JP2011198442A - 光ピックアップ及び光ディスク装置 - Google Patents

Abstract

【課題】３ビームによるＤＰＰ法においては、ディスク偏芯時にＤＰＰ信号振幅が低下することにより、トラッキングサーボが外れてしまうという問題があった。
【解決手段】光ビームを出射するレーザ光源と、光ビームを０次光と±１次光の少なくとも３つの光ビームに分岐する光分岐素子と、３つの光ビームを光ディスク上に集光する対物レンズと、光ディスクからの３つの反射光を受光する光検出器とを備え、＋１次光の受光領域から生成されたプッシュプル信号と、−1次光の受光領域から生成されたプッシュプル信号との減算処理により偏芯信号を生成するようにする。
【選択図】 図３

Description

本発明は、光ディスクに記録された情報を再生する光ピックアップ及び光ディスク装置に関する。

本技術分野の背景技術として、例えば特許文献１には「光ディスクの偏芯によるトラックエラー信号振幅の変動をキャンセルできるようにする」ことを目的として、「光ディスク２１の回転角度を求めて、その求めた回転角度におけるトラックエラー信号振幅を求めて、その求めたトラックエラー信号振幅に基づいて可変利得アンプ２５によるトラック位置決め制御のゲインを設定する」と記載されている（特許文献１、要約参照）。

また、特許文献２には、「差動プッシュプル信号からなるトラッキング誤差信号を検出する誤差信号検出装置を提供する」ことを目的として、「誤差信号検出装置９０は、光ピックアップ５０と生成回路６０とを有する。光ピックアップ５０は、回折格子により０次回折光および±１次回折光を生成して光ディスク８０に対して照射する。±１次回折光は、光ディスク８０にチルトがある場合の光ディスク８０の波面収差と等価な位相分布を有する。記録面での主光スポットと副光スポットのディスク半径方向の中心間距離は、トラックピッチの整数倍である。生成回路６０は、０次回折光に対応する主プッシュプル信号と±１次回折光に対応する第１及び第２の副プッシュプル信号とを生成し、第１及び第２の副プッシュプル信号の和信号を主プッシュプル信号から減算した差動プッシュプル信号であるトラッキング誤差信号ＴＥを生成する」と記載されている（特許文献２、要約参照）。

特開平９−２３１５９４号公報 特開２００２−２５０９１号公報

光ディスクシステムにおいては、レーザから発せられ対物レンズにより集光された光スポットを光ディスク上の記録面に追従させるためのフォーカスサーボと記録面上に設けられたトラックに追従させるためのトラッキングサーボが必須である。このうちトラッキングサーボの方式としては、光ディスク上のトラックに０次光と±１次光の３つの光スポットを互いに１／２トラックピッチの間隔で配置し、そこから得られる０次光のプッシュプル信号と±１次光から得られるプッシュプル信号の減算によりいわゆるディファレンシャル・プッシュプル法（以下、ＤＰＰ法）を採用することが一般的に行われている。

ここで、光ディスク上のトラックは、光ディスクシステム内のターンテーブルへの光ディスクの取り付け精度やターンテーブル自体の回転精度などが原因で、光ディスク回転中心と光ディスク中心が一致せずに、光ディスク自体が回転周期に同期して大きくうねる、いわゆる偏芯の状態となりうる。このような偏芯が発生した場合においては、ＤＰＰ法における±１次光のトラックに対する位置あるいは位相関係が偏芯量により変化することとなる。そのため、±１次光からのプッシュプル信号振幅が変動し、結果的にＤＰＰ信号自体が変動するためにトラッキングサーボがかかりにくくなるという問題があった。

しかしながら、上記の特許文献１では、偏芯によるトラッキング信号の変動を回避するために、光ディスクの回転角度から変動量を算出することが提案されているが、回転角度から変動量を算出すること自体がシステムとしてのメモリを消費してしまうという問題を抱えている。

本発明は、偏芯によるトラッキング信号の変動に対して、システムのメモリを消費することなく偏芯量もしくはトラッキング信号変動量を算出することで、信頼性の高い光ピックアップ及び光ディスク装置を提供することを目的とする。

