JP2008108389A - 光ディスク装置およびフォーカス制御方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】光ディスク回転時の面振れを考慮し、光ディスクを損傷することなく、効率良くフォーカス引込みを可能とすること。
【解決手段】フォーカス制御部17は、光ディスク1を停止状態にて対物レンズ7をシフトさせ光ディスクの記録面へのフォーカス位置(駆動電圧V1)を検出する(第1ステップ)。次に、光ディスクを回転させた状態で、対物レンズに微小なウォブリングを与えて得られる光ディスクの反射光信号から光ディスクの面振れの大きさ(V2)を検出する(第2ステップ)。検出した面振れの大きさに基づき、対物レンズが光ディスクに衝突しないリミット値(V3)を設定する。そして、リミット値の範囲内でフォーカス引込みを行う(第3ステップ)。
【選択図】図2

Description

本発明は、光ディスクの記録面へ光ビームを照射して情報を記録再生する光ディスク装置、および光ディスクの記録面に照射する光ビームのフォーカス位置を制御するフォーカス制御方法に関する。
近年、ディスプレイの高画質化が急速に進み、CD,DVDとともにハイビション放送の録画に好適な短波長レーザを用いるBD(Blu−ray)ディスクを搭載可能な3波長対応型光ディスク装置の要求が高まっている。一方、ノート型パーソナルコンピュータ(パソコン)に搭載する光ディスク装置は、デスクトップ型パソコンに搭載する光ディスク装置と比較し、より薄型化する必要があることから対物レンズの短焦点化が行われている。
このため、ノート型パソコンに搭載する薄型光ディスク装置にBDディスクを搭載する場合には、対物レンズ(またはフォーカスレンズ)と光ディスク表面間の作動距離(Working Distance、以下WDと略す)が極めて小さくなり、対物レンズと光ディスクが衝突して光ディスクを損傷し易いという新たな問題が生じている。
また、デスクトップ型パソコンに搭載する3波長対応光ディスク装置においても、3波長を1個の対物レンズで賄う検討が進められている。CD,DVD,BDでは、光ディスク表面と記録面の深さが相違するので、対物レンズと光ディスク表面間のWDに影響を及ぼして、対物レンズと光ディスクが衝突して光ディスクを損傷する恐れが指摘されている。
こうした背景のもとで、光ピックアップの対物レンズと光ディスクの衝突を回避するために、以下の技術が提案されている。
特許文献1に開示される技術は、フォーカス引込み時の光ピックアップの対物レンズと光ディスクの損傷回避を目的として、光ピックアップを漸増する振幅でフォーカス方向に駆動し、フォーカスサーボ可能な範囲内に到達した時に駆動を停止することで光ディスクとの衝突を回避するものである。
特許文献2に開示される技術は、合焦点中心に必要最小限の振幅でフォーカス引込みを行うことを目的とし、フォーカスエラー信号に関して、対物レンズと光ディスクが衝突しないような第1の閾値と、対物レンズと光ディスクが離れすぎないようにする第2の閾値を設け、光ピックアップをその間で駆動させるものである。
特開2002ー140823号公報 特開2004−273023号公報
本発明者は、対物レンズによる光ディスクの損傷について、次の知見を得ている。BDディスク搭載時は、短波長記録のためディスクから得られる反射光強度が減少し、フォーカスエラー信号自体の検出が難しくなる。よって、光ディスクの面振れはフォーカス制御への影響が相対的に大きくなり、制御精度を悪化させる。また、対物レンズと光ディスクとの衝突は、静止する光ディスクに対しては損傷させることは少ないが、回転中の光ディスクに対しては大きな損傷を与える。よって、回転時のディスクの面振れを考慮する必要がある。
