JPH0696456A - 光ディスク装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】光ディスク上の記録データや欠陥および光検出
器上のビームスポットの光量分布パターンの設計中心か
らのずれなどによらず安定したフォーカスサーボを行う
ことができる光ディスク装置を提供する。 【構成】光ディスク４からの反射光を検出する多分割光
検出器６の出力信号からフォーカスエラー信号を演算で
求め、このフォーカスエラー信号に従って対物レンズ３
を駆動する光ディスク装置において、光ディスク４上に
ピットや欠陥がない状態でのフォーカスエラーに対する
光検出器６の出力信号の種々の基準変化パターンを記憶
する基準変化パターンメモリ１０を設け、ディジタル演
算回路９により光検出器６の出力信号の実際の変化パタ
ーンと複数の基準変化パターンとを比較して、実際の変
化パターンに最も近い基準変化パターンを用いてフォー
カスエラー信号を演算する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は光ディスク装置に係
り、特に光ディスク上に光ビームのフォーカス位置を一
致させるためのフォーカスサーボシステムに関する。

【０００２】

【従来の技術】光ディスク上に光ビームを照射して情報
の記録／再生を行う光ディスク装置においては、光ビー
ムのフォーカス位置を光ディスク上に正確に一致させる
フォーカスサーボを行う必要がある。このようなフォー
カスサーボは、一般に図７、図８に示されるような構成
によって行われる。図７は光ディスク装置の光学系とフ
ォーカスエラーの検出動作を説明するための図であり、
図８はフォーカスサーボシステムのブロック図である。

【０００３】図７において、光源２１から出射される光
ビームはビームスプリッタ２２を介して対物レンズ２３
に導かれ、この対物レンズ２３により光ディスク２４上
に絞り込まれて照射され微小なビームスポットを形成す
る。光ディスク２４からの反射光は対物レンズ２３を光
ディスク２４への入射光と逆方向に戻った後、ビームス
プリッタ２２により入射光と光路が分離され、円柱レン
ズ２５を経て四分割光検出器２６に入射して電気信号に
変換される。四分割光検出器２６の出力信号は、差動ア
ンプ２７を経て演算されると共に電流−電圧変換および
増幅され、フォーカスエラー信号が生成される。

【０００４】このフォーカスエラー信号は、図８に示す
ようにＡ／Ｄ変換器３０によりディジタル信号に変換さ
れ、さらに補償フィルタ３１を経てＤ／Ａ変換器３２に
よりアナログ信号に戻され、フォーカス引込み部３４を
介してフォーカスコイル駆動部３５に入力される。この
フォーカスコイル駆動部３５によってフォーカスコイル
３６が通電され、対物レンズ２３が光軸方向に駆動され
る。フォーカスサーボを掛ける場合、まず図示しないコ
ントローラからフォーカス・オン命令が出される。この
フォーカス・オン命令により、フォーカス引込み部３４
はＤ／Ａ変換器３２からの出力を遮断して、対物レンズ
２３を光ディスク２４に近付けたり遠ざけたりする振動
信号をフォーカスコイル駆動部３５へ出力する。

【０００５】対物レンズ２３を光ディスク２４に近付け
てゆくと、光ディスク２４からの反射光のビーム形状は
四分割光検出器２６上では、図７に示すように長円形か
ら円形になり、再び長円形になる。ここで、図７（ｂ
１）（ｂ２）に示すように光源か２１からの光ビームの
フォーカス位置が光ディスク２４の記録面（ピット面）
に正確に一致している場合には、光検出器２６上ではビ
ーム形状は円形となるので、フォーカスエラー信号の電
圧は０となる。一方、対物レンズ２３が光ディスク２４
に対して近過ぎたり遠過ぎたりした場合は、図７（ａ
１）（ａ２）または（ｃ１）（ｃ２）に示すように、円
柱レンズ２５の作用によって光検出器２６上のビーム形
状は長円形となり、フォーカスエラー信号の電圧が発生
する。このフォーカスエラー信号の特性を図９に示す。

