JP2005100483A - 光情報記録装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 書換型光ディスク装置や光学情報記録再生装置において、再生信号検出器の位置ずれや、光学系の残存収差によらず、正しい最適点へ光学系を自動調節すること。
【解決手段】 球面収差と焦点深度は、トラッキング誤差信号振幅（PP 振幅）を用いて同時に粗調整し、再生信号振幅（RF 振幅）を用いて微調整する。
【効果】 正しい球面収差の最適点へ調整できるため、再生する信号の信頼性を向上することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光ディスク装置、光ディスク媒体、及び光を用いて記録媒体に情報を記録／再生する光情報記録装置で、特に、球面収差の補正機能を備えた光学情報記録装置に関係する。
光ディスクや光学記録媒体の高密度化につれ、光学系の開口数を大きくし、より短波長の光を用いるために、レンズや記録媒体の製造公差による収差の問題が大きくなっている。例えば、同じ波長の光であっても、記録媒体のカバー層厚の公差による球面収差は、開口数の４乗に比例して、急激に大きくなる。また、より短波長の光を用いることによって、同じ製造公差でも、波長λに反比例して、収差の影響が大きくなる。
これらの要因のため、近年の高密度化した光情報記録装置の光ヘッドにおいては、球面収差補正の機能を備えることが必要になっている。なお、本願明細書では、記録媒体に対し光を照射する手段と、記録媒体からの光を受光する手段によって、記録媒体に対して情報の記録または再生を行う装置を、一般的に光情報記録装置を呼ぶことにする。
光情報記録装置では、レンズの焦点を自動調節すると同時に、球面収差を自動的に調節する必要がある。球面収差量を調節すると、レンズの見かけ上の焦点（最適な焦点距離）が若干変化し、ずれるため、最適な調整状態とするためには、球面収差量と焦点深度（デフォーカス）を同時に変化させながら調節しなければならない。
球面収差量と焦点深度のどちらが正しく最適点に合っていなくても、光スポットは、高密度記録に必要な、十分な小ささにまで絞れない。また、球面収差量も焦点深度も、製造公差により、レンズの非点収差や、光検出器の位置ずれがあると、検出信号のゼロ点がずれるため、正しい最適点が、信号電位だけでは判断できなくなる。そこで、最適点を、球面収差量と焦点深度とを同時に変化させながら、２次元的に探索する必要が生じる。
この２次元的な、球面収差と焦点深度の方法として、特開２００２−３２４３２８のように、各値を縦横に４方向、８方向に二次元探索する方法が提案されているが、探索に時間がかかり、例えば光ディスク装置（ドライブ）に、媒体を挿入してから、使えるようになるまでの待ち時間が長いという問題点があった。
本発明の第１の目的は、この問題点を克服し、例えば光ディスク（媒体）を光ディスク装置（ドライブ）に挿入してからの、球面収差と焦点深度の調整を、できるだけ高速化し、待ち時間の短い光ディスク装置（光情報記録装置）を提供することにある。
また、従来提案されていた方法では、未記録のディスク（媒体）が挿入された場合、マークが記録された部分がないために、再生信号振幅（RF 振幅）により、製造公差の影響を受けずに、正しい最適点へ調整できないという問題点があった。
本発明の第２の目的は、上記問題点を克服し、未記録のディスク（媒体）が挿入された場合でも、上記球面収差補正と焦点深度を、同時に正しく最適点へ調節できる光ディスク装置（光情報記録）を提供することにある。
また、これらにより、製造公差の制限を緩和し、より安いコストで大量の情報を記録／再生できる、信頼性の高い情報再生の可能な光ディスク装置（光情報記録装置）を安価に提供することが課題である。
特開２００２−３２４３２８
本発明では、球面収差と焦点深度は、トラッキング誤差信号振幅（PP 振幅）を用いて同時に粗調整し、再生信号振幅（RF 振幅）を用いて微調整する。このとき、トラッキング誤差信号振幅は、球面収差量を変化させると、最大値となる焦点深度の位置も変わるため、この球面収差量に対する焦点深度の変化量の比に応じて、あらかじめ球面収差量と焦点深度を一定比で同時に変化させることで、二次元探索に要する時間を短縮する。
また、未記録の光ディスク（光記録媒体）を用いた場合の、球面収差量と焦点深度の調節では、再生信号振幅がでないので、トラッキング誤差信号振幅がほぼ最大となる点まで調節できた時点で、一度マークを媒体上に書込み、書込まれたマークから得られる再生信号を利用して、球面収差と焦点深度を正しい最適点へ微調整する。
その具体的な構成としては、再生信号の振幅検出手段と、トラッキング誤差信号の振幅検出手段と、球面収差量の可変補正手段と、対物レンズの焦点深度の可変制御手段を備える、光情報記録装置において、トラッキング誤差信号振幅の最大値探索において、焦点深度と球面収差補正量を、トラッキング誤差信号振幅検出の前後で、光学系の特性により決まる定数比（数式＜範囲）で共に変化させて、球面収差と焦点深度を自動調整する。理想的には、その比の値として、
Figure 2005100483
より求まるΔｔとΔｚの比の値の±６０％以内の値を用いる。但しｎは記録媒体の透明層の屈折率、ＮＡは対物レンズの開口数、Δｔは球面収差の補正量で、Δｚは、対物レンズの焦点深度のシフト量（デフォーカス量）である。
前記球面収差と焦点深度の調整において、焦点深度と球面収差補正量の二次元プロット上で、トラッキング誤差信号振幅の最大値探索で斜め方向に探索を行い、再生信号振幅の最大値探索で縦横方向に探索する。
書換型の光記録媒体に対しては、トラッキング誤差信号の振幅を増加させるよう調整した後に、マークを記録し、その後再生信号の振幅を最大化するよう調整して、球面収差調整する。
