JPH10162410A - 光ディスク装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ディスクが変わったとき、あるいはランドグル
ーブ記録ディスクでのランドとグルーブが変わったと
き、あるいは多層記録ディスクでの記録再生層が変わっ
たとき等でも、それぞれ最適なフォーカス位置に設定で
きる光ディスク装置を提供する。 【解決手段】光ヘッドの集光光学系中に非点収差発生手
段を備え、光ディスク９上に集光されるスポットの最小
錯乱円の位置を光軸方向に変化させ、再生信号の振幅が
最大となるよう、非点収差量を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光ディスク装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】コンパクトディスク装置やコンピュータ
用の記憶装置として用いられる光ディスク装置は、高密
度記録化が求められている。この高密度記録化の方法
は、対物レンズ開口数の拡大と半導体レーザの短波長化
による光スポットの微小化，ランドグルーブ記録による
半径方向の密度向上，多層記録，超解像技術，信号処理
技術などが提案，適用されている。

【０００３】以下、光ディスク装置の動作について、図
１３を用いて説明する。

【０００４】コントローラ１とレーザ制御回路２によ
り、記録再生に応じたパワー設定，記録パルス波形の作
成が行われ、光源である半導体レーザ６０を駆動する。
半導体レーザからのレーザ光は光ディスク９上に集光
し、その反射光からフォーカスエラー信号１３，トラッ
クエラー信号１４，再生信号１５を検出する。

【０００５】フォーカスエラー信号１３は、フォーカス
制御回路１６に入力され、必要であればコントローラ１
からのオフセット量が加えられて、対物レンズアクチュ
エータ１１を光軸方向に駆動するための制御信号が作ら
れる。この信号により対物レンズアクチュエータ１１が
駆動され、光ディスク面上に光スポットの焦点を追従さ
せるフォーカスサーボが行われる。

【０００６】トラックエラー信号１４は、トラック制御
回路１７に入力され、必要であればコントローラ１から
のオフセット量が加えられて、対物レンズアクチュエー
タ１１を光ディスク９の半径方向に駆動するための制御
信号が作られる。この信号により、対物レンズアクチュ
エータ１１が光ディスク９の半径方向に駆動され、光ス
ポットを光ディスク９のトラックに追従させる。

【０００７】目標トラックへのアクセスは、微小な範囲
では対物レンズアクチュエータ１１で行われ、大きな移
動には、粗動制御回路１９からの制御信号によりコース
アクチュエータ１０を用いて行われる。

【０００８】ここで、フォーカス位置の調整は、光ディ
スクをフォーカス方向に変位させた時に、半導体レーザ
のスクープ信号が最大となる位置をフォーカスの目標点
とする方法が用いられる。この位置で、フォーカスエラ
ー信号検出およびトラックエラー信号検出のための光検
出器の調整が行われる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、フォーカス位
置の調整は、初期調整時に基準ディスクに対してのみ行
われる。ところが、光ディスクの高密度化に伴い、ラン
ドグルーブ記録や多層記録が行われるようになると、あ
る屈折率を有する光ディスクの基板厚が異なることにな
り、最適なフォーカス位置が変わってくる。また、光デ
ィスクの大きな特徴であるディスク交換可能のため、逆
にディスクごとに、それぞれ最適なフォーカス位置が変
わることになる。その結果、再生信号の振幅が劣化し、
良好な信号検出ができないといった問題点があった。

【００１０】本発明の目的は、常に最適なフォーカス制
御を行い、良好な信号再生が行える光ディスク装置を提
供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は光源である半導体レーザ素子と、前記半導
体レーザ素子から発せられたレーザ光を光ディスク上に
集光する光学系と、前記光ディスクからの反射光を検出
する検出光学系を有する光ディスク装置で、前記半導体
レーザ素子から前記光ディスクまでの光学系中に、非点
収差を発生，制御する非点収差発生手段を備える。

【００１２】前記光ディスク装置で、前記非点収差発生
手段が、前記半導体レーザ素子に主電極と複数の副電極
を設け、前記主電極と複数の副電極への注入電流を制御
することにより、発生するレーザ光に非点収差を与える
半導体レーザ素子である光ディスク装置とする。

【００１３】また、前記光ディスク装置で、前記非点収
差発生手段により、前記光ディスク上に集光されるスポ
ットに非点収差を与え、集光スポットの最小錯乱円の位
置を光軸方向に変化させ得る光ディスク装置とする。

