JP2584913B2 - マルチビーム制御方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複数のレーザビームを
用いてデータの記録再生を行うマルチビーム光ディスク
装置において、マルチビームの位置決めを制御するマル
チビーム制御方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】レーザ光を回折限界付近まで集光して光
記録媒体に照射し、情報の記録あるいは再生を行う光情
報記録装置（例えば、光ディスク装置）は、高密度な記
録が可能であるとともに、媒体可換性その他の利点によ
り多方面で実用化が進められている。しかし、このよう
な光情報記録装置における記録動作にはレーザ光の照射
による熱が利用されているので、レーザビームと光記録
媒体との相対速度には限界がある。すなわち、光源であ
る半導体レーザの出力に応じて記録速度が制限されてい
た。また、レーザ光を集光するレンズを機械的に駆動す
るフォーカス制御やトラック制御における制御可能な周
波数帯域幅の制限により、光記録媒体の回転速度も制限
されている。このような要因により、１つの光ビームで
情報の記録や再生を行う光情報記録装置では磁気ディス
ク装置に比較して情報転送速度が遅く、その適用分野が
狭められていた。

【０００３】一方、それを解決する手段として、複数の
情報トラックに対して同時に記録や再生を行うことがで
きるマルチビーム光学ヘッドが注目されている。図５
は、従来のマルチビーム光学ヘッドの構成例を示す図で
ある。

【０００４】図において、複数（ここでは４つ）の発光
部を有する半導体レーザ５１から出射された４本の光ビ
ーム（マルチビーム）は、コリメートレンズ５２を通過
して平行光束となり、ビームスプリッタ５３，像回転プ
リズム５４を介して集光レンズ５５に達し、そこで集光
された各ビームスポットが光記録媒体５６の情報記録面
の４つの情報トラック上にそれぞれ形成される。

【０００５】光記録媒体５６で反射された４本の光ビー
ムは、再び集光レンズ５５を通過して平行光束となり、
像回転プリズム５４を介してビームスプリッタ５３に達
する。ビームスプリッタ５３で分岐された４本の光ビー
ムは収束レンズ５７で収束され、さらにハーフプリズム
５８で２分岐され、一方のビーム列は信号再生用の光検
出器５９に導かれ、他方のビーム列はフォーカス制御お
よびトラック制御を行うためのサーボ信号検出用の光検
出器６０に導かれる。

【０００６】ここで、光検出器６０の出力信号に応じ
て、４つのビームスポットからなるビーム列を正確に４
つの情報トラック上に配列するために、ビーム列を光記
録媒体５６の半径方向に並進制御し、媒体面上で回転制
御して位置決めを行う。並進制御は、レンズアクチュエ
ータ６１を駆動して集光レンズ５５を光記録媒体５６の
半径方向に移動させる制御であり、回転制御は、相対偏
位アクチュエータ６２を駆動して像回転プリズム５４を
微小角度θだけ回転させる制御である。

【０００７】このようなマルチビーム光学ヘッドを用い
た従来のマルチビーム光ディスク装置では、ビーム列の
中央位置から等距離にある２つの光ビームからそれぞれ
位置誤差信号を再生し、レンズアクチュエータ６１の制
御にはいずれか一方の位置誤差信号を基準位置信号とし
て用い、相対偏位アクチュエータ６２の制御には２つの
位置誤差信号の差信号を基準位置信号として用いている
（文献例、R.Katayama他, " Multi-beam magneto-opti
cal disk drive for parallel read/writeoperatio
n",SPIE vol.1078 Optical Data Storage Topical Meet
ing,pp.98-104,1988）。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来のマルチビーム制
御方式では、図６に示すように、相対偏位アクチュエー
タ６２の機械的な回転中心がビーム列の中央位置にある
ものの、位置決め制御されたビーム列ではその一端が仮
想的な回転の中心（サーボにおける回転中心）となって
しまう。すなわち、相対偏位アクチュエータ６２が回転
すると、レンズアクチュエータ６１の駆動制御に用いて
いる光ビーム（ここでは♯１）の回転に伴って図中破線
で示すように位置ずれ状態が誘起され、比較的広い制御
帯域をもつレンズアクチュエータ６１が移動してこれを
補償する。したがって、ビーム列は図中実線で示す位置
に位置決めされることになるので、ビーム列がその一端
を中心に回転しているようにみえる。

