JP2005353234A - 信号生成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡易な構成で、精度の高い信号再生を実現できる信号生成回路を提供することを目的とする。
【解決手段】 光記録再生媒体からの戻り光を受光する撮像素子と、撮像素子を構成する各画素が受光した戻り光量と各画素の位置関係に応じて、これを画像認識する画像認識手段と、画像認識された戻り光をグループ化して分離する信号分離手段と、分離した信号を用いて、ＲＦ信号および再生制御信号を生成する信号生成手段とを有することにより、簡易な構成で、精度の高い信号再生を実現できる信号生成回路を提供する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、光ディスク記録再生装置における信号生成装置に関するものであり、特に、光ディスクに照射した光の反射光を撮像素子により受光し、受光した情報を画像認識して、光ピックアップを制御する信号やＲＦ信号を生成させることで良好な記録再生装置を提供し、また、開発時や製造時及び修理時にかかる費用を削減できる信号生成装置に関するものである。

以下に、例えばＣＤ(ＣＤ：Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ)の再生機に用いられている光ピックアップ及び再生装置、信号生成装置の構成について説明する。
図１５は、従来の光学系を説明する図である。この図に示すように、ＣＤの再生用の光ピックアップは、ＬＤ（半導体レーザー）１０１、回折格子１０２、ハーフミラー１０３、円筒レンズ１０４、受光素子１０５、対物レンズ１０６等から構成されている。

これらの部品の役割やＣＤから信号を読み取る方法のうち、制御信号を生成する方法について説明すると、図１５に示すＬＤ１０１から照射された光は、３ビーム方式の場合、回折格子１０２で３つのビームに分けられ、ハーフミラー１０３を介し、各ビームが図示しない対物レンズにおいて集光されて、光ディスク上に照射される。なお、図１５では、メインビームがトラックの中心にある場合を図示している。残りの２つのビームは光ピックアップがトラックに対して追従しているか否かを制御する信号を生成するために、メインビームに対し図１６に示すようにずらした位置に配置されている。

光ディスクから反射したこれらの３つのビームは、ハーフミラー１０３で反射して、進行方向を変えるとともに、円筒レンズ１０４に入射して集光された後、受光素子１０５に入射する。図１６に図１５に示した受光素子１０５の構成を示し、図１７に受光素子１０５の各部から制御信号を生成する回路を示す。光ディスクから戻ってきた光は図１６に示すように、Ａ〜Ｆに分割された受光部に入射する。これら各部に入射した光は、電気信号に変換された後、図１７に示すＥｒｒｏｒ信号生成回路１７４に入力され、ＦＥ（フオーカスエラー）信号やＴＥ（トラッキングエラー）信号が生成される。

次に、光ピックアップを搭載した再生機の制御方法について図１８から２０を用いて説明する。
図１９に示すように、例えば、再生機に光ディスクがセットされ再生ボタンが押された場合、ＣＰＵ１６０はＬＤ１０１を発光させる信号ＬＤ ＯＮ信号を発生させ（ステップ１０１）、つぎに、フォカスアチュエータを上下に駆動する（ステップ１０２）。この時、４分割されたＰＤ（受光手段）１０５から生成されるＦＥ（フォーカスエラー）信号及びＦＯＫ（フォーカスＯＫ）信号から、光ディスクがセットされているか否かを判断する（ステップ１０３）。具体的には、ＦＯＫ信号が「Ｈ」レベルであるときには、光ディスクがセットされているとＣＰＵ１６０が判断する（ステップ１０３）。

ステップ１０３で光ディスクがセットされていると判断された場合、ＦＥ信号には、光ディスクの合焦点近傍でＳ字カーブと呼ばれる信号が発生する。 フォーカスエラー信号を生成する演算器１５２ａでは、ＰＤ（受光手段）１０５の４分割のうち、図１６に示すＡからＤの信号を入力し、（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ）の演算が実行される。演算された信号は、初期設定でゲインが１倍に設定されているＶＣＡ(Ｖｏｌｔａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ)１５５ａを介し、Ａ／Ｄ（アナログーデジタル変換器）１５６ａにおいてデジタル信号に変換される。

Ａ／Ｄ変換された信号はＤｉｇｉｔａｌ ＥＱ（イコライザ）１５７ａに出力される。ＣＰＵ１６０は、ＦＥ信号のＳ字カーブの最大振幅を演算し（ステップ１０４）、Ｓ字カーブの最大振幅からＶＣＡ１５５ａの値を求める（ステップ１０５）。例えば、Ｓ字カーブの最大振幅が０．７Ｖ_Ｐ-Ｐ、設計目標値が２．０Ｖ_Ｐ-Ｐである場合には、
２．０Ｖ_Ｐ-Ｐ÷０．７Ｖ_Ｐ-Ｐ＝２．８６
となるため、ＶＣＡ１５５ａの値を２．９倍になるようにＳｅｒｖｏ制御回路１５９が制御を行う（ステップ１０６）。

ＰＤ（受光手段）１０５の４分割された受光部から生成された信号は、また演算器１５２ｃにおいて加算（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）されて、ＲＦ信号が生成される。生成されたＲＦ信号は、ＥＦＭ回路１５４において、ＥＦＭ信号に変換された後、ＶＣＡ１５５ｄを介して、Ａ／Ｄ１５６ｄに入力されデジタル信号に変換された後、ＰＷＭ回路に入力され、ディスクの回転数をＳｅｒｖｏ制御回路１５９が制御する。

