JP4325468B2 - 光情報記録再生装置 - Google Patents

Description

本発明は光情報記録再生装置に関し、特に光ディスクドライブの読み出しおよび書き込み光学系に関する。

光ディスクドライブ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１から出射したレーザ光はコリメータレンズ２３と三角プリズム２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３１によりレーザ光は反射され、λ／４波長板２１により円偏光に変換される。この円偏光は４１の対物レンズにより光ディスク５０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。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。記録マークの長さや間隔は記録すべき情報に従ってデコードされている。

情報を持った反射光は対物レンズ４１に戻り、λ／４波長板２１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―３１を透過できる。この透過光はハーフプリズム３２により二つの光束に分けられる。集光レンズ４２を通過する光は集光レンズで絞られるが、焦点位置の手前にナイフエッジ２２が置かれており、光束の半分が遮られる。焦点位置には２分割検出器５１が設置されており、光ディスクへの照射光の焦点がずれると、２分割光検出器５１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６０により差動信号として検出し、フォーカスエラー信号７１とする。このフォーカスエラー信号を用いて、対物レンズ４１からの出射光の焦点位置が常に記録マークと合うように、６３のアクチュエータによる対物レンズ４１の位置を調整を行い、デフォーカスにならないようにしている。一方、ハーフミラー３２で反射された光は集光レンズ４３で２分割光検出器５２上に照射する。電子回路６１は差動回路となっており、その出力はトラッキングエラー信号７２となる。また、電子回路６２で合算された信号は読み出しデータ信号７３となる。

上記に示した光ディスクドライブは一例であり、フォーカスエラー信号の方式はフーコー法、トラッキングエラー信号は回折光差動型と呼ばれる方式により検出している。これらの他に、色々な方式が提案されており、代表的なものとして、フォーカスエラー信号の検出方式としては、非点収差方式、像回転方式、等がある。トラッキングエラー信号の検出方式に関しては、３スポット型、ウォブリング型、等がある。これらの方式には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り、ドライブの種類によって使い分けられている。これらの詳細については、（非特許文献１）に詳しく記述されている。

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、動画像情報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、光情報記録媒体の記録マークの間隔とトラックピッチを短くする必要があり、レーザ光の短波長化、対物レンズの高開口数化が進められている。これにより、光情報記録媒体に読み書きをするためのレーザ光のスポットサイズがレンズ開口の回折限界まで絞り込むことが可能になる。現在、波長４０５ナノメータ前後の青紫色レーザ光や開口数０．８５の対物レンズの使用が検討されている。これらの値はほぼ技術的な限界値であり、この方向で今後高密度化を図るのは困難と思われる。そこで候補に挙がるのが多層化の方式であり、記録情報記録媒体を何層にも重ねる方式が検討されている。

記録媒体を多層化したときに問題となるのが、隣接層からのクロストークである。(特許文献１)では隣接層からの反射光を検出するために、反射光を３つ以上に分割し、隣接層からの反射光を検出する方式を採用し、信号処理によりクロストークを低減する方法が出願されている。

特開２００１−２７３６４０号広報

「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）

本発明においては、読み出し信号の強度を低下させずに層間クロストークを低減することを目標とする。図３における５０１は２層の光情報記録媒体の断面図を示し、第１光情報記録媒体層を５１１、第２光情報記録媒体層を５１２とする。半導体レーザからの照射光８０は対物レンズ４１により集光され、第１光情報記録媒体層５１１上に焦点が合っているものとする。情報を含む反射光は対物レンズ４１、集光レンズ４３を通過し、８１の状態で２分割検出器５２に入射する。

