JP3544785B2 - 光学式記録再生装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光学式記録再生装置に関し、詳しくは、フォーカス誤差信号およびトラッキング誤差信号の検出手段に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１０は、例えば特開昭６０−１７１６４４号公報に示された従来の光学式記録再生装置を示す図である。図において、１は光源である半導体レーザ、２は半導体レーザより出射された光束であり、３はこの光束２を平行光束４に変換するコリメータレンズ、５は１／４波長板、６は光ディスク７の情報面上にスポット８を形成する対物レンズである。
【０００３】
１０はディスク７で反射された光束を半導体レーザ１からの光束と分離するビ−ムスプリッタ、１７はビ−ムスプリッタ１０で反射された光束９を振幅の等しい第１、第２の反射光束１２、１３に２分割する光束分割器の働きをもつグレーティングレンズ（ホログラム素子とも呼ばれ、以下、「ＨＯＥ」と記す）であり、第１の反射光束１２の集光点Ｑ１よりは近く、第２の反射光束１３の集光点Ｑ２よりは遠い位置に配置された光検知器１８には、第１の反射光束を受光する第１の光検知器１４と、第２の反射光束１３を受光する光検知器１５が配置されている。図１１は光検知器１４、１５の具体的な形状を示しており、Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩ，ＩＶはそれぞれ分割された素子である。
【０００４】
次に具体的な動作について説明する。図１２に示すように、第１の反射光束１２の集光点Ｑ１と第２の反射光束１３の集光点Ｑ２は光軸２０の方向に２ΔＺずれた位置にある。従って、光ディスク７が合焦点位置にある時のＱ１とＱ２の間の位置（例えば点Ｐ）において、第１、第２の反射光束１２、１３の断面光束径が等しくなる所がある。その位置で、光軸２０の点で垂直に２分割された第１、第２の光検知器１４、１５からなる光検知器１８を配置し、光検知器１８の各素子の出力の和Ｅｆが、
Ｅｆ＝（ＩＩ−Ｉ）＋（ＩＩＩ −ＩＶ）＝０ ‥‥‥（１）
となるように、各素子Ｉ〜ＩＶの形状を設定すれば、光ディスク７が合焦点位置より遠ざかる方向に動くとＥｆは負、また逆に近づく方向に動くとＥｆは正となる。
【０００５】
また、上記従来例には、図１３に示すように、光検知器の素子を、それぞれ３分割した第１、第２の光検知器２２、２３からなる６分割短冊型の光検知器２４を用いた例が提案されており、Ｉ，ＩＩ，ＩＩ’，ＩＩＩ ，ＩＶ，ＩＶ’はそれぞれ分割された素子である。この例の各素子の出力の和Ｅｆは
Ｅｆ＝（ＩＩ＋ＩＩ’＋ＩＩＩ ）−（Ｉ＋ＩＶ＋ＩＶ’） ‥‥‥（２）
となり、このＥｆがフォーカス誤差信号となる。この例では、光検知器２４の分割線の方向を、トラッキングに伴って光検知器２４上の反射スポット１２，１３が動く方向と平行になるように設定すれば、トラッキングに伴うフォーカスずれ検出エラーを生じさせない利点を有している。
【０００６】
ところで、光学式記録再生装置では上記のようなフォーカシング制御のほかに目標のトラックを確実に追従するためのトラッキング制御が必要であり、そのためのトラッキング誤差信号検出手段も併せて盛り込む必要がある。
【０００７】
このトラッキング誤差信号の検出法については色々な方法が提案されているが、記録再生を行う光学式記録再生装置ではプッシュプル法がよく用いられている。この方式は、光ディスク上のトラックによる回折の影響で±１次の回折光が０次光に光束径の約半分だけずれた状態で重なっており、トラックと集光スポットの位置関係により０次光と±１次光の干渉領域の強度が変化する現象を利用してトラッキング誤差信号を得る方式である。しかし、上記従来例の光学式記録再生装置では、このトラッキング制御に関する記述はされていない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、第１の目的は、ＨＯＥを用いた光学式記録再生装置において、トラッキング誤差信号と同時に光ディスク上に形成されているトラックの影響が小さいフォーカス誤差信号が得られる光学式記録再生装置を得ることである。
