JP2956298B2

JP2956298B2 - 光記録装置

Info

Publication number: JP2956298B2
Application number: JP20916791A
Authority: JP
Inventors: 浩之権藤; 浩幸松葉
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1991-08-21
Filing date: 1991-08-21
Publication date: 1999-10-04
Anticipated expiration: 2014-10-04
Also published as: JPH0554405A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光ディスクを用いた記
録，再生装置に関し、フォーカス位置制御手段を備えた
光記録装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】光ディスク，光カードなどの記録担体に
光学的に信号を記録、またはこれを再生する装置が実用
化されてきている。これらは記録担体上に微小な光スポ
ットを照射して記録を行うために、高密度記録が可能で
あること、記録担体に非接触で記録，再生を行うために
信頼性が高いなどの特長を有し、幅広い応用が期待され
ている。このなかで光ディスク装置をとり上げ説明す
る。

【０００３】光ディスクは磁気ディスクに比べ記録密度
が高く大容量記録が可能であるが、トラックピッチが非
常に小さいため（１〜２μｍ）、対物レンズから出射さ
れる光スポットをディスク板上の目標トラックに高精度
に位置決めしなければならない。一般には対物レンズを
アクチュエータと一体化した対物レンズアクチュエータ
を構成し、これをディスクに対して垂直方向に動かすフ
ォーカス（焦点）制御と、ディスクの半径方向に対物レ
ンズを移動させ目標トラックへの位置決めを行うトラッ
キング制御とを行っている。

【０００４】以下に記録／消去可能で、近い将来コンピ
ュータ用外部記録装置として磁気記録装置にとって代わ
るであろうといわれている光磁気ディスクを例にとり、
その光学ピックアップの構成，動作について説明する。

【０００５】図６に光学ピックアップの構成を示す。半
導体レーザ光源５から発せられた光はコリメータレンズ
６によって平行光に変換され、さらにビーム整形プリズ
ム７によって円形の光に整形される（半導体レーザの出
射光は楕円ビームのため）。この光はプリズム８を介し
て対物レンズ４に入射し、ディスク３上に１〜２μｍ径
の微小な光スポットを形成する。対物レンズ４は一般に
可動アクチュエータと一体的に構成されており、後述の
サーボエラー信号によって位置を制御される。ディスク
３からの反射光は再び４，８へ戻り、ここで光路変更さ
れた後にλ／２板９で４５°偏向面を回転させられ、偏
光ビームスプリッタ１２でＰ偏向成分とＳ偏向成分の光
に分離される。Ｐ偏向成分の光は非点収差レンズ１１を
通り光検出器１へ、Ｓ偏向成分の光はレンズ１３を介し
て検出器２へ入射し光量が検出される。ここで、非点収
差レンズ１１と検出器１は対物レンズ４をフォーカス方
向に位置制御するためのフォーカスサーボエラー検出系
を構成する要素であり、同様に検出器２はトラック方向
の位置決め制御のためのトラッキングエラー検出系を構
成するためのものである。これらのエラー信号により対
物レンズ４は光スポットが目標トラックへ照射されるよ
う位置制御される。

【０００６】情報信号の検出は検出器１と検出器２の差
信号（ディスク上の“１”，“０”の信号に応じて双方
の検出器出力は互いに位相が反転する）によって差動検
出される。

【０００７】フォーカス、およびトラッキングエラー検
出には幾つかの方法があげられるが、ここではフォーカ
スエラー検出方法について説明する。光磁気ディスク装
置によく用いられているフォーカスエラー検出方式とし
て、非点収差法があげられる。

【０００８】図７に非点収差法の原理を示す。非点収差
法は非点収差レンズ１１と光検出器１からなり、光検出
器１は受光面が４分割構成となっている。非点収差によ
って、対物レンズがディスクに近付き過ぎた場合には
（イ）に示すような入射光像、遠過ぎた場合には同図
（ハ）に示すような光像、合焦時には同図（ロ）で示す
光像となるように構成されている。そのため、ＦＥ＝
（Ｓ１＋Ｓ３）−（Ｓ２＋Ｓ４）によって、対物レンズ
とディスク間の位置関係を検出することができ、このＦ
Ｅをフォーカスエラー信号とすることができる。

