JP3900273B2 - 光学式ヘッド装置及び情報処理装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数種の光学式記録媒体について情報の記録や再生を行う情報処理装置や該装置に用いる光学ヘッド装置において、光学式記録媒体に係る光利用効率の向上と、該光学式記録媒体とは異なる種類の光学式記録媒体に係るビームスポット品質の向上とを、両立化させるための技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
コンパクトディスク(CD)やディジタルビデオディスク(DVD、あるいはDigital Versatile Disk)等の光学式記録媒体を使用する装置では、記録媒体の情報を読み取ったり、該記録媒体に所望の情報を記録するために光学式ヘッド装置(あるいは光学ピックアップ装置)が使用される。
【0003】
例えば、異なる2波長のレーザー光を用いて2種類のディスクについて情報再生又は記録を行うことが可能な、2波長対応型の装置では、波長の異なる2つのビームを選択的に照射するためのレーザーダイオード(LD)と、グレーティング、偏光ビームスプリッタ、コリメータ、対物レンズ、ホログラフィック光学素子(HOE)、受光素子(フォトディテクタ)等を備えている。
【0004】
レーザーダイオードを用いて構成される発光源については、例えば、CD記録とDVD再生専用のピックアップ装置や、CD記録とDVD記録用のピックアップ装置の場合、発振波長の異なる2つのLDが使用される。
【0005】
そして、CD記録(CDR等)では、光の利用効率を高める必要があるため、対物レンズとコリメータを含む光学系の倍率(ディスク側からみた横倍率)について、およそ4倍以下が用いられている。一方、DVDに係る再生や記録に関しては、倍率を下げるとディスク上の光スポットが広がってしまい、再生や記録性能の悪化が起こる虞があることから、およそ6倍以上の倍率が用いられている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
対物レンズとコリメータを含み、かつ、2波長タイプのレーザーダイオードを用いた光学系が、複数種の光学式記録媒体について共用される場合に、従来の装置では、光利用効率の向上と、スポット品質の向上又は維持とを両立させることが難しいという問題がある。
【0007】
例えば、2波長タイプのレーザーダイオードを用いて、CDR(あるいはCD−R)記録とDVDの記録又は再生を行う装置を構成する場合に、DVDの再生や記録の性能を保証しようとすると、光学系の倍率を、ある程度大きくする必要性から、CDRに係る光利用効率を落として使用する必要があり、結果として、CDRにとって十分な記録速度が得られない虞がある。これとは、逆に、CDRに係る光利用効率を高くして高速記録を保証しようとすると、光学系の倍率が小さいために、DVDの再生性能や記録性能が悪化する虞がある。
【0008】
このように、一方のディスクについて光利用効率を高めることが、結果として、他方のディスクについて再生や記録性能に影響を及ぼしてしまうことが問題となる。
【0009】
そこで、本発明は、複数種の光学式記録媒体を用いた情報処理装置や複数種の光学式記録媒体に対して共用される光学式ヘッド装置において、記録可能な光学式記録媒体について光利用効率を向上させるとともに、そのために、他の光学式記録媒体に係る再生性能や記録性能について顕著な劣化を伴わないようにすることを課題とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記した課題を解決するために、異なる波長のレーザー光をそれぞれに発する第一の発光源と第二の発光源とが近傍に配置されており、対物レンズ及びコリメータを含む光学系に係る射出瞳最外部強度が0.1以上であって、第一及び第二の発光源に対する上記コリメータの焦点距離を「fc」と記し、上記第一及び第二の発光源に対する上記対物レンズの焦点距離を「fo」と記すとき、「M=fc/fo」で表される上記該光学系の倍率Mの値が4以上6以下とされ、一つの光学式記録媒体への記録或いは再生時を行う場合のその光学式記録媒体に向けて光を出射する一つの発光源のその光の発散角(半値全角)が、7.5度以上に、記録可能な別の光学式記録媒体への記録或いは再生時を行う場合のその光学式記録媒体に向けて光を出射する別の発光源のその光の発散角(半値全角)が、5度以上8度以下にされたものである。
【0011】
従って、本発明によれば、光学系の倍率を4以上6以下の値に規定することで、一方の光学式記録媒体に係る光利用効率を確保し、光学系に係る射出瞳最外部強度を0.1以上にすることで、他方の光学式記録媒体についてスポット品質を高めることができる。
