JPH0624070B2 - 光学デイスク装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 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。

従来例の構成とその問題点 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。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。

しかし光学ピックアップの高速動作もさることながら、
目標とするトラックを誤りなくアクセスする高精度な位
置決め能力の高速アクセスに寄与する役割も大きい。な
ぜなら、目標トラック以外のトラックをアクセスした場
合、たとえそのトラックが目標トラックとトラック数本
分の隔たりであったとしても、再び光学ピックアップを
動かしてアクセスし直さなければならず、このことがア
クセス時間を長くさせるからである。

目標トラックを正しくアクセスしない（シークエラー）
原因の多くはディスクの偏心回転等によって引き起こさ
れるトラックのカウントミスから発生している。即ち、
多くの光学ディスク装置は目標とするトラックに到達す
るまで、横切ったトラックの本数をカウントしながら光
学ピックアップを移動させる（トラバースさせる）が、
従来の光学ディスク装置（特に記録可能なもの）では後
述のように光学ディスク面に対する光学ピックアップの
相対的な移動方向が検出できなかったため、ディスクの
偏心がトラバース中の光学ピックアップを追い抜きその
結果光学ディスク面に対して光学ピックアップが今迄と
逆方向に進みながらも正方向にトラックをカウントして
しまうといったことが生じていた。こういったシークエ
ラーは光学ピックアップの高精度位置決め、即ち高速ア
クセスに悪影響を及ぼしていた。

以下従来の光学ディスク装置の欠点を詳細に述べる。第
１図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。第１図において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４
３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。

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。

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
実現されているが第１図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。

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。

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。この様子を第３図ａに示す。Ｐ
１，Ｐ２，Ｐ３は第２図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記号である。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（
₀）と０次光に対して左右対称に生じる−１次光
（_-1）並びに＋１次光（₊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Ｐ３は＋π／２
の位相差を持つ（第４図）。０次光と±１次光を加える
と第３図(a)のＰ１，Ｐ３で示したような左右対称な強
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。

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 ou_T,b ou_Tを見れば第３図(b)
のようになる。第３図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。

しかし、受光素子５の出力からスポットの移動方向を検
出することは非常に困難であるか、又は不可能である。
これは第３図(a)、第４図から明らかであるが、スポッ
トがトラックの凸部Ｐ１にあるときと凹部Ｐ３にあると
きとの０次光と±１次光との合成光は、その位相分布は
異なっていても強度分布は全く同じで、従って入射光の
強度を検出する受光素子５の出力を見てもトラックの凹
凸の差異を検出することができないからである。

一般に光ディスクではトラックの凹または凸の一方を情
報記録用として用い、他方を緩衝領域として用いるの
で、記録信号の有無によりトラックの凹凸を見分け、そ
の結果と先述の干渉光による出力変動値からスポットの
移動方向を検知することが可能ではあるが、何ら情報の
記されていない初期状態の光学ディスクではこういった
方法はそのまま用いることはできない。したがって初期
状態においてトラックの凹凸を見分ける信号をあらかじ
め光学ディスクに書いておくことが必要である。しか
し、この方式は光学ディスクの生産性を著しく低下ささ
るばかりか、逆に光学ディスクに信号を記録する際に、
トラック判別信号と記録信号が互いに影響し合うことも
考えられるので、あまり良い結果は期待できない。

以上述べたように従来の光学ディスク装置ではスポット
の光学ディスク上トラックに対する移動方向を検出する
ことが著しく困難であったため、目標トラックを検索す
る際のシークエラーが頻発し、それが検索時間（アクセ
スタイム）の短縮化を妨げていた。

発明の目的 本発明は、こういった従来の欠点を解消するもので、ス
ポットの光学ディスクに対する移動方向を検出すること
ができ、その結果トラックアクセス時におけるシークエ
ラーの頻度を減少させることができるものである。

