(57)【要約】【課題】従来の技術による諸問題を解決するための球面収差を補償する方法及び関連装置を提供する。【解決手段】保存媒体による球面収差を検知する光学読み込み装置は、保存媒体のデータを読み込むための光線を発する発光素子と、発光素子から保存媒体までの光路に設けられ、発光素子による光線を回折して位相の異なる光線を生じさせる回折光学部品（ＤＯＥ）と、ＤＯＥから保存媒体までの光路に設けられ、光線を分光する偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ）と、ＰＢＳからの光線を反射する反射鏡と、ＰＢＳからの光線を感知するセンサーと、ＰＢＳから保存媒体までの光路に設けられ、ＰＢＳから保存媒体に導かれる光線を調整する調整装置と、センサーと調整装置に電気的に接続され、センサーに検知された光線に基づいて調整装置の設定を更新する制御回路とを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
保存媒体による球面収差を検知する光学読み込み装置であって、
保存媒体のデータを読み込むための光線を発する発光素子と、
発光素子から保存媒体までの光路に設けられ、発光素子による光線を回折して位相の異なる光線を生じさせる回折光学部品（ＤＯＥ）と、
ＤＯＥから保存媒体までの光路に設けられ、光線を分光する偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ）と、
ＰＢＳからの光線を反射する反射鏡と、
ＰＢＳからの光線を感知するセンサーと、
ＰＢＳから保存媒体までの光路に設けられ、ＰＢＳから保存媒体に導かれる光線を調整する調整装置と、
センサーと調整装置に電気的に接続され、センサーに検知された光線に基づいて調整装置の設定を更新する制御回路とを含むことを特徴とする光学読み込み装置。
【請求項２】
前記光学読み込み装置は更に、ＤＯＥからＰＢＳまでの光路に設けられ、発光素子による光線を１本の光路に統合するビームシェーパーを含むことを特徴とする請求項１記載の光学読み込み装置。
【請求項３】
前記光学読み込み装置は更に、ＰＢＳから保存媒体までの光路に設けられ、保存媒体に投射される光線の位相を調整する１／４波長板を含むことを特徴とする請求項１記載の光学読み込み装置。
【請求項４】
前記光学読み込み装置は更に、ＰＢＳから反射鏡までの光路に設けられ、反射鏡に投射される光線の位相を調整する１／４波長板を含むことを特徴とする請求項１記載の光学読み込み装置。
【請求項５】
前記光学読み込み装置は更に、ＰＢＳから保存媒体までの光路に設けられ、ＰＢＳを透過した光線を保存媒体に集束する対物レンズを含むことを特徴とする請求項１記載の光学読み込み装置。
【請求項６】
前記光学読み込み装置は更に、ＰＢＳから保存媒体までの光路に設けられ、ＰＢＳを透過した光線をセンサーに集束する対物レンズを含むことを特徴とする請求項１記載の光学読み込み装置。
【請求項７】
前記ＤＯＥは発光素子による光線を回折して、
発光素子による光線と位相が同じである０次ビームと、
発光素子による光線より位相が進んでいる正１次ビームと、
発光素子による光線より位相が遅れている負１次ビームとを生じさせることを特徴とする請求項１記載の光学読み込み装置。
【請求項８】
前記センサーは、
受光された光線に基づき、光学読み込み装置の保存媒体データ読み込み時のＦＥＳ（フォーカスエラー）信号と、ＴＥＳ（トラックエラー）信号と、ＲＦ（無線周波数）信号を計算する主要感知領域と、
主要感知領域の一側に設けられて制御回路にカップリングし、正１次ビームを保存媒体と反射鏡が反射して得た光線によるパターンの光学信号を検知する第一次感知領域と、
主要感知領域のその他の側に設けられて制御回路にカップリングし、負１次ビームを保存媒体と反射鏡が反射して得た光線によるパターンの光学信号を検知する第二次感知領域とを含むことを特徴とする請求項１記載の光学読み込み装置。
【請求項９】
前記反射鏡が平面鏡であることを特徴とする請求項１記載の光学読み込み装置。
【請求項１０】
前記反射鏡は、ＰＢＳからの光線の位相を調整するＤＯＥであるとする請求項１記載の光学読み込み装置。
【請求項１１】
前記調整装置は２個のリレーレンズを含み、両リレーレンズ間の距離はセンサーに検知された光線に基づいて更新されることを特徴とする請求項１記載の光学読み込み装置。
【請求項１２】
前記調整装置は液晶素子を含み、液晶素子のバイアス電圧はセンサーに検知された光線に基づいて更新されることを特徴とする請求項１記載の光学読み込み装置。
【請求項１３】
