JP2007157310A - Optical reading apparatus capable of correcting aberration and light-converging device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は収差を補正することができる光学読み込み装置に関し、特に液晶層を利用して収差を補正する光学読み込み装置に関する。 The present invention relates to an optical reading apparatus that can correct aberrations, and more particularly to an optical reading apparatus that corrects aberrations using a liquid crystal layer.
光学システムにおいて、レンズは光線を収束、屈折かつ透過させるものとして利用される。理想的には、光学システムにおけるレンズは予定通りに結像できることが望まれる。しかし実際、素材または製作工程により、収差が生じるなど理想的な状態にならない場合が多い。それ以外、光学システムに対する予想外の不当操作(例えば不注意により光ディスクを水平に置かないことによって、傾斜角を持たせるまま光ディスクドライブに読み込ませること)も、光学システムの表示品質及びデータ読み込みを大きく影響する。 In optical systems, lenses are used to converge, refract and transmit light rays. Ideally, it would be desirable for the lenses in the optical system to be able to image as planned. However, in reality, there are many cases where an ideal state such as aberration occurs due to the material or the manufacturing process. Other than that, unexpected and unfair operations on the optical system (for example, inadvertently placing the optical disc horizontally, causing the optical disc drive to read with the tilt angle) greatly increases the display quality and data reading of the optical system. Affect.
光学システムにおけるレンズの収差は一般に球面収差、コマ収差、非点収差、像面湾曲などに分けられる。コマ収差とは、光軸に対して傾いて入射した光線と平行に入射した光線が1点に結像できず、彗星が尾を引いた形の像を生じさせる現象をいう。言い換えれば、コマ収差は、光線が光軸からずれる場合におけるレンズの球面収差であり、入射光とデータ読み込み表面の傾斜角が大きい場合に生じるものである。その値は下記の式で計算される。 Lens aberrations in optical systems are generally divided into spherical aberration, coma, astigmatism, field curvature, and the like. The coma aberration is a phenomenon in which a light beam incident in parallel with an incident light beam tilted with respect to the optical axis cannot be imaged at one point, and a comet-shaped image is generated. In other words, the coma aberration is a spherical aberration of the lens when the light beam is deviated from the optical axis, and occurs when the tilt angle between the incident light and the data reading surface is large. The value is calculated by the following formula.
技術の発展とともに、保存媒体の容量に対する要求も日増しに増えつつある。図1を参照する。図1は種々の保存媒体の規格を表す表である。図1によれば、従来のCDとDVDと比べて、大容量のBD(ブルーレイディスク)とHD−DVDは未来の主流になると予想される。BDとHD−DVDのドライブはいずれも波長405nmの青色レーザーをデータ読み込み用の光線として利用する。保存媒体からより多くのデータを読み込めるようにさせるため、BDドライブのレンズはより大きい開口数を有する。なお、BDの記憶層は片面単層、厚さ0.1mmのものであり、片面二層、厚さ0.6mmのDVD、HD−DVDよりも、レーザーの拡散を減少させ、高密度のデータ保存容量を提供できる。コマ収差が波長と反比例し、開口数の3乗が光ディスクの厚さと正比例するので、BDとHD−DVDのドライブの許容傾斜角は従来よりも低く、コマ収差も生じやすい。ディスクの位置にわずかなずれさえあれば、データ読み込みは順調に行えない。 With the development of technology, the demand for storage medium capacity is increasing day by day. Please refer to FIG. FIG. 1 is a table showing standards for various storage media. According to FIG. 1, compared to conventional CD and DVD, large-capacity BD (Blu-ray Disc) and HD-DVD are expected to become the mainstream of the future. Both BD and HD-DVD drives use a blue laser with a wavelength of 405 nm as a light beam for data reading. In order to allow more data to be read from the storage medium, the lens of the BD drive has a higher numerical aperture. Note that the BD memory layer is a single-sided single layer with a thickness of 0.1 mm, which reduces laser diffusion and provides high-density data compared to single-sided dual-layer, 0.6 mm thick DVD and HD-DVD. Can provide storage capacity. Since the coma aberration is inversely proportional to the wavelength, and the cube of the numerical aperture is directly proportional to the thickness of the optical disc, the allowable tilt angle of the BD and HD-DVD drives is lower than that of the prior art and coma aberration is likely to occur. If there is even a slight deviation in the position of the disk, data cannot be read smoothly.
