光学ピックアップ装置、光記録再生装置及びギャップの制御方法
【課題】繰り返しサーボを用いる場合と比較してより簡易な装置構成をもって、光記録媒体と集光光学系とのギャップの制御を行う。
【解決手段】光記録媒体からの全反射戻り光量を光検出部で検出し、この検出信号に基づいて得られるギャップエラー信号に、光記録媒体との相対的走行方向のプッシュプル信号Ｔｐｐをフィードフォワードして、ギャップサーボ信号ＧＥＳを生成する。
【解決手段】光記録媒体からの全反射戻り光量を光検出部で検出し、この検出信号に基づいて得られるギャップエラー信号に、光記録媒体との相対的走行方向のプッシュプル信号Ｔｐｐをフィードフォワードして、ギャップサーボ信号ＧＥＳを生成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、近接場光を用いる光記録媒体に適用される光学ピックアップ装置、光記録再生装置及びギャップの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光ディスクや光メモリーカード等の光記録媒体において、高記録密度及び高解像度を達成するために、物体同士の間隔がある距離以下となるときに界面から光が漏れ出す近接場（ニアフィールド）光（エバネッセント波ともいう）を用いた記録再生方式が注目されている。この近接場光記録再生方式においては、レンズ等の近接場光照射手段と光記録媒体の表面との間隙を、代表的には記録や再生に使用する光の波長の１／２〜１／５程度に非常に小さく制御する必要がある。
【０００３】
近接場光を発生する集光光学系として、非球面レンズ等よりなる高開口数の対物レンズと、この対物レンズと光記録媒体との間にソリッドイマージョンレンズいわゆるＳＩＬ（Solid Immersion Lens、固浸レンズ）を介在させる集光光学系が挙げられる。このＳＩＬを用いる場合は、ＳＩＬと光ディスク等の光記録媒体の表面との間の距離（ギャップ）を、近接場光が発生する距離、上述したように光の波長の１／２から１／５以下程度に維持する必要がある。そして更にこの場合、光記録媒体の面振れ、ディスク状の光記録媒体の場合はいわゆるディスク面振れに追従するように、ＳＩＬの姿勢を制御することが必要となる。そのために、例えば全反射戻り光量を用いてギャップを検出し、所望のギャップに維持する制御方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
この制御方法においては、近接場光が発生する距離では全反射戻り光量とギャップが比例関係にあることを利用している。すなわち、全反射戻り光量をギャップエラー信号として、位相補償フィルターにてサーボループ系を安定化してフィードバックサーボループを構成し、ギャップを一定に保持する方法を採っている。
【０００４】
一例として、近接場光が発生する距離に維持する目標値を例えば２０ｎｍとし、許容偏差を５ｎｍ、許容する面振れ量を４０μｍ、光記録媒体がディスク状としてディスク回転数を３０００ｒｐｍ（回転数／分）とすると、必要帯域は８ｋＨｚ以上必要となってくる。しかしながら、実際には、ディスク回転により生じる外乱は、回転同期成分が強く出て、８ｋＨｚ以上の帯域を確保しても、精度良くギャップを制御するのは困難となる。
【０００５】
この問題を解決するために、繰り返しサーボを用いる方法が提案されている（例えば特許文献２及び非特許文献１参照。）。繰り返しサーボは、１回転分のエラー信号を外部メモリに保持して、従来のフィードバックサーボループのギャップエラー信号にフィードフォワード信号として印加するもので、回転数周波数成分にピークを有するゲインが得られる。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−７６３５８号公報
【特許文献２】特開２００６−３１３５８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献２や非特許文献１に提案されているような繰り返しサーボを用いる場合では、回転周波数成分の外乱を効果的に除去できるものの、外部に１回転分の外乱を保持するためのメモリが必要となる。このため、メモリを読み出すために、同一円周上の位置信号を得る必要がある。この位置信号を得る方法としては、ディスクを回転させるスピンドルモーターにロータリーエンコーダーを設置したり、ディスクに回転位置情報を記録し、別途検出器を設けて位置信号を読み出したりする必要がある。
【０００８】
これに対し、繰り返しサーボを用いることなくギャップを精度良く制御する方法があれば、上記のような外部メモリや、位置情報を読み出す構成が不要となり、装置構成の簡易化が図られる。例えばディスク状の光記録媒体を３０００ｒｐｍ程度以上の高回転数をもって回転する場合においても、上述したロータリーエンコーダー等を設置することが不要であれば、より簡易な装置構成をもってギャップを精度良く制御することが可能となる。
【０００９】
以上の問題に鑑みて、本発明は、近接場光を光記録媒体に照射する場合に、比較的簡易な装置構成をもって、集光光学系と光記録媒体と間のギャップを精度良く制御することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明による光学ピックアップ装置は、光源と、光記録媒体に近接場光を照射する集光光学系と、光記録媒体からの全反射戻り光量を検出する光検出部と、この光検出部から得られる検出信号に基づいて制御信号を生成する制御部と、光記録媒体上の所定の位置に前記集光光学系を駆動する駆動部と、を有する。そして、制御部において、光検出部から得られるギャップエラー信号に、光記録媒体との相対的走行方向のプッシュプル信号をフィードフォワードすることにより、ギャップサーボ信号が生成される構成とする。
【００１１】
また、本発明による光記録再生装置は、光源と、光記録媒体に近接場光を照射する集光光学系と、光記録媒体からの全反射戻り光量を検出する光検出部と、光検出部から得られる検出信号に基づいて制御信号を生成する制御部と、光記録媒体上の所定の位置に前記集光光学系を駆動する駆動部と、を備える光学ピックアップ装置と、光記録媒体の装着部と、光記録媒体の装着部を前記集光光学系と相対的に移動させる装着部駆動部と、を有する。そして、光学ピックアップ装置の制御部において、光検出部から得られるギャップエラー信号に、光記録媒体との相対的走行方向のプッシュプル信号をフィードフォワードすることにより、ギャップサーボ信号が生成される構成とする。
【００１２】
また、本発明によるギャップ制御方法は、光学レンズと光記録媒体との間の全反射戻り光量を検出して得られるギャップエラー信号に、全反射戻り光量の光記録媒体との相対的走行方向のプッシュプル信号をフィードフォワードして、ギャップサーボ信号を得る。
【００１３】
上述したように、本発明においては、近接場光を照射する集光光学系のギャップの制御を行うにあたって、光記録媒体との相対的走行方向のプッシュプル信号、ディスク状の光記録媒体の場合は半径方向と直交するタンジェンシャル方向のプッシュプル信号をフィードフォワードすることにより、ギャップサーボ信号を生成する。このようにしてギャップサーボ信号を演算することで、ギャップサーボ系での残渣エラーを改善でき、繰り返しサーボと同様な効果が得られることが明らかになった。これは、後述するように、この光記録媒体との相対的走行方向のプッシュプル信号、ディスク状の光記録媒体にあってはタンジェンシャルプッシュプル信号が、ギャップエラー信号と同位相、且つ同様な信号であるためである。
【００１４】
そして本発明においては、プッシュプル信号をギャップエラー信号にフィードフォワードする構成であることから、繰り返しサーボと異なり外部メモリを設ける必要がないという利点を有する。すなわちディスク状の光記録媒体の場合は１回転分の繰り返しギャップ信号を保持することが不要になる。
つまり本発明によれば、光学的に得られたギャップエラー信号を演算することで繰り返し信号に相当する信号を生成し、得られた信号によりフィードフォワードサーボを行うことで、繰り返しサーボと同等な性能を得ることが可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、近接場光を光記録媒体に照射する際に、比較的簡易な装置構成をもって、集光光学系と光記録媒体と間のギャップを精度良く制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下本発明を実施するための最良の形態の例を説明するが、本発明は以下の例に限定されるものではない。
