JP2009070467A - 光学ピックアップ装置、光記録再生装置及びギャップの制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】チルトエラー信号のギャップエラーによる規格化を不要とし、チルトサーボを良好に行うと共に、ギャップサーボも行うことを目的とする。
【解決手段】光学レンズと光記録媒体との間の全反射戻り光量を検出して得られるギャップエラー信号ＧＥＳを一定化した後、全反射戻り光量の光記録媒体との相対的走行方向のプッシュプル信号Ｔｐｐからチルトエラー信号を生成する。
【選択図】図５

Description

本発明は、近接場光を用いる光記録媒体に適用される光学ピックアップ装置、光記録再生装置及びギャップの制御方法に関する。

近年、光ディスクや光メモリーカード等の光記録媒体において、高記録密度及び高解像度を達成するために、物体同士の間隔がある距離以下となるときに界面から光が漏れ出す近接場（ニアフィールド）光（エバネッセント波ともいう）を用いた記録再生方式が注目されている。この近接場光記録再生方式においては、レンズ等の近接場光照射手段と光記録媒体の表面との間隙を、代表的には記録や再生に使用する光の波長の１／２〜１／５程度に非常に小さく制御する必要がある。

近接場光を発生する集光光学系として、非球面レンズ等よりなる高開口数の対物レンズと、この対物レンズと光記録媒体との間にソリッドイマージョンレンズいわゆるＳＩＬ（Solid Immersion Lens、固浸レンズ）を介在させる集光光学系が挙げられる。このＳＩＬを用いる場合は、ＳＩＬと光ディスク等の光記録媒体の表面との間の距離（ギャップ）を、近接場光が発生する距離、上述したように光の波長の１／２から１／５以下程度に維持する必要がある。そして更にこの場合、光記録媒体の面振れ、ディスク状の光記録媒体の場合はいわゆるディスク面振れに追従するように、ＳＩＬの姿勢を制御することが必要となる。そのために、例えば全反射戻り光量を用いてギャップを検出し、所望のギャップに維持する制御方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
この制御方法においては、近接場光が発生する距離では全反射戻り光量とギャップが比例関係にあることを利用している。すなわち、全反射戻り光量をギャップエラー信号として、位相補償フィルターにてサーボループ系を安定化してフィードバックサーボループを構成し、ギャップを一定に保持する方法を採っている。

一例として、近接場光が発生する距離に維持する目標値を例えば２０ｎｍとし、許容偏差を５ｎｍ、許容する面振れ量を４０μｍ、光記録媒体がディスク状としてディスク回転数を３０００ｒｐｍ（回転数／分）とすると、必要帯域は８ｋＨｚ以上必要となってくる。しかしながら、実際には、ディスク回転により生じる外乱は、回転同期成分が強く出て、８ｋＨｚ以上の帯域を確保しても、精度良くギャップを制御するのは困難となる。

このようにギャップサーボ性能が悪化してくると、例えばギャップエラー信号からチルト信号を演算する手法を用いる場合は、必然的に、チルトエラー信号にギャップエラー変動の影響が重畳してきて、正しくチルトを検出するのが困難になってくる（例えば特許文献２参照。）。
そこで、従来は、チルトエラー信号をギャップエラーで規格化することで、この問題を回避していた。

特開２００１−７６３５８号公報 特開２００６−３４４３５１号公報

しかしながら、上述したようにチルトエラー信号をギャップエラーで規格化する手法では、チルトエラー信号をギャップエラーで除算する回路が必要になり、回路が複雑化するという不都合がある。また、除算時の誤差も生じる恐れがある。

チルトエラー信号をギャップエラーで規格化することで、正しいチルトエラー信号を得ることができ、チルトサーボは可能となるが、せっかくチルトサーボを行ったところで、ギャップエラーは当然のことながら改善されていないという問題がある。したがって、安定した信号の記録再生を行うためには、別途、ギャップエラーを改善する必要がある。

以上の問題に鑑みて、本発明は、チルトエラー信号のギャップエラーによる規格化を不要とし、チルトサーボを良好に行うと共に、ギャップサーボも行うことを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明による光学ピックアップ装置は、光源と、光記録媒体に近接場光を照射する集光光学系と、光記録媒体からの全反射戻り光量を検出する光検出部と、光検出部から得られる検出信号に基づいて制御信号を生成する制御部と、光記録媒体上の所定の位置に集光光学系を駆動する駆動部と、を有する。そして、制御部において、光検出部から得られるギャップエラー信号を一定化した後、光記録媒体との相対的走行方向のプッシュプル信号からチルトエラー信号が生成される構成とする。

また、本発明による光記録再生装置は、光源と、光記録媒体に近接場光を照射する集光光学系と、光記録媒体からの全反射戻り光量を検出する光検出部と、光検出部から得られる検出信号に基づいて制御信号を生成する制御部と、光記録媒体上の所定の位置に集光光学系を駆動する駆動部と、を備える光学ピックアップ装置と、光記録媒体の装着部と、光記録媒体の装着部を集光光学系と相対的に移動させる駆動部と、を有する。そして、制御部において、光検出部から得られるギャップエラー信号を一定化した後、光記録媒体との相対的走行方向のプッシュプル信号からチルトエラー信号が生成される構成とする。

