JPH0156453B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ この発明は、光ビームを情報記録担体に集束照
射してその記録情報を再生する光学式情報再生装
置に係り、特に光ビームの集束位置制御手段に関
する。

［発明の技術的背景とその問題点］ 音声、映像および各種データの情報を光学的に
読取り可能な形態、例えばビツトの有無として記
録する情報記録担体は光デイスクと称され、既に
オーデイオ用であるコンパクトデイスクや、ビデ
オデイスクあるいはドキユメントフアイル等とし
て実用化されている。このような情報記録担体に
光ビームを微小スポツトで照射して、記録されて
いる情報を読取り再生する光学式情報再生装置に
おいては、情報記録担体上の情報を正確に読取る
ための一つの操作として、集束光の情報記録担体
情報面における照射スポツト径が常に微小に保た
れるように集束位置、つまり光ビームの集束光学
系と情報記録担体の情報面との相対間隔を制御す
る集束位置制御（フオーカシングサーボ）を必要
とする。この集束位置制御は主として、情報記録
担体からの反射光の検出信号から生成された集束
誤差信号を集束位置制御信号として行なわれる。

ところで、このような装置では少なくともその
操作初期において、集束位置制御の動作点（制御
目標点）x0にサーボを引込む必要がある。この
場合、単に制御ループを閉じただけでは第１図に
示すように集束誤差信号Ifの変化範囲（引込み範
囲）±x1が非常に狭いことから（数十μ〓程度）、
引き込み難く、一般にはこれだけで引込み範囲に
入ることはない。特に、駆動機構としてサーボの
被駆動体（対物レンズ等）の初期位置、つまり駆
動力の無いときの位置がサーボの動作点と大きく
離れているような、例えば磁気浮上型の駆動機構
を用いた場合は引込むことはない。

このため、操作初期においては制御ループを開
いておき、三角波もしくは鋸歯状波等の走査信号
によつて被駆動体を強制的に動作点に走査せし
め、被駆動体が動作点近傍に達したときに制御ル
ープを閉じて動作点に引込むことが行なわれてい
る。被駆動体が動作点近傍に達したかどうかは、
反射光量のレベルや記録ビツトによる高周波信号
（情報信号成分）I0のレベルを検出して、それが
所定のレベルを越えたかどうかで判定される。す
なわち、駆動機構を駆動するための駆動回路の前
にスイツチを挿入し、そのスイツチの制御により
操作初期は集束誤差信号を遮断しておき、駆動回
路に集束位置制御信号として走査信号を加える。
そして、高周波信号のレベルが所定のレベルを越
えたかどうかを比較回路で判定し、越えたときに
集束誤差信号を集束位置制御信号として用いると
ともに、走査信号を遮断するという制御を行なう
のである。

このような制御を電磁駆動型の駆動機構を用い
て行なつたときの、動作点へ収束するまでのサー
ボの過渡応答は第２図に示すようになる。同図に
おいて、ａは駆動回路を経て駆動機構へ加わる集
束位置制御信号α（ｔ）を、ｂは被駆動体の速度
ｖ（ｔ）を、またｃは被駆動体の位置ｘ（ｔ）をそ
れぞれ示す。これらの間には ｖ（ｔ）＝Ｋ／ｍ×∫α（ｔ）dt …(1) ｘ（ｔ）＝∫v（ｔ）dt …(2) の関係がある。ただし、Ｋは集束位置制御信号か
ら駆動力への変換係数、ｍは被駆動体の質量であ
る。また、第２図ｃの破線は第１図に示した集束
誤差信号の引込み範囲±x1を示し、一点鎖線は
高周波信号のレベル判定用の比較回路の判定レベ
ルの範囲±x2を示す。

今、第２図ａに示すようにα（ｔ）＝Atなる集
束位置制御信号で駆動機構を駆動し、時刻t1で集
束位置制御信号が走査信号から集束誤差信号へ切
り替わるものとすると、時刻t1における速度v1は v1＝Ｋ／mx∫^t1/0Atdt ＝K′At1²／２ （K′＝Ｋ／ｍ） となる。その後、被駆動体はｘ＝０（サーボ動作
点＝合焦点）までは加速され、それを越すと減速
されて最終的にはｘ＝０へ収束する。この様子を
特性イに示す。ところが、v1が大きすぎると特
性ロに示すようにｘが判定レベルx2を越え、再
び走査信号が発生されるので、引込むまでにかな
りの時間を要することになる。

