JP2748903B2 - 光ヘッドにおけるサーボ誤差検出方法およびサーボ誤差検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ディスク装置で
用いられる光ヘッドのフォーカス誤差およびトラッキン
グ誤差を検出するザーボ誤差検出方法およびサーボ誤差
検出装置に係わり、特に高密度記録再生に好適なサーボ
誤差検出方法およびサーボ誤差検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】コンピュータで処理するための情報を記
憶する外部記憶装置として、高速アクセス性を備え、か
つ大容量化の可能なものが望まれている。光ディスク装
置は、高速転送レート、高速なランダムアクセス性、記
憶媒体の保存性、非接触による媒体の耐久性を備え、さ
らに大容量化が容易であることから、次世代の外部記憶
装置として注目されている。

【０００３】光ディスク装置は、記録媒体である光ディ
スク上に刻まれたトラックに光ビームを照射し、その反
射光により情報を読み取るようになっている。高密度記
録された情報を正確に読み取るためには、光ビームの焦
点を光ディスク上に適切に合わせることと、トラックか
ら光ビームが外れないように追従させる必要がある。こ
れらのため、光ディスクからの反射光を基にフォーカス
誤差と、トラッキング誤差を検出し、これらの誤差が最
小になるようにサーボをかけて光ヘッドの位置を調整す
るようになっている。

【０００４】図９は、従来から使用されているサーボ誤
差検出装置の構成の概要を表わしたものである。このサ
ーボ誤差検出装置は、いわゆるプッシュプル法によって
トラッキング誤差を検出し、ナイフエッジ法によってフ
ォーカス誤差を検出するものである。光ディスク１０１
は、円板形状をしており、渦巻き状に所定のピッチで溝
が刻まれている。図では、光ディスクの一部分だけを示
してある。トラック１０２に照射される光は図示しない
レーザダイオードから出射され、対物レンズ１０３によ
って光ディスク１０１上に集光される。

【０００５】対物レンズ１０３は、光ディスク１０１で
の反射光をコリメートビームに変換する。対物レンズ１
０３の光軸１０４上には、ハーフミラ１０５が配置され
ている。ハーフミラ１０５は、光ディスクから到来する
光ビームを偏向せずに透過させた光ビームと、９０度偏
向される光ビームの２つに分離する機能を備えている。
ハーフミラ１０５によって９０度偏向された光ビームの
進行方向前方には、２分割光センサ１０６が配置されて
いる。２分割光センサの出力信号は、差動増幅回路１０
７に入力されている。差動増幅回路１０７は、２分割光
センサの各出力信号の差をとり、これをトラッキング誤
差信号として出力する。

【０００６】一方、ハーフミラ１０５を透過した光ビー
ムは、その進行方向に配置されたナイフエッジ１０８に
よって半分が遮光され、半円形の光ビームになる。さら
に、光ディスク１０１上でフォーカスが合った状態にお
ける対物レンズの合焦点位置には、２分割光センサ１０
９が配置されている。２分割センサ１０９の各出力信号
は、差動増幅回路１１１に入力されている。差動増幅回
路１１１は、これらの出力信号の差をとり、これをフォ
ーカス誤差信号として出力する。

【０００７】光ディスク１０１で反射される光には、ト
ラック１０２の有する回折効果により、０次回折光と、
＋１次回折光と−１次回折光が存在する。光ビームがト
ラックの真上を照射しているときは、２分割光センサ１
０６の各出力値が等しくなる。一方、光ビームがトラッ
クから外れると、その方向と外れの程度に応じて２分割
光センサ１０６の各出力値に差が生じる。したがって、
トラッキング誤差は次式で求めることができる。 ＴＥ＝Ｖｃ−Ｖｄ （１） ここで、ＴＥは、トラッキッグ誤差信号の値を、Ｖｃ
は、２分割光センサ１０６の一方の受光部からの出力信
号を、Ｖｄは、２分割光センサ１０６の他方の受光部か
らの出力信号の値を表わしている。

【０００８】ハーフミラ１０５を透過しナイフエッジで
遮光された残りの半円形の光ビームは、２分割光センサ
に到達する。この半円ビームは、光ディスク上でフォー
カスが合ったときとフォーカスの外れが生じたときで、
その直径が変化する。そこで、フォーカス誤差信号を次
式で求めることができる。 ＦＥ＝Ｖａ−Ｖｂ （２） ここで、ＦＥは、フォーカス誤差信号の値を、Ｖａは、
２分割光センサ１０９の一方の受光部の出力信号の値
を、Ｖｂは他方の受光部の出力信号の値をそれぞれ表わ
している。このように、トラキング誤差信号と、フォー
カス誤差信号を光ディスクからの反射光を基にして検出
して、これらの値が最小になるようにサーボをかけて、
光ヘッドの位置を調整している。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】フォーカス誤差の検出
およびトラッキング誤差の検出において、トラッキング
サーボを掛けない場合には、トラッキング誤差信号がフ
ォーカス誤差信号に漏れ込んでしまう。

【００１０】図１０は、トラッキング誤差信号と、これ
が漏れ込んだ状態のフォーカス誤差信号の波形を表わし
たものである。トラッキング誤差信号（同図ａ）は、光
ディスクが高速に回転していることと、その偏心の影響
により、比較的高い周波数で振幅が変動する。フォーカ
ス誤差を検出するための２分割光センサ１０９に到達す
る光にも、±１次回折光と重なる部分が含まれているの
で、トラッキング誤差の影響により、受光する光の強度
が変動してしまう。このため、フォーカス誤差信号（同
図ｂ）には、周波数の高いスイープノイズに近いトラッ
キング誤差信号の影響が現れる。

