(57)【要約】【課題】  精度の高いチルト制御を行う。特に、トラッキングがずれ、チルトもずれているような同時に２軸がずれている場合にも精度の高いチルト制御を行うことが可能な光ディスク装置を提供する。【解決手段】  光ディスク１０９からの反射光を検出する２次元に配置された複数の画素を有するＣＣＤセンサ２０１を用い、ＣＣＤセンサ２０１で検出された反射光分布に基づいてディスク面に対する光軸のずれ量を示すチルトエラー値を演算し、演算結果に基づいてディスク面に対する光束の光軸が垂直となるようにチルト補正を行う。また、ＣＣＤセンサ２０１上の光スポット中心座標を算出し、それに基づいて光スポット中心をＣＣＤセンサ２０１の物理的中心に移動させることでトラッキング制御を行う。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光束を光ディスクに集光する手段と、前記光ディスクからの反射光を検出する２次元に配置された複数の画素を有する固体撮像素子と、前記固体撮像素子から読み出された信号を増幅する単一の増幅器と、前記増幅器の出力をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器と、前記Ａ／Ｄ変換器の出力を用いて演算処理を行い、前記固体撮像素子で検出された反射光分布に基づいて光ディスクのチルトエラー値を演算する手段と、前記演算手段の演算結果に基づいてディスク面に対する光束の光軸が垂直となるようにチルト補正を行う手段とを備えたことを特徴とする光ディスク装置。
【請求項２】
前記演算手段は、前記Ａ／Ｄ変換器からの出力に基づいて当該固体撮像素子上の光スポットの座標を算出する手段と、前記固体撮像素子上の光スポットの中心座標を算出する手段と、得られた光スポット中心座標に基づいてトラック内周側における、光ディスク上のトラックによる回折０次光と回折±１次光との干渉領域の座標及びその周辺エリアの座標、トラック外周側における、前述の干渉領域の座標及びその周辺エリアの座標を算出する手段とを含み、前記固体撮像素子のトラック内周側における、前述の干渉領域周辺エリアの座標出力をｘ、トラック内周側における、前述の干渉領域の座標出力をｙ、トラック外周側における、前述の干渉領域の座標出力をｚ、トラック外周側における、前述の干渉領域周辺エリアの座標出力をｔとする場合、
チルトエラー＝（ｘ＋ｚ）−（ｙ＋ｔ）
の演算式によって前記チルトエラー値を算出することを特徴とする請求項１に記載の光ディスク装置。
【請求項３】
前記Ａ／Ｄ変換器からの出力に基づいて当該固体撮像素子上の光スポットの座標を算出する手段と、前記固体撮像素子上の光スポットの中心座標を算出する手段とを含み、得られた光スポットの中心座標に基づいて光スポット中心となる座標が前記固体撮像素子の物理的中心座標へ移動するようにトラッキング制御を行う手段を有することを特徴とする請求項１に記載の光ディスク装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ディスクにスポット光を照射して情報を記録し或いは記録情報の再生を行う光ディスク装置、特に、光ディスクのチルト量を検出してチルト補正を行うチルト補正技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、光ディスクの傾き検出方法としては、例えば、特開２００３−４５０５８号公報に記載された方法がある（特許文献１参照）。同公報の傾き検出方法を図７に基づいて説明する。まず、光ディスクの傾きがない場合には、図７（Ａ）に示すように光ディスク上のトラックによる回折０次光と＋１次光、−１次光の光束が一定の位相差で均等に干渉し、トラック構造に依存した強度分布を形成するため、図７（Ａ）に斜線で示すような光量差が形成される。斜線の部分は０次光と±１次光の重なりによりスポット中の他の部分より光量の大きなエリアである。図７のＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆはセンサを示す。
【０００３】
