JPH09297926A - 光学式記録再生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ホログラム素子などの光束手段をセンサ光学
系に挿入することにより、品質の高いフォーカス誤差信
号およびトラッキング誤差信号を得る。 【解決手段】 センサ光学系の集束レンズ１６と光検知
器１８の間に格子形状の異なる２つの領域をもつ光束分
離手段（ＨＯＥ）１７を挿入して収束点および回折角の
異なる４本の光束３０ａ，３０ｂ，３１ａ，３１ｂを生
成し、各光束をそれぞれ複数に分割された検出素子を有
する光検知器１８で受光してフォーカスおよびトラッキ
ングの誤差信号を得るように構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、光学式記録再生
装置に関し、詳しくは、フォーカス誤差信号およびトラ
ッキング誤差信号の検出手段に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１０は、例えば特開昭６０−１７１６
４４号公報に示された従来の光学式記録再生装置を示す
図である。図において、１は光源である半導体レーザ、
２は半導体レーザより出射された光束であり、３はこの
光束２を平行光束４に変換するコリメータレンズ、５は
１／４波長板、６は光ディスク７の情報面上にスポット
８を形成する対物レンズである。

【０００３】１０はディスク７で反射された光束を半導
体レーザ１からの光束と分離するビ−ムスプリッタ、１
７はビ−ムスプリッタ１０で反射された光束９を振幅の
等しい第１、第２の反射光束１２、１３に２分割する光
束分割器の働きをもつグレーティングレンズ（ホログラ
ム素子とも呼ばれ、以下、「ＨＯＥ」と記す）であり、
第１の反射光束１２の集光点Ｑ１よりは近く、第２の反
射光束１３の集光点Ｑ２よりは遠い位置に配置された光
検知器１８には、第１の反射光束を受光する第１の光検
知器１４と、第２の反射光束１３を受光する光検知器１
５が配置されている。図１１は光検知器１４、１５の具
体的な形状を示しており、Ｉ，II，III，IVはそれぞれ
分割された素子である。

【０００４】次に具体的な動作について説明する。図１
２に示すように、第１の反射光束１２の集光点Ｑ１と第
２の反射光束１３の集光点Ｑ２は光軸２０の方向に２Δ
Ｚずれた位置にある。従って、光ディスク７が合焦点位
置にある時のＱ１とＱ２の間の位置（例えば点Ｐ）にお
いて、第１、第２の反射光束１２、１３の断面光束径が
等しくなる所がある。その位置で、光軸２０の点で垂直
に２分割された第１、第２の光検知器１４、１５からな
る光検知器１８を配置し、光検知器１８の各素子の出力
の和Ｅｆが、 Ｅｆ＝（II−Ｉ）＋（III −IV）＝０ ‥‥‥（１） となるように、各素子Ｉ〜IVの形状を設定すれば、光デ
ィスク７が合焦点位置より遠ざかる方向に動くとＥｆは
負、また逆に近づく方向に動くとＥｆは正となる。

【０００５】また、上記従来例には、図１３に示すよう
に、光検知器の素子を、それぞれ３分割した第１、第２
の光検知器２２、２３からなる６分割短冊型の光検知器
２４を用いた例が提案されており、Ｉ，II，II’，III
，IV，IV’はそれぞれ分割された素子である。この例
の各素子の出力の和Ｅｆは Ｅｆ＝（II＋II’＋III ）−（Ｉ＋IV＋IV’） ‥‥‥（２） となり、このＥｆがフォーカス誤差信号となる。この例
では、光検知器２４の分割線の方向を、トラッキングに
伴って光検知器２４上の反射スポット１２，１３が動く
方向と平行になるように設定すれば、トラッキングに伴
うフォーカスずれ検出エラーを生じさせない利点を有し
ている。

【０００６】ところで、光学式記録再生装置では上記の
ようなフォーカシング制御のほかに目標のトラックを確
実に追従するためのトラッキング制御が必要であり、そ
のためのトラッキング誤差信号検出手段も併せて盛り込
む必要がある。

【０００７】このトラッキング誤差信号の検出法につい
ては色々な方法が提案されているが、記録再生を行う光
学式記録再生装置ではプッシュプル法がよく用いられて
いる。この方式は、光ディスク上のトラックによる回折
の影響で±１次の回折光が０次光に光束径の約半分だけ
ずれた状態で重なっており、トラックと集光スポットの
位置関係により０次光と±１次光の干渉領域の強度が変
化する現象を利用してトラッキング誤差信号を得る方式
である。しかし、上記従来例の光学式記録再生装置で
は、このトラッキング制御に関する記述はされていな
い。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、上記のよ
うな課題を解決するためになされたもので、第１の目的
は、ＨＯＥを用いた光学式記録再生装置において、トラ
ッキング誤差信号と同時に光ディスク上に形成されてい
るトラックの影響が小さいフォーカス誤差信号が得られ
る光学式記録再生装置を得ることである。