【０００９】ここで、ディスク面への信号の記録，再生
は先に述べたフォーカス制御が正しく行われなければ、
記録ピット形状が不規則になったり、スポットが絞りこ
まれないために記録に必要な十分なエネルギーが得られ
なかったりして、正しい記録，再生動作ができず、装置
の信頼性を落としてしまうことになる。そのために、光
学ピックアップ内においては、光学部品や機構部品の精
度は厳しく管理されており、特にエラー検出系の光検出
器や非点収差レンズなどの設置位置調整は対物レンズ出
射光をディスク上に正しくスポット形成させる上で特に
厳しい設置位置精度が要求される。

【００１０】そこでこれらに対応できる方法として、公
開特許公報５３−１７７０６と公告特許公報６２−４３
２５４にて２つの方法が提案されている。

【００１１】前者は図８に示すように光検出器１前方に
光軸方向に振動可能なピンホール９２を設け、これと位
相比較器９３によってフォーカスエラー検出を行う方式
である。本方式では、対物レンズ４が合焦位置にあると
き、収束レンズ９４がピンホール内に焦点を結ぶように
構成し、振動器９５の加振信号発生部である発振器９６
と光検出器１の信号を位相検波器９３で位相検波して、
フォーカス位置ずれの方向とずれ量を検出する方法であ
る。

【００１２】後者は、図９に示すように、半導体レーザ
１０１を振動器１０４と一体化して半導体レーザそのも
のを加振させる方式である。このとき、ディスクからの
反射光は対物レンズ４を介して半導体レーザ１０１に戻
り、この後背部に設けられた光検出器１０２によって検
出される構成となっており、この帰還光量が半導体レー
ザの振動によって変化するのを利用し、前者におけるピ
ンホールと同等の効果を持たせたものである。

【００１３】しかし、前者においてはピンホールを必要
とするとともに、この位置合わせについてはこれまでの
方法と同様に厳しい精度を要求されることに大きな変わ
りはない。また、後者の方法については、ピンホールや
その位置調整は不要となるが、信号検出を半導体レーザ
内の検出器で行うために、反射光は半導体レーザに戻す
構造となる。半導体レーザは一般に戻り光を受けると光
出力に変動が生じるといった戻り光雑音とよばれる雑音
発生があり、特に、高いＳＮ比が要求される光磁気ディ
スク装置においては、この光出力変動は大きな問題とな
る。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】先に述べたように、フ
ォーカスエラー検出系としては、非常に高度な位置精度
が要求される。この位置精度に狂いがでた場合、たとえ
ば非点収差レンズの位置設定に誤りがあり、合焦時に光
検出器上でエラー信号がゼロとならない位置に設定され
ていた場合は、フォーカスサーボはフォーカスエラー信
号がゼロになるような動作を行うために光スポットがデ
ィスク上に正しく焦点を結んでいるにもかかわらず、エ
ラー信号が発生して、非合焦位置に対物レンズを移動さ
せる結果となってしまう。そのために、製造工程におい
てはミクロンオーダの位置調整が行われており、煩雑な
工程を強いられている状況である。

【００１５】一方、光ピックアップの構成としては、高
速なアクセス動作を行うために軽量化が必要とされてい
るばかりでなく、低価格化を図るためにも、より簡素な
光学構成が要望されている。しかし、現在の方式ではエ
ラー検出系そのものに、非点収差レンズやピンホールな
どを有し、煩雑な光学構成であるといえる。

【００１６】本発明は上記課題を解決するもので、シン
プルな構成、容易な調整のフォーカス検出方法を備えた
光記録装置を提供することを目的とするものである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、ディスクからの反射または透過光の光軸
と平行方向に振動可能な振動器と、振動器と一体的に構
成され入射光束の径またはエネルギ密度を検出する光検
出器とを有し、振動器の振動方向または振動器の位置を
示す信号と光検出器の検出信号とに基づいて記録担体上
の光スポットのフォーカス位置制御を行うことを特徴と
する光記録装置としたものである。

【００１８】

【作用】入射光軸と平行方向に光検出器を加振し、この
加振方向と光検出器の入射光像とを比較することによっ
て、対物レンズのずれ量とずれの方向を検出することが
できる。すなわち、図１に示すように対物レンズとディ
スクの距離が近すぎる場合（イ）、あるいは遠すぎる場
合（ハ）には、図１のａ１，ａ３に示すような光検出器
入射光像となり、双方の判別ができないが、光検出器を
光軸方向に加振し、たとえば（イ）に示すように光検出
器を１ａ１から１ｂ１に変位させると、このタイミング
では光検出器の入射光像はｂ１、（ハ）ではｂ３のよう
になる。すなわち、加振方向がｚ１方向にあり、入射光
のスポット径が大きくなる傾向にあれば、対物レンズと
ディスクが近付きすぎていることになり、逆にスポット
系が小さくなる傾向にある場合にはこれらが遠すぎるこ
とを示す。

