JP4376786B2 - 球面収差検出 - Google Patents

Description

本発明は、球面収差を検出する手段を有する光学装置に関する。

本発明はまた、球面収差を検出する方法に関する。

本発明は、とりわけ、光ディスクからデータを読取る及び／又は光ディスクにデータを記録するための光ディスク装置、例えば、ＣＤ、ＤＶＤ又はブルーレイディスク（ＢＤ）プレーヤ及び／又はレコーダに関する。

球面収差を検出する手段を有する光学装置は、本出願人の米国特許第US 6,229,600号から知られている。この特許に記載の発明は、球面収差を検出する検出系を提供することを目的としている。斯かる検出系は、情報担体上に放射ビームを合焦する手段を有する光学装置で用いられる。情報担体はしばしば情報層を保護する透明層を通して走査される。透明層の厚さの小さな違いが、透明層を横切る高い開口数の放射ビームが被る球面収差の大きな変化を生ずる。この球面収差は、例えば米国特許第US 6,229,600号に記載のデュアルレンズ対物レンズを使用することによって減少されうる。しかしながら、球面収差の量が、球面収差を減少させることができるように決定されてもよい。

図１は、米国特許第US 6,229,600号にしたがって、どのように球面収差が光学装置において検出されるかを図示している。光学装置は、ドライバ１１３により制御される放射源１０１、コリメータレンズ１０２、対物レンズ１０３、平凸レンズ１０４、ビームスプリッタ１０５、２つの検出器１０６及び１０７、シグナルプロセッサ１０８、加算器１０９、増幅器１１０、並びに２つのサーボコントローラ１１１及び１１２を有する。この光学装置は、情報担体１００を走査することを対象としている。

放射源１０１は、コリメータレンズ１０２及び対物レンズ１０３によって情報担体１００の情報層上に合焦される、放射ビームを発する。この放射ビームは、情報層により反射され、対物レンズ１０３及びコリメータレンズ１０２により集束放射ビームに変換される。この集束放射ビームのビームスプリッタ１０５の中央区域に入射する部分は検出器１０６に向けて偏向され、該集束放射ビームのビームスプリッタ１０５の外側区域に入射する部分は検出器１０７に向けて偏向される。検出器１０６及び１０７によって検出される信号により、シグナルプロセッサ１０８は、偏向された放射ビームの内側部分及び外側部分に対応するフォーカスエラー信号を提供することができる。シグナルプロセッサ１０８はまた、これら２つのフォーカスエラー信号を減算することにより放射ビームの球面収差を決定する。

フォーカスエラー信号を知ると、サーボコントローラ１１１は、フォーカスエラーを補正するために対物レンズ１０３の軸方向位置を制御するアクチュエータを駆動する。球面収差を知ると、サーボコントローラ１１２は、球面収差を補正するために平凸レンズ１０４の軸方向位置を制御するアクチュエータを駆動する。

上述の光学装置の不利な点は、当該光学装置を大きく且つ複雑にする特別なビームスプリッタ１０５を必要とする事実にある。他の不利な点は、当該光学装置を大きく且つ複雑にする２つの検出器を必要とする事実にある。なぜなら、これら２つの検出器は、それぞれ異なる関連エレクトロニクスを有する、異なるリードアウトチャネルを必要とするからである。

本発明の目的は、球面収差を検出する簡略化された手段を有する光学装置を提供することにある。

このため、本発明は、第１開口数を持つ第１放射ビーム及び前記第１開口数と異なる第２開口数を持つ第２放射ビームを情報担体上に合焦させる手段、前記第１放射ビームに対応する第１フォーカスエラー信号及び前記第２放射ビームに対応する第２フォーカスエラー信号を検出する手段、及び前記第１フォーカスエラー信号及び前記第２フォーカスエラー信号から前記第１放射ビームの球面収差を測定する手段を有する光学装置を提案する。

本発明は、球面収差を持つ放射ビームにおいて、該ビームの中央の光線と該ビームの周辺の光線とが、情報担体上に合焦される場合に異なる焦点を持つという認識に基づいている。これら焦点の位置の違いは、球面収差の目安を与える。ここで、ビームの中央の光線は、該ビームの周辺の光線の開口数よりも低い開口数を持つ。結果として、球面収差が、情報担体上に合焦される、異なる開口数を持つ２つの放射ビームの焦点の位置の差を検出することにより計測される。斯くして、斯かる光学装置においてビームスプリッタは必要とされず、当該装置を簡単なものにする。

