JPH10283662A

JPH10283662A - 光ディスク装置

Info

Publication number: JPH10283662A
Application number: JP9097934A
Authority: JP
Inventors: Yoshitaka Takahashi; 義孝高橋
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1997-04-02
Filing date: 1997-04-02
Publication date: 1998-10-23

Abstract

(57)【要約】【課題】簡易構成で，ディスクのタンジャンシャル方
向の分解能を上げる。【解決手段】開口制限部材５を半導体レーザと対物レ
ンズとの間に配設し，かつ，当該開口制限部材に楕円形
状の開口５ａを設ける。そして，半導体レーザから出射
されるレーザ光の断面が楕円形状１３ａのときには，そ
の長軸方向に開口５ａの短軸ｆを一致させ，かつ，開口
５ａの長軸ｅ方向をタンジェンシャル方向に一致させる
ことにより，対物レンズに入射するレーザ光の光強度が
大きいところの開口数を小さくし，また対物レンズに入
射するレーザ光の光強度が小さいところの開口数を大き
くする。これにより，対物レンズで集光されるレーザス
ポットの断面形状を略円とし，ラジアル，タンジャンシ
ャル両方向に対する分解能を高める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は，対物レンズの開口
数を部分的に変えることにより，少なくともトラック方
向と直交する方向の分解能を高めた光ディスク装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】光ディスク装置においては，レーザ源か
らのレーザ光を対物レンズで集光してレーザスポットを
情報記録媒体（以下ディスクという）のトラック上に形
成し，これによりマークの記録又は再生が行われてい
る。この際，レーザスポットはトラック上の適正位置に
照射される必要があるが，種々の理由により当該適正位
置からずれてしまう場合がある。

【０００３】そこで，ディスクからの反射光を受光し
て，トラッキング信号等のサーボ信号を検出し，当該サ
ーボ信号に基づき対物レンズの位置等を調整している。

【０００４】このような光ディスク装置に対して，近年
の大容量化の要請を達成すべく，ディスクに記録される
マークの微小化が行われている。そして，当該マークの
微少化に伴いトラック方向（以下，タンジャンシャル方
向という）及びそれに直交した方向（以下，ラジアル方
向という）の分解能を上げることが必要になる。このた
めには，レーザスポットの微小化が必要があり，また当
該レーザスポットの形状は円形であることが望まれる。

【０００５】ところで，図６に示すように，レーザ源と
して一般的に用いられる半導体レーザ５０から出射され
るレーザ光５１の断面は楕円形状となっており，その長
軸ａと短軸ｂとの比は，一般的にｂ／ａ＝２〜４程度と
なっている。

【０００６】このため，対物レンズにより集光されたレ
ーザスポットの断面は，図７に示すように長軸ｃ及び短
軸ｄの楕円形状となる。

【０００７】なお，図６におけるレーザ光の長軸ｂと，
図７におけるレーザスポットの短軸ｄとは同じ向きであ
る。即ち，レーザスポットの長軸ｃ及び短軸ｄの方向
は，半導体レーザ５０から出射されたレーザ光５１の長
軸ｂ，短軸ａと９０°回転した関係になっている。これ
は，レーザ光の長軸ｂ方向の光強度が短軸ａ方向より強
く，対物レンズによる集光の度合が光強度に比例するた
めである。

【０００８】そこで，特開平８−１８０４９２号公報に
おいては，対物レンズに入射するレーザ光の長軸方向を
ラジアル方向に設定して，そのレーザスポットの長軸方
向がタンジャンシャル方向に一致するようにしている。
これにより，ラジアル方向の分解能を高めている。

【０００９】しかし，この構成であっても，レーザスポ
ットの断面形状は，対物レンズにより定る一義的な楕円
形状となり，その長軸と短軸との比率を制御することが
できない。従って，タンジャンシャル方向及びラジアル
方向の分解能を十分に高くすることができない。

