JP2005346777A

JP2005346777A - 光ディスク装置

Info

Publication number: JP2005346777A
Application number: JP2004162617A
Authority: JP
Inventors: Koyo Yamamoto; 幸洋山本
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2004-05-31
Filing date: 2004-05-31
Publication date: 2005-12-15
Also published as: US20050265206A1

Abstract

【課題】スポット径の調節と光結合効率の維持の両立を図った光ディスク装置を提供する。
【解決手段】光ディスクの開口絞りに、第１、第２の波長で開口が異なり、かつ前記第２の波長における前記光ディスクの径方向の開口が周方向の開口より小さいものを用いる。径方向での開口を小さくすることで径方向でのビームのスポット径を大きくし、トラックに垂直な方向での光ディスクのバラツキによるトラッキングエラー信号等の影響を低減する。また、径方向での開口を接線方向での開口より大きくすることで、開口の面積、ひいては光結合効率の低下を制限することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、光ディスク装置に関する。

光ディスク再生装置には、ＣＤ（Compact Disc）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）等の複数種別の光ディスク（光記録媒体）の再生を可能とするため、複数の波長の光を出射する光源を備えるものがある。
ここで、２つの発光点から異なる波長のレーザ光を出射する２波長半導体レーザを用いて異なる種類の光ディスクを記録、再生する技術が公開されている（特許文献１参照）。
特開２００４−５８０２

２波長半導体レーザを用いた光ディスク装置でＣＤとＤＶＤの双方を記録、再生しようとすると、ＣＤ用、ＤＶＤ用それぞれのレーザ光がほぼ同一の光路をとり、コリメータレンズや対物レンズが共通となる。この結果、ＣＤ用、ＤＶＤ用いずれの光学系でも光学倍率が実質的に等しくなる。
このため、ＣＤとＤＶＤの双方で性能を確保することが困難となる。例えば、ＤＶＤでの性能を落とさないように光学系を設計した場合、この光学系はＣＤ用としては光学倍率が高くなりすぎることになる。即ち、ＣＤ上でのレーザ光のスポット径が小さくなり、分解能が高くなりすぎることから、光ディスクのバラツキに対する許容範囲が狭くなる。

このための対策として、ＣＤとＤＶＤとで開口絞りの開口を変え、ＣＤでの開口数ＮＡをＤＶＤでの開口数ＮＡよりも小さくすることが考えられる。このようにすると、ＣＤ上でのレーザ光のスポット径が大きくなり、光ディスクのバラツキに対する許容範囲を広げることができる。
しかしながら、開口数ＮＡを小さくすることは光の損失が大きくなることを意味し、光結合効率の低下を招く。
上記に鑑み、本発明はスポット径の調節と光結合効率の維持の両立を図った光ディスク装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る光ディスク装置は、第１のレーザ光を出射する第１の光源と、前記第１のレーザ光より波長の長い第２のレーザ光を出射する第２の光源と、前記第１、第２の光源から出射されたレーザ光を光ディスクに集光する対物レンズと、前記第１、第２の光源と、前記対物レンズとの間に配置され、前記第１、第２の波長で開口が異なり、かつ前記第２の波長における前記光ディスクの径方向の開口が周方向の開口より小さい開口絞りを具備することを特徴とする。

光ディスクの開口絞りに、第１、第２の波長で開口が異なり、かつ第２の波長において光ディスクの径方向の開口が周方向の開口より小さいものを用いる。径方向での開口を小さくすることで径方向でのビームのスポット径を大きくし、トラックに垂直な方向での光ディスクのバラツキによるトラッキングエラー信号等の影響を低減できる。また、径方向での開口を接線方向での開口より大きくすることで、開口の面積、ひいては光結合効率の低下を制限することができる。

本発明によればスポット径の調節と光結合効率の維持の両立を図った光ディスク装置を提供できる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る光ディスク再生装置１０を示す模式図である。
光ディスク再生装置１０は、光ピックアップ２０，光ピックアップ駆動部３０を備え、規格の異なる複数の光ディスクＤ（ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、ＣＤ（Compact Disc）等）からの情報の読み出しを行う。
光ディスクＤは、ディスクモータＭによって回転される。光ディスクＤのトラックに沿った情報の記録、再生を行うためである。

