JPH076383A

JPH076383A - 光ディスクとフォーカスずれ検出方法および装置

Info

Publication number: JPH076383A
Application number: JP5143270A
Authority: JP
Inventors: Nobuyoshi Tsuboi; 信義坪井; Hiroyuki Minemura; 浩行峯邑; Tatsuya Sugita; 辰哉杉田; Yoshio Sato; 美雄佐藤; Tetsuya Fushimi; 哲也伏見; Saburo Yasukawa; 三郎安川; Yoshito Tsunoda; 義人角田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1993-06-15
Filing date: 1993-06-15
Publication date: 1995-01-10

Abstract

(57)【要約】【目的】位置合わせが不要のフォーカスエラー検出方法
とそれを用いた情報処理装置を提供する。【構成】光ディスクと対物レンズの相対距離をフォーカ
スずれ検出用ピット３５８から算出する方法とディスク
面に対向する位置に配置された対物レンズと、前記対物
レンズを合焦駆動するアクチュエータと、前記アクチュ
エータの合焦動作を制御する合焦制御手段と、前記光デ
ィスクを回転させる回転手段とを備えた情報処理装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は透明基板越しに収束レー
ザ光を照射して情報を再生あるいは記録消去する光ディ
スクおよびそのフォーカスずれ検出方法であって、収束
レーザ光のビーム径の違いによって生ずる再生信号の違
いから、フォーカスずれ量を検出する検出方法及びそれ
を用いた簡易な光ディスク装置並びに情報処理装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】高密度に記録、または再生する光ディス
クでは、光ディスクの面振れ、偏心に追従して光ヘッド
の対物レンズを移動させて、光スポットを光ディスクの
記録面にフォーカシング、記録トラックにトラッキング
制御を行っている。このため光ヘッドにはディスクの面
振れに伴うフォーカスずれ量、及び偏心に伴うトラッキ
ングずれ量を検出するための検出光学系が必要である。

【０００３】光ディスクのフォーカスずれ検出方法とし
ては尾上守夫監修光ディスク技術（ラジオ技術社）ｐ．
８０〜８５に記載されているように従来ナイフエッジ法
や非点収差法等が用いられている。また光メモリシンポ
ジウム’９２論文集ｐ．１−２に示されているような、
非点収差ホログラムを用いたものがある。

【０００４】これら従来のフォーカスずれ検出方法を用
いた光ヘッドではフォーカスずれの光ヘッドではフォー
カスずれの検出のためにナイフエッジ，シリンドリカル
レンズ、または非点収差ホログラム等の光学部品が必要
なだけでなく、それらの光学部品の位置や傾きを調整す
るための機構が必要であって、光ヘッドの小型化に限界
があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】光ディスク装置の小
型，軽量，低コスト化を図るためにはその主要構成要素
である光ヘッドの簡素化が欠かせない。従来の光ヘッド
の検出光学系は上記したようにフォーカスずれ量の検出
のために光学部品の精密な位置合わせが必要で、コスト
が高いだけでなく、小型化にも限界が在った。

【０００６】本発明の目的は、従来光ヘッドのフォーカ
スずれ検出光学系にあったナイフエッジ，シリンドリカ
ルレンズ，非点収差ホログラム等の光学部品を必要とせ
ず、かつ検出器が従来より少ない、新規なフォーカスず
れ検出方法を提供し、光ヘッド及び光ディスク装置の小
型，軽量，低コスト化を実現するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明はディスクの記録再生面と異なる面にフォ
ーカス検出用のプリピットを設け、該プリピットの信号
を検出することにより、フォーカスエラー信号を生成す
る。従来の記録再生面のみのピット検出ではディスクと
対物レンズの相対距離が変化した時、ピットによるＲＦ
信号の変化は検出できるが、相対距離が近づいたか離れ
たか、言い替えると極性が認識出来なかった。本発明は
対物レンズの合焦点距離から離れた位置にピットを設け
ることによりこのプリピットの信号から極性を認識する
ようにしたことにある。

【０００８】

【作用】本発明の第１の態様により提供される光ディス
ク装置は、対物レンズとアクチュエータと回転手段とを
備え、さらに、光ディスクの面振れ等によるフォーカス
エラー信号を生成する回路と合焦制御手段を有し、する
ものである。

【０００９】上記対物レンズおよびアクチュエータは、
光ヘッドを構成し、光ディスクの情報記録領域に光を照
射することにより、情報の書き込み，読み出し，消去の
少なくとも一つを行う。アクチュエータは、対物レンズ
を前記情報記録領域に合焦させる合焦制御手段によって
制御されている。そして、前記対物レンズを前記光ディ
スクに対して、接近および遠ざける方向に駆動して、対
物レンズの焦点位置をディスクの面触れに追従させる。

【００１０】本発明の情報処理装置に光ディスクが装着
されると、まず、回転手段が、光ディスクを回転させ
る。面振れ測定手段は、この回転している光ディスクの
面振れを測定する。制御手段は、面振れの測定結果を、
予め定めた値と比較し、面振れが予め定めた値以上であ
る場合、前記回転手段に前記光ディスクの回転の停止を
指示する。上記予め定める値としては、合焦制御手段が
追従可能な面振れ値を設定する。この面振れ測定方法に
ついては後述する。面振れ測定により、対物レンズを光
ディスクの面振れに同期させることによりほぼ全周に渡
って、クロックピット，プリピットが検出される。クロ
ックピットが検出されるとこれに同期したクロックを発
生して、プリピットの読みだしが行われる。そして、後
述するプリピットを利用したフォーカスエラー信号が生
成され、合焦制御が行われる。よって、対物レンズが光
ディスクの面振れに追従して正確に相対距離が保持され
る。上述のように、本発明の情報処理装置は、光ディス
クの面振れを測定する手段を有し、装着されたディスク
の面振れが予め定めた値以上である場合、すなわち面振
れの大きい場合、一旦、回転を中止し、情報の書き込
み，読み出し，消去のいずれも行わない。面振れが予め
定めた値より小さいときのみ、ディスクの回転を継続す
る。

