JPH1011786A

JPH1011786A - 情報記録媒体の再生用ピックアップ装置

Info

Publication number: JPH1011786A
Application number: JP8162239A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Takahashi; 真一高橋
Original assignee: Pioneer Electronic Corp
Current assignee: Pioneer Corp
Priority date: 1996-06-21
Filing date: 1996-06-21
Publication date: 1998-01-16
Also published as: EP0814465A3; CN1180222A; CN1107312C; US5862118A; CN1440029A; EP0814465A2; CN1249699C

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、信号のクロストークを小さく抑え
ることのできる情報記録媒体の再生用ピックアップ装置
を提供することを課題としている。【解決手段】一層目のフォーカス時に二層目から得ら
れる受信信号は、デフォーカススポット面積に相当する
全光量の内、ＰＤ受光部面積に相当する光量に比例す
る。又、一層目からの受信信号は、フォーカススポット
により形成されるＰＤ受光部面積に相当する全光量に比
例するが、該全光量は一層目がデフォーカ状態となって
も変わらない。従って、デフォーカススポットの面積π
ｒ_d ²に対するフォーカススポットの面積πｒ_f ²の比
は、一層目の受信信号に対する二層目の受信信号の比と
なり、フォーカスエラー信号のＳ字間隔をＳ、情報記録
層の層間間隔をｄとして、これを計算するとπｒ_f ²／
πｒ_d ²＝（Ｓ／２ｄ’）²となるので、２０ｌｏｇ
（Ｓ／２ｄ’）²≦−２０となるように光学系を設計す
れば、十分なビット誤り率を得る事ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、情報記録層が多層
に形成された情報記録媒体の再生用のピックアップ装置
の技術の分野に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＤＶＤ（Digital Video Diskまた
はDigital Versatile Disk）等の光ディスクでは、記録
密度を向上させるために、情報記録層を多層にすること
が行われている。そして、このような光ディスクを再生
する際には、光ディスクの情報記録層に光ピックアップ
からの光ビームを集光させ、その反射光をフォトディテ
クタに集光させている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ように光ビームを情報記録層に集光させると、一方の情
報記録層の読み取り時の信号に、他方の情報記録層から
の反射光がデフォーカス状態で重なり、信号がクロスト
ーク状態となってしまう。そして、各情報記録層の記録
信号は互いに相関がないため、相手の信号はランダムノ
イズとして読み取り信号品質に影響を与えるという問題
点があった。

【０００４】そこで、本発明は、上記問題点を解決し、
信号のクロストークを小さく抑えることのできる情報記
録媒体の再生用ピックアップ装置を提供することを課題
としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の情報記
録媒体の再生用ピックアップ装置は前記課題を解決する
ために、情報記録層が多層に形成された情報記録媒体に
光ビームを集光し、その反射光からの記録情報を抽出す
る情報記録媒体の再生用ピックアップ装置であって、前
記情報記録層の層間間隔をｄ、屈折率をｎ、フォーカス
エラー信号の最大値と最小値の間隔をＳとする時、Ｓ≦
０．６３ｄ／ｎとなるように光学系が設定されているこ
とを特徴とする。

【０００６】請求項１に記載の情報記録媒体の再生用ピ
ックアップ装置によれば、フォーカスエラー信号の最大
値と最小値の間隔であるＳ字間隔をＳ≦０．６３ｄ／ｎ
とするように光学系の設定を行うと、フォトディテクタ
上に結像する情報記録層からの反射光のスポット面積の
比として表される、再生しようとする記録層からの受信
信号に対する他の記録層からの受信信号の比は、適切な
値に減少することとなり、ランダム雑音が減少する。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて説明する。図１は、本実施形態における
情報記録媒体の再生用ピックアップ装置の構成を示す図
である。図１に示すように、本実施形態のピックアップ
装置は、対物レンズ１と、１／４波長板２と、コリメー
ターレンズ３と、シリンドリカルレンズと凹レンズの合
成レンズ４と、フォトディテクタ（以下、ＰＤとする）
と、半導体レーザ（以下、ＬＤとする）５と、カップリ
ングレンズ６とを備えており、ＬＤ５から照射したレー
ザ光をディスク面の情報記録層に集光させ、その反射光
を各レンズを介してＰＤ上に集光させ、情報を読み取る
ものである。

