CN103329202A

CN103329202A - 光拾取装置及光盘装置

Info

Publication number: CN103329202A
Application number: CN2012800057371A
Authority: CN
Inventors: 中原宏勋; 的崎俊哉; 竹下伸夫
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2011-01-20
Filing date: 2012-01-17
Publication date: 2013-09-25
Anticipated expiration: 2032-01-17
Also published as: US8787137B2; WO2012098859A1; US20130286810A1; CN103329202B; JP5398924B2; JPWO2012098859A1

Abstract

一种光拾取装置，该光拾取装置具有：激光光源（201）；平行光学系统（202），其将激光转换为平行光；会聚光学系统（205），其使所述平行光会聚于光盘；光检测部，其接收会聚后的光被光盘（101）反射后的返回光，并输出检测信号；以及反射镜（204），其配置在所述平行光学系统和所述会聚光学系统之间，所述反射镜（204）具有由3个反射率不同的区域构成的反射面，所述反射面的中央区域在由所述会聚光学系统会聚后的光所照射的位置处的与所述光盘（101）的径向方向平行的两条边界线处，与另两个区域相接，所述中央区域的反射率低于所述另两个区域的反射率。

Description

光拾取装置及光盘装置

技术领域

本发明涉及光拾取装置以及安装了该光拾取装置的光盘装置。

背景技术

CD（Compact Disc（光盘）：注册商标）、DVD（Digital Versatile Disc（数字通用光盘）：注册商标）或者BD（Blu-Ray Disc（蓝光光盘）：注册商标）这些光盘能够以非接触方式实现信息的记录/再现，能够实现大容量而且比较价廉的信息记录介质，因而在产业用到民用的范围内被广泛使用。光盘的大容量化能够通过使在光盘的轨道状或者螺旋状的记录轨道形成的记录标记（包括凹坑或相变标记）微小化，并且与该被微小化的记录标记的尺寸配合，使在记录或再现中使用的激光的波长缩短以及使物镜的数值孔径（NA：Numerical Aperture）数值提高，由此使焦点面上的会聚光斑尺寸微小化来实现。

例如，在CD中，通过使作为光透射层的盘基板的厚度为约1.2mm、激光的波长为约780nm、物镜的NA为0.45，能够实现650MB的容量。另外，在DVD中，通过使作为光透射层的盘基板的厚度为约0.6mm、激光的波长为约650nm、NA为0.6，能够实现4.7GB的容量。另外，在高记录密度的BD中，通过使覆盖光学记录层的光透射层即保护层的厚度薄至约0.1mm、激光的波长为约405nm、NA为0.85，能够实现25GB以上的大容量化。

但是，激光的短波长化和提高数值孔径的数值在技术上是有极限的，利用迄今的现有方法很难推进大容量化。因此，通过层叠多层记录层的多层化，增大光盘的每单位面积的记录信息量来实现大容量化，这种研发成为当今的主流。

在这种多层化光盘中，位于作为记录或者再现的对象的记录层与透镜之间的光透射层的厚度，根据所选择的记录层而变化，因而产生球面像差，导致记录再现性能恶化。因此，在普通的光拾取装置中，在激光光源和物镜之间配置准直透镜，通过使该准直透镜移动来进行校正球面像差。

基于准直透镜进行的球面像差的校正，在光透射层厚度的变化量越大时，使准直透镜移动的移动量越大。这意味着准直透镜的移动量随着记录层的多层化而增大。另外，为了确保增大的准直透镜的移动量，也存在光拾取装置大型化的问题。

为了减小准直透镜的移动量得到较高的球面像差的校正性能，能够通过缩短移动的准直透镜的焦距来实现。在现有的光拾取装置中，通过两个透镜的组合来实现准直透镜的功能，并降低这两个透镜的移动量（例如，参照专利文献1）。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2006－164493号公报（第5页、图2）