上記目的は、その一例として、特許請求の範囲に記載の構成により達成できる。

本発明によれば、信頼性の高い光ピックアップ及び光ディスク装置を提供することが可能になる。

光ピックアップの構成を示す図である。 光検出器の構成を示す図である。 光検出器からの出力の演算を示す図である。 ＤＰＰ方式によるオフセットキャンセルを示す図である。 偏芯時におけるＤＰＰ信号振幅の変化を示す図である。 光ピックアップを搭載した光ディスク装置を示す図である。

本発明を実施するための具体的構成として、実施例を用いて以下説明をする。なお、各実施例を適宜組合わせた構成も効果を奏する。

以下、本発明の実施例１としての光ピックアップの構成について図面を参照しながら説明する。

図１は本発明の実施例１における光ピックアップの構成を示す図である。図１において、半導体レーザ１は７８５ｎｍ帯の波長で発振可能な半導体レーザであり、常温における発振波長は７８５ｎｍとなっている。尚、７８５ｎｍ帯はＣＤの記録再生が可能な波長である。図１は７８５ｎｍの波長の光ビームが出射されている状態を示している。半導体レーザ１より出射した光ビームは、ほとんどが紙面に垂直な偏光状態（以下、Ｓ偏光）の光ビームとなるように、半導体レーザ１を光ビームの光軸廻りに回転して配置している。
半導体レーザ１を出射した光ビームは、回折格子２に至る。回折格子２は、半導体レーザ１から出射された光ビームを０次光と±１次光の３つの光ビームに分岐する光学素子である。

回折格子２を透過した３つの光ビームは、ハーフミラー３に至る。ハーフミラー３は、半導体レーザ１から出射された光ビームの出射光軸に対して、４５°の角度をなすような反射面を表面に有する板材で構成されており、その膜面に形成された膜で７８５ｎｍ帯波長の光ビームのＳ偏光成分を約８０％、Ｐ偏光成分を約２０％反射する偏光特性がある光学素子である。そのため、ハーフミラー３に到達した３つの光ビームのほとんどはＳ偏光成分であるため、入射方向に対して９０°方向に反射することとなり、光ビームの一部であるＰ偏光成分は、ハーフミラー３を透過し、光ビームの光量をモニタするためのフロントモニタ１１に至る。

ハーフミラー３の反射膜において反射した３つの光ビームは、コリメートレンズ４によって平行な光ビームに変換される。コリメートレンズ４を出射した光ビームは、４分の１波長板５を透過する。ここで、コリメートレンズ４を透過した３つの光ビームは、４分の１波長板５により円偏光に変換された後、対物レンズ６に入射する。対物レンズ６は、７８５ｎｍ帯の光ビームが平行光で入射した場合に、例えばＣＤのように基板厚さが１．２ｍｍである第１の光ディスク１０の情報記録面に対して合焦可能な機能を持つレンズである。

対物レンズ６は、駆動コイル８と一体になっているアクチュエータ７に保持されており、駆動コイル８と対向する位置にはマグネット９が配置されている。そのため駆動コイル８に通電しマグネット９からの反力による駆動力を発生させることにより、対物レンズ６を光ディスク１０の略半径方向およびディスク面に垂直な方向に移動することが可能な構成となっている。ここで、対物レンズ６を透過した光ビームは、フロントモニタ１１により検出した光量を基にして、対物レンズ６を透過する光ビームの光量、あるいは光ディスク１０上に集光する光スポットの光量を推定可能な構成となっている。

光ディスク１０を反射した３つの光ビームは、往路光と同様の光路を往路とは逆方向に戻り、対物レンズ６を経て４分の１波長板５に至る。そのとき、光ビームのほとんどの偏光が往路と同じ円偏光であるため、４分の１波長板５を透過することにより往路とは直交するＰ偏光に変換される。その後、光ビームはコリメートレンズ４に入射し、コリメートレンズ４により光ビームは平行光から収束光に変換され、ハーフミラー３に到達する。ハーフミラー３に到達した光ビームは、Ｐ偏光成分であるため膜面を約２０％透過することとなる。

