JPH01137433A

JPH01137433A - 範囲指示方法

Info

Publication number: JPH01137433A
Application number: JP22671588A
Authority: JP
Inventors: Donald Kenneth Cohen; ドナルド・ケニス・コーイン; Neil Roger Davie; ニイール・ロジヤー・デイビイ; Kathryn Lee Underwood; カスリン・リイ・アンダーウツド
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1987-11-13
Filing date: 1988-09-12
Publication date: 1989-05-30
Also published as: EP0317536A3; EP0317536A2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】Ａ、産業上の利用分野本発明は、光学システム、特に断面形状が円形から卵形
に変化する光線を使用する光学システムに関するもので
ある。この発明は特に焦点誤差検出装置、並びにその他
の範囲指示装置に有用である。

Ｂ、従来技術及び発明が解決しようとする問題点一般に
、焦点誤差信号は、いわゆるカッド検出器を使用する光
ディスク・レコーダで、２台の検出器からの信号を合計
し、他の２台の検出器の信号の和からこの和を差し引く
ことにより発生する。

この差信号を、４台すべての検出器から供給され゛る信
号振幅の和で割る。この技術は、焦点検出器に当たる集
束光線の軸が検出器の中心と精密に位置合せされている
場合、正確な焦点を示す。しかし、カッド検出器が集束
光線の軸と中心合せされていないと、焦点誤差偏位を生
じ、焦点を精密に制御することが不可能になる。−例と
して、欧州特許出願第１５７０２０号明細書にこの問題
が記載されている。この欧州特許出願に示された解決法
は、検出器の位置合せ誤差を補償するための偏位補償を
行なうことである。偏位を処理した場合でも、焦点系は
精密に位置合せしなければならない。

光レコーダその他の光学機構のコストを低減するために
、検出器を集束光線の軸と精密に位置合せする必要をな
くすことが望ましい。

ジ＋ツク　Ｄ、ガスキル（Ｊａｃｋ　Ｄ、　Ｇａ５ｋｉ
ｌｌ）著、「線型システム、フーリエ変換及び光学（Ｌ
ｉｎｅａｒＳｙｓｔｅ＋ｓｓ、　Ｆｏｕｒｉｅｒ　Ｔｒ
ａｎｓｆ’ｏｒｍｓ＋　Ａｎｄ　０ｐｔｉｃｓ　）Ｊ　
ｓジ日ン・ウィリー社（Ｊｏｈｎ　ＩＪｉｌｅｙ　＆　
５ｏｎｓ）　　刊、１９７８年、ｐｐ、８６〜θ９に、
分離可能な二次元関数について記載されている。ガスキ
ルは、「分離可能性」を、−次元関数の積として書くこ
とのできる分離可能な関数を特徴づ−けるものとして定
義している。すなわち、２つの関数の積が個別の関数の
積に等しい、すなわち、関数（ｘ、　ｙ）が「関数（Ｘ
）関数（ｙ）」の積に等しい。ガスキルは、解析の目的
で、二次元の分離可能関数である方形関数、三角関数、
正弦関数及びガウス関数を示している。数学では、これ
は、数学的な２方向で、要素の大きさは異なるとしても
、相対的関係または正規化した関係は等しいことを示す
ものである。

本特許の出願人は、上述の分離可能性の概念を光学系に
適用して、光線軸に対する検出器の位置の許容差を増大
させることができることを発見した。

Ｃ０問題点を解決するための手段本発明によれば、複数の検出部分を有する検出装置が、
所与の軸の周りに対称的に配置され、検出部分の出力を
解析して検出器中に分離可能関数を得るための処理回路
を含む。焦点または範囲の指示光線等の解析される光線
は、所与の焦点または範囲の状態にあるとき、同じ分離
可能関数を示し、したがって光線の軸に垂直な面に沿っ
て二次元の横方向偏位があるとしても、合焦点状態にお
いて与えられる焦点誤差信号は常にＯになる。光線が焦
点を外れると、非点収差系では、たとえば光線の断面に
ひずみを生じる。このようなひずみの結果、光線は検出
器の分離可能関数を示さなくなり、これにより焦点外れ
状態信号を発生する。