好ましい実施例においては、前記第１放射ビーム及び前記第２放射ビームが２つの放射源により発せられ、当該光学装置はさらに、これら放射ビームをスイッチオン及びオフする手段を有し、前記第１フォーカスエラー信号及び前記第２フォーカスエラー信号は同一の検出器により検出される。この実施例によれば、２つの放射源が、異なる開口数を持つ２つの放射ビームを生成するために用いられる。これら放射ビームの一方、例えば、ブルーレーザは情報層、例えば、ブルーレイディスクを走査するために用いられ、例えばＤＶＤを走査することを意図した他方の放射ビームは、球面収差の測定を行うために用いられる。例えば、ディスクを走査する前に、第１放射ビームがスイッチオフされ、第２放射ビームがスイッチオンされ、第２放射ビームのフォーカスエラー信号の測定、次いで球面収差の測定が実行され、その後、第２放射ビームがスイッチオフされ、第１放射ビームが情報層を走査するためにスイッチオンされる。２つの放射ビームが時間的に別個にスイッチオンされるので、同一の検出器がこれら２つの放射ビームに対応するフォーカスエラー信号を検出するために用いられる。結果として、当該光学装置は簡略化される。

当該光学装置がさらに、前記第２放射ビームをパルス状にする手段及び前記パルス状第２放射ビームに対応するパルス状フォーカスエラー信号を検出する手段を有することが有利である。これによりＳ／Ｎ比を高めることができ、斯くして、球面収差のより正確な測定をもたらす。

有利な実施例においては、前記第１放射ビーム及び前記第２放射ビームが同一の放射源により発せられ、当該光学装置がさらに、前記第２放射ビームを得るために前記第１放射ビームの開口数を低減させる手段、及びこの低減手段をスイッチオン及びオフする手段を有する。この実施例によれば、球面収差の測定に用いられる第２放射ビームが第１放射ビームの一部である。この実施例は、１つの放射源しか利用できない光学装置において有利に用いられる。

液晶セルが前記第１放射ビームの開口数を低減させるために前記放射源及び前記合焦手段の間に配置されることが有利である。斯かる液晶セルは電界によって容易に且つ素早くスイッチング可能である。結果として、第１の放射ビームから第２放射ビームを造り出すことが容易である。さらに、液晶セルは、パルス式にスイッチオン及びオフさせることができ、これによりパルス状の第２放射ビームがもたらされ、斯くしてＳ／Ｎ比が向上する。

本発明はまた、球面収差を検出する方法であって、第１開口数を持つ第１放射ビームに対応する第１フォーカスエラー信号を検出するステップ、前記第１開口数と異なる第２開口数を持つ第２放射ビームに対応する第２フォーカスエラー信号を検出するステップ、及び前記第１フォーカスエラー信号及び前記第２フォーカスエラー信号から前記第１放射ビームの球面収差を測定するステップを有する方法にも関する。

前記第１フォーカスエラー信号及び前記第２フォーカスエラー信号から前記第１放射ビームの球面収差を測定するステップが、前記第１フォーカスエラー信号と前記第２フォーカスエラー信号との差を演算し、前記差から予め規定されたフォーカスエラー信号を減じることにより行われ、前記予め規定されたフォーカスエラー信号は、所定の厚さを持つ情報担体上に合焦された前記第２放射ビームによって得られるフォーカスエラー信号に対応することが有利である。

情報担体のカバー層厚のずれに起因した球面収差を正確に計測するために、所定の厚さを持つ情報担体上に合焦された第２放射ビームによって得られるフォーカスエラー信号に対応する予め規定されたフォーカスエラー信号が考慮される。実際には、予め規定されたパーフェクトなカバー層厚を持つ情報担体をもってしても、第２放射ビームはフォーカスエラーを持つ。なぜなら情報担体は第１放射ビームにより読取られることが意図されているからである。この予め規定されたフォーカスエラー信号は、第１フォーカスエラー信号と第２フォーカスエラー信号との差から減じられるように、製造工程中に決定され、光学装置のメモリにロードされてもよい。