【０００９】このように、従来のマルチビーム制御方式
では、ビーム列の一端が回転の中心となるように制御さ
れるので、ビーム列の並進制御と回転制御との間には強
い干渉が生じる。すなわち、相対偏位アクチュエータ６
２が動くとこれに伴ってレンズアクチュエータ６１が動
き出すように、回転制御が並進制御を誘発し、またそれ
が回転制御を誘発するようになる。したがって、並進制
御と回転制御を並列に実行して位置決めの高速化を図る
ことが難しいばかりでなく、並進制御と回転制御の干渉
によって必要以上に位置決め時間が長くなっていた。ま
た、外乱によって相対偏位アクチュエータ６２の位置が
ずれるような場合には、レンズアクチュエータ６１もそ
の影響を受け、トラッキング誤差が増大する問題点があ
った。

【００１０】また、従来方式では、並進制御の基準とな
る一端の光ビームはレンズアクチュエータ６１によって
精度よく位置決めできるが、制御帯域の低い相対偏位ア
クチュエータ６２によって回転制御される他端の光ビー
ムでは位置決め精度の劣化が避けられなかった。これ
は、光ディスク媒体上のサーボ溝どうしの相対的なうね
りが原因といえる。

【００１１】サーボ溝は、サーボ溝書き込み装置により
シングルビームを用いて１本１本高精度に形成される
が、細かくみるとサーボ溝書き込み装置の位置決め精度
の影響を受け、図７に示すように局所的には完全に平行
に生成されない。すなわち、Ｎトラックのサーボ溝とＮ
＋３トラックのサーボ溝は局所的には平行でない。一
方、マルチビーム光ディスク装置では、このようにして
生成された光ディスク媒体に対して等ピッチのマルチビ
ームが照射され、その位置決めではＮトラックのサーボ
溝を基準に行われるので、♯４の光ビームの軌跡は細実
線で示すようにＮトラックのサーボ溝と同じ軌跡を生
む。このように、サーボ溝の局所的な非平行が位置ずれ
の原因となっている。

【００１２】また、光ディスク媒体に偏心がある場合に
は、図８に示すように並進制御の基準となる♯１の光ビ
ームの軌跡がこれに十分に追従できたとしても、機械的
に離れた位置にあり、回転制御の対象となる♯４の光ビ
ームの軌跡には偏心による位置ずれが発生する。この偏
心による位置ずれは、ビーム列の両端の光ビームの距離
に比例して大きくなる。

【００１３】以上整理すると、従来のマルチビーム制御
方式における各光ビームの位置ずれは、図９に示すよう
に、並進制御の基準となる♯１の光ビームでは従来のシ
ングルビーム光ディスク装置と同様（トラッキング誤差
のみ）の位置決め精度が確保できるが、♯２〜♯４の光
ビームではサーボ溝の相対的なうねりによる位置ずれ
と、偏心による位置ずれが重畳された結果となり、それ
らの位置決め精度はかなり悪くなっていた。特に、回転
制御の対象となる♯４の光ビームでは、並進制御の対象
となる♯１の光ビームからの距離が最も長いために、偏
心による位置ずれが最大となっていた。すなわち、サー
ボ溝の相対的なうねりによる位置ずれや偏心に起因する
位置ずれが、回転制御の対象となる光ビームに集中し、
マルチビーム全体の位置決め精度を下げる結果となって
いた。

