JP2990067B2 - 光学式情報記録再生装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は厚さが異なる各種光
ディスクに対して光学的情報の書込みや読込みを行う光
学式情報記録再生装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えばディスク厚０．６mmの高密度光情
報媒体（ＤＶＤ等）とディスク厚１．２mmの従来密度情
報媒体（ＣＤ等）の両方を１つの光学式再生装置で記録
再生するためには、いくつかの方法が提案されている。
これには、各々のディスク厚に最適に設計された２つの
対物レンズを１つのレンズアクチュエータで駆動するい
わゆるツインレンズ方式、ホログラムによりそれぞれ２
つの焦点をつくる２焦点方式、レンズの絞り径を切り替
える開口制限方式等がある。

【０００３】本発明は開口制限方式の改良、発展型であ
り、このため、従来例として上記各種方式のなかの開口
制限方式に絞って説明する。

【０００４】図５は従来の開口制限方式を簡単に説明し
たものである。ディスクに記録された情報を正確に再生
したり、ディスクに高密度な情報を記録するためには、
ディスク情報面上に収差のない微小なスポットを形成す
ることが大切である。したがって本従来例の説明では従
来の情報記録再生装置における往路のみにて説明する。

【０００５】図５（ａ）は高密度光情報媒体の記録、再
生状態を示す。１はレーザーダイオード（以後ＬＤと呼
ぶ）、１ａは前記ＬＤから出射されたレーザー光、１１
はコリメーターレンズ、３は無限系対物レンズ、４ｂは
例えば厚さ０．６mmの高密度光情報媒体（以後高密度デ
ィスクと呼ぶ）で、前記対物レンズ３は前記高密度ディ
スクを最適に記録、再生できるように設計されている。
今、ＬＤ１を発したレーザー光１ａはコリメーターレン
ズ１１で平行光となり無限系対物レンズ３に入射する。
このとき対物レンズに入射する平行光束は図示せぬレン
ズ絞りにて開口径を制限される。例えば高密度ディスク
再生時はＮＡ０．６に制限される。レンズ３で集光され
たレーザーは高密度ディスクの情報面４ｂに収差の少な
い微小なスポットを形成する。

【０００６】次に図５（ｂ）にて、例えば厚さ１．２mm
の通常密度光情報媒体（以後通常密度ディスクと呼ぶ）
の記録、再生状態を説明する。（ｂ）においては、コリ
メーターレンズ１１と無限系対物レンズ３の間に、開口
制限手段５を挿入した構成となっている。ＬＤ１を発し
コリメーターレンズ１１で平行光となったレーザー光１
ａは前記開口制限手段５の開口部５ａによって光束を制
限され対物レンズ３に入射する。このとき制限された開
口径は円形形状をなし通常密度ディスクに最適な開口、
例えばＮＡ０．４５に設定される。これにより通常密度
ディスク情報面に収差の少ないスポットを形成する。

【０００７】通常、開口制限手段５と無限系対物レンズ
３は図示せぬレンズアクチュエータにより同時に保持、
駆動される構成となっており、開口制限手段５を挿入の
有無により高密度ディスク用に設計された１つの無限系
対物レンズ３で通常密度ディスクの記録、再生を可能に
している。開口制限手段５においてはいくつかの方法が
提案されている。レーザーの偏向方向を利用した偏向フ
ィルタ、レーザーの波長の違いを利用した波長フィル
タ、単に機構的なシャッター方式等がある。