したがって、合焦点状態は、入射光線とその光線を検出
するのに用いる検出器の分離可能関数を比較することに
より検出される。

この発明の他の態様では、検出器の各部分からの出力信
号を組み合わせて、対称的に対向する正規化された信号
の集合とし、誤差信号を発生させる。このような配置に
より、検出器に分離可能関数を与えて、焦点、範囲及び
光線のその他のパラメータを検出することができる。

この発明の詳細な態様によれば、検出器の分離可能関数
を組み合わせて光線の軸に対する横方向偏位の許容差を
増大させることにより、光線の軸及び光線の光学系に対
する検出器の物理的位置に対する許容差の大きな、改善
された光ディスク・レコーダが得られる。

Ｄ、実施例図面を参照してこの発明の実施例について説明する。各
図中で、同様の番号は同様の部品及び構造上の特徴を示
す。第２Ａ図は、従来技術の方法を実施した結果を示す
。この場合、焦点誤差信号は下式に基づいて発生する。

（Ａ＋Ｃ）　−（Ｂ＋Ｄ）／　（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）横軸
の０点は合焦点状態を表わし、縦軸の０点は焦点誤差信
号の振幅がＯであることを表わす。

すべての焦点誤差信号の振幅はこれら２軸の交点を通る
ことが望ましい。曲線１０Ａ１１２Ａ、１４Ａ、１８Ａ
は、検出器の焦点指示光線の軸からの横方向偏位に基づ
いて生じたものである。曲線１２Ａ及び１４Ａは予想し
た応答を表わし、曲線１０Ａ及び１８Ａは実験結果を表
わす。合焦点状態に近い状態において、かなりの偏位が
あり、光学系の動作にわずかに品質低下を生じることに
注目されたい。本発明の方法を実施すると、第２Ｂ図の
曲線に示すように、同様な横方向偏位を生じる。曲線１
０Ｂは曲線１０Ａに対応し、すなわち同じ横方向偏位を
示し、曲線１２Ｂは曲線１２Ａに対応する。曲線１４Ｂ
及び１８Ｂに関しても同様である。本発明の実施により
、理想的な合焦点状態での偏位は実質上Ｏであることに
注目されたい。

本発明を有利に適用できる光レコーダを第１図に示す。

光磁気記録ディスク３０が、モータ３２で回転するよう
に、スピンドル３１に取り付けられている。ヘッド・ア
ーム・キャリッジ３４上の光ヘツド移動用アーム３３が
、ディスク３０上を半径方向に移動する。レコーダのフ
レーム３５は、キャリッジ３４が半径方向を往復運動す
るようにキャリッジ３４を適切に担持する。キャリッジ
３４が半径方向に移動すると、複数の同心トラックまた
はらせん状トラックのいずれにもアクセスして、ディス
ク上にデータを記録し、ディスクからデータを取り出す
ことができる。フレーム３５に適切に取り付けた線形ア
クチエエータが、キャリッジ３４を半径方向に動かして
、トラックに対するアクセスを可能にする。レコーダは
１台または複数のホスト・プロセッサ３７に適切に接続
される。

このホスト・プロセッサは、制御装置、パー、ソナル・
コンピュータ、大型システム・コンピュータ、通信装置
、画像処理プロセッサ等とすることができる。接続回路
３８が、光レコーダと接続されたホスト・プロセッサ３
７との間を論理的及び電気的に接続する。

マイクロプロセッサ４０が、ホスト・プロセッサ３７へ
の接続を含めてレコーダを制御する。制御データ、吠況
データ、コマンド等は、双方向バス４３を介して、接続
回路３８と、マイクロプロセッサ４０の間で交換される
。マイクロプロセッサ４０には、プログラムまたはマイ
クロコードを記憶する読取り専用メモリ（ＲＯＭ）４１
と、データ及び制御信号を記憶するランダム・アクセス
・メモリ（ＲＡＭ）４２が含まれる。

レコーダの光学系には、精密アクチュエータ４６により
、ヘッド・アーム３３上でフォーカシング及びトラッキ
ング動作ができるように取り付けた対物レンズまたは集
束レンズ４５が含まれる。

