JP2007128614A - 光ディスク装置 - Google Patents

Abstract

【課題】第１の記録層と第２の記録層が各々、厚さが異なる透光層で覆われた光ディスクに対しても情報の記録、再生を好適に行うことのできる光ディスク装置を提供すること。
【解決手段】光ディスク装置１は、ＤＶＤ系およびＣＤ系の光ディスク１１、１２の情報の記録および／または再生を行うとともに、光ディスク１１として、第１の記録層１１１と第２の記録層１１２が各々、厚さが相違する第１の透光層１１６と第２の透光層１１７で覆われた片面２層ＤＶＤ−ＲＯＭ規格の光ディスクに対しても、情報の記録、再生を行う。波長λ₁のレーザ光Ｌ１で光ディスク１１に対して情報の記録、再生を行う際の対物レンズ４５の５次球面収差をＳＡ５としたとき、λ₁、ＳＡ５については下式
−０．０２５λ₁ｒｍｓ≦ＳＡ５≦ ＋０．０２５λ₁ｒｍｓ
に満たすように設定してある。
【選択図】図１

Description

本発明は、第１の記録層および第２の記録層が厚さの相違する透光層で覆われた光ディスク（光記録ディスク）に対する情報の記録および／または再生を行う光ディスク装置に関するものである。

光ディスク装置では、レーザ光源から出射されたレーザ光を対物レンズによって光ディスクにおいて透光層（透光性基板）を介して記録層に集光して光ディスクに対する情報の記録、再生を行う。このような光ディスク装置として、透光層の厚さが相違する光ディスクに対する情報の記録、再生を行うことが可能なもの、例えば、ＤＶＤ（ディジタル・バーサタイル・ディスク）規格の第１の光ディスク、およびＣＤ（コンパクト・ディスク）規格の第２の光ディスクの双方に対して情報の記録、再生が可能なものが提案されている。ここで、第１の光ディスクでは透光層の厚さが０．６ｍｍであるのに対して、第２の光ディスクでは透光層の厚さが１．２ｍｍである。

このような光ヘッド装置において、第１の光ディスクに対して情報の記録、再生を行う際には、第１のレーザ光源から出射された波長が６５５ｎｍの第１のレーザ光が用いられる一方、第２の光ディスクに対して情報の記録、再生を行う際には、第２のレーザ光源から出射された波長が７８５ｎｍの第２のレーザ光が用いられる。ここで、第１の光ディスクおよび第２の光ディスクのいずれに対して情報の記録、再生を行う際にも共通の対物レンズが用いられる。但し、第１の光ディスクに対して情報の記録、再生を行う際には、ＮＡが０．６５近傍に設定される一方、第２の光ディスクに対して情報の記録、再生を行う際には、ＮＡが０．５近傍に設定される。

このように、第１の光ディスクに対して情報の記録、再生を行うときと、第２の光ディスクに対して情報の記録、再生を行うときとでは、レーザ光の波長や透光層の厚さが相違するため、対物レンズを設計する際には、いずれの光ディスクに対しても情報の記録、再生が可能なレベルまで球面収差を小さくすることが要求される。このような要求に対して、従来は、第１の光ディスクに対して情報の記録、再生を行う際と、第２の光ディスクに対して情報の記録、再生を行う際との中間レベルに球面収差を設定して互換性を確保する第１の構成、対物レンズをいくつかのセクションに同心円状に分割し、第１の光ディスクおよび第２の光ディスクに対して情報の記録、再生を行う際の共通領域については３次球面収差を消去するように位相をシフトさせて互換性を確保する第２の構成、対物レンズに回折格子を形成し、第１のレーザ光と第２のレーザ光との色収差（回折力の差）を利用して双方の球面収差を消去して互換性を確保する第３の構成が採用されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−８１５６６号公報

さらに近年、第１の光ディスクとして、第１の記録層と第２の記録層が各々、厚さが相違する透光層（透光性基板）で覆われた片面２層ＤＶＤ−ＲＯＭ規格が提案されている。このような片面２層ＤＶＤ−ＲＯＭ規格の光ディスクにおいて、第１の記録層を覆う透光層の厚さは例えば０．５７５ｍｍであり、第２の記録層を覆う透光層の厚さは例えば０．６２５ｍｍである。このような規格の光ディスクに対して情報の記録、再生を行う際には、第１の記録層および第２の記録層の双方において収差の小さな集光特性が求められる。

