JPH09161306A - 光ディスク装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】厚さ０．６ｍｍの高密度光ディスクと厚さ１．
２ｍｍのコンパクトディスクを、電気的な切替手段のみ
により１個の対物レンズを有する光ディスク装置により
再生する。 【解決手段】対物レンズは厚さ０．６ｍｍの高密度光デ
ィスク用を用い、液晶旋光子により再生するディスクの
種類に応じて偏光を切替て、厚さ１．２ｍｍのコンパク
トディスクを再生するときに発生する球面収差は偏光依
存性を有する位相シフタと、偏光フィルタにより低減す
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、基板厚さの異なる
光ディスクを再生するのに好適な光ディスク装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】現在コンパクトディスク（以下、ＣＤと
略す）は音楽用あるいは計算機のデータ用として広く普
及している。このＣＤは直径が１２０ｍｍ、トラックピ
ッチはおよそ１．６μｍ、最小のピット長はおよそ０．
９μｍである。このＣＤを再生する光ディスク装置は光
源として７７０〜８００ｎｍの近赤外光の半導体レーザ
を用い、レーザ光を光ディスク上に集光する対物レンズ
の開口数（ＮＡ）は一般に０．４５程度である。

【０００３】一方、近年の半導体レーザの進歩はめざま
しく、波長６３０〜６５０ｎｍの赤色光の半導体レーザ
が実用化され、開口数（ＮＡ）０．６の対物レンズとの
組合せにより、現在のＣＤにたいして４倍以上の記録密
度を有する高密度光ディスクが提案されている。（例え
ば、１９９３年電子情報通信学会秋季大会、講演番号Ｃ
ー３６４「赤色レーザピックアップを用いた高密度ＣＤ
−ＲＯＭの検討」）ところでＣＤ等の光ディスクの基板
は、一般にポリカーボネイト樹脂の射出成形で製作する
ために基板のソリは避けられず、実際にＣＤ等では０．
３〜０．５度程度のソリが存在するのが通例である。光
ディスクが傾くとコマ収差が発生し著しい場合は信号再
生が不可能になる。発生するコマ収差量は対物レンズの
開口数（ＮＡ）の３乗に比例するために、例えばＮＡ
０．６の対物レンズではＮＡ０．４５の対物レンズに比
較して約２．４倍のコマ収差が発生する。一方、コマ収
差の発生量は光ディスクの基板厚さに比例するために、
基板の薄い例えば０．６ｍｍの光ディスクを用い、対物
レンズのＮＡを大きくしてもコマ収差発生量をＣＤなみ
に抑える試みがなされている。しかし、光ディスクの基
板厚さ誤差の許容値（対物レンズにとっての最適基板厚
さに対する再生する光ディスクの基板厚さ）は対物レン
ズの開口数の４乗に逆比例し、一般にＮＡ０．４５の場
合は０．１ｍｍ以下、ＮＡ０．６の場合は０．０３ｍｍ
以下であり、０．６ｍｍの基板用の光ディスク装置では
球面収差のために１．２ｍｍの基板のＣＤが再生できな
いという問題がある。

【０００４】今後上記した高密度光ディスクが実用化さ
れた場合、その光ディスク装置は当然のことながら従来
のＣＤも再生できることが望ましい。この要求に対する
第１の従来技術として特開平７−１８２６９０号に開示
されている光記録再生装置が提案されている。これは、
対物レンズは高密度ディスクに対応しており、その最適
基板厚さは０．６ｍｍである。ＣＤ（基板厚さ１．２ｍ
ｍ）を再生するときには大きな球面収差が発生するの
で、対物レンズとビームスプリッタとの光路中に凹レン
ズの作用を持つ変換レンズを入れて、球面収差を補正す
るものである。更に第２の従来技術として、対物レンズ
としてはやはり高密度ディスクに対応した最適基板厚さ
０．６ｍｍ、ＮＡ０．６を用い、ＣＤを再生するときに
は対物レンズの開口を制限してＮＡ０．３５として用い
る方式も提案されている。（第５６回応用物理学会学術
講演会、講演番号２９ａ−ＺＡ−６「厚みの異なる２種
類のディスクにおける互換性の検討」）これは前記した
ように球面収差発生量はＮＡの４乗に比例することに着
目したものである。光ディスクを再生する光スポットの
大きさは対物レンズのＮＡに逆比例し、光源の波長に比
例するため、波長６３５ｎｍの光源を用いるとＣＤを再
生するときにはＮＡ０．３５〜０．３７で十分である。
その結果発生する球面収差も小さくなり最適基板厚さ
０．６ｍｍの対物レンズでも何とかＣＤを再生できる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前記第１の従来技術で
は再生する光ディスクの種類に応じて変換レンズを光路
中に出し入れする機構が必要となり光ヘッドの構成が複
雑になる。さらに変換レンズの微小な傾きによりフォー
カス目標点がずれるという問題もある。また前記第２の
従来技術でも対物レンズの実効的なＮＡを小さくするた
めのアパーチャを光路中に出し入れする機構が必要とな
る。さらに対物レンズのＮＡを０．３５に制限してもＣ
Ｄを再生する場合に発生する球面収差は決して小さくな
い。また光路中にアパーチャを入れた場合対物レンズが
光ディスクの偏心等に追従して光軸と直交する方向に移
動した場合、光ディスクからの反射光がアパーチャで一
部ケラれてしまい反射光全体が光検出器に到達しないと
いう問題もある。光路中にアパーチャを入れる場合はア
パーチャは対物レンズと一体となって動くことが望まし
い。

