JP3208910B2

JP3208910B2 - ディスク傾き補正装置

Info

Publication number: JP3208910B2
Application number: JP08336393A
Authority: JP
Inventors: 直哉江口
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1993-04-09
Filing date: 1993-04-09
Publication date: 2001-09-17
Anticipated expiration: 2016-09-17
Also published as: JPH06295457A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、情報の記録パッケージ
・メディアとしての光ディスクを用いたコンピューター
の記憶装置、音楽・画像情報記憶装置に用いて好適なデ
ィスク傾き補正装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】コンピューターの記憶装置、画像情報の
パッケージメディアとして用いられる光ディスクは、近
年益々その高記録密度化が進んでいる。この高記録密度
化の１つの方法として、対物レンズ開口数Ｎ．Ａ．を従
来のコンパクトディスクのそれより大きくする技術が検
討されている。これを、一般に光ディスクのハイＮ.
Ａ. 化とよんでいる。図１７に従来の光ディスクのピッ
クアップ部の一例の構成を示す。

【０００３】図１７において１は半導体レーザ、可視光
の固体レーザ等より成る光源で、その光Ｌを例えばビー
ムエキスパンダー２、回折格子３を介して例えばＰＢＳ
（偏光ビームスプリッタ）等のビームスプリッタ４に入
射させ、更にコリメータレンズ５、ＱＷＰ（１／４波長
板）６、対物レンズ７を介して、図１７において一点鎖
線で示す光ディスク１０の所定の読み出し位置に照射さ
せる。

【０００４】そしてここから反射された光は、対物レン
ズ７、ＱＷＰ６、コリメータレンズ５を介してＰＢＳ４
によって反射されて、例えばマルチレンズ８により集光
されてフォトダイオード等の受光素子９によって検出さ
れるようになされている。

【０００５】図１８Ａにディスクの傾きいわゆるスキュ
ーが０°(deg.)のときのＥＦＭ（Eight to Fourteen Mo
duration）再生信号のアイパターンを示す。また、図１
８Ｂにディスク・タンジェンシャル・スキュー（ディス
クの円周の接線方向の傾き）が０．３°の場合、更に図
１８Ｃにディスク・ラディアル・スキュー（ディスク半
径方向の傾き）が０．３°の場合のそれぞれのＥＦＭ再
生信号のアイパターンを示す。ＥＦＭ信号はコンパクト
・ディスクで使われている信号である。

【０００６】図１８Ａ〜ＣのＥＦＭ再生信号は、最短繰
り返し周波数がｆ_C／２（カットオフ周波数ｆ_Cの１／
２）でウィンドウの巾をＴとすると、１／Ｔが３ｆ
_C（カットオフ周波数ｆ_Cの３倍）となるもので、線方
向の情報の密度がコンパクトディスクの２倍とされた例
である。図１８Ａに示すようにディスク・スキューが０
°のときには十分に信号の抜き取りができることが分か
る。

【０００７】しかしながら図１８Ｂ及びＣに示すよう
に，ディスクのタンジェンシャル・スキュー、ラディア
ル・スキューが０. ３°程度と僅かでも傾いてしまう場
合は信号の抜き取りが困難となることが分かる。

【０００８】ここで、上述の図１７において説明した光
ディスク・ピックアップ構成において、波長をλ、対物
レンズの開口数をＮＡと表すとする。

【０００９】光ディスクの構造は、コンパクト・ディス
クに代表されるように１．２ｍｍ程度の厚みを有する透
明基板を介して反射面に記録されている信号を再生する
ように構成される。したがって、ディスクを対物レンズ
光軸に対して傾けると、開口数ＮＡの約３乗とスキュー
量θの約１乗に比例してコマ収差が発生する。

【００１０】ザイデルの収差係数式で表すと、θが十分
小さいので下記の数１に示すように表される。単位は波
長λで規格化する。

【数１】

【００１１】ここでＷ₃₁は３次のコマ収差、ｔはディス
ク基板厚み、ｎはディスク基板屈折率、θはディスク・
スキュー量、ＮＡは対物レンズ開口数Ｎ. Ａ. である。
開口数Ｎ. Ａ. が０．６程度、即ち例えばコンパクトデ
ィスク（開口数Ｎ. Ａ. は０．４５）の１．３３倍もあ
るような系では、コンパクトディスクと同じディスク・
スキュー量では波長λで規格化されるため、３．５倍も
コマ収差が発生することになる。

