JP2002373443A - 光情報再生装置および光情報再生方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の幅広トラックピッチの光ディスクを駆
動する場合にトラッキング用のサーボエラー信号を十分
に得ることができなかった。 【解決手段】 レーザ発振器と当該レーザ発振器から出
射されるレーザビームが集光される光記録媒体との間の
光路中にあって、前記集光の状態を変化させる変調手段
とを備え、前記変調手段は、それを透過する前記レーザ
ビームの全面にわたって当該レーザビームの空間的な位
相を変調可能な複数セグメントの位相変調器で構成した
ものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は光ディスク等の光
記録媒体にレーザビームの集光スポットを導く光ビーム
集光装置が適用された光情報再生装置および光情報再生
方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光ディスクの記録密度を向上し、大容量
化する技術は従来から盛んに検討されてきた。そして、
記録密度を向上するために記録・再生用のレーザ光ビー
ムの集光スポット径を縮小することは非常に有効であ
り、平均面記録密度は、概ね集光スポット径ｄ_SPOTの自
乗に反比例して増加することが知られている。集光スポ
ット径ｄ_SPOTは次式（１）に示すように、使用するレー
ザの波長λに比例し、集光用の対物レンズの開口数ＮＡ
に反比例する。 ｄ_SPOT＝ｋ・（λ／ＮＡ） ‥‥（１） 但し、比例定数ｋはレンズに入射する光波の波面分布に
よって決まる。式（１）の関係から、集光スポット径ｄ
_SPOTを縮小するために３通りの方法が採られている。１
つは、使用するレーザの短波長化、もう１つは、集光さ
せる対物レンズの開口数の増加、あと１つは、集光光学
系での超解像の利用、である。

【０００３】以下、集光光学系に超解像を利用して小さ
な集光スポット径を得る例について説明する。この例は
従来いくつか発表されており、例えば、山中等による文
献（１）「超解像による光ディスクの高密度記録」
（『光学』第１８巻、第１２号（１９８９年））や、
Ｈ．アンドウ（Ｈ．Ａｎｄｏ）による文献（２）“フェ
イズシフティング アポダイザー オブ スリー オア
モア ポーションズ”（ジャパニーズ・ジャーナル
オブ アプライド フィジックス 第３１巻（１９９
２））（“Ｐｈａｓｅ−Ｓｈｉｆｔｉｎｇ Ａｐｏｄｉ
ｚｅｒ ｏｆ Ｔｈｒｅｅ ｏｒ Ｍｏｒｅ Ｐｏｒｔ
ｉｏｎｓ”（Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，Ｖｏ
ｌ．３１（１９９２）））等がある。これらの文献に述
べられている方法は、いずれも同様な原理に基づいて図
３８乃至図４０に示すように集光スポット径を縮小して
いる。

【０００４】図３８に従来の超解像光ヘッドの光学系の
構成例を示す。同図において、１０１はレーザ発振器、
１０２はコリメートレンズ、１０３はビーム整形プリズ
ム、１０５は対物レンズであり、１０６は記録媒体、１
０７は遮光板である。

【０００５】次に動作について説明する。光源であるレ
ーザ発振器１０１からのレーザ光は、コリメートレンズ
１０２とビーム整形プリズム１０３を介してコリメート
され、平行光になる。平行光になったレーザビーム１０
４は対物レンズ１０５によって記録媒体１０６の記録面
上に焦点を合わせて集光される。ここで、遮光板１０７
がレーザビーム１０４中に置かれ、レーザビーム１０４
の一部を遮光している。このときのレーザビーム１０４
の集光スポット径ｄ_SPOTは遮光板１０７の位置と形状、
すなわち、幅と長さによって変化する。

【０００６】以下、図３９に基づいて超解像による集光
スポット径縮小の原理図を説明する。図中に示すように
遮光板１０７の長さがコリメートビーム１０４のビーム
径Ｄより長い場合、遮光板１０７の幅をΔＷとすると、
遮光板の幅方向の集光スポット径ｄ_SPOTｔは、ビーム径
Ｄに対する遮光板１０７の幅ΔＷの比で決まる。そし
て、遮光板１０７の長さ方向の集光スポット径ｄ_SPOTｒ
は、ほとんど幅ΔＷとは無関係である。ここで、幅ΔＷ
が大きくなるにつれて集光スポットにはサイドローブ１
０８が高く出てくるが、メインローブ１０９の集光スポ
ット径ｄ_SPOTｔは小さくなる。

【０００７】図４０にΔＷ／Ｄと集光スポットｄ_SPOTｔ
の関係を示す。同図に示すようにΔＷ／Ｄを大きくとる
ほど集光スポット径ｄ_SPOTｔが縮小され、同時にサイド
ローブの強度が増加することがわかる。サイドローブの
増加はクロストーク増大を招くので、あまり大きく許容
することができない。ここで、遮光板１０７を使用しな
い場合ΔＷ／Ｄ＝０となり、このときの集光スポット径
をｄ_SPOT０と設定すると、サイドローブの強度をメイン
ローブの０．１倍以下の範囲で許容する場合、集光スポ
ット径ｄ_SPOTｔを、ｄ_SPOT０に比べて１０％程度縮小可
能なことがわかる。このように、超解像光ヘッドにおい
てはコリメートビームの中央付近を遮断することによっ
て、レーザ波長λとレンズ開口数ＮＡを一定のまま、集
光スポット径を縮小することが可能である。なお、遮光
板１０７の向きを同一面内で９０度回転したときは、集
光スポット径ｄ_SPOTｔはｄ_SPOT０のままになり、ｄ_SPOT
ｒの方が縮小される。

【０００８】このように、超解像の原理は、対物レンズ
１０５の入射面上でのコリメートビーム１０４の波面に
変調を与えることによって集光スポットの強度分布を変
化させることができる、という収束光波の性質を利用し
たものである。すなわち、図３９に示した遮光板１０７
は、対物レンズ１０５の入射面上でのコリメートビーム
１０４の振幅分布を、中央付近で０にするように空間変
調したことに相当する。従って、遮光された部分のレー
ザパワーを損失する。