【００１７】
図１は、本発明の一実施の形態による光学ピックアップ装置３０を備える光記録再生装置１００の概略構成図である。この例においては、集光光学系１０に非球面レンズ等よりなる対物レンズである光学レンズ６と、半球状又は超半球状のソリッドイマージョンレンズ（ＳＩＬ）７を有する場合を示す。図１においては超半球状のＳＩＬを示すが半球状のＳＩＬでもよい。この光学ピックアップ装置３０は、パワー制御部１、レーザーダイオード等の光源２、コリメートレンズ３、ビームスプリッタ４、ミラー５、光学レンズ６及びＳＩＬ７を有する集光光学系１０、ビームスプリッタ４の分岐光路上に配置される集光レンズ８、４分割フォトダイオード等の光検出部９を備える。更に、光検出部９による検出信号を演算して集光光学系１０の駆動部１１を制御する制御信号すなわちギャップエラー信号ＳＧを生成する制御部１５を有する。制御部１５は、ＳＩＬ７の光記録媒体２０に対する傾き（チルト）を制御するチルトエラー信号ＳＴを生成して駆動部１１に出力する構成としてもよい。
【００１８】
この光記録再生装置１００には更に、ディスク状等の光記録媒体２０を装着する装着部２５と、この装着部２５を例えば一点鎖線Ｃｓを回転軸として回転駆動する駆動部２６とが設けられる。
【００１９】
この構成において、光源２から出射された光は、コリメートレンズ３により平行光とされてビームスプリッタ４を透過し、ミラー５に反射されて集光光学系１０に入射する。なお、パワー制御部１は例えば記録の際に図示しない情報記憶部からの記録情報に対応して光源２の出力を制御する。再生時はパワー制御部１からの出力制御を省略して、光源２の出力を一定としてもよい。集光光学系１０により光記録媒体２０の情報が記録される記録面に近接場光として照射される。光記録媒体２０から反射された戻り光は、ミラー５により反射され、ビームスプリッタ４で反射されて集光レンズ８により光検出部９に集光される。
【００２０】
光検出部９により検出された光の一部は、再生時には光記録媒体２０の記録情報に対応するＲＦ（高周波）信号ＳＲＦとして出力される。一方、全反射戻り光量は、集光光学系１０を駆動する駆動部１１を制御する信号を生成する制御部１５に入力される。制御部１５において後述するフィードフォワードにより生成されたギャップ制御信号ＳＧや、チルト制御信号ＳＴが駆動部１１に出力される。駆動部１１は例えばボイスコイルモーターを含む２軸アクチュエーターや３軸アクチュエーター等より構成される。なお、ギャップ制御用の駆動部と、チルト制御用の駆動部とを別々に設け、各駆動部に制御信号をそれぞれ入力する構成としてもよい。また更に、この光学ピックアップ装置３０には、図１に示す構成の他、収差補正用等の種々の光学素子を付加的に配置することが可能である。
【００２１】
この光記録再生装置１００においては、光記録媒体２０が上述した回転駆動する駆動部２６に装着されると共に、例えば光学ピックアップ装置３０が光記録媒体２０の記録面に沿って平行移動する水平移動機構（図示せず）に搭載される。そしてこの水平移動機構と駆動部２６との連動によって、集光光学系１０から照射される近接場光が光記録媒体２０の盤面の記録トラックに沿って例えばスパイラル状、または同心円状に走査される構成とする。
【００２２】
図２においては、近接場光を用いた光学ピックアップ装置３０における、ギャップに対する全反射戻り光量の関係を模式的に示す。図２Ａにおいては、光学レンズ６及びＳＩＬ７より成る集光光学系１０の、ＳＩＬ７の端面と光記録媒体２０と間のギャップを模式的に示す。図２Ｂに、このギャップに対する全反射戻り光量の関係を示す。全反射戻り光量はこの場合、ＳＩＬ７の光記録媒体と対向する端面に全反射する角度で入射した光（開口率≧１の成分）の戻り光量である。
【００２３】
図２Ｂに示すように、近接場状態でない領域であるファーフィールド領域Ｆｆは、一般にギャップが入射レーザー光の波長の１／２〜１／５以上の範囲に相当する。このファーフィールド領域Ｆｆでは、ＳＩＬ端面で全て光が全反射されるため、全反射戻り光量は一定となる。一方、一般に入射レーザー光の波長の１／２〜１／５以下のギャップでは、近接場状態すなわちニアフィールド領域Ｆｎとなる。なお、図２Ｂに示す例においては、一例として入射光の波長が４０５ｎｍの場合において、７０ｎｍ以下で全反射戻り光量が減少している例を示す。ニアフィールド領域となるギャップと波長との関係は一律ではなく、波長や、光記録媒体やＳＩＬの材料構成等によって、上述したように１／２〜１／５程度の範囲で変化する。
【００２４】
ニアフィールド領域Ｆｎでは、ＳＩＬ端面と光記録媒体の表面とでエバネセント結合が生じ、全反射戻り光の一部が、ＳＩＬ端面を突き抜けて光記録媒体側に透過する。このため全反射戻り光量は減少する。そして、ＳＩＬが光記録媒体に完全に接触すると、全ての全反射戻り光が光記録媒体側に透過するため、全反射戻り光量はゼロとなる。したがって、ＳＩＬ端面と光記録媒体との間のギャップと全反射戻り光量との関係は図２Ｂに示すように、ファーフィールドＦｆで一定であった全反射戻り光量がニアフィールド領域Ｆｎで徐々に減少し、ギャップがゼロのときゼロとなる。そして全反射戻り光量が減少する領域では、ギャップと全反射戻り光量との関係が破線ｌで囲んで示すように線形関係になる領域がある。したがってこの線形の範囲においては、全反射戻り光量をギャップエラーとしてフィードバックループを形成することで、ギャップを一定に保持することが可能となる。すなわち、目標とするギャップが図２Ｂに示すｇの場合、全反射戻り光量がｒとなるように制御を行えばよい。
【００２５】
図３に、比較例として、通常のフィードバックループによりギャップ制御を行う場合のサーボループの一例を示す。この場合は、減算器１４１、位相補償フィルターやリードラグフィルター等より成るサーボフィルター１４３、制御対象１４４、加算器１４５、ＧＥＳ演算部１４６より構成される。また図３において、ｒ１はギャップ目標値（図２Ｂに示す全反射戻り光量の目標値）、ｄ１はディスク面ぶれによる外乱、ｅ１は、目標値とギャップエラー信号（ＧＥＳ）との差であり、ｅ１＝ｙ１−ｒ１となる。制御対象１４４はＳＩＬが設置されるアクチュエーター自体であり、図１における駆動部１１である。ＧＥＳ演算部１４６は、図１における光検出部９、及びアナログ／デジタル変換器やアンプなどで構成される。
入力端子１４０から入力された目標信号ｒ１は、後述のＧＥＳ演算部１４６から出力された検出信号ｙ１と共に減算器１４１に供給され、ｅ１（＝ｙ１−ｒ１）が出力される。サーボフィルター１４３で処理された信号ｅ１は制御対象１４４に入力される。制御対象１４４の移動によって反映された検出信号に外乱ｄ１が加算器１４５で加算されて、ＧＥＳ演算部１４６においてＧＥＳすなわちｙ１が出力される。
図３に示すように、この場合はギャップエラー信号ＧＥＳであるｙ１をフィードバックする構成となっている。
【００２６】
しかしながらこのように、ＧＥＳをフィードバックすることでギャップを制御しようとする場合は、光記録媒体の回転数が高く（光記録媒体との相対的移動速度が速く）なると、光記録媒体の面ぶれに追従することが難しくなる。このため、図４に示すように、ギャップエラー信号に回転成分の残渣エラーが重畳してしまう。図４においては矢印に挟まれた部分が１回転分のＧＥＳを示す。回転に同期した成分すなわち残渣エラーが見られることが分かる。
本発明によれば、この回転同期成分の残渣エラーを軽減することが可能となる。次に、本発明により制御を行う場合について説明する。
【００２７】
図５は、本発明の一実施の形態に係る光学ピックアップ装置における制御部１５のサーボループの構成図である。図５に示すように、この場合、減算器４１、加算器４２、メインループ内のサーボフィルター４３、制御対象４４、加算器４５、ＧＥＳ演算部４６、フィードフォワード信号用のサーボフィルター６０を有する構成とされる。サーボフィルター６０としてはローパスフィルター等を利用することができる。
入力端子４０から入力される目標値ｒは、減算器４１及び加算器４２、更にサーボフィルター４３を介して制御対象４４、この場合図１に示す駆動部１１に入力される。制御対象４４の移動により変化する出力に外乱ｄが加算器４５で加算されて、全反射戻り光量がＧＥＳ演算部４６で検出される。
