JP4527657B2 - 情報再生装置 - Google Patents

Description

本発明は、光ディスク装置、光ディスク媒体、及び光を用いて記録媒体に情報を記録／再生する光情報記憶装置に関し、特に、複数の情報記録層を有する媒体（多層媒体）より情報を再生する、青色光／青紫光を利用する高密度光ディスクや、同高密度光ディスクの再生に対応した、多方式／多規格互換の情報再生装置に関する。

光ディスクに代表される光学記録媒体の多層化が進んでいる。この多層化につれ、光ヘッド（光ピックアップ）において、読出す層の深さが異なることにより生じる、球面収差の補正が問題となっている。この球面収差の補正のために、従来においては、機械的なレンズの駆動によって球面収差を補正する方法が用いられてきたが、レンズ駆動のための機構によって、光ヘッドが大きくなっていた。そこで、近年、例えば、特開２００５−２３５３２６号公報や特開２００２−３５７８０４号公報のように、機械的なレンズの駆動に代えて、液晶レンズ素子を用いて、電気的にレンズ作用を切替えることで、レンズ駆動用の機構を省き、小型化できる光ヘッドが提案されている。

また、特開平１０−９７７２０号公報、特開平１１−２５４６７号公報、特開２００５−１２２８６２号公報には対物レンズ位置センサが記載され、特開平９−１１５１４６号公報にはフォーカスアクチュエータに位置センサや速度センサを搭載することが記載されている。しかし、いずれもセンサの具体的構造については記載がない。

特開２００５−２３５３２６号公報 特開２００２−３５７８０４号公報 特開平１０−９７７２０号公報 特開平１１−２５４６７号公報 特開２００５−１２２８６２号公報 特開平９−１１５１４６号公報

但し、このような液晶レンズ素子として、例えば特開２００２−３５７８０４号公報のような回折型の液晶レンズ素子を用いると、レンズが非作用の状態から、作用した状態へ、不連続に変化する。ここでは、回折型も含め、液晶レンズ素子の駆動時に、収束／発散量が不連続に変化するタイプの液晶レンズを、切替型の液晶レンズ素子と呼ぶ。

このような液晶レンズ素子では、図２（Ａ）〜（Ｃ）のように、切替の途中で、レンズを素通りした光（非作用の光）と、レンズで収束／発散した光（作用した光）が、光路中に混在する。例えば、切替途中の図２（Ｂ）では、液晶レンズ素子１８を通過した光は、レンズ非作用の光と、レンズ作用した光の量が、時間と共に変化し、記録媒体８にある２層の記録層に各々集光される。このため、多層媒体中で、複数の情報記録層に、中途半端にフォーカスされた焦点が同時に生じる場合がある。これにより、情報記録媒体からの戻り光の光量差を検出することにより焦点ずれ量を検出する受光部において、２つの焦点の光が混じり、焦点サーボとトラッキングサーボが不安定になるという問題が新たに生じるようになった。

具体的には、Ｓ字信号の変化の例を示す図２（ａ）〜（ｃ）のように、１層目のフォーカス誤差信号（１層目Ｓ字信号４）と、２層目のフォーカス誤差信号（２層目Ｓ字信号５）が混在し、時間と共に２つの焦点からの信号量が変化する。図２の横軸は対物レンズ高さH、縦軸はフォーカス誤差信号FEである。このため、１層目Ｓ字信号上にフォーカス目標点６があった場合、１層目Ｓ字信号が液晶レンズの切替えによって消えてしまうと、サーボが外れてしまう（図２（ｃ））。また、ディスクの製造公差によって層間隔に誤差がある場合、１層目と２層目Ｓ字の距離が近づいて、２つの信号が重なり、切替中のサーボが不安定になる。

従来、機械的なレンズ駆動で補正していた場合は、収束／発散量が、補正レンズ位置の変化に応じて徐々に連続的に変化していたため、この液晶レンズの様な問題は生じていなかった。特に回転式の情報記録媒体を用いる光情報再生装置においては、サーボ制御が不安定になると、記録媒体の回転振れなどによって、記録媒体と光ヘッドの対物レンズが衝突し、キズなどにより、媒体の記録情報が読めなくなったり、対物レンズの集光特性が劣化するという問題が新たに生じるようになった。

このように、液晶レンズ素子を用いた光ヘッドにおいては、液晶レンズの切替時におけるサーボ制御の安定化と、対物レンズの制御方法が課題であった。

（用語の定義）
なお、本明細書においては、液晶へ印加する電圧を変化させることでレンズ作用を切換える素子のことを、液晶レンズ素子または、単に液晶レンズとも呼ぶ。特に、切替型の液晶レンズ素子のことを、不連続切替型のレンズ素子とも呼ぶ。

焦点ずれ量のことを、フォーカスずれ量とも呼ぶ。
焦点位置制御のことをフォーカスサーボとも呼ぶ。トラッキング制御のことをトラッキングサーボとも呼ぶ。

自動焦点調節のための、焦点ずれ量の検出信号のことを、フォーカス誤差信号またはＦＥ信号（Focus Error信号）とも呼ぶ。フォーカスずれ量に対するＦＥ信号の変化を、走査検出したもの（またはグラフ化（プロット）したもの）を、Ｓ字信号（またはＳ字曲線）とも呼ぶ。

焦点位置制御における、焦点の目標位置をずらすことを、フォーカスオフセットを与える、またはフォーカスバイアスを与える、または目標位置に対してバイアスをかけると呼ぶ。