【０００９】また、超解像の原理に基づけば、対物レン
ズ１０５の入射面上でのコリメートビーム１０４の位相
分布に変調を与えることによって集光スポットの強度分
布を変化させることも可能である。つまり、対物レンズ
１０５の入射面上での位置に応じて適切な位相変移を与
えると、集光スポット形状を整形することができる。前
述した文献（２）はこの方法をとっている。この場合に
はコリメートビーム１０４は遮光されないので、遮光に
よるレーザパワーの部分的な損失がない。

【００１０】さらに、透過光に位相変調を与えるために
屈折率に分布を持たせる方法が知られている。波長λの
光が厚みＬの変調板を透過するとき、変調板の２つの部
分で透過光の感受する屈折率に差Δｎがあると、両部分
を通過した光ビームには次式（２）で表わされる位相差
Δφが生じる。 Δφ＝２π（Ｌ／λ）・Δｎ ‥‥（２） これにより、透過光の位相が変調されることになる。
尚、透過光の位相変調は屈折率差によって光路長に差を
つける方法に限らず、変調板の厚みを変化させて光路長
に差をつけても同様に透過光の位相変調が可能である。

【００１１】ところで、光ディスクの記録密度は、記録
トラックに平行な方向の記録密度（すなわち線記録密度
ＢＰＩ）と、記録トラックに直行する方向の記録密度
（すなわちトラック密度ＴＰＩ）との積で表わされる。
従って、光ディスクの面記録密度を向上するためにはＢ
ＰＩ，ＴＰＩのそれぞれを向上させればよい。そして、
図３９の従来例はＢＰＩの向上を図るものであった。こ
こで、例えば図３９に示す遮光板１０７の代りに同心円
状で中央部のみ遮光する遮光板を使用すれば、集光スポ
ット形状は同心円状になり、メインローブ１０９の周囲
をサイドローブ１０８が取り巻く形になる。この場合、
メインローブ１０９の集光スポット径はやはり縮小され
る。この集光スポットを用いるとＢＰＩとＴＰＩを同時
に向上することが可能である。

【００１２】以上に述べたように、超解像による集光ス
ポット径の縮小は記録密度向上に対して有用な技術であ
り、従来の技術によれば、透過光の振幅や位相を遮光板
や位相板など固定的な光学素子で変化させて、一定の集
光スポット径を得ることができる。しかしながら、従来
の技術では一つの集光装置で超解像のパラメータ、すな
わち、対物レンズの入射面上でのコリメートビームの波
面に与える変調量を動作中に変更して、光ディスク装置
の集光スポット径、もしくは、集光スポット形状を動的
に変化させることはできない。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】一方、現在市場では、
ＩＳＯ規格などで標準化された光ディスク規格に準拠し
た光ディスクが利用されている。これらの多くのディス
クは、トラックピッチが１．６（μｍ）、線記録密度が
２５（ｋｂｉｔ／ｉｎｃｈ）である。また、大容量光デ
ィスクの開発もすすめられており、従来よりも記録密度
を向上した大容量の光ディスクが実用化されるとトラッ
クピッチは縮小され、線記録密度は増加される。従っ
て、情報の記録再生には、従来よりも小さな集光スポッ
ト径が必要になり、集光スポット径は短波長レーザや開
口数の大きい対物レンズ、あるいは前述した超解像を適
用して得られる。このときの集光スポット径は、当然な
がら新たに作られた大容量光ディスクのトラックピッチ
や線記録密度に適合するように設計される。

【００１４】ここで問題となるのは、光ディスク駆動装
置の互換性である。すなわち、光ディスク駆動装置に、
新たに開発された大容量の光ディスクと従来の規格の光
ディスクとの両方を駆動できる機能を持たせる場合、次
の問題がある。１つは、トラッキングサーボの問題であ
る。トラッキングのためのサーボセンサ信号は、光ディ
スク上の案内溝すなわちグループとランドの周期構造に
よる集光スポットの回析現象に基づいて検出される。し
たがって、狭小トラックピッチに適合するように集光ス
ポットを設計すると、従来の幅広トラックピッチの光デ
ィスクを駆動する場合にトラッキング用のサーボエラー
信号を十分に得ることができないという問題点がある。

【００１５】次に、エンボス信号読取り時の問題であ
る。情報が光ディスク上に位相ピットの形で記録されて
いるエンボス信号に対して、信号再生は、集光光が位相
ピットで回析を受けることにより、受光される反射光量
がピットの有無に応じて変化する、という原理に基づい
て行われる。したがって、集光スポット径が位相ピット
に対して小さすぎると、回析による変化量が十分でなく
なり、エンボス信号の再生振幅が減少して読取り精度の
低下や読取り不能が生じるという問題点がある。

【００１６】最後に、書換え型の光ディスクにおける、
媒体上の情報を消去する時の問題がある。光磁気媒体や
相変化媒体など集光光の熱エネルギーによって記録や消
去を行う光ディスクでは、幅広トラックの低密度媒体に
既に記録されている信号を小径の集光スポットで消去し
ようとすると、消去できる幅が狭いために記録マークを
全幅にわたって消去できず、消し残りが出る。これは、
繰り返し記録するときにクロストークとして残り、再生
誤りの頻度が高くなるという問題点がある。

【００１７】この発明は、上記のような問題点を解消す
るためになされたもので、高速な応答が期待できるとと
もに、高い信頼性も期待できる光情報再生装置および光
情報再生方法を得ることを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】この発明に係る光情報再
生装置は、レーザ発振器と当該レーザ発振器から出射さ
れる前記レーザビームが集光される光記録媒体との間の
光路中にあって、前記集光の状態を変化させる変調手段
とを備え、前記変調手段は、それを透過する前記レーザ
ビームの全面にわたって当該レーザビームの空間的な位
相を変調可能な複数セグメントの位相変調器で構成され
るものである。

【００１９】この発明に係る光情報再生装置における変
調手段は、複数セグメンに分割され、当該各セグメント
毎に制御可能な液晶スイッチより構成されるものであ
る。

【００２０】この発明に係る光情報再生方法は、レーザ
発振器からレーザビームを出射し、該当射されたレーザ
ービームを、前記レーザ発振器と前記レーザビームが集
光される光記録媒体との間の光路中において、透過する
前記レーザビームの全面にわたって当該レーザビームの
位相を空間的に分割された複数セグメント単位で変調
し、前記光記録媒体上における前記集光の状態を前記変
調に応じて変化させるものである。

