JP3377086B2 - フォーカス誤差信号検出装置およびフォーカス誤差信号検出方法 - 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、相変化光ディスク
装置や光磁気ディスク装置等に適用される光ヘッドのフ
ォーカス誤差信号検出装置およびフォーカス誤差信号検
出方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】光ディスク装置が光ディスクに対して情
報の記録再生を行う場合、光ディスク成型時に生じた反
り、光ディスクの自重によるわたみ、ターンテーブルの
傾き等が原因となり、レンズと光ディスク間の距離とレ
ンズの焦点深度との差、すなわちフォーカス誤差が生じ
るという問題が生じていた。レンズと光ディスク間の距
離をレンズの焦点深度内に収めるためには、フォーカス
誤差を検出する必要があるが、従来の技術では、フォー
カス誤差検出法として非点収差法やダブルナイフエッジ
法が用いられてきた

【０００３】非点収差法とダブルナイフエッジ法を比較
した場合、光センサずれに対するフォーカス零クロス変
化特性の点で非点収差法が優れている。フォーカス零ク
ロスの定義を以下に説明する。非点収差法およびダブル
ナイフエッジ法双方で用いる４分割センサの各センサ出
力をＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄとする。ここで、ＡとＣ、ＢとＤが
それぞれ対角のセンサ出力である。図５は、ビーム中心
位置が変化した場合のＡ−ＢとＣ−Ｄの変化を示した図
である。Ａ−ＢおよびＣ−Ｄの変化を示す曲線の交点に
おけるＡ−ＢおよびＣ−Ｄがいずれも０であれば、４分
割センサの中心とビーム中心位置が重なっていることを
示している。この位置からビーム中心位置または４分割
センサがずれると、Ａ−Ｂが変化し、交点が０からずれ
る。この変化後のＡ−Ｂを（Ａ−Ｂ）’として図５に破
線で示す。このとき、図５に示したずれＪと片側振幅Ｋ
を用いて計算した（Ｊ／Ｋ）×１００がフォーカス零ク
ロスである。なお、フォーカス零クロスの単位はパーセ
ントである。

【０００４】図６は、非点収差法およびダブルナイフエ
ッジ法における、フォーカスセンサのずれに対するフォ
ーカス零クロス変化特性を示している。ダブルナイフエ
ッジ法では、フォーカスセンサ上のビーム直径が約３０
μｍである場合、フォーカスセンサのずれが１μｍに対
してフォーカス零クロスは１０％になる。これに対し、
非点収差法では、フォーカスセンサ上のビーム直径が１
００μｍである場合、フォーカスセンサのずれが１０μ
ｍに対してフォーカス零クロスは２％以下である。この
ように、非点収差法の方が光センサずれに対するフォー
カス零クロス変化特性が良好であり、これは非点収差法
が温度変化、経時変化の点でダブルナイフエッジ法より
有利であることを示している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ただし、非点収差法に
も、以下の三つの問題点がある。第一の問題点は、光デ
ィスクのランドおよびグルーブに情報を記録したとき、
または情報を再生したときの、フォーカスオフセットに
対するビットエラーレートの変化が大きい点である。図
７は、ランド、グルーブそれぞれのビットエラーレート
特性を示す。ランドおよびグルーブいずれの場合もビッ
トエラーレートが大きく変化している。

【０００６】第二の問題点は、ランドおよびグルーブの
ビットエラーレートの特性が一致しない点である。例え
ば、（１、７）変調方式による記録、パーシャルレスポ
ンス方式による再生を行った場合、図７に示すように、
ランドとグルーブとではビットエラーレートが最小とな
るフォーカスオフセット点がずれ、また、グルーブの場
合よりもランドのビットエラーレート特性が劣化する。

【０００７】第三の問題点は、４分割センサによってフ
ォーカス誤差信号を検出する際、ランドおよびグルーブ
からなる溝をクロスして走査すると、フォーカス誤差信
号にノイズが入ってしまう点である。

