JP2007128626A - トラッキングエラー検出方法、トラッキングエラー検出装置及び光記録再生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】１本のビームでフセットを補正することが可能なトラッキングエラー信号検出方法、トラッキングエラー信号検出装置及び光記録再生装置を提供する
【解決手段】対物レンズ６に入射する光の強度分布が、光記録媒体のトラック方向（ｙ軸）及びこれと直交する方向(ｘ軸)に対して傾斜する方向に対称性を有し、受光部８が、少なくともトラック方向及びこれと直交する方向に分割され、分割された受光部８からの検出信号に基づいてトラッキングエラー信号を検出する。トラック方向に分割した信号の差信号がオフセットによるシフト補正量となる。
【選択図】図４

Description

本発明は、光ディスクや光カード等の光記録媒体に対して光学的に情報を記録再生する際に用いるトラッキングエラー検出方法、トラッキングエラー検出装置及び光記録再生装置に関する。

近年、光記録媒体において、記録密度が異なる種々のタイプの光記録媒体が開発されており、例えばディスク状の光記録媒体では、レーザ光の使用波長が例えば７８０ｎｍ付近であるＣＤ（Compact Disc）、使用波長が６６０ｎｍ付近であるＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、使用波長が４０５ｎｍ付近であるＢＤ（Blu-ray Disc）、同様に使用波長が４０５ｎｍ付近であるＨＤ−ＤＶＤ（High Definition DVD）等が挙げられる。

これらの光記録媒体においてはその構造がそれぞれ異なり、記録密度を上げるために、ＣＤ型光記録媒体では１．６μｍであったトラックピッチがＤＶＤ型光記録媒体においては０．７４μｍ、ＢＤ型光記録媒体では０．３〜０．３５μｍ程度にトラックピッチが微小化されている。
このように幅が微細化された記録トラックに対し、光源から出射された光を目的とする記録トラック上に精度良く位置させることが必要である。
従来のトラッキング方法としては、プッシュプル法における対物レンズのオフセット、すなわち対物レンズの光軸ずれに対する補正を行う方法として、ＤＰＰ（Differential Push-Pull）法が広く用いられている（例えば特許文献１参照。）
このＤＰＰ法は、光源から光記録媒体に向かう光を３分割し、真ん中のメインビームに対して両側のサブビームを、光記録媒体の盤面上における半径方向に、記録トラックのトラックピッチの２分の１だけずらした位置に精度良く照射し、これらの光を受光部において検出して、対物レンズのオフセットをキャンセルしようとするものである。

特公平４−３４２１２号公報

上述したように、従来のＤＰＰ法によるトラッキングエラー検出方法では、光源から光記録媒体に向かういわゆる光の往路において３分割した光を、光記録媒体の記録トラックに対し、精度良く目的とする位置に照射する必要がある。したがって、
（１）光を往路上で３分割するため、記録再生を行うような光記録媒体において、光源からの光の利用効率は、分割しない場合と比べて低下する。
（２）光記録媒体のトラックに対して、高精度にサブビームを配置しなければならない。
（３）光記録媒体のシーク軸上（半径方向）に高精度にメインビームを配置しなければならない。
（４）複数の層を有する光記録媒体において、記録再生を行っていない層からの不要光が増える。
（５）異なるトラックピッチの光記録媒体に対する互換性がない。
などの問題がある。
しかしながら、光を往路上で分割せずに、精度良く対物レンズのオフセットを補正する方法は提案されていない。

以上の問題に鑑みて、本発明は、複数のビームを用いることなく、トラッキングエラー検出における対物レンズのオフセットを補正することが可能なトラッキングエラー検出方法、トラッキングエラー検出装置及びこれを用いた光記録再生装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明によるトラッキングエラー信号検出方法は、対物レンズに入射する光の強度分布が、光記録媒体のトラック方向及びこれと直交する方向に対して傾斜する方向に対称性を有し、受光部が、少なくともトラック方向及びこれと直交する方向に分割され、分割された受光部からの検出信号に基づいてトラッキングエラー信号を検出する。