【００２１】この発明に係る光情報再生方法は、複数セ
グメントに分割された各セグメントが個別に制御される
ものである。

【００２２】

【発明の実施の形態】実施の形態１．以下、この発明の
実施の一形態について説明する。図１はこの発明の実施
の一形態による光ビーム集光装置の全体図である。図に
おいて１１０は制御手段、１１１は変調手段である。
尚、図１上で図３８に示す従来の光ビーム集光装置と同
一類似部材については同一符号を付して説明を省略す
る。

【００２３】次に動作について説明する。光源であるレ
ーザ発振器１０１からのレーザ光は、コリメートレンズ
１０２とビーム整形プリズム１０３を介してコリメート
され、平行光になる。平行光になったコリメートビーム
１０４は対物レンズ１０５を介して記録媒体（光記録媒
体）１０６の記録面上に焦点を合わせて集光される。こ
こで、変調手段１１１がコリメートビーム１０４中に設
けられていて、変調手段１１１はコリメートビーム１０
４の一部を遮光している。

【００２４】以下、変調手段１１１について説明する。
図２は変調手段１１１の構成原理の実施の形態１を示
す。図において、１１２は変調手段１１１のビーム透過
面中央部、１１３はその側部である。そして、中央部
（中央部に位置決めされた変調部）１１２は光透過率が
外部からの信号によって制御可能に構成されている。次
に動作について説明する。制御手段１１０を操作して中
央部１１２の光透過率を０、すなわち遮光状態にしたと
きは、図３８の従来の遮光板１０７と同様に１方向に径
を縮小した超解像スポットを得る。また、制御手段１１
０を操作して中央部１１２の光透過率を１、すなわち素
通しにしたときは、超解像を用いない通常の集光スポッ
トを得る。

【００２５】これにより、記録密度の高い媒体に対して
は小径の集光スポットを用いて駆動し、記録密度の低い
媒体に対しては通常の集光スポットを用いて駆動するこ
とができる。従って、従来規格の媒体と大容量媒体を同
一の光ヘッドで扱うことができる。

【００２６】実施の形態２．図３に変調手段１１１の構
成原理の実施の形態２を示す。実施の形態１においては
中央部１１２のみの光透過率を制御可能としたが、実施
の形態２においては中央部１１２の光透過率と側部１１
３，１１３の光透過率を制御手段１１０からの信号によ
って制御可能とした。これにより、実施の形態２は実施
の形態１に比べて、中央部１１２の光透過率を１、側部
１１３，１１３の光透過率を０とすることにより、通常
の集光スポットより１方向の径が大きい集光スポットを
得ることができる点が異なる。実施の形態２の変調手段
１１１によれば、超解像を用いずに短波長レーザ等の使
用で大容量媒体を駆動する光ヘッドを使用して、記録密
度の低い媒体を駆動するときに、光ディスクの半径方向
にスポットを拡大して幅広トラックピッチに対応するの
に有効である。

【００２７】実施の形態３．図４に変調手段１１１の構
成原理の実施の形態３を示す。実施の形態２においては
光透過率を制御可能としたが、実施の形態３においては
変調手段１１１の中央部１１２の透過光に対する屈折率
と側部（その他の部分に位置決めされた変調部）１１
３，１１３の透過光に対する屈折率を制御手段１１０か
らの信号によって制御可能とした。これにより、実施の
形態２の場合透過光の振幅分布に変調を与えたが、実施
の形態３では透過光の位相分布に変調を与える。この点
で実施の形態３は実施の形態２と異なる。従って、実施
の形態３は実施の形態２と同様に集光スポット径の縮小
や拡大が可能であり、さらに、実施の形態２では達成す
ることができない遮光によるパワー損失を防止すること
ができる。

【００２８】尚、実施の形態３では、透過光の位相分布
に変調を与える場合だけを説明しているが、これに限ら
ず、透過光の振幅分布と位相分布の両方を同時に変調す
ればより良い集光スポット形状を得られることは、言う
までもない。

【００２９】実施の形態４．実施の形態１乃至３におい
ては変調手段１１１を３分割した場合について説明した
が、変調手段１１１の分割パターンは、３分割に限らな
い。例えば、図５に示す実施の形態４のようにコリメー
トビーム１０４と同心円をなす円状の内部１４１とリン
グ状の外部１４２に２分割してもよい。このように２分
割された内部１４１及び外部１４２の光透過率や屈折率
を制御手段１１０で制御して全方向に径を縮小した超解
像スポット、あるいは逆に拡大した集光スポットを得る
ことができる。

【００３０】図６は変調手段１１１を略Ｘ状に４分割す
る例を示す。この場合、対角する２素子１４３と１４５
又は１４４と１４６に同じ変調量を発生するように制御
信号を与えると、１方向には径を縮小し、これと直交す
る方向には径を拡大した集光スポットを得ることができ
る。

【００３１】図７は図５及び図６の実施の形態を組み合
わせた例を示す。図７の実施の形態によれば、図５，図
６の実施の形態において可能とされた変調手段１１１の
制御を組み合わせることができる。従って、図５，図６
の実施の形態で述べたような形で集光スポット形状の設
定を柔軟に変更できる。従って、図７の実施の形態によ
れば、各種のトラック密度や記録密度の媒体に最適な条
件を得ることができる。

【００３２】実施の形態５．実施の形態１乃至４におい
ては変調手段１１１の光透過率や屈折率を制御してコリ
メートビーム１０４を変調する場合について説明した
が、図８に示す実施の形態５のように変調手段１１１の
変調板２１１を機械的に回転させてコリメートビーム１
０４を変調してもよい。以下、図８に基づいて実施の形
態５を説明する。同図に示すように変調板２１１は円板
状に形成されていて、さらに変調板２１１の厚みはビー
ム幅に対して無視できるように設定されている。この変
調板２１１は回転軸２１１ａ，２１１ａを介してコリメ
ートビーム１０４の光軸上に回動自在に支持されてい
る。尚、変調板２１１の回動は図１に示す制御手段１１
０で制御される。