【０００８】図５の光学式情報記録再生装置はコリメー
ターレンズ１１があるため、光路長が長くなり装置全体
の小型化、薄型化が困難であるという問題があった。そ
のための図６（ａ）、（ｂ）に示すような対物レンズの
有限系化による構成が考えられた。有限系対物レンズ３
ａは高密度ディスク４ｂの記録、再生に最適な特性が得
られるように設計されている。図６ａにおいて、ＬＤ１
を発したレーザー光１ａは図示せぬレンズ絞りによって
例えばＮＡ０．６に開口を設定され有限系対物レンズ３
ａに入射する。有限系対物レンズ３ａで集光されたレー
ザー光は高密度ディスク情報面に収差の少ない微小なス
ポットを形成する。次に通常密度ディスク４ａの記録、
再生時には無限光学系同様開口制限手段５を対物レンズ
３ａとＬＤ１の間に挿入した構成とする。ＬＤ１を発し
たレーザー光１ａは開口制限手段５の開口部５ａによっ
て開口径を制限され有限対物レンズ３ａに入射する。制
限された開口径は円形形状をなし通常密度ディスクに最
適な開口、例えばＮＡ０．４５に設定される。これによ
り通常密度ディスク情報面に収差の少ないスポットを形
成する。この時有限系対物レンズ３ａと開口制限手段５
は図示せぬレンズアクチュエータに同時に保持、駆動さ
れる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】この有限対物レンズを
使った光学系の場合、装置全体の小型、薄型化が可能に
なる反面、特に通常密度ディスクの軸外再生特性の劣化
が大きく実用化には以下説明するような大きな問題があ
った。

【００１０】一般に有限光学系の場合、無限光学系に比
べると、レンズの像高特性、光軸移動特性が劣っている
が、ＣＤ等では装置全体のシステム設計により有限光学
系が主流となっており、ＤＶＤ等の高密度光ディスクに
も有限光学系の採用が当然検討されている。高密度ディ
スク用に設計された有限対物レンズも軸上の性能は無限
系対物レンズ同様の性能が得られるが、軸外性能におい
ては無限光学系に劣る分を装置全体のシステム設計にて
対応することとなる。ところがこの有限光学系を図６
（ａ）、（ｂ）の複数規格媒体を記録、再生可能な光学
式情報記録再生装置に応用しようとすると、通常密度デ
ィスクの軸外再生性能が前記装置全体のシステム設計だ
けでは対応できない程の性能劣化が発生する。

【００１１】次に、図４（ａ）、（ｂ）にてその問題点
を説明する。図４（ａ）は各種有限系対物レンズをディ
スクトラック方向に移動した時の通常密度ディスク再生
信号のジッター変化を表したグラフである。グラフ中の
Ａは通常密度ディスク（ＣＤ）再生専用に設計された有
限系対物レンズの光学系からなる再生装置の特性であ
る。レンズが移動して像高が発生してもジッタの劣化が
少なく安定した再生性能が得られる。グラフ中Ｂは図６
に示した高密度ディスク用有限対物レンズと開口制限手
段からなる光学系で通常密度ディスクを再生した時のジ
ッタ特性である。レンズが移動して像高が発生すると急
激にジッターが劣化する。Ｃは後述する本発明の特性で
ある。

【００１２】これらの現象は図４（ｂ）に示す有限系対
物レンズ波面収差の像高特性で説明できる。グラフ中
Ａ，Ｂ，Ｃは図４（ａ）のＡ，Ｂ，Ｃに対応する。通常
密度ディスク専用対物レンズＡに比べ、高密度ディスク
用有限系対物レンズと開口制限手段による光学系Ｂの場
合、軸上収差はほぼ０にできるが、レンズ移動による波
面収差の劣化度合いが大きくこのままでは実用上問題が
発生する。

【００１３】そこで本発明の目的は、かかる従来の実情
に鑑みて提案されたものであって、複数規格の光ディス
ク媒体の情報を効率良く再生、記録できる、安価で小型
な光学式情報記録再生装置を提供することである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の光学式情報記録
再生装置は、上記の目的を達成するために提案されたも
のであって、短波長レーザー光を発光する短波長レーザ
ーと、長波長レーザー光を発光する検出系内蔵の長波長
レーザーユニットと、非平行光である前記短波長レーザ
ー光と非平行光である前記長波長レーザー光が入射する
高密度再生用の有限系対物レンズと、有限系対物レンズ
に入射するレーザー光の有効径を切り替える開口制限手
段と、短波長の戻り光と長波長の戻り光を分離する波長
選択プリズムと、情報媒体からの反射光を光検出器側に
分岐する無偏向ビームスプリッタと、短波長の戻り光を
電気信号に変換する光検出器と、前記開口制限手段の開
口部形状がレンズトラック移動方向が短軸となる楕円形
状開口であり、前記開口制限手段でレンズ有効径を切り
替えることでディスク厚の異なる２種類の情報媒体を記
録、再生することを特徴とする。

