JP2003272182A - 光ディスク装置およびその焦点探索方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光ディスクと対物レンズとの間の距離である
ワーキングディスタンスが光ディスクの面ぶれ振幅程度
以下の場合でも、焦点位置探索時に光ディスクと対物レ
ンズとの衝突を防ぐ光ディスク装置およびその焦点探索
方法を提供する。 【解決手段】 半導体レーザダイオード光を光ディスク
の記録層に集光するための対物レンズと、この対物レン
ズを光ディスクの表面に対して垂直な方向に移動するレ
ンズアクチュエータと、このレンズアクチュエータを駆
動制御するフォーカス制御回路を備えた光ディスク装置
において、対物レンズの焦点位置探索時にフォーカス制
御回路が対物レンズを所定振幅で振動させながら光ディ
スクに近づけるよう制御することにより、対物レンズが
合焦点位置を通過する回数を増やし、フォーカスの引き
込みタイミングの発生回数を増し、フォーカスサーボ引
き込みに失敗する確率を小さくする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ディスクから情
報の再生を行う光ディスク装置およびその焦点探索方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】光ディスク装置は集光スポットを用いて
情報記憶媒体である光ディスク上の所定の位置に新規情
報を記録し、または情報の書き換え／消去を行うと共
に、光ディスク上の所定の位置から既に記録されている
情報の再生を行う。

【０００３】集光スポットは光ピックアップヘッドから
光ディスクに対して照射されるレーザ光をレンズアクチ
ュエータにより駆動される対物レンズで集光することに
より生成される。

【０００４】光ディスク装置の記録再生動作開始前、対
物レンズの焦点は光ディスクの記録層に合っていない。
そこで、記録再生動作開始に先立ち光ディスク装置は対
物レンズの焦点を光ディスクの記録層に合わせるフォー
カスサーボ引き込み動作を行い、光ディスク上に焦点を
合わせるている。

【０００５】特開平３−２９１１８号公報に開示されて
いるように、従来のフォーカスサーボ引き込みは対物レ
ンズの位置を三角波状に動かすことにより合焦点位置を
探索していた。標準的な合焦点位置を中心に光ディスク
の面ぶれ、光ディスクと光ピックアップヘッドとの間に
存在する取り付け誤差を含む振幅で対物レンズを駆動し
て探索すれば、その範囲内に合焦点位置が見つけられ
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の光ディスク装置
においては、光ディスクの表面と対物レンズとの間の距
離（以下、ワーキングディスタンスと称する）は光ディ
スクの面ぶれ振幅に比べて大きかった。したがって、光
ディスクの記録層上にて記録再生光の焦点を探索するフ
ォーカスサーボ引き込み動作において、探索時に対物レ
ンズを光ディスクの面ぶれ振幅と同程度まで振幅させな
がら焦点が合う位置を探索する動作を行っても対物レン
ズと光ディスクが接触する危険性は無かった。

【０００７】ところが、近年開発されている高記録密度
の光ディスク装置においては、ワーキングディスタンス
がディスクの面ぶれ振幅と同程度になってきており、フ
ォーカスサーボ引き込み動作において対物レンズを光デ
ィスクの面ぶれと同程度の振幅で振動させて合焦点位置
の探索を行うと光ディスクと対物レンズが衝突してしま
う可能性があるという問題点があった。

【０００８】また、対物レンズを光ディスクから十分離
れた位置から徐々に接近させて合焦点位置を探索する方
法が考えられる。この方法では、対物レンズが必ず合焦
点位置付近を通過することになるため合焦点位置が検出
できる。

【０００９】しかし、この方法では対物レンズの光ディ
スクに近づける速度について、フォーカスサーボ引き込
み範囲を光ディスクの１回転分の時間で通り過ぎる速度
以上にすると不都合が発生する。

