JPH10283644A

JPH10283644A - 焦点制御装置および方法、光ディスク装置

Info

Publication number: JPH10283644A
Application number: JP9084090A
Authority: JP
Inventors: Isao Ichimura; 功市村; Fumisada Maeda; 史貞前田; Kenji Yamamoto; 健二山本; Kiyoshi Osato; 潔大里; Toshio Watanabe; 俊夫渡辺
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1997-04-02
Filing date: 1997-04-02
Publication date: 1998-10-23
Also published as: US6674696B1

Abstract

(57)【要約】【課題】高開口数の対物レンズを用いた光学系の残留
焦点誤差（オフセット）量を最適化して、動作中の焦点
誤差を常に許容範囲内に収める。【解決手段】光学系１００によりスピンドルモータ２
０に回転駆動される光ディスク１０から読み出された再
生ＲＦ信号は、ＲＦ信号増幅部３０で増幅され、振幅検
出部４０でその振幅が検出される。検出された振幅は制
御部５０に送られる。制御部５０はこの振幅に基づいて
調整部７０に制御信号を送る。一方、フォーカス誤差検
出部６０は、光ディスク１０からの反射光を検出するた
めの光学系１００の光検出器出力に所定の演算を施し、
光学系１００の焦点制御を行うための誤差信号を発生す
る。そして、調整部７０は、フォーカス誤差検出部６０
からの誤差信号と制御部５０からの制御信号に基づい
て、光学系１００の光学ピックアップの焦点制御を行う
ための制御量を光学系１００に戻す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ビームを収束し
て記録媒体の信号記録面で合焦するように制御する焦点
制御装置および焦点制御方法、収束された光ビームを光
ディスクの信号記録面に照射して信号を記録再生する光
ディスク装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】収束された光ビームを光ディスクの信号
記録面に照射して信号を記録再生する光ディスク装置で
は、光ディスクからの反射光を光学系で集光し、その合
焦状態を検出することにより焦点制御を行うフォーカス
サーボが用いられている。合焦状態の検出方法として
は、非点収差法やナイフエッジ法が代表的である。

【０００３】非点収差法は、円筒レンズなどの非点収差
を発生する光学素子により光ビームに非点収差を発生さ
せ、光ディスクの信号記録面が焦点面からずれると反射
された光ビームの断面形状が円形から楕円形に変化する
ことを利用して焦点誤差を検出するものである。また、
ナイフエッジ法は、光ディスクで反射された収束光の光
路幅にナイフエッジを配置して、光ディスクの信号記録
面が焦点面からずれると光点像が受光素子を移動するこ
とを検出して焦点誤差を検出するものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、０．６を超え
る高開口数の対物レンズを用いる光学系では、その焦点
深度が浅くなるため、フォーカスサーボに許容される焦
点誤差（デフォーカス許容値）が極めて小さくなる。対
物レンズの焦点深度は（λ／ＮＡ）² で与えられるた
め、例えば、光学系１００（レーザ光の波長λ＝６４０
ｎｍ、対物レンズの開口数ＮＡ＝０．８）の焦点深度
は、コンパクトディスク（ＣＤ）用の光学系（λ＝７８
０ｎｍ、ＮＡ＝０．４５）の焦点深度に対して約１／５
と大幅に減少してしまう。このため、フォーカスサーボ
により合焦制御される光ビームの焦点と記録媒体の信号
記録面とのずれ量の定常偏差である残留焦点誤差（オフ
セット）量を最適化して、動作中の焦点誤差を常に許容
範囲内に収める制御が必要になる。

【０００５】また、高記録密度化を図るために、グルー
ブ（Groove）と呼ばれる案内溝の部分とランド（Land）
部の両方を用いたり、２層以上の記録層を用いて信号を
記録再生する光ディスクでは、より精密な焦点制御が必
要とされる。

【０００６】フォーカスサーボのオフセット量を決める
要素の一つは、光学系の組立誤差である。そこで従来
は、光学ピックアップの組み立て時にオフセット量を粗
調整しておき、フォーカスサーボにより焦点残留誤差を
許容値以下に抑えていた。このため、高開口数の対物レ
ンズを用いる従来の光学ピックアップでは、ゲインおよ
び帯域に余裕がある強力な２軸アクチュエータを用いな
ければならなかった。

【０００７】例えば、回転駆動される光ディスクの面振
れ量が±４０μｍであり、その基本周波数が回転に同期
して６０Ｈｚであるとする。このとき、オフセット量を
許容値に対して十分小さく抑えるためには、上記の基本
周波数において４０〜５０ｄＢものサーボゲインが必要
になる。

【０００８】しかし、このような強力な２軸アクチュエ
ータを用いる焦点制御には、光学ピックアップのサイズ
や消費電力が大きくなるという問題がある。また、前述
したグルーブ部とランド部との両方を用いたり、２層以
上の記録層を用いて信号を記録再生する光ディスクで
は、最適なフォーカスサーボのオフセット量が同一のデ
ィスク上の記録位置により異なるという問題も生じる。