【０００９】さらに、第２の目的は、部品の位置ずれに
伴うトラッキング誤差信号の品質の低下の小さい光学式
記録再生装置を得ることである。

【００１０】また、第３の目的はＨＯＥにおいて誤差信
号生成に用いない光束の影響を除去した光学式記録再生
装置を得ることである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明に係る光学式記
録再生装置においては、フォーカス誤差信号およびトラ
ッキング誤差信号生成のための光学素子としてＨＯＥを
用い、光ディスク上のトラックをＨＯＥ上に投影した座
標において、トラックと同じ方向に分割された領域が並
ぶようにＨＯＥを複数の領域に分割するとともに、各領
域の回折方向とレンズ作用の量を異なった値に形成した
ものである。

【００１２】また、ＨＯＥの位置を、光検知器へ集光す
るための集束レンズに近づけたものである。

【００１３】さらに、ＨＯＥを回折せずに透過する０次
光を受光するための光検知器を配置するとともに、０次
光が±１次光を受光するための光検知器に入射しないよ
うに±１次光の回折角度を設定したものである。

【００１４】

【発明の実施の形態】この発明の実施の形態である光学
式記録再生装置においては、センサ光学系に配置された
光束分離機能をもつＨＯＥの回折作用により複数本の光
束に分割し、フォーカス誤差信号およびトラッキング誤
差信号を生成するように働く。また、ＨＯＥの分割方向
は光ディスク上のトラックを投影した座標においてトラ
ック方向に２つの領域に分割されているので、トラック
によって生じる回折の影響がフォーカス誤差信号に及ば
ないようにすることができ品質が向上する。

【００１５】また、ＨＯＥを集束レンズに近づける配置
を取ったので、ＨＯＥ上での光束径が大きくなり、ＨＯ
Ｅの位置ずれ等光学素子の配置ずれに伴うオフセットの
発生割合を小さくすることができる。

【００１６】さらに、ＨＯＥを透過した光束のうち誤差
信号生成に作用していない０次回折光の影響を除去する
構成にしたので、不要な光の混入を避けることができ誤
差信号の品質が向上する。

【００１７】以下、この発明をその実施の形態を示す図
面に基づいて説明する。 実施の形態１．図１はこの発明の実施の形態１である光
学式記録再生装置を示す図である。図において、１は半
導体レーザ、２は光束、３はコリメータレンズ、６は対
物レンズ、７は光ディスク、８はスポット、９は反射
光、１０は光ディスク７で反射された光束と半導体レー
ザ１からの光束とを分離するビームスプリッタ、１６は
ビームスプリッタ１０で反射された光束を集光する集束
レンズ、１７は光束分離手段であるＨＯＥ、１８は光検
知器である。

【００１８】このように構成された光学式記録再生装置
では、光ディスク７で反射された光束９はＨＯＥ１７で
複数の光束に分離され、各光束を所望の形状に分割され
た光検知器で受光してサーボのための誤差信号を得てい
る。この様子を図２、図３を用いて説明する。

【００１９】図２はビームスプリッタ１０で分離された
以降のいわゆるセンサ系部と、その光検知器上のスポッ
トの態様を示した図である。ＨＯＥ１７を透過した光束
は上下半分の光束がそれぞれさらに２つの光束３０ａ、
３０ｂと３１ａ、３１ｂに分割され、結局４本の光束に
分割される。なお、ＨＯＥ１７は回折型の光束分離素子
であり、厳密には弱い光束を含めると無数の光束に分割
されるが、形状を最適化することでほぼ±１次光に集約
することが可能であるので、ここでは４本に分割したと
して扱う。

【００２０】ＨＯＥ１７の上半分で回折した光束（実線
で表示）は、図示されているように光検知器１８の手前
で集束する光束３０ａと光検知器１８の後方で集束する
光束３０ｂに分かれる。同様に、ＨＯＥ１７の下半分で
回折された光束（点線で表示）は、光検知器１８の手前
で集束する光束３１ａと後方の３１ｂに分かれるが、上
半分と下半分では回折角が異なっているので、４本の光
束のスポット３３ａ〜３３ｄは、図２に示すように、Ｈ
ＯＥ１７への入射光束の光軸に対して対称の位置に配置
している。このような光束分離性能を示すＨＯＥ１７の
形状の一例を図４に示す。これら４個のスポット３３ａ
〜３３ｄを受光する光検知器１８上の分離された素子の
形状は、図３の３２ａ〜３２ｄに示すように従来例の図
１３に示したものに、それぞれ３個の短冊状に分割され
ているが、各スポット３３ａ〜３３ｄの形状は半円形と
なっている。

