JP2001101681A5 - - Google Patents

Description

【請求項５】 さらに、
少なくとも、前記４つの周辺受光部からそれぞれ出力される信号と、前記中間受光部の４つの小受光部からそれぞれ出力される信号とに基づいて、前記合焦状態を検出する合焦検出手段
を備えたことを特徴とする請求項２に記載の光ヘッド。

【請求項７】 さらに、
前記４つの周辺受光部からそれぞれ出力される信号を基に得られる検出信号と、前記中間受光部から出力される信号を基に得られる検出信号の定数倍とを加算して、焦点誤差信号を求める演算手段と、
前記演算手段により得られた前記焦点誤差信号に基づいて、前記対物レンズをその光軸方向に移動させる対物レンズ駆動機構と
を備えたことを特徴とする請求項１記載の光ヘッド。

【請求項１１】 記録媒体を駆動する記録媒体駆動手段と、この記録媒体駆動手段によって駆動される前記記録媒体から信号を読み取るための光ヘッドと、この光ヘッドを記録媒体に沿って移動させる光ヘッド駆動手段と、前記光ヘッドにより読み取られた信号に基づいて再生信号を生成する信号処理手段と、前記光ヘッドにより読み取られた信号に基づいて、前記記録媒体駆動手段、前記光ヘッド駆動手段および前記光ヘッドの動作を制御するサーボ制御手段とを備え、前記記録媒体に対して光による情報の記録または再生の少なくとも一方を行う光情報記録再生装置であって、
前記光ヘッドは、
光ビームを出射する光源と、
前記光源から出射された光ビームを、所定のトラック案内構造を有する記録媒体の記録面に集光する対物レンズと、
前記光源から出射された光ビームと、前記記録媒体の記録面で反射された光ビームとを分離する光分離手段と、
前記記録媒体の前記トラック案内構造によって発生する複数の回折パターンの配列方向と平行な第１の軸および垂直な第２の軸に関してそれぞれほぼ対称に配置された４つの周辺受光部と、前記４つの周辺受光部の配列のうち前記第２の軸と平行な２つの列により挟まれた中間領域に配置された中間受光部とを有し、前記光分離手段により分離された前記記録媒体からの反射光ビームを受光する光検出手段と、
前記記録媒体の記録面で反射され前記光分離手段を経て前記光検出手段に入射する光ビームに非点収差を発生させる非点収差発生手段と
を備えたことを特徴とする光情報記録再生装置。

一般に、光ディスクにおいては、透明基板上に記録面が形成されており、対物レンズを経て光ディスクに照射された記録用または再生用の光が透明基板を経て記録面上で集光されるようになっている。トラッキングエラーの検出は、例えばＤＶＤ装置では、十文字格子により４分割された受光部（田の字４分割型受光部）を用いた差動位相差法（ＤＰＤ法）が採用されている。一方、記録面におけるビームスポットが最小となるようにするために、フォーカスエラー検出を行うが、その検出方法としては、トラッキングエラー検出に用いる受光部と同じ受光部を利用できる方法である非点収差法が採用されることが多い。

ここで、（２）式に示したフォーカスエラー信号ＦＥは、非点収差法によるフォーカスエラー検出に用いられるものである。上記したように、ＤＶＤの再生時、図２４に示した光検出素子１９においては、メインスポット用受光部１９２のビームスポット１９６の形状が、合焦の程度に応じて円形となったり、長軸の方向が互いに異なる方向をなす様々な楕円形となったりする。これに応じて、（２）式より得られるフォーカスエラー信号ＦＥは変化する。より具体的には、合焦状態においては、メインスポット用受光部１９２の受光領域１９２Ａ，１９２Ｂ，１９２Ｃ，１９２Ｄのそれぞれからの出力信号はほぼ等しくなるため、フォーカスエラー信号ＦＥはほぼゼロとなる。また、合焦状態でないときには、ビームスポット１９６が楕円形となることから、メインスポット用受光部１９２における一方の対角線方向の受光領域１９２Ａ，１９２Ｃからの出力信号の和（ａ＋ｃ）と、他方の対角線方向の受光領域１９２Ｂ，１９２Ｄからの出力信号の和（ｂ＋ｄ）との間に差が生じる。この場合、両者の差の符号は焦点ずれ（デフォーカス）の方向に依存し、差の絶対値は焦点ずれの量に依存する。したがって、このフォーカスエラー信号ＦＥが零となるように対物レンズの移動制御を行うことにより、最良のフォーカシング状態が維持される。