一方、光ディスクに傾きがある場合には、レーザビームに波面収差、即ち、コマ収差が発生し、前述の干渉領域内に図７（Ｂ）に一例を示すような不均一光量分布が生じる。そこで、上記公報の方法では、前述の干渉領域中心とその周辺の光量差を捉えることにより、光ディスクの傾き量を把握することができるとしており、図７（Ｂ）の６分割センサ（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ）の検出値に対し、
チルトエラー＝（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ）−ｋ（Ｅ−Ｆ）
の演算により光ディスクの傾きを検出できるとしている。
【特許文献１】特開２００３−４５０５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の方法では、検出センサが６分割センサに留まっているため、チルトとトラッキングの両方が同時にずれてしまう状況に対して十分な検出が出来る構造とはなっていない。即ち、図７（Ｃ）に一例を示す様に大きくトラッキング方向へ対物レンズ、センサ間の位置ずれが生じている状況に対処するものではなかった。
【０００５】
図７（Ｃ）の状況においては、光束スポットの中心位置がＡ、Ｂ、Ｅセンサのエリアへ片寄っており、０次光と±１次光の重なりによる二つの干渉領域の両方が、Ａ、Ｂ、Ｅセンサのエリアへ片寄ってしまっている。特許文献１のものでは、二つの干渉領域がＡ、Ｂ、ＥセンサとＣ、Ｄ、Ｆセンサの分割線を中心に両側線対称に配置される事を前提に検出しているため、この状態でチルトエラー演算を施しても演算結果は誤った値になる場合があった。
【０００６】
また、検出センサが６分割センサとなっており、この複数の受光素子に対してそれぞれ独立した複数増幅器で検出信号を増幅した後、制御演算を施している為、複数のアンプノイズが重畳し、これが演算結果へ悪影響を及ぼしていた。
【０００７】
更に、高速回転をする狭ピッチトラックのディスク装置においては、対物レンズとセンサの位置関係を精度よく位置決めする必要があり、チルティング、トラッキング、フォーカシングという多軸に渡る位置ずれ検出を同時に行い、この結果判定により素早く多軸アクチュエータを同時に制御する事により、迅速にフィードバック制御する必要がある。しかし、特許文献１のものでは、例えば、チルトとトラッキングの位置ずれに対して同時に制御することができず、迅速なフィードバック制御ができなかった。
【０００８】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたもので、その目的は、多軸方向に渡る位置ずれを起している光学系であっても正確且つ迅速にフィードバック制御する事が可能で、ノイズの影響も抑制可能な光ディスク装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記目的を達成するため、光源からの光束を光ディスクに集光する手段と、前記光ディスクからの反射光を検出する２次元に配置された複数の画素を有する固体撮像素子と、前記固体撮像素子から読み出された信号を増幅する単一の増幅器と、前記増幅器の出力をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器と、前記Ａ／Ｄ変換器の出力を用いて演算処理を行い、前記固体撮像素子で検出された反射光分布に基づいて光ディスクのチルトエラー値を演算する手段と、前記演算手段の演算結果に基づいてディスク面に対する光束の光軸が垂直となるようにチルト補正を行う手段とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、固体撮像素子を用いて光ディスクからの反射光分布を検出し、それに基づいてチルトエラー値を演算しているので、正確にチルトエラー値を演算できると共に、トラックとチルトといった多軸にずれを生じていても、独立にチルト補正が可能で迅速にチルト補正を行うことができる。また、固体撮像素子の出力を１つの増幅器を用いて増幅することにより、従来の複数受光素子と複数増幅器に起因する複数増幅器ノイズの重畳による影響を軽減することができ、チルト補正を更に正確に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