【０００９】本発明は、このような問題を解決するため
に行われたものであり、０．６以上の高開口数の対物レ
ンズを用いる光学系において、従来の対物レンズ移動用
アクチュエータを用いてフォーカスサーボのオフセット
量を最適値に自動調整する焦点制御装置および焦点制御
方法を提供することを目的とする。さらに、上記の焦点
制御方法を適用して、通常のＲＯＭディスクの再生はも
ちろん、グルーブ部またはランド部に信号を記録する光
ディスクの記録再生、およびランド部とグルーブ部の両
方に信号を記録する高記録密度の光ディスクの記録再生
を行うことができる光ディスク装置を提供することを目
的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに提案する本発明の焦点制御装置は、光ビームを収束
して記録媒体の信号記録面で合焦するように制御する焦
点制御装置において、光ビームを収束する開口数が０．
６を超える非球面２群対物レンズと、上記対物レンズに
より収束される光ビームを記録媒体の信号記録面で合焦
するように制御する合焦制御手段と、上記合焦制御され
た光ビームの焦点と記録媒体の信号記録面とのオフセッ
ト量を上記記録媒体から再生される信号に応じて調整す
るオフセット調整手段とを備えることを特徴とするもの
である。

【００１１】上記の課題を解決するために提案する本発
明の焦点制御方法は、光ビームを対物レンズで収束して
記録媒体の信号記録面で合焦するように制御する焦点制
御方法において、対物レンズにより収束される光ビーム
を記録媒体の信号記録面で合焦するように制御する合焦
制御工程と、上記対物レンズを光軸方向の所定の範囲内
で周期的に移動させて、その範囲の両端における記録媒
体からの再生信号の各振幅を検出する再生信号振幅検出
工程と、上記検出された各振幅の差に応じて上記対物レ
ンズにより収束される光ビームの焦点と記録媒体の信号
記録面とのオフセット量を調整するオフセット調整工程
とを有することを特徴とするものである。

【００１２】また、上記の課題を解決するために提案す
る本発明の光ディスク装置は、収束された光ビームを光
ディスクの信号記録面に照射して信号を記録再生する光
ディスク装置において、光ビームを収束する開口数が
０．６を超える非球面２群対物レンズと、上記対物レン
ズにより収束される光ビームを記録媒体の信号記録面で
合焦するように制御する合焦制御手段と、上記合焦制御
された光ビームの焦点と記録媒体の信号記録面とのオフ
セット量を上記記録媒体から再生される信号に応じて調
整するオフセット調整手段と備えることを特徴とするも
のである。

【００１３】上記の焦点制御装置、焦点制御方法によれ
ば、高開口数の対物レンズを用いる光学系において、従
来の対物レンズ移動用アクチュエータを用いてフォーカ
スサーボのオフセット量を最適値に自動調整できる。ま
た、上記の光ディスク装置によれば、ランド部とグルー
ブ部の両方に信号を記録したり、２層以上の記録層に信
号を記録する高記録密度の光ディスクの記録再生を行う
ことができる光ディスク装置を提供できる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の焦点制御装置、
焦点制御方法および光ディスク装置の好ましい実施の形
態について図面を参照しながら説明する。

【００１５】図１は、本発明の光ディスク装置におい
て、上記の光ビームの焦点制御を行いながら信号を再生
するための部分の基本的な構成を示すブロック図であ
る。

【００１６】光ディスク１０は、スピンドルモータ２０
により回転駆動されながら光学系１００により信号が記
録再生される記録媒体である。この光ディスク１０は、
具体的には、ＣＤ−ＲＯＭなどの読出専用の光ディスク
や、グルーブ部とランド部のいずれか一方のみに信号を
記録する光ディスク、ランド部とグルーブ部の両方に信
号を記録する光ディスクなどである。

【００１７】光学系１００は、光ディスク１０から信号
を読み出して再生ＲＦ信号を出力するための再生系と、
光ディスク１０が記録可能な記録媒体である場合には信
号を記録するための記録系から構成される。通常は、こ
れらが一体に構成された光学ピックアップとされる。

【００１８】また、光学系１００は、光ディスク１０に
照射されるレーザ光の焦点制御を行うためのフォーカス
誤差信号や、位置制御を行うためのトラッキング誤差信
号も出力する。なお、この光学系１００については具体
的に後述する。

【００１９】ＲＦ信号増幅部３０は、光学系１００によ
り読み出された再生ＲＦ信号を所定のレベルに増幅する
ためのものである。このＲＦ信号増幅部３０からの出力
は再生ＲＦ信号として図示していない後段の信号系に供
給されると共に、光学系１００の焦点制御を行うための
信号として振幅検出部４０にも供給される。

【００２０】振幅検出部４０は、ＲＦ信号増幅部３０で
増幅された再生ＲＦ信号の振幅を検出するためのもので
ある。この振幅検出部４０の出力は制御部５０に送られ
る。

【００２１】制御部５０は、サーボ信号に基づいて光学
系１００の焦点制御を行うとともに、振幅検出部４０か
らの出力に基づいてフォーカスサーボのオフセット調整
を行うためのものであり、調整部７０に制御信号を送
る。この制御部５０は、例えば、光ディスク装置全体の
動作を制御するためのＣＰＵの一部として構成される。

