JP3761904B2

JP3761904B2 - サーボル−プの自動利得制御回路

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Publication number: JP3761904B2
Application number: JP23589393A
Authority: JP
Inventors: 知之廣木; 久年馬場
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1993-08-30
Filing date: 1993-08-30
Publication date: 2006-03-29
Anticipated expiration: 2021-03-29
Also published as: US5559770A; JPH0765389A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、光学的情報記録再生装置のサーボループ、特にフォーカスサーボループやトラッキングサーボループの利得を調整するサーボループの自動利得制御回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光ディスクのような光学的情報記録再生装置に採用されるフォーカシング制御及びトラッキング制御方式としては、種々の方式が提案されている。中でも一般的なものとして、４分割センサを用いた非点収差法及びプッシュプル法が挙げられる。図３はその非点収差法とプッシュプル法によるフォーカスサーボループ及びトラッキングサーボループを示したブロック図である。
【０００３】
図中、１は光ディスクから反射された光を受光する４分割センサ、２はそれぞれのセンサの出力を増幅するセンサアンプである。このセンサアンプ２の出力を加算器３、４及び減算器５を用いてアナログ演算した結果、トラッキングエラー信号Ｓ１が生成される。図４は光ヘッドが情報トラックを横切ったときに得られる信号を示した図である。トラッキングエラー信号Ｓ１は、図４（ａ）に示すように１トラックが一周期の正弦波状となり、図中Ａ１〜Ａ４に示す０レベルの点でオントラックとなる。
【０００４】
また、加算器６は４分割センサ１で受光する全光量を反映した信号、すなわち和信号Ｓ２を出力する。和信号Ｓ２も図４（ｂ）に示すようにトラック１本を一周期とした正弦波に近い形となるが、一般的にはオントラック（オンランド）で最大、オングルーブで最小となり、トラッキングエラー信号Ｓ１とは位相が９０度ずれた正弦波となる。ここで、図４（ａ），（ｂ）に示す３本の曲線について以下に説明する。
【０００５】
まず、同じ製法で作製した光ディスクであっても、さまざまなパラメータは個々にばらつくのは避けられない。情報記録再生用の光ビームは、光ディスクで反射あるいは透過した後センサに入射し、サーボ信号あるいは情報信号となるのであるが、この時にディスクの反射率（透過率）が個々にばらついていると、図４（ａ），（ｂ）に示したようにレベルの異なった信号となってしまう。つまり、Ａ，Ｂ，Ｃ３枚のディスクは反射率バラツキによってＳ１，Ｓ２は図４のように変化する。しかしながら、Ｓ１，Ｓ２のレベルは反射率（透過率）に比例関係にあるため、ＡＧＣ（自動利得制御回路）１１を用いてＳ１／Ｓ２の演算を行う事により反射率（透過率）ばらつきをキャンセルした形での正規化されたトラッキングエラー信号Ｓ３を得る事ができる。また、同じディスクであっても光ヘッドが異なると、光学系の透過率やセンサの感度ばらつきによって同様の現象が見られるが、これもやはり自動利得制御回路１１によって正規化された信号に変換する事ができる。
【０００６】
正規化されたトラッキングエラー信号Ｓ３は、利得調整回路１３、サーボ系を安定化するために設けられた位相補償器１６及びスイッチ１７、加算器１８を通してトラッキングアクチュエータドライバ１９に入力される。そして、ＡＴアクチュエータ２０をトラッキングエラー信号Ｓ３をもとに駆動する事でトラッキング制御が行われる。なお、ＡＴアクチュエータ２０のゲインや電気系のゲインばらつき等、自動利得制御回路１１により補正できない要素を補正する為に利得調整回路１３を用いて手動あるいは自動的に調整が行われる。また、光ビームを所望の情報トラックに移動する際には、スイッチ１７をオフし、スイッチ１５をオンする事で、ジャンプパルス発生回路１４からの駆動信号がＡＴアクチュエータ２０に印加される。これにより、ＡＴアクチュエータ２０を強制的に目的トラックに向かって移動させる、いわゆるトラックジャンプが行われる。
