JP4358163B2 - 光ヘッド装置 - Google Patents

Description

本発明は、多層光ディスクに記録されている情報を再生する光ヘッド装置に関する。

衛星ディジタル放送や地上ディジタル放送など、動画像のディジタル情報を享受できるインフラストラクチャの拡充が進行する状況の中、より大容量あるいはより高精細のディジタル情報を記録できる可搬型記録媒体の実現が要求されている。この要求に応えるために、現在普及しているディジタルバーサタイルディスク（digital versatile disc:ＤＶＤ）の３〜４倍の記録容量を有する次世代高密度光ディスクの開発が各種進められている。その中で、既存のコンパクトディスク（compact disc:ＣＤ）及びＤＶＤとの互換性、ノートパソコン用薄型光ヘッド装置の実現容易性、安価なドライブ製造コスト及びディスク製造コスト等の観点から、波長４０５ｎｍ帯の青紫色レーザダイオードと、基板厚０．６ｍｍに最適化された開口数０．６５の対物レンズを用いるＨＤ ＤＶＤの開発が進められている。ＨＤ ＤＶＤにおいては、記録情報量のさらなる増大を目的として、ＤＶＤと同様に記録層を２層ディスクの開発も並行して進められている。

２層ディスクでは、基板厚が単層ディスクの基板厚０．６ｍｍからずれるため、ビームスポットに波面収差が生じて光学特性が劣化する。そのため、既存のＤＶＤの２層ディスクでは波面収差を許容値以下に抑えるために、２つの記録層の層間厚を５５μｍ±１５μｍと規定している。ＤＶＤと同様な収差基準をＨＤ ＤＶＤに適用すると、２層の層間厚は２５μｍ程度と小さくなる。これは基板厚の誤差に対して発生する波面収差が概ね対物レンズ開口数の４乗に比例し、レーザ波長に反比例するためである。このようにＨＤ ＤＶＤでは層間厚がＤＶＤと比較して小さくなってしまうため、２つの記録層のうち非再生層で反射した不所望な光が光検出器に漏れ込んで入射する、所謂、層間クロストークの影響が顕著になる。すなわち、ＨＤ ＤＶＤでは層間厚が小さいために光検出器面上における非再生層からの漏れ込み光のビーム径がＤＶＤのそれより小さく、従って漏れ込み光の光量が大きくなる。これは再生信号劣化の原因となるので、ＨＤ ＤＶＤでは層間厚を規定する以外の層間クロストーク対策が必要となる。

特開２００３−３２３７３６号公報（特許文献１）の図１には、ピンホール素子による層間クロストーク低減法が開示されている。ピンホール素子は信号光を通過させるように、３軸方向、すなわち光軸方向（ｚ軸）と光軸に対して直角な面内の互いに直交する２軸の方向（ｘ軸方向及びｙ軸方向）の位置が調整される。ピンホール素子上では、非再生層からの漏れ込み光のビーム径は大きくなっているので、ピンホール素子により漏れ込み光の大部分を遮光して、信号光を通過させることができ、層間クロストークを効果的に低減することができる。

一方、特許文献２（特開平６−１８０８５１号公報）の図１には、光学的情報記録媒体からの反射光を集光するレンズの焦点面またはその近傍に、開口の大きさ及び位置を調整可能な液晶シャッタを設けることが記載されている。
特開２００３−３２３７３６号公報 特開平６−１８０８５１号公報

特許文献１に開示されたピンホール素子は、ｘｙｚの３軸方向の機械的な位置調整が必要であるため、実験室レベルでの使用は可能であるが、製品に搭載することは実質上困難である。光ヘッド装置では多くの場合、再生信号及び各種サーボ信号を生成するために回折格子等を用いてレーザ光を多ビーム化して利用する。このような多ビーム化した光ヘッド装置に特許文献１の技術を適用しようとすると、複数のピンホールを持つピンホール素子を用意し、複数のビームが複数のピンホールを同時に通過するようにピンホール素子の位置を調整することはが必要である。従って、ピンホール素子による層間クロストーク対策は、光ヘッド装置の量産化の観点から現実的とはいえない。

