JP3240040B2 - 光ピックアップ装置 - 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、光記録媒体を再生
するための光ピックアップ装置の構造に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】映画等の動画を直径１２０ｍｍのコンパ
クトディスクサイズに２時間以上記録できるデジタルビ
デオディスク（ＤＶＤ）の開発が盛んに行われている。
従来のコンパクトディスク（ＣＤ）では厚さ１．２ｍｍ
のポリカーボネート等の透明基板が用いられているが、
このようなＤＶＤについては、厚さ０．６ｍｍのポリカ
ーボネート等の透明基板を貼り合わせた構造を有するも
のが提案されている。

【０００３】このようなＤＶＤ用の光ピックアップ装置
を、従来のＣＤ用の光ピックアップ装置にも使用しよう
とすると、基板の厚み、すなわち基板表面から記録層ま
での距離が異なるため、収差の影響が大きくなり、両方
の基板に対して共に良好な光スポットを得ることが困難
となる。このため、従来のＣＤと薄型基板のＤＶＤの両
方を再生するためには、ピックアップ装置に特別な工夫
が必要となる。

【０００４】このような問題を解決する方法として、ピ
ックアップ自体に、厚めの基板と薄型の基板のそれぞれ
に対応する２つの対物レンズ、すなわち厚めの基板には
低いＮＡ（開口数）のレンズ、薄型基板には高いＮＡ
（開口数）のレンズを設け、基板に応じて機械的にこれ
らのレンズを切り換える方式が提案されている。

【０００５】また、薄型基板に対応する単一の対物レン
ズだけを設け、厚めの基板のディスクを再生するときに
は、アパーチャーを光路に挿入することで実質的なＮＡ
を下げる方式も提案されている。このような方式によ
り、厚さ０．６ｍｍの薄型基板の高密度ディスクと、厚
さ１．２ｍｍの従来のＣＤとを共に再生することが可能
となり、再生互換性をとることができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、レンズ
を切り換える方式では、ピックアップ内部に２つの対物
レンズを備える必要があり、またレンズを切り換えるた
めの機構が必要となり、小型化及び低コスト化が困難で
あるという問題があった。

【０００７】また、アパーチャーを光路に挿入する方式
では、上記のレンズを切り換える方式よりも簡易な構造
にすることができるが、やはりアパーチャーを光路中に
挿入するための機械的な機構が必要であり、低コスト化
及び小型化が困難であるという問題があった。

【０００８】本発明の目的は、より簡単な構造で、再生
光入射側の表面から記録面までの距離が異なる媒体間で
再生互換性をとることができ、従って低コスト化及び小
型化が可能な光ピックアップ装置を提供することにあ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、反射型光記録
媒体に光源から出力された再生光を照射し、その反射光
を検出して該媒体に記録された情報を再生する光ピック
アップ装置であり、光源と反射型光記録媒体の間の往光
路中に、再生光の光強度または再生光による温度上昇の
少なくとも一方に伴って透過率が増加する手段を備えて
いる。

【００１０】本発明の好ましい局面に従う光ピックアッ
プ装置は、媒体に記録された情報を再生するための再生
光を照射し、媒体からの情報信号を含んだ再生光を検出
する光ピックアップ装置であり、再生光を出射する光源
と、光源からの再生光のビームを媒体に集光するための
手段と、媒体からの情報信号を含んだ再生光を検出する
ための手段と、光源と媒体との間の再生光の往光路中に
設けられ、光強度または温度上昇の少なくとも一方に応
じて再生光に対する透過率が増加する素子とを備えてい
る。

【００１１】本発明において、透過率が増加する手段ま
たは素子は、光源装置内に設けられていることが好まし
い。光強度または温度の少なくとも一方に応じて再生光
に対する透過率が増加する素子（以下「透過率変化素
子」という）は、例えば、フォトンモード反応、または
熱反応で、分子構造の一部が変化し、吸光度が変化する
ような色素材料を用いて形成することができる。このよ
うな材料としては、逆フォトクロミック性の光吸収体、
可飽和吸収性の光吸収体、及びサーモクロミック性の光
吸収体などを挙げることができる。

【００１２】逆フォトクロミック性の光吸収体は、常温
において再生光の波長領域で吸収を有し、光が当たると
フォトンモードにより消色反応が生じ、これと同時に常
温における熱反応により着色反応が起こるような材料で
ある。このような材料としては、極性ポリマーに分散さ
れたスピロピラン系材料、及びスピロオキサジン系材料
などを挙げることができる。

