JP2007323791A

JP2007323791A - 光情報記録再生装置

Info

Publication number: JP2007323791A
Application number: JP2006156066A
Authority: JP
Inventors: Takashi Fukuhara; 隆福原
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2006-06-05
Filing date: 2006-06-05
Publication date: 2007-12-13
Also published as: US20070280065A1

Abstract

【課題】光ディスクの偏芯等によらず、正確にトラッキング制御を行うことが可能な光情報記録再生装置を提供する。
【解決手段】光ディスク１３の反射光を検出する光検出器（ＰＤ２）２１で検出し、その出力からトラッキングエラー信号を検出する。また、ＳＩＬ１２の光ディスクに対向する端面によって反射された戻り光を光検出器（ＰＤ３）２５で検出し、その出力から光ヘッド部１０のトラッキング方向の位置信号２７を検出する。そして、位置信号に基づいてトラッキングエラー信号を補正することでオフセットを除去し、正確にトラッキング制御を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、光ディスク等の光情報記録媒体に情報を記録又は再生する光情報記録再生装置に関し、特に、ＳｏｌｉｄＩｍｍｅｒｓｉｏｎＬｅｎｓ（以下ＳＩＬと省略する）と対物レンズを用いてサーボ制御を行う場合の技術に関するものである。

従来、光ディスクの記録密度を向上させるためには、記録再生に用いる光の波長を短くし、対物レンズの開口数（ＮＡ）を大きくして、光ディスク記録面上の光スポット径を小さくすることが求められている。

そこで、対物レンズの先玉を記録面上に記録波長の数分の１（例えば、１／２）以下に近接させて、いわゆるＳＩＬを構成し、ＮＡを空気中においても１以上とする試みがなされている。この技術は、例えば、ＪａｐａｎＪｏｕｒｎａｌＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ誌４４巻（２００５）Ｐ.３５６４−３５６７に記載の“ＮｅａｒＦｉｅｌｄＲｅｃｏｒｄｉｎｇｏｎＦｉｒｓｔ−ＳｕｒｆａｃｅＷｒｉｔｅ−ＯｎｃｅＭｅｄｉａｗｉｔｈａＮＡ＝１.９ＳｏｌｉｄＩｍｍｅｒｓｉｏｎＬｅｎｓ”に詳しい（非特許文献１）。

また、ＯｐｔｉｃａｌＤａｔａＳｔｏｒａｇｅ２００４，ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆＳＰＩＥ５３８０巻（２００４）“ＮｅａｒＦｉｅｌｄｒｅａｄ−ｏｕｔｏｆｆｉｒｓｔ−ｓｕｒｆａｃｅｄｉｓｋｗｉｔｈＮＡ＝１.９ａｎｄａｐｒｏｐｏｓａｌｆｏｒａｃｏｖｅｒ−ｌａｙｅｒｉｎｃｉｄｅｎｔ，ｄｕａｌ−ｌａｙｅｒｎｅａｒｆｉｅｌｄｓｙｓｔｅｍ”等に詳しい（非特許文献２）。

図５は上記従来例（ＪａｐａｎＪｏｕｒｎａｌＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ誌４４巻（２００５）Ｐ.３５６４−３５６７）の近接場記録用の光ピックアップの構成を示すものである。まず、波長４０５ｎｍの半導体レーザ１から出射した光束は、コリメータレンズ２で平行光束とされ、ビーム整形プリズム３に入射して等方的な光量分布とされる。

更に、非偏光ビームスプリッタ（ＮＢＳ）４を経て、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）７を透過した光束は、１／４波長板（ＱＷＰ）８を通過し、直線偏光から円偏光に変換される。なお、非偏光ビームスプリッタ（ＮＢＳ）４で反射された光束を受光し、半導体レーザ１の出射パワーを制御するための光検出器（ＬＰＣ−ＰＤ）６が設けられている。

１／４波長板（ＱＷＰ）８を透過した光束は、エキスパンダレンズ９に入射する。エキスパンダレンズ９は後述する対物レンズやＳＩＬで発生する球面収差を補正するためのレンズで、球面収差に応じて２枚のレンズ間隔を制御可能に構成されている。

エキスパンダレンズ９からの光束は光ヘッド部１０の対物レンズ１１に入射する。対物レンズ１１とＳＩＬ１２を合わせて光ヘッド部１０という。対物レンズ１１とＳＩＬ１２はフォーカスとトラッキング方向に２つのレンズを一体に駆動する２軸アクチュエータ（図示しない）上に実装されている。