Ｓｅｒｖｏ制御回路１５９に入力されたＦＥ信号とＦＯＫ信号からＳｅｒｖｏ制御回路１５９は、合焦点を判断し（ステップ１０７）、フォーカスサーボを閉じる（ステップ１０８）。フォーカスサーボがクローズすると、次に、図示しないスピンドルモータを回転させ（ステップ１０９）、フォーカスサーボ帯域である、例えば１ＫＨｚの正弦波信号を図示しない信号発生器により生成し、この信号をフォーカスサーポループ内に注入する（ステップ１１０）。Ｓｅｒｖｏ制御回路１５９は、１ＫＨｚの正弦波が注入された状態で、ＦＥ信号の１ＫＨｚにおけるゲインを演算し（ステップ１１１）、設計目標値であるゲインになるようにデジタルＥＱ１５７ａのゲイン及び位相を制御する（ステップ１１２）。

一方、ＴＥ (トラッキングエラー)信号については、フォーカスサーボが閉じた状態で得られるＰＤ（受光手段）１０５の先行および後行ビームから演算器１５２ｂにおいてＦ−Ｅの演算を行うことにより得られる。そして、ＦＥ信号の場合と同様に、ＶＣＡ１５５ｂおよびＡ／Ｄ１５６ｂを介し、トラッキングサーボが開いた状態の最大振幅をＳｅｒｖｏ制御回路１５９が読み取り（ステップ１１３）、ＶＣＡ１５５ｂのゲインを演算する（ステップ１１４）。

ＣＰＵ１６０は、演算により求められたゲインをＶＣＡ１５５ｂにセットしてＴＥ信号の増幅制御を行う（ステップ１１５）。また、ＴＥ信号の上下のバランス（トラッキングエラーバランス）を調整後、トラッキングサーボを閉じて（ステップ１１６）、フォーカスサーボの場合と同様に、１ＫＨｚの正弦波をトラッキングサーボループ内に注入し（ステップ１１７）、トラッキングサーボを閉じた状態でのゲイン調整をＳｅｒｖｏ制御回路１５９が実行し、デジタルＥＱ１５７ｂのゲイン及び位相を制御する（ステップ１１８）。

以上のように、例えば３ビーム方式の場合、フォーカスサーボに使用するエラー信号は、受光手段１０５の４つに分割された受光部から演算して生成したフォーカスエラー信号に基づいて、光ピックアップを光ディスクの面に追従するように制御し、トラッキングサーボに使用するエラー信号は、サブビームを用いて受光手段１０５の４つに分割された受光部から演算して生成したトラッキングエラー信号に基づいて、光ディスク内のトラックに光ピックアップを追従するように制御していた。

また、上記のような光ディスクからの情報読み取りのための構成を簡素化等する目的から、光ディスクの記録面に形成された光学的読み取り可能な情報記録領域であるピットを含む所定領域の記録情報画像を撮像し、これを記憶するとともに、この画像データに基づいて光ディスク上のピットの長さ及び間隔を含むピット長情報を得て、この情報に基づいてピットの読み取り信号に相当する仮想読み取り信号を生成する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００１−２０２６２６号公報

しかしながら、上記のように、従来の方法で、フォーカスやトラッキングの制御を正確に行うためには、受光手段の位置を光ピックアップの組み立て調整時に精密に調整する必要がある。また、従来例では、ＣＤ−ＲＯＭの再生について説明したが、例えばＤＶＤ−ＲＡＭを再生する場合には図２０に示すような１２に分割された受光手段が必要である。さらに、１つのケースに２つの異なる波長、例えばＣＤ再生用の７８０ｎｍとＤＶＤ再生用の６５０ｎｍの波長を有するレーザーを組み込んだ場合には、さらに、図２１に示すように、ＣＤおよびＤＶＤ用のメインビームに対して、受光手段ＡからＤをＡ１〜Ｄ１とＡ２〜Ｄ２に分割した素子が２つ必要になる。

このように、新しいフオーマットの光ディスクやＬＤが登場してくると、従来の方法では、これらに合わせて、新たな受光手段を開発する必要があるという問題があった。さらに、組み立て調整時に受光手段を正確に取り付けるためには、精度を要求する分、組み立て工数が大きくなるという問題があった。また、出荷時には、光ピックアップを構成する部品の取り付け状態が精密に調整されているが、使用状況によっては、振動や温度、湿度などの要因によって取り付け位置がずれてくるなどの問題点があった。

また、特許文献１に記載された方法は、ピットの形状を画像データにより取得して、これにより擬似的なＥＦＭ信号を形成するものであるが、係る方法においては、その精度を高めるために高精細な撮像素子や取得したデータを格納するメモリが必要になるともに、複雑な信号処理を要するといった問題があった。

そこで、本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、光ピックアップからの戻り光を撮像素子により受光し、受光した信号を画像認識して所望の信号を生成することにより、簡易な構成で、精度の高い信号再生を実現できる信号生成回路を提供することを目的とする。

請求項１に係る発明は、光記録再生媒体からの戻り光を受光する撮像素子と、該撮像素子を構成する各画素が受光した戻り光量と各画素の位置関係に応じて、これを画像認識する画像認識手段と、該画像認識された戻り光をグループ化して分離する信号分離手段と、該分離した信号を用いて、ＲＦ信号および再生制御信号を生成する信号生成手段とを有することを特徴とする信号生成装置を提案している。

この発明によれば、撮像素子により光記録再生媒体からの戻り光を受光し、画像認識手段が各画素の受光した戻り光量と各画素の位置関係に応じて、これを画像として認識する。信号分離手段は、画像認識された戻り光をグループ化し、グループ化された信号に基づいて、信号生成手段がＲＦ信号および再生制御信号を生成する。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載された信号生成装置について、前記撮像素子が受光した戻り光の波長を判別する波長判別手段を有することを特徴とする信号生成装置を提案している。
この発明によれば、撮像素子が受光した戻り光の波長を判別する波長判別手段を有することから、使用するレーザーの波長が異なる光記録媒体を用いた場合においても、所望の信号を生成することができる。

