JP2002184018A

JP2002184018A - 光情報記録再生装置

Info

Publication number: JP2002184018A
Application number: JP2000381356A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Inoue; 浩之井上
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2000-12-15
Filing date: 2000-12-15
Publication date: 2002-06-28

Abstract

(57)【要約】【課題】紫ＬＤ等の低出力な光源も、光情報記録媒体
上への記録に利用可能とする。【解決手段】集光レンズ１１，１２と反射ミラー１
３，１４、ならびに、透明平行平板１５，１６を設け、
光ディスク５からの反射回折光のうち、従来は対物レン
ズ４に取り込まれずに使用されていなかった回折光を、
光ディスク５の集光点に戻す構成とし、このような、従
来は対物レンズ４に取り込まれずに使用されていなかっ
た回折光を利用することにより、紫ＬＤ等の低出力な光
源１でも光ディスク５上への情報記録を可能とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＣＤ−Ｒ（Compac
t Disc−Recordable）やＣＤ−ＲＷ（ＣＤ−ReWritabl
e）ドライブ、ＤＶＤ（Digital Video Disc／Digital V
ersatile Disc）ドライブ、次世代ＤＶＤドライブな
ど、透明基板を持つ光情報記録媒体に対して情報信号の
書き込み及び読み出しを行う光情報記録再生装置に係わ
り、特に、効率的な記録再生を行うのに好適な光情報記
録再生装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体レーザ等の光源からの光を、対物
レンズによって光ディスク等の光情報記録媒体上にスポ
ット状に集光して情報を記録すると共に、光情報記録媒
体からの反射戻り光を受光素子で受光して再生信号を得
る光情報記録再生装置が知られている。

【０００３】また、光情報記録媒体としては、音楽ＣＤ
やＤＶＤビデオ、デジタルデータのメモリとして用いら
れるＣＤ−ＲＯＭ（ＣＤ−Read Only Memory）、ＣＤ−
Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＡＭ（ＤＶＤ−Random Acc
ess Memory）、ＤＶＤ−Ｒ等、種々のものが実用化され
ており、その光情報記録再生装置もＣＤ−Ｒ/ＲＷドラ
イブ、ＤＶＤ−ＲＡＭドライブ等、種々のものが実用化
されている。

【０００４】ＤＶＤ、次世代ＤＶＤに代表されるよう
に、近年、光ディスクに対する大容量化の要求は大きな
ものがある。かかる大容量化を達成する代表的な技術と
しては、光ディスクのトラック方向の記録線密度を高め
る技術と、トラックピッチを狭くしてトラック方向に直
交するラジアル方向のトラック密度を高める技術があ
る。

【０００５】いずれの技術にせよ、記録密度を高めるに
は、光ディスク上に記録されるピットもしくはマークを
小さくする必要があり、その実現のために集光スポット
を小さくしなければならない。この集光スポットを小さ
くする技術としては、より短い波長の光源を使用する技
術と、開口数の大きい対物レンズを使用する技術があ
る。

【０００６】光源としては、現在実用化されているＤＶ
Ｄでは、波長が６５０ｎｍ帯の半導体レーザが使用され
ているが、ＤＶＤの数倍の記録容量を目指す次世代ＤＶ
Ｄでの光源としては、波長が４００ｎｍ帯の紫色半導体
レーザ（以下、「紫ＬＤ」と記載）が有力視されてい
る。

【０００７】しかしながら光ディスクの情報記録には数
十ｍＷの光出力が必要であるのに対して、現存する紫Ｌ
Ｄの光出力は数ｍＷ程度しかなく、記録可能なシステム
を実現することはできない。今後、技術革新により紫Ｌ
Ｄの高出力化が進められるであろうが、記録するに十分
な出力が得られる確証もない。また記録するに十分な出
力が得られたとしても、高出力タイプの紫ＬＤは非常に
高価であることが予測される。さらに、高出力での半導
体レーザの駆動は信頼性を低下させ、特に寿命が短いこ
とが予測される。