【００１０】すなわち、光ディスクの面ぶれを考慮する
と、対物レンズを急速に光ディスクに近づけていく場
合、対物レンズから見て光ディスクの凹側で初めて合焦
点位置を通過することが考えられる。ここで、情報記憶
媒体面の傷や外部からの振動等さまざまな理由により、
この合焦点位置でフォーカスが引き込めなかったとす
る。すると、今度は面ぶれにより対物レンズから見て光
ディスクの凸側が光ディスクの回転により近づくため
に、もはや合焦点位置に合うことはない。面ぶれ振幅と
ワーキングディスタンスが同等程度であると、対物レン
ズの光ディスクに対する最接近可能な距離は面ぶれ振幅
の上限となるので、この場合対物レンズと光ディスクが
接触する可能性が高くなる。

【００１１】このように、対物レンズを一方的に離れた
側から単純に光ディスクに近づけるだけでは、引き込み
の高速性を重視して対物レンズの接近速度を高速にする
と、対物レンズと光ディスクが接触する危険性が高ま
る。

【００１２】一方で、フォーカスサーボ引き込み範囲を
幾度も通過するように、フォーカスサーボ引き込み範囲
分の距離を移動する間に光ディスクが数回転もするよう
な速度で対物レンズを接近させると、衝突の危険性は少
なくなるがフォーカスサーボ引き込みにかかる時間が増
えてしまう。

【００１３】フォーカスサーボ引き込みにかかる時間の
増加は、ユーザーから再生または記録の指令が出てから
実際に再生または記録が始まるまでの時間が増加するこ
とにつながり、光ディスク装置の動作速度の低下をまね
くという問題点があった。

【００１４】本発明は上記課題に鑑み、光ディスクと対
物レンズとの間の距離であるワーキングディスタンスが
光ディスクの面ぶれ振幅程度以下の場合でも、焦点位置
探索時に光ディスクと対物レンズとの衝突を防ぐ光ディ
スク装置およびその焦点探索方法を提供することを目的
とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の光ディスク装置
は、半導体レーザダイオードの光を光ディスクの記録層
に集光するための対物レンズと、この対物レンズを光デ
ィスクの表面に対して垂直な方向に移動するレンズアク
チュエータと、このレンズアクチュエータを駆動制御す
るフォーカス制御回路であって対物レンズの焦点位置探
索時に対物レンズを所定振幅で振動させながら光ディス
クに近づけるよう制御するフォーカス制御回路とを備え
ている。

【００１６】また、本発明の光ディスク装置における焦
点探索方法は、半導体レーザダイオード光を光ディスク
の記録層に集光するための対物レンズを光ディスクから
所定距離をもった所定位置に位置させ、この所定位置に
位置した対物レンズを所定振幅で振動させながら光ディ
スクに近づける。

【００１７】本発明により、対物レンズが合焦点位置を
通過する回数を増やせるので、フォーカスの引き込みタ
イミングの発生回数が増え、フォーカスサーボ引き込み
に失敗する確率が小さくなり、対物レンズと光ディスク
との衝突を防止することが可能になる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施形態を説明する。

【００１９】図１は本実施形態に関わる情報記録再生装
置である光ディスク装置の構成を示すブロック図であ
る。

【００２０】光ディスク装置１０は集光スポットを用い
て情報記憶媒体である光ディスク１１上の所定の位置に
新規情報を記録し、または情報の書き換え／消去を行う
と共に、光ディスク１１上の所定の位置から既に記録さ
れている情報の再生を行う。

【００２１】スピンドルモータ１３は光ディスク１１を
回転駆動する。スピンドルモータ１３はスピンドルモー
タ駆動回路１４により駆動される。光ピックアップヘッ
ド１５は光ディスク１１にレーザ光を照射し、光ディス
ク１１に情報を記録または光ディスク１１の情報の書き
換え・消去、または光ディスク１１からの反射光である
再生信号を検出して情報を再生する。フォーカス制御回
路１７は光ピックアップヘッド１５からフォーカスエラ
ー信号を受け、また光ピックアップヘッド１５に対して
フォーカス制御信号を送り光ピックアップヘッド１５の
フォーカス制御を行う。

