JP2002342948A - フォーカス制御装置およびフォーカス引き込み方法 - Google Patents

フォーカス制御装置およびフォーカス引き込み方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 反射率が異なる光ディスクまたは、照射した
光の熱により反射率が変化する相変化光ディスクにおい
て、短時間に確実にフォーカス引き込み動作を行うフォ
ーカス制御装置およびフォーカス引き込み方法の提供を
すること。 【解決手段】 反射光を検出する複数の光ディテクタを
有し、前記光ディテクタ出力信号の相対的なレベル差を
基にS字カーブ内のフォーカシング制御可能範囲を示す
フォーカスゲート信号を生成する手段を備え、S字カー
ブゼロクロス近傍でフォーカス和信号の信号レベルより
フォーカスループゲインを最適化する手段によって、フ
ォーカシング制御可能範囲内のS字カーブゼロクロス近
傍でフォーカス制御系を安定系にしてからフォーカスル
ープを閉じフォーカス追従モードに移行する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、相変化光ディスク等の
初期化装置や検査装置に適用されるフォーカス制御装置
及びフォーカス引き込み方法に係り、特に反射率が変化
する記録媒体に好適なフォーカス制御装置及びフォーカ
ス引き込み方法に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に光ディスクを記録媒体とするCD
又はDVD等にデータの記録再生等を行う装置は、回転
している光ディスクに照射するレーザ光をディスク記録
膜面で合焦させるフォーカス制御装置が必要である。こ
のフォーカス制御装置が、記録膜面と焦点のずれ量を検
出するフォーカスエラー信号を生成する方法としては、
例えばナイフエッジ法、非点収差法、ビームサイズ法等
の多くの方法が提案されている。
【0003】前記フォーカスエラー信号は、光ディスク
の機械的特性に起因する面振れ量やたわみ量以上の範囲
で線形性を持つのが理想である。しかし実際は前記のい
ずれの方法も、合焦点位置近傍の狭い範囲のみしか線形
性をもたず、一般的にはS字カーブを描くため、フォー
カシング制御を行う前に、合焦点位置を含むフォーカシ
ング制御可能範囲、即ちS字カーブのP−P間を検出
し、その検出範囲でフォーカスループを閉じるフォーカ
ス引込み動作が必要となる。
【0004】従来技術によるフォーカス引込み方法は、
前記S字カーブの振幅が再現性よく出力するということ
を前提とし、S字カーブのピークよりわずかに低い位置
に閾値(絶対値)を設け、フォーカシング制御可能範囲
を検出し、予め設定された安定系となるフォーカス制御
系でフォーカス追従モードに移行していた。この従来の
フォーカス引込み方法を図6を用いて、本説明による二
値化信号は全てアクティブLoとし、合焦点位置を図中
の符号4に示す位置として説明する。
【0005】従来のフォーカス引込み方法は、図6に示
す如く、光ディスク1に照射したレーザ光2の焦点3を
焦点軌道5に示すように光ディスク1より遠い位置から
レーザ光入射側に移動させた場合、焦点軌道5に対する
フォーカスエラー信号が、合焦点位置4に接近/交差/
離間するに従ってS字カーブ6を描く。尚、前記フォー
カスエラー信号(S字信号6)は、光ディスクの反射光
を光ディテクタにて検出し前記種種の方法で生成したも
のである。
【0006】従来のフォーカス引込み方法は、前記S字
カーブ6のピーク7よりわずかに低い位置に閾値8を設
け、前記と同様、焦点軌道5に示すように焦点3を光デ
ィスク1より遠い位置からレーザ光入射側に移動させフ
ォーカスエラー信号が閾値8を超えてから閾値を下回っ
た時点で、焦点3がフォーカシング制御可能範囲10に
入ったことを認識し、フォーカスオン信号9(AFON
−N)によってフォーカスループを閉じ、フォーカス追
従モードに移行する様に制御している。