その際、記録するマークのパターンとして、データ領域のトラック間隔の２倍〜４倍のマーク間隔となるマークの繰返しパターンを用いる。
また、前記調整のために記録したマークは、再生信号の振幅最大化の調整の後に消去する。
また、媒体の記録再生する情報の位置に応じて、あらかじめ内周と外周、または媒体の両端で、球面収差を測っておき、線形内挿で計算して、適した焦点深度と前記球面収差量の補正制御量を設定する。具体的には、非回転型の記録媒体を用いる場合には、媒体の四隅における前記球面収差量の補正制御量の最適値（と前記対物レンズの焦点深度の最適値）を、記憶する手段を有し、記録再生する情報の四隅からの距離の比に応じて、前記両端の最適値の値を内挿して、前記焦点深度と、前記球面収差量の補正制御量とする。
回転型の記録媒体を用いる場合には、媒体の内周と外周における前記球面収差量の補正制御量の最適値（と前記対物レンズの焦点深度の最適値）を、記憶する手段を有し、記録再生する情報のトラック位置に応じて、前記内周と外周の最適値の値を内挿して、前記焦点深度と、前記球面収差量の補正制御量とする。
記録媒体に多層記録媒体を用いた場合には、 媒体の記録再生する情報の位置に応じて、あらかじめ内周と外周・または媒体の両端で、各層の球面収差を測っておき、線形内挿で計算しておいて、ジャンプ直前にオフセットを加算しておく。（層間ジャンプ時に、前記内周外周の内挿値を利用する。）
具体的には、最上層と最下層の前記球面収差量の補正制御量の最適値を記憶する手段を有し、複数の記録層間を移動する際に設定する球面収差量の補正制御量として、移動先の層の位置における前記球面収差量の前記最適値の内挿値を用い、複数の記録層間を移動する際に設定する球面収差量の補正制御量として、移動先の層の内周と外周における前記球面収差量の最適値の内挿値を用い、その内挿値へ、ジャンプ前に変化させる。
また、これらにおいて、初期化済み（記録済み・フォーマット済み）のディスク（記録媒体）が挿入された場合は、再生信号振幅の最適化から開始し、未初期化の記録媒体が挿入された場合はトラッキング誤差信号振幅の最適化調整から開始する。
組立て公差や光学部品の収差があっても、正しい球面収差の最適点へ調整できるため、再生する信号の信頼性を向上することができる。また、本発明では、未記録（未初期化）の書換型光ディスク媒体（記録媒体）に対しても、正しい最適点へ調整できるため、幅広い種類の記録媒体の記録再生ができる。また、本発明では、球面収差調整時に、焦点深さの最適点がずれることを先取りして調整できるため、媒体挿入後の調整の待ち時間を短縮でき、すぐに操作できる。
これによって、高記録密度・高信頼で、対応記録媒体種類が多く、操作性の良い光ディスク装置を、安価に提供できる。
以下、本発明の実施の形態を、図１〜図２１を用いて説明する。理解を容易にするため、各図において、同じ作用を示す部分には同じ符号を付して説明する。
書換型光ディスクの球面収差／焦点深度調整方法
本発明による、球面収差補正機能を備える光ディスク装置（光情報記録装置）の全体構成例について、図１〜７を用いて説明する。
まず、図２に、本発明による、球面収差補正機能を備える光ディスク装置（光情報記録装置）の全体構成例を示す。
（光学系の全体構成）
記録媒体である光ディスク８は、回転サーボ回路９によって回転速度が制御されたモータ１０上に取付けられている。この媒体に対して、レーザ駆動回路１１により駆動された半導体レーザ１２からの光を照射する。半導体レーザ１２の光は、コリメートレンズ１３とビーム整形プリズム１４を通過した後、反射鏡１５により向きを変え、ディスク８へ向けて導入される。反射鏡１５にて反射された光は、偏向ビームスプリッタ１６と、液晶収差補正素子１７と、λ／４板１８を通過して、対物レンズ１９により、ディスク８上に集光照射される。対物レンズ１９はアクチュエータ２０上に取付けられており、焦点位置を、トラッキングサーボ回路２１の信号によってトラック方向に、焦点サーボ回路２２の信号によって焦点深度方向（フォーカス方向）に、それぞれ駆動できるようになっている。また、この時、液晶収差補正素子１７によって、ディスク８の基板厚誤差や対物レンズ１９によって生じる球面収差が補正される。球面収差補正素子は、球面収差補正駆動回路２３の制御電圧に応じて、光束の内周と外周で異なる屈折率分布を生じ、波面の進みと遅れを補償して、球面収差を補償する。球面収差が補正されることで、集光された光スポットを、十分小さく絞ることができる。この光によって、ディスク８上に記録された微細なマークパターンを読み取ったり、マークパターンを記録したりする。ディスク８によって照射されたうち一部の光が反射され、再び対物レンズ１９、λ／４板１８、液晶収差補正素子１７を通過して、偏向ビームスプリッタ１６によって、今度はシリンドリカルレンズ２４の方向に分離される。分離された光は、シリンドリカルレンズ２４、集光レンズ２５を通り、四分割光検出器２６にて検出され、電気信号に変換される。この電気信号を、光電流アンプ２７で増幅し、この信号を元に加減算して、トラッキング誤差信号生成回路２８にてトラッキング誤差信号を、フォーカス誤差信号生成回路２９にてフォーカス誤差信号を、再生信号生成回路３０にて再生信号を生成する。トラッキング誤差信号は、トラッキング誤差信号振幅検出回路３２によって、その信号振幅が検出され、出力される。また再生信号は、再生信号振幅検出回路３３にて、その信号振幅が検出され、出力される。これらの信号振幅の信号を元に、補正量生成回路３４にて検出する。上記の構成は、球面収差補正に関する部分（液晶収差補正素子１７・球面収差補正駆動回路２３・補正量生成回路３４）を除けば、一般的な光ディスク装置の構成と同じである。