【００１１】したがって、従来のように対物レンズと光
ディスクとの距離を大きくとらなくとも、接触は回避さ
れる。よって、本発明では、対物レンズと光ディスクと
の距離すなわち対物レンズの焦点距離を短くすることが
できる。光ディスク装置を備えた情報処理装置におい
て、焦点距離の短い対物レンズは、有効径が小さい対物
レンズであり、装置の薄型化が可能である。つまり、本
発明を用いることにより、対物レンズと光ディスクが接
触する恐れがないので、薄型の情報処理装置を提供する
ことができる。

【００１２】また、本発明の第２の態様により提供され
る情報処理装置は、面振れ測定手段に加え、可動範囲制
限手段と、制限設定手段を備えることができる。可動範
囲制限設定手段は、前記対物レンズが前記光ディスクに
接近する方向の前記アクチュエータの可動範囲の、対物
レンズが前記光ディスクに接近する方向について、前記
対物レンズが前記光ディスクに接触しない限界値を、前
記面振れ測定結果に基づいて設定する。可動範囲制限手
段は、設定された限界値に従って前記アクチュエータの
可動範囲を制限する。

【００１３】前記対物レンズが前記ディスクに接触しな
い限界値は、例えば、前記測定した面振れを用いて、前
記光ディスクの情報記録領域に、前記対物レンズが合焦
可能な範囲を求め、この範囲のうち対物レンズが光ディ
スクに最も接近する位置とすることができる。この可動
範囲制限手段は、対物レンズを駆動している合焦制御用
のアクチュエータに電気的または機械的なリミッタを設
定することにより、実現できる。

【００１４】可動範囲制限手段は、合焦制御中に外乱等
のなんらかの理由で、合焦制御がはずれた場合にも、対
物レンズが可動範囲以上に光ディスクに接近することを
阻止する。これにより、対物レンズは、光ディスクの面
振れ範囲内に接近せず、対物レンズと光ディスクの接触
を回避することができる。

【００１５】面振れ測定手段としては、例えば、光ディ
スクを回転させながら合焦制御をかけて、対物レンズの
運動を記録する手段や、光ディスクの回転中に対物レン
ズをディスクから離れた方向から徐々に近づけ、対物レ
ンズが合焦した時の対物レンズの位置を記憶することに
より、光ディスクの面振れの最下位点と最上位点を記憶
する手段を用いることができる。また、面振れ測定手段
は、合焦時の光ディスクの回転位置と、対物レンズの位
置を対比して記憶することにより、ディスク一周の面振
れを記憶することもできる。

【００１６】対物レンズが合焦したことを検出する手段
としては、例えば、光ディスクの焦点誤差信号（フォー
カスエラー信号）検出系を用いることが可能である。こ
の検出系でディスク一周のフォーカスエラー信号を検出
することにより、合焦を検出することができる。具体的
には、対物レンズを光ディスクから離れた位置に停止さ
せ、光ディスク一周のフォーカスエラー信号を測定し、
フォーカスエラー信号の合焦信号を検出した場合には、
対物レンズの位置を記憶させる。フォーカスエラー信号
の合焦信号を検出したときの対物レンズの位置を、ディ
スクの回転角に対応した形で記憶させてもよい。つぎ
に、対物レンズを微少量だけディスク側に接近させて、
さらに、ディスク一周のフォーカスエラー信号を測定す
る。これを何回か繰り返して、面振れの最下位点と最上
位点、または、ディスク１周分の面振れを記憶させる。

【００１７】通常の光ディスクの焦点誤差信号検出系
は、検出幅が数十μｍであるが、ディスクの面振れは１
００μｍ以上ある場合があり、合焦制御回路のみではデ
ィスク位置が検出できない領域がある。本発明では、対
物レンズの位置をディスクに対して段階的または連続的
に徐々に近づけて測定することにより焦点誤差信号検出
幅より大きな面振れも検出することができる。このよう
に測定することで、検出幅の数十μｍの焦点誤差信号検
出系で、１００μｍ以上あるディスクの面振れを、測定
することができる。

【００１８】

【実施例】図１に光ディスクの構成とこのディスクを後
述する簡易ヘッドで読み出した反射光量、（以下ＲＦ信
号と略称する）を示す。

【００１９】図１では対物レンズ１０８とディスク３０
０の断面および集光される光を示しているが、寸法は発
明を判り易くするために、縮尺は比例していない。ディ
スクには従来のサンプルサーボ方式のプリピットである
クロックピット３５４と本発明のフォーカス検出用のフ
ォーカスずれ検出用ピット３５８が設けられている。対
物レンズ１０８で集光される光は、ほぼクロックピット
３５４の径と同等の大きさまでしぼり込まれている。