【００２２】記録再生回路１９は光ディスク装置１０の
再生動作時に光ピックアップヘッド１５で検出された再
生信号（ＲＦ信号）を受け、再生信号から復調／復号化
処理を行い情報を再生する。また、記録再生回路１９は
光ディスク装置１０記録動作時に外部から供給される情
報の変調／符号化処理を行う。記録再生装置１９にて変
調／符号化処理が行われた信号は記録信号（ＲＦ信号）
として光ピックアップヘッド１５に供給される。光ピッ
クアップヘッド１５は記録再生回路１９から供給された
記録信号からレーザー照射光量を変調して光ディスク１
１に情報の記録を行う。

【００２３】次に、図１の光ピックアップヘッド１５に
ついて説明する。図２は図１の光ピックアップヘッド１
５の構成を説明するための図である。なお、図２におい
て図１と同一部には同一符号を付し説明を省略する。

【００２４】光ピックアップヘッド１５は対物レンズ２
１、レンズアクチュエータ２３、偏光ビームスプリッタ
２５、コリメートレンズ２７、半導体レーザダイオード
２９、レーザ駆動回路３１、集光レンズ３３、光検出器
３５を有する。

【００２５】光ディスク１１上に光ピックアップヘッド
１５から照射されるレーザ光の集光スポットを生成する
ために、対物レンズ２１はレンズアクチュエータ２３に
よって光ディスク１１の記録面に対して垂直な方向に駆
動制御される。対物レンズ２３に対向する位置に半導体
レーザダイオード（ＬＤ）２９が配置される。この半導
体レーザダイオード２９から射出されたレーザ光はコリ
メートレンズ２７で平行光束に変換された後、偏光ビー
ムスプリッタ２５に入射される。偏光ビームスプリッタ
２５を通過したレーザ光は対物レンズ２１によって絞ら
れ、光ディスク１１に照射される。

【００２６】対物レンズ２１を介して光ディスク１１に
照射されたレーザ光は、光ディスク１１上に微小な集光
スポットとして集束される。光ディスク１１からの反射
光は対物レンズ２１内を入射光とは逆方向に通過した後
に偏光ビームスプリッタ２５で反射され、集光レンズ３
３などの検出光学系を経て光検出器３５に入射される。
光検出器３５は光ディスク１１からの反射光を再生信号
として記録再生回路１９に供給する。また、光検出器３
５は光ディスク１１からの反射光をフォーカスエラー信
号としてフォーカス制御回路１７に供給する。

【００２７】記録再生時、対物レンズ２１の焦点はフォ
ーカス制御回路１７からの駆動信号により光ディスク１
１上に維持される。レンズアクチュエータ２３は例えば
対物レンズ２１の周囲に永久磁石、それを取り巻くよう
に光ピックアップ１５側に電磁コイルを使った構成にな
っている。レンズアクチュエータ２３はフォーカス制御
回路１７からの駆動信号による電流が電磁コイルに流れ
ることにより、対物レンズ２１を駆動する。

【００２８】記録再生開始前においては対物レンズ２１
の焦点が光ディスク１１に合っていない。そこで、対物
レンズ２１の焦点を光ディスク１１に合わせるフォーカ
スサーボ引き込みを行い、光ディスク１１上に焦点を合
わせそれを維持するようにフォーカスサーボをかける。

【００２９】ここで、フォーカスサーボ引き込みについ
て説明する。

【００３０】図３は光ディスク１１と対物レンズ２１の
間の距離であるワーキングディスタンスが光ディスク１
１の面ぶれ振幅に比べて十分大きくない場合の、光ディ
スク１１と対物レンズ２１間の距離関係を模式的に示し
た図である。なお、図３は光ディスクを回転軸に沿った
断面方向から見た図で、ある一点に止まった視点から光
ディスクを１回転させた場合の様子を表しており、ワー
キングディスタンスを１３０μｍ〜１５０μｍ、面ぶれ
振幅幅が最大１００μｍの場合を示している。