その場合、ＳＩＬ１２底面と光ディスク１３の距離が、光源の波長４０５ｎｍの数分の１以下、例えば、１００ｎｍ以下の近距離にある場合のみ、ＳＩＬ１２底面からエバネッセント光として記録面に作用し、ＮＡeffの光スポット径による記録再生が可能である。この距離を保つために後述するギャップサーボが用いられる。図５に戻って復路の光学系について説明する。

光ディスク１３で反射された光束は逆回りの円偏光となり、ＳＩＬ１２及び対物レンズ１１に入射して平行光束に再び変換される。更に、エキスパンダレンズ９、１／４波長板８（ＱＷＰ）を通過し、往路とは直交する方向の直線偏光とされた光束は偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）７で反射される。

その反射光束は１／２波長板（ＨＷＰ）１４に入射し、偏光面が４５°回転する。１／２波長板（ＨＷＰ）１４で偏光面を４５°回転した光束のうちＳ偏光成分は偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１５で反射され、レンズ１６を経由して光検出器（ＰＤ１）１７上に集光され、光ディスク１３上の情報を含むＲＦ出力１８として出力される。

一方、１／２波長板（ＨＷＰ）１４で偏光面を４５°回転した光束のうちＰ偏光成分は、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１５を透過し、ミラー１９で反射され、更にレンズ２０を経由して２分割光検出器（ＰＤ２）２１上に集光される。２分割光検出器（ＰＤ２）２１の出力からトラッキングエラー２２が得られ、トラッキング制御回路２３へ入力される。

一方、ＳＩＬ１２の底面で反射された光束のうち、全反射をしないＮＡeff＜１の光束については、光ディスク１３からの反射光と同様に入射と逆回りの円偏光として反射される。全反射を起こすＮＡeff≧１の光束については、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分の間に次式で示す位相差δを生じ、円偏光からずれて楕円偏光となる。

ｔａｎ（δ／２）＝ｃｏｓθi×√（N²×ｓｉｎ²θｉ-１）／（Ｎ×ｓｉｎ²θｉ） …（１）式
従って、１／４波長板（ＱＰＷ）８を通過すると往路と同じ方向の偏光成分を含むことになる。この偏光成分は偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）７を透過して非偏光ビームスプリッタ（ＮＢＳ）４で反射され、レンズ２４を経由して光検出器（ＰＤ３）２５上に集光される。

この光束の光量は、近接場領域においてＳＩＬ１２底面と光ディスク１３の距離が近づくに従い単調減少するので、ギャップエラー信号２６として用いることができる。予め目標の閾値を決めておけば、ギャップサーボを行うことによりＳＩＬ１２底面と光ディスク１３の距離を１００ｎｍ以下の所望の距離に保つことができる。

ギャップサーボに関しては、前述のＪａｐａｎＪｏｕｒｎａｌＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ誌４４巻（２００５）Ｐ.３５６４−３５６７（非特許文献１）の論文に詳しい。また、この光束は光ディスク１３上の記録情報による変調を受けていないので、記録情報の有無に拘わらず、安定したギャップエラー信号を得ることができる。

対物レンズ１１、ＳＩＬ１２の間隔は図示しないボイスコイルモータ（図示せず）により調整され、対物レンズ１１を光軸方向に制御することでフォーカス制御を行う。

また、対物レンズ１１とＳＩＬ１２は上述のように図示しない２軸アクチュエータ上に搭載され、トラッキング制御回路２３はトラッキングエラー信号２２に基づいて２軸アクチュエータを制御し、対物レンズ１１とＳＩＬ１２をトラッキング方向に制御することでトラッキング制御を行う。

更に、ギャップサーボ回路（図示せず）はギャップエラー信号２６に基づいて２軸アクチュエータを制御し、対物レンズ１１とＳＩＬ１２を一体に光軸方向に制御することでＳＩＬ１２と光ディスク１３間の距離を所定の値に保つようにギャップサーボを行う。
ＪａｐａｎＪｏｕｒｎａｌＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ誌４４巻（２００５）Ｐ.３５６４−３５６７に記載の"ＮｅａｒＦｉｅｌｄＲｅｃｏｒｄｉｎｇｏｎＦｉｒｓｔ−ＳｕｒｆａｃｅＷｒｉｔｅ−ＯｎｃｅＭｅｄｉａｗｉｔｈａＮＡ＝１.９ＳｏｌｉｄＩｍｍｅｒｓｉｏｎＬｅｎｓ" ＯｐｔｉｃａｌＤａｔａＳｔｏｒａｇｅ２００４，ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆＳＰＩＥ５３８０巻（２００４）"ＮｅａｒＦｉｅｌｄｒｅａｄ−ｏｕｔｏｆｆｉｒｓｔ−ｓｕｒｆａｃｅｄｉｓｋｗｉｔｈＮＡ＝１.９ａｎｄａｐｒｏｐｏｓａｌｆｏｒａｃｏｖｅｒ−ｌａｙｅｒｉｎｃｉｄｅｎｔ，ｄｕａｌ−ｌａｙｅｒｎｅａｒｆｉｅｌｄｓｙｓｔｅｍ"

