JPH04271024A - 色収差を用いたフォーカシング誤差の検出方法及び装置 - Google Patents

色収差を用いたフォーカシング誤差の検出方法及び装置

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JPH04271024A
JPH04271024A JP3199034A JP19903491A JPH04271024A JP H04271024 A JPH04271024 A JP H04271024A JP 3199034 A JP3199034 A JP 3199034A JP 19903491 A JP19903491 A JP 19903491A JP H04271024 A JPH04271024 A JP H04271024A
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recording medium
wavelength
light
focusing error
beams
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JP3199034A
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Purimuji Zahirudeiin
ザヒルディーン　プリムジ
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Nikon Corp
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    • G11B7/12—Heads, e.g. forming of the optical beam spot or modulation of the optical beam
    • G11B7/135—Means for guiding the beam from the source to the record carrier or from the record carrier to the detector
    • G11B7/1372—Lenses
    • G11B7/1374—Objective lenses
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • G11B7/08—Disposition or mounting of heads or light sources relatively to record carriers
    • G11B7/09—Disposition or mounting of heads or light sources relatively to record carriers with provision for moving the light beam or focus plane for the purpose of maintaining alignment of the light beam relative to the record carrier during transducing operation, e.g. to compensate for surface irregularities of the latter or for track following
    • G11B7/0908—Disposition or mounting of heads or light sources relatively to record carriers with provision for moving the light beam or focus plane for the purpose of maintaining alignment of the light beam relative to the record carrier during transducing operation, e.g. to compensate for surface irregularities of the latter or for track following for focusing only
