JP4661741B2 - 光ピックアップ装置、及び、フォーカス制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、少なくとも２以上の信号記録層を有する光ディスクに対し、情報を記録及び／又は再生する光ディスク装置に適用される光ピックアップ装置に関する。また、この光ピックアップ装置に適用されて所望の信号記録装置に光ビームをフォーカシングするフォーカス制御方法に関する。

複数の記録面を有する光ディスク、例えばブルーレイディスク（Blu-ray Disc；登録商標）において、１つの記録面から他の記録面にフォーカスジャンプさせる方法としては、例えば下記特許文献１〜７といった種々の技術が開示されている。

下記特許文献１は、複数の記録面を有する光ディスクに光ピックアップからのレーザ光を照射させ１つの記録面から他の記録面にフォーカスジャンプさせる際に光ピックアップのフォーカスアクチュエータや複数の記録面間の距離にばらつきがあっても正確にフォーカスジャンプさせることを課題としてなされたものである。このため、フォーカスエラー信号に基づいて、フォーカスジャンプ用の加減速信号を発生させる際に加速信号のスタート及びストップ並びに減速信号のスタート及びストップをフォーカスエラー信号のレベルの閾値の検出のみで行う。

上記複数の記録面を有する光ディスクの一例である、ＢＤ２層ディスクの層間隔は２５μｍ±５μｍとされており、フォーカスジャンプ後のスポット位置マージンはジャンプ先の層から±５μｍとされている。

また、下記特許文献２には、光スポット焦点位置の第１記録層から第２記録層へ移動が完了する前に球面収差補正量の変更を開始することにより安定した層間ジャンプが実現する技術が開示されている。

また、下記特許文献３には、球面収差補正機構の移動開始よりも遅れてアクチュエータのフォーカスジャンプ動作を行うことにより、安定した層間ジャンプが行える技術が開示されている。

また、下記特許文献４には、第１記録層に対する記録または再生終了後、トラッキングサーボループをオープンにし、その後に球面収差付加手段の駆動信号を変更し、その後に微小光スポットの焦点位置を第２記録層へ移動開始するようにした技術が開示されている。

また、下記特許文献５には、１つの情報記録層から別の情報記録層へスポット光の焦点位置を層間移動する場合、ＲＦ信号の低域成分のＳＵＭ信号の変化率によってスポット光の層間移動時の加速・減速の切り替えタイミングを生成し、ＳＵＭ信号の特定の閾値とＳ字信号の正、負レベルの異なる閾値とを識別することにより焦点の引き込み動作を行うようにした技術が開示されている。

また、下記特許文献６には、２層ディスクにおける所望の記録層を確実に検出するための技術が開示されている。球面収差補正手段により、光ビームに生じる球面収差を、情報の記録又は再生を行う記録層に応じて補正する。受光手段では、光ビームの反射光を受光し、当該反射光の光量を示す和信号と、当該光ビームの焦点位置から上記記録層までの距離に応じた信号レベルを焦点位置から所定範囲出力するフォーカスエラー信号とを生成し、記録層検出手段にて光ビームの焦点をカバー層側から光ディスクに接近させていき、フォーカスエラー信号に基づいて当該光ビームの焦点が記録層に接近したことを検出する。記録層判定手段により、記録層検出手段が上記記録層を検出した後も光ビームの焦点を光ディスクに接近させつづけ、再検出期間内に上記記録層検出手段が記録層を再検出しなかったとき、最後に検出された記録層が第１の記録層であると判定する。

図１２は、この光ディスク装置の構成図である。この光ディスク装置１は、二つの記録層をディスクの厚み方向に積層した２層のブルーレイディスク（以下、光ディスクＤと記す）に対応し、光ディスクＤの２層の記録層から情報を再生する。

光ディスク装置１は、光ピックアップ装置２と、光ピックアップ装置２により光ディスクＤから読み出した信号に所定の信号処理を施すアナログシグナルプロセッサ３と、アナログシグナルプロセッサ３からのアナログ信号をディジタルデータに変換するアナログディジタル（ＡＤ）変換器４と、ＡＤ変換器４からのディジタルデータに光ビームの焦点位置の制御処理を施すコントローラ５とを備える。

また、光ディスクＤは、コントローラ５による焦点位置の制御処理に基づいて生成された制御データをアナログ信号に変換するディジタルアナログ（ＤＡ）変換器１１と、ＤＡ変換器１１からのアナログ制御信号に基づいて光ピックアップ装置２のフォーカスを制御するドライバ１２とを備える。

コントローラ５はマイクロプロセッサからなり、演算部６と、不揮発性メモリ７と、フォーカスサーチ処理部８と、サーボフィルタ処理部９と、切り替えスイッチ１０とを備え、不揮発性メモリ７に格納された基本プログラムやフォーカスサーチプログラムなどのアプリケーションプログラムにしたがって光ピックアップ装置２や当該光ディスク装置１全体を統括制御する。また、外部から供給されるリード／ライトコマンドに応じて動作し、光ディスクＤに対するデータの記録及び再生処理を制御する。なお、不揮発性メモリ７には、フォーカス制御処理に関する各種データや設定値などが記憶されている。

光ディスクＤは、図示しないターンテーブルに載置され、スピンドルモータによって回転駆動される。光ピックアップ装置２によって、光ディスクＤに記録されているデータやウォブルグルーブによるＡＤＩＰ（Address In Pre Groove）情報等の読み出しが行われる。また、光ピックアップ装置２によって、光ディスクＤにデータを記録する。