【００１４】さらに、前記光ディスク装置で、再生信号
の振幅レベルを検出する振幅検出回路を備え、前記非点
収差発生手段により、前記集光光学系で集光されるスポ
ットに非点収差を与え、集光スポットの最小錯乱円の位
置を光軸方向に変化させた時の、再生信号の振幅レベル
を前記振幅検出回路で検出し、再生信号の振幅レベルが
最大となるように前記非点収差発生手段で発生させる非
点収差量を制御する光ディスク装置とする。

【００１５】また、前記光ディスク装置で、前記非点収
差発生手段で発生する非点収差の方向が、前記光ディス
クの半径方向あるいは接線方向である光ディスク装置と
する。

【００１６】また、前記光ディスク装置で、前記非点収
差発生手段で発生する非点収差の方向が、前記光ディス
クの半径方向に対して３０度から６０度の間である光デ
ィスク装置とする。

【００１７】構成とすることにより、光ディスクの再生
中で、常に再生信号の振幅が最大となる位置にフォーカ
ス制御を行うので、良好な信号再生が行える光ディスク
装置を提供することができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面を用
いて説明する。

【００１９】図１は本実施例の光ディスク装置の光ヘッ
ド構成を示す図である。図１で、コントローラ１及びレ
ーザ制御回路２からの信号により半導体レーザ３が駆動
され、半導体レーザ３から発せられた光は、コリメート
レンズ４で平行光となり、ビームスプリッタ６を透過
し、立ち上げミラー７で反射され、対物レンズ８により
光ディスク９の記録面上に集光される。

【００２０】立ち上げミラー７と対物レンズ８は、光デ
ィスク９の半径方向に移動するコースアクチュエータ１
０上に設けられている。対物レンズ８は、対物レンズア
クチュエータ１１により、光軸方向と光ディスク９の半
径方向に駆動される。

【００２１】光ディスク９で反射した光は、再び対物レ
ンズ８，立ち上げミラー７を経て、ビームスプリッタ６
で反射し、検出光学系１２へ導かれ、ここでフォーカス
エラー信号１３，トラックエラー信号１４，再生信号１
５が検出される。

【００２２】なお、図１ではコリメートレンズ４を用い
た無限光学系で、ビームスプリッタ６で光路を分岐し、
コースアクチュエータ１０は対物レンズ部分のみを駆動
する分離方式として示したが、本発明は、これに限るも
のではなく、例えばビーム整形プリズムを用いてビーム
断面形状を整形したり、コンパクトディスクで用いられ
ているような有限光学系の一体駆動方式であってもよ
い。

【００２３】フォーカスエラー信号，トラックエラー信
号は周知の技術により、例えば非点収差法とプッシュプ
ル法等により検出される。再生信号は、例えばコンパク
トディスク等では光ディスク上のピットにより強度変化
を受け、あるいは相変化ディスクでは結晶構造の違いに
より強度変化を受け、あるいは光磁気ディスクでは偏光
面の回転量として検出される。本発明は、いずれの方式
でも有効であり、特に限定されるものではない。

【００２４】フォーカスエラー信号１３は、フォーカス
制御回路１６に入力され、必要であればコントローラ１
からのオフセット量が加えられて、対物レンズアクチュ
エータ１１を光軸方向に駆動するための制御信号が作ら
れる。この信号により対物レンズアクチュエータ１１が
光軸方向に駆動され、光ディスク面上に光スポットの焦
点を追従させるフォーカスサーボが行われる。

【００２５】トラックエラー信号１４は、トラック制御
回路１７に入力され、必要であればコントローラ１から
のオフセット量が加えられて、対物レンズアクチュエー
タ１１を光ディスク９の半径方向に駆動するための制御
信号が作られる。この信号により、対物レンズアクチュ
エータ１１が光ディスク９の半径方向に駆動され、光ス
ポットを光ディスク９のトラックに追従させる。

【００２６】目標トラックへのアクセスは、微小な範囲
では対物レンズアクチュエータ１１で行われ、大きな移
動には、粗動制御回路１９からの制御信号によりコース
アクチュエータ１０を用いて行われる。

【００２７】ここで、光ディスク９に集光される光に非
点収差を与える方法について説明する。本実施例では、
その手段として、発生する光に非点収差を与えることが
できる半導体レーザ素子を用いる。