図2を参照する。図2はアメリカ公開特許US2004/0042356号に掲げられる光学システム20を表す説明図である。光学システム20は保存媒体21と、光学ピックアップヘッド22と、スピンドルモーター24と、傾斜補正器(チルトコレクター)26と、LPP(land pre-pits)信号発生器27と、RF(無線周波数)信号発生器28と、傾斜補正量計算器29とを含む。光学センサーを有する光学ピックアップヘッド22は、保存媒体21から信号を検知し、更に信号をLPP信号発生器27とRF信号発生器28に送信する。傾斜補正量計算器29はLPP信号発生器27とRF信号発生器28によるLPP信号とRF信号に基づいて、保存媒体21の傾斜量を計算し、それに対応する傾斜補正量を傾斜補正器26に送信する。これにより、保存媒体21の傾斜量によって、光学ピックアップヘッド22読み込み時の傾斜角を補正し、光学システム20のコマ収差を低減させることが可能である。しかし、収差補正用の傾斜補正器26を別途に設けることはもちろん、コスト増と制御の複雑さにつながる。
Please refer to FIG. FIG. 2 is an explanatory diagram showing the
図3を参照する。図3はアメリカ公開特許US2002/0067672号に掲げられる光学システム30を表す説明図である。光学システム30は発光素子10、12と、光学センサー14と、コンフラックスプリズム31と、コリメーターレンズ32と、ゲート33と、偏光ビームスプリッター(PBS)34と、集束レンズ35と、液晶層36と、対物レンズ37と、アクチュエーター38からなる。光学ピックアップヘッド30はアクチュエーター38を利用して保存媒体21読み込み時の収差を補正する。アクチュエーター38はフォーカス領域とトラッキング領域を有する。光学センサー14に検知された信号に基づき、アクチュエーター38のフォーカス領域は対物レンズ37と保存媒体21間の距離を調整し、トラッキング領域は対物レンズ37の角度を調整する。この方法も収差を補正するため別途にアクチュエーター38を設けなければならないので、前記公開特許と同じくコスト増と制御の複雑さが問題となる。
Please refer to FIG. FIG. 3 is an explanatory diagram showing an
図4を参照する。図4はアメリカ公開特許US2004/0125711号に掲げられる光学システム40を表す説明図である。光学システム40は発光素子42と、スピンドルモーター43と、PBS44と、光学センサー45と、液晶層46と、制御回路47と、レンズL1−L3と、酸化インジウムすず電極ITO1とITO2からなる。光学ピックアップヘッド40において、制御回路47は、光学センサー45が開ループ法で検知された信号に基づき、補正電圧を酸化インジウムすず電極ITO1とITO2に送信する。これにより、保存媒体21の傾斜量に基づいて、光学ピックアップヘッド40読み込み時の収差を補正することが可能である。しかし、液晶層46の両側にある酸化インジウムすず電極ITO1とITO2の電圧を変化させるのみで収差を有効に補正することができない。のみならず、収差の程度に応じて適度に補正することもできない。
Please refer to FIG. FIG. 4 is an explanatory diagram showing an
したがって、従来の技術では、光学システムにコントローラー(例えば傾斜補正器26とアクチュエーター38)を別途に設けることによってレンズの角度を調整するか、あるいは液晶層の両側にある酸化インジウムすず電極に印加される電圧を変化させることによって、光学システムのコマ収差を低減させることが考えられる。しかし、そのいずれもコスト増と制御の複雑さにつながるのみならず、収差を有効に補正できず、収差の程度に応じて適度に補正することもできない。
Therefore, in the prior art, the angle of the lens is adjusted by separately providing a controller (for example,
この発明は前述の問題を解決するため、収差補正を可能にする光学読み込み装置及び集光装置を提供することを課題とする。 In order to solve the above-described problems, an object of the present invention is to provide an optical reading device and a condensing device that enable aberration correction.
