JP4620631B2 - 光ディスクドライブ装置 - Google Patents

Description

本発明は光ディスクドライブ装置に関し、特に読出し光学系に関する。

光ディスクの1層の容量は、使用する半導体レーザの波長と対物レンズの開口数（ＮＡ）に大きく依存する。半導体レーザの波長が短いほど、あるいはＮＡが大きいほど、記録密度を大きくできるので、1層あたりの容量を増やすことができる。現在市場に流通している光ディスクドライブの主体は波長６６０ｎｍ付近の赤色とＮＡ０．６の対物レンズを使用するＤＶＤ（Digital Versatile Disk）ドライブであるが、ＤＶＤの記録密度を上回るものとして、光波長４０５ｎｍ付近の青紫色の半導体レーザを光源とし、ＮＡ０．８５の対物レンズを使用する光ドライブが出荷され始めている。この青紫色より短い波長の半導体レーザ光源の開発は波長が紫外域になるため、開発に困難が予想される。また、空気中での対物レンズのＮＡの限界は１であるので、対物レンズによる記録密度の向上も困難になってきている。

このような状況において、1枚の光ディスクの容量を増加させる方式として多層化が提案されている。非特許文献１には４層のＲＯＭ（Read Only Memory）が紹介されている。レーザ光を多層光ディスクに照射した場合、同時に複数の層を照射することになるので層間のクロストークが問題となる。この問題を低減するために、層間隔を大きくすることが行われる。レーザ光は集光されており、目的とする層以外はレーザ光の集光位置からずれるので、クロストークを低減することができる。

一方、層間隔を広げると球面収差が問題になってくる。記録層の層間には空気の屈折率と異なるポリカーボネイトが使用されており、球面収差の原因となる。対物レンズの球面収差は特定の層に対して小さくなるように設計されており、他の層にレーザ光の焦点を移したとき球面収差が発生する。この収差は通常２枚のレンズで構成されるエクスパンダーレンズ光学系を対物レンズの前に置くことで補正することが可能であり、また液晶素子の位相や２枚のレンズの距離を変えることで収差を補正することができる。しかし、液晶素子の補償可能範囲あるいはレンズの移動機構を小型の光ディスクドライブ装置内で実現することを考慮すると、大きい球面収差を補正することはできない。すなわち、多層光ディスク層間隔を十分広くとることは実際の光ドライブ装置では事実上難しくなる。この結果、多層光ディスクでは層間クロストークが多少とも残ることになる。

前述のクロストークを低減するために、特許文献１によれば、レンズで集光された多層光ディスクからの反射光の集光位置は目的とする層と隣接層では光軸上で異なるので、微小なミラーを光軸上に配置することで、目的とする反射光だけを取り出すことができ、クロストークの低減が可能となる。非特許文献２では、隣接層からのクロストークを軽減するために、多層ディスクからの反射光を集光レンズで絞込み、＋λ／４波長板の位相差領域と−λ／４波長板の位相差領域から成る２枚の分割波長板を、その焦点位置を挟んで互いに向きが反転した関係になるように配置する。目的とする層からの反射光の焦点は２枚の分割波長板に挟まれているので二つの分割波長板の＋λ／４領域か−λ／４領域の一方のみを２度通過するので、二つの偏光方向に位相差λ／２が生じ、偏光方向が９０度回転する。隣接層からの反射光は、集光位置が２枚の波長板の外にあるので、＋λ／４領域と−λ／４領域の両方を通過する。このとき、それぞれの分割波長板で生じた位相差は相殺され、二つの偏光方向で位相差は生じない。このため、隣接層からの反射光の偏光方向は変化しない。偏光分離をすることで、目的とする層からの反射光だけを得ることができ、隣接層からのクロストークを低減することができる。この方法では光学系に偏光分離のための光学素子を導入する必要があり、光学系が大きくなる。

特開2005-302084号公報 Jpn.J.Appl.Phys.Vol.42 (2003)pp.778-783 Optics Japan 2005、23aPD1

