JPH0425611B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はフオーカスサーボ装置に関するもの
で、特に光学的情報読出装置における光ピツクア
ツプのフオーカスサーボ装置に関する。

光学的ビデオデイスクやPCMオーデイオデイ
スクなどの光学的に読取り可能な情報記録媒体上
に記録された情報を、光学的に読出す方法とし
て、光ピツクアツプなどの光学的情報読取装置が
用いられている。

光ピツクアツプなどを用いてこのような情報読
出しを行なう場合、情報記録媒体上には、通常、
高密度の記録トラツクが形成されており、これら
に情報信号が記録されているため、情報読出しの
ための光スポツトを精密に記録媒体上の記録トラ
ツクに集光しなければならない。

すなわち光ピツクアツプの集光レンズと記録媒
体との相対距離（以下「デイスク−レンズ間距
離」という）は、常に集光レンズの合焦点状態に
保つ必要がある。

このため前記デイスク−レンズ間距離が合焦点
距離から離れた場合に、このずれをフオーカスセ
ンサなどの変位検出手段を用いて検出し、その検
出出力に基づいて集光レンズの位置を修正するフ
オーカスサーボ装置が利用される。

第１図に従来のフオーカスサーボ装置の構成の
概略を、第２図にフオーカスセンサの検出出力特
性を示す。

第１図、第２図に基づいて従来のフオーカスサ
ーボ装置について説明する。

光源５１は情報記録媒体（以下「デイスク」と
いう）から情報を読出すための光たとえばレーザ
光線を出射するものである。光源５１から出射さ
れたレーザ光線は、ハーフミラー５２によつて反
射されて光束の方向が変えられる。方向が変えら
れたレーザ光線は集光レンズ５４によつて集光さ
れ、デイスク５３に照射される。この集光レンズ
５４にはアクチユエータ５５が取付けられ、アク
チユエータ５５は集光レンズ５４とともに集光レ
ンズ５４の光軸方向に移動し得るようになつてい
る。このアクチユエータ５５は集光レンズ５４の
集光位置を光軸方向に移動させるものである。デ
イスク５３で反射されたレーザ光線は集光レンズ
５４、ハーフミラー５２およびシリンダレンズ５
６を介して光検知器たとえばフオーカスセンサ５
７に入射される。シリンダレンズ５６は従来より
知られているシリンダレンズ法によつてフオーカ
ス作用を生じさせるためのものである。フオーカ
スセンサ５７は検知面がたとえば４つに分割され
ており、各部分からの出力がフオーカス信号処理
回路５８に入力される。フオーカス信号処理回路
５８では４つのフオーカスセンサ出力のうちそれ
ぞれ対角方向の素子同士の和をとつた後、それら
の和信号の差を求め、これをフオーカスエラー信
号αとしてフオーカスサーボ系を安定させるため
の利得位相補償回路１に出力する。利得位相補償
回路１の出力はフオーカスサーボ系をON／OFF
するためのフオーカスサーボスイツチ２を通し
て、集光レンズのアクチユエータ駆動回路３に入
力され、増幅される。アクチユエータ駆動回路３
の出力はアクチユエータ５５の駆動信号βであ
り、この信号によつてアクチユエータ５５を移動
させる。これによつて帰還ループが成立し、集光
レンズ５４を合焦点状態へ引込む。

次にフオーカスエラー信号αのデイスク−レン
ズ距離依存性（フオーカスセンサ特性）と、フオ
ーカスサーボ系の動作との関係を第２図を参照し
て説明する。第２図のフオーカスセンサ特性は、
合焦点Ｆを挟む距離領域Ａ１においてのみ有限の
フオーカスエラー信号を持ち、それよりも近距離
領域Ｂ１および遠距離領域Ｃ１においては、実質
的に０で平坦な特性を持つものである。このよう
なフオーカスサーボ装置にあつては、デイスク−
レンズ距離がごく限られた領域Ａ１に属するとき
にはフオーカスサーボ系が有効に機能する。しか
し、デイスクの厚さ誤差、デイスク取付けのメカ
ニカル精度の限界によつてデイスク−レンズ間距
離が領Ｂ１またはＣ１に属することとなつた場合
は、光ピツクアツプを合焦点に引込むためのフオ
ーカスエラー信号が得られないために、フオーカ
スサーボ系をOFFからONにしたとき、集光レン
ズを合焦点に引込むことができない。

通常光ピツクアツプのフオーカス制御を行なう
場合、フオーカスエラー信号のゼロクロス点の近
傍がフオーカスサーボループの目標制御値にな
る。しかし、光学系やピツクアツプを取付けてい
るメカニズムの精度等の原因などにより、フオー
カスエラー信号のゼロクロス点の近傍よりずれた
ところが最適の再生信号を得られるポイントにな
ることがある。この場合、最良の再生信号を得る
ためには、フオーカスサーボループに直流的なオ
フセツトを加算してフオーカスサーボループの動
作点を変えることが必要になる。このように、最
適合焦点としてフオーカスセンサ特性にオフセツ
トを要する場合があるが、この場