发明内容

发明要解决的问题

但是，在使用两个透镜来降低准直透镜的移动量的现有方法中，透镜自身具有厚度，存在难以实现光拾取装置的进一步小型化的问题。

本发明正是为了解决上述问题而提出的，其目的在于，提供一种小型的光拾取装置及光盘装置，能够减小准直透镜的移动量，并确保良好的再现性能，其中，该准直透镜用于校正在具有多个信息记录层的光盘中产生的球面像差。

用于解决问题的手段

本发明的光拾取装置具有：激光光源；平行光学系统，其将从该激光光源射出的激光转换为平行光；会聚光学系统，其使由该平行光学系统转换后的所述平行光会聚于光盘；光检测部，其接收由该会聚光学系统会聚后的光被所述光盘反射后的返回光，并输出检测信号；以及反射镜，其配置在所述平行光学系统和所述会聚光学系统之间，所述反射镜具有由反射率不同的3个区域构成的反射面，所述反射面的中央区域在由所述会聚光学系统会聚后的光所照射的位置处的与所述光盘的径向方向平行的两条边界线处，与另两个区域相接，所述中央区域的反射率低于所述另两个区域的反射率。

发明效果

在本发明的光拾取装置中，能够减小用于校正在具有多个信息记录层的光盘中产生的球面像差准直透镜的移动量，并能够确保良好的再现性能。

附图说明

图1是本发明的实施方式1的光盘装置的概况图。

图2是本发明的实施方式1的光拾取装置的概况图。

图3是表示本发明的实施方式1的光拾取装置的一部分的概况图。

图4是本发明的实施方式1的光拾取装置的立起镜的概况图。

图5是表示本发明的实施方式1的光拾取装置的会聚光斑直径与记录标记的分辨率之间的关系的特性图。

图6是表示本发明的实施方式1的光拾取装置的光束扩展角的示意图。

图7是表示本发明的实施方式1的光拾取装置的半导体激光元件的光束扩展角与边缘光强度及会聚光斑直径之间的关系的特性图。

图8是表示本发明的实施方式1的光拾取装置的边缘光强度与Ri/Ro之间的关系的特性图。

图9是表示本发明的实施方式2的光拾取装置的一部分的概况图。

图10是本发明的实施方式2的光拾取装置的立起镜的概况图。

具体实施方式

实施方式1

图1是简要表示用于实施本发明的实施方式1的光盘装置1的结构的功能模块图。图2是简要表示在光盘装置1的内部设置的光拾取装置104的结构的图。

如图1所示，光盘装置1具有：转台102，其供装卸自如地装载光盘101；作为盘驱动部的主轴电机103，其驱动该转台102旋转；光拾取装置104，其进行从光盘101的记录信息的读取；以及螺线（sled）驱动机构105，其使该光拾取装置104沿光盘101的径向（半径方向）移动并进行位置对准。并且，光盘装置1具有矩阵电路106、信号再现电路107、伺服电路108、主轴控制电路109、激光器控制电路110、螺线控制电路111和控制器112。

光盘101装卸自如地装载于固定在主轴电机103的驱动轴（主轴）上的转台102。光盘101是具有一个信息记录层的单层盘、或者是具有多个信息记录层的多层盘。转台102由主轴电机103驱动着旋转，从而使光盘101旋转，该主轴电机103在主轴控制电路109的控制下进行驱动。主轴控制电路109按照来自控制器112的命令进行动作，并具有根据从主轴电机103提供的表示实际转速的脉冲信号执行主轴伺服的功能，以便使实际转速与目标转速一致。

光拾取装置104具有如下这样的功能：在进行信息的再现时或者记录时，向光盘101照射激光，接收被光盘101的信息记录层反射的返回光而生成检测信号，将该检测信号输出给矩阵电路106。图2是本实施方式的光拾取装置104的概况图。在图2中，从光拾取装置104朝向转台102的中心的方向相当于光盘的内周侧，将该方向定义为光盘101的径向。在将该径向设为Y轴方向时，光盘101的切线方向定义为X轴方向，与光盘101的形成有信息记录层的面垂直的方向定义为Z轴方向。