【００１０】レーザスポットの断面形状を円形状にする
方法として，図８及び図９に示すような方法が考えられ
る。

【００１１】図８に示す方法は，半導体レーザ５０から
出射されたレーザ光をプリズム５３で整形する方法であ
る。この場合，レーザ光をコリメートレンズ５２で平行
光に収束した後，プリズムの入射面５３ａに所定の入射
角で入射するように設定し，かつ，図８において入射す
るレーザ光の短軸が紙面に平行になるように設定してお
く。これにより，プリズム５３の出射面５３ｂからは，
図８における上下方向に拡大された円形状のレーザ光が
出射されるようになる。

【００１２】また，図９に示す方法は，半導体レーザ５
０から出射されたレーザ光の中心円形領域のみを対物レ
ンズ５２に入射させる方法がある。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら，プリズ
ム５３によりレーザ光を整形する方法では以下の問題点
があった。即ち，レーザ光の整形を行う前提としてプリ
ズム５３が必要になり，このため部品点数が増加してコ
ストアップとなる。

【００１４】また，プリズム５３で，レーザ光の光路が
曲げられるため，光学系の占有する大きさ（体積）が増
大すると共に，組み付け性が低下する問題がある。

【００１５】さらに，半導体レーザ５０から出射される
レーザ光は発散光であるため，プリズム５０に入射させ
る前に，コリメートレンズ５２により平行光にする必要
があるが，当該平行光の調整精度を高めないとレーザス
ポットに非点収差が生じる問題がある。

【００１６】一方，レーザ光の一部を取出して対物レン
ズに入射させる方法では，半導体レーザ５０から出射さ
れたレーザ光の大部分が用いられず，レーザ光の利用効
率が低下する問題がある。

【００１７】即ち，光強度により対物レンズによる集光
の度合が異なるため，対物レンズの有効径近傍の光強度
が一様である必要がある。従って，光強度に分布を持つ
レーザ光の場合には，レーザ光を利用できる領域は光強
度が一様と見なせる中心近傍に限られ，極端に利用率が
低下する。このことは，マーク形成を行う際に強いレー
ザパワーが必要となる記録時において致命的欠点とな
る。

【００１８】そこで，本発明は，簡易な構成で，タンジ
ャンシャル方向及びラジアル方向の分解能を上げること
が可能な光ディスク装置を提供することを目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】請求項１にかかる発明
は，断面が非等方な楕円形状であり，かつ，その強度に
分布を持つレーザ光を出射する半導体レーザと，該レー
ザ光を集光して情報記憶媒体上に微少スポットを形成す
る対物レンズを有する光ディスク装置において，楕円形
状のレーザ光における長軸方向が入射する方向の前記対
物レンズの開口数を所定量小さくするとともに，該楕円
断面形状レーザ光の短軸方向を光ディスクのトラック方
向と一致させる開口制限部材を有することを特徴とす
る。

【００２０】即ち，開口制限部材により対物レンズの開
口数を部分的に変える。その際に，当該対物レンズに入
射するレーザ光の光強度が大きいところの開口数を小さ
くするようにする。そして，該楕円断面形状レーザ光の
短軸方向を情報記録媒体のトラック方向と一致させたこ
とを特徴とする。

【００２１】請求項２にかかる発明は，開口制限部材
が，対物レンズに入射するレーザ光の周辺部分を遮光す
る非等方形状の開口であって，当該開口における長手方
向がトラック方向と一致するように設定された開口を有
することを特徴とする。

【００２２】即ち，開口制限部材に非等方形状の開口を
設けて，対物レンズに入射するレーザ光を遮光し整形す
ることにより，当該対物レンズの開口数を変えるように
したことを特徴とする。

【００２３】請求項３にかかる発明は，開口が，楕円形
状を有して，当該楕円形状の長軸方向がトラック方向と
一致するように設定したことを特徴とする。

【００２４】請求項４にかかる発明は，開口が，矩形形
状を有して，当該矩形形状の長辺方向がトラック方向と
一致するように設定したことを特徴とする。

【００２５】請求項５にかかる発明は，開口における長
手方向の寸法が，対物レンズの入射有効径に一致させた
ことを特徴とする。

【００２６】請求項６にかかる発明は，開口における短
手方向の寸法ｆと，長手方向の寸法ｅとの比が，ｆ：ｅ
＝１：１．０５〜１：１．２０の範囲に設定したことを
特徴とする。

