JP2538214B2

JP2538214B2 - 光学式情報記録再生装置

Info

Publication number: JP2538214B2
Application number: JP61186914A
Authority: JP
Inventors: 誠三辻; 英明井上; 和雄百尾; 之則岡崎; 隆文菅野
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1986-08-11
Filing date: 1986-08-11
Publication date: 1996-09-25
Anticipated expiration: 2011-09-25
Also published as: JPS6344325A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、ビデオディスクやCD,光カードのようにレ
ーザ等の光源を用いて、情報を記録再生する光学式情報
記録再生装置に関し、特にその光軸制御装置に関するも
のである。

（従来の技術）レーザを用いて情報を記録再生する装置は、（１）非接触であり媒体の寿命が長い。

（２）高密度である。

（３）高速ランダムアクセスが可能である。

等の特徴を有し、前記ビデオディスクやCD等の民生用途
から、最近では文書ファイルや画像ファイル，データフ
ァイル等の記録再生が可能なディスク装置や、カード形
式の装置が数多く提案されている。

このような装置では、記録面に約1.0μｍ程度のスポ
ットを正確に焦点合わせを行ない、面振れ等の影響を記
録再生のためのスポットが受けないようにするためのフ
ォーカス制御手段、及びピッチ1.5〜数μｍの信号トラ
ックに正確にスポットを追従させるためのトラッキング
制御手段が必ず組み込まれている。

さらに近年においては、記録面と入射光束との角度を
一定にし、記録面上に絞られたスポットの収差を少なく
するための制御装置が、特開昭61−177434号公報，実開
昭60−9018号公報等で提案されている。

以下に図面を用いてその動作を簡単に説明する。

第11図は、従来例のブロック図であり、１はディスク
等の記録媒体、２はヘッドであり、光源や前述のフォー
カス制御手段，トラッキング制御手段のための検出素子
や駆動素子等が含まれるがここでは詳述しない。３はヘ
ッド支持金具であり、レーザを出射する対物レンズの中
心近傍で、図中、左右方向（矢印方向）に可回転状態で
ヘッド２を支えている。４はLED等の光源であり、ディ
スク面に対し、平行もしくは発散光を出射している。デ
ィスク面で反射した光は、5a,5bで示されるディテクタ
に導かれ、その光量の差を差動アンプ６で検出すること
により、ディスクとヘッドの垂直度を測定し、モータの
駆動回路７を通じて、光軸制御用モータ8,上下駆動用の
ネジ9,割りナット10等の機構を駆動し、前記の垂直度が
ディスクのどの半径位置においても保たれるよう動作す
る。図中、11はヘッド全体の支持をする移送台であり、
送りモータ14,送りネジ13,割りナット12等の送り機構に
よって、ヘッドを半径方向移動制御している。前記送り
モータ14には、前述のトラッキング制御手段内の信号を
ローパスフィルタを介して入力し、トラッキング制御用
素子が常にダイナミックレンジの中心で動作するよう制
御している。

このように、ディスクとヘッドとの垂直度を保つこと
により、記録面上スポットの収差による隣接トラックと
のクロストークや、検出信号の周波数特性の劣化を少な
くする工夫をしている。さらに、反射光路がディスク面
の傾きにより変化し、トラッキング検出用ディテクタ上
で移動することによりトラッキングオフセットの発生も
少なくできるよう構成されている。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら上記のような構成では、ディスクとヘッ
ドとの角度を保つために、ヘッド上部に設けられたLED4
やディテクタ5a,5bを利用しているため、１）記録再生を記録材料の相変化や穴あけ等反射率を
変化させて行なう装置では、記録部と未記録部の境界近
傍で反射光量が変化するため誤動差を起しやすい、２） LEDやディテクタ等が外気にさらされるため、埃
や温度変化に弱い、３）キズ等のディスク表面の状態に影響を受けやす
い、４） LEDやディテクタを設けるため、部品点数の増加
やコストアップになる、等の問題点を有していた。

