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FOCAL POINT ERROR DETECTING METHOD FOR OPTICAL RECORDING AND REPRODUCING MEDIUM, AND BEAM DIVISION CONTROLLER FOR LIGHT EMITTING DEVICE USING THE SAME

Patent code P120007242
File No. 17
Posted date Apr 6, 2012
Application number P2008-206876
Publication number P2010-044815A
Patent number P5207240
Date of filing Aug 11, 2008
Date of publication of application Feb 25, 2010
Date of registration Mar 1, 2013
Inventor
  • (In Japanese)藤田 輝雄
Applicant
  • (In Japanese)学校法人金井学園
Title FOCAL POINT ERROR DETECTING METHOD FOR OPTICAL RECORDING AND REPRODUCING MEDIUM, AND BEAM DIVISION CONTROLLER FOR LIGHT EMITTING DEVICE USING THE SAME
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a focal point error detecting method of an optical recording and reproducing medium in which occurrence of offset for a focal point error signal is suppressed, even when irradiation light for an objective lens is not uniform, in a device in which a focal point error signal is obtained by utilizing diffraction structure of an optical recording medium.
SOLUTION: A reference plane in a rotated optical recording and reproducing medium is irradiated with a laser beam by a light emitting device, a diffracted light and a reference plane reflected light from the period structure for this irradiated laser beam, or the diffracted light and the reference plane transmission light are guided on a far field region, a photodetector is arranged in this far field region, a signal is generated by operating based on these measured sampling value by measuring respectively light intensity of interference light at four different positions corresponding to distance interval s/4 in the tangential direction in the reference plane of the optical recording and reproducing medium rotated with the prescribed speed, then, the focal error in a converged spot of the laser beam is detected.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

従来の光学的な情報記録再生装置における集束光ビームの焦点位置を検出する装置としては、2分割光検知器を、光ディスクからの反射光と(円形ディスクの)接線方向への回折光が重なりあうファーフィールド領域に配置し、この2分割光検知器の差出力と和出力から焦点誤差信号を生成する方法がある(例えば、特許文献1、非特許文献1参照)。

また、2分割光検知器を、光ディスクからの反射光と(円形ディスクの)半径方向への回折光が重なりあうファーフィールド領域に配置して、この2分割光検知器の差出力と和出力から焦点誤差信号を生成する方法がある(例えば、特許文献2参照)。

以下、図18から図21により<特許文献1>とそれの関連論文である<非特許文献1>に述べられた従来の焦点誤差信号生成方法ついて説明する。まず、図18は<特許文献1>の一実施例として記載された焦点誤差信号生成装置であり、この装置は、レーザー光源1、レーザー光源1からのレーザー光を集束する対物レンズ2、光記録媒体である光ディスク3、光ディスク3中の情報記録面4、2分割光検知器5、情報記録面4からの反射回折光の一部を2分割光検知器5に向けて反射する半透明鏡6とから構成されている。

なお、前記情報記録面4には、2次元回折格子として作用するピット列が刻設されており、対物レンズ2によって集光照射される光ビームは、この情報記録面4によって一部はそのまま反射されるとともに、接線方向(x方向)と半径方向(y方向)に回折される。

また、図19には、情報記録面4のファーフィールド領域における2分割光検知器5と情報記録面4からの反射回折光の位置関係が示されており、2分割光検知器5は、情報記録面4からの反射光と情報記録面4の回折格子としての構造によって生成される接線方向(x方向)への1次回折光が重なるファーフィールド領域内に、長手方向が半径方向(y方向)に一致するように配置されている。

更にまた、図20は、焦点誤差信号生成回路の全体構成において、2分割光検知器5の接続系統を示したものであり、2分割光検知器5のエレメント7、8の出力が、減算器9と加算器10に接続されている。

<特許文献1>で述べられた従来の焦点誤差信号生成方法の動作によると、対物レンズ2によって集光されるレーザー光の焦点が情報記録面4に合致している場合は、上記反射光と1次回折光の間の位相差は一定となるため、上記領域内には干渉縞が生じない。

