JPH05109085A

JPH05109085A - フオーカス制御装置

Info

Publication number: JPH05109085A
Application number: JP3266621A
Authority: JP
Inventors: Masanori Niwayama; 正紀庭山
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1991-10-16
Filing date: 1991-10-16
Publication date: 1993-04-30
Anticipated expiration: 2013-02-18
Also published as: JP2716610B2; DE4235237A1; US5363357A; DE4235237C2

Abstract

(57)【要約】【目的】記録媒体の面振れや装置への外乱振動があっ
ても確実にフォーカスの引込みに成功することができる
とともに、引込みの所要時間を極めて短かくすることが
できるフォーカスサーボ系を得る。【構成】フォーカス初期引き込み時の記録媒体の記録
面位置検索の掃引動作の際、媒体からの戻り光信号を検
波、微分することにより記録面と光束の焦点位置との相
対速度を概略的に検出し、この検出量に応じて光束の焦
点位置の移動速度を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、光学式の記録あるい
は再生を行なう装置におけるフォーカス制御装置、特に
フォーカスサーボの初期引込みに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、コンパクトディスクプレーヤ、
ビデオディスクプレーヤ等に代表される光学式に記録あ
るいは再生を行なう装置においては、読取りあるいは記
録用のレーザ・ビームの焦点（ビームウエスト）を正確
にディスクの記録面上に一致させる必要があり、この動
作を行なうのがフォーカスサーボ動作である。

【０００３】このフォーカスサーボは、動作を起動させ
るためにいわゆるフォーカス初期引込み動作（以下、単
に引込み動作という。）が必要である。これは、レーザ
ビームの焦点と記録面のずれを検出するフォーカスエラ
ー検出特性が直線的である範囲がディスクの面振れに比
べてはるかに狭い範囲でしかなく、単にサーボループを
閉じても焦点の一致状態（合焦点状態）にならないから
である。

【０００４】以下、いわゆるビーム方式のトラッキング
生成方式による光学的ピックアップを用いたコンパクト
ディスクプレーヤにおけるフォーカスサーボ系の従来例
を説明する。図８は従来のコンパクトディスクプレーヤ
（ＣＤプレーヤ）におけるフォーカスサーボ系の構成を
示し、１はディスク、２はディスク１に回転力を与える
スピンドルモータ、３はピックアップである。

【０００５】ピックアップ３において、３１は筐体、３
２は対物レンズであって、信号読取り光束を微小スポッ
トに絞り込む働きを有する。３３はフォーカスコイルで
あり、対物レンズ３２とフォーカスコイル３３とにより
可動部を構成し、３４はサスペンションで可動部を保持
し、可動部はディスク１の法線方向に移動可能となって
いる。３５はマグネットを含む磁気回路であり、フォー
カスコイル３３に加える電流と磁気回路３５の作用で可
動部に駆動力を与える。

【０００６】３６は光源としてのレーザダイオード、３
７はレーザをメインビームと２つのサブビームに分ける
回折格子、３８は光検知器であり、ディスク１から戻っ
た光の量を複数の領域ごとに電流出力として検出する
（光検知器３８は図中２ケ所にあるが、矢印で示す左下
のものは光入射面側から見た拡大図である。）。光検知
器３８はメインビームが入射する領域にＡ〜Ｄの４つの
光検出領域を有するとともに、２つのサブビームが入射
する領域にＥ，Ｆの１つづつの光検出領域を有する。

【０００７】３９はハーフミラーであり、レーザダイオ
ード３６の出射光の光路をディスク１側に向けて９０°
曲げ、ディスク１からの戻り光は光検知器３８側に通過
させる。又、ハーフミラー３９は光束の焦点とディスク
１の記録面のずれに応じてメインビームに対する戻り光
に非点収差を与える機能を有し、この非点収差の状態を
領域分割された光検知器３８で検知することによりフォ
ーカスエラーを検出する。４はレーザダイオード３６の
光量を制御するレーザ駆動回路である。

【０００８】５〜８は第１〜第４の電流電圧変換器であ
り、光検知器３８の各領域の電流出力を電圧に変換す
る。９は第１減算器であり、その出力はトラッキングエ
ラー信号となる。１０は第１加算器であり、その出力は
ＲＦ信号と呼ばれ、記録情報を含む主信号となる。１１
は第２減算器であり、その出力はフォーカスエラー信号
となる。１２は合焦点検出器、１３は第２スイッチであ
り、サーボループの開閉を行なう。１４はループフィル
タであり、サーボ系の安定性向上及びゲイン増加を図
る。１５は第２加算器であり、その出力がフォーカスコ
イル３３を駆動する。

【０００９】１６は掃引信号発生器であり、のこぎり波
状の波形を発生する。１６１は第１電源であり、電圧Ｖ
₁なる正電源である。１６２は第２電源であり、電圧−
Ｖ₁なる負電源である。１６３は定電流源、１６４は第
３スイッチ、１６５はコンデンサである。１７は第１ス
イッチであり、掃引信号発生器１６の出力を第２加算器
１５に入力するか否かを制御する。１８はインバータ、
１９はＣＰＵ等で構成された集中制御器であり、引込み
動作の制御も行なう。