液晶レンズに加える電圧（または電圧波形）を変化させることで、焦点の位置が変化する際、その焦点位置の変化する方向を、焦点の切替方向とも呼ぶ。

情報記録媒体に光を照射し、反射して戻ってきた光を、戻り光とも呼ぶ。
復号を行う戻り光量に比例した再生信号のことを、復号用の高周波（Radio-Frequency）成分を持つ信号として、ＲＦ信号とも呼ぶことにする。

なお、本願においては、光情報再生を行う装置だけでなく、光ヘッドにあたる光ピックアップ単体についても含めて、光情報再生装置と呼ぶことにする。

（解決手段）
本発明では、液晶レンズ素子を用いた光学情報再生装置において、液晶レンズの切替時における対物レンズのサーボ制御の安定性を向上するため、切替の手順とそのサーボ回路を工夫する。これにより、特に回転式の記録媒体を使用する光ディスク装置の光ヘッドへの液晶レンズ素子の使用を可能とし、高信頼の小型光ディスク装置の提供を可能とする。

本発明の一態様の光ディスク装置は、液晶レンズ切替時、切替方向に応じたフォーカスバイアスを加える手段を有している。従来は、切替時にサーボのかかっていた層からのＳ字信号が消えることにより制御が不定となり、フォーカスサーボが外れるといった問題が起こっていた。そこで、本発明においては、フォーカスバイアスを与えることで、サーボ制御を継続したままであっても、Ｓ字消失時の焦点の移動方向をバイアスにより定め、切替先の層へ正しく焦点位置を移動させる。

また、本発明の別の態様の光ディスク装置は、液晶レンズの切替時に、対物レンズ位置センサで検出されるレンズ位置によるサーボへ切替え、レンズの位置を固定（ホールド）する。そして、液晶レンズの切替終了後に、切替先の層のＳ字信号（FE信号）が閾値以上で検出された時に、レンズ位置によるサーボを解除し、通常のサーボへ復帰する。従来は、液晶レンズ切替中、２つのＳ字信号が重なり、正しいＳ字波形が得られなくなることで、サーボ制御が不安定となり外れるといった問題が起こっていた。そこで、本発明においては、切替中にレンズの位置を固定し、正しいＳ字信号が検出できるようになってから元のサーボ制御へ復帰することで、制御を安定化する。

本発明では、液晶レンズの切替時のサーボ制御を工夫することにより、多層光ディスクを再生する光学情報再生装置において、ディスク（記録媒体）と対物レンズの衝突を防ぎ、正しく移動先の記録層へ焦点位置を移動できる。

また、本発明では、光学系に液晶レンズを用いることで、従来製品に用いられてきたようなレンズの機械的駆動が不要となり、振動に強く小型の光ヘッドが実現でき、光ディスク装置のサイズを小さくすることができる。また、切替時間の長い液晶レンズ素子を使う場合でも、複数層からのＳ字信号や、擬焦点からのＳ字信号が重なった場合であっても、元のＳ字信号位置を基準にして層間移動できるため、正しく移動先の層へ焦点移動できるという利点を有する。これらの光ヘッドは、ビームエキスパンダ等の機械的な補正レンズの駆動や位置制御が不要となるため、小型化しやすく、振動に強く、長寿命化でき、また従来通り低コストで製造できるという利点がある。また、部品数が少なく調整コストも低く抑えることができる。

これらによって、球面収差を補正する必要のある、特に青色光／青紫光を用いる高密度の多層光ディスクにおいて、振動に強く小型で、信頼性の高い光ディスク装置を、安価に提供できる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。理解を容易にするため、各図において、同じ作用を示す部分には同じ符号を付して説明する。

（フォーカスバイアス印加手段を備えた情報再生装置の構成例）
本発明による情報再生装置の、実施の形態の、第一の構成例とその動作について、図１、図３〜図５を用いて説明する。図１は制御の流れを示す図であり、図３及び図４はフォーカスサーボ用のＳ字信号と呼ばれる信号の挙動と制御点を示す図である。図５は装置の構成例を示す概略図である。本実施例は、液晶レンズ素子の切替時のサーボを、フォーカスバイアス印加により安定化した例である。

以下、図５を用いて装置の全体構成例を説明する。情報記録媒体である光ディスク８は、回転サーボ回路９によって回転速度が制御されたモータ１０上に取付けられている。この媒体に対して、レーザ駆動回路１１により駆動された半導体レーザ１２からの光を照射する。半導体レーザ１２は、例えば青色半導体レーザである。半導体レーザ１２の光は、３スポット法用の回折格子１３、コリメートレンズ１４、ビーム整形プリズム１５を順に通過する。レーザ光は、反射鏡１６により向きを変え、偏光ビームスプリッタ１７と、液晶レンズ素子１８と、λ／４板１９を通過して、対物レンズ２０により、光ディスク８の記録膜上に集光照射される。

対物レンズ２０はアクチュエータ２１上に取付けられており、焦点位置を、焦点サーボ回路２２の信号によって高さ方向（フォーカス方向）に、トラッキングサーボ回路２３の信号によってトラック方向に、それぞれ駆動できるようになっている。また、この時、フォーカスバイアス加算手段２４によって、対物レンズ位置の制御点を、フォーカスバイアス７（図３、図４参照）の分だけシフトできるようになっている。また、この時、液晶レンズ素子１８によって、２層ディスクの層切替に応じた球面収差が補正される。液晶レンズ素子１８は、主制御回路３５の制御電圧に応じて、レンズ作用を切替える。球面収差が補正されることで、集光された光スポットを、十分小さく絞ることができる。この光によって、光ディスク８上に記録された微細なマークパターンを読み取る。フォーカスバイアス７は、層切替え方向に応じて正または負のバイアスとしてフォーカス誤差信号FEへ加算される。