特許文献1記載の技術は、光ディスクの回転中の面振れを考慮するものではない。仮にこの技術を、光ディスクが回転して面振れによる上下振動が生じている場合に適用すると、光ピックアップの漸増振幅をディスクの面振れとマッチングさせて制御することが必要になるが、その制御は困難となることが予想される。また、光ピックアップの駆動始点位置とフォーカスサーボ可能な終点位置との間が近接していないとセットアップ時間が長くなる。時間の短縮化を図るには、始点位置をどのように設定するかを新たに検討する必要がある。
特許文献2記載の技術は、対物レンズと光ディスクの衝突を回避する閾値の設定方法については何も述べていない。例えば従来技術に従い、フォーカスエラー信号の振幅に基づき閾値を決定するにしても、目標とする記録面以外の反射面位置からの信号が混在し、信頼性ある閾値を設定するための新たな技術が必要になる。
本発明の目的は、光ディスク回転時の面振れを考慮し、光ディスクを損傷することなく、効率良くフォーカス引込みを可能とする光ディスク装置およびフォーカス制御方法を提供することにある。
本発明による光ディスク装置は、光ディスクを回転させるスピンドルモータと、光ビームを発生するレーザ光源、光ディスクに光ビームを照射する対物レンズ、光ディスクからの反射光を検出するフォトディテクタ、および対物レンズを光ディスクのフォーカス方向にシフトさせるアクチュエータを含むピックアップと、アクチュエータにフォーカス駆動信号を与えてフォーカス制御を行うフォーカス制御部とを備える。フォーカス制御部はフォーカス制御を開始するに当たり、光ディスクを回転させた状態で、対物レンズに微小なウォブリングを与えて得られる光ディスクの反射光信号から光ディスクの面振れの大きさを検出して、対物レンズを光ディスク方向へシフトする際に光ディスクに衝突しないリミット値を設定し、リミット値の範囲内でフォーカス引込みを行う。
またフォーカス制御部はフォーカス制御を開始するに当たり、始めに、光ディスクを停止状態にて対物レンズをシフトさせ光ディスクの記録面へのフォーカス位置を検出し、その後、フォーカス位置を中心に対物レンズに対しウォブリングを与える。
ここにフォーカス制御部は、回転する光ディスクの面振れの大きさを検出するために、対物レンズに与えるウォブリング信号を発生するウォブリング信号発生回路と、光ディスクの反射光信号から総和信号を生成する信号処理回路と、生成した総和信号のレベルを参照して、ウォブリング信号と同期したウォブリング信号のゲインを調整する自動利得制御回路と、ゲインを調整したウォブリング信号を整流する低域通過フィルタ回路とを備える。
本発明によるフォーカス制御方法は、光ディスクを回転させた状態で、光ビームを照射する対物レンズに微小なウォブリングを与え、光ディスクの反射光信号から光ディスクの面振れの大きさを検出し、検出した面振れの大きさに基づき、対物レンズを光ディスク方向へシフトする際に光ディスクに衝突しないリミット値を設定する。そして、リミット値の範囲内で対物レンズを光ディスクのフォーカス方向にシフトさせてフォーカス引込みを行う。
本発明によれば、安全で確実なフォーカス引込み動作が可能になり、光ディスク装置の信頼性を向上させることができる。
図1は、本発明による光ディスク装置の一実施例を示すブロック図である。本実施例の装置は、装着した光ディスク1をスピンドルモータ2にて回転させ、ピックアップ5から光ビームを光ディスク1の記録面に照射し、情報信号を記録または再生する。ピックアップ5は、スレッドモータ11の回転により光ディスクの半径方向に移動する。
スピンドルモータ2はドライバ3により駆動され、スピンドル制御部4は、スピンドルモータ2の回転を制御する。スレッドモータ11はドライバ12により駆動され、トラッキング制御部13は、ピックアップ5をディスク半径方向に所定間隔で移動させるよう、スレッドモータ11を制御する。
