JP3725457B2 - Focus pull-in method and optical disc apparatus - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フォーカス引き込み方法及び光ディスク装置に関し、より詳細には、対物レンズで集光したレーザ光を光ディスクに照射して情報の記録や再生を開始するに先だって、光ディスクからの戻り光によるフォーカスサーボ処理を円滑に開始するためのフォーカス引き込み方法及びこの方法を用いた光ディスク装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ビームを照射して情報の記録や再生を行う光ディスクは、大容量で高速アクセスが可能であり、さらに媒体可搬性も兼ね備えているため、音声、画像、計算機データなどの各種ファイルに実用化されており、今後もその発展が期待されている。このような光ディスクに対して情報の記録・再生を行うためには、光ビームをその記録ビットのサイズに収束させてディスクに照射する必要がある。しかし、光ディスクの記録密度の増大に対応して、それに情報の記録・再生を行う光ディスク装置のフォーカス機構にも技術的な改良が必要とされている。
【０００３】
フォーカスサーボ引込み方式の従来技術について、図９及び図１０を参照しつつ説明する。
【０００４】
図９は、従来の光ディスク装置のドライブ制御系の構成をフォーカス方向に限定して表した概略図である。すなわち同図においては、簡単のために信号記録／再生系やトラック送り方向の駆動系に関しては省略した。
【０００５】
「フォーカスサーボ」とは、対物レンズ３１から入射レーザ光が、光ディスク（ディスク状の光記録媒体）１の図示しない記録面上に焦点を結ぶように、対物レンズ３１をレンズアクチュエータ３２で上下動させる制御処理を言う。
【０００６】
光ディスク１は、スピンドルモータ２にチャックされて回転するが、ディスク面の反りや、チャック時のディスクの傾斜等があるため、対物レンズ３１から見た時に、追従すべき対象点は上下動する。従って、対物レンズ３１もこの上下動に追従するようにサーボ動作する必要がある。なお、対物レンズ３１は、後述する光ヘッド３内に設けられていて、図示しないトラック方向送り系可動部（以下、「キャリジ」と呼ぶ）と共にトラック方向に移動可能とされている。
【０００７】
またここで、光ヘッド３は、フォーカスサーボにより対物レンズ３１がディスク１の上下動に追従して上下動する際に、その内包するレンズアクチュエータ駆動変位が平均零、すなわち、駆動中心まわりでほぼ動作するように、設計され取り付けられている。レンズアクチュエータ３２の駆動変位が大きくＤＣオフセットした状態で追従動作すると、レンズアクチュエータ３２の駆動特性が劣化したり、光学検出オフセットが生じて、その結果として、真の残留フォーカス誤差が大きくなるためである。
【０００８】
次に、光ヘッド３内の構成を説明する。
【０００９】
光ディスク１に対する記録・再生時に使用するレーザ光の光源は通常は半導体レーザ３４であり、コリメートレンズ３５により平行光とされて、ハーフミラー３６および立ち上げミラー３３を介して対物レンズ３１に入射する。そして、光ディスク１の中の反射コートを施した記録層に集光され、ここからの反射光が記録層に格納された信号情報を含んだ戻り光となって、再び対物レンズ３１に入射する。
【００１０】
この戻り光は、対物レンズ３１、立ち上げミラー３３、ハーフミラ３６の順に経由し、検出光学系側（３７、３８、３９側）に導入される。
【００１１】
フォーカス関連の検出光学系側は、集光レンズ３７、シリンドリカルレンズ３８及び４分割光検出器３９からなる非点収差光学系で構成される。この時、４分割光検出器３９への投影戻り光スポットの形状は、焦点時に円形、近すぎると縦長楕円、遠すぎると横長楕円の如く変形するので、これを使ってフォーカス誤差を検出できる。
【００１２】
図１０は、図９の構成に対応する電気信号処理系の構成を表すブロック図である。
【００１３】
光検出器３９から出力される４つの素子電流は、和差処理ＰＤアンプ３９０に入力され、差信号Ｆsub及び和信号Ｆaddとして電圧変換される。より詳しくは、４分割された素子のうちの対角の素子和をＩ／Ｖ変換アンプで電圧変換し、この差を増幅してＦsub出力を生成し、この和を増幅してＦadd出力を生成する。
【００１４】
実際のフォーカス誤差に対する和信号Ｆadd及び差信号Ｆsubの出力関係は、例えば図６に表した如くである。この図から分かるように、差信号Ｆsubは、フォーカス誤差に対し合焦点近傍においてのみ比例関係を保っていて、これを超えると再び信号が減少する、いわゆる「Ｓ字特性」を有する。
【００１５】
図１０に表したように、これら差信号Ｆsub及び和信号Ｆaddは、制御処理器５に入力される。
【００１６】
フォーカスサーボ時には、制御モード切替えスイッチ５４は、フォーカスサーボ制御器５１側の信号をレンズ駆動信号Ｆdrvとして出力し、この出力が、Ｖ／Ｉアンプ３２０で、励磁電流に変換されて、レンズアクチュエータ３２のコイルで磁界発生し、対物レンズ３１が駆動される。すなわち、Ｆsub信号をフォーカスサーボ制御器５１で位相進み遅れ補償して、レンズ駆動する閉ループ構成になって、Ｆsub信号が零になるようにサーボされる。
【００１７】
次に、フォーカス引込み処理について説明する。図６のように、４分割ＰＤの差信号Ｆsubは、フォーカス誤差に対してＳ字特性を有するため、フォーカス誤差信号（以下「ＦＥ」と略す）として使用できる範囲は、合焦点近傍に限られる。つまり、フォーカス誤差がＦＥ検出レンジ内に無いと、先のフォーカスサーボループは構成できない。
【００１８】
そこで、「フォーカスサーチ」と呼ばれるオープンループの対物レンズ駆動によって、ＦＥ検出レンジ内に導く処理をする。図１０において、フォーカスサーチ駆動指令生成部５２が、その対物レンズのオープン駆動指令を出力する部位である。実際には、フォーカスサーチ駆動指令生成部５２は、後述する状態判定処理に従って、緩やかな離反／近接指令を生成する。この時、制御モード切替え判定部５３は、フォーカスサーチモードを出力していて、制御モード切替えスイッチ５４は、フォーカスサーチ駆動指令生成部５２をレンズ駆動信号Ｆdrvとして出力する。
【００１９】
サーチ処理にはいくつかの方式があるが、典型的には、以下のような処理がなされる。
【００２０】
図１１は、サーチ処理の典型例を表す模式図である。すなわち、同図は、ディスク振幅を簡単のため単純な正弦波として、対物レンズのサーチ動作をさせた際の、レンズ焦点位置及びそこからＷＤ（working distance：合焦時のレンズ表面とディスク表面との距離））相当離れたレンズ位置の関係を表したものである。
【００２１】
まず、同図（ａ）に表したように、初期のレンズ焦点位置は、レンズアクチュエータ３２のほぼ中立位置周りでサーボできるように光ヘッドが設置されているため、ディスク振幅中心にある。
【００２２】
この例のサーチ動作では、初期モードがフォーカスサーチ離反モードで、フォーカスサーチ駆動指令生成部５２は、ここから対物レンズをディスク離反方向に駆動する指令を出力する。これにより、対物レンズは緩やかに離反方向に動作して、同図のＡ点において焦点位置がディスク位置を横切と、すなわちＦＥ検出レンジを横断すると、図６に表したＳ字特性にしたがったＦsub信号パルスが現れる。制御モード切替え判定部５３は、常にＦsub信号をモニタしていて、ＦＥ検出レンジ横断を検出すると今度はフォーカスサーチ近接モードに切替える。なお、制御モード切替え判定部５３は、ＦＥ検出レンジ横断のみならず、一定時間ＦＥ検出レンジ横断が検出されない場合も、近接モードへの切替え処理を実施する。
【００２３】
フォーカスサーチ近接モードに切り替わると、制御モード切替えスイッチ５４は、フォーカスサーチモードのままで状態変化しないが、フォーカスサーチ駆動指令生成部５２は、対物レンズをディスクに対して接近させる方向に駆動する指令に切替わる。これにより、対物レンズ３１の駆動方向が変り、緩やかにレンズを近接させる動作をはじめる。
【００２４】
そして、Ｂ点において焦点位置がディスク位置を再度横切り、すなわち、次のＦＥ検出レンジに到達すると、フォーカスサーボモードに切換えられる。つまり、フォーカスサーチ近接モードで、和信号Ｆaddが十分大きく、かつ、Ｆsub信号絶対値が十分小さくなると、図６の特性からフォーカス誤差がＦＥ検出レンジ内にあると判断できるので、制御モード切替え判定部５３は、制御モード切替えスイッチ５４をフォーカスサーボモードへ切換え、フォーカスサーチ処理から、上記説明のフォーカスサーボ状態に切り替わる。
【００２５】
すなわち、制御モード切替え判定部５３は、Ｆadd及びＦsub情報から、どのような制御処理を行うかの判定処理を行う。この判定結果が制御モードｍｏｄｅとして出力される。制御モードは、サーチモードとサーボモードであるが、サーチモードはさらに幾つかに分かれ、そのサーチモード情報により、フォーカスサーチ駆動指令生成部５２は指令出力方式を切替える。また、サーチ／サーボ切替えスイッチ５４も、サーチかサーボかに応じて、２入力のどちらを出力とするかを切替える。
【００２６】
以上説明した一連の処理が、基本的なフォーカス引込み処理である。
【００２７】
以上説明したように、一般の光ディスク装置は、対物レンズ３１がディスクに合焦するように引込み処理されて、フォーカスサーボされる。
【００２８】
しかしながら、このような従来のフォーカス引込み処理には、対物レンズのＷＤが十分に大きく、かつ、ＦＥ検出レンジが十分に大きいという前提条件が必要であった。これは、ＷＤが小さくＦＥ検出レンジも小さくなると、対物レンズとディスク表面とが衝突し、ディスクやレンズ系に傷をつける危険があるからである。
【００２９】
以下、従来フォーカス引込み処理において、対物レンズＷＤを十分に大きく、且つＦＥ検出レンジも十分に大きくしなければならない理由について説明する。
【００３０】
（理由１：ディスクの上下動）
まず、第１の理由として、図１１を参照しつつ、ディスクの上下動の幅と対物レンズのＷＤとの関係について説明する。上述した引込み処理のシーケンスは、図１１（ａ）のパターンに対応したものであった。
【００３１】
しかし、実際の引込み開始タイミングは、ディスク上下動の様々な位相に応じて変化する。この際、対物レンズのＷＤ（ここでは、レンズ位置と焦点位置間距離）の大きさが、接触の危険を回避できるかのポイントになる。
【００３２】
すなわち、図１１（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）に表したパターンでは、焦点位置よりほぼＷＤ相当だけ離れた位置にある対物レンズはディスクとは干渉しない。しかし、図１１（ｄ）に表したパターンの場合、ディスク位置と対物レンズ位置とがＣ点において交差しており、衝突が発生することが分かる。これは対物レンズのＷＤが十分な大きさを持たないためである。図１１に例示した具体例よりも更にＷＤを小さくすると、（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）に表したパターンの場合にも、ディスクとレンズとの干渉が発生するのは明らかである。
【００３３】
また、図１１においては、ディスクが正弦波上の振動をしている場合を例示したが、実際には回転周期の高調波成分も含む複雑な振動をするので、この点からも干渉回避するＷＤは大きく取らねばならない。
【００３４】
（理由２：レンズ側の振動）
一方、フォーカスサーボをかけていない状態でのレンズ／ディスク間距離の変動の要因は、ディスク回転によるディスク表面の上下動には限らない。すなわち、キャリジ部に加わる外乱振動による対物レンズの上下動もその要因になる。サーチ動作時は、ＦＢサーボ時のように制御的に剛性を高める処理ができないため、対物レンズはレンズアクチュエータ３２の柔軟ワイヤ等の支持剛性で支持されている。このため、スピンドル回転に伴うキャリジ加速度振動等によっても容易に対物レンズ３１の上下動が生ずる。つまり、対物レンズ３１の上下動分のマージンを、ディスク上下動分のマージンに加えてＷＤを設定しなければ、干渉を回避できない。