請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載された信号生成装置について、前記撮像素子が受光した戻り光量をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、該デジタル信号を圧縮して一時記憶する記憶手段を有することを特徴とする信号生成装置を提案している。
この発明によれば、Ａ／Ｄ変換器により、撮像素子が受光した戻り光量をデジタル信号に変換するため、以下の信号処理が容易になる。また、記憶手段がデジタル信号を圧縮して一時記憶するため、メモリ容量の大幅な増加を防止することができる。

請求項４に係る発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載された信号生成装置について、前記撮像素子が、前記光記録再生媒体からの２つ以上に分割された戻り光を受光し、前記信号生成手段が、前記信号分離手段により２つ以上にグループ化された信号に基づいて、トラッキング制御用信号を生成することを特徴とする信号生成装置を提案している。

この発明によれば、信号生成手段が、信号分離手段により２つ以上にグループ化された信号に基づいて、トラッキング制御用信号を生成するため、従来、ＣＤ等で採用されている３ビーム法によりトラッキングエラー信号を生成することができる。

請求項５に係る発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載された信号生成装置について、前記撮像素子が、前記光記録再生媒体から１ビーム方式の戻り光を受光し、前記信号生成手段が、前記信号分離手段により出力された信号に基づいて、トラッキング制御用信号を生成することを特徴とする信号生成装置を提案している。

この発明によれば、撮像素子が、光記録再生媒体から１ビーム方式の戻り光を受光し、信号生成手段が、信号分離手段により出力された信号に基づいて、トラッキング制御用信号を生成するため、従来、ＣＤ等で採用されている１ビーム法によりトラッキングエラー信号を生成することができる。

請求項６に係る発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載された信号生成装置について、前記画像認識手段により、画像化された情報から前記光記録再生媒体に照射されるスポットの形状を予測演算して、予測形状情報を生成する形状予測手段を有し、前記信号生成手段が該予測形状情報に基づいて、前記再生制御信号の制御方向もしくは制御量の少なくとも１つを生成することを特徴とした請求項１から請求項３のいずれかに記載された信号生成装置。

この発明によれば、形状予測手段により、スポットの形状が予測演算され、信号生成手段が予測形状情報に基づいて、再生制御信号の制御方向もしくは制御量の少なくとも１つを生成する。したがって、これにより、非点収差法によるフォーカスエラー信号を正確に生成することができる。

請求項７に係る発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載された信号生成装置について、セットアップ時に、対物レンズを前記光記録再生媒体に対して上下方向に移動させるとともに、前記画像認識された戻り光をグループ化した画像情報に基づいて少なくとも１つのスポットについて最大面積になる画像情報を判別する画像情報判別手段と、該判別した画像情報を記憶する画像記憶手段と、該記憶された画像情報からトラックの進行方向について光が照射されていると認識する最大画素数を判別して、スポットの最大外形を求めるとともに、該最大外形から該スポットの中心を判別して、該スポットを複数のエリアに分割する第１のスポットエリア分割手段とを有することを特徴とする信号生成装置を提案している。

この発明によれば、画像情報判別手段により、画像認識された戻り光をグループ化した画像情報に基づいて少なくとも１つのスポットについて最大面積になる画像情報を判別される。この情報は、画像記憶手段に記憶されるとともに、第１のスポットエリア分割手段により、記憶された画像情報からトラックの進行方向について光が照射されていると認識する最大画素数を判別して、スポットの最大外形を求めるとともに、この最大外形からスポットの中心を判別して、スポットが複数のエリアに分割される。

請求項８に係る発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載された信号生成装置について、前記撮像素子における戻り光の最大面積を検出する検出手段と、該検出した最大面積からトラックの進行方向について光が照射されていると認識される最大画素数を検出するとともに、該最大画素数からスポットの最大外形を検出するスポット外形検出手段と、前記信号分離手段からの出力に基づいて、少なくとも１つのスポットについてトラックの進行方向に光が照射されていると認識される最大画素数とトラック幅方向の最大画素数とを判別して、該スポットの中心を判別するとともに、該スポットを２以上のエリアに分割する第２のスポットエリア分割手段とを有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載された信号生成装置を提案している。

この発明によれば、戻り光の最大面積を検出する検出手段とスポット外形検出手段およびスポットエリア分割手段により、信号分離手段からの出力に基づいて、撮像素子上のスポットの中心位置を確定して、戻り光が照射されるエリアを４つのエリアに分割できる。したがって、この情報を用いることにより、非点収差法によるフォーカスエラー信号を正確に生成することができる。

請求項９に係る発明は、請求項３に記載された信号生成装置について、前記Ａ／Ｄ変換器のサンプリング周波数が、前記光記録再生媒体のチャンネルクロックまたはサンプリング周波数の分周波あるいは倍周波を用いることを特徴とする信号生成装置を提案している。
この発明によれば、サンプリング周波数が、前記光記録再生媒体のチャンネルクロックの分周波あるいは倍周波であることから、得られたデジタルデータを直接処理することにより、記録再生装置に必要な所望の信号を得ることができる。

本発明によれば、光ピックアップの戻り光を撮像素子により受光し、これを画像認識してスポットをグループ化し、サーボ用の制御信号を生成するようにしたので、本発明の信号生成装置を搭載した記録再生機においては、新たな規格の光ディスクやこれまで以上に高速な記録に対応する光ディスクが現れた場合でも、新規に受光素子を開発する必要がなくなるという効果がある。

また、従来は戻り光の光軸に合わせて受光素子の中心位置を正確に組み立て、調整する必要があったが、本発明の場合、撮像素子の中心位置を正確に合わせるような作業は必要がなく、撮像素子の面積を受光範囲より例えば２０％大きく設計し、光ピックアップのベース設計時に例えば予めケース等に設けた角部に合わせて取り付けるような作業で、撮像素子の取り付け位置を決定できるため、従来のような精密で高度な調整が不要になるという効果がある。

