JP2008262636A - 光ディスク装置およびそのフォーカス制御方法 - Google Patents

光ディスク装置およびそのフォーカス制御方法 Download PDF

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Abstract

【課題】対物レンズのレンズシフトに伴って発生するフォーカス制御信号の誤差によりフォーカス制御ができなくなるという問題を回避し、光ディスクに記録された情報の読取り精度が高い光ディスク装置およびそのフォーカス制御方法を提供することを目的とする。
【解決手段】四分割ディテクタ205が、光ディスクの半径方向に平行な線と光ディスクの接線方向に平行な線とにより分割された4つの受光領域を有し、それぞれの受光領域からの出力値を反射光の光軸周りに連続して、Ia、Ib、Ic、Idとし、補正係数をk1、k2とするとき、サーボ処理部が、フォーカス制御信号FEをFE=k1(Ia−Id)+k2(Ic−Ib)に基づいて算出し、制御手段が、補正係数k1、k2をk1(Ia+Idn=k2(Ib+Icnに基づいて算出し、且つ、nは0.57<n<1を満足することを特徴とする。
【選択図】図3

Description

本発明は、光ディスクに情報の記録または再生の少なくとも一方を行う光ディスク装置およびそのフォーカス制御方法に関するものである。
光ディスク装置は、光源から発せられたレーザ光を対物レンズにより光ディスクに集光させることで光ディスクへの記録または再生を行っている。
このとき、光ディスクをスピンドルモータにより回転させ、光ディスクの信号ピットあるいはガイド溝に集光スポットを沿わせるように対物レンズを駆動する。光ディスク装置のスピンドルモータや光ディスク等の偏心により、光ディスクの信号ピットあるいはガイド溝は対物レンズに対して光ディスクの半径方向(以下、X方向と記す)に移動するため、これに対して集光スポットが追従してトラッキングするように対物レンズを駆動するトラッキング制御がなされる。このトラッキング制御による対物レンズのX方向の移動をレンズシフトと呼ぶ。
また、レーザ光の集光スポットが光ディスク面上の信号ピットあるいはガイド溝にフォーカスするように、対物レンズを光ディスク方向へ駆動することで光ディスクと対物レンズとの距離を一定に保つフォーカス制御がなされる。
従来、このフォーカス制御としては、光ディスクからの反射光に非点収差を与え、反射光を受光するディテクタにより対物レンズと光ディスクのフォーカス方向の距離に応じたフォーカス制御信号を発生させて対物レンズ位置を帰還制御する、非点収差法と呼ばれる方法が用いられている。
この非点収差法では、反射光に非点収差を与えるシリンドリカルレンズ等を備え、光ディスクと対物レンズの距離に応じて変形する光ビームを、複数のディテクタで受光して電気信号に変換し、それぞれのディテクタの電気信号を演算することにより光ディスクと対物レンズとの距離を検出し、その距離に応じて対物レンズをフォーカス駆動している。非点収差法に用いる複数のディテクタは、X方向に平行な線と光ディスクの接線方向(以下、Y方向と記す)に平行な線とにより分割された4つの受光領域を有する受光器(以下、四分割ディテクタと記す)からなり、それぞれの受光領域からの出力値をIa、Ib、Ic、Idとするとき、フォーカス制御信号FEを、FE=(Ia−Id)+(Ic−Ib)に基づいて算出している。
四分割ディテクタの中心は、光ディスクからの反射光の光軸と一致するように配置され、それぞれの受光領域からの出力値Ia、Ib、Ic、Idを、Ia=Ib=Ic=Id、すなわちFE=0となるようにフォーカス制御することで光ディスクに集光するレーザ光のスポット径が記録再生動作に最適になるように調整している。
非点収差法では、四分割ディテクタの中心が、光ディスクからの光軸と一致するように配置されるが理想であるが、実際の光ディスク装置においては、四分割ディテクタの取付け位置に誤差が生じ、四分割ディテクタの中心に対して光ディスクからの反射光の光軸位置がずれる場合がある。
このとき、光ディスクからの反射光の光軸が、四分割ディテクタ上で光ディスクの接線方向に変移した状態で、フォーカス制御された光ピックアップが光ディスクの信号ピットあるいはガイド溝を横切るようにX方向へ移動したとき、光ディスクの信号ピットあるいはガイド溝の影響でフォーカス制御信号に誤差が生じて対物レンズがフォーカス方向に異常動作する。
これを抑制するため、補正係数をk1、k2とするとき、k1(Ia+Id)=k2(Ib+Ic)、あるいはk1(Ia−Id)=k2(Ib−Ic)に基づいてk1、k2を算出し、
FE=k1(Ia−Id)+k2(Ic−Ib)に基づいてフォーカス制御信号FEを算出するフォーカス制御方法が開示されている。
特開2002−74696号公報 第48回応用物理学会学術講演会予稿集(昭和62年秋季)705頁 田中伸一著「フォーカスエラー信号に混入する溝横断信号の軽減対策」
図10は、従来の光ディスク装置における光ディスクのデータ面から対物レンズまでの距離とフォーカス制御信号の関係を示す特性図である。図10において、横軸は光ディスクのデータ面から対物レンズまでの距離(F)、縦軸はフォーカス制御信号(FE)であり、フォーカス制御信号はFE=(Ia−Id)+(Ic−Ib)に基づいて算出し、四分割ディテクタには、四分割ディテクタ上の光ビームに対しY方向に光ビーム直径の35%の光軸ずれを与えている。