しかし、焦点が情報記録面4からずれると、上記反射光と1次回折光の間には接線方向(x方向)に1次で変化する位相差が発生するため、上記領域内には干渉縞が発生する。

この位相差の接線方向(x方向)の傾きは、上記焦点の情報記録面4からのずれに比例するとともに、この位相差は、焦点が接線方向に1周期分移動することによって360度変化する。

そして、上記位相差の接線方向(x方向)への傾きを2分割光検知器5の減算器9の差出力で捉えて、加算器10の和出力を90度移相した信号を参照信号として、乗算器11の出力に焦点誤差信号を得るものである。

また、図20に示すように、乗算器11の出力中に混入する振動成分を除去するために、低域通過フィルタ12(LPF)が追加されている。

続いて、図21から図24に基づいて、<特許文献2>に述べられた従来の焦点誤差信号生成方法について説明する。図21は<特許文献2>の一実施例として記載された焦点誤差信号生成装置であり、3つのレーザー光源13、14、15、レーザー光源13、14、15からのレーザー光を集束する対物レンズ2、光記録媒体である光ディスク3、光ディスク3中の情報記録面4、2分割光検知器5、情報記録面4からの反射回折光の一部を2分割光検知器5に向けて反射する半透明鏡6、3つのレーザー光源13、14、15それぞれのオン、オフを行う制御回路20から構成されている。

また、前記<特許文献1>と同様に、情報記録面4には2次元回折格子として作用するピット列が刻設されており、対物レンズ2によって集光照射される光ビームは情報記録面4によって一部はそのまま反射されるとともに、接線方向(x方向)と半径方向(y方向)に回折される。

図22には、情報記録面4のファーフィールド領域における2分割光検知器5と情報記録面4からの反射回折光の位置関係が示されており、2分割光検知器5は、情報記録面4からの反射光と情報記録面4の回折格子としての構造によって生成される半径方向(y方向)への1次回折光が重なるファーフィールド領域内に、長手方向が接線方向(x方向)に一致するように配置されている。

<特許文献2>での2分割光検知器5の位置は、<特許文献1>に記載された2分割光検知器5を光軸の周りに中心に90度回転させたものに相当する。

また、図23は、3つのレーザー光源13、14、15によってそれぞれ形成される3つの光スポット16、17、18と情報トラック19(接線方向(x方向)に伸びている)の位置関係を示したものである。これら3つの光スポット16、17、18は焦点方向(情報記録面4に対して垂直なディスク深さ方向)には同じ位置(深さレベル)で集光するものとしている。

図23において、pは情報トラック19の一周期間隔であり、光スポット16と17の中心の間隔、および、光スポット17と18の中心の間隔は、それぞれpの4分の1の距離となるように設定されている。

また、図24は、焦点誤差信号生成回路の構成と2分割光検知器5との接続を示したものである。具体的には、2分割光検知器5のエレメント7、8の出力が、減算器9と加算器10に接続されている。

次に、<特許文献2>で述べられた従来の焦点誤差信号生成方法の動作について説明する。まず、制御回路20はレーザー光源13、14、15を順次点滅させる。レーザー光源13が瞬時点灯した時(他の2つの光源14、15は消灯)の減算器9の出力をIDF(-π/2)、加算器10の出力をISUM(-π/2)と表現すると、これら2つの信号はそれぞれサンプルホールド回路21、24によって保持される。

次に、レーザー光源13を消灯してレーザー光源14のみを瞬時点灯した時の減算器9の出力をIDF(0)、加算器10の出力をISUM(0)と表現すると、これら2つの信号はそれぞれサンプルホールド回路22、25によって保持される。

最後に、レーザー光源14を消灯してレーザー光源15のみを瞬時点灯した時の減算器9の出力をIDF(π/2)、加算器10の出力をISUM(π/2)と表現すると、これら2つの信号はそれぞれサンプルホールド回路23、26によって保持される。