【００２２】上記のＲＦ信号増幅部３０，振幅検出部４
０，制御部５０は、後述の合焦制御手段による残留焦点
誤差（オフセット）量を最適値に調整するためのオフセ
ット調整手段を構成している。

【００２３】フォーカス誤差検出部６０は、光学系１０
０内の、光ディスク１０からの反射光を検出する光検出
器からの出力に所定の演算を施し、光学系１００の焦点
制御を行うためのフォーカス誤差信号を発生するための
ものである。

【００２４】調整部７０は、フォーカス誤差検出部６０
からのフォーカス誤差信号に基づいて、光学系１００の
光学ピックアップの焦点制御を行うための制御量を、対
物レンズを移動させるアクチュエータの駆動信号として
光学系１００に戻すためのものである。光学系１００で
は、この制御量に応じて光学ピックアップのレンズを位
置制御して焦点制御を行う。

【００２５】上記のフォーカス誤差検出部６０と調整部
７０がこの光ディスク装置の合焦制御手段を構成してい
る。

【００２６】図２は、上述した光学系１００の具体的な
構成例を示している。この構成例では、光ディスク１０
が記録可能な光磁気ディスクである場合を想定して記録
用磁気ヘッド１０１を備えているが、他の各部は、相変
化型光ディスク、追記型光ディスク、読み出し専用の光
ディスクなどの種々の光ディスクにも共通に用いられる
ものである。

【００２７】ＬＤ（レーザダイオード）１１０は、光デ
ィスク１０に記録されている信号を読み出すためのレー
ザ光源であり、ここでは発振波長が６４０ｎｍのものを
用いている。なお、使用するレーザ光の波長は、必要に
応じて選択されるものである。ＬＤ１１０から出射した
レーザ光は、コリメータレンズ１１１、回折格子１１
２、ビームスプリッタ１１３を介し、対物レンズ１０
６、先玉レンズ１０４で収束されて光ディスク１０に照
射される。また、光ディスク１０が記録可能な光ディス
クである場合には、このＬＤ１００からのレーザ光によ
り信号の記録が行われる。

【００２８】一方、光ディスク１０からの反射光は、そ
のｐ偏光成分の一部（例えば３０％程度）とｓ偏光成分
の全部が、ビームスプリッタ１１３によりビームスプリ
ッタ１１６以降の再生信号光路に導かれる。そして、ビ
ームスプリッタ１１６からの光の一部は、レンズ１１
７，１１８を介してサーボ信号用ＰＤ（フォトダイオー
ド）１１９に導かれる。

【００２９】サーボ信号用フォトダイオード１１９は、
受光面が４つの素子（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）に分割されてお
り、各素子は受光強度に応じた信号をそれぞれ出力する
ものである。このサーボ信号用フォトダイオード１１９
と、その出力信号を用いて誤差信号を得る方法について
は後述する。

【００３０】また、ビームスプリッタ１１６からの光の
大部分は、１／２波長板１２０を介して偏光ビームスプ
リッタ１２１に導かれる。そして偏光ビームスプリッタ
１２０により２つに偏光分離された光は、レンズ１２
２，１２３およびレンズ１２５，１２６を介してＲＦ信
号用フォトダイオード１２４および１２７でそれぞれ検
出されてＲＦ信号となる。そして、フォトダイオード１
２４および１２７からの２つのＲＦ出力を差動増幅した
ものがＲＦ再生信号となる。

【００３１】ＡＰＣ（Automatic Power Control）用フ
ォトダイオード１１５は、レーザダイオード１１０から
出力されるレーザ光の強度をモニタするためのものであ
り、ビームスプリッタ１１３で分離されたレーザダイオ
ード１１０からの光の一部がレンズ１１４で収束されて
入射する。そして、この入射光の強度が一定になるよう
に光ディスク１０上でのレーザ光の強度が制御される。

【００３２】記録用磁気ヘッド１０１は、光ディスク１
０が記録可能な光磁気ディスクである場合に、信号を記
録するためのものである。信号の記録時には、レーザダ
イオード１１０からのレーザ光により記録膜の一部を加
熱して保磁力を低下させて、記録用磁気ヘッド１０１か
らの磁界により磁気記録を行う。ここでは、レーザダイ
オード１１０からのレーザ光を変調して記録する光変調
方式を想定しているが、記録用磁気ヘッドから印加され
る磁界を変調して記録する磁界変調方式を用いることも
できる。

【００３３】図３は、光学系１００の、レーザダイオー
ド１１０からのレーザ光を収束して光ディスク１０の信
号記録面で合焦させる対物レンズの詳細を示している。
単レンズで得られる最大の開口数は０．６〜０．７程度
であることから、光学系１００では、先玉レンズ１０４
と対物レンズ１０６とから構成される２群レンズを用い
ている。この２群レンズは、開口数が０．６を超える高
開口数の２群対物レンズとして非球面２群レンズを用い
た光ディスク光学系用対物レンズユニットとして構成さ
れている。