また、本発明は、上述のトラッキングエラー検出方法において、受光部において光記録媒体上のトラック方向の差信号をＴＰＰ、トラック方向と直交する方向の差信号をＲＰＰとすると、トラッキングエラー信号ＴＥＳを、
ＴＥＳ＝ＲＰＰ−ｋＴＰＰ
（但し、ｋは任意定数）
として検出する。

また、本発明のトラッキングエラー検出装置は、光源からの光が少なくとも対物レンズを介して光記録媒体に入射され、光記録媒体から反射された光が受光部に導かれる光学系と、受光部において検出された光出力に基づいて少なくともトラッキングエラー信号が検出される演算回路とを有して成り、対物レンズに入射する光の強度分布が、光記録媒体のトラック方向及びこれと直交する方向に対して傾斜する方向に対称性を有し、この受光部が、少なくともトラック方向及びこれと直交する方向に分割され、分割された受光部からの検出信号に基づいてトラッキングエラー信号が前記演算回路において検出される構成とする。
更に、本発明の光記録再生装置は、光源からの光が少なくとも対物レンズを介して光記録媒体に入射され、この光記録媒体から反射された光が受光部に導かれる光学系と、対物レンズを駆動する対物レンズ駆動部とより成る光ヘッドを有し、受光部において検出された光出力に基づいて記録及び／又は再生がなされる光記録再生装置であって、上述の本発明構成のトラッキングエラー検出装置を有する構成とする。

上述の本発明のトラッキングエラー検出方法によれば、光源からの光を分割することなく光記録媒体に照射し、その強度分布を、光記録媒体のトラック方向から傾斜した方向に対称性を有する強度分布とすることによって、後述する演算方法によって、容易に対物レンズのオフセットを精度良く補正することができる。
したがって、本発明によれば、複数のビームを光記録媒体のトラックに対して精度良く目的とする位置に照射させる必要がなく、また光利用効率を損なうことなく、良好なトラッキングエラー信号の検出が可能なトラッキングエラー信号検出方法、トラッキングエラー信号検出装置及び光記録再生装置を提供することができる。

以上説明したように、本発明によれば、１本のビームを用いてトラッキングエラー信号のオフセット補正を行うことができることから、光利用効率の低下を回避し、良好にトラッキングエラー信号を検出することが可能なトラッキングエラー信号検出方法、トラッキングエラー信号検出装置及び光記録再生装置の光学系の簡易化を図ることができる。

以下本発明を実施するための最良の形態の例を説明するが、本発明は以下の例に限定されるものではない。
図１においては、本発明によるトラッキングエラー検出方法を実現するトラッキングエラー検出装置を含む光記録再生装置の一例の要部の概略構成図を示す。
この光記録再生装置１００は、半導体レーザ等より成る光源２と、光源２から出射される光を光記録媒体１０、例えば光ディスクに入射させる光学系とを有する。この光学系は、この場合コリメータレンズ等より成るレンズ３、偏光ビームスプリッタ５、４分の１波長板５と、対物レンズ６とより構成される。また、光記録媒体１０から反射された光を受光部８に導く光学系を有し、この場合対物レンズ６、４分の１波長板５、偏光ビームスプリッタ４、マルチレンズ等のレンズ７とより構成する。
対物レンズ６には、２軸アクチュエータ等の対物レンズ駆動部９が接続されて、破線で示す光ヘッド１が構成される。また、光記録媒体１０は、スピンドルモータ等の回転駆動部１６上に載置固定されて、記録再生時には所定の速度で回転される。
受光部８において検出された信号は演算回路１５に出力される。本発明のトラッキングエラー検出装置２０は、図１において一点鎖線Ｔで示すように、光源２と、光源２からの光を光記録媒体１０に導く光学系と、光記録媒体１０において反射された光を受光部８に導く光学系と、演算回路８とより構成される。

