JP3857520B2 - 厚さの相異なるディスクの判別方法、フォーカス検出方法、再生方法、及び記録方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、厚さの異なるディスクを判別する方法、安定したフォーカスサーボ信号を得るフォーカス検出方法、及びそのディスクから情報を再生／記録する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ピックアップ装置は、映像や音響データなどの情報をディスクなどのような光記録媒体（ディスク）に記録及び再生する。ディスクは、基板に情報が記録された記録面が形成されている構造を有する。例えば、基板はプラスチック又はガラスから製作されうる。高密度のディスクから情報を読出すか書込むためには、光スポットの直径を非常に小さくする必要がある。このため、一般に対物レンズの開口数を大きくし、短波長の光源を用いる。しかしながら、短波長の光源を用いる場合、光軸に対するディスクの許容傾斜角は小さくなる。このように小さくなったディスクの許容傾斜角はディスクの厚さを縮小することにより増加させることができる。
【０００３】
ディスクの傾斜角をθとするとき、コマ収差係数Ｗ31の大きさは次の式から得られる。
【数１】
【０００４】
この式において、ｄはディスクの厚さ、ｎはディスクの屈折率を示す。この式から分かるように、コマ収差係数Ｗ31は開口数（ＮＡ）ＮＡの三乗に比例する。したがって、従来のＣＤ（コンパクトディスク）に要求される対物レンズの開口数が０．４５、ＤＶＤ（ディジタルビデオディスク）に要求される対物レンズの開口数が０．６であることを考慮するとき、ＤＶＤは与えられた傾斜角に対して同じ厚さを有するＣＤに比べて約２．３４倍のコマ収差係数を有する。したがって、ＤＶＤの最大許容傾斜角は従来のＣＤのものに比べて半分に減る。ＤＶＤの最大許容傾斜角をＣＤのものに適合させるためには、ＤＶＤの厚さｄを減少させる必要がある。
【０００５】
しかしながら、非正常的な厚さを有するディスクは正常的な厚さを有するディスクとの厚さの差に対応する量の球面収差の影響を受けるので、厚さが縮小しているＤＶＤのような高密度の短波長の光源を用いるディスクは、長波長の光源を用いる従来のＣＤ用のディスクドライブのような再生／記録装置には用いられない。球面収差が大幅に増えると、ディスクに形成されたスポットが情報の記録に必要な強度を有することができず、正確な情報の記録が行えない。かつ、情報の再生時には、信号対ノイズの比（Ｓ／Ｎ（signal/noise）比）が低すぎ、必要な情報を正確に得ることができない。
【０００６】
したがって、ＣＤとＤＶＤのように相異なる厚さを有するディスクが共に用いられる短波長の光ピックアップ装置、例えば６５０ｎｍの波長を有する光源を適用する光ピックアップ装置が必要である。
このため、短波長の光源を用い、一つの光ピックアップ装置で厚さの異なる２種のディスクに情報を記録又は再生可能にする装置に対する研究が行われている。例えば、特開平７−９８４３１号には、ホログラムレンズと屈折レンズとを適用するレンズ装置が提案している。
【０００７】
図１及び図２は、厚さの異なるディスク３ａ，３ｂに０次の回折光と１次の回折光の集束状態を示す。前記各図面において、相異なる厚さのディスク３ａ，３ｂの前方には、屈折型の対物レンズ２と、パターン１１のあるホログラムレンズ１が光経路に沿って備えられる。前記パターン１１はホログラムレンズ１を通過した光源（図示せず）からの光ビームを回折させて、１次の回折光４１と０次の光４０とに分離する。したがって、１次の回折光４１と０次の光４０は、対物レンズ２により相異なる強度で集束されることにより、厚いディスク３ｂと薄いディスク３ａに焦点を合わせる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようなレンズ装置においては、入射光がホログラムレンズ１により二つのビーム（０次の光と１次の光）に分けられるので、実際の再生光（反射され、部分的に２回も回折された１次の光）の利用効率は１５％程度で非常に低い。さらに、情報の再生時、０次又は１次の光のうち、いずれか一つにのみ情報が含まれるため、情報を含めていない光はノイズとして検出される可能性が高い。一方、前記ホログラムレンズの加工においては、微細なホログラムパターンの食刻過程に採用される高精度の工程が求められるため、高コストをもたらす。
【０００９】
図３は、米国特許公報第５，２８１，７９７号に開示されている従来の他の光ピックアップ装置の概略構造図である。この光ピックアップ装置は、短波長の光ディスクのみならず、同じ厚さを有する長波長の光ディスクの上にデータを記録し、それから情報を再生するように、開口径を変更しうる可変絞り１ａを備える。可変絞り１ａは、対物レンズ２とコリメーティングレンズ５との間に備えられる。前記可変絞り１ａは、光源９から出射されてビームスプリッター６を透過した光ビーム４の通過領域の面積、すなわち開口数を適宜に調節する。可変絞り１ａの開口径は使用されるディスクの厚さに応じて調節されるが、中心領域の光ビーム４ａは常に通過させ、周辺領域の光ビーム４ｂは選択的に通過又は遮断する。図３において、参照番号７は集束レンズ、８は光検出器である。
【００１０】
上述した構造の従来の光学装置において、機械的な可変絞りはその開口径の変化に応じて機械的な共振特性が変わるので、対物レンズを駆動するためのアクチュエータに装着しにくいという問題がある。このような問題を解決するため、液晶による絞りを用いることができる。しかしながら、これは、小型化が困難であり、耐熱性・耐久性が弱く、コストも高い。
【００１１】
他の研究方法がアメリカ特許第５，４９６，９９５号に開示されている。同号公報に開示されているように、位相板が対物レンズの光経路の上に置かれている。前記位相板は相異なる位相の第１，２光源を形成して、前記第１光源からの映像のメインローブの側面の振幅が重なりによる第２光源の映像のメインローブの振幅により相殺される。一実施例において、環状の不透明なリングが深さの異なる溝を分離させるが、前記溝は位相差を示す。この研究方法に関連する問題点は、溝の深さと光の振幅を注意深く調節しなければならないということである。例えば、位相の変化やローブの相殺が適宜に行われるべきである。
そのほか、各ディスクのための別途の対物レンズを備えてディスクに対して特定の対物レンズを用いるようにすることもできる。しかしながら、この場合には、レンズの交替に駆動装置が求められるので、構造が複雑になり、高コストをもたらす。
【００１２】
本発明の目的は、低コストであり、光の利用効率が高く、収差を減少させて安定したフォーカスサーボ信号を得る方法、厚さの異なるディスクを判別する方法、及び厚さの異なるディスクから情報を再生／記録する方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、本発明による厚さの相異なる二枚のディスクを判別する方法は、光経路の光を焦点帯に集束する対物レンズを備える段階と、前記光経路の中心を含む近軸領域と前記光経路の中心領域から放射状に外側に位置する遠軸領域との間にある、前記光経路に対して直交する方向に所定幅を有する前記中間領域の光が前記焦点帯に至ることを防ぐ段階と、前記光経路の近軸及び遠軸領域の光が前記焦点帯に至るようにする段階と、厚さの相異なる少なくとも二枚のディスクのうち、一つを前記焦点帯に置く段階と、前記近軸及び遠軸領域にある前記ディスクから反射された光を４分割型の光検出器を用いて電気信号に変換する段階と、対物レンズの軸の位置を制御するフォーカス電流を所定の回数ほど増加及び減少させ、前記４分割型の光検出器から和信号及びフォーカスエラー信号のうち、少なくともいずれか一つを得る段階と、前記和信号と前記フォーカスエラー信号のうち、少なくともいずれか一つを薄いディスクに相応する第１基準値と比べる段階と、前記和信号と前記フォーカスエラー信号のうち、少なくともいずれか一つが前記第１基準値より大きければ、薄いディスクと判断する段階と、前記和信号と前記フォーカスエラー信号のうち、少なくともいずれか一つが前記第１基準値より小さければ、前記第１基準値より小さい第２基準値と比べる段階と、前記和信号と前記フォーカスエラー信号のうち、いずれか一つが前記第２基準値より大きければ、厚いディスクと判断する段階とを含むことを特徴としている。
ここで、本発明による厚さの相異なる二枚のディスクを判別する方法は、前記和信号及びフォーカスエラー信号をそれぞれ前記第１，２基準値と同時に比べることを特徴としている。
本発明による厚さの相異なる二枚のディスクを判別する方法は、厚さの相異なる少なくとも二枚のディスクのうち、一つを置く段階は、ＤＶＤやＣＤを置くことを特徴としている。
また、本発明による厚さの相異なる少なくとも二枚のディスクでフォーカスを検出する方法は、光経路の光を焦点帯に集束する対物レンズを備える段階と、前記厚さの相異なる少なくとも二枚のディスクのうち、一つを前記焦点帯に置く段階と、前記光経路の中心を含む近軸領域と前記光経路の中間領域から放射状に外側に位置する遠軸領域との間にある、前記中間領域の光が前記焦点帯に至ることを防ぐ段階と、前記光経路の近軸及び遠軸領域の光が前記焦点帯に至るようにする段階と、前記近軸及び遠軸領域にある前記ディスクから反射された光を電気信号に変換する段階と、前記光が比較的薄いディスクから反射されるとき、近軸及び遠軸領域の両方に該当する電気信号をフォーカスの検出に用いる段階と、前記光が比較的厚いディスクから反射されるとき、近軸領域のみに該当する電気信号をフォーカスの検出に用いる段階と、前記用いられる電気信号によりフォーカスを検出する段階とを含むことを特徴としている。
ここで、本発明による厚さの相異なる少なくとも二枚のディスクでフォーカスを検出する方法は、前記光変換段階が、４分割型の光検出器で前記光を受光する段階とを備え、前記検出段階は非点収差のフォーカス検出段階を備えることを特徴としている。
本発明による厚さの相異なるディスクから情報を再生する方法は、光経路の光を焦点帯に集束する対物レンズを備える段階と、前記光経路の中心を含む近軸領域と前記光経路の中心領域から放射状に外側に位置する遠軸領域との間にある、前記光経路に対して直交する方向に所定幅を有する前記中間領域の光が前記焦点帯に至ることを防ぐ段階と、前記光経路の近軸及び遠軸領域の光が前記焦点帯に至るようにする段階と、前記厚さの相異なる少なくとも二枚のディスクのうち、一つを前記焦点帯に置く段階と、前記近軸及び遠軸領域にある前記ディスクから反射された光を内側の光検出器と内側の光検出器を取り囲む外側の光検出器で電気信号に変換する段階と、前記光が比較的薄いディスクから反射されるとき、前記内側及び外側の光検出器の両方で変換された、近軸及び遠軸領域の両方に該当する電気信号を用いる段階と、前記光が比較的厚いディスクから反射されるとき、前記内側の光検出器のみで変換された、近軸領域に該当する電気信号を用いる段階とを含むことを特徴としている。
本発明による厚さの相異なる少なくとも二枚のディスクに情報を記録する方法は、光経路の光を焦点帯に集束する対物レンズを備える段階と、前記厚さの相異なる少なくとも二枚のディスクのうち、一つを前記焦点帯に置く段階と、前記光経路の中心を含む近軸領域と前記光経路の中心領域から放射状に外側に位置する遠軸領域との間にある、前記光経路に対して直交する方向に所定幅を有する前記中間領域の光が前記焦点帯に至ることを防ぐ段階と、前記光経路の近軸及び遠軸領域の光が前記焦点帯に至るようにする段階とを含むことを特徴としている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
本発明においては、光経路の中心に位置する軸の周囲にある中間領域の光が遮断又は遮蔽される。中間領域は軸の付近にある領域（近軸領域）と軸から遠い領域（遠軸領域）との間にある。中間領域にある光を遮断すると、中間領域にある光の干渉を抑制してレンズの焦点帯に形成された光スポットの周囲のサイドローブを最小としながら、近軸及び遠軸領域からの光が小さい光スポットを形成する。
