JP4723114B2 - フォーカス制御装置およびフォーカス引き込み方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、相変化光ディスク等の初期化装置や検査装置に適用されるフォーカス制御装置及びフォーカス引き込み方法に係り、特に反射率が変化する記録媒体に好適なフォーカス制御装置及びフォーカス引き込み方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に光ディスクを記録媒体とするＣＤ又はＤＶＤ等にデータの記録再生等を行う装置は、回転している光ディスクに照射するレーザ光をディスク記録膜面で合焦させるフォーカス制御装置が必要である。このフォーカス制御装置が、記録膜面と焦点のずれ量を検出するフォーカスエラー信号を生成する方法としては、例えばナイフエッジ法、非点収差法、ビームサイズ法等の多くの方法が提案されている。
【０００３】
前記フォーカスエラー信号は、光ディスクの機械的特性に起因する面振れ量やたわみ量以上の範囲で線形性を持つのが理想である。しかし実際は前記のいずれの方法も、合焦点位置近傍の狭い範囲のみしか線形性をもたず、一般的にはＳ字カーブを描くため、フォーカシング制御を行う前に、合焦点位置を含むフォーカシング制御可能範囲、即ちＳ字カーブのＰ−Ｐ間を検出し、その検出範囲でフォーカスループを閉じるフォーカス引込み動作が必要となる。
【０００４】
従来技術によるフォーカス引込み方法は、前記Ｓ字カーブの振幅が再現性よく出力するということを前提とし、Ｓ字カーブのピークよりわずかに低い位置に閾値（絶対値）を設け、フォーカシング制御可能範囲を検出し、予め設定された安定系となるフォーカス制御系でフォーカス追従モードに移行していた。この従来のフォーカス引込み方法を図６を用いて、本説明による二値化信号は全てアクティブＬoとし、合焦点位置を図中の符号４に示す位置として説明する。
【０００５】
従来のフォーカス引込み方法は、図６に示す如く、光ディスク１に照射したレーザ光２の焦点３を焦点軌道５に示すように光ディスク１より遠い位置からレーザ光入射側に移動させた場合、焦点軌道５に対するフォーカスエラー信号が、合焦点位置４に接近／交差／離間するに従ってＳ字カーブ６を描く。尚、前記フォーカスエラー信号（Ｓ字信号６）は、光ディスクの反射光を光ディテクタにて検出し前記種種の方法で生成したものである。
【０００６】
従来のフォーカス引込み方法は、前記Ｓ字カーブ６のピーク７よりわずかに低い位置に閾値８を設け、前記と同様、焦点軌道５に示すように焦点３を光ディスク１より遠い位置からレーザ光入射側に移動させフォーカスエラー信号が閾値８を超えてから閾値を下回った時点で、焦点３がフォーカシング制御可能範囲１０に入ったことを認識し、フォーカスオン信号９（ＡＦＯＮ−Ｎ）によってフォーカスループを閉じ、フォーカス追従モードに移行する様に制御している。
【０００７】
この制御方法としては、例えば特開平１０−３１８２８号公報において、Ｓ字カーブの振幅が主に光ディスク反射率とレーザ出力により変化する場合、予めＳ字カーブの振幅を測定し、その測定結果を基にサーボ系の一巡ループゲインを所定値に調整した後にフォーカス引込み動作を行う技術や、特開平１１−２０３６９１号公報において、焦点位置を光ディスクから遠ざけながらＳ字カーブゼロクロス点近傍でのＲＦ信号レベルを測定し、その測定値をもとにディスクの種類を判別するとともにフォーカスゲインを切換え、次に焦点位置を光ディスクから遠ざけながら合焦点近傍でフォーカス追従モードに切りかえる技術が提案されている。
【０００８】
一方、ＣＤ−ＲＷ／ＤＶＤ−ＲＡＭ／ＤＶＤ−ＲＷ／ＤＶＤ＋ＲＷ等に使用される相変化光ディスクは、記録膜生成後の状態においては記録膜の反射率が低い非晶質状態（ａｓ ｄｅｐｏ状態）であり、この状態から記録再生装置で使用できる様に記録膜の反射率が高い結晶状態に変えるために初期化を行う必要があり、この初期化を行う装置は、相変化光ディスク初期化装置と呼ばれている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
