JPH0777031B2 - 収差補償装置 - Google Patents

収差補償装置

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JPH0777031B2
JPH0777031B2 JP4195000A JP19500092A JPH0777031B2 JP H0777031 B2 JPH0777031 B2 JP H0777031B2 JP 4195000 A JP4195000 A JP 4195000A JP 19500092 A JP19500092 A JP 19500092A JP H0777031 B2 JPH0777031 B2 JP H0777031B2
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aberration
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光学データ記憶の分野に
関し、特に、光学ディスク駆動装置に関するもので、該
ディスクの記録面を掻き疵及び塵から保護する薄い透明
層を有するものである。
【０００２】
【従来の技術】光学ディスク駆動装置はオーディオ、ビ
デオ、コンピューター関連機器の中で広く用いられてい
る。典型的なものとしては、特殊な媒体で作られたディ
スクの表面に２進形式で情報を記録するために、情報送
信装置からのパルス信号によってレーザ光線を変調する
ものである。ライト−ワンス−リード−モーストリ（Ｗ
ＯＲＭ）光学ディスク駆動機構においては、駆動機構は
情報をディスク上に書き込むことができるが、あとで書
き換えることはできない。同心状あるいは渦巻き状のト
ラックに配置されたディスク媒体の小さな領域をレーザ
光線によって、例えば熱することによって物理的に変化
させる。記録された情報は、その小さな領域を物理的に
変化させないような低いパワーでレーザ光線をその表面
に反射させることにより読み取ることができる。ディス
クには、光学ヘッドに対して位置決め情報を与える、半
径方向のサーボ−追跡情報、データ−同期信号及び事前
書式化が刻み込まれている。ＣＤ ＲＯＭとＷＯＲＭの
駆動機構は、前者が事前記録された光学媒体を読みとる
のみである点を除いて似ている。それらには書き込み能
力はない。更に最近では、進んだ消去可能な光学ディス
ク駆動装置が開発されてきている。それらによれば、情
報をディスク上に随意に書き込むことができ、そしてま
た消去したり重ね書きすることもできる。そのような装
置は、磁気光学（ＭＯ）媒体を必要とし、いわゆるＫｅ
ｒｒ効果によるものである。光は、磁化された磁気光学
材料のフィルムから反射されるとき、その偏向面を回転
させられる。
【０００３】広く普及してきている光学ディスクは、典
型的には透明な保護層またはいわゆるカバープレートを
含み、それは下層にある光学媒体の記録面を掻き疵と塵
から保護している。通常、ガラス又は樹脂がカバープレ
ートとして用いられる。カバープレートの標準的な厚み
のひとつは１．２ｍｍである。カバープレート上の表面
の欠陥や塵によってエラーが生ずることは、通常無い。
なぜならそれらは光学ヘッド内の対物レンズの焦点面内
に存在していないからである。対物レンズは一般に、
１．２ｍｍのカバープレートによって生ずる球面収差を
補正するように設計されている。
【０００４】現在では、市販されている光学ディスク駆
動装置に用いられている対物レンズは、０．５５の開口
数を有しており、１．２ｍｍのカバープレート厚みに対
して補正されている。将来的には、データ記憶密度を増
すために開口数は大きくなるであろう。開口数が大きく
なると、ディスクの傾きに対する許容誤差はそれに応じ
て小さくなる。例えば、開口数が０．５５から０．６５
に増すと、ディスク傾斜許容誤差は、１．６５のファク
ターで減少する。しかしながら、ディスク傾斜許容誤差
は光学ディスクの厚みにも比例する。従って、ディスク
のカバープレートの厚みが、例えば１．２ｍｍから０．
６ｍｍに減少できたとすると、ディスクの許容誤差は現
在の工業規格の規格内に治めることができるし、更に１
５％緩和することもできよう。
【０００５】０．６ｍｍのカバープレートに合わせた光
学ヘッド内の対物レンズを設計したとすると、１．２ｍ
ｍのカバープレートを持つ光学ディスクについては読取
りも書き込みもできない。これは、カバープレート厚み