【００３４】先玉レンズ１０４は、対物レンズ１０６と
光ディスク１０との間に配置され、従来から用いられて
いる２軸電磁アクチュエータ１０７と一体化されたレン
ズホルダ１０５に搭載された第１のレンズである。ま
た、対物レンズ１０６は、上記の２軸アクチュエータ１
０７に搭載された第２のレンズであり、本実施の形態で
使用されるものの開口数は約０．４５である。

【００３５】この第１のレンズである先玉レンズ１０４
は、第２のレンズである対物レンズ１０６と対をなして
２群対物レンズを構成する。先玉レンズ１０４と対物レ
ンズ１０６とから構成される２群レンズは、対物レンズ
１０６からの収束光が先玉レンズ１０４に入射する際に
生じるパワー（光を曲げる力）により、入射光の開口数
に対して約１．８の倍率が掛かるため、このレンズユニ
ット全体の開口数は約０．８になる。

【００３６】この光学系１００において、先玉レンズ１
０４と対物レンズ１０６から構成される２群レンズは、
２軸アクチュエータ１０７に一体化されて搭載されてい
るため、従来の光ディスク装置に用いられている焦点制
御やトラック制御などをそのまま応用することが可能で
ある。

【００３７】また、高開口数の対物レンズを用いて光学
系を構成した場合には、光ディスクの基板の厚さが従来
通り（例えば０．６ｍｍ）であると、光ディスクの傾き
により生じるコマ収差に対する許容度が著しく低下して
しまう。このため、開口数が０．６を超える２群対物レ
ンズを用いて光ディスクに信号を記録再生するために
は、光ディスク基板（カバーガラス）の厚さを従来の
０．６ｍｍよりも薄くしなければならない。特に、本実
施の形態のように、対物レンズの開口数が０．８程度に
なると、光ディスク基板をより薄くする必要が生じてく
る。

【００３８】具体的には、本実施の形態における光ディ
スク１０のカバーガラス１０ｃ厚さは０．１ｍｍであ
る。また、高開口数の２群レンズでは、一般に対物レン
ズの作動距離（Woeking Distance；ＷＤ）が小さくなる
ため、本実施の形態では、エアギャップ１０３が約１０
０μｍと極めて狭くなっている。

【００３９】図４は、光学系１００のサーボ信号用フォ
トダイオード１１９の受光面の代表的な構成を模式的に
示している。このフォトダイオード１１９は、前述した
非点収差法により、光ディスク１０からの反射光を受光
して焦点誤差を検出するためのものである。

【００４０】フォトダイオード１１９の受光面は、４つ
の受光素子（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）に分割されており、各受
光素子は受光強度に応じた信号をそれぞれ出力する。そ
して、フォーカス誤差検出部６０で、上記の４つの受光
素子からの各出力信号に対して簡単な演算を施すことに
より、焦点誤差に対応する誤差信号を得ることができ
る。

【００４１】具体的には、上記の４つの受光素子のうち
の素子Ａからの出力をＡ，素子Ｂからの出力をＢ，素子
Ｃからの出力をＣ，素子Ｄからの出力をＤとすると、光
ディスクに照射された光ビームの焦点誤差を示す誤差信
号ＦＥは、次の（１）式で与えられる。なお、これらの
各出力は、各受光素子からの出力電流に対して電流−電
圧変換を施して得る電圧である。

【００４２】ＦＥ＝（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ）（１）この誤差信号ＦＥは、例えば、光ディスクが合焦位置よ
りも離れているときには正の値になり、合焦位置よりも
近づいているときには負の値になる、いわゆるＳ字曲線
を描く。したがって、従来の光ディスク装置では、この
誤差信号ＦＥの値が零になるように対物レンズの光軸方
向の位置を連続的に制御してフォーカスサーボを実現し
ている。なお、この誤差信号ＦＥを用いた制御について
は後述する。

【００４３】図５は、上述したサーボ信号用フォトダイ
オード１１９から得られるサーボ信号を用いて光学系１
００の合焦制御を行うための信号を示している。

【００４４】図５（ａ）は、フォトダイオード１１９の
各受光素子からの出力に対して、（１）式の演算を施し
て得られるフォーカス誤差信号ＦＥを示している。この
誤差信号ＦＥは、前述したように、例えば、光ディスク
１０が合焦位置よりも遠いときには正の値になり、光デ
ィスクが合焦位置よりも近いときには負の値になるＳ字
型の連続波形（いわゆるＳ字曲線）を描く。なお、誤差
信号ＦＥの極性は、上記の極性とは逆にすることもでき
る。

【００４５】図５（ｂ）は、上記のフォトダイオード１
１９からの出力Ａ，出力Ｂ，出力Ｃ，出力Ｄを全て加算
した信号である検出器和信号ＳＵＭを示している。

【００４６】また、図５（ｃ）は、誤差信号ＦＥが存在
し、かつ検出器和信号ＳＵＭが予め設定された値（検出
レベル）以上であるときに合焦状態を示す信号として出
力される合焦ゲート信号を示している。合焦制御手段
は、この合焦ゲート信号を検出するとサーボループを閉
じて引き込み動作を行うことにより焦点制御を行う。