一方、特許文献２に記載されている液晶シャッタは、前記集光レンズの回折限界径よりも小径の光ビームを光検出器に入射させる目的で設けられており、層間クロストークの低減には用いられていない。

本発明は、位置調整が容易な構成により、多層光ディスクで発生する層間クロストークを効果的に低減できる光ヘッド装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の観点によると、複数の記録層を有する光ディスクに記録されている情報を再生する光ヘッド装置において、光ビームを出射する光源と、前記光ビームを前記光ディスク上に集光する対物レンズと、前記光ディスクからの反射光を集光する集光レンズと、前記集光レンズによる集光光を検出する光検出器と、前記集光レンズの焦点近傍に配置された複数の画素を有する液晶パネル、及び前記液晶パネルの各画素を前記集光光のうち再生層からの反射光を透過させると共に、非再生層からの反射光の少なくとも一部を遮断するように駆動するドライバを具備する光ヘッド装置を提供する。

本発明によれば、位置調整が容易な構成により、多層光ディスクで発生する層間クロストークを低減できる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る光ヘッド装置を示している。図１において、光ディスク１００は例えばスパイラル状のグルーブ領域とランド領域がそれぞれ形成された２つの記録層１０１Ａ及び１０１Ｂを有する２層光ディスクである。光ビームの入射側に近い記録層１０１Ａは第０記録層と呼ばれ、光ビームの入射側から遠い記録層１０１Ｂは第１記録層と呼ばれる。光ディスク１００は、記録及び再生時にスピンドルモータ１０２によって回転駆動される。

第０記録層１０１Ａまたは第１記録層１０１Ｂへの情報の記録時、あるいは第０記録層１０１Ａまたは第１記録層１０１Ｂからの情報の再生時には、レーザダイオードのようなレーザ光源１０３、コリメータレンズ１０４、偏光ビームスプリッタ１０５、立ち上げミラー１０６、１／４波長板１０７及び対物レンズ１０８を含む光照射器によって、記録対象の記録層あるいは再生対象の記録層（再生層）上に光ビームが集束される。

再生時について説明すると、レーザ光源１０３から出射した直線偏光の光ビームは、コリメータレンズ１０４によって発散光束から平行光束に変換された後、偏光ビームスプリッタ１０５を透過し、さらに立ち上げミラー１０６で反射されて１／４波長板１０７に入射する。１／４波長板１０７に入射した平行光束は円偏光に変換され、対物レンズ１０８により光ディスク１００の再生層（記録層１０１Ａ，１０１Ｂのいずれか一方）上（反射層１０１Ｃ，１０１Ｄのいずれか一方）に集束される。

再生層によって反射された光は、入射光と逆に対物レンズ１０８及び１／４波長板１０７を介して往路の直線偏光と直交する直線偏光に変換された後、立ち上げミラー１０６で反射されて偏光ビームスプリッタ１０５に入射する。偏光ビームスプリッタ１０５は立ち上げミラー１０６から入射した光ビームを反射させ、ビームスプリッタ１０９に導く。ビームスプリッタ１０９では、入射した光ビームが予め定められた光量比に従って、フォーカシング制御用の平行光束とトラッキング制御兼再生用の平行光束とに分割される。

ビームスプリッタ１０９を透過したフォーカシング制御用の平行光束は、第１集光レンズ１１０により収束光束に変換され、さらにシリンドリカルレンズ１１１を屈折して透過した後、第１光検出器１１２上に集光される。第１光検出器１１２の受光面上の光ビームの形状は、焦点誤差があると楕円となり、かつ焦点ずれの方向によって楕円の長軸及び短軸の方向が変化するので、これを利用して図示しない焦点誤差検出演算器により焦点誤差信号を生成する。この焦点誤差検出信号に基づいて、レンズアクチュエータ１１６により対物レンズ１０８が記録層１０１Ａ及び１０１Ｂの面に対して垂直方向に駆動される。これによって、再生層上に光ビームの合焦がなされる。ここでは焦点誤差検出方法として代表的な非点収差法を示したが、この方法に限るものではなく、ナイフエッジ法あるいはビームサイズ法等の方法でもよい。