一方、得られたトラッキング誤差信号は、また、トラッキングサーボ回路２１に供給され、対物レンズ１９のトラック方向の位置を制御する。フォーカス誤差信号は、デフォーカス量加算回路３１によって、デフォーカス信号（焦点深度の補正量信号）が加算された後、焦点サーボ回路２２に供給され、対物レンズ１９の焦点深度が制御される。再生信号は、また、等価回路３５、レベル検出回路３６、同期クロック生成回路３７を経て、複号回路３８にて記録された元のデジタル信号に変換される。これらの一連の回路は、主制御回路３９によって統括的に制御される。
補正量生成回路３４では、トラッキング誤差信号振幅と、再生信号振幅を検知して、球面収差の補正量信号と、デフォーカス信号を生成する。次に、この補正量生成回路３４の動作を説明する。
（球面収差の補正量生成回路）
補正量生成回路３４は、トラッキング誤差信号振幅と、再生信号振幅の振舞いから、正しい球面収差補正量と、デフォーカス量を生成する働きをしている。なお、デフォーカス量とは、焦点深度の補正量であり、フォーカス誤差信号がゼロとなる点からどれだけずれた点へフォーカスを合わせるかという、焦点深度オフセット量のことである。以下では、この焦点深度のオフセットのことを、デフォーカスと呼ぶことにする。
球面収差が生じた場合の、トラッキング誤差信号振幅と、再生信号振幅の振舞いを、図３〜図４に示す。なおこれらは、光学計算により、理想的な状態を求めたものである。
図３は、トラッキング誤差信号振幅の、球面収差量と焦点深度に対する変化である。分布は斜め方向に細長いピークを持つ、山脈状の分布となっている。これは、焦点深度が正しく合っていない場合、球面収差が補正された正しい合焦点位置とは異なる所で、トラッキング誤差信号がピークとなることを示している。従って、正しい合焦点位置へ調整するためには、球面収差量と焦点深度を、両方同時に調整しながら、細長くなだらかなピークの頂上（トラッキング誤差信号振幅の最大値）へ向けて調整する必要があることを示している。但し、トラッキング誤差信号振幅は、ディスクの回転で、場所によってムラが生じやすいため、この調整だけでは十分な調整ができない場合が多く生じる。また、ピーク頂上の位置が、光学系の球面収差以外の他の収差（非点収差等）によって、正しい合焦点位置からずれる場合がある。
一方、図４は、再生信号振幅の、球面収差量と焦点深度に対する変化である。分布は中央にやや鋭いピークを持ち、周囲に多くの小さな偽ピークがひしめく分布となっている。中央ピークは、斜めではないことから、ピーク中央付近では、正しい合焦点位置を探しやすい。従って、正しい合焦点位置へ調整するためには、球面収差量と焦点深度を交互に調整しながら、ピークの頂上（再生信号振幅の最大値）へ向けて調整ればよいことが分かる。ピーク頂上の位置は、他の収差（非点収差等）があっても、比較的正しい合焦点位置に安定している。但し、未記録ディスク（未初期化・未フォーマットのディスク）では、まだマークが書き込まれていないため、この再生信号振幅が検出できない。
従って、未記録ディスクでも正しく球面収差が調整できるためには、まず図３のトラッキング誤差信号振幅の最大値を探して、球面収差量と焦点深度を、両方同時に調整し、大まかに調整できたところで、再生信号の元となるマークを書込み、そのマークの再生信号を利用して、図４の再生信号振幅の最大値を探して、球面収差量と焦点深度を調整するという、二段階の調整が必要となる。この手順を図５（フローチャート）に示す。
主制御回路３９からの信号に基いて、上記の手順で二段階の調整を行うのが、補正量生成回路３４である。焦点深度の変化量として、デフォーカス信号を出力し、球面収差の補正量信号は、球面収差補正駆動回路２３へ出力する。球面収差の補正量信号と、デフォーカス信号を、上記の手順によって、トラッキング誤差信号振幅を最大化するように、両方同時に調整し、次に、マークの記録後に、再生信号振幅を最大化するよう、交互に調整することによって、球面収差が補正された正しい合焦点位置へ光学系を調整し、全体として球面収差が正しく補正制御される。
なお、球面収差の補正量信号とデフォーカス信号の調整法としては、例えば二次元探索の手法を用いればよい。本調整における二次元探索の手順の例については、次以降の実施例にて述べる。
（効果・補足）
本手法では、記録媒体（光ディスク８）として、未記録状態でマーク（またはピット）が形成されていない媒体を用いることができるため、予め記録マーク（ピット）の形成が不要であり、低コストであるという利点がある。
また、本手法では、球面収差補正以外の光学系の構成は従来と同様であることから、これらの光ヘッドにおいて、従来光学系と同様の部品や回路をそのまま使えるため、低コストであるという利点がある。
また、トラッキング誤差信号振幅によって粗調整することで、再生信号振幅の中央ピーク付近に予め合わせておくことができるため、再生信号振幅の最大値探索時に、偽ピークに収束することを防ぐことができため、調整が高信頼化できるという利点がある。
また、球面収差以外の他の収差があった場合でも、再生信号振幅によって再調整するために、他収差によるトラッキング誤差信号振幅のピーク頂上の位置ずれがあった場合でも、正しい合焦点位置へ光学系を自動調整でき、調整が高信頼化できるという利点がある。
即ち、書換え型の光記録媒体に対し、トラッキング誤差信号振幅を最大化するよう調整した後に、マークを記録し、そのマークの再生信号振幅を最大化するよう調整する、という二段階の手順で調整することで、低コストに、高信頼な自動調整ができる。
なお、上記の四分割光検出器２６に、トラッキング誤差信号検出用の光検出器面を追加した、差動プッシュプル方式で、本方法を用いることもできる。差動プッシュプル方式では、前記トラッキング誤差信号に代えて、トラッキング誤差信号と追加光検出器面の信号の和差により生成される差動プッシュプル信号を用いる。これまでに述べたトラッキング誤差信号の特性は、差動プッシュプル信号でも同様である。従って、本方法は、差動プッシュプル方式でも同様に使用可能である。