前記光学読み込み装置は、ＨＤ−ＤＶＤドライブまたはＢＤ（ブルーレイディスク）ドライブの光学ピックアップヘッドであることを特徴とする請求項１記載の光学読み込み装置。
【請求項１４】
保存媒体による球面収差を検知する方法であって、
（ａ）ＤＯＥを利用して、発光素子による光線を回折して位相の異なる複数本のビームを生じさせ、
（ｂ）位相の異なる複数本のビームを保存媒体が反射して得た光線の光学信号を検知し、
（ｃ）位相の異なる複数本のビームを反射鏡が反射して得た光線の光学信号を検知し、
（ｄ）前記ステップ（ｂ）、（ｃ）により検知された光学信号に基づいて、ＤＯＥから保存媒体までの光路に設けられる調整装置の設定を更新するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項１５】
前記位相の異なる複数本のビームは、
発光素子による光線と位相が同じである０次ビームと、
発光素子による光線より位相が進んでいる正１次ビームと、
発光素子による光線より位相が遅れている負１次ビームとを含むことを特徴とする請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
前記ステップ（ｂ）は正１次ビームと負１次ビームを保存媒体が反射して得た光線の光学信号を検知することを内容とすることを特徴とする請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
前記ステップ（ｃ）は正１次ビームと負１次ビームを反射鏡が反射して得た光線の光学信号を検知することを内容とすることを特徴とする請求項１５記載の方法。
【請求項１８】
前記ステップ（ｄ）は、ステップ（ｂ）と（ｃ）で検知された光学信号に基づいて、調整装置の両リレーレンズ間の距離を更新することを内容とすることを特徴とする請求項１４記載の方法。
【請求項１９】
前記ステップ（ｄ）は、ステップ（ｂ）と（ｃ）で検知された光学信号に基づいて、調整装置における液晶素子のバイアス電圧を更新することを内容とすることを特徴とする請求項１４記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は保存媒体による球面収差を検知する方法及び関連装置に関し、特に回折光学部品を利用して保存媒体による球面収差を補償する方法及び関連装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光学システムは、技術の進歩にしたがって日増しに革新されつつある。光学システムは、大寸法・高画質のデジタルディスプレイ家電製品（プロジェクター、プロジェクターテレビなど）からＣＤ・ＤＶＤプレイヤーなどの読み込み装置まで幅広く応用されるものであり、その設計においては、収差を低減することが重要である。
【０００３】
保存容量に対する要求が増大するとともに、従来のＤＶＤなどの光ディスクドライブはそれを満足させることができなくなる。その代わりに、ＢＤ（ブルーレイディスク）やＨＤ−ＤＶＤは開発の中心となっている。ＢＤとＨＤ−ＤＶＤのドライブに使用される対物レンズの開口数（ＮＡ）は、従来の０．４５を大きく上回って、それぞれ０．８５と０．６５となっている。それに加えて、ディスク本体も多層化されている。
【０００４】
光学システムにおいて、球面収差、コマ収差、非点収差、像面湾曲などの収差形態がある。球面収差とは、入射光の高度の相違によってレンズが１点に集光できない場合のずれを指す。光線を保存媒体の正確な位置に集束して当てるため、対物レンズの焦点距離は保存媒体の厚さに応じて設計される。しかし、保存媒体の厚さが製作工程その他の原因によって予定値からずれるか、もしくは厚さが均一でない場合、球面収差は生じる。球面収差は結像をぼやかし、その値ＳＡは下記の式で計算される。
【０００５】
【数１】
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上記の式において、λは光線の波長を表し、ＮＡは対物レンズの開口数を表し、δは光ディスクの厚さの変化量を表す。ＢＤとＨＤ−ＤＶＤは、そのドライブに使用される対物レンズの開口数が大きいのみならず、ディスク本体も多層化されているから、球面収差を補償するための設計や調整が必要である。
【０００６】