上記従来技術では、光ヘッド部１０が光ディスク１３の持つ偏芯等により光ディスク１３の半径方向に動くと、２分割光検出器（ＰＤ２）２１上でビームスポットも同時に動いてしまう。そのため、トラッキングエラー２１にオフセットが生じ、光ディスク１３の情報トラックに対し正確な位置から光ヘッド部１０がずれてしまうという問題があった。

本発明の目的は、光ディスクの偏芯等によらず、正確にトラッキング制御を行うことが可能な光情報記録再生装置を提供することにある。

本発明は、ソリッドイマージョンレンズの情報記録媒体に対向する端面によって反射された戻り光を光検出器によって検出し、その光検出器の出力から光ヘッド部のトラッキング方向の位置信号を検出する。また、その位置信号に基づいてトラッキングエラー信号を補正することによりオフセット分を除去する。

本発明によれば、トラッキングエラー信号のオフセットを補正することにより、ＳＩＬ及び対物レンズの中心が光軸中心からずれても、光スポットをトラックに対して正確な位置に保持することが可能となる。

次に、発明を実施するための最良の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明に係る光情報記録再生装置の一実施形態を示す構成図である。図１では図５の従来装置と同一部分には同一符号を付している。

また、図１では主に光ピックアップの構成を示しているが、その他の光ディスクに情報を記録又は再生するのに必要な記録回路や再生回路、装置全体を制御するコントローラ、光ディスクを回転駆動するスピンドルモータ等の回路や機構については周知であるので省略している。また、トラッキング制御回路を除く、フォーカス制御回路や上述のようなギャップサーボ回路等のサーボ回路についても省略している。

図１において図５との違いは、光検出器（ＰＤ３）２５の出力からヘッド部位置信号を生成し、この位置信号をトラッキング制御回路２３入力している点である。トラッキング制御回路２３は後述するように光ヘッド部位置信号を用いてトラッキングエラー信号を補正し、オフセットのないトラッキングエラー信号を生成する。

図１において、まず、波長４０５ｎｍの半導体レーザ１から出射した光束は、コリメータレンズ２で平行光束とされ、ビーム整形プリズム３に入射して等方的な光量分布とされる。更に、非偏光ビームスプリッタ（ＮＢＳ）４を経て偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）７を透過した光束は、１／４波長板（ＱＷＰ）８を通過し、線偏光から円偏光に変換される。

また、非偏光ビームスプリッタ（ＮＢＳ）４で反射された光束を受光し、半導体レーザ１の出射パワーを制御するための光検出器（ＬＰＣ−ＰＤ）６が設けられている。１／４波長板（ＱＷＰ）８を透過した光束はエキスパンダレンズ９に入射する。エキスパンダレンズ９は対物レンズ１１やＳＩＬ１２で発生する球面収差を補正するためのレンズで、球面収差に応じて２枚のレンズ間隔を制御可能に構成されている。

エキスパンダレンズ９からの光束は、光ヘッド部１０の対物レンズ１１に入射する。対物レンズ１１とＳＩＬ１２を合わせて光ヘッド部１０という。光ヘッド部１０は上述のようにフォーカス方向とトラッキング方向に２つのレンズを一体に駆動する２軸アクチュエータ（図示しない）上に実装されている。トラッキング制御回路２３は２軸アクチュエータをトラッキング方向に制御することでトラッキング制御を行い、図示しないギャップサーボ回路は２軸アクチュエータを光軸方向に制御することでギャップサーボを行う。

本実施形態では、ＮＡ＝０．７の対物レンズ１１に、ＮＡ＝２の半球レンズのＳＩＬ１２を組み合わせて、ＮＡeff＝１．４としている。

ここで、ＳＩＬ１２底面と光ディスク１３の距離が、光源の波長４０５ｎｍの数分の１以下、例えば、１００ｎｍ以下の近距離にある場合のみ、ＳＩＬ１２底面からエバネッセント光として記録面に作用し、ＮＡeffの光スポット径による記録或いは再生が可能である。この距離を保つために前述のギャップサーボが用いられる。