また、図１３には、光ピックアップ装置２の構成を示す。光ピックアップ装置２は、レーザダイオード６１から光ビームを発射し、コリメータレンズ６２、ビームスプリッタ６３、レーザ光の球面収差を補正するエキスパンダ６４の固定レンズ６４ａ及び可動レンズ６４ｂ、１／４波長板６５、レーザ光の出射端となる対物レンズ６６を順次介して光ディスクＤに照射する。

光ピックアップ装置２は、対物レンズ６６の開口数が例えば０．８５と大きいために、生じるレーザ光の球面収差を、球面収差補正手段としてのエキスパンダ６４によって補正するようになされている。

すなわち、エキスパンダ６４の可動レンズ６４ｂは、アクチュエータによって移動可能に保持されており、コントローラ５からのエキスパンダサーボ信号ＣＥに基づいて当該アクチュエータを駆動することにより、光ビームの球面収差を適切に補正するようになされている。

また、対物レンズ６６は、２軸アクチュエータ７０によってフォーカス方向、すなわちディスクに接離する方向、及びトラッキング方向、すなわちディスクの半径方向に移動可能に保持されており、サーボ駆動回路１２からのフォーカスサーボ信号ＣＦに基づいて当該２軸アクチュエータ７０を駆動することにより、光ビームの焦点を光ディスクの記録面に合致させるようになされている。

そして光ピックアップ装置２は、光ディスクＤの記録面で反射された反射光ビームを、対物レンズ６６、エキスパンダ６４を順次開始、ビームスプリッタ６３によって反射させ、集束レンズ６７及びシリンドリカルレンズ６８を透過後、光検出器６９の受光面に到達させる。

光ディスク装置１は、光ディスクＤを装着した際や、記録・再生中に外乱等を受けてフォーカスサーボが外れた場合、当該光ディスクＤにおける目標の記録層に対するフォーカスサーボの引き込み（フォーカスサーチ）を行う。上記再生ＲＦ信号は反射光強度信号としての和信号（ＳＵＭ）に相当し、コントローラ５は当該再生ＲＦ信号を和信号ＳＵＭとして用いてフォーカスサーチを行う。

和信号は、光ピックアップ装置２のフォトディテクタから出力される検出信号の和であり、光ディスクＤからの反射光の光量に応じた信号レベルが得られ、このため光ビームの焦点がカバー層表面や記録層等の反射体に近接したとき、その信号レベルが増大する。また、フォーカスエラー信号は、光ビームの焦点から記録層までの距離に比例した信号を、合焦位置からある程度の距離まで出力するものである。これによりフォーカスエラー信号は、光ビームの焦点が記録層を通過する際に略Ｓ字状の曲線を描く。

このため、図１４に示すように、光ディスク装置では、基本的に、和信号ＳＵＭ及びフォーカスエラー信号ＦＥをモニタしながら対物レンズを光ディスクに接近させていき、和信号の最初の増大を検出したとき、カバー層ＣＬＶ表面を検出したものとする。そして、さらに対物レンズを光ディスクに接近させていき、和信号の信号レベルが所定の和信号閾値以上にある状態において、フォーカスエラー信号ＦＥの増大を検出したとき、光ビームの焦点が記録層に近接したものとする。

当然ながらこのフォーカスエラー信号ＦＥの増大は、光ディスクＤが２層である場合は、２回発生する。２層ディスクの手前側の記録層に対してフォーカスサーチを行う場合は、最初に検出したフォーカスエラー信号ＦＥの増大を、目標とする記録層として判定する。

一方、２層ディスクの奥側の記録層に対してフォーカスサーチを行う場合は、和信号が上述した和信号閾値以下に一旦低下した後、再度当該和信号閾値を越えた状態においてフォーカスエラー信号の増大を検出したとき、これを目標とする記録層として判定することができる。

次に、一つの液晶素子に印加する電圧によってパワー収差、すなわちデフォーカス収差を発生させる技術として、例えば、下記特許文献７がある。記録層を２つ備えた２層光ディスクにおいて、入射する偏光方向によらず層間厚みより発生する球面収差を補正すると共に、記録層のカバー厚ばらつきにより発生する球面収差をも補正する、液晶レンズ素子及び光ヘッドを得るためになされたものであり、フレネルレンズ部に印加する電圧により、記録層間厚による球面収差を補正して、電極レンズ部に備えた複合電極に印加する電圧により、カバー厚ばらつきによる球面収差を補正する。

図１５を参照し、液晶素子を一つ用いて球面収差を補正する構成の光ピックアップ装置２’を説明する。この光ピックアップ装置２’が上記特許文献６に記載した光ピックアップ装置２と異なるのは、球面収差補正用にエキスパンダ６４を用いるのではなく、一つの液晶素子７１を用いている点である。球面収差補正用に補正量が層間隔、例えば２５μｍ±５μｍに対応した液晶素子を使用したとする。

しかし、図１６に示すように、この特許文献７に報告されている液晶素子のパワー発生量が、層間隔すなわち前述２５μｍ±５μｍに対応したものであるとすると、この液晶素子を用いたフォーカスジャンプ後のスポット位置は、ディスク製造誤差、および各種摂動等により、スポット位置マージンの中においても、所望するジャンプ先の層の位置から幾分外れる可能性が大いにある。つまり、図１６にあって信号記録層Ｌ１上のスポット４１を、Ｌ０上にフォーカスジャンプさせるとき、パワー液晶でなる球面収差補正部７１によるフォーカスジャンプ後のスポット位置は、±５μｍというスポット位置マージンの中でも、スポット４７又は４８のように幾分外れる可能性がある。

