JP2002025098A - ピックアップ装置 - Google Patents

ピックアップ装置

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JP2002025098A
JP2002025098A JP2000207558A JP2000207558A JP2002025098A JP 2002025098 A JP2002025098 A JP 2002025098A JP 2000207558 A JP2000207558 A JP 2000207558A JP 2000207558 A JP2000207558 A JP 2000207558A JP 2002025098 A JP2002025098 A JP 2002025098A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ノイズを抑制し安定して多層記録層に対して
データの書き込みまたは読み取りを可能にするピックア
ップ装置を提供する。 【解決手段】 スペーサ層を介して積層された複数の記
録層を有しかつ記録層上に周囲の平均反射率と異なる平
均反射率を有するプリピット領域を有する多層記録媒体
に対して光ビ−ムを照射して情報の記録又は再生を行う
装置におけるピックアップ装置であって、多層記録媒体
の何れかの記録層上に光ビ−ムを集光する対物レンズを
含む照射光学系と、多層記録媒体の記録層からの反射光
を対物レンズを介して受光して光電変換をなす光検出器
を含む検出光学系と、を備え、光検出器が、10μm2
〜50μm2の大きさの規格化ディテクタサイズを有す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、情報をトラック上
に記録する光ディスクなどの光学式情報記録媒体の記録
再生に用いられるピックアップ装置に関し、特に、スペ
ーサ層を介して積層された複数の記録層を有する多層光
ディスクに対して情報を記録または再生するピックアッ
プ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、光ディスクは、映像データ、音声
データ及びコンピュータデータなどのデータを記録再生
する手段として広く用いられている。DVD(Digital V
ersatile Disc)と称される高密度記録型ディスクが実用
化されている。このDVDには、種々の記録形式及び読
み取り形式のものがあり、そのうちの1つには複数の情
報記録を有した積層構造の多層光ディスクタイプのもの
がある。
【0003】DVDの一例としての2層ディスクでは、
図1に示されるように、読み取り側から見て1層目記録
層はレイヤ0(以下L0とも称す)、2層目記録層はレ
イヤ1(以下L1とも称す)と呼ばれる。L0の反射膜
はL0を透過してL1の信号を読み取れるように半透明
膜とし、金や誘電体などで形成される。L1にはDVD
の単層ディスクと同様にアルミニウムの反射膜が用いら
れる。
【0004】L0とL1の間には記録層を一定の厚さで
分離するための光透過性のスペーサ層が設けられる。ス
ペーサ層は読み取り光の光路となるため、読み取り光の
波長での透過率が高く、基板の屈折率に近い屈折率を持
つ紫外線硬化樹脂材料が用いられる。読み取りビームの
焦点を移動させる(以下フォーカスジャンプと称す)だ
けでL0,L1いずれの信号もディスク片側から読み出
すことができる。
【0005】2層ディスクでは、L0の信号とL1の信
号を明確に分離できること、各層の信号ともに劣化なく
読み取れること、が必要であり、このためにスペーサ厚
(層間厚み)、基板厚を適切に設定される。スペーサ厚
が厚い場合には、例えばL0に焦点を合わせるとL1に
照射されるビームは大きく広がるためL1からの反射光
はピットによる変調を受けず直流的な信号となる。この
ため読み取った信号からハイパスフィルタで高域成分を
取り出すとL0の信号のみを読み取ることができる。同
様に、L1に焦点を合わせればL1の信号のみを読み取
ることができる。しかし、スペーサ厚が薄い場合には、
L0に焦点を合わせてもL1に照射されるビームがあま
り広がらないため、L1の信号がある程度漏れ込むよう
になる(この漏れ込みを層間クロストークと呼ぶ)。層
間クロストークを小さくするにはスペーサ厚は厚くすれ
ばよいことになるが、厚くすることにより球面収差が増
加する。
【0006】このようなデータをトラック上に記録する
DVDなどの光学式情報記録媒体に対して相対移動しつ
つ記録又は再生を行う装置におけるピックアップ装置に
おいては、より一層のノイズの低減が求められている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
状況に鑑みてなされたもので、ノイズを抑制し安定して
