JP2006260694A - 収差検出装置およびそれを備えた光ピックアップ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 ホログラム素子により分離された光ビームの集光位置を最適化することにより、ホログラム素子の取り付け位置の光軸方向における高さ誤差の影響を緩和できる収差検出装置およびこれを用いた光ピックアップ装置を提供する。
【解決手段】 光軸OZと集光スポットSP2との最短距離L2が、該光軸OZと集光スポットSP1との最短距離L1よりも長くなるように設定されていると共に、ホログラム素子2は、光軸OZを中心に回転可能に設けられている。
【選択図】 図1
【解決手段】 光軸OZと集光スポットSP2との最短距離L2が、該光軸OZと集光スポットSP1との最短距離L1よりも長くなるように設定されていると共に、ホログラム素子2は、光軸OZを中心に回転可能に設けられている。
【選択図】 図1
Description
本発明は、集光光学系において発生する収差を検出するための収差検出装置およびそれを備えた光ピックアップ装置に関するものである。
近年、高画質の動画等を記録するために、光ディスク等の記録媒体における情報記録容量を高密度化・大容量化することが強く求められている。
そこで、光ディスクの高密度化・大容量化の要求に対応して、光ディスクの情報記録層上に集光される光ビームのビーム径を小さくする方法として、短波長の光ビームを使用することと、対物レンズの開口数(NA:Numerical Aperture)を大きくすることとが提案されている。
短波長の光ビームを使用する方法としては、波長405nmの青紫色半導体レーザを使用することが実用化されている。また、対物レンズの開口数を大きくする方法としては、レンズ設計技術やレンズ製造技術の向上により、単玉レンズでもNA=0.85程度の高開口数の対物レンズを使用することが実用化されている。
一般に、光ディスクでは、埃やキズから情報記録層を保護するために、情報記録層がカバー層で覆われている。このため、光ピックアップ装置の対物レンズを透過した光ビームは、カバー層を通過して、情報記録層上で集光されて焦点を結ぶことになる。
光ビームがカバー層を通過すると、球面収差(SA:Spherical Aberration)が発生する。上記球面収差SAは、
SA∝d/λ・NA4・・・・・・・・・・(1)
で示され、カバー層の厚さdおよび対物レンズの開口数NAの4乗に比例し、光源の波長λに反比例する。通常、対物レンズはこの球面収差を相殺するように設計されているため、対物レンズおよびカバー層を通過した光ビームの球面収差は十分小さい。
SA∝d/λ・NA4・・・・・・・・・・(1)
で示され、カバー層の厚さdおよび対物レンズの開口数NAの4乗に比例し、光源の波長λに反比例する。通常、対物レンズはこの球面収差を相殺するように設計されているため、対物レンズおよびカバー層を通過した光ビームの球面収差は十分小さい。
しかしながら、カバー層の厚さが予め定められた値からずれると、情報記録層に集光された光ビームに球面収差が発生し、ビーム径が大きくなる。これにより、情報を正しく読み書きすることができなくなるという問題が生じる。
また、上記の式(1)により、カバー層の厚さ誤差Δdに比例して、球面収差の差異(ずれ量ΔSA)が大きくなり、情報を正しく読み書きすることができなくなる。
さらに、光ディスクの厚さ方向による記録情報の高密度化を図るために、情報記録層を積層化して形成された多層光ディスクが開発されている。その一例として、情報記録層が2層のDVD(Digital Versatile Disc)、BD(Blu-ray Disc)が既に商品化されている。このような多層光ディスクを記録再生する光ピックアップ装置は、光ディスクの各情報記録層に光ビームを十分小さく集光させる必要がある。
上記のような多層の情報記録層が形成された光ディスクは、該光ディスクの表面(カバー層表面)から各情報記録層までの厚さがそれぞれ異なる。このため、光ビームが光ディスクのカバー層を通過する際に発生する球面収差が、各情報記録層で異なる。この場合、例えば隣接する情報記録層で発生する球面収差の差異(ずれ量ΔSA)は、式(1)により、隣接する情報記録層の層間距離t(dに相当)に比例する。
情報記録層が2層のDVDである場合、光ピックアップ装置の対物レンズの開口数NAが0.6程度と小さいため、上記式(1)によりカバー層の厚さ誤差Δdが多少大きくなった場合であっても、球面収差の差異(ずれ量ΔSA)に与える影響は小さい。
したがって、従来の開口数NAが0.6程度の光ピックアップ装置を使用するDVD装置では、DVDのカバー層の厚さ誤差Δdによって発生する球面収差の差異(ずれ量ΔSA)が小さく、光ビームを各情報記録層に十分小さく集光させることができる。
ところが、カバー層の厚さ誤差Δdが等しくても、開口数NAに比例して球面収差が大きくなる。例えば、開口数NA=0.6が開口数NA=0.85になると、約4倍の球面収差が発生する。さらに、カバー層の厚さ誤差Δdが等しくても、波長λに反比例して球面収差が大きくなる。例えば、波長λ=650nmが波長λ=405nmになると約1.6倍の球面収差が発生する。したがって、短波長光源と高開口数の対物レンズとを使用するBDでは、DVDの約6.4倍の球面収差が発生する。
また、多層光ディスクの場合、隣接する情報記録層の層間距離tが等しい場合であっても、光ピックアップ装置の対物レンズの開口数NAに比例して球面収差の差異(ずれ量ΔSA)が大きくなる。例えば、開口数NA=0.6が開口数NA=0.85になると、約4倍の球面収差の差異(ずれ量ΔSA)が発生する。したがって、上記式(1)により、開口数NA=0.85のように高開口数になれば、各情報記録層の球面収差の差異(ずれ量ΔSA)が大きくなる。
以上のことから、高開口数の対物レンズでは、カバー層の球面収差の影響が無視できず、情報の読み取り精度の低下を招くという問題が生じる。そこで、高開口数の対物レンズを用いて高記録密度化を実現するためには球面収差を補正する必要がある。
そのための技術として、例えば、特許文献1には、光ディスクから反射して集光する復路の光ビームをホログラム素子によって、光ビームの光軸を含む第1の光ビームと、その外側の第2の光ビームとに分離し、第1の光ビームと第2の光ビームとにおける集光位置が異なることを利用して球面収差を検出し、補正する技術が開示されている。
以下に、図17〜図20に基づいて、この光ピックアップ装置における球面収差の検出および補正の原理を説明する。
光ピックアップ装置100は、図17に示すように、半導体レーザ101と、ホログラム素子102と、コリメートレンズ103と、対物レンズ104と、光検出部107とを備えている。ホログラム素子102、コリメートレンズ103および対物レンズ104は、半導体レーザ101の出射面と光ディスク106の反射面との間に形成される光軸OZ上に配置され、光検出部107はホログラム素子102の回折光の集光位置近傍に配置されている。
したがって、上記光ピックアップ装置100において、半導体レーザ101から出射された光(以下、光ビームと称する)は、ホログラム素子102で0次回折光として透過し、コリメートレンズ103によって平行光に変換された後、対物レンズ104を介して光ディスク106上の所定の位置に集光される。一方、光ディスク106から反射された光ビーム(以下、戻り光と称する。)は、対物レンズ104、コリメートレンズ103を通過してホログラム素子102に入射され、該ホログラム素子102にて回折されて光検出部107上に集光される。
上記ホログラム素子102は、図18に示すように、3つの領域102a・102b・102cに分割されている。上記領域102aは、光軸OZに直交する直線CLと、該光軸OZを中心とする第1円弧C1(半径c1とする)とによって囲まれた半円領域である。また、領域102bは上記第1円弧C1と、上記直線CLと、半径が半径c1よりも大きく且つ第1円弧C1側にある第2円弧C2(半径c2とする)とによって囲まれた領域である。さらに、領域102cは、上記直線CLに対して第2円弧C2とは反対側の第3円弧C3(半径c2)と、直線CLとによって囲まれた半円領域である。
そして、ホログラム素子102は、半導体レーザ101側からの出射光を回折せずにそのまま光ディスク106側に透過させ、光ディスク106側からの戻り光を回折して光検出部107に導くようになっている。また、光ディスク106側からの戻り光が各3領域102a〜102cを通過し、光検出部107で集光スポットSP1・SP2・SP3が個別に形成される。