本発明の目的は、光ディスクドライブ装置を大型化させずに、多層でのクロストークを軽減することである。

図３を用いて、光ディスクドライブ装置の検出光学系において発生する多層光ディスクによるクロストークを説明する。ここでは単純化のために、５０１は2層の光ディスクとし、５１１及び５１２は情報記録層である。対物レンズ４０１からのレーザ光の最小ビームスポット位置はレーザビーム８０に示すように５１１の記録層上にあり、記録層５１１からの情報を読み出そうとしている。記録層５１１からの反射光は目的とするものであり、入射光と同じ光路を辿って対物レンズ４０１に戻り、検出レンズ４０２を透過した後、光ビーム８１となり光検出器５１に入射する。光検出器からの電気信号は、信号処理回路６１で処理され、レーザ光の照射位置の制御や、データ信号として使用される。

多層ディスクでは各層にレーザ光の焦点を当てたとき、それぞれの反射光量はほぼ同量になるように設計されている。このため対物レンズに近い層の透過率が大きくなっており、対物レンズから遠い層にもレーザ光が照射できるようになっている。このような条件下では、情報読出しを目的とする層である５１１にレーザ光の焦点を合わせたとき、一部のレーザ光は光ビーム８２として当該層５１１を透過し、隣接層５１２で反射された反射光ビーム８３が発生する。この反射光ビーム８３は対物レンズ４０１に戻り、検出レンズ４０２に入射した後、光検出器５１の手前で一旦集光され、光ビーム８４で示したように広がりながら光検出器５１に入射する。光ビーム８４は光検出器５１の上で光ビーム８１と重なり合うため干渉効果により、光ビーム８１だけ入射した場合とは異なる強度分布が生じる。この強度分布は、光ディスクの傾きや層間隔などにより変化するため、差分をとるトラッキングエラー信号などのバランスを崩し、トラッキングがはずれる不具合を生ずる。隣接層５１２が読出し対象層５１１の対物レンズ寄りにある場合も、隣接層から反射光が発生し、問題となる干渉が同様に生じる。

上述の課題を解決するために、隣接層からの反射光が光検出器に入射しないようにし、光検出器上で読出し対象とする当該層からの反射光と干渉をなくする。このための手段として、光学軸の方向の異なる２種類のλ／２板と反射鏡を使用し、隣接層からの反射光と当該層からの反射光の偏光方向が９０度異なるようにする。この偏光方向の違いを利用して両者を分離し、干渉を避ける。

図４に示す分割波長板７０は、光学軸の方向の異なるλ／２板７１と７２が分割直線位置で接合されたものである。入射光の偏光方向を６１としたとき、λ／２板７１の光学軸の方向６２は偏光方向６１に対して略プラス２２．５度傾いている。また、もう一方のλ／２板７２の光学軸６３は、入射光の偏光方向に対して略マイナス２２．５度傾いている。図５は、この分割波長板７０と反射鏡４３、光ディスクのフォーカスの引き込み範囲で決まる位置、及び多層ディスクからの反射光の最小スポット位置の位置関係を示す。光軸８０の多層光ディスクからの反射光は紙面上方から入射するものとし、分割波長板７０の分割線は光軸８０と直交しているものとする。反射光８１が読出し対象層からの反射光であり、その最小スポット位置に反射鏡４３は設置されている。また、フォーカスの引き込み範囲で決まる反射鏡４３からの距離ｐ×ｍ^２の位置を９７で示す。対物レンズから見て遠くの隣接層からの反射光８４の最小スポット位置は８５のところにあり、分割波長板７０は８５のスポット位置に対して反射鏡に近い側に置かれ、かつ９７の点線の位置より対物レンズ寄りに設置される。