【００１５】
ここで、近軸領域とは、実用上無視可能な程度の収差を有しており、近軸焦点に隣接するレンズの中心軸（光学上の軸）の周囲領域であり、遠軸領域とは、近軸領域より光軸から相対的に遠い部分の領域であり、縁部のフォーカスに隣接する焦点領域を形成する。中間領域は近軸領域と遠軸領域との間の領域である。
【００１６】
さらに、近軸領域と遠軸領域は厚いディスクの光学的な収差の量により定義されることもある。対物レンズは光学的な収差（例えば、球面収差、歪曲など）は非常に小さくなるべきである。一般に対物レンズを光ピックアップ装置に用いるためには、対物レンズは約０．０４λ（λはレンズに透過された光の波長）以下の平均収差を有しなければならない。０．０７λ以上の光学的な収差を有する対物レンズは光ピックアップ装置に用いられないと見なしている。ディスクの厚さが大きくなるほど、光学的な収差は増大する。したがって、０．０４λ以下の光学的な収差を有する対物レンズが予め定義されるか、あるいは、薄いディスク（例えば、ＤＶＤ）に用いられる場合、厚いディスク（例えば、ＣＤ）に対しては大きい光学的な収差（主として球面収差）を示す。
【００１７】
その上、光学的な収差が０．０４λと０．０７λとの間に、図５に示した望ましくない周辺光（Ｂ）が生ずる。厚いディスクにおける大きい光学的な収差を補償するため、近軸領域は０．０４λ以下の光学的な収差を有すると定義し、かつ、遠軸領域は０．０７λ以上の光学的な収差を有すると定義する。したがって、中間領域は球面収差により発生する干渉を抑制するため、０．０４λと０．０７λとの間と定義される。以下、図５をより詳しく説明する。
【００１８】
このため、入射光の経路に沿って近軸領域と遠軸領域との間の中間領域に光を遮断又は散乱させるドーナツ形状又は四角形などのような多角形状の光制御手段を備える。これは、遠軸領域の光は中心光にはほぼ影響を及ぼさず、近軸と遠軸との間の光は中心光に影響を及ぼすということに基づく。
図４は、０．６ｍｍ±１ｍｍの厚さと１．５の屈折率を有するディスクに、１．５０５の屈折率を有する対物レンズで６５０nmの波長を有する光を集束させた状態を示す。示したように、光スポットは中心光の強度の１／ｅ2（光の強度：１３％）となる位置で０．８５μｍの直径を有する。
【００１９】
図５は、上述した条件のもとで、１．２ｍｍ±１ｍｍの厚さを有するディスクに光を集束させた状態を示す。図５を参照すれば、２μｍの直径を有する光スポットは比較的中心部（Ａ）に集束されるが、その他の部分（Ｂ）にも集束される。この際、周辺の集束部分（Ｂ）の光強度は中心部の光強度の５〜１０％である。これは、光軸から遠い領域に入射する光が、ディスクの厚さの変化により球面収差の影響を受けるからである。
【００２０】
上述したように、厚いディスクに形成された光スポットは薄いディスクのものに比べて大きくなるが、これは球面収差のためである。そして、遠軸領域、すなわち、光軸から比較的遠い領域に入射する光は、光軸とは異なる領域に集束されて散乱されるので、遠軸領域の光はスポットの中心部（Ａ）の光スポットの集束に殆ど影響を及ぼさない。しかしながら、上述したように、近軸領域と遠軸領域との間に存する光は近軸領域の光集束に干渉するので、集束された光の周辺光（Ｂ）の量が多くなる。すなわち、近軸領域と遠軸領域との中間領域の光は、図５に示したように、本発明を適用しないとき、中心光（Ａ）の周辺に周辺光（Ｂ）が発生するように干渉を起こす。かかる周辺光は通常に中心光の強度の約６〜７％の強度を有する。これにより、光検出時は、ジッタが発生する。このようなジッタは中心光により検出された信号の振れ現象を発生させてデータの正確な記録及び再生を困難にする。
【００２１】
図６は、本発明による前記光制御手段を適用する場合と適用しない場合とにおいて、ディスクに形成される光スポットの大きさ変化を示す線図（ａ〜ｄ）である。図６において、（ｂ）及び（ｃ）は光制御手段を用いる場合の変化曲線であり、（ａ）及び（ｄ）は用いない場合の変化曲線である。この際、０．６の開口数（ＮＡ）及び２ｍｍの有効半径を有する対物レンズを用いる。光の遮断又は散乱のための光制御手段の一例としては、中央部の高さが光軸から１．４ｍｍ、幅が０．２５ｍｍのドーナツ形状の光制御膜を適用する。
【００２２】
このような条件において、（ｃ）及び（ｄ）は０．６ｍｍのディスクを適用する場合の変化曲線であり、（ａ）及び（ｂ）は１．２ｍｍのディスクを適用する場合の変化曲線である。ここで、（ｂ）及び（ｃ）は本発明を適用する場合のスポットの状態を示す。
【００２３】
図５の０．６ｍｍのディスクを適用するとき、光制御膜を用いる場合と用いない場合、中心部“Ａ”におけるスポット大きさの差は３％以内であることがわかる。しかしながら、１．２ｍｍのディスクを適用するとき、光制御部材を用いる場合は、図５の“Ｂ”部分の大きさが著しく減少する。
したがって、上述したように本発明によれば、中心光の集束に影響を及ぼすことにより、光スポットの周辺光の大きさを大きくする近軸領域と遠軸領域との間の領域を通過する光を制御する。このため、中間領域の光を制御（遮断、散乱、回折、吸収、屈折など）するための光制御手段が光経路の上に備えられる。これにより、光スポットの周辺光の増加を抑制させ、球面収差を取り除くことができる。
【００２４】
図８は本発明の第１実施例による対物レンズを採用する光ピックアップ装置の概略図であって、薄いディスクと厚いディスクに対する光の集束状態を比較する。図９（ａ）及び図９（ｂ）は、図８に示した薄いディスクと厚いディスクの焦点をそれぞれ拡大する図面である。図９（ａ）及び図９（ｂ）に示したように、対物レンズ２００を移動させて光を薄いディスクや厚いディスクに集束させる。図１０は対物レンズ２００と光制御手段としての光制御部材１００を示す斜視図である。
【００２５】
図１１において、図面番号３００ａは比較的薄い情報の記録及び再生媒体、例えば０．６ｍｍのディスク、３００ｂは比較的厚い、例えば１．２ｍｍのディスクであり、薄いディスクと厚いディスクの直径は同じであるという点に注意すべきである。かつ、ディスクの底面は、動作時にディスク３００ａ，３００ｂを支持・回転させるディスクホルダメカニズム（図示せず）に応じて他の平面や同じ平面の上にあることもある。図面は厚さの差を示すために変形している。レーザ光は従来のようにディスクホルダのアパーチャを通過する。
【００２６】
前記ディスク３００ａ又は３００ｂの正面には一般の対物レンズ２００が位置する。この対物レンズ２００は所定の有効直径を有するが、前記光源９００からの入射光４００をディスク３００ａ，３００ｂに集束、あるいは、ディスク３００ａ，３００ｂからの反射光を受け入れる。前記対物レンズの後方には、図１１に示したように、本発明を特徴づける光制御部材１００が備えられている。前記光制御部材１００は透明であり、その表面には入射光を遮断又は拡散させるドーナツ形状の光制御膜１０１が形成されている。前記光制御膜１０１の外径は前記対物レンズ２００の有効直径に比べて小さい。光制御部材はガラスやプラスチックからなっている。例えば、クロム（Ｃｒ）、酸化クロム（ＣｒＯ2）又はニッケル（Ｎｉ）などが光制御膜１０１として用いられる。または、図１４〜図２０に基づいて下記で説明される凹凸面のうち、どの形態も前記光制御部材として用いられる。
【００２７】
前記光制御部材１００と光源９００との間には、図８に示したように、コリメーティングレンズ５００とビームスプリッター６００が備えられる。ビームスプリッター６００からの反射光の進行経路の上には集束レンズ７００と光検出器８００が備えられる。前記光検出器８００は基本的に４分割型である。
かかる構造を有する本発明の光ピックアップ装置では、光制御膜１０１が入射光４００のうち、近軸領域と遠軸領域との間の領域を通過する中間領域の光４０２を抑制させて、図１１に示したように、近軸領域と遠軸領域を通過する光４０１，４０３のみを通過させる。例えば、クロム（Ｃｒ）からなる光制御膜１０１は光制御部材１００を通過する光ビーム４０２を遮断することがある。かつ、光ビーム４０２は、光制御膜１０１の表面粗度に応じて散乱、反射、回折、屈折されることもある。
【００２８】
このような機能の光制御膜１０１は、図１２（ａ）に示したように、対物レンズ２００の一側の表面に直接塗布される。図１３に示したように、光制御膜１０１′は円形でない、図１９に示した四角形又は五角形などの多角形状に変化されることがある。かつ、ディスクの厚さに応じて遠軸領域を限定するため、追加に光制御膜１０１又は１０１′が備えられることもある。例えば、前記対物レンズを薄いディスクに合わせて最適化して該当する遠軸領域を限定しなければならない。したがって、光制御膜や溝を厚さに応じて薄いディスクに好適な中間領域を限定するため、追加に備えることができる。図１２（ｂ）において、０．９ｍｍの厚さを有するディスクを最適化するため、ドーナツ形状の光制御溝１０２′が追加して備えられる。したがって、前記対物レンズ２００は、例えば０．６ｍｍ、０．９ｍｍ及び１．２ｍｍの厚さを有するディスクに用いられる。
【００２９】
図１４（ａ）及び図１４（ｂ）は本発明の他の実施例による対物レンズを示す。図１５及び図１６（ａ）は、図１４（ａ）に示した対物レンズの斜視図及び正面図である。この実施例においては、光偏向手段１０２が対物レンズ２００′に備えられている。すなわち、対物レンズ２００′の初期の光入射側面（図１４（ａ））と出射側面（１４（ｂ））にそれぞれ構造的なパターン、例えば入射光を部分的に遮断又は散乱させるための前記ドーナツ形状の光制御溝１０２が備えられる。かつ、溝１０２は前記対物レンズ２００′の両側面に備えられることもできる。一方、前記光偏向手段１０２は、例えば図１８（ｇ）に示したように、突出又はＶ字形のリブ１０２の形態を取ることができる。Ｖ字形のリブ１０２は前記対物レンズ２００′の一側面や両側面に置かれることもある。光制御溝又は光制御用のＶ字形のリブ１０２の外径は前記対物レンズ２００′の有効直径に比べて小さい。
【００３０】
前記光制御溝又は光制御用のＶ字形のリブ１０２は、上述した光制御膜のように光の近軸領域と遠軸領域との間の領域に備えられるが、ここに入射する光の集束又は抑制（遮断）と無関係の方向に再び向ける（反射、屈折又は散乱）機能を有する。
前記対物レンズ２００′は、前記Ｖ字形のリブ１０２に対応するパターンを有する金型を用いて一般の高圧射出成形法（図示せず）又は図１７（ａ）〜図１８（ｇ）に示した圧縮成形法などにより製造されることができる。
【００３１】
下部の金型１００２ａは、図１７（ａ）及び図１７（ｂ）に示したように、中間領域の光を散乱させるための光制御リブ１０２に対応する加工済みの一つ又は多数の溝を有するパターンを有することにより、製作されたレンズの表面に突き出る階段状又はＶ字形の光制御手段を備えるが、前記図１４（ａ）においては、溝や回折格子を有する光制御手段として引き込められると説明する。そして、光制御手段１０２は、レンズの表面に彫り、腐食又はスクラッチングされる方法により備えられる。かつ、図１７（ｃ）及び図１７（ｄ）に示したように、本発明の他の実施例によるレンズの光制御手段１０２は、Ｋ部分に腐食又はエッチング処理による凹凸面を有する。
【００３２】
図１８（ａ）及び図１８（ｃ）は、前記光制御手段１０２を形成するための凹凸面の様々な例（凹凸面、鋸の歯状の面、出入りが激しい面）を示すが、これらは一つ又は複合の形態から構成されることができる。
図１８（ｂ）においては、光制御手段１０２が平坦な階段状の格子パターンを有することにより、中間領域の入射光を回折させうる。格子パターンは６５０ｎｍのレーザ波長に対して約２００μｍ以下のピッチ（Ｓ）を有する。
【００３３】
図１８（ｄ）は、ガラスやプラスチックなどのレンズ材料２００ｍが上部の金型１００１と下部の金型１００２ａとの間に介することを示す。図１８（ｅ）に示したように、上部の金型１００１と下部の金型１００２ａは近接してレンズ材料２００ｍを圧縮成形する。すると、図１８（ｆ）に示したように、上部の金型１００１と下部の金型１００２ａは分離して対物レンズ２００ｍが得られる。