【０００９】
さらに、第２の目的は、部品の位置ずれに伴うトラッキング誤差信号の品質の低下の小さい光学式記録再生装置を得ることである。
【００１０】
また、第３の目的はＨＯＥにおいて誤差信号生成に用いない光束の影響を除去した光学式記録再生装置を得ることである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る光学式記録再生装置においては、フォーカス誤差信号およびトラッキング誤差信号生成のための光学素子としてＨＯＥを用い、光ディスク上のトラックをＨＯＥ上に投影した座標において、トラックと同じ方向に分割された領域が並ぶようにＨＯＥを複数の領域に分割するとともに、各領域の回折方向とレンズ作用の量を異なった値に形成し、受光素子の各々が、トラッキング方向を光検知器上に投影した方向に延びた線により３個の領域に分割されたものである。
【００１２】
また、ＨＯＥの位置を、光検知器へ集光するための集束レンズに近づけたものである。
【００１３】
さらに、ＨＯＥを回折せずに透過する０次光を受光するための光検知器を配置するとともに、０次光が±１次光を受光するための光検知器に入射しないように±１次光の回折角度を設定し、０次の光束を受光する受光素子の出力を接地したものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態である光学式記録再生装置においては、センサ光学系に配置された光束分離機能をもつＨＯＥの回折作用により複数本の光束に分割し、フォーカス誤差信号およびトラッキング誤差信号を生成するように働く。
また、ＨＯＥの分割方向は光ディスク上のトラックを投影した座標においてトラック方向に２つの領域に分割されているので、トラックによって生じる回折の影響がフォーカス誤差信号に及ばないようにすることができ品質が向上する。
【００１５】
また、ＨＯＥを集束レンズに近づける配置を取ったので、ＨＯＥ上での光束径が大きくなり、ＨＯＥの位置ずれ等光学素子の配置ずれに伴うオフセットの発生割合を小さくすることができる。
【００１６】
さらに、ＨＯＥを透過した光束のうち誤差信号生成に作用していない０次回折光の影響を除去する構成にしたので、不要な光の混入を避けることができ誤差信号の品質が向上する。
【００１７】
以下、この発明をその実施の形態を示す図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１である光学式記録再生装置を示す図である。図において、１は半導体レーザ、２は光束、３はコリメータレンズ、６は対物レンズ、７は光ディスク、８はスポット、９は反射光、１０は光ディスク７で反射された光束と半導体レーザ１からの光束とを分離するビームスプリッタ、１６はビームスプリッタ１０で反射された光束を集光する集束レンズ、１７は光束分離手段であるＨＯＥ、１８は光検知器である。
【００１８】
このように構成された光学式記録再生装置では、光ディスク７で反射された光束９はＨＯＥ１７で複数の光束に分離され、各光束を所望の形状に分割された光検知器で受光してサーボのための誤差信号を得ている。この様子を図２、図３を用いて説明する。
【００１９】
図２はビームスプリッタ１０で分離された以降のいわゆるセンサ系部と、その光検知器上のスポットの態様を示した図である。ＨＯＥ１７を透過した光束は上下半分の光束がそれぞれさらに２つの光束３０ａ、３０ｂと３１ａ、３１ｂに分割され、結局４本の光束に分割される。なお、ＨＯＥ１７は回折型の光束分離素子であり、厳密には弱い光束を含めると無数の光束に分割されるが、形状を最適化することでほぼ±１次光に集約することが可能であるので、ここでは４本に分割したとして扱う。
【００２０】
ＨＯＥ１７の上半分で回折した光束（実線で表示）は、図示されているように光検知器１８の手前で集束する光束３０ａと光検知器１８の後方で集束する光束３０ｂに分かれる。同様に、ＨＯＥ１７の下半分で回折された光束（点線で表示）は、光検知器１８の手前で集束する光束３１ａと後方の３１ｂに分かれるが、上半分と下半分では回折角が異なっているので、４本の光束のスポット３３ａ〜３３ｄは、図２に示すように、ＨＯＥ１７への入射光束の光軸に対して対称の位置に配置している。このような光束分離性能を示すＨＯＥ１７の形状の一例を図４に示す。これら４個のスポット３３ａ〜３３ｄを受光する光検知器１８上の分離された素子の形状は、図３の３２ａ〜３２ｄに示すように従来例の図１３に示したものに、それぞれ３個の短冊状に分割されているが、各スポット３３ａ〜３３ｄの形状は半円形となっている。