一方、ビームスプリッタ１０９で反射されたトラッキング制御兼再生用の平行光束は、第２集光レンズ１１３によって収束光束に変換された後、集光レンズ１１３の焦点近傍に配置された、複数の画素を有する液晶パネル１１４を透過して第２光検出器１１５に入射する。液晶パネル１１４は、液晶ドライバ１１７によって駆動される。第２光検出器１１５は、分割された複数、例えば４つの受光面を有する分割検出器であり、各受光面に対応して各々の入射光量に応じた出力信号を生成する。第２光検出器１１５の各受光面に対応する出力信号に対して、図示しない演算器において公知の演算式が施されることにより、再生信号及びトラッキング誤差信号が生成される。トラッキング誤差信号に基づいてレンズアクチュエータ１１６により対物レンズ１０８が記録層１０１Ａ及び１０１Ｂの面内方向に駆動され、再生層上の目標トラックに光ビームが位置決めされる。

液晶パネル１１４は、例えば図２に示されるように、方形状の複数の画素２０４を有する。画素２０４は、液晶ドライバ１１７によって選択的に透過状態となるように駆動される。例えば、画素２０４は液晶ドライバ１１７によって電圧駆動され、電圧印加時には透過状態、電圧が印加されないときに非透過状態となる。

液晶パネル１１４には、２層光ディスク１００の再生層からの反射光である信号光２０１と非再生層からの反射光、すなわち漏れ込み光２０２が入射する。液晶パネル１１４上では、信号光２０１のビーム径に比較して漏れ込み光２０２のビーム径が大きい。そこで、図２の画素２０４のうち信号光２０１が通過する白抜きで示す画素を透過状態としてピンホール部２０５とし、それ以外の斜線で示す領域の画素を非透過状態とする。この結果、液晶パネル１１４により漏れ込み光２０２の大部分を遮断し、信号光２０１をピンホール部２０５により透過させることができるので、層間クロストークを大幅に低減することが可能となる。

図３は、ピンホール径（ピンホール部２０５の直径）に対する層間クロストーク量（第２光検出器１１５の受光面への漏れ込み光の光量）の解析結果を示している。解析条件は、光ディスク１００の記録層１０１Ａと１０１Ｂ間の層間厚を２５μｍ、光学系の倍率を８倍、第２光検出器１１５の受光面サイズを１００μｍ×１００μｍとした。図３において、縦軸はピンホール部２０５がある場合の漏れ込み量をピンホール部２０５がない場合の漏れ込み光量で規格化した値である。図３から分かるように、ピンホール径を２００μｍ以下にすれば、層間クロストークを１／２以下に低減することができる。ピンホール径を２００μｍあるいはそれ以下にするためには、液晶パネル１１４の画素サイズを２０μｍ程度あるいはそれ以下とするのが好ましい。

次に、図４を参照して図１の光ヘッド装置の組立て調整時に行う液晶パネル１１４の位置調整方法について説明する。下記ステップＳ１〜ステップＳ６の手順で、液晶パネル１１４の位置調整を行う。

＜ステップＳ１＞
光ディスク１００に代えて調整用ミラーディスク３０１をセットし、アクチュエータ１１６により対物レンズ１０８をディスク３０１表面上に合焦させる。ミラーディスク３０１には、平坦な高反射率の光反射面を有する単層ディスクを用いることができる。

