JP3872145B2 - 光ピックアップ装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光ディスクから情報を再生し記録する光ピックアップ装置に係り、特に異なる厚さを有する少なくとも二枚のディスクから情報を再生かつ記録する光ピックアップ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ピックアップとは画像や音響又はデータ等の情報をディスクのようなメディアに記録かつ再生するものである。ディスクはプラスチック又はガラスからなる基板に情報の収録されている記録面が形成されている構造を有する。情報の記録密度が高いディスクから情報を読み上げたり書き込むためには光スポットの大きさを縮小する必要がある。このため、一般的に対物レンズの開口数を大きくし、短波長の光源を用いる。
【０００３】
ところが、短波長の光源を用いる場合、ディスクの光軸に対して許されるディスクの最大傾斜角は小さくなる。このように小さくなったディスクの最大許容傾斜角はディスクの厚さを薄くすることにより増加させ得る。
ディスクの傾斜角をθとすると、コマ収差係数Ｗ₃₁の大きさは次の式から求められる。
【０００４】
【数１】

【０００５】
前記式で、ｄはディスクの厚さ、ｎはディスクの屈折率、ＮＡは対物レンズの開口数である。前記式で分かるように、コマ収差係数Ｗ₃₁はＮＡの３乗に比例する。従って、既存のＣＤ（Compact Disc）に要求される対物レンズの開口数が０．４５、そしてＤＶＤ（Digital Video Disc）が要求する対物レンズの開口数が０．６であることを鑑みると、ＤＶＤは同じ厚さを有するＣＤに比べて約２．３４倍のコマ収差係数を有するようになる。従って、ＤＶＤの最大許容傾斜角はＣＤに比べて半分以下に制限される。ＤＶＤの最大傾斜角がＣＤと類似な値を有するためにはＤＶＤの厚さを減少させる必要がある。
【０００６】
ところが、規定されない非正常的な厚さのディスクは正常的なディスクとの厚さの差異に対応する量の球面収差を発生させるので、ＣＤに比べて薄くなったＤＶＤのような高密度の短波長光のディスクは長波長の光源を用いる既存のＣＤ用ディスクドライバのような記録／再生装置に用いることができない。即ち、球面収差が非正常的に増加しすぎると、ディスクに形成されたスポットが情報の記録に要る強度を有することができなくて情報の正確な記録が不可能になり、情報の再生時にも得られた信号のＳ／Ｎ比（Signal/Noise ratio）が低すぎて所望の情報を正確に取ることができない。
【０００７】
従って、ＣＤやＤＶＤのように相異なる厚さを有するディスクが共に用いられ得る短波長光ピックアップ、例えば６５０ｎｍの波長を有する光源を適用した光ピックアップが必要になった。
前記のような必要に応じて、短波長の光源を用いる一つの光ピックアップ装置を以って厚さが異なる、即ち、記録密度の異なる二枚のディスクを用いるための研究が行われつつある。そのうち一例として、日本特開平７−９８４３１号を通してホログラムレンズと屈折型レンズを適用したレンズ装置が提案された。
【０００８】
図１１と図１２はそれぞれ相異なる厚さを有するディスク３ａ，３ｂの上に０次回折光と１次回折光の集束状態を示したものである。相異なる厚さのディスク３ａ，３ｂの前方には屈折型の対物レンズ２とホログラムレンズ１が光進行経路上に設けられる。前記ホログラムレンズ１は格子パターン１１を有しておりこれを通過した光は回折される。従って、光源（図示せず）からの光はホログラムレンズ１を通過しながら回折された１次光４１と回折されない０次光４０とに分離される。従って、回折された１次光４１と回折されない０次光４０は対物レンズ２により相異なる強度にて集束されることにより、厚いディスク３ｂと薄いディスク３ａに焦点を合わせるようになる。
【０００９】
このようなレンズ装置は０次光と１次光を用いて相異なる厚さのディスクに対する情報を貯蔵及び読出することができるが、入射光を０次光と１次光とに分離することにより光利用の効率が低下される欠点がある。即ち、入射光がホログラムレンズ１により０次光と１次光とに分れるので実際の再生光の利用効率は１５％内外に大変低い。そして、情報の再生時０次光又は１次光のうち何れか一つだけに情報が収録されているので、情報が収録されていない１次光又は０次光が光検出器に検出されて実効情報のノイズとして作用する可能性が高い。一方、前記レンズ装置のホログラムレンズを加工する場合において、微細なホログラムパターンの蝕刻過程で高精度の工程が要求されるので制作コストの上昇が必然的に伴う。