【００３３】この変調板２１１は図９に示すように中央
部２１１ｂ及び側部２１１ｃ，２１１ｃから構成されて
いる。中央部２１１ｂは光透過率が０に設定されてい
て、側部２１１ｃ，２１１ｃは光透過率が１に設定され
ている。従って、変調板２１１をコリメートビーム１０
４に対して直角に向けたとき、コリメートビーム１０４
の中央部が遮光される。一方、変調板２１１をコリメー
トビーム１０４に対して平行に向けたとき、コリメート
ビーム１０４は変調されずに通過する。これにより、実
施の形態１と同様の効果を得ることができる。

【００３４】図１０に示す変調板２１１は、図５に示す
実施の形態４と同様に分割されていて、光透過率が斜線
部２１１ｂで０、他の部分２１１ｃで１に設定されてい
る。従って、変調板２１１を回動させることにより、実
施の形態４と同様の効果を得る。

【００３５】図１１に示す変調手段１１１は、回転軸２
１１ａ，２１１ａを共用して変調板２１２と変調板２１
３を直角に組み合わせたものである。従って、一方の変
調板がコリメートビーム１０４に対して垂直、他方が平
行になるように変調手段１１１の回転角度を切り替える
ことにより、２種類の超解像効果、あるいは、ビーム径
の縮小と拡大を切り替えることができる。

【００３６】このように実施の形態５によれば、記録密
度の高い媒体に対しては小径の集光スポットを用いて駆
動し、記録密度の低い媒体に対しては通常の集光スポッ
トを用いて駆動することができる。従って、従来規格の
媒体と大容量媒体を同一の光ヘッドで扱うことができ
る。あるいは、記録密度の低い媒体を駆動するときに、
光ディスクの半径方向にスポットを拡大して幅広トラッ
クピッチに対応するのに有効である。

【００３７】実施の形態６．実施の形態５では変調手段
１１１の変調板２１１を回動させてレーザビームを変調
する場合について説明したが、変調手段１１１を図１２
に示すように形成してもよい。同図に示すように変調手
段２２１は中空円筒状、または、中空角筒状に形成され
ている。これらの変調手段２２１はいづれもコリメート
ビーム１０４を遮光する位置に回動自在に支持されてい
る。変調手段２２１の光透過率の具体的なパターン例を
図１３と図１４に示す。

【００３８】図１３に示す変調手段２２１は実施の形態
１に述べた原理と同じ原理で超解像集光スポットを得る
ものである。すなわち、光透過率が斜線部分で０、他の
部分で１に設定されていて、変調板２２２をコリメート
ビーム１０４に対して垂直に向けたとき、ビーム中央部
が遮光されて縮小された集光スポット径を得る。また、
変調手段２２１を回動して変調板２２３をコリメートビ
ーム１０４に対して垂直に向けたとき、ビームは周辺部
分が遮光されて拡大された集光スポット径を得る。

【００３９】図１４に示す変調手段２２１は、円筒の周
面に変調パターンをつけたものである。尚、変調手段２
２１の形状は、これらの例には限らない。

【００４０】実施の形態７．実施の形態５では変調板２
１１を回転軸２１１ａ，２１１ａを中心に回動する場合
について説明したが、図１５に示すように実施の形態５
と同様の機能を備えた上で、変調手段２３１をコリメー
トビーム１０４の光軸を中心に回動させる機能を付加し
てもよい。この場合、実施の形態７の透過光変調パター
ンを実施の形態５に示した透過光変調パターンと同一に
形成すると、実施の形態５と同様にビームの集光スポッ
トを１方向に縮小することができ、さらに変調手段２３
１をコリメートビーム１０４の光軸を中心に回動して集
光スポットをあらゆる方向に縮小することができる。

【００４１】これを利用して、シーク中はディスクの半
径方向の集光スポット径を小さくしてサーボ信号を大き
く得て、再生中はディスクの周方向の集光スポット径を
小さくしてデータ再生信号を大きく得る、という動作が
実現できる。

【００４２】実施の形態８．変調手段を機械的に駆動す
る光学素子で構成する実施の形態８を図１６に示す。同
図に示すように実施の形態８の変調手段は２枚の変調板
２４１，２４２で構成されている。変調板２４１，２４
２は、ビーム幅に対して無視できる厚みをもち、軸２４
１ａ，２４２ａを中心に回転する機能を持つ。この場
合、変調板２４１，２４２の回転軸２４１ａ，２４２ａ
をコリメートビーム１０４の両側に支持して、変調板２
４１，２４２の互いの端縁が中央で合うようにする。

【００４３】次に動作について説明する。先ず、変調板
２４１，２４２の向きをコリメートビーム１０４に平行
にしてコリメートビーム１０４に変調をかけないモード
に設定することができる。また、変調板２４１，２４２
の一方の半面をコリメートビーム１０４が透過するよう
に位置決めしてコリメートビーム１０４に第１の変調を
かけるモードに設定することができる。さらに、他方の
変調板２４１，２４２の他の半面をコリメートビーム１
０４が透過するように位置決めしてコリメートビーム１
０４に第２の変調をかけるモードに設定することができ
る。このように実施の形態８によれば、少なくとも３つ
の変調モードを設定できる。尚、２枚の変調板２４１，
２４２は、所望の集光スポット形状を得るように、同期
して回転させてもよく、また独立に回転させてもよい。

【００４４】実施の形態９．変調手段を機械的に駆動す
る光学素子で構成する実施の形態９を図１７に示す。同
図に示すように実施の形態９の変調手段はコリメートビ
ーム１０４の進行方向に対して垂直方向の面内で１次元
または２次元方向に移動する平面状の変調板２５１を備
えている。すなわち、実施の形態９の変調板２５１は平
面移動で変調パターンが選択される。尚、変調板２５１
の光透過率の具体的なパターン例を図１８と図１９に示
す。

【００４５】図１８に示す変調板２５１の例では複数個
の変調パターンを１次元方向に並べており、所望の集光
スポット形状を得る変調パターンを１次元方向に移動し
て選択する。各変調パターンについては、従来の超解像
技術や前記実施の形態で説明したもの等を使用する。ま
た機構的な構成上、変調パターンの個数を実施の形態５
〜８よりも容易に増やせるので、集光スポット形状を多
数切り替えるのに有利である。