【０００８】尚、実用的な高密度の再生を実現する技術
として、ディスクの基板の厚さを薄くしてディスクの傾
斜に対する許容エラーを大とする技術があり、例えば、
特開平９−１７０１０号公報には、そのような厚さの異
なるディスクに共用されうる光ピックアップに関しての
技術が開示されている。しかし、この文献においても、
低い光出力での記録を実現するための技術は記載されて
いない。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】解決しようとする問題
点は、従来の技術では、例えば波長が４００ｎｍ帯の紫
ＬＤは、次世代ＤＶＤでの光源として用いることが有力
視されているが、光出力が数ｍＷ程度しかなく、記録可
能なシステムを実現することはできない点である。

【００１０】本発明の目的は、これら従来技術の課題を
解決し、低価格かつ長寿命で、消費電力も少ない光情報
記録再生装置を提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の光情報記録再生装置は、光情報記録媒体か
らの反射回折光のうち、対物レンズに取り込まれずに使
用されていない回折光を利用する構成とすることで、記
録するに十分な光出力をもたない低出力光源でも光情報
記録媒体上への情報記録が可能となり、低価格で、さら
に光源を低出力駆動できるため寿命が長く、熱の発生が
少なく、消費電力も少なくすることができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面により詳細に説明する。図１は、本発明に係る光情報
記録再生装置の第１の構成例を示すブロック図であり、
図２は、図１における光情報記録再生装置の本発明に係
わる部分の詳細構成を示すブロック図、図３は、図１に
おける光情報記録再生装置の反射光の第１の回折例を示
す説明図、図４は、図１における光情報記録再生装置の
反射光の第２の回折例を示す説明図、図５は、図１にお
ける光情報記録再生装置のグルーブによる回折例を示す
説明図、図６は、図１における光情報記録再生装置のピ
ットによる回折例を示す説明図、図７は、図１における
光情報記録再生装置の反射光の第３の回折例を示す説明
図である。

【００１３】図１において、１は紫ＬＤ等のレーザ光
源、２はレーザ光源１からの光ビームを平行に進行させ
るためのコリメートレンズ、３は光ビームを部分的に反
射、透過させるビームスプリッタ、４は光ビームを集束
させる対物レンズ、５は光ディスク、６はビームスプリ
ッタ３で反射された光ディスク５からの反射光ビームを
集束させる検出レンズ、７は検出レンズ６で集束された
反射光ビームを検出する受光素子であり、それぞれ従来
からある光情報記録再生装置の構成要素である。

【００１４】本例の光情報記録再生装置においては、配
置調整装置８と保持装置９、さらに、図２にその詳細を
示すように、集光レンズ１１，１２と、ミラー１３，１
４、および、透明平行平板１５，１６を設け、光ディス
ク５からの反射回折光を集光点に戻す構成としている。
以下、図３から図７を用いて、光ディスク５からの反射
回折光について説明する。

【００１５】図３に示すように、記録可能な光ディスク
５上にはトラッキングに使用するためのグルーブ５ａと
呼ばれる案内溝が、トラックピッチ間隔で設けられてい
る。対物レンズ４からの集光スポットが回折限界近くま
で絞られた場合、このグルーブ５ａは回折作用を有する
回折格子とみなせ、グルーブ５ａに当たった集光スポッ
トは、当図３ならびに図４に示すように、０次回折光と
ラジアル方向の±１次回折光とに反射回折される。

【００１６】このうち０次回折光の部分は、対物レンズ
４の開口に取り込まれ、図１におけるビームスプリッタ
３で偏向され受光素子７で受光され、情報再生用および
フォーカスエラー信号、トラッキングエラー信号生成用
として使われる。しかし、それ以外の１次回折光の部分
は何にも使用されない。

【００１７】この±１次回折光の回折角θ（図４参照）
は、回折格子のピッチ（すなわちグルーブ間隔であるト
ラックピッチ）をｐ、光源波長をλとすると、「θ＝si
n-１（λ/ｐ）」の式で表される。従って、回折角θは
トラックピッチｐに反比例するため、高密度記録のため
にトラックピッチ９を狭くすると、回折角θが大きくな
り、対物レンズ４に取り込まれない反射回折光が増加す
る。