【００２０】図１（ａ）は対物レンズとディスクの相対
距離がｂの場合で、このクロックピット面に合焦してい
る。クロックピット面とフォーカスずれ検出用ピット３
５８面はｈだけ離れているので、フォーカスずれ検出用
ピット３５８面では集光されたビーム径は少しだけ大き
くなっている。言い替えると、フォーカスずれ検出用ピ
ット３５８面はビーム径が回折限界より大きくなるだけ
の距離ｈ(１μｍ以上)だけ深い面に、１／４λのピット
が形成されている。（このピットはビーム径の異なる面
にあれば良いので、ｈだけ浅い面であっても良い。ここ
では、深い面でのみ説明をする。）このため、ビーム径
はフォーカスずれ検出用ピット３５８の面ではクロック
ピット面に比べて大きくなっている。

【００２１】このディスク３００に対物レンズ１０８で
集光した光を照射した場合のＲＦ信号は図１（ｂ）のよ
うになる。即ち、ピットがない反射面のＲＦ信号はＲＦ
１，クロックピットからの反射はＲＦ２，フォーカスず
れ検出用ピット３５８からの反射はＲＦ３となる。クロ
ックピット面でのビーム径はクロックピット３５４とほ
ぼ同じ径となっており、ピット径に入る。この時の反射
光であるＲＦ信号はクロックピットの深さが１／４λで
あり、この往復で１／２λの光路長となり、反射面と相
殺するためＲＦ信号は大きく低下する。このクロックピ
ット面に対して、フォーカスずれ検出用ピット３５８面
ではビーム径が大きいので、早くピットに到達するこ
と、またピットの周囲からの反射光が検出器に戻るた
め、ＲＦ信号は図のＲＦ３のように浅く、長くなる。

【００２２】図２は対物レンズとディスクの相対距離が
短くなって、フォーカスずれ検出用ピット３５８に合焦
している場合で、クロックピット面ではビーム径は回折
限界より少しだけ大きい。この相対距離ａ（ｂ＞ａ）の
場合のＲＦ信号は図２（ｂ）のようになる。クロックピ
ット面のピットがない反射面のＲＦ信号はＲＦ１でフォ
ーカスずれが有っても殆ど変わらない。クロックピット
３５４からの反射はＲＦ２，フォーカスずれ検出用ピッ
ト３５８からの反射はＲＦ３となる。フォーカスずれ検
出用ピット３５８面に合焦しているので、ＲＦ３は大き
く低下する。図３は対物レンズを省略した形で、ディス
ク基板に対するビームの集光状態とＲＦ信号のみを示し
たものである。

【００２３】次にそれぞれの状態を説明する。（）の
数字は図３と対応している。

【００２４】（２）が対物レンズとディスクの相対距離
がフォーカスずれ検出用ピット３５８面に合焦している
場合。

【００２５】（３）は（２）より相対距離が少し離れた
場合で、クロックピット面とフォーカスずれ検出用ピッ
ト３５８面の中間に合焦している場合である。

【００２６】（４）は（３）より更に相対距離が離れた
場合で、クロックピット面に合焦している場合である。

【００２７】これらの対物レンズとディスクの相対距離
の違いによるＲＦ信号を用いて、フォーカスエラー信号
を得る方法について説明する。

【００２８】先ず、図３に対応したＲＦ信号を図４に示
す。図４には対物レンズとディスクの相対距離が（２）
に比べて更に近づいた場合を（１)，(４）に比べて更に
離れた場合を（５）に示している。即ち、対物レンズと
ディスクは（１）から順に離れていく場合のＲＦ信号で
ある。

【００２９】光ディスクは高密度に記録するために記
録，再生面で集光ビームが回折限界まで絞られているこ
とが望ましい。また、クロックピット３５４のトラック
方向の位置を正確に検出するにはクロックピット面に集
光されていることが望ましい。従って、クロックピット
面とデータ領域の記録面は一致させることが望ましい。
図４において、クロックピット面に合焦しているのは
（４）である。これに対してディスクと対物レンズの相
対距離が近づいた場合が（３）であり、離れた場合が
（５）である。ＲＦ信号はＲＦ２を見ると（３）と
（５）では弁別出来ないことがわかる。一方、ＲＦ３は
(３）＞（５)であり、ＲＦ３を見ればディスクと対物レ
ンズの相対距離は弁別できることが分かる。また、クロ
ックピット３５４およびデータ領域面に集光ビームが合
焦している（４）の場合のＲＦ３を基準にして、この基
準電圧を用いると、相対距離の絶対量はＲＦ３(ｉ)−Ｒ
Ｆ３（４）で求められる。

【００３０】以上、図１から図４を用いて、従来のクロ
ックピット３５４に対して、フォーカスずれ検出用ピッ
ト３５８をつけ加えることによって、フォーカスエラー
信号が得られることを説明した。

【００３１】図５はクロックピット３５４，フォーカス
ずれ検出用ピット３５８の平面的な配置を示したもので
ある。サンプルサーボフォーマットを例にしているの
で、サーボ領域にはウォブルピットも設けられている。
ディスク１周は幾つかのセクタに分けられており、ここ
では１６セクタとした。このセクタは数十のセグメント
から構成されるのが普通で、ここでは４３セグメントと
した。図５（ｂ）はデータ領域をはさんでサーボ領域を
示しており、本発明のフォーカスずれ検出用ピット３５
８および検出用溝はサーボ領域に設けられる。このサー
ボ領域とデータ領域で１セグメントを構成する。これら
のサーボ領域のピットは前述したようにフォーカス制御
を行い状態では明確に検出できない。これについては後
述する。