【００１４】本発明は、光ビームの並進制御の中心と回
転制御の中心とを一致させ、光ビームの並進制御と回転
制御を非干渉化して高速位置決めを可能にするととも
に、マルチビーム全体の位置決め精度を相対的に高める
ことができるマルチビーム制御方式を提供することを目
的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、１列に配置さ
れたマルチビームを光記録媒体の半径方向に並進させる
第１のアクチュエータと、前記マルチビームを光記録媒
体面上で回転させる第２のアクチュエータと、前記光記
録媒体面上で反射したマルチビームを取り込み、そのビ
ーム列の中央位置から等距離にある２つの光ビームから
それぞれ第１および第２の位置誤差信号を検出し、各位
置誤差信号に応じて前記第１のアクチュエータおよび第
２のアクチュエータを駆動し、前記マルチビームを前記
光記録媒体の複数のデータトラック上に位置決め制御す
る位置決め制御手段とを備えたマルチビーム制御方式に
おいて、前記位置決め制御手段は、前記第１の位置誤差
信号と前記第２の位置誤差信号の和信号から生成される
第１の基準位置信号により前記第１のアクチュエータを
駆動し、ビーム列の中央位置を基準として前記マルチビ
ームを並進制御する第１の制御手段と、前記第１の位置
誤差信号と前記第２の位置誤差信号の差信号から生成さ
れる第２の基準位置信号により前記第２のアクチュエー
タを駆動し、ビーム列の中央位置を基準として前記マル
チビームを回転制御する第２の制御手段とを備えたこと
を特徴とする。

【００１６】

【作用】本発明は、ビーム列の中央から等距離にある２
つの光ビームによって再生される２つの位置誤差信号の
和信号を並進制御に用い、差信号を回転制御に用いるこ
とにより、ビーム列の機械的な回転の中心とサーボにお
ける回転の中心とを一致させることができる。したがっ
て、第１のアクチュエータ（レンズアクチュエータ）お
よび第２のアクチュエータ（相対偏位アクチュエータ；
例えばD.W.SWIFT:Image rotation devices a comparati
ve survey,Optics and Laser Technology,Vol.4,August
1972 に開示されたDove rotator, Pechan rotatorなど
の透過形プリズムを搭載したアクチュエータや、Roof-e
dge rotator などの反射形ミラーを搭載したアクチュエ
ータ）の各動作の相互干渉が回避され、並進制御および
回転制御を並列に処理することが可能となり、高速位置
決めを実現することができる。

【００１７】また、マルチビームの並進制御および回転
制御の基準点がビーム列の中央位置となるので、ビーム
列の両端のビーム列に対して同等の位置決め精度を実現
することができ、マルチビーム全体としての位置決め精
度を高めることができる。

【００１８】

【実施例】図１は、本発明のマルチビーム制御方式を実
現する位置決め制御手段の実施例構成を示すブロック図
である。

【００１９】図において、ディテクタ１１，１２は、光
検出器６０に入射されるビーム列の中央位置から等距離
にある♯１および♯４の光ビームを検出する。ディテク
タ１１，１２の各出力信号はそれぞれ位置誤差信号検出
回路１３，１４に入力され、ビーム列の両端における位
置誤差信号がそれぞれ生成される。位置誤差信号検出回
路１３，１４の各出力信号は、ともに加算器１５および
減算器１６に入力され、第１の基準位置信号および第２
の基準位置信号がそれぞれ生成される。

【００２０】第１の基準位置信号は、ビーム列の両端に
おける各位置誤差信号の和信号であり、マルチビームを
並進させるレンズアクチュエータ６１の駆動信号として
用いられる。第２の基準位置信号は、ビーム列の両端に
おける各位置誤差信号の差信号であり、マルチビームを
回転させる相対偏位アクチュエータ６２の駆動信号とし
て用いられる。なお、マルチビームの回転制御を行う第
２の基準位置信号を生成する構成は従来と同様であり、
本発明の特徴はマルチビームの並進制御を行う第１の基
準位置信号をビーム列の両端における各位置誤差信号の
和信号とする構成にある。