光検出部107は、図19に示すように、5つの受光領域107a〜107eで構成されており、受光領域107a・107bを並置して第1受光部を形成し、受光領域107c・107dを並置して第2受光部を形成し、受光領域107eは単独で第3受光部を形成している。ここで、上記集光スポットSP1は上記受光領域107aと受光領域107bとの境界上に形成され、上記集光スポットSP2は上記受光領域107cと受光領域107dとの境界上に形成され、上記集光スポットSP3は上記受光領域107e上に形成される。
また、上記の各受光領域107a〜107eにおいて、受光された光信号はそれぞれ電気信号Sa〜Seに変換される。各受光領域107a〜107eで得られた電気信号Sa〜Seは、対物レンズ4の移動調整に使用される。
ここで、光ディスク106のカバー層の厚さ等が適切であり球面収差が発生していない状態において、該光ディスク106上に正しく焦点が結ばれている(合焦状態)ときには、各受光領域107a〜107eに形成される集光スポットSP1〜SP3の形状は、図19(b)に示すように、それぞれがほぼ同じ大きさの点となる。
このとき、上記集光スポットSP1は、受光領域107a・107bに対して照射面積が等しくなるように形成される。つまり、受光領域107aから得られる電気信号Saの値と、受光領域107bから得られる電気信号Sbの値とが等しいことを示している。
ここで、光ディスク106に照射される光ビームの焦点誤差を示すフォーカス誤差信号FESは、FES=Sa−Sbで表される。
したがって、上述のように受光領域107aから得られる電気信号Saの値と、受光領域107bから得られる電気信号Sbの値とが等しいとき、すなわち合焦状態であるとき、フォーカス誤差信号FESは0となっている。
また、光ディスク106に照射される光ビームの焦点がずれた場合、受光領域107a〜107eに形成される集光スポットSP1〜SP3は半円状に拡がる。例えば、光ディスク106が対物レンズ104に近づくと、図19(a)に示すように、集光スポットSP1は受光領域107a上に半円状に拡がる。これに対して、光ディスク106が対物レンズ104から遠ざかると、図19(c)に示すように、集光スポットSP1は受光領域107b上に半円状に拡がる。
すなわち、光ディスク106が対物レンズ104に近づく場合には、上記電気信号Saの値の方が上記電気信号Sbの値よりも大きくなり、フォーカス誤差信号FESは正の値を示す。一方、光ディスク106が対物レンズ104から遠ざかる場合には、上記電気信号Sbの値の方が上記電気信号Saの値よりも大きくなり、フォーカス誤差信号FESは負の値を示す。
一般に、光ディスク106のカバー層の厚さ等が適切でない場合には、上記構成の光ピックアップ装置の対物レンズ104において球面収差が発生する。この場合、図20(a)および図20(b)に示すように、該対物レンズ104において合焦状態、すなわち、受光領域107aと受光領域107bとにおける各電気信号の差が0である状態であっても、受光領域107cと受光領域107dとにおける各電気信号の差が0でなく、正あるいは負の値をとるようになる。これにより、正あるいは負の球面収差が発生したことが示される。
そして、フォーカス誤差信号FESが0となるように図示しないフォーカスアクチュエータにより対物レンズ104が駆動された状態において、光ディスク106のカバー層の厚さが所定寸法と異なる寸法であるために正の球面収差が生じたとすると、対物レンズ104の周辺部の光ビームは光ディスク106が対物レンズ104に近づいたときと同様な変化を示す。このため、受光領域107c・107dの集光スポットSP2の形状は、図20(a)に示すように、受光領域107c上に半ドーナツ状に拡がる。
逆に、負の球面収差が生じたとすると、対物レンズ104の周辺部の光ビームは光ディスク106が対物レンズ104から遠ざかったときと同様な変化を示す。このため、受光領域107c・107dの集光スポットSP2の形状は、図20(b)に示すように、受光領域107d上に半ドーナツ状に拡がる。
したがって、フォーカス誤差信号FESが0で保たれている場合、対物レンズ104で発生した球面収差を示す信号である球面収差信号SAは、各受光領域107a〜107eから得られる電気信号Sa〜Seを用いて示すと以下のようになる。
SA=Sc−Sd
また、フォーカス誤差信号FESが0で保たれていない場合、このフォーカス誤差信号FESを考慮して、球面収差信号SAは以下のようになる。
また、フォーカス誤差信号FESが0で保たれていない場合、このフォーカス誤差信号FESを考慮して、球面収差信号SAは以下のようになる。
SA=(Sa−Sb)−(Sc−Sd)×K(Kは定数である)
このように、球面収差信号SAに基づいて、対物レンズ104で発生する球面収差がなくなるよう補正すれば、光ディスク106に記録された情報の再生を良好に行うことができる。
特開2000−171346号公報(2000年6月23日公開)
このように、球面収差信号SAに基づいて、対物レンズ104で発生する球面収差がなくなるよう補正すれば、光ディスク106に記録された情報の再生を良好に行うことができる。
しかしながら、特許文献1に開示された収差検出装置では、ホログラム素子102で分割された光ビームの光検出部107上での集光位置において、図18に示すように、光軸OZと領域102aによる集光スポットSP1の光軸中心との最短距離が、光軸OZと領域102bによる集光スポットSP2の光軸中心との最短距離よりも大きく設定されている。
このとき、ホログラム素子102の取り付け位置に光軸方向の高さ誤差があると、球面収差誤差信号に検出誤差が発生し、正確な球面収差検出ができなくなるという問題を生じる。
また、実際の光ピックアップ装置では、ホログラム素子の取り付け面には寸法誤差がある。そして、ホログラム素子を光軸方向も含めた3次元調整することにより上記誤差を吸収すること可能であるが、機構が複雑になり小型化を阻害すること、および低コスト化が実現できなくなることのため、一般にはホログラム素子は光軸に垂直な面内で2次元調整のみが実施される。特に、光ピックアップ装置の小型化を実現するために、光源と光検出部とを一体化し、ホログラム素子が他の光学部品に直接固定される構造の集積モジュールに適用する場合には、光軸方向の調整は一層困難になる。
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ホログラム素子により分離された光ビームの集光位置を最適化することにより、ホログラム素子の取り付け位置の光軸方向における高さ誤差の影響を緩和することができる収差検出装置およびこれを用いた光ピックアップ装置を提供することにある。
本発明の収差検出装置は、上記の課題を解決するために、集光光学系を通過した光ビームを、当該光ビームの光軸を含む第1光ビームと、上記光軸から見て上記第1光ビームよりも外側の第2光ビームとに分離する分離手段と、上記分離手段によって分離された2つの光ビームの検出手段での照射位置に基づいて、上記集光光学系の球面収差を検出する球面収差検出手段とを備えている収差検出装置において、上記光軸と第2光ビームの上記検出手段での照射位置との最短距離が、該光軸と第1光ビームの上記検出手段での照射位置との最短距離よりも長くなるように設定されていると共に、上記分離手段は、上記光軸を中心に回転可能に設けられていることを特徴としている。
光ビームが対物レンズを含む集光光学系を通過することにより、球面収差が生じる。そこで、上記分離手段が上記光ビームを当該光ビームの光軸を含む第1光ビームと、上記光軸から見て第1光ビームよりも外側の第2光ビームとに分離し、それぞれを異なる検出手段に受光させる。これにより、球面収差の影響を補正することができる。
しかしながら、上記分離手段の取り付け位置に光軸方向の高さ誤差があると、焦点ずれによるオフセットが発生するため、球面収差に検出誤差が発生し、正確な球面収差検出ができなくなる。
したがって、このオフセットを除去する必要がある。このオフセットを除去する方法として、例えば、上記第1光ビームにおけるオフセットを除去するように検出手段を平行移動させることが挙げられる。しかしながら、この方法では、上記第2光ビームの検出手段での照射位置があまり移動しないこととなるため、上記第2光ビームにおけるオフセットが除去できない。
上記の構成によれば、上記分離手段は、上記光軸を中心に回転可能に設けられているため、回転すると、第1光ビームおよび第2光ビームの上記検出手段での照射位置も該光軸を中心として移動する。
ここで、上記光軸と上記第2光ビームの検出手段での照射位置との最短距離は、該光軸と上記第1の光ビームの検出手段での照射位置との最短距離よりも長く設定されている。このため、上記分離手段が該光軸を中心に回転することにより、上記第1光ビームの検出手段での照射位置はあまり移動せず、上記第2光ビームの検出手段での照射位置は上記第1光ビームの検出手段での照射位置よりも大きく移動する。