読出し対象層からの反射光８１は最小スポット位置にある反射鏡４３により反射されることで、λ／２板７１と７２の両者を通過する。例えば、光線８６のようにλ／２板７１に入射したとき、偏光方向が図６に示すように６１から６４へ４５度変わる。次に反射鏡で反射されて光線８７としてλ／２板７２を通過したときは、図７に示すように、光学軸６３を有する偏光板７２により偏光方向はマイナス１３５度変化し、６５で示す偏光方向となる。すなわち、元の偏光方向６１に対してマイナス９０度回転することになる。読出し対象層からの反射光８１が最初にλ／２板７２に入射したときは、偏光方向の回転方向が逆になるだけで、元の偏光方向に対してプラス９０度回転する。プラス９０度とマイナス９０度偏光方向が回転した偏光状態は同じ偏光状態であるので、結局読出し対象層からの反射光８１の偏光状態は、分割波長板と反射鏡によって、元の偏光方向に対して直交する状態となって反射されることになる。

他方、隣接層からの反射光８４は図５に示すように反射鏡４３で反射された後、同じ波長板を通過する。例えば、隣接層からの光線８８は８５の最小スポット位置を通過しλ／２板７１に入射し、図６に示すように偏光状態が６１から６４へ変化する。次に反射板４３で反射されて光線８９となり、同じλ／２板７１に入射する。このときλ／２板７１の出射光８９の偏光状態は元の状態の６１に戻る。隣接層からの反射光がλ／２板７２に入射した場合も同様に偏光状態が元に戻り変化はない。

図８は、隣接層による反射光が対物レンズに近い層による場合を示している。隣接層からの反射光９０の最小スポットは虚像として位置９１にある。反射光９０に含まれる光線９２はλ／２板７１を２度通過するため、偏光方向の変化はない。同様に、反射光９０に含まれる光線が最初にλ／２板７２を通過した場合も、もう一度λ／２板７２を通過するため、偏光方向の変化はない。

以上まとめると、分割波長板と反射鏡を使用することで、読出し対象層からの反射光に対しては偏光方向を直交するように回転させ、隣接層からの反射光の偏光方向は変化させない効果を得ることができる。両者は偏光分離素子で分離できるので、両者の干渉をなくすることが可能になる。

本発明によると、読出し対象層からのみの光を光検出器に入射させることが可能となる。これにより、多層ディスクの記録情報を読み出す際に、読出し対象層からの信号となる反射光に隣接層からの反射光が重なり合い、クロストークとなるのを避けることができ、制御信号やデータ信号の品質を向上することができる。

以下、本発明の光ディスクドライブ装置を実施するための最良の形態を、図を用いて説明する。

図１は、本発明による光ディスクドライブ装置の一例の光ピックアップの部分を示す図である。半導体レーザ１０１から出射したレーザ光をコリメートレンズ４０３と三角プリズム１０２により円形のコリメートされた光ビームに変換する。コリメートされたビームは偏光ビームスプリッタ１０３を透過し、λ／４波長板１０４により円偏光に変換され、対物レンズ４０４により多層ディスク５０１（ここでは２層ディスクを図示）に絞り込まれる。読出し対象層は５１１であり、レーザ光の最小スポットの位置が５１１上にある。隣接層５１２からも反射光８３が発生し、クロストークの原因である迷光となる。多層ディスクからの反射光は迷光も含めて、対物レンズ４０４を戻り、λ／４波長板１０４により、元の偏光方向に対して直交する方向の直線偏光に変換される。このため偏光ビームスプリッタ１０３で反射され集光レンズ４０５に向かう。７０は光学軸方向を所定の方向に設定した分割波長板、４３は反射鏡であり、読出し対象層からの反射光の偏光方向を直交方向に変換し、隣接層からの反射光に対しては偏光方向を変化させない。

集光レンズ４０５に戻った反射光のうち、隣接層からのものは偏光方向が変化していないので、偏光ビームスプリッタ１０３で反射される。他方、読出し対象層からの反射光は偏光方向が９０度回転しているので、偏光ビームスプリッタ１０３を透過する。したがって、検出レンズ４０６を透過するのは読出し対象層からの反射光のみである。検出レンズ４０６を透過した光は光検出器５２で検出される。光検出器の形状は、非点収差法を使用した場合には４分割検出器が用いられ、対物レンズの焦点位置をコントロールのためのフォーカスエラー信号や回転する光ディスクの円周方向の情報列に追従するためのトラッキングエラー信号が電気回路５３で作られ、対物レンズ４０４の位置制御ためのアクチュエータを駆動する。