一方、光制御溝１０２′は、図１６（ｂ）に示したように、その底面を光軸の垂直線に対して所定の角度（θ）ほど斜めにすることが望ましい。光制御溝１０２から反射された中間領域の光を光軸に平行でない方向に散乱又は反射させることが望ましい。
【００３４】
図１９は光制御手段として光制御溝を有する対物レンズの正面図であり、四角形の光制御溝１０２′が本発明の他の実施例により対物レンズ２００′に形成された状態を示す。
前記光制御溝１０２′は四角形などの多角形に形成されうる。かつ、前記対物レンズは一つ以上の光制御溝で入射光を制御するように変形されることができる。前記光制御部材１００のような別途の透明部材の上にこのような凹凸面（例えば、溝、リブ、鋸の歯状の面及び出入りの激しい面）のうち、いずれか一つを用いることができる。
【００３５】
一方、前記実施例においては、凸面レンズを対物レンズとして用いるが、この対物レンズはホログラムレンズとフレネルレンズなどの回折理論を適用する平板レンズに取り替えられる。特に、レンズに光制御手段が備えられる場合、図２０に示したように、平坦レンズにドーナツ形状又は四角形などの光制御溝１０２″を形成するか、図２１に示したように、ドーナツ形状又は四角形などの光制御膜１０１を別途に製作して取り付けるか、塗布することができる。前記光制御溝１０２″の場合、中間領域の光４０２を回折させず、そのまま通過させるか、あるいは、光集束と無関係の方向に反射させるようにすることにより、ディスクの光スポットに中間領域の光４０２が至ることを防ぐ。
【００３６】
図２１に示した前記光制御膜１０１は、対物レンズ２００″に入射する中間領域の光４０２を吸収、散乱又は反射させ、中間領域の光４０２がディスクの光スポットに至ることを防ぐ。例えば、光制御膜に暗い色を用いると、その膜は光を吸収する。かつ、図２０及び図２１に示したように、光制御溝や光制御膜はディスクの厚さに応じて一つ以上のドーナツ形状の溝や膜を有するように変形されることもある。上述したレンズ装置の構造は光ピックアップ装置に用いられる対物レンズに限るものでないという点に注意すべきである。
【００３７】
図２２は上述した実施例により得られるものであり、１．２ｍｍの厚さを有するディスク上の光スポットの大きさを示す。ここで、適用された対物レンズは４ｍｍの有効直径を有し、近軸領域の直径は２ｍｍ、遠軸領域の直径は２．４ｍｍ〜４ｍｍとする。したがって、光制御手段は２ｍｍ〜２．４ｍｍの範囲の光を遮断する。このような条件により形成された光スポットにおいて、測定の結果、中心光の強度の１／ｅ2（約１３％）となる位置の光スポットの直径は１．３μｍであった。図５に示したように、光遮蔽膜を用いない場合に比べて、光遮蔽膜を用いる本発明の装置の場合は、図５のＢ部分の光量が７０％以上も減少した。
図２３は、上述した条件のもとで、０．６ｍｍの比較的薄いディスクに形成された光スポットの状態を示す。測定によれば、中心光の強度の１／ｅ2（約１３％）となる位置の直径は０．８３μｍであった。
【００３８】
上述したように、本発明によれば、最適の状態でディスクに光スポットを形成できる。図７に示したように、ディスクから反射された光は、再び対物レンズ２００、光制御部材１００及びコリメーティングレンズ５００を透過した後、ビームスプリッター６００から反射されて集束レンズ７００を通過して光検出器８００は非点収差法によりフォーカスエラー信号を得るためのものであり、一般に４分割型である。
【００３９】
以下、本発明による光ピックアップ装置において、光検出器８００の特徴について具体的に説明する。
光検出器８００の中央に形成されたスポットは、図２４及び図２５に示したように、近軸領域の光に対応する中心部分９０１ａ，９０１ｂと遠軸領域の光に対応する周辺部分９０２ａ，９０２ｂを有する。“ａ”，“ｂ”はそれぞれ厚いディスク及び薄いディスクの光スポットを示す。特に、図２４は比較的厚いディスク、例えば１．２ｍｍのディスクを適用する場合、図２５は比較的薄いディスク、例えば０．６ｍｍのディスクを適用する場合をそれぞれ示す。近軸領域の光による中心部分９０１ａはディスクの厚さを問わず、直径の変化が少なく、光制御部材により遮断された中間部分９０３ａと周辺部分９０２ａ，９０２ｂの直径は大幅に変化する。
【００４０】
先ず、図２４を参照すれば、近軸領域に対応する中心部分９０１ａは光検出器８００の中央に至り、周辺部分９０２ａは光検出器８００の周辺を取り囲む。そして、中心部分９０１ａと周辺領域９０２ａとの間の中間部分９０３ａは光制御部材により光が取り除かれた部分である。１．２ｍｍの厚さを有するディスクから情報を再生するときは、中間領域９０３ａと周辺部分９０２ａはディスクの反射面が近軸焦点の近くにある本実施例では球面収差により大幅に拡張されることにより、近軸領域の光のみが用いられる。
【００４１】
図２５を参照すれば、本実施例では、薄いディスクの反射面がビームの焦点の最小限の円に近くにあるので、中心（近軸）部分９０１ｂと周辺（遠軸）部分９０２ｂのいずれも光検出器８００の検出面に形成されている。すなわち、薄いディスク（０．６ｍｍ）から情報を再生するときは、光制御部材により取り除かれた中間領域の光を除く近軸領域の光と遠軸領域の光が用いられる。ここで、前記近軸領域９０１ｂの直径はディスクの種類に問わず、比較的一定値を保持する。
【００４２】
上述したように、本発明による光ピックアップ装置は、厚さの異なるディスクから情報を読出すため、厚いディスクから情報を読出すときは、光検出器に近軸領域の光のみが至り、薄いディスクから情報を読出すときは、近軸領域と遠軸領域の光が至るように設計している光検出器８００を適用する。したがって、光検出器８００により厚いディスクを用いるときは、近軸領域の光に対応する信号を得るが、薄いディスクを用いるときは、全ての領域、すなわち近軸領域と遠軸領域の光に対応する相対的に高い信号を得る。
【００４３】
図２６は光検出器８１０の他の形態を示すものであり、これは、第２検出領域８１２が、中心に位置し、図２４に示した４分割型の光検出器８００に相応する第１検出領域８１１の周囲に備えられている８分割型の構造を有する。ここで、前記第１検出領域８１１は、四つの四角形の第１受光要素Ａ１，Ｂ１，Ｃ１，Ｄ１を備え、第２検出領域８１２は四つのＬ型の第２受光要素Ａ２，Ｂ２，Ｃ２，Ｄ２を備える。
【００４４】
厚いディスクから情報を読出すとき、８分割型の光検出器８１０を用いて得られたフォーカスエラー信号を図３３に示している。ここで、第１受光領域８１１からの信号は実線Ａ、第１及び第２受光領域８１１，８１２からの信号は点線Ｂで示す。
【００４５】
図２７〜図２９は、薄いディスク（ディジタルビデオディスク）を用いる場合の光検出器の受光状態を示す。図３０〜図３２は、厚いディスクを用いる場合の光検出器の受光状態を示す。
前記第１検出領域８１１は厚いディスクから情報を読出すとき、近軸領域の光を損失することなく受光することができると共に、遠軸領域の光は受光しない程度の厚さを有するように設計される。かつ、第１、第２検出領域８１１，８１２は薄いディスクから情報を読出すときは、図２７に示したように、近軸と遠軸領域の光ビームをいずれも受光するように設計される。厚いディスクから情報を読出すときは、図３０に示したように、遠軸領域の光が第２受光領域８１２に至るようにする。
【００４６】
図２７、図２８、及び図２９は、薄いディスクに対して対物レンズがフォーカスの位置にあるとき、対物レンズが薄いディスクから遠くにあるとき、対物レンズがディスクから近くにあるときの受光状態をそれぞれ示す。ディスクに対して対物レンズがフォーカスの位置にあるとき、対物レンズがディスクから遠くにあるとき、対物レンズがディスクから近くにあるときの受光状態を示す。同様に、図３０〜図３２は、厚いディスクに対して対物レンズがフォーカスの位置にあるとき、対物レンズがディスクから遠くにあるとき、対物レンズがディスクから近くにあるときの受光状態を示す。
【００４７】
上述したような構造の光検出器８１０において、薄いディスクから情報を読出すときは、前記第１，第２受光領域８１１，８１２の両方からの全ての信号を用い、厚いディスクから情報を読出すときは、第１受光領域８１１からの信号のみを用いる。
【００４８】
図３３は厚いディスクから情報を読出すとき、第１受光領域（実線Ａ）からの信号によるフォーカスエラー信号と、第１受光領域と第２受光領域（点線Ｂ）の全ての信号によるフォーカスエラー信号の変化を示す。実線Ａと点線Ｂとの差は、厚いディスクに散乱された光の光量に起因する。８分割型の光検出器８１０において、球面収差の大きい厚いディスクからの散乱光は主として外側の光検出器８１２により検出される。前記外側の光検出器８１２により検出された散乱光はフォーカスエラー信号の大きさを増加して点線Ｂで示したようにフォーカスエラー信号を不安定にする。次に、内側の光検出器８１１の上にぶつかる検出光のみを用いる場合は、実線Ａで示したように、曲線Ｓの上で散乱光の効果を低減することができる。実際は、フォーカスエラー信号に対して単一のゼロクロス点を有するため、Ａで示したフォーカスエラー信号がＢより低く、ゼロクロス点における信号の対称性は対物レンズの焦点位置の識別において重要な特徴である。
【００４９】
上述したように、厚いディスクから情報を読出すときは、近軸領域の光のみを用いてフォーカスエラー信号の成分を得ることにより、図３３に示したように、安定したフォーカスエラー信号が得られる。
上述したように、中心領域の周囲の光スポット、図５の“Ｂ”部分の光量の減少効果とフォーカス信号の安定化効果を有する本発明の対物レンズ装置およびそれを適用する光ピックアップ装置は、その焦点制御方式において、ディスクの厚さに問わず、一つのフォーカスエラー信号のみが発生するので、他の厚さのディスクを用いるための追加的なフォーカス制御手段が必要でない。
【００５０】
かつ、ディスクの厚さに応じて検出されたフォーカスエラー信号の大きさが異なる。すなわち、図３４に示したように、薄いディスクの場合は、近軸及び遠軸領域の光がいずれも光検出器に至り、厚いディスクの場合は、近軸領域の光のみが光検出器に至るので、容易にディスクの種類を識別することができる。
【００５１】
このようなディスクの種類及び判別動作を図３５を参照して具体的に説明すると、次のとおりである。
薄いディスク又は厚いディスクが挿入されると（ステップ１００）、先ず対物レンズの範囲、すなわちディスクの判読のために、図３６に示したように、フォーカス電流（ディスクに対する対物レンズの位置を制御する）を増加及び減少させる。対物レンズをフォーカスの調節範囲内で上下にｍ回も移動させて光検出器からの和信号（８つの４分割部分からの全ての信号の和）とフォーカスエラー信号Ｓfを得る（ステップ１０１）。４分割の光検出器を用いるので、フォーカスエラー信号は、例えば米国特許第４，６９５，１５８で Kotaka 特許に至る通常の非点収差方式により得られる。したがって、詳しい説明は省略する。実験的に薄いディスクの再生時、フォーカスエラー信号の振幅は厚いディスクの再生時のフォーカスエラー信号の４倍であり、二枚のディスクの互換に十分な光量の確保が可能であり、フォーカスエラー信号の安定化も達成するということがわかる。
【００５２】
上述した方法により球面収差の量を低減してディスクに記録された信号を再生することができる。しかしながら、その球面収差は従来のコンパクトディスクプレーヤの光ピックアップ装置が有する球面収差よりは大きくなり、再生信号に劣化をもたらす。したがって、図３９に示したように、ディジタル波形等化器を用いることが望ましいが、これは、図３５に示したように、入力信号をｆｉ（ｔ）とするとき、出力信号ｆｏ（ｔ）を次の式により出力する（ステップ１０６，１０７）。
【００５３】
ｆｏ（ｔ）＝ｆｉ（ｔ＋τ）−Ｋ〔ｆｉ（ｔ）＋ｆｉ（ｔ＋２τ）〕
（τは所定の遅延時間であり、Ｋは所定の振幅分割子である）