【0007】この制御方法としては、例えば特開平10
−31828号公報において、S字カーブの振幅が主に
光ディスク反射率とレーザ出力により変化する場合、予
めS字カーブの振幅を測定し、その測定結果を基にサー
ボ系の一巡ループゲインを所定値に調整した後にフォー
カス引込み動作を行う技術や、特開平11−20369
1号公報において、焦点位置を光ディスクから遠ざけな
がらS字カーブゼロクロス点近傍でのRF信号レベルを
測定し、その測定値をもとにディスクの種類を判別する
とともにフォーカスゲインを切換え、次に焦点位置を光
ディスクから遠ざけながら合焦点近傍でフォーカス追従
モードに切りかえる技術が提案されている。
【0008】一方、CD−RW/DVD−RAM/DV
D−RW/DVD+RW等に使用される相変化光ディス
クは、記録膜生成後の状態においては記録膜の反射率が
低い非晶質状態(as depo状態)であり、この状
態から記録再生装置で使用できる様に記録膜の反射率が
高い結晶状態に変えるために初期化を行う必要があり、
この初期化を行う装置は、相変化光ディスク初期化装置
と呼ばれている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】この相変化光ディスク
初期化装置は、前記同様のフォーカス制御が必要であ
り、高出力半導体レーザ(2W)を熱源として光ディス
ク記録膜上に100トラック以上をカバーできる長円形
のレーザスポットを形成し、記録膜を結晶化温度以上に
しながら、前記レーザスポットを走査させ光ディスク全
面を結晶化させるものである。この相変化光ディスク初
期化装置のレーザ波長は、810nm程度であり、相変
化光ディスクを記録・再生する装置のレーザ波長とは異
なっている。
【0010】従って相変化光ディスク初期化装置に組み
込まれたフォーカス装置が検出する波長810nm程度
のレーザ光の反射率は、ディスクタイプによって大きく
異なり、現状実用化されている相変化光ディスクにおい
ても、as depo状態では0.5%〜6%、結晶状
態では3%〜30%と幅広く、as depo状態で数
%以上の反射率があれば、結晶化しないレーザ出力で前
述の特開平10−31828号公報のような方法でのフ
ォーカス引込みは可能ではあるものの、現実的には、a
s depo状態での反射率は1%以下が一般的であり
S/Nが極端に低下するためフォーカス引込みが困難で
あった。
【0011】他方、この様な相変化光ディスク初期化装
置において結晶化するレーザ出力でフォーカス引込み動
作を行うことも考えられるが、S字カーブ内のゼロクロ
ス近傍、即ち記録膜面上に形成するレーザスポットが絞
られ記録膜が結晶化して反射率が増加したときのみ、S
字カーブが増幅された状態になり、このような状態で
は、S字カーブのピークを正しく検出できないため、S
字カーブの振幅値からフォーカス制御系を安定系にする
といったこれまでの制御方法を使用することが困難であ
った。
【0012】また、同様に結晶化するレーザ出力でフォ
ーカス引込み動作を行い、前述の特開平11−2036
91号公報記載の方法を採用した場合、仮にS字カーブ
ゼロクロス点近傍でのRF信号レベルが測定でき、その
測定値をもとに最適ゲインを算出設定したとしても、レ
ーザスポットは同一円周上を走査しているので、一度結
晶化した部分を再度検出してしまい、フォーカシング制
御可能範囲外の位置でフォーカス追従モードに切りかえ
るような誤動作をしてしまうと言う不具合があった。
【0013】また相変化光ディスク初期化装置のフォー
カス装置及びフォーカシング制御に関係した文献として
は、初期化レーザの波長を記録・再生・消去に用いるレ
ーザ波長から僅かにずらす技術が、例えば特開平10−
241161号公報にて提案されているが、現技術での
高出力半導体レーザ(2W)の波長は遠赤外帯(800
nm帯)であり実現には至っていない。
【0014】前述のように従来技術によるフォーカス装
置によるフォーカス引込み方法は、フォーカス引込みが