これにより、上記第1光ビームにおけるオフセットを除去するように上記第1光ビームの検出手段での照射位置を移動させると、上記第2光ビームの検出手段での照射位置も第2光ビームにおけるオフセットが除去できる程度移動する。このため、上記検出手段から得られる信号には、オフセットを補正する作用が働き、球面収差検出誤差が補正されるようになる。また、上記信号は球面収差の変化に対して直線的な変化を示すため、球面収差誤差信号も信号感度が一定であり、安定した球面収差制御ができる。
また、本発明の収差検出装置は、上記の構成において、前記光軸と第2光ビームの前記検出手段での照射位置との最短距離が、該光軸と第1光ビームの前記検出手段での照射位置との最短距離の略2倍であることが好ましい。
上記の構成によれば、上記光軸と第2光ビームの上記検出手段での照射位置との最短距離が、該光軸と第1光ビームの上記検出手段での照射位置との最短距離の略2倍とすることにより、実験の結果、高さ誤差が生じた場合であっても球面収差検出誤差を小さくする、すなわち吸収することができる。
さらに、本発明の光ピックアップ装置は、上記の課題を解決するために、光源と、上記光源から照射される光ビームを記録媒体に集光させる集光光学系と、上記記録媒体から反射して上記集光光学系を通過した光ビームを、当該光ビームの光軸を含む第1光ビームと、上記光軸から見て上記第1光ビームよりも外側の第2光ビームとに分離する分離手段と、上記分離手段によって分離された2つの光ビームの検出手段での照射位置に基づいて、上記集光光学系の球面収差を検出する球面収差検出手段と、上記球面収差検出手段によって検出された球面収差を補正する球面収差補正手段とを備えている光ピックアップ装置において、上記光軸と第2光ビームの上記検出手段での照射位置との最短距離が、該光軸と第1光ビームの上記検出手段での照射位置との最短距離よりも長くなるように設定されていると共に、上記分離手段は、上記光軸を中心に回転可能に設けられていることを特徴としている。
上記の構成によれば、上記分離手段は、上記光軸を中心に回転可能に設けられているため、回転すると、第1光ビームおよび第2光ビームの上記検出手段での照射位置も該光軸を中心として移動する。
ここで、上記光軸と上記第2光ビームの検出手段での照射位置との最短距離は、該光軸と上記第1の光ビームの検出手段での照射位置との最短距離よりも長く設定されている。このため、上記分離手段が該光軸を中心に回転することにより、上記第1光ビームの検出手段での照射位置はあまり移動せず、上記第2光ビームの検出手段での照射位置は上記第1光ビームの検出手段での照射位置よりも大きく移動する。
これにより、上記第1光ビームにおけるオフセットを除去するように上記第1光ビームの検出手段での照射位置を移動させると、上記第2光ビームの検出手段での照射位置も第2光ビームにおけるオフセットが除去できる程度移動する。このため、上記検出手段から得られる信号には、オフセットを補正する作用が働き、球面収差検出誤差が補正されるようになる。また、上記信号は球面収差の変化に対して直線的な変化を示すため、球面収差誤差信号も信号感度が一定であり、安定した球面収差制御ができる。
また、本発明の光ピックアップ装置は、上記の構成において、前記光軸と第2光ビームの前記検出手段での照射位置との最短距離が、該光軸と第1光ビームの前記検出手段での照射位置との最短距離の略2倍であることが好ましい。
上記の構成によれば、上記光軸と第2光ビームの検出手段での照射位置との最短距離が、該光軸と第1光ビームの検出手段での照射位置との最短距離の略2倍とすることにより、実験の結果、高さ誤差が生じた場合であっても球面収差検出誤差を小さくする、すなわち吸収することができる。
さらに、本発明の光ピックアップ装置は、上記の構成において、前記分離手段および検出手段の少なくとも1つは、フォーカス誤差信号にオフセットの発生しない位置に回転されていることが好ましい。
上記の構成によれば、上記分離手段および検出手段の少なくとも1つが、フォーカス誤差信号にオフセットが発生しない程度に回転する。これにより、フォーカス誤差信号にオフセットが発生せずに球面収差検出誤差が補正されることとなる。
本発明の収差検出装置は、以上のように、上記光ビームの光軸と第2光ビームの検出手段での照射位置との最短距離が、該光軸と第1光ビームの検出手段での照射位置との最短距離よりも長くなるように設定されていると共に、上記分離手段は、上記光軸を中心に回転可能に設けられている。
これにより、高さ誤差があっても球面収差検出誤差が補正され、球面収差誤差信号も信号感度が一定となり、安定した球面収差制御ができる。
〔実施の形態1〕
本発明の一実施形態について図1〜図10に基づいて説明すると以下の通りである。なお、本実施形態では、多層の記録媒体(例えば、DVD(Digital Versatile Disc)やBD(Blu-ray Disc)等の光ディスクが挙げられる。)に対して光学的に情報の記録・再生を行う光記録再生装置に備えられた光ピックアップ装置に用いた例について説明する。
本発明の一実施形態について図1〜図10に基づいて説明すると以下の通りである。なお、本実施形態では、多層の記録媒体(例えば、DVD(Digital Versatile Disc)やBD(Blu-ray Disc)等の光ディスクが挙げられる。)に対して光学的に情報の記録・再生を行う光記録再生装置に備えられた光ピックアップ装置に用いた例について説明する。
本実施形態の光記録再生装置は、図2に示すように、光ディスク6(記録媒体)を回転駆動するスピンドルモータ61と、光ディスク6に情報を記録再生する光ピックアップ装置10と、上記スピンドルモータ61および光ピックアップ装置10を駆動制御するための駆動制御部50とを備えている。
光ディスク6は、基板6aと、光ビームが透過するカバー層6bと、基板6aとカバー層6bとの間に形成された情報記録層6c・6dとを備えている。そして、光ピックアップ装置10は、情報記録層6c・6dに光ビームを集光させることにより各情報記録層から情報を再生し、各情報記録層へ情報を記録するようになっている。
以下では、光ディスク6の情報記録層は情報記録層6cまたは情報記録層6dのいずれかを表し、光ピックアップ装置10はどちらの情報記録層6c・6dにも光ビームを集光させて情報を記録・再生できるものとする。なお、本実施形態では2層の光ディスクとして説明するが、3層以上の多層となっていてもよい。
光ピックアップ装置10は、半導体レーザ1(光源)と、ホログラム素子2(分離手段)と、コリメートレンズ3と、対物レンズ4(集光光学系)と、ミラー5と、光検出部7(検出手段)と、対物レンズ駆動機構62と、球面収差補正機構63とを備えている。
また、駆動制御部50は、スピンドルモータ61の駆動制御を行うスピンドルモータ駆動制御部51と、対物レンズ駆動機構62の駆動制御を行うフォーカス駆動制御部52およびトラッキング駆動制御部53と、球面収差補正機構63の駆動制御を行う収差補正駆動制御部54と、上記スピンドルモータ駆動制御部51、フォーカス駆動制御部52、トラッキング駆動制御部53および収差補正駆動制御部54への制御信号を生成するための制御信号生成部(球面収差検出手段)55と、光検出部7から得られた信号から情報を再生し、再生信号を生成するための情報再生部56とを備えている。
まず、光ピックアップ装置10における各部材について、図2および図3に基づいて説明する。
半導体レーザ1は、光ディスク6に照射するためのレーザ(以下、光ビームと称する)を出射する光源であり、上記光ビームの波長λは、例えば波長λ=405nmであればよい。
ホログラム素子2は、図3に示すように、半導体レーザ1側からの光ビームを回折せずに通過させるものであり、光ディスク6側からの反射光(以下、戻り光と称する)を回折させて光検出部7に導くものである。なお、ホログラム素子2のホログラムパターンについては後述する。
コリメートレンズ3は、上記ホログラム素子2または対物レンズ4からの光ビームまたは戻り光を光軸に平行にするものである。
ミラー5は、コリメートレンズ3からの光ビームの光路を屈折させて、対物レンズ4に導くものであり、光ディスク6側の対物レンズ4から戻り光をコリメートレンズ3に導くものである。
対物レンズ4は、上記コリメートレンズ3によって光軸に平行となった光ビームを光ディスク6に集光させ、光ディスク6からの戻り光をミラー5に導くものである。
対物レンズ駆動機構62は、上記フォーカス駆動制御部52およびトラッキング駆動制御部53からの信号を受けて、対物レンズ4を光軸方向(Z方向)とトラッキング方向(X方向)とに駆動する。これにより、光ディスク6に面振れや偏心があった場合でも、集光スポット(照射位置)が情報記録層6cまたは情報記録層6dの所定位置に追従するようになっている。
球面収差補正機構63は、上記収差補正駆動制御部54から信号を受け付けて、コリメートレンズ3を光軸方向に駆動することにより、光ピックアップ装置10の光学系で生じる球面収差を補正する。
