JP2002367211A

JP2002367211A - 光学情報記録再生装置

Info

Publication number: JP2002367211A
Application number: JP2001174983A
Authority: JP
Inventors: Shigeji Kimura; 茂治木村
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2001-06-11
Filing date: 2001-06-11
Publication date: 2002-12-20

Abstract

(57)【要約】【課題】【解決手段】臨界角プリズムを少なくとも２個使用す
ることにより、光軸と平行でない光線を透過させ、光軸
に平行に近い光線のみを光ディスクドライブの光検出器
に到達させる。【効果】隣接層からの迷光としての反射光が減少する
ので、焦点位置制御・トラック位置制御が正確に行われ
るようになり、多層光ディスクの読み出し信頼性が向上
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光学情報記録再生装
置に関し、特に多層媒体を読み出すための光ディスクド
ライブの光学系に関する。

【０００２】

【従来の技術】光学情報記録再生装置の光学系の一般的
な概略を、図２を用いて説明する。半導体レーザ１０か
ら出射したレーザ光１１はコリメータレンズ２１と三角
プリズム３１により平行かつ円形状のビームになる。こ
の後、偏光ビームスプリッタ３２およびにガルバノミラ
ー３５により反射され、λ／４波長板３４を透過する。
この波長版により円偏光に変換された後、２２の対物レ
ンズにより光ディスク４０上に集光される。光ディスク
の内部には案内溝があり、この溝に沿って、反射率の異
なる記録マークが書き込まれている。記録マークの長さ
や間隔は記録すべき情報にしたがってデコードされてい
る。光ディスクは回転しているので、レーザ光の照射位
置にある記録マークが移動し、反射光量が時間と共に変
化する。情報を持った反射光は対物レンズ２２に戻り、
λ／４波長板３４により円偏光から直線偏光に変換され
る。この偏光方向は半導体レーザからの出射光の偏光方
向に対して直交しているので、偏光ビームスプリッタ３
２を透過する。この透過光はハーフプリズム３３により
二つの光束に分けられる。ハーフプリズム３３の透過光
は、半分がナイフエッジ３６で遮られた後、集光レンズ
２４の焦点位置にある２分割光検出器１２上に絞り込ま
れる。光ディスクが光軸方向にずれて、すなわち照射光
の焦点が記録マークのある層からずれると、２分割光検
出器１２の二つの光検出器に入る光量にアンバランスが
生じる。このアンバランスを電子回路１３により差動信
号として検出し、フォーカス・エラー信号１４とする。
このフォーカス・エラー信号１４を用いて、レンズアク
チュエータ３７による対物レンズ２２の位置の調整を行
い、対物レンズ２２からの出射光の焦点位置がデフォー
カスにならないようにしている。一方、ハーフプリズム
３３で反射された光は集光レンズ２３で四分割光検出器
１５上にデフォーカス状態で照射される。四分割光検出
器１５からの信号を処理する電子回路１６により、プッ
シュプル法あるいは位相差法によるトラッキング・エラ
ー信号１７が生成される。この信号１７によりガルバノ
ミラー３５の振れ角を調整し、トラッキングの制御を行
う。また、電子回路１６で合算された信号はデータ信号
１８となる。

【０００３】上記に示した光ディスクドライブ光学系と
は異なる光学構成に関しては、「光ディスクストレージ
の基礎と応用」（角田義人監修、社団法人電子情報通
信学会編）に詳しく記述されている。フォーカス・エラ
ー信号あるいはトラッキング・エラー信号の検出方式に
は種種の方式があり、光学調整あるいは光の利用効率等
における長所短所がある。このため、光ディスクドライ
ブが対象とするディスクの種類によって使い分けられて
いる。

【０００４】大容量・高速データの転送が可能になりつ
つある現在、情報記憶媒体としての光ディスクは、動画
像等の大容量データを記録するために高密度化が求めら
れている。この達成のためには、光学情報媒体の記録マ
ークの間隔とトラックピッチを短くせざるを得ない。