【００１２】更にコマ収差自体は、瞳上の極座標（ｒ，
θ）を用いて下記の式で表すことができる。Ｗ₃₁ｒ³ｃｏｓθ

【００１３】これを対物レンズの入射面における波面と
して、瞳半径を１に規格化して、コマ収差係数Ｗ₃₁を１
として図式化したものを図１９に示す。また図２０Ａ及
びＢにそれぞれスキューが０°の場合、スキューが０．
３°の場合のディスク上でのスポットの線像強度分布を
示す。これらの結果から、０．３°程度と極めて微小な
スキューが生じた場合においても、その強度分布は格段
に歪み、非対称な分布となってしまうことがわかる。

【００１４】ポリカーボネイト等より成り、ディスク・
スキューが±０．５〜１°程度と比較的大きく、大量生
産された安価なディスクを用いると、このような波面の
歪によりディスク上での結像スポットが更に非対称な分
布となってしまい符号間干渉を著しく増加させ、波形ひ
ずみが大きくなり、十分なＣ／Ｎ（キャリア／ノイズ
比）をもって信号を抜き取ることが困難になる恐れがあ
る。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】上述したようにディス
クを対物レンズ光軸に対して傾けるとコマ収差が発生
し、これにより生じる光波の波面の歪によりディスク上
での結像スポットが非対称になって符号間干渉を著しく
増加させ、十分なＣ／Ｎをもって信号を抜き取ることが
困難となってしまう。

【００１６】本発明は、このような問題に鑑みて、例え
ばポリカーボネイト等より成りディスク・スキューが±
０．５〜１°と比較的大きい大量生産された安価なディ
スクを用いる場合においても、開口数Ｎ. Ａ. が０．６
程度とされる高密度光ディスク再生システムを構築し得
るディスクの傾き（スキュー）の補正装置を提供する。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明は、図１にその一
例の構成を示すように、少なくとも光源と光ディスクと
の間に、光学的に位相差の異なる領域を有する透明基板
を少なくとも２枚設けて、且つこの透明基板を光軸に垂
直な面内で移動可能として構成する。

【００１８】また本発明は、上述の構成において光源と
光ディスクとの間に少なくともビームスプリッタを設
け、上記の透明基板を、この光源とビームスプリッタと
の間に設ける構成とする。

【００１９】また本発明は、図２にその一例の要部平面
図を示すように、上記透明基板の光学的に位相差の異な
る領域を、少なくとも部分的に短冊状として構成する。
更にまた本発明は、上述の構成において、上記透明基板
の光学的に位相差の異なる領域を、少なくとも部分的に
円形状として構成する。

【００２０】また本発明は、上述の構成において、透明
基板を２組設け、各透明基板の移動方向を、光軸にほぼ
垂直な面内でほぼ直交する方向として構成する。

【００２１】

【作用】上述したように本発明によれば、ディスクの光
ピックアップ部に於いて、光学的に位相差の異なる領域
を有する少なくとも２枚の透明基板を光源と光ディスク
の間に設け、これら位相差の異なる領域を有する透明基
板を光軸にほぼ垂直な面内で移動することができるよう
にすることから、この位相差の異なる領域のパターン及
び大きさ、また光軸にほぼ垂直な方向に関する各透明基
板の相対的な位置を適切に制御することによって、ディ
スクのスポット面内において、スキューに応じてこれを
補正すべき領域に、適切な光路差を生じさせることがで
きる。

【００２２】即ち、これら透明基板の移動量をディスク
のスキュー量（ディスク・スキュー）に対応して制御す
ることによって、対物レンズの瞳面上の波面に非対称性
を生じさせ、ディスク・スキューによって発生するコマ
収差を補正することができる。従ってこれにより生じる
光波の波面の歪によりディスク上での結像スポットが非
対称になって、符号間干渉を増加させることを抑制する
ことができ、十分なＣ／Ｎをもって信号を抜き取ること
ができるようにする。

【００２３】このような本発明によれば、大量生産され
た安価なポリカーボネイト等より成るディスク・スキュ
ーが±０．５〜１°と比較的大きいディスクを用いる場
合においても、開口数Ｎ. Ａ. が０．６のような高密度
光ディスク再生システムを構築することができることと
なる。

【００２４】

【実施例】以下図面を参照して本発明の実施例を詳細に
説明する。図１に本発明の一実施例の模式的な構成を示
す。この場合、光源１とビームスプリッタ４との間に光
学的に位相差の異なる領域を有する少なくとも２枚、こ
の場合２枚の透明基板１１Ａ及び１１Ｂを設けた例であ
る。図１において、１は半導体レーザ等の光源で、ここ
からの光Ｌをビームエキスパンダー２、回折格子３を介
して透明基板１１Ａ及び１１Ｂに入射させ、更に例えば
ビームスプリッタ４に導入させて、コリメータレンズ５
を介して対物レンズ７により集光させ、光ディスク１０
の所定位置に照射させる。

