JP3763447B2 - 光記録媒体読取装置、及び光記録媒体読取用信号処理回路並びにピックアップ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−ＤＡ、ＤＶＤ等の光記録媒体の情報を読み取る光記録媒体読取装置、及び光記録媒体読取用信号処理回路並びにピックアップに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光記録媒体としては、コンパクトディスク（ＣＤ）などのディスク状記録媒体が広く用いられており、例えば、ＣＤ−ＲＯＭ等の光ディスクの再生を行う光ディスク読取装置では、媒体上に記録された情報を光学的に読み取る際に、半導体レーザ等による再生用の光ビームを目的の記録トラック上に集光、照射してビームスポットを形成し、この光ビームの媒体での反射光（戻り光）を光検出器で受光して、その出力に基づいて記録情報に対応する読み取り信号を生成するようになっている。
【０００３】
従来の光ディスク読取装置では、ピット列が形成されてなる媒体上の記録トラックを光ビームが適切にトレースするように、所定のスポット径に光ビームを集光させる手段（フォーカシングサーボ）、所定の記録トラック（ピットの列）に光ビームを追従させる手段（トラッキングサーボ）、記録媒体の回転制御（スピンドルモータの制御）により該媒体からの読み取り速度を制御する手段（スピンドルサーボ）、及び光ビームを所定位置の記録トラックに移動（シークやトラックジャンプ）させて所定の記録情報にアクセスする手段（トラバースサーボ）などが用いられていた。これらの手段によって、記録媒体上のピット情報をエラーなく読み取ることが可能となる。
【０００４】
図２１は従来の光ディスク読取装置の構成例を概念的に示した構成説明図である。光ディスク読取装置は、情報読み取り用のレーザ光を発するレーザダイオード（ＬＤ）１０１、ハーフミラー１０２、レーザ光の光ビームを光ディスク１０３上に集光する対物レンズ１０４、光ディスク１０３からの戻り光を受光するフォトディテクタ（ＰＤ）１０５を有するピックアップを備えている。このピックアップには、対物レンズ１０４を光ビームの光軸方向に変位させるアクチュエータを含むフォーカンシングサーボ機構１０６と、対物レンズ１０４を光ビームの光軸と垂直方向に変位させるアクチュエータを含むトラッキングサーボ機構１０７とが設けられている。また、光ディスク読取装置には、光ディスク１０３を回転駆動するスピンドルモータを制御するスピンドルサーボ機構１０８と、ピックアップを光ディスク１０３の半径方向に移動させるトラバースモータを制御するトラバースサーボ機構１０９とが設けられている。
【０００５】
上記のような構成において、各サーボ機構を動作させて対物レンズ１０４より照射する光ビームの位置制御を行い、光ディスク１０３の所定の記録トラックに対するビームスポットの位置や光ビームの焦点を調節することによって、所定のピット列を適切にトレースできるようにする。レーザダイオード１０１から出射されたレーザ光の光ビームは、ハーフミラー１０２、対物レンズ１０４を通って光ディスク１０３上に照射され、光ディスク１０３からの戻り光が対物レンズ１０４、ハーフミラー１０２を通ってフォトディテクタ１０５に入射し受光される。そして、フォトディテクタ１０５で光電変換された出力信号（ＲＦ信号）によって、光ディスク１０３からの戻り光の強弱による読み取り信号が得られる。このＲＦ信号を後段の図示しない信号処理半導体（ＤＳＰなど）にてディジタル化、復調処理等を行うことによって、光ディスク１０３に記録された情報の再生信号が生成され、再生データの読み取りが実現される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したような従来の光ディスク読取装置では、ピックアップ等の光学読み取り系においてフォーカシングサーボやトラッキングサーボを必ず設ける必要があるため、これらのサーボ機構の構成が複雑となったり、各サーボ機構を制御する専用のサーボ処理回路が必要となっていた。また、サーボ処理回路を制御する制御用マイコン（装置のコントローラ）のソフトウェアも複雑な制御手順にしたがって設計する必要があった。また、従来の装置構成では、物理的にフォーカシングのためのレンズを上下動させる必要性から、制御機構のアクチュエータを電磁的に空間に浮遊させる構造となるため、衝撃等の外乱により読み取り信号が途切れることがあった。このように、従来の光記録媒体読取装置においては、装置構成が大型化、複雑化し、装置コストの削減が困難であるとともに、光学系機構における不安定要因により再生信号の途切れやエラーが生じるおそれがあるなどの問題点があった。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、光記録媒体の情報読み取りのための構成を簡素化でき、従来の光学系機構が持つ不安定要因を取り除きつつ、低価格化が可能な光記録媒体読取装置、及び光記録媒体読取用信号処理回路並びにピックアップを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明による光記録媒体読取装置は、ディスク状媒体である光記録媒体の記録面に形成された光学的読み取り可能な情報記録領域であるピットを含む所定領域の記録情報画像を、所定角度ごとに撮像して撮像画像を得る撮像手段と、前記撮像手段により得られた光記録媒体記録面の各撮像画像の画像データを接合して記録面画像として記憶する画像記憶手段と、前記記録面画像に基づいて前記光記録媒体上のピットの長さ及び間隔を含むピット長情報を得るピット長情報検出手段と、前記ピット長情報に基づいて前記ピットの読み取り信号に相当する仮想読み取り信号を生成する読み取り信号生成手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
前記撮像手段は、例えば、ＣＣＤやＭＯＳ撮像素子などの撮像素子を用いて構成し、読み取り用のピックアップ内などに搭載する。
【００１１】
