JP2561253B2

JP2561253B2 - トラツク誤差検出装置

Info

Publication number: JP2561253B2
Application number: JP61310311A
Authority: JP
Inventors: 靖夫木村
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1986-12-25
Filing date: 1986-12-25
Publication date: 1996-12-04
Anticipated expiration: 2011-12-04
Also published as: JPS63161537A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は、いわゆる光ディスク、ディジタルオーデ
ィオディスク、ビデオディスク、光磁気ディスクなどの
記録、再生に用いる光ヘッドのトラック誤差検出装置に
関する。

（従来の技術）ビデオディスク、ディジタルオーディオディスク、光
磁気ディスク（以下では光ディスクと総称する）の従来
の光ヘッドに用いられているトラック誤差検出方法には
主に、プッシュプル法、ヘテロダイン法、スリービーム
法がある。プッシュプル法及びヘテロダイン法は、光デ
ィスクのデータ読み出しに用いる主ビームの反射光のフ
ァーフィールドパターンを用いる方式であり、スリービ
ーム法はトラック誤差検出用の補助ビームを用いる方式
である。

ファーフィールドパターンを用いる誤差検出方式は、
光ディスクの盤面に形成されたピットまたはプリグルー
ブにより回折された反射光の光量分布が、ピットまたは
プリグルーブと光スポットとの位置関係により変化する
ことを利用している。

第２図は、使用する光源の波長をλとした場合に、ピ
ットの深さがλ/5の条件で、ファーフィールドに置かれ
た第３図に示す４分割光検出器１上でのディスクからの
反射光２の光量分布が個々のピットとの相対位置により
どのように変化するかを模式的に示したものである。第
２図は４分割光検出器の各セグメントA3、B4、C5、D6の
出力を各々a,b,c,dとしたときの PP＝（ａ＋ｄ）−（ｂ＋ｃ） …（１） HTD＝（ａ＋ｃ）−（ｂ＋ｄ） …（２） RF＝ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ …（３）の３つの信号変化を示している。PP信号はピット進行方
向にならんだセグメントの和信号の差信号、HTD信号は
対角和の差信号、RF信号は全和信号である。第２図の横
軸はピットとスポットの相対位置を表し、時間軸に対応
する。

プッシュプル法は、本発明と最も関連の深い方式であ
り、（１）式で得られるPP信号をトラック誤差信号とし
て利用するものである。個々のピットで生じるトラック
の進行方向の光量分布は、オフトラックの場合、非対象
となる。この非対称分布により、４分割光検出器１から
（１）式の演算を処すことにより、あるいはこの場合の
４分割光検出器と等価な機能を有する２分割フォトディ
テクタの出力差をとることにより、トラックからの光ス
ポットずれの方向に応じたトラック誤差信号が得られ
る。第２図（ｂ）のように光スポットがトラックの中央
を通れば、PP信号は常にゼロになる。

第２図（ａ）から（ｃ）の状態にトラックがディスク
の回転につれて移動すれば、PP信号の平均値はプラスか
らマイナスへ変化する。したがって、PP信号の符号に応
じてトラックサーボをかければよい。

第４図はプッシュプル法による従来のトラック誤差検
出装置を示す。半導体レーザ31を出た光は偏光ビームス
プリッタ42、λ/4板41を介して収束レンズ39で光ディス
ク40上に集光される。光ディスク40からの反射光は逆の
経路をたどり、偏光ビームスプリッタ42で、90゜進路を
曲げられ、光軸を境界にして第１光検出器30および第２
光検出器32に導かれる。トラック誤差信号は第１光検出
器30および第２光検出器32の出力の差信号から得られ
る。

次にヘテロダイン法について説明する。第２図（ｂ）
のように光スポットがトラックの中央を通るときには、
（２）式で与えられる４分割フォトディテクタ１の対角
和の差信号HTDは常にゼロとなる。（ａ）または（ｃ）
のようにスポットがトラックの中央からずれて通るとき
には、HTD信号の位相は、光スポットのずれの方向によ
って、全和の信号RFに対して90゜の進み、あるいは遅れ
を伴う。したがってRF信号を基準にしてHTD信号の位相
を検出すれば、両極性のトラック誤差信号を得ることが
できる。位相検出手段としてヘテロダイン検波を用いる
ことが多い。