【００２１】
次に動作について説明する。光検知器１８の手前で集束している光束３０ａ、３１ａは光検知器１８上では別々のスポット３３ｂ、３３ａとなっているが、もともとＨＯＥ１７の上下半分の光束であり、二つを合わせるとＨＯＥ１７で分割される前の光束と考えられる。したがって、光束３０ｂ、３１ｂは、図１２に示した従来例の光束１３、１２と同じであり、光検知器１８も従来例の光検知器２４と同じ６分割の光検知器と同じとなるので、同様の演算をすることによりフォーカス誤差信号が得られる。
【００２２】
具体的な演算式を図３で説明する。図１３に示した従来例では、片側の中央部と他方の外側を加えたもの同志の減算でフォーカス誤差信号を得ていたことから、この実施の形態１でのフォーカス誤差信号も
Ｅｆ＝（（３２ａｍ＋３２ｂｍ）＋（３２ｃｓ＋３２ｄｓ））−（（３２ａｓ＋３２ｂｓ）＋（３２ｃｍ＋３２ｄｍ））‥‥（３）
として得ることができる。
【００２３】
この理由を図５、６を用いて説明する。図５は対物レンズ６がディスク７に近づいた場合の光検知器１８上のスポット３３ａ〜３３ｄを示している。対物レンズ６がディスク７に近づいた場合、センサ系では集束点が伸びるので、光検知器１８の前で一度集束している光束３０ａ、３１ａの集光点は光検知器１８に近づき、一方、光検知器１８の後方で集束する光束３０ｂ、３１ｂの集光点は光検知器１８より遠ざかるので、光束３０ａ、３１ａのスポット３３ａ、３３ｂは小さくなり、光束３０ｂ、３１ｂのスポット３３ｃ、３３ｄは大きくなる。そこで上式によりフォーカス誤差信号Ｅｆを求めると、
Ｅｆ＞０
となる。
【００２４】
一方、対物レンズ６がディスク７より遠ざかった場合は図６に示すように、反対に光束３０ａ、３１ａのスポット３３ａ、３３ｂは大きくなり、光束３０ｂ、３１ｂのスポット３３ｃ、３３ｄは小さくなる。従って、フォーカス誤差信号は、
Ｅｆ＜０
となる。
【００２５】
以上より、ディスク７に対して対物レンズ６の位置が変化する方向（近づいたり、遠ざかったりする）に対応した極性の信号が得られるので、フォーカス誤差信号として利用することができる。
【００２６】
ところで、サーボにはもう一つトラッキング制御があり、このための誤差信号を生成する必要がある。これについて次に説明する。トラッキング誤差信号の生成方式としてプッシュプル法を採用する。プッシュプル法はトラックよる回折光と０次光の干渉を利用する方式であり、回折する方向に光束を２分割して各々の信号の強度差より誤差信号を生成する。図１においてプッシュプル信号の方向を確認する。光ディスク７上のトラックは図面においてｙ軸方向であるから回折光はｘ方向に現れ、これをＨＯＥ１７上に投影して考えるとｚ方向である。今ＨＯＥ１７は光束を中央で上下（ｚ方向）に分割しているので、分割された光束を各々減算することによりトラッキング誤差信号が得られることがわかる。
【００２７】
実際の演算を図２、図３を用いて説明する。図２において、ＨＯＥ１７の上半分に入射した光束は３０ａ、３０ｂであり、一方下半分に入射した光束は３１ａ、３１ｂである。従って、トラッキング誤差信号Ｅｔは図３より
Ｅｔ＝（（３２ｂｍ＋３２ｂｓ）＋（３２ｃｍ＋３２ｃｓ））−（（３２ａｍ＋３２ａｓ）＋（３２ｄｍ＋３２ｄｓ））‥‥（４）
となる。
【００２８】
ところで、光学式記録再生装置では、光ディスク７の偏芯や光学式記録再生装置の光ヘッド部の送り機構等の影響で、対物レンズがトラッキング方向（ｘ方向）に並進動作を行う。このとき、この実施の形態の方式では、光検知器１８上で集光していないので、ここでも並進動作が伴う。図３に示すようにスポット３３ａ〜３３ｄを配置しているので、並進方向によってはフォーカス誤差信号に誤った信号が発生する。しかしこの実施の形態では、並進方向は光ディスク７上でｘ方向であり、これを光検知器１８上に投影して考えるとｚ方向で光検知器１８の分割線方向であり、フォーカス誤差信号に誤った信号は重畳されず、正確なフォーカス制御が可能なことがわかる。
