JP2563747B2

JP2563747B2 - 光学ディスク装置

Info

Publication number: JP2563747B2
Application number: JP5129096A
Authority: JP
Inventors: 広通石橋; 正春井村; 亮輔清水
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1993-05-31
Filing date: 1993-05-31
Publication date: 1996-12-18
Anticipated expiration: 2011-12-18
Also published as: JPH0689451A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は計算機外部メモリー等に
用いられるような大容量でしかも高速なアクセス機能を
持つ光学ディスク装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年光学ディスク装置における情報の高
速アクセス化が強く望まれている。高速アクセスを実現
するための最低条件としては、光学ピックアップの高速
動作、高精度な位置決めの２点がある。

【０００３】光学ピックアップの高速動作を可能にする
ため、光学ピックアップの小型軽量化、光学ピックアッ
プ駆動装置の改良といった点に重点を置いた設計開発が
現在最も盛んに行なわれている。

【０００４】以下従来の光学ディスク装置について述べ
る。図６は従来の光学ディスク装置の部分斜視図及びブ
ロック図である。図６において１はレーザー発光源、２
はコリメータレンズ、３は対物レンズで、これらは同一
光軸上に設けられている。４は焦点誤差検出装置で、受
光光学部材４１、受光素子４２、焦点誤差電圧変換装置
４３によって構成されている。１１，１２は分光部材
で、分光部材１１は光学ディスク６で反射して再び対物
レンズ３を通った光を受光側へ分光するのに用いられ
る。分光部材１２は受光側へ入射して来た光を焦点誤差
検出装置４と受光素子５へそれぞれ振り分ける働きをす
る。対物レンズ３は、それを焦点制御方向に動かす対物
レンズ駆動装置３０によって保持されている。また対物
レンズ駆動装置３０は焦点誤差検出装置４の出力と電気
的に接続されている。

【０００５】尚、図中では特に明らかにしてはいない
が、少なくとも対物レンズ３を光学ディスク６の面に対
して水平に移動させるトラバース駆動手段が存在する。

【０００６】以上述べたように構成された従来の光学デ
ィスク装置について以下説明する。レーザー発光源１よ
り発せられたコヒーレント光はコリメータレンズ２で平
行光にされた後対物レンズ３により光学ディスク６上で
焦点を結ぶ。光学ディスク６で反射された光は再び対物
レンズ３を通った後その一部は分光部材１１で受光側へ
送られ、さらに分光部材１２を通った後焦点誤差検出装
置４へ入射する。焦点誤差検出装置は対物レンズ３の光
学ディスク６に対する焦点ずれを電気的に出力するもの
で、今日までに秀れた方式が数多く実現されているが図
６には筆者の好みから非点収差法による焦点誤差検出装
置を記してある。しかし非点収差法については公知であ
り、また若干後述もするのでここでは触れない。

【０００７】対物レンズ３の光学ディスク６に対する焦
点ずれが検出されると、その電圧（又は電流）変換値が
対物レンズ３を支持している対物レンズ駆動装置３０に
フィードバックされる。その結果焦点ずれを零に補正す
ることができる。こうして最低、対物レンズ３と対物レ
ンズ駆動装置３０と焦点誤差検出装置４、の３者で構成
される焦点制御手段（ループ）（特に番号はつけず）に
より対物レンズ３より発せられる光は常に光学ディスク
６の反射面上で焦点を結んでいることになる。

【０００８】このとき、受光素子５には光学ディスク６
のトラックのフーリエ変換像と初期光束とでたたみ込み
積分を行なった値が写し出される。この様子を図８
（ａ）に示す。Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３は図７に示してあるよ
うに対物レンズ３によって集束された光（スポット）の
光学ディスク６上における位置に対応させた信号であ
る。受光素子５に写し出されるディスク反射光は光軸上
を進む０次光（ｌ₀）と０次光光に対して左右対称に生
じる−１次光（ｌ_-1）並びに＋１次光（ｌ₊₁）との和で
表わされる。０次光に対する±１次光の位相はスポット
のトラックに対する位置によって決定される。スポット
がトラックの凸部分にあるときＰ１は、±１次光は０次
光に対し−π／２の位相差を持ち、凹部分にあるときＰ
３は＋π／２の位相差を持つ（図９（ａ））。０次光と
±１次光を加えると図８（ａ）のＰ１，Ｐ３で示したよ
うな右左対称な強度分布を持つ反射光が得られる。スポ
ットがトラックエッジにあるときＰ２は−１次光の位相
は０次光に対しπとなり＋１次光の位相は０となるた
め、＋１次光側の強められた反射光となる。