また、本発明によるチルト制御方法は、光学レンズと光記録媒体との間の全反射戻り光量を検出して得られるギャップエラー信号を一定化した後、全反射戻り光量の光記録媒体との相対的走行方向のプッシュプル信号からチルトエラー信号を生成する。

上述の本発明の光学ピックアップ装置、光記録再生装置及びチルト制御方法によれば、ギャップサーボを先に一定にすることで、チルトエラー信号のギャップエラーによる規格化を行うことなく、良好にチルト制御を行うことが可能となる。これは、後述するように、この光記録媒体との相対的走行方向のプッシュプル信号、ディスク状の光記録媒体にあってはタンジェンシャルプッシュプル信号が、ギャップエラー信号と同位相、且つ同様な信号であることに起因する。つまり、チルトエラー信号を得るためのプッシュプル信号が、もともとギャップエラー信号に影響を受けていたが、ギャップエラー信号を一定化した後は、ギャップエラー信号の外乱等による変動の影響を受けることがなくなるので、ギャップエラー信号で規格化しなくとも、チルト制御信号として用いることができるためである。

また、本発明によれば、チルトサーボ前にギャップを一定にすることから、チルト制御を行うときには、当然のことながらギャップも一定になっており、集光光学系のレンズが光記録媒体に衝突することを回避ないしは抑制することが可能となる。

本発明によれば、チルトエラー信号のギャップエラーによる規格化を不要とし、チルトサーボを良好に行うと共に、ギャップサーボも行うことができる。

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は、本発明の一実施の形態による光学ピックアップ装置３０を備える光記録再生装置１００の概略構成図である。この例においては、集光光学系１０に非球面レンズ等よりなる対物レンズである光学レンズ６と、半球状又は超半球状のソリッドイマージョンレンズ（ＳＩＬ）７を有する場合を示す。図１においては超半球状のＳＩＬを示すが半球状のＳＩＬでもよい。この光学ピックアップ装置３０は、パワー制御部１、レーザーダイオード等の光源２、コリメートレンズ３、ビームスプリッタ４、ミラー５、光学レンズ６及びＳＩＬ７を有する集光光学系１０、ビームスプリッタ４の分岐光路上に配置される集光レンズ８、４分割フォトダイオード等の光検出部９を備える。更に、光検出部９による検出信号を演算して集光光学系１０の駆動部１１を制御する制御信号すなわちギャップエラー信号Ｓ_Ｇを生成する制御部１５を有する。また制御部１５は、ＳＩＬ７の光記録媒体２０に対する傾き（チルト）を制御するチルトエラー信号Ｓ_Ｔを生成して駆動部１１に出力する。

この光記録再生装置１００には更に、ディスク状等の光記録媒体２０を装着する装着部２５と、この装着部２５を例えば一点鎖線Ｃｓを回転軸として回転駆動する駆動部２６とが設けられる。

この構成において、光源２から出射された光は、コリメートレンズ３により平行光とされてビームスプリッタ４を透過し、ミラー５に反射されて集光光学系１０に入射する。なお、パワー制御部１は例えば記録の際に図示しない情報記憶部からの記録情報に対応して光源２の出力を制御する。再生時はパワー制御部１からの出力制御を省略して、光源２の出力を一定としてもよい。集光光学系１０により光記録媒体２０の情報が記録される記録面に近接場光として照射される。光記録媒体２０から反射された戻り光は、ミラー５により反射され、ビームスプリッタ４で反射されて集光レンズ８により光検出部９に集光される。

光検出部９により検出された光の一部は、再生時には光記録媒体２０の記録情報に対応するＲＦ（高周波）信号Ｓ_ＲＦとして出力される。一方、全反射戻り光量は、集光光学系１０を駆動する駆動部１１を制御する信号を生成する制御部１５に入力される。制御部１５において生成されたギャップ制御信号Ｓ_Ｇやチルト制御信号Ｓ_Ｔが駆動部１１に出力される。駆動部１１は例えばボイスコイルモーターを含む２軸アクチュエーターや３軸アクチュエーター等より構成される。なお、ギャップ制御用の駆動部と、チルト制御用の駆動部とを別々に設け、各駆動部に制御信号をそれぞれ入力する構成としてもよい。また更に、この光学ピックアップ装置３０には、図１に示す構成の他、収差補正用等の種々の光学素子を付加的に配置することが可能である。

この光記録再生装置１００においては、光記録媒体２０が上述した回転駆動する駆動部２６に装着されると共に、例えば光学ピックアップ装置３０が光記録媒体２０の記録面に沿って平行移動する水平移動機構（図示せず）に搭載される。そしてこの水平移動機構と駆動部２６との連動によって、集光光学系１０から照射される近接場光が光記録媒体２０の盤面の記録トラックに沿って例えばスパイラル状、または同心円状に走査される構成とする。