【００１３】可飽和吸収性の光吸収体は、光強度が大き
くなると、吸収係数が減少し、吸収光量の飽和が起きる
光吸収体であり、例えば、ビス（トリ−ｎ−ヘキシルシ
ロキシ）ケイ素ナフタロシアニン等が挙げられる。

【００１４】サーモクロミック性の光吸収体は、温度上
昇により消色反応が生じる光吸収体であり、例えば、フ
ルオラン系化合物を没食子酸プロピルエステル、トリメ
チロールエタン及びジアセトンアルコールを混合し溶解
し乾燥することで得られるサーモクロミック組成物など
が挙げられる。

【００１５】本発明おける透過率変化素子は、上記のよ
うな光吸収体を含有させた薄膜や成形体等から形成させ
ることができる。このような薄膜や成形体等は、光吸収
体を含有したポリマーから形成することができる。また
薄膜の場合には、光吸収体を蒸着させて薄膜としたもの
でもよい。また、このような薄膜を、透明な支持体上に
設け、これをホルダーによって保持してもよい。また、
光源と媒体との間の再生光の光路にある光学素子に透過
率変化素子を組み込んでもよい。すなわち、このような
光学素子の表面に透過率変化素子となる薄膜を設けても
よい。また、光学素子がプラスチック製などである場合
には、光学素子自体に上記のような光吸収体の材料を含
有させて、光学素子に透過率変化素子の機能を付与させ
てもよい。

【００１６】再生光を出射する光源としては、一般に半
導体レーザーを用いることができる。半導体レーザーの
波長としては、特に限定されるものではないが、近年使
用されつつある、６５０ｎｍ、６３５ｎｍの波長の赤色
半導体レーザー、さらには将来、より高密度な記録が可
能であるとして期待されている青色半導体レーザーなど
も用いることができる。

【００１７】再生光ビームを媒体に集光するための手段
としては、特に限定されるものではないが、一般に対物
レンズなどが用いられる。図１は、本発明の原理を説明
するための模式図である。図１を参照して、光源である
半導体レーザー１から出射した放射光は、コリメートレ
ンズ２により整形され、透過率変化素子３を通り、対物
レンズ４に入射し、ディスク５の上に集光される。

【００１８】通常、半導体レーザーから照射される光
は、中心部での強度が強く、周辺部の強度は弱くなる光
強度分布を有している。図２（ｃ）は、このような再生
光として用いられるレーザービームの光強度分布を示し
ている。このような光強度分布を有するレーザー光を、
光の強度が高くなると再生光に対する透過率が高くなる
ように設定した透過率変化素子に照射すると、ビームの
全強度が比較的弱いときには、図２（ｂ）に示すよう
に、中心部でのみ透過率が向上する。またビームの全強
度が比較的に強いときには、図２（ａ）に示すように、
中心部だけでなく周辺部も透過率が向上する。

【００１９】図３は、このようなビームの全強度を変化
させた時の透過率変化素子の透過率変化状態を示す平面
図である。図３においてハッチングを付した部分は透過
率の低い領域を示しており、ハッチングを付した領域の
内側の白抜き部分は透過率の高い領域を示している。図
３（ａ）は、図２（ａ）の状態に対応しており、ビーム
の全強度が大きいときに、中心部だけでなく周辺部も透
過率が高くなっている状態を示している。図３（ｂ）
は、図２（ｂ）に対応しており、ビームの全強度が弱い
ときに、中心部のみで透過率が向上し、周辺部での透過
率が低い状態を示している。

【００２０】図３に示すように、ビームの全強度を変え
ることにより、透過率変化素子の透過率の高い領域の面
積を制御することができる。図３（ａ）のように、透過
率の高い領域３ａの面積を大きくすると、実質的に高い
開口数（ＮＡ）と同様の状態にすることができる。また
図３（ｂ）のように、透過率の高い領域３ａの面積を小
さくすることにより、実質的に低い開口数（ＮＡ）と同
様の状態にすることができる。従って、再生光のビーム
の強度を変化させることにより、実質的な開口数を変化
させることができる。従って、機械的な機構を全く用い
ずに、極めて簡単な構成で、基板の厚みの異なるディス
クに対し、再生互換性を有するピックアップ装置とする
ことができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】透過率変化素子として、逆フォト
クロミック性色素を用いた素子を作製した。逆フォトク
ロミック性色素は、通常、常温で再生光として用いられ
る波長の領域で吸収を有しており、光が当たるとフォト
ンモードにより消色反応が生じるとともに、同時に常温
における熱反応により着色反応も生じる。従って、この
逆フォトクロミック性色素を用いた透過率変化素子にお
いて、光強度が大きいと高い透過率になり、光強度が弱
いと低い透過率になる。特に、この透過率変化は、初期
光学的濃度を高めるほど、非線形的に、すなわち、しき
い値を有するように急激に変化するので望ましい。