かかる要求に関して、本願発明者が種々、検討した結果、上記の対策を適用した対物レンズを用いて片面２層ＤＶＤ−ＲＯＭ規格の光ディスクに対して情報の記録、再生を行おうとした場合に、３次球面収差が小さいにもかかわらず、この種の光ディスクの性能を引き出せないことがあるという知見を得た。また、かかる理由については以下の知見も得た。まず、第１の構成を採用した場合には、３次球面収差および高次球面収差の双方が存在するため、片面２層ＤＶＤ−ＲＯＭ規格の光ディスクの性能を出すことが困難である。また、第２の構成を採用した場合、３次球面収差は除去できるが、高次球面収差が存在するので、片面２層ＤＶＤ−ＲＯＭ規格の光ディスクでの集光マージンが小さいためである。さらに、第３の構成を採用した場合では、設計中心では球面収差を除去できるが、回折原理を利用している以上、レーザ光の波長が環境温度やレーザ光源毎にばらつきやすく、それに起因する収差が発生するという問題点がある。

以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、第１の記録層と第２の記録層が各々、厚さが異なる透光層で覆われた光ディスクに対しても情報の記録、再生を好適に行うことのできる光ディスク装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明では、第１のレーザ光源から出射された波長λ₁の第１のレーザ光を対物レンズによって第１の光ディスクにおいて第１の透光層を介して第１の記録層に集光するとともに、当該第１の光ディスクにおいて前記第１の透光層と厚さの異なる第２の透光層を介して第２の記録層に集光して前記第１の記録層および前記第２の記録層に対する情報の記録および／または再生を行う光ディスク装置において、前記対物レンズの５次球面収差の絶対値が０．０２５λ₁ｒｍｓ以下であることを特徴とする。

本発明では、３次球面収差については、位相シフトや回折作用により対物レンズで解消する一方、５次球面収差については所定の範囲内に管理してある。このため、第１の記録層と第２の記録層が各々、厚さが透光層で覆われた片面２層ＤＶＤ−ＲＯＭ規格の第１の光ディスクに対して情報の記録、再生を行った際、ある程度のデフォーカス距離があっても十分なレベルのＲＦ振幅を得ることができる。それ故、本発明によれば、厚さが透光層で覆われた第１の記録層および第２の記録層のいずれに対しても、確実に情報の記録、再生を行うことができる。

本発明においては、さらに、前記第１のレーザ光の波長λ₁と異なる波長λ₂をもって第２のレーザ光源から出射された第２のレーザ光を、前記対物レンズによって第２の光ディスクにおいて前記第１の透光層および前記第２の透光層と異なる厚さの第３の透光層を介して第３の記録層に集光して当該第３の記録層に対する情報の記録および／または再生を行う構成を採用してもよい。

本発明では、３次球面収差については、位相シフトや回折作用により対物レンズで解消する一方、５次球面収差については所定の範囲内に管理してある。このため、第１の記録層と第２の記録層が各々、厚さが透光層で覆われた片面２層ＤＶＤ−ＲＯＭ規格の第１の光ディスクに対して情報の記録、再生を行った際、ある程度のデフォーカス距離があっても十分なレベルのＲＦ振幅を得ることができる。それ故、本発明によれば、厚さが透光層で覆われた第１の記録層および第２の記録層のいずれに対しても、確実に情報の記録、再生を行うことができる。

（全体構成）
図１（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施の形態１に係る光ディスク装置の要部の構成を模
式的に示す説明図、および片面２層ＤＶＤ−ＲＯＭ規格の第１の光ディスクの説明図である。図１（ａ）において、本形態の光ディスク装置１は、トラックピッチおよび記録層を覆う透光層（透光性基板）の厚さが相違するＤＶＤ系の第１の光ディスク１１、およびＣＤ系の第２の光ディスク１２の情報の記録および／または再生を行う装置であり、ＤＶＤ用の波長６５５ｎｍ（λ₁）の第１のレーザ光Ｌ１を出射する第１の半導体レーザ２１（第１のレーザ光源）と、ＣＤ用の波長７８５ｎｍ（λ₂）の第１のレーザ光Ｌ２を出射する第２の半導体レーザ２２（第２のレーザ光源）とが用いられている。第１の光ディスク１１では透光層の厚さが０．６ｍｍであるのに対して、第２の光ディスク１２では透光層（第３の透光層）の厚さが１．２ｍｍである。