（問題点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式情報記録
再生装置は、トラッキング信号を検出するディテクタを
同一方向に少なくとも４分割し、外側の２つのディテク
タの出力によりトラッキング制御手段を動作させ、中側
の２つのディテクタにより反射０次回析光の分布強度差
を検出することにより、光軸制御手段を動作させるとと
もに、トラッキングディテクタの中央２つのディテクタ
出力の和と、外側２つのディテクタ出力の和をとる第1,
第２の加算手段と、第1,第２の加算手段の出力を比較す
る比較手段を備え、この比較手段の出力により、必要に
応じて前記光軸制御手段を動作させる信号の極性および
利得の少なくとも一方を切り替えることを特徴とする構
成を備えたものである。

（作用）本発明は前述の構成により、ディスク記録面から反射
される光の強度分布を直接測定し、その０次回析光の分
布がディテクタの分割線を境として均一になるよう制御
することにより光軸の傾きを補正するため、制御対象が
ディスクの表面でなく各記録トラック１本ずつの微妙な
傾きを検出することができ、記録済み，未記録にかかわ
らず、また記録トラックの幅や記録トラックの深さの異
なるディスクを再生する場合においても非常に正確な光
軸制御が可能となる。さらに、検出用のディテクタはヘ
ッド内に組み込まれており、埃等の影響も受けにくく、
保護膜によってディスク表面の傷や埃の影響も受けにく
い構成となっている。また、検出器の構成も従来のトラ
ッキングディテクタの分割を変更するだけのため、余分
な部品やスペースも不要となるものである。

（実施例）以下、本発明の一実施例について図面を用いて説明す
る。

第１図は、第１実施例のブロック図であり、従来例で
説明したものと同一構成要素については同一番号で図示
し、ここでは詳述しない。

21はトラッキング素子であり、対物レンズ22から出射
される光束を所望のトラックに追従させるためのもので
あり、トラッキングサーボの駆動素子である。23はトラ
ッキングサーボ用の４分割ディテクタであり、ディスク
からの反射光がビームスプリッタやレンズ等の光学部品
を介してディテクタ上に導かれるが、ここでは詳述しな
い。24は差動アンプであり、ディテクタ23上の主として
反射光の１次回析光が多く入射する外側の２つの素子の
出力の差をとるものである。ファーフィールド法により
光束対信号トラックの位置関係を検出し、位相補償回路
25,ループスイッチ26,駆動回路27を介して、前述のトラ
ッキング素子21の位置制御を行ない、これらでトラッキ
ングサーボループを形成している。前述の信号検出の原
理については、後で説明するためここでは触れない。

ディテクタ23の中央の２つのディテクタには、主に反
射０次回析光が入射され分割強度がディスクの傾きを示
しているため、光軸用差動アンプ6,トラッキング信号の
影響を減少させるローパスフィルタや、安定性を確保す
る進み補償等の位相補償回路30,ループスイッチ31,駆動
回路７を通して、前述の光軸制御用モータ８により、ヘ
ッドとディスクの相対角度を一定に保つように制御され
る。第１図中（ａ），（ｂ）は各ループの制御ON/OFF指
令であり、（ａ）はここで図示されないが、フォーカス
サーボ系が引き込んだことを確認して、トラッキングル
ープを閉じる指令信号が、また（ｂ）には前述のフォー
カス及びトラッキングループが安定したことを確認した
後、光軸制御系を閉じるための信号がマイコン等の指令
装置より入力されている。

次に、本発明の光軸制御のための信号検出方法につい
て、図を用いて説明する。

第２図は、前記ヘッド内の反射光学系の概略図であ
り、実線で示される光束は光束と反射面が垂直な場合、
破線で示される光束は前記関係がわずかにθ゜傾いた場
合を示している。また、右側にはディテクタ上の分布強
度の変化を示している。

