(57)【要約】【課題】合焦点を中心に必要最小限の振幅でフォーカスサーチ動作を行うことができるフォーカス制御装置を提供する。【解決手段】フォーカスエラー信号に基づいて対物レンズ６が光情報記録媒体Ｄに衝突することを防止するフォーカス制御装置において、対物レンズが合焦位置を超えて記録面側に接近する方向にあって、対物レンズが光情報記録媒体に衝突しないように設定されたフォーカスエラー信号値を第１閾値とし、対物レンズが合焦位置を超えて記録面から遠ざかる方向にあって、対物レンズが光情報記録媒体から離れ過ぎないように設定されたフォーカスエラー信号値を第２閾値とする時、フォーカスエラー信号が第１閾値と第２閾値との間に入っていることを判定する領域判定手段１４と、領域判定手段から出力される信号に基づいてフォーカスエラー信号が第１閾値と第２閾値との間になるように制御するフォーカス制御するレンズ制御手段１６とを有する。【選択図】  図１
2004273023.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照射光を対物レンズを介して光情報記録媒体の記録面に合焦させ、前記記録面からの戻り光により得られるフォーカスエラー信号に基づいて、前記対物レンズが前記光情報記録媒体に衝突することを防止するフォーカス制御装置において、
前記対物レンズが前記照射光を前記記録面に合焦させた合焦位置における前記フォーカスエラー信号値を基準値として、前記対物レンズが前記合焦位置を超えて前記記録面側に接近する方向にあって、前記対物レンズが前記光情報記録媒体に衝突しないように設定された前記フォーカスエラー信号値を第１閾値とし、前記対物レンズが前記合焦位置を超えて前記記録面から遠ざかる方向にあって、前記対物レンズが前記光情報記録媒体から離れ過ぎないように設定された前記フォーカスエラー信号値を第２閾値とする時、前記フォーカスエラー信号が前記第１閾値と前記第２閾値との間に入っていることを判定して出力する領域判定手段と、
前記領域判定手段から出力されるフォーカスエラー信号に基づいて、前記フォーカスエラー信号が前記第１閾値を超えて前記記録面に近づいた場合に、或いは前記第２閾値を超えて前記記録面から遠ざかる場合に前記合焦位置に戻し、前記フォーカスエラー信号が前記第１閾値と前記第２閾値との間になるように制御して、前記対物レンズを前記光情報記録媒体に衝突させずにフォーカス制御するレンズ制御手段と、
を有することを特徴とするフォーカス制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ディスク装置等の光情報記録媒体に対して情報を記録したり、再生したりする装置に用いる光ピックアップの対物レンズをフォーカス方向へ移動させて対物レンズの焦点位置（合焦点）を検出して対物レンズの移動方向を制御するフォーカス制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、光情報記録媒体、例えば光ディスクに対して情報を記録したり、再生したりする装置にあっては、フォーカスサーボを引き込む前の処理として、光ピックアップの対物レンズをディスク面に直交する方向、すなわちフォーカス方向に移動させて対物レンズ焦点位置（合焦点ともいう）を探るフォーカスサーチ動作を行う。
この場合、光ディスクの反りや面ぶれ、レンズアクチュエータやディスクモータの取り付け精度等により対物レンズのニュートラル位置から合焦点までの距離がばらついても対物レンズの焦点位置を検出できるように、対物レンズを一定の振幅でフォーカス方向に大きく移動させてフォーカスサーチ動作を行っていた（例えば特許文献１を参照）。
【０００３】
この時の状態を図６を参照して説明する。図６はフォーカスサーチ動作時のディスク表面と対物レンズの先端との位置関係を示すグラフである。図６は低密度光ディスクと高密度光ディスクがある場合において高密度ディスクに合焦させる場合の例を示している。フォーカスサーチ動作を開始すると対物レンズはディスク表面より遠く離れたニュートラル位置からディスク表面に接近し、高密度光ディスクに対する合焦点を通過して更に大きくディスク表面に近づいた後に、対物レンズの移動方向を反転させてディスク表面から遠ざかるように動作する。この間、対物レンズを介してディスク表面にレーザ光が照射されてディスク表面にて反射され、この反射光が光センサ（図示せず）で検出されてフォーカスエラー信号が継続的に得られている。