【００１１】トラッキング誤差信号の周波数帯域に相当
するフォーカス方向の信号帯域まで、閉ループサーボを
かけると、対物レンズアクチュエータが発熱してしまう
という問題がある。また、フォーカス誤差信号にトラッ
キング誤差の影響が含まれているので、フォーカスサー
ボが不安定になる。これらにより、高密度記録に支障を
きたすという問題がある。

【００１２】そこで本発明の目的は、トラッキング誤差
の影響がフォーカス誤差信号に現われ難いサーボ誤差検
出装置を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明で
は、光ディスク装置の光ヘッドのフォーカス誤差信号と
トラッキング誤差信号のサーボ誤差の検出を行う光学系
において、（イ）光ディスクからの戻り光ビームの光デ
ィスクの接線方向に対して垂直な方向で２分割し、光ビ
ームの直径の０．０１倍から０．５倍の範囲内で光軸を
所定の間隔だけその直交する方向にずらした互いに同一
の焦点距離を有するスプリット凸レンズによって集束ビ
ームを２つのビームに分割して集光し、（ロ）スプリッ
ト凸レンズによって２ビームになる集束ビームの部分に
光ディスクの半径方向に対して、±４５度分割線に対し
て光ディスク半径方向の一対の部分を偏向させる凸型の
ピラミッド、凹型のピラミッド形状のプリズム、もしく
は円筒レンズを配置し、（ハ）前記した２ビームをさら
に分割し、±４５度分割線に対して光ディスク半径方向
の一対の部分から光ディスク上での光ビームの照射位置
とトラックの位置との誤差を表わしたトラッキング誤差
信号を検出し、±４５度分割線に対して光ディスク接線
方向の一対の部分から光ディスク上での焦点のずれの程
度を表わしたフォーカス誤差信号を検出する。

【００１４】すなわち請求項１記載の発明では、光ビー
ムの直径の０．０１倍から０．５倍の範囲で光軸をずら
せたスプリット凸レンズで光ディスクからの戻り光ビー
ムを２つのビームに分割して集光する。そして、スプリ
ット凸レンズによって２ビームになる集束ビームの部分
に光ディスクの半径方向に対して、±４５度分割線に対
して光ディスク半径方向の一対の部分を偏向させる凸型
のビラミッド、凹型のピラミッド形状のプリズム、もし
くは円筒レンズを配置し、２ビームをさらに分割する。
このうち、±４５度分割線に対して光ディスク半径方向
の一対の部分からトラッキング誤差信号を検出し、±４
５分割線に対して光ディスク接線方向の一対の部分から
フォーカス誤差信号を検出する。

【００１５】請求項２記載の発明では、（イ）トラック
の刻まれた光ディスクから反射された光ビームを互いの
光軸が平行な２つの光ビームに集光するトラックと直交
する方向に２つに分割された互いに同一の焦点距離を有
するスプリットレンズと、（ロ）このスプリットレンズ
によって集光される２つの光ビームのうちトラックでの
回折効果によって生じる正の１次回折光と重なる部分と
負の１次回折光と重なる部分をスプリットレンズの光軸
から反れる互いに異なる方向に偏向する偏向プリズム
と、（ハ）トラック方向およびトラックと直交する方向
の直交する境界によって光軸と垂直な面上で４つに分割
された受光部を備え、境界の交叉する点がスプリットレ
ンズの２つの光軸の間に配置された４分割光センサと、
（ニ）この４分割光センサの４つの受光部のうちトラッ
ク方向の境界に対して互いに斜めに配置された受光部ど
うしの出力信号の和をそれぞれ求め、それぞれらの差か
ら光ディスク上での焦点のずれを検出するフォーカス誤
差検出手段と、（ホ）偏向プリズムによって偏向された
正の１次回折光と重なる部分の光ビームを受光する第１
の光センサと、（ヘ）偏向プリズムによって偏向された
負の１次回折光と重なる部分の光ビームを受光する第２
の光センサと、（ト）第１の光センサの出力信号と第２
の光センサの出力信号との差から光ビームの光ディスク
上での照射位置とトラックの誤差であるトラッキング誤
差を検出するトラッキング誤差検出手段とをサーボ誤差
検出装置に具備させる。

【００１６】

【００１７】

【００１８】

【００１９】

【００２０】すなわち請求項２記載の発明では、光ディ
スクからの反射ビームを光軸が平行な２つの光ビームに
集光し、これらのうち正、負の１次回折光と重なる部分
を偏向プリズムによってスプリットレンズの光軸から反
れる２方向に偏向している。これにより、スプリットレ
ンズで集光される２つの光ビームを、光軸から一方に反
れる２つの光ビームと、他方に反れる２つの光ビーム
と、偏向されない２つの光ビームに分離される。このう
ち偏向されない２つの光ビームを４分割光センサで受光
し、一方に反れた２つの光ビームを第１の光センサで、
他方に反れた２つの光ビームを第２の光センサでそれぞ
れ受光している。４分割光センサのうち互いに斜めに配
置された受光部の出力信号どうしの和をそれぞれ求め、
これら差からフォーカス誤差を検出している。また、第
１、第２の光センサの出力信号の差からトラッキング誤
差を検出している。