光ディスク１３で反射された光束は逆回りの円偏光となり、ＳＩＬ１２及び対物レンズ１１に入射して平行光束に再び変換される。更に、エキスパンダレンズ９、１／４波長板（ＱＷＰ）８を通過し、往路とは直交する方向の直線偏光とされた光束は偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）７で反射される。その反射光束は１／２波長板（ＨＷＰ）１４に入射して偏光面が４５°回転する。

１／２波長板（ＨＷＰ）１４で偏光面を４５°回転された光束のうちＳ偏光成分は、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１５で反射され、レンズ１６を経由して光検出器（ＰＤ１）１７上に集光され、光ディスク１３上の情報を含むＲＦ出力１８として出力される。

一方、１／２波長板（ＨＷＰ）１４で偏光面を４５°回転された光束のうちＰ偏光成分は、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１５を透過し、ミラー１９で反射され、更にレンズ２０を経由して２分割光検出器（ＰＤ２）２１上に集光される。２分割光検出器（ＰＤ２）２１の出力からトラッキングエラー２２が得られる。トラッキングエラー２２は、プッシュプル法等で生成される。

また、ＳＩＬ１２の底面で反射された光束のうち、全反射をしないＮＡeff＜１の光束については、光ディスク１３からの反射光と同様に入射と逆回りの円偏光として反射される。全反射を起こすＮＡeff≧１の光束については、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分の間に（１）式で示す位相差δを生じ、円偏光からずれて楕円偏光となる。そして、１／４波長板（ＱＷＰ）８を通過すると往路と同じ方向の偏光成分を含むことになる。

この偏光成分は偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）７を透過して非偏光ビームスプリッタ（ＮＢＳ）４で反射され、レンズ２４を経由して光検出器（ＰＤ３）２５で検出される。この光検出器（ＰＤ３）２５の出力からギャップエラー２６が得られる。

ここで、本発明においてはレンズ２４を経由した光束が入射する２分割光検出器（ＰＤ３）２５は図２に示すようにトラック方向と平行に領域Ａ，Ｂに２分割されている。２分割光検出器（ＰＤ３）２５に入射する光束の光量は、近接場領域においてＳＩＬ１２底面と光ディスク１３の距離が近づくに従い単調減少する。そのため、図２に示すように２分割光検出器（ＰＤ３）２５の各受光領域の信号を加算器３０で加算した和信号がギャップエラー信号２６として得られる。図示しないギャップサーボ回路はギャップエラー信号を用いてギャップサーボを行う。

予め目標の閾値を決めておけば、図示しないギャップサーボ回路がギャップエラー信号２６に基づいて２軸アクチュエータ（図示せず）を制御してギャップサーボを行うことにより、ＳＩＬ１２底面と光ディスク１３の距離を１００ｎｍ以下の所望の距離に保つことができる。また、半導体レーザ１の出射パワーを制御するための光検出器（ＬＰＣ−ＰＤ）６の出力を用いてギャップエラー信号２６を正規化することができる。

また、光ディスク１３の持つ偏芯等により光ヘッド部１０が半径方向に動くと２分割光検出器（ＰＤ２）２１上で光スポットが移動するため、トラッキングエラー２２にオフセットが発生する。図３はその場合のオフセット量と光ヘッド部位置の関係を示す。横軸はトラッキングエラー信号のオフセット量、縦軸は光ヘッド部１０のトラッキング方向の位置である。光ヘッド部１０のトラッキング方向の位置に応じてオフセット量が変化する。

一方、２分割光検出器（ＰＤ３）２５上においても光スポットが移動する。そのため、図２に示すように２分割光検出器（ＰＤ３）２５上の各領域の信号を差動アンプ３１により差動をとることで光ヘッド部１０の位置信号２７が得られる。

図４は光ヘッド部位置と光ヘッド部位置信号の関係を示す。横軸は光ヘッド部１０の位置信号、縦軸は光ヘッド部１０のトラッキング方向の位置を示す。図４に示すように光ヘッド部１０がトラッキング方向にずれると、それに応じて位置信号２７のレベルが変化する。この位置信号２７は次式で表すことができる。

（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）＝ＬｅｎＰ．error …（２）式
トラッキング制御回路２３においてｋファクター（係数）を用い、トラッキングエラー２２のオフセットをヘッド部位置信号２７で補正する演算を行う。即ち、次式に示すようにトラッキングエラーからオフセット分を除去する演算を行う。係数ｋはトラッキングエラー信号からオフセット分を除去するように調整するものである。

