JP3988343B2 - 光学ピックアップ装置、光ディスク装置及びトラック判別信号検出方法 - Google Patents

光学ピックアップ装置、光ディスク装置及びトラック判別信号検出方法 Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光記録媒体に対して情報信号の書き込み及び読出しを行う光学ピックアップ装置、このような光学ピックアップ装置を備えて構成され光記録媒体に対する情報信号の記録及び再生を行う光ディスク装置、及び、このような光ディスク装置において記録トラックの位置を検出するためのトラック判別信号を検出するトラック判別信号検出方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、いわゆる光ディスクの如き光記録媒体が提案され、このような光記録媒体を用いて情報信号の記録及び再生を行う装置として光ディスク装置が提案されている。この光ディスク装置においては、光記録媒体として、種々の方式に基づく光ディスクが用いられる。そして、このような光ディスク装置においては、光学ピックアップ装置によって、光ディスクに対する情報信号の書き込み及び読出しを行っている。
【0003】
この光学ピックアップ装置は、半導体レーザの如き光源を有し、この光源の発する光束を、対物レンズを介して光ディスクの信号記録面上に集光させて照射するように構成されている。そして、この光学ピックアップ装置は、信号記録面上に照射した光束により該信号記録面に情報信号を書き込み、また、該信号記録面上に照射した光束の該信号記録面による反射光束を検出することにより、該信号記録面に記録された情報信号を読み取るように構成されている。
【0004】
この光学ピックアップ装置は、光ディスクの信号記録面上に螺旋状、または、同心円状に形成されたランド部、または、グループ部に沿って、情報信号の書き込み及び読出しを行う。
【0005】
一方、光ディスクにおいては、記録される情報信号の高密度化が進められている。例えば、再生専用のいわゆる「ROMディスク」としては、「コンパクトディスク(CD)」(商標名)と同じく直径が120mmの光ディスクを用いながら、記録容量が「コンパクトディスク」の容量である650MBの約7倍の4.7GBに高められた「DVD」(商標名)が提案されている。
【0006】
高記録密度化は、情報信号の記録及び再生が行える「書換可能ディスク」においても進行しており、書換可能な「DVD」という位置付けで、いわゆる「DVD―RAM」ディスクを用いる光ディスク装置が提案されている。この「DVD−RAM」ディスクは、記録される情報信号の高密度化を図るために、従来のランド部もしくはグループ部の一方のみに情報信号を記録する方式ではなく、ランド部及びグループ部の双方に情報信号を記録する「ランドグルーブ記録方式」を採用している。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述のような「DVD−RAM」に代表されるように、「ランドグルーブ記録方式」を用いた高密度書換可能ディスクにおいては、ランド部及びグルーブ部の幅がほぼ等しく設定されていることによって、以下のような不具合を生じる。
【0008】
すなわち、ランド部がグルーブ部よりも幅が広い光ディスクを用いてランド部のみに記録を行う「ランド記録方式」を採用した場合においては、図28に示すように、トラッキングエラー信号(TE)と戻り光(「3スポット法」を用いる場合はメインスポット)の和信号(SUM)とは、グループ部から次のグループ部までを一周期とした場合に(1/4)周期だけ位相がずれた関係にある。
【0009】
したがって、トラッキングエラー信号(TE)が0となるようにトラッキング制御を行うにあたって、トラッキングエラー信号(TE)が0となる状態は光束がランド部上に照射されている場合とグルーブ部上に照射されている場合との2つの場合があるが、これら2つの場合は、和信号(SUM)のレベルによって区別することができる。
【0010】
このように光束がランド部上に照射されている場合とグルーブ部上に照射されている場合との2つの場合を区別するための信号は、「トラック判別信号」、または、「クロストラック信号(CTS)」と呼ばれる。このような「トラック判別信号」としては、「ランド記録方式」を採用した場合のように、和信号(SUM)のレベルが光束がランド部上に照射されている場合とグルーブ部上に照射されている場合とで大きく異なる場合には、図29に示すように、該和信号の交流(AC)成分(AC−SUM)を用いることが可能である、和信号の交流成分は、図29に示すように、トラッキングエラー信号に対して90度位相の異なるトラック判別信号となっている。
【0011】
「ランド記録方式」を採用した場合においては、このようなトラッキングエラー信号と和信号の交流成分との2信号を用いることにより、高速でシーク動作をしている場合でも、記録トラックに対してスポットがどちらの方向に何トラック動いたかを正確に知ることが可能となり、安定してトラック横断数のカウントや、トラッキングサーボの引込動作を行うことができる。
【0012】
ところが、「ランドグルーブ方式」を採用した場合においては、記録再生特性を最適にするために、通常はランド部とグルーブ部とは互いに略々同じ幅に設定されている。その結果、先の説明における和信号は、図30に示すように、ランド部上に光束が照射されている場合とグルーブ部上に光束が照射されている場合とでほぼ等しくなってしまい、この和信号からトラック判別信号を生成することができない。
【0013】
その結果、特に、外部記憶装置や業務用映像記録、編集装置などの用途において頻繁に行われる高速シーク動作時に、所定の記録トラックに一度でアクセスすることが困難となり、アクセス時間が長くなってしまうという問題があった。
【0014】
そこで、本発明は、上述の実情に鑑みて提案されるものであって、部品点数を多くしたり部品の構成を複雑化することなく、例えば「DVD−RAM」の如き「ランドグルーブ方式」を採用した光記録媒体を用いる場合においても、トラック判別信号を生成することができる光学ピックアップ装置、トラック判別信号検出方法、及び、このような光学ピックアップ装置、トラック判別信号検出方法を採用した光ディスク装置を提供しようとするものである。
