JP4849939B2 - 光情報記録再生装置 - Google Patents

Description

この発明は、高密度でかつ複数の規格を有する光ディスクに対する情報の記録または再生を行う光情報記録再生装置に関する。

近年、情報記録のさらなる高容量化を実現すべく、記録密度がより高い光ディスクが実用に供されている。該光ディスクは、種々の用途に好適に使用されるように様々な規格を有している。例えば、ＤＶＤは、再生専用型であるＤＶＤ−ＲＯＭ、一回のみ記録が可能なＤＶＤ±Ｒ、複数回記録が可能なＤＶＤ−ＲＡＭやＤＶＤ−ＲＷ等の複数の規格を持つ。一般に光ディスクは、それぞれの規格に応じて、情報の記録形態（例えば、ピットによる記録や反射率の変化による記録等）や、ランドグルーブ構造の有無といった記録面の構造が異なっている。従って、記録密度が略共通であっても複数の規格を持つ光ディスクに対する情報の記録または再生を行う光情報記録再生装置では、各規格に応じた最適なサーボ信号の生成が必要となる。

なお、本文において、光情報記録再生装置と記した場合には、情報の記録専用装置、情報の再生専用装置、情報の記録および再生兼用装置、の全てを含むものとする。

光ピックアップに重要とされるサーボ信号のうち、フォーカスエラー信号の生成は、従来いわゆる非点収差法が多用されている。非点収差法は、光ディスクからの戻り光に非点収差を付与した状態でＲＦ信号検出用の４分割センサに入射させ、対角に位置するセンサからの出力差に基づきフォーカスエラー信号を生成する手法である。

しかし、非点収差法は、記録面の構造、特にランドグルーブ構造の有無によっては、精確な信号生成が実現されないおそれがある。詳しくは、ランドグルーブ構造を持つ光ディスクの場合、レンズを駆動してトラックを移動する操作を行い、スポットがランドグルーブ構造を通過する際、生成されるフォーカシングエラー信号に乱れが生じ精確なサーボ制御が行われないおそれがある。

非点収差法が持つ上記問題を解決しようとする装置の一例が、下記特許文献１に記載されている。

特開２００５−２０３０４３号公報

特許文献１では、単純な非点収差法を使用せずに、ＲＦ信号生成には寄与しない２つ以上のサブ光束、さらにはＲＦ信号生成用のメイン光束も用いてフォーカスエラー信号を生成する装置が開示されている。ここで、各サブ光束は、メイン光束のスポットに対して、光ディスクの内周側と外周側および該光ディスクの回転方向において、ごく僅かにずれてスポットを形成するように構成される。各サブ光束に基づき得られる信号は、乱れの位相が略反転した状態にある。従って、各サブ光束に基づき得られる信号、必要に応じてメイン光束に基づき得られる信号を重畳させることにより、乱れを抑えたフォーカスエラー信号を得ることができる。このようなフォーカスエラー信号生成法を差動非点収差法と呼ぶ。

しかし、上記特許文献１に記載の装置では、メイン光束のスポットとサブ光束のスポット間が非常に微小である。そのため、信号生成のためのセンサもメイン光束用とサブ光束用は極めて近接配置する必要がある。該配置では、デフォーカスした場合、十分に収束せずにぼけた状態のメイン光束がメイン光束用センサのみならずサブ光束用センサにも入射してしまうおそれがある。

一般に、サブ光束はメイン光束よりも光量を抑えた構成にする。そして、少ない光量でも十分なレベルの信号を生成するためにサブビーム用のセンサには高めのゲインが設定されている。そのため、光量が多いメイン光束が、たとえ一部であってもサブ光束用のセンサに入射すると、非常に大きなノイズとして検出されかねない。

該ノイズは、サブビームの光量を多くすることにより軽減することも考えられる。しかし、装置の小型化等の要請から、複数の光源を配置することは非現実的である。一般には、メイン光束とサブ光束は、単一の光源から照射されたレーザー光を回折素子等によって分割することにより生成されている。従って、サブビームの光量を多くすることは、メイン光束の光量低下、ひいてはＲＦ信号レベルの低下や高速な記録への対応が困難になるといった弊害を招くおそれがある。

また該ノイズは、メイン光束用のセンサとサブ光束用のセンサとを意図的に距離を置いて配置することにより軽減することも考えられる。しかし、各センサの配置間隔を広げるためには、各ビームスポットの間隔を広げざるを得ず、また対物レンズに要求される有効画角も大きくならざるを得ない。そのため、予期しない収差が大きく発生してしまうといった問題がある。さらには、一定の精度を保持しつつ、直線上に並ぶ複数のビームスポットを光ディスク上に円弧状に配設されるピットに配設するためには、スポット間隔を広げることは不適である。