特開２０００−２９８８４６号公報 特開２００２−１５７７５０号公報 特開２００３−０２２５４５号公報 特開２００４−３２６９３６号公報 特開２００５−２９３６９８号公報 特開２００６−１５５７９２号公報 特開２００６−０８５８０１号公報

上述したように、従来技術では、例えば図１６に示したように、フォーカスジャンプ後のスポット位置が、ジャンプ先の層Ｌ１を挟んだ、ビームが入射するディスク表面側の領域（スポット４７がある）、反対側の領域（スポット４８がある）のどちらにあるか判断がつかない。例えばスポット４７のようにビームが入射するディスク表面側の領域にあると、フォーカスサーチ方向を紙面の上側とすればフォーカスエラー信号ＦＥを検知しフォーカス引き込みができる。しかし、スポット４８のようにビームがディスク表面側の領域の反対側にあると、紙面の上側にフォーカスサーチをしてもフォーカスエラー信号ＦＥを検知することができない。このように従来は、ジャンプ先においてフォーカスサーチするとき、サーチの方向を一意に決定することができず、効率的にフォーカスエラー信号検出ができない懸念があった。

本発明は上記液晶素子を用いたフォーカスジャンプにおいて、ジャンプ先におけるフォーカスサーチの方向を一意に決定する、より効率的なフォーカスジャンプロジックを実行する光ピックアップ装置を提供することを目的とする。また、本発明は、上記液晶素子を用いたフォーカスジャンプにおいて、ジャンプ先におけるフォーカスサーチの方向を一意に決定する、より効率的なフォーカスジャンプロジックを実行するフォーカス制御方法の提供を目的とする。

本発明に係る光ピックアップ装置は、上記課題を解決するために、少なくとも２以上の信号記録層を有する光ディスクの選択された信号記録層に対して、情報信号の記録及び／又は再生を行う光ピックアップ装置において、所定の波長の光ビームを出射する光源と、上記光源から出射された光ビームを上記信号記録層に集光する対物レンズと、印加される電圧の大きさに応じて液晶を透過する光の焦点距離を離散的に変化する第１の液晶素子と、印加される電圧の大きさに応じて液晶を透過する光の焦点距離を連続的に変化する第２の液晶素子とを備え、上記少なくとも２以上の信号記録層のうち所定の２層間にあって、上記第１の液晶素子により印加される電圧の大きさの変化に基づいて離散的にパワー収差を発生させることによって、フォーカスサーボにより光ビームがフォーカシングされている層からフォーカスジャンプするジャンプ先の層を挟んだ、上記ディスク表面から近い領域又は遠い領域いずれかの、ジャンプ先の層よりある所定の距離以上離れた位置に限定して光ビームの焦点を移動してから、上記第２の液晶素子により印加される電圧の大きさの変化に基づいて連続的にパワー収差を発生させることによって、上記光ビームの焦点を一方向に移動させてジャンプ先の層に合わせる。

本発明に係るフォーカス制御方法は、上記課題を解決するために、所定の波長の光ビームを出射する光源から出射された光ビームを信号記録層に集光する対物レンズと、印加される電圧の大きさに応じて液晶を透過する光の焦点距離を離散的に変化する第１の液晶素子と、印加される電圧の大きさに応じて液晶を透過する光の焦点距離を連続的に変化する第２の液晶素子とを備えてなり、少なくとも２以上の信号記録層を有する光ディスクの選択された信号記録層に対して、情報信号の記録及び／又は再生を行う光ピックアップ装置において実行されるフォーカス制御方法において、上記少なくとも２以上の信号記録層のうち所定の２層間にあって、上記第１の液晶素子により印加される電圧の大きさの変化に基づいて離散的にパワー収差を発生させることによって、フォーカスサーボにより光ビームがフォーカシングされている層からフォーカスジャンプするジャンプ先の層を挟んだ、上記ディスク表面から近い領域又は遠い領域いずれかの、ジャンプ先の層よりある所定の距離以上離れた位置に限定して光ビームの焦点を移動する第１のステップと、上記第１のステップにより移動された光ビームの焦点を、上記第２の液晶素子により印加される電圧の大きさの変化に基づいて連続的にパワー収差を発生させることによって、一方向に移動させてジャンプ先の層に合わせる第２のステップとを備える。

本発明によれば、フォーカスジャンプ後のスポット位置がジャンプ先の所望の層に対してどちら側にあるのかを正確に把握することが可能である。その結果、ジャンプ先におけるフォーカスサーチの方向を一意に決定することができ、効率のよいフォーカスジャンプが可能となる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら説明する。この実施の形態は、二つの信号記録層を有する光ディスクの選択された信号記録層に対して、情報信号を記録及び／又は再生する光ディスク装置に適用される光ピックアップ装置である。もちろん、本発明の光ピックアップ装置は、３層以上の信号記録層を持つ光ディスクに対しても情報信号を記録及び／又は再生可能である。

まず、図１を参照して光ディスク装置８１の概略構成を説明する。この光ディスク装置８１は、光ディスクＤから情報記録再生を行う光ピックアップ装置２０と、光ディスクＤを回転操作する駆動手段としてのスピンドルモータ８２と、光ピックアップ装置２０を光ディスクＤの径方向に移動する送りモータ８３とを備えている。

