JP2009026418A - 光ディスク装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】
定常的なフォーカス制御を安定化させることは可能であっても、光ディスク装置への外的なショックや、光ディスクの記録面の傷などの非定常の予期せぬ外乱に対しては、フォーカス制御が外れてレンズとディスクが衝突する可能性があるという問題が残っていた。
【解決手段】
フォーカスオン後の定常状態で予め記憶したフォーカスドライブ信号と、再生中常時監視しているフォーカスドライブ信号を比較し、比較結果がワーキングディスタンスの1/2もしくは1/3を越えた時には、フォーカス制御異常と判断し、対物レンズをディスク面から遠ざける方向に動かす。
【選択図】図2

Description

本発明は、光ディスク装置に関し、特に光ディスクのディスク面と光ピックアップの対物レンズの衝突防止に関するフォーカス制御手段を有する光ディスク装置に関する。
一般に、光ディスク装置では、光ディスクと呼ばれる記録媒体に半導体レーザーからの光ビームを対物レンズで集束させて照射し、その反射光を光検出器で検出して、光ディスクに記録されている信号を読み出すことで情報の再生を行う。
また、光ディスクとして相変化媒体や光磁気媒体のような記録/再生が可能な媒体を用い、光ビームの照射により記録膜の相変化や磁化反転を生じさせることで情報の記録を行い、再生は光ディスクからの反射光を検出することで行う記録/再生可能な光ディスク装置も実用化されている。
これらの光ディスク装置においては、対物レンズのフォーカス位置を光ディスクの記録面に正確に一致させるフォーカスサーボが必須である。このフォーカスサーボは通常、光ディスクからの反射光を検出する多分割光検出器の出力信号から演算によりフォーカス位置の誤差(フォーカスエラー)を検出してフォーカスエラー信号を生成し、このフォーカスエラー信号に基づいて対物レンズをフォーカス方向(対物レンズの光軸方向)に移動させることにより行われる。
また、従来の光ディスク装置におけるフォーカスサーボ制御装置では、フォーカスサーボの制御の可否を判定し、外乱等によりフォーカスサーボが外れ、サーボ制御が不可能な場合にはフォーカスサーボのサーボ制御ループを遮断する制御を行っている。具体的には、多分割光検出器の各分割領域の出力信号を全加算した信号をフォーカスサーボ判定回路により監視し、この全加算信号が予め設定されたリファレンス値より小さい状態が一定時間以上続いた場合には、フォーカスサーボが外れていると判定する。この判定の結果、フォーカスサーボが外れている場合には、サーボ制御ループを遮断してフォーカスサーボオフにすることで対物レンズの暴走を回避している。
ところで、従来の光ディスク装置で使用されている光学ヘッドでは、対物レンズと光ディスク間の距離(作動距離という)は、対物レンズがフォーカス方向の可動範囲内で光ディスク側に最も近接した位置に移動した場合でも、光ディスクに衝突しない程度に設計されている。これに対し、光ディスク装置の小型化のために最近盛んに開発が進められている薄型化された光学ヘッドでは、機械的な振動衝撃などの外乱により対物レンズが光ディスクに衝突する可能性がある。
すなわち、薄型化された光学ヘッドでは、対物レンズの焦点距離や作動距離が従来の光学ヘッドと比較して短くなっている反面、対物レンズのフォーカス方向の可動範囲は従来からの光学ヘッドと同程度である。従って、外乱などでフォーカスサーボが外れて対物レンズが可動範囲内で光ディスク側に最も近接した位置に移動した場合、対物レンズが光ディスクに衝突してしまうことがあり、結果としてレンズやディスクに傷が付き、光ディスク装置のシステムとしての信頼性を低下させる。