本発明は上記の事情に鑑み、複数の光束を用いてフォーカスエラー信号を生成する装置であって、デフォーカスした場合であってもノイズを抑え良好なフォーカスエラー信号を生成することができる光情報記録再生装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る光情報記録再生装置は、発散光を照射する光源と、発散光を、第一の光束と第一の光束よりも光量が少ない複数の第二の光束に分割する光束分割手段と、各光束を光ディスクの記録面上に集光させる対物レンズと、光ディスクの記録面で反射し、対物レンズを透過した各光束に対して非点収差を発生させる非点収差発生手段と、非点収差発生手段を介した各光束のうち第一の光束を含む少なくとも三つの光束をそれぞれ受光する受光素子を有し、受光素子からの出力に基づいてフォーカスエラー信号を生成する信号生成手段と、を有し、対物レンズを透過して光ディスクの記録面上に集光する光束のうち、少なくとも第一の光束は、光軸を基準として瞳径の７０％の範囲内であってかつ光軸上ではない所定の高さで最大値をとり、所定の高さから瞳の周辺部に向かうにつれて低下するような強度分布をとることを特徴とする。

本発明に係る光情報記録再生装置によれば、上記のように光量の多い第一の光束の強度分布を調整することにより、デフォーカス時において、該第一の光束が受光素子近傍において十分に収束しなかった場合であっても、他の光束（光量の少ない第二の光束）を受光する受光素子に該第一の光束が入射してフォーカスエラー信号のノイズとなるおそれが低減される。

所定の高さは、瞳径の５０％の範囲内、より好ましくは２０％の範囲外にあることが望ましい。

本発明に係るに記載の光情報記録再生装置によれば、第一の光束の強度分布調整は、対物レンズの少なくとも一面に配設された回折構造の回折効率の分布により行うことができる。また、本発明に係る光情報記録再生装置によれば、該強度分布調整は、対物レンズの少なくとも一面に配設された回折構造の回折効率の分布により行うこともできる。あるいは、この両方をあわせて実現することも可能である。

別の観点から、本発明に係る光情報記録再生装置は、発散光を照射する光源と、発散光を、第一の光束と第一の光束よりも光量が少ない複数の第二の光束に分割する光束分割手段と、各光束を光ディスクの記録面上に集光させる対物レンズと、光ディスクの記録面で反射し、対物レンズを透過した各光束に対して非点収差を発生させる非点収差発生手段と、非点収差発生手段を介した各光束のうち第一の光束を含む少なくとも三つの光束をそれぞれ受光する受光素子を有し、受光素子からの出力に基づいてフォーカスエラー信号を生成する信号生成手段と、を有し、対物レンズを透過して光ディスクの記録面上に集光する光束のうち、少なくとも第一の光束に関する強度分布調整を行う強度調整手段と、を有し、強度調整手段は、少なくとも第一の光束に対して、光軸を基準として瞳径の７０％の範囲内であってかつ光軸上ではない所定の高さで最大値をとり、所定の高さから瞳の周辺部に向かうにつれて低下する強度分布を付加するように強度調整する構成としてもよい。

本発明に係る光情報記録再生装置によれば、対物レンズは、少なくとも第一の光束に関し、光ディスクの記録面上で反射し対物レンズを透過して受光素子に入射する間での強度分布が略ガウス分布となるように強度分布調整することが望ましい。

本発明に係る光情報記録再生装置によれば、各受光素子は、少なくとも４つに分割された受光領域を有し、非点収差法によってフォーカスエラー信号を生成するように配設される。

また本発明に係る光情報記録再生装置によれば、信号生成手段は、第一の光束を受光した受光素子からの出力に基づいてＲＦ信号を生成する。また本発明に係る光情報記録再生装置によれば、該信号生成手段は、第二の光束を受光した少なくとも二つの受光素子からの出力に基づいて、フォーカスエラー信号を生成することができる。フォーカスエラー信号のＳ／Ｎ比を高め、精度の高いフォーカスサーボをかける観点から、信号生成手段は、第一の光束を受光した受光素子からの出力も用いてフォーカスエラー信号を生成することが望ましい。