フォーカスエラー信号Ｓfと和信号が得られると（ステップ１０１）、フォーカスエラー信号Ｓfが薄いディスクに対する第１基準値より大きいか否かを判断する（ステップ１０２）。この際、設計条件に応じて前記和信号を第１基準値と比べることができる。
【００５４】
図３７に示したように、第１基準値がフォーカス信号Ｓf又は和信号より小さければ、薄いディスクと判断する（ステップ１０３）。この判断によりフォーカシングとトラッキングを引き続き行うことにより再生信号を得る（ステップ１０５）。この再生信号が薄いディスクに対する波形等化器を経て（ステップ１０６）、波形等化信号を得る（ステップ１０７）。しかしながら、第１基準値がフォーカスエラー信号Ｓf又は和信号より大きければ、そのフォーカスエラー信号が厚いディスクに対応する第２基準値より大きいか否かを判断する（ステップ１１３）。
【００５５】
図３８に示したように、第１基準値がフォーカスエラー信号Ｓf、和信号エラー信号Ｓf又は和信号より大きく、フォーカスエラー信号Ｓf又は和信号が第２基準値より大きければ、厚いディスクと判断して（ステップ１１４）、フォーカシングとトラッキングを引き続き行うことにより（ステップ１１５）、再生信号を得る（ステップ１１６）。この再生信号を薄いディスクに対する波形等化器を経て（ステップ１１７）、波形等化信号を得る（ステップ１１８）。
前記フォーカスエラー信号Ｓf又は和信号が第２基準値より小さければ、エラー信号を発生する（ステップ１２３）。前記フォーカスエラー信号と和信号をディスクの種類識別に用いることができ、この二つの信号を用いる方法により識別のエラーを低減する。
【００５６】
以上、本発明によるレンズ装置は次のような利点を有する。
本発明によるレンズ装置は、複雑で高コストのホログラムレンズの代わりに、製作が容易な光の遮断又は散乱手段を適用する。かつ、光をホログラムレンズで分離せず用いることができるので、本発明のレンズ装置は従来の装置より光の利用効率が高い。その上、非常に小さいビームスポットが形成されるので、従来の記録再生性能を高めることができる。かつ、光の遮断、屈折、回折又は散乱手段を備えるレンズ装置は一つの対物レンズを備えるので、このレンズ装置を適用する光ピックアップ装置の組立及び調整が非常に簡便になる。かつ、ディスクの厚さを問わず、ディスクの種類を区分できる信号が得られるので、ディスクの種類識別に別途の手段が不要である。他方、ホログラムレンズを用いる従来の装置は、多数の信号を発生するので、多数の信号を識別するためには追加的な手段を採用しなければならない。多数の信号のうち、一つの信号は薄いディスクに用いられるが、他の信号は厚いディスクに用いられる。
【００５７】
本発明の望ましい実施例を上述したが、多くの変形が本発明の技術的な思想内で当業者により可能なのは理解すべきである。例えば、ディスクの相対的な位置を変化させることによりスポットのパターンを変化させ、これにより電気的に変換されたスポットのパターンを用いる多数の方法が可能である。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、光をホログラムレンズで分離せず用いることができるので従来の装置より光の利用効率が高いという効果が得られる。また、非常に小さいビームスポットが形成されるので、従来の記録再生性能を高めることができる。また、ディスクの厚さを問わず、ディスクの種類を区分できる信号が得られるので、ディスクの種類識別に別途の手段が不要である。
他方、ホログラムレンズを用いる従来の装置は、多数の信号を発生するので、多数の信号を識別するためには追加的な手段を採用しなければならない。また、従来は、多数の信号のうち、一つの信号は薄いディスクに用いられるが、他の信号は厚いディスクに用いられているため光の利用効率が悪い。
【図面の簡単な説明】
【図１】 薄いディスクと厚いディスクに光が集束される状態を示すホログラムレンズを有する従来の光ピックアップ装置の概略図である。
【図２】 薄いディスクと厚いディスクに光が集束される状態を示すホログラムレンズを有する従来の光ピックアップ装置の概略図である。
【図３】 従来の他の光ピックアップ装置の概略図である。
【図４】 薄いディスクと厚いディスクにホログラムレンズを用いず、一般の対物レンズにより光を集束させたときの光の集束状態を示す。
【図５】 薄いディスクと厚いディスクにホログラムレンズを用いず、一般の対物レンズにより光を集束させたときの光の集束状態を示す。
【図６】 本発明による対物レンズ装置を適用する場合と適用しない場合の光スポットの大きさの変化を示すグラフである。
【図７】 図６の“Ａ”部分の拡大図である。
【図８】 本発明による光ピックアップ装置の概略構成図であり、厚さの異なる二枚のディスクの上に光ビームが集束された状態を示す図である。
【図９】 図８に示した焦点をそれぞれ薄いディスクと厚いディスクに示した拡大図である。
【図１０】 図８に示した本発明による光ピックアップ装置の対物レンズの斜視図である。
【図１１】 図８に示した光ピックアップ装置に適用される本発明の一実施例による対物レンズの概略図であり、ディスクに光ビームが集束される状態を示す。
【図１２】 （ａ）は本発明の他の実施例により表面に光制御膜を有する対物レンズの断面図であり、（ｂ）は本発明の他の実施例による対物レンズの断面図である。
【図１３】 本発明の他の実施例により四角形の光制御溝が備えられた対物レンズの正面図である。
【図１４】 （ａ）は、本発明の他の実施例による対物レンズ装置の概略図であり、ディスクに光が集束される状態を示し、（ｂ）は本発明のさらに他の実施例による対物レンズの断面図である。
【図１５】 図１４（ａ）に示した対物レンズの斜視図である。
【図１６】 図１４（ａ）に示した対物レンズの平面図及び部分拡大図である。
【図１７】 （ａ）は本発明の一実施例による対物レンズを製作するための金型の側面図であり、（ｂ）は（ａ）に示した金型の下型の内部を示す平面図であり、（ｃ）は本発明の他の実施例による対物レンズを製作するための金型の側面図であり、（ｄ）は（ｃ）に示した金型の下型の内部を示す平面図である。
【図１８】 （ａ）〜（ｃ）は図１７（ｃ）中の“Ｋ”部分を拡大した様々な実施例を示し、（ｄ）〜（ｅ）は本発明による対物レンズを製作する工程を示し、（ｆ）、（ｇ）は（ｄ）と（ｅ）の工程から得られた対物レンズの側面図である。
【図１９】 本発明のさらに他の実施例による対物レンズの平面図である。
【図２０】 本発明の他の実施例による対物レンズの概略図であり、平板レンズにより相異なる厚さを有する二枚のディスクに光が集束される状態を示す。
【図２１】 本発明の他の実施例による対物レンズの概略図であり、平板レンズにより相異なる厚さを有する二枚のディスクに光が集束される状態を示す。
【図２２】 厚いディスク及び薄いディスクに本発明のレンズ装置により光を集束した状態を示す三次元図である。
【図２３】 厚いディスク及び薄いディスクに本発明のレンズ装置により光を集束した状態を示す三次元図である。
【図２４】 本発明による光ピックアップ装置で厚いディスクと薄いディスクを用いる場合、１．２ｍｍのディスクと０．６ｍｍのディスクから各々の光検出器に入射される光の入射状態を示す平面図である。
【図２５】 本発明による光ピックアップ装置で厚いディスクと薄いディスクを用いる場合、１．２ｍｍのディスクと０．６ｍｍのディスクから各々の光検出器に入射される光の入射状態を示す平面図である。
【図２６】 本発明による光ピックアップ装置に適用される８分割光検出器の平面図である。
【図２７】 薄いディスク及び厚いディスクに対する対物レンズの位置に応じて形成される８分割光検出器の光到達領域を示す平面図である。
【図２８】 薄いディスク及び厚いディスクに対する対物レンズの位置に応じて形成される８分割光検出器の光到達領域を示す平面図である。
【図２９】 薄いディスク及び厚いディスクに対する対物レンズの位置に応じて形成される８分割光検出器の光到達領域を示す平面図である。
【図３０】 薄いディスク及び厚いディスクに対する対物レンズの位置に応じて形成される８分割光検出器の光到達領域を示す平面図である。
【図３１】 薄いディスク及び厚いディスクに対する対物レンズの位置に応じて形成される８分割光検出器の光到達領域を示す平面図である。
【図３２】 薄いディスク及び厚いディスクに対する対物レンズの位置に応じて形成される８分割光検出器の光到達領域を示す平面図である。
【図３３】 図２６に示した８分割光検出器から得られるフォーカス信号を示す。
【図３４】 二枚の異なる厚さを有するディスクを適用する本発明による光ピックアップ装置において、光検出器により検出されるフォーカス信号の変化を比べる線図である。
【図３５】 本発明による光ピックアップ装置の駆動流れ図である。
【図３６】 図３５に示した流れ図において、フォーカス電流の変化による電流−時間の変化線図におけるフォーカス信号の発生位置を示す。
【図３７】 図３５に示した光ピックアップ装置駆動流れ図において、フォーカス信号を第１基準値及び第２基準値と比べる時間−信号の変化線図である。
【図３８】 図３５に示した光ピックアップ装置駆動流れ図において、フォーカス信号を第１基準値及び第２基準値と比べる時間−信号の変化線図である。
【図３９】 本発明の光ピックアップ装置に用いられるディジタル等化器のブロック図である。
【符号の説明】
１００ 光制御部材
１０１，１０１′ 光制御膜
１０２，１０２′，１０２″ 光制御溝
２００，２００′，２００″ 対物レンズ
３００ａ 薄いディスク
３００ｂ 厚いディスク
４０１ 近軸領域を通過する光
４０３ 遠軸領域を通過する光
４０２ 中間領域の光
８００，８１０，８１１，８１２ 光検出器
【発明の属する技術分野】
本発明は、厚さの異なるディスクを判別する方法、安定したフォーカスサーボ信号を得るフォーカス検出方法、及びそのディスクから情報を再生／記録する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ピックアップ装置は、映像や音響データなどの情報をディスクなどのような光記録媒体（ディスク）に記録及び再生する。ディスクは、基板に情報が記録された記録面が形成されている構造を有する。例えば、基板はプラスチック又はガラスから製作されうる。高密度のディスクから情報を読出すか書込むためには、光スポットの直径を非常に小さくする必要がある。このため、一般に対物レンズの開口数を大きくし、短波長の光源を用いる。しかしながら、短波長の光源を用いる場合、光軸に対するディスクの許容傾斜角は小さくなる。このように小さくなったディスクの許容傾斜角はディスクの厚さを縮小することにより増加させることができる。
【０００３】
ディスクの傾斜角をθとするとき、コマ収差係数Ｗ31の大きさは次の式から得られる。
【数１】
この式において、ｄはディスクの厚さ、ｎはディスクの屈折率を示す。この式から分かるように、コマ収差係数Ｗ31は開口数（ＮＡ）ＮＡの三乗に比例する。したがって、従来のＣＤ（コンパクトディスク）に要求される対物レンズの開口数が０．４５、ＤＶＤ（ディジタルビデオディスク）に要求される対物レンズの開口数が０．６であることを考慮するとき、ＤＶＤは与えられた傾斜角に対して同じ厚さを有するＣＤに比べて約２．３４倍のコマ収差係数を有する。したがって、ＤＶＤの最大許容傾斜角は従来のＣＤのものに比べて半分に減る。ＤＶＤの最大許容傾斜角をＣＤのものに適合させるためには、ＤＶＤの厚さｄを減少させる必要がある。
【０００５】
しかしながら、非正常的な厚さを有するディスクは正常的な厚さを有するディスクとの厚さの差に対応する量の球面収差の影響を受けるので、厚さが縮小しているＤＶＤのような高密度の短波長の光源を用いるディスクは、長波長の光源を用いる従来のＣＤ用のディスクドライブのような再生／記録装置には用いられない。球面収差が大幅に増えると、ディスクに形成されたスポットが情報の記録に必要な強度を有することができず、正確な情報の記録が行えない。かつ、情報の再生時には、信号対ノイズの比（Ｓ／Ｎ（signal/noise）比）が低すぎ、必要な情報を正確に得ることができない。