また、好ましくは、前記撮像手段により得られた撮像画像を２値化する２値化手段を備え、前記画像記憶手段はこの２値化された記録面画像の画像データを記憶することとする。
また、好ましくは、前記画像記憶手段において、各撮像画像の画像データを接合して記憶する際に、隣り合う撮像画像の暗部及び明部のパタンを解析した解析結果を基に、撮像画像の有効領域を前記光記録媒体の偏芯量だけずらしてパタンの一致する画像を接続する電気的な偏芯補正手段を備えるものとする。
また、好ましくは、前記記録面画像を基に前記光記録媒体の偏芯量を算出する偏芯制御部と、前記光記録媒体の回転に同期する同期信号を発生する同期信号発生部と、前記光記録媒体の情報を読み取るピックアップを光記録媒体の半径方向に駆動するトラバースモータを制御するために、前記算出した偏芯量を係数として前記同期信号に乗算した値を基にトラバースモータ補正信号を生成する補正信号発生部と、前記トラバースモータ補正信号を用いて前記トラバースモータを駆動するモータ駆動制御部とを有する機械的な偏芯補正手段を備えるものとする。
【００１２】
また、好ましくは、前記ピット長情報検出手段により得られたピット長情報をピット列に従って順次格納するピット長情報格納手段を備えることとする。
【００１３】
前記読み取り信号生成手段は、例えば、ピット長情報としてのピット長やピット間隔のデータを用いて、光記録媒体上に記録されたピット列の配置形態の検出結果に対応する読み取り信号の代わりとなる仮想読み取り信号を生成する。
【００１４】
また、好ましくは、前記画像記憶手段、前記ピット長情報検出手段、及び前記読み取り信号生成手段を含む信号処理回路を一つの半導体チップに実装して構成したものとする。
【００１５】
或いは、前記画像記憶手段、前記ピット長情報検出手段、及び前記読み取り信号生成手段を含む信号処理回路を実装した第１の半導体回路に、前記仮想読み取り信号の復調処理を行う第２の信号処理回路を含む第２の半導体回路を接続したものとする。
【００１６】
或いは、前記画像記憶手段、前記ピット長情報検出手段、及び前記読み取り信号生成手段を含む第１の信号処理回路と、前記仮想読み取り信号の復調処理を行う第２の信号処理回路とを一体的に半導体チップに実装して構成したものとする。
【００１７】
前記読み取り信号生成手段までの信号処理回路と後段の仮想読み取り信号の復調処理を行う信号処理回路とを別体に構成した場合は、後段の信号処理回路として一般に用いられる光ディスク再生用の信号処理回路を用いることが可能となる。また、前記読み取り信号生成手段までの信号処理回路と後段の仮想読み取り信号の復調処理を行う信号処理回路とを一体的に構成した場合は、半導体回路や装置の小型化が可能となるとともに、一体化に伴って不要となる回路を削減できるため、装置構成の簡略化が可能となる。
【００１８】
本発明による光記録媒体読取用信号処理回路は、ディスク状媒体である光記録媒体の記録面に形成された光学的読み取り可能な情報記録領域であるピットを含む所定領域の記録情報画像を、所定角度ごとに撮像して得られた光記録媒体記録面の各撮像画像の画像データを接合して記録面画像として記憶する画像記憶手段と、前記記録面画像に基づいて前記光記録媒体上のピットの長さ及び間隔を含むピット長情報を得るピット長情報検出手段と、前記ピット長情報に基づいて前記ピットの読み取り信号に相当する仮想読み取り信号を生成する読み取り信号生成手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１９】
本発明による光記録媒体読取用ピックアップは、光記録媒体に照射する光ビームを発生する光源と、前記光記録媒体上での前記光ビームの戻り光を受光し、前記光記録媒体の記録面に形成された光学的読み取り可能な情報記録領域であるピットを含む所定領域の記録情報画像を撮像する撮像素子と、前記光源からの光ビームを前記光記録媒体に導き、前記光記録媒体上での当該光ビームの戻り光を前記撮像素子に導く導光手段と、を備えたことを特徴とする。
【００２０】
また、好ましくは、前記導光手段は、前記光ビームの戻り光のビーム径を拡大する拡大手段を有することとする。
【００２１】
前記光源としては、例えば、レーザダイオードなどの半導体レーザを用い、撮像素子としてはＣＣＤやＭＯＳ撮像素子などを用いる。導光手段には、例えば、光源からの出射光を所定のビーム径とするスリット、光ビームを光記録媒体の記録面や撮像素子に向けるミラーやハーフミラーなどが設けられる。導光手段における拡大手段としては、例えば、凹レンズや平凹レンズ、凹面鏡などを用いることとする。
【００２２】
上記構成においては、撮像手段によって光記録媒体記録面の所定領域ごとのピット列の画像として撮像し、ピット長情報を得るようにしているため、光記録媒体読取装置において一般的に必要であった、光ビームスポットの合焦状態を調整するフォーカシングサーボ機構が不要となる。また、トラッキングサーボについても、光ビームスポットを特定のピット列のトラックに精密に追従させる必要がなくなる。
【００２３】
このため、より高度な設計技術力を要するサーボ機構やその制御系を簡素化することが可能となり、光学系を含むピックアップの構成を簡単にでき、軽量化も図れる。光学系の軽量化により、装置の耐振動性能が向上する。また、サーボ用の光学系駆動機構が不要であるため、ピックアップの衝撃に対する耐性も高くなり、常に安定した動作を行える。結果として、従来の光学系機構が有していた不安定要因を除去可能となるとともに、光記録媒体読取装置の小型化、軽量化、低価格化が実現可能となる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
本実施形態では、光記録媒体読取装置の一例として、円板状の光記録媒体である光ディスクに記録された情報を光学的に読み取って再生信号を得る光ディスク読取装置の構成及び動作を説明する。光ディスクとしては、ＣＤ−ＲＯＭ等のエンボス型（スタンプ型）の読み出し専用ディスクだけでなく、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＡＭ等の色素系の書き込み可能ディスクや相変化型ディスクなども使用可能である。なお、ここでは光ディスク読取装置についてのみ例示するが、本発明は、光ディスクに限らず、光カードなどの他の光記録媒体を読み取る装置にも適用可能である。