【０００９】ここで−１次光および＋１次光によって干
渉された部分がそれぞれ検出できるように受光素子５を
素子片５ａ，５ｂに分割し、その出力a _out 、 b _outを見
れば図８（ｂ）のようになる。図８（ｂ）で横軸はスポ
ットの位置、縦軸は出力を表わす。素子片５ａ，５ｂの
出力は一方のトラックエッジで極大または極小値をとる
ので、トラバース最中にこれらの出力の変動の様子をカ
ウントすれば即ち横切ったトラックをカウントしたこと
になる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかし、焦点誤差検出
装置に入射する光は光学ディスクを反射した信号光だけ
とは限らず、分光部材１１、１２の入射面等で反射した
雑音光（迷光）も混入する。この迷光がさらに受光素子
４２に入射するとこれが焦点ずれ検出雑音となって焦点
制御が正しく実行できなくなる。故に、受光素子４２の
面積を制限せざるを得ない。しかしこうすると焦点ずれ
の検出範囲が狭まり、焦点誤差が零となるよう焦点制御
が実行されている間は問題が無くとも、焦点誤差が大き
くなり、ディスク反射光が受光素子４２の領域を越える
と、焦点誤差検出信号は線形領域を逸し、これをさらに
越えると焦点誤差検出信号はもはや得られなくなる。

【００１１】本発明は、こういった従来の欠点を解消す
るもので、目標とする焦点誤差が零でない場合でも安定
した制御が実行されるよう、実質的に焦点制御範囲を拡
張するものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、発光手段と、
上記発光手段が発した光を光学ディスク上へ収束させる
対物レンズとを具備し、上記光学ディスクを反射した光
を電気信号に変換して上記収束光の焦点と上記光学ディ
スクの記録面との距離に応じた焦点誤差信号を生成する
焦点誤差検出部と、上記対物レンズをその光軸方向に移
動させる対物レンズ駆動部とから少なくとも成り、上記
焦点誤差信号を上記対物レンズ駆動部に帰還して焦点誤
差を定値に保つ焦点制御手段を具備した光学ディスク装
置であって、上記焦点誤差検出部は複数の素子片より構
成される受光素子と、その周辺に設けられた補助受光素
子より成り、焦点誤差を第１の目標値に収束させる制御
を実行する場合は上記受光素子の出力より生成された焦
点誤差信号を帰還させ、上記第１の目標値と異なる第２
の目標値に収束させる場合には上記受光素子並びに上記
補助受光素子より生成された焦点誤差信号を帰還させる
構成にしたものである。

【００１３】

【作用】上記構成によって、焦点誤差を零とする場合と
これにオフセットを加えた場合とでそれぞれ最適な焦点
誤差信号を選択することができ、迷光の影響を回避しつ
つ実質的に焦点検出範囲を拡張することができる。

【００１４】

【実施例】以下本発明の第１の実施例について、図面を
参照しながら説明する。

【００１５】図１は本発明の第１の実施例における光学
ディスク装置の部分斜視図およびブロック図、図５はそ
の要部構成図である。図１において、従来例と異なるの
は焦点誤差検出装置４０は図４（ｂ）に示されるよう
に、受光素子４２ならびに補助受光素子４４、焦点誤差
電圧変換装置４３、焦点制御切り換えスイッチ９を具備
している点である。

【００１６】以上のように構成された本実施例の光学デ
ィスク装置について以下その動作を説明する。まず従来
例のように焦点ずれが零になるように焦点制御を実行す
る場合、焦点制御切り換えスイッチ９を図４（ｂ）中示
されるＳ１側にしておけばよい。

【００１７】次に焦点制御ループに直流オフセットを加
える場合を考える。このとき、先述のように迷光防止の
理由で受光素子を小面積にした場合、上記オフセットを
加えたことによって焦点誤差検出範囲を逸脱してしまう
場合がある。そこで本実施例では補助受光素子を用いて
検出範囲を広げている。この説明に入る前に、本実施例
でわざわざ上記オフセットを焦点制御ループに加えるこ
との意味についてまず説明する。

【００１８】対物レンズ３が光学ディスク６に対して有
限の焦点誤差を持っているとき、受光素子５に写し出さ
れる像は光学ディスク６のトラックのフーリエ変換像と
初期光束に波面収差を加えたものとのたたみ込み積分値
となる。この結果を図２（ａ）に示す。図２（ａ）と図
８（ａ）との相違点は、図２（ａ）ではスポットがトラ
ックの凸部分にあるときＰ１と凹部分にあるときＰ３と
で得られる反射像が異なっている、ということである。