【００４７】次に、本発明の焦点制御方法および光ディ
スク装置について説明する。

【００４８】以下では、まず本発明の光ディスク装置の
具体的な実施の形態について示し、その光ディスク装置
の構成を参照しながら本発明の焦点制御方法の実施の形
態を説明する。

【００４９】図６は、図５に示した合焦制御用の信号を
用いて、合焦制御およびフォーカスサーボのオフセット
調整を行う、本発明の光ディスク装置の一構成例を示す
ブロック図である。なお、図１に示した各部と同一の構
成を有する部分については、図６においても同一の指示
符号を付して説明を省略する。

【００５０】光学系１００により光ディスク１０から読
み出された再生ＲＦ信号は、ＲＦ信号ヘッドアンプ３１
とサーボアンプ６１に入力される。

【００５１】ＲＦ信号ヘッドアンプ３１は、光学系１０
０からの再生ＲＦ信号を、後段で処理するために必要な
所定のレベルに増幅するものである。ここで増幅された
再生ＲＦ信号は、図示していない後段の信号系に供給さ
れると共に、光学系１００の焦点制御を行うための信号
としてエンベロープ検出部４１にも供給される。

【００５２】エンベロープ検出部４１は、ＲＦ信号ヘッ
ドアンプ３１で増幅された再生ＲＦ信号に対してエンベ
ロープ検波を行い、その振幅を検出するためのものであ
る。このエンベロープ検出部４１の出力はＣＰＵ５０に
送られる。

【００５３】ＣＰＵ５０は、光ディスク装置全体の動作
を制御するための制御部であり、光学系１００の焦点制
御を行うための機能も備えている。エンベロープ検出部
４１からの出力は、ＣＰＵ５０のＡ／Ｄ変換部でＡ／Ｄ
変換された後に、所定の制御手順に基づいて処理され、
光学系１００の焦点制御やトラッキング制御用の制御信
号を出力する。なお、この制御手順については後述す
る。

【００５４】この光ディスク装置においては、上記のＲ
Ｆヘッドアンプ３１，エンベロープ検出部４１，ＣＰＵ
５０は、後述の合焦制御手段による残留焦点誤差（オフ
セット）量を最適値に調整するためのオフセット調整手
段に相当する。

【００５５】一方、サーボヘッドアンプ６１は、光学系
１００内の、光ディスク１０からの反射光を検出するサ
ーボ信号用フォトダイオード１１９からの出力を、後段
で処理するために必要な所定のレベルに増幅するもので
ある。ここで増幅されたフォトダイオード１１９からの
出力であるサーボ信号は、フォーカス誤差検出部６２と
トラッキング誤差検出部６３に送られる。

【００５６】フォーカス誤差検出部６２は、サーボヘッ
ドアンプ６１で増幅されたフォトダイオード１１９から
の出力に所定の演算を施し、光学系１００の焦点制御を
行うための誤差信号を発生するためのものである。ここ
で施される演算は、具体的には前述の（１）式で与えら
れるようなものである。

【００５７】そして、位相補償部７１では、フォーカス
誤差検出部６２からの誤差信号と、ＣＰＵ５０から送ら
れるフォーカスバイアスプリセット値やフォーカスバイ
アス調整値などの制御信号に対して、アクチュエータ１
０７の位相遅れ等に応じた位相補償が行われる。位相補
償部７１の出力に対して、増幅部７２で必要な増幅が行
われ、光学系１００に戻される。

【００５８】また、トラッキング誤差検出部６３は、サ
ーボヘッドアンプ６１で増幅されたフォトダイオード１
１９からの出力にトラッキング制御に必要な処理を施
し、光学系１００の焦点制御を行うための誤差信号を発
生するためのものである。

【００５９】そして、トラッキング誤差検出部６３から
の誤差信号には、位相補償部７３で位相補償が施され、
増幅部７４で必要な増幅が行われた後に光学系１００に
戻される。

【００６０】この光ディスク装置においては、上記のサ
ーボヘッドアンプ６１，フォーカス誤差検出部６２，ト
ラッキング誤差検出部６３，位相補償部７１，７３，増
幅部７２，７４が合焦制御手段を構成している。

【００６１】上記の光ディスク装置のオフセット調整手
段は、光ディスク１０から読み出される再生ＲＦ信号の
振幅が最大になるようにフォーカスサーボのオフセット
量を制御する。この場合には、フォーカスサーボが作動
している状態で対物レンズの位置（オフセット量）を故
意に変化させながら再生ＲＦ信号をエンベロープ検波部
４１で再生ＲＦ信号をエンベロープ検波して、再生ＲＦ
信号の振幅が最大になるように２軸アクチュエータ１０
７を位置制御する。

【００６２】なお、本実施の形態においては、焦点制御
用の誤差信号を得るために非点収差法を用い、またトラ
ック制御用の誤差信号を得るために作動プッシュプル
（Differential Push−Pull；ＤＰＰ）法を用いてい
る。