【００３５】
実際には、ディスク上下動をプラスマイナス０．５ｍｍ程度見込み、レンズ側外乱振動も同程度に見込んで、ＷＤを１ｍｍ程度に設定しているのが現状である。
【００３６】
（理由３：引込み失敗）
以上説明した理由から、対物レンズ３１のＷＤは十分に大きく取らなければならないが、さらにまた、対物レンズ３１のＷＤを十分大きく設定しなければならない他の理由として、レンズアクチュエータ３２の発生力不足により引込み失敗した場合の暴走対策を挙げることができる。以下、この引込み失敗がなぜ発生するのかを説明する。
【００３７】
フォーカスサーボ処理は、ディスク／レンズ間距離を合焦状態に保つ制御を行うが、別の見方をすれば相対速度を零にする制御処理ともいえる。つまり、サーボ切換え時のディスク／レンズ相対速度（以下、「突入速度」と呼ぶ）を、レンズアクチュエータ３２の発生力で減速させる処理になる。しかし、突入速度が大きすぎると、レンズアクチュエータ３２の最大の発生力で減速させてもＦＥ検出レンジ内で減速しきれず、検出レンジを外れて暴走する事態が生ずる。つまり、フォーカスサーボ処理で引込み可能な突入速度の上限が、ＦＥ検出レンジに依存して存在することになる。
【００３８】
以下、図１２を参照しつつ、この引き込み失敗について説明する。
【００３９】
すなわち、図１２（ａ）は、ＦＥ検出レンジ（横軸）と引込み可能限界突入速度（縦軸）との関係を表しすグラフ図である。同グラフの実線は、単純な最大減速（４００ｍ／秒^２ ）でＦＥ検出レンジを越えない突入速度の限界を表したものである。また、＋印はフォーカスサーボ処理で電流指令を無限発生可能とした場合の引込み限界を表し、○印はフォーカスサーボ処理で電流リミットにより駆動指令が最大減速（４００ｍ／秒^２ ）内に制限される場合の引込み限界突入速度をプロットしたものである。ＦＥ検出レンジが小さくなると、いずれの場合も、それに対応して突入速度限界が低下するのが分かる。
【００４０】
また、図１２（ｂ）及び（ｃ）は、ＦＥ検出レンジがプラスマイナス２．５μｍ（図１２（ａ）の５μｍＰＰに相当する）での最大減速（４００ｍ／秒^２ ）制限付きフォーカスサーボ処理での引込み応答である。
【００４１】
同図（ｂ）に表した突入速度１０ｍｍ／秒の場合は、サーボ開始後急激に減速し、ＦＥ検出レンジを超えることなく引込めているが、同図（ｃ）に表した突入速度３０ｍｍ／秒の場合は、一旦ＦＥ検出レンジを超え、再び、ＦＥ検出レンジに引き戻すが、慣性が付き過ぎていて逆方向に飛び出して引込み失敗が発生している。図示しないが、突入速度が更に大きいと、そのまま減速しきれずに飛び出す失敗パターンになる。
【００４２】
以上詳述したように、フォーカスサーボ処理切換えで安全に引込めるのは、その突入速度がＦＥ検出レンジに依存した突入速度限界内にある場合である。通常の光ディスクの場合は、ＦＥ検出レンジが２０μｍＰＰ以上と大きいため、規格外の劣悪な歪みを持つ光ディスクか、かなりの高速回転状態でのフォーカス引込みでない限り、突入速度限界を超えることはない。しかし、高密度２層ディスクなどにおいてＦＥ検出レンジが５μｍＰＰ程度に制限される場合は、通常の回転速度でも、容易に突入速度を超える危険が生ずる。
【００４３】
すなわち、従来のフォーカス引込み処理で安全な引込みができるのは、対物レンズＷＤが十分に大きく、かつ、ＦＥ検出レンジが十分に大きい場合に限られ、ＷＤを狭く、ＦＥ検出レンジも狭くした状態では、対物レンズとディスク表面とが衝突し、ディスクやレンズ系に傷をつける危険があった。
【００４４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、光ディスクを用いた外部記憶装置に対する大容量化・小型化・薄型化の要請から、対物レンズでレーザ光を集光して光ディスクに照射する方式を採用する装置についても、改良が必要とされている。
【００４５】
そして、装置の薄型化を図るには、対物レンズのＷＤを小さくすることが最も効果的である。何故ならば、対物レンズＷＤを小さくすると、単純にディスク／レンズ間距離を縮めるだけではなく、レンズ口径の小型化、立ち上げミラー径の小型化が可能となり、ＷＤそれ自体の短縮量よりも遥かに大きな薄型化が可能となるからである。
【００４６】
また、大容量化や小型化を図るには、次世代、次々世代の高密度光ディスクに対しても確実な記録、再生を確保しなければならない。記録高密度化に対応するためには解像限界を上げる必要があり、このためには、対物レンズのＮＡ（開口数）を大きくする必要がある。その結果として、ＷＤは極めて狭くなり、ＦＥ検出レンジが極めて小さくなる。
【００４７】
一例を挙げると、現状のＤＶＤシステムの場合には、用いる対物レンズのＮＡは０．６で、ＷＤはおよそ１ｍｍであるが、次世代の追加型システムにおいては、対物レンズのＮＡは０．８５に拡大され、ＷＤはおよそ０．１ｍｍまで縮小される。
【００４８】
ここで補足すると、高ＮＡでＷＤを大きく取ると対物レンズの口径が大きくなり、対物レンズの重量が増加して、十分な駆動力を確保するレンズ駆動系を作れなくなる。このため、高ＮＡ化すると狭ＷＤが必要になるのである。また一方、高ＮＡレンズは焦点深度も短く、フォーカス許容誤差を小さくしなければならないが、十分な誤差検出分解能を確保するにはＦＥ検出レンジを小さくする必要が生ずる。
【００４９】
以上説明したように、今後の高記録密度の光ディスク装置では、ＷＤが狭くＦＥ検出レンジも狭い条件でも、対物レンズ／ディスク間衝突の起きないフォーカス引込み技術が必要とされている。
【００５０】
本発明は、かかる課題の認識に基づいてなされたものである。すなわち、その目的は、レンズとディスクとの衝突を回避しながら、フォーカス誤差検出範囲へのサーチ処理を行ない、かつその際の突入速度が引込みサーボ可能な速度となるようにフォーカス誤差検出範囲へのサーチ処理を行うことができるフォーカス引き込み方法を提供することにある。
【００５１】
さらに、この方法により、小型薄型の光学ヘッドや、次世代高密度用狭ＷＤの光ヘッドの採用を可能にし、薄型化・大容量化・小型化をはかった光ディスク装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明においては、少なくともキャリジ（トラック方向粗動系の可動部）に対するディスク上下動振動の速度検出が可能な非接触センサを設け、対物レンズのフォーカス方向運動がこのディスク速度とほぼ同様な運動をしながら、徐々に近接していくように、フォーカスアクチュエータを駆動させる構成とする。
【００５２】
すなわち、本発明の一態様によれば、対物レンズを介して光ディスクに照射された光の前記光ディスクからの戻り光によりフォーカス誤差を検出し、フォーカス引き込みを行うフォーカス引き込み方法であって、前記光ディスクに対して前記対物レンズを合焦位置よりも遠ざけた状態におく工程と、前記光ディスクを回転させ、その回転による上下動を非接触センサにより検出する工程と、前記非接触センサの検出結果に基づいて前記光ディスクの前記上下動への前記対物レンズの同期を開始させる工程と、前記光ディスクの前記上下動に前記対物レンズを同期させつつ前記対物レンズを前記光ディスクに接近させながら前記戻り光によるフォーカス誤差の検出を行う工程と、を備えたことを特徴とするフォーカス引き込み方法が提供される。
【００５３】
上記構成によれば、戻り光によるフォーカス誤差の検出可能な範囲が極めて狭いような場合でも、引き込み前の対物レンズと光ディスクとの衝突を防止し、且つ確実にフォーカス引き込みを完了することができる。
【００５４】
その結果として、対物レンズの開口数が大きく、ＷＤも小さいような高密度記録の光ディスクに対しても安定したフォーカス制御が可能となる。
【００５５】
また、本発明の他の一態様によれば、対物レンズを介して光ディスクに照射された光の前記光ディスクからの戻り光によりフォーカス誤差を検出する光ディスク装置であって、前記光ディスクの回転による上下動を前記光ディスクに対して前記対物レンズを合焦位置よりも遠ざけた状態において非接触センサにより検出し、前記非接触センサの検出結果に基づいて前記光ディスクの前記上下動への前記対物レンズをの同期を開始した後に、前記上下動に前記対物レンズを同期させつつ前記光ディスクに接近させながら戻り光によるフォーカス誤差の検出を行うことを特徴とする光ディスク装置が提供される。
【００５６】
上記構成によっても、戻り光によるフォーカス誤差の検出可能な範囲が極めて狭いような場合でも、引き込み前の対物レンズと光ディスクとの衝突を防止し、且つ確実にフォーカス引き込みを完了することができる。
【００５７】
その結果として、対物レンズの開口数が大きく、ＷＤも小さいような高密度記録の光ディスクに対しても安定したフォーカス制御が可能な光ディスク装置を実現できる。
【００５８】
また、本発明の他の一態様によれば、光ディスクを回転駆動する回転駆動機構と、前記光ディスクに光を照射するための対物レンズと、前記光ディスクからの戻り光に基づいて前記光ディスクに対する前記対物レンズとのフォーカス誤差を検出するフォーカス誤差検出システムと、光ディスクに対して前記対物レンズを合焦位置よりも遠ざけた状態において前記光ディスクを前記回転駆動させることにより生ずる上下動を検出する非接触センサと、前記非接触センサにより前記光ディスクの前記上下動を検出し、前記非接触センサの検出結果に基づいて前記光ディスクの前記上下動への前記対物レンズの同期を開始した後に、前記対物レンズを前記上下動に同期させつつ前記光ディスクに接近させながら前記フォーカス誤差検出システムによる前記フォーカス誤差の検出を行う制御処理システムと、を備えたことを特徴とする光ディスク装置が提供される。
【００５９】
ここで、前記制御処理システムは、前記対物レンズの前記光ディスクへの前記接近を開始した後、前記フォーカス誤差検出システムによる前記フォーカス誤差の検出が初めて可能となった時に、その検出結果に基づいて前記対物レンズの位置を調節するフォーカスサーボ処理を開始するものとすることができる。
【００６０】
また、前記制御処理システムは、前記フォーカスサーボ処理を開始する直前の前記光ディスクに対する前記対物レンズの相対速度を、前記フォーカスサーボ処理において許容される突入速度限界以下とすれば、対物レンズの暴走を確実に抑えることができる。
【００６１】
ここで、「突入速度限界」とは、フォーカスサーボ処理において対物レンズを最大減速させた場合に、フォーカス検出範囲を超えない範囲をいう。つまり、この範囲を超えた場合には、対物レンズはフォーカス検出範囲内において減速しきれずにこの範囲を超えて暴走する。突入速度限界は、フォーカス検出範囲や、対物レンズのアクチュエータの最大発生加速度などによって決定される。
【００６２】
また、前記被接触センサは、前記対物レンズの位置を調節するレンズアクチュエータが固定されているキャリジに固定されてなるものとすれば、簡単な構成でディスクの上下動を確実に検出できる。
また、前記被接触センサとして、赤外線反射型フォトセンサを用いると、コストが低く、且つ比較的正確な位置検出が可能となる。
【００６３】
また、前記非接触センサの出力結果からＤＣ成分と高周波ノイズ成分とを除去するフィルタを備え、前記制御処理システムは、前記フィルタの出力ゲインを緩やかに増加させながらその出力に基づいて前記対物レンズをオープン駆動することにより、前記光ディスクの前記上下動に前記対物レンズを同期させるものとすることができる。
また、前記制御処理システムは、前記光ディスクの前記上下動に対する前記対物レンズの同期を開始した直後においては、前記光ディスクの前記上下動の振幅感度を低く設定するものとすることができる。
【００６４】
【発明の実施の形態】
以下、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００６５】