【００１０】上記したように第２減算器１１の出力はフ
ォーカスエラー信号となるが、図９はその検出特性を示
す。本来、フォーカスエラーとはレーザの光束の焦点と
ディスク記録面位置との距離を意味し、理想的には図９
の点線で示すように直線状の特性となる。しかし、実際
には空間的焦点ずれを非点収差に変換する原理や、対物
レンズ３２の開口面積、光検知器３８の素子面積、光路
各部の広さ等の制限で発生するケラレを原因として、空
間的焦点ずれがある程度以上に大きくなると、検出特性
は実線で示すようにむしろ理想カーブとは逆の傾きとな
り、さらにずれが大きくなると検出信号は０となる。

【００１１】図９の特性グラフはいわゆるＳカーブ状で
あるが、その中心付近は理想に近い直線状の検出特性を
有することからリニアゾーンと呼ばれ、通常±４〜±８
μｍ程度の幅が選ばれる。フォーカスサーボは、このフ
ォーカスエラー信号を増幅してフォーカスコイル３３に
印加し、対物レンズ３２を移動させてフォーカスエラー
が０に近づくように制御する目的をもっているが、リニ
アゾーンにおいてはこの目的はほぼ満足に達成される。

【００１２】一方、ディスク１はＣＤの規格から±0.４
mmの面振が許されており、リニアゾーンに比べてはるか
に大きい。このため、サーボを起動するためにフォーカ
スサーボループを単に閉じるだけでは、合焦点状態に収
束する可能性は極めて低い。合焦点からはるかに離れた
位置でループを閉じても、フォーカスエラー信号そのも
のがほぼ０であってループゲインも０となっているこ
と、及び合焦点近傍でもリニアゾーン外ではフォーカス
エラー検出特性が理想特性と逆向きを有することから、
一種の正帰還状態となってむしろ合焦点から遠ざかる方
向に対物レンズ３２が駆動されることが収束しない理由
である。

【００１３】逆に引込みを行なう際には、サーボループ
を切断した状態で焦点位置を広い範囲に渡って移動させ
つつ合焦点位置を検索し、合焦点近傍でサーボループを
閉じるというシーケンスが必要となる。なお、ハーフミ
ラー３９が焦点ずれに対して非点収差を与える原理につ
いては、公知であるので説明を省略する。

【００１４】次に、合焦点検出器１２の動作を図１０に
よって説明する。合焦点検出器１２はフォーカスエラー
信号を入力としたヒステリシスを有するゼロクロスコン
パレータとして動作し、その出力信号をＦＺＣ（Focus
ZeroCross）信号と呼ぶこととする。図１０の横軸は焦
点位置とディスク１との距離であり、入力信号は図９と
同一である。出力信号（ＦＺＣ）は、焦点がディスク１
に近づく場合、一度フォーカスエラー信号がプラス側に
大きくなるとハイレベルとなり、次に合焦点でフォーカ
スエラー信号がゼロクロスする際にローに変化する。即
ち、ＦＺＣ信号の立下りエッジ点が合焦点となる。

【００１５】次に、上記構成のフォーカスサーボ系の引
込み動作を図１１，図１２を用いて説明する。図１１は
フォーカス初期引込み動作時における集中制御器１９の
処理フローチャートを示し、図１２は同動作時の各部の
波形及びスイッチの状態を示す。図１１において、ステ
ップ１００は引込み動作開始前即ち図１２の時刻ｔ１以
前の各スイッチ設定を意味する。この状態では第２スイ
ッチ１３がオフでサーボループが切断され、第３スイッ
チ１６４がオンで掃引信号発生器１６の出力が−Ｖ₁に
固定され、第１スイッチ１７がオンで掃引信号発生器１
６の出力が第２加算器１５に入力されている。結果とし
てフォーカスコイル３３に負の電圧が加わり、対物レン
ズ３２は上下可動幅の最下端に引き降ろされている。な
お、説明上、フォーカスコイル３３に負の電圧が印加さ
れたとき、対物レンズ３２はディスク１から遠ざかる方
向に駆動されるものとする。

【００１６】ここで、図示しない再生起動命令が入力さ
れると、フローはステップ１０１に移る。ステップ１０
１では、引込み動作に対する制限時間タイマＴ₁をスタ
ートさせる。次に、ステップ１０２では実際の引込み動
作を開始し、第３スイッチ１６４をオフする。この時点
が時刻ｔ１であり、定電流源１６３がコンデンサ１６５
の充電を開始し、掃引信号発生器１６の出力電圧が−Ｖ
₁から直線的に上昇を始める。同時に、フォーカスコイ
ル駆動電圧も上昇し、対物レンズ３２がディスク１に近
づく方向に駆動される（この動作を対物レンズ３２の掃
引動作あるいは焦点位置の掃引動作という。）。

【００１７】ステップ１０３では、合焦点検出器１２の
出力ＦＺＣ信号がＨになったか否かを判断する。これ
は、ＦＺＣ信号の立下り点が合焦点であるが、事前にＨ
信号が発生していることを確認しておく必要があるから
である。ＦＺＣ信号がＬのままであると、ステップ１０
４で制限時間タイマＴ₁がタイムオーバしたか否かを判
断する。タイムオーバしているときは、今回の引込み処
理は失敗として終了し、タイムオーバしていなければス
テップ１０３に戻ってＦＺＣ信号のＨレベル検出を繰り
返す。