被駆動体の初期位置をx0とすると、v1は v1＝K′A（６｜×０｜／K′A）^2/3 …(4) であり、｜x0｜^2/3およびA^1/3に比例する。従つて
｜x0｜が大きすぎたり、Ａが大きすぎたりする
と、つまり走査信号の周波数が高いと、v1が大
きくなる。このため｜x0｜が大きい場合にv1を
小さくするには、Ａを非常に小さくする必要があ
る。このことはt1は t1＝（6x0／KA）^1/3 …(5) であるから非常に長くなり、この時刻t1後、ｘが
x0に収束するまでの時間t2も長くなる。また｜
x0｜が小さい場合でも、t1をより短くしようとす
ればＡを大きくする必要があるが、式(5)から分る
ようにそれにも限度がある。

このように、従来の集束位置制御では操作初期
の引込み時間の短縮に限界があり、｜x0｜によつ
ては数秒の時間を要するという問題があつた。こ
れは集束位置制御を要しない他の情報再生装置に
立上り時間に比べてかなり長く、その改善が望ま
れていた。

［発明の目的］ この発明の目的は、操作初期における集束位置
制御の引込み時間を効果的に短縮できる光学式情
報再生装置を提供することにある。

［発明の概要］ この発明は、情報記録担体に照射する集束光の
集束位置制御において、操作初期等に集束誤差信
号に基く制御が不可能な状態から可能な状態に引
込むための手段として、集束誤差信号に基く集束
位置制御の制御ループを開いておいて集束位置を
制御目標点近傍へ強制的に走査せしめるための走
査信号を集束位置制御信号に加える手段と、対物
レンズの駆動信号を積分する積分器と、この積分
器の出力を正負判定して集束位置の走査速度を減
速せしめるための矩形パルス信号からなる減速信
号を生成する手段と、集束位置が制御目標点近傍
に移行したとき集束位置の走査速度を減速せしめ
るための減速信号を集束位置制御信号に加えると
ともに、この減速信号の印加と同時またはその後
に制御ループを閉じる手段とを有することを特徴
としている。

すなわち、走査信号終了時にそれまで対物レン
ズに加えられていた駆動力を打消すように逆方向
の駆動力を加えて対物レンズの走査を強制的かつ
急速に減速させ、速やかにサーボの動作点、つま
り制御目標点に収束させるようにしたものであ
る。

［発明の効果］ この発明によれば、従来のように走査信号によ
る対物レンズの走査速度が制限されることはな
く、操作初期の対物レンズの位置によらず集束位
置制御の引込みに要する時間を短縮することがで
きる。特に、この発明では減速信号として対物レ
ンズの駆動信号の積分値を正負判定して得た矩形
パルス信号を用いているため、集束誤差信号に関
係なくそのレベルを十分に大きくして、大きな減
速作用が得られる。従つて、例えば集束誤差信号
をそのまま減速信号として用いた場合に比較し
て、走査信号による集束位置の走査速度をより速
くでき、集束位置制御の引込み時間はさらに短縮
される。

この効果は磁気浮上型の駆動機構を用いた場合
のように、対物レンズの初期位置がサーボの動作
点と大きく離れている場合に特に顕著であり、光
学式情報再生装置の操作初期設定に要する時間に
占めるフオーカシングサーボの立上がり時間の割
合いを小さくすることができる。また、動作中に
なんらかの外乱によつてフオーカシングサーボが
乱れても、速やかに定常状態に復帰させて安定し
た動作を続行することが可能となる。

さらに、光学式情報再生装置のなかでもコンピ
ユータシステムのメモリとして用いられるような
高速のアクセスが要求される装置では、動作初期
のみならずアクセスの度に集束位置を高速で動作
点に収束させることが必要であるが、この発明に
よればこのような要求を満たすことも十分に可能
である。

［発明の実施例］ 第３図にこの発明の一実施例に係る光学式情報
再生装置の構成を示す。図において、情報記録担
体１はコンパクトデイスク、ビデオデイスク等の
光デイスクであり、情報がピツト列２のような光
学的に読取り可能な形態で記録されたものであ
る。

情報記録担体１に記録された情報の再生は、次
のようにして行なわれる。すなわち３はレーザ発
振器等の光源であり、この光源３から出射される
光ビームはコリメーシヨンレンズ４により平行光
にされた後、ビームスプリツタ５を介して対物レ
ンズ６に導かれ、この対物レンズ６で集束されて
情報記録担体１のピツト列２が形成された面（情
報面）に微小スポツトとして照射される。対物レ
ンズ６は例えば磁気浮上型の駆動機構７により光
軸方向に移動（走査）可能となつている。情報記
録担体１の情報面から反射された光は、対物レン
ズ６およびビームスプリツタ７さらに非点収差レ
ンズ８を経て光検出器９に導かれる。光検出器９
は２分割、３分割等の分割型検出器であり、その
出力は情報信号生成回路１０に供給され、公知の
ようにして情報記録担体１に記録された情報信号
Ioが生成される。

