JPH07318862A - 光記録媒体における波面収差の低減方法および光ヘッドおよび光ディスク装置 - Google Patents

光記録媒体における波面収差の低減方法および光ヘッドおよび光ディスク装置

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JPH07318862A
JPH07318862A JP6106625A JP10662594A JPH07318862A JP H07318862 A JPH07318862 A JP H07318862A JP 6106625 A JP6106625 A JP 6106625A JP 10662594 A JP10662594 A JP 10662594A JP H07318862 A JPH07318862 A JP H07318862A
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optical
light
polarization
polarized light
recording medium
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JP6106625A
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Inventor
Takeshi Shimano
Mariko Umeda
健 島野
麻理子 梅田
Original Assignee
Hitachi Ltd
株式会社日立製作所
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 光ディスク基板の屈折率異方性によって発生
する収差を低減する。 【構成】 4分割した対角領域ごとにλ板601とλ/
2板602とを配置した偏光変換素子6を対物レンズ8
の前に置き、光ディスクDに入射する光をP偏光に概略
そろえる。 【効果】 P偏光が支配的になるので、光ディスク基板
の屈折率異方性によるP偏光とS偏光の位相差によって
発生する収差を半減できるから、スポットサイズの劣化
がなくなり、情報記録密度を向上することが出来る。

Description

【発明の詳細な説明】

【0001】

【産業上の利用分野】本発明は、光記録媒体における波
面収差の低減方法および光ヘッドおよび光ディスク装置
に関する。さらに詳しくは、光記録媒体のもつ複屈折性
により発生する波面収差を低減する方法およびその方法
を実施する光ヘッドおよびその光ヘッドを含む光ディス
ク装置に関する。

【0002】

【従来の技術】光ディスクの基板材料には、ガラス材料
の外、ポリカーボネート樹脂,ポリメチルメタクリレー
ト樹脂,ポリオレフィン系樹脂などのプラスティック材
料が用いられている。このプラスティック材料を用いた
光ディスク基板は、金型に設けた円板キャビティの中心
から軟化させたプラスチック材料を注入し、円板キャビ
ティの周辺へ流動させ、円板キャビティに充填したのち
硬化させて、成型している。ところが、この成型時に、
プラスティック材料の流動方向(光ディスクの面内の方
向)と非流動方向(光ディスクの面に対する法線方向)
に異方性が生じる。このため、光ディスク基板は複屈折
性を持つことになる。

【0003】

【発明が解決しようとする課題】光ディスク装置では、
半導体レーザから放射されたレーザ光のスポットを光デ
ィスク上に照射し、情報の再生,記録,消去を行う。光
ディスクの情報記録密度はスポットサイズによって決ま
るため、光学系によりレーザ光を回折限界まで絞り込
み、スポットサイズを最小にしている。

【0004】ところで、半導体レーザから放射されたレ
ーザ光は直線偏光であるが、この直線偏光が光ディスク
基板へ入射するときの偏光方向は、偏光方向が円形瞳の
輪郭に対して直交する角度領域では入射光と基板法線と
を含む平面に対して平行となり(P偏光)、偏光方向が
円形瞳の輪郭に対して平行となる角度領域では入射光と
基板法線とを含む平面に対して垂直となる(S偏光)。
すなわち、図7の(a)に示すように、入射する光の直
線偏光方向の対物レンズ8の中心軸を含む面内ではP偏
光になり、入射する光の直線偏光方向に直交する対物レ
ンズ8の中心軸を含む面内ではS偏光になる。そこで、
図7の(b)に示すように、P偏光になる領域と,S偏
光になる領域とが混在することになる。

【0005】ここで、光ディスク基板が一軸性の複屈折
性をもち、基板法線方向に異方性軸を持つとすると、P
偏光は異常光線であるから光ディスク基板材料の異常屈
折率neが作用し、S偏光は常光線であるから光ディス
ク基板材料の常屈折率noが作用する。このため、光デ
ィスク基板内を伝播中にS偏光とP偏光の間に位相差が
生じ、波面収差が発生する。この波面収差は、最小にし
ようとしているスポットサイズを拡大するように働いて
しまう。