【０００７】
一方、非点収差法によるフォーカスエラー信号は、加算器７，８、減算器９を用いてアナログ演算した結果、出力Ｓ１２として得られる。図５は合焦点付近での各部の信号を示しており、フォーカスエラー信号Ｓ１２は図５（ａ）のように合焦点Ａ５で０レベルとなる一周期分の正弦波となる。又、和信号は図５（ｂ）に示すような信号として得られる。但し、これも図５（ａ），（ｂ）に示したように、ディスクの反射率（透過率）ばらつきや光ヘッドのばらつきによってレベルが変化するため、ＡＧＣ（自動利得調整回路）１２を用いて正規化されたフォーカスエラー信号Ｓ１３が生成される。
【０００８】
正規化されたフォーカスエラー信号Ｓ１３は、利得調整回路２１、位相補償器２４、スイッチ２５、加算器２６、フォーカスアクチュエータドライバ２７を通してＡＦアクチュエータ２８に入力される。そして、フォーカスエラー信号Ｓ１３をもとにＡＦアクチュエータ２８を駆動することで、フォーカシング制御が行われる。また、ディスク挿入時には、スイッチ２５をオフ、スイッチ２３をオンする事で、アップダウン回路２２からの出力信号が直接ＡＦアクチュエータドライバ２７に印加される。これにより、ＡＦアクチュエータ２８を強制的にアップダウンし、対物レンズをフォーカス方向に駆動することにより、合焦点付近でオートフォーカス（ＡＦ）の引き込みが行われる。このとき、フォーカスエラー信号は図５（ａ）のようにＳ字状に変化し、この信号の合焦点付近でスイッチ２３をオフ、スイッチ２５をオンすることでＡＦが引き込まれる。
【０００９】
次に、自動利得調整回路１１の構成を図６に基づいて説明する。自動利得調整回路１１はトラッキングエラー信号Ｓ１を和信号Ｓ２で除算することによってトラッキングエラー信号Ｓ１を正規化するための回路である。乗算器３０はＳ２，Ｓ８の２つの入力を乗算してＳ７を出力する回路で、ゲイン定数をＧ１とするとＳ７＝Ｇ１・Ｓ２・Ｓ８を出力する。２９は演算増幅器で、出力Ｓ８は乗算器３０に入力され、演算増幅器２９に負帰還がかかっている。また、オフセット調整用ボリューム３９は０レベルにあり、このとき演算増幅器２９のオープンループゲインを十分大きいとすると、
Ｓ８＝Ｓ１／（Ｇ１・Ｓ２） …（１）
となる。従って、演算増幅器２９の出力にはトラッキングエラー信号Ｓ１を和信号Ｓ２で正規化したエラー信号を得ることができる。
【００１０】
しかしながら、実際に回路を構成した場合には、演算増幅器２９の入力オフセットＶ_ofst1 や乗算器３０の入力オフセットＶ_ofst2 の影響を受ける。この時、Ｓ８に生じるオフセットＶ_ofstは、Ｓ１＝０の時に、
Ｖ_ofst＝Ｖ_ofst1 ／（Ｇ１・Ｓ２）＋Ｖ_ofst2 …（２）
となり、図７に示すような曲線となる。つまり、Ｓ８に現れるオフセットの内、演算増幅器２９の入力オフセットはＳ２に反比例し、乗算器３０の入力オフセットは一定の形で出力Ｓ８に現われる。
【００１１】
ここで、Ｓ２は和信号すなわちディスクからの反射光の全光量を反映した信号であるから、半導体レーザのパワー変動やディスクの反射率変動によってＳ２のレベルがＶ１からＶ２へ変化すると、Ｓ８に発生するオフセットも変化する。そこで、オフセット調整用ボリューム３９，４０を付加することにより、Ｖ_ofst1 とＶ_ofst2 をそれぞれ別個に調整できる構成とし、ディスクを挿入しない状態で外部から強制的にＳ２に電圧を加えて図８（ａ）に示すように変化させる。これにより、Ｓ８にはＶ１，Ｖ２に対応したオフセットが現れ、この時の出力Ｓ８の変化分は演算増幅器２９の入力オフセットに起因するので、ボリューム３９を調整して図８（ｂ）に示すようにＳ８がＳ２によって変化しないようにすると、残った一定のオフセットがＶ_ofst2 になる。これをボリューム４０で調整してオフセット０の出力Ｓ３を得ることで、自動利得調整回路１１のオフセット調整が行われる。
【００１２】
ここまではトラッキングサーボ及び自動利得調整回路１１に関して説明したが自動利得調整回路１２については、トラッキングエラー信号Ｓ１の代わりにフォーカシングエラー信号Ｓ１２を入力する事により、同様のオフセット調整を行うことができる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図６の自動利得制御回路では、本来和信号が入力すべき場所に強制的に電圧を入力しながらボリュームを調整する構成のため、調整は基板出荷前の初期調整に限られていた。そのため、素子の温度特性や経年変化によるオフセットの変化に対応できず、フォーカシングサーボやトラッキングサーボが不安定になり、又調整工程も複雑になるという問題があった。
