JP2007095169A - 光ディスク装置におけるフォーカス制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光ディスク装置において、多層記録方式の光ディスクを対象とするフォーカスサーチ動作を迅速且つ正確に実行させる。
【解決手段】４分割光検出器の出力から得られるフォーカスエラー（ＦＥ）信号と総和（ＰＥ）信号の変化を解析して集光スポットが光ディスクの表面又は各記録層を通過したか否かを確認し、集光スポット位置を示す指標数IDNを増減処理する。フォーカスサーチ動作において、対物レンズをIDN=0,1では上方へ駆動し、IDN=2,3では下方へ駆動するように制御し、その際の三角波状の駆動電圧の昇降速度は、集光スポットが記録層の全てを横断する振幅を有して共振に近い状態で定常的に振動するように設定される。
【選択図】図４

Description

本発明は光ディスク装置におけるフォーカス制御装置に係り、特に多層記録方式の光ディスクを対象とするフォーカスサーチ動作を迅速且つ正確に実行できるようにするための改良に関する。

一般に、光ディスク装置では、フォーカスサーボを引き込む前の処理として、光ピックアップの対物レンズをディスク面に直交する方向（フォーカス方向）へ移動させて対物レンズ焦点位置（レンズの焦点が光ディスクの記録層に合致する位置であり、「合焦点」ともいう）を探るフォーカスサーチ動作を行っている。その場合、光ディスクの反りや面振れ、レンズアクチュエータやディスクモータの取り付け精度等によって対物レンズのニュートラル位置から合焦点までの距離にバラツキが生じていても、対物レンズの焦点位置を検出できるように対物レンズを一定の振幅でフォーカス方向へ大きく移動させてフォーカスサーチ動作を行っていた（例えば特許文献１を参照）。

ところで、光ディスクの情報記録面に形成される集光スポットは、対物レンズのＮＡ（Numerical Aperture：開口数）とレーザ光の波長によって決定され、集光スポットの大きさは波長／ＮＡに比例するため光ディスクの高密度化を行うには、微小な光スポットを得るために波長の短いレーザ光を採用するかＮＡを上げることが必要である。また、対物レンズの光軸に対するディスク面の傾きの影響を低減するために、高密度記録の光ディスクにおいては光の入射面から情報記録面までの厚みを薄くしており、それに伴って対物レンズの先端からディスク表面までの間隔、所謂ワーキング・ディスタンス（ＷＤ）も短くなってきている。更に、高精度に情報記録面に集光スポットを形成する必要から、合焦点付近におけるフォーカスエラーの感度も高くなってきている。即ち、高密度光ディスクの場合には、合焦点付近で生じるフォーカスエラー信号のＳ字カーブ特性の時間幅が短くなっている。

従って、前記のようにＷＤが狭くなると、従来のフォーカスサーチ方法では対物レンズと高密度記録の光ディスクとが衝突してしまう可能性がある。また、フォーカスサーボを安定に引き込むためには合焦点におけるフォーカスエラー信号の時間的な変化率が所定のレベル以下である必要があるが、高密度記録の光ディスクではフォーカスエラー信号の変化率が大きくなってしまいフォーカスサーボを安定に引き込めない。この問題点を解決するために、従来の方法でフォーカスサーボを安定に引き込むために、アクチュエータの対物レンズの移動速度を落とすことが考えられるが、これではフォーカスサーチに時間がかかり過ぎることになるために採用することはできない。

そこで、本願出願人は、下記特許文献２において、合焦点を中心にした必要最小限の振幅で正確且つ迅速にフォーカスサーチ動作を行うことができるフォーカス制御装置を提案している。その提案に係る装置では、対物レンズが合焦位置を超えて記録面側に接近する方向にあって、対物レンズが光情報記録媒体に衝突しないように設定されたフォーカスエラー信号値を第１閾値とし、また、対物レンズが合焦位置を超えて記録面から遠ざかる方向にあって、対物レンズが光情報記録媒体から離れ過ぎないように設定されたフォーカスエラー信号値を第２閾値とし、フォーカスエラー信号が第１閾値と第２閾値との間に入っていることを判定する領域判定手段を設け、領域判定手段による判定信号に基づいてフォーカスエラー信号が第１閾値と第２閾値との間になるように対物レンズの位置を制御している。
特開平１０−５５５４６号公報 特開２００４−２７３０２３号公報

ところで、最近ではＤＶＤ（Digital Versatile Disk）等の高密度記録の光ディスクにおいて多層記録方式が採用されるようになっているが、例えば、２つの記録層を有する光ディスクに情報の記録再生を行う場合、レーザ光が光ディスクの透明層を通過して記録面に到達するまでの距離は第１層目と第２層目の各記録層にアクセスする場合で異なる。また、レーザ光が透明層を透過して記録層に集光される際には、透明層の通過により球面収差が発生するが、透明層を通過する距離が異なるために第１層目と第２層目の各記録層にアクセスする場合で球面収差の大きさも異なってくる。特に、ＤＶＤやブルーレイディスク（Blu-ray disk）用の光ディスクを対象とする光ディスク装置では前記のようにＮＡの大きな対物レンズを用いなければならず、それに伴って球面収差の発生量も大きくなるので、第１層と第２層の各記録層における球面収差の相違は無視できないものとなる。