このような構成において、光源２から出射された例えばレーザ光は、例えばコリメートレンズより成るレンズ３によって平行光とされ、偏光ビームスプリッタ４に入射され、その偏光面において反射されて、４分の１波長板５を通過して対物レンズ６を介して光記録媒体１０の所定の記録トラック上に入射される。
この光は、後述する図２において詳細に説明する強度分布をもつビーム形状とされて対物レンズ６に入射され、所定の強度分布をもって光記録媒体１０の所定のトラック上に照射される。
光記録媒体１０から反射された光は、対物レンズ６を介して４分の１波長板５を通過する。４分の１波長板を２回通過した光は偏光ビームスプリッタ４において偏光方向が変換されて偏光面を通過し、レンズ７を介して受光部８の受光面上に入射される。

この受光部８は、光記録媒体１０のトラック方向及びこれと直交する方向に対応する方向に４分割される。すなわち光記録媒体１０が円盤状の光ディスクの場合は、トラックのタンジェンシャル（接線）方向とラディアル（半径）方向に対応する方向に４分割される。なお、受光部８の分割線の交点は、光記録媒体から反射されて受光部８に入射する光の強度分布の強度中心がほぼ一致するように受光部８が配置される。
そして、受光部８において検出された光出力は、演算回路１５においてＲＦ（高周波）信号、ＴＥ（トラッキングエラー）信号、ＦＥ（フォーカスエラー）信号がそれぞれ演算される。ＲＦ信号は例えば演算回路においてアナログ／デジタル変換、エラー訂正などの処理がなされて記録再生信号として出力され、ＴＥ信号は光ヘッド駆動部１３及び／又は対物レンズ駆動部９に、またＦＥ信号は対物レンズ駆動部９に出力されて、フォーカスサーボ、トラッキングサーボがなされる。
なお、ＦＥ信号検出は例えばマルチレンズより成るレンズ７に非点収差を与えることによって、非点収差法により検出可能である。

そして本発明においては、図２（ａ）又は（ｂ）に示すように、対物レンズ６に入射する光が、トラック方向及びこれと直交する方向に対して傾斜する方向に、光源２から出射される光がその強度分布に対称性を有するように入射する構成とする。すなわち、光記録媒体１０の表面において、また、受光部８においても同様に、光記録媒体１０のトラック方向とこれと直交する方向に対応する方向から傾斜する方向に、光強度分布が対称性を有するように光を入射させる。

ここで、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、受光部８の受光面上において、光記録媒体１０のトラック方向（タンジェンシャル方向）と対応する方向をｙ軸、これと直交する方向（半径方向）と対応する方向をｘ軸とすると、ｘ−ｙ座標系のｘ＞０、ｙ＞０の受光領域から得られる信号をＡ、ｘ＜０、ｙ＞０の受光領域から得られる信号をＢ、ｘ＜０、ｙ＜０の受光領域から得られる信号をＣ、ｘ＞０、ｙ＜０の受光領域から得られる信号をＤとする。
図２（ａ）においては、信号Ａ及びＣを受光する領域において光強度分布が密であり、信号Ｂ及びＤを受光する領域において光強度分布が疎となる場合を示し、図２（ｂ）においては、逆に信号Ｂ及びＤを受光する領域において光強度分布が密、信号Ａ及びＣを受光する領域において光強度分布が疎である場合を示す。すなわち本発明においては、これら図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、光強度分布がｘ軸及びｙ軸に対し傾斜する方向に対称性を有するように光を入射させる構成とするものである。
図２（ａ）及び（ｂ）において、Ｐ１及びＰ２は、トラック案内溝又は凹凸ピットによって回折される０次光と±１次回折光が重なるプッシュプル信号領域を示す。

なお、一般的に光記録再生装置の光源に使用される半導体レーザは、活性層に平行な方向（／／方向）と垂直な方向（⊥方向）で光の発散する角度が異なり、活性層に対し⊥方向が／／方向の数倍大きい。このため、ビーム整形等を行わないかぎり、対物レンズに入射する際の光強度分布は、その周辺光強度（ｒｉｍ強度）として⊥方向が高く、／／方向が低い。
そこで例えば、この光強度分布を光記録媒体のトラック方向（タンジェンシャル方向）に対して傾斜させる、すなわちトラック方向に傾斜した方向に光強度分布が対称性を有するように配置すると、対物レンズがトラックに対して直交する方向（ラディアル方向）にオフセットした際に、４分割した受光部からの検出信号に基づいて、このオフセットしたレンズシフト量及びトラッキングエラー信号を検出することができる。