多層記録層に対してデータの書き込みまたは読み取りを
可能にするピックアップ装置を提供することを目的とす
る。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明のピックアップ装
置は、スペーサ層を介して積層された複数の記録層を有
しかつ前記記録層上に周囲の平均反射率と異なる平均反
射率を有するプリピット領域を有する多層記録媒体に対
して光ビ−ムを照射して情報の記録又は再生を行う装置
におけるピックアップ装置であって、前記多層記録媒体
の何れかの前記記録層上に光ビ−ムを集光する対物レン
ズを含む照射光学系と、前記多層記録媒体の記録層から
の反射光を前記対物レンズを介して受光して光電変換を
なす光検出器を含む検出光学系と、を備え、前記光検出
器が、10μm 2〜50μm2の大きさの規格化ディテク
タサイズを有することを特徴とする。
【0009】本発明のピックアップ装置においては、前
記多層記録媒体はディスク形状であり、前記プリピット
領域がディスク中心からスポーク状に配置されて設けら
れていることを特徴とする。本発明のピックアップ装置
においては、前記多層記録媒体はディスク形状であり、
前記プリピット領域がディスク円周方向に沿って周期的
に配置されて設けられていることを特徴とする。
【0010】本発明のピックアップ装置においては、前
記対物レンズの開口数が0.85以上であることを特徴
とする。本発明のピックアップ装置においては、前記ス
ペーサ層の厚みが10μm〜30μmであることを特徴
とする。
【0011】
【発明の実施の形態】次に、図に基づいて本発明の実施
の形態を説明する。まず、本発明に基づくピックアップ
装置を用いて記録再生され得る書換可能型の多層記録媒
体など(以下、これら媒体を単にDVRと称する)を説明
する。DVRは、例えば、Ag−In−Sb−Teなど
の相変化材料からなる媒体層及びこれを挟む例えばZn
S−SiO2などのガラス質保護層からなる積層構造の
記録層の複数を備えている。
【0012】図2に示されるように、DVRの1つの記
録層上には、予め、凸状のグルーブトラックGV及び凹
状のランドトラックLDが螺旋状もしくは同心円状に交
互に形成されている。なお、図2においては、各グルー
ブトラックGVは直線的に示しているが、実際にはDV
Rの回転速度に対応した周波数でウォブリングされてい
てもよい。グルーブトラックGV及びランドトラックL
Dの少なくとも一方に情報が記録され得る。
【0013】さらに、DVRの記録層のランドトラック
LD及びグルーブトラックGV内には、アドレス、記録
タイミングなどの情報を担う複数のランドプリピットL
PP、グルーブプリピットGPPが鏡面部分Mrrとと
もにプリピット領域として予め形成されている。複数の
プリピットからなるプリピット領域は、例えばCAV(cons
tant angular velocity)方式では中心からスポーク状
に、CLV(constant linear velocity)方式やCAV及びCLV
の組み合わせ方式ではディスク円周方向に沿って周期的
に配置され、DVRの全面に渡ってほぼ均等に形成され
ていてもよい。
【0014】図3に示されるように、例えば、DVR2
層ディスクのプリピット領域はDVRの単層ディスクで
はその中心からスポーク状に等しい角度で放射状に形成
され、また、図4に示されるように、DVRの2層ディ
スクではレイヤL0及びL1でプリピット領域が重なら
ないようにずれてスポーク状に形成される。さらに、D
VRでは2層以上の記録層を設けることが可能である。
【0015】DVRに対するデータの記録再生は、プリ
ピット領域のランドプリピットLPP、グルーブプリピ
ットGPPを検出することにより、記録すべきトラック
上の位置を認識しつつ、データに応じ変調された記録光
ビームを該トラック上に集光照射しておこなう。この
際、例えば、かかる記録光ビームが照射された部分を加
熱し急冷又は徐冷して、図2に示すグルーブトラックG
Vの部分に、周囲の反射率とは異なる反射率の記録マー
ク部Mkを形成する。
【0016】図5は本発明に基づく、例えば、非点収差
法を用いたピックアップ装置を示す。図5において、半
導体レーザ1から射出した光ビームは、コリメータレン
ズ2で平行光ビームにされ、偏光ビームスプリッタ3及
び1/4波長板18を透過して、対物レンズ4によって
その焦点付近に置かれているDVRの2層光ディスク5
に向けて集光され、光ディスク5の情報記録面のピット
列上で光スポットを形成する。
【0017】光ディスク5からの反射光は、対物レンズ
4で集められ偏光ビームスプリッタ3によって検出用集
光レンズ7に向けられる。検出レンズ7で集光された集
束光は、シリンドリカルレンズ、マルチレンズなどの非
点収差発生素子8を通過して、DVRのグルーブトラッ