従って、上記対物レンズの先端が高密度光ディスクに対する合焦点を通過したことを認識することができる。以後は、上記合焦点の位置を認識することによりフォーカスサーボが行われ、対物レンズの移動がフォーカスエラー信号に基づいて制御され、上記合焦点を中心としてこれを跨ぐようにして対物レンズは移動して行くことになる。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−５５５４６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、光ディスクの情報記録面に形成される光スポットは，対物レンズのＮＡ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  Ａｐｅｒｔｕｒｅ：開口数）とレーザ光の波長によって決定され、光スポットの大きさは波長／ＮＡに比例するため光ディスクの高密度化を行うには、微小な光スポットを得るために波長の短いレーザ光を採用するかＮＡを上げることが必要である。
また対物レンズの光軸に対するディスク面の傾きの影響を低減するため、高密度の光ディスクにおいては光の入射面から情報記録面までの厚みを薄くしている。それに伴って対物レンズの先端からディスク表面までの間隔、いわゆるワーキング・ディスタンス（ＷＤ）  も短くなってきている。例えば図６に示すように、従来の光ディスクの場合には、合焦点からディスク表面までの距離であるＷＤ１は大きいが、高密度光ディスクの場合のＷＤ２はかなり小さくなっている。
【０００６】
また高精度に情報記録面に光スポットを形成する必要から、合焦点付近におけるフォーカスエラーの感度も高くなってきている。すなわち図６に示すように、高密度光ディスクの場合には、合焦点付近におけるフォーカスエラー信号の時間軸方向におけるＳ字カーブ特性の時間幅が短くなっている。
そのため、上述のようにワーキング・ディスタンスが狭くなると、従来行われてきたディスク面に垂直な方向に光ピックアップの対物レンズを一定の振幅で大きく移動させて対物レンズの焦点位置を検出するフォーカスサーチ方法では図６に示す様に対物レンズと高密度光ディスクとが衝突してしまう可能性がでてきた。
【０００７】
またフォーカスサーボを安定に引き込むためには合焦点におけるフォーカスエラー信号の時間的な変化率が所定のレベル以下である必要があるため、従来と同じ方法で合焦点を移動させると高密度光ディスクではフォーカスエラー変化率が大きくなってしまいフォーカスサーボを安定に引き込めない。
この問題点を解決するために、従来の方法でフォーカスサーボを安定に引き込むためにはアクチュエータの対物レンズの移動速度を落とすことも考えられるが、これではフォーカスサーチにかかる時間が増えてしまうので採用することはできない。
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、合焦点を中心に必要最小限の振幅でフォーカスサーチ動作を行うことができるフォーカス制御装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、照射光を対物レンズを介して光情報記録媒体の記録面に合焦させ、前記記録面からの戻り光により得られるフォーカスエラー信号に基づいて、前記対物レンズが前記光情報記録媒体に衝突することを防止するフォーカス制御装置において、前記対物レンズが前記照射光を前記記録面に合焦させた合焦位置における前記フォーカスエラー信号値を基準値として、前記対物レンズが前記合焦位置を超えて前記記録面側に接近する方向にあって、前記対物レンズが前記光情報記録媒体に衝突しないように設定された前記フォーカスエラー信号値を第１閾値とし、前記対物レンズが前記合焦位置を超えて前記記録面から遠ざかる方向にあって、前記対物レンズが前記光情報記録媒体から離れ過ぎないように設定された前記フォーカスエラー信号値を第２閾値とする時、前記フォーカスエラー信号が前記第１閾値と前記第２閾値との間に入っていることを判定して出力する領域判定手段と、前記領域判定手段から出力されるフォーカスエラー信号に基づいて、前記フォーカスエラー信号が前記第１閾値を超えて前記記録面に近づいた場合に、或いは前記第２閾値を超えて前記記録面から遠ざかる場合に前記合焦位置に戻し、前記フォーカスエラー信号が前記第１閾値と前記第２閾値との間になるように制御して、前記対物レンズを前記光情報記録媒体に衝突させずにフォーカス制御するレンズ制御手段と、を有することを特徴とするフォーカス制御装置である。