この信号は、図２と同様に、電子回路６２により合算されてデータ信号となる。他方、第２光情報記録媒体層５１２からの反射光８３は対物レンズ４１および集光レンズ４３を通過の後、層間隔の２倍の距離の位置にある焦点位置から発したように広がったデフォーカスの状態で反射光８４として光検出器５２を照射する。反射光８４は本来目的とする第１光情報記録媒体層からの反射光８１に対するクロストークとなり、読み取りが正確に行われない可能性がある。（特許文献１）では反射光を３分割して、それぞれの層（対象となる読出層、対象となる層の２つの隣接層）に対して、異なる焦点位置で、それぞれからの反射光を検出する方式を採用している。この方式では、反射光が３分割されるので、光の強度が減少し、信号雑音比が減少する欠点がある。

本発明が解決しようとする課題は、多層光記録媒体を読み出すとき、他の層を原因とする反射光による雑音、所謂クロストークを低減し、かつ信号の強度を低下させるのを抑制することにより、データが読み取れなくなる確率を低減することである。さらに、記録を行うとき、手前の(即ち対物レンズ寄りの)層の影響を低減することも課題とする。

上記目的を達成するために、多層光ディスクからの反射光を集光レンズで集光しておき、それぞれの層からの反射光が最小スポットのなる位置にそれぞれのスポットサイズの大きさに応じた大きさの反射鏡を設置し、それ以外の他層からの反射光は通過させる方法を取る。図４を用いて原理を説明する。５０２は３層の光情報記録媒体を示す。レーザ光の最小スポットは対物レンズ４１により第１光情報記録媒体層５１１上にあるものとする。第２光情報記録媒体層５１２は、対物レンズ４１から見て遠くにあり、第３光情報記録媒体層５１３は手前にあるものとする。

これらの層からの反射光は、対物レンズ４１を戻った後、集光レンズ４３により８０１，８２１，８３１の位置に集光される。８０１は第１光情報記録媒体層、８２１は第２光情報記録媒体層、８３１は第３光情報記録媒体層による反射光の集光位置である。それぞれの反射光の集光位置では他の層からの反射光は広がっているので、反射光の集光位置に適当な大きさの反射鏡を設置すれば、他の層からの反射光の光量に大きな影響を与えることなく該当する層からの反射光を取り出すことが可能である。しかも、反射鏡を設置することより、それぞれの層からの反射光を分離することができるので、光検出器による検出時の干渉を抑えることが可能になる。

それぞれの層からの反射光の性質は以下の通りとなり、信号処理に使用することが可能となる。図４における対物レンズからの照射光は第１光情報記録媒体層５１１に焦点が合っている。したがって、照射スポット位置での微小なマークの有無により反射率が変化する。この反射光が８０１の反射光であり、本来の信号読み出し信号である。第２光情報記録媒体層５１２からの反射光は第１光情報記録媒体層のマークを透過したものであるので、その強度変化も第１光情報記録媒体層のマークの反射率に依存する。

したがって、第２光情報記録媒体層５１２からの反射光も第１光情報記録媒体層のマークからの信号として使用することが可能である。第２光情報記録媒体層５１２上では照射光が大きく広がっているので、第２光情報記録媒体層５１２上に存在する微小なマークの反射率は平均されたものとなり、５１２の層上に存在するマークは反射光量に大きい影響を与えないので、第１光情報記録媒体層からの信号としてよい。

また、大きい光スポットの状態で第３光情報記録媒体層５１３で反射された反射光８３１は第３光情報記録媒体層の平均的な書き込み状態を反映している。光媒体層に何も書き込まれていない状態と書かれた状態とでは平均的な反射率が異なる。このため、第１光情報記録媒体層５１１へ透過する光量が変化し、第１光情報記録媒体層５１１への書き込みパワーが変動する。これを回避するには反射光８３１の光量を検出して、反射が大きいと第１光情報記録媒体層５１１の書き込みパワーが減少しているので、書き込みのためのレーザパワーを上昇させて書き込むことにより書き込んだマークの形状を良好な状態にすることが可能となる。このように、反射光８３１を検出することにより書き込みパワーの調整が可能になる。

