(57)【要約】【課題】光ディスクの回転によって発生する光ディスクの保護層の応力複屈折の、前記保護層を透過する光束への影響を低減する光ヘッドを提供する。【解決手段】対物レンズ１７と、偏光ビームスプリッタ１４との間に、位相補正素子１６を配置する。位相補正素子１６は、透過光束の光ディスク２０の半径方向の偏光成分と接線方向の偏光成分のとの間に、光ディスク２０の回転により生じる保護層２１の応力複屈折により、保護層２１を透過する光束の光ディスク２０の半径方向の偏光成分と接線方向の偏光成分との間に発生する位相差と逆極性の所定の補正位相差を与える。位相補正素子１６にて、補正位相差を与えることで、光ディスク２０の回転によって発生する保護層２１の応力複屈折の、保護層２１を透過する光束への影響を低減できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、該光源からの出射光束を、保護層を有する光ディスク上に集光する対物レンズと、前記光ディスクからの反射光束を受光する光検出器と、前記出射光束の光路と前記反射光束の光路とを分離する偏光ビームスプリッタと、該偏光ビームスプリッタと前記対物レンズの間に設けられた１／４波長板とを有する光ヘッドにおいて、
前記対物レンズよりも光源側に位相補正素子を有し、該位相補正素子は、該位相補正素子を透過する光束の前記光ディスクの半径方向の偏光成分と接線方向の偏光成分のとの間に、前記光ディスクの回転により生じる前記保護層の応力複屈折により、前記保護層を透過する光束の前記光ディスクの半径方向の偏光成分と接線方向の偏光成分との間に発生する発生位相差と逆極性の予め定められた補正位相差を与えることを特徴とする光ヘッド。
【請求項２】
前記補正位相差は、前記光ディスクのデータ領域の最内周の半径位置から最外周の半径位置までの範囲と、前記光ディスクの各半径位置に対応する使用回転数の範囲とにおける前記発生位相差の最大値及び最小値をそれぞれ最大発生位相差及び最小発生位相差として、前記最大発生位相差と前記最小発生位相差との中間の位相差の極性を反転した位相差であることを特徴とする、請求項１に記載の光ヘッド。
【請求項３】
前記位相補正素子は、光学軸が、前記光ディスクの半径方向と平行又は垂直に配置された複屈折層を有することを特徴とする、請求項１又は２に記載の光ヘッド。
【請求項４】
光ディスクに対する情報の記録、及び、光ディスクからの情報の再生の少なくとも一方を行う情報記録再生装置であって、
請求項１〜３の何れか一に記載の光ヘッドを備えることを特徴とする情報記録再生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ヘッド及び情報記録再生装置に関し、更に詳しくは、情報記録媒体に光源からの出射光束を照射し、情報記録媒体からの反射光を受光する光ヘッド、及び、そのような光ヘッドを有する情報記録再生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルＨＤ（High Definition）ＴＶの放送が増えている現在、光ディスクに対するＨＤコンテンツ記録・再生の要求は高まっている。それに応じ、青色半導体レーザと、高ＮＡ対物レンズとを用いたＢｌｕ−ｒａｙ規格、ＨＤ  ＤＶＤ規格に準拠した光ディスク装置が商品化されている。光ディスク装置に対しては、大容量だけでなく、高転送速度の要求も高く、光ディスク装置において、高速回転での記録・再生は重要な機能の１つである。
【０００３】
ところで、光ディスクは記録面を保護するために保護層を有している。ＨＤ  ＤＶＤでは０．６ｍｍ厚の基板がこれに相当し、Ｂｌｕ−ｒａｙでは０．１ｍｍ厚のカバー層がそれに相当する。保護層は、主にポリカーボネイト（ＰＣ）で製造されている。ＰＣは、安価である反面、複屈折を生じやすい。保護層を通して光ディスクの記録面に対し情報を読み書きすると、保護層の複屈折によって、光ヘッドの対物レンズから出射される光束、及び、光ディスクの記録面で反射する光束の偏光状態が変化する。具体的には、光ディスクの半径方向の偏光成分とそれと直交する方向の偏光成分との間の位相差が変化する。