従って、フォーカスサーボを引き込む前のフォーカスサーチ動作においては各記録層毎の合焦点の探索と共に、球面収差の補正を正確且つ迅速行ってその位置・補正情報を後のフォーカス制御に用いる必要があるが、前記各特許文献に開示されている方式は、記録層が単層である光ディスクに対応できるが、多層記録方式の光ディスクには適用できない。即ち、フォーカスサーチ動作において、記録層が単層である光ディスクの場合には合焦点が単一であり、その合焦点を中心に対物レンズの往復制御を実行させればよく、前記特許文献２のフォーカス制御装置での第１閾値と第２閾値も合焦点を基準に定めればよいが、多層記録方式の光ディスクでは複数の合焦点が存在するために何れの位置を基準にして対物レンズを往復制御するかが問題となる。

一方、本願発明者は、多層記録方式の光ディスクを対象とする光ディスク装置における集光スポット位置検出装置を提案しており（特願２００５−１８４１８４）、その集光スポット位置検出方式は、光ピックアップの光検出器の出力に基づいて得られるフォーカスエラー信号と総和信号を解析して、集光スポットがディスク表面や各記録層を通過したか否かを確認して集光スポット位置を示す指標数ＩＤＮを加減処理し、対物レンズの移動に伴って変化する指標数ＩＤＮに基づいて集光スポットがどの位置にあるかをリアルタイムに確認できるようにするものである。

そこで、本発明は、多層記録方式の光ディスクを対象としたフォーカスサーチの動作条件を、前記集光スポット位置検出方式を用いて合理的に設定できるようにし、以って高精度なフォーカスサーチ動作を迅速に行うことが可能なフォーカス制御装置を提供することを目的として創作された。

本発明は、光検出器の出力信号に基づいて得られるフォーカスエラー信号（ＦＥ信号）と総和信号（ＰＥ信号）とトラッキングエラー信号（ＴＥ信号）とを用いて多層記録方式の光ディスクを対象とする記録再生制御を実行する光ディスク装置において、対物レンズによって形成される集光スポットが前記光ディスクの表面若しくは各記録層を通過する際に生じる前記ＦＥ信号と前記ＰＥ信号の変化、又は前記ＦＥ信号の変化率を解析することにより、前記光ディスクの表面若しくは各記録層を境界として段階的に増加又は減少される前記集光スポットの位置指数値を求める集光スポット位置検出手段と、フォーカスサーチモードが設定された場合に、前記位置指数値がとり得る値のほぼ中央値を閾値として、前記集光スポット位置検出手段が求めた位置指数値と前記閾値とを比較することにより、前記集光スポットの位置が前記閾値に対応する位置に対して前記光ディスクの表面側と深部側の何れに在るかを判定する判定手段と、前記判定手段により前記集光スポットの位置が前記表面側に在ると判定された場合には前記集光スポットを前記深部方向へ、前記深部側に在ると判定された場合には前記集光スポットを前記表面方向へ、それぞれ移動させるように前記対物レンズの駆動電圧を上昇／降下させる駆動電圧制御手段とを備え、前記駆動電圧制御手段による駆動電圧の上昇／降下時の変化速度は、前記集光スポットが少なくとも前記記録層の全てを横断する振幅で定常的振動を行うように設定されることを特徴とする光ディスク装置におけるフォーカス制御装置に係る。

この発明では、集光スポット位置検出手段が検出する位置指数値を用いて対物レンズの駆動方向の切り換えを行っており、対物レンズは位置指数値がとり得る値のほぼ中央値（閾値）に対応する位置を中心として振動する。そして、上昇／降下せしめられる駆動電圧の信号波形と対物レンズの振動とはほぼ９０°の位相差をもつことになるためにフォーカシング駆動系の共振点に近い周波数での励振条件となるが、駆動電圧の上昇／降下時の変化速度を適当に設定することにより、集光スポットが少なくとも記録層の全てを横断する振幅で定常的振動を行うようにすることができる。この発明によれば、共振に近い励振条件で対物レンズを振動させるために、通常のフォーカス制御における駆動の場合と比較して遥かに迅速な対物レンズの振動駆動が可能になり、また対物レンズの振幅範囲をあまり大きくすることなく全ての記録層を含む適切な位置に設定しているために、効率的なフォーカスサーチ動作を実現できる。更に、集光スポット位置検出手段が求める位置指数値を用いた駆動制御であり、光ディスクに面振れが生じてもそれに追従して対物レンズの振動範囲が変化するため、面振れの影響を受けないフォーカスサーチが実現できる。尚、集光スポットの振動範囲は全ての記録層だけでなく光ディスクの表面も含むものであってもよい。