この相変化光ディスク初期化装置は、前記同様のフォーカス制御が必要であり、高出力半導体レーザ（２Ｗ）を熱源として光ディスク記録膜上に１００トラック以上をカバーできる長円形のレーザスポットを形成し、記録膜を結晶化温度以上にしながら、前記レーザスポットを走査させ光ディスク全面を結晶化させるものである。この相変化光ディスク初期化装置のレーザ波長は、８１０ｎｍ程度であり、相変化光ディスクを記録・再生する装置のレーザ波長とは異なっている。
【００１０】
従って相変化光ディスク初期化装置に組み込まれたフォーカス装置が検出する波長８１０ｎｍ程度のレーザ光の反射率は、ディスクタイプによって大きく異なり、現状実用化されている相変化光ディスクにおいても、ａｓ ｄｅｐｏ状態では０．５％〜６％、結晶状態では３％〜３０％と幅広く、ａｓ ｄｅｐｏ状態で数％以上の反射率があれば、結晶化しないレーザ出力で前述の特開平１０−３１８２８号公報のような方法でのフォーカス引込みは可能ではあるものの、現実的には、ａｓ ｄｅｐｏ状態での反射率は１％以下が一般的でありＳ/Ｎが極端に低下するためフォーカス引込みが困難であった。
【００１１】
他方、この様な相変化光ディスク初期化装置において結晶化するレーザ出力でフォーカス引込み動作を行うことも考えられるが、Ｓ字カーブ内のゼロクロス近傍、即ち記録膜面上に形成するレーザスポットが絞られ記録膜が結晶化して反射率が増加したときのみ、Ｓ字カーブが増幅された状態になり、このような状態では、Ｓ字カーブのピークを正しく検出できないため、Ｓ字カーブの振幅値からフォーカス制御系を安定系にするといったこれまでの制御方法を使用することが困難であった。
【００１２】
また、同様に結晶化するレーザ出力でフォーカス引込み動作を行い、前述の特開平１１−２０３６９１号公報記載の方法を採用した場合、仮にＳ字カーブゼロクロス点近傍でのＲＦ信号レベルが測定でき、その測定値をもとに最適ゲインを算出設定したとしても、レーザスポットは同一円周上を走査しているので、一度結晶化した部分を再度検出してしまい、フォーカシング制御可能範囲外の位置でフォーカス追従モードに切りかえるような誤動作をしてしまうと言う不具合があった。
【００１３】
また相変化光ディスク初期化装置のフォーカス装置及びフォーカシング制御に関係した文献としては、初期化レーザの波長を記録・再生・消去に用いるレーザ波長から僅かにずらす技術が、例えば特開平１０−２４１１６１号公報にて提案されているが、現技術での高出力半導体レーザ（２Ｗ）の波長は遠赤外帯（８００ｎｍ帯）であり実現には至っていない。
【００１４】
前述のように従来技術によるフォーカス装置によるフォーカス引込み方法は、フォーカス引込みが不安定で成功率が低い上、フォーカス引込みリトライ動作をいれた場合でもフォーカスを引込むまで長時間費やしてしまうと言う不具合があった。
【００１５】
本発明の目的は、前述の従来技術による不具合を除去することであり、反射率が状態により異なる光ディスク又は、照射した光の熱により反射率が変化する相変化光ディスクにおいて、短時間に確実にフォーカス引き込み動作を行うフォーカス制御装置およびフォーカス引き込み方法を提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため本発明は、光源から照射されフォーカス制御対象面からの反射光を受光してＳ字状のフォーカスエラー信号を生成すると共に、このフォーカスエラー信号によってフォーカス制御対象面に、前記光源の集光したスポットを位置付けする制御手段を備えるフォーカス制御装置において、前記反射光をその焦点位置の前と後で検出する複数の光ディテクタを含み、該複数の光ディテクタからの出力信号の相対的なレベル差を基に前記Ｓ字状のフォーカスエラー信号のフォーカシング制御可能範囲を示すフォーカスゲートを開くフォーカス信号生成回路を備えたことを第１の特徴とする。
【００１７】
更に本発明は、前記制御手段が、複数の光ディテクタからのフォーカス和信号の信号レベルを測定する手段と、この測定結果を基にフォーカス制御系を安定化する安定化手段とを備え、前記フォーカスゲートが開き且つＳ字状のフォーカスエラー信号のゼロクロス近傍で前記安定化手段によりフォーカス制御系を安定系にしてからフォーカスループを閉じ、フォーカス追従モードに移行すること第２の特徴とする。
【００１８】
また本発明は、前記制御手段が、フォーカス追従モード時にフォーカスゲートが閉じた場合、フォーカス外れと認識することを第３の特徴とする。
【００１９】