光検出部7は、ホログラム素子2によって回折された光を受光する。ここで、本実施形態では、光検出部7はホログラム素子2の+1次光の集光位置に配置されているが、この点についての詳細は後述する。
次に、駆動制御部50の各部材について説明する。
制御信号生成部55は、光検出部7から得られた信号に基づいて、スピンドルモータ駆動制御信号と、フォーカス誤差信号FESと、トラッキング誤差信号TESと、球面収差誤差信号SAESとを生成し、スピンドルモータ駆動制御信号をスピンドルモータ駆動制御部51に送り、フォーカス誤差信号FESをフォーカス駆動制御部52に送り、トラッキング誤差信号TESをトラッキング駆動制御部53に送り、球面収差誤差信号SAESを収差補正駆動制御部54にそれぞれ送る。そして、上記各制御部は、各誤差信号に基づいて各部材の駆動制御を行う。
具体的には、スピンドルモータ駆動制御部51はスピンドルモータ駆動制御信号を受け付けると、その信号に基づいてスピンドルモータ61を駆動制御する。また、フォーカス駆動制御部52は、フォーカス誤差信号FESを受け付けると、このFESの値に基づいて、対物レンズ駆動機構62を駆動制御する。これにより、対物レンズ駆動機構62は、対物レンズ4を光軸方向に移動させ、該対物レンズ4の焦点位置ずれを補正する。
さらに、収差補正駆動制御部54は、球面収差誤差信号SAESを受け付けると、このSAESの値に基づいて、球面収差補正機構63を駆動制御する。これにより、球面収差補正機構63は、コリメートレンズ3を光軸方向に移動させ、光ピックアップ装置10の光学系で発生した球面収差を補正する。
以下に、本実施形態の光ピックアップ装置10における光の通過経路について説明する。
半導体レーザ1から出射した光ビームは、ホログラム素子2を0次回折光として通過し、コリメートレンズ3によって平行光に変換された後、対物レンズ4を通過して、光ディスク6の情報記録層6cまたは情報記録層6dに集光され、反射される。
一方、光ディスク6の情報記録層6cまたは情報記録層6dからの戻り光は、対物レンズ4、コリメートレンズ3の順に各部材を通過してホログラム素子2に入射され、ホログラム素子2によって回折されて光検出部7上に集光される。
次に、図4を参照しながら、ホログラム素子2に形成されるホログラムパターンについて説明する。
ホログラム素子2は、図4に示すように、3つの領域2a・2b・2cに分割されている。上記領域2aは、光軸OZに直交する直線D1と、該光軸OZを中心とする第1円弧E1(半径r1とする)とによって囲まれた半円領域である。また、領域2bは上記第1円弧E1と、上記直線D1と、半径が半径r1よりも大きく且つ第1円弧E1側にある第2円弧E2(半径r2とする)とによって囲まれた領域である。さらに、領域2cは、上記直線D1に対して第2円弧E2とは反対側の第3円弧E3(半径r2)と、直線D1とによって囲まれた半円領域である。そして、ホログラム素子2上での対物レンズ4のアパーチャによる有効径Rを9とした場合、半径r1=0.7Rとすることにより球面収差誤差信号の感度を最大にするように設定する。また、半径r2は、対物レンズシフトや調整誤差を考慮して、有効径Rよりも十分大きくなるように設定する。
以下に、光検出部7の配置について説明する。
光検出部7は、図1に示すように、5つの受光領域7a〜7eを備えており、情報記録層6cまたは情報記録層6dで反射された戻り光のうち、ホログラム素子2の領域2aを通過した戻り光の+1次回折光は受光領域7a・7bの境界線上に集光スポットSP1を形成する。また、領域2bを通過した戻り光の+1次回折光は受光領域7c・7dの境界線上に集光スポットSP2を形成し、領域2cを通過した戻り光の+1次回折光は受光領域7eに集光スポットSP3を形成する。上記ホログラム素子2のホログラムパターンは、+1次回折光が集光スポットSP1・SP2・SP3を形成するように設計されている。また、上記集光スポットSP1を形成する+1次回折光を回折光A1(第1光ビーム)とし、集光スポットSP2を形成する+1次回折光を回折光A2(第2光ビーム)とし、集光スポットSP3を形成する+1次回折光を回折光A3とする。そして、光検出部7への各回折光A1・A2・A3の集光位置において、光軸OZと回折光A1の光軸中心との最短距離をL1とし、光軸OZと回折光A2の光軸中心との最短距離をL2とすると、本実施形態のホログラム素子2のホログラムパターンはL2>L1となるように設計されている。
また、光検出部7の5つの受光領域7a〜7eは、受光した回折光をそれぞれ電気信号に変換し、それらを制御信号生成部55に送る。そして、制御信号生成部55は、上記各電気信号に基づいて対物レンズ4の焦点位置ずれや球面収差の検出・調整する制御信号を生成する。なお、上記光検出部7の受光領域7aによって変換された電気信号をSP1aとし、受光領域7bによって変換された電気信号をSP1bとし、受光領域7cによって変換された電気信号をSP2cとし、受光領域7dによって変換された電気信号をSP2dとし、受光領域7eによって変換された電気信号をSP3eとする。
さらに、受光領域7a〜7eは、各電気信号を情報再生部56にも送り、情報再生部56は、上記各電気信号を再生信号RFに変換する。ここで、再生信号RFは次式に示すように、上記各電気信号の総和で与えられる。
RF=SP1a+SP1b+SP2c+SP2d+SP3e
そして、球面収差量が無視できる程小さい場合における電気信号を用いた焦点位置ずれの補正について、フォーカス誤差信号FESはナイフエッジ法で検出され、以下の式で算出される。
そして、球面収差量が無視できる程小さい場合における電気信号を用いた焦点位置ずれの補正について、フォーカス誤差信号FESはナイフエッジ法で検出され、以下の式で算出される。
FES=(SP1a−SP1b)+(SP2c−SP2d)
次に、図5(a)〜(c)に基づいて、フォーカス誤差信号FESの検出動作を説明する。
次に、図5(a)〜(c)に基づいて、フォーカス誤差信号FESの検出動作を説明する。
光ディスク6の情報記録層6cまたは情報記録層6dのいずれかに焦点が一致している場合、すなわち、対物レンズ4によって集光された光ビームが情報記録層6cまたは情報記録層6dのいずれかに対して合焦状態である場合、図5(a)に示すように、集光スポットSP1は受光領域7aと受光領域7bとの境界線上に集光するため、第1の出力信号(SP1a−SP1b)は0になる。一方、集光スポットSP2も受光領域7cと受光領域7dとの境界線上に集光するため、第2の出力信号(SP2c−SP2d)も0になる。したがって、フォーカス誤差信号FESは0になる。
また、対物レンズ4と情報記録層6cまたは情報記録層6dのいずれかとの距離が、上記合焦状態である場合における上記距離よりも長いあるいは短い場合、すなわち、上記光ビームが情報記録層6cまたは情報記録層6dのいずれかに対して合焦状態でない場合、図5(b)に示すように、集光スポットSP1〜SP3の形状が変化する。それゆえ、第1の出力信号(SP1a−SP1b)と第2の出力信号(SP2c−SP2d)とは焦点ずれに相当した値を出力するため、フォーカス誤差信号FESは焦点ずれに相当した0以外の値を示すことになる。
以上から、焦点位置を情報記録層と常に一致させておくためには、フォーカス誤差信号FESの出力が常に0となるように対物レンズ4を光軸OZ方向に沿って移動させればよいことになる。
次に、光ピックアップ装置10の光学系に焦点ずれが無く、球面収差が発生した場合について説明する。
球面収差は、光ディスク6のカバー層6bの厚さ変化や、情報記録層6cと情報記録層6dとの層間ジャンプの際にも発生する。球面収差が発生すると、上記回折光A1と上記回折光A2とにおける集光位置が、球面収差が発生していない場合と比べて異なるため、上記第1の出力信号(SP1a−SP1b)および第2の出力信号(SP2c−SP2d)の各値が0以外の値となり、球面収差量に応じた値が受光領域7a〜7dから得られる。また、球面収差が発生することによる焦点位置ずれの方向は、回折光A1と回折光A2とで逆方向になる。したがって、上記第1の出力信号(SP1a−SP1b)と第2の出力信号(SP2c−SP2d)との差信号を演算することによって、より感度の高い球面収差誤差信号SAESが得られる。
以上より、球面収差誤差信号SAESは、以下の式で算出される。
SAES=(SP1a−SP1b)−k×(SP2c−SP2d)
以下、図5(a)〜(c)に基づいて、光ピックアップ装置10の光学系に焦点ずれがない状態における球面収差誤差信号SAESの検出動作を球面収差が発生していない場合と発生している場合とに分けて説明する。
以下、図5(a)〜(c)に基づいて、光ピックアップ装置10の光学系に焦点ずれがない状態における球面収差誤差信号SAESの検出動作を球面収差が発生していない場合と発生している場合とに分けて説明する。
