JP2004030776A

JP2004030776A - フォーカスサーボ装置

Info

Publication number: JP2004030776A
Application number: JP2002185251A
Authority: JP
Inventors: Shiyouritsu Okubo; 大久保　彰律; Takamaro Yanagisawa; 柳澤　琢麿
Original assignee: Pioneer Electronic Corp
Current assignee: Pioneer Corp
Priority date: 2002-06-25
Filing date: 2002-06-25
Publication date: 2004-01-29
Also published as: TW200406121A; CN1662970A; TWI245567B; US7190642B2; KR100953406B1; WO2004001729A1; KR20050022020A; US20050276175A1; EP1533798A1; RU2321081C2; BR0312051A; MXPA05000025A; EP1533798A4; RU2005101636A; AU2003243952A1; CN1282952C

Abstract

【課題】対物レンズの開口数ＮＡを高め、光源波長λを短くし記録容量の増大を図る光ディスクに対して、球面収差等の公差が存在しても、充分なデフォーカスマージンを確保できるフォーカス位置にフォーカスサーボをクローズさせ、システムが破綻しないようなフォーカスサーボ装置を提供する。
【解決手段】光源から照射された光を対物レンズを介して記録媒体面に収束させるためのフォーカスサーボ装置であって、光源の波長をλ、対物レンズの開口数をＮＡ、λ／ＮＡで規格した記録媒体の平均ランレングス周期をＲＬ、λ／ＮＡで規格したトラックピッチをＴＰ、フォーカスサーボ装置のキャプチャーレンジをＣＲ［μｍ］とすると、０．１１４／（ＲＬ−０．７２）＋０．８４≦ＣＲ≦１８０００（ＴＰ−０．６９）^５＋３．１３であることを特徴とする。
【選択図】　　図１３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ディスク記録再生装置におけるフォーカスサーボ装置に関し、更に詳しくはフォーカスサーボの引き込み範囲の分析に基づいたキャプチャーレンジを備えるフォーカスサーボ装置の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の光記録再生装置でのフォーカスサーボにおけるフォーカスエラー検出系は、基本的にはフォーカスエラー検出感度を高くして、フォーカスエラー検出範囲を広くするように設計されていた。しかしながら、この設計においては以下のようなフォーカスサーボのキャプチャーレンジ（本願ではキャプチャーレンジを適宜「ＣＲ：Ｃａｐｔｕｒｅ　Ｒａｎｇｅ」と記す）の制約があった。
【０００３】
まず、フォーカスサーボは、外乱によるフォーカス位置のズレをフォーカスエラー検出系で検出し、アクチュエーターを用いてフォーカス位置のズレを焦点深度内に収める必要がある。
【０００４】
これに関しＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ　Ｄｉｓｃ）の規格によると、ディスクの面ブレ量は最大±０．３ｍｍで、その面ブレ量を良好な再生信号が得られる焦点深度である±０．２３μｍ以内の範囲にフォーカス位置を収めるようなフォーカスサーボが規定されている。従って、最低でもフォーカスエラーの検出範囲は±０．２３μｍ以上なければ、フォーカスが外れる虞のあることが分かる。一般的に、フォーカスエラーの検出範囲はフォーカスエラー信号（ＦＥＳ）のＳ字カーブの線形領域で、ＣＲの１／２程度である。
【０００５】
以上より、ＣＲの下限は、
ＣＲの下限_ＤＶＤ≧０．２３×２×２＝０．９２〔μｍ〕
となる。
【０００６】
また、多層ディスクを考えた場合のフォーカスサーボのＣＲは、例えば、特開１９９６−３１５３７０に示されているように、層間厚みの１／４以下にする等の方法が取られていた。この手法を、例えばＮＡ０．６のＤＶＤに適用すると、ＤＶＤの規格においては２層間の厚みが５５μｍ前後と定められているため、
ＣＲの上限_ＤＶＤ≦５５／４＝１３．７５〔μｍ〕
となる。
【０００７】