これら6つのサンプルホールド回路21~26の出力を使い、以下の式(1)に示す演算を行うことによって、集光スポットの焦点誤差信号(FES)を得るものである。

【数1】
(省略)

この際、対物レンズ2に入射するレーザー光の強度分布は、その瞳上で一様と仮定しており、この場合にのみオフセットのない焦点誤差信号が得られる。

従来の各文献に記載された焦点誤差検出装置の問題点について以下に述べる。まず、<特許文献1>の焦点誤差検出装置においては、焦点誤差信号を発生させるために2分割光検知器5の2つのエレメント7、8の和信号(即ち、加算器10の出力信号)を参照信号として、エレメント7、8の差信号(即ち、減算器9の出力信号)の同期検波を行っているので、和信号、差信号はともに単一周波数の時間変動信号である必要がある。

即ち、情報記録面4に刻設された接線方向のピット列の空間周波数を一定にしなければならないという問題がある。

また、<非特許文献1>においては、この焦点誤差検出法をアナログ・ビデオ信号が記録されたビデオディスクに適応した実験が報告されており、ビデオディスクではピットの接線方向の空間周波数が連続的に変化しているので、上記の焦点誤差検出方法の動作が適用可能である。

ところが、コンパクトディスクのように、ピット長、ピット間隔が離散的に変調記録されている光ディスクに対しては、これから基準となる単一周波数信号を取り出すことができないため、<特許文献1>および<非特許文献1>で述べられた従来の焦点誤差検出装置では、焦点誤差検出のための信号を発生させることができない。

さらに、光磁気ディスクのように、接線方向に周期性がない、即ち、連続な情報トラックしかない光記録媒体に対しても、<特許文献1>および<非特許文献1>で述べられた従来の焦点誤差検出装置では、焦点誤差信号を発生することができない。

一方、<特許文献2>で述べられた焦点誤差検出装置は、<特許文献1>および<非特許文献1>で述べられた従来の焦点誤差検出装置の問題点を解消するために発明されたものであり、情報トラックに平行な方向に周期性を有していない光記録媒体に対しても、焦点誤差信号を発生することのできる焦点誤差検出装置を提供することを目的とした。

しかしながら、この<特許文献2>で述べられた焦点誤差検出装置においても、<特許文献1>および<非特許文献1>と同様に、対物レンズ2に入射するレーザー光の強度分布が一様でなければならないという問題点があった。

もし、対物レンズ2に入射するレーザー光の強度分布が一様でない場合には、光スポットの情報記録面4に対するずれが無い(焦点が合った)状態でも焦点誤差信号中にオフセットが発生し、正確な焦点制御ができなくなるという問題がある。特に、現在の光記録再生装置では、半導体レーザーを光源とするものがほとんどであるため、対物レンズ2に照射される光強度分布は一様ではなくなる。

また、図25には、典型的な半導体レーザー放射角度に対する強度分布を示した。このような光源を使用した場合には、従来例に示した2分割光検知器の2つのエレメントは、位相差に伴う強度差と同時に、照射光強度分布に伴う強度差を感じ、それがオフセットとして現れるという問題がある。

更にまた、図26には、光源として半導体レーザー(水平方向広がり角度10.5度、垂直方向広がり角度21.3度)を使い、対物レンズ入射側の開口数が0.122、対物レンズの開口数が0.53の場合、<特許文献2>で述べられた焦点誤差検出装置で得られた焦点誤差信号の一例が示されている。この焦点誤差信号のオフセットは、集光スポットの半径方向初期位置にも依存する不安定なものである。
【特許文献1】
特開昭52-93223号公報
【特許文献2】
特開昭63-58627号公報
【非特許文献1】
「Position sensing in video disk readout」、著者 J.Braat and G.Bouwhuis、Applied Optics、Vol.17、No.3、P.P.2013-2021(1978)