クGVに沿った方向と、そのグルーブトラックに直交す
る方向とによって4分割されてなる4つの受光面を有す
る4分割光検出器9の受光面中心付近に光スポットを形
成する。マルチレンズ8は、光ディスク5の記録面に集
光された光ビームの合焦時は図6(a)の如く真円の光
スポットSPを4分割光検出器9に照射し、非合焦時
(光ディスク5から対物レンズ4が遠い(b)又は近い
(c)時)は、図6(b)又は(c)の如くエレメント
の対角線方向に楕円の光スポットSPを4分割光検出器
9に照射する、いわゆる非点収差を生ぜしめる。
【0018】4分割光検出器9は、4つの各受光面に照
射された光スポットの部分をその強度に応じて各々電気
信号に光電変換して、接続されている検出回路12にそ
の信号を供給する。検出回路12は所定回路を含み、4
分割光検出器9から供給される電気信号に基づいてRF
信号(RF)、フォーカスエラー信号(FES)及びト
ラッキングエラー信号(TES)などを生成する。アク
チュエータ駆動回路13はエラー信号に基づき各駆動信
号を対物レンズ駆動機構15に供給する。対物レンズ駆
動機構15は、駆動信号に応じて対物レンズ4を合焦位
置及びトラッキング位置へ移動せしめる。
【0019】図7に示すように、4分割光検出器9は直
交する2本の分割線を境界線として各々近接配置されか
つ互いに独立した第1〜第4象限の4個のエレメントD
ET1〜DET4から構成される。4分割光検出器9
は、一方の分割線が光ディスク5の記録トラック伸長方
向すなわち接線方向の写像に平行になり、かつ他方の分
割線が半径方向の写像に平行になるように、配置されて
いる。この4分割光検出器9の受光面中心Oに関して対
称なエレメントDET1とDET3からの各光電変換出
力は加算器22で加算され、エレメントDET2とDE
T4からの各光電変換出力は加算器21で加算され、こ
れら加算器21、22の各出力が減算器23に供給され
る。減算器23は、供給信号の差を算出し、その差分信
号をフォーカスエラー信号(FES)として出力する。
【0020】フォーカスエラー成分を生成する際、合焦
時は光スポット強度分布が4分割光検出器9の受光面中
心Oに関して接線及び半径方向において対称となる(図
6(a)の如き真円の光スポットが4分割光検出器9に
形成される)ので、対角線上にあるエレメントの光電変
換出力をそれぞれ加算して得られる値は互いに等しくな
り、フォーカスエラー成分は「0」となる。また、非合
焦時は図6(b)又は図6(c)の如くエレメントの対
角線方向に楕円の光スポットが4分割光検出器9に形成
されるので、対角線上にあるエレメントの光電変換出力
をそれぞれ加算して得られる値は互いに異なるものとな
る。よって、減算器23により出力されるフォーカスエ
ラー成分は、そのフォーカス誤差に応じた値となる。
【0021】すなわち、4分割光検出器9のエレメント
の符号をその出力として示すと、フォーカスエラー信号
FESは、FES=(DET1+DET3)−(DET2+DET4)に
よって示される。同様にRF信号RFは、図7に示すよ
うに、加算器21、22の各出力が加算器24に供給さ
れことにより、加算器24がその和信号をRF信号(R
F)として出力するので、RF=(DET1+DET3+DET2+
DET4)によって示される。
【0022】また、トラッキングサーボについては、図
7に示すように、トラック接線方向の両側の4分割光検
出器9のエレメント対DET1、DET4及びDET2、DET3の出力
を加算器25及び26へそれぞれ供給して、これら加算
器25、26の各出力が減算器27に供給される。減算
器27は、供給信号の差を算出し、そのラジアルプッシ
ュプル信号をトラッキングエラー信号(TES)とする
ことができる。この実施例においては、プッシュプル法
によりトラッキング制御を行うようにしたが、差動プッ
シュプル方式によりトラッキング制御を行うようにする
ことも可能である。なお、光検出器の受光部の形状は、
図6に示すように、4角形の形状とする以外に、他の多
角形、円形でも良く、スポットサイズ法を用いて並列し
た形状でもよい。さらに、上記例ではコリメータレンズ
を用いた無限光学系を用いたピックアップ装置を示した
が、本発明はコリメータレンズを用いない有限光学系を
用いたピックアップ装置をも採用できる。
【0023】次に、本実施例の2層において使用される
光検出器9の受光部の大きさについて説明する。プリピ
ット領域が記録層L0及びL1で重ならないようにずれ
てスポーク状に形成されている図4に示すDVRの2層
ディスクでは、開口数を高く例えば、NA=0.85以
上とし、層間厚すなわちスペーサ層の厚みが10μm〜
30μmとして、高密度化と球面収差低減化とを達成す
る。そのためには、ピックアップ装置に要求される応答
性を維持しつつ層間クロストークを抑制しなければなら