【００２５】
図１は本発明の一実施形態に係る光ディスク読取装置のピックアップ部の構成を示す構成説明図、図２はピックアップ内部の光学系の第１構成例を示す構成説明図、図３はピックアップ内部の光学系の第２構成例を示す構成説明図である。
【００２６】
光ディスク読取装置は、図１の（Ａ），（Ｂ）に示すように、情報読取系として、光ディスク１１を回転駆動するスピンドルモータ１２と、光ディスク１１の記録面に記録された情報（ピット列）を読み取るためのピックアップ１３と、ピックアップ１３を光ディスク１１の半径方向に駆動して所定の記録トラック上に位置させるトラバースモータ１４とを有している。
【００２７】
ピックアップの第１構成例を図２に示す。ピックアップ１３は、レーザダイオード（ＬＤ）１５などの半導体レーザによる情報読み取り用光ビームの光源を備えており、レーザダイオード１５の前方には、レーザダイオード１５からの平行ビームの出射光を所定の形状及び大きさ（ビーム径）の光ビーム１７に整形するスリット１６が配設されている。また、光ビーム１７の光路中には、光ビーム１７を光ディスク１１に導くハーフミラー１８と、光ディスク１１からの光ビーム１７の戻り光を光検出器に導くミラー１９と、光ビーム１７の戻り光のビーム径を所定倍率で拡大する凹レンズ２０と、前記拡大された戻り光を再度平行ビームとする凸レンズ２１とが設けられている。ここで、ハーフミラー１８の反射率は５０％程度、ミラー１９の反射率は約１００％とする。
【００２８】
さらに、光ディスク１１上の所定領域の記録情報を画像情報として撮像し検出する撮像素子２２が設けられており、前記光学系を通過した光ディスク１１からの光ビーム１７の戻り光が撮像素子２２の撮像面に入射し、光ディスク１１の記録面における所定領域の画像が撮像されるようになっている。撮像素子２２としては、ＣＣＤやＭＯＳ撮像素子などが好適であるが、その構成は限定されるものではなく、２次元的な画像情報を得ることができるものであれば、ｃｄｓを２次元アレイ状に配列したものなど、いずれでも用いることができる。
【００２９】
レーザダイオード１５より出射した光ビーム１７は、スリット１６を通って所定の形状及びビーム径に整形された後、ハーフミラー１８を反射して光ディスク１１の記録面に照射される。光ディスク１１にて反射した戻り光は、ハーフミラー１８を透過してミラー１９で反射し、凹レンズ２０で拡大されて凸レンズ２１で平行ビームとされた後、撮像素子２２に入射して結像し、光電変換されて撮像素子２２より画像信号として出力される。本実施形態では、凹レンズ２０を用いて戻り光のビーム径を拡大することにより、撮像素子２２における分解能を向上させることができる。
【００３０】
ピックアップの第２構成例を図３に示す。第２構成例のピックアップ１３ａは、光ビームを拡大する手段として凹レンズ２０の代わりに凹面鏡２３を設けたものである。凹面鏡２３で反射され拡大された光ビームの光路中には、拡大された戻り光を再度平行ビームとする凸レンズ２４と、光ディスク１１上の記録情報を画像情報として撮像し検出する撮像素子２２とが設けられている。この例では、レーザダイオード１５より出射した光ビームは、スリット１６を通って所定の形状及びビーム径の光ビーム１７に整形された後、ハーフミラー１８を透過して光ディスク１１の記録面に照射される。光ディスク１１にて反射した戻り光は、ハーフミラー１８を反射して凹面鏡２３に導かれ、凹面鏡２３で反射されてビーム径が所定倍率で拡大された後、撮像素子２２に入射して撮像される。なお、図の記載ではハーフミラー１８から凹面鏡２３への光路と凹面鏡２３から撮像素子２２への光路とが重なって見えるが、実際には光路が重ならないように各光学素子が３次元的に配置されている。
【００３１】
このように、ピックアップの光学系の構成については、種々の変形例が考えられる。光ディスクに記録されたピット列の画像を撮像素子で撮像できればどのようなものでも用いることができる。なお、撮像素子の分解能が高いものであれば、凹レンズなどの光ビームの拡大手段を設けずに、直接的に光ディスクで反射した光ビームの戻り光を撮像するような構成とすることも可能である。この場合、レンズなどを設ける必要がないので、場合によってはレーザ光源と撮像素子のみでピックアップを構成することも可能であり、構成をさらに簡素化できる。
【００３２】
上記のような本実施形態の光学系では、ピックアップ１３より平行光の光ビームを光ディスクに向けて照射するため、光ディスクの記録面とピックアップとの距離が変動しても、撮像素子２２上では常に同一の記録情報画像が得られる。このため、従来必要であったフォーカシングサーボ機構を省略することができ、ピックアップの構成の簡素化、小型化、軽量化を図れる。この場合、対物レンズを上下方向及び左右方向へ電磁的に駆動するコイルを設ける必要がなく、ピックアップ全体の質量を抑えることが可能であり、対振性に優れる。また、データ読み取り時のピックアップ移動動作時にも、慣性の影響が小さく、安定動作を実現できる。
【００３３】
図４は光ディスク読取装置の信号処理部の構成を示すブロック図である。上述した構成のピックアップにおいて、撮像素子２２には図４に示すように光ディスク上の記録マークであるピットの画像が撮像される。ここでは、ＣＤ−ＲＯＭ等のエンボス型の光ディスクの場合を示している。エンボス型と色素系や相変化型のそれぞれの光ディスクでの撮像画像の違いについては後述する。
【００３４】