従来の技術では、光学システムにリレーレンズセットを設け、リレーレンズセットにある両レンズ間の距離を調整することによって、光ディスクの厚さの相違によって生じる球面収差を補正することが多い。リレーレンズセットを正確に制御するため、光学システムが保存媒体を読み込むときの球面収差エラー（ＳＡＥ）信号を測定することが必要である。従来の技術では、信号を測定すると同時にリレーレンズセットの両レンズ間の距離を調整するという即時補正を採用し、信号の最大値を計算することによって、球面収差の最小値を求めるために最適な両レンズ間隔距離を求めることが多い。この方法は保存媒体にあるデータによってＳＡＥ信号を計算するため、球面収差を有効に補正することができない。その改善策として、その他の従来の技術では、分光器（ビームスプリッター）を利用して保存媒体に反射される光線を２本のビームに分けたうえ、両ビームによるフォーカスエラー信号（ＦＥＳ）によりＳＡＥ信号を計算する。この方法は分光器とセンサーを別途に設けなければならず、コストと制御の複雑さを増加するほかない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
この発明は前述の問題を解決するための球面収差を補償する方法及び関連装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明は保存媒体による球面収差を検知する光学読み込み装置を提供する。該光学読み込み装置は、保存媒体のデータを読み込むための光線を発する発光素子と、発光素子から保存媒体までの光路に設けられ、発光素子による光線を回折して位相の異なる光線を生じさせる回折光学部品（ＤＯＥ）と、ＤＯＥから保存媒体までの光路に設けられ、光線を分光する偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ）と、ＰＢＳからの光線を反射する反射鏡と、ＰＢＳからの光線を感知するセンサーと、ＰＢＳから保存媒体までの光路に設けられ、ＰＢＳから保存媒体に導かれる光線を調整する調整装置と、センサーと調整装置に電気的に接続され、センサーに検知された光線に基づいて調整装置の設定を更新する制御回路とを含む。
【０００９】
この発明は更に、保存媒体による球面収差を検知する方法を提供する。該方法は、（ａ）ＤＯＥを利用して、発光素子による光線を回折して位相の異なる複数本のビームを生じさせ、（ｂ）位相の異なる複数本のビームを保存媒体が反射して得た光線の光学信号を検知し、（ｃ）位相の異なる複数本のビームを反射鏡が反射して得た光線の光学信号を検知し、（ｄ）前記ステップ（ｂ）、（ｃ）により検知された光学信号に基づいて、ＤＯＥから保存媒体までの光路に設けられる調整装置の設定を更新するステップを含む。
【発明の効果】
【００１０】
この発明の光学システムはＤＯＥ（回折光学部品）を利用し、発光素子による光線を回折して位相の異なるビームを生じさせる。次に、位相の異なるビームを保存媒体と反射鏡が反射し、センサーに形成された干渉パターンに基づき、保存媒体のＳＡＥ信号を計算する。更に、ＳＡＥ信号に基づいて調整装置の設定を更新し、保存媒体における光の集束状態を変化させることによって、保存媒体による球面収差を補償する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
かかる装置及び方法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。
【００１２】
図１はこの発明による光学システム１０を表す説明図である。光学システム１０は発光素子１２と、偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ）１６と、反射鏡１８と、ビームシェーパー２２と、１／４波長板２４、２６と、センサー３０と、制御回路３２と、対物レンズ３４、３６と、調整装置６０とを含む。発光素子１２は、保存媒体１５に保存されるデータを読み込むための光線を発射するレーザーダイオード（ＬＤ）またはその他の発光性のある素子であり、ビームシェーパー２２は発光素子１２からＰＢＳ１６までの光路に設けられ、発光素子１２からの光線を１本の光路に統合するものである。１／４波長板２４はＰＢＳ１６から保存媒体１５までの光路に設けられ、１／４波長板２６はＰＢＳ１６から反射鏡１８までの光路に設けられる。反射鏡１８は平面鏡または回折光学部品（ＤＯＥ）である。
【００１３】
図１に示される実施例では、ＰＢＳ１６は対称型構造を呈する。ＰＢＳ１６は２個の直角プリズム（９０−４５−４５度の三角形対称型プリズム）１３からなり、その間には分光膜１４がメッキされる。分光膜１４は、発光素子１２からの光線を、ＰＢＳ１６を透過して保存媒体１５に進行する第一偏光状態を有する偏光（例えばＰ偏光）と、ＰＢＳ１６を透過して反射鏡１８に進行する第二偏光状態を有する偏光（例えばＳ偏光）に分割する。したがって、発光素子１２による光線はビームシェーパー２２とＤＯＥ２０を透過した後、ＰＢＳ１６によりＰ偏光とＳ偏光に分割される。そのうちＰ偏光は１／４波長板２４と、調整装置６０と、対物レンズ３４を順次に透過して保存媒体１５に投射され、Ｓ偏光は１／４波長板２６を透過して反射鏡１８に投射される。保存媒体１５に反射される光線は対物レンズ３４、調整装置６０、１／４波長板２４、ＰＢＳ１６と対物レンズ３６を順次に透過してセンサー３０に投射され、反射鏡１８に反射される光線は１／４波長板２６、ＰＢＳ１６と対物レンズ３６を順次に透過してセンサー３０に投射される。センサー３０は受信された信号により光学システム１０が保存媒体１５を読み込むときのＳＡＥ信号を計算し、またそれを制御回路３２に送信して調整装置６０の設定を更新する。