图2的（a）是从与光盘101的信息记录面垂直的方向（Z轴方向）观察光拾取装置104时的俯视图。图2的（b）是从侧方（X轴方向）观察光拾取装置104时的简要剖视图。如图2的（a）和图2的（b）所示，光拾取装置104具有框体200，该框体200具有沿着光盘101的径向（Y轴方向）的长边。并且，光拾取装置104具有光集成元件201、作为平行光学系统的准直透镜202、物镜致动器203。

光集成元件201是具有将射出BD用激光（振荡波长：约405nm）的半导体激光元件和受光元件集成在同一基板上的构造的元件。图1所示的激光器控制电路110能够驱动这些光集成元件201，并控制从光拾取装置104射出的激光的强度。

从光集成元件201射出的激光入射到准直透镜202的光入射面。如图2的（b）所示，准直透镜202将入射的激光转换为平行光。

如图2的（b）所示，立起镜204使从准直透镜202入射的平行光沿作为会聚光学系统的物镜205的方向（Z轴方向）反射。物镜205使从立起镜204的反射面入射的光会聚于光盘101。物镜205针对BD用激光的NA约为0.85。下面的表1示出了物镜205的规格的一例。

[表1]

物镜焦距（mm）	1.176
		物镜的NA	0.85
物镜光瞳直径φ（mm）	2.0

光拾取装置104还具有光学像差（主要是球面像差）校正用的准直透镜驱动机构206。准直透镜驱动机构206能够根据从控制器112通过伺服电路108供给的控制信号，使准直透镜202沿光轴方向（单点划线A的方向）移动，适当校正光学像差。准直透镜驱动机构206具有步进电机（未图示）、或使准直透镜202沿光轴方向移动的引导机构（未图示）。准直透镜驱动机构206例如能够根据覆盖多层盘中的特定信息记录层的保护层的厚度或者保护层的厚度的制造误差，使准直透镜206沿着光轴移动来校正球面像差。

另外，光拾取装置104具有光检测部（受光元件），光检测部接收从盘反射的光并变换为检测信号。

在图1中，矩阵电路106具有矩阵运算电路和放大电路等。并且，矩阵电路106对从光拾取装置104供给的检测信号实施矩阵运算处理，生成作为高频信号的再现RF信号，并且生成聚焦误差信号及循轨误差信号等伺服控制用信号。由矩阵电路106生成的再现RF信号被提供给信号再现电路107。由矩阵电路106生成的伺服控制用信号被提供给伺服电路108。

信号再现电路107对从矩阵电路106供给的再现RF信号实施二值化处理，生成调制信号。并且，信号再现电路107从该调制信号提取再现时钟，并对调制信号实施解调处理、纠错和/或解码处理而生成再现数据。由信号再现电路107生成的再现数据被传输给视频音响设备或个人计算机等主机设备（未图示）。

伺服电路108根据由矩阵电路106供给的伺服控制用信号，生成聚焦控制及循轨控制用的各种伺服驱动信号。并且，将这些伺服驱动信号提供给光拾取装置104的物镜致动器203。

如图2的（a）所示，物镜致动器203具有保持物镜205的透镜架（可动部）203L、支撑该透镜架203L的悬架203Sa、203Sb、和磁路203Ma、203Mb。物镜致动器203还具有未图示的聚焦线圈和循轨线圈。另外，物镜致动器203能够根据由伺服回路108供给的伺服驱动信号（驱动电流），通过聚焦线圈使物镜205在聚焦方向移动，并通过循轨线圈使物镜205在径向移动。

在图1中，螺线控制电路111能够通过螺线驱动机构105使光拾取装置104在光盘101的径向移动并定位。由此，光拾取装置104能够将再现用或者记录用激光凝缩焦点而照射于光盘101的期望的记录轨道。

控制器112控制上述的伺服电路108、激光器控制电路110、螺线控制电路111及主轴控制电路109的各动作。控制器112由微型计算机构成，根据来自主机设备（未图示）的命令执行各种控制处理。