【0015】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するため、本発明に係る光学ピックアップ装置は、光束を出射する少なくとも1つの発光点を有する光源と、ランド部及びグループ部を有しこれらランド部及びグループ部の双方に情報信号の記録が可能な光記録媒体の信号記録面上に、上記光束を集光させて照射する対物レンズと、上記光記録媒体の信号記録面からの反射光束を受光する光検出手段とを備え、上記該光源から出射された光束は、情報信号の記録及び/又は再生を行うための主スポットを光記録媒体の信号記録面上に形成する主光束と、該光記録媒体の信号記録面上において該主スポットに対して離間した位置に副スポットを形成する副光束となり、この副光束は、主光束に対して、対物レンズから集光点までの距離が異なり、副スポットは、信号記録面上に形成された記録トラックの法線方向の主スポットに対する距離の絶対値をS、トラックピッチをP、nを整数としたとき、S≒Pn/2が成立する位置に形成されることを特徴とする。
【0016】
なお、本発明において、「トラックピッチ(P)」とは、「ランドグルーブ方式」を採用し光ディスク上のランド部及びグループ部の双方に情報信号を記録する場合であっても、「ランド部から次のランド部までの距離」(または、「グループ部から次のグループ部までの距離」)のことを言っている。
【0017】
また、本発明に係る光ディスク装置は、ランド部及びグループ部を有しこれらランド部及びグループ部の双方に情報信号の記録が可能な光記録媒体が着脱可能に取付けられ装着された光記録媒体を回転操作する回転操作機構と、この回転操作機構に装着されて回転操作される光記録媒体に対して情報信号の書き込み及び読出しを行う光学ピックアップ装置と、この光学ピックアップ装置からの出力信号に基づいて再生信号を生成する信号処理回路と、光学ピックアップ装置からの出力信号に基づいて該光学ピックアップ装置の対物レンズの位置を制御するサーボ回路とを備えており、光学ピックアップ装置は、光束を出射する少なくとも1つの発光点を有する光源と、該光束を光記録媒体の信号記録面上に集光させて照射する対物レンズと、該光記録媒体の信号記録面からの反射光束を受光して出力信号を出力する光検出手段とを備えており、この光学ピックアップ装置おいて、光源から出射された光束は、情報信号の記録及び/又は再生を行うための主スポットを光記録媒体の信号記録面上に形成する主光束と該光記録媒体の信号記録面上において該主スポットに対して離間した位置に副スポットを形成する副光束となり、副光束は、主光束に対して、対物レンズから集光点までの距離が異なり、副スポットは、信号記録面上に形成された記録トラックの法線方向の主スポットに対する距離の絶対値をS、トラックピッチをP、nを整数としたとき、
S≒Pn/2
が成立する位置に形成されることを特徴とするものである。
【0018】
そして、本発明に係るトラック判別信号検出方法は、ランド部及びグループ部を有しこれらランド部及びグループ部の双方に情報信号の記録が可能な光記録媒体が着脱可能に取付けられる回転操作機構に該光記録媒体を装着して回転操作させ、光束を出射する少なくとも1つの発光点を有する光源と該光束を光記録媒体の信号記録面上に集光させて照射する対物レンズと該光記録媒体の信号記録面からの反射光束を受光して出力信号を出力する光検出手段とを備えた光学ピックアップ装置を用いて回転操作機構に装着されて回転操作される光記録媒体より情報信号を読み出し、この光学ピックアップ装置おいて、光源から出射された光束が情報信号の記録及び/又は再生を行うための主スポットを光記録媒体の信号記録面上に形成する主光束と該光記録媒体の信号記録面上において該主スポットに対して離間した位置に副スポットを形成する副光束となることとし、この副光束は、主光束に対して、対物レンズから集光点までの距離が異なるものとし、副スポットは、信号記録面上に形成された記録トラックの法線方向の主スポットに対する距離の絶対値をS、トラックピッチをP、nを整数としたとき、
S≒Pn/2
が成立する位置に形成されることとして、光検出手段からの出力信号に基づいてトラック判別信号を生成することを特徴とするものである。
【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ながら説明する。
【0020】
本発明に係る光学ピックアップ装置を備えて構成された本発明に係る光ディスク装置は、光記録媒体である光ディスクとして、複数の種類の光ディスクから選定して、それぞれに対して情報信号の記録及び再生できるようになっている。そして、例えば、いわゆる「DVD−RAM」ディスクの如く「ランドグループ記録」を行うことができる光ディスクを用いて、「ランドグループ記録」を行うことができる。
【0021】
この光ディスク装置は、図1に示すように、光記録媒体である光ディスク101を回転駆動する回転操作手段となるスピンドルモータ1を備えている。スピンドルモータ1は、駆動軸に図示しないディスクテーブルが取付けられており、このディスクテーブル上に光ディスク101が装着されることにより、この光ディスク101をディスクテーブルとともに回転操作する。スピンドルモータ1は、サーボ制御回路5及びシステムコントローラ7によって制御され、所定の回転数で駆動する。
【0022】
光学ピックアップ装置2は、スピンドルモータ1によって回転操作される光ディスク101に対し、情報信号の書き込み及び読出しを行う。この光学ピックアップ装置1は、送りモータ3によって、ディスクテーブル上に装着された光ディスク101の径方向に移動操作される。これら光学ピックアップ装置1及び送りモータ3も、サーボ制御回路5によって制御されて駆動する。
【0023】
光学ピックアップ装置2は、光ディスク101の信号記録面に光束を照射し、この光束の反射光束を検出することにより、該信号記録面より情報信号を読み出す。光学ピックアップ装置2により光ディスク101より読み出された信号は、プリアンプ4により増幅されて、信号変復調及びECCブロック6及びサーボ制御回路5に送られる。信号変復調及びECCブロック6は、再生する光記録媒体の種類に応じて、信号の変調、復調及びECC(エラー訂正符号)の付加を行う。また、信号変復調及びECCブロック6は、送られた信号に基づき、フォーカスエラー信号、トラッキングエラー信号、トラック判別信号、RF信号等を生成する。サーボ制御回路5は、信号変復調及びECCブロック6にて生成されるフォーカスエラー信号、トラッキングエラー信号、トラック判別信号に基づいて、光学ピックアップ装置2を制御する。
【0024】
信号変復調及びECCブロック6において復調された信号は、この信号が例えばコンピュータのデータストレージ用のデータであれば、インターフェイス8を介して、外部コンピュータ9等に送出される。この場合、外部コンピュータ9等は、光ディスク101に記録された信号を、再生信号として受け取ることができる。
【0025】