ところで、ＦＥ信号やＰＥ信号にノイズが混入した場合や光ディスクのディフェクトによるドロップアウトが発生した場合には、集光スポット位置検出手段が位置指数値を誤検出してしまう。この問題に対しては、前記フォーカスサーチモード設定時における前記位置指数値の不正常な出現パターンと前記出現パターンを経験則に基づいて適正化した補正パターンとを対応付けて記憶した記憶手段と、前記フォーカスサーチモード設定時において、前記集光スポット位置検出手段が求めた位置指数値が不正常な出現パターンとなった場合に、前記記憶手段を参照してその出現パターンを対応した補正パターンを求め、前記不正常な出現パターンに対しては前記補正パターンを適用する補正手段とを設けておくことで対応できる。即ち、誤検出によって判定手段の判定結果にエラーが生じると励振条件が変化して対物レンズが非定常的振動状態になるが、少なくとも誤検出は補正されるため、その時点でのフォーカスサーチ情報は有効なものとなる。

本発明の光ディスク装置におけるフォーカス制御装置は、多層記録方式の光ディスクを対象とするフォーカスサーチにおいて、対物レンズを全ての記録層を含む振幅で強制振動させることにより迅速且つ正確に行うことを可能にする。また、光ディスクに面振れ等が発生している状態においても、誤りのないフォーカスサーチ情報を継続的に得ることができる。更に、ＦＥ信号やＰＥ信号へのノイズの混入や光ディスクのディフェクトによるドロップアウトがあると、集光スポットの位置指数値に誤検出が発生するが、それを補正してフォーカスサーチ情報の有効性を担保する。

以下、本発明の光ディスク装置におけるフォーカス制御装置の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明が適用された光ディスク装置のシステム構成図である。但し、同図の構成は主にサーボ系に関連する部分だけであり、記録再生信号の入出力系は省略されている。

先ず、多層記録方式の光ディスク１がスピンドルモータ２の回転軸２aに固定されたターンテーブル２bにセットされている。光ピックアップ３は、対物レンズ４やマグネット（図示せず）等を保持した可動部をサスペンションワイヤ等により懸架していると共に、その可動部をラジアル方向へ移動させるためのトラッキング用コイル５と光軸方向へ移動させるためのフォーカス用コイル６、及び光源であるレーザダイオード７と回折格子８とハーフミラー９と収差補正用液晶素子４aと光検出器１０を搭載しており、光ピックアップ３全体は、スレッドモータ１１の回転軸に設けられたリードスクリュー１１aとの螺合関係によって、ラジアル方向へ粗動されるようになっている。

レーザダイオード７の出射光は、回折格子８で回折せしめられた後、ハーフミラー９と収差補正用液晶素子４aを透過して対物レンズ４へ入射し、対物レンズ４で集光されて光ディスク１の情報記録層に集光スポットを構成するが、その反射光が再び収差補正用液晶素子４aを経てハーフミラー９へ戻って光検出器１０へ入射する。この光ディスク装置はトラッキングサーボに３ビーム方式を採用しているため、図２に示すように、回折格子８がレーザダイオード７の出射光から主ビームと共にトラッキング用の２つの副ビームを作成し、一方、光検出器１０には１個の４分割フォトダイオード１０aと２個のフォトダイオード１０b,１０cが設けられており、それぞれが記録再生用の主ビームとトラッキング用の各副ビームを検出するようになっている。

そして、各フォトダイオード１０a,１０b,１０cの出力はアナログ信号処理回路１２に入力されており、アナログ信号処理回路１２ではフォトダイオード１０b,１０cの出力Ｅ,Ｆの差分をＴＥ信号として求め、また、フォトダイオード１０aの４出力を用いて（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ）をＦＥ信号として求める。更に、アナログ信号処理回路１２は、（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）をディフェクト検出のための総和信号（ＰＥ信号）として求めると共に、そのＰＥ信号に基づいて光ディスクの同期信号（ＳＹＮＣ信号）を検出して出力する。

アナログ信号処理回路１２はＴＥ信号、ＦＥ信号、ＰＥ信号及びＳＹＮＣ信号を出力するが、ＴＥ信号，ＦＥ信号，ＰＥ信号はそれぞれＡ/Ｄ変換器１３,１４,１５で変換されたディジタルデータとして、またＳＹＮＣ信号はそのままマイクロコンピュータ回路（以下、「マイコン回路」）１６へ入力されている。マイコン回路１６に付属したＲＯＭ１７には、トラッキングサーボ、フォーカスサーボ、スピンドルサーボ、及びスライドサーボに関する制御プログラムと共に、この実施形態で用いる集光スポット位置検出プログラムとフォーカスサーチ用プログラムとが格納されている。また、マイコン回路１６は、前記各プログラムの実行に際して付属のＲＡＭ１８に必要なデータをセーブさせる。