【００１８】ＦＺＣ信号がＨレベルであることが検出さ
れる（時刻ｔ２）と、ステップ１０５でＦＺＣ信号がＬ
レベルか否かが判定される。Ｌレベルでないとステップ
１０６でＴ₁のタイムオーバか否かが判定され、タイム
オーバのときは引込み動作失敗として終了し、タイムオ
ーバしていなければステップ１０５に戻ってＦＺＣのＬ
レベル検出が繰り返される。ステップ１０５でＦＺＣ信
号のＬレベルが検出される（時刻ｔ３）と、ステップ１
０７で第２スイッチ１３をオンしてサーボループを閉
じ、同時に第１スイッチ１７をオフして掃引信号発生器
１６の出力を第２加算器１５から切離し、引込み処理を
終了する。

【００１９】時刻ｔ３では、対物レンズ３２とディスク
１との関係がほぼ合焦状態である。ここで、サーボルー
プを閉じると、それまでの対物レンズ３２の動きの慣性
もあって多少対物レンズ３２の位置に行き過ぎ（オーバ
シュート）を生じるものの、サーボの働きで急激に再度
合焦点側に引き戻される。

【００２０】なお、ｔ３直後のレンズ駆動電圧が負の側
に大きく振れているが、これはフォーカスエラー信号の
負側へのオーバシュートを増幅したものであり、対物レ
ンズ３２を急激に引き戻す力を生じさせている。又、ｔ
３以降の定常状態においては、フォーカスエラー信号が
０Ｖとなるよう対物レンズ３２の位置が制御される。
又、ｔ３以降に示した破線のグラフは、ｔ３以降もｔ３
以前と同様の動作を継続させた場合のグラフであり、参
考として示したものである。

【００２１】ところで、上記した一連の引込み処理を行
なえば常に引込みに成功するというわけではなく、ディ
スク１上の汚れやＣＤプレーヤへの外乱振動等により失
敗することもある。このため、通常ＣＤプレーヤのよう
な光学的装置ではフォーカスの引込み動作を何回か繰り
返して行ない、再生起動不能の事態を避けるようにして
いる。しかし、引込み失敗の確率が高いと再生起動まで
に時間がかかることになるので、やはり１回ごとの引込
み動作の成功確率の高さは重要である。

【００２２】引込みの確実さは、ディスク１の汚れや傷
等の要因を別にすれば、次のような要因により決定され
る。フォーカス検出特性のリニアゾーンの広さ、フ
ォーカスコイル３３の最大駆動力（駆動電圧）の大き
さ、サーボループを閉じる際のディスク１と焦点位置
（対物レンズ３２位置）との相対速度の大きさ。図１
１，１２において、ｔ３で合焦点を正確に検出してサー
ボループを閉じると、上記したように対物レンズ３２は
合焦点を行き過ぎようとし、またサーボの働きで行き過
ぎにブレーキがかけられる。

【００２３】この原理から、それ以前の対物レンズ３２
の移動速度が大きいほど、またブレーキ力が弱いほど、
対物レンズ３２の移動方向が反転する点は合焦点位置か
ら遠ざかる。この反転位置がフォーカスエラー検出特性
のリニアゾーン以内であれば、ほぼ確実に合焦点状態に
引き戻すことができる。しかし、リニアゾーン内で方向
反転しなかった場合には、フォーカスエラー検出特性の
傾きが反転して一種の正帰還状態になり、有効なブレー
キ力を発しなくなる可能性が高く、フォーカス引込みが
成功する確率は大きく低下する。従って、制動距離とし
てのフォーカス検出のリニアゾーンが広いと、引込みが
より確実となる。

【００２４】ここで、引込み確率の決定要因が設計に与
える制約、影響について考える。上記のフォーカスエ
ラー検出特性のリニアゾーンについては広い方がよい。
リニアゾーンはピックアップ３の光学的設計を変えて広
くすることは可能であるが、それに伴ないディスク１の
トラック上の短かい反転間隔の信号に対する検出信号レ
ベルが低下する（読取りの周波数特性が劣化する。）と
いう弊害が生じるため、大幅な拡大には課題が多い。

【００２５】又、上記のフォーカスコイル３３の最大
駆動力の確保、即ちフォーカスコイル３３に対する最大
駆動力の確保については、通常大きな設計制約にはなり
にくいが、電池駆動のＣＤプレーヤのように電源電圧を
高くできない場合は制約となる可能性がある。次に、
のディスク１と焦点位置との相対速度については、十分
低いことが好ましいが、以下引込み動作時の上記相対速
度を決定する諸要因について説明する。

【００２６】（１）引込み動作時の掃引速度引込み動作時、対物レンズ３２をどれだけの速度で移動
させるかということであり、基本的には設計で決定され
るものであるから、引込み確率を低下させないように十
分低くすればよい。ＣＤプレーヤでの具体的設計では、
対物レンズ３２の可動幅としては約1.５mmあり、この範
囲を0.７〜２秒で掃引する速度が選ばれる。

【００２７】（２）外乱振動による対物レンズ３２の共
振ＣＤプレーヤに外部振動が加わった場合、ディスク１や
対物レンズ（可動部）３２が振動を始めようとするが、
サーボが引込んだ後でかつ振動の強さがある程度以下で
あれば、サーボの働きで合焦状態は維持される。一方、
引込み動作中のようにサーボが引込んでいない場合に
は、外部振動が印加されることにより特に対物レンズ３
２が大きく振動することがある。