また、光学ピックアップ装置2は、信号変復調及びECCブロック6から送られる信号に基づいて、回転操作される光ディスク101の信号記録面に対して、光束の照射を行う。このような光束の照射により、光ディスク101の信号記録面に対する情報信号の書き込みが行われる。
【0026】
光学ピックアップ装置2は、図2に示すように、光軸回りに回転可能に配設された光源部10を備えて構成されている。この光源部10は、光束を出射する少なくとも1つの発光点を有しており、この実施の形態においては、図3に示すように、3つの発光点10a,10b,10cを有している。
【0027】
この光学ピックアップ装置2を用いて「ランドグルーブ記録」が行われた光記録媒体から情報信号を読み出す場合には、この光源部10の各発光点10a,10b,10cから射出された各光束は、偏光ビームスプリッタプリズム11に入射され、この偏光ビームスプリッタプリズム11が有する誘電体多層膜に対してS偏光状態であることにより該誘電体多層膜によって略々全光量が反射されて、1/4波長板12に入射する。1/4波長板12に入射された光束は、この1/4波長板12を透過することにより円偏光状態となされ、コリメータレンズ13を透過して平行光束となされて、対物レンズ14に入射する。
【0028】
なお、偏光ビームスプリッタプリズム11は、―般に、互いに貼り合わせられて立方体を形成する一対の三角プリズムと、これらの三角プリズムの間に蒸着やスパッタリングによって形成された誘電体多層膜とによって構成されている。この偏光ビームスプリッタプリズム11に対する入射光束は、誘電体多層膜に対するP偏光成分が該誘電体多層膜を透過し、該誘電体多層膜に対するS偏光成分が該誘電体多層膜によって反射される。
【0029】
対物レンズ14は、図示しない二軸アクチュエータによって、図2中矢印Fで示すフオーカス方向及び図2中矢印Tで示すトラッキング方向に移動操作可能に支持されており、入射された各光束を光ディスク101の信号記録面上に集光させる。
【0030】
なお、このとき、3つの発光点10a,10b,10cから射出された光束のうちの1本が信号記録面上に集光され、他の2本は、信号記録面に対してデフォーカスした状態となる。
【0031】
光ディスク101の信号記録面上に照射されて該信号記録面により反射された3本の反射光束は、対物レンズ14、コリメータレンズ13及び1/4波長板12を経て、直線偏光状態となって偏光ビームスプリッタプリズム11に至る。この偏光ビームスプリッタプリズム11において、反射光束は、誘電体多層膜に対してP偏光状態となっていることにより略々全光量が該誘電体多層膜を透過し、光源部10に戻る光路より分離されて、マルチレンズ15を経て光検出素子16に入射する光路を進行する。マルチレンズ15は、凹面とシリンドリカル面とが組み合わされたレンズであって、反射光束の集光点までの距離を延長するとともに、該反射光束に非点収差を生じさせる。
【0032】
なお、光学ピックアップ装置2を構成する各光学部品は、図示しない光学ブロック部内に個別にマウントされて支持されている。
【0033】
光源部10は、図3に示すように、情報信号の記録再生を行うための主スポットを光ディスク101の信号記録面上に形成する主光束を発する主発光点10aと、主スポットが光ディスク101の信号記録面上に合焦しているときに該信号記録面より手前で合焦して第1の副スポットを形成する第1の副光束を発する第1の副発光点10bと、主スポットが光ディスク101の信号記録面上に合焦しているときに該信号記録面より奥で合焦して第2の副スポットを形成する第2の副光束を発する第2の副発光点10cとを有して構成されている。すなわち、各副光束は、主光束に対して、対物レンズから集光点までの距離が異なることとなっている。また、主スポットと各副スポットとは、光ディスク101の信号記録面上において、互いに離間した位置に形成される。これら主発光点10a及び各副発光点10b,10cは、保持台部10dにより支持されて、パッケージ10e内に収納されている。
【0034】
光源部10は、パッケージ10eの全体が光軸回りに回転操作されることにより、主スポットの合焦位置を変動させることなく、各副スポットと光ディスクの信号記録面上の記録トラックとの位置関係を変化させることが可能となっている。そして、各副スポットは、光ディスクの信号記録面上に形成された記録トラックの法線方向の主スポットに対する距離の絶対値をS、トラックピッチをP、nを整数としたとき、
S≒Pn/2
が成立する位置に形成される。
【0035】
なお、本発明において、「トラックピッチ(P)」とは、「ランドグルーブ方式」を採用し光ディスク上のランド部及びグループ部の双方に情報信号を記録する場合であっても、「ランド部から次のランド部までの距離」(または、「グループ部から次のグループ部までの距離」)のことを言っている。
【0036】
また、光源部10は、図4に示すように、1つの発光点10aと、光回折素子17とを有するものとして構成してもよい。光回折素子17は、図5に示すように、パワーを持ったホログラムパターン(ホログラム素子)として構成されている。発光点10aより発せられ光回折素子17によって回折された光束は、0次光及び±1次光に分離される。0次光は、発光点10aから発せられてそのまま進行する主光束に等しい。+1次光は、発光点10aではなく、この発光点10aからずれた第1の仮想発光点10fから発せられた第1の副光束に等しい。また、−1次光も、発光点10aではなく、この発光点10aからずれた第2の仮想発光点10gから発せられた第2の副光束に等しい。各副光束は、主光束に対して、対物レンズから集光点までの距離が異なることとなっている。また、主光束が形成する主スポットと各副光束が形成する各副スポットとは、光ディスク101の信号記録面上において、互いに離間した位置に形成される。
【0037】
この光源部10においては、光回折素子17が光軸回りに回転操作されることにより、主スポットの合焦位置を変動させることなく、各副スポットと光ディスクの信号記録面上の記録トラックとの位置関係を変化させることが可能となっている。そして、各副スポットは、光ディスクの信号記録面上に形成された記録トラックの法線方向の主スポットに対する距離の絶対値をS、トラックピッチをP、nを整数としたとき、
S≒Pn/2
が成立する位置に形成される。
【0038】
なお、光回折素子17は、偏光ホログラム素子により構成することもできる。この場合には、光回折素子17は、上述のように光源部10と偏光ビームスプリッタプリズム11との間ではなく、図6に示すように、偏光ビームスプリッタプリズム11と1/4波長板12との間に設けることとしてもよい。偏光ホログラム素子は、光ディスクに向かう往路の光束に対してホログラムとして作用するが、光ディスクから戻る復路の光束に対しては、なんらの光学的作用を生じないように形成することが可能だからである。
