JP4862139B2

JP4862139B2 - 光ピックアップ装置

Info

Publication number: JP4862139B2
Application number: JP2007105386A
Authority: JP
Inventors: 澄櫻内
Original assignee: JVCKenwood Corp
Current assignee: JVCKenwood Corp
Priority date: 2007-04-13
Filing date: 2007-04-13
Publication date: 2012-01-25
Anticipated expiration: 2027-04-13
Also published as: JP2008262642A

Description

本発明は、片面に複数の記録層をもつ光ディスクに対する記録又は再生を行う光ピックアップ装置であって、読み出し層以外の記録層からのクロストーク光の影響を低減することができる光ピックアップ装置に関する。

近年、光ディスク装置は、その用途を年々多様化すると共に益々高性能、高品質、高付加価値化してきている。特に映像記録可能な装置においては、据置用、ポータブル用共に需要は増加傾向にあり、より一層の高性能化が求められている。また、記録密度は年々向上している。

現在、光記録媒体としての光ディスクには、ＣＤ（ＣｏｍｐａｃｔＤｉｓｃ）、ＤＶＤ（ＤｉｇｉｔａｌＶｅｒｓａｔｉｌｅＤｉｓｃ）、ＨＤ−ＤＶＤ（ＨｉｇｈＤｅｆｉｎｉｔｉｏｎＤＶＤ）、及びＢＤ（Ｂｌｕ−ｒａｙＤｉｓｃ）などがあり、特に、直径１２ｃｍのディスクの片面に記録層を２層をもつＢＤは、２５ＧＢ（ギガバイト）程度の記録容量を持っている。

片面の記録層が２層になっているＢＤに対する記録又は再生を行う場合、記録又は再生を行っている記録層の隣接層からの反射光が、クロストーク光として影響し、トラッキング誤差検出信号の劣化を引き起こすことが知られている。特許文献１には記録層が２層のＢＤに対応し、トラッキング誤差検出信号の劣化を改善できる光ピックアップ装置が開示されている。

この装置は、隣接層で反射されたクロストーク光の一部を回折させる光学部材を有し、この光学部材は、瞳径の一部に偏光選択性回折格子を置いて構成されている。偏光選択性回折格子は、往路では、レーザ光を透過させ、復路では、レーザ光を回折格子にて回折させて、トラッキングに関する信号を読み取るサブ受光素子へ入るクロストーク光の光量を低減することによりトラッキング誤差検出信号の劣化を改善している。

特開２００５−２０３０９０公報

特許文献１に開示されている方法でクロストーク光の光量を低減するためには、回折格子の分光比を上げて０次光を小さくしなければならない。この場合、特に入射光の中心付近にある強度分布が高い領域を回折格子によって減光することになり、再生信号（ＲＦ信号）を得るためのメインビームの光量も大きく低下し、ジッタの悪化を招くことになる。

また、メインビームの中心付近の強度分布の低下を避けるために、光学系の復路の倍率を高くすることで回折格子領域を小さくする方法（倍率と回折領域とが比例関係にあることによる）がある。しかし、これは復路の倍率を高くする方法のため、光ディスクの情報を読み取る多分割受光素子への入射光のずれに対する余裕度が低下するという問題点が生じる。