【００２８】対物レンズ３２はサスペンション３４によ
り支持された共振系である。図１３はフォーカスコイル
３３に印加した電圧と対物レンズ３２に発生する振幅の
関係を示しており、ｆ０は共振周波数、Ｐは振幅倍率で
あって共振の鋭さを表わす。ＣＤ用のピックアップ３の
場合、ｆ０は通常１５〜４０Hzに選ばれる。この共振構
造のため、外部振動にｆ０に近い周波数成分が含まれる
と、対物レンズ３２に共振を生じ、特にｆ０に近いほ
ど、また共振倍率が高いほど、共振時の振幅が大きくな
る。

【００２９】図１４は引込みのために焦点位置を掃引さ
せる際（サーボループを意図的に閉じない場合）に、外
部信号が加わったときの対物レンズ３２の動きを示して
いる。ａは図１２と同様の対物レンズ駆動電圧を示し、
ｂは対物レンズ３２の物理的位置を示している。破線は
外乱振動のないときを示す。引込みの時の掃引の際に図
１４のような対物レンズ３２の共振を生じると、合焦点
付近での対物レンズ３２とディスク１の相対速度が極め
て大きくなり、サーボを閉じても合焦状態に引込める確
率は極めて小さくなる。

【００３０】この対物レンズ３２の共振によるフォーカ
ス引込みに関する耐振性の低下は家庭用ＣＤプレーヤで
はあまり問題にされないが、車載用ＣＤプレーヤでは顕
在化しやすい。外乱振動としては、特定期間以上継続す
る振動が問題であり、路面の周期的振動の外に、エンジ
ンの振動が原因となる。さらに、この振動はプレーヤ取
付部周辺の構造の共振、車載用ＣＤプレーヤに一般的に
ゴム等で作られた防振構造による共振で一層強調される
ことが多い。

【００３１】この外乱振動による対物レンズ３２の共振
がピックアップ３の設計に与える影響については、本発
明者自身の車載用ＣＤプレーヤの実験から、次のような
結果が得られている。即ち、対物レンズサスペンション
系のｆ０を３５Hz以上にすれば、共振倍率が極めて大き
くても乗用者の実使用時に特に問題はない。しかし、ｆ
０が低い場合、特に２０Hz以下の場合には、軽自動車で
チョークを働かせてアイドリング時の再生起動を行なう
と対物レンズ３２が大きな振幅で共振し、引込み確率が
大幅に低下して再生起動ができなかった。

【００３２】

【発明が解決しようとする課題】上記したように、従来
では引込み確率を高くするために対物レンズ３２の掃引
速度を十分低下させる必要があり、また外乱振動が多い
環境で使用する光学装置の場合にはピックアップ３の対
物レンズサスペンション系のｆ０をかなり高めに選ぶ必
要があった。このため、次のような課題を生じた。

【００３３】第１の課題は、引込み動作をより短時間に
完了させようとしても掃引速度を高くできないことであ
る。引込み動作の所用時間を短縮できれば、インパルス
的な外乱振動でフォーカスサーボが外れた後の復帰が速
まって音切れ時間を短縮することができ、再生起動時間
も短縮することができる。特に、ＣＤ−ＲＯＭディスク
を扱うドライブ装置では、再生起動時間が十分短かけれ
ば、ドライブ装置にアクセスがないとき光学系、サーボ
系の読取り動作を停止させ、寿命増加、消費電力の低減
を図りつつ再起動のための待ち時間の増加をわずかにす
ることができる。

【００３４】第２の課題は、サスペンション系のｆ０が
低いピックアップ３を振動環境下で使用する装置には使
用できないということである。サスペンション系のｆ０
を高くするということはサスペンション３４を硬くする
ことであり、ｆ０が低い場合に比べて対物レンズ３２を
移動させるときの感度が低くなり、また低消費電力化を
図る上で好ましくない。

【００３５】第１の課題の解決手段としては、例えば対
物レンズ３２を高速で移動させ、合焦点通過後にフォー
カスコイル３３に一定のパルス信号を付加して移動にブ
レーキをかけかつ逆転させ、合焦点をゆっくりした速度
で再び通過させた後にフォーカスサーボを閉じることが
提案されている。しかし、このように一定量のブレーキ
を加える方法は、装置が静止しているときには引込み時
間を短縮することができるが、ランダムな外乱振動に対
しては対物レンズ３２の動きを予測できないので、常に
ブレーキを適切に働かせる保証がない。

【００３６】第２の課題の解決手段としては、特開昭５
９−２３１７４５号公報、特願昭５８−１０６９５５号
公報に示されるように、ディスク１には無関係に対物レ
ンズ３２の位置（固定部に対する可動部の位置）を検出
する手段を設け、フォーカスサーボを引込んでいないと
きにもこの位置検出に応じた第２のサーボ系を動作さ
せ、一種の電子的なｆ０が極めて高いサスペンションを
実現し、外乱振動による対物レンズ３２の動きを抑圧す
ることが提案されている。しかし、この手段は引込み成
功確率を高く保ちながら対物レンズ３２の掃引速度を大
幅に増加させることができず、またピックアップ構造に
位置検出手段を追加する必要があるなどの課題があっ
た。

【００３７】この発明は上記のような課題を解決するた
めに成されたものであり、高い引込み確率を維持しなが
らフォーカス引込みの所用時間を大幅に短縮することが
できるとともに、振動環境下での引込み動作も高い確率
で行なうことができるフォーカス制御装置を得ることを
目的とする。