図１は、本発明の実施の形態にかかる光ディスク装置の要部構成を例示する模式図である。すなわち、同図は、シーク処理の送り動作で可動するスライダ稼動部（キャリジ）周辺の概略斜視図である。その要部構成について簡単に説明すると、以下の如くである。
【００６６】
すなわち、スピンドルモータ２にチャックされた状態で回転駆動される光ディスク１の例えば下側には、キャリジ（スライダ可動部）４が配置されている。キャリジ４はリニアガイド６に自由度拘束され、図示しないステッピングモータの駆動によるボールネジ８の回転動作により、トラック方向に粗動送りされる。
【００６７】
このキャリジ４には、光ヘッド３（光ピックアップヘッド）と呼ばれる光学系が組み込まれていて、内包するレーザから放出される光をディスク１に照射し、その戻り光から記録信号およびトラッキング誤差信号やフォーカス誤差信号を非接触に検出する。
【００６８】
また、光ヘッド３が内包する対物レンズ３１は、例えば、ＮＡが０．８５、ＷＤが０．１５ｍｍのものであり、レンズアクチュエータが中立の位置で、ディスク１とレンズ３１との距離が約０．１５ｍｍとなるようにキャリジ４上に配置設計されている。なお、図示しないが、レンズアクチュエータの可動側のレンズホルダには、衝撃緩和用の弾性ゴムが取り付けてあり、非サーボ時に万一大きな外乱振動が加わりレンズ３１がホルダごと振動し、ディスク／ホルダ間の衝突がおこっても、ディスクまたはレンズに傷を与えない処理がなされている。
本具体例は、高密度光ディスク対応の装置であり、例えば、波長４０５ｎｍのレーザ光を使いディスクカバー層０．１ｍｍでＦＥ検出レンジはプラスマイナス２．５μｍとすることができる。
【００６９】
そして、本具体例のキャリジ４の上には、この光ヘッド３の他に、光ディスク１との間の距離を測定するためのディスク上下動検出センサ７が設けられている。
【００７０】
ディスク上下動検出センサ７としては、例えば反射型フォトセンサを用いることができる。このセンサは、赤外ＬＥＤ（Light Emitting Diode）とフォトダーリントントランジスタとからなり、変位センサと言うよりは、反射／透過を利用したオン／オフ検知として使用されるセンサである。
【００７１】
但し、後に図７を参照して説明するように、このような反射型フォトセンサは、相対距離（すなわち、素子と反射面との間の距離）に応じた相対コレクタ出力特性を有するため、素子と反射面との間の距離が、例えば０．８〜２．８ｍｍの範囲では、一定感度の変位センサとして使用できる。そこで、ディスク１と素子７との回転時の平均距離が例えば約１．５ｍｍとなるように、ディスク上下動検出センサ７をキャリジ上に固定取り付けする。
【００７２】
なお、ディスク１のチャック時の高さ方向の誤差や、ディスク上下動検出センサ７取り付け誤差があるため、センサ７とディスク１の反射面との絶対距離が測定できる訳ではない。あくまでも、ディスク１の反射面の相対変位がオフセットを持って検出されるだけである。
【００７３】
また、ディスク上下動検出センサ７のキャリジ４の上における位置は、図８に表したように、対物レンズ３１の位置と離れているため、対物レンズ３１直上のディスクの上下動を検出していることにもならない。厳密には、センサ７から赤外ビームが照射されるディスク反射部の運動状態を検出しているだけである。ただし、対物レンズ３１の焦点面から仮に数ｃｍ程度離れた位置であっても、ディスク面形状周波数を考慮すれば誤差は１０μｍ以下であり、センサ７からの赤外ビーム反射部の上下動と、対物レンズ３１の集光ビーム反射部の上下動とはほぼ等しいと見なしてよい。
【００７４】
次に光ヘッド３の内部構成について、図２を参照しつつ説明する。
【００７５】
図２は、本発明の光ディスク装置のドライブ制御系の構成をフォーカス方向に限定して表した概略図である。すなわち、光ディスク１の記録再生面にはキャリジ４が対向して配置され、このキャリジ４に光ヘッド３とディスク上下動センサ７とが設けられている。
【００７６】
光ヘッド３内の構成について説明すると以下の如くである。すなわち、光ディスク１に対する記録・再生時に使用するレーザ光の光源は通常は半導体レーザ３４であり、コリメートレンズ３５により平行光とされて、ハーフミラー３６および立ち上げミラー３３を介して対物レンズ３１に入射する。そして、光ディスク１の中の反射コートを施した記録層に集光され、ここからの反射光が記録層に格納された信号情報を含んだ戻り光となって、再び対物レンズ３１に入射する。
【００７７】
この戻り光は、対物レンズ３１、立ち上げミラー３３、ハーフミラ３６の順に経由し、検出光学系側（３７、３８、３９側）に導入される。
【００７８】
フォーカス関連の検出光学系側は、集光レンズ３７、シリンドリカルレンズ３８及び４分割光検出器３９からなる非点収差光学系で構成される。この時、４分割光検出器３９への投影戻り光スポットの形状は、焦点時に円形、近すぎると縦長楕円、遠すぎると横長楕円の如く変形するので、これを使ってフォーカス誤差を検出できる。
【００７９】
図３は、図２の構成に対応する電気信号処理系の構成を表すブロック図である。
【００８０】
図３については、図１０に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。すなわち、本具体例においても、光検出器３９から出力される４つの素子電流は、和差処理ＰＤアンプ３９０に入力され、差信号Ｆsub及び和信号Ｆaddとして電圧変換される。これら和信号Ｆadd及び差信号Ｆsubとフォーカス誤差との関係は、図６に例示した如くである。そして、この「Ｓ字特性」を利用してフォーカス引き込みを実施する。
【００８１】
一方、ディスク上下動検出センサ７は、センサ７（キャリジ４）とディスク１との間の距離に依存した反射光量検出強度の変化により、その出力電流が図７に例示したように変化する。Ｖ／Ｉアンプ７００は、この電流を電圧として増幅変変換し、ディスク変位Ｐｄとして制御装置５に入力する。
【００８２】
図８は、光ディスク１に対するセンサ７とレンズ３１との位置関係を例示する模式図である。すなわち、光ディスク１は、例えば基板１Aの表面に記録層１Ｂとカバー層１Ｃとが積層された構造を有する。そしてセンサ７として例えば赤外線反射型フォトセンサを用いた場合には、センサ７から放出された赤外線が記録層１Ｂで反射されてセンサ７に戻り、その相対的な位置を検出することができる。一方、対物レンズ３１から放出された光も、やはり記録層１Ｂで反射され、対物レンズ３１に戻る。
【００８３】
さて、再び図３に戻って説明を続けると、制御装置５の構成要素は以下の如くである。なお、各要素の内部処理に関する詳細は、後述するフォーカス引込みシーケンスに関して後述する。
【００８４】
すなわち、制御モード判定部５３は、Ｆadd信号、Ｆsub信号をモニタして、どの時点でサーチモード状態からサーボ状態に切替えるかを判断する処理部である。この出力（ｍｏｄｅ）には、サーボ状態を表すサーボモードの他にサーチ処理の各ステップに対応するモード信号があり、このｍｏｄｅにより、モード切替スイッチ５４や、フォーカスサーチ駆動指令生成部５２、バンドパスフィルタ５５の動作状態を切替える。
【００８５】
モード切替スイッチ５４は、ｍｏｄｅが「サーボモード」の時はフォーカスサーボ制御器５１側をＦdrvとして出力してフォーカスサーボ状態とし、それ以外では、常に逆システム補償器５６側をＦdrv出力とするサーボ／サーチ状態の切換スイッチにあたる。
【００８６】
また、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）５５は、ディスク変位ＰｄからＤＣ成分と高周波ノイズ成分とを除去して、ディスクの回転に伴う上下動変位のみを出力するフィルタである。ただし、後述するシーケンスで説明するように、そのフィルタ出力を加算器５７の入力として有効にするか否かを切り替える必要があり、無効なモードでは零出力となるスイッチ機能を与えている。
【００８７】
フォーカスサーチ駆動指令生成部５４は、従来のオフセット調整器に相当するもので、サーチ処理の各ステップで各種指令パターンを変更する。従来との違いは、その出力がレンズアクチュエータ駆動電流に相当する指令ではなくレンズアクチュエータ３２の変位に相当する指令である点にある。この指令が加算器５７に入力され、加算器５７の出力Ｒがレンズアクチュエータ３２への要求変位量となる。
【００８８】
逆システム補償器５６は、レンズアクチュエータ３２と合せた周波数特性がほぼ１ｋＨｚ帯域の２次ローパス特性となるように取った補償器である。すなわち、レンズアクチュエータ３２の特性を以下に示す（式１）の２次ノミナル特性とその直列誤差として記述すれば、逆システム補償器５６は以下の（式２）として設計され、最終的な直列接続した系は（式３）となる。
【００８９】
【数１】

なおここで、Ｂ_１（ｓ）／Ａ_１（ｓ）はレンズアクチュエータを２次特性として表現したノミナルモデルであり、Ｂ_２（ｓ）／Ａ_２（ｓ）はこのノミナルモデルと実アクチュエータ特性とのモデル化誤差を直列形式で表現した特性式である。（このモデル化誤差特性は、レンズアクチュエータ主共振バラツキによるモデル化誤差や、モデル化で無視した副共振／第２共振等の高次共振を含む複雑な高次式となる。）
また、１／Ｌ（ｓ）は、逆システム補償器を直列接続した系が目指すローパスフィルタ特性で、先に記述した「１ｋＨｚ帯域の２次ローパス特性」を表す。
【００９０】
実際の直列接続特性は、レンズアクチュエータのモデル化誤差影響を受けるため、完全な２次ローパス特性にはならないが、ほぼ１／Ｌ（ｓ） に近い特性が得られる。
【００９１】
この処理により、外乱振動を無視すれば、加算器５７の出力Ｒとレンズアクチュエータ３２の変位ＰＬとがほぼ一致するように動作することになる。
【００９２】
次に、本発明におけるフォーカス引込み処理のシーケンスについて説明する。
【００９３】
図４は、本発明におけるフォーカス引き込み処理のシーケンスを例示するフローチャートである。
【００９４】
（ステップ０）
まず、対物レンズアクチュエータ３２を十分に引下げた状態を初期状態とする。本具体例の光ディスクドライブ装置では、許容ディスク上下動をプラスマイナス０．３ｍｍとしているので、レンズアクチュエータ３２の中立位置のままでは、ディスク１を回転させた時に、対物レンズ３１とディスク１との干渉が起こる。
【００９５】
そこで、ディスク１を回転させる前に、対物レンズ３１をディスク１と絶対に干渉しない位置まで離しておく。ＷＤ０．１５ｍｍを考慮して、中立位置より０．１５ｍｍ以上対物レンズ３１を引き下げておけば干渉の危険がないが、実際には余裕をもって例えば０．５ｍｍ程度対物レンズを引き下げておく。この状態であれば、ディスク回転させても、対物レンズとディスクが干渉する危険は無い。
【００９６】
このステップを図３を参照しつつ説明すると以下の如くである。
【００９７】
すなわち、モード判定部５３が、サーチ処理として初期化され、ｍｏｄｅとしてサーチ０（初期モード）を出力する。これにより、モード切替スイッチ５４は逆システム補償器５６出力をＦdrvとして出力する状態になる。また、ＢＰＦ５５は無効化されていて、駆動指令生成部５２の出力がレンズアクチュエータ３２の要求変位Ｒとして出力される。駆動指令生成部５２はレンズアクチュエータ３２の変位として０．５ｍｍ相当の指令を出力するが、高周波成分のレンズアクチュエータ振動を励起しないように、１ｋＨｚ以下の時定数でステップ応答出力し、最終的に０．５ｍｍ程度対物レンズを引き下げた状態が実現される。
【００９８】
なお、傷やゴミ等の何らかの要因で、フォーカスサーボが外れた場合は、緊急退避安全処理で、ディスク１を回転したまま、急激に対物レンズ３１を離反方向に引き下げ０．５ｍｍ引き下げた初期状態を作ることになる。
【００９９】
（ステップ１及び２：ディスク同期駆動）
次に、ディスク１を回転させ、対物レンズ３１が十分に離れた状態を維持しつつ、ディスク１の上下動に同期したオープン駆動を開始する。
【０１００】