ピックアップ5は、レーザ光源であるレーザダイオード(LD)6と、光ディスクに光ビーム(レーザビーム)を照射する対物レンズ7、光ディスクからの反射光から信号を検出するフォトディテクタ8、及びアクチュエータ9を含む。アクチュエータ9は、ドライバ12,16により駆動され、ムービングコイルに駆動電流を流すことで対物レンズ7をディスク厚み方向(フォーカス方向)とディスク半径方向(トラッキング方向)にシフトさせる。フォトディテクタ8は4分割受光面となっており、4個の検出信号を信号処理回路(AFE)18へ送る。AFE18は、これを演算処理してフォーカス信号を生成する。ここでは4分割信号を加算処理して、反射光の総和信号(以下、PE信号)を生成する場合を述べるが、減算処理してフォーカスエラー信号を生成する方式でも可能である。
フォーカス制御部17およびマイコン(DSP)20は、AFE18からの総和信号(PE)を基にドライバ16を介してフォーカス制御を行う。本実施例では、フォーカス引き込み動作時に対物レンズ7と光ディスク1の衝突を回避するために、アクチュエータ9へのフォーカス駆動電圧(FOD)にリミット値を設定し、フォーカススイープ範囲がリミット値を超えないように制限する。
リミット値設定のために、光ディスクを停止した状態、及び回転させた状態で記録面位置を検出する。特に回転状態では、後述するウォブリング方式(Sin波学習方式)を採用し、対物レンズ7にウォブリング振動を与えてディスク面振れにより発生するフォーカスずれ(デフォーカス量)を検出することに特徴がある。ウォブリング振動の振幅は十分小さく、また光ディスクの面振れ周期よりも高周波で振動させることで、ディスク面振れ成分を好適に検出するものである。
光ディスクに記録する情報信号は、ホストPC22からインタフェース21を介してマイコン20に入力される。記録信号生成部15は、情報信号に対応した記録パルス信号を生成し、ドライバ14を介してLD6に供給する。また、光ディスクの反射光からフォトディテクタ8により再生された信号は、AFE18で情報信号に変換し、マイコン20とインタフェース21を介してホストPC22へ出力する。
フォーカス制御部17にてフォーカス制御を開始するためには、記録面のフォーカス信号を検出する必要がある。しかし、BD、DVD、CDの3波長に対応する光ディスク装置においては、WDが非常に狭いため記録面のフォーカス信号を検出する際に、ディスクの面振れ、その他外乱等の影響により対物レンズが光ディスク表面に衝突する可能性が高くなっている。本実施例では、ディスクへの衝突を防止するために、光ディスク停止状態で対物レンズの光ディスク記録面へのフォーカス位置(合焦点位置)を検出した後、光ディスク回転状態で対物レンズにフォーカス位置を中心とした微小なウォブリングを与えて光ディスクの面振れの大きさを検出して対物レンズと光ディスクが衝突しないリミット値設定を行った後、フォーカス引込みを行うことを特徴とする。
即ち本実施例では、次の手順を設けた。
[第1ステップ]:ディスク停止状態でディスク記録面に相当するフォーカスアクチュエータ駆動量(以下FOD電圧)=V1を検出する。
[第2ステップ]:ディスク回転状態で、上記FOD電圧V1にウォブリング信号を重畳することで回転時の記録面(面振れ)に相当するFOD電圧V2を検出する。この工程をFOD最大電圧学習(Sin波学習)と呼ぶ。
[第3ステップ]:FOD電圧V2+マージンαをフォーカススイープ電圧のリミット値V3に設定し、フォーカス引き込み動作を行う。
このうち、第2ステップにおける学習工程の原理は次の通りである。ディスク回転時の面振れにより記録面位置が対物レンズのフォーカス位置からずれると、反射光のPE信号は最大値からずれる。PE信号が最大値からずれた状態でFOD電圧にウォブリング信号(Sin波)を重畳すると、検出されるPE信号の振幅は非対称に振動する。非対称成分を抽出して、デフォーカス量としてFOD電圧に加算補正する。その結果、PE信号の振幅が対称になるよう、すなわちフォーカス位置がPE信号の最大点に追従するようフィードバック制御を行う。この補正されたFOD電圧をV2とする。