本発明は、上述した点を考慮してなされたものであり、片面に複数の記録層を持つ光ディスクに対する記録・再生を行う際に、メインビームの光量を大きく低下させることなく、記録・再生の対象となる記録層以外の記録層からの反射光（クロストーク光）の影響を低減することができる光ピックアップ装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、半導体レーザ素子（１）からの出射光をメインビーム及びサブビームに分光し、前記メインビーム及びサブビームを複数の記録層を有する光ディスクに照射し、前記光ディスクからの反射光を多分割受光素子（９）で受光し、前記サブビームをトラッキング誤差検出に用いて、前記光ディスクに対する情報の記録、再生または消去を行う光ピックアップ装置において、前記反射光が前記多分割受光素子（９）に入射する経路の途中に配置され、通過する光の一部を減光する減光フィルタ（１０）を備え、前記多分割受光素子（９）は、前記メインビームの反射光を受光するためのメイン受光素子（９１）と、前記サブビームの反射光を受光するためのサブ受光素子（９２，９３）とを有し、前記減光フィルタ（１０）は、前記メインビームとサブビームの分光比に応じた比率で、前記通過光の一部を減光することにより、前記サブ受光素子（９２，９３）に入射する、記録、再生または消去の対象となる対象記録層以外の記録層からの反射光の、前記対象記録層からの反射光に対する相対強度を低下させるものであって、前記反射光を減光する減光部（１０２）と、前記反射光を通過させる通過部とを有し、前記減光部（１０２）は、同心円状の内縁（１０２ａ）及び外縁（１０２ｂ）により円環状に画成され、前記減光部（１０２）の内縁（１０２ａ）及び外縁（１０２ｂ）の半径をそれぞれＲ１及びＲ２（＞Ｒ１）とし、前記多分割受光素子（９）の中心から前記メイン受光素子（９１）の外縁までの距離をｗｍとし、前記中心から前記サブ受光素子（９２，９３）の前記中心に近い外縁までの距離をｗｓ１とし、前記中心から前記サブ受光素子（９２，９３）の前記中心から遠い外縁までの距離をｗｓ２とするとき、前記半径Ｒ１及びＲ２は下記式を満たすように設定されることを特徴とする：
（ｗｍ＋ｗｓ１）／２＋α：ｗｓ２＋α＝Ｒ１：Ｒ２
ただし、αは設計余裕とする。

請求項１に記載の発明によれば、複数の記録層を有する光ディスクから反射されたメインビーム及びサブビームが減光フィルタを介して多分割受光素子に入射する。減光フィルタでは、メインビームとサブビームの分光比に応じた比率で通過光の一部が減光され、サブ受光素子に入射する、記録、再生または消去の対象となる対象記録層以外の記録層からの反射光、すなわちクロストーク光の、対象記録層からの反射光に対する相対強度が低下する。これにより、メインビームの光量を大きく低下させることなく、サブビームに対する対象記録層以外の記録層からの反射光の影響を低減することができる。その結果、トラッキング誤差検出信号の品質を向上させ、安定した記録再生等を行うことができる。

以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明の一実施形態にかかる光ピックアップ装置の全体構成を示す図である。この光ピックアップ装置は、半導体レーザ素子１、カップリングレンズ２、回折光学素子３、ビームスプリッタ４、立上げミラー５、対物レンズ６、集光レンズ７、シリンドリカルレンズ８、多分割受光素子９、減光フィルタ１０、及びモニタ用受光素子１１を備えている。

図１において、半導体レーザ素子１より発せられたレーザ光は、カップリングレンズ２により平行光に変換され、回折光学素子３により３つの異なる平行光、すなわちメインビームと２つのサブビームに分離される。分離された残りのメインビーム及び２つのサブビームは、そのままビームスプリッタ４を透過し、さらに減光フィルタ１０及び立上げミラー５を経由して、対物レンズ駆動装置（図示せず）に組み込まれた対物レンズ６に入射する。対物レンズ６は、入射したメインビームを多層光ディスク（図示せず）の記録層に微小なスポット光として集光させると同時に、２つのサブビーム（±１次光）をメインビームのスポットの前後の一定間隔を隔てた位置に、先行ビームと後行ビームとして集光させる。この先行ビームと後行ビームのスポットは、メインビームがトレースするトラックと隣接するトラックとの間に配置される（図３参照）。

また、ビームスプリッタ４に入射したメインビーム及びサブビームはその一部が反射分離され、モニタ用受光素子１１に入射し、半導体レーザ素子１の駆動電流の制御に利用される。

多層光ディスクに到達したメインビーム及びサブビームの反射光は、往路の逆の経路をたどり、減光フィルタ１０において、クロストーク光成分の一部が除去される。さらに、ビームスプリッタ４により反射分離されて、多分割受光素子９上で適切な大きさのビームスポットになるように設定された集光レンズ７に入射する。集光レンズ７から出射されたメインビーム及びサブビームはシリンドリカルレンズ８に入射する。シリンドリカルレンズ８は、入射されたメインビーム及びサブビームに対し、フォーカス誤差信号を検出するための非点収差を付加し、多分割受光素子９に出射する。