不安定で成功率が低い上、フォーカス引込みリトライ動
作をいれた場合でもフォーカスを引込むまで長時間費や
してしまうと言う不具合があった。
【0015】本発明の目的は、前述の従来技術による不
具合を除去することであり、反射率が状態により異なる
光ディスク又は、照射した光の熱により反射率が変化す
る相変化光ディスクにおいて、短時間に確実にフォーカ
ス引き込み動作を行うフォーカス制御装置およびフォー
カス引き込み方法を提供することである。
【0016】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
本発明は、光源から照射されフォーカス制御対象面から
の反射光を受光してS字状のフォーカスエラー信号を生
成すると共に、このフォーカスエラー信号によってフォ
ーカス制御対象面に、前記光源の集光したスポットを位
置付けする制御手段を備えるフォーカス制御装置におい
て、前記反射光を検出する複数の光ディテクタを含み、
該複数の光ディテクタからの出力信号の相対的なレベル
差を基に前記S字状のフォーカスエラー信号のフォーカ
シング制御可能範囲を示すフォーカスゲートを開くフォ
ーカス信号生成回路を備えたことを第1の特徴とする。
【0017】更に本発明は、前記制御手段が、複数の光
ディテクタからのフォーカス和信号の信号レベルを測定
する手段と、この測定結果を基にフォーカス制御系を安
定化する安定化手段とを備え、前記フォーカスゲートが
開き且つS字状のフォーカスエラー信号のゼロクロス近
傍で前記安定化手段によりフォーカス制御系を安定系に
してからフォーカスループを閉じ、フォーカス追従モー
ドに移行すること第2の特徴とする。
【0018】また本発明は、前記制御手段が、フォーカ
ス追従モード時にフォーカスゲートが閉じた場合、フォ
ーカス外れと認識することを第3の特徴とする。
【0019】更に本発明は、光源から照射されフォーカ
ス制御対象面からの反射光を受光してS字状のフォーカ
スエラー信号を生成すると共に、このフォーカスエラー
信号によってフォーカス制御対象面に、前記光源の集光
したスポットを位置付けするフォーカス制御のフォーカ
ス引き込み方法において、前記反射光を複数の光ディテ
クタにより検出し、この複数の検出信号の相対的なレベ
ル差を基にS字状のフォーカスエラー信号のフォーカシ
ング制御可能範囲を示すフォーカスゲートを開き且つS
字状のフォーカスエラー信号のゼロクロス近傍で、フォ
ーカス和信号の信号レベルを測定し、この測定結果を基
にフォーカス制御系を安定系にしてから、フォーカスル
ープを閉じフォーカス追従モードに移行すること第4の
特徴とする。
【0020】
【発明実施の形態】以下、図を参照して本発明の一実施
形態を詳細に説明する。図1は本発明の一実施形態によ
るフォーカス制御装置のブロックを示す図、図2は前記
フォーカス制御装置の反射光を検出するための光学系を
示す図、図3は前記フォーカス制御装置のフォーカス信
号生成回路の一例を示す図、図4は焦点位置とFE信号
・FT信号・FG信号の関係を示す図、図5は本実施形
態によるフォーカス制御装置のフォーカス引込み方法を
説明する図である。
【0021】さて、本実施形態によるフォーカス制御装
置は、図1に示す如く、相変化光ディスク等の光ディス
ク11にレーザ光12を照射し、ディスク11からの反
射光を検出する複数の光ディテクタをもつ光学系13
と、該光ディテクタからの出力信号を処理し、フォーカ
ス誤差信号(以下FE信号と略す)とフォーカス和信号
(以下FT信号と略す)とS字カーブ内のフォーカシン
グ制御可能範囲を示すフォーカスゲート信号(以下FG
信号と略す)を生成するフォーカス信号生成回路14
と、FE信号の増幅度を可変するゲイン調整回路15
と、フォーカスループを閉じるためのアナログスイッチ
16と、フォーカス系の安定性を図る位相補償回路17
と、焦点位置を光ディスク垂直方向に移動させるレンズ
コイル18とそのレンズコイルを動作させる駆動回路1