また、調整のために記録した前記マークは、前記調整の後に上書きまたは消去するとよい。この手順を図６（フローチャート）に示す。この様にすることで、調整時の一時的なマークの書込みによる情報書換えの不具合をなくすことができる。
また、上記には、光ディスクを想定した、回転型の記録媒体を用いた例を示したが、カード型のような、非回転型の記録媒体に対する情報記録再生の場合についても、上記手法と効果は同様である。非回転型記録媒体の場合は、トラッキング誤差信号とは、データが（記録媒体上で）一線上に整列されて記録／再生される時、上記整列された一線の中心からのずれ量を得る信号とすればよい。カード型媒体上に、光ディスク同様に記録膜上に溝構造を形成すれば、上記回転型光ディスクと同様のトラッキング誤差信号が得られる。図に示したヘッドおよび回路の構成はそのまま適用できる。
また、球面収差の補正手段として、液晶収差補正素子１７を用いた例を上記には示したが、液晶補正素子に代えて、レンズの組合せを用いることもできる。図７は、球面収差の補正手段として、可動凸レンズ６と凹レンズ７の組合せを用いた場合の構成例である。この場合、可動凸レンズ６を球面収差補正駆動回路２３の出力に応じ比例して変位させることで、基板厚の違いにより生じる球面収差を、レンズ間距離の変化により生じる実効的な焦点距離の変化を利用して、焦点位置の補正という形で補償できる。なお、この場合でも、上記の球面収差と焦点深度の調整手順は、変更なくそのまま適用できる。
また、上記では、未記録のディスクでも適用で切る球面収差補正の手順を示したが、すでに記録済（初期化済）のディスクに対して球面収差調整を行う場合は、すでに記録されているマークの再生信号が検出できるため、直接、再生信号振幅の調整から始めることができる。従って、図１（フローチャート）の手順のように、調整の最初に、再生信号を検出し、記録済か未記録であるかを判定することによって、トラッキング誤差信号振幅の調整から開始するか、再生信号振幅の調整から開始するか、処理を振り分けることで、記録済のディスクに対する調整時間を短縮することができ、かつどちらのディスクに対しても正しい球面収差調整ができる。本方法は、二回目以降に使用するディスクに対する球面収差の調整時間を短縮できるという利点がある。
二次元探索の方法
次に、本発明による、球面収差／焦点深度調整の二次元探索の手順の例について、図８〜図１５を用いて説明する。
（トラッキング誤差信号振幅の二次元探索方法）
以下、図８〜図１１を用いて、トラッキング誤差信号振幅の最大化探索の手順を説明する。
まず、図８に、先に図３に示したトラッキング誤差信号振幅の分布を、中央付近を拡大して等高線図としたものを示す。なお、先に示した図３とは球面収差量の軸の正負を反転しているため、みかけの傾きが逆になっている。
実施例１にて述べたように、トラッキング誤差信号振幅の分布は、球面収差量と焦点深度に対し、斜め方向に細長いピークを持つ、山脈状の分布となっている。
分布は斜め方向に細長いピークを持つ、山脈状の分布となっている。従って、球面収差量に応じ、ピークが最大値をとる焦点深度が異なっている。このため、ピークの探索時には、球面収差量を変化するたびに、焦点深度を変えて、斜め方向に最大となる点を探して比較しなければならない。
例として、図の白丸（ａ）の位置を探索の始点とすると、最初に球面収差量を変化させて、トラッキング誤差信号振幅が最大となる（ｂ）の点を探す。（ｂ）はすでに山脈の峰の上にあるため、ここから焦点深度のみを調節すると、左右（ｂ１）（ｂ２）のどちらに変化しても、（ｂ）よりもトラッキング誤差信号振幅が小さくなる。従って、（ｂ）よりもトラッキング誤差信号振幅が大きくなる点を見つけるためは、（ｃ）（ｃ'）のように斜め方向に動く必要がある。（ｃ）からさらに振幅が大きくなる（ｄ）、（ｄ）から（ｅ）を見つけて、振幅の最大値となるピーク頂上を見つける。
このように、トラッキング誤差信号振幅の二次元探索で、正しく探索するためには、基板厚誤差と焦点深度について、二次元的に斜め方向へ、信号振幅のより大きな方を探索する手順を含むことが必要となる。この探索では、図８の矢印のように、上記二次元プロット上で、（ｂ）→（ｃ）、（ｄ）→（ｅ）のように、斜め方向に動く軌跡となる。これを、斜め方向に探索する、と呼ぶことにする。
トラッキング誤差信号振幅の検出では、通常、ディスクの一回転内で、回転角度によって、部分的にディスクの反りがあるなどの原因によって、焦点の合う部分と合いにくい部分ができ、一周内のトラッキング誤差信号振幅にムラがあることが多いことから、一周全体を正しく検出できるよう、一回の振幅の検出に、ディスクの回転「一周」分待つことが多い。このため、検出点数が多いほど、探索（調整）に時間がかかる。従って、上記の様に、一回の検出で、直接斜め方向を探索することで、探索にかかる時間を短縮できる効果は大きい。
なお、上記におけるトラッキング誤差信号振幅の最大化とは、完全に最大値でなくともよい。図８の中央ピークの強度（十字の中心での強度）は０．６２６（任意強度）であるが、図８より分かる通り、振幅０．６０以上に調整できていれば、正しい合焦点位置から、残球面収差量８μｍ（基板厚換算）以内、デフォーカス誤差±０．７μｍ以内に収められる。トラッキング誤差信号振幅による調整で、この範囲に誤差を収められれば、後の再生信号振幅の分布において、中央ピークの裾野の中に入っており、再生信号振幅の最大値探索で正しいピーク頂上に収束できる。即ち、完全に最大値でなくとも、最大値の９６％以上に調整できていれば、本願明細書に記載した期待の効果が得られる。これを含めて、振幅を増加させるよう調整することを、本願明細書で「最大化」と呼ぶことにする。