【0006】すなわち、プラスティック材料を用いた光
ディスクでは、光ディスク基板の複屈折性のため波面収
差が発生し、これがスポットサイズを拡大させてしまう
問題点がある。特に、情報記録密度を向上させるために
レーザ光を短波長化すると、同じ波面収差量でも波長比
で換算すると大きな波面収差量となるため、この問題点
が顕著となる。そこで、本発明の第1の目的は、光記録
媒体のもつ複屈折性により発生する波面収差を低減する
ための方法を提供することにある。また、本発明の第2
の目的は、上記光記録媒体における波面収差の低減方法
を実施する光ヘッドを提供することにある。さらに、本
発明の第3の目的は、上記光ヘッドを含む光ディスク装
置を提供することにある。

【0007】

【課題を解決するための手段】第1の観点では、本発明
は、複屈折性をもつ光記録媒体に入射する光の偏光方向
をP偏光またはS偏光に概略そろえることを特徴とする
光記録媒体における波面収差の低減方法を提供する。

【0008】第2の観点では、本発明は、直線偏光を放
射する半導体レーザと、その光を光記録媒体上に集光す
る光学系と、光記録媒体から反射される光を分岐する分
岐光学素子と、その分岐光学素子により分岐された光を
電気信号に変換する光検出器とから少なくとも構成され
る光ヘッドであって、前記半導体レーザから光記録媒体
までの光路中に、光記録媒体に入射する光の偏光方向を
P偏光またはS偏光に概略そろえるように作用する偏光
変換素子を挿入したことを特徴とする光ヘッドを提供す
る。

【0009】前記偏光変換素子としては、例えば、45
゜ずつに分割した4つの領域を有し、それら4つの領域
のうちの対向する2つの領域はλ(1波長)板として作
用し、他の対向する2つの領域はλ/2(半波長)板と
して作用する偏光変換素子を用いることが出来る。ある
いは、入射直線偏光を光束内で光軸を中心とする放射状
の直線偏光に概略変換する偏光変換素子を用いることが
出来る。あるいは、光軸を中心とする同心円接線方向に
偏光する直線偏光に概略変換する偏光変換素子を用いる
ことが出来る。あるいは、λを光の波長,mを適当な整
数,偏光変換素子材料の常屈折率をno,異常屈折率を
neとするとき、前記偏光変換素子が、λ・m/|no
−ne|からλ(m+1/2)/|no−ne|まで連
続的に厚さを変化させた1軸性結晶板である偏光変換素
子を用いることが出来る。

【0010】第3の観点では、本発明は、上記構成の光
ヘッドを備えたことを特徴とする光ディスク装置を提供
する。

【0011】

【作用】本発明の波面収差の低減方法では、複屈折性を
もつ光記録媒体に入射する光の偏光方向を、P偏光また
はS偏光に概略そろえる。P偏光またはS偏光の一方に
概略そろえると、S偏光とP偏光の間の位相差による波
面収差がほとんど発生しないから、スポットサイズの劣
化をほとんど生じないことになる。すなわち、光記録媒
体のもつ複屈折性により発生する波面収差を低減するこ
とが出来る。そして、この結果、情報記録密度を向上で
きるようになる。なお、「概略そろえる」とは、「完全
にそろえてもよいし、大半をそろえれば不完全でもかま
わない」という意味である。

【0012】本発明の光ヘッドでは、直線偏光を放射す
る半導体レーザから光記録媒体までの光路中に偏光変換
素子を挿入して、光記録媒体に入射する光の偏光方向を
P偏光またはS偏光に概略そろえるようにした。このた
め、上述のように、光記録媒体のもつ複屈折性により発
生する波面収差を低減でき、情報記録密度を向上できる
ようになる。