図３・図４の例では、一層目から二層目へ液晶レンズを切替える際は正のフォーカスバイアス７を、二層目から一層目へ戻る際は負のフォーカスバイアス７を与えている。これにより、液晶レンズの切替えによって、元の層のＳ字波形が消えた後も、正しく切替後の層のＳ字波形へ向かって、動作点６が引込まれる。この手順を示したものが、図１の切替制御手順である。即ち、液晶レンズの切替時に、フォーカス誤差信号FEへバイアスを印加し、液晶レンズの十分な切替えを待ち、切替後のＳ字波形上へサーボの動作点が引込まれた後に、フォーカスバイアスを除去する。

光ディスク８によって、照射されたうち一部の光は反射され、再び対物レンズ２０、λ／４板１９、液晶レンズ素子１８を通過して、偏光ビームスプリッタ１７によって、今度はシリンドリカルレンズ２５の方向に分離される。分離された光は、シリンドリカルレンズ２５、検出レンズ２６を通り、受光素子チップ２７上の四分割光検出器にて検出され、電気信号に変換される。この電気信号を、光電流アンプ２８で増幅し、この信号を元に加減算して、焦点サーボ回路２２にてフォーカス誤差信号を、トラッキング誤差信号生成回路２３にてトラッキング誤差信号を、加算器３０にて再生信号（ＲＦ信号）を生成する。

フォーカス誤差信号FEは、例えば、上記構成を用いて、非点収差法によって、情報記録媒体である光ディスクからの戻り光を、四分割光検出器にて検出し、四分割受光面の対角受光面の光量和の差を検出することにより求められる。またトラッキング誤差信号は、四分割受光面の各受光面の光量を、３スポット法の各サブスポット受光面の分割線の方向に足し合わせた光量和信号の、差を検出することにより求められる。この信号と、各サブスポットの光量差信号を加減算して、差動プッシュプル法によりトラッキング誤差信号を生成しても良い。これらの信号によって、アクチュエータ２１を駆動し、誤差信号をゼロとする方向へ位置補正することにより、対物レンズ２０の位置をサーボ制御する。

一方、再生信号は、等価回路３１、レベル検出回路３２、同期クロック生成回路３３を経て、復号回路３４にて、記録された元のデジタル信号に変換される。また、同期クロック生成回路３３は同時に、再生信号を直接検知して同期信号を生成し、復号回路３４へ供給する。これらの一連の回路は、主制御回路３５によって統括的に制御される。

即ち、本実施例の情報再生装置においては、情報記録媒体に対し光を照射するための光源と、光源から情報記録媒体へ至る光路中に挿入された液晶レンズ素子と、情報記録媒体からの戻り光の光量差を検出することによりフォーカス誤差量を検出する受光部と、フォーカス誤差量を帰還して焦点位置制御する帰還制御手段と、液晶レンズ素子の切替中に帰還制御の目標位置に対して切替方向に応じたバイアスをかける手段とを有しており、液晶レンズ切替と同期して、切替方向に応じたフォーカスバイアスを加えることで、切替中にＳ字の重なりでサーボが不安定となる点を外し、かつ元の層のＳ字消失後、自動的に移動先のＳ字へ乗移れる。その結果、Ｓ字の出現と消失を利用して自動的に移動先の層へ焦点を移動できるという利点がある。また、サーボをかけたままで移れるので、元の層の位置を基準に移動できるため、確実に隣の層へ移れる。また、サーボの再引込みが不要で、引込みのための時間が短縮でき、信頼性も向上するという利点がある。また、Ｓ字の重なり検出も不要であり、低コストでサーボ制御系を構成できるという利点がある。本方法では、その動作原理から、液晶レンズの切替え方向に応じた、正／負のフォーカスバイアスを与えることが必要で、これにより制御点が図２（ｃ）のように不定となることを防ぎ、切替時のフォーカス制御を安定化している。

本構成を用いることで、液晶レンズ素子を用いた光ディスク装置等、情報再生装置において、フォーカスバイアスの印加という簡易な手法を用いて、焦点の層間移動が低コストに実現できる。また、フォーカスサーボを外すことなく移動できるので、確実に隣の記録層へ移れることで、振動の多い環境においても、高い信頼性を保持できる。また、本例では２層ディスクであったが、さらに層数の多いディスク等の記録媒体を用いて、複数層のＳ字信号や、擬似焦点からのＳ字信号が重なった場合であっても、元のＳ字信号位置を基準にして層間移動できるため、正しく移動先の層へ焦点移動できるという利点を有する。

なお、本構成例では、液晶レンズ素子として、不連続切替型のレンズ素子を使用している。不連続切替型の液晶レンズ素子は、例えばフレネルレンズ構造を採用することで、電極間の液晶層の厚みを減らせるため、小さな液晶素子で大きなレンズ作用を生じることができる。これにより、ピックアップを小型化することができる。また、液晶層の薄い素子を利用できることで、応答時間を短縮して、より高速に層切替できる。このため動作を高速化できるという利点を有する。

（対物レンズのホールド機能を有する情報再生装置の構成例）
本発明による情報再生装置の、実施の形態の、第二の構成例とその動作について、図６〜図８を用いて説明する。図６は制御の流れを示す図であり、図７は装置の構成例を示す図、図８は各制御信号の挙動を示す図である。本実施例は、液晶レンズ素子の切替中に、対物レンズ位置を位置センサで検知しサーボ保持する例である。