9と、FT信号をディジタル化するAD変換器20と、
フォーカスゲートが開きかつFE信号が負電圧になるタ
イミングを生成するゼロクロスラッチ回路21と、焦点
位置を直線的に移動させるアップダウン回路22と、入
力信号により出力信号をプログラミングできるMPU2
3を備える。
【0022】前記光学系13の基本構成は、図2に示す
如く、光ディスク11の記録膜24からのレンズ(符号
なし)を介した反射光を反射及び一部を透過するハーフ
ミラー25と、該ハーフミラー25を透過した反射光を
受光する前光ディテクタ27と、ハーフミラー25を反
射した反射光を受光する後光ディテクタ28とを備え、
前光ディテクタ27が反射光の焦点位置26より前で受
光し、後光ディテクタ28が焦点位置26より後の位置
で受光する様に配置されている。
【0023】前記フォーカス信号生成回路14は、図3
に示す如く、記録膜からの反射光を捕らえ、光ディテク
タからの出力電流に対し電流-電圧変換を施して得られ
る電圧を出力する前光ディテクタ27及び後光ディテク
タ28と、該ディテクタ27からの出力信号A,Bを入
力し、差を出力するコンパレータ35と、ディテクタ2
8からの出力信号C,Dを入力し、差を出力するコンパ
レータ36と、前記コンパレータ35及び36の出力信
号を入力してアンド条件を取るアンド素子37と、前記
出力B,Dを入力して差を演算する演算素子33と、前
記出力B,Dを入力して加算する演算素子34とを備え
る。前記光ディテクタ27及び28の受光面(受光面
積)は同じ構成であり、その受光面は中心部29(3
1)と外周部30(32)とに分けられ、それぞれ独立
した出力信号A,B,C,Dを出力する。
【0024】更に光ディテクタ27及び28は、合焦点
位置では、点線31に示すように外周部ディテクタサイ
ズよりわずかに小さいスポットを受光するようになって
おり、焦点位置がずれると、一方の光ディテクタに入る
スポットのサイズが小さくなり、もう一方の光ディテク
タに入るスポットのサイズは大きくなる様に構成してい
る。
【0025】この様に構成したフォーカス信号生成回路
14は、前光ディテクタ27の外周部30の出力信号と
後光ディテクタ28の外周部32の出力信号を演算素子
33で差(B−D)を取ることによりFE信号(フォー
カスエラー信号)を生成し、演算素子34で和(B+
D)を取ることによりFT信号(フォーカス和信号)を
生成し、更に光ディテクタの中心部29及び31と外周
部30及び32の出力差をコンパレータ35及び36に
により二値化し、アンド素子37によって各光ディテク
タの中心部29及び31の出力値が外周部30及び32
より高い状態[(A-B)>0かつ(C-D)>0]をと
ることにより、FG信号(フォーカスゲート信号)を生
成する様に構成されている。
【0026】特に本実施形態によるフォーカス信号生成
回路14は、光ディテクタ27及び28の出力値を相対
的に検出するめた、反射光量に依存せずFG信号を確実
に検出することができる。尚、本実施例で説明した受光
素子は、中心部と外周部が各1個で構成されているが、
中心部と外周部がそれぞれ複数に分割されていてもよ
い。更に前述のように受光素子が分割されている場合
は、それぞれ受光素子からの出力信号を演算素子で加工
してFG信号を生成してもよい。非点収差法やナイフエ
ッジ法においても同様の方法でFG信号を生成してもよ
い。
【0027】次に本実施形態によるフォーカス信号生成
回路を用いた焦点位置とFE信号・FT信号・FG信号
の関係を図4を参照して説明する。本実施形態におい
て、光ディスク38に照射したレーザ光39の焦点40
を焦点軌道41に示すように光ディスク38より遠い位
置からレーザ光入射側に移動させると、焦点軌道41に
対するFE信号は、合焦点位置に接近/交差/離間する
に従ってS字カーブ42を描く。一方、FG信号43
は、合焦点位置であるS字カーブのゼロクロス点44を
含む、S字カーブ内のフォーカシング制御可能範囲45
のみLoレベルとなる。本実施形態においては、前記F