第２図中A:光の経路で示される図において、34はλ/4
板であり、光束は往復でλ/4板を２回通過することによ
り偏波面が変化し、反射光は偏光ビームスプリッタ（PB
S）35によりディテクタ23′側に光路を変え、集光レン
ズ36を通してディテクタ23′上に投影される。第２図に
おける反射面は平坦な面を仮定して示したものであり、
反射面がθだけ傾くことにより、ディテクタ上の光強度
分布中心は図Ｂに示すようにΔｘだけずれ、本例におけ
る２分割ディテクタ23′の中心線と一致しなくなる。こ
れは、反射面33の傾きθにより、検出信号にオフセット
が発生することを示している。

次に、第３図を用いて本発明の装置におけるトラッキ
ング信号の検出原理を説明する。本方式は、ファーフィ
ールド又はプッシュプル法と呼ばれ、光ヘッドにおける
光利用効率が高く構成も簡単なため、録再型の光ディス
ク装置では広く利用されているが、反射光の遠視野（フ
ァーフィールド）の分布強度の差によりトラッキング信
号を検出するため、前述の傾斜等に弱いという欠点を持
っている。第３図中、T₂で示す中央の図が信号トラック
と光スポットが最適の場合であり、反射光のディテクタ
上の分布強度は、Ｆに示すようにd₁,d₂で対称となり、
差を取った場合の信号は０となる。これに対して、T₁,T
₃に示す如く、光スポットの中心が信号トラックの中心
に対して左右にずれた場合、ディテクタd₁,d₂の分布強
度に差が生じ、トラックずれに対するトラッキング信号
を検出することができる。前述のトラッキング信号は、
反射光の１次回析光によるものであり、ディテクタの中
心からわずかにずれた点で現われる。その距離は、光源の波長／トラックピッチに比例する。さらに振幅や分布形状は、反射面の反射
率，トラックの形状等により影響を受けるが、いずれの
場合もT₁に示す位置関係の場合は、d₁,d₂で対称となる
ため、安定なトラッキング信号を検出することができ
る。

第４図は、第３図のT₂に示す位置関係において、反射
面ｃ′がθだけ傾いた場合の分布強度を示す模式図であ
る。実線の入射光に対し、破線で示す反射光路がずれる
ため、第２図と同様に分布強度の中心がディテクタの中
心からΔｘだけずれ、実際のトラッキング信号は、トラ
ックの中心にスポットがあるにもかかわらずオフセット
を持ち、制御ループ動作により結果としてスポットがト
ラックの中心からわずかにずれた点を追従することにな
り、情報信号振幅の低下や隣接トラックの信号によるク
ロストークの悪化を招くことになる。このように反射面
が傾いた時のディテクタ中心近傍の分布強度に着目し、
４分割をしたディテクタ上で考えた図を第４図に示す。
ここで、d₃,d₄の中心近傍のバランスが斜線で示すよう
にくずれるため、d₁,d₂で示されるトラッキング信号に
あまり影響されることなく、反射面の傾斜θに関係する
信号が中央の２つのディテクタによって得られることが
わかる。

第４図ので示すディテクタ上のファーフィールドパ
ターンを模式的に示したものが第５図である。ここでは
反射面と光束の垂直度が保たれている状態を説明する。
Ｇがディテクタ表面のパターンを示しており、c₁は０次
次回析光、c₂は左右の１次回析光であり、対物レンズに
より制限された略半円状となってディテクタ上に投影さ
れている。第５図に示すように、ディテクタを１次回析
光c₂に影響されないように分割することにより、第４図
に示したように反射光のθに比例した信号をd₃,d₄の差
動をとることにより良好に検出できるものである。

前述のディテクタの分割例を第６図に示す。

_１〜_４に示すように、分割数は必ずしも４分割で
ある必要はなく、また直線で分割する必要もない。第５
図で示したように、できる限りトラッキング信号となる
１次回析光c₂の影響が少なくなるよう注意すればよい。

次に、第７図を用いて第２の実施例について説明す
る。これは、第１図がヘッドの傾斜をコントロールする
のに対し、ディスクモータ37をシャーシ38に固定された
光軸用モータ８′，ネジ９′，割りナット10′でコント
ロールするようにしたものであり、支持金具３′及び光
軸用モータ８′がシャーシ38に固定されるため、ヘッ
ド，移送台といった可動部分の構成が非常に簡単なもの
にできる。第２の実施例における検出方式は、第１図の
ものと全く同様のためここでは詳述しない。

また必要に応じて、光軸用モータ８′の動き量を制限
するリミットスイッチや、初期の概略位置を検出するた
めのイニシャルスイッチ等を付加し、装置起動時の安定
性を確保することも可能である。

さらに、光軸制御動作は機構構成によっては常時動作
させる必要がなく、内周，外周間の平均値で固定する方
法もある。さらにこの平均値法の場合には、最外周等の
トラックが存在しない鏡面や、ディスクの必要な場所で
トラックを欠落させ、一部鏡面を設けたトラック位置な
どでより１次回析光の影響を少なくして、精度を上げる
ことも可能である。

次に、第８図を用いて第３の実施例について説明す
る。39,40はディテクタ23の外側２つ，中央２つのディ
テクタの出力を加算する加算回路である。41は前記加算
回路39,40の出力を比較する比較器であり、42は比較器
の極性を判別する極性判定回路、43は比較器の出力レベ
ルを判定するレベル判定回路である。44は極性切替回路
であり、前記極性判定回路の出力により、反転，非反転
アンプを選択的に使用する。45はゲイン切替回路であ
り、VCA（電圧制御増幅器）やアナログSW等によるアッ
テネータ回路で実現されるものである。第９図以下を用
いてゲイン切替の必要性について簡単に説明する。

第９図は、トラック形状に対するディテクタ上のファ
ーフィールド分布を示すものである。トラック形状は、
w₁:トラック幅約0.7μｍ、w₂:トラック幅約1.0μｍであ
り、ピッチは1.6μｍ、スポット径は1.1μｍ、トラック
深さλ/8として概算したものである。ここで分るよう
に、トラック幅が変わると、ファーフィールドパターン
の分布が変わるため、ディテクタd₃,d₄から検出される
信号レベルに差が生じる。実際にディスクがθだけ傾い
た時のファーフィールドパターンとディテクタの関係を
第10図に模式的に示す。傾き量を検出するd₃とd₄の差動
出力に注目すると、w₁トラックよりもw₂トラックの方が
大きな信号が得られることがわかる。このことは、傾き
を検出する感度がトラック幅によって変化していること
を示している。しかし、前述した比較器40の出力によ
り、０次回析光と１次回析光の強度を比較することによ
り、ファーフィールドパターンの変化を検出し、この比
較器40の出力をもってゲイン切替回路45を制御すること
により、トラック幅の変化による感度の変化に対応し
て、光軸制御のゲインを常に最適値に自動設定すること
が可能となる。また、第９図，第10図はトラック深さが
λ/8の場合について説明したが、深さはλ/8に限定され
るものではない。深さがλ/4に近いディスクの場合に
は、ファーフィールドパターンの０次回析光が１次回析
光より小さくなり、第10図の傾きに対応するd₃とd₄の差
動出力の極性がλ/8の場合と反転することもあるが、極
性判定回路43によって極性の切替を行なうことが可能と
なる。このように本方式では、ディスクのトラック幅や
深さにかかわらず、常に最適な光軸制御を可能とするも
のである。また、第８図においては、比較器41,極性判
定回路42,レベル判定回路43等を用いて説明したが、加
算回路39,40の出力をA/D変換してマイコン等を用いて演
算することにより、さらに安定で高精度な判定及び光軸
制御特性を実現することも可能である。

（発明の効果）以上のように本発明には、トラッキング信号を検出す
るディテクタを少なくとも４分割し、外側の２つのディ
テクタによりトラッキング信号を得ると同時に、内側の
２つのディテクタにより記録面とヘッドの傾斜に関する
制御信号を得、光軸制御を行なうという極めて簡単な方
式により、記録，未記録によって反射率が変化する材料
を用いた録再装置の光軸を、非常に正確に制御すること
ができるものである。

さらに、従来のように余分な検出素子が不要となり、
埃や記録媒体表面のキズにも強く、構成も簡単にでき、
コスト的にも大きな効果を発揮するものである。

また、外側，中央それぞれ２つのディテクタの出力の
和を比較することにより、トラック形状が変化しても最
適な光軸制御を実現することができ、今後ディスク等媒
体の進歩に伴うトラック仕様変更に対しても、互換性の
ある柔軟な記録再生装置を提供することができるもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す図、第２図は光学
系概略図、第３図はトラッキング検出原理図、第４図は
傾斜による影響の模式図、第５図は４分割ディテクタ上
のパターン模式図、第６図はディテクタ形状例、第７図
は本発明の第２の実施例を示す図、第８図は本発明の実
施例（３）を示す図、第９図はトラック形状とディテク
タの強度分布を示す模式図、第10図はトラック形状と光
軸検出極性の関係図、第11図は従来例の記録再生装置を
示す図である。１……ディスク、２……ヘッド、３……支持金具、４…
…LED、5a,5b……ディテクタ、６……差動アンプ、７…
…駆動回路、８……光軸制御用モータ、９……ネジ、10
……割りナット、21……トラッキング素子、22……対物
レンズ、23……ディテクタ、24……差動アンプ、25……
位相補償回路、26……ループスイッチ、27……駆動回
路、30……位相補償回路、31……ループスイッチ、37…
…ディスクモータ、38……シャーシ、39,40……加算回
路、41……比較器、42……極性判定回路、43……レベル
判定回路、44……極性切替回路、45……ゲイン切替回
路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者岡崎之則門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者菅野隆文門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】光束を信号記録面に絞り込むフォーカス制
御手段と、絞られた光スポットを所望の信号トラックに
追従させるトラッキング制御手段と、信号記録面よりの
反射光又は透過光を、前記フォーカス制御手段、トラッ
キング制御手段の制御信号を検出するためのフォーカス
ディテクタ、およびトラッキングディテクタに導く光学
系を備えるヘッド手段と、このヘッド手段と信号記録面
の相対角度を制御する光軸制御手段を備え、前記トラッ
キングディテクタを略同一方向の分割線で少なくとも４
分割し、外側の２つのディテクタにより、前記トラッキ
ング制御手段を動作させるためのトラッキング信号を得
ると同時に、内側の２つのディテクタにより、前記光軸
制御手段を動作させるための信号を得、さらに、前記ト
ラッキングディテクタの中央２つのディテクタ出力の和
をとる第１の加算手段と、外側２つのディテクタ出力の
和をとる第２の加算手段と、前記第１の加算手段と第２
の加算手段との出力を比較する比較手段を備え、この比
較手段の出力により、必要に応じて前記光軸制御手段を
動作させる信号の極性および利得の少なくとも一方を切
り替え可能にしたことを特徴とする光学式情報記録再生
装置。
【請求項２】前記フォーカス制御手段が正常に動作して
いることを確認するフォーカス引き込み検出手段を備
え、前記フォーカス引き込み検出手段の出力により、前
記光軸制御手段の動作を開始させることを特徴とする特
許請求の範囲第（１）項記載の光学式情報記録再生装
置。
【請求項３】前記トラッキング制御手段が正常に動作し
ていることを確認するトラッキング引き込み検出手段を
備え、前記トラッキング引き込み検出手段の出力によ
り、前記光軸制御手段の動作を開始させることを特徴と
する特許請求の範囲第（１）項又は第（２）項記載の光
学式情報記録再生装置。
【請求項４】前記記録面の中で、トラックが存在しない
か又は途切れている特定の領域において、前記光軸制御
手段を動作させることを特徴とする特許請求の範囲第
（１），（２），（３）項のいずれか１項に記載の光学
式情報記録再生装置。
【請求項５】前記フォーカス引き込み検出手段が引き込
みを確認した後、前記記録面の始終端間における特定位
置で前記光軸制御手段を動作させ、その後、特定位置に
おける動作点に、前記光軸制御手段を固定させることを
特徴とする特許請求の範囲第（１），（２），（３），
（４）項のいずれか１項に記載の光学式情報記録再生装
置。