記録容量をさらに増大させた、Ｂｌｕ−ｒａｙ　Ｄｉｓｃ（ＢＤ：ブルーレイディスク）を例にとると、ＤＶＤで定められたフォーカス残差±０．２３μｍを、焦点深度∝（λ／ＮＡ^２）の比率で換算すると、±０．０７μｍとなるため、ＣＲは０．０７×２×２＝０．２８μｍ以上にする必要がある。また、多層を考えた場合、ＤＶＤの層間の厚みを焦点深度∝（λ／ＮＡ^２）の比率で換算すると約１７μｍになるため、ＣＲは１７／４＝４．２５μｍ以下にする必要がある。よって、フォーカスエラー検出系のＣＲの範囲は、以下のようになる。
【０００８】
０．２８〔μｍ〕≦ＣＲ_ＢＤ≦４．２５〔μｍ〕
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従来、例えばＤＶＤにおいては、デフォーカス公差よりも、チルト公差の方が再生信号に及ぼす影響が大きかったため、デフォーカスマージンや、フォーカスサーボのフォーカスクローズ位置等は考慮されていなかった。
【００１０】
ここで、ＤＶＤにおいてデフォーカスによって発生する波面収差ＲＭＳ（Ｒｏｏｔ　Ｍｅａｎｓ　Ｓｑｕａｒｅ）値〔λ〕を、例えばＢｌｕ−ｒａｙ　Ｄｉｓｃ（ＢＤ）の場合を比較すると図１のようになる。図１から分かるようにデフォーカスが収差量に与える影響は、ＤＶＤに対してＢＤの方が大きい。また、チルトによって発生する波面収差ＲＭＳ値〔λ〕についは図２に示すように、ＤＶＤとＢＤでは略同じ収差量となる。
【００１１】
従って、ＢＤのように記録容量を増やすために、従来のＤＶＤよりも対物レンズの開口数ＮＡを高め、光源波長λを短くすると、デフォーカスが再生信号に与える影響が増大するために、デフォーカスマージンがシステムマージンを決める上で重要となってくる。
【００１２】
この場合、従来のように、フォーカスサーボのＣＲ、つまりフォーカスクローズ位置を考慮していないと、上述の最適なフォーカス位置から大きくずれた位置でフォーカスサーボがクローズする場合がある。そのため、デフォーカスマージンが少なくなり、システムが機能しない虞がでてくる。
【００１３】
従って本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、対物レンズの開口数ＮＡを高め、光源波長λを短くし記録容量の増大を図る光ディスクにおいて、安定したシステムが成立するためにフォーカスサーボのキャプチャーレンジの範囲を定め、そのキャプチャーレンジを備えた光ディスク再生装置のためのフォーカスサーボ装置を提供することを課題とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明のフォーカスサーボ装置は上記課題を解決するために、光源から照射された光を、対物レンズを介して記録媒体面に収束させるためのフォーカスサーボ装置であって、平均ランレングス周期に基づき決定される下限と、トラックピッチに基づき決定される上限とによりフォーカスを引き込むためのキャプチャーレンジが定められる。
【００１５】
本発明のフォーカスサーボ装置によれば、フォーカスを引き込むキャプチャーレンジは、その上限がトラックピッチの条件によって定められ、一方、その下限が平均ランレングス周期の条件によって定められる。この条件によって定められた範囲をキャプチャーレンジとすることで、高ＮＡのピックアップ光学系と短波長の光源を用いる高記録密度、大記録容量の光記録媒体に対して、充分なデフォーカスマージンを得られるような範囲にフォーカスをクローズすることが可能となる。
【００１６】
本発明のフォーカスサーボ装置の一態様では、前記光源の波長をλ、前記対物レンズの開口数をＮＡ、λ／ＮＡで規格化した前記記録媒体の平均ランレングス周期をＲＬ、λ／ＮＡで規格化したトラックピッチをＴＰ、当該フォーカスサーボ装置のキャプチャーレンジをＣＲ〔μｍ〕とすると、０．１１４／（ＲＬ−０．７２）＋０．８４≦ＣＲ≦１８０００（ＴＰ−０．６９）^５＋３．１３である。ことを特徴とする請求項１に記載のフォーカスサーボ装置。
【００１７】
この態様によれば、キャプチャーレンジとして具体的に０．１１４／（ＲＬ−０．７２）＋０．８４から１８０００（ＴＰ−０．６９）^５＋３．１３の範囲であることが示される。
【００１８】
本発明のフォーカスサーボ装置の他の態様では、前記平均ランレングス周期ＲＬはＲＬ＝２×｛〔（平均データ反転間隔／チャンネルビット長）＋０．５〕の整数部分｝×チャンネルビット長×ＮＡ／λである。
【００１９】