図３及び図４を参照して、この対物レンズシフト量を検出する原理を説明する。
図３及び図４においては、対物レンズにおいての入射光の光強度分布と、対物レンズ６により光記録媒体の表面において反射された光の光路を透過光路に置き換えて表した光路図、更に、受光部の表面における光強度分布及び受光部上の強度分布平面図を示し、図３及び図４においては、それぞれ対物レンズが光軸上に配置される場合と、シフト量Ｓ１をもってシフトした場合を示す。また、図３及び図４の受光部８において、図２（ａ）及び（ｂ）と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。

図３に示すように、対物レンズ６の光軸Ｃがシフトしていない場合は、光強度分布Ｌｄは光軸Ｃと対称軸とする分布となり、アパーチャａによって規制される入射光Ｌは、反射面Ｒによって反射された後も分布は光軸Ｃを対称軸とする光強度分布Ｌｄ０であり、したがって、受光部８において、強度分布は例えば前述の図２（ａ）に示す分布をもって光を入射する場合はその分布が保たれる。このとき、光記録媒体のトラック方向と直交する方向（半径方向）を示すｘ軸により分割される上下の領域において光強度分布は対称であり、すなわち信号（Ａ＋Ｄ）と信号（Ｂ＋Ｃ）はほぼ等しくなり、この差信号は０となる。

これに対し、図４に示すように、光学系の光軸Ｃ１に対し、対物レンズ６の光軸Ｃ２がシフトした場合は、対物レンズシフト量をＳ１とすると、反射面Ｒを反射した光の光強度分布は、戻り光路（図４においては透過光路として示す）において対物レンズ６を通過後は、対物レンズ６のシフト量Ｓ１の２倍のシフト量Ｓ２だけ光強度分布Ｌｄ１がずれることとなる。つまり、受光部８においては、光強度分布の頂点が破線Ｃ３で示す位置、すなわち対物レンズ６のシフト量Ｓ１の２倍のシフト量Ｓ２をもってずれた分布として受光される。図４においては、光学系の光軸Ｃ１上の光の光路を矢印Ｌｓとして示す。
この場合、対物レンズ６のシフトによって光記録媒体のトラック方向と直交する方向（ラディアル方向）において光強度差が発生するとともに、特に本発明においてはこの光強度分布を傾斜させているために、トラック方向（タンジェンシャル方向）に対しても光強度差が発生することとなり、受光部８のｙ軸の＋側領域は光強度が強い領域、−側領域は光強度が弱い領域となる。
したがって、図４に示す受光部８の上下の領域の光強度差である差信号（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ）を検出することにより、対物レンズ６のオフセット（シフト量）のみを検出することが可能となり、トラックと直交する方向（ラディアル方向）の差信号から、このシフト量を示す差信号を差し引けば、対物レンズ６のオフセットを補正したトラッキングエラー信号を得ることができる。

すなわちこの場合トラッキングエラー信号ＴＥＳは、ＲＰＰをトラック方向と直交する方向（ラディアル方向）の差信号、ＴＰＰをトラック方向の差信号とすると、
ＴＥＳ＝ＲＰＰ−ｋＴＰＰ（ｋは任意定数） ・・・（１）
となる。ここでＲＰＰは、
ＲＰＰ＝（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ） ・・・（２）
である。また、ＴＰＰは、図２（ａ）に示すように、対物レンズに入射する光の強度分布が、受光部の信号Ａ及びＣを受光する領域において密であり、信号Ｂ及びＤを受光する領域において疎である場合は、
ＴＰＰ＝（Ａ＋Ｄ）−（Ｂ＋Ｃ） ・・・（３）
であり、また、図２（ｂ）に示すように、対物レンズに入射する光の強度分布が、受光部の信号Ａ及びＣを受光する領域において疎であり、信号Ｂ及びＤを受光する領域において密である場合は、
ＴＰＰ＝（Ｂ＋Ｃ）−（Ａ＋Ｄ） ・・・（３´）
である。
なお、任意定数ｋは、入射光の強度分布及びその傾斜角度による違いを補正する補正係数である。