まず、球面収差が発生していない場合、図5(a)に示すように、集光スポットSP1は受光領域7aと受光領域7bとの境界線上に集光するため、第1の出力信号(SP1a−SP1b)は0になり、集光スポットSP2も受光領域7cと受光領域7dとの境界線上に集光するため、第2の出力信号(SP2c−SP2d)も0になる。したがって、球面収差誤差信号SAESは0になる。
次に、球面収差が発生している場合、図5(c)に示すように、焦点ずれがないにも関わらず、集光スポットSP1および集光スポットSP2はデフォーカス状態で集光される。その結果、第1の出力信号(SP1a−SP1b)および第2の出力信号(SP2c−SP2d)は0以外の値を示す。また、集光スポットSP1および集光スポットSP2は、デフォーカス方向が逆であるため、これらの信号の差信号を用いることにより感度の高い球面収差誤差信号SAESが検出できる。
続いて、焦点ずれが残存した状態で球面収差が発生している場合における球面収差誤差信号SAESの検出動作を説明する。
まず、焦点ずれについては、その影響により、集光スポットSP1および集光スポットSP2がデフォーカス状態となるため、第1の出力信号(SP1a−SP1b)および第2の出力信号(SP2c−SP2d)は0以外の値を示す。ここで焦点ずれが小さい場合、第1の出力信号(SP1a−SP1b)および第2の出力信号(SP2c−SP2d)の変化はほぼ直線とみなせるため、係数kを最適化することにより、球面収差誤差信号SAESへの焦点ずれの影響は除去できる。
一方、球面収差については、これによるデフォーカスは集光スポットSP1と集光スポットSP2とでは逆極性であるため、係数kの最適化を行っても球面収差誤差信号SAESは0以外の値を示す。
ここで、図21(a)〜(c)に基づいて、従来のホログラム素子102の光軸方向における位置誤差の影響について説明する。
ホログラム素子102に光軸方向の位置誤差があるとき、図21(a)に示すように、光ディスク106に焦点が一致している場合であっても、光検出部107上の集光スポットSP1および集光スポットSP2はデフォーカス状態となる。このため、光検出部107から検出される電気信号(Sa−Sb)>0および電気信号(Sc−Sd)>0となる。したがって、フォーカス誤差信号FESは、FES=(Sa−Sb)+(Sc−Sd)>0となり、フォーカス誤差信号FESに大きなオフセットが発生する。
このオフセットを除去するために、集光スポットSP1・SP2・SP3の中心位置を結ぶ直線X101と、受光領域107a・107bの境界線および受光領域107c・107dの境界線との相対位置をずらす調整をすればよい。この調整を行うために、2つの調整方法が挙げられる。
まず第1の調整方法は、図21(b)に示すように、光検出部107をトラックに平行な方向(Y方向)の正方向にずらすことである。この方法では、確かに集光スポットSP2は受光領域107c・107dの境界線に跨って集光されるが、集光スポットSP1は受光領域107bにしか集光されないため、安定した球面収差制御ができなくなる。
また、第2の調整方法は、図21(c)に示すように、ホログラム素子102を、光軸OZを中心に回転させることにより、集光スポットSP1および集光スポットSP2の位置がトラックに平行な方向(Y方向)の負方向に移動するということである。この方法では、集光スポットSP1が集光スポットSP2よりも光軸OZから遠い側にあるため、ホログラム素子102の回転に伴う集光スポットSP1の移動が、集光スポットSP2の移動よりも大きく回転移動する。したがって、集光スポットSP2が受光領域107c・107dの境界線に跨って集光されていても、集光スポットSP1は受光領域107bにしか集光されないため、安定した球面収差制御ができなくなる。
そこで、本実施形態では、図6(a)〜(c)に示すように、上記最短距離L2は上記最短距離L1よりも長くなるように受光領域7a・7b・7c・7dを配置している。
以下では、図6(a)〜(c)に基づいて、ホログラム素子2の光軸方向における位置誤差の影響について説明する。
ホログラム素子2に光軸方向の位置誤差があるとき、図6(a)に示すように、情報記録層6cまたは情報記録層6dのいずれかに焦点が一致している場合であっても、光検出部7上の集光スポットSP1および集光スポットSP2はデフォーカス状態となる。このため、第1の出力信号(SP1a−SP1b)>0となり、第2の出力信号(SP2c−SP2d)>0となる。したがって、フォーカス誤差信号FESは、FES=(SP1a−SP1b)+(SP2c−SP2d)>0となり、フォーカス誤差信号FESに大きなオフセットが発生する。
このオフセットを除去するために、集光スポットSP1・SP2・SP3の中心位置を結ぶ直線X1と、受光領域7a・7bの境界線および受光領域7c・7dの境界線との相対位置をずらす調整をすればよい。つまり、上記第1の調整方法または上記第2の調整方法を用いて調整をすればよい。
この調整方法として、図6(b)に示すように、第1の調整方法を用いると、確かに上記回折光A2の集光スポットSP2は受光領域7c・7dの境界線に跨って集光されるが、この方法では上記回折光A1の集光スポットSP1が受光領域7bにしか集光されないため、安定した球面収差制御ができなくなる。
そこで、図6(c)に示すように、第2の調整方法を用いると、集光スポットSP1は受光領域7bのみならず受光領域7a・7bの境界線に跨って集光され、集光スポットSP2は受光領域7c・7dの境界線に跨って集光される。その結果、第1の出力信号(SP1a−SP1b)および第2の出力信号(SP2c−SP2d)にオフセットを補正する作用が働くため、球面収差検出誤差が補正される。さらに、第1の出力信号(SP1a−SP1b)および第2の出力信号(SP2c−SP2d)の両方に球面収差の変化に対して直線的な変化を示すため、第1の出力信号(SP1a−SP1b)と第2の出力信号(SP2c−SP2d)との差信号として算出される球面収差誤差信号SAESも信号感度が一定となり、安定した球面収差制御ができる。
以下では、光軸OZと回折光A1の光軸中心との最短距離L1と、光軸OZと回折光A2の光軸中心との最短距離L2とにおける関係について図7〜図9を用いて説明する。なお、図7〜図9では、球面収差誤差信号SAESと光ディスク6のカバー層6bの厚さ誤差との関係を表すグラフを示し、各グラフに対してホログラム素子2の光軸方向の高さ誤差ΔZがΔZ=−0.2mm、0mm、+0.2mmとなる3つの条件について示している。また、高さ誤差ΔZに付した符号は、プラス方向が半導体レーザ1とホログラム素子2との間隔が広がることを表し、各高さ誤差ΔZに対してフォーカス誤差信号FESのオフセットが0になるようにホログラム素子2の回転調整を行っている。
図7は、上記距離L2が距離L1の4倍の関係にある場合を示し、図8は、距離L2が距離L1の2倍の関係にある場合を示し、図9は、距離L2が距離L1と等しい関係にある場合を示す。
ここで、図7および図9は、高さ誤差ΔZが0以外の場合において大きな球面収差検出誤差が発生しているのに対して、図8では球面収差検出誤差がほとんど発生していない。
また、図10に球面収差検出誤差と集光位置比率(L2/L1)との関係を示す。これにより、集光位置比率(L2/L1)の値が2の近傍において球面収差検出誤差が最小となることがわかる。
本実施形態では、ホログラム素子2における球面収差信号検出のための分割形状として円弧形状を用いているが、これに限定されず、例えば楕円弧、直線、その他の形状の分割形状を用いてもよく、これらの場合、上記距離L1・L2を分割形状の合わせて最適化すればよい。
また、本実施形態では、光ディスク6の情報記録層6c・6dから反射した光ビーム(戻り光)を光検出部7に導くための手段としてホログラム素子2を用いているが、これに限定されず、例えばビームスプリッタとウェッジプリズムとを組み合わせたものを使用してもよい。もっとも、装置の小型化を図るためには、ホログラム素子を用いる方が好ましい。
さらに、本実施形態では、半導体レーザ1と光検出部7とを一体化した光ピックアップ装置10を用いて説明したが、光源に単体の半導体レーザを用いて、偏光ビームスプリッタ(図示せず。以下、PBSと称する)により光路を分割してPBSの反射光を光検出部で受光してもよい。この場合、復路の光学系に光ビーム分離手段を配置すればよい。
また、本実施形態では、球面収差補正機構としてコリメートレンズ3を駆動したが、コリメートレンズ3と対物レンズ4との間に配置したビームエキスパンダ(図示せず)を構成する2つのレンズの間隔を調整する機構を用いてもよい。
さらに、本実施形態では、ホログラム素子2を、光軸OZを中心に回転させて調整することについて説明したが、これに限られず、ホログラム素子2を固定して光検出部7を、光軸OZを中心に回転させてもよいし、ホログラム素子2および光検出部7の両方を、光軸OZを中心に回転させてもよい。