更に本発明は、光源から照射されフォーカス制御対象面からの反射光を受光してＳ字状のフォーカスエラー信号を生成すると共に、このフォーカスエラー信号によってフォーカス制御対象面に、前記光源の集光したスポットを位置付けするフォーカス制御のフォーカス引き込み方法において、前記反射光をその焦点位置の前と後に配置された複数の光ディテクタにより検出し、この複数の検出信号の相対的なレベル差を基にＳ字状のフォーカスエラー信号のフォーカシング制御可能範囲を示すフォーカスゲートを開き且つＳ字状のフォーカスエラー信号のゼロクロス近傍で、フォーカス和信号の信号レベルを測定し、この測定結果を基にフォーカス制御系を安定系にしてから、フォーカスループを閉じフォーカス追従モードに移行すること第４の特徴とする。
【００２０】
【発明実施の形態】
以下、図を参照して本発明の一実施形態を詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態によるフォーカス制御装置のブロックを示す図、図２は前記フォーカス制御装置の反射光を検出するための光学系を示す図、図３は前記フォーカス制御装置のフォーカス信号生成回路の一例を示す図、図４は焦点位置とＦＥ信号・ＦＴ信号・ＦＧ信号の関係を示す図、図５は本実施形態によるフォーカス制御装置のフォーカス引込み方法を説明する図である。
【００２１】
さて、本実施形態によるフォーカス制御装置は、図１に示す如く、相変化光ディスク等の光ディスク１１にレーザ光１２を照射し、ディスク１１からの反射光を検出する複数の光ディテクタをもつ光学系１３と、該光ディテクタからの出力信号を処理し、フォーカス誤差信号（以下ＦＥ信号と略す）とフォーカス和信号（以下ＦＴ信号と略す）とＳ字カーブ内のフォーカシング制御可能範囲を示すフォーカスゲート信号（以下ＦＧ信号と略す）を生成するフォーカス信号生成回路１４と、ＦＥ信号の増幅度を可変するゲイン調整回路１５と、フォーカスループを閉じるためのアナログスイッチ１６と、フォーカス系の安定性を図る位相補償回路１７と、焦点位置を光ディスク垂直方向に移動させるレンズコイル１８とそのレンズコイルを動作させる駆動回路１９と、ＦＴ信号をディジタル化するＡＤ変換器２０と、フォーカスゲートが開きかつＦＥ信号が負電圧になるタイミングを生成するゼロクロスラッチ回路２１と、焦点位置を直線的に移動させるアップダウン回路２２と、入力信号により出力信号をプログラミングできるＭＰＵ２３を備える。
【００２２】
前記光学系１３の基本構成は、図２に示す如く、光ディスク１１の記録膜２４からのレンズ（符号なし）を介した反射光を反射及び一部を透過するハーフミラー２５と、該ハーフミラー２５を透過した反射光を受光する前光ディテクタ２７と、ハーフミラー２５を反射した反射光を受光する後光ディテクタ２８とを備え、前光ディテクタ２７が反射光の焦点位置２６より前で受光し、後光ディテクタ２８が焦点位置２６より後の位置で受光する様に配置されている。
【００２３】
前記フォーカス信号生成回路１４は、図３に示す如く、記録膜からの反射光を捕らえ、光ディテクタからの出力電流に対し電流-電圧変換を施して得られる電圧を出力する前光ディテクタ２７及び後光ディテクタ２８と、該ディテクタ２７からの出力信号Ａ，Ｂを入力し、差を出力するコンパレータ３５と、ディテクタ２８からの出力信号Ｃ，Ｄを入力し、差を出力するコンパレータ３６と、前記コンパレータ３５及び３６の出力信号を入力してアンド条件を取るアンド素子３７と、前記出力Ｂ，Ｄを入力して差を演算する演算素子３３と、前記出力Ｂ，Ｄを入力して加算する演算素子３４とを備える。前記光ディテクタ２７及び２８の受光面（受光面積）は同じ構成であり、その受光面は中心部２９（３１）と外周部３０（３２）とに分けられ、それぞれ独立した出力信号Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを出力する。
【００２４】
更に光ディテクタ２７及び２８は、合焦点位置では、点線３１に示すように外周部ディテクタサイズよりわずかに小さいスポットを受光するようになっており、焦点位置がずれると、一方の光ディテクタに入るスポットのサイズが小さくなり、もう一方の光ディテクタに入るスポットのサイズは大きくなる様に構成している。
【００２５】