マイコン回路１６は、前記制御プログラムの実行により、ＴＥ信号に基づくトラッキング制御信号と、ＦＥ信号に基づくフォーカス制御信号と、ＳＹＮＣ信号に基づくスピンドル制御信号とを生成する。そして、トラッキング制御信号とフォーカス制御信号はそれぞれＤ/Ａ変換器１９,２０でアナログ信号に変換されてコイルドライバ２１,２２に供給され、各コイルドライバ２１,２２がトラッキング用コイル５とフォーカス用コイル６に対する駆動電流を作成してそれらコイル５,６へ印加し、それによって閉ループによるトラッキング制御とフォーカス制御が実行される。

また、スピンドル制御信号はＤ/Ａ変換器２３でアナログ信号に変換されてモータドライバ２４へ供給され、モータドライバ２４が線速度一定での記録／再生が可能になるようにスピンドルモータ２を回転させ、閉ループによるスピンドル制御が行われる。尚、マイコン回路１６は、外部からの指示入力（図示せず）や各種プログラムの実行過程において、モータドライバ２５を介してスレッドモータ１１を駆動させることにより光ピックアップ３の粗動を行う。

次に、この光ディスク装置が集光スポット位置検出プログラムに基づいて集光スポット位置を示す指標数を如何にして求めるかを、具体的な事例を示す信号タイミングチャートである図３を参照しながら説明する。各図には、ＦＥ信号とＰＥ信号の変化、マイコン回路１６が内蔵しているカウンタのリセット（Ｒ）／計数開始（Ｓ）の状態、カウンタのカウント値、及び集光スポット位置の指標数ＩＤＮとの関係が示されている。但し、マイコン回路１６は、集光スポット位置検出プログラムに基づいて対物レンズ４の移動に対応して変化するＦＥ信号とＰＥ信号をサンプリングしたレベルを所定期間毎に平均化すると共に、それら各信号の平均値を順次ＲＡＭ１８にセーブするようになっており、以下、「ＦＥ信号」と「ＰＥ信号」というときはその平均値の意味において用いることとする。

この実施形態では、マイコン回路１６が勾配法（山登り法／山下り法）を用いてＦＥ信号の極大値と極小値を求めると共に、上下に２つの閾値Ｔh１，Ｔh２を設けて前記の極大値／極小値がそれぞれ閾値Ｔh１／Ｔh２より大きい／小さいか否かを確認することにより、集光スポットが光ディスク１の表面又は記録層を通過する時のものか否かを判断するようにしている。ここで、閾値Ｔh１，Ｔh２はノイズ等によるＦＥ信号の変化を除外するために設けたものであり、例えば、対物レンズ４を光ディスク１から最も遠い位置に移動させて集光スポットが光ディスク１の肉厚外にある状態でのＦＥ信号を基準レベルとし、経験的にノイズ等によるＦＥ信号の変動範囲を想定して、前記基準レベルを中心にその変動範囲の外側（上下）に設定されている。

今、対物レンズ４を最下位置から上側へ移動させてゆくと、集光スポットは光ディスク１の表面から肉厚内へ移動するが、図３において、（５１）はその移動時におけるＦＥ信号の変化を示し、ＦＥ信号は基準レベル付近から増加して閾値Ｔh１を超えた極大値になった後、低下して閾値Ｔh２を下回った極小値になって再び基準レベル付近へ戻る。ここで、マイコン回路１６は、ＦＥ信号が閾値Ｔh１より大きい範囲又は閾値Ｔh２より小さい範囲で極値をとった場合には常にカウンタをリセットして計数開始させ、また所定期間毎に並行して得られているＰＥ信号にカウンタのカウント値を対応付けてＲＡＭ１８にセーブさせる。

従って、ＦＥ信号の前記変化（５１）においては、閾値Ｔh１を超えた極大値から閾値Ｔh２を下回った極小値までに得られているＰＥ信号がカウント値を付してＲＡＭ１８にセーブされるが、マイコン回路１６はセーブさせたＰＥ信号の最小値を勾配法によって求め、その最小値に対応付けられているカウント値が０若しくはそれに近い所定範囲の値、又は最後のカウント値若しくはそれに近い所定範囲の値であるか否かを確認する。但し、「それに近い所定範囲」として、この実施形態では最後のカウント値の１／２０程度に設定しており、以下同様とする。そして、ＰＥ信号の最小値に対応したカウント値が前記条件を満たしていればＲＡＭ１８に設けた指標数ＩＤＮを＋１加算する。図３から明らかなように、ＦＥ信号の変化（５１）に対応してＰＥ信号がとる最小値には０又はそれに近い所定範囲のカウント値が対応することになるため、この場合には指標数ＩＤＮが＋１加算される。

次に、集光スポットが光ディスク１の表面を通過して肉厚内へ入ると、ＦＥ信号は閾値Ｔh２を下回った極小値から増加して各閾値Ｔh１，Ｔh２の間の基準レベル付近に戻り、集光スポットが移動しても第１層目の記録層付近まではそのレベルを保持する。マイコン回路１６は、先の（５１）の段階でＦＥ信号が極小値になった時点でカウンタをリセットして再度計数を開始させる共に、ＰＥ信号にカウンタのカウント値を対応付けてＲＡＭ１８にセーブさせてゆく。そして、集光スポットが第１層目の記録層を通過する際には、（５２）で示すように、ＦＥ信号は基準レベル付近から増加して閾値Ｔh１を超えた極大値になった後、低下して閾値Ｔh２を下回った極小値になって再び基準レベル付近へ戻り、表面を通過した際の前記変化（５１）と同様の変化を呈する。