撮像素子２２の後段の信号処理部には、撮像された画像信号を２値化する２値化手段に該当する２値化処理ブロック３１、２値化した画像データを一時的に記憶する画像記憶手段に該当する画像メモリ３２、画像メモリ３２の書き込み及び読み出しを制御する画像メモリ管理ブロック３３、画像データから各ピットの長さ（以下、ピット長という）とピットの間隔（以下、ピット間隔という）のデータを算出するピット長情報検出手段に該当する画像認識ブロック（ピット長計測ブロック）３４、前記ピットの長さに関する情報（以下、ピット長情報という）を格納するピット長情報格納手段に該当するピット長データ格納メモリ３５が設けられる。また、ピット長情報から擬似的なＥＦＭ信号（以下、仮想ＥＦＭ信号という）を生成する読み取り信号生成手段に該当する仮想ＥＦＭ信号生成ブロック３６、ピット長格納メモリ３５及び仮想ＥＦＭ信号生成ブロック３６の動作を制御するピット長メモリ読み出し管理ブロック３７、前記仮想ＥＦＭ信号を生成するタイミング信号を発生するタイミング発生ブロック３８、仮想ＥＦＭ信号から光ディスクの再生信号を生成する光ディスク再生用信号処理部（ＣＤ用信号処理ＬＳＩ）３９が設けられる。
【００３５】
なお、本実施形態ではＣＤ−ＲＯＭや音楽用ＣＤ等を再生する信号処理部の構成を例示する。通常、これらのＣＤ系の光ディスクでは情報記録用の変調信号としてＥＦＭ信号（８−１４変調符号による信号）が用いられており、再生処理回路ではＥＦＭ信号の読み取り及び復調処理を行って再生信号を得ている。従来の装置では、光ディスクの記録情報を読み取る場合に、ピックアップのフォトディテクタから出力信号（ＲＦ信号）としてＥＦＭ信号を得ており、本実施形態ではこれに対応する仮想ＥＦＭ信号を撮像画像に対する信号処理によって生成する。
【００３６】
撮像素子２２で所定タイミングごとに撮像され出力された光ディスク記録面の画像信号は、２値化処理ブロック３１で２値化されてディジタルの画像データに変換され、画像メモリ３２に一旦記憶される。撮像素子で得られた複数色のアナログ画像情報のままでは、信号処理するのに大量のメモリを必要とするため、ここではピットの有無が検出できればよいので画像信号を２値化して明るさレベル（輝度レベル）を２値で格納する。画像メモリ管理ブロック３３では、画像メモリ３２に対する画像データの書き込み及び読み出し処理の制御を行う。具体的には、光ディスクの所定角度ごとに離散的に取得された各画像データについて、隣接する画像データとの接合を行い、後段の画像認識ブロック３４に対して、ピット列の配列として扱えるように加工し出力する。
【００３７】
次いで、画像認識ブロック３４において、画像メモリ３２に記憶された画像データから必要なピット長とピット間隔のデータを算出し、これらのデータをピット長データ格納メモリ３５内に順序正しく配列として格納する。そして、仮想ＥＦＭ信号生成ブロック３６において、ピット長データ格納メモリ３５に格納されたピット長情報から仮想ＥＦＭ信号を合成し、光ディスク再生用信号処理部３９に出力する。このとき、ピット長メモリ読み出し管理ブロック３７によって、タイミング発生ブロック３８で発生したタイミング信号に基づいてピット長データ格納メモリ３５及び仮想ＥＦＭ信号生成ブロック３６での処理動作の制御を行う。仮想ＥＦＭ信号生成ブロック３６では、ピット長情報から同期のための情報（例えば、４４．１ｋＨｚの同期パターン）を検索し、ピット長データ格納メモリ３５に格納されているピット長情報を順序正しく読み出して所定単位ごとに仮想ＥＦＭ信号を生成する。
【００３８】
この仮想ＥＦＭ信号は、一般的なＣＤ系光ディスクの再生処理回路で生成されるＥＦＭ信号と同等のものであり、後段の光ディスク再生用信号処理部３９は従来と同様の構成を用いることができる。光ディスク再生用信号処理部３９において、仮想ＥＦＭ信号の復調処理が行われ、再生信号が出力として得られる。
【００３９】
図５は本実施形態の信号処理部を半導体チップに実装する場合の第１の構成例を示したブロック図である。再生信号処理半導体４２は、前述の２値化ブロック３１、画像メモリ３２、画像メモリ管理ブロック３３、画像認識ブロック３４、ピット長データ格納メモリ３５、仮想ＥＦＭ信号生成ブロック３６、ピット長メモリ読み出し管理ブロック３７、タイミング発生ブロック３８を含む各機能を実現する電子回路を半導体チップ内部に集積して構成される。この再生信号処理半導体４２の入力部には、撮像素子２２と撮像素子制御部４１とが接続される。再生信号処理半導体４２の出力部には、前述の光ディスク再生用信号処理部３９が接続され、光ディスク再生用信号処理部３９の後段にＥＣＣデコーダ４３とオーディオ用ＤＡコンバータ４４とが接続される。
【００４０】
再生信号処理半導体４２の画像メモリ管理ブロック３３の制御に従って、撮像素子制御部４１により撮像素子２２の撮像タイミングなどの制御が行われ、得られた画像信号が再生信号処理半導体４２に入力されて上述したような仮想ＥＦＭ信号生成処理が行われる。この仮想ＥＦＭ信号は、別体の半導体で構成された光ディスク再生用信号処理部３９に出力され、ここで復調処理などが行われて再生信号として出力される。この再生信号は、オーディオ信号データでないディジタルデータの場合はＥＣＣデコーダ４３にてエラー訂正処理などが行われ、後段の図示しないデータ処理部へ転送される。また、オーディオ信号データの場合は、オーディオ用ＤＡコンバータ４４にてアナログのオーディオ信号に変換され、後段の図示しないオーディオ信号処理部へ送出される。
【００４１】
図６は本実施形態の信号処理部を半導体チップに実装する場合の第２の構成例を示したブロック図である。この第２の構成例は、第１の構成例における再生信号処理半導体４２と光ディスク再生用信号処理部３９とを一体的に同一チップ内に集積してＣＤ再生処理半導体４５を構成した例である。他の部分の構成は第１の構成例と同様である。第１の構成例のように、汎用性のある従来と同様構成の光ディスク再生用信号処理部３９を外部に設けて、前段部分の機能構成のみを集積することも可能であるし、第２の構成例のように、再生信号処理半導体４２と光ディスク再生用信号処理部３９とを一体的に集積して１チップデバイスとして構成することもできる。半導体の実装形態は特に限定されない。
【００４２】
図７は本実施形態の信号処理部を半導体チップに実装する場合の第３の構成例を示したブロック図である。この第３の構成例は、ＣＤ再生処理回路を１チップ半導体で構成した場合の変形例である。１チップ構成の場合は、出力として光ディスク再生用信号処理部３９と同様の再生信号が得られればよいため、必ずしも仮想ＥＦＭ信号を生成する必要がない。そこで、出力部に再生信号エンコーダ４６を設けて、ここでピット長データ格納メモリ３５に記憶されたピット長情報から直接的に再生信号を生成して出力するようなＣＤ再生処理半導体４７を構成する。後段にはＥＣＣデコーダ４３とオーディオ用ＤＡコンバータ４４とが直接接続される。他の部分の構成は第１の構成例と同様である。