光ディスク装置８１は、例えば、信号記録層を２層有し、波長が４０５ｎｍ程度（青紫色）の半導体レーザを用いた高密度記録が可能な光ディスクＤに対して情報の記録又は再生を行うことができるように構成されている。この光ディスクＤにおいて、具体的に、信号記録層の層間厚みは、後述するように２５±５μｍとされる。ここで、信号記録層の層間厚みとは、各信号記録層の中心の間隔である。

光ディスク装置８１において、スピンドルモータ８２及び送りモータ８３は、システムコントローラ８４からの指令に基づいて制御される駆動制御回路８５により駆動制御されて所定の回転数で駆動される。光ピックアップ装置２０は、所定の波長の光ビームを照射するとともに、この光ビームの記録層における反射光を検出する。光ピックアップ装置２０は、検出した反射光から各光ビームに対応する信号をプリアンプ部８６に供給する。

プリアンプ部８６の出力は、信号変復調器及びエラー訂正符号ブロック（以下、信号変復調＆ＥＣＣブロックと記す。）８７に送られる。この信号変復調及びＥＣＣブロック８７は、信号の変調、復調及びＥＣＣ（エラー訂正符号）の付加を行う。光ピックアップ装置２０は、信号変復調及びＥＣＣブロック８７の指令にしたがって回転する光ディスクＤの記録層に対して光ビームを照射し、光ディスクＤに対して信号の記録又は再生を行う。

プリアンプ部８６は、フォーマット毎に異なって検出される光ビームに対応する信号に基づいて、フォーカスエラー信号ＦＥ、トラッキングエラー信号ＴＥ、ＲＦ信号等を生成するように構成されている。

ここで例えば、信号変復調＆ＥＣＣブロック８７により復調された記録信号がコンピュータのデータストレージ用であれば、インターフェイス８８を介して外部コンピュータ８９に送出される。これにより、外部コンピュータ８９等は、光ディスクＤに記録された信号を再生信号として受け取ることができる。

また、信号変復調＆ＥＣＣブロック８７により復調された記録信号がオーディオビジュアル用であれば、Ｄ／Ａ及びＡ／Ｄ変換器９０のＤ／Ａ変換部でデジタルアナログ変換され、オーディオビジュアル処理部９１に供給される。そしてオーディオビジュアル処理部９１でオーディオビジュアル処理が行われ、オーディオビジュアル信号入出力部９２を介して、図示しない外部の撮像映写機器等に伝送される。

光ピックアップ装置２０において、例えば、光ディスクＤ上の所定の記録トラックまで移動させるための送りモータ８３の制御、スピンドルモータ８２の制御、及び光ピックアップ装置２０において光集光手段となる対物レンズを保持する２軸アクチュエータのフォーカシング方向の駆動とトラッキング方向の駆動制御は、それぞれ駆動制御回路８５により行われる。

レーザ制御部９３は、光ピックアップ装置２０のレーザ光源を制御する。特に、この具体例では、レーザ制御部９３は、記録モード時と再生モード時とでレーザ光源の出力パワーを異ならせる制御を行っている。

システムコントローラ８４は、光ディスク最内周にあるプリマスタードピットやグルーブ等に記録された目録情報（Table Of Contents；ＴＯＣ）による情報に基づいて、光ディスクにおける信号記録層の種別及び層数を判別するとともに、トラックのウォブリング等により記録されているアドレス信号から、どの信号記録層に対する記録再生かを判別することができる。

駆動制御回路８５は、システムコントローラ８４により制御され、例えば光ピックアップ装置２０と光ディスクＤとの相対位置を検出することによって、記録及び／又は再生する記録領域を判別できる。ここで、光ピックアップ装置２０と光ディスクＤとの相対位置を検出することには、光ディスクＤに記録されたアドレス信号をもとに位置検出をする場合を含む。

以上のように構成された光ディスク装置８１は、スピンドルモータ８２によって、光ディスクＤを回転操作し、駆動制御部８５からの制御信号に応じて送りモータ８３を駆動制御し、光ピックアップ装置２０を光ディスクＤの選択された信号記録層の所望の記録トラックに対応する位置に移動することで、光ディスクＤの選択された信号記録層に対して情報の記録再生を行う。

光ピックアップ装置２０は、図２に示すように、所定の短波長、例えばλ＝４０５ｎｍの光ビームを出射する光源２１と、光源２１から出射された光ビームの焦点距離を離散的及び／又は連続的に変化する２つの液晶素子２５及び２４と、上記２つの液晶素子２５及び２４によって焦点距離が離散的及び／又は連続的に変化された光ビームを光ディスクＤの信号記録層に集光すると共に光ディスクＤからの戻り光を透過する対物レンズ２７と、対物レンズ２７を透過した戻り光量を検出する光検出器３０とを備える。

また、この光ピックアップ装置２０は、光源２１と液晶素子２４との間に、光源２１から出射されたレーザ光を平行光ビームにするコリメータレンズ２２と、コリメータレンズ２２からの平行光ビームを対物レンズ２７方向に透過すると共に対物レンズ２７を介した光ディスクＤからの戻り光を光検出器３０の方向に垂直に反射する偏光ビームスプリッタ２３とを有する。また、液晶素子２５と対物レンズ２７との間には、１／４波長板２６が設けられている。さらに、この光ピックアップ装置２０は、偏光ビームスプリッタ２３と光検出器３０との間に集束レンズ２８およびシリンドリカルレンズ２９を有する。