    • G11B7/0912—Disposition or mounting of heads or light sources relatively to record carriers with provision for moving the light beam or focus plane for the purpose of maintaining alignment of the light beam relative to the record carrier during transducing operation, e.g. to compensate for surface irregularities of the latter or for track following for focusing only by push-pull method

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の分野】本発明は、光ディスク等の記録媒体の記
録または再生におけるフォーカシング誤差の検出方法及
び装置に関する。
【０００２】
【従来技術】情報を高密度に記録でき、アクセスタイム
が短く、ランダムアクセスが可能で、記録媒体と非接触
で記録又は再生できる情報メモリとして、光ディスクが
最近実用化され又は開発途上にある。
【０００３】この光ディスクを大きく分けると、■コン
パクトディスク、レーザーディスク等に代表される再生
専門光ディスク、■一度だけ情報を記録できて何度でも
再生できるライトワンス（追記）型光ディスク、並びに
■一度記録した情報を消去でき、何度でも繰り返し記録
・再生が可能な消去可能な光ディスク＝例えば、相変化
型光ディスク又は光磁気ディスク又はホトクロミック光
ディスク＝がある。
【０００４】これらの光ディスクは、いずれも、光学的
性質の異なる２つの微小領域を情報単位の「１」と「０
」に対応させて、情報を記録するものである。微小領域
は、幅が１μｍ　程度で、長さは様々ある。短い方の微
小領域は、長い方に比べて目立つことから、一般にビッ
ト、ピット又はマークなどと呼ばれる。他方、長い方は
、トラックの地を構成する。トラックは、渦巻き状又は
同心円に形成され、このトラック上にビットが点々と存
在する。ビットは、突起又は窪みによって構成されたり
、孔によって構成されたり、磁化の向きが上向き又は下
向きに揃えられた磁化領域によって構成されたり、結晶
又は非晶質の領域によって構成されたり、または色の異
なる領域によって構成されたりする。
【０００５】光ディスクを再生する場合、対物レンズに
よって最も小さく絞られた光ビームがビットに対して照
射される。換言すれば、光ビームは対物レンズによって
光ディスク上に合焦される。照射された領域はスポット
と呼ばれ、スポットは約１μｍ　の直径を有する。最も
小さいスポットの直径は、使用する光ビームの波長によ
って決定される。現在の半導体レーザーから得られる光
の波長は、約８００ｎｍであるので、現在最も小さいス
ポットの直径は上述の通り約１μｍ　である。実際には
考え方は逆である。最も小さいスポットの直径に従って
最も小さいビット幅が決定されている。より小さい幅の
ビットは、より高い記録密度をもたらす。
【０００６】従って、対物レンズは光ディスクから常に
一定の距離に存在しなければならない。この距離は多く
の場合、対物レンズの焦点距離に等しい。この場合には
、対物レンズを所定の位置に置く動作をフォーカシング
という。仮に対物レンズと光ディスクとの間の距離が焦
点距離より短いか又は長いと、スポット直径は増大する
。増大したスポットは、Ｓ／Ｎ比の低下及び読み誤り率
の増加をもたらす。
【０００７】しかしながら、光ディスクのソリ、光ディ
スクを回転させる回転軸の振動などにより、光ディスク
は上下に変位する。そのため、対物レンズと光ディスク
との間の距離を常に一定に保持することは、非常に困難
であると言う問題がある。この問題は光ビームを使用し
て光ディスクに記録する場合にも生じる。
【０００８】そこで、本発明者は、対物レンズを光ディ
スク表面の上下変位に追随させることを決意した。対物
レンズ以外の光学系、光源及び光検出器等を含む光ヘッ
ド（光ピックアップとも呼ばれる）の全体を光ディスク
変位に追随させることは、ヘッドが重いので困難である
。また、光ディスクが対物レンズの焦点位置からずれる
量は、実際には僅かである。従って、対物レンズだけを
追随させれば問題は解決する。
【０００９】対物レンズを光ディスク表面の位置変化に
追随させるには、まずディスクの表面位置の焦点位置か
らのずれ量を検出しなければならない。このずれ量はフ
ォーカシング誤差と呼ばれる。
【００１０】
【発明の概要】本発明の目的は、光ディスク等の記録媒