【００６３】次に、本発明の焦点制御方法の実施の形態
について、図６に例示の光ディスク装置の構成および前
述した光学系１００の構成を参照しながら説明する。

【００６４】図７は、図６の光ディスク装置において、
光学系１００の対物レンズを搭載したアクチュエータ１
０７を光軸方向に周期的に移動させながら、フォーカス
サーボのオフセット量の最適値を検出する動作を説明す
るためのものである。

【００６５】図７（ａ）は、増幅部７２から供給される
アクチュエータ１０７の駆動信号の波形の一例を示して
いる。この例のように、アクチュエータ１０７が正弦波
状の駆動電流により駆動されると、対物レンズと光ディ
スク１００との間隔、すなわちフォーカスサーボのオフ
セット量も正弦波状に変化する。なお、この駆動信号の
周波数は、フォーカスサーボループが有効なゲインをも
つ周波数帯域よりも十分低い周波数であり、例えば数１
０Ｈｚ〜１ｋＨｚ程度である。なお、フォーカスオフセ
ット量を最適化するための情報は、対物レンズを光軸方
向の任意の範囲を１回移動させることにより得られる
が、周期的に繰り返して移動させることによりＳ／Ｎが
高い制御信号をえることができる。また、この駆動信号
によりアクチュエータ１０７が移動する距離は、±０．
１μｍ程度である。

【００６６】図７（ｂ）は、図７（ａ）のような駆動信
号によりアクチュエータ１０７が駆動されて対物レンズ
が移動したときの再生ＲＦ信号のエンベロープの変化を
示している。フォーカスサーボのオフセット量が最適で
あれば、焦点が光ディスク１０の信号記録面を中心にし
て変化するため、再生ＲＦ信号の振幅（エンベロープ）
が最大になる。一方、対物レンズがディスクに最も近づ
いた点ｔ₁ と最も遠ざかった点ｔ₂ では、再生ＲＦ信号
のエンベロープが極小になる。

【００６７】ここで、対物レンズが移動する範囲の両端
であるｔ₁ 点の振幅Ａ（１）とｔ₂点の振幅Ａ（２）と
が異なる場合には、正弦波の中心値がフォーカスオフセ
ット量の最適値からずれていることを意味する。

【００６８】この判別は、焦点が、光ディスク１０の信
号記録面よりも離れているか、または近づいているかを
判断するものであり、振幅Ａ（１）と振幅Ａ（２）の大
小関係が誤差信号の極性に対応する。従って、このこと
を利用して、ｔ₁ 点の振幅Ａ（１）とｔ₂ の振幅Ａ
（２）とが等しくなるようにオフセット量を調整すれ
ば、光学系１００のフォーカスオフセット量を最適化で
きる。

【００６９】図６の光ディスク装置の光学系１００のデ
フォーカス許容値は、実験結果から約±０．８μｍであ
る。このデフォーカス許容値に対して、上記の方法によ
れば、約１００ｍｓでフォーカスオフセット量を最適値
に調整できる。

【００７０】なお、上述したフォーカスオフセット量の
調整時には、対物レンズの作動距離ＷＤが短いために、
先玉レンズ１０４と光ディスク１０との間のエアギャッ
プ１０３も約１００μｍと非常に小さいことを考慮し
て、対物レンズユニットが光ディスク１０に向かって移
動しているときにフォーカス引き込み動作を行うように
構成して、前玉レンズ１０４と光ディスク１０が衝突す
ることを防ぐようにする。このために、誤差信号ＦＥの
極性を参照して、光ディスク１０が合焦位置よりも離れ
ているか近づいているかの判断も行う必要がある。

【００７１】なお、本実施の形態では、フォーカスサー
ボのオフセット量が最適値になったときに再生ＲＦ信号
の振幅が最大になることを利用しているが、再生信号の
ジッタ（Jitter）値が最小になることを利用することも
できる。

【００７２】また、本発明の焦点制御方法および光ディ
スク装置は、記録密度を高めるためにランド部とグルー
ブ部の両方に信号を記録する光ディスクの記録再生にも
好適である。

【００７３】図８は、ランド部とグルーブ部を有する光
ディスクの一部を示している。グルーブ部８２は光ディ
スクに渦巻状に形成される案内溝であり、ランド部８１
はグルーブが形成されていない部分である。一般に、ラ
ンド部８１に記録された信号とグルーブ部８２に記録さ
れた信号との間の干渉（クロストーク）を避けるため
に、これらの幅はほぼ等しくされる。また、グルーブ部
８２の深さはλ／６程度である。

【００７４】光ディスク１０が、ランド部８１とグルー
ブ部８２の両方に信号を記録した光ディスクである場合
には、まずランド部８１において予め設定（プリセッ
ト）されたフォーカスオフセット量を用いて前述の手順
によりフォーカスサーボの引き込み動作を行なう。そし
て、その後さらに上記の方法によってフォーカスサーボ
のオフセット量を微調整する。これは、ランド部８１に
対するオフセット量の最適値とグルーブ部に対するオフ
セット量の最適値とは異なるためである。