探索時、斜め方向の傾きが、理想的な傾きからずれた場合は、図９より、傾きの比の値が、正しい比の値の±６０％の範囲に収まれば、収束速度は４方向探索の倍以上得られる。また、理想的な傾きから、±２５％の範囲に収まれば、収束速度は最速時（±０％時）の半分以上は保てる。従って、斜め方向の傾きとしては、正しい比の値から、これらの範囲に収まっていることが望ましい。
理想的には、この斜め方向の傾きは、例えば、次の比例式より得ることができる。
Figure 2005100483
但し、Δｚはディフォーカス量、Δｔは基板厚誤差、ｎは基板の屈折率、ＮＡはレンズの開口数である。これは、基板厚誤差Δｔの生じる球面収差による、開口数ＮＡに相当する瞳半径までの均一な光分布を仮定した場合の、近軸像点（ガウス像点）と理想像点の差としてΔｚを求めたものである。これは、ｎ＝１．６、ＮＡ＝０．８５の時、
Figure 2005100483
となり、一定の係数で比例する、定数比の関係となる。基板厚誤差１４．５μｍに対し、焦点深度１μｍの比率で、相当する球面収差量とディフォーカス量を、同時に変化させて補正駆動すれば、ほぼトラッキング誤差信号振幅の最大となる山脈状の峰上を外れることなく移動できることになる。ただし、上記の式が成立つのは、レンズに入射される光束の光量分布が均一な場合であり、分布が不均一な場合には、実質的な開口数（ＮＡ）の値が（主に）小さくなるために、値が変化する。また、トラック間隔と光スポットの分解能の比によっても影響を受ける。このため、例えば、実際の光ヘッドでは、上記の比の値（１４．５）が、実際には２５付近と、倍半分近い値まで変化する場合がある。従って、上記の数式より得られる値は参考値であり、実際の傾きの比の値には、個々に設計された光ヘッドに対し、実測で値を求めたものを用いる。
次に、球面収差以外の収差が、光学系の部品誤差や位置調整誤差によって発生した場合の、トラッキング誤差信号振幅の分布の等高線図を、図１０〜図１１に示す。図１０は非点収差、図１１はコマ収差が生じた場合の分布であるが、非点収差が生じた場合に、分布のピークの中心が、左側にずれており、ピーク頂上（トラッキング誤差信号振幅の最大点）に調整しても、正しい合焦点位置に調整できない場合があることが分かる。従って、次に述べるような再生信号振幅による調整が必要になることが分かる。
本手法では、球面収差調整の第一調整である、トラッキング誤差信号振幅の最適点の探索において、調整を高速化することができるため、ローディング直後または初期化時の待ち時間を短縮できるという利点がある。
（再生信号信号振幅の二次元探索方法）
次に、図１２〜図１５を用いて、トラッキング誤差信号振幅の最大化探索の手順を説明する。
まず、図１２に、先に図４に示した再生信号振幅の分布を、中央付近を拡大して等高線図としたものを示す。
実施例１にて述べたように、再生信号振幅の分布は、球面収差量と焦点深度に対し、中央にやや鋭いピークを持ち、周囲に多数の小さな偽ピークがある。中央ピークは、斜めではないことから、球面収差量と焦点深度を独立して交互に変化させて調整することで、正しい合焦点位置（中央ピークの頂上）が探せる。
例として、図の白丸（ｅ）の位置を始点として探索すると、最初に球面収差量を変化させて、再生信号振幅が最大となる（ｆ）の点を探す。ここから焦点深度のみを調節すると、よりピーク頂上に近い（ｇ）の点が、より再生信号振幅が大きな点として見つかる。このように、探索の始点が中央ピーク付近に合っていれば、より再生信号振幅が大きくなるように、球面収差量と焦点深度を交互に変化させることで、振幅が最大となるピークの頂上へ調節することができる。従って、正しい合焦点位置へ調整するためには、球面収差量と焦点深度を交互に調整しながら、ピークの頂上（再生信号振幅の最大値）へ向けて調整ればよいことが分かる。このように、再生信号振幅の二次元探索では、基板厚誤差と焦点深度について、単純に交互に調整することで、ほぼ最速の探索ができる。このような交互の調整は、図４の矢印のように、上記二次元プロット上で、縦横に動く軌跡となる。これを、縦横方向に探索する、と呼ぶことにする。
次に、球面収差以外の収差が、光学系の部品誤差や位置調整誤差によって発生した場合の、再生信号振幅の分布の等高線図を、図１３〜図１４に示す。図１３は、非点収差、図１４はコマ収差が生じた場合の分布であるが、今度は、これらの収差があっても、分布のピークの中心は、グラフの中心にほぼ一致しており、ピーク頂上（再生信号振幅の最大点）に調整することで、正しい合焦点位置に調整できることが分かる。従って、再生信号振幅で微調整すれば、トラッキング誤差信号振幅による粗調整で生じていた誤差を正しく修正できることが分かる。
次に、この再生信号を得るために書込むマークのパターンの周期を変化させた場合の、再生信号振幅の分布の等高線図を、図１５（ａ）〜（ｄ）に示す。これらの図は、マーク部とスペース部（マークを記録しない部分）の長さの比を１：１とし、繰返しパターンとして記録した場合の再生信号の振幅で、マーク周期（マーク部とスペース部の長さの和）を図１５（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）のように、トラック間隔の１．５倍、２倍、４倍、６倍と変化させた場合の分布である。トラック間隔は、通常、光スポット径よりも１〜２割小さい値とするのが、記録密度的に効率が良く、一般的である。従って、一般の光ディスク装置または光記録媒体では、データ領域のトラック間隔は、光スポットの分解能を反映した値となっている。