一方、光検出器９の出力は集束誤差信号生成回
路１１にも供給され、ここでやはり公知のように
して対物レンズ６により集束された光ビームの集
束誤差、つまり集束光の集束位置（焦点）と情報
記録担体１の情報面との相対位置の誤差に対応し
た集束誤差信号Ifが生成される。この集束誤差信
号Ifはサーボ補償回路１２に供給され、通常はこ
のサーボ補償回路１２を介して取出された集束誤
差信号が第１のスイツチ１３を経て加算器１４に
供給される。この加算器１４の出力は集束位置制
御信号１５として、前記対物レンズ６の駆動機構
７を駆動させるための駆動回路１６に供給され
る。

装置の操作初期等には第１のスイツチ１３がオ
フ状態とされるとともに、第２のスイツチ１７が
オン状態とされ、このスイツチ１７を介して走査
信号Isが加算器１４を経て集束位置制御信号１５
に加えられる。なお、第１および第２のスイツチ
１３，１７は情報信号生成回路１０の出信号loで
ある高周波信号のレベルを検出するレベル検出器
１８の出力レベルを所定の判定レベルと比較する
比較器１９の出力によつて制御される。

これまで述べた構成は従来と同様である。この
発明ではこの構成に加え、駆動回路１６の出力
（駆動信号）２０を積分する第１および第２の積
分回路２１，２２と、第１の積分回路２１の出力
を正負判定して矩形パルス信号からなる減速信号
２４を得る正負判定回路２３と、この正負判定回
路２３の出力（減速信号）２４を加算器１４へ供
給するための第３のスイツチ２５と、第２の積分
回路２２の出力を減衰させる減衰回路２６および
この減衰回路２６の出力レベルを判定して第２の
スイツチ２５を制御する比較器２７が付加されて
いる。なお、スイツチ２１ａ，２２ａは積分回路
２１，２２の積分動作をスタートさせるためのも
のである。

この実施例の動作を、第２図と同様に集束位置
制御信号α、対物レンズ６の走査速度Ｖ、および
対物レンズ６の光軸方向の位置ｘの時間的変化α
（ｔ），Ｖ（ｔ）およびｘ（ｔ）を示した第３図のタ
イムチヤートを参照して説明する。

装置の操作開始時点、つまり集束位置制御の引
込み開始時刻ｔ＝０では、まずスイツチ１３，２
２ａ，２５がオフ、スイツチ１７，２１ａがオン
となる。この場合、スイツチ１７のオンにより例
えば矩形波あるいは鋸歯状波からなる走査信号Is
が加算器１４を介して集束位置制御信号１５
（α）に加えられるため、駆動回路１６および駆
動機構７によつて対物レンズ６は光軸方向に沿つ
て強制的に情報記録担体１側、つまり制御目標点
近傍に向けて走査される。また、このときスイツ
チ２１ａのオンにより駆動信号２０の積分が第１
の積分回路２１によつて開始される。

次に、レベル検出器１８の出力が所定レベルに
達して比較器１９の出力が反転し時刻t1になる
と、スイツチ１７，２１ａはオフ状態となり、ス
イツチ１３，２２ａ，２５がオン状態となる。こ
の場合、スイツチ１３のオンによりサーボ補償回
路１２を介して取出された集束誤差信号生成回路
１１からの集束誤差信号Ifが加算器１４に供給さ
れるとともに、スイツチ２５のオンにより積分回
路２１の出力に接続された正負判定回路２３の出
力信号（矩形波）２４である減速信号も加算器１
４に供給される。すなわち、減速信号２４が集束
位置制御信号１５に加えられると同時に、スイツ
チ１３のオンにより制御ループが閉じられる。こ
の動作により対物レンズ６は急速に減速され、集
束位置制御の引込み範囲±x1に速やかに移行す
ることになる。

そして、この動作と並行してスイツチ２２ａの
オンにより第２の積分器２２で積分された駆動信
号２０の積分値が減衰回路２６を経て比較器２７
に供給されており、減衰回路２６の出力レベルが
所定値に達し比較器２７の出力が反転すると、ス
イツチ２５はオフ状態に戻り、減速信号２４は停
止される。これにより対物レンズ６の位置は制御
目標点に収束される。

上記のような制御を行なうと、第４図ａに示す
ように集束位置制御信号αのｔ＝０〜t1における
振幅Ａ、つまり走査信号Isを従来より大きくで
き、それだけt1を短縮できる。すなわち、対物レ
ンズ６の初期位置x0が等しいとすれば、時刻t1に
おける対物レンズ６の速度v1はＡの比の１／３
乗倍となり、t1は−１／３乗倍に短縮される。こ
の後、減速信号２４により駆動回路１６や駆動機
構７で許容される最大の逆方向駆動力を対物レン
ズ６に加えると、第４図ｂに示すように対物レン
ズ６の走査は急速に減速されるので、その速度ｖ
がほぼ零になつた時刻t3で制御ループを閉じれば
対物レンズ６の位置ｘはx2を越えることなくx0
に収束されることになる。