【００１０】
図１３は米国特許公報５，２８１，７９７号に開示されたタツノの光学装置の概略的な構造図である。この光学装置は短波長光ディスクのみならず長波長光ディスク上にデータを記録し、そして、これから情報を再生し得るように、開口径を変更し得る可変絞りを光経路上に具備する。
可変絞り１ａはディスク３と対面している対物レンズ２とコリメータレンズ５との間に設けられ、光源９から出射された後、光分割器６を透過した光ビーム４の通過領域の面積、即ち開口数を適切に調節する。可変絞り１ａの開口径は用いられるディスクの厚さに対応して調節され、中心領域の光ビーム４ａはいつも通過させながら周辺領域の光ビーム４ｂは通過又は遮断させる。図面符号７は集束レンズであり、８は光検出器である。
【００１１】
かかる構造の従来の光学装置において、機械的な可変絞りはその開口径の変化に応じて機械的な共振特性が変化するので対物レンズを駆動するためのアクチュエータに装着され難い。そして、液晶による絞りは機械的な共振による問題点が無い反面、機械的な可変絞りに比べて小型化し難しく、耐熱性かつ耐久性に劣り、高コストである問題点がある。
かつ、前記方法の以外に各ディスクのための別個の対物レンズを設けて特定ディスクに対して特定の対物レンズを用いることもできるが、ここには特定レンズに交替するための駆動装置が必要なので構造が複雑になる上に高コストとなる問題が発生する。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前述した従来の問題点を解決するために案出されたものであり、制作コストが安く、部品の制作及び組立が容易な光ピックアップ装置を提供することを目的とする。
かつ、本発明は光利用の効率性が高く、従来に比べて小さいビームスポットを形成し得る光ピックアップ装置を提供することを他の目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために本発明の光ピックアップ装置は、光源と、ディスク面に向かう前記光源からの光進行経路上に設けられて所定の有効直径を有する対物レンズと、前記対物レンズと前記光源との間に設けられる光分割素子と、前記光分割素子から分割入射され前記ディスクから反射された光を検知する光検出器と、前記光検出器に向かう光進行経路上に設けられて入射光の近軸領域と遠軸領域間の中間領域の光を遮断又は散乱又は反射する光制御手段とを具備することを特徴とする。
前記本発明の光ピックアップ装置において、前記対物レンズとして一般的な球面型のレンズやフレネルレンズが用いられ得る。前記光制御手段は別途の部材に独立して設けられ得るが、光検出器に向かう光進行経路上のある光学部品に設けられることもできる。
前記光制御手段は光を遮断、吸収、バラツキ、反射し得るコーティング膜の形態で設けられ得る。一方、光通過領域上に設けられる独立した透明部材か既存の光学部品の一側に遠軸と近軸との間の光を散乱又は反射させ得る光制御溝の形で設けられ得る。
かつ、前記光制御手段の光制御膜と光制御溝は環状又は四角形などの多角形状を有し得る。かつ、前記光制御溝は入射された光線が散乱されるにおいて、光進行軸と並列しない方向に反射され得るようにその底面が光進行軸に対して垂直でない所定角度で傾斜するように又は球面型に加工されることが望ましい。
一方、前記本発明のピックアップ装置において、前記光検出器は、多数分割された第１光検知領域と、当該第１光検知領域を取り囲む多数分割された第２光検知領域とに分けられており、前記第１検知領域は、厚いディスクから反射された近軸領域の光に対応するとともに薄いディスクから反射された近軸領域の光に対応する大きさを有し、前記第２検知領域は、前記厚いディスクから反射された遠軸領域の光に対応する大きさを有することが望ましい。
特に、前記光検出器の第１光検知領域とこれを取り囲む第２光検知領域は全体的に上下左右の対称形をなすことが望ましく、更に各領域は対称的に４分割されることが一番望ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を添付した図面に基づき更に詳細に説明する。