ハーフミラー３では、光ビームは収束光中に傾けて配置された板材を透過することになるために、光ビームには非点収差が発生することとなる。ハーフミラー３の後には、検出レンズ１２と光検出器１３が直線上に配置されている。
検出レンズ１２は、球面と円筒面の組合せからなるレンズであり、検出系側の合成焦点距離を拡大し非点収差方式による信号検出を実現するためのものである。光ディスク１０を反射した光ビームは、コリメートレンズ４を透過することによりすでに収束光となっており、光ビームの進行方向に対して傾斜している検出レンズ１２の円筒面を透過する際に光ビームには非点収差が与えられる。ここで与えられた非点収差は、ハーフミラー３にて与えられた非点収差と合成されて光検出器１３の所定の受光面に集光されるようになっている。光検出器１３では、受光した第１の光ビームにより光ディスク１０から得られる非点収差方式によるフォーカスエラー信号やプッシュプル方式によるトラッキングエラー信号や再生信号などを出力可能となっている。

以上説明した光学部品と電気部品の組合せにより、光ピックアップ１４が構成されている。

次に光検出器の検出面パターンについて説明する。図２は、光検出器１３を光ビームが照射される方向から見た図である。図２において、光検出器１３には第１の受光領域７０、第２の受光領域７１、第３の受光領域７２があり、受光領域７０を中心に受光領域７１と受光領域７２は互いに対象な位置に配置されている。受光領域７０は、４つの受光面７３、７４、７５、７６により分割されている。各受光面からの出力は、受光面７３は端子ａ、受光面７４は端子ｂ、受光面７５は端子ｃ、受光面７６は端子ｄからそれぞれ出力される。受光領域７１は、２つの帯状の受光面７７、７８が上下に接するような構成となっている。各受光面からの出力は、受光面７７は端子ｅ、受光面７８は端子ｆからそれぞれ出力される。受光領域７２は、２つの帯状の受光面７９、８０が上下に接するような構成となっている。各受光面からの出力は、受光面７９は端子ｇ、受光面８０は端子ｈからそれぞれ出力される。

実施例１においては、回折格子２をそのまま透過した０次光の光ビーム５１が光検出器１３内の受光領域７０の中心付近に照射されており、回折格子２にて回折した＋１次光の光ビーム５２が受光領域７１の中心付近に照射され、−１次光の光ビーム５３が受光領域７２の中心付近に照射されている。また、実施例１においては、図１に示したハーフミラー３と検出レンズ１２の作用により光ビームに非点収差が与えられ、いわゆる非点収差方式によるフォーカスエラー信号の検出を行っている。そのため、各光ビーム５１、５２、５３は、検出面上にて約５０ミクロン程度の直径を有するスポットとなっている。また、各光ビーム内に存在する回折パターンの方向、すなわちディスク半径方向と、＋１次光５２、−１次光５３の回折方向が一致するように光ピックアップ１４の各光学部品は設定されている。

ここで、実施例１におけるフォーカスエラー信号及びトラッキングエラー信号及び偏芯信号の生成方法について図３を用いて説明する。フォーカスエラー信号は、０次光５１を受光領域７０で受光することにより得られる出力信号に対して、いわゆる非点収差方式といわれる下記の演算をすることにより得ることができる。

フォーカスエラー信号＝(ａ＋ｃ)−(ｂ＋ｄ)
一方、トラッキングエラー信号は、０次光５１、＋１次光５２、−１次光５３からそれぞれ得られる出力信号に対して、いわゆるディファレンシャル・プッシュプル法（ＤＰＰ法）と同様な下記の演算をすることにより得ることができる。

トラッキングエラー信号＝（（ａ＋ｂ）−（ｃ＋ｄ））−K＊（（ｅ−ｆ）＋（ｇ−ｈ））
ここで、前項の（ａ＋ｂ）−（ｃ＋ｄ）は、０次光５１から図４の波形１１０のようないわゆるプッシュプル信号を生成する部分である。波形１１０は、対物レンズ７がディスク半径方向にシフトした場合を想定しており、プッシュプル信号にはある量のＤＣオフセットが加わった状態となっている。後項第１項（ｅ−ｆ）は、対物レンズ７の半径方向シフトに伴う＋１次光５２のスポット位置移動及び分布の光量変化を検出することにより、対物レンズ７の半径方向シフトに比例したオフセット信号を発生するものである。また、後項第２項（ｇ−ｈ）も同様に−１次光５３のスポット位置移動及び分布の光量変化を検出することにより、対物レンズ７の半径方向シフトに比例したオフセット信号を発生するものである。後項の（ｅ−ｆ）＋（ｇ−ｈ）から得られる信号は、図４の波形１１１のような、波形１１０と同じ方向のオフセットで位相が１８０度反転しているものである。波形１１０と、波形１１１にＫ倍のゲイン１１３を加えたものとの減算処理を減算器１１４により行うことにより、波形１１２に示すようなＤＣオフセットがない良好なプッシュプル波形をトラッキングエラー信号として得ることができる。これにより、対物レンズ７の半径方向シフトがあった場合においても、トラッキングエラー信号のＤＣオフセットが発生しないようにすることが可能である。