【００４３】
第３の構成例では、ピット長メモリ読み出し管理ブロック３７の制御に従って、タイミング発生ブロック３８からのタイミング信号に基づき、ピット長データ格納メモリ３５に格納されたピット長情報の読み出し、信号合成処理などが行われ、最終的な再生信号が生成されてＣＤ再生処理半導体４７より出力される。
【００４４】
第１の構成例では、従来からある一般的な光ディスク再生用の信号処理回路をそのまま用いて組み合わせることができるため、従来の装置に対して最低限の設計変更で本実施形態を適用可能である。また、装置構成の自由度も高い。一方、第２及び第３の構成例では、ＣＤ再生用の信号処理回路の主要部を１チップ半導体で構成できるため、さらなる装置の小型化が可能であり、量産による低コスト化の効果も大きい。第３の構成例では、信号処理回路の構成を簡略化できるので、より一層の小型化が図れる。
【００４５】
次に、撮像素子２２としてＣＣＤを用い、光ディスク１１としてＣＤ−ＲＯＭ等のエンボス型の光ディスクを用いた場合とＣＯ−Ｒ等の色素系や相変化型の光ディスクを用いた場合とにおける撮像画像の例を示す。図８はエンボス型の光ディスクの記録面とこれに対応するＣＣＤ撮像面の画像とを示す説明図、図９は色素系又は相変化型の光ディスクの記録面とこれに対応するＣＣＤ撮像面の画像とを示す説明図である。
【００４６】
現在一般的に入手可能なＣＣＤ撮像素子は、例えば２００万画素クラスのものでは、ＣＣＤ画素のサイズが約４μｍである。光ディスク上のピットの幅、ピット長、及びピット間隔を正確に読み出すためには、例えばＣＤのピット幅が約０．４μｍであることから、光学系としては１００倍程度のビーム径拡大を行うことでピット情報の読み取りが可能となる。図１のピックアップ構成では、凹レンズ２０を含む拡大手段において約１００倍拡大する。これにより、拡大されたピットの像がＣＣＤの撮像面に投影され、十分な解像度で撮像可能であり、後段の信号処理で適切なピット長情報が得られる。
【００４７】
図８の（Ａ），（Ｂ）に示すように、エンボス型の光ディスクでは、スタンプ等の手法によりランド５１の部分に対して凹んだピット５２が形成されている。このピット５２のエッジ部分は、物理的な傾斜を有しており、光ビームを照射した場合に、この傾斜部分では入射光の反射方向が変わって撮像素子へ向かう光路から外れる。すなわち、撮像素子から見るとピットのエッジ部分の戻り光はランド部分に比べて暗い陰５３となり、撮像素子の画素５４上にはこのピットの輪郭を表す像が投影される。この性質を利用して、ピットの輪郭情報を含む画像を撮像する。
【００４８】
一方、図９の（Ａ），（Ｂ）に示すように、色素系又は相変化型の光ディスクでは、ランド５５の部分とピット５６の部分とで凹凸はない。例えば、有機色素を用いたＣＤ−Ｒに情報の書き込みを行う場合、有機色素の組成をレーザビームの高温により変化させてしまうことで、光の反射率を低下させてピット５６を記録する。また、ＣＤ−ＲＷ等の相変化型では、同じくレーザビームの高温により物質の相（結晶構造、または方位性）を破壊することにより、光の反射率の低いピット５６を記録する。これらを撮像素子から見ると、ピット部分の戻り光はランド部分に比べて暗い陰５７となり、撮像素子の画素５８上にはこのピットの形状を表す像が投影される。この性質を利用して、ピットの形状情報を含む画像を撮像する。
【００４９】
図１０はエンボス型の光ディスクと色素系や相変化型の光ディスクとでそれぞれ得られる２種類の撮像画像を後段の同一の信号処理回路によって処理可能にするためのフィルタ処理を示す説明図である。
【００５０】
ＣＤやＣＤ−ＲＯＭ等のエンボス型の光ディスクを用いた場合の撮像画像６２は、そのままピットの輪郭のみを有する処理用画像６４として２値化処理ブロック３１へ出力される。一方、ＣＤ−Ｒ等の色素系や相変化型の光ディスクを用いた場合の撮像画像６１は、画像処理微分フィルタ６３によって画像信号の微分処理が施され、ピットの輪郭を抽出した画像に変換後、処理用画像６４として２値化処理ブロック３１へ出力される。このフィルタ処理部は、ピックアップ側と信号処理部側のいずれに設けても良い。実際には、撮像画像の画像認識を行ってピット部分が輪郭のみか全体かを判定し、ピット全体の画像である場合は画像処理微分フィルタ６３を用いて輪郭部分のみを抽出する。このようなフィルタ処理によって、２種類の光ディスクの撮像画像を同様に取り扱うことができ、光ディスクの種類に依らずにピットの読み取りが可能となる。
【００５１】
次に、撮像した画像のメモリへの格納方法について例示する。図１１は撮像素子２２の撮像範囲と実際の読み取りに利用する読み取り範囲とを示す説明図である。
【００５２】
２値化処理ブロック３１以降の信号処理回路では、撮像素子２２で得られた撮像範囲６５に対して、これよりも狭い範囲である読み取り範囲６６の画像信号を利用し、ピット長情報検出等の再生信号処理を行う。読み取り範囲６６外のデータは、画像メモリ管理ブロック３３において、隣接画像を接合する際の一致、不一致判断の領域として利用すると同時に、通常ディスク状記録媒体が有している偏芯の微調整のための領域としても利用する。
【００５３】
撮像素子２２によって光ディスク１１の所定角度ごとに撮像された画像信号（撮像データ）は、画像メモリ３２に一時記憶される際に、各画像が接合されて１つの大きな記録面画像となった状態で書き込まれる。このとき、ディスク面上において相対的にピックアップで円周状にトレースされ撮像された記録面上のピットの画像が、直線状に伸ばされた形態で接合されて画像メモリ３２に記憶される。
【００５４】