本形態の光ディスク装置１では、第１のレーザ光Ｌ１および第２のレーザ光Ｌ２の戻り光を受光する共通の光検出器３が用いられている。また、光ディスク装置１は、レーザ光源２１、２２から光ディスク１１、１２に向けて、第１のビームスプリッタ４１、第２のビームスプリッタ４２、コリメートレンズ４３、立ち上げミラー４４、および対物レンズ４５を備えた共通の光学系４０を有しており、これらの光学素子によって、レーザ光源２１、２２から出射されたレーザ光Ｌ１、Ｌ２を光ディスク１１、１２に導く往路が構成されている。また、光学系４０は、第２のビームスプリッタ４２と光検出器３との間に非点収差生成用のセンサーレンズ４６を備えており、対物レンズ４５、立ち上げミラー４４、コリメートレンズ４３、第２のビームスプリッタ４２、およびセンサーレンズ４６によって、光ディスク１１、１２で反射した戻り光を光検出器３に導く復路が構成されている。なお、立ち上げミラー４４の背後には、レーザ光源２１、２２から出射されたレーザ光Ｌ１、Ｌ２のうち、立ち上げミラー４４を外れた光を検出するモニター用光検出器５が配置されている。光検出器３は、光ディスク１１、１２で反射した戻り光から情報を再生するとともに、フォーカシングエラー信号およびトラッキングエラー信号を生成するのに用いられる。これらのフォーカシングエラー信号およびトラッキングエラー信号は、対物レンズ駆動装置７にフィードバックされるようになっている。

このように構成した光ディスク装置１において、第１の光ディスク１１および第２の光ディスク１２のいずれに対して情報の記録、再生を行う際にも共通の対物レンズ４５が用いられる。但し、第１の光ディスク１１に対して情報の記録、再生を行う際には、ＮＡが０．６５近傍に設定される一方、第２の光ディスク１２に対して情報の記録、再生を行う際には、ＮＡが０．５近傍に設定される。

ここで、第１の光ディスク１１に対して情報の記録、再生を行うときと、第２の光ディスク１２に対して情報の記録、再生を行うときとでは、レーザ光Ｌ１、Ｌ２の波長や透光層の厚さが相違するため、対物レンズ４５については、いずれの光ディスク１１、１２に対しても情報の記録、再生が可能なレベルまで球面収差が小さくなるように、例えば、対物レンズ４５をいくつかのセクションに同心円状に分割し、第１の光ディスク１１および第２の光ディスク１２に対して情報の記録、再生を行う際の共通領域については３次球面収差を消去するように位相をシフトさせた輪帯位相シフト構造を採用して互換性を確保してある。また、対物レンズ４５に回折格子を形成し、第１のレーザ光Ｌ１と第２のレーザ光Ｌ２との色収差を利用して双方の３次球面収差を消去する輪帯回折構造を採用して互換性を確保することもある。

さらに、本形態の光ディスク装置１では、図１（ｂ）に示すように、第１の光ディスク１１として、第１の記録層１１１と第２の記録層１１２が各々、厚さが相違する第１の透光層１１６と第２の透光層１１７で覆われた片面２層ＤＶＤ−ＲＯＭ規格の光ディスクに対しても、情報の記録、再生を確実に行えるように、対物レンズ４５に対しては以下の構成が採用されている。ここで、片面２層ＤＶＤ−ＲＯＭ規格の第１の光ディスク１１において、第１の記録層１１１を覆う第１の透光層１１６の厚さは０．５７５ｍｍであり、第
２の記録層１１２を覆う第２の透光層１１７の厚さは０．６２５ｍｍである。

（対物レンズの５次球面収差）
図２（ａ）、（ｂ）は、図１に示す光ディスク装置において、対物レンズの５次球面収差が−０．０２５λ₁ｒｍｓであるときの波面位相図、および第１の記録層１１１に焦点が合っているときの波面位相図である。図３（ａ）、（ｂ）は、図１に示す光ディスク装置において、対物レンズの５次球面収差が＋０．０２５λ₁ｒｍｓであるときの波面位相図、および第１の記録層１１１に焦点が合っているときの波面位相図である。図４（ａ）、（ｂ）は、図１に示す光ディスク装置において、対物レンズの５次球面収差が−０．０２６λ₁ｒｍｓ、０λ₁ｒｍｓ、＋０．０２６λ₁ｒｍｓであるとき、第１の記録層１１１からのデフォーカス距離とジッタ値やＲＦ振幅との関係を示すグラフ、および第２の記録層１１２からのデフォーカス距離とジッタ値やＲＦ振幅との関係を示すグラフである。