そして、一つの光学式記録媒体への記録或いは再生時を行う場合のその光学式記録媒体に向けて光を出射する一つの発光源のその光の発散角(半値全角)を、7.5度以上にすることで、射出瞳最外部強度の値を充分に確保して光スポットの品質を保証し、再生性能や記録性能の劣化を防止することができる。
また、記録可能な別の光学式記録媒体への記録或いは再生時を行う場合のその光学式記録媒体に向けて光を出射する別の発光源のその光の発散角(半値全角)を、5度以上8度以下にすることで、光利用効率を高めることができ、それにより、十分な記録スピードを確保することができる。
【0012】
【発明の実施の形態】
本発明に係る情報処理装置は、異なる波長の光を用いて2種類以上の光学式記録媒体について情報の再生又は記録を行えるように構成されたものである。
【0013】
尚、光学式記録媒体としては、例えば、ディスク状記録媒体が挙げられるが、媒体の形状(テープ状、カード状等)や記録方式等の如何は問わない。また、本発明に係る情報処理装置(記録及び/又は再生装置を含む。)には、例えば、CD(CDR)記録及びDVD再生専用の光学式ヘッドを備えた装置のように、CDに係る記録再生及びDVDの再生を行える構成形態や、CD(CDR)記録及びDVD記録用の光学式ヘッドを備えた装置のように、CDに係る記録再生及びDVDの記録再生を行える構成形態が挙げられる。
【0014】
図1は、本発明に係る情報処理装置の構成例を簡略的に示す説明図である。
【0015】
情報処理装置1には、例えば、光学式記録媒体2を搬送するための搬送手段(図示せず。)が設けられていて、該搬送手段により光学式記録媒体2がターンテーブルに載置される位置まで移送される。尚、本例では、光学式記録媒体2がディスク状記録媒体であり、スピンドルモータ3により回転される。
【0016】
光学式ヘッド装置4は、ターンテーブルに載置されたディスク状記録媒体の半径方向に沿って移動され、該記録媒体に対して情報の読み取り又は情報の記録を行うものである。そして、光学式記録媒体2に対してビーム照射を行うための対物レンズや、コリメータを含む光学系や、発光源及び受光素子を含む送受光手段が設けられている。
【0017】
光学式ヘッド装置4による検出信号は、信号処理部5や、フォーカス制御及びトラッキング制御部6に送出される。
【0018】
信号処理部5には、光学式ヘッド装置4からの信号を処理するアドレスデコーダや、再生信号に係るイコライザやPLL(位相同期ループ)回路、復調回路等が含まれる。また、記録信号処理系については、変調回路やレーザ駆動回路等が含まれ、光学式ヘッド装置4内のレーザー発光源に対して駆動信号や制御信号が送られる。
【0019】
フォーカス制御及びトラッキング制御部6は、光学式ヘッド装置4内の受光手段からの検出信号に基づくフォーカスエラー信号やトラッキングエラー信号を取得して処理し、対物レンズの駆動装置(所謂2軸アクチュエータ)を制御する。つまり、記録時及び再生時には、ディスク状記録媒体の面振れや、記録トラックの偏芯等に対して、ビームスポットをトラックに追従させるためのフォーカス制御及びトラッキング制御が行われる。
【0020】
スピンドル制御部7は、スピンドルモータ3とともに光学式記録媒体2の回転手段を構成しており、スピンドルモータ3の回転制御を担当している。
【0021】
送り制御(スライド制御)部8は、光学式ヘッド装置4の移動手段(所謂スレッド機構及びその駆動源)を制御するために設けられており、ディスク状記録媒体の半径方向に沿って光学式ヘッド装置4が移動されて対物レンズの視野位置が規定される。
【0022】
制御中枢の機能を有する制御部9は、CPU(中央処理装置)やメモリ等を用いて構成され、バスラインを介して信号処理部5、フォーカス制御及びトラッキング制御部6、スピンドル制御部7、送り制御部8と接続されている。
【0023】
図2は、光学式ヘッド装置4の構成例10について概略的に示したものである。
【0024】
図示のように、無限系とされる光学系11の構成部品として、対物レンズ12とコリメータ(レンズ)13、ビームスプリッタ14、グレーティング15、調整レンズ16が配置されている。
【0025】
異なる波長のレーザー光を発する発光源17としてレーザーダイオードが用いられており、例えば、2波長タイプとされ、異なる2波長のレーザー光についてビーム選択が可能である。発光源17については、2つの発光点が所定の間隔(30μm乃至500μm程度)をおいて配列された構成が好ましい。各レーザー光については、グレーティング15を透過してビームスプリッタ14での反射後に、コリメータ13で平行光線となり、対物レンズ12を透過して光学式記録媒体2に照射される。
【0026】