前述した初期状態においては、駆動指令生成部５２が０．５ｍｍ相当の指令を出力し、ＢＰＦ５５は無効化された状態であるが、本ステップにおいては、ｍｏｄｅ＝サーチ１（同期駆動モード）となって、ＢＰＦ５５出力が有効に切り替わる。すなわち、ディスク上下動検出センサ７からの信号Ｐｄの高周波ノイズ成分及びＤＣオフセット成分を除去したＡＣ成分が加算器５７に入力され、０．５ｍｍディスクから離れた状態でディスクの上下動と連動するような目標位置指令Ｒを生成する。
【０１０１】
なお、ＢＰＦ５５の切換処理に関しては、出力がいきなり目標位置指令Ｒに加算されると、レンズアクチュエータ３２の高調波成分を励起する危険があるので、出力ゲインを緩やかに「１」にする処理を介して、ＢＰＦ５５の出力とする工夫を取っている。
【０１０２】
また、モード判定部５３でのモード移行処理は、サーチ０が初期設定された後一定時間経過するとサーチ１となるようにしている。
【０１０３】
（ステップ３：近接駆動）
ステップ２の同期駆動状態では、対物レンズ３１はディスク１の上下動に同期してオープン駆動されるだけで、その相対距離はほぼ０．５ｍｍを保つ。そこで、本ステップ３においては、この状態から近接動作を行う。
【０１０４】
近接動作は、駆動指令生成部５２を零に向かって減少させることで行うが、本発明によれば、逆システム補償器５６を設けることにより、任意パターンでの近接処理を行える。例えば、駆動指令生成部５２の出力を８ｍｍ／秒で単調減少させることにより、好適な近接動作が実現できる。
【０１０５】
本ステップの近接動作により、対物レンズ３１はディスク１の上下動に同期しながら、その相対距離を例えば平均８ｍｍ／ｓ程度の速度で近接していく。
【０１０６】
（ステップ４：サーチ終了判定）
この際、モード判定部５３は戻り光の和信号Ｆaddと差信号Ｆsubを監視する。先に述べたように、その出力は図６に例示したようなＳ字特性を有するので、近接処理でＦＥ検出レンジに近づくと、和信号Ｆaddは増加し、差信号Ｆsubが零クロスすることにより、丁度合焦位置に来たことが判定できる。そこで、和信号Ｆaddが十分に大きく、且つ差信号Ｆsubが十分に小さい条件が満足された時に、モード判定部５３はその出力モードをフォーカスサーボモードに切替える。
【０１０７】
（ステップ５：フォーカスサーボ処理）
ステップ４のサーチ終了判定処理により、フォーカスサーボ状態に切り替わると、モード切替スイッチ５４が、フォーカスサーボ制御器５１側を選択し、Ｆdrvとして出力するように切り替わる。すなわち、フォーカスサーボの閉ループが構成される。
【０１０８】
さて、問題は、このフォーカスサーボ処理への切換え時の突入速度であるが、ステップ３におけるサーチ動作時に完全な位置追従ができていれば、突入速度は近接速度の８ｍｍ／秒になる。これは、図１２からも分かるように、十分に低速で確実にフォーカスサーボ引き込みに移行できる速度である。
【０１０９】
本発明者の試作検討の結果によれば、近接速度を８ｍｍ／秒に設定した場合でも、実際には、逆システム補償５６のモデル化誤差や、ＳＰＭ２の回転に伴うキャリジ上の外乱振動（オープン駆動時の対物レンズ３１の振動となる）があり、最大で２５ｍｍ／秒程度の相対速度のピークが生ずる場合がある。上述した近接速度の８ｍｍ／秒という速度は、このようなバラツキ影響を考慮して設定したものである。つまり、本具体例の場合、装置の許容引込み可能速度は２８ｍｍ／秒であるので、最大２５ｍｍ／秒の相対速度であっても、引込み失敗を生じずに安定引き込みができる。
【０１１０】
以上、本発明の引き込み処理の具体例について説明した。
【０１１１】
図５は、本具体例に対応する応答特性のシミュレーションの結果を表す模式図である。すなわち、同図（ａ）は、シーケンス全体に亘ってディスク位置／レンズ位置／フォーカス誤差を表したグラフ図である。
【０１１２】
また、図５（ｂ）は、同図（ａ）の９０〜１００ｍｓｅｃ（ミリ秒）の時間間隔を拡大し、戻り光光学検出系の和信号／差信号出力を表したグラフ図である。
なお、本シミュレーションにおいては、ＷＤを０．１ｍｍとした点で上述した具体例における０．１５ ｍｍとは異なる他、同期開始からの近接動作開始までの時間や、近接速度等も実際と多少異なっている。また、ディスク１の上下動も０．３ｍｍ振幅の正弦波と仮定している。
【０１１３】
図５（ａ）の初期状態は、レンズ３１とディスク１との間隔が０．５ｍｍ（レンズアクチュエータ３２を０．４ｍｍ引下げた状態）とし、同期駆動開始によりレンズ３１がディスク１の上下動と同じように動作をはじめる。同期駆動開始直後は、ディスク１の上下動の振幅感度を落としているので、真のフォーカス誤差（Focus Error）は瞬時に０．４とはならないが、３０ミリ秒経過後にはほぼ一定なフォーカス誤差量となる。
【０１１４】
次に、近接動作を開始すると、そのフォーカス誤差は一定速度で減少し、フォーカス誤差がほぼ零になると、サーチ動作からサーボ処理に切換わり、安定なフォーカス引込みを達成できていることが分かる。
【０１１５】
この切換え時を拡大した同図（ｂ）を見ると、サーボ切換え判定処理や、戻り光和・差信号の出力変化が見て取れる。フォーカス誤差検出レンジに近づくと、和信号Ｆaddが徐々に大きくなり、差信号Ｆsubが一旦負側に大きく振れる。そして差信号は真のフォーカス誤差を表すＦＥ信号となり、零クロス点でサーボループに切換わる。同期動作しながら近接するため、サーボ切換時の突入速度は、ほぼ零に近くオーバーシュートもほとんどない引込みが達成できている。
【０１１６】
最後に、戻り光量センサによる検出フォーカス誤差のゲイン調整方法について触れておく。光ディスクがドライブ装置から脱着可能な、いわゆる「リムーバブルメディア」では、ディスク反射率にバラツキがあるため、安定なサーボを実現するために、フォーカス誤差に対するＦＥセンサ出力の傾き（ＦＥ検出感度）を一定にする較正処理が必要になる。いわゆるＡＧＣ（Auto Gain Control）と呼ばれる処理である。本発明を適用した場合は、以下のようにして自動較正する。
【０１１７】
すなわち、引込みの初期状態は、ディスク１とレンズ３１との間が必ず離れた状態であり、近接処理によりＦＥ検出レンジに近づくと、図５や図６に例示したように、差信号Ｆsubは最初必ず負値に大きく振れる。そしてこの差信号Ｆsubの最小値（絶対値の最大値）は、ディスク反射率バラツキを反映している。つまり既知のＦＥ検出レンジと差信号最小値とから、ＦＥセンサ検出感度の自動較正ができる。図３においては、この較正処理は省略したが、実際にはサーボ切換前に、この処理を付加してセンサ感度ゲインを自動調整することによって、サーボループの一巡伝達ＤＣゲインをディスク反射率によらず常に一定に維持することができる。
【０１１８】
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、光ディスク装置の光学系、電気信号処理系、機械系の具体的な構成については、当業者が適宜選択して用いたものも本発明と同様の作用効果が得られる限り本発明の範囲に包含される。
【０１１９】
また、本発明において用いる光ディスクの具体的な構成についても、当業者が適宜選択して用いることができ、例えば、記録層の他にも、多層干渉膜、半吸収膜、結晶化促進膜などを自由に設けることができる。また、記録層についても、アルミニウムなどの反射層を設けたものには限定されず、その他、相変化媒体、各種のＲＯＭ（Read Only Memory）媒体、色素系Ｒ（Recordable）媒体、光磁気媒体なども適用可能である。すなわち、本発明において用いる光記録媒体は、光ビームを収束させた状態で照射するものであれば、媒体部は何でも構わない。
【０１２０】
また、本発明において用いる非接触センサについても、前述した具体例には限定されず、光ディスクの上下動を検出できるものであれば同様に用いて同様の作用効果が得られ、この限りにおいて本発明の範囲に包含される。
【０１２１】
また、本発明の光ディスクドライブは、１つあるいは複数の光ディスクを固定的な備えた「固定式」のものでもよく、または、記録媒体の脱着が可能ないわゆる「リムーバブルタイプ」のものであってもよい。
【０１２２】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、光ディスク上下動振動を検出可能な非接触センサを設け、対物レンズがこの光ディスク上下動とほぼ同様な運動をしながら徐々に光ディスクに近接していくようにレンズアクチュエータを駆動させてフォーカスサーチをすることにより、ＷＤが狭くＦＥ検出レンジも狭い条件でも、対物レンズとディスクとの衝突の起きないフォーカス引込みを実現できる。
【０１２３】
その結果として、記録密度を大幅に高くした光ディスクを用いて確実な記録、再生動作が実現され、産業上のメリットは多大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかる光ディスク装置の要部構成を例示する模式図である。
【図２】本発明の光ディスク装置のドライブ制御系の構成をフォーカス方向に限定して表した概略図である。
【図３】図２の構成に対応する電気信号処理系の構成を表すブロック図である。
【図４】本発明におけるフォーカス引き込み処理のシーケンスを例示するフローチャートである。
【図５】本具体例に対応する応答特性のシミュレーションの結果を表す模式図である。
【図６】４分割光検出器において得られる和信号Ｆadd及び差信号Ｆsubとフォーカス誤差との関係を表すグラフ図である。
【図７】ディスク上下動センサとして用いる赤外線反射型フォトセンサの出力電流特性を表すグラフ図である。
【図８】光ディスク１に対するセンサ７とレンズ３１との位置関係を例示する模式図である。
【図９】従来の光ディスク装置のドライブ制御系の構成をフォーカス方向に限定して表した概略図である。
【図１０】図９の構成に対応する電気信号処理系の構成を表すブロック図である。
【図１１】サーチ処理の典型例を表す模式図である。
【図１２】（ａ）は、ＦＥ検出レンジ（横軸）と引込み可能限界突入速度（縦軸）との関係を表しすグラフ図であり、（ｂ）及び（ｃ）は、ＦＥ検出レンジがプラスマイナス２．５μｍ（図１２（ａ）の５μｍＰＰに相当する）での最大減速（４００ｍ／秒^２ ）制限付きフォーカスサーボ処理での引込み応答を表すグラフ図である。
【符号の説明】
１ 光ディスク
２ スピンドルモータ
３ 光ヘッド
４ キャリジ
５ 制御処理器
６ リニアガイド
７ ディスク上下動検出センサ
８ ボールネジ
３１ 対物レンズ
３２ レンズアクチュエータ
３３ ミラー
３４ 半導体レーザ
３５ コリメートレンズ
３６ ハーフミラー
３７ 集光レンズ
３８ シリンドリカルレンズ
３９ 分割光検出器
５１ フォーカスサーボ制御器
５２ フォーカスサーチ駆動指令生成部
５３ モード判定部
５３ 制御モード判定部
５４ モード切替スイッチ
５５ バンドパスフィルタ
５６ 逆システム補償器
５７ 加算器
３２０ アンプ
３９０ アンプ
７００ アンプ
Ｆadd 和信号
Ｆdrv レンズ駆動信号
Ｆsub 差信号[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a focus pull-in method and an optical disc apparatus, and more specifically, focus servo using return light from an optical disc before irradiating the optical disc with laser light condensed by an objective lens to start recording or reproducing information. The present invention relates to a focus pull-in method for smoothly starting processing and an optical disc apparatus using this method.