次に、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の光ディスク装置の一実施形態を示すブロック図である。図中１０３はレーザ光源、１０４は往路光学系光軸、１０５はビームスプリッタ、１０７はレーザ光源からのレーザ光束を集光する対物レンズである。
【００１２】
また、１０９は情報記録媒体である光ディスク、１１１はセンサ光学系、１１３は固体撮像素子とフォトセンサを含む受光手段、１１５は水晶発振器、１１７はタイミングジェネレータ、１１９はアンプ、１２１はアナログフロントエンド（ＡＦＥ）、１２３はサーボ用のデジタル信号処理手段、１２５、１２７、１２９、１３１はアンプ、１３３は光ディスク１０９の傾きに応じて対物レンズを傾けてチルト補正を行うチルトアクチュエータ、１３５はトラッキング制御用のトラッキングアクチュエータである。レーザ光源１０３からのレーザ光は対物レンズ１０７で集光され、光ディスク１０９上に微小光スポットとして照射することで、光ディスク１０９上に情報の記録或いは記録情報の再生を行う。
【００１３】
図２は図１の受光手段１１３及びそのフォトセンサからの出力回路を詳細に示すブロック図である。図１と同一部分は同一符号を付している。受光手段１１３には上述のようにＣＣＤセンサ（固体撮像素子）２０１が内蔵され、ＣＣＤセンサ２０１の両側にはフォトセンサ２０３（Ｉ）とフォトセンサ２０５（Ｊ）が配置されている。
【００１４】
フォトセンサ２０３の出力にはバッファアンプ２０７、加算手段２１１、Ａ／Ｄ変換手段２１５、ピット検出手段２１９が接続されている。また、フォトセンサ２０５の出力にはバッファアンプ２０９、減算手段２１３、Ａ／Ｄ変換手段２１７、データ検出手段２２１が接続されている。バッファアンプ２０７の出力は減算手段２１３に、バッファアンプ２０９の出力は加算手段２１１にそれぞれ接続されている。
【００１５】
図３は受光手段１１３の受光領域と受光手段１１３上の光束スポットの様子を示す図である。図３（Ａ）はチルトずれ無しの場合、図３（Ｂ）はチルトずれ有りの場合、図３（Ｃ）はチルトずれ有り、トラックずれ有りの場合を示す。なお、ボールパターンはピット、グルーブ等による回折光の０次と±１次光の重なりのある受光光束スポットである。
【００１６】
光源１０３からの光束はビームスプリッタ１０５を透過した後、対物レンズ１０７で絞られ、光ディスク１０９のトラック上に微小光スポットとして集光される。光ディスク１０９に照射された光束はディスク面で反射され、再び対物レンズ１０７を通過し、更に、ビームスプリッタ１０５で反射されて、センサ光学系１１１により受光手段１１３に導かれる。ここで、フォーカスエラー検出方法としては非点収差法が用いられ、センサ光学系１１１はそれに対応して非点収差発生手段を有する。
【００１７】
水晶発振器１１５は基準クロックを発生し、タイミングジェネレータ１１７に供給する。タイミングジェネレータ１１７は供給された基準クロックを基に各部に供給するクロックを生成し、デジタル信号処理手段１２３にクロックを、受光手段１１３のＣＣＤセンサ２０１に水平と垂直の読み出しクロックを、アナログフロントエンド１２１にサンプルタイミングをそれぞれ供給する。ＣＣＤセンサ２０１については詳しく後述する。
【００１８】
受光手段１１３に内蔵されたＣＣＤセンサ２０１の出力は、アンプ１１９で増幅され、アナログフロントエンド１２１に供給される。アナログフロントエンド１２１は供給されたＣＣＤセンサ２０１の出力に相関二重サンプルを施すことで低域ノイズを除去する。更に、Ａ／Ｄ変換を行い、デジタル変換されたデジタル信号をデジタル信号処理手段１２３に供給する。
【００１９】