図２においては、近接場光を用いた光学ピックアップ装置３０における、ギャップに対する全反射戻り光量の関係を模式的に示す。図２Ａにおいては、光学レンズ６及びＳＩＬ７より成る集光光学系１０の、ＳＩＬ７の端面と光記録媒体２０と間のギャップを模式的に示す。図２Ｂに、このギャップに対する全反射戻り光量の関係を示す。全反射戻り光量はこの場合、ＳＩＬ７の光記録媒体と対向する端面に全反射する角度で入射した光（開口率≧１の成分）の戻り光量である。

図２Ｂに示すように、近接場状態でない領域であるファーフィールド領域Ｆｆは、一般にギャップが入射レーザー光の波長の１／２〜１／５以上の範囲に相当する。このファーフィールド領域Ｆｆでは、ＳＩＬ端面で全て光が全反射されるため、全反射戻り光量は一定となる。一方、一般に入射レーザー光の波長の１／２〜１／５以下のギャップでは、近接場状態すなわちニアフィールド領域Ｆｎとなる。なお、図２Ｂに示す例においては、一例として入射光の波長が４０５ｎｍの場合において、７０ｎｍ以下で全反射戻り光量が減少している例を示す。ニアフィールド領域となるギャップと波長との関係は一律ではなく、波長や、光記録媒体やＳＩＬの材料構成等によって、上述したように１／２〜１／５程度の範囲で変化する。

ニアフィールド領域Ｆｎでは、ＳＩＬ端面と光記録媒体の表面とでエバネセント結合が生じ、全反射戻り光の一部が、ＳＩＬ端面を突き抜けて光記録媒体側に透過する。このため全反射戻り光量は減少する。そして、ＳＩＬが光記録媒体に完全に接触すると、全ての全反射戻り光が光記録媒体側に透過するため、全反射戻り光量はゼロとなる。したがって、ＳＩＬ端面と光記録媒体との間のギャップと全反射戻り光量との関係は図２Ｂに示すように、ファーフィールドＦｆで一定であった全反射戻り光量がニアフィールド領域Ｆｎで徐々に減少し、ギャップがゼロのときゼロとなる。そして全反射戻り光量が減少する領域では、ギャップと全反射戻り光量との関係が破線ｌで囲んで示すように線形関係になる領域がある。したがってこの線形の範囲においては、全反射戻り光量をギャップエラーとしてフィードバックループを形成することで、ギャップを一定に保持することが可能となる。すなわち、目標とするギャップが図２Ｂに示すｇの場合、全反射戻り光量がｒとなるように制御を行えばよい。

図３に、通常のフィードバックループによりギャップ制御を行う場合のサーボループの一例を示す。この場合は、減算器１４１、位相補償フィルターやリードラグフィルター等より成るサーボフィルター１４３、制御対象１４４、加算器１４５、ＧＥＳ演算部１４６より構成される。また図３において、ｒ１はギャップ目標値（図２Ｂに示す全反射戻り光量の目標値）、ｄ１はディスク面ぶれによる外乱、ｅ１は、目標値とギャップエラー信号（ＧＥＳ）との差であり、ｅ１＝ｙ１−ｒ１となる。制御対象１４４はＳＩＬが設置されるアクチュエーター自体であり、例えば図１における駆動部１１である。ＧＥＳ演算部１４６は、図１における光検出部９、及びアナログ／デジタル変換器やアンプなどで構成される。
入力端子１４０から入力された目標信号ｒ１は、後述のＧＥＳ演算部１４６から出力された検出信号ｙ１と共に減算器１４１に供給され、ｅ１（＝ｙ１−ｒ１）が出力される。サーボフィルター１４３で処理された信号ｅ１は制御対象１４４に入力される。制御対象１４４の移動によって反映された検出信号に外乱ｄ１が加算器１４５で加算されて、ＧＥＳ演算部１４６においてＧＥＳすなわちｙ１が出力される。
図３に示すように、この場合はギャップエラー信号ＧＥＳであるｙ１をフィードバックする構成となっている。

しかしながらこのように、ＧＥＳをフィードバックすることでギャップを制御しようとする場合は、光記録媒体の回転数が高く（光記録媒体との相対的移動速度が速く）なると、光記録媒体の面ぶれに追従することが難しくなる。このため、図４に示すように、ギャップエラー信号に回転成分の残渣エラーが重畳してしまう。回転に同期した成分すなわち残渣エラーが見られることが分かる。
このように残渣エラーが見られる状態である場合、前述の特許文献２に記載の方法のような、ギャップエラー信号からチルトエラー信号を演算する手法では、チルトエラー信号にギャップエラー信号の影響が重畳して、このままでは、正しくチルトサーボができない。

図５は、本発明の一実施の形態に係る光学ピックアップ装置における制御部１５のサーボループの構成図である。図５に示すように、この場合、減算器４１、加算器４２、メインループ内のサーボフィルター４３、制御対象４４、加算器４５、ＧＥＳ演算部４６を有する。そしてこの例においては、ＧＥＳを一定化する方法として、繰り返し制御器５０を設ける例を示す。繰り返し制御器５０には例えばＤ／Ａ（デジタル／アナログ）変換器５１、ローパスフィルター等のサーボフィルター５２、ディレイライン５３（Ｎは１回転分のエラー信号についてのサンプル数を示す）、係数乗算器５４、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換器５５が設けられる。なお、ディレイライン５３に代えて１回転分のメモリを用いてもよい。