この発明は収差を補正できる集光装置を提供する。該集光装置は、保存媒体に保存されるデータを読み込むための光線を保存媒体に集束するレンズと、集光装置が光線を保存媒体に集束する光路に設けられ、レンズと結合する液晶層と、液晶層の両側に設けられ、液晶層の電場を変化させる両電極からなる電極セットとを含む。 The present invention provides a condensing device capable of correcting aberrations. The condensing device includes a lens for focusing a light beam for reading data stored in the storage medium on the storage medium, a liquid crystal layer provided in an optical path for the light collecting device to focus the light beam on the storage medium, and coupled to the lens. And an electrode set including both electrodes provided on both sides of the liquid crystal layer and changing the electric field of the liquid crystal layer.
この発明は更に、収差を補正できる光学読み込み装置を提供する。該光学読み込み装置は、光線を提供する発光素子と、保存媒体に保存されるデータを読み込むための発光素子による光線を保存媒体に集束するレンズと、発光素子から保存媒体までの光路に設けられる液晶層と、発光素子から保存媒体までの光路に設けられ、液晶層の電場を変化させる電極からなる電極セットとを含む。該電極セットは、液晶層の第一側に平行するように液晶層の第一側に設けられる第一電極と、第一電極に平行しないように液晶層の第二側に設けられる第二電極とを含む。 The present invention further provides an optical reading device capable of correcting aberrations. The optical reading apparatus includes: a light emitting element that provides a light beam; a lens that focuses light from the light emitting element for reading data stored in the storage medium; and a liquid crystal provided in an optical path from the light emitting element to the storage medium. A layer, and an electrode set that is provided in an optical path from the light emitting element to the storage medium and includes an electrode that changes an electric field of the liquid crystal layer. The electrode set includes a first electrode provided on the first side of the liquid crystal layer so as to be parallel to the first side of the liquid crystal layer, and a second electrode provided on the second side of the liquid crystal layer so as not to be parallel to the first electrode. Including.
この発明による光学システムは液晶層の屈折率を変化させ、更に電極セットの配列を巧妙に変化させることによって、光学システムのコマ収差を補正する。そのため、この発明による光学システムは、保存媒体またはレンズの角度を調整するスピンドルモーターまたはコントローラーによらずとも、コマ収差を有効に補正することができる。したがって、この発明による光学システムは低コストかつ制御の簡単な装置である。 The optical system according to the present invention corrects the coma aberration of the optical system by changing the refractive index of the liquid crystal layer and further changing the arrangement of the electrode sets. Therefore, the optical system according to the present invention can effectively correct the coma aberration without using the spindle motor or the controller that adjusts the angle of the storage medium or the lens. Therefore, the optical system according to the present invention is a low-cost and easy-to-control device.