ここで、光ディスクの偏芯の大きさを示す偏芯信号は、下記の式により出力することが可能である。

偏芯信号＝（ｅ−ｆ）−（ｇ−ｈ）
次に図５を用いて、ディスク偏芯時のＤＰＰ信号振幅について説明する。

図５において、ディスク上に照射された３つの光スポットは、ディスク上に一直線に配置されており、０次光と±１次光はトラックピッチから見て２分の１周期分のみずれた配置となっている。図５のディスクのトラック３０上における、光スポット３１は０次光の光ビームの集光スポット、光スポット３２、３３はそれぞれ＋１次光または−１次光の光ビームの集光スポットである。

図５（ａ）は、ディスクの偏芯がない状態における、ディスク上のスポット配置、及び光検出器の各受光面から得られる信号に基づき算出して得られる信号の波形を示す図である。波形１１２は、上述の説明のとおり、波形１１０と、波形１１１にＫ倍のゲイン１１３を加えたものとの減算処理を減算器１１４により行って得られるプッシュプル波形である。ここで、１１５、１１６はそれぞれ＋１次光５２または−１次光５３からそれぞれ得られる出力信号であり、具体的には例えば（ｅ−ｆ）又は（ｇ−ｈ）から得られる信号の波形である。

図５（ａ）のようにディスクの偏芯がない場合、＋１次光及び−１次光にそれぞれ対応した波形１１５及び波形１１６はほぼ同位相の状態となっている。

一方、図５（ｂ）は、ディスクの偏芯が生じている状態における、ディスク上のスポット配置、及び信号波形を示す図である。ここで、ディスクの偏芯は、光スポット３２、３１、３３がなす直線列とトラック３０との間でなす角度がαとなることと対応しているために、ディスクに偏芯がある場合、トラック３０における光スポット３２と光スポット３３の位相関係が３６０度の略同相からずれることとなる。この場合、ディスク偏芯により、波形１１５と波形１１６の位相にズレが生じることに起因し、ＤＰＰ信号波形１１２の振幅が減少するという問題が発生してしまう。

そこで、本実施例では、上記偏芯信号、すなわち２つの波形１１５及び１１６の振幅の差分信号を検出する。これにより、ＤＰＰ信号波形１１２の振幅減少の直接の原因となる波形１１５及び１１６の位相ズレ量を検知でき、偏芯信号に基づいた適切なゲイン調整を行なって、ＤＰＰ信号波形を補正することができるため、ディスク偏芯によるトラッキングエラー信号等への影響を、簡易な構成で効率良く抑制することができる。

