JP2008004227A - 光ディスク記録再生装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】色収差を補正する光学系を新たに配設することなく、レーザパワー変化時の色収差に伴う記録品質の劣化を防止する。
【解決手段】フォーカス制御回路5は、フォーカス誤差信号を基にピックアップヘッド2のフォーカス位置を制御する。デフォーカス量検出回路7は、予め記録パワー調整の工程でテスト信号の記録開始時点で発生するフォーカス誤差信号の変化量を検出しておく。ユーザ情報の記録時、デフォーカス印加回路8は、記録開始直前の所定の期間において、前記検出した変化量を基にデフォーカス補正量を発生し、前記フォーカス誤差信号に加算する。
【選択図】図1

Description

本発明は、光ディスクにレーザ光を照射して情報を記録再生する光ディスク記録再生装置に係り、特にレーザ光色収差に基づくデフォーカスを改善する技術に関する。
近年、光ディスクの高密度化を進めるため、様々な光記録媒体が提案されている。また光ディスクに高密度化で記録するための条件として、光源である半導体レーザの波長を短くすることと、ディスク上にレーザ光を集光させる対物レンズのNA(開口数)を高くすることが挙げられる。この2つの条件を達成することによって、光ディスク上に、より小さなスポットを照射させ、より小さなピットの形成と読出しが可能となる。
しかしながら、半導体レーザの短波長化と対物レンズの高NA化が進むにつれて、色収差がより大きく発生するようになる。例えば、近年実用化が提案されている400nm近傍の波長を発振する半導体レーザの場合、従来の半導体レーザと同程度の波長誤差(発振波長のばらつき幅)が発生したとすると、従来の半導体レーザの場合と比較して数倍の色収差が発生してしまう。その結果、光ディスク上に形成されるスポットにデフォーカス(フォーカスずれ)が生じ、信号のSN比が大きく劣化してしまい、記録品質が劣化してしまう。
従来、この色収差の問題を解決するために、光学系の改良により色収差を抑圧する技術が提案されている。例えば特許文献1には、光ディスクの種別(一般用と高密度用)に応じて集光手段を切り替え、集光手段にはビーム光のビーム径を縮小または拡大するビーム径縮小・拡大手段を設ける構成が記載される。また特許文献2には、短波長レーザを使用する場合に色収差を補正する収差補正レンズ群を設け、それを構成する正レンズ及び負レンズのアッベ数を好適に選択する技術が記載される。
特開2002−157768号公報 特開2000−131603号公報
上記特許文献1,2に記載の技術は、装置内に配設されている光学系とは別に、色収差を補正する光学系を配設するものであり、光学系部品の複雑化、装置の大型化、及びコストアップを招いてしまう。また、装置内に配設されている光学系のアッベ数を適宜選択する方法では、色収差に対する補正量を大きくした場合には他の収差の発生による影響が避けられなくなる。
ところで、色収差が具体的に問題になるのは、照射するレーザパワーが大きく変化する場合であって、レーザパワーの増大により発振条件が変わり、発振波長がずれるからである。具体的には、記録動作に切り替えた場合の記録パワー増大により発振波長が変動し、デフォーカスが発生することになる。発生したデフォーカスは、装置の備えるフォーカス制御機構により、応答特性で決まる時間の経過とともに解消できる。しかしながら、記録開始時点でのステップ状の急激な変化には応答が困難であり、制御が安定するまでの期間は正常な記録動作は困難であった。
本発明は上記の課題に鑑み、色収差を補正する光学系を新たに配設することなく、レーザパワー変化時の色収差に伴う記録品質の劣化を防止する光ディスク記録再生装置を提供することを目的とする。
