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JP2012003814A - 光ピックアップ - Google Patents

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Abstract

【課題】一面二波長型回折格子と二波長レーザ発生器を備える光ピックアップにおいて、フォーカス信号へのトラッキング信号のクロストークノイズを低減し、フォーカス制御性能を改善する。
【解決手段】一面二波長回折格子で分岐された主ビームと副ビームの光ディスク面からの反射光を受光する受光器において、主ビームを受光する受光器と副ビームを受光する受光器の線速度方向における相対的位置をシフトする。位置のシフト量は、前記相対的位置に対する、主ビームと副ビームより検出されるフォーカス信号へのトラッキング信号の漏れ込み量の特性に基づき決定される。
【選択図】図7

Description

本発明は光ピックアップに係り、特にトラッキング信号のフォーカス信号への漏れ込みを低減した光ピックアップに関するものである。
CD(Compact Disc)、DVD(Digital Versatile Disc)をはじめとする光ディスクに対して、情報信号を記録し再生する光ディスク装置のうち、特にDVDを記録媒体とする光ディスク装置においては、CDも記録媒体として使用できる必要がある。したがい、前記光ディスク装置における光ピックアップでは装着された記録媒体に応じて、CD用の近赤外レーザ光とDVD用の赤色レーザ光という互いに波長の異なるレーザ光のうち、いずれかを発生して、記録媒体に対する情報信号の記録再生を行う必要がある。
特許文献1においては、前記したような二波長型の光ピックアップの一例が開示されている。
特開2003−317280号公報
前記したような二波長型の光ピックアップは、当初は特許文献1の図3で示されるように、CD用とDVD用で別個のレーザ光源と回折格子を有し、双方のレーザ光源で発生されたレーザビームを略同じ光路に導くためのビームスプリッタを有していた。このため、光ピックアップの小型化に対応するには限界があった。
これに対して最近では小型化に対応すべく、特許文献1の図1で示されるように、CD用とDVD用のレーザ光源を近接して(例えば0.1mm程度)設けた二波長型のレーザ光源を使用し、回折格子をCD用とDVD用で共用して1個とし、前記した目的のビームスプリッタを不要にした光ピックアップが一般的になっている。
前記回折格子を、CD用とDVD用で共用する件について考察する。回折格子とは、所定の回折周期を有するものであって、前記レーザ光源が発生したレーザビームを主ビーム(0次回折光)と二つの副ビーム(±1次回折光)に分岐させるように機能している。後記するように、光ピックアップは前記主ビームの反射光を検出する光検出器と、二つの副ビームそれぞれの反射光を検出する光検出器を別個に有している。光ディスク装置では、各光検出器で得た電気信号を演算して、トラッキング制御用のトラッキング信号とフォーカス制御用のフォーカス信号を生成し、光ピックアップの光ディスク上の記録トラックに対する水平方向(トラッキング方向)と垂直方向(フォーカス方向)の位置を制御している。
CDとDVDでは、使用するレーザ光の波長のみならず、光ディスク上のトラックピッチも異なるため、前記回折格子における回折周期の最適値は互いに異なっている。このため、前記目的の回折格子は、CD用の回折格子とDVD用の回折格子を厚さ方向(レーザ光の進行方向)の異なる位置に別個に有することが一般的である。この回折格子を二面二波長回折格子と呼ぶことがある。しかし、二面の回折格子を組合せるために価格的には高価である点が問題である。
これに対して最近では、一面の回折格子を有する一面二波長回折格子を使用することで、前記した価格の問題を解決するようになってきた。回折格子を一面とする場合には、双方のレーザ光が通過する位置に応じて最適な回折周期を用いるようにしているが、現実には困難な点もあって、双方に対してさほどの問題がない範囲で、最適値とは異なる回折周期が用いられている。
このため、特に二つの副ビームが光ディスクを照射する位置が最適値から若干ずれることになり、例えば前記したフォーカス制御用のフォーカス信号にトラッキング信号からの漏れ込みが発生し、フォーカス制御性能を損なう問題があった。
本発明の目的は前記した問題に鑑み、トラッキング信号のフォーカス信号への漏れ込みを低減した光ピックアップを提供することにある。