【００２２】逆フォトクロミック材料として、スピロセ
レナゾリノベンゾピランを用い、これを高い極性を有す
るポリマー中に分散し、成形して光学素子とすることが
できる。本実施形態では、ポリメタクリル酸と混合し、
ジクロロメタンに溶解させ、これを所定の型に入れて溶
剤を蒸発させて光学素子を形成した。素子の光学的濃度
としては、０．２〜２．０までの種々のものを作製し
た。なお、光学的濃度は、材料濃度（ｍｏｌ／ｌ）と素
子の厚み（ｃｍ）及び材料の再生光波長における分子吸
光係数（ｌ／（ｍｏｌ・ｃｍ））で定義されるものであ
る。従って、逆フォトクロミック材料の濃度を変化させ
るか、あるいは光学素子の厚みを変化させることにより
調整することができる。

【００２３】まず、光学的濃度０．８の透過率変化素子
を用いて、レーザーパワーとスポット径の関係について
検討した。図１に示すような設置状態で、すなわち、対
物レンズ４の手前側に透過率変化素子３を設置し、半導
体レーザー１としては、波長６５０ｎｍの半導体レーザ
ーを用いた。また対物レンズ４としては、開口数（Ｎ
Ａ）が０．６であるものを用いた。これは、厚さ０．６
ｍｍの基板に対応した開口数のものである。半導体レー
ザー１から出射されるレーザー光のレーザーパワーを変
化させ、ディスク５上に集光されるスポット径を測定し
た。

【００２４】図４は、このようにして測定されたレーザ
ーパワーとスポット径の関係を示す図である。図４に示
されるように、レーザーパワーが１ｍＷのときには、ス
ポット径は従来の反射型ＣＤに使用されるスポット径で
ある１．６ミクロン程度であるが、パワーを上げていく
につれてスポット径が小さくなり、３ｍＷのレーザーパ
ワーになると、スポット径は高密度反射型ＣＤに使用さ
れるスポット径である０．８ミクロン程度になってい
る。従って、レーザーパワーを変化させることにより、
スポット径を制御できることがわかる。

【００２５】次に、図５に示すような構成の再生装置
で、透過率変化素子を用い、従来型ＣＤと高密度ＣＤを
再生した。図５を参照して、対物レンズ４と透過率変化
素子３の間にビームスプリッター６を設け、ディスク５
から反射してきた再生光を検出器７に送っている。検出
器７では再生信号を検出するとともに、フォーカスエラ
ー信号及びトラッキングエラー信号を検出している。半
導体レーザー１、コリメートレンズ２、透過率変化素子
３及び対物レンズ４は、図１を参照して説明した、上記
実施形態と同様のものを用いた。

【００２６】ディスク５としては、従来型ＣＤタイプの
ものとして、ポリカーボネート基板（厚み１．２ｍｍ）
を用い、最短ピット（３Ｔ信号）０．８ミクロン、トラ
ックピッチ１．６ミクロンのものを用いた。従って、従
来の反射型ＣＤは、再生光入射側の媒体表面から反射型
記録層面までの距離が１．２ｍｍである。また高密度Ｃ
Ｄタイプのものとしては、ポリカーボネート基板（厚み
０．６ｍｍ）、最短ピット（３Ｔ信号）０．４２ミクロ
ン、トラックピッチ０．８ミクロンのものを用いた。従
って、高密度反射型ＣＤは、再生光入射側の媒体表面か
ら反射型記録層面までの距離が０．６ｍｍである。フォ
ーカスサーボは、非点収差法、トラッキングサーボは差
動プッシュプル法を採用した。透過率変化素子３として
は、逆フォトクロミック材料の濃度を高くするか、ある
いは光学素子の厚みを厚くすることにより、光学的濃度
０．２〜２．０までに調整した種々のものを用いた。

【００２７】再生パワーを１ｍＷ及び３ｍＷとし、光学
的濃度を種々に変えた透過率変化素子を用いて、それぞ
れ上記の従来型ＣＤ及び高密度ＣＤのＥＦＭ信号を再生
した。再生パワー３ｍＷで高密度ＣＤの再生を行った場
合、透過率変化素子の光学的濃度に依存することなく、
全ての透過率変化素子において、良好な再生出力が得ら
れた。これに対し、再生パワー１ｍＷで従来型ＣＤを再
生したときには、再生信号の品質が透過率変化素子の光
学的濃度に依存した。

