JP4356017B2 - 光学ヘッド装置及び光学式記録媒体を用いた情報処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、対物レンズを用いて光学式記録媒体等の対象物に光照射した後の戻り光を検出する手段と、球面収差の補正手段を備えた構成において、フォーカスサーボにおける引き込み範囲の異なる複数のフォーカスエラー信号を用いて球面収差量の検出及び補正を行う技術に関する。

高密度記録の光学式記録媒体に関して情報の再生や記録に使用される光学ヘッド装置あるいは光ピックアップにおいて、球面収差に起因する問題への解決策が必要とされる。尚、球面収差は記録再生特性の劣化をもたらすばかりでなく、最も基本的なスポット位置制御用信号であるフォーカスエラー信号の形状特性に影響を及ぼし、その劣化の原因となる。例えば、多層ディスクの場合に、層間での球面収差量が大きく異なる場合には、ある層に対してフォーカスエラー信号が良好な状態となるように球面収差補正を行ったとしても他の層に対するフォーカスエラー信号については劣化した状態となってしまう。

球面収差の低減対策として 例えば、光学ヘッド装置から光ディスクに向けて照射された光が該ディスクで反射した戻り光をホログラム素子で２つに分岐させ、光量の少ない回折光に基づいてフォーカスエラー信号を求めるとともに、球面収差エラー信号を得る。そして、球面収差エラー信号に基づいて球面収差補正用光学系の制御（球面収差補正制御）を行う構成が知られている（例えば、特許文献１参照。）。尚、対物レンズの焦点合わせのためのフォーカス制御サーボに用いられるフォーカスエラー信号は、例えば、非点収差法において、４分割ディテクタを構成する検出領域Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄのうち、対角に配置された１組の領域Ａ及びＣによる信号の和信号「ＳＡ＋ＳＣ」と、対角に配置された別の１組の領域Ｂ及びＤによる信号の和信号「ＳＢ＋ＳＤ」を求め、両者間の差信号「（ＳＡ＋ＳＣ）−（ＳＢ＋ＳＤ）」として算出される。また、球面収差制御に用いる球面収差エラー信号については、例えば、ディスクからの戻り光を光量の大きさによって２つに分岐させ、その一方の相対的に光量の小さい光に関して光軸に近い第１領域の光と光軸から遠い第２領域の光に区分けする形態において、該第１領域の光の焦点ずれ量と、該第２領域の光の焦点ずれ量との差信号として算出することができる。

多層ディスク等の記録再生において、異なる層間で記録媒体上における球面収差量が大きく変化してしまうような場合には、球面収差を精度良く検出して的確に補正することが望ましい。

例えば、短波長の青色レーザー光を用いた高密度記録方式のディスクにおいて、複数の記録層間における球面収差の変化量が「０．１λrms」（二乗平均値で波長λの０．１倍）以上である場合には球面収差補正が不可欠である。また、多層ディスクに限らず、１層ディスクの場合であっても開口数（ＮＡ）が大きくなるにつれて（例えば、ＮＡ＝０．８５、波長λ＝４０５ｎｍ）、カバー層（あるいは保護層）の厚み誤差の影響により球面収差が大きくなる。該収差が無視できない場合には球面収差補正を行うことが望ましい。

特開２００２−１９０１２５号公報

しかしながら、従来の装置にあっては、フォーカスサーボの引き込み範囲に広狭によって、球面収差がフォーカスエラー信号に及ぼす劣化の度合いが異なり、これに起因して下記のような問題が生じる。

引き込み範囲内では、フォーカスサーボ制御にて対物レンズを所望の位置に動かすことが可能であり、引き込み範囲が広いほど外乱の影響を受け難いために制御安定性の面では好ましいが、球面収差検出において感度を高くするには引き込み範囲が小さい方が望ましいというジレンマが存在し、フォーカスサーボ制御の安定性と球面収差の検出精度との両立を実現することが困難である。

そこで、本発明は、球面収差を精度良く検出するとともに、フォーカスサーボ制御の安定性を充分に保証することを課題とする。

本発明は、上記した課題を解決するために、フォーカスサーボ制御に係る引き込み範囲を異にする複数のフォーカスエラー信号を信号生成部により生成するとともに、該引き込み範囲が狭いほど、球面収差の変化に伴うフォーカスエラー信号の形状特性変化への影響が大きくなることを利用して各フォーカスエラー信号の相違に基づいて球面収差量を算定して球面収差量の検出信号を生成するものである。

本発明では、引き込み範囲の違い（広狭）が、球面収差によるフォーカスエラー信号の劣化への影響の違いとなって現出することを利用して従来の問題を解決することができる。つまり、引き込み範囲を異にする複数のフォーカスエラー信号を用いるとともに、引き込み範囲の狭いフォーカスエラー信号が収差検出に有効であるという利点と、引き込み範囲の広いフォーカスエラー信号が制御安定性に有効であるという利点を生かして、各フォーカスエラー信号の形状特性の違いをもとに球面収差を検出することができる。

本発明によれば、球面収差検出に有効であり、しかも、そのためにフォーカスサーボ制御の安定性に支障を来たすことがなく、性能や記録再生特性等の向上に有効である。

例えば、各フォーカスエラー信号に係る引き込み範囲の違いに応じて、球面収差変化による各信号の形状変化への影響の度合が異なるので、引き込み範囲を考慮した演算結果からフォーカスエラー信号や球面収差量の検出信号を生成することが好ましい。そのためには、引き込み範囲の狭い第１のフォーカスエラー信号と引き込み範囲の広い第２のフォーカスエラー信号の各レベルを、引き込み範囲に応じた比率で加算する。その結果である和信号をフォーカスサーボ制御に係る最終的なフォーカスエラー信号として生成するとともに、第１及び第２のフォーカスエラー信号の各レベルを引き込み範囲に応じた比率で減算した結果である差信号を球面収差量の検出信号として生成すれば良い。