【０００６】
したがって、ＣＤとＤＶＤのように相異なる厚さを有するディスクが共に用いられる短波長の光ピックアップ装置、例えば６５０ｎｍの波長を有する光源を適用する光ピックアップ装置が必要である。
このため、短波長の光源を用い、一つの光ピックアップ装置で厚さの異なる２種のディスクに情報を記録又は再生可能にする装置に対する研究が行われている。例えば、特開平７−９８４３１号には、ホログラムレンズと屈折レンズとを適用するレンズ装置が提案している。
【０００７】
図１及び図２は、厚さの異なるディスク３ａ，３ｂに０次の回折光と１次の回折光の集束状態を示す。前記各図面において、相異なる厚さのディスク３ａ，３ｂの前方には、屈折型の対物レンズ２と、パターン１１のあるホログラムレンズ１が光経路に沿って備えられる。前記パターン１１はホログラムレンズ１を通過した光源（図示せず）からの光ビームを回折させて、１次の回折光４１と０次の光４０とに分離する。したがって、１次の回折光４１と０次の光４０は、対物レンズ２により相異なる強度で集束されることにより、厚いディスク３ｂと薄いディスク３ａに焦点を合わせる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようなレンズ装置においては、入射光がホログラムレンズ１により二つのビーム（０次の光と１次の光）に分けられるので、実際の再生光（反射され、部分的に２回も回折された１次の光）の利用効率は１５％程度で非常に低い。さらに、情報の再生時、０次又は１次の光のうち、いずれか一つにのみ情報が含まれるため、情報を含めていない光はノイズとして検出される可能性が高い。一方、前記ホログラムレンズの加工においては、微細なホログラムパターンの食刻過程に採用される高精度の工程が求められるため、高コストをもたらす。
【０００９】
図３は、米国特許公報第５，２８１，７９７号に開示されている従来の他の光ピックアップ装置の概略構造図である。この光ピックアップ装置は、短波長の光ディスクのみならず、同じ厚さを有する長波長の光ディスクの上にデータを記録し、それから情報を再生するように、開口径を変更しうる可変絞り１ａを備える。可変絞り１ａは、対物レンズ２とコリメーティングレンズ５との間に備えられる。前記可変絞り１ａは、光源９から出射されてビームスプリッター６を透過した光ビーム４の通過領域の面積、すなわち開口数を適宜に調節する。可変絞り１ａの開口径は使用されるディスクの厚さに応じて調節されるが、中心領域の光ビーム４ａは常に通過させ、周辺領域の光ビーム４ｂは選択的に通過又は遮断する。図３において、参照番号７は集束レンズ、８は光検出器である。
【００１０】
上述した構造の従来の光学装置において、機械的な可変絞りはその開口径の変化に応じて機械的な共振特性が変わるので、対物レンズを駆動するためのアクチュエータに装着しにくいという問題がある。このような問題を解決するため、液晶による絞りを用いることができる。しかしながら、これは、小型化が困難であり、耐熱性・耐久性が弱く、コストも高い。
【００１１】
他の研究方法がアメリカ特許第５，４９６，９９５号に開示されている。同号公報に開示されているように、位相板が対物レンズの光経路の上に置かれている。前記位相板は相異なる位相の第１，２光源を形成して、前記第１光源からの映像のメインローブの側面の振幅が重なりによる第２光源の映像のメインローブの振幅により相殺される。一実施例において、環状の不透明なリングが深さの異なる溝を分離させるが、前記溝は位相差を示す。この研究方法に関連する問題点は、溝の深さと光の振幅を注意深く調節しなければならないということである。例えば、位相の変化やローブの相殺が適宜に行われるべきである。
そのほか、各ディスクのための別途の対物レンズを備えてディスクに対して特定の対物レンズを用いるようにすることもできる。しかしながら、この場合には、レンズの交替に駆動装置が求められるので、構造が複雑になり、高コストをもたらす。
【００１２】
本発明の目的は、低コストであり、光の利用効率が高く、収差を減少させて安定したフォーカスサーボ信号を得る方法、厚さの異なるディスクを判別する方法、及び厚さの異なるディスクから情報を再生／記録する方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、本発明による厚さの相異なる二枚のディスクを判別する方法は、光経路の光を焦点帯に集束する対物レンズを備える段階と、前記光経路の中心を含む近軸領域と前記光経路の中心領域から放射状に外側に位置する遠軸領域との間にある、前記光経路に対して直交する方向に所定幅を有する前記中間領域の光が前記焦点帯に至ることを防ぐ段階と、前記光経路の近軸及び遠軸領域の光が前記焦点帯に至るようにする段階と、厚さの相異なる少なくとも二枚のディスクのうち、一つを前記焦点帯に置く段階と、前記近軸及び遠軸領域にある前記ディスクから反射された光を４分割型の光検出器を用いて電気信号に変換する段階と、対物レンズの軸の位置を制御するフォーカス電流を所定の回数ほど増加及び減少させ、前記４分割型の光検出器から和信号及びフォーカスエラー信号のうち、少なくともいずれか一つを得る段階と、前記和信号と前記フォーカスエラー信号のうち、少なくともいずれか一つを薄いディスクに相応する第１基準値と比べる段階と、前記和信号と前記フォーカスエラー信号のうち、少なくともいずれか一つが前記第１基準値より大きければ、薄いディスクと判断する段階と、前記和信号と前記フォーカスエラー信号のうち、少なくともいずれか一つが前記第１基準値より小さければ、前記第１基準値より小さい第２基準値と比べる段階と、前記和信号と前記フォーカスエラー信号のうち、いずれか一つが前記第２基準値より大きければ、厚いディスクと判断する段階とを含むことを特徴としている。
ここで、本発明による厚さの相異なる二枚のディスクを判別する方法は、前記和信号及びフォーカスエラー信号をそれぞれ前記第１，２基準値と同時に比べることを特徴としている。
本発明による厚さの相異なる二枚のディスクを判別する方法は、厚さの相異なる少なくとも二枚のディスクのうち、一つを置く段階は、ＤＶＤやＣＤを置くことを特徴としている。
また、本発明による厚さの相異なる少なくとも二枚のディスクでフォーカスを検出する方法は、光経路の光を焦点帯に集束する対物レンズを備える段階と、前記厚さの相異なる少なくとも二枚のディスクのうち、一つを前記焦点帯に置く段階と、前記光経路の中心を含む近軸領域と前記光経路の中間領域から放射状に外側に位置する遠軸領域との間にある、前記中間領域の光が前記焦点帯に至ることを防ぐ段階と、前記光経路の近軸及び遠軸領域の光が前記焦点帯に至るようにする段階と、前記近軸及び遠軸領域にある前記ディスクから反射された光を電気信号に変換する段階と、前記光が比較的薄いディスクから反射されるとき、近軸及び遠軸領域の両方に該当する電気信号をフォーカスの検出に用いる段階と、前記光が比較的厚いディスクから反射されるとき、近軸領域のみに該当する電気信号をフォーカスの検出に用いる段階と、前記用いられる電気信号によりフォーカスを検出する段階とを含むことを特徴としている。
ここで、本発明による厚さの相異なる少なくとも二枚のディスクでフォーカスを検出する方法は、前記光変換段階が、４分割型の光検出器で前記光を受光する段階とを備え、前記検出段階は非点収差のフォーカス検出段階を備えることを特徴としている。
本発明による厚さの相異なるディスクから情報を再生する方法は、光経路の光を焦点帯に集束する対物レンズを備える段階と、前記光経路の中心を含む近軸領域と前記光経路の中心領域から放射状に外側に位置する遠軸領域との間にある、前記光経路に対して直交する方向に所定幅を有する前記中間領域の光が前記焦点帯に至ることを防ぐ段階と、前記光経路の近軸及び遠軸領域の光が前記焦点帯に至るようにする段階と、前記厚さの相異なる少なくとも二枚のディスクのうち、一つを前記焦点帯に置く段階と、前記近軸及び遠軸領域にある前記ディスクから反射された光を内側の光検出器と内側の光検出器を取り囲む外側の光検出器で電気信号に変換する段階と、前記光が比較的薄いディスクから反射されるとき、前記内側及び外側の光検出器の両方で変換された、近軸及び遠軸領域の両方に該当する電気信号を用いる段階と、前記光が比較的厚いディスクから反射されるとき、前記内側の光検出器のみで変換された、近軸領域に該当する電気信号を用いる段階とを含むことを特徴としている。
本発明による厚さの相異なる少なくとも二枚のディスクに情報を記録する方法は、光経路の光を焦点帯に集束する対物レンズを備える段階と、前記厚さの相異なる少なくとも二枚のディスクのうち、一つを前記焦点帯に置く段階と、前記光経路の中心を含む近軸領域と前記光経路の中心領域から放射状に外側に位置する遠軸領域との間にある、前記光経路に対して直交する方向に所定幅を有する前記中間領域の光が前記焦点帯に至ることを防ぐ段階と、前記光経路の近軸及び遠軸領域の光が前記焦点帯に至るようにする段階とを含むことを特徴としている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
本発明においては、光経路の中心に位置する軸の周囲にある中間領域の光が遮断又は遮蔽される。中間領域は軸の付近にある領域（近軸領域）と軸から遠い領域（遠軸領域）との間にある。中間領域にある光を遮断すると、中間領域にある光の干渉を抑制してレンズの焦点帯に形成された光スポットの周囲のサイドローブを最小としながら、近軸及び遠軸領域からの光が小さい光スポットを形成する。
【００１５】
ここで、近軸領域とは、実用上無視可能な程度の収差を有しており、近軸焦点に隣接するレンズの中心軸（光学上の軸）の周囲領域であり、遠軸領域とは、近軸領域より光軸から相対的に遠い部分の領域であり、縁部のフォーカスに隣接する焦点領域を形成する。中間領域は近軸領域と遠軸領域との間の領域である。
【００１６】
さらに、近軸領域と遠軸領域は厚いディスクの光学的な収差の量により定義されることもある。対物レンズは光学的な収差（例えば、球面収差、歪曲など）は非常に小さくなるべきである。一般に対物レンズを光ピックアップ装置に用いるためには、対物レンズは約０．０４λ（λはレンズに透過された光の波長）以下の平均収差を有しなければならない。０．０７λ以上の光学的な収差を有する対物レンズは光ピックアップ装置に用いられないと見なしている。ディスクの厚さが大きくなるほど、光学的な収差は増大する。したがって、０．０４λ以下の光学的な収差を有する対物レンズが予め定義されるか、あるいは、薄いディスク（例えば、ＤＶＤ）に用いられる場合、厚いディスク（例えば、ＣＤ）に対しては大きい光学的な収差（主として球面収差）を示す。
【００１７】
その上、光学的な収差が０．０４λと０．０７λとの間に、図５に示した望ましくない周辺光（Ｂ）が生ずる。厚いディスクにおける大きい光学的な収差を補償するため、近軸領域は０．０４λ以下の光学的な収差を有すると定義し、かつ、遠軸領域は０．０７λ以上の光学的な収差を有すると定義する。したがって、中間領域は球面収差により発生する干渉を抑制するため、０．０４λと０．０７λとの間と定義される。以下、図５をより詳しく説明する。
【００１８】
このため、入射光の経路に沿って近軸領域と遠軸領域との間の中間領域に光を遮断又は散乱させるドーナツ形状又は四角形などのような多角形状の光制御手段を備える。これは、遠軸領域の光は中心光にはほぼ影響を及ぼさず、近軸と遠軸との間の光は中心光に影響を及ぼすということに基づく。
図４は、０．６ｍｍ±１ｍｍの厚さと１．５の屈折率を有するディスクに、１．５０５の屈折率を有する対物レンズで６５０nmの波長を有する光を集束させた状態を示す。示したように、光スポットは中心光の強度の１／ｅ2（光の強度：１３％）となる位置で０．８５μｍの直径を有する。
【００１９】
図５は、上述した条件のもとで、１．２ｍｍ±１ｍｍの厚さを有するディスクに光を集束させた状態を示す。図５を参照すれば、２μｍの直径を有する光スポットは比較的中心部（Ａ）に集束されるが、その他の部分（Ｂ）にも集束される。この際、周辺の集束部分（Ｂ）の光強度は中心部の光強度の５〜１０％である。これは、光軸から遠い領域に入射する光が、ディスクの厚さの変化により球面収差の影響を受けるからである。