特許文献1には、光ディスクを回転させ、光ディスクの回転角を検出する信号のタイミングで光ピックを光ディスクの垂直な方向に上下駆動を行い、光ビームの焦点が光ディスクの記録面上に位置するタイミングにおけるフォーカス駆動値を検出し、1周あたり3点以上の検出ポイントにおけるフォーカス駆動値から面振れ相当量を算出し、任意の回転角検出信号における面振れ相当量をあらかじめフォーカス駆動値として印加しておき、任意の回転角検出信号にてフォーカス制御を行う技術が開示されている。図5は特許文献1に記載の技術におけるフォーカス制御方法のフローチャートを示す。ディスクの回転を行い(S501)、Frequency Generator信号(以下FG信号)のエッジのタイミングかどうかの判断を行う(S502)。FG信号のエッジのタイミングだと判断した時にフォーカス上下動作を行い(S503)、光ビームの焦点が光ディスクの記録面に位置する合焦位置の検出を行う(S504)。合焦位置を検出したタイミングでのフォーカス駆動値とFG信号のエッジのタイミングから合焦位置を検出したタイミングまでの時間差を検出し(S505)、面振れ相当量の算出を行い(S506)、面振れ相当量を記憶する(S507)。面振れの検出が任意の回数終わったかどうかの判断を行い(S508)、任意の回数終わったら面振れ検出を完了する(S509)。ステップS509で検出した面振れ相当量をオフセット値として、フォーカス制御を行う。
特開2005−327425
上述したように従来の光ディスク装置では、光学ヘッドの薄型化のために対物レンズの焦点距離や作動距離を短くすると、フォーカスサーボが外れたときサーボ制御ループをオフにしただけでは、対物レンズが光ディスクに衝突してレンズやディスクに傷を付ける可能性があるという問題点があった。
また、特許文献1に記載の面ぶれ量を事前に検出して再生時の面ぶれ制御を行う技術においても、定常的なフォーカス制御を安定化させることは可能であっても、光ディスク装置への外的なショックや、光ディスクの記録面の傷などの非定常の予期せぬ外乱に対しては、フォーカス制御が外れてレンズとディスクが衝突する可能性があるという問題が残っていた。
本発明は、対物レンズの焦点距離や作動距離が短くなってもレンズとディスクの衝突を確実に回避することができる光ディスク装置およびフォーカスサーボ制御装置を提供することを目的とする。
前記目的を達成するために、光ディスク装置において、波長の異なる少なくとも3種類の光ディスクの再生を行なうことが出来る1個または複数の光ピックアップと、前記光ディスクの平面に対して垂直方向に前記光ピックアップの対物レンズを動作させるためのフォーカスドライブ信号を発生するためのフォーカスドライブ手段と、前記フォーカスドライブ手段によって前記対物レンズを動作させてフォーカス制御を行なうためのフォーカス制御手段と、前記光ディスクが回転するごとに一定数のパルスを発生するFGパルス出力手段と、前記FGパルス出力手段からのパルス信号をカウントするためのパルスカウンターと、該パルスカウンターのカウント数を記憶する記憶手段とを有し、前記記憶手段は、前記光ピックアップのワーキングディスタンスの1/3もしくは1/2を電圧値に変換したものを予め閾値として記憶し、また前記フォーカス制御手段によってフォーカスオンした直後に前記ディスクが360度回転する間のフォーカスドライブ信号と回転角度位置の関係を予め基準値として記憶し、前記光ディスクが再生を開始してからフォーカスドライブ信号を随時取得し、前記予め記憶された基準値と該回転角度位置に対応する再生中のフォーカスドライブ信号の差分を算出し、前記差分の絶対値が前記閾値を超えた場合には前記対物レンズを前記光ディスクの平面から垂直方向に遠ざけるように駆動するよう制御する。
光ディスク装置において、前記フォーカス制御手段によってフォーカスオンした直後に前記光ディスクが360度回転する間に取得するフォーカスドライブ信号の取得回数を3回以上とする。
光ディスク装置において、前記記憶手段に記憶した、前記フォーカス制御手段によってフォーカスオンした直後に前記ディスクが360度回転する間のフォーカスドライブ信号と回転角度位置の関係を前記記憶手段に記憶し、所定時間再生するごとに前記記憶した関係を更新する。