ない。
【0024】そこで、発明者はフォーカスサーボのキャ
プチャーレンジと層間クロストークとに着目して、ピッ
クアップ装置における好適な光検出器(受光面)の規格
化ディテクタサイズを規定する。DVDbook(DV
D規格書)における規格化ディテクタサイズは、光検出
器9の受光部の大きさを規定している。定められている
ディスク面上に規格化ディテクタサイズは、図8に示す
ように、Sをスポットサイズ、Lをディテクタ(受光
面)の一辺のサイズとして、実際の光検出器(受光面)
の面積B=L2を、検出光学系倍率β=fC/fOB(fC
は検出光学系の焦点距離を、fOBは対物レンズの焦点距
離を示す)の自乗で除したもの(B/β2)である。D
VDbookで定められているディスク面上の規格化デ
ィテクタサイズは、100μm2<B/β2<144μm
2の範囲である。従って、実際のディテクタの寸法は、
規格化ディテクタサイズの寸法に検出光学系倍率の自乗
を乗算したものとなる。
【0025】規格化ディテクタサイズとディテクタ上の
スポットサイズの関係係数xをx=S/Lとした近軸計
算により、フォーカスサーボのキャプチャーレンジCr
及び層間ストロークCtは以下に示す式1、式2で計算
することができる。xは、ピックアップの設計によるが
約0.5付近に設定する。
【0026】
【数1】
【0027】
【数2】
【0028】DVDbookで定められている現在のD
VDの場合の2層ディスク(x=0.5、NA=0.
6、層間厚み40μm)の場合、層間クロストークCt
を計算すると、規格化ディテクタサイズB/β2に対す
るキャプチャーレンジCr及び層間ストロークCtの変
化は、それぞれ図9及び図10に示すグラフ(破線)と
なる。図9からあきらかなように現在のDVD2層ディ
スクにおいて、100μm2<B/β2<144μm2
規格化ディテクタサイズ範囲では層間ストロークCtの
3.5%〜5%の範囲となる。実際にこの値を実現しよ
うとすると、図10(破線)からあきらかなようにキャ
プチャーレンジCrにして3.7μm〜5μm程度にな
る。
【0029】現在のDVDの場合の2層ディスクは書き
換え型ではなくROMのみなので、層間クロストークC
tはほぼ無変調のDC成分となり、ATC( Auto Thre
shold Control )を用いることで、再生にはほとんど影
響しないと考えられる。そこで、図4に示すDVRの2
層ディスク(x=0.5、NA=0.285、層間厚み
20μm)の場合を計算してみと、規格化ディテクタサ
イズB/β2に対するキャプチャーレンジCr及び層間
ストロークCtの変化は、それぞれ図9及び図10に示
すグラフ(実線)となる。図9からあきらかなようにD
VR2層ディスクにおいて現在のDVD並みの層間クロ
ストークCtを実現するためのディテクタサイズB/β
2は50〜72μm2となる。
【0030】層間クロストーク量5%を想定した記録層
L0及びL1を備えた図4に示すDVRの2層ディスク
を作製し、L0及びL1からの反射光強度比並びにL0
からの層間クロストークを受けたL1再生信号を測定
し、評価した。その結果をそれぞれ図11及び図12に
示す。図において横軸のスポット位置は図4に示す光ス
ポットSPがずれて重ねられたL0上のプリピット領域
を通過する時点からの位置を示す。
【0031】L1のRF変調度を45%、層間クロスト
ーク量を5%とすると、図12に示すように、L0から
の層間クロストークにより歪まされるエンベロープの割
合は、RF振幅に対して5.7%に達する。周波数は2
80kHz以上になりATCの帯域を大きく越えてしま
う。図11から分かるように、L0からの歪は、DVR
の記録層においてプリピット領域の平均反射率とその周
囲のランドトラックLD及びグルーブトラックGVの平
均反射率が異なることことが一因であると考えられる。
【0032】層間クロストーク量5%は、DVDboo
kにおける規格化ディテクタサイズの最も大きな値14
4μm2の時に発生するクロストーク量に相当している
けれど、DVRの場合、この層間クロストーク値より小
さくしないと2層ディスク再生時に問題となることが予
想される。DVRの2層ディスクでは記録系が中心でア
ドレス情報などが書いてあるスポーク構造になってい
る。そのため層間クロストークはスポーク構造のプリピ
ット領域の変調を受けるためさらに小さく抑える必要が
ある。記録層相互でプリアドレス部分(スポーク)がず
れていることによる影響は、非再生層上のプリアドレス
部分の変調信号が再生層の信号を歪ませてしまうことで
現れ、歪みのRF信号に対する大きさが大きければエラ
ーレートの大幅な劣化につながる。実験結果によれば歪
み量が2〜3%以上になるとエラーレートの劣化が大き
くなる。
【0033】これらの結果よりディスク面上の規格化デ