光ディスク装置の記録及び再生動作は対物レンズを光ディスク半径方向にトラッキング制御してなされ、このトラッキング制御による対物レンズのレンズシフトにより、四分割ディテクタ上の光ビームはX方向に移動する。
図10中のAはレンズシフトの無い場合、Bは光ビーム直径の49%に相当するレンズシフトによりX方向に光ビームが移動した場合、Cは光ビーム直径の49%に相当するレンズシフトにより−X方向に光ビームが移動した場合を示している。レンズシフトした状態ではFE=0のときFが0からずれており、この誤差によりフォーカス制御信号FEで制御駆動された対物レンズによる集光スポットは光ディスク面上の信号ピットあるいはガイド溝に対するフォーカスがずれる、いわゆるデフォーカスが発生する。
図11は、従来の光ディスク装置における光ディスクのデータ面から対物レンズまでの距離とフォーカス制御信号の関係を示す特性図である。図11において、横軸は光ディスクのデータ面から対物レンズまでの距離(F)、縦軸はフォーカス制御信号(FE)であり、フォーカス制御信号はk1(Ia+Id)=k2(Ib+Ic)で算出される補正係数k1、k2を用いて、FE=k1(Ia−Id)+k2(Ic−Ib)に基づいて算出し、四分割ディテクタには、四分割ディテクタ上の光ビームに対しY方向に光ビーム直径の35%の光軸ずれを与えた。
図11中のDはレンズシフトの無い場合、Eは光ビーム直径の49%に相当するレンズシフトによりX方向に光ビームが移動した場合、Fは光ビーム直径の49%に相当するレンズシフトにより−X方向に光ビームが移動した場合を示しており、レンズシフトした状態ではFE=0のときF=0からのずれが発生しており、図10の場合と比較すると改善はされているが、依然としてデフォーカスが発生している。
このように、従来の技術では、以下のような問題が生じていた。
即ち、フォーカス制御信号FEを、FE=(Ia−Id)+(Ic−Ib)に基づいて算出する場合、光ディスクからの反射光の光軸が、四分割ディテクタ上でY方向に位置ずれした状態では、レンズシフトに伴って、光ビームが四分割ディテクタ上でX方向に移動することによりフォーカス制御信号に誤差が発生するという問題があった。
また、フォーカス制御信号FEを、k1(Ia+Id)=k2(Ib+Ic)で算出される補正係数k1、k2を用いて、FE=k1(Ia−Id)+k2(Ic−Ib)に基づいて算出する場合は、レンズシフトによるフォーカス制御信号の誤差は小さくはなるが、四分割ディテクタのY方向への位置ずれ、もしくはレンズシフトに伴う光ビームの四分割ディテクタ上でのX方向への移動が大きくなると、それに伴うフォーカス制御信号の誤差を十分に抑えることができないという問題があった。
また、フォーカス制御信号FEを、k1(Ia−Id)=k2(Ib−Ic)で算出される補正係数k1、k2を用いて、FE=k1(Ia−Id)+k2(Ic−Ib)に基づいて算出する場合は、四分割ディテクタがY方向へ位置ずれしていてもレンズシフトによるフォーカス制御信号への誤差は理論的には抑制される。しかし、実際には、四分割ディテクタで受光する光ビームの中心が、Y方向に平行な線で分割された受光領域間の境界線上に位置すると、Ia=Id、またはIc=Ibとなり、k1及びk2を算出すること原理的に不可能であるという問題があった。
また、四分割ディテクタで受光する光ビームの中心が、Y方向に平行な線で分割された受光領域間の境界線上からのずれが有り、Ia=Id、及びIc=Ibでなくなって補正係数k1、k2を算出できる場合であっても、(Ia−Id)及び(Ic−Ib)の値が原理的に0に近いので、補正係数の誤差が大きなり、レンズシフトによるフォーカス制御信号の誤差を十分に抑えることができず、実用化が困難という問題があった。
また、対物レンズの光ディスクに対抗する面の直径が約1mm以下と小さくなると、レンズシフトの際の移動距離が対物レンズに対して相対的に大きくなり、四分割ディテクタ上で光ビームのX方向への移動距離が大きくなるため、フォーカス制御信号の誤差が大きくなる。そのため、対物レンズを小径化して光学系を小型化し光ディスク装置を小型化することが困難という問題があった。
そこで、本発明は上記課題に鑑みてなされたものであって、対物レンズのレンズシフトに伴って発生するフォーカス制御信号の誤差によりフォーカス制御ができなくなるという問題を回避し、光ディスクに記録された情報の読取り精度が高い光ディスク装置およびそのフォーカス制御方法を提供することを目的とする。
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、光ディスクからの反射光に非点収差を生じさせる非点収差発生手段と、非点収差発生手段を介して反射光を受光する受光手段と、受光手段から得られる情報を基にフォーカス制御信号を生成するサーボ処理部と、フォーカス制御信号に基づき対物レンズを駆動する駆動手段と、フォーカス制御信号の補正係数を決定しサーボ処理部に設定する制御手段を具備し、受光手段が、光ディスクの半径方向に平行な線と光ディスクの接線方向に平行な線とにより分割された4つの受光領域を有し、それぞれの受光領域からの出力値を反射光の光軸周りに連続して、Ia、Ib、Ic、Idとし、補正係数をk1、k2とするとき、サーボ処理部が、フォーカス制御信号FEをFE=k1(Ia−Id)+k2(Ic−Ib)に基づいて算出し、制御手段が、補正係数k1、k2をk1(Ia+Idn=k2(Ib+Icnに基づいて算出し、且つ、nは0.57<n<1を満足することを特徴とする光ディスク装置である。