また、別の観点から、本発明に係る光情報記録再生装置は、ＲＦ信号生成に寄与する第一の光束を含む三つ以上の光束を生成し、該三つ以上の光束のうち少なくとも二つを用いてフォーカスエラー信号を生成し、該フォーカスエラー信号に基づきサーボ制御を行いつつ、光ディスクに対する情報の記録または再生を行う光情報記録再生装置において、少なくとも前記第一の光束は、光軸を基準として瞳径の７０％、より好ましくは５０％の範囲内であってかつ光軸上ではない所定の高さ、特に瞳径の２０％の範囲外で最大値をとり、前記所定の高さから前記瞳の周辺部に向かうにつれて低下するような強度分布をとることを特徴とする。

本発明に係る光情報記録再生装置によれば、三つ以上の光束のうち、第一の光束以外の光束を用いてフォーカスエラー信号を生成することができる。

以上のように、本発明によれば、光情報記録再生装置において、最も光量が多い第一の光束が所定の強度分布を持つように強度調整することにより、デフォーカス等に起因して十分に収束しない第一の光束が、本来入射すべきでない受光素子に入射した場合であっても、ノイズの発生を抑えた良好なフォーカスエラー信号を生成することができる。

以下、本発明の実施形態の光情報記録再生装置１００について説明する。図１は、実施形態の光情報記録再生装置１００の概略構成および該装置１００により情報の記録または再生が行われる光ディスクＤを示す図である。図１に示すように、光情報記録再生装置１００は、光源１、回折素子２、ハーフミラー３、受光部４、信号生成部５、レンズ駆動部６、対物レンズ１０を有する。

光ディスクＤは、情報の記録または再生時、図示しないターンテーブル上に載置され回転駆動される。光ディスクＤがターンテーブル上に載置され回転駆動されると、情報の記録または再生を行うため、光源１からレーザー光束が照射される。照射されたレーザー光束は、発散しつつ回折素子２に入射する。ハーフミラー３を反射し、対物レンズ１０に入射する。

回折素子２は、入射するレーザー光束を光量が異なる複数の光束に分割する。具体的には、第一の光束を一つと、該第一の光束よりも光量が少ない第二の光束を二つの径三つに分割する。第一の光束は、情報の記録または再生に用いられる、さらにいえばＲＦ信号の生成に寄与する光束であるため、他の光束（複数の第二の光束）よりも光量が多くなるように設定される。本実施形態では、各光束は、各光束のスポットが第一の光束を中心として略一列に並ぶように分割される。なお、ここで分割された各光束間の幅（スポット間隔）は極めて微小であるため、図１では、便宜上、第一の光束のみ図示する。

対物レンズ１０を透過した各光束は、光ディスクＤの記録面上に収束する。そして各光束は、該記録面で反射し、再び対物レンズ１０に入射する。対物レンズ１０を透過した各光束は、ハーフミラー３を透過する。この際、ハーフミラー３により各光束に非点収差が生じる。ハーフミラー３を透過した各光束は、受光部４に入射する。

図２は受光部４を詳細に示す図である。受光部４は、回折素子２により分割された光束の並びに対応して配設される複数の受光素子４１、４２を有する。各受光素子４１、４２は、中心を通る十字線によって区切られた四つの受光領域を持つ。本実施形態では、ハーフミラー３を透過した第一の光束は、受光部４の中央に位置する受光素子４１に入射する。また、残りの第二の光束は、受光素子４１の両側に配置される受光素子４２に入射する。

受光素子４１は、受光した第一の光束の光量に対応した電圧信号を出力する。該電圧信号は、図示しないＲＦ信号生成部に入力する。図示しないＲＦ信号生成部では、該電圧信号に基づいてＲＦ信号が生成される。また、受光素子４１および各受光素子４２は、受光した第二の光束の光量に対応した電圧信号を出力する。該電圧信号は、信号生成部５に入力する。

また、各受光素子４１、４２は、各素子において対角方向の二つの受光領域の出力和（以下、便宜上、対角線和信号という）を生成し、信号生成部５に出力する。信号生成部５は、各受光素子４１、４２からの対角線和信号の差をとることによりフォーカスエラー信号を生成する。

レンズ駆動部６は、信号生成部５により生成されたフォーカスエラー信号に基づいて対物レンズ１０を光軸方向に微小移動させてフォーカシングを行う。

上記のように構成された光情報記録再生装置１００において、デフォーカスが生じた場合、光量の多い第一の光束が受光素子４１近傍において十分に収束せず、該光束の周辺部が受光素子４１に隣接する各受光素子４２によって受光されるおそれがある。

