JP2005285251A

JP2005285251A - 光記録／再生システム

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Publication number: JP2005285251A
Application number: JP2004099558A
Authority: JP
Inventors: Shigeyoshi Misawa; 成嘉三澤
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2004-03-30
Filing date: 2004-03-30
Publication date: 2005-10-13
Anticipated expiration: 2024-03-30
Also published as: JP4410012B2

Abstract

【課題】記録層の厚さが従来の光ディスクに比べて厚い３次元光記録／再生に適した球面収差の精度の良い検出が可能であり、また従来の光ピックアップにおける焦点検出方法にシリンドリカルレンズなどを用いた非点収差法のみならず、他の焦点位置誤差検出方法を適用可能にする。
【解決手段】記録媒体に参照用のパターン１３と複数の反射率の異なるパターン１５ａとを形成し、参照用のパターン１３の反射光量の測定値と同じになったパターン１５ａから光スポットＳの径を推定し、焦点位置検出を行いながら同時に球面収差の制御により球面収差の補整を行う。
【選択図】図２

Description

本発明は、光学的情報記録媒体と、この記録媒体に対して光スポットを照射して記録および／または再生を行う記録／再生装置とからなる光記録／再生システムに関するものである。

従来の光ピックアップでは、光ディスクを構成する保護層の特性が変化して、光ディスクからの反射光に発生する球面収差が変化しても、これを補償することにより、正確に情報を記録／再生できるようにした技術が、特許文献１などに記載されている。

図７は前記従来の光ピックアップの一例を示す概略構成図である。

図７において、光ピックアップは、記録／再生用の光ビームＢを射出するレーザダイオード１０８と、射出された光ビームＢを反射する偏向ビームスプリッタ１０４と、反射された光ビームＢを平行光に変換するコリメータレンズ１０３と、平行光となった光ビームＢの偏波面および当該光ビームＢの光ディスク１０１からの反射光の偏波面を夫々回転させるλ／４板１１７と、光ビームＢに対して透明な保護層１０１ａを有する光ディスク１０１と、光ビームＢを光ディスク１０１内の情報記録面１０１ｂに集光する対物レンズ１０２と、光ディスク１０１により反射されて偏向面が回転することにより、対物レンズ１０２，コリメータレンズ１０３および偏向ビームスプリッタ１０４を透過した光ビームＢを分割型ディテクタ１０７上に集光する集光レンズ１０５と、集光された光ビームＢに対して非点収差を発生させるシリンドリカルレンズ１０６と、非点収差が与えられた光ビームＢを受光する分割型ディテクタ１０７と、球面収差補償用の補償手段としての液晶パネル１０９と、フォーカスサーボ制御用のアクチュエータ１１０と、信号処理部１１１と、情報再生部１１２と、アンプ１１３と、補償手段としてのドライバ１１４と、アンプ１１５と、フォーカスサーボ用のドライバ１１６とにより構成されている。

前記光ピックアップでは、光ビームＢに対して透明な保護層１０１ａを少なくとも有する光ディスク１０１に対して、保護層１０１ａを透過させて光ビームＢを光ディスク１０１内の情報記録面１０１ｂに照射することにより情報を記録／再生する。

レーザダイオード１０８から射出する光ビームＢにおける光ディスク１０１からの反射光に基づいて、信号処理部１１１は、保護層１０１ａの特性に起因して反射光に発生している球面収差を示すと共に極性を有する球面エラー信号Ｓｋｅを生成する。液晶パネル１０９では生成された球面エラー信号Ｓｋｅに基づいて球面収差を補償する。

この従来の光ピックアップでは、保護層１０１ａの特性が変化することで反射光に発生する球面収差が変化しても、当該球面収差の量および極性を即時に把握してこれを補償し、正確に情報を記録／再生することが可能である。
特開２０００−５７６１６号公報

しかし、前記従来の構成の光ピックアップを３次元光ディスクに適用した場合、記録層の厚さが従来の光ディスクに比べて厚く、さらに保護層を有しているため、従来例に示された光ピックアップの分割型ディテクタ上におけるスポット変化による検出方法では、そのスポットにおいて、光ピックアップの対物レンズの集光ビーム径との対応が必ずしも一定ではなく、また対物レンズの球面収差の収差特性も単純でないと考えられる。このため従来例の光ピックアップでは球面収差の精度の良い検出は困難と考えられる。

さらに、従来例の光ピックアップにおいては、焦点検出方法にシリンドリカルレンズなどを用いた非点収差法を用いており、他の焦点位置誤差検出方法が適用できず、適用することができる構成が限られるため、低コスト化が図りにくい。