上記構成によれば対物レンズが合焦点よりディスク表面に近い位置にあるか、遠い位置にあるかを判定できるので、フォーカスサーチ動作において対物レンズが合焦点を通過した直後にレンズ移動方向を反転させる事により、常に合焦点を中心に必要最小限の振幅でフォーカスサーチ動作を行う事ができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係るフォーカス制御装置の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
図１は本発明に係るフォーカス制御装置を含む光ピックアップの主要部を示すブロック構成図、図２はフォーカス制御装置の領域判定回路を示すブロック構成図である。
図１において、光情報記録媒体の一例である光ディスクＤは、スピンドルモータＭによって回転駆動される。この光ディスクＤに対して光ピックアップ２が相対移動可能に設けられる。この光ピックアップ２は、アクチュエータ４によって光ディスクＤの表面方向（光軸方向）へ前進後退移動される対物レンズ６を有しており、図示しないレーザ素子にて発せられた記録再生用のレーザ光が図示しない光学系及び対物レンズ６を介して上記ディスク表面に照射されて光スポットを形成するようになっている。尚、ここではトラッキング方向のアクチュエータの記載は省略している。
【００１０】
光センサ８は、上記ディスク表面（記録面）からの反射光を検出するものである。フォーカスエラー検出回路１０は、上記光センサ８からの信号に基づいてフォーカスエラー信号ＦＳを出力する。尚、トラッキングエラー検出回路等の記載は省略している。
このフォーカスエラー信号は、本発明のフォーカス制御装置１２へ入力される。このフォーカス制御装置１２は、上記フォーカスエラー信号ＦＳに基づいて対物レンズが、合焦点よりディスク表面に近い位置にあるか、遠い位置にあるかを判定する領域判定回路１４と、この領域判定回路１４の判定結果に応じて上記対物レンズ６の移動方向を制御するレンズ制御回路１６とを有している。
【００１１】
このレンズ制御回路１６は上記領域判定回路１４からの出力を所定の時間Ｔｄ（図４参照）だけ遅延させる遅延回路１８と、この遅延回路１８の出力に基づいてアクチュエータ４に対する制御信号を形成するアクチュエータ制御回路２０とよりなる。そして、アクチュエータ制御回路２０の出力は、ドライバ２２へ入力され、ここでアクチュエータドライバ信号ＤＳが出力される。
また領域判定回路１４は、図２に示すように、２つのコンパレータ回路２２、２４と、これらの出力に個別に接続される論理回路よりなる２つの立ち上がりエッジ検出回路２６、２８と、両立ち上がりエッジ検出回路２６、２８の出力がＳ入力とＲ入力へそれぞれ入力されるＲＳフリップフロップ３０とにより構成される。このＲＳフリップフロップ３０からは領域判定信号ＡＳが出力される。
上記コンパレータ回路２２、２４には、基準値として閾値＋ＴＨ１、−ＴＨ２がそれぞれ入力されている。上記各立ち上がりエッジ検出回路２６、２８は、上記コンパレータ回路２２、２４の出力の一部を遅延させる遅延素子回路２６Ａ、２８Ａと、上記コンパレータ回路２２、２４の出力を一方のピンへ入力し、他方のピンは負論理のピンとしてこれには前記遅延素子回路２６Ａ、２８Ａの出力を入力するアンド回路２６Ｂ、２８Ｂとよりなる。
【００１２】
次に、上述のように構成された装置の動作について説明する。
まず、図２及び図３に基づいて領域判定回路１４の動作について説明する。図３はレンズ位置とフォーカスエラー信号と領域判定信号とセット（リセットを含む）信号との関係を示すタイミングチャートである。
通常、対物レンズ６（図１参照）が遠くからディスク表面に近づく方向で合焦点を通過した場合は、フォーカスエラー信号ＦＳはゼロ（例えば期間ｈ１）→正（例えば期間ｈ２）→負（例えば期間ｈ３）→ゼロ（例えば期間ｈ４）と変化し、ディスク表面から遠ざかる方向で合焦点を通過した場合はゼロ（例えば期間ｈ５）→負（例えば期間ｈ６）→正（例えば期間ｈ７）→ゼロ（例えば期間ｈ８）と変化する。
【００１３】
まず、フォーカスサーチ動作がスタートし、対物レンズ６が合焦点に近づくと（期間ｈ１，ｈ２）、図２に示す領域判定回路１４の各コンパレータ回路２２、２４に入力されたフォーカスエラー信号ＦＳのレベルがゼロから正方向に変化し図３の時刻ｔ１に正の閾値である＋ＴＨを超える。このときコンパレータ回路２２の出力がＬからＨに変化し、立ち上がりエッジ検出回路２６より遅延素子回路２６Ａの遅延量ｄに相当する幅の正のパルスがＲＳフリップフロップ３０のセット入力（Ｓ）に出力されるが、ＲＳフリップフロップ３０はフォーカスサーチ開始時にＨレベルにセットされているので領域判定信号ＡＳはＨレベルのままで変化しない（時刻ｔ１）。