【００２５】そして、光ディスク１０で反射された光
を、対物レンズ７、コリメータレンズ５を介してビーム
スプリッタ４により反射させ、マルチレンズ８により集
光させて例えばＰＩＮフォトダイオード等の半導体レー
ザより成る情報信号再生用の受光素子９によって検出す
る。

【００２６】また図１において一点鎖線ｃは光軸を示
し、透明基板１１Ａ及び１１Ｂは、この光軸ｃに対して
その基板面が垂直となるように配置する。

【００２７】図２及び図３にこれら透明基板１１Ａ及び
１１Ｂの略線的拡大側面図及び平面図を示す。この場
合、ガラス等より成る基板１１₀上に、斜線を付して示
すように、それぞれ段差状に光学的に位相の異なる領域
Ｒ_A1及びＲ_A2、Ｒ_Bを各透明基板１１Ａ、１１Ｂに設け
る構成とする。この光学的に位相の異なる領域は、例え
ばガラスより構成しても良く、その他ＳｉＯ₂、ＳｉＮ
_X等種々の材料により構成し得る。

【００２８】そしてこのような領域Ｒ_A1、Ｒ_A2及びＲ_B
の材料即ちこれにより決まる屈折率と、その厚さを適切
に選定することによって、図２において模式的に示すよ
うに、これら透明基板１１Ａ及び１１Ｂを通過する光に
対する位相差δを適切に選定することができる。この場
合各領域Ｒ_A1，Ｒ_A2及びＲ_Bによる位相差が一様にδと
なるように選定する。

【００２９】ここで、対物レンズの瞳の半径を１と規格
化し、また各透明基板の板面上において直交するｘ軸及
びｙ軸を規定して位相差の異なる領域のパターンを表す
と、図３に示すようにこの場合各領域をｙ軸に延長する
短冊状にパターニングするものであり、一方の透明基板
１１Ａではｘ≦−１、ｘ≧１に位相差の異なる領域Ｒ _A1
及びＲ_A2を設け、他方の透明基板１１Ｂには、−１≦ｘ
≦１に位相差の異なる領域Ｒ_Bを設ける構成とする。図
３において、破線ｐは対物レンズの瞳を示す。

【００３０】次に、このような２枚の透明基板１１Ａ及
び１１Ｂを光軸に対し垂直な方向に移動した場合の動作
態様について説明する。図４Ａ〜Ｃにおいては２枚の透
明基板１１Ａ及び１１Ｂの配置を示す側面図及びこれら
を重ね合わせた平面図と、対物レンズの瞳上での位相差
を示す。この例はディスク・スキューが０°の場合を示
し、２枚の透明基板１１Ａ及び１１Ｂはその中心線即ち
図３におけるｙ軸が一致するように配置されて、これら
を重ね合わせた位相差は０となり、光は、瞳面内におい
て同一の位相をもってディスクに照射される。図４Ａ〜
Ｂにおいて図２及び図３に対応する部分には同一符号を
付して重複説明を省略する。

【００３１】図５Ａ〜Ｃにディスク・スキューが０°で
ない場合の各透明基板１１Ａ及び１１Ｂの配置を示す側
面図、平面図及びこれにより生じる対物レンズの瞳上で
の位相差を示す。この場合、各透明基板１１Ａ及び１１
Ｂは矢印ａ及びｂで示すように、それぞれ光軸に対しほ
ぼ直交する方向に逆向きに移動する構成として、２枚の
透明基板１１Ａ及び１１Ｂがそれぞれその中心線がずれ
た配置とする。この移動手段等については後段で詳細に
説明する。

【００３２】従って、重ね合わせた位相は図５Ｃに示す
ように階段状に非対称となり、この階段状に非対称な位
相を、ディスク・スキューによって発生するコマ収差と
逆相になるように、２枚の透明基板１１Ａ及び１１Ｂの
ずれ量を制御する。図５において、図４に対応する部分
には同一符号を付して重複説明を省略する。

【００３３】図６にディスク・スキューで発生するコマ
収差を、瞳上の極座標（ｒ，θ）を用いて下記の式Ｗ₃₁ｒ³ｃｏｓθ で表し、これを対物レンズの入射面における波面とし
て、瞳半径を１に規格化して、コマ収差係数Ｗ₃₁を１と
して図式化して示す。また図７に２枚の透明基板１１Ａ
及び１１Ｂを逆方向に移動させたときの階段状に非対称
な位相、更に図８にディスク・スキューで発生するコマ
収差と２枚の透明基板１１Ａ及び１１Ｂを逆方向に移動
させた時の階段状に非対称な位相差を合成させたときの
位相差を示す。