検出レンズ４０６と対物レンズ４０４の光学系の倍率ｍを２２倍、フォーカス引き込み範囲ｐを１μｍとしたとき、像空間での引き込み範囲は９６８μｍとなり、反射板からの距離に換算すると半分の４８４μｍとなる。この値はｐ×ｍ^２で表されるものである。また、隣接層との層間隔を２５μｍとし、光ディスクの屈折率を１．６２としたとき、像空間での読出し対象層と隣接層の距離は１９．９ｍｍとなる。したがって、分割波長板７０の反射鏡４３に対する設置距離は１９．９ｍｍ以下かつ４８４μｍ以上の範囲となる。

図２は、本発明による光ディスクドライブ装置の他の例の光ピックアップの部分を示す図である。本実施例の光ピックアップは、主光線の他に、２本の強度の弱い副光線を使用する。この構成では三角プリズム１０２の直後に回折格子１０５を配置し、レーザ光を０次光、±１次光の３本に分割する。５０２は溝付きの多層ディスクであり、５１３と５１４は溝付き情報記録層を表す。図９はレーザ光の焦点が合っている対物レンズ４０４に近い側の情報記録層５１３の記録面の一部を示している。中心にある９４が主光線の光スポットであり、９５と９６が副光線である。主光線は対物レンズ側に凸の部分を照射し、副光線は凹の部分を照射している。これらの３本の光線は偏光ビームスプリッタ１０３で反射され、図１０に図示したように分割波長板７０に入射する。３本のそれぞれの偏光ビームスプリッタからの反射光は、分割波長板７０に主光線９４１、副光線９５１、９６１として分割線上にその光軸が一致するように入射する。すなわち、この場合はトラック方向と分割線の方向がほぼ一致し、かつ反射光の光軸が分割線上に乗っている。

反射鏡４３で反射され集光レンズ４０５を透過し、偏光ビームスプリッタ１０３を透過するのは、迷光を含んだ反射光のうち、読出し対象層からの反射光のみである。偏光ビームスプリッタ１０３を透過した光はシリンドリカル反射鏡４４で反射される。シリンドリカル反射鏡の光軸はトラック方向に対して４５度傾いている。シリンドリカル反射鏡４４は、３本の反射光にトラック方向に対して４５度の傾きで非点収差を与える。また反射の方向は元の光線の光軸からずらしており、これにより、集光レンズ４０５の光軸からはずれた位置に設置された反射鏡４３上の光検出器５４に入射する。

図１１に光検出器５４の形状と信号処理のための電子回路を示す。光検出器は主光線を検出する４分割検出器５４１と２本の副光線を検出する２分割検出器５４２、５４３から構成される。２分割検出器の分割線の方向がトラック方向に垂直な方向である。この電子回路は、差動増幅器５５１〜５５４と、加算回路５６１〜５６６を有する。各検出器からの信号はプリアンプで増幅された後、これらの電子回路で処理され、制御信号あるいはデータ信号となる。４分割検出器からの出力Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤをすべて加え合わせた信号５７２はデータ信号となる。５７４は非点収差法によるフォーカスエラー信号となり、５７３は主たるプッシュプル信号であり、５７１は副ビームによる副プッシュプル信号である。図には示していないが、主たるプッシュプル信号と定数倍された副プッシュプル信号の差分信号が対物レンズ４０４のラジアル方向への移動を制御するトラッキングエラー信号となる。

本実施例の分割波長板７００を、図１２に示す。この分割波長板を、図２の分割波長板７０の代わりに設置する。分割波長板７００は２種類の光学軸の波長板が交互に並んでいる。その分割方向はトラック方向に対して垂直になっている。λ／２板７１１及び７１２の光学軸は多層ディスクからの反射光の偏光方向に対してプラス２２．５度傾き、λ／２板７２１及び７２２の光学軸はマイナス２２．５度傾いている。波長板７１１及び７１２の光学軸の方向をマイナス２２．５度、波長板７２１及び７２２の光学軸の方向をプラス２２．５度として、方向を入れ替えても発明の効果は同じである。