また、隣接層からの反射光には、隣接層の反射率の状態やデータ信号の情報が含まれているので、書き込み信号の制御、またはデータ信号の品質向上に使用可能である。従って、光ディスクからの反射光を集光する光軸上に情報読取対象層からの反射光を完全に遮蔽せず、かつ対物レンズから遠ざかった位置にある隣接層からの反射光を反射する反射鏡を設置し、該隣接層からの反射光を検出する光検出器を備えるか、または／及び、情報読取対象層からの反射光を反射し、かつ対物レンズに近い隣接層からの反射光を完全に遮断しない反射鏡を設置し、該隣接層からの反射光を検出する光検出器を設置するようにすると良い。

以上説明したように、本発明の効果は、多層の光ディスクのデータを読み出すとき、他の光情報記録媒体層からのクロストークを減ずることができ、読み出し信号の信頼性を向上させるという効果がある。また、各層からの反射光を別々に検出するので、この情報記録を利用することで、他層の書き込み時の影響を小さくすることが可能となる。

以下、本発明の実施例を図１により説明する。
半導体レーザ１から出射したレーザ光はホログラム素子２７によりメインビームと２本のサブビームとに分割される。これは、ディスク面上で３個の光スポットを形成する必要のある差動プッシュプル法というトラッキングを実現するためのものである。図中ではメインビームのみを表示している。３本のレーザ光はコリメータレンズ２３で平行光にされた後、三角プリズム２で円形ビームに変換される。このレーザ光は、偏光プリズム３１で反射され、λ／４波長板２１により円偏光にされた後、対物レンズ４１で微小なスポットに絞り込まれる。

サブビームはそれぞれ両脇の隣接トラックとの中間位置を照射している。スポットの焦点位置には多層の光ディスク５０２が回転しており、光情報記録媒体層５１１，５１２、および５１３から記録マークの長さおよび間隔に応じた反射光が発生する。反射光は対物レンズ４１を戻り、λ／４波長板２１により直線偏光に変換され、偏光プリズム３１を透過する。

異なる面からの反射光は集光レンズ４３により絞り込まれたとき、スポットサイズが最小となる位置が異なる。光情報記録媒体層５１１による反射光は反射鏡２４、光情報記録媒体層５１２からの反射光はミラー２５に、光情報記録媒体層５１３からの反射光はミラー２６に入射し、光軸に対して直角方向に反射される。２４のミラーはホログラム素子２７で３つの光線に分割したのに対応するように３個並べてサブビームも反射するように配置する。ミラー群で反射された光はレンズ４４で半導体基板上に作製された光検出器５３の上を照射する。

４５はシリンドリカルレンズであり非点収差法によるフォーカスエラーを検出するために必要な光学素子である。光検出器からの出力は電子回路６３で処理され、フォーカス信号、トラッキング信号、読み出し信号、レーザ光源１への書き込みのための制御信号が作られる。ミラー２５で反射された光は８２２状態の光、ミラー２４で反射した光は８０２の状態の光、ミラー２６で反射された光は８３２の状態の光となる。光検出器５３の検出面の光軸上での位置は、シリンドリカルレンズ４５の作用による２つの焦線位置の中間点であり、ビームが円形になっているところとする。

図５は光検出器５３の検出面の形状を示す。光ビーム８０２はメインビームであり、４分割光検出器面１１に入射する。２分割検出器面１２、１３にはサブビームが入射する。４分割検出器面１１からの信号をすべて加えたものは、読み出し信号となる。同時に４分割検出器面１１からの出力信号からフォーカスエラー信号も作ることができ、焦点位置の追従に使用される。４分割検出器面は２分割検出器面１２、１３と同じ方向に分割された２分割検出器としても使用できる。これら３個の２分割検出器面の差動信号を組み合わせることにより差動プッシュプル方式でのトラッキングが可能になる。