また、光ディスクが記録再生装置にセットされた時に、光ディスクを回転させながらフォーカス方向に対物レンズを上下させ、光ピックアップの戻り光を撮像素子により受光し画像認識することによりスポットをグループ化し、最大画素数になる画像とトラックの進行方向の最大画素数およびトラック幅方向の最大画素数を判別し、メインビームの分割位置情報を記憶するようにしたので、スポットがトラックにすべてかからず欠けている場合でも、本発明の信号生成装置を搭載した記録再生機においては、正確にスポットを分割しフォーカスの制御信号が生成できるという効果がある。

図１から図１４および図２２から図２６を用いて、本発明の信号生成装置について、以下、詳細に説明する。

本発明の信号生成装置の一部をなす光ピックアップの光学系は図１に示すように、ＬＤ１０１と、回折格子１０２と、ハーフミラー１０３と、円筒レンズ１０４と、撮像素子１０７とから構成されている。また、信号生成装置の回路部は、図３に示すように、Ａ／Ｄ１７０と、画像認識回路１７１と、ＲＯＭ１７２と、ＲＡＭ１７３と、Ｅｒｒｏｒ信号生成回路１７４と、ＬＰＦ１５３と、ＥＦＭ１５４と、ＰＬＬ１６４と、Ａ／Ｄ１５５ａ、１５５ｂ、１５５ｃ、１５５ｄと、ＶＣＡ１５６ａ、１５６ｂ、１５６ｃ、１５６ｄと、Ｄｉｇｉｔａｌ ＥＱ１５７ａ、１５７ｂ、１５７ｃ、１５７ｄと、ＰＷＭ１５８と、Ｓｅｒｖｏ制御回路１５９と、ＡＰＣ１６１と、ＣＰＵ１７４とから構成されている。

撮像素子１０７は、例えば図２に示すように３５万画素のＣＣＤやＣＭＯＳ等を用いる。光ディスクから戻ってきた光は図２に示すように、撮像素子１０７を構成する各画素に入射する。撮像素子１０７の各画素に入射した光は電気信号に変換され、さらに、Ａ／Ｄ１７０において２値化される。なお、Ａ／Ｄ１７０において２値化される場合のサンプリング周波数は、例えばＣＤ−Ａｕｄｉｏ再生装置の基本周波数である１ ６．９３４４ＭＨｚなどの分周波もしくは倍周波を用いる。Ａ／Ｄ１７０において２値化された情報は画像認識回路１７１を介しＲＡＭ１７３に格納される。

次に、ＲＡＭに格納した情報を画像認識する方法について図４を用いて説明する。
例えば、３ビーム方式の場合、光ディスクから戻ってきた光は、図２に示すように１つのメインビームと２つのサブビームに分離している。従来例では、メインビームについては中心にある４分割の受光部の中心に照射するように組み立て調整時に、光軸等の調整を行い、光ディスクの再生時には、トラッキングサーボによりメインビームが４分割の受光部の中心に照射するよう制御を行っていた。一方、本発明においては、メインビーム用およびサブビーム用といったように受光部を分割することなく、１つの撮像素子で３つのビームを受光する点に特徴がある。

具体的には、まず撮像素子１０７の受光部全体から光が入射している部分を探し出す。ここで、各画素について、光が入射しているか否かの判定は、例えば、各画素に関して、画素の５０％以上の面積に光が入射しているか否かにより行う。これを、図４に基づいて説明する。なお、図４は、説明の便宜上、戻り光が入射している周辺のみを拡大し、３２×１６=５１２画素の構成を示している。

すなわち、図４において、３２×１６=５１２画素の行方向を順番に１から３２と、列方向を順番にＡからＰとすれば、この例では、Ａ５〜Ａ６、Ｂ３〜Ｂ８、Ｃ２〜Ｃ９、Ｄ２〜Ｄ９、Ｄ１６、Ｅ１〜Ｅ１Ｏ、Ｅ１４〜Ｅ１９、Ｆ２〜Ｆ９、Ｆ１３〜Ｆ１９、Ｇ２〜Ｇ９、Ｇ１２〜Ｇ２０、Ｈ２〜Ｈ９、ＨＩ２〜Ｈ２０、Ｈ２５〜３０、Ｉ３〜Ｉ８、Ｉ１２〜Ｉ２０、Ｉ２４〜Ｉ３１、Ｊ１２〜Ｊ２０、Ｊ２４〜Ｊ３１、Ｋ１３〜Ｋ１９、Ｋ２４〜Ｋ３１、Ｌ１４〜Ｌ１９、Ｌ２３〜Ｌ３２、ＭＩ６、Ｍ２４〜Ｍ３１、Ｎ２４〜Ｎ３１、Ｏ２５〜Ｏ３０、Ｐ２８の画素に光が入射していると判定する。

次に、得られた画像の位置情報を、例えば光が入射している位置が横方向もしくは縦方向に連続している場合には、これらをひとつの固まりとしてグループ化する。これにより、３つの固まりを見つけだしグルーピングを行うことにより、メインビーム、サブビーム１、サブビーム２を判定してＲＡＭ１７３に一時的に記憶する。

図４の例においては、判定の結果、メインビームがＤ１６、Ｅ１４〜Ｅ１９、Ｆ１３〜Ｆ１９、Ｇ１２〜Ｇ２０、Ｈ１２〜Ｈ２０、Ｉ１２〜Ｉ２０、Ｊ１２〜Ｊ２０、Ｋ１３〜Ｋ１９、Ｌ１４〜Ｌ１９、Ｍ１６の画素に入射している光であると判定し、サブビームはＡ５〜Ａ６、Ｂ３〜Ｂ８、Ｃ２〜Ｃ９、Ｄ２〜Ｄ９、Ｅ１〜Ｅ１０、Ｆ２〜Ｆ９、Ｇ２〜Ｇ９、Ｈ２〜Ｈ９、Ｉ３〜Ｉ８とＨ２５〜３０、Ｉ２４〜Ｉ３１、Ｊ２４〜Ｊ３１、Ｋ２４〜Ｋ３１、Ｌ２３〜Ｌ３２、Ｍ２４〜Ｍ３１、Ｎ２４〜Ｎ３１、Ｏ２５〜Ｏ３０、Ｐ２８の画素に入射している光であると判定する。

