JP2007305235A - 光ピックアップ装置および情報処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】反射率の異なる複数種類の光ディスクに対応する光ピックアップ装置において、光ディスク上の光パワーが低い再生時におけるレーザノイズを下げ、いずれの光ディスクに対してもフォトディテクタのゲインを共通化する。
【解決手段】光ピックアップ装置１３は、光ビームを発する光源１と、光ビームの透過量を調整する透過調整手段２０１と、透過調整手段２０１を透過した光ビームを光ディスク１００に集光する対物レンズ５と、光ディスク１００からの反射光を入射光から分離するビームスプリッタ２と、反射光を検出するフォトディテクタ７とを備えている。透過調整手段２０１はビームスプリッタ２と対物レンズ５の間に配置されており、透過調整手段２０１の透過率を切り替えることにより、光ディスク１００に集光される光ビームの光量を制御し、同時にフォトディテクタ７に入射する光ビームの光量を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光ピックアップ装置、および光ピックアップ装置を備えた情報処理装置に関する。より具体的には、本発明は、ＧａＮ系半導体を用いた青色発光の半導体レーザ等の短波長光ビームを放射する光ピックアップ装置および情報処理装置に関する。

デジタルバーサタイルディスク（ＤＶＤ）は、デジタルデータをコンパクトディスク（ＣＤ）の約６倍の記録密度で記録することが可能であり、映画や音楽などの大容量のデジタルデータを書き込むことができる情報記録媒体（光ディスク）として知られている。

近年は、地上波デジタル放送の開始による高精細ＴＶ映像の録画ニーズなど、記録対象となる情報の情報量が増加しているため、さらに容量の大きい光ディスクが求められている。現在は、これらの光ディスクよりもさらに高密度化・大容量化されたブルーレイディスク（Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ；ＢＤ）などの次世代光ディスクの開発・実用化が進められている。

光ディスクの容量を大きくするためには、情報の記録密度を高くする必要がある。これは一般に、データの書き込み時および読み出し時に光ディスクに放射されるレーザ光のスポット径を小さくすることによって実現される。レーザ光のスポット径を小さくするためには、レーザ光の波長を短くし、対物レンズの開口数（ＮＡ）を大きくすればよい。これまで、波長７８０ｎｍの赤外レーザ光とＮＡ０．４５の対物レンズを用いたＣＤから、波長６５０ｎｍの赤色レーザ光とＮＡ０．６０の対物レンズを使用したＤＶＤ、そして波長４０５ｎｍの青色レーザ光とＮＡ０．８５の対物レンズを使用した高密度ＤＶＤと、レーザ光の短波長化にともない、より大容量の光ディスクが開発されている。

青色レーザ等を用いてレーザ光を短波長化することに加え、さらに記録密度を高めるため、１枚の光ディスクに複数の記録層を設ける技術の開発も進んでいる。例えば、２層の記録層を有する光ディスクを得ることが可能になれば、上述のレーザ光の短波長化およびＮＡの大きな対物レンズの使用と併せて、記録密度は１層の記録層を有するＤＶＤの約１０倍になる。

現在すでに実用化されているＢＤ−ＲＥ（書き換え型ディスク）には単層ディスクと２層ディスクがある。単層ディスクは、レーザ光の入射側から見てディスク表面から１００μｍの位置に記録層がある。そして２層ディスクでは、ディスク表面から１００μｍの位置とそれより手前の７５μｍの位置に合わせて２つの記録層を持ち、それぞれＬ０層とＬ１層と呼び区別される。Ｌ１層は記録再生を行うためにレーザ光を吸収・反射しなければならないが、Ｌ０層でも記録再生を行うためにレーザ光を透過させる必要もある。Ｌ０層とＬ１層の記録再生をバランスよく成立させようとすれば、Ｌ１層の透過率はおよそ５０％となる。つまり、入射したレーザ光をＬ０層とＬ１層で半分ずつ分け合うことになる。ＢＤ−ＲＥの記録層には相変化膜が形成されており、情報の記録されていない状態では結晶化しているが、高出力のレーザ光を照射することでアモルファス化される。結晶状態とアモルファス状態では反射率が異なることを利用して情報の記録が行われる。相変化膜をアモルファス化するにはレーザ光はある程度のエネルギーを持っていなければならないが、同一のレーザ光を照射した場合に各記録層で吸収・反射されるレーザ光は２層ディスクでは単層ディスクの半分となる。このような観点から、２層ディスクを記録再生するときの光パワーは単層ディスクの２倍と規定されている。一方で、ディスクに入射したレーザ光が記録層で反射されて出て行く割合（反射率）は、２層ディスクでは内部でのロスが大きく単層の半分とはならない。情報の記録されていない状態での反射率は、単層ディスクが１２〜２４％、２層ディスクが４〜８％と規定されており、単層ディスクは２層ディスクのおよそ３倍の反射率を有することになる。