以下、図７を参照して装置の全体構成例を説明する。情報記録媒体である光ディスク８は、回転サーボ回路９によって回転速度が制御されたモータ１０上に取付けられている。モータには回転検出手段３６が備わっており、回転同期信号が生成される。媒体に対しては、レーザ駆動回路１１により駆動された半導体レーザ１２からの光を照射する。半導体レーザ１２は、例えば青色半導体レーザである。半導体レーザ１２の光は、３スポット法用の回折格子１３、コリメートレンズ１４、ビーム整形プリズム１５を順に通過する。レーザ光は、反射鏡１６により向きを変え、偏光ビームスプリッタ１７と、液晶レンズ素子１８と、λ／４板１９を通過して、対物レンズ２０により、光ディスク８の記録膜上に集光照射される。

対物レンズ２０はアクチュエータ２１上に取付けられており、焦点位置を、焦点サーボ回路２２の信号によって高さ方向（フォーカス方向）に、トラッキングサーボ回路２３の信号によってトラック方向に、それぞれ駆動できるようになっている。また、対物レンズ２０の直近には、対物レンズ位置センサ４０が取付けられており、対物レンズの高さ方向（フォーカス方向）の位置を検知して、対物レンズ位置信号４１を得ることができる。対物レンズ位置センサとしては、反射型フォトカプラを用いている。また、液晶レンズ素子１８によって、２層ディスクの層切替に応じた球面収差が補正される。液晶レンズ素子は、主制御回路３５の制御電圧に応じて、レンズ作用を切替える。球面収差が補正されることで、集光された光スポットを、十分小さく絞ることができる。この光によって、光ディスク８上に記録された微細なマークパターンを読み取る。

光ディスク８によって、照射されたうち一部の光は反射され、再び対物レンズ２０、λ／４板１９、液晶レンズ素子１８を通過して、偏光ビームスプリッタ１７によって、今度はシリンドリカルレンズ２５の方向に分離される。分離された光は、シリンドリカルレンズ２５、検出レンズ２６を通り、受光素子チップ２７上の四分割光検出器にて検出され、電気信号に変換される。この電気信号を、光電流アンプ２８で増幅し、この信号を元に加減算して、焦点サーボ回路２２にてフォーカス誤差信号を、トラッキング誤差信号生成回路２３にてトラッキング誤差信号を、加算器３０にて再生信号（ＲＦ信号）を生成する。フォーカス誤差信号や、トラッキング誤差信号の生成方法は、実施例１と同様である。

また、対物レンズ位置信号４１を帰還制御して、対物レンズ位置指令電圧４４に応じて対物レンズ高さを調節できる、対物レンズ位置帰還制御手段４２を有している。また、帰還切替手段３７を備えており、前記フォーカス誤差信号による帰還制御と、前記対物レンズ位置信号による帰還制御とを、帰還切替信号によって切替えられるようになっている。

この切替えと、液晶レンズの切替えの手順を示したのが、図６の切替え制御手順である。即ち、ディスクの回転を回転同期信号によって検知し、対物レンズ高さが最下点となる位置で、帰還制御をレンズ位置の帰還へ切替え、対物レンズの位置を最下点位置、すなわち光ディスク８から最も離れた位置にホールドする。次に液晶レンズの切替えを開始し、液晶レンズの十分な切替えを待って、再び回転同期信号によって最下点位置に対応するディスク回転位置へ達してから、フォーカス誤差信号FEの閾値検出を待ち、一定以上の強度のＳ字信号が検出され、移動先の層のＳ字信号へ動作点を引込めるようになったら、帰還制御をフォーカス誤差信号の帰還へ戻して、レンズ位置のホールドを解除する。以上が図６の手順である。なお、フォーカス誤差信号FEを、回転同期信号と同期して検出するための、Ｓ字信号検出手段３９を有している。

この具体的な信号およびサーボ動作の様子を示したのが、図８である。ディスクの回転振れによって、一層目記録層高さ６１と二層目記録層高さ６２は、変動している。フォーカスサーボのかかった通常サーボ状態６３では、焦点位置は回転振れに追従している。対物レンズとディスクの衝突を避けるため、対物レンズ高さが最低となる最下点位置で、サーボをレンズ位置信号による帰還制御へ切替えて（帰還切替信号）、レンズ位置をホールドし、ホールド状態６４へ移行する。同時に回転位置を回転同期信号により記憶し、液晶レンズ駆動信号を切替える。一層目光量６７と二層目光量６８の光量比が変化しはじめる。十分に二層目光量６８が大きくなり、液晶レンズが切替ったら、回転同期信号を検知し、フォーカス誤差信号FEの閾値検出を待つ。一定強度以上のＳ字信号が検出され、移動先の層のＳ字信号へ動作点を引込めるようになったら、帰還切替信号を戻して、帰還制御を再びフォーカス誤差信号の帰還へ戻して、レンズ位置のホールドを解除し、通常サーボ状態へ復帰する。これにより、Ｓ字信号へ動作点が引込まれ、焦点位置が移動先の二層目記録層高さ６２へ追従するようになる。以上が、図８の一連の動作である。

もう一度図７へ戻り、説明を続けると、再生信号は、等価回路３１、レベル検出回路３２、同期クロック生成回路３３を経て、復号回路３４にて、記録された元のデジタル信号に変換される。また、同期クロック生成回路３３は同時に、再生信号を直接検知して同期信号を生成し、復号回路３４へ供給する。これらの一連の回路は、主制御回路３５によって統括的に制御される。これらは実施例１と同様である。