光源２１は図示しない駆動回路により駆動されて、波長λが４０５ｎｍの青紫色のレーザ光を発射することができ、記録特性及び再生特性に適した出射パワーの光ビームを出射する。

対物レンズ２７は、ＮＡ（開口数）＝０．８５のものが採用されており、適切な開口数に開口制限された光ビームを光ディスクＤの選択された信号記録層上に集光することができる。また、対物レンズ２７は、図示しない２軸アクチュエータ等の対物レンズ駆動機構に保持され、フォーカシングサーボ信号に基づいて対物レンズの光軸と平行なフォーカシング方向に駆動変位され、また、トラッキングサーボ信号に基づいて対物レンズの光軸に直交するトラッキング方向に駆動変位される。

コリメータレンズ２２は、光源部２１から出射された光ビームの発散角を変換してＰＢＳ２３を介して液晶素子２４側に出射させる。

光源２１から発射されたレーザ光は、コリメータレンズ２２を介して平行光束となり、偏光ビームスプリッタ２３に入射する。偏光ビームスプリッタ２３は、上記平行光束を透過して液晶素子２４及び２５に入射させる。

液晶素子２４は、印加する電圧によって連続的なパワー収差、すなわちデフォーカス収差を発生させる。また、液晶素子２５は、印加する電圧によって離散的にパワー収差を発生させる。この液晶素子２４および２５を透過した光ビームは、１／４波長板２６によって円偏光に変換され、対物レンズ２７に到達する。対物レンズ２７は光束を光ディスク７の記録面に収束させる。

光ディスクＤの信号記録層Ｌ０および信号記録層Ｌ１で反射した光束は対物レンズ２７で平行光束にされた後、再び１／４波長板２６を透過した結果、最初とは９０度偏光方向の異なる直線偏光に変換され、液晶素子２５及び２４を透過した後、偏光ビームスプリッタ２３に入射する。偏光ビームスプリッタ２３で反射された光束は、集束レンズ２８およびシリンドリカルレンズ２９を透過後、光検出器３０の受光面に到達する。

図３は光ディスクＤの構造図である。この光ディスクＤは前述したように、２層の記録層を有している。ディスク厚は１．２ｍｍであり、例えばポリカーボネイトである基板ＲＬの厚みが約１．１ｍｍとなる。そして、光ピックアップ装置２０からの光ビームＯＢは、透明カバー層ＣＬＶ側から照射される。

また、光ディスクＤは、約１．１ｍｍの厚みの基板ＲＬの上に第１の相変化記録膜でなる記録層Ｌ０を形成し、２５ｕｍの中間層ＭＬを挟んで第２の相変化記録膜でなる記録層Ｌ１を形成している。記録層Ｌ１の上には、７５ｕｍのカバー層ＣＶＬが形成される。第１の記録層Ｌ０は、１層ディスクの場合と同じく、カバー層ＣＶＬ表面からは１００ｕｍに位置する。

光ディスクＤは、光ピックアップ装置の光源の短波長化と対物レンズの高開口数化、さらには２層化によって、例えば２０ＧＢを超える容量を実現することができる。しかし、短波長レーザ（波長４０５ｎｍ）と、対物レンズの高開口数（例えば０．７以上）化は球面収差を生じさせることになる。

特に、光の入射側の透明カバー層ＣＬＶの厚みの変化や、２層の記録層間に層間干渉を防ぐためなどの理由で必要とされる層間距離（中間層ＭＬの厚みに相当）の厚みの変化による球面収差である。したがって、上記透明カバー層ＣＬＶや、中間層ＭＬによる上記球面収差を補正するために、球面収差補正手段が必要となる。

図２に示した構成にあって、２つの液晶素子２５及び２４は、光ディスクＤの透明カバー層ＣＬＶや中間層ＭＬによって発生する球面収差を補正するための球面収差を発生する。具体的に、液晶素子２５及び２４は、屈折力を可変とし、屈折力を変化させることにより対物レンズ２７に入射する光ビームの発散収束角度を変化させる。すなわち対物レンズ２７の結像倍率を変化させることによって、対物レンズ２７から出射される光ビームに発生する球面収差を用いて、光ディスクＤの透明カバー層ＣＬＶや中間層ＭＬの厚みの変化などによって発生する球面収差を補正する。一つの液晶素子は、透明電極が形成された２枚のガラス基板によって液晶分子を挟んで形成されている。

そして、各透明電極にそれぞれ駆動電圧を印加すると、印加された電圧による電界に従って液晶分子の配向が偏倚され、これにより液晶素子を通過する光ビームに与える屈折力を任意に変更する。すなわち、液晶素子は、透過する光ビームの発散角を変化させることができ、屈折力を変化させることで、この発散角を変化させて、パワー収差、すなわちデフォーカス収差成分を任意に変化させることができ、それにより対物レンズ２７から出射する光ビームに発生する球面収差量を変化させることができる。ここで、パワー収差及びデフォーカス収差成分は、フリンジゼルニケ収差多項式におけるＺ４項に対応するような、波面収差の分類としてのパワー収差及びデフォーカス収差を意味するものである。

液晶素子２５は、例えば２値のように離散的なパワー収差を発生させて、後述する図４に示すように、信号記録層Ｌ１上のスポット４１を、信号記録層Ｌ０上のスポット４３にフォーカスジャンプさせるとき、まずスポット４２のようにジャンプ先であるＬ０の位置からマージン外、光が入射するディスク表面側４５の領域に常に位置するよう設定する。

