JP2004095131A - 光学式ヘッド装置及び情報処理装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】複数種の光学式記録媒体を用いた情報処理装置において、記録可能な光学式記録媒体について光利用効率を向上させるとともに、そのために、他の光学式記録媒体に係る再生性能や記録性能が劣化しないようにする。
【解決手段】光学式ヘッド装置において、複数の異なる波長のレーザ光を発する発光源２３と、対物レンズ１２及びコリメータ１３を含む光学系を設ける。種類の異なる光学式記録媒体について共用される光学系について、射出瞳最外部強度を０．１以上とし、倍率を４以上６以下の値に規定した。射出瞳最外部強度及び倍率に条件を課すことにより、ＣＤ記録時の光利用効率を確保するとともに、光スポットの品質を保証してＤＶＤ再生や記録への影響を低減する。
【選択図】 図４
【解決手段】光学式ヘッド装置において、複数の異なる波長のレーザ光を発する発光源２３と、対物レンズ１２及びコリメータ１３を含む光学系を設ける。種類の異なる光学式記録媒体について共用される光学系について、射出瞳最外部強度を０．１以上とし、倍率を４以上６以下の値に規定した。射出瞳最外部強度及び倍率に条件を課すことにより、ＣＤ記録時の光利用効率を確保するとともに、光スポットの品質を保証してＤＶＤ再生や記録への影響を低減する。
【選択図】 図４
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数種の光学式記録媒体について情報の記録や再生を行う情報処理装置や該装置に用いる光学ヘッド装置において、光学式記録媒体に係る光利用効率の向上と、該光学式記録媒体とは異なる種類の光学式記録媒体に係るビームスポット品質の向上とを、両立化させるための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンパクトディスク（ＣＤ）やディジタルビデオディスク（ＤＶＤ、あるいはＤｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｋ）等の光学式記録媒体を使用する装置では、記録媒体の情報を読み取ったり、該記録媒体に所望の情報を記録するために光学式ヘッド装置（あるいは光学ピックアップ装置）が使用される。
【０００３】
例えば、異なる２波長のレーザー光を用いて２種類のディスクについて情報再生又は記録を行うことが可能な、２波長対応型の装置では、波長の異なる２つのビームを選択的に照射するためのレーザーダイオード（ＬＤ）と、グレーティング、偏光ビームスプリッタ、コリメータ、対物レンズ、ホログラフィック光学素子（ＨＯＥ）、受光素子（フォトディテクタ）等を備えている。
【０００４】
レーザーダイオードを用いて構成される発光源については、例えば、ＣＤ記録とＤＶＤ再生専用のピックアップ装置や、ＣＤ記録とＤＶＤ記録用のピックアップ装置の場合、発振波長の異なる２つのＬＤが使用される。
【０００５】
そして、ＣＤ記録（ＣＤＲ等）では、光の利用効率を高める必要があるため、対物レンズとコリメータを含む光学系の倍率（ディスク側からみた横倍率）について、およそ４倍以下が用いられている。一方、ＤＶＤに係る再生や記録に関しては、倍率を下げるとディスク上の光スポットが広がってしまい、再生や記録性能の悪化が起こる虞があることから、およそ６倍以上の倍率が用いられている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
対物レンズとコリメータを含み、かつ、２波長タイプのレーザーダイオードを用いた光学系が、複数種の光学式記録媒体について共用される場合に、従来の装置では、光利用効率の向上と、スポット品質の向上又は維持とを両立させることが難しいという問題がある。
【０００７】
例えば、２波長タイプのレーザーダイオードを用いて、ＣＤＲ（あるいはＣＤ−Ｒ）記録とＤＶＤの記録又は再生を行う装置を構成する場合に、ＤＶＤの再生や記録の性能を保証しようとすると、光学系の倍率を、ある程度大きくする必要性から、ＣＤＲに係る光利用効率を落として使用する必要があり、結果として、ＣＤＲにとって十分な記録速度が得られない虞がある。これとは、逆に、ＣＤＲに係る光利用効率を高くして高速記録を保証しようとすると、光学系の倍率が小さいために、ＤＶＤの再生性能や記録性能が悪化する虞がある。
【０００８】
このように、一方のディスクについて光利用効率を高めることが、結果として、他方のディスクについて再生や記録性能に影響を及ぼしてしまうことが問題となる。
【０００９】
そこで、本発明は、複数種の光学式記録媒体を用いた情報処理装置や複数種の光学式記録媒体に対して共用される光学式ヘッド装置において、記録可能な光学式記録媒体について光利用効率を向上させるとともに、そのために、他の光学式記録媒体に係る再生性能や記録性能について顕著な劣化を伴わないようにすることを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記した課題を解決するために、対物レンズ及びコリメータを含む光学系に係る射出瞳最外部強度が０．１以上であって、該光学系の倍率が４以上６以下とされたものである。
【００１１】
