JP2011008868A - 光ピックアップ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 位相差法によるトラッキングエラー生成方式において、トラッキングエラー信号にオフセットが生じトラッキング制御が不安定になる課題を解決すること。
【解決手段】 光ディスク媒体にレーザ光を照射し、反射光を集光して検出する分割受光素子の出力をそれぞれ２値化し、この２値化した信号のうちトラックの接線方向に垂直関係にある一対の受光領域の出力を位相比較してトラッキングエラー信号を検出する光ピックアップ装置において、分割受光素子のうちトラックの法線方向に垂直関係にある一対の受光領域に入射する光量が等しくなるように、トラッキング制御中心を調整することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、光ピックアップ装置に関し、特に位相差法によるトラッキングエラー検出方式を用いてトラッキング制御を行う光ピックアップ装置に関する。

近年、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｋ）やＭＤ（Ｍｉｎｉ Ｄｉｓｋ）、あるいはＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｋ）や、ＢＤ（Ｂｌｕｅ−ｒａｙ Ｄｉｓｋ）などの、螺旋状のトラックを有する光ディスクに対して、データの記録あるいは再生を行う光ディスク装置が開発されている。これらの光ディスク装置においては、光ビームスポットが常にトラック上に位置するように制御するトラッキング制御が行われている。

ここで、一般的な光ディスク再生装置における光ピックアップ装置の構成と動作を説明する。図５は一般的な光ピックアップを模式的に示した側面図であり、図６は光ピックアップ装置全体のブロック図である。

図５において、半導体レーザ等のレーザユニット２０１から出射されたレーザ光２１２は、コリメーターレンズ２０２で平行光となり、ビームスプレッター２０３で反射され、対物レンズ２０４にて光ディスク２１０の記録層２１１に集光される。なお、対物レンズ２０４とレンズホルダー２０５はアクチュエーター２０６により駆動され、光ディスク２１０の面振れや偏心に追従するよう制御される。そして、記録層２１１で回折・反射したレーザ光２１２は、再び対物レンズ２０４を通り平行光となる。この平行光となったレーザ光２１２は、ビームスプレッター２０３を再び透過し、検出レンズ２０７で収束光となる。この収束光となったレーザ光２１２は、ホログラム素子２０８に入り、回折光がフォトディテクター２０９に入射される。

フォトディテクター２０９に入射した回折光から、図６における信号処理回路３０１において制御誤差信号（レーザ光の焦点と記録層２１１との位置ずれを示すフォーカスエラー信号と、レーザ光の焦点とトラックとの位置ずれを示すトラッキングエラー信号）及び情報再生信号が生成される。そして、ＤＳＰ３０２により制御誤差信号に応じた制御信号が駆動ＩＣ３０３に送られ、アクチュエーター２０６、トラバースモーター３０５及びスピンドルモーター３０６が駆動される。

次に、トラッキングエラー信号の生成方式として代表的な位相差法とプッシュプル法について説明する。ここでは、図７に示す受光領域２０９が４分割（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）されたフォトディテクター２０９を用いるものとする。位相差法及びプッシュプル法によるトラッキングエラー信号は、それぞれ次式で算出する。

位相差ＴＥ＝∠（Ａ，Ｂ）＋∠（Ｃ，Ｄ）
プッシュプルＴＥ＝（Ａ＋Ｄ）−（Ｂ＋Ｃ）
ここで、表記∠（Ｘ，Ｙ）は、４分割された受光領域からの出力ＸとＹとの位相差に比例した値を算出するものとする。

さらに、詳しく説明すると、図８に示すプッシュプル法は、４分割された受光領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄからの出力値を比較する。従って、受光領域２０９に入射された回折光の光量の大小により、生成されるトラッキングエラー信号の大きさが決まる。一方、図９に示す位相差法は、受光領域ＡとＢの出力は位相比較器４２０において位相比較し，受光領域Ｃ
とＤの出力は位相比較器４２１において位相比較を行う。位相比較器４２０と４２１では、各受光領域の光量をそれぞれ２値化し、その２値化した信号のエッジの差をパルス波として出力し、そのパルス波を平滑化した信号を出力する。そして、２つの位相比較器４２０、４２１から出力された信号の和信号がトラッキングエラー信号となる。よって、位相比較器４２０、４２１にて２値化するのに必要な光量が得られていれば位相比較器４２０、４２１から出力される信号には差が生じず、光量の変化に影響を受けにくい特性となっている。但し、位相比較を行う受光領域の光量が２値化に必要なレベルを確保できなくなると、急激にトラッキングエラー信号に生じるオフセットが大きくなるとの特徴を有している。