本形態では、図１（ａ）に示す対物レンズ４５の球面収差のうち、３次球面収差については、上記の輪帯位相シフト構造や輪帯回折構造により、第１の光ディスク１１および第２の光ディスク１２に対して情報の記録、再生を行うのに支障がないレベルまで低減してある。さらに、本形態では、片面２層ＤＶＤ−ＲＯＭ規格の第１の光ディスク１１に対して確実に情報の記録、再生を行えるように、ＤＶＤ用の第１のレーザ光Ｌ１の波長をλ₁とし、第１の光ディスク１１に情報の記録、再生を行う際の対物レンズ４５の高次球面収差のうち、５次球面収差についてはそれをＳＡ５としたとき、λ₁、ＳＡ５が下式
−０．０２５λ₁ｒｍｓ ≦ ＳＡ５ ≦ ＋０．０２５λ₁ｒｍｓ
に満たすように設定してある。このような条件を満たすには、対物レンズ４５を製造した後、選別するという方法、あるいは対物レンズ４５を製造する際の肉厚ばらつきを低減する方法などが採用される。

このような条件を設定するにあたって、対物レンズ４５の５次球面収差ＳＡ５が−０．０２５λ₁ｒｍｓであるときの波面位相図、および第１の記録層１１１に焦点が合っているときの波面位相図を求めた結果を図２（ａ）、（ｂ）に示す。また、対物レンズ４５の５次球面収差ＳＡ５が＋０．０２５λ₁ｒｍｓであるときの波面位相図、および第１の記録層１１１に焦点が合っているときの波面位相図を求めた結果を図３（ａ）、（ｂ）に示す。これらの図からわかるように、５次球面収差ＳＡ５が−０．０２５λ₁ｒｍｓであるときと、＋０．０２５λ₁ｒｍｓであるときとでは、波面位相図は光軸方向で反転している。

また、対物レンズ４５の５次球面収差ＳＡ５が−０．０２６λ₁ｒｍｓ、０λ₁ｒｍｓ、＋０．０２６λ₁ｒｍｓであるとき、第１の記録層１１１からのデフォーカス距離とジッタ値（Ｊｉｔｔｅｒ値）との関係を各々、図４（ａ）に「四角形（ＳＡ５ −０．０２６ｊ ｔｏｔａｌ）」、「ひし形（ＳＡ５ ０．００ｊ ｔｏｔａｌ）」、「丸（ＳＡ５ ＋０．０２６ｊ ｔｏｔａｌ）」で示す。また、図４（ａ）には、対物レンズ４５の５次球面収差ＳＡ５が−０．０２６λ₁ｒｍｓ、０λ₁ｒｍｓ、＋０．０２６λ₁ｒｍｓであるときのＲＦ振幅を求めた結果を「ひし形（ＳＡ５ −０．０２６ｆ ａｍｐ）」、「三角（ＳＡ５ −０．００ｆ ａｍｐ）」、「＊（ＳＡ５ ＋０．０２６ｆ ａｍｐ）」で示すとともに、多項式を３本の線で表わしてある。

また、対物レンズ４５の５次球面収差ＳＡ５が−０．０２６λ₁ｒｍｓ、０λ₁ｒｍｓ、＋０．０２６λ₁ｒｍｓであるとき、第２の記録層１１２からのデフォーカス距離とジッタ値（Ｊｉｔｔｅｒ値）との関係を各々、図４（ｂ）に「四角形（ＳＡ５ −０．０２６ｊ ｔｏｔａｌ）」、「ひし形（ＳＡ５ ０．００ｊ ｔｏｔａｌ）」、「丸（ＳＡ５ ＋０．０２６ｊ ｔｏｔａｌ）」で示す。また、図４（ｂ）には、対物レンズ４５の５次球面収差ＳＡ５が−０．０２６λ₁ｒｍｓ、０λ₁ｒｍｓ、＋０．０２６λ₁ｒｍｓである
ときのＲＦ振幅を求めた結果を「ひし形（ＳＡ５ −０．０２６ｆ ａｍｐ）」、「三角（ＳＡ５ −０．００ｆ ａｍｐ）」、「＊（ＳＡ５ ＋０．０２６ｆ ａｍｐ）」で示すとともに、多項式を３本の線で表わしてある。