【０００６】本発明の目的は簡単な構成で厚さの異なる
２種類の光ディスクを安定して再生することが可能であ
る光ディスク装置を実現することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記した従来技術の課題
を解決するために本発明の光ディスク装置においては対
物レンズのＮＡを制限するためのアパーチャとして機能
する偏光板と、ＣＤを再生するときに発生する球面収差
を低減するために位相差を発生する偏光依存性を有する
位相シフタと、光源の発生するレーザ光の偏光方向を約
９０度回転する旋光手段を光路中に設けた。対物レンズ
としては基板厚さ０．６ｍｍの高密度光ディスクに対応
したＮＡ０．６のものを用い、高密度光ディスクを再生
するときには偏光板がアパーチャとして機能せず、位相
シフタが位相差を発生しないような方向に光源の発生す
るレーザ光の偏光方向を旋光手段により制御し、基板厚
さ１．２ｍｍのＣＤを再生するときには偏光板がアパー
チャとして機能して対物レンズの実効的なＮＡを０．３
７程度に低減するとともに、位相シフタが球面収差を補
正するような位相差を発生するような偏光方向に制御す
る。これにより高密度光ディスク、ＣＤともに再生する
ことができる。旋光手段として液晶旋光子を用いること
により特別な機構も不要で、電気的な切替手段のみで両
光ディスクを再生できる。更に偏光板と位相シフタとを
対物レンズと一体に駆動することにより、光ディスクに
偏心等があっても反射光がケラれることがない。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施例について、図
面を参照しながら詳細に説明する。図１に本発明の光デ
ィスク装置の主要部である光ピックアップの実施例の構
成を示す。レーザ光源である半導体レーザ１は波長がお
よそ６５０ｎｍで、ほぼ直線的に偏光しかつ発散した光
束２を発生する。光束２はコリメータレンズ３により平
行な光束４に変換され、ビームスプリッタ５及び旋光手
段である液晶旋光子６を透過してミラー８で反射する。
反射した光束９は偏光依存性を有する位相シフタ１０、
偏光板１１を透過して対物レンズ１２により光ディスク
１３または１４上に集光され光スポットを結ぶ。光ディ
スク１３または１４で反射した光束は元の光路をたど
り、ビームスプリッタ５の反射面で反射して検出レンズ
１５、円筒レンズ１６を透過して光検出器１７に入射す
る。光検出器１７は複数の受光領域を有し、これらの出
力信号を演算することによりフォーカス、トラッキング
誤差信号、情報信号などを検出する。ここで対物レンズ
１２は厚さ０．６ｍｍの高密度光ディスク１３を再生で
きるように設計されている。高密度の光ディスク１３を
再生するときには液晶旋光子６と液晶駆動回路７は後述
するように光束９に位相シフタ１０で位相差が発生せず
かつ光束９がそのまま偏光板を透過する（光束２５）よ
うな偏光方向となるように光束４を旋光（偏光方向を回
転）する。一方厚さ１．２ｍｍのＣＤ１４を再生すると
きには液晶旋光子６と液晶駆動回路７は光束９に位相シ
フタ１０で位相差が発生しかつ光束９の中心部分の光束
２６は偏光板１１を透過し、周辺部分の光束は偏光板１
１で遮光されるような偏光方向となるように光束４を旋
光する。そして中心部分の光束２６のみが対物レンズ１
２に入射する。位相シフタ１０と偏光板１１は後述する
ようにアクチュエータの可動部分に対物レンズ１２と一
体に固定されている。