【０００８】これら三つの問題点の原因は、光ディスク
で光が反射するときの回折により生じる光がフォーカス
誤差信号に影響を与えてしまったことにある。光ディス
クには図８に示すようなランドとグルーブとからなる溝
があるため、光が反射する際に回折が生じてしまう。す
なわち、図９に示すように光ディスクの反射による０次
光の他に、光ディスク回折±１次光が発生してしまう
が、従来の技術ではこの光ディスク回折±１次光による
影響を排除できなかった。

【０００９】本発明は、光ディスクでの回折で生じる光
の影響を排除して、フォーカスオフセットに対するビッ
トエラーレート変化が小さく、かつランドとグルーブで
ビットエラーレート特性に差がなく、ランドおよびグル
ーブからなる溝をクロスして走査したときにフォーカス
誤差信号に入るノイズを除去するフォーカス誤差信号検
出装置およびフォーカス誤差信号検出方法を提供するこ
とを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明によるフォーカス
誤差信号検出装置は、光源から照射され光ディスクに集
束された光の光ディスクからの反射光について、入射経
路と同経路を戻る反射光の経路を入射経路から分岐させ
る偏光ビームスプリッタ部と、偏光ビームスプリッタ部
で分岐した反射光を集束する集束部と、集束部で集束し
た反射光について非点隔差を発生させる非点隔差発生部
と、光ディスクでの回折による分散で生じた光同士が重
畳するように非点隔差発生部を通過した反射光を分散す
る回折部と、回折部を通過して分散した反射光を受光し
てフォーカス誤差信号を検出する４分割センサとを備
え、回折部による分散の分散比が１．５以上であること
を特徴とする。このような構成によれば、４分割センサ
が有する各センサの出力から容易にフォーカス誤差信号
を算出することができる。また、回折部による分散の分
散比が１より大きくなければならないが、特に分散比を
１．５以上とすることによって光ディスクによる回折の
影響を大きく低減することができる。

【００１１】

【００１２】

【００１３】回折部は、分散で生じた±１次光それぞれ
のビーム中心と０次光のビーム中心とのずれを、０次光
の断面の直径の１／４以上１／２以下とするように分散
させることが好ましい。光ディスクの回折により生じた
光の発生位置のパターンは一律ではなく、０次光の中心
から直径の１／４までの範囲や、０次光の中心から直径
の１／２までの範囲等、様々なパターンで発生する。し
たがって、ビーム中心のずれを０次光の断面の直径の１
／４以上１／２以下とすることで、様々な発生パターン
に対応して光ディスクによる回折の影響をより低減する
ことができる。

【００１４】非点隔差発生部は、回折部に切られた溝の
方向と非点隔差によって断面が楕円となる光の楕円の軸
方向とが一致するように配置されることが好ましい。セ
ンサ部が受光する光に像回転を生じさせず、光ディスク
での回折による分散で生じた光同士が重畳する面積をよ
り大きくすることができるので、光ディスクによる回折
の影響をより低減することができる。

【００１５】例えば、非点隔差発生部は、円筒レンズま
たは斜め平板を備えた構成であってもよい。このような
構成によれば、非点隔差発生部の構成を簡易化すること
ができる。

【００１６】非点隔差発生部は、凹レンズと円筒レンズ
または斜め平板とを一体化したした光学部品であっても
よい。このような構成によれば、凹レンズと円筒レンズ
または斜め平板との距離が不変となるので、容易に光軸
方向の非点隔差発生部の位置を調整することができる。

【００１７】非点隔差発生部は、４分割センサがフォー
カス誤差発生時に受光する楕円光の楕円の長軸方向およ
び短軸方向と、４分割センサの二組の対角のセンサが並
ぶ方向とが一致するように配置されることが好ましい。