【００７５】また、記録再生トラックをランド部８１か
らグルーブ部８２に切り換える場合には、プリセットさ
れたフォーカスバイアス値を用いてグルーブ部８２にト
ラックジャンプした後に、同様にフォーカスサーボのオ
フセット量の微調整を行なう。

【００７６】なお、光磁気ディスクなどの記録可能な光
ディスクに信号を記録する場合には、フォーカスサーボ
のオフセット調整を信号記録前にも行う必要がある。こ
のとき、未記録の媒体を用いる場合には、プリフォーマ
ットされているアドレス信号や同期引き込み用のＳｙｎ
ｃマークなどを流用して、これらの再生信号の振幅が最
大になるようにフォーカスのオフセット量を最適化す
る。

【００７７】図９は、以上説明したフォーカスサーボの
オフセット量を最適化する手順を示すフローチャートで
ある。

【００７８】ステップＳＴ１では、光ディスクに記録さ
れている信号が、ランド部に記録されているかグルーブ
部に記録されているかを検出する。このとき、前述した
ようにフォーカスサーボの引き込みを行い、サーボルー
プがオン状態で２軸アクチュエータ１０７に駆動電流を
印加して対物レンズを光軸方向に移動させて、光ディス
ク１０からの再生信号の品質が最良になる位置を検出す
る。

【００７９】この動作は、光ディスクからの反射光が、
目的の信号記録面からの反射光であることを確認するた
めに行われるものである。一般に、光ディスクの表面は
数％程度の反射率を有しているために、対物レンズを光
ディスクに近づけて行くとディスク表面からの反射光が
最初に検出される。このため、上記の操作を行わない
と、光ディスクの表面に対してサーボループの引き込み
を行って合焦制御してしまう。また、ＤＶＤ（デジタル
ビデオディスク）のように２層の信号記録層を有する光
ディスクでは、第１の記録層と第２の記録層のどちらに
対して合焦制御が行われているかを判断する必要がある
ためである。

【００８０】ステップＳＴ２では、フォーカスサーボの
オフセット量を調整するための目標値であるフォーカス
バイアス値をプリセット値に設定する。また、アクチュ
エータ１０７に正弦波の駆動信号を印加して、光軸方向
に周期的に微動させる。

【００８１】ステップＳＴ３では、アクチュエータ１０
７に正弦波状の駆動信号を印加して、対物レンズを周期
的に微動させたときの再生ＲＦ信号の振幅（エンベロー
プ）の変化を検出する。この検出は、図７（ｂ）に示し
たように、Ａ（１）＞Ａ（２）であるか、Ａ（１）＜Ａ
（２）であるかが判別される。そして、Ａ（１）＞Ａ
（２）であるときにはステップＳＴ４に進み、Ａ（１）
＜Ａ（２）であるときにはステップＳＴ６に進む。

【００８２】ステップＳＴ４では、フォーカスバイアス
値を増加させる制御が行われる。これは、本実施の形態
においては、Ａ（１）＞Ａ（２）であることが、光ディ
スクが合焦位置よりも離れていることに相当するからで
ある。

【００８３】ステップＳＴ５では、Ａ（１）＝Ａ（２）
になったかどうかが判断される。Ａ（１）＝Ａ（２）で
あるときにはステップＳＴ８に進み、Ａ（１）＝Ａ
（２）でない時には再びステップＳＴ３に戻る。

【００８４】一方、ステップＳＴ６では、フォーカスバ
イアス値を減少させる制御が行われる。これは、本実施
の形態においては、Ａ（１）＜Ａ（２）であることが、
光ディスクが合焦位置よりも近づいていることに相当す
るからである。

【００８５】ステップＳＴ７では、Ａ（１）＝Ａ（２）
になったかどうかが判断される。Ａ（１）＝Ａ（２）で
あるときにはステップＳＴ８に進み、Ａ（１）＝Ａ
（２）でない時には再びステップＳＴ３に戻る。

【００８６】ステップＳＴ８では、Ａ（１）＝Ａ（２）
とするフォーカスバイアス値を固定する。そして、アク
チュエータへの正弦波の印加を停止して通常の再生状態
になる。なお、ステップＳＴ１の操作を省略すると、グ
ルーブを有する光ディスクでは、Ａ（１）＝Ａ（２）に
なった場合でもフォーカスオフセット量が最適でないこ
とがある。これは、非点収差法を用いて合焦制御を行う
場合に、平面でない光ディスクからの回折光の影響を受
けるためである。

【００８７】以上の手順により、光学系１００のフォー
カスサーボのオフセット量を最適値に調整できる。

【００８８】なお、以上の説明では、光ディスクが光磁
気ディスクであるとして説明したが、本発明は、相変化
光ディスク、追記型光ディスクなど種々の光ディスクに
も適用可能であることはもちろんである。