[0002]
[Prior art]
Optical discs that record and reproduce information by irradiating light beams are large-capacity, capable of high-speed access, and also have medium portability, so they have been put to practical use in various files such as audio, image, and computer data. The development is expected in the future. In order to record / reproduce information on such an optical disc, it is necessary to irradiate the disc with a light beam converged to the size of the recording bit. However, as the recording density of the optical disc increases, a technical improvement is also required for the focus mechanism of the optical disc apparatus that records and reproduces information.
[0003]
The prior art of the focus servo pull-in method will be described with reference to FIGS.
[0004]
FIG. 9 is a schematic diagram showing the configuration of a drive control system of a conventional optical disc apparatus limited to the focus direction. That is, in the figure, for the sake of simplicity, the signal recording / reproducing system and the driving system in the track feed direction are omitted.
[0005]
“Focus servo” means that the objective lens 31 is moved up and down by the lens actuator 32 so that the incident laser light from the objective lens 31 is focused on a recording surface (not shown) of the optical disc (disc-shaped optical recording medium) 1. Say control processing.
[0006]
The optical disk 1 is rotated by being chucked by the spindle motor 2, but due to warpage of the disk surface, inclination of the disk at the time of chucking, the target point to be followed moves up and down when viewed from the objective lens 31. Therefore, the objective lens 31 also needs to perform a servo operation so as to follow this vertical movement. The objective lens 31 is provided in an optical head 3 to be described later, and is movable in the track direction together with a track direction feed system movable portion (hereinafter referred to as “carriage”) (not shown).
[0007]
Here, when the objective lens 31 moves up and down following the vertical movement of the disk 1 by the focus servo, the optical displacement of the lens actuator included in the optical head 3 is zero on average, that is, substantially operates around the driving center. Designed and installed to be. This is because if the follow-up operation is performed in a state where the driving displacement of the lens actuator 32 is greatly DC offset, the driving characteristics of the lens actuator 32 are deteriorated or an optical detection offset is generated, and as a result, a true residual focus error is increased. .
[0008]
Next, the configuration inside the optical head 3 will be described.
[0009]
The light source of the laser beam used at the time of recording / reproducing with respect to the optical disc 1 is usually a semiconductor laser 34, which is collimated by the collimating lens 35 and enters the objective lens 31 through the half mirror 36 and the rising mirror 33. Then, the light is condensed on the recording layer provided with the reflective coating in the optical disc 1, and the reflected light from this is returned light including the signal information stored in the recording layer, and is incident on the objective lens 31 again.
[0010]
The return light passes through the objective lens 31, the raising mirror 33, and the half mirror 36 in this order, and is introduced to the detection optical system side (37, 38, 39 side).
[0011]
The focus-related detection optical system side includes an astigmatism optical system including a condenser lens 37, a cylindrical lens 38, and a four-divided photodetector 39. At this time, the shape of the return light spot projected onto the four-split light detector 39 is deformed like a circular ellipse when focused, a vertically long ellipse when too close, and a horizontally long ellipse when too far, so that a focus error can be detected.
[0012]
FIG. 10 is a block diagram showing a configuration of an electrical signal processing system corresponding to the configuration of FIG.
[0013]
The four element currents output from the photodetector 39 are input to a sum / difference PD amplifier 390, and voltage-converted as a difference signal Fsub and a sum signal Fadd. More specifically, the diagonal element sum of the four divided elements is voltage-converted by an I / V conversion amplifier, the difference is amplified to generate an Fsub output, and the sum is amplified to generate an Fadd output. To do.
[0014]
The output relationship of the sum signal Fadd and the difference signal Fsub with respect to the actual focus error is as shown in FIG. 6, for example. As can be seen from this figure, the difference signal Fsub has a so-called “S-shaped characteristic” in which a proportional relationship is maintained only in the vicinity of the in-focus point with respect to the focus error, and the signal decreases again when exceeding this.
[0015]
As shown in FIG. 10, the difference signal Fsub and the sum signal Fadd are input to the control processor 5.
[0016]
During focus servo, the control mode changeover switch 54 outputs a signal on the focus servo controller 51 side as a lens drive signal Fdrv, and this output is converted into an excitation current by the V / I amplifier 320 and A magnetic field is generated by the coil, and the objective lens 31 is driven. That is, the focus servo controller 51 compensates the phase advance / delay for the Fsub signal, and the lens is driven so that the Fsub signal is servoed so that the Fsub signal becomes zero.
[0017]
Next, the focus pull-in process will be described. As shown in FIG. 6, since the difference signal Fsub of the four-divided PD has an S-shaped characteristic with respect to the focus error, the range that can be used as the focus error signal (hereinafter abbreviated as “FE”) is limited to the vicinity of the in-focus point. . That is, if the focus error is not within the FE detection range, the previous focus servo loop cannot be configured.
[0018]
Therefore, a process of leading into the FE detection range is performed by driving an open-loop objective lens called “focus search”. In FIG. 10, a focus search drive command generation unit 52 is a part that outputs an open drive command for the objective lens. Actually, the focus search drive command generation unit 52 generates a gentle separation / proximity command according to a state determination process described later. At this time, the control mode switching determination unit 53 outputs the focus search mode, and the control mode switching switch 54 outputs the focus search drive command generation unit 52 as the lens drive signal Fdrv.
[0019]
There are several types of search processing, but typically the following processing is performed.
[0020]
FIG. 11 is a schematic diagram illustrating a typical example of search processing. That is, this figure shows the lens focal position and the WD (working distance: focusing lens surface and disk surface) when the objective lens search operation is performed with a simple sine wave for easy disk amplitude. This represents the relationship between the lens positions considerably distant)).
[0021]
First, as shown in FIG. 5A, the initial lens focal position is at the center of the disk amplitude because the optical head is installed so that it can be servoed about the neutral position of the lens actuator 32.
[0022]
In the search operation of this example, the initial mode is the focus search separation mode, and the focus search drive command generation unit 52 outputs a command for driving the objective lens in the disc separation direction. As a result, the objective lens operates slowly in the direction of separation, and when the focal position crosses the disk position at point A in FIG. 6, that is, crosses the FE detection range, it follows the S-characteristic shown in FIG. An Fsub signal pulse appears. The control mode switching determination unit 53 constantly monitors the Fsub signal and switches to the focus search proximity mode this time when it detects crossing of the FE detection range. The control mode switching determination unit 53 performs the switching process to the proximity mode not only when the FE detection range crossing is detected but also when the FE detection range crossing is not detected for a certain period of time.
[0023]
When the focus search proximity mode is switched, the control mode changeover switch 54 remains in the focus search mode and the state does not change, but the focus search drive command generation unit 52 issues a command to drive the objective lens in a direction to approach the disk. Switch. As a result, the driving direction of the objective lens 31 is changed, and the operation of gradually bringing the lens close is started.
[0024]
When the focal position again crosses the disk position at point B, that is, when the next FE detection range is reached, the focus servo mode is switched. That is, when the sum signal Fadd is sufficiently large and the Fsub signal absolute value is sufficiently small in the focus search proximity mode, it can be determined from the characteristics of FIG. 6 that the focus error is within the FE detection range. 53 switches the control mode changeover switch 54 to the focus servo mode, and the focus search process is switched to the focus servo state described above.
[0025]
That is, the control mode switching determination unit 53 performs a determination process as to what control process is performed from the Fadd and Fsub information. This determination result is output as the control mode mode. The control modes are a search mode and a servo mode. The search mode is further divided into several modes, and the focus search drive command generation unit 52 switches the command output method based on the search mode information. The search / servo changeover switch 54 also switches between the two inputs depending on whether the search or the servo is performed.
[0026]
The series of processes described above is a basic focus pull-in process.
[0027]
As described above, the general optical disc apparatus is subjected to the focus servo by performing the drawing process so that the objective lens 31 is focused on the disc.
[0028]
However, such a conventional focus pull-in process requires the precondition that the WD of the objective lens is sufficiently large and the FE detection range is sufficiently large. This is because if the WD is small and the FE detection range is also small, the objective lens and the disk surface collide, and there is a risk of scratching the disk or lens system.
[0029]
Hereinafter, the reason why the objective lens WD must be sufficiently large and the FE detection range must be sufficiently large in the conventional focus pull-in process will be described.
[0030]
(Reason 1: Vertical movement of the disc)
First, as a first reason, the relationship between the vertical movement width of the disk and the WD of the objective lens will be described with reference to FIG. The above-described pull-in processing sequence corresponds to the pattern of FIG.
[0031]
However, the actual pull-in start timing changes according to various phases of the disk vertical movement. At this time, the size of the WD of the objective lens (here, the distance between the lens position and the focal position) is a point for avoiding the risk of contact.
[0032]
In other words, in the patterns shown in FIGS. 11A, 11B, and 11C, the objective lens located at a position approximately WD away from the focal position does not interfere with the disc. However, in the case of the pattern shown in FIG. 11D, it can be seen that the disk position and the objective lens position intersect at point C, and a collision occurs. This is because the WD of the objective lens does not have a sufficient size. If the WD is made smaller than the specific example illustrated in FIG. 11, it is clear that interference between the disc and the lens occurs even in the patterns shown in (a), (b) and (c).
[0033]
FIG. 11 illustrates the case where the disk vibrates on a sine wave. However, in reality, the disk vibrates in a complicated manner including a harmonic component of the rotation period. Must be taken big.
[0034]
(Reason 2: Vibration on the lens side)
On the other hand, the cause of the fluctuation of the lens / disk distance when the focus servo is not applied is not limited to the vertical movement of the disk surface due to the disk rotation. That is, the vertical movement of the objective lens due to disturbance vibration applied to the carriage portion is also a factor. At the time of the search operation, the objective lens is supported by the supporting rigidity of the flexible wire of the lens actuator 32 because the rigidity cannot be controlled in a control manner unlike the FB servo. For this reason, the objective lens 31 can be easily moved up and down by a carriage acceleration vibration accompanying the spindle rotation. In other words, interference cannot be avoided unless the WD is set by adding the margin for the vertical movement of the objective lens 31 to the margin for the vertical movement of the disk.
[0035]
Actually, the vertical movement of the disk is expected to be about plus or minus 0.5 mm, the disturbance vibration on the lens side is expected to be the same, and the WD is set to about 1 mm.
[0036]
(Reason 3: Failed to pull in)
For the reasons described above, the WD of the objective lens 31 must be set sufficiently large. Furthermore, another reason that the WD of the objective lens 31 must be set sufficiently large is due to insufficient generation force of the lens actuator 32. A runaway countermeasure in case of withdrawal failure can be listed. The reason why this pull-in failure occurs will be described below.
[0037]
The focus servo process controls the distance between the disc / lens in a focused state. From another viewpoint, it can be said to be a control process for setting the relative speed to zero. That is, it is a process of decelerating the disk / lens relative speed (hereinafter referred to as “rush speed”) at the time of servo switching by the generated force of the lens actuator 32. However, if the rush speed is too high, even if the lens actuator 32 is decelerated with the maximum generated force, it cannot be decelerated within the FE detection range, and a situation occurs in which the detection range is out of control. That is, the upper limit of the rush speed that can be pulled in by the focus servo process exists depending on the FE detection range.
[0038]
Hereinafter, this pull-in failure will be described with reference to FIG.
[0039]
12A is a graph showing the relationship between the FE detection range (horizontal axis) and the retractable limit entry speed (vertical axis). The solid line in the graph shows a simple maximum deceleration (400m / s²) Represents the limit of the rush speed that does not exceed the FE detection range. The + mark indicates the pull-in limit when the current command can be generated infinitely by focus servo processing, and the ○ mark indicates the maximum deceleration (400 m / sec) due to the current limit during focus servo processing.²) Is a plot of the pull-in limit entry speed when it is restricted within (). It can be seen that as the FE detection range is reduced, the inrush speed limit is correspondingly reduced in any case.