受光手段(フォトディテクタ)18は、各波長の光について信号検出(記録情報を示す信号の他、各種エラー信号の検出を含む。)のために設けられており、例えば、フォトダイオード群を含む受光素子が用いられる。光学式記録媒体2からの戻り光は、対物レンズ12、コリメータ13、ビームスプリッタ14、調整レンズ16を透過して受光手段18に到達し、ここで光電変換される。尚、受光手段18は、異なる波長の光について信号検出のために共用される。
【0027】
また、対物レンズ12及びコリメータ13を含む光学系は、種類の異なる第一及び第二の光学式記録媒体について共用される。ここで、例えば、第一の光学式記録媒体としては、情報の記録又は再生が可能な記録媒体(DVD等)が挙げられ、第二の光学式記録媒体としては、記録可能な記録媒体(CDR等)が挙げられる。
【0028】
図2では、発光源と受光手段を別個の素子部品として構成した例を示したが、発光源と受光手段を含む送受光手段に関して光集積型素子として構成しても良い。
【0029】
図3は、光学式ヘッド装置の構成例として、光集積型素子を用いた場合の構成を示すものである。
【0030】
本例では、光学式ヘッド装置が、送受光手段19、コリメータ13、対物レンズ12を備えている。
【0031】
光集積型の送受光手段19において、その内部の発光源20については、波長の異なる2つの発光部20Aと20Bとが所定の発光点間隔(図3の大円枠内に示す「x」を参照。)をもって配置されている。例えば、2波長タイプの場合、波長の異なる2つのレーザーダイオードチップが光集積型素子に内蔵されており、その一方がDVD用(例えば、波長650nm)とされ、他方がCD用(例えば、波長780nm)とされる。また、基板上に形成される信号検出用の受光素子21については、発光源20の近くに配置されている。
【0032】
尚、送受光手段19は、回折光学素子(ホログラフィック光学素子等)22を備えており、プラスチック又はガラス製の光学素子において、その一方の面(発光源側の面)には、グレーティングを有し、それとは反対側の面(コリメータ側の面)には、分割型の回折素子(ホログラム型回折素子)を有する構成とされる。
【0033】
本構成では、発光源20からグレーティングを透過して送受光手段19から出射された光が、コリメータ13により平行光線とされ、該コリメータ13を透過した光が対物レンズ12を透過して光学式記録媒体2に対して照射される。そして、戻り光については、対物レンズ12、コリメータ13を透過した後、回折光学素子22の回折面(回折素子面)において回折され、回折光が受光素子21に到達する。
【0034】
図4は、発光源及び光学系の要部(受光系を除く。)について示した概念図である。
【0035】
本例では2波長タイプとされ、2つのレーザーチップが同一のパッケージに収容された構成を備えており、レーザー光源について性能を損うことなく使用することができる。よって、2つのレーザーを別個の素子として使用する場合の構成に比較して、全体の占有面積を大幅に縮小することができ、また、ビームスプリッタを省略することで、部品点数を減らすことができるという利点が得られる。
【0036】
発光源23から選択的に出射されるレーザー光(図の点A、点B参照)は、コリメータ13(焦点距離を「fc」とし、開口数を「na」と記す。)、対物レンズ12(焦点距離を「fo」と記し、開口数を「NA」と記す。)をそれぞれ介して、光ディスク2A又は2B上に集光する。このとき、ディスク側からみた光学系の倍率(横倍率)「M」は、「M=fc/fo(=NA/na)」で表される。
【0037】
二つの発光部(レーザーチップ)を有する2波長LD(レーザーダイオード)を使用して、例えば、CD(CDR)記録用及びDVD用の光ピックアップを構成する場合には、同一倍率の光学系を使用しなければならない。つまり、CD記録と、DVD再生又は記録とで別個の光学系を用いたのでは構成の複雑化等を招くので、対物レンズやコリメータを含む光学系を、複数種の記録媒体について共用する必要がある。
【0038】
しかし、前記したように、CD記録ではM値を低くすることが要求され、他方、DVDではM値を高くすることが要求されるので、両者の相反する要請を充分に考慮した上で光学系の設計を行う必要がある。つまり、一方では光利用効率を高めるため、CD記録用ではM値を出来るだけ小さくしなければならず、他方、スポット品質を高めるためにDVD用ではM値を可能な限り大きくしなければならない。
【0039】
そこで、CD記録用の光利用効率とDVD用のスポット品質とを両立させるように、M値とそれぞれの発光源に係る発散角の条件について、以下に算出する。
【0040】
