JP4358163B2 - 光ヘッド装置 - Google Patents

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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。
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