【０００８】このような構成の光ピックアップを用い
て、図２（Ａ）に示すように多層ディスクを再生する
と、一層目及び二層目からの戻り光の状態は図２（Ｂ）
に示すようになる。図２（Ｂ）は一層目の再生時の状態
を示しており、ＰＤ受光部上には、一層目からの反射光
によるフォーカススポットが形成され、さらに、二層目
からの反射光によるデフォーカススポットが形成され
る。つまり、一方の記録層の記録情報を読み取る時に
は、他方の記録層からの反射光も受光されることにな
り、信号のクロストークが発生する。そして、一層目と
二層目の記録信号は相互に相関がないため、相手信号は
ランダム雑音として影響し、読み取り信号品質に影響を
与えるのである。

【０００９】そこで、このクロストークを定量的に捉え
るために以下のような検討を行った。まず、各記録層か
らの受光信号は、理想的にはＰＤ上の受光量に比例する
と考えることができるため、ＰＤ上のスポット面積につ
いての検討を行った。

【００１０】図３はフォーカス状態に応じた各層からの
反射光のスポット形状を示す図であり、図３では、Ａ，
Ｂ，Ｃ，Ｄの順に一層目に対してフォーカス状態からデ
フォーカス状態に移行した場合のスポット形状を示して
いる。また、これに対応した二層目からの反射光のスポ
ット形状をＡ’，Ｂ’，Ｃ’，Ｄ’に示している。

【００１１】図３からわかるように、一層目に対してフ
ォーカス状態の時にデフォーカス状態となる二層目で
は、図３のＡ’に示すように、デフォーカススポット面
積πｒ _d ²のうち一部しかＰＤに受光することができ
ず、受光量は図３のＤ’に示すような二層目に対するフ
ォーカス状態の時の受光量よりも減少する。また、図３
のＡ’〜Ｄ’の各状態において反射光の全光量は変わら
ないため、図３のＡ’に示すデフォーカス時の面積πｒ
_d ²における光量と、図３のＤ’に示すフォーカス時の
面積πｒ_f ²における光量とは等しい。従って、図３の
Ａ’に示す二層目のデフォーカス時に受光できる量は、
面積πｒ_d ²に相当する全光量に対して、面積πｒ_f ²
に相当する光量となる。

【００１２】一方、図３のＡに示すように一層目に対し
てフォーカス状態の時には、フォーカススポット面積π
ｒ_f ²の全体が受光され、この時の光量は、図３のＤに
示す一層目のデフォーカス時における面積πｒ_d ²での
光量と等しい。そして、この二層目のデフォーカス時に
おける面積πｒ_d ²は、図３のＡ’に示す二層目のデフ
ォーカススポットの面積πｒ_d ²と等しいので、図３の
Ａ’における面積πｒ _d ²に対する面積πｒ_f ²の比
は、一層目のフォーカス時における反射光の全受光量に
対する、二層目のデフォーカス時における反射光の受光
量の比に等しいと考えることができる。即ち、 πｒ_f ²／πｒ_d ²＝二層目からの受信信号／一層目か
らの受信信号と表すことができる。

【００１３】ここで、フォーカス時におけるスポット半
径ｒ_fは、図４（Ａ）からわかるように、ＰＤ側のＮＡ
をＮＡ_p、ＰＤ上の非点隔差をＡＳ、フォーカスエラー
信号のＳ字幅をＳ、光路横倍率（戻り倍率）をβとする
と、

【００１４】

【数１】ｒ_f≒ＮＡ_p・（ＡＳ／２）＝ＮＡ_p・（２Ｓ
・β²／２）＝ＮＡ_p・Ｓ・β² となる。

【００１５】また、デフォーカス時におけるスポット半
径ｒ_dは、光学的層間距離をｄ’（＝ｄ／ｎ；但しｎは
情報記録媒体の屈折率）とすると、

【００１６】

【数２】ｒ_d≒ＮＡ_p・２ｄ’・β² となる。従って、上記二つの式より、

【００１７】

【数３】πｒ_f ²／πｒ_d ²＝（Ｓ／２ｄ’）² と表すことができる。

【００１８】そこで、本発明は、再生しようとする記録
層からの受信信号に対する他の記録層からの受信信号の
比率をクロストークＣＴと定義した。つまり、再生しよ
うとする層からの受光信号をＳｇ、他の層からの受光信
号をＮｓとして、

【００１９】

【数４】ＣＴ＝Ｎｓ／Ｓｇ＝πｒ_f ²／πｒ_d ²＝（Ｓ
／２ｄ’）² と定義し、このクロストークＣＴが所定値よりも小さく
なるように光学系を設計することとした。