【００１８】また、図５に示すように、光ディスク５の
グルーブ５ａによる回折はトラック方向（タンジェンシ
ャル方向）に垂直なラジアル方向に回折し、対物レンズ
４に取り込まれない反射回折光が生じるが、図６に示す
ように、ピット５ｂにより情報が記録された光ディスク
５においては、並んだピット５ｂの列が回折格子とみな
せるため、この場合は、トラック方向に回折が生じ対物
レンズ４に取り込まれない光が発生する。

【００１９】尚、図３から図６においては回折角が大き
く±１次回折光が０次光に重ならない場合を描いている
が、例えば、図７に示すように、回折角が小さく±１次
回折光が０次光に重なった場合でも同様に、対物レンズ
４に取り込まれない反射回折光が生じる。

【００２０】また集光点からの±１次回折光は、回折角
θに応じた角度をもって光情報記録媒体の透明基板を透
過しているため、その波面は球面収差、コマ収差、非点
収差を含んだものとなっている。

【００２１】本例の光情報記録再生装置においては、こ
のように、回折角θで回折した反射回折光を、再度、光
情報記録媒体上の集光点に再度集光させ、集光点におけ
る情報記録パワーを補う構成、すなわち、集光レンズ１
１，１２とミラー１３，１４を設けた構成としている。

【００２２】さらに、反射回折光は、前述のように、球
面収差、コマ収差、非点収差をもった波面で拡がるた
め、この３つの収差を併せ持った回折光を簡便な光学系
で収差が少なく再度集光点に戻すのは非常に困難であ
り、それに対応するために、本例の光情報記録再生装置
においては、光情報記録媒体（光ディスク５）と集光点
に戻す機構（集光レンズ１１，１２とミラー１３，１
４）との間に透明平行平板１５，１６を、当該反射回折
光と光ディスクの透明基板がなす角度とは異なる向きに
設けている。

【００２３】このことで、コマ収差、非点収差を軽減す
ることが可能となる。尚、球面収差は透明平行平板１
５，１６を加えたことで増加するが、球面収差のみであ
れば収差を補正し平行光にする集光レンズ１１，１２を
製作することは可能であり、その球面収差補正集光レン
ズ（１１，１２）で平行光にした後に平面ミラー１３，
１４で反射することで、反射回折光を収差が少なく再度
集光点に戻すことが可能となる。

【００２４】このようにして、本例の光情報記録再生装
置では、光ディスク５の集光点における情報記録パワー
を補うことができ、レーザ光源１が、記録するに十分な
光出力をもたない低出力光源であっても、光ディスク５
上に情報記録が可能となり、低価格で、さらに光源を低
出力駆動できるため寿命が長く、熱の発生が少なく、消
費電力も少ない光情報記録再生装置を実現することが可
能となる。

【００２５】また、情報再生時においても、より小さい
光出力で光情報記録媒体（光ディスク５）上の記録マー
クまたはピットを再生することが可能であり、記録時と
同様に光源を低出力駆動できるため寿命が長く、熱の発
生が少なく、消費電力も少ない光情報記録再生装置を実
現することが可能となる。

【００２６】また、本例の光情報記録再生装置において
は、ラジアル方向の反射回折光を反射させて集光点に戻
す構成としているので、記録可能な光ディスクに必ず存
在するグルーブ５ａでの反射回折光を効率的に集光点に
戻すことが可能となる。

【００２７】さらに、トラック方向の反射回折光をも集
光点に戻す構成としているので、グルーブ５ａだけでな
くピット５ｂによる反射回折光を効率的に集光点に戻す
ことが可能となる。

【００２８】また、本例の光情報記録再生装置において
は、反射回折光を集光点に戻す手段として集光レンズと
平面ミラーを用い、透明平行平板により反射回折光を集
光レンズで略平行光とし、平面ミラーで前記平行光を１
８０ー反射し集光点に戻すことが可能となっているが、
この集光レンズを複数枚使用することで、あるいは、非
球面形状を使用することで、光ディスク５の透明基板に
よる収差補正の設計自由度を高くすることができる。