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、光学技術およびその付帯装置の改良、更に詳しくは、光記録媒体の回折構造を利用して焦点誤差信号を得る装置において、対物レンズへの照射光が一様でない場合でも、焦点誤差信号へのオフセットの発生を抑圧することができる光記録再生媒体の焦点誤差検出方法、およびそれに用いる発光装置のビーム分割調節器に関するものである。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
回転ディスク式の光記録再生媒体の内部に参照面を成形して、かつ、この参照面上には接線方向に距離sの周期間隔をもった一次元周期構造を設ける一方、
回転する前記光記録再生媒体における参照面に対し、発光装置によりレーザー光を照射して、この照射したレーザー光に対する前記周期構造からの回折光および参照面反射光、もしくは回折光および参照面透過光をファーフィールド領域内に誘導せしめ、
このファーフィールド領域内に光検知器を配置して、所定速度で回転する前記光記録再生媒体の参照面上における接線方向への距離間隔s/4に対応する4つの異なる位置において、干渉する光の光強度をそれぞれ計測することによって、これらの計測したサンプリング値に基づいて演算することにより信号を生成して、前記レーザー光の集光スポットにおける焦点誤差を検出することを特徴とする光記録再生媒体の焦点誤差検出方法。

【請求項2】
 
ファーフィールド領域内に設置する光検知器は少なくとも2つのエレメントからなり、この2つのエレメントからの出力の差信号および和信号を各時刻における4つのサンプル値に基づいて演算することにより信号を生成して、前記レーザー光の集光スポットにおける焦点誤差を検出することを特徴とする請求項1記載の光記録再生媒体の焦点誤差検出方法。

【請求項3】
 
光記録再生媒体の参照面上における接線方向の距離間隔s/4に対応する4つの異なる位置S1、S2、S3、S4(S1=0、S2=s/4、S3=s/2、S4=3s/4と表現する)において、干渉する光の光強度をそれぞれ計測するとき、
差信号のサンプル値を、IDF(0)、IDF(s/4)、IDF(s/2)、IDF(3s/4)とする一方、
和信号のサンプル値を、ISUM(0)、ISUM(s/4)、ISUM(s/2)、ISUM(3s/4)として、
【数1】
 
(省略)
の式により演算して、焦点誤差信号(FES)を生成することを特徴とする請求項1または2記載の光記録再生媒体の焦点誤差検出方法。

【請求項4】
 
回転ディスク式の光記録再生媒体の内部に参照面を成形して、かつ、この参照面上には接線方向に距離sの周期間隔をもった一次元周期構造を設ける一方、
回転する前記光記録再生媒体における参照面に対し、発光装置によりレーザー光の波面の一部の位相を180度ずらして照射して、この照射したレーザー光に対する前記周期構造からの回折光および参照面反射光、もしくは回折光および参照面透過光をファーフィールド領域内に誘導せしめ、
このファーフィールド領域内に光検知器を配置して、所定速度で回転する前記光記録再生媒体の参照面上における接線方向への距離間隔s/4に対応する3つの異なる位置において、干渉する光の光強度をそれぞれ計測することによって、これらの計測したサンプリング値に基づいて演算することにより信号を生成して、前記レーザー光の集光スポットにおける焦点誤差を検出することを特徴とする光記録再生媒体の焦点誤差検出方法。

【請求項5】
 
ファーフィールド領域内に設置する光検知器は、2対のエレメントのペアからなる少なくとも4つのエレメントからなり、
2対のエレメントのペアのうち、一方のエレメントのペアを、180度位相がずれた部分からの回折光と、位相ずれを有していない参照面反射光もしくは参照面透過光が重なり合うファーフィールド領域に配置するとともに、
他方のエレメントのペアを、位相ずれを有していない部分からの回折光と位相ずれを有していない部分からの参照面反射光もしくは参照面透過光が重なり合うファーフィールド領域に配置し、
この4つのエレメントからの出力の差信号および和信号の各時刻における3つのサンプル値に基づいて演算することにより信号を生成して、前記レーザー光の集光スポットにおける焦点誤差を検出することを特徴とする請求項4記載の光記録再生装置の焦点誤差検出方法。