先ず、スポット品質に関係する、射出瞳最外部強度(以下、「RIM強度」といい、これを「I」と記す。)は、対物レンズ12の開口数「NA」、倍率「M」、発光源(レーザーダイオード)の発散角(半値全角)「θ」を用いて、次式で表される。
【0041】
【数1】
【0042】
尚、上式中の、「exp(X)」は変数Xの指数関数を表し、「ln(X)」は変数Xの自然対数関数を表す。また、「sin(X)」は変数Xの正弦関数を表す。
【0043】
RIM強度については、光ディスク上のスポット形状とフーリエ変換の関係があり、RIM強度が小さくなると、ディスク上でのスポット径が大きくなり、隣接するトラックの信号とのクロストーク等が発生する。つまり、RIM強度の値には下限が存在し、スポット品質を維持するために必要な値は、0.1程度である。
【0044】
光学系に係るRIM強度としては、0.1以上の値を確保することが好ましく(RIM強度の上限は1である。)、上記[数1]式について、「I≧0.1」の条件から、θに係る条件を求めると、次式が得られる。
【0045】
【数2】
【0046】
光学系の倍率Mについては、「4≦M≦6」の範囲が実用上好ましい(M<4では、ディスク上での光スポットが広がり再生や記録性能が劣化する可能性が高まり、また、M>6では光利用効率が低くなり過ぎる虞がある。)ので、例えば、[数2]式において、DVDの場合の対物レンズ開口数を「NA=0.6」として代入し、かつ、使用する光学系の倍率をM=4〜5とすると、θの下限値としては7.5度とされる。つまり、発散角θ(半値全角)の値は7.5度以上が好ましい。
【0047】
【数3】
【0048】
尚、発光源としてレーザーダイオードを用いる場合において、その発散角は発振の偏光方向による非対称性を持つため、[数3]式に示す範囲については、偏光面に平行な方向の発散角(これを「θ//」と記す。)に対して適用することが望ましい。つまり、発散角θが、光軸回りに対称性を有する場合には、[数3]式をそのまま適用すれば良いが、非対称性を有する場合には、特定方向における発散角(他の方向との相対比較において発散角の小さいθ//)について、上記の条件を規定すれば良い。
【0049】
RIM強度に上限がない(強いて言えば「1」)ため、基本的にはθの上限が定まらないことになるが、θはレーザーの発振モード(レーザーのニアフィールドパターン)と関係があり、偏光に平行な方向の発散角θ//は、12度程度が限界となり、また、偏光に垂直な方向の発散角(これを「θ⊥」と記す。)は、40度程度が限界となる。
【0050】
よって、発光源による一方の光については、発散角θ//(半値全角)の値が、7.5度以上12度以下であることが好ましい。
【0051】
以上についてまとめると、例えば、DVD用の発光源(レーザーダイオード)に必要な条件は次式となる。
【0052】
【数4】
【0053】
次に、光利用効率(これを「η」と記す。)について説明すると、ηは、対物レンズ12の開口数「NA」、倍率「M」、発光源の発散角「θ//」、「θ⊥」(「θ//」は偏光面に平行な方向の発散角を示し、「θ⊥」は偏光面に垂直な方向の発散角を示す。)を用いて、次式のように表される。
【0054】
【数5】
【0055】
尚、記号「∝」は比例関係を示す。
【0056】
アスペクト比(これを「κ」と記す。)は、θ⊥とθ//との比の値、つまり、「κ=θ⊥/θ//」として定義されるので、この式を用いて[数5]式を書き換えると、次式を得る。
【0057】
【数6】
【0058】
上式に、例えば、CD(CDR)記録用に使用する開口数「NA=0.5」、アスペクト比「κ=2.3」を代入し、さらに、「M=3.8」、「θ//=8°」におけるη値、つまり、「(NA/M)2・(1/(κ・(θ//)2)」の値を算出するとともに、倍率Mを4乃至5としたときに、「M=3.8」、「θ//=8°」の場合と同じ条件になるようなθ//を算出すると、次式で示す範囲を得ることができる。
【0059】
【数7】
【0060】
つまり、発光源による他方の光については、発散角θ//(半値全角)の値が、5度以上8度以下であることが好ましい。
【0061】
アスペクト比κの値については、1.6〜2.3程度であるため、θ⊥については、「κ=θ⊥/θ//」の関係からその範囲が決まる。例えば、κ=2とすれば、θ⊥は10度以上16度以下である。
【0062】
実用上は、上記[数7]式に基いて各種の要因を考慮すると、次式で示す範囲が好ましい。
【0063】
【数8】
【0064】
以上の結果についてまとめると、例えば、DVD用レーザーダイオードのように、発散角の広い発光源と、CD記録用レーザーダイオードのように発散角の狭い発光源とが、近傍に並んで配置された光源(2波長用レーザーダイオード)を備え、CD記録のために必要な光利用効率と、DVD再生又は記録に必要なスポット品質との、両方の要請を充分に満たす倍率の光学系を使用した装置において、以下の事項を具備することが好ましい。
