JP6064265B2 - 光ピックアップおよび光記録再生装置 - Google Patents
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Description
本開示は、光テープ等の光記録媒体に情報の記録を行いながら、同時に、記録された情報の再生を行う光ピックアップおよび光記録再生装置に関する。
近年、映像・写真等のデジタルデータの高品位化、および紙媒体の電子化などが進められ、そのデータ量は急激に増大している。特に、クラウドコンピューティングと呼ばれる、ネットワーク上のサーバやストレージ等を使って各種アプリケーションを使用したり、各種サービスを利用したりするモデルでは、多くの利用者が様々なデータをネットワーク上のストレージに保存する。このため、データ蓄積量は膨大なものとなる。
保存用ストレージ用途として、従来、磁気テープ装置が多く用いられてきた。これに代わるものとして、光による高密度記録技術を活かし、光テープ媒体に複数の光ピックアップで同時に記録および再生をする光テープ装置が提案されている。例えば特許文献1は、そのような光テープ装置の例を開示している。
従来の磁気テープ装置では、データを記録するトラックには記録ヘッドと再生ヘッドとが個別に配置される。記録ヘッドによってデータを記録しながら、記録されたデータを再生ヘッドによって再生することにより、データが正しく記録されたかを検証(ベリファイ)することができる。これにより、磁気テープ装置は、データ記録の信頼性を確保している。
光を用いた光ディスクへの記録再生を行う光記録再生装置においても、ベリファイを行う技術が知られている。このような技術は、DRAW(Direct Read After Write)と呼ばれる。DRAW技術を利用した光記録再生装置は、回折格子を用いてレーザ光源から出射した光ビームを0次光ビームおよび±1次光ビームに分割し、分割したこれらの光ビームを光ディスクの記録層上に照射する。0次光の照射によりデータの記録を行い、光ディスクから反射された±1次光を検出することにより、ベリファイを行うことができる。
DRAW技術によれば、0次光ビームによってトラック上に記録マークを形成した直後にその記録マークのエラーチェックを行うため、記録が全て完了した後にエラーチェックを行う場合と比較して処理速度を高めることができる。結果として、光記録再生装置におけるデータ転送レートの高速化を図ることができる。DRAW技術を用いた記録再生装置については、例えば特許文献2に開示されている。
一方、光記録再生装置では、記録層内の記録トラック上に記録ビームスポットおよび再生ビームスポットを形成する必要がある。これらのビームスポットを適切な位置に高い精度で維持するためには、トラッキング制御およびフォーカス制御を行う必要がある。フォーカスずれおよびトラックずれの大きさは、それぞれ、光記録媒体からの反射光に基づいて生成される「フォーカス誤差信号」および「トラッキング誤差信号」によって示される。
従来の光ディスク装置におけるフォーカス制御方式として、例えば非点収差法が古くから知られており、現在でも多くの光ディスク装置に使用されている。また、その他の方式として、スポットサイズ検出法(Spot Size Detection法:SSD法)などが知られている。SSD法によるフォーカス制御は、例えば特許文献3に開示されている。
一方、従来の光ディスク装置におけるトラッキング制御方式としては、例えばプッシュプル法(PP法)、アドバンストプッシュプル法(APP法)、およびコレクトファーフィールド法(CFF法)が知られている。PP法、APP法、CFF法によるトラッキング制御は、それぞれ特許文献4〜6に開示されている。
従来の光記録再生装置では、記録媒体として主に光ディスクを想定していたために、例えば光テープのように、記録・再生時にトラックの位置が大きく変動し得る光記録媒体に対しては、トラッキング制御およびフォーカス制御を安定して行うことができなかった。
本開示の1つの実施形態は、DRAW機能を実現し、かつ動作中のトラックの位置変動(対物レンズのシフト量)が比較的大きい光記録媒体に対してもトラッキングおよびフォーカス性能を安定化できる光ピックアップおよび光記録再生装置を提供する。
さらに、本開示の他の実施形態は、トラッキングおよびフォーカス性能を安定化した上で、S/N比の高いRF信号が得られる簡素でコンパクトな光ピックアップおよび光記録再生装置を提供する。
本開示のある実施形態における光ピックアップは、光記録媒体のトラック上にデータを記録しながら、前記トラック上に記録されたデータを読み出す光ピックアップであって、光ビームを出射する光源と、前記光源から出射された前記光ビームを、記録用のメインビームおよび再生用のサブビームを含む複数の光ビームに分離する回折素子と、前記メインビームおよび前記サブビームを前記光記録媒体の同一トラック上に集束させるように構成された対物レンズと、前記回折素子から前記光記録媒体までの光路上に配置された波長板であって、前記回折素子から前記波長板に入射する光の偏光方向と前記光記録媒体で反射されて前記波長板を透過した光の偏光方向とが直交するように設計された波長板と、回折特性の異なる複数の回折領域を有し、各回折領域が、前記光記録媒体で反射されて前記波長板を透過した光ビームを、0次光ビームおよび±1次光ビームに分離するように設計された偏光ホログラム素子と、フォーカス制御およびトラッキング制御のために前記対物レンズおよび前記偏光ホログラム素子を一体的に駆動するアクチュエータと、前記光記録媒体で反射されて前記偏光ホログラム素子によって回折された光ビームを検出するように構成された光検出器であって、前記メインビームに基づく0次光ビームの検出結果からRF信号を生成し、前記メインビームに基づく±1次光ビームの一方の検出結果からフォーカス誤差信号およびトラッキング誤差信号を生成し、前記サブビームに基づく0次光ビームの検出結果からデータが正常に記録されたことを示す信号を生成する光検出器とを備える。
本開示の1つの実施形態によれば、簡素な検出器構成で、高品質のフォーカス誤差信号、トラッキング誤差信号、およびRF信号を得ることができる。特に、光テープ装置のように対物レンズのシフト量が比較的大きい光記録再生装置であっても、安定したトラッキング制御およびフォーカス制御を行うことができる。
さらに、本開示の他の実施形態によれば、DRAWのために用いられるサブビームのオフトラック検出や位相差TE検出のための信号も同時に生成できる。このため、安定した動作を行う光記録再生装置を簡素な構成で実現することができる。
以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成についての重複説明を省略する場合がある。これは、説明が不必要に冗長になることを避け、当業者の理解を容易にするためである。
なお、発明者らは、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。
具体的な実施の形態を説明する前に、まず、本開示の基礎となった知見を説明する。
従来の光ディスク装置は、移送機構(アクチュエータ)上に搭載された1つの光ピックアップを、光ディスクの内周から外周までの全域に亘って動径方向に動かすことにより、ディスク全面への記録および再生を行っている。
これに対し、光記録媒体として光テープを用いる場合、特許文献1に開示されているように、複数の光ピックアップが可動性のないベース上に、少しずつずれて固定配列される。各々の光ピックアップは、光テープの複数の記録ゾーンのうち、割り当てられた1つの記録ゾーンへの記録および再生を行う。各々のピックアップは、アクチュエータによって対物レンズをシフトさせることにより、対物レンズの可動範囲に対応する記録ゾーン内の複数のトラックへの記録および再生を行うことができる。記録ゾーン内の全トラックへのアクセスのためには、各ピックアップは、±0.2mm程度の可動範囲で対物レンズをシフトさせる必要がある。
また、光テープ走行時には、テープガイドによって定まるテープのエッジの位置を基準に各トラックの位置が決まるため、光ピックアップの位置に対するトラック溝の位置変動(光テープの「ランアウト」と呼ぶ。)が発生する。この位置変動は、環境にもよるが、概ね±0.1〜0.3mm程度である。
したがって、光テープの製造時の誤差を無視しても、トラックへの追従のためには、合計で±0.3〜0.5mm程度の対物レンズのシフトが要求される。
従来のBD等の光ディスク装置では、記録用ディスクについては±0.05mm程度、再生用ディスクについては±0.1mm程度の対物レンズの追随が必要とされ、設計としては±0.2mm程度の可動範囲を確保すれば十分であると考えられてきた。しかし、光テープ装置では、光ディスク装置における可動範囲の1.5倍から2倍以上の極めて広い範囲に亘って対物レンズを移動させる必要がある。
しかし、以下に示すように、そのような広い範囲に亘って対物レンズを移動させると、従来の制御方式では安定したトラッキング制御およびフォーカス制御ができない。そこで、本発明者らは、DRAWの機能を実現し、かつ動作中のトラックの位置変動(対物レンズのシフト量)が大きい光テープのような光記録媒体に対しても安定したトラッキング制御およびフォーカス制御を実現するための構成および制御方式を検討した。