画像の接合方法としては、例えば、図１１の読み取り範囲６６と範囲外の非有効範囲との境界におけるピット部（暗部）とランド等のピット以外の部分（明部）のパタンを解析し、接続すべき撮像データとのパタンの一致、不一致により接続位置を判定する手段と、撮像データの撮像順序を記憶、管理する手段とを併用して接合を実現する。これらの画像接合処理は、図４の画像メモリ３２上において画像メモリ管理ブロック３３の制御によって実行する。
【００５５】
ここで、光ディスクの偏芯に対する補正処理例について説明する。本実施形態では、トラバースモータ１４によりピックアップ１３を駆動する機械的な補正手段と、撮像画像の接合処理において行う電気的な補正手段とを組み合わせて、広範囲をカバーする粗い偏芯補正と微小範囲における細かい偏芯補正とを行い、実際の光ディスクで生じることのある大きな偏芯にも対応できるようにする。図１２は偏芯補正手段の構成例を示すブロック図である。
【００５６】
この構成例の偏芯補正手段は、偏芯補正動作を制御する偏芯制御部７１と、スピンドルモータ１２の回転状態を示すＦＧパルスからディスク回転に同期する同期サイン信号を発生する同期サイン信号発生部７２と、画像メモリ３２から読み出した撮像データに同期サイン信号を重畳してトラバースモータ１４の駆動信号を発生する駆動信号発生部７３と、トラバースモータ１４の制御を行うモータ駆動制御部７４とを有して構成される。
【００５７】
図１３は画像メモリ３２における電気的な偏芯補正処理の説明図である。画像メモリ３２では、撮像画像を接合して格納する際に、前述のように隣り合う撮像画像の暗部及び明部のパタンを解析し、解析結果を基に有効領域（読み取り領域６６に相当）を偏芯量ｄだけずらして画像を接続する。例えば、撮像範囲７５ａ，７５ｂ，７５ｃの撮像画像を接続する場合、パタン解析結果から有効領域７６ａ，７６ｂ，７６ｃのように各画像の有効領域を決定して接続することにより、電気的な偏芯補正がなされる。したがって、光ディスクの偏芯等による撮像画像の微少な位置ずれに関しては、上記の画像接合処理における電気的な偏芯補正によって吸収することができる。
【００５８】
例えば、ＣＤの場合、規格上のディスクの偏芯量は７０μｍまでであるが、実際の偏芯量は、光ディスク１１を回転させるスピンドルモータ１２上にディスクを機械的に装着しているため、チャッキングの誤差と、市販ディスクの精度等を考慮すると、３５０μｍ程度は想定しなくてはならない。このような大きな偏芯に関しては、トラバースモータ１４によりピックアップ１３を光ディスク１１の半径方向に変位させる機械的な補正手段を用いて対応する。
【００５９】
以下に、上記機械的な偏芯補正手段の動作について説明する。図１４は偏芯補正用のトラバースモータ補正信号を示す説明図、図１５は偏芯量検出処理の手順を示すフローチャート、図１６は偏芯補正処理の手順を示すフローチャートである。
【００６０】
光ディスク１１がマウント（スピンドルモータ１２上に装着）されると（図１５のステップＳ１１）、偏芯制御部７１は、ピックアップ１３を光ディスク１１の内周へ移動させ（ステップＳ１２）、最内周側のピット列の無い領域（以下、ミラー領域という）を発見したかを判定し（ステップＳ１３）、この処理を繰り返してピックアップ１３をミラー領域まで移動させる。そして、ピット列の最内周側の端面が撮像範囲内に収まるように、光ディスクのミラー領域及びピット列の最内周端を一周分撮像し、この画像データを画像メモリ３２に記憶する（ステップＳ１４）。続いて、取得した画像データを基に、各画像の撮像範囲の右端（或いは左端）からピット列の最内周端までの距離を計測することにより、光ディスクの回転中心軸からのピット列端面の距離情報を取得する（ステップＳ１５）。そして、得られた距離情報に基づき、最大値から最小値を減算することによって物理偏芯量を算出し、偏芯制御部７１内部又は外部の図示しないメモリに記憶する（ステップＳ１６）。
【００６１】
ここで、物理偏芯量の算出方法を上記図１３を用いて説明する。図中の３つの画像は連続しているディスク面の画像であり、偏芯により撮像画像がディスク半径方向（図において左右方向）にずれていることを表しているものとする。画像メモリ３２内に格納された画像データにおける暗部（ピットがある部分）と明部（ピットが無い部分）の情報から、ピット列の存在する最内周位置境界をメモリアドレスからそれぞれ検出して、ピット列の最内周端の位置ずれを算出する。そして、ディスク一周分のずれデータを検索することにより、ずれの最大値を求めることができ、このずれの最大値から最大の物理偏芯量が得られる。
【００６２】
物理偏芯量を検出しているときに、スピンドルモータ１２より出力されるＦＧパルスによって、光ディスク１１の回転速度などの回転情報を取得できる。図１４に示すように、偏芯量はディスク１回転分の周期で変動する。そこで、偏芯補正用の基準信号として、同期サイン信号発生部７２においてＦＧパルスに同期する同期サイン信号を生成する（図１６のステップＳ２１）。この同期サイン信号は、ディスク１回転に対応して１周期となる周期信号である。続いて、補正信号発生部７３において上記求めた最大物理偏芯量を同期サイン信号に係数として乗算し、電圧信号であるトラバースモータ補正信号を生成する（ステップＳ２２）。そして、生成したトラバースモータ補正信号をモータ駆動制御部７４に入力し、フィードフォワードで偏芯成分の相殺を行う。これによって、光ディスク１１の偏芯を打ち消すように作用する駆動信号がトラバースモータ１４に供給されることとなる。
【００６３】
このようにトラバースモータ１４を駆動することによって、ピックアップごと移動して撮像範囲自体を変位させ、光ディスクの偏芯量の補正を行う（ステップＳ２３）。その後は、撮像画像が接合できないなどの異常状態が発生したかを判定し（ステップＳ２４）、異常状態が検出されない場合は所定時間待機して（ステップＳ２５）、これらの処理を繰り返すことにより、異常状態の検出動作を継続する。異常状態となった場合は、ステップＳ２１に戻って偏芯補正処理を再度実行する。
【００６４】