【0013】前記偏光変換素子として、45゜ずつに分
割した4つの領域を有し、それら4つの領域のうちの対
向する2つの領域はλ(1波長)板であり、他の対向す
る2つの領域はλ/2(半波長)板として作用する偏光
変換素子を用いると、偏光変換素子の構造が簡単にな
る。また、前記偏光変換素子として、入射直線偏光を光
束内で光軸を中心とする放射状の直線偏光にする偏光変
換素子を用いれば、P偏光に完全にそろえることが出来
る。一方、光軸を中心とする同心円接線方向に偏光する
直線偏光に概略変換する偏光変換素子を用いれば、S偏
光に完全にそろえることが出来る。また、前記偏光変換
素子として、λ・m/|no−ne|からλ(m+1/
2)/|no−ne|まで連続的に厚さを変化させた1
軸性結晶板を用いれば、P偏光またはS偏光に完全にそ
ろえることが出来る。

【0014】本発明の光ディスク装置では、上記光ヘッ
ドを備えたため、情報記録密度を向上できるようにな
る。

【0015】

【実施例】以下、図に示す実施例により本発明を詳細に
説明する。なお、これにより本発明が限定されるもので
はない。図1に、本発明の光ディスク装置の一実施例の
構成を示す。この光ディスク装置Aは、光ディスクD
と、その光ディスクDを回転させるスピンドルモータM
と、前記光ディスクDにレーザ光を照射し、情報の再
生,記録,消去を行う光ヘッド100とを具備して構成
されている。

【0016】前記光ヘッド100において、半導体レー
ザ1は、直線偏光のレーザ光を放射する。コリメータレ
ンズ2はレーザ光をコリメートし、ビーム成型プリズム
3は楕円ビームを円形ビームとする。ビームスプリッタ
4は、入射した光を通過光と反射光に分離する。光検出
器5は、前記ビームスプリッタ4に半導体レーザ1側か
ら入射した光から分離された反射光を検出し、レーザ光
強度の安定化の制御用信号を出力する。偏光変換素子6
は、前記ビームスプリッタ4に半導体レーザ1側から入
射した光から分離された通過光を概略P偏光にそろえ
る。立ち上げミラー7は、光を反射し、その向きを変え
る。対物レンズ8は、レンズアクチュエータ9により支
持され、光を光ディスクD上に集光する。

【0017】光ディスクDからの反射光は、前記対物レ
ンズ8および前記偏光変換素子6を通過し、前記ビーム
スプリッタ4で反射され、ビームスプリッタ12に入射
する。

【0018】前記ビームスプリッタ12は、入射した光
を通過光と反射光に分離する。λ/2板17は、前記ビ
ームスプリッタ12に入射した光から分離された反射光
の偏光方向を45゜回転する。集光レンズ18は、偏光
ビームスプリッタ19を介して、光を光検出器20,2
1上に集光する。前記偏光ビームスプリッタ19は、入
射した光をP偏光成分とS偏光成分に分離し、前記光検
出器20,21に入射させる。これら光検出器21,2
2の出力の差動をとることにより光磁気信号を得る。

【0019】ビームスプリッタ13は、入射した光を通
過光と反射光に分離する。集光レンズ22は、前記ビー
ムスプリッタ13に入射した光から分離された反射光を
2分割光検出器23に集光する。2分割光検出器23の
出力の差動をとることによりトラッキング誤差信号を得
る。このトラッキング誤差信号を前記アクチュエータ9
の駆動信号にフィードバックすることにより、光ディス
クD上の光スポットを常に情報トラックに追随させるこ
とが出来る。

【0020】集光レンズ14は、前記ビームスプリッタ
13に入射した光から分離された通過光を、45゜に傾
いたシリンドリカルレンズ15を介して、4分割光検出
器16に集光する。4分割光検出器16の対角成分ごと
の和信号の差動出力を前記アクチュエータ9にフィード
バックすることにより、光ディスクDが上下に振動して
も常に光ディスクD上に光スポットの焦点を結ばせるこ
とが出来る。