【００４６】図１９に示す変調板２５１の例では複数個
の変調パターンを２次元方向に並べており、所望の集光
スポット形状を得る変調パターンを２次元方向に移動し
て選択する。図１９においても図１８に示す変調板２５
１と同様に各変調パターンについては、従来の超解像技
術や前記実施の形態で説明したもの等を使用する。また
機構的な構成上、変調パターンの個数を前記実施の形態
５〜８よりも容易に増やせるので、集光スポット形状を
多数切り替えるのに有利である。

【００４７】実施の形態１０．変調手段を機械的に駆動
する光学素子で構成する実施の形態１０を図２０に示
す。実施の形態５〜９の場合、透過光の振幅でレーザビ
ームを変調したが、実施の形態１０は位相に変調をかけ
るものである。従って、透過光に対する屈折率を空間的
に変調する変調板を使用する点を除いて、実施の形態１
０と実施の形態５〜９とは同様に構成されている。

【００４８】実施の形態５〜９においては、例えば、光
透過率が斜線部分で０、他の部分で１として透過光の振
幅を変調した。しかしながら、実施の形態１０のように
斜線部分の透過光の感受する屈折率と他の部分の透過光
の感受する屈折率に差をつけて透過光の位相を変調して
も、実施の形態５〜９と同様に集光スポット形状を制御
することが可能である。

【００４９】尚、実施の形態５〜１０のように機械的に
変調手段を切り替える方式は機構が単純で設計製作し易
く、また、低コスト化を図ることも期待できる。

【００５０】実施の形態１１．図２１に示す実施の形態
１１の変調手段は電気的に駆動する光学素子で構成され
たものである。変調手段には複数のセグメント３１３〜
３１７から成る平面状の変調板３１１を使用した。この
場合、変調板３１１の各セグメント３１３〜３１７は外
部に設けられた制御回路３１２からの電気信号によって
独立に制御する。コリメートビーム１０４は、この変調
板３１１を透過する。変調板（液晶スイッチ）３１１は
周知のように、制御電極への印加電圧により光透過量を
変化させることができるので、各セグメント３１３〜３
１７は、各セグメントを透過するコリメートビーム１０
４の透過光量を変調することができる。従って、変調板
３１１は透過ビームの強度分布に空間変調を与えること
ができる。

【００５１】変調板３１１のセグメントの分割パターン
の具体的例を図２２に示す。変調板３１１は前述したよ
うにセグメント３１３〜３１７に５分割され、セグメン
ト３１３はコリメートビーム１０４の中央部に配設さ
れ、セグメント３１４〜３１７はその周辺部に配設され
ている。図２２には４通りの変調パターン例が示されて
いる。同図において斜線部分はビームを遮光し、その他
の部分はビームを透過させるように設定されている。こ
れにより、図２２（ａ）では縮小した集光スポットを得
ることができ、図２２（ｂ）では拡大した集光スポット
を得ることができる。また、図２２（ｃ）では縦長の集
光スポットを得ることができ、図２２（ｄ）では横長の
集光スポットを得ることができる。

【００５２】尚、変調板３１１のセグメントの分割パタ
ーンは、この例に限らず、所望の集光スポット形状が得
られるように設計することが可能である。また、変調板
３１１の動作は、一般に前記の機械的な手段に比べると
切り替え速度が速く、高速な応答が実現できる。

【００５３】実施の形態１２．実施の形態１１において
は変調板３１１でレーザビームの透過光量を変調した
が、図２３に示す実施の形態１２はレーザビームの位相
を変調するように構成した。すなわち、実施の形態１２
の変調手段は複数のセグメント３２３〜３２７から成る
平面状の位相変調器３２１を備えている。位相変調器３
２１は、例えばＬｉＮｂｏ₃ 等の電気光学結晶板と、複
数の平行平板電極対で構成される。各電極対は外部に設
けられた制御回路３２２からの電気信号によって独立に
制御する。コリメートビーム１０４はこの変調板３２１
を透過する。電気光学結晶板は周知のように、結晶への
印加電界により屈折率を変化させることができるので、
各電極対は、占有部分の透過ビームの屈折率に差を与え
てその位相を変調し、変調板３２１全体で透過ビームの
位相分布に空間変調を与えることができる。

【００５４】セグメント３２３〜３２７の分割パターン
の具体的例として、図２４に４通りの変調パターンの例
を示す。変調板３２１は図中の斜線部分とその他の部分
とで透過光に所要の位相差が生じるように、制御され
る。これにより、図２４（ａ）では縮小した集光スポッ
トを得ることができ、図２４（ｂ）では拡大した集光ス
ポットを得ることができる。また、図２４（ｃ）では縦
長の集光スポットを得ることができ、図２４（ｄ）では
横長の集光スポットを得ることができる。

【００５５】実施の形態１３．図２５に複数のセグメン
ト３３３〜３３５から成るバルク状の位相変調器３３１
を備えた位相変調手段を示す。位相変調器３３１は、た
とえばＫＤＰ等の電気光学結晶板と、平行平板電極対で
構成される。電極対は外部の制御回路３３２からの電気
信号によって独立に制御する。コリメートビーム１０４
は、この変調器３３１を透過する。

【００５６】セグメント３３３〜３３５の分割の具体的
例として、３分割した例を図２６に示す。中央部分のセ
グメント３３３と両端部分の２つのセグメント３３４に
逆向きの電圧Ｖを与えて屈折率に差をつける。これによ
り、セグメント３３３〜３３５内を透過するコリメート
ビーム１０４に対する屈折率差により位相を変調し、位
相変調手段の出射面での透過ビームの位相分布に空間変
調を与える。これにより、実施の形態３と同様の動作原
理により、集光スポット形状を制御することができる。
また別の例として、位相変調手段を中央部の１セグメン
ト３３３だけで構成することも可能である。この場合、
両側部のセグメント３３４，３３４は屈折率１の空気で
ある。

【００５７】尚、実施の形態１１〜１３のように電気的
な手段によって切り替える方式は、一般的にみて実施の
形態５〜１０の機械的な手段に比べると切り替え速度が
速く、高速な応答が期待できる。また、この方式は可動
部分がないため、高い信頼性も期待できる。