以下、従来の制御方式における課題をより詳細に説明する。なお、以下の説明において、フォーカス誤差信号を、「FE信号」または「フォーカス信号」と称し、トラッキング誤差信号を、「TE信号」または「トラッキング信号」と称する場合がある。
(非点収差法を用いたフォーカス制御の問題)
光ピックアップのアクチュエータによる対物レンズのシフト量が大きい光ピックアップに、フォーカス誤差信号検出方式として従来から広く用いられている非点収差方式を採用した場合、以下のような問題が生じる。
光ピックアップのアクチュエータによる対物レンズのシフト量が大きい光ピックアップに、フォーカス誤差信号検出方式として従来から広く用いられている非点収差方式を採用した場合、以下のような問題が生じる。
図10Aは、非点収差法を採用した光ピックアップにおいて、検出器の位置と、検出器上に形成される光スポットの位置との間にずれがなく(PDx=0)、かつ対物レンズのシフト(以下、「レンズシフト」と称することがある)もない(LS=0)状態におけるFE信号の計算結果を示す図である。図10Bは、このときの検出器上の光スポットの様子を模式的に示している。図10Aにおける横軸は、フォーカスが合った状態における対物レンズの位置を原点として、光記録媒体に遠ざかる方向を正方向、近づく方向を負方向としたときの対物レンズの位置を表しており、その絶対値はデフォーカスの程度を表している。図10Bに示されるように、フォーカスが合った状態(Just Focus)では、検出器の中央付近に円形に近い形状の光スポットが形成され、フォーカスが合っていない状態(Defocus)では、斜めに長い楕円形状の光スポットが形成される。この場合、図10Aのグラフに示すように、「S字カーブ」と一般に呼ばれる良好なFE信号の波形が得られる。
一方、図10Cは、例えば調整ずれや経時変化などの影響により、検出器上の光スポットの位置が図中のX方向に5μmずれ(PDx=5μm)、かつレンズシフトが0.5mm(LS=0.5mm)である状態におけるFE信号の計算結果を示す図である。図10Dは、このときの検出器上の光スポットの様子を模式的に示す図である。この場合、図10Cのグラフに示すように、FE信号の波形が大きく歪み、フォーカスバランス(+側のFE信号と−側のFE信号とのバランス)の悪化や、フォーカスオフセット(デフォーカスが0のときのFE信号のDC成分のオフセット)が振幅の20%を越える大きな値となるなどの影響により、フォーカス制御ができなくなる。このため、フォーカス誤差信号の検出方式として、非点収差法の採用は困難である。
(DPP法を用いたトラッキング制御の問題)
次にトラッキング誤差信号(TE信号)について考える。
次にトラッキング誤差信号(TE信号)について考える。
DRAW機能を有する光ピックアップは、上述したように、光源から出射される光ビームをメインビーム(記録用ビーム)およびサブビーム(再生用ビーム)に分岐して、これらによる複数の光スポットを同一トラック上に形成する。
ところが、一般に用いられる3ビーム法(DPP法;differential push−pull法)によるTE信号検出方式では、サブビームによって形成された光スポットと、メインビームによって形成された光スポットとが、トラックに垂直な方向(以下、「トラッキング方向」と呼ぶことがある。)にトラックの半ピッチだけずれている必要がある。このため、DRAW機能を有する光ピックアップでは、サブビームスポットを利用する3ビーム法によってトラッキング信号を検出することができない。よって、1ビーム方式のトラッキング検出方法を採用することになる。ここで、1ビーム方式とは、メインビームのみを用いてトラッキング誤差信号を得る方式である。
(PP法、APP法を用いたトラッキング制御の問題)
1ビーム法によるトラッキング検出方法として、上述したように、例えばプッシュプル法(PP法)やアドバンストプッシュプル法(APP法)が光ディスク装置などでよく用いられている。しかし、これらの従来のトラッキング検出方法を光テープ装置にそのまま適用した場合、以下の問題が生じる。
1ビーム法によるトラッキング検出方法として、上述したように、例えばプッシュプル法(PP法)やアドバンストプッシュプル法(APP法)が光ディスク装置などでよく用いられている。しかし、これらの従来のトラッキング検出方法を光テープ装置にそのまま適用した場合、以下の問題が生じる。
まず、PP法では、元々レンズシフトによるTE信号のオフセットが大きく、これをさらにレンズシフト量の大きい光テープ装置に採用した場合、トラッキング制御が極めて不安定でトラック飛びが発生しやすい。
これに対して、レンズシフト時のTE信号のオフセットを改善した方式としてAPP法があるが、APP法もレンズシフト量が大きいと、以下のように問題が生じる。
図11A、11Bは、APP方式でレンズシフト範囲を±0.5mmと想定した場合のTE信号の計算結果を示す図である。図11Aは、この場合におけるレンズシフト量に対するTEオフセットの変化を示している。ここで、TEオフセットは、TEオフセット(%)=(TA−TB)/2(TA+TB)×100で定義される。TAおよびTBは、それぞれトラッキング誤差信号の正の振幅および負の振幅を表している。図11Aのグラフが示すように、レンズシフトの絶対値が0.3mmよりも大きくなると急激にTEオフセットが増加する。
図11Bは、この場合におけるレンズシフト量に対するTE信号の振幅の変化を示している。このグラフが示すように、レンズシフトの絶対値が0.3mmよりも大きくなると急激に振幅が低下する。これにより、トラッキング制御のループゲインが大きく変化することになるため、動作が不安定になる。ゆえにAPP法も0.3mmから0.5mm程度のレンズシフト量が要求される光テープ装置に適用することはできない。
(SSD方式とCFF方式の組み合わせの問題)
以上のような理由から、検出方式として、SSD方式のフォーカスエラー検出とCFF方式のトラッキングエラー検出との組み合わせを検討する。
以上のような理由から、検出方式として、SSD方式のフォーカスエラー検出とCFF方式のトラッキングエラー検出との組み合わせを検討する。
SSD方式とCFF方式とを組み合わせた検出方式は、例えば特許文献7に開示されている。この検出方式では、偏光性のホログラムなどを用いて光記録媒体から反射された光を回折させることによって所望の信号を得る。ここで、光量(またはS/N比)の観点から、RF信号(記録されたデータを再生した信号)は、従来の非点収差方式で行っていたように0次光を使用して生成する構成が有利である。このため、0次光の検出結果に基づいてRF信号を生成し、ホログラム回折光(±1次光)の検出結果に基づいてサーボ信号を生成する構成を検討する。そのような構成では、以下の課題がある。
図12Aは、光記録媒体から反射され、偏光性のホログラム17に入射した光から生じた0次光、+1次光、−1次光に基づいてRF信号、FE信号、TE信号をそれぞれ生成する検出系の構成を示す模式図である。この検出系は、0次光を検出する検出器20aと、+1次光を検出する検出器20bと、−1次光を検出する検出器20cとを有している。
検出器20aの受光面をコリメートレンズ14の集光点付近に設けた場合、検出器20aの受光面上でビームスポットが小さく絞れすぎてしまい、受光素子の位置調整が困難になったり、受光素子における光半導体のキャリア移動度が低下するために検出器の応答性が低下するといった問題が生じる。
一方、検出器20aの受光面をコリメートレンズ14の集光点からずらした場合、±1次光の一方(図12Aに示す例では+1次光)が検出器20b上に適度なスポットサイズを形成するようにホログラムパターンを設計すると、他方(図12Aに示す例では−1次光)は、光が発散するため、検出器20c上でスポットサイズが大きく拡がってしまう。
このため、特許文献7のように、±1次光の一方(図12Aの例では+1次光)を用いてフォーカス信号を検出し、他方(図12Aの例では−1次光)を用いてトラッキング信号を検出する構成を採用した場合、トラッキング側の検出器のサイズが大きくなりすぎて応答性が悪くなる。
さらに、DRAW機能を有する光ピックアップには以下の課題もある。
DRAW機能を有する光ピックアップは、光源から出射される光ビームをメインビーム(記録用ビーム)およびサブビーム(再生用ビーム)を含む複数の光ビームに分岐する。このため、偏光ホログラム17からの回折光(0次光、+1次光、−1次光)に対応して、メイン(0次)、サブ(+1次、−1次)の3つの光スポットが検出器上に生じる。
DRAW用のサブビームは、記録中のデータのベリファイを行う際の信号再生用のビームなので、記録媒体の記録層上で適度なスポット品質が得られるようにする必要がある。特に、軸外収差をある程度抑制するために、記録層上でのメインビームおよびサブビームのスポット間隔を小さくする必要がある。ところが、上記のように、偏光ホログラム17による0次光および±1次光に対応してメインおよびサブの光スポットが検出器上にそれぞれ生じるので、記録層上のメインビームとサブビームのスポット間隔を小さくすると、検出器上のメインスポットとサブスポットも近接してしまう。これらが干渉し合わないように検出器における受光パターンのレイアウトを設計するのは困難である。