【００１４】
次に対物レンズ６が合焦点のポイントＰ１を通過するとフォーカスエラー信号ＦＳはゼロから負方向（期間ｈ３）に変化した後再びゼロ方向に戻り図３の時刻ｔ２に負の閾値である−ＴＨ２を超える（フォーカスエラー信号は負）。このときはコンパレータ回路２４の出力がＬからＨに変化し立ち上がりエッジ検出回路２８より遅延量ｄの幅の正のパルスがＲＳフリップフロップ３０のリセット入力（Ｒ）に出力され、領域判定信号ＡＳはＬとなり対物レンズ６が合焦点よりディスク表面に近い領域にあると判定される（時刻ｔ２）。
対物レンズ６が合焦点を通過してディスク表面に近い領域に移ると（期間ｈ４）、アクチュエータ制御回路２０（図１参照）は対物レンズ６を合焦点に戻すように制御するので、対物レンズ６はポイントＰ２にて移動方向を反転し、再び合焦点に向かい始める（期間ｈ５）。
【００１５】
対物レンズ６がディスク表面に近い領域から合焦点に近づくとフォーカスエラー信号ＦＳのレベルがゼロから負方向に変化した後に正方向に変化し図３の時刻ｔ３に−ＴＨ２を超える（期間ｈ６）。このときはコンパレータ回路２４の出力がＬからＨに変化し立ち上がりエッジ検出回路２８より正のパルスがＲＳフリップフロップ３０のリセット入力（Ｒ）に出力されるがＲＳフリップフロップ３０は既にＬレベルにリセットされているので領域判定信号ＡＳはＬレベルのままで変化しない（時刻ｔ３）。
【００１６】
次に対物レンズ６が再び合焦点のポイントＰ３を超えるとフォーカスエラー信号ＦＳはゼロから正方向に変化した後再びゼロ方向に戻り図３の時刻ｔ４に＋ＴＨ１を超える（期間ｈ７）。このときはコンパレータ回路２２の出力がＬからＨに変化し立ち上がりエッジ検出回路２６より正のパルスがＲＳフリップフロップ３０のセット入力（Ｓ）に出力され、領域判定信号ＡＳはＨとなり対物レンズ６が合焦点より遠い領域にあると判定される。以後同様な工程を繰り返して行くことになる。
【００１７】
さて、上述のような領域判定回路１４の基本動作を理解した上で、次に図１及び図４を参照してフォーカスサーチ動作について説明する。図４はレンズ位置と、領域判定信号と遅延回路出力とアクチュエータドライブ信号との関係を示すタイミングチャートである。
まず、光ディスクＤからの反射光は対物レンズ６を介して光ピックアップ２内の光センサ８により電気信号に変換されてフォーカスエラー検出回路１０に出力される。このフォーカスエラー検出回路１０は光センサ８により変換された電気信号に基づいてレーザ光の光スポットの合焦点位置に対応したフォーカスエラー信号ＦＳを、本発明のフォーカス制御装置１２の一部を構成する領域判定回路１４に出力する。
【００１８】
この領域判定回路１４はフォーカスエラー信号ＦＳのレベル変化順序に基づいて対物レンズ６が合焦点の位置よりディスク面に近い位置にあるか、離れた位置にあるかを前述したように判明し、領域判定信号ＡＳを出力する。
この領域判定回路１４の出力である領域判定信号ＡＳは遅延回路１８により予め定められた時間Ｔｄだけ遅れてアクチュエータ制御回路２０に出力される。
このアクチュエータ制御回路２０は領域判定回路１４の判定結果に基づいて、対物レンズ６が合焦点よりディスク表面に近い位置にある場合はディスクと対物レンズ６を離し、合焦点より遠い位置にある場合はディスクに近づけるようにアクチュエータ４を動かす。
【００１９】
まず、フォーカスサーチ動作のスタート時には領域判定回路１４の状態はＨレベル（合焦点より離れた状態）にセットされる。そして、領域判定回路１４の出力（領域判定信号）は遅延回路１８により所定の時間Ｔｄ（図４参照）だけ遅れてアクチュエータ制御回路２０に出力される。またアクチュエータ制御回路２０は対物レンズ６の移動速度が一定になる様にアクチュエータ４に加わる電圧（アクチュエータドライブ信号）をランプ状（傾斜状）に変化させる。この動作は遅延された領域判定回路１４の出力ＡＳに遅延回路１８にて積分処理を行うことで実現できる。
最初に合焦点に達するまでは領域判定回路１４の出力である領域判定信号ＡＳはＨレベルの状態なので、アクチュエータ４に加えられる電圧は時間経過に比例して正方向にランプ状（傾斜状）に変化し、対物レンズ６は一定の速度で合焦点に近づいて行く。