マーク周期の短い図１５（ａ）では、分布がやや斜めとなっているため、トラッキング誤差信号振幅の二次元探索と同様の理由で、球面収差量と焦点深度を交互に調整する、上記の調整の手順では、若干探索速度が落ちる。一方、マーク周期の長い、図１５（ｄ）では、分布のピーク中心（頂上：最大点）が、グラフの中心よりも、若干右下側にずれている（正しい合焦点位置からずれている）ことが分かる。従って、再生信号振幅の最大値を探索して、正しい合焦点位置を探す場合、記録するマークの長さには、トラック間隔の２〜４倍程度が適していることが分かる。また、この付近において、ピーク周囲の線の密度が高く、球面収差量と焦点深度の変化に対する、再生信号振幅の変化も大きいことから、調整感度が高く、調整がやりやすくなることが分かる。最も良いのは、２倍と４倍の中間にあたる、３倍付近であった。
従って、記録するマークの周期を適した長さに設定し、記録するマークのパターンとして、データ領域のトラック間隔の２倍〜４倍のマーク間隔となるマークの繰返しパターンを用いることで、再生信号振幅の最大化探索で、正しい合焦点位置へ簡易に調整できる。これにより、調整感度が高くなり、ノイズ等の影響を受けにくくなることによって、調整のための制御の仕組みを低コスト化できるという利点がある。
なお、上記において、トラック間隔を、マークの長さの基準と考えたのは、トラック間隔が、通常、光スポット径を反映したものとなっているため、光スポットの分解能の基準の一つとして見ることができることによる。
以上のように、球面収差と焦点深度の調整においては、図８〜図１５に示したような焦点深度と球面収差補正量の二次元プロット上で、トラッキング誤差信号振幅の最大値探索では斜め方向に探索を行い、再生信号振幅の最大値探索では縦横方向の探索に切り替えることで、共に探索の時間を短く抑えることができ、かつ調整の信頼性が確保できる。
（効果・補足）
以上のように、トラッキング誤差信号振幅の分布と、再生信号振幅の分布には、形状の違いがあるために、両者の最大値探索において、探索法を切り替えることが、調整の高速化につながる。前記球面収差と焦点深度の調整において、焦点深度と球面収差補正量の二次元プロット上で、トラッキング誤差信号振幅の最大値探索で斜め方向（二軸に対し斜めとなる方向）に探索を行い、再生信号振幅の最大値探索で縦横方向（二軸と垂直／平行な方向）に探索することで、全体として確実で高速な光学系の調整ができる。
本手法では、未記録の記録媒体に対応し、球面収差調整を高信頼化した上で、全体としての調整を高速化することができる。これによって、球面収差量と焦点深度を、効率よく調節することができ、光軸の調整に要する時間を大幅に短縮できるという利点がある。また、それによって、ローディング直後または初期化時の待ち時間を短縮できるという利点がある。）
なお、球面収差と焦点深度に加えて、チルト（光ヘッドと記録媒体の相対傾き）の調整が加わる場合があり、その場合、チルト（二自由度）の調整を加えた三次元／四次元の探索となる構成も可能だが、その場合は、例えば四自由度のうち、球面収差量と焦点深度の二自由度を抽出して二次元プロットとした場合に、上記と同様、球面収差量と焦点深度について、斜め方向、縦横方向の探索を行えばよい。
また、本手法では、ディスク光学系の非点収差によらず、正しい最適点へ球面収差調整できるため、媒体として、収差の生じやすい厚いプラスチック層（カバー層、基板層）を持つものが利用できる。収差によらず、安定した光スポットが得られるため、より高密度に記録できるという利点がある。
（実施例３：内挿値による球面収差調整）
次に、図２と、図１６〜図２１を用いて、記録媒体の情報記録場所によって媒体の透明層の厚さが変化した場合の球面収差補正を備えた光情報記録装置の構成例を説明する。
（記録層一層のみ又は同一記録層内の補正）
まず、図１６〜図１７を用いて、記録層が一層、または同一記録層内の、記録媒体の透明層の厚さムラによる球面収差を補正する光情報記録装置の構成例を説明する。
図１６は、記録媒体として、記録層が一層のみの、回転型の記録媒体を用いた場合の、球面収差の調整方法である。図１７（フローチャート）は、その調整の手順である。内周側（Ａ）と、外周側（Ｂ）の点における、球面収差量と、焦点深度を、実施例１〜２に記載の方法によって測定する。Ａ点とＢ点としては、ディスクのデータ記録領域の最内周付近と、最外周付近を取るのが理想的である。Ａ点で得た球面収差量をＳＡ１、焦点深度をＤＦ１、同様に、Ｂ点で得た球面収差量をＳＡ２、焦点深度をＤＦ２とする。
この時、記録媒体（ディスク）上の任意の位置Ｐｘにおける。球面収差量ＳＡｘを、
Figure 2005100483
上記の式において、Ｐｘ１、Ｐｘ２、Ｐｘは、各々のディスク上の任意の位置の半径である。その具体的な構成を、図２の構成例に沿って説明する。主制御回路３９は、記録再生するデータのディスク上の位置の半径Ｐｘと、すでに測定した内周点（Ａ）と、外周点（Ｂ）の半径Ｐ１、Ｐ２を、補正量生成回路３４に与える。補正量生成回路３４では、上記数式に従って、半径Ｐｘ上の記録再生データの位置における球面収差量ＳＡｘを、焦点深度ＤＦｘを算出し、各々、球面収差補正駆動回路２３とデフォーカス量加算回路３１に対して出力する。これによって、記録媒体（ディスク）上の任意の位置における球面収差が、一次近似的に補正される。
記録媒体が、カード型のような非回転型の記録媒体を用いた場合でも、また、複数の記録層を持つ多層媒体を用いた場合でも、同様に、ＸＹ位置や、半径方向（トラック数）や層の積層方向など、各方向に対し座標に応じて内挿して球面収差量と焦点深度値を算出し、補正することで、多次元的に情報の格納された、形状の異なる記録媒体を用いた場合でも、同様に一次近似的に任意の位置で球面収差を補正して、データを記録再生できる。
即ち、この構成では、媒体の内周と外周において前記球面収差量の補正制御量の最適値（と前記対物レンズの焦点深度の最適値）を測定し、記録再生する情報のトラック位置に応じて、前記内周と外周の最適値の値を内挿して、前記焦点深度と前記球面収差量の補正制御量としている。