【００２８】図６は、２倍速再生時の３Ｔ信号のジッタ
値を示す図である。図６に示されるように、透過率変化
素子の光学的濃度が高くなるほど、ジッタ値が小さくな
ることがわかる。特に光学的濃度が０．８以上になる
と、ジッタ値は０．８ｎｓに近くなり、良好な再生信号
が得られることがわかる。

【００２９】図７は、本発明に従う光ピックアップ装置
の他の実施形態を示す模式図である。図７を参照して、
光源である半導体レーザー１１から出射された再生光
は、トラッキングサーボのためビームを３つに分割する
３分割用回折格子１２に送られる。３つに分割された再
生光はフォーカスサーボのため非点収差を与えるビーム
スプリッターとしてのホログラム１３に送られ、対物レ
ンズ１４を通してディスク１５上に集光される。ディス
ク１５から反射された再生光は再び対物レンズ１４を通
り、ホログラム１３により回折し、検出器１６に送られ
る。検出器１６は６分割の光検出器であり、この検出器
により再生信号が検出されるとともに、フォーカスサー
ボ制御信号及びトラッキングサーボ制御信号が検出され
る。

【００３０】本実施形態では、このような光ピックアッ
プ系において３分割用回折格子１２の光入射側に、本発
明の透過率変化素子１７が薄膜として形成されている。
従って、３分割用回折格子１２と一体化して透過率変化
素子１７が形成されている。

【００３１】本実施形態において、透過率変化素子をホ
ログラム１３または対物レンズ１４の表面上に一体化し
て形成してもよいが、ホログラム１３及び対物レンズ１
４においては、既に再生光が３つに分割された状態であ
るので、ビームが３分割されることにより透過率変化素
子の機能に悪影響を生じる場合には、図７に示す実施形
態のように３分割用回折格子１２の光入射側に設けるこ
とが好ましい。また当然のことながら、透過率変化素子
を独立の光学素子として形成し、半導体レーザー１１と
ディスク１５の間の往光路上の位置に設けてもよい。

【００３２】さらに、光源である半導体レーザー１１の
光出射部分に透過率変化素子を設けてもよい。図８は、
このように透過率変化素子をレーザーの光出射部分に設
けた半導体レーザー装置（光源装置）を示す断面図であ
る。図８を参照して、ステム２１の上には、ブロック２
２が設けられ、ブロック２２の上に、ヒートシンク２３
を介して半導体レーザー素子２４が取り付けられてい
る。これらの周りにはキャップ２６が設けられ、キャッ
プ２６に形成された窓部分には平板ガラス２７または回
折格子等が取り付けられている。ステム２１からは、リ
ード端子２５が延びている。

【００３３】本発明の透過率変化素子２８は、平板ガラ
ス２７の上に薄膜として形成されている。また平板ガラ
ス２７の下側に薄膜として形成してもよい。従って、半
導体レーザー素子２４から出射する光は透過率変化素子
２８を通り出射される。半導体レーザー素子２４から出
射される光は、上述のような光強度分布を有した状態で
出射されるので、レーザー光の光強度を制御することに
より、上述のように透過率変化素子２８の透過率の高い
領域を制御することができる。このように半導体レーザ
ーの光出射端面近傍に透過率変化素子を備える場合、レ
ーザー光の強度が強いので、半導体レーザーの出力特性
が比較的劣るものを使用しても十分な効果が容易に得ら
れる。

【００３４】図９は、本発明に従う光ピックアップ装置
のさらに他の実施形態を示す模式図である。本実施形態
では、光源１１からのレーザー光を３分割する３分割用
回折格子が反射型の３分割用回折格子として設けられて
いる。半導体レーザー１１から出射した光は、３分割用
回折格子１２により３分割した状態で反射され、ホログ
ラム１３及び対物レンズ１４を通り、ディスク１５上に
照射される。ディスク１５からの反射光は、ホログラム
１３により回折し、検出器１６に送られる。

【００３５】本実施形態では、反射型の３分割用回折格
子１２を用いており、このような３分割用回折格子１２
の凹凸面の上に、本発明の透過率変化素子を形成しても
よいが、その膜厚を均一にすることは一般に困難である
ので、図８に示すような光源の出射側の窓に透過率変化
素子を設けることが好ましい。またレーザー光を３分割
することによる悪影響がない場合には、ホログラム１
３、または対物レンズ１４に一体化して透過率変化素子
を設けてもよい。また独立の部品として透過率変化素子
を設けてもよい。