【００２８】
図６は、図５におけるＧＥＳ演算部４６の一例の構成図である。ＧＥＳ演算部４６では、集光光学系１０におけるこの場合ＳＩＬ７の端面からの全反射戻り光量をＧＥＳ検出部４６Ａにて検出する。ＧＥＳ検出部４６Ａでは、４分割ディテクタにて光記録媒体との相対的走行方向及びこれとは直交する方向、すなわちディスク状光記録媒体の場合はタンジェンシャル方向及びラジアル方向に４分割した全反射戻り光量を検出し、全反射戻り光量の総量はＧＥＳとして出力端子４７から出力され、また減算器４１にフィードバックされる。
【００２９】
一方分割された光量に基づき、Ｔｐｐ・Ｒｐｐ演算部４６Ｂにおいて光記録媒体との相対的走行方向のプッシュプル信号、この場合タンジェンシャルプッシュプル信号Ｔｐｐが演算されて出力される。なお、同じ４分割した全反射戻り光量から、ラジアル方向のプッシュプル信号Ｒｐｐを演算してもよい。
得られたＴｐｐは出力端子４８から出力されると共に、サーボフィルター６０を介して加算器４２に加算される。これにより、Ｔｐｐをフィードフォワードする構成となる。
【００３０】
図７Ａに示すように、ＳＩＬ７の光記録媒体２０と対向する端面７Ｔが面振れ等によって傾きが生じている場合、検出される全反射戻り光量は、図７Ｂに光量を明暗で模式的に示すように、端面７Ｔが光記録媒体２０の表面から離間している部分すなわちファーフィールド領域となる部分で、ギャップに対応する光量の戻り光が検出される。図７Ｃに矢印ｔとｒでそれぞれタンジェンシャル方向及びラジアル方向を示し、これらの方向に４分割された光検出部９における検出領域をそれぞれ９Ａ、９Ｂ、９Ｃ及び９Ｄとして示す。図７Ｃにおいて破線で示すように、光記録媒体２０とＳＩＬ７との傾きが生じると、タンジェンシャル方向、もしくはラジアル方向に戻り光量の強度差、すなわちＧＥＳの強弱の差が生じる。
【００３１】
ここで、領域９Ａ〜９Ｄからの信号をそれぞれＡ〜Ｄと表し、タンジェンシャル方向のエラー信号をＴｐｐ、ラジアル方向のエラー信号をＲｐｐとすると、以下のように定義される。
Ｔｐｐ＝（Ａ＋Ｄ）−（Ｂ＋Ｃ） ・・・（１）
Ｒｐｐ＝（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ） ・・・（２）
【００３２】
Ｔｐｐはギャップエラーから計算されるため、ギャップエラーのタンジェンシャル方向の傾きの度合いをα、βとすると下記の式（３）のように表現できる。
ＧＥＳ＝Ａ＋Ｄ＋Ｂ＋Ｃ＝（α＋β）・｛Ｄ／（１＋ＣＰ）｝・・・（３）
【００３３】
ただし、
α＋β＝１ ・・・（４）
とする。傾きの度合いの差α−βがチルト角となる。上記式（３）は、以下の考察から導き出すことができる。
【００３４】
図３におけるｅ，ｒ，ｄのそれぞれのラプラス変換をＥ，Ｒ，Ｄと表すと、図３から、
Ｅ＝Ｙ−Ｒ ・・・（５）
−ＥＣＰ＋Ｄ＝Ｙ ・・・（６）
となる。なお、Ｃ及びＰはそれぞれサーボフィルター及び制御対象の出力を示し、ＣＰは制御部のゲインを示す。
【００３５】
上記式（５）及び（６）からｅを消去すると、ＧＥＳすなわちＹは、以下の式（７）に示すようになる。
Ｙ＝（ＣＰ・Ｒ）／（１＋ＣＰ）＋Ｄ／（１＋ＣＰ） ・・・（７）
【００３６】
上記式（７）において、第２項は外乱ｄに起因する外乱項である。従って、ＧＥＳを目標値Ｒに完全に追従させるには、下記の式（８）に示す外乱項をキャンセルすればよいこととなる。
Ｄ／（１＋ＣＰ） ・・・（８）
【００３７】
言い換えると、上記式（７）中の第１項、すなわち下記の式（９）において、Ｒつまり目標値は一定、つまりＤＣ成分である。
（ＣＰ・Ｒ）／（１＋ＣＰ） ・・・（９）
【００３８】
一般に、目標値追従系サーボの場合のＣＰのＤＣゲインは１より十分に大きく、すなわち、
１＜＜ＣＰ ・・・（１０）
である。従って、上記式（９）は、下記の式（１１）と表現できる。
｛ＣＰ／（１＋ＣＰ）｝・Ｒ≒（ＣＰ／ＣＰ）・Ｒ＝Ｒ ・・・（１１）
【００３９】
つまり、ギャップエラー（目標値との誤差は）は、上記式（７）の第２項そのものとなる。従って、ギャップエラー信号ＧＥＳは、下記の式（１２）で表すことができる。
ＧＥＳ＝Ｄ／（１＋ＣＰ） ・・・（１２）
【００４０】
プッシュプル信号Ｔｐｐは、チルト角（α−β）に上記式（８）で示す外乱項を乗じたものと表されるので、以下の式（１３）のように表現できる。
Ｔｐｐ＝（α−β）・｛Ｄ／（１＋ＣＰ）｝＝（α−β）・ＧＥＳ・・・（１３）
【００４１】
上記式（１３）より、プッシュプル信号Ｔｐｐは、ＧＥＳの影響を強く受けるため、Ｔｐｐに対するＧＥＳの影響を排除するには、ＴｐｐをＧＥＳで規格化する（ＧＥＳで除算する）か、ＧＥＳを一定にすればよいことがわかる。
ＧＥＳで規格化する手法については、ＴｐｐのＧＥＳの影響を排除することで、Ｔｐｐを用いてチルトサーボを正しく行うことはできるが、このままでは、もちろんギャップサーボの精度を上げることはできず、別途ギャップサーボ精度を上げる必要がある。
【００４２】
ところが、ＧＥＳを予め一定にしておけば、ギャップ精度は既に保証される上に、上記式（１３）において、ＧＥＳ＝ｃ（一定）となる。つまり、
Ｔｐｐ＝（α―β）・ｃ≒α−β ・・・（１４）
となり、ＧＥＳに影響されない正しいチルトエラーを得ることができる。
【００４３】
以上の結果から、本発明では、ギャップ精度を上げるためにＴｐｐエラーを用いるものとする。ＴｐｐとＧＥＳが同相であることは以下の考察により理解できる。
【００４４】
まず、サーボが外乱に追従して、ＧＥＳが一定である場合を考える。この時、ＧＥＳ＝ｃ（一定）より、上記式（１４）に示す状態となる。この場合は、既に、ＧＥＳが小さいので、フィードフォワードは必要ない。
【００４５】
次に、サーボが外乱に追従しなくなってくる場合を考える。この場合、チルト角は物理的に面振れ信号Ｄの傾きすなわち微分に相当するので、
α−β≒ｓ・Ｄ ・・・（１５）
となる。また、上記式（１３）のＧＥＳは、下記の式（１６）のように表される。
【００４６】
Ｄ／（１＋ＣＰ）≒Ｄ／（Ｋ／ｓ）＝Ｋ´・ｓ・Ｄ ・・・（１６）
【００４７】
ただし、上記式（１５）及び（１６）において、ｓはラプラス変換の演算子で微分を意味し、Ｋはゲインを示し、Ｋ´＝１／Ｋである。
【００４８】
一般に、光学ピックアップ装置におけるアクチュエーターの伝達関数を示すボード線図は図８のように表される。図８において、横軸は周波数、縦軸はゲインである。エラー率はゲインに反比例するので、破線Ｆ１で示す比較的低い周波数領域ではブーストによりゲインを上げ、破線Ｆ２で示す周波数領域では傾きが急だと不安定なので、−２０ｄＢ／ｄｅｃ程度になだらかになるように補償がなされる。破線Ｆ３で示すより高い周波数領域では２次、３次の共振が発生する。このため、単純にサーボ帯域を上げるとこのような共振が発生してしまうことが分かる。
【００４９】
また、特に近接場光を照射する光学系においては、制御する距離が極めて小さいので、ＤＣ分の取れ残り偏差Δｅが少しでも残ると精度よく制御することができない。このため、サーボフィルターに積分器を入れることが一般的となっている。取れ残り偏差Δｅは、
Δｅ＝Ｄ／Ｋ ・・・（１７）
であるので、積分器を入れるとＫ→∞となり、Δｅ→０とすることができるためである。
【００５０】
上記式（１６）について説明すると、サーボが外乱に追従しなくなってくる回転周波数帯域内でのＣＰの伝達関数は、ほぼ積分１／ｓとなることから導き出せる。つまり、制御対象であるアクチュエーターの１次共振、一般的に１００Ｈｚ以下では、そのゲインは一定である。一方、サーボフィルターの同周波数内のゲインは、上述したようにＤＣ分の残渣エラーを除去するために、積分器１／ｓを入れている。このことから、
１＋ＣＰ≒ＣＰ≒Ｋ／ｓ ・・・（１８）
となり、上記式（１６）が導き出される。
【００５１】
ここで、上記式（１５）はチルトエラーであるから符号をもち、上記式（１６）はギャップエラーＧＥＳ（全反射戻り光量値）でプラスである。結局、上記式（１３）は、符号はチルトエラー信号に従い、振幅が増幅されて観察されることになる。つまり、サーボが外乱に追従して、ＧＥＳが一定である場合と比較して、振幅が大きくなる。
【００５２】
但し、位相関係をみると、上記式（１５）、式（１６）より、共に面ぶれ信号Ｄに対して微分すなわち位相が９０度進みの関係であり、ＴｐｐもＧＥＳも同位相となることが分かる。
【００５３】