本発明の光ディスク記録再生装置は、光ディスクに記録及び再生用レーザ光を照射するピックアップと、ピックアップの記録及び再生信号を処理する信号処理回路と、信号処理回路から出力されるフォーカス誤差信号を基に、ピックアップの照射するレーザ光のフォーカス位置を制御するフォーカス制御回路と、フォーカス誤差信号に加算するデフォーカス補正量を発生するデフォーカス印加回路と、信号処理回路とデフォーカス印加回路を制御するコントローラとを備える。コントローラは記録開始直前の所定の期間において、デフォーカス印加回路から所定のデフォーカス補正量を発生させ、フォーカス誤差信号に加算させる。
さらに、当該装置が再生から記録に切り替わる際に発生する前記フォーカス誤差信号の変化量を検出するデフォーカス量検出回路と、検出した変化量をデフォーカス量として記憶する記憶部を備え、デフォーカス印加回路の発生するデフォーカス補正量は、記憶部に記憶するデフォーカス量に所定の係数kを掛けたものである。好ましくは、所定の係数kは1/2である。
さらに、情報を記録する際の記録用レーザ光の最適パワーを決定する記録パワー調整手段を備え、デフォーカス量検出回路は、記録パワー調整手段によりテスト信号を記録する際、記録開始時点で発生するフォーカス誤差信号の変化量を検出してデフォーカス量とする。
本発明によれば、色収差を補正する光学系を新たに配設することなく、記録開始時の色収差に伴う記録品質の劣化を防止することができる。
図1は、本発明による光ディスク記録再生装置の一実施例の構成を示す図である。装着された光ディスク1は、図示しないスピンドルモータによって所定の速度で回転される。ピックアップヘッド(PUH)2では、レーザ光源(LD)20から出射されたレーザ光はコリメータレンズ21で平行光とされ、ビームスプリッタ22を通って対物レンズ23に入射し、光ディスク1の情報記録層に集光することで、情報の記録再生を行う。光ディスク1から反射した光は、再び対物レンズ23、ビームスプリッタ22を通って検出レンズ25に入射し、フォトディテクター26上に集光されて電気信号として検出される。フォトディテクター26で検出された電気信号は、プリアンプ27で増幅され、フォーカス誤差信号、トラッキング誤差信号及びRF信号が出力される。
トラッキング誤差信号はトラッキング制御回路3に入力され、フォーカス誤差信号は加算回路4を介してフォーカス制御回路5に入力され、それぞれ制御系の抑圧特性と安定性を満足するように信号処理が行われ、駆動回路6に出力される。駆動回路6では、トラッキング制御回路3及びフォーカス制御回路5からの制御信号に基づいて、PUH2に搭載されたアクチュエータ24を駆動する。アクチュエータ24は、対物レンズ23をディスク面に垂直な方向(フォーカス方向)及び半径方向(トラッキング方向)に移動させることで、レーザ光をディスク上の所望の位置に集光させる。
一方、プリアンプ27からのRF信号は信号処理回路9に入力され、光ディスク上に記録されているユーザ情報とその記録位置を示す物理アドレス情報等を再生する。コントローラ10は、このアドレス情報を基に、所望の位置からユーザ情報等を読み出したり、所望の位置にユーザ情報等を記録したりする。この際、ユーザ情報は信号処理回路9で変調復調などの記録再生処理がなされる。さらに、記録波形発生回路12では、入力された記録データを基にレーザ発光波形を形成するための信号を生成し、LD駆動回路11はレーザ光源(LD)20を駆動し、レーザ光を発光させる。記憶部13は、制御プログラムや後述するデフォーカス量などのデータを記憶する。
また、情報を記録する際、記録用レーザ光のパワーの最適化を行うための記録パワー調整手段を有する。これはOPC(Optimum Power Calibration)工程と呼ばれ、光ディスクに新たな情報を記録する直前に実行する学習工程の1つである。OPC工程では、記録波形発生回路12により記録パワーを変化させたテスト信号を生成して、PUH2によりディスク上の各セクタに記録する。そして、各セクタに記録した信号を再生し、信号処理回路9で信号レベルの対称性(β特性)等を評価する。コントローラ10は最も対称性が良い記録パワーを最適記録パワーとして決定し、記憶部13に記憶する。続いて、この最適記録パワーを用いて、データ領域にユーザ情報を記録する。