【００１４】
図２を参照する。図２はこの発明によるＤＯＥ２０の拡大図である。入射光ＬｉがＤＯＥ２０を透過する際、ＤＯＥ２０は０次ビームＬ（０）と、正１次ビームＬ（＋１）と、負１次ビームＬ（−１）を発する。０次ビームＬ（０）は入射光Ｌｉと同じ位相を有し、正１次ビームＬ（＋１）の位相は入射光Ｌｉの位相より進んでおり、負１次ビームＬ（−１）の位相は入射光Ｌｉの位相より遅れている。なお、０次ビームＬ（０）の進行方向は入射光Ｌｉと同一であり、正１次ビームＬ（＋１）と負１次ビームＬ（−１）の進行方向は入射光と角度θを呈する。
【００１５】
図３を参照する。図３はこの発明によるセンサー３０の拡大図である。センサー３０は感知領域Ａ−Ｆを含む。センサー３０の中央に設けられる感知領域Ａ−Ｄは光線を受信して、保存媒体１５のデータ読み込み時のＦＥＳ信号、ＴＥＳ（トラックエラー）信号とＲＦ（無線周波数）信号を計算する。感知領域Ａ−Ｄの両側に設けられる感知領域ＦとＥは光線を受信して、保存媒体１５のデータ読み込み時のＳＡＥ信号を計算する。図２に示されるように、発光素子１２の発する光線がＤＯＥ２０を透過するとき、ＤＯＥ２０は０次ビーム、正１次ビームと負１次ビームを発する。ＤＯＥ２０による負１次ビームの進行方向は発光素子１２による光線とある角度を呈する。それによって、負１次ビームがＰＢＳ１６を透過した後、そのＰ偏光は１／４波長板２４と、調整装置６０と、対物レンズ３４を順次に透過して保存媒体１５に投射され、また、保存媒体１５に反射される光線は対物レンズ３４、調整装置６０、１／４波長板２４、ＰＢＳ１６と対物レンズ３６を順次に透過してセンサー３０の感知領域Ｅに投射される。それと同時に、Ｓ偏光は１／４波長板２６を透過して反射鏡１８に投射され、反射鏡１８に反射される光線は１／４波長板２６、ＰＢＳ１６と対物レンズ３６を順次に透過してセンサー３０の感知領域Ｅに投射される。同じく、ＤＯＥ２０による正１次ビームの進行方向は発光素子１２による光線とある角度を呈する。それによって、正１次ビームがＰＢＳ１６を透過した後、そのＰ偏光は１／４波長板２４と、調整装置６０と、対物レンズ３４を順次に透過して保存媒体１５に投射され、また、保存媒体１５に反射される光線は対物レンズ３４、調整装置６０、１／４波長板２４、ＰＢＳ１６と対物レンズ３６を順次に透過してセンサー３０の感知領域Ｆに投射される。それと同時に、Ｓ偏光は１／４波長板２６を透過して反射鏡１８に投射され、反射鏡１８に反射される光線は１／４波長板２６、ＰＢＳ１６と対物レンズ３６を順次に透過してセンサー３０の感知領域Ｆに投射される。
【００１６】
したがって、保存媒体１５と反射鏡１８に反射される負１次ビームはセンサー３０の感知領域Ｅに干渉パターンＰ１を形成し、保存媒体１５と反射鏡１８に反射される正１次ビームはセンサー３０の感知領域Ｆに干渉パターンＰ２を形成する。干渉パターンＰ１とＰ２はそれぞれ図４と図５に表される。図４と図５では、破線部分は感知領域ＥとＦの範囲を示し、斜線部分は干渉パターンの暗い領域を示す。正１次ビームと負１次ビームの位相がＤＯＥ２０に変えられたため、干渉パターンＰ１とＰ２は明（位相進み）暗（位相遅れ）が交錯する状態を呈する。保存媒体１５の厚さが予定値からずれれば、その反射光の収差も変化するようになり、それに応じて、ＰＢＳ１６を通して保存媒体１５に投射される正１次ビームと負１次ビームを反射して得た反射光の収差も変化するため、干渉パターンＰ１とＰ２は明暗交錯の状態を呈する。
【００１７】
説明を簡単にするため、図４と図５はそれぞれ白地／斜線領域で干渉パターンの明暗領域を表し、二段法で明暗領域の境界を表す。もっとも、実際の干渉パターンＰ１、Ｐ２では、明暗領域の境界領域の光度は漸次に変化する。例えば、図４の干渉パターンＰ１の暗領域Ｄ１と明領域Ｂ１の境界領域の光度は暗領域Ｄ１から明領域Ｂ１まで漸次に増加し、図４の干渉パターンＰ１の明領域Ｂ１と暗領域Ｄ２の境界領域の光度は明領域Ｂ１から暗領域Ｄ２まで漸次に減少する。白地／斜線領域で干渉パターンの明暗領域を表し、二段法で明暗領域の境界を表すことは、説明を簡単にするための省略である。