G信号43がLoレベルの状態をフォーカスゲートが開
いている状態とする。またFT信号45は合焦点位置4
4の周辺で信号レベルが増加する。
【0028】次に本実施形態によるフォーカス引込み動
作及び方法を図5を参照して説明する。図5は、非結晶
化状態(asdepo状態:斜線部)の相変化光ディスクを
結晶化するレーザ出力でフォーカス引込制御を行う場合
であり、図2のフォーカス装置の各部位と共に説明す
る。
【0029】本実施形態によるフォーカス制御装置は、
相化光ディスク46に照射する初期化レーザスポット4
7が記録膜面を走査48するように制御し、初期化レー
ザを結晶化する出力まで上げ、その焦点位置50をアッ
プダウン回路22により軌道49に示すよう記録膜51
の裏側から表側に移動させる。
【0030】この移動によりフォーカス信号生成回路
は、初期化スポットの焦点位置50が合焦点位置52に
近づくにつれFT信号レベルが上昇し、FE信号のS字
カーブ53の最初の上昇が現れ、このS字カーブ53の
ピークを超えるとフォーカスゲートが開き(FG信号L
o)、更に合焦点52に近づき初期化スポット47が絞
られるとas depo状態であった記録膜が結晶化5
4し、反射率が急激に増加する。
【0031】このとき本回路は、FE信号(S字カー
ブ)の振幅55とFT信号レベル56も反射率増加にほ
ぼ比例して急激に増加し、その後S字カーブ53がゼロ
クロス点を通過し、当該通過直後にゼロクロスラッチ回
路21が作動し、ゼロクロス信号(ZC信号)がLoと
なって、MPU23に合焦点位置52にさしかかったこ
とを知らせる。この知らせを受けたMPU23は、ZC
信号の立下りでAD変換器20によりAD変換されたF
T信号57を読み取り、その値を元にフォーカスループ
が安定系をとるために必要なゲインを算出し、その値を
ゲイン調整回路15に設定する。この後MPU23は、
フォーカスON信号(AFON信号)をLoにしてアナ
ログスイッチ16によってフォーカスループを閉じフォ
ーカス追従モードに移行する。尚、ZC信号がLoにな
ってAFON信号をLoにするまでの時間58は、S字
カーブ53を描く時間よりはるかに短くなるようにAD
変換とゲイン算出設定は高速に行う。以上の動作により
フォーカス引込み動作が終了する。
【0032】ここで、電気的ノイズやディスクの局所的
な欠陥、塵埃の付着等による誤動作を防ぐため、MPU
がゲイン算出に用いるFT信号値は、S字カーブがゼロ
クロス点を通過した時点(ZC信号の立下り)からFT
信号レベル57を複数回読み込み平均化するのが望まし
い。また、本例では、フォーカス制御系が安定系をとる
ためのゲイン算出をMPU23で行ったが、ゲイン調整
回路15を除算素子に置き換えFT信号を直接、前記除
算素子に入力して、フォーカス制御系の安定系をとって
も良い。また前記実施形態ではフォーカスゲートが開い
たあとに、反射率変化が発生した場合を示したが、これ
に限るものではなく、フォーカスゲートが開く前やS字
カーブのピーク前で反射率変化が発生してもよい。更に
本例は、合焦点近傍で反射率が増加する場合を示した
が、合焦点近傍で反射率が低下する場合や、反射率が変
化しない場合にも適用でき安定したフォーカス引込みが
可能である。
【0033】本実施形態によるフォーカス引込み方法で
は、焦点位置を記録膜面垂直方向に記録膜面を横切って
何度も往復(1周期)することなく、約1/4周期とい
う短時間でフォーカス引込みが完了する。
【0034】また本フォーカス制御装置では、フォーカ
ス追従時にフォーカスゲート信号のレベルを常時監視す
ることにより、フォーカス外れを確実に捉えることがで
きる。
【0035】
【発明の効果】以上述べた如く本発明は、光ディスクの
反射光量に依存せずフォーカシング制御可能範囲を示す
フォーカスゲート信号を出力するフォーカス信号生成回
路を備え、合焦点位置でのFT信号レベルを基にフォー
カス制御系の安定系を算出・設定する制御回路を設けた