本発明のこれらの及び他の特徴が、以下に記載の実施例を参照して明らかになり、詳述されるであろう。

本発明を例示として添付の図面を参照しより詳細に述べる。

本発明の好ましい実施例による光学装置が図２に示されている。斯かる光学装置は、第１放射ビーム２０３を発する第１放射源２０１、第２放射ビーム２０４を発する第２放射源２０２、第１ビームスプリッタ２０５、コリメータレンズ２０６、第２ビームスプリッタ２０７、対物レンズ２０８、平凸レンズ２０９、サーボレンズ２１０、検出手段２１１、測定手段２１２、並びに２つのサーボコントローラ２１３及び２１４を有する。この光学装置は、情報担体２００を走査することを対象としている。

以下に記載の例において、情報担体２００は、情報層を有するブルーレイディスクである。走査動作中、このブルーレイディスクは、第１放射源２０１により発せられる第１放射ビーム２０３により走査される。第１放射ビーム２０３は４０５ナノメータに等しい第１波長を持つ。コリメータレンズ２０６及び対物レンズ２０８が、第１放射ビーム２０３を情報担体２００の情報層上に合焦する。コリメータレンズ２０６及び対物レンズ２０８は合焦手段(focusing means)である。第１放射ビームの開口数は０．８５である。走査動作中、第１放射ビーム２０３に対応する第１フォーカスエラー信号が検出されてもよい。この第１フォーカスエラー信号は、第１放射ビーム２０３のフォーカスエラー信号を補償するため対物レンズ２０８の軸方向位置を補正するために用いられてもよい。信号がサーボコントローラ２１３に送られ、対物レンズ２０８を軸方向に移動させるためにアクチュエータを駆動する。

第１フォーカスエラー信号は検出手段２１１により検出される。情報担体２００により反射された第１放射ビーム２０３は、対物レンズ２０８により平行ビームに変換され、次いで第２ビームスプリッタ２０７によってサーボレンズ２１０に到達する。次いで、この反射ビームは検出手段２１１に到達する。検出手段２１１は、当該技術分野で知られている何等かのフォーカス検出法に基づいて第１フォーカスエラー信号を検出する。例えば、非点収差フォーカス検出法又はフーコー検出法が用いられてもよい。これらフォーカス検出法は、例えば米国特許第US 6,229,600号に述べられている。検出手段２１１は球面収差のない第１放射ビーム２０３を用いることによって光学装置内に配置されることが好ましいことに留意されたい。検出手段を配置するために、１００ミクロンの較正カバー層厚を持つ“パーフェクト”ディスクが用いられる。

較正カバー層厚と比較したカバー層厚のずれによりもたらされる球面収差がどのようにして測定されるかを以下に述べる。斯かる測定は、新しいディスクが光学装置に導入される際に行われてもよい。第１放射ビーム２０３が、例えば第１放射源２０１をスイッチオフすることによりスイッチオフされる。次いで、第２放射ビーム２０４がスイッチオンされる。この第２放射ビーム２０４は、第１ビームスプリッタ２０５によってコリメータレンズ２０６に送られる。次いで、第２放射ビーム２０４は、コリメータレンズ２０６により平行ビームに変換され、対物レンズ２０８によって情報担体２００上に合焦される。この第２放射ビーム２０４の開口数は０．６５であり、波長は６５０ナノメートルである。この第２放射ビーム２０４は通例ＤＶＤを走査するために用いられる。

情報担体２００により反射された第２放射ビーム２０４は、対物レンズ２０８により平行ビームに変換され、次いで第２ビームスプリッタ２０７によってサーボレンズ２１０に到達する。次いで、この反射ビームは検出手段２１１に到達する。検出手段２１１は、第１放射ビーム２０３について述べたのと同様、第２フォーカスエラー信号を検出する。

次いで、測定手段２１２が、第１フォーカスエラー信号と第２フォーカスエラー信号との差をとる。この差をとることが、カバー層厚のずれに起因した、第１放射ビーム２０３の球面収差の測定である。実際には、米国特許第US 6,229,600号に説明されているように、放射ビームの球面収差は、放射ビームの周辺部分に対応するフォーカスエラー信号と放射ビームの内側部分に対応するフォーカスエラー信号との差を演算することにより測定されてもよい。本発明では、第１放射ビーム２０３より低い開口数を持つ第２放射ビーム２０４が、第１放射ビーム２０３の内側部分の役割を果たす。結果として、第１フォーカスエラー信号と第２フォーカスエラー信号との差をとることにより、第１放射ビーム２０３の球面収差を測定することができる。