以上説明したような様々な課題により、DRAW機能を有する光ピックアップで、かつ大きなレンズシフトに対応できる検出系は従来なかった。本発明者らは、上記の検討結果を基礎として、本開示における光ピックアップを完成させた。
以下、本開示の実施形態に係る光ピックアップについて、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一または対応する構成要素には同一の参照符号を付している。また、図中に示されている座標系は、光ピックアップに固定された座標系であり、各座標成分の絶対的な方向は光ピックアップの姿勢に応じて変化する。本明細書では、光記録媒体のトラックの方向の座標成分をY、トラックに垂直な方向の座標成分をX、XおよびYに垂直でかつ対物レンズから光記録媒体に向かう方向の座標成分をZとする。
(実施の形態1)
まず、実施の形態1における光ピックアップを説明する。
まず、実施の形態1における光ピックアップを説明する。
[1−1.全体構成]
図1Aは、本実施の形態の光ピックアップの光学系の構成を示す模式図である。
図1Aは、本実施の形態の光ピックアップの光学系の構成を示す模式図である。
本光ピックアップは、レーザ光源1と、レーザ光源1から出射された光を回折させ0次光および±1次光に分岐させる偏光性の回折素子2と、光記録媒体6の記録面(記録層)上に回折光を集束させる対物レンズ5と、光記録媒体6で反射された光を回折して0次光および±1次光に分岐させる偏光性のホログラム素子(偏光ホログラム素子)7と、偏光ホログラム素子7によって分岐および回折された光を受ける光検出器10とを有している。光ピックアップは、さらに、偏光ビームスプリッタ3と、コリメートレンズ4と、1/4波長板9も有している。偏光性のホログラム素子7は、1/4波長板9および対物レンズ5とともにアクチュエータ(レンズ駆動機構)11に取り付けられている。なお、光記録媒体6は、光ピックアップの構成要素ではないが、説明の便宜のため、図1Aに記載されている。
レーザ光源1は、不図示の光変調回路から入力される光駆動信号に応じて強度変調された光ビームを出射するように構成されている。これにより、レーザ光源1は、記録すべきデータに応じて強度が変調された光ビームを出射することができる。
偏光ビームスプリッタ3は、特定の偏光方向の光のみを反射させ、その他の光を透過させる光学素子である。レーザ光源1から出射された光ビームを光記録媒体6の方向に導くと共に、光記録媒体6から反射された光ビームを光検出器10に導く。
コリメートレンズ4は、偏光ビームスプリッタ3と回折素子2との間に配置され、偏光ビームスプリッタ11によって反射された光ビームを平行光に変換する。
回折素子2は、偏光ビームスプリッタ3によって反射され、コリメートレンズ4を通過した特定の偏光方向に偏光した光を回折させ、0次光および±1次光を含む回折光を発生させるように設計されている。回折素子2は、上記特定の偏光方向以外の方向に偏光した光については回折させずに透過させる。本実施形態では、ここで回折された0次光が記録用のメインビームとして用いられ、±1次光が再生用(DRAW用)のサブビームとして用いられる。
偏光ホログラム素子7は、回折特性の異なる4つの偏光性の回折領域を有する光学素子である。各回折領域は、上記の特定の偏光方向および光の進行方向に垂直な方向に偏光した光を回折させ、0次光および±1次光を含む回折光を発生させるように設計されている。偏光ホログラム素子7は、上記以外の方向に偏光した光は回折させずに透過させる。
1/4波長板9は、偏光ホログラム素子7と対物レンズ5との間に配置されており、レーザ光源1から光記録媒体6に向かう経路(往路)の直線偏光を円偏光(または楕円偏光)に変換し、光記録媒体6から光検出器10に向かう経路(復路)の円偏光(または楕円偏光)を直線偏光に変換する。1/4波長板9は、往路の直線偏光の偏光方向と復路の直線偏光の偏光方向とが直交するように設計されている。
対物レンズ5は、1/4波長板9と光記録媒体6との間に配置され、1/4波長板9を透過した光ビームを光記録媒体6の記録面上に集束させる。
本実施形態では、偏光ホログラム素子7、1/4波長板9、対物レンズ5は、アクチュエータ11によって一体的に駆動される。これらの要素は、アクチュエータ11の制御によって光記録媒体6の記録面に垂直な方向(フォーカス方向)および記録面に平行かつ記録面に形成された複数のトラックに垂直な方向(トラッキング方向)に移動できるように構成されている。より具体的には、アクチュエータ11が備えるフォーカスコイル、トラッキングコイル、およびバネまたはワイヤー等の弾性部材により、フォーカスコイルおよびトラッキングコイルに印加された電圧に応じて対物レンズ5、波長板9、および偏光ホログラム素子7が移動する。アクチュエータ11によるこのフォーカス制御およびトラッキング制御は、不図示のサーボ制御回路によって実行され得る。
光検出器10は、光記録媒体6からの反射光を受けるように配置されている。光検出器10は、偏光ホログラム素子7から生じたメインビームに基づく0次光ビームおよびメインビームに基づく±1次光ビーム、サブビームに基づく0次光ビーム、およびサブビームに基づく±1次光ビームをそれぞれ受けて受光量に応じた電気信号を出力する複数の受光素子を有している。光検出器10はまた、これらの電気信号に基づいてRF信号、DRAW信号、トラッキング信号、およびフォーカス信号を生成する演算回路を有している。
光記録媒体6は、例えば光テープである。上述のように、光テープに記録を行う光ピックアップでは、従来の光ディスク用の光ピックアップと比較して、1.5倍から2倍以上の極めて広い範囲に亘って対物レンズを移動させる必要がある。そこで、本実施形態では、アクチュエータ11は、トラッキング方向における対物レンズ5の基準位置(初期位置)からのシフト量の上限が0.3mm以上0.6mm以下になるように対物レンズ5をシフトさせるように構成される。このシフト量の上限は、より好ましくは、0.35mm以上0.55mm以下の値に設定され、さらに好ましくは、0.4mm以上0.5mm以下の値に設定され得る。
[1−2.動作]
次に、本実施形態の光ピックアップの動作を説明する。
次に、本実施形態の光ピックアップの動作を説明する。
[1−2−1.動作の概要]
レーザ光源1から出射されたレーザ光は、偏光ビームスプリッタ3で効率よく反射された後、コリメートレンズ4を通過することによって平行光束になる。この平行光束は、光路中にある偏光性の回折素子2によって回折され、0次光ビーム(メインビーム)および±1次光ビーム(サブビーム)に分岐される。分岐された光ビームは、アクチュエータ11に搭載された偏光ホログラム素子7、および偏光ホログラム素子7の基板表面に形成された1/4波長板9を透過した後、対物レンズ5により記録媒体6の記録面上に集光される。記録媒体6から反射された光は、対物レンズ5、1/4波長板9を経て、偏光ホログラム素子7における4つの回折領域に入射する。4つの回折領域は、入射する光ビームの断面をほぼ4等分するように設けられている。各回折領域に入射した記録用ビームおよび再生用ビームの各々は、さらに回折され、0次光ビームおよび±1次光ビームに分岐される。分岐された各光ビームは、偏光性回折素子2を経て、コリメートレンズ4によって集光され、偏光ビームスプリッタ3を効率よく透過して光検出器10に到達する。
レーザ光源1から出射されたレーザ光は、偏光ビームスプリッタ3で効率よく反射された後、コリメートレンズ4を通過することによって平行光束になる。この平行光束は、光路中にある偏光性の回折素子2によって回折され、0次光ビーム(メインビーム)および±1次光ビーム(サブビーム)に分岐される。分岐された光ビームは、アクチュエータ11に搭載された偏光ホログラム素子7、および偏光ホログラム素子7の基板表面に形成された1/4波長板9を透過した後、対物レンズ5により記録媒体6の記録面上に集光される。記録媒体6から反射された光は、対物レンズ5、1/4波長板9を経て、偏光ホログラム素子7における4つの回折領域に入射する。4つの回折領域は、入射する光ビームの断面をほぼ4等分するように設けられている。各回折領域に入射した記録用ビームおよび再生用ビームの各々は、さらに回折され、0次光ビームおよび±1次光ビームに分岐される。分岐された各光ビームは、偏光性回折素子2を経て、コリメートレンズ4によって集光され、偏光ビームスプリッタ3を効率よく透過して光検出器10に到達する。