【００１９】

【実施例】図２に本発明の一実施例を示す。光学ピック
アップ１００内において、半導体レーザ５から発せられ
た光はコリメータレンズ６によって平行光に変換され、
さらにビーム整形プリズム７によって円形の光に整形さ
れる。この光はプリズム８を介して対物レンズ４に入射
し、ディスク３上に光が絞り込まれ微小な光スポットを
形成する。対物レンズ４はコイルとヨークなどからなる
ボイスコイル型のアクチュエータ（図示せず）と一体化
されており、フォーカスサーボエラー信号によってフォ
ーカス方向に、およびトラッキングエラー信号によって
ディスクラジアル方向に位置制御される。ディスクから
の反射光は再び４，８へ戻り、今度はλ／２板９側に光
路変更される。λ／２板９で偏光面を４５°回転させら
れた後に、集光レンズ１０に入る。集光レンズ１０を通
った光は偏光ビームスプリッタ１２によりＰ偏光の光と
Ｓ偏光の光に分離され、フォーカスエラー信号検出用の
光検出器１とトラッキングエラー信号検出用の光検出器
２にて検出される。トラッキングエラー検出はディスク
上のトラック溝からの回折光を利用したプッシュプル法
によって、光スポットの位置制御が行われており、２分
割センサなどが用いられている。

【００２０】ここで、フォーカスエラー検出系について
説明する。フォーカスエラー用の光検出器１はピエゾ素
子などからなる振動器１４と一体的に構成されている。
これらは、半導体基板に構成した光検出器とセラミック
などにて形成したピエゾ素子とを貼り合わせたり、セラ
ミックなどにて構成した振動子上に誘電体層などを介し
て半導体活性層を形成して構成することもできる。ただ
し、振動の変位が不十分な場合、これを確保するために
複数の振動子を積層した積層型のピエゾ素子を用いても
よい。また、フォトリソグラフィーによってエッチング
加工可能な材料にてマイクロアクチュエータを構成し、
これによって光検出部を振動させるような構成でもよ
く、光検出器１が入射光軸と平行方向に振動可能なもの
であればよい。可動範囲は集光レンズ１０や光学ピック
アップ内の光路長の仕様にもよるが５〜２０μｍもあれ
ばよい。

【００２１】次に図３を用いて実際のフォーカスエラー
の検出方法について説明する。図３は対物レンズがディ
スクに近付き過ぎたときを例にしている。時刻ｔ１にお
いて光検出器１は合焦時に集光レンズ１０が焦点を結ぶ
位置にあり、このとき光検出器１上には同図ｂ１に示す
ような光像となっている。ここで、時刻ｔ２にて光検出
器１を移動させると光検出器１上の光像はｂ２のように
大きくなる。また光検出器１をｔ３の位置に移動させれ
ば光検出器１上の光像は同図のように小さくなるために
対物レンズ４がディスク３に近付き過ぎていることがわ
かる。逆にディスク３と対物レンズ４の位置が遠過ぎる
場合にはこの逆の光像となり、同じく、ずれの方向を検
出することができる。すなわち、光検出器１上の光像と
光検出器１の移動方向を知っていれば、対物レンズ４が
ディスク３に近付いているか、遠ざかっているかを知る
ことができる。

【００２２】光検出器１の構成はフォーカス位置ずれに
よって入射光像の径が大小に変化することを利用し、図
４に示すような円形状のものでよい。従来のような分割
された複数の受光面をもつものでなくてもよいから、光
検出器１の構成も簡素なものですむ。このとき、円の直
径は入射光スポット径が最も小さくなる合焦時のスポッ
ト径とほぼ同一にしておけばよく、合焦からずれるに従
ってスポット径が大きくなり、光検出器１に入る光のエ
ネルギー密度が小さくなるために光検出器１の出力変化
からずれ量を検出することができる。また、精度向上や
フォーカスサーボ引き込みを容易にするために、図５に
示すように、円形状に形成された中心部の受光面Ｓ１と
その外周に形成された円環状の複数の受光面Ｓ２、Ｓ３
とに分割した構成にしてもよい。このとき、光検出器１
の分割部Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３の信号は合焦時には光スポッ
ト系が最も小さくＳ１のみにしか光が入射しないが、ず
れが生じるにつれてＳ２，Ｓ３にも光が入射するくらい
スポット径が大きくなり、たとえばＳ１−Ｓ２−Ｓ３を
フォーカスエラー信号として用いることができる。