実際の３ビーム法では、トラックに対してメインビームが正しく制御されている場合には図５および６に示すように、メインビームとサブビームとからの反射光が得られ、左右にメインビームがずれている場合は、図７から１０に示すようにメインビームとサブビームとからの反射光が得られる。

次に、画像認識した情報から各制御信号等を生成する方法について図３および図６を用いて説明する。
画像認識した情報から各制御信号等を生成する場合、例えば、図６における各スポットの光量について、画像認識回路１７１内の図示しない光量演算部にて重み付け演算を実行する。つまり、図６の例では、例えば１つのスポットに対応する画素（図６では約６５画素）の全てに光が入射している場合を２Ｖｐ-ｐの電圧に対応するものとし、メインビームが入射している画素数を判定する（図６の例では、５０画素）。同様に、サブビーム１およびサブビーム２についても入射している画素数を判定する（図６の例では、ともに、３０画素）。そして、これらの値から、以下の演算式にしたがって、各スポットの電圧を演算する。
サブビーム１ ３０÷６５×２Ｖ_Ｐ-Ｐ＝０．９２Ｖ_Ｐ-Ｐ
メインビーム ５０÷６５×２Ｖ_Ｐ-Ｐ＝１．５４Ｖ_Ｐ-Ｐ
サブビーム２ ３０÷６５×２Ｖ_Ｐ-Ｐ＝０．９２Ｖ_Ｐ-Ｐ
上記の演算値の内、サブビーム１の値とサブビーム２の値から既知の３ビーム法により例えば、サブビーム１の演算値からサブビーム２の演算値を減算することによりＴＥ（トラッキングエラー）信号を生成する。

次に、ＦＥ（フォーカスエラー）信号の生成方法について、非点収差法を例にとって説明する。
図１１は対物レンズ１０６と光ディスクとの位置関係に応じた撮像素子１０７における戻り光を示している。図１１に示すように、メインビームは、焦点が合っている場合には、図４のメインビームが照射されている位置にあるとして、Ｅ１４〜Ｅ１９、Ｆ１３〜Ｆ１９、Ｇ１２〜Ｇ２０、Ｈ１２〜Ｈ２０、Ｉ１２〜Ｉ２０、Ｊ１２〜Ｊ２０、Ｋ１３〜Ｋ１９、Ｌ１４〜Ｌ１９の画素に光が照射していると判定される。

また、対物レンズ１０６が光ディスクに対して近い時には、Ｅ１３〜Ｅ１４、Ｆ１３〜Ｆ１６、Ｇ１３〜Ｇ１７、Ｈ１４〜Ｈ１８、Ｉ１４〜Ｉ１８、Ｊ１５〜Ｊ１９、Ｋ１６〜Ｋ１９、Ｌ１８〜Ｌ１９の画素に光が照射していると判定される。一方、対物レンズ１０６が光ディスクに対して遠い時は、Ｅ１８〜１９、ＦＩ６〜Ｆ１９、Ｇ１５〜Ｇ１９、Ｈ１４〜Ｈ１８、Ｉ１４〜Ｉ１８、Ｊ１３〜Ｊ１７、Ｋ１３〜Ｋ１６、Ｌ１３〜Ｌ１４の画素に光が照射していると判定される。

したがって、光ディスクが記録再生機にセットされ、対物レンズ１０６をアップダウンさせるフォーカスサーチの動作の時には、上記の情報を取得し、長さ方向（図１１では左右の方向）と高さ方向（図１１では縦方向）の最大値を画像認識回路１７１で画像認識した情報から演算する。具体的には、図１１の例では、長さ方向の最大値はＧ１２〜Ｇ２０、Ｈ１２〜Ｈ２０、Ｉ１２〜１２０、Ｊ１２〜Ｊ２０の行が選択され、高さ方向ではＦ１４〜Ｌ１４（Ｆ１４、Ｇ１４、Ｈ１４、Ｉ１４、Ｊ１４、Ｋ１４、Ｌ１４。以下、同様に標記する。）、Ｆ１５〜Ｌ１５、Ｆ１６〜Ｌ１６、ＦＩ７〜Ｌ１７、Ｆ１８〜Ｌ１８の列が選択される。そして、この結果から長さ方向の中心と高さ方向の中心位置を演算する。

演算方法は、例えば、上記の情報の平均（５行の情報がある場合は、５÷２＝２．５）から求める。図１１の例では、長さ方向の中心は１６列（Ｆ１６〜ＬＩ６）と判定され、高さ方向の中心はＨの行（Ｈ１２〜Ｈ２０）とIの行（Ｉ１２〜Ｉ２０）の間と判定される。この判定結果より図１２のように、メインビームのエリアを仮想的に４つのエリアＡ〜Ｄに分割し、それぞれのエリア毎に電圧値を演算する（なお、２つのエリアに股がる情報は、例えば０．５とカウントする）。したがって、図１２に示すように、光ディスクに焦点が合っている場合は、以下のような値に演算される。
メインビームＡ １５÷６５×２Ｖ_Ｐ-Ｐ＝０．４６Ｖ_Ｐ-Ｐ
メインビームＢ １５÷６５×２Ｖ_Ｐ-Ｐ＝０．４６Ｖ_Ｐ-Ｐ
メインビームＣ １５÷６５×２Ｖ_Ｐ-Ｐ＝０．４６Ｖ_Ｐ-Ｐ
メインビームＤ １５÷６５×２Ｖ_Ｐ-Ｐ＝０．４６Ｖ_Ｐ-Ｐ