従って、本発明によれば、光学系の倍率を４以上６以下の値に規定することで、一方の光学式記録媒体に係る光利用効率を確保し、光学系に係る射出瞳最外部強度を０．１以上にすることで、他方の光学式記録媒体についてスポット品質を高めることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明に係る情報処理装置は、異なる波長の光を用いて２種類以上の光学式記録媒体について情報の再生又は記録を行えるように構成されたものである。
【００１３】
尚、光学式記録媒体としては、例えば、ディスク状記録媒体が挙げられるが、媒体の形状（テープ状、カード状等）や記録方式等の如何は問わない。また、本発明に係る情報処理装置（記録及び／又は再生装置を含む。）には、例えば、ＣＤ（ＣＤＲ）記録及びＤＶＤ再生専用の光学式ヘッドを備えた装置のように、ＣＤに係る記録再生及びＤＶＤの再生を行える構成形態や、ＣＤ（ＣＤＲ）記録及びＤＶＤ記録用の光学式ヘッドを備えた装置のように、ＣＤに係る記録再生及びＤＶＤの記録再生を行える構成形態が挙げられる。
【００１４】
図１は、本発明に係る情報処理装置の構成例を簡略的に示す説明図である。
【００１５】
情報処理装置１には、例えば、光学式記録媒体２を搬送するための搬送手段（図示せず。）が設けられていて、該搬送手段により光学式記録媒体２がターンテーブルに載置される位置まで移送される。尚、本例では、光学式記録媒体２がディスク状記録媒体であり、スピンドルモータ３により回転される。
【００１６】
光学式ヘッド装置４は、ターンテーブルに載置されたディスク状記録媒体の半径方向に沿って移動され、該記録媒体に対して情報の読み取り又は情報の記録を行うものである。そして、光学式記録媒体２に対してビーム照射を行うための対物レンズや、コリメータを含む光学系や、発光源及び受光素子を含む送受光手段が設けられている。
【００１７】
光学式ヘッド装置４による検出信号は、信号処理部５や、フォーカス制御及びトラッキング制御部６に送出される。
【００１８】
信号処理部５には、光学式ヘッド装置４からの信号を処理するアドレスデコーダや、再生信号に係るイコライザやＰＬＬ（位相同期ループ）回路、復調回路等が含まれる。また、記録信号処理系については、変調回路やレーザ駆動回路等が含まれ、光学式ヘッド装置４内のレーザー発光源に対して駆動信号や制御信号が送られる。
【００１９】
フォーカス制御及びトラッキング制御部６は、光学式ヘッド装置４内の受光手段からの検出信号に基づくフォーカスエラー信号やトラッキングエラー信号を取得して処理し、対物レンズの駆動装置（所謂２軸アクチュエータ）を制御する。つまり、記録時及び再生時には、ディスク状記録媒体の面振れや、記録トラックの偏芯等に対して、ビームスポットをトラックに追従させるためのフォーカス制御及びトラッキング制御が行われる。
【００２０】
スピンドル制御部７は、スピンドルモータ３とともに光学式記録媒体２の回転手段を構成しており、スピンドルモータ３の回転制御を担当している。
【００２１】
送り制御（スライド制御）部８は、光学式ヘッド装置４の移動手段（所謂スレッド機構及びその駆動源）を制御するために設けられており、ディスク状記録媒体の半径方向に沿って光学式ヘッド装置４が移動されて対物レンズの視野位置が規定される。
【００２２】
制御中枢の機能を有する制御部９は、ＣＰＵ（中央処理装置）やメモリ等を用いて構成され、バスラインを介して信号処理部５、フォーカス制御及びトラッキング制御部６、スピンドル制御部７、送り制御部８と接続されている。
【００２３】
図２は、光学式ヘッド装置４の構成例１０について概略的に示したものである。
【００２４】
図示のように、無限系とされる光学系１１の構成部品として、対物レンズ１２とコリメータ（レンズ）１３、ビームスプリッタ１４、グレーティング１５、調整レンズ１６が配置されている。
【００２５】
異なる波長のレーザー光を発する発光源１７としてレーザーダイオードが用いられており、例えば、２波長タイプとされ、異なる２波長のレーザー光についてビーム選択が可能である。発光源１７については、２つの発光点が所定の間隔（３０μｍ乃至５００μｍ程度）をおいて配列された構成が好ましい。各レーザー光については、グレーティング１５を透過してビームスプリッタ１４での反射後に、コリメータ１３で平行光線となり、対物レンズ１２を透過して光学式記録媒体２に照射される。
【００２６】
受光手段（フォトディテクタ）１８は、各波長の光について信号検出（記録情報を示す信号の他、各種エラー信号の検出を含む。）のために設けられており、例えば、フォトダイオード群を含む受光素子が用いられる。光学式記録媒体２からの戻り光は、対物レンズ１２、コリメータ１３、ビームスプリッタ１４、調整レンズ１６を透過して受光手段１８に到達し、ここで光電変換される。尚、受光手段１８は、異なる波長の光について信号検出のために共用される。
【００２７】
また、対物レンズ１２及びコリメータ１３を含む光学系は、種類の異なる第一及び第二の光学式記録媒体について共用される。ここで、例えば、第一の光学式記録媒体としては、情報の記録又は再生が可能な記録媒体（ＤＶＤ等）が挙げられ、第二の光学式記録媒体としては、記録可能な記録媒体（ＣＤＲ等）が挙げられる。
【００２８】
図２では、発光源と受光手段を別個の素子部品として構成した例を示したが、発光源と受光手段を含む送受光手段に関して光集積型素子として構成しても良い。
【００２９】
図３は、光学式ヘッド装置の構成例として、光集積型素子を用いた場合の構成を示すものである。
【００３０】