＜ステップＳ２＞
液晶パネル１１４の背面に、調整用ミラー３０２を設置する。

＜ステップＳ３＞
液晶パネル１１４の全ての画素２０４を透過状態にする。

＜ステップＳ４＞
液晶パネル１１４を透過し、調整用ミラー３０２で反射された後、ビームスプリッタ１０５を透過した光を調整用コリメーションテスタ３０３に入射させる。

＜ステップＳ５＞
コリメーションテスタ３０３によって入射光の収束／発散状態を観察しながら、入射光が平行光束になるように液晶パネル１１４の光軸方向の位置を調整する。なお、第２集光レンズ１１３の開口数は通常０．０６〜０．０８程度なので、レンズ１１３の焦点深度は３０μｍ〜６０μｍ程度である。従って、液晶パネル１１４の光軸方向の位置調整は困難な作業ではない。

＜ステップＳ６＞
調整用ミラー３０２を取り除き、第２光検出器１１５の入射光量が減少しないようにモニタしながら、液晶ドライバ１１７により液晶パネル１１４の画素２０４のうち光が照射されていない画素をオフ、光が照射されている画素をオンにしてピンホール部２０５を形成する。

このように液晶パネル１１４を用いてピンホール部２０５を形成することにより、通常のピンホールで必要な光軸に垂直な面内方向の機械的な調整が不要である、または調整を簡略化することができるというメリットを有する。

図２に示した液晶パネル１１４では、画素２０４の形状を方形状としたが、これに限定されるものではなく、例えば図５に示すようにハニカム形状の画素２０６としてもよい。この場合においても、液晶ドライバ１１７によって白抜きで示す領域の画素を透過状態として、ピンホール部２０４を形成する。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態によると、図６に示されるように図１に示した光ヘッド装置に対して３ビーム用回折格子１１８が追加される。一般に、光ヘッド装置では再生信号、焦点誤差信号及びトラッキング誤差信号等を生成するために、レーザ光源１０３からの光ビームを多ビーム化して利用することがよく行われる。図６は、差動プッシュプル（differential push-pull：ＤＰＰ）法によりトラッキング誤差信号を生成するために、光ビームを３ビーム化する例を示している。

液晶パネル１１４は、このような多ビーム化にも容易に対応が可能である。すなわち、図７に示されるように液晶パネル１１４によって漏れ込み光２０２の大部分を遮断すると共に、再生層からの信号光２０１である３ビームを透過させる３つのピンホール部２０５を形成することができる。物理的な複数の穴を穿った通常のピンホールは、光ヘッド装置の固体差に合わせてそれぞれのピンホールの相対位置を調整することは難しい。従って、複数のピンホールに複数ビームを同時に通過させることは、物理的な穴を穿った通常のピンホールでは甚だ困難である。しかし、本実施形態では液晶パネル１１４により容易に可能である。

本実施形態に係る光ヘッド装置の組立て調整時に行う液晶パネル１１４の位置調整方法は、基本的に図４によって説明した通りである。液晶パネル１１４に入射する光ビームが３ビームになっている点が第１の実施形態と異なるが、メインビーム（回折格子１１８からの０次回折光）を用いて位置調整を行えばよい。すなわち、コリメーションテスタ９０３を３ビームが物理的に分離する程度に遠方に設置して、前記ステップＳ１〜Ｓ６の処理を行えばよい。

第２の実施形態では一例として３ビームを用いる光ヘッド装置を示したが、２ビームあるいは４ビーム以上のビームを用いる光ヘッド装置においても液晶パネル１１４によるピンホール部の形成は有効である。

（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態では、第２の実施形態で用いた液晶パネル１１４に代えて図８に示す多層液晶パネル１２４を用いる。多層液晶パネル１２４は、これまで説明した液晶パネル１１４と同様の複数の単位パネル１２３を光軸方向に積層している。光ヘッド装置の他の構成は、第２の実施形態と同様である。光ヘッド装置の組立て調整時における多層液晶パネル１２４の光軸方向の調整方法は、基本的に図４を用いて説明した通りであるが、先のステップＳ６の処理を詳しくは以下のようにする。