【００２９】図８は、本発明に係る光情報記録再生装置
の第２の構成例を示すブロック図である。

【００３０】本例の光情報記録再生装置では、透明平行
平板１５ａ，１６ａの屈折率と厚さを、光ディスク５の
透明基板とそれぞれ等しくし、また、反射回折光の光軸
と光ディスク５の透明基板がなす角度と等しくかつ逆向
きに、透明平行平板１５ａ，１６ａを設けている。この
ような構成とすることにより、光ディスク５の透明基板
で発生したコマ収差および非点収差を全てキャンセル可
能となる。よって、反射回折光を最も収差が少なく集光
点に戻すことが可能となる。

【００３１】図９は、本発明に係る光情報記録再生装置
の第３の構成例を示すブロック図である。

【００３２】本例の光情報記録再生装置においては、反
射回折光を集光点に戻す手段として、平面ミラーの代わ
りに凹面鏡１３ｂ，１４ｂを用いており、集光レンズと
ミラーを用いた構成に比較し、凹面鏡１３ｂ，１４ｂの
みで反射回折光を集光点に戻すことが可能となる。従っ
て、さらに簡便に、低コストで、小さく、軽量な光情報
記録再生装置を実現することが可能となる。

【００３３】図１０は、本発明に係る光情報記録再生装
置の第４の構成例を示すブロック図である。

【００３４】本例の光情報記録再生装置においては、反
射回折光が光ディスク５の透明基板の２倍の透明平行平
板を透過した場合に、球面収差が小さくビームスポット
径が最小になるように最適化されたレンズを対物レンズ
４ａおよび集光レンズ１１ａ，１２ａとして用いてい
る。

【００３５】そして、対物レンズ４ａと光ディスク５と
の間にも、光ディスク５の透明基板と平行に、透明平行
平板１５ａ，１６ａと同様の、透明基板と同じ屈折率で
かつ同じ厚さｄの透明平行平板１７を配置することによ
り、ビームスポット径を最小にすることが可能となる。

【００３６】このように、光ディスク５からの回折反射
光を、透明平行平板１５ａ，１６ａに透過させてコマ収
差及び非点収差を減少させ、さらに、対物レンズ４ａと
同一もしくは同一の曲面をもった集光レンズ１１ａ，１
２ａを用いることで、残る球面収差を補正して平行光に
することが可能となる。このようにして平行光になった
光を、平面ミラー１３，１４で１８０ー反射させて再
度、光ディスク５上の集光点に戻す。

【００３７】球面収差を補正するレンズは、通常、３枚
以上の集光レンズ群もしくは両面非球面形状の１枚レン
ズが必要であり、製造コストが高くなってしまうが、本
例のように、集光点に戻す手段の集光レンズ１１ａ，１
２ａに対物レンズ４ａと同一のレンズを使用でき、コス
トのかかるレンズ製造費を抑え低コストで製造すること
が可能となる。

【００３８】以上の図２、図８、図９、図１０のそれぞ
れで説明した構成により、各光情報記録再生装置におい
ては、反射回折光を集光点に戻すことが可能となるが、
実際の集光点は波長オーダー（ＤＶＤで０.６μｍ程
度）と非常に小さいものである。そのため、反射回折光
を精度良く集光点に戻すには、各々の構成品を高精度で
配置しなければならない。また、干渉による集光スポッ
トの光強度や、形状への影響もあるため、光軸方向にも
高精度で配置する必要がある。これらの調整配置を部品
寸法精度のみで行うには非常に困難である。

【００３９】従って、図２、図８、図９、図１０で示し
た構成の各光情報記録再生装置においては、全て図１に
示すように、受光素子７と配置調整装置８および保持装
置９を設け、この配置調整装置８において、受光素子７
による光ディスク５からの反射光強度の検出結果をモニ
タし、モニタした光強度が最大になるように、保持装置
９を制御して、各々の構成品を調整配置することとす
る。