【００１５】本発明においては、楕円開口形状の開口制
限手段を用いたことでトラック方向のＮＡが小さくなり
有限系光学系における波面収差の劣化を小さくでき、一
個の高ＮＡ有限対物レンズを使って、複数規格媒体の光
ディスクを安定して記録、再生することができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】次に本発明の光学式情報記録再生
装置の実施の形態について説明し、本発明の構成、作用
を明らかにする。

【００１７】まず、図２を用いて本発明の開口制限手段
の開口部形状を説明する。図２（ａ）は従来の開口部形
状を示し、開口部５ａは真円形状である。これは、通常
密度ディスク再生に最適な開口数ＮＡになるように開口
部内径ａが設定される。これに対して、本発明の開口制
限手段の開口部形状は図２（ｂ）に示すようにレンズの
トラッキング移動方向（図中矢印方向）に単軸ｂとなる
楕円形状の開口部５ａを有する。長軸側の軸長ａは従来
開口部内径ａと同じである。

【００１８】本発明のようにトラック方向に開口径を小
さくすることはトラック方向のレンズ開口数ＮＡを小さ
くすることとなり、本来の最適設計値からははずれるこ
とになる。楕円開口によって絞られたディスク上のスポ
ット形状も（ｂ）のごとくトラック方向に長い楕円形状
となりトラック間のクロストークが悪化する。しかしな
がら図４（ｂ）のグラフＣに示すごとく、ＮＡが小さく
なった分レンズ移動時の波面収差劣化度合いを従来開口
形状Ｂの場合に比べて大幅に改善できる。これに伴いジ
ッター特性も図４（ａ）に記載のグラフＣに示すように
大幅な改善が可能となる。なお軸上の初期収差、ジッタ
ー性能は従来例に比べ悪化するが実用上問題とならな
い。計算と実験データから前記クロストーク分も含め最
適な開口形状を求めることができる。

【００１９】開口制限手段５の具体的な方式としては従
来の開口制限手段の手法に対応していくつかの方法が考
えられるが、基本的にはどの方式の場合に対しても本発
明の楕円形状を適用できる。

【００２０】図３（ａ）は透明ガラス基盤上に特定の波
長帯を透過し所定の波長帯を遮断する波長フィルタ膜５
１を形成した開口制限手段を示す。例えば高密度ディス
クを記録、再生する際には例えば６３５nmのＬＤを使
う。この場合６３５nmのレーザー光はフィルタ膜の無い
楕円開口部５ａと波長フィルタ膜部５１の全領域を透過
し有限系対物レンズへと向かう。次に通常密度の記録、
再生時には例えば７８０nmのＬＤを使う。７８０nmのレ
ーザー光はフィルタの無い楕円開口部５ａを透過し、波
長フィルタ面５１では反射され、結果的に７８０nmのレ
ーザー光はトラック方向に狭い楕円形状の光束に制限さ
れ有限対物レンズへと向かう。また（ａ）の構造は偏向
フィルタでも実現できる。開口制限手段５に入射するレ
ーザー光の直線偏向方向を図示せぬ方法によって９０度
切り替えることで前記同様開口径を制限することが可能
である。