図２に一般的な光ピックアップ装置の構成を示す。光源である半導体レーザ１がコヒーレントな光ビームを放射する。光ビームは、ビームスプリッタ２で反射され、コリメートレンズ３で平行光にされ、ミラー４で反射され、対物レンズ５を透過して、光ディスク１００の記録層に集光される。

データの読み出し時には、集光された光ビームは光ディスク１００の記録層で反射され、逆の経路でビームスプリッタ２に至り、ビームスプリッタ２を透過して、シリンドリカルレンズ６によりフォトダイオード７に集光される。フォトダイオード７は、いわゆる光検出器であり、入射した光ビームの強度に基づいて電気信号を出力する。記録層の反射率の変化として記録されている情報を、フォトダイオード７に入射される反射光量の変化として検出し、その電気信号に基づいて情報が再現される。

しかしながら、このような光ピックアップ装置でＢＤの記録再生を行うには２つの課題がある。

第１に、半導体レーザの量子ノイズの問題がある。半導体レーザにはさまざまな要因によりノイズが発生し、光ディスク装置の再生信号特性を劣化させる。半導体レーザは、エネルギー準位の高い電子が外部光による刺激を受けて放出する誘導放出光を、共振器で増幅することで位相のそろったレーザ光を放出する。一方、電子が外部の刺激によらずに、自然にエネルギー準位を下げることで放出する自然放出光は位相がそろっていない。それゆえ、レーザ光に含まれる自然放出光はノイズ成分となり、これを量子ノイズと呼ぶ。半導体レーザ出力が上がると量子ノイズは下がることが知られている。半導体レーザの出力と相対雑音強度（ＲＩＮ）の関係の一例を、図３に示す。一般に、光ピックアップは再生時におけるＲＩＮが一定値（およそ−１２０ｄＢ／Ｈｚ）以下になるように設計される。一方で、半導体レーザ出力が光ピックアップ内の光学素子を透過して対物レンズ出力となる割合（伝達効率）は、記録に必要となる光ディスク上での光パワーから決定される。ＢＤ−ＲＥで必要となる光パワーは２層ディスクの記録で最大となるから、２層ディスクの記録光パワーが得られるように例えば伝達効率を２０％と設計したとする。ところがこのとき、単層ディスクの再生を光パワー０．２５ｍＷで行おうとすると、半導体レーザ出力が１．２５ｍＷとなりＲＩＮが大きくなってしまう。再生光パワーを上げることはデータを消去する可能性が出てくるためにできない。

第２に、フォトダイオードの出力ダイナミックレンジの問題がある。２層ディスクの光パワーは単層ディスクの２倍であるが、反射率は３分の１であるから、フォトダイオードで検出される光量は単層ディスクと２層ディスクで異なってくる。フォトダイオードの出力ダイナミックレンジを単層ディスクで最適となるように設計すれば、２層ディスクは検出光量、すなわち出力信号が単層ディスクの３分の２となるので、信号のノイズやサーボの安定性といった点で不利となる。光ピックアップ装置では、記録と再生で光パワーに数十倍の差があり、一般にフォトダイオードの出力ゲインを記録と再生で切り替えている。したがって、２層ディスクでも単層ディスクと同等の信号性能を得ようとすれば単層ディスクと２層ディスクでゲインの切り替えを行えばよいが、ゲイン切り替えが増えるほどフォトダイオードの構成が複雑になりコストアップ要因となる。