【００４０】これにより、各々の構成品を高精度に配置
することが可能となる。尚、この受光素子７は、通常の
光情報記録再生装置においても信号再生などのために必
ず設けられているものであり、新たな追加部品も必要な
く、簡便に低コストで実現可能となる。

【００４１】また、光情報記録再生装置においての記録
再生時には、光ディスク５の反りや偏心などにより、対
物レンズ（４，４ａ）による集光点が光ディスク５上の
あるべき位置からずれてしまい、フォーカスエラーやト
ラッキングエラー、チルトエラー等が発生する。従っ
て、実際の光情報記録再生装置には各エラーを無くすよ
うに主に対物レンズの位置、姿勢を制御する手段を持た
せている。

【００４２】このような集光点のずれは、反射回折光を
集光点に戻す手段についても同様であり、各エラーに応
じて集光点に戻す手段の位置、姿勢を制御し変移させる
必要がある。そこで、対物レンズも集光点に戻す手段
も、同一の点に集光させればよいため、本例の光情報記
録再生装置においては、保持装置９により、対物レンズ
４と集光点に戻す手段（集光レンズ１１，１２、ミラー
１３，１４、透明平行平板１５，１６）とを一体に保持
することにより、各エラーが発生しても前述の対物レン
ズの位置姿勢を制御する手段（本例では、配置調整装置
８）により、集光点に戻す手段も同時に位置姿勢を制御
させることが可能となる。

【００４３】このように、保持装置９により、対物レン
ズと集光点に戻す手段を一体で保持することで互いの位
置関係が一定に保たれ、集光点に戻す手段のために別途
各エラーを補正するための位置姿勢を制御する手段を設
ける必要がないため、簡便に低コストで各例の光情報記
録再生装置を実現可能となる。

【００４４】以上、図１〜図１０を用いて説明したよう
に、本例の光情報記録再生装置では、集光レンズ１１，
１２と反射ミラー１３，１４、あるいは、凹面鏡１３
ａ，１４ａ、ならびに、透明平行平板１５，１６を、反
射回折光を集光点に戻す手段として設け、光ディスク５
からの反射回折光のうち、従来は対物レンズ４，４ａに
取り込まれずに使用されていなかった回折光を利用する
構成とする。

【００４５】このことにより、記録するに十分な光出力
をもたない低出力なレーザ光源１でも光ディスク５上へ
の情報記録が可能となり、低価格で、さらに光源を低出
力駆動できるため寿命が長く、熱の発生が少なく、消費
電力も少なくすることができる。

【００４６】尚、本発明は、図１〜図１０を用いて説明
した例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しな
い範囲において種々変更可能である。例えば、本例で
は、コリメートレンズを用いた無限系の光情報記録再生
装置の構成で説明したが、本発明は、コリメートレンズ
を用いない有限系の光情報記録再生装置にも適用するこ
とができる。

【００４７】

【発明の効果】本発明によれば、光ディスク等の光情報
記録媒体上への記録のために十分な光出力をもたない低
出力な光源であっても、情報記録が可能となり、低価格
で、さらに光源を低出力駆動できるため寿命が長く、熱
の発生が少なく、消費電力も少なくすることができる。
これにより、特に、光出力が数ｍＷ程度しかない紫ＬＤ
を用いた情報記録が可能となり、この紫ＬＤを用いた次
世代ＤＶＤシステムを実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る光情報記録再生装置の第１の構成
例を示すブロック図である。