図2は、本発明によるフォーカス制御のフローチャートの一例を示す図である。各ステップの詳細な動作については、さらに図3〜図5を参照して説明する。
[第1ステップ]
ディスク回転を停止した状態とし(S100)、レーザ光源(LD6)を発光させる(S101)。アクチュエータ9により、対物レンズ7をスイープ開始位置まで下げ、ディスクに向かってレンズスイープを実施する(S102)。そして、フォトディテクタ8とAFE18にて反射光の総和信号(PE信号)を検出する。PE信号はディスクの記録面位置で最大になるので、PE信号が最大になる位置をディスク記録面と判定し、その時のFOD電圧V1を取得する(S103)。なおここで検出する信号は、PE信号の代わりにフォーカスエラー信号(FE信号)を用いても良い。
図3は、上記第1ステップにおけるFOD電圧検出について説明する図である。アクチュエータにスイープ電圧を印加し、対物レンズをディスク方向へ移動させる。反射光のPE信号は、フォーカス位置がディスク表面およびディスク記録面など複数位置にて増大するが、このうち、信号レベルが最大になる位置(A1,A2)をディスク記録面と判定する。この場合、スイープを折り返して図のように2箇所(A1,A2)で最大値を確認することにより、記録面を正確に捉えることができる。そして、PE信号最大とする(ディスク記録面にフォーカスさせる)ためのFOD電圧V1を求める。
[第2ステップ]
ディスクを回転させ(S104)、アクチュエータに前記ステップ(S103)で求めたFOD電圧V1を印加する(S105)。これにより、ディスク停止時のディスク記録面相当位置にフォーカスさせる。この位置を基準に、FOD電圧V1にウォブリング信号(Sin波)を重畳して、PE信号を検出する(S106)。その際、PE最大値を検出するようフィードバック制御を行い、回転時の記録面(面振れ)に相当するFOD電圧V2を取得する(S107)。そして、取得したFOD電圧V2をマイコン等のメモリに記憶しておく(Sin波学習)。
ここで、Sin波学習工程の要点は以下の通りである。
(1)ディスク停止時のディスク記録面に相当するFOD電圧V1を基準として、これにウォブリング信号(Sin波2)を重畳し対物レンズをSin波で振動させる。
(2)Sin波2と同相のSin波1を入力し、レンズ振動時に検出されるPE信号レベルを参照してSin波1のAGC処理を行う。
(3)AGC処理後のSin波1信号をLPFにかけて非対称成分を抽出し、これをディスク回転時の面振れに相当するデフォーカス量として検出する。
図4は、上記第2ステップにおけるSin波学習工程に用いるブロック構成図である。フォーカス制御部17では、ウォブリング信号発生回路26によりSin波2を発生させ、フォーカス駆動電圧(FOD)29に重畳してドライバ16に供給する。アクチュエータ9は、対物レンズをSin波2信号に従いフォーカス方向(上下方向)に振動させる。ウォブリング信号は、例えば周波数689kHzの正弦波(Sin波)信号とし、その振幅は十分小さいものとする。光ディスク1からの反射光信号を信号処理回路(AFE)18で処理し、総和信号(PE信号)24を生成する。フォーカス基準電圧23は、フォーカスオフセット調整用のものである。生成したPE信号は、マイコン(DSP)20へ送る。DSP20では、ウォブリング信号(Sin波2)26に同期したウォブリング信号(Sin波1)25を発生する。Sin波1信号25とPE信号24を自動利得制御(AGC)回路27に入力し、Sin波1信号25の振幅をPE信号24のレベルを参照してゲインを調整する。その後低域通過フィルタ(LPF)回路28で整流(平滑化)して、Sin波1の振幅非対称成分を抽出する。抽出した非対称成分をデフォーカス量(フォーカスオフセット電圧)として、フォーカス駆動電圧(FOD)29に加算して補正する。このように本実施例のSin波学習工程は、フィードバック制御によりPE信号最大点にフォーカス位置をシフトさせることができる。
