JPS6233650B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、映像あるいは音声のごとき情報を情
報媒体上に情報トラツクをもつて光学的形態に記
録し、光ビームを照射し、情報トラツクの情報を
読み取る光学的情報読み取り装置に関する。

［従来技術］ この種の装置としては、例えば特開昭47―
26041号公報に記載されているが、この例では情
報トラツクに照射された光ビームの光路中に２個
の格子を備え、第１の格子と第２の格子の後方に
それぞれ光電素子を配し、双方の光電素子に発生
する電位差により情報トラツクの追跡制御を行う
ものであり、また情報媒体の歪み等によつて生じ
る振動に対する情報媒体上のビームスポツトの焦
点のずれに対しては、前記第１，第２の格子の間
にレンズを配し、生ずる像の位置が前後移動し、
格子の間隔が変化することを利用している。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、この種の円盤上の情報トラツク
幅は２μｍ程度で、隣接するトラツクを含めて格
子状に形成されているが、第１、第２の格子に比
べ精度的にトラツク幅の成型が困難であり、この
精度の差は情報を的確に読み取る上で致命的な欠
点となる。

本発明は、上記の点に鑑み、一本の光ビーム
と、光電素子を接合して形成した差動フオトダイ
オードを用いて光学的情報を取り出し、情報トラ
ツクに対するビームスポツトの移動によつて、集
束焦点制御信号の検出に影響を与えずに、記録情
報及び制御信号の検出を正確かつ確実に行えるよ
うにすることを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 上記目的を達成するため、本発明は、光学的情
報媒体１の情報トラツク２へ一本の光ビーム１４
を照射し、この光ビーム１４の反射光の連続的変
化よりパルス振幅の変化を取り出し、パルス幅と
パルス間隙の変化より前記情報媒体１に記録され
た情報を再生し、また前記光ビーム１４を情報媒
体１の情報トラツク２方向と略直角方向に移動し
て、情報トラツク２に対する光ビーム１４の追跡
制御を行う光学的情報読み取り装置において、前
記情報媒体１の照射された部分の像を結像しない
位置に、光電素子２３ａ，２３ｂを接合して形成
した差動フオトダイオード２３の接合部３７を配
して、差動フオトダイオード２３を照射する前記
反射光のビームスポツト１７′を前記接合部３７
の間隙より充分大径にし、さらに接合部３７を情
報媒体１の情報トラツク２方向と略直角に配し、
前記光電素子２３ａ，２３ｂが前記ビームスポツ
ト１７′から受ける光量の差の変化により、情報
媒体１を照射する光ビーム１４のビームスポツト
１７の集束焦点制御信号を検出することを特徴と
する。

［作用］ 上述した手段を採用し、差動フオトダイオード
の接合部を情報媒体の情報トラツク方向と略直角
に配すことにより、情報トラツクに対する光ビー
ムの追跡制御のため光ビームを情報媒体の情報ト
ラツク方向と略直角方向に移動しても、この移動
によつて光ビームの焦点制御信号の検出に影響を
与えることがなく、また前記接合部の間隙より反
射光のビームスポツトを充分大径にすることによ
り、接合部にビームスポツトが入り込むことがな
く、入り込む時に生じる信号の無検出状態がなく
なり、記録情報及び制御信号の検出が正確かつ確
実に行える。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を図面に従い説明する。

第１図は円盤状の情報媒体の一例を示すもので
あり、円盤１の上下面には情報トラツク２により
情報が記録されている。第２図には、その記録状
態の一例として、円盤に記録された情報トラツク
２の極く一部分を示してある。ここでは便宜上、
情報トラツク２は、光学的な高反射領域３に低反
射領域４の小ビツト５を配列して構成してある。
この小ビツト５の円盤上の半径方向の巾５ａは一
定であり、トラツク方向の長さ５ｂ，５b′…と間
隔５ｃ，５c′…が異なることにより、画像及び音
声等の信号が記録されている。

上記の記録状態は、直径的30cmの円盤を毎秒30
回転させ、小ビツト５によるパルス繰返しを約
2.5MHz〜4.2MHzにして、片面の記録、読み取り
時間は30〜40分にし、NTSC方式またはPAL方式
（この場合は毎秒25回転）の画像及び音声を充分
記録再生するために、小ビツトの巾5aを１μｍ程
度、トラツク方向長さ５ｂ，５b′…は情報により
任意に変化させるが最も短いもので２μｍ程度、
情報トラツクの小ビツト５の間隔５ｃ，５c′…を
２μｍ程度にすることが望ましい。

この円盤に最も効果的に画像信号Ｇ及び音声信
号Ｏを記録する方法を説明すると、映像信号Ｇ
（０〜3.5MHz）と音声信号Ｏ（０〜20KHz）を一
つの信号にするわけであるが、単に合成するので
は映像信号Ｇと音声信号Ｏの読み取り後の分離が
不可能になる。そこで第４図に示すごとく、音声
信号Ｏを4.5MHzを中心に巾20KHzになるように搬
送波に乗せて変調６してから、映像信号と合成７
する。しかしながら人間の視聴覚を考えると、音
声信号Ｏの歪みの方が、映像信号の歪みより感じ
やすく、音声信号ＯのＳ／Ｎを大きくすることが
望まれ、そのために音声信号Ｏを低周波域に記録
すれば良く、前述のごとく合成した合成波に周波
数偏位の比較的少ないFM変調８を施すと、中心
周波数の上下対称に第４図ｂの様な側波帯（周波
数スペクトル）をもつようになる。この側波帯の
内、音声信号O′によりできる上側波O″及び映像
信号Ｇによりできる上側波G′の一部を第４図ｃ
のように除去し、このFM波をリミツター９等に
よりパルスFMに変え、１つの情報パルス１０と
する。

このようにして得られた情報パルス１０は円盤
１上に小ビツト５として記録される。この円盤か
らの情報を読み取るのに使用する機械的構成を第
６図に示す。円盤１は、ほぼ一定速度で回転する
ようにモーター１１で駆動されるターンテーブル
１２の上に置かれている。読み取りのための光ビ
ーム発生装置１３（良好なSN比を得る為にはレ
ーザーが望ましい）からの光ビーム１４は反射鏡
１５を経て、ピツクアツプ装置１６に至る。この
ピツクアツプ装置１６の概要は第７図に示す通り
であり、光ビーム１４を微小角度偏向し、ビーム
スポツト１７を情報トラツク２に正確に照射する
ためのビーム偏向装置１８、ビームスポツト１７
の円盤１上での照射径を一定範囲に保つための自
動焦点装置１９、光ビーム１４を集点し微小スポ
ツト１７を構成させるための集束レンズ２０等に
より構成されている。このピツクアツプ装置１６
は、送り用モーター２１によつて駆動されるアイ
ドラー２２により軌道にそつて、円盤１の半径方
向に住復する。またピツクアツプ装置１６には、
円盤１を照射した後の光ビーム１４を電気信号に
変換する光電素子２３が設けられている。

今、映像及び音声の情報を、パルス周波数変
調、パルス巾変調のごとき、搬送波を変化させな
い変調を施して記録した情報トラツク２を照射し
た後の反射ビーム出力は、円盤１上でのスポツト
１７の大きさが一定であるとすると、ビームスポ
ツト１７と情報トラツク２が正確に一致している
時、第８図のように光電素子２３により読み取る
ことができる。またビームスポツト１７と情報ト
ラツク２が変動している場合は第９図のようにな
る。すなわち、第８，９図の２４は円盤１の反射
領域により得られる光電素子２３の受光する光ビ
ームの出力であり、２５は円盤１の低反射領域に
より構成される小ビツト５により得られる出力レ
ベルである。つまりビームスポツト１７が反射領
域に傾くと２５は高出力になり、逆に低反射領域
に入りすぎると２５は低出力になる。これらの出
力レベルの差を用いることによりビーム偏向装置
１８によりビームスポツト１７がトラツク２と離
反しないように制御する。この制御方法のブロツ
ク図を第１０図に示す。すなわち、光電素子２３
からの出力は、増幅回路２６で増幅され、出力レ
ベル２４の部分と２５の部分を分離すべく、基準
出力との差出力を取出す等の方法で構成されるク
ランプ回路２７を通り出力レベルの部分の出力の
みになる。次に包絡線出力を得る積分回路２８に
より包絡線出力を得た後に、ビームスポツト１７
の情報トラツク２に対する基準設定位置に対応す
る第２の基準出力との差を得るレベル調整部２９
によりトラツキング信号として取出される。取出
された信号は、フイルター等で高周波雑音を取除
かれる場合もあるが、ビーム偏向装置１８を作動
し、ビームスポツト１７の制御を行う。

しかしながら、円盤１の製作上及び取扱い上か
ら表面の反射率は、円盤１の各部で相当異つたも
のとなつている。著しい場合には信号レベルより
も大きな変動を示すことがあり、第１１図に示す
ように反射率の低い部分では２５ｂのごとく高い
場合は２５ａのごとくなる。また光ビーム発生装
置１３の出力が変動しても同様の結果となるる。
すなわち全光出力に対する信号分光出力の比はほ
ぼ一定であるが、この波形をそのまま前述の制御
人力として用いると、全光出力の変動分による影
響を強く受け、正確にトラツク２と一致させる様
な偏向制御は不可能となる。そのため第１２図の
ごとき制御方法を用いる。すなわち、光電素子２
３からの出力を高域フイルター３０に通すと、パ
ルス分のみになる。このパルス分を積分回路３１
に入れ包絡線出力を得た後に、前述の第１０図と
同様に基準出力との差を得るレベル調整部２９に
よりトラツキング信号として取出すことができ
る。また前記パルス分の段階で出力は分岐され、
増幅回路３２にて増幅され、レベルカツト回路３
３あるいは整形回路３４にて正常の映像信号とし
て検出される。

このように、ビームスポツト１７は偏向装置１
８により偏向制御が行なわれ、光電素子２３のパ
ルス状の出力、即ち情報パルスは変動を受けるこ
とになり、読みとるべき情報に制御信号が混入す
る。このために前述の第１２図のごとき検出をす
る場合には、偏向制御系の機械・電気の閉ループ
特性により定まる周波数帯域Ｈを、第１３図の周
波数スペクトルのごとく記録パルスの周波数帯域
と重なることなく低周波帯域に設定する。

以上のようにして得られた偏向制御用の出力の
一部は、ピツクアツプ装置１６の送り用モーター
２１の制御信号として使用される。すなわち、送
り用モーター２１は一定のモーター制御電圧によ
つて、円盤１の回転と、略同期して円盤１の半径
方向分に相当する送りをなすようにし、偏向装置
に入るトラツキング制御電圧の直流分をモーター
２１の制御電圧に付加することによつて送り用モ
ーター２１の回転を制御するのである。

次に円盤１の上下方向の変動に対して、光ビー
ム１４を常に円盤１の面上に集束させるための自
動焦点装置１９及びその制御回路について説明す
る。

円盤１に照射した光ビーム１４の反射光は前述
の如く反射鏡及びレンズを介して光電素子２３に
照射されるが、この素子２３は２つの受光面２３
ａ、２３ｂを有する差動フオトダイオードであ
り、前述のトラツキング制御に利用される信号
が、２つの受光面２３ａ，２３ｂの受光量の和を
示すとすれば、自動焦点装置１９、即ち焦点制御
に利用する信号は、２つの受光面２３ａ，２３ｂ
の受光量の差を信号として検出すればよい。そし
てこの信号により第１５図及び第１６図に示す如
く、円盤１に光ビームを集束させるレンズを移動
させて常に一定のビームスポツトを円盤１上に形
成させるのである。このようにすれば、トラツキ
ング制御と焦点制御は１つの光ビーム１４と１つ
の差動フオトダイオード２３を用いて互いに干渉
することなしに独立して制御することが可能であ
る。

第１５図乃至第１７図は焦点制御及びトラツキ
ング制御の光学系の装置１９を示すもので、第１
５図は光束が差動フオトダイオード２３に集束す
る状態を示すもので、ハーフミラー３５の回転中
心の略近くにハーフミラー３５上に集束しない入
射光１４（本実施例では平行光線を使用してい
る）を入射させる。この入射光１４のハーフミラ
ー３５による反射光１４の一部はレンズ２０に入
射し、円盤１上に集束するようにする。この円盤
１で折り返された光１４′はレンズ２０とハーフ
ミラー３５を経て第２レンズ３６に達し、差動フ
オトダイオード２３の前に集束し、また多少拡張
されて差動フオトダイオード２３の接合部３７に
達する。この装置で焦点ズレを検出する方法を説
明する。第１６図、第１７図には光線の光軸のみ
を示すもので、矢印はトラツク方向を示してお
り、第１７図は第１６図の側面図でハーフミラー
３５等を省略している。ハーフミラー３５の回転
による入射光軸Ｐの変化角度は、ハーフミラー３
５上を中心にして広がる光線とみなせる。このハ
ーフミラー３５の回転によつて生じる光軸の集束
位置は円盤１上で折り返されて、レンズ２０の通
過後は虚像点Ｔを中心とする変化になる。したが
つて、反射光P′がハーフミラー３５を通過後、前
述のごとく第２レンズ３６を配して虚像点Ｔの第
２レンズ３６による集束位置より多少ずれた位置
に差動フオトダイオード２３をおきビームスポツ
ト１７′は、差動フオトダイオード２３の接合部
３７上を変化することなく、接合部３７の一部に
固定される。またここで、円盤１がＸだけ変化し
たとすると、円盤１によつて折り返えされた光軸
はＫ，K₁のように変化し、ハーフミラー３５と
第２レンズ３６を通過した後は前記接合部３７で
βの偏位となり、この偏位を取り出しレンズ２０
を移動させる。前記実施例では差動フオトダイオ
ード２３の接合部３７は前述の偏位方向に対して
直角にしなければならない。この様な構成のた
め、情報トラツクの追跡制御のためハーフミラー
３５を回転させたとしても、ビームスポツト１
７′は素子上で固定しているので、接合部からず
れることがなく、ハーフミラー回転の影響が差動
フオトダイオードに現われることなく、高精度の
焦点制御が行われる。

前記差動フオトダイオード２３は２つの受光面
２３ａ，２３ｂを有し、その接合部３７の間隙は
50〜100μｍ程度である。従つてこの差動フオト
ダイオード２３を用いて前述のごとく受光量の和
と差をともに検出するには、前記差動フオトダイ
オード２３の接合部３７を照射するビームスポツ
ト１７′の直径は、接合部３７より充分大きくな
ければならず、接合部の間隙長によつて異なる
が、500μｍ〜２mm程度であれば充分である。上
述のように接合部３７の間隙長さよりビームスポ
ツト１７′の直径を大きくしたためめ、反射光の
ビームスポツト１７′が接合部３７内に入り込む
ことにより生じる信号の無検出状態が無くなり、
記録情報及び制御信号の検出が連続的に正確かつ
確実に行えることになる。この様にハーフミラー
の回転によつてビームを偏向しても常に差動フオ
トダイオード上で静止した有効なスポツト径を得
ることができ、かつ円盤とレンズの相対位置ずれ
Ｘによる差動フオトダイオードの動きを得るため
には、第１６図、第１７図に示すように各部材、
各位置間の距離に設定値を与えると、第２レンズ
３６と差動フオトダイオード２３との距離αは次
の式で与えられる。f₁はレンズ２０の焦点距離、
f₂は第２レンズ３６の焦点距離である。

レンズ２０に対して １／ａ＋１／ｃ＝１／f₁ ｃ＝ａ・f₁／（ａ―f₁） ｄ＝ｃ−f₁、また、ｅ＝f₁−ｄ＝2f₁−Ｇ レンズ２０に対して １／ｅ−１／e′＝１／f₁ 第２レンズ３６に対して １／（e′＋ａ＋ｂ）＋１／α＝１／f₂ α＝f₂・（e′＋ａ＋ｂ）／（ｅ＋ａ＋ｂ−f₂） 以上整理して、 α＝（2a＋ｂ−2f₁）・f₂ ／（2a＋ｂ−2f₁−f₂） また差動フオトダイオード２３の接合部３７で
のビームスポツト１７′の変位によつてレンズ２
０を作動するが、このビームスポツト１７′の変
位βは次の式で与えられる（第１７図参照）。

ここで、Ｘは円盤の移動距離、△X₁はレンズ
での光軸の移動距離、ｔはレンズの光軸と入射光
Ｐとの距離、ｌは第２レンズと、円盤から折り返
えされた平行光と変化光の光軸の交点との距離を
示す。

△X₁＝2t・Ｘ／f₁ △X₂＝△X₁・（ａ＋ｂ−f₁）／f₁ β＝△X₂（１−ａ／ｌ） ここで、 １／ｌ＝（ａ＋ｂ−f₁−f₂） ／f₂・（ａ＋ｂ−f₁）であり、 以上整理して β＝2X・ｔ・f₂・（ａ−f₁） ／f₁ ²・（2a＋ｂ−2f₁−f₂） となる。

取り出された差信号は前述のトラツキング制御
の場合とほぼ同様な回路を経て検出される。第１
８図の如くブロツク図で示せば、差動フオトダイ
オード２３の２つ受光面２３ａ，２３ｂからの出
力は、それぞれ増幅回路３８で増幅され、クラン
プ回路３９により基準との差出力を取出し、この
２つの差出力により差動回路４０を経て包絡線出
力を得る積分回路４１に入力し、基準設定位置に
対応する基準出力との差を得るレベル調整部４２
により焦点信号として取出される。この信号によ
り自動焦点装置を作動し、ビームスポツト１７の
焦点制御を行う。

本実施例は以上のようなトラツキング制御回路
と焦点制御回路を１つの差動フオトダイオードを
用いることによつて組合せたものであり、その概
要は第１９図に示す如くで、一実施例を示せば第
２０図の如くなる。このブロツク図に従つて説明
すると、２つの受光面２３ａ，２３ｂにおける受
光信号は電気信号に変換され増幅回路４３ａ，４
３ｂ及びフイルター回路４４ａ，４４ｂを経て、
このフイルター４４ａ，４４ｂ回路により円盤１
上の情報トラツク２に記録された情報の2.5〜
4.2MHzの周波数帯のみ通過させるものである。
なぜなら、円盤１には情報に関係ない汚れ等によ
る反射率の異なる部分が生じたり、第１４図に示
す如く差動フオトダイオード２３上に照射された
スポツト位置によつて僅かに全光量が変化したり
するため、数10〜数100KHz迄の周波数で雑音が
発生するからである。

このようにして検出した２つの信号を用いてト
ラツキング信号、焦点信号、映像及び音声等の情
報信号をそれぞれ検出する。

即ち、トラツキング信号としては、前記２つの
信号を和回路４５において２つの受光面２３ａ，
２３ｂの受光量の和を示す和信号とし、前述のよ
うなクランプ回路４６、積分回路４７、及び位相
補償回路４８を経て、ビーム偏向装置１８内の例
えば反射板を作動させる制御信号や、ピツクアツ
プ装置１６の送りモーター２１を駆動させる制御
信号として検出される。前記位相補償回路４８と
は、主に前記制御信号に対するピツクアツプ装置
１６及びビーム偏向装置１８等の機械系制御装置
の遅れを補償するもので、予め位相を進めた信号
に処理し、制御系の安定性、速応性、精度を向上
させるためのものである。また位相補償回路４
８、あるいは前記ビーム偏向装置１８、ピツクア
ツプ装置１６の前に増幅回路４９，５０を設置す
れば更に精度は向上する。また映像や音声等の情
報は、前記和信号の中にパルス巾として記録され
ているから、和回路４５から増幅回路５１及びレ
ベル調整回路５２を経て検出することができる。

一方、焦点信号は次のようにして検出される。
差動フオトダイオードの２つの受光面２３ａ，２
３ｂより得られる２つの信号は、前述の如くフイ
ルター回路４４ａ，４４ｂを経た後クランプ回路
５３ａ，５３ｂに入力される。このクランプ回路
５３ａ，５３ｂは、円盤１に照射するビームスポ
ツト１７が、情報トラツク２に対しどの様に当る
か、また差動フオトダイオード２３の受光面２３
ａ，２３ｂに対しビームスポツト１７′がどの様
に当るかによつて基準電位が変化するので、一定
の基準電位を定めて信号の精度を高めるものであ
る。クランプ回路５３ａ，５３ｂを経た２つの信
号は、２つの電圧信号の差を取り出す差回路５４
に入力されて１つの差信号となり、前述のトラツ
キング制御回路と同様に積分回路５５、位相補償
回路５６を経て自動焦点装置１９を作動させる。
この位相補償回路５６は前述のトラツキング制御
回路中の補償回路４８と同様であり、また位相補
償回路５６と自動焦点装置３５の前に増幅回路５
７，５８を設置すれば精度が更に向上するのも前
記と同様である。

［発明の効果］ 以上のごとく、本発明は１本の光ビームと、光
電素子を接合して形成した差動フオトダイオード
を用いて光学的情報を取り出すことができ、ま
た、情報トラツクに対するビームスポツトの移動
によつて集束焦点制御信号の検出に影響を与える
ことがない。更に差動フオトダイオードの接合部
に照射するビームスポツトの径を前記接合部より
充分大径にしたために記録情報及び制御信号の検
出を正確かつ確実に行うことができるものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は円盤状情報媒体の説明平面図、第２図
は円盤状情報媒体の記録状態を示す拡大図、第３
図は音声、画像信号を示す略図、第４図は音声、
画像信号の合成経過を示す略図、第５図は音声、
画像信号を情報パルスにする経過を示すブロツク
図、第６図は読み取り装置の全体側面図、第７図
はピツクアツプ装置の略図、第８図、第９図は光
電素子より得られる出力波形図、第１０図は出力
波形よりビームスポツトと情報トラツクとの位置
ずれ情報を電気的方法のブロツク図、第１１図は
円盤状情報媒体の反射光による光電素子の出力へ
の影響を示す出力波形図、第１２図は出力波形よ
りビームスポツトと情報トラツクとの位置ずれ情
報を分離する電気的方法のブロツク図、第１３図
は音声、画像信号と制御信号の周波数スペクトル
を示す図、第１４図は差動フオトダイオードの２
つの受光面に照射されるビームスポツトの位置を
示す説明図、第１５図は自動焦点装置の概要図、
第１６図は第１５図の光軸のみを示した説明図、
第１７図は第１６図の側面説明図、第１８図は出
力波形より情報トラツク上のビームスポツトの焦
点のずれ情報を分離する電気的方法のブロツク
図、第１９図は本発明の概略を示すブロツク図、
第２０図は差動フオトダイオードの出力波形よ
り、ビームスポツトと情報トラツクの位置ずれ情
報及び情報トラツク上のビームスポツトの焦点の
ずれ情報を同時に分離する電気的方法のブロツク
図を示す。 １……光学的情報媒体、２……情報トラツク、
１４……光ビーム、１７′……ビームスポツト、
２３……差動フオトダイオード、２３ａ，２３ｂ
……光電素子、３７……接合部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 光学的情報媒体１の情報トラツク２へ一本の
   光ビーム１４を照射し、この光ビーム１４の反射
   光の連続的変化よりパルス振幅の変化を取り出
   し、パルス幅とパルス間隙の変化より前記情報媒
   体１に記録された情報を再生し、また前記光ビー
   ム１４を情報媒体１の情報トラツク２方向と略直
   角方向に移動して、情報トラツク２に対する光ビ
   ーム１４の追跡制御を行う光学的情報読み取り装
   置において、前記情報媒体１の照射された部分の
   像を結像しない位置に、光電素子２３ａ，２３ｂ
   を接合して形成した差動フオトダイオード２３の
   接合部３７を配して、差動フオトダイオード２３
   を照射する前記反射光のビームスポツト１７′を
   前記接合部３７の間隙より充分大径にし、さらに
   接合部３７を情報媒体１の情報トラツク２方向と
   略直角に配し、前記光電素子２３ａ，２３ｂが前
   記ビームスポツト１７′から受ける光量の差の変
   化により、情報媒体１を照射する光ビーム１４の
   ビームスポツト１７の集束焦点制御信号を検出す
   る光学的情報読み取り装置における制御信号検出
   装置。