この２つの課題を解決するための従来技術として、たとえば特許文献１に開示されたものが考えられる。図４に従来技術を用いた光ピックアップ装置の構成を示す。この光ピックアップ装置は、図２に示した光ピックアップ装置に透過調整手段２００ａと２００ｂとが備わった構成となっている。透過調整手段２００ａ、２００ｂは光ビームの透過率を任意に調節することができる光学素子である。透過調整手段２００ａは半導体レーザ１とビームスプリッタ２の間に配置されており、記録時のように光ディスク１００に照射される光パワーが大きいときは透過率を高く設定し、再生時など光パワーが低くＲＩＮが問題となる場合は透過率を下げて、光ディスク上の光パワーは変えずに半導体レーザ出力のみを増加させてＲＩＮが十分に低い状態で動作するように制御される。透過調整手段２００ｂはビームスプリッタ２とフォトダイオード７の間に配置されており、光ディスク１００で反射される光量に応じて透過率を変化させ、光ディスク１００の種類によらずフォトダイオード７で検出される光量が一定となるように制御される。

このようにすれば、光パワーの低い再生時のレーザノイズを低く抑えることと、反射光量の異なる複数種類の光ディスクに対してもフォトディテクタの出力ゲインを共通化することが可能となる。
特開２００３−１７３５６２号公報

しかしながら、従来の光ピックアップ装置では、半導体レーザから出力される光パワーの調整用と、フォトダイオードに入射する光パワーの調整用に２つの透過調整手段が必要であり、それぞれに対して制御する必要があるため、部品コストが増加し装置は複雑化するという問題があった。

そこで本発明は、上記課題を解決し、単一の透過調整手段によって半導体レーザ出力とフォトダイオード入射光量の２つの光パワー調整を同時に行うことで、光ディスク再生時のレーザノイズを低減し、反射率の異なる複数種類の光ディスクいずれに対しても同等の検出信号品質が得られる光ピックアップ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の光ピックアップ装置は、所定の光パワーを有する光ビームを発する光源と、光ビームの透過量を調整する透過調整手段と、前記透過調整手段を透過した光ビームを情報記録媒体に集光する集光手段と、前記情報記録媒体からの反射光を入射光から分離するビームスプリッタと、前記反射光を検出する光検出器とを備えている。前記透過調整手段は、前記ビームスプリッタと前記集光手段の間に配置され、前記透過調整手段の透過率を切り替えることにより、前記情報記録媒体に集光される光ビームの光量を制御し、同時に前記光検出器に入射する光ビームの光量を制御する。

また、前記透過調整手段の透過率を前記情報記録媒体の反射率に応じて切り替えて、反射率が高い場合は透過率を低く設定し、反射率が低い場合は透過率を高く設定してもよい。

また、前記透過調整手段の透過率を前記情報記録媒体が有する記録層の数に応じて切り替えて、記録層が少ない場合は透過率を低く設定し、記録層が多い場合は透過率を高く設定してもよい。

また、前記光ビーム源は、青色の波長領域において発光する半導体レーザであってもよい。

本発明による情報処理装置は、上述のいずれかの光ピックアップ装置と、前記光検出器で検出された前記反射光に基づいて、再生信号およびサーボ信号の少なくとも一方を生成する信号処理回路とを備えている。

本発明によれば、情報記録媒体上の光パワーが低くなる動作時において、光透過率を下げることにより光源出力を上げてレーザノイズを低減することと、情報記録媒体からの反射光を一定範囲の光量に調節することにより、複数種類の情報記録媒体に対して光検出器の出力ゲインを共通化することの２つを、１つの透過調整手段を用いて実現できる。

