JP2006309852A - 光ヘッド装置および情報記録再生装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】波長の異なるレーザ光を選択的に用いて対応する規格の記録媒体から情報を再生する際に、安定な再生信号が得られる光ヘッド装置および情報記録再生装置を提供する。
【解決手段】この発明の光ディスク装置1は、主として波長655nmのレーザ光に作用するバイナリ型回折格子35−2と、主として波長405nmのレーザ光に作用するブレーズ型回折格子35−1が、その溝の延びる方向が実質的に平行に規定された光回折素子35を有し、波長の異なるレーザ光L1,L2が対応する光ディスクから反射された反射レーザ光を、光検出器の実質的に同一の(または極めて近接した)検出領域に案内可能であり、光検出器の出力信号に含まれるノイズ成分を低減できる。
【選択図】 図4
【解決手段】この発明の光ディスク装置1は、主として波長655nmのレーザ光に作用するバイナリ型回折格子35−2と、主として波長405nmのレーザ光に作用するブレーズ型回折格子35−1が、その溝の延びる方向が実質的に平行に規定された光回折素子35を有し、波長の異なるレーザ光L1,L2が対応する光ディスクから反射された反射レーザ光を、光検出器の実質的に同一の(または極めて近接した)検出領域に案内可能であり、光検出器の出力信号に含まれるノイズ成分を低減できる。
【選択図】 図4
Description
この発明は、光学的情報記録媒体すなわち光ディスクに情報を記録し、または記録媒体から情報を再生する情報記録再生装置ならびにその情報記録再生装置に組み込まれる光ヘッド装置に関する。
レーザ光を用いて非接触で情報が記録可能で、あるいは既に記録されている情報を再生できる光ディスクおよびその光ディスクに情報を記録し、または光ディスクから情報を再生する光ディスク装置(光ディスクドライブ)が実用化されて久しい。なお、CD規格やDVD規格と呼ばれる複数種類の記録密度の光ディスクが既に広く普及している。
近年、青色あるいは紫色の波長のレーザ光を用いて情報を記録することにより、さらに記録密度が高められた超高密度光ディスクHD(High density(ハイ デンシティ))DVD(以下、HD DVDと略称する)も既に実用化されている。
このような多種の光ディスクのそれぞれについて、光ディスク装置(ディスクドライブ装置)をそれぞれ用意することは、コスト面や設置場所の点で、非効率的であり、2以上の規格の光ディスクに情報を記録し、または記録されている情報を再生し、もしくは既に記録されている情報を消去可能であることが、望まれている。
ところで、既に広く普及しているCD規格の光ディスクへの情報の記録や同光ディスクからの情報の再生および既に記録されている情報の消去に用いられるレーザ光の波長は、例えば785nmである。一方、DVD規格の光ディスクにおいては、同レーザ光の波長は、例えば655nmである。これに対し、HD DVD規格の光ディスクへの情報の記録、光ディスクからの情報の再生ならびに既に記録されている情報の消去に用いられるレーザ光の波長は、400nm〜410nmである。
光ディスク装置は、光ディスク(記録媒体)の所定の位置に、所定の波長のレーザ光を照射する送光系と、光ディスクで反射されたレーザ光を検出する受光系と、送光系および受光系の動作を制御する機構制御(サーボ)系と、送光系に対して記録すべき情報や消去信号を供給し、受光系により検出された信号から記録されている情報を再生する信号処理系、等を含む。
なお、送光系および受光系は、半導体レーザ素子(レーザダイオード)と、レーザダイオードからのレーザ光を光ディスクの記録面に集光するとともに光ディスクで反射されたレーザ光を捕獲する対物レンズと、を含み、光ヘッドまたは光ピックアップ(ヘッド)と称されるユニットとして一体化されている。
しかし、複数規格の光ディスクからの情報の再生、もしくは光ディスクへの情報の記録に対して、レーザ光の波長(光ディスクの規格)毎に光ヘッドを個々に用意することは、光ディスクドライブ装置の大きさやコストを増大させることに他ならない。
このような背景から、単一の光ヘッドまたは光ピックアップにより、複数波長のレーザ光を出力可能とする多くの提案がある。