トラッキングエラーＴＥ＝ＰｕｓｈＰｕｌｌ−ｋ・ＬｅｎＰ．ｅｒｒｏｒ …（３）式
ここで、（３）式において、ＰｕｓｈＰｕｌｌはトラッキングエラー２２に対応し、光検出器（ＰＤ２）２１の出力から従来周知のプッシュプル法により得られるものである。また、ｋ・ＬｅｎＰ．ｅｒｒｏｒは光ヘッド部の位置信号２７に対応し、ＰｕｓｈＰｕｌｌからｋ・ＬｅｎＰ．ｅｒｒｏｒを減算することでトラッキングエラー信号からオフセット分を除去する補正を行う。

トラッキング制御回路２３はこの補正後のトラッキングエラー信号を用いてトラッキング制御を行う。その場合、対物レンズ１１とＳＩＬ１２からなる光ヘッド部１０は上述のように図示しない２軸アクチュエータ上に搭載され、トラッキング制御回路２３は補正後のトラッキングエラー信号に基づき２軸アクチュエータを制御することでトラッキング制御を行う。

従って、トラッキング制御を行う場合にはオフセットの無いトラッキングエラー信号を用いてトラッキング制御を行うため、光ディスクの偏芯等によらず、正確にトラッキング制御を行うことが可能となる。また、上述のように図示しないギャップサーボ回路は従来と同様にギャップエラー信号２６に基づいて図示しない２軸アクチュエータを制御することで、ＳＩＬ１２と光ディスク１３の間隔が一定となるようにギャップサーボを行う。

なお、２分割光検出器（ＰＤ３）２５に入射する光束はデフォーカスするのが望ましい。そうすることにより、光ヘッド部位置の検出感度を高めることが可能となる。

更に、光ヘッド部位置信号２７は、トラックジャンプに用いることが可能である。即ち、位置信号を用いてアクチュエータを制御することで、トラックジャンプにおいて常にアクチュエータが中立位置から大きく離れることなく、所望トラックへのアクセスが可能となり、記録再生における光学性能が落ちる危険がない。

本発明に係る光情報記録再生装置の一実施形態を示す構成図である。光検出器（ＰＤ３）とその出力からギャップエラー信号とヘッド部位置信号を検出する回路を示す図である。光ヘッド部の半径方向への移動によるプッシュプルのオフセットを説明する図である。光ヘッド部位置と光ヘッド部位置信号の関係を示す図である。従来例の近接場記録用光情報記録再生装置を示す構成図である。

符号の説明

１半導体レーザ
２コリメータレンズ
３ビーム整形プリズム
４非偏光ビームスプリッタ（ＮＢＳ）
５，１６，２０，２４レンズ
６光検出器（ＬＰＣ−ＰＤ）
７，１５偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）
８１／４波長板（ＱＷＰ）
９エキスパンダレンズ
１０光ヘッド部
１１対物レンズ
１２ＳＩＬ
１３光ディスク（記録媒体）
１４１／２波長板（ＨＷＰ）
１７光検出器（ＰＤ１）
２１光検出器（ＰＤ２）
２５光検出器（ＰＤ３）
１８ＲＦ出力
１９ミラー
２２トラッキングエラー
２３トラッキング制御回路
２６ギャップエラー
２７ヘッド部位置信号
３０加算器
３１差動アンプ

Claims

レーザ光源からの光束を対物レンズとソリッドイマ−ジョンレンズから成る光ヘッド部を介して情報記録媒体上に集光することにより情報を記録又は再生する光情報記録再生装置において、前記情報記録媒体からの反射光を検出する第１の光検出器と、前記第１の光検出器の出力からトラッキングエラー信号を検出する手段と、前記ソリッドイマージョンレンズの前記情報記録媒体に対向する端面によって反射された戻り光を検出する第２の光検出器と、前記第２の光検出器の出力から前記光ヘッド部のトラッキング方向の位置信号を検出する手段と、前記位置信号に基づいて前記トラッキングエラー信号を補正する手段とを備えたことを特徴とする光情報記録再生装置。
前記第２の光検出器は、前記情報記録媒体の案内溝に平行方向に２分割され、前記２分割の受光領域の信号の差動をとることで前記位置信号を生成することを特徴とする請求項１に記載の光情報記録再生装置。
前記２分割の受光領域の信号を加算することによりギャップエラー信号を生成し、前記ギャップエラー信号に基づいて前記ソリッドイマージョンレンズと前記情報記録媒体との間隔を一定に保持するためのギャップサーボを行うことを特徴とする請求項２に記載の光情報記録再生装置。