光ディスク装置において、波長の異なる少なくとも3種類の光ディスクの再生を行なうことが出来る1個または複数の光ピックアップと、前記光ディスクの平面に対して垂直方向に前記光ピックアップの対物レンズを動作させるためのフォーカスドライブ信号を発生するためのフォーカスドライブ手段と、前記フォーカスドライブ手段によって前記対物レンズを動作させてフォーカス制御を行なうためのフォーカス制御手段と、前記光ディスクが回転するごとに一定数のパルスを発生するFGパルス出力手段と、前記FGパルス出力手段からのパルス信号をカウントするためのパルスカウンターと、該パルスカウンターのカウント数を記憶する記憶手段とを有し、前記記憶手段は、前記光ピックアップのワーキングディスタンスの1/3もしくは1/2を電圧値に変換したものを予め閾値として記憶し、また前記フォーカス制御手段によってフォーカスオンした直後に前記ディスクが360度回転する間にフォーカスドライブ信号を3回以上取得し、かつ取得時それぞれの回転角度位置との関係を予め基準値として記憶し、前記光ディスクの再生中のフォーカスドライブ信号を随時取得し、前記予め記憶されたフォーカスドライブ信号と該回転角度位置に対応する再生中のフォーカスドライブ信号の差分を算出し、前記差分の絶対値が前記閾値を超えた場合には前記対物レンズを前記光ディスクの平面から垂直方向に遠ざけるように駆動するよう制御し、かつ前記記憶手段に予め記憶した基準値と回転角度位置の関係を、所定時間再生するごとに記憶更新する。
前記の通り構成することにより、常時フォーカスドライブ信号を監視し、フォーカスドライブ信号が異常であることを検知したときには、対物レンズをディスク面から遠ざけるように作用する。
請求項1に記載の発明によれば、フォーカスオン後の定常状態で予め記憶したフォーカスドライブ信号と、再生中常時監視しているフォーカスドライブ信号を比較し、比較結果がワーキングディスタンスの1/2もしくは1/3を越えた時には、フォーカス制御異常と判断し、対物レンズをディスク面から遠ざける方向に動かすよう制御し、外的ショックや光ディスクの記録面の傷によるフォーカス制御異常時に対物レンズがディスク面に衝突して、対物レンズおよびディスクに損傷を与えることを防止することが可能となる。
請求項2に記載の発明によれば、現在再生中の光ディスクが360度回転する間に取得するフォーカスドライブ信号の取得回数を所定の回数行うことにより、フォーカスオン後の定常状態で予め記憶したフォーカスドライブ信号と、再生中常時監視しているフォーカスドライブ信号との比較結果の制度を向上することが可能となる。
請求項3に記載の発明によれば、フォーカス制御手段によってフォーカスオンした直後に記録したフォーカスドライブ信号と回転角度位置の関係を、所定時間の再生ごとに記録を更新するため、再生時間によって光ディスク装置の電子素子の温度が高くなり、温度特性変化に伴うフォーカス制御のズレをキャンセルすることが可能となる。
図1は本発明の実施例に係る光ディスク装置のブロック図を表す。図1を参照しながら、まず、通常の光ディスク再生に関する動作を信号の流れと共に説明を行う。図示しないディスクトレイには光ディスク101が載置されており、リモコン102から再生命令がリモコン受光部103に送信される。リモコン受光部103から制御部104に再生命令が送られ、制御部104から、光ピックアップ105に対してレーザー106をオンする命令が送られ、レーザー106はオンする。同時に、制御部104からモーター制御手段108にモーターを駆動する命令が送られ、モーター制御手段108から出力されるモーター駆動電圧によってスピンドルモーター109が回転動作を開始し、光ディスク101も回転を開始する。続いて、制御部104からフォーカス制御手段110にフォーカスオン命令が送られ、フォーカス制御手段110からフォーカスドライブ手段111に対して、フォーカスサーチ命令が送られる。前記フォーカスサーチ動作とは、光ピックアップ105を光ディスク101の記録面に対して垂直方向に上下動作をさせ、前記上下動作の間の受光部112からの信号をフォーカスエラー信号算出手段113へ出力し、前記フォーカスエラー信号算出手段の出力をフォーカス制御手段110に帰還して、受光部112の受光量が最大になる位置を検知するための処理である。前記フォーカスサーチで受光量が最大になる光ピックアップの上下方向の位置を検知し、光ディスク101の記録面と光ピックアップ105の距離が常に一定になるように、つまり、最適なフォーカス状態になるように、フォーカス制御手段110はフォーカスドライブ手段111を制御する。