【００２１】次に動作について説明する。光検知器１８
の手前で集束している光束３０ａ、３１ａは光検知器１
８上では別々のスポット３３ｂ、３３ａとなっている
が、もともとＨＯＥ１７の上下半分の光束であり、二つ
を合わせるとＨＯＥ１７で分割される前の光束と考えら
れる。したがって、光束３０ｂ、３１ｂは、図１２に示
した従来例の光束１３、１２と同じであり、光検知器１
８も従来例の光検知器２４と同じ６分割の光検知器と同
じとなるので、同様の演算をすることによりフォーカス
誤差信号が得られる。

【００２２】具体的な演算式を図３で説明する。図１３
に示した従来例では、片側の中央部と他方の外側を加え
たもの同志の減算でフォーカス誤差信号を得ていたこと
から、この実施の形態１でのフォーカス誤差信号も Ｅｆ＝（（３２ａｍ＋３２ｂｍ）＋（３２ｃｓ＋３２ｄｓ）） −（（３２ａｓ＋３２ｂｓ）＋（３２ｃｍ＋３２ｄｍ））‥‥（３） として得ることができる。

【００２３】この理由を図５、６を用いて説明する。図
５は対物レンズ６がディスク７に近づいた場合の光検知
器１８上のスポット３３ａ〜３３ｄを示している。対物
レンズ６がディスク７に近づいた場合、センサ系では集
束点が伸びるので、光検知器１８の前で一度集束してい
る光束３０ａ、３１ａの集光点は光検知器１８に近づ
き、一方、光検知器１８の後方で集束する光束３０ｂ、
３１ｂの集光点は光検知器１８より遠ざかるので、光束
３０ａ、３１ａのスポット３３ａ、３３ｂは小さくな
り、光束３０ｂ、３１ｂのスポット３３ｃ、３３ｄは大
きくなる。そこで上式によりフォーカス誤差信号Ｅｆを
求めると、 Ｅｆ＞０ となる。

【００２４】一方、対物レンズ６がディスク７より遠ざ
かった場合は図６に示すように、反対に光束３０ａ、３
１ａのスポット３３ａ、３３ｂは大きくなり、光束３０
ｂ、３１ｂのスポット３３ｃ、３３ｄは小さくなる。従
って、フォーカス誤差信号は、 Ｅｆ＜０ となる。

【００２５】以上より、ディスク７に対して対物レンズ
６の位置が変化する方向（近づいたり、遠ざかったりす
る）に対応した極性の信号が得られるので、フォーカス
誤差信号として利用することができる。

【００２６】ところで、サーボにはもう一つトラッキン
グ制御があり、このための誤差信号を生成する必要があ
る。これについて次に説明する。トラッキング誤差信号
の生成方式としてプッシュプル法を採用する。プッシュ
プル法はトラックよる回折光と０次光の干渉を利用する
方式であり、回折する方向に光束を２分割して各々の信
号の強度差より誤差信号を生成する。図１においてプッ
シュプル信号の方向を確認する。光ディスク７上のトラ
ックは図面においてｙ軸方向であるから回折光はｘ方向
に現れ、これをＨＯＥ１７上に投影して考えるとｚ方向
である。今ＨＯＥ１７は光束を中央で上下（ｚ方向）に
分割しているので、分割された光束を各々減算すること
によりトラッキング誤差信号が得られることがわかる。

【００２７】実際の演算を図２、図３を用いて説明す
る。図２において、ＨＯＥ１７の上半分に入射した光束
は３０ａ、３０ｂであり、一方下半分に入射した光束は
３１ａ、３１ｂである。従って、トラッキング誤差信号
Ｅｔは図３より Ｅｔ＝（（３２ｂｍ＋３２ｂｓ）＋（３２ｃｍ＋３２ｃｓ）） −（（３２ａｍ＋３２ａｓ）＋（３２ｄｍ＋３２ｄｓ））‥‥（４） となる。