また、光ディスクからの反射光に非点収差成分を生じさせ、非点収差成分からフォーカス制御信号を生成して対物レンズのフォーカス制御を行うフォーカス制御方法であって、非点収差成分を含む光ディスクからの反射光を受光する受光手段を備え、受光手段が、光ディスクの半径方向に平行な線と光ディスクの接線方向に平行な線とにより分割された4つの受光領域を有し、それぞれの受光領域からの出力値を反射光の光軸周りに連続してIa、Ib、Ic、Idとし、補正係数をk1、k2とするとき、フォーカス制御信号FEは、FE=k1(Ia−Id)+k2(Ic−Ib)に基づいて算出され、補正係数k1、k2は、k1(Ia+Idn=k2(Ib+Icnに基づいて算出され、且つ、nは0.57<n<1を満足することを特徴とする光ディスク装置のフォーカス制御方法である。
本発明は上記構成により、補正係数k1、k2をk1(Ia+Idn=k2(Ib+Icnに基づいて算出し、且つ、nは0.57<n<1を満足することによって、k1(Ia−Id)=k2(Ib−Ic)で算出される補正係数k1、k2と略等しい補正係数を、(Ia+Id)及び(Ib+Ic)に基づいて算出するので、4つの受光領域で光を受光する受光手段において、4つの受光領域が全体的に光ディスクの接線方向に位置ずれ起こしている場合でも、対物レンズのレンズシフトに伴うフォーカス制御信号に生じる誤差を低減するので、光ディスク接線方向における受光手段の位置ずれ及びレンズシフトの影響を受けにくいフォーカス制御ができる。その結果、光ディスクに記録された情報の読取り精度が高い光ディスク装置およびそのフォーカス制御を実現できる。
また、受光手段で受光する反射光の中心が、光ディスクの接線方向に平行な線で分割された受光領域間の境界線上に位置する場合であっても、フォーカス誤差信号の演算が可能となるので、あらゆる場合に対応可能なフォーカス制御を実現できる。
請求項1記載の発明は、光ディスクからの反射光に非点収差を生じさせる非点収差発生手段と、非点収差発生手段を介して反射光を受光する受光手段と、受光手段から得られる情報を基にフォーカス制御信号を生成するサーボ処理部と、フォーカス制御信号に基づき対物レンズを駆動する駆動手段と、フォーカス制御信号の補正係数を決定しサーボ処理部に設定する制御手段を具備し、受光手段が、光ディスクの半径方向に平行な線と光ディスクの接線方向に平行な線とにより分割された4つの受光領域を有し、それぞれの受光領域からの出力値を反射光の光軸周りに連続して、Ia、Ib、Ic、Idとし、補正係数をk1、k2とするとき、サーボ処理部が、フォーカス制御信号FEをFE=k1(Ia−Id)+k2(Ic−Ib)に基づいて算出し、制御手段が、補正係数k1、k2をk1(Ia+Idn=k2(Ib+Icnに基づいて算出し、且つ、nは0.57<n<1を満足することを特徴とするものである。これにより、4つの受光領域で光を受光する受光手段において、4つの受光領域が全体的に光ディスクの接線方向に位置ずれ起こしている場合でも、対物レンズのレンズシフトに伴うフォーカス制御信号に生じる誤差を低減するので、光ディスク接線方向における受光手段の位置ずれ及びレンズシフトの影響を受けにくいフォーカス制御ができる。その結果、光ディスクに記録された情報の読取り精度が高い光ディスク装置およびそのフォーカス制御を実現できる。
また、受光手段で受光する反射光の中心が、光ディスクの接線方向に平行な線で分割された受光領域間の境界線上に位置する場合であっても、フォーカス誤差信号の演算が可能となるので、あらゆる場合に対応可能なフォーカス制御を実現できる。
請求項2記載の発明は、制御手段が、補正係数k1、k2をk1(Ia+Id0.8=k2(Ib+Ic0.8に基づいて算出することを特徴とするものである。これにより、制御手段が、補正係数k1、k2を、k1(Ia+Id0.8=k2(Ib+Ic0.8に基づいて算出することによって、複数の受光領域で光を受光する受光手段において、4つの受光領域で光を受光する受光手段において、4つの受光領域が全体的に光ディスクの接線方向に位置ずれ起こしている場合でも、対物レンズのレンズシフトに伴うフォーカス制御信号に生じる誤差を低減するので、光ディスク接線方向における受光手段の位置ずれ及びレンズシフトの影響を受けにくいフォーカス制御ができる。その結果、光ディスクに記録された情報の読取り精度が高い光ディスク装置およびそのフォーカス制御を実現できる。
また、受光手段で受光する反射光の中心が、光ディスクの接線方向に平行な線で分割された受光領域間の境界線上に位置する場合であっても、フォーカス誤差信号の演算が可能となるので、あらゆる場合に対応可能なフォーカス制御を実現できる。
請求項3記載の発明は、対物レンズの光ディスクに対抗する面の直径は、略1mm以下であることを特徴とするものである。これにより、対物レンズの光ディスクに対向する面の直径が、略1mm以下であることによって、光ディスクの半径方向における受光手段の位置誤差に起因して発生する受光領域間での受光感度誤差の影響を大きく受けやすい小型の対物レンズであっても、4つの受光領域で光を受光する受光手段において、4つの受光領域が全体的に光ディスクの接線方向に位置ずれ起こしている場合でも、対物レンズのレンズシフトに伴うフォーカス制御信号に生じる誤差を低減するので、光ディスク接線方向における受光手段の位置ずれ及びレンズシフトの影響を受けにくいフォーカス制御ができる。