この制御部１５においては、入力端子４０から入力される目標値ｒは、減算器４１及び加算器４２、更にサーボフィルター４３を介して制御対象４４、この場合図１に示す駆動部１１に入力される。制御対象４４の移動により変化する出力に外乱ｄが加算器４５で加算されて、全反射戻り光量がＧＥＳ演算部４６で検出され、全反射戻り光量によるギャップエラー信号ＧＥＳと、このＧＥＳからプッシュプル信号が生成されて出力される。

本発明においてはチルトエラー信号を生成する前にＧＥＳを一定化する。この例では、ＧＥＳは減算器４１に入力されると共に繰り返し制御器５０のＤ／Ａ変換器５１に入力される。そしてローパスフィルター等のサーボフィルター５２を介してディレイライン５３に入力され、例えばディスク状の光記録媒体２０の場合１回転分遅延される。更に係数乗算器５４において適当なゲインとされた後、Ａ／Ｄ変換器５５を介して、加算器４２に入力される。以上の繰り返し制御器５０の作用により、ＧＥＳが一定化される。なお、繰り返し制御器５０の構成は図５に示す例に限定されることなく、例えば上述したようにディレイラインではなくメモリを設けるなど、種々の変更が可能である。また、ＧＥＳを一定化する方法は繰り返し制御器を用いる方法以外でもよく、例えば特開２００６−３１３５８９号公報や、或いは、Tsutomu Ishimoto, et al., ”Technologies for removability in a near-field optical disc system”, Proceedings of SPIE, Vol.6282(2006) p.62820C-1に示されるような適用フィルターを利用する例でもよい。また後述するように、プッシュプル信号をフィードフォワードする構成とすることも可能であり、その方法は問わない。

図６は、図５におけるＧＥＳ演算部４６の一例の構成図である。ＧＥＳ演算部４６では、集光光学系１０におけるこの場合ＳＩＬ７の端面からの全反射戻り光量をＧＥＳ検出部４６Ａにて検出する。ＧＥＳ検出部４６Ａでは、光記録媒体２０との相対的走行方向及びこれとは直交する方向、例えばディスク状光記録媒体の場合はタンジェンシャル方向及びラジアル方向に４分割した全反射戻り光量を例えば４分割ディテクタにて検出される。全反射戻り光量の総量はＧＥＳとして出力端子４７から出力されると共に、減算器４１にフィードバックされ、且つ、繰り返し制御器５０のＤ／Ａ変換器５１に入力される。

一方分割された光量に基づき、Ｔｐｐ・Ｒｐｐ演算部４６Ｂにおいて光記録媒体との相対的走行方向のプッシュプル信号、この場合タンジェンシャルプッシュプル信号Ｔｐｐが演算されて出力される。また同じ４分割した全反射戻り光量から、ラジアル方向のプッシュプル信号Ｒｐｐも演算して出力される構成としてもよい。得られたＴｐｐ、Ｒｐｐは出力端子４８から出力される。

これらＴｐｐ信号、Ｒｐｐ信号から、タンジェンシャル方向及びラジアル方向のチルト制御信号Ｓ_Ｔを生成することができる（例えば上記特許文献２参照。）。このチルト制御信号Ｓ_Ｔが図１に示す駆動部１１に送られて、この場合図１におけるＳＩＬ７と光記録媒体２０との間のチルトすなわちスキューが制御される。

図７Ａに示すように、ＳＩＬ７の光記録媒体２０と対向する端面７Ｔに、面振れ等によって傾きが生じている場合の検出される全反射戻り光量を図７Ｂに模式的に示す。図７Ｂにおいては光量を明暗で模式的に示す。図７Ｂに示すようにこの場合、端面７Ｔが光記録媒体２０の表面から離間している部分すなわちファーフィールド領域となる部分で、ギャップに対応する光量の戻り光が検出される。図７Ｃに矢印ｔとｒでそれぞれタンジェンシャル方向及びラジアル方向を示し、これらの方向に４分割された光検出部９における検出領域をそれぞれ９Ａ、９Ｂ、９Ｃ及び９Ｄとして示す。図７Ｃにおいて破線で示すように、光記録媒体２０とＳＩＬ７との傾きが生じると、タンジェンシャル方向、もしくはラジアル方向に戻り光量の強度差、すなわちＧＥＳの強弱の差が生じる。

ここで、領域９Ａ〜９Ｄからの信号をそれぞれＡ〜Ｄと表し、タンジェンシャル方向のエラー信号Ｔｐｐ、ラジアル方向のエラー信号Ｒｐｐは、以下のように定義される。
Ｔｐｐ＝（Ａ＋Ｄ）−（Ｂ＋Ｃ） ・・・（１）
Ｒｐｐ＝（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ） ・・・（２）

まず、Ｔｐｐについて説明する。Ｔｐｐはギャップエラーから計算されるため、ギャップエラーのタンジェンシャル方向の傾きの度合いをα、βとすると下記の式（３）のように表現できる。
ＧＥＳ＝Ａ＋Ｄ＋Ｂ＋Ｃ＝（α＋β）・｛Ｄ／（１＋ＣＰ）｝・・・（３）