本実施例では、さらに、デフォーカス量検出回路7とデフォーカス印加回路8を設けたことに特徴がある。デフォーカス量検出回路7は、プリアンプ27からのフォーカス誤差信号を入力し、色収差により記録開始時に発生するフォーカス誤差信号の変化量(デフォーカス量)を検出する。そして、検出したデフォーカス量をコントローラ10に出力する。コントローラ10では、デフォーカス量検出回路7から入力されたデフォーカス量に基づいて、所定のデフォーカス補正量をデフォーカス印加回路8に設定する。デフォーカス印加回路8は、加算回路3を介してフォーカス誤差信号にデフォーカス補正量を加算する。その際、デフォーカス補正量を加算するタイミングを記録開始直前の所定期間に調整することで、記録開始時のレーザパワー増大に伴うデフォーカスの発生を抑制する。
次に、本実施例の光ディスク記録再生装置により、ユーザ情報等をディスク上のデータ領域に記録する際の動作を説明する。
図2は、記録動作時の装置内部の信号波形を示す図である。(a)はライトゲート信号で、レーザ発光が記録状態か再生状態かを示す。(b)はLD駆動回路11からのレーザ駆動信号で、レーザの発光パワーと発光波形を指示する。(c)はプリアンプ27から出力されるフォーカス誤差信号を示す。ここでは、(d)のデフォーカス補正量を加算してフォーカス制御を行っている場合である。(d)はデフォーカス印加回路8から出力するデフォーカス補正量を示し、加算回路4により上記フォーカス誤差信号(c)に加算する。なお(c’)は、比較のために示すフォーカス誤差信号で、デフォーカス補正量(d)を加算しないでフォーカス制御を行っている場合の例である。
記録開始時点(P点)で再生動作から記録動作に切り替わると、レーザパワー(b)がステップ状に増大し、レーザ光の波長の変化と光学系の色収差が原因となってデフォーカスが発生する。フォーカス制御系はこのデフォーカス量に追従するために、フォーカス誤差信号(c’)のレベルが一旦−Δfだけ変化する。その後、このフォーカス誤差信号(c’)のレベルが0になるようにフィードバック制御が行われるが、安定するまでには制御系の応答特性に対応した時間Δt1を必要とする。また記録終了時(Q点)には、記録状態で発生した色収差によるデフォーカスが元に戻るため、同様にフォーカス誤差信号(c’)に段差が発生する。このようにデフォーカス量の発生により制御が安定するまでの過渡期間Δt1は、フォーカス状態が不安定であり正常な記録動作は困難になる。
本実施例では次のように対処する。デフォーカス量検出回路7では、テスト信号等を用いて再生から記録に切り替わる際に発生するフォーカス誤差信号(c’)のレベル変化(デフォーカス量)−Δfを予め検出し、コントローラ10に出力する。コントローラ10ではこのデフォーカス量を記憶部13に記憶しておく。そして、これに対して適切な係数kを掛けたデフォーカス補正量(d)、例えば−Δf/2(k=1/2)をデフォーカス印加回路8に設定し、加算回路4を介してフォーカス誤差信号(c)に加算する。デフォーカス補正量を加算するタイミング(R点)は、記録開始時点(P点)よりも制御系の応答特性に対応する時間Δt3以上手前から加算を開始し、記録開始時点(P点)で加算を終了する。
デフォーカス補正量(d)を加算した結果、フォーカス制御の動作点が補正量−Δf/2だけずれ、フォーカス誤差信号(c)には+Δf/2のオフセットが発生する。また、デフォーカス補正量を加算するタイミング(R点)を記録開始時点(P点)よりも時間Δt3以上手前としたので、記録開始時点(P点)ではオフセット+Δf/2は安定している。
この状態でレーザ信号(b)を印加して記録を開始すると、色収差によるデフォーカスが発生し、フォーカス誤差信号(c)には(c’)と同様にレベル変化−Δfの段差が発生する。上記したように、記録開始時点(P点)では予めオフセット+Δf/2が与えられているので、発生する段差−Δfは同等であっても、記録開始直後のフォーカス誤差信号(c)のレベルは−Δf/2となる。すなわち、デフォーカス補正量を加算した結果、記録開始直後のデフォーカス量を−Δfから−Δf/2に半減させることができる。