本発明は、前記従来の技術に鑑み、記録層の厚さが従来の光ディスクに比べて厚い３次元光記録／再生に適した球面収差の精度の良い検出が可能であり、また従来の光ピックアップにおける焦点検出方法にシリンドリカルレンズなどを用いた非点収差法のみならず、他の焦点位置誤差検出方法を適用することができるようにした光記録／再生システムを提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、記録媒体に対して光スポットを照射する光学系，前記光スポットの位置制御手段，前記光スポットにおける球面収差の補整手段を備え、記録媒体に光スポットを照射して該光スポットの位置および球面収差の制御を行う光記録／再生システムにおいて、反射率の異なるパターンが形成された記録媒体を用い、前記パターンによる反射率の差を用いて前記光スポットの径を測定するスポット径測定手段を備え、焦点位置検出を行いながら同時に球面収差の制御により球面収差の補整を行うことを特徴とし、この構成によって、焦点位置検出を行いながら同時に球面収差の補整を行うことができ、かつ記録媒体上の反射率の異なるパターンによる直接的な光スポット径の測定により、球面収差の変化量を正確に測定することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１記載の光記録／再生システムにおいて、記録媒体に形成された反射率の異なるパターンとして、光スポットの走査方向において前記パターンの形状を変化させ、反射戻り光の光強度変化を測定することにより、前記光スポットの球面収差の変化を検出し、球面収差の補整を行うことを特徴とし、この構成によって、集光スポットの走査方向でパターン形状を変化させるため、球面収差の変化より反射率の変化を高速に変化させることができ、光スポット径の測定の分解能を高めることが可能で、球面収差の変化量をより正確に測定することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２記載の光記録／再生システムにおいて、記録媒体に形成された反射率の異なるパターンとして、光スポットの走査方向に対して垂直方向に長さを変化させたパターンを配列し、該パターンからの反射戻り光の光強度変化を測定することにより、焦点位置検出を行うと同時に走査方向に垂直な方向の球面収差の補整を行うことを特徴とし、この構成によって、光スポットの走査方向に長さを変化させたパターンを配列したため、球面収差の変化より反射率を高速に変化させることができ、光スポット径の走査方向の測定分解能を特に高めることが可能で、球面収差に他の非対称収差が混じった状態でも、走査方向の収差の変化量をより正確に測定することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１または２記載の光記録／再生システムにおいて、記録媒体に形成された反射率の異なるパターンとして、光スポットの走査方向に対して垂直方向に幅を変化させたパターンを配列し、該パターンからの反射戻り光の光強度変化を測定することにより、焦点位置検出を行うと同時に走査方向に垂直な方向の球面収差の補整を行うことを特徴とし、この構成によって、光スポットの走査方向に垂直方向に、幅を変化させたパターンを配列したため、球面収差の変化より反射率を高速に変化させることができ、光スポット径の走査方向に垂直の方向の測定分解能を特に高めることが可能で、球面収差に他の非対称収差が混じった状態でも、走査方向に垂直の方向における収差の変化量をより正確に測定することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４いずれか１項記載の光記録／再生システムにおいて、記録媒体に形成された反射率の異なるパターンの他に、該パターンによる反射戻り光の最大反射率を測定する参照パターンを設け、該参照パターン用いて最大反射率を測定することにより、球面収差の変化を検出し、球面収差の補整を行うことを特徴とし、この構成によって、記録媒体上の反射率の異なるパターンによる直接的な光スポット径の測定による球面収差の変化量をさらに正確に測定することができる。

請求項６に記載の発明は、請求項１記載の光記録／再生システムにおいて、記録媒体に形成された反射率の異なるパターンとして、光スポットより面積の大きなパターンを設け、光スポットが該パターンを通過する際の反射戻り光の光強度変化を測定し、光強度変化の時間幅により光スポットの走査方向の径を測定することによって、球面収差の変化を検出し、球面収差の補整を行うことを特徴とし、この構成によって、単純なパターンによる直接的な光スポット径の測定により球面収差の変化量を正確に測定することができ、記録媒体の作製が容易になる。

請求項７に記載の発明は、請求項１〜６いずれか１項記載の光記録／再生システムにおいて、球面収差を変化させる手段として、２つの光学レンズからなるビームエキスパンダを備えたことを特徴とし、この構成によって、光スポットの球面収差の変化を該光学レンズの間隔を機械的変化させるだけで行うことができ、球面収差の制御機構を単純化することができる。