【００１８】また、本発明によるフォーカス誤差信号検
出方法は、光源から照射され光ディスクに集束された光
の光ディスクからの反射光について、入射経路と同経路
を戻る反射光の経路を入射経路から分岐させ、分岐した
反射光を集束させ、集束した反射光について非点隔差を
発生させ、光ディスクでの回折による分散で生じた光同
士が重畳するように非点隔差を発生した反射光を分散さ
せ、分散した反射光を受光してフォーカス誤差信号を検
出することを特徴とする。光ディスクでの回折による分
散で生じた光同士を重畳させることで、光ディスクでの
回折がフォーカス誤差信号に与える影響を減少させるこ
とができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１は、本発明によるフォーカス
誤差信号検出装置の実施の一形態を示す構成図である。
光源であるレーザ１から照射された光は、コリメータレ
ンズ２により平行光となる。この平行光は、複合プリズ
ム３を介して、対物レンズ８に射出される。複合プリズ
ム３は、クサビプリズム４、偏光ビームスプリッタ５、
４５゜ミラー６、１／４波長板７から構成され、対物レ
ンズ８に向けて円偏光に変換した光を射出する役割を果
たす。対物レンズ８は、入射した光を集束して光ディス
ク９に射出する。

【００２０】光ディスク９で反射した光は、入射経路と
同経路を戻るが、複合プリズム３の偏光ビームスプリッ
タ５で反射して、以降は入射経路とは異なる経路を進
む。偏光ビームスプリッタ５で反射したした光は、ハー
フミラー１０において透過光と反射光とに分かれる。ハ
ーフミラー１０を反射した光は、集束レンズ１１によっ
て集束され、凹レンズ１２と円筒レンズ１３とを一体化
した光学部品を通過する。光がこの光学部品を通過する
ことで非点隔差が発生する。この光学部品を通過した光
は、さらに回折格子１４を通過し分散される。

【００２１】４分割センサ１５は、分散した光を検出し
て検出した光に応じた信号を出力する。４分割センサ１
５は、フォーカス誤差信号を（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ）と
して出力し、ＲＦ(Radio Frequency )信号をＡ＋Ｂ＋Ｃ
＋Ｄとして出力する。ただし、４分割センサ１５の各セ
ンサ出力をＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄとし、ＡとＣ、ＢとＤがそれ
ぞれ対角のセンサ出力であるとする。

【００２２】ここで、フォーカス誤差が生じる場合、４
分割センサ１５は、非点隔差によって断面が縦長または
横長の楕円となる光を受光する。この楕円の長軸方向お
よび短軸方向と、４分割センサの二組の対角のセンサが
並ぶ方向とが一致するように円筒レンズ１３と４分割セ
ンサ１５の向きを設定する。

【００２３】また、ハーフミラー１０を透過した光は、
２分割センサ１６に受光される。２分割センサ１６は、
２つのセンサそれぞれの出力の差をトラッキング誤差信
号として出力する。

【００２４】次に、動作について説明する。光ディスク
９で光が反射するとき、光ディスク９には図８に示すよ
うなランドとグルーブからなる溝があるので、入射した
光の分散により±１次光が発生する。なお、回折格子１
４においても入射した光が分散することにより±１次光
が発生するので、両者を区別するため、光ディスク９で
の反射で生じた光を「光ディスク回折±１次光」とよ
び、回折格子１４を通過して生じた光を単に「±１次
光」とよぶことにする。ただし、光ディスクでの反射で
生じた光ディスク回折±１次光が回折格子１４を通過す
ることにより生じた光は「光ディスク回折±１次光」と
よぶことにする。光ディスク９での反射で生じた光ディ
スク回折±１次光の発生状況を０次光の断面図として図
９に示す。光ディスク回折±１次光６１、６２は、光デ
ィスクに反射した０次光６０のビームに収まるように発
生する。

【００２５】光ディスク回折±１次光６１、６２は、０
次光６０とともに、入射経路を戻って、偏光ビームスプ
リッタ５で反射し、さらに集束レンズ１１、凹レンズ１
２、円筒レンズ１３を通過して回折格子１４に達する。
回折格子１４は、０次光６０だけでなく、光ディスク回
折±１次光６１、６２も分散させる。図２に、回折格子
１４での分散の状況を示す。図２の上図は、０次光６０
と、回折格子１４での分散で生じた−１次光５１および
＋１次光５２の断面図である。−１次光５１には、回折
格子１４による−１次光５１の光ディスク回折−１次光
５３および光ディスク回折＋１次光５４が発生する。同
様に、＋１次光５２には、回折格子１４による＋１次光
５２の光ディスク回折−１次光５５および光ディスク回
折＋１次光５６が発生する。これらの、光ディスク回折
±１次光５３ないし５６は、０次光６０の光ディスク回
折±１次光６１、６２が回折格子１４を通過することに
より発生したものである。