【００５８】実施の形態１４．以下に実施の形態１〜１
３のビーム集光装置が搭載された光ディスク装置の集光
スポット切り替え方法を説明する。現在実用化されてい
るＩＳＯ規格光ディスクのトラックピッチは、前述した
ように１．６μｍであり、次世代のＩＳＯ規格として検
討がすすんでいる光ディスクのトラックピッチは、１．
３〜１．４μｍである。また、さらに将来開発されるも
のとして、トラックピッチが１．２μｍや１．０μｍや
０．８μｍの光ディスクが考えられる。

【００５９】このようにトラックピッチが異なる光ディ
スクを同一の光ディスク装置で駆動する場合のアルゴリ
ズムを図２７に示す。先ず、光ディスクを光ディスク装
置に装着して起動する（ステップ３９９）。次に、ディ
スク回転数を安定化し（ステップ４００）、レーザを点
灯する（ステップ４０１）。次いでフォーカスサーボを
引き込み（ステップ４０２）、引き込み完了後コントロ
ールトラックＰＥＰエリアへ移動してＰＥＰのコントロ
ールトラック情報を読み取る（ステップ４０３）。この
情報にはトラックピッチに関する情報も含まれている。
次に、読み取られたトラックピッチの値にしたがって集
光スポット径の切り替えを行う。これにより、光ディス
ク装置はトラックピッチに適合した集光スポット径に設
定される（ステップ４０４）。続いて、従来どおりトラ
ッキングサーボを引き込み（ステップ４０５）。記録再
生可能な状態に入る（ステップ４０６）。

【００６０】ここで、光ディスク装置に図５に示す実施
の形態４の変調手段を使用した場合の集光スポット径の
モード設定方法を図２８に基づいて説明する。先ず、Ｐ
ＥＰ情報から、駆動したディスクのトラックピッチが
１．０μｍであると判明したときは、変調手段１１１で
コリメートビーム中央部分を遮光して集光スポット径を
縮小する。また、駆動したディスクのトラックピッチが
１．６μｍのときは変調手段１１１でコリメートビーム
周辺部分を遮光して集光スポット径を拡大する。さら
に、駆動したディスクのトラックピッチが１．２μｍの
ときは変調手段１１１で遮光せず、従来どおりの集光ス
ポット径を得る。

【００６１】以上に示す方法でトラックピッチに応じて
集光スポット径を切り替えることにより、各種トラック
ピッチの光ディスクを１台の光ディスク装置で駆動でき
るようになり、規格の異なる光ディスクへの互換性を十
分な性能と信頼性をもって確保することが可能になる。

【００６２】実施の形態１５．実施の形態１５の集光ス
ポット切り替え方法を説明するアルゴリズムを図２９に
示す。実施の形態１５はステップ３９９で光ディスクを
起動し、ステップ４０４でトラックピッチに応じた適切
な集光スポット径に切り替える処理までは同じである。
しかしながら、実施の形態１５はステップ４０４の後、
ステップ４１０でトラッキングサーボセンサ信号振幅を
モニタ回路４２１（図３０参照）でモニタし、振幅が最
大になるように変調手段１１１における変調量を調整す
る。

【００６３】前述したセンサ信号振幅のモニタ回路４２
１を図３０に示す。光ディスク装置は、ステップ４１０
でトラッキングサーボ信号最適化の自動調整によってト
ラッキングに最適な集光スポット径に設定した後、ステ
ップ４０５で従来どおりトラッキングサーボを引き込
み、記録再生可能な状態に入る（ステップ４０６）。な
おトラッキングサーボ信号として、トラック横断信号を
モニタすることも、個別のセンサ信号をモニタすること
も、その差をとったトラッキングエラー信号をモニタす
ることも可能である。

【００６４】実施の形態１５に示す処理を実行すること
により、光ディスク媒体と光ディスク装置の組み合わせ
毎に異なるトラッキングサーボ信号特性のばらつきを吸
収し、サーボ安定性マージンを拡大することが可能にな
る。さらに、トラッキングエラー信号波形が最適化され
ると、トラックシーク時のミスカウントを防止すること
にも効果があり、平均シーク時間の短縮とシーク信頼性
の向上も実現される。

【００６５】実施の形態１６．図３１に実施の形態１６
の集光スポット切り替え方法を説明したアルゴリズムを
示す。実施の形態１６はステップ３９９で光ディスクを
起動し、ステップ４０５でトラッキングサーボを引き込
むまでは同じである。しかしながら実施の形態１６はス
テップ４０５の後、ステップ４１１でエンボス信号の再
生信号振幅をモニタ回路４３１（図３２参照）でモニタ
し、最高周波数の再生信号の振幅が最大になるように変
調手段１１１における変調量を調整する。前述した再生
信号振幅のモニタ回路４３１を図３２に示す。光ディス
ク装置は、ステップ４１１で再生信号最適化の自動調整
によってデータ再生に最適な集光スポット径に設定した
後、ステップ４０６で従来どおりの記録再生可能な状態
に入る。

【００６６】ここで、実施の形態１１に示した変調手段
を使用すれば、変調手段で集光スポット形状を調整する
際、トラッキングサーボ信号と再生信号それぞれの振幅
を独立に調整可能となる。そして、実施の形態１６に示
す処理を実行することにより、光ディスク媒体と光ディ
スク装置の組み合わせ毎に異なるデータ再生信号特性の
ばらつきを吸収し、再生信号検出マージンを拡大するこ
とが可能になる。この結果、記録密度やトラックピッチ
の異なる、多世代、多種類の規格の光ディスクに対して
信号の読取り精度を向上することが可能になり、誤りが
少なく信頼性の高いデータ再生が実現される。

【００６７】実施の形態１７．実施の形態１４〜１６に
おいては、コントロールトラック情報に基づいて集光ス
ポットに切り替える場合について説明したが、これとは
別に、光ディスクの駆動状態に応じて集光スポットを切
り替えることによって、光ディスク装置の性能向上が可
能である。

