(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録媒体のトラック上に記録された信号を読み取る光学式ピックアップ装置であって、
前記記録媒体上の少なくとも１つのトラックを含む領域に複数のトラックに亘る大きさの光ビームを照射する光源と、
前記記録媒体上の前記光ビームの照射部分の反射による実像を所定の面上に結像させる結像手段と、
前記所定の面上に受光面が配置された光検出手段とからなり、
前記光検出手段の受光面は、前記記録媒体のトラック接線方向に２分割されたトラッキング制御用の少なくとも１つの第１受光面と、前記第１受光面で受像されるトラック上の記録信号を読み取るべく前記第１受光面の近傍であり且つ前記第１受光面の分割線を含む前記所定の面に垂直な面をよぎる位置に配置された信号読取用の第２受光面とからなり、前記第１受光面のトラック接線方向に垂直な方向の幅を前記第１受光面上のトラック像のトラックピッチの２倍から前記トラック像の幅を差し引いた値より小なる値に設定したことを特徴とする光学式ピックアップ装置。
【請求項２】
前記第１受光面を２つ設けたことを特徴とする請求項１記載の光学式ピックアップ装置。
【請求項３】
前記第２受光面を中心にして２つの前記第１受光面をトラック接線方向に対称に設けたことを特徴とする請求項２記載の光学式ピックアップ装置。
【請求項４】
２つの前記第１受光面の一方による２分割の各受光出力信号の差分と２つの前記第１受光面の他方による２分割の各受光出力信号の差分との和をトラッキングエラー信号として発生する手段を有することを特徴とする請求項２又は３記載の光学式ピックアップ装置。
【請求項５】
前記記録媒体は円盤状の光ディスクであり、２つの前記第１受光面の一方による２分割の各受光出力信号の差分と２つの前記第１受光面の他方による２分割の各受光出力信号の差分との差を前記光ディスクの偏芯量を示す信号として発生する手段を有することを特徴とする請求項２又は３記載の光学式ピックアップ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、光ディスクなどの光学式記録媒体の記録信号を読み取る光ピックアップ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、高精細度テレビジョン信号をディジタル化して光ディスクに記録再生することが計画されている。この高精細度テレビジョン信号を処理するに当っては、単位時間当たり転送すべき信号の量が５０Mbps（bpsは１秒当りの情報転送量（ビット）を表わす単位）となり、現在用いられているコンパクトディスクの転送量（１．２Mbps）の４０倍程度と極めて多いので、大きな情報転送レートが要求されるのである。
【０００３】
従来の光ディスクの記録再生方法においては、内周より１つの記録ビームを用いて単一螺旋状のトラック上に情報を記録していき、これを１つのビームによって再生する方法がとられている。この再生の際、トラック上を適切にトレースするためのトラッキング制御用に３つのビームを用いた３ビーム法が一般に行われている。
【０００４】
図１は３ビーム法を構成した場合のディスク上での光の分布を示したものである。ディスク上に形成されたトラック１４〜１６のうちのトラック１５に記録された情報が読み取られる場合を示しており、トラック１４，１６はトラック１５に隣接したトラックである。ハッチング部分はトラック上に形成されたピットである。光ビームは図示しない回折格子によって３つに分けられてディスク上に照射され、３つのスポット１１〜１３を形成する。スポット１１はトラック１５に対して１／４トラックピッチ分だけディスク内周側（トラック１４側）に位置し、スポット１２はトラック１５上の中央に位置し、スポット１３はトラック１５に対して１／４トラックピッチ分だけディスク外周側（トラック１６側）に位置している。
【０００５】