【0021】図2は、偏光変換素子6の説明図である。
図2の(a)に示すように、この偏光変換素子6は、4
5゜ずつの4つの領域に分割してある。4つの領域のう
ちの光ディスクDの案内溝に平行な方向に対向する2つ
の領域601,601は、λ(1波長)板になってい
る。一方、他の対向する2つの領域602,602は、
λ/2(半波長)板になっている。そこで、光ディスク
Dの案内溝に平行な偏光方向の光を偏光変換素子6に入
射させた場合、λ板になっている領域601,601を
通過した光は、偏光方向を変えず、P偏光になる。一
方、λ/2板になっている領域602,602を通過し
た光は、偏光方向を90゜回転させるから、やはりP偏
光になる。かくして、図2の(b)に示すように、光デ
ィスクDへの入射光はP偏光に概略そろうことになる。
従って、光ディスクDのもつ複屈折性により発生する波
面収差を低減することが出来る(全入射光線の位相差は
P偏光とS偏光の最大位相差の半分になるため、波面収
差は約半分になる)。この結果、スポットサイズの劣化
が少なくなり、情報記録密度を向上できるようになる。

【0022】図3は、上記偏光変換素子6に、光ディス
クDの案内溝に垂直な偏光方向の光を入射させた場合の
説明図である。図3の(a)に示すように、λ板になっ
ている領域601,601を通過した光は、偏光方向を
変えず、S偏光になる。一方、λ/2板になっている領
域602,602を通過した光は、偏光方向を90゜回
転させるから、やはりS偏光になる。かくして、図3の
(b)に示すように、光ディスクDへの入射光はS偏光
に概略そろうことになる。従って、光ディスクDのもつ
複屈折性により発生する波面収差を低減でき、スポット
サイズの劣化が少なくなり、情報記録密度を向上できる
ようになる。

【0023】図4は、上記偏光変換素子6を90゜回転
させた場合の説明図である。この場合、図4の(a)に
示すように、光ディスクDの案内溝に平行な偏光方向の
光を偏光変換素子6に入射させると、S偏光に概略そろ
うことになる。一方、図4の(b)に示すように、光デ
ィスクDの案内溝に垂直な偏光方向の光を偏光変換素子
6に入射させると、P偏光に概略そろうことになる。

【0024】図5は、別の偏光変換素子6’の説明図で
ある。図5の(a)に示すように、この偏光変換素子
6’は、1軸性結晶(例えばニオブ酸リチウム,水晶)
を精密加工し、厚さを連続的に変化させたものである。
λを光の波長,mを適当な整数,偏光変換素子材料の常
屈折率をno,異常屈折率をneとするとき、光ディス
クDの案内溝に平行な中心軸α上の厚さLnは、原則的
にλ・m/|no−ne|である。また、前記中心軸α
に直交する中心軸β上の厚さLxは、原則的にλ(m+
1/2)/|no−ne|である。他の部分の厚さは、
LnとLxの間で連続的に変化させてある。この構造
は、前記偏光変換素子6の領域分割角度を非常に小さく
したものと光学的に等価である。そこで、光ディスクD
の案内溝に平行な偏光方向の光を偏光変換素子6’に入
射させた場合、中心軸αを通過した光は、偏光方向を変
えず、P偏光になる。一方、中心軸βを通過した光は、
偏光方向を90゜回転させるから、やはりP偏光にな
る。さらに、これらの間の領域を通過した光は、偏光方
向を0゜から90゜の間で回転させるから、やはりP偏
光になる。かくして、図5の(b)に示すように、光デ
ィスクDへの入射光はP偏光に完全にそろうことにな
る。従って、光ディスクDのもつ複屈折性により発生す
る波面収差をなくすことが出来る。この結果、スポット
サイズの劣化がなくなり、情報記録密度を向上できるよ
うになる。

【0025】図6は、上記偏光変換素子6’に、光ディ
スクDの案内溝に垂直な偏光方向の光を入射させた場合
の説明図である。図6の(a)に示すように、中心軸α
を通過した光は、偏光方向を変えず、S偏光になる。一
方、中心軸βを通過した光は、偏光方向を90゜回転さ
せるから、やはりS偏光になる。さらに、これらの間の
領域を通過した光は、偏光方向を0゜から90゜の間で
回転させるから、やはりS偏光になる。かくして、図6
の(b)に示すように、光ディスクDへの入射光はS偏
光に完全にそろうことになる。従って、光ディスクDの
もつ複屈折性により発生する波面収差がなくなり、スポ
ットサイズの劣化がなくなって、情報記録密度を向上で
きるようになる。