第５図はスリービーム法によるトラック誤差検出装置
を示している。主ビーム53のほかに、回折格子51で分け
られた±１次回折光54,55をトラック誤差検出用の補助
ビームとして使う。第６図はスリービーム法によるトラ
ック誤差検出原理を説明するための図である。３本の光
ビームは光ディスク上に第６図に示すように３つのスポ
ットを形成し、主スポット７がオントラックの場合、２
つの補助スポット８、９はそれぞれ逆方向にわずかにオ
フトラックになるように結像する。第６図（ｂ）から
（ａ）に示す右方向のオフトラックが生じると第２補助
スポット９からの反射光は、ピット10の回折を受けるた
めに第１補助スポット８からの反射光に比べて弱くな
る。同様に、第６図（ｃ）に示す左方向のオフトラック
が生じると、第１補助スポット８からの反射光は第２補
助スポット９からの反射光に比べて弱くなる。従って２
つの補助スポットからの反射光強度の差からトラック誤
差信号を得ることができる。

（発明が解決しようとする問題点）以上述べた従来の技術には次のような問題点があっ
た。プッシュプル法では、トラック誤差信号にもとづき
収束レンズをアクチュエータで光軸に垂直な方向に動か
した場合、第７図に示すように、収束レンズの光軸11
と、２分割光検出器12の分割線13にずれが生じる。光デ
ィスク面からの反射光は収束レンズの光軸を中心として
２分割光検出器12に入射するため、２分割光検出器12の
分割線13で光量は正しく分割されず、第７図ではＡの光
検出器14にＢの光検出器15よりも多くの光が入射するこ
とになる。この結果、トラッキング誤差信号に直流オフ
セットが発生し、トラッキング誤差制御の制御範囲が狭
くなるという欠点を有していた。同様の問題は光ディス
クが傾いた場合にも生じる。ヘテロダイン法では、ピッ
ト１個ごとのエッジで生じる回折パターンの変化を利用
するために、ピットの無いプリグルーブのみの媒体から
はトラックエラー信号が検出できないという欠点を有し
ていた。またヘテロダイン検波等を用いるために、電気
回路が複雑になるという欠点を有していた。

またスリービーム法ではスイングアームを用いたキャ
リッジ送りを採用すると、スイングアームの回転角度に
より信号強度が変化するという欠点を有していた。

本発明の目的は、上記欠点を解決したトラック誤差検
出装置を提供することにある。

（問題点を解決するための手段）上記問題点を解決するために、本発明が提供する手段
は光記録媒体のピットあるいはプリグルーブ上に対物レ
ンズを経て集光され、反射された反射光を光源と対物レ
ンズから少なくとも構成される結像光学系の光軸外に取
り出すとともに、前記光軸外に取り出された前記反射光
を第１および第２の光検出器に入射せしめるホログラム
素子と、前記第１の光検出器と前記第２の光検出器を少
なくとも含み、前記ホログラム光学素子は前記対物レン
ズの口径をＦ、焦点距離をｆ、前記光学記録媒体のピッ
トあるいはプリグルーブのトラックピッチをＰ、光源の
波長をλ、０≦δ≦（前記対物レンズの前記記録媒体の
トラック方向への最大可動距離）なる関係を満足する量
をδ、前記対物レンズを経てきた記録媒体からの反射光
のビーム径をｄとし、該光ビームの垂直断面内におい
て、前記光記録媒体トラック並びに平行な軸をＸ軸、Ｘ
軸および光ビームと直交する軸をＹ軸としたとき、該光
ビームのうち、なる条件を満足する領域内に入射する光ビームを前記第
１の光検出器に、なる条件を満足する領域内に入射する光ビームを前記第
２の光検出器に、それぞれ入射するように回折させ、そ
れ以外の領域内に入射する光ビームを焦点誤差検出器に
入射させることを特徴とするトラック誤差検出装置であ
る。

（作用）以下、本発明の装置の作用について、総合して述べ
る。

本発明の作用は以下の通りである。簡単のために、光
ディスクからの反射光は対物レンズによりコリメート光
に変換されて、結像光学系光軸外に取り出されるものと
する。第８図はオントラックの場合の反射コリメート光
16の断面内の光強度分布をプリグルーブのある媒体の場
合についてＸ＝Ｙ＝０を光軸として、模式的に示したも
のである。Ｘ軸はトラック並び方向に平行である。光強
度は第１領域17、第２領域18、第３領域19に分かれて分
布し、光源から対物レンズに入射する光波の対物レンズ
口径内の光強度分布が一様であれば、各領域内の光強度
はほぼ一様となり、さらに、第１領域17と第３領域19は
等強度となる。