多分割受光素子９は、受光面が適切な位置に配置されており、受光した光信号を電気信号に変換し、演算回路（図示せず）において、いわゆる非点収差法によりフォーカス誤差検出を行う。また、上記電気信号に基づいて、周知の差動プッシュプル法（ＤｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌＰｕｓｈ−ｐｕｌｌＭｅｔｈｏｄ；ＤＰＰ）によりトラッキング誤差検出を行う。

図２には、多分割受光素子９の受光面の配置が示されている。多分割受光素子９は、受光面が４分割されているメイン受光素子９１と、受光面が２分割されている２つのサブ受光素子９２，９３とを備えている。メイン受光素子９１が中心に配置され、メイン受光素子９１の両側に、それぞれメイン受光素子９１から等距離の位置にサブ受光素子９２，９３が配置されている。また、図３には、差動プッシュプル法におけるメインビーム及び２つのサブビームの光ディスク上でのスポット位置が示されている。トラックピッチＴＰ間隔に並んだグルーブの上にメインビームのスポットが配置され、メインビームのスポットが位置するグルーブの両側のランド上に、先行サブビーム及び後行サブビームのスポットが配置されている。

次に、減光フィルタ１０によるクロストーク光の低減について説明する。図４は、減光フィルタ１０が設けられていない場合の、多分割受光素子９の受光状態を示す図である。メインビームのスポットＳ１はメイン受光素子９１の中央に位置し、２つのサブビームのスポットＳ２，Ｓ３は、それぞれ対応するサブ受光素子９２，９３の中央に位置している状態が示されている。また、記録・再生の対象となる記録層（読み出し層）とは別の記録層から反射のクロストーク光がメイン受光素子９１及びサブ受光素子９２，９３の全体を被うように当たっている状態が右下がりのハッチングで示されている。メインビーム及びサブビームのスポットＳ１〜Ｓ３の位置にはクロストーク光も当たっている。

サブ受光素子９２，９３にクロストーク光が入射するとトラッキング誤差検出信号に乱れが生じ、正確なトラッキングができなくなり、再生信号が悪化する。光ディスクの記録層の層間距離が短く、波長が短いレーザ光を使うＢｌｕ−ｒａｙ規格では、この悪化は特に顕著になる。（Ｂｌｕ−ｒａｙ規格波長：４０５ｎｍ、層間距離：２層時２５μｍ相当）。

図５は、多分割受光素子９に入射する光の強度分布を示し、曲線Ａは読み出し層からの反射光の強度分布を示し、曲線Ｂはクロストーク光の強度分布を示す。図５の横軸は、図２に示すサブ受光素子９２の左端からサブ受光素子９３の右端までの距離を基準とした正規化寸法である。図５に示す強度分布は、回折光学素子３により予め定められた分光比でレーザ光がメインビームと２つのサブビームに分離され、上記した経路をたどり、多分割受光素子９上に入射した場合の光の強度分布である。メイン受光素子９１が受ける光の強度は、横軸の「０．０」付近の強度であり、２つのサブ受光素子９２及び９３が受ける光の強度は横軸の「−０．５」及び「０．５」付近の強度である。図５のグラフから、それぞれの受光素子が受ける読み出し層で反射した光の強度の比率は、ほぼ、サブ受光素子９２の受光強度：メイン受光素子９１の受光強度：サブ受光素子９３の受光強度＝１：１０：１である。また、クロストーク光の強度は、２つのサブ受光素子９２及び９３が位置する横軸の「−０．５」及び「０．５」付近ではサブビームの強度の約半分である。

図５から明らかなように、焦点が合っている読み出し層からの反射光の０次光であるメインビームを基準にすると、トラッキング誤差検出用のサブビームの強度は小さい（１０：１）。一方、読み出し層に当たった０次光はさらに、大きなデフォーカスを持って他の層（クロストーク層）に当たる。クロストーク層に当たった光は大きなデフォーカスを持っている（焦点を結んでいない）ため、その反射光（クロストーク光）の強度は下がるが、トラッキング誤差検出用のサブビームの強度に対しては、十分影響を与える大きさになっており（２：１）、トラッキングの制御において無視出来ない大きさになっている。