本例では、光学式ヘッド装置が、送受光手段１９、コリメータ１３、対物レンズ１２を備えている。
【００３１】
光集積型の送受光手段１９において、その内部の発光源２０については、波長の異なる２つの発光部２０Ａと２０Ｂとが所定の発光点間隔（図３の大円枠内に示す「ｘ」を参照。）をもって配置されている。例えば、２波長タイプの場合、波長の異なる２つのレーザーダイオードチップが光集積型素子に内蔵されており、その一方がＤＶＤ用（例えば、波長６５０ｎｍ）とされ、他方がＣＤ用（例えば、波長７８０ｎｍ）とされる。また、基板上に形成される信号検出用の受光素子２１については、発光源２０の近くに配置されている。
【００３２】
尚、送受光手段１９は、回折光学素子（ホログラフィック光学素子等）２２を備えており、プラスチック又はガラス製の光学素子において、その一方の面（発光源側の面）には、グレーティングを有し、それとは反対側の面（コリメータ側の面）には、分割型の回折素子（ホログラム型回折素子）を有する構成とされる。
【００３３】
本構成では、発光源２０からグレーティングを透過して送受光手段１９から出射された光が、コリメータ１３により平行光線とされ、該コリメータ１３を透過した光が対物レンズ１２を透過して光学式記録媒体２に対して照射される。そして、戻り光については、対物レンズ１２、コリメータ１３を透過した後、回折光学素子２２の回折面（回折素子面）において回折され、回折光が受光素子２１に到達する。
【００３４】
図４は、発光源及び光学系の要部（受光系を除く。）について示した概念図である。
【００３５】
本例では２波長タイプとされ、２つのレーザーチップが同一のパッケージに収容された構成を備えており、レーザー光源について性能を損うことなく使用することができる。よって、２つのレーザーを別個の素子として使用する場合の構成に比較して、全体の占有面積を大幅に縮小することができ、また、ビームスプリッタを省略することで、部品点数を減らすことができるという利点が得られる。
【００３６】
発光源２３から選択的に出射されるレーザー光（図の点Ａ、点Ｂ参照）は、コリメータ１３（焦点距離を「ｆｃ」とし、開口数を「ｎａ」と記す。）、対物レンズ１２（焦点距離を「ｆｏ」と記し、開口数を「ＮＡ」と記す。）をそれぞれ介して、光ディスク２Ａ又は２Ｂ上に集光する。このとき、ディスク側からみた光学系の倍率（横倍率）「Ｍ」は、「Ｍ＝ｆｃ／ｆｏ（＝ＮＡ／ｎａ）」で表される。
【００３７】
二つの発光部（レーザーチップ）を有する２波長ＬＤ（レーザーダイオード）を使用して、例えば、ＣＤ（ＣＤＲ）記録用及びＤＶＤ用の光ピックアップを構成する場合には、同一倍率の光学系を使用しなければならない。つまり、ＣＤ記録と、ＤＶＤ再生又は記録とで別個の光学系を用いたのでは構成の複雑化等を招くので、対物レンズやコリメータを含む光学系を、複数種の記録媒体について共用する必要がある。
【００３８】
しかし、前記したように、ＣＤ記録ではＭ値を低くすることが要求され、他方、ＤＶＤではＭ値を高くすることが要求されるので、両者の相反する要請を充分に考慮した上で光学系の設計を行う必要がある。つまり、一方では光利用効率を高めるため、ＣＤ記録用ではＭ値を出来るだけ小さくしなければならず、他方、スポット品質を高めるためにＤＶＤ用ではＭ値を可能な限り大きくしなければならない。
【００３９】
そこで、ＣＤ記録用の光利用効率とＤＶＤ用のスポット品質とを両立させるように、Ｍ値とそれぞれの発光源に係る発散角の条件について、以下に算出する。
【００４０】
先ず、スポット品質に関係する、射出瞳最外部強度（以下、「ＲＩＭ強度」といい、これを「Ｉ」と記す。）は、対物レンズ１２の開口数「ＮＡ」、倍率「Ｍ」、発光源（レーザーダイオード）の発散角（半値全角）「θ」を用いて、次式で表される。
【００４１】
【数１】
【００４２】
尚、上式中の、「ｅｘｐ（Ｘ）」は変数Ｘの指数関数を表し、「ｌｎ（Ｘ）」は変数Ｘの自然対数関数を表す。また、「ｓｉｎ（Ｘ）」は変数Ｘの正弦関数を表す。
【００４３】
ＲＩＭ強度については、光ディスク上のスポット形状とフーリエ変換の関係があり、ＲＩＭ強度が小さくなると、ディスク上でのスポット径が大きくなり、隣接するトラックの信号とのクロストーク等が発生する。つまり、ＲＩＭ強度の値には下限が存在し、スポット品質を維持するために必要な値は、０．１程度である。
【００４４】
光学系に係るＲＩＭ強度としては、０．１以上の値を確保することが好ましく（ＲＩＭ強度の上限は１である。）、上記［数１］式について、「Ｉ≧０．１」の条件から、θに係る条件を求めると、次式が得られる。
【００４５】
【数２】
【００４６】
光学系の倍率Ｍについては、「４≦Ｍ≦６」の範囲が実用上好ましい（Ｍ＜４では、ディスク上での光スポットが広がり再生や記録性能が劣化する可能性が高まり、また、Ｍ＞６では光利用効率が低くなり過ぎる虞がある。）ので、例えば、［数２］式において、ＤＶＤの場合の対物レンズ開口数を「ＮＡ＝０．６」として代入し、かつ、使用する光学系の倍率をＭ＝４〜５とすると、θの下限値としては７．５度とされる。つまり、発散角θ（半値全角）の値は７．５度以上が好ましい。
【００４７】
【数３】
【００４８】
尚、発光源としてレーザーダイオードを用いる場合において、その発散角は発振の偏光方向による非対称性を持つため、［数３］式に示す範囲については、偏光面に平行な方向の発散角（これを「θ／／」と記す。）に対して適用することが望ましい。つまり、発散角θが、光軸回りに対称性を有する場合には、［数３］式をそのまま適用すれば良いが、非対称性を有する場合には、特定方向における発散角（他の方向との相対比較において発散角の小さいθ／／）について、上記の条件を規定すれば良い。