請求項８に記載の発明は、請求項１〜６いずれか１項記載の光記録／再生システムにおいて、球面収差を変化させる手段として、液晶を用いた位相制御手段を備えたことを特徴とし、この構成によって、光スポットの球面収差の変化を、液晶を用いた位相制御手段の追加のみで行うことができるため、光記録再生装置の構成を単純化できて低コスト化を図ることができる。

請求項９に記載の発明は、請求項１〜６いずれか１項記載の光記録／再生システムにおいて、記録媒体として、複数の記録層と中間層からなり、かつ反射率の異なるパターンが前記各記録層に設けられた円盤状の３次元光ディスクを用いたことを特徴とし、この構成によって、複数の記録層間における球面収差の変化量を、直接的な光スポット径の測定により正確に測定することができる。

請求項１０に記載の発明は、請求項９記載の光記録／再生システムにおいて、各記録層における最外周部に、反射率の異なるパターンを設けたことを特徴とし、この構成によって、複数の記録層間における順次読み出し／書き込みなどの動作時に、球面収差の変化量をより早く測定することができる。

本発明によれば、焦点位置検出を行いながら同時に球面収差の補整を行うことができ、かつ記録媒体上の反射率の異なるパターンによる直接的な光スポット径の測定により、球面収差の変化量を正確に測定することができる。また、光学系の構成も特異な構成に限定されない。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。

（実施形態１）
図１は本発明の光記録／再生システムの実施形態１を説明するための概略構成図である。

図１において、光源１からの出射光は、レンズ２，液晶空間位相変調素子３，偏光ビームスプリッタ４，１／４波長板５を通って対物レンズ６により３次元記録媒体７中に光スポットＳとして集光する。３次元記録媒体７からの反射光は、対物レンズ６，１／４波長板５を通って偏光ビームスプリッタ４により反射され、集光レンズ８，シリンドリカルレンズ９を通って４分割光検出器１０上に集光する。集光レンズ８とシリンドリカルレンズ９により集光した光線は、非点収差を生じて２つの焦点を持つ。この２つの焦点位置の間に４分割光検出器１０の受光面を配置する。

３次元記録媒体７中のピットＰは、屈折率変化による屈折率差がついており、例えば対物レンズ６からの光スポットＳをピットＰの端面に照射することにより、その反射光を用いて、記録信号を検出することができる。

また、液晶空間位相変調素子３は、電界の印加により、２次元平面内に位相変化を生じさせる素子であり、入射ビームの周辺部の位相を進めるか、あるいは遅らせることにより、対物レンズ６により３次元記録媒体７中に集光する光スポットＳの球面収差を変化させる。

次に、図２（ａ）に示すように、光記録媒体である３次元記録媒体７中のピットＰと同じ深さに、パターン１３，１５ａを設ける。このパターン１３，１５ａは記録媒体７中の屈折率の違いにより、反射率が変化することにより、この部分からの反射戻り光の光量が変化するようになっている。屈折率を変化させるには、材料の構造変化、あるいは金属反射による屈折率の実部、あるいは虚部の変化によることが考えられる。

この屈折率変化の形状は、図２（ａ）に示すように、最初に参照用のパターン１３を光スポットＳが通過し、さらに光スポットＳの走査方向に、幅の異なる複数のパターン１５ａが設けられている。図２（ａ）では各パターン１５ａは、その中心が等間隔に配列してあり、光スポットＳが各パターン１５ａを通過したとき、反射光量は図２（ｃ）に示すように変化する。図２（ｃ）においてＩは反射光量である。

図２（ｂ）のような時間タイミングで反射光量をサンプリングして、反射光量が参照用のパターン１３の反射光量の測定値と同じになったパターン１５ａから光スポット径を推定する。さらに、液晶空間位相変調素子３を制御し、位相変化量を変えることにより、光学系の焦点位置を変えずに球面収差量のみを可変することができるため、球面収差量を可変したときの光スポット径を前記の方法で測定し、その変化から球面収差が小さくなる液晶空間位相変調素子３の位相変化量を測定することにより、３次元記録媒体７中の光スポットＳに関する実際の球面収差量を低減することができる。

前記パターン１５ａは、光スポットＳの走査方向に幅が異なっているため、光スポットＳが円形でない場合には、走査方向の球面収差量の変化を検出可能であるが、これとは別に、図３（ａ）に示したパターン１５ｂを用いることもできる。