【０００６】四分割光検出器２６上の反射光のビーム形
状が円形になった位置で、フォーカス引込み部３４は対
物レンズ２３を光ディスク２４に近付けたり遠ざけたり
する振動信号の出力を停止し、代わりにＤ／Ａ変換器３
２の出力信号をフォーカスコイル駆動部３５へ転送する
ことにより、サーボループを動作させる。このフォーカ
スサーボ動作により、図７（ｂ１）（ｂ２）の状態、図
９ではＢ点の状態に引込まれると、サーボループが正常
動作していることを検出するフォーカスロック検出部３
３からフォーカスロック信号が出力され、以後その状態
を保つ。この状態では、例えば光ディスク２４が上下動
しても、光ビームは光ディスク２４のピット面に正確に
集束される。何らかの原因により、このフォーカス状態
が外れると、再引込み動作が開始される。

【０００７】この従来のフォーカスサーボシステムで
は、光ディスク２４上の情報信号の記録データや欠陥な
どの影響により、四分割検出器２６から差動増幅器２７
を介して得られるフォーカスエラー信号に乱れが生じる
ことがある。このフォーカスエラー信号の乱れは、その
ままフォーカスサーボの乱れとなり、記録データを正し
く読み取れなくなる。

【０００８】また、光検出器２６上のビームスポットの
光量分布パターンが設計中心からずれた場合、図９に示
すフォーカスエラーが０の点Ｂの電圧が＋側または−側
にオフセットを生じ、同様にフォーカスサーボが乱れて
しまう。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の光ディスク装置のフォーカスサーボシステムでは、光
ディスク上の記録データや欠陥などの影響によりフォー
カスエラー信号に乱れが生じてフォーカスサーボが乱
れ、また光検出器上のビームスポットの光量分布パター
ンが設計中心からずれた場合も、同様にフォーカスサー
ボが乱れるという問題があった。

【００１０】本発明は、光ディスク上の記録データや欠
陥、さらには光検出器上のビームスポットの光量分布パ
ターンの設計中心からのずれなどによらず安定したフォ
ーカスサーボを行うことができる光ディスク装置を提供
することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明は光ディスクからの反射光または透過光を検
出する多分割光検出器の出力信号からフォーカスエラー
信号を演算で求め、このフォーカスエラー信号に従って
対物レンズを駆動するようにした光ディスク装置におい
て、フォーカスエラーに対する光検出器の出力信号の実
際の変化パターンと予め記憶した複数の基準変化パター
ンとを比較し、実際の変化パターンに最も近い基準変化
パターンを用いてフォーカスエラー信号を演算すること
を特徴とする。

【００１２】また、本発明はさらに光検出器の出力信号
から該光検出器上の光量分布パターンの中心を求め、こ
の中心と設計中心とのずれを基にフォーカスエラー信号
の演算を補正することを特徴とする。

【００１３】

【作用】光検出器を多数に分割すると、その出力信号は
光検出器上の光ビームスポットの光量分布パターンに対
応したパターンとなり、この出力信号パターンはフォー
カスエラーの変化に応じて変化する。この光検出器の出
力信号の変化パターンは、光ディスク上の記録データや
欠陥などによって影響を受ける。

【００１４】そこで、光ディスク上に記録データや欠陥
がないときの光検出器の出力信号の種々の変化パターン
を予め求めて基準変化パターンとして記憶しておき、こ
れらの基準変化パターンと実際の変化パターンを比較し
て、実際の変化パターンに最も近い基準変化パターンを
用いてフォーカスエラー信号を演算すれば、記録データ
や欠陥などの影響のないフォーカスエラー信号を得るこ
とができ、安定したフォーカスサーボが可能となる。

【００１５】また、光検出器の出力信号から該光検出器
上の光量分布パターンの中心が分かるので、この中心と
設計中心とのずれを求め、このずれによってフォーカス
エラー信号の演算を補正することにより、このずれに影
響されない安定したフォーカスサーボを行うことができ
る。

【００１６】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。図１は、本発明の一実施例に係る光ディスク装置
におけるフォーカスサーボシステムを示す図である。