図２（ａ）〜（ｃ）は、図１に示した各スポット位置からの反射光による各光検出器の受光像を示したものである。すなわち、光検出器１７受光面にはスポット１１部分のディスクからの反射光が到達し、光検出器１８の受光面にはスポット１２部分のディスクからの反射光が到達し、光検出器１９の受光面にはスポット１３部分のディスクからの反射光が到達する。ここで、光検出器１７〜１９はディスク上のスポット像の結像位置からずれて配置されており、従って、対物レンズの横倍率とディスク上のスポット径の積によって求められる結像位置におけるスポット像の大きさより光検出器１７〜１９の受光面上でのビーム径は大きくなっている。更に、ディスク上のスポットがピックアップ内の対物レンズを駆動することによって移動しても反射ビームを全て受光するように光検出器１７〜１９の受光面の大きさはこのビーム径よりも更に大きくとられている。このときのビーム径は光学系の結像倍率で決まる結像点像の大きさが更に非結像点に光検出器１７〜１９を配置したことによって広がっているのでトラックピッチに結像倍率をかけた値より更にずっと大きくなっている。
【０００６】
光検出器１７，１９の各出力信号の差分信号はスポット１２がトラック１５中央上にあるときには０となり、トラック１５の内周側又は外周側に外れるに従って互いに逆極性で差分信号は大きくなる。よって、差分信号に基づいて対物レンズを駆動することにより、ディスク上で常にスポット１２の位置がトラック１５の中央にあるように制御することが可能となり、スポット１２の反射光を受光する光反射器１８の出力信号からトラック１５上の記録信号を読み出すことが可能となる。このように３ビーム法では３ビームのうち情報の再生に用いる光ビームは１つだけである。
【０００７】
この３ビーム法のトラッキング制御はディスク上のスポットをトラック中央上に位置させるように制御しているので、対物レンズの駆動によって光検出器の受光面上を反射像が移動する。よって、トラッキング制御において反射像が光検出器の受光面から外れないように光検出器の受光面は大きくする必要がある。
従来のトラッキング制御方法としては３ビーム法以外にはプッシュプル法が知られている。プッシュプル法においては、２分割の受光面を有する光検出器が用いられ、それは非結像位置に配置される。図３に示すように２分割の受光面６５，６６においてトラックによる回折光が符号６７で示すような分布形状となる。受光面６５，６６は光スポットより十分大きな面積を有し、受光面６５，６６による出力差分が等しくなるようにディスク上のスポット位置が制御され、同時にこの反射光からディスクの記録信号を読み取ることが行なわれる。このプッシュプル法のトラッキング制御方法を用いた場合でも記録信号を読み出すための光ビームは１つだけである。
【０００８】
このような単一ビームによって情報を読み取る場合に、転送レートを高めるためには、ディスクの回転数を速めたり、情報記録密度を高めることが必要である。しかしながら、情報を読み取るためのピックアップ内の対物レンズをディスクの面振れ等のフォーカスエラー量に応じて正確に制御するためには、ディスクの回転数は現在の５倍程度まで高めることが限界であり、光ビームの波長を短くして情報記録密度を高めることは、青色の光を用いたとしても２倍程度しか高めることができないので、双方を合わせても１０倍程度しか転送レートが向上できないという問題がある。
【０００９】
これに対し、テレビジョン学会年次大会（１９９３年（２０−１））において発表された３ビームハイビジョンディスク方式情報再生方法がある。この方法は、３本の光ビームを隣接する３トラックに同時に照射し、３本のトラックに対し同時に読み出しを行って転送レートを向上させるのである。光検出器の受光面はディスクの非結像位置に配置しており、ディスク上の光スポット径を回折限界まで絞り込んで、その反射光に含まれる情報をすべて１チャンネルの信号として取り込むことが行なわれる。また、かかる方法においては、光スポットをディスク上の記録トラックに正確に追従させる必要があるので、例えば、図１及び図２に示したような３ビーム法のトラッキング制御方法が用いられている。
【００１０】
３ビームハイビジョンディスク方式においては、ディスク上に図４に示すような位置関係で光スポット２１〜２３が形成される。すなわち、光スポット２１はトラック２４の中心より僅かに外周側に位置し、光スポット２２はトラック２４の外周側に隣接するトラック２５の中央上に位置し、光スポット２３はトラック２５の外周側に隣接するトラック２６の僅かに内周側に位置している。