【0039】
光検出素子9は、図7に示すように、主スポットからの主反射光束を受光する主受光部18、第1の副スポットからの主反射光束を受光するかを受光する第1の副受光部19及び第2の副スポットからの主反射光束を受光するかを受光する第2の副受光部20を有して構成されている。
【0040】
主受光部18は、いわゆる「非点収差法」によるフォーカスエラー信号の検出を行うため、中心点を介して放射状に配列された状態の4個の受光素子a,b,c,dからなる。この主受光部18において、受光素子a,c及び受光素子b,dは、互いに主受光部18の中心部を介して対角で対向する位置となっている。これら4面の受光素子a,b,c,dからは、それぞれ独立的な光検出信号a,b,c,dが出力される。
【0041】
また、各副受光部19,20は、それぞれ平行に配列された3個の受光素子e,i,f、h,j,gからなる。各副受光部19,20において、受光素子i,jは、それぞれ、受光素子e,f及び受光素子h,gに挟まれた状態となっている。これら計6面の受光素子e,i,f、h,j,gからは、それぞれ独立的な光検出信号e,i,f、h,j,gが出力される。
【0042】
この光検出素子16から出力される光検出信号は、例えば該光検出素子16の半導体基板上に形成された図示しないアンプにより電流−電圧変換された後、演算回路、もしくは、各受光部18,19,20に接続された光検出素子外部の演算回路に送られる。この演算回路においては、以下のようにして、フォーカスエラー信号FE、トラッキングエラー信号TE、トラック判別信号CTS及びRF信号が演算される。
【0043】
すなわち、トラック判別信号CTSは、以下の演算により生成される。
【0044】
CTS={(e+f)−i}−{(g+h)−j}
また、フォーカスエラー信号FE、トラッキングエラー信号TE及びRF信号は、それぞれ以下の演算によって生成される。フォーカスエラー信号FEは、いわゆる「非点収差法」による生成であり、トラッキングエラー信号TEは、いわゆる「差動プッシュプル法」による生成である。
【0045】
FE=(a+c)−(b+d)
TE={(a+d)−(b+c)}−K・{(e−f)+(g−h))
(∵Kは係数)
RF=a+b+c+d
次に、本発明に係るトラック判別信号検出方法における信号検出の原理について説明する。
【0046】
本発明においては、主スポットに対して、合焦位置の異なる副スポットを形成することにより、該主スポットが合焦して情報信号の記録再生を行える状態にあるときに、該副スポットが非合焦状態にあるようにしている。
【0047】
この状態で、光ディスク上の光スポットが記録トラックを横断すると、主スポットでは、合焦状態であるために、ランド部及びグループ部における反射光束の強度分布が等しいのに対して、副スポットでは、非合焦状態(デフォーカス)であるために、波面の干渉状態の変化によって、ランド部及びグループ部で反射光束における強度分布に大きな差異が生じる。このような、副スポットからの反射光束における強度分布の変化を用いて、トラック判別を行うことができる。
【0048】
例えば、光ディスクとして「DVD」(商標名)を用いる光学ピックアップ装置において、記録容量が4.7GBの「DVD−RAM」を再生する場合の、光ディスクにおける回折光の対物レンズ瞳上における強度分布及び位相分布を計算した結果を図8乃至図13に示す。
【0049】
ここに示した計算結果の計算条件としては、光学ピックアップ装置が照射する光束の波長を660nmとし、対物レンズの開口数(NA)を0.60とし、タンジェンシャル方向のRim強度を0.55とし、ラジアル方向のRim強度を0.45とした。光ディスク上の記録トラックの周期は、1.23μmとし、グループ部の往復位相深さを(λ/6)とした。また、ランド部及びグループ部は、ともに等幅(0.615μm)の矩形とした。
【0050】
この図8乃至図13は、光スポットがグループ部上にある場合(図8、図10、図12)及びランド部上にある場合(図9、図11、図13)について、それぞれ、合焦(デフオーカスがない)状態(図10、図11)、(光ディスク上で)−0.5μmの非合焦(デフォーカスしている)状態(図8、図9)、(光ディスク上で)+0.5μmの非合焦(デフォーカスしている)状態(図12、図13)について、反射光束における強度分布を示している。
【0051】
なお、「ランドグルーブ記録方式」においては、ランド部及びグループ部の双方に情報信号を記録するため、通常の「ランド部からランド部」、または、「グルーブ部からグルーブ部」に相当する距離をトラック周期として考えると、スポット径に対するトラック周期が大きいため、光ディスクにおける回折光の対物レンズ瞳上における重なり方が「ランド記録方式」及び「グループ記録方式」とは大きく異なってくる。
【0052】
すなわち、図14に示すように、従来の「ランド記録方式」を用いた光ディスクの再生では、図15に示すように、瞳の中心部分において0次光と±1次光の全てが重なることは通常ないのに対して、図16に示すように、「ランドグループ記録方式」を用いた場合には、図17に示すように、瞳の中心部分において0次光と±1次光とが互いに重なってしまうようなトラック周期となる場合が多い。図8、図10、図11及び図13において、反射光束の中央部分で強度が突出している部分は、そのような重なりが生じている領域である。
【0053】
図10及び図11から明らかなように、合焦(デフォーカスのない)状態では、光スポットがランド部上にあるかグルーブ部上にあるかによって、反射光束内における強度分布が変わらない。これが、前述したように、「ランドグルーブ記録方式」を採用した場合において、和信号をトラック判別信号として用いることができない原因である。これに対して、非合焦(デフォーカスした)状態では、図8と図9、及び、図12と図13に示すように、光スポットがランド部上にあるときとグループ部上にあるときとで、反射光束内の強度分布に差異が生じており、しかも、デフォーカスの方向によって、強度分布の変化の極性が逆になっている。
【0054】
強度分布の変化を模式的に表すと、図18に示すように、中央部の強度が大きくなる場合と、図19に示すように、周辺部の強度が大きくなる場合との間で変化すると解釈することができる。このような強度分布の変化を信号として検出するためには、例えば、図20に示すように、3面の受光素子x,y,zを平行に配列させ、光スポットを3分割して受光するような受光部を用いて、これら受光素子x,y,zからの光検出出力をx,y,zとしたとき、以下の演算を行えばよい。
【0055】
(y)または、(x+z)または、(x+z)−y