次に制御部104は、トラッキング制御手段114に対して、光ディスク101の半径方向の動作制御命令を送る。受光部112からトラッキングエラー信号算出手段115に対して信号が送られ、トラッキングエラー信号算出手段115はトラッキングエラー信号を算出してトラッキング制御手段114に対してトラッキングエラー信号を帰還して、トラッキング制御手段114は、最適なトラッキング制御状態に集束するように制御を行う。
FGパルス出力部116は、光ディスク101が1回転するごとに所定のパルスを一定間隔で発生する。発生されたFGパルスは、パルスカウンター117でカウントされる。フォーカスオンが完了した直後に、フォーカスドライブ手段は、光ディスク101が1回転する間のフォーカスドライブ信号を取得する。前記フォーカスドライブ信号は、光ディスク101の面ぶれ量を表す。前記フォーカスドライブ信号の取得を開始するタイミングは、FGパルスと同期させ、FGパルスの立ち上がりに同期してフォーカスドライブ信号の記録を開始し、光ディスク101の回転角度位置とフォーカスドライブ信号との関係を記憶手段118に記憶する。これにより、光ディスク101のどの位置で、どれくらいの面ぶれがあるかを把握することが出来る。前記の記憶したフォーカスドライブ信号が、光ディスク101の面ぶれに関する基本情報となる。
前記一連の処理が完了し、光ディスク101の再生が開始され、光ディスク101に記録された映像および音声信号が読み出される。再生開始後、比較手段119は、現在再生されているフォーカスドライブ信号をフォーカスドライブ手段111から常時取得し、前述した記憶手段に記憶されている初期のフォーカスドライブ信号と比較を行う。この後の処理は以降で詳細に説明を行う。
次に図2および図3は本発明に係るフォーカスドライブ信号と光ディスクの回転角度位置の関係を表す。図1のブロック図も参照しながらフォーカスドライブ信号の取得動作について説明を行う。
前述の説明の通り、再生命令が制御手段104に送られると、モーター制御手段108から出力される駆動電圧によってスピンドルモーター109が回転を開始すると、FGパルス出力手段116から図2の(2)に示すFGパルスが出力される。ここでFGパルス出力手段116はフォトインターラプターで構成され、インターラプタースリットによる投光遮光によって、光ディスク101が90°回転するごとにFGパルスが発生するようになされている。パルスカウンター117はFGパルスの立ち上がりを検知し、光ディスクが一回転するうちに、図2の(1)に示すように0°、90°、180°および270°において、4つのFGパルスを検知したタイミングデータを制御部104に送る。制御部104は、フォーカス制御手段110に対して、前記のFGパルスのタイミングデータに従ったタイミング、すなわち図2の(3)に示すように、0°、90°、180°および270°における取得値を直線的に結んだフォーカスドライブ波形を記憶手段118に記憶するよう命令を送る。前記制御部104の命令に従ってフォーカス制御手段110は、フォーカスドライブ手段111からフォーカスドライブ信号を記憶手段118に記憶する動作を行なわせる。前述の通り、再生動作を開始する前に記憶したフォーカスドライブ信号を光ディスク101の面ぶれ量の基準とするrFDとする。
次に図3は、光ディスクが一回転するうちに、FGパルスを12回出力するように構成した場合のフォーカスドライブ信号と光ディスクの回転角度位置の関係を表す。再生命令が制御手段104に送られると、モーター制御手段108から出力される駆動電圧によってスピンドルモーター109が回転を開始すると、FGパルス出力手段116から図3の(2)に示すとおり、光ディスクの回転角度30°ごとにFGパルスが出力される。図3の(3)に示すように、0°、30°、60°、90°、120°、150°、180°、210°、240°、270°、300°、330°、および360°における取得値を直線的に結んだフォーカスドライブ信号を、rFDとする。なお、再生開始前の準備として、光ディスク101を回転させながら、フォーカスオンやトラッキングオンなどの処理を行うが、本発明に係るrFDの記憶処理もこれらの準備処理の一部として行う。