のうち０．６ｍｍの補償されていない部分から生ずる補
正されてない球面収差のためである。０．６５の開口数
を持つ対物レンズを用いて、０．６ｍｍのカバープレー
トに対して補正されたレーザ光線を１．２ｍｍのカバー
プレートを通して焦点を合わせることによって生じた波
面収差を図１に示す。頂点−谷から測定されるように波
面にはおよそ３つの収差の波がある。縦軸は、８３０ｎ
ｍの波長における光学波面エラーの単位を表す。横軸は
規格化されたひとみ係数を表す。
【０００６】異なるカバープレート厚を持つディスク同
志を互換する場合には、ガラス板をレーザ光線の光路中
に機械的に挿入することが可能である。言い換えると、
光学ディスク駆動装置は、厚いカバープレート用に設計
された対物レンズを包含することができる。つまり、カ
バープレートの厚みの差を補正するためにもう１つのカ
バープレートを物理的に等価に付加することによって、
より厚いカバープレートを持つ光学ディスクを、１つの
光学ディスク駆動装置によってを操作することができ
る。しかしながら、それに必要とされる電気機械素子
が、（傾斜を生じない）挿入の再現性と装置の長期的信
頼性の双方を満足できないために、この解決法は不満足
なものである。また、この方法では速度が遅すぎる上、
ディスクに多層に記憶されたデータを読み取るよう設計
されたカスケードシステムに於いては機械的に複雑なも
のとなる。
【０００７】
【発明が解決しようとする技術課題】従って、本発明の
第一の目的は、異なるカバープレート厚を持つ光学ディ
スクを互換可能に使用できる光学ディスク駆動装置を提
供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、光学ディスク
を駆動機構軸を中心に回転させるためのメカニズムを提
案する。光源からの光線は、ディスクの下層の光学媒体
上のスポットに焦点を合わせる。光学媒体から反射され
た光は光検出機構により受光され、それから媒体上でコ
ード化された情報が再生される。対物レンズが、第１の
厚みのカバープレートをもった第１の光学ディスクの光
学媒体上のスポットに光線の焦点を合わせるよう、適当
な位置決めと開口数を有しているとする。次に前記と異
なる第２の厚みのカバープレートをもった第２の光学デ
ィスクを使用するときは、その光学ディスクの光学媒体
上のスポットに光線の焦点を合わせるために、光源と対
物レンズの間の光路中に補償レンズを作動させる。補償
レンズは、透明基板、液晶配向フィルム及び電極の積層
構造からなり、多量の液晶材料を包含するものがよい。
補正信号を液晶材料に与えることによって、屈折率を変
化させる。
【０００９】
【実施例】図２に示すように、レーザ等の光源２２は、
制御信号発生器２４によって励起される。光源２２から
でた光線は、レンズ２６、ビーム分割プリズム、四分の
一波長板を透過し、ガルバノミラー３２に到達する。光
線は、ガルバノミラー３２で反射されてから対物レンズ
３４によって光学ディスク３６上に焦点を合せる。光学
ディスク３６は、ディスク面に垂直な駆動機構軸を中心
にディスクを回転させるモータ４０に連結された主軸３
８によって支持されている。ガルバノミラー３２は、旋
回心軸を軸として旋回するように設置され、図２のＡの
矢印で示された角度の範囲内で動く。このようなガルバ
ノミラーの動作は、ソレノイド４２を経て実行され、そ
れによってディスク上にコード化された情報トラックに
追随できるように光線をディスク上の半径方向に曲げて
いる。ソレノイド４２はシステム制御装置４４に連結さ
れたサーボ回路６０によって駆動されている。
【００１０】対物レンズ３４は、図２のＢの矢印で示さ
れた範囲内でディスク３６に近付いたり遠ざかったりす
る。ディスク３６の面に垂直な軸に沿った対物レンズの
このような動作は、システム制御装置４４に連結された
別のサーボ回路６０によって励起されるソレノイド４６
によって実行される。
【００１１】光学ディスク３６は汎用的な下層の光学媒
体と、その上を覆う、厚さが例えば０．６ｍｍの樹脂又
はガラス製のカバープレートからなる。対物レンズ３４
は、光学媒体上のスポットに焦点を合わせるために光学
ディスク３６に近付いたり遠ざかったりする。情報は、
同心状あるいは渦巻き状のトラックに２進形式で媒体上
にコード化されている。光学媒体の汎用的な形式の一つ
は、データが、１と０に相当する穴と島の連続としてコ
ード化されているものである。