この態様によれば、平均ランレングス周期は２×｛〔（平均データ反転間隔／チャンネルビット長）＋０．５〕の整数部分｝×チャンネルビット長×ＮＡ／λであると示され、このランレングス周期がキャプチャーレンジの具体的範囲を定める一つの要因となる。尚、この態様は、上式の左辺たる“平均ランレングス周期ＲＬ”は、その右辺たる２×〔（平均データ反転間隔／チャンネルビット長）＋０．５の整数部分〕×チャンネルビット長×ＮＡ／λに完全に一致する場合のみならず、充分なフォーカスマージンを得ることが出来ることを条件に、当該右辺とほぼ一致する場合も含む意味である。
【００２０】
本発明のフォーカスサーボ装置の他の態様では、前記光源の波長λが０．３９５μｍ〜０．４１５μｍ、前記対物レンズの開口数ＮＡが０．８０〜０．９０の範囲である。また、前記規格化したトラックピッチＴＰが０．６以上、前記平均ランレングス周期ＲＬが０．８６以上の場合に、前記キャプチャーレンジＣＲ〔μｍ〕が、１．６５≦ＣＲ≦３．０２である。
【００２１】
この態様によれば、短波長の光源で高ＮＡの高記録密度、大記録容量の光記録媒体に対するピックアップのキャプチャーレンジが定められる。
【００２２】
本発明のこのような作用、及び他の利得は次に説明する実施の形態から明らかにされる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
例えばＢＤのように高ＮＡ対物レンズ、短波長レーザダイオード（ＬＤ）を用いた場合、上述したようにデフォーカスによる収差量は従来のＤＶＤ等に比較して増大する。その場合には、ＢＤ装置の安定性はデフォーカスマージンが支配的となる。さらに、球面収差が存在する場合においては、次の（１）及び（２）に示す現象が生じることが見出され、ＢＤ装置の再生性能を確保するフォーカスサーボのキャプチャーレンジを規定する必要がある。
【００２４】
（１）球面収差が存在する場合においては、フォーカスクローズ位置（Ｓ字カーブの０点）は、キャプチャーレンジ依存性がある。従ってフォーカスクローズ位置はＣＲの関数として
フォーカスクローズ位置（ＣＲ）　　　　　　・・・・（Ａ）
が求められる
（２）球面収差が存在する場合においては、デフォーカスの方向によってディスク上の再生ビーム形状が異なるため、次のように再生信号劣化の主要因が異なる。
【００２５】
まず、＋方向（ディスクと対物レンズが遠ざかる方向）では、クロストーク増加が再生信号劣化の主要因となる。従ってクロストークはトラックピッチ（ＴＰ）の関数として
クロストーク（ＴＰ）　　　　　　　　　　　・・・・（Ｂ）
が求められる。
【００２６】
次に、−方向（ディスクと対物レンズが近づく方向）は、信号振幅の劣化が再生信号劣化の主要因となる。従って信号振幅は規格化平均ランレングス周期（ＲＬ）の関数として
信号振幅（ＲＬ）　　　　　　　　　　　　　・・・・（Ｃ）
が求められる。これら関数（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）から、安定した再生信号が得られるキャプチャーレンジの範囲を設定することが可能となる。尚、規格化平均ランレングス周期については、後段で図１０を参照して説明する。
【００２７】
（実施形態例）
実施形態例について図３〜図１３を参照して説明する。尚、図３はフォーカスエラー信号とキャプチャーレンジの関係を示す図であり、図４は非点収差法を用いたフォーカスエラー信号の演算方法を示す図であり、図５はフォーカスサーボクローズ位置のキャプチャーレンジ依存性を示す図である。また、図６はクロストーク評価関数閾値について示す図であり、図７は規格化平均信号振幅の評価関数閾値について示す図である。また、図８はクロストークと信号振幅劣化の関係について示す図である。また、図９は再生限界となる＋側フォーカス位置の規格化トラックピッチの依存性について示す図であり、図１０は再生限界となる−側フォーカス位置の規格化平均ランレングス周期依存性について示す図である。更に、図１１はキャプチャーレンジの上限値について示す図であり、図１２はキャプチャーレンジの下限値について示す図である。
【００２８】
（フォーカスサーボクローズ位置に関する検討）
一般的に、フォーカスエラー信号ＦＥＳはディテクタ上のビームスポット強度分布Ｉ（ｕ，ｖ）を積分し、演算することにより求められる。ここで、Ｉ（ｕ，ｖ）は、ディテクタ上の再生ビームスポット強度分布であり、波動光学より式（１）で表される。なお、ｕ、ｖはディテクタ上の座標、ｘ、ｙは瞳上の座標である。
【００２９】
【数１】