【００２６】ここで、０次光６０、−１次光５１、＋１
次光５２を図２の下図に示すように分散させると、０次
光６０の光ディスク回折−１次光６１と、回折格子１４
による−１次光５１の光ディスク回折＋１次光５４とが
重畳する。また同様に、０次光６０の光ディスク回折＋
１次光６２と、回折格子１４による＋１次光５２の光デ
ィスク回折−１次光５５とが重畳する。このように重畳
させることによって、重なった光同士が互いに打ち消し
合う。その結果、０次光内に存在した光ディスク回折±
１次光６１、６２がフォーカス誤差信号に与える影響を
減少させることができる。

【００２７】なお、図２の下図において、０次光６０の
光ディスク回折−１次光６１と、回折格子１４による−
１次光５１の光ディスク回折＋１次光５４とが、完全に
重なっているように示したが、実際には０次光６０の光
ディスク回折±１次光６１、６２は複雑な形状をしてい
るので完全には重ならない。０次光６０の光ディスク回
折＋１次光６２と、回折格子１４による＋１次光５２の
光ディスク回折−１次光５５についても同様である。

【００２８】このように回折格子１４による分散で発生
する±１次光５１、５２と０次光６０を重ねると光ディ
スク回折±１次光６１、６２の影響が減少するので、こ
の状態で図３に示すように４分割センサ１５でフォーカ
ス誤差信号を出力すれば、ランドとグルーブのビットエ
ラーレート特性差の改善等の効果が得られる。なお、従
来の非点収差法では、レンズと光ディスク間の距離をレ
ンズの焦点深度内に収めると４分割センサには断面が楕
円ではなく円となる光が１ビームだけ入射し、（Ａ＋
Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ）の値は０となる。本発明においては、
−１次光５１がＡを出力するセンサに、＋１次光５２が
Ｃを出力するセンサにそれぞれ入射するので、レンズと
光ディスク間の距離をレンズの焦点深度に収まったとき
の（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ）の値はオフセットを有する。

【００２９】上記実施例において、０次光６０の光量と
回折格子１４による±１次光５１、５２の光量との比を
分散比という。例えば、−１次光、０次光、＋１次光の
光量の比が１：３：１であるときは、分散比３と表記す
る。光ディスク回折±１次光６１、６２を打ち消すため
には、分散比が１を越える値でなければならない。光デ
ィスクによる回折の影響を大きく低減できる場合の分散
比は、ランドおよびグルーブによる溝の深さ、溝の幅、
溝の形状、光ヘッドの集光ビーム形状にもよるが、分散
比が１．５以上である場合に光ディスク回折±１次光６
１、６２を打ち消す効果が大きいことを実験的に求め
た。この実験は、分散比を１、２、３、５、７とした場
合について行ったものであり、分散比を２、３、５、７
とした場合について光ディスク回折±１次光６１、６２
を打ち消す効果が大きいことを確認した。

【００３０】図４は、０次光６０と±１次光５１、５２
との重なりあいを示す説明図である。図４の上図は、０
次光６０および±１次光５１、５２のビーム中心が直線
上に並ばない配置を示しており、斜線で示した区域が重
なった部分が、光ディスクでの回折による分散で生じた
光同士が重畳する部分である。上記実施例においては、
図２の下図に示すように、０次光６０と±１次光５１、
５２のビーム中心は直線上に並び、図４の上図に示す配
置よりも光ディスクでの回折による分散で生じた光同士
が重畳する面積は大きくなる。