【００２１】請求項３記載の発明では、（イ）トラック
の刻まれた光ディスクから反射された光ビームを互いの
光軸が平行な２つの光ビームに集光するトラックと直交
する方向に２つに分割された互いに同一の焦点距離を有
するスプリットレンズと、（ロ）軸方向をトラック方向
から４５度傾斜して配置されこのスプリットレンズから
の２つの光ビームをトラック方向に対して４５度傾斜し
た方向に集光する円筒レンズと、（ハ）この円筒レンズ
を透過した２つの光ビームのうちトラックでの回折効果
によって生じる正の１次回折光と重なる部分と負の１次
回折光と重なる部分をスプリットレンズの光軸から反れ
る互いに異なる方向に偏向する偏向プリズムと、（ニ）
スプリットレンズの２つの光ビームの光軸とそれぞれ交
叉するトラック方向の２つの境界によって光軸と垂直な
面上で３つの受光部に分割された３分割光センサと、
（ホ）この３分割光センサの両端の受光部の出力信号の
和を求め、これと中央の受光部の出力信号との差から光
ディスク上での焦点のずれを検出するフォーカス誤差検
出手段と、（ヘ）偏向プリズムによって偏向された正の
１次回折光と重なる部分の光ビームを受光する第１の光
センサと、（ト）偏向プリズムによって偏向された負の
１次回折光と重なる部分の光ビームを受光する第２の光
センサと、（チ）第１の光センサの出力信号と第２の光
センサの出力信号との差から光ビームの光ディスク上で
の照射位置とトラックの位置との誤差であるトラッキン
グ誤差を検出するトラッキング誤差検出手段とをサーボ
誤差検出装置に具備させる。

【００２２】すなわち請求項３記載の発明では、スプリ
ットレンズで集光される２つの光ビームを、その軸方位
がトラック方向に対して４５度傾斜した円筒レンズを透
過させている。円筒レンズを透過した２つの光ビームは
変更プリズムによりそれぞれ正の一次回折光と重なる部
分からなる光ビームと、負の１次回折光の重なる部分か
らなる光ビームと、±１次回折光と重複しない部分の光
ビームに分離される。したがって、スプリットレンズか
らの２つの光ビームは、６つの光ビームに分離される。
このうち、偏向プリズムで偏向されない２つの光ビーム
を３分割光センサで受光する。

【００２３】光ディスク上でフォーカスが一致すると
き、最小錯乱円に対応した光ビームが３分割光センサの
２つの境界部分にそれぞれ生じる。プラスデフォーカス
のときは、トラック方向に対して左側に４５度傾斜した
楕円形の光ビームの一部が３分割光センサの両端の受光
部にそれぞれ現れる。またマイナスデフォーカスのとき
は、トラック方向に対して右側に４５度傾斜した楕円形
の光ビームの一部が３分割光センサの中央の受光部上に
２つ現れる。そこで、両端と受光部の出力信号の和と中
央の受光部の出力信号との差からフォーカス誤差を検出
している。また、偏向プリズムによって偏向された正の
一次回折光と重なる部分の２つの光ビームを第１の光セ
ンサで受光し、負の一次回折光と重なる部分の２つの光
ビームを第２の光センサで受光している。そして、第
１、第２の光センサの出力信号の差からトラッキング誤
差を検出している。

【００２４】請求項４記載の発明では、偏向プリズムは
トラックの方向に対しで４５度傾斜した互いに直交する
２つの境界で区切られた４つの透過部分を備え、これら
のうちトラックと直交する方向に存在する２つの透過部
分により光ビームを光軸から反れる方向に偏向してい
る。

【００２５】すなわち請求項４記載の発明では、偏向プ
リズムは、トラック方向に対して４５度傾斜した２つの
境界によって４つの透過部分を備えている。そして、ト
ラックと直交する方向に存在する２つの透過部分によっ
て光ビームを光軸から反らす方向に偏向している。光デ
ィスク上のトラックでの反射および回折によって生じる
１次回折光は、トラックを中心としてその両側に現れ
る。したがって、トラックと直交する方向に存在する２
つの透過部分によって、±１次回折光の重複する部分を
偏向することができる。

【００２６】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の一実施の形態に
おけるサーボ誤差検出装置の構成の概要を表わしたもの
である。このサーボ誤差検出装置では、光ディスクから
の反射光のうち、±１次回折光と重なる部分をプリズム
で偏向して取り除き、残りの光によりフォーカス誤差を
検出している。また、プリズムで偏向した±１次回折光
と重なる部分の光によってトラッキング誤差を検出する
ようになっている。図示しないレーザダイオードにより
照射された光ビームは、光ディスク１１によって反射さ
れ対物レンズ１２に入射される。光ディスク１１のトラ
ック１３の有する回折効果により、トラック１３を挟ん
でトラックと直交する方向に正と負の一次回折光が現れ
る。対物レンズ１２は、±一次回折光と重複する部分１
４、１５を含む反射光をコリメート光に変換する。

【００２７】対物レンズ１２の光軸１６の延長上には、
矢印１７で示すトラッククロス方向に上部レンズ部１８
と下部レンズ部１９とにスプリットされたスプリットレ
ンズ２１が配置されている。上部レンズ部１８と下部レ
ンズ部１９の光軸は、トラッククロス方向に、レンズの
直径の約１０パーセントほどずれている。これにより、
対物レンズ１２からの光ビームは、２つの光ビームに分
離され集光される。対物レンズ１２の光軸１６の延長上
には、スプリットレンズ２１の次に、ピラミッド形状を
した複合プリズム２２が配置されている。複合プリズム
は、第１〜第４の透過部分２３〜２６に別れている。こ
のうち、第１、第２の透過部分２３、２４は、入射面と
出射面が平行になっている。第３、第４の透過部分２
５、２６は、中心部分に向かってその厚みが薄くなるく
さび型の形状をしている。