受光手段１１３は上述のようにフォトセンサ２０３（Ｉ）、フォトセンサ２０５（Ｊ）、ＣＣＤセンサ２０１で構成されている。フォトセンサ２０３（Ｉ）とフォトセンサ２０５（Ｊ）はデータ再生用のセンサであり、フォトセンサ２０３（Ｉ）の出力とフォトセンサ２０５（Ｊ）の出力はそれぞれバッファアンプ２０７、２０９で増幅され、これらのアンプ出力は加算手段２１１と減算手段２１３でそれぞれ加算、減算される。加算手段２１１の出力はＡ／Ｄ変換手段２１５でデジタル化され、ピット検出手段２１９に供給される。減算手段２１３の出力は同様にＡ／Ｄ変換手段２１７でデジタル化され、データ検出手段２２１に供給される。ここでは、Ａ／Ｄ変換手段２１５、２１７の変換周波数は４６ＭＨｚ程度を用いている。
【００２０】
ＣＣＤセンサ２０１は対物レンズサーボ用のセンサであり、フォトセンサ２０３（Ｉ）とフォトセンサ２０５（Ｊ）の間に配置され、従来の対物レンズサーボ用６分割センサの代わりとしての、対物レンズサーボ用センサの役割を担う。このＣＣＤセンサ２０１は、例えば、１画素が１０μｍ×１０μｍ程度で、縦が１２画素、横が１６画素のエリアセンサであり、ＣＣＤ電荷転送素子（図示せず）により順に読み出される。
【００２１】
ここで、受光手段１１３における光ディスク１０９の反射光の強度分布は、光ディスクの傾きがない場合には、図３（Ａ）に示すように光ディスク上のトラックによる回折０次光と＋１次光、−１次光の光束が一定の位相差で均等に干渉し、トラック構造に依存した強度分布を形成するため、図３（Ａ）に斜線に示すような光量差が形成される。斜線の部分は０次光と±１次光の重なりによりスポット中の他の部分より光量の大きなエリアである。なお、図３では上述のようにＣＣＤセンサ２０１は１２画素×１６画素としている。
【００２２】
一方、光ディスクの傾きがある場合には、レーザビームに波面収差、即ち、コマ収差が発生し、前述の干渉領域内に図３（Ｂ）に一例を示すような不均一光量分布を生じる。図３（Ｂ）の３０３、３０５はそれぞれ干渉領域中心、３０１は干渉領域中心３０３の周辺エリア、３０７は干渉領域中心３０５の周辺エリアを示す。そこで、対物レンズ１０７がオントラック状態であれば、前述の干渉領域中心とその周辺の光量差を捉えることにより、光ディスク１０９の傾き量を把握することができる。しかし、更に対物レンズ１０７がトラックに対して垂直な方向に移動するトラックずれを含んでいる場合には、図３（Ｃ）にその一例を示すように検出された光束スポットの位置も移動してしまう。
【００２３】
そこで、本実施形態では、エリアセンサを用いて詳細に光束スポットの位置を把握することで、オフトラック状態においても上記干渉領域中心を確実に捉え、光ディスクの傾きを補正するものである。この演算は全て、デジタル信号処理手段１２３で実施するが、その詳細な動作を図４に示すフローチャートを用いて説明する。
【００２４】
まず、デジタル信号処理手段１２３は読み出されたＣＣＤセンサ２０１上の各フォトセンサの出力値のＡ／Ｄ変換されたデジタル値の分布により、ＣＣＤセンサ２０１上の光束スポットの座標位置を検出する（Ｓ４０１）。対物レンズ１０７がオンフォーカス制御されている状態においては、光束スポットの集光部分、非集光部分の光量に大幅な差が生じる為、ＣＣＤを通して伝送された各フォトセンサの出力値を一定閾値を用いて振り分ける事により、光束スポット上のフォトセンサと光束スポットの照射されていないフォトセンサとを弁別できる。このフォトセンサの弁別結果を基に光束スポット位置に含まれるフォトセンサの座標が得られる。
【００２５】
次に、光束スポットの中心座標を求める（Ｓ４０２）。これは、Ｓ４０１で弁別された円座標群の分布から最大Ｘ座標と最小Ｘ座標を含むＹ軸を抽出し、これをスポットセンターを通るＹ軸とする。また、最大Ｙ座標と最小Ｙ座標を含むＸ軸を抽出し、これをスポットセンターを通るＸ軸とし、このＸ軸とＹ軸の交点をスポットセンター座標とする。
【００２６】