発明の構成 本発明は、発光装置と、発光装置より発せられた光を光
学ディスク上へ集光させる対物レンズと、上記光学ディ
スクにおいて反射または透過した光を電気信号に変換す
る受光手段を有し、上記受光手段の中で、対物レンズ
と、対物レンズの焦点と光学ディスク上の記録面との距
離即ち焦点誤差に応じた電気的出力を発する焦点誤差検
出装置と、上記焦点誤差検出装置の出力に応じて上記対
物レンズをその光軸方向に動かす対物レンズ駆動装置の
少なくとも三者で構成される焦点制御手段を有する光学
ディスク装置であって、上記制御手段を実質的に複数個
有し、上記焦点誤差に対する目標値が零である焦点制御
手段と上記焦点誤差に対する目標値が適当な有限値であ
る焦点制御手段の少なくとも２者を備えた構成であり、
情報の読み書きを実行する際には、上記焦点誤差に対す
る目標値が零である焦点制御手段を用いて光学ディスク
上に焦点の合ったスポットを形成させることにより従来
の光学ディスクと同等の動作を行なわせ、トラックアク
セスのため光学ディスク面をトラバースするときには上
記焦点誤差に対する目標値として適当な有限値を持った
焦点制御手段を用いて若干焦点ずれの生じたスポットを
光学ディスク面上に形成させることにより、トラバース
中におけるスポットの光学ディスク上のトラックに対す
る移動方向を受光手段の１出力から検出できるようにし
たものである。

実施例の説明 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。

第５図は本発明の第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である。

第５図において７は焦点誤差検出装置４と対物レンズ駆
動装置３０との間に設けられた直流オフセット加算装置
であり、その構成要素として直流オフセット切換スイッ
チ７１および加算装置７２を有している。なお、この直
流オフセット切換スイッチ７１は、読み書きおよびトラ
バース切換信号Ｒ／Ｔによってコントロールされる。他
の構成要素は従来例と同じである。

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。光学ディスク６に対し
て通常の読み書き動作を実行するために、直流オフセッ
ト切換スイッチ７１をアース側Ｓ１へへ接続した場合は
加算装置７２の出力は焦点誤差検出装置４の出力と同じ
になり、その結果本実施例の動作は従来例の動作と全く
同じになる。

次に、読み書き動作を終了あるいは中断し、トラバース
（トラック間移動）動作に移行した際、直流オフセット
切換スイッチ７１を直流バイアス側Ｓ２へ接続した場合
を考える。このときは焦点制御ループに直流オフセット
が加わることになる。即ちＳ１の状態で光学ディスク６
に対する対物レンズ３の焦点誤差が零になるように制御
がかけられているとすれば、Ｓ２の状態では焦点誤差が
ある有限値になるように制御がかけられることになる。
もっともＳ２で決定される直流オフセット値が焦点制御
ループの制御範囲内にあるという条件下においてであ
る。

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
結果を第６図(a)に示す。第６図(a)と第３図(a)との相
異点は、第６図(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。

このことは波面収差の考え方を用いて若干説明する。第
７図に対物レンズ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。

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ｆoffだけ離れた点Ｐに集光するも
のであり、その波面はＷ１で表わされる。Ｗ１，Ｗ２は
それぞれ点Ｐおよび光学ディスク６上の一点を中心とす
る球面上に形成された波面であるから、Ｗ１はＷ２に対
して で表わされる波面収差を持っていると考えることができ
る。ここでｈは対物レンズ３上の１点と光軸との間の距
離を表わし、ｆは対物レンズ３の焦点距離を表わす。こ
のことは即ちＷ１はＷ２に対して だけ位相を異にしながら伝搬することを意味する。

こうしてＷ１が光学ディスク６の表面で反射し、受光素
子５に到達したときの像を従来例に倣って考察すると第
４図(b)のようになる。

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。即ち第４図(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第４図(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Ｐ
１にある時と凹部分にある時との差異である。第４図
(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第
６図(a)である。

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 ou_T,b ou_Tを見た様子を第６図(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 ou_Tがb ou_Tに対して位相
が進んでいるか否かにより方向性判別が可能となる。

なお、本実施例の説明はあくまでトラック検索中でしか
も横切ったトラックを数えながらトラバースを実行して
いるときのものであり、情報の読み書きを実行する際に
は直流オフセット切換スイッチ７１をアース側Ｓ１に切
り換え、光学ディスク６上で焦点を結ばせておかなけれ
ばならない。