〔実施の形態2〕
本発明の他の実施形態について図11〜図16に基づいて説明すると以下の通りである。なお、前記した実施の形態1で説明した構成と同様の機能を有する構成には同一の符号を付記し、その説明を省略する。
本発明の他の実施形態について図11〜図16に基づいて説明すると以下の通りである。なお、前記した実施の形態1で説明した構成と同様の機能を有する構成には同一の符号を付記し、その説明を省略する。
本実施形態の光集積ユニット80を備えた光ピックアップ装置は、図11に示すように、光集積ユニット80と、コリメートレンズ3と、対物レンズ4とを備えている。また、上記光集積ユニット80から出射された光ビームは、コリメートレンズ3および対物レンズ4を介して、光ディスク6の情報記録層6cまたは情報記録層6d上に集光され、反射される。そして、上記反射した光(戻り光)は、再び対物レンズ4およびコリメートレンズ3を介して光集積ユニット80内の光検出部27上に集光される。
以下、光集積ユニット80の各構成について説明する。
光集積ユニット80は、図12に示すように、半導体レーザ1と、偏光ビームスプリッタ(以下、PBSと称する)14と、偏光回折素子15と、1/4波長板16と、ホルダ17と、パッケージ18・19と、光検出部27とを備えている。
PBS14は、偏光ビームスプリッタ面(以下、PBS面と称する)14aと、反射ミラー面14bとを備えている。上記PBS面14aは、半導体レーザ1からの光ビームを透過し、後述する第1の偏光ホログラム素子31によって回折されたS偏光の光ビームを反射する。また、上記反射ミラー面14bは上記PBS面14aからのS偏光の光ビームを反射して光検出部27へ導く。
偏光回折素子15は、第1の偏光ホログラム素子31と、第2の偏光ホログラム素子32(分離手段)とを備えている。第1の偏光ホログラム素子31は、P偏光を回折させS偏光を透過させるものであり、ホログラムパターンとしてトラッキング誤差信号TESを検出するための3ビーム生成用のものが形成されている。また、第2の偏光ホログラム素子32は、S偏光を回折させP偏光を透過させるものであり、具体的には入射したS偏光を0次回折光(非回折光)と±1次回折光(回折光)とに回折する。なお、第1の偏光ホログラム素子31および第2の偏光ホログラム素子32に形成されるホログラムパターンについては後述する。また、これらによる偏光の回折は、各偏光ホログラム素子に形成された溝構造(格子)によって行われ、回折角度は上記格子のピッチ(以下、格子ピッチと称する)によって規定されている。
1/4波長板16は、P偏光の直線偏光が入射されると円偏光に変換し、円偏光が入射されるとS偏光の直線偏光に変換するものである。
ホルダ17は、パッケージ18を収納するため、および半導体レーザ1の光ビームを通過させるための穴部と、パッケージ19との機械的干渉を避けるための溝部とを備えている。そして、パッケージ18は半導体レーザ1を収納しており、パッケージ19は光検出部27を収納している。
以下に、本実施形態の光ピックアップ装置における光の通過経路について図12を用いて説明する。
半導体レーザ1から出射した光ビームは、PBS面14aを透過し、第1の偏光ホログラム素子31に入射する。ここで、光ビームはP偏光の直線偏光であるため、上記第1の偏光ホログラム素子31によって回折され、3つの光ビーム(第1の光ビームおよび2つの第2の光ビーム)が生成される。3ビームを用いたトラッキング誤差信号TESを検出する方法としては、例えば3ビーム法、差動プッシュプル(DPP)法、位相シフトDPP法がある。
3つの光ビームは、全て同じ経路によって光検出部27に入射されるため、説明の便宜上、以下では単に光ビームとして説明する。
上記回折された光ビームは、上記第2の偏光ホログラム素子32を透過し、1/4波長板16に入射する。その後、1/4波長板16に入射した光ビームは、P偏光の直線偏光から円偏光に変換されてコリメートレンズ3および対物レンズ4を介して光ディスク6の情報記録層6cまたは情報記録層6d上に集光され、反射される。
反射した光ビーム(以下、戻り光と称する)は、対物レンズ4およびコリメートレンズ3を介して、1/4波長板16に入射し、円偏光からS偏光の直線偏光に変換されて第2の偏光ホログラム素子32に入射する。そして、上記S偏光の戻り光は、第2の偏光ホログラム素子32によって回折されて0次回折光(非回折光)および±1次回折光(回折光)に分離され、第1の偏光ホログラム素子31を透過し、PBS面14aおよび反射ミラー面14bによって反射されて光検出部27に入射する。
以下では、第1の偏光ホログラム素子31のホログラムパターンとして、位相シフトDPP法を採用した場合について説明する。なお、上記ホログラムパターンは3ビーム法または差動プッシュプル法(DPP法)を用いた規則的な直線格子でもよい。
第1の偏光ホログラム素子31のホログラムパターンは、図13に示すように、領域31aおよび領域31bを備えており、領域31aと領域31bとは、周期構造の位相が互いに180°異なっている。これにより、上記第2の光ビームのプッシュプル信号振幅がほぼ0となり、対物レンズシフトやディスクチルトに対してオフセットをキャンセルすることができる。また、第1の偏光ホログラム素子31上に照射される戻り光は、領域31a・31bに対して正確な位置あわせをすると良好なオフセットキャンセル性能が得られる。さらに、上記戻り光の有効径が大きい場合、経時変化や温度変化における戻り光と領域31a・31bとの位置ずれが発生したときの影響が小さくなる。
次に、第2の偏光ホログラム素子32のホログラムパターンを説明する。
第2の偏光ホログラム素子32のホログラムパターンは、図14に示すように、3つの領域32a・32b・32cに分割されている。なお、上記3つの領域32a・32b・32cは、上述の実施形態1のホログラム素子2におけるホログラムパターンと同様であるため、説明は省略する。ここで、第2の偏光ホログラム素子32において、球面収差誤差信号SAESは領域32aおよび領域32bからの+1次回折光を用いて検出され、フォーカス誤差信号FESは領域32a・32b・32cからの+1次回折光を用いたダブルナイフエッジ法によって検出される。
また、第1の偏光ホログラム素子31と第2の偏光ホログラム素子32とは、マスク精度で正確な位置決めをして一体的に作製することができる。このため、所定のサーボ信号が得られるように第2の偏光ホログラム素子32の位置調整を行うと同時に第1の偏光ホログラム素子31の位置調整が完了する。これにより、光集積ユニット80の組立調整が容易になると共に、調整精度が高くなるという効果が得られる。
さらに、図14に示すように、第2の偏光ホログラム素子32を領域32a・32b・32cのように分割した場合、第2の偏光ホログラム素子32上で光ビームがトラッキング方向(X方向)に移動すれば、領域32aから検出される光量と領域32bから検出される光量との比率が変化する。一方、上記光ビームがトラックに平行な方向(Y方向)に移動すれば、領域32a・32b各々から検出される光量を合計した光量と、領域32cから検出される光量との比率が変化する。これにより、上記比率を利用して第2の偏光ホログラム素子32と光ビームまたは戻り光の中心との位置あわせが可能となる。したがって、位置あわせの分割パターンを形成する必要がなくなり、光ビームの全領域を利用したダブルナイフエッジ法によるフォーカス誤差信号FESの検出が可能となり、安定したフォーカス制御を行うことができる。
以下に、第2の偏光ホログラム素子32に形成されるホログラムパターンと光検出部27の受光パターンとの関係について図15および図16を用いて説明する。なお、第2の偏光ホログラム素子32の中心位置は、実際は受光領域27a〜27dの中心位置に対応する位置に設置されるが、説明のためY方向にずらして図示している。ここで上記合焦状態とは、光ビームが対物レンズ4によって、情報記録層6cまたは情報記録層6d上に集光されている状態をいう。
図15は、合焦状態であるときの対物レンズ4と情報記録層6cまたは情報記録層6dとの距離における0次回折光および±1次回折光を示す図である。
往路光学系において第1の偏光ホログラム素子31によって形成された3つの光ビーム(第1の光ビーム、2つの第2の光ビーム)は、光ディスク6の情報記録層6cまたは情報記録層6dで反射し、復路光学系において第2の偏光ホログラム素子32により非回折光(0次回折光)と回折光(±1次回折光)とに分離される。具体的には、第2の偏光ホログラム素子32は、3つの0次回折光と6つの+1次回折光と3つの−1次回折光とを形成する。そのうち0次回折光は、プッシュプル法によるトラッキング誤差信号TESの検出ができるように、ある程度の大きさの光ビームとなるように設計される。