その場合、マイコン回路１６は、ＦＥ信号が極大値になった時点でカウンタをリセットして計数開始させるが、前記と同様にＲＡＭ１８にセーブされているＰＥ信号の最小値を勾配法によって求め、その最小値に対応付けられているカウント値が０若しくはそれに近い所定範囲の値、又は最後のカウント値若しくはそれに近い所定範囲の値であるか否かを確認する。図３によれば、ＰＥ信号は一旦極大値をとるが低下して再び増加する変化傾向を呈しており、最小値はＦＥ信号の表面での変化（５１）と第１層目の記録層での変化（５２）との間のほぼ中間にあって前記条件を満たしていないため、マイコン回路１６はＲＡＭ１８の指標数ＩＤＮを増減させることなくそのままに保つ。一方、集光スポットが第１層目の記録層を通過する際において、ＦＥ信号の極大値と極小値の間でマイコン回路１６が実行する処理は前記表面を通過した際の処理と同様である。そして、この場合も、その間に得られているＰＥ信号の最小値には０又はそれに近い範囲のカウント値が対応することになるため、マイコン回路１６はＲＡＭ１８の指標数ＩＤＮを＋１加算させる。

次に、集光スポットが第１層目の記録層を通過して第２層目の記録層に達するまでの期間は比較的短いが、ＦＥ信号は第１層目の記録層での変化（５２）によって閾値Ｔh２を下回る極小値になった状態から増加して各閾値Ｔh１，Ｔh２の間の基準レベル付近に戻り、そのレベルを短期間だけ保って第２層目の記録層に達する直前で再び増加して閾値Ｔh１を超える極大値をとる。また、その間にＰＥ信号は一旦極大値をとるが急激に低下した後再び増加に転じる変化傾向を呈しており、ＰＥ信号の最小値は期間の中間にある。従って、基本的にはＦＥ信号の変化（５１）と（５２）の間と同様であり、マイコン回路１６はＲＡＭ１８の指標数ＩＤＮを増減させることなくそのままに保つ。更に、集光スポットが第２層目の記録層を通過する際のＦＥ信号の変化（５３）及びＰＥ信号の変化についても、基本的傾向は表面や第１層目の記録層を通過する際と同様であり、マイコン回路１６はＲＡＭ１８の指標数ＩＤＮを＋１加算させる。

従って、集光スポットが最下位置（光ディスク１の肉厚外）と光ディスク１の表面を僅かに超えた位置との間にある状態をＩＤＮ＝０、光ディスク１の表面を僅かに超えた位置と第１層目の記録層を僅かに超えた位置との間にある状態をＩＤＮ＝１、第１層目の記録層を僅かに超えた位置と第２層目の記録層を僅かに超えた位置との間にある状態をＩＤＮ＝２、第２層目の記録層を僅かに超えた位置より上側にある状態をＩＤＮ＝３として表すことができる。

そして、この実施形態のフォーカス制御装置では、以上の集光スポット位置検出プログラムによる指標数ＩＤＮの処理をフォーカスサーボに引き込む前のフォーカスサーチの実行に適用し、フォーカスサーチ時における対物レンズ４の駆動制御を指標数ＩＤＮを用いて実行する。図４は、２層記録の光ディスクを対象としてフォーカスサーチを実行する場合におけるＦＥ信号、集光スポット位置の指標数ＩＤＮ、集光スポットの位置、対物レンズの位置、及びフォーカス用コイル６へ印加する駆動電圧の変化を示すタイミングチャートであり、図５はフォーカスサーチ時における駆動電圧の制御手順を示すフローチャートである。

先ず、フォーカスサーチモードが設定されると、フォーカス用コイル６に対する駆動電圧を降下させることにより対物レンズ４を光ディスク１の表面より下側の初期位置へ移動させた後（S11,S12）、フォーカスサーチ動作における駆動電圧の昇降速度を設定する（S13）。この昇降速度は、以降のフォーカスサーチ動作における対物レンズ４の振動状態と振幅を決定するものであり、次のような条件で設定される。一般にフォーカシング駆動系は１自由度の粘性減衰振動系とみなせ、フォーカスサーチ動作ではこれを所定の振幅で強制振動させることになる。今、対物レンズ４等の可動部の質量をｍ、粘性減衰係数をｃ、対物レンズ４を支持しているサスペンション等のバネ定数をｋとし、駆動電圧による周期的外力をＰo＊sinωtとすると、
ｍ＊ｄ²ｘ／ｄｔ²＋ｃ＊ｄｘ／ｄｔ＋ｋｘ＝Ｐo＊sinωt …(1)
の運動方程式が成立し、同式の特解として
ｘ＝{Ｐo／√［（ｋ−ｍω²）²＋（ｃω）²］}＊sin（ωt−δ） …(2)
ｔａｎδ＝ｃω／（ｋ−ｍω²） …(3)
が得られ、共振周波数がω₀＝√（ｋ／ｍ）、振幅がＡ₀＝Ｐo／√［（ｋ−ｍω²）²＋（ｃω）²］となる。
尚、実際には、図４に示すように駆動電圧は三角波であるため、外力もほぼ三角波状になるが、ここでは説明の便宜上、正弦波（強制円振動数ω）とし、また、後述するように第１層目の記録層付近を基準とするため、実際にはｋｘとＰo＊sinωtにはオフセットが存在することになるが、ここではそれらを省略している。