【００３８】

【課題を解決するための手段】第１の発明に係るフォー
カス制御装置は、記録担体からの反射光を電気信号に変
換する光検出手段の出力信号を包絡線検波する検波手段
と、検波手段の出力信号を微分する微分手段と、光束の
焦点位置を移動させる掃引信号と微分手段の出力に応じ
て焦点移動手段を駆動する掃引制御手段を設けたもので
ある。

【００３９】又、第２の発明に係るフォーカス制御装置
は、光源からの光束を複数の光束に分割する光分割手段
と、各光束に対する記録担体からの反射光を電気信号に
変換する光検出手段と、特定の複数の光束に対応した光
検出手段の出力を合成する合成手段と、合成手段の出力
を微分する微分手段と、光束の焦点位置を移動させる掃
引信号と微分手段の出力に応じて焦点移動手段を駆動す
る掃引制御手段を設けたものである。

【００４０】又、第３の発明に係るフォーカス制御装置
は、第２の発明において、合成手段と微分手段の間に、
合成手段の出力を包絡線検波する検波手段を設けたもの
である。

【００４１】

【作用】第１の発明においては、合焦点に至る以前に記
録担体からの記録情報で変調された反射光に応じた信号
が包絡線検波されて速度信号に不要な成分が除去され、
この検波信号を微分して焦点位置とディスクとの相対速
度が得られ、この相対速度に応じて焦点位置の移動速度
が速度制御される。

【００４２】又、第２の発明においては、合焦点に至る
以前に記録担体からの複数の反射光に応じた複数の信号
が合成されて記録情報による変調によるレベル変動が小
さくされ、この合成信号が微分されて焦点位置とディス
クとの相対速度が得られ、この相対速度に応じて焦点位
置の移動速度が制御される。

【００４３】又、第３の発明においては、第２の発明に
おける合成信号が包絡線検波された後微分されて相対速
度が得られる。

【００４４】

【実施例】

実施例１．図１は実施例１によるＣＤプレーヤのフォー
カスサーボ系の構成図である。１〜１９は従来と同様で
ある。２０は第１の加算器１０の出力をＡＭ検波する検
波器、２１は検波器２０の出力を概略微分する微分器、
２２は微分器２１の出力と掃引信号発生器１６の出力を
合成し、第１のスイッチ１７を介して第２加算器１５に
伝える第３減算器である。なお、集中制御器１９の処理
は従来と同様である。

【００４５】次に、図２を用いてこの実施例の原理、着
目点を説明する。図２において、ａは対物レンズ３２を
最下点からディスク１に向って一定速度で移動させたと
きのフォーカスエラー信号、ｂは第１加算器１０のＲＦ
出力信号、ｃは微分器２１の出力を示し、横軸は時間で
ある。

【００４６】ＲＦ信号のレベルは、対物レンズ３２が合
焦位置に近づくほど増加する。これは、合焦状態に近づ
くにつれてディスク１からの反射光が光学系の各部でケ
ラレを生じる度合いが低下し、光検知器３８の検知エリ
アに入射する光の量が増加するためである。又、ＲＦ信
号は合焦状態付近では交流信号成分（ハッチング）を含
むようになる。これは、焦点が合うようになり、ディス
ク１面上の凹凸（記録情報）によって反射光が変調を受
けるようになるためである。波形のエンベロープの上側
はほぼ全反射状態を示し、下側のエンベロープは変調を
受けて最も戻り光量が低下した状態を示す。

【００４７】検波器２０はＲＦ信号を入力され、ＡＭ検
波作用により上側エンベロープを取り出す働きをし、検
波器２０の出力は上側エンベロープに示すように概略台
形状の変化となる。微分器２１は検波器２０の出力を微
分し、抵抗とコンデンサから構成されている。

【００４８】いま、検波器２０の台形状出力のスロープ
部（例えば領域Ａ部）がほぼ一定の傾斜を有するとすれ
ば、このスロープ部の領域に関しては微分器２１の出力
信号の大きさは対物レンズ３２とディスク１との相対速
度の大きさにほぼ比例したものとなる。掃引動作中で合
焦点に達する以前のタイミングに関しては、この概略的
な相対速度検出は図２ｃの領域Ａの範囲で可能である。

【００４９】微分器２１の出力は第３減算器２２で極性
反転され、第１スイッチ１７及び第２加算器１５を介し
てフォーカスコイル３３に導かれる。第１スイッチ１７
は前述したように合焦点を検出した後にオフされ、それ
以前の掃引動作中はオンであり、オン状態では微分器２
１の出力に応じて対物レンズ３２が駆動される。領域Ａ
においては、何らかの理由により対物レンズ３２とディ
スク１との相対速度が対物レンズ３２がディスク１に近
づく方向で大きくなると、上述の動作原理により微分器
２１の出力値が正方向に増加し、第３減算器２２を介し
てフォーカスコイル３３の駆動電圧が負側に増加し、対
物レンズ３２の速度を引き下げるように動作する。

【００５０】又、外乱振動等により対物レンズ３２がデ
ィスク１から遠ざかる方向に動き出すと、微分器２１の
出力は負の値となり、フォーカスコイル３３の駆動電圧
が正側に増加し、対物レンズ３２をディスク１に近づけ
るよう動作する。このように、対物レンズ３２が合焦状
態に近づく際の特定の領域で、対物レンズ３２とディス
ク１との相対的動きに一種の速度制御をかけることがで
きる。