光検出部27は、図15に示すように、14個の受光領域27a〜27nを備えており、0次回折光および±1次回折光のうち、RF信号やサーボ信号の検出に必要な光を受光する。本実施形態では、上記0次回折光のビーム径が受光領域である程度の大きさとなるように、受光領域27a〜27hを0次回折光の集光点に対して若干負の光軸方向(Z方向)にずらして設置しているが、若干正の光軸方向(Z方向)にずらしてもよい。このように、ある程度の大きさのビーム径を有する光ビームが受光領域27a〜27dの境界部に集光されるため、上記4つの受光領域27a〜27dの出力が等しくなるように調整することにより0次回折光および光検出部27の位置調整が可能となる。
また、図16は、対物レンズ4と情報記録層6cまたは情報記録層6dとの距離が、合焦状態であるときの上記距離よりも短い場合における0次回折光および±1次回折光を示す図である。ただし、上記距離が合焦状態における距離よりも長くあるいは短くなることによって光ビームのビーム径は大きくなるが、受光領域から光ビームのはみ出しは発生しない。
次に、サーボ信号生成の動作について図15および図16を用いて説明する。なお、以下では受光領域27a〜27hによって変換された電気信号をそれぞれSP0a〜SP0hとし、受光領域27i・27jによって変換された電気信号をSP1i・SP1jとし、受光領域27k・27lによって変換された電気信号をSP2k・SP2lとし、受光領域27m・27nによって変換された電気信号をSP3m・SP3nとする。
RF信号(RF)は、0次回折光を用いて検出され、以下の式で算出される。
RF=SP0a+SP0b+SP0c+SP0d
そして、位相シフトDPP法によるトラッキング誤差信号TESは以下の式で算出される。
そして、位相シフトDPP法によるトラッキング誤差信号TESは以下の式で算出される。
TES={(SP0a+SP0b)−(SP0c+SP0d)}
−α{(SP0e−SP0f)+(SP0g−SP0h)}
なお、式中αは対物レンズシフトや光ディスクチルトによるオフセットをキャンセルするのに最適な係数に設定される。
−α{(SP0e−SP0f)+(SP0g−SP0h)}
なお、式中αは対物レンズシフトや光ディスクチルトによるオフセットをキャンセルするのに最適な係数に設定される。
さらに、フォーカス誤差信号FESはダブルナイフエッジ法を用いて検出され、以下の式で算出される。
FES=(SP3m−SP3n)−{(SP1i−SP1j)+(SP2k−SP2l)}
以下では、光軸OZと第2の偏光ホログラム素子32によって分割された回折光の光軸中心との距離L1・L2・L3について説明する。
以下では、光軸OZと第2の偏光ホログラム素子32によって分割された回折光の光軸中心との距離L1・L2・L3について説明する。
まず、第2の偏光ホログラム素子32の領域32aによって回折された光を回折光B1とし、領域32bによって回折された光を回折光B2とし、領域32cによって回折された光を回折光B3とする。
距離L1は光軸OZと上記回折光B1によって形成される集光スポットSP1との最短距離を表し、距離L2は光軸OZと上記回折光B2によって形成される集光スポットSP2との最短距離を表し、距離L3は光軸OZと上記回折光B3によって形成される集光スポットSP3との最短距離を表す。
本実施形態では、距離L2が距離L1の略2倍となるように設定する。これにより、第2の偏光ホログラム素子32の光軸方向(Z方向)における高さ誤差があっても、光軸OZを中心に回転し集光スポットSP1・SP2をトラックに平行な方向(Y方向)にずらすことにより、集光スポットSP1は受光領域27aと受光領域27bとの境界上に跨って集光され、集光スポットSP2は受光領域27cと受光領域27dとの境界上に跨って集光される。ここで、第3の出力信号を(SP1i−SP1j)とし、第4の出力信号を(SP2k−SP2l)とすると、第3の出力信号(SP1i−SP1j)と第4の出力信号(SP2k−SP2l)との両方にオフセットを補正する作用が働き、球面収差検出誤差が補正される。さらに、第3の出力信号(SP1i−SP1j)および第4の出力信号(SP2k−SP2l)とも球面収差の変化に対して直線的な変化を示すため、第3の出力信号(SP1i−SP1j)と第4の出力信号(SP2k−SP2l)との差信号として演算される球面収差誤差信号SAESも信号感度が一定となり、安定した球面収差制御ができる。
また、本実施形態では、第2の偏光ホログラム素子32を、光軸OZを中心に回転させて調整することについて説明したが、これに限られず、第2の偏光ホログラム素子32を固定して光検出部27を、光軸OZを中心に回転させてもよいし、第2の偏光ホログラム素子32および光検出部27の両方を、光軸OZを中心に回転させてもよい。
このように、本実施形態の収差検出装置は、対物レンズ4(集光光学系)を通過した光ビームを、当該光ビームの光軸OZを含む回折光A1・B1(第1光ビーム)と、上記光軸OZから見て上記回折光A1・B1よりも外側の回折光A2・B2(第2光ビーム)とに分離するホログラム素子2・第2の偏光ホログラム素子32(分離手段)と、上記ホログラム素子2・第2の偏光ホログラム素子32によって分離された2つの光ビームの集光スポット(検出手段での照射位置)に基づいて、上記対物レンズ4の球面収差を検出する制御信号生成部55(球面収差検出手段)とを備えている収差検出装置において、上記光軸OZと回折光A2・B2の集光スポットSP2との最短距離L2が、該光軸OZと回折光A1・B1の集光スポットSP1との最短距離L1よりも長く設定されていると共に、上記ホログラム素子2・第2の偏光ホログラム素子32は、上記光軸OZを中心に回転可能に設けられているという構成である。
光ビームが設計と異なる厚みのカバー層6bと対物レンズ4を通過することにより、球面収差が生じる。そこで、上記ホログラム素子2・第2の偏光ホログラム素子32が上記光ビームを当該光ビームの光軸OZを含む回折光A1・B1と、上記光軸OZから見て回折光A1・B1よりも外側の回折光A2・B2とに分離し、それぞれを異なる光検出部7・27に受光させる。これにより、球面収差の影響を補正することができる。
しかしながら、上記ホログラム素子2・第2の偏光ホログラム素子32の取り付け位置に光軸OZ方向の高さ誤差があると、焦点ずれによるオフセットが発生するため、球面収差に検出誤差が発生し、正確な球面収差検出ができなくなる。
したがって、このオフセットを除去する必要がある。このオフセットを除去する方法として、例えば、上記回折光A1・B1におけるオフセットを除去するように光検出部7・27を平行移動させることが挙げられる。しかしながら、この方法では、上記回折光A2・B2の集光スポットSP2があまり移動しないこととなるため、上記回折光A2・B2におけるオフセットが除去できない。
一方、本発明の構成によれば、上記ホログラム素子2・第2の偏光ホログラム素子32が上記光軸OZを中心に回転可能に設けられているため、回転すると、集光スポットSP1・SP2も該光軸OZを中心として移動する。
ここで、上記光軸OZと上記集光スポットSP2との最短距離L2は、該光軸OZと上記集光スポットSP1との最短距離L1よりも長く設定されている。このため、上記ホログラム素子2・第2の偏光ホログラム素子32が該光軸OZを中心に回転することにより、上記集光スポットSP1はあまり移動せず、上記集光スポットSP2は上記集光スポットSP1よりも大きく移動する。
これにより、上記回折光A1・B1におけるオフセットを除去するように上記集光スポットSP1を移動させると、上記集光スポットSP2も回折光A2・B2におけるオフセットが除去できる程度移動する。このため、上記光検出部7・27から得られる信号は、オフセットを補正する作用が働き、球面収差検出誤差が補正される。また、上記信号は球面収差の変化に対して直線的な変化を示すため、球面収差誤差信号SAESも信号感度が一定となり、安定した球面収差制御ができる。
また、収差検出装置は、上述の通り、前記光軸OZと回折光A2・B2の集光スポットSP2との最短距離L2が、該光軸OZと回折光A1・B1の集光スポットSP1との最短距離L1の略2倍であるという構成である。
この構成によれば、上記光軸OZと集光スポットSP2との最短距離L2が、該光軸OZと集光スポットSP1との最短距離L1の略2倍とすることにより、実験の結果、高さ誤差が生じた場合であっても球面収差検出誤差を小さくする、すなわち吸収することができる。