図1Bは、光記録媒体6に形成される3つの光スポットを模式的に示す図である。記録動作中、光ピックアップは、回折素子2から生じたメインビームによる光スポット(メインスポット)100と、回折素子2から生じたサブビームによる2つの光スポット(サブスポット)110とを光記録媒体6の1つのトラック上に形成する。これにより、メインスポット100によってデータを記録した直後に、2つのサブスポット110の一方によって当該データを読み出すDRAWを実現することができる。このように、メインスポット100によって記録を行い、サブスポット110によってDRAWを行うことから、メインスポット100を「記録スポット」、サブスポット110を「DRAWスポット」と呼ぶことがある。DRAWスポット110は記録スポット100を挟んだ両側にあるので、記録媒体6の進行方向が図の左右いずれの方向であっても、いずれかのDRAWスポット110によって記録直後のマークを読み出すことができる。また、光記録媒体6の進行方向を逆転させた場合、使用するDRAWスポットを切り換えるようにすれば、光記録媒体6が順方向、逆方向のいずれの方向に進行している場合でもDRAWを行うことができる。
[1−2−2.回折素子2およびホログラム素子7の詳細]
図2A、2Bは、本実施の形態における偏光性の回折素子2と偏光性のホログラム素子7の機能を示す図である。
図2A、2Bは、本実施の形態における偏光性の回折素子2と偏光性のホログラム素子7の機能を示す図である。
図2Aは、往路、すなわち光源1から光記録媒体6へ向かう経路における光の進行の様子を模式的に示している。往路では、レーザ光源1から出射されて偏光ビームスプリッタ3で反射された直線偏光の光(例えばP波)は、偏光性の回折素子2によって特定の回折効率で回折され、0次光および±1次光の3本のビームに分離する。このとき、0次光ビームは直進し、±1次光ビームはY方向に分離する。
これら3本のビームは偏光性のホログラム素子7に入射する。往路では、ホログラム素子7による回折は生じず、3本のビームはそのまま透過する。すなわち、0次光、±1次光ともP波のまま1/4波長板9に入射する。直線偏光であった各光ビームは、1/4波長板9を透過すると円偏光になり、光記録媒体6の記録面上にメインスポット(記録スポット)および2つのサブスポット(DRAWスポット)を形成する。
本実施形態では、0次光を記録用ビーム、±1次光を再生用ビームとして用いるため、回折素子2での回折比(回折効率)は、記録用ビームによって形成された記録マークが再生用ビームによって劣化しないような比に設定される。具体的には、0次光と+1次光(または−1次光)の強度比として、1:0.05〜0.2程度が適当である。このように、記録ビームの光量が記録に適したパワーに設定されたとき、サブビームの光量が再生に適した光量になるように、回折格子2の回折効率が設計されている。
一方、図2Bは、復路、すなわち光記録媒体6から光検出器10へ向かう経路における光の進行の様子を模式的に示している。復路では、光記録媒体6から反射された円偏光は、1/4波長板9によって往路における偏光方向とは直交する方向に偏光した直線偏光(例えばS波)になる。この直線偏光は、偏光ホログラム素子7によって特定の回折効率で回折され、0次光および±1次光に分離する。このとき、メインビームおよびサブビームの各々について、0次光および±1次光が生じる。0次光ビームは直進し、±1次光ビームはX方向に分離する。
これら複数のビームは偏光性の回折素子2に入射する。復路では、回折素子2による回折は生じず、各ビームはそのまま透過する。すなわち、0次光、±1次光ともS波のまま光検出器10に入射し、複数の検出器10上に複数の光スポット(検出光スポット)を形成する。
本実施形態では、後述するように、メインビームに基づく0次光および+1次光を、それぞれRF信号およびサーボ信号として用いる。サーボ信号の品質も確保しながら主にRF信号のS/Nを確保するため、偏光ホログラム素子7による0次光と+1次光の回折比として、1:0.05〜0.2程度が適当である。
このように、回折を生じさせる偏光方向が互いに直交する偏光性回折素子2および偏光性ホログラム素子7を用いることにより、光源1から記録媒体6への往路および記録媒体6から検出器10への復路のいずれについても、高い光伝達効率を確保することができる。このため、レーザ光源1の出力ロスを低く抑えることができるとともに、検出信号における高いS/N比も確保される。また、不要な回折が生ずることによって検出器10に迷光が混入する問題も生じにくい。
図3Aは、偏光ホログラム素子7による回折光線と光検出器10との関係を示す簡易側面図である。図3Bは、検出器10の受光面を表す平面図である。なお、図3A、3Bでは、説明を簡単にするため、往路の回折素子2によって発生した±1次光(サブビーム)については省略し、メインビームに基づく0次光および±1次光のみを記載している。
光検出器10は、メインビームに基づく0次光を検出する受光素子10aと、メインビームに基づく+1次光を検出する受光素子10bとを有している。光記録媒体6で反射されたメインビームが偏光ホログラム素子7に入射することによって生じた0次光、+1次光、−1次光は、コリメートレンズ4によって集光され、光検出器10に向かう。0次光は受光素子10aに、+1次光は受光素子10bに入射する。−1次光は本実施形態では使用されない。受光素子10aに入射する0次光の強度を示す信号は、RF信号として用いられる。
本実施形態では、検出器10の受光面のZ方向の位置は、コリメートレンズ4による0次光の焦点位置の近傍を避けて設定される。上述したように、検出器10の応答性の劣化を避けるためである。
さらに、図3Bに示すように、偏光ホログラム素子7の+1次回折光を用いて、SSD法によるフォーカス信号を得る。ここで、SSD法によるフォーカス信号が適度に高いフォーカス感度を有するように、ホログラム素子7に集光性を与えて受光素子10bでスポットサイズがある程度小さくなるようにする。
このとき、反対側の−1次回折光は、逆にやや発散する光となる。このため、本実施形態ではこれを使用しない。すなわち、本実施形態における光ピックアップは、0次光でRF信号を、+1次光のみでサーボ信号を得ることを特徴の1つとしている。
図4Aは、本実施形態における偏光ホログラム素子7の4つの回折領域を模式的に示す平面図である。図4Aにおいて、X方向は光記録媒体6のトラック方向に直交する方向、Y方向はトラック方向にそれぞれ一致する。図示されるように、偏光ホログラム素子7は、中心01を通る十字線(トラックに平行な方向の直線とトラックに垂直な方向の直線)によって4つの領域R1〜R4に分割されている。中心O1は、メインビームの中心が通過する点である。また、偏光ホログラム素子7は、中心01のX、Y座標が対物レンズ5の中心のX、Y座標と一致するように、アクチュエータ11に取り付けられている。
[1−2−3.光検出器10の詳細]
図4Bは、光検出器10に含まれる複数の受光素子の配置を示す平面図である。ここでも、X方向は光記録媒体のトラック方向に直交する方向、Y方向はトラック方向にそれぞれ一致する。図示されるように、光検出器10は、メインビームに基づく0次光ビームを検出する第1の受光素子10aと、メインビームに基づく+1次光ビームおよび−1次光ビームの一方(図4Bの例では+1次光ビーム)を検出する第2の受光素子10bと、サブビームに基づく0次光ビームを検出する第3の受光素子10cと、サブビームに基づく+1次光ビームおよび−1次光ビームの一方(図4Bの例では+1次光ビーム)を検出する第4の受光素子10dとを有している。ここで、第2の受光素子10bおよび第4の受光素子10dは、偏光ホログラム素子7の回折領域の数(4個)と同数の受光部を有している。第3の受光素子10cは、サブビームのうち、偏光回折素子2から生じた+1次光ビームおよび−1次光ビームをそれぞれ受ける2つの受光部を有している。
図4Bは、光検出器10に含まれる複数の受光素子の配置を示す平面図である。ここでも、X方向は光記録媒体のトラック方向に直交する方向、Y方向はトラック方向にそれぞれ一致する。図示されるように、光検出器10は、メインビームに基づく0次光ビームを検出する第1の受光素子10aと、メインビームに基づく+1次光ビームおよび−1次光ビームの一方(図4Bの例では+1次光ビーム)を検出する第2の受光素子10bと、サブビームに基づく0次光ビームを検出する第3の受光素子10cと、サブビームに基づく+1次光ビームおよび−1次光ビームの一方(図4Bの例では+1次光ビーム)を検出する第4の受光素子10dとを有している。ここで、第2の受光素子10bおよび第4の受光素子10dは、偏光ホログラム素子7の回折領域の数(4個)と同数の受光部を有している。第3の受光素子10cは、サブビームのうち、偏光回折素子2から生じた+1次光ビームおよび−1次光ビームをそれぞれ受ける2つの受光部を有している。
受光素子10aは、4つの領域A〜Dに分割されており、これらの中心付近でメインビームに基づく0次光(往路の回折素子による0次光、かつ復路のホログラム素子による0次光)を受けるように配置されている。各領域は、受光量に応じた電気信号を出力する。領域A〜Dから出力される信号を、それぞれA〜Dで表すとき、光検出器10に含まれる不図示の演算回路は、以下の(式1)の演算を行うことにより、RF信号を生成する。
RF=A+B+C+D (式1)
RF=A+B+C+D (式1)