【００６８】図３３に光ディスク駆動状態に対応した集
光スポット５１１の形状とトラック５１２の寸法の関係
を示す。シーク時には、シークに最適なトラッキングサ
ーボ信号すなわちトラック横断信号が得られる集光スポ
ット幅になるように、実施の形態１５に示したような方
法等で変調手段１１１の変調量を設定する。また、再生
時には、最適な再生信号が得られる集光スポット長およ
び幅になるように、実施の形態１６に示したような方法
等で変調手段１１１の変調量を設定する。

【００６９】さらに、記録時はスポット径を絞らない。
ここで、変調手段１１１でコリメートビームに振幅変調
をかける方式では、既に指摘したようにレーザパワーの
損失が大きい。一方、光ディスク装置では、半導体レー
ザの最大出力パワーの限界によってデータ転送速度（す
なわちディスク回転数）の上限が制限され、あるいは、
記録媒体で使用可能な記録パワーの上限が抑えられる。
これにより、レーザパワーの損失は性能上問題が大き
い。したがって記録時や消去時には、できれば振幅変調
をかけずに駆動するのが望ましい。ところで、記録時の
集光スポット径は、再生時ほど縮小しなくとも動作可能
である。本実施の形態に示す方法によれば、再生時には
集光スポット径を縮小しつつ記録時には振幅変調をかけ
ない動作が可能になった。消去時には記録マークの存在
する記録トラック幅一杯まで集光スポット幅を拡大す
る。

【００７０】以上に示した方法によって、実施の形態１
７は記録密度やトラックピッチの異なる多世代、多種類
の規格の光ディスクに対して、信号の読取り精度の向上
による誤りの少ない信頼性の高いデータ再生と、消し残
りの防止によるクロストークのない信頼性の高いデータ
記録を実現した。また、実施の形態１７によれば、高密
度記録データの再生に超解像技術を使用しながら高出力
の記録パワーも可能とした。これにより、規格の異なる
多種の光ディスクへの互換性をさらに強化することが可
能になる。

【００７１】実施の形態１８．実施の形態１８は集光ス
ポット切り替え機能を適用して性能を向上させる点で実
施の形態１７と共通する。しかしながら、実施の形態１
８はデータ再生時に誤りが多く再生不能になったセクタ
に対して、再度読出すリトライ処理がなされるときに集
光スポット形状を変化させる方法を採用している点で実
施の形態１７と相違する。

【００７２】図３４に実施の形態１８のアルゴリズムを
示す。図３４のアルゴリズムによれば、ステップ４１５
でセクタ読取りが実行され、ステップ４１６でセクタ読
取りが正常でないと判定された場合、ステップ４１７で
集光スポット形状が変更され、ステップ４１５で再度セ
クタ読取りが実行される。このように、実施の形態１８
は最適と判断した集光スポットを得られるように設定し
ていた変調信号を、あらかじめ定めておいた範囲で変化
させ、リトライ再生を行う。これにより、信号の読取り
不能状態を回避できる可能性が増加し、データ保存の信
頼性の向上を図ることができる。

【００７３】実施の形態１９．図３６には実施の形態１
４で示したコントロールトラックＰＥＰエリアの記録ピ
ット５３１の形状とこの上を走査する集光スポット５１
１、および、このときの再生信号波形を示す。

【００７４】情報は、非常に低密度で記録されており、
記録ピット５３１のある領域と全く無い領域が非常に長
い間隔で交替するような方式で符号化されている。記録
ピット５３１は直径０．４μｍ、周期０．８μｍ程度で
規則的に並んでいる。そして、従来は記録ピット５３１
に比べて大きな径の集光スポットで再生していたので問
題がなかった。しかしながら、集光スポット５１１が縮
小されると、記録ピットのある領域を再生していなが
ら、丁度集光スポット５１１が記録ピット列の間を通過
している時は再生信号が得られず、再生データが誤まる
という問題がある。

【００７５】そこで実施の形態１９では、図３５のアル
ゴリズムに示すようにステップ４１８でＰＥＰエリア再
生時に集光スポット径を拡大した。この結果、いかなる
光ディスクに対しても、コントロールトラックＰＥＰエ
リアの読取り精度を向上することが可能になり、平均駆
動開始時間が短縮された。ＰＥＰエリアは光ディスクの
最も基本的なパラメータを収容した部分であり、ディス
ク起動時にまず、読取る部分である。その読取りの信頼
性を向上できる効果は大きい。

【００７６】実施の形態２０．実施の形態２０は集光ス
ポット径を縦横両方向に拡大して、集光するための対物
レンズ１０５（図１参照）の開口数ＮＡを等価的に減少
させるものである。周知のごとくレンズによる集光系で
は、開口数ＮＡが大きくなるほど焦点深度が浅くなる。

【００７７】一般に光ディスク装置のフォーカス制御系
においては、開口数ＮＡが大きくなり焦点深度が浅くな
るほど、ディスクの面ぶれやディスク面の傾斜に対する
フォーカスサーボの追従能力が落ちる。特に、フォーカ
ス引き込み時は、これらの面ぶれを始めとする外乱に弱
く、フォーカス引き込み失敗が起こりやすい。失敗時は
リトライすることになり、起動時間が延びる。

【００７８】そこで実施の形態２０では、図３７のアル
ゴリズムに示すように、フォーカス引き込み開始（ステ
ップ４０２）以前に集光スポット径を縦横両方向に拡大
するように設定し（ステップ４１９）、その状態でフォ
ーカス引き込みを完了させるようにした。そのあと実施
の形態１４〜１６にしたがって集光スポットを設定する
（ステップ４２０）。この結果、フォーカス引き込みの
安定性が向上することになり、平均駆動開始時間が短縮
された。また、いかなる光ディスクに対しても、フォー
カス引き込み範囲を拡大することが可能になるので、デ
ィスクの受容範囲を拡大することができ、互換性、汎用
性の向上にもなる。

【００７９】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、レー
ザビームを出射するレーザ発振器と、前記レーザ発振器
と当該レーザ発振器から出射される前記レーザビームが
集光される光記録媒体との間の光路中にあって、前記集
光の状態を変化させる変調手段とを備え、前記変調手段
は、それを透過する前記レーザビームの全面にわたって
当該レーザビームの空間的な位相を変調可能な複数セグ
メントの位相変調器で構成したので、変調手段を電気的
手段によって切り替えるため、切り替え速度が速く高速
な応答が期待でき、また、可動部分がないため高い信頼
性も期待できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明に係る集光スポット形状可変型光ビ
ーム集光装置の全体図である。