次に図4は、本発明の動作フローチャートを表す。本発明の動作フローチャートを、図1及び図2を参照しながら説明を行う。図1のブロック図の説明で行った基本動作に関する部分は、重複するため省略する。まず、フォーカス制御手段110によってフォーカスサーチを行ない、フォーカスエラー信号算出手段113によって、フォーカスエラー信号を算出し(ステップS401)、最適な焦点距離でフォーカスオンを行う(ステップS402)。次にFGパルス出力手段116からの出力を、パルスカウンター117を経由して制御部104が検知する(ステップS403)。
次に制御部104は、FGパルスに対応する、すなわち図2の(3)の太い実線に示すように、光ディスク101の回転角度位置に対応するフォーカスドライブ信号を基準信号であるrFDとして、記憶手段118に記憶する(ステップS404)。
次いで、再生を開始し(ステップS405)、再びFGパルス出力手段116からの出力を、パルスカウンター117を経由して制御部104が検知し、(ステップS406)、制御手段104は、フォーカス制御手段110によって、現在再生中の回転角度位置に対応するフォーカスドライブ信号をcFDとして取得する(ステップS407)。次に比較手段119が、記憶手段118からrFDを読み込み、rFDからcFDを引いた差分であるdFDを算出し(ステップS408)、予め決められた閾値を記憶手段118から読み込み、dFDが前記閾値を超えたかどうかを判別する(ステップS409)。ステップS409の判別結果が、図2の(3)に示すように、2点鎖線rFDを実線cFDが、180°の回転角度位置で超えた場合には、対物レンズ107を光ディスク101の記録面に対して垂直方向に遠ざけるように、フォーカス制御手段を制御する(ステップS410)。
なお、ステップS409において、dFDが前記閾値を超えないとなった場合には、ステップS404の処理に戻る。
ここで、閾値について説明する。光ピックアップが光ディスク面の垂直方向に動作する距離をワーキングディスタンス(以下wd)とし、wdは光ピックアップの特性と光ディスクの物理的構造によって、決定される。DVDやCDのwdは一般的に1.0mm〜1.2mmであり、次世代DVDと呼ばれるBlu−Ray規格のwdは0.3mmとDVDと比較して極端に短いため、光ディスクと対物レンズの衝突を防止するための制御も高い精度が求められる。
光ピックアップは前記wdの距離の範囲でフォーカス動作を行なうように設計されなければならない。また、面ぶれに対する再生性能としては、最大0.3mmの面ぶれ量を有するディスクを再生することが、一般的な指標となっている。このため、本発明においては、フォーカス制御が以上であるかどうかの判断を行う閾値として、wdの1/3〜1/2と設定したが、設計段階にて微調整するのが好ましい。
また、wdの単位は距離mmであり、フォーカスドライブ信号は電圧vであるため、比較を行うために、単位をあわせる必要がある。ここで、wdと同様に、光ピックアップの特性によって決定されるフォーカス感度(以下FoS)mm/vを用い、算式wd/Fosを用いることで、wdを電圧値に換算して閾値とすることとする。
また、FGパルス出力手段116の1回転当たりに出力するパルス数の調整によって、比較結果の信頼性を向上させることも可能である。例えば、1回転当たり90°ごとの4回を30°ごとの12回にすれば、比較処理回数が多くなることでフォーカス制御異常を検知する可能性を向上できる。また一方、パルス数を少なくすることで、rFDの記憶処理、cFDとrFDの差分処理、dFDと閾値の比較処理などの処理回数を少なく出来るため、処理速度を早くするよう設計することも可能である。
また、同一の光ディスクでの再生開始時間が長くなった場合、再生前に記憶したrFDを所定の再生時間ごとに記憶しなおす処理を加えることも出来る。これは、再生時間の経過によって、光ディスク装置を構成する電子部品自身の発熱によって電気特性が変化し、再生前には最適であったrFDの値が、徐々に最適値からずれてフォーカス制御異常を防止することが可能となる。
本発明は、フォーカス制御手段を有する光ディスク装置に好適であり、特には、ワーキングディスタンスが短い次世代光ディスク装置に対して好適である。