デフォーカス補正量(d)は記録開始時点(P点)で0とし、補正量の加算を終了する。その後、このフォーカス誤差信号(c)は、制御系の応答特性に対応する時間Δt2で0になるようにフィードバック制御が行われる。この場合、デフォーカス量が1/2に半減していることからフォーカス誤差信号が0になるまでの応答時間も短縮され、Δt2<Δt1となる。よって、デフォーカス量の発生により制御が安定するまでの過渡期間Δt2が短縮するので、記録動作への影響を低減することができる。なお、上記補正量の加算終了のタイミングを記録開始時点(P点)からずれて設定すると、記録開始直後のデフォーカス量が−Δf/2よりも増加したり、フォーカス誤差信号(c)が0に収束するまでの時間Δt2が延びることになり、好ましくない。
上記実施例では、記録開始時に発生するフォーカス誤差信号(c’)の段差−Δfに対し、デフォーカス補正量(d)の補正量は係数k=1/2を掛けて−Δf/2に設定した。これにより、例えば記録動作の前に再生動作を行うような場合、デフォーカス発生による影響を記録動作区間と再生動作区間の双方に分配させることができる。つまり、記録時の過渡時間Δt2と再生時の過渡時間Δt3をほぼ同等にして、記録再生動作全体としての性能のバランスをとることができる。このように、補正量を決める際の係数kは、記録と再生の動作状況を考慮して適宜定めればよい。例えば記録動作を優先する場合は、係数k=1として補正量を段差Δfに等しく設定することで、記録時の過渡時間Δt2をほぼ0にすることができる。
本実施例では、レーザパワー変化時の色収差を補正する光学系を新たに配設することなく、記録開始時点に発生する色収差に伴うデフォーカスの影響を抑圧することができる。よって、光学系部品の複雑化、装置の大型化、及びこれに伴うコストアップがなく、記録品質の劣化を防止することができる。
本実施例では、デフォーカス補正を行うために、予めデフォーカス量を取得する必要がある。その具体的な手法として、記録パワー調整手段による記録パワー最適化の学習工程を利用して、デフォーカス量を検出する方法を説明する。
図3は、OPC工程におけるテスト信号の記録とデフォーカス量の検出を説明する図である。(a)はライトゲート信号で、レーザ発光が記録状態か再生状態かを示す。(b)はテスト信号用のレーザ駆動信号で、レーザの発光パワーと発光波形を指示する。(c)はOPC記録時のフォーカス誤差信号を示す。
OPC工程における記録動作では、例えばディスク上のOPC用に設けた所定のトラックにおいて、各セクタ(S0〜S3)毎に、記録パワーを少しずつ変化させてテスト信号を記録する。この際、記録開始時点(P点)で色収差によるデフォーカスが発生し、フォーカス誤差信号(c)には、デフォーカス量に対応したレベル変化−Δfが発生する。フォーカス制御では、制御系の応答特性に対応した時間Δt0でこのフォーカス誤差信号が0になるようにフィードバック制御を行う。デフォーカス量検出回路7では、記録開始直後のフォーカス誤差信号(c)のレベル変化−Δfを検出し、デフォーカス量としてコントローラ10に出力する。コントローラ10は、このデフォーカス量−Δfを記憶部13に記憶しておき、次にユーザ情報を記録する際のデフォーカス補正量を設定するために用いる。
このように、OPC工程においてデフォーカス量を取得するようにしたので、デフォーカス量検出のために専用の工程が不要となり、記録動作時間に影響することもなく効率的である。
図4は、OPC工程におけるテスト信号の再生を説明する図である。(e)はリードゲート信号で、所定のセクタを再生している期間を示す。(f)は再生RF信号で、先に記録パワーを変えながら記録した各セクタからの再生信号である。信号処理回路9はこのRF信号の対称性(β特性)等を評価して、最適記録パワーを決定する。(g)は検出窓信号で、再生RF信号(f)の振幅を検出する期間を示す。(c)は再生時のフォーカス誤差信号を示す。