第２フォーカスエラー信号及び第１フォーカスエラー信号の測定は短い間隔で行われることが好ましいことに留意されたい。実際には、所与の放射ビームのフォーカスエラー信号は、ディスクのデフォルト(defaults)に起因して、ディスクのある場所と別の場所とで異なる可能性がある。フォーカスエラー信号が検出される際ディスクは回転しているので、ディスクが実質的に同じ場所にある際に第１放射ビーム２０３及び第２放射ビーム２０４のフォーカスエラー信号を測定することが好ましい。この場合、球面収差の測定がディスクのデフォルトにより影響を受けないからである。

第１放射ビーム２０３の球面収差のより正確な測定が行われてもよいことに留意されたい。実際には、第２放射ビーム２０４が較正カバー層厚を持つ“パーフェクト”情報担体上に合焦される場合、この第２放射ビーム２０４はフォーカスエラーを持つ。なぜなら、光学装置は、第２放射ビーム２０４の波長と異なる、第１放射ビーム２０３の波長に対して最適化されるからである。結果として、較正カバー層厚を持つ情報担体上に合焦される第２放射ビーム２０４に対応する、予め規定されるフォーカスエラー信号が、製造工程中に検出されてもよい。この予め規定されるフォーカスエラー信号は、測定手段２１２のメモリに記憶されてもよい。次いで、第１放射ビーム２０３の球面収差を正確に計測するために、この予め規定されたフォーカスエラー信号が、第１フォーカスエラー信号と第２フォーカスエラー信号との差から減じられる。

第２放射ビーム２０４がパルス化されることが有利である。これは、第２放射源２０２をパルス化することにより達成されてもよい。第２放射ビーム２０４は、知られているパルス周波数でパルス化される。結果として、第２フォーカスエラー信号は、知られている周波数を持つパルス信号である。次いで、このパルス信号は、上記パルス周波数で信号を検出する手段を有する検出手段２１１により検出される。例えば、同期検出が第２フォーカスエラー信号を得るために行われてもよい。これによりＳ／Ｎ比を高めることができ、第１放射ビーム２０３の球面収差のより正確な測定をもたらす。

２つの放射ビームをスイッチオン及びオフする手段は、上述したもの、すなわち、２つの放射源のスイッチオン及びオフに限定されないことに留意されたい。例えば、フィルタが検出手段２１１の前に用いられてもよい。このフィルタは、２つの放射ビームの一方を、これら放射ビームの波長に基づいて選択することができる。この場合、球面収差を測定するため、フィルタは、第２放射ビーム２０４を透過し、第１放射ビーム２０３を阻止するように活性化される。

次いで、球面収差の測定が、第１放射ビーム２０３の球面収差を補正するために用いられる。第１放射ビーム２０３が設計厚さと異なる厚さのカバー層を通して合焦される場合に生じるこの球面収差は、平凸レンズ２０９の軸方向位置を変えることにより補償される。測定手段は、球面収差に対応する信号をサーボコントローラ２１４に送る。次いで、サーボコントローラ２１４は、平凸レンズ２０９の位置を変えるためにアクチュエータを駆動する。この変化により、平凸レンズ２０９は、変化の程度に起因して、カバー層厚のずれにより生じる球面収差を補償する球面収差の量を生み出す。

球面収差を補償する他の手段が用いられてもよいことに留意されたい。例えば、コリメータレンズ２０６の位置をシフトすることにより、対物レンズ２０８における球面収差を引き起こす第１放射ビーム２０３の共役(conjugate)が変化し、カバー層厚のずれに起因する球面収差を補償するために用いることができる。これは、2001年Optical Review volume 8の頁211〜213にて公開されたB.H.W. Hendriks等による執筆の“Optical Pick-Up for blue optical recording at NA=0.85”に詳述されている。