本例では、ディスクの偏芯に同期して撮像範囲を移動させることにより、広い範囲で効果的に偏芯成分を相殺可能である。さらに、前述した電気的な偏芯補正手段を併用することで、安定して適切に偏芯成分を除去することが可能となる。なお、機械的な補正手段では微小な変動には過度の挙動となるため、偏芯量が所定範囲内である場合は、前述した撮像素子の撮像範囲における有効範囲を移動させて偏芯成分を除去する電気的な補正手段のみを用いるように、偏芯補正動作を切り替えることもできる。
【００６５】
次に、図１７〜図２０を用いてピット長情報の算出方法を説明する。図１７は画像メモリにおける画像データの格納方法をモデル化して示した説明図、図１８はピット長の算出方法を説明する説明図、図１９はピット長データ格納メモリにおけるピット長情報の格納方法をモデル化して示した説明図、図２０はピット長情報から再生信号を得る信号処理手順を示す説明図である。
【００６６】
前述したように、撮像素子２２で所定角度ごとに撮像され、２値化処理ブロック３１で２値化された光ディスク記録面の撮像画像の画像データ８１は、図１７に示すように、画像メモリ３２において撮像位置に応じて接合処理されて格納される。このとき、画像メモリ管理ブロック３３において、画像取得位置、前回取得した画像データとの接合の可否、接続順序などが管理され、これらの管理情報やメモリアドレスが画像データと関連づけられて個々の画像データが記憶される。ここで接合処理を行ったり接合情報の管理を行うことにより、後段にあるピット長計測を行う画像認識ブロック３４及びピット長データ格納メモリ３５における処理負荷が軽減される。
【００６７】
画像メモリ３２に記憶された画像データは、画像メモリ管理ブロック３３の制御により適宜読み出され、画像認識ブロック３４において各ピットの長さＬp 及びピット間隔Ｌi （図１８参照）が計測される。得られたピット長Ｌp 及びピット間隔Ｌi は、図１９に示すように、ピット長データ格納メモリ３５にピット長情報８２として順次記憶される。このとき、画像メモリ３２内の画像データは既に２値化されており、図中縦方向（ディスクのトラック方向）の明部と暗部の長さ及び間隔を時間軸において測定した結果をピット長情報として変換する。
【００６８】
すなわち、撮像素子２２の最小画素に対応するそれぞれのデータの受光強度、つまり、戻り光のインテンシティデータに対して、検出可能な所定の閾値によって明部及び暗部を判別して明部と暗部の境界を探し出し、この境界のデータが記憶されている画像メモリ３２のアドレスからピット長Ｌp 及びピット間隔Ｌi を求める。
【００６９】
前記ピット長情報は、ピット列ごとに１次元のデータ列として抽出し、画像データ中の複数のピット列に関してはデータ配列として扱うことで、同時に複数のピット列のピット長情報としてピット長データ格納メモリ３５に格納する。このとき、ピット長データ格納メモリ３５では、連続したピット列のピット長情報は連続したメモリアドレスに順次詰めて格納し、同一画像データから抽出した別のピット列のピット長情報は別のメモリアドレスに順次連続して格納していく。
【００７０】
ピット長データ格納メモリ３５に格納されたピット長情報８２は、ピット長メモリ読み出し管理ブロック３７の制御により順次メモリアドレス順に読み出される。そして、ピット長とピット間隔の特定の組み合わせである同期信号を検索し、仮想ＥＦＭ信号生成ブロック３６において、タイミング発生ブロック３８より発生されるタイミング信号に同期させて各ピット長及びピット間隔を忠実に再現する。ここで生成されるディジタル信号は、光ディスクの復調処理を行う一般的な信号処理回路において処理可能な変調信号となる。本実施形態では、ＣＤ系の光ディスクを読み取って得られるＥＦＭ信号と同様な仮想ＥＦＭ信号が生成される。そして、光ディスク再生用信号処理部３９において仮想ＥＦＭ信号の復調処理が行われ、光ディスクの再生信号が出力される。
【００７１】
この場合、仮想ＥＦＭ信号生成ブロック３６よりＥＦＭ信号と同様な仮想ＥＦＭ信号が出力されるため、光ディスク再生用信号処理部３９以降は既存技術をそのまま利用した信号処理回路を利用できる。すなわち、光ディスク読取装置において、ピックアップからＥＦＭ信号などのディジタル化された読み取り信号を出力する部分までの構成を従来のものと置き換えることにより、本実施形態を構成できる。
【００７２】
上述したように、本実施形態では、撮像素子によって光ディスク上の所定領域ごとのピット列の画像として撮像し、ピット長情報を得るようにしているため、光ビームスポットの合焦状態を調整するフォーカシングサーボ機構が不要となる。また、トラッキングサーボについても、光ビームスポットを特定のトラックに精密に追従させる必要がなくなる。このため、より高度な設計技術力を要するサーボ機構やその制御系を簡素化することが可能となり、光学系を含むピックアップの構成を簡単にできるとともに、重量を軽くすることができる。光学系の重量が軽量であれば、耐振動性能が向上する。また、光学系の駆動部分がピックアップ内に存在しないため、衝撃が印加されても機械的に破損する部分を持たないので、衝撃に対する耐性も高く、常に安定した動作を行える利点がある。
【００７３】
また、本実施形態によれば機構部品を廃した電子的な読取装置とすることが可能になるため、現状では高価な撮像素子が低価格化すれば、さらなるコストダウンが実現できる。さらに、現状の撮像素子では、光ディスクのピットをそのまま撮像するには記録密度に対して解像度が不十分であるが、将来的に撮像素子の高集積化が進んで高解像度のものが利用できれば、光ビームの拡大手段として用いている凹レンズなどの光学素子も省略可能となる。この場合、ピックアップをレーザ光源と撮像素子等の最小限の部品のみで構成できるため、更なる小型化、軽量化、低価格化が可能となる。
【００７４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、光記録媒体の情報読み取りのための構成を簡素化でき、従来の光学系機構が持つ不安定要因を取り除きつつ、低価格化が可能な光記録媒体読取装置を提供できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る光ディスク読取装置のピックアップ部の構成を示す構成説明図である。
【図２】ピックアップ内部の光学系の第１構成例を示す構成説明図である。