最後に、完全に、サーボが外乱に追従しなくなってくる場合については、下記の式（１９）及び式（２０）で表される。
α−β≒ｓ・Ｄ ・・・（１９）
Ｄ／（１＋ＣＰ）≒Ｄ／１＝Ｄ ・・・（２０）
【００５４】
上記式（１９）は、上記式（１５）と同様である。
上記式（２０）は、サーボが完全に外乱に追従しないこと、つまり図８における高周波数の帯域であることから、ゲインは小さくＣＰ＜＜１となることによって導き出せる。位相関係については、上記式（１９）及び（２０）より、ＴｐｐとＧＥＳは面ぶれ信号Ｄとは同位相となることが明らかである。
【００５５】
以上の結果より、ＴｐｐとＧＥＳは同位相、かつ同様な信号となることが分かる。この様子を図９〜図１１に示す。各例共に、使用する光の波長は４０５ｎｍ、集光光学系の開口数ＮＡは１．８４、ギャップの目標値は２５ｎｍとする例を示す。図９においてはギャップが完全に面ぶれに追従する場合、図１０においてはギャップが面ぶれに追従しなくなってくる場合、図１１においてはギャップが完全に面ぶれに追従しない場合を示す。それぞれＧＥＳ、Ｔｐｐ、面ぶれＤを示し、図９においてはＴｐｐの積分も示す。図９〜図１１より、ＧＥＳとＴｐｐが互いに同様な信号であり、すなわち相関関係があることが分かる。
【００５６】
また、図１２に、ＧＥＳ、Ｔｐｐ及びＧＥＳの繰り返し成分を示す。図１２から、ＧＥＳの繰り返し成分がＴｐｐと同様であることがわかる。従って、Ｔｐｐ信号を用いてフィードフォワードすることで、繰り返しサーボと同様な補償が可能であることが分かる。
【００５７】
図１３に、Ｔｐｐを用いてフィードフォワードサーボを行った結果を示す。使用する光の波長、集光光学系の開口数及びギャップの目標値は図９〜図１２の例と同様である。この例では、図５に示すように、Ｔｐｐ信号を適当なサーボフィルター６０、例えばローパスフィルターに通したあと、加算器４２によりエラー信号ｅに加えることでフィードフォワードを行う場合を示す。光記録媒体はディスク状とし、その回転数を３０００ｒｐｍとして測定した結果を示す。
【００５８】
図１３Ａ及びＢの結果から、Ｔｐｐ信号をフィードフォワードすることで、ＧＥＳの繰り返しが抑制されていることがわかる。また、本発明の適用によりギャップの追従性が良くなることから、Ｔｐｐ信号振幅の波形形状は不変であるものの、振幅が小さくなっていることも確認できる。この結果から、本発明構成とすることによって、光記録媒体の回転数が３０００ｒｐｍ以上の場合においても、良好にギャップ制御を行うことができることがわかる。
【００５９】
以上説明したように、本発明によれば、光記録媒体との相対的走行方向のプッシュプル信号をフィードフォワードすることで、繰り返しサーボを行う場合と同様な効果が得られ、特に高い周波数帯域においても、ディスクの面ぶれ等の外乱による影響を抑えることができる。更に、繰り返しサーボと異なり、外部メモリすなわち１回転分の繰り返しギャップ信号を保持することが不要になるため、装置構成の簡易化を図ることができる。
【００６０】
また、プッシュプル信号は、ギャップエラー信号から演算するが、ギャップエラーの変動（ギャップサーボで補正しきれない追従誤差）の影響を受けるため、本来はギャップエラーで規格化する必要がある。しかしながら、本発明においては、ギャップ追従性を高めることができるので、上記のような規格化の処理が不要となるという効果がある。
【００６１】
なお、本発明は上述の実施形態例において説明した構成に限定されるものではなく、その他本発明構成を逸脱しない範囲において種々の変形、変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の実施の形態に係る光学ピックアップ装置を含む光記録再生装置の概略構成図である。
【図２】Ａ及びＢは全反射戻り光量の説明図である。
【図３】比較例によるサーボループを示す構成図である。
【図４】比較例により得られるギャップエラー信号の波形を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る光学ピックアップ装置の制御部のサーボループを示す構成図である。
【図６】図５に示す制御部におけるＧＥＳ演算部の一例の構成図である。
【図７】ＡはＳＩＬと光記録媒体との傾きを示す断面図、Ｂは全反射戻り光量の一例を示す図、Ｃは光検出部の構成図である。
【図８】一般的な光学ピックアップ装置における制御系の伝達関数のボード線図を示す図である。
【図９】ギャップが面ぶれに追従する場合の信号波形を示す図である。
【図１０】ギャップが面ぶれに追従しなくなってくる場合の信号波形を示す図である。
【図１１】ギャップが完全に面ぶれに追従しない場合の信号波形を示す図である。
【図１２】ＧＥＳ、ＴＰＰ及びＧＥＳの繰り返し信号の波形を示す図である。
【図１３】Ａは本発明によるフィードフォワード制御を行わない比較例における信号波形を示す図であり、Ｂは本発明によるフィードフォワード制御を行う実施の形態における信号波形を示す図である。
【符号の説明】
【００６３】
１．パワー制御部、２．光源、３．コリメートレンズ、４．ビームスプリッタ、５．ミラー、６．光学レンズ、７．ソリッドイマージョンレンズ（ＳＩＬ）、８．集光レンズ、９．光検出部、１０．制御部、１１．駆動部、２０．光記録媒体、２５．搭載部、２６．駆動部、４０．入力端子、４１．減算器、４２．加算器、４３．サーボフィルター、４４．制御対象、４５．加算器、４６．ギャップエラー信号演算部、４６Ａ．ギャップエラー信号検出部、４６Ｂ．プッシュプル信号演算部、４７，４．出力端子、６０．サーボフィルター、１００．光記録再生装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、近接場光を用いる光記録媒体に適用される光学ピックアップ装置、光記録再生装置及びギャップの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光ディスクや光メモリーカード等の光記録媒体において、高記録密度及び高解像度を達成するために、物体同士の間隔がある距離以下となるときに界面から光が漏れ出す近接場（ニアフィールド）光（エバネッセント波ともいう）を用いた記録再生方式が注目されている。この近接場光記録再生方式においては、レンズ等の近接場光照射手段と光記録媒体の表面との間隙を、代表的には記録や再生に使用する光の波長の１／２〜１／５程度に非常に小さく制御する必要がある。
【０００３】
近接場光を発生する集光光学系として、非球面レンズ等よりなる高開口数の対物レンズと、この対物レンズと光記録媒体との間にソリッドイマージョンレンズいわゆるＳＩＬ（Solid Immersion Lens、固浸レンズ）を介在させる集光光学系が挙げられる。このＳＩＬを用いる場合は、ＳＩＬと光ディスク等の光記録媒体の表面との間の距離（ギャップ）を、近接場光が発生する距離、上述したように光の波長の１／２から１／５以下程度に維持する必要がある。そして更にこの場合、光記録媒体の面振れ、ディスク状の光記録媒体の場合はいわゆるディスク面振れに追従するように、ＳＩＬの姿勢を制御することが必要となる。そのために、例えば全反射戻り光量を用いてギャップを検出し、所望のギャップに維持する制御方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
この制御方法においては、近接場光が発生する距離では全反射戻り光量とギャップが比例関係にあることを利用している。すなわち、全反射戻り光量をギャップエラー信号として、位相補償フィルターにてサーボループ系を安定化してフィードバックサーボループを構成し、ギャップを一定に保持する方法を採っている。
【０００４】
一例として、近接場光が発生する距離に維持する目標値を例えば２０ｎｍとし、許容偏差を５ｎｍ、許容する面振れ量を４０μｍ、光記録媒体がディスク状としてディスク回転数を３０００ｒｐｍ（回転数／分）とすると、必要帯域は８ｋＨｚ以上必要となってくる。しかしながら、実際には、ディスク回転により生じる外乱は、回転同期成分が強く出て、８ｋＨｚ以上の帯域を確保しても、精度良くギャップを制御するのは困難となる。
【０００５】
この問題を解決するために、繰り返しサーボを用いる方法が提案されている（例えば特許文献２及び非特許文献１参照。）。繰り返しサーボは、１回転分のエラー信号を外部メモリに保持して、従来のフィードバックサーボループのギャップエラー信号にフィードフォワード信号として印加するもので、回転数周波数成分にピークを有するゲインが得られる。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−７６３５８号公報