【００２７】請求項７にかかる発明は，開口における短
手方向の寸法ｆと，長手方向の寸法ｅとの比が，ｆ：ｅ
＝１：１．１０〜１：１．１５の範囲に設定したことを
特徴とする。

【００２８】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図を参照し
て説明する。図１は本実施の形態にかかる光ディスク装
置における光学系の構成図である。

【００２９】当該光ディスク装置は，レーザ光を出射す
る半導体レーザ１，該半導体レーザ１から出射された発
散光であるレーザ光を平行光にするコリメートレンズ
２，レーザ光を透過又は偏向させるビームスプリッタ
３，レーザ光を偏向する偏向ミラー４，入射したレーザ
光を集光してディスク７にレーザスポットを形成する対
物レンズ６，対物レンズ６の開口数を部分的に変える開
口制限部材５，ビームスプリッタ３で反射されたディス
ク７からの反射光を集光する集光レンズ８，当該集光レ
ンズ８からのレーザ光に非点収差を付与する円筒レンズ
９，反射光を受光して再生信号を出力すると共に，トラ
ッキング信号及びフォーカス信号のサーボ信号を出力す
る４分割受光領域を持つ受光素子１０等を有している。

【００３０】そして，半導体レーザ１から出射したレー
ザ光は，コリメートレンズ２により平行光とされ，ビー
ムスプリッタ３を透過し，偏向ミラー４により反射され
て，対物レンズ６に入射するレーザ光を制限する開ロ制
限部材５に入射して対物レンズ６に入射する。

【００３１】なお，開口制限部材５は入射したレーザ光
の周辺部分を遮光整形することにより，対物レンズ６の
開口数を部分的に変えている。

【００３２】そして，当該対物レンズ６で集光されたレ
ーザ光は，ディスク７のトラック上に微小径のレーザス
ポットとして形成される。

【００３３】一方，ディスク７からの反射光は，対物レ
ンズ６により再び平行光に変換され，偏向ミラー４及び
ビームスプリッタ３で偏向され，集光レンズ８で集束さ
れて円筒レンズ９に入射する。

【００３４】当該円筒レンズ９を通過することにより，
反射光に非点収差が与えられ，その後受光素子１０で受
光される。

【００３５】受光素子１０は，フォーカスサーボ信号を
例えば公知の非点収差法により出力し，またトラツクサ
ーボ信号は例えば公知のプッシュプル法により出力し，
さらに情報信号は例えば受光素子１０の総和出力から出
力するように構成されている。

【００３６】次に，開ロ制限部材５の構成及び作用原理
を説明する。当該説明に先立ち，レンズにより光を集光
してスポットを形成した場合のスポット径φについて考
える。当該スポット系φは，一般に，φ∝ｋ＊λ／ＮＡ
で表される。ここで，ｋはレンズの入射有効領域の周辺
部に入射する光強度，λは集光する光の波長，ＮＡはレ
ンズの開口数である。上式から解るように，スポット径
φは開口数ＮＡに反比例し，光強度ｋに比例している。

【００３７】従って，スポットが真円に近づくために
は，光強度が大きい部分は開口数を小さくし，逆に光強
度が小さい部分は開口数を大きくすればよいことが解
る。

【００３８】このような原理に従い形成された，開口制
限部材５の構成を図２に示す。当該開口制限部材５は，
内部に長軸ｅ，短軸ｆからなる楕円形状の開口５ａが形
成されている。従って，対物レンズ６の開口数は，開口
制限部材５の長軸ｅ方向に対応する部分が短軸ｆ方向に
対応する部分より大きくなっている。なお，図２におけ
る，符号１３ａは，開口制限部材５に入射するレーザ光
の断面形状を示し，符号１３ｂは，対物レンズ６の入射
有効領域を示している。

