JP2013145619A - 位相差検出装置、トラッキングエラー検出装置、及び光ディスク装置 - Google Patents

Abstract

【課題】迅速且つ正確に位相差を検出することができる位相差検出装置、トラッキングエラー検出装置、及び光ディスク装置を提供する。
【解決手段】位相差検出装置、トラッキングエラー検出装置、及び光ディスク装置は、第１信号又は第２信号の少なくとも一方に基準クロック周期の整数倍の遅延を与える遅延部２９と、第１信号に含まれる第１データと第２信号に含まれる第２データとの差分の絶対値の総和である誤差量を算出する処理を、遅延量を変更して繰り返すことによって、複数の遅延量に対応する複数の誤差量を取得する誤差量演算部３０と、最小値の誤差量を検出したときの第１遅延量を検出する最小値検出部３３と、少なくとも３つの遅延量と対応する誤差量とを用いて、ラグランジェ補間式の補間係数を求める補間係数演算部３４と、誤差量の極小値におけるシフト量を算出し、位相差を算出する位相差生成部３５とを有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、第１の信号と第２の信号との位相差を検出する位相差検出装置、位相差検出装置を含むトラッキングエラー検出装置、及び位相差検出装置を含む光ディスク装置に関する。

ＤＶＤ（デジタル多用途ディスク）やＢＤ（ブルーレイディスク）（登録商標）などの光ディスクを再生、又は、再生及び記録する光ディスク装置では、対物レンズによって集光された光スポットが、光ディスクの情報記録面に記録されたデータのトラックを、正確に追従するように、光ディスクの反射光の検出信号から生成されるトラッキングエラー信号に基づいて、トラックに対する光スポットの位置ずれ（以下「オフトラック」又は「トラッキングエラー」と言う）をゼロに近づけるトラッキングサーボ動作を行う。一般に、トラッキングエラー信号の生成には、位相差法（ＤＰＤ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｐｈａｓｅ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）法）が用いられる。

従来のＤＰＤ法では、例えば、光ディスクからの反射光を、交差する２つの境界線で４分割された受光素子の受光面で受光し、この４つの受光面の第１の対角和信号と第２の対角和信号の時間軸の位相差を検出し、この位相差に基づいてオフトラック（トラッキングエラー）量を算出する。ＤＰＤ法では、第１の対角和信号と第２の対角和信号の各々について、スライスレベル以上となる時間区間をＨｉｇｈレベル（例えば、＋５Ｖ）とし、スライスレベル未満となる時間区間をＬｏｗレベル（例えば、０Ｖ）とすることによって、第１の対角和信号と第２の対角和信号の各々を２値化し、２値化された２つの信号の差分信号を算出し、この差分信号をローパスフィルタ（ＬＰＦ）に通過させてトラッキングエラー信号を生成する。

しかし、線密度を高くしてデータが記録される多層ＢＤ（例えば、ＢＤＸＬ）や超解像光ディスクでは、情報記録面に記録されるデータとして比較的短い長さの記録マーク（又は記録ピット）が使用される。このため、従来のＤＰＤ法を、多層ＢＤや超解像光ディスクに適用すると、図１の波形図に示されるように、４分割された受光素子の各受光面からの出力信号の変調振幅が小さく、僅かなノイズの影響等で出力信号が揺れると、ＤＰＤ法におけるスライスレベルに基づく２値化処理を適切に行なうことができなくなる。

このような問題に対して、第１の対角和信号を目標信号とし、第２の対角和信号をデジタル回路の入力信号として、ＬＭＳ（Ｌｅａｓｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕｅｒｅ）アルゴリズムを用いた適応型ＦＩＲ（Ｆｉｎｉｔｅ Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタによって波形等化し、適応型ＦＩＲフィルタのタップ係数の非対称性から位相差を検出する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−０２１３９２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の方法によれば、２つの信号の位相差を求める際に、適応型ＦＩＲフィルタのタップ係数のＬＭＳアルゴリズムを動作させる必要があり、ＬＭＳアルゴリズムの更新係数の与え方によっては、適応型ＦＩＲフィルタのタップ係数が発散して正確なトラッキングエラーが検出できないことがある。このため、特許文献１に記載の方法では、更新係数がある一定レベル以上になったときにＬＭＳアルゴリズムを一旦リセットさせるなどの対策を講じる必要がある。

また、適応型ＦＩＲフィルタが動作開始してからタップ係数が収束するまでの時間内は、位相差を正確に検出できず、トラッキングサーボ動作開始まで長い時間を要するので、光ディスク装置の再生又は記録動作の開始が遅くなる問題がある。

そこで、本発明の目的は、迅速且つ正確に位相差を検出することができる位相差検出装置、迅速且つ正確にトラッキングエラーを検出することができるトラッキングエラー検出装置、及び適切なトラッキングサーボ動作を迅速に開始することができる光ディスク装置を提供することにある。

本発明の一態様に係る位相差検出装置は、基準クロックに同期してサンプリングされた第１信号と第２信号との位相差を検出する位相差検出装置であって、前記第１信号又は前記第２信号の少なくとも一方に基準クロック周期の整数倍の遅延量の遅延を与える遅延部と、前記第１信号に含まれる、データ長がＮ個（Ｎは正の整数）である第１データと前記第２信号に含まれるデータ長がＮ個である第２データとの差分の絶対値の総和である誤差量を算出する処理を、前記遅延部によって与えられる遅延量を変更して繰り返すことによって、前記遅延部によって与えられた複数の遅延量に対応する複数の誤差量を取得する誤差量演算部と、前記誤差量演算部によって取得された前記複数の誤差量から、最小値の誤差量を検出し、最小値の誤差量を検出したときの第１遅延量を検出する最小値検出部と、前記複数の遅延量の内の少なくとも３つの遅延量と、前記少なくとも３つの遅延量にそれぞれ対応する複数の誤差量とを用いて、高次の関数式であるラグランジェ補間式の補間係数を求める補間係数演算部と、前記補間係数が求められたラグランジェ補間式における誤差量の極小値におけるシフト量を算出し、前記第１遅延量と前記シフト量を用いて位相差を算出する位相差生成部とを有することを特徴とする。