即ち、本実施例の情報再生装置においては、情報記録媒体に対し光を照射するための光源と、光源から情報記録媒体へ至る光路中に挿入された液晶レンズ素子と、光路中に挿入された対物レンズと、対物レンズの焦点方向位置を検出するレンズ位置センサと、情報記録媒体からの戻り光の光量差を検出することによりフォーカス誤差量を検出する受光部と、フォーカス誤差量を帰還して対物レンズ位置制御する帰還制御手段と、レンズ位置センサの検出したレンズ位置信号を帰還して対物レンズ位置制御する帰還制御手段と、液晶レンズ素子の切替中にレンズ位置信号による帰還制御へ切替える切替手段とを有している。切替中、Ｓ字曲線の重なりでサーボが不安定となる間、レンズ位置を固定（ホールド）することにより、記録媒体と対物レンズとの衝突を避けつつ、レンズ位置を記録層近傍に保持できる。これにより、切替中の焦点サーボを安定化できる。また、レンズ位置を検出しない方法に比べて、切替え中のレンズ位置の保持精度が高い。これにより、切替中のレンズ退避のためのレンズの移動量が小さくて済み、一連の層切替え処理を高速化できるという利点を有する。また、レンズ位置をサーボによって高精度にホールドできるため、液晶レンズの切替中のＳ字信号が検出でき、切替え終了判定が確実にできるという利点を有する。

また、本構成では、情報記録媒体は回転式の記録媒体であり、切替手段は、情報記録媒体の回転に同期してフォーカス誤差量の帰還制御とレンズ位置信号の帰還制御とを切替えている。回転同期を取って帰還制御を切替えることで、液晶レンズ切替えの開始点を媒体から離れた安全な位置とし、対物レンズを媒体の衝突を防ぐことができる安全な位置へ保持することができる。この効果は、特に青色光を光源として用い、対物レンズの差動距離（Working Distance）の小さな情報再生装置において高い。対物レンズと記録媒体との衝突を防ぎ、装置および記録情報の信頼性・寿命を向上できるという利点を有する。

また、本構成では、情報記録媒体は回転式の記録媒体であり、切替手段は、情報記録媒体の回転に同期して焦点ずれ量信号のＳ字信号を検出して、液晶レンズ素子の切替終了判定を行っている。また、本実施例の情報再生装置では、回転式の情報記録媒体に対し光を照射するための光源と、光源から情報記録媒体へ至る光路中に挿入された液晶レンズ素子と、光路中に挿入された対物レンズと、情報記録媒体からの戻り光の光量差を検出することによりフォーカス誤差量を検出する受光部と、フォーカス誤差量を帰還して焦点位置制御する帰還制御手段と、情報記録媒体の回転に同期してフォーカス誤差量のＳ字信号を検出する手段を有し、帰還制御手段は液晶レンズ素子の切替中に対物レンズの位置を保持（ホールド）する切替手段を有し、保持（ホールド）中にＳ字信号を検出して液晶レンズ素子の切替終了判定を行っている。液晶レンズの切替え終了を、ホールド中のＳ字信号により検出できることで、検出をせずに十分な待ち時間を取る場合に比べて、切替え処理をより速く終えることができ、装置のアクセス速度を高速化できるという利点を有する。

特に、液晶素子は、周囲温度による切替時間の変化が大きいため、Ｓ字検出によって、例えばピックアップ内の温度分布のばらつきによらず正しく切替え終了を判定できる。これにより、単純に一定時間切替え待ちする場合に比べ、層切替処理を速くできる。また、媒体の回転ムラに不確定な揺らぎがある場合も、回転同期により複数回正しく検出しなおせ、媒体の回転ムラの平均軌跡や不確定揺らぎ量を見積り、安全な切替えタイミングを知ることができる。これにより層切替時、焦点位置の移動を確実に行え、アクセスの信頼性を向上できるという利点を有する。

また、本構成では、情報記録媒体は回転式の記録媒体であり、切替手段は、焦点ずれ量信号の閾値検出を行って、一定閾値以上の信号検出時に、レンズ位置信号の帰還を解除している。この手順により、移動先の層のＳ字信号へ確実に動作点が引込まれ、液晶レンズ切替えの終了後、正しく元のサーボに復帰することができる。これにより、層切替え後のサーボの安定性が向上し、アクセスの信頼性が向上するという利点を有する。

以上、本実施例による情報再生装置は、液晶レンズと対物レンズ位置センサを用い、レンズ位置サーボへの切替え、ホールドを行い、液晶レンズ切替後に、切替先の層の閾値以上のＳ字検出で位置サーボを解除し、通常サーボへ復帰するという手順によって、確実な層間移動アクセスと、切替え処理の高速化を行っている。

なお、本構成例でも、液晶レンズ素子として、不連続切替型のレンズ素子を使用できる。不連続切替型の液晶レンズ素子を使うことによる利点は、実施例１と同様であり、応答時間を短縮して、より高速に層切替できることで、装置動作を高速化できる。

（対物レンズの揺動機能を有する情報再生装置の構成例）
本発明による情報再生装置の、実施の形態の、第三の構成例について、図９〜図１０を用いて説明する。本実施例の情報再生装置は、実施例２において、十分なディスクの回転振れが検出できない場合に、液晶レンズ素子の切替中に、対物レンズ位置を発振手段により意図的に上下動させることができる装置構成例である。

以下、図９を参照して装置の全体構成例を説明する。情報記録媒体である光ディスク８は、回転サーボ回路９によって回転速度が制御されたモータ１０上に取付けられている。モータには回転検出手段３６が備わっており、回転同期信号が生成される。媒体に対しては、レーザ駆動回路１１により駆動された半導体レーザ１２からの光を照射する。半導体レーザ１２は、例えば青色半導体レーザである。半導体レーザ１２の光は、３スポット法用の回折格子１３、コリメートレンズ１４、ビーム整形プリズム１５を順に通過する。レーザ光は、反射鏡１６により向きを変え、偏光ビームスプリッタ１７と、液晶レンズ素子１８と、λ／４板１９を通過して、対物レンズ２０により、光ディスク８の記録膜上に集光照射される。この光によって、光ディスク８上に記録された微細なマークパターンを読み取る。