【００４９】
ＲＩＭ強度に上限がない（強いて言えば「１」）ため、基本的にはθの上限が定まらないことになるが、θはレーザーの発振モード（レーザーのニアフィールドパターン）と関係があり、偏光に平行な方向の発散角θ／／は、１２度程度が限界となり、また、偏光に垂直な方向の発散角（これを「θ⊥」と記す。）は、４０度程度が限界となる。
【００５０】
よって、発光源による一方の光については、発散角θ／／（半値全角）の値が、７．５度以上１２度以下であることが好ましい。
【００５１】
以上についてまとめると、例えば、ＤＶＤ用の発光源（レーザーダイオード）に必要な条件は次式となる。
【００５２】
【数４】
【００５３】
次に、光利用効率（これを「η」と記す。）について説明すると、ηは、対物レンズ１２の開口数「ＮＡ」、倍率「Ｍ」、発光源の発散角「θ／／」、「θ⊥」（「θ／／」は偏光面に平行な方向の発散角を示し、「θ⊥」は偏光面に垂直な方向の発散角を示す。）を用いて、次式のように表される。
【００５４】
【数５】
【００５５】
尚、記号「∝」は比例関係を示す。
【００５６】
アスペクト比（これを「κ」と記す。）は、θ⊥とθ／／との比の値、つまり、「κ＝θ⊥／θ／／」として定義されるので、この式を用いて［数５］式を書き換えると、次式を得る。
【００５７】
【数６】
【００５８】
上式に、例えば、ＣＤ（ＣＤＲ）記録用に使用する開口数「ＮＡ＝０．５」、アスペクト比「κ＝２．３」を代入し、さらに、「Ｍ＝３．８」、「θ／／＝８°」におけるη値、つまり、「（ＮＡ／Ｍ）２・（１／（κ・（θ／／）２）」の値を算出するとともに、倍率Ｍを４乃至５としたときに、「Ｍ＝３．８」、「θ／／＝８°」の場合と同じ条件になるようなθ／／を算出すると、次式で示す範囲を得ることができる。
【００５９】
【数７】
【００６０】
つまり、発光源による他方の光については、発散角θ／／（半値全角）の値が、５度以上８度以下であることが好ましい。
【００６１】
アスペクト比κの値については、１．６〜２．３程度であるため、θ⊥については、「κ＝θ⊥／θ／／」の関係からその範囲が決まる。例えば、κ＝２とすれば、θ⊥は１０度以上１６度以下である。
【００６２】
実用上は、上記［数７］式に基いて各種の要因を考慮すると、次式で示す範囲が好ましい。
【００６３】
【数８】
【００６４】
以上の結果についてまとめると、例えば、ＤＶＤ用レーザーダイオードのように、発散角の広い発光源と、ＣＤ記録用レーザーダイオードのように発散角の狭い発光源とが、近傍に並んで配置された光源（２波長用レーザーダイオード）を備え、ＣＤ記録のために必要な光利用効率と、ＤＶＤ再生又は記録に必要なスポット品質との、両方の要請を充分に満たす倍率の光学系を使用した装置において、以下の事項を具備することが好ましい。
【００６５】
・スポット品質に関して、ＲＩＭ強度の考察から得られる上記［数４］式で規定される発散角を持つ光源（ＤＶＤ用発光源）を備えていること。
【００６６】
・光利用効率に関して、上記［数７］式、［数８］式で規定される発散角を持つ光源（ＣＤ記録用発光源）を備えていること
・倍率Ｍの値が４以上６以下（さらに好ましくはＭ値として４以上５以下）の範囲内となるように、コリメータ及び対物レンズを含む光学系を使用すること。
【００６７】
これらによって、ＣＤ記録とＤＶＤ再生又は記録に共用される光学式ヘッド装置及び該装置を用いたディスク情報処理装置を構成することができる。
【００６８】
上記した構成例によれば、ＤＶＤの再生や記録性能を充分に保証するとともに、ＣＤの記録速度を落とすことなくＣＤ記録を高速に行うことができる。
【００６９】
【発明の効果】
以上に記載したところから明らかなように、請求項１や請求項４に係る発明によれば、光学系に係る射出瞳最外部強度及び倍率について条件を課すことにより、複数種の光学式記録媒体を用いる装置において、光利用効率を高めることによる性能の向上と、スポット品質を高めることによる信頼性の向上について両立化を図ることができる。
【００７０】
請求項２や請求項５に係る発明によれば、射出瞳最外部強度の値を充分に確保して光スポットの品質を保証し、再生性能や記録性能の劣化を防止することができる。
【００７１】
請求項３や請求項６に係る発明によれば、光利用効率を高めることにより、十分な記録スピードを確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】情報処理装置の構成例を示す図である。
【図２】光学式ヘッド装置の構成例を示す図である。
【図３】光学式ヘッド装置の別例を示す図である。
【図４】光学式ヘッド装置について要部の構成を示す図である。
【符号の説明】
１…情報処理装置、２…光学式記録媒体、４…光学式ヘッド装置、１１…光学系、１２…対物レンズ、１３…コリメータ、１７…発光源、１８…受光手段、２０…発光源、２３…発光源