【００１２】本発明によれば、補償レンズ４８は、対物
レンズ３４とガルバノミラー３２の間の平行化された光
線の光路上に設置される。詳細の大部分は後述するが、
補償レンズは、０．６ｍｍのカバープレート用に補正さ
れた光線が、光学ディスク３６の替わりに装置にロード
された異なる光学ディスク上の１．２ｍｍのカバープレ
ートを通過して焦点を合わせる場合に生ずる波面収差を
補正するために用いられる。補償レンズ４８は、システ
ム制御装置４４に連結された補償用駆動回路５０からの
補償信号によって作動する。システム制御装置４４はま
た、光源２２を駆動する制御信号発生器へ指令を出す。
【００１３】光学ディスク３６から反射された光線は、
対物レンズ３４を通過し、補償レンズ４８を通過して、
ガルバノミラー３２に戻ってくる。ミラーで反射された
光線は四分の一波長板３０を経てビーム分割プリズム２
８を通過する。ビーム分割プリズム２８はレンズ５２を
通して光線を光検出機構５４へ反射する。図２の破線で
囲まれた素子は光学ヘッド５６内にある。このヘッド
は、図２のＣの矢印で示された範囲内を、トラックの選
択のためにディスクを半径方向に横断するように動く。
この動作は、システム制御装置４４に連結されたサーボ
回路６０によって駆動されるリニアモータ５８を用いて
実行される。
【００１４】光検出機構５４は、フォトダイオードのよ
うな適当な変換器からなり、反射光線の光強度を検出す
る。検出器５４からの出力信号は、信号プロセッサーへ
送られ、そこで光学媒体上にコード化された情報に相当
するデータ信号を発生し、更にそれを上位の制御装置に
送る。光学ディスク駆動装置のシステム制御装置４４も
また上位の制御装置の指令下にある。
【００１５】図３は補償レンズ４８の詳細を表してい
る。図３の大きな矢印の方向に光が透過する。このレン
ズは、上部と下部の基板７０と７２、上部と下部の結晶
配向フィルム７４と７６、ネマチックまたはセマチック
の液晶層７８、及び上部と下部の透明電極８０と８２を
含む積層構造からなる。これらの電極間に電圧が印加さ
れると、液晶が配向し、補償レンズ４８の屈折率が変わ
る。電極８０と８２は、リード線８４と８６に接続さ
れ、それらは補償用駆動機構５０（図２）に連結してい
る。この積層構造の側端は、エポキシ８８と９０の層に
よって固定されている。このエポキシで、基板間の空間
をシールすることにより液晶の容器を形成している。
【００１６】下部の結晶配向フィルム７６、下部の電極
８２、及び下部の基板７２は、破線で描かれた波面収差
曲線９２に対して相補的な形状に形成されている。下部
の基板７２の屈折率は、電圧が印加されていない状態の
液晶７８に等しい。従って、電圧を印加しない時には配
向フィルム７４と７６は波面を修正しない。補償用駆動
機構５０によって適当な電圧を印加すると、結晶の屈折
率は変化する。この屈折率Δｎの変化は、０．０５から
０．３０の間であり、使用される液晶の型に依存する。
【００１７】液晶配向フィルム７４と７６はポリビニル
アルコールでよく、厚みは、例えば１０ナノメートルで
ある。上部と下部の基板７０と７２は、光学的に高品質
で透明であればどのような樹脂でもガラスでもよく、厚
みは、例えば１から５ミリメートルである。透明電極８
０と８２は、それぞれ酸化インジウムスズの連続フィル
ム層からなり、厚みは、例えば５０ナノメートルであ
る。下部基板７２は、加圧成形によって波面の形状に形
成される。基板７２の表面の形状は、イオン摩砕あるい
はパターンによる薄膜蒸着によっても得られる。好まし
い実施例においては、図３のＤの矢印で示された頂点か
ら谷迄の距離は、およそ１７．７ミクロンである。液晶
層７８の厚さは、最も厚いところでおよそ２０ミクロン
である。補償用駆動機構５０によって与えられる、屈折
率を変えるに十分な補償信号の電圧レベルは、液晶材料
の型に依存する。配向フィルム７４と７６の内部に向き
合った表面は、液晶層が屈折率整合液体としての役割を
持つために、空気に曝された場合より粗くなる。
【００１８】液晶の応答、Δｎは、電場のｘ乗に比例し
なければならない。ここでｘは１ではない。ネマチック
液晶の屈折率は、電場の２乗に比例して変化する。もし
この応答が電場に対して線形であるなら、薄いところほ
ど電場が強いので、屈折率は高くなる。液晶層７８が飽
和状態まで駆動されたら、補償レンズ４８を通した屈折
率は、電場の分布に関係なく確実に一定になる。ＯＦＦ