このアクチュエータは、フォーカシング動作及びディス
ク３０の半径方向でのトラッキング及びシーク動作がで
きるように、レンズ４５をディスク３０に近づけたりそ
れから遠ざけたりする機構を含み、たとえば、現在アク
セス中のトラックに隣接するトラックがアクセスされる
たびにキャリッジ３４を起動する必要がないように、ト
ラック１００本の範囲内でトラックを変える機構を含む
。番号４７は、レンズ４５とディスク３０との間の２方
向光路を示す。

光磁気記録では、磁石４８が、レンズ４６からのレーザ
光線で照射されたディスク３０上の小さいスポットの残
留磁化方向を方向づけるための弱い磁気方向制御磁界を
発生させる。レーザ光線のスポットが、記録ディスク上
の照射スポットを光磁気記録層（図示されていないが、
米国特許第３９４９３８７号明細書に教示されているよ
うな、希土類と遷移金属の合金とすることができる）の
キュリー点より高い温度に加熱する。この加熱により、
このスポットがキュリー点より低い温度まで冷却された
とき、磁石４８が残留磁化を必要な磁化方向に配向させ
ることができる。磁石４８は、図では「書込み」方向に
配向するように示されている。すなわち、ディスク３０
に記録される２進数の１は、通常「Ｎ極の残留磁化」で
ある。ディスク３０を消去するには、Ｓ極がディスク３
０に隣接す名ように磁石４８を回転させる。破線５０で
示すように、回転式磁石４８に機械的に結合した磁石制
御装置４９が、書込み及び消去の方向を制御する。マイ
クロプロセッサ４０が、線５１を介して制御装置４９に
制御信号を供給し、記録方向を反転させる。

光路４７の半径方向の位置は、トラックが忠実に追跡さ
れ、必要なトラックが正確にアクセスされるように制御
する必要がある。そのため、フォーカシング／トラッキ
ング回路５４が、粗アクチユエータ３６及び精密アクチ
ュエータ４８を制御する。アクチュエータ３６によるキ
ャリッジ３４の位置決めは、回路５４から線５５を介し
てアクチュエータ３６に供給される制御信号によって精
密に制御される。さらに、回路５４によるアクチュエー
タの制御は、精密アクチュエータ４６のフォーカシング
及び精密トラッキング及び切換え動作のため、それぞれ
線５７及び５８上を走る制御信号によって行なわれる。

フォーカシング及びトラッキング位置の検出は、ディス
ク３０から反射され、光路４７を通った後、レンズ４５
を通り、半透鏡６０を通り、半透鏡６１で反射されてい
わゆるカッド検出器（四分割検出器）６２に達するレー
ザ光線を解析して行なわれる。カッド検出器６２には、
光線を光学的に処理して焦点指示を生成する光学手段（
図示せず）も含まれる。光線を分割して、光線の断面形
状をゆがめることにより、長さの異なる２つの光路に沿
って進ませるなどの処理がよく知られている。

カッド検出器６２は、４つの光素子を有し、これらの素
子はまとめて６３で示したそれぞれ４本の線を介して、
フォーカシング／トラッキング回路５４に信号を送る。

検出器６２の１軸をトラックの中心線と位置合せするこ
とにより、トラッキング動作が可能になる。フォーカシ
ング動作は、カッド検出器６２の４つの光素子で検出し
た光の強さを比較することによって行なう。フォーカシ
ング／トラッキング回路５４は、線６３上の信号を解析
して、フォーカシング及びトラッキングを制御する。

次に、ディスク３０へのデータの記録すなわち書込みに
ついて説明する。磁石４８は、データを記録するのに必
要な位置に回転すると仮定する。

マイクロプロセッサ４０は、線６５を介してレーザ制御
装置６６に、記録動作が続いて起こることを示す制御信
号を供給する。すなわち、記録する場合はレーザ６７が
制御装置６６によって始動され、強力なレーザ光線を放
出する一方、読取りでは、レーザで照射されたディスク
３０上のスポットが、キュリー点以上に加熱されないよ
うに、レーザ６７から放出されるレーザ光線は強度が弱
くなっている。制御装置６６は、線６８を介してレーザ
６７に制御信号を供給し、線６９を介して、レーザ８７
から放出された光の強さを示すフィードバック信号を受
は取る。制御装置６８は、光の強さを必要な値に調節す
る。レーザ６７、すなわちガリウムひ素ダイオード・レ
ーザなどの半導体レーザは、データ信号によって変調さ
れ、放出される光線がこのような強度変調により、記録
されるデータを表わすようになる。この点に関連して、
データ回路７５（後述）がこのような変調を行なうため
に、線７８を介してデータ指示信号をレーザ８７に供給
する。この変調された光線は偏光子７０及びコリメート
・レンズ７１を通過して半透鏡６０に達し、反射してレ
ンズ４５を通ってディスク３０に向かう。データ回路７
５は、マイクロプロセッサ４０から線７６を介して供給
された適当な制御信号によって、記録の準備ができる。

