JP4396523B2 - 光記録媒体からの読出し及び／又は光記録媒体への書込みのための装置 - Google Patents

Description

本発明は、光収差を補正するためのデバイスを備えた光記録媒体からの読出し及び／又は光記録媒体への書込みのための装置に関する。

そのような装置は、光記録媒体のデータ層からの読出し又はデータ層への書込みを行うために、通常レーザダイオードである放射源により出力され、以下入力ビームと表記される読出し又は書込みビームを用いる。放射源により出力されるビームは、最初にコリメータレンズにより平行化された後、記録媒体のデータ層に対して垂直に動くことができる対物レンズによりデータ層に集光される前に、ビームスプリッタを通過する。データを表しトラックの形で配列されるデータ層の構造での入力ビームの部分反射により、入力ビームに逆行するデータビームが形成される。このデータビームは、対物レンズにより平行化され、検出器ユニットの方向にビームスプリッタにより偏向させられる。前記データビームは、焦点レンズにより前記検出器ユニット上に集光される。検出器ユニットは、データビームを検出するための検出器を１つ以上有する。検出器として、光ダイオードを用いるのが一般的である。読出しデータは、一方では検出器の信号から回復（データ信号）されるが、もう一方では、データトラックに対する入力ビームの位置の監視（トラックエラー信号）と、データ層に対する入力ビームの焦点位置のモデリング（焦点エラー信号）とを可能にする。

そのような装置により読出され、及び／又は、書込まれる記録媒体は、例えば、コンパクトディスクオーディオ（ＣＤ）、コンパクトディスク読出し専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、書込み可能コンパクトディスク（ＣＤ−Ｒ）、又はデジタルバーサタイルディスク（ＤＶＤ）などの名称で知られる。

記録媒体上のデータ密度を高めるために、一方ではより短い波長の入力ビームが用いられ、もう一方では、複数のデータ層が上下に配置される。しかし、複数のデータ層を用いると、データ層を覆う被覆層において入力ビームに収差（一般的には球面収差）が発生するという問題が生じる。入力ビームの収差は、特に一番下に位置するデータ層において、焦点の顕著な拡張の原因となり、これは、より高いデータ密度を得るという実際の目標に反する。従って、ビームパスには、球面収差のバランスを取る入力ビームの波面の補正を行うために用いられる、球面収差補正用のデバイスが配置されている。球面収差を補正するための装置は、通常では、対物レンズの上流のビームパスに組み込まれる液晶素子（ＬＣ素子）である。一般的なＬＣ素子は、複雑すぎず、波面が影響されること、つまり偏光の１方向にのみ球面収差が補正されることを許容する。よって、出射及び戻りビームの両方が影響されるならば、２つのビームの偏光方向は同じでなければならない。

米国特許第５，９０９，４２２号は、光ビームが、部分反射ビームスプリッタにより多層記録媒体上に向けられる場合の読出し装置について詳述する。ビームは、適切に駆動するＬＣ素子及びレンズにより各データ層に集光される。戻りデータビームは、レンズ及びＬＣ素子を通過し、更なる焦点レンズによって検出器上に集光される。提案される配列には偏光を影響する素子は用いられていないため、出射される入力ビーム及び戻りデータビームは、同方向の偏光を有する、つまり、両方がＬＣ素子により影響される。

しかし、通常光記録媒体からの読出し及び／又は光記録媒体への書込みのための装置は、いわゆる「光ダイオード」、つまり、偏光ビームスプリッタ及び下流の４分の１波長板又は偏光に影響を与える他の素子の組み合わせを用いる。レーザダイオードは、大体は減衰することなく偏光ビームスプリッタを通過する、線偏光入力ビームを出力する。４分の１波長板を通過する際、入力ビームは、位相シフトにより円偏光ビームに変換される。データ層の１つに反射されるデータビームは、順番に４分の１波長板を通過し、更なる位相シフトが再び、円偏光データビームから線偏光ビームを生成する。しかし、該線偏光ビームの偏光方向は、入射入力ビームに対して９０度回転されている。偏光ビームスプリッタを用いることにより、データビームは入力ビームに垂直に取り出され、検出器ユニット上に向けられる。「光ダイオード」の使用は、光効率、つまり検出器ユニット上に衝突する光とレーザダイオードにより出力される光との比が、入力ビーム及びデータビームが実質的に同じ偏光方向を有する部分反射ビームスプリッタを用いる場合より４倍大きいという効果がある。