【０００９】次に液晶旋光子６の動作について説明す
る。図２と図３により液晶旋光子と偏光板との組合せに
より光を透過したり遮光したりできることを示す。液晶
旋光子６に封入されている液晶６ａはツイステッドネマ
ティック（ＴＮ）液晶である。液晶６ａの両側には透明
電極６ｂ，６ｃが形成されている。透明電極６ｂ，６ｃ
には液晶駆動回路７の電圧源７ａからの電圧がスイッチ
７ｂを介して供給される。液晶６ａの配向は図２に示す
ように電界がかからない状態では９０度捩じれており、
９０度の旋光性を有する。このため入射光２０の偏光２
１は９０度旋光されて偏光２２となる。一方偏光板２３
の透過軸２３ａを偏光２２の方向に一致させると光は透
過する。次に透明電極６ｂ，６ｃに電圧を印加すると図
３に示すように液晶６ａは電界に沿って配向するので旋
光性は消失する。このとき液晶を透過した光の偏光２２
は偏光板２３の透過軸２３ａと直交するために光は透過
しない。図４は液晶旋光子６の動作特性の一例であり、
印加する電圧と旋光角との関係を示す。動作しきい値は
およそ４Ｖであり、６Ｖ以上の電圧を印加すると旋光性
が消失する。

【００１０】次に本発明に用いる偏光板１１の機能を説
明する。図５は高密度光ディスク１３を再生する場合の
偏光板１１を透過する光束を示す。光束９の偏光方向ａ
は偏光板１１の上面の周辺に形成された偏光膜１１ａの
透過軸の方向と一致している。このため光束９は全体が
偏光板１１を透過して、透過した光束２５が対物レンズ
１２に入射する。図６はＣＤ１４を再生する場合であ
る。光束９は液晶旋光子６により図５の偏光方向ａと直
交する偏光方向ｂとなるように旋光される。このため光
束９の周辺の光は偏光板１１で遮光され、中心部分の偏
光膜１１ａが形成されていない部分の光束２６のみが対
物レンズ１２に入射する。本実施例では偏光板１１は光
束９と直交するように配置したが、偏光膜の入射角依存
性、波長依存性を少なくするために光束に対して５度か
ら１０度程度あるいはそれ以上傾けて配置してもよい。

【００１１】図７は旋光手段の第２の実施例である１／
２波長板の動作を説明するための図であり、図１の液晶
旋光子６に変えて用いる。１／２波長板の光学軸と入射
光３２の偏光方向を一致させると出射光３３は旋光され
ずにそのまま透過する。ここで１／２波長板を矢印３１
に示すように光軸周りに４５度回転すると出射光３４の
偏光方向は９０度回転し、これにより液晶旋光子６と同
じ動作を行うことができる。

【００１２】次に位相シフタの原理及び動作について説
明する。図８にＣＤ１４を再生するときに発生する球面
収差を位相シフタで発生する位相差で低減する様子を示
す。ＣＤ１４上の光スポットの最良像点における３次球
面収差の波面Ｗ（ρ）は

【００１３】

【数１】

【００１４】で表され、波面の断面を図８の（１）に示
す。ρが±１の位置が光束２６の外径に相当する。（数
１）より

【００１５】

【数２】

【００１６】従って波面収差の最大値を半減するには図
８の（２）に示すような輪帯状の位相差を与えればよ
い。球面収差と位相差との合成された波面収差を図８の
（３）に示す。（数１）より

【００１７】

【数３】

【００１８】位相シフタ１０の発生する位相差をδとす
ると

【００１９】

【数４】

【００２０】位相シフタの実施例を図９、図１０に示
す。図９はガラスの基板４０上に円環状の誘電体膜４１
を形成したものである。誘電体膜４１の厚さをｄとし、
上記の位相差δを発生させるためには

【００２１】

【数５】

【００２２】なお図８の（３）よりρｏより外側の収差
は収差全体に占める割合が非常に小さいために図１０に
示すように中心部のみ誘電体膜４１がない構成でもよ
い。図９、図１０に示す位相シフタは偏光依存性が無い
ために高密度の光ディスク１３を再生するときには光路
中からはずす必要があり、前記従来例のような機構が必
要である。

【００２３】図１１は位相シフタの他の実施例である。
この位相シフタは偏光依存性を有しており、ある偏光の
光が入射するとその透過光に位相差を与え、これと直交
する偏光の光が入射するとその透過光に位相差を与えな
いものである。基板５０の材質はニオブ酸リチウムであ
り、図１０の誘電体膜４１に相当する部分がプロトン交
換されている。誘電体膜５２は位相差の補正用である。
誘電体膜５２の厚さＴｄとプロトン交換領域５１の深さ
Ｔｐは以下のように求まる。