【００１８】
図３に示されるように、感知領域ＥとＦに測定された信号は制御回路３２に送信される。コンパレーターを含む制御回路３２は、感知領域ＥとＦに測定された信号間の差に基づき、保存媒体の厚さと予定値との不一致によって生じるＳＡＥ信号を計算したうえ、ＳＡＥ信号に基づいて調整装置６０の設定を更新する。これにより、光学システム１０は保存媒体１５のデータを正確に読み取れる。
【００１９】
図６と図７を参照する。図６と図７はこの発明の調整装置６０の拡大図である。図６と図７によれば、調整装置６０はリレーレンズ６２、６４を含み、両レンズ間の距離はＳＡＥ信号に基づいて調整される。これによって保存媒体１５の厚さと予定値の不一致による球面収差は補償される。リレーレンズ６２、６４間の距離が初期値Ｄdefaultであるとき、入射光Ｌinが調整装置６０を透過して得られた光Ｌoutは図６と図７の破線で示される。図６によれば、光学システム１０がＳＡＥ信号に基づいてリレーレンズ６２、６４間の距離を初期値Ｄdefaultより小さい値Ｄminに調整した場合、入射光Ｌinが調整装置６０を透過して得られた光はＬout’となる。図６によれば、光Ｌout’は光Ｌoutより発射角度が小さいため、保存媒体１５の表面における光Ｌout’の集束状態は光Ｌoutと異なり、それにより光学システム１０は保存媒体１５の厚さと予定値の不一致による球面収差を補正する。同じく図７によれば、光学システム１０がＳＡＥ信号に基づいてリレーレンズ６２、６４間の距離を初期値Ｄdefaultより大きい値Ｄmaxに調整した場合、入射光Ｌinが調整装置６０を透過して得られた光はＬout’となる。図７によれば、光Ｌout’は光Ｌoutより発射角度が大きいため、保存媒体１５の表面における光Ｌout’の集束状態は光Ｌoutと異なり、それにより光学システム１０は保存媒体１５の厚さと予定値の不一致による球面収差を補正する。
【００２０】
図６と図７はこの発明の実施例に過ぎず、保存媒体１５の表面における光の集束はその他の方法で補正することも可能である。例えば調整装置６０に液晶素子を設け、ＳＡＥ信号により液晶素子のバイアス電圧を変化させ、その屈折係数を変えることによって、保存媒体１５の表面における光の集束を補正し、保存媒体１５の厚さと予定値との不一致による球面収差を改善することが可能である。
【００２１】
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。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
この発明の光学システムはＤＯＥを利用し、発光素子による光線を回折して位相の異なるビームを生じさせる。次に、位相の異なるビームを保存媒体と反射鏡が反射し、センサーに形成された干渉パターンに基づき、保存媒体のＳＡＥ信号を計算する。更に、ＳＡＥ信号に基づいて調整装置の設定を更新し、保存媒体における光の集束状態を変化させることによって、保存媒体による球面収差を補償する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】この発明による光学システムを表す説明図である。
【図２】この発明によるＤＯＥの拡大図である。
【図３】この発明によるセンサーの拡大図である。
【図４】この発明による干渉パターンを表す第一説明図である。
【図５】この発明による干渉パターンを表す第二説明図である。
【図６】この発明による調整装置の第一拡大図である。
【図７】この発明による調整装置の第二拡大図である。
【符号の説明】
【００２４】
１０        光学システム
１２        発光素子
１３        直角プリズム
１４        分光膜
１５        保存媒体
１６        ＰＢＳ
１８        反射鏡
２０        ＤＯＥ
２２        ビームシェーパー
２４、２６  １／４波長板
３０        センサー
３２        制御回路
３４、３６  対物レンズ
６０        調整装置
６２、６４  リレーレンズ
Ｐ１、Ｐ２  干渉パターン
Ａ−Ｆ      感知領域
Ｄ１、Ｄ２  暗領域
Ｂ１        明領域
【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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【図６】
2007149307.tif 000009
【図７】
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