前記問題を解決するため本発明は、光ディスク記録媒体にレーザ光を照射して前記記録媒体に対して情報信号を記録し又は再生する光ピックアップであって、
第1の波長を有する第1のレーザ光と第1の波長とは異なる第2の波長を有する第2のレーザ光を選択して発生するレーザ光発生器と、該レーザ光発生器で発生された第1のレーザ光と第2のレーザ光が照射され該レーザ光のいずれをも同じ回折面で主ビームと二つの副ビームに分岐する一面二波長回折格子と、該一面二波長回折格子で分岐された前記主ビームと二つの副ビームを発散ビームから平行ビームに変換するコリメートレンズと、該コリメートレンズで平行ビームに変換された前記主ビームと二つの副ビームを前記記録媒体のデータ記録面に集光する対物レンズと、前記データ記録面から反射された前記主ビームと二つの副ビームを集光する集光レンズと、該集光レンズで集光された前記主ビームが照射され電気信号に変換する4個の受光エリアを有する第1の受光器と前記集光レンズで集光された前記二つの副ビームが照射され電気信号に変換する4個の受光エリアを有する第2と第3の受光器を備える光検出器を有し、
該光検出器の含む前記第2と第3の受光器は、前記第1の受光器に対して前記4個の受光エリアの中心位置が、前記光ピックアップに対する前記光ディスクの線速度方向に所定のシフト量をもってシフトして位置することを特徴としている。
本発明によれば、トラッキング信号のフォーカス信号への漏れ込みを低減した光ピックアップを提供でき、光ピックアップの基本性能の向上に寄与できるという効果がある。
本発明による光ピックアップを用いた光ディスク装置の一実施例を示すブロック図である。 本発明の一実施例における光ピックアップのブロック図である。 本発明の一実施例におけるフォーカス信号生成部のブロック図である。 光検出器の位置と漏れ込み信号振幅の関係の一例を示す図である。 光検出器の位置の一例を示す図である。 光検出器の位置と漏れ込み信号振幅の関係の別な一例を示す図である。 本発明の一実施例における光検出器の位置の一例を示す図である。 本発明の一実施例における光検出器の位置と漏れ込み信号振幅の関係を示す図である。 本発明の一実施例における光検出器の位置の別な一例を示す図である。
以下、本発明の実施例につき図面を用いて説明する。
図1は、本発明による光ピックアップを用いた光ディスク装置の一実施例を示すブロック図である。記録媒体である光ディスク1は、CD、DVDなどである。もちろん、CD−RやDVD−Rをはじめとする一回のみ記録が可能な追記型、CD−RWやDVD−RAMをはじめとする書換え型、CD−ROMやDVD−ROMをはじめとする再生専用型 のいずれを用いても良い。装着された光ディスク1は、シャフト11を介してスピンドルモータ12により回転駆動される。そのための駆動制御信号はシステム制御回路6から供給されている。
光ピックアップ3は対物レンズ31を介して、レーザ光束32を光ディスク1の記録面に照射し、データを記録または再生する。
光ピックアップ3は、スレッド機構(図示せず)に搭載されており、光ディスク1上の半径方向に移動して所定のトラック位置においてデータの記録再生を行う。このための制御信号は、システム制御回路6で生成される。また対物レンズ31はアクチュエータ(図示せず)に搭載されており、やはりシステム制御回路6で生成される制御信号に基づき、レーザ光束32が光ディスク1の所定の記録トラック上に正しくフォーカスしてトレースするように、光ディスク1に対する垂直方向(フォーカス方向)と半径方向(トラッキング方向)の位置を微調整される。
光ピックアップ3が光ディスク1から再生した再生信号は、AFE(Analog Front End)回路4に供給される。AFE回路4は、ディジタル記録であっても本質的にはアナログ信号として扱うべき前記再生信号の処理を行う。即ちAFE回路4は、再生信号を演算処理してトラッキング信号(TE -Tracking Error- 信号)やフォーカス信号(FE -Focus Error- 信号)を生成し、システム制御回路6に供給する。システム制御回路6は、供給されたTE信号やFE信号に基づきトラッキング用とフォーカス用のサーボ信号を生成し、光ピックアップ3に供給してその動作を制御する。なお以下では、AFE回路4においてTE信号とFE信号を生成する部分を、演算部と呼ぶことがある。