【００２０】
ここで対物レンズ６が合焦点を通り過ぎると領域判定回路１４の出力である領域判定信号ＡＳはＬレベル（合焦点よりディスク面に近づいた状態）に変化し、アクチュエータ制御回路２０の入力も所定の時間Ｔｄだけ遅れてＬレベルに変化する。従ってアクチュエータ４に加えられる電圧は対物レンズ６が合焦点を通過した時間からＴｄだけ遅れて時間経過に比例して負方向にランプ状に変化し、対物レンズ６は一定の速度で一度通過した合焦点に再び近づいて行く。
以降、対物レンズ６が合焦点を通過する毎に領域判定回路１４の出力である領域判定信号ＡＳは対物レンズ６を合焦点に近づける方向に変化するので、アクチュエータ４は対物レンズ６を合焦点を中心にフォーカス方向に移動させフォーカスサーチ動作を繰り返す。
【００２１】
また合焦点を中心としたフォーカスサーチの幅はアクチュエータ４に加わる電圧の時間的な変化率（積分器の定数）と遅延時間Ｔｄで制御することができる。図５は本願発明のフォーカスサーチ時と従来装置のフォーカスサーチ時の対物レンズの軌跡を比較するための図である。この図から明らかなように、従来の装置のフォーカスサーチ動作では対物レンズが高密度光ディスクに衝突する恐れがあったが、本発明装置によれば合焦点を中心とする対物レンズの移動振幅が格段に小さくなり、対物レンズが高密度光ディスクに衝突することを防止することができる。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のフォーカス制御装置によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
フォーカスエラー信号のレベル変化順序に基づいて対物レンズが合焦点よりディスク面に近い位置にあるか、離れた位置にあるかを判別して、ディスク面に近い位置にある場合はディスク面から離す方向に対物レンズを移動し、離れている場合は近づける方向に移動するようにしたので、対物レンズは常に合焦点を中心に小さな振幅でフォーカスサーチ動作を行うことができる。
従って従来のフォーカスサーチ法のように光ディスクの反りや面ぶれ、レンズアクチュエータやディスクモータの取り付け精度等による対物レンズのニュートラル位置からの合焦点位置のばらつきを考慮して、対物レンズをフォーカス方向に大きく移動させてレンズ焦点位置を探る必要がなく、ＷＤ（ワーキング・ディ  スタンス）  が狭い場合でもフォーカスサーボ引き込み時の対物レンズと光情報記録媒体との衝突を防止することができる。
また必要最小限の振幅でフォーカスサーチを行うことができるので、合焦点を通過する際のレンズ速度を低く設定することができフォーカスエラー感度の高い光ディスク装置においても安定してフォーカスサーボを引き込む事ができる。
更に時間あたりのサーチ回数を増やすことができるのでフォーカスサーボをかけるまでの時間を短縮する事が可能になる。
【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を含む光ピックアップの主要部を示すブロック構成図である。
【図２】フォーカス制御装置の領域判定回路を示すブロック構成図である。
【図３】レンズ位置とフォーカスエラー信号と領域判定信号とセット（リセットを含む）信号との関係を示すタイミングチャートである。
【図４】レンズ位置と、領域判定信号と遅延回路出力とアクチュエータドライブ信号との関係を示すタイミングチャートである。
【図５】本願発明のフォーカスサーチ時と従来装置のフォーカスサーチ時の対物レンズの軌跡を比較するための図である。
【図６】フォーカスサーチ動作時のディスク表面と対物レンズの先端との位置関係を示すグラフである。
【符号の説明】
２…光ピックアップ、４…アクチュエータ、６…対物レンズ、８…光センサ、１０…フォーカスエラー検出回路、１２…フォーカス制御装置、１４…領域判定回路（領域判定手段）、１６…レンズ制御回路（レンズ制御手段）、１８…遅延回路、２０…アクチュエータ制御回路、２２，２４…コンパレータ回路、２６，２８…立ち上がりエッジ検出回路、３０…ＲＳフリップフロップ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2004273023.tif 000006
【図５】
2004273023.tif 000007
【図６】
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