【０００５】高密度化された光学情報媒体への読み書き
をするために、開口数の大きい対物レンズにより波長程
度のスポットサイズまでレーザ光は微小化されている。
しかし、スポットサイズの大きさには対物レンズの開口
数および使用波長、回折限界で決まる下限があり、どこ
までも微小化することはできない。このため、スポット
サイズの下限で決まる限界を越えて、記録マークの微小
化を進めても、読み出し等が出来なくなるので、読み出
し可能な面内記録密度に限界がある。そこで、この限界
を打破するために、光学情報記録膜を多層化して、光デ
ィスクの面積当たりの情報密度を向上させることが考え
られている。

【０００６】多層の光ディスクを読み出すとき、従来方
式の光学系では読み出し信号に大きい誤差が生じること
がある。これは、対象とする光学情報記録膜以外にも光
が照射されことにより、反射光が生じ、迷光となるため
である。この結果、レーザ光の焦点位置が読み出し対象
としている光学情報媒体層から外れてしまうことがあ
る。

【０００７】フォーカス・エラー信号における干渉をな
くする技術が、特開平１０−２２２８６７の「光ピック
アップ装置」に開示されている。この技術は２分割検出
器の両側に小さい面積の補助受光領域を設けることを考
案している。基本的な考え方は、単層のフォーカス・エ
ラー信号の広がりを狭くするということである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明では、多層光デ
ィスクを読み出す光ディスクドライブの読み出し光学系
において、隣接光学情報媒体層による迷光を低減するこ
とを課題とする。この迷光はフォーカス・エラー信号だ
けでなく、トラッキング・エラー信号やデータ信号にも
悪影響を及ぼす。ここでは、フォーカス・エラー信号へ
の迷光による影響の機構を詳しく示す。図３における４
０は２層の光ディスクの断面図を示し、第１光学情報媒
体層を４０１、第２光学情報媒体層を４０２とする。半
導体レーザからの照射光１１１は対物レンズ２２により
集光され、第１光学情報媒体層４０１上に焦点が合って
いるものとする。第１光学情報媒体層４０１からの反射
光は対物レンズ２２を透過した後、平行光となり、光路
の途中に設置されたナイフエッジ３６により平行光の一
部が遮られる。ナイフエッジ３６を透過した光は、集光
レンズ２４により１１２の焦点の合った状態で２分割光
検出器１２に入射する。２分割光検出器１２の検出面で
の入射光は、図４に示すように、２分割光検出器の分割
位置に小さなスポットとして集光されている。この状態
では、２分割光検出器には同光量入射している。フォー
カス・エラー信号１４は２分割光検出器の差信号として
得られるので、焦点が合っている場合の差信号はゼロに
なる。隣接情報媒体層がない単層のディスクの場合は、
この信号によって焦点位置を最適にするようにサーボを
かけることが可能である。しかし、本発明の課題におい
ては隣接情報媒体層が存在する場合を考えており、隣接
層による反射光が迷光となる。

【０００９】光ディスク４０は多層になっているので、
第２光学情報媒体層４０２にも透過したレーザ光１１４
がデフォーカスの状態で照射している。対物レンズ２２
を通過した第２光学情報媒体層４０２からの反射光１１
５は平行光ではなく収束光になる。したがって、集光レ
ンズ２４を通過後の反射光１１３の光束の大きさが最小
となる位置は、集光レンズ２４に近づき、２分割光検出
器１２の検出器面では広がった状態になる。図５に反射
光１１３の２分割光検出器１２への照射状態を示す。反
射光１１３は２分割光検出器１２の片方に大きい強度で
入射することになる。以上、第１光学情報媒体層４０１
と第２光学情報媒体層４０２の反射光について別々に２
分割光検出器１２への入射状態を説明したが、実際には
同時に入射する。このため、２分割光検出器１２からの
差信号は、焦点が合っているにもかかわらず、ゼロとは
ならず、バランスの崩れたものとなる。この状態でサー
ボをかけると、焦点位置がずれてしまうことになる。こ
のことは、第２光学情報媒体層が第１光学情報媒体層よ
り対物レンズ２２側にある場合も起こり、バランスが逆
の方向にずれることになる。

【００１０】また、ハーフプリズム３３で反射される光
についても、隣接層からの反射光がある。この場合は、
図２の四分割光検出器１５に迷光として入射し、トラッ
キング・エラー信号１７およびデータ信号１８に悪影響
を与え、ビットエラーを引き起こす。