本発明の有利な実施例による光学装置が図３に示されている。この実施例によれば、第２放射ビーム２０４が、液晶セル３００によって第１放射ビーム２０３から生成される。斯くして、第１放射ビーム２０３及び第２放射ビーム２０４は、同一の放射源２０１から発せられる。これは、第１放射ビーム２０３及び第２放射ビーム２０４が同じ波長を持つが、以下に説明するように、異なる開口数を持つことを意味する。

第２放射ビーム２０４は、コリメータレンズ２０６及び対物レンズ２０８の間に配置される液晶セル３００に電圧を印加することにより第１放射ビーム２０３から得られる。液晶セル３００に電圧が印加されない場合、液晶セル３００に入射するビーム全体が透過される。液晶セル３００に電圧が印加される場合、液晶セル３００に入射するビームの内側部分のみが透過される。これは、液晶セルが、第１放射ビーム２０３の開口数を低減させることができることを意味する。

結果として、情報担体が第１放射ビーム２０３により走査される必要がある走査動作が行われる場合、電圧は液晶セル３００に印加されない。これは、第１放射ビーム２０３に対応する第１フォーカスエラー信号が検出される場合と同じである。球面収差が測定される必要がある場合、例えば、新しいディスクが光学装置に挿入される場合、電圧が液晶セル３００に印加され、斯くして、第２フォーカスエラー信号が検出される。

液晶セル３００に交流電圧を印加することにより第２放射ビーム２０４がパルス化されてもよいことに留意されたい。この場合、パルス周波数は交流電圧の周波数である。上述したように、これによりＳ／Ｎ比を高めることができる。

上述の記載は本発明を制限するものではなく例証したものである。実際には、本発明は、図２及び図３に示される光学装置に制限されない。他の光学装置が、異なる開口数を持つ２つの放射ビームが球面収差を計測するために用いられる本発明に基づいてもよい。例えば、本発明は、図４に示される光学装置に用いられてもよい。

斯かる装置は多層情報担体４００を走査することを対象としている。本例において、多層情報担体４００は２つの層４０１及び４０２を持つ。光学装置は、サーボコントローラ２１３によって対物レンズ２０８の軸方向位置を変えることにより一方の層又は他方の層を走査することができる。しかしながら、第１放射ビーム２０３によって横切られる情報担体材料の量は、第１放射ビーム２０３が情報層４０１上に合焦される場合又は情報層４０２上に合焦される場合で異なる。結果として、情報担体により第１放射ビーム２０３に導入される球面収差は一方の情報層と他方の情報層とで変化する。これらの変化は、コリメータレンズ２０６及び対物レンズ２０８の間に配置される球面収差補償器４０３により補償される。球面収差補償器は第１放射ビーム２０３の波面に位相シフトを与え、この位相シフトは波面の位置に依存する。

先ず、球面収差が図２の説明で述べたように測定される。次いで、球面収差に対応する信号がサーボコントローラ４０４に送られる。サーボコントローラ４０４は、球面収差の量に依存して、球面収差補償器４０３により与えられる位相シフトのプロパティを命じる。球面収差補償器４０３は可変折り畳みミラー又は液晶セルであってもよい。

“有する”という動詞及びその活用の使用は、如何なる請求項に規定される構成要素以外の構成要素の存在を除外するものではないことは明らかであろう。単数様に表される構成要素は、複数の斯かる構成要素の存在を除外するものではない。

図１は、背景技術による光学装置を示す。 図２は、本発明の好ましい実施例による光学装置を示す。 図３は、本発明の有利な実施例による光学装置を示す。 図４は、本発明の他の実施例による光学装置を示す。

Claims (8)

