating according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a plan view of a hologram according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a layout diagram of servo signal light receiving units according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a configuration diagram of an optical pickup device showing a conventional example.
[Explanation of symbols]
1 LD
2 Hologram element
3 Diffraction grating
4 Hologram
5 Collimator lens
6 Shaping prism
7 Liquid crystal elements
8 Polarizing beam splitter
9 1/4 wave plate
10 Objective lens
13 Optical recording media
16 RF receiver
17 Servo signal receiver

Claims (9)

光源と収差検出系と、光源から光記録媒体に至る光路中に対物レンズと波長板と収差補正光学系と偏光による光路分割手段を具備する光ピックアップ装置において、
前記収差補正光学系と前記波長板の間に前記偏光による光路分割手段を配置し、
前記光路分割手段は、前記記録媒体からの反射光のうち直線偏光の異常光のみを透過し、
前記補正光学系は、前記光源が出射する直線偏光としての異常光に位相変調を付与すると共に、前記光路分割手段を透過した異常光に位相変調を付与し、
前記収差検出系は、前記記録媒体からの反射光であって、前記補正光学系において位相変調を受けた異常光を受光することを特徴とする光ピックアップ装置。
Light source and the aberration detection system, in an optical pickup device including the optical path splitting means in the optical path of the objective lens and the wave plate and the aberration correcting optical system according to polarized light reaches the optical recording medium from said light source,
An optical path splitting means by the polarized light disposed on the wavelength plates and the aberration correcting optical system,
The optical path splitting unit transmits only linearly polarized extraordinary light out of the reflected light from the recording medium,
The correction optical system imparts phase modulation to extraordinary light as linearly polarized light emitted from the light source, and imparts phase modulation to extraordinary light transmitted through the optical path splitting unit,
The optical pickup device, wherein the aberration detection system receives reflected light from the recording medium and abnormal light that has undergone phase modulation in the correction optical system.
請求項1記載の光ピックアップ装置であって、前記偏光による光路分割手段により分割された光束の一方によりRF信号を、他の光束によりトラックサーボ及びフォーカスサーボ及び球面収差を検出する事を特徴とする光ピックアップ装置。2. The optical pickup device according to claim 1, wherein an RF signal is detected by one of the light beams divided by the optical path dividing means based on the polarized light, and a track servo, a focus servo, and a spherical aberration are detected by the other light beam. Optical pickup device. 請求項1乃至2記載の光ピックアップ装置であって、前記光記録媒体に入射する光束は楕円偏光であり、前記楕円偏光の楕円率が、0.4以上であることを特徴とする光ピックアップ装置。3. The optical pickup device according to claim 1, wherein a light beam incident on the optical recording medium is elliptically polarized light, and an ellipticity of the elliptically polarized light is 0.4 or more. . 請求項1乃至3記載の光ピックアップ装置であって、前記収差検出系は、光束を分割し所定の受光素子に入射せしめる光束分割手段を有し、前記分割した光束のいずれか少なくとも一つから得られる信号に基づき球面収差を検出することを特徴とする光ピックアップ装置。4. The optical pickup apparatus according to claim 1, wherein the aberration detection system includes a light beam splitting unit that splits a light beam and makes it incident on a predetermined light receiving element, and is obtained from at least one of the split light beams. An optical pickup device that detects spherical aberration based on a received signal. 請求項1乃至3記載の光ピックアップ装置であって、光記録媒体上に複数の光スポットを形成する光束分割手段を有し、前記収差検出系は、前記分割された光スポットのいずれか少なくとも一つの反射光に基づいて球面収差を検出することを特徴とする光ピックアップ装置。4. The optical pickup device according to claim 1, further comprising a light beam splitting unit that forms a plurality of light spots on an optical recording medium, wherein the aberration detection system is at least one of the split light spots. An optical pickup device that detects spherical aberration based on two reflected lights. 請求項1乃至5記載の光ピックアップ装置であって、収差補正光学系に液晶を用いていることを特徴とする光ピックアップ装置。6. The optical pickup device according to claim 1, wherein a liquid crystal is used for the aberration correction optical system. 請求項1乃至6記載の光ピックアップ装置であって、対物レンズのNAが0.75以上であり、収差補正光学系に液晶素子を含むことを特徴とする光ピックアップ装置。7. The optical pickup device according to claim 1, wherein the NA of the objective lens is 0.75 or more, and the aberration correction optical system includes a liquid crystal element. 請求項1乃至7記載の光ピックアップ装置であって、前記収差補正光学系は、同心円状の複数の電極を有し、球面収差を補正する際に印加する位相分布において、収差補正時を通じて、位相分布曲線の中間値付近の電極を同じ電位とし、その他の部分の電極の電位を変動させることを特徴とする光ピックアップ装置。8. The optical pickup device according to claim 1, wherein the aberration correction optical system includes a plurality of concentric electrodes, and a phase distribution applied when correcting spherical aberration is adjusted during phase correction. An optical pickup device characterized in that electrodes in the vicinity of an intermediate value of a distribution curve are set to the same potential, and the potentials of the other portions of the electrode are varied. 請求項1乃至7記載の光ピックアップ装置であって、前記収差補正光学系は、球面収差を補正する際に印加する位相分布が、複数の同心円状の領域に分割されたフレネルレンズ形状であることを特徴とする光ピックアップ装置。8. The optical pickup device according to claim 1, wherein the aberration correction optical system has a Fresnel lens shape in which a phase distribution applied when correcting spherical aberration is divided into a plurality of concentric regions. An optical pickup device characterized by the above.
JP2001340091A 2001-11-06 2001-11-06 Optical pickup device Expired - Fee Related JP3904893B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001340091A JP3904893B2 (en) 2001-11-06 2001-11-06 Optical pickup device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001340091A JP3904893B2 (en) 2001-11-06 2001-11-06 Optical pickup device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2003141771A JP2003141771A (en) 2003-05-16
JP3904893B2 true JP3904893B2 (en) 2007-04-11