またAFE回路4は、光ピックアップ3や光ディスク1でデータを記録再生した際の振幅や位相の周波数特性を等化したうえで、等化されたデータを出力端子5に出力し、図示しない再生信号処理回路に供給する。なお、AFE回路4はシステム制御回路6と同じ半導体チップ上に集積されることがある。また、前記再生信号処理回路もシステム制御回路6と同じ半導体チップ上に集積されることがある。
次に、図1の光ピックアップ3について説明する。
図2は、本発明の一実施例における光ピックアップのブロック図である。CD用とDVD用のレーザ光を発生する二波長のレーザ光発生器33は、レーザダイオードを含んでおり、光ディスク装置に装着された光ディスク1の種類に応じて、CD用の近赤外レーザ光かDVD用の赤色レーザ光のいずれかを発生する。図中の矢印はレーザ光の概略の光路を示す。
前記したようにCD用のレーザ光源とDVD用のレーザ光源は近接して設けられているが、実際には0.1mm程度の位置の違いがある。また、光ディスク上の記録トラックのピッチや光ディスク表面からの距離が異なることもあって、CD用のレーザ光とDVD用のレーザ光の間には若干の光路の違いがあるが、ここでは図面の煩雑化をさけるため、一つの光路で示している。
レーザ光発生器33で発生されたレーザ光は、回折格子34において3つのビーム光に分割される。一つは0次回折光と呼ばれる主ビームとなり、残る二つは±1次光と呼ばれる副ビームとなる。光ディスク1において、二つの副ビームが前記主ビームに対して、記録トラックの半径方向の双方に記録トラックピッチの1/2だけ離れた点を照射するよう、回折格子34はレーザ光を分割する。
回折格子34で分離された前記三つのビームは、ビームスプリッタ35を通過し、コリメートレンズ36で発散ビームから平行ビームに変換される。その後、平行ビームは全反射ミラー37で光ディスク1の記録面に向けて反射され、対物レンズ31の作用で光ディスクの記録面にフォーカスを結ぶように光路が屈折されて、光ディスク1に照射される。前記したように、対物レンズ31はアクチュエータに搭載されており、光ディスク1の記録トラックを正確にトレースするよう、トラッキング方向とフォーカス方向の位置を制御されている。
さらに、光ディスク1からの反射光は、対物レンズ31を介して全反射ミラー37でコリメートレンズ36の方向に反射された後、ビームスプリッタ35でも反射されて集光レンズ38に到る。集光レンズ38で屈折された後、光検出器20に向けて照射され、光の強度に応じた電気信号に変換される。前記電気信号を供給されたAFE回路4は、前記信号に基づき、光ディスク1に記録されていた情報信号の周波数特性を等化し、さらには前記したTE信号とFE信号を生成する。
なお、図2に示した光ピックアップの構成は、本発明を限定するものではない。例えば前記した特許文献1では、ビームスプリッタ35とコリメートレンズ36が逆に配置されている。また、光ピックアップ3の厚さが問題でない場合には、全反射ミラー37をなくし、レーザ光発生器33からレーザ光を光ディスク1に向けて発生するようにしても良い。このように本発明は、図2とは異なる光ピックアップに対しても適用できる。
次に、AFE回路4におけるFE信号の生成方法について説明する。
図3は、本発明の一実施例におけるFE信号生成部のブロック図である。図3の左寄りには、前記した三つの回折光(0次回折光と±1次回折光)が照射される光ディスク上の位置と、記録トラックとの位置との関係が概念的に示されている。もちろん、これはトラッキング制御とフォーカス制御が行われている状態である。また、光ディスク1として情報信号が記録可能なタイプが使われており、未記録の状態から途中まで記録済の状態に遷移中である場合を示している。
前記したように光ピックアップ3は、光ディスク1で反射されたレーザ光を受光するための光検出器20を有している。光検出器20は、記録トラックのトラックピッチをTrとすると、中心に対してほぼ±Trの範囲からの反射光を受光している。また光検出器20は、前記した三つの回折光に応じてトラッキング方向に互いにTr/2だけ離れた3つの受光器を有しており、また各受光器は4つの受光エリアを有している。AFE回路4は、これら4つの受光エリアにおいて受光されたレーザ光に基づいて得た電気信号を演算し、FE信号を生成している。
図3において、例えば前記0次回折光に由来する反射光を受光する第1の受光器22(以下、主受光器と呼ぶことがある)におけるA、B、C、Dと記した4つの受光エリアにおいて受光されたレーザ光に基づく電気信号を、同じくA、B、C、Dと表す。加算器242、243、減算器251を用いて演算して得た信号を、CAD(Conventional Astigmatism Detection)信号と呼ぶ。