体の記録または再生におけるフォーカシング誤差を検出
するための新規な方法を提供することである。
【００１１】本発明の別の目的は、上記検出方法を利用
した検出装置を提供することである。
【００１２】本発明の更に別の目的は、フォーカシング
誤差信号の検出方法及び検出装置を提供することにある
。
【００１３】本発明の最も大きな特徴は、光源からのビ
ームを光ディスクに合焦させる光学系の一部の色収差を
有するレンズを配置することにある。該色収差を有する
レンズは、好ましくは対物レンズとして配置される。
【００１４】色収差を有するレンズは波長によって異な
る焦点距離を有する。波長λ１　と波長λ２　（λ２　
≠λ１　）との２つの検出用ビームは、色収差を有する
レンズを通ることによって異なる２位置に焦点を結ぶ。 従って、光ディスクが一方のビームの焦点位置にあると
き、他方のビームは光ディスク上に焦点を結んでいない
。その結果、後者のスポット直径は最小直径より増大し
、単位面積当たりの光量が小さくなる。それに対して、
焦点を結んでいるビームのスポットは、単位面積当たり
の光量が大きい。
【００１５】従って、２つのビームの焦点位置のちょう
ど中間位置に光ディスクがあるとき、２つのスポットは
等しい「単位面積当たりの光量」を有する。この中間位
置を基準位置と決め、この基準位置に再生用ビーム又は
記録用ビームの焦点位置がくるように光学系が設計され
る。すると、波長λ１　と波長λ２　の２つの検出用ビ
ームが作る２つのスポットの「単位面積当たりの光量」
又はこれと相関関係にある量との差がゼロであれば、光
ディスクは基準位置にあることになる。そのとき、再生
用ビーム又は記録用ビームは、光ディスク表面に正しく
焦点を結ぶ。また、この差は基準位置からの「ずれ量」
に等しくなる。
【００１６】「単位面積当たりの光量」又はこれと相関
関係にある量を測定するには、例えば、光ディスクのス
ポットの実像を光検出器の受光面上に形成すればよい。 実像の形成は、スポットからの反射光をレンズで受光面
に結像させることにより得られる。一般には、光検出器
の受光面は前記実像より大きいので、受光面の直前にピ
ンホールの開いた遮光板を置く。これにより「単位面積
当たりの光量」又はこれと相関関係にある量が測定され
る。スポットからの反射光を光集積ディスクの導波路を
通して光検出器に導く場合には、導波路の入口がピンホ
ールに匹敵する小さな直径を有するので、「ピンホール
の開いた遮光板」は不要である。
【００１７】光検出器の出力信号をＩとすれば、Ｉは「
単位面積当たりの光量」又はこれと相関関係にある量に
等しい。波長λ１　に対する出力Ｉ１　と波長λ２　に
対する出力Ｉ２　が等しいときに、光ディスクは基準位
置にある。
【００１８】２つの異なる波長を作るために、基本的に
は２つの光源が必要である。この場合、２つの光源が同
一構造の光源、例えば半導体レーザであってもよい。こ
の場合には、該光源に供与する制御因子を違えることに
より、一方は波長λ１　、他方は波長λ２　のビームを
発光させるようにする。制御因子として、例えば周囲温
度が挙げられる。周囲温度を制御するために、例えば光
源の傍にペルチエ効果（Ｐｅｌｔｉｅｒ　ｅｆｆｅｃｔ
）　を有する素子を置く。
【００１９】本発明では、極めて短い時間差であれば、
波長λ１　と波長λ２　の２つのビームが光ディスクを
照らす時刻、又は２つのスポットの「単位面積当たりの
光量」又はこれと相関関係にある量を測定する時刻は、
異なる時刻でもよい。この場合には、２つのビームを供
給又は検出するために、１つの光源又は１つの光検出器
を共通に使うことができる。つまり、光源に供与する制
御因子を時刻に応じて変えればよい。
【００２０】また、２つのビームをそれぞれ供給する２
つの光源を用意して、ビームの検出のためには１つの光
検出器を共通に使うこともできる。
【００２１】
【実施例】最初に本発明のフォーカシング誤差検出の原
理を説明する。
【００２２】図１において、３つの光源１、２、３は、
光軸に直交する共通平面上にそれぞれ射出面を有し、互
いに異なる波長λ１　、λ２　、λ３　の光ビームをそ
れぞれ射出する。各波長は、λ１　＜λ３　＜λ２　の
関係にある。 これらの光源は、それぞれ単体で構成された３つの半導
体レーザ、あるいはモノリシック・アレイで構成された
半導体レーザであることが好ましい。３つの光源のうち
、光源１と２からの光ビームはフォーカシング誤差の検
出に用いられ、光源３からの光ビームは読取り又は書込
みのために用いられる。