図４は、本発明における原理を上記実施の形態を用いて示している。図４において、光ディスクＤの信号記録層Ｌ０と信号記録層Ｌ１の層間隔は２５μｍ±５μｍとされており、またフォーカスジャンプにおけるジャンプ後のスポット位置マージンは、図中の記録層Ｌ０の上下に二点鎖線でその範囲を示すように±５μｍである。これは、例えば現在スポットが記録層Ｌ１にあり、記録層Ｌ０にフォーカスジャンプすることを考えると、ジャンプ先の層Ｌ０位置から±５μｍとされている。

信号記録層Ｌ１上のスポット４１を、Ｌ０上のスポット４３にフォーカスジャンプさせるとき、離散的なパワー収差を発生させる液晶素子２５のパワー発生量を、スポット４２のようにジャンプ先であるＬ０の位置からマージン外、光が入射するディスク表面側４５の領域に常に位置するよう設定する。この設定を粗調整と呼ぶ。つまり、この粗調整では、スポット位置が所望のジャンプ先層位置より、手前、又は奥のどちらかにあるかを確実に把握できる。

その後、連続的なパワー収差を発生させる液晶素子２４により記録層Ｌ０のジャンプ位置マージンの範囲内に収まるよう一方向に調整を行う。この調整を微調整と呼ぶ。

次に、図５を参照してフォーカスエラー信号ＦＥの算出について説明する。光検出器３０における４分割受光領域は、受光部Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄからなり、受光光量に応じた受光信号Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを出力する。アナログシグナルプロセッサ３は、これら受光信号Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを用いてフォーカスエラー信号ＦＥ、再生ＲＦ信号ＲＦなどを生成し、これらをＡＤ変換器４に供給する。

フォーカスエラー信号ＦＥ及び再生ＲＦ信号は、
ＦＥ＝（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ）
ＲＦ＝Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ
のように算出される。また、トラッキングエラー信号ＴＥは、上記４分割受光信号を用いたプッシュプル信号などによって算出される。

本実施の形態の光ディスク装置１にあって、使用される光ピックアップ装置２０は、２層間にあって、液晶素子２４及び２５により印加される電圧の大きさの変化に基づいてフォーカスサーボにより光ビームがフォーカシングされている層から所望の層の存在しうる範囲の外側に光ビームの焦点を移動してから、所望の層に上記光ビームの焦点を合わせる。

図６は、粗調整と微調整を説明するための図であり、光ピックアップ装置２０によって、光ディスクＤにおける信号記録層Ｌ１上のスポット４１を、Ｌ０上のスポットにフォーカスジャンプさせる様子を模式的に示した図である。また、図７は光ディスクＤにおける信号記録層Ｌ１上のスポット４１を、Ｌ０上のスポットにフォーカスジャンプさせる処理手順を示すフローチャートである。

まず、光ピックアップ装置２０は、図７におけるステップＳ１にて離散的なパワー収差を発生させる液晶素子２５のパワー発生量をスポット４２のようにジャンプ先である記録層Ｌ０の位置から＋５μｍというマージンの外であり、光が入射するディスク表面側の領域に位置するように粗調整を行う。例えば、層間隔２５ｕｍ±５μｍであれば補正量を２０μｍ以下にする。これによりジャンプ先の層よりも常に手前側にスポット位置が存在する。このように、光ピックアップ装置２０は、現在、光スポットがジャンプ先である記録層Ｌ０の位置から＋５μｍというマージンの外であり、光が入射するディスク表面側の領域に位置していることを把握できている。よって、次のステップＳ２にあって光スポットの調整方向を一意に決定することができる。

実際の層間ジャンプにおいてはジャンプの瞬間に粗調整用液晶素子が予め設計されたパワー収差を発生させ、微調整用液晶素子により、粗調整でのＳＡ不足分を補正する。

上述したように、光ピックアップ装置２は、現在の光スポットの位置を把握しているので、ステップＳ２にて、連続的なパワー収差を発生させる液晶素子２４により記録層Ｌ０のジャンプ位置マージンの範囲内に収まるように一意の方向に微調整を行うことができる。このとき、従来技術にて説明した図１４に示すような波形により調整を確認することができる。そして、ステップＳ４にてフォーカス引き込みを完了し、フォーカスオンとする。

図８には、液晶素子２５に対する駆動電圧波形を示す。この液晶素子２５は、２値のように離散的なパワー収差を発生させる、いわゆる２値パワー液晶である。駆動条件としては、駆動波形をデューティ（Duty）５０％矩形の交流波としている。駆動周波数は１０００Ｈｚであり、駆動電圧Ｖは４．０Ｖｒｍｓである。駆動波形を詳細に説明すると、液晶をＯＮにするタイミングで任意の形式の加速パルスを発生させた後、加速後駆動電圧Ｖを４．０Ｖｒｍｓ一定とする。そして、液晶ＯＦＦのタイミングで駆動電圧を０Ｖとする。なお、ここで説明した加速駆動は一例を示すものであり、これに限定されないことは勿論である。

以上に説明したように、図２に示した光ピックアップ装置２０によれば、粗調整によるスポット位置がフォーカスジャンプ先の所望の層に対してどちら側にあるのかを正確に把握することができる。その結果、ジャンプ先におけるフォーカスサーチの方向を一意に決定することができ、効率のよいフォーカスジャンプが可能となる。