第２領域18はプリグルーブからの０次以外の回折光を
含まないのに対して、第１領域17および第３領域19は媒
体からの反射光とブリグルーブからの回折光の重なりが
生じている。したがってオフトラックが生じた場合に最
も強い強度変化を示すのは第１および第３領域である。
つまり、第１および第３領域の光を用いてトラック誤差
信号を得るのが最も感度が良い。第１および第３領域の
位置はプリグレーブからの回折によるために、反射光が
コリメート光に変換された場合、近似的に次式で与えら
れる。

ここで、Ｆは対物レンズの口径、ｆは対物レンズの焦
点距離、λは波長、Ｐはプリグルーブのピッチである。
第１領域17の全光量と、第３領域19の全光量から、トラ
ック誤差信号を得れば、最も大きな誤差信号を取り出す
ことができるが、そのようなトラック誤差検出系を構成
すると、収束レンズのアクチュエータのトラッキング方
向の動作により、収束光学系光軸と、誤差検出系光軸に
ずれが生した場合に、誤差信号に直流オフセットが発生
する。そこで、０≦δ≦（対物レンズのトラッキング方
向への最大可動量）を満足する量をδとて、第１領域か
ら、なる関係を満足する第１の部分と、第３領域から、なる関係を満足する第２の部分に入射する光量からトラ
ック誤差信号を得るようにする。第９図に示すように第
１の部分20および第２の部分21は、両光軸にずれが生じ
た場合でも、光ディスクからの反射光22のそれぞれ第１
領域23および第３領域24から、おのおの等しい面積に入
射する光量を取り出すように設定してある。したがっ
て、トラック誤差信号オフセットの発生は防止できる。
第10図は収束レンズの軸ずれに対する本発明によるトラ
ック信号オフセットと従来のプッシュプル法によるトラ
ック信号オフセットを計算により求めたものである。

本発明ではトラック信号オフセットはほとんど発生し
ていない。

また、誤差検出光学系に導かれる反射光がコリメート
光ではなく、発散波または、収束波である場合には、発
散波または収束波の所望の位置でのビーム径をdn、収束
レンズの口径をFnとすれば、第１の部分として、第２の部分として、を満足する部分の光をとり出せば、コリメート光の場合
と同様の働きをさせることができる。

上記の様な効果を持つ光学素子は、反射、屈折、回折
のいずれの効果を用いても実現できるが、光ディスクか
らの反射光を結像光学系の光軸外に取り出す光軸分離手
段としての機能も複合した光学素子は、回折型の光学素
子であるホログラム光学素子を用いることではじめて実
現できる。

（実施例）第１図は本発明の第１の実施例を示す図である。本実
施例では、ホログラム26による光の回折の効果により本
発明を実施している。透明基板上27には４つの領域から
成るホログラム26が形成されている。ホログラムの第１
領域28および第２領域29は、それぞれ（８），（９）式
を満足する位置に形成されており、第１領域28には第１
光検出器30上の点と半導体レーザ31をそれぞれ光源とす
る２つの発散球面波による干渉縞が記録されている。同
様に、第２領域29には第２光検出器32上の点と半導体レ
ーザ31をそれぞれ光源とする２つの発散球面波による干
渉縞が記録されている。ホログラムの第３領域33および
第４領域34は、４分割光検出器35上のそれぞれＡ点36、
Ｂ点37と半導体レーザ31を光源とする２つの発散球面波
による干渉縞が形成されている。ホログラム第３領域33
とホログラム第４領域34の接合線38がナイフエッジと等
価な働きをすることにより、４分割光検出器35の対角差
信号からフォーカス誤差信号を得ることができる。半導
体レーザ31を出た光のうち、ホログラムを０次回折光と
して透過した光は収束レンズ39により光ディスク40上に
集光される。光ディスクからの反射光は収束レンズ39に
より、半導体レーザの発光点に収束する収束球面波とな
ってホログラムに入射する。ホログラムには上述の縞模
様が表面凹凸として記録されているので（８）式を満足
する領域に入射した光は第１の光検出器へ、（９）式を
満足する領域に入射した光は第２の光検出器へ入射する
ように回折される。したがって、第１および第２の光検
出器の出力の差動をとることでトラック誤差信号を得る
ことができる。本実施例では、ホログラムは光軸分離の
機能をも保持している。

第11図は本発明の第２の実施例を説明するための図で
ある。本実施例では、反射光の結像光学系光軸外への分
離のために、λ/4板41と偏光ビームスプリッタ42を用い
ている。光軸外にとり出された反射光は、透明基板44を
介して光検出器30,32,45に導かれる。透明基板44には
（８）式を満足する領域の光を第１の光検出器30へ、
（９）式を満足する光を第２の光検出器32へ入射させる
ように屈折させるプリズム46が設置されている。したが
って第１の光検出器30と第２の光検出器32の出力の差動
からトラック誤差信号を得ることができる。透明基板44
の（８），（９）式を満足しない領域の光を用いてフォ
ーカス誤差信号、および読み出し信号を得ることももち
ろん可能である。また、透明基板上にプリズムを設置す
る替わりに第１の実施例と同様のホログラムを設置して
も同様の作用を得ることができる。