【００２３】３つの光源からの光ビームは色収差を有す
る対物レンズ４にそれぞれ入射する。対物レンズ４は光
源１、２、３の射出面の像を、それぞれの色収差に基づ
いて平面Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３上にそれぞれ形成する。ここ
で、平面Ｐ３に対して平面Ｐ１及びＰ２がほぼ等距離に
なるように、光ビームの波長λ１　、λ２　、λ３　が
選択される。
【００２４】更に、光源１、２、３の射出面上、あるい
はそれと等価な位置に受光面をそれぞれ有する光検出器
１１、１２、１３が配置され、光検出器１１、１２の出
力Ｉ１　、Ｉ２　は差動増幅器５の２つの入力にそれぞ
れ接続されている。これらの光検出器によって、像の単
位面積当たりの光量又はこれと相関関係にある量が測定
される。また、光検出器１３の出力Ｉ３　は図示なき読
取り又は書込み装置に入力される。
【００２５】いま、光源１、２からの光ビームが等しい
光強度を有し、且つ射出面の面積が等しいと仮定すると
、平面Ｐ３上に光ディスクの表面が一致している時、該
光ディスクの表面で反射して対物レンズ４によって光検
出器１１及び１２にそれぞれ逆投影された光源１及び２
からの光ビームの光強度は互いに等しくなる。このとき
光ディスクは目的とする基準位置にあり、Ｉ１　＝Ｉ２
　となる。光ディスクの表面が平面Ｐ３より平面Ｐ１に
近づくにつれて、光検出器１１に入射するビームの強度
は増加し、光検出器の出力は、Ｉ１　＞Ｉ２　となる。 逆に光ディスクの表面が平面Ｐ２に近づくにつれて光検
出器に入射するビームの強度は減少し、光検出器の出力
信号は、Ｉ１＜Ｉ２　となる。従って差動増幅器５の出
力ＦＥに基づいて、光源３からの読取り又は書込み用ビ
ームのフォーカシング誤差を決定することができる。
【００２６】図２Ａ及び図２Ｂは、光ディスクの表面が
対物レンズ４に対して変位した時の出力Ｉ２　及びＩ１
　の変化をそれぞれ示し、図２Ｃは差動増幅器５の出力
、即ちフォーカシング誤差信号ＦＥを示す。
【００２７】次に図３参照して本発明の第１実施例を説
明する
【００２８】図１と同様の光源１、２、３の前面には３
つのピンホールが設けられた遮光板２０が配置され、実
質的な射出面を構成している。光源１、２、３は駆動回
路２１によって発光駆動される。ピンホールから射出し
た波長λ１　、λ２　、λ３　の各光ビームは、コリメ
ーターレンズ２２でコリメートされ、ビームスプリッタ
２３及び色収差を有する対物レンズ４を通って、光ディ
スク６上に到達する。各ビームは光ディスク６に垂直入
射し、そのためディスクからの反射光が光源方向に帰る
ので、ディスク表面での反射光はビームスプリッタ２３
で分離され、集光レンズ２４によって光検出器１１、１
２、１３の受光面上に集光される。尚、光検出器１１、
１２、１３の受光面の面積は互いに等しく形成されてい
る。ディスク６と光検出器の受光面とはレンズ４及び２
４に関して光学的に共役の位置にあるので、ディスク６
上の光スポットの像が受光面上にそれぞれ形成される。
【００２９】差動増幅器５の出力ＦＥは、光ディスクを
基準位置にもたらすように制御するフォーカス制御器２
５に入力される。そして光検出器１３の出力Ｒは再生回
路２６に入力される。
【００３０】尚、本実施例において、対物レンズ４の色
収差を利用してフォーカス誤差検出をするように説明し
たが、対物レンズ４とコリメータレンズ１０との総合的
な色収差を利用することも可能であるし、また、色収差
のない対物レンズと色収差を有するコリメーターレンズ
とを用いてもよい。
【００３１】図４に従って本発明の第２実施例を説明す
る。尚、図４において図３と同一機能を有する要素には
同一の符合を付し、読取り又は書込み用の光検出器は図
示を省略してある。
【００３２】駆動回路３０と光源１の間には周波数変調
器３１が設けられ、光源１から射出される波長λ１　の
光ビームは周波数ｆ１によって変調される。同様に、駆
動回路と光源２の間には周波数変調器３２が設けられ、
光源２から射出される波長λ２の光ビームは周波数ｆ２
によって変調される。光源１からのビームと光源２から
のビームとは、共通の光検出器３３によって受光される
。 光検出器３３の前方には口径の等しい２つのピンホール
が開いた遮光板３４が設置され、光源１からのビームと
光源２からのビームとは、これらのピンホールから別々
に光検出器３３に入射する。
【００３３】光検出器３３の出力は、周波数ｆ１を透過
するバンドパス・フィルタ３５を通して差動増幅器３７