光ダイオードを用いる場合、出射入力ビーム及び戻りデータビームは、相互に垂直な偏光方向を有する。しかし、２つのビームが影響されるならば、２つの交差したＬＣ素子が必要となる。これらは、調整時に焦点を異なるデータ層に導くアクチュエータ上に、焦点レンズと、４分の１波長板と共に配置されるので、記録媒体又は記録媒体のドライブの機能不全により焦点の深さの数倍の大きさで変化するビームの焦点がデータ層に留まるためには、強力な調整構造が必要となる。更に、ＬＣ素子は、伝搬損失の大きさが１０〜２０％であるという欠点がある。出射される入力ビームと戻りデータビームとの両方がＬＣ素子により影響されるならば、結果として損失の大きさは４０％になる。一方で、もし出射される入力ビームの波面のみが影響されれば、検出ユニットに実質的な収差が発生する。

本発明は、高い光効率、焦点面の高速調整機能、球面収差の自動バランスが併せて低費用で得られる、光記録媒体からの読出し及び／又は光記録媒体への書込みのための装置の提供の課題に基づいている。

この課題は、光記録媒体からの読出し及び／又は光記録媒体への書込みのための光ダイオードを用いる装置の場合、球面収差を補正するための装置は反射データビームが影響されずにそれを通過するように設定されており、その装置において、少なくとも１つの検出器ユニット上へのデータビームの結像を補正する手段が更なるビームパスに提供されているという事実の効果により解決される。

よって、本発明は、戻りデータビームが球面収差により影響され、このことが、データビームをエラー無しで検出器ユニット上に結像させないという考えに基づいている。そのような収差は、結像を補正する手段を提供することによりなくすことができる。取り出されたデータビームの補正手段の構成は、更に、調整機能に基づく要求が減らされたことにより、アクチュエータに更なる素子が取り付けられる必要がないという効果がある。

球面収差を補正するための装置は、球面収差のバランスを取るために波面を一方向に影響させる液晶素子から成り、４分の１波長板が、偏光ビームスプリッタの下流であって、レーザビームの方向に配置される。

レーザダイオードは、液晶素子において波面の補正を受ける偏光入力ビームを出力する。該補正により、記録媒体中で発生する収差が適切に補償される。ビームが偏光されているため、液晶素子もまた１つの偏光方向にのみ動作する必要がある。これは、比較的容易に達成できる。そのような素子はあまり重くない。続いて、波面を補正された光ビームが４分の１波長板を通り、円偏光ビームに変換される。このビームは、対物レンズによりそれぞれのデータ層上に集光され、そこで、そこの空間的構造（ピット）に従って異なる角度に反射される。反射されたビームは、第１に対物レンズを通過し、４分の１波長板により再び線偏光されたビームに変換される。しかし、該線偏光されたビームの偏光方向は、入力ビームのそれに対して９０度回転されている。よって、反射されたビームは、液晶素子に影響されない。偏光ビームスプリッタにより、このビームは入射ビームに対して右の角度に取り出され、結像を補正するためのシステムを通過する。これには、様々な可能性がある。

本発明の第１の特徴によると、取り出されたデータビームのビームパスに１つ以上のビームスプリッタが配置され、個々の部分ビームはそれぞれの場合において１つの専用の検出器上に向けられる。各検出器はこの場合特定のデータ層について最適化されている。結像の補正は焦点レンズから異なる検出器までの異なる距離により行われる。データ信号及びトラックエラー信号は、この場合、個々の検出器の和から決定され、よって、システムの効率は僅かに低下するだけである。一方で、焦点エラー信号は、それぞれのデータ層に割り当てられた個々の検出器の信号からのみ決定される。

本発明の第２の特徴によると、取り出されたデータビームには、例えばホログラムなどの、データビームの部分を更なる検出器上に偏向させる回折レンズが提供される。各検出器は、順番に、特定のデータ層について最適化されている。結像の補正は、ここでは、データビームの部分が回折レンズからそれぞれの検出器に及ぶまでの異なるパスの長さにより行われる。この場合も、データ信号及びトラックエラー信号は全ての検出器の信号から決定され、その一方で、焦点エラー信号は、それぞれのデータ層に割り当てられた個々の検出器の信号からのみ検出される。個々の検出器の間隔が短いため、検出器は共通のチップに配置されることができ、これは信号の加算を大幅に簡略化する。