ところで、フォーカスエラー信号を「非点収差法」で検出する場合においては、反射光束は、図21に示すように、マルチレンズ15によって、記録トラックによる回折パターンの方向に対して45度をなす方向に非点収差を生じさせられている。光検出素子16の受光部を、図21に示すように、非点収差が生じていることにより形成される2つの焦線の略中間位置に配置することにより、主光束の光ディスク上での合焦時には、反射光束の受光素子上のスポットは略々円形になり、フォーカス引込範囲の両端側では、焦線となることによって、S字型をしたフォーカスエラー曲線が得られる。
【0056】
主光束の光ディスク上における合焦時における、対物レンズの瞳上における反射光束の回折パターンと、受光部上における回折パターンを考えると、受光部上には、図22に示すように、マルチレンズのシリンドリカル面の母線に平行な方向と直交する方向のうち、受光部に到達する前に合焦する方向については、パターンが反転した状態でスポットが形成される。
【0057】
したがって、図7及び図22に示すように、受光部を複数の受光素子から構成し、非合焦(デフオーカスしている)状態の副スポットからの反射光束を、中央部分と周縁側部分とに分割して受光すれば、この受光によって得られる光検出出力に基づく上述した演算によって、トラック判別信号を得ることができる。
【0058】
ここで、主スポットと副スポットとの光ディスク上における位置関係は、主スポットがグルーブ部上にあるときには、副スポットはランド部上にあるように設定されていることが望ましい。または、トラッキングエラー信号を求める演算が上述したものと異なる場合には、主スポットがグルーブ部上にあるときに、副スポットもグループ部上にあるように設定されていてもよい。この場合には、トラック判別信号の極性が反転する。
【0059】
主スポットと副スポットとが光ディスク上においてこのような位置関係をとるためには、上述したように、光ディスクの信号記録面上に形成された記録トラックの法線方向の主スポットに対する距離をS、記録トラックのトラックピッチをP、nを整数としたときに、以下の式が成立している必要がある。
【0060】
S≒Pn/2
特に、各副スポットは、以下の式が成立する2つの位置に形成されていることが望ましい。
【0061】
S≒+P/2
S≒−P/2
しかし、各副スポットは、主スポットに対して対称な位置に形成される必要はない。
【0062】
S≒+nP/2
S≒−mP/2
(∵n>m、n<m、または、n=m)
トラック判別信号(CTS信号)は、図24に示すように、トラッキングエラー信号TEに対して、グループ部から次のグループ部までを一周期とした場合に(1/4)周期だけ位相がずれた関係にある。トラック判別信号が極小となる図24中の(A),(C)で示す状態においては、図25及び図27に示すように、一方の副スポットからの反射光束において中央部分の光強度が強く、他方の副スポットからの反射光束において周縁部分の光強度が強くなっている。逆に、トラック判別信号が極大となる図24中の(B)で示す状態においては、図26に示すように、一方の副スポットからの反射光束において周縁部分の光強度が強く、他方の副スポットからの反射光束において中央部分の光強度が強くなっている。
【0063】
このようなトラック判別信号(CTS信号)は、以下のような演算によって求めることができる。例えば、複数の発光点を有する光源を用いる場合に、必要な発光点の数を減らすために、片側の副スポットだけを用いて、以下のいずれかの演算によって求めることができる。
【0064】
CTS=(−i)
CTS=(e+f)
CTS=(e+f)−i
しかし、これらの演算では、トラック判別信号に直流的なオフセツト(DCオフセット)が生じてしまったり、僅かなデフォーカスでランド部及びグループ部による強度変化のコントラストが低下してしまい、トラック判別信号の振幅が小さくなってしまう。そのため、第1及び第2の副スポットの両方を用いて、以下のいずれかの演算によって、安定したトラック判別信号求めることができる。
【0065】
CTS=(−i)−(−j)
CTS=(e+f)−(g+h)
CTS={(e+f)−i}−k・{(g+h)−j}
なお、上式中のkは、グループの深さによる影響や、ホログラムパターンにより形成される仮想発光点の僅かな位置ズレや光量差による影響を回避するためのものである。
【0066】
なお、主受光部18を構成する複数の受光素子は、図23に示すように、主スポットからの反射光束の中央部分のみを受光する受光素子を他の4個の受光素子とは別に設けることとしてもよい。このようにしておくと、±1次光が重なって光強度が強くなった状態で、スポットの移動が生じたときにも、このスポット移動によるフォーカスエラー信号の変動を回避することができる。
【0067】
このようにして、トラック判別信号を生成することによって、ランド部の幅とグルーブ部の幅が略々等しい光ディスクを用いて「ランドグループ記録方式」を実行する場合においても、従来から「ランド記録方式」または「グループ記録方式」において使用されてきた種々のトラッキング制御方法が使用可能となる。
【0068】
すなわち、上述のようにして得られたトラック判別信号を従来のトラッキング制御における「CPI信号」として使用することにより、トラッキングサーボ引込、トラック横断の数及び方向のカウント(トラバースカウント)が実現される。「CPI信号」はトラッキングエラー信号に対して1/4トラック周期の位相差を有する信号であり、従来より「ランド記録方式」または「グループ記録方式」において、トラッキングサーボ引込やトラック横断のカウントのために使用されている。
【0069】
上述のように、本発明に係る光学ピックアップ装置、光ディスク装置及びトラック判別信号検出方法においては、「ランドグルーブ記録媒体」を用いて「ランドグループ記録」を行う場合においても、簡単な構成により、良好なトラック判別信号を得ることができる。
【0070】
なお、以上の説明においては、光学部品及び光学素子を個別に配置した場合について述べたが、本発明に係る光学ピックアップ装置及び光ディスク装置はこれに限られず、各光学部品及び光学素子を集積して構成することもできる。また、以上の説明においては、フォーカスエラー信号の検出を「非点収差法」を用いて行う場合について述べたが、本発明はこれに限られず、いわゆる「スポットサイズ法」や「ナイフエッジ法」等を用いる場合においても、有効である。
【0071】
0次光と±1次光とが全て重なるようなトラック周期の場合は、デフォーカスしたスポットにおける強度分布が大きく、より大きな振幅のトラック判別信号が得られるが、これに限定されず、0次光と±1次光とが全て重なることがない場合でも同様の演算により、トラック判別信号を得ることが可能である。