以上述べたように本実施例によれば、焦点誤差検出手段
４と対物レンズ駆動装置３０の間に直流オフセット加算
装置７を設けたことにより、スポットの光学ディスクに
対する移動方向を検出することができ、それにより目標
トラック検索時におけるシークエラーを軽減し、より高
速なアクセスを実現することができる。

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、即ち特許請求の範囲で述べ
た移動方向検出手段の役割を果たすことになる。

次に本発明の他の実施例について図面を参照しながら説
明する。

第８図は本発明の第２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を示す。

第８図において４１は第１の焦点誤差検出装置であり、
４２は第２の焦点誤差検出装置である。１３は光学ディ
スク６からの反射光を第１および第２の焦点誤差検出装
置４１，４２へ振り分ける分光部材である。８は対物レ
ンズ駆動装置３０を第１および第２の焦点誤差検出装置
４１，４２のどちらか一方の出力に接続する焦点制御切
換スイッチである。

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
ついて以下動作を説明する。

焦点制御切換スイッチ８をＳ１側へ接続したときには、
対物レンズ３、第１の焦点誤差検出装置４１、対物レン
ズ駆動装置３０によって構成される焦点制御ループが、
焦点制御切換スイッチ８をＳ２側に接続したときには対
物レンズ３、第２の焦点誤差検出装置４２と対物レンズ
駆動装置３０によって構成される焦点制御ループが作動
する。前者は対物レンズ３の焦点を光学ディスク６上に
結ばせる（焦点誤差が零）のに用い、後者を光学ディス
ク６から有限距離にある一点に焦点を結ばせるのに用い
れば、第１の実施例で述べたのと同等の効果を得ること
ができる。

さらに、第１の実施例では焦点制御ループに加えられる
オフセットが必ず焦点制御可能な範囲になければなら
ず、焦点誤差検出装置４もその検出範囲が十分広くなけ
ればならなかったが、本実施例では情報の読み書きとト
ラック検索とで別の制御ループを用いるため、こうした
配慮は必要でなくなる。

以上述べたように本実施例によれば、第１および第２の
焦点誤差検出手段４１，４２を焦点制御切換スイッチ８
で選択して制御ループを構成することにより、それぞれ
の制御ループの制御範囲が第１の実施例で必要とされる
程広くない場合でも第１の実施例で述べたのと同等の効
果を得ることができる。

第９図(a)は本発明の第３の実施例における光学ディス
ク装置の要部平面図、第９図(b)は同様にブロック図を
表わす。

第９図(a)において、４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄ
は受光素子４２を構成する素子片であり、４４ａ，４４
ｂは補助受光素子４４を構成する素子片である。第９図
(b)において４３は各素子片の出力の和または差を出力
する焦点誤差電圧変換装置である。９はその出力と対物
レンズ駆動装置３０との間に設けられた焦点制御切換ス
イッチである。

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。今、焦点誤差の検出
は非点収差法を用いているとする対物レンズ３の焦点が
光学ディスク６の上にある時には受光素子４２に写し出
されるディスク反射光は円形になる（第１０図ＳＰ
１）。焦点がはずれて来ると反射光は受光素子４２の対
角線方向に伸びる（ＳＰ２）ので、受光素子４２の各素
子片からの出力Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄから（第９図(b)参照） Ａ＋Ｃ−（Ｂ＋Ｄ） (3) なる量を求めることにより焦点誤差に比例した電気的出
力を得ることができる（第１０図(b)）。

しかし、焦点誤差が大きくなりディスク反射光が受光素
子４２の範囲を越えると（ＳＰ３）焦点誤差検出装置４
はその線形領域を逸し、場合によっては制御をかけるの
が不可能になる。であるから、もし迷光混入によるＳ／
Ｎ低下を防ぐ等の理由から受光素子４の大きさが限られ
ているときには、第１の実施例で述べたような直流オフ
セットを加えた状態での焦点制御が困難になる。

そこで本実施例では新たに補助受光素子４４を受光素子
４２の外周部に設け、各素子片の出力Ｅ，Ｆおよび受光
素子４２の出力から （Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）−（Ｅ＋Ｆ） (4) なる量を求めたものを新たに焦点制御ループに加えたこ
とにより制御範囲を広めている（第１０図(b)）。焦点
制御切換スイッチは情報の読み書き、トラック検索の場
合場合に応じて、(3)式，(4)式で表した焦点誤差出力を
焦点制御ループへ加える働きをする。