【０００４】
一方、光ヘッドでは、偏光ビームスプリッタと１／４波長板とを用い、光源から光ディスクへ進む往路の光束と、光ディスクから光検出器へ進む復路の光束とを分離する構成を採る場合がある。この構成は、偏光光学系と呼ばれる。偏光光学系では、保護層に複屈折がなければ、往路及び復路において、高い光の効率が得られる。しかし、保護層に複屈折があると、復路における光の効率が低下する。
【０００５】
上記問題に対し、特許文献１では、光ヘッドの対物レンズの手前に移相子を挿入し、光ディスクの保護層を通過する光束で生じる偏光状態の変化を補正する方法が提案されている。また、特許文献２では、光ヘッドの対物レンズの手前に複屈折補正素子を挿入し、光ディスクの保護層の垂直複屈折による光ディスクの保護層を通過する光束で生じる偏光状態の変化を補正する方法が提案されている。特許文献３では、光ヘッドの光路中に液晶素子を挿入し、光ディスクの保護層を通過する光束で生じる偏光状態の変化を補正する方法が提案されている。
【特許文献１】特開昭５９−２１８６３８号公報
【特許文献２】特開２００５−３３２４３５号公報
【特許文献３】特開２０００−２６８３９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図４に、光ディスクの回転数の変化に伴う保護層の複屈折の変化の測定例を示す。測定条件は、光源の波長が４０５ｎｍ、保護層の厚さが０．６ｍｍである。同図を参照すると、光ディスクの静止時の複屈折は、成型時のばらつきにより±２．０×１０−５の範囲で変化していることがわかる。また、何れの半径位置においても、光ディスクの回転数の増加に伴いマイナス方向へ変化していることがわかる。特に、光ディスクの回転数１００００ｒｐｍで複屈折が−８．０×１０−５となる場合がある。
【０００７】
図５に、保護層の複屈折と光ディスクから検出される和信号レベルとの関係の計算例を示す。計算条件は、光源の波長が４０５ｎｍ、保護層の厚さが０．６ｍｍである。同図では、縦軸は、複屈折０の和信号レベルで規格化している。同図を参照すると、光ディスクの静止時の複屈折の変化範囲では、和信号レベルの低下は約４％であり、実用上問題はない。しかし、光ディスクの回転数１００００ｒｐｍの最外周では、複屈折−８．０×１０−５における和信号レベルの低下が約４５％となり、再生性能の低下をもたらす。
【０００８】
光ディスクの回転数の増加に伴う保護層の複屈折の絶対値の増加は、光ディスクの回転により生じる保護層の応力複屈折が原因である。再生性能の低下を防ぐには、このような光ディスクの回転により生じる保護層の応力複屈折の、保護層を透過する光束への影響を低減する必要がある。しかし、特許文献１に記載の移相子、特許文献２に記載の複屈折補正素子は、このような光ディスクの回転により生じる保護層の応力複屈折の、保護層を透過する光束への影響を低減するものではない。
【０００９】
また、特許文献３に記載の液晶素子を用いる場合は、光ディスクの回転により生じる保護層の応力複屈折の、保護層を透過する光束への影響を精度よく補正できる。しかしながら、液晶素子を能動的に駆動するための駆動回路が必要であり、光ディスク装置の構成が複雑となる。構成の複雑化は、コスト増加につながる。
【００１０】