【００２９】
さらに、一般に光源である半導体レーザは、温度や光出力および個々のばらつきによって波長が変動する。ＨＯＥ１７は回折型の素子であるから、波長が変動するとその回折角が変動し、ひいては光検知器１８上のスポット位置が変動する。しかし、図２、図３に示したようにＨＯＥ１７の回折方向はｚ方向であり、光検知器１８上では分割線の方向と一致しているため、波長変動に伴うオフセットは生じない。
【００３０】
実施の形態２．
プッシュプル法では、集光点位置で光束を分割していないので、分割領域で光束も並進移動を伴う。プッシュプル法では、上記に説明したように光束の半分（図１のｚ方向の上下）ずつの強度の差を演算しているので、例えばＨＯＥ１７の位置がトラッキング方向（ＨＯＥ上でｚ方向）にずれると誤った誤差信号が現れ、トラッキング制御性能が劣化するという問題がある。
【００３１】
これは、ずれ量を一定に考えると、ＨＯＥ１７上での光束径が大きい方が有利であることがわかる。このことを図７を用いて説明する。図７はＨＯＥ１７とＨＯＥ上の光束の様子を、ディスク７のトラックによる回折パターンを含めて記載したものである。プッシュプル法では、上下の光検知器の各素子の差信号より誤差信号を生成するので、図のようにＨＯＥ１７と反射光束９の相対位置がずれた場合、本来減算されなければならない光束が同一素子内に入り込んでくるため、誤差信号の感度の低下が発生することが明白である。
【００３２】
ところが、図７に示すように、このずれの影響は反射光束９の径ｄに依存しており、ずれ量をΔとすると、Δ／ｄで表せるので、光束径ｄが大きいほど影響が小さいことがわかる。光束径ｄは図１より集束レンズ１６とＨＯＥ１７との距離で定まるので、この間隔が狭いほど光束径が大きくなる。そこで、できる限り集束レンズ１６とＨＯＥ１７の距離を近づけるように配置することで、配置誤差や信頼性に対する許容値が大きくなる。
【００３３】
さらに、同じ焦点距離の集束レンズであれば、ＨＯＥ１７と光検知器１８の距離が遠いほうがＨＯＥ１７による回折角が小さくできくので、ＨＯＥ１７に対する設計許容が大きくなるという利点もある。
【００３４】
実施の形態３．
ＨＯＥ１７では回折光がほぼ４本に分離されるが、回折されない０次光光束は全くゼロではなく、場合によっては無視できない場合がある。そこで、０次光束が本来の光検知器１８上の素子に入射しないように、±１次光の回折角度を設定することにより性能をさらに向上させることができる。この様子を図８、図９を用いて説明する。
【００３５】
ＨＯＥ１７からの０次光は、図８中に２点鎖線で示すような光束３４であり、光軸上にほぼ集光する。一般に合焦点でのスポット径（直径）の２倍以上離して隣接するスポットが配置されるようにすれば、隣接スポットによる影響を除去することができる。フォーカス誤差信号のリニアゾーンの両端の点では、この０次光束３４によるスポット３５はほぼ合焦点での±１次光スポット３３ａ〜３３ｄと同じ大きさであるから、０次光の集光点と隣接する±１次光の集光点との距離をＬ、合焦点での±１次光スポットの半径をｒとすると
Ｌ＝２×（２×ｒ）
を満足するように±１次光の回折角を設定すれば、０次光の影響を除去することができる。
【００３６】
また、本来使用する光検知器上の受光素子以外の位置に光が入射した場合、たとえその位置に受光素子がなくても光電変換によって電子が生じ、受光素子に到達して誤った誤差信号を生成してしまう場合がある。そこで、０次光を受光する受光素子を設け、出力を接地することにより、強制的に不要な信号を排除することができる。図９にはこのような構成を実現するための構成が示されており、０次光束３４は受光素子３２ｅによって受光され、発生した信号は他の受光素子３２ａ〜３２ｄへ流れないように制限されている。
【００３７】
なお、上記実施の形態実施例では、ＨＯＥ１７の２つの領域１７ａ、１７ｂから回折された±１次光のうち、光検知器１８の手前に集光する光束と後方に集束する光束が光軸に対して同じ側に配置する構成を説明したが、手前と後方に集束する光束が１本ずつ存在するような構成にしても、全く同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００３８】