[0040]
FIGS. 12B and 12C show the maximum deceleration (400 m / sec) when the FE detection range is plus or minus 2.5 μm (corresponding to 5 μm PP in FIG. 12A).² ) Pull-in response in limited focus servo processing.
[0041]
In the case of the rush speed of 10 mm / second shown in FIG. 5B, the speed is rapidly reduced after the servo is started and retracted without exceeding the FE detection range, but the rush speed of 30 mm / second shown in FIG. In the case of the second, the FE detection range is exceeded once, and it is pulled back to the FE detection range again. However, the inertia has been excessively applied and it has popped out in the reverse direction, causing a pull-in failure. Although not shown in the drawing, if the rush speed is further increased, a failure pattern in which the vehicle cannot be decelerated and jumps out.
[0042]
As described in detail above, the focus servo process can be safely retracted when the rush speed is within the rush speed limit depending on the FE detection range. In the case of a normal optical disk, since the FE detection range is as large as 20 μm PP or more, the rush speed limit is not exceeded unless the optical disk has poor distortion outside the standard or the focus is pulled in at a considerably high speed. However, when the FE detection range is limited to about 5 μm PP in a high-density two-layer disc or the like, there is a risk that the inrush speed can be easily exceeded even at a normal rotation speed.
[0043]
In other words, the conventional focus pull-in process allows safe pull-in only when the objective lens WD is sufficiently large and the FE detection range is sufficiently large. In a state where the WD is narrow and the FE detection range is narrow. The object lens and the disk surface collided, and there was a risk of scratching the disk and lens system.
[0044]
[Problems to be solved by the invention]
However, due to demands for larger capacity, smaller size, and thinner external storage devices that use optical disks, improvements have also been required for devices that employ a method of condensing laser light with an objective lens and irradiating the optical disk. ing.
[0045]
In order to reduce the thickness of the apparatus, it is most effective to reduce the WD of the objective lens. This is because if the objective lens WD is reduced, not only the distance between the disk and the lens can be reduced, but also the lens aperture and the rising mirror diameter can be reduced, which is much smaller than the reduction amount of WD itself. This is because a large thickness can be reduced.
[0046]
In order to increase the capacity and reduce the size, it is necessary to ensure reliable recording and reproduction for the next-generation and next-generation high-density optical discs. In order to cope with higher recording density, it is necessary to increase the resolution limit. For this purpose, it is necessary to increase the NA (numerical aperture) of the objective lens. As a result, the WD becomes extremely narrow and the FE detection range becomes extremely small.
[0047]
For example, in the case of the current DVD system, the NA of the objective lens used is 0.6 and the WD is about 1 mm. However, in the next generation additional system, the NA of the objective lens is 0.85. And the WD is reduced to approximately 0.1 mm.
[0048]
Supplementing here, if the WD is increased with a high NA, the diameter of the objective lens increases, the weight of the objective lens increases, and a lens driving system that secures sufficient driving force cannot be made. For this reason, if the NA is increased, a narrow WD is required. On the other hand, a high NA lens has a short focal depth and must have a small focus tolerance, but it is necessary to reduce the FE detection range to ensure sufficient error detection resolution.
[0049]
As described above, in future high recording density optical disc apparatuses, there is a need for a focus pull-in technique that does not cause a collision between the objective lens and the disc even under conditions where the WD is narrow and the FE detection range is narrow.
[0050]
The present invention has been made based on recognition of such problems. That is, the purpose is to perform a search process to the focus error detection range while avoiding a collision between the lens and the disk, and to enter the focus error detection range so that the rush speed at that time becomes a speed that can be pulled in. An object of the present invention is to provide a focus pull-in method that can perform a search process.
[0051]
Furthermore, it is an object of the present invention to provide an optical disc apparatus that can adopt a small and thin optical head or a next-generation high-density narrow WD optical head, and is thin, large capacity, and small.
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, in the present invention, at least a non-contact sensor capable of detecting the speed of vertical movement vibration of the disk with respect to the carriage (movable part of the track direction coarse movement system) is provided, and the movement of the objective lens in the focus direction is The focus actuator is driven so as to gradually approach each other while performing a motion similar to the speed.
[0052]
  That is, according to one aspect of the present invention, there is provided a focus pull-in method for detecting a focus error based on return light from the optical disk irradiated on the optical disk via an objective lens, and performing focus pull-in. On the other hand, based on the detection result of the non-contact sensor, the step of keeping the objective lens away from the in-focus position, the step of rotating the optical disc and detecting the vertical movement by the rotation by the non-contact sensor, A step of starting synchronization of the objective lens with the vertical movement of the optical disc, and a focus error caused by the return light while bringing the objective lens close to the optical disc while synchronizing the objective lens with the vertical movement of the optical disc. And a focus pull-in method characterized by comprising the step of performing detection
[0053]
According to the above configuration, even when the range in which the focus error due to the return light can be detected is extremely narrow, it is possible to prevent the objective lens before the pull-in and the optical disc from colliding and to reliably complete the focus pull-in.
[0054]
As a result, stable focus control can be performed even on an optical disk for high-density recording in which the numerical aperture of the objective lens is large and the WD is small.
[0055]
  According to another aspect of the present invention, there is provided an optical disc apparatus that detects a focus error by returning light from the optical disc that has been irradiated onto the optical disc through an objective lens. Is detected by a non-contact sensor with the objective lens being moved away from the in-focus position with respect to the optical disc, and the objective lens is synchronized with the vertical movement of the optical disc based on the detection result of the non-contact sensor. An optical disc apparatus is provided that detects a focus error due to return light while synchronizing the objective lens with the vertical movement and then approaching the optical disc.
[0056]
According to the above configuration, even when the range in which the focus error due to the return light can be detected is extremely narrow, the collision between the objective lens before the pull-in and the optical disk can be prevented, and the focus pull-in can be completed with certainty.
[0057]
As a result, it is possible to realize an optical disc apparatus capable of stable focus control even for a high-density recording optical disc in which the numerical aperture of the objective lens is large and the WD is small.
[0058]
  According to another aspect of the present invention, a rotation drive mechanism for rotating the optical disc, an objective lens for irradiating the optical disc with light, and the objective for the optical disc based on return light from the optical disc. A focus error detection system for detecting a focus error with the lens, and a non-contact sensor for detecting a vertical movement caused by rotating the optical disk while the objective lens is moved away from the in-focus position with respect to the optical disk; The vertical movement of the optical disc is detected by the non-contact sensor, and after the synchronization of the objective lens to the vertical movement of the optical disc is started based on the detection result of the non-contact sensor, the objective lens is moved up and down. The focus error detection system while approaching the optical disc while synchronizing with the motion. Optical disc apparatus is provided, characterized in that and a control processing system for detecting the focus error.
[0059]
  Here, the control processing system is configured to detect the focus error by the focus error detection system for the first time after starting the approach of the objective lens to the optical disc, based on the detection result. Focus servo processing for adjusting the position of the objective lens may be started.
[0060]
  In addition, the control processing system ensures that the objective lens runs away if the relative speed of the objective lens with respect to the optical disc immediately before the focus servo processing is started is equal to or lower than a rush speed limit allowed in the focus servo processing. Can be suppressed.
[0061]
Here, the “rush speed limit” refers to a range that does not exceed the focus detection range when the objective lens is decelerated at the maximum in the focus servo process. That is, when this range is exceeded, the objective lens runs away beyond this range without being fully decelerated within the focus detection range. The entry speed limit is determined by the focus detection range, the maximum acceleration generated by the actuator of the objective lens, and the like.
[0062]
  Further, if the contacted sensor is fixed to a carriage to which a lens actuator for adjusting the position of the objective lens is fixed, the vertical movement of the disk can be reliably detected with a simple configuration.
  Further, when an infrared reflective photosensor is used as the contacted sensor, the cost can be reduced and a relatively accurate position can be detected.
[0063]
  A filter that removes a DC component and a high-frequency noise component from the output result of the non-contact sensor, and the control processing system gently adjusts the output of the objective lens based on the output while gradually increasing the output gain of the filter. By performing open driving, the objective lens can be synchronized with the vertical movement of the optical disc.
  The control processing system may set the amplitude sensitivity of the vertical movement of the optical disk to be low immediately after the synchronization of the objective lens with respect to the vertical movement of the optical disk is started.
[0064]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to specific examples.
[0065]
FIG. 1 is a schematic view illustrating the main configuration of an optical disc apparatus according to an embodiment of the invention. That is, this figure is a schematic perspective view of the periphery of a slider operating portion (carriage) that is movable by a seek process feed operation. A brief description of the configuration of the main part is as follows.
[0066]
That is, a carriage (slider movable portion) 4 is disposed on, for example, the lower side of the optical disc 1 that is rotationally driven while being chucked by the spindle motor 2. The carriage 4 is constrained to the linear guide 6 and is coarsely fed in the track direction by the rotation of the ball screw 8 driven by a stepping motor (not shown).
[0067]
This carriage 4 incorporates an optical system called an optical head 3 (optical pickup head), which irradiates the disc 1 with light emitted from the laser contained therein, and from the return light, a recording signal, a tracking error signal, A focus error signal is detected without contact.
[0068]
The objective lens 31 included in the optical head 3 has, for example, an NA of 0.85 and a WD of 0.15 mm. The distance between the disk 1 and the lens 31 is about 0 when the lens actuator is in a neutral position. Designed to be placed on the carriage 4 to be 15 mm. Although not shown, the lens holder on the movable side of the lens actuator is attached with elastic rubber for shock reduction, and in the unlikely event of large servo vibrations during non-servo, the lens 31 vibrates with the holder, and the disk / holder Even if a collision occurs, the disc or lens is not damaged.
This specific example is an apparatus compatible with a high-density optical disk. For example, using a laser beam having a wavelength of 405 nm, the disk cover layer can be 0.1 mm and the FE detection range can be set to plus or minus 2.5 μm.
[0069]
In addition to the optical head 3, a disk vertical movement detection sensor 7 for measuring the distance from the optical disk 1 is provided on the carriage 4 of this specific example.
[0070]
As the disk vertical motion detection sensor 7, for example, a reflective photosensor can be used. This sensor includes an infrared LED (Light Emitting Diode) and a photo Darlington transistor, and is a sensor used as on / off detection using reflection / transmission rather than a displacement sensor.
[0071]
However, as will be described later with reference to FIG. 7, such a reflective photosensor has a relative collector output characteristic corresponding to a relative distance (that is, a distance between the element and the reflecting surface). When the distance between the reflecting surface and the reflecting surface is, for example, in the range of 0.8 to 2.8 mm, it can be used as a displacement sensor with constant sensitivity. Therefore, the disk vertical movement detection sensor 7 is fixedly mounted on the carriage so that the average distance between the disk 1 and the element 7 during rotation is about 1.5 mm, for example.
[0072]
Note that the absolute distance between the sensor 7 and the reflecting surface of the disk 1 cannot be measured because there is an error in the height direction when the disk 1 is chucked and an error in mounting the disk vertical movement detection sensor 7. To the last, the relative displacement of the reflecting surface of the disk 1 is only detected with an offset.
[0073]
Further, since the position of the disk vertical movement detection sensor 7 on the carriage 4 is separated from the position of the objective lens 31 as shown in FIG. 8, the vertical movement of the disk immediately above the objective lens 31 is detected. It doesn't matter. Strictly speaking, only the motion state of the disk reflecting portion irradiated with the infrared beam from the sensor 7 is detected. However, even if the position is about several cm away from the focal plane of the objective lens 31, the error is 10 μm or less in consideration of the disk surface shape frequency, and the vertical movement of the infrared beam reflecting portion from the sensor 7, It may be considered that the vertical movement of the focused beam reflecting portion of the objective lens 31 is substantially equal.
[0074]
Next, the internal configuration of the optical head 3 will be described with reference to FIG.
[0075]
FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of the drive control system of the optical disc apparatus of the present invention limited to the focus direction. That is, the carriage 4 is disposed opposite to the recording / reproducing surface of the optical disk 1, and the optical head 3 and the disk vertical movement sensor 7 are provided on the carriage 4.