【請求項6】
 
ファーフィールド領域内に設置する光検知器は、2対のエレメントのペアからなる少なくとも4つのエレメントからなり、
2対のエレメントのペアのうち、一方のエレメントのペアを、位相ずれを有していない部分からの回折光と、180度位相がずれた部分からの参照面反射光もしくは参照面透過光が重なり合うファーフィールド領域に配置するとともに、
他方のエレメントのペアを、位相ずれを有していない部分からの回折光と位相ずれを有していない部分からの参照面反射光もしくは参照面透過光が重なり合うファーフィールド領域に配置し、
この4つのエレメントからの出力の差信号および和信号の各時刻における3つのサンプル値に基づいて演算することにより信号を生成して、前記レーザー光の集光スポットにおける焦点誤差を検出することを特徴とする請求項4記載の光記録再生装置の焦点誤差検出方法。

【請求項7】
 
光記録再生媒体の参照面上における接線方向の距離間隔s/4に対応する3つの異なる位置S5、S6、S7(S5=-s/4、S6=0、S7=s/4と表現する)のピット列において、干渉する光の光強度をそれぞれ計測するとき、
第1のペアについては、
差信号のサンプル値を、IDF_1(-s/4)、IDF_1(0)、IDF_1(s/4)とする一方、
和信号のサンプル値を、ISUM_1(-s/4)、ISUM_1(0)、ISUM_1(s/4)として、
かつ、第2のペアについては、
差信号のサンプル値を、IDF_2(-s/4)、IDF_2(0)、IDF_2(s/4)とする一方、
和信号のサンプル値を、ISUM_2(-s/4)、ISUM_2(0)、ISUM_2(s/4)として、
【数2】
 
(省略)
の式により演算して、焦点誤差信号(FES)を生成することを特徴とする請求項4~6の何れか一つに記載の光記録再生媒体の焦点誤差検出方法。

【請求項8】
 
回転ディスク式の光記録再生媒体の内部に参照面を成形して、かつ、この参照面上には半径方向に距離pの周期間隔で並列するピット列を構成して、かつ、距離間隔が半径方向にp/4ずつ位置ずれしたピット列が隣り合って並列された一次元周期構造を設ける一方、
回転する前記光記録再生媒体における参照面に対し、発光装置によりレーザー光を照射して、この照射したレーザー光に対する前記周期構造からの回折光および参照面反射光、もしくは回折光および参照面透過光をファーフィールド領域内に誘導せしめ、
このファーフィールド領域内に光検知器を配置して、所定速度で回転する前記光記録再生媒体の参照面上に形成された、隣り合う各ピット列における4つの異なる位置において、干渉する光の光強度をそれぞれ計測することによって、これらの計測したサンプリング値に基づいて演算することにより信号を生成して、前記レーザー光の集光スポットにおける焦点誤差を検出することを特徴とする光記録再生媒体の焦点誤差検出方法。

【請求項9】
 
光記録再生媒体の参照面上における半径方向の所定の距離間隔に対応する隣り合う4つの異なる位置のピット列上の位置P1、P2、P3、P4(P1=0、P2=p/4、P3=p/2、P4=3p/4と表現する)において、干渉する光の光強度をそれぞれ計測するとき、
差信号のサンプル値を、IDF(0)、IDF(p/4)、IDF(p/2)、IDF(3p/4)とする一方、
和信号のサンプル値を、ISUM(0)、ISUM(p/4)、ISUM(p/2)、ISUM(3p/4)として、
【数3】
 