図４（ａ）から分かるように、第１の記録層１１１については、対物レンズ４５の５次球面収差ＳＡ５の極性がマイナスであるとき、ジッタ特性の最小値がディスクから遠ざかる方向にシフトする。また、対物レンズ４５の５次球面収差ＳＡ５の極性がマイナスであるとき、第１の記録層１１１からのデフォーカス距離が０．０μｍから−０．８μｍに向けて増大するにともなって急峻に立ち上がるのに対して、対物レンズ４５の５次球面収差ＳＡ５の極性がプラスであるとき、第１の記録層１１１からのデフォーカス距離が０．０μｍから−０．８μｍに向けて増大する際の立ち上がりが緩慢である。

これに対して、図４（ｂ）から分かるように、第２の記録層１１２については、対物レンズ４５の５次球面収差ＳＡ５の極性がプラスであるとき、ジッタ特性の最小値がディスクに近づく方向にシフトする。また、対物レンズ４５の５次球面収差ＳＡ５の極性がプラスであるとき、第１の記録層１１１からのデフォーカス距離が０．０μｍから１．０μｍに向けて増大するにともなって急峻に立ち上がるのに対して、対物レンズ４５の５次球面収差ＳＡ５の極性がマイナスであるとき、第２の記録層１１２からのデフォーカス距離が０．０μｍから１．０μｍに向けて増大する際の立ち上がりが緩慢である。

従って、第１の記録層１１１からすれば、対物レンズ４５の５次球面収差ＳＡ５については、以下の条件
ＳＡ５ ＜ ＋０．０２６λ₁ｒｍｓ
が好ましく、第２の記録層１１２からすれば、対物レンズ４５の５次球面収差ＳＡ５については、以下の条件
−０．０２６λ₁ｒｍｓ ＜ ＳＡ５
が好ましい。よって、対物レンズ４５の５次球面収差ＳＡ５を、以下の条件
−０．０２６λ₁ｒｍｓ ≦ ＳＡ５ ≦ ＋０．０２６λ₁ｒｍｓ
に設定すれば、片面２層ＤＶＤ−ＲＯＭ規格の光ディスク１１の第１の記録層１１１および第２の記録層１１２の双方に対して好適に情報の記録、再生を行うことができる。

本発明を適用した光ディスク装置の要部の構成を模式的に示す説明図である。 （ａ）、（ｂ）は、図１に示す光ディスク装置において、対物レンズの５次球面収差が−０．０２５λ₁ｒｍｓであるときの波面位相図、および第１の記録層１１１に焦点が合っているときの波面位相図である。 （ａ）、（ｂ）は、図１に示す光ディスク装置において、対物レンズの５次球面収差が＋０．０２５λ₁ｒｍｓであるときの波面位相図、および第１の記録層１１１に焦点が合っているときの波面位相図である。 （ａ）、（ｂ）は、図１に示す光ディスク装置において、対物レンズの５次球面収差が−０．０２６λ₁ｒｍｓ、０λ₁ｒｍｓ、＋０．０２６λ₁ｒｍｓであるとき、第１の記録層１１１からのデフォーカス距離とジッタ値やＲＦ振幅との関係を示すグラフ、および第２の記録層１１２からのデフォーカス距離とジッタ値やＲＦ振幅との関係を示すグラフである。

符号の説明

１ 光ディスク装置
１１ ＤＶＤ系の光ディスク（第１の光ディスク）
１２ ＣＤ系の光ディスク（第２の光ディスク）
２１ 第１の半導体レーザ（第１のレーザ光源）
２２ 第２の半導体レーザ（第２のレーザ光源）
４５ 対物レンズ
１１１ 第１の記録層
１１２ 第２の記録層
１１６ 第１の透光層
１１７ 第２の透光層

Claims (2)

1. 第１のレーザ光源から出射された波長λ₁の第１のレーザ光を対物レンズによって第１の光ディスクにおいて第１の透光層を介して第１の記録層に集光するとともに、当該第２の光ディスクにおいて前記第１の透光層と厚さの異なる第２の透光層を介して第２の記録層に集光して前記第１の記録層および前記第２の記録層に対する情報の記録および／または再生を行う光ディスク装置において、
   前記対物レンズの５次球面収差の絶対値が０．０２５λ₁ｒｍｓ以下であることを特徴とする光ディスク装置。
2. 請求項１において、前記第１のレーザ光の波長λ₁と異なる波長λ₂をもって第２のレーザ光源から出射された第２のレーザ光を、前記対物レンズによって第２の光ディスクにおいて前記第１の透光層および前記第２の透光層と異なる厚さの第３の透光層を介して第３の記録層に集光して当該第３の記録層に対する情報の記録および／または再生を行うことを特徴とする光ディスク装置。