本発明は光検出器に向かう光進行中心軸の周囲、即ち近軸領域と遠軸領域間の中間領域の光、即ち球面収差成分の多い光を遮断又は遮蔽させることにより光検出器に球面収差成分の少ない光のみを至らせる。これにより、フォーカス信号が安定化されて厚さの異なるディスク、例えば１．２ｍｍのＣＤと現在開発中にある０．６ｍｍのＤＶＤとの兼用ができるディスクドライバを容易で安価で設けることができるようになる。近軸領域とは実用上に無視できる程度の収差を有するレンズの中心軸（光学で定義している光軸）の周囲の領域を意味し、遠軸領域は近軸領域に比べて光軸から相対的に遠い部分の領域を意味する。そして、中間領域は近軸領域と遠軸領域間の領域を意味する。
【００１５】
図１は本発明による光ピックアップ装置の概略的な全体構造図であり、薄いディスクと厚いディスクに対して光の集束状態を比較することができる。
図１において、図面符号３００ａは比較的薄い情報記録及び再生媒体、例えば０．６ｍｍの厚さを有するＤＶＤ（Digital Video Disc）であり、３００ｂは比較的厚い、例えば１．２ｍｍの厚さを有するＣＤ（Compact Disc）もしくはＭＯＤである。前記ＤＶＤ３００ａ又はＣＤもしくはＭＯＤ３００ｂの正面に一般的な対物レンズ２００が位置する。前記対物レンズ２００は所定の有効直径を有しており、前記光源９００からの入射光４００をディスク３００ａ，３００ｂに集束したり、ディスク３００ａ，３００ｂから反射された光を受け入れる。前記対物レンズ２００の後方には１／４波長板５００が設けられており、この１／４波長板５００と光源９００に隣接したコリメータレンズ６００との間にビームスプリッタ７００が位置している。
【００１６】
ビームスプリッタ７００から反射された光進行経路上には集束レンズ８００及び本発明を特徴づける光制御部材８１０と、光検出器８２０が位置する。
前記光検出器８２０は光磁気判断回路８３０に電気的に接続され、光磁気判断回路８３０は光磁気信号を得るための差動増幅回路８４１と合算回路８４２とに接続される。前記差動増幅回路８４１から出力される差動信号はＭＯＤ再生時に使われ、前記合算回路８４２から出力される合信号はＣＤもしくはＤＶＤ再生時に使われる。
【００１７】
かかる構造からなる本発明のピックアップ装置において、前記光制御部材８１０は透明な素材からなり、その表面にこれを通過して光検出器８２０に向かう光のうち、球面収差成分の多い近軸領域と遠軸領域間の中間領域の光を吸収、散乱、反射する光制御膜８１１を具備する。
即ち、前記光制御膜８１１は図２に示されたように、入射光のうち近軸領域と遠軸領域間の中間領域の光を制御、即ち散乱、遮断又は吸収する。従って、光検出器８２０には近軸領域の光と遠軸領域の光だけが到達される。このように中間領域の光を遮断する前記光制御膜８１１は環状、四角形、多角形などの多様な形状を有することができる。かつ、その形態においてもコーティング膜や物理的な光進行遮断構造物の形態として提供され得る。以下、光制御膜８１１は広範囲の意味として用いられる。
【００１８】
前記光検出器８２０は次のような構造的特徴を有する。
前記光検出器８２０は全体的に四角形をなしており、その中央に４分割された四角形の第１光検知領域８２１が位置し、その周囲に４分割された第２光検知領域８２２が設けられる。第１光検知領域８２１は四つの四角形光検知要素（Ａ₁，Ｂ₁，Ｃ₁，Ｄ₁）を具備し、第２光検知領域８２２は四つのＬ型光検知要素（Ａ₂，Ｂ₂，Ｃ₂，Ｄ₂）を具備する。
【００１９】
前記第１光検知領域８２１はＤＶＤ３００ａに対して対物レンズ２００がフォーカス位置にある時、前記光制御膜８１１の内側を通過した光による領域が内接する程度の大きさを有する。そして、第２光検知領域８２２は光制御膜８１１の外側に入射した光を全部受光し得る程度の大きさを有する。
【００２０】
更に確かな理解を助けるために図４ないし図９を参照して説明する。
図４はＤＶＤ３００ａに対して対物レンズ２００がフォーカス位置にある時の光分布を示している。光制御膜８１１の内側を通過した近軸領域の光分布領域は第１光検知領域８２１に内接し、光制御膜８１１の外側を通過した光は第２光検知領域８２２のみの狭い幅で分布する。
図５はＤＶＤ３００ａに対して対物レンズ２００がフォーカス位置から外れている時の光分布を示している。この際、示されたように光分布は横方向に伸びており、水平方向の受光要素（Ｂ２，Ｂ１，Ｄ１，Ｄ２）にかけて分布している。