次いで、光ディスク上のトラックによる回折０次光と回折±１次光との干渉領域の中心を求める（Ｓ４０３）。このステップでは光ディスク上のトラックと反射スポット光との間の次の振る舞いを利用する。即ち、対物レンズ１０７がオンフォーカス制御されている状態においては、チルト制御、トラッキング制御が非制御状態であっても、図３（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示すようにスポットの直径は一定の正円を結び、更に、図３（Ｂ）、（Ｃ）に示す様に光ディスクの傾きによる前述の干渉領域中心が生じる座標位置は、スポットセンターを原点とすると常に一定に固定された座標に生じるという振る舞いを利用する。
【００２７】
つまり、Ｓ４０２においてスポットセンター座標が把握されれば、そのセンター座標に対し、一定のオフセットを与えた座標が前述の干渉領域中心の座標位置となる。図３（Ｂ）の例では、スポットセンター座標が（Ｘ：Ｙ＝０：＋１，＋１：＋１，０：０，＋１：０）の４座標（図５（Ａ）に５００で示す）となるので、このセンター座標より一定のオフセットを与えた前述の干渉領域中心３０３側は（Ｘ：Ｙ＝０：＋３，＋１：＋３，０：＋２，＋１：＋２）の４座標（図５（Ｂ）に５０３で示す）、前述の干渉領域中心３０５側は（Ｘ：Ｙ＝０：−１，＋１：−１，０：−２，＋１：−２）の４座標（図５（Ｂ）に５０５で示す）がそれぞれ前述の干渉領域中心となる。
【００２８】
また、前述の干渉領域中心３０３側の周辺エリア３０１は図５（Ｃ）に５０１で示す２６座標（斜線で示す）、前述の干渉領域中心３０５側の周辺エリア３０７は図５（Ｃ）に５０７で示す２６座標（斜線で示す）となる。
【００２９】
一方、図３（Ｃ）の例では、スポットセンター座標は（Ｘ：Ｙ＝０：＋３，＋１：＋３，０：＋２，＋１：＋２）の４座標（図６（Ａ）に６００で示す）となるので、同様にこの座標より一定のオフセットを与えた前述の干渉領域中心３０３側は（Ｘ：Ｙ＝０：＋５，＋１：＋５，０：＋４，＋１：＋４）の４座標（図６（Ｂ）に６０３で示す）、前述の干渉領域中心３０５側は（Ｘ：Ｙ＝０：＋１，＋１：＋１，０：０，＋１：０）の４座標（図６（Ｂ）に６０５で示す）がそれぞれ前述の干渉領域中心座標となる。
【００３０】
また、前述の干渉領域中心３０３の周辺エリア３０１は図６（Ｃ）に６０１で示す２６座標（斜線で示す）、前述の干渉領域中心３０５側の周辺エリア３０７は図６（Ｃ）に６０７で示す２６座標（斜線で示す）といった具合となる。
【００３１】
次いで、デジタル信号処理手段１２３はＳ４０３で得られた前述の干渉領域中心とその周辺エリアの各座標位置の各フォトセンサ出力のデジタル値を読み出し、エリア別に累積しながらチルトエラー値を計算する（Ｓ４０４）。チルトエラー値とは、光ディスク面への光スポット光軸が垂直な場合に対する光軸のずれ（傾き）をいう。ここで、図３に示すエリア３０１、３０３、３０５、３０７の強度（ＣＣＤセンサ２０１のフォトセンサ出力）をそれぞれｘ、ｙ、ｚ、ｔと置いた時、チルトエラー値は、
チルトエラー＝（ｘ＋ｚ）−（ｙ＋ｔ）
の演算により算出することができる。
【００３２】
なお、３０１はトラック内周側における前述の干渉領域周辺エリア、３０３はトラック内周側における前述の干渉領域エリア、３０５はトラック外周側における前述の干渉領域エリア、３０７はトラック外周側における前述の干渉領域周辺エリアである。
【００３３】
このようにして算出したチルトエラー値の符号（正負）と絶対値を使い、符号をチルト制御方向、絶対値を制御量への指針として利用する。具体的には、デジタル信号処理手段１２３は図１のチルトアクチュエータ１３３の二つのアクチュエータコイルへ供給する電流の向きと大きさを調整することによってチルト制御を行う。即ち、アンプ１２５、１２７の出力電圧のバランスと符号を各々調整することによってチルト補正を行う。
【００３４】
図１では、例えば、片側方向にチルト補正を行い、トラッキング補正は行っていない状態を示す。図１の状態では、例えば、光ディスク１０９の傾きの方向（チルトエラー値の符号）に応じてアンプ１２５の出力を＋、アンプ１２７の出力を−とし、且つ、チルトエラー値の絶対値に応じてアンプ１２５の出力ＡＡとアンプ１２７の出力ＢＢを調整してその電圧差を調整している。これにより、光ディスク１０９の傾きに応じて対物レンズ１０７の傾きを調整し、光ディスク１０９に対する光束の光軸が垂直となるようにチルト補正を行う。この時、チルトエラー値の絶対値が大きいほど出力ＡＡとＢＢの電圧差の絶対値は大きくなる。