（実施の形態１）
以下、添付の図面を参照しながら、本発明の実施の形態１について説明する。

図１は、本実施の形態による光ディスク装置１４の機能ブロックの構成を示す。

光ディスク装置１４は、光ピックアップ装置１３と、信号処理回路９と、サーボ制御回路１０と、スピンドルモータ１１と、トラバースモータ１２とを備えている。なお、図１には光ディスク１００が示されているがこれは説明の便宜のためであり、光ディスク装置１４の構成要素ではない。

まず、光ディスク装置１４の動作の概要を説明する。光ピックアップ装置１３は、光ディスク１００に対して光ビームを放射して光ディスク１００からの反射光を検出し、反射光の検出位置および検出光量に応じた光量信号を出力する。信号処理回路９は、光ピックアップ装置１３から出力される光量信号に応じて、光ディスク１００上における光ビームの合焦状態を示すフォーカスエラー（ＦＥ）信号や、光ビームの焦点位置と光ディスク１００のトラックとの位置関係を示すトラッキングエラー（ＴＥ）信号等を生成して出力する。ＦＥ信号やＴＥ信号は、サーボ信号と総称される。サーボ制御回路１０は、それらの信号に基づいて駆動信号を生成して出力する。駆動信号は、後述する光ピックアップ装置１３のアクチュエータ８に入力され、対物レンズ５の位置が調整される。これにより、光ディスク１００に放射される光ビームの焦点が記録面から外れないように制御される。スピンドルモータ１１は、記録再生速度に応じた回転速度で、光ディスク１００を回転させる。トラバースモータ１２は、目的の記録再生位置に光ピックアップ装置１３を光ディスク１００の半径方向に移動させる。

光ビームの焦点が記録面から外れないように制御されている状態において、信号処理回路９は光量信号に基づいて再生信号を出力する。再生信号は光ディスク１００に書き込まれたデータを示している。これにより、光ディスク１００からのデータの読み出しが実現される。また、光ビームの光パワーを再生時よりも大きくすることにより、光ディスク１００にデータを書き込むことができる。

以下、光ピックアップ装置１３の構成を説明する。光ピックアップ装置１３は、光源１と、ビームスプリッタ２と、コリメートレンズ３と、ミラー４と、対物レンズ５と、シリンドリカルレンズ６と、フォトダイオード７と、アクチュエータ８と、透過調整手段２０１とを備える。

光源１は、波長４０５ｎｍの青色レーザ光を発光するＧａＮ系の半導体レーザであり、光ディスク１００の記録面に対して、データの読み出しおよび書き込みのためのコヒーレント光を放射する。ビームスプリッタ２は、光源１が放射する光ビームと、光ディスク１００から戻ってくる反射光を分離する。コリメートレンズ３は、光源１が放射する光ビームを平行光に変換する。ミラー４は、入射する光ビームを反射させ、反射された光ビームを光ディスク１００へと指向させる。対物レンズ５は、光ビームを光ディスク１００の記録面に集光する。アクチュエータ８は、印加された駆動信号のレベルに応じて、光ディスク１００に垂直な方向または光ディスク１００に平行な方向に、対物レンズ５の位置を変化させて、光ディスク１００の記録面上に光ビームを合焦させる。シリンドリカルレンズ６は、フォトダイオード７に光ビームを集光させる。フォトダイオード７は、光ディスク１００の記録面で反射された光ビームを受け取り、光量に応じて電気信号（光量信号）に変換する。なお、フォトダイオード７は複数の受光素子を含んでいてもよい。光量信号を受け取る信号処理回路９は、光量信号がいずれの受光素子から出力されたかという情報も利用して、ＦＥ信号およびＴＥ信号を生成する。

光ビーム透過調整手段２０１は、光透過率を変化させて、光源１が放射する光ビームの量子ノイズを低く保った状態で光パワーを変化させる光学素子である。本実施の形態における光ビーム透過調整手段２０１は、光透過率を３分の２に下げる光学フィルタが塗布された第１の面と、光学フィルタが塗布されていない第２の面とをもつ光学素子を備えており、光路中で第１の面と第２の面を入れ替えることで光パワーを制御する。第１の面が挿入されているときは透過する光ビームの光パワーは３分の２に減衰され、第２の面が挿入されているときは光パワーを概ね維持した状態で光ビームを透過させる。なお、透過調整手段２０１は、その作用として透過率を物理的に変化することができればよく、如何なる構造であってもよい。