光ディスクＤは、同心円状または螺旋状のトラックを有し、このトラック上に情報の記録、再生が行われる。このとき、トラックに略直交する方向が光ディスクＤの径方向Ｄｒであり、トラックの接線方向が光ディスクＤの接線方向（タンジェンシャル方向、周方向）Ｄｔである。

光ピックアップ２０は、レーザダイオードＬＤ、グレーティング２１，ビームスプリッタＢＳ、コリメータレンズＬ１、開口絞り２２，対物レンズＬ２、アクチュエータ２３，検出レンズＬ３、フォトダイオードＰＤを有し、光ディスクＤからの情報の読み出しを行う。
光ピックアップ駆動部３０は，光ピックアップ２０全体を移動（シーク等）するためのアクチュエータである。

レーザ光源たるレーザダイオードＬＤは、第１の波長（λ１）の第１のレーザ光、および第２の波長（λ２）の第２のレーザ光をそれぞれ出射する。即ち、レーザダイオードＬＤは２つの波長のレーザ光をそれぞれ出射する第１，第２の光源を合体したものと考えることができる。
なお、第１、第２の波長の例として、ＤＶＤの再生のための波長６５０ｎｍ、ＣＤの再生のための波長７８０ｎｍを挙げることができる。

グレーティング２１は，入射する第１、第２のレーザ光を回折する回折格子である。グレーティング２１によって第１、第２のレーザ光それぞれを回折して、メインビーム（０次回折光）と２つのサブビーム（±１次回折光）に分割し、トラッキングエラー信号（差動プッシュプル信号：ＤＰＰ信号）の生成に利用できる。

ビームスプリッタＢＳは、所定の偏光方向の光を通過し、この偏光方向と直交する偏光方向の光を反射する偏光素子であり、レーザダイオードＬＤから入射する第１、第２のレーザ光を透過し、光ディスクＤで反射された第１、第２のレーザ光を反射するように設定されている。
コリメータレンズＬ１は、ビームスプリッタＢＳから出射された第１、第２のレーザ光を平行光に変換し、光ディスクＤから反射された第１、第２のレーザ光を収束光に変換する光学素子である。

開口絞り２２は、第１、第２のレーザ光のビームを絞るための光学素子である。なお、この詳細は後述する。
対物レンズＬ２は、第１、第２のレーザ光を光ディスクＤに集光し、光ディスクＤから反射されたレーザ光を平行光に変換するための光学素子である。
アクチュエータ２２は、対物レンズＬ２を前後方向および光ディスクＤの径方向に移動させ、第１、第２のレーザ光の焦点合わせ（フォーカシング）、スポット位置の調節（トラッキング）を行う。

検出レンズＬ３は、第１、第２のレーザ光をフォトダイオードＰＤに集光するための光学素子である。
受光素子たるフォトダイオードＰＤは、光ディスクＤで反射された第１、第２のレーザ光を検出し、光ディスクＤからの情報の読み出しを行うための素子である。
フォトダイオードＰＤは、レーザ光がグレーティング２１によってメインビームと２つのサブビームに分割されていることに対応して、これら３つのビームそれぞれを独立に検出できるように検出領域が区分されている。３つのビームそれぞれを検出し、演算することで、差動プッシュプル法（ＤＰＰ法）によるトラッキングエラー信号（差動プッシュプル信号：ＤＰＰ信号）の生成がなされる。

（光ピックアップ２０の動作）
光ピックアップ２０の動作を説明する。ここで、第１、第２のレーザ光は、光ディスクＤの種別等に応じてそのどちらか一方のみが出射されるのが通例であるが、判り易さのために第１、第２のレーザ光を対比して説明する。

（１）レーザダイオードＬＤから出射された第１、第２のレーザ光は、グレーティング２１によって３つのビームに分割される。
３つのビームは、ビームスプリッタＢＳを透過し、コリメータレンズＬ１に入射して、平行光に変換される。
（２）その後、第１、第２のレーザ光は、開口絞り２２を通過し、対物レンズＬ２に入射し、光ディスクＤ上に集光される。例えば、第１のレーザ光はＤＶＤに第２のレーザ光はＣＤに集光される。ここで、開口絞り２２によって光ディスクＤ上に形成されるビームスポットの形状、スポット径が調節される。