図5は、Sin波学習におけるデフォーカス量の検出原理を説明する図である。横軸はデフォーカス量で、原点はジャストフォーカス位置である。縦軸は反射光から得られるPE信号のレベルで、ジャストフォーカス位置で最大レベルとなりそれからずれると山型曲線状に沿って減衰する。AGC27でのゲイン調整は、PE信号のレベルが減衰するとゲインを大きくするように設定する。PE信号のレベルを参照してSin波1をAGC処理することで、現在のデフォーカス量をその方向を含めて検出することができる。図では、AGC処理後のSin波1の形状(非対称性)を3通り比較して示す。
(a)デフォーカスがない場合(ジャストフォーカス)は、AGCでのゲイン調整量はSin波1のプラス側とマイナス側とで等しく、その結果AGC後のSin波1はプラス側とマイナス側が対称となる。これをSin波より低い周波数のLPF28で整流すると出力電圧は0になる。これより、ディスク回転時の面振れ量に相当するデフォーカス量=0と検出する。
(b)デフォーカスがマイナス側の場合は、AGCでのゲイン調整量はSin波1のプラス側はマイナス側よりも大きく、その結果プラス側の振幅が大きい非対称なSin波1が得られる。これをLPFで整流すると、非対称成分を示すプラスの電圧を出力する。これより、面振れ量に相当するデフォーカス量<0を検出する。
(c)デフォーカスがプラス側の場合は、AGCでのゲイン調整量はSin波1のマイナス側はプラス側よりも大きく、その結果マイナス側の振幅が大きい非対称なSin波1が得られる。これをLPFで整流すると、非対称成分を示すマイナスの電圧を出力する。これより、面振れ量に相当するデフォーカス量>0を検出する。
このSin波学習は、ディスクが少なくとも1回転する期間実施し、その期間中で対物レンズが最もディスクに接近する(すなわち最も衝突し易い)FOD最大電圧を求めてFOD電圧V2とする。ディスクの面振れ量は、高速回転になるとコリオリの力で抑圧されて減少する。よってSin波学習は、面振れがより大きく発生する低速回転で行う方が、より安全サイドに設定することになり好ましい。なお、温度変化によるアクチュエータ感度ずれは、温度センサーで補正すれば良い。
[第3ステップ]
前記第2ステップで取得したFOD電圧V2にマージン値αを加算して、フォーカススイープ電圧のリミット値V3を設定する(S108)。この場合、マージン値αとしては、例えばFOD電圧V2の10%相当分を当てる。続いて、フォーカス引き込み動作を行う(S109)。このとき、FOD電圧がリミット値V3を超えない範囲で引き込み動作を行うのは言うまでもない。もしリミット値V3に達しても引き込みができなかった場合は、スイープ始点に戻して引き込みをリトライする。フォーカス引き込みでは、反射光からフォーカスエラー信号(FE信号)を検出して、S字波形の振幅がゼロクロス近傍でフォーカスサーボをONにする。引き込みに成功したら(サーボON状態)、所望の記録再生動作に進む(S110)。
本実施例によれば、ディスク回転時の面振れを予め検出し、それを考慮してフォーカススイープのリミット値を設定する。よって、ディスク損傷が生じやすい回転時において、安全に引き込み動作を行うことができる。また、対物レンズにウォブリング振動(Sin波)を加え、その際得られる総和信号(PE信号)を基にディスク回転時の面振れ量を検出する方式としている。このSin波学習は、ディスク1回転の期間で検出可能であるから、極めて短時間で実施することができる。これらの結果、BDディスクのごとく対物レンズとの差動距離が極めて小さい場合でも、フォーカス引き込み動作をより安全で確実に実行することが可能になる。
本発明による光ディスク装置の一実施例を示すブロック図。 本実施例によるフォーカス制御のフローチャートの一例を示す図。 第1ステップにおけるFOD電圧検出について説明する図。 第2ステップにおけるSin波学習工程に用いるブロック構成図。 Sin波学習におけるデフォーカス量の検出原理を説明する図。