【0072】
【発明の効果】
上述のように、本発明に係る光学ピックアップ装置、光ディスク装置及びトラック判別信号検出方法においては、「ランドグルーブ記録媒体」を用いて「ランドグループ記録」を行う場合においても、簡単な構成により、良好なトラック判別信号を得ることができる。
【0073】
このため、トラッキングサーボの引込や、シーク時の記録トラック横断の数及び方向のカウントなど、従来より使用されていた制御方法を「ランドグルーブ記録」において使用することを可能とする。
【0074】
したがって、本発明は、部品点数が少なく部品の構成も簡単で、低コストな、例えば「DVD−RAM」などを用いて「ランドグループ記録」を行う光学ピックアップ装置及び光ディスク装置を提供することができる。
【0075】
また、「DVD−RAM」に限らず、「ランドグルーブ記録」を用いる他の規格の光ディスクに対して一般的に適用することができ、部品点数も少なく部品の構成も簡単な光学ピックアップ装置及び光ディスク装置を提供することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る光ディスク装置の構成を示すブロック図である。
【図2】本発明に係る光学ピックアップ装置の構成を示す側面図である。
【図3】上記光学ピックアップ装置の光源部の構成を示す側面図である。
【図4】上記光学ピックアップ装置の光源部の構成の他の形態を示す側面図である。
【図5】上記光源部を構成する光回折素子を示す正面図である。
【図6】本発明に係る光学ピックアップ装置の構成の他の形態を示す側面図である。
【図7】本発明に係る光学ピックアップ装置の光検出素子の受光部の構成を示す正面図である。
【図8】光ディスクとして「DVD」を用いる光学ピックアップ装置により「DVD―RAM」を再生したときに光スポットがグループ部上にあり光ディスク上で−0.5μmのデフォーカスがある場合の光ディスクによる回折光の対物レンズ瞳上における強度分布の計算結果を示すグラフである。
【図9】光ディスクとして「DVD」を用いる光学ピックアップ装置により「DVD―RAM」を再生したときに光スポットがランド部上にあり光ディスク上で−0.5μmのデフォーカスがある場合の光ディスクによる回折光の対物レンズ瞳上における強度分布の計算結果を示すグラフである。
【図10】光ディスクとして「DVD」を用いる光学ピックアップ装置により「DVD―RAM」を再生したときに光スポットがグループ部上にあり光ディスク上でデフォーカスがない場合の光ディスクによる回折光の対物レンズ瞳上における強度分布の計算結果を示すグラフである。
【図11】光ディスクとして「DVD」を用いる光学ピックアップ装置により「DVD―RAM」を再生したときに光スポットがランド部上にあり光ディスク上でデフォーカスがない場合の光ディスクによる回折光の対物レンズ瞳上における強度分布の計算結果を示すグラフである。
【図12】光ディスクとして「DVD」を用いる光学ピックアップ装置により「DVD―RAM」を再生したときに光スポットがグループ部上にあり光ディスク上で+0.5μmのデフォーカスがある場合の光ディスクによる回折光の対物レンズ瞳上における強度分布の計算結果を示すグラフである。
【図13】光ディスクとして「DVD」を用いる光学ピックアップ装置により「DVD―RAM」を再生したときに光スポットがランド部上にあり光ディスク上で+0.5μmのデフォーカスがある場合の光ディスクによる回折光の対物レンズ瞳上における強度分布の計算結果を示すグラフである。
【図14】従来の「ランド記録」における光ディスクによる回折光の状態を示す側面図である。
【図15】従来の「ランド記録」における光ディスクによる回折光が光学ピックアップ装置に戻ったときの状態を示す正面図である。
【図16】本発明に係る光ディスク装置において行う「ランドグループ記録」における光ディスクによる回折光の状態を示す側面図である。
【図17】本発明に係る光ディスク装置において行う「ランドグループ記録」における光ディスクによる回折光が光学ピックアップ装置に戻ったときの状態を示す正面図である。
【図18】本発明に係る光学ピックアップ装置において「ランドグルーブ記録媒体」上で一方向にデフォーカスしている光スポットからの反射光束の強度分布を模式的に示す正面図である。
【図19】本発明に係る光学ピックアップ装置において「ランドグルーブ記録媒体」上で他方向にデフォーカスしている光スポットからの反射光束の強度分布を模式的に示す正面図である。
【図20】本発明に係る光学ピックアップ装置において「ランドグルーブ記録媒体」上でデフォーカスしている光スポットからの反射光束を受光する受光部の構成を示す正面図である。
【図21】「非点収差法」における光束の断面形状の変化を示す斜視図である。
【図22】本発明に係る光学ピックアップ装置の光検出素子上における光スポットの状態を示す正面図である。
【図23】本発明に係る光学ピックアップ装置の光検出素子の構成の他の形態を示す正面図である。
【図24】本発明に係るトラック判別信号検出方法によって検出されるトラック判別信号を示すグラフである。
【図25】上記トラック判別信号が極小値をとるときの光検出素子上のスポットの状態を示す正面図である。
【図26】上記トラック判別信号が極大値をとるときの光検出素子上のスポットの状態を示す正面図である。
【図27】上記トラック判別信号が再び極小値をとるときの光検出素子上のスポットの状態を示す正面図である。
【図28】従来の「ランド記録方式」におけるトラッキングエラー信号と和信号との関係を示すグラフである。
【図29】従来の「ランド記録方式」におけるトラッキングエラー信号及びトラック判別信号を示すグラフである。
【図30】従来の「ランドグループ記録方式」における和信号を示すグラフである。
【符号の説明】
1 スピンドルモータ、2 光学ピックアップ装置、7 システムコントローラ、10 光源部、10a 主発光点、10b,10c 副発光点、10f,10g 仮想発光点、11、偏光ビームスプリッタプリズム、14 対物レンズ、16 光検出素子、17 光回折素子、18 主受光部、19,20 副受光部

Claims (37)

  1. 光束を出射する少なくとも1つの発光点を有する光源と、
    ランド部及びグループ部を有しこれらランド部及びグループ部の双方に情報信号の記録が可能な光記録媒体の信号記録面上に、上記光束を集光させて照射する対物レンズと、
    上記光記録媒体の信号記録面からの反射光束を受光する光検出手段とを備え、
    上記光源から出射された光束は、情報信号の記録及び/又は再生を行うための主スポットを上記光記録媒体の信号記録面上に形成する主光束と、該光記録媒体の信号記録面上において該主スポットに対して離間した位置に副スポットを形成する副光束となり、