再生RF信号(f)の振幅は、記録した各セクタ(S0〜S3)の記録時のパワーに依存して変化するが、記録開始(P点)からΔt0の期間は色収差によりフォーカスがずれた状態で記録されている。よって、この期間の再生RF信号(f)は記録パワーを正しく反映しているとは言い難い。このため、少なくともΔt0を経過するまで期間Δt0’は、信号処理回路9が再生RF信号振幅の検出を行わないように検出窓信号(g)を設けて信号を遮断する。このようにして、再生した信号のうち振幅の対称性が最も良いセクタ(例えばS1)の記録パワーを最適記録パワーとする。なお、再生動作ではレーザパワーが小さいので色収差は発生しない。よって、フォーカス誤差信号(c)には再生開始(P点)及び終了時点(Q点)に段差は発生しない。
このように、OPC工程の再生信号評価において、記録開始(P点)から所定期間(制御が不安定な期間Δt0)については検出窓信号(g)で信号検出を遮断するようにしたので、取得した信号の誤りがなくなり、最適記録パワー決定値の信頼性が向上する。
次に、本実施例における記録再生工程及びOPC工程の手順を説明する。
図5は、本実施例における記録再生工程の流れを示すフローチャートである。光ディスクをローディングして(S102)、フォーカス及びトラッキングの制御を開始する(S103)。光ディスクの種別を判別して(S104)、記録可能なディスクであるかどうかを調べ(S105)、記録可能であれば最適記録パワーを求めるためのOPC学習工程を実行する(S106)。OPC工程の詳細は後述するが、この工程によりデフォーカス量(−Δf)を取得して記憶部13に記憶する。
次に実行すべき動作を判定する(S107)。記録動作であれば、コントローラ10は記憶部13に記憶しているデフォーカス量(−Δf)を読み出し(S108)、デフォーカス印加回路8にデフォーカス補正量(例えば−Δf/2)を設定して、記録開始直前の所定期間(図2のΔt3以上)だけフォーカス誤差信号に加算する(S109)。そしてOPC工程で求めた最適記録パワーに設定してユーザ情報を記録する(S110)。一方再生動作の場合は、デフォーカスの補正なしで再生を実行する(S111)。記録または再生動作を終了してディスクイジェクトの指示を受けると(S112)、フォーカス及びトラッキングの制御を終了し(S114)、光ディスクをイジェクトする(S114)。
このように、記録動作においてデフォーカス補正量(−Δf/2)を加算することにより、記録動作開始時の色収差によるデフォーカス発生を低減できる。そして、この補正量は記録動作前に行うOPC学習工程で取得するので、無駄な工程がなく効率が良い。なお、S109で加算するデフォーカス補正量(−Δf/2)は、記録・再生の優先度などを考慮して適宜変更して設定しても良い。
図6は、図5におけるOPC学習工程(S106)の流れを示すフローチャートである。OPC開始の指示を受けると(S201)、記録波形発生回路12はテスト信号の記録パワーを初期値に設定し(S202)、ディスク上のセクタS0の領域に記録する(S203)。そしてデフォーカス量検出回路7は、記録パワーを与えた時に生じるフォーカス誤差信号の変化量(−Δf)をデフォーカス量として検出し(S204)、記憶部13に記憶する(S205)。続いて、次の記録パワーを設定し(S206)、次のセクタSnの領域に記録する(S207)。これを繰り返し、全ての記録パワーについてのテスト信号を記録する(S208)。
テスト信号の再生では、まずセクタS0の領域から再生を開始する(S209)。その際、再生開始直後の所定期間(時間Δt0)は、検出窓を設けて信号の取得を停止する(S210)。この期間は、OPC記録時のフォーカス制御系の応答特性で決まる時間である。所定期間(Δt0)経過後、セクタS0からの振幅データを取得する(S211)。もし、所定期間(Δt0)が次のセクタS1,S2まで及ぶ場合には、次のセクタまで信号の取得停止期間を延長する。続いて次のセクタSnの領域から再生し(S212)、振幅データを取得する(S213)。これを繰り返し、記録した全てのセクタからの再生を行う(S214)。そして取得した振幅データの対称性を評価し、最も対称性が良い記録パワーを最適記録パワーとして決定する(S215)。