次に、上記光ディスク装置８１に適用できる、光ピックアップ装置２０の他の具体例（光ピックアップ装置２０’と記す）について図９〜図１１を参照して説明する。

図９は、本発明の光ピックアップ装置の他の実施例の態様を示している。図２に示した光ピックアップ装置２０と異なるのは、２つの液晶素子２５及び２４の代わりに、一つの液晶素子５１を用いている点である。この液晶素子５１は、印加される電圧の大きさに応じて液晶を透過する光の焦点距離を離散的に変化する。また、この光ピックアップ装置２０’で特徴的なのは、液晶素子５１が中間層ＭＬに対応する層間隔に対応したパワー収差２５ｕｍ±５ｕｍを離散的に発生させると同時に対物レンズ２７をディスクＤから遠ざかる方向にシフトさせ、実質的な球面収差補正量を小さくすることである。ジャンプ時の対物レンズ２７のシフトが特徴的である。

図１０は、この光ピックアップ装置２０’によって、光ディスクＤにおける信号記録層Ｌ１上のスポット４１を、Ｌ０上のスポットにフォーカスジャンプさせる様子を模式的に示した図である。また、図１１はこのときの光ピックアップ装置の処理手順を示す図である。

信号記録層Ｌ１から信号記録層Ｌ０にフォーカスジャンプするとき、ステップＳ１１にて光ピックアップ装置２０’は液晶素子５１により層間隔に対応したパワー収差２５μｍ±５μｍを離散的に発生する。それと同時にステップＳ２にて対物レンズ２７をディスクＤから遠ざかる方向にシフトさせ、実質的な球面収差補正量を小さくする。

ここでのレンズシフト量については、図４におけるスポット例４２のように、ジャンプ後のスポット位置マージンの外、すなわち光が入射するディスク表面側の領域に常に位置するよう設定する。

所望の層にジャンプするとき、すなわち液晶素子５１がパワー収差を発生させると同時に対物レンズ２７を光ディスクＤから遠ざかる方向にシフトさせ、実質的な補正量を小さくする。例えば、層間隔が２５μｍ±５μｍであれば、補正量を２０μｍ以下にする。これにより、ジャンプ先の層よりも常に手前側にスポットが位置する。さらに、ジャンプ時にシフトさせたレンズを元の位置に戻しながら球面収差補正量不足分の微調整を行う。

このように、光ピックアップ装置２０’は、現在、光スポットがジャンプ先である記録層Ｌ０の位置から＋５μｍというマージンの外であり、光が入射するディスク表面側の領域に位置していることを把握できている。よって、次のステップＳ１３にあって光スポットの調整方向を一意に決定することができる。

上述したように、光ピックアップ装置２０’は、現在の光スポットの位置を把握しているので、ステップＳ１３にてシフトさせたレンズを元の位置に戻しながらＬ０のジャンプ位置マージンの範囲内に収まるように一意の方向に微調整を行うことができる。そして、ステップＳ１４にて、前述の図１４に示すような波形により調整を確認することができ、フォーカス引き込みを完了し、フォーカスオンとする。

液晶素子５１に対する駆動電圧制御は、図８に示した波形を用いて行うことができる。

上記光ピックアップ装置２０によるフォーカスジャンプでは、対物レンズのシフトの必要がないため、アクチュエータの諸特性に起因する影響を受けない。また、上記光ピックアップ装置２０’によるフォーカスジャンプでは、使用する液晶素子の枚数を少なくすることができる。

いずれにしても、ジャンプ先の層に対してスポット位置が手前と奥、どちらにあるかの判断がつかないために、球面収差補正の方向が一意に決定されなかった従来技術に対し、上記二つのフォーカスジャンプ方法を用いることで補正方向が一方向に決定され、その結果、迅速かつ安定なレイヤージャンプが可能となる。

なお、図２及び図９に示した光ピックアップ装置２０及び光ピックアップ装置２０’などでは、パワー収差発生手段として、液晶素子を用いたが、制御することによりパワー収差発生量を変化できるものであればよく、液晶素子に限られるものではない。例えばパワー収差発生手段として、液体レンズを用いてもよい。

また、図２の第１の実施例（光ピックアップ装置２０）について、印加する電圧によって発生するパワー収差が離散的に変化する、例えば２値の状態だけをとる液晶素子２５（２値パワー液晶）および連続的に変化する液晶素子２４（連続パワー液晶）を用いたが、この並びの順番については、光結合効率および結像倍率を大きく変化させない範囲、例えば特開２００６−５４００７号公報に示される開口絞りと液晶素子の間隔で配置されるのであれば、どちらを対物レンズ２７側に設置してもよい。

特開２００６−５４００７号公報は、少なくとも２以上の信号記録層を有する光ディスクの選択された信号記録層に対して、情報信号の記録及び／又は再生を行う光ピックアップ装置において、対物レンズに入射する光ビームの開口径を規制する開口制限素子と、光源と対物レンズとの間に設けられ、屈折力が可変とされ、屈折力を変化させることで、光源から出射された光ビームの発散角を変化させる屈折力可変素子との間隔を、ΔＳＡ３を２以上の信号記録層のうち最も離間した２層間において、光ビームが入射されるディスク表面から信号記録層までの厚みの差によって発生する球面収差量の差分とし、ＮＡを対物レンズの開口数とし、λを光源から出射される光ビームの波長とし、Ｌを屈折力可変素子と開口制限素子との間隔とし、φを開口制限素子により規制される開口径とするとき、
（（１．５／４．４）×１０３）・（ΔＳＡ３／ＮＡ３）（λ・Ｌ／φ２）≦０．１
となる。また、屈折力可変素子と開口制限素子との間隔Ｌを、
Ｌ／（φ２）≦１．８とする、という技術である。