及び３８にそれぞれ入力されると共に、周波数ｆ２を透
過するバンドパス・フィルタ３６を通して差動増幅器３
７及び３８にそれぞれ入力される。両光源１、２からの
光ビームの出力は同一パワーに設定されているので、差
動増幅器３７、３８の合成出力からフォーカシング誤差
信号ＦＥが得られる。
【００３４】次に図５〜図８に従って本発明の第３実施
例を説明する。
【００３５】本実施例の装置は、単一の半導体レーザと
単一の光検出器とを有し、半導体レーザの出力波長の温
度依存性を利用して複数の波長を交互に出力するように
構成したものである。
【００３６】図５において、光源４０は半導体レーザに
よって構成され、駆動回路４１の交流電流Ｉｐによって
駆動される。一般に半導体レーザの出力波長は、ペルチ
エ効果に基づく発振領域における温度依存性があり、温
度が上がると長波長側にシフトする。半導体レーザへの
注入電流を増していけば、発振領域の温度が上がるため
、波長は長波長側にシフトし、逆に注入電流を小さくす
れば短波長側にシフトする。
【００３７】駆動回路４１は発振器４２の発振周波数ｆ
０で強度変調された交流電流Ｉｐを出力する。この交流
電流Ｉｐによって光源４０の温度は周波数ｆ０で変化し
、光源４０は、高温時には波長λ１　の光ビームを射出
し、低温時には波長λ２　の光ビームを射出する。
【００３８】光源４０からの光ビームはコリメータ２２
、ビームスプリッタ２３、及び色収差を有する対物レン
ズ４を通って光ディスク６の表面に到達し、そこで反射
したビームは前述の各実施例と同様の経路で、遮光板４
４のピンホールを通り、光検出器４３によって受光され
、その強度が検出される。
【００３９】図６に示すように、光源４０からの光ビー
ムの強度もまた、駆動電流Ｉｐの変化に応答して変化す
る。そのため、光検出器４３によって受光された反射ビ
ームの強度を、発振器４２の発振周波数ｆ０に従って規
格化する除算器４５が設けられる。
【００４０】除算器４５によって規格化されたビーム強
度信号は検波回路４６に入力される。光源４０からの光
ビームの波長はλ１　とλ２　との間で周期的に変化し
ているので、検波回路４６は波長λ１　の時の除算器４
５の出力と波長λ２　の時の除算器４５の出力とを、発
振器４２の周波数ｆ０に従って同期検波する。
【００４１】図７Ａに示すように、発振器４２の出力の
ボトムにおいて光ビームの波長はλ１　になり、ピーク
においてλ２　になる。尚、ピークとボトムとの中間の
波長λ３は、読取り又は書込み用の波長に等しい。図７
Ｂ、図７Ｃ、図７Ｄは波長λ２　、λ３　、λ１のビー
ムがディスク表面に合焦しているときに得られる除算器
４５の出力波形それぞれ示す。図から明らかなように、
波長λ１　の時とλ２　の時とで除算器４５の出力波形
が逆位相を示すので、同期検波によってそれぞれの出力
レベルを容易に検出することができる。
【００４２】除算器４５で得られた図８のようなフォー
カシング誤差信号ＦＥは、フォーカス制御器２５に送ら
れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明のフォーカシング誤差の検出の原
理を説明する概念図である。
【図２】Ａは光検出器の出力信号Ｉ２　を示すグラフ、
Ｂは光検出器の出力信号Ｉ１　を示すグラフ、Ｃはフォ
ーカシング誤差信号ＦＥを示すグラフである。
【図３】図３は本発明の第１実施例による検出装置の光
学系の配置及び信号処理部のブロック図である。
【図４】図４は本発明の第２実施例による検出装置の光
学系の配置及び信号処理部のブロック図である。
【図５】図５は本発明の第３実施例による検出装置の光
学系の配置及び信号処理部のブロック図である。
【図６】図６は発振周波数ｆ０に対する光ビーム強度の
変化を示すグラフである。
【図７】Ａは発振器の出力波形を示す波形図、Ｂ、Ｃ、
Ｄは除算器の出力波形をそれぞれ示す波形図である。
【図８】図８は、ディスク変位量とフォーカシング誤差
信号ＦＥとの関係を示すグラフである。

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　フォーカシング誤差を検出する方法で
    あって、 ａ）異なる波長の第１及び第２ビームを、色収差を有す
    るレンズを含む光学系を通して記録媒体の表面にそれぞ
    れ供給し； ｂ）前記記録媒体で反射された第１ビームの光強度と第
    ２ビームの光強度とをそれぞれ検出し；及びｃ）検出し
    たそれぞれのビームの光強度に基づいて前記記録媒体の
    表面に対するフォーカシング誤差を決定することから成