(省略)
の式により演算して、焦点誤差信号(FES)を生成することを特徴とする請求項8記載の光記録再生媒体の焦点誤差検出方法。

【請求項10】
 
回転ディスク式の光記録再生媒体の内部に参照面を成形して、かつ、この参照面上には半径方向に距離pの周期間隔で並列するピット列を構成して、かつ、距離間隔が半径方向にp/4ずつ位置ずれしたピット列が、接線方向に隣り合って並列された一次元周期構造を設ける一方、
回転する前記光記録再生媒体における参照面に対し、発光装置によりレーザー光の波面の一部の位相を180度ずらして照射して、この照射したレーザー光に対する前記周期構造からの回折光および参照面反射光、もしくは回折光および参照面透過光をファーフィールド領域内に誘導せしめ、
このファーフィールド領域内に光検知器を配置して、所定速度で回転する前記光記録再生媒体の参照面上に形成された、隣り合う各ピット列における3つの異なる位置において、干渉する光の光強度をそれぞれ計測することによって、これらの計測したサンプリング値に基づいて演算することにより信号を生成して、前記レーザー光の集光スポットにおける焦点誤差を検出することを特徴とする光記録再生媒体の焦点誤差検出方法。

【請求項11】
 
ファーフィールド領域内に設置する光検知器は、2対のエレメントのペアからなる少なくとも4つのエレメントからなり、
2対のエレメントのペアのうち、一方のエレメントのペアを、180度位相がずれた部分からの回折光と、位相ずれを有していない参照面反射光もしくは参照面透過光が重なり合うファーフィールド領域に配置するとともに、
他方のエレメントのペアを、位相ずれを有していない部分からの回折光と位相ずれを有していない部分からの参照面反射光もしくは参照面透過光が重なり合うファーフィールド領域に配置し、
この4つのエレメントからの出力の差信号および和信号の各時刻における3つのサンプル値に基づいて演算することにより信号を生成して、前記レーザー光の集光スポットにおける焦点誤差を検出することを特徴とする請求項10記載の光記録再生装置の焦点誤差検出方法。

【請求項12】
 
ファーフィールド領域内に設置する光検知器は、2対のエレメントのペアからなる少なくとも4つのエレメントからなり、
2対のエレメントのペアのうち、一方のエレメントのペアを、位相ずれを有していない部分からの回折光と、180度位相がずれた部分からの参照面反射光もしくは参照面透過光が重なり合うファーフィールド領域に配置するとともに、
他方のエレメントのペアを、位相ずれを有していない部分からの回折光と位相ずれを有していない部分からの参照面反射光もしくは参照面透過光が重なり合うファーフィールド領域に配置し、
この4つのエレメントからの出力の差信号および和信号の各時刻における3つのサンプル値に基づいて演算することにより信号を生成して、前記レーザー光の集光スポットにおける焦点誤差を検出することを特徴とする請求項10記載の光記録再生装置の焦点誤差検出方法。

【請求項13】
 
光記録再生媒体の参照面上における3つの異なる各ピット列上の位置P5、P6、P7(P5=-p/4、P6=0、P7=p/4と表現する)において、干渉する光の光強度をそれぞれ計測するとき、
第1のペアについては、
差信号のサンプル値を、IDF_1(-p/4)、IDF_1(0)、IDF_1(p/4)とする一方、
和信号のサンプル値を、ISUM_1(-p/4)、ISUM_1(0)、ISUM_1(p/4)として、
かつ、第2のペアについては、
差信号のサンプル値を、IDF_2(-p/4)、IDF_2(0)、IDF_2(p/4)とする一方、
和信号のサンプル値を、ISUM_2(-p/4)、ISUM_2(0)、ISUM_2(p/4)として、
【数4】
 
(省略)
の式により演算して、焦点誤差信号(FES)を生成することを特徴とする請求項10~12の何れか一つに記載の光記録再生媒体の焦点誤差検出方法。

【請求項14】
 
光記録再生媒体におけるサンプリング位置が、ディスク円周をn等分した360/n度(n≧1)毎に設けられていることを特徴とする請求項1~13の何れか一つに記載の光記録再生媒体の焦点誤差検出方法。

【請求項15】
 
光記録再生媒体が、ディスク内部に複数の参照面を有する3次元光記録再生媒体であって、発光装置による信号光ビームと参照光ビームとを、同一光軸上に集光することによってホログラムを記録するときに、各参照面における焦点誤差を検出することを特徴とする請求項1~14の何れか一つに記載の光記録再生媒体の焦点誤差検出方法。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2008206876thum.jpg
State of application right Registered


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