【００１４】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたもので、その目的は演算増幅器や乗算器の入力オフセットを自動的に算出することにより、オフセットを随時調整できるようにし、これによって素子の温度特性や経年変化によらず、常時フォーカスサーボループやトラッキングサーボループを安定して動作させることを可能としたサーボループの自動利得制御回路を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、光学的情報記録媒体に情報を記録または再生する光ヘッドのサーボセンサの出力信号をもとに生成されたトラッキングエラー信号またはフォーカシングエラー信号を、前記サーボセンサの出力信号をもとに生成された和信号で除算し、正規化する自動利得制御回路において、２つの異なる和信号レベルに相当する電圧を交互に印加する手段と、前記回路の出力信号を検出する手段と、前記検出結果に基づいて、前記２つの電圧に対応して検出された出力信号それぞれに発生する、前記和信号レベルに応じて変化するオフセット（Ｖｏｆｓｔ１／（Ｇ１・Ｓ２））が実質的にゼロとなるキャンセル用のオフセットを算出し、前記トラッキングエラー信号またはフォーカシングエラー信号に印加する手段とを備えることを特徴とするサーボループの自動利得制御回路によって達成される。
【００１６】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明によるサーボループの自動利得制御回路の一実施例を示した回路図である。なお図１では図６の従来装置と同一部分は同一符号を付して説明を省略することにする。図１において、３１はバッファアンプ、３２と３３はそれぞれ制御信号Ｓ４とＳ５によって開閉が制御されるスイッチである。スイッチ３２及び３３には電圧Ｅが入力されており、スイッチ３２，３３がオンであれば所定電圧Ｅが抵抗器３６ｂ，３６ｃを介してバッファアンプ３１へ入力される。通常の装置の動作状態では、スイッチ３２及び３３はオフであり、バッファアンプ３１には図３に示した加算器６から出力される和信号Ｓ２が抵抗器３６ａを介して入力される。従って、通常時はバッファアンプ３１の出力信号は和信号Ｓ２だけを反映した信号となり、これが乗算器３０へ出力される。
【００１７】
乗算器３０は演算増幅器２９と共に、トラッキングエラー信号Ｓ１を和信号Ｓ２で割算する割算回路として構成されており、この割算によって正規化したトラッキングエラー信号Ｓ３が生成される。また、３５は後述するように演算増幅器２９、乗算器３０の入力オフセットを演算するためのＣＰＵ、３４及び３８はＣＰＵ３５の指示に基づいて入力オフセットをキャンセルするための電圧値を演算増幅器２９、加算器４１に与えるためのＤＡＣ（Ｄ／Ａ変換器）、３７は加算器４１の出力信号Ｓ３をＣＰＵ３５に取り込むためのＡＤＣ（Ａ／Ｄ変換器）である。
【００１８】
次に、上記実施例のオフセット調整動作について説明する。即ち、本実施例ではトラッキング制御動作の開始に先立って演算増幅器２９と乗算器３０の入力オフセットの自動調整が行われるので、その具体的な調整動作について説明する。まず、光学的情報記録再生装置に記録媒体であるところの光ディスクがセットされると、記録再生用光源の半導体レーザの点灯前に制御信号Ｓ４によってスイッチ３２がオンされる。これにより、電圧Ｅがスイッチ３２、抵抗器３６ｂを介してバッファアンプ３１に入力される。一方、和信号Ｓ２も抵抗器３６ａを介してバッファアンプ３１に入力されるのであるが、このときは光源の半導体レーザは消灯してあるので、和信号Ｓ２は０レベルである。
【００１９】
従って、このときのバッファアンプ３１の入力信号Ｓ６の振幅レベルを図７で説明したＶ１に等しくなるように各素子の定数を選んでやると、
Ｖ１＝Ｅ・Ｒ_36a ／（Ｒ_36a ＋Ｒ_36b ） …（３）
となり、この電圧Ｖ１がバッファアンプ３１に入力される。Ｒ_36a は抵抗器３６ａの抵抗値、Ｒ_36b は抵抗器３６ｂの抵抗値である。このときの自動利得制御装置の出力信号Ｓ３は図７で説明したＶ３に相当するので、信号Ｓ３はＡ／Ｄ変換器３７でデジタル化されてＣＰＵ３５に取り込まれる。