図５は、上記式（１）〜（３）（又は（３´））の演算を行う演算回路の一実施形態例の構成図である。
受光部８において検出された光量Ａ〜Ｄは、加算器２１〜２４においてそれぞれ、Ａ＋Ｄ、Ａ＋Ｂ、Ｂ＋Ｃ及びＣ＋Ｄが演算され、減算器２５及び２６においてそれぞれ（Ａ＋Ｄ）−（Ｂ＋Ｃ）すなわちＴＰＰと、（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ）すなわちＲＰＰが演算される。なお、上記式（３´）の演算を行う場合は減算器２５´を用いて（Ｂ＋Ｃ）−（Ａ＋Ｄ）を演算する。そして更に、ＴＰＰに係数ｋが係数乗算器２７により乗算されて加算器２８からＲＰＰとｋＴＴＰの差信号がトラッキングエラー信号ＴＥＳとして出力される。

この演算によって、図６に示すように、従来は実線ｂで示すトラッキングエラー信号ＲＰＰに対し対物レンズのオフセットによって加算されていた実線ｃで示す直流成分ｋＴＰＰが補正され、実線ｄで示す本来のトラッキングエラー信号成分ＴＥＳのみを検出することができることとなる。図６において、信号量は相対値を示す。

図７は、対物レンズ６に入射する光の強度分布の傾斜角度を図２（ｃ）に示すｘ軸、すなわちトラック方向と直交する方向（ラディアル方向）から５度以上８５度以下の範囲で変えて、ＴＰＰ出力をシミュレーションした結果を示す。このシミュレーションにおいては、光強度分布が広いほうの周辺光強度を０．８８、狭いほうの周辺光強度を０．４９とし、また横軸の対物レンズシフト量は、アパーチャ半径を１として規格化した値を示す。ＴＰＰ出力値は任意強度である。
この図７から明らかなように、このように光強度分布の対称方向を傾斜して配置する場合、その傾斜角度が１０度以上８０度以下の範囲で対物レンズのシフト量に対して、十分なレベルの出力差を検出することができることから、傾斜角度は１０度以上８０度以下とすればよいことがわかる。
また、より精度良くシフト量を補正するためには、３０度以上６０度以下程度とすることが望ましく、特に、４０度以上４５度以下の範囲とする場合は最も大きい信号出力差が検出できるので、この範囲とすることが望ましいことがわかる。

以上説明した本発明のトラッキングエラー検出方法、トラッキングエラー検出装置及び光記録再生装置によれば、サブビームを使用することなく、１本のビームのみによって、対物レンズのオフセットを補正することができ、すなわち対物レンズが光軸からシフトしてもオフセットが発生しないトラッキングエラー信号を比較的簡易な光学系の構成を持って、容易に得ることができる。また、このように１本のビームのみにてトラッキングエラー検出用の光学系を構成することができることから、次の効果が得られる。
１．光利用効率が向上する。
２．光学系の光軸合わせ、ビームの位置合わせ、ビームの移動方向の位置合わせ精度などを緩和して、組み立て工程の簡易化、生産性の向上、更に歩留まりの低下を図ることができる。
３．複数のビームを用いないことから、複数の記録層を有する光記録媒体に対し記録再生を行う場合の不要光の発生を抑制、低減することができる。
４．異なるトラックピッチを有する光記録媒体に対する互換性が得られる。

なお、本発明のトラッキングエラー信号検出装置及び光記録再生装置は、上述の実施形態例において説明した構成に限定されることなく、本発明構成を逸脱しない範囲において種々の変形、変更が可能である。
例えば、本発明の光記録再生装置において、フォーカスエラー検出方法は、上述の非点収差法に限定されることなく、その他の方法を用いることが可能である。
また、本発明のトラッキングエラー信号検出方法、トラッキングエラー信号検出装置及び光記録再生装置は、ＤＶＤ−ＲＯＭ等の特定のプッシュプル検出方式を採用する光記録媒体を除いて、色素型、相変化型、光磁気記録型などの各種の案内溝、凹凸ピットを有する光記録媒体に対する記録再生を行う場合に適用可能である。なお、対物レンズのオフセットを検出するのみの場合は、全ての光記録媒体に適用可能である。