    上記副光束は、上記主光束に対して、対物レンズから集光点までの距離が異なり、上記副スポットは、上記信号記録面上に形成された記録トラックの法線方向の上記主スポットに対する距離の絶対値をS、トラックピッチをP、nを整数としたとき、
    S≒Pn/2
    が成立する位置に形成されることを特徴とする光学ピックアップ装置。
  2. 副スポットは、信号記録面上に形成された記録トラックの法線方向の上記主スポットに対する距離をs、トラックピッチをPとしたとき、
    s≒+P/2
    が成立する位置と、
    s≒−P/2
    が成立する位置とに2つが形成されることを特徴とする請求項1記載の光学ピックアップ装置。
  3. 光源は、2以上の発光点を有し、一の発光点から発せられた光束が主光束として主スポットを形成し、他の発光点から発せられた光束が副光束として副スポットを形成することを特徴とする請求項1記載の光学ピックアップ装置。
  4. 光源は、1つの発光点のみを有し、この発光点から発せられた光束が、主光束として主スポットを形成するとともに、副スポット形成手段によって副光束となって副スポットをも形成することを特徴とする請求項1記載の光学ピックアップ装置。
  5. 副スポット形成手段は、光回折素子であることを特徴とする請求項4記載の光学ピックアップ装置。
  6. 光回折素子は、偏光ホログラム素子であることを特徴とする請求項5記載の光学ピックアップ装置。
  7. 光検出手段は、主光束が光記録媒体の信号記録面により反射された光束である主反射光束を受光する主受光部と、副光束が該信号記録面により反射された光束である副反射光束を受光する副受光部とを備え、
    副受光部は、それぞれが独立した光検出信号を出力する複数の受光素子から構成され、これら受光素子によって、副反射光束を分割して受光し、
    上記各受光素子は、加減算されることによりトラック判別信号が生成される複数の光検出信号を出力することを特徴とする請求項1記載の光学ピックアップ装置。
  8. 副受光部を構成する複数の受光素子は、記録トラックの遠視野像に直交する方向に配列されていることを特徴とする請求項7記載の光学ピックアップ装置。
  9. 副スポットは、2つが形成され、
    一方の副スポットを形成する一方の副光束は、主光束の集光点よりも対物レンズに近い位置に集光点を形成し、他方の副スポットを形成する他方の副光束は、主光束の集光点よりも対物レンズから遠い位置に集光点を形成することを特徴とする請求項1記載の光学ピックアップ装置。
  10. 光検出手段は、主光束が光記録媒体の信号記録面により反射された光束である主反射光束を受光する主受光部と、2本の副光束が該信号記録面により反射された光束である2本の副反射光束を受光する2個の副受光部とを備え、
    各副受光部は、それぞれが独立した光検出信号を出力する複数の受光素子から構成され、これら受光素子によって、2本の副反射光束についてそれぞれ分割して受光し、
    上記各光検出手段の各受光素子は、加減算されることによりトラック判別信号が生成される複数の光検出信号を出力することを特徴とする請求項9記載の光学ピックアップ装置。
  11. 各副受光部を構成する複数の受光素子は、それぞれ記録トラックの遠視野像に直交する方向に配列されていることを特徴とする請求項10記載の光学ピックアップ装置。
  12. ランド部及びグループ部を有しこれらランド部及びグループ部の双方に情報信号の記録が可能な光記録媒体が着脱可能に取付けられ装着された光記録媒体を回転操作する回転操作機構と、
    上記回転操作機構に装着されて回転操作される光記録媒体に対して、情報信号の書き込み及び読出しを行う光学ピックアップ装置と、
    上記光学ピックアップ装置からの出力信号に基づいて再生信号を生成する信号処理回路と、
    上記光学ピックアップ装置からの出力信号に基づいて該光学ピックアップ装置の対物レンズの位置を制御するサーボ回路と
    を備え、
    上記光学ピックアップ装置は、光束を出射する少なくとも1つの発光点を有する光源と、該光束を光記録媒体の信号記録面上に集光させて照射する対物レンズと、該光記録媒体の信号記録面からの反射光束を受光して出力信号を出力する光検出手段とを備え、
    上記光学ピックアップ装置おいて、上記光源から出射された光束は、情報信号の記録及び/又は再生を行うための主スポットを上記光記録媒体の信号記録面上に形成する主光束と、該光記録媒体の信号記録面上において該主スポットに対して離間した位置に副スポットを形成する副光束となり、
    上記副光束は、上記主光束に対して、対物レンズから集光点までの距離が異なり、
    上記副スポットは、上記信号記録面上に形成された記録トラックの法線方向の上記主スポットに対する距離の絶対値をS、トラックピッチをP、nを整数としたとき、
    S≒Pn/2
    が成立する位置に形成される
    ことを特徴とする光ディスク装置。
  13. 副スポットは、信号記録面上に形成された記録トラックの法線方向の上記主スポットに対する距離をs、トラックピッチをPとしたとき、
    s≒+P/2
    が成立する位置と、
    s≒−P/2
    が成立する位置とに2つが形成されることを特徴とする請求項12記載の光ディスク装置。
  14. 光源は、2以上の発光点を有し、一の発光点から発せられた光束が主光束として主スポットを形成し、他の発光点から発せられた光束が副光束として副スポットを形成することを特徴とする請求項12記載の光ディスク装置。
  15. 光源は、1つの発光点のみを有し、この発光点から発せられた光束が、主光束として主スポットを形成するとともに、副スポット形成手段によって副光束となって副スポットをも形成することを特徴とする請求項12記載の光ディスク装置。
  16. 副スポット形成手段は、光回折素子であることを特徴とする請求項15記載の光ディスク装置。
  17. 光回折素子は、偏光ホログラム素子であることを特徴とする請求項16記載の光ディスク装置。
  18. 光検出手段は、主光束が光記録媒体の信号記録面により反射された光束である主反射光束を受光する主受光部と、副光束が該信号記録面により反射された光束である副反射光束を受光する副受光部とを備え、
    副受光部は、それぞれが独立した光検出信号を出力する複数の受光素子から構成され、これら受光素子によって、副反射光束を分割して受光し、
    上記各受光素子は、加減算されることによりトラック判別信号が生成される複数の光検出信号を出力することを特徴とする請求項12記載の光ディスク装置。