【００３２】フォーカス制御が行われるとウォブルピッ
トおよびクロックピット３５４が同様な変調度で検出さ
れる。ここでＲＦ信号はサーボ領域のサーボマークやデ
ータ領域の記録信号が混在する条件で先ず、サーボ領域
のクロックピット３５４の検出を行う。クロックピット
３５４はウォブルピットの後に信号の無い区間が存在
し、その後に存在するピットをクロックピット３５４と
判断する。（このウォブルピットの後に信号の無い区間
はデータ領域にも存在しない連続の区間であり、ユニー
クディスタンスと呼ばれる。）このクロックピット３５
４を基にフォーカスずれ検出ピット３５８を検出し、前
述したような手段によって、フォーカスエラー信号を生
成してフォーカス制御をおこない、ディスクと対物レン
ズの相対距離を一定に制御する。この状態で、ウォブル
ピットの割り出しを行い、ＲＦｗ１，ＲＦｗ２の差分を
検出して、これをトラッキングエラー信号とする。この
トラッキングエラー信号をサーボ回路にフィードバック
することによりトラッキングを行う。

【００３３】図５のＲＦ信号はトラッキングを行ってい
るときの信号であり、ＲＦｗ１，ＲＦｗ２がほぼ等し
く、クロックピット３５４に比べて少し信号の低下が少
ない。これは、図５（ｃ）の上の図のように光スポット
がウォブルピットの間、クロックピット３５４の真中を
通過していることによりピットによる反射光量が変わる
ためである。

【００３４】本発明では更にフォーカスずれ検出用ピッ
ト３５８を設けているので、ＲＦ３信号が得られる。こ
の信号は図１から図４で説明したようにフォーカスずれ
検出用ピット３５８の面では焦点距離から少し離れるた
め、ビーム径は少し大きくなっている位置である。ピッ
ト径に比べてビーム径が大きいので、フォーカスずれ検
出用ピット３５８による信号の落ちこみが少ない。この
ＲＦ３を用いてフォーカスエラー信号の弁別を行うこと
は図４で説明した。

【００３５】図６に本発明を実施するのに好適な光ヘッ
ドの構成の例を示す。

【００３６】半導体レーザ１０２から出射された光は、
コリメートレンズ１０３によって平行光(以下、光ビー
ム１０１という)に変換される。この光ビーム１０１
は、複合プリズム１０５に向かう。複合プリズムは整形
プリズムと偏光ビームスプリッタと１／４波長板１０６
と立ち上げミラーからなる。整形プリズムでビームの縦
横比が改善された後、偏光ビームスプリッタ１０４に向
う。半導体レーザの出射光は、直線偏光であり、この偏
光ビームスプリッタ１０４に対し、Ｐ波となるよう設定
されるので偏光ビームスプリッタ１０４を透過する。更
に、光ビーム１０１は、１／４波長板２１５によって、
偏光されて、円偏光となり、立ち上げ全反射ミラー１１
０によって垂直方向に曲げられる。この円偏光の光ビー
ム１０１は対物レンズ１０８によって集光され、光ディ
スク３００の情報記録領域を形成する光記録媒体に照射
される。

【００３７】この光記録媒体からの反射光は、対物レン
ズ１０８により、平行光に変換された後、立ち上げミラ
ー１１０により光路を変更され、１／４波長板１０６に
よって偏光されてＳ波となる。Ｓ波の光ビーム１０１
は、偏光ビームスプリッタ104によって反射された後、
検出レンズ１１２により、光検出器１１４に結像され
る。光検出器は各種のものがあるが、例えば光量に比例
した電流を発生するタイプがあり、電流−電圧変換によ
り電圧値として取扱う。

【００３８】対物レンズ１０８と光ディスク３００との
相対距離に対応して光検出器１１４の検出電圧が変わ
る。これは光ディスクに集光されたスポットの大きさに
よって、図１，図４で説明したような理由によって、ピ
ットの検出信号が変わるためである。従来はこの検出器
は２つの領域以上を持ち、この領域にほぼ等しく受光さ
せる必要があったため、検出器の位置合わせは精度を要
していた。本発明ではディスクからの全反射光を検出器
で受けるだけでよいので、検出器の取り付けは容易であ
る。

【００３９】図７は検出器で受光した信号からフォーカ
スエラー信号を求める回路の一例である。検出器の信号
は図４に示すように合焦位置付近でクロック，フォーカ
スずれ検出用ピット３５８による信号の変化が在る。

【００４０】まず、クロックピット３５４を基準にして
クロックを発生させ、これに同期して検出器の信号はＡ
／Ｄ変換器２１２によりデジタル信号に変換される。ク
ロックピット部の信号をラッチするラッチ２１４，２１
６は２つ設けられ、フォーカスずれ検出用ピット３５８
のトラック方向の変化が減算回路２１８によって出力さ
れる。ディスクの面振れあるいは、外乱によるディスク
と対物レンズの相対距離の変化はこの減算回路２１８に
より検出される。

【００４１】この減算する値はＦａであり、プリピット
の前の信号（基準信号）であり、現在のプリピットの値
はＦｂである。ここで、Ｆａの値は現在のプリピットの
前の値としたが、ジャストフォーカスでのプリピット信
号が望ましい。しかし、ジャストフォーカスであっても
プリピットの形状によっても信号にある程度のバラツキ
がある。このためＲＦ３のディスク一周の平均値（ＲＦ
３″）でも良い。