【特許文献２】特開２００６−３１３５８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献２や非特許文献１に提案されているような繰り返しサーボを用いる場合では、回転周波数成分の外乱を効果的に除去できるものの、外部に１回転分の外乱を保持するためのメモリが必要となる。このため、メモリを読み出すために、同一円周上の位置信号を得る必要がある。この位置信号を得る方法としては、ディスクを回転させるスピンドルモーターにロータリーエンコーダーを設置したり、ディスクに回転位置情報を記録し、別途検出器を設けて位置信号を読み出したりする必要がある。
【０００８】
これに対し、繰り返しサーボを用いることなくギャップを精度良く制御する方法があれば、上記のような外部メモリや、位置情報を読み出す構成が不要となり、装置構成の簡易化が図られる。例えばディスク状の光記録媒体を３０００ｒｐｍ程度以上の高回転数をもって回転する場合においても、上述したロータリーエンコーダー等を設置することが不要であれば、より簡易な装置構成をもってギャップを精度良く制御することが可能となる。
【０００９】
以上の問題に鑑みて、本発明は、近接場光を光記録媒体に照射する場合に、比較的簡易な装置構成をもって、集光光学系と光記録媒体と間のギャップを精度良く制御することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明による光学ピックアップ装置は、光源と、光記録媒体に近接場光を照射する集光光学系と、光記録媒体からの全反射戻り光量を検出する光検出部と、この光検出部から得られる検出信号に基づいて制御信号を生成する制御部と、光記録媒体上の所定の位置に前記集光光学系を駆動する駆動部と、を有する。そして、制御部において、光検出部から得られるギャップエラー信号に、光記録媒体との相対的走行方向のプッシュプル信号をフィードフォワードすることにより、ギャップサーボ信号が生成される構成とする。
【００１１】
また、本発明による光記録再生装置は、光源と、光記録媒体に近接場光を照射する集光光学系と、光記録媒体からの全反射戻り光量を検出する光検出部と、光検出部から得られる検出信号に基づいて制御信号を生成する制御部と、光記録媒体上の所定の位置に前記集光光学系を駆動する駆動部と、を備える光学ピックアップ装置と、光記録媒体の装着部と、光記録媒体の装着部を前記集光光学系と相対的に移動させる装着部駆動部と、を有する。そして、光学ピックアップ装置の制御部において、光検出部から得られるギャップエラー信号に、光記録媒体との相対的走行方向のプッシュプル信号をフィードフォワードすることにより、ギャップサーボ信号が生成される構成とする。
【００１２】
また、本発明によるギャップ制御方法は、光学レンズと光記録媒体との間の全反射戻り光量を検出して得られるギャップエラー信号に、全反射戻り光量の光記録媒体との相対的走行方向のプッシュプル信号をフィードフォワードして、ギャップサーボ信号を得る。
【００１３】
上述したように、本発明においては、近接場光を照射する集光光学系のギャップの制御を行うにあたって、光記録媒体との相対的走行方向のプッシュプル信号、ディスク状の光記録媒体の場合は半径方向と直交するタンジェンシャル方向のプッシュプル信号をフィードフォワードすることにより、ギャップサーボ信号を生成する。このようにしてギャップサーボ信号を演算することで、ギャップサーボ系での残渣エラーを改善でき、繰り返しサーボと同様な効果が得られることが明らかになった。これは、後述するように、この光記録媒体との相対的走行方向のプッシュプル信号、ディスク状の光記録媒体にあってはタンジェンシャルプッシュプル信号が、ギャップエラー信号と同位相、且つ同様な信号であるためである。
【００１４】
そして本発明においては、プッシュプル信号をギャップエラー信号にフィードフォワードする構成であることから、繰り返しサーボと異なり外部メモリを設ける必要がないという利点を有する。すなわちディスク状の光記録媒体の場合は１回転分の繰り返しギャップ信号を保持することが不要になる。
つまり本発明によれば、光学的に得られたギャップエラー信号を演算することで繰り返し信号に相当する信号を生成し、得られた信号によりフィードフォワードサーボを行うことで、繰り返しサーボと同等な性能を得ることが可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、近接場光を光記録媒体に照射する際に、比較的簡易な装置構成をもって、集光光学系と光記録媒体と間のギャップを精度良く制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下本発明を実施するための最良の形態の例を説明するが、本発明は以下の例に限定されるものではない。
【００１７】
図１は、本発明の一実施の形態による光学ピックアップ装置３０を備える光記録再生装置１００の概略構成図である。この例においては、集光光学系１０に非球面レンズ等よりなる対物レンズである光学レンズ６と、半球状又は超半球状のソリッドイマージョンレンズ（ＳＩＬ）７を有する場合を示す。図１においては超半球状のＳＩＬを示すが半球状のＳＩＬでもよい。この光学ピックアップ装置３０は、パワー制御部１、レーザーダイオード等の光源２、コリメートレンズ３、ビームスプリッタ４、ミラー５、光学レンズ６及びＳＩＬ７を有する集光光学系１０、ビームスプリッタ４の分岐光路上に配置される集光レンズ８、４分割フォトダイオード等の光検出部９を備える。更に、光検出部９による検出信号を演算して集光光学系１０の駆動部１１を制御する制御信号すなわちギャップエラー信号ＳＧを生成する制御部１５を有する。制御部１５は、ＳＩＬ７の光記録媒体２０に対する傾き（チルト）を制御するチルトエラー信号ＳＴを生成して駆動部１１に出力する構成としてもよい。
【００１８】
この光記録再生装置１００には更に、ディスク状等の光記録媒体２０を装着する装着部２５と、この装着部２５を例えば一点鎖線Ｃｓを回転軸として回転駆動する駆動部２６とが設けられる。
【００１９】
この構成において、光源２から出射された光は、コリメートレンズ３により平行光とされてビームスプリッタ４を透過し、ミラー５に反射されて集光光学系１０に入射する。なお、パワー制御部１は例えば記録の際に図示しない情報記憶部からの記録情報に対応して光源２の出力を制御する。再生時はパワー制御部１からの出力制御を省略して、光源２の出力を一定としてもよい。集光光学系１０により光記録媒体２０の情報が記録される記録面に近接場光として照射される。光記録媒体２０から反射された戻り光は、ミラー５により反射され、ビームスプリッタ４で反射されて集光レンズ８により光検出部９に集光される。
【００２０】
光検出部９により検出された光の一部は、再生時には光記録媒体２０の記録情報に対応するＲＦ（高周波）信号ＳＲＦとして出力される。一方、全反射戻り光量は、集光光学系１０を駆動する駆動部１１を制御する信号を生成する制御部１５に入力される。制御部１５において後述するフィードフォワードにより生成されたギャップ制御信号ＳＧや、チルト制御信号ＳＴが駆動部１１に出力される。駆動部１１は例えばボイスコイルモーターを含む２軸アクチュエーターや３軸アクチュエーター等より構成される。なお、ギャップ制御用の駆動部と、チルト制御用の駆動部とを別々に設け、各駆動部に制御信号をそれぞれ入力する構成としてもよい。また更に、この光学ピックアップ装置３０には、図１に示す構成の他、収差補正用等の種々の光学素子を付加的に配置することが可能である。
【００２１】
この光記録再生装置１００においては、光記録媒体２０が上述した回転駆動する駆動部２６に装着されると共に、例えば光学ピックアップ装置３０が光記録媒体２０の記録面に沿って平行移動する水平移動機構（図示せず）に搭載される。そしてこの水平移動機構と駆動部２６との連動によって、集光光学系１０から照射される近接場光が光記録媒体２０の盤面の記録トラックに沿って例えばスパイラル状、または同心円状に走査される構成とする。
【００２２】