本発明は、簡易な構成にて、情報記録媒体の回転により生じる保護層の応力複屈折が、前記保護層を透過する光束へ与える影響による再生性能低下を抑制できる光ヘッド、及び、そのような光ヘッドを備える情報記録再生装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明の光ヘッドは、光源と、該光源からの出射光束を、保護層を有する光ディスク上に集光する対物レンズと、前記光ディスクからの反射光束を受光する光検出器と、前記出射光束の光路と前記反射光束の光路とを分離する偏光ビームスプリッタと、該偏光ビームスプリッタと前記対物レンズの間に設けられた１／４波長板とを有する光ヘッドにおいて、前記対物レンズよりも光源側に位相補正素子を有し、該位相補正素子は、該位相補正素子を透過する光束の前記光ディスクの半径方向の偏光成分と接線方向の偏光成分のとの間に、前記光ディスクの回転により生じる前記保護層の応力複屈折により、前記保護層を透過する光束の前記光ディスクの半径方向の偏光成分と接線方向の偏光成分との間に発生する発生位相差と逆極性の予め定められた補正位相差を与えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の光ヘッド及び情報記録再生装置では、簡易な構成にて、情報記録媒体の回転により生じる保護層の応力複屈折が、前記保護層を透過する光束へ与える影響による再生性能低下を抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照し、本発明の実施例を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施例の光ヘッドを示している。光ヘッドは、半導体レーザ（ＬＤ）１２、コリメータレンズ１３、偏光ビームスプリッタ１４、１／４波長板１５、位相補正素子１６、対物レンズ１７、再集光レンズ１８、及び、光検出器１９を有する。この光ヘッドは、光ディスク２０への情報記録、及び、光ディスク２０からの情報再生の少なくとも一方を行う情報記録再生装置に搭載される。なお、以下の説明では、ＸＹＺ軸を図中のように定める。すなわち、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を、それぞれ光ディスク２０の半径方向、接線方向、法線方向とする。
【００１４】
光源であるＬＤ１２からの出射光束は、コリメータレンズ１３で平行光束とされ、偏光ビームスプリッタ１４に入射する。ＬＤ１２からの出射光束の偏光方向が、偏光ビームスプリッタ１４に対してＰ偏光（Ｘ軸方向）となるようにＬＤ１２を配置することで、偏光ビームスプリッタ１４に入射する光束は、偏光ビームスプリッタ１４を透過する。偏光ビームスプリッタ１４を透過した光束は、１／４波長板１５へ入射し、偏光状態が円偏光に変換されて、位相補正素子１６に入射する。
【００１５】
図２に、位相補正素子１６の断面、及び、上面を示す。位相補正素子１６は、一対のガラス基板２４の間に、複屈折を持つ複屈折層２５を挟み込んだ構成である。複屈折層２５の光学軸２３は、Ｘ軸方向と一致するように配置される。位相補正素子１６は、透過光束のＸ軸方向偏光成分とＹ軸方向偏光成分との間に、所定の位相差を与える。
【００１６】
図１に戻り、位相補正素子１６が透過光に与える位相差が「０」であるとすると、位相補正素子１６を透過した光束は、対物レンズ１７により、光ディスク２０の記録面上に集光する。光ディスク２０からの反射光束は、対物レンズ１７で平行光束となり、位相補正素子１６、１／４波長板１５を経て、偏光ビームスプリッタ１４に、Ｓ偏光（Ｙ軸方向）の直線偏光の光束として入射する。偏光ビームスプリッタ１４は、入射したＳ偏光の直線偏光の光束を、再集光レンズ１８の方向へ反射する。偏光ビームスプリッタ１４で反射した光束は、再集光レンズ１８により、光検出器１９へ集光する。
【００１７】
ここで、光ディスク２０の回転数と、光ディスク２０の保護層２１に生じる応力との関係について説明する。光ディスク２０が回転すると、保護層２１のＸ軸方向とＹ軸方向とに応力が生じ、保護層２１に複屈折が発生する。これを、応力複屈折と呼ぶ。光ディスク２０をスピンドルモータ２２に固定することによって生じる応力を無視すると、半径位置ｒにおける保護層２１の半径方向の応力σＸと、接線方向の応力σＹとは、「パソコン対応基礎材料力学演習（日新出版），ｐ．１５１−１５３」に記載されているように、次式で表される。