また、球面収差変化によるフォーカスエラー信号の形状特性の非対称性を利用して収差検出を行う形態においては、引き込み範囲が広いフォーカスエラー信号を用いてフォーカスサーボをかけてフォーカス状態を変化させる。その際に得られる引き込み範囲の狭いフォーカスエラー信号の形状特性からピーク値及びボトム値を求めて球面収差量の検出信号を生成する。引き込み範囲が狭いフォーカスエラー信号については、球面収差変化に伴う形状特性変化が大きいことから、収差変化に敏感な信号を使って収差量の検出精度を高めることができる。

球面収差量の検出信号について、戻り光を検出する検出素子上に受光されるスポットの位置ずれの影響を排除するためには、スポット位置を検出し、該スポットに係る基準位置（例えば、検出中心位置）からのずれ量及び方向に応じて球面収差量の検出信号を補正する手段を設けることが望ましい。

また、引き込み範囲を異にする複数のフォーカスエラー信号を容易に生成するには、戻り光に係る復路上に回折素子を配置し、各フォーカスエラー信号が、戻り光に係る次数の異なる回折光の検出信号に基づいて生成されるように構成すれば良い。

あるいは、種類の異なる光学式記録媒体からの戻り光を各別に検出する検出部を備えた構成においては、各検出部の受光信号に基づいて、引き込み範囲を異にする複数のフォーカスエラー信号を生成することができる。つまり、複数種の記録媒体を使用可能な装置構成への適用において、記録媒体別に用意された既存のフォーカスエラー信号検出系を利用することができる（新たな信号検出系の追加を必要としない。）。例えば、レーザー光源と対物レンズと戻り光の検出部を有する第１の光学系と、該レーザー光源よりも短波長のレーザー光源と、収差補正手段及び対物レンズと、戻り光の検出部を有する第２の光学系とを備えた構成において、第１の光学系の検出部による受光信号に基づいて引き込み範囲の広いフォーカスエラー信号を生成するとともに、第２の光学系の検出部による受光信号に基づいて引き込み範囲の狭いフォーカスエラー信号を生成すれば良い。

本発明は、光学式記録媒体に係る情報の再生や記録に用いる光学ヘッド装置とこれを用いた記録再生装置等の情報処理装置に関するものであり、多層ディスクや開口数の大きいディスク等のように球面収差補正を必要とする場合に有用である。本発明では、フォーカスサーボ制御に係る引き込み範囲の異なる２以上のフォーカスエラー信号を用いて、球面収差量を精度良く検出することが可能である。尚、光ディスクや光磁気ディスク、相変化型ディスク等を用いた各種の映像機器や音響機器、コンピュータ機器、補助記憶装置等に本発明を幅広く適用することができる。

図１は本発明に係る光学ヘッド装置１の基本構成例を示す概念図である。

半導体レーザー等を用いた光源２から発する光は、対物レンズ３を含む光学系を経て光学式記録媒体４に照射される。尚、本発明の適用に関する限り、媒体の形状（ディスク状、カード状等）や記録方式等の如何は問わない。

情報の読取光学系には、光学式記録媒体４に照射された後の戻り光を検出するために検出部（光検出部）５が設けられており、該検出部での受光量が電気信号に変換された上で信号生成部６に送られる。

信号生成部６は、検出部５の受光量に基づいてフォーカスエラー信号「ＦＥ」やトラッキングエラー信号「ＴＥ」、球面収差量「ＳＡ」の検出信号（あるいは球面収差エラー信号）等を生成し、これらの信号を制御部７に送出する。尚、補正手段８は、検出スポットの位置ずれによる影響を排除するために設けられている（その詳細については後述する。）。

制御部７は、フォーカス制御及びトラッキング制御を行うサーボ制御回路と、球面収差補正を行う補正回路を備えており、信号生成部６からの信号を受けて駆動手段９に制御信号を送出して対物レンズの位置や姿勢を制御し、また収差補正手段１０に制御信号を送出して球面収差量の補正制御を行う。

駆動手段９には、フォーカス方向及びトラッキング方向を含む２軸アクチュエータ、あるいはさらに光学式記録媒体に対する光学ヘッドの傾き方向（所謂チルト角方向）等を含めた３軸以上のアクチュエータが用いられ（ラジアルスキューサーボやタンジェンシャルスキューサーボ等）、対物レンズ３の位置や姿勢を変化させる。

また、収差補正手段１０は球面収差の低減のために設けられ、例えば、下記に示す形態が挙げられる。

・収差発生素子（例えば、液晶素子や、ビームエキスパンダーレンズ又はコリメータ等の駆動手段を含む光学素子）を用いて球面収差を相殺することにより収差補正を行う形態
・レンズ組を用いてレンズ間隔を変化させたり、対物レンズと組み合わせたレンズの駆動により球面収差量を変化させることで収差補正を行う形態

尚、図示は省略するが、検出部５及び信号生成部６で読み出された再生信号を処理する再生処理系回路や、記録媒体に記録すべき信号を処理して光源２や磁界発生部（図示せず。）等を制御するための記録処理系回路、そして、各回路部を制御するＣＰＵ（中央処理装置）やシステムコントローラ等を含む演算処理手段が装置内に設けられている。