状態からＯＮ状態への波面収差の変化は、Ｓ（ｘ，ｙ）
にΔｎをかけてλ（入射光の波長）で割った結果で表さ
れる。Ｓ（ｘ，ｙ）は、下部の結晶配向フィルム７６の
表面の形状と定義する。Ｓ（ｘ，ｙ）は、通常Ｓ（ｘ，
ｙ）＝α１（ｘ2 ＋ｙ2 ）＋α２（ｘ2＋ｙ2 ）2 ＋α
３（ｘ2 ＋ｙ2 ）3 の形である。Δｎを０．１５、λを
０．８３と仮定すると、表面の形状Ｓ（ｘ，ｙ）は、図
１のグラフの一般的な正弦曲線と同じ断面となるはずで
ある。しかし頂点から谷迄の距離は１７．７ミクロンと
している。
【００１９】この特殊な応用においては、補償レンズへ
の切り替え速度は重要ではない。それは、より厚いカバ
ープレートを持つ光学ディスクが挿入されたときにＯＮ
し、そのディスクがディスク駆動装置から外されたとき
にＯＦＦするだけで良い。システム制御装置４４は、光
学ディスクを変えたときに、自動的に補償レンズ４８を
ＯＮにすることができるしまた、オペレーターが手動の
作動キーを押すことによって行なうこともできる。
【００２０】本発明の光学ディスク駆動装置の好ましい
実施例をのべてきたが、優れた技術によってこれの修正
や改良がなされるであろう。例えば、本発明は、磁気光
学（ＭＯ）ディスク駆動装置においても使用できるであ
ろう。ＭＯ装置における補償レンズの可能な設置方法の
一つは、レーザ光平行化レンズと最初のビーム分割器と
の間である。従って、本発明によって生ずる制限は、前
記の請求項の範囲のみに限られる。
【００２１】
【発明の効果】この方法によると、対物レンズのみを用
いて別の光学ディスクの光学媒体上に光線の焦点を合わ
せる場合に生ずる反射光線中の波面収差を、実質的に取
り除くことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】開口数０．６５の対物レンズを用いて、０．６
ｍｍのカバープレート用に補正されたレーザ光線を、
１．２ｍｍのカバープレートを通して反射させた場合の
接平面内の波面収差を示すグラフである。
【図２】本発明の光学ディスク駆動装置の好ましい実施
例の結合図及び機能ブロック図である。
【図３】本発明の光学ディスク駆動装置の好ましい実施
例において使用された補償レンズの断面図である。
フロントページの続き (72)発明者 ジェイムズ・エム・ザビスラン アメリカ合衆国95112 カリフォルニア州 サン・ジョゼ、トウェンティーフォース・ ストリート 4385 エス番地

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光源から光ビームを受け取り光学媒体の
    第１の深さに球面収差なしに焦点を結ぶ光学系と、 上記光学系に設けられた収差補償レンズであって、 第１および第２の透明基板と、 上記第１および第２の透明基板の間に配置された、電圧
    の印加によって屈折率が変化する材料層と、 上記第１および第２の透明基板の間に設けられた、上記
    材料層に電圧を印加するための手段と、 を有する収差補償レンズと、 を備え、 上記第２の透明基板の上記材料層に面する表面は、少な
    くとも１つの凸部および凹部を有する実質的に正弦曲線
    の断面を持ち、この断面は、上記光ビームを光学媒体の
    第２の深さに焦点を合わせるときに生じる波面収差曲線
    を実質的に反転したものであり、上記光学媒体の第２の
    深さに焦点を合わせるとき上記材料層に電圧を印加する
    ようにした収差補償装置。
  2. 【請求項２】 上記材料層が液晶層である請求項１に記
    載の補償装置。
  3. 【請求項３】 上記電圧を印加するための手段が上記材
    料層の両側に配置された透明電極である請求項１に記載
    の補償装置。
JP4195000A 1991-10-16 1992-07-22 収差補償装置 Expired - Lifetime JPH0777031B2 (ja)

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US77701991A 1991-10-16 1991-10-16
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JPH05205282A JPH05205282A (ja) 1993-08-13
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