【００１９】このことを波面収差の考え方を用いて若干
説明する。図３に対物レンズ３、光学ディスク６、およ
び対物レンズ３によって形成される光の波面Ｗ１を記し
た。もし、波面がＷ２であるならば対物レンズ３を出た
光は光学ディスク６の上で焦点を結び、その結果受光素
子５で観察される反射光は従来例で述べた強度および位
相分布を持つものとなる。

【００２０】しかし実際に対物レンズ３より発せられる
光は光学ディスク６から有限距離ｆ_offだけ離れた点Ｐ
（図３）に集光するものであり、その波面Ｗ１はこの点
Ｐを中心とした球面で表される。一方Ｗ２（焦点ずれが
無いときの波面）は光学ディスク６上の一点を中心とす
る球面上に形成されたものであるから、Ｗ１はＷ２に対
して、図３に示されているように、光軸からの距離ｈが
大きくなるほどずれが大きくなる。球面はもともと２次
関数であるから、このずれの量ω（ｈ）はｈの２乗に比
例する関数となる。このことは言い換えればＷ１はＷ２
に対してω（ｈ）に相当する位相誤差を持ちながら伝搬
する結果、光学ディスク６からｆ_offはずれた点Ｐに結
像するということになる。なお、図３中ｆは対物レンズ
３の焦点距離であり、波面Ｗ１の半径となるものであ
る。

【００２１】こうしてＷ１が（上記位相誤差を持ったま
ま）光学ディスク６の表面で反射し、受光素子に到達し
たときの像を、焦点ずれが無い場合すなわち図９（ａ）
と対比させて、図９（ｂ）に示す。

【００２２】焦点ずれのときの反射像は、波面収差の観
点からすれば、単にトラックのフーリエ変換像と波面収
差ωｐ(h)を持つ初期光束とのたたみ込み積分という形
で表わすことができる。即ち図９（ａ）では各々の干渉
光においてはどの部分の位相も均一であったのに対し図
９（ｂ）では各々の位相が中心からの距離に対してωｐ
(h)で変化している。ここで注目すべきことはスポット
がトラックの凸部分Ｐ１にある時と凹部分にある時との
差異である。図９（ｂ）ではＰ１のときは０次光中心付
近において０次光と±１次光はほぼ逆相でありＰ３のと
きはほぼ同相である。つまりＰ１では０次光の中心付近
は周囲より暗くなり、Ｐ３で逆に明るくなる。この特徴
を表わしたのが図２（ａ）である。

【００２３】ここで従来例と同様に受光素子５の素子片
５ａ，５ｂの出力ａ_out、ｂ_outを見た様子を図２（ｂ）
に示す。２出力が、同相でも逆相でもない２相信号とし
て得られるため、両者の位相関係を見ることにより、ス
ポットの移動方向が判別できる。つまり、ａ_outがｂ_out
に対して位相が進んでいるか否かにより方向判別が可能
となる。

【００２４】以上述べたように本実施例ではスポット
（対物レンズによる集束光）の光学ディスクに対する移
動方向を検出する目的で焦点制御ループにオフセットを
加えている。

【００２５】以下、焦点誤差検出範囲を拡張するための
構成ならびにその動作について説明する。図４（ａ）お
よび（ｂ）は焦点誤差検出装置４０における主な構成要
素を示したものである。図４（ａ）において４２は受光
素子であり、素子片４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄよ
り構成される。また図４（ｂ）において４３は上記各素
子片の出力の和または差を演算して出力する焦点誤差電
圧変換装置である。９は焦点誤差電圧変換装置４３の出
力を切り換える焦点制御切換スイッチである。

【００２６】以上のように構成された本実施例における
光学ディスク装置について以下動作を説明する。焦点誤
差の検出は非点収差法を用いているとすると、対物レン
ズ３の焦点（スポット）が光学ディスク６の上にあると
きには（つまり焦点誤差が零であるときは）受光素子４
２に投射されるディスク反射の像は円形になる（図５中
ＳＰ１）。焦点誤差が大きくなるにつれ、この投射像は
受光素子４２の対角線方向に伸びる（同図中ＳＰ２）の
で、受光素子４２の各素子片４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、
４２ｄからの出力Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄから（図４（ｂ）の回
路を用いて）、（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ）（３）なる量を焦点誤差検出信号として求めることにより焦点
誤差に比例した電気出力を得ることができる（図５
（ｂ）実線）。しかしここで、先述のように迷光混入に
よる検出Ｓ／Ｎ低下を防ぐ等の理由から受光素子４２の
範囲を制限せざるを得ない場合、焦点誤差が零となるよ
う焦点制御が実行されている間は問題が無いが、焦点誤
差が大きくなり、ディスク反射光が受光素子４２の領域
を越えると焦点誤差検出信号は線形領域を逸し、これを
さらに越えると焦点誤差検出信号はもはや得られなくな
る。