FE(CAD)=(A+C)−(B+D) (式1)

また受光器22を挟んで、光ディスク1の半径方向(トラッキング方向)に±Tr/2だけ離れた位置を中心に、やはり4つの受光エリアを有する第2の受光器21、第3の受光器23(以下、双方を副受光器と呼ぶことがある)は、前記±1次回折光に基づく反射光を受光する。減算器241、244、加算器252を用いて得た信号を、SAD(Subsidiary Astigmatism Detection)信号と呼ぶ。

FE(SAD)=(EF1+EF3)−(EF2+EF4) (式2)

ここでは、第2の受光器21の4つの受光エリアに基づく電気信号をE1、E2、E3、E4とし、第3の受光器23の4つの受光エリアに基づく電気信号をF1、F2、F3、F4とし、さらに例えばE1とF1の加算信号をEF1と表している。
SAD信号に係数器26で所定の定数Kを掛け算して、加算器27で先のCAD信号と加算すると出力端子28には、DAD(Differential Astigmatism Detection)信号が得られる。

FE(DAD)=FE(CAD)+K*FE(SAD)={(A+C)−(B+D)}+K*{(EF1+EF3)−(EF2+EF4)} (式3)

(式3)の信号をFE信号としてフォーカスサーボ制御を行うのが、現在汎く用いられているDAD方式である。
なお、係数器26における係数Kは、DAD信号におけるトラッキング信号の漏れ込みが最小となるように、予め決められている。或いは出力端子28におけるDAD信号の振幅を検出する検出器を設けて係数Kを適宜制御し、常にその振幅が最小となるように制御しても良い。
光検出器20は、現在は単なる光学部品ではなく、検出した光に基づき生成される電気信号の発生部と一体となった光学電気部品であることが多い。これはOEIC(Optical Electronic Integrated Circuit)とも呼ばれ、集積回路の一種でもある。したがい、前記した受光部21、22、23とその分割された受光エリアは、集積回路プロセスを用いて極めて高い位置精度で形成される。
なお、第1の受光器22、加算器242、243、減算器251についてはメインフォーカス系、第2の受光器21と第3の受光器23、及び減算器241、244、加算器252、係数器26についてはサブフォーカス系と呼ぶことがある。
次に、図2の回折格子34を一面二波長回折格子とする場合の課題と、新たな改善方法について説明する。
図4は、光検出器の位置と漏れ込み信号振幅の関係の一例を示す図であり、例えばDVD用のレーザ光に対して最適に設計された回折周期の回折格子を使用した場合を示している。図中の横軸はPDT、縦軸はXTKである。
PDTとは図3の受光器21、22、23における図面上で横方向(光ピックアップ3に対する光ディスク1の線速度方向)のPDバランス(PD;Photo Detector)を指す。例えば受光器22では、フォーカス制御が行われ最適なフォーカスが結ばれた状態において、

PDT={(D+C)−(A+B)} /(A+B+C+D) (式4)