【００５１】従来では合焦点でフォーカスサーボループ
を閉じ、フォーカスサーボの働きにより図２ａの領域Ｂ
でのみ対物レンズ３２の動きに制動をかけることができ
る。これに対して、実施例１では合焦点検出後の領域Ｂ
では従来同様にフォーカスサーボが制動力を発生する
が、それに先立って領域Ａで対物レンズ３２に対して速
度制御をかけており、さらに領域Ａが領域Ｂに比べては
るかに広いことから、領域Ｂだけの場合に比べてはるか
に大きい制動効果を発生することができる。

【００５２】即ち、対物レンズ３２が意図的に高速に掃
引される場合やランダムな外乱振動の影響で振動してい
る場合でも、対物レンズ３２が合焦状態に近づいて領域
Ａに至ると速度制御がかかり始め、広い幅をもつ領域Ａ
を通過する間に対物レンズ３２がディスク１にゆっくり
と近づくように十分制御され、低い速度のままで合焦点
に達するようになることから、フォーカスサーボループ
が閉じられた後のサーボの引込みが確実となる。なお、
領域Ａでは速度制御が有効に機能するが、合焦点近傍で
はＲＦ信号のエンベロープが平坦になるため速度検出が
不能となって速度制御は機能せず、掃引信号や外乱振動
で再度対物レンズ３２の速度が上昇する可能性がある。
しかし、この速度検出不能領域は極めて狭いため、この
領域を通過する間に加速される度合いはかなり小さい。

【００５３】図３は各部の動作波形を示し、図１２と対
応したものであり、ｔ１，ｔ３の意味や各スイッチの動
作も共通である。ただし、図３ではＲＦ信号波形が追加
されている。図３の破線は、一定速度で対物レンズ３２
を移動させたときの波形を示す。今、ｔ１で掃引が開始
され、対物レンズ３２がディスク１にある程度近づき、
時刻ｔａでＲＦ信号が発生し始めると、ＲＦ信号のエン
ベロープの上昇傾斜に応じてレンズ駆動電圧が負側に増
加して対物レンズ３２の速度が低下し、フォーカスエラ
ー信号も時間軸方向に広がるようになる。

【００５４】この状態でｔ３の合焦点状態となると、従
来同様にフォーカスサーボループが閉じてフォーカスを
合焦状態に維持しようとする制御が開始される。なお、
ｔ３以降のＲＦ信号の下側エンベロープが波打っている
のは、本図に示した時間領域ではまだトラッキングサー
ボが働いてなく、読取りビームがトラックを横切ってい
るためである。

【００５５】ＣＤプレーヤの一般的設計では、対物レン
ズ３２の可動幅は約1.５mmあり、従来ではこの範囲を0.
７〜２秒で掃引するよう対物レンズ３２の移動速度が選
ばれていたが、実施例１では発明者自身の実験によれ
ば、上記可動幅を0.１５秒程度で掃引するような高速掃
引でも引込みの成功確率は十分高いという結果が得られ
ている。又、サスペンション系のｆ０が１８Hz程度のピ
ックアップ３を使った車載用ＣＤプレーヤに関して、フ
ォーカス引込みの成功確率がある特定の値にまで低下す
る外乱振動の限界値を測定した場合、外乱振動が１８Hz
の正弦波のときに従来に比べて実施例１は４倍程度の改
善が得られた。

【００５６】実施例２．図４はこの発明の実施例２によ
るＣＤプレーヤのフォーカスサーボ系の構成図である。
図において、２３は第３加算器であり、第１及び第２電
流電圧変換器５，６の出力を合成する。２４は低域通過
フィルタ（ＬＰＦ）であり、抵抗とコンデンサから構成
される。集中制御器１９の動作フローは図１１と同様で
ある。実施例１と比べると、実施例２は速度信号の生成
のもととなる信号源及び速度信号の生成手段が異なる。

【００５７】トラッキングエラー生成用の２つのサブビ
ームを検出する光検出領域Ｅ，Ｆの出力は第１及び第２
電流電圧変換器５，６により電流電圧変換され、この電
圧信号は第３加算器２３により加算される。図５はトラ
ッキングエラー生成用のサブビームのディスク１上の状
態を示し、具体的にはディスク１上のトラックと３つの
読取り光のスポット（ハッチング部）の関係を示す。中
心のスポットはメインビームであり、この反射信号から
記録情報が抽出される。メインビームを両側から挟んで
いるのがサブビームであり、２つのサブビームが成す角
度はトラックと平行ではなく、メインビームが特定のト
ラックのセンタを正しくトレースするとき、サブビーム
の中心はトラックからずれた位置にある。

【００５８】ここで、メインビームがトラック中心から
図５で右側に動くと、上側のサブビームはトラックとト
ラックの間に入ってトラックによる変調を受けにくくな
り、図６ａに示すようにこのサブビームの反射信号の下
側包絡線の合焦点付近での落ち込みが少なくなる。この
とき、図５の下側のサブビームはトラック中心に来てト
ラックにより深い変調を受け、図６ｂに示すように反射
信号の下側包絡線の落ち込みが大きくなる（図６ｂは図
２ｂと同じ）。

【００５９】図６において、破線は高周波成分を除いた
平均値を示し、トラックによる変調の度合いが大きいほ
ど合焦点付近でのレベルの落ち込みは大きい。図６ｃは
２つのサブビームの反射信号を合成したものである。こ
の合成信号の合焦点付近でのレベルの落ち込みは、光束
とトラックとの位置関係にあまり影響を受けず、図６ａ
と図６ｂの中間的な状態となる。これは、各ビームから
の反射信号の平均値のレベルがトラックとの位置関係の
変化に関し互いに逆のレベル変化を受けるので、両者を
合成することによりレベル変化の打ち消しが生じている
ためである。