かかる装置の特徴を詳述するために、具体的な実施例を挙げ、図を参照して以下に説明する。 In order to describe the characteristics of such a device in detail, a specific example will be given and described below with reference to the drawings.
図5を参照する。図5はこの発明の実施例1による光学システム50を表す説明図である。光学システム50は発光素子52と、液晶層54と、レンズ56と、電源58と、電極A1−A4と、スイッチSW1−SW4を含む。発光素子52は、保存媒体21を読み込むための光源を提供するレーザーダイオード(LD)であり、レンズ56は発光素子52と保存媒体21の間に設けられ、発光素子52による光線を保存媒体21の表面に集束する。それによって保存媒体21のデータは読み取られる。
Please refer to FIG. FIG. 5 is an explanatory diagram showing the
実施例1では、レンズ56はプラスチックまたはガラスからなり、射出成形または鋳造法で製作されるものである。レンズ56は上レンズ55と下レンズ57からなる。その製作方法として、まず電極A1−A4を物理的気相堆積(PVD)法または化学的気相堆積(CVD)法で上レンズ55と下レンズ57の間に形成し、更に液晶層54を形成する。最後に上レンズ55と下レンズ57を接着して封止する。図5によれば、電極A1−A4はそれぞれ液晶層54の両側に設けられる。電極A1とA2は液晶層54の両側に平行に設けられ、相互に平行する電極A3とA4は、電極A1、A2と平行しないように液晶層54の両側に設けられる。電源58は液晶層54の両側にある電極に電圧を提供し、光線の進行方向における液晶層54の電場を変化させる。実施例1では、電源58はスイッチSW1−SW4により電極A1−A4とそれぞれ電気的に接続される。
In the first embodiment, the
液晶層54の光線屈折率が印加電場に関連する。したがって、この発明による光学システム50は電源58で電極A1−A4に電圧を印加し、液晶層54の印加電場を変更するとともに、光線の屈折率を変化させることによって、光学システム50のコマ収差を補正する。図6と図7を参照する。図6と図7はこの発明による光学システム50の操作時における等価光学システム60、70を表す説明図である。図6によれば、電源58はスイッチSW1、SW3を通して電極A1、A3とそれぞれ電気的に接続される。電極A3と液晶層54の間隔距離が一致していないため、電源58で電極A1、A3の間に電圧差を提供すると、電極A1、A3は光線の進行方向において液晶層54に対し相違する印加電場を提供することとなる。したがって、液晶層54は位置によって異なる屈折率を有する。この場合、光学システム50のレンズは図6における等価レンズ66に相当する。同じく、図7によれば、電源58はスイッチSW2、SW4を通して電極A2、A4とそれぞれ電気的に接続される。電極A4と液晶層54の間隔距離が一致していないため、電源58で電極A2、A4の間に電圧差を提供すると、電極A2、A4は光線の進行方向において液晶層54に対し相違する印加電場を提供することとなる。したがって、液晶層54は位置によって異なる屈折率を有する。この場合、光学システム50のレンズは図7における等価レンズ76に相当する。図6と図7において、電源58で電圧差を提供すると、光学システム50のレンズは等価レンズ66、76に相当することとなる。そのため、この発明は、光線の進行方向を変化させることによって、保存媒体21の傾斜角によるコマ収差を補正できる。したがって、保存媒体21の傾斜角が大きくなると、この発明による光学システム50は検知された収差に基づいて電源58の出力電圧を決め、電源58と電気的に接続される電極を選ぶことによって、液晶層54の屈折率を変化させてコマ収差を補正し、光学システム50の読み込み効率を向上させる。
The refractive index of the
図8を参照する。図8はこの発明の実施例2による光学システム80を表す説明図である。光学システム80は発光素子52と、液晶層84と、レンズ86と、電源58と、電極B1−B4と、スイッチSW1−SW4を含む。実施例1による光学システム50と異なり、光学システム80において、電極B1−B4はレンズ86の外部に設けられる。電極B1とB2はレンズ86の両側に平行に設けられ、相互に平行する電極B3とB4は、電極B1、B2と平行しないようにレンズ86の両側に設けられる。保存媒体21の傾斜角が大きくなると、この発明による光学システム80は検知された収差に基づいて電源58の出力電圧を決め、電源58と電気的に接続される電極を選ぶことによって、液晶層84の屈折率を変化させてコマ収差を補正し、光学システム80の読み込み効率を向上させる。
Please refer to FIG. FIG. 8 is an explanatory view showing an
図9を参照する。図9はこの発明の実施例3による光学システム90を表す説明図である。光学システム90は発光素子52と、液晶層94と、レンズ96と、電源58と、電極C1−C4と、スイッチSW1−SW4を含む。実施例1による光学システム50と異なり、光学システム90において、電極C2、C3はレンズ96の外部に設けられ、電極C1、C4はレンズ96の内部に設けられる。電極C1とC2はレンズ96の内部と外部に平行に設けられ、相互に平行する電極C3とC4は、電極C1、C2と平行しないようにレンズ96の外部と内部に設けられる。保存媒体21の傾斜角が大きくなると、この発明による光学システム90は検知された収差に基づいて電源58の出力電圧を決め、電源58と電気的に接続される電極を選ぶことによって、液晶層94の屈折率を変化させてコマ収差を補正し、光学システム80の読み込み効率を向上させる。