プッシュプル法の先行技術としては、以下の特許文献１に記載されているものがある。

特開２００６−２２１７３１号公報

図５に戻りトラッキングエラー信号のオフセットについて説明する。対物レンズ２０４を光ディスク２１０の半径方向に移動させると、すなわちレンズシフトさせると、トラッキングエラー信号にオフセットが発生する。

図１０にレンズシフトに対する位相差法及びプッシュプル法によるトラッキングエラー信号のオフセット量を示す。前述の通り、位相差法では、多少の光量変化に対してトラッキングエラー信号は影響を受けにくいため、オフセットの特性がなべ底形状となる。これに対してプッシュプル法では、オフセットの特性が放物線状の特性になる。

ここで、トラッキング制御について考える。位相差法では、図１１に示すようにトラッキング制御の制御中心がなべ底の中心付近にある場合は、光ディスク２１０の内周及び外周に対して同程度の制御の安定性を確保できる。また、プッシュプル法では、制御中心が放物線状のボトム付近で同様となる。しかし、どちらの方式においても制御中心が制御最良位置から内周若しくは外周のいずれかの方向に偏っている場合、偏っている側のレンズシフトに対して安定して制御できる範囲が狭くなる。

これは偏心量の大きいディスクを再生する場合、トラッキング制御が不安定になる要因となる。なお、制御中心が偏る原因は、レーザユニット２０１等の光学部品の組立誤差や部品自体の製造ばらつき、また使用環境における光学部品の変形等によるものが考えられる。

プッシュプル法の場合、レンズシフトに対するトラッキングエラー信号のオフセットの感度が高いため、安定して制御を掛けられる範囲の探索が行いやすい。従来技術に記載されているように、トラック横断方向において同一側に位置する受光領域（図８のＡとＤ、ＢとＣ）の出力の和を取り、その和信号の差動出力からトラッキング制御の制御中心を求めることができる。

しかしながら、位相差法の場合、レンズシフトに対してトラッキングエラー信号のオフセットがなべ底形状という特性から、安定して制御を掛けられる範囲の探索が行いにくいという課題がある。

また図１２に示すように、位相差法によるトラッキングエラーオフセットのなべ底の中心１３２とプッシュプル法によるトラッキングエラーオフセットのボトム１３１とは必ずしも一致しない。例えば４分割されたフォトディテクターの各受光領域への光量がＡ：Ｂ：Ｃ：Ｄ＝１：０．２：１．８：１の場合、プッシュプル法では（Ａ＋Ｄ）：（Ｂ＋Ｃ）＝２：２となり、バランスの良い受光状態となる。それに対して位相差法で正しく位相比較が行える光量比が仮に±６ｄｂであったとする場合、Ｃに対してＤの受光量は−５．１ｄｂであるので位相比較の範囲内となるが、Ａに対してＢの受光量は−１３ｄｂと極端に低いため、位相比較が正しく行えずオフセットが生ずる。よって出力されるトラッキングエラー信号にはオフセットが発生する。このようにトラッキングエラー信号の生成式が異なるため、プッシュプル法での制御最良位置の調整を行っても位相差法の制御最良位置に調整されない。

そこで本発明では、位相差法によるトラッキングエラー生成方式において、トラッキングエラー信号にオフセットが生じトラッキング制御が不安定になる課題を解決することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の第１の局面は、
光ディスク媒体にレーザ光を照射し、反射光を集光して検出する分割受光素子の出力をそれぞれ２値化し、この２値化した信号のうちトラックの接線方向に垂直関係にある一対の受光領域の出力を位相比較してトラッキングエラー信号を検出する光ピックアップ装置において、分割受光素子のうちトラックの法線方向に垂直関係にある一対の受光領域に入射する光量が等しくなるように、トラッキング制御中心を調整することを特徴とする。