【００２４】

【数６】

【００２５】ここで高密度の光ディスク１３を再生する
ときには光束９の偏光方向が位相シフタ１０にとって常
光となり、ＣＤ１４を再生するときには異常光となるよ
うに液晶旋光子６を制御すると、常光の位相変化量は
０、異常光の位相変化量は０．１０３λであるから

【００２６】

【数７】

【００２７】となる。

【００２８】図１２は対物レンズを光軸及び光軸と直交
する２方向に駆動するためのアクチュエータの構成を示
す部分断面図である。対物レンズ１２と偏光板１１、偏
光依存性を有する位相シフタ１０はアクチュエータの可
動部６０に一体で取り付けられている。可動部６０下部
の穴部６１の大きさは、穴部６１の大きさの光束が対物
レンズ１２に入射したときに対物レンズの開口数（Ｎ
Ａ）が０．６となるようにすればよい。

【００２９】図１３は図１に示した光ピックアップを用
いた光ディスク装置のブロック図である。光ディスク１
３または１４はモータ６０に係合しており、制御信号７
９によりモータ駆動回路７７はモータ制御信号７８を発
生してモータ６０の回転を制御する。制御信号８０によ
りレーザ駆動回路７５はレーザ駆動電流７６を出力し光
ピックアップ６１内の半導体レーザを点灯する。光ピッ
クアップ６１内の光検出器からの信号６２はプリアンプ
６３に入力され、サーボ誤差信号６４、光ディスクに記
録された信号に対応したＲＦ信号６７を出力する。サー
ボ回路６５はサーボ誤差信号６４、制御信号７１にもと
づいてアクチュエータ駆動信号６６を出力し、対物レン
ズを取り付けたアクチュエータを制御する。ＲＦ信号６
７は復調回路６８に入力されデータ信号７０が出力され
る。一方データ信号６９にもとづきシステムコントロー
ラ８１は光ディスクの種類を判別し、制御信号７２によ
り液晶駆動回路７を制御する。液晶駆動回路７からは液
晶駆動信号７４が出力され光ピックアップ６１内の液晶
旋光子を制御する。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の光ディス
ク装置は、特別な機構を必要とせず、電気的な制御によ
り基板厚さの異なる２種類の光ディスクに対応すること
ができ、装置の小型、低コスト化が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光ディスク装置の主要部である光ピッ
クアップの構成図。

【図２】旋光子の第１の実施例である液晶旋光子の構成
図。

【図３】旋光子の第１の実施例である液晶旋光子の構成
図。

【図４】液晶旋光子の動作特性図。

【図５】偏光板の実施例の構成図。

【図６】偏光板の実施例の構成図。

【図７】旋光子の第２の実施例である１／２波長板の構
成図。

【図８】位相シフタによる球面収差低減の説明図。

【図９】位相シフタの第１の実施例。

【図１０】位相シフタの第２の実施例。

【図１１】偏光依存性を有する位相シフタの実施例。

【図１２】アクチュエータの主要部の構成図。

【図１３】本発明の光ディスク装置のブロック図。

【符号の説明】

１…半導体レーザ、 ６…液晶旋光子、 ７…液晶駆動回路、 １０…位相シフタ、 １１…偏光フィルタ、 １２…対物レンズ、 １３，１４…光ディスク、 ３０…１／２波長板、 ６１…光ピックアップ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 島野 健 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地株 式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 有本 昭 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地株 式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 大西 邦一 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式 会社日立製作所マルチメディアシステム開 発本部内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光源と光源の出射するレーザ光を光ディス
   ク上に集光する対物レンズと光ディスクからの反射光を
   検出する検出手段とを備え、異なる基板厚さの光ディス
   クを再生可能な光ディスク装置であって、光源と対物レ
   ンズとの光路中に配置され上記レーザ光の一部を遮光す
   る遮光手段と、上記レーザ光の一部に位相差を与える位
   相シフタとを備えたことを特徴とする光ディスク装置。
2. 【請求項２】請求項１に記載する光ディスク装置であっ
   て、光源と対物レンズとの光路中にレーザ光の偏光方向
   を回転する旋光手段を備えたことを特徴とする光ディス
   ク装置。
3. 【請求項３】請求項２に記載する光ディスク装置であっ
   て、旋光手段が液晶旋光子であることを特徴とする光デ
   ィスク装置。
4. 【請求項４】請求項２または３に記載する光ディスク装
   置であって、遮光手段が偏光板であることを特徴とする
   光ディスク装置。
5. 【請求項５】請求項２または３または４に記載する光デ
   ィスク装置であって、位相シフタが偏光依存性を有し、
   第１の偏光方向のレーザ光に対しては位相差を発生せず
   これと直交する第２の偏光方向のレーザ光に対しては位
   相差を発生することを特徴とする光ディスク装置。