Please refer to FIG. FIG. 9 is an explanatory view showing an
図10を参照する。図10はこの発明の実施例4による光学システム100を表す説明図である。光学システム100は発光素子52と、液晶層104と、レンズ106と、パシベーション膜103と、電源58と、電極D1−D4と、スイッチSW1−SW4を含む。実施例1による光学システム50と異なり、光学システム100はパシベーション膜103を有し、その液晶層104はレンズ106の外部に設けられる。電極D2、D3はレンズ106の外部に設けられ、電極D1、D4はレンズ106の内部に設けられる。電極D1とD2はレンズ106の内部と外部に平行に設けられ、相互に平行する電極D3とD4は、電極D1、D2と平行しないようにレンズ106の外部と内部に設けられる。保存媒体21の傾斜角が大きくなると、この発明による光学システム100は検知された収差に基づいて電源58の出力電圧を決め、電源58と電気的に接続される電極を選ぶことによって、液晶層104の屈折率を変化させてコマ収差を補正し、光学システム100の読み込み効率を向上させる。
Please refer to FIG. FIG. 10 is an explanatory view showing an
図11を参照する。図11はこの発明の実施例5による光学システム110を表す説明図である。光学システム110は発光素子52と、液晶層114と、レンズ116と、パシベーション膜113と、電源58と、電極E1−E4と、スイッチSW1−SW4を含む。実施例1による光学システム50と異なり、光学システム110はパシベーション膜113を有し、その液晶層114と電極E1−E4はいずれもレンズ116の外部に設けられる。電極E1とE2はレンズ116の両側に平行に設けられ、相互に平行する電極E3とE4は、電極E1、E2と平行しないようにレンズ116の両側に設けられる。保存媒体21の傾斜角が大きくなると、この発明による光学システム110は検知された収差に基づいて電源58の出力電圧を決め、電源58と電気的に接続される電極を選ぶことによって、液晶層114の屈折率を変化させてコマ収差を補正し、光学システム110の読み込み効率を向上させる。
Please refer to FIG. FIG. 11 is an explanatory view showing an
この発明による光学システム50、80−110の電極として酸化インジウムすずを採用しうる。透明材料である酸化インジウムすずは、光線の進行を妨害しない特長を有する。なお、光学システム50、80−110は従来のCD、DVDドライブまたはBD、HD−DVDドライブである。電源58はスイッチSW1−SW4またはその他の手段を通して、対応する電極と電気的に接続される。弾力性のある収差補正を提供するためには、光学システムの特性に応じて電極セットの電極を種々の角度を持たせるように設けることが可能である。
Indium tin oxide may be employed as the electrode of the
以上はこの発明に好ましい実施例であって、この発明の実施の範囲を限定するものではない。よって、当業者のなし得る修正、もしくは変更であって、この発明の精神の下においてなされ、この発明に対して均等の効果を有するものは、いずれもこの発明の特許請求の範囲に属するものとする。 The above is a preferred embodiment of the present invention and does not limit the scope of the present invention. Therefore, any modifications or changes that can be made by those skilled in the art, which are made within the spirit of the present invention and have an equivalent effect on the present invention, shall belong to the scope of the claims of the present invention. To do.
この発明による光学システムは液晶層の屈折率を変化させ、更に電極セットの配列を巧妙に変化させることによって、光学システムのコマ収差を補正する。そのため、この発明による光学システムは、保存媒体またはレンズの角度を調整するスピンドルモーターまたはコントローラーによらずとも、コマ収差を有効に補正することができる。したがって、この発明による光学システムは低コストかつ制御の簡単な装置である。 The optical system according to the present invention corrects the coma aberration of the optical system by changing the refractive index of the liquid crystal layer and further changing the arrangement of the electrode sets. Therefore, the optical system according to the present invention can effectively correct the coma aberration without using the spindle motor or the controller that adjusts the angle of the storage medium or the lens. Therefore, the optical system according to the present invention is a low-cost and easy-to-control device.