【0065】
・スポット品質に関して、RIM強度の考察から得られる上記[数4]式で規定される発散角を持つ光源(DVD用発光源)を備えていること。
【0066】
・光利用効率に関して、上記[数7]式、[数8]式で規定される発散角を持つ光源(CD記録用発光源)を備えていること
・倍率Mの値が4以上6以下(さらに好ましくはM値として4以上5以下)の範囲内となるように、コリメータ及び対物レンズを含む光学系を使用すること。
【0067】
これらによって、CD記録とDVD再生又は記録に共用される光学式ヘッド装置及び該装置を用いたディスク情報処理装置を構成することができる。
【0068】
上記した構成例によれば、DVDの再生や記録性能を充分に保証するとともに、CDの記録速度を落とすことなくCD記録を高速に行うことができる。
【0069】
【発明の効果】
以上に記載したところから明らかなように、本発明によれば、光学系に係る射出瞳最外部強度及び倍率について条件を課すことにより、複数種の光学式記録媒体を用いる装置において、光利用効率を高めることによる性能の向上と、スポット品質を高めることによる信頼性の向上について両立化を図ることができる。
【0070】
更に、本発明によれば、射出瞳最外部強度の値を充分に確保して光スポットの品質を保証し、再生性能や記録性能の劣化を防止することができる。
【0071】
更にまた、本発明によれば、光利用効率を高めることにより、十分な記録スピードを確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】情報処理装置の構成例を示す図である。
【図2】光学式ヘッド装置の構成例を示す図である。
【図3】光学式ヘッド装置の別例を示す図である。
【図4】光学式ヘッド装置について要部の構成を示す図である。
【符号の説明】
1…情報処理装置、2…光学式記録媒体、4…光学式ヘッド装置、11…光学系、12…対物レンズ、13…コリメータ、17…発光源、18…受光手段、20…発光源、23…発光源
Claims (2)
- 第一の波長のレーザー光を発する第一の発光源と、
上記第一の波長とは異なる第二の波長のレーザー光を発する第二の発光源と、
上記第一及び第二の波長の光について信号検出のために設けられた受光手段と、
対物レンズ及びコリメータを含み、種類の異なる第一及び第二の光学式記録媒体について共用される光学系を備えた光学式ヘッド装置において、
上記第一の発光源と上記第二の発光源とが近傍に配置されており、
上記光学系に係る射出瞳最外部強度が0.1以上であって、上記第一及び第二の発光源に対する上記コリメータの焦点距離を「fc」と記し、上記第一及び第二の発光源に対する上記対物レンズの焦点距離を「fo」と記すとき、「M=fc/fo」で表される上記光学系の倍率Mの値が4以上6以下とされており、
上記第一の光学式記録媒体への情報記録又は情報再生を行う場合に上記第一の発光源から該光学式記録媒体に向けて出射される光の発散角(半値全角)が、7.5度以上であり、
記録可能な上記第二の光学式記録媒体への情報記録又は情報再生を行う場合に上記第二の発光源から該光学式記録媒体に向けて出射される光の発散角(半値全角)が、5度以上8度以下である
ことを特徴とする光学式ヘッド装置。 - 異なる波長の光を用いて2種類以上の光学式記録媒体について情報の再生又は記録を行う情報処理装置において、
第一の波長のレーザー光を発する第一の発光源と、
上記第一の波長とは異なる第二の波長のレーザー光を発する第二の発光源と、
上記第一及び第二の波長の光について信号検出のために設けられた受光手段と、
対物レンズ及びコリメータを含み、種類の異なる第一及び第二の光学式記録媒体について共用される光学系を備え、
上記第一の発光源と上記第二の発光源とが近傍に配置されており、
上記光学系に係る射出瞳最外部強度が0.1以上であって、上記第一及び第二の発光源に対する上記コリメータの焦点距離を「fc」と記し、上記第一及び第二の発光源に対する上記対物レンズの焦点距離を「fo」と記すとき、「M=fc/fo」で表される上記該光学系の倍率Mの値が4以上6以下とされており、
上記第一の光学式記録媒体への情報記録又は情報再生を行う場合に上記第一の発光源から該光学式記録媒体に向けて出射される光の発散角(半値全角)が、7.5度以上であり、
記録可能な上記第二の光学式記録媒体への情報記録又は情報再生を行う場合に上記第二の発光源から該光学式記録媒体に向けて出射される光の発散角(半値全角)が、5度以上8度以下である
ことを特徴とする情報処理装置。
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