图3是简要表示光拾取装置104的光路的图。如图3所示，从光集成元件201射出的激光L被准直透镜202转换为平行光。立起镜204使该平行光向物镜205的方向反射。并且，物镜205使从立起镜204入射的光会聚于光盘101形成会聚光斑。另一方面，被光盘101反射的返回光透射物镜205，然后被立起镜204向准直透镜202的方向反射。然后，返回光透射准直透镜202后，被光集成元件201的受光元件（未图示）接收。

图4是表示在本实施方式的立起镜204上形成的具有反射率差异的带状构造的反射面的概况图。如图4所示，立起镜204的反射面被分割为长边方向与径向平行的矩形区域401、402和403。在此，将中央的区域401的反射率设为Ri，位于区域401外侧的区域402和区域403的反射率相等，将它们的反射率设为Ro，则构成为区域401的反射率Ri与区域402及区域403的反射率Ro之间的关系为Ri<Ro<1。区域401呈沿径向较长的形状，区域401的宽度fh小于物镜光瞳直径φ，即0<fh/φ<1。

在本实施方式中，将准直透镜202的焦距设定为比通常使用的准直透镜的焦距短，以便降低用于球面像差校正的准直透镜移动量，缩短光学系统的总长。用于球面像差校正的准直透镜移动量与准直透镜202的焦距成比例，因而使用焦距较短的准直透镜有利于降低准直透镜移动量。另一方面，准直透镜202的焦距是7.056mm，基于准直透镜202与物镜205的组合的光学系统的倍率是6倍。在光集成元件201使用通常的BD用半导体激光器的情况下，如果光学系统的倍率达到6倍以下，则边缘光强度减小，不能充分减小BD用激光L在光盘101处的会聚光斑直径，由光盘101的较短的记录标记再现的信号的质量低，因而很难确保期望的再现性能。

图5是表示本实施方式的会聚光斑直径与记录标记的分辨率之间的关系的特性图。图5是表示较短的记录标记的分辨率相对于切线方向的会聚光斑直径的2T/8T振幅比的仿真结果。其中，T表示记录标记长度，例如在具有每层为25GB的记录容量的BD的1倍速时时钟频率为66MHz，则T＝0.149μm。另外，2T/8T振幅比是取再现BD的记录标记长度最短的2T标记时的再现信号的振幅、与再现BD的记录标记长度最长的8T标记时的再现信号的振幅之比值，因而比值越大，表示越能够读取使用2T标记的信号即2T信号，表示信号的质量越好。通常，在排除光斑光量的大小的影响来对2T信号进行相对性评价的情况下，采用2T/8T振幅比。

如通常公知的那样，在设激光的波长为λ、物镜的数值孔径为NA时，理想的会聚光斑直径能够用下面的式（1）给出。

[式1]

会聚光斑直径（φ）＝0.82λ/NA…（1）

其中，会聚光斑直径的定义是指在会聚光斑的光强度分布中光强度为中心强度的exp（－2）的光束宽度。在此，在设λ为405nm、NA为0.85时，根据式（1）得到理想的会聚光斑直径为0.391μm。该直径是会聚光斑直径的最小极限直径。

根据从图5所示的仿真结果得到的式（2）所示的近似曲线（x：会聚光斑直径μm、y：2T/8T振幅比），在设会聚光斑直径为最小极限直径即0.391μm时的2T/8T振幅比为0.074。

[式2]

y＝37.3exp(-15.9x)…（2）

在根据理想的会聚光斑直径得到的2T/8T振幅比为0.074时，将相对于2T/8T振幅比0.074减小3dB后的0.053设为在BD中能够进行良好再现的2T/8T振幅比的极限，根据式（2）的近似曲线，此时的会聚光斑直径为0.412μm，因而在BD中能够进行良好再现的会聚光斑直径的极限为0.412μm。另外，将在BD中能够进行良好再现的2T/8T振幅比的界限减小3dB的理由如下所述。在会聚光斑的质量恶化、光斑直径增大的情况下，2T信号的振幅减小，2T/8T振幅比也减小。如果在将再现信号转换为数据串时2T/8T振幅比比较小，容易产生读出错误，然而由于该读出错误能够进行纠错处理，因而容许了某种程度上的2T/8T振幅比的降低。根据传输信号的线路的状态和纠错处理的方法，2T/8T振幅比降低的容许范围是不同的，因而很难定为一个值。在本实施方式中，将从理想状态减小了3dB的2T/8T振幅比确定为临时的极限值。