次に、実施例１の光ピックアップを搭載した光ディスク装置について説明する。図６に本実施例における光ピックアップを搭載した光ディスク装置の概略ブロック図を示す。光ピックアップ１４より検出された信号の一部は光ディスク判別回路１２１に送られる。光ディスク判別回路１２１における光ディスクの判別動作は、光ディスクの基板厚さが点灯している半導体レーザの発振波長に対応したものである場合と、異なる発振波長に対応したものである場合とを比較した場合に、光ピックアップ１４より検出された例えばフォーカスエラー信号振幅レベルが前者の場合に大きくなることを利用している。その判別結果はコントロール回路１２４に送られる。さらに、光ピックアップ１７により検出された検出信号の一部は、サーボ信号生成回路１２２あるいは情報信号検出回路１２３に送られる。サーボ信号生成回路１２２では、光ピックアップ１７で検出された各種信号から光ディスク１１あるいは２層ディスク２２に適したフォーカスエラー信号やトラッキングエラー信号を生成し、コントロール回路１２４に送る。一方、情報信号検出回路１２３では、光ピックアップ１７の検出信号から光ディスク１１あるいは２層ディスク２２に記録された情報信号を検出し再生信号出力端子へ出力する。コントロール回路１２４は、光ディスク判別回路１２１からの信号により光ディスク１１あるいは２層ディスク２２を設定し、それに対応してサーボ信号生成回路１２２にて生成されたフォーカスエラー信号やトラッキングエラー信号に基づいて、対物レンズ駆動信号をアクチュエータ駆動回路１２５に送る。この対物レンズ駆動信号によりアクチュエータ駆動回路１２５は、光ピックアップ１７内のアクチュエータ８を駆動し対物レンズ７の位置制御を行う。また、コントロール回路１２４は、アクセス制御回路１２６により光ピックアップ１７のアクセス方向位置制御を行い、スピンドルモータ制御回路１２７によりスピンドルモータ１３０を回転制御しディスク１１あるいは２層ディスク２２を回転させる。さらに、コントロール回路１２４は、レーザ点灯回路１２８を駆動することにより、光ピックアップ１７に搭載されている半導体レーザ１を光ディスク１１あるいは２層ディスク２２に応じて適宜点灯させ、光ディスク装置での記録再生動作を実現している。

ここで、光ピックアップから出力された信号から情報信号を再生する情報信号再生部と、情報信号再生部から出力された信号を出力する出力部とを備えることで光ディスクの再生装置を構成することが可能である。また、情報信号を入力する情報入力部と、情報入力部から入力された情報から光ディスクに記録する信号を生成し、光ピックアップに出力する記録信号生成部とを備えることで光ディスクの記録装置を構成することが可能である。

以上のように、上記の各実施例によれば、ディスク偏芯に応じた偏芯信号を出力することが可能となるため、その信号を元にゲイン補正をすることにより偏芯時における信号振幅低下を補正することが可能となり、安定したトラッキングサーボをかけることが可能となる。

１ 半導体レーザ
２ 回折格子
１０ 光ディスク
１３ 光検出器
５１ ０次回折光
５２ ＋１次回折光
５３ −１次回折光
７０ 受光領域
７１ 受光領域
７２ 受光領域

Claims (4)

1. 光ビームを出射するレーザ光源と、
   前記光ビームを０次光と±１次光の少なくとも３つの光ビームに分岐する光分岐素子と、
   前記３つの光ビーム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３つの反射光を受光する光検出器と、
   前記光検出器内にあって前記０次光からなる反射光が照射される第１の受光領域と、
   前記光検出器内にあって前記＋１次光からなる反射光が照射される第２の受光領域と、
   前記光検出器内にあって前記−１次光からなる反射光が照射される第３の受光領域と、
   を備え、
   前記光検出器は、前記第１乃至第３の受光領域からは、それぞれプッシュプル信号を生成可能な信号が出力できることを特徴とする光ピックアップ。
2. 請求項１に記載の光ピックアップであって、
   前記第１乃至第３の受光領域は、おのおの２分割もしくは４分割された２つもしくは４つの受光面から構成されており、２つの受光面間の減算処理もしくは４つの受光面の２つの組間の減算処理からプッシュプル信号を生成可能な信号が出力できることを特徴とする光ピックアップ。
3. 請求項１又は請求項２に記載の光ピックアップと、
   前記光ピックアップから出力される信号を用いて、フォーカスエラー信号とトラッキングエラー信号と偏芯信号とを生成するサーボ信号生成回路と、
   を備えた光ディスク装置であって、
   前記第２の受光領域から生成されるプッシュプル信号と、前記第３の受光領域から生成されるプッシュプル信号の位相差は、光ディスク偏芯がない場合に略同位相であり、
   前記サーボ信号生成回路は、
   前記第２の受光領域から生成された第２のプッシュプル信号と、
   前記第３の受光領域から生成された第３のプッシュプル信号との減算処理により偏芯信号を生成することを特徴とする光ディスク装置。
4. 請求項３に記載の光ディスク装置であって、
   トラッキングエラー信号のゲイン調整回路と、
   を備え、
   前記ゲイン調整回路は、前記偏芯信号からの出力に応じて、前記トラッキングエラー信号のゲインを変更することを特徴とする光ディスク装置。

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