【００１７】図１において、光ヘッド部の光学系の構成
は図７に示した従来の構成とほぼ同様である。すなわ
ち、半導体レーザなどの光源１から出射される光ビーム
はビームスプリッタ２を介して対物レンズ３に導かれ、
この対物レンズ３により絞り込まれて光ディスク４上に
照射されて微小なビームスポットを形成する。光ディス
ク４からの反射光は、対物レンズ３を光ディスク４への
入射光と逆方向に戻った後、ビームスプリッタ２により
入射光と光路が分離され、円柱レンズ５を経て多分割光
検出器６に入射し、電気信号に変換される。

【００１８】ここで、多分割光検出器６はその受光面が
従来の４分割光検出器より多い数、具体的には３×３以
上に分割されたもので、例えば図２に示すように８×８
分割されている。この多分割光検出器６の各出力信号
は、電流−電圧変換器７によりそれぞれ電圧信号に変換
され、かつ適宜増幅された後、Ａ／Ｄ変換器８に入力さ
れ、ディジタル信号に変換される。Ａ／Ｄ変換器８の出
力信号は、ディジタル演算回路９に入力される。

【００１９】ディジタル演算回路９は、Ａ／Ｄ変換器８
の出力信号から基準変化パターンメモリ１０を参照して
フォーカスエラー信号を演算により求める。このフォー
カスエラー信号の演算について、詳しく説明する。図２
においては、多分割光検出器６上の光ビームスポットの
光量分布パターンを示しており、対物レンズ３に対して
光ディスク４が遠過ぎる場合はＡのように横長の楕円
形、対物レンズ３に対して光ディスク４が正しい位置に
ある場合、つまり光ビームのフォーカス位置が光ディス
ク４の記録面（ピット面）に正確に一致している場合は
Ｂのように円形、そして対物レンズ３に対して光ディス
ク４が近過ぎる場合はＣのように縦長の楕円形となる。
従って、対物レンズ３と光ディスク４の距離、つまりフ
ォーカスエラーの状態に応じて、多分割光検出器６の出
力信号パターンは光検出器６上の光量パターン変化に伴
い変化することになる。

【００２０】ここで、フォーカスエラーに対する多分割
光検出器６の出力信号の変化パターンは、光ディスク４
上に記録データや欠陥がない時とある時とでは異なる。
基準変化パターンメモリ１０は、予め求められた光ディ
スク４上に記録データや欠陥がない時のフォーカスエラ
ーに伴う多分割光検出器６の出力信号の種々の変化パタ
ーンを基準変化パターンＲとして記憶している。そし
て、ディジタル演算回路９は実際にフォーカスサーボを
行うとき、Ａ／Ｄ変換器８を介して入力される多分割光
検出器６の出力信号の実際の変化パターンＴと、基準変
化パターンメモリ１０から読み込まれた基準変化パター
ンＲとを比較し、実際の変化パターンＴに最も近い基準
変化パターンＲを用いてフォーカスエラー信号を演算す
る。

【００２１】具体的には、例えば光ディスク４上の鏡面
に光ビームが集束した場合、多分割光検出器６上の光デ
ィスク４からの反射光の光量分布パターンは、図３
（ａ）のようになる。基準変化パターンメモリ１０に
は、この時の光検出器６の出力信号の変化パターンが記
憶されている。一方、光ディスク４上の記録データであ
るピットに光ビームが集束した場合の光検出器６上の光
量分布パターンは、図３（ｂ）（ｃ）のようになる。図
３（ｂ）はピット形状が対称の場合、（ｃ）は非対称の
場合である。このように光ディスク４上のピットや欠陥
が存在するところでは、鏡面部分とは光量分布パターン
が異なり、Ａ／Ｄ変換器８の出力信号から直接フォーカ
スエラー信号を演算すると、前述したようにフォーカス
エラー信号がピットや欠陥によって乱れる。