上記のようにフォーカスエラー信号に基づく対物レンズの焦点合わせ制御（フォーカス制御）及び上記球面収差量の検出信号に基づく球面収差補正が行われる構成において、本発明では、フォーカスサーボ制御に係る引き込み範囲を異にする複数のフォーカスエラー信号を信号生成部６が生成する。

図２は、引き込み範囲の違う２種類のフォーカスエラー信号ＦＥ１、ＦＥＴ２を例示した概略図であり、（Ａ）図が引き込み範囲の狭い方の信号ＦＥ１を示し、（Ｂ）図が引き込み範囲の広い方の信号ＦＥ２を示している。

各図の横軸には、合焦位置（合焦状態でのレンズ位置）を原点位置とする焦点ずれ量（デフォーカス）をとり、縦軸には信号レベルをとってフォーカスエラー信号の形状特性をそれぞれに示しており、略Ｓ字状のカーブで表される。

図中の「Δ１」、「Δ２」が引き込み範囲を示しており、信号レベルがピーク値を示す位置とボトム値を示す位置との間においてほぼ線形特性を示す。尚。Δ１がＦＥ１の引き込み範囲を示し、Δ２がＦＥ２の引き込み範囲を示している（「Δ１＜Δ２」）。

フォーカスエラー信号は、例えば、４分割ディテクタにおける対角配置の検出領域同士の差信号として検出され、引き込み範囲における非合焦位置で正値又は負値を示し、その符号によって合焦位置へと近づける方向が判別され、その絶対値によって合焦位置を基準としてどれだけのずれ量が生じているかが分かる。

本発明では、球面収差との関係において、引き込み範囲の違いに起因して、球面収差のフォーカスエラー信号への劣化の寄与度が異なることに着目する。つまり、引き込み範囲が狭いほど、球面収差の変化に伴うフォーカスエラー信号の形状特性変化への影響が大きくなることを利用して球面収差を検出することができる。

図３は球面収差の変化に伴うＦＥ１、ＦＥ２の形状特性の変化を概略的に示した説明図である。

上段にＦＥ１の形状変化を示し、下段にＦＥ２の形状変化を示しており、いずれも中央に球面収差のない状態を示し、その左右には球面収差が生じた状態をそれぞれ示している。

先ず、引き込み範囲の狭い信号ＦＥ１については、球面収差の変化に対する形状変化が比較的大きい。例えば、球面収差のない状態では、ピーク値「Ｌｐ」の絶対値とボトム値「Ｌｂ」の絶対値がほぼ等しいのに対して、球面収差が変化して正方向（又は負方向）に大きくなるとＬｐ又はＬｂの一方が大きく、他方が小さくなる。つまり、左側の図では、中央の図に比較してＬｐが大きくなってピーク位置が高くなり、Ｌｂが小さくなってボトム位置が浅くなる。また、右側の図では、中央の図に比較してＬｐが小さくなってピーク位置が低くなり、Ｌｂが大きくなってボトム位置が深くなる。

引き込み範囲の広い信号ＦＥ２についても同様に球面収差の変化に伴う形状変化が認められるが、その度合いが比較的小さい。例えば、球面収差が変化して正方向又は負方向に大きくなるとＬｐ又はＬｂの一方が大きく、他方が小さくなるが、その変化量が上記ＦＥ１の比して小さいことが分かる。つまり、左側の図では、中央の図に比較してＬｐが僅かに大きくなり、Ｌｂが僅かに小さくなる。また、右側の図では、中央の図に比較してＬｐが僅かに小さくなり、Ｌｂが僅かに大きくなる程度である。

以上のように、球面収差変化に対して形状変化の大きなＦＥ１を使えば、ＬｐとＬｂの変化に基づいて球面収差の検出が可能であるが、球面収差変化の影響を受け易いことはフォーカスサーボ制御の動作安定性の面では好ましくない。換言すれば、後者の安定性を重視する場合にはＦＥ２を用いた方が良いことになる。

従って、通常の設計では両者の妥協点あるいは現実的な解を見出して性能等に支障を来たさない仕様が採択されることになるが、本発明では、引き込み範囲の異なる複数のフォーカスエラー信号を積極的に用いて、各フォーカスエラー信号の相違に基づいて球面収差量を算定し、球面収差量の検出信号を生成する。

つまり、引き込み範囲の相違は、球面収差変化によるフォーカスエラー信号の形状特性上の違いとなって現出することを利用して、各フォーカスエラー信号の相違に基づいて球面収差を検出することができ、具体的には、下記に示す構成形態が挙げられる。

（Ｉ）各フォーカスエラー信号のレベルを、引き込み範囲に応じた比率で減算した差信号から球面収差量を求める形態
（ＩＩ）引き込み範囲が広いフォーカスエラー信号を用いてフォーカスサーボをかけるとともに、フォーカス状態を変化させた場合に得られる引き込み範囲の狭いフォーカスエラー信号の形状特性に基づいて球面収差量を求める形態

先ず、（Ｉ）では、例えば、上記フォーカスエラー信号ＦＥ１、ＦＥ２の各レベルを、それらの引き込み範囲に応じた比率で減算して差信号を得て、これを球面収差量の検出信号として生成する。