  19. トラック判別信号と、トラッキングエラー信号とを用いて、トラッキングサーボの引き込み制御を行うことを特徴とする請求項18記載の光ディスク装置。
  20. トラック判別信号と、トラッキングエラー信号とを用いて、トラック横断数とトラック横断方向のカウントを行うことを特徴とする請求項18記載の光ディスク装置。
  21. 各副受光部を構成する複数の受光素子は、それぞれ記録トラックの遠視野像に直交する方向に配列されていることを特徴とする請求項18記載の光ディスク装置。
  22. 副スポットは、2つが形成され、
    一方の副スポットを形成する一方の副光束は、主光束の集光点よりも対物レンズに近い位置に集光点を形成し、他方の副スポットを形成する他方の副光束は、主光束の集光点よりも対物レンズから遠い位置に集光点を形成することを特徴とする請求項12記載の光ディスク装置。
  23. 光検出手段は、主光束が光記録媒体の信号記録面により反射された光束である主反射光束を受光する主受光部と、2本の副光束が該信号記録面により反射された光束である2本の副反射光束を受光する2個の副受光部とを備え、
    各副受光部は、それぞれが独立した光検出信号を出力する複数の受光素子から構成され、これら受光素子によって、2本の副反射光束についてそれぞれ分割して受光し、
    上記各光検出手段の各受光素子は、加減算されることによりトラック判別信号が生成される複数の光検出信号を出力することを特徴とする請求項22記載の光ディスク装置。
  24. 各副受光部を構成する複数の受光素子は、それぞれ記録トラックの遠視野像に直交する方向に配列されていることを特徴とする請求項23記載の光ディスク装置。
  25. ランド部及びグループ部を有しこれらランド部及びグループ部の双方に情報信号の記録が可能な光記録媒体が着脱可能に取付けられる回転操作機構に該光記録媒体を装着して回転操作させ、
    光束を出射する少なくとも1つの発光点を有する光源と該光束を光記録媒体の信号記録面上に集光させて照射する対物レンズと該光記録媒体の信号記録面からの反射光束を受光して出力信号を出力する光検出手段とを備えた光学ピックアップ装置を用いて、上記回転操作機構に装着されて回転操作される光記録媒体より情報信号を読み出し、
    上記光学ピックアップ装置おいては、上記光源から出射された光束が、情報信号の記録及び/又は再生を行うための主スポットを上記光記録媒体の信号記録面上に形成する主光束と、該光記録媒体の信号記録面上において該主スポットに対して離間した位置に副スポットを形成する副光束となることとし、
    上記副光束は、上記主光束に対して、対物レンズから集光点までの距離が異なるものとし、
    上記副スポットは、上記信号記録面上に形成された記録トラックの法線方向の上記主スポットに対する距離の絶対値をS、トラックピッチをP、nを整数としたとき、
    S≒Pn/2
    が成立する位置に形成されることとして、
    上記光検出手段からの出力信号に基づいてトラック判別信号を生成する
    ことを特徴とするトラック判別信号検出方法。
  26. 副スポットは、信号記録面上に形成された記録トラックの法線方向の上記主スポットに対する距離をs、トラックピッチをPとしたとき、
    s≒+P/2
    が成立する位置と、
    s≒−P/2
    が成立する位置とに2つが形成されることを特徴とする請求項25記載のトラック判別信号検出方法。
  27. 光源は、2以上の発光点を有し、一の発光点から発せられた光束が主光束として主スポットを形成し、他の発光点から発せられた光束が副光束として副スポットを形成することを特徴とする請求項25記載のトラック判別信号検出方法。
  28. 光源は、1つの発光点のみを有し、この発光点から発せられた光束が、主光束として主スポットを形成するとともに、副スポット形成手段によって副光束となって副スポットをも形成することを特徴とする請求項25記載のトラック判別信号検出方法。
  29. 副スポット形成手段は、光回折素子であることを特徴とする請求項28記載のトラック判別信号検出方法。
  30. 光回折素子は、偏光ホログラム素子であることを特徴とする請求項29記載のトラック判別信号検出方法。
  31. 光検出手段は、主光束が光記録媒体の信号記録面により反射された光束である主反射光束を受光する主受光部と、副光束が該信号記録面により反射された光束である副反射光束を受光する副受光部とを備え、
    副受光部は、それぞれが独立した光検出信号を出力する複数の受光素子から構成され、これら受光素子によって、副反射光束を分割して受光し、
    上記各受光素子は、加減算されることによりトラック判別信号が生成される複数の光検出信号を出力することを特徴とする請求項25記載のトラック判別信号検出方法。
  32. トラック判別信号と、トラッキングエラー信号とを用いて、トラッキングサーボの引き込み制御を行うことを特徴とする請求項31記載のトラック判別信号検出方法。
  33. トラック判別信号と、トラッキングエラー信号とを用いて、トラック横断数とトラック横断方向のカウントを行うことを特徴とする請求項31記載のトラック判別信号検出方法。
  34. 副受光部を構成する複数の受光素子は、記録トラックの遠視野像に直交する方向に配列されていることを特徴とする請求項31記載のトラック判別信号検出方法。
  35. 副スポットは、2つが形成され、
    一方の副スポットを形成する一方の副光束は、主光束の集光点よりも対物レンズに近い位置に集光点を形成し、他方の副スポットを形成する他方の副光束は、主光束の集光点よりも対物レンズから遠い位置に集光点を形成することを特徴とする請求項25記載のトラック判別信号検出方法。
  36. 光検出手段は、主光束が光記録媒体の信号記録面により反射された光束である主反射光束を受光する主受光部と、2本の副光束が該信号記録面により反射された光束である2本の副反射光束を受光する2個の副受光部とを備え、
    各副受光部は、それぞれが独立した光検出信号を出力する複数の受光素子から構成され、これら受光素子によって、2本の副反射光束についてそれぞれ分割して受光し、
    上記各光検出手段の各受光素子は、加減算されることによりトラック判別信号が生成される複数の光検出信号を出力することを特徴とする請求項35記載のトラック判別信号検出方法。
  37. 各副受光部を構成する複数の受光素子は、それぞれ記録トラックの遠視野像に直交する方向に配列されていることを特徴とする請求項36記載のトラック判別信号検出方法。
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