【００２２】そこで、基準変化パターンメモリ１０に
は、光ディスク４の鏡面部分に光ビームが照射されたと
きのフォーカスエラーに伴う多分割光検出器６の出力信
号の種々の変化パターンを基準変化パターンＲとして記
憶しておく。そして、ディジタル演算回路９ではＡ／Ｄ
変換器８を介して入力される多分割光検出器６の出力信
号の実際の変化パターンＴと、基準変化パターンメモリ
１０から読み込まれた複数の基準変化パターンＲとを比
較して、Ｒのうち実際の変化パターンＴに最も近い基準
変化パターン（Ｒ′とする）に対応した光検出器６の各
出力信号（Ａ／Ｄ変換器８の出力信号）からフォーカス
エラー信号を演算する。すなわち、基準変化パターン
Ｒ′が得られたときのＡ／Ｄ変換器８の出力信号をＬｉ
Ｃｉ（ｉ＝１，２，…８）とすると、ディジタル演算回
路９は数１の演算を行ってフォーカスエラー信号Ｓｆを
求める。

【００２３】

【数１】

【００２４】こうしてフォーカスエラー信号Ｓｆが図４
に示すようなディジタルデータとして得られる。このフ
ォーカスエラー信号Ｓｆは、図８に示した従来の構成と
同様に処理される。すなわち、ディジタル演算回路９か
ら出力されるフォーカスエラー信号Ｓｆは、補償フィル
タ１１でフィルタリングされた後、Ｄ／Ａ変換器１２に
よりアナログ信号に戻され、フォーカス引込み部１４を
介してフォーカスコイル駆動部１５に入力される。この
フォーカスコイル駆動部１５によってフォーカスコイル
１６が通電され、図１の対物レンズ３が光軸方向に駆動
される。フォーカスサーボを掛ける場合、まず図示しな
いコントローラからフォーカス・オン命令が出される。
このフォーカス・オン命令により、フォーカス引込み部
１４はＤ／Ａ変換器１２からの出力を遮断して、対物レ
ンズ３を光ディスク４に近付けたり遠ざけたりする振動
信号をフォーカスコイル駆動部５へ出力する。

【００２５】対物レンズ３を光ディスク４に近付けたり
遠ざけたりすると、多分割光検出器６上の光量分布パタ
ーンが変化するが、光検出器６上の反射光のビーム形状
が円形になる位置で、フォーカス引込み部１４は対物レ
ンズ３を光ディスク４に近付けたり遠ざけたりする振動
信号の出力を停止し、代わりにＤ／Ａ変換器１２の出力
信号をフォーカスコイル駆動部１５へ転送することによ
り、サーボループを動作させる。このフォーカスサーボ
動作により、図４のＢ点の状態に引込まれると、サーボ
ループが正常動作していることを検出するフォーカスロ
ック検出部１３からフォーカスロック信号が出力され、
以後その状態を保つ。この状態では、例えば光ディスク
４が上下動しても、光ビームは光ディスク４のピット面
に正確に集束される。何らかの原因により、このフォー
カス状態が外れると、再引込み動作が開始される。

【００２６】なお、ディジタル演算回路９においては、
フォーカスエラー信号Ｓｉ以外に、トラッキングエラー
信号Ｓｔや再生情報信号Ｓｉも、数２数３の演算により
求めることができる。

【００２７】

【数２】

【００２８】

【数３】

【００２９】一方、図５に示すように多分割光検出器６
上の光量分布パターンの中心Ｐが破線で示す設計中心Ｐ
o からずれた場合、数１に示した計算式でフォーカスエ
ラー信号Ｓｆを求めると、図６に示すようにフォーカス
エラーが０の点Ｂの電圧が＋側にずれたり、逆に−側に
ずれたりしてフォーカスサーボが乱れてしまう。

【００３０】そこで、ディジタル演算回路９で多分割光
検出器６の出力信号（Ａ／Ｄ変換器８の出力信号）から
光検出器６上の光量分布パターンの中心Ｐを求め、この
中心Ｐと設計中心Ｐo とのずれを基にフォーカスエラー
信号Ｓｆの演算を補正する。すなわち、図５の場合、Ｐ
o に対するＰのずれは、図５において光検出器６上のｘ
方向に＋１、ｙ方向に−１であり、このずれを考慮した
数４の計算式を用いてフォーカスエラー信号Ｓｆを演算
する。