ここで既述の通り、第一の光束に比べ、第二の光束は光量が少ない。従って、各受光素子４２から出力される対角線和信号は、所定のレベルに達するように増幅されている。そのため、光量の多い第一の光束の一部が各受光素子４２に入射すると、各受光素子４２から出力される対角線差信号に大きなノイズとして表れる。該ノイズは、結果として、信号生成部５により生成されるフォーカスエラー信号にも表れるため、正確なフォーカシング制御の妨げになりかねない。

そこで、本実施形態の光情報記録再生装置１００では、対物レンズ１０を介して光ディスクＤの記録面で反射し、再び対物レンズ１０を介して受光素子４１に導かれる第一の光束の強度分布を調整することにより、より高精度なフォーカシング制御を実現できるようなフォーカスエラー信号の生成を行っている。

上記強度分布の調整は、光源１から対物レンズ１０までの光路間に配設される各光学素子の透過率分布を調整する、対物レンズ１０の表面に形成される回折構造の設計を変更する、またはこれらを組み合わせる等により達成される。本実施形態では、対物レンズ１０の表面に透過率をコントロールするコーティングを施すと共に、該レンズ１０に配設される回折構造の回折効率を調整することにより、第一の光束の強度調整を行っている。

図３は、対物レンズ１０を透過して光ディスクＤの記録面上に集光する第一の光束の強度を瞳座標と相対光量の関係で表したグラフである。図３において、瞳座標は最大瞳径を基準とした相対座標であり、相対光量は最大光量を基準としている。

図３に示すように、実施例は、本実施形態の光情報記録再生装置１００の一例である。具体的には、実施例の光情報記録再生装置１００では、第一の光束は、瞳座標０．４７の位置で強度が最大となり、該瞳座標０．４７から瞳の中心および周辺に向かうにつれて強度が低下していくように強度調整されている。つまり、実施例の装置１００は、瞳径の５０％の範囲内、かつ瞳径の２０％の範囲外に第一の光束の最大強度が位置するように構成されている。

また、比較例１は、第一の光束が瞳中心で最大強度となる以外は実施形態の光情報記録再生装置１００と同一に構成された装置の一例である。また、比較例２は、第一の光束が瞳座標０．８０の位置で最大強度となるように強度調整されている以外は実施形態の光情報記録再生装置１００と同一に構成された装置の一例である。

実施例および各比較例において、各受光素子４２での増幅率を１０倍に設定した場合に、信号生成部５で生成されるフォーカスエラー信号を図４〜図６に順に示す。図４〜図６を比較すると、いずれもフォーカスエラー信号独自のＳ字形状の両端にノイズが表れていることが分かる。しかし、実施例と比較例１は、ノイズの振幅が比較的小さく抑えられているのに対し、比較例２は該振幅が大きくなっていることが分かる。つまり、実施例や比較例１のように、第一の光束の強度を瞳の周辺に向かうほど低下していくような調整を行っている装置では、複数の光束を用いてフォーカスエラー信号を生成したとしても、該フォーカスエラー信号のノイズが効果的に抑えられていること分かる。

また、実施例および各比較例において、光源１から照射される光強度が均一であるとしたとき、強度調整をしない状態での第一の光束の総光量を１００％とすると、実施例は９５．２％、比較例１は９１．１％、比較例２は９８．８％となった。つまり、実施例と同様に、良好なフォーカスエラー信号が生成される比較例１ではあるが、光量の損失があまりに大きく、非効率的であるため好ましくない。また、瞳の中心に比べて瞳の周辺部分の光量が少ないと、実効的なＮＡが低下しディスク上で必要十分な径のスポットが得られない。これに対し、実施例は、第一の光束の光量損失を５％弱に抑えており、かつ瞳の中心と周辺部分での光量の差も小さく抑えられていることから、高精度な情報の記録または再生に好適とされる十分な光量およびスポット径を確保しつつも、良好なフォーカスエラー信号を生成可能としている。

なお、デフォーカスが起こると、第二の光束が十分に収束せず受光素子４１に一部入射してしまう可能性もある。しかし、この場合、受光素子４１に受光される光の光量は、第二の光束に対して第一の光束の方が遙かに大きい。そのため、受光素子４１により生成される対角線差信号における第二の光束の寄与分は小さく、ノイズとして表れたとしても微小である。従って、本実施形態では、第二の光束も上述した第一の光束と略同一の強度分布を採るように構成されているが、第二の光束に関しては、強度調整は必ずしも必要ではない。但し、本実施形態のように、分割後の光束のうち第一の光束以外の光束も強度調整の対象に含めることにより、強度調整に関する設計が比較的容易になる利点がある。