【００２８】図２で本実施例における半導体レーザ素子
２０の構造を説明する。まず、ｎ−ＧａＡｓ基板２１上
にｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層２２，ＡｌＧａＡｓ多重
量子井戸活性層２３，ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層２
４，ｐ−ＧａＡｓコンタクト層２５を順次結晶成長させ
る。次に、気相化学成長法およびホトリソグラフ技術を
用いてストライプ状のＳｉＯ₂ 膜を形成し、このＳｉＯ
₂ 膜をマスクとしてｐ−ＧａＡｓコンタクト層２５とｐ
−ＡｌＧａＡｓクラッド層２４の一部をエッチング除去
する。次に、ＳｉＯ₂ 膜をマスクとしてｎ−ＧａＡｓブ
ロック層２６を選択的に成長させる。ＳｉＯ₂ 膜を除去
した後、ｐ−ＡｌＧａＡｓ埋め込み層２７およびｐ−Ｇ
ａＡｓキャップ層２８を順次形成する。次に、表面電極
と裏面電極２９を形成する。さらに、表面電極とｐ−Ｇ
ａＡｓキャップ層２８、およびｐ−ＡｌＧａＡｓ埋め込
み層２７には分離溝を形成する。このように分離溝を設
けることにより表面電極は主電極３０，副電極３１，３
２に分割される。このような構造のウエハを所定の寸法
にへき開し、半導体レーザ素子２０とする。この半導体
レーザ素子２０をパッケージに封入して半導体レーザ３
とする。

【００２９】半導体レーザ素子２０の主電極３０にレー
ザ発振を生じさせる所定の電流Ｉｍを注入し、２個の副
電極３１，３２には同じ値の制御電流Ｉｓを注入する。
この制御電流の値を変化させることにより、活性層内で
の屈折率分布が変わり、等価的に活性層内での光が伝播
する導波路の幅を広くしたり狭めたりすることになる。

【００３０】これを図３では実線４０と破線４１で示し
た。なお、図３では活性層２３を透視した図として示し
ている。このとき発生する光は、導波路の幅が狭いとき
は端面近傍を発光点とし破線４２のように広がり、導波
路の幅が広いときは、より内部を発光点とし実線４３で
示したように広がる。したがって、制御電流を変化させ
ることにより、活性層２３に平行な方向では発光点が光
軸方向に変化する。ところが、活性層２３の厚さは導波
路の幅に対して非常に薄く、また一定であるので、活性
層２３に垂直方向に対する発光点は、制御電流によらず
活性層端面となる。

【００３１】活性層２３に平行な方向と垂直な方向での
発光点のずれが、非点隔差となり、半導体レーザ素子２
０からの発生光に非点収差を与える。このような非点隔
差があると、ディスク上の光スポット形状は図４のよう
に変化する。図４では、半導体レーザ素子２０の活性層
２３は紙面に垂直な面内である。また、半導体レーザ素
子２０の活性層２３に垂直方向に広がる光を実線５０で
示し、活性層２３に平行な方向に広がる光を破線５１で
示した。

【００３２】活性層に平行な方向に広がる光５１は、活
性層に垂直な方向に広がる光５０よりも、発光点が素子
内部にあるので、その集光位置は対物レンズ８側に近く
なる。この時の光束の断面形状は図４に示したようにな
り、断面形状が略円形になる最小錯乱円の位置５２が通
常フォーカス位置として設定される。

【００３３】半導体レーザ素子２０の副電極３１，３２
への注入電流を制御し、活性層２３に平行な方向の発光
点を図５（ａ)，(ｂ）のように前後にずらすと、最小錯
乱円の位置を５３，５４のように光軸方向に変化させる
ことができる。

【００３４】半導体レーザ３を用いて、最適なフォーカ
ス位置を設定する方法について説明する。

【００３５】まず、基準状態となる電流値を半導体レー
ザに注入し、再生信号１５を検出する。再生信号１５は
振幅検出回路１８に送られ、ある一定の周波数の再生信
号の振幅が求められ、コントローラ１へ送られ記憶され
る。次に、コントローラ１から半導体レーザ３へ注入さ
れる電流値がある一定の範囲で変化させられ、半導体レ
ーザ３から発せられるレーザ光に非点収差を与え、光ス
ポットの最小錯乱円位置を光軸方向に変化させる。その
時々に、ある一定周波数の再生信号の振幅が求められ、
コントローラ１へ送られ記憶される。そこで、再生信号
振幅が最大となる半導体レーザ３への注入電流値が決定
され、その電流値で半導体レーザ３が駆動され、信号再
生が行われる。

【００３６】フォーカス位置は、光ディスク装置の初期
調整時に、ある基準ディスクに対して行われており、デ
ィスクが変わった場合などでは、ある程度の信号再生は
行えるが、必ずしも最適な状態ではない。この方法を用
いることにより、常に良好な信号再生を行うことができ
る。

【００３７】次に、本発明の他の実施例について図６を
用いて説明する。

【００３８】図６で、図１で示した構成と同じ部分には
同じ番号を付けている。図６では、非点収差を発生させ
る半導体レーザ３とは異なり、表面電極が１個だけの一
般的な半導体レーザ６０を用い、半導体レーザ６０から
光ディスク９までの光路中に非点収差発生手段６１を設
ける。