【００２１】図３（ｂ）はホログラムを使った楕円開口
制限手段の例である。従来の開口形状は透明基盤上に同
芯円形状のホログラムを形成し、その１次回折光が通常
密度ディスク再生の為に最適な開口数で対物レンズに入
射する。本発明の楕円開口をホログラムに適用した実施
例は、透明基盤２０上に形成された従来の同芯円形状ホ
ログラム領域２０ａのトラック方向周辺部を所定の寸法
２０ｂまで削除することで実現できる。

【００２２】図３（ｃ）は（ｂ）に示した楕円開口制限
手段を用いた場合の装置構成を示し、ＬＤ１を発したレ
ーザー光１ａはホログラム方式楕円開口制限手段に入射
する。ホログラム領域２０ａは通常密度ディスク再生用
に使用する低ＮＡ光束を作る為に十分な面積を有し、高
密度ディスクの記録、再生時には前記ホログラム領域２
０ａの０次透過光を含む１ａの全０次透過光が有限対物
レンズ３ａに入射する。有限対物レンズで集光されたレ
ーザー光は高密度ディスク情報面４ｂに収差の少ない微
小なスポットを形成する。次に通常密度ディスクを記録
再生する際には、楕円ホログラム領域２０ａの１次回折
光１ｂを使用する。２０ａの１次回折光１ｂは、前記楕
円開口形状のホログラム領域２０ａの作用によってトラ
ック方向に狭い楕円形状光束で有限系対物レンズ３に入
射する。有限系対物レンズ３で集光されたレーザー光は
収差の少ないスポットを通常密度ディスク情報面４ａに
形成する。

【００２３】次に波長フィルタによる楕円開口制限手段
を用いた光学式情報記録再生装置の実施の形態について
図１を参照して説明する。

【００２４】図１の実施の形態は、短波長（６３５nm）
レーザー１、検出系内蔵の７８０nmレーザーユニット２
と高密度ディスク再生用ＮＡ０．６有限対物レンズ３、
光ディスク４、波長フィルタ方式楕円開口制限手段５、
無偏向ビームスプリッタ（ＮＰＢＳ）６、波長選択プリ
ズム７、フォーカス誤差検出レンズ８、内面反射プリズ
ム９、フォトダイオード１０等から成る。また楕円開口
形状の波長フィルタ５は図２（ｂ）、図３（ａ）に示し
たものである。

【００２５】６３５ＬＤ１を発した短波長レーザー光１
ａはＮＰＢＳ６でその約５０％は反射し波長選択プリズ
ム７に入射する。波長選択プリズム７は６３５nmを効率
良く（例えば９５％以上）透過し７８０nmを効率良く反
射する。そのため６３５レーザー１ａはほとんどが選択
プリズムを透過し内面反射プリズム９で反射し波長フィ
ルタ５へ向かう。６３５レーザー１ａは波長フィルタ５
全面（開口部を含む）を透過し対物レンズ３で高密度デ
ィスク（ＤＶＤ等）情報記録面４ｂに微小スポットを結
ぶ。ディスクの反射光は同じ経路でレーザー側に戻り、
ＮＰＢＳ６、フォーカス検出レンズ８を透過してフォト
ダイオード１０に焦点を結び電気信号に変換される。

【００２６】７８０nmレーザー光は７８０nmレーザーユ
ニット２を発し波長選択プリズム７、内面反射プリズム
９を効率良く反射して波長フィルタ５に入射する。波長
フィルタ５は７８０nmレーザー光を楕円開口で透過開口
を制限するため、楕円開口部に入射した７８０nmレーザ
ー光２ａのみ対物レンズにて集光され通常密度ディスク
（ＣＤ等）情報記録面４ａにスポットを結ぶ。この際７
８０nm側レーザー発光点の光軸方向の位置を所定の位置
に設定することでディスク側の焦点距離や、ディスク厚
の違いによる球面収差の補正量を任意に設定できる。７
８０nmのディスク反射光も同じ経路でレーザーユニット
２へと戻り、ユニット内の検出系にて電気信号に変換さ
れる。また本実施例に記載された内面反射プリズム９は
６３５nmから７８０nmの広波長帯域において、安価に高
反射率を満足させるために波長依存性の無い内面反射方
式にしたが表面反射ミラー方式でも適用できることは言
うまでもない。