【００３１】また、各ビームの中心が直線上に並んだ場
合に、図４の下図に示すように４分割センサ１５が受光
する光に像回転を生じさせてしまうと、重畳面積が小さ
くなり光ディスク回折±１次光６１、６２を打ち消す効
果が減少する。したがって、図２の下図に示すように、
各光のビーム中心が直線上に並び、像回転が生じないよ
うに分散させることが好ましい。このように分散させる
ためには、回折格子に切られた溝の方向と非点隔差によ
って断面が楕円となる光の楕円の長軸または短軸方向と
を一致させるように凹レンズ１２と円筒レンズ１３とを
一体化した光学部品を配置すればよい。回折格子に切ら
れた溝と楕円の長軸または短軸の方向とがずれると、像
回転のため重畳面積は減少する。なお、図４の下図に示
すような９０゜の像回転は、回折格子に切られた溝と楕
円の長軸または短軸の方向とが４５゜ずれる場合に生じ
る。

【００３２】また、光ディスク回折±１次光６１、６２
は、０次光６０のビーム中心に近い位置に発生する場合
には、ビーム中心から直径の１／４の距離までの範囲に
発生する。ビーム中心から離れた位置に発生する場合に
は、ビーム中心から直径の１／２の距離までの範囲に発
生する。この発生パターンは、光ディスク上の溝の深さ
等の要因によって変化する。０次光６０のビーム中心と
±１次光５１、５２のビーム中心の距離が０次光の直径
の１／４以上１／２以下となるようにすれば、光ディス
ク回折±１次光６１、６２の発生パターンに対応して、
光ディスク回折±１次光６１、６２と回折格子１４によ
る分散で生じた光との重畳面積をより大きくすることが
できる。すなわち、光ディスク回折±１次光６１、６２
を打ち消す効果を大きくすることができる。

【００３３】また、本実施例では、凹レンズと円筒レン
ズを一体化させた光学部品により、非点隔差を発生させ
たが、凹レンズと斜め平板を一体化させた光学部品を用
いてもよい。

【００３４】本発明において、フォーカス誤差信号によ
り検出した誤差が最小になるときと、ＲＦ信号が最大と
なるときとを一致させるために、凹レンズ１２と円筒レ
ンズ１３の位置を光軸方向に調整することがある。この
調整時に凹レンズ１２と円筒レンズ１３との距離を変化
させてはならないが、一体化することによって凹レンズ
１２と円筒レンズ１３の距離は不変となるので、調整を
容易に行うことができる。凹レンズと斜め平板とを一体
化させた光学部品を用いた場合も同様に、位置の調整が
容易になる。

【００３５】また、本発明では０次光６０と回折格子１
４で発生した±１次光５１、５２を重畳させて光ディス
ク回折±１次光の影響を減少させたが、０次光６０に回
折格子１４で発生した±２次光（図面において図示せ
ず）を重畳させてもよい。

【００３６】

【発明の効果】本発明によれば、光ディスクからの反射
光に生じる光ディスク回折±１次光を回折格子に通過さ
せ、光ディスク回折±１次光の回折格子による±１次光
と、光ディスク回折±１次光とを重畳させ、光ディスク
回折±１次光の影響を減少させたことにより、フォーカ
スオフセットに対するビットエラーレート変化を小さく
し、かつランドとグルーブのビットエラーレート特性の
差をなくし、ランドおよびグルーブからなる溝をクロス
して走査した場合のフォーカス誤差信号に入ったノイズ
を除去することができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明によるフォーカス誤差信号検出装置の
実施の一形態を示す構成図である。