10、12、42、52 発光素子
14、45 光学センサー
20、50、80、90、100、110 光学システム
21 保存媒体
22、30、40 光学ピックアップヘッド
24、43 スピンドルモーター
26 傾斜補正器
27 LPP信号発生器
28 RF信号発生器
31 コンフラックスレンズ
32 コリメーターレンズ
33 ゲート
35 PBS
36、46、54、84、94、104、114 液晶層
37 対物レンズ
38 アクチュエーター
47 制御回路
55 上レンズ
56、86、96、106、116、L1−L3 レンズ
57 下レンズ
58 電源
66、76 等価レンズ
60、70 等価光学システム
103、113 パシベーション膜
A1−A4、B1−B4、C1−C4、 電極
D1−D4、E1−E4、
ITO1、ITO2 酸化インジウムすず電極
SW1−SW4 スイッチ
10, 12, 42, 52 Light-emitting
36, 46, 54, 84, 94, 104, 114
ITO 1, ITO 2 indium tin oxide electrodes SW1-SW4 switch
Claims (31)
保存媒体に保存されるデータを読み込むための光線を保存媒体に集束するレンズと、
集光装置が光線を保存媒体に集束する光路に設けられ、レンズと結合する液晶層と、
液晶層の両側に設けられ、液晶層の電場を変化させる両電極からなる電極セットとを含むことを特徴とする集光装置。 A condensing device capable of correcting aberrations,
A lens for focusing the light beam for reading the data stored in the storage medium on the storage medium;
A condensing device is provided in the optical path for focusing the light beam on the storage medium, and a liquid crystal layer coupled to the lens;
A condensing device comprising: an electrode set including both electrodes provided on both sides of the liquid crystal layer and changing an electric field of the liquid crystal layer.
液晶層の第一側に平行するように液晶層の第一側に設けられる第一電極と、
第一電極に平行しないように液晶層の第二側に設けられる第二電極とを含むことを特徴とする請求項1記載の集光装置。 The electrode set is
A first electrode provided on the first side of the liquid crystal layer so as to be parallel to the first side of the liquid crystal layer;
The condensing device according to claim 1, further comprising: a second electrode provided on a second side of the liquid crystal layer so as not to be parallel to the first electrode.
液晶層の第二側に平行するように液晶層の第二側に設けられる第三電極と、
第三電極に平行しないように液晶層の第一側に設けられる第四電極とを含むことを特徴とする請求項2記載の集光装置。 The electrode set further includes
A third electrode provided on the second side of the liquid crystal layer so as to be parallel to the second side of the liquid crystal layer;
The condensing device according to claim 2, further comprising a fourth electrode provided on the first side of the liquid crystal layer so as not to be parallel to the third electrode.
光線を提供する発光素子と、
保存媒体に保存されるデータを読み込むための発光素子による光線を保存媒体に集束するレンズと、
発光素子から保存媒体までの光路に設けられる液晶層と、
発光素子から保存媒体までの光路に設けられ、液晶層の電場を変化させる電極からなる電極セットとを含み、該電極セットは、
液晶層の第一側に平行するように液晶層の第一側に設けられる第一電極と、
第一電極に平行しないように液晶層の第二側に設けられる第二電極とを含むことを特徴とする光学読み込み装置。 An optical reader capable of correcting aberrations,
A light emitting device for providing light;
A lens for focusing the light beam by the light emitting element for reading data stored in the storage medium on the storage medium;
A liquid crystal layer provided in the optical path from the light emitting element to the storage medium;
An electrode set that is provided in an optical path from the light emitting element to the storage medium and includes an electrode that changes an electric field of the liquid crystal layer, and the electrode set includes:
A first electrode provided on the first side of the liquid crystal layer so as to be parallel to the first side of the liquid crystal layer;
And a second electrode provided on the second side of the liquid crystal layer so as not to be parallel to the first electrode.
液晶層の第二側に平行するように液晶層の第二側に設けられる第三電極と、
第三電極に平行しないように液晶層の第一側に設けられる第四電極とを含むことを特徴とする請求項16記載の光学読み込み装置。 The electrode set further includes
A third electrode provided on the second side of the liquid crystal layer so as to be parallel to the second side of the liquid crystal layer;
The optical reading device according to claim 16, further comprising a fourth electrode provided on the first side of the liquid crystal layer so as not to be parallel to the third electrode.
発光素子による光線の保存媒体におけるコマ収差を検知する検知器と、
電極セットに電気的に接続され、検知器に検知されたコマ収差に基づいて電極セットに印加される電圧を更新する制御装置とを含むことを特徴とする請求項16記載の光学読み込み装置。 The optical reader further includes
A detector for detecting coma aberration in the storage medium of the light beam by the light emitting element;
The optical reading device according to claim 16, further comprising a control device that is electrically connected to the electrode set and updates a voltage applied to the electrode set based on coma detected by the detector.
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A02 | Decision of refusal |
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