上記のような光ヘッドに使用される対物レンズは、例えば図３に示したような構造を有している。なお、この図では、説明の便宜上、ＣＤの断面とＤＶＤの断面とを半分ずつ並べて図示している。この図に示したように、対物レンズ２７は、ＮＡが０．３８〜０．４４付近の領域に、周囲よりも窪んだ輪帯状の基板厚補正部２７Ａを有している。基板厚補正部２７Ａよりも内側の中央領域２７Ｂと、基板厚補正部２７Ａよりも外側の周辺領域２７Ｃとは、ＤＶＤ−ＲＯＭの基材厚（０．６ｍｍ）に対して最適な面形状となるように形成されている。一方、基材厚補正部２７Ａは、ＣＤの基材厚（１．２ｍｍ）に対して最適な面形状になるように設計され、ＣＤ再生時の収差を補正し得るようになっている。このような構造の対物レンズ２７は、図示しないレンズ駆動用コイルを備えたアクチュエータにより、ディスク面と直交する方向に駆動されるようになっている。

図３の対物レンズ２７を用いてＣＤを再生しようとした場合の波面収差は、例えば図４に示したようになる。この図で、横軸は対物レンズのＮＡを示し、縦軸は球面収差（単位ｍｍ）を示す。この図に示したように、対物レンズ２７を用いてＣＤを再生する場合の波面収差は、比較的球面収差の少ない近軸領域と、ＣＤ用に設計された輪帯領域（基材厚補正部２７Ａ）とが合成されて、実使用上問題のない程度に低減されている。また、ＮＡ０．４４以上の外周部は球面収差が大きいため、拡散して、非点収差法によるフォーカスエラー検出において通常用いられるような小さなサイズのメインスポット用受光部１９２（図２４）には入射しない。

図２６に示したように、ビームスポットが記録媒体のランド上にあるかグルーブ上にあるかによって、フォーカス引込範囲Ｓｐｐにおけるフォーカスエラー信号ＦＥは異なる値をとる。このため、フォーカスエラー信号ＦＥが零になる位置は、ビームスポットがランド上にある場合の対物レンズ位置ＸＬと、ビームスポットがグルーブ上にある場合の対物レンズ位置ＸＧの２か所存在する。一方、光ヘッドの動作を制御する制御部（図示せず）は、レンズ駆動用コイル（図示せず）に流す電流を制御して、フォーカスエラー信号ＦＥが零になるように対物レンズをディスクと直交する方向に駆動する。このため、ビームスポットがランドからグルーブへ移動したりグルーブからランドへと移動するたびに、対物レンズは位置ＸＬと位置ＸＧとの間を行き来することとなり、これがトラック横断ノイズとして現れることになる。このノイズは、デフォーカス、フォーカスサーボやトラッキングサーボにおける伝達特性の劣化、およびレンズ駆動用コイルの焼付きや破損等の不具合を生じさせる。なお、図２６で説明したようなトラッキング干渉現象がどのようなメカニズムにより生ずるかについては、十分な解析がなされていなかった。

ところが、このスポットサイズ法では、比較的大きな受光面積を有するメインスポット用受光部を必要とすることから、次のような不都合を伴う。すなわち、上記したように、対物レンズと受光部とを共通化して低コストな光ヘッドを実現するために輪帯状の基材厚補正部２７Ａを有する対物レンズ２７（図３）を用いて、スポットサイズ法によりフォーカスエラー検出をしようとした場合には、メインスポット用受光部が大きすぎることから、ＣＤ再生時に、周辺領域２７Ｃを通過して生じた拡散光をメインスポット用受光部が受光してしまう。一方、ＤＶＤ再生時には、輪帯状の基材厚補正部２７Ａを通過した拡散光をメインスポット用受光部が受光してしまう。このため、ＣＤおよびＤＶＤのいずれの再生時においても、再生信号ＲＦが劣化すると共に、フォーカスエラー信号等のサーボ信号も劣化してしまう。