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数種の光学式記録媒体について情報の記録や再生を行う情報処理装置や該装置に用いる光学ヘッド装置において、光学式記録媒体に係る光利用効率の向上と、該光学式記録媒体とは異なる種類の光学式記録媒体に係るビームスポット品質の向上とを、両立化させるための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンパクトディスク（ＣＤ）やディジタルビデオディスク（ＤＶＤ、あるいはＤｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｋ）等の光学式記録媒体を使用する装置では、記録媒体の情報を読み取ったり、該記録媒体に所望の情報を記録するために光学式ヘッド装置（あるいは光学ピックアップ装置）が使用される。
【０００３】
例えば、異なる２波長のレーザー光を用いて２種類のディスクについて情報再生又は記録を行うことが可能な、２波長対応型の装置では、波長の異なる２つのビームを選択的に照射するためのレーザーダイオード（ＬＤ）と、グレーティング、偏光ビームスプリッタ、コリメータ、対物レンズ、ホログラフィック光学素子（ＨＯＥ）、受光素子（フォトディテクタ）等を備えている。
【０００４】
レーザーダイオードを用いて構成される発光源については、例えば、ＣＤ記録とＤＶＤ再生専用のピックアップ装置や、ＣＤ記録とＤＶＤ記録用のピックアップ装置の場合、発振波長の異なる２つのＬＤが使用される。
【０００５】
そして、ＣＤ記録（ＣＤＲ等）では、光の利用効率を高める必要があるため、対物レンズとコリメータを含む光学系の倍率（ディスク側からみた横倍率）について、およそ４倍以下が用いられている。一方、ＤＶＤに係る再生や記録に関しては、倍率を下げるとディスク上の光スポットが広がってしまい、再生や記録性能の悪化が起こる虞があることから、およそ６倍以上の倍率が用いられている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
対物レンズとコリメータを含み、かつ、２波長タイプのレーザーダイオードを用いた光学系が、複数種の光学式記録媒体について共用される場合に、従来の装置では、光利用効率の向上と、スポット品質の向上又は維持とを両立させることが難しいという問題がある。
【０００７】
例えば、２波長タイプのレーザーダイオードを用いて、ＣＤＲ（あるいはＣＤ−Ｒ）記録とＤＶＤの記録又は再生を行う装置を構成する場合に、ＤＶＤの再生や記録の性能を保証しようとすると、光学系の倍率を、ある程度大きくする必要性から、ＣＤＲに係る光利用効率を落として使用する必要があり、結果として、ＣＤＲにとって十分な記録速度が得られない虞がある。これとは、逆に、ＣＤＲに係る光利用効率を高くして高速記録を保証しようとすると、光学系の倍率が小さいために、ＤＶＤの再生性能や記録性能が悪化する虞がある。
【０００８】
このように、一方のディスクについて光利用効率を高めることが、結果として、他方のディスクについて再生や記録性能に影響を及ぼしてしまうことが問題となる。
【０００９】
そこで、本発明は、複数種の光学式記録媒体を用いた情報処理装置や複数種の光学式記録媒体に対して共用される光学式ヘッド装置において、記録可能な光学式記録媒体について光利用効率を向上させるとともに、そのために、他の光学式記録媒体に係る再生性能や記録性能について顕著な劣化を伴わないようにすることを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記した課題を解決するために、対物レンズ及びコリメータを含む光学系に係る射出瞳最外部強度が０．１以上であって、該光学系の倍率が４以上６以下とされたものである。
【００１１】
従って、本発明によれば、光学系の倍率を４以上６以下の値に規定することで、一方の光学式記録媒体に係る光利用効率を確保し、光学系に係る射出瞳最外部強度を０．１以上にすることで、他方の光学式記録媒体についてスポット品質を高めることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明に係る情報処理装置は、異なる波長の光を用いて２種類以上の光学式記録媒体について情報の再生又は記録を行えるように構成されたものである。
【００１３】
尚、光学式記録媒体としては、例えば、ディスク状記録媒体が挙げられるが、媒体の形状（テープ状、カード状等）や記録方式等の如何は問わない。また、本発明に係る情報処理装置（記録及び／又は再生装置を含む。）には、例えば、ＣＤ（ＣＤＲ）記録及びＤＶＤ再生専用の光学式ヘッドを備えた装置のように、ＣＤに係る記録再生及びＤＶＤの再生を行える構成形態や、ＣＤ（ＣＤＲ）記録及びＤＶＤ記録用の光学式ヘッドを備えた装置のように、ＣＤに係る記録再生及びＤＶＤの記録再生を行える構成形態が挙げられる。
【００１４】
図１は、本発明に係る情報処理装置の構成例を簡略的に示す説明図である。
【００１５】
情報処理装置１には、例えば、光学式記録媒体２を搬送するための搬送手段（図示せず。）が設けられていて、該搬送手段により光学式記録媒体２がターンテーブルに載置される位置まで移送される。尚、本例では、光学式記録媒体２がディスク状記録媒体であり、スピンドルモータ３により回転される。
【００１６】
光学式ヘッド装置４は、ターンテーブルに載置されたディスク状記録媒体の半径方向に沿って移動され、該記録媒体に対して情報の読み取り又は情報の記録を行うものである。そして、光学式記録媒体２に対してビーム照射を行うための対物レンズや、コリメータを含む光学系や、発光源及び受光素子を含む送受光手段が設けられている。
【００１７】