ことによって、反射率が異なる光ディスクまたは、照射
した光の熱により反射率が変化する相変化光ディスクに
おいて、短時間に確実にフォーカス引き込み動作を行う
ことができる。またフォーカス追従時のフォーカス外れ
を確実に捉えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るフォーカス制御装置のブロックを
示す図。
【図2】上記実施形態のフォーカス制御装置の反射光を
検出するための光学系を示す図。
【図3】上記実施形態のフォーカス制御装置のフォーカ
ス信号生成回路の一実施例を示す図。
【図4】焦点位置とFE信号・FT信号・FG信号の関
係を示す図。
【図5】本発明によるフォーカス制御装置のフォーカス
引込み方法を説明する図。
【図6】従来のフォーカス引込み方法を説明する図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 曽我 和弘 神奈川県足柄上郡中井町グリーンテクなか い 日立コンピュータ機器 株式会社内 (72)発明者 佐保田 英司 神奈川県足柄上郡中井町グリーンテクなか い 日立コンピュータ機器 株式会社内 Fターム(参考) 5D117 AA02 DD03 DD12 FF03 FF06 FF07 5D118 AA16 BA01 BF16 CA02 CA07 CA11 CD02 CD06

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光源から照射されフォーカス制御対象面
    からの反射光を受光してS字状のフォーカスエラー信号
    を生成すると共に、このフォーカスエラー信号によって
    フォーカス制御対象面に、前記光源の集光したスポット
    を位置付けする制御手段を備えるフォーカス制御装置に
    おいて、前記反射光を検出する複数の光ディテクタを含
    み、該複数の光ディテクタからの出力信号の相対的なレ
    ベル差を基に前記S字状のフォーカスエラー信号のフォ
    ーカシング制御可能範囲を示すフォーカスゲートを開く
    フォーカス信号生成回路を備えたことを特徴としたフォ
    ーカス制御装置。
  2. 【請求項2】 前記制御手段が、複数の光ディテクタか
    らのフォーカス和信号の信号レベルを測定する手段と、
    この測定結果を基にフォーカス制御系を安定化する安定
    化手段とを含み、前記フォーカスゲートが開き且つS字
    状のフォーカスエラー信号のゼロクロス近傍で前記安定
    化手段によりフォーカス制御系を安定系にしてからフォ
    ーカスループを閉じ、フォーカス追従モードに移行する
    こと特徴とする請求項1記載のフォーカス制御装置。
  3. 【請求項3】 前記制御手段が、フォーカス追従モード
    時にフォーカスゲートが閉じた場合、フォーカス外れと
    認識することを特徴とする請求項1記載のフォーカス制
    御装置。
  4. 【請求項4】 光源から照射されフォーカス制御対象面
    からの反射光を受光してS字状のフォーカスエラー信号
    を生成すると共に、このフォーカスエラー信号によって
    フォーカス制御対象面に、前記光源の集光したスポット
    を位置付けするフォーカス制御のフォーカス引き込み方
    法において、前記反射光を複数の光ディテクタにより検
    出し、この複数の検出信号の相対的なレベル差を基にS
    字状のフォーカスエラー信号のフォーカシング制御可能
    範囲を示すフォーカスゲートを開き且つS字状のフォー
    カスエラー信号のゼロクロス近傍で、フォーカス和信号
    の信号レベルを測定し、この測定結果を基にフォーカス
    制御系を安定系にしてから、フォーカスループを閉じフ
    ォーカス追従モードに移行すること特徴とするフォーカ
    ス引き込み方法。
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