【００３１】フォーカスサーボの引き込みとは、図３の
フォーカスサーボ引き込み範囲内にある合焦点位置に対
物レンズ２１が入ったことを検出して、フォーカスサー
ボをオンにすることである。フォーカスサーボ引き込み
範囲内に対物レンズ２１があると、合焦点位置からのず
れにほぼ比例したフォーカスエラー信号が得られる。フ
ォーカス制御回路１７はこのフォーカスエラー信号を入
力し演算を行って、対物レンズ２１の駆動信号をレンズ
アクチュエータ２３に供給することにより、対物レンズ
２１の合焦点位置を保持する。

【００３２】図３に示すように、ワーキングディスタン
スが面ぶれ振幅と同程度の場合、従来のように面ぶれ振
幅を十分に覆うような振幅で対物レンズ２１の位置を三
角波状に動かし、または光ディスクから離れた位置から
直線的に動かすことによりフォーカスサーボ引き込み点
の探索を行うと、光ディスク１１の設置状態により光デ
ィスク１１が傾いたときなどはフォーカスサーボが引き
込みを行う前に対物レンズ２１と光ディスク１１が衝突
してしまう可能性がある。

【００３３】次に、本実施形態における対物レンズ２１
の動きを説明する。

【００３４】図４は本実施形態におけるフォーカス制御
回路１７による光ディスク１１に対する対物レンズ２１
の動作を説明した図である。

【００３５】本実施形態では図４（ａ）に示すように、
光ディスク１１との距離を微小な振動を加えながら近づ
けていく対物レンズ２１の近接軌跡により合焦点位置を
探索する。これは、対物レンズ２１を直線的に近づける
軌跡に例えば三角波を重畳したもので、三角波の振幅は
フォーカスサーボ引き込み範囲程度の振幅とする。これ
により対物レンズ２１からみて光ディスク１１の凹側で
初めて合焦点位置が見つかる場合でも、重畳した波によ
り幾度も合焦点位置の通過を作り出すので、フォーカス
を引き込めるタイミングが増えてフォーカスサーボ引き
込みに失敗する確率を減らせる。また、他の実施形態と
して、図４（ｂ）のように曲線的な近接軌跡に正弦波を
重畳した近接軌跡で対物レンズ２１を動作させることも
考えられる。

【００３６】本実施形態において、近接軌跡に重畳した
波の振幅がフォーカスサーボ引き込み範囲の幅とする
と、対物レンズ２１を光ディスク１１に対して接近させ
るときの重畳成分の最大周期は重畳した波の１周期分の
時間でフォーカスサーボ引き込み範囲幅を通過する時間
となる。なお、本実施形態においては、対物レンズ２１
の接近速度はフォーカスサーボ引き込み範囲幅を通過に
要する時間が光ディスク１１の面ぶれ半周期以内となる
ような速度である。フォーカスサーボ引き込み範囲幅を
通過に要する時間が光ディスク１１の面ぶれ半周期以上
となるような遅い接近速度では、光ディスク１１の面ぶ
れによっても合焦点位置の通過が発生する。しかし、こ
のような遅い接近速度ではフォーカスサーボ引き込みに
時間がかかってしまうので実用的ではない。

【００３７】フォーカスサーボ引き込み範囲幅よりも大
きい範囲で振った場合、フォーカスサーボ引き込みが発
生しないはずの部分まで探索を行っていることになる。
振幅が大きいと光ディスク１１と対物レンズ２１が衝突
する可能性が高まる。ところで、フォーカスサーボ引き
込みを行う際に、合焦点位置探索からサーボをかける状
態に遷移するとき、探索終了直後の対物レンズ２１の移
動速度がフォーカス軸方向の光ディスク１１の面ぶれ速
度と離れていると、フォーカス制御回路１７から出力さ
れる駆動信号で対物レンズ２１を光ディスク１１の面ぶ
れに追従する速度（フォーカスがかかるということは対
物レンズが面ぶれと相対速度が０になることに等しい）
にするためにより大きな加速度が必要になる。フォーカ
ス制御回路１７の持つフォーカス差信号から駆動信号ま
での伝達関数やレンスアクチュエータ２３を駆動する回
路に存在する飽和の影響により、合焦点位置検出後フォ
ーカスサーボ引き込み範囲を飛び出す前までかけられる
加速度には限界が存在する。また、対物レンズ２１の近
接軌跡に重畳した波の振幅を大きくすると同じ周期でも
振幅が大きいほうが速度が大きくなる。そのため、重畳
する振幅は不必要に大きくできない。