複数のフォーカスエラー信号を直接用いてサーボ制御を実現することは複雑であり、現実的でないため、例えば、フォーカスサーボ制御に係る最終的なフォーカスエラー信号のレベルを「ＦＥ」と記し、各フォーカスエラー信号ＦＥ１、ＦＥ２のレベルについては「ＦＥ１」、「ＦＥ２」の記号をそのまま流用して、加重係数「ａ」、「ｂ」（ａ＞０、ｂ＞０）を用いて下式のようにＦＥを計算する。

ＦＥ＝ａ×ＦＥ１＋ｂ×ＦＥ２
尚、ａ、ｂの値は引き込み範囲の違いに応じて規定され、「ａ／ｂ」の値が小さいほどフォーカスサーボ制御の安定性が高くなる。

また、球面収差量については、これを「ＳＡ」と記し、各フォーカスエラー信号ＦＥ１、ＦＥ２のレベルに「ＦＥ１」、「ＦＥ２」の記号をそのまま流用して、加重係数「ｃ」、「ｄ」（ｃ＞０、ｄ＞０）を用いて下式のように計算する。

ＳＡ＝ｃ×ＦＥ２−ｄ×ＦＥ１
尚、ｃ、ｄの値は引き込み範囲の違いに応じて規定され、「ｃ／ｄ」の値が小さいほど球面収差に対して敏感となる（検出感度が増す。）。

従来の構成では上記ａ又はｂの一方が１で他方が０である。つまり、ａ＝１、ｂ＝０の場合にｃ＝０とされ、ａ＝０、ｂ＝１の場合にｄ＝０とされるために設計上の自由度が低いが、上記のように引き込み範囲の異なる複数のフォーカスエラー信号を組み合わせることによって、ＦＥ、ＳＡの算定式を得ることができる。また、係数ａ、ｂ、ｃ、ｄについては事前の解析やシミュレーションの結果、実験結果等に基づいて規定することができる。

上記形態（ＩＩ）では、例えば、上記ＦＥ１、ＦＥ２のうち引き込み範囲の広い方の信号ＦＥ２を用いてフォーカスサーボをかけ、フォーカスバイアスを変化させて対物レンズを光軸方向に振る。例えば、図３に示す範囲Δ１においてフォーカス位置を変えてＦＥ１の変化を取り込む（スキャニング）。引き込み範囲の狭い方の信号ＦＥ１の形状特性からピーク値及びボトム値を求めることによって球面収差量の検出信号を生成することができる。

具体的には、下式に示すように、信号ＦＥ１のＳ字状カーブにおいてピーク値（絶対値）Ｌｐからとボトム値（絶対値）Ｌｂを引き算することで球面収差量「ＳＡ」を求めることができる。

ＳＡ＝Ｌｐ−Ｌｂ
つまり、フォーカス制御の安定性を考慮してＦＥ２をサーボ制御に用いる（ＦＥ＝ＦＥ２）とともに、収差変化に敏感なＦＥ１の形状変化に基づいて球面収差を検出することができ、検出精度の向上等が可能となる。

尚、上記の説明では引き込み範囲の異なる２種類のフォーカスエラー信号を用いたが、これに限らず３種類以上のフォーカスエラー信号を用いた構成形態への適用が可能であり、また、上記形態（Ｉ）と（ＩＩ）を適時に併用した形態でも構わない。

フォーカスエラー信号の生成においては、検出部での受光スポットの位置ずれによってフォーカスエラー信号の形状特性が変化することへの配慮が必要である。

図４は横軸に合焦位置を原点位置とする焦点ずれ量（任意単位）をとり、縦軸に信号レベル（任意単位）をとって検出スポット位置のずれによる影響を示したものである。

実線で示すグラフ曲線は検出スポットが検出素子の中央にあって位置ずれのない状態でのＳ字状変化を示し、破線又は二点鎖線で示すグラフ曲線は、右側の図に矢印ｕＬ、ｕＲで示すようにＡ方向又はＤ方向にスポットの位置ずれが生じた状況での変化を示している（図において反時計回り方向に示すＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの４分割ディテクタ上での検出スポットを円形で示している。）。

検出スポット位置が図に左斜め上方（矢印「ｕＬ」参照）にずれた場合には、破線のグラフ曲線で示すようにグラフ図の第２象限「ＩＩ」では殆ど変わりないが、第４象限「ＩＶ」においてボトム値の絶対値が小さくなる（谷部が浅くなる）。また、検出スポット位置が図に右斜め上方（矢印「ｕＲ」参照）にずれた場合には、二点鎖線のグラフ曲線で示すようにグラフ図の第４象限では殆ど変わりないが、第２象限においてピーク値が小さくなる（山部が低くなる）。

そこで、４分割ディテクタ上で対角位置とされるＡ領域とＣ領域との強度差及びＢ領域とＤ領域との強度差を検出すれば、どの方向にどの程度検出スポットがずれているかを把握することができ、この情報をもとに球面収差量の検出結果を補正することができる。

例えば、Ａ領域とＣ領域との強度差が殆どなく、Ｂ領域とＤ領域の強度差が負値を示す場合には、Ｄ方向に位置ずれが生じており、その絶対値からずれ量を知ることができる。その場合に、実線で示すグラフ曲線を用いたのでは第２象限でのピーク値が実際よりも高めに出てしまう。そこで、位置ずれ量をもとに第２象限でピーク値が低下することを考慮して補正計算を行えば、球面収差量の検出誤差を低減することができる。尚、検出スポットの位置ずれに対するフォーカスエラー信号の形状変化について事前に調べたデータを補正用テーブルとして参照する方法（テーブル参照法）や、フォーカスエラー信号の形状変化について近似計算式を算定して位置ずれの影響をパラメータとして保有して補正演算を行う方法等が挙げられる。

