JP2682757B2 - 対物レンズの焦点合わせを機械により実行する方法および焦点合わせ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光学装置に関し、特に
集光装置と該装置における焦点合わせとに関する。本発
明は特に光ディスクレコーダに対して有用である。

【０００２】

【従来の技術】光ディスクレコーダは特に、寸法と質量
とが極めて小さい対物レンズを採用している。典型的に
は、このような対物レンズは、該対物レンズを通るビー
ムが適切に集光され、かつ記録部材に対して適切に位置
決めされるように可動支持体上に摺動可能に取り付けら
れている。一般に、光ディスクレコーダを用いる場合に
おける再試行や遅れを阻止するために、焦点を合わせる
こと、即ち、レーザあるいはその他の光線ビームが記録
レベルにおいて適切に集光される焦点（in-focus）位置
まで対物レンズを動かすことを安定して行わせる必要が
ある。また、最良の焦点を迅速かつ正確に達成できるよ
うにすべきである。また、光学装置のコストを低減させ
るためには焦点合わせ制御は簡素化できるようにするこ
とが好ましい。

【０００３】正確に焦点合わせすることに係わる問題の
１つはスティクション（stiction）の問題である。即
ち、対物レンズが非焦点位置から焦点位置に向かって急
速に動かされるにつれて、レンズに好ましくない摩擦が
加えられ、焦点合わせ過程において好ましくない不規則
動作を生じさせる可能性がある。摩擦のこのような好ま
しくない変動によって、迅速かつ正確に焦点合わせする
確率は低下する。スティクションの問題を未然に除去
し、低コストで正確な焦点合わせを可能とする単純な装
置を提供することが望ましい。

【０００４】コンノら（Konno et al）の米国特許第4,7
33,066号は、いわゆる開ループモード中に焦点合わせが
なされる典型的な従来技術による焦点合わせシステムを
示している。焦点状態を検出すると、焦点保持サーボが
作動して対物レンズの焦点を保持する。コンノらの特許
はまた、対物レンズを焦点位置まで動かすためにランプ
（傾斜）形状を有する典型的な制御信号を示している。
コンノらの特許は、集光レンズを支持するための弾性手
段を必要とする。この弾性手段は排除することが望まし
い。

【０００５】欧州特許出願公開公報第209,146号（Ａ
１）は、前述したスティクションと摩擦作用を克服する
意図が明らかな焦点合わせシステムを示している。この
特許公開公報によれば、対物レンズを焦点位置に向かっ
て動かすためにコイルに供給される電流が、対物レンズ
を焦点位置から離れる方向に動かすよう瞬間的に急速に
動かすために反転される。オンにされると焦点位置に向
かって対物レンズを駆動する電流の大きさは、レンズを
反転方向に駆動するように急速に動かす電流の大きさよ
り大きい。前記特許公開公報に示すダンパ４６は、焦点
位置へレンズを滑らかに近ずけるのに明らかに必要であ
る。前記特許公開公報の第４欄、特に４４行目から始ま
る記載では前述のシステムを説明している。

【０００６】前記の教示とは明らかに対比されるが、本
発明は、ダンパを必要とせず、制御を可成り難しくする
反転電流を必要としない焦点合わせシステムを提供す
る。本発明は、惰走期間を点在させて、焦点位置に向か
って瞬間的に対物レンズを急速に動かす一連のパルスに
より、対物レンズを焦点位置に向かって動かすソフトな
焦点合わせを提供する。このシステムは、正確で、最小
のパワーを使用し、かつ繰り返し安定して焦点合わせが
でき、使い易く、かつ安価な焦点合わせシステムを提供
することが判明した。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は光学装
置のためのソフトな焦点合わせ方法とシステムとを提供
することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、対物レ
ンズは、短い惰走期間が続くレンズ駆動パルスの一連の
操作の繰り返しにおいて焦点位置に向かって駆動され
る。ビームを集光すべき平面から反射した光線を用いて
焦点状態が検出される。

【０００９】本発明の前述およびその他の目的、特徴お
よび利点は添付図面に示す本発明の好適実施例について
の以下の詳細説明から明らかとなる。

【００１０】

【実施例】添付図面を参照すれば、数葉の図を通して同
じ番号が同じ構造部材を指示する。対物レンズ１０は、
ディスク１１上に情報を記録あるいは検出するためにデ
ィスク１１にビーム１２を集光させる。ビーム１２は、
通常の要領で対物レンズ１０の光軸と整合される。光デ
ィスクレコーダにおいて通常の構成の光学装置１３は、
光路に沿って走行する光線ビーム１２を受光するために
レーザ１４に対物レンズ１０を光学的に結合する。レン
ズ１０の周りに装着され、好ましくはレンズと共に可動
しうる集光コイル１５は、フレーム（図示せず）に適切
に装着された永久磁石１６からの固定磁界と共に協働す
る磁界を発生させる。一組のベアリング１７は、光軸に
沿って駆動するようにレンズ１０を摺動可能に支持す
る。レンズ１０の光軸に対して垂直方向のトラック・シ
ークおよびトラック追従動作が通常の要領により提供さ
れることが理解される。