1. 第１開口数を持つ第１放射ビームを発する第１の放射源、
   前記第１開口数と異なる第２開口数を持つ第２放射ビームを発する、前記第１の放射源と異なる第２の放射源、
   前記第１放射ビーム及び前記第２放射ビームのいずれか一方をスイッチオン、他方をスイッチオフする手段、
   前記第１放射ビーム及び前記第２放射ビームを情報担体上に合焦させる手段、
   前記第１放射ビームに対応する第１フォーカスエラー信号及び前記第２放射ビームに対応する第２フォーカスエラー信号を検出する、共通の検出器、及び
   前記第１フォーカスエラー信号と前記第２フォーカスエラー信号との差を演算することにより、前記第１放射ビームの球面収差を測定する手段を有する光学装置。
2. 当該光学装置はさらに、前記第２放射ビームをパルス状にする手段を有し、前記共通の検出器は、前記パルス状第２放射ビームに対応するパルス状フォーカスエラー信号を検出する手段を有することを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
3. 第１開口数を持つ第１放射ビームを発する放射源、
   前記放射源により発せられた前記第１放射ビームの開口数を低減させ、前記第１開口数と異なる第２開口数を持つ第２放射ビームを得る低減手段、
   前記低減手段をスイッチオン及びオフする手段、
   前記第１放射ビーム及び前記第２放射ビームを情報担体上に合焦させる合焦手段、
   前記第１放射ビームに対応する第１フォーカスエラー信号及び前記第２放射ビームに対応する第２フォーカスエラー信号を検出する、共通の検出器、及び
   前記第１フォーカスエラー信号と前記第２フォーカスエラー信号との差を演算することにより、前記第１放射ビームの球面収差を測定する手段を有する光学装置。
4. 前記低減手段として液晶セルが、前記第１放射ビームの開口数を低減させるために前記放射源及び前記合焦手段の間に配置されることを特徴とする請求項３に記載の光学装置。
5. 前記球面収差を測定する前記手段が、
   − 前記第１フォーカスエラー信号と前記第２フォーカスエラー信号との差を演算し、
   − 前記差から予め規定されたフォーカスエラー信号を減じることにより前記球面収差を測定するものであり、
   前記予め規定されたフォーカスエラー信号は、規定の較正カバー層厚を持つ較正用基準情報担体上に合焦された前記第２放射ビームによって得られるフォーカスエラー信号に対応することを特徴とする請求項１から４いずれか１項に記載の光学装置。
6. 第１開口数を持つ第１放射ビームを発する第１の放射源、
   前記第１開口数と異なる第２開口数を持つ第２放射ビームを発する、前記第１の放射源と異なる第２の放射源、
   前記第１放射ビーム及び前記第２放射ビームのいずれか一方をスイッチオン、他方をスイッチオフする手段、
   前記第１放射ビーム及び前記第２放射ビームを情報担体上に合焦させる手段、及び
   前記第１放射ビームに対応する第１フォーカスエラー信号及び前記第２放射ビームに対応する第２フォーカスエラー信号を検出する、共通の検出器
   を有する光学装置を用いて、球面収差を検出する方法であって、
   − 前記第１放射ビームに対応する前記第１フォーカスエラー信号を検出するステップ、
   − 前記第２放射ビームに対応する前記第２フォーカスエラー信号を検出するステップ、及び
   − 前記第１フォーカスエラー信号と前記第２フォーカスエラー信号との差を演算することにより、前記第１放射ビームの球面収差を測定するステップを有することを特徴とする方法。
7. 第１開口数を持つ第１放射ビームを発する放射源、
   前記放射源により発せられた前記第１放射ビームの開口数を低減させ、前記第１開口数と異なる第２開口数を持つ第２放射ビームを得る低減手段、
   前記低減手段をスイッチオン及びオフする手段、
   前記第１放射ビーム及び前記第２放射ビームを情報担体上に合焦させる合焦手段、及び
   前記第１放射ビームに対応する第１フォーカスエラー信号及び前記第２放射ビームに対応する第２フォーカスエラー信号を検出する、共通の検出器
   を有する光学装置を用いて、球面収差を検出する方法であって、
   − 前記第１放射ビームに対応する前記第１フォーカスエラー信号を検出するステップ、
   − 前記第２放射ビームに対応する前記第２フォーカスエラー信号を検出するステップ、及び
   − 前記第１フォーカスエラー信号と前記第２フォーカスエラー信号との差を演算することにより、前記第１放射ビームの球面収差を測定するステップを有することを特徴とする方法。
8. 前記球面収差を測定する前記ステップが、
   − 前記第１フォーカスエラー信号と前記第２フォーカスエラー信号との差を演算し、
   − 前記差から予め規定されたフォーカスエラー信号を減じることにより行われ、
   前記予め規定されたフォーカスエラー信号は、規定の較正カバー層厚を持つ較正用基準情報担体上に合焦された前記第２放射ビームによって得られるフォーカスエラー信号に対応することを特徴とする請求項６または７に記載の方法。

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