【００２７】
【課題を解決するための手段】
本発明の光ヘッドは、光ビームを出射する光源と、光源から出射された光ビームを、所定のトラック案内構造を有する記録媒体の記録面に集光する対物レンズと、光源から出射された光ビームと記録媒体の記録面で反射された光ビームとを分離する光分離手段と、光分離手段により分離された記録媒体からの反射光ビームを受光する光検出手段と、記録媒体の記録面で反射され光分離手段を経て光検出手段に入射する光ビームに非点収差を発生させる非点収差発生手段とを備えた光ヘッドであって、光検出手段が、記録媒体のトラック案内構造によって発生する複数の回折パターンの配列方向と平行な第１の軸および垂直な第２の軸に関してそれぞれほぼ対称に配置された４つの周辺受光部と、４つの周辺受光部の配列のうち、第２の軸と平行な２つの列により挟まれた中間領域に配置された中間受光部とを備えたものである。

プリアンプ１５は、光ヘッド１２からの信号に基づいて、再生信号であるＲＦ信号と、再生対象の光ディスクの種類に応じたサーボ信号とを生成するようになっている。ＲＦ信号は、信号変復調・エラー訂正部１６に供給され、この信号に基づく復調および誤り訂正処理等の所定の処理が行われる。サーボ信号は、少なくとも、フォーカス引込信号、フォーカスエラー信号およびトラッキングエラー信号を含んでおり、サーボ制御回路１４に供給される。サーボ制御回路１４は、これらのサーボ信号に基づき、光ヘッド１２の動作を制御するようになっている。具体的には、フォーカス引込信号およびフォーカスエラー信号に基づいて、光ヘッド１２の対物レンズ２７（図２）を光軸方向に移動させるフォーカスサーボ制御が行われ、これにより、対物レンズ２７により集光された光ビームが常に光ディスク３０の信号記録面に合焦する状態が維持される。また、トラッキングエラー信号に基づいて、光ヘッド１２の対物レンズ２７を光ディスク３０の半径方向に移動させるトラッキングサーボ制御が行われ、これにより、対物レンズ２７により集光された光ビームが常に光ディスク３０のランドまたはグルーブ上に位置する状態が維持される。

ビームスプリッタ２４の内部には、光軸２１とほぼ４５度の角度をなす２つの光分離面が形成されている。これらの光分離面のうち、光ディスク３０に近い側に位置する光分離面には６５０ｎｍ用の偏光分離膜２４ａが形成され、光ディスク３０から遠い側に位置する光分離面には波長選択性膜２４ｂが形成されている。なお、ビームスプリッタ２４は、例えば、複数の光学プリズムと、これらの光学プリズムの間に蒸着やスパッタリングによって形成された誘電体多層膜とによって構成可能である。

半導体レーザ２２ａ，２２ｂは、半導体の再結合発光を利用した発光素子であり、このうち半導体レーザ２２ａは、ビームスプリッタ２４の偏光分離膜２４ａが形成された光分離面に対して、ほぼＳ偏光（偏光方向が入射面と垂直な直線偏光）となるレーザ光を出射するようになっている。偏光分離膜２４ａは、Ｓ偏光成分のほぼすべてを反射すると共に、Ｐ偏光成分のほぼすべてを透過させるようになっている。また、半導体レーザ２２ｂから発せられた波長７８０ｎｍの光は、波長選択性膜２４ｂにおいてその反射率に応じた光量が反射され、その透過率に応じた光量が透過されるようになっている。半導体レーザ２２ａから発せられて光ディスク３０で反射されて戻ってきた波長６５０ｎｍの光は、波長選択性膜２４ｂをほぼすべて透過し得るようになっている。

サイドスポット用受光部９３は、Ｘ軸によって、ほぼ同形同大の２つの受光部９３Ｅ，９３Ｆに分割され、サイドスポット用受光部９４は、Ｙ軸によって、ほぼ同形同大の２つの受光部９４Ｇ，９４Ｈに分割されている。

ＴＲＫ１＝（ａ＋ｃ）と（ｂ＋ｄ）との位相差信号 …（１０）
ＴＲＫ２＝（ａ＋ｍｗ＋ｃ＋ｍｙ）と（ｂ＋ｍｘ＋ｄ＋ｍｚ）との位相差信号
…（１１）
ＴＲＫ３＝｛（ａ＋ｄ）−（ｂ＋ｃ）｝
−Ｋ３｛（ｅ−ｆ）＋（ｇ−ｈ）｝ …（１２）
ＴＲＫ４＝｛（ａ＋ｄ＋ｍｗ＋ｍｚ）−（ｂ＋ｃ＋ｍｘ＋ｍｙ）｝
−Ｋ３｛（ｅ−ｆ）＋（ｇ−ｈ）｝ …（１３）
ＴＲＫ５＝（ｅ＋ｆ）−（ｇ＋ｈ） …（１４）