次に、光ディスク装置１４がデータを読み出し、書き込むときの動作を説明する。前提として、光ディスク１００が２層の記録層を有する場合は対物レンズ５に近い側の層の透過率は約５０％と設定されているとする。このため、２層の記録層を有する光ディスクに対して記録再生に要する光パワーの大きさは、１層の記録層を有する光ディスクに対して必要な光パワーの約２倍となる。また、光ディスクに入射した光ビームが記録層で反射されて光ディスクから出て行く割合（反射率）は、２層の記録層を有する光ディスクは、１層の記録層を有する光ディスクのおよそ３分の１であるとする。本実施の形態による光ピックアップ装置１３は、光ディスク１００の記録層が１層か２層かの記録層の多少によって光パワーの大きさを切り替える機能を有するとして説明する。

まず光源１は、所定の光パワーを有する光ビームを発する。このとき光ビーム透過調整手段２０１は、光ビームが第１の面を透過するように配置されているとする。光ビーム透過調整手段２０１から出射された光ビームは、ビームスプリッタ２で反射され、コリメートレンズ３で平行光にされ、ミラー４で反射される。その後、対物レンズ５は、光ビームを光ディスク１００の記録層に集光する。記録層からの反射光は、光ピックアップ装置１３内を通過し、フォトダイオード７に入射する。信号処理回路９は、光量信号の信号振幅から光ディスク１００が有する記録層の数を判別する。判別処理は、他にも種々考えられる。例えば、光ディスク１００の内周部に製造時に層数を特定する判別情報を記録しておき、再生信号としてその判別情報を読み出して層数を特定してもよい。または、レーザ光を照射したときに記録メディアの種類によって反射光の強さが異なるため、その強さを検出して信号処理回路９において判別すればよい。または、光ディスク１００がカートリッジに収納された状態で装填されるときは、記録メディアの種類によって異なるカートリッジの形状によって判別してもよい。いずれも、装填されている光ディスクの光学的特性および／または物理的特性を用いて検出することができる。

光ディスク１００が１層の記録層を有すると判別された場合には、光ビーム透過調整手段２０１は第１の面を光路に挿入し、かつ、第２の面が光路から外れる位置に設定する。このとき、光ビーム透過調整手段２０１は入射した光ビームの光パワーを約３分の２に減衰して透過させる。

一方、光ディスク１００が２層の記録層を有すると判断された場合には、光ビーム透過調整手段２０１は、第２の面を光路に挿入し、かつ、第１の面が光路から外れる位置に設定する。このとき、透過調整手段２０１は光ビームの光パワーを実質的に減衰することなく透過させる。

より具体的に、例えば本実施の形態における光ピックアップ装置１３の光源１が図３に示すレーザノイズ特性を有しており、光ビーム透過調整手段２０１が第２の面を光路中に挿入している場合の伝達効率が２１％であり、光ディスク再生時において光ディスクが１層の記録層を有する場合には０．２５ｍＷ、２層の記録層を有する場合には０．５０ｍＷの光ビームを光ディスク上に放射するように設計される場合について考える。

１層の記録層を有する光ディスクに対して再生を行うとき、透過調整手段２０１により伝達効率は２１％×２／３＝１４％に低減されるから、光源１のレーザ出力は０．２５÷０．１４＝１．７９ｍＷとなりＲＩＮは−１２０ｄＢ／Ｈｚ以下に抑えられている。ここで、透過調整手段２０１を用いずに伝達効率が２１％のままであれば、レーザ出力は０．２５÷０．２１＝１．１９ｍＷとなりＲＩＮは−１２０ｄＢ／Ｈｚを超えてしまう。

２層の記録層を有する光ディスクに対して再生を行うときは、伝達効率は２１％であるから、レーザ出力は０．５０÷０．２１＝２．３８ｍＷとなりＲＩＮは−１２０ｄＢ／Ｈｚ以下である。