[0076]
The configuration inside the optical head 3 will be described as follows. That is, the light source of the laser beam used for recording / reproducing with respect to the optical disc 1 is normally a semiconductor laser 34, which is collimated by the collimator lens 35 and enters the objective lens 31 through the half mirror 36 and the rising mirror 33. To do. Then, the light is condensed on the recording layer provided with the reflective coating in the optical disc 1, and the reflected light from this is returned light including the signal information stored in the recording layer, and is incident on the objective lens 31 again.
[0077]
The return light passes through the objective lens 31, the raising mirror 33, and the half mirror 36 in this order, and is introduced to the detection optical system side (37, 38, 39 side).
[0078]
The focus-related detection optical system side includes an astigmatism optical system including a condenser lens 37, a cylindrical lens 38, and a four-divided photodetector 39. At this time, the shape of the return light spot projected onto the four-split light detector 39 is deformed like a circular ellipse when focused, a vertically long ellipse when too close, and a horizontally long ellipse when too far, so that a focus error can be detected.
[0079]
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of an electric signal processing system corresponding to the configuration of FIG.
[0080]
3, the same elements as those described above with reference to FIG. 10 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. That is, also in this specific example, the four element currents output from the photodetector 39 are input to the sum / difference processing PD amplifier 390 and voltage-converted as a difference signal Fsub and a sum signal Fadd. The relationship between the sum signal Fadd and difference signal Fsub and the focus error is as illustrated in FIG. Then, focus pull-in is performed using this “S-characteristic”.
[0081]
On the other hand, the output current of the disk vertical movement detection sensor 7 changes as illustrated in FIG. 7 due to the change in the reflected light amount detection intensity depending on the distance between the sensor 7 (carriage 4) and the disk 1. The V / I amplifier 700 amplifies and converts this current as a voltage and inputs it to the control device 5 as a disk displacement Pd.
[0082]
FIG. 8 is a schematic view illustrating the positional relationship between the sensor 7 and the lens 31 with respect to the optical disc 1. In other words, the optical disc 1 has a structure in which, for example, the recording layer 1B and the cover layer 1C are laminated on the surface of the substrate 1A. For example, when an infrared reflection type photosensor is used as the sensor 7, the infrared rays emitted from the sensor 7 are reflected by the recording layer 1B and returned to the sensor 7, and the relative position thereof can be detected. On the other hand, the light emitted from the objective lens 31 is also reflected by the recording layer 1 </ b> B and returns to the objective lens 31.
[0083]
  Now, returning to FIG. 3 again and continuing the description, the components of the control device 5 are as follows. Details regarding the internal processing of each element will be described later with respect to a focus pull-in sequence described later.
[0084]
In other words, the control mode determination unit 53 is a processing unit that monitors the Fadd signal and the Fsub signal and determines at which point the search mode state is switched to the servo state. This output (mode) includes a mode signal corresponding to each step of the search process in addition to the servo mode representing the servo state. By this mode, the mode changeover switch 54, the focus search drive command generation unit 52, the band pass The operation state of the filter 55 is switched.
[0085]
When the mode is “servo mode”, the mode changeover switch 54 outputs the focus servo controller 51 side as Fdrv to be in the focus servo state, and otherwise, the servo / Corresponds to the search switch.
[0086]
The bandpass filter (BPF) 55 is a filter that removes the DC component and the high frequency noise component from the disc displacement Pd and outputs only the vertical movement displacement accompanying the disc rotation. However, as described in a later-described sequence, it is necessary to switch whether or not to enable the filter output as an input to the adder 57, and a switch function that provides zero output is provided in an invalid mode.
[0087]
The focus search drive command generation unit 54 corresponds to a conventional offset adjuster, and changes various command patterns at each step of the search process. The difference from the prior art is that the output is not a command corresponding to the lens actuator driving current but a command corresponding to the displacement of the lens actuator 32. This command is input to the adder 57, and the output R of the adder 57 becomes the required displacement amount to the lens actuator 32.
[0088]
The inverse system compensator 56 is a compensator that takes a frequency characteristic combined with the lens actuator 32 to be a second-order low-pass characteristic of approximately 1 kHz band. That is, if the characteristic of the lens actuator 32 is described as a secondary nominal characteristic of (Equation 1) shown below and its series error, the inverse system compensator 56 is designed as (Equation 2) below, and the final series connection is made. The obtained system becomes (Equation 3).
[0089]
[Expression 1]

Where B₁(S) / A₁(S) is a nominal model expressing the lens actuator as a secondary characteristic, and B₂(S) / A₂(S) is a characteristic equation that expresses a modeling error between the nominal model and the actual actuator characteristic in a serial form. (This modeling error characteristic is a complex higher-order expression including a modeling error due to the variation in the main resonance of the lens actuator and a higher-order resonance such as a secondary resonance / second resonance ignored in the modeling.)
1 / L (s) is a low-pass filter characteristic aimed by a system in which inverse system compensators are connected in series, and represents the “second-order low-pass characteristic in the 1 kHz band” described above.
[0090]
Since the actual series connection characteristics are influenced by the modeling error of the lens actuator, it does not become a complete second-order low-pass characteristic, but a characteristic close to 1 / L (s) can be obtained.
[0091]
If the disturbance vibration is ignored by this processing, the operation is performed so that the output R of the adder 57 and the displacement PL of the lens actuator 32 substantially coincide with each other.
[0092]
Next, the focus pull-in processing sequence in the present invention will be described.
[0093]
FIG. 4 is a flowchart illustrating a focus pull-in process sequence according to the present invention.
[0094]
(Step 0)
First, a state where the objective lens actuator 32 is sufficiently pulled down is set as an initial state. In the optical disk drive apparatus of this specific example, the allowable disk vertical movement is set to plus or minus 0.3 mm. Therefore, when the disk 1 is rotated with the lens actuator 32 remaining in the neutral position, the interference between the objective lens 31 and the disk 1 occurs. Happens.
[0095]
Therefore, before the disk 1 is rotated, the objective lens 31 is moved away to a position where it does not interfere with the disk 1. Considering WD 0.15 mm, there is no risk of interference if the objective lens 31 is pulled down 0.15 mm or more from the neutral position, but actually the objective lens is pulled down by about 0.5 mm with a margin. In this state, there is no risk of interference between the objective lens and the disk even when the disk is rotated.
[0096]
This step will be described with reference to FIG.
[0097]
That is, the mode determination unit 53 is initialized as search processing, and outputs search 0 (initial mode) as mode. As a result, the mode changeover switch 54 is in a state of outputting the inverse system compensator 56 output as Fdrv. Further, the BPF 55 is invalidated, and the output of the drive command generator 52 is output as the required displacement R of the lens actuator 32. The drive command generation unit 52 outputs a command equivalent to 0.5 mm as the displacement of the lens actuator 32, but outputs a step response with a time constant of 1 kHz or less so as not to excite lens actuator vibration of a high frequency component, and finally 0 A state where the objective lens is lowered by about 5 mm is realized.
[0098]
If the focus servo is released due to some factor such as scratches or dust, the initial state in which the objective lens 31 is suddenly pulled down by 0.5 mm while the disk 1 is being rotated in the emergency evacuation safety process. Will make.
[0099]
(Steps 1 and 2: Disk synchronous drive)
Next, the disk 1 is rotated, and the open drive synchronized with the vertical movement of the disk 1 is started while maintaining the state where the objective lens 31 is sufficiently separated.
[0100]
In the above-described initial state, the drive command generation unit 52 outputs a command corresponding to 0.5 mm and the BPF 55 is invalidated, but in this step, mode = search 1 (synchronous drive mode). Thus, the BPF 55 output is switched over effectively. That is, the AC component from which the high frequency noise component and the DC offset component of the signal Pd from the disk vertical movement detection sensor 7 are removed is input to the adder 57 so as to be interlocked with the vertical movement of the disk while being separated from the 0.5 mm disk. A target position command R is generated.
[0101]
As for the switching process of the BPF 55, if the output is suddenly added to the target position command R, there is a risk of exciting the harmonic component of the lens actuator 32, so that the output gain is gradually set to “1”. Thus, the output of the BPF 55 is devised.
[0102]
Further, the mode transition process in the mode determination unit 53 is set to search 1 when a predetermined time elapses after search 0 is initialized.
[0103]
(Step 3: Proximity drive)
In the synchronous driving state of Step 2, the objective lens 31 is simply driven to open in synchronization with the vertical movement of the disk 1, and the relative distance is maintained at approximately 0.5 mm. Therefore, in this step 3, the proximity operation is performed from this state.
[0104]
The proximity operation is performed by decreasing the drive command generation unit 52 toward zero. However, according to the present invention, by providing the inverse system compensator 56, proximity processing in an arbitrary pattern can be performed. For example, a suitable proximity operation can be realized by monotonously decreasing the output of the drive command generation unit 52 at 8 mm / second.
[0105]
By the proximity operation in this step, the objective lens 31 approaches the relative distance thereof at an average speed of, for example, about 8 mm / s while synchronizing with the vertical movement of the disk 1.
[0106]
(Step 4: Search end determination)
At this time, the mode determination unit 53 monitors the sum signal Fadd and the difference signal Fsub of the return light. As described above, since the output has the S-characteristic as illustrated in FIG. 6, the sum signal Fadd increases when the proximity processing approaches the FE detection range, and the difference signal Fsub crosses zero. It can be determined that the camera has just reached the in-focus position. Therefore, when the condition that the sum signal Fadd is sufficiently large and the difference signal Fsub is sufficiently small is satisfied, the mode determination unit 53 switches the output mode to the focus servo mode.
[0107]
(Step 5: Focus servo processing)
When switching to the focus servo state by the search end determination process in step 4, the mode changeover switch 54 selects the focus servo controller 51 side and switches to output as Fdrv. That is, a closed loop of the focus servo is configured.
[0108]
The problem is the rush speed at the time of switching to the focus servo processing. If the position tracking is complete during the search operation in step 3, the rush speed is 8 mm / second, which is the proximity speed. As can be seen from FIG. 12, this is a speed at which the shift to the focus servo pull-in can be surely performed at a sufficiently low speed.
[0109]
According to the results of the inventor's trial production, even when the proximity speed is set to 8 mm / second, actually, modeling error of the inverse system compensation 56 and disturbance vibration on the carriage accompanying the rotation of the SPM 2 (open) The peak of the relative speed of about 25 mm / second may occur at the maximum. The above-mentioned proximity speed of 8 mm / second is set in consideration of such a variation effect. In other words, in the case of this specific example, the allowable retractable speed of the apparatus is 28 mm / sec. Therefore, even if the relative speed is a maximum of 25 mm / sec, stable pull-in can be performed without causing a pull-in failure.
[0110]
The specific example of the pull-in process of the present invention has been described above.
[0111]
FIG. 5 is a schematic diagram showing the result of simulation of response characteristics corresponding to this example. That is, FIG. 9A is a graph showing the disk position / lens position / focus error over the entire sequence.
[0112]
FIG. 5B is a graph showing the sum signal / difference signal output of the return light optical detection system with the time interval of 90 to 100 msec (milliseconds) in FIG.
In this simulation, WD is set to 0.1 mm, which is different from 0.15 mm in the specific example described above, and the time from the start of synchronization to the start of the proximity operation, the proximity speed, etc. are slightly different from the actual. ing. The vertical movement of the disk 1 is also assumed to be a sine wave with an amplitude of 0.3 mm.
[0113]
In the initial state of FIG. 5A, the distance between the lens 31 and the disk 1 is 0.5 mm (the lens actuator 32 is lowered by 0.4 mm), and the lens 31 is the same as the vertical movement of the disk 1 by starting synchronous driving. Start the operation as follows. Immediately after the start of synchronous driving, the amplitude sensitivity of the vertical movement of the disk 1 is reduced, so the true focus error (Focus Error) does not instantaneously become 0.4, but the focus error is almost constant after 30 milliseconds. Amount.
[0114]
Next, when the proximity operation is started, the focus error decreases at a constant speed. When the focus error becomes almost zero, the search operation is switched to the servo processing, and it can be seen that stable focus pull-in can be achieved.