【００８９】

【発明の効果】本発明によれば、開口数が０．６を超え
る非球面２群対物レンズにより収束される光ビームの焦
点と記録媒体の信号記録面とのオフセット量を、上記記
録媒体から再生される信号に応じて調整するようにした
ため、従来の対物レンズ用アクチュエータを用いてフォ
ーカスサーボオフセット量を最適値に自動調整できる焦
点制御装置および方法を提供できる。

【００９０】また、本発明によれば、グルーブ部とラン
ド部の両方を用いたり、複数の記録層を用いる高記録密
度の光ディスクの記録再生を行うことができる光ディス
ク装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光ディスク装置の光ビームの焦点制御
を行う部分の基本的な構成を示すブロック図である。

【図２】本発明の光ディスク装置の光学系の構成例を示
す図である。

【図３】先玉レンズと対物レンズとから構成される２群
レンズの詳細を示す図である。

【図４】非点収差法において光ディスクからの反射光を
受光して焦点誤差を検出するために用いられる光検出器
の構造を示す図である。

【図５】焦点制御に用いられる信号を説明するための図
である。

【図６】本発明の光ディスク装置の一構成例を示すブロ
ック図である。

【図７】対物レンズを光軸方向に周期的に移動させなが
ら、フォーカスサーボのオフセット量の最適値を検出す
る動作を説明するための図である。

【図８】光ディスクのグルーブ部とランド部について説
明するための図である。

【図９】本発明の焦点制御方法の手順を示すフローチャ
ートである。

【符号の説明】

１０光ディスク、２０スピンドルモータ、３０
ＲＦ信号ヘッドアンプ、４０エンベロープ検波
部、５０ＣＰＵ、６１サーボヘッドアンプ、
６２フォーカス誤差検出部、６３，６６位相補償
部、６４，６７増幅部、６５トラッキング誤差検
出部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大里潔東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内 (72)発明者渡辺俊夫東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光ビームを収束して記録媒体の信号記録
面で合焦するように制御する焦点制御装置において、光ビームを収束する開口数が０．６を超える非球面２群
対物レンズと、上記対物レンズにより収束される光ビームを記録媒体の
信号記録面で合焦するように制御する合焦制御手段と、上記合焦制御された光ビームの焦点と上記記録媒体の信
号記録面とのオフセット量を上記記録媒体から再生され
る信号に応じて調整するオフセット調整手段とを備える
ことを特徴とする焦点制御装置。
【請求項２】上記合焦制御手段は、非点収差法を用い
ることを特徴とする請求項１記載の焦点制御装置。
【請求項３】上記オフセット調整手段は、上記対物レ
ンズを光軸方向の所定の範囲内で周期的に移動させて、
その範囲の両端における記録媒体からの再生信号の各振
幅に応じて上記オフセット量を調整することを特徴とす
る請求項１記載の焦点制御装置。
【請求項４】上記対物レンズは、正弦波状に移動する
ことを特徴とする請求項３記載の焦点制御装置。
【請求項５】光ビームを対物レンズで収束して記録媒
体の信号記録面で合焦するように制御する焦点制御方法
において、対物レンズにより収束される光ビームを記録媒体の信号
記録面で合焦するように制御する合焦制御工程と、上記対物レンズを光軸方向の所定の範囲内で周期的に移
動させて、その範囲の両端における記録媒体からの再生
信号の各振幅を検出し、検出された再生信号の各振幅の
差に応じて上記対物レンズにより収束される光ビームの
焦点と記録媒体の信号記録面とのオフセット量を調整す
るオフセット調整工程とを有することを特徴とする焦点
制御方法。
【請求項６】上記対物レンズは、開口数が０．６を超
える非球面２群対物レンズであることを特徴とする請求
項５記載の焦点調整方法。
【請求項７】上記合焦制御工程では、非点収差法を用
いることを特徴とする請求項５記載の焦点制御方法。
【請求項８】上記オフセット調整工程において、対物
レンズが正弦波状に移動することを特徴とする請求項５
記載の焦点制御方法。
【請求項９】上記再生信号振幅検出工程とオフセット
調整工程とが複数回繰り返して行われることを特徴とす
る請求項５記載の焦点制御方法。
【請求項１０】収束された光ビームを光ディスクの信
号記録面に照射して信号を記録再生する光ディスク装置
において、光ビームを収束する開口数が０．６を超える非球面２群
対物レンズと、上記対物レンズにより収束される光ビームを記録媒体の
信号記録面で合焦するように制御する合焦制御手段と、上記合焦制御された光ビームの焦点と記録媒体の信号記
録面とのオフセット量を上記記録媒体から再生される信
号に応じて調整するオフセット調整手段と備えることを
特徴とする光ディスク装置。
【請求項１１】上記合焦制御手段は、非点収差法を用
いることを特徴とする請求項１０記載の光ディスク装
置。
【請求項１２】上記オフセット調整手段は、上記対物
レンズを光軸方向の所定の範囲内で周期的に移動させ
て、その範囲の両端における記録媒体からの再生信号の
各振幅に応じて上記オフセット量を調整することを特徴
とする請求項１０記載の光ディスク装置。
【請求項１３】上記対物レンズは、正弦波状に移動す
ることを特徴とする請求項１２記載の光ディスク装置。