【００１１】以上説明したように、本発明が解決しよう
とする課題は、多層光ディスクを読み出すときを対象と
し、隣接層からの反射光によるクロストークを低減する
ことにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、隣接情報媒体層からの反射光が光検出器に入射する
のを減少させる方法をとる。図３に示すように、焦点位
置にある光学情報媒体層からの反射光は対物レンズ２２
を透過した後、ほぼ平行光になるが、隣接した光学情報
媒体層４０２からの反射光は平行光ではなく収束光にな
り、逆に対物レンズ２２に近い光学情報媒体層（図示せ
ず）からの反射光は拡散光になる。すなわち、隣接光学
情報媒体層からの反射光は対物レンズ２２を透過後、大
部分が光軸に対して角度を有することになる。本願にお
いては、平行光線に対して角度を有する隣接光学情報媒
体層からの反射光を除去し、平行光線に近いものだけ
を、光検出器に入射させることで課題を解決する。

【００１３】屈折率の大きい物質から小さい物質に光が
入射するとき、ある角度（臨界角）以上の入射角で全反
射が起こる。図６に、屈折率の大きい物質と屈折率の小
さい物体が界面５００で分離されており、屈折率の大き
い物質側から入射角５０１で光１１６が入射し、透過光
１１７、反射光１１８が発生する様子を示す。入射面は
紙面と平行になっている。入射側の物質を光学ガラスで
あるＢＫ７（屈折率１．５１６８）、透過側の物質を空
気（屈折率１．０）とし、入射光の偏光方向が入射面に
対して平行方向としたときの反射率の入射角度依存性を
図７に示す。４１．２４５°以上の入射角では全反射に
なることがわかる。図８で示す光学系では臨界角プリズ
ム５０、５１を使用している。入射光１１６は初めに第
１の臨界角プリズム５０に入射角５０１で入射し、反射
光は通常の反射鏡３８で反射され後、第２の臨界角プリ
ズム５１に入射角５０２で入射する。反射鏡３８の角度
は、入射角５０１が臨界角のとき入射角５０２も臨界角
になるように設定されている。第２の臨界角プリズム５
１からの反射光は反射鏡３９で入射光１１６と同一方向
に反射され、出射光１１８となる。反射鏡３８、３９の
反射率を１として、図８における出射光１１８の強度の
入射角５０１に対する依存性を図９に示す。臨界角付近
で反射率が高くなることが分かる。すなわち、入射角５
０１が臨界角プリズム５０の臨界角より小さいときは臨
界角プリズム５０で透過してしまうので、出射光１１８
は小さくなる。同様に、入射角５０１が臨界角より大き
いとき、入射光は臨界角プリズム５０で反射されるが、
臨界角プリズム５１への入射角５０２が臨界角より小さ
くなってしまうために臨界角プリズム５１で透過してし
まう。このため、図９の計算結果のように、臨界角付近
の角度の入射光のみが出射光１１８となる。したがっ
て、臨界角プリズムを２個使用した図８の光学系によ
り、入射光のある角度のものだけを透過させること可能
であることが分かる。反射の範囲は、臨界角プリズム５
０、５１の角度を調整することにより変化させることが
可能である。また、臨界角プリズムの個数を増加させる
こと、あるいは臨界プリズムに多層膜を使用することに
より、角度の弁別機能は鋭くなり、狭い角度範囲の光し
か出射光１１８として出射しなくなる。

【００１４】図８の光学系を、図３の対物レンズ２２と
ナイフエッジ３６の間に設置する。このとき、図８の臨
界角プリズム５０の入射臨界角方向と図３の光軸方向と
を一致させておく。これにより光軸方向と平行でない光
はナイフエッジ３６以降の光学系に到達しなくなる。前
述したように、隣接光学情報媒体層からの反射光のなか
には光軸に平行でない成分が含まれるようになる。しか
も、平行でない成分は情報媒体層間隔が大きくなるほど
多くなる。これらの平行でない成分は光検出器１２に到
達しなくなり、隣接光学情報媒体層からの迷光は減少す
るので、層間のクロストークは減少する。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図１によ
り説明する。