この実施形態の場合、強制円振動数ωは、Ａ₀＞Ｈ（但し、Ｈは光ディスク１における表面と第１層目の記録層との間の距離）を満たし、且つ、ω₀に近い範囲から選択することになる。そして、外力Ｐo＊sinωtは駆動電圧に比例することから、前記強制円振動数ωの条件は図４における三角波状の駆動電圧に置き換えてみるとその条件に対応した駆動電圧の昇降速度を設定することになる。もっとも、前記運動方程式(1)はフォーカシング駆動系をかなり単純にモデル化したものであって、駆動電圧の昇降速度についてのラフな推定値を与える程度に過ぎず、実際には、予め様々な昇降速度を設定して振動状態を確認し、最適な強制振動状態が得られた昇降速度をフォーカスサーチ用に設定しておく方法が採用される。

駆動電圧の昇降速度が設定されると、集光スポット位置の指標数ＩＤＮを確認し、ＩＤＮが０又は１の場合（集光スポットが第１層目の記録層より下側にある場合）には駆動電圧を上昇させ、ＩＤＮが２又は３の場合（集光スポットが第１層目の記録層より上側にある場合）には駆動電圧を降下させる駆動電圧制御をフォーカスサーチモードが解除されるまで実行する（S4〜S7→S4）。

この制御によると、図４に示すように、対物レンズ４は上記の初期位置から上昇駆動せしめられて、集光スポットが表面を通過して第１層目の記録層に達するまでその駆動状態が継続し、集光スポットが第１層目を通過した時点で駆動方向が下方に切り換わる。上方へ加速された対物レンズ４は慣性によって集光スポットが第２層目の記録層を通過しても上昇し続けるが、前記のように駆動方向が下方に切り換わっており、対物レンズ４は下方へ加速されている。

対物レンズ４は下方への加速によって速度が０になった後に降下するようになり、集光スポットが第２層目の記録層を通過して第１層目に達するまで下方へ駆動され続ける。集光スポットが第１層目の記録層を通過した時点で対物レンズ４の駆動方向は上方に切り換わるが、対物レンズ４は慣性によって降下し続け、集光スポットが表面を通過した直後に速度が０になって上昇するようになる。そして、対物レンズ４はそのまま上方へ駆動されているため、上昇し続けて第１層目の記録層まで戻って、その時点で駆動方向が下方に切り換わる。

以降、同様にして対物レンズ４は定常的振動を繰り返し、集光スポットは光ディスク１の第１層目の記録層を中心に第２層目より深部側と表面より下側とを往復して振動する。その場合、上記のように、振幅が光ディスク１における表面と第１層目の記録層との間の距離より少し大きく設定されているため、過度に大きな振幅をとらずにフォーカスサーチに必要な範囲をカバーし、また、フォーカシング駆動系の共振周波数に近い定常的振動であるため、通常のフォーカスサーボ動作での制御駆動時よりも遥かに高速での駆動が可能である。

また、以上では２層記録の光ディスクの場合について説明したが、３層記録の光ディスクの場合についても、同様に高速で合理的なフォーカスサーチ動作を実行させることができる。図６及び図７は、それぞれ３層記録の光ディスクの場合における上記の図４と図５に相当するタイミングチャート及びフローチャートである。各図から明らかなように、記録層が３層であるために集光スポット位置の指標数ＩＤＮは１から４まであり、この場合には、対物レンズ４の振幅が光ディスク１の第２層目の記録層と表面との間の距離よりも少し大きくなるように、対物レンズ４の駆動電圧の昇降速度を設定する。そして、駆動電圧の制御手順（図７）では、ＩＤＮが０、１、又は２の場合（集光スポットが第２層目の記録層より下側にある場合）には駆動電圧を上昇させ、ＩＤＮが３又は４の場合（集光スポットが第２層目の記録層より上側にある場合）には駆動電圧を降下させる駆動電圧制御をフォーカスサーチモードが解除されるまで実行する（S14〜S17→S14）。従って、この場合には集光スポットが第２層目の記録層を中心に振動することになる。