図２においては、近接場光を用いた光学ピックアップ装置３０における、ギャップに対する全反射戻り光量の関係を模式的に示す。図２Ａにおいては、光学レンズ６及びＳＩＬ７より成る集光光学系１０の、ＳＩＬ７の端面と光記録媒体２０と間のギャップを模式的に示す。図２Ｂに、このギャップに対する全反射戻り光量の関係を示す。全反射戻り光量はこの場合、ＳＩＬ７の光記録媒体と対向する端面に全反射する角度で入射した光（開口率≧１の成分）の戻り光量である。
【００２３】
図２Ｂに示すように、近接場状態でない領域であるファーフィールド領域Ｆｆは、一般にギャップが入射レーザー光の波長の１／２〜１／５以上の範囲に相当する。このファーフィールド領域Ｆｆでは、ＳＩＬ端面で全て光が全反射されるため、全反射戻り光量は一定となる。一方、一般に入射レーザー光の波長の１／２〜１／５以下のギャップでは、近接場状態すなわちニアフィールド領域Ｆｎとなる。なお、図２Ｂに示す例においては、一例として入射光の波長が４０５ｎｍの場合において、７０ｎｍ以下で全反射戻り光量が減少している例を示す。ニアフィールド領域となるギャップと波長との関係は一律ではなく、波長や、光記録媒体やＳＩＬの材料構成等によって、上述したように１／２〜１／５程度の範囲で変化する。
【００２４】
ニアフィールド領域Ｆｎでは、ＳＩＬ端面と光記録媒体の表面とでエバネセント結合が生じ、全反射戻り光の一部が、ＳＩＬ端面を突き抜けて光記録媒体側に透過する。このため全反射戻り光量は減少する。そして、ＳＩＬが光記録媒体に完全に接触すると、全ての全反射戻り光が光記録媒体側に透過するため、全反射戻り光量はゼロとなる。したがって、ＳＩＬ端面と光記録媒体との間のギャップと全反射戻り光量との関係は図２Ｂに示すように、ファーフィールドＦｆで一定であった全反射戻り光量がニアフィールド領域Ｆｎで徐々に減少し、ギャップがゼロのときゼロとなる。そして全反射戻り光量が減少する領域では、ギャップと全反射戻り光量との関係が破線ｌで囲んで示すように線形関係になる領域がある。したがってこの線形の範囲においては、全反射戻り光量をギャップエラーとしてフィードバックループを形成することで、ギャップを一定に保持することが可能となる。すなわち、目標とするギャップが図２Ｂに示すｇの場合、全反射戻り光量がｒとなるように制御を行えばよい。
【００２５】
図３に、比較例として、通常のフィードバックループによりギャップ制御を行う場合のサーボループの一例を示す。この場合は、減算器１４１、位相補償フィルターやリードラグフィルター等より成るサーボフィルター１４３、制御対象１４４、加算器１４５、ＧＥＳ演算部１４６より構成される。また図３において、ｒ１はギャップ目標値（図２Ｂに示す全反射戻り光量の目標値）、ｄ１はディスク面ぶれによる外乱、ｅ１は、目標値とギャップエラー信号（ＧＥＳ）との差であり、ｅ１＝ｙ１−ｒ１となる。制御対象１４４はＳＩＬが設置されるアクチュエーター自体であり、図１における駆動部１１である。ＧＥＳ演算部１４６は、図１における光検出部９、及びアナログ／デジタル変換器やアンプなどで構成される。
入力端子１４０から入力された目標信号ｒ１は、後述のＧＥＳ演算部１４６から出力された検出信号ｙ１と共に減算器１４１に供給され、ｅ１（＝ｙ１−ｒ１）が出力される。サーボフィルター１４３で処理された信号ｅ１は制御対象１４４に入力される。制御対象１４４の移動によって反映された検出信号に外乱ｄ１が加算器１４５で加算されて、ＧＥＳ演算部１４６においてＧＥＳすなわちｙ１が出力される。
図３に示すように、この場合はギャップエラー信号ＧＥＳであるｙ１をフィードバックする構成となっている。
【００２６】
しかしながらこのように、ＧＥＳをフィードバックすることでギャップを制御しようとする場合は、光記録媒体の回転数が高く（光記録媒体との相対的移動速度が速く）なると、光記録媒体の面ぶれに追従することが難しくなる。このため、図４に示すように、ギャップエラー信号に回転成分の残渣エラーが重畳してしまう。図４においては矢印に挟まれた部分が１回転分のＧＥＳを示す。回転に同期した成分すなわち残渣エラーが見られることが分かる。
本発明によれば、この回転同期成分の残渣エラーを軽減することが可能となる。次に、本発明により制御を行う場合について説明する。
【００２７】
図５は、本発明の一実施の形態に係る光学ピックアップ装置における制御部１５のサーボループの構成図である。図５に示すように、この場合、減算器４１、加算器４２、メインループ内のサーボフィルター４３、制御対象４４、加算器４５、ＧＥＳ演算部４６、フィードフォワード信号用のサーボフィルター６０を有する構成とされる。サーボフィルター６０としてはローパスフィルター等を利用することができる。
入力端子４０から入力される目標値ｒは、減算器４１及び加算器４２、更にサーボフィルター４３を介して制御対象４４、この場合図１に示す駆動部１１に入力される。制御対象４４の移動により変化する出力に外乱ｄが加算器４５で加算されて、全反射戻り光量がＧＥＳ演算部４６で検出される。
【００２８】
図６は、図５におけるＧＥＳ演算部４６の一例の構成図である。ＧＥＳ演算部４６では、集光光学系１０におけるこの場合ＳＩＬ７の端面からの全反射戻り光量をＧＥＳ検出部４６Ａにて検出する。ＧＥＳ検出部４６Ａでは、４分割ディテクタにて光記録媒体との相対的走行方向及びこれとは直交する方向、すなわちディスク状光記録媒体の場合はタンジェンシャル方向及びラジアル方向に４分割した全反射戻り光量を検出し、全反射戻り光量の総量はＧＥＳとして出力端子４７から出力され、また減算器４１にフィードバックされる。
【００２９】
一方分割された光量に基づき、Ｔｐｐ・Ｒｐｐ演算部４６Ｂにおいて光記録媒体との相対的走行方向のプッシュプル信号、この場合タンジェンシャルプッシュプル信号Ｔｐｐが演算されて出力される。なお、同じ４分割した全反射戻り光量から、ラジアル方向のプッシュプル信号Ｒｐｐを演算してもよい。
得られたＴｐｐは出力端子４８から出力されると共に、サーボフィルター６０を介して加算器４２に加算される。これにより、Ｔｐｐをフィードフォワードする構成となる。
【００３０】
図７Ａに示すように、ＳＩＬ７の光記録媒体２０と対向する端面７Ｔが面振れ等によって傾きが生じている場合、検出される全反射戻り光量は、図７Ｂに光量を明暗で模式的に示すように、端面７Ｔが光記録媒体２０の表面から離間している部分すなわちファーフィールド領域となる部分で、ギャップに対応する光量の戻り光が検出される。図７Ｃに矢印ｔとｒでそれぞれタンジェンシャル方向及びラジアル方向を示し、これらの方向に４分割された光検出部９における検出領域をそれぞれ９Ａ、９Ｂ、９Ｃ及び９Ｄとして示す。図７Ｃにおいて破線で示すように、光記録媒体２０とＳＩＬ７との傾きが生じると、タンジェンシャル方向、もしくはラジアル方向に戻り光量の強度差、すなわちＧＥＳの強弱の差が生じる。
【００３１】
ここで、領域９Ａ〜９Ｄからの信号をそれぞれＡ〜Ｄと表し、タンジェンシャル方向のエラー信号をＴｐｐ、ラジアル方向のエラー信号をＲｐｐとすると、以下のように定義される。
Ｔｐｐ＝（Ａ＋Ｄ）−（Ｂ＋Ｃ） ・・・（１）
Ｒｐｐ＝（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ） ・・・（２）
【００３２】
Ｔｐｐはギャップエラーから計算されるため、ギャップエラーのタンジェンシャル方向の傾きの度合いをα、βとすると下記の式（３）のように表現できる。
ＧＥＳ＝Ａ＋Ｄ＋Ｂ＋Ｃ＝（α＋β）・｛Ｄ／（１＋ＣＰ）｝・・・（３）
【００３３】
ただし、
α＋β＝１ ・・・（４）
とする。傾きの度合いの差α−βがチルト角となる。上記式（３）は、以下の考察から導き出すことができる。
【００３４】
図３におけるｅ，ｒ，ｄのそれぞれのラプラス変換をＥ，Ｒ，Ｄと表すと、図３から、
Ｅ＝Ｙ−Ｒ ・・・（５）
−ＥＣＰ＋Ｄ＝Ｙ ・・・（６）
となる。なお、Ｃ及びＰはそれぞれサーボフィルター及び制御対象の出力を示し、ＣＰは制御部のゲインを示す。
【００３５】
上記式（５）及び（６）からｅを消去すると、ＧＥＳすなわちＹは、以下の式（７）に示すようになる。
Ｙ＝（ＣＰ・Ｒ）／（１＋ＣＰ）＋Ｄ／（１＋ＣＰ） ・・・（７）
【００３６】
上記式（７）において、第２項は外乱ｄに起因する外乱項である。従って、ＧＥＳを目標値Ｒに完全に追従させるには、下記の式（８）に示す外乱項をキャンセルすればよいこととなる。
Ｄ／（１＋ＣＰ） ・・・（８）
【００３７】
言い換えると、上記式（７）中の第１項、すなわち下記の式（９）において、Ｒつまり目標値は一定、つまりＤＣ成分である。
（ＣＰ・Ｒ）／（１＋ＣＰ） ・・・（９）