（３）光ディスクＤで反射された第１、第２のレーザ光は対物レンズＬ２、コリメータレンズＬ１を経て、ビームスプリッタＢＳを透過する。
（４）ビームスプリッタＢＳを透過した第１、第２のレーザ光は、検出レンズＬ３を経て、フォトダイオードＰＤに入射する。フォトダイオードＰＤから３つのビームに対応する信号が出力され、この３つの出力を演算することでＤＰＰ信号が生成され、光ピックアップ２０のトラッキング制御を行える。

（開口絞り２２の詳細）
図２（Ａ），（Ｂ）は、第１、第２の波長それぞれに対する開口絞り２２の開口の形状を表す模式図である。開口絞り２２は、第１、第２の波長それぞれで開口数のみならず、開口の形状も異なっている。
図２（Ａ）で判るように、第１の波長での開口絞り２２の開口は、円形である。即ち、光ディスクＤの径方向Ｄｒ，接線方向Ｄｔのいずれにおいても等しい開口数ＮＡ１（ＮＡ:Numerical Aperture）を有する。

これに対して、第２の波長での開口絞り２２の開口は、光ディスクＤの接線方向Ｄｔでは円形であるが、径方向Ｄｒでは径方向Ｄｒに直交する直線状となり、開口が制限されている。即ち、光ディスクＤの径方向Ｄｒでの開口数ＮＡ２ｒが、接線方向Ｄｔでの開口数ＮＡ２ｒより小さくなっている。

このように径方向Ｄｒでの開口数ＮＡ２ｒを接線方向Ｄｔでの開口数ＮＡ２ｒより小さくしたのは、次のような理由からである。
（１）光結合効率、即ち、レーザダイオードＬＤから出射されたレーザ光の利用効率を大きくするには開口数ＮＡが大きい方が好ましい。
（２）光ディスクＤのバラツキ（記録されるピットの大きさのバラツキ、光ディスクＤの反り、装着時の機械的ズレ）に対する許容範囲を広げるには、ビームスポットの大きさをある程度大きくすることが好ましい。ビームスポットの大きさをある程度大きくすることで、ピットの大きさのバラツキがトラッキングエラー信号に与える影響が小さくなるからである。ビームスポットの大きさを大きくすることは開口数ＮＡを小さくすることを意味する。

この（１）、（２）の条件は一見両立しないように見える。しかしながら、開口絞り２２の開口数を径方向Ｄｒと接線方向Ｄｔとで変えることを考えると両立しうるのである。
（３）光結合効率を確保するには、必ずしも円開口でなくとも開口の面積が確保されれば良い。
（４）トラッキングエラーへの開口の影響を考えると、トラックに垂直な方向、即ち、径方向Ｄｒでスポット径の大きさが確保されれば良く。これは、径方向Ｄｒでの開口数ＮＡｒが小さいことを意味する。
（５）トラック上からの情報の読み取りを考えると、トラックに沿った方向、即ち、接線方向Ｄｔでスポット径の大きさが小さい方が好ましく。これは接線方向Ｄｔでの開口数ＮＡｔが大きいことを意味する。
以上のように、（３）〜（５）を考慮すると、径方向Ｄｒでの開口数ＮＡ２ｒを接線方向Ｄｔでの開口数ＮＡ２ｒより小さくすることで、光結合効率をそれほど落とさずに、光ディスクＤのバラツキに対する許容範囲を確保できることが判る。

本実施形態では、第２の波長での開口の形状を径方向Ｄｒで直線状、接線方向Ｄｔで円形状としている（以下、この形状を「Ｉカット」と称する）。径方向Ｄｒでの開口数ＮＡ２ｒを接線方向Ｄｔでの開口数ＮＡ２ｒより小さくする形状には、このＩカット以外にも、例えば、楕円開口が考えられる。
Ｉカット開口、楕円開口は、いずれも（３）〜（５）の条件の下、開口絞り２２の開口の形状として利用することが可能である。
但し、Ｉカット開口は楕円開口と比較すると、レーザ強度分布との整合性、即ち、レーザ光のビーム中心と開口の中心との位置合わせが容易である点に優れる利点がある。

開口絞り２２の開口の形状を第１、第２の波長で変化させるのは、機械的な機構を用いて行うことができる。例えば、開口絞りを２つ用意しておき、レーザダイオードＬＤから出射されるレーザ光の波長の切替に対応して開口絞りを交換することで行える。
この他に、光学的な手法を用いて開口絞り２２の開口の形状を変化させることができる。