【0026】以下では、参考のため、光ディスク基板の
異方性により発生する波面収差を定量的に計算した例を
示す。図8に示すように、基板半径方向をx,周方向を
y,垂直方向をzとし、それぞれの主軸屈折率をnx,
ny,nzとし、次式の屈折率楕円体を考える。

【0027】

【数1】

【0028】すると、入射光線に作用する屈折率は、上
式の屈折率楕円体の入射光線に垂直な、原点を通る断面
の楕円の2つの軸半径n1,n2(n1<n2)によっ
て与えられる。これら2つの屈折率n1,n2は、それ
ぞれ互いに直交する、この軸半径方向の直線偏光成分に
対して作用する。前記断面に新たに座標軸を設け、断面
の基板面内方向にX軸,それと垂直な方向にY軸をとる
と、次式により異方性を定義できる。

【0029】

【数2】

【0030】このとき、前記断面の楕円の短軸方向は、
X軸に対して次式のΨだけ回転している。これは、前記
(数1)式と,光線の方向余弦(sx,sy,sz)を
法線ベクトルとする平面の方程式とを連立した楕円の方
程式から導ける。

【0031】

【数3】

【0032】n1,n2は、次式のフレネルの法線方程
式の正の実根として求められる。

【0033】

【数4】

【0034】ここで、対物レンズに入射する光の複素振
幅ベクトルを次式で表わす。

【0035】

【数5】

【0036】すると、光ディスク基板の異方性により、
次式の複素振幅ベクトルを等方的な光ディスク基板に入
射するのと等価である。

【0037】

【数6】

【0038】このとき、光ディスク基板の厚さをdとし
て次式が成り立つ。

【0039】

【数7】

【0040】通常、異方性の影響は、次式のように、入
射全光量に対して入射していない偏光成分の反射光成分
の比Bで評価されている。

【0041】

【数8】

【0042】例えば、Bの値は、ある光磁気ディスクで
は0.0427であり、ある追記型光ディスクでは0.
0271であった。なお、追記型光ディスクでは、Bの
値が0.1以内であることが規格化されている。

【0043】図9に、対物レンズ開口数0.55、光デ
ィスク基板の厚さ1.2mm、基準屈折率n0=(nx
+ny)/2=1.5、波長λ=0.78μmとし、△
nxy=0、△nz=0.0001のときの波面収差を示
す。この場合、最大0.0226λの非点収差が発生し
ており、B=0.0009であった。図10に、△nxy
=0.0002、△nz=−0.0001とし、他は上
記と同じ条件にした場合の波面収差を示す。これはxy
面内にのみ異方性がある場合を表している。この場合、
最大0.0002λの波面収差となり、△nzのみ存在
する場合に比べて非常に小さい。また、B=0.000
7であった。

【0044】図11に、△nzを変えたときの最大波面
収差のグラフを示す。△nz=0.0008で波面収差
が最大0.15λを越えることが判る。図12に、△n
zを変えたときのBの値のグラフを示す。△nz=0.
0008でB=0.05を越えているから、規格化され
ているBの値0.1から考慮すれば、非点収差0.15
λは十分発生しうることが判る。この大きさは、光ヘッ
ドにおいて発生する収差としては決して小さい数字では
ない。しかも、波面収差自体は屈折率が一定とすれば波
長が短くなっても変わらないから、波長換算の収差量は
相対的に大きくなる。また、通常、屈折率の波長分散は
短波長で大きくなるから、さらに収差が大きくなる方向
に変化する。ちなみに、0.68μm,0.53μm,
0.45μmなどの短波長の使用が開発されている。

【0045】

【発明の効果】本発明の光記録媒体における波面収差の
低減方法および光ヘッドおよび光ディスク装置によれ
ば、光ディスク基板の複屈折性により発生する波面収差
を低減し、スポットサイズの劣化を防止し、情報記録密
度を向上することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図1】本発明の一実施例の光ディスク装置の構成図で
ある。