回路７５の準備中に、マイクロプロセッサ４０は、ホス
ト・プロセッサ３７から接続回路３８を介して受は取っ
た記録コマンドに応答する。データ回路７５の準備がで
きると、データは接続回路３８を介してホスト・プロセ
ッサ３７とデータ回路７５の間で直接転送される。デー
タ回路７５は、ディスク３０のフォーマット信号、エラ
ー検出・訂正等に関係する補助回路（図示せず）をも含
む。データ回路７５は、読取りまたは再生動作中、リー
ドバック信号から補助信号を除去してから、訂正された
データ信号をバス７７から接続回路３８を介してホスト
・プロセッサ３７に供給する。

ディスク３０からデータを読み取り、または再生してホ
スト・プロセッサに伝送するには、ディスク３０からの
レーザ光線を光学的及び電気的に処理する必要がある。

反射光の一部分（偏光子７０からのその直線偏光がカー
効果を用いて記録するディスク３０によって回転された
もの）が２方向光路４７に沿って、レンズ４５及び半透
鏡６０．６１を通って、ヘッド・アーム３３の光学系の
データ検出部分７９に向かう。このような光学系は逆配
置にすることも可能であり、１つの可能な配置について
、本明細書で説明する。本発明の実施は、この配置とは
無関係である。半透鏡すなわちビーム・スプリッタ８０
が、反射光線をいずれも同じ反射され回転された直線偏
光を有する２つの強さの等しい光線に分割する。半透鏡
８０で反射した光は、第１の偏光子８１を通過する。こ
の偏光子８１は、アクセス中のディスク３０のスポット
上の残留磁化がＮ″または２進数１の方向のときに回転
された反射光だけを通過させるように設定されている。

この通過した光は、光電池８２に当たって、差動増幅器
８５に適当な指示信号を供給する。反射光がＳ″または
消去極方向の残留磁化によって回転されたときは、偏光
子８１は全くまたはほとんど光を通過させず、光電池８
２は活動信号を供給しない。反対の動作は、偏光子８３
によって行なわれ、偏光子８３は″Ｓ″方向に回転した
レーザ光線のみを光電池８４に通過させる。

光電池８４は受は取ったレーザ光線を示す信号を、差動
増幅器８５の第２の入力に供給する。増幅器８５は、得
られた差信号（データを表わす）を検出のためデータ回
路７５に供給する。検出される信号には記録されたデー
タだけでなく、いわゆる補助信号も含まれる。本明細書
では゛、データという用語は、好ましくはディジタル型
、すなわち離散値型の、情報を搬送するすべての信号を
含むものとする。スピンドル３１の回転位置及び回転速
度は、適当な回転計またはエミッタ・センサ９０で検出
される。センサ９０は、スピンドル３１の回転計の円板
（図示せず）上の明暗のスポットを検出する光検出型の
ものが好ましり、１回転”信号（ディジタル信号）を、
ＲＰＳ回路９１に供給する。回路９１は、スピンドル３
１の回転位置を検出し、回転情報を搬送する信号をマイ
クロプロセッサ４０に供給する。マイクロプロセッサ４
０は、このような回転信号を用いて、磁気データ記憶デ
ィスクで広（行なわれているのと同様に、ディスク３０
上のデータ記憶セグメントへのアクセスを制御する。さ
らに、センサ９０からの信号は、スピンドル制御装置９
３にも供給され、モータ３２を制御してスピンドル３１
を一定の回転速度で回転させる。制御装置９３は、周知
のようなモータ３２の速度を制御するためのクリスタル
制御のオシレータを含むものでもよい。マイクロプロセ
ッサ４０は、通常の方法で、制御信号を線９４を介して
制御装置９３に供給する。