また、例えば、記録媒体が多層光ディスクの場合は、以下の様に構成する。
図１８のような回転型多層記録媒体１を用いた場合の球面収差の調整方法である。図１９（フローチャート）は、その調整の手順である。各層の間隔が同じものとすると、積層方向５に層数がＮ層ある場合のＰｚ層目の記録層を記録再生する場合、最上層（１層目）と最下層（Ｎ層目）のデータ記録領域の内周と外周の点における、球面収差量と、焦点深度を、実施例１〜２に記載の方法によって測定する。これを各々ＳＡ１Ｔ、ＳＡ２Ｔ、ＳＡ１Ｂ、ＳＡ２Ｂ、ＤＦ１Ｔ、ＤＦ２Ｔ、ＤＦ１Ｂ、ＤＦ２Ｂとする。
この時、記録媒体上の任意の位置Ｐｘ、Ｐｚ層目における。球面収差量ＳＡｘｚを、焦点深度ＤＦｘｚを、次のように内挿値で求める。
Figure 2005100483
その具体的な構成を、図２の構成例に沿って説明する。主制御回路３９が、記録再生するデータの記録媒体上の位置Ｐｘ、Ｐｙと、すでに測定した最上層と最下層の球面収差量と焦点深度、ＳＡ１Ｔ、ＳＡ２Ｔ、ＳＡ１Ｂ、ＳＡ２Ｂ、ＤＦ１Ｔ、ＤＦ２Ｔ、ＤＦ１Ｂ、ＤＦ２Ｂを記憶する手段を有し、これらの値を補正量生成回路３４に与え、補正量生成回路３４が、上記数式に従って、位置Ｐｘ、Ｐｚ層目上の記録再生データの位置における球面収差量ＳＡｘｚを、焦点深度ＤＦｘｚを算出し、各々、球面収差補正駆動回路２３とデフォーカス量加算回路３１に対して出力する。これによって、記録媒体上の任意の位置における球面収差が、一次近似的に補正される。
即ち、この構成では、媒体の内周と外周における前記球面収差量の補正制御量の最適値（と前記対物レンズの焦点深度の最適値）を、記憶する手段を有し、記録再生する情報のトラック位置に応じて、前記内周と外周の最適値の値を内挿して、前記焦点深度と前記球面収差量の補正制御量としている。
また、この構成では、層の重合せ方向に対しては、最上層と最下層の前記球面収差量の補正制御量の最適値を記憶する手段を有し、複数の記録層間を移動する際に設定する球面収差量の補正制御量として、移動先の層の位置における前記球面収差量の前記最適値の内挿値を用いている。
また、例えば、非回転型の多層記録媒体の場合は、以下の様に構成する。
図２０は、カード型多層記録媒体２を用いた場合の球面収差の調整方法の例である。図２１（フローチャート）は、その調整の手順である。各層の間隔が同じものとすると、Ｘ軸方向３の位置Ｐｘ、Ｙ軸方向４の位置Ｐｙ、積層方向５に層数がＮ層ある場合のＰｚ層目の記録層を記録再生する場合、最上層（１層目）と最下層（Ｎ層目）のデータ記録領域の四隅（両端）の点（Ｐｘ１、Ｐｙ１）（Ｐｘ２、Ｐｙ１）（Ｐｘ１、Ｐｙ２）（Ｐｘ２、Ｐｙ２）における、球面収差量と、焦点深度を、実施例１〜２に記載の方法によって測定する。これを各々ＳＡ１Ｔ、ＳＡ２Ｔ、ＳＡ３Ｔ、ＳＡ４Ｔ、ＤＦ１Ｔ、ＤＦ２Ｔ、ＤＦ３Ｔ、ＤＦ４Ｔ、ＳＡ１Ｂ、ＳＡ２Ｂ、ＳＡ３Ｂ、ＳＡ４Ｂ、ＤＦ１Ｂ、ＤＦ２Ｂ、ＤＦ３Ｂ、ＤＦ４Ｂとする。
この時、記録媒体上の任意の位置Ｐｘ、Ｐｙ、Ｐｚ層目における、球面収差量ＳＡｘｙｚを、焦点深度ＤＦｘｙｚを、次のように内挿値で求める。
Figure 2005100483
その具体的な構成を、図２の構成例に沿って説明する。主制御回路３９が、記録再生するデータの記録媒体上の位置Ｐｘ、Ｐｙ、層数Ｐｚと、すでに測定した四隅（両端）の点の位置Ｐｘ１、Ｐｘ２、Ｐｙ１、Ｐｙ２、積層数Ｎを、補正量生成回路３４に与え、補正量生成回路３４が、上記数式に従って、位置Ｐｘ、Ｐｙ、層数Ｐｚ上の記録再生データの位置における球面収差量ＳＡｘｙｚを、焦点深度ＤＦｘｙｚを算出し、各々、球面収差補正駆動回路２３とデフォーカス量加算回路３１に対して出力する。これによって、記録媒体上の任意の位置における球面収差が、一次近似的に補正される。
即ち、この構成では、一層の記録層に対しては、媒体の四隅における前記球面収差量の補正制御量の最適値（と前記対物レンズの焦点深度の最適値）を、記憶する手段を有し、記録再生する情報の四隅からの距離の比に応じて、前記両端の最適値の値を内挿して、前記焦点深度と、前記球面収差量の補正制御量としている。
また、この構成では、層の重合せ方向に対しては、最上層と最下層の前記球面収差量の補正制御量の最適値を記憶する手段を有し、複数の記録層間を移動する際に設定する球面収差量の補正制御量として、移動先の層の位置における前記球面収差量の前記最適値の内挿値を用いている。
（効果）
本手法では、この様に、任意の位置で一次近似的に球面収差を補正できる。任意のトラック半径における球面収差も正しい値へ調節でき、又、多層ディスクの多層間ジャンプにおいても、正しく球面収差調整できるという利点がある。これらの記録媒体において、正しく球面収差調整できるため、良好な信号記録／再生ができるという利点がある。
（全体の効果）
以上、本発明では、光情報記録装置において、球面収差補正の調整を行う際、より短時間に、より高い信頼性で、任意の位置でより正確に球面収差補正を調整できる。
このような、球面収差補正の機能を備えた光情報記録装置の光ヘッドには数多くの構成が提案されているが、本方式は、一般的なトラッキング誤差信号検出機能を有するほとんどの光ヘッドでそのまま利用でき、正確な球面収差補正調整が可能であり、コストが小さく有利である。
また、特開２００２−３５８６７７のような光束分割により動的な球面収差検出／補正駆動を行う方式に比較して、多数の光検出器やフォトアンプを搭載する必要がないため、回路全体を低ノイズ化できる。
したがって、球面収差補正を備えた、より信頼性の高い光ディスク装置（光情報記録装置）を、安価に提供できる。