本発明の他の態様に係るトラッキングエラー検出装置は、位相差検出装置と、交差する２つの境界線で分割された４分割の受光面を有し、前記４分割の受光面に入射する光ディスクからの反射光の光量をそれぞれ電気的な出力信号に変換する受光部と、前記４分割された受光面から出力される出力信号の第１の対角和信号と第２の対角和信号を算出する第１及び第２の加算部と、前記第１及び第２の対角和信号を基準クロックに同期してサンプリングし、第１信号及び第２信号として前記位相差検出装置に与えるサンプリング部とを有し、前記位相差検出装置は、基準クロックに同期してサンプリングされた前記第１信号と前記第２信号との位相差を検出する装置であって、前記第１信号又は前記第２信号の少なくとも一方に基準クロック周期の整数倍の遅延量の遅延を与える遅延部と、前記第１信号に含まれる、データ長がＮ個（Ｎは正の整数）である第１データと前記第２信号に含まれるデータ長がＮ個である第２データとの差分の絶対値の総和である誤差量を算出する処理を、前記遅延部によって与えられる遅延量を変更して繰り返すことによって、前記遅延部によって与えられた複数の遅延量に対応する複数の誤差量を取得する誤差量演算部と、前記誤差量演算部によって取得された前記複数の誤差量から、最小値の誤差量を検出し、最小値の誤差量を検出したときの第１遅延量を検出する最小値検出部と、前記複数の遅延量の内の少なくとも３つの遅延量と、前記少なくとも３つの遅延量にそれぞれ対応する複数の誤差量とを用いて、高次の関数式であるラグランジェ補間式の補間係数を求める補間係数演算部と、前記補間係数が求められたラグランジェ補間式における誤差量の極小値におけるシフト量を算出し、前記第１遅延量と前記シフト量を用いて位相差を算出する位相差生成部とを有することを特徴とする。

本発明の他の態様に係る光ディスク装置は、レーザ光源と、前記レーザ光源からのレーザ光を光ディスクの情報記録面に集光させる集光部と、前記光ディスクの情報記録面における集光スポットの位置を、前記光ディスクのトラックに近づけるように移動させるトラッキング駆動部と、交差する２つの境界線で分割された４分割の受光面を有し、前記４分割の受光面に入射する前記光ディスクからの反射光の光量をそれぞれ電気的な出力信号に変換する受光部と、位相差検出装置と、前記４分割された受光面から出力される出力信号の第１の対角和信号と第２の対角和信号を算出する第１及び第２の加算部と、前記第１及び第２の対角和信号を基準クロックに同期してサンプリングし、第１信号及び第２信号として前記位相差検出装置に与えるサンプリング部とを有し、前記位相差検出装置は、基準クロックに同期してサンプリングされた前記第１信号と前記第２信号との位相差を検出する装置であって、前記第１信号又は前記第２信号の少なくとも一方に基準クロック周期の整数倍の遅延量の遅延を与える遅延部と、前記第１信号に含まれる、データ長がＮ個（Ｎは正の整数）である第１データと前記第２信号に含まれるデータ長がＮ個である第２データとの差分の絶対値の総和である誤差量を算出する処理を、前記遅延部によって与えられる遅延量を変更して繰り返すことによって、前記遅延部によって与えられた複数の遅延量に対応する複数の誤差量を取得する誤差量演算部と、前記誤差量演算部によって取得された前記複数の誤差量から、最小値の誤差量を検出し、最小値の誤差量を検出したときの第１遅延量を検出する最小値検出部と、前記複数の遅延量の内の少なくとも３つの遅延量と、前記少なくとも３つの遅延量にそれぞれ対応する複数の誤差量とを用いて、高次の関数式であるラグランジェ補間式の補間係数を求める補間係数演算部と、前記補間係数が求められたラグランジェ補間式における誤差量の極小値におけるシフト量を算出し、前記第１遅延量と前記シフト量を用いて位相差を算出する位相差生成部とを有することを特徴とする。

本発明に係る位相差検出装置によれば、迅速且つ正確に位相差を検出することができる。

本発明に係るトラッキングエラー検出装置によれば、迅速且つ正確にトラッキングエラーを検出することができる。

本発明に係る光ディスク装置によれば、適切なトラッキングサーボ動作を迅速に開始することができる。

高密度光ディスクの再生信号の一例を示す波形図である。 本発明の実施の形態１及び２に係る光ディスク装置である再生装置の構成を概略的に示すブロック図である。 実施の形態１におけるトラッキングエラー信号生成部の構成を概略的に示すブロック図である。 図３における２つのＡＧＣから出力される２つのサンプリングデータの一例を示すシミュレーション図である。 図３における２つのメモリから出力される２つのデータ列を模式的に示す図である。 図３における２つのメモリから出力される２つのデータ列（一方を遅延させた場合）を模式的に示す図である。 図３における誤差量演算部から出力される誤差量（演算値）のシミュレーション結果を示すグラフである。 実施の形態１のトラッキングエラー信号生成部で生成される位相差のシミュレーション結果を示すグラフである。 実施の形態２おけるトラッキングエラー信号生成部の構成を概略的に示すブロック図である。 （ａ）及び（ｂ）は、記録密度の低い光ディスクを再生したときの２つのサンプリングデータの一例及び記録密度の高い光ディスクを再生したときの２つのサンプリングデータの一例を示すシミュレーション図である。

実施の形態１．
図２には、実施の形態１に係る光ディスク装置である再生装置の構成が示されている。図２に示されるように、実施の形態１に係る光ディスク装置は、光ディスク２を回転させる回転駆動部１と、光ピックアップ３と、トラッキングエラー信号（ＴＥＳ）生成部２０（実施の形態２においては、ＴＥＳ生成部４０）を含む信号演算回路１０と、サーボ回路１１と、システム制御部１２と、波形等化回路１６と、誤り訂正器１４と、ＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ Ｌｏｃｋ Ｌｏｏｐ）回路１５とを有する。なお、実施の形態１に係る光ディスク装置は、光ディスクの情報記録面に情報を記録する機能を備えた記録装置又は記録再生装置であってもよい。