【００３８】例えば、レンズアクチュエータ２３とフォ
ーカス制御回路１７は対物レンズ２１に対して４００ｍ
／ｓ２の最大加速度が発生できるとする。ここで、フォ
ーカスサーボ引き込み範囲は１〜２０μｍ程度なので、
合焦点位置がフォーカスサーボ引き込み範囲の中心にあ
るとすれば、対物レンズ２１が０．５μｍ移動する間に
面ぶれに追従する速度（相対速度０）になる必要があ
る。ここで、対物レンズ２１に発生できる最大加速度を
ａ、フォーカス軸方向の光ディスク１１の面ぶれと合焦
点位置を通過した（フォーカスサーボをかけはじめる）
ときの対物レンズ２１との相対速度をｖ、合焦点位置で
フォーカスサーボをかけはじめてからフォーカスサーボ
引き込み範囲を飛び出すまでの距離をｌとすると、フォ
ーカスサーボ引き込みに成功する関係は式（１）で表さ
れる。

【数１】

【００３９】よって、フォーカス軸方向の光ディスク１
１の面ぶれ速度を考慮して、式（１）を満たすような相
対速度ｖ以下になるように対物レンズ２１の近接軌跡に
重畳した波の振幅と周期を決定する必要がある。例え
ば、対物レンズ２１に光ディスク１１との最大相対速度
ｖｌでｈ・ｓｉｎω・ｔ（ｈは振幅、ωは周期、ｔは時
刻）で表される波を重畳した近接軌跡であるとすると、
式（２）の関係が成り立つようする。

【数２】

【００４０】一方、対物レンズ２１の近接軌跡に重畳し
た波の振幅が小さい場合は、衝突の危険性が少なくな
り、対物レンズ２１の近接軌跡に重畳する波の周期を短
くしても振幅が小さいほど対物レンズ２１の持つ速度も
小さくなる。しかしながら、先に示したように光ディス
ク１１に対して接近させるときの重畳成分を除いた最大
速度は重畳した波の振幅に依存することから、振幅を小
さくすることは光ディスク１１に対して接近させるとき
の重畳成分を除いた最大速度の低下を招き、フォーカス
サーボ引き込みに時間がかかってしまう。よって、近接
軌跡に重畳する波の振幅はフォーカスサーボ引き込み範
囲幅として、周期は式（１）を満たすような光ディスク
１１との相対速度となるように選ぶのがよい。

【００４１】本実施形態によれば、ワーキングディスタ
ンスが光ディスク１１の面ぶれ振幅に比べて十分大きく
ない光ディスク装置において、フォーカスサーボ引き込
み時に対物レンズ２１が光ディスクに近づいていくとき
の移動パターンにフォーカスサーボ引き込み範囲程度の
微小な振幅の波を重畳させることにより、以下の効果が
期待できる。

【００４２】微小な波を重畳しない場合に比べて、合焦
点位置を通過する回数を増やせるので、フォーカスの引
き込みタイミングの発生回数が増え、フォーカスサーボ
引き込みに失敗する確率が小さくなり、対物レンズと光
ディスクが衝突する危険性を減らせる。

【００４３】フォーカスの引き込みタイミングの発生回
数は、重畳した微小振幅波形の周期に大きく依存するよ
うになるため、光ディスクの回転数や面ぶれ位置・フォ
ーカスサーボ引き込み範囲の関係によりフォーカスの引
き込みタイミングは発生する回数が大幅に違ってくると
いうことがなくなり、安定したフォーカスサーボ引き込
み動作を期待できる。