【００４２】この差信号は図１〜図４で示したように、
対物レンズ２１９の焦点距離からｈだけ離れた面の信号
であるので、この減算の符号はディスクと対物レンズの
相対距離の変化の増減を表す。この減算値は、焦点誤差
に近似しているので、フォーカスエラー信号と呼ぶ。こ
のフォーカスエラー信号は対物レンズ２１９と光ディス
ク３００との相対距離が対物レンズの焦点距離付近にあ
るとき距離に比例し、焦点距離の前後で極性も反転す
る。第１および第２の実施例で述べたように、合焦制御
回路は、このフォーカスエラー信号を用いて、合焦制御
を行う。ところで、フォーカスエラー信号はＲＦ２の前
後差分によっても絶対値は得られる。しかし、ＲＦ２は
対物レンズの合焦付近におけるピットの信号であるの
で、焦点距離から離れても、接近してもビーム径は拡大
するためにピットによる信号の落ちこみは少なくなる。
クロックピットの面に合焦しているときが最もビーム径
がしぼられているので、クロックピット３５４による信
号の落ちこみは大きくなる。従って、ＲＦ２のｍｉｎ値
を用いて、（ＲＦ２−ＲＦｍｉｎ）をとれば合焦面から
の差が得られる。ただし、極性は前述したように不明で
あるので、ＲＦ３の差分の符号を用いる。さらに、（Ｒ
Ｆ２−ＲＦｍｉｎ）では合焦付近でビーム径が変化しな
い範囲があり、この範囲に感度を持たせるにはｆ（ＲＦ
３−ＲＦ３″）を加えるようにすることも有効である。

【００４３】一方、トラッキングエラー信号は従来のサ
ンプルサーボで行っているように、ウォブルピット３５
２とウォブルピット３５４の信号をフォーカスエラー信
号と同様に減算回路によって、創成することが出来る。
これをトラッキングエラー信号とよぶ。この、トラッキ
ングエラー信号を図示しないサーボ回路にフィードバッ
クすることにより、トラッキングがおこなわれる。これ
らの合焦制御，トラッキング制御により、面振れ，偏心
により数十μｍ以上で変位している光デイスクに対し
て、前述したように１.６ μｍピツチのトラック上にス
ポット径を１μｍ程度に絞り込んだレーザビームが照射
される。再生信号は、上記した光検出器１１４の信号そ
のものである。

【００４４】本発明のフォーカスずれ検出方法を光ヘッ
ドに適応する場合、トラッキングずれ検出方法としては
ここに述べたサンプルサーボ方式の他に、連続溝からの
回折光を利用する連続サーボ方式にも対応することがで
きる。その場合、検出レンズと検出器の間にフーコープ
リズムを設置して、溝による回折光を分割して検出し、
その差分をトラッキングエラーとする。

【００４５】また、再生したピットが不良であったり、
欠落している場合にもそれを判定してフォーカスずれ量
が正常な値かどうかを判定する機能等を付加することも
できる。

【００４６】本発明では、光検出器以外の検出光学系部
品を用いなくてもフォーカス誤差信号を得ることが可能
である。

【００４７】本発明によれば無限結像系対物レンズを用
いた場合を示したが、コリメートレンズを用いないレー
ザの出射光を拡散光状態で対物レンズで集光する有限結
像系の光ヘッドに用いることも容易である。その場合、
光検出器に反射光を導くためのレンズは不要である。

【００４８】ところで、図１から図４に示すＲＦ信号は
ディスクと対物レンズの相対距離が焦点距離付近に在る
場合である。実際にはディスクは回転により面振れを生
じて、この焦点距離の付近から離れた位置まで動く。こ
のため、最初はフォーカスエラー信号がない状態で相対
距離を認識する必要が在る。この相対距離を認識する１
手段を図８を用いて説明する。図におけるディスク面振
れはディスクの反射面が回転に変動する状態を示してい
る。図に示すようにレンズ位置を暫時近づけながら、Ｒ
Ｆ信号を測定する。レンズ位置１のときには焦点距離か
ら離れているので、クロックピット３５４，フォーカス
ずれ検出用ピット３５８は明確には検出出来ない。光デ
ィスクの回転中に対物レンズをディスクから離れた方向
から徐々に近づけ、対物レンズが３の位置まで近づくと
ディスクの面振れの最下点と対物レンズの相対距離が焦
点距離と一致するので、ディスク一回転に一回はジャス
トフォーカスとなり、クロックピット３５４，フォーカ
スずれ検出用ピット３５８が明確に検出できるタイミン
グが在る。更に、対物レンズの位置を近づけるとディス
クの別の位置と焦点距離が合うことになる。レンズ位置
が５の位置まで近づくと面振れの平均位置より高い位置
にジャストフォーカスとなり、その付近のクロックピッ
ト３５４，フォーカスずれ検出用ピット３５８が明確に
検出できるタイミングが在る。このように、対物レンズ
を少しずつ動かしながらＲＦ信号を測定することによ
り、ディスクの面振れ範囲は認識できる。

【００４９】この認識した面振れに対応して、対物レン
ズを予測制御するとディスクの全周に渡って、クロック
ピット３５４，フォーカスずれ検出用ピット３５８が明
確に検出できる。この状態で図１から図４に示すように
フォーカスエラー信号を生成することが出来る。そし
て、従来から行われていたサーボ制御を行うことによ
り、外乱が働いても、ディスクと対物レンズの相対距離
を一定に保つフォーカス制御が実現できる。

【００５０】次に、本発明のフォーカスずれ検出ピット
３５８のディスクの製作について説明する。図９は従来
のＰＣ基板を製作するスタンパの製作工程を示してい
る。図に示しているような順に面精度が高く、正確にレ
ーザカッティングされたニッケルスタンパはすでに製作
されている。