RF信号の生成に必要な応答性を確保するため、受光素子10aの受光面のZ方向の位置は、受光素子10aの受光面に形成される光スポットのサイズが適度に大きくなるように設定されている。一方、RF信号を生成するための信号を出力する受光素子が大きすぎると、逆に十分な周波数特性が得られない。よって、本実施形態では、受光素子10a上のメインビームに基づく0次光のスポットが、集光点から距離De(Deは100μm〜300μmの範囲内の値)程度デフォーカスした構成が採用され得る。
ここで、RF信号を生成するための受光素子10aは、A〜Dの4つの領域に分割されずに一つの領域だけを有するように構成されていてもよいが、図4Bのように4分割構成にすれば、図の縦方向(Y方向)および横方向(X方向)の光量バランスを検出することができるため、受光素子10aの位置調整に利用することができる。
図4BにおいてEおよびFで示される受光素子10cは、DRAWを実現するための再生信号を得るための受光素子である。受光素子10cは、光記録媒体6の進行方向に応じて、記録スポットの後に追従するDRAWスポットを形成するサブビームをEまたはFのいずれか領域で受光する。光検出器10の不図示の演算回路は、領域EまたはFから出力される信号を記録信号と比較することにより、データ記録と同時に、記録されたデータのベリファイを行うことが出来る。
[1−2−4.サーボ信号の検出]
次に、サーボ信号、すなわちフォーカス信号およびトラッキング信号の検出について説明する。
次に、サーボ信号、すなわちフォーカス信号およびトラッキング信号の検出について説明する。
図4Aに示されるR1〜R4の4象限の領域分割パターンを持つ偏光ホログラム素子7によって回折・分岐された回折光ビームにより、光スポットD1〜D4が、Y方向に2分割された領域GおよびK、領域JおよびN、領域IおよびM,領域HおよびLの境界線上にそれぞれ形成される。なお、これらの境界線は、メインビームに基づく0次光の光スポット(RFスポット)を通るX軸方向の直線と一致する。
ここで、偏光ホログラム素子7の領域R1およびR4からの回折光を受ける受光部(領域GおよびKの対と、領域HおよびLの対)は、光学系の光軸中心に沿って進む0次光を受ける受光素子10aに近い側に配置され、領域R2およびR3からの回折光を受ける受光部(領域JおよびNの対と、領域IおよびMの対)は、受光素子10aから遠い側に配置される。これには、以下のような意味がある。すなわち、偏光ホログラム素子7によって回折した光は、いったん往路の平行光束よりも外側にはみ出して進むため、小さな筐体に納めることが必要な光ピックアップでは筐体の壁や光学部品ホルダーなどの部材で光が遮られるおそれがある。このため、光軸中心から+X側により遠い位置にある領域I、Mおよび領域J、Nには、光軸中心に対して−X方向側にある領域R2、R3からの光を入射させ、光軸中心により近い位置にある領域G、Kおよび領域H、Lには、光軸中心に対して+X方向側にある領域R1、R4からの光を入射させる。これにより、偏光ホログラム素子7からの回折光の損失量を低減させることができる。
以下、フォーカス信号の検出方法について説明する。本実施形態の光ピックアップは、SSD方式によるフォーカス信号の検出を行う。
図4Cは、偏光ホログラム素子7のR1〜R4の領域で回折分岐された光線(メインビームに基づく+1次回折光)を模式的に示す図である。この図では、簡単のため、コリメートレンズ4の記載は省略している。図示されるように、領域R1、R2からの光については、光検出器10の受光面よりも奥(点0B)に焦点が位置するようにホログラム素子7のパターンが作成されている。反対に、領域R3、R4からの光については、光検出器10の受光面よりも手前(点OF)に焦点が位置するようにホログラム素子7のパターンが作成されている。
ここで、光記録媒体6と対物レンズ5とのデフォーカスが発生すると、検出側でも焦点位置がZ方向に変化する。例えば、焦点の位置がZ+方向に移動した場合、領域R1、R2からの光スポットD1、D2は小さくなり、逆に、領域R3、R4からの光スポットD3、D4は大きくなる。これに対し、焦点位置がZ−方向に動いた場合、領域R1、R2からの光スポットD1、D2は大きくなり、逆に、領域R3、R4からの光スポットD3、D4は小さくなる。
このようなSSD方式の原理により、次の(式2)の演算を行うことにより、フォーカス信号FE(SSD)が得られる。なお、領域G〜Hの受光量を示す信号を、それぞれG〜Hで表している。
FE(SSD)=(G+L+M+J)−(K+H+I+N) (式2)
FE(SSD)=(G+L+M+J)−(K+H+I+N) (式2)
ここで、光テープに適合した光ピックアップのように、従来よりも大きいレンズシフトが要求される場合を考える。
レンズシフトの方向は、トラックと直交する方向であるから、X方向である。レンズシフトを行うと、検出器10上の光スポットD1〜D4も、受光面上でX方向にシフトする。すなわち、光スポットD1〜D4は、各受光部(GおよびKの対、JおよびNの対、IおよびMの対、HおよびLの対)の境界線上を、X方向に沿って移動することになる。このため、フォーカス信号は、レンズシフトの影響を受けない。なお、本実施形態では、偏光ホログラム素子7が、コリメートレンズ4の後段の平行光束の経路上に配置されているため、レンズシフトに伴う検出光スポットのシフト量自体がそもそも小さい。
また、本実施形態では、光源1からの出射光の波長変動による影響も小さい。光源1からの出射光の波長がピックアップ毎にばらついていたり、ピックアップの周辺温度の変化やレーザ自体の発熱などによって波長変動が生じた場合、ホログラム素子7での回折角が変化する。回折角が変化すると検出光スポットもシフトする。しかし、回折角の変化は、ほぼX方向に沿った検出光スポットの移動をもたらすため、レンズシフトと同様、検出光スポットは、各受光部の境界線上を動くことになる。このため、波長変動によるフォーカス信号への影響は小さい。
なお、上記のようにX方向のずれについてはフォーカス信号に影響が出ないが、Y方向のずれについては影響が出る。このため、適度なS字感度が得られ、かつY方向のずれが生じてもフォーカス信号の劣化が小さくなるようにスポットサイズは設定される。具体的には、GからNの各検出領域のY方向の幅が、各受光部に形成される光スポットの半径の0.8倍から1.5倍程度になるように設計される。なお、「光スポットの半径」とは、光スポットの形状が本実施形態のように円の一部である扇形のような形状である場合には、当該円の半径のことを指す。
なお、本実施形態では、SSD方式によるフォーカス信号が生成されるが、ナイフエッジ方式などの他の方式によってフォーカス信号を生成してもよい。
次に、トラッキング信号の検出方式について説明する。本実施形態では、CFF法によるトラッキング信号が生成される。
本実施形態では、トラッキング信号も、同じG〜Nの検出領域を用いて検出される。
図4Aにおいて破線で示すように、偏光ホログラム素子7において対物レンズ5の開口に対向する領域内に、トラッキング溝からの回折光の一部が入射する。このため、トラッキング信号は、R1およびR4を通過した光の強度と、R2およびR3を通過した光の強度との差分を計算することによって得られる。これは、すなわち検出器10が以下の(式3)の演算を行うことによってトラッキング信号TE(CFF)が得られることを意味する。
TE(CFF)=(G+H+K+L)−(I+J+M+N) (式3)
TE(CFF)=(G+H+K+L)−(I+J+M+N) (式3)
この演算は、対物レンズ5の開口中心O1を通るY方向の直線で光束断面を2分割して、それぞれの光量の差分を検出していることと等価である。このような演算によってトラッキング信号を得るため、本実施形態における偏光ホログラム素子7は、対物レンズ5と一体的に動かされる。これにより、X方向のレンズシフトが生じた場合も、検出器10上の光スポットは、受光素子10b内の4つの受光部の各々の内部で動くことになるため、レンズシフトによるオフセットを小さく抑えることができる。このように、本実施形態では、検出器10の演算回路は、レンズシフトによるオフセットの小さいCFF法によるトラッキング信号を生成する。
次に、本実施形態によるフォーカス信号およびトラッキング信号のレンズシフトに対する特性を説明する。
図5A、5Bは、フォーカス信号のレンズシフトに対する特性を示す図である。図5Aは、検出器ずれおよびレンズシフトがともにない状態におけるデフォーカス(Z方向についての対物レンズのフォーカス位置からのずれ)に対するフォーカス信号波形を示している。図5Bは、影響が及ぶY方向に検出器が5μmずれ、さらに0.5mmのレンズシフトが加わった状態におけるフォーカス信号波形を示している。これらの図が示すように、フォーカス信号におけるS字カーブは、レンズシフトの影響をほとんど受けていないことがわかる。図5Bに示すように、本実施形態によれば、上記のレンズシフトによるフォーカスバランスの変化量は0.04%に抑えることができ、フォーカスバランスの変化量は−0.37%に抑えることができた。