【００２８】スプリットレンズ２１によって集光される
２つの光ビームの光軸延長上には、４分割光センサ３１
が配置されている。４分割光センサ３１は、第１〜第４
の受光部３２〜３５に分割されており、それぞれの受光
部から受光した光の強度に応じた電気信号を出力するよ
うになっている。また、４分割光センサ３１のトラック
クロス方向の両側に、トラッキング誤差検出用の第１の
光センサ３６と第２の光センサ３７が配置されている。
スプリットレンズ２１で集光される２つの光ビームのう
ち、複合プリズム２２の第１、第２の透過部分２３、２
４を透過する光は、そのまま直進して４分割光センサ３
１に入射される。一方、第３、第４の透過部分２５、２
６は、くさび型のプリズムなので、光ビームは、対物レ
ンズ１２の光軸１６から反れる方向に偏向され、第１、
第２の光センサ３６、３７に到達する。

【００２９】図１では、複合プリズム２２の第１の透過
部分２３を透過した光ビームは、４分割光センサ３１の
第１の受光部３２で受光されている。また、第２の透過
部分２４を透過した光ビームは、第３の受光部３４で受
光されている。くさび型の形状をした第３の透過部分２
５によって偏向された光ビームは第１の光センサ３６
に、第４の透過部分２６で偏向された光ビームは第２の
光センサ３７に到達している。

【００３０】図２は、複合プリズムの概略形状を表わし
たものである。第１の透過部分２３および第２の透過部
分２４は、その厚みが一定の三角形の形状をなしてい
る。第３の透過部分２５は、先端部分４１に向かってそ
の厚みが次第に薄くなるくさび型のプリズムである。同
様に第４の透過部分２６も先端部分４２に向かって次第
に薄くなるくさび型の形状をしている。図では、説明の
便宜上、第１、第２の透過部分２３、２４と第３、第４
の透過部分２５、２６を分離して示したが、矢印４３、
４４で示す方向に寄せられて第１、第２の透過部分２
３、２４と第３、第４の透過部分２５、２６は一体にな
っている。

【００３１】図３は、スプリットレンズの形状およびこ
れを透過する光ビームを表わしたものである。スプリッ
トレンズ２１は、トラッククロス方向１７にその中心部
分で上部レンズ部１８と下部レンズ部１９に分離されて
いる。トラッククロス方向のずれは、レンズの直径の１
０パーセント以下になっている。対物レンズ１２から入
射される１つの光ビームは、上部レンズ部１８と下部レ
ンズ部１９によってそれぞれ集光され２つの光ビーム５
１、５２になる。

【００３２】光ディスク上でフォーカスが合った状態
で、上部レンズ部１８および下部レンズ部１９によって
集光される各光ビームの合焦点位置に、４分割光センサ
３１が配置されている。また、２つの光ビームの光軸の
ずれが小さいので、これら光ビームは双方とも複合プリ
ズム２２を透過するようになている。上部レンズ部１８
で集光される光ビーム５１は、４分割光センサ３１のう
ち図中左側に配置された第１、第２の受光部に投射され
る。一方、下部レンズ部１９で集光される光ビーム５２
は、４分割光センサ３１のうち図中右側の第３、第４の
受光部に投射される。この図では、複合プリズム２２で
偏向される光ビームは省略してある。

【００３３】図４は、光ディスク上にフォーカスが合っ
ているときとフォーカスが外れたときにおける２つの光
ビームの合焦点位置を表わしたものである。光ディスク
１１上にフォーカスが合っている状態では、スプリット
レンズ２１によって集光され複合プリズム２２を透過し
た光ビームの合焦点位置６１、４分割光センサ３１上に
存在する。一方、光ディスク１１と対物レンズ１２との
距離がフォーカスが合っているときよりも短くなったと
きは、４分割光センサ３１よりも遠くに合焦点位置６２
が移動する。逆に、光ディスク１１と対物レンズ１２と
の距離が長くなったときの合焦点位置６３は、４分割光
センサ３１よりも複合プリズム２２側に移動する。

【００３４】図５は、光ディスク上にフォーカスが合っ
ているときとフォーカスが外れたときのそれぞれについ
て４分割光センサ上に現れる光ビームの様子を表わした
ものである。光ディスク１１と対物レンズ１２との距離
がフォーカスが合っているときよりも短くなったとき
（同図ａ）は、４分割光センサの第１の受光部３２およ
び第３の受光部３４上にそれぞれ断面が三角形状の光ビ
ーム７１、７２が現れる。このときの合焦点位置（図
４、６２）は４分割光センサ３１よりも遠くなっている
ので、スプリットレンズ２１の上部レンズ部１８によっ
て集光され複合プリズム２２の第１の透過部分２３を透
過した光が第１の受光部３２上に現れる。また、スプリ
ットレンズ２１の下部レンズ部１９によって集光され複
合プリズム２２の第２の透過部分２４を透過した光が第
３の受光部３４上に現れている。

【００３５】光ディスク上でフォーカスが合っていると
きは（図５ｂ）、４分割光センサ上に合焦点位置（図
４、６１）が存在するので、丸みを帯びた小さい三角形
状の光ビーム７３、７４が光センサ上に現れる。第１の
受光部３２と第２の受光部３３の境界および第３の受光
部３４と第４の受光部３５の境界７６はそれぞれ、スプ
リットレンズ２１で集光される光ビームの光軸上にあ
る。このため、光ディスク上にフォーカスが合っている
ときはこれらの境界部に光が収束する。