請求項4記載の発明は、フォーカス引き込み時において、受光領域からの出力値Ia、Ib、Ic、IdがIa+Ib=Ic+Idであるとき、制御手段が、補正係数k1、k2を、k1(Ia+Idn=k2(Ib+Icnに基づいて算出し、且つ、nは0.57<n<1を満足することを特徴とするものである。これにより、4つの受光領域で光を受光する受光手段において、補正係数を算出するための受光領域からの出力値Ia、Ib、Ic、Idが適正に求められるので適正な補正係数が得られ、4つの受光領域が全体的に光ディスクの接線方向に位置ずれ起こしている場合でも、対物レンズのレンズシフトに伴うフォーカス制御信号に生じる誤差を低減するので、光ディスク接線方向における受光手段の位置ずれ及びレンズシフトの影響を受けにくいフォーカス制御ができる。
請求項5記載の発明は、フォーカス引き込み時において、光ディスクからの再生信号のジッター値が最小、または再生信号の振幅が最大であるとき、制御手段が、補正係数k1、k2をk1(Ia+Idn=k2(Ib+Icnに基づいて算出し、且つ、nは0.57<n<1を満足することを特徴とするものである。これにより、4つの受光領域で光を受光する受光手段において、補正係数を算出するための受光領域からの出力値Ia、Ib、Ic、Idを実際の再生特性を基準に求めるので更に適正な補正係数が得られ、4つの受光領域が全体的に光ディスクの接線方向に位置ずれ起こしている場合でも、対物レンズのレンズシフトに伴うフォーカス制御信号に生じる誤差を低減するので、光ディスク接線方向における受光手段の位置ずれ及びレンズシフトの影響を受けにくいフォーカス制御ができる。
請求項6記載の発明は、光ディスクからの反射光に非点収差成分を生じさせ、非点収差成分からフォーカス制御信号を生成して対物レンズのフォーカス制御を行うフォーカス制御方法であって、非点収差成分を含む光ディスクからの反射光を受光する受光手段を備え、受光手段が、光ディスクの半径方向に平行な線と光ディスクの接線方向に平行な線とにより分割された4つの受光領域を有し、それぞれの受光領域からの出力値を反射光の光軸周りに連続してIa、Ib、Ic、Idとし、補正係数をk1、k2とするとき、フォーカス制御信号FEは、FE=k1(Ia−Id)+k2(Ic−Ib)に基づいて算出され、補正係数k1、k2は、k1(Ia+Idn=k2(Ib+Icnに基づいて算出され、且つ、nは0.57<n<1を満足することを特徴とするものである。これにより、4つの受光領域で光を受光する受光手段において、4つの受光領域が全体的に光ディスクの接線方向に位置ずれ起こしている場合でも、対物レンズのレンズシフトに伴うフォーカス制御信号に生じる誤差を低減するので、光ディスク接線方向における受光手段の位置ずれ及びレンズシフトの影響を受けにくいフォーカス制御ができる。その結果、光ディスクに記録された情報の読取り精度が高い光ディスク装置およびそのフォーカス制御を実現できる。また、受光手段で受光する反射光の中心が、光ディスクの接線方向に平行な線で分割された受光領域間の境界線上に位置する場合であっても、フォーカス誤差信号の演算が可能となるので、あらゆる場合に対応可能なフォーカス制御を実現できる。その結果、光ディスク半径方向における受光手段の位置ずれの影響を受けにくいフォーカス制御をするので、光ディスクに記録された情報の読取り精度が高い光ディスク装置のフォーカス制御方法を実現できる。
請求項7記載の発明は、補正係数k1、k2が、k1(Ia+Id0.8=k2(Ib+Ic0.8に基づいて算出されることを特徴とするものである。これにより、制御手段が、補正係数k1、k2を、k1(Ia+Id)0.8=k2(Ib+Ic)0.8に基づいて算出することによって、複数の受光領域で光を受光する受光手段において、4つの受光領域で光を受光する受光手段において、4つの受光領域が全体的に光ディスクの接線方向に位置ずれ起こしている場合でも、対物レンズのレンズシフトに伴うフォーカス制御信号に生じる誤差を低減するので、光ディスク接線方向における受光手段の位置ずれ及びレンズシフトの影響を受けにくいフォーカス制御ができる。
請求項8記載の発明は、フォーカス引き込み時において、受光領域からの出力値Ia、Ib、Ic、IdがIa+Ib=Ic+Idであるとき、補正係数k1、k2が、k1(Ia+Idn=k2(Ib+Icnに基づいて算出され、且つ、nは0.57<n<1を満足することを特徴とするものである。これにより、4つの受光領域で光を受光する受光手段において、補正係数を算出するための受光領域からの出力値Ia、Ib、Ic、Idが適正に求められるので適正な補正係数が得られ、4つの受光領域が全体的に光ディスクの接線方向に位置ずれ起こしている場合でも、対物レンズのレンズシフトに伴うフォーカス制御信号に生じる誤差を低減するので、光ディスク接線方向における受光手段の位置ずれ及びレンズシフトの影響を受けにくいフォーカス制御ができる。