例えば、第1の波長の光を発生する第1の光源と、第1の波長とは異なる第2の波長の光を発生する第2の光源と、それぞれの光源からの光の光軸をまとめる光軸調整素子とを有し、それぞれの光源からの光を同一の光路を介して記録密度の異なる2以上の規格の光ディスクの情報記録面に集光可能とした光ピックアップであって、光軸調整素子に、バイナリブレーズ回折格子を用いたものが提案されている(例えば、特許文献1)。
特開2003−303438号公報
しかしながら、特許文献1に記載のあるようなバイナリブレーズ格子等の光学素子は、通過する光の波長によって、透過光量が異なることが知られている。また、光ディスクの記録面で反射された反射レーザ光が受光系の光検出器に案内される際に、波長ごとに結像位置が異なることはいうまでもない。
このため、複数の受光(検出)領域を設けた単一の光検出器により全ての波長のレーザ光を受光する系においては、レーザ光の波長に応じて検出領域相互間の間隔が異なることにより検出領域の個数が増大され、光検出器の大きさが大きくなる問題がある。このことは、検出出力中に含まれるノイズ成分が増大される(S/N比が悪化する)問題がある。
なお、波長毎の反射レーザ光の光強度の差(光学素子を通過した透過光量の差)は非常に大きく、後段に用意される信号処理回路(増幅器)の設計等も、非常に困難である。
本発明の目的は、異なる波長の複数の光を少ない損失で検出可能で、しかも検出出力の波長の差に依存する影響を低減可能な2以上の異なる規格の光ディスクからの情報を安定に再生できる光ヘッド装置および情報記録再生装置を提供することである。
この発明は、上記問題点に基づきなされたもので、記録媒体の記録面で反射された光を捕捉する対物レンズと、前記対物レンズにより捕捉された光を、その光の波長に応じて予め決められている所定の方向に回折させる第1の回折格子と、第1の回折格子とは異なる種類の回折パターンを有し、前記光の波長に応じて予め決められている所定の方向に回折させる第2の回折格子と、を含む光回折素子と、前記光回折素子により回折された光を、その回折角度に応じて予め決められた位置で検出し、その光強度に対応する大きさの出力信号を生起する光検出器と、を有することを特徴とする光ヘッド装置、を提供するものである。
本発明によれば、光ヘッド装置において、光回折素子を回折格子(ホログラム素子)の2層構造とし、最も波長の短い光ビームについてはブレーズ型、その他の波長の光ビームについてはバイナリ型として、それぞれの波長の光ビームが回折される位置(光検出器上での結像位置)を一致または近接させたことにより、2以上の波長の光ビームを光検出器のそれぞれの成分に対応する同一の受光領域により検出可能としたので検出出力のノイズ成分が低減され、安定な信号再生が可能である。
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について詳細に説明する。
図1は、本発明の実施の形態が適用可能な情報記録再生装置(光ディスク装置)の構成の一例を示す。
図1に示す光ディスク装置1は、光ピックアップ(PUHアクチュエータ)11からの以下に説明する所定波長のレーザ光を、以下に説明する任意の種類(規格)に対応する光ディスクDの情報記録層に集光することで、光ディスクDに情報を記録し、また光ディスクDから情報を再生できる。なお、光ディスクDは、例えばCD規格、またはDVD規格もしくはDVD規格よりもさらに記録密度が高められているHD(High density(ハイ デンシティ))DVDディスク等である。
PUH11は、図2により後段に説明するが、第1の波長(405nm)の光ビーム、第2の波長(655nm)の光ビームおよび第3の波長(785nm)の光ビームのいずれかを、装着されている光ディスクDの種類に合わせて出力可能である。また、PUH11は、光ディスクDの図示しない情報記録面で反射された反射レーザ光を検出して、既に記録されている情報の再生に利用可能な出力信号を出力する。
詳細には、光ディスクDで反射された反射レーザ光は、PUH11のフォトディテクタ41により検出され、その光の強度に対応して大きさが変化する出力信号に変換される。フォトディテクタ41の出力信号は、増幅器51により所定レベルまで増幅され、コントローラ(主制御装置)101と接続されたピックアップサーボ回路111、RF信号処理回路(出力信号処理回路)112、およびアドレス信号処理回路113に出力される。