【００１１】
図５（ａ）〜（ｃ）は、図４に示した各スポット位置からの反射光による各光検出器の受光像を示したものである。すなわち、光検出器２９の受光面にはスポット２３部分のディスクからの反射光が到達し、光検出器２８の受光面にはスポット２２部分のディスクからの反射光が到達し、光検出器２７の受光面にはスポット２１部分のディスクからの反射光が到達する。
【００１２】
この方法においても、上記した３ビーム法のトラッキング制御方法と同様に３つの光検出器が用いられ、スポット２１，２３による反射光強度の差分を用いてスポットの位置制御が行なわれる。この場合、スポット２１，２３位置の反射光からはトラック２４，２６に記録された信号を読み取ることができるので、転送レートを向上させることができる。
【００１３】
しかしながら、かかる３ビームハイビジョンディスク方式の情報再生方法を用いて転送レートを高めるためには更にスポットの数を増やすことが必要となり、構成が複雑になるという欠点があった。
この欠点を解決するためには光検出器の受光面を結像位置にもってくることが考えられる。このような構成にすると、ディスク上には光スポットではなく複数トラックに亘る大きさの光を照射し、光検出器の受光面上ではその照射されたディスクの複数のトラックの像を得ることができる。
【００１４】
これは、例えば、色素を用いたディスクであって、信号が反射率の変化として記録されている場合にそのディスク上の反射率分布の像がそのまま光検出器の受光面上に投影されることになり、或いは、信号がピットと呼ばれる小さな凹凸によって記録されている場合には、十分に大きな開口によって観測すればその凹凸の端部が黒い縁取りの像として観測されるべきところが、開口数が制限されているが故にその縁取りが広がりをもつことによって、ピット全体が黒く観察されるようになる。また、光磁気記録のような偏光を用いた記録方法の場合には、いわゆる偏光顕微鏡と同様の光学系をもって観察することで、記録部を黒くすることができる。いずれの場合においても光検出器が置かれる結像位置においてディスク上の記録信号を像として観察することができるのである。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような方法を用いると光検出器の受光面上にトラックの像を維持する結像方式におけるトラッキング制御が困難となるので、信号読取用とは別に従来と同様の光学系を用いて３ビーム方式などのトラッキング制御用の光学系を準備する必要があった。また、このようにトラッキング制御用の光学系を信号読取用とは個別に設けると、トラッキング検出位置と信号読取位置との間にずれが生じるので、特にディスクに偏芯があるような場合において信号読取位置にずれが生じるという問題点があった。
【００１６】
そこで、本発明は上述した点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、光検出器の受光面を結像位置に配置して安定したトラッキング動作を可能にすると共に信号を適切に読み取ることができる光学式ピックアップ装置を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明の光学式ピックアップ装置は、記録媒体のトラック上に記録された信号を読み取る光学式ピックアップ装置であって、前記記録媒体上の少なくとも１つのトラックを含む領域に複数のトラックに亘る大きさの光ビームを照射する光源と、前記記録媒体上の前記光ビームの照射部分の反射による実像を所定の面上に結像させる結像手段と、前記所定の面上に受光面が配置された光検出手段とからなり、前記光検出手段の受光面は、前記記録媒体のトラック接線方向に２分割されたトラッキング制御用の少なくとも１つの第１受光面と、前記第１受光面で受像されるトラック上の記録信号を読み取るべく前記第１受光面の近傍であり且つ前記第１受光面の分割線を含む前記所定の面に垂直な面をよぎる位置に配置された信号読取用の第２受光面とからなり、前記第１受光面のトラック接線方向に垂直な方向の幅を前記第１受光面上のトラック像のトラックピッチの２倍から前記トラック像の幅を差し引いた値より小なる値に設定したことを特徴としている。