そこで、本実施形態では減光フィルタ１０によって、クロストーク光の影響を低減している。減光フィルタ１０は、図６に示すように、透明なガラス基板１０１上に、リング状の減光部１０２が設けられて構成されている。減光部１０２は、同心円状の内縁１０２ａ及び外縁１０２ｂにより画成される（以下、内縁１０２ａの半径をＲ１、外縁１０２ｂの半径をＲ２とする）。減光部１０２は、例えば光吸収性の膜をガラス基板１０１上に貼り付けることにより形成される。減光部１０２の光の透過率Ｔは、後述するように光ディスクからの反射光が通過する復路光学系の倍率Ｍ、及びメインビームとサブビームの分光比に応じて設定される。

図７は、本実施形態における多分割受光素子９の受光状態を示す図であり、ハッチングが付されていない領域１０３が、減光フィルタ１０の減光部１０２のクロストーク光に対応する陰に相当する領域である。減光部１０２は、図７に示すように、クロストーク光の陰に相当する領域１０３内に、２つのサブ受光素子９２，９３が位置するように、半径Ｒ１及びＲ２が設定されている。

このように減光部１０２を構成することにより、サブ受光素子９２，９３に入射するクロストーク光量を低減し、正確なトラッキング制御を行うことが可能となる。

図８は、サブ受光素子９２から出力される電気信号の波形を示す波形図であり、同図（ａ）は減光フィルタ１０が無い場合に対応し、同図（ｂ）は減光フィルタ１０が設けられている場合に対応する。減光フィルタ１０が無い場合には、クロストーク光の影響により比較的低周波数の変動成分が重畳し、トラッキング制御に悪影響を与えるが、減光フィルタ１０を設けることにより、低周波数の変動成分が除去され、正確な制御が可能となる。

なお、図７では図示が省略されているが、実際には、メインビーム及びサブビームのスポットＳ１〜Ｓ３内にも、図９に示すように、減光部１０２の陰に相当する領域１０４が存在する（図９にはスポットＳ１のみ示すが、スポットＳ２，Ｓ３も同様である）。したがって、メインビーム及びサブビームの受光量を確保するために、半径Ｒ２は可能な限り小さな値に設定することが望ましい。

次に、減光部１０２の形状を決める半径Ｒ１，Ｒ２の設定方法を説明する。
図２に示すように、多分割受光素子９の中心（メイン受光素子９１の中心）からメイン受光素子９１の外縁までの距離をｗｍとし、前記中心からサブ受光素子９３（９２）の前記中心に近い外縁までの距離をｗｓ１とし、前記中心からサブ受光素子９３（９２）の中心から遠い外縁までの距離をｗｓ２とするとき、半径Ｒ１及びＲ２は下記式（１）を満たすように設定される。
（ｗｍ＋ｗｓ１）／２＋α：ｗｓ２＋α＝Ｒ１：Ｒ２（１）
ただし、αは設計余裕であり、例えば０．０１ｍｍ程度に設定される。

また減光部１０２の光の透過率Ｔは、以下のように設定する。
１）復路光学系の倍率Ｍが所定倍率ＭＴＨ（例えば２２）より大きいとき
Ｔ＝０
２）倍率Ｍが所定倍率ＭＴＨ以下であるときは、下記式（２）により設定する：
Ｔ＝ＤＬＲ／（２ＤＬＲ＋１）×Ｋ（２）
ここで、ＤＬＲはメインビームの光量（ｂ）に対するサブビームの光量（ａ）の比率（ａ／ｂ）で与えられる分光比であり、Ｋは実験的に決定される定数であり例えば３〜９に設定される。また復路光学系の倍率Ｍは、下記式（３）で定義される。
Ｍ＝ｆ２／ｆ１（３）
ここでｆ１は対物レンズ６の焦点距離であり、ｆ２は対物レンズ６を除いた復路の焦点距離である。

倍率Ｍが小さいとき（Ｍ≦ＭＴＨ）は、分光比ＤＬＲに応じて透過率Ｔを設定することにより、サブ受光素子に入射するクロストーク光量を適切に低減することができる。

なお、本実施形態に示した光ピックアップ装置をＢＤの記録再生を行う装置に適用する場合には、倍率Ｍとメイン受光素子の面積Ｓ（４・ｗｍ²）が下記式（４）を満たすことが必要とされる。例えば倍率Ｍが２０であるとき、ｗｍは５０μｍ以下となる。
Ｓ／Ｍ²≦２５μｍ² （４）