と表せる。即ち、各ビーム光は各受光器に対して、最適なフォーカスが結ばれた状態では略真円形で、フォーカスがいずれかの方向に外れた状態では略楕円形で結像するが、PDTとは前者の状態での値を意味する。各受光器は図3において、PDTが正の値であれば右方向に、負の値であれば左方向に、照射されるビーム光に対する相対的な位置がシフトしていることとなる。
一方、XKT(Crosstalk Noise;クロストークノイズ)とはFE信号に対して漏れ込むTR信号の振幅を表す。図中の(1)はMain信号に漏れ込むクロストークノイズの振幅であり、先に(式1)で表したCAD信号に漏れ込むクロストークノイズの振幅である。同様に(2)はSub信号に漏れ込むクロストークノイズの振幅であり、先に(式2)で表したSAD信号に漏れ込むクロストークノイズの振幅である。また、(3)は先に(式3)で示したDAD信号に漏れ込むクロストークノイズの振幅である。
図4に示すようなPDTとXTKの関係を測定する際は、受光器21、22、23の位置を、互いに同じ距離だけ図3の横方向にシフトしながらXTKを測定すると良い。その際、図4ではMain信号に漏れ込むクロストークノイズが最小となる位置を規準位置として、各信号のXTK値の特性を示している。
CAD信号に漏れ込むクロストークノイズとSAD信号に漏れ込むクロストークノイズは、原理的には位相が互いに逆である。このため、双方を加算すると互いに振幅が打ち消される。したがい、図3の出力端子28におけるDAD信号は、トラッキング信号からの漏れ込みの少ないフォーカス信号となり、精度の良いフォーカス制御をすることができる。また、前記したように係数器26における係数Kは、出力端子28におけるDAD信号の振幅が最小となるように予め定めると良い。或いは、出力端子28におけるDAD信号の振幅を検出し、これを最小とするように係数Kを制御する制御部が設けられると良い。
図4においては、前記したように例えばDVD用のレーザ光に対して最適に設計された回折周期の回折格子を使用した場合を示している。或いは、二波長レーザ光発生器を用いる場合でも二面二波長回折格子を用いて、CD用とDVD用のいずれのレーザ光も最適に回折させ主ビームと副ビームを生成する場合も同様である。これらの場合には、図4の(3)で示すように原理にほぼ従って、FE信号に対するTR信号の漏れ込みを低減することができる。
しかし、一面二波長回折格子を用いる場合には、さらに工夫が必要である。
図5は、光検出器の位置の一例を示す図である。
図6は、光検出器の位置と漏れ込み信号振幅の関係の別な一例を示す図であり、回折格子として一面二波長回折格子を用いる場合の例を示している。
図5では、図3の受光器21、22、23の各中心位置が図面上の横方向で一致した状態を示している。なお、先の図4におけるXTKとPDTの関係も図5で示す位置関係において測定されている。同様に図5で示す各受光器の位置関係において、一面二波長回折格子を用いた際に、図4と同様の方法でPDTとXTKの関係を測定した例が図6である。
図6では図4とは異なり、(1)で示すMain信号に漏れ込むクロストークノイズと、(2)で示すSub信号に漏れ込むクロストークノイズとの間では、特性の中心が異なっている。このため、(3)で示すDAD信号に漏れ込むクロストークノイズの振幅は到るところで図4よりも大きい。このため、FE信号に対するTR信号の漏れ込みが大きい状態でフォーカス制御をすることとなり、フォーカスサーボ性能が低下する問題がある。
図6で示すような特性となる原因は、一面二波長回折格子を用いることにより、必ずしもCDとDVD用の双方のレーザ光に対して最適な回折効果を与えることができず、副ビームが照射する光ディスク上での位置が主ビームに対して最適位置とならないことにある。
次に、前記した問題に対応した本実施例における解決方法について述べる。
図7は、本発明の一実施例における光検出器の位置の一例を示す図である。
図8は、本発明の一実施例における光検出器の位置と漏れ込み信号振幅の関係を示す図である。
先の図6において、(2)で示すSub信号に漏れ込むクロストークノイズの特性は、(1)で示すMain信号に漏れ込むクロストークノイズの特性に対して、PDTが正の方向にシフトしている。これは、±1次の回折光(副ビーム)が0次の回折光(主ビーム)に対して、図3または図5の右側にシフトした位置を中心に光ディスクに照射されることを意味する。
そこで本実施例においては、図7に示すように第1の受光器22に対して第2及び第3の受光器の位置を右側にシフトすることにより、前記した特性のずれを解消するようにしている。
図7で示す受光器と一面二波長回折格子を用いて、前記したPDTとXTKの関係を実測した例が図8である。図8では、(2)で示すSub信号に漏れ込むクロストークノイズの特性は、(1)で示すMain信号に漏れ込むクロストークノイズの特性に対して、中心がほぼ一致しており、図4に類似して(3)で示すDAD信号に漏れ込むクロストークノイズの振幅は低減されている。このため、FE信号に対するTR信号の漏れ込みが小さい状態でフォーカス制御をすることとなり、フォーカスサーボ性能を改善する効果がある。
なお、図7において第1の受光器22に対して、第2の受光器21と第3の受光器23の位置を右側にシフトするとしたのは一例である。一面二波長回折格子の設計次第では、異なる方向にシフトすることもある。
図7で示したような受光器の配置方法は、二波長レーザ光発生器を有する光ピックアップにおけるDVD用の受光器のみならず、CD用の受光器にも適用して良い。
図9は、本発明の一実施例における光検出器の位置の別な一例を示す図であり、前記受光器21、22、23のほかにCD用の受光器21A、22A、23Aを近接して設けた例を示している。いずれもがFE信号に対するTR信号の漏れ込みが小さい状態でフォーカス制御されるよう、相対的な位置関係が定められている。
なお、図7と図9では、図面が容易に理解されるよう、第1の受光器22(22A)に対する他の受光器21(21A)、23(23A)の位置を、実際にあり得る値よりも大きくシフトして示している。例えばDVD用の受光器は通常100μm角程度の大きさを有するが、前記したシフト量は実際には1μm前後となることが多い。
前記したように受光器は半導体プロセスを用いて製造されるものであるから、1μm程度のシフト量を公差も含め管理して製造することには何ら問題はない。
ここまで示した実施形態は一例であって、本発明を限定するものではない。本発明の趣旨に基づきながら異なる実施形態を考えられるが、いずれも本発明の範疇にある。
1:光ディスク、3:光ピックアップ、4:AFE回路、20:受光器、26:係数器、31:対物レンズ、33:レーザ光発生器、34:回折格子、35:ビームスプリッタ、36:コリメートレンズ、37:全反射ミラー、38:集光レンズ。