【図２】 回折格子を通過した光の分散の状況を示す説
明図である。

【図３】 回折格子を通過して分散した光を受光した４
分割センサの状況を示す説明図である。

【図４】 ０次光と±１次光との重なりあいを説明する
説明図である。

【図５】 フォーカス零クロスの定義を説明する説明図
である。

【図６】 フォーカスセンサのずれに対するフォーカス
零クロス変化特性を示す説明図である。

【図７】 フォーカスオフセットに対するビットエラー
レート特性を示す説明図である。

【図８】 光ディスク上のランドとグルーブとからなる
溝の状況を示す説明図である。

【図９】 光ディスクでの反射で生じた光ディスク回折
±１次光の発生状況を示す説明図である。

【符号の説明】

１ レーザ ２ コリメータレンズ ３ 複合プリズム ４ クサビプリズム ５ 偏光ビームスプリッタ ６ ４５゜ミラー ７ １／４波長板 ８ 対物レンズ ９ 光ディスク １０ ハーフミラー １１ 集束レンズ １２ 凹レンズ １３ 円筒レンズ １４ 回折格子 １５ ４分割センサ １６ ２分割センサ ５１〜５２ ±１次光 ６０ ０次光 ６１〜６２ 光ディスク回折±１次光

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−157326（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−89043（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−296875（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−91714（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−162418（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−245366（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−207034（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−241526（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−309687（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−168631（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G11B 7/09 - 7/22

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源から照射され光ディスクに集束され
   た光の光ディスクからの反射光によりフォーカス誤差信
   号を検出するフォーカス誤差信号検出装置であって、 入射経路と同経路を戻る反射光の経路を入射経路から分
   岐させる偏光ビームスプリッタ部と、 前記偏光ビームスプリッタ部で分岐した反射光を集束す
   る集束部と、 前記集束部で集束した反射光について非点隔差を発生さ
   せる非点隔差発生部と、 光ディスクでの回折による分散で生じた光同士が重畳す
   るように前記非点隔差発生部を通過した反射光を分散す
   る回折部と、 前記回折部を通過して分散した反射光を受光してフォー
   カス誤差信号を検出する４分割センサとを備え、 回折部による分散の分散比が１．５以上である ことを特
   徴とするフォーカス誤差信号検出装置。
2. 【請求項２】 回折部は、分散で生じた±１次光それぞ
   れのビーム中心と０次光のビーム中心とのずれを、０次
   光の断面の直径の１／４以上１／２以下とするように分
   散させることを特徴とする請求項１記載のフォーカス誤
   差信号検出装置。
3. 【請求項３】 非点隔差発生部は、回折部に切られた溝
   の方向と非点隔差によって断面が楕円となる光の楕円の
   軸方向とが一致するように配置されることを特徴とする
   請求項１または請求項２記載のフォーカス誤差信号検出
   装置。
4. 【請求項４】 非点隔差発生部は、円筒レンズを備えた
   ことを特徴とする請求項１ないし請求項３記載のフォー
   カス誤差信号検出装置。
5. 【請求項５】 非点隔差発生部は、凹レンズと円筒レン
   ズとを一体化した光学部品である請求項４記載のフォー
   カス誤差信号検出装置。
6. 【請求項６】 非点隔差発生部は、斜め平板を備えたこ
   とを特徴とする請求項１ないし請求項３記載のフォーカ
   ス誤差信号検出装置。
7. 【請求項７】 非点隔差発生部は、凹レンズと斜め平板
   とを一体化した光学部品である請求項６記載のフォーカ
   ス誤差信号検出装置。
8. 【請求項８】 非点隔差発生部は、４分割センサがフォ
   ーカス誤差発生時に受光する楕円光の楕円の長軸方向お
   よび短軸方向と、４分割センサの二組の対角のセンサが
   並ぶ方向とが一致するように配置されることを特徴とす
   る請求項１ないし請求項７記載のフォーカス誤差信号検
   出装置。
9. 【請求項９】 光源から照射され光ディスクに集束され
   た光の光ディスクからの反射光について、 入射経路と同経路を戻る反射光の経路を入射経路から分
   岐させ、 分岐した反射光を集束させ、 集束した反射光について非点隔差を発生させ、 光ディスクでの回折による分散で生じた光同士が重畳す
   るように非点隔差を発生した反射光を１．５以上の分散
   比で分散させ、 分散した反射光を４分割センサで受光してフォーカス誤
   差信号を検出する ことを特徴とするフォーカス誤差信号
   検出方法。