サーボ回路111では、図2を参照して後段に詳述するが、PUH11の対物レンズのフォーカスサーボ(対物レンズの焦点位置に対する、光ディスクDの記録層と対物レンズとの間の距離の差の制御)信号およびトラッキングサーボ(対物レンズの光ディスクDのトラックを横切る方向の位置の制御)信号が生成される。それぞれの信号は、図示しないフォーカスアクチュエータとトラッキングアクチュエータとに出力される。
RF信号処理回路112では、フォトディテクタにより検出され、再生された信号からユーザーデータや管理情報が取り出され、アドレス信号処理回路113では、アドレス情報、すなわちPUH11の対物レンズが現在対向している光ディスクDのトラックまたはセクタを示す情報が取り出され、コントローラ101に出力される。
コントローラ101においては、アドレス情報を元に、所望の位置のユーザーデータ等のデータを読み出すために、あるいは所望の位置にユーザーデータや管理情報を記録するために、PUH11の位置が制御される。
また、コントローラ101では、光ディスクDに情報を記録する場合や、光ディスクDから情報を再生する場合に、レーザ素子(LD)から出力されるべきレーザ光の光強度が指示される。なお、コントローラ101の指示により、所望の位置のアドレス(あるいはセクタ)に既に記録されているデータが消去可能である。
光ディスクDへ情報を記録する場合は、(コントローラ101の制御により)記録信号処理回路114において、光ディスクDへの記録に適した記録波形信号に変調された記録データすなわち記録信号がレーザ駆動回路(LDD)115に供給される。PUH11のレーザ素子からは、LDD115から供給されるレーザ駆動信号に対応して、記録すべき情報に応じて強度が変化されたレーザ光が出力される。これにより、光ディスクDに情報が記録される。
図2は、図1に示した光ディスク装置のPUH(光ピックアップすなわち光ヘッド)の構成の一例を示す。
PUH11は、例えば半導体レーザ素子である第1の光源21を含む。第1の光源21から出力されるレーザ光の波長は、例えば400〜410nmで、好ましくは405nmである。PUH11はまた、例えば半導体レーザ素子である第2の光源22を含む。第2の光源22から出力されるレーザ光の波長は、好ましくは655nmである。PUH11はさらに、例えば半導体レーザ素子である第3の光源23を含む。第3の光源23から出力されるレーザ光の波長は、好ましくは785nmである。
PUH11の光ディスクDと対向する側の所定位置には、図1に示した光ディスク装置1に装着された光ディスクDの種類に応じて第1ないし第3の光源21〜23のいずれかから出射されるレーザ光を光ディスクDの図示しない記録面に集光するとともに、記録面で反射された反射レーザ光を捕捉する対物レンズ31が設けられている。なお、対物レンズ31は、上述の第1ないし第3のレーザ素子21〜23から出力されるレーザ光のそれぞれに対して、所定の開口数(NA)を提供可能な3波長対応レンズである。また、対物レンズ31は、例えばプラスチック製であり、開口数NAは、波長405nmのレーザ光に対して、例えば0.65、波長655nmのレーザ光に対して、例えば0.6である。
第1ないし第3のレーザ素子(光源)21〜23と対物レンズ31との間には、第1のレーザ素子21の側から、第1の光結合プリズム32、第2の光結合プリズム33、コリメートレンズ34、および光回折素子(HOE)35が配置されている。なお、通常は、光路設計上、あるいはPUH11の厚さを低減する目的で、例えばコリメートレンズ34と光回折素子35との間、あるいはコリメートレンズ34と第2の光結合プリズム33との間に、光路を折り曲げるためのミラー(通常、立ち上げミラーと称される)36が設けられる。
第1の光結合プリズム32と第2の光結合プリズム33との間には、第1の光結合プリズム32から第2の光結合プリズム33(すなわち第1の光源21から光ディスクD)に向かうレーザ光は、そのほとんどが透過可能で、光ディスクDの記録面で反射された反射レーザ光は、所定の割合で反射するビームスプリッタ37が設けられている。
ビームスプリッタ37により反射された反射レーザが向かう方向には、光ディスクDの情報記録面で反射された反射レーザ光を検出して、その光強度に対応する電気信号を出力する光検出器41が設けられている。