さらに、本実施形態の光ピックアップ装置10は、半導体レーザ1(光源)と、半導体レーザ1から照射される光ビームを光ディスク6(記録媒体)に集光させる対物レンズ4と、上記光ディスク6から反射して上記対物レンズ4を通過した光ビームを、当該光ビームの光軸OZを含む回折光A1・B1と、上記光軸OZから見て上記回折光A1・B1よりも外側の回折光A2・B2とに分離するホログラム素子2・第2の偏光ホログラム素子32と、上記ホログラム素子2・第2の偏光ホログラム素子32によって分離された2つの光ビームの集光スポットSP1・SP2に基づいて、上記対物レンズ4の球面収差を検出する制御信号生成部55と、上記制御信号生成部55によって検出された球面収差を補正する収差補正駆動制御部54とを備えている光ピックアップ装置において、上記光軸OZと回折光A2・B2の集光スポットSP2との最短距離L2が、該光軸OZと回折光A1・B1の集光スポットSP1との最短距離L1よりも長くなるように設定されていると共に、上記ホログラム素子2・第2の偏光ホログラム素子32は、上記光軸OZを中心に回転可能に設けられているという構成である。
この構成によれば、上記ホログラム素子2・第2の偏光ホログラム素子32が上記光軸OZを中心に回転可能に設けられているため、回転すると、集光スポットSP1・SP2も該光軸OZを中心として移動する。
ここで、上記光軸OZと上記集光スポットSP2との最短距離L2は、該光軸OZと上記集光スポットSP1との最短距離L1よりも長く設定されている。このため、上記ホログラム素子2・第2の偏光ホログラム素子32が該光軸OZを中心に回転することにより、上記集光スポットSP1はあまり移動せず、上記集光スポットSP2は上記集光スポットSP1よりも大きく移動する。
これにより、上記回折光A1・B1におけるオフセットを除去するように上記集光スポットSP1を移動させると、上記集光スポットSP2も回折光A2・B2におけるオフセットが除去できる程度移動する。このため、上記光検出部7・27から得られる信号は、オフセットを補正する作用が働き、球面収差検出誤差が補正される。また、上記信号は球面収差の変化に対して直線的な変化を示すため、球面収差誤差信号SAESも信号感度が一定となり、安定した球面収差制御ができる。
また、光ピックアップ装置10は、上述の通り、前記光軸OZと回折光A2・B2の集光スポットSP2との最短距離L2が、該光軸OZと回折光A1・B1の集光スポットSP1との最短距離L1の略2倍であるという構成である。
この構成によれば、上記光軸OZと集光スポットSP2との最短距離L2が、該光軸OZと集光スポットSP1との最短距離L1の略2倍とすることにより、実験の結果、高さ誤差が生じた場合であっても球面収差検出誤差を小さくする、すなわち吸収することができる。
さらに、光ピックアップ装置10は、上述の通り、前記ホログラム素子2・第2の偏光ホログラム素子32および光検出部7・27の少なくとも1つは、フォーカス誤差信号FESにオフセットの発生しない位置に回転されているという構成である。
この構成によれば、上記ホログラム素子2・第2の偏光ホログラム素子32および光検出部7・27の少なくとも1つが、フォーカス誤差信号FESにオフセットが発生しない程度に回転する。これにより、フォーカス誤差信号FESにオフセットが発生せずに球面収差検出誤差SAESが補正されることとなる。
また、収差検出装置は、集光光学系を通過した光ビームを、該光ビームの光軸を含む第1の光ビームと、該光ビームを含まない第2の光ビームとに分離する光ビーム分離手段と、上記光ビーム分離手段によって分離された2つの光ビームの焦点位置に基づいて、上記集光光学系の球面収差を検出する球面収差検出手段とを備えた収差検出装置において、上記光ビーム分離手段は、光軸から第2の光ビームの集光点までの距離が、光軸から第1の集光点までの距離よりも遠くなるように光ビームを分離することとしてもよい。
さらに、収差検出装置は、上記光軸から第1の光ビームの集光点までの距離をL1、上記光軸から第2の光ビームの集光点までの距離をL2とした場合、L2がL1の略2倍であることとしてもよい。
また、収差検出装置は、上記球面収差検出手段から所定の球面収差が検出できるように、上記光ビーム分離手段の光軸中心の回転位置が設定されることとしてもよい。
さらに、光ピックアップ装置は、光源と、上記光源から照射される光ビームを光記録媒体に集光させる集光光学系と、上記集光光学系を通過した光ビームを、該光ビームの光軸を含む第1の光ビームと、該光ビームを含まない第2の光ビームとに分離する光ビーム分離手段と、上記光ビーム分離手段によって分離された2つの光ビームの焦点位置に基づいて、上記集光光学系の球面収差を検出する球面収差検出手段と、上記球面収差検出手段によって検出された球面収差を補正する球面収差補正手段と、上記光ビームの光軸から第2の光ビームの集光点までの距離が、該光軸から第1の集光点までの距離よりも遠くなるように光ビームを分離する光ビーム分離手段とを備えることとしてもよい。
また、光ピックアップ装置は、上記光軸から第1の光ビームの集光点までの距離をL1、上記光軸から第2の光ビームの集光点までの距離をL2とした場合、L2がL1の略2倍であることとしてもよい。
さらに、光ピックアップ装置は、上記球面収差検出手段から所定の球面収差が検出できるように、上記光ビーム分離手段の光軸中心の回転位置が設定されることとしてよい。
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
本発明は、光分離手段の取り付け位置に光軸方向の高さ誤差があった場合においても、収差検出信号の検出誤差が発生しないように光分離手段による集光位置を最適化した収差検出装置およびこの収差検出装置を備えた光ピックアップ装置に利用できる。
1 半導体レーザ(光源)
2 ホログラム素子(分離手段)
2a 第1の領域
2b 第2の領域
2c 第3の領域
3 コリメートレンズ
4 対物レンズ(集光光学系)
6 光ディスク(記録媒体)
7 光検出部(検出手段)
7a〜7e 受光領域
32 第2の偏光ホログラム素子(分離手段)
55 制御信号生成部(球面収差検出手段)
D1 直線
E1 円弧
OZ 光軸
A1・B1 回折光(第1光ビーム)
A2・B2 回折光(第2光ビーム)
A3・B3 回折光
SP1〜SP3 集光スポット
2 ホログラム素子(分離手段)
2a 第1の領域
2b 第2の領域
2c 第3の領域
3 コリメートレンズ
4 対物レンズ(集光光学系)
6 光ディスク(記録媒体)
7 光検出部(検出手段)
7a〜7e 受光領域
32 第2の偏光ホログラム素子(分離手段)
55 制御信号生成部(球面収差検出手段)
D1 直線
E1 円弧
OZ 光軸
A1・B1 回折光(第1光ビーム)
A2・B2 回折光(第2光ビーム)
A3・B3 回折光
SP1〜SP3 集光スポット
Claims (5)
- 集光光学系を通過した光ビームを、当該光ビームの光軸を含む第1光ビームと、上記光軸から見て上記第1光ビームよりも外側の第2光ビームとに分離する分離手段と、上記分離手段によって分離された2つの光ビームの検出手段での照射位置に基づいて、上記集光光学系の球面収差を検出する球面収差検出手段とを備えている収差検出装置において、
上記光軸と第2光ビームの上記検出手段での照射位置との最短距離が、該光軸と第1光ビームの上記検出手段での照射位置との最短距離よりも長くなるように設定されていると共に、
上記分離手段および検出手段の少なくとも1つは、上記光軸を中心に回転可能に設けられていることを特徴とする収差検出装置。 - 前記光軸と第2光ビームの前記検出手段での照射位置との最短距離が、該光軸と第1光ビームの前記検出手段での照射位置との最短距離の略2倍であることを特徴とする請求項1に記載の収差検出装置。
- 光源と、上記光源から照射される光ビームを記録媒体に集光させる集光光学系と、上記記録媒体から反射して上記集光光学系を通過した光ビームを、当該光ビームの光軸を含む第1光ビームと、上記光軸から見て上記第1光ビームよりも外側の第2光ビームとに分離する分離手段と、上記分離手段によって分離された2つの光ビームの検出手段での照射位置に基づいて、上記集光光学系の球面収差を検出する球面収差検出手段と、上記球面収差検出手段によって検出された球面収差を補正する球面収差補正手段とを備えている光ピックアップ装置において、
上記光軸と第2光ビームの上記検出手段での照射位置との最短距離が、該光軸と第1光ビームの上記検出手段での照射位置との最短距離よりも長くなるように設定されていると共に、
上記分離手段および検出手段の少なくとも1つは、上記光軸を中心に回転可能に設けられていることを特徴とする光ピックアップ装置。 - 前記光軸と第2光ビームの前記検出手段での照射位置との最短距離が、該光軸と第1光ビームの前記検出手段での照射位置との最短距離の略2倍であることを特徴とする請求項3に記載の光ピックアップ装置。
- 前記分離手段および検出手段の少なくとも1つは、フォーカス誤差信号にオフセットの発生しない位置に回転されていることを特徴とする請求項3に記載の光ピックアップ装置。
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