このように、検出部を構成する検出素子上に受光されるスポットの位置ずれにより生じる誤差を低減するには、該位置ずれの方向及びずれ量を検出し、検出スポットに係る基準位置からのずれ量及び方向に応じて球面収差量の検出信号を補正する手段（図１の補正手段８参照。）を設けることが好ましい。

次に、ディスク状記録媒体を用いて情報再生等を行う情報処理装置の構成例について図５乃至図８を用いて説明する。

引き込み範囲の異なるフォーカスエラー信号を生成する方法には、例えば、下記に示す形態が挙げられる。

・共通の光学系において復路中の光路を分けることで複数のフォーカスエラー信号を生成する方法
・異なる光学系を用いてフォーカスエラー信号を各別に生成する方法。

図５は、光源及び対物レンズを含む光学系と、２つの検出部を用いてフォーカスエラー信号ＦＥ１、ＦＥ２をそれぞれ生成する構成形態を例示したものである。

情報処理装置１１において、ディスク状記録媒体１２がターンテーブル上に装着されてスピンドルモータ１３を用いて回転される。

光学ヘッド装置１４は図示しない送り機構を用いてディスク状記録媒体１２の半径方向に沿って移動され、対物レンズ１５とその駆動用のアクチュエータ１６、球面収差補正用素子１７を備えている。

光源部１８から発した光は、球面収差補正用素子１７や対物レンズ１５を経てディスク状記録媒体１２に照射される。尚、図示の簡略化のためにコリメータやグレーティング等の光学部品を省略している。

ディスク状記録媒体１２で反射した後の戻り光は、対物レンズ１５や球面収差補正用素子１７を経て第１検出部１９及び第２検出部２０に到達して受光される。

第１検出部１９の受光信号は信号生成部２１に送られてフォーカスエラー信号ＦＥ１が生成される。また、第２検出部２０の受光信号は信号生成部２１に送られてフォーカスエラー信号ＦＥ２が生成される。

信号生成部２１は、例えば、上記形態（Ｉ）においてＦＥ１とＦＥ２との演算結果からＦＥを求めてこれをサーボ制御部２２に送出し、あるいは上記形態（ＩＩ）ではＦＥ２を最終的なフォーカスエラー信号に採用してこれをサーボ制御部２２に送出する。尚、トラッキングエラー信号（ＴＥ）については、ＤＰＤ法（Differential Phase Detection）、３ビーム法（あるいは３スポット法）、プッシュプル（Push-Pull）法、ＤＰＰ（Differential Push-Pull）法等、既知の方式に従って検出が行われてサーボ制御部２２に送出される。

また、信号生成部２１は球面収差量ＳＡの検出信号を生成してこれを収差補正制御部２３に送出する。

信号生成部２１で取得される情報の読み取り信号（ＲＦ信号）は記録再生信号処理部２４に送られる。再生信号処理部には、アドレスデコーダや再生信号処理に係るイコライザやＰＬＬ（位相同期ループ）回路、復調回路等が含まれる。尚、記録信号処理部については、変調回路やレーザー駆動回路等が含まれ、光源部１８に対して制御信号が送られる。

サーボ制御部２２は、フォーカスサーボ制御やトラッキングサーボ制御を担当しており、フォーカスエラー信号ＦＥやトラッキングエラー信号ＴＥに従って、対物レンズ１５の駆動装置（アクチュエータ１６）を制御する。つまり、ディスク状記録媒体１２の面ぶれや、記録トラックの偏芯等に対して、ビームスポットを元通りにトラックに追従させるための制御が行われる。

収差補正制御部２３は球面収差量ＳＡの検出信号を受けて球面収差補正用素子１７を制御するものであり、既知の制御方法に従って、例えば、液晶素子の駆動制御やレンズ間隔等の制御を行う。

尚、図示は省略するが、スピンドルモータ１３の回転制御を行うスピンドルサーボ制御部や、光学式ヘッド装置１４の移動手段（所謂スレッド機構及びその駆動源）とこれを制御してディスク状記録媒体１２に対する対物レンズ１５の視野位置を規定するためのスライド制御部等が設けられている。

図６は非点収差法において、引き込み範囲の異なる２つのフォーカスエラー信号を生成するための構成の一例を示したものである。

光学式記録媒体からの復路上には、ホログラム素子等を用いた回折素子２５が配置されており、例えば、１次回折光と３次回折光を用いた検出信号からフォーカスエラー信号をそれぞれに生成することができる。

ホログラム素子には、図に斜線で示すように非点収差を発生させるための格子パターンを形成しておき、検出手段（フォトディテクタ）２６には、１次回折光の検出部２７と３次回折光の検出部２８を設ける。これらの検出部はいずれも４分割の検出領域から成り、上記第１検出部１９や第２検出部２０をそれぞれ構成しており、引き込み範囲がほぼ３倍異なる信号を生成することができる。

本構成では、ビームスプリッタ等を経た戻り光がホログラム素子で回折され、その次数の異なる回折光が検出部２７、２８でそれぞれに検出される。そして、各検出信号に基づいて引き込み範囲を異にするフォーカスエラー信号（ＦＥ１、ＦＥ２）が生成される。