[0115]
Referring to FIG. 5B, which shows an enlarged view of the switching, the servo switching determination process and the output change of the return light sum / difference signal can be seen. As the focus error detection range is approached, the sum signal Fadd gradually increases, and the difference signal Fsub once largely swings to the negative side. Then, the difference signal becomes an FE signal representing a true focus error, and is switched to the servo loop at the zero cross point. Since they approach each other while performing a synchronous operation, the rush speed at the time of servo switching is almost zero, and pull-in with little overshoot can be achieved.
[0116]
Finally, a method for adjusting the gain of the detection focus error by the return light amount sensor will be described. In the so-called “removable media” in which the optical disk can be removed from the drive device, the disk reflectivity varies, so that the slope of the FE sensor output (FE detection sensitivity) with respect to the focus error is constant in order to achieve stable servo. Calibration process is required. This is a process called AGC (Auto Gain Control). When the present invention is applied, automatic calibration is performed as follows.
[0117]
That is, the initial state of the pull-in is a state in which the disc 1 and the lens 31 are always separated from each other, and when approaching the FE detection range by the proximity process, the difference signal Fsub is first displayed as illustrated in FIGS. There is always a large negative value. The minimum value (absolute maximum value) of the difference signal Fsub reflects the disc reflectivity variation. That is, automatic calibration of the FE sensor detection sensitivity can be performed from the known FE detection range and the minimum difference signal. Although this calibration process is omitted in FIG. 3, actually, this process is added and the sensor sensitivity gain is automatically adjusted before the servo switching, so that the round trip transmission DC gain of the servo loop is determined by the disk reflectivity. Can always be kept constant.
[0118]
The embodiments of the present invention have been described above with reference to specific examples. However, the present invention is not limited to these specific examples. For example, the specific configurations of the optical system, electrical signal processing system, and mechanical system of the optical disk apparatus are appropriately selected and used by those skilled in the art within the scope of the present invention as long as the same effects as the present invention can be obtained. Is included.
[0119]
Also, the specific configuration of the optical disk used in the present invention can be appropriately selected and used by those skilled in the art. For example, in addition to the recording layer, a multilayer interference film, a semi-absorption film, a crystallization promoting film, etc. It can be provided freely. In addition, the recording layer is not limited to the one provided with a reflective layer such as aluminum, but also a phase change medium, various ROM (Read Only Memory) media, a dye-based R (Recordable) medium, a magneto-optical medium, and the like. Is also applicable. That is, the optical recording medium used in the present invention may be of any medium portion as long as it irradiates with the light beam converged.
[0120]
Further, the non-contact sensor used in the present invention is not limited to the above-described specific example, and can be used in the same manner as long as it can detect the vertical movement of the optical disc. It is included in the range.
[0121]
Further, the optical disk drive of the present invention may be a “fixed type” having one or a plurality of optical disks fixed, or a so-called “removable type” capable of detaching a recording medium. Good.
[0122]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, a non-contact sensor capable of detecting optical disk vertical vibration is provided, and the objective lens gradually approaches the optical disk while moving in substantially the same manner as the optical disk vertical movement. By performing the focus search by driving the lens actuator in this manner, it is possible to achieve focus pull-in without causing a collision between the objective lens and the disk even under conditions where the WD is narrow and the FE detection range is narrow.
[0123]
As a result, reliable recording and reproducing operations are realized using an optical disk with a greatly increased recording density, and there are great industrial advantages.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view illustrating the main configuration of an optical disc device according to an embodiment of the invention.
FIG. 2 is a schematic view showing a configuration of a drive control system of the optical disc apparatus of the present invention limited to a focus direction.
3 is a block diagram showing a configuration of an electric signal processing system corresponding to the configuration of FIG. 2;
FIG. 4 is a flowchart illustrating a focus pull-in processing sequence according to the present invention.
FIG. 5 is a schematic diagram showing a result of simulation of response characteristics corresponding to this example.
FIG. 6 is a graph showing a relationship between a sum signal Fadd and a difference signal Fsub obtained by a four-divided photodetector and a focus error.
FIG. 7 is a graph showing output current characteristics of an infrared reflective photosensor used as a disk vertical movement sensor.
8 is a schematic view illustrating the positional relationship between the sensor 7 and the lens 31 with respect to the optical disc 1. FIG.
FIG. 9 is a schematic diagram showing a configuration of a drive control system of a conventional optical disc apparatus limited to a focus direction.
10 is a block diagram showing a configuration of an electric signal processing system corresponding to the configuration of FIG. 9;
FIG. 11 is a schematic diagram illustrating a typical example of search processing.
12A is a graph showing the relationship between the FE detection range (horizontal axis) and the retractable limit entry speed (vertical axis); FIG. 12B and FIG. Maximum deceleration (400 m / sec) at plus or minus 2.5 μm (corresponding to 5 μm PP in FIG. 12A)² FIG. 9 is a graph showing a pull-in response in the limited focus servo process.
[Explanation of symbols]
1 Optical disc
2 Spindle motor
3 Optical head
4 Carriage
5 Control processor
6 Linear guide
7 Disc vertical motion detection sensor
8 Ball screw
31 Objective lens
32 Lens actuator
33 Mirror
34 Semiconductor laser
35 Collimating lens
36 half mirror
37 condenser lens
38 Cylindrical lens
39 Split photodetector
51 Focus servo controller
52 Focus search drive command generator
53 Mode judgment part
53 Control mode determination unit
54 Mode selector switch
55 Bandpass filter
56 Inverse system compensator
57 Adder
320 amplifier
390 amplifier
700 amplifiers
Fadd sum signal
Fdrv lens drive signal
Fsub difference signal

Claims (8)

対物レンズを介して光ディスクに照射された光の前記光ディスクからの戻り光によりフォーカス誤差を検出し、フォーカス引き込みを行うフォーカス引き込み方法であって、
前記光ディスクに対して前記対物レンズを合焦位置よりも遠ざけた状態におく工程と、
前記光ディスクを回転させ、その回転による上下動を非接触センサにより検出する工程と、
前記非接触センサの検出結果に基づいて前記光ディスクの前記上下動への前記対物レンズの同期を開始させる工程と、
前記光ディスクの前記上下動に前記対物レンズを同期させつつ前記対物レンズを前記光ディスクに接近させながら前記戻り光によるフォーカス誤差の検出を行う工程と、
を備えたことを特徴とするフォーカス引き込み方法。A focus pull-in method for detecting a focus error from a return light from the optical disc of light irradiated on the optical disc via an objective lens and performing focus pull-in,
Placing the objective lens away from the in-focus position with respect to the optical disc;
Rotating the optical disc, and detecting a vertical movement caused by the rotation with a non-contact sensor;
Starting the synchronization of the objective lens to the vertical movement of the optical disc based on the detection result of the non-contact sensor;
Detecting the focus error due to the return light while synchronizing the objective lens with the vertical movement of the optical disc while bringing the objective lens close to the optical disc;
A focus pull-in method characterized by comprising: 対物レンズを介して光ディスクに照射された光の前記光ディスクからの戻り光によりフォーカス誤差を検出する光ディスク装置であって、
前記光ディスクの回転による上下動を前記光ディスクに対して前記対物レンズを合焦位置よりも遠ざけた状態において非接触センサにより検出し、前記非接触センサの検出結果に基づいて前記光ディスクの前記上下動への前記対物レンズをの同期を開始した後に、前記上下動に前記対物レンズを同期させつつ前記光ディスクに接近させながら戻り光によるフォーカス誤差の検出を行うことを特徴とする光ディスク装置。An optical disc apparatus for detecting a focus error by return light from the optical disc of light irradiated on the optical disc through an objective lens,
The vertical movement due to the rotation of the optical disc is detected by a non-contact sensor in a state where the objective lens is moved away from the in-focus position with respect to the optical disc, and the vertical movement of the optical disc is detected based on the detection result of the non-contact sensor. An optical disc apparatus for detecting a focus error due to return light while starting to synchronize the objective lens and moving the objective lens closer to the optical disc while synchronizing the objective lens with the vertical movement. 光ディスクを回転駆動する回転駆動機構と、
前記光ディスクに光を照射するための対物レンズと、
前記光ディスクからの戻り光に基づいて前記光ディスクに対する前記対物レンズとのフォーカス誤差を検出するフォーカス誤差検出システムと、
光ディスクに対して前記対物レンズを合焦位置よりも遠ざけた状態において前記光ディスクを前記回転駆動させることにより生ずる上下動を検出する非接触センサと、
前記非接触センサにより前記光ディスクの前記上下動を検出し、前記非接触センサの検出結果に基づいて前記光ディスクの前記上下動への前記対物レンズの同期を開始した後に、前記対物レンズを前記上下動に同期させつつ前記光ディスクに接近させながら前記フォーカス誤差検出システムによる前記フォーカス誤差の検出を行う制御処理システムと、
を備えたことを特徴とする光ディスク装置。A rotational drive mechanism for rotationally driving the optical disc;
An objective lens for irradiating the optical disc with light;
A focus error detection system that detects a focus error of the objective lens with respect to the optical disk based on return light from the optical disk;
A non-contact sensor that detects vertical movement caused by rotating the optical disk in a state where the objective lens is moved away from the in-focus position with respect to the optical disk;
The vertical movement of the optical disk is detected by the non-contact sensor, and the objective lens is moved up and down after synchronization of the objective lens with the vertical movement of the optical disk is started based on the detection result of the non-contact sensor. A control processing system for detecting the focus error by the focus error detection system while approaching the optical disc while synchronizing with
An optical disc apparatus comprising: 前記制御処理システムは、前記対物レンズの前記光ディスクへの前記接近を開始した後、前記フォーカス誤差検出システムによる前記フォーカス誤差の検出が初めて可能となった時に、その検出結果に基づいて前記対物レンズの位置を調節するフォーカスサーボ処理を開始することを特徴とする請求項３記載の光ディスク装置。  When the focus error is detected by the focus error detection system for the first time after the approach of the objective lens to the optical disk is started, the control processing system is configured to detect the focus of the objective lens based on the detection result. 4. The optical disk apparatus according to claim 3, wherein focus servo processing for adjusting the position is started. 前記制御処理システムは、前記フォーカスサーボ処理を開始する直前の前記光ディスクに対する前記対物レンズの相対速度を、前記フォーカスサーボ処理において許容される突入速度限界以下とすることを特徴とする請求項４記載の光ディスク装置。  5. The control processing system according to claim 4, wherein the relative speed of the objective lens with respect to the optical disc immediately before the focus servo process is started is set to be equal to or lower than a rush speed limit allowed in the focus servo process. Optical disk device. 前記非接触センサは、前記対物レンズの位置を調節するレンズアクチュエータが固定されているキャリジに固定された赤外線反射型フォトセンサであることを特徴とする請求項２〜５のいずれか１つに記載の光ディスク装置。  The said non-contact sensor is an infrared reflective photo sensor fixed to the carriage to which the lens actuator which adjusts the position of the said objective lens is fixed, The any one of Claims 2-5 characterized by the above-mentioned. Optical disk device. 前記非接触センサの出力結果からＤＣ成分と高周波ノイズ成分とを除去するフィルタを備え、
前記制御処理システムは、前記フィルタの出力ゲインを緩やかに増加させながらその出力に基づいて前記対物レンズをオープン駆動することにより、前記光ディスクの前記上下動に前記対物レンズを同期させることを特徴とする請求項３記載の光ディスク装置。A filter that removes a DC component and a high-frequency noise component from the output result of the non-contact sensor;
The control processing system synchronizes the objective lens with the vertical movement of the optical disc by opening the objective lens based on the output while gradually increasing the output gain of the filter. The optical disk device according to claim 3. 前記制御処理システムは、前記光ディスクの前記上下動に対する前記対物レンズの同期を開始した直後においては、前記光ディスクの前記上下動の振幅感度を低く設定することを特徴とする請求項３記載の光ディスク装置。  4. The optical disk apparatus according to claim 3, wherein the control processing system sets the amplitude sensitivity of the vertical movement of the optical disk to be low immediately after the synchronization of the objective lens with respect to the vertical movement of the optical disk is started. .

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