【００５１】本発明ではフォーカスずれ検出ピット３５
８を追加する場合に、相違する面に精度の高いピットと
するための製作技術を採用した。

【００５２】図１０に示している(１)Ｎｉスタンパは図
９までの工程でできるのは容易に理解できる。(２)この
ＮｉスタンパにＷをデポジット、(３)さらにフォトレジ
ストを膜を付け、（４）レーザにより正確な位置に露光
カッティングする。（５）露光カッティングした後Ｗの
みを選択エッチングする溶剤によりフォーカスずれ検出
ピット３５８に相当する部分の穴を設ける。この穴の深
さはＷの厚さに一致するので、干渉に必要な厚さ１／４
波長相当の深さが正確に形成される。従って、前述した
ようなデータ領域面とプリピット面の深さ方向の異なる
面に精度の高いピットを持つＰＣ基板などのスタンパを
製作できる。(６)に示すＰＣ基板３０２とスタンパ３０
４の境界に記録媒体を含む反射膜が成膜されることにな
る。対物レンズからの光は３０２の平面側から入射さ
れ、深さの異なる面にある１／４波長のピットの信号が
図１〜図４のように検出される。

【００５３】本発明に好適な光ディスク媒体の実施例を
以下に示す。

【００５４】図１１は直径６４mmの光ディスク媒体の構
成を示す実施例である。光ディスク３００は保護ケース
３１０に内蔵され、レーザビームは保護ケース３１０に
取り付けられたスライド可能な保護カバー３１２をスラ
イドして光路を開け、開口部３１４を通して照射され、
情報記録面３１６にレーザ光が照射される。光ディスク
３００にはスピンドルモータに接合するためのマグネッ
トチャック３２０が取り付けられる。光ディスクの基板
には厚さ０.６mm のポリカーボネート、及びＰＭＭＡな
どの基板３０２を用いた。光ディスク基板３０２の厚さ
を、従来のコンパクトディスクや直径９０mmの光磁気デ
ィスク等の１.２mmから０.６mmと薄くすることにより、
焦点距離の小さな対物レンズが使用できるようになり、
光ヘッドの薄型，軽量化が可能になった。また、光ディ
スク媒体の直径を６４mmと小径化することにより、媒体
の面振れ量が小さくなりケース厚さを３.０mm と薄くで
きた。本発明により光ヘッドが小型化できるので、光デ
ィスク媒体としてはディスク基板の厚さが１.２mmから
０.１mmの範囲で、直径が２０mm程度以下の超小型光デ
ィスクにも対応可能である。また、本発明のフォーカス
ずれ検出方法を従来のコンパクトディスクや直径９０mm
以上の光磁気ディスク等の媒体に用いることもできる。

【００５５】光ディスク媒体の情報記録面の記録材料と
してはコンパクトディスク等で用いられる予め基板に凹
凸の形で形成されたＲＯＭ型のもののほかにも、文書フ
ァイルに用いられる追記型のもの、及び相変化光記録材
料や光磁気記録材料を用いた書き換え可能なものを用い
ることができる。

【００５６】光ディスク３００のフォーマットとしては
４−１５変調のＣＡＶ（ConstantAngular Velocity）方
式のサンプルサーボフォーマットを用い、１トラックあ
たりのセクタ数を１６とし、データエリアを直径３０mm
から６０mmの範囲とし、記憶容量を片面８０ＭＢとし
た。本光記録媒体は回転数を３６００rpm において、エ
ラー訂正後の実効的なデータ転送レートは３.９Ｍｂ／
ｓとした。変調方式はこの他にも８−９変調，８−１
０変調，１−７変調，２−７変調等を用いることができ
る。ディスクの回転方式としてはＣＡＶ方式の他にも、
ＣＬＶ（ConstantLinear Velocity）方式，ＭＣＡＶ（M
odulated Constant Angular Velocity）方式及びＭＣＬ
Ｖ（Modulated Constant Linear Velocity）方式等があ
り、システムに合わせて適宜選択することができる。ま
た、サーボ方式としては連続サーボ方式を適応すること
も可能である。

【００５７】保護ケースとしては、開口部よりビームを
入射する構造のみではなく、透明なケース越しにビーム
を入射する方式であってもよい。ケース越しにビームを
入射する場合は、基板の厚さとケースの厚さを合わせて
所定の厚さになるようにする必要がある。例えば基板の
厚さが０.８mm に対応するように設計された対物レンズ
を用いる場合、ケースの透明部分の厚さを０.３mm とす
れば実際の光ディスクの基板の厚さを０.５mm とすれば
よい。光ディスク基板の厚さは、ケースを薄くするため
に薄い方が望ましく、１.２mmから０.１mmが望ましい。

【００５８】図１２に本発明に好適な相変化型光ディス
ク媒体の膜構成の一実施例を示す。本光ディスク媒体は
ガラス，ポリカーボネート、及びＰＭＭＡ等の透明な基
板３０２の上に屈折率が２程度のＳｉＮ，ＡｌＮ，Ｚｎ
Ｓ等の透明誘電体の第１干渉膜３３６，ＩｎＳｂＴｅ
系，ＡｇＩｎＳｂＴｅ系，ＧｅＳｂＴｅ系，ＩｎＳｂ
系，ＳｂＴｅ系，ＧｅＴｅ系等の書き換え可能な相変化
型記録膜３３８，第１干渉膜と同様な透明な誘電体の第
２干渉膜３４０，Ａｕ，Ａｌ、等の金属反射膜３４２，
ＳｉＯ₂またはＵＶ樹脂等で形成した保護膜３４４を順
次形成して作る。本光ディスク媒体はレーザビームの照
射だけで前の情報の上に新たな情報を書き換えることが
できるものである。