【００２０】次に、クロストークＣＴの適切な値を、一
般的な信号雑音電力比とビット誤り率との関係に基づい
て検討した結果、以下のようなことが明かになった。つ
まり、ベネット・デーヴィ著の「データ伝送」（出版
元：（株）ラティス）によれば、図５に示すように、ラ
ンダム複極２進ベースバンド信号においては、ビット誤
り率１０^-8の時、信号雑音電力比は１５ｄＢとなり、ま
た、ビット誤り率１０^-8は例えばコンパクトディスクの
データ構造ではブロック誤り率６×１０^-6となるので、
「新版デジタルオーディオ」（出版元：ラジオ技術社）
によれば、図６に示すように、誤り訂正方式でクロスイ
ンターリーブ符号を用いれば、誤り訂正後は、ほぼ問題
ない状態が得られる。

【００２１】以上により、十分な訂正後ビット誤り率を
得るためには、信号雑音電力比は、２０ｄＢ以上あれば
良いことがわかる。そこで、本発明においても、再生し
ようとする記録層からの受信信号Ｓｇと他の記録層から
の受信信号Ｎｓの比Ｓｇ／Ｎｓが、２０ｄＢ以上あれば
良いと判断することができる。つまり、本発明では、ク
ロストークＣＴを、

【００２２】

【数５】ＣＴ＝Ｎｓ／Ｓｇ＝πｒ_f ²／πｒ_d ²＝（Ｓ
／２ｄ’）² と定義しているので、

【００２３】

【数６】２０ｌｏｇ（Ｓ／２ｄ’）²≦−２０と満たすように光学系を設定する。つまり、この式か
ら、

【００２４】

【数７】Ｓ／ｄ’≦０．６３を満たすＳ字間隔が得られるように光学系を設計すれ
ば、Ｓ字幅と層間の光学距離で表されるクロストークを
減少させ、十分な訂正後ビット誤り率を得ることができ
る。

【００２５】以下、具体的な光学系の設計例について説
明する。図７は本実施形態における各レンズの配置等を
説明するための近軸光線の追跡図である。１．ピックア
ップの戻り光路は、図７に示すように、コリメータレン
ズと、シリンドリカル、凹レンズの複合レンズとの二つ
のレンズが複合されている。幾何光学的に二つのレンズ
の複合系は、レンズ間隔＝ｄ複合レンズ焦点距離＝ｆ’ 各レンズの焦点距離＝ｆ ´₁，ｆ´ ₂ とすると、

【００２６】

【数８】１／ｆ’＝１／ｆ´ ₁＋１／ｆ´ ₂−ｄ／ｆ
´ ₁ｆ´ ₂ より、

【００２７】

【数９】ｆ’＝−ｆ´ ₁ｆ´ ₂／（ｄ−ｆ´ ₁−ｆ
´ ₂）と書ける。２．対物レンズ後のコリメータレンズに入射
する平行光束は、コリメータレンズ以降の複合レンズの
焦点位置に集束する。

【００２８】また、第二番目のレンズ位置から複合レン
ズの焦点までの距離は、

【００２９】

【数１０】Ｆ₂＝（１−ｄＫ₁）／Ｋ＝（１−ｄ／ｆ’）ｆ’ ＝（（ｆ´ ₁−ｄ）／ｆ´ ₁）（（−ｆ´ ₁ｆ´ ₂）／（ｄ−ｆ´ ₁ −ｆ´ ₂））＝−ｆ´ ₂（ｆ´ ₁−ｄ）／（ｄ−ｆ´ ₁−ｆ´ ₂）と書ける。３．また、第二レンズｆ₂´ から複合レン
ズの（後側）主面Ｈ’までの距離は

【００３０】、

【数１１】Ｈ₂＝−ｄＫ₁／Ｋ＝−ｄｆ’／ｆ´ ₁ ＝ｆ´ ₂ｄ／（ｄ−ｆ´ ₁−ｆ´ ₂）となる。４．実際の光路への適用に当たっては、次のよ
うに考える。まず、シリンドリカルレンズと凹レンズの
合成レンズ（以下、シリンドリカル・凹合成レンズとす
る）の焦点距離ｆ´ _cycは以下のように表される。