【００３６】光ディスク１１と対物レンズ１２との距離
がフォーカスが合っているときよりも長くなったとき
（図５ｃ）は、４分割光センサの第２および第４の受光
部３３、３５上に断面が三角形の光ビーム７７、７８が
現れる。この状態での合焦点位置（図４、６３）は４分
割光センサ３１よりも複合プリズム２２側にある。この
ため、いわゆる極性反転現象が起こりスプリットレンズ
の上部レンズ部１８によって集光され複合プリズム２２
の第１の透過部分２３を透過した光は、上向きの三角形
７７となって第２の受光部３３上に現れる。また、スプ
リットレンズの下部レンズ部１９によって集光され複合
プリズム２２の第２の透過部分２４を透過した光は、下
向きの三角形７８となって第４の受光部３５上に現れ
る。

【００３７】図５に示すように、光ディスク１１上での
フォーカスのずれに応じて、４分割光センサ３１上にど
のように光が投射されるかが変化するので、フォーカス
誤差を次式によって検出することができる。 ＦＥ＝（Ｖ₂ ＋Ｖ₄ ）−（Ｖ₁ ＋Ｖ₃ ） （３） ここで、ＦＥは、フォーカス誤差信号の値を表わしてい
る。また、Ｖ₁ は、４分割光センサの第１の受光部３２
の出力値を、Ｖ₂ は、第２の受光部３３の出力値を、Ｖ
₃ 、Ｖ₄ はそれぞれ第３の受光部３４、第４の受光部３
５の出力値を表わしている。

【００３８】フォーカス誤差信号を得るための回路はオ
ペ・アンプを組み合わせて構成している。図示しない第
１の加算回路で第２の受光部３３と第４の受光部３５の
出力値を加算する。また図示しない第２の加算回路で第
１の受光部３２と第３の受光部３４の出力値を加算す
る。そして、第１の加算回路の出力値から第２の加算回
路の出力値を図示しない減算回路で減算する。このよう
な回路構成により、フォーカス誤差信号を得ることがで
きる。

【００３９】４分割光センサ３１上に現れる光ビームは
三角形状をなしている。このため、たとえば第１、第２
の受光部３２、３３の境界に跨がって三角形状が現れる
と、三角形のどの部分を境界にしてこれら受光部に分か
れて受光されるかにより、フォーカスのズレの程度と第
１、第２の受光部３２、３３の出力値との差がリニアに
現れない。したがって、第１の受光部３２と第２の受光
部３３だけでフォーカス誤差を検出する場合には、フォ
ーカス誤差信号の線形性が崩れる。第１、第２の受光部
３２、３３に現れる光と、第３、第４の受光部３４、３
５に現れる光は同一の形状をしている。そこで（３）式
で示した演算により第１、第２の受光部３２、３３の非
線形性を第３、第４の受光部３４、３５の有する非線形
性で打ち消し、線形な特性のフォーカス誤差信号を得て
いる。

【００４０】スプリットレンズ２１で集光される光ビー
ムのうち±１次回折光と重なる部分は、複合プリズム２
２の第３、第４の透過部分２５、２６によって光軸から
外側に反れるように偏向される。したがって、複合プリ
ズム２２の第１、第２の透過部分２３、２４を透過して
４分割光センサ３１に到達する光ビームには、±１次回
折光のほとんど重複しな部分となる。すなわち、トラッ
キングが外れても、４分割光センサ３１上での光強度の
変動がほとんどない。このように、複合プリズム２２
で、±１次回折光と重複する部分を分離したので、４分
割光センサ３１から得られるフォーカス誤差信号にトラ
ッキング誤差の影響が現れない。

【００４１】図６は、複合プリズムのくさび形の部分に
より光ビームが偏向される様子を表わしたものである。
スプリットレンズから複合プリズムの第３、第４の透過
部分２５、２６に入射される光は、スネルの法則に従っ
て偏向され、第１および第２の光センサ３６、３７上に
それぞれ４つの三角形状８１〜８４として投射される。
偏向される部分は、丁度、±１次回折光と重なる部分で
あるので、トラッキングの状態によって、第１の光セン
サ３６に入射される光の強度と、第２の光センサ３７に
入射される光の強度の分布が変化する。トラッキング誤
差が無いときは、第１の光センサ３６と第２の光センサ
３７の出力値がほぼ等しくなる。一方、トラッキングが
外れると、第１の光センサ３６と第２の光センサ３７の
出力値に差が生じる。そして、差の大きさおよび差の現
れる極性によって、トラッキングがどの程度どの方向に
外れたかを検出することができる。

【００４２】第１の光センサ３６上の三角形状の光ビー
ム８１による出力値をＶ₅ 、光ビーム８２によって得ら
れる出力値をＶ₆ 、第２の光センサ３７上の三角形形状
の光ビーム８３、８４による出力値をそれぞれＶ₇ 、Ｖ
₈ とすると、トラッキング誤差信号は次式によって表わ
される。 ＴＥ＝（Ｖ₅ ＋Ｖ₆ ）−（Ｖ₇ ＋Ｖ₈ ） （４） ここで、ＴＥは、トラッキング誤差信号の値を表わして
いる。この式からも分かるように、第１、第２の光セン
サ３６、３７はそれぞれ２分割光センサを用いる必要は
ない。トラッキング誤差信号は、第１の光センサ３６の
出力値から第２の光センサ３７の出力値をオペ・アンプ
を用いた差動増幅回路によって減算して得ている。