第３図及び第４図に、本発明の目的を達成するために、
検出器中に分離可能な機能が生成されるように、カッド
検出器８２の部分Ａ１Ｂ、Ｃ及びＤからの信号を組み合
わせるための、２組の電気的接続を示す。第３図で、カ
ッド検出器θ２は、軸点９８を中心とする正方形の中に
４つの素子を有する。理想的には、集束光線軸９９は点
９８と位置合せすべきである。電気回路５４で、下記の
方程式が解かれる。

（（Ａ−Ｄ）／　（Ａ＋Ｄ）　）◆（（Ｃ−Ｂ）／　（
Ｃ＋Ｂ））この式は、線１１２を介して供給されている
焦点誤差信号を表わす。アナログ加算器１００（周知の
設計の電流加算機構）が検出部分Ａ及びＤに電気的に接
続され、差動増幅器１０１が和Ａ＋Ｄの反転を表わす出
力信号を供給するようになっている。差分増幅器１０２
は、検出部分Ａ及びＤに接続され、式Ａ−Ｄを解く。ア
ナログ割算回路１０３は、値（Ｄ−Ａ）／　（Ａ＋Ｄ）
を表わす信号を発生する。電流加算回路１０５は、検出
部分Ｃ及びＢからの出力電流を加算し、その反転を増幅
器１０６を介してアナログ割算回路１０８に出力する。

差動増幅器１０７は、検出部分Ｃの信号から検出部分Ｂ
の信号を差し引き、差信号を割算回路１０８に供給して
、項（Ｂ−Ｃ）／　（Ｃ＋Ｂ）を割算回路１０８から、
加算回路１１０に供給させる。加算回路１１０は、割算
回路１０３と１０８の出力信号を結合して、焦点誤差信
号を反転増幅器１１１を介して線１１２に供給する。出
力信号の振幅は、上述の従来技術によるシステムの振幅
の約２倍と予想できる。

第４図は、第３図に示したものと同様の回路を有するが
、この配置では、アナログ加算回路１３０の出力として
、異なる焦点誤差信号（ＦＥＳ）の式の結果を用いる。

ただし、分離可能関数は、検出器６２用に保持される。

第３図に示す回路と同様に構成されたアナログ加算回路
１２０は、検出部分ＡとＢの出力を合計し、減算回路１
２１は、検出部分ＡとＢからの信号の振幅の差をとる。

回路１２０及び１２１の出力電流は、アナログ割算回路
１２３によって除算され、その商信号をアナログ加算回
路１３０に供給する。同様にして、加算回路１２５は、
検出部分りとＣの出力を合計し、減算回路１２６はこれ
らの検出部分の差電流を測定する。割算回路１２７は、
回路１２６の出力を回路１２５の出力で割り、その商信
号を加算器１３０に供給する。さらに、加算回路１２０
及び１２５の出力信号を割算回路１３８に供給すること
により、割算回路１３８の右に示した出力方程式の分子
を与えるトラッキング誤差信号（ＴＥＳ）を発生させる
ことができる。回路１３６を回路１２０及び１２５に接
続することにより、検出器８２のすべての検出部分の電
流が合計される。これにより、割算回路１３８に分母が
与えられる。この装置では、線１′４０が、追跡中のト
ラックと位置合せされる。同様なトラッキング誤差回路
を、第３図の回路にも追加することができる。