より具体的には、ＤＶＤの場合にはＴＲＫ１またはＴＲＫ２を用い、ＤＶＤ−ＲＡＭの場合にはＴＲＫ３またはＴＲＫ４を用い、ＣＤの場合にはＴＲＫ５を用いるのが好ましい。

ここで、フォーカスエラー信号ＦＣＳが本発明における「焦点誤差信号」の一具体例に対応し、係数調整設定部５８が本発明における「切替手段」の一具体例に対応する。

まず、光ディスク装置１の全体の動作を説明する。スピンドルモータ１１は、システムコントローラ１８およびサーボ制御回路１４によって制御されて、所定の回転数で回転する。光ヘッド１２は、再生用のレーザ光を光ディスク３０の信号記録面に照射し、戻り光を検出することによって情報を再生する。光ヘッド１２より出力される再生信号は、プリアンプ１５を介して信号変復調・エラー訂正部１６のエラー訂正部によってエラー訂正処理が施されると共に、信号復調部によって復調され、インタフェース４２を介して外部コンピュータ４１に送られ、あるいは、Ｄ／Ａ・Ａ／Ｄ変換部４４によってＤ／Ａ変換されてオーディオ入出力部４３より出力される。一方、サーボ制御回路１４は、システムコントローラ１８からの指示に基づき、スピンドルモータ１１および送りモータ１３の制御を行うと共に、光ヘッド１２からプリアンプ１５を介して入力されたサーボ信号に基づいて、光ヘッド１２の対物レンズ２７のフォーカシング動作およびトラッキング動作の制御を行う。

マルチレンズ２８に入射したＤＶＤ３０ａからの３本の反射光は、ここで、本実施の形態の焦点誤差検出方法によるフォーカスエラー信号を得るための非点収差（非点隔差）を付与され、光検出素子９に入射する。

光検出素子９では、マルチレンズ２８により非点収差を付加された３本の光は、メインスポット用受光部９２およびサイドスポット用受光部９３，９４上に入射し、それぞれにビームスポットを形成する。メインスポット用受光部９２の周辺受光部９２Ａ〜９２Ｄ、小受光部９２Ｍｗ，９２Ｍｘ，９２Ｍｙ，９２Ｍｚおよびサイドスポット用受光部９３，９４の受光部９３Ｅ，９３Ｆ，９４Ｇ，９４Ｈは、それぞれ、各照射光量に応じた信号を出力し、図６に示した演算回路４０に入力する。

６５０ｎｍ用５／４波長板２５を通過した３本の光ビームは、ビームスプリッタ２４に入射し、偏光分離膜２４ａを透過し、波長選択性膜２４ｂに入射する。波長選択性膜２４ｂは、その透過率に応じた光量だけ光を透過させ、半導体レーザ２２ｂからの往路光と分離する。波長選択性膜２４ｂを透過した３本の光ビームは、マルチレンズ２８に入射し、ここで非点収差を付加され、光検出素子９に入射する。

演算回路４０は、また、（１０）〜（１４）式に示した演算処理によりトラッキングエラー信号ＴＲＫ１〜ＴＲＫ５のいずれかを演算し、これをトラッキングエラー信号ＴＲＫとして出力する。具体的には、例えばＴＲＫ５がトラッキングエラー信号として用いられる。但し、その他の信号、例えばサイドスポット用受光部９３，９４の受光部９３Ｅ，９３Ｆ，９４Ｇ，９４Ｈからの出力信号も利用している（１２）式の信号ＴＲＫ３を用いるようにしてもよい。