【００３８】
一般に、目標値追従系サーボの場合のＣＰのＤＣゲインは１より十分に大きく、すなわち、
１＜＜ＣＰ ・・・（１０）
である。従って、上記式（９）は、下記の式（１１）と表現できる。
｛ＣＰ／（１＋ＣＰ）｝・Ｒ≒（ＣＰ／ＣＰ）・Ｒ＝Ｒ ・・・（１１）
【００３９】
つまり、ギャップエラー（目標値との誤差は）は、上記式（７）の第２項そのものとなる。従って、ギャップエラー信号ＧＥＳは、下記の式（１２）で表すことができる。
ＧＥＳ＝Ｄ／（１＋ＣＰ） ・・・（１２）
【００４０】
プッシュプル信号Ｔｐｐは、チルト角（α−β）に上記式（８）で示す外乱項を乗じたものと表されるので、以下の式（１３）のように表現できる。
Ｔｐｐ＝（α−β）・｛Ｄ／（１＋ＣＰ）｝＝（α−β）・ＧＥＳ・・・（１３）
【００４１】
上記式（１３）より、プッシュプル信号Ｔｐｐは、ＧＥＳの影響を強く受けるため、Ｔｐｐに対するＧＥＳの影響を排除するには、ＴｐｐをＧＥＳで規格化する（ＧＥＳで除算する）か、ＧＥＳを一定にすればよいことがわかる。
ＧＥＳで規格化する手法については、ＴｐｐのＧＥＳの影響を排除することで、Ｔｐｐを用いてチルトサーボを正しく行うことはできるが、このままでは、もちろんギャップサーボの精度を上げることはできず、別途ギャップサーボ精度を上げる必要がある。
【００４２】
ところが、ＧＥＳを予め一定にしておけば、ギャップ精度は既に保証される上に、上記式（１３）において、ＧＥＳ＝ｃ（一定）となる。つまり、
Ｔｐｐ＝（α―β）・ｃ≒α−β ・・・（１４）
となり、ＧＥＳに影響されない正しいチルトエラーを得ることができる。
【００４３】
以上の結果から、本発明では、ギャップ精度を上げるためにＴｐｐエラーを用いるものとする。ＴｐｐとＧＥＳが同相であることは以下の考察により理解できる。
【００４４】
まず、サーボが外乱に追従して、ＧＥＳが一定である場合を考える。この時、ＧＥＳ＝ｃ（一定）より、上記式（１４）に示す状態となる。この場合は、既に、ＧＥＳが小さいので、フィードフォワードは必要ない。
【００４５】
次に、サーボが外乱に追従しなくなってくる場合を考える。この場合、チルト角は物理的に面振れ信号Ｄの傾きすなわち微分に相当するので、
α−β≒ｓ・Ｄ ・・・（１５）
となる。また、上記式（１３）のＧＥＳは、下記の式（１６）のように表される。
【００４６】
Ｄ／（１＋ＣＰ）≒Ｄ／（Ｋ／ｓ）＝Ｋ´・ｓ・Ｄ ・・・（１６）
【００４７】
ただし、上記式（１５）及び（１６）において、ｓはラプラス変換の演算子で微分を意味し、Ｋはゲインを示し、Ｋ´＝１／Ｋである。
【００４８】
一般に、光学ピックアップ装置におけるアクチュエーターの伝達関数を示すボード線図は図８のように表される。図８において、横軸は周波数、縦軸はゲインである。エラー率はゲインに反比例するので、破線Ｆ１で示す比較的低い周波数領域ではブーストによりゲインを上げ、破線Ｆ２で示す周波数領域では傾きが急だと不安定なので、−２０ｄＢ／ｄｅｃ程度になだらかになるように補償がなされる。破線Ｆ３で示すより高い周波数領域では２次、３次の共振が発生する。このため、単純にサーボ帯域を上げるとこのような共振が発生してしまうことが分かる。
【００４９】
また、特に近接場光を照射する光学系においては、制御する距離が極めて小さいので、ＤＣ分の取れ残り偏差Δｅが少しでも残ると精度よく制御することができない。このため、サーボフィルターに積分器を入れることが一般的となっている。取れ残り偏差Δｅは、
Δｅ＝Ｄ／Ｋ ・・・（１７）
であるので、積分器を入れるとＫ→∞となり、Δｅ→０とすることができるためである。
【００５０】
上記式（１６）について説明すると、サーボが外乱に追従しなくなってくる回転周波数帯域内でのＣＰの伝達関数は、ほぼ積分１／ｓとなることから導き出せる。つまり、制御対象であるアクチュエーターの１次共振、一般的に１００Ｈｚ以下では、そのゲインは一定である。一方、サーボフィルターの同周波数内のゲインは、上述したようにＤＣ分の残渣エラーを除去するために、積分器１／ｓを入れている。このことから、
１＋ＣＰ≒ＣＰ≒Ｋ／ｓ ・・・（１８）
となり、上記式（１６）が導き出される。
【００５１】
ここで、上記式（１５）はチルトエラーであるから符号をもち、上記式（１６）はギャップエラーＧＥＳ（全反射戻り光量値）でプラスである。結局、上記式（１３）は、符号はチルトエラー信号に従い、振幅が増幅されて観察されることになる。つまり、サーボが外乱に追従して、ＧＥＳが一定である場合と比較して、振幅が大きくなる。
【００５２】
但し、位相関係をみると、上記式（１５）、式（１６）より、共に面ぶれ信号Ｄに対して微分すなわち位相が９０度進みの関係であり、ＴｐｐもＧＥＳも同位相となることが分かる。
【００５３】
最後に、完全に、サーボが外乱に追従しなくなってくる場合については、下記の式（１９）及び式（２０）で表される。
α−β≒ｓ・Ｄ ・・・（１９）
Ｄ／（１＋ＣＰ）≒Ｄ／１＝Ｄ ・・・（２０）
【００５４】
上記式（１９）は、上記式（１５）と同様である。
上記式（２０）は、サーボが完全に外乱に追従しないこと、つまり図８における高周波数の帯域であることから、ゲインは小さくＣＰ＜＜１となることによって導き出せる。位相関係については、上記式（１９）及び（２０）より、ＴｐｐとＧＥＳは面ぶれ信号Ｄとは同位相となることが明らかである。
【００５５】
以上の結果より、ＴｐｐとＧＥＳは同位相、かつ同様な信号となることが分かる。この様子を図９〜図１１に示す。各例共に、使用する光の波長は４０５ｎｍ、集光光学系の開口数ＮＡは１．８４、ギャップの目標値は２５ｎｍとする例を示す。図９においてはギャップが完全に面ぶれに追従する場合、図１０においてはギャップが面ぶれに追従しなくなってくる場合、図１１においてはギャップが完全に面ぶれに追従しない場合を示す。それぞれＧＥＳ、Ｔｐｐ、面ぶれＤを示し、図９においてはＴｐｐの積分も示す。図９〜図１１より、ＧＥＳとＴｐｐが互いに同様な信号であり、すなわち相関関係があることが分かる。
【００５６】
また、図１２に、ＧＥＳ、Ｔｐｐ及びＧＥＳの繰り返し成分を示す。図１２から、ＧＥＳの繰り返し成分がＴｐｐと同様であることがわかる。従って、Ｔｐｐ信号を用いてフィードフォワードすることで、繰り返しサーボと同様な補償が可能であることが分かる。
【００５７】
図１３に、Ｔｐｐを用いてフィードフォワードサーボを行った結果を示す。使用する光の波長、集光光学系の開口数及びギャップの目標値は図９〜図１２の例と同様である。この例では、図５に示すように、Ｔｐｐ信号を適当なサーボフィルター６０、例えばローパスフィルターに通したあと、加算器４２によりエラー信号ｅに加えることでフィードフォワードを行う場合を示す。光記録媒体はディスク状とし、その回転数を３０００ｒｐｍとして測定した結果を示す。
【００５８】
図１３Ａ及びＢの結果から、Ｔｐｐ信号をフィードフォワードすることで、ＧＥＳの繰り返しが抑制されていることがわかる。また、本発明の適用によりギャップの追従性が良くなることから、Ｔｐｐ信号振幅の波形形状は不変であるものの、振幅が小さくなっていることも確認できる。この結果から、本発明構成とすることによって、光記録媒体の回転数が３０００ｒｐｍ以上の場合においても、良好にギャップ制御を行うことができることがわかる。
【００５９】
以上説明したように、本発明によれば、光記録媒体との相対的走行方向のプッシュプル信号をフィードフォワードすることで、繰り返しサーボを行う場合と同様な効果が得られ、特に高い周波数帯域においても、ディスクの面ぶれ等の外乱による影響を抑えることができる。更に、繰り返しサーボと異なり、外部メモリすなわち１回転分の繰り返しギャップ信号を保持することが不要になるため、装置構成の簡易化を図ることができる。
【００６０】
また、プッシュプル信号は、ギャップエラー信号から演算するが、ギャップエラーの変動（ギャップサーボで補正しきれない追従誤差）の影響を受けるため、本来はギャップエラーで規格化する必要がある。しかしながら、本発明においては、ギャップ追従性を高めることができるので、上記のような規格化の処理が不要となるという効果がある。
【００６１】
なお、本発明は上述の実施形態例において説明した構成に限定されるものではなく、その他本発明構成を逸脱しない範囲において種々の変形、変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の実施の形態に係る光学ピックアップ装置を含む光記録再生装置の概略構成図である。