請求項9記載の発明は、フォーカス引き込み時において、光ディスクからの再生信号のジッター値が最小、または再生信号の振幅が最大であるとき、補正係数k1、k2は、k1(Ia+Idn=k2(Ib+Icnに基づいて算出され、且つ、nは0.57<n<1を満足することを特徴とするものである。これにより、4つの受光領域で光を受光する受光手段において、補正係数を算出するための受光領域からの出力値Ia、Ib、Ic、Idを実際の再生特性を基準に求めるので更に適正な補正係数が得られ、4つの受光領域が全体的に光ディスクの接線方向に位置ずれ起こしている場合でも、対物レンズのレンズシフトに伴うフォーカス制御信号に生じる誤差を低減するので、光ディスク接線方向における受光手段の位置ずれ及びレンズシフトの影響を受けにくいフォーカス制御ができる
(実施の形態1)
以下、本発明の実施の形態1について図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明の実施の形態1における光ディスク装置を示す外観構成図である。
光ピックアップ101に搭載された対物レンズ102から出射する集光スポットを、スピンドルモータ104に装着して回転する光ディスク103にフォーカスさせて光ディスク103上のデータを読取る。光ディスク103上の信号ピット等のデータは円周状のトラックに配列されており、光ディスク103の偏心に伴って光ディスク103の半径方向に往復移動する。集光スポットをデータにトラッキングするために、図示しないトラッキング駆動系を用いて対物レンズ102をトラッキング制御する。
本実施の形態1における光ディスク装置は、直径32mmの光ディスクを用いて記録または再生する、小型光ディスク装置である。
図2は、本発明の実施の形態1における光学系の構成を示す図である。
光源となる青色光のレーザダイオード201より発せられた光束は、ビームスプリッタ202及びコリメータレンズ203を通過して、開口数0.73の対物レンズ102で光ディスク103に集光される。光ディスク103はデータ面上に透明のカバー層0.11mmを備え、カバー層を透過した光束はデータ面に集光スポットを形成する。光ディスク103を回転すると光ディスク103のデータ面は、図中のフォーカス方向に周期的に振れるため、光ディスク装置の記録再生動作時は、集光スポットをデータ面上にフォーカスしておくために、図示しないフォーカス駆動系を用いて、対物レンズ102を光ディスク103のフォーカス方向の変位に応じて駆動する。
また、対物レンズ102は光ディスク103の回転に伴う光ディスク103の半径方向(X方向)のトラック振れに応じて、図示しないトラッキング駆動系を用いて、X方向、すなわち、図2のトラッキング方向にトラッキング駆動される。これによる対物レンズ動きをレンズシフトと呼ぶ。
ここで、対物レンズ102の光ディスク103に対向する面の直径は1mmであり、これにより光学系の全体構成を縮小し、本実施の形態1における小型の光ディスク装置に搭載できる小型化された光ピックアップとしている。このため、従来のCD及びDVD等の直径120mmの光ディスク205に用いられている直径3mm程度の対物レンズを用いた場合と比較して、対物レンズ102の直径に対するレンズシフトの割合は従来の3倍程度となり、±0.2mmのレンズシフトにおいて対物レンズ102の直径に対するレンズシフトの割合は従来の7%から20%に増大する。
光ディスク103により反射した光束は、ビームスプリッタ202により反射されて、シリンドリカルレンズ204を通過する。シリンドリカルレンズ204により非点収差を加えられた光束は四分割ディテクタ205に光ビームとして入射する。光ビームの光軸中心は四分割ディテクタ205の中央に配置される。光ビームはシリンドリカルレンズ204により加えられた非点収差により、対物レンズ102と光ディスク103のフォーカス方向の距離に応じて四分割ディテクタ205上で形状が変わる。四分割ディテクタ205のそれぞれのディテクタは光ビームの形状に応じて変化する受光光量を電気信号に変換して出力する。
なお、本実施の形態1では、レーザダイオード201を青色光とし、対物レンズの開口数を0.73として説明したが、これに限定されるものではない。
図3は、本発明の実施の形態1におけるフォーカス制御系のブロック図である。
四分割ディテクタ205は、光ディスクの半径方向に平行な方向をX方向とし、光ディスクの接線方向に平行な方向をY方向とすると、X方向及びY方向に分割された4つの受光領域を有し、それぞれの受光領域からは、反射光の光軸周りに連続してIa、Ib、Ic、Idの出力がされている。
図4は、本発明の実施の形態1におけるフォーカス制御手順を示すフローチャートである。
光ディスク装置起動により、フォーカスの引き込みが開始されると(S1)、対物レンズが光ディスクに接近することにより、フォーカスの引き込みが行われる(S2)。このとき、対物レンズ102のフォーカス引き込み時におけるそれぞれの受光領域からの出力値Ia、Ib、Ic、Idが、Ia+Ib=Ic+Idを満足すると(S3)、それぞれの出力値は、加算演算器301、加算演算器302で加算演算され、制御手段305で補正係数k1及びk2をk1(Ia+Id0.8=k2(Ib+Ic0.8により演算し設定する(S4)。