【００４３】変形例

【００４４】変形例のザーボ誤差検出装置は、非点収差
法を利用してフォーカス誤差を検出するようになってい
る。

【００４５】図７は、変形例におけるサーボ誤差検出装
置の構成の概要を表わしたものである。図１に示したサ
ーボ誤差検出装置と同一の部分には同一の符号を付して
あり、それらの説明を適宜省略する。変形例のサーボ誤
差検出装置では、スプリットレンズ２１と複合プリズム
２２の間に、円筒レンズ９１が配置されている。円筒レ
ンズ９１の軸方位は、トラック方向に対して４５度傾斜
している。また、４分割光センサに代えて、３分割光セ
ンサ９２が配置されている。

【００４６】３分割光センサ９２は、トラック方向に２
つの境界を備え、第１〜第３受光部９３〜９５に分割さ
れている。スプリットレンズ２１の上部レンズ部１８で
集光された光ビームの光軸が、第１の受光部９３と第２
の受光部９４の境界部と交叉し、下部レンズ部１９で集
光された光ビームの光軸が第２の受光部９４と第３の受
光部９５の境界部と交叉するようになっている。また、
光ディスク１１上でフォーカスが合う状態での合焦点位
置に３分割光センサ９２が配置されている。

【００４７】図８は、３分割光センサおよび第１、第２
の光センサ上に現れるる光ビームの様子を表わしたもの
である。図では左側に第１の光センサ３６を、中央に３
分割光センサ９２を、右側に第２の光センサ３７をそれ
ぞれ示してある。光ディスク１１上でフォーカスが合っ
ている状態（同図ｂ）では、スプリットレンズ２１によ
って集光され、複合プリズム２２の第１、第２の透過部
分２３、２４を透過した光ビームの合焦点位置が、３分
割光センサ９２上に存在する。複合プリズム２２は４つ
の透過部分に分割されているので、最小錯乱円の４分の
１の形状の光ビームが３分割光センサ９２および第１、
第２の光センサ３６、３７上に現れる。デフォーカスの
状態では、非点収差によって光センサ上の光ビームの形
状は楕円になる。そして複合プリズム２２の各透過部分
を透過することにより、３分割光センサ９２および第
１、第２の光センサ３６、３７上にはそれぞれ楕円の４
分の１の部分の光ビームが現れる。

【００４８】光ディスク上でのフォーカスが外れ、
（−）デフォーカス状態になったときは（同図ａ）、楕
円の長軸が、図中で右方向に４５度傾く。スプリットレ
ンズ２１の上部レンズ部１８で集光される光ビームも、
下部レンズ部１９で集光される光ビームも楕円の傾斜方
向は同一である。このため、右方向に傾斜したときは、
３分割光センサ９２の第２の受光部９４上に楕円の４分
の１の光ビームが２つ現れる。

【００４９】一方、（＋）デフォーカス状態になったと
きは（同図ｃ）、楕円の長軸が、図中で左方向に４５度
傾斜する。この場合には、スプリットレンズ２１の上部
レンズ部１８によって集光され、複合プリズム２２の第
１の透過部分２３を透過した光ビームは、第１の受光部
９３上に楕円の４分の１の形状で現れる。また、スプリ
ットレンズ２１の下部レンズ部１９によって集光され、
複合プリズム２２の第２の透過部分２４を透過した光ビ
ームは、第３の受光部９５上に楕円の４分の１の形状と
して現れる。

【００５０】このように、フォーカスの状態によって３
分割光センサ９２上に現れる光ビームの位置および形状
が変化するので、フォーカス誤差信号は次式によって求
めることができる。 ＦＥ＝（Ｖ₁ ＋Ｖ₃ ）−Ｖ₂ （５） ここで、ＦＥはフォーカス誤差信号の値を、Ｖ₁ は３分
割光センサ９２の第１の受光部９３の出力値を、Ｖ₂ 、
Ｖ₃ はそれぞれ第２、第３の受光部９４、９５の出力値
を表わしている。

【００５１】光ビームのうち±１次回折光と重なる部分
は、複合プリズム２２の第３、第４の透過部分２５、２
６を透過し、その際光軸１６からトラッククロス方向に
両側へ反れるように偏向される。３分割光センサ９２に
は、複合プリズム２２の第１、第２の透過部分２３、２
４を透過した光、すなわち±１次回折光とほとんど重な
らない部分が到達している。これにより、３分割光セン
サ９２から得るフォーカス誤差信号には、トラッキング
誤差信号の成分が漏れ込まない。また、フォーカス誤差
を検出するための光センサとして３分割された光センサ
を用いれば良いので、４分割光センサに比べてセンサの
構成を簡略化することができる。

【００５２】トラッキング誤差信号は、第１、第２の光
センサ３６、３７の出力信号を基に得ている。フォーカ
スが合っている状態（図８ｂ）では、第１、第２の光セ
ンサ３６、３７上に、最小錯乱円の４分の１の形状の光
ビームが現れる。一方 （−）デフォーカスの状態では
（同図ａ）、楕円の長軸は、図中で右方向に４５度傾斜
する。このとき、第１の光センサ３６には、複合プリズ
ム２２の第３の透過部分２５を透過した光が、楕円の左
下の４分の１の形状で２つ現れる。これらは、スプリッ
トレンズ２１の上部レンズ部１８と下部レンズ部１９で
集光される２つの光ビームに対応している。また、第２
の光センサ３７には、複合プリズム２２の第４の透過部
分２６を透過した光が、楕円の右上の４分の１の形状で
２つ現れる。