図5C、5Dは、トラッキング信号のレンズシフトに対する特性を示す図である。図5Cは、レンズシフト量(X方向における基準位置からの対物レンズの移動量)に対するTEオフセットの依存性を示している。図5Dは、レンズシフト量に対するTE振幅の依存性を示している。図中の実線は、本実施形態(CFF法)による結果を、破線は従来のAPP法による結果を示している。これらの結果が示すように、本実施形態によれば、レンズシフト量が例えば0.3mmを超える場合でも、TEオフセットおよびTE振幅の変化を小さく抑えることができる。
さらに、本実施形態では、位相差法によるトラッキング信号(一般にDPD信号;Differential Phase Detection信号と呼ばれる。)も得ることができる。位相差法によるトラッキング信号TE(DPD)は、(G+K+I+M)と(H+J+L+N)との位相差を比較することによって生成される。
また、本光ピックアップの構成では、往路で記録ビームおよび2本のDRAWビームの合計3本のビームが形成されるため、復路で偏光ホログラム素子7によるX方向の回折分岐はこれら3本のビームのそれぞれに対して生ずる。すなわち、サーボ用の検出光スポットD1〜D2に対応するサブスポットが生ずる。これらのサブスポットが存在することも、上述したフォーカスおよびトラッキング検出を行う検出器(GからN)をX軸に沿った横長のパターンに配置することのメリットの1つである。
本光ピックアップの構成では、これらのサブスポットについても図4Bに示す検出器構成におけるO,P,Q,R,S,T,U,Vの各受光部で受光することができる。すなわち、以下の(式4)または(式5)の演算により、DRAWビーム(サブビーム)のオフトラック信号を得ることができる。
TE(DRAW1)=(O+P)−(Q+R) (式4)
TE(DRAW2)=(S+T)−(U+V) (式5)
TE(DRAW1)=(O+P)−(Q+R) (式4)
TE(DRAW2)=(S+T)−(U+V) (式5)
あるいは、より簡素にするため、受光部OとP、QとR、SとT、UとVは、それぞれ一体にしても良い。
これにより、トラッキング制御は、記録ビーム(メインビーム)の検出結果に基づくCFF法によるTE信号(式3)を用いて行うが、光テープなどのトラック方向に傾きが生じた場合のように、DRAWスポットにオフトラックが生じた場合に、そのオフトラック量を検出することができる。
ただし、これらのサブスポット(受光素子10dの各受光部に形成されるスポット)と、サーボ用の検出光スポット(受光素子10cの各受光部に形成されるスポット)とが互いに迷光にならないように配慮する必要がある。逆に、検出器10上でメインビームの光スポットとサブビームの光スポットとが大きく離れるように設計すると、記録媒体6の記録面上でもメインスポットとサブスポットとが離れすぎてしまうことになる。このことは、DRAWスポットの収差が大きくなってそのスポット品質が劣化することを意味する。
このため、対物レンズの焦点距離をf1、コリメートレンズ4と不図示の検出レンズの合成焦点距離をf2、記録媒体6のトラック上に形成されるメインビームによる光スポットとサブビームによる光スポットとの間隔をdとするとき、検出器面でのメインスポットとサブスポットの距離(=f2/f1×d)は、例えば100μm<f2/f1<500μmを満足するように設計される。さらに好ましくは、80μm<f2/f1×d<200μmを満足するように設計され得る。
[1−3.効果等]
以上のように、本実施形態によれば、記録ビームによるRF信号とDRAWビームによるDRAW信号を検出しながら、比較的大きいレンズシフトに対しても安定なサーボ信号を得ることができる。加えて、位相差法によるトラッキング検出やDRAWビームのオフトラック検出機能も備えた光ピックアップを実現することができる。これらの多くの種類の信号検出を、極めて簡素な検出器構成で実現でき、検出器の信号ピン数も減らせるので、フレキシブル基板やフロントエンドプロセッサなどの回路も簡素にできる。
以上のように、本実施形態によれば、記録ビームによるRF信号とDRAWビームによるDRAW信号を検出しながら、比較的大きいレンズシフトに対しても安定なサーボ信号を得ることができる。加えて、位相差法によるトラッキング検出やDRAWビームのオフトラック検出機能も備えた光ピックアップを実現することができる。これらの多くの種類の信号検出を、極めて簡素な検出器構成で実現でき、検出器の信号ピン数も減らせるので、フレキシブル基板やフロントエンドプロセッサなどの回路も簡素にできる。
このように、本実施形態の光ピックアップは、光記録媒体6のトラック上にデータを記録しながら、トラック上に記録されたデータを読み出すことができる。光ピックアップは、光ビームを出射する光源1と、光源1から出射された光ビームを、記録用のメインビームおよび再生用のサブビームを含む複数の光ビームに分離する回折素子2と、メインビームおよびサブビームを光記録媒体6の同一トラック上に集束させるように構成された対物レンズ5と、回折素子2から光記録媒体6までの光路上に配置された1/4波長板9と、回折素子2および波長板9の間に配置された偏光ホログラム素子7と、フォーカス制御およびトラッキング制御のために偏光ホログラム素子7、1/4波長板9、および対物レンズ5を一体的に駆動するアクチュエータ11と、光記録媒体6で反射されて偏光ホログラム素子7によって回折された光ビームを検出するように構成された光検出器10とを備えている。1/4波長板9は、回折素子2から波長板9に入射する光の偏光方向と光記録媒体6で反射されて波長板9を再び透過した光の偏光方向とが直交するように設計されている。偏光ホログラム素子7は、回折特性の異なる4つの回折領域R1〜R4を有し、各回折領域が、光記録媒体6で反射されて波長板9を透過した光ビームを、0次光ビームおよび±1次光ビームに分離するように設計されている。光検出器10は、メインビームに基づく0次光ビームの検出結果からRF信号を生成し、メインビームに基づく±1次光ビームの一方の検出結果からフォーカス誤差信号およびトラッキング誤差信号を生成し、サブビームに基づく0次光ビームの検出結果からデータが正常に記録されたことを示す信号を生成する。
本実施形態では、特に、偏光ホログラム素子7は、メインビームの中心部が通る点を中心として、光記録媒体6のトラックと同一の方向(Y方向)の直線と、トラックに垂直な方向(X方向)の直線とによって分割された4つの回折領域に分割されている。そして、光検出器は、メインビームに基づく0次光ビームを検出する第1の受光素子10aと、メインビームに基づく+1次光ビームおよび−1次光ビームの一方を検出する第2の受光素子10bと、サブビームに基づく0次光ビームを検出する第3の受光素子10cとを有している。第2の受光素子10bは、偏光ホログラム素子7の回折領域の数と同数の4つの受光部を有し、各受光部がいずれかの回折領域から生じた±1次回折光の一方を受けるように配置されている。第1の受光素子10aおよび第2の受光素子10bの各受光部は、対物レンズ5が光記録媒体6のトラック方向に垂直な方向(X方向)にシフトしたときに光検出器10上の光スポットが移動する方向と同一の方向に配列されている。そして、光検出器10は、コレクトファーフィールド法によってトラッキング誤差信号を生成し、スポットサイズ検出法によってフォーカス誤差信号を生成する。
これにより、メインビームに基づく±1次光ビームの両方の検出結果を利用してフォーカス誤差信号およびトラッキング誤差信号を生成する従来の構成に比べ、安定したサーボ信号を得ることができる。特に、トラックに垂直な方向(X方向)に対物レンズ5が大きくシフトしたとしても、安定したサーボ信号を生成することができる。
[1−4.変形例]
次に検出器パターンの工夫について説明する。以下の検出器パターンは必要に応じて採用すればよい。
次に検出器パターンの工夫について説明する。以下の検出器パターンは必要に応じて採用すればよい。
図6A、6Bは、光検出器10の変形例を示す図である。この変形例では、受光素子10aと受光素子10bとが、距離L1のスペースを隔てて配置されており、受光素子10b内でも、内側の2つの受光部が距離L2のスペースを隔てて配置されている。図6Aは合焦時の検出光スポットを示し、図6Bはデフォーカス時の検出光スポットを示している。図6Bに示すように、デフォーカス時にはRF信号を生成するメインビームの光スポット31が広がる。仮に受光素子10aと受光素子10bとの間隔が短いと、この光スポットがFE信号およびTE信号を検出する受光素子10bにまで混入することになる。
一般に、光記録再生装置でフォーカス制御が外れている状態(フォーカス飛び)か否かを判定するのにフォーカス信号の和親号(Fsum信号)が用いられることが多い。これに対して光量の大きい0次光がデフォーカスによってFE検出器に侵入した場合、Fsum信号への影響が大きくなり、フォーカス飛びの誤検出につながる。
このため、図6A、6Bに示す構成例では、FE信号を検出する受光素子10bを、0次光の位置から距離L1だけ遠ざけて配置している。0次光のデフォーカス時の半径RAは、対物レンズの開口数NA、対物レンズの焦点距離をfo、コリメートレンズの焦点距離(別に検出レンズを含む場合、その合成焦点距離)をfc、コリメートレンズの焦点位置と検出器面との差をDとするとき、次の(式6)で表すことが出来る。