光学式ヘッド装置４による検出信号は、信号処理部５や、フォーカス制御及びトラッキング制御部６に送出される。
【００１８】
信号処理部５には、光学式ヘッド装置４からの信号を処理するアドレスデコーダや、再生信号に係るイコライザやＰＬＬ（位相同期ループ）回路、復調回路等が含まれる。また、記録信号処理系については、変調回路やレーザ駆動回路等が含まれ、光学式ヘッド装置４内のレーザー発光源に対して駆動信号や制御信号が送られる。
【００１９】
フォーカス制御及びトラッキング制御部６は、光学式ヘッド装置４内の受光手段からの検出信号に基づくフォーカスエラー信号やトラッキングエラー信号を取得して処理し、対物レンズの駆動装置（所謂２軸アクチュエータ）を制御する。つまり、記録時及び再生時には、ディスク状記録媒体の面振れや、記録トラックの偏芯等に対して、ビームスポットをトラックに追従させるためのフォーカス制御及びトラッキング制御が行われる。
【００２０】
スピンドル制御部７は、スピンドルモータ３とともに光学式記録媒体２の回転手段を構成しており、スピンドルモータ３の回転制御を担当している。
【００２１】
送り制御（スライド制御）部８は、光学式ヘッド装置４の移動手段（所謂スレッド機構及びその駆動源）を制御するために設けられており、ディスク状記録媒体の半径方向に沿って光学式ヘッド装置４が移動されて対物レンズの視野位置が規定される。
【００２２】
制御中枢の機能を有する制御部９は、ＣＰＵ（中央処理装置）やメモリ等を用いて構成され、バスラインを介して信号処理部５、フォーカス制御及びトラッキング制御部６、スピンドル制御部７、送り制御部８と接続されている。
【００２３】
図２は、光学式ヘッド装置４の構成例１０について概略的に示したものである。
【００２４】
図示のように、無限系とされる光学系１１の構成部品として、対物レンズ１２とコリメータ（レンズ）１３、ビームスプリッタ１４、グレーティング１５、調整レンズ１６が配置されている。
【００２５】
異なる波長のレーザー光を発する発光源１７としてレーザーダイオードが用いられており、例えば、２波長タイプとされ、異なる２波長のレーザー光についてビーム選択が可能である。発光源１７については、２つの発光点が所定の間隔（３０μｍ乃至５００μｍ程度）をおいて配列された構成が好ましい。各レーザー光については、グレーティング１５を透過してビームスプリッタ１４での反射後に、コリメータ１３で平行光線となり、対物レンズ１２を透過して光学式記録媒体２に照射される。
【００２６】
受光手段（フォトディテクタ）１８は、各波長の光について信号検出（記録情報を示す信号の他、各種エラー信号の検出を含む。）のために設けられており、例えば、フォトダイオード群を含む受光素子が用いられる。光学式記録媒体２からの戻り光は、対物レンズ１２、コリメータ１３、ビームスプリッタ１４、調整レンズ１６を透過して受光手段１８に到達し、ここで光電変換される。尚、受光手段１８は、異なる波長の光について信号検出のために共用される。
【００２７】
また、対物レンズ１２及びコリメータ１３を含む光学系は、種類の異なる第一及び第二の光学式記録媒体について共用される。ここで、例えば、第一の光学式記録媒体としては、情報の記録又は再生が可能な記録媒体（ＤＶＤ等）が挙げられ、第二の光学式記録媒体としては、記録可能な記録媒体（ＣＤＲ等）が挙げられる。
【００２８】
図２では、発光源と受光手段を別個の素子部品として構成した例を示したが、発光源と受光手段を含む送受光手段に関して光集積型素子として構成しても良い。
【００２９】
図３は、光学式ヘッド装置の構成例として、光集積型素子を用いた場合の構成を示すものである。
【００３０】
本例では、光学式ヘッド装置が、送受光手段１９、コリメータ１３、対物レンズ１２を備えている。
【００３１】
光集積型の送受光手段１９において、その内部の発光源２０については、波長の異なる２つの発光部２０Ａと２０Ｂとが所定の発光点間隔（図３の大円枠内に示す「ｘ」を参照。）をもって配置されている。例えば、２波長タイプの場合、波長の異なる２つのレーザーダイオードチップが光集積型素子に内蔵されており、その一方がＤＶＤ用（例えば、波長６５０ｎｍ）とされ、他方がＣＤ用（例えば、波長７８０ｎｍ）とされる。また、基板上に形成される信号検出用の受光素子２１については、発光源２０の近くに配置されている。
【００３２】
尚、送受光手段１９は、回折光学素子（ホログラフィック光学素子等）２２を備えており、プラスチック又はガラス製の光学素子において、その一方の面（発光源側の面）には、グレーティングを有し、それとは反対側の面（コリメータ側の面）には、分割型の回折素子（ホログラム型回折素子）を有する構成とされる。
【００３３】
本構成では、発光源２０からグレーティングを透過して送受光手段１９から出射された光が、コリメータ１３により平行光線とされ、該コリメータ１３を透過した光が対物レンズ１２を透過して光学式記録媒体２に対して照射される。そして、戻り光については、対物レンズ１２、コリメータ１３を透過した後、回折光学素子２２の回折面（回折素子面）において回折され、回折光が受光素子２１に到達する。
【００３４】
図４は、発光源及び光学系の要部（受光系を除く。）について示した概念図である。
【００３５】