尚、透過型のホログラム素子に限らず反射型の素子を用いることも可能である。

図７は、２つの光学系を用いてフォーカスエラー信号ＦＥ１、ＦＥ２を各別に生成する構成形態を例示したものである。尚、本例において図５に示す各部と同様の機能を有する部分については、同じ符号又は該符号に対して識別記号「Ａ」、「Ｂ」を付したものを使用する。

情報処理装置２９において、光学ヘッド部１４Ａ、１４Ｂは図示しない送り機構を用いてディスク状記録媒体１２の半径方向に沿って移動される（各ヘッド部が互いに干渉しない位置関係をもって駆動制御される。）。

一方の光学ヘッド部１４Ａは、光源部１８Ａ、対物レンズ１５Ａとその駆動用のアクチュエータ１６Ａ、球面収差補正用素子１７Ａ、第１検出部１９を備えている。また、他方の光学ヘッド部１４Ｂは、光源部１８Ｂ、対物レンズ１５Ｂとその駆動用のアクチュエータ１６Ｂ、球面収差補正用素子１７Ｂ、第２検出部２０を備えている。

尚、本例では各光学ヘッド装置にそれぞれ球面収差補正用素子を設けているが、収差補正の必要性に応じて該素子を省略することも可能である。

光学ヘッド部１４Ａにおいて、光源部１８Ａから発した光は、球面収差補正用素子１７Ａや対物レンズ１５Ａを経てディスク状記録媒体１２に照射される。ディスク状記録媒体１２で反射した戻り光は、対物レンズ１５Ａや球面収差補正用素子１７Ａを経て第１検出部１９に到達して受光される。

また、光学ヘッド部１４Ｂにおいて、光源部１８Ｂから発した光は、球面収差補正用素子１７Ｂや対物レンズ１５Ｂを経てディスク状記録媒体１２に照射される。ディスク状記録媒体１２で反射した戻り光は、対物レンズ１５Ｂや球面収差補正用素子１７Ｂを経て第２検出部２０に到達して受光される。

第１検出部１９の受光信号は信号生成部２１に送られてフォーカスエラー信号ＦＥ１が生成される。また、第２検出部２０の受光信号は信号生成部２１に送られてフォーカスエラー信号ＦＥ２が生成される。

信号生成部２１は、例えば、上記形態（Ｉ）においてＦＥ１とＦＥ２との演算結果からＦＥを求めてこれをサーボ制御部２２に送出し、あるいは上記形態（ＩＩ）ではＦＥ２を最終的なフォーカスエラー信号に採用してこれをサーボ制御部２２に送出する。尚、トラッキングエラー信号（ＴＥ）については既知の方式に従って検出が行われてサーボ制御部２２に送出される。

また、信号生成部２１は球面収差量ＳＡの検出信号を生成してこれを収差補正制御部２３に送出する。

信号生成部２１で取得される情報の読み取り信号（ＲＦ信号）は記録再生信号処理部２４に送られる。尚、記録信号処理部には変調回路やレーザー駆動回路等が含まれ、光源部１８Ａ、１８Ｂ又はそれらの一方に対して制御信号が送られる。

サーボ制御部２２は、フォーカスサーボ制御、トラッキングサーボ制御を担当しており、フォーカスエラー信号ＦＥやトラッキングエラー信号ＴＥに従って、対物レンズ１５Ａ、１５Ｂの駆動装置（アクチュエータ１６Ａ、１６Ｂ）を制御する。尚、図には簡略化のために、２つの光学ヘッド装置に係るサーボ制御部をまとめて示している（光学ヘッド装置毎のサーボ制御部が設けられる。）。

また、収差補正制御部２３は球面収差量の検出信号を受けて球面収差補正用素子１７Ａや１７Ｂを制御するものであり、既知の制御方法に従って、例えば、液晶素子の駆動制御やレンズ間隔等の制御を行う。

尚、本例においてもスピンドルサーボ制御部や、光学式ヘッド装置の移動手段とその制御部等については図示を省略している。

本例では引き込み範囲を異にする２系統の光学系を必要とするために構成が複雑化するが、複数種類の光学式記録媒体についての再生又は記録を行えるように構成された装置においては、既存の光学系を流用することができる。

例えば、複数のフォーカスエラー信号を得るために必要とされる検出部の１つが、種類の異なる光学式記録媒体に対して使用される光学系の検出部を兼ねるようにした構成形態が挙げられる（Ａディスク及びＢディスクの再生等が可能な装置において、Ａディスクを使用する場合に、Ａディスク用光学ヘッド装置の信号検出部により上記ＦＥ２を生成し、Ｂディスク用光学ヘッド装置の信号検出部により上記ＦＥ１を生成することができる。）。

図８は種類の異なる光学式記録媒体の再生等に用いられる２系統の光学系について要部の構成を例示したものであり、ディスク面に対して直交する方向からみた場合の構成を示している。

引き込み範囲の広いフォーカスエラー信号を得るための第１の光学系３０には、例えば、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）及びＣＤ（Compact Disk）に共用される光学系を使用し、また、引き込み範囲の狭いフォーカスエラー信号を得るための第２の光学系３１には、短波長レーザー光源を用いたＢＤ（Blue-ray Disk）の光学系を使用することができる。尚、各光学系のレーザー光源には半導体レーザーが用いられている。

先ず、光学系３０の往路において、レーザーダイオード３２から発した光は結合レンズ３３、グレーティング３４を透過した後、ＢＳ（ビームスプリッタ）３５、コリメータ３６、ＢＳ３７を透過する。そして、立ち上げミラー３８により９０°の光路変更を受け、紙面に垂直な方向に沿って対物レンズ３９から図示しないディスクに照射される。