【００１８】
【作用】
本発明の光学式ピックアップ装置においては、光検出器の受光面がトラックキング制御用及び信号読取用で個別に記録媒体の結像面に互いに近傍に置かれ、トラッキング制御用の受光面は記録媒体のトラック接線方向に２分割され、そのトラック接線方向に垂直な方向の幅ｄは、結像光学系の横倍率をα、記録媒体のトラック像のトラックピッチをｐ、トラック像の幅又はピット像の幅をｓとしたときに、
【００１９】
【数１】
ｄ＜２×α×ｐ−α×ｓ
となるように設定されている。
【００２０】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。
図６は本発明によるディスクの記録信号読取装置の光学系を示している。この光学系においては、光源３１から発生られた光ビームはビームスプリッタ３２、そして対物レンズ３３を介して光ディスク３４上に照射される。光ディスク３４においては、記録信号が読み取られるべき少なくとも１トラックに対して照射が行なわれる。光ディスク３４で反射した光ビームは対物レンズ３３を介してビームスプリッタ３２に戻り、そこで反射して進行方向が曲げられて光検出器３５に達するのである。また、ディスク３４上のフォーカシングが焦点位置検出手段３６によって検出され、その検出出力に応じて焦点制御駆動機構３７が駆動されるようになっている。また、後述するトラッキングエラー信号に応じて駆動されるトラッキング制御駆動機構３８が設けられている。
【００２１】
図７は光検出器３５の受光面の形状をディスク上のトラックとの関係で示している。ここで、トラック４４〜４６は光検出器３５の受光面に反射光として照射された像であるとする。また、トラック４４が現読取トラックであり、トラック４５，４６はトラック４４の隣接トラックである。光検出器３５の受光面はトラッキング制御用の第１受光面である受光面４１，４２と、信号読取用の第２受光面４３とからなる。受光面４１，４２は１つの受光面をトラック接線方向に２分割した形状をしており、ディスク上においてトラック方向において同一位置からの反射光を受光する。受光面４３は第１及び第２受光面より若干トラック方向にずれた位置からの反射光を受光する。
【００２２】
今、結像光学系の横倍率をαとすると、ディスク上のトラックピッチｐに対し、結像面である光検出器３５の受光面上におけるトラック４４，４６のピッチ若しくはトラック４４，４５のピッチは、
【００２３】
【数２】
α×ｐ          ……（１）
で与えられる。ここで、受光面４１，４２の分割隙間を含む幅の合計ｄは、ディスク上でのトラック幅或いはピット幅をｓとして表わすと、
【００２４】
【数３】
ｄ＜２×α×ｐ−α×ｓ    ……（２）
と設定される。このように設定すると、隣のトラック４５，４６の記録信号の影響を受けることなく現読取トラック４４とその周囲の像だけを取り込める幅にすることができる。
【００２５】
この設定とは逆に、
【００２６】
【数４】
ｄ≧２×α×ｐ−α×ｓ    ……（３）
とすると、光検出器３５は１つのトラックの像だけを検出することが不可能になるので、トラッキングエラー検出が行なえなくなる。
ｄは上記の式（２）を満足すればトラッキング位置検出を行うことが可能であり、その値は光の波長、開口数、ディスクのピット幅、トラックピッチに応じて最良の値を得ることができる。
【００２７】
なお、焦点位置については、焦点位置検出手段３６で焦点位置を測定し、光検出器３５の各受光面４１〜４３が対物レンズによるディスクの結像面に一致するように焦点制御駆動機構３７を制御することによって常に光検出器３５の受光面４１〜４３上でディスクのピット像が得られる。
このとき、光検出器３５の受光面４１〜４３上にはトラック４４のピット像が結像するが、受光面４１，４２の分割線の延長上に受光面４３をトラック接線方向に２分割する中心線があり、受光面４１，４２の分割線がトラック像の中心に乗っていれば受光面４３もトラック像の中央に位置する。よって、受光面４１，４２による各出力を比較すると、受光面４３がトラック４４の像の中央にあれば受光面４１，４２双方の受光量は等しくなる。受光面４３がトラック４４よりもトラック４５側に寄っていれば受光面４１の受光量は小さくなる。逆に、トラック４６側に寄っていれば受光面４２の受光量は小さくなる。従って、図８に示した差動増幅器４７を用いて受光面４１，４２による出力の差分信号をトラッキングエラー信号として算出し、差動増幅器４７からのトラッキングエラー信号に応じてトラッキング制御駆動機構３８を駆動すれば受光面４３はトラック４４の記録信号を読み取ることができる。