本発明によるトラッキングエラー検出装置を有する光記録再生装置の一実施形態例の概略構成図である。 （ａ）及び（ｂ）は本発明によるトラッキングエラー検出方法の一実施形態例の説明図である。 本発明によるトラッキングエラー検出方法の一実施形態例の説明図である。 本発明によるトラッキングエラー検出方法の一実施形態例の説明図である。 本発明によるトラッキングエラー検出装置の演算回路の一実施形態例の概略構成図である。 対物レンズのシフトに対するトラッキングエラー検出信号を示す図である。 光強度分布の傾き角度と対物レンズシフトとを変化させた場合のトラッキングエラー信号の変化を示す図である。

符号の説明

１．光ヘッド、２．光源、３．レンズ、４．偏光ビームスプリッタ、５.波長板、６．対物レンズ、７．レンズ、８．受光部、９．対物レンズ駆動部、１０．光記録媒体、１２．アクチュエータ、１５．演算回路、２０．トラッキングエラー検出装置、２１〜２４．加算器、２５．減算器、２６．減算器、２７．係数乗算器、２８．減算器、１００．光記録再生装置

Claims (5)

1. 対物レンズに入射する光の強度分布が、前記光記録媒体のトラック方向及びこれと直交する方向に対して傾斜する方向に対称性を有し、
   受光部が、少なくとも前記トラック方向及びこれと直交する方向に分割され、
   前記分割された受光部からの検出信号に基づいてトラッキングエラー信号を検出する
   ことを特徴とするトラッキングエラー信号検出方法。
2. 前記受光部において前記光記録媒体上の前記トラック方向の差信号をＴＰＰ、前記トラック方向と直交する方向の差信号をＲＰＰとすると、トラッキングエラー信号ＴＥＳを、
   ＴＥＳ＝ＲＰＰ−ｋＴＰＰ
   （但し、ｋは任意定数）
   として検出する
   ことを特徴とする請求項１記載のトラッキングエラー検出方法。
3. 前記光記録媒体及び前記受光部に入射する光の強度分布の対称性を有する方向が、前記トラック方向と成す角度をαとすると、
   １０度≦α≦８０度
   である
   ことを特徴とする請求項１記載のトラッキングエラー信号検出方法。
4. 光源からの光が少なくとも対物レンズを介して光記録媒体に入射され、前記光記録媒体から反射された光が受光部に導かれる光学系と、
   前記受光部において検出された光出力に基づいて少なくともトラッキングエラー信号が検出される演算回路とを有して成り、
   前記対物レンズに入射する光の強度分布が、前記光記録媒体のトラック方向及びこれと直交する方向に対して傾斜する方向に対称性を有し、
   前記受光部が、少なくとも前記トラック方向及びこれと直交する方向に分割され、
   前記分割された受光部からの検出信号に基づいてトラッキングエラー信号が前記演算回路において検出される
   ことを特徴とするトラッキングエラー検出装置。
5. 光源からの光が少なくとも対物レンズを介して光記録媒体に入射され、前記光記録媒体から反射された光が受光部に導かれる光学系と、前記対物レンズを駆動する対物レンズ駆動部とより成る光ヘッドを有し、前記受光部において検出された光出力に基づいて記録及び／又は再生がなされる光記録再生装置であって、
   前記対物レンズに入射する光の強度分布が、前記光記録媒体のトラック方向及びこれと直交する方向に対して傾斜する方向に対称性を有し、
   前記受光部が、少なくとも前記トラック方向及びこれと直交する方向に分割され、
   前記分割された受光部からの検出信号に基づいてトラッキングエラー信号が演算回路において演算される
   ことを特徴とする光記録再生装置。