【００２０】
次いで、制御信号Ｓ４によりスイッチ３２がオフされ、また制御信号Ｓ５によってスイッチ３５がオンされる。光源は依然として消灯のままである。このときのバッファアンプ３１の入力信号Ｓ６のレベルを図７で説明したＶ２に等しくなるように各素子の定数を選んでやると、
Ｖ２＝Ｅ・Ｒ_36a ／（Ｒ_36a ＋Ｒ_36c ） …（４）
となり、この電圧Ｖ２が同様にバッファアンプ３１ヘ入力される。Ｒ_36c は抵抗器３６ｃの抵抗値である。このときの自動利得制御装置の出力信号Ｓ３は図７のＶ４に相当するので、やはりＡ／Ｄ変換器３７でデジタル化されてＣＰＵ３５に取り込まれる。ここで、制御信号Ｓ４とＳ５によってスイッチ３２と３３を交互に連続的にオン、オフさせると、図８で説明したような動作となり、演算増幅器２９の出力信号Ｓ８は、図８（ａ）に示したようにＶ３とＶ４の間で矩形波状に変化する信号となる。
【００２１】
そこで、ＣＰＵ３５では既知であるＶ１とＶ２及び乗算器３０のゲインＧ１、Ａ／Ｄ変換器３７で取り込まれたＶ３とＶ４から上記（２）式を用いて演算増幅器２９の入力オフセットＶ_ofst1 及び乗算器３０の入力オフセットＶ_ofst2 が算出される。即ち、ＣＰＵ３５では、
Ｖ_ofst1 ＝Ｇ１・（Ｖ４−Ｖ３）・Ｖ１・Ｖ２／（Ｖ１−Ｖ２） …（５）
Ｖ_ofst2 ＝Ｖ４−Ｖ_ofst1 ／（Ｇ１・Ｖ２） …（６）
の演算処理によってＶ_ofst1 とＶ_ofst2 が算出される。ＣＰＵ３５では、更に得られた入力オフセット値をもとにそれらをキャンセルすべくＤ／Ａ変換器３４，３８にキャンセル用の値がセットされる。この場合、演算増幅器２９の入力オフセットＶ_ofst1 はＤ／Ａ変換器３４にキャンセル用の値をセットしたことによってキャンセルされるのであるが、その出力に生じるオフセットは和信号Ｓ２のレベルに拘らず一定となり、これが乗算器３０の入力オフセットＶ_ofst2 として残る。そこで、Ｄ／Ａ変換器３８にそのキャンセル用の値をＳ９としてセットし、これを加算器４１に印加することによって、出力信号Ｓ３に生じるオフセットは完全にキャンセルされ、オフセットの影響のない正規化されたトラッキングエラー信号Ｓ３が生成される。
【００２２】
こうしてオフセットの調整が終了すると、制御信号Ｓ４，Ｓ５によってスイッチ３２，３３はオフ状態に維持され、また光源の半導体レーザが点灯される。次いで、フォーカスサーボとトラッキングサーボが順次オンされ、装置は記録再生が可能な状態となる。この装置の通常の動作状態においては、前述のように演算増幅器２９と乗算器３０はトラッキングエラー信号Ｓ１を和信号Ｓ２で割算する割算回路として機能し、図３に示したトラッキングサーボループではこれによって正規化されたトラッキングエラー信号Ｓ３を用いてトラッキング制御が行われる。なお、実施例ではスイッチ３２と３３を交互に開閉する構成としたが、一方を閉じたままでもう一方を開閉することによっても、オフセットの調整を行うことが可能である。
【００２３】
本実施例では、トラッキング制御の前に自動的に演算増幅器と乗算器の入力オフセットを算出してキャンセルすることにより、オフセットの調整を初期調整に限ることなく随時行うことができ、素子の温度特性や経年変化によるサーボループの利得の変動に対しても十分に対処することができる。従って、トラッキングサーボループの利得を常時最適な利得に保つことができるので、サーボループを常に安定して動作させることができる。また、オフセットの調整はオフセットの算出からそれをキャンセルする値の設定まで全て自動的に行うために、従来のような基板出荷前の調整といった作業がなくなり、その分装置の製造工程を簡素化することができる。
【００２４】
図２は本発明の他の実施例を示した回路図である。この実施例はスイッチ３２と３３を用いずにＣＰＵ３５の入出力ポートから直接抵抗器３６ｂ，３６ｃに接続した例である。その他の構成は図１と同じである。一般に、ＣＰＵ３５の入出力ポートは出力モードに設定した場合は、“０”（０Ｖ）あるいは“１”（５Ｖ）となり、入力モードに設定したときはハイインピーダンスとなる。そこで、本実施例ではこれを利用してＳ１０を出力モードと入力モードで切り換えることにより、スイッチ３２を開閉するのと同様に入力信号Ｓ１０をオン、オフして信号Ｓ６の電位を変化させる。また、入力信号Ｓ１１も同様に切り換えることで信号Ｓ６の電位を変化させる。