【００４４】面ぶれにより発生するフォーカスサーボ引
き込みタイミングに依存しないので、フォーカスサーボ
引き込み範囲分の距離を移動する間にディスクが数回転
もするようなゆっくりした速度で対物レンズを接近させ
ることは必要もなく、ディスク１回転中に面ぶれ振幅分
の距離を移動してしまうような高速な対物レンズの近接
も可能である。

【００４５】

【発明の効果】本発明によれば、光ディスクと対物レン
ズとの間の距離であるワーキングディスタンスが光ディ
スクの面ぶれ振幅程度以下の場合でも、焦点位置探索時
に光ディスクと対物レンズとの衝突を防ぐことが可能に
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本実施形態に関わる情報記録再生装置である
光ディスク装置の構成を示すブロック図

【図２】 光ピックアップヘッドの構成を説明するため
の図

【図３】 光ディスクと対物レンズの距離関係を模式的
に示した図

【図４】 本実施形態における光ディスクに対する対物
レンズの動作を説明した図

【符号の説明】

１１ 光ディスク １３ スピンドルモータ １４ モータ駆動回路 １５ 光ピックアップヘッド １７ フォーカス制御回路 １９ 記録再生回路 ２１ 対物レンズ ２３ レンズアクチュエータ ２５ 偏光ビームスプリッタ ２７ コリメートレンズ ２９ 半導体レーザダイオード ３１ レーザ駆動回路 ３３ 集光レンズ ３５ 光検出器

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光ディスクから記録の再生を行う光ディ
   スク装置において、 半導体レーザダイオード光を前記光ディスクの記録層に
   集光するための対物レンズと、 この対物レンズを前記光ディスクの表面に対して垂直な
   方向に移動するレンズアクチュエータと、 このレンズアクチュエータを駆動制御するフォーカス制
   御回路であって、前記対物レンズの焦点位置探索時に前
   記対物レンズを所定振幅で振動させながら前記光ディス
   クに近づけるよう制御するフォーカス制御回路とを具備
   したことを特徴とする光ディスク装置。
2. 【請求項２】 前記フォーカス制御回路は前記焦点探索
   時に前記対物レンズを三角波状に振動させながら前記光
   ディスクに近づけるよう制御することを特徴とした請求
   項１記載の光ディスク装置。
3. 【請求項３】 前記フォーカス制御回路は前記焦点探索
   時に前記対物レンズを正弦波状に振動させながら前記光
   ディスクに近づけるよう制御することを特徴とした請求
   項１記載の光ディスク装置。
4. 【請求項４】 前記フォーカス制御回路は前記焦点探索
   時に前記対物レンズをフォーカスサーボ引き込み範囲幅
   で振幅させて前記光ディスクに近づけるよう制御するこ
   とを特徴とする請求項１乃至３記載の選ぶ光ディスク装
   置。
5. 【請求項５】 光ディスクから記録の再生を行う光ディ
   スク装置の焦点探索方法であって、 半導体レーザダイオード光を前記光ディスクの記録層に
   集光するための対物レンズを前記光ディスクから所定距
   離をもった所定位置に位置させ、 この所定位置に位置した対物レンズを所定振幅で振動さ
   せながら前記光ディスクに近づけることを特徴とする光
   ディスク装置の焦点探索方法。
6. 【請求項６】 光ディスクから記録の再生を行う光ディ
   スク装置の焦点探索方法であって、 半導体レーザダイオード光を前記光ディスクの記録層に
   集光するための対物レンズを前記光ディスクから所定距
   離をもった所定位置に位置させ、 この所定位置に位置した対物レンズをフォーカスサーボ
   引き込み範囲幅で振動させながら前記光ディスクに近づ
   けることを特徴とする光ディスク装置の焦点探索方法。
7. 【請求項７】 前記対物レンズを前記光ディスクに近づ
   ける際、前記対物レンズを三角波状に振動させることを
   特徴とした請求項５乃至６記載の光ディスク装置の焦点
   探索方法。
8. 【請求項８】 前記対物レンズを前記光ディスクに近づ
   ける際、前記対物レンズを正弦波状に振動させことを特
   徴とした請求項５乃至６記載の光ディスク装置の焦点探
   索方法。