会聚光斑直径与有关光盘的标准评价条件之一的边缘光强度相关。所谓边缘光强度是利用在光瞳端部的光强度（I_e）与物镜光瞳的最大光强度（I_max）之比（I_e/I_max）定义的。另外，边缘光强度与从半导体激光元件射出的激光的光束扩展角相关。在设激光的光束扩展角为θ、物镜205的光瞳直径（直径）为φ、使光入射到物镜205的准直透镜202的焦距为f时，边缘光强度I_RIM（单位：％）用下面的式（3）给出。

[式3]

I_{RIM} = 100 \cdot \exp [- 2 {(\frac{φ \sqrt{0.5 \cdot \ln (2)}}{2 \cdot f \cdot \tan (θ \cdot \frac{π}{360})})}^{2}] . . . (3)

图6是表示本实施方式的从半导体激光器射出的激光的光束扩展角的示意图。图6的（a）是表示从半导体激光元件300的活性层301射出的激光Le的光束扩展的图，图6的（b）和（c）是表示从活性层301射出的激光Le的远场像（FFP：Far field pattern）的光强度分布的图。如图6的（b）和（c）所示，光束扩展角有两种数值θ_v、θ_h。光束扩展角θ_h如图6的（a）所示指从半导体激光元件300的活性层301射出的激光Le的远场像（FFP）的光强度分布中、与活性层301的光出射端面平行的X_θ方向的光强度分布I_x的半值全宽（光强度I_x达到最大值的50％时的角度幅度）。另外，光束扩展角θ_v是指从半导体激光元件300的活性层301射出的激光Le的远场像（FFP）的光强度分布中、与活性层的光出射端面垂直的Y_θ方向的光强度分布I_Y的半值全宽（光强度I_Y达到最大值的50％时的角度幅度）。

图7是表示本实施方式的半导体激光元件的光束扩展角与边缘光强度及会聚光斑直径之间的关系的特性图。在图7中，用黑点绘制的曲线表示会聚光斑直径与光束扩展角之间的关系，用白色四方形绘制的曲线表示边缘光强度与光束扩展角之间的关系。图7示出了光学系统的倍率为6倍时的半导体激光元件的光束扩展角与边缘光强度及会聚光斑直径之间的关系。在立起镜204是其反射面没有反射率分布的通常的反射镜时，即在Ri/Ro＝1时，如果光束扩展角为12度，则边缘光强度为28.4％。此时的会聚光斑直径为0.427μm，大于在BD中能够进行良好再现的会聚光斑直径的极限即0.412μm。

图8是表示在将会聚光斑直径设为在BD中能够进行良好再现的会聚光斑直径的极限即0.412μm时，通过仿真求出的边缘光强度与Ri/Ro之间的关系的特性图。表示在会聚光斑直径为0.412μm时的边缘光强度与Ri/Ro之间的关系的近似曲线（x：边缘光强度（％）、y：Ri/Ro）如式（4）所示。

[式4]

y＝0.44·ln(x)-0.70…（4）

如果立起镜204是通常的反射镜（Ri/Ro＝1），则边缘光强度较小，因而会聚光斑直径较大。但是，如果将立起镜204的Ri/Ro设为比图8所示的用式（4）表示的近似曲线小的值，则能够使会聚光斑直径小于0.412μm。例如，在光束扩展角为12度、使用通常的反射镜时的边缘光强度为28.4％时，通过根据用式（4）表示的近似式设计使满足Ri/Ro<0.77的立起镜204，能够使会聚光斑直径小于0.412μm。在此，假设式（4）表示的近似式是在fh/φ＝0.5的条件下进行仿真的。