ただし、
α＋β＝１ ・・・（４）
とする。傾きの度合いの差α−βがチルト角となる。上記式（３）は、以下の考察から導き出すことができる。

図３におけるｅ，ｒ，ｄのそれぞれのラプラス変換をＥ，Ｒ，Ｄと表すと、図３から、
Ｅ＝Ｙ−Ｒ ・・・（５）
−ＥＣＰ＋Ｄ＝Ｙ ・・・（６）
となる。なお、Ｃ及びＰはそれぞれサーボフィルター及び制御対象の出力を示し、ＣＰは制御部のゲインを示す。

上記式（５）及び（６）からｅを消去すると、ＧＥＳすなわちＹは、以下の式（７）に示すようになる。
Ｙ＝（ＣＰ・Ｒ）／（１＋ＣＰ）＋Ｄ／（１＋ＣＰ） ・・・（７）

上記式（７）において、第２項は外乱ｄに起因する外乱項である。従って、ＧＥＳを目標値Ｒに完全に追従させるには、下記の式（８）に示す外乱項をキャンセルすればよいこととなる。
Ｄ／（１＋ＣＰ） ・・・（８）

言い換えると、上記式（７）中の第１項、すなわち下記の式（９）において、Ｒつまり目標値は一定、つまりＤＣ成分である。
（ＣＰ・Ｒ）／（１＋ＣＰ） ・・・（９）

一般に、目標値追従系サーボの場合のＣＰのＤＣゲインは１より十分に大きく、すなわち、
１＜＜ＣＰ ・・・（１０）
である。従って、上記式（９）は、下記の式（１１）と表現できる。
｛ＣＰ／（１＋ＣＰ）｝・Ｒ≒（ＣＰ／ＣＰ）・Ｒ＝Ｒ ・・・（１１）

つまり、ギャップエラー（目標値との誤差は）は、上記式（７）の第２項そのものとなる。従って、ギャップエラー信号ＧＥＳは、下記の式（１２）で表すことができる。
ＧＥＳ＝Ｄ／（１＋ＣＰ） ・・・（１２）

プッシュプル信号Ｔｐｐは、チルト角（α−β）に上記式（８）で示す外乱項を乗じたものと表されるので、以下の式（１３）のように表現できる。
Ｔｐｐ＝（α−β）・｛Ｄ／（１＋ＣＰ）｝＝（α−β）・ＧＥＳ・・・（１３）

上記式（１３）より、ＴｐｐはＧＥＳの影響を強く受けることが分かる。Ｔｐｐに対するＧＥＳの影響を排除するには、前述したようにＴｐｐをＧＥＳで規格化する（ＧＥＳで除算する）か、ＧＥＳを一定にすればよいことが分かる。
ＧＥＳで規格化する場合は、ＴｐｐへのＧＥＳによる影響を排除できるので、Ｔｐｐを用いてチルトサーボを正しく行うことは可能となる。しかしながら、このままではギャップサーボの精度をもちろん上げることはできず、別途ギャップサーボ精度を上げる必要がある。

これに対し、ＧＥＳを予め一定にしておく本発明によれば、ギャップ精度は既に保証される上に、上記式（１３）において、ＧＥＳ＝ｃ（一定）となることから、
Ｔｐｐ＝（α−β）・ｃ≒α−β ・・・（１４）
となり、ＧＥＳに影響されない正しいチルトエラーを得ることができる。

ギャップを一定にするには、図８に示すようにギャップが面ぶれに精度よく追従している場合には、前述の図３に示すようなフィードバックサーボループだけで問題ない。これに対し、図９に示すようにギャップが面ぶれに追従しなくなってくる場合、更には図１０に示すようにギャップが完全に面ぶれに追従しない場合には、前述の図５において説明したように繰り返しサーボ等を行って、回転同期成分の外乱を抑制することでギャップを一定にすればよい。図８〜図１０においてはＧＥＳ、Ｔｐｐ及びＲｐｐをそれぞれ示す。各例共に、使用する光の波長は４０５ｎｍ、集光光学系の開口数ＮＡは１．８４、ギャップの目標値は２５ｎｍとする例を示す。フィードバックサーボループの他に、上述したように適用化フィルターを用いる例でもよく、ＧＥＳ一定化方法はいずれの方法でもよい。

図１１は、面ぶれ量に対するギャップエラー信号電圧の変化を示す図である。破線ａ１及びａ２はそれぞれ光記録媒体の回転数が４００ｒｐｍ、１２００ｒｐｍの場合、実線ａ３及びａ４は回転数が２０００ｒｐｍ、３０００ｒｐｍの場合をそれぞれ示す。図１１から、特に回転数が２０００ｒｐｍ、３０００ｒｐｍと高くなると、４００ｒｐｍ、１２００ｒｐｍの場合と異なり、ギャップエラー信号電圧が面ぶれ量に対して大きくなることが分かる。このことは、見かけ上のチルト量が大きくなって観察されることを意味する。