【００５３】（＋）デフォーカスの状態では（同図
ｃ）、楕円の長軸は、図中で左方向に４５度傾斜する。
このとき、第１の光センサ３６には、複合プリズム２２
の第３の透過部分２５を透過した光が、楕円の左上の４
分の１の形状で２つ現れる。また、第２の光センサ３７
には、複合プリズム２２の第４の透過部分２６を透過し
た光が、楕円の右下の４分の１の形状で２つ現れる。

【００５４】複合プリズム２２の第３、第４の透過部分
２５、２６で偏向される光ビームの部分は±１次回折光
と重複する部分なので、第１の光センサ３６の受光する
光強度と、第２の光センサ３７の受光する光強度の差と
してトラッキング誤差を検出することができる。したが
って、トラッキング誤差信号は、次式で表わされる。 ＴＥ＝Ｖ₄ −Ｖ₅ （６） ここで、ＴＥはトラッキング誤差信号の値を、Ｖ₄ は、
第１の光センサ３６の出力値を、Ｖ₅ は第２の光センサ
３７の出力値をそれぞれ表わしている。

【００５５】フォーカス誤差信号およびトラッキング誤
差信号を得るための回路は、（５）式、（６）式に従っ
て各光センサの出力値を加減算する回路をオペ・アンプ
を組み合わせて構成している。

【００５６】以上説明した実施の形態および変形例で
は、三角形状の透過部分を４つ組み合わせた複合プリズ
ムを使用したが、±１次回折光と重なる部分を光軸から
両側に反らせることができれば、このような形状に限ら
れない。特に、第１、第２の透過部分は、第３、第４の
くさび形状の透過部分を構造的に支える働きをしてお
り、偏向の機能を有していない。したがって、第３、第
４の透過部分を所定の位置に保持できれば、第１、第２
の透過部分は無くても良い。さらに、第３、第４の透過
部分を三角形状にしたが、±１次回折光と重なる部分だ
けをより適切に偏向することができる形状、たとえば図
１の斜線を施した部分１４、１５と相似形であってもよ
い。

【００５７】

【発明の効果】このように請求項１記載の発明によれ
ば、±１次回折光と重なる部分を偏向プリズムで偏向
し、±１次回折光と重複しない部分の光ビームを基にフ
ォーカス誤差を検出したので、トラッキング誤差の影響
を受けることなくフォーカス誤差を検出することができ
る。しかも光軸を所定の間隔だけその直交する方向にず
らした互いに同一の焦点距離を有するスプリット凸レン
ズを使用して光学系を構成するので、サーボ誤差検出方
法を実現する装置の構成が簡略となるという利点があ
る。

【００５８】

【００５９】また請求項２記載の発明によれば、反射光
をスプリットレンズで２つの光ビームに集光し、これら
から±１次回折光と重なる部分を偏向プリズムで分離し
た。そして、±１次回折光と重複しない部分からなる２
つの光ビームを４分割光センサで受光しフォーカス誤差
を検出したので、線形性の良好なフォーカス誤差信号を
得ることができる。しかも光軸を所定の間隔だけその直
交する方向にずらした互いに同一の焦点距離を有するス
プリット凸レンズを使用して光学系を構成するので、サ
ーボ誤差検出方法を実現する装置の構成が簡略となると
いう利点がある。

【００６０】更に請求項３記載の発明によれば、軸方位
をトラッキング方向から４５度傾けた円筒レンズを設
け、これを透過した光ビームを±１次回折光と重なる部
分と重ならない部分に偏向プリズムで分離している。そ
して、±１次回折光と重ならない部分からなる光ビーム
を基に非点収差法によりフォーカス誤差を検出してい
る。ここで、円筒レンズの軸方位はトラッキング方向か
ら４５度傾いているので、３分割の光センサによってフ
ォーカス誤差を検出することができ、検出回路の構成を
簡略化することができる。しかも光軸を所定の間隔だけ
その直交する方向にずらした互いに同一の焦点距離を有
するスプリット凸レンズを使用して光学系を横成するの
で、サーボ誤差検出方法を実現する装置の構成が簡略と
なるという利点もある。

【００６１】また請求項４記載の発明によれば、±１次
回折光と重複する部分を偏向するための２つの透過部分
を他の２つの透過部分と一体化したので、偏向プリズム
の固定が容易となるほか偏向プリズムが構造的に丈夫と
なる。さらに、直交する境界により４分割したので、制
作が容易になると共に、一体化により光学部品の点数が
減り、サーボ誤差検出装置の構成を更に簡略化すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態におけるサーボ誤差検出
装置の構成の概要を表わした概略構成図である。

【図２】複合プリズムの形状を表わした説明図である。

【図３】スプリットレンズの形状およびこれを透過する
光ビームを表わした説明図である。

【図４】光ディスク上にフォーカスが合っているときと
フォーカスが外れたときにおける２つの光ビームの合焦
点位置を表わした説明図である。

【図５】光ディスク上にフォーカスが合っているときと
フォーカスが外れたときのそれぞれについて４分割光セ
ンサ上に現れる光ビームの様子を表わした説明図であ
る。

【図６】複合プリズムのくさび形の部分により光ビーム
が偏向される様子を表わした説明図である。

【図７】変形例におけるサーボ誤差検出装置の構成の概
要を表わした概略構成図である。

【図８】３分割光センサおよび第１、第２の光センサ上
に現れるる光ビームの様子を表わした説明図である。

【図９】従来から使用されているサーボ誤差検出装置の
構成の概要を表わした概略構成図である。

【図１０】トラッキング誤差信号と、これが漏れ込んだ
状態でのフォーカス誤差信号の波形を表わした波形図で
ある。

【符号の説明】

１１ 光ディスク １２ 対物レンズ １３ トラック １４、１５ 一次回折光と重なる部分 １６ 光軸 ２１ スプリットレンズ ２２ 複合プリズム ３１ ４分割光センサ ３６、３７ 光センサ ９１ 円筒レンズ ９２ ３分割光センサ