対物レンズ２０はアクチュエータ２１上に取付けられており、焦点位置を、焦点サーボ回路２２の信号によって高さ方向（フォーカス方向）に、トラッキングサーボ回路２３の信号によってトラック方向に、それぞれ駆動できるようになっている。また、液晶レンズ素子１８によって、２層ディスクの層切替に応じた球面収差が補正される。液晶レンズ素子は、主制御回路３５の制御電圧に応じて、レンズ作用を切替える。

光ディスク８によって、照射されたうち一部の光は反射され、再び対物レンズ２０、λ／４板１９、液晶レンズ素子１８を通過して、偏光ビームスプリッタ１７によって、今度はシリンドリカルレンズ２５の方向に分離される。分離された光は、シリンドリカルレンズ２５、検出レンズ２６を通り、受光素子チップ２７上の四分割光検出器にて検出され、電気信号に変換される。この電気信号を、光電流アンプ２８で増幅し、この信号を元に加減算して、焦点サーボ回路２２にてフォーカス誤差信号を、トラッキング誤差信号生成回路２３にてトラッキング誤差信号を、加算器３０にて再生信号（ＲＦ信号）を生成する。フォーカス誤差信号や、トラッキング誤差信号の生成方法は、実施例１と同様である。

また、帰還切替手段３７を備えており、前記フォーカス誤差信号による帰還制御と、対物レンズ位置の直接駆動信号による帰還制御とを切替えられるようになっている。この切替えと、液晶レンズの切替えの手順は、図６の切替え制御手順と同様である。但し、実施例２の様に対物レンズ高さが最下点となる回転位置が確実には分からないため、切替え直後に、すばやく対物レンズ位置をディスクと衝突しない位置へ退避する。次に液晶レンズの切替えを開始し、液晶レンズの十分な切替えを待つ。ディスクを回転しつつ、回転振れによってディスクが衝突しない位置を、対物レンズ上下動発振手段３８により探りつつ、徐々に対物レンズ高さ調節する。Ｓ字信号検出手段３９によって、フォーカス誤差信号FEより移動先の層のＳ字信号が得られる位置へ調節できたら、Ｓ字信号の閾値検出を待ち、一定以上の強度のＳ字信号が検出されたところで、帰還制御を再びフォーカス誤差信号の帰還へ戻して、通常サーボ状態へ復帰する。これにより、Ｓ字信号へ動作点が引込まれ、焦点位置が移動先の層へ追従するようになる。

この具体的な信号およびサーボ動作の様子を示したのが、図１０である。ディスクの回転振れによって、一層目記録層高さ６１と二層目記録層高さ６２は、緩やかに変動している。フォーカスサーボのかかった通常サーボ状態６３では、焦点位置は回転振れに追従している。対物レンズとディスクの衝突を避けるため、回転振れを十分に避けられる高さまで、対物レンズを退避する。その後、徐々に対物レンズを光ディスクに近づけて、再びフォーカス誤差信号FEにてＳ字信号が観測される位置まで接近する。閾値以上のＳ字信号が観測されたら、対物レンズ上下動発振手段３８により対物レンズ２０の上下動を開始し、液晶レンズ駆動信号を切替える。一層目光量６７と二層目光量６８の光量比が変化しはじめる。この間、フォーカス誤差信号FEには、光量比に応じた一層目と二層目のＳ字信号が混在するが、切替途中の個々のＳ字振幅は、切替前に比べて減少する。十分に液晶レンズが切替ると、一層目のＳ字信号がほぼ消失し、二層目のＳ字信号が大きくなる。二層目光量６８が大きくなり、液晶レンズが切替ったら、対物レンズ上下動発振手段３８の上下動の反転を検知し、フォーカス誤差信号FEの閾値検出を待つ。一定強度以上のＳ字信号が検出され、移動先の層のＳ字信号へ動作点を引込めるようになったら、帰還切替信号を戻して、帰還制御を再びフォーカス誤差信号の帰還へ戻して、通常サーボ状態へ復帰する。これにより、Ｓ字信号へ動作点が引込まれ、焦点位置が移動先の二層目記録層高さ６２へ追従するようになる。以上が、図１０の一連の動作である。その他信号処理の動作は、実施例２と同様である。

即ち、本実施例の情報再生装置は、液晶レンズ素子の切替中に対物レンズを揺動させる発振手段を有し、ディスクの回転ムラが少なくＳ字が検出されない場合は、対物レンズアクチュエータを意図的に揺動することでＳ字を検出することができる。媒体の回転振れがなくＳ字が検出しにくい場合であっても、対物レンズを意図的に上下動させることによって、液晶レンズ素子切替中および切替終了時のＳ字信号を検知できる。これにより、反りや回転振れが少ない媒体の再生時も、液晶レンズ素子の切替終了を検知して、層切替処理を正しく行うことができ、装置の動作信頼性が向上するという利点を有する。

（カード型多層記録媒体の情報再生装置の構成例）
本発明による情報再生装置の、実施の形態の、第四の構成例について、図１１〜図１２を用いて説明する。本実施例は、記録媒体としてカード型の多層記録媒体を用いた場合の装置構成例である。多層記録媒体としては、図１１のようなカード型多層記録媒体８０を用いている。本例では、媒体中に３層の記録層８１を備えている。