【００５９】また、記録材料としては、Ｔｅ系やシアニ
ン系及びナフタロシアニン系有機色素等の薄膜を用い
た、一回だけ書き込みのできる追記型の光記録材料媒体
を用いることも出来る。さらに、ＴｂＦｅＣｏ系，Ｇｄ
ＦｅＣｏ系等の光磁気型記録材料を用いた光磁気ディス
クにも対応できる。その場合、光ディスクに照射するビ
ームを直線偏光として、反射光の回転角を検出するよう
に検出光学系を変更すればよい。

【００６０】つぎに、本発明の光ディスク装置の実施例
を説明する。

【００６１】図１３は、光ディスク装置のデータ処理部
までを示したシステム構成である。同図において媒体及
びドライブ部は光ディスク３００，光ヘッド１００，ス
ピンドルモータ２５２，コースアクチュエータ２６２か
らなる。ドライブ部の制御及び信号処理はドライブ制御
系２８０で行う。ドライブ制御系２８０はスピンドル制
御系２５０，フォーカス制御系２３０，トラッキング制
御系２４０，コースアクチュエータ制御系２６０の各制
御系に動作指令を送る。また、ドライブ制御系２８０は
光ディスク３００へデータを記録する場合に、光ヘッド
１００へ変調された記録信号２７２を送る。本発明のフ
ォーカスずれ検出方法は光ヘッド１００内の光学系とそ
れを読み取る回路からなるフォーカスずれ検出系２２０
から構成される。ドライブ制御系２８０はフォーカスず
れ検出系２３０とトラックずれ検出系２２０からそれぞ
れフォーカスずれ量及びトラックずれ量を検出する。シ
ステム制御系２９０はドライブ制御系２８０に動作指令
を送り、光ディスクからの再生信号を受けてエラー補正
等を施す。さらに、システム制御系２９０は外部のコン
ピュータ等と接続する際のインターフェースの制御をあ
わせて行う。なお、スピンドル制御系２５２はスピンド
ルモータ２５２の回転数を制御するが、この回転数制御
にはＣＡＶ制御，ＣＬＶ制御，ＭＣＡＶ制御及びＭＣＬ
Ｖ制御等があり、光ディスクのフォーマットに合わせて
適宜選択することができる。

【００６２】図１４は、本発明の光ディスク装置をパソ
コンの外部メモリとして使用したときの実施例を示して
いる。パソコンのデータ処理部はプロツセユニツト４０
０及び半導体の主メモリ４１０から構成され、システム
バス４２０を介してキーボード４３０，ディスプレイ４
４０が接続されているが、本実施例の特徴はさらに本発
明の光ディスク装置１０００をインターフェース４５０
を介して接続した点にある。光ディスク媒体３００とし
て、６４mm（約２.５インチ）の外径で容量１００ＭＢ
以上と大容量であり、これにより、パソコンにありなが
らワークステーション並の大規模データ処理を可能にし
ている。光ディスク媒体３００は光ディスク装置１００
０から脱着可能であるので、処理されたデータだけを光
ディスク媒体に保存して簡単に持ち運べるシステムとな
つている。

【００６３】図１５は、本発明の光ディスク装置をノー
ト型コンピュータに内蔵した場合の一実施例を示してい
る。ノート型コンピュータ４６０は液晶のディスプレイ
440，キーボード４３０からなり本発明の光ディスクド
ライバ１０００を内蔵している。光ディスク３００を光
ディスクドライバ１０００にセットすると記録されてい
る情報をノート型コンピュータで再生し、編集した結果
を光ディスク３００に保存することができる。

【００６４】図１１は図１０(ｂ)に示した光スポットを
得るための光ヘッドの構成の一実施例である。本光ヘッ
ドは有限光学系を用いている。半導体レーザ２０から出
射した直線偏光のビームは、遮光部材５５を透過し、Ｐ
ＢＳ３０で反射され、λ／４板３１により円偏光とな
り、対物レンズ５０に入射して光ディスク３００上に集
光される。光ディスク３００からの反射光は、対物レン
ズ５０を通り、λ／４板３１により入射ビームとは９０
°回転した直線偏光となり、ＰＢＳ３０を透過して、光
検出器７０で検出される。光検出器７０には光デセンサ
ＦとセンサＢの２つの受光部が形成されており、フォー
カスずれ量を検出する。

【００６５】図１７に本発明を実施するのに好適な光磁
気ヘッドの構成の例を示す。

【００６６】半導体レーザ１０２から出射された光は、
コリメートレンズ１０３によって平行光（以下、光ビー
ム１０１という）に変換される。この光ビーム１０１
は、整形プリズムでビームの縦横比が改善された後、ビ
ームスプリッタ１１８，１１９を通過して立ち上げ全反
射ミラー１１０によって垂直方向に曲げられる。この円
偏光の光ビーム１０１は対物レンズ１０８によって集光
され、光ディスク３００の情報記録領域を形成する光記
録媒体に照射される。

【００６７】この光記録媒体からの反射光は、対物レン
ズ１０８により、平行光に変換された後、立ち上げミラ
ー１１０により光路を変更され、ビームスプリッタ１１
８で分割され、反射された光は１／２波長板１０６によ
って偏向方向を４５度回転させられPBS104でＰ波とＳ波
に分離され、それぞれ検出レンズ１１２により、光検出
器１１４に結像され、差動増幅器により光磁気信号とな
る。ビームスプリッタ１１８を通過した光はビームスプ
リッタ１１９で反射され、検出レンズ１１２により、光
検出器１１４に結像される。この光信号は図１等で述べ
たと同様に対物レンズとディスクの相対距離により、プ
リピットによる信号が異なる。これを同様にエラー信号
に変換する。