回転駆動部１は、光ディスク２が取り付けられるターンテーブルと、ターンテーブルを回転させるスピンドルモータなどの回転モータとを有する。光ピックアップ３は、光ディスク２にレーザ光を集光させて、これにより形成された光スポットの反射光から再生信号、光スポットの情報記録面からの焦点ずれ、及び光スポットの光ディスク２の読み出しトラックからの位置ずれ（オフトラック）などを検出する。光ピックアップ３は、半導体レーザ４と、プリズム５と、対物レンズ６と、光検知器７と、センサー光学素子８とを有する。半導体レーザ４は、レーザ光源であり、光ディスク２の情報記録面に照射されるレーザ光を出射する。プリズム５は、半導体レーザ４からのレーザ光を対物レンズ６に向ける機能と、光ディスク２からの反射光を透過させる機能とを持つ。対物レンズ６は、プリズム５からのレーザ光を光ディスク２の情報記録面に集光させる機能と、光ディスク２からの反射光を集光させる機能とを持つ。センサー光学素子８は、光ディスク２からの反射光を光検知器７に導き、光検知器７によって焦点ずれ量やオフトラック量を検出させるための光学機能素子である。

アクチュエータ９は、光ディスク２に照射される光スポットを光ディスク２の動きに追従させるため、対物レンズ６を駆動させる。アクチュエータ９は、サーボ回路１１からのフォーカスドライブ信号ＦＣＳに基づいて、焦点ずれをゼロに近づけるように、対物レンズ６を焦点方向に移動させると共に、トラッキングドライブ信号ＴＣＳに基づいて、オフトラックをゼロに近づけるように、対物レンズ６を光ディスク２の径方向に移動させる。

信号演算回路１０は、トラッキングエラー信号生成部２０と、公知のフォーカスエラー信号生成部とを有する。信号演算回路１０は、光検知器７からの出力信号から、フォーカスエラー信号ＦＥＳ、トラッキングエラー信号ＴＥＳ、及びそれらの和信号であるＲＦ信号を生成する。フォーカスエラー信号ＦＥＳ及びトラッキングエラー信号ＴＥＳは、サーボ回路１１へ送られる。これらの信号は、アクチュエータ９の各ドライブ用信号ＦＣＳ及びＴＣＳの生成のために使用される。信号演算回路１０内に備えられるフォーカスエラー信号生成部は、公知のフォーカシングサーボ（例えば、非点収差法）を行うため使用されるフォーカスエラー信号ＦＥＳをサーボ回路１１に与える。フォーカシングサーボ動作は、本発明の特徴部分には直接的には関係していないので、以下の説明では、トラッキングエラー信号生成部２０の構成及び動作を中心に説明する。

システム制御部１２は、サーボ回路１１によるフォーカスサーボやトラッキングサーボの動作を制御すると共に、光ディスク装置の全体の動作を制御する。

波形等化回路１６は、信号演算回路１０で生成されたＲＦ信号にフィルタ処理を施し、ＲＦ信号を波形等化して、復号器１３は、波形等化されたＲＦ信号を、例えば、ビタビ復号アルゴリズムなどによりデータ列へ変換する。誤り訂正器１４は、復号器１３で復号された再生信号のデータエラー箇所を訂正して再生データを生成する。ＰＬＬ回路１５は、ＲＦ信号の再生基準クロックを生成し、光ディスク装置内の各構成に供給する。

図３は、ＤＰＤ法に基づくトラッキングエラー信号生成部２０の構成を概略的に示すブロック図である。図３に示されるように、トラッキングエラー信号生成部２０は、光検知器７の受光素子を直交する２本の直線で分割することによって得られる４つの受光面の出力Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄから、２つの対角和信号ｓ_１及びｓ_２を生成する加算器１７及び１８と、自動ゲイン制御部（ＡＧＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｇａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ））２３及び２４と、メモリ２７及び２８と、位相差演算部２１と、平均化処理部３６とを有する。位相差演算部２１は、メモリ２７からのデータを期間ｎＴだけ遅延させる遅延部２９と、誤差量演算部３０と、誤差量メモリ３１と、遅延部２９に対して遅延量ｎを与える遅延制御部３２と、最小値検出部３３と、補間係数演算部３４と、位相差生成部３５とを有する。ここで、Ｔは、基準クロックの１周期を示し、また、
ｎ＝−Ｎｄ，…，−１，０，＋１，…，＋Ｎｄである。なお、メモリ２７からのデータを遅延させる遅延部を、遅延部２９に代えて、又は、遅延部２９の他に設けてもよい。

図３の構成では、光ピックアップ３の光検知器７の４分割検知器の受光面Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄからの出力（受光面Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの出力を、それぞれＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄで表記する）を演算して得られる対角和信号（Ａ＋Ｃ）及び対角和信号（Ｂ＋Ｄ）をそれぞれ第１の入力信号ｓ_１及び第２の入力信号ｓ_２として、これらの位相差ＰＤを検出してトラッキングエラー信号ＴＥＳを生成する。

ＡＧＣ２３及びＡＧＣ２４は、第１の入力信号ｓ_１及び第２の入力信号ｓ_２を時間平均的な振幅レベル又はＤＣレベルで正規化し、第１の正規化信号ｎｓ_１及び第２の正規化信号ｎｓ_２を生成する。これにより、第１の正規化信号ｎｓ_１及び第２の正規化信号ｎｓ_２の変調成分の振幅レベルが同程度になる。

ＡＤＣ（アナログ／デジタル変換器）２５及びＡＤＣ２６のそれぞれは、第１の正規化信号ｎｓ_１及び第２の正規化信号ｎｓ_２を、サンプリング周波数ｆ_ｓのサンプルクロックＣＬＫを基にして、サンプリングデータｎｓ_１及びｎｓ_２へ変換する。

図４は、サンプリングデータｎｓ_１及びｎｓ_２の一例を示す波形図である。光ピックアップ３から光ディスク２へ集光される光スポットのオフトラックが存在する条件で光検知器７から検出される対角和信号（Ａ＋Ｃ）及び対角和信号（Ｂ＋Ｄ）のシミュレーション波形である。