本発明の更なる特徴によると、補正手段は、連続又は不連続のステップで焦点が変えられる球面又は非球面レンズを構成する更なるＬＣ素子である。この場合、信号の決定には個々の検出器で十分である。それは、個々の検出器ユニットは、結像を常にこの検出器ユニットについて補正できるためである。更なるＬＣ素子はシステムの光効率を低下させるが、交差ＬＣ素子利用時と異なり記録媒体上の光強度は低下しないという利点がある。これは、光記録媒体への書込みにとって特に重要である。

本発明のよりよい理解を得るために、後者は３つの例示的な実施形態により以下により詳細に説明される。

全てのシステムは、線偏光される光ビームを出力し、好ましくはレーザダイオードである放射源１を有する。出力される光はコリメータレンズ２により平行化され、偏光ビームスプリッタ３を通過する。該偏光ビームスプリッタは、第１の方向に偏光された光を妨げずに通過させ、第１の方向に垂直な方向に偏光された光を９０度偏向させる。偏光ビームスプリッタ３は、放射源１からくるビームが偏向されないように配置されている。次のステップでは、このビームが電気的に駆動され、その設計により、入射ビームの波面を操作することができるＬＣ素子４を通過する。このような装置は、例えば米国特許第６，１８２，９５７号又は米国特許第５，９０９，４２２号において詳述され開示されている。本件においては、ＬＣ素子４が１つの偏光方向のビームにのみ反応するように設計されており、これはその設計及び駆動プロセスを実質的に簡略化する。

ＬＣ素子４の後には、４分の１波長板５が続き、それにより、線偏光された入力ビームが円偏光ビームに変換される。この形態において、ビームは、対物レンズ６に入る。該対物レンズ６は、それぞれの場合について、回転ドライブ８により回転軸９の周りを高速回転動作の状態にされるディスク型記録媒体７上の、上下に配置される複数のデータ層のうちの１つにビームを集光する。ビームが作用する点は、ディスクの表面上を回転軸９に対して半径方向に移動し、それにより、データ層は螺旋状のトラック上のビームによりスキャンされる。

対物レンズは、０．５以上の大きさの高開口数を有する。よって、高い光スループットが得られても、被覆層において大きな収差も生じてしまう。この場合に起こる問題への対処として、ＬＣ素子が波面補正を行うために用いられる。

より詳しくは図示されていないが、アクチュエータにより、対物レンズ６とＬＣ素子４とは、記録媒体７に垂直に、共に動くことができる。それによって、２つのタスクが遂行される。第１に、焦点を１つのデータ層から別のデータ層へと移動させることができる。第２に、焦点の補正が行われる。データ層は、ビームに完全に垂直な面において移動するのではない。それは、一方では、データ層は完全な面ではなく、もう一方では、記録媒体そのものがその回転軸を参照して、よってビーム軸を参照して傾けられることができるからである。この結果として、データ層の、読み出されようとしている現在の領域が、ビーム軸に沿って前後に動作する。焦点は、それを追わなければならない。

ピットのシーケンスにより表され、記録媒体のデータ層の幾何学的データ構造で、光が異なる角度に反射され、反射データビームの光強度のシーケンスがデータ構造を表す。戻りデータビームは、最初に対物レンズ６を、その後４分の１波長板５を通過し、その結果として、円偏光ビームが、特に入力ビームの偏光方向に垂直な方向に線偏光される。よって、偏光ビームスプリッタ３において、戻りビームは横方向に偏向され、検出システムへ導かれる。戻りビームは、焦点レンズ１０及び円柱レンズ１１により前記検出システム上に結像される。

偏光方向がＬＣ素子４の動作方向に垂直であるため、戻りビームは、ＬＣ素子により補償されない球面収差を有する。検出システム上に戻りビームが結像される際の収差を防ぐために、結像補正のためのシステムが更に提供される。

結像補正のためのシステムは、システム１（図１）に従って更なるビームスプリッタ１２から成る。後者は、記録媒体中のデータ層の数に従って、ビームを少なくとも２つの部分ビームに分割する。２つより多いデータ層がある場合は、更なるビームスプリッタが必要となる。各部分ビームは検出器１３、１５に向けられる。検出器１３、１５からの信号の和がデータ信号である。更に、各ビームパスは、各部分ビームが検出器１３、１５まで及ぶための異なるパスの長さを用いることによりそれぞれの場合についてデータ層の１つに最適化される。これは、それぞれの場合について、エラーが大幅に少ない結像が検出器１３、１５上に行われるということである。この検出器１３、１５の信号は、トラックエラー信号及び焦点エラー信号を得るために用いられることができる。原理上は、１つのデータ層について示されるシステムは、各データ層に検出器を割り当てることにより、複数のデータ層を有する記録媒体に適用される。