図１２は、面ぶれ量に対するラジアルチルトエラー信号電圧の変化を示す図である。図１２において、破線ｂ１及びｂ２は光記録媒体の回転数が４００ｒｐｍ、１２００ｒｐｍの場合、実線ｂ３及びｂ４は回転数が２０００ｒｐｍ、３０００ｒｐｍの場合をそれぞれ示す。ラジアルチルトエラー信号電圧の面ぶれ量に対する変化は、回転数によることなくほぼ同じであることが分かる。

一方図１３に示すように、タンジェンシャルチルトエラー信号電圧は、ギャップエラー信号電圧と同様の変化を示す。図１３において、破線ｃ１及びｃ２は光記録媒体の回転数が４００ｒｐｍ、１２００ｒｐｍの場合、実線ｃ３及びｃ４は回転数が２０００ｒｐｍ、３０００ｒｐｍの場合をそれぞれ示す。図１３から明らかなように、回転数が２０００ｒｐｍ、３０００ｒｐｍと高くなると、４００ｒｐｍ、１２００ｒｐｍの場合と比べてタンジェンシャルチルトエラー信号電圧が面ぶれ量に対して大きくなることが分かる。

そして、図１１〜図１３の結果から、ギャップが面ぶれに精度よく追従しなくなってくる回転数が２０００ｒｐｍ以上の領域では、タンジェンシャルチルトエラー信号はギャップエラー信号に影響を受けていることが分かる。一方、ラジアルチルトエラー信号は、２０００ｒｐｍ以上の高い回転数の領域においても、ギャップエラー信号に影響を受けている様子は見られない。つまり、ラジアルチルトエラー信号は、ギャップエラー信号で規格化する必要がなく、また、ギャップエラー信号を一定化後に出力する必要もなく、そのままの出力をチルトエラー信号として使用できることが分かる。

図１４は、参考例として、タンジェンシャルチルトエラー信号をギャップエラー信号で規格化する場合の面ぶれ量に対するタンジェンシャルチルトエラー信号電圧の変化を示す図である。図１４において、破線ｄ１及びｄ２は光記録媒体の回転数が４００ｒｐｍ、１２００ｒｐｍの場合、実線ｄ３及びｄ４は回転数が２０００ｒｐｍ、３０００ｒｐｍの場合をそれぞれ示す。規格化によりタンジェンシャルチルトエラー信号電圧は回転数によらずに、面ぶれ量に対して同様の変化を示し、すなわちギャップエラー信号の影響が排除されることが分かる。

図１５は、本発明による場合、すなわちＧＥＳを一定に保持する対策を加えた場合の、面ぶれ量に対するタンジェンシャルチルトエラー信号電圧の変化を示す図である。図１５において、破線ｅ１及びｅ２は光記録媒体の回転数が４００ｒｐｍ、１２００ｒｐｍの場合、実線ｅ３及びｅ４は回転数が２０００ｒｐｍ、３０００ｒｐｍの場合をそれぞれ示す。この例では、図１１及び図１３においてギャップが変動する回転数である２０００ｒｐｍ、３０００ｒｐｍの場合に、前述の図５に示す繰り返しサーボを導入し、ギャップを一定に保持している。この結果、図１１及び図１３とは異なり、４００ｒｐｍ、１２００ｒｐｍ、２０００ｒｐｍ、３０００ｒｐｍの全ての回転数において、タンジェンシャルチルトエラー信号電圧の変化が同様となる。すなわちこの場合、観測されるチルト量は、回転数が２０００ｒｐｍ以上とされる場合であっても、回転数によらずに面ぶれ量に対して一定の変化を示し、正しいエラー信号電圧値が検出されていることを示している。よって、本発明によれば、光記録媒体の回転数が２０００ｒｐｍ以上とされる場合においても、良好にチルト制御及びギャップ制御を行うことができることがわかる。

なお、以上の図１１〜図１５に示す例は全て、図８〜図１０において説明した例と同様に、使用する光の波長を４０５ｎｍ、集光光学系の開口数ＮＡを１．８４、ギャップの目標値を２５ｎｍとする例で検出した結果を示す。

図１４及び図１５から、本発明による場合、つまり、ギャップを一定にしたもとでチルトエラー信号を検出する場合は、ＧＥＳによる規格化を行う場合と同様な結果を得ていることが分かる。つまり、本発明によれば、ＴｐｐのＧＥＳによる規格化を不要とすることができるといえる。したがって、規格化を行う場合における除算器が不要となり、演算が簡単となり、装置構成の簡易化を図ることもできる。
更に、上述の結果から、ラジアルチルトエラー信号もＧＥＳによる規格化は不要であり、規格化することなく出力すればよいことが分かる。

また、チルトサーボを行う前にギャップエラーを一定に保持することで、チルトサーボが完了したときには、ギャップも既に一定であり、集光光学系と光記録媒体との衝突を回避できるという利点を有する。

図１６に、ＧＥＳを一定にする他のサーボループの一例を示す。この例においては、タンジェンシャルプッシュプル信号Ｔｐｐをギャップエラー信号ＧＥＳにフィードフォワードしてＧＥＳを一定にする場合を示す。