【００２０】
上述したように、厚いディスクに形成された光スポットは薄いディスクのものに比べて大きくなるが、これは球面収差のためである。そして、遠軸領域、すなわち、光軸から比較的遠い領域に入射する光は、光軸とは異なる領域に集束されて散乱されるので、遠軸領域の光はスポットの中心部（Ａ）の光スポットの集束に殆ど影響を及ぼさない。しかしながら、上述したように、近軸領域と遠軸領域との間に存する光は近軸領域の光集束に干渉するので、集束された光の周辺光（Ｂ）の量が多くなる。すなわち、近軸領域と遠軸領域との中間領域の光は、図５に示したように、本発明を適用しないとき、中心光（Ａ）の周辺に周辺光（Ｂ）が発生するように干渉を起こす。かかる周辺光は通常に中心光の強度の約６〜７％の強度を有する。これにより、光検出時は、ジッタが発生する。このようなジッタは中心光により検出された信号の振れ現象を発生させてデータの正確な記録及び再生を困難にする。
【００２１】
図６は、本発明による前記光制御手段を適用する場合と適用しない場合とにおいて、ディスクに形成される光スポットの大きさ変化を示す線図（ａ〜ｄ）である。図６において、（ｂ）及び（ｃ）は光制御手段を用いる場合の変化曲線であり、（ａ）及び（ｄ）は用いない場合の変化曲線である。この際、０．６の開口数（ＮＡ）及び２ｍｍの有効半径を有する対物レンズを用いる。光の遮断又は散乱のための光制御手段の一例としては、中央部の高さが光軸から１．４ｍｍ、幅が０．２５ｍｍのドーナツ形状の光制御膜を適用する。
【００２２】
このような条件において、（ｃ）及び（ｄ）は０．６ｍｍのディスクを適用する場合の変化曲線であり、（ａ）及び（ｂ）は１．２ｍｍのディスクを適用する場合の変化曲線である。ここで、（ｂ）及び（ｃ）は本発明を適用する場合のスポットの状態を示す。
【００２３】
図５の０．６ｍｍのディスクを適用するとき、光制御膜を用いる場合と用いない場合、中心部“Ａ”におけるスポット大きさの差は３％以内であることがわかる。しかしながら、１．２ｍｍのディスクを適用するとき、光制御部材を用いる場合は、図５の“Ｂ”部分の大きさが著しく減少する。
したがって、上述したように本発明によれば、中心光の集束に影響を及ぼすことにより、光スポットの周辺光の大きさを大きくする近軸領域と遠軸領域との間の領域を通過する光を制御する。このため、中間領域の光を制御（遮断、散乱、回折、吸収、屈折など）するための光制御手段が光経路の上に備えられる。これにより、光スポットの周辺光の増加を抑制させ、球面収差を取り除くことができる。
【００２４】
図８は本発明の第１実施例による対物レンズを採用する光ピックアップ装置の概略図であって、薄いディスクと厚いディスクに対する光の集束状態を比較する。図９（ａ）及び図９（ｂ）は、図８に示した薄いディスクと厚いディスクの焦点をそれぞれ拡大する図面である。図９（ａ）及び図９（ｂ）に示したように、対物レンズ２００を移動させて光を薄いディスクや厚いディスクに集束させる。図１０は対物レンズ２００と光制御手段としての光制御部材１００を示す斜視図である。
【００２５】
図１１において、図面番号３００ａは比較的薄い情報の記録及び再生媒体、例えば０．６ｍｍのディスク、３００ｂは比較的厚い、例えば１．２ｍｍのディスクであり、薄いディスクと厚いディスクの直径は同じであるという点に注意すべきである。かつ、ディスクの底面は、動作時にディスク３００ａ，３００ｂを支持・回転させるディスクホルダメカニズム（図示せず）に応じて他の平面や同じ平面の上にあることもある。図面は厚さの差を示すために変形している。レーザ光は従来のようにディスクホルダのアパーチャを通過する。
【００２６】
前記ディスク３００ａ又は３００ｂの正面には一般の対物レンズ２００が位置する。この対物レンズ２００は所定の有効直径を有するが、前記光源９００からの入射光４００をディスク３００ａ，３００ｂに集束、あるいは、ディスク３００ａ，３００ｂからの反射光を受け入れる。前記対物レンズの後方には、図１１に示したように、本発明を特徴づける光制御部材１００が備えられている。前記光制御部材１００は透明であり、その表面には入射光を遮断又は拡散させるドーナツ形状の光制御膜１０１が形成されている。前記光制御膜１０１の外径は前記対物レンズ２００の有効直径に比べて小さい。光制御部材はガラスやプラスチックからなっている。例えば、クロム（Ｃｒ）、酸化クロム（ＣｒＯ2）又はニッケル（Ｎｉ）などが光制御膜１０１として用いられる。または、図１４〜図２０に基づいて下記で説明される凹凸面のうち、どの形態も前記光制御部材として用いられる。
【００２７】
前記光制御部材１００と光源９００との間には、図８に示したように、コリメーティングレンズ５００とビームスプリッター６００が備えられる。ビームスプリッター６００からの反射光の進行経路の上には集束レンズ７００と光検出器８００が備えられる。前記光検出器８００は基本的に４分割型である。
かかる構造を有する本発明の光ピックアップ装置では、光制御膜１０１が入射光４００のうち、近軸領域と遠軸領域との間の領域を通過する中間領域の光４０２を抑制させて、図１１に示したように、近軸領域と遠軸領域を通過する光４０１，４０３のみを通過させる。例えば、クロム（Ｃｒ）からなる光制御膜１０１は光制御部材１００を通過する光ビーム４０２を遮断することがある。かつ、光ビーム４０２は、光制御膜１０１の表面粗度に応じて散乱、反射、回折、屈折されることもある。
【００２８】
このような機能の光制御膜１０１は、図１２（ａ）に示したように、対物レンズ２００の一側の表面に直接塗布される。図１３に示したように、光制御膜１０１′は円形でない、図１９に示した四角形又は五角形などの多角形状に変化されることがある。かつ、ディスクの厚さに応じて遠軸領域を限定するため、追加に光制御膜１０１又は１０１′が備えられることもある。例えば、前記対物レンズを薄いディスクに合わせて最適化して該当する遠軸領域を限定しなければならない。したがって、光制御膜や溝を厚さに応じて薄いディスクに好適な中間領域を限定するため、追加に備えることができる。図１２（ｂ）において、０．９ｍｍの厚さを有するディスクを最適化するため、ドーナツ形状の光制御溝１０２′が追加して備えられる。したがって、前記対物レンズ２００は、例えば０．６ｍｍ、０．９ｍｍ及び１．２ｍｍの厚さを有するディスクに用いられる。
【００２９】
図１４（ａ）及び図１４（ｂ）は本発明の他の実施例による対物レンズを示す。図１５及び図１６（ａ）は、図１４（ａ）に示した対物レンズの斜視図及び正面図である。この実施例においては、光偏向手段１０２が対物レンズ２００′に備えられている。すなわち、対物レンズ２００′の初期の光入射側面（図１４（ａ））と出射側面（１４（ｂ））にそれぞれ構造的なパターン、例えば入射光を部分的に遮断又は散乱させるための前記ドーナツ形状の光制御溝１０２が備えられる。かつ、溝１０２は前記対物レンズ２００′の両側面に備えられることもできる。一方、前記光偏向手段１０２は、例えば図１８（ｇ）に示したように、突出又はＶ字形のリブ１０２の形態を取ることができる。Ｖ字形のリブ１０２は前記対物レンズ２００′の一側面や両側面に置かれることもある。光制御溝又は光制御用のＶ字形のリブ１０２の外径は前記対物レンズ２００′の有効直径に比べて小さい。
【００３０】
前記光制御溝又は光制御用のＶ字形のリブ１０２は、上述した光制御膜のように光の近軸領域と遠軸領域との間の領域に備えられるが、ここに入射する光の集束又は抑制（遮断）と無関係の方向に再び向ける（反射、屈折又は散乱）機能を有する。
前記対物レンズ２００′は、前記Ｖ字形のリブ１０２に対応するパターンを有する金型を用いて一般の高圧射出成形法（図示せず）又は図１７（ａ）〜図１８（ｇ）に示した圧縮成形法などにより製造されることができる。
【００３１】
下部の金型１００２ａは、図１７（ａ）及び図１７（ｂ）に示したように、中間領域の光を散乱させるための光制御リブ１０２に対応する加工済みの一つ又は多数の溝を有するパターンを有することにより、製作されたレンズの表面に突き出る階段状又はＶ字形の光制御手段を備えるが、前記図１４（ａ）においては、溝や回折格子を有する光制御手段として引き込められると説明する。そして、光制御手段１０２は、レンズの表面に彫り、腐食又はスクラッチングされる方法により備えられる。かつ、図１７（ｃ）及び図１７（ｄ）に示したように、本発明の他の実施例によるレンズの光制御手段１０２は、Ｋ部分に腐食又はエッチング処理による凹凸面を有する。
【００３２】
図１８（ａ）及び図１８（ｃ）は、前記光制御手段１０２を形成するための凹凸面の様々な例（凹凸面、鋸の歯状の面、出入りが激しい面）を示すが、これらは一つ又は複合の形態から構成されることができる。
図１８（ｂ）においては、光制御手段１０２が平坦な階段状の格子パターンを有することにより、中間領域の入射光を回折させうる。格子パターンは６５０ｎｍのレーザ波長に対して約２００μｍ以下のピッチ（Ｓ）を有する。
【００３３】
図１８（ｄ）は、ガラスやプラスチックなどのレンズ材料２００ｍが上部の金型１００１と下部の金型１００２ａとの間に介することを示す。図１８（ｅ）に示したように、上部の金型１００１と下部の金型１００２ａは近接してレンズ材料２００ｍを圧縮成形する。すると、図１８（ｆ）に示したように、上部の金型１００１と下部の金型１００２ａは分離して対物レンズ２００ｍが得られる。
一方、光制御溝１０２′は、図１６（ｂ）に示したように、その底面を光軸の垂直線に対して所定の角度（θ）ほど斜めにすることが望ましい。光制御溝１０２から反射された中間領域の光を光軸に平行でない方向に散乱又は反射させることが望ましい。
【００３４】
図１９は光制御手段として光制御溝を有する対物レンズの正面図であり、四角形の光制御溝１０２′が本発明の他の実施例により対物レンズ２００′に形成された状態を示す。
前記光制御溝１０２′は四角形などの多角形に形成されうる。かつ、前記対物レンズは一つ以上の光制御溝で入射光を制御するように変形されることができる。前記光制御部材１００のような別途の透明部材の上にこのような凹凸面（例えば、溝、リブ、鋸の歯状の面及び出入りの激しい面）のうち、いずれか一つを用いることができる。
【００３５】
一方、前記実施例においては、凸面レンズを対物レンズとして用いるが、この対物レンズはホログラムレンズとフレネルレンズなどの回折理論を適用する平板レンズに取り替えられる。特に、レンズに光制御手段が備えられる場合、図２０に示したように、平坦レンズにドーナツ形状又は四角形などの光制御溝１０２″を形成するか、図２１に示したように、ドーナツ形状又は四角形などの光制御膜１０１を別途に製作して取り付けるか、塗布することができる。前記光制御溝１０２″の場合、中間領域の光４０２を回折させず、そのまま通過させるか、あるいは、光集束と無関係の方向に反射させるようにすることにより、ディスクの光スポットに中間領域の光４０２が至ることを防ぐ。
【００３６】
図２１に示した前記光制御膜１０１は、対物レンズ２００″に入射する中間領域の光４０２を吸収、散乱又は反射させ、中間領域の光４０２がディスクの光スポットに至ることを防ぐ。例えば、光制御膜に暗い色を用いると、その膜は光を吸収する。かつ、図２０及び図２１に示したように、光制御溝や光制御膜はディスクの厚さに応じて一つ以上のドーナツ形状の溝や膜を有するように変形されることもある。上述したレンズ装置の構造は光ピックアップ装置に用いられる対物レンズに限るものでないという点に注意すべきである。
【００３７】
図２２は上述した実施例により得られるものであり、１．２ｍｍの厚さを有するディスク上の光スポットの大きさを示す。ここで、適用された対物レンズは４ｍｍの有効直径を有し、近軸領域の直径は２ｍｍ、遠軸領域の直径は２．４ｍｍ〜４ｍｍとする。したがって、光制御手段は２ｍｍ〜２．４ｍｍの範囲の光を遮断する。このような条件により形成された光スポットにおいて、測定の結果、中心光の強度の１／ｅ2（約１３％）となる位置の光スポットの直径は１．３μｍであった。図５に示したように、光遮蔽膜を用いない場合に比べて、光遮蔽膜を用いる本発明の装置の場合は、図５のＢ部分の光量が７０％以上も減少した。