また、図４では例として２層ディスクの信号記録面Ｌ１から信号記録面Ｌ０のフォーカスジャンプを用い本発明の原理説明を行ったが、信号記録面Ｌ０から信号記録面Ｌ１のジャンプについても基本原理は同じである。

図４においては、ジャンプ後のスポット位置をスポット４２といった、光が入射するディスク表面に近い領域としたが、原理としては、ジャンプ先の層に対し手前か奥のどちらかに、常にジャンプ後のスポットがあり、更にそれを把握できていればよく、ジャンプ後のスポット位置が常にスポット４４側の位置にくるよう実施例１の２値パワー液晶（液晶素子２５）のパワー発生量および、実施例２の対物レンズシフト量を決定することも可能である。

また、図９ではパワー収差発生手段として、液晶素子５１を用いた。これは層間隔に対応したパワー収差を離散的に発生させるが、層間隔に対応したパワー収差を発生させるものであればよく、連続パワー液晶を用いてもよい。

また、上記実施の形態では、光ディスクとして信号記録層Ｌ０及びＬ１からなる２層光ディスクを対象とした、３層以上の信号記録層を有する光ディスクを対象としてもよいのはもちろんである。また、現在の信号記録層Ｌ４から２層とばした信号記録層Ｌ０に、フォーカスジャンプすることも本発明を適用すれば可能であるのは明らかである。

光ディスク装置の概略構成図である。 光ピックアップ装置の構成図である。 光ディスクの構成図である。 光ピックアップ装置の原理説明図である。 光検出器の受光領域を示す図である。 粗調整と微調整を説明するための図である。 図２の光ピックアップ装置の処理手順を示すフローチャートである。 ２値パワー液晶としての液晶素子に対する駆動電圧波形図である。 他の具体例となる光ピックアップ装置の構成図である。 他の具体例の光ピックアップ装置の原理説明図である。 図９の光ピックアップ装置の処理手順を示すフローチャートである。 特許文献６に開示された光ディスク装置の構成図である。 特許文献６に開示された光ピックアップ装置の構成図である。 特許文献６に開示された和信号とフォーカスエラー信号の特性図である。 特許文献７に開示された光ピックアップ装置の構成図である。 本発明の課題を説明するための図である。

符号の説明

２０ 光ピックアップ装置、２１ 光源、２２ コリメータレンズ、２３ 偏光ビームスプリッタ、２４ 液晶素子（連続的変化）、２５ 液晶素子（離散的変化）、２７ 対物レンズ、３０ 光検出器、Ｄ 光ディスク、Ｌ０，Ｌ１ 信号記録層

Claims (2)

1. 少なくとも２以上の信号記録層を有する光ディスクの選択された信号記録層に対して、情報信号の記録及び／又は再生を行う光ピックアップ装置において、
   所定の波長の光ビームを出射する光源と、
   上記光源から出射された光ビームを上記信号記録層に集光する対物レンズと、
   印加される電圧の大きさに応じて液晶を透過する光の焦点距離を離散的に変化する第１の液晶素子と、
   印加される電圧の大きさに応じて液晶を透過する光の焦点距離を連続的に変化する第２の液晶素子とを備え、
   上記少なくとも２以上の信号記録層のうち所定の２層間にあって、上記第１の液晶素子により印加される電圧の大きさの変化に基づいて離散的にパワー収差を発生させることによって、フォーカスサーボにより光ビームがフォーカシングされている層からフォーカスジャンプするジャンプ先の層を挟んだ、上記ディスク表面から近い領域又は遠い領域いずれかの、ジャンプ先の層よりある所定の距離以上離れた位置に限定して光ビームの焦点を移動してから、上記第２の液晶素子により印加される電圧の大きさの変化に基づいて連続的にパワー収差を発生させることによって、上記光ビームの焦点を一方向に移動させてジャンプ先の層に合わせる光ピックアップ装置。
2. 所定の波長の光ビームを出射する光源から出射された光ビームを信号記録層に集光する対物レンズと、印加される電圧の大きさに応じて液晶を透過する光の焦点距離を離散的に変化する第１の液晶素子と、印加される電圧の大きさに応じて液晶を透過する光の焦点距離を連続的に変化する第２の液晶素子とを備えてなり、少なくとも２以上の信号記録層を有する光ディスクの選択された信号記録層に対して、情報信号の記録及び／又は再生を行う光ピックアップ装置において実行されるフォーカス制御方法において、
   上記少なくとも２以上の信号記録層のうち所定の２層間にあって、上記第１の液晶素子により印加される電圧の大きさの変化に基づいて離散的にパワー収差を発生させることによって、フォーカスサーボにより光ビームがフォーカシングされている層から所望の層からフォーカスジャンプするジャンプ先の層を挟んだ、上記ディスク表面から近い領域又は遠い領域いずれかの、ジャンプ先の層よりある所定の距離以上離れた位置に限定して光ビームの焦点を移動する第１のステップと、
   上記第１のステップにより移動された光ビームの焦点を、上記第２の液晶素子により印加される電圧の大きさの変化に基づいて連続的にパワー収差を発生させることによって、一方向に移動させてジャンプ先の層に合わせる第２のステップとを備えるフォーカス制御方法。

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