Family

ID=19154344

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001340091A Expired - Fee Related JP3904893B2 (en) 2001-11-06 2001-11-06 Optical pickup device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3904893B2 (en)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1317701C (en) * 2003-08-04 2007-05-23 鸿景科技股份有限公司 Optical reading-writing head device
US7738340B2 (en) 2003-11-27 2010-06-15 Ricoh Company, Ltd. Optical disk apparatus with aberration correcting part, and optical disk
JP3867706B2 (en) 2004-01-05 2007-01-10 船井電機株式会社 Optical pickup device
JP4254850B2 (en) 2006-12-04 2009-04-15 船井電機株式会社 Aberration correction device
JP2009129955A (en) * 2007-11-20 2009-06-11 Epson Toyocom Corp Optical system, and atomic oscillator

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02121129A (en) * 1988-10-28 1990-05-09 Canon Inc Optical head
JPH05100201A (en) * 1991-10-09 1993-04-23 Seiko Epson Corp Variable focus lens
JP3574747B2 (en) * 1998-08-05 2004-10-06 パイオニア株式会社 Optical pickup, information reproducing device and information recording device
JP2000353333A (en) * 1999-06-10 2000-12-19 Sony Corp Optical pickup device and optical disk device
JP4085812B2 (en) * 2000-09-06 2008-05-14 株式会社日立製作所 Optical head and optical disk apparatus
JP2002157769A (en) * 2000-11-10 2002-05-31 Samsung Electro Mech Co Ltd Information recording and reproducing device
JP4221939B2 (en) * 2001-08-31 2009-02-12 旭硝子株式会社 Polarizing phase correction element and optical head device

Also Published As

Publication number Publication date
JP2003141771A (en) 2003-05-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7463569B2 (en) Optical disk apparatus with a wavelength plate having a two-dimensional array of birefringent regions
US20070237040A1 (en) Optical head and optical disk device
JP4345814B2 (en) Aberration correction apparatus, aberration correction method, optical pickup
US7710849B2 (en) Optical head device and optical information recording or reproducing device
US7898926B2 (en) Optical pickup
US7595472B2 (en) Optical head device
JP3904893B2 (en) Optical pickup device
US6937381B2 (en) Optical pickup device
US20080074963A1 (en) Optical pickup device and optical disk device
US20070013984A1 (en) Active compensation device, and compatible optical pickup and optical recording and/or reproducing apparatus employing the active compensation device
JP4082072B2 (en) Optical head device
JP2003132573A (en) Optical pickup device and optical recording medium drive
JP4082085B2 (en) Optical head device
JP4312214B2 (en) Optical pickup device
JP4490842B2 (en) Optical pickup device
JP4222988B2 (en) Optical pickup device and optical disk device
JP4581969B2 (en) Liquid crystal device and optical pickup
US20070047422A1 (en) Compatible optical pickup and an optical recording and/or reproducing apparatus employing a compatible optical pickup
US20110261670A1 (en) Optical pickup device and optical disc device
JP2578589B2 (en) Optical head device
JP3954775B2 (en) Optical pickup device, optical information processing method, optical information processing device
JP4768676B2 (en) Optical pickup and optical information processing apparatus
JPS63257929A (en) Optical information recording and reproducing device
JP2011054251A (en) Liquid crystal optical element and optical pickup device using the same
JP2004213768A (en) Optical head and optical recording medium driving device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20040611

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20050909

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20051025

RD05 Notification of revocation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7425

Effective date: 20051213

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20051226

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20051226

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20070109

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20070110

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110119

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120119

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130119

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130119

Year of fee payment: 6

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees