JPH0654545B2 - 光学的情報再生装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は光ディスクのようにフレームあるいはブロック
ごとに記録データを分割し、そのフレームあるいはブロ
ックごとに同期信号を付加し情報が記録された円盤上に
再生ヘッドを合焦させるための光学的情報再生装置に関
する。

従来の技術 近年の半導体プロセス技術の進歩に伴い、高速演算が可
能なマイクロ・プロセッサやディジタル・シグナル・プ
ロセッサの発表が相次いでいる。これらプロセッサの高
速演算能力を利用して、光ディスクプレーヤにおける再
生ヘッドの焦点制御など高速な応答を要求される制御分
野にも従来のアナログ制御からディジタル制御へ移行す
る技術の流れを生み出している。

このような焦点制御（すなわち、再生ヘッドを円盤の反
りに追従させる制御）をデイジタル的に構成するために
解決すべき技術的な課題の一つは、標本化率の選定であ
る。

一方、上記のような光学的情報再生装置においては、得
られる焦点誤差信号は再生情報信号の混変調された雑音
が混入している。この雑音は、通常のアナログ制御にお
いても合焦精度の劣化を生じる原因となるが、ディジタ
ル制御系においては標本化によって折り返されて制御帯
域内に侵入するため、アナログ制御以上の合焦精度の劣
化を生じる。したがって、この雑音を除去するために、
アナログ回路による低域通過フィルタを誤差検出器の後
段に挿入し、上記の折り返し現象を防止することが一般
的である。（例えば、特開昭62-102431号公報） 発明が解決しようとする課題 しかしながら、上記のアナログ低域通過フィルタは、２
次以上の高次の低域通過フィルタとする必要がある。一
方、制御方法が一般の比例・積分・微分（ＰＩＤ）コン
トローラである場合には、このコントローラの次数は、
０次もしくは１次である。すなわち、アナログ制御に比
べてディジタル制御では、雑音除去のためだけに本来の
制御精度を決定するコトローラよりも高い次数のフィル
タを更に追加する必要が発生するという問題点がある。

また、このアナログ低域通過フィルタは、上記のディジ
タル制御を大規模集積回路（ＬＳＩ）化した場合には、
ＬＳＩの外付け部品として残るため、制御回路全体の小
型化やコスト・ダウンの障害となるという問題がある。

本発明は上記問題点に鑑み、外付けアナログ部品の規模
を抑えることにより、小型化容易かつ低廉な光学的情報
再生装置を提供するものである。

課題を解決するための手段 上記問題点を解決するために本発明の光学的情報再生装
置は、所定の単位に分割された情報とこの単位を識別す
るための同期信号が光学的に再生可能な情報トラック上
に記録された円盤に光ビームを収束し、かつ上記円盤の
平面に対して実質的に可動なレンズ手段を一体的に備
え、かつ上記情報トラックによって光学的に変調された
反射光を受けてこの反射光から再生信号を抽出する再生
ヘッドを有する光学的情報再生装置であって、基準同期
信号とこの基準同期信号の周波数に対して非整数倍の周
波数を有する標本化信号を出力する基準信号発生手段
と、上記再生信号から再生同期信号を抽出する情報再生
手段と、上記基準同期信号と上記再生同期信号を比較し
て上記円盤と上記再生ヘッドの間の相対的走査速度を一
定の値に保つ円盤制御手段と、上記再生信号から上記再
生ヘッドの上記情報トラックに対する上記レンズ手段の
焦点のずれを検知する焦点誤差検知手段と、この焦点誤
差検知手段の出力を上記標本化信号に応じて標本化する
焦点誤差標本化手段と、この焦点誤差標本化手段の出力
を演算処理して操作信号を得る焦点制御手段と、この操
作信号に応じて上記レンズ手段の焦点位置を補正するレ
ンズ駆動手段とを具備するという構成を備えたものであ
る。

作用 本発明は上記した構成により、一誤差信号に含まれる再
生情報信号の雑音スペクトルの間に標本化周波数を設定
されるため、この雑音スペクトルが制御帯域内に折り返
されることがなくなる。

実施例 以下実施例の一実施例の光学的情報再生装置について、
図面を参照しながら説明する。

第１図は、本発明の光学的情報再生装置の一実施例を示
すブロック図である。

第１図において、１は円盤であり、符号化された情報信
号が記録されている。この情報は、円盤作成時に一定の
データ個数を一つのブロックにまとめ、このブロック単
位を区別するための同期信号がこのブロック単位の先頭
に付加されている。この情報信号は、円盤１上に形成さ
れた情報トラック１ａに記録されている。ＣＤフォーマ
ットの音声情報では、フレーム同期信号（周波数ｆ０＝
７．３５ｋＨｚ）を指す。

再生ヘッド２は、この情報トラック１ａから再生信号２
ａを読みだし、情報再生手段３に送る。第２図は、この
再生ヘッド２の具体的構成を示す図である。

第２図において、２１はレーザー光源であり、特定の波
長λを持つレーザー光を発射する。このレーザー光はハ
ーフミラー２２において反射され、一定の焦点距離を持
つレンズ２３を介して円盤１の情報トラック１ａに収束
される。このレンズ２３は、ダンパー２５によって支持
されており、円盤１の平面に対して垂直方向に可動な構
造となっている。

さて、この円盤１からの反射光は、再びハーフミラー２
２に入射し、光電変換器（ホトディテクタ）２４で受光
される。一方、情報トラック上には情報が、ビットと呼
ばれる凹凸として記録されている。例えば、ＣＤやＬＤ
などでは、上記ピットの深さは、ほぼ１／４λに設定さ
れている。したがって、ピットが有る場合には情報トラ
ック１ａからの反射光は、１／２λだけ位相のずれを受
ける。この１／２λという位相ずれは、入射光に対して
逆相の反射光を生じるため、この反射光は入射光との間
で相殺し合うことなる。したがって、ピットの有無は反
射光の光強度の強弱としてホトディテクタ２４で受光さ
れる。このホトディテクタ２４は、電流−電圧変換する
ことにより、再生信号２ａとして出力される。

さて、このようにして得られた再生信号２ａは情報再生
手段３において複号され、記録された情報を抽出すると
ともに予め記録された同期信号を分離し、再生同期信号
３ａとして出力する。この再生同期信号３ａは、円盤制
御手段５において基準信号発生手段４の出力する基準同
期信号４ａと位相比較され、位相補償などのフィルタリ
ング処理を施された上で回転制御信号５ａとして出力す
る。この回転制御信号５ａに応じて再生同期信号３ａの
周波数と基準同期信号４ａの周波数が一致するように円
盤駆動モータ６の回転数は変化する。

これら円盤１、再生ヘッド２、情報再生手段３、円盤制
御手段５、及び円盤駆動モータ６からなる一連のループ
は、円盤１の位相制御ループを構成している。この一連
のループよって、再生ヘッド２が情報トラック１ａを走
査する速度を円盤に情報が記録された時の速度と一致す
る。以上の動作原理については、既に公知であるのでこ
れ以上の詳しい説明は省略する。

さて前述のように、ピットによる変調を正確に得るため
には（換言すれば正確に情報を読み取るためには）、情
報トラック１ａとレンズ２３の焦点距離の誤差を１μｍ
以下に抑える必要がある。この再生ヘッド２と円盤１の
記録面との間の相対的な位置誤差すなわち焦点誤差は、
焦点誤差検知手段７において、再生信号２ａから抽出さ
れ、焦点誤差信号７ａとして出力される。ここで、この
焦点誤差の検出方法は、フーコー法やアスティグマ法な
どが提案されており、これらの方式はいずれも公知であ
るので詳しい説明は省略する。

さて、この焦点誤差信号は焦点誤差標本化手段８におい
て数値化され、焦点誤差データ８ａとして焦点制御手段
９に送られる。焦点制御手段９はこの焦点誤差データを
ＰＩＤ演算を施して焦点操作データ９ａとして出力され
る。レンズ駆動手段１０は、この焦点操作データ９ａを
電流に変換し、レンズ２ａの焦点位置を補正する。これ
ら再生ヘッド２、焦点誤差検知手段７、焦点誤差標本化
手段８、焦点制御手段９及びレンズ駆動手段１０からな
る一連のループは、再生ヘッド２の焦点制御ループを構
成している。この焦点制御ループの応答周波数（すなわ
ち制御帯域ｆｗ）は、１ｋＨｚ以下に設計されることが
一般的である。例えばＣＤプレーヤであればｆｗは５０
０Ｈｚから８００Ｈｚに設計される。

さて、この焦点制御ループにおいて、円盤１から再生さ
れる再生信号２ａは第３図(ａ)に示すような周波数スペ
クトルを有している。第３図(ａ)において、これら周波
数スペクトルＳ₁，Ｓ₂，……Ｓｎは、再生同期信号２ａ
の周波数の整数倍の周波数ｆｎを持つスペクトルであ
る。ここに、ｆ_１＝ｆ₀，ｆ_２＝２ｆ₀，ｆｎ＝ｎｆ_０で
あり、ｎは自然数を表し、ｆ_０は再生同期信号の周波数
を表す。

ところで、標本化周波数ｆｓによってこの周波数ｆｎを
標本化すると、この折り返し雑音のスペクトルの周波数
ｆｎ′は、 ｆｎ′＝ｆｎ（mod ｆｓ／２） （１） で与えられる。ここにら、Ａ（mod Ｂ）は、Ｂを法とす
る剰余群を表す。いま一例として、 ｆｓ＝ｆ_０（2m＋１）/2（m は自然数）（２） に設定すると、最も低い周波数を持つ雑音の折り返しス
ペクトルは、Ｓm＋1（周波数(m+1)ｆ_０が折り返された
スペクトル）である。したがって、折り返し雑音の周波
数帯域は、(１)式及び(２)式より、 ｆｎ′≧ｆ_０／４（＞ｆｗ） （３） なる関係を満足する。例えば、ＣＤプレーヤであれば、
ｆ_０＝７３５０Ｈｚであるから、 ｆｎ′≧１８３７．５Ｈｚ となり、上記の制御帯域ｆｗの範囲外とすることができ
る。したがって、この標本化後の雑音スペクトルは、第
３図(ｂ)のように表せる。この折り返しスペクトルは、
ディジタルフィルタによって容易に除去することが可能
となる。

第４図は、そのようなディジタルフィルタの一構成例と
その接続関係を表すブロック図である。

第４図において、３１及び３２は遅延要素であり、シフ
ト・レジスタや書込可能記憶素子（ＲＡＭ）で構成され
る。また、３３及び３４は加算器、３５，３６，３７及
び３８は係数器であり、例えば乗算器と係数読出専用記
憶素子（ＲＯＭ）で構成される。

アナログ・ディジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器）３０は焦
点誤差信号７ａを数値化し、ディジタルフィルタ８ｂに
出力する。Ａ／Ｄ変換器３０及びディジタルフィルタ８
ｂは、第１図における焦点誤差標本化手段８を構成して
いる。このディジタルフィルタ８ｂは、上記折り返し雑
音を抑圧する低域通過フィルタを構成し、このディジタ
ルフィルタ８ｂの伝達関数Ｆ（ｚ）は、次式で与えられ
る。

ここで、a，b，ｃ及びｄは、それぞれ係数器３５，３
６，３７及び３８の値である。これらの値は、モデルと
なるアナログフィルタをｚ変換を用いて設計することに
より容易に実現できる。このアナログフィルタの遮断周
波数ｆｃは、 ｆｗ＜ｆｃ＜ｆ_０／４ （５） を満足するように設計すればよい。またアナログフィル
タからディジタルフィルタを設計する手法としては、双
一次変換、前進差分近似あるいは後進差分近似を用いて
もよい。また、以上の説明ではハードウェア回路として
説明したが、このディジタルフィルタはプロセッサ上に
ソフトウェアで構成してもよい。

第５図は、第１図の実施例におけるこのディジタルフィ
ルタの他の接続関係を示すブロック図である。

第５図において、主制御回路９ｂは焦点誤差データ８ａ
に積分補償及び位相補償などの演算を施した上でディジ
タルフィルタ９ｃに出力する。ディジタルフィルタ９ｃ
は、第４図におけるディジタルフィルタ８ｂと同一であ
るので、ここで繰り返して説明することはしない。以上
の主制御回路９ｂ及びディジタルフィルタ９ｃは第１図
の実施例における焦点制御手段９を構成する。レンズ駆
動手段１０は、ディジタルフィルタ９ｃの出力をディジ
タル・アナログ変換（Ｄ／Ａ変換）あるいはパルス幅
（ＰＷＭ）変換し、レンズ２ａの焦点位置を補正する焦
点補正信号１０ａを出力する。その他の動作は、第１図
の実施例と同一であるので、詳しい説明は省略する。

さて、基準信号発生手段は、単一の発振源からの周波数
信号を用いて容易に実現できる。

第６図は、本発明における基準信号発生手段の一構成例
を示すブロック図である。

第６図において、主発振源４１は(2m＋1)k ｆ_０なる周
波数で発振する水晶発振器であり、第１の分周器４２は
この主発振周波数信号ｆｃｋを(2m＋1)k 分周して基準
同期信号４ａを発生し、第２の分周器４３はこの主発振
周波数信号ｆｃｋを２ｋ分周して標本化信号４ｂを発生
する。

これにより、基準同期信号４ａと標本化信号４ｂは、非
整数倍の関係を持ち、かつ単一の主発振周波信号ｆｃｋ
よりこの両信号を作ることができる。したがって、基準
同期信号及び標本化信号を作成するために独立した発振
源を設ける必要がないため低廉化が容易となる。

本実施例では、基準同期信号の周波数ｆ_０と標本化信号
ｆｓの周波数の関係を (2m +1)：２としたが、この
関係は (2m+ 1)：３であってもよいし、さ
らに一般的に ｆｓ（mod ｆ_０≠０ なる関係が成立すれば、同様の効果を得ることができ
る。

また、以上の説明では、焦点誤差標本化手段の前段に折
り返し防止フィルタを設けない例について述べたが、例
えば低レベルの白色性雑音が混入する場合には、ｆs/2
以上のこの白色性雑音を除去するために簡単な１次程度
のアナログ低域通過フィルタを位置誤差標本化手段を構
成するＡ／Ｄ変換器の前段に挿入すればよい。

その他、この発明は上記の実施例に限定されるものでは
なく、要旨を変えない範囲で種々変形実施可能なことは
無論である。

発明の効果 以上のように本発明によれば、再生同期信号の周波数と
非整数倍の関係を有する周波数で焦点誤差信号を標本化
するため、信号焦点誤差信号に含まれる再生情報信号の
雑音スペクトルの間に標本化周波数が設定されるため、
この雑音スペクトルが制御帯域内に折り返されることが
なくなる。したがって、この雑音スペクトルはディジタ
ルフィルタによって容易に除去できるため、アナログフ
ィルタの次数を小さくできるという利点がある。また、
これに伴い外付け部品を削減もとくは減少することがで
きる。

したがって、外付けアナログ部品の規模を抑えることに
より、小型化容易かつ低廉な光学的情報再生装置を構成
できるという優れた効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における光学的情報再生装置
のブロック図、第２図は再生ヘッドの具体的構成を示す
図、第３図は再生信号に含まれる雑音スペクトルを示す
波形図、第４図は第１図の実施例におけるディジタルフ
ィルタの一構成例とその接続関係を表すブロック図、第
５図はディジタルフィルタの他の接続関係を示すブロッ
ク図、第６図は基準信号発生手段の一構成例を示すブロ
ック図である。 １……円盤、２……再生ヘッド、３……情報再生手段、
４……基準信号発生手段、５……円盤制御手段、７……
焦点誤差検知手段、８……焦点誤差標本化手段、９……
焦点制御手段、１０……レンズ駆動手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】所定の単位に分割された情報とこの単位を
   識別するための同期信号が光学的に再生可能な情報トラ
   ック上に記録された円盤に光ビームを収束し、かつ上記
   円盤の平面に対して実質的に可動なレンズ手段を一体的
   に備え、かつ上記情報トラックによって光学的に変調さ
   れた反射光を受けてこの反射光から再生信号を抽出する
   再生ヘッドを有する光学的情報再生装置であって、基準
   同期信号とこの基準同期信号の周波数に対して非整数倍
   の周波数を有する標本化信号を出力する基準信号発生手
   段と、上記再生信号から再生同期信号を抽出する情報再
   生手段と、上記基準同期信号と上記再生同期信号を比較
   して上記円盤と上記再生ヘッドの間の相対的走査速度を
   一定の値に保つ円盤制御手段と、上記再生信号から上記
   再生ヘッドの上記情報トラックに対する上記レンズ手段
   の焦点位置のずれを検知する焦点誤差検知手段と、この
   焦点誤差検知手段の出力を上記標本化信号に応じて標本
   化する焦点誤差標本化手段と、この焦点誤差標本化手段
   の出力を演算処理して操作信号を得る焦点制御手段と、
   この操作信号に応じて上記レンズ手段の焦点位置を補正
   するレンズ駆動手段とを具備することを特徴とする光学
   的情報再生装置。