【００３９】さらに，開口５ａに入射するレーザ光の断
面における強度分布はガウシアン分布を持ち，かつ，当
該レーザ光の断面楕円形状１３ａにおける長軸が開口５
ａの短軸ｆ方向に一致するように配設され，その短軸が
開口５ａの長軸ｅ方向に一致するように配設されてい
る。従って，開口５ａの周辺部における長軸ｅ方向の光
強度は，短軸ｆ方向の光強度より小さくなっている。

【００４０】以上により，開口５ａの周辺部における長
軸ｅ方向の光強度は短軸ｆ方向の光強度より小さく，ま
た長軸ｅ方向の開口数は短軸ｆ方向の開口数より大きく
なって，対物レンズ６により集光されたレーザスポット
は真円に近づくようになっている。

【００４１】また，当該開口５ａの長軸ｅは，レーザ光
における断面楕円形状１３ａの短軸より短く設定され，
かつ，対物レンズ６の入射有効領域１３ｂの径と略同じ
大きさに設定されている。これにより，開口制限部材５
による対物レンズ６の入射有効領域の遮光領域を少なく
して，半導体レーザ１から出射されたレーザ光を有効に
利用できるようになっている。

【００４２】さらに，当該開口制限部材５における開口
５ａの長軸ｅ方向はタンジェンシャル方向に一致するよ
うに配設され，短軸ｆの方向はラジアル方向に一致する
ように配設されている。

【００４３】なお，図３は，かかる状態におけるディス
ク７上のレーザスポットの様子を示す図で，符号１５が
マークを示し，符号１４がレーザスポットを示してい
る。

【００４４】ところで，一般にディスク７は種々の原因
により，また本来的にそりを持っている。当該そりはラ
ジアル方向が大きく，タンジャンシャル方向が小さい。
このようなそりがあると，対物レンズ６により集光され
るレーザスポットにコマ収差が発生して，このためレー
ザスポット径が大きくなってしまう。

【００４５】かかる場合には，隣接マーク（隣接トラッ
クに記録されているマーク）からのクロストークが増大
し，トラックエラー信号の低下又は記録消去時におけ
る，クロスライトやクロスイレーズなどの問題が発生す
る。

【００４６】しかし，本発明では，上述したように，レ
ーザスポットの断面形状における長軸方向が，タンジェ
ンシャル方向に一致するようになっているので，例えラ
ジアル方向のそりにより，当該方向のレーザスポット径
が大きくなっても，当初からこの方向のレーザスポット
径が小さいため，コマ収差の影響を抑えることができ，
隣接マークからのクロストークやトラックエラー信号の
低下，あるいは記録消去時におけるクロスライトクロス
イレーズ等の好ましくない事態の発生を低減することが
可能になる。

【００４７】なお，コマ収差は，１／（ＮＡ³）に比例
するが，本発明では開口５ａの短軸ｆをラジアル方向に
一致させて当該方向の開口数を小さくしたので，コマ収
差の増大に対する著しい抑制効果がある。

【００４８】なお，開口制限部材５の形状としては，図
２に示す形状に限定されず，基本的に非等方性を持つ形
状であればよい。従って，図４に示すような，矩形形状
の開口５ｂであってもよい。この場合，長辺がタンジャ
ンシャル方向と平行になるように設ける必要がある。

【００４９】次に，本発明の効果を検証すべく行ったシ
ミュレーションの結果を図５に示し説明する。シミュレ
ーションの条件は，対物レンズの開口数をＮＡ＝Ｏ．６
３，当該対物レンズの入射有効径を４．４１（ｍｍ），
レーザ光の波長をλ＝６３５（ｎｍ），開ロ制限部５の
長軸方向の寸法をｅ＝４．４１（ｍｍ）とし，その他の
配設関係は図４に示す条件に従っている。

【００５０】このような条件の下で，横軸を開ロ制限部
５の短軸方向の寸法ｆをとり，縦軸にその時のレーザス
ポット径（１／ｅ²）のシミュレーション値を示したの
が図５である。なお，同図において，白抜き丸はラジア
ル方向のスポット径を示し，黒四角はタンジェンシャル
方向のスポット径を示している。また，横軸には，開口
制限部材５の短軸ｆと長軸ｅとの寸法比（ｆ：ｅ）を括
弧書で示している。