図１６に示すようにこの場合、減算器６１、加算器６２、メインループ内のサーボフィルター６３、制御対象６４、加算器６５、ＧＥＳ演算部６６、フィードフォワード信号用のサーボフィルター７０を有する構成とされる。サーボフィルター７０としてはローパスフィルター等を利用することができる。
入力端子６０から入力される目標値ｒは、減算器６１及び加算器６２、更にサーボフィルター６３を介して制御対象６４、この場合図１に示す駆動部１１に入力される。制御対象６４の移動により変化する出力に外乱ｄが加算器６５で加算されて、全反射戻り光量がＧＥＳ演算部６６で検出される。ＧＥＳ演算部６６は図６に示す例と同様の構成とすることができる。

タンジェンシャルプッシュプルＴｐｐ、すなわち光記録媒体との相対的走行方向のプッシュプル信号は、以下に説明するとおり、ＧＥＳと同相であると見込むことができる。このため、このＴｐｐをフィードフォワードすることによりＧＥＳを一定化することができる。

まず、サーボが外乱に追従して、ＧＥＳが一定である場合を考える。この時、ＧＥＳ＝ｃ（一定）より、上記式（１４）に示す状態となる。この場合は、既に、ＧＥＳが小さいので、フィードフォワードは必要ない。

次に、サーボが外乱に追従しなくなってくる場合を考える。この場合、チルト角は物理的に面振れ信号Ｄの傾きすなわち微分に相当するので、
α−β≒ｓ・Ｄ ・・・（１５）
となる。また、上記式（１３）のＧＥＳは、下記の式（１６）のように表される。

Ｄ／（１＋ＣＰ）≒Ｄ／（Ｋ／ｓ）＝Ｋ´・ｓ・Ｄ ・・・（１６）

ただし、上記式（１５）及び（１６）において、ｓはラプラス変換の演算子で微分を意味し、Ｋはゲインを示し、Ｋ´＝１／Ｋである。

一般に、光学ピックアップ装置におけるアクチュエーターの伝達関数を示すボード線図は図１７に示すように表される。図１７において、横軸は周波数、縦軸はゲインである。エラー率はゲインに反比例するので、破線Ｆ１で示す比較的低い周波数領域ではブーストによりゲインを上げ、破線Ｆ２で示す周波数領域では傾きが急だと不安定なので、−２０ｄＢ／ｄｅｃ程度になだらかになるように補償がなされる。破線Ｆ３で示すより高い周波数領域では２次、３次の共振が発生する。このため、単純にサーボ帯域を上げるとこのような共振が発生してしまうことが分かる。

また、特に近接場光を照射する光学系においては、制御する距離が極めて小さいので、ＤＣ分の取れ残り偏差Δｅが少しでも残ると精度よく制御することができない。このため、サーボフィルターに積分器を入れることが一般的となっている。取れ残り偏差Δｅは、
Δｅ＝Ｄ／Ｋ ・・・（１７）
であるので、積分器を入れるとＫ→∞となり、Δｅ→０とすることができるためである。

上記式（１６）について説明すると、サーボが外乱に追従しなくなってくる回転周波数帯域内でのＣＰの伝達関数は、ほぼ積分１／ｓとなることから導き出せる。つまり、制御対象であるアクチュエーターの１次共振、一般的に１００Ｈｚ以下では、そのゲインは一定である。一方、サーボフィルターの同周波数内のゲインは、上述したようにＤＣ分の残渣エラーを除去するために、積分器１／ｓを入れている。このことから、
１＋ＣＰ≒ＣＰ≒Ｋ／ｓ ・・・（１８）
となり、上記式（１６）が導き出される。

ここで、上記式（１５）はチルトエラーであるから符号をもち、上記式（１６）はギャップエラーＧＥＳ（全反射戻り光量値）でプラスである。結局、上記式（１３）は、符号はチルトエラー信号に従い、振幅が増幅されて観察されることになる。つまり、サーボが外乱に追従して、ＧＥＳが一定である場合と比較して、振幅が大きくなる。

但し、位相関係をみると、上記式（１５）、式（１６）より、共に面ぶれ信号Ｄに対して微分すなわち位相が９０度進みの関係であり、ＴｐｐもＧＥＳも同位相となることが分かる。

最後に、完全に、サーボが外乱に追従しなくなってくる場合については、下記の式（１９）及び式（２０）で表される。
α−β≒ｓ・Ｄ ・・・（１９）
Ｄ／（１＋ＣＰ）≒Ｄ／１＝Ｄ ・・・（２０）

上記式（１９）は、上記式（１５）と同様である。
上記式（２０）は、サーボが完全に外乱に追従しないこと、つまり図１７における高周波数の帯域であることから、ゲインは小さくＣＰ＜＜１となることによって導き出せる。位相関係については、上記式（１９）及び（２０）より、ＴｐｐとＧＥＳは面ぶれ信号Ｄとは同位相となることが明らかである。

以上の結果より、ＴｐｐとＧＥＳは同位相、かつ同様な信号となることが分かる。このことは、前述の図８〜図１０からも明らかである。したがって、図１６に示すように、ＴｐｐをフィードフォワードすることによりＧＥＳを一定化することができるので、この方法により予めＧＥＳを一定化してからチルトエラー信号としてＴｐｐを出力してもよいことが分かる。