【００３５】
一方、光ディスク１０９が反対方向に傾いた場合には、反対にアンプ１２５の出力を−、アンプ１２７の出力を＋とし、且つ、同様にチルトエラー値の絶対値に応じてアンプ１２５の出力ＡＡとアンプ１２７の出力ＢＢを調整する。こうすることで、同様に光ディスク１０９に対する光束の光軸が垂直となるようにチルト補正を行う。
【００３６】
このようにデジタル信号処理手段１２３は、チルトエラー値に応じてチルトアクチュエータ１３３を制御し、光ディスク１０９の傾きに応じて対物レンズ１０７の傾きを制御することで、光ディスク１０９に対する光軸が垂直となるようにチルト制御を行う。なお、チルト補正が必要でない場合には、アンプ１２５、１２７の出力は０となる。
【００３７】
尚、以上の実施形態では、対物レンズのチルト制御を行う例を説明したが、本発明は、図４のＳ４０２で説明したように容易にセンサ上へ集光された光束スポットセンター座標を把握できる為、検出された集光スポット中心をＣＣＤセンサ２０１の物理的な中心へ移動させるようにトラッキングアクチュエータ１３５を制御する事により、同じ構成で容易にトラッキング制御を行うことが可能である。
【００３８】
基本的な制御方法は、チルトアクチュエータ１３３の制御の場合と同様であるが、トラッキングエラー信号に応じてトラッキング調整用のアンプ１２９、１３１を制御し、対物レンズ１０７のトラッキング方向の移動方向と移動量を制御する。この結果、集光スポット中心をＣＣＤセンサ２０１の中心に移動させて、集光スポットが光ディスク１０９の情報トラックに追従するようにトラッキング制御を行う。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の光ディスク装置の一実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】図１のＣＣＤセンサ周辺を詳細に示すブロック図である。
【図３】受光手段１１３の受光領域とその上の光束スポットを示す模式図である。
【図４】デジタル信号処理手段１２３のチルトエラー演算手順を示すフローチャートである。
【図５】デジタル信号処理手段のチルトエラー演算途中において検出された固定撮像素子上のスポットセンター座標、光ディスク上のトラックによる回折０次光と回折±１次光との干渉領域中心座標、この干渉領域の周辺エリア座標を示す模式図（オントラック状態）である。
【図６】デジタル信号処理手段のチルトエラー演算途中において検出された固定撮像素子上のスポットセンター座標、光ディスク上のトラックによる回折０次光と回折±１次光との干渉領域中心座標、この干渉領域の周辺エリア座標を示す模式図（オフトラック状態）である。
【図７】従来例の光ディスクのチルト検出方法を説明する模式図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０３  光源
１０４  往路光学系光軸
１０５  ビームスプリッタ
１０７  対物レンズ
１０９  光ディスク
１１１  センサ光学系
１１３  受光手段
１１５  水晶発振器
１１７  タイミングジェネレータ
１１９  バッファアンプ
１２１  アナログフロントエンド（ＡＦＥ）
１２３  デジタル信号処理手段
１２５、１２７、１２９、１３１  アンプ
１３３  チルトアクチュエータ
１３５  トラッキングアクチュエータ
２０１  ＣＣＤセンサ
２０３  フォトセンサ（Ｉ）
２０５  フォトセンサ（Ｊ）
２０７、２０９  バッファアンプ
２１１  加算手段
２１３  減算手段
２１５、２１７  Ａ／Ｄ変換手段
２１９  ピット検出手段
２２１  データ検出手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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