【図３】ピックアップ内部の光学系の第２構成例を示す構成説明図である。
【図４】光ディスク読取装置の信号処理部の構成を示すブロック図である。
【図５】本実施形態の信号処理部を半導体チップに実装する場合の第１の構成例を示したブロック図である。
【図６】本実施形態の信号処理部を半導体チップに実装する場合の第２の構成例を示したブロック図である。
【図７】本実施形態の信号処理部を半導体チップに実装する場合の第３の構成例を示したブロック図である。
【図８】エンボス型の光ディスクの記録面とこれに対応するＣＣＤ撮像面の画像とを示す説明図である。
【図９】色素系又は相変化型の光ディスクの記録面とこれに対応するＣＣＤ撮像面の画像とを示す説明図である。
【図１０】エンボス型の光ディスクと色素系や相変化型の光ディスクとでそれぞれ得られる２種類の撮像画像を後段の同一の信号処理回路によって処理可能にするためのフィルタ処理を示す説明図である。
【図１１】撮像素子の撮像範囲と実際の読み取りに利用する読み取り範囲とを示す説明図である。
【図１２】偏芯補正手段の構成例を示すブロック図である。
【図１３】画像メモリにおける電気的な偏芯補正処理の説明図である。
【図１４】偏芯補正用のトラバースモータ補正信号を示す説明図、
【図１５】偏芯量検出処理の手順を示すフローチャートである。
【図１６】偏芯補正処理の手順を示すフローチャートである。
【図１７】画像メモリにおける画像データの格納方法をモデル化して示した説明図である。
【図１８】ピット長の算出方法を説明する説明図である。
【図１９】ピット長データ格納メモリにおけるピット長情報の格納方法をモデル化して示した説明図である。
【図２０】ピット長情報から再生信号を得る信号処理手順を示す説明図である。
【図２１】従来の光ディスク読取装置の構成例を概念的に示した構成説明図である。
【符号の説明】
１１ 光ディスク
１２ スピンドルモータ
１３ ピックアップ
１４ トラバースモータ
１５ レーザダイオード（ＬＤ）
２２ 撮像素子
３１ ２値化ブロック
３２ 画像メモリ
３３ 画像メモリ管理ブロック
３４ 画像認識ブロック
３５ ピット長データ格納メモリ
３６ 仮想ＥＦＭ信号生成ブロック
３７ ピット長メモリ読み出し管理ブロック
３８ タイミング発生ブロック
３９ 光ディスク再生用信号処理部

Claims (9)

1. ディスク状媒体である光記録媒体の記録面に形成された光学的読み取り可能な情報記録領域であるピットを含む所定領域の記録情報画像を、所定角度ごとに撮像して撮像画像を得る撮像手段と、
   前記撮像手段により得られた光記録媒体記録面の各撮像画像の画像データを接合して記録面画像として記憶する画像記憶手段と、
   前記記録面画像に基づいて前記光記録媒体上のピットの長さ及び間隔を含むピット長情報を得るピット長情報検出手段と、
   前記ピット長情報に基づいて前記ピットの読み取り信号に相当する仮想読み取り信号を生成する読み取り信号生成手段と、
   を備えたことを特徴とする光記録媒体読取装置。
2. 前記撮像手段により得られた撮像画像を２値化する２値化手段を備え、前記画像記憶手段はこの２値化された記録面画像の画像データを記憶することを特徴とする請求項１記載の光記録媒体読取装置。
3. 前記画像記憶手段において、各撮像画像の画像データを接合して記憶する際に、隣り合う撮像画像の暗部及び明部のパタンを解析した解析結果を基に、撮像画像の有効領域を前記光記録媒体の偏芯量だけずらしてパタンの一致する画像を接続する電気的な偏芯補正手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の光記録媒体読取装置。
4. 前記記録面画像を基に前記光記録媒体の偏芯量を算出する偏芯制御部と、前記光記録媒体の回転に同期する同期信号を発生する同期信号発生部と、前記光記録媒体の情報を読み取るピックアップを光記録媒体の半径方向に駆動するトラバースモータを制御するために、前記算出した偏芯量を係数として前記同期信号に乗算した値を基にトラバースモータ補正信号を生成する補正信号発生部と、前記トラバースモータ補正信号を用いて前記トラバースモータを駆動するモータ駆動制御部とを有する機械的な偏芯補正手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の光記録媒体読取装置。
5. 前記ピット長情報検出手段により得られたピット長情報をピット列に従って順次格納するピット長情報格納手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の光記録媒体読取装置。
6. 前記画像記憶手段、前記ピット長情報検出手段、及び前記読み取り信号生成手段を含む信号処理回路を一つの半導体チップに実装して構成したことを特徴とする請求項１記載の光記録媒体読取装置。
7. 前記画像記憶手段、前記ピット長情報検出手段、及び前記読み取り信号生成手段を含む信号処理回路を実装した第１の半導体回路に、前記仮想読み取り信号の復調処理を行う第２の信号処理回路を含む第２の半導体回路を接続したことを特徴とする請求項１記載の光記録媒体読取装置。
8. 前記画像記憶手段、前記ピット長情報検出手段、及び前記読み取り信号生成手段を含む第１の信号処理回路と、前記仮想読み取り信号の復調処理を行う第２の信号処理回路とを一体的に半導体チップに実装して構成したことを特徴とする請求項１記載の光記録媒体読取装置。
9. ディスク状媒体である光記録媒体の記録面に形成された光学的読み取り可能な情報記録領域であるピットを含む所定領域の記録情報画像を、所定角度ごとに撮像して得られた光記録媒体記録面の各撮像画像の画像データを接合して記録面画像として記憶する画像記憶手段と、
   前記記録面画像に基づいて前記光記録媒体上のピットの長さ及び間隔を含むピット長情報を得るピット長情報検出手段と、
   前記ピット長情報に基づいて前記ピットの読み取り信号に相当する仮想読み取り信号を生成する読み取り信号生成手段と、
   を備えたことを特徴とする光記録媒体読取用信号処理回路。

Images