【００２７】これまでに説明したいくつかの本発明にお
ける開口制限手段形状は有限対物レンズのトラック移動
方向に単軸をなす楕円形状であること、さらに本楕円形
状の開口制限手段は高密度ディスク用に設計された有限
系対物レンズとの組み合わせにおいて作用しその効果を
発揮するものである。

【００２８】

【発明の効果】以上、本発明によれば、楕円開口形状の
開口制限手段を用いたことでトラック方向のＮＡが小さ
くなり有限系光学系における波面収差の劣化を小さくで
き、開口制限手段の方法にかかわらず、一個の高ＮＡ有
限対物レンズを使って、厚さ、記録密度の違う複数規格
媒体の光ディスクを安定して記録、再生でき、その結
果、安価で薄型、小型、軽量な光情報記録再生装置を実
現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を示す図。

【図２】本発明における楕円開口制限手段を説明するた
めの図で、（ａ）は従来の形状、（ｂ）は本発明による
形状を示す。

【図３】本発明の開口制限手段の構成例を示す図で、
（ａ）は波長フィルタや偏向フィルタを用いた例を示
し、（ｂ）はホログラム方式の例を示し、（ｃ）はホロ
グラム方式を用いた場合の装置構成図。

【図４】有限対物レンズの特性を示す図で、（ａ）は像
高特性図、（ｂ）はジッタ特性図。

【図５】従来技術の構成を示す図で、（ａ）は高密度デ
ィスクの場合、（ｂ）は通常密度ディスクの場合を示
す。

【図６】有限光学系に適用した他の従来技術の構成を示
す図で、（ａ）は高密度ディスクの場合、（ｂ）は通常
密度ディスクの場合を示す。

【符号の説明】

１ 短波長半導体レーザー ２ ７８０nmレーザーユニット ３，３ａ 高密度ディスク用対物レンズ ４ 光ディスク ４ａ 通常密度光ディスク情報面 ４ｂ 高密度光デイスク情報面 ５ 開口制限手段 ５ａ 開口制限開口部 ６ ＮＰＢＳ ７ 波長選択プリズム ８ フォーカス誤差検出レンズ ９ 内面反射プリズム １０ 光検出器（フォトダイオード） １１ コリメーターレンズ ２０ ホログラムによる開口制限手段 ２０ａ 楕円形状ホログラム領域

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 短波長レーザー光を発光する短波長レー
   ザーと、 長波長レーザー光を発光する検出系内蔵の長波長レーザ
   ーユニットと、非平行光である前記短波長レーザー光と非平行光である
   前記長波長レーザー光が入射する高密度再生用の有限系
   対物レンズと、 有限系対物レンズに入射するレーザー光の有効径を切り
   替える開口制限手段と、 短波長の戻り光と長波長の戻り光を分離する波長選択プ
   リズムと、 情報媒体からの反射光を光検出器側に分岐する無偏向ビ
   ームスプリッタと、 短波長の戻り光を電気信号に変換する光検出器と、 前記開口制限手段の開口部形状がレンズトラック移動方
   向が短軸となる楕円形状開口であり、 前記開口制限手段でレンズ有効径を切り替えることでデ
   ィスク厚の異なる２種類の情報媒体を記録、再生するこ
   とを特徴とする光学式情報記録再生装置。
2. 【請求項２】 前記開口制御手段が波長フィルタ膜で構
   成されていることを特徴とする請求項１記載の光学式情
   報記録再生装置。
3. 【請求項３】 前記開口制御手段が偏向フィルタで構成
   されていることを特徴とする請求項１記載の光学式情報
   記録再生装置。
4. 【請求項４】 前記開口制御手段がホログラム領域をも
   った基盤で構成されていることを特徴とする請求項１記
   載の光学式情報記録再生装置。