図２３は、上述した条件のもとで、０．６ｍｍの比較的薄いディスクに形成された光スポットの状態を示す。測定によれば、中心光の強度の１／ｅ2（約１３％）となる位置の直径は０．８３μｍであった。
【００３８】
上述したように、本発明によれば、最適の状態でディスクに光スポットを形成できる。図７に示したように、ディスクから反射された光は、再び対物レンズ２００、光制御部材１００及びコリメーティングレンズ５００を透過した後、ビームスプリッター６００から反射されて集束レンズ７００を通過して光検出器８００は非点収差法によりフォーカスエラー信号を得るためのものであり、一般に４分割型である。
【００３９】
以下、本発明による光ピックアップ装置において、光検出器８００の特徴について具体的に説明する。
光検出器８００の中央に形成されたスポットは、図２４及び図２５に示したように、近軸領域の光に対応する中心部分９０１ａ，９０１ｂと遠軸領域の光に対応する周辺部分９０２ａ，９０２ｂを有する。“ａ”，“ｂ”はそれぞれ厚いディスク及び薄いディスクの光スポットを示す。特に、図２４は比較的厚いディスク、例えば１．２ｍｍのディスクを適用する場合、図２５は比較的薄いディスク、例えば０．６ｍｍのディスクを適用する場合をそれぞれ示す。近軸領域の光による中心部分９０１ａはディスクの厚さを問わず、直径の変化が少なく、光制御部材により遮断された中間部分９０３ａと周辺部分９０２ａ，９０２ｂの直径は大幅に変化する。
【００４０】
先ず、図２４を参照すれば、近軸領域に対応する中心部分９０１ａは光検出器８００の中央に至り、周辺部分９０２ａは光検出器８００の周辺を取り囲む。そして、中心部分９０１ａと周辺領域９０２ａとの間の中間部分９０３ａは光制御部材により光が取り除かれた部分である。１．２ｍｍの厚さを有するディスクから情報を再生するときは、中間領域９０３ａと周辺部分９０２ａはディスクの反射面が近軸焦点の近くにある本実施例では球面収差により大幅に拡張されることにより、近軸領域の光のみが用いられる。
【００４１】
図２５を参照すれば、本実施例では、薄いディスクの反射面がビームの焦点の最小限の円に近くにあるので、中心（近軸）部分９０１ｂと周辺（遠軸）部分９０２ｂのいずれも光検出器８００の検出面に形成されている。すなわち、薄いディスク（０．６ｍｍ）から情報を再生するときは、光制御部材により取り除かれた中間領域の光を除く近軸領域の光と遠軸領域の光が用いられる。ここで、前記近軸領域９０１ｂの直径はディスクの種類に問わず、比較的一定値を保持する。
【００４２】
上述したように、本発明による光ピックアップ装置は、厚さの異なるディスクから情報を読出すため、厚いディスクから情報を読出すときは、光検出器に近軸領域の光のみが至り、薄いディスクから情報を読出すときは、近軸領域と遠軸領域の光が至るように設計している光検出器８００を適用する。したがって、光検出器８００により厚いディスクを用いるときは、近軸領域の光に対応する信号を得るが、薄いディスクを用いるときは、全ての領域、すなわち近軸領域と遠軸領域の光に対応する相対的に高い信号を得る。
【００４３】
図２６は光検出器８１０の他の形態を示すものであり、これは、第２検出領域８１２が、中心に位置し、図２４に示した４分割型の光検出器８００に相応する第１検出領域８１１の周囲に備えられている８分割型の構造を有する。ここで、前記第１検出領域８１１は、四つの四角形の第１受光要素Ａ１，Ｂ１，Ｃ１，Ｄ１を備え、第２検出領域８１２は四つのＬ型の第２受光要素Ａ２，Ｂ２，Ｃ２，Ｄ２を備える。
【００４４】
厚いディスクから情報を読出すとき、８分割型の光検出器８１０を用いて得られたフォーカスエラー信号を図３３に示している。ここで、第１受光領域８１１からの信号は実線Ａ、第１及び第２受光領域８１１，８１２からの信号は点線Ｂで示す。
【００４５】
図２７〜図２９は、薄いディスク（ディジタルビデオディスク）を用いる場合の光検出器の受光状態を示す。図３０〜図３２は、厚いディスクを用いる場合の光検出器の受光状態を示す。
前記第１検出領域８１１は厚いディスクから情報を読出すとき、近軸領域の光を損失することなく受光することができると共に、遠軸領域の光は受光しない程度の厚さを有するように設計される。かつ、第１、第２検出領域８１１，８１２は薄いディスクから情報を読出すときは、図２７に示したように、近軸と遠軸領域の光ビームをいずれも受光するように設計される。厚いディスクから情報を読出すときは、図３０に示したように、遠軸領域の光が第２受光領域８１２に至るようにする。
【００４６】
図２７、図２８、及び図２９は、薄いディスクに対して対物レンズがフォーカスの位置にあるとき、対物レンズが薄いディスクから遠くにあるとき、対物レンズがディスクから近くにあるときの受光状態をそれぞれ示す。ディスクに対して対物レンズがフォーカスの位置にあるとき、対物レンズがディスクから遠くにあるとき、対物レンズがディスクから近くにあるときの受光状態を示す。同様に、図３０〜図３２は、厚いディスクに対して対物レンズがフォーカスの位置にあるとき、対物レンズがディスクから遠くにあるとき、対物レンズがディスクから近くにあるときの受光状態を示す。
【００４７】
上述したような構造の光検出器８１０において、薄いディスクから情報を読出すときは、前記第１，第２受光領域８１１，８１２の両方からの全ての信号を用い、厚いディスクから情報を読出すときは、第１受光領域８１１からの信号のみを用いる。
【００４８】
図３３は厚いディスクから情報を読出すとき、第１受光領域（実線Ａ）からの信号によるフォーカスエラー信号と、第１受光領域と第２受光領域（点線Ｂ）の全ての信号によるフォーカスエラー信号の変化を示す。実線Ａと点線Ｂとの差は、厚いディスクに散乱された光の光量に起因する。８分割型の光検出器８１０において、球面収差の大きい厚いディスクからの散乱光は主として外側の光検出器８１２により検出される。前記外側の光検出器８１２により検出された散乱光はフォーカスエラー信号の大きさを増加して点線Ｂで示したようにフォーカスエラー信号を不安定にする。次に、内側の光検出器８１１の上にぶつかる検出光のみを用いる場合は、実線Ａで示したように、曲線Ｓの上で散乱光の効果を低減することができる。実際は、フォーカスエラー信号に対して単一のゼロクロス点を有するため、Ａで示したフォーカスエラー信号がＢより低く、ゼロクロス点における信号の対称性は対物レンズの焦点位置の識別において重要な特徴である。
【００４９】
上述したように、厚いディスクから情報を読出すときは、近軸領域の光のみを用いてフォーカスエラー信号の成分を得ることにより、図３３に示したように、安定したフォーカスエラー信号が得られる。
上述したように、中心領域の周囲の光スポット、図５の“Ｂ”部分の光量の減少効果とフォーカス信号の安定化効果を有する本発明の対物レンズ装置およびそれを適用する光ピックアップ装置は、その焦点制御方式において、ディスクの厚さに問わず、一つのフォーカスエラー信号のみが発生するので、他の厚さのディスクを用いるための追加的なフォーカス制御手段が必要でない。
【００５０】
かつ、ディスクの厚さに応じて検出されたフォーカスエラー信号の大きさが異なる。すなわち、図３４に示したように、薄いディスクの場合は、近軸及び遠軸領域の光がいずれも光検出器に至り、厚いディスクの場合は、近軸領域の光のみが光検出器に至るので、容易にディスクの種類を識別することができる。
【００５１】
このようなディスクの種類及び判別動作を図３５を参照して具体的に説明すると、次のとおりである。
薄いディスク又は厚いディスクが挿入されると（ステップ１００）、先ず対物レンズの範囲、すなわちディスクの判読のために、図３６に示したように、フォーカス電流（ディスクに対する対物レンズの位置を制御する）を増加及び減少させる。対物レンズをフォーカスの調節範囲内で上下にｍ回も移動させて光検出器からの和信号（８つの４分割部分からの全ての信号の和）とフォーカスエラー信号Ｓfを得る（ステップ１０１）。４分割の光検出器を用いるので、フォーカスエラー信号は、例えば米国特許第４，６９５，１５８で Kotaka 特許に至る通常の非点収差方式により得られる。したがって、詳しい説明は省略する。実験的に薄いディスクの再生時、フォーカスエラー信号の振幅は厚いディスクの再生時のフォーカスエラー信号の４倍であり、二枚のディスクの互換に十分な光量の確保が可能であり、フォーカスエラー信号の安定化も達成するということがわかる。
【００５２】
上述した方法により球面収差の量を低減してディスクに記録された信号を再生することができる。しかしながら、その球面収差は従来のコンパクトディスクプレーヤの光ピックアップ装置が有する球面収差よりは大きくなり、再生信号に劣化をもたらす。したがって、図３９に示したように、ディジタル波形等化器を用いることが望ましいが、これは、図３５に示したように、入力信号をｆｉ（ｔ）とするとき、出力信号ｆｏ（ｔ）を次の式により出力する（ステップ１０６，１０７）。
【００５３】
ｆｏ（ｔ）＝ｆｉ（ｔ＋τ）−Ｋ〔ｆｉ（ｔ）＋ｆｉ（ｔ＋２τ）〕
（τは所定の遅延時間であり、Ｋは所定の振幅分割子である）
フォーカスエラー信号Ｓfと和信号が得られると（ステップ１０１）、フォーカスエラー信号Ｓfが薄いディスクに対する第１基準値より大きいか否かを判断する（ステップ１０２）。この際、設計条件に応じて前記和信号を第１基準値と比べることができる。
【００５４】
図３７に示したように、第１基準値がフォーカス信号Ｓf又は和信号より小さければ、薄いディスクと判断する（ステップ１０３）。この判断によりフォーカシングとトラッキングを引き続き行うことにより再生信号を得る（ステップ１０５）。この再生信号が薄いディスクに対する波形等化器を経て（ステップ１０６）、波形等化信号を得る（ステップ１０７）。しかしながら、第１基準値がフォーカスエラー信号Ｓf又は和信号より大きければ、そのフォーカスエラー信号が厚いディスクに対応する第２基準値より大きいか否かを判断する（ステップ１１３）。
【００５５】
図３８に示したように、第１基準値がフォーカスエラー信号Ｓf、和信号エラー信号Ｓf又は和信号より大きく、フォーカスエラー信号Ｓf又は和信号が第２基準値より大きければ、厚いディスクと判断して（ステップ１１４）、フォーカシングとトラッキングを引き続き行うことにより（ステップ１１５）、再生信号を得る（ステップ１１６）。この再生信号を薄いディスクに対する波形等化器を経て（ステップ１１７）、波形等化信号を得る（ステップ１１８）。
前記フォーカスエラー信号Ｓf又は和信号が第２基準値より小さければ、エラー信号を発生する（ステップ１２３）。前記フォーカスエラー信号と和信号をディスクの種類識別に用いることができ、この二つの信号を用いる方法により識別のエラーを低減する。
【００５６】
以上、本発明によるレンズ装置は次のような利点を有する。
本発明によるレンズ装置は、複雑で高コストのホログラムレンズの代わりに、製作が容易な光の遮断又は散乱手段を適用する。かつ、光をホログラムレンズで分離せず用いることができるので、本発明のレンズ装置は従来の装置より光の利用効率が高い。その上、非常に小さいビームスポットが形成されるので、従来の記録再生性能を高めることができる。かつ、光の遮断、屈折、回折又は散乱手段を備えるレンズ装置は一つの対物レンズを備えるので、このレンズ装置を適用する光ピックアップ装置の組立及び調整が非常に簡便になる。かつ、ディスクの厚さを問わず、ディスクの種類を区分できる信号が得られるので、ディスクの種類識別に別途の手段が不要である。他方、ホログラムレンズを用いる従来の装置は、多数の信号を発生するので、多数の信号を識別するためには追加的な手段を採用しなければならない。多数の信号のうち、一つの信号は薄いディスクに用いられるが、他の信号は厚いディスクに用いられる。
【００５７】