主光線９４は波長板７２１と７１２が形成する分割直線上を照射し、副光線９５と９６は、それぞれ波長板７１１と７２１が形成する分割直線上、波長板７１２と７２２が形成する分割直線上を照射する。それぞれの主及び副の光線の多層ディスクからの反射光のうち、隣接層からの反射光は偏光方向が変化しないため、偏光ビームスプリッタ１０３で反射され、シリンドリカル反射鏡４４に達しない。読出し対象層からの反射光は、偏光ビームスプリッタ１０３を透過し、シリンドリカル反射鏡４４で反射され、光検出器５４に到達する。光検出器５４からの信号は実施例２と同様な信号処理が行われ、データ信号や対物レンズ４０４の焦点位置やトラックに追従するためのフォーカスエラー信号やトラッキングエラー信号となる。

本実施例では、トラッキングのために対物レンズ移動の方向と分割波長板の分割直線の方向が一致しているので、対物レンズの移動によって反射光の光軸が分割直線からはずれることがなくなり、隣接層からの反射と読出し対象層からの反射光の分離の精度を高く保つことができる。

図１３は、副ビームによるプッシュプル信号を示している。レーザ光の焦点は対物レンズに近い層に合わせてあり、トラッキングのサーボをかけてないので、トラックを追従しない状態となっている。このとき回転する多層ディスクの偏芯により、レーザ光は多数のトラックを横切るので、振動するプッシュプル信号が現れる。本発明を適用しない場合は実線で表した信号波形となり、プッシュプル信号の重心が変動する。これは他層からの反射光による干渉状態が光ディスクの回転時に変化することで生じる。多層ディスクの層間隔は製造誤差があるためディスク面内で均一でないこと、また光ディスクが回転軸に対して完全に垂直な状態で設置できていないことなどが原因となり干渉状態が変わる。この状態でトラックに追従するサーボをかけたとき、トラッキングエラー信号は重心が変動するため、トラックを追従できなくなる。一方、本発明を適用した場合、他層からの干渉がなくなるので、点線のように副プッシュプル信号の重心の変動はなくなり安定した信号が得られる。これによりトラッキングがはずれことがなくなり、光ディスクドライブ装置の他層ディスクに対する制御信号の不良を防ぐことができる。

本発明により、光ディスクドライブ装置において多層光ディスクを読み出すときに発生する隣接層からの反射光の影響を低減することができる。多層光ディスクを読み出すときあるいは書き込むとき、光ディスクに対してレーザ光の焦点位置やトラッキング位置の制御を誤差信号により正確に行う必要がある。隣接層からの反射光があると、干渉効果による誤差信号の変移のために焦点位置やトラッキング位置に狂いが生じ、データ信号を精度よく読み出したり、あるいは書き込み位置を精度よく定めることができなくなる。本発明では、これらの不具合をなくすることができる。さらに、データ信号自体に混入する隣接層からの反射光によるクロストークを低減できるので、データ信号の品質を向上することができる。

本発明による光ディスクドライブ装置の一例の光ピックアップの部分を示す図。 本発明による光ディスクドライブ装置の他の例の光ピックアップの部分を示す図。 隣接層からの反射光の影響を示す図。 λ／２分割波長板の形状を示す図。 対物レンズから遠い側の隣接層からの反射光と読出し対象層からの反射光のλ／２分割波長板通過状況を示す図。 同じλ／２分割波長板を透過したときの偏光方向の変化を示す図。 異なるλ／２分割波長板を透過したときの偏光方向の変化を示す図。 対物レンズから近い側の隣接層からの反射光と読出し対象層からの反射光のλ／２分割波長板通過状況を示す図。 １本の主光線と２本の副光線で溝付きの記録面を照射している状態を示す図。 ２分割波長板と反射光との関係を示す図。 主光線と副光線を検出するための光検出器の形状と信号処理回路を示す図。 分割線がトラック方向に対して垂直な分割波長板の形状を示す図。 副プッシュプル信号の変化を表す図。