【００３４】これらの結果から、図６に示すコマ収差が
生じたままの場合に比し、本発明によって透明基板１１
Ａ及び１１Ｂにより位相を補正した図８に示す例におい
ては、位相差の二乗平均（ｒｍｓ）が小さくなることが
わかる。

【００３５】次に、図９〜図１１を参照して、透明基板
１１Ａ及び１１Ｂの移動手段を含めて具体的な構成を詳
細に説明する。先ず図９Ａ及びＢにディスクの傾きを検
知するスキュー・センサー２０の一例の構成を示す。ス
キュー・センサー２０には発光ダイオード（ＬＥＤ）等
の発光素子２１と２分割フォト・ディテクター２２とが
設けられ、図９Ａに示すように発光素子２１からの光が
光ディスク１０の記録面１０Ｒに照射されて２分割フォ
ト・ディテクターに反射される。そして図９Ｂに示すよ
うに、この２分割フォト・ディテクター２２からの差信
号がスキュー・エラー信号として出力される。図９Ｂに
おいてＳ_oはディスクから反射された光の結像スポット
を示す。

【００３６】このスキュー・エラー信号のディスクスキ
ュー量に対する変化を図１０に示す。この図１０からわ
かるように、この場合例えばディスクスキュー量が例え
ば±３°（ｄｅｇ．）の範囲（図１０においてＬ_iで示
す）で上述のスキュー・エラー信号からディスクスキュ
ー量が一義的に求まり、これによって補正量を制御する
ことができる。

【００３７】このようなスキュー・センサーを用いてデ
ィスクの傾き量を検知し、例えば図１１に示す構成とす
ることにより、そのスキュー量に応じて２枚の透明基板
の移動量を制御することができる。この実施例では電磁
アクチェーター２５を用いて透明基板１１Ａ、１１Ｂを
移動させている。各透明基板１１Ａ及び１１Ｂの位置は
位置検出センサー２４により検出して、スキュー・セン
サー２０からの信号がアンプ２６を介して位置検出セン
サー２４からの信号と共に減算器２７に入力され、差信
号が位相補償器２８、アンプ２９を介して電磁アクチュ
エーター２５に帰還される。図１１においては受光部
（再生光検出系）を省略して示し、また図１に対応する
部分には同一符号を付して重複説明を省略する。

【００３８】尚、本発明はこの実施例にのみ限定される
ものではなく、例えば図１２にその構成図を示すよう
に、透明基板１１Ａ及び１１Ｂをビームスプリッタ４と
光ディスク１０との間、特にコリメータレンズ５と対物
レンズ７との間に設ける構成としてもよく、またその他
光源１と光ディスク１０との間のどの平行光束中、集束
又は発散光束中どの位置にも設けることができる。図１
２において、図１に対応する部分には同一符号を付して
重複説明を省略する。

【００３９】しかしながら、図１乃至図１１において説
明したように、透明基板１１Ａ及び１１Ｂを光源１とビ
ームスプリッタ４との間に設ける場合、即ち回折格子３
とビームスプリッタ４との間に限ることなく透明基板１
１Ａ及び１１Ｂを光源１とビームスプリッタ４との間等
のどの位置に設ける場合においても、光源からの光が透
明基板１１Ａ及び１１Ｂを通過する回数が１回となるこ
とから、光路差等の設定が容易となり、また光ディスク
１０から反射された再生光に何らの影響を及ぼすことな
く検出できることから、より安定確実な再生が可能とな
る。

【００４０】また例えば図１３Ａ及びＢ、図１４Ａ及び
Ｂにその略線的拡大側面図及び平面図を示すように、各
透明基板１１Ａ及び１１Ｂのそれぞれの位相差の異なる
領域Ｒ_A及びＲ_B（斜線を付して示す）を、それぞれ円
形状の凹部または凸部を有するパターンとして構成する
こともできる。このような構成とする場合、その生じさ
せる位相差がスキューによって生じるコマ収差により追
随した形状となることから、補正後の位相差の二乗平均
（ｒｍｓ）を更に低減化することができる。