すなわち、液晶ドライバ１１７により単位パネル１２３の画素２０４のうち光が照射されていない画素をオフ、光が照射されている画素をオンにしてピンホール部２０５を形成することは、先のステップＳ６と同様である。但し、第２集光レンズ１１３の焦点近傍のうち特に信号光２０１の集光点にピンホール部２０５が形成されるように、多層液晶パネル１２４の各層の単位パネル１２３の画素２０４をオン／オフする。このようにすると、液晶パネル１２４の光軸方向の位置調整マージンが大きくなり、位置調整がより一層容易となるという利点がある。

多層液晶パネル１２４において複数の単位パネル１２３を積層する際、例えば図１０に示すように各層の単位パネル１２３の画素２０４が光軸方向に垂直な面内において互いに一部だけオーバラップするようにしてもよい。このようにすると、画素２０４の相互間からの光量漏れを防ぐことができる。

（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態では、液晶パネルに替えて図１１（ａ）（ｂ）に示す遮光素子４０１を用いる。光ヘッド装置のその他の構成は、第１の実施形態で示した図１と同様である。遮光素子４０１は、透明基板４０２と、基板４０２に蒸着、スパッタリングあるいはメッキ等により形成されたＣｒ膜のような薄膜４０３を有し、図１１（ｂ）に示されるように薄膜４０３にピンホール部４０４が形成される。

次に、図１２を参照して図１１（ａ）（ｂ）の光ヘッド装置の組立て調整時に行う遮光素子４０１の調整方法について説明する。下記ステップＳ１１〜ステップＳ１４の手順で、遮光素子４０１の位置調整を行い、ピンホール部４０４を形成する。

＜ステップＳ１１＞
光ディスク１００に代えて調整用ミラーディスク３０１をセットし、アクチュエータ１１６により対物レンズ１０８をディスク３０１表面上に合焦させる。ミラーディスク３０１には、平坦な高反射率の光反射面を有する単層ディスクを用いることができる。

＜ステップＳ１２＞
遮光素子４０１で反射し、ビームスプリッタ１０５を透過した光を調整用コリメーションテスタ３０３に入射させる。

＜ステップＳ１３＞
コリメーションテスタ３０３で入射光の収束／発散状態を観察しながら、入射光束が平行光束になるように遮光素子４０１の光軸方向の位置を調整する。なお、第２集光レンズ１１３の開口数は通常０．０６〜０．０８程度なので、レンズ１１３の焦点深度は３０μｍ〜６０μｍ程度である。従って、遮光素子４０１の光軸方向の調整は困難な作業ではない。

＜ステップＳ１４＞
レーザ光源１０３から高出力化した光ビームを出力し、該高出力の光ビームを遮光素子４０１の薄膜４０３に照射して図１１（ｂ）に示したように溶融させることにより、ピンホール部４０４を形成する。

薄膜４０３の膜厚は、集光レンズ１１３の焦点近傍に配置され、上記ステップＳ１４の高出力化した光ビームの照射、すなわちレーザエネルギー密度が高い状態で溶融し、通常の光ディスク記録再生時は溶融しない膜厚とする。

上記ステップＳ１１〜Ｓ１４により、２層ディスクからの情報再生時に非再生層からの漏れ込み光の大部分を遮光素子４０１によって遮断し、信号光をピンホール部４０４を通して透過させることが可能となる。

第４の実施形態によると、遮光素子４０１に関して光軸に垂直な面内方向の機械的な調整を必要とすることなく、層間クロストークを効果的に低減することができる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

例えば、上記実施形態では調整用ミラーディスク３０１に単層ディスクを用いた実施形態について説明したが、例えば平坦な複数の反射面を有する多層ディスクを用い、複数の反射面のいずれか１つの反射面からの反射光を利用することもできる。