また、減算演算器303、減算演算器304で減算演算された演算値と補正係数演算器で演算された補正係数k1及びk2により、サーボ処理部306でフォーカス制御信号FEをFE=k1(Ia−Id)+k2(Ic−Ib)により演算する(S5)。対物レンズ102と集光スポットのフォーカス方向の距離に応じて四分割ディテクタ205上の光ビームの形状が変わり、Ia、Ib、Ic、Idが変化してフォーカス制御信号が変化する。FE=0のとき光ディスクのデータ面に対物レンズの集光スポットがフォーカスするように調整しており、常にFE=0となるように駆動手段307によりフォーカス駆動信号を生成し(S6)、その信号を基に対物レンズ102をフォーカス方向に移動することでフォーカス状態を保つように帰還制御し(S7)、光ディスク上の信号を安定して読取る。また、対物レンズ102は図示しないトラッキング制御で駆動され光ディスクの信号ピットあるいはガイド溝にトラッキングされている。
図5は、本発明の実施の形態1における四分割ディテクタと反射光の光ビームの位置関係を示す図であり、光ビームはハッチングした円形で示している。
図5(a)はレンズシフトが無い場合の四分割ディテクタと反射光の光ビームの位置関係(レンズシフト0)を示し、図5(b)は+X方向にレンズシフトした場合の四分割ディテクタと反射光の光ビームの位置関係(レンズシフト+X)を示し、図5(c)は−X方向にレンズシフトした場合の四分割ディテクタと反射光の光ビームの位置関係(レンズシフト−X)を示している。図5(a)〜図5(c)に示すように、対物レンズのレンズシフトに応じて、四分割ディテクタ上の光ビームは±X方向に移動する。
図6は、補正係数k1と補正係数k2の比k1/k2を、k1(Ia+Id)=k2(Ib+Ic)で算出した値と、k1(Ia−Id)=k2(Ib−Ic)で算出した値の関係を示す特性図である。図6において、横軸ξは、k1(Ia+Id)=k2(Ib+Ic)で算出した補正係数の比k1/k2=(Ib+Ic)/(Ia+Id)、縦軸ηはk1(Ia−Id)=k2(Ib−Ic)で算出した補正係数の比k1/k2=(Ib−Ic)/(Ia−Id)である。
また、図6において、ξ=1以外でξとηは等しくない。すなわち、k1(Ia+Id)=k2(Ib+Ic)で算出した補正係数k1、k2は、四分割ディテクタがY方向へ位置ずれしていてもレンズシフトによるフォーカス制御信号への誤差が理論的に抑制されるk1(Ia−Id)=k2(Ib−Ic)で算出した補正係数k1、k2とは異なるものであり、k1(Ia+Id)=k2(Ib+Ic)で算出した補正係数k1、k2ではフォーカス制御信号の誤差を適正に抑制できないことを示すものである。
また、図6において、ηとξには、η=ξn、且つ、nは0.8という関係があり、補正係数k1、k2をk1(Ia+Idn=k2(Ib+Icnに基づいて算出し、且つ、nは0.8とすることにより、四分割ディテクタがY方向へ位置ずれしていてもレンズシフトによるフォーカス制御信号への誤差を抑制できる補正係数k1、k2を(Ia+Id)及び(Ib+Ic)を用いて算出することができる。また、0.57<n<1とすることにより、k1(Ia+Id)=k2(Ib+Ic)で求める従来の補正係数に比べ、四分割ディテクタがY方向へ位置ずれしていてもレンズシフトによるフォーカス制御信号への誤差をより抑制できる補正係数k1、k2を算出することができる。
図7は、本発明の実施の形態1における光ディスクのデータ面から対物レンズまでの距離とフォーカス制御信号の関係を示す特性図である。図7において、横軸は光ディスクのデータ面から対物レンズまでの距離(F)、縦軸はフォーカス制御信号(FE)であり、フォーカス制御信号はk1(Ia+Id0.8=k2(Ib+Ic0.8で算出される補正係数を用いて、FE=k1(Ia−Id)+k2(Ic−Ib)に基づいて算出したものである。また、四分割ディテクタには、四分割ディテクタ上の光ビームに対しY方向に光ビーム直径の35%の光軸ずれを与えている。
光ビームの光軸中心は四分割ディテクタの中央に配置されており、四分割ディテクタ上の光ビームは四分割ディテクタのY方向に対称であり、Ia=Ib、かつIc=Idである。このとき、レンズシフトによる光ビームのX方向の移動があっても、フォーカス制御信号に誤差を生じることはない。
しかし、光ビームの光軸、または四分割ディテクタのY方向の位置が、光ピックアップの光学部品組付け時の初期調整誤差や、固定手段の経時劣化等によって、四分割ディテクタ上の光ビームが四分割ディテクタのY方向に相対的に移動し、対称でなくなる状態が存在する。Gはレンズシフトの無い場合、Hは光ビーム直径の49%のレンズシフトによりX方向に光ビームが移動した場合、Iは光ビーム直径の49%のレンズシフトにより−X方向に光ビームが移動した場合を示しているが、レンズシフトしても、FE=0はデフォーカスF=0からずれておらず、フォーカス制御信号のレンズシフトによる誤差を良好に抑制している。
図8は、本発明の実施の形態1におけるフォーカス制御信号と演算式の指数nの関係を示す特性図である。横軸は補正係数を演算する式k1(Ia+Idn=k2(Ib+Icnの指数nを示し、縦軸はデフォーカスF=0でのフォーカス制御信号FE=k1(Ia−Id)+k2(Ic−Ib)をその補正係数を用いて演算した値を示す。ここで、四分割ディテクタには、四分割ディテクタ上の光ビームに対しY方向に光ビーム直径の35%の光軸ずれを与え、レンズシフトは光ビーム直径の49%とした。