サンプリングデータｎｓ_１及びｎｓ_２は、ＡＤＣ２５及び２６によってデジタル変換されて、データＳ_１（ｍ）及びＳ_２（ｍ）となり、それぞれメモリ２７及び２８に保持される。メモリ２７及び２８には、それぞれデータ長がＮ個のデータが（Ｎ＋２×Ｎ_ｄ）個保持される。ここで、Ｎは、誤差演算の対象のデータのデータ長である。また、Ｎ_ｄは、誤差演算の対象データのデータ長の遅延ふり幅値（データ長Ｎのデータの前後に用意されるデータ列の幅であり、後述する図５及び図６に示す）である。メモリ２７及び２８に保持されたデータＳ_１（ｍ）及びＳ_２（ｍ）は、サンプリングごとに更新され、最も古いデータに対応する先頭データを破棄し、サンプリングされた最新のデータが、最後尾データとして新たにメモリ２７及び２８にそれぞれ保持される。

次に、位相差演算部２１について説明する。メモリ２７及び２８にそれぞれ保持されたデータｓ_１（ｍ）及びｓ_２（ｍ）は、後段の位相差演算部２１からの要求に従って順次移送される。

位相差演算部２１からの要求に基づき、データｓ_１（ｍ）及びｓ_２（ｍ）は、位相差演算部２１に入力され、誤差量演算部３０で、ｍ＝１，２，…，Ｎのすべてについて、差分絶対値｜ｓ_１（Ｎ_ｄ＋ｍ＋ｎ）−ｓ_２（ｍ）｜の総和である誤差量Ｄ（ｎ）を、次式（１）によって計算する。

ここで、ｎは、遅延制御部３２より与えられる遅延量であり、−Ｎ_ｄから＋Ｎ_ｄまでの範囲内の整数で与えられる。

図５は、データｓ_１（Ｎ_ｄ＋ｍ）及びｓ_２（ｍ）のデータ列を模式的に示す図である。ここでは、ｍ＝６であり、遅延ふり幅値Ｎ_ｄは５であり、遅延量ｎは０である場合が示されている。一方、図６は、ｍ＝６であり、遅延ふり幅値Ｎ_ｄは５であり、遅延量ｎは−１である場合のデータｓ_１（Ｎ_ｄ＋ｍ−１）及びｓ_２（ｍ）のデータ列が示されている。式（１）から、図５の場合の誤差量Ｄ（０）は、次式（２）で求めることができる。

また、式（１）から、図６の場合の誤差量Ｄ（−１）は、次式（３）で求めることができる。

図７は、図４の波形について、遅延量ｎに対する誤差量Ｄ（ｎ）をプロットしたグラフである。このような遅延量ｎに対応した誤差量Ｄ（ｎ）は誤差量メモリ３１で保持される。図７の場合では、各遅延量のうち、遅延量ｎ＝−１（すなわち、遅延時間が−１Ｔ）における誤差量Ｄ（ｎ）が最も小さい。すなわち、誤差量Ｄ（ｎ）が最も小さくなる位置は、第１の入力信号ｓ_１が、第２の入力信号ｓ_２に対して位相が１Ｔ程度遅れていると推定される。

図３に示される最小値検出部３３は、誤差量Ｄ（ｎ）が最小となる遅延量ｎ_ｍｉｎを検出する。ただし、最小値検出部３３で検出する遅延量は、１Ｔの整数倍の遅延量である。例えば、図７で示すような誤差量Ｄ（ｎ）の場合、遅延量ｎ_ｍｉｎ＝−１が検出される。しかし、実際には誤差量Ｄ（ｎ）の最小値は、遅延量ｎ_ｍｉｎ＝−１（すなわち、遅延時間が−１Ｔ）からシフト量Δｎだけシフトして存在している。

次に、シフト量Δｎを演算する方法を説明する。実施の形態１においては、シフト量Δｎを演算する際に、ラグランジェ補間式を適用することで、演算負荷を抑えつつ、より正確な位相差ＰＤを検出することができる。

３点の座標（ｘ_１，ｙ_１）、（ｘ_２，ｙ_２）、及び（ｘ_３，ｙ_３）を通る２次関数式は、ラグランジェ補間式により、式（２）のように表される。なお、実施の形態１においては、各点のｘ座標は図７の横軸の遅延量ｎに対応し、クロック単位１Ｔの整数倍となる。

図３に示される補間係数演算部３４は、式（４）に適用する（ｘ_１，ｙ_１）、（ｘ_２，ｙ_２）、及び（ｘ_３，ｙ_３）の３点と、それら座標からシフト量Δｎを算出する。

式（４）に適用する（ｘ_１，ｙ_１）、（ｘ_２，ｙ_２）、及び（ｘ_３，ｙ_３）の３点には、最小値検出部３３で検出された遅延量ｎ_ｍｉｎの点を含める。すなわち、図７の例の場合は、遅延量ｎ_ｍｉｎの点である第１の点の座標は、（−１，Ｄ（−１））となる。また、残る２点である第２の点と第３の点の座標は、ｎ＝−１をとした第１の点の座標（−１，Ｄ（−１））を中心として対象な位置の遅延量における点を選択する。図７の例の場合、第２の点及び第３の点として、座標（−２，Ｄ（−２））及び（０，Ｄ（０））が選択される。よって、選択される３点は、
第１の点（−１，Ｄ（−１））、
第２の点（−２，Ｄ（−２））、及び
第３の点（０，Ｄ（０））となる。

実施の形態１では、上記第１〜第３の点を式（４）に適用する際、最小値検出部３３で検出された遅延量ｎ_ｍｉｎ（図７の例では、ｎ_ｍｉｎ＝−１）のｘ座標を基準としてｘが対称となる座標、すなわち、
変換後の第１の点（０，Ｄ（−１））、
変換後の第２の点（−１，Ｄ（−２））、及び
変換後の第３の点（１，Ｄ（０））とする。

式（４）に変換後の第１〜第３の点の座標を適用すると、以下の式（５）のようになる。

式（５）は、式（６）のように変形できる。

位相差生成部３５では、式（６）と２次関数式ｙ＝ａ・ｘ^２＋ｂ・ｘ＋ｃとを対応させると、係数ａ、ｂ、ｃは、以下の式（７）、式（８）、式（８）にて表すことができる。

シフト量Δｎは、２次関数式
ｙ＝ａ・ｘ^２＋ｂ・ｘ＋ｃ （１０）
におけるｙの極小値におけるｘ座標であるから、このｘ座標は、
０＝（式（１０）の右辺の１次微分）から
０＝２ａ・ｘ＋ｂとなる。したがって、
ｘ＝ｂ／２ａのときに、ｙは極小値となり、次式（１１）が得られる。
Δｎ＝ｂ／２ａ （１１）