また、分割受光素子として、均等な領域Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄに分割した４分割受光素子を用い、分割受光素子のトラックの法線方向に垂直関係にある受光領域の組であるＡとＢ、およびＣとＤに入射する光量が等しくなるように、トラッキング制御中心を調整することを特徴とする。

本発明の上記構成により、対物レンズを内周および外周に所定量の変化を与えたとき、位相差法により生成されるトラッキングエラーを用いたトラッキング制御において、偏心の大きな光ディスクも安定的に制御することができる。

本発明の実施の形態における光ピックアップの側面図 本発明の実施の形態におけるレンズシフトとトラッキング安定性評価式ｈの関係を示す図 本発明の実施の形態におけるレンズシフトを示す光ピックアップの側面図 本発明の実施の形態における図３の状態でのレンズシフトとトラッキング安定性評価式ｈの関係を示す図 従来技術の光ピックアップの側面図 従来技術の光ピックアップ装置全体のブロック図 従来技術の４分割されたフォトディクターの受光領域の上面図 従来技術のプッシュプル法のトラッキングエラー生成のブロック図 従来技術の位相差法のトラッキングエラー生成のブロック図 一般的な位相差法およびプッシュプル法のトラッキングエラー信号のオフセット量の絶対値とレンズシフトの関係図 位相差法での安定的なトラッキングエラー信号と不安定なトラッキングエラー信号のオフセット量の絶対値とレンズシフトの関係図 位相差法の制御安定点とプッシュプル法の制御安定点の中心位置が異なる場合のトラッキングエラー信号のオフセット量の絶対値とレンズシフトの関係図

以下、本発明の実施の形態の光ピックアップ装置１０００について図面を用いて説明する。

本発明の実施の形態における光ピックアップ装置１０００を構成する光ピックアップ２０００の側面図を図１に示す。なお、従来技術を示す図５と同じ構成のものは、同じ符号を用いる。

レーザユニット２０１から射出されたレーザ光２２１は、コリメーターレンズ２０２で平行光となり、ビームスプレッター２０３で反射され、対物レンズ２０４にて光ディスク２１０の記録層２１１に集光される。なお、対物レンズ２０４とレンズホルダー２０５はアクチュエーター２０６により駆動され、光ディスク２１０の面振れや偏心に追従するよう制御される。そして、記録層２１１で回折・反射したレーザ光２２１は、再び対物レンズ２０４を通り平行光となる。この平行光となったレーザ光２２１は、ビームスプレッター２０３を再び透過し、検出レンズ２０７で収束光となる。この収束光となったレーザ光２２１は、ホログラム素子２０８に入り、回折光がフォトディテクター２０９（受光素子と呼ぶ場合もある）に入射される。

フォトディテクター２０９に入射した回折光から、位相差法により信号処理回路３０１にてトラッキングエラー信号が生成される。なお、光ピックアップ装置全体のブロック図は従来技術の図６、フォトディテクター２０９の各受光領域は従来技術の図７、トラッキングエラー信号の位相差法を示すブロック図は従来技術の図９、と同じであるので省略し、適宜符号は引用する。また、同様にフォトディテクター２０９に入射した回折光にて信号処理回路３０１にてフォーカスエラー信号が生成され、ＤＳＰ３０２にてフォーカスエラー信号に基づいて、制御信号が生成され、駆動ＩＣ３０３を経てアクチュエーター２０６により対物レンズ２０４がフォーカス方向に制御される。

フォトディテクター２０９の各受光領域の出力は信号処理回路３０１に内蔵された位相比較器のダイナミックレンジ内に納まるようなゲイン設定となっている。各受光領域に回折光が均等に入射している状態にて、ダイナミックレンジのセンターになるように調整される場合が最も光量変動に対してマージンが確保された状態となっている。位相比較器のダイナミックレンジはセンターに対し±６ｄｂ程度あると仮定した場合、位相を比較する受光領域の組（Ａ，Ｂ）、（Ｃ，Ｄ）の光量比の絶対値がそれぞれ１２ｄｂを超えるような場合は位相比較が正しく行えず、生成されるトラッキングエラー信号にオフセットが生じる。但し１２ｄｂは位相比較を行う受光領域の光量がダイナミックレンジの両端となった場合だが、当然片方のみがダイナミックレンジを超える場合もあるので、１２ｄｂ以下でも位相比較が正しく行えないことがある。よって位相差法によるトラッキングエラー生成の場合、位相比較する受光領域同士（Ａ，Ｂ）、（Ｃ，Ｄ）の光量比が均等な程安定したトラッキング制御を得ることができる。なお、受光領域の組（Ａ，Ｂ）、（Ｃ，Ｄ）は、トラックの法線方向に垂直関係にある。