第12図は本発明の第３の実施例を説明するための図
で、第２の実施例の透明基板44を、反射ミラー47で置き
替えた例である。また、ディスクからの反射光をコリメ
ート光として軸外にとり出している。（８），（９）式
を満足する領域の光をそれぞれ第１、および第２の光検
出器30,32へ導くように該当する部分の反射角を他の部
分とは異ならせるようにサブミラー48が設置してある。
（８），（９）式を満足しない領域の光を用いて、フォ
ーカス誤差信号、および読み出し信号を得ることももち
ろん可能である。また、（８），（９）式を満足する領
域からの反射光の反射角を替える代りに、該当する領域
に反射型のホログラムを設置して、回折により光ディス
クからの反射光を、光検出器に導くことももちろん可能
である。その際、ホログラムとして記録されるべき反射
面上の縞模様は、半導体レーザと、光検出器上の点をそ
れぞれ光源とする２つの発散球面波が反射面上につくる
干渉縞となる。

（発明の効果）本発明によれば、トラック誤差信号にオフセットが発
生することのほとんど無いトラック誤差検出装置を実現
することができる。また、本発明に用いる光学素子は従
来の成型技術により容易に製作でき、量産性に富む、安
価なトラック誤差検出装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を説明するための斜視
図、第２図、第３図、第４図、第５図、第６図は従来技
術を説明するための図、第７図は従来技術の問題点を説
明するための図、第８図、第９図、第10図は本発明の作
用を説明するための図、第11図は本発明の第２の実施例
を説明するための断面図、第12図は本発明の第３の実施
例を説明するための断面図である。図において、 1,35……４分割光検出器、２……反射光、３……セグメ
ントＡ、４……セグメントＢ、５……セグメントＣ、６
……セグメントＤ、７……主スポット、８……第１補助
スポット、９……第２補助スポット、10……ピット、11
……収束レンズ光軸、12……２分割光検出器、13……分
割線、14……光検出器Ａ、15……光検出器Ｂ、16……反
射コリメート光、17,23……反射光第１領域、18……反
射光第２領域、19,24……反射光第３領域、20……第１
の部分、21……第２の部分、22……反射光、25……誤差
検出系、26……ホログラム、27,44……透明基板、28…
…ホログラム第１領域、29……ホログラム第２領域、30
……第１光検出器、31……半導体レーザ、32……第２光
検出器、33……ホログラム第３領域、34……ホログラム
第４領域、36……Ａ点、37……Ｂ点、38……接合線、39
……収束レンズ、40……光ディスク、41……λ/4板、42
……偏光ビームスプリッタ、43……反射光、45……光検
出器、46……プリズム、47……反射ミラー、48……サブ
ミラー、49……コリメートレンズ、50……フォーカス誤
差、読み出し信号検出系、51……回折格子、52……凹レ
ンズ、53……主ビーム、54……＋１次回折光、55……−
１次回折光。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】光記録媒体のピットあるいはプリグルーブ
上に対物レンズを経て集光され、反射された反射光を光
源と対物レンズから少なくとも構成される結像光学系の
光軸外に取り出すとともに、前記光軸外に取り出された
前記反射光を第１および第２の光検出器に入射せしめる
ホログラム素子と、前記第１の光検出器と前記第２の光
検出器を少なくとも含み、前記ホログラム光学素子は前
記対物レンズの口径をＦ、焦点距離をｆ、前記光学記録
媒体のピットあるいはプリグルーブのトラックピッチを
Ｐ、光源の波長をλ、０≦δ≦（前記対物レンズの前記
記録媒体のトラック方向への最大可動距離）なる関係を
満足する量をδ、前記対物レンズを経てきた記録媒体か
らの反射光のビーム径をｄとし、該光ビームの垂直断面
内において、前記光記録媒体トラック並びに平行な軸を
Ｘ軸、Ｘ軸および光ビームと直交する軸をＹ軸としたと
き、該光ビームのうち、なる条件を満足する領域内に入射する光ビームを前記第
１の光検出器に、なる条件を満足する領域内に入射する光ビームを前記第
２の光検出器に、それぞれ入射するように回析させ、そ
れ以外の領域内に入射する光ビームを焦点誤差検出器に
入射させることを特徴とするトラック誤差検出装置。