【００１１】ディスク１１は、対物レンズ１０を通して
レーザ１４により供給された光線を光学装置１３に反射
する。光学装置１３は、通常の要領で反射された光線を
光路２０に沿って焦点検出器２１に向け直す。焦点検出
器２１は、電気的線路２２を介して焦点エラー信号ＦＥ
Ｓを焦点回路２３に供給する。焦点回路２３は、追って
明らかになるように適切な焦点制御信号を供給するため
に一対の信号ライン２４によりコイル１５に結合されて
いる。

【００１２】図２は、レーザ１４のビームを焦点合わせ
するためにディスク１１に向かって対物レンズ１０を動
かすように構成されたランプ形状の開ループ位置制御信
号３０を示す。まず、反転段階３１において、レンズ１
０は信号３０によって最も遠隔の位置即ちＦＥＳの信号
部分３３により示されるように明らかに非焦点状態であ
るディスク１１から最も離れた位置まで動かされる。位
置制御パルス３２に示されるようにランプ３０は変調さ
れる。位置制御パルス３２は、瞬間的に、かつ繰り返し
レンズ１０を急速に動かし、参照番号３１で示す離れた
位置から焦点位置に一層近接するように駆動させる。レ
ンズ１０は、一連のパルス３２の中途で惰走することに
よりベアリング１７内でのレンズ１０の駆動をソフトに
制御できるようにされている。パルス制御により、レン
ズ１０を拘束し、ディスク１１に向かって動きにくくす
るスティクションあるいは摩擦を克服する。従来技術に
おいてはそのようなスティクションによりレンズ１０を
瞬間的に固定させ、そのため、通常ランプ３０の形状で
ある位置制御信号により、レンズ１０が焦点位置を行き
過ぎ、焦点合わせをし直す必要がある。ディスク１１に
向かってレンズ１０を繰り返し瞬間的に急速に動かす位
置制御パルス３２がスティクションを克服することが判
明した。一連のパルスの中途で実施するレンズ１０の惰
走により、実際のレンズ位置と、ランプ３０によって指
示される所望レンズ位置との間の差が累積されるのを阻
止する。パルス３２は、追って明らかになるようにパワ
ー増幅器内で変調される。

【００１３】参照番号３３で示される焦点エラー信号
は、完全に非焦点状態にあるのを正の偏位（excursio
n）３４で示し、焦点位置への近接にあるのを状態３９
で示している。ピーク３４が検出され、ピーク検出出力
信号３５が発生する。この状態において、パルス３２は
終了し、レンズは焦点状態３９に向かって惰走する。停
止あるいは反転パルス３７が焦点状態３９の焦点保持領
域内でレンズ１０を停止させ、そのため焦点保持サーボ
（図示せず）がレンズの焦点を状態３９において保持す
る。焦点回路は、図２の参照番号３６で示すようにパワ
ー増幅器に対する制御を修正する補償器を含む。

【００１４】図３は、ブロック線図の形式で焦点回路２
３の前記焦点合わせ回路を示す。ライン２２上の焦点エ
ラー信号ＦＥＳは補償器４０に供給され、該補償器４０
は図２に示す関数３６を提供する。補償器４０は、焦点
状態を保つ焦点回路の部分に位置する。パワー増幅器４
１はライン２４に介して信号を焦点制御コイル（集光コ
イル）１５に供給する。電子スイッチ４２が後に明らか
になるように電気的に付勢される。端子４３において、
パワー増幅器４１は例えば接地基準電位のような基準電
圧に対してセットされる。この状態において、ライン２
４を介して何ら信号は供給されず、従ってレンズ１０は
動かない。端子４４は、パワー増幅器４１を、ランプ３
０を発生させる後述の焦点合わせ回路に接続する。端子
４５は補償器４０に接続され、焦点保持状態の間、即ち
レンズ１０が焦点位置に達した後に使用される。

【００１５】スイッチ４２の制御は、焦点状態制御装置
５０により制御され、点線４７で示す。パワーをオンし
たとき、レンズ１０の実際の位置は判っていない。ライ
ン４８を介して供給されるパワーオン・リセット信号
は、ＯＦＦフリップフロップ５１を付勢状態にセットす
る。ＯＦＦフリップフロップ５１は、信号を復号回路５
２に送り、次いで復号回路５２は、スイッチ４２を４３
の位置まで作動させる応答をし、そのためレンズ１０
は、パワーアップシーケンス中に偶発的に作動すること
はない。ライン４８のパワーオン・リセット信号はま
た、ＯＲ回路４９を通って進行し、ＩＮフリップフロッ
プ５４をリセットし、またＡＣＱ（焦点合わせ）フリッ
プフロップ５３をリセットする。この状態において、レ
ンズ１０は初期の未知の位置に休止する。

【００１６】焦点合わせをする、即ちレンズ１０を焦点
位置まで駆動させるためには、ライン５５の焦点合わせ
信号が、焦点合わせを始めるためにＡＣＱフリップフロ
ップ５３を付勢状態にセットし、該焦点合わせ信号はＯ
Ｒ回路４９を通して伝送されＩＮフリップフロップ５４
を再びリセットしかつＯＦＦフリップフロップ５１をリ
セットする。再び焦点が合わなくなった場合、あるいは
エラー回復過程において再較正して焦点を合わせ直した
い場合、ＩＮフリップフロップ５４をリセットすること
によって、焦点を合わせ直すことができる。ＡＣＱフリ
ップフロップ５３が付勢状態にセットされるや否や同時
に３種類の作動が発生する。ＡＣＱフリップフロップ５
３がランプ発生器６０を動作させランプ信号３０を発生
させる。ランプ信号３０はまず、レンズ１０を遠隔の非
焦点位置まで駆動させるように構成されている。次いで
ランプ発生器６０はそのランプ信号３０を端子４４に供
給する。パルス発生器６１は、パルスを復号回路５２に
供給し、スイッチ４２を繰り返し付勢させ、パワー増幅
器４１の入力接続を端子４３と４４との間で動かすこと
によりパルス３２を発生する。復号回路５２は、ＡＣＱ
フリップフロップ５３の付勢信号を受け取ると、パルス
発生器６１からパルスを通過させる。これは、３つの機
械状態を有する焦点状態制御装置５０の中の第２の状態
である。

【００１７】遠隔の非焦点位置から焦点位置に向かうレ
ンズ１０のパルスによるソフトな駆動の間、ピーク検出
器６５は、ピーク３４を検出するためにライン２２上で
ＦＥＳをモニタする。ＦＥＳ信号は、遠隔自動焦点の限
界を規定する最大ピークレベル３４に対し、焦点保持直
線領域の焦点状態３９近くに位置していることはよく知
られている。前記焦点状態３９は、焦点保持領域にあ
り、即ちＦＥＳの直線部分３８に位置している。ＩＮフ
リップフロップ５４は、セットされると、付勢信号を復
号回路５２へ供給し、該復号回路５２は、これに応答し
てスイッチ４２を付勢させ端子４５をパワー増幅器４１
に接続し、丁度合わされた焦点を保持する。ＩＮフリッ
プフロップ５４の付勢信号はまた、ＡＣＱフリップフロ
ップ５３のリセット入力側に接続され、焦点状態が保た
れている間にＡＣＱフリップフロップ５３をリセット状
態に保持する。この時点で丁度、接続された補償器４０
が、図２に示す補償３６を提供し、このため確実に良好
な焦点合わせを行なう。

【００１８】図４は、図３に示すものと同じ原理を利用
したものであるが単一の電子スイッチの代わりに２個の
電子スイッチを用いた場合の簡素化した図である。２個
の回路の動作は同じである。スイッチ４２は２個の個別
のスイッチ７０，７１で代替されている。スイッチ７０
は、図３に示す直接接続とは対照的にランプ発生器６０
を補償器４０を介してパワー増幅器４１に接続してい
る。この配置の方が、図２の参照番号３６で示す補償器
４０の作用に対してより優れた効果を提供する。焦点合
わせ中に、状態制御ロジック５０は、付勢信号を電子ス
イッチ７０に供給し、スイッチを作動させてランプ発生
器６０を補償器４０に接続する。パルス３２の発生は、
スイッチ４２が端子４３，４４の間でなされたのと同じ
要領で状態制御ロジック５０によりパルス駆動されるス
イッチ７１によって達成される。リセットあるいは初期
のパワーオン状態においてスイッチ７０および７１の電
子状態は知られていない。状態制御ロジック５０がオフ
制御状態であれば、スイッチ７１は、接地基準電位に、
かつスイッチ７０を図示位置に動かされる。焦点合わせ
が開始すると、スイッチ７０が付勢されランプ６０を補
償器４０に結合し、スイッチ７１は、状態制御ロジック
５０により瞬間的に付勢されることによりランプ信号を
変調する。焦点合わせにおいて、たとえばピーク検出器
６５による指示があると、状態制御ロジック５０は、ス
イッチ７０を図示位置まで作動させＦＥＳライン２２を
直接、補償器４０に接続し、スイッチ７１を付勢して補
償器４０をパワー増幅器４１に結合させる。

【００１９】本発明を特に好適実施例に関して図示し、
かつ説明してきたが、当該技術分野の専門家には本発明
の精神と範囲とから逸脱することなく形態や細部におい
て種々の変更が可能なることが理解される。

【００２０】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、ダンパを
必要とせず、制御を可成り難しくする反転電流を必要と
しない焦点合わせシステムが提供される。さらに本発明
によれば、惰走期間を点在させて、焦点位置に向かって
瞬間的に対物レンズを急速に動かす一連のパルスによ
り、対物レンズを焦点位置に向かって動かすソフトな焦
点合わせシステムが提供される。本発明により、正確
で、最小のパワーを使用し、かつ繰り返し安定して焦点
合わせができ、使い易く、かつ安価な焦点合わせシステ
ムが提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】光ディスク装置において本発明を実施した焦点
合わせ装置を示す簡素化した図である。

【図２】図１に示す装置の動作を示すために使用する１
組の理想化した波形を示す図である。

【図３】図１に示す装置と共に使用可能の焦点検出装置
と焦点合わせ装置を示す図である。

【図４】焦点合わせ制御装置の図３に示す実施例に対す
る代替実施例を示すブロック図である。

【符号の説明】

１０：対物レンズ、１１：ディスク、１２：ビーム、１
３：光学装置、１４：レーザ、１５：コイル、２１：焦
点検出器、２３：焦点回路、４０：補償器、４１：パワ
ー増幅器、４２：スイッチ、５０：焦点状態制御装置、
５１，５３，５４：フリップフロップ、５２：復号回
路、６０：ランプ発生器、６１：パルス発生器、６５：
ピーク検出器、７０，７１：スイッチ。

フロントページの続き (72)発明者 スペンサー・ドナルド・ロバーツ アメリカ合衆国85749、アリゾナ州 ト ゥーソン、イースト・バーバリー・コー スト・ロード 12518番地

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 対物レンズをその光軸に沿って所定の平
   面に向かって動かすことにより前記対物レンズを通る光
   線ビームがその上に集光される前記所定の平面に対して
   前記対物レンズの焦点合わせを機械により実行する方法
   において、 機械により実行するステップは、 前記対物レンズを駆動するパルスと、前記対物レンズを
   惰走させる期間とを含む一連の操作において、位置制御
   パルスとなるように前記駆動するパルスを選択し、前記
   対物レンズと前記平面との間の距離を減らすように前記
   駆動するパルスの振幅を変えて、前記対物レンズを前記
   平面に向かって動かすステップと、 前記平面により反射された光線から焦点に近い状態を検
   出して前記一連の操作を停止するステップと、 を含む対物レンズの焦点合わせを機械により実行する方
   法。
2. 【請求項２】 前記一連の操作における前記駆動するパ
   ルスの振幅変動は、前記駆動するパルスの包絡線が直線
   ランプであるような一定の振幅変動である請求項１に記
   載の方法。
3. 【請求項３】 前記機械により実行するステップは、さ
   らに、その最初のステップとして、 前記対物レンズの位置をその初期位置以上に焦点位置か
   ら離れるよう変更させる前記位置制御パルスを供給する
   ステップを含む請求項１に記載の方法。
4. 【請求項４】 光軸に沿ってレンズを焦点位置に向かっ
   て動かす焦点合わせ装置において、 前記レンズを支持し、焦点合わせするために光軸に沿っ
   て前記レンズを駆動する手段と、 前記レンズの焦点エラーを検出する手段と、 前記駆動する手段に結合され、前記駆動する手段を付勢
   して前記レンズを焦点位置に向かって動かすために、駆
   動するパルスの包絡線が直線ランプであるようにされる
   一定の振幅変動を有する一連の駆動パルスを供給し、前
   記レンズがその光軸に沿って惰走できるパワーの印加さ
   れない期間を前記一連の駆動パルスの中途に含むパルス
   信号手段と、 前記検出手段並びに前記駆動する手段に接続され、前記
   検出手段に応答して焦点に近い状態を指示し前記駆動す
   る手段を瞬間的に付勢して焦点合わせのために前記レン
   ズの運動にブレーキをかける停止手段と、 前記検出手段と前記駆動する手段と前記停止手段とに結
   合され、前記停止手段により付勢された前記駆動する手
   段が前記レンズの運動にブレーキをかけた後に焦点を保
   持するために前記駆動する手段を付勢する焦点保持手段
   と、 を備える焦点合わせ装置。