本例では２波長タイプとされ、２つのレーザーチップが同一のパッケージに収容された構成を備えており、レーザー光源について性能を損うことなく使用することができる。よって、２つのレーザーを別個の素子として使用する場合の構成に比較して、全体の占有面積を大幅に縮小することができ、また、ビームスプリッタを省略することで、部品点数を減らすことができるという利点が得られる。
【００３６】
発光源２３から選択的に出射されるレーザー光（図の点Ａ、点Ｂ参照）は、コリメータ１３（焦点距離を「ｆｃ」とし、開口数を「ｎａ」と記す。）、対物レンズ１２（焦点距離を「ｆｏ」と記し、開口数を「ＮＡ」と記す。）をそれぞれ介して、光ディスク２Ａ又は２Ｂ上に集光する。このとき、ディスク側からみた光学系の倍率（横倍率）「Ｍ」は、「Ｍ＝ｆｃ／ｆｏ（＝ＮＡ／ｎａ）」で表される。
【００３７】
二つの発光部（レーザーチップ）を有する２波長ＬＤ（レーザーダイオード）を使用して、例えば、ＣＤ（ＣＤＲ）記録用及びＤＶＤ用の光ピックアップを構成する場合には、同一倍率の光学系を使用しなければならない。つまり、ＣＤ記録と、ＤＶＤ再生又は記録とで別個の光学系を用いたのでは構成の複雑化等を招くので、対物レンズやコリメータを含む光学系を、複数種の記録媒体について共用する必要がある。
【００３８】
しかし、前記したように、ＣＤ記録ではＭ値を低くすることが要求され、他方、ＤＶＤではＭ値を高くすることが要求されるので、両者の相反する要請を充分に考慮した上で光学系の設計を行う必要がある。つまり、一方では光利用効率を高めるため、ＣＤ記録用ではＭ値を出来るだけ小さくしなければならず、他方、スポット品質を高めるためにＤＶＤ用ではＭ値を可能な限り大きくしなければならない。
【００３９】
そこで、ＣＤ記録用の光利用効率とＤＶＤ用のスポット品質とを両立させるように、Ｍ値とそれぞれの発光源に係る発散角の条件について、以下に算出する。
【００４０】
先ず、スポット品質に関係する、射出瞳最外部強度（以下、「ＲＩＭ強度」といい、これを「Ｉ」と記す。）は、対物レンズ１２の開口数「ＮＡ」、倍率「Ｍ」、発光源（レーザーダイオード）の発散角（半値全角）「θ」を用いて、次式で表される。
【００４１】
【数１】
尚、上式中の、「ｅｘｐ（Ｘ）」は変数Ｘの指数関数を表し、「ｌｎ（Ｘ）」は変数Ｘの自然対数関数を表す。また、「ｓｉｎ（Ｘ）」は変数Ｘの正弦関数を表す。
【００４３】
ＲＩＭ強度については、光ディスク上のスポット形状とフーリエ変換の関係があり、ＲＩＭ強度が小さくなると、ディスク上でのスポット径が大きくなり、隣接するトラックの信号とのクロストーク等が発生する。つまり、ＲＩＭ強度の値には下限が存在し、スポット品質を維持するために必要な値は、０．１程度である。
【００４４】
光学系に係るＲＩＭ強度としては、０．１以上の値を確保することが好ましく（ＲＩＭ強度の上限は１である。）、上記［数１］式について、「Ｉ≧０．１」の条件から、θに係る条件を求めると、次式が得られる。
【００４５】
【数２】
光学系の倍率Ｍについては、「４≦Ｍ≦６」の範囲が実用上好ましい（Ｍ＜４では、ディスク上での光スポットが広がり再生や記録性能が劣化する可能性が高まり、また、Ｍ＞６では光利用効率が低くなり過ぎる虞がある。）ので、例えば、［数２］式において、ＤＶＤの場合の対物レンズ開口数を「ＮＡ＝０．６」として代入し、かつ、使用する光学系の倍率をＭ＝４〜５とすると、θの下限値としては７．５度とされる。つまり、発散角θ（半値全角）の値は７．５度以上が好ましい。
【００４７】
【数３】
尚、発光源としてレーザーダイオードを用いる場合において、その発散角は発振の偏光方向による非対称性を持つため、［数３］式に示す範囲については、偏光面に平行な方向の発散角（これを「θ／／」と記す。）に対して適用することが望ましい。つまり、発散角θが、光軸回りに対称性を有する場合には、［数３］式をそのまま適用すれば良いが、非対称性を有する場合には、特定方向における発散角（他の方向との相対比較において発散角の小さいθ／／）について、上記の条件を規定すれば良い。
【００４９】
ＲＩＭ強度に上限がない（強いて言えば「１」）ため、基本的にはθの上限が定まらないことになるが、θはレーザーの発振モード（レーザーのニアフィールドパターン）と関係があり、偏光に平行な方向の発散角θ／／は、１２度程度が限界となり、また、偏光に垂直な方向の発散角（これを「θ⊥」と記す。）は、４０度程度が限界となる。
【００５０】
よって、発光源による一方の光については、発散角θ／／（半値全角）の値が、７．５度以上１２度以下であることが好ましい。
【００５１】
以上についてまとめると、例えば、ＤＶＤ用の発光源（レーザーダイオード）に必要な条件は次式となる。
【００５２】
【数４】
次に、光利用効率（これを「η」と記す。）について説明すると、ηは、対物レンズ１２の開口数「ＮＡ」、倍率「Ｍ」、発光源の発散角「θ／／」、「θ⊥」（「θ／／」は偏光面に平行な方向の発散角を示し、「θ⊥」は偏光面に垂直な方向の発散角を示す。）を用いて、次式のように表される。
【００５４】
【数５】
尚、記号「∝」は比例関係を示す。
【００５６】
アスペクト比（これを「κ」と記す。）は、θ⊥とθ／／との比の値、つまり、「κ＝θ⊥／θ／／」として定義されるので、この式を用いて［数５］式を書き換えると、次式を得る。
【００５７】
【数６】
上式に、例えば、ＣＤ（ＣＤＲ）記録用に使用する開口数「ＮＡ＝０．５」、アスペクト比「κ＝２．３」を代入し、さらに、「Ｍ＝３．８」、「θ／／＝８°」におけるη値、つまり、「（ＮＡ／Ｍ）２・（１／（κ・（θ／／）２）」の値を算出するとともに、倍率Ｍを４乃至５としたときに、「Ｍ＝３．８」、「θ／／＝８°」の場合と同じ条件になるようなθ／／を算出すると、次式で示す範囲を得ることができる。