一般に、非点収差法においては、図１２（Ａ）に示したように、戻り光路中の位置Ｐ１にあるマルチレンズ２８のシリンドリカル面の母線方向Ｄ１は、光ディスクのトラック（ランドまたはグルーブ）による回折パターンの配列方向Ｄ２に対して４５度をなす方向に設定される。このため、マルチレンズ２８によって、母線方向Ｄ１と直交する方向Ｄ０に非点収差が与えられる。ここで、光検出素子９のメインスポット用受光部９２（以下、単に受光部という。）を、非点収差を付加された方向Ｄ０における焦点位置Ｆ２と、これと直交する、非点収差を付加されない方向Ｄ１（マルチレンズ２８のシリンドリカル面の母線に平行な方向）における焦点位置Ｆ１のほぼ中間位置Ｐ２に配置したとすると、受光部面上のスポットは、合焦時にはほぼ円になり、フォーカス引込範囲Ｓｐｐ（図２６）に対応する領域の両端では焦線となる。このため、光検出素子９から得られるフォーカスエラー信号は、対物レンズ位置に対してＳ字型の曲線を描くことになる。

《第２の原因に対する対策》
以上の考察を踏まえ、本実施の形態では、メインスポット用受光部９２の中間受光部９２Ｍにおける４分割された小受光部９２Ｍｗ，９２Ｍｘ，９２Ｍｙ，９２Ｍｚからの出力信号から、トラック横断による干渉領域５１の強度変化情報が得られることに着目し、上記のフォーカスエラー信号ＦＣＳ１に含まれる光ヘッドの非点収差による「トラック横断ノイズ」を、小受光部９２Ｍｗ，９２Ｍｘ，９２Ｍｙ，９２Ｍｚからの出力信号によってキャンセルするようにしている。より具体的には、上記演算式（７）により演算されたフォーカスエラー信号ＦＣＳ２を用いてフォーカス制御を行う。この場合には、図６において設定信号ＳＥＴによってＫ２＝０と設定することにより、フォーカスエラー信号ＦＣＳとしてＦＣＳ２を採用すればよい。

なお、本実施の形態において使用した光検出素子９における受光部パターンは、フォーカスエラー検出に非点収差法を用いると共にトラッキングエラー検出に差動位相差法および３ビーム法を用いる従来の光ヘッドの光検出素子１９（図２４）における受光部パターンと比べて、分割数が増えた点が異なるのみである。このため、図６に示した演算回路４０において、単にＫ１＝０，Ｋ２＝０と設定することにより、従来のフォーカスエラー信号ＦＥを生成することが可能となり、従来のシステムとの互換性を確保することが容易である。但し、予め、フォーカスエラー信号ＦＥと本実施の形態に係るフォーカスエラー信号ＦＣＳ１〜ＦＣＳ４とをすべて演算しておき、光ディスクの種類等に応じて、所定のモード切替信号によって、これらの中からいずれか１つを選択して出力するように構成してもよい。

また、本実施の形態によれば、非点収差法の場合と同等の小さい受光部（メインスポット用受光部９２）によってフォーカスエラー検出が実現可能であるので、ＤＶＤとＣＤとの互換性の確保等のために、例えば輪帯状の基材厚補正部を有する対物レンズ２７（図３）を用いて光学ヘッドを構成した場合でも、受光部が不要な拡散光をも受光してしまう不都合を効果的に防止することができ、信号劣化を抑制することができる。

以上、いくつかの実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形および応用が可能である。例えば、上記実施の形態では、中間受光部９２Ｍを４つの小受光部９２Ｍｗ，９２Ｍｘ，９２Ｍｙ，９２Ｍｚに分割するようにしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、フォーカスエラー信号として（６），（８）式に示したＦＣＳ１またはＦＣＳ３を用いると共にトラッキングエラー信号として（１０），（１２）式に示したＴＲＫ１またはＴＲＫ３を用いるようにした場合には、中間受光部９２Ｍの個々の小受光部９２Ｍｗ〜９２Ｍｚからの出力信号は必要ない。したがって、この場合には、メインスポット用受光部９２の中間受光部９２Ｍを４つに分割せず、図２３に示したように、単一の中間受光部９２Ｍのままとし、そこからの出力信号を用いて（６），（８），（１０）または（１２）式による演算をすればよい。

特に請求項１３記載の焦点誤差検出方法によれば、中間受光部を、第１の軸および第２の軸によって４つの小受光部に分割し、中間受光部の４つの小受光部からそれぞれ出力される信号を基に、定数倍されるべき検出信号を求めるようにしたので、中間受光部における受光状態をより詳細に知ることができるという効果を奏する。

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