σx=(ρω2/8)(3+ν)(r02+ri2-r02ri2/r2-r2)
σY=(ρω2/8){(3+ν)(r02+ri2+r02ri2/r2)-(1+3ν)r2}        （１）
式１において、νは保護層２１のポアソン比、ｒ０は光ディスク２０の中心孔の半径、ｒｉは光ディスク２０の最外周の半径、ρは保護層２１の単位体積当たりの質量、ωは光ディスク２０の角速度である。
【００１８】
また、式１に示す応力と保護層２１の応力複屈折Δｎには式２の関係があり、これを応力光学則と言う。
Δｎ＝Ｃ（σＸ−σＹ）      （２）
式２において、Ｃは保護層２１の光弾性係数である。
【００１９】
式２で表される光ディスク２０の各半径位置における光ディスク２０の回転数と保護層２１の応力複屈折との関係の計算例を、図３に示す。ここでは、ポアソン比νは０．３８、光ディスク２０の中心孔の半径ｒ０は７．５ｍｍ、光ディスク２０の最外周の半径ｒｉは６０ｍｍ、保護層２１の単位体積当たりの質量ρは１．２×１０３ｋｇ／ｍ３、光弾性係数Ｃは８．３８×１０−６ｃｍ２／ｋｇｆとした。図３を参照すると、応力複屈折の絶対値は、光ディスク２０の回転数の増加に伴って大きくなることがわかる。
【００２０】
保護層２１を透過する光束に生じするＸ軸方向の偏光成分とＹ軸方向の偏光成分との間の位相差αは、次式で表せる。
α＝Δｎ×２π／λ×Ｔ      （３）
式３において、πは円周率、λはＬＤ１２の波長、Ｔは保護層２１の厚さである。
【００２１】
次に、位相補正素子１６を透過する光束のＸ軸方向偏光成分とＹ軸方向偏光成分との間に与える位相差の算出方法について説明する。例として、光ディスク２０が線速度一定（ＣＬＶ：Constant Linear Velocity）で回転している場合を考える。基準の線速度を７ｍ／ｓとしたとき、４倍速の線速度は２８ｍ／ｓとなる。そこで、光ディスク２０の線速度の範囲を、７ｍ／ｓから２８ｍ／ｓとする。光ディスク２０の半径位置の範囲については、データ領域の最内周である２４ｍｍからデータ領域の最外周である５８ｍｍとする。
【００２２】
線速７ｍ／ｓ、半径位置５８ｍｍのとき、応力複屈折の絶対値は最小となる。このときの回転数は１１５０ｒｐｍであり、図３より応力複屈折の値は−０．１×１０−５である。一方、線速度２８ｍ／ｓ、半径２４ｍｍのとき、応力複屈折の絶対値は最大となる。このときの回転数は１１１５０ｒｐｍであり、図３より応力複屈折の値は−５．４×１０−５である。応力複屈折の値がこれらの中間である−２．７×１０−５の場合の位相差αを式３より求め、位相補正素子１６を透過する光束に与える位相差を−αとする。この場合、位相補正素子１６を透過する光束に与える位相差−αは０．２５ラジアンである。ただし、保護層２１の厚さは０．６ｍｍ、ＬＤ１２の波長は４０５ｎｍである。
【００２３】
位相補正素子１６が与える位相差−αは、位相補正素子１６の複屈折層２５の透過光束に生じるＸ軸方向の偏光成分とＹ軸方向の偏光成分との間の位相差であり、次式で表せる。
−α＝Δｎ１×２π／λ×Ｔ１        （４）
式４において、Δｎ１は複屈折層２５の複屈折、Ｔ１は複屈折層２５の厚さである。複屈折層２５に１軸性材料であるネマティック液晶を用いた場合、ネマティック液晶を透過する光束のＸ軸方向の偏光成分とＹ軸方向の偏光成分との間の位相差が０．２５ラジアンとなるように、ネマティック液晶を用いた複屈折層２５の厚さを式４より求める。ネマティック液晶の複屈折は波長４０５ｎｍで約０．２であることから、ネマティック液晶を用いた複屈折層２５の厚さは約８１ｎｍとなる。
【００２４】