第２のシステムは回折レンズ１６を有する。回折レンズ１６は、例えば、ホログラフィック光学素子でもよく、その場合、ビーム軸に近いビームとそこから遠いビームとは異なる検出器１７、１８に向けられる。この場合も同じように、各検出器は、記録媒体のデータ層の１つについての異なるパスの長さを用いることにより最適化される。よって、データ信号は、ここでも、検出器１７、１８の信号の和から得られ、一方、トラックエラー信号及び焦点エラー信号はそれぞれのデータ層について最適化された検出器１７、１８の信号から得られる。

システム３は、データビームの収差を補償する更なるＬＣ素子１９を提供する。更に、ＬＣ素子１９は、ＬＣ素子１９が異なる焦点の長さの球面又は非球面レンズとして機能できるようにする電極構成を有することが好ましい。データビームは、焦点の長さを適合させることにより、エラーが大幅に少ない方法で個別の検出器２０に結像されることができる。

更なるＬＣ素子１９はシステムの光効率を低下させるが、同時に、その構成は、従来の技術とは異なり、記録媒体上の光強度は低下しないという利点がある。これは、特に、記録媒体への書込みには重要なことである。

第１のシステムの原理を示す図である。 第２のシステムの原理を示す図である。 第３のシステムの原理を示す図である。

符号の説明

１ 放射源
２ コリメータレンズ
３、１２ ビームスプリッタ
４、１９ ＬＣ素子
５ ４分の１波長板
６ 対物レンズ
７ 記録媒体
８ 回転ドライブ
９ 回転軸
１０ 焦点レンズ
１１ 円柱レンズ
１３、１５、１７、１８、２０ 検出器
１６ 回折レンズ

Claims (5)

1. 上下に配置される少なくとも２つのデータ層を有する光記録媒体からの読出し及び／又は該光記録媒体への書込みに用いられ、該光記録媒体のデータ層からの読出し及び／又は該光記録媒体のデータ層への書込みのための入力ビームにより該光記録媒体に発生する収差を補正する装置を有し、
   入力ビームと前記データ層から戻るビームとは、前記収差を補正する装置を通過する時、相互に実質的に垂直な偏光方向を有し、
   前記収差を補正するための前記装置は、前記戻りビームが影響されることなくそれを通過するよう設定されており、
   前記戻りビームは、少なくとも１つの検出器上へ結像され、
   前記戻りビームにより発生する前記収差を補償するための補正手段が更なるビームパスに提供され、
   前記補正手段は、前記戻りビームを２つ以上の部分ビームに分割する手段であり、個々の該部分ビームが、１つの前記検出器上に向けられ、
   個々の前記検出器は１つのデータ層に割り当てられていることを特徴とする装置。
2. 前記収差を補正するための装置は、前記収差のバランスを取るために１つの偏光方向にのみ波面を影響させる液晶素子から成り、４分の１波長板が、前記収差を補正するため、前記装置の下流であって入力ビームの方向に配置されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記補正手段は、前記戻りビームにより通過される一つ以上のビームスプリッタであり、それぞれの該検出器は、前記光記録媒体から前記検出器までの光パスの長さが、各データ層に対して収差のない結像がそれぞれのデータ層に割り当てられたそれぞれの検出器上で得られるように、データ層のそれぞれについて最適化されるように構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。
4. 前記補正手段は、前記戻りビームにより通過される回折レンズであり、それぞれの該検出器は、前記光記録媒体から前記検出器までの前記光パスの長さが、各データ層に対して収差のない結像がそれぞれのデータ層に割り当てられたそれぞれの検出器上で得られるように、データ層のそれぞれについて最適化されるように構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。
5. 前記データ信号は、前記検出器の信号の和により得られ、焦点誤り信号及び／又はトラック誤り信号は、前記それぞれのデータ層について最適化された前記検出器の信号により得られ、前記光記録媒体から前記検出器までの光パスの長さがそれぞれのデータ層について最適化されていることを特徴とする請求項３又は４に記載の装置。

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