図６はＤＶＤ３００ａに対して対物レンズ２００がフォーカス位置より近くなった時の光分布である。この際、示されたように光分布が垂直方向に伸びており、垂直方向の受光要素（Ａ２，Ａ１，Ｃ１，Ｃ２）にかけて光分布領域が形成されている。
【００２１】
一方、図７はＣＤ３００ｂに対して対物レンズ２００がフォーカス位置にある時の光分布を示している。光制御膜８１１の内側を通過した近軸領域の光分布領域は同じく相対的に薄いＤＶＤ３００ａの場合と同様に、第１光検知領域８２１に内接し、光制御膜８１１の外側を通過した光は第２光検知領域８２２に広い幅で分布して、第２光検知領域８２２が光制御膜８１１の外側を通過した光分布領域に内接する形態となる。
図８はＣＤ３００ｂに対して対物レンズ２００がフォーカス位置より外れている時の光分布を示している。この際、示されたように光分布は横方向に伸びており水平方向の受光要素（Ｂ２，Ｂ１，Ｄ１，Ｄ２）にかけて分布している。この際にも、同じく光制御膜８１１の内側を通過した光は第１光検知領域８２１に分布し、ただ光制御膜８１１の外側を通過した光は第２光検知領域８２２に水平方向に尚更広く分布している。
図９はＣＤ３００ｂに対して対物レンズ２００がフォーカス位置より近くなった時の光分布である。この場合には、図８の場合とは異なり光分布が垂直方向に伸びており垂直方向の受光要素（Ａ２，Ａ１，Ｃ１，Ｃ２）にかけて光分布領域が形成されている。ところが、この際にも同じく光制御膜８１１の内側を通過した光は第１光検知領域８２１に分布されるようになる。
【００２２】
前記のような本発明によると、前記第１光検知領域８２１にはいつも光制御膜８１の内側を通過した光、即ち球面収差成分の少ない近軸領域の光のみが到達する。
本発明の光ピックアップを駆動する場合において、薄いディスク（ＤＶＤ）３００ａから情報を再生かつ記録する場合には、第１光検知領域８２１と第２光検知領域８２２からの検出信号を全部用い、厚いディスク（ＣＤ）３００ｂから情報を再生かつ記録する場合には、第１光検知領域８２１から発生された検出信号のみを用いる。
【００２３】
図１０は厚いディスク（ＣＤ）に対して本発明を特徴づける光制御膜８１１を用いた状態で第１光検知領域８２１からの検出信号のみによるフォーカス信号Ｓ１と、厚いディスク（ＣＤ）に対して光制御膜８１１を用いない状態で第１光検知領域８２１と第２光検知領域８２２からのすべての検出信号によるフォーカス信号Ｓ２とを比較した曲線である。ここで用いられた光検出器の第１光検知領域８２１の幅は９０マイクロメートル、第１光検知領域８２１を含む第２光検知領域８２２の幅は１６０マイクロメートルに設定した。これによると、示されたように、ＣＤ３００ｂを用いる時、光制御膜８１１を適用し、第１光検知領域８２１だけを用いる方が第１光検知領域８２１と第２光検知領域８２２とを全部用いる方に比べて更に安定したフォーカス信号Ｓ２が得られる。かつ、厚いディスクＣＤを用いる時、第２光検知領域８２２に球面収差の大きい遠軸領域の光を広く分布させることにより、フォーカス信号Ｓ２を増加させてフォーカス方向に対する対称性が保たれる。
【００２４】
前記のような本発明による光ピックアップ装置は光制御膜と８分割された光検出器を適用することにより、異なる厚さを有する二枚のディスク、即ちＣＤとＤＶＤから共に情報を読み上げるために、ＣＤから情報を読み上げる時には光検出器に近軸領域の光のみが到達され、そしてＤＶＤから情報を読み上げる時には近軸と遠軸領域の光が全部到達されるようにする。従って、光検出器にて厚いディスクを用いる時には近軸領域の光に対応する信号を得て、薄いディスクを用いる時にはすべての領域、即ち近軸と遠軸領域の光に対応する、相対的に高い信号を得ることができる。
【００２５】
【発明の効果】
本発明の光ピックアップ装置はホログラムレンズを適用した従来の光ピックアップ装置に比べて多くの長所を有している。即ち、従来の光ピックアップ装置は加工が複雑で制作コストの高いホログラムレンズを用いたが、本発明の光ピックアップ装置はごく簡単で制作しやすい光遮断又はバラツキ手段、具体的に透明部材に光制御膜を適用する。かつ、従来の光ピックアップ装置とは異なりホログラムレンズで光を分離せずにそのまま用いるので光利用の効率性が改善される。かつ、ディスクの種類を区分し得る信号が得られるので別途の手段が要らない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による光ピックアップ装置の概略的な構成図である。