具体的には、例えば設計余裕α＝０．０１ｍｍ、（ｗｍ＋ｗｓ１）／２＋α＝０．０９ｍｍ、及びｗｓ２＋α＝０．２３ｍｍとすると、上記式（１）より、
Ｒ１：Ｒ２＝９：２３
となり、半径Ｒ１が０．４ｍｍのとき、半径Ｒ２は１．０２ｍｍとなる。
また倍率Ｍを所定倍率ＭＴＨ以下とし、分光比ＤＬＲを０．１とすると、上記式（２）より、透過率Ｔは、０．０８３３Ｋで与えらる。例えばＫを３〜９に設定すると、透過率Ｔは０．２５〜０．７５となる。

以上のように、透過率Ｔが適切に設定された減光部１０２を有する減光フィルタ１０を設けることにより、メイン受光素子９１に入射するメインビームの光量の低下を抑制しつつ、サブ受光素子９２，９３に入射するクロストーク光を減光し、トラッキング誤差検出信号の品質を向上させることができる。

なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上述した実施形態では減光部１０２の形状を円環（リング）状としたが、図１０に示すように４角形あるいは６角形の外形を有する形状、あるいは４角形または６角形以外の多角形状としてもよい。

本発明の一実施形態にかかる光ピックアップ装置の全体構成を示す図である。多分割受光素子の受光面の配置を示す図である。メインビーム及びサブビームの光ディスク上でのスポット位置を示す図である。減光フィルタが設けられていない場合の、多分割受光素子の受光状態を示す図である。多分割受光素子に入射する光の強度分布を示す図である。減光フィルタの形状を説明するための図である。減光フィルタを用いた場合の、多分割受光素子の受光状態を示す図である。サブ受光素子から取り出した電気信号の変動について説明するための図である。メインビーム及びサブビームの多分割受光素子上のスポットに生じる減光フィルタによる陰を説明するための図である。減光フィルタの変形例を示す図である。

符号の説明

１半導体レーザ素子
２カップリングレンズ
３回折光学素子
４ビームスプリッタ
５立上げミラー
６対物レンズ
７集光レンズ
８シリンドリカルレンズ
９多分割受光素子
１０減光フィルタ
９１メイン受光素子
９２サブ受光素子
９３サブ受光素子
１０１ガラス基板
１０２減光部
１０２ａ内縁
１０２ｂ外縁

Claims

半導体レーザ素子からの出射光をメインビーム及びサブビームに分光し、前記メインビーム及びサブビームを複数の記録層を有する光ディスクに照射し、前記光ディスクからの反射光を多分割受光素子で受光し、前記サブビームをトラッキング誤差検出に用いて、前記光ディスクに対する情報の記録、再生または消去を行う光ピックアップ装置において、
前記反射光が前記多分割受光素子に入射する経路の途中に配置され、通過する光の一部を減光する減光フィルタを備え、
前記多分割受光素子は、前記メインビームの反射光を受光するためのメイン受光素子と、前記サブビームの反射光を受光するためのサブ受光素子とを有し、
前記減光フィルタは、前記メインビームとサブビームの分光比に応じた比率で、前記通過光の一部を減光することにより、前記サブ受光素子に入射する、記録、再生または消去の対象となる対象記録層以外の記録層からの反射光の、前記対象記録層からの反射光に対する相対強度を低下させるものであって、
前記反射光を減光する減光部と、前記反射光を通過させる通過部とを有し、前記減光部は、同心円状の内縁及び外縁により円環状に画成され、
前記減光部の内縁及び外縁の半径をそれぞれＲ１及びＲ２（＞Ｒ１）とし、前記多分割受光素子の中心から前記メイン受光素子の外縁までの距離をｗｍとし、前記中心から前記サブ受光素子の前記中心に近い外縁までの距離をｗｓ１とし、前記中心から前記サブ受光素子の前記中心から遠い外縁までの距離をｗｓ２とするとき、
前記半径Ｒ１及びＲ２は下記式を満たすように設定されることを特徴とする光ピックアップ装置：
（ｗｍ＋ｗｓ１）／２＋α：ｗｓ２＋α＝Ｒ１：Ｒ２
ただし、αは設計余裕とする。