【００３１】

【数１２】ｆ´cyc＝−ｆ´ _cy・ｆ´ _cc／（ｄ_cyc−ｆ´ _cy−ｆ´ _cc）…（１）ここで、ｆ´ _cyはシリンドリカルレンズの焦点距離、
ｆ´ _ccは凹レンズの焦点距離、ｄ_cycはシリンドリカ
ル・凹合成レンズの主面間隔である。

【００３２】ｆ´ _cy、ｆ´ _ccは、レンズの屈折率を
ｎ、図８（Ａ）に示すようにシリンドリカルレンズの半
径をｒ_cy、凹レンズの半径をｒ_ccとすると、

【００３３】

【数１３】ｆ´ _cy＝ｒ_cy／（ｎ−１）…（２）ｆ´ _cc＝ｒ_cc／（ｎ−１）…（３）により求められる。また、ｄ_cycは、シリンドリカルレ
ンズの中心厚みｄ´ _cyが、図８（Ｂ）に示すように、

【００３４】

【数１４】ｄ´ _cy＝−ｔ／２ｎであり、凹レンズの中心厚みｄ_uが、図８（Ｃ）に示す
ように、

【００３５】

【数１５】ｄ_u＝ｔ／２ｎであるから、

【００３６】

【数１６】ｄ_cyc＝ｔ／ｎ…（４）となる。

【００３７】従って、屈折率ｎ＝１．４９シリンドリカルレンズの半径ｒ_cy＝−３５凹レンズの半径ｒ_cc＝８シリンドリカル・凹合成レンズの厚みｔ＝２コリメーターレンズの焦点距離ｆ´ _co＝１８のようにレンズ仕様を定めると、

【００３８】

【数１７】ｆ´ _cy＝−７１．４２９ｆ´ _cc＝−１６．３２７ｄ_cyc＝１．３４２となり、（１）式より、

【００３９】

【数１８】ｆ´ _cyc＝−１３．０８９となる。また、凹レンズの主面からシリンドリカル・凹
合成レンズの主面までの距離Ｈ_cycは、

【００４０】

【数１９】Ｈ_cyc＝−ｆ´ _cc・ｄ_cyc／［−（ｄ_cyc
−ｆ´ _cy−ｆ´ _cc）］で表されるので、

【００４１】

【数２０】Ｈ_cyc＝−０．２４６となる。

【００４２】一方、コリメータレンズ、シリンドリカル
レンズ、凹レンズの合成焦点距離であるｆ´ _allは、

【００４３】

【数２１】ｆ´ _all＝−ｆ´ _co・ｆ´ _cyc／（ｄ_cocyc−ｆ´ _co−ｆ´ _cyc）…（５）で表される。そこで、

【００４４】

【数２２】ｆ´ _all＝２９．５０５とし、対物レンズの焦点距離ｆ´ _obを

【００４５】

【数２３】ｆ´ _ob＝３．３４９とすると、結像倍率β₁は、

【００４６】

【数２４】 β₁＝ｆ´ _all／ｆ´ _ob＝２９．５０５／３．３４９＝８．８１となる。また、このとき、コリメータレンズとシリンド
リカル・凹合成レンズとの間隔ｄ_cocycは、

【００４７】

【数２５】ｄ_cocyc＝１２．８９６となる。

【００４８】また、コリメータレンズ主面から凹レンズ
主面までの距離ｄcoc は、

【００４９】

【数２６】ｄ_coc＝ｄ_cocyc−Ｈ_cyc であるので、

【００５０】

【数２７】ｄ_coc＝１２．８９６となり、コリメータレンズと凹レンズの合成焦点距離ｆ
´ _cocは、

【００５１】

【数２８】ｆ´ _coc＝−ｆ´ _co・ｆ´ _cc／（ｄ_coc−ｆ´ _co−ｆ´ _cc）と表されるので、

【００５２】

【数２９】ｆ´ _coc＝２５．６２４となる。

【００５３】以上のように各レンズを配置すれば、コリ
メータレンズ、シリンドリカル・凹合成レンズ系での焦
点位置は、シリンドリカル・凹合成レンズ位置より、Ｆ
_allだけ離れた点に位置し、