【００２８】
図９は本発明による他の実施例における光検出器の受光面の形状をディスク上のトラックとの関係で示している。ここで、図６に示した光検出器３５は図７に示した受光面４１〜４３とは異なる５つの受光面５１〜５３，５７，５８を有している。受光面５１，５２はトラッキング制御用に互いにトラック接線方向に２分割された第１受光面であり、受光面５７，５８もトラッキング制御用に互いにトラック接線方向に２分割された第１受光面である。受光面５３は記録信号読取用である。トラック５４は現読取トラックの像であり、トラック５５，５６はトラック５４に隣接するトラックの像である。
【００２９】
図７に示した実施例と同様に結像光学系の横倍率がαとすると、ディスク上のトラックピッチｐに対し、結像面である光検出器３５の受光面上ではトラック５４，５６間のピッチ又はトラック５４，と５５の間のピッチは上記の式（１）と同様である。また、受光面５１，５２の分割間隙を含む幅の合計ｄ、又は受光面５７，５８の分割間隙を含む幅の合計ｄは、媒体上でのトラック幅或いはピット幅をｓとして表すと、上記した式（２）と同様の関係を有するように設定されている。よって、隣のトラック５５，５６の記録情報の影響を受けることなくトラック５４とその周囲の像だけを取り込むことができる。
【００３０】
同様に焦点位置について焦点位置検出手段３６で焦点位置を測定し、光検出器３５が対物レンズ３３による媒体結像面にくるように焦点制御駆動機構３７を制御することによって、常に光検出器３５の受光面上で媒体の像が得られている。このとき、光検出器３５の受光面上にはトラック５４のピット像が結像しているが、受光面５１，５２及び受光面５７，５８の各分割線の延長上に受光面５３をトラック接線方向に２分割する中心線があるようにされているので、受光面５１，５２及び受光面５７，５８の分割線がトラック像の中心に乗っていれば受光面５３もトラック像の中央に位置する。ここで、受光面５１，５２の出力を比較すると、ディスクに偏芯があったり、ピックアップの配置される角度にずれが生じているような場合には受光面５３がトラック像の中心にあれば受光面５１，５２に当たる光量の差と受光面５７，５８に当たる光量の差は等しい。ただし、ここではサーボ信号に必要な信号帯域を考え、ピット各々の明暗はサーボ帯域には影響しないものとする。
【００３１】
受光面５３がトラック５５側に寄っていれば受光面５１，５７各々の光量は小さくなり、受光面５３がトラック５６側に寄っていれば受光面５２，５８各々の光量は小さくなる。よって、図１０に示すように、４つの差動増幅器５９〜６２を用いた構成によってトラッキングエラー信号及びディスクの偏芯量を示す偏芯信号を得ることができる。すなわち、差動増幅器５９は受光面５１による出力信号から受光面５２による出力信号の差レベルを検出し、差動増幅器６０は受光面５７による出力信号から受光面５８による出力信号の差レベルを検出を検出する。差動増幅器６１は差動増幅器５９，６０の各差レベルを加算し、その加算結果をトラッキングエラー信号として生成する。このトラッキングエラー信号に応じてトラッキング制御駆動機構３８を駆動すれば受光面５３は、ディスクに偏芯があったり、ピックアップの配置される角度にずれが生じているような場合においても読み取るべきトラック像を中央に受像するように制御され、トラックの記録信号を適切に読み取ることができる。また、差動増幅器６２は差動増幅器５９の差レベルから差動増幅器６０の差レベルを差し引いてその差引結果を偏芯信号として生成する。この偏芯信号のディスクが１周する間の変化からディスクの偏芯量が分かり、偏芯信号の定常的な成分から光検出器角度のずれ量を知ることができる。偏芯量が得られると、例えば、特定のトラックを検索する場合にピックアップが横切るべきトラックの数を予め演算することができるので、検索にかかる時間を短縮することができるという効果がある。