RA=NA×fo×(D+ΔZ)/(fc+ΔZ) (式6)
RA=NA×fo×(D+ΔZ)/(fc+ΔZ) (式6)
ΔZは、デフォーカス量dfに対するコリメートレンズの集光点の移動量を表しており、(式7)で表される。
ΔZ=2×(fc/fo)2×df (式7)
ΔZ=2×(fc/fo)2×df (式7)
一般に、光による記録再生を行うシステムでは、10μm程度以上のデフォーカスがあればFsum信号光量は十分低くなる。このため、L1は、デフォーカス10μmにおける0次光スポットの半径をRA1としたとき、(式8)の関係を満たすように決定すれば、影響を小さくすることができる。
L1>RA1(式8)
L1>RA1(式8)
さらに、図6Aに示す例では、検出光のスポットD4とD3とをそれぞれ受光する2つの受光部(HおよびLの対と、IおよびMの対)の間にも隙間L2を設けている。これは、検出光D2、D3のデフォーカス時にスポットが互いに干渉するため、この干渉による光量変化がFE信号に重畳するのを防ぐためである。なお、受光素子10bの各受光部が、各受光部上に形成される光スポットが他の受光部に重ならないように、スペースを隔てて配置されていれば、信号品質をさらに向上させることができる。
以上のように、図6A、6Bの構成によれば、デフォーカス時のフォーカス飛び検出動作やFE信号品質のさらに安定した光ピックアップを実現することが出来る。
(実施の形態2)
次に、本開示の実施の形態2を説明する。本実施形態の光ピックアップは、光検出器10の構成を除き、実施の形態1と同じである。
次に、本開示の実施の形態2を説明する。本実施形態の光ピックアップは、光検出器10の構成を除き、実施の形態1と同じである。
図7Aは、本実施形態における検出系の概略構成図、図7Bは、本実施形態における偏光ホログラム素子27の断面模式図、図7Cは、本実施形態における検出器パターンを示す図である。
図7Aに示すように、本実施形態では、RF信号をメインビーム(記録ビーム)の0次光に基づいて検出するのではなく、サーボ信号と同様、メインビームの+1次光に基づいて検出する。RF信号のS/N比を確保するため、図7Bに示すような非対称な断面の周期構造を有するブレーズド型の偏光ホログラム素子27を用いる。これにより、+1次光の回折効率が最も高くなり、大部分の光を図7Cに示す検出器で受光することができる。
本実施形態におけるRF信号は、次の(式9)によって得られる。
RF=G+H+M+N+K+L+I+J (式9)
RF=G+H+M+N+K+L+I+J (式9)
また、DRAWビームによる再生信号RF(DRAW1)は、次の(式10)または(式11)によって得られる。
RF(DRAW1)=O+P+Q+R (式10)
RF(DRAW2)=S+T+U+V (式11)
RF(DRAW1)=O+P+Q+R (式10)
RF(DRAW2)=S+T+U+V (式11)
すなわち、本実施形態によれば、検出器の構成がさらに簡素化されるとともに、0次光の光量が小さいため、図6A、6Bを参照しながら説明したFsum信号への影響の問題も解消することが出来る。
なお、本実施形態でも、偏光ホログラム素子27の領域分割は必ずしも単純な4分割である必要はない。また、偏光ホログラム素子27による集光に非点収差成分を加えてX、Y方向の検出光スポットサイズを変えても良い。
このように、本実施形態では、偏光ホログラム素子27および光検出器10の構成が実施形態1とは異なっている。本実施形態における光検出器10は、光記録媒体6で反射されて偏光ホログラム素子27によって回折された光ビームを検出するように構成されている。メインビームに基づく±1次光ビームの一方の検出結果からRF信号、フォーカス誤差信号、およびトラッキング誤差信号を生成し、サブビームに基づく0次光ビームの検出結果からデータが正常に記録されたことを示す信号(DRAW信号)を生成することができる。
(実施形態3)
次に、図8を参照しながら、光記録再生装置の実施形態3を説明する。図8に示される光記録再生装置は光ディスク装置であるが、本開示の光記録再生装置は、光ディスク装置に限定されず、例えば光テープ装置であってもよい。
次に、図8を参照しながら、光記録再生装置の実施形態3を説明する。図8に示される光記録再生装置は光ディスク装置であるが、本開示の光記録再生装置は、光ディスク装置に限定されず、例えば光テープ装置であってもよい。
図示されている光ディスク装置は、光ピックアップ900と、光ディスク(光記録媒体)8を回転させるディスクモータ902と、各種の信号処理を行う制御回路1000とを備えている。光ピックアップ900は、すでに説明した実施形態における光ピックアップのいずれかである。制御回路1000は、フロントエンド信号処理部906、サーボ制御部910、エンコーダ/デコーダ908、CPU909などの機能ブロックを有している。
図8に示す構成例では、光ピックアップ900の出力は、フロントエンド信号処理部906を介してエンコーダ/デコーダ908に送られる。エンコーダ/デコーダ908は、データ読み出し時には、光ピックアップ900によって得られる信号に基づいて光ディスク8に記録されているデータを復号する。エンコーダ/デコーダ908は、光変調回路を含んでおり、データ書き込み時には、データを符号化し、光ディスク8に書き込むべき信号を生成し、光ピックアップ900に送出する。この信号により、所望の記録マークが形成されるように光ビームの強度が変調される。
フロントエンド信号処理部906は、光ピックアップ900の出力に基づいて再生信号を生成する一方、フォーカス誤差信号FEやトラッキング誤差信号TEを生成する。フォーカス誤差信号FEやトラッキング誤差信号TEは、サーボ制御部910に送出される。サーボ制御部910は、ドライバアンプ904を介してディスクモータ902を制御する一方、光ピックアップ900内のアクチュエータを介して対物レンズの位置を制御する。エンコーダ/デコーダ908およびサーボ制御部910といった構成要素は、CPU909によって制御される。
フロントエンド信号処理部906およびエンコーダ/デコーダ908は、光記録媒体8の所定のトラックにデータを記録しながら、光ピックアップ装置900からの出力に基づいて当該トラックに形成された記録マークを読み出すことができる。これにより、データを記録しながら当該データのベリファイを行うことができる。本実施形態では、フロントエンド信号処理部906およびエンコーダ/デコーダ908が協働して本発明による光記録再生装置の処理部の機能を実現している。
なお、本実施形態の光記録再生装置は、1個の光ピックアップ900を備えているが、2個以上の光ピックアップ900を備えていてもよい。各光ピックアップが光記録媒体の異なるトラックに対して同時にデータを記録するように構成されていれば、記録およびベリファイの高速化が図れるため、有用である。
図8と同様の構成を光ディスク装置ではなく光テープ装置に適用することも可能である。光テープ装置と光ディスク装置との間にある主な相違点は、光記録媒体の駆動機構にある。光記録媒体として光テープを使用する場合、光テープを走行させるための複数のローラが用いられる。また、光テープ装置は、複数の光ピックアップを備えることにより、光テープの複数のトラックに対して同時にデータの記録または再生を行うことができる。
(他の実施の形態)
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態1〜3を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、上記実施の形態1〜3で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態1〜3を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、上記実施の形態1〜3で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。
そこで、以下、他の実施の形態を例示する。
図9Aは、実施の形態1における偏光性の回折素子2の代わりに、偏光特性を有しない回折素子2’を、光源1と偏光ビームスプリッタ3との間に設けた実施形態を示す図である。それ以外の構成は、実施の形態1と同様である。この構成例では、回折素子2’が偏光ビームスプリッタ3の前段に設けられているため、回折素子2’に偏光特性を持たせる必要がない。このような構成であっても、実施形態1における動作は変わらず、同様の効果が得られる。
上記の例の他にも、光学系の構成を可能な範囲で変更してもよい。例えば、図9Bに示すように、図1Aの構成におけるレーザー光源1と光検出器10との位置関係を逆にしてもよい。この場合、光検出器10上の受光素子の配置について、上記の説明におけるX方向をZ方向に、Z方向を−X方向に読み替えれば、全く同じ議論が成立する。
以上のように、本開示における技術の例示として、実施の形態を説明した。そのために、添付図面および詳細な説明を提供した。