【００６０】実施例２では、各サブビームの反射信号の
合成信号がトラックの影響による合焦点付近でのレベル
変動の度合いが小さいことに着目し、この合成信号を包
絡線検波せずに微分して速度信号を生成する。従って、
包絡線検波を行なう検波器２０が不要となり、構成が簡
単となる。なお、ＬＰＦ２４は平均化のために設けら
れ、速度検出に不要な記録信号成分を減少させる役割を
持つ。実施例２も実施例１と同様の効果を有する。

【００６１】実施例３．図７は実施例３によるＣＤプレ
ーヤのフォーカスサーボ系の構成図を示し、実施例２と
比べると、ＬＰＦ２４の代りに包絡線検波を行なう検波
器２０を設けている。実施例２ではサブビームの反射信
号の合成信号を用いることにより検波器２０をなくした
が、合成信号は図６ｃの破線で示すように合焦点付近の
領域Ｃでレベルの落ち込みを生じており、領域Ａと逆の
傾きとなっている。このことは、領域Ｃでは速度制御が
正帰還になることを意味する。

【００６２】従って、図６ａの領域Ａで掃引速度に適切
なブレーキが働いた後、合焦点直前の領域Ｃで掃引速度
を不要に加速することになる。このため、実施例２では
速度制御のループゲインを大きく高めて速度制御をより
強力に作用させようとすると、領域Ｃで対物レンズ３２
が加速されて引込み成功確率が低下するようになる。こ
の意味で、実施例２はある程度の効果は得られるが、大
きな効果は得にくい。

【００６３】そこで、実施例３では検波器２０を設け、
サブビームの反射信号の合成信号を包絡線検波して合焦
点付近のレベルの落ち込みをなくすようにしている。
又、合成信号は実施例１におけるＲＦ信号と比べて記録
信号による変調信号成分の混入量が少ないので、実施例
１の場合よりも不要信号成分が少ない速度検出が可能と
なる。

【００６４】速度信号において速度と相関がない不要信
号の混入量が少ないと、速度制御を強くかけるために速
度制御ループのループゲインを高めたとき、対物レンズ
３２が不要な振動を生じる度合いが少なくなる。このよ
うに実施例３ではサブビームの反射信号の合成信号を検
波微分しており、より強い速度制御を安定して行なうこ
とができ、掃引速度を高めることができるとともに、外
乱振動を抑圧して引込みを成功させることができる。な
お、他の構成、動作は実施例１，２と同様である。

【００６５】その他の実施例実施例３において、トラッキングエラー検出用の２つの
サブビームのうちの一方の反射信号を検波微分して速度
信号を生成することも可能であり、この場合実施例１の
ＲＦ信号を使うのと同等の結果を生じる。又、速度信号
生成のもととなる光束としては、ディスク１と焦点位置
との相対位置の変化に対してそのエンベロープが概略台
形状に変化する光束であればどんなものでもよく、例え
ばこの用途専用に光源とそれに対応する光検知器を設け
たり、サブビームを増やしてそれに対応する光検知器を
設けたりすることも可能である。又、複数のトラックに
対して同時に読取り、書き込みするマルチビームの光学
装置に対してもこの発明は応用可能であり、特定ビーム
の反射信号、複数ビームの戻り光の反射信号から速度信
号を生成すればよい。

【００６６】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、フォー
カス引込み動作の際、合焦点に至る以前に焦点位置と記
録担体との相対速度に応じて焦点位置の移動速度を速度
制御しており、合焦点に至ってフォーカスサーボループ
を閉じる際に高い引込み成功確率を得るために適正な相
対速度に近づくことができる。又、引込み動作の所要時
間短縮のために焦点位置の掃引速度を高く設定した場合
でも、合焦点近傍で相対速度を急激に低下させて引込み
を成功させることができ、また相対速度に与える影響が
一定しない外乱信号にも効果的に作用して引込み成功確
率を向上させることができる。さらに、この発明は、光
学式ピックアップ、光学式ヘッドの構成の相違や目標と
する速度制御の効果の程度の相違に対しても高い適合性
を有している。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１によるＣＤプレーヤのフォ
ーカスサーボ系の構成図である。

【図２】この発明の実施例１によるＣＤプレーヤのフォ
ーカスサーボ系の動作原理説明図である。

【図３】この発明の実施例１によるＣＤプレーヤのフォ
ーカスサーボ系の各部波形図である。

【図４】この発明の実施例２によるＣＤプレーヤのフォ
ーカスサーボ系の構成図である。

【図５】ＣＤプレーヤにおけるビーム方式でのディスク
面上での各スポットの位置関係を示す図である。

【図６】この発明の実施例２によるＣＤプレーヤのフォ
ーカスサーボ系におけるビーム方式でのディスクからの
反射信号の状態を示す図である。

【図７】この発明の実施例３によるＣＤプレーヤのフォ
ーカスサーボ系の構成図である。

【図８】従来のＣＤプレーヤのフォーカスサーボ系の構
成図である。

【図９】従来のフォーカスエラー検出特性図である。

【図１０】従来の合焦点検出器の入出力波形図である。

【図１１】従来の集中制御器の動作を示すフローチャー
トである。

【図１２】従来のフォーカスサーボ系の各部波形図であ
る。

【図１３】従来のフォーカスサーボ系のサスペンション
系の駆動信号に対する出力変位の周波数特性図である。

【図１４】従来のフォーカスサーボ系における振動環境
下での掃引動作中の対物レンズの駆動電圧と動きを示す
図である。

【符号の説明】

１ディスク３光学式ピックアップ１０第１加算器１１第２減算器１２合焦点検出器１３第２スイッチ１５第２加算器１６掃引信号発生器１７第１スイッチ１９集中制御器２０検波器２１微分器２２第３減算器２３第３加算器３２対物レンズ３３フォーカスコイル３４サスペンション３５磁気回路３６レーザダイオード３７回折格子３８光検知器