光検出器面１４には８３２で示されるビームが入射する。この光は光情報記録媒体層５１３からのものであり、この層の書き込み状態をモニターすることができる。この層の特定部分が書き込まれていると、その部分での反射光が大きくなり光情報記録媒体層５１１への書き込みパワーが減少する。書き込みパワーが足りない状態で記録すると、マーク形状が小さくなり、読み出し信号の品質が劣化する。これを回避するために、光検出器面１４からの信号が大きくなると、記録パワーを大きくするという調整をすることにより、最適な記録マーク状態を実現できる。

光検出器面１５には８２２の状態の光が入射する。この光は光情報記録媒体層５１２からの反射光であるが、光を絞り込んでいるところに存在する光情報記録媒体層５１１上のマークの状態にその強度は大きく依存する。光情報記録媒体層５１２には広がった状態で照射するので、その範囲に含まれるマーク等の平均的な反射率の影響があるが、多数のマークがある場合はほとんど一定の反射率としてよい。したがって、光検出面１５の信号は４分割検出器１１の加え合わせた信号に対して、透過光となっているので逆位相の信号となる。これも、読み出し信号として使用することが可能である。この信号は４分割された信号を加え合わせないので、アンプノイズが小さい特徴があり、信号雑音比の点で利点がある。

本発明の第１の実施例の概略図である。 従来の光情報記録再生装置の概略図である。 多層光情報記録媒体で発生する複数の反射光を説明するための概略図である。 本発明の解決手段を示す概略図である。 実施例において使用する光検出器の光検出面のパターンの模式図である。

符号の説明

１．半導体レーザ
１１．４分割光検出器パターン
１２．１３．２分割検出器パターン
１４．１５．分割なし光検出器パターン
２．三角プリズム
２１．λ／４波長板
２２．ナイフエッジ
２３．コリメータレンズ
２４〜２６．微小ミラー
３１．偏光ビームスプリッタ
３２．ハーフプリズム
４１．対物レンズ
４２．４３．４４．集光レンズ
４５．シリンドリカルレンズ
５０．単層光ディスク
５２．５３．光検出器
５０１．２層光情報記録媒体、５０２．３層光情報記録媒体
５１１．第１光情報記録媒体層
５１２．第２光情報記録媒体層
５１３．第３光情報記録媒体層
６０．６１．６２．６３．電子回路
７２．トラッキングエラー信号
７３．読み出しデータ信号
８０．照射光
８１．第１光情報記録媒体層からの反射光
８２．第２光情報記録媒体層への照射光
８３．８４．第２光情報記録媒体層からの反射光
８０１．第１光情報記録媒体層からの反射光の集光位置
８２１．第２光情報記録媒体層からの反射光の集光位置
８３１．第３光情報記録媒体層からの反射光の集光位置
８０２．第１光情報記録媒体層からの反射光
８２２．第２光情報記録媒体層からの反射光
８３２．第３光情報記録媒体層からの反射光。

Claims (3)

1. 複数の記録層を備えた多層記録媒体にレーザ光を照射し、前記記録媒体からの反射光を検出する光学手段を有する光情報記録再生装置であって、
   前記光学手段は、対象とする記録層からの反射光の集光位置に配置された第１の反射鏡と、当該対象とする記録層の他の記録層からの反射光の集光位置に配置された第２の反射鏡とを少なくとも有することを特徴とする光情報記録再生装置。
2. 請求項１に記載の光情報記録再生装置において、
   前記光学手段は、
   前記第２の反射鏡として、前記対象とする記録層の隣接層からの反射光を反射させる反射鏡と、
   当該反射鏡からの反射光を検出する第１の光検出器とを備えることを特徴とする光情報記録再生装置。
3. 請求項１に記載の光情報記録再生装置において、
   前記光学手段は、
   前記第２の反射鏡として、前記対象とする記録層の前記光学手段側の隣接層からの反射光を反射させる反射鏡と、
   当該反射鏡からの反射光を検出する第２の光検出器とを備えることを特徴とする光情報記録再生装置。

Images