【図２】Ａ及びＢは全反射戻り光量の説明図である。
【図３】比較例によるサーボループを示す構成図である。
【図４】比較例により得られるギャップエラー信号の波形を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る光学ピックアップ装置の制御部のサーボループを示す構成図である。
【図６】図５に示す制御部におけるＧＥＳ演算部の一例の構成図である。
【図７】ＡはＳＩＬと光記録媒体との傾きを示す断面図、Ｂは全反射戻り光量の一例を示す図、Ｃは光検出部の構成図である。
【図８】一般的な光学ピックアップ装置における制御系の伝達関数のボード線図を示す図である。
【図９】ギャップが面ぶれに追従する場合の信号波形を示す図である。
【図１０】ギャップが面ぶれに追従しなくなってくる場合の信号波形を示す図である。
【図１１】ギャップが完全に面ぶれに追従しない場合の信号波形を示す図である。
【図１２】ＧＥＳ、ＴＰＰ及びＧＥＳの繰り返し信号の波形を示す図である。
【図１３】Ａは本発明によるフィードフォワード制御を行わない比較例における信号波形を示す図であり、Ｂは本発明によるフィードフォワード制御を行う実施の形態における信号波形を示す図である。
【符号の説明】
【００６３】
１．パワー制御部、２．光源、３．コリメートレンズ、４．ビームスプリッタ、５．ミラー、６．光学レンズ、７．ソリッドイマージョンレンズ（ＳＩＬ）、８．集光レンズ、９．光検出部、１０．制御部、１１．駆動部、２０．光記録媒体、２５．搭載部、２６．駆動部、４０．入力端子、４１．減算器、４２．加算器、４３．サーボフィルター、４４．制御対象、４５．加算器、４６．ギャップエラー信号演算部、４６Ａ．ギャップエラー信号検出部、４６Ｂ．プッシュプル信号演算部、４７，４．出力端子、６０．サーボフィルター、１００．光記録再生装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
光記録媒体に近接場光を照射する集光光学系と、
前記光記録媒体からの全反射戻り光量を検出する光検出部と、
前記光検出部から得られる検出信号に基づいて制御信号を生成する制御部と、
前記光記録媒体上の所定の位置に前記集光光学系を駆動する駆動部と、を有し、
前記制御部において、前記光検出部から得られるギャップエラー信号に、前記光記録媒体との相対的走行方向のプッシュプル信号をフィードフォワードすることにより、ギャップサーボ信号が生成される
ことを特徴とする光学ピックアップ装置。
【請求項２】
前記集光光学系は、光学レンズと、ソリッドイマージョンレンズとを有することを特徴とする請求項１記載の光学ピックアップ装置。
【請求項３】
前記フィードフォワード部は、前記プッシュプル信号が入力されるサーボフィルターと、前記サーボフィルターからの出力を前記制御部の目標値に加算する演算部とを有することを特徴とする請求項１記載の光学ピックアップ装置。
【請求項４】
前記光記録媒体がディスク状の媒体であり、
前記プッシュプル信号が、前記光記録媒体の半径方向と直交するタンジェンシャル方向のプッシュプル信号であることを特徴とする請求項１記載の光学ピックアップ装置。
【請求項５】
前記光記録媒体の記録及び／又は再生時の回転数が３０００回転／分以上とされることを特徴とする請求項４記載の光学ピックアップ装置。
【請求項６】
光源と、光記録媒体に近接場光を照射する集光光学系と、前記光記録媒体からの全反射戻り光量を検出する光検出部と、前記光検出部から得られる検出信号に基づいて制御信号を生成する制御部と、前記光記録媒体上の所定の位置に前記集光光学系を駆動する駆動部と、を備える光学ピックアップ装置と、
前記光記録媒体の装着部と、
前記光記録媒体の装着部を前記集光光学系と相対的に移動させる駆動部と、を有し、
前記制御部において、前記光検出部から得られるギャップエラー信号に、前記光記録媒体との相対的走行方向のプッシュプル信号をフィードフォワードすることにより、ギャップサーボ信号が生成される
ことを特徴とする光記録再生装置。
【請求項７】
前記集光光学系は、光学レンズと、ソリッドイマージョンレンズとを有することを特徴とする請求項６記載の光記録再生装置。
【請求項８】
光学レンズと光記録媒体との間の全反射戻り光量を検出して得られるギャップエラー信号に、前記全反射戻り光量の前記光記録媒体との相対的走行方向のプッシュプル信号をフィードフォワードして、ギャップサーボ信号を得る
ことを特徴とするギャップ制御方法。
【請求項１】
光源と、
光記録媒体に近接場光を照射する集光光学系と、
前記光記録媒体からの全反射戻り光量を検出する光検出部と、
前記光検出部から得られる検出信号に基づいて制御信号を生成する制御部と、
前記光記録媒体上の所定の位置に前記集光光学系を駆動する駆動部と、を有し、
前記制御部において、前記光検出部から得られるギャップエラー信号に、前記光記録媒体との相対的走行方向のプッシュプル信号をフィードフォワードすることにより、ギャップサーボ信号が生成される
ことを特徴とする光学ピックアップ装置。
【請求項２】
前記集光光学系は、光学レンズと、ソリッドイマージョンレンズとを有することを特徴とする請求項１記載の光学ピックアップ装置。
【請求項３】
前記フィードフォワード部は、前記プッシュプル信号が入力されるサーボフィルターと、前記サーボフィルターからの出力を前記制御部の目標値に加算する演算部とを有することを特徴とする請求項１記載の光学ピックアップ装置。
【請求項４】
前記光記録媒体がディスク状の媒体であり、
前記プッシュプル信号が、前記光記録媒体の半径方向と直交するタンジェンシャル方向のプッシュプル信号であることを特徴とする請求項１記載の光学ピックアップ装置。
【請求項５】
前記光記録媒体の記録及び／又は再生時の回転数が３０００回転／分以上とされることを特徴とする請求項４記載の光学ピックアップ装置。
【請求項６】
光源と、光記録媒体に近接場光を照射する集光光学系と、前記光記録媒体からの全反射戻り光量を検出する光検出部と、前記光検出部から得られる検出信号に基づいて制御信号を生成する制御部と、前記光記録媒体上の所定の位置に前記集光光学系を駆動する駆動部と、を備える光学ピックアップ装置と、
前記光記録媒体の装着部と、
前記光記録媒体の装着部を前記集光光学系と相対的に移動させる駆動部と、を有し、
前記制御部において、前記光検出部から得られるギャップエラー信号に、前記光記録媒体との相対的走行方向のプッシュプル信号をフィードフォワードすることにより、ギャップサーボ信号が生成される
ことを特徴とする光記録再生装置。
【請求項７】
前記集光光学系は、光学レンズと、ソリッドイマージョンレンズとを有することを特徴とする請求項６記載の光記録再生装置。
【請求項８】
光学レンズと光記録媒体との間の全反射戻り光量を検出して得られるギャップエラー信号に、前記全反射戻り光量の前記光記録媒体との相対的走行方向のプッシュプル信号をフィードフォワードして、ギャップサーボ信号を得る
ことを特徴とするギャップ制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図５】
【図６】
【図８】
【図４】
【図７】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図５】
【図６】
【図８】
【図４】
【図７】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００９−７０４６８（Ｐ２００９−７０４６８Ａ）
【公開日】平成２１年４月２日（２００９．４．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２３７１３８（Ｐ２００７−２３７１３８）
【出願日】平成１９年９月１２日（２００７．９．１２）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年４月２日（２００９．４．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年９月１２日（２００７．９．１２）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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