【００２３】図２の制御部１６について説明する。これ
らは振動器１４の駆動回路、および光検出器１の信号変
換部からなる。発振器１８と増幅器１７が振動器１４を
加振する加振源となる。発振器１８の周波数はディスク
の面振れ量や速度に対応可能な時間間隔で、ずれ量を検
出する必要があり、通常１〜１０ｋHzくらいの周波数に
設定しておく必要がある。このような周波数になると発
振器１８の加振波形と実際の振動器の振動に時間の遅れ
を生じる場合があるが、このために図２に示すように時
間遅れ補正部１９を設けている。あらかじめ加振周波数
での加振信号と振動器１４の時間的遅れを記憶してお
き、この時間遅れ分を考慮して実際の振動位置を知る方
法である。この他にも、光検出器１近傍に光軸方向の位
置を知るための位置検出器を設けておき、この信号によ
って直接光検出器の振動（変位）を検出する方法でもよ
い。

【００２４】この時間遅れ補正部１９からの信号は振動
器１４の移動方向を示した信号であり、この補正信号に
よって部内にて生成した信号にてタイミング信号発生器
２４で光検出器１の信号取り込みのタイミング信号を発
生する。光検出器１からの入力信号は増幅器２１にて増
幅され、図３に示したｔ１〜ｔ３のタイミングでサンプ
リングし、方向判別回路２０でフォーカス位置ずれの方
向を判定する。次に振動器１４が中心位置（図３におけ
るｔ２）にきたときに今度は、ずれ量検出部２３にてず
れ量をサンプリングし、ここで得たずれ量と方向判別回
路２０の信号をエラー信号発生部２２に送り、フォーカ
スエラー信号２３を生成する。この信号２３は対物レン
ズアクチュエータの駆動信号となり、フォーカス位置補
正が行われる。

【００２５】近年サーボ制御を高性能化するために、デ
ィジタル制御によってこれを行う方法に代わりつつあ
る。ディジタルサーボ制御は所定のサンプリング周期に
てエラー検出を行い、この検出値にて制御を行う方法で
あるが、本実施例では振動器の加振周期によって周期的
にエラー検出を行うので、これに適合した方式である。
総合的にみた場合に装置全体の制御構成をより簡素な方
式にできるという特長も有す。

【００２６】このように本発明の実施例の光記録装置に
よれば、入射光軸と平行方向に加振される光検出器を設
けてあるから、検出器上のスポット径の検出器加振に対
する時間的な変化傾向の相異によって、対物レンズとデ
ィスクとの距離の遠近を知ることができる。

【００２７】なお、本実施例ではディスク反射光を用い
て説明したが、透過光を用いてもよい。

【００２８】

【発明の効果】以上の実施例から明らかなように本発明
によれば、エラー検出系の光学部品を削減でき、組み立
て行程も簡単で、また、調整も容易であるため各種部品
に要求される精度も緩和されるので、より小型，簡素，
低価格の光記録装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の光記録装置の原理を示す模
式図

【図２】同装置の構成を示すブロック図

【図３】同装置におけるエラー検出の方法を示す模式図

【図４】同装置における光検出器の構成図

【図５】同装置における光検出器の別の構成図

【図６】従来の光学ピックアップの構成図

【図７】従来のフォーカスエラー検出法（非点収差法）

【図８】従来のフォーカスエラー検出法

【図９】従来のフォーカスエラー検出法

【符号の説明】

１光検出器１４振動器

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】記録担体に光スポットを照射し、その反射
または透過光を光検出器で検出し記録担体上への光スポ
ットの位置制御を行う光記録装置であって、記録担体か
らの反射または透過光の光軸と平行方向に振動可能な振
動器と、前記振動器と一体的に構成され入射光束の径ま
たはエネルギ密度を検出する光検出器とを有し、前記振
動器の振動方向または前記振動器の位置を示す信号と前
記光検出器の検出信号とに基づいて記録担体上の光スポ
ットのフォーカス位置制御を行うことを特徴とする光記
録装置。
【請求項２】前記振動器はピエゾ素子を含むことを特徴
とする請求項１記載の光記録装置。
【請求項３】前記光検出器は円形の受光面を有すること
を特徴とする請求項１記載の光記録装置。
【請求項４】前記光検出器は円形に形成された第１の受
光面と前記第１の受光面の外周に形成された円環状の第
２の受光面とを有することを特徴とする請求項１記載の
光記録装置。