【００３２】
上記した各実施例においては、ディスク上の記録情報を再生する場合を例にとって説明したが、予めガイド用の溝が切られているディスクに記録を行なう際にも同様の構成によってトラッキング制御を行うことが可能である。また、上記した各実施例においては、光ディスクを例にとって説明したが、本発明は光カード、光テープ等の他の光学式記録媒体にも適用することができる。
【００３３】
本発明に基づいて、転送レートを向上させるには、図１１に示したような形状の受光面７１〜８１を有する光検出器を用いて複数のトラックを同時に読み出せば良い。受光面７１，７２及び受光面７３，７４はトラッキング制御用であり、受光面７５〜８１は連続する７トラックの信号読取用である。この場合、ディスクが単一螺旋のトラック形状を持つものであれば、適宜トラックジャンプを繰返して読み取って同一トラックが重複して読み取られないように構成することが可能である。
【００３４】
上記した各実施例においては、単一の光検出器として説明を行なったが、これは複数の光検出器に分割されていても良い。例えば、いくつかの素子が連続して並ぶ１次元あるいは２次元のアレー形状であっても、記録信号の読み取りが可能な形状であれば様々な形状が可能である。
また、上記した各実施例においては、各受光面を方形状として形成したが、これは、三角形、長円形、台形等の様々な形状が可能である。また、受光面の分割部分の形状も平行な直線である必要はなく、部分によって幅が異なっても、また、レンズ収差等に応じて曲線によって分割をしても同様の効果を奏することができる。
【００３５】
更に、図９に示した実施例においては、トラッキング制御用の受光面５１，５２と受光面５７，５８とを信号読取用の受光面を中心として対称に構成したが、このように対称に配置する必要はなく、例えば、ピット形状が非対称であって、これを補正するために信号読取用の受光面の位置をオフセットさせるというような構成を用いることも可能である。
【００３６】
【発明の効果】
以上詳述した如く、本発明によれば、光検出器の受光面がトラックキング制御用及び信号読取用で個別に記録媒体の結像面上に互いに近傍に配置され、トラッキング制御用の受光面は記録媒体のトラック接線方向に２分割され、そのトラック接線方向に垂直な方向の幅は受光面上のトラック像のトラックピッチの２倍からトラック像の幅を差し引いた値より小なるように設定されている。よって、結像面で記録信号を読み取る検出する方式の光学式情報記録再生装置において簡単な構成で安定にトラッキング制御をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】３ビーム法のトラッキング制御方法によるディスク上の照射スポットを示す図である。
【図２】  図１の方法による各光検出器の受光面の受光状態を示す図である。
【図３】プッシュプル法のトラッキング制御方法による光検出器の受光状態を示す図である。
【図４】３ビームハイビジョンディスク方式のトラッキング制御方法によるディスク上の照射スポットを示す図である。
【図５】図３の方法による各光検出器の受光面の受光状態を示す図である。
【図６】本発明による光学式ピックアップ装置の概略構成を示す図である。
【図７】図６の装置中の光検出器の受光面の形状をディスク上のトラックとの関係で示す図である。
【図８】トラッキング信号生成回路を示す回路図である。
【図９】本発明の他の実施例として光検出器の受光面の形状をディスク上のトラックとの関係で示す図である。
【図１０】トラッキング信号及び偏芯信号生成回路を示す回路図である。
【図１１】本発明の他の実施例として光検出器の受光面の形状をディスク上のトラックとの関係で示す図である。
【主要部分の符号の説明】
１７〜１９，２７〜２９，３５  光検出器
３１  光源
３３  対物レンズ
３４  光ディスク
４１〜４３，５１〜５３，５７，５８，７１〜８１  受光面
４７，５９〜６２  差動増幅器
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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