したがって、光ディスクに焦点が合っている場合、対物レンズが光ディスクに近い場合、遠い場合について上記メインビームＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの値を用いて、（Ａ十Ｃ）−（Ｂ十Ｄ）の演算を実行することによりＦＥ（フォーカスエラー）信号を生成する。

以上のように、光ディスクからの戻り光を撮像素子により受光し画像認識によりスポットをグループ化して、サーボの制御信号を生成するようにしたので、本発明の信号生成装置を搭載した記録再生機においては、新たな規格の光ディスクや今まで以上に高速な記録に対応する光ディスクが現れた場合も、新規に受光素子を開発する必要がなくなる。

また、従来は戻り光の光軸に合わせて受光素子の中心位置を正確に組み立て、調整する必要があったが、本発明の場合、撮像素子の中心位置を正確に合わせるような作業は必要がなく、撮像素子の面積を受光範囲より例えば２０％大きく設計し、光ピックアップのベース設計時に例えば角に合わせて取り付けるような作業で、撮像素子の取り付け位置を決定できるため、従来のような精密で高度な調整が不要になる。

次に、本発明の信号生成装置に関する第２の実施例について図１３および図１４を用いて説明する。
図５から図１０に示した第１の実施例では、すべてのスポットが、ちょうどトラックに乗っている、いわゆるオントラックの状態を説明したが、図１３は、スポットの一部がトラック外れている場合を示しており、第２の実施例は、このような場合に適用する方法に関するものである。なお、素子のどの画素に光が入射しているのかに関する判別処理は実施例１と同様であるため、詳細な説明は省略する。

実施例１の図５、６等では、本発明のスポットを認識するための原理を説明するために、スポットの位置等は簡略化して説明したが、実際の光ディスクにあたるスポットの位置は図１３のように、例えばＣＤの場合、ビームのスポット径は約１．４μｍ、ＤＶＤの場合は０．９μｍである。またＣＤの各トラックの幅は約０．５μｍ〜０．８μｍ、メインビームに対してサブビームは例えば、約１６μｍ〜２０μｍ離れている。

さらに、ピットの最短の長さは、光ディスクの線速度が１．２ ５ｍ／ｓの場合、０．８７μｍ、最長のピット長さは３．１８μｍである。図１３のようにスポットがトラックに照射されている場合、撮像素子１０７上では図１４のように各素子に照射されていることになる。最短ピット長、最長ピット長及びビーム径、メインビームとサブビームとの間隔より、１つのビームが２つのピットに同時にかかることはないので、第１の実施例と同様に各スポットをグループ化することにより、撮像素子１０７に入射する光をメインビーム、サブビーム１、２の３つに分離することができる。

図１４の場合、トラッキングエラーについては第１の実施例と同様に、サブビーム１、２として入射していると判別される画素を重み付けし、演算して制御信号を生成する。メインビームに関しては、Ｆ１０３〜Ｋ１０３の列とＦ１０４〜Ｋ１０４の列が欠けているため、このままでは、メインビームの中心が判別できず、メインビームを正確に４分割できないことになる。

そこで、第２の実施例では、例えば光ディスクが記録再生装置にセットされた時に、光ディスクを回転させるとともに、フォーカスアクチュエータを上下させ、撮像素子１０７において受光した情報を画像認識することにより、画像の面積が最大になる情報を判別して、これをＲＡＭ１７３に記憶する（以下、画像情報１とする。）。

また、第１の実施例で説明したように、フォーカスエラー信号は合焦点位置以外では、撮像素子に入射する戻り光は円にはならず、図１１に示すように、略楕円の形状となる。そのため、記憶した情報からトラックの進行方向にあたる情報の最大画素値（図１１では左右方向）とトラック幅方向にあたる情報の最大画素値（図１１では上下方向）を判別し、これをＲＡＭ１７３に記憶する。

記憶した情報からメインビームの合焦時のトラックの進行方向にあたる情報の最大画素値とトラック幅方向にあたる情報の最大画素値が分かるため、この情報に基づいて、その外形から中心位置を第１の実施例のように求め、図１２のようにＡ〜Ｄの４つのエリアに分割すべき分割位置を演算してＲＡＭ１７３に記憶する。

図１４のメインビームに関する画像情報（以下、画像情報２とする。）が得られた場合、先に記憶してある画像情報１と比較し、画像情報２が画像情報１のどの部分にあたるかを画像認識処理回路１７１にて判別する。すなわち、図１４の場合、得られたスポットは図１４の最大円のうち、その右の部分と判別され、ＲＡＭ１７３に記憶してある分割位置に基づいて、Ａ〜Ｄの４つのエリアに分割し、各エリア毎に光が照射されている画素の重み付けを行い、Ｅｒｒｏｒ信号生成回路１７４によりフォーカスエラー信号を生成する。

以上のように、光ディスクが記録再生装置にセットされた時に、光ディスクを回転させながらフォーカス方向に対物レンズを上下させ、光ピックアップの戻り光を撮像素子により受光し、これを画像認識してスポットをグループ化するとともに、最大画素数になる画像とトラックの進行方向の最大画素数とトラック幅方向の最大画素数とを判別しメインビームの分割位置情報を記憶するようにしたので、スポットがトラックにすべてかからず欠けている場合でも、本発明の光ピックアップを搭載した記録再生機においては、正確にスポットを分割しフォーカスの制御信号が生成できる。

次に第３の実施例について説明する。
これまで説明した実施例では、撮像素子１０７に照射された戻り光の形状やその中心などを演算して各種の制御信号を生成する方法を示した。この場合、使用する撮像素子１０７は、各画素に光が入射しているか否かのみ判別できれば良いため、例えばモノクロの撮像素子であっても良い。本実施例では、撮像素子１０７に、例えばＲＧＢの原色カラーフィルター付きの撮像素子を使用し波長を判別するか、感度により波長を判別することを特徴としている。