以上が本発明に係る光情報記録再生装置１００の説明である。なお、上記の実施形態は、本発明に係る光情報記録再生装置の一実施形態に過ぎない。例えば、本発明に係る光情報記録再生装置は、以下のような変形を行うことも可能である。

例えば、上記実施例では、第一の光束の最大強度が瞳径の５０％の範囲内にあるように強度調整可能な光情報記録再生装置１００を説明した。しかし、良好なフォーカスエラー信号を生成するという上記実施例と同様の効果は、第一の光束の最大強度が少なくとも瞳径の７０％の範囲内にあれば得ることができる。但し、良好なフォーカスエラー信号を生成しかつ多くの光量を確保する、並びに必要十分なスポット径を得るという観点から、より好ましくは、瞳径の２０％の範囲外に最大強度があるように強度調整できる方がよい。

また、上記実施形態では、対物レンズ１０を介して光ディスクＤに入射する光束および光ディスクＤで反射して受光素子に導かれる光束の双方が、所定の強度分布（つまり図３実施例に示すような強度分布）を有するように強度調整されていると説明した。しかし、少なくとも対物レンズ１０を介して光ディスクＤに入射する光束が所定の強度分布を有してさえいれば、光ディスクＤで反射して受光素子に導かれる光束の強度はガウス分布であってもよい。

さらに、上記実施形態では、第一の光束と第二の光束双方を用いてフォーカスエラー信号を生成しているが、第二の光束のみで信号生成することも可能である。また、上記実施形態では、光源１から照射されたレーザー光束から第二の光束は二つ生成されると説明したが、これに限定されるものではなく。二つ以上あってもよい。

本発明の実施形態の光情報記録再生装置の概略構成を表す模式図である。 本発明の実施形態の光情報記録再生装置の受光部を拡大して示す図である。 実施例の光情報記録再生装置と各比較例の装置における第一の光束の強度分布を示す図である。 実施例の光情報記録再生装置で生成されたフォーカスエラー信号を示す図である。 比較例１の光情報記録再生装置で生成されたフォーカスエラー信号を示す図である。 比較例２の光情報記録再生装置で生成されたフォーカスエラー信号を示す図である。

符号の説明

１ 光源
２ 回折素子
４ 受光部
５ 信号生成部
１０ 対物レンズ
Ｄ 光ディスク
１００ 光情報記録再生装置

Claims (6)

1. 発散光を照射する光源と、
   前記発散光を第一の光束と該第一の光束よりも光量が少ない複数の第二の光束に分割する光束分割手段と、
   前記各光束を光ディスクの記録面上に集光させる対物レンズと、
   前記光ディスクの記録面で反射し、前記対物レンズを透過した前記各光束に対して非点収差を発生させる非点収差発生手段と、
   前記非点収差発生手段を介した各光束のうち前記第一の光束を含む少なくとも三つの光束をそれぞれ受光する、少なくとも４つに分割された受光領域を持つ複数の受光素子と、
   前記複数の受光素子からの出力信号を用いて差動非点収差法に基づく演算処理を行ってフォーカスエラー信号を生成する信号生成手段と、
   を有し、
   前記対物レンズは、前記光ディスクの記録面上に集光する光束のうち、少なくとも前記第一の光束に対して、光軸を基準として瞳径の７０％の範囲内であってかつ光軸上ではない所定の高さで最大値をとり、該所定の高さから該瞳の周辺部に向かうにつれて低下するような強度分布調整を行う構造を備えたことを特徴とする光情報記録再生装置。
2. 請求項１に記載の光情報記録再生装置において、
   前記所定の高さは、前記瞳径の５０％の範囲内にあることを特徴とする光情報記録再生装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の光情報記録再生装置において、
   前記所定の高さは、前記瞳径の２０％の範囲外にあることを特徴とする光情報記録再生装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の光情報記録再生装置において、
   前記対物レンズが備える前記構造は、前記対物レンズの表面に施されたコーティングであり、
   前記第一の光束は、前記コーティングにより強度分布調整されることを特徴とする光情報記録再生装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の光情報記録再生装置において、
   前記対物レンズが備える前記構造は、前記対物レンズの少なくとも一面に配設された回折構造であり、
   前記第一の光束は、前記回折構造の回折効率の分布により強度分布調整されることを特徴とする光情報記録再生装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれかに記載の光情報記録再生装置において、
   前記対物レンズは、少なくとも前記第一の光束に関し、前記光ディスクの記録面上で反射し該対物レンズを透過して前記受光素子に入射する間での強度分布が略ガウス分布となるように強度分布調整する構造を備えたことを特徴とする光情報記録再生装置。

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