この様に構成したフォーカス信号生成回路１４は、前光ディテクタ２７の外周部３０の出力信号と後光ディテクタ２８の外周部３２の出力信号を演算素子３３で差（Ｂ−Ｄ）を取ることによりＦＥ信号（フォーカスエラー信号）を生成し、演算素子３４で和（Ｂ＋Ｄ）を取ることによりＦＴ信号（フォーカス和信号）を生成し、更に光ディテクタの中心部２９及び３１と外周部３０及び３２の出力差をコンパレータ３５及び３６により二値化し、アンド素子３７によって各光ディテクタの中心部２９及び３１の出力値が外周部３０及び３２より高い状態［（Ａ-Ｂ）＞０かつ（Ｃ-Ｄ）＞０］をとることにより、ＦＧ信号（フォーカスゲート信号）を生成する様に構成されている。
【００２６】
特に本実施形態によるフォーカス信号生成回路１４は、光ディテクタ２７及び２８の出力値を相対的に検出するため、反射光量に依存せずＦＧ信号を確実に検出することができる。尚、本実施例で説明した受光素子は、中心部と外周部が各１個で構成されているが、中心部と外周部がそれぞれ複数に分割されていてもよい。更に前述のように受光素子が分割されている場合は、それぞれ受光素子からの出力信号を演算素子で加工してＦＧ信号を生成してもよい。非点収差法やナイフエッジ法においても同様の方法でＦＧ信号を生成してもよい。
【００２７】
次に本実施形態によるフォーカス信号生成回路を用いた焦点位置とＦＥ信号・ＦＴ信号・ＦＧ信号の関係を図４を参照して説明する。本実施形態において、光ディスク３８に照射したレーザ光３９の焦点４０を焦点軌道４１に示すように光ディスク３８より遠い位置からレーザ光入射側に移動させると、焦点軌道４１に対するＦＥ信号は、合焦点位置に接近／交差／離間するに従ってＳ字カーブ４２を描く。一方、ＦＧ信号４３は、合焦点位置であるＳ字カーブのゼロクロス点４４を含む、Ｓ字カーブ内のフォーカシング制御可能範囲４５のみＬoレベルとなる。本実施形態においては、前記ＦＧ信号４３がＬoレベルの状態をフォーカスゲートが開いている状態とする。またＦＴ信号４５は合焦点位置４４の周辺で信号レベルが増加する。
【００２８】
次に本実施形態によるフォーカス引込み動作及び方法を図５を参照して説明する。図５は、非結晶化状態（ａｓ ｄｅｐｏ状態：斜線部）の相変化光ディスクを結晶化するレーザ出力でフォーカス引込制御を行う場合であり、図２のフォーカス装置の各部位と共に説明する。
【００２９】
本実施形態によるフォーカス制御装置は、相変化光ディスク４６に照射する初期化レーザスポット４７が記録膜面を走査４８するように制御し、初期化レーザを結晶化する出力まで上げ、その焦点位置５０をアップダウン回路２２により軌道４９に示すよう記録膜５１の裏側から表側に移動させる。
【００３０】
この移動によりフォーカス信号生成回路は、初期化スポットの焦点位置５０が合焦点位置５２に近づくにつれＦＴ信号レベルが上昇し、ＦＥ信号のＳ字カーブ５３の最初の上昇が現れ、このＳ字カーブ５３のピークを超えるとフォーカスゲートが開き（ＦＧ信号Ｌo）、更に合焦点５２に近づき初期化スポット４７が絞られるとａｓ ｄｅｐｏ状態であった記録膜が結晶化５４し、反射率が急激に増加する。
【００３１】
このとき本回路は、ＦＥ信号（Ｓ字カーブ）の振幅５５とＦＴ信号レベル５６も反射率増加にほぼ比例して急激に増加し、その後Ｓ字カーブ５３がゼロクロス点を通過し、当該通過直後にゼロクロスラッチ回路２１が作動し、ゼロクロス信号（ＺＣ信号）がＬｏとなって、ＭＰＵ２３に合焦点位置５２にさしかかったことを知らせる。この知らせを受けたＭＰＵ２３は、ＺＣ信号の立下りでＡＤ変換器２０によりＡＤ変換されたＦＴ信号５７を読み取り、その値を元にフォーカスループが安定系をとるために必要なゲインを算出し、その値をゲイン調整回路１５に設定する。この後ＭＰＵ２３は、フォーカスＯＮ信号（ＡＦＯＮ信号）をＬoにしてアナログスイッチ１６によってフォーカスループを閉じフォーカス追従モードに移行する。尚、ＺＣ信号がＬｏになってＡＦＯＮ信号をＬｏにするまでの時間５８は、Ｓ字カーブ５３を描く時間よりはるかに短くなるようにＡＤ変換とゲイン算出設定は高速に行う。以上の動作によりフォーカス引込み動作が終了する。
【００３２】
ここで、電気的ノイズやディスクの局所的な欠陥、塵埃の付着等による誤動作を防ぐため、ＭＰＵがゲイン算出に用いるＦＴ信号値は、Ｓ字カーブがゼロクロス点を通過した時点（ＺＣ信号の立下り）からＦＴ信号レベル５７を複数回読み込み平均化するのが望ましい。また、本例では、フォーカス制御系が安定系をとるためのゲイン算出をＭＰＵ２３で行ったが、ゲイン調整回路１５を除算素子に置き換えＦＴ信号を直接、前記除算素子に入力して、フォーカス制御系の安定系をとっても良い。また前記実施形態ではフォーカスゲートが開いたあとに、反射率変化が発生した場合を示したが、これに限るものではなく、フォーカスゲートが開く前やＳ字カーブのピーク前で反射率変化が発生してもよい。更に本例は、合焦点近傍で反射率が増加する場合を示したが、合焦点近傍で反射率が低下する場合や、反射率が変化しない場合にも適用でき安定したフォーカス引込みが可能である。