ディスクからの戻り光は、往路とは逆に対物レンズ３９、立ち上げミラー３８、ＢＳ３７、コリメータ３６を透過してＢＳ３５に到達してここで反射される。そして、該反射光はシリンドリカルレンズ４０、ホログラム素子４１を経て検出部４２で受光される。尚、非点収差法では４分割型のフォトディテクタが用いられる。この方法は光学系の小型化、検出感度の高さ等の面で利点が得られるが、別の方法（スポットサイズ法やナイフエッジ法等）を用いても構わない。

他方、光学系３１の往路において、レーサダイオード４３から発した光はウォラストンプリズム４４、ＢＳ４５を経た後、コリメータ４６を透過してＢＳ３７に到達する。そして、ＢＳ３７で反射した光が立ち上げミラー４７により９０°の光路変更を受け、紙面に垂直な方向に沿って対物レンズ４８から図示しないディスクに照射される。

ディスクからの戻り光は、往路とは逆に対物レンズ４８、立ち上げミラー４７、ＢＳ３７、コリメータ４６を経てＢＳ４５に到達する。そして、ホログラム素子４９、結合レンズ５０を経て検出部５１にて受光される。

尚、対物レンズ３９、４８はともに駆動装置（アクチュエータ）５２に搭載され、図８においてそれらの中心を通る軸がディスクの半径方向に直交する線速度方向に延びるように配置されており、該駆動装置を用いて対物レンズの位置や姿勢等の制御がそれぞれに行われる。また、図に一点鎖線の円形枠内にて断面構造を示すように、例えば、球面収差補正用の素子（液晶素子等）５３が対物レンズの直前位置に設けられる（ホルダー５４の一方の面（ディスク側の面）に対物レンズ４８が取り付けられ、他方の面に素子５３が取り付けられる。）。

本例では、検出部４２の出力信号に基づいて引き込み範囲の広いフォーカスエラー信号が生成され、検出部５１の出力信号に基づいて引き込み範囲の狭いフォーカスエラー信号が生成される。

異なる波長の光を用いて２種類以上の光学式記録媒体の情報再生又は情報記録を行うことができる装置では、種類の異なる光学式記録媒体からの戻り光を各別に検出するために検出部をそれぞれに備えているので、各検出部の受光信号に基づいて引き込み範囲を異にする複数のフォーカスエラー信号を生成することができる。尚、その場合に、既存の光学系をそのまま使用してフォーカスエラー信号を生成できれば問題ないが、異なる波長間で共用する光学系に関して設計上特に考慮しない場合には、波長の違いに起因する光学材料の屈折率差によって生じる合焦位置の相違が問題となる。つまり、合焦位置の相違によってフォーカスエラー信号が得られる対物レンズ位置が異なってしまうために所望の信号が得られないことになる。従って、そのような合焦位置の相違が生じないように、色消しを考慮したレンズ設計を行うか、あるいは波長選択性のあるホログラム素子（ＨＯＥ）等を用いることにより、フォーカスエラー信号が得られる対物レンズ位置の相違を十分に小さくする必要がある。

尚、図５や図７の構成例では、光源部と検出部をそれぞれ別個に示しているが、これらを１つの光集積型光学素子にまとめることで小型化や光学部品点数の削減等が可能である（例えば、光集積型の受発光素子とコリメータ、対物レンズを備えた構成において、受発光素子内にレーザー発光部、回折光学素子（ホログラム回折素子等）、受光部等がモールドパケージ化されて収容される。）。

本発明に係る光学ヘッド装置の基本構成例を示す図である。 引き込み範囲の違う２種類のフォーカスエラー信号を例示した概略図である。 球面収差変化に伴うフォーカスエラー信号の形状変化を概略的に示した説明図である。 検出スポット位置のずれによる影響を説明するための図である。 本発明に係る構成形態を例示した図である。 引き込み範囲の異なる２つのフォーカスエラー信号を生成するための構成例を示す図である。 本発明に係る別の構成形態を例示した図である。 ２系統の光学系について要部の構成例を示す図である。

符号の説明

１…光学ヘッド装置、２…光源、３…対物レンズ、４…光学式記録媒体、５…検出部、６…信号生成部、７…制御部、１０…収差補正手段、１１…情報処理装置、１４…光学ヘッド装置、１５、１５Ａ、１５Ｂ…対物レンズ、２１…信号生成部、２５…回折素子、２７、２８…検出部、２９…情報処理装置、３０…第１の光学系、３１…第２の光学系

Claims (13)