なお、本発明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ものではなく、その他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。

本発明の実施の形態に係る光学ピックアップ装置を含む光記録再生装置の概略構成図である。 Ａ及びＢは全反射戻り光量の説明図である。 参考例によるサーボループを示す構成図である。 参考例により得られるギャップエラー信号の波形を示す図である。 本発明の一実施の形態に係る光学ピックアップ装置の制御部のサーボループを示す構成図である。 図５に示す制御部におけるＧＥＳ演算部の一例の構成図である。 ＡはＳＩＬと光記録媒体との傾きを示す断面図、Ｂは全反射戻り光量の一例を示す図、Ｃは光検出部の構成図である。 ギャップが面ぶれに追従する場合の信号波形を示す図である。 ギャップが面ぶれに追従しなくなってくる場合の信号波形を示す図である。 ギャップが完全に面ぶれに追従しない場合の信号波形を示す図である。 面ぶれ量とギャップエラー信号電圧との関係を示す図である。 面ぶれ量とラジアルチルトエラー信号電圧との関係を示す図である。 面ぶれ量とタンジェンシャルチルトエラー信号電圧との関係を示す図である。 規格化後の面ぶれ量とタンジェンシャルチルトエラー信号電圧との関係を示す図である。 本発明による場合の面ぶれ量とタンジェンシャルチルトエラー信号電圧との関係を示す図である。 本発明の一実施の形態に係る光学ピックアップ装置の制御部のサーボループを示す構成図である。 一般的な光学ピックアップ装置における制御系の伝達関数のボード線図を示す図である。

符号の説明

１．パワー制御部、２．光源、３．コリメートレンズ、４．ビームスプリッタ、５．ミラー、６．光学レンズ、７．ソリッドイマージョンレンズ（ＳＩＬ）、８．集光レンズ、９．光検出部、１０．制御部、１１．駆動部、２０．光記録媒体、２５．搭載部、２６．駆動部、４０．入力端子、４１．減算器、４２．加算器、４３．サーボフィルター、４４．制御対象、４５．加算器、４６．ギャップエラー信号演算部、４６Ａ．ギャップエラー信号検出部、４６Ｂ．プッシュプル信号演算部、４７、４８．出力端子、５０．繰り返し制御部、５１．デジタル／アナログ変換器、５２．サーボフィルター、５３．ディレイライン、５４．係数乗算器、５５．アナログ／デジタル変換器、１００．光記録再生装置

Claims (9)

1. 光源と、
   光記録媒体に近接場光を照射する集光光学系と、
   前記光記録媒体からの全反射戻り光量を検出する光検出部と、
   前記光検出部から得られる検出信号に基づいて制御信号を生成する制御部と、
   前記光記録媒体上の所定の位置に前記集光光学系を駆動する駆動部と、を有し、
   前記制御部において、前記光検出部から得られるギャップエラー信号を一定化した後、前記光記録媒体との相対的走行方向のプッシュプル信号からチルトエラー信号が生成される
   ことを特徴とする光学ピックアップ装置。
2. 前記集光光学系は、光学レンズと、ソリッドイマージョンレンズとを有することを特徴とする請求項１記載の光学ピックアップ装置。
3. 前記ギャップエラー信号の一定化が繰り返し制御器により行われることを特徴とする請求項１記載の光学ピックアップ装置。
4. 前記プッシュプル信号がフィードフォワードされて、前記ギャップエラー信号の一定化が行われることを特徴とする請求項１記載の光学ピックアップ装置。
5. 前記光記録媒体がディスク状の媒体であり、
   前記プッシュプル信号が、前記光記録媒体の半径方向と直交するタンジェンシャル方向のプッシュプル信号であることを特徴とする請求項１記載の光学ピックアップ装置。
6. 前記光記録媒体の記録及び／又は再生時の回転数が２０００回転／分以上とされることを特徴とする請求項４記載の光学ピックアップ装置。
7. 光源と、光記録媒体に近接場光を照射する集光光学系と、前記光記録媒体からの全反射戻り光量を検出する光検出部と、前記光検出部から得られる検出信号に基づいて制御信号を生成する制御部と、前記光記録媒体上の所定の位置に前記集光光学系を駆動する駆動部と、を備える光学ピックアップ装置と、
   前記光記録媒体の装着部と、
   前記光記録媒体の装着部を前記集光光学系と相対的に移動させる駆動部と、を有し、
   前記制御部において、前記光検出部から得られるギャップエラー信号を一定化した後、前記光記録媒体との相対的走行方向のプッシュプル信号からチルトエラー信号が生成される
   ことを特徴とする光記録再生装置。
8. 前記集光光学系は、光学レンズと、ソリッドイマージョンレンズとを有することを特徴とする請求項７記載の光記録再生装置。
9. 光学レンズと光記録媒体との間の全反射戻り光量を検出して得られるギャップエラー信号を一定化した後、
   前記全反射戻り光量の前記光記録媒体との相対的走行方向のプッシュプル信号からチルトエラー信号を生成する
   ことを特徴とするチルト制御方法。