【００３１】

【数４】

【００３２】なお、このずれ補正の手法は、トラッキン
グ誤差信号および再生情報信号の生成にも適用できる。

【００３３】本発明によるフォーカスサーボの手法は、
コンパクトディスク、ビデオディスクのような再生専用
光ディスクや、追記型光ディスク、書換え型光ディスク
等の光ディスクのみでなく、露光機、ＦＤＤ、ＨＤＤ等
のシステムにおける位置決めサーボやフォーカスサーボ
等、光学的手法で位置を決める機構を有するシステムに
も適用することができる。

【００３４】また、実施例では光ディスクからの反射光
を検出してフォーカスサーボを行ったが、透過光を検出
してフォーカスサーボを行うシステムにも適用できるこ
とはいうまでもない。その他、本発明は種々変形して実
施することが可能である。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば光
ディスクからの反射光または透過光を多数分割光検出器
で検出して、この光検出器の各々の出力信号のフォーカ
スエラーに伴う実際の変化パターンと予め定めて記憶し
た基準変化パターンとを比較し、実際の変化パターンに
最も近い基準変化パターンを用いて演算によってフォー
カスエラー信号を生成することにより、光ディスク上の
記録データや欠陥などによらず安定したフォーカスエラ
ー信号を得ることができ、また光検出器上の光量分布パ
ターンの中心が設計中心からずれた場合、そのずれを検
出してフォーカスエラー信号の演算を補正することで、
ずれに影響されないフォーカスエラー信号が得られるの
で、安定したフォーカスサーボを実現することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る光ディスク装置の構成
図

【図２】図１における多分割光検出器の構成と該光検出
器上の光量分布パターンの変化を示す図

【図３】光ディスクの表面形状と多分割光検出器上の光
量分布パターンの変化を示す図

【図４】同実施例におけるフォーカスエラー信号の特性
図

【図５】図１における多分割光検出器上の光量分布パタ
ーンの中心のずれを説明するための図

【図６】多分割光検出器上の光量分布パターンの中心が
ずれたときのフォーカスエラー信号特性の変化を示す図

【図７】従来のフォーカスエラー検出原理を示す図

【図８】従来のフォーカスサーボシステムの要部のブロ
ック図

【図９】従来のフォーカスサーボシステムによるフォー
カスエラー信号の特性図

【符号の説明】

１…光源 ２…ビームスプリッタ ３…対物レンズ ４…光ディスク ５…円柱レンズ ６…多分割光検出器 ７…電流−電圧変換器 ８…Ａ／Ｄ変換器 ９…ディジタル演算回路 １０…基準変化パターン
メモリ １１…補償フィルタ １２…Ｄ／Ａ変換器 １３…フォーカスロック検出部 １４…フォーカス引込
み部 １５…フォーカスコイル駆動部 １６…フォーカスコイ
ル

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光ビームを出射する光源と、 この光源から出射される光ビームを絞り込んで光ディス
   ク上に照射するための対物レンズと、 分割された複数の受光面を有し、前記光ディスクからの
   反射光または透過光を検出して各受光面に対応した出力
   信号を発生する光検出器と、 この光検出器の出力信号を入力として、前記光ディスク
   に照射される光ビームのフォーカスエラーを示すフォー
   カスエラー信号を演算する演算手段と、 この演算手段により求められたフォーカスエラー信号に
   従って前記対物レンズを駆動するレンズ駆動手段を有
   し、 前記演算手段は前記フォーカスエラーに対する前記光検
   出器の出力信号の実際の変化パターンと予め記憶した複
   数の基準変化パターンとを比較し、実際の変化パターン
   に最も近い基準変化パターンを用いてフォーカスエラー
   信号を演算することを特徴とする光ディスク装置。
2. 【請求項２】前記演算手段は、前記光検出器の出力信号
   から該光検出器上の光量分布パターンの中心を求め、こ
   の中心と設計中心とのずれを基に前記フォーカスエラー
   信号の演算を補正することを特徴とする請求項１記載の
   光ディスク装置。