如以上说明的那样，根据本实施方式的光拾取装置，由于降低球面像差校正用的准直透镜移动量来使光学系统小型化，因而即使在使用焦距比通常使用的准直透镜的焦距短的准直透镜的情况下，通过使用在反射面上具有带状构造且具有反射率不同的区域的立起镜，能够减小会聚光斑直径。因此，能够防止再现性能的恶化。

另外，与径向方向垂直的切线方向是标记和间隙排列的方向，在本实施方式的光拾取装置中，将立起镜的反射面分割为长边方向与径向方向平行的三个矩形区域，因而能够减小切线方向的会聚光斑直径，能够有效地增大2T/8T振幅比。另外，即使是减小垂直的径向方向的会聚光斑直径，2T/8T振幅比也不会增大。

另外，在本实施方式中使用了具有设置了反射率不同的三个矩形区域的反射面的矩形立起镜，但立起镜不一定需要是矩形，也可以是圆形。

实施方式2

图9是表示实施方式2的光拾取装置的一部分的概况图。在实施方式1的光拾取装置中，物镜和准直透镜沿着径向方向排列配置，而在本实施方式的光拾取装置中，如图9所示，物镜205和准直透镜202沿着切线方向排列配置。在这种情况下，立起镜204也被配置在物镜205和准直透镜202之间的光路之间。该立起镜204与实施方式1相同地构成为反射率在中央区域与其外侧区域中不同。图10是表示本实施方式的在立起镜204上形成的具有反射率差异的带状构造的反射面的概况图。本实施方式的立起镜204的反射面被分割为长边方向与切线方向平行的矩形区域501、502和503。在此，将中央的区域501的反射率设为Ri，位于区域501的外侧的区域502和区域503的反射率相等，将它们的反射率设为Ro，则构成为区域501的反射率Ri与区域502及区域503的反射率Ro之间的关系为Ri<Ro<1。区域501呈沿切线方向较长的形状，区域501的宽度fh小于物镜光瞳直径φ，即0<fh/φ<1。

在这样构成的光拾取装置中，与实施方式1相同，在为了降低球面像差校正用的准直透镜移动量来使光学系统小型化而使用焦距比通常使用的准直透镜的焦距短的准直透镜的情况下，通过使用在反射面上具有带状构造且具有反射率不同的区域的立起镜，能够减小会聚光斑直径。因此，能够防止再现性能的恶化。

标号说明

101光盘；102转台；103主轴电机；104光拾取装置；105移动单元；106矩阵电路；107信号再现电路；108伺服电路；109主轴控制电路；110激光器控制电路；111螺线控制电路；112控制器；201光集成元件；202准直透镜；203物镜致动器；204立起镜；205物镜；206准直透镜驱动装置；300半导体激光元件；301活性层；401、501区域；402、502区域；403、503区域。

Claims

1.一种光拾取装置，其特征在于，该光拾取装置具有：

激光光源；

平行光学系统，其将从该激光光源射出的激光转换为平行光；

会聚光学系统，其使由该平行光学系统转换后的所述平行光会聚于光盘；

光检测部，其接收由该会聚光学系统会聚后的光被所述光盘反射后的返回光，并输出检测信号；以及

反射镜，其配置在所述平行光学系统和所述会聚光学系统之间，

所述反射镜具有由反射率不同的3个区域构成的反射面，

所述反射面的中央区域在由所述会聚光学系统会聚后的光所照射的位置处的与所述光盘的径向方向平行的两条边界线处，与另两个区域相接，

所述中央区域的反射率低于所述另两个区域的反射率。

2.根据权利要求1所述的光拾取装置，其特征在于，中央区域的两条边界线的间隔小于会聚光学系统的透镜光瞳直径。

3.一种光盘装置，其特征在于，该光盘装置具有：

权利要求1所述的光拾取装置；以及

信号再现电路，其根据从该光拾取装置的光检测部输出的输出信号，再现光盘的记录信息。