本実施例における光ピックアップの構成は基本的には図１と同様であり、撮像素子１０７にＲＧＢのカラー用の撮像素子が用いられている点において相違する。なお、原色カラーフィルター方式のＣＤＤは、デジタルカメラ等で使用されているため、詳しい説明はここでは省略する。

使用する撮像素子および信号生成回路の構成を図２２、２３を用いて説明する。
図２２に示すように、本実施例の撮像素子（受光手段）２００には、少なくとも撮像素子の一部に原色フィルターを有するエリアが設けられている。図２２では、Ｈ１６、Ｈ１７、Ｉ１６、Ｉ１７がこのエリアに相当する。図２２の例では、例えばＨ１６に「Ｒ」、Ｈ１７に「Ｇ」、Ｉ１６に「Ｂ」、Ｉ１７に「Ｒ」の各フィルターが設置されている。

一般に、ＤＶＤおよびＢｌｕ−ｒａｙの再生機の場合、ＬＤ（レーザーダイオード）はＤＶＤが波長約６５０ｎｍの赤色、Ｂｌｕ−ｒａｙでは、波長約４０５ｎｍの青紫色が用いられる。このようにＬＤの波長の違いによりＬＤの色が異なるため、撮像素子２００に設けられたＲＧＢの原色フィルターを備えたエリアに入射する光から、どの波長のレーザーが撮像素子２００に照射されているのかを波長判別回路２０１で検出する。なお、本実施例では、各画素に一色のフィルターを有する例を説明したが、時分割で、各画素のフィルターの色を可変する方法を用いても良い。

次にフィルターを用いないで波長を判別する方法を説明する。
モノクロタイプのＣＣＤの光の波長に対する感度の例を図２４に示す。
図２４の例では、Ｂｌｕ−ｒａｙの波長４０５ｎｍのレーザー光で、その感度は約０．６２、ＤＶＤの波長６５０ｎｍのレーザー光では０．７５、ＣＤの波長７８０ｎｍのレーザー光では０．４の感度を持ち、光の波長に応じて、その感度が異なっていることがわかる。

従って、各波長のＬＤを例えばディスクのミラー部に照射したときに、同じ光量が受光手段である撮像素子２００に戻るように設計されている場合、波長７８０ｎｍのレーザー光の感度を１とすると、６５０ｎｍのレーザー光では、１．８７５倍、４０５ｎｍのレーザー光では、１．５５倍の感度があるため、戻り光が照射されている画素の輝度に関して、例えば４０５ｎｍのレーザー光の感度をＲＯＭ１７２に記憶させておき、実際に特定の画素に入射したレーザー光の感度をこれと比較することにより、個々の波長を判別することが可能になる。なお、実施例では撮像素子としてＣＣＤを用いた場合について説明したが、ＣＭＯＳの撮像素子等を用いても勿論、同様の効果が得られる。

次に第４の実施例について図２５および図２６を用いて説明する。
第１の実施例及び第２の実施例では、３ビーム法を用いて制御信号を生成する方法について説明したが、本実施例ではプッシュプル法を用いたトラッキングエラー信号の生成に関して説明する。なお、プッシュプル法そのものは既知のため、詳しい説明は省略する。

例えばＤＶＤ−ＲＯＭディスクにレーザーを照射した場合、図２５に示すようにディスクからの反射光の強度分布は、ディスクの溝による回折の影響で、２分割した受光部において、左右が非対称になることが知られている。この強度分布の差を検出することで制御信号を生成するのがプッシュプル法である。（参考文献 ２０００．１１ 田中伸一、重松和男 監修、「ＤＶＤ−ＲＡＭ技術」、トリケップス社版、Ｐ７６−８０）

しかし、一般に、図２６に示すように隣のトラックからのクロストークが斜線部に漏れ込むことが知られている。このクロストーク成分は、生成されるトラッキングエラー信号の品質に影響を与えることから、例えば、受光部を分割しクロストーク分を削除する方法が提案されている。（参考文献：ＪＪＡＰ ２００３ Ｖｏｌ．４に Ｎｏ．２Ｂ Ｐ９０８−９１１、「Ｏｎｅ Ｂｅａｍ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｈｅａｄ ｆｏｒ Ｈｉｇｈ−Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈ Ｅｉｇｈｔ Ｓｅｇｍｅｎｔ Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ」Ｃｈｏｕｎｇ Ｓａｍ ＣＨＵＮＧ他、三星電子、Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｅｄｉａ ｒ＆Ｄ Ｃｅｎｔｅｒ）

本実施例では、受光部に複数の画素から構成される撮像素子を用いるため、結果的に受光部を多分割する場合と同様の作用を有する。したがって、プッシュプル法によりトラッキングエラー信号を生成する場合に問題となる隣接トラックからのクロストーク分のみ抜き出すことにより、こうした信号成分を各スポットから削除して、品質の高いトラッキングエラー信号を生成することができる。

以上、図面を参照して本発明の実施の形態について詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。例えば、本実施例においては、サーボ制御信号の生成に関して、主に、説明したが、チルト検出信号の生成等にも適用できることは言うまでもない。また、本実施例においては、本発明の信号生成装置を実際の光ディスクの記録再生装置に適用する場合に言及したが、例えば、本発明の信号生成装置を部品開発のためのツールなどとして適用できることは言うまでもない。