このように、再生開始直後の所定期間はデータの取得を停止し、記録フォーカス制御が安定しないデータを評価から外すことで、最適記録パワー決定値の信頼性が向上する。
上記実施例では、OPC工程時にデフォーカス量を取得して補正量を設定するようにしているが、他の方法として、装置出荷時に色収差によって発生するデフォーカス量を測定して、これを基にデフォーカス補正量を記憶部13に記憶させておくようにしてもよい。
以上のように本実施例によれば、色収差を補正する光学系を新たに配設することなく、記録開始時の色収差に伴う記録品質の劣化を防止することができる。
本発明による光ディスク記録再生装置の一実施例の構成を示す図。 記録動作時の装置内部の信号波形を示す図。 OPC工程におけるテスト信号の記録とデフォーカス量の検出を説明する図。 OPC工程におけるテスト信号の再生を説明する図。 本実施例による記録再生工程の流れを示すフローチャート。 図5におけるOPC工程の流れを示すフローチャート。
符号の説明
1…光ディスク、2…ピックアップヘッド(PUH)、3…トラッキング制御回路、4…加算回路、5…フォーカス制御回路、6…駆動回路、7…デフォーカス量検出回路、8…デフォーカス印加回路、9…信号処理回路、10…コントローラ、11…LD駆動回路、12…記録波形発生回路、13…記憶部、20…レーザ光源(LD)、23…対物レンズ、24…アクチュエータ、26…フォトディテクター、27…プリアンプ。

Claims (6)

  1. 回転する光ディスクにレーザ光を照射し情報を記録及び再生する光ディスク記録再生装置において、
    上記光ディスクに記録及び再生用レーザ光を照射するピックアップと、
    該ピックアップの記録及び再生信号を処理する信号処理回路と、
    該信号処理回路から出力されるフォーカス誤差信号を基に、上記ピックアップの照射するレーザ光のフォーカス位置を制御するフォーカス制御回路と、
    該フォーカス誤差信号に加算するデフォーカス補正量を発生するデフォーカス印加回路と、
    上記信号処理回路と上記デフォーカス印加回路を制御するコントローラとを備え、
    該コントローラは記録開始直前の所定の期間において、上記デフォーカス印加回路から所定のデフォーカス補正量を発生させ、上記フォーカス誤差信号に加算させることを特徴とする光ディスク記録再生装置。
  2. 請求項1記載の光ディスク記録再生装置において、
    当該装置が再生から記録に切り替わる際に発生する前記フォーカス誤差信号の変化量を検出するデフォーカス量検出回路と、
    検出した変化量をデフォーカス量として記憶する記憶部を備え、
    前記デフォーカス印加回路の発生するデフォーカス補正量は、上記記憶部に記憶するデフォーカス量に所定の係数kを掛けたものであることを特徴とする光ディスク記録再生装置。
  3. 請求項2記載の光ディスク記録再生装置において、
    前記所定の係数kは1/2であることを特徴とする光ディスク記録再生装置。
  4. 請求項1記載の光ディスク記録再生装置において、
    前記デフォーカス補正量の加算は、記録開始時点よりも前記フォーカス制御回路の応答時間以上手前から加算を開始し、記録開始時点で加算を終了することを特徴とする光ディスク記録再生装置。
  5. 請求項2記載の光ディスク記録再生装置において、
    情報を記録する際の記録用レーザ光の最適パワーを決定する記録パワー調整手段を備え、
    前記デフォーカス量検出回路は、上記記録パワー調整手段によりテスト信号を記録する際、記録開始時点で発生するフォーカス誤差信号の変化量を検出してデフォーカス量とすることを特徴とする光ディスク記録再生装置。
  6. 請求項5記載の光ディスク記録再生装置において、
    前記記録パワー調整手段によりテスト信号を再生する場合、再生開始時点から前記フォーカス制御回路の応答時間以上経過するまでの期間は、再生信号の検出を遮断することを特徴とする光ディスク記録再生装置。
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