図8のハッチング範囲で示すように、nが0.57<n<1の範囲において、従来のフォーカス制御信号の誤差をk1(Ia+Id)=k2(Ib+Ic)で算出される補正係数k1およびk2を用いて、FE=k1(Ia−Id)+k2(Ic−Ib)で演算する従来のフォーカス制御方法よりも抑制することができる。
以上の内容により、制御手段が、補正係数k1、k2をk1(Ia+Idn=k2(Ib+Icnに基づいて算出し、且つ、nは0.57<n<1を満足することによって、4つの受光領域で光を受光する受光手段において、4つの受光領域が全体的にY方向に位置ずれ起こしている場合でも、対物レンズのレンズシフトに伴って算出したフォーカス制御信号に生じる誤差を低減するので、光ディスク接線方向における受光手段の位置ずれ及びレンズシフトの影響を受けにくいフォーカス制御ができる。その結果、光ディスクに記録された情報の読取り精度が高い光ディスク装置およびそのフォーカス制御を実現できる。
また、受光手段で受光する反射光の中心が、光ディスクの接線方向に平行な線で分割された受光領域間の境界線上に位置する場合であっても、フォーカス誤差信号の演算が可能となるので、あらゆる場合に対応可能なフォーカス制御を実現できる。
(実施の形態2)
以下、本発明の実施の形態2について図面を参照しながら説明する。なお、光ディスク装置全体の構成および光学系の構成は、実施の形態1と同様である。
図9は、本発明の実施の形態2におけるフォーカス制御手順を示すフローチャートである。
光ディスク装置起動により、フォーカスの引き込みが開始されると(S11)、対物レンズが光ディスクに接近することにより、フォーカスの引き込みが行われる(S12)。このとき、光ディスクからの再生信号のジッター値が最小、または再生信号の振幅が最大を満足すると(S13)、それぞれの出力値は、加算演算器301、加算演算器302で加算演算され、制御手段305で補正係数k1及びk2をk1(Ia+Id0.8=k2(Ib+Ic0.8により演算し設定する(S14)。
また、減算演算器303、減算演算器304で減算演算された演算値と補正係数演算器で演算された補正係数k1及びk2により、サーボ処理部306でフォーカス制御信号FEをFE=k1(Ia−Id)+k2(Ic−Ib)により演算する(S15)。対物レンズ102と集光スポットのフォーカス方向の距離に応じて四分割ディテクタ205上の光ビームの形状が変わり、Ia、Ib、Ic、Idが変化してフォーカス制御信号が変化する。FE=0のとき光ディスクのデータ面に対物レンズの集光スポットがフォーカスするように調整しており、常にFE=0となるように駆動手段307によりフォーカス駆動信号を生成し(S16)、その信号を基に対物レンズ102をフォーカス方向に移動することでフォーカス状態を保つように帰還制御し(S17)、光ディスク上の信号を安定して読取る。また、対物レンズ102は図示しないトラッキング制御で駆動され光ディスクの信号ピットあるいはガイド溝にトラッキングされている。
この場合は、光ピックアップの光学部品組付け時の初期調整誤差や、固定手段の経時劣化等によって、四分割ディテクタ上の光ビームが四分割ディテクタのX方向に相対的に移動して対称でなくなった状態でも、再生ジッター値が最小、すなわち記録再生特性に対して最良の状態で補正係数を決定することができる。
以上の内容により、制御手段が、補正係数k1、k2をk1(Ia+Idn=k2(Ib+Icnに基づいて算出し、且つ、nは0.57<n<1を満足することによって、4つの受光領域で光を受光する受光手段において、補正係数を算出するための受光領域からの出力値Ia、Ib、Ic、Idを実際の再生特性を基準に求めるので更に適正な補正係数が得られ、4つの受光領域が全体的にY方向に位置ずれ起こしている場合でも、対物レンズのレンズシフトに伴って算出したフォーカス制御信号に生じる誤差を低減するので、光ディスク接線方向における受光手段の位置ずれ及びレンズシフトの影響を受けにくいフォーカス制御ができる。その結果、光ディスクに記録された情報の読取り精度が高い光ディスク装置およびそのフォーカス制御を実現できる。
また、受光手段で受光する反射光の中心が、光ディスクの接線方向に平行な線で分割された受光領域間の境界線上に位置する場合であっても、フォーカス誤差信号の演算が可能となるので、あらゆる場合に対応可能なフォーカス制御を実現できる。
本発明は、対物レンズのレンズシフトに伴って発生するフォーカス制御信号の誤差によりフォーカス制御ができなくなるという問題を回避できるので、光ディスクに情報の記録または再生の少なくとも一方を行う光ディスク装置およびそのフォーカス制御方法に適応可能である。
本発明の実施の形態1における光ディスク装置を示す外観構成図 本発明の実施の形態1における光学系の構成を示す図 本発明の実施の形態1におけるフォーカス制御系のブロック図 本発明の実施の形態1におけるフォーカス制御手順を示すフローチャート 本発明の実施の形態1における四分割ディテクタと反射光の光ビームの位置関係を示す図 補正係数k1と補正係数k2の比k1/k2を、k1(Ia+Id)=k2(Ib+Ic)で算出したk1/k2値と、k1(Ia−Id)=k2(Ib−Ic)で算出したk1/k2値の関係を示す特性図 本発明の実施の形態1における光ディスクのデータ面から対物レンズまでの距離とフォーカス制御信号の関係を示す特性図 本発明の実施の形態1におけるフォーカス制御信号と演算式の指数nの関係を示す特性図 本発明の実施の形態2におけるフォーカス制御手順を示すフローチャート 従来の光ディスク装置における光ディスクのデータ面から対物レンズまでの距離とフォーカス制御信号の関係を示す特性図 従来の光ディスク装置における光ディスクのデータ面から対物レンズまでの距離とフォーカス制御信号の関係を示す特性図