1. 光源から対物レンズを介して対象に照射された後の戻り光を検出する検出部と、該検出部の受光量に基づいてフォーカスエラー信号及び球面収差量の検出信号を生成する信号生成部とを備え、上記フォーカスエラー信号を用いた上記対物レンズの焦点合わせ制御及び上記球面収差量の検出信号に基づく球面収差補正を行うように構成された光学ヘッド装置において、
   フォーカスサーボ制御に係る引き込み範囲を異にする複数のフォーカスエラー信号を上記信号生成部が生成するとともに、該引き込み範囲が狭いほど、球面収差の変化に伴うフォーカスエラー信号の形状特性変化への影響が大きくなることを利用して各フォーカスエラー信号の相違を検出して上記球面収差量の検出信号を生成する
   ことを特徴とする光学ヘッド装置。
2. 請求項１に記載した光学ヘッド装置において、
   引き込み範囲の狭い第１のフォーカスエラー信号と引き込み範囲の広い第２のフォーカスエラー信号の各レベルを、引き込み範囲に応じた比率で加算した和信号をフォーカスサーボ制御に係る最終的なフォーカスエラー信号として生成するとともに、
   上記第１及び第２のフォーカスエラー信号の各レベルを引き込み範囲に応じた比率で減算した差信号を上記球面収差量の検出信号として生成する
   ことを特徴とする光学ヘッド装置。
3. 請求項１に記載した光学ヘッド装置において、
   引き込み範囲が広いフォーカスエラー信号を用いたフォーカスサーボ制御によりフォーカス状態を変化させた場合に得られる引き込み範囲の狭いフォーカスエラー信号の形状特性からピーク値及びボトム値を求めて上記球面収差量の検出信号を生成する
   ことを特徴とする光学ヘッド装置。
4. 請求項１に記載した光学ヘッド装置において、
   上記検出部を構成する検出素子上に受光されるスポットの位置を検出し、該スポットに係る基準位置からのずれ量及び方向に応じて上記球面収差量の検出信号を補正する手段を設けた
   ことを特徴とする光学ヘッド装置。
5. 請求項１に記載した光学ヘッド装置において、
   上記戻り光に係る復路上に回折素子が配置されており、引き込み範囲を異にする上記複数のフォーカスエラー信号が、上記戻り光に係る次数の異なる回折光の検出信号に基づいて生成される
   ことを特徴とする光学ヘッド装置。
6. 請求項１に記載した光学ヘッド装置において、
   種類の異なる光学式記録媒体からの戻り光を各別に検出する検出部を備え、各検出部の受光信号に基づいて、上記引き込み範囲を異にする複数のフォーカスエラー信号を生成する
   ことを特徴とする光学ヘッド装置。
7. 光源から対物レンズを介して光学式記録媒体に照射された後の戻り光を検出する検出部と、該検出部の受光量に基づいてフォーカスエラー信号及び球面収差量の検出信号を生成する信号生成部と、上記フォーカスエラー信号を用いて上記対物レンズの焦点合わせを行う制御部及び上記球面収差量の検出信号に基づいて球面収差補正を行う収差補正手段を有する、光学式記録媒体を用いた情報処理装置において、
   フォーカスサーボ制御に係る引き込み範囲を異にする複数のフォーカスエラー信号を上記信号生成部が生成するとともに、該引き込み範囲が狭いほど、球面収差の変化に伴うフォーカスエラー信号の形状特性変化への影響が大きくなることを利用して各フォーカスエラー信号の相違を検出して上記球面収差量の検出信号を生成する
   ことを特徴とする光学式記録媒体を用いた情報処理装置。
8. 請求項７に記載した光学式記録媒体を用いた情報処理装置において、
   引き込み範囲の狭い第１のフォーカスエラー信号と引き込み範囲の広い第２のフォーカスエラー信号の各レベルを、引き込み範囲に応じた比率で加算した和信号をフォーカスサーボ制御に係る最終的なフォーカスエラー信号として生成するとともに、
   上記第１及び第２のフォーカスエラー信号の各レベルを引き込み範囲に応じた比率で減算した差信号を上記球面収差量の検出信号として生成する
   ことを特徴とする光学式記録媒体を用いた情報処理装置。
9. 請求項７に記載した光学式記録媒体を用いた情報処理装置において、
   引き込み範囲が広いフォーカスエラー信号を用いたフォーカスサーボ制御によりフォーカス状態を変化させた場合に得られる引き込み範囲の狭いフォーカスエラー信号の形状特性からピーク値及びボトム値を求めて上記球面収差量の検出信号を生成する
   ことを特徴とする光学式記録媒体を用いた情報処理装置。
10. 請求項７に記載した光学式記録媒体を用いた情報処理装置において、
    上記検出部を構成する検出素子上に受光されるスポットの位置を検出し、該スポットに係る基準位置からのずれ量及び方向に応じて上記球面収差量の検出信号を補正する手段を設けた
    ことを特徴とする光学式記録媒体を用いた情報処理装置。
11. 請求項７に記載した光学式記録媒体を用いた情報処理装置において、
    上記戻り光に係る復路上に回折素子が配置されており、引き込み範囲を異にする上記複数のフォーカスエラー信号が、上記戻り光に係る次数の異なる回折光の検出信号に基づいて生成される
    ことを特徴とする光学式記録媒体を用いた情報処理装置。
12. 請求項７に記載した光学式記録媒体を用いた情報処理装置において、
    種類の異なる光学式記録媒体からの戻り光を各別に検出する検出部を備え、各検出部の受光信号に基づいて、上記引き込み範囲を異にする複数のフォーカスエラー信号を生成する
    ことを特徴とする光学式記録媒体を用いた情報処理装置。
13. 請求項１２に記載した光学式記録媒体を用いた情報処理装置において、
    レーザー光源と対物レンズと戻り光の検出部を有する第１の光学系と、
    上記レーザー光源よりも発振波長が短波長であるレーザー光源と、収差補正手段及び対物レンズと、戻り光の検出部を有する第２の光学系とを備え、
    上記第１の光学系の検出部による受光信号に基づいて引き込み範囲の広いフォーカスエラー信号を生成するとともに、上記第２の光学系の検出部による受光信号に基づいて引き込み範囲の狭いフォーカスエラー信号を生成する
    ことを特徴とする光学式記録媒体を用いた情報処理装置。

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