【００３９】非点収差発生手段６１は、例えば、図７に
示すような透明な圧電素子７０に短冊状に透明電極７１
(ａ)，７１(ｂ)，７１(ｃ)，７１(ｄ)，７１(ｅ)を配置
した構成とする。この短冊状の透明電極７１(ａ)，７１
(ｂ)，７１(ｃ)，７１(ｄ)，７１(ｅ）に電圧を印加
し、例えば図８のように圧電素子７０の厚みを変える
と、光路長が変わることになり、この圧電素子通過後の
波面に位相差を与えることができる。この時、図８のよ
うに圧電素子７０の厚みを変えると、非点収差的な位相
差を与えることになる。したがって、圧電素子７０への
印加電圧を制御することにより、光束に与える非点収差
量を制御することができる。

【００４０】なお、図７，図８では透明電極を５枚とし
て示しているが、これに限られたものではなく、数が多
いほど精度良く非点収差を与えることができる。

【００４１】このほかに非点収差発生手段６１として、
図９に示したように、半導体レーザ６０からの発散光中
に平行平板９０を回転可能に設置したものでもよい。平
行平板９０が光軸に垂直なときは、非点収差は発生せ
ず、平行平板９０が光軸に対して傾いたときに、回転角
に応じて非点収差が発生する。したがって、平行平板９
０の回転角を制御することにより、光束に与える非点収
差量を制御することができる。

【００４２】次に、本発明の他の実施例について図１０
を用いて説明する。本実施例では、これまでに述べてき
た方法で発生させる非点収差の方向を、光ディスクの半
径方向あるいは接線方向とする。

【００４３】図４に示したように、非点収差があると光
スポットの断面形状は、光軸方向に対して円形としたり
楕円形状とすることができる。この時、非点収差の方向
が光ディスクの半径方向あるいは接線方向となるよう
に、上述の半導体レーザ３あるいは非点収差発生手段６
１を設置すると、光ディスク９上での光スポットの形状
を図１０のように半径方向に細長くしたり、接線方向に
細長くすることができる。

【００４４】通常は図１０（ｂ）のように円形の光スポ
ット１００で記録再生を行えば良い。ランドグルーブデ
ィスクのように溝深さを最適に設定し、隣接トラックか
らの漏れ込みを低減したようなディスクを再生する場合
には、図１０（ａ）に示したようにディスク接線方向に
より絞られた光スポット１０１とすることで、接線方向
の分解能を向上することができ、より良好な信号再生が
行える。

【００４５】一方、隣接トラックからの漏れ込みが大き
いディスクを再生する場合には、図１０（ｃ）に示した
ようにディスク半径方向により絞られた光スポット１０
２とすることで、半径方向の分解能を向上することがで
き、隣接トラックからの漏れ込みを低減することができ
る。

【００４６】次に、本発明の他の実施例について説明す
る。本実施例では、これまでに述べてきた方法で発生さ
せる非点収差の方向を、光ディスクの半径方向に対して
４５度方向とする。

【００４７】フォーカスエラー信号の検出にはいくつか
の方式が提案，実施されているが、非点収差法は、構成
が簡単なため用いられることが多い。非点収差法は、光
ディスクからの反射光にシリンドリカルレンズ等で非点
収差を与え、４分割光検出器上に最小錯乱円を形成する
ようにしておくと、光ディスクと光スポットが焦点ずれ
を起こしたときに、４分割光検出器の対角領域の出力の
和にアンバランスが生じるため、この差をフォーカスエ
ラー信号に用いるものである。図１１に４分割光検出器
１１０上の光スポット１１１を示す。

【００４８】しかし、この非点収差法には、トラックエ
ラー信号からフォーカスエラー信号への漏れ込みが生じ
やすいという問題点がある。この現象は、光学系が非点
収差を持っている場合、特にその非点収差の方向が、光
ディスクの半径方向に対して４５度方向である場合に顕
著になる。光学系が有する非点収差の方向が、光ディス
クの半径方向に対して４５度方向である場合には、光デ
ィスク上の光スポットが合焦の位置にあっても、４分割
光検出器１１０上の光スポット１１２は図１３に示すよ
うに対角方向に楕円形となるため、フォーカスエラー信
号にオフセットが生じることになる。これが、漏れ込み
の原因である。