第1の光結合プリズム(ダイクロイックプリズム)32は、第1の光源すなわちHD DVD向けの半導体レーザ素子21からの波長405(400〜410)nmのレーザ光L1を透過し、第2の光源すなわちDVD向けの半導体レーザ素子22からの波長655(640〜670)nmのレーザ光L2を反射して、両波長のレーザ光を、同一光路上に結合する。なお、第1の光結合プリズム32は、第1の光源21からのレーザ光L1の強度に、実質的に損失を与えることなく透過可能であることが要求される。このため、例えば約655nmよりも波長が短いレーザ光に対して、反射率が0%(基材表面による反射を除く)である。従って、ここでは、膜特性反転波長帯(反射と透過の特性が入れ替わる波長帯)は、好ましくは405〜655nmの間に規定される。なお、一般に、レーザ素子から出力されるレーザ光の波長は、レーザ素子の温度およびその周囲温度の変動により、例えば10nm/5℃程度変動することが知られている。また、出力レーザ光の中心波長にも、個体差がある。このため、実際には、膜特性反転波長帯の波長帯域は、これらの温度変動の影響を含んで規定されることはいうまでもない。
一方、第2の光結合プリズム33(トリクロイックプリズム)は、第1および第2の光源21,22からのレーザ光を透過(第3の光源23からの785(775〜795)nmのみ反射)させなければならない。従って、約785nmよりも波長が短いレーザ光に対しては、反射率が0%(基材表面による反射を除く)である。従って、膜特性反転波長帯は、655〜785nmの間に規定される。もちろん、この波長785nmのレーザ光を出力するレーザ素子から出力されるレーザ光の波長も、レーザ素子の温度およびその周囲温度の変動により、例えば10nm/5℃程度変動することが知られている。また、出力レーザ光の中心波長にも、個体差がある。このため、実際には、膜特性反転波長帯の波長帯域は、これらの温度変動の影響を含んで規定されることはいうまでもない。
次に、図2に示したPUHによる光ディスクへのレーザ光の照射および光ディスクからのレーザ光について、詳細に説明する。
第1の光源21から出射された波長405nmのレーザ光L1は、第1の光結合プリズム32、ビームスプリッタ37および第2の光結合プリズム33の順に、立ち上げミラー36に案内される。立ち上げミラー36に案内されたレーザ光L1は、立ち上げミラー36で反射されて進行方向が変化され、コリメートレンズ34および光回折素子(HOE)35を通って対物レンズ31に案内され、対物レンズ31により、光ディスクDの図示しない記録面に集光される。
第2の光源22から出射された波長655nmのレーザ光L2は、第1の光結合プリズム31で反射され、ビームスプリッタ37および第2の光結合プリズム33の順に、立ち上げミラー36に案内される。なお、立ち上げミラー36で反射されたレーザ光L2は、レーザ光L1と同様に、対物レンズ31により、光ディスクDの図示しない記録面に集光される。
第3の光源23から出射された波長785nmのレーザ光L3は、第2の光結合プリズム33で反射され、立ち上げミラー36に案内される。なお、立ち上げミラー36で反射されたレーザ光L2は、レーザ光L1と同様に、対物レンズ31により、光ディスクDの図示しない記録面に集光される。
光ディスクDの記録面で反射された反射レーザ光(L1〜L3)は、対物レンズ31により捕捉され、光回折素子35に戻される。
光回折素子35に戻された反射レーザ光(L1〜L3)は、図3を用いて以下に説明するが、光検出器41の受光面に予め所定の間隔および位置関係が与えられている受光領域(検出領域)により検出可能な所定数に波面分割され、コリメートレンズ34に戻されたのち、立上げミラー36によりビームスプリッタ37に向けて反射される。
なお、光ディスクDの記録面で反射された第1のレーザ素子21からのレーザ光L1とL2は、ビームスプリッタ37で反射され、光検出器41の受光面に結像される。これに対し、レーザ光L3は、第2の光結合プリズム33の波長選択膜面33aで反射されて、第3のレーザ光源23と一体化されている図示しない光検出器に案内される。
光検出器41の受光面に案内された反射レーザ光(L1,L2)は、図示しないが、例えば互いに直交する2本の分割線により4つに分割された受光領域のそれぞれにより検出され、その光強度に対応する大きさの出力信号として出力される。なお、4つの受光領域に加えて、主としてトラッキングサーボ信号を生成するために用いられる受光領域が設けられてもよいことはいうまでもない。