また、光ディスク１００からの反射光は透過調整手段２０１以外では減衰されることなくフォトダイオード７に集光され、光ディスク１００の反射率は１層の記録層を有する場合で１２％、２層の記録層を有する場合で４％であるとする。フォトダイオード７で検出される光パワーは、光ディスク１００が１層の記録層を有する場合は０．２５×０．１２×２／３＝０．０２ｍＷ、２層の記録層を有する場合は０．５０×０．０４＝０．０２ｍＷとなり、記録層の数にかかわらず一定となる。

以上のように本発明の実施の形態１における光ピックアップ装置１３によれば、単一の透過調整手段のみを利用して、１層の記録層を有する光ディスク記録再生時において、光透過率を下げることにより光源の出力を上げてレーザノイズを低減することと、光ディスクからの反射光を一定範囲の光量に調節することにより、光ディスクが１層の記録層を有する場合と２層の記録層を有する場合についてフォトダイオードの出力ゲインを共通化することが可能となる。

なお、本実施の形態では、透過調整手段２０１を記録層の多い少ないで切り替えたが、情報記録媒体の反射率に応じて切り替えてもよい。即ち、反射率が高い場合は透過率を低く設定し、反射率が低い場合は透過率を高く設定する。上記の例では、１層の記録層を有する場合は、反射率が１２％と高いので透過率を２／３と低く設定し、２層の記録数を有する場合は、反射率が４％と低いので透過率を１００％と高く設定している。

本発明によれば、光ディスク再生時のレーザノイズを低減し、フォトディテクタに要求される性能を抑えた、装置信頼性が高く、製造コストの低い光ピックアップ装置およびそのような光ピックアップ装置を有する情報処理装置を得ることができる。

本発明の実施の形態１における光ピックアップ装置を備えた光ディスク装置の構成図 従来の光ピックアップ装置の構成図 半導体レーザの出力と相対雑音強度（ＲＩＮ）の関係を示す特性図 従来の光ピックアップ装置の構成図

符号の説明

１ 光源
２ ビームスプリッタ
３ コリメートレンズ
４ ミラー
５ 対物レンズ
６ シリンドリカルレンズ
７ フォトダイオード
８ アクチュエータ
９ 信号処理回路
１０ サーボ制御回路
１１ スピンドルモータ
１２ トラバースモータ
１３ 光ピックアップ装置
１４ 光ディスク装置
１００ 光ディスク
２００ 透過調整手段
２０１ 透過調整手段

Claims (5)

1. 所定の光パワーを有する光ビームを発する光源と、光ビームの透過量を調整する透過調整手段と、前記透過調整手段を透過した光ビームを情報記録媒体に集光する集光手段と、前記情報記録媒体からの反射光を入射光から分離するビームスプリッタと、前記反射光を検出する光検出器とを備え、
   前記透過調整手段は、前記ビームスプリッタと前記集光手段の間に配置され、前記透過調整手段の透過率を切り替えることにより、前記情報記録媒体に集光される光ビームの光量を制御し、同時に前記光検出器に入射する光ビームの光量を制御することを特徴とする光ピックアップ装置。
2. 前記透過調整手段の透過率を前記情報記録媒体の反射率に応じて切り替えて、反射率が高い場合は透過率を低く設定し、反射率が低い場合は透過率を高く設定する、請求項１に記載の光ピックアップ装置。
3. 前記透過調整手段の透過率を前記情報記録媒体が有する記録層の数に応じて切り替えて、記録層が少ない場合は透過率を低く設定し、記録層が多い場合は透過率を高く設定する、請求項１に記載の光ピックアップ装置。
4. 前記光源は、青色の波長領域において発光する半導体レーザである、請求項１から３のいずれかに記載の光ピックアップ装置。
5. 請求項１から４のいずれかに記載の光ピックアップ装置と、
   前記光検出器で検出された前記反射光に基づいて、再生信号およびサーボ信号の少なくとも一方を生成する信号処理回路とを備えた情報処理装置。

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