【００４９】このような非点収差を補正するには、図１
あるいは図６で、半導体レーザ３あるいは非点収差発生
手段６１で発生する非点収差の方向を、光ディスク９の
半径方向に対して４５度の方向に設置すればよい。この
ような状態で、再生信号の振幅が最大となり、フォーカ
スエラー信号にオフセットが生じないように、半導体レ
ーザ３あるいは非点収差発生手段６１で発生する非点収
差量を制御すればよい。また、光ディスク装置の初期調
整時では、光ヘッドの対物レンズからの光の波面収差を
波面測定装置にて測定し、４５度方向の非点収差を有し
ている場合には、これを補正するよう半導体レーザ３あ
るいは非点収差発生手段６１で発生する非点収差量を制
御すればよい。

【００５０】このような方法を用いることで、フォーカ
スエラー信号の検出に非点収差法を用いるときの漏れ込
みを低減でき、良好な記録再生を行うことができる。

【００５１】なお、フォーカスエラー信号への漏れ込み
は、光学系が有する非点収差の方向に対して２乗正弦波
的な変化をするので、この半導体レーザ３あるいは非点
収差発生手段６１の設置方向は厳密に４５度でなくて
も、３０度から６０度の範囲であれば、７５％以上の漏
れ込みを低減することができる。したがって、このよう
な範囲に角度を設定することで、補正の効果はある程度
保ちながら、取付精度を緩くすることができ、容易に調
整することができる。

【００５２】

【発明の効果】本発明によれば、光ヘッドの集光光学系
中に非点収差発生手段を備え、光ディスク上に集光され
るスポットの最小錯乱円の位置を光軸方向に変化させる
ことにより、ディスクが変わったとき、あるいはランド
グルーブ記録ディスクでのランドとグルーブが変わった
とき、あるいは多層記録ディスクでの記録再生層が変わ
ったとき等で、それぞれ最適なフォーカス位置に設定す
ることができ、良好な信号再生が行える。

【００５３】また、本発明によれば、光ヘッドの集光光
学系中に非点収差発生手段を備え、その発生する非点収
差の方向を光ディスクの半径方向あるいは接線方向とす
ることで、光ディスク上に集光されるスポットの形状を
半径方向に細長くしたり、接線方向に細長くすることが
でき、トラック接線方向の分解能向上、あるいは隣接ト
ラックからの漏れ込みの低減を図ることができる。

【００５４】また、本発明によれば、光ヘッドの集光光
学系中に非点収差発生手段を備え、その発生する非点収
差の方向を光ディスクの半径方向に対して３０度から６
０度の間とし、集光光学系が有する光ディスクの半径方
向に対して４５度方向の非点収差を補正することで、フ
ォーカスエラー信号の検出に非点収差法を用いるときの
フォーカスエラー信号のオフセットを低減することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における光ディスク装置光ヘ
ッドのブロック図。

【図２】本発明の一実施例における半導体レーザ素子の
説明図。

【図３】図２の半導体レーザ素子の発光状態を示す説明
図。

【図４】図２の半導体レーザ素子による光スポット形状
の変化を示す説明図。

【図５】図２の半導体レーザ素子による最小錯乱円の位
置の変化を示す説明図。

【図６】本発明の第二の実施例における光ディスク装置
光ヘッドのブロック図。

【図７】本発明の第二の実施例における非点収差発生手
段を示す説明図。

【図８】図７の非点収差発生手段の動作を示す説明図。

【図９】本発明の第三の実施例における非点収差発生手
段を示す説明図。

【図１０】本発明の一実施例における光ディスク上の光
スポット形状を示す説明図。

【図１１】本発明の第二の実施例における光検出器上の
光スポット形状を示す説明図。

【図１２】本発明の第三の実施例における光検出器上の
光スポット形状を示す説明図。

【図１３】本発明の第三の実施例における光ディスク装
置光ヘッドのブロック図。

【符号の説明】

１…コントローラ、２…レーザ制御回路、３…半導体レ
ーザ、４…コリメートレンズ、６…ビームスプリッタ、
７…立ち上げミラー、８…対物レンズ、９…光ディス
ク、１０…コースアクチュエータ、１１…対物レンズア
クチュエータ、１２…検出光学系、１３…フォーカスエ
ラー信号、１４…トラックエラー信号、１５…再生信
号、１６…フォーカス制御回路、１７…トラック制御回
路、１８…振幅検出回路、１９…粗動制御回路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加藤 盛一 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光源である半導体レーザ素子と、前記半導
   体レーザ素子から発せられたレーザ光を光ディスク上に
   集光する光学系と、前記光ディスクからの反射光を検出
   する検出光学系を有する光ディスク装置において、前記
   半導体レーザ素子から前記光ディスクまでの光学系中
   に、非点収差を発生，制御する非点収差発生手段を備え
   たことを特徴とする光ディスク装置。