また、フォーカスサーチにおいて、光ディスク１の表面の検出情報が必要でない場合には、対物レンズ４の駆動電圧の昇降速度を適宜設定することにより、集光スポットが各記録層の存在する範囲だけを横断するように対物レンズ４を振動させることもできる。例えば、前記３層記録の光ディスクの場合であれば、振幅を第２層目と第１層目との距離よりも少し大きく設定しておき、第２層目の記録層を中心に集光スポットを振動させるようにする。その場合、例えば、ブルーレイディスクの場合には、記録層間の間隔が２５μｍ、表面から第１層目の記録層までの距離が７５μｍであることから、表面を含む振動の場合よりも遥かに小さい振幅で足りることになる。

ところで、図３は光ディスク１に面振れが発生していない状態で集光スポット位置を検出している場合を示しているが、集光スポット位置検出プログラムによれば、光ディスク１に面振れが発生していても、集光スポット位置を指標数ＩＤＮによって正確に示すことができる。例えば、図８は光ディスク１に面振れが生じている状態での信号タイミングチャートであり、対物レンズ４を上方へ駆動している過程で、面振れの影響により集光スポットが第１層目の記録層を往復して計３回通過している場合が示されているが、指標数ＩＤＮはその面振れによる不規則な移動に対しても追従して変化している。

具体的には、図８において、ＦＥ信号の変化（６１）,（６２）は集光スポットが光ディスク１の表面と第１層目の記録層を通過した際のものであり、対物レンズ４の上方への駆動過程で未だ光ディスク１の面振れの影響を受けていない。一方、ＦＥ信号の変化（６３）は、対物レンズ４を上方へ移動させているにも拘わらず、前記面振れによって集光スポットが逆行したことにより、第１層目の記録層を上側から下側へ通過したことを示している。その後のＦＥ信号の変化（６４）,（６５）は、集光スポットが光ディスク１の表面と第１層目の記録層との間に戻った状態で一定期間だけ停滞し、光ディスク１の面振れの影響が小さくなって第１層目の記録層を再び下側から上側へ通過したことを示している。尚、（６６）の変化は集光スポットが第２層目の記録層を通過したことによるものであり、その時点では面振れが発生していない。そして、以上の過程で、指標数ＩＤＮは０→１→２→１→２→３と変化しており、集光スポットが逆行して再び上方へ移動した際のＦＥ信号の変化（６３）〜（６５）では「２→１→２」と順序が一旦逆転している。

このように、集光スポット位置の指標数ＩＤＮは、たとえ光ディスク１に面振れが生じていても、それを忠実に反映して常に集光スポットが光ディスク１の厚み方向のどの位置にあるかを正確に示す数値である。この実施形態でのフォーカスサーチによると、光ディスク１に面振れが生じた場合に、対物レンズ４の励振条件が変化して振動状態に異変が生じることになるが、指標数ＩＤＮは正確な位置情報を与えているためにフォーカスサーチの結果自体には誤りがなく、それを有効な情報として処理することができる。また、面振れが終息すると、それ以降の指標数ＩＤＮから励振条件が復帰してゆくため、正常な振動状態に戻ってフォーカスサーチを継続的に実行してゆくことができる。

この実施形態でのフォーカスサーチで問題となるのは、むしろノイズの影響でＦＥ信号やＰＥ信号が誤検出された場合や、光ディスクのディフェクトによりドロップアウトが生じた場合である。即ち、それらの場合にも当然に指標数ＩＤＮが異常な変化を呈するため、対物レンズ４の振動状態に異変が生じることになるが、それよりも指標数ＩＤＮの誤りによってフォーカスサーチの結果自体に誤りが生じてしまうことが問題である。

しかし、前記の光ディスク１に面振れによる指標数ＩＤＮの異常な変化パターンとは異なる幾つかの異常な変化パターンがあり、それらパターンについては明らかに前記のノイズやドロップアウトによるものとみなすことができる。例えば、指標数ＩＤＮの変化として連続性のない［３→０→１］等のパターンは面振れが生じた場合にもあり得ないパターンであり、ノイズやドロップアウトによるものとみなせる。

そこで、予めＲＯＭ１７に出現し得ない指標数ＩＤＮの変化パターンに対応付けてその補正パターンを設けておき、異常な変化パターンが出現した時にはそれがＲＯＭ１７に登録されているか否かを確認し、登録されている場合には対応付けた補正パターンに置換してフォーカスサーチ情報とする。前記の事例であれば、［３→０→１］の「０」がエラーであり、それを「２」に補正した［３→２→１］の補正パターンに置換することになる。

また、前記２層記録の光ディスクの場合において、指標数ＩＤＮの変化パターン［２→３→２→３］は光ディスク１に面振れが生じている場合に出現し得るパターンであるが、ブルーレイディスクのように記録層間の間隔が２５μｍと狭い場合には、それが通常の面振れ幅と比較して極めて小さいため、実際には前記変化パターン［２→３→２→３］が出現する確率は極めて低い。従って、この場合には経験則から前記のノイズやドロップアウトが発生しているとみなして、最後の「３」を「１」とした補正パターン［２→３→２→１］に置換するようにしてもよい。