【００３３】
本実施形態によるフォーカス引込み方法では、焦点位置を記録膜面垂直方向に記録膜面を横切って何度も往復（１周期）することなく、約１／４周期という短時間でフォーカス引込みが完了する。
【００３４】
また本フォーカス制御装置では、フォーカス追従時にフォーカスゲート信号のレベルを常時監視することにより、フォーカス外れを確実に捉えることができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上述べた如く本発明は、光ディスクの反射光量に依存せずフォーカシング制御可能範囲を示すフォーカスゲート信号を出力するフォーカス信号生成回路を備え、合焦点位置でのＦＴ信号レベルを基にフォーカス制御系の安定系を算出・設定する制御回路を設けたことによって、反射率が異なる光ディスクまたは、照射した光の熱により反射率が変化する相変化光ディスクにおいて、短時間に確実にフォーカス引き込み動作を行うことができる。またフォーカス追従時のフォーカス外れを確実に捉えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るフォーカス制御装置のブロックを示す図。
【図２】上記実施形態のフォーカス制御装置の反射光を検出するための光学系を示す図。
【図３】上記実施形態のフォーカス制御装置のフォーカス信号生成回路の一実施例を示す図。
【図４】焦点位置とＦＥ信号・ＦＴ信号・ＦＧ信号の関係を示す図。
【図５】本発明によるフォーカス制御装置のフォーカス引込み方法を説明する図。
【図６】従来のフォーカス引込み方法を説明する図。

Claims (3)

1. 光源から照射されフォーカス制御対象面からの反射光を受光してＳ字状のフォーカスエラー信号を生成すると共に、このフォーカスエラー信号によってフォーカス制御対象面に、前記光源の集光したスポットを位置付けする制御手段を備えるフォーカス制御装置において、前記反射光をその焦点位置の前後の光ディテクタそれぞれについて、光ディテクタの中心部の出力信号と外周部の出力信号との出力差を二値化し、該二値化した信号のアンド条件をとることにより、前記Ｓ字状のフォーカスエラー信号のフォーカシング制御可能範囲を示すフォーカスゲートを開くフォーカス信号生成回路を備えるとともに、前記制御手段が、複数の光ディテクタからのフォーカス和信号の信号レベルを測定する手段と、この測定結果を基にフォーカス制御系を安定化する安定化手段とを含み、前記フォーカスゲートが開き且つ焦点位置を移動させることにより生成するＳ字状のフォーカスエラー信号のゼロクロス近傍で前記安定化手段によりフォーカス制御系を安定系にした後にフォーカスループを閉じ、フォーカス追従モードに移行することを特徴としたフォーカス制御装置。
2. 前記制御手段が、フォーカス追従モード時にフォーカスゲートが閉じた場合、フォーカス外れと認識することを特徴とする請求項１記載のフォーカス制御装置。
3. 光源から照射されフォーカス制御対象面からの反射光を受光してＳ字状のフォーカスエラー信号を生成すると共に、このフォーカスエラー信号によってフォーカス制御対象面に、前記光源の集光したスポットを位置付けするフォーカス制御のフォーカス引き込み方法において、前記反射光をその焦点位置の前後の光ディテクタそれぞれについて、光ディテクタの中心部の出力信号と外周部の出力信号との出力差を二値化し、該二値化した信号のアンド条件を基に、焦点位置を移動させることにより生成するＳ字状のフォーカスエラー信号のフォーカシング制御可能範囲を示すフォーカスゲートを開き且つ、Ｓ字状のフォーカスエラー信号のゼロクロス近傍で、フォーカス和信号の信号レベルを測定し、この測定結果を基にフォーカス制御系を安定系にした後に、フォーカスループを閉じフォーカス追従モードに移行すること特徴とするフォーカス引き込み方法。

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