本発明の第１の実施形態に係る光ヘッド装置を示す図 図１中の液晶パネルの一例の詳細を示す図 液晶パネルのピンホール径と層間クロストークの関係を示す図 図１中の液晶パネルの位置調整方法を説明する図 図１中の液晶パネルの他の例の詳細を示す図 本発明の第２の実施形態に係る光ヘッド装置を示す図 図６中の液晶パネルの詳細を示す図 本発明の第３の実施形態に係る光ヘッド装置で用いられる多層化液晶パネルの詳細を示す図 図８の多層化液晶パネルの駆動状態の一例を示す図 図８の多層化液晶パネルの駆動状態の他の例を示す図 本発明の第４の実施形態に係る光ヘッド装置における遮光素子を示す図 図１１の遮光素子の位置調整方法を説明する図

符号の説明

１００・・・光ディスク
１０１Ａ，１０１Ｂ・・・記録層
１０２・・・スピンドルモータ
１０３・・・半導体レーザ
１０４・・・コリメータレンズ
１０５・・・偏光ビームスプリッタ
１０６・・・立上げミラー
１０７・・・１／４波長板
１０８・・・対物レンズ
１０９・・・ビームスプリッタ
１１０、１１３・・・集光レンズ
１１１・・・シリンドリカルレンズ
１１２・・・光検出器
１１４・・・液晶パネル
１１５・・・光検出器
１１６・・・アクチュエータ
１１７・・・液晶ドライバ
１１８・・・３ビーム用回折格子
１２３・・・単位パネル
１２４・・・多層液晶パネル
１２５・・・３ビーム用光検出器
２０１・・・信号光
２０２・・・漏れ込み光
２０３・・・光軸
２０４・・・矩形状画素
２０５・・・ピンホール部
２０６・・・ハニカム状画素
２０７・・・ピンホール部
３０１・・・調整用ミラーディスク
３０２・・・調整用ミラー
３０３・・・調整用コリメーションテスタ
４０１・・・遮光素子
４０２・・・透明基板
４０３・・・薄膜
４０４・・・ピンホール部

Claims (3)

1. 複数の記録層を有する光ディスクに記録されている情報を再生する光ヘッド装置において、
   光ビームを出射する光源と、
   前記光ビームを前記光ディスク上に集光する対物レンズと、
   前記光ディスクからの反射光を集光する集光レンズと、
   前記集光レンズによる集光光を検出する光検出器と、
   前記集光レンズの焦点近傍に配置された複数の画素を有する液晶パネル、及び
   前記液晶パネルの各画素を前記集光光のうち再生層からの反射光を透過させると共に、非再生層からの反射光の少なくとも一部を遮断するように駆動するドライバを具備し、
   前記液晶パネルは、前記集光光の光軸方向に積層された、複数の画素をそれぞれ有する複数の単位パネルを備えることを特徴とする光ヘッド装置。
2. 複数の記録層を有する光ディスクに記録されている情報を再生する光ヘッド装置において、
   光ビームを出射する光源と、
   前記光ビームを前記光ディスク上に集光する対物レンズと、
   前記光ディスクからの反射光を集光する集光レンズと、
   前記集光レンズによる集光光を検出する光検出器と、
   前記集光レンズの焦点近傍に配置された複数の画素を有する液晶パネル、及び
   前記液晶パネルの各画素を前記集光光のうち再生層からの反射光を透過させると共に、非再生層からの反射光の少なくとも一部を遮断するように駆動するドライバを具備し、
   前記液晶パネルは、前記集光光の光軸方向に積層された、複数の画素をそれぞれ有する複数の単位パネルを備え、前記ドライバは、少なくとも前記液晶パネルの再生層からの反射光が透過する位置にピンホール部が形成されるように各単位パネルの各画素を駆動することを特徴とする光ヘッド装置。
3. 前記液晶パネルは、前記複数の単位パネルの各々の画素の少なくとも一部が前記光軸方向に垂直な面内で互いに一部だけオーバラップするように単位パネルが積層される請求項１または２のいずれか１項に記載の光ヘッド装置。

Images