光検出器41の受光面の個々の検出領域からの出力信号(反射レーザ光検出出力)は、詳述しないが、所定の減算処理と加算処理により、既に説明したフォーカスサーボ信号やトラッキングサーボ信号等の生成に利用される。
図4は、光回折素子の作用を示している。
図4に示すように、光回折素子35は、主として波長405nmのレーザ光を角度θで回折させる第1の回折パターン35−1と、主として波長655nmのレーザ光を角度θで回折させる第2の回折パターン35−2が、所定の厚さの基材(石英)に一体的に形成された多重回折格子である。なお、第1の回折パターン35−1はブレーズ格子であり、第2の回折パターン35−2はバイナリ(溝が平坦で、基材の表面に対して溝の面が平行な)格子である。それぞれの回折パターンは、例えばホログラム構造により基材の両面に形成される。もちろん、独立した基材に、それぞれの回折パターンが独立に形成されてもよいことはいうまでもない。このとき、図4から明らかなように、個々の回折パターンの溝が延びる方向は、概ね平行に規定される。
第1および第2の回折パターン35−1,35−2は、そのピッチが最適化されることにより、第2の回折パターン35−2は、波長405nmのレーザ光のほとんどをそのまま透過でき、第1の回折パターン35−1は、波長655nmのレーザ光のほとんどをそのまま透過できる。また、それぞれの回折パターン35−1,35−2は、いずれも波長785nmのレーザ光に影響を及ぼさない(挿入損失は、僅かであるが認められる)。
上述の第1および第2の回折パターン35−1,35−2によりレーザ光が回折される角度θを、それぞれのレーザ光の波長において実質的に等しくなるように、設定することで、光検出器41の受光面の複数の検出領域の位置を、それぞれの光について概ね等しい位置とすることができる。すなわち、光検出器41の予め区分された複数の受光領域は、その受光領域の少なくとも一部の受光領域が、第1の回折パターン(ブレーズ型)35−1により回折されたレーザ光と、第2の回折パターン(バイナリ型)35−2により回折されたレーザ光のそれぞれにおいて同一である(または少なくとも一部の光スポットが重なる程度に近接して形成される)。
従って、後段に設けられる増幅器51(図1参照)により個々の検出領域(受光セル)の出力が増幅されるまでの間にノイズ成分が重畳されることが低減され、S/N(信号/ノイズ)比の高い、安定な再生信号が得られる。
なお、S/N比の向上については、上述の2つの回折格子の組み合わせにより、波長の異なるレーザ光を、実質的に同一の位置または極めて近接した位置に集光可能としたことにより、個々の検出領域(受光セル)の大きさ(面積)が低減できることも、要因の1つである。
ところで、バイナリ型の回折格子35−2を通過する第2の光源22からのレーザ光L2に関しては、角度θで、0次光を対称軸として反対側(−θの位置)に、1次回折光の残りの成分(ビームスポット)が得られる。従って、残りの成分(1次回折光の1/2)を用いて、例えばRF信号を得る等の応用が期待できる。
なお、この発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、その実施の段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々な変形もしくは変更が可能である。また、個々の実施の形態は、可能な限り適宜組み合わせて実施されてもよく、その場合、組み合わせによる効果が得られる。例えば、光回折素子は、ブレーズ型とバイナリ型のそれぞれが独立に、設けられてもよいことはいうまでもない。また、光回折素子の母材として、その厚さを最適に設定することにより、レーザ光の偏光の方向を回転させる位相板(λ/4板)を兼ねることもできる。この場合、対物レンズ31側にλ/4板が配置されることが好ましい。
1…光ディスク装置(情報記録再生装置)、11…光ヘッド(光ピックアップ)、21…(出力光の波長405nmの)第1の光源、22…(出力光の波長655nmの)第2の光源、23…(出力光の波長785nmの)第3の光源、31…対物レンズ、32…第1の光結合プリズム、33…第2の光結合プリズム、34…コリメートレンズ、35…光回折素子、35−1…ブレーズ型回折格子、35−2…バイナリ型回折格子、36…立ち上げミラー、37…ビームスプリッタ、41…光検出器、51…増幅器、101…コントローラ、111…サーボ回路、112…RF信号処理回路、113…アドレス信号処理回路、114…記録信号処理回路、115…LDD(レーザダイオード駆動回路)、D…光ディスク(記録媒体)。