【００３０】
ここで、
τ（ｘ，ｙ）：無収差の入射光　　　　　　　　　　　　　　・・・・（２）
ｗ_ｉｎ（ｘ，ｙ）：射出瞳上の波面　　　　　　　　　　　　　・・・・（３）
ｗ_ｏｕｔ（ｘ，ｙ）：射出瞳上からディテクタまでで発生する波面・・・（４）
である。波面収差ｗ（ｘ，ｙ）は幾何光学より、Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式Ｕ_ｎｍ、収差係数Ａ_ｎｍ及びデフォーカスの波面解析式Ｗｄｅｆ（ｘ，ｙ）を用いて式（５）のように表せる。
【００３１】
【数２】

【００３２】
ここで、ｎ、ｍは負でない整数で、且つ、ｎ≧ｍ、ｎ−ｍは偶数でＡ_ｎｍは定数である。また、ｎ、ｍの値により、収差の性質が異なる。例えば、
（ｎ、ｍ）＝
（２、１）：デフォーカス
（２、２）：非点収差（３次）
（２、０）：非点収差（３次）
（３、２）：コマ収差（３次）
（３、１）：コマ収差（３次）
（４、２）：球面収差（３次）
等となる。
【００３３】
例えばＮＩＫＫＥＩ　ＥＬＥＣＴＯＲＯＮＩＣＳ　Ｎｏ８１７等に記載されている、記録容量２７ＧＢのＢｌｕ−ｒａｙ　Ｄｉｓｃ（ＢＤ）を例にとって説明する。このディスクは、トラックピッチＴＰが０．３２μｍで、最短記録マーク長Ｔｍｉｎが０．１３８μｍとなっている。
【００３４】
尚、このディスクシステムは、デジタルハイビジョン放送を２時間以上記録するために、例えばＤＶＤの片面１層で記憶容量が４．７ＧＢのディスクに比べ、その記憶容量は約５．７倍となっている。この大記録容量を実現するために、ピックアップを構成する対物レンズの開口数ＮＡをより高くし、光源の波長λをより短くしている。
【００３５】
そのため、同じデフォーカス量でも、デフォーカスが再生信号劣化に与える影響がＤＶＤに対するよりも増大し、デフォーカスマージンがより厳しくなる。よって、フォーカスサーボがクローズするフォーカス位置（フォーカスクローズ位置）がディスクシステムの安定性にとって重要となってくる。
【００３６】
（フォーカスクローズ位置の求め方に関する検討）
ここで、フォーカスクローズ位置とは、ＦＥＳが０となるフォーカス位置である。ＦＥＳのＳ字カーブの概念を図３に示す。図３に示すように、キャプチャーレンジは、Ｓ字カーブ振幅のＰ−Ｐ（Ｐｅａｋ　ｔｏ　Ｐｅａｋ）間に対応するフォーカス位置の距離と定める。また一般に、球面収差が生じると、Ｓ字カーブの形状が無収差の形状とは異なり、その結果、最良像点から測ったフォーカスクローズ位置が、無収差の場合と異なることを図３に示している。
【００３７】
そこで、まず球面収差が、例えば＋極性（透過層厚みが増える方向）に存在する場合のフォーカスクローズ位置について検討する。
【００３８】
前述したように、フォーカスクローズ位置は、式（１）の再生ビームスポット強度分布を演算して求めたＦＥＳが０となるフォーカス位置である。収差が存在すると、式（１）中のｗ_ｉｎ（ｘ，ｙ）及びｗ_ｏｕｔ（ｘ，ｙ）が値を持つことになる。
【００３９】
球面収差として透過層厚み誤差がある場合、前述のＺｅｒｎｉｋｅ多項式Ｕ_ｎｍと収差係数Ａ_ｎｍを用いると、式（３）のｗ_ｉｎ（ｘ，ｙ）は、Ａ_２１Ｕ_２１＋Ａ_４２Ｕ_４２＋Ａ_６３Ｕ_６３＋Ａ_８４Ｕ_８４＋・・・の項を持ち、さらにデフォーカスした状態では、Ｗｄｅｆ（ｘ，ｙ）
の項を持つ。従って式（３）は、式（６）と表すことができる。
【００４０】
【数３】

【００４１】
尚、上式中の球面収差に対応するＡ_ｎｍとＵ_ｎｍは、例えばｎ＝８、ｍ＝４まで考えると、次の式（７）、式（８）で表される。
【００４２】
【数４】

【００４３】
【数５】

【００４４】
式（７）においてＮＡは対物レンズの開口数、ｎは透過層の屈折率、λは光源の波長〔μｍ〕、ΔＴは透過層の厚み誤差〔μｍ〕である。尚、厚み誤差の極性は、厚みが増える方向を正としている。また、式（８）中のｔは、ｔ＝ｘ^２＋ｙ^２である。
【００４５】
また、デフォーカスに対応するＷｄｅｆ（ｘ，ｙ）は、式（９）及び式（１０）で表される。
【００４６】
【数６】

【００４７】
【数７】

【００４８】
ここで、ｄｅｆｏｃｕｓは空気中の最良像点から測ったデフォーカス量〔μｍ〕であり、またデフォーカスの極性は対物レンズと記録面が遠ざかる方向を正としている。
【００４９】
更に、ディテクタまでの集光光学系に於いては、前述のｗ_ｉｎ（ｘ，ｙ）と同じ量の球面収差が付加される。更に、例えばフォーカスエラー信号検出に非点収差法を用いる場合は、非点収差を発生させるため、±４５°方向の非点収差が発生し、それに対応するＷａｓ（ｘ，ｙ，ＣＲ）の項が追加されるため、ｗ_ｏｕｔ（ｘ，ｙ）は式（１１）で表される。
【００５０】
【数８】