なお、時刻t3においてｘがx0近くへ戻つた時点
t3′（図示せず）で制御ループを閉じても、x0に速
やかに収束させることができる。しかし、この逆
方向駆動時の駆動信号２０の積分値V2（第２の積
分器２２の出力）がt1までの走査信号Isに基く駆
動信号２０の積分値V1（第１の積分器２１の出
力）の２倍になると、t3′における速度v3′は−v1
となり、逆方向へ加速されすぎることになる。従
つて、この逆方向駆動時の駆動信号２０の積分値
はt1までに加えられる駆動信号２０の積分値の前
後に限定される。この許容範囲は、この発明によ
る減速制御を行なつたときのt1と、行なわない従
来の場合におけるt1との比で決まり、その比が大
きいほど狭くなる。

今、t1をt1′の1/2とすると、その時のＡは従来
の場合の８倍を必要とし、v1は従来の場合のv1
の許容最大値v1′の２倍となる。このときのt3′に
おける速度v3′を｜v3′｜≦｜v1′｜とするには、t1
までの駆動信号の積分値V1と逆方向駆動時の駆
動信号の積分値V2との比V1：V2を１：0.5〜1.5
の範囲とすればよい。すなわち、V1：V2がこの
範囲になるように制御すれば、走査時間t1を従来
の1/2以下にすることができる。一方、時刻t1後
集束位置制御が収束するまでの時間（t2―t1）は
一般にt1に比べて十分短い。従つて集束位置制御
の引込みに要する時間も、ほぼ1/2倍に短縮され
ることになる。

なお、この発明は上記実施例に限定されるもの
ではなく、例えば時刻t1の判定方法は上述した以
外の方法でもよく、またその条件も集束位置制御
が引込み範囲±x1に入る時刻に限定されず、そ
の近傍であれば引込み範囲外であつても差支えな
い。これは第４図ａに示すように対物レンズ（被
駆動体）の位置ｘは時刻t1後もx0に漸近するの
で、時刻t3において±x1の範囲にあれば収束でき
るからである。

また、上記実施例では制御ループを閉じるタイ
ミング（スイツチ１３がオンとなる時刻）を減速
信号２４の印加開始時刻t1と同時としたが、t1よ
り後、例えば減速信号２４の終了時刻t3と同時で
あつてもよいことは勿論である。その他、この発
明は要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施が可能
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は光学式情報再生装置における集束位置
制御に用いられる集束誤差信号の特性例を示す
図、第２図は従来の集束位置制御動作を説明する
ためのタイムチヤート、第３図はこの発明の一実
施例に係る光学式情報再生装置の構成を示す図、
第４図はその集束位置制御動作を説明するための
タイムチヤートである。 １…情報記録担体、２…ピツト、３…光源、６
…対物レンズ、７…駆動機構、９…光検出器、１
０…情報信号生成回路、１１…集束誤差信号生成
回路、１３…制御ループ開閉用スイツチ、１４…
加算器、１５…集束位置制御信号、１６…駆動回
路、１７…走査信号印加用スイツチ、１８…レベ
ル検出器、１９…比較器、２０…駆動信号、２
１，２２…積分器、２３…正負判定回路、２４…
減速信号、２６…減衰回路、２７…比較器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 光源と、この光源から出射された光ビームを
   情報記録担体に集束照射するための対物レンズ
   と、この対物レンズからの集束光の照射による前
   記情報記録担体からの反射光を検出して光検出信
   号を得る手段と、この光検出信号から前記情報記
   録担体に照射される集束光の集束位置の誤差に対
   応した集束誤差信号を生成する手段と、この集束
   誤差信号を受けて前記集束位置を制御するための
   集束位置制御信号を発生する集束位置制御手段
   と、この手段により得られた集束位置制御信号に
   基づいて前記対物レンズを駆動する駆動信号を発
   生する手段とを備えた光学式情報再生装置におい
   て、前記集束位置制御手段は前記集束誤差信号に
   基づく制御が不可能な状態から可能な状態に引き
   込むための手段として、前記集束誤差信号に基づ
   く集束位置制御の制御ループを開いておいて前記
   集束位置を制御目標点へ強制的に走査せしめるた
   めの走査信号を前記集束位置制御信号に加える手
   段と、前記駆動信号を積分する積分器と、この積
   分器の出力を正負判定して前記集束位置の走査速
   度を減速せしめるための矩形パルス信号からなる
   減速信号を生成する手段と、前記集速位置が前記
   制御目標点近傍に移行したとき前記減速信号を前
   記集束位置制御信号に加えるとともに、この減速
   信号の印加と同時またはその後に前記制御ループ
   を閉じる手段とを有することを特徴とする光学式
   情報再生装置。