本発明による、球面収差と焦点深度の調整手順の例である。 本発明による、球面収差補正を備える光情報記録装置の構成例である。 トラッキング誤差信号振幅の分布例を示す図である。 再生信号振幅の分布例を示す図である。 本発明による、球面収差と焦点深度の調整手順の例である。 本発明による、球面収差と焦点深度の調整手順の例である。 本発明を適用可能な、球面収差補正を備える光学系の構成例である。 トラッキング誤差信号振幅の分布例の拡大図で、等高線図である。 トラッキング誤差信号振幅の分布例の拡大図で、等高線図である。 非点収差存在時の、トラッキング誤差信号振幅の分布例である。 コマ収差存在時の、トラッキング誤差信号振幅の分布例である。 再生信号振幅の分布例の拡大図で、等高線図である。 非点収差存在時の、再生信号振幅の分布例である。 コマ収差存在時の、再生信号振幅の分布例である。 記録マークパターン周期の変化に対する、再生信号振幅の分布の変化の例である。 単層ディスクでの補正方法の説明で、座標配置を示す図である。 単層ディスクでの補正手順の例である。 多層ディスクでの補正方法の説明で、座標配置を示す図である。 多層ディスクでの補正手順の例である。 多層カード型記録媒体での補正方法の説明で、座標配置を示す図である。 多層カード型記録媒体での補正手順の例である。
符号の説明
１…回転型多層記録媒体
２…カード型多層記録媒体
３…Ｘ軸方向
４…Ｙ軸方向
５…積層方向（Ｚ軸方向）
６…凸レンズ
７…凹レンズ
８…光ディスク
９…回転サーボ回路
１０…モータ
１１…レーザ駆動回路
１２…半導体レーザ
１３…コリメートレンズ
１４…ビーム整形プリズム
１５…反射鏡
１６…偏向ビームスプリッタ
１７…液晶収差補正素子
１８…λ／４板
１９…対物レンズ
２０…アクチュエータ
２１…トラッキングサーボ回路
２２…焦点サーボ回路
２３…球面収差補正駆動回路
２４…シリンドリカルレンズ
２５…集光レンズ
２６…四分割光検出器
２７…光電流アンプ
２８…トラッキング誤差信号生成回路
２９…フォーカス誤差信号生成回路
３０…再生信号生成回路
３１…デフォーカス量加算回路
３２…トラッキング誤差信号振幅検出回路
３３…再生信号振幅検出回路
３４…補正量生成回路
３５…等化回路
３６…レベル検出回路
３７…同期クロック生成回路
３８…復号回路
３９…主制御回路。

Claims (8)

  1. 記録媒体に対し光学的に情報を読書きする光情報記録装置であって、
    再生信号の振幅検出手段と、トラッキング誤差信号の振幅検出手段と、球面収差量の可変補正手段と、対物レンズの焦点深度の可変制御手段とを有し、
    前記球面収差と焦点深度の調整において、焦点深度と球面収差補正量の二次元プロット上で、トラッキング誤差信号振幅の最大値探索で斜め方向に探索を行い、再生信号振幅の最大値探索では縦横方向の探索に切り替えることを特徴とする光情報記録装置。
  2. 記録媒体に対し光学的に情報を読書きする光情報記録装置であって、
    再生信号の振幅検出手段と、トラッキング誤差信号の振幅検出手段と、球面収差量の可変補正手段と、対物レンズの焦点深度の可変制御手段とを有し、
    書換え型の光記録媒体に対し、トラッキング誤差信号の振幅を増加させるよう球面収差量と焦点深度を調整した後に、マークを記録し、その後再生信号の振幅を最大化するよう球面収差量と焦点深度を調整することを特徴とする光情報記録装置。
  3. 記録媒体に対し光学的に情報を読書きする光情報記録装置であって、
    再生信号の振幅検出手段と、トラッキング誤差信号の振幅検出手段と、球面収差量の可変補正手段と、対物レンズの焦点深度の可変制御手段とを有し、
    トラッキング誤差信号の振幅を増加させるよう調整した後に、マークを記録し、再生信号の振幅を最大化した後に、前記記録したマークを上書き（消去）する手順により球面収差を調整することを特徴とする光情報記録装置。
  4. 請求項２および３のいずれか一つに記載の光情報記録装置において、
    前記記録するマークのパターンとして、データ領域のトラック間隔の２倍〜４倍のマーク間隔となるマークの繰返しパターンを用いることを特徴とする光情報記録装置。
  5. 請求項１〜４のいずれか一つに記載の光情報記録装置で、非回転型の記録媒体を用いた光情報記録装置において、
    媒体の四隅における前記球面収差量の補正制御量の最適値（と前記対物レンズの焦点深度の最適値）を、記憶する手段を有し、記録再生する情報の四隅からの距離の比に応じて、前記両端の最適値の値を内挿して、前記焦点深度と、前記球面収差量の補正制御量とすることを特徴とする、光情報記録装置。
  6. 請求項１〜４のいずれか一つに記載の光情報記録装置で、回転型の記録媒体を用いた光情報記録装置において、
    媒体の内周と外周における前記球面収差量の補正制御量の最適値（と前記対物レンズの焦点深度の最適値）を、記憶する手段を有し、記録再生する情報のトラック位置に応じて、前記内周と外周の最適値の値を内挿して、前記焦点深度と前記球面収差量の補正制御量とすることを特徴とする、光情報記録装置。
  7. 請求項１〜６のいずれか一つに記載の光情報記録装置で、記録媒体に多層記録媒体を用いた光情報記録装置において、
    最上層と最下層の前記球面収差量の補正制御量の最適値を記憶する手段を有し、複数の記録層間を移動する際に設定する球面収差量の補正制御量として、移動先の層の位置における前記球面収差量の前記最適値の内挿値を用いることを特徴とする、光情報記録装置。
  8. 請求項１〜７のいずれか一つに記載の光情報記録装置において、
    初期化済みの記録媒体が挿入された場合は、再生信号振幅の最適化から開始し、未初期化の記録媒体が挿入された場合はトラッキング誤差信号振幅の最適化調整から開始することを特徴とする光情報記録装置。
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