【００５１】
尚、ここで、Ｗａｓ（ｘ，ｙ，ＣＲ）は式（１２）で表される。
【００５２】
【数９】

【００５３】
式（１１）及び式（１２）から分かるよう、ｗ_ｏｕｔ（ｘ，ｙ）は、式（１３）に示すようにＣＲの関数で表される。
【００５４】
【数１０】

【００５５】
よって、式（１）は、次の式（１４）と表されるため、ＣＲに依存した関数であることが分かる。
【００５６】
【数１１】

【００５７】
ここで、図４に示すように４分割ディテクタ１０を用いた非点収差法の場合のＦＥＳは、Ｉ（ｕ，ｖ，ＣＲ）をそれぞれの検出素子１０ａ〜１０ｄで検出した値（Ｓ１〜Ｓ４）を用いて、加算器１１で演算した（Ｓ１＋Ｓ３）と、加算器１２で演算した（Ｓ２＋Ｓ４）から、減算器１３で（Ｓ１＋Ｓ３）−（Ｓ２＋Ｓ４）と演算することでＦＥＳが求められる。このように求めたＦＥＳが０となるフォーカス位置が、フォーカスサーボのクローズ位置となるため、フォーカスサーボクローズ位置がＣＲ依存性をもつことがわかる。
【００５８】
ここで、ＢＤにおいて想定される球面収差量としては、例えば、文献Ｊｐｎ。　Ｊ。　Ｐｈｙｓ。　Ｖｏｌ　３９（２０００）ｐｐ−７７５−７７８より、ＢＤと同様な透過層（カバー層）が０．１ｍｍの光ディスクにおいては、ディスク面内の透過層厚みバラつきは±３μｍ程度と予想される。これに加えて、対物レンズやその他光学系の残存球面収差のＲＭＳ値は２０ｍλ程度存在し、この球面収差量は厚み誤差に換算して±２μｍ程度である。よって、最も悪い条件として、球面収差が厚み誤差相当で５μｍある場合を想定する。
【００５９】
よって、式（７）においてΔＴ＝＋５〔μｍ〕とした場合の、フォーカスサーボクローズ位置のＣＲ依存性を示す関数は、式（１４）を演算することにより求められ、以下の近似関数である式（１５）で表される。
【００６０】
【数１２】

【００６１】
図５は式（１５）を図に展開したものであり、縦軸がフォーカスサーボクローズ位置〔μｍ〕であり、横軸はキャプチャーレンジ〔μｍ〕である。ここで図５の０点は最良像点である。
【００６２】
（再生信号劣化要因の評価関数に関する検討）
次に、再生限界となるフォーカス位置を求めるために、再生信号劣化要因について検討する。再生信号劣化要因としては、クロストークの増加と、信号振幅の劣化が想定できる。そこで、各の特性を表す評価関数を作成すると次のようになる。
【００６３】
（ｉ）クロストーク評価関数
クロストークは、隣接トラックからの信号が再生トラックの信号に漏れこむことによって生じる。ここでは、クロストーク量はトラックピッチＴＰによって変動し、式（１６）で表される。
【００６４】
クロストーク（ＴＰ）＝隣接トラック上の光強度／再生トラック上の光強度〔ｄＢ〕・・・・（１６）
上式は、具体的には式（１７）で示す関数になる。
【００６５】
【数１３】

【００６６】
ここで、ｕ′とｖ′はλ／ＮＡで規格化したディスク上での座標で、半径方向がｖ′、線方向がｕ′である。式（１７）において、分子の積分範囲（Ａｄｊａｃｅｎｔ＿Ｔｒａｃｋ）は隣接トラック上に対応する半径方向の範囲であり、分母の積分範囲（Ｍａｉｎ＿Ｔｒａｃｋ）は再生トラック上に対応する半径方向の範囲である。また、ｆ（ｘ，ｙ）は射出瞳上での複素振幅分布で、式（２）、式（３）を用いて、式（１８）で表される。
【００６７】
【数１４】

【００６８】
（ｉｉ）信号振幅評価関数
信号振幅劣化に対して、影響を与えているのはＭＴＦ（ＭｏｄｕｌａｔｉｏｎＴｒａｎｓｆｅｒ　Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）の劣化である。ここでは、規格化平均ランレングス周期ＲＬを式（１９）のように定義し、その周期に対応する周波数でのＭＴＦを用いて、信号振幅の評価関数を表した。なお、［ｘ］は、ｘより大きくない最大の整数であることを意味する。平均データ反転間隔とは、再生信号を２値化した場合に、データの１と０が反転する間隔を距離で表したものである。
【００６９】
規格化平均ランレングス周期ＲＬ
＝２×｛〔（平均データ反転間隔／チャンネルビット長）＋０．５〕の整数部分｝
×チャンネルビット長×ＮＡ／λ　　　　　　　　　・・・・（１９）
また、規格化平均ランレングス周期に対応する規格化周波数ｓを式（２０）とすると
ｓ＝１／規格化平均ランレングス周期　　　　　　　　　・・・・（２０）
ＭＴＦは式（２１）で表される。ここでｆ^＊はｆの複素共役関数である。
【００７０】
【数１５】