本発明の実施例に係る光ディスク装置のブロック図を表す 本発明の実施例に係るFGパルスが光ディスク一回転に対して4回の場合のフォーカスドライブ信号と光ディスクの回転角度位置の関係を表す 本発明の実施例に係るFGパルスが光ディスク一回転に対して12回の場合のフォーカスドライブ信号と光ディスクの回転角度位置の関係を表す 本発明の実施例に係る動作フローチャートを表す 従来例のフローチャートを表す。
符号の説明
101 光ディスク
105 光ピックアップ
107 対物レンズ
108 FGパルス出力手段
110 フォーカス制御手段
111 フォーカスドライブ手段
117 パルスカウンター
118 記憶手段

Claims (4)

  1. 波長の異なる少なくとも3種類の光ディスクの再生を行なうことが出来る1個または複数の光ピックアップと、前記光ディスクの平面に対して垂直方向に前記光ピックアップの対物レンズを動作させるためのフォーカスドライブ信号を発生するためのフォーカスドライブ手段と、前記フォーカスドライブ手段によって前記対物レンズを動作させてフォーカス制御を行なうためのフォーカス制御手段と、前記光ディスクが回転するごとに一定数のパルスを発生するFGパルス出力手段と、前記FGパルス出力手段からのパルス信号をカウントするためのパルスカウンターと、該パルスカウンターのカウント数を記憶する記憶手段とを有する光ディスク装置において、
    前記記憶手段は、前記光ピックアップのワーキングディスタンスの1/3もしくは1/2を電圧値に変換したものを予め閾値として記憶し、また前記フォーカス制御手段によってフォーカスオンした直後に前記ディスクが360度回転する間のフォーカスドライブ信号と回転角度位置の関係を予め基準値として記憶し、
    前記光ディスクが再生を開始してからフォーカスドライブ信号を随時取得し、前記予め記憶された基準値と該回転角度位置に対応する再生中のフォーカスドライブ信号の差分を算出し、前記差分の絶対値が前記閾値を超えた場合には前記対物レンズを前記光ディスクの平面から垂直方向に遠ざけるように駆動するよう制御することを特徴とした光ディスク装置。
  2. 前記フォーカス制御手段によってフォーカスオンした直後に前記光ディスクが360度回転する間に取得するフォーカスドライブ信号の取得回数を3回以上とする請求項1に記載の光ディスク装置。
  3. 前記記憶手段に記憶した、前記フォーカス制御手段によってフォーカスオンした直後に前記ディスクが360度回転する間のフォーカスドライブ信号と回転角度位置の関係を前記記憶手段に記憶し、所定時間再生するごとに前記記憶した関係を更新する請求項1乃至2に記載の光ディスク装置。
  4. 波長の異なる少なくとも3種類の光ディスクの再生を行なうことが出来る1個または複数の光ピックアップと、前記光ディスクの平面に対して垂直方向に前記光ピックアップの対物レンズを動作させるためのフォーカスドライブ信号を発生するためのフォーカスドライブ手段と、前記フォーカスドライブ手段によって前記対物レンズを動作させてフォーカス制御を行なうためのフォーカス制御手段と、前記光ディスクが回転するごとに一定数のパルスを発生するFGパルス出力手段と、前記FGパルス出力手段からのパルス信号をカウントするためのパルスカウンターと、該パルスカウンターのカウント数を記憶する記憶手段とを有する光ディスク装置において、
    前記記憶手段は、前記光ピックアップのワーキングディスタンスの1/3もしくは1/2を電圧値に変換したものを予め閾値として記憶し、また前記フォーカス制御手段によってフォーカスオンした直後に前記ディスクが360度回転する間にフォーカスドライブ信号を3回以上取得し、かつ取得時それぞれの回転角度位置との関係を予め基準値として記憶し、前記光ディスクの再生中のフォーカスドライブ信号を随時取得し、前記予め記憶されたフォーカスドライブ信号と該回転角度位置に対応する再生中のフォーカスドライブ信号の差分を算出し、前記差分の絶対値が前記閾値を超えた場合には前記対物レンズを前記光ディスクの平面から垂直方向に遠ざけるように駆動するよう制御し、かつ前記記憶手段に予め記憶した基準値と回転角度位置の関係を、所定時間再生するごとに記憶更新することを特徴とした光ディスク装置。


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