上記で説明した例では、位相補正素子１６による位相補正がない場合には、応力複屈折は−５．４×１０−５から−０．１×１０−５まで変化し、図５を参照すると、和信号レベルは最大で約２５％低下する。本実施例では、対物レンズ１７の光源側に、透過光束の光ディスク２０の半径方向の偏光成分と接線方向の偏光成分のとの間に、光ディスク２０の回転により生じる保護層２１の応力複屈折により、保護層２１を透過する光束の前記光ディスクの半径方向の偏光成分と接線方向の偏光成分との間に発生する発生位相差と逆極性の所定の補正位相差を与える位相補正素子１６を挿入する。これにより、応力複屈折は実効的に−２．７×１０−５から＋２．６×１０−５まで変化することになり、図５より、和信号レベルの低下を最大で約７％に抑えることができる。この程度の低下ならば再生信号の品質はほとんど劣化せず、良好な再生が可能である。
【００２５】
本実施例では、位相補正素子１６が、透過光束に与える、光ディスク２０の半径方向の偏光成分と接線方向の偏光成分との間の位相差を、光ディスク２０の回転によって発生する応力複屈折に基づく、あらかじめ定められた固定値とする。このようにすることで、光ヘッドの構成を複雑にすることなく、光ディスク２０から検出される和信号レベルの低下を抑制でき、品質が良好な再生信号を得ることができる。位相補正素子１６が与える位相差については、光ディスク２０のデータ領域の最内周の半径位置から最外周の半径位置までの範囲と、光ディスク２０の各半径位置に対応する使用回転数の範囲とにおける、保護層２１で発生する位相差の最大値と最小値との中間の位相差の極性を反転した位相差とすることが好ましい。このように設定することで、各ディスク半径位置にて、良好な再生性能が得られる。
【００２６】
なお、複屈折２５の光学軸２３は、Ｘ軸方向と一致する配置に限るものではない。Ｙ軸方向と一致する配置をとってもよい。また、複屈折層２５に使用する材料は、ネマティック液晶に限られない。複屈折層２５に、複屈折を有する他の材料を使用してもよい。上記実施例では、複屈折層２５を透過する光束のＸ軸方向の偏光成分とＹ方向の偏光成分との間の位相差を０．２５ラジアンとして複屈折層２５の厚さを決めたが、（０．２５＋２ｎπ）ラジアン（ｎは整数）として、複屈折層２５の厚さを決めてもよい。更に、位相補正素子１６がガラス基板２４と複屈折層２５とで構成されているとしたが、これに限るものではない。位相補正素子１６が、複屈折を持つ材料のみで構成されていてもよい。光ディスク２０としては、種々の媒体を用いることができ、書き換え可能光ディスク、追記型光ディスク、再生専用光ディスクなどの光ディスク媒体を用いることができる。
【００２７】
以上、本発明をその好適な実施例に基づいて説明したが、本発明の光ヘッド及び情報記録再生装置は、上記実施例にのみ限定されるものではなく、上記実施例の構成から種々の修正及び変更を施したものも、本発明の範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施例の光ヘッドの構成を示すブロック図。
【図２】位相補正素子の断面及び上面を示す図。
【図３】光ディスクの各半径位置における光ディスクの回転数と応力複屈折との関係の計算例を示すグラフ。
【図４】光ディスクの回転数の変化に伴う保護層の複屈折の変化の測定例を示すグラフ。
【図５】光ディスクの保護層の複屈折と光ディスクから検出される和信号レベルとの関係の計算例を示すグラフ。
【符号の説明】
【００２９】
１２：半導体レーザ（ＬＤ）
１３：コリメータレンズ
１４：偏光ビームスプリッタ
１５：１／４波長板
１６：位相補正素子
１７：対物レンズ
１８：再集光レンズ
１９：光検出器
２０：光ディスク
２１：保護層
２２：スピンドルモータ
２３：光学軸
２４：ガラス基板
２５：複屈折層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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