【００６８】

【発明の効果】本発明によれば光ディスクの情報ピット
等からの再生信号を１つの光検出器で検出し、ＲＦ信号
のピットによる落ちこみ量がフォーカスずれによって異
なることを利用して、フォーカスずれ量を検出すること
ができる。本発明によって光ヘッドの検出光学系が簡素
化でき、光検出器の位置合わせは機械精度程度に緩和で
きるので、位置合わせが不要となり光ヘッドを小型，軽
量化できる。

【００６９】この光ヘッドを用いることにより小型，軽
量，低コストの光ディスク装置及びそれを搭載した情報
処理装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のフォーカスずれ検出方式の原理を表す
模式図。

【図２】本発明のフォーカスずれ検出方式の原理を表す
模式図。

【図３】本発明のフォーカスずれ検出方式の原理を表す
模式図。

【図４】本発明のピットの再生信号を表す図。

【図５】本発明に好適な光ディスクのフォーマットを表
す模式図。

【図６】本発明に好適な光ヘッドの一実施例。

【図７】フォーカスずれの検出回路の１つの構成を表す
ブロック図。

【図８】本発明に好適な光ヘッドから得られる再生信号
の測定結果の一例。

【図９】本発明の光ディスクに好適なスタンパの製作工
程図。

【図１０】本発明の光ディスクに好適なスタンパの製作
工程図。

【図１１】本発明の光ディスク。

【図１２】本発明に好適な光ディスク媒体膜構成の実施
例。

【図１３】本発明の光ディスク装置の実施例。

【図１４】本発明の光ディスク装置を情報処理装置に接
続した時の実施例。

【図１５】本発明の光ディスク装置を搭載したノート型
情報処理装置の実施例。

【図１６】本発明に好適な光ヘッドの一実施例。

【図１７】本発明に好適な光磁気ヘッドの一実施例。

【図１８】図５の一部拡大図。

【図１９】本発明のスタンパによる基板の製作図。

【符号の説明】

１００…光ヘッド、１０２…半導体レーザ、１０３…コ
リメートレンズ、104…ＰＢＳ、１０５…複合プリズ
ム、１０６…１／４波長板、１０８…対物レンズ、１０
９…２次元アクチュエータ、１１０…立ち上げミラー、
１１２…検出レンズ、１１４…光検出器、２００…光デ
ィスク装置、２０２…再生信号、２１０…フォーカスず
れ検出系、２２０…トラックずれ検出系、２３０…フォ
ーカス制御系、２４０…トラッキング制御系、２５０…
スピンドル制御系、２５２…スピンドルモータ、２６０
…コースアクチュエータ制御系、２６２…コースアクチ
ュエータ、２７０…レーザ駆動回路、２８０…ドライブ
制御系、２９０…システム制御系、３００…光ディス
ク、３５０…サーボ領域、３５２…ウォブルピット、３
５４…クロックピット、３５６…フォーカスピット、３
６０…データ領域、３６２…トラック。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者佐藤美雄茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者伏見哲也茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者安川三郎茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者角田義人茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】記録再生可能な光ディスクにおいて、記録
再生用反射面より対物レンズの焦点距離が異なる位置に
フォーカス検出用の反射面を設けたことを特徴とする光
ディスク。
【請求項２】請求項１において、前記フォーカス検出用
反射面は、前記記録再生用反射面より所定距離離してフ
ォーカス検出用の反射面を設けたことを特徴とする光デ
ィスク。
【請求項３】記録再生用反射面より対物レンズの焦点距
離が異なる位置にフォーカス検出用の反射面を有する光
ディスクのフォーカスずれ検出する方法において、前記
フォーカス検出面からの反射光量の変化からずれを検出
することを特徴とするフォーカスずれ検出方法。
【請求項４】収束したレーザ光を光ディスク媒体の情報
トラックに照射して情報を再生または記録消去する光デ
ィスク装置のフォーカスずれ検出方法において、前記光ディスク媒体からの反射光を光検出器で受光して
前記光ディスク媒体上に形成された位相もしくは反射率
変化を伴うピット状もしくは帯状の情報記録マークの１
つから得られる再生信号の値をフォーカスずれ量に変換
するフォーカスずれ検出方法。
【請求項５】請求項４において、再生信号をＡ／Ｄ変換
し、ラッチして周方向に一定距離離れたディスクの面振
れを検出するフォーカスずれ検出方法。
【請求項６】光源と、該光源から出射したレーザ光を収
束して光ディスク媒体に照射し、該光ディスク媒体から
の反射光を検出する光検出器を備えた光ヘッドと、前記光ヘッドから前記光ディスク媒体に照射されたレー
ザ光の収束スポットが前記光ディスク媒体上の所定の情
報トラックに追従するようにフォーカス合わせ及びトラ
ッキング合わせを行うフォーカス及びトラッキング制御
手段と、前記光ヘッドを前記光ディスク媒体の半径方向に該光デ
ィスク媒体と平行に移動し、位置決めをする移動手段
と、前記光ディスク媒体を回転させる回転手段と、前記光ヘツド，フォーカス及びトラッキング制御手段，
移動手段，回転手段の動作を制御するドライブ制御手段
と、を有する光ディスク装置において、前記光ディスク媒体からの反射光を受光する光検出手段
と、前記光検出器の出力から前記光ディスク媒体上に形成さ
れた位相もしくは反射率変化を伴うピット状もしくは帯
状の情報記録マークの１つを処理する信号処理手段と、前記信号処理された信号と基準信号の差からフォーカス
ずれ量を求める演算手段とからなるフォーカスずれ検出
手段を備えたことを特徴とする光ディスク装置。