したがって、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。
また、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。
本開示の光ピックアップは、例えば、これを複数個含む大容量情報記憶システム(たとえば光テープや光ディスクを用いたデータファイルシステム)において、光記録媒体の異なる領域、または異なる光記録媒体に同時に情報を正確に記録する用途に用いられ得る。また、一般的な光記録再生装置に利用することも可能である。本開示の光ピックアップは、簡易な構成でコストメリットを有する記録再生装置として有用である。
1 半導体レーザ光源
2 偏光性回折素子
2’ 回折素子
3 偏光ビームスプリッタ
4 コリメートレンズ
5 対物レンズ
6,8 光記録媒体
9 1/4波長板
7,17,27 偏光性ホログラム素子
10 光検出器
11 アクチュエータ
100 記録スポット
110 DRAWスポット
130 記録トラック
900 光ピックアップ
902 ディスクモータ
904 ドライバアンプ
906 フロントエンド信号処理部
908 エンコーダ/デコーダ
909 CPU
910 サーボ制御部
1000 制御回路
2 偏光性回折素子
2’ 回折素子
3 偏光ビームスプリッタ
4 コリメートレンズ
5 対物レンズ
6,8 光記録媒体
9 1/4波長板
7,17,27 偏光性ホログラム素子
10 光検出器
11 アクチュエータ
100 記録スポット
110 DRAWスポット
130 記録トラック
900 光ピックアップ
902 ディスクモータ
904 ドライバアンプ
906 フロントエンド信号処理部
908 エンコーダ/デコーダ
909 CPU
910 サーボ制御部
1000 制御回路
Claims (16)
- 光記録媒体のトラック上にデータを記録しながら、前記トラック上に記録されたデータを読み出す光ピックアップであって、
光ビームを出射する光源と、
前記光源から出射された前記光ビームを、記録用のメインビームおよび再生用のサブビームを含む複数の光ビームに分離する回折素子と、
前記メインビームおよび前記サブビームを前記光記録媒体の同一トラック上に集束させるように構成された対物レンズと、
前記回折素子から前記光記録媒体までの光路上に配置された波長板であって、前記回折素子から前記波長板に入射する光の偏光方向と前記光記録媒体で反射されて前記波長板を透過した光の偏光方向とが直交するように設計された波長板と、
回折特性の異なる複数の回折領域を有し、各回折領域が、前記光記録媒体で反射されて前記波長板を透過した光ビームを、0次光ビームおよび±1次光ビームに分離するように設計された偏光ホログラム素子と、
フォーカス制御およびトラッキング制御のために前記対物レンズおよび前記偏光ホログラム素子を一体的に駆動するアクチュエータと、
前記光記録媒体で反射されて前記偏光ホログラム素子によって回折された光ビームを検出するように構成された光検出器であって、前記メインビームに基づく0次光ビームの検出結果からRF信号を生成し、前記メインビームに基づく±1次光ビームの一方の検出結果からフォーカス誤差信号およびトラッキング誤差信号を生成し、前記サブビームに基づく0次光ビームの検出結果からデータが正常に記録されたことを示す信号を生成する光検出器と、
を備える光ピックアップ。 - 前記偏光ホログラム素子の前記複数の回折領域は、前記メインビームの中心部が通る点を中心として、前記光記録媒体のトラックと同一の方向の直線と、前記トラックに垂直な方向の直線とによって分割された4つの領域である、請求項1に記載の光ピックアップ。
- 前記光検出器は、コレクトファーフィールド法によって前記トラッキング誤差信号を生成し、スポットサイズ検出法によって前記フォーカス誤差信号を生成する、請求項1または2に記載の光ピックアップ。
- 前記光検出器は、前記メインビームに基づく前記±1次光ビームの前記一方の検出結果から、位相差法によるトラッキング誤差信号をさらに生成する、請求項3に記載の光ピックアップ。
- 前記光検出器は、
前記メインビームに基づく0次光ビームを検出する第1の受光素子と、
前記メインビームに基づく+1次光ビームおよび−1次光ビームの一方を検出する第2の受光素子であって、前記偏光ホログラム素子の前記回折領域の数と同数の受光部を有する第2の受光素子と、
前記サブビームに基づく0次光ビームを検出する第3の受光素子と、
を有し、
前記第1の受光素子および前記第2の受光素子の各受光部は、前記対物レンズが前記光記録媒体のトラック方向に垂直な方向にシフトしたときに前記光検出器上の光スポットが移動する方向と同一の方向に配列されている、
請求項1から4のいずれかに記載の光ピックアップ。 - 前記第2の受光素子の各受光部は、前記光記録媒体のトラック方向に対応する第1の方向に2等分割されており、分割された各部分の前記第1の方向の幅は、前記受光部に形成される光スポットの半径の0.8倍から1.5倍である、請求項5に記載の光ピックアップ。
- 前記光検出器は、前記第1の受光素子が、前記メインビームに基づく0次光ビームの集光点から100μmから300μmの範囲内の距離だけずれるように構成されている、請求項5または6に記載の光ピックアップ。
- 前記第1の受光素子および前記第2の受光素子は、前記第1の受光素子上に形成される光スポットが、前記第2の受光素子の受光部に重ならないように、スペースを隔てて配置されている、
請求項5から7のいずれかに記載の光ピックアップ。 - 前記第2の受光素子の各受光部は、各受光部上に形成される光スポットが他の受光部に重ならないように、スペースを隔てて配置されている、請求項5から8のいずれかに記載の光ピックアップ。
- 前記偏光ホログラム素子の前記複数の回折領域は、前記メインビームの中心部が通る点を中心として、前記光記録媒体のトラックと同一の方向の直線と、前記トラックに垂直な方向の直線とによって分割された4つの領域であり、
前記第2の受光素子において、各受光部上に形成される光スポットのうち、前記対物レンズのフォーカス方向の移動によって接近する2つの光スポットが重なる部分にスペースが設けられている、請求項5から9のいずれかに記載の光ピックアップ。 - 前記光検出器は、前記サブビームに基づく±1次光ビームの検出結果から、前記サブビームのオフトラック状態を示す信号を生成する、請求項1から10のいずれかに記載の光ピックアップ。
- 前記偏光ホログラム素子と前記光検出器との間に配置されたコリメートレンズおよび検出レンズをさらに備え、
前記対物レンズの焦点距離をf1、前記コリメートレンズおよび前記検出レンズの合成焦点距離をf2、前記光記録媒体のトラック上に形成される前記メインビームによる光スポットと前記サブビームによる光スポットとの間隔をdとするとき、
100μm<f2/f1×d<500μmを満足する、
請求項1から11のいずれかに記載の光ピックアップ。 - 前記アクチュエータは、トラッキング方向における前記対物レンズの初期位置からのシフト量の上限が0.3mm以上0.6mm以下になるように前記対物レンズをシフトさせる、請求項1から12のいずれかに記載の光ピックアップ。
- 前記アクチュエータは、前記対物レンズ、前記偏光ホログラム素子、および前記波長板を一体的に駆動するように構成されている、請求項1から13のいずれかに記載の光ピックアップ。
- 光記録媒体のトラック上にデータを記録しながら、前記トラック上に記録されたデータを読み出す光ピックアップであって、
光ビームを出射する光源と、
前記光源から出射された前記光ビームを、記録用のメインビームおよび再生用のサブビームを含む複数の光ビームに分離する回折素子と、
前記メインビームおよび前記サブビームを前記光記録媒体の同一トラック上に集束させるように構成された対物レンズと、
前記回折素子から前記光記録媒体までの光路上に配置された波長板であって、前記回折素子から前記波長板に入射する光の偏光方向と前記光記録媒体で反射されて前記波長板を透過した光の偏光方向とが直交するように設計された波長板と、
回折特性の異なる複数の回折領域を有し、各回折領域が、前記光記録媒体で反射されて前記波長板を透過した光ビームを、0次光ビームおよび±1次光ビームに分離するように設計された偏光ホログラム素子と、
フォーカス制御およびトラッキング制御のために前記対物レンズおよび前記偏光ホログラム素子を一体的に駆動するアクチュエータと、
前記光記録媒体で反射されて前記偏光ホログラム素子によって回折された光ビームを検出するように構成された光検出器であって、前記メインビームに基づく±1次光ビームの一方の検出結果からRF信号、フォーカス誤差信号、およびトラッキング誤差信号を生成し、前記サブビームに基づく0次光ビームの検出結果からデータが正常に記録されたことを示す信号を生成する光検出器と、
を備える光ピックアップ。 - 請求項1から15のいずれかに記載の光ピックアップと、
前記光ピックアップによる記録および再生動作を制御する制御回路と、
を備える光記録再生装置。
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