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

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。