【図２】図１における光情報記録再生装置の本発明に係
わる部分の詳細構成を示すブロック図である。

【図３】図１における光情報記録再生装置の反射光の第
１の回折例を示す説明図である。

【図４】図１における光情報記録再生装置の反射光の第
２の回折例を示す説明図である。

【図５】図１における光情報記録再生装置のグルーブに
よる回折例を示す説明図である。

【図６】図１における光情報記録再生装置のピットによ
る回折例を示す説明図である。

【図７】図１における光情報記録再生装置の反射光の第
３の回折例を示す説明図である。

【図８】本発明に係る光情報記録再生装置の第２の構成
例を示すブロック図である。

【図９】本発明に係る光情報記録再生装置の第３の構成
例を示すブロック図である。

【図１０】本発明に係る光情報記録再生装置の第４の構
成例を示すブロック図である。

【符号の説明】

１：レーザ光源、２：コリメートレンズ、３：ビームス
プリッタ、４，４ａ：対物レンズ、５：光ディスク、５
ａ：グルーブ、５ｂ：ピット、６：検出レンズ、７：受
光素子、８：配置調整装置、９：保持装置、１１，１
２，１１ａ，１２ａ：集光レンズ、１３，１４：ミラ
ー、１３ａ，１４ａ：凹面鏡、１５，１６，１５ａ，１
６ａ，１７：透明平行平板。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透明基板を有する光情報記録媒体上に対
物レンズにより集光したレーザ光を照射して記録再生を
行う光情報記録再生装置であって、前記光情報記録媒体
からの反射回折光のうち、前記対物レンズの開口以外の
領域に達する反射回折光を、前記光情報記録媒体上の集
光点に戻す第１の手段と、該第１の手段と前記光情報記
録媒体との間に、前記反射回折光の収差を補正するため
の第２の手段とを設けたことを特徴とする光情報記録再
生装置。
【請求項２】請求項１に記載の光情報記録再生装置で
あって、前記第１の手段を、前記光情報記録媒体のトラ
ック方向と直交するラジアル方向の反射回折光を前記集
光点に戻す位置に設けたことを特徴とする光情報記録再
生装置。
【請求項３】請求項１に記載の光情報記録再生装置で
あって、前記第１の手段を、前記光情報記録媒体のトラ
ック方向の反射回折光およびトラック方向と直交するラ
ジアル方向の反射回折光を前記集光点に戻す位置に設け
たことを特徴とする光情報記録再生装置。
【請求項４】請求項１から請求項３のいずれかに記載
の光情報記録再生装置であって、前記第２の手段は、前
記光情報記録媒体上の透明基板の屈折率と厚さとがそれ
ぞれ等しい透明平行平板からなり、該透明平行平板を、
前記反射回折光の光軸に対し、該反射回折光の光軸と前
記光情報記録媒体上の透明基板とがなす角度と等しくか
つ逆向きに設けたことを特徴とする光情報記録再生装
置。
【請求項５】請求項１から請求項４のいずれかに記載
の光情報記録再生装置であって、前記第１の手段は、前
記反射回折光を屈折させる集光レンズと、該集光レンズ
で屈折された反射回折光を反射させて該集光レンズを介
して前記集光点に戻すミラーからなることを特徴とする
光情報記録再生装置。
【請求項６】請求項１から請求項４のいずれかに記載
の光情報記録再生装置であって、前記第１の手段は、凹
面鏡からなることを特徴とする光情報記録再生装置。
【請求項７】請求項１から請求項４のいずれかに記載
の光情報記録再生装置であって、前記対物レンズは、前
記光情報記録媒体の透明基板の２倍の厚さの透明平行平
板を透過した場合に球面収差が小さくビームスポット径
が最小になるよう最適化されたレンズからなり、該対物
レンズと前記光情報記録媒体との間に、該光情報記録媒
体の透明基板と同じ屈折率で同じ厚さの透明平行平板
を、該光情報記録媒体の透明基板に平行に設け、前記第
１の手段は、前記対物レンズと同一曲面を持ち前記反射
回折光を屈折する集光レンズと、該集光レンズで屈折さ
れた反射回折光を反射する平面鏡とからなることを特徴
とする光情報記録再生装置。
【請求項８】請求項１から請求項７のいずれかに記載
の光情報記録再生装置であって、前記対物レンズの開口
内を通過する前記光情報記録媒体からの反射光を受光す
る光電変換受光素子と、該光電変換受光素子で受光した
前記光情報記録媒体からの反射光をモニタして前記第１
の手段の位置調整を行う配置調整手段とを設けたことを
特徴とする光情報記録再生装置。
【請求項９】請求項１から請求項８のいずれかに記載
の光情報記録再生装置であって、前記対物レンズと前記
第１の手段とを一体に保持する保持手段を設けたことを
特徴とする光情報記録再生装置。