式（７）、（８）、（１１）より、次式（１２）を求めることができる。

そして、位相差ＰＤは、遅延量ｎ_ｍｉｎをシフト量Δｎ補正する、次式（１３）で得ることができる。
ＰＤ＝ｎ_ｍｉｎ＋Δｎ （１３）

式（１３）で得られた位相差ＰＤは、平均化処理部３６である一定データ長の平均値として出力され、サーボ回路１１へトラッキングエラー信号ＴＥＳとして送られる。サーボ回路１１にてトラッキングエラー信号ＴＥＳのアナログ信号での入力が必要な場合は、平均化処理部３６の後段にＤＡＣ（デジタル／アナログ変換器）を設ければよい。サーボ回路１１がデジタル信号処理回路で構成されていて、デジタル信号の入力が可能であればトラッキングエラー信号ＴＥＳを、直接サーボ回路１１へ入力させてもよい。

以上が、位相差ＰＤを演算する一連の処理である。この一連の処理が終了した後、逐次データｓ_１（ｍ）とデータｓ_２（ｍ）が位相差演算部２１へ入力されて、位相差ＰＤの演算が行われ、位相差ＰＤの値が更新される。

平均化処理部３６で平均するデータ長は、トラッキングサーボの周波数帯域又は光スポットがトラックを横切る周波数（トラック横断周波数）に応じて設定される。トラックの横断周波数がｆ_ｔ［Ｈｚ］、１横断周期にＮ_ｓ点でサンプルされたトラッキングエラー信号ＴＥＳであるならば、平均化処理部３６は、データ長のデータ数を１／（ｆ_ｔ×Ｎ_ｓ×Ｔ）以下に設定する。例えば、ｆ_ｔが１［ｋＨｚ］、Ｎ_ｓが５０点、クロック周波数（１／Ｔ）がＢＤの１倍速再生時クロック周波数６６［ＭＨｚ］とする場合、平均化データ長は最大で１３２０点であり、トラッキングエラー信号ＴＥＳを生成する上では十分なデータ長である。このように、平均化処理部３６は、ローパスフィルタと同様の機能を持つ。

図８は、上記の処理を用いて得られる位相差ＰＤのシミュレーション結果を示す図である。図８のグラフは、光スポットのトラックずれ（オフトラック）［ｎｍ］に対する位相差ＰＤ［Ｔ］を示すものであり、オフトラック量の絶対値が大きくなるほど、位相差ＰＤの絶対値が増加している。すなわち、オフトラック量が０より大きくなるほど、位相差ＰＤの絶対値が増加し、オフトラック量が０より小さくなるほど、位相差ＰＤの絶対値が増加する。このように、位相差ＰＤは、オフトラック量に対するトラッキングエラーに相当するので、位相差ＰＤからトラッキングエラー信号ＴＥＳを生成できる。

なお、上記説明では、シフト量Δｎの算出に際して、遅延量ｎ_ｍｉｎを中心とした対象な位置の遅延量における点を選択する際に、
第１の点（−１，Ｄ（ｎ_ｍｉｎ−１））、
第２の点（−２，Ｄ（ｎ_ｍｉｎ−２））、及び
第３の点（０，Ｄ（ｎ_ｍｉｎ））
の３点に相当する３つの点、
第１の点（−１，Ｄ（−１））、
第２の点（−２，Ｄ（−２））、及び
第３の点（０，Ｄ（０））を用いた。
しかし、シフト量Δｎの算出に際して、４点以上の個数の座標点を利用してもよい。

例えば、シフト量Δｎの算出に際して、
（−２，Ｄ（ｎ_ｍｉｎ−２））、
（−１，Ｄ（ｎ_ｍｉｎ−１））、
（０，Ｄ（ｎ_ｍｉｎ））、
（１，Ｄ（ｎ_ｍｉｎ＋１））、及び
（２，Ｄ（ｎ_ｍｉｎ＋２））の５点の座標点を用いてもよい。

また、例えば、シフト量Δｎの算出に際して、
（−２，Ｄ（ｎ_ｍｉｎ−２））、
（０，Ｄ（ｎ_ｍｉｎ））、及び
（２，Ｄ（ｎ_ｍｉｎ＋２））の３点の座標点を用いて、式（４）により近似２次関数の係数ａ、ｂ、ｃを算出してもよい。

シフト量Δｎの算出に際して、４点以上の多くの座標点を利用して２次近似を行なうことで、３点の座標点を用いた場合に比べて、シフト量Δｎの検出精度を向上させることができ、位相差ＰＤをより正確に検出することができる。

実施の形態１においては、図３に示されるトラッキングエラー信号生成部２０を光ディスク装置のトラッキングエラー検出装置に適用した場合、遅延量ｎ_ｍｉｎからシフトすると単調増加しなくなる範囲が現れる。図７の例の場合では、遅延量ｎ_ｍｉｎから±４Ｔシフトしたときに（図７において、ｎ＝−５のとき、及び、ｎ＝３のときに）、極大点となる。このような傾向がある場合には、極大点となる遅延量よりも内側の範囲内（図７においては、遅延量ｎが−４以上で２以下の範囲内）となるように、遅延量を制限することが望ましい。これにより、補間近似誤差が大きくなることを防ぐことができる。

以上のように、実施の形態１においては、ラグランジェ補間式によって、近似２次関数の係数ａ，ｂ，ｃを簡便な式（７）〜（９）によって取得でき、位相差ＰＤをより正確に検出することができ、より正確なトラッキングエラー信号ＴＥＳが生成可能となる。

また、実施の形態１においては、変調振幅が小さく従来のＤＰＤ法でスライスレベルによる２値化が困難となる、高密度光ディスクに対しても、正確な位相差ＰＤを検出でき、トラッキングエラー信号ＴＥＳが生成可能となる。