図３は、開口絞り２２の構成例を表す模式図である。
開口絞り２２は、第１の部材２２１，第２の部材２２２から構成され、Ｉカット形状の開口２２３を有する。
第１の部材は、第１、第２の波長のいずれでも透光性を有しない光学部材であり、開口２２３および第２の部材２２２との境界が円形状となっている。これに対して、第２の部材２２２は、第１の波長では透光性を有し、第２の波長では透光性を有しない光学部材であり、開口２２３がそのまま開口となる。
第２の部材２２２は、第２の波長の光を吸収または反射することでその通過を阻止することができる。例えば、第２の部材２２２に第１の波長の光を通過し、第２の波長の光を吸収する波長選択性のフィルタを用いることができる。また、第２の部材２２２に第１の波長の光を通過し、第２の波長の光を回折するホログラムを用いることができる。

第１の波長のレーザ光は、第１の部材２２１を通過しないが第２の部材２２２を通過することから、第１の波長から見た開口は開口２２３および第２の部材２２２との境界の双方を含む円形となる。第２の波長のレーザ光は、第１の部材２２１、第２の部材２２２の双方を通過しないことから、第２の波長から見た開口は開口２２３の形状そのもののＩカット形状となる。

図４は、開口絞り２２の効果をシミュレーションで確認したものであり、ビームスポットの光の強度分布を等高線（正確には等強度線）で表している。図４の横方向が径方向Ｄｒで、縦方向が接線方向Ｄｔである。
ここで、図４（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）それぞれは以下のような条件である。
（Ａ）開口の形状：円形、光学系の倍率：４．０倍、開口数ＮＡ(A)：０．５０
（Ｂ）開口の形状：円形、光学系の倍率：６．９倍、開口数ＮＡ(B)：０．５１
（Ｃ）開口の形状：Ｉカット、光学系の倍率：６．９倍、接線方向Ｄｔでの開口数ＮＡｒ(C)：０．５１、径方向Ｄｒでの開口数ＮＡｒ(C)：０．４５

シミュレーションの結果での接線方向でのビームスポット径（直径）Ｌｔ、径方向でのビームスポット径（直径）Ｌｒ、およびその差（Ｌｒ−Ｌｔ）は以下のとおりである。
（Ａ）Ｌｔ(A)：１３０９ｎｍ，Ｌｒ(A)：１４６５ｎｍ，（Ｌｒ−Ｌｔ）(A)：１５６ｎｍ
（Ｂ）Ｌｔ(B)：１２８１ｎｍ，Ｌｒ(B)：１３２９ｎｍ，（Ｌｒ−Ｌｔ）(B)：４８ｎｍ
（Ｃ）Ｌｔ(C)：１２８１ｎｍ，Ｌｒ(C)：１３８９ｎｍ，（Ｌｒ−Ｌｔ）(C)：１０８ｎｍ

条件（Ａ）は通常のＣＤに対応する設計であり、光学系の倍率が小さいことから条件（Ｂ），（Ｃ）のものよりスポット径Ｌｒ、Ｌｔが大きくなっている。
また、レーザダイオードＬＤからの出射光の強度分布を反映して、径方向でのスポット径Ｌｒが接線方向でのスポット径Ｌｔよりも大きくなっている。レーザダイオードＬＤが端面発光であることから、レーザダイオードＬＤから出射されるレーザ光のビームの断面は円形ではなく、むしろ楕円形のような細長い形状をしている。この楕円の長軸を光ディスクＤの径方向Ｄｒと対応させていることから、径方向でのスポット径Ｌｒが接線方向でのスポット径Ｌｔよりも大きくなっている。

条件（Ｂ）は通常のＤＶＤに対応する設計であり、光学系の倍率が条件（Ａ）より大きいことから条件（Ａ）の場合よりもスポット径Ｌｔ、Ｌｒが小さくなっている。
また、条件（Ａ）と同様に、レーザダイオードＬＤからの出射光の強度分布を反映して、径方向でのスポット径Ｌｒが接線方向でのスポット径Ｌｔよりも大きくなっている。
但し、その影響は光学倍率が大きいこと（結果として、回折の影響が大きくなる）等の関係で、条件（Ａ）に比べて限定されている。