本発明の望ましい実施例を上述したが、多くの変形が本発明の技術的な思想内で当業者により可能なのは理解すべきである。例えば、ディスクの相対的な位置を変化させることによりスポットのパターンを変化させ、これにより電気的に変換されたスポットのパターンを用いる多数の方法が可能である。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、光をホログラムレンズで分離せず用いることができるので従来の装置より光の利用効率が高いという効果が得られる。また、非常に小さいビームスポットが形成されるので、従来の記録再生性能を高めることができる。また、ディスクの厚さを問わず、ディスクの種類を区分できる信号が得られるので、ディスクの種類識別に別途の手段が不要である。
他方、ホログラムレンズを用いる従来の装置は、多数の信号を発生するので、多数の信号を識別するためには追加的な手段を採用しなければならない。また、従来は、多数の信号のうち、一つの信号は薄いディスクに用いられるが、他の信号は厚いディスクに用いられているため光の利用効率が悪い。
【図面の簡単な説明】
【図１】 薄いディスクと厚いディスクに光が集束される状態を示すホログラムレンズを有する従来の光ピックアップ装置の概略図である。
【図２】 薄いディスクと厚いディスクに光が集束される状態を示すホログラムレンズを有する従来の光ピックアップ装置の概略図である。
【図３】 従来の他の光ピックアップ装置の概略図である。
【図４】 薄いディスクと厚いディスクにホログラムレンズを用いず、一般の対物レンズにより光を集束させたときの光の集束状態を示す。
【図５】 薄いディスクと厚いディスクにホログラムレンズを用いず、一般の対物レンズにより光を集束させたときの光の集束状態を示す。
【図６】 本発明による対物レンズ装置を適用する場合と適用しない場合の光スポットの大きさの変化を示すグラフである。
【図７】 図６の“Ａ”部分の拡大図である。
【図８】 本発明による光ピックアップ装置の概略構成図であり、厚さの異なる二枚のディスクの上に光ビームが集束された状態を示す図である。
【図９】 図８に示した焦点をそれぞれ薄いディスクと厚いディスクに示した拡大図である。
【図１０】 図８に示した本発明による光ピックアップ装置の対物レンズの斜視図である。
【図１１】 図８に示した光ピックアップ装置に適用される本発明の一実施例による対物レンズの概略図であり、ディスクに光ビームが集束される状態を示す。
【図１２】 （ａ）は本発明の他の実施例により表面に光制御膜を有する対物レンズの断面図であり、（ｂ）は本発明の他の実施例による対物レンズの断面図である。
【図１３】 本発明の他の実施例により四角形の光制御溝が備えられた対物レンズの正面図である。
【図１４】 （ａ）は、本発明の他の実施例による対物レンズ装置の概略図であり、ディスクに光が集束される状態を示し、（ｂ）は本発明のさらに他の実施例による対物レンズの断面図である。
【図１５】 図１４（ａ）に示した対物レンズの斜視図である。
【図１６】 図１４（ａ）に示した対物レンズの平面図及び部分拡大図である。
【図１７】 （ａ）は本発明の一実施例による対物レンズを製作するための金型の側面図であり、（ｂ）は（ａ）に示した金型の下型の内部を示す平面図であり、（ｃ）は本発明の他の実施例による対物レンズを製作するための金型の側面図であり、（ｄ）は（ｃ）に示した金型の下型の内部を示す平面図である。
【図１８】 （ａ）〜（ｃ）は図１７（ｃ）中の“Ｋ”部分を拡大した様々な実施例を示し、（ｄ）〜（ｅ）は本発明による対物レンズを製作する工程を示し、（ｆ）、（ｇ）は（ｄ）と（ｅ）の工程から得られた対物レンズの側面図である。
【図１９】 本発明のさらに他の実施例による対物レンズの平面図である。
【図２０】 本発明の他の実施例による対物レンズの概略図であり、平板レンズにより相異なる厚さを有する二枚のディスクに光が集束される状態を示す。
【図２１】 本発明の他の実施例による対物レンズの概略図であり、平板レンズにより相異なる厚さを有する二枚のディスクに光が集束される状態を示す。
【図２２】 厚いディスク及び薄いディスクに本発明のレンズ装置により光を集束した状態を示す三次元図である。
【図２３】 厚いディスク及び薄いディスクに本発明のレンズ装置により光を集束した状態を示す三次元図である。
【図２４】 本発明による光ピックアップ装置で厚いディスクと薄いディスクを用いる場合、１．２ｍｍのディスクと０．６ｍｍのディスクから各々の光検出器に入射される光の入射状態を示す平面図である。
【図２５】 本発明による光ピックアップ装置で厚いディスクと薄いディスクを用いる場合、１．２ｍｍのディスクと０．６ｍｍのディスクから各々の光検出器に入射される光の入射状態を示す平面図である。
【図２６】 本発明による光ピックアップ装置に適用される８分割光検出器の平面図である。
【図２７】 薄いディスク及び厚いディスクに対する対物レンズの位置に応じて形成される８分割光検出器の光到達領域を示す平面図である。
【図２８】 薄いディスク及び厚いディスクに対する対物レンズの位置に応じて形成される８分割光検出器の光到達領域を示す平面図である。
【図２９】 薄いディスク及び厚いディスクに対する対物レンズの位置に応じて形成される８分割光検出器の光到達領域を示す平面図である。
【図３０】 薄いディスク及び厚いディスクに対する対物レンズの位置に応じて形成される８分割光検出器の光到達領域を示す平面図である。
【図３１】 薄いディスク及び厚いディスクに対する対物レンズの位置に応じて形成される８分割光検出器の光到達領域を示す平面図である。
【図３２】 薄いディスク及び厚いディスクに対する対物レンズの位置に応じて形成される８分割光検出器の光到達領域を示す平面図である。
【図３３】 図２６に示した８分割光検出器から得られるフォーカス信号を示す。
【図３４】 二枚の異なる厚さを有するディスクを適用する本発明による光ピックアップ装置において、光検出器により検出されるフォーカス信号の変化を比べる線図である。
【図３５】 本発明による光ピックアップ装置の駆動流れ図である。
【図３６】 図３５に示した流れ図において、フォーカス電流の変化による電流−時間の変化線図におけるフォーカス信号の発生位置を示す。
【図３７】 図３５に示した光ピックアップ装置駆動流れ図において、フォーカス信号を第１基準値及び第２基準値と比べる時間−信号の変化線図である。
【図３８】 図３５に示した光ピックアップ装置駆動流れ図において、フォーカス信号を第１基準値及び第２基準値と比べる時間−信号の変化線図である。
【図３９】 本発明の光ピックアップ装置に用いられるディジタル等化器のブロック図である。
【符号の説明】
１００ 光制御部材
１０１，１０１′ 光制御膜
１０２，１０２′，１０２″ 光制御溝
２００，２００′，２００″ 対物レンズ
３００ａ 薄いディスク
３００ｂ 厚いディスク
４０１ 近軸領域を通過する光
４０３ 遠軸領域を通過する光
４０２ 中間領域の光
８００，８１０，８１１，８１２ 光検出器
Claims (7)
- 厚さの相異なるディスクを判別する方法において、
光経路の光を焦点帯に集束する対物レンズを備える段階と、
前記光経路の中心を含む近軸領域と前記光経路の中心領域から放射状に外側に位置する遠軸領域との間にある、前記光経路に対して直交する方向に所定幅を有する前記中間領域の光が前記焦点帯に至ることを防ぐ段階と、
前記光経路の近軸及び遠軸領域の光が前記焦点帯に至るようにする段階と、
厚さの相異なる少なくとも二枚のディスクのうち、一つを前記焦点帯に置く段階と、
前記近軸及び遠軸領域にある前記ディスクから反射された光を４分割型の光検出器を用いて電気信号に変換する段階と、
対物レンズの軸の位置を制御するフォーカス電流を所定の回数ほど増加及び減少させ、前記４分割型の光検出器から和信号及びフォーカスエラー信号のうち、少なくともいずれか一つを得る段階と、
前記和信号と前記フォーカスエラー信号のうち、少なくともいずれか一つを薄いディスクに相応する第１基準値と比べる段階と、
前記和信号と前記フォーカスエラー信号のうち、少なくともいずれか一つが前記第１基準値より大きければ、薄いディスクと判断する段階と、
前記和信号と前記フォーカスエラー信号のうち、少なくともいずれか一つが前記第１基準値より小さければ、前記第１基準値より小さい第２基準値と比べる段階と、
前記和信号と前記フォーカスエラー信号のうち、いずれか一つが前記第２基準値より大きければ、厚いディスクと判断する段階と
を含むことを特徴とする厚さの相異なる二枚のディスクを判別する方法。 - 前記和信号及びフォーカスエラー信号をそれぞれ前記第１，２基準値と同時に比べることを特徴とする請求項１記載の厚さの相異なる二枚のディスクを判別する方法。
- 厚さの相異なる少なくとも二枚のディスクでフォーカスを検出する方法において、
光経路の光を焦点帯に集束する対物レンズを備える段階と、
前記厚さの相異なる少なくとも二枚のディスクのうち、一つを前記焦点帯に置く段階と、
前記光経路の中心を含む近軸領域と前記光経路の中間領域から放射状に外側に位置する遠軸領域との間にある、前記中間領域の光が前記焦点帯に至ることを防ぐ段階と、
前記光経路の近軸及び遠軸領域の光が前記焦点帯に至るようにする段階と、
前記近軸及び遠軸領域にある前記ディスクから反射された光を電気信号に変換する段階と、
前記光が比較的薄いディスクから反射されるとき、近軸及び遠軸領域の両方に該当する電気信号をフォーカスの検出に用いる段階と、
前記光が比較的厚いディスクから反射されるとき、近軸領域のみに該当する電気信号をフォーカスの検出に用いる段階と、
前記用いられる電気信号によりフォーカスを検出する段階と
を含むことを特徴とする厚さの相異なる少なくとも二枚のディスクでフォーカスを検出する方法。 - 前記光変換段階は、４分割型の光検出器で前記光を受光する段階とを備え、前記検出段階は非点収差のフォーカス検出段階を備えることを特徴とする請求項３記載の厚さの相異なる少なくとも二枚のディスクでフォーカスを検出する方法。
- 厚さの相異なる少なくとも二枚のディスクから情報を再生する方法において、
光経路の光を焦点帯に集束する対物レンズを備える段階と、
前記光経路の中心を含む近軸領域と前記光経路の中心領域から放射状に外側に位置する遠軸領域との間にある、前記光経路に対して直交する方向に所定幅を有する前記中間領域の光が前記焦点帯に至ることを防ぐ段階と、
前記光経路の近軸及び遠軸領域の光が前記焦点帯に至るようにする段階と、
前記厚さの相異なる少なくとも二枚のディスクのうち、一つを前記焦点帯に置く段階と、
前記近軸及び遠軸領域にある前記ディスクから反射された光を内側の光検出器と内側の光検出器を取り囲む外側の光検出器で電気信号に変換する段階と、
前記光が比較的薄いディスクから反射されるとき、前記内側及び外側の光検出器の両方で変換された、近軸及び遠軸領域の両方に該当する電気信号を用いる段階と、
前記光が比較的厚いディスクから反射されるとき、前記内側の光検出器のみで変換された、近軸領域に該当する電気信号を用いる段階と
を含むことを特徴とする厚さの相異なるディスクから情報を再生する方法。 - 厚さの相異なる少なくとも二枚のディスクに情報を記録する方法において、
光経路の光を焦点帯に集束する対物レンズを備える段階と、
前記厚さの相異なる少なくとも二枚のディスクのうち、一つを前記焦点帯に置く段階と、
前記光経路の中心を含む近軸領域と前記光経路の中心領域から放射状に外側に位置する遠軸領域との間にある、前記光経路に対して直交する方向に所定幅を有する前記中間領域の光が前記焦点帯に至ることを防ぐ段階と、
前記光経路の近軸及び遠軸領域の光が前記焦点帯に至るようにする段階と
を含むことを特徴とする厚さの相異なるディスクに情報を記録する方法。 - 厚さの相異なる少なくとも二枚のディスクのうち、一つを置く段階は、ＤＶＤやＣＤを置くことを特徴とする請求項１記載の厚さの相異なるディスクを判別する方法。
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