【図２】 この発明に係る透過率可変変調板の平面図で
ある。

【図３】 この発明に係る空間振幅変調する変調手段の
平面図である。

【図４】 この発明に係る空間位相変調する変調手段の
平面図である。

【図５】 この発明に係る変調手段の空間変調パターン
の平面図である。

【図６】 この発明に係る変調手段の空間変調パターン
の平面図である。

【図７】 この発明に係る変調手段の空間変調パターン
の平面図である。

【図８】 この発明に係る回転変調板を用いた空間振幅
変調を説明した説明図である。

【図９】 この発明に係る回転変調板の平面図である。

【図１０】 この発明に係る回転変調板の平面図であ
る。

【図１１】 この発明に係る２面回転変調板の平面図，
正面図，側面図である。

【図１２】 この発明に係る筒状回転変調板を用いた空
間振幅変調を説明した説明図である。

【図１３】 この発明に係る角筒状回転変調板の斜視図
である。

【図１４】 この発明に係る円筒状回転変調板の斜視図
である。

【図１５】 この発明に係る２軸回転変調板の斜視図で
ある。

【図１６】 この発明に係る２枚１組の回転変調板の斜
視図である。

【図１７】 この発明に係る並進移動変調板を用いた空
間振幅変調を説明した説明図である。

【図１８】 この発明に係る１次元並進移動用変調板の
平面図である。

【図１９】 この発明に係る２次元並進移動用変調板の
平面図である。

【図２０】 この発明に係る変調手段の位相変調のかけ
方を説明した説明図である。

【図２１】 この発明に係る平面状の液晶スイッチを用
いた空間振幅変調を説明した説明図である。

【図２２】 この発明に係る液晶スイッチの制御法を説
明した説明図である。

【図２３】 この発明に係る平面状位相変調器を用いた
空間位相変調を説明した説明図である。

【図２４】 この発明に係る平面状位相変調器の制御法
を説明した説明図である。

【図２５】 この発明に係るバルク状位相変調器を用い
た空間位相変調を説明した説明図である。

【図２６】 この発明に係るバルク状位相変調器の側面
図である。

【図２７】 この発明に係る多種トラックピッチに対す
る互換性確保処理法を説明したアルゴリズムを示す図で
ある。

【図２８】 この発明に係るトラックピッチと集光スポ
ット径の設定法を説明した説明図である。

【図２９】 この発明に係るトラッキング用の集光スポ
ット最適化処理法を説明したアルゴリズムを示す図であ
る。

【図３０】 この発明に係るトラッキングサーボセンサ
信号の振幅モニタ回路のブロック図である。

【図３１】 この発明に係る信号再生用の集光スポット
最適化処理法を説明したアルゴリズムを示す図である。

【図３２】 この発明に係る再生信号の振幅モニタ回路
のブロック図である。

【図３３】 この発明に係る光ディスク駆動状態別の集
光スポット形状制御を説明した説明図である。

【図３４】 この発明に係る集光スポット径の調節によ
る再生リトライ処理能力向上法を説明したアルゴリズム
を示す図である。

【図３５】 この発明に係る集光スポット径の調節によ
るＰＥＰ読取り能力向上処理法を説明したアルゴリズム
を示す図である。

【図３６】 この発明に係るＰＥＰ読取り時の集光スポ
ットと記録ピットの位置関係を説明した説明図である。

【図３７】 この発明に係る集光スポット径の調節によ
るフォーカス引き込み安定化処理法を説明したアルゴリ
ズムを示す図である。

【図３８】 従来の超解像光ビーム集光装置の全体図で
ある。

【図３９】 従来の超解像による集光スポット径縮小の
原理を説明した説明図である。

【図４０】 従来の遮光板幅と集光スポット径の関係を
説明した説明図である。

【符号の説明】

１０１ レーザ発振器、１０２ コリメートレンズ、１
０４ コリメートビーム、１０５ 対物レンズ、１０６
記録媒体（光記録媒体）、１１０ 制御手段、１１
１，２２１，２３１ 変調手段、１１２，２１１ｂ 中
央部（中央部に位置決めされた変調部）、１１３，２１
１ｃ 側部（その他の部分に位置決めされた変調部）、
２１１，２１２，２１３，２４１，２４２，２５１，３
１１，３２１ 変調板、３１３，３１４，３１５，３１
６，３１７，３２３，３２４，３２５，３２６，３２７
セグメント。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5D118 AA14 AA26 BA01 BB01 BB06 BB07 BC09 BF02 CA13 CD03 5D119 AA05 AA09 AA26 AA28 AA41 BA01 BB01 BB04 BB05 DA01 DA05 EA02 EB07 EC11 EC12 EC13 EC37 EC45 JA58 JA60 JA62 JA63 JC07

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザビームを出射するレーザ発振器
   と、前記レーザ発振器と当該レーザ発振器から出射され
   る前記レーザビームが集光される光記録媒体との間の光
   路中にあって、前記集光の状態を変化させる変調手段と
   を備え、前記変調手段は、それを透過する前記レーザビ
   ームの全面にわたって当該レーザビームの空間的な位相
   を変調可能な複数セグメントの位相変調器で構成される
   ことを特徴とする光情報再生装置。
2. 【請求項２】 変調手段は、複数セグメンに分割され、
   当該各セグメント毎に制御可能な液晶スイッチより構成
   される請求項１記載の光情報再生装置。
3. 【請求項３】 レーザ発振器からレーザビームを出射
   し、該当射されたレーザービームを、前記レーザ発振器
   と前記レーザビームが集光される光記録媒体との間の光
   路中において、透過する前記レーザビームの全面にわた
   って当該レーザビームの位相を空間的に分割された複数
   セグメント単位で変調し、前記光記録媒体上における前
   記集光の状態を前記変調に応じて変化させることを特徴
   とする光情報再生方法。
4. 【請求項４】 複数セグメントに分割された各セグメン
   トが個別に制御される請求項３記載の光情報再生方法。