以上のように構成された光ピックアップ装置について、その動作について説明する。

フォトディテクター２０９へ入射する回折光の位相差法によりトラッキングエラー生成される場合のトラッキング制御の安定性を示す評価式ｈとして
ｈ＝｜ｌｏｇ（Ａ／Ｂ）｜＋｜ｌｏｇ（Ｄ／Ｃ）｜
を定義する。評価式ｈの値が小さい程、位相比較を行う受光領域（Ａ，Ｂ）、（Ｃ，Ｄ）
に入射している回折光の光量が等しくなり、トラッキングエラー信号にオフセットが生じていないことを示す。例えばｈ＝０の場合、Ａ＝Ｂ及びＣ＝Ｄが成り立ちフォトディテクター２０９の各受光領域に均等に回折光が入射していることを示す。

図１の点線で示す状態におけるレンズシフト方向と評価式ｈを図２に示す。レーザユニット２０１の取り付けにずれが生じているため、フォトディテクター２０９に入射する回折光は、フォトディテクター２０９の中心に対しずれが生じているため、評価式ｈは破線１０１となる。トラッキング制御中心Ｏ１０６に対してサポートする偏心量Δ（例えば２００μｍ）内周１０３及び外周１０４にレンズシフトの範囲を設定する。破線１０１の場合、外周での評価式ｈの値が大きいため、外周方向にレンズシフトした際のトラッキング制御が同変位の内周方向のレンズシフトした際のトラッキング制御に比べて不安定となる。そこで、実線１０２に示すように、内周１０３及び外周１０４での評価式ｈの値がほぼ均等（例えば評価式ｈの値が±５％以下）となり、かつその値が小さくなるようレーザユニット２０１、対物レンズ２０４、フォトディテクター２０９の固定位置を調整する。

図１の場合、レーザユニット２１０の固定位置を調整し、破線位置から実線位置に調整することで、レーザ光２２０はレーザ光２２１へと移る。

次に、図３にレーザユニット２０１の固定位置がずれている場合を示す。

対物レンズ２０４の固定位置、フォトディテクター２０９の固定位置があるべき位置よりずれている場合もあるが、図３ではレーザユニット２０１の固定位置が本来の位置よりずれていることを想定している。ずれの原因は光ピックアップ２０００の組立時に起きうるもの、また光ピックアップ装置１０００を使用している期間に、使用環境による影響や経年劣化によるもの等が考えられる。

図３の状態における、レンズシフトと評価式ｈとのグラフを図４に示す。レーザユニット２０１の固定位置がずれているため、トラッキング制御中心Ｏ１０６に対して、再生をサポートする偏心量Δで内周１０７に比べて外周１０８の評価式ｈが大きくなっている。レーザユニット２０１やフォトディテクター２０９の調整位置を動かすのではなく、偏心量Δで内周及び外周にて評価式ｈがほぼ均等になるよう、トラッキング制御位置Ｏ１０６からトラッキング制御中心Ｏ´１０９にずらす。これにより図１と同様の効果を得ることができる。トラッキング制御中心Ｏ´１０９にずらす方法は対物レンズ２０４の制御にＤＣオフセットを加えることにより実現できる。こうすることにより、レーザ光２３０はレーザ光２３１へと移る。

実際には対物レンズ２０４の可動範囲の制限からトラッキング制御中心Ｏ´１０９として設定できる範囲は限られる。対物レンズ２０４の可動範囲をΓ（例えば３００μｍ）とした場合、トラッキング制御中心Ｏ´１０９として設定できる範囲はトラッキング制御中心Ｏ１０６を中心に±（Γ−Δ）となる。探索範囲についてはトラッキング制御中心Ｏ１０６を中心として対物レンズ２０４の可動範囲±Γで行うのが望ましい。探索間隔は狭くする程探索精度が向上するので望ましいが、間隔を狭くするのに反比例して探索箇所が多くなるため、一連の探索・調整時間が長くなる。探索間隔については時間・精度との関係から適宜決定することになるが、実質運用上の光ピックアップの特性にもよるが、３０〜５０μｍ間隔で探索を行えば問題ない。

本発明は、偏心の大きな光ディスクであっても良好な再生が行える光ピックアップ装置であるため、幅広い光再生装置に適用することができる。

１０１ レンズシフトに対するトラッキング制御安定評価式ｈ（調整前）
１０２ レンズシフトに対するトラッキング制御安定評価式ｈ（調整後）
１０３ トラッキング制御中心Ｏに対するサポートする内周側のレンズシフト
１０４ トラッキング制御中心Ｏに対するサポートする外周側のレンズシフト
１０５ レンズシフトに対するトラッキング制御安定評価式ｈ
１０６ トラッキング制御中心
１０７ トラッキング制御中心Ｏに対するサポートする内周側のレンズシフト
１０８ トラッキング制御中心Ｏに対するサポートする外周側のレンズシフト
１０９ ＤＣオフセットを加算した場合のトラッキング制御中心
１１０ トラッキング制御中心Ｏ´に対するサポートする内周側のレンズシフト
１１１ トラッキング制御中心Ｏ´に対するサポートする外周側のレンズシフト
１２１ トラッキング制御中心Ｏに対してレンズシフトに対して安定的に制御を与えるラッキングエラー信号のオフセット量の絶対値
１２２ トラッキング制御中心Ｏに対してレンズシフトに対して不安定的な制御を与えるトラッキングエラー信号のオフセット量の絶対値
１２３ １２１でのレンズシフトに対する安定な制御を与える制御中心
１２４ １２２でのレンズシフトに対する安定な制御を与える制御中心
１３１ プッシュプル法でのレンズシフトに対する安定な制御を与える制御中心
１３２ 位相差法でのレンズシフトに対する安定な制御を与える制御中心
２０１ レーザユニット
２０２ コリメーターレンズ
２０３ ビームスプレッター
２０４ 対物レンズ
２０５ レンズホルダー
２０６ アクチュエーター
２０７ 検出レンズ
２０８ ホログラム素子
２０９ フォトディテクター
２１０ 光ディスク
２１１ 記録層
２１２、２２０、２２１、２３０、２３１ レーザ光
３０１ 信号処理回路
３０２ ＤＳＰ
３０３ 駆動ＩＣ
３０４ 光ピックアップ
３０５ トラバースモーター
３０６ スピンドルモーター
４０１ 第一受光領域
４０２ 第二受光領域
４０３ 第三受光領域
４０４ 第四受光領域
４１０、４１１、４２２ 加算器
４１２ 差動器
４２１、４２２ 位相比較器

Claims (3)

1. 光ディスク媒体にレーザ光を照射し、反射光を集光して検出する分割受光素子の出力をそれぞれ２値化し、この２値化した信号のうちトラックの接線方向に垂直関係にある一対の受光領域の出力を位相比較してトラッキングエラー信号を検出する光ピックアップ装置において、
   前記分割受光素子のうちトラックの法線方向に垂直関係にある一対の受光領域に入射する光量が等しくなるように、トラッキング制御中心を調整することを特徴とする光ピックアップ装置。
2. 前記分割受光素子として、均等な領域Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄに分割した４分割受光素子を用い、前記分割受光素子のトラックの法線方向に垂直関係にある受光領域の組であるＡとＢ、およびＣとＤに入射する光量が等しくなるように、トラッキング制御中心を調整することを特徴とする請求項１に記載の光ピックアップ装置。
3. 評価式ｈ＝｜ｌｏｇ（Ａ／Ｂ）｜＋｜ｌｏｇ（Ｄ／Ｃ）｜が最小となるように、トラッキング制御中心を調整することを特徴とする請求項２に記載の光ピックアップ装置。