Claims (3)

  1. 光ディスク記録媒体にレーザ光を照射して前記記録媒体に対して情報信号を記録し又は再生する光ピックアップであって、
    第1の波長を有する第1のレーザ光と第1の波長とは異なる第2の波長を有する第2のレーザ光を選択して発生するレーザ光発生器と、
    該レーザ光発生器で発生された第1のレーザ光と第2のレーザ光が照射され該レーザ光のいずれをも同じ回折面で主ビームと二つの副ビームに分岐する一面二波長回折格子と、
    該一面二波長回折格子で分岐された前記主ビームと二つの副ビームを発散ビームから平行ビームに変換するコリメートレンズと、
    該コリメートレンズで平行ビームに変換された前記主ビームと二つの副ビームを前記記録媒体のデータ記録面に集光する対物レンズと、
    前記データ記録面から反射された前記主ビームと二つの副ビームを集光する集光レンズと、
    該集光レンズで集光された前記主ビームが照射され電気信号に変換する4個の受光エリアを有する第1の受光器と前記集光レンズで集光された前記二つの副ビームが照射され電気信号に変換する4個の受光エリアを有する第2と第3の受光器を備える光検出器を有し、
    該光検出器の含む前記第2と第3の受光器は、前記第1の受光器に対して前記4個の受光エリアの中心位置が、前記光ピックアップに対する前記光ディスクの線速度方向に所定のシフト量をもってシフトして位置す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において、前記第2と第3の受光器のシフト量は、前記主ビームと副ビームに基づき生成されるFE信号へのTR信号の漏れ込み量が最小となるための、前記第2と第3の受光器における前記第1の受光器に対するPDT値に基づくことを特徴とする光ピックアップ。
  3. 請求項1に記載の光ピックアップにおいて、前記回折格子と前記対物レンズの間に、一方より照射されたレーザ光を通過させ、残る一方より照射されたレーザ光を反射させるビームスプリッタを有し、前記集光レンズには、前記ビームスプリッタで反射された反射光が照射されることを特徴とする光ピックアップ。
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