【００５４】

【数３０】Ｆ_all＝２．３６６となる。また、同様に、コリメータレンズ、凹レンズの
合成レンズ系の焦点位置は、凹レンズ位置よりＦ_cocだ
け離れ、

【００５５】

【数３１】Ｆ_coc＝６．９１５となる。

【００５６】以上から、合成レンズの作図に従って、コ
リメータレンズとシリンドリカルレンズの距離は、

【００５７】

【数３２】ｄ_coc−ｄ_cyc＝１３．１４２−１．３４２＝１１．８であり、非点隔差ＡＳは、

【００５８】

【数３３】ＡＳ＝Ｆ_all＋Ｈ_cyc（−）−Ｆ_coc＝１．２０５となる。

【００５９】以上により得られた結果を、図９にまとめ
て表す。また、これらの結果から、コリメータレンズ、
凹レンズの合成レンズ系の戻り倍率は、

【００６０】

【数３４】 β₂＝ｆ´ _coc／ｆ´ _ob＝２５．６２４／３．３４９＝７．６５で与えられ、β₁とβ₂の平均値をとって、

【００６１】

【数３５】β＝８．２３とすると、Ｓ字間隔は、

【００６２】

【数３６】Ｓ＝ＡＳ／（２β²）＝０．００８９となる。このとき、

【００６３】

【数３７】ｄ’＝０．０３２とすると、

【００６４】

【数３８】２０ｌｏｇ（Ｓ／２ｄ’）²＝−３４となり、十分なビット誤り率を得ることができる。

【００６５】以上説明したように、

【００６６】

【数３９】Ｓ≦０．６３ｄ’ を満たすように、光学系を設計すれば、クロストークを
低減させ、十分な訂正後のビット誤り率を得ることがで
きる。

【００６７】なお、本実施形態の説明では、単一焦点の
ピックアップ装置について説明したが、本発明はこれに
限られるものではなく、二焦点のピックアップ装置を用
いても良い。

【００６８】

【発明の効果】請求項１に記載の情報記録媒体の再生用
ピックアップ装置によれば、情報記録層の層間間隔を
ｄ、情報記録媒体の屈折率をｎとすると、フォーカスエ
ラー信号の最大値と最小値の間隔であるＳ字間隔が、Ｓ
≦０．６３ｄ／ｎとなるように光学系の設定を行うこと
により、フォトディテクタ上に結像する情報記録層から
の反射光のスポット面積の比として表される、再生しよ
うとする記録層からの受信信号に対する他の記録層から
の受信信号の比、即ちクロストークを小さくすることが
でき、ランダム雑音を減少させることができる。また、
この結果、訂正後のビット誤り率を十分に低く抑えるこ
とができるので、良好で正確な情報記録媒体の再生動作
を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態における光ピックアップ装
置の概略構成を示す平面図である。

【図２】（Ａ）は図１の光ピックアップ装置で多層ディ
スクを再生する際の反射光の奇跡を示す断面図、（Ｂ）
は当該反射光のフォトディテクタ位置におけるスポット
形状を示す平面図である。

【図３】一層目についてフォーカス状態からデフォーカ
ス状態に移行した際の反射光のスポット形状の推移、及
びその際の二層目の反射光のスポット形状の推移を示す
平面図である。

【図４】（Ａ）はフォーカススポットの半径を求めるた
めに用いた近軸光線追跡図、（Ｂ）はデフォーカススポ
ットの半径を求めるために用いた近軸光線追跡図であ
る。

【図５】相加的な白色ガウス雑音が存在するときの、ラ
ンダム複極２進ベースバンド信号とランダムオン−オフ
２進信号の誤り率を示すグラフである。

【図６】各種符号のランダム誤り訂正能力を示すグラフ
である。

【図７】図１の光ピックアップ装置における各レンズの
配置を説明する近軸光線追跡図である。

【図８】図１の光ピックアップ装置におけるシリンドリ
カル・凹合成レンズの焦点距離等を説明するための近軸
光線追跡図である。

【図９】本発明の一実施形態における光学系の設計例に
よる具体的なレンズ位置を示す近軸光線追跡図である。

【符号の説明】

１…対物レンズ２…１／４波長板３…コリメータレンズ４…シリンドリカル・凹合成レンズ５…半導体レーザ６…カップリングレンズＰＤ…フォトディテクタＳ…Ｓ字間隔ｄ’…情報記録層の層間の光学的距離

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】情報記録層が多層に形成された情報記録
媒体に光ビームを集光し、その反射光からの記録情報を
抽出する情報記録媒体の再生用ピックアップ装置であっ
て、前記情報記録層の層間間隔をｄ、屈折率をｎ、フォーカ
スエラー信号の最大値と最小値の間隔をＳとする時、Ｓ≦０．６３ｄ／ｎとなるように光学系が設定されていることを特徴とする
情報記録媒体の再生用ピックアップ装置。