【００３６】上記実施形態では、逆フォトクロミック性
の光吸収体を用いた透過率変化素子を例にして説明した
が、本発明はこれに限定されるものではなく、可飽和吸
収性の光吸収体や、サーモクロミック性の光吸収体を用
いた透過率変化素子を用いることができる。

【００３７】また上述のように、透過率変化素子は、対
物レンズやコリメートレンズ、ビームスプリッター等の
光学素子と一体化して設けてもよく、また独立の光学素
子として設置してもよい。さらには、プラスチック製の
光学素子の場合には、光学素子自体に上記のような材料
を含ませ、光学素子自体に透過率変化素子の機能をもた
せることも可能である。特に、プラスチック製対物レン
ズ自体にこの機能を持たせてもよい。

【００３８】

【発明の効果】本発明に従えば、より簡単な構造で、基
板の異なる媒体間での再生互換性をとることができる。
従って、再生互換性を有する光ピックアップ装置を、低
いコストで、またより小型なものとして製造することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理を説明するための模式図。

【図２】再生光のビーム強度の違いによる透過率変化素
子の透過率状態を示す図。

【図３】再生光のビーム強度の違いによる透過率変化素
子の透過率の高い領域及び透過率の低い領域を示す平面
図。

【図４】本発明に従う実施形態におけるレーザーパワー
とスポット径の関係を示す図。

【図５】本発明に従う一実施形態の光ピックアップ装置
を示す構成図。

【図６】本発明に従う一実施形態における透過率変化素
子の光学的濃度と２倍速再生時の３Ｔ信号のジッタ値と
の関係を示す図。

【図７】本発明に従う他の実施形態の光ピックアップ装
置の構成を示す模式図。

【図８】本発明に従うさらに他の実施形態における透過
率変化素子を一体化したレーザー半導体素子を示す断面
図。

【図９】本発明に従うさらに他の実施形態の光ピックア
ップ装置の構成を示す模式図。

【符号の説明】

１…半導体レーザー ２…コリメートレンズ ３…透過率変化素子 ３ａ…透過率変化素子における透過率の高い領域 ３ｂ…透過率変化素子における透過率の低い領域 ４…対物レンズ ５…ディスク ６…ビームスプリッタ ７…検出器 １１…半導体レーザー １２…３分割用回折格子 １３…ホログラム １４…対物レンズ １５…ディスク １６…検知器 １７…透過率変化素子

フロントページの続き (72)発明者 入江 正浩 福岡県春日市春日公園１丁目29番地 (56)参考文献 特開 平５−128529（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−334680（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G11B 7/12 - 7/22

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 反射型光記録媒体に光源から出力された
   再生光を照射し、その反射光を検出して該媒体に記録さ
   れた情報を再生する光ピックアップ装置において、 前記光源と前記反射型光記録媒体の間の往光路中に、再
   生光の光強度または再生光による温度上昇の少なくとも
   一方に伴って透過率が増加する手段を備えた光ピックア
   ップ装置。
2. 【請求項２】 媒体に記録された情報を再生するための
   再生光を照射し、媒体からの情報信号を含んだ再生光を
   検出する光ピックアップ装置であって、 前記再生光を出射する光源と、 前記光源からの再生光のビームを前記媒体に集光するた
   めの手段と、 前記媒体からの情報信号を含んだ再生光を検出するため
   の手段と、 前記光源と前記媒体との間の前記再生光の往光路中に設
   けられ、光強度または温度上昇の少なくとも一方に応じ
   て上記再生光に対する透過率が増加する素子とを備える
   光ピックアップ装置。
3. 【請求項３】 透過率が増加する手段または素子が光源
   装置内に設けられたことを特徴とする請求項１または２
   に記載の光ピックアップ装置。
4. 【請求項４】 前記透過率が増加する素子が、逆フォト
   クロミック性の光吸収体を含む請求項１〜３のいずれか
   １項に記載の光ピックアップ装置。
5. 【請求項５】 前記透過率が増加する素子が、可飽和吸
   収性の光吸収体を含む請求項１〜３のいずれか１項に記
   載の光ピックアップ装置。
6. 【請求項６】 前記透過率が増加する素子が、光強度ま
   たは温度上昇の少なくとも一方に応じて非線形的に透過
   率が増加する素子である請求項１〜５のいずれか１項に
   記載の光ピックアップ装置。
7. 【請求項７】 前記透過率が増加する素子が、光学的濃
   度０．８以上となるように光吸収体を含む請求項１〜６
   のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置。
8. 【請求項８】 前記光源が、半導体レーザーである請求
   項１〜７のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置。