本発明の信号生成装置における光学系の構成図である。 本発明の信号生成装置において撮像素子に照射するメインビーム、サブビームを示した図である。 本発明の信号生成装置の構成図である。 本発明の撮像素子に照射するメインビーム、サブビームを各画素ごとに拡大して示した図である。 トラック上に照射されるメインビーム、サブビームを示した図である。 図５に示すメインビーム、サブビームからの戻り光を受光した場合の撮像素子を示した図である。 トラックに対してずれてメインビーム、サブビームが照射された場合を示した図である 図７に示すメインビーム、サブビームからの戻り光を受光した場合の撮像素子を示した図である。 トラックに対してずれてメインビーム、サブビームが照射された場合を示した図である 図９に示すメインビーム、サブビームからの戻り光を受光した場合の撮像素子を示した図である。 フォーカス方向の対物レンズの位置と戻り光との関係を示した図である。 メインビームに相当する受光エリアを４つに分割した場合を示した図である。 トラック幅、メインビームとサブビームとの間隔およびビーム径等を示した図である。 図１３のような位置関係にある場合の撮像素子に対する戻り光を示した図である。 従来の光学系を示す図である。 従来の受光素子の構成とメインビームおよびサブビームとの関係を示した図である。 演算器の構成を示した図である。 従来の信号生成装置の構成を示した図である。 フォーカスおよびトラッキングに関する調整処理を示した図である。 ＤＶＤ−ＲＡＭ対応の受光素子を示した図である。 ＣＤおよびＤＶＤの双方に対応する受光素子を示した図である。 第３の実施例に係る撮像素子を示した図である。 第３の実施例に係る信号生成装置の構成図である。 モノクロタイプのＣＣＤの光の波長と感度の関係を示す図である。 第４の実施例における受光部での反射光の強度分布を示す図である。 隣接トラックからのクロストークの影響を示した図である。

符号の説明

１０１・・・ＬＤ、１０２・・・回折格子、１０３・・・ハーフミラー、１０４・・・円筒レンズ、１０５・・・受光手段、１０６・・・対物レンズ、１０７、２００・・・撮像素子、１５２ａ、１５２ｂ、１５２ｃ・・・演算器、１５５ａ、１５５ｂ、１５５ｃ、１５５ｄ、１７０・・・Ａ／Ｄ、１６２・・ＡＣＴ、１７１・・・画像認識回路、１７２・・・ＲＯＭ、１７３・・・ＲＡＭ、１７４・・・Ｅｒｒｏｒ信号生成回路、１５３・・・ＬＰＦ、１５４・・・ＥＦＭ、１６４・・・ＰＬＬ、１５６ａ、１５６ｂ、１５６ｃ、１５６ｄ・・・ＶＣＡ、１５７ａ、１５７ｂ、１５７ｃ、１５７ｄ・・・Ｄｉｇｉｔａｌ ＥＱ、１５８・・・ＰＷＭ、１５９・・・Ｓｅｒｖｏ制御回路、１６１・・・ＡＰＣ、１６０、１７４・・・ＣＰＵ、２０１・・・波長判別回路

Claims (9)

1. 光記録再生媒体からの戻り光を受光する撮像素子と、
   該撮像素子を構成する各画素が受光した戻り光量と各画素の位置関係に応じて、これを画像認識する画像認識手段と、
   該画像認識された戻り光をグループ化して分離する信号分離手段と、
   該分離した信号を用いて、ＲＦ信号および再生制御信号を生成する信号生成手段とを有することを特徴とする信号生成装置。
2. 前記撮像素子が受光した戻り光の波長を判別する波長判別手段を有することを特徴とする請求項１に記載された信号生成装置。
3. 前記撮像素子が受光した戻り光量をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、
   該デジタル信号を圧縮して一時記憶する記憶手段を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載された信号生成装置。
4. 前記撮像素子が、前記光記録再生媒体からの２つ以上に分割された戻り光を受光し、前記信号生成手段が、前記信号分離手段により２つ以上にグループ化された信号に基づいて、トラッキング制御用信号を生成することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載された信号生成装置。
5. 前記撮像素子が、前記光記録再生媒体から１ビーム方式の戻り光を受光し、前記信号生成手段が、前記信号分離手段により出力された信号に基づいて、トラッキング制御用信号を生成することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載された信号生成装置。
6. 前記画像認識手段により、画像化された情報から前記光記録再生媒体に照射されるスポットの形状を予測演算して、予測形状情報を生成する形状予測手段を有し、
   前記信号生成手段が該予測形状情報に基づいて、前記再生制御信号の制御方向もしくは制御量の少なくとも１つを生成することを特徴とした請求項１から請求項３のいずれかに記載された信号生成装置。
7. セットアップ時に、対物レンズを前記光記録再生媒体に対して上下方向に移動させるとともに、前記画像認識された戻り光をグループ化した画像情報に基づいて少なくとも１つのスポットについて最大面積になる画像情報を判別する画像情報判別手段と、
   該判別した画像情報を記憶する画像記憶手段と、
   該記憶された画像情報からトラックの進行方向について光が照射されていると認識する最大画素数を判別して、スポットの最大外形を求めるとともに、該最大外形から該スポットの中心を判別して、該スポットを複数のエリアに分割する第１のスポットエリア分割手段とを有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載された信号生成装置。
8. 前記撮像素子における戻り光の最大面積を検出する検出手段と、
   該検出した最大面積からトラックの進行方向について光が照射されていると認識される最大画素数を検出するとともに、該最大画素数からスポットの最大外形を検出するスポット外形検出手段と、
   前記信号分離手段からの出力に基づいて、少なくとも１つのスポットについてトラックの進行方向に光が照射されていると認識される最大画素数とトラック幅方向の最大画素数とを判別して、該スポットの中心を判別するとともに、該スポットを２以上のエリアに分割する第２のスポットエリア分割手段とを有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載された信号生成装置。
9. 前記Ａ／Ｄ変換器のサンプリング周波数が、前記光記録再生媒体のチャンネルクロックまたはサンプリング周波数の分周波あるいは倍周波を用いることを特徴とする請求項３に記載された信号生成装置。
   
   

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