【００４１】更にまた、図１５Ａ〜Ｄに略線的拡大側面
図を、また図１６Ａ〜Ｄに略線的拡大平面図をそれぞれ
示すように、２組の２枚構成の透明基板１１Ａ及び１１
Ｂ、１１Ｃ及び１１Ｄを設け、これら各透明基板１１Ａ
及び１１Ｂ、１１Ｃ及び１１Ｄの移動方向が、光軸にほ
ぼ垂直な面内でほぼ直交する方向となるように構成する
こともできる。これにより、更にスキューによるコマ収
差を補正することができ、より位相差の二乗平均の低減
化をはかることが可能となる。

【００４２】更に本発明においては、上述の各実施例に
限定されることなく本発明構成を逸脱しない範囲におい
てその他種々の変形変更が可能であることはいうまでも
ない。例えば、ディスクの傾きを検出する手段としてデ
ィスク・スキュー・センサーを用いることなく、再生信
号（ＲＦ信号）等を用いて検出してもよく、更にまた上
述の例においては電磁アクチュエーターを用いて透明基
板を移動させた例を示したが、これに限定されることな
く例えばラック・アンド・ピニオン、歯車、静電アクチ
ェーター、ピエゾに代表される圧電素子等種々の移動手
段を用いることができる。

【００４３】

【発明の効果】本発明による効果を以下に示す。１．対物レンズ開口数Ｎ. Ａ. が大きくてもディスク・
スキューによって発生するコマ収差による再生波形の歪
を光学的に補正できるので、非常に安価な高密度光ディ
スク・システムを供給できる。

【００４４】２．対物レンズ開口数Ｎ. Ａ. が大きくて
もディスク・スキューによって発生するコマ収差による
再生波形の歪を光学的に補正するので、非常に信頼性の
高い高密度光ディスク・システムを供給できる。

【００４５】３. ディスク・スキューの許容値を大きく
することができるので、高密度ディスクであるにもかか
わらず製造価格の安い光ディスクを用いた高密度光ディ
スク・システムを供給できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の構成図である。

【図２】透明基板の一例の略線的拡大側面図である。

【図３】透明基板の一例の略線的拡大平面図である。

【図４】本発明の一実施例の動作態様の説明図である。

【図５】本発明の一実施例の動作態様の説明図である。

【図６】ディスクのスキューにより生じるコマ収差を示
す図である。

【図７】透明基板により生じる階段状位相差を示す図で
ある。

【図８】コマ収差と階段状位相差とを合成した位相を示
す図である。

【図９】ディスクのスキュー・センサーの一例の構成図
である。

【図１０】スキュー・エラー信号のディスクスキュー依
存性を示す図である。

【図１１】本発明の一実施例の制御系の構成図である。

【図１２】本発明の他の実施例の構成図である。

【図１３】透明基板の他の例の略線的拡大側面図であ
る。

【図１４】透明基板の他の例の略線的拡大平面図であ
る。

【図１５】透明基板の他の例の略線的拡大側面図であ
る。

【図１６】透明基板の他の例の略線的拡大平面図であ
る。

【図１７】光ピックアップの一例の構成を示す略線的斜
視図である。

【図１８】ＥＦＭ再生信号の波形図である。

【図１９】ディスクのスキューにより生じるコマ収差を
示す図である。

【図２０】ディスク上でのスポットの強度分布を示す図
である。

【符号の説明】

１光源２ビームエキスパンダー３回折格子４ビームスプリッタ５コリメータレンズ６１／４波長板（ＱＷＰ）７対物レンズ８マルチレンズ９受光素子１０ディスク

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも光源と光ディスクとの間に、
光学的に位相差の異なる領域を有する透明基板が少なく
とも２枚設けられて成り、上記透明基板が光軸に垂直な面内で移動可能とされて成
ることを特徴とするディスク傾き補正装置。
【請求項２】少なくとも上記光源と上記光ディスクと
の間にビームスプリッタが設けられ、上記透明基板が、上記光源と上記ビームスプリッタとの
間に設けられて成ることを特徴とする上記請求項１に記
載のディスク傾き補正装置。
【請求項３】上記透明基板の光学的に位相差の異なる
領域が、少なくとも部分的に短冊状とされて成ることを
特徴とする上記請求項１に記載のディスク傾き補正装
置。
【請求項４】上記透明基板の光学的に位相差の異なる
領域が、少なくとも部分的に円形状とされて成ることを
特徴とする上記請求項１に記載のディスク傾き補正装
置。
【請求項５】上記透明基板が２組設けられ、上記各透
明基板の移動方向が、光軸にほぼ垂直な面内でほぼ直交
する方向とされて成ることを特徴とする上記請求項１に
記載のディスク傾き補正装置。