符号の説明
101 光ピックアップ
102 対物レンズ
103 光ディスク
104 スピンドルモータ
201 レーザダイオード
202 ビームスプリッタ
203 コリメータレンズ
204 シリンドリカルレンズ
205 四分割ディテクタ
301 加算演算器
302 加算演算器
303 減算演算器
304 減算演算器
305 制御手段
306 サーボ処理部
307 駆動手段

Claims (9)

  1. 光ディスクからの反射光に非点収差を生じさせる非点収差発生手段と、
    前記非点収差発生手段を介して前記反射光を受光する受光手段と、
    前記受光手段から得られる情報を基にフォーカス制御信号を生成するサーボ処理部と、
    前記フォーカス制御信号に基づき対物レンズを駆動する駆動手段と、
    前記フォーカス制御信号の補正係数を決定し前記サーボ処理部に設定する制御手段を具備し、
    前記受光手段が、前記光ディスクの半径方向に平行な線と前記光ディスクの接線方向に平行な線とにより分割された4つの受光領域を有し、それぞれの受光領域からの出力値を前記反射光の光軸周りに連続して、Ia、Ib、Ic、Idとし、前記補正係数をk1、k2とするとき、
    前記サーボ処理部は、前記フォーカス制御信号FEを
    FE=k1(Ia−Id)+k2(Ic−Ib
    に基づいて算出し、
    前記制御手段は、前記補正係数k1、k2
    1(Ia+Idn=k2(Ib+Icnに基づいて算出し、
    且つ、nは0.57<n<1を満足することを特徴とする光ディスク装置。
  2. 前記制御手段は、前記補正係数k1、k2を、
    1(Ia+Id0.8=k2(Ib+Ic0.8
    に基づいて算出することを特徴とする請求項1に記載の光ディスク装置。
  3. 前記対物レンズの前記光ディスクに対向する面の直径は、略1mm以下であることを特徴とする請求項1に記載の光ディスク装置。
  4. フォーカス引き込み時において、前記受光領域からの出力値Ia、Ib、Ic、Id
    a+Ib=Ic+Idであるとき、
    前記制御手段は、前記補正係数k1、k2を、
    1(Ia+Idn=k2(Ib+Icn
    に基づいて算出し、
    且つ、nは0.57<n<1を満足することを特徴とする請求項1に記載の光ディスク装置。
  5. フォーカス引き込み時において、前記光ディスクからの再生信号のジッター値が最小、または前記再生信号の振幅が最大であるとき、
    前記制御手段は、
    前記補正係数k1、k2を、
    1(Ia+Idn=k2(Ib+Icn
    に基づいて算出し、
    且つ、nは0.57<n<1を満足することを特徴とする請求項1に記載の光ディスク装置。
  6. 光ディスクからの反射光に非点収差成分を生じさせ、
    前記非点収差成分からフォーカス制御信号を生成して対物レンズのフォーカス制御を行うフォーカス制御方法であって、
    前記非点収差成分を含む前記光ディスクからの反射光を受光する受光手段を備え、
    前記受光手段が、前記光ディスクの半径方向に平行な線と前記光ディスクの接線方向に平行な線とにより分割された4つの受光領域を有し、それぞれの受光領域からの出力値を前記反射光の光軸周りに連続してIa、Ib、Ic、Idとし、補正係数をk1、k2とするとき、
    前記フォーカス制御信号FEは、
    FE=k1(Ia−Id)+k2(Ic−Ib
    に基づいて算出され、
    前記補正係数k1、k2は、
    1(Ia+Idn=k2(Ib+Icnに基づいて算出され、
    且つ、nは0.57<n<1を満足することを特徴とする光ディスク装置のフォーカス制御方法。
  7. 前記補正係数k1、k2は、
    1(Ia+Id0.8=k2(Ib+Ic0.8
    に基づいて算出されることを特徴とする請求項6に記載の光ディスク装置のフォーカス制御方法。
  8. フォーカス引き込み時において、前記受光領域からの出力値Ia、Ib、Ic、IdがIa+Ib=Ic+Idであるとき、
    前記補正係数k1、k2は、
    1(Ia+Idn=k2(Ib+Icn
    に基づいて算出され、
    且つ、nは0.57<n<1を満足することを特徴とする請求項6に記載の光ディスク装置のフォーカス制御方法。
  9. フォーカス引き込み時において、前記光ディスクからの再生信号のジッター値が最小、または前記再生信号の振幅が最大であるとき、
    前記補正係数k1、k2は、
    1(Ia+Idn=k2(Ib+Icn
    に基づいて算出され、
    且つ、nは0.57<n<1を満足することを特徴とする請求項6に記載の光ディスク装置のフォーカス制御方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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