【発明の効果】
この発明は、以上説明したように構成されているので、以下に示すような効果を奏する。
【００３９】
光ディスク上のトラック方向に分割線をもつ２つの領域に分割され、各領域で集光作用と回折方向の量が異なったＨＯＥをセンサ光学系に用いることにより、トラッキングに伴う対物レンズの並進動作や光源の波長変動に対してもオフセットの発生しにくいフォーカス誤差信号およびトラッキング誤差信号が容易に得られる。
【００４０】
また、集束レンズとＨＯＥの距離を短くしてＨＯＥ上での光束径を大きくしたので、ＨＯＥの位置ずれに伴うオフセットの発生を緩和することができる。
【００４１】
さらに、本来用いない光束を受光してその信号を排除する構成にしたので、不要光によるオフセットの発生を除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１の光学式記録再生装置の光学系を示す図である。
【図２】実施の形態１のセンサ光学系を示す図である。
【図３】実施の形態１の光検知器上のスポットの形状を示す図である。
【図４】実施の形態１のＨＯＥの構成を示す図である。
【図５】実施の形態１の対物レンズがディスクに近づいた場合の光検知器上のスポットの形状を示す図である。
【図６】実施の形態１の対物レンズがディスクから遠ざかった場合の光検知器上のスポットの形状を示す図である。
【図７】この発明の実施の形態２のＨＯＥ上の光束が移動した場合の入射光束の形状を示す図である。
【図８】この発明の実施の形態３の光学式記録再生装置のセンサ光学系を示す図である。
【図９】実施の形態３の光検知器上の様子を示す図である。
【図１０】従来の光学式記録再生装置の光学系を示す図である。
【図１１】従来の光学式記録再生装置の光検知器の構成を示す図である。
【図１２】従来の光学式記録再生装置のセンサ光学系を示す図である。
【図１３】従来の光学式記録再生装置の他の形状をもつ光検知器を示す図である。
【符号の説明】
１ 半導体レーザ、７ 光ディスク、１６ 集束レンズ、１７ 光束分離手段（グレーティングレンズ，ＨＯＥ）、１８ 光検知器、３０ａ，３０ｂ，３１ａ，３１ｂ 分割された光束、３２ａ〜３２ｅ 受光素子、３３ａ〜３３ｄ ±１次光スポット、３４ ０次光束、３５ ０次光スポット。

Claims (3)

1. 光源と、この光源からの光束を光ディスク上に集光する対物レンズと、前記光ディスクからの反射光束を受光して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光検知器を備えた光学式記録再生装置において、前記反射光束中に配置され、光ディスク上のトラックを投影した座標において上記トラックとほぼ同じ方向に分割線が形成された複数の領域を有する光束分離手段を有し、この光束分離手段によって光軸を境にして上記反射光束が２分割されるとともに、少なくとも±１次光の光束に分離されて少なくとも４本の光束に分割され、さらに集束作用によって＋１次光と−１次光で集光点が異なるように構成するとともに、上記光検知器を上記複数の分割された光束の集光点の中間位置に配設するとともに、各光束を受光する複数の受光素子を備え、上記受光素子の各々が、トラッキング方向を上記光検知器上に投影した方向に延びた線により３個の領域に分割されていることを特徴とする光学式記録再生装置。
2. 光ディスクからの反射光束を光検知器上に集光する集束レンズと前記反射光束を分離する光束分離手段との距離を可能な限り近づけたことを特徴とする請求項１記載の光学式記録再生装置。
3. 光束分離手段にて回折せずに透過した０次の光束を受光する受光素子を光検知器上に設けるとともに、前記光束分離手段によって回折された光束を受光するための受光素子に上記０次の光束が入射しないように前記光束分離手段の回折角度を設定し、上記０次の光束を受光する受光素子の出力を接地したことを特徴とする請求項１記載の光学式記録再生装置。

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