【図２】 図４に示された本発明の光ピックアップ装置において、光検出器と光制御膜との関係を示した抜粋斜視図である。
【図３】 本発明による光ピックアップ装置に適用される８分割光検出器の平面的な構造を示している。
【図４】 薄いディスクに対する対物レンズの位置により８分割光検出器に形成される光到達領域を示した平面図である。
【図５】 薄いディスクに対する対物レンズの位置により８分割光検出器に形成される光到達領域を示した平面図である。
【図６】 薄いディスクに対する対物レンズの位置により８分割光検出器に形成される光到達領域を示した平面図である。
【図７】 厚いディスクに対する対物レンズの位置により８分割光検出器に形成される光到達領域を示した平面図である。
【図８】 厚いディスクに対する対物レンズの位置により８分割光検出器に形成される光到達領域を示した平面図である。
【図９】 厚いディスクに対する対物レンズの位置により８分割光検出器に形成される光到達領域を示した平面図である。
【図１０】 図６に示された光検出器から得られるフォーカス信号曲線を示す図である。
【図１１】 ホログラムレンズを有する従来のレンズ装置の概略図であり、薄いディスク及び厚いディスクにそれぞれ光が集束される状態を示している。
【図１２】 ホログラムレンズを有する従来のレンズ装置の概略図であり、薄いディスク及び厚いディスクにそれぞれ光が集束される状態を示している。
【図１３】 従来の他のレンズ装置を有する光ピックアップ装置の概略的な構成図である。
【符号の説明】
９００ 光源
２００ 対物レンズ
７００ ビームスプリッタ（光分割素子）
８２０ 光検出器
８１０ 光制御部材（光制御手段）
８２１ 第１光検知領域
８２２ 第２光検知領域

Claims (8)

1. 光源と、
   ディスク面に向かう前記光源からの光進行経路上に設けられ、所定の有効直径を有する対物レンズと、
   前記対物レンズと前記光源との間に設けられる光分割素子と、
   前記光分割素子から分割入射され前記ディスクから反射された光を検知する光検出器と、
   前記光検出器に向かう光進行経路上に設けられて入射光の近軸領域と遠軸領域間の中間領域の光を制御する光制御手段と
   を具備することを特徴とする光ピックアップ装置。
2. 前記光制御手段は、別途の透明部材に設けられていることを特徴とする請求項１記載の光ピックアップ装置。
3. 前記光制御手段は、光を制御し得るコーティング膜により供されることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の光ピックアップ装置。
4. 前記光検出器は、多数分割される第１光検知領域と、そして当該第１光検知領域を取り囲む多数分割された第２光検知領域とに分けられていることを特徴とする請求項３記載の光ピックアップ装置。
5. 前記第１光検知領域は、厚いディスクから反射された近軸領域の光に対応するとともに薄いディスクから反射された光の近軸領域の光に対応する大きさを有することを特徴とする請求項４記載の光ピックアップ装置。
6. 前記光検出器の第１光検知領域と第２光検知領域は、対称的に４分割されており、全体的に四角形をなしていることを特徴とする請求項５記載の光ピックアップ装置。
7. 前記光検出器は、多数分割された第１光検知領域と、当該第１光検知領域を取り囲む多数分割された第２光検知領域とに分けられており、
   前記第１検知領域は、厚いディスクから反射された近軸領域の光に対応するとともに薄いディスクから反射された近軸領域の光に対応する大きさを有し、
   前記第２検知領域は、前記厚いディスクから反射された遠軸領域の光に対応する大きさを有する
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の光ピックアップ装置。
8. 前記光検出器の第１光検知領域と第２光検知領域は対称的に４分割されており、全体的に四角形をなしていることを特徴とする請求項７記載の光ピックアップ装置。

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