【００２１】図２は、本発明によるサーボ原理を説明す
る図である。図において、ビーム列の両端の♯１および
♯４の光ビームから得られる２つの位置誤差信号の差信
号を回転制御の基準位置信号（第２の基準位置信号）と
することにより、マルチビームの回転の中心はその中央
位置となる。

【００２２】一方、２つの位置誤差信号の和信号を並進
制御の基準位置信号（第１の基準位置信号）とすること
により、２つの位置誤差信号の和がゼロとなるように、
すなわち２つの位置誤差信号の振幅が等しく位相が 180
度異なるようにレンズアクチュエータ６１が制御され
る。これは、マルチビームがその中央位置を基準として
並進制御されることを示している。

【００２３】したがって、第２の基準位置信号に応じて
駆動される相対偏位アクチュエータ６２によりマルチビ
ームが回転制御されても、♯１の光ビームと♯４の光ビ
ームが逆方向に動くことになるために、各位置誤差信号
の和信号（第１の基準位置信号）に変化はなく、回転制
御に伴ってレンズアクチュエータ６１による並進制御が
誘起されることはない。すなわち、マルチビームの機械
的な回転の中心と、サーボにおける回転の中心が一致す
るために、マルチビームの並進制御と回転制御の干渉を
完全に排除することができる。この結果、マルチビーム
の並進制御と回転制御を独立にかつ並列に実行すること
が可能となり、マルチビームの位置決めを高速に行うこ
とができる。

【００２４】図３は、本発明における各光ビームの位置
ずれの状態を示す図である。マルチビームの並進制御は
２つの位置誤差信号の振幅が等しく位相が 180度異なる
ように作用するので、♯１の光ビームに対応したサーボ
溝と♯４の光ビームに対応したサーボ溝の相対的なうね
りは、均等に各光ビームに振り分けられる。♯２，♯３
の各光ビームに対応したサーボ溝についても、サーボ溝
の相対的なうねりに相関がないとすれば、同様のことが
いえる。

【００２５】また、偏心による位置ずれについても、マ
ルチビームの中央位置が並進制御の基準位置となるため
に、同様にその両側の光ビームに位置ずれが振り分けら
れ、その作用距離が１／２となる。したがって、偏心に
よる位置ずれが最大となる♯１，♯４の光ビームでも従
来の半分に低減することができる。

【００２６】図４は、従来方式および本発明方式による
位置決め精度の違いを示す図である。図４(a) は、従来
方式によりマルチビームの位置決めを行った結果であ
る。ビーム列の中央位置から等距離にある♯１の光ビー
ムと♯４の光ビームからの位置誤差信号を再生し、♯１
の光ビームから得られた位置誤差信号を基準としてレン
ズアクチュエータを制御し、♯１，♯４の光ビームから
得られた各位置誤差信号の差信号を基準として相対偏位
アクチュエータを制御したものである。レンズアクチュ
エータ制御系の制御帯域は従来のシングルビーム光ディ
スク装置と同様に約３kHz であるが、相対偏位アクチュ
エータ制御系の制御帯域はその約１／５程度と低い。し
たがって、♯１の光ビームでの位置決め精度はシング
ルビーム光ディスク装置並みに高くすることができる
が、相対偏位アクチュエータによって制御される♯４の
光ビームの位置決め精度には、♯１の光ビームに対応
したサーボ溝と♯４の光ビームに対応したサーボ溝との
相対的なうねりによる誤差が重畳して現れ、光ビームの
位置決め精度はかなり劣化する。なお、偏心による位置
ずれは相対偏位アクチュエータ制御系によって抑圧さ
れ、ここではほとんど観測されていない。

【００２７】図４(b) は、本発明方式によりマルチビー
ムの位置決めを行った結果である。ビーム列の中央位置
から等距離にある♯１の光ビームと♯４の光ビームから
の位置誤差信号を再生し、♯１，♯４の光ビームから得
られた各位置誤差信号の和信号を基準としてレンズアク
チュエータを制御することにより、ビーム列の中央位置
を基準に高精度の並進制御を行うことができる。したが
って、♯１の光ビームに対応したサーボ溝と♯４の光ビ
ームに対応したサーボ溝との相対的なうねりによる誤差
が各光ビームに均等に配分され、各光ビームの位置決め
精度，において最大誤差が従来方式に比べて約半分
に低減されていることがわかる。また、偏心による位置
ずれについても、振幅が小さいために十分に観測されて
いないが、約半分に低減されている。

