技術情報

光ディスクドライブ用OIEC

◆サーボ

ディスクのデータを読み取ったり、ディスクにデータを記録したりする際には、レーザービームの焦点がディスクの記録面に正確に合っている必要があります。 また、ディスクが回転した際に、レーザービームがトラック上を正確にトレースする必要があります。 このため、アクチュエーターで対物レンズを高速かつ正確に動かしてレーザービームの位置制御をかけます。 レーザービームの焦点位置を合わせる制御を「フォーカシングサーボ」といい、レーザービームがトラックをトレースできるように位置を合わせる制御を「トラッキングサーボ」といいます。 メインOEICは、ディスクのデータを読み取るだけでなく、これらのサーボに必要な信号を生成する働きもあります。

フォーカシングサーボの代表的な方法は、「非点収差法」です。
非点収差法では一般的に下図のようなシリンドリカルレンズ(円柱レンズ)を使用します。 ディスクからメインOEICへの戻り光路中にシリンドリカルレンズを挿入すると、シリンドリカルレンズは図のX軸方向にのみレンズ効果があるため、X軸方向の焦点位置とY軸方向の焦点位置がずれて非点収差が発生し、ビームの形状は光軸上の距離によって、1(縦長楕円) → 2(円形) → 3(横長楕円) のように変化します。

非点収差法1

ここで、A~Dに4分割されたフォトディテクタでビームを受光すると、1~3それぞれの場合にA~Dの入射光量のバランスが変化します。

1の場合、AおよびCの入射光量が大きい

非点収差法2

2の場合、A.B.C.Dの4つの入射光量が等しい

非点収差法3

3の場合、B及びDの入射光量が大きい

非点収差法4

ちょうどディスクの記録面にレーザービームの焦点が合っているときに2の状態になるように光学系を調整してけば、(A+C)-(B+D)の演算結果からフォーカスがどちらにずれているかを検出する事が可能となり、(A+C)-(B+D)=0となるように対物レンズの位置を制御することにより、常にディスクの記録面にレーザービームの焦点が合っている状態を保つ事ができます。 (A+C)-(B+D)をフォーカスエラー信号(FE)といいます。 対物レンズの位置はアクチュエーターにより動かす事が可能で、高速かつ正確に制御する事ができます。

 FE > 0  の場合 … 手前にフォーカスがずれている。
 FE = 0  の場合 … フォーカスが合っている。
 FE < 0  の場合 … 奥側にフォーカスがずれている。

トラッキングサーボの代表的な方法は、3ビーム法です。
3ビーム法では、グレーティング(回折格子)を用いてレーザービームを3つに分割します。 中心のビームをメインビーム、残りの2つをサブビームと呼んでいます。 3つのビームは、下図のようにラジアル方向(ディスクの半径方向)に約1/4トラックピッチづつずらして配置され、それぞれを独立した3つのフォトディテクタで受光します。

トラッキングサーボ1

3ビーム法では、Sub Beam1(S1)およびSub Beam2(S2)の2つのサブビームの出力の差により、ビームの一ズレを検出します。 ビームがトラックセンターにある場合は、下図の中段のようにS1=S2ですが、下図上段のようにトラックに対してビームが上方向にずれると、S2のビームがピットから外れるためS2の戻り光量が増え、S1<S2となります。 一方、下図下段のようにトラックに対してビームが下方向にずれると、S1のビームがピットから外れるためS1の戻り光量が増え、S1>S2となります。 従って、S1-S2の演算結果から、ビームの位置がどちら側にずれているかを検出する事ができ、S1-S2=0となるようにビームの位置を制御することによって、メインビームが常にトラックの中心をトレースする事ができます。 S1-S2をトラッキングエラー信号(TE)といいます。 トラッキングサーボも、フォーカシングサーボと同様、アクチュエーターにより対物レンズを動かして、ビームの位置を制御します。

トラッキングサーボ2

フォーカシングサーボ、トラッキングサーボにはこのほかにもいくつかの方法があり、対応するメディアと各社の保有する特許により使い分けをしています。