【００５１】短軸ｆがｆ＝４．４１（ｍｍ）の時は，長
軸ｅがｅ＝４．４１（ｍｍ）に設定されているために開
口５ａの形状は円形となるが，対物レンズ６に入射する
レーザ光の光強度分布が存在するため，スポットは楕円
形状になる。

【００５２】また，短軸ｆの値を小さくすると，ラジア
ル方向の対物レンズ６における開口数が小さくなるの
で，当該ラジアル方向のスポット径が大きくなり，タン
ジェンシヤル方向のスポット径は小さくなっていく。

【００５３】タンジェンシヤル方向のスポット径は，
ｆ：ｅ＝１：１．０５あたりから急激に小さくなり，ま
たラジアル方向のスポット径の増大を押さえるために
は，ｆ：ｅ＝１：１．２程度に設定するのが望ましいこ
とが解る。

【００５４】また，スポット径をより真円に近づけるた
めには，ｆ：ｅ＝１：１．１〜１：１．１５とするのが
望ましいことが解る。

【００５５】

【発明の効果】以上説明したように，請求項１にかかる
発明によれば，開口制限部材により対物レンズの開口数
を部分的に変え，当該対物レンズにより集光されるレー
ザスポットを略円形とすることができ，ラジアル，タン
ジェンシャル両方向に対する分解能を上げることができ
る。

【００５６】また，情報記録媒体がトラック方向と直交
する方向にそりを生じている場合でも，当該方向の対物
レンズの開口数を小さくしているので，当該そりによる
コマ収差を防止することが可能になる。

【００５７】請求項２にかかる発明によれば，開口制限
部材に対物レンズに入射するレーザ光の周辺部分を遮光
して整形する非等方形状の開口であって，当該開口にお
ける長手方向がトラックと同じ方向に設定されている開
口を設け，かつ，対物レンズに入射する楕円断面形状の
レーザ光の短軸方向をトラック方向としているので，当
該対物レンズにより集光されるレーザスポットを略円形
とすることができ，ラジアル，タンジェンシャル両方向
に対する分解能を上げることが可能になる。

【００５８】また，情報記録媒体がトラック方向と直交
する方向にそりを生じている場合でも，当該方向の対物
レンズの開口数を小さくしているので，当該そりによる
コマ収差によるスポット劣化を低減することが可能にな
る。

【００５９】請求項３にかかる発明によれば，開口が楕
円形状をする場合には，当該楕円形状の長軸がトラック
と同じ方向に開口を設け，かつ，対物レンズに入射する
楕円断面形状のレーザ光の短軸方向をトラック方向とし
ているので，当該対物レンズにより集光されるレーザス
ポットを略円形とすることができ，ラジアル，タンジェ
ンシャル両方向に対する分解能を上げることが可能にな
る。

【００６０】また，情報記録媒体がトラック方向と直交
する方向にそりを生じている場合でも，当該方向の対物
レンズの開口数を小さくしているので，当該そりによる
コマ収差によるスポット劣化を低減することが可能にな
る。

【００６１】請求項４にかかる発明によれば，開口が矩
形形状を有して，当該矩形形状の長辺がトラックと平行
に開口を設け，かつ対物レンズに入射する，楕円断面形
状のレーザ光の短軸方向をトラック方向としているの
で，当該対物レンズにより集光されるレーザスポットを
略円形とすることができ，ラジアル，タンジェンシャル
両方向に対する分解能を上げることが可能になる。

【００６２】また，情報記録媒体がトラック方向と直交
する方向にそりを生じている場合でも，当該方向の対物
レンズの開口数を小さくしているので，当該そりによる
コマ収差によるスポット劣化を低減することが可能にな
る。

【００６３】さらに，半導体レーザから出射されるレー
ザ光の遮光領域が少なくなるので，当該レーザ光を有効
に利用することが可能になる。

【００６４】請求項５にかかる発明によれば，開口にお
ける長手方向の寸法が，対物レンズの入射有効径に一致
するように設けたので，トラック方向の対物レンズにお
ける開口数が小さくならないため，当該トラック方向の
レーザスポット径を増大させずに，当該トラックと直交
する方向の分解能を高くすることが可能になる。