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光ディスク装置の光ヘッドのフォーカス
   誤差信号とトラッキング誤差信号のサーボ誤差の検出を
   行う光学系において、 光ディスクからの戻り光ビームの光ディスクの接線方向
   に対して垂直な方向で２分割し、光ビームの直径の０．
   ０１倍から０．５倍の範囲内で光軸を所定の間隔だけそ
   の直交する方向にずらした互いに同一の焦点距離を有す
   るスプリット凸レンズによって集束ビームを２つのビー
   ムに分割して集光し、 スプリット凸レンズによって２ビームになる集束ビーム
   の部分に光ディスクの半径方向に対して、±４５度分割
   線に対して光ディスク半径方向の一対の部分を偏向させ
   る凸型のピラミッド、凹型のピラミッド形状のプリズ
   ム、もしくは円筒レンズを配置し、 前記２ビームをさらに分割し、±４５度分割線に対して
   光ディスク半径方向の一対の部分から前記光ディスク上
   での光ビームの照射位置とトラックの位置との誤差を表
   わしたトラッキング誤差信号を検出し、±４５度分割線
   に対して光ディスク接線方向の一対の部分から前記光デ
   ィスク上での焦点のずれの程度を表わしたフォーカス誤
   差信号を検出することを特徴とする光ヘッドにおけるサ
   ーボ誤差検出方法。
2. 【請求項２】 トラックの刻まれた光ディスクから反射
   された光ビームを互いの光軸が平行な２つの光ビームに
   集光するトラックと直交する方向に２つに分割された互
   いに同一の焦点距離を有するスプリットレンズと、 このスプリットレンズによって集光される２つの 光ビー
   ムのうち前記トラックでの回折効果によって生じる正の
   １次回折光と重なる部分と負の１次回折光と重なる部分
   をスプリットレンズの光軸から反れる互いに異なる方向
   に偏向する偏向プリズムと、トラック方向およびトラックと直交する方向の直交する
   境界によって前記光軸と垂直な面上で４つに分割された
   受光部を備え、境界の交叉する点が前記スプリットレン
   ズの２つの光軸の間に配置された４分割光センサと、 この４分割光センサの４つの受光部のうちトラック方向
   の境界に対して互いに斜めに配置された受光部どうしの
   出力信号の和をそれぞれ求め、それぞれらの差 から前記
   光ディスク上での焦点のずれを検出するフォーカス誤差
   検出手段と、 前記偏向プリズムによって偏向された正の１次回折光と
   重なる部分の光ビームを受光する第１の光センサと、 前記偏向プリズムによって偏向された負の１次回折光と
   重なる部分の光ビームを受光する第２の光センサと、 第１の光センサの出力信号と第２の光センサの出力信号
   との差から前記光ビームの光ディスク上での照射位置と
   トラックの誤差であるトラッキング誤差を検出するトラ
   ッキング誤差検出手段 とを具備することを特徴とするサ
   ーボ誤差検出装置。
3. 【請求項３】 トラックの刻まれた光ディスクから反射
   された光ビームを互いの光軸が平行な２つの光ビームに
   集光するトラックと直交する方向に２つに分割された互
   いに同一の焦点距離を有するスプリットレンズと、 軸方向を前記トラック方向から４５度傾斜して配置され
   このスプリットレンズから２つの光ビームをトラック方
   向に対して４５度傾斜した方向に集光する円筒レンズ
   と、 この円筒レンズを透過した２つの 光ビームのうち前記ト
   ラックでの回折効果によって生じる正の１次回折光と重
   なる部分と負の１次回折光と重なる部分を前記スプリッ
   トレンズの光軸から反れる互いに異なる方向に偏向する
   偏向プリズムと、 前記スプリットレンズの２つの光ビームの光軸とそれぞ
   れ交叉するトラック方向の２つの境界によって前記光軸
   と垂直な面上で３つの受光部に分割された３分割光セン
   サと、 この３分割光センサの両端の受光部の出力信号の和を求
   め、これと中央の受光部の出力信号との差から前記光デ
   ィスク上での焦点のずれを検出するフォーカス誤差検出
   手段と、 前記偏向プリズムによって偏向された正の１次回折光と
   重なる部分の光ビームを受講する第１の光センサと、 前記偏向プリズムによって偏向された負の１次回折光と
   重なる部分の光ビームを受光する第２の光センサと、 第１の光センサの出力信号と第２の光センサの出力信号
   との差から 前記光ビームの光ディスク上での照射位置と
   トラックの誤差であるトラッキング誤差を検出するトラ
   ッキング誤差検出手段とを具備することを特徴とするサ
   ーボ誤差検出装置。
4. 【請求項４】 前記偏向プリズムは、前記トラックの方
   向に対して４５度傾斜した互いに直交する２つの境界で
   区切られた４つの透過部分を備え、これらのうちトラッ
   クと直交する方向に存在する２つの透過部分により光ビ
   ームを光軸から反れる方向に偏向することを特徴とする
   請求項２または請求項３記載のサーボ誤差検出装置。