符号の説明
1…光ディスク、2…スピンドルモータ、3,12,14,16…ドライバ、5…ピックアップ、6…レーザダイオード(LD)、7…対物レンズ、8…フォトディテクタ、9…アクチュエータ、12…スレッドモータ、17…フォーカス制御部、18…信号処理回路(AFE)、20…マイコン(DSP)、23…フォーカス基準電圧、24…総和信号(PE信号)、25,26…ウォブリング信号(Sin波1,2)発生回路、27…AGC回路、28…LPF回路、29…フォーカス駆動電圧(FOD)。

Claims (5)

  1. 光ディスクに光ビームを照射して情報信号を記録再生する光ディスク装置において、
    上記光ディスクを回転させるスピンドルモータと、
    上記光ビームを発生するレーザ光源、上記光ディスクに光ビームを照射する対物レンズ、該光ディスクからの反射光を検出するフォトディテクタ、および該対物レンズを上記光ディスクのフォーカス方向にシフトさせるアクチュエータを含むピックアップと、
    上記アクチュエータにフォーカス駆動信号を与えてフォーカス制御を行うフォーカス制御部とを備え、
    該フォーカス制御部はフォーカス制御を開始するに当たり、上記光ディスクを回転させた状態で、上記対物レンズに微小なウォブリングを与えて得られる上記光ディスクの反射光信号から該光ディスクの面振れの大きさを検出して、上記対物レンズを該光ディスク方向へシフトする際に該光ディスクに衝突しないリミット値を設定し、上記リミット値の範囲内でフォーカス引込みを行うことを特徴とする光ディスク装置。
  2. 請求項1記載の光ディスク装置において、
    前記フォーカス制御部はフォーカス制御を開始するに当たり、始めに、前記光ディスクを停止状態にて前記対物レンズをシフトさせ前記光ディスクの記録面へのフォーカス位置を検出し、その後、該フォーカス位置を中心に前記対物レンズに対し前記ウォブリングを与えることを特徴とする光ディスク装置。
  3. 請求項1または2に記載の光ディスク装置において、
    前記フォーカス制御部は、前記回転する光ディスクの面振れの大きさを検出するために、
    前記対物レンズに与えるウォブリング信号を発生するウォブリング信号発生回路と、
    前記光ディスクの反射光信号から総和信号を生成する信号処理回路と、
    生成した総和信号のレベルを参照して、上記ウォブリング信号と同期したウォブリング信号のゲインを調整する自動利得制御回路と、
    該ゲインを調整したウォブリング信号を整流する低域通過フィルタ回路と、
    を備えることを特徴とする光ディスク装置。
  4. 光ディスクの記録面に照射する光ビームのフォーカス位置を制御するフォーカス制御方法において、
    上記光ディスクを回転させた状態で、光ビームを照射する対物レンズに微小なウォブリングを与え、
    上記光ディスクの反射光信号から該光ディスクの面振れの大きさを検出し、
    検出した面振れの大きさに基づき、上記対物レンズを該光ディスク方向へシフトする際に該光ディスクに衝突しないリミット値を設定し、
    上記リミット値の範囲内で上記対物レンズを上記光ディスクのフォーカス方向にシフトさせてフォーカス引込みを行うことを特徴とするフォーカス制御方法。
  5. 請求項4記載のフォーカス制御方法において、
    前記光ディスクの面振れの大きさを検出するに当たり、
    始めに、前記光ディスクを停止状態にて前記対物レンズをシフトさせ前記光ディスクの記録面へのフォーカス位置を検出し、
    その後、該フォーカス位置を中心に前記対物レンズに対し前記ウォブリングを与えることを特徴とするフォーカス制御方法。
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