以下、図１２を参照して装置の全体構成例を説明する。カード型情報記録媒体８０は、回転サーボ回路９によって回転速度が制御されたモータ１０上によって、水平方向へスライド駆動できるようになっている。媒体に対しては、レーザ駆動回路１１により駆動された半導体レーザ１２からの光を照射する。半導体レーザ１２の光は、コリメートレンズ１４を通過し、反射鏡１６により向きを変え、偏向ビームスプリッタ１７と、液晶レンズ素子１８ａと１８ｂと、λ／４板１９を通過して、対物レンズ２０により、カード型情報記録媒体８０の記録膜８１上に集光照射される。この光によって、記録膜８１上に記録された微細なマークパターンを読み取る。

対物レンズ２０はアクチュエータ２１上に取付けられており、焦点位置を、焦点サーボ回路２２の信号によって高さ方向（フォーカス方向）に、トラッキングサーボ回路２３の信号によってトラック方向に、それぞれ駆動できるようになっている。また、液晶レンズ素子１８ａと１８ｂによって、３層の記録膜８１に応じた球面収差が補正される。液晶レンズ素子１８ａは一層目と二層目を切替えるレンズ素子、１８ｂは二層目と三層目を切替えるレンズ素子である。これによって、３層の記録膜に応じた球面収差が補正される。液晶レンズ素子１８ａと１８ｂは、主制御回路３５の制御電圧に応じて、レンズ作用を切替える。

カード型情報記録媒体８０によって、照射されたうち一部の光は反射され、再び対物レンズ２０、λ／４板１９、液晶レンズ素子１８ｂと１８ａを通過して、偏向ビームスプリッタ１７によって、今度はシリンドリカルレンズ２５の方向に分離される。分離された光は、シリンドリカルレンズ２５、検出レンズ２６を通り、受光素子チップ２７上の四分割光検出器にて検出され、電気信号に変換される。この電気信号を、光電流アンプ２８で増幅し、この信号を元に加減算して、焦点サーボ回路２２にてフォーカス誤差信号を、トラッキング誤差信号生成回路２３にてトラッキング誤差信号を、加算器３０にて再生信号（ＲＦ信号）を生成する。フォーカス誤差信号や、トラッキング誤差信号の生成方法や、液晶レンズの切替えの手順は、実施例１と同様である。実施例１のディスクの回転に相当する動きが、モータによる媒体の横方向の動きに置換っている。フォーカスバイアス７は、フォーカスバイアス加算手段２４によって、層切替え方向に応じて正または負のバイアスとしてフォーカス誤差信号３へ加算される。一層目から二層目へ液晶レンズ１８ａを切替える際は正のフォーカスバイアス７を、二層目から一層目へ戻る際は負のフォーカスバイアス７を与える。同様に二層目から三層目へ液晶レンズ１８ｂを切替える際は正のフォーカスバイアス７を、三層目から二層目へ戻る際は負のフォーカスバイアス７を与える。これにより、液晶レンズの切替えによって、元の層のＳ字波形が消えた後も、正しく切替後の層のＳ字波形へ向かって、動作点が引込まれる。

即ち、本実施例の情報再生装置は、複数の記録膜を有するカード型情報記録媒体に対し、光を照射するための光源と、光源からカード型情報記録媒体へ至る光路中に挿入された液晶レンズ素子と、カード型情報記録媒体からの戻り光の光量差を検出することによりフォーカス誤差量を検出する受光部と、フォーカス誤差量を帰還して焦点位置制御する帰還制御手段と、液晶レンズ素子の切替中に帰還制御の目標位置に対して切替方向に応じたバイアスをかける手段とを有しており、液晶レンズ切替と同期して、切替方向に応じたフォーカスバイアスを加えることで、元の層のＳ字消失後、自動的に移動先のＳ字へ乗移れる。その結果、Ｓ字の出現と消失を利用して自動的に移動先の層へ焦点を移動できる。また、サーボをかけたままで移れるので、サーボの再引込みが不要で、引込みのための時間が短縮できるという利点がある。

なお、本発明による液晶レンズ素子と層切替の一連の手順は、実施例１と実施例２と実施例３の構成例の任意の組合せて用いても効果があり、例えばディスクの回転振れ量に応じて、実施例１と実施例２のうち、より安全または高速な方法を用いて切替処理を行っても良い。この場合、装置の構成として、実施例１や、実施例２を組合せたような実施の形態でもよい。また、実施例４に対して、実施例２と実施例３の構成例を任意に組合せて用いてもよい。各実施例に述べた各構成の利点は、組合せた構成の実施例でも得ることができる。

本発明による層選択切替時のフォーカス制御手順の例を示す図。 液晶レンズ素子切替時の、光量の切替り方と、Ｓ字信号の変化の例を説明する図。 一層目から二層目へ切替時のフォーカスバイアス印加時のサーボ動作の例を説明する図。 二層目から一層目へ切替時のフォーカスバイアス印加時のサーボ動作の例を説明する図。 本発明による情報再生装置の構成例を示す図。 本発明による層選択切替時のフォーカス制御手順の例を示す図。 本発明による情報再生装置の構成例を示す図。 本発明による層切替時のフォーカスサーボ動作の例を説明する図。 本発明による情報再生装置の構成例を示す図。 本発明による対物レンズの駆動手順を説明する図。 カード型多層記録媒体の構造例を示す図。 本発明による、カード型記録媒体の情報再生装置の構成例を示す図。