【００２５】
従って、通常の装置の動作状態では、信号Ｓ１０，Ｓ１１は入力モード（ハイインピーダンス）としておけば、バッファアンプ３１の出力信号は和信号Ｓ２をそのまま反映した信号となるので、トラッキングエラー信号Ｓ１を和信号Ｓ２で割算して正規化したトラッキングエラー信号Ｓ３が生成される。一方、オフセットを調整する場合は、光源の半導体レーザの点灯前に、Ｓ１０とＳ１１を交互に“１”出力モードに切り換えて信号Ｓ６の電位をＶ１とＶ２の間で変化させる。このときの信号Ｓ３の電位はＡ／Ｄ変換器３７でＣＰＵ３５に取り込まれ、ＣＰＵ３５では図１の実施例と同様に、取り込まれた値や既知のＶ１，Ｖ２やＧ１を用いてＶ_ofst1 ，Ｖ_ofst2 が算出される。そして、ＣＰＵ３５では得られた結果をもとにＤ／Ａ変換器３４と３８にオフセットをキャンセルするための値をセットすることで演算増幅器２９、乗算器３０の入力オフセットの調整が行われる。このように本実施例においても、図１の実施例と全く同様の効果を得ることができる。
【００２６】
なお、以上の実施例では、トラッキングエラー信号の自動利得制御回路について説明したが、フォーカスエラー信号の自動利得制御回路においても全く同様の構成でオフセットの調整を行うことができる。また、実施例ではオフセットの調整をディスクが装置に装着されたときに行うとしたが、これに限ることなく、例えば装置の電源が投入されたときに調整してもよいし、あるいは装置が待機状態などのときに定期的に調整してもよい。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、演算増幅器及び乗算器の入力オフセットを自動的に算出してキャンセルすることにより、サーボループの利得を従来のように基板出荷前の初期調整に限ることなく、例えば記録媒体の装着時など随時調整することができる。従って、素子の湿度特性や経年変化によってサーボループの利得が変化しても利得の調整を随時行えるために、常時サーボループを安定して動作させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるサーボループの自動利得制御回路の一実施例を示した回路図である。
【図２】本発明の他の実施例を示した回路図である。
【図３】光学的情報記録再生装置の非点収差法とプッシュプル法によるトラッキングサーボループ及びフォーカスサーボループを示したブロック図である。
【図４】図３のサーボループのトラッキングエラー信号と和信号を反射率の異なる３つのディスクに対応して示した図である。
【図５】図３のサーボループのフォーカスエラー信号と和信号を反射率の異なる３つのディスクに対応して示した図である。
【図６】図３のトラッキングサーボループの利得調整回路の構成例を示した回路図である。
【図７】図６の利得調整回路の和信号Ｓ２と演算増幅器２９の出力Ｓ８との関係を示した図である。
【図８】図６の利得調整回路のオフセット調整動作を説明するための図である。
【符号の説明】
２９演算増幅器
３０乗算器
３１バッファアンプ
３２，３３スイッチ
３４，３８ＤＡＣ（Ｄ／Ａ変換器）
３５ＣＰＵ
３６ａ〜３６ｃ抵抗器
３７ＡＤＣ（Ａ／Ｄ変換器）
４１加算器

Claims

光学的情報記録媒体に情報を記録または再生する光ヘッドのサーボセンサの出力信号をもとに生成されたトラッキングエラー信号またはフォーカシングエラー信号を、前記サーボセンサの出力信号をもとに生成された和信号で除算し、正規化する自動利得制御回路において、
２つの異なる和信号レベルに相当する電圧を交互に印加する手段と、前記回路の出力信号を検出する手段と、前記検出結果に基づいて、前記２つの電圧に対応して検出された出力信号それぞれに発生する、前記和信号レベルに応じて変化するオフセット（Ｖｏｆｓｔ１／（Ｇ１・Ｓ２））が実質的にゼロとなるキャンセル用のオフセットを算出し、前記トラッキングエラー信号またはフォーカシングエラー信号に印加する手段とを備えることを特徴とするサーボループの自動利得制御回路。
更に、前記検出結果に基づいて、前記２つの電圧に対応して検出された出力信号それぞれに発生する、前記和信号レベルに拘らず一定のオフセット（Ｖｏｆｓｔ２）をキャンセルするオフセットを算出し、前記トラッキングエラー信号またはフォーカシングエラー信号に印加する手段を備えることを特徴とする請求項１に記載のサーボループの自動利得制御回路。