以上のように本実施例によれば受光素子４２の周辺部に
補助受光素子４４を設けることにより焦点制御ループの
制御範囲を広めることができる。

発明の効果 本発明によれば、焦点制御ループを複数個備えた上、各
焦点制御ループにそれぞれ異なった焦点誤差に対する目
標値を持たせ、トラバースを実行するときに意図的に焦
点誤差を生じさせたことにより、スポットのトラックに
対する移動方向を検出することができる。このことによ
りトラックアクセス時のシークエラーを軽減することが
でき、その結果高速アクセスも可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の光学ディスク装置のブロック図を含む斜
視図、第２図はスポットの位置を示す斜視図、第３図
(a)，(b)は従来例の動作を表わす説明図、第４図(a)，
(b)は光学ディスク反射光の生成原理を表わした説明
図、第５図は本発明の第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、第６図(a)，(b)、第
７図は本発明の原理を表した説明図、第８図は本発明の
第２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、第９図(a)は本発明の第３の実施例におけ
る光学ディスク装置の要部平面図、第９図(b)は本発明
の光学ディスク装置の要部斜視図を含む要部ブロック
図、第１０図(a)，(b)は本発明の第３の実施例の動作を
表わす説明図である。 １……レーザー発光源、３……対物レンズ、４……焦点
誤差検出装置、５……受光素子、７……直流オフセット
加算装置、８，９……焦点制御切換スイッチ、３０……
対物レンズ駆動装置、４２……受光素子、４４……補助
受光素子。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】発光手段と、上記発光手段より発せられた
   光を連続トラックが形成された光学ディスク上へ集光さ
   せる対物レンズと、上記光学ディスクにおいて反射また
   は透過した光を電気信号に変換する第１の受光手段を有
   し、 少なくとも上記第１の受光手段から、対物レンズの焦点
   と光学ディスク上の記録面との差異である焦点誤差に応
   じた電気的出力を発する焦点誤差検出手段と、上記焦点
   誤差検出手段の出力に応じて上記対物レンズをその光軸
   方向に動かす対物レンズ駆動手段とを具備した焦点制御
   手段を有する光学ディスク装置において、 上記焦点制御手段は、情報の記録または再生時に焦点誤
   差目標値が零であるように制御を行う第１の焦点制御手
   段と、 トラバース時に上記焦点誤差目標値が零でない適当な有
   限値となるように制御を実行する第２の焦点制御手段の
   少なくとも二者を実質的に備え、 さらに、上記連続トラックによって生じた正および負の
   回折光をそれぞれ電気信号に変換する第２の受光手段を
   有し、上記第２の受光手段の出力信号によりトラバース
   方向を検知することを特徴とする光学ディスク装置。
2. 【請求項２】焦点誤差検出手段と対物レンズ駆動手段の
   間に、上記焦点誤差検出手段の電気的出力に直流オフセ
   ットを加える加算手段を設け、目的に応じて直流オフセ
   ット値を切り換えることにより実質的に複数の焦点制御
   手段を構成したことを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の光学ディスク装置。
3. 【請求項３】焦点誤差検出手段を実質的に複数個備え、
   それぞれの焦点誤差検出手段が同一の焦点誤差に対して
   それぞれ異なる複数の電気的出力を有するように構成
   し、対物レンズ駆動手段の入力と、上記焦点誤差検出手
   段の一方の電気的出力とを切り換えて接続することによ
   り、実質的に複数の焦点制御手段を構成したことを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の光学ディスク装置。
4. 【請求項４】焦点誤差検出手段に入射した光束を電気信
   号に変換する手段として、受光手段と補助受光手段とを
   設け、焦点誤差に起因する入射光束の変化を上記受光手
   段が感知することにより焦点誤差に対応した一電気出力
   を得、また同様に上記補助受光手段または受光手段と補
   助受光手段の両者が光束を感知することにより別の電気
   的出力を得、その結果同一の焦点誤差に対して複数の電
   気的出力を得るように構成したことを特徴とする特許請
   求の範囲第３項記載の光学ディスク装置。