【００１６】半導体レーザ１０から出射したレーザ光１
１はコリメータレンズ２１で平行光にされた後、三角プ
リズム３１で円形ビームに変換される。このレーザ光
は、偏光ビームスプリッタ３２で反射され、λ／４波長
板３４により円偏光にされた後、ガルバノミラー３５に
より対物レンズ２２に導かれ、微小な光スポットに絞り
込まれる。スポットの焦点位置には多層の光学情報媒体
を有する光ディスク４０が回転しており、記録マークを
有する光学情報媒体層４０１に焦点を合わせている。４
０２、４０３は光学情報媒体隣接層である。反射光は対
物レンズ２２を戻り、λ／４波長板３４により直線偏光
に変換され、偏光プリズム３２を透過する。透過光は、
臨界入射角方向が光軸に一致する臨界角プリズム５２に
入射する。臨界角プリズム５２は５２１、５２２、５２
３、５２４の４枚の臨界角反射面を有しており、光軸に
ほぼ平行な光のみが透過することになる。この臨界角プ
リズム５２は図８の光学構成より臨界角を有する反射面
が多くなっているおり、臨界角近傍における反射光強度
の変化がより急峻になっている。ほぼ光軸に平行な光が
臨界角プリズム５２を透過することになり、この透過光
はハーフプリズム３３により二つに分割される。ハーフ
プリズムの反射光は集光レンズ２３を通過した後、図２
の従来例で示したように、トラッキング・エラー信号１
７とデータ信号１８を生成するのに使用される。トラッ
キング・エラー信号はガルバノミラー３５に送られ、ト
ラックの追従のための制御信号に使用される。ハーフプ
リズム３３の透過光はナイフエッジ３６で遮られた後、
集光レンズ２４で集光され、２分割光検出器１２上に照
射される。それぞれの光検出器からの信号は電子回路１
３で差信号となり、フォーカス・エラー信号として、対
物レンズ２２の光軸方向のアクチュエータ３７を制御す
る。

【００１７】第２の実施例を図１０に示す。本実施例で
は臨界プリズム５３を使用する。臨界プリズムの５３１
と５３４の面は臨界反射面となっている。他方、５３２
とは入射角依存性のない全反射面となっている。また、
プリズム５４を設置することにより、５３３の面は入射
光の５％程度が透過するように設定してある。プリズム
５４を透過した光は２分割光検出器１２に入射し、電子
回路１３により両検出器からの出力の差動信号となり、
フォーカス・エラー信号として使用される。また、臨界
反射面５３４で反射された光は四分割光検出器１５で検
出される。これらの信号は信号処理回路１６で処理さ
れ、トラッキング・エラー信号１７およびデータ信号１
８が生成される。

【００１８】図１１は、光学情報記録再生装置６０８と
しての光ディスクドライブ装置を、前述の実施例に基づ
く光ヘッド６０２を使用して構成した実施例である。レ
ーザ駆動回路６００により駆動される光ヘッド６０２内
の半導体レーザからレーザ光が発生し、対物レンズ２２
を通して光ディスク４０に至る。光ディスクはスピンド
ルモータ６０１により回転しており、光の照射位置が時
間とともに変わる。光ディスク４０からの反射光は光ヘ
ッド６０２に戻り、光ヘッドにより制御信号が生成され
る。フォーカス・エラー信号１４は焦点検出回路６０３
で処理され、対物レンズ２２のレンズアクチュエータに
フィードバックされ焦点制御を行う。また、トラッキン
グ・エラー信号１７はトラッキング回路６０４によりト
ラッキング信号に変換され、光ヘッド内のガルバノミラ
ーにフィードバックされる。また、コントローラ回路６
０５からの読み出しアドレス指示およびトラッキング・
エラー信号の情報とから光ヘッドの移動量を決めるトラ
ッキング回路６０４が送りモータ６０６を駆動し、光ヘ
ッド６０２を適当なディスク半径位置に位置決めする。
光検出器からの信号１８はコントローラ回路６０５で再
生信号となり、ユーザデータ６０７として出力される。
記録をするときの動作は次のようになる。ユーザデータ
６０７がコントローラ回路６０５に入力され、それに応
じてコントローラ回路６０５はレーザ駆動回路６００を
制御し、半導体レーザチップの発光制御を行い、光ディ
スクに情報を記録する。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように、多層の光ディスク
を対象とした本発明においては、隣接光学情報媒体層か
らの反射光の影響を低減することができ、読み出すとき
の信頼性を向上させるという効果がある。逆にいえば、
この効果により、光学情報媒体層の層間隔を狭くするこ
とも可能になる。光学情報媒体層の層間隔を大きくすれ
ばする程、クロストークは少なくなるが、限られたディ
スクの厚さの中で、多層を実現して高密度化を進める必
要がある。このとき、本発明は、他の隣接層からの影響
を少なくすることができるので、より層間隔の狭い多層
からなる光ディスクを読み出すことが可能な光ディスク
ドライブを実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例の概略図である。