【００２８】ところで、光学式記録再生装置では、光デ
ィスク７の偏芯や光学式記録再生装置の光ヘッド部の送
り機構等の影響で、対物レンズがトラッキング方向（ｘ
方向）に並進動作を行う。このとき、この実施の形態の
方式では、光検知器１８上で集光していないので、ここ
でも並進動作が伴う。図３に示すようにスポット３３ａ
〜３３ｄを配置しているので、並進方向によってはフォ
ーカス誤差信号に誤った信号が発生する。しかしこの実
施の形態では、並進方向は光ディスク７上でｘ方向であ
り、これを光検知器１８上に投影して考えるとｚ方向で
光検知器１８の分割線方向であり、フォーカス誤差信号
に誤った信号は重畳されず、正確なフォーカス制御が可
能なことがわかる。

【００２９】さらに、一般に光源である半導体レーザ
は、温度や光出力および個々のばらつきによって波長が
変動する。ＨＯＥ１７は回折型の素子であるから、波長
が変動するとその回折角が変動し、ひいては光検知器１
８上のスポット位置が変動する。しかし、図２、図３に
示したようにＨＯＥ１７の回折方向はｚ方向であり、光
検知器１８上では分割線の方向と一致しているため、波
長変動に伴うオフセットは生じない。

【００３０】実施の形態２．プッシュプル法では、集光
点位置で光束を分割していないので、分割領域で光束も
並進移動を伴う。プッシュプル法では、上記に説明した
ように光束の半分（図１のｚ方向の上下）ずつの強度の
差を演算しているので、例えばＨＯＥ１７の位置がトラ
ッキング方向（ＨＯＥ上でｚ方向）にずれると誤った誤
差信号が現れ、トラッキング制御性能が劣化するという
問題がある。

【００３１】これは、ずれ量を一定に考えると、ＨＯＥ
１７上での光束径が大きい方が有利であることがわか
る。このことを図７を用いて説明する。図７はＨＯＥ１
７とＨＯＥ上の光束の様子を、ディスク７のトラックに
よる回折パターンを含めて記載したものである。プッシ
ュプル法では、上下の光検知器の各素子の差信号より誤
差信号を生成するので、図のようにＨＯＥ１７と反射光
束９の相対位置がずれた場合、本来減算されなければな
らない光束が同一素子内に入り込んでくるため、誤差信
号の感度の低下が発生することが明白である。

【００３２】ところが、図７に示すように、このずれの
影響は反射光束９の径ｄに依存しており、ずれ量をΔと
すると、Δ／ｄで表せるので、光束径ｄが大きいほど影
響が小さいことがわかる。光束径ｄは図１より集束レン
ズ１６とＨＯＥ１７との距離で定まるので、この間隔が
狭いほど光束径が大きくなる。そこで、できる限り集束
レンズ１６とＨＯＥ１７の距離を近づけるように配置す
ることで、配置誤差や信頼性に対する許容値が大きくな
る。

【００３３】さらに、同じ焦点距離の集束レンズであれ
ば、ＨＯＥ１７と光検知器１８の距離が遠いほうがＨＯ
Ｅ１７による回折角が小さくできくので、ＨＯＥ１７に
対する設計許容が大きくなるという利点もある。

【００３４】実施の形態３．ＨＯＥ１７では回折光がほ
ぼ４本に分離されるが、回折されない０次光光束は全く
ゼロではなく、場合によっては無視できない場合があ
る。そこで、０次光束が本来の光検知器１８上の素子に
入射しないように、±１次光の回折角度を設定すること
により性能をさらに向上させることができる。この様子
を図８、図９を用いて説明する。

【００３５】ＨＯＥ１７からの０次光は、図８中に２点
鎖線で示すような光束３４であり、光軸上にほぼ集光す
る。一般に合焦点でのスポット径（直径）の２倍以上離
して隣接するスポットが配置されるようにすれば、隣接
スポットによる影響を除去することができる。フォーカ
ス誤差信号のリニアゾーンの両端の点では、この０次光
束３４によるスポット３５はほぼ合焦点での±１次光ス
ポット３３ａ〜３３ｄと同じ大きさであるから、０次光
の集光点と隣接する±１次光の集光点との距離をＬ、合
焦点での±１次光スポットの半径をｒとすると Ｌ＝２×（２×ｒ） を満足するように±１次光の回折角を設定すれば、０次
光の影響を除去することができる。

【００３６】また、本来使用する光検知器上の受光素子
以外の位置に光が入射した場合、たとえその位置に受光
素子がなくても光電変換によって電子が生じ、受光素子
に到達して誤った誤差信号を生成してしまう場合があ
る。そこで、０次光を受光する受光素子を設け、出力を
接地することにより、強制的に不要な信号を排除するこ
とができる。図９にはこのような構成を実現するための
構成が示されており、０次光束３４は受光素子３２ｅに
よって受光され、発生した信号は他の受光素子３２ａ〜
３２ｄへ流れないように制限されている。