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【手続補正書】

【提出日】平成４年１１月５日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００４

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００４】以下、いわゆる３ビーム方式のトラッキン
グ生成方式による光学的ピックアップを用いたコンパク
トディスクプレーヤにおけるフォーカスサーボ系の従来
例を説明する。図８は従来のコンパクトディスクプレー
ヤ（ＣＤプレーヤ）におけるフォーカスサーボ系の構成
を示し、１はディスク、２はディスク１に回転力を与え
るスピンドルモータ、３はピックアップである。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２９】図１４は引込みのために焦点位置を掃引さ
せる際（サーボループを意図的に閉じない場合）に、外
部振動が加わったときの対物レンズ３２の動きを示して
いる。ａは図１２と同様の対物レンズ駆動電圧を示し、
ｂは対物レンズ３２の物理的位置を示している。破線は
外乱振動のないときを示す。引込みの時の掃引の際に図
１４のような対物レンズ３２の共振を生じると、合焦点
付近での対物レンズ３２とディスク１の相対速度が極め
て大きくなり、サーボを閉じても合焦状態に引込める確
率は極めて小さくなる。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５６】実施例２．図４はこの発明の実施例２によ
るＣＤプレーヤのフォーカスサーボ系の構成図である。
図４の図８と同一符号部分は同一内容を示す。図におい
て、２３は第３加算器であり、第１及び第２電流電圧変
換器５，６の出力を合成する。２４は低域通過フィルタ
（ＬＰＦ）であり、抵抗とコンデンサから構成される。
集中制御器１９の動作フローは図１１と同様である。実
施例１と比べると、実施例２は速度信号の生成のもとと
なる信号源及び速度信号の生成手段が異なる。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図５

【補正方法】変更

【補正内容】

【図５】ＣＤプレーヤにおける３ビーム方式でのディス
ク面上での各スポットの位置関係を示す図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源と、光源からの光束に焦点を生じさ
せるとともに、記録担体からの反射光を集光する光学手
段と、この反射光を電気信号に変換する光検出手段と、
光束の焦点と記録担体の記録面との空間的ずれに応じた
信号を検出する焦点誤差検出手段と、光学手段を駆動し
て光束の焦点位置を移動させる焦点移動手段と、焦点誤
差検出手段の出力に応じて焦点移動手段を駆動し、焦点
位置が記録担体の記録面上に一致するように制御する自
動焦点制御ループと、自動焦点制御ループを開閉するル
ープ開閉手段と、光検出手段の出力信号を包絡線検波す
る検波手段と、検波手段の出力信号を微分する微分手段
と、焦点誤差検出手段の出力に基づいて光束の焦点と記
録担体の記録面との空間的ずれが所定値になったことを
検出する合焦点検出手段と、光束の焦点位置を移動させ
る掃引信号を発生する掃引信号発生手段と、掃引信号発
生手段の出力と微分手段の出力とに応じて焦点移動手段
を駆動する掃引制御手段と、合焦点検出手段の検出結果
に応じてループ開閉手段の動作を決定する制御手段を備
えたことを特徴とするフォーカス制御装置。
【請求項２】光源と、光源からの光束を複数の光束に
分割する光分割手段と、光源からの全光束に焦点を生じ
させるとともに記録担体からの反射光を集光する光学手
段と、この反射光を電気信号に変換する光検出手段と、
光束の焦点と記録担体の記録面との空間的ずれに応じた
信号を検出する焦点誤差検出手段と、光学手段を駆動し
て光束の焦点位置を移動させる焦点移動手段と、焦点誤
差検出手段の出力に応じて焦点移動手段を駆動し、焦点
位置が記録担体の記録面上に一致するように制御する自
動焦点制御ループと、自動焦点制御ループを開閉するル
ープ開閉手段と、特定の複数の光束に対応した光検出手
段の出力を合成する合成手段と、合成手段の出力を微分
する微分手段と、焦点誤差検出手段の出力に基づいて光
束の焦点と記録担体の記録面との空間的ずれが所定値に
なったことを検出する合焦点検出手段と、光束の焦点位
置を移動させる掃引信号を発生する掃引信号発生手段
と、掃引信号発生手段の出力と微分手段の出力とに応じ
て焦点移動手段を駆動する掃引制御手段と、合焦点検出
手段の検出結果に応じてループ開閉手段の動作を決定す
る制御手段を備えたことを特徴とするフォーカス制御装
置。
【請求項３】合成手段の出力信号を包絡線検波し、こ
の検波出力を合成手段の出力に代って微分手段に入力す
る検波手段を設けたことを特徴とする請求項２記載のフ
ォーカス制御装置。