【００２８】なお、本発明の原理から、ビーム数が奇数
でありビーム列の中央位置に光ビームが存在する場合に
は、その中央位置にある光ビームを用いて並進制御を行
うことにより、本発明の目的である並進制御と回転制御
の非干渉化を実現することができる。ただし、本発明の
効果と同様に偏心による位置ずれは１／２に低減できる
ものの、中央の光ビームのみが高精度に位置決めされる
ので、相対的なうねりに起因する位置ずれは低減されな
い。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、マルチビ
ームの並進制御と回転制御とを非干渉化することができ
るので、並進制御および回転制御を独立かつ並列に処理
することが可能となり、マルチビームの位置決めを高速
に行うことができる。

【００３０】また、マルチビーム固有の現象である偏心
による位置ずれおよびサーボ溝形状による位置ずれを従
来方式に比べて半分に低減することができるので、マル
チビーム全体の位置決め精度を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のマルチビーム制御方式を実現する位置
決め制御手段の実施例構成を示すブロック図である。

【図２】本発明によるサーボ原理を説明する図である。

【図３】本発明における各光ビームの位置ずれの状態を
示す図である。

【図４】従来方式および本発明方式による位置決め精度
の違いを示す図である。

【図５】従来のマルチビーム光学ヘッドの構成例を示す
図である。

【図６】従来方式によるサーボ原理を説明する図であ
る。

【図７】サーボ溝の相対的なうねりによる位置ずれを説
明する図である。

【図８】偏心による位置ずれを説明する図である。

【図９】従来方式における各光ビームの位置ずれの状態
を示す図である。

【符号の説明】

１１，１２ ディテクタ １３，１４ 位置誤差信号検出回路 １５ 加算器 １６ 減算器 ５１ 半導体レーザ ５２ コリメートレンズ ５３ ビームスプリッタ ５４ 像回転プリズム ５５ 集光レンズ ５６ 光記録媒体 ５７ 収束レンズ ５８ ハーフプリズム ５９，６０ 光検出器 ６１ レンズアクチュエータ ６２ 相対偏位アクチュエータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田丸 直幸 東京都千代田区内幸町一丁目１番６号 日本電信電話株式会社内 (72)発明者 佐藤 勇武 東京都千代田区内幸町一丁目１番６号 日本電信電話株式会社内

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 １列に配置されたマルチビームを光記録
   媒体の半径方向に並進させる第１のアクチュエータと、 前記マルチビームを光記録媒体面上で回転させる第２の
   アクチュエータと、 前記光記録媒体面上で反射したマルチビームを取り込
   み、そのビーム列の中央位置から等距離にある２つの光
   ビームからそれぞれ第１および第２の位置誤差信号を検
   出し、各位置誤差信号に応じて前記第１のアクチュエー
   タおよび第２のアクチュエータを駆動し、前記マルチビ
   ームを前記光記録媒体の複数のデータトラック上に位置
   決め制御する位置決め制御手段とを備えたマルチビーム
   制御方式において、 前記位置決め制御手段は、 前記第１の位置誤差信号と前記第２の位置誤差信号の和
   信号から生成される第１の基準位置信号により前記第１
   のアクチュエータを駆動し、ビーム列の中央位置を基準
   として前記マルチビームを並進制御する第１の制御手段
   と、 前記第１の位置誤差信号と前記第２の位置誤差信号の差
   信号から生成される第２の基準位置信号により前記第２
   のアクチュエータを駆動し、ビーム列の中央位置を基準
   として前記マルチビームを回転制御する第２の制御手段
   とを備えたことを特徴とするマルチビーム制御方式。