Claims (11)
- 記録媒体の記録面で反射された光を捕捉する対物レンズと、
前記対物レンズにより捕捉された光を、その光の波長に応じて予め決められている所定の方向に回折させる第1の回折格子と、第1の回折格子とは異なる種類の回折パターンを有し、前記光の波長に応じて予め決められている所定の方向に回折させる第2の回折格子と、を含む光回折素子と、
前記光回折素子により回折された光を、その回折角度に応じて予め決められた位置で検出し、その光強度に対応する大きさの出力信号を生起する光検出器と、
を有することを特徴とする光ヘッド装置。 - 前記光回折素子の第1の回折格子はブレーズ型であり、前記光回折素子の第2の回折格子はバイナリ型であることを特徴とする請求項1記載の光ヘッド装置。
- 前記第1の回折格子の溝が延びる方向と前記第2の回折格子の延びる方向は互いに平行に規定されることを特徴とする請求項1または2記載の光ヘッド装置。
- 前記光検出器は、予め区分された複数の受光領域を有し、その受光領域の少なくとも一部の受光領域が、前記第1の回折格子により回折された光と前記第2の回折格子により回折された光のそれぞれにおいて共通であることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の光ヘッド装置。
- 第1の波長の光を出力する第1の光源と、
この第1の光源から出力される光の波長とは異なる第2の波長の光を出力する第2の光源と、
前記第1および第2の光源からの光が記録媒体の記録層で反射された反射光を取り込むレンズと、
このレンズにより取り込まれた前記第1および第2の光源からの光のうちの一方の光の波長に応じて予め規定される所定の角度で回折させる第1の回折格子と、
前記レンズにより取り込まれた前記第1および第2の光源からの光のうちの他の一方の光の波長に応じて予め規定されるとともに、前記第1の回折格子により前記第1の波長の光が回折される角度と関連付けられた所定の角度で回折させる第2の回折格子と、
前記第1および第2の回折格子により回折された光を検出し、その光の強度に対応する大きさの出力信号を出力する光検出器と、
を有することを特徴とする光ヘッド装置。 - 前記第1の回折格子と前記第2の回折格子は、一体に形成されることを特徴とする請求項5記載の光ヘッド装置。
- 前記第1の回折格子はブレーズ型であり、前記第2の回折格子はバイナリ型であることを特徴とする請求項5または6記載の光ヘッド装置。
- 前記第1の回折格子の溝が延びる方向と前記第2の回折格子の延びる方向は互いに平行に規定されることを特徴とする請求項5ないし7のいずれかに記載の光ヘッド装置。
- 前記光検出器は、予め区分された複数の受光領域を有し、その受光領域の少なくとも一部の受光領域が、前記第1の回折格子により回折された光と前記第2の回折格子により回折された光のそれぞれにおいて共通であることを特徴とする請求項5ないし8のいずれかに記載の光ヘッド装置。
- 記録媒体の記録面で反射された光を捕捉する対物レンズと、前記対物レンズにより捕捉された光を、その光の波長に応じて予め決められている所定の方向に回折させる第1の回折格子と、第1の回折格子とは異なる種類の回折パターンを有し、前記光の波長に応じて予め決められている所定の方向に回折させる第2の回折格子と、を含む光回折素子と、前記光回折素子により回折された光を、その回折角度に応じて予め決められた位置で検出し、その光強度に対応する大きさの出力信号を生起する光検出器と、を有する光ヘッド装置と、
前記光検出器により検出された信号から記録媒体に記録されている情報を再生可能に、その情報に対応する信号成分を取り出す信号再生回路と、
を有することを特徴とする情報記録再生装置。 - 前記信号処理回路の出力は、前記光ヘッド装置の対物レンズと記録媒体の記録層との間の間隔を、対物レンズの焦点位置に一致させることのできる制御信号に利用可能であることを特徴とする請求項10記載の情報記録再生装置。
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