【００６５】また，対物レンズの入射有効径を効率的に
利用し，かつ，半導体レーザから出射されるレーザ光の
遮光領域が少なくなるので，当該レーザ光を有効に利用
することが可能になる。

【００６６】請求項６にかかる発明によれば，開口にお
ける短手方向の寸法と，長手方向の寸法との比を１：
１．０５〜１：１．２０の範囲に設定したので，最も効
率よくラジアル方向の分解能を高くすることができ，隣
接トラックとのクロストーク，隣接マークに対するクロ
スライト，クロスイレーズを抑えることが可能になる。

【００６７】請求項７にかかる発明によれば，開口にお
ける短手方向の寸法と，長手方向の寸法との比を１：
１．１０〜１：１．１５の範囲に設定したので，半導体
レーザから出射されるレーザ光の断面形状が楕円形状で
あっても，情報記録媒体に照射されるレーザスポットの
断面形状が真円形状になり，ラジアル方向のみならずタ
ンジェンシャル方向の分解能を高くすることが可能にな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる光ディスク装置に用いられる光
学系の構成図である。

【図２】開口制限部材の正面図である。

【図３】ディスク上に形成されたマークとレーザスポッ
トとの関係を示す図である。

【図４】開口制限部の他の構成を示す正面図である。

【図５】開口制限部の寸法を変化させたときのレーザス
ポット径を示すシミュレーション結果を示す図である。

【図６】半導体レーザ素子から出射されるレーザ光の断
面形状を示す図である。

【図７】対物レンズにより集光されたレーザスポットの
断面形状を示す図である。

【図８】プリズムによりレーザ光の断面形状を楕円形状
から真円形状に変換する方法を示す図である。

【図９】レーザ光の中心部分を対物レンズに入射させ
て，レーザスポットの断面形状を真円形状にする方法を
示す図である。

【符号の説明】

１半導体レーザ２コリメートレンズ３ビームスプリッタ４偏向ミラー５開口制限部材６対物レンズ８集光レンズ９円筒レンズ１０受光素子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】断面が非等方な楕円形状であり，かつ，
その強度に分布を持つレーザ光を出射する半導体レーザ
と，該レーザ光を集光して情報記憶媒体上に微少スポッ
トを形成する対物レンズを有する光ディスク装置におい
て，楕円形状のレーザ光における長軸方向が入射する方
向の前記対物レンズの開口数を所定量小さくするととも
に，該楕円断面形状レーザ光の短軸方向を光ディスクの
トラック方向と一致させる開口制限部材を有することを
特徴とする光ディスク装置。
【請求項２】前記開口制限部材が，前記対物レンズに
入射するレーザ光の周辺部分を遮光する非等方形状の開
口であって，当該開口における長手方向が前記トラック
方向と一致するように設定された開口を有することを特
徴とする請求項１記載の光ディスク装置。
【請求項３】前記開口が，楕円形状を有して，当該楕
円形状の長軸方向が前記トラック方向と一致するように
設定されていることを特徴とする請求項２記載の光ディ
スク装置。
【請求項４】前記開口が，矩形形状を有して，当該矩
形形状の長辺方向が前記トラック方向と一致するように
設定されていることを特徴とする請求項２記載の光ディ
スク装置。
【請求項５】前記開口における長手方向の寸法が，前
記対物レンズの入射有効径に一致していることを特徴と
する請求項２乃至４いずれか１項記載の光ディスク装
置。
【請求項６】前記開口における短手方向の寸法ｆと，
長手方向の寸法ｅとの比が，ｆ：ｅ＝１：１．０５〜
１：１．２０の範囲に設定されていることを特徴とする
請求項２乃至５いずれか１項記載の光ディスク装置。
【請求項７】前記開口における短手方向の寸法ｆと，
長手方向の寸法ｅとの比が，ｆ：ｅ＝１：１．１０〜
１：１．１５の範囲に設定されていることを特徴とする
請求項２乃至５いずれか１項記載の光ディスク装置。