符号の説明

４…一層目Ｓ字信号
５…二層目Ｓ字信号
６…動作点
７…フォーカスバイアス
８…光ディスク
９…回転サーボ回路
１０…モータ
１１…レーザ駆動回路
１２…半導体レーザ
１３…回折格子
１４…コリメートレンズ
１５…ビーム整形プリズム
１６…反射鏡
１７…偏光ビームスプリッタ
１８…液晶レンズ素子
１９…λ／４板
２０…対物レンズ
２１…アクチュエータ
２２…焦点サーボ回路
２３…トラッキングサーボ回路
２４…フォーカスバイアス加算手段
２５…シリンドリカルレンズ
２６…検出レンズ
２７…受光素子チップ
２８…光電流アンプ
３０…加算器
３１…等化回路
３２…レベル検出回路
３３…同期クロック生成回路
３４…復号回路
３５…主制御回路
３６…回転検出手段
３７…帰還切替手段
３８…対物レンズ上下動発振手段
３９…Ｓ字信号検出手段
４０…対物レンズ位置センサ
４１…対物レンズ位置信号
４２…対物レンズ位置帰還制御手段
４４…対物レンズ位置指令電圧
６１…一層目記録層高さ
６２…二層目記録層高さ
６３…通常サーボ状態
６４…ホールド状態
６７…一層目光量
６８…二層目光量
８０…カード型多層記録媒体
８１…記録層

Claims (8)

1. 情報記録媒体を固定して駆動する媒体駆動部と、
   光源と、
   前記光源からの光を前記情報記録媒体に集光する対物レンズと、
   前記対物レンズをフォーカス方向に駆動する対物レンズ駆動部と、
   前記光源から前記情報記録媒体へ至る光路中に挿入された球面収差補正用の液晶レンズ素子と、
   前記情報記録媒体からの戻り光の光量差を検出することによりフォーカス誤差量を検出する受光部と、
   前記フォーカス誤差量を前記対物レンズ駆動部に帰還して焦点位置制御する帰還制御手段と、
   前記液晶レンズ素子の切替中に前記帰還制御の目標位置に対して切替方向に応じたバイアスをかける手段と
   を有することを特徴とする情報再生装置。
2. 情報記録媒体を固定して駆動するための媒体駆動部と、
   光源と、
   前記光源からの光を前記情報記録媒体に集光する対物レンズと、
   前記対物レンズをフォーカス方向に駆動する対物レンズ駆動部と、
   前記光源から前記情報記録媒体へ至る光路中に挿入された球面収差補正用の液晶レンズ素子と、
   前記情報記録媒体からの戻り光の光量差を検出することによりフォーカス誤差量を検出する受光部と、
   前記フォーカス誤差量を前記対物レンズ駆動部に帰還して焦点位置制御する帰還制御手段と、
   前記情報記録媒体の駆動に同期してフォーカス誤差量のＳ字信号を検出する手段と、
   前記液晶レンズ素子の切替中に前記対物レンズの位置制御を前記帰還制御手段による制御からホールド状態に切り替える切替手段と、
   前記対物レンズの位置ホールド中に前記Ｓ字信号を検出して前記液晶レンズ素子の切替終了判定を行う手段と
   を有することを特徴とする情報再生装置。
3. 請求項２に記載の情報再生装置において、発振手段を有し、前記液晶レンズ素子の切替中に前記発振手段の出力を前記対物レンズ駆動部に供給し、前記対物レンズをフォーカス方向に揺動させることを特徴とする情報再生装置。
4. 情報記録媒体を固定して駆動するための媒体駆動部と、
   光源と、
   前記光源からの光を前記情報記録媒体に集光する対物レンズと、
   前記対物レンズをフォーカス方向に駆動する対物レンズ駆動部と、
   前記対物レンズの焦点方向位置を検出するレンズ位置センサと、
   前記光源から前記情報記録媒体へ至る光路中に挿入された球面収差補正用の液晶レンズ素子と、
   前記情報記録媒体からの戻り光の光量差を検出することによりフォーカス誤差量を検出する受光部と、
   前記フォーカス誤差量を前記対物レンズ駆動部に帰還して焦点位置制御する帰還制御手段と、
   前記レンズ位置センサの検出したレンズ位置信号を前記対物レンズ駆動部に帰還して前記レンズ位置信号が一定になるように制御する帰還制御手段と、
   前記液晶レンズ素子の切替中に前記対物レンズ駆動部の制御を前記フォーカス誤差量による帰還制御から前記レンズ位置信号による帰還制御へ切替える切替手段と
   を有することを特徴とする情報再生装置。
5. 請求項４に記載の情報再生装置において、前記切替手段は、前記情報記録媒体の駆動に同期して前記フォーカス誤差量による帰還制御と前記レンズ位置信号による帰還制御とを切替えることを特徴とする情報再生装置。
6. 請求項４に記載の情報再生装置において、前記切替手段は、前記レンズ位置センサによって検出された前記対物レンズの位置が前記情報記録媒体から最も離れているタイミングで、前記対物レンズ駆動部の制御を前記フォーカス誤差量による帰還制御から前記レンズ位置信号による帰還制御へ切替えることを特徴とする情報再生装置。
7. 請求項４に記載の情報再生装置において、前記切替手段は、前記レンズ位置信号による帰還制御中に、前記フォーカス誤差量のＳ字信号を検出して前記液晶レンズ素子の切替終了判定を行うことを特徴とする情報再生装置。
8. 請求項４に記載の情報再生装置において、前記切替手段は、前記フォーカス誤差量の閾値検出を行い、一定閾値以上の信号検出時に、
   前記対物レンズ駆動部の制御を前記レンズ位置信号による帰還制御から前記フォーカス誤差量による帰還制御へ切替えることを特徴とする情報再生装置。

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