第５Ａ図は集束された光線を、検出器６２に重ね合わさ
れ中心点９８の周囲に対称的に配置された円１６０とし
て示す。この場合、検出部分Ａ１Ｂ、Ｃ１Ｄのどれに当
たる光も等しい（焦点が指示される）。第５Ｂ図は、光
線軸９９が検出器６２の中心点９８から偏位した横方向
偏位状態を示す。第５Ｂ図を検討すると、正規化により
、まだ集束されている光線１６１は、第３図の構成で負
の数Ａ−Ｄを与え、この負数を２つの電流の和で割ると
それが正規化される。同様にして、差電流Ｃ−Ｂは比較
的大きい正の振幅を与え、電流部分ＢとＣの和で割ると
それが正規化される。正規化によりどの検出部分に当た
る光の総量の変化も処理される。たとえば、検出部分り
とＣに当たる光の振幅の差は明らかである。同様の差が
検出部分ＡとＢの間にも見られる。同様にして、検出部
分ＡとＤからの電流とＢとＣからの電流との比も明らか
である。式をすなわちＡ−ＤとＣ−Ｂを対称にすること
により、各検出部分に当たる光の変動の影響が軽減され
る。このようにして、本明細書で「分離可能性」と名付
けた分離可能関数は、横方向の偏位に関係なく、ＦＥＳ
をＯまたは０に近くするため、集束された光線として横
方向偏位の自己適応を行なう。光線１６１は焦点では完
全な円形でなくてもよく、また検出部分Ａ、８１Ｃ１Ｄ
は実際には異なる電流を発生してもよいことに注目され
たい。これら２つの要素により、分離可能性を用いて横
方向偏位の自己適応を行なわない場蚕の焦点誤差信号の
偏位より、許容度が大きく満足のできる、わずかな偏位
が得られる。

第５Ｃ図は、光線が集束するときにもたらされる分離可
能性から外れた、焦点外れの光線１６５を示す。この検
出器の分離可能性関数が、１６６及び１６７を座標軸と
するグラフで示されている。

このとき、光線は非点収差検出装置の場合と同様にだ円
形となるので、光線の長軸が軸１１３９と−ａする場合
は、レンズ４５がディスク３０に近過ぎるときの焦点誤
差を示し、光線の長袖が軸１８８と一致する場合は、レ
ンズ４５が遠過ぎるときの焦点誤差を示す。いずれの焦
点誤差でも、光線１６５と検出器６２との間に同様な分
離可能性はもはや存在しない。その結果、焦点誤差信号
は大幅に増大し、増大の方向（正または負の振幅）は、
検出器６２に対する焦点外れ光線１６５の回転方向によ
って決まる。

Ｅ１発明の効果以上述べたように、この発明によれば、光線の軸に対す
る検出器の位置の許容度を増大させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明を有利に実施できる光ディスク・レ
コーダ／プレーヤのブロック・ダイヤグラム。第２Ａ図及び第２Ｂ図は、それぞれ従来技術及び本発明
に基づく焦点誤差信号及び得られる偏差の結果を示すグ
ラフ。第３図及び第４図は、本発明の原理を利用した第１図に
示すレコーダ／リーダで用いられる焦点誤差検出回路を
示す図。第５Ａ図、第５Ｂ図及び第５Ｃ図は、焦点検出されてい
る光線の横方向偏位及び分離可能性の特徴を示す図であ
る。３０・・・・光磁気記録ディスク、３４・・・・キャリ
ッジ、３θ・・・・アクチエエータ、４０・・・・マイ
クロプロセッサ、４５・・・・対物レンズ、４８・・・
・精密アクチエエータ、５４・・・・フォーカシング／
トラッキング回路、６０．６１・・・・半透鏡、６２・
・・・カッド検出器、６６・・・・レーザ制御装置、６
７・・・・レーザ、７５・・・・データ回路、７９・・
・・データ検出部分。出願人　　インターナシロナル・ビジネスｅマシーンズ
・コーポレーシロン代理人　　弁理士　　山　　本　　仁　　朗（外１名）千”イスクー焦点藺託皺第２Ａ図第２Ｂ図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）所定の軸線を中心として右回りに順次配列された
第１、第２、第３及び第４の検出部分を有する光線検出
手段に対して光線を投射して、上記第１、第２、第３及
び第４の検出部分から、それぞれ、出力信号Ａ、Ｂ、Ｃ
、Ｄを生成し、これらに基づいて、（Ａ−Ｄ）／（Ａ＋
Ｄ）＋（Ｃ−Ｂ）／（Ｃ＋Ｂ）なる関係式に従って範囲
指示信号を生成する範囲指示方法。
（２）第１の範囲状態において第１の分離可能要素を有
しかつ第２の範囲状態において第２の分離可能要素を有
する光線を、所定の分離可能要素を有する検出手段に対
して投射し、上記第１及び第２の分離可能要素に対する
上記所定の分離可能要素の関係を表わす出力信号を生成
するように上記検出手段を働かせる範囲指示方法。