図３（ａ）のパターン１５ｂは、図２（ａ）のパターン１５ａと異なり、光スポットＳの走査方向に垂直な方向に反射率の異なるパターンの幅が変化するように配置されている。このため特に光スポットＳの走査方向に対して垂直な方向の変化を重点的に検出することができ、円形でない光スポットに対しても有効になる。この場合、図３（ｂ）のような時間タイミングで反射光量をサンプリングすることで、反射光量は図３（ｃ）のように変化する。

また、図２（ａ）および図３（ａ）のパターン１５ａ，１５ｂを併用することも可能であり、これらのパターンを複数個配列することもできる。また図２，図３において、反射率が異なるパターン１５ａ，１５ｂの変化する順序を小から大でなく、反対にすることも可能である。

また図２（ａ）および図３（ａ）のパターン１５ａ，１５ｂにおいて、灰色で示したパターンが反射率が高いことを想定しているが、これに限らず反対に屈折率が小さく反射率も小さくすることも可能であり、球面収差の測定に用いることができる。

さらに、参照用のパターン１３に関しては、必ずしも用いなくてもよく、光スポットＳの反射戻り光の測定時に検出回路を設けて、光量が飽和したパターン１５ａ，１５ｂが特定できればよい。

（実施形態２）
図４は本発明の光記録／再生システムの実施形態２を説明するための概略構成図であり、図１にて説明した実施形態１の部材に対応する部材には同一符号を付して詳しい説明は省略する。

実施形態２は実施形態１とほぼ同様な構成の球面収差補整機構を備えた３次元記録媒体７への光記録および信号読取り用の光学系を示している。実施形態２が実施形態１と異なる点は、出射光側において、レンズ２と偏光ビームスプリッタ４の間に液晶空間位相変調素子３がなく、その代わりに１／４波長板５と対物レンズ６の間に、球面収差の可変手段として、２つの光学レンズ１１，１２により構成されたビームエキスパンダを設けている。

光学レンズ１１，１２の間隔を機械的に可変にすることにより、３次元記録媒体７中の光スポットＳの位置が変化すると同時に、球面収差を変化させることができる。これ以外の構成，検出原理は実施形態と同一である。

（実施形態３）
図１，図４および図５を参照して本発明の実施形態３を説明する。図５（ａ）に示すパターンは、実施形態１，２の図２，図３における反射率の異なるパターン１５ａ，１５ｂと同様に球面収差の測定に用いるものであるが、光スポット系の測定方法が異なる。

図５（ａ）の光スポットＳは、前記パターン１５ａ，１５ｂと同様に、図５（ａ）の反射率の異なるパターン１５ｃを走査方向に通過するように配置されている。反射率の変化を図５（ｂ）に示す。光スポットＳが反射率の異なるパターン１５ｃを横切る際に、反射光量Ｉが増加して最大値になり、パターン１５ｃから外れる際に反射光量Ｉが減少する。反射光量Ｉが増加あるいは減少している時間の間隔をｔ’とするとき、この時間および３次元記録媒体７に対する光スポットＳの線速を測定したり、図５（ｂ）の時間間隔ｔ”を測定したりすることにより、ｔ’とｔ”の時間の比とパターン１５ｃの長さとの関係から光スポットＳの走査方向におけるスポット径を測定することができ、液晶空間位相変調素子３に与えた位相変化量に対する球面収差の変化量を測定することができる。これ以外の構成は実施形態１，２と同一である。

（実施形態４）
図１，図４および図６を参照して本発明の実施形態４を説明する。図６（ａ），（ｂ）には、実施形態１，２のような球面収差補整機構を備えた３次元記録媒体７への光記録および信号読取り用の光学系を用い、３次元記録媒体７中に記録するビットＰと同一の深さに設ける図２，図３に示したパターン１５ａ，１５ｂと同様に反射率の異なるパターン１５ｄ，１５ｅを示している。

パターン１５ｄ，１５ｅと図２，図３に示すパターン１５ａ，１５ｂとの違いは、光スポットＳの走査方向に、反射率さらに直径の異なる円形のパターンを複数個配列している点である。パターン１５ｄとパターン１５ｅとでは、パターンに対する反射率が逆になっている。これ以外の構成，検出原理は実施形態１，２と同一である。

（実施形態５）
本発明の実施形態５を説明する。実施形態５においては、実施形態１〜４とほぼ同様の構成のものであるが、図１，図４における３次元記録媒体７の構成が、記録層と中間層が交互に積層された多層構造とし、記録のピットが記録層中にのみ形成される構成のものである。そして実施形態５では、このような構造の３次元記録媒体７において、図２，図３，図５，図６に示す反射率の異なるパターン１５ａ〜１５ｅが、記録層中のピットと同じ深さ方向の位置に形成されているところが前記実施形態と異なる。実施形態５では、これ以外の構成，検出原理は実施形態１〜４と同一である。