【００２７】そこで、本実施例では補助受光素子４４を
受光素子４２の外周部に設けている。このようにすれば
上述のように受光素子４２をはみ出すほどの焦点誤差が
発生しても（図５中Ｐ３）、投射像が上記補助受光素子
４４内にあれば焦点誤差の検出が可能となる。たとえ
ば、各素子片４４ａ、４４ｂの出力Ｅ、Ｆおよび上記受
光素子４２の出力Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄから、（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）−（Ｅ＋Ｆ）（４）なる量を求めたものを拡張焦点誤差検出信号（図５
（ｂ）点線）として焦点制御ループに加えたことにより
制御範囲を拡張できる。

【００２８】なお、焦点制御切り換えスイッチ９は目標
値零の焦点制御を実行する場合、および焦点ずれを意図
的に加えるなど制御範囲を拡張したい場合、適宜焦点誤
差検出信号および拡張焦点誤差検出信号の何れかを焦点
制御ループへ加える働きをする。

【００２９】以上のように本実施例によれば受光素子４
２と補助受光素子４４を有した焦点誤差検出装置を設け
たことにより、迷光の影響を除去しつつ焦点誤差検出範
囲を拡張することができる。

【００３０】ここで受光素子５に関して若干補足説明を
しておく。従来例、あるいは本実施例において、焦点誤
差零の制御を行なっている場合には、受光素子５はトラ
ッキング誤差信号の検出手段として用いる。しかし特に
本実施例において、トラバースを実行した際には受光素
子５の出力よりスポットの進行方向が識別できることに
なる。

【００３１】

【発明の効果】本発明によれば、所定値以内の焦点誤差
に対して焦点誤差信号を発生する受光素子４２と、上記
所定値を越える焦点誤差に対して焦点誤差信号を発生す
る補助受光素子４４の両者から得られる焦点誤差信号を
適宜焦点制御系に供給することによって、焦点制御範囲
を拡張することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例における光学ディスク装
置のブロック図を含む斜視図

【図２】本発明の原理を表した説明図

【図３】本発明の原理を表した説明図

【図４】本発明の第１の実施例における光学ディスク装
置の要部構成図

【図５】本発明の第１の実施例の動作を表わす説明図

【図６】従来の光学ディスク装置のブロック図を含む斜
視図

【図７】スポットの位置を示す斜視図

【図８】従来例の動作を表わす説明図

【図９】光学ディスク反射光の生成原理を表した説明図

【符号の説明】

１レーザー発光源３対物レンズ９焦点制御切り替えスイッチ３０対物レンズ駆動装置４０焦点誤差検出装置４２受光素子４４補助受光素子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭59−207033（ＪＰ，Ａ) 特開昭52−74218（ＪＰ，Ａ) 特開昭51−110214（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−70434（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】発光手段と、上記発光手段が発した光を光
学ディスク上へ収束させる対物レンズとを具備し、上記
光学ディスクを反射した光を電気信号に変換して上記収
束光の焦点と上記光学ディスクの記録面との距離に応じ
た焦点誤差信号を生成する焦点誤差検出部と、上記対物
レンズをその光軸方向に移動させる対物レンズ駆動部と
から少なくとも成り、上記焦点誤差信号を上記対物レン
ズ駆動部に帰還して焦点誤差を定値に保つ焦点制御手段
を具備した光学ディスク装置であって、上記焦点誤差検出部は複数の素子片より構成される受光
素子と、その周辺に設けられた補助受光素子より成り、
焦点誤差を第１の目標値に収束させる制御を実行する場
合は上記受光素子の出力より生成された焦点誤差信号を
帰還させ、上記第１の目標値と異なる第２の目標値に収
束させる場合には上記受光素子並びに上記補助受光素子
より生成された焦点誤差信号を帰還させることを特徴と
する光学ディスク装置。
【請求項２】第１の目標値を零とし、第２の目標値を零
でない有限値とすることを特徴とする請求項１記載の光
学ディスク装置。
【請求項３】受光素子は互いに直交する２本の境線で分
割された４つの受光素子片より成ることを特徴とし、補
助受光素子は上記境界線の交点を通りしかも上記境界線
の何れかと４５度の角度をなす線上に設けられたことを
特徴とする請求項１記載の光学ディスク装置。