【００７１】
上式を用いて信号振幅の関数は式（２２）で表される。
【００７２】
規格化平均信号振幅（ｓ）＝収差を考慮した場合のｆｍｔｆ（ｓ）／無収差時のｆｍｔｆ（ｓ）〔ｄＢ〕・・・・（２２）
（具体例）
これらクロストークと信号振幅の評価関数を、Ｂｌｕ−ｒａｙ　Ｄｉｓｃであって記録容量が２７ＧＢの光ディスクに適用する具体的な例について説明する。
【００７３】
それぞれの評価関数の値が再生限界となる時の閾値は、基本的にＤＶＤのパラメータを用いてスカラー回折シミュレーションを行ったときにジッタが１５％になる値とした。
【００７４】
クロストークは主に、ラジアル（半径方向の）チルトにより生じるため、ラジアルチルトを増加させて検討した。その結果、図６示すように、ジッタが１５％になるのはラジアルチルトが０．７５°の場合であり、この時のクロストーク評価関数は−１６ｄＢである。
【００７５】
信号振幅は、デフォーカスさせることで検討した。デフォーカスを用いたのはタンジェンシャル（線方向の）チルトを用いると、再生信号の位相ずれの影響が生じ、信号振幅の劣化が再生信号劣化を的確に表すことができないためである。デフォーカスすると、クロストークも生じるが、ＤＶＤよりトラックピッチを広げた状態で評価し、クロストークの影響を低減させている。この場合、ジッタが１５％になるのは、図７に示すように、デフォーカスが０．９μｍのときである。このとき、信号振幅評価関数は−３ｄＢになっている。
【００７６】
よって、クロストーク評価関数と信号振幅評価関数が、それぞれ、図６、図７に示すような閾値となるときのフォーカス位置を求めることで、再生限界となるフォーカス位置が求められる。
【００７７】
Ｂｌｕ−ｒａｙ　Ｄｉｓｃであって記録容量が２７ＧＢの光ディスクの場合は、トラックピッチＴＰが０．３２μｍで、最短記録マーク長Ｔｍｉｎが０．１３８μｍとなっている。この場合、規格化ＴＰは０．６７２、規格化平均ランレングス周期ＲＬは、記録符号化方式として１７ＰＰに基づいているため、０．８６８となる。この場合にフォーカス位置を変化させて、クロストークと信号振幅を式（１７）と式（２２）を用いて評価すると、図８に示す結果となる。図８より、再生限界となるフォーカス位置は式（２３）、式（２４）で示されることが分かる。
【００７８】
＋方向の再生限界フォーカス位置＝＋０．０５［μｍ］・・・・（２３）
これはクロストーク増加が支配的要因となる
−方向の再生限界フォーカス位置＝−０．２１［μｍ］・・・・（２４）
これは信号振幅劣化が支配的要因となる。
この結果より、フォーカスの方向によって、再生限界のフォーカス位置を決定する要因が異なることが分かる。
【００７９】
以上で求められた、再生限界となるフォーカス位置より、安定して再生可能な最適フォーカスサーボクローズ位置を求めることができる。従って、この最適フォーカスサーボクローズ位置にフォーカスがクローズするようなＣＲを持つフォーカスサーボを用いれば、安定した再生信号を得ることができ、フォーカスサーボがはずれることを防ぐことが可能となる。
【００８０】
次に、上述した条件に基づきキャプチャーレンジの具体的な値を求める。再生限界のフォーカス位置から最適フォーカスサーボクローズ位置の間には、約０．１１μｍ程度のデフォーカスマージンが必要である。この内訳は、サーボ残差０．０４μｍ、電気系のオフセット０．０２μｍ、ピックアップ調整誤差０．０５μｍであり、合計０．１１μｍとなる。
【００８１】
式（２３）の再生限界フォーカス位置より、デフォーカスマージンを見込むと、−０．０６μｍとなる。これを式（１５）に代入すると、＋方向の再生限界に対応するＣＲの値が３．１３μｍと求められる。この値はＣＲが上限となる。また同様に、式（２４）の再生限界フォーカス位置より、デフォーカスマージンを見込むと、−０．１０μｍとなる。これを式（１５）に代入すると、−方向再生限界に対応するＣＲの値が１．６６μｍと求められる。この値がＣＲの下限となる。従って、ＣＲの範囲が式（２５）のように求められる。
【００８２】
【数１６】