【００３７】なお、上記実施の形態実施例では、ＨＯＥ
１７の２つの領域１７ａ、１７ｂから回折された±１次
光のうち、光検知器１８の手前に集光する光束と後方に
集束する光束が光軸に対して同じ側に配置する構成を説
明したが、手前と後方に集束する光束が１本ずつ存在す
るような構成にしても、全く同様の効果が得られること
は言うまでもない。

【００３８】

【発明の効果】この発明は、以上説明したように構成さ
れているので、以下に示すような効果を奏する。

【００３９】光ディスク上のトラック方向に分割線をも
つ２つの領域に分割され、各領域で集光作用と回折方向
の量が異なったＨＯＥをセンサ光学系に用いることによ
り、トラッキングに伴う対物レンズの並進動作や光源の
波長変動に対してもオフセットの発生しにくいフォーカ
ス誤差信号およびトラッキング誤差信号が容易に得られ
る。

【００４０】また、集束レンズとＨＯＥの距離を短くし
てＨＯＥ上での光束径を大きくしたので、ＨＯＥの位置
ずれに伴うオフセットの発生を緩和することができる。

【００４１】さらに、本来用いない光束を受光してその
信号を排除する構成にしたので、不要光によるオフセッ
トの発生を除去することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１の光学式記録再生装
置の光学系を示す図である。

【図２】 実施の形態１のセンサ光学系を示す図であ
る。

【図３】 実施の形態１の光検知器上のスポットの形状
を示す図である。

【図４】 実施の形態１のＨＯＥの構成を示す図であ
る。

【図５】 実施の形態１の対物レンズがディスクに近づ
いた場合の光検知器上のスポットの形状を示す図であ
る。

【図６】 実施の形態１の対物レンズがディスクから遠
ざかった場合の光検知器上のスポットの形状を示す図で
ある。

【図７】 この発明の実施の形態２のＨＯＥ上の光束が
移動した場合の入射光束の形状を示す図である。

【図８】 この発明の実施の形態３の光学式記録再生装
置のセンサ光学系を示す図である。

【図９】 実施の形態３の光検知器上の様子を示す図で
ある。

【図１０】 従来の光学式記録再生装置の光学系を示す
図である。

【図１１】 従来の光学式記録再生装置の光検知器の構
成を示す図である。

【図１２】 従来の光学式記録再生装置のセンサ光学系
を示す図である。

【図１３】 従来の光学式記録再生装置の他の形状をも
つ光検知器を示す図である。

【符号の説明】

１ 半導体レーザ、７ 光ディスク、１６ 集束レン
ズ、１７ 光束分離手段（グレーティングレンズ，ＨＯ
Ｅ）、１８ 光検知器、３０ａ，３０ｂ，３１ａ，３１
ｂ 分割された光束、３２ａ〜３２ｅ 受光素子、３３
ａ〜３３ｄ ±１次光スポット、３４ ０次光束、３５
０次光スポット。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源と、この光源からの光束を光ディス
   ク上に集光する対物レンズと、前記光ディスクからの反
   射光束を受光してフォーカス誤差信号およびトラッキン
   グ誤差信号を得る光検知器を備えた光学式記録再生装置
   において、前記反射光束中に配置され、光ディスク上の
   トラックを投影した座標において上記トラックとほぼ同
   じ方向に分割線が形成された複数の領域を有する光束分
   離手段を有し、この光束分離手段によって光軸を境にし
   て上記反射光束が２分割されるとともに、少なくとも±
   １次光の光束に分離されて少なくとも４本の光束に分割
   され、さらに集束作用によって＋１次光と−１次光で集
   光点が異なるように構成するとともに、上記光検知器を
   上記複数の分割された光束の集光点の中間位置に配設す
   るとともに、各光束を受光する複数の受光素子を備えて
   いることを特徴とする光学式記録再生装置。
2. 【請求項２】 光ディスクからの反射光束を光検知器上
   に集光する集束レンズと前記反射光束を分離する光束分
   離手段との距離を可能な限り近づけたことを特徴とする
   請求項１記載の光学式記録再生装置。
3. 【請求項３】 光束分離手段にて回折せずに透過した０
   次の光束を受光する受光素子を光検知器上に設けるとと
   もに、前記光束分離手段によって回折された光束を受光
   するための受光素子に上記０次の光束が入射しないよう
   に前記光束分離手段の回折角度を設定したことを特徴と
   する請求項１記載の光学式記録再生装置。