符号の説明

４３：反射鏡、４４：シリンドリカル反射鏡、７０：λ／２分割波長板、１０１：半導体レーザ、１０３：偏光ビームスプリッタ、１０４：λ／４波長板、４０４：対物レンズ、５０２：多層ディスク、４０５：集光レンズ

Claims (6)

1. レーザ光源と、
   偏光ビームスプリッタ、λ／４波長板、及び対物レンズを含み、多層光情報記憶媒体に前記レーザ光源からのレーザ光を集光して照射する照射光学系と、
   前記対物レンズ、前記λ／４波長板、前記偏光ビームスプリッタ、及び光検出器を含み、前記多層光情報記憶媒体からの反射光を検出するための検出光学系と、
   前記偏光ビームスプリッタと前記光検出器の間に配置され、前記多層光情報記憶媒体の読出し対象層からの反射光の偏光方向を９０度回転させ、隣接層からの反射光の偏光方向を回転させない分離光学系とを有し、
   前記分離光学系は、前記多層光情報記憶媒体からの反射光の偏光方向に対して光学軸がプラス２２．５度傾いた第１のλ／２板とマイナス２２．５度傾いた第２のλ／２板とが前記反射光の光軸に垂直な平面上でかつ該平面内の反射光の光軸と交わる分割直線で接するように配置された分割波長板と、反射鏡とを有し、前記反射鏡は前記読出し対象層からの反射光の集光スポット位置に配置され、前記分割波長板は、前記対物レンズから遠い前記読出し対象層の最隣接層からの反射光の集光スポット位置及び前記対物レンズに近い最隣接層からの反射光の前記反射鏡による反射後の集光スポット位置と前記反射鏡の間に配置されていることを特徴とする光ディスクドライブ装置。
2. 請求項１記載の光ディスクドライブ装置において、前記多層光情報記憶媒体のフォーカス引き込み範囲をｐ、光学系の倍率をｍとしたとき、前記分割波長板は前記反射鏡から距離ｐ×ｍ²以上離れていることを特徴とする光ディスクドライブ装置。
3. 請求項１記載の光ディスクドライブ装置において、前記光検出器と前記分離光学系とは前記偏光ビームスプリッタを挟んで互いに反対側に位置することを特徴とする光ディスクドライブ装置。
4. 請求項１記載の光ディスクドライブ装置において、前記光検出器と前記分離光学系とは前記偏光ビームスプリッタに対して同じ側に位置し、前記偏光ビームスプリッタに対して前記光検出器及び前記分離光学系と反対側に、前記分離光学系からの光を前記光検出器に向けて反射する反射体を有することを特徴とする光ディスクドライブ装置。
5. 請求項１記載の光ディスクドライブ装置において、前記照射光学系は、前記レーザ光源と前記偏光ビームスプリッタの間に当該レーザ光源からのレーザ光を１本の主ビームと前記主ビームの両脇に位置する２本の副ビームとに分割する光分割光学素子を有し、前記多層光情報記憶媒体によって反射された前記３本のビームはそれぞれ前記分割波長板の前記分割直線と交差することを特徴とする光ディスクドライブ装置。
6. 請求項１記載の光ディスクドライブ装置において、前記照射光学系は、前記レーザ光源と前記偏光ビームスプリッタの間に当該レーザ光源からのレーザ光を１本の主ビームと前記主ビームの両脇に位置する２本の副ビームとに分割する光分割光学素子を有し、前記分割波長板は、前記第１のλ／２板と前記第２のλ／２板がトラック方向に垂直な３本の分割直線で互いに接するように交互に隣接して配置された構造を有し、前記多層光情報記憶媒体によって反射された前記３本のビームは前記３本の分割直線の１つとそれぞれ交差することを特徴とする光ディスクドライブ装置。

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