【図2】図1の光ディスク装置における偏光変換素子の
説明図である。

【図3】図2の偏光変換素子の別の説明図である。

【図4】図1の光ディスク装置における他の偏光変換素
子の説明図である。

【図5】図1の光ディスク装置における更に他の偏光変
換素子の説明図である。

【図6】図5の偏光変換素子の別の説明図である。

【図7】直線偏光入射により発生するP偏光とS偏光の
説明図である。

【図8】光ディスク入射光線の座標系の定義図である。

【図9】光ディスク基板垂直方向の屈折率異方性により
発生する波面収差の鳥かん図である。

【図10】光ディスク基板面内の屈折率異方性により発
生する波面収差の鳥かん図である。

【図11】光ディスク基板垂直方向の屈折率異方性によ
り発生する波面収差のグラフである。

【図12】光ディスク基板垂直方向の屈折率異方性によ
り発生する入射直線偏光に対する直交直線偏光成分の値
のグラフである。

【符号の説明】

A‥‥光ディスク装置、D‥‥光ディスク、M‥‥スピ
ンドルモータ、100‥‥光ヘッド、1‥‥半導体レー
ザ、2‥‥コリメートレンズ、3‥‥ビーム成型プリズ
ム、4‥‥ビームスプリッタ、5‥‥光検出器、6‥‥
偏光変換素子、601‥‥λ板、602‥‥λ/2板、
7‥‥たち上げミラー、8‥‥対物レンズ、9‥‥レン
ズアクチュエータ、12‥‥ビームスプリッタ、13‥
‥ビームスプリッタ、14‥‥集光レンズ、15‥‥シ
リンドリカルレンズ、16‥‥4分割光検出器、17‥
‥λ/2板、18‥‥集光レンズ、19‥‥偏光ビーム
スプリッタ、20,21‥‥光検出器、22‥‥集光レ
ンズ、23‥‥2分割光検出器

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複屈折性をもつ光記録媒体に入射する光
    の偏光方向をP偏光またはS偏光に概略そろえることを
    特徴とする光記録媒体における波面収差の低減方法。
  2. 【請求項2】 直線偏光を放射する半導体レーザと、そ
    の光を光記録媒体上に集光する光学系と、光記録媒体か
    ら反射される光を分岐する分岐光学素子と、その分岐光
    学素子により分岐された光を電気信号に変換する光検出
    器とから少なくとも構成される光ヘッドであって、前記
    半導体レーザから光記録媒体までの光路中に、光記録媒
    体に入射する光の偏光方向をP偏光またはS偏光に概略
    そろえるように作用する偏光変換素子を挿入したことを
    特徴とする光ヘッド。
  3. 【請求項3】 請求項2に記載の光ヘッドにおいて、前
    記偏光変換素子は、45゜ずつに分割した4つの領域を
    有し、それら4つの領域のうちの対向する2つの領域は
    λ(1波長)板として作用し、他の対向する2つの領域
    はλ/2(半波長)板として作用することを特徴とする
    光ヘッド。
  4. 【請求項4】 請求項2に記載の光ヘッドにおいて、前
    記偏光変換素子が、入射直線偏光を光束内で光軸を中心
    とする放射状の直線偏光か、または、光軸を中心とする
    同心円接線方向に偏光する直線偏光に概略変換する偏光
    変換素子であることを特徴とする光ヘッド。
  5. 【請求項5】 請求項2に記載の光ヘッドにおいて、λ
    を光の波長,mを適当な整数,偏光変換素子材料の常屈
    折率をno,異常屈折率をneとするとき、前記偏光変
    換素子が、λ・m/|no−ne|からλ(m+1/
    2)/|no−ne|まで連続的に厚さを変化させた1
    軸性結晶板であることを特徴とする光ヘッド。
  6. 【請求項6】 請求項2から請求項5のいずれかに記載
    の光ヘッドを備えたことを特徴とする光ディスク装置。
JP6106625A 1994-05-20 1994-05-20 光記録媒体における波面収差の低減方法および光ヘッドおよび光ディスク装置 Pending JPH07318862A (ja)

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