ィテクタサイズを50μm2(再生信号の歪みとしては
3%程度)とした。ディテクタサイズの下限はキャプチ
ャレンジが極端小さくなり過ぎない値、例えば10μm
2(キャプチャレンジ1μm2)とした。このように、本
実施例は、所定の範囲内(NAが0.85以上)で入射
する戻り光のみを検出するために、十分小さい面積の受
光部を有する光検出器を備えることで、DVR2層ディ
スクのレイヤL1のデータを読み取るときでも、レイヤ
L0のプリアドレス領域の影響を受けずに、データを読
み取りが可能となる。また、層間厚さのスペーサ層の厚
みが10μm〜30μmと薄くしても、球面収差の増加
を抑えることができる。
【0034】
【発明の効果】以上のごとく、本発明によれば、光検出
器が、10μm2〜50μm2の大きさの規格化ディテク
タサイズを有するので、ピックアップ装置における低ノ
イズ化が達成される。
【図面の簡単な説明】
【図1】 DVDの2層ディスクの概略断面図。
【図2】 本発明によるDVRの1つの記録層の部分拡
大平面図。
【図3】 本発明によるDVR単層ディスクの平面図。
【図4】 本発明によるDVR2層ディスクの平面図。
【図5】 本発明によるピックアップ装置の概略図
【図6】 本発明によるピックアップ装置の光検出器の
受光面及びその上の光スポットの形状変化を示す平面
図。
【図7】 本発明による光ピックアップ装置における信
号生成部の概略回路図。
【図8】 規格化ディテクタサイズを示す光検出器の受
光面の平面図。
【図9】 規格化ディテクタサイズに対する層間ストロ
ークCtの変化を示すグラフ。
【図10】 規格化ディテクタサイズに対するキャプチ
ャーレンジCrの変化を示すグラフ。
【図11】 本発明によるDVRの2層ディスクにおけ
る、スポット位置に対する、記録層L0及びL1からの
反射光強度比の変化を示すグラフである。
【図12】 本発明によるDVRの2層ディスクにおけ
る、スポット位置に対する、記録層L0からの層間クロ
ストークを受けた記録層L1再生信号の変化を示すグラ
フである。
【符号の説明】
1 半導体レーザ 2 コリメータレンズ 3 偏光ビームスプリッタ 4 対物レンズ 5 DVRの2層光ディスク 7 検出レンズ 8 非点収差発生素子 9 4分割光検出器 12 検出回路 15 対物レンズ駆動機構 18 1/4波長板 21、22、24、25、26 加算器 23、27 減算器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5D029 JB13 LB01 LB07 WA31 WD10 WD11 5D090 AA01 BB12 CC14 GG02 GG27 5D119 AA12 BA01 BB13 DA01 DA05 EA02 EA03 FA05 JB02 KA02 KA14 KA24

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 スペーサ層を介して積層された複数の記
    録層を有しかつ前記記録層上に周囲の平均反射率と異な
    る平均反射率を有するプリピット領域を有する多層記録
    媒体に対して光ビ−ムを照射して情報の記録又は再生を
    行う装置におけるピックアップ装置であって、 前記多層記録媒体の何れかの前記記録層上に光ビ−ムを
    集光する対物レンズを含む照射光学系と、 前記多層記録媒体の記録層からの反射光を前記対物レン
    ズを介して受光して光電変換をなす光検出器を含む検出
    光学系と、を備え、前記光検出器が、10μm 2〜50
    μm2の大きさの規格化ディテクタサイズを有すること
    を特徴とするピックアップ装置。
  2. 【請求項2】 前記多層記録媒体はディスク形状であ
    り、前記プリピット領域がディスク中心からスポーク状
    に配置されて設けられていることを特徴とする請求項1
    に記載のピックアップ装置。
  3. 【請求項3】 前記多層記録媒体はディスク形状であ
    り、前記プリピット領域がディスク円周方向に沿って周
    期的に配置されて設けられていることを特徴とする請求
    項1に記載のピックアップ装置。
  4. 【請求項4】 前記対物レンズの開口数が0.85以上
    であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に
    記載の記録媒体再生装置。
  5. 【請求項5】 前記スペーサ層の厚みが10μm〜30
    μmであることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1
    項に記載のピックアップ装置。
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