尚、以上の実施形態では、集光スポット位置検出プログラムとして特願２００５−１８４１８４で提案された方式を用いているが、それに限定されるものではなく、例えば、他の本願発明者の出願（特願２００５−２０７８０９）の集光スポット位置検出方式のように、フォーカスエラー信号のゼロクロス付近での変化率に基づいて集光スポットが光ディスクの表面又は各記録層を通過したか否かを判定して集光スポットの位置指数情報を求めるものであってもよい。

本発明は多層記録方式の光ディスクを対象とする光ディスク装置に適用することができる。

本発明のフォーカス制御装置を適用した光ディスク装置のシステム構成図である。（但し、主にサーボ系に関連する部分だけであり、記録再生信号の入出力系は省略されている。） ３ビーム方式のトラッキングサーボに係る光学系と信号処理系の模式的構成図である。 特願２００５−１８４１８４の集光スポット位置検出方式を説明するためのタイミングチャートである。 ２層記録の光ディスクを対象としてフォーカスサーチを実行する場合におけるＦＥ信号、集光スポット位置の指標数ＩＤＮ、集光スポットの位置、対物レンズの位置、及びフォーカス用コイルへ印加する駆動電圧の変化とを示すタイミングチャートである。 ２層記録の光ディスクを対象としてフォーカスサーチを実行する場合における駆動電圧の制御手順を示すフローチャートである。 ３層記録の光ディスクを対象としてフォーカスサーチを実行する場合におけるＦＥ信号、集光スポット位置の指標数ＩＤＮ、集光スポットの位置、対物レンズの位置、及びフォーカス用コイルへ印加する駆動電圧の変化とを示すタイミングチャートである。 ３層記録の光ディスクを対象としてフォーカスサーチを実行する場合における駆動電圧の制御手順を示すフローチャートである。 光ディスクに面振れが生じている場合における集光スポット位置検出方式を説明するためのタイミングチャートである。

符号の説明

１…光ディスク、２…スピンドルモータ、２a…回転軸、２b…ターンテーブル、３…光ピックアップ、４…対物レンズ、４a…収差補正用液晶素子、５…トラッキング用コイル、６…フォーカス用コイル、７…レーザダイオード、８…回折格子、９…ハーフミラー、１０…光検出器、１０a…４分割フォトダイオード、１０b,１０c…フォトダイオード、１１…スレッドモータ、１１a…リードスクリュー、１２…アナログ信号処理回路、１３,１４,１５…Ａ/Ｄ変換器、１６…マイコン回路、１７…ＲＯＭ、１８…ＲＡＭ、１９,２０,２３…Ｄ/Ａ変換器、２１,２２…コイルドライバ、２４,２５…モータドライバ、５１,５２,５３,６１,６２,６３,６４,６５,６６…ＦＥ信号の変化。

Claims (2)

1. 光検出器の出力信号に基づいて得られるフォーカスエラー信号と総和信号とトラッキングエラー信号とを用いて多層記録方式の光ディスクを対象とする記録再生制御を実行する光ディスク装置において、
   対物レンズによって形成される集光スポットが前記光ディスクの表面若しくは各記録層を通過する際に生じる前記フォーカスエラー信号と前記総和信号の変化、又は前記フォーカスエラー信号の変化率を解析することにより、前記光ディスクの表面若しくは各記録層を境界として段階的に増加又は減少される前記集光スポットの位置指数値を求める集光スポット位置検出手段と、
   フォーカスサーチモードが設定された場合に、前記位置指数値がとり得る値のほぼ中央値を閾値として、前記集光スポット位置検出手段が求めた位置指数値と前記閾値とを比較することにより、前記集光スポットの位置が前記閾値に対応する位置に対して前記光ディスクの表面側と深部側の何れに在るかを判定する判定手段と、
   前記判定手段により前記集光スポットの位置が前記表面側に在ると判定された場合には前記集光スポットを前記深部方向へ、前記深部側に在ると判定された場合には前記集光スポットを前記表面方向へ、それぞれ移動させるように前記対物レンズの駆動電圧を上昇／降下させる駆動電圧制御手段とを備え、
   前記駆動電圧制御手段による駆動電圧の上昇／降下時の変化速度は、前記集光スポットが少なくとも前記記録層の全てを横断する振幅で定常的振動を行うように設定されることを特徴とする光ディスク装置におけるフォーカス制御装置。
2. 前記フォーカスサーチモード設定時における前記位置指数値の不正常な出現パターンと前記出現パターンを経験則に基づいて適正化した補正パターンとを対応付けて記憶した記憶手段と、
   前記フォーカスサーチモード設定時において、前記集光スポット位置検出手段が求めた位置指数値が不正常な出現パターンとなった場合に、前記記憶手段を参照してその出現パターンを対応した補正パターンを求め、前記不正常な出現パターンに対しては前記補正パターンを適用する補正手段と
   を設けた請求項１に記載の光ディスク装置におけるフォーカス制御装置。
   

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