【００８３】
ＣＲが式（２５）を満たす範囲にフォーカスサーボを設計することにより、安定した再生信号が得られるフォーカス位置にフォーカスサーボをクローズすることが可能となり、安定した光ディスクの記録再生システムにすることができる。
【００８４】
以上では、Ｂｌｕ−ｒａｙ　Ｄｉｓｃであって記録容量が２７ＧＢの光ディスクの場合について説明したが、このＲＣは、トラックピッチや規格化平均ランレングス周期の関数として表すことができ、次にそれについて説明する。
【００８５】
上述したように、＋方向の再生限界となるフォーカス位置は、クロストークが支配的要因であるため、トラックピッチ依存性があり、λ／ＮＡで規格化した規格化トラックピッチＴＰをパラメータとして式（２６）の近似関数で表される。図９は式（２６）を図示したものであり、同図において０点は最良の像点である。
【００８６】
【数１７】

【００８７】
また、−方向の再生限界となるフォーカス位置［μｍ］は、信号振幅劣化が支配的要因であるため、λ／ＮＡで規格化した規格化平均ランレングス周期ＲＬをパラメータとして式（２７）の近似関数で表される。図１０は（２７）を図示したものであり、同図において０点は最良の像点である。
【００８８】
【数１８】

【００８９】
ここで、上述の必要デフォーカスマージンＭａｒｇｉｎが０．１１μｍであるから、必要デフォーカスマージンを確保できるＣＲ［μｍ］の値が取りうる範囲は、式（１５）、式（２６）、及び式（２７）を用いて、式（２８）の関係式で表すことができる。
【００９０】
【数１９】

【００９１】
従って、式（２９）の関係式を満たすようなＣＲの範囲を選べばよいことになる。
【００９２】
【数２０】

【００９３】
また、この関係式を満たすＣＲ〔μｍ〕を求めることで、図１１に示すように規格化トラックピッチに対するキャプチャーレンジの上限値と、図１２に示すように規格化平均ランレングスに対するキャプチャーレンジの下限値を求めることができる。ＣＲの上限値と下限値の関数を用いてＣＲの範囲を表すと式（３０）で表される。
【００９４】
ＣＲ下限値（ＲＬ）≦ＣＲ≦ＣＲ上限値（ＴＰ）　　　　　・・・・（３０）
更に式（３０）は、式（２９）より導き出したＣＲ上限値と下限値の近似関数を用いて式（３１）のように表すことができる。
【００９５】
【数２１】