【図２】従来の光学情報記録再生装置の概略図である。

【図３】多層ディスクを読み出すときのフォーカス・エ
ラー信号における問題点を説明するための概略図であ
る。

【図４】合焦点位置にある光学情報媒体層からの反射光
の光検出器上での像を示す模式図である。

【図５】隣接光学情報媒体層からの反射光の光検出器上
での像を示す模式図である。

【図６】異なる物質を分ける界面で光の入射、透過、反
射を示す図である。

【図７】反射率の入射角依存性を示す図である。

【図８】臨界角反射面が２枚ある光学系を示す概略図で
ある。

【図９】臨界角反射面が２枚ある場合の反射率の入射角
依存性を示す図である。

【図１０】第２の実施例の概略図である。

【図１１】第３の実施例の概略図である。

【符号の説明】

１０．半導体レーザ１１．レーザ光１２．２分割光検出器１３．電子回路１４．フォーカス・エラー信号１５．４分割光検出器１６．電子回路１７．トラッキング・エラー信号１８．データ信号２１．コリメータレンズ２２．対物レンズ２３．２４．集光レンズ３１．三角プリズム３２．偏光ビームスプリッタ３４．λ／４波長板３３．ハーフプリズム３５．ガルバノミラー３６．ナイフエッジ３７．レンズアクチュエータ３８〜３９．全反射面４０．光ディスク４０１．第１光学情報媒体層４０２．第２光学情報媒体層４０３．第３光学情報媒体層５０〜５３．臨界角プリズム５２１〜５２４．臨界角反射面５３１．５３４．臨界角反射面５３２．全反射面５３３．反射面１１１．照射光１１２．第１光学情報媒体層からの反射光１１３．第２光学情報媒体層からの反射光１１４．透過レーザ光１１５．第２光学情報媒体層からの反射光１１６．入射光１１７．透過光１１８．反射光５００．界面５０１．入射角６００．レーザ駆動回路６０１．スピンドルモータ６０２．光ヘッド６０３．焦点検出回路６０４．トラッキング回路６０５．コントローラ回路６０６．送りモータ６０７．ユーザデータ６０８．光学情報記録再生装置。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザ光源と、前記レーザ光源からのレー
ザ光を検出する光検出器と、前記レーザ光源と前記光検
出器の間に、臨界角外で入射した光を反射し、臨界角内
で入射した光を透過する第１の反射面と、前記第１の反
射面で反射した光の内、臨界角外で入射した光を反射し
臨界角内で入射した光を透過する第２の反射面とを有す
るプリズムとを有することを特徴とする情報記録再生装
置。
【請求項２】レーザ光源と、前記レーザ光源からのレー
ザ光と、前記レーザ光を集光する集光光学系と、多層記
録膜を有する光ディスクで反射された戻り光を検出する
光検出器と、前記戻り光を前記光検出器に導き、光軸に
対し平行光以外を減衰させる検出光学系と、前記光ディ
スクでの前記レーザ光の集光位置を制御する制御機構と
を有することを特徴とする光学情報記録再生装置。
【請求項３】前記検出光学系は、臨界角内で入射した光
を透過し臨界角外で入射した光を反射する第１の反射面
と、第１の反射面の入射面と略同一方向の入射面となる
ように設定され、前記第１の反射面で反射した光の内、
臨界角内で入射した光を透過し臨界角外で入射した光を
反射する第２の反射面とを有することを特徴とする請求
項２記載の光学情報記録再生装置。