なお、前記反射率の異なるパターン１５ａ〜１５ｅは、光ディスク形状の多層３次元記録媒体７の最外周に配置するようにしてもよい。

本発明は、各種光ディスクなどの光学的情報記録媒体に対して光スポットを照射して記録および／または再生を行う記録／再生装置に適用され、光ファイルシステム，大容量情報処理システムなどに利用可能である。

本発明の光記録／再生システムの実施形態１を説明するための概略構成図（ａ）〜（ｃ）は本実施形態におけるマークとパターンとの説明図（ａ）〜（ｃ）は本実施形態における他のマークとパターンとの説明図本発明の光記録／再生システムの実施形態２を説明するための概略構成図（ａ），（ｂ）は本実施形態における他のパターンの説明図（ａ），（ｂ）は本実施形態における他のパターンの説明図従来の光ピックアップの一例を示す概略構成図

符号の説明

１光源
２レンズ
３液晶空間位相変調素子
４偏光ビームスプリッタ
５１／４波長板
６対物レンズ
７３次元記録媒体
８集光レンズ
９シリンドリカルレンズ
１０４分割光検出器
１１，１２光学レンズ（ビームエキスパンダ）
１３，１５ａ〜１５ｅパターン
Ｓ光スポット
Ｐピット

Claims

記録媒体に対して光スポットを照射する光学系，前記光スポットの位置制御手段，前記光スポットにおける球面収差の補整手段を備え、記録媒体に光スポットを照射して該光スポットの位置および球面収差の制御を行う光記録／再生システムにおいて、
反射率の異なるパターンが形成された記録媒体を用い、前記パターンによる反射率の差を用いて前記光スポットの径を測定するスポット径測定手段を備え、焦点位置検出を行いながら同時に球面収差の制御により球面収差の補整を行うことを特徴とする光記録／再生システム。
前記記録媒体に形成された反射率の異なるパターンとして、光スポットの走査方向において前記パターンの形状を変化させ、反射戻り光の光強度変化を測定することにより、前記光スポットの球面収差の変化を検出し、球面収差の補整を行うことを特徴とする請求項１記載の光記録／再生システム。
前記記録媒体に形成された反射率の異なるパターンとして、光スポットの走査方向に対して垂直方向に長さを変化させたパターンを配列し、該パターンからの反射戻り光の光強度変化を測定することにより、焦点位置検出を行うと同時に走査方向に垂直な方向の球面収差の補整を行うことを特徴とする請求項１または２記載の光記録／再生システム。
前記記録媒体に形成された反射率の異なるパターンとして、光スポットの走査方向に対して垂直方向に幅を変化させたパターンを配列し、該パターンからの反射戻り光の光強度変化を測定することにより、焦点位置検出を行うと同時に走査方向に垂直な方向の球面収差の補整を行うことを特徴とする請求項１または２記載の光記録／再生システム。
前記記録媒体に形成された反射率の異なるパターンの他に、該パターンによる反射戻り光の最大反射率を測定する参照パターンを設け、該参照パターン用いて最大反射率を測定することにより、球面収差の変化を検出し、球面収差の補整を行うことを特徴とする請求項１〜４いずれか１項記載の光記録／再生システム。
前記記録媒体に形成された反射率の異なるパターンとして、光スポットよりも面積の大きなパターンを設け、光スポットが該パターンを通過する際の反射戻り光の光強度変化を測定し、光強度変化の時間幅により光スポットの走査方向の径を測定することによって、球面収差の変化を検出し、球面収差の補整を行うことを特徴とする請求項１記載の光記録／再生システム。
前記球面収差を変化させる手段として、２つの光学レンズからなるビームエキスパンダを備えたことを特徴とする請求項１〜６いずれか１項記載の光記録／再生システム。
前記球面収差を変化させる手段として、液晶を用いた位相制御手段を備えたことを特徴とする請求項１〜６いずれか１項記載の光記録／再生システム。
前記記録媒体として、複数の記録層と中間層からなり、かつ前記反射率の異なるパターンが前記各記録層に設けられた円盤状の３次元光ディスクを用いたことを特徴とする請求項１〜６いずれか１項記載の光記録／再生システム。
前記各記録層における最外周部に、前記反射率の異なるパターンを設けたことを特徴とする請求項９記載の光記録／再生システム。