【００９６】
従って、ＣＲの値を、式（２９）を満たす範囲内、または式（３１）の範囲内となるように選ぶことにより、再生性能を確保するフォーカスサーボの実現が可能となる。
【００９７】
Ｂｌｕ−ｒａｙシステムでは、光源の波長λが０．３９５μｍ〜０．４１５μｍ、対物レンズの開口数ＮＡが０．８０〜０．９０の範囲で適用される。この場合、特にデフォーカスマージンが狭くなるが、本発明のフォーカスサーボを用いることで、安定したシステムを提供することが可能となる。
【００９８】
尚、現在のマスタリング技術では、トラックピッチが０．２９μｍ以下の場合、安定して記録媒体を作成することが困難である。また、光源の波長λが０．４０５μｍ、対物レンズの開口数ＮＡが０．８５のピックアップを用いると、最短マーク長が０．１３８μｍ以下の記録マークでは、安定した再生信号を得ることは困難である。そこで、この限界値を基に規格化したトラックピッチＴＰと平均ランレングス周期ＲＬを求めると、ＴＰが０．６０以上、ＲＬが０．８６以上となる。特に規格化したトラックピッチＴＰと平均ランレングス周期ＲＬが上記の範囲に対しては、フォーカスサーボのキャプチャーレンジＣＲ〔μｍ〕の範囲を上記より１．６５≦ＣＲ≦３．０２にしておけば、球面収差等の公差が存在する場合でも充分なデフォーカスマージンを確保することができるため、安定したシステムを提供することが可能となる。
【００９９】
上述した実施形態は、Ｂｌｕ−ｒａｙ　Ｄｉｓｃで記憶容量が２７ＧＢについて説明したが、本発明は、記録媒体のトラックピッチや記録線密度、記録符号化方式、記録媒体の種類等によらず適用可能である。さらに、書き換え型のみではなく、追記型、再生専用の媒体においても適用可能である。また、本方式は単層の記録層のみではなく、多層の場合においても適用できる。
【０１００】
また、実施例では、フォーカスエラー検出方式として非点収差法を例にとったが、フォーカスエラー検出方式によらず本発明は適用可能である。
【０１０１】
また、上記実施例では光ディスクについて説明したが、本方式は、カード型記録媒体や、固体記録媒体など、媒体の形状によらず適用可能である。
【０１０２】
（光ディスク記録再生装置）
本発明に係わる光ディスク記録再生装置２０について図１３を参照して説明する。ディスク２１は規格で定められた面ブレを有し、ピックアップ２２は上述したキャプチャーレンジを有してフォーカスサーボ等の制御がなされる。
【０１０３】
ピックアップ２２からのフォーカスエラー信号、トラッキングエラー信号はフォーカスエラー／トラッキングエラー検出回路２３によって検出される。トラッキングエラー信号の検出方法としては、例えば３スポット法等があり、フォーカスエラー信号の検出方法としては、例えば非点収差法等があり、何れの方法を用いることが可能である。また、回転数を所定の回転数に制御するスピンドルサーボがあり、その回転数の誤差は再生信号のクロック、或いはモータに設けられた周波数発生器によって得られる。
【０１０４】
これらエラー信号に基づいてドライブコントローラ２４によって、フォーカスサーボ、トラッキングサーボはピックアップ制御回路２５でピックアップの対物レンズ位置が制御され、また、モータ駆動制御回路２６によってスピンドルモータ２７の回転が制御される。更にピックアップの光ディスク半径方向の位置を定めるスライダによる位置決めサーボがあり、ピックアップの位置情報や光ディスクのトラックアドレス信号等によって位置制御がなされる。
【０１０５】
本発明にかかわるフォーカスサーボ装置は上述したキャプチャーレンジを備えていて、Ｂｌｕ−ｒａｙ　Ｄｉｓｃであって記録容量が２７ＧＢの光ディスクに適用することにより、安定したフォーカスサーボの引き込みとフォーカスサーボを実現する。
【０１０６】
尚、図１３に示す、本発明に係わるフォーカスサーボ装置を適用した光ディスク記録再生装置２０は、フォーカスサーボ系、トラッキングサーボ系、スピンドルサーボ系の他に、光ディスク記録再生装置としての必要な他の機構、例えば記録再生の信号処理系、信号入出力系等を備えることは当然である。
【０１０７】
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴うフォーカスサーボ装置もまた本発明の技術思想に含まれるものである。
【０１０８】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明のフォーカスサーボ装置によれば、必要なデフォーカスマージンを確保できるフォーカス位置に、フォーカスサーボをクローズするようキャプチャーレンジを最適化することが可能であり、従って、光記録媒体に対し安定して記録再生することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】デフォーカスと発生する収差量の関係を示す図である。
【図２】チルトと発生する収差量の関係を示す図である。
【図３】フォーカスエラー信号とキャプチャーレンジの関係を示す図である。
【図４】非点収差法を用いたフォーカスエラー信号の演算方法を示す図である。
【図５】フォーカスサーボクローズ位置のキャプチャーレンジ依存性を示す図である。
【図６】クロストーク評価関数閾値について示す図である。
【図７】規格化平均信号振幅の評価関数閾値について示す図である。
【図８】クロストークと信号振幅劣化の関係について示す図である。
【図９】再生限界となる＋側フォーカス位置の規格化トラックピッチの依存性について示す図である。
【図１０】再生限界となる−側フォーカス位置の規格化平均ランレングス周期依存性について示す図である。
【図１１】キャプチャーレンジの上限値について示す図である。
【図１２】キャプチャーレンジの下限値について示す図である。
【図１３】光ディスク記録再生装置の一例を示す図である。
【符号の説明】
１０・・・４分割ディテクタ
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ・・・検出素子
１１、１２・・・加算器
１３・・・減算器
２０・・・光ディスク記録再生装置
２１・・・ディスク
２２・・・ピックアップ
２３・・・フォーカスエラー／トラッキングエラー検出回路
２４・・・ドライブコントローラ
２５・・・ピックアップ制御回路
２６・・・モータ駆動回路
２７・・・スピンドルモータ

Claims

光源から照射された光を、対物レンズを介して記録媒体面に収束させるためのフォーカスサーボ装置であって、
平均ランレングス周期に基づき決定される下限と、
トラックピッチに基づき決定される上限と
によりフォーカスを引き込むためのキャプチャーレンジが定められていること
を特徴とするフォーカスサーボ装置。
前記光源の波長をλ、前記対物レンズの開口数をＮＡ、λ／ＮＡで規格化した前記記録媒体の平均ランレングス周期をＲＬ、λ／ＮＡで規格化したトラックピッチをＴＰ、当該フォーカスサーボ装置のキャプチャーレンジをＣＲ〔μｍ〕とすると、

であることを特徴とする請求項１に記載のフォーカスサーボ装置。
前記平均ランレングス周期ＲＬは
ＲＬ＝２×｛〔（平均データ反転間隔／チャンネルビット長）＋０．５〕の整数部分｝×チャンネルビット長×ＮＡ／λ
であることを特徴とする請求項２に記載のフォーカスサーボ装置。
前記光源の波長λが０．３９５μｍ〜０．４１５μｍ、前記対物レンズの開口数ＮＡが０．８０〜０．９０の範囲であること
を特徴とする請求項３に記載のフォーカスサーボ装置。
前記規格化したトラックピッチＴＰが０．６以上、前記平均ランレングス周期ＲＬが０．８６以上の場合に、前記キャプチャーレンジＣＲ〔μｍ〕が、
１．６５≦ＣＲ≦３．０２
であることを特徴とする請求項４に記載のフォーカスサーボ装置。