【００５９】
【数７】
つまり、発光源による他方の光については、発散角θ／／（半値全角）の値が、５度以上８度以下であることが好ましい。
【００６１】
アスペクト比κの値については、１．６〜２．３程度であるため、θ⊥については、「κ＝θ⊥／θ／／」の関係からその範囲が決まる。例えば、κ＝２とすれば、θ⊥は１０度以上１６度以下である。
【００６２】
実用上は、上記［数７］式に基いて各種の要因を考慮すると、次式で示す範囲が好ましい。
【００６３】
【数８】
以上の結果についてまとめると、例えば、ＤＶＤ用レーザーダイオードのように、発散角の広い発光源と、ＣＤ記録用レーザーダイオードのように発散角の狭い発光源とが、近傍に並んで配置された光源（２波長用レーザーダイオード）を備え、ＣＤ記録のために必要な光利用効率と、ＤＶＤ再生又は記録に必要なスポット品質との、両方の要請を充分に満たす倍率の光学系を使用した装置において、以下の事項を具備することが好ましい。
【００６５】
・スポット品質に関して、ＲＩＭ強度の考察から得られる上記［数４］式で規定される発散角を持つ光源（ＤＶＤ用発光源）を備えていること。
【００６６】
・光利用効率に関して、上記［数７］式、［数８］式で規定される発散角を持つ光源（ＣＤ記録用発光源）を備えていること
・倍率Ｍの値が４以上６以下（さらに好ましくはＭ値として４以上５以下）の範囲内となるように、コリメータ及び対物レンズを含む光学系を使用すること。
【００６７】
これらによって、ＣＤ記録とＤＶＤ再生又は記録に共用される光学式ヘッド装置及び該装置を用いたディスク情報処理装置を構成することができる。
【００６８】
上記した構成例によれば、ＤＶＤの再生や記録性能を充分に保証するとともに、ＣＤの記録速度を落とすことなくＣＤ記録を高速に行うことができる。
【００６９】
【発明の効果】
以上に記載したところから明らかなように、請求項１や請求項４に係る発明によれば、光学系に係る射出瞳最外部強度及び倍率について条件を課すことにより、複数種の光学式記録媒体を用いる装置において、光利用効率を高めることによる性能の向上と、スポット品質を高めることによる信頼性の向上について両立化を図ることができる。
【００７０】
請求項２や請求項５に係る発明によれば、射出瞳最外部強度の値を充分に確保して光スポットの品質を保証し、再生性能や記録性能の劣化を防止することができる。
【００７１】
請求項３や請求項６に係る発明によれば、光利用効率を高めることにより、十分な記録スピードを確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】情報処理装置の構成例を示す図である。
【図２】光学式ヘッド装置の構成例を示す図である。
【図３】光学式ヘッド装置の別例を示す図である。
【図４】光学式ヘッド装置について要部の構成を示す図である。
【符号の説明】
１…情報処理装置、２…光学式記録媒体、４…光学式ヘッド装置、１１…光学系、１２…対物レンズ、１３…コリメータ、１７…発光源、１８…受光手段、２０…発光源、２３…発光源
Claims (6)
- 複数の異なる波長のレーザー光を発する発光源と、各波長の光について信号検出のために設けられた受光手段と、対物レンズ及びコリメータを含み、種類の異なる第一及び第二の光学式記録媒体について共用される光学系を備えた光学式ヘッド装置において、
上記光学系に係る射出瞳最外部強度が０．１以上であって、該光学系の倍率が４以上６以下とされている
ことを特徴とする光学式ヘッド装置。 - 請求項１に記載の光学式ヘッド装置において、
上記第一の光学式記録媒体への情報記録又は情報再生を行う場合に上記発光源から該光学式記録媒体に向けて出射される光の発散角（半値全角）が、７．５度以上である
ことを特徴とする光学式ヘッド装置。 - 請求項１に記載の光学式ヘッド装置において、
記録可能な上記第二の光学式記録媒体への情報記録又は情報再生を行う場合に上記発光源から該光学式記録媒体に向けて出射される光の発散角（半値全角）が、５度以上８度以下である
ことを特徴とする光学式ヘッド装置。 - 異なる波長の光を用いて２種類以上の光学式記録媒体について情報の再生又は記録を行う情報処理装置において、
複数の異なる波長のレーザー光を発する発光源と、各波長の光について信号検出のために設けられた受光手段と、対物レンズ及びコリメータを含み、種類の異なる第一及び第二の光学式記録媒体について共用される光学系を備え、
上記光学系に係る射出瞳最外部強度が０．１以上であって、該光学系の倍率が４以上６以下とされている
ことを特徴とする情報処理装置。 - 請求項４に記載した情報処理装置において、
上記第一の光学式記録媒体への情報記録又は情報再生を行う場合に上記発光源から該光学式記録媒体に向けて出射される光の発散角（半値全角）が、７．５度以上である
ことを特徴とする情報処理装置。 - 請求項４の記載した情報処理装置において、
記録可能な上記第二の光学式記録媒体への情報記録又は情報再生を行う場合に上記発光源から該光学式記録媒体に向けて出射される光の発散角（半値全角）が、５度以上８度以下である
ことを特徴とする情報処理装置。
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