条件（Ｃ）は通常のＤＶＤと共通する光学系でのＣＤの記録再生を考慮した設計である。このため、条件（Ｂ）と光学系の倍率が同一となるようにしている。
光学系の倍率と接線方向Ｄｔでの開口数ＮＡｔの双方が条件（Ｂ）と同一であることを反映して、接線方向でのスポット径Ｌｔが条件（Ｂ）の場合と同一になっている。
これに対して、径方向Ｄｒでの開口数が条件（Ｂ）の場合よりも小さいことを反映して、径方向でのスポット径Ｌｒが条件（Ｂ）の場合よりも拡大されている。

以上のように、条件（Ｂ）、（Ｃ）を比較すると、ＤＶＤとＣＤとで同一の光学系として（光学倍率がほぼ同一）、ＣＤにおいて径方向での開口数を接線方向での開口数よりも小さくすることで、径方向でのスポット径Ｌｒを拡大できることが判る。このとき、接線方向での開口数が保持されていることから、径方向、接線方向の双方で開口数を小さくした場合に比べて、光結合効率（光の利用効率）の低下は限定的なものとなる

図５は、Ｉカット開口、円開口の開口絞り２２を用いて、ＣＤを再生した場合のＣＤ（光ディスクＤ）の傾き（スキュー）とジッタの対応関係を表すグラフである。
グラフの横軸がＣＤの傾き（単位：分）を、縦軸がジッタの相対値（ＣＤに傾きがない場合とのジッタの差）を表す。実線のグラフがＩカット開口であり、破線が円開口である。

図５ではＩカット開口と円開口それぞれで３つのラインが表されている。これはＩカット開口と円開口それぞれで３つずつの開口絞り２２のサンプルを作成し、実験を行ったことによる。
本図から、Ｉカット開口の方がＣＤの傾きに対してジッタの変化量が抑制されていることが判る。
また、ＣＤに傾きがない場合でのジッタの大きさでは、Ｉカットの場合は円形の場合と劣らない結果が得られた。

以上の結果は次のように説明することができる。
ＣＤに傾きがない場合には、接線方向Ｄｔでのスポット径ＬｔをＩカット開口、円開口で同一としたことに対応して、ジッタ量もＩカット開口、円開口でほぼ同一となる。
ＣＤに傾きがある場合には、Ｉカット開口での径方向Ｄｒでのスポット径Ｌｒが円開口での径方向スポット径Ｌｒより大きいことに起因して、Ｉカット開口でのジッタの変化量が円開口でのジッタの変化量より小さくなっている。これは、径方向スポット径Ｌｒが大きいと、フォトダイオードＰＤによる信号生成をより安定して行える（マージンが広がる）ことによる。径方向スポット径Ｌｒが大きいと、開口絞り２２を通過する光ディスクＤからの反射光中に含まれる信号成分が大きくなるからである。

（その他の実施形態）
本発明の実施形態は上記の実施形態に限られず拡張、変更可能であり、拡張、変更した実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明の一実施形態に係る光ディスク再生装置１０を示す模式図である。開口絞りの開口の形状を表す模式図である。開口絞りの構成例を表す模式図である。ビームスポットの光の強度分布を等高線（正確には等強度線）で表した図である。光ディスクＤの傾きとジッタの対応関係を表すグラフである。

符号の説明

１０…光ディスク再生装置、Ｍ…ディスクモータ、２０…光ピックアップ、ＬＤ…レーザダイオード、ＢＳ…ビームスプリッタ、Ｌ１…コリメータレンズ、Ｌ２…対物レンズ、Ｌ３…検出レンズ、ＰＤ…フォトダイオード、２１…グレーティング、２２…アクチュエータ、２２…開口絞り、２２１…第１の部材、２２２…第２の部材、２２３…開口、２３…アクチュエータ、３０…光ピックアップ駆動部

Claims

第１のレーザ光を出射する第１の光源と、
前記第１のレーザ光より波長の長い第２のレーザ光を出射する第２の光源と、
前記第１、第２の光源から出射されたレーザ光を光ディスクに集光する対物レンズと、
前記第１、第２の光源と、前記対物レンズとの間に配置され、前記第１、第２の波長で開口が異なり、かつ前記第２の波長において前記光ディスクの径方向の開口が周方向の開口より小さい開口絞り
を具備することを特徴とする光ディスク装置。
前記第２の波長における開口絞りの開口の形状が前記光ディスクの径方向で直線形状であり、前記周方向で円形状である
ことを特徴とする請求項１記載の光ディスク装置。