    る方法。
  2. 【請求項２】　　フォーカシング誤差を検出する方法で
    あって、 ａ）波長λ１　のビームと波長λ２　のビームとを、色
    収差を有するレンズを含む光学系を通して記録媒体の表
    面に同時に供給し； ｂ）前記記録媒体で反射された波長λ１　のビームの光
    強度と波長λ２　のビームの光強度とをそれぞれ検出し
    ；及び ｃ）検出した反射ビームの光強度の差に基づいて前記記
    録媒体の表面に対するフォーカシング誤差を決定するこ
    とから成る方法。
  3. 【請求項３】　　フォーカシング誤差を検出する方法で
    あって、 ａ）波長λ１　のビームと波長λ２　のビームとを、色
    収差を有するレンズを含む光学系を通して記録媒体の表
    面に交互に供給し； ｂ）前記記録媒体で反射された波長λ１　のビームの光
    強度と波長λ２　のビームの光強度とをそれぞれ交互に
    検出し；及び ｃ）検出した反射ビームの光強度の差に基づいて前記記
    録媒体の表面に対するフォーカシング誤差を決定するこ
    とから成る方法。
  4. 【請求項４】　　記録媒体に対するフォーカシング誤差
    を検出する装置、であって：異なる波長の第１及び第２
    ビームを供給する光源手段；色収差を有するレンズを含
    み、前記光源手段と前記記録媒体との間に配置された光
    学系；前記記録媒体の表面で反射した前記第１及び第２
    ビームの光強度をそれぞれ検出するための手段；及び前
    記検出された第１及び第２ビームに基づいて前記記録媒
    体の表面に対するフォーカシング誤差を決定する手段と
    から成る装置。
  5. 【請求項５】　　請求項４の装置において前記光源手段
    は、第１の波長のビームを射出する第１光源と第２の波
    長のビームを射出する第２光源とを含む。
  6. 【請求項６】　　請求項５の装置において前記第１及び
    第２光源は、前記光学系の光軸にほぼ垂直な共通平面上
    に配置された射出面をそれぞれ有する。
  7. 【請求項７】　　請求項４の装置において、前記光源手
    段は第１の波長のビームと第２の波長のビームとを所定
    の周波数で交互に射出する光源を含み、前記検出手段は
    、反射した前記第１及び第２ビームの光強度を前記所定
    の周波数に応答して交互に検出する。
  8. 【請求項８】　　請求項７の装置において前記光源は、
    半導体レーザと該レーザに前記所定周波数の周期電流を
    供給する手段とを含む。
  9. 【請求項９】　　請求項４の装置において、前記光源手
    段は前記第１及び第２ビームが射出される射出面を有し
    、前記光学系は該射出面の像を前記記録媒体の表面の近
    傍に投影する。
  10. 【請求項１０】　　請求項９の装置において前記検出手
    段は、検出面と、前記記録媒体で反射した第１及び第２
    ビームを該検出面上に集光するための手段とを含む。
  11. 【請求項１１】　　請求項１０の装置において前記検出
    手段は、前記第１ビームの光強度に対応する出力を発生
    する第１検出器と前記第２ビームの光強度に対応する出
    力を発生する第２検出器とを含み、前記決定手段は該第
    １検出器の出力と第２検出器の出力との差に基づいて前
    記フォーカシング誤差を決定する。
  12. 【請求項１２】　　記録媒体に対するフォーカシング誤
    差を検出する装置、であって：異なる波長の第１ビーム
    及び第２ビームを供給する手段；前記第１ビーム及び第
    ２ビームを異なる第１及び第２周波数でそれぞれ変調す
    る手段；色収差を有するレンズを含み、前記光源手段と
    前記記録媒体との間に配置された光学系；前記記録媒体
    の表面で反射した前記第１及び第２ビームを受光して対
    応する出力を発生する受光手段；該受光手段の出力から
    前記第１及び第２周波数成分を分離する手段；及び前記
    分離された第１及び第２周波数成分に基づいて前記記録
    媒体の表面に対するフォーカシング誤差を決定する手段
    。
  13. 【請求項１３】　　請求項１２の装置において前記決定
    手段は、前記第１及び第２周波数成分の差に基づいて前
    記フォーカシング誤差を決定する。
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