また、実施の形態１においては、特許文献１に示されるように、２つの信号の位相差ＰＤを求める際に、適応型ＦＩＲフィルタのタップ係数のＬＭＳアルゴリズムを動作させる必要がなく、デジタル回路で比較的演算負荷が大きい積算の回数を減らすことができる効果がある。

さらに、実施の形態１においては、ＬＭＳアルゴリズムの更新係数μの与え方によって、適応型ＦＩＲフィルタのタップ係数が発散するなどといったシステムの不安定動作や、更新係数μがある一定レベル以上になったときにＬＭＳアルゴリズムを一旦リセットさせるなどの、ＬＭＳアルゴリズムのフィードバック制御で起こり得る課題に対して、付加的な解決手段を講じておく必要がなく、安定したトラッキングエラー信号が得られる。

また、実施の形態１においては、適応型ＦＩＲフィルタのタップ係数の収束待ち時間などが必要なく、トラッキングサーボ動作開始までの動作を早くする効果がある。

なお、以上の説明では、位相差演算部２１が、光ディスク装置におけるトラッキングエラー信号生成部に用いている場合を説明したが、実施の形態１における位相差演算部２１を、トラッキングエラー信号以外の異なる２つ入力信号の位相差ＰＤの検出にも適用してもよい。

実施の形態２．
実施の形態２は、実施の形態１に係るトラッキングエラー検出装置及び光ディスク装置に、記録又は再生の対象である光ディスクの特徴から、位相差ＰＤ検出に関する動作の変更手段をさらに設けたものである。図９は、実施の形態２のＤＰＤ法に基づくトラッキングエラー信号生成部４０の構成を概略的に示すブロック図である。図９において、図３（実施の形態１）に示される構成要素と同一又は対応する構成要素には、同じ符号を付す。図９に示されるトラッキングエラー生成部４０は、Ｎｄ値決定部４２を有する点において、図３に示されるトラッキングエラー信号生成部２０と相違する。なお、実施の形態２の説明に際しては、光ディスク装置の構成を示す図２をも参照する。

図９のメディア判別部４１は、図１に光ディスク２の物理構造の種類を識別し、光ディスク２の種類を判別する構成である。実施の形態２に係る光ディスク装置（図２）は、従来より規格化又は実用化されているＢＤＸＬ、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤなどの光ディスクの再生、又は、記録を行うことができる。また、将来的に実用化が期待される超解像ディスクや高屈折率な結晶材を用いて開口数ＮＡを高めたソリッドイマージョンレンズを採用した近接場光ディスクなど、記録密度の異なるディスクにも適用可能である。図９のディスク判別部４１は、上記のような記録密度の異なる多種の光ディスクに対応するために、ユーザーによって光ディスク装置に挿入された光ディスクがいずれであるかを判別するものである。ディスク判別部４１で行なわれる処理内容は、特に限定されず、例えば、各種光ディスクの反射光量やフォーカスエラー信号波形の違いを検出して、ディスクの種類を識別する方法等がある。なお、超解像ディスクとは、レーザ光強度に応じて光学特性（光吸収特性や光透過特性など）が非線形に変化する超解像機能層を有する光ディスクである。この超解像機能層にレーザ光の集光スポットが照射されると、その照射領域のうち光強度の強いあるいは温度の高い局所的な部分で屈折率などの光学特性が変化し、その局所的な部分で発生した局在光（近接場光や局在プラズモン光など）は、記録層の記録マークと相互作用することで伝搬光に変換される。これにより、従来より使用されていたＢＤ用の光ヘッドを用いて、回折限界λ／（４ＮＡ）よりも小さい微小な記録マークから情報を再生できるようにする。

ディスク判別部４１で判別されたディスク判別情報は、遅延ふり幅値決定部（Ｎ_ｄ値決定部）４２に送られる。Ｎ_ｄ値決定部４２では、ディスク判別情報に基づいてディスクの種類に応じた遅延ふり幅値Ｎ_ｄが決定される。Ｎ_ｄ値決定部４２で決定された遅延ふり幅値Ｎ_ｄは遅延制御部３２に送られ、遅延制御部３２より遅延部２９に指示する遅延量の上限となる。

遅延ふり幅値Ｎ_ｄは、トラックずれの発生時に生じる第１の正規化信号ｎｓ_１及び第２の正規化信号ｎｓ_２との最大の位相差ＰＤを検出するだけの大きさが必要となる。もしも、遅延ふり幅値Ｎ_ｄが誤って小さく設定された場合には、最大の位相差ＰＤが発生するときに、図７の近似２次関数の曲線のボトム（極小値）を抽出することができなくなる。この場合、近似２次関数により正確な最小点を演算より求めることができなくなり、正しい位相差ＰＤを検出することができなくなる。

このような問題を回避するために、Ｎ_ｄ値決定部４２により、光ディスクの種類に応じた適切な遅延ふり幅値Ｎ_ｄを与える。遅延ふり幅値Ｎ_ｄは、光ディスクに記録された情報マークの長さと、これを再生又は記録する光ピックアップの対物レンズ６の開口数ＮＡと半導体レーザ４の光の波長λの関係に基づいて決定されることが望ましい。

図１０（ａ）及び（ｂ）は、異なる記録密度の光ディスクを再生したときのサンプリングデータｎｓ_１とｎｓ_２のシミュレーション波形であり、光ディスクの記録密度によって発生する位相差ＰＤの違いを説明する図である。それぞれ同じ１−７変調のランダムデータ列を再生している。図１０（ａ）及び（ｂ）で仮定した対物レンズの開口数ＮＡは０．８０５であり、使用波長λは４０５［ｎｍ］であるが、記録マーク長は異なり、最短マーク長ＭＬは２Ｔマーク長であり、それぞれ１５０［ｎｍ］及び７５［ｎｍ］としている。また、それぞれのトラックずれ量は３２０［ｎｍ］である。ここで、横軸の単位はそれぞれの光ディスクの基準クロック周期、すなわち、１Ｔであり、図１０（ａ）における基準クロック周期は７５［ｎｍ］であり、図１０（ｂ）における基準クロック周期は３７．５［ｎｍ］である。

遅延部２９で付与される遅延量を各光ディスクの基準クロック１Ｔを基準とした値に設定する場合を考えると、光ディスクの記録密度によって、基準クロックに対する位相差ＰＤの大きさは異なることが分かる。図１０（ｂ）の位相差ΔＰ_２は、図１０（ａ）の位相差ΔＰ_１よりも大きい。

図１０（ａ）及び（ｂ）に示す例では、再生に用いる集光スポットの大きさが同じであるのに対して、記録マーク長が短い図１０（ｂ）のほうが基準クロックに対して位相差ＰＤが大きく現れる。すなわち、位相差ＰＤは、基準クロック１Ｔ、若しくは２Ｔに相当する最短マーク長ＭＬと、集光スポット径に相当するｋ×λ／ＮＡ（ここで、ｋはある定数）との比に関するものである。

したがって、各種光ディスクでの遅延ふり幅値Ｎ_ｄは、ＭＬ／（λ／ＮＡ）の大小関係に基づいて決定することができる。例えば、第１の光ディスクのＭＬ_１／（λ_１／ＮＡ_１）が、第１の光ディスクとは異なる第２の光ディスクのＭＬ_２／（λ_２／ＮＡ_２）よりも大きいとき、第１の光ディスクでの遅延ふり幅値Ｎ_ｄ１は第２の光ディスクでの遅延ふり幅値Ｎ_ｄ２以下に設定する。ここで、ＭＬ_１は、第１の光ディスクの最短マーク長、λ_１は、第１の光ディスクに照射されるレーザ光の波長、ＮＡ_１は、第１の光ディスクにレーザ光を照射する際の開口数を示す。また、ここで、ＭＬ_２は、第２の光ディスクの最短マーク長、λ_２は、第２の光ディスクに照射されるレーザ光の波長、ＮＡ_２は、第２の光ディスクにレーザ光を照射する際の開口数を示す。

特に、図１０（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、対物レンズの開口数ＮＡが０．８５、波長λが４０５［ｎｍ］の光学条件で再生又は記録再生されるＢＤと、この光学条件を変えずに記録密度をＢＤよりも高くして再生又は記録再生が可能な超解像光ディスクであり、これらに対応する光ディスク装置の場合、λ_１＝λ_２、ＮＡ_１＝ＮＡ_２となって、最短マーク長ＭＬ_１とＭＬ_２との違いによってのみ遅延ふり幅値Ｎ_ｄの設定が可能となる。

以上に説明したように、実施の形態２においては、異なる記録密度を有する複数種類の光ディスクの再生又は記録再生に対応する光ディスク装置において、信号の位相差ＰＤからトラッキングエラー検出を行なう際に正しいトラッキングエラー量を検出し、複数種類の光ディスクに対して安定な再生又は記録再生性能を提供することができる。

１ 回転駆動部、 ２ 光ディスク、 ３ 光ピックアップ、 ４ 半導体レーザ、 ５ プリズム、 ６ 対物レンズ、 ７ 光検知器、 １０ 信号演算回路、 １１ サーボ回路、 １５ ＰＬＬ回路、 ２０，４０ トラッキングエラー信号生成部、 ２２ 記憶部、 ２３，２４ ＡＧＣ、 ２５，２６ ＡＤＣ（アナログ／デジタル変換器）、 ２７，２８ メモリ、 ２１ 位相差演算部、 ３０ 誤差量演算部、 ３２ 遅延制御部、 ３３ 最小値検出部、 ３４ 補間係数演算部、 ３５ 位相差生成部、 ３６ 平均化処理部、 ４１ ディスク判別部、 ４２ 遅延ふり幅値決定部（Ｎ_ｄ値決定部）。

Claims (11)

1. 基準クロックに同期してサンプリングされた第１信号と第２信号との位相差を検出する位相差検出装置であって、
   前記第１信号又は前記第２信号の少なくとも一方に基準クロック周期の整数倍の遅延量の遅延を与える遅延部と、
   前記第１信号に含まれる、データ長がＮ個（Ｎは正の整数）である第１データと前記第２信号に含まれるデータ長がＮ個である第２データとの差分の絶対値の総和である誤差量を算出する処理を、前記遅延部によって与えられる遅延量を変更して繰り返すことによって、前記遅延部によって与えられた複数の遅延量に対応する複数の誤差量を取得する誤差量演算部と、
   前記誤差量演算部によって取得された前記複数の誤差量から、最小値の誤差量を検出し、最小値の誤差量を検出したときの第１遅延量を検出する最小値検出部と、
   前記複数の遅延量の内の少なくとも３つの遅延量と、前記少なくとも３つの遅延量にそれぞれ対応する複数の誤差量とを用いて、高次の関数式であるラグランジェ補間式の補間係数を求める補間係数演算部と、
   前記補間係数が求められたラグランジェ補間式における誤差量の極小値におけるシフト量を算出し、前記第１遅延量と前記シフト量を用いて位相差を算出する位相差生成部と
   を有することを特徴とする位相差検出装置。
2. 正の整数である遅延ふり幅値をＮ_ｄとし、
   前記基準クロック周期をＴとし、
   前記遅延部による遅延の遅延量をｎとしたときに、
   遅延量ｎは、−Ｎ_ｄＴ，…，０，…，＋Ｎ_ｄＴからなる、（２Ｎ_ｄ＋１）個の遅延量である
   ことを特徴とする請求項１に記載の位相検出装置。
3. 前記補間係数演算部が行う補間係数の算出に際して用いられる前記少なくとも３つの遅延量は、３つの遅延量であり、
   前記３つの遅延量は、前記第１遅延量と、該第１遅延量を基準に１基準クロック周期だけ速い遅延量と１基準クロック周期だけ遅い遅延量を含む
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の位相差検出装置。
4. 前記３つの遅延量は、
   前記第１遅延量をｎ_ｍｉｎとし、
   前記第１遅延量に対応する誤差量をＤ（ｎ_ｍｉｎ）とし、
   前記第１遅延量を基準に１基準クロック周期だけ遅い第２遅延量をｎ_１とし、
   前記第２遅延量に対応する誤差量をＤ（ｎ_１）とし、
   前記第１遅延量を基準に１基準クロック周期だけ速い第３遅延量をｎ_２とし、
   前記第３遅延量に対応する誤差量をＤ（ｎ_２）としたときに、
   次式
   

   

   から、前記シフト量Δｎを算出することを特徴とする請求項３に記載の位相差検出装置。
5. 前記遅延量ｎの絶対値の最大値は、４であることを特徴する請求項２又は３に記載の位相差検出装置。
6. 前記補間係数演算部が行う補間係数の算出に際して用いられる前記少なくとも３つの遅延量は、５つの遅延量であり、
   前記５つの遅延量は、前記第１遅延量と、該第１遅延量を基準に１基準クロック周期だけ速い遅延量と１基準クロック周期だけ遅い遅延量と、該第１遅延量を基準に２基準クロック周期だけ速い遅延量と２基準クロック周期だけ遅い遅延量とを含む
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の位相差検出装置。
7. 位相差検出装置と、
   交差する２つの境界線で分割された４分割の受光面を有し、前記４分割の受光面に入射する光ディスクからの反射光の光量をそれぞれ電気的な出力信号に変換する受光部と、
   前記４分割された受光面から出力される出力信号の第１の対角和信号と第２の対角和信号を算出する第１及び第２の加算部と、
   前記第１及び第２の対角和信号を基準クロックに同期してサンプリングし、第１信号及び第２信号として前記位相差検出装置に与えるサンプリング部と
   を有し、
   前記位相差検出装置は、
   基準クロックに同期してサンプリングされた前記第１信号と前記第２信号との位相差を検出する装置であって、
   前記第１信号又は前記第２信号の少なくとも一方に基準クロック周期の整数倍の遅延量の遅延を与える遅延部と、
   前記第１信号に含まれる、データ長がＮ個（Ｎは正の整数）である第１データと前記第２信号に含まれるデータ長がＮ個である第２データとの差分の絶対値の総和である誤差量を算出する処理を、前記遅延部によって与えられる遅延量を変更して繰り返すことによって、前記遅延部によって与えられた複数の遅延量に対応する複数の誤差量を取得する誤差量演算部と、
   前記誤差量演算部によって取得された前記複数の誤差量から、最小値の誤差量を検出し、最小値の誤差量を検出したときの第１遅延量を検出する最小値検出部と、
   前記複数の遅延量の内の少なくとも３つの遅延量と、前記少なくとも３つの遅延量にそれぞれ対応する複数の誤差量とを用いて、高次の関数式であるラグランジェ補間式の補間係数を求める補間係数演算部と、
   前記補間係数が求められたラグランジェ補間式における誤差量の極小値におけるシフト量を算出し、前記第１遅延量と前記シフト量を用いて位相差を算出する位相差生成部と
   を有する
   ことを特徴とするトラッキングエラー検出装置。
8. レーザ光源と、
   前記レーザ光源からのレーザ光を光ディスクの情報記録面に集光させる集光部と、
   前記光ディスクの情報記録面における集光スポットの位置を、前記光ディスクのトラックに近づけるように移動させるトラッキング駆動部と、
   交差する２つの境界線で分割された４分割の受光面を有し、前記４分割の受光面に入射する前記光ディスクからの反射光の光量をそれぞれ電気的な出力信号に変換する受光部と、
   位相差検出装置と、
   前記４分割された受光面から出力される出力信号の第１の対角和信号と第２の対角和信号を算出する第１及び第２の加算部と、
   前記第１及び第２の対角和信号を基準クロックに同期してサンプリングし、第１信号及び第２信号として前記位相差検出装置に与えるサンプリング部と
   を有し、
   前記位相差検出装置は、
   基準クロックに同期してサンプリングされた前記第１信号と前記第２信号との位相差を検出する装置であって、
   前記第１信号又は前記第２信号の少なくとも一方に基準クロック周期の整数倍の遅延量の遅延を与える遅延部と、
   前記第１信号に含まれる、データ長がＮ個（Ｎは正の整数）である第１データと前記第２信号に含まれるデータ長がＮ個である第２データとの差分の絶対値の総和である誤差量を算出する処理を、前記遅延部によって与えられる遅延量を変更して繰り返すことによって、前記遅延部によって与えられた複数の遅延量に対応する複数の誤差量を取得する誤差量演算部と、
   前記誤差量演算部によって取得された前記複数の誤差量から、最小値の誤差量を検出し、最小値の誤差量を検出したときの第１遅延量を検出する最小値検出部と、
   前記複数の遅延量の内の少なくとも３つの遅延量と、前記少なくとも３つの遅延量にそれぞれ対応する複数の誤差量とを用いて、高次の関数式であるラグランジェ補間式の補間係数を求める補間係数演算部と、
   前記補間係数が求められたラグランジェ補間式における誤差量の極小値におけるシフト量を算出し、前記第１遅延量と前記シフト量を用いて位相差を算出する位相差生成部と
   を有する
   ことを特徴とする光ディスク装置。
9. 前記トラックに対する前記集光スポットのずれ量に基づいて、前記トラッキング駆動部をサーボ制御することを特徴とする請求項８に記載の光ディスク装置。
10. 前記光ディスクの種類を検出するディスク判別部と、
    前記ディスク判別部の判別結果に基づいて、前記遅延部によって与えられる遅延量の範囲を決める遅延ふり幅値決定部と
    をさらに有することを特徴とする請求項８又は９に記載の光ディスク装置。
11. 前記集光部は、最短記録マーク長ＭＬ_１を含むデータ列が記録された第１の光ディスクと、前記記録マーク長ＭＬ_１より小さな最短記録マーク長ＭＬ_２を含むデータ列が記録される第２の光ディスクとを、それぞれ波長λ_１のレーザ光を開口数ＮＡ_１を有する対物レンズによって集光し、波長λ_２のレーザ光を開口数ＮＡ_２を有する対物レンズによって集光した集光光で再生、又は、再生及び記録を行ない、
    前記遅延ふり幅値決定部は、ＭＬ_１／（λ_１／ＮＡ_１）がＭＬ_２／（λ_２／ＮＡ_２）よりも大きいときに、前記第１の光ディスクについての前記遅延ふり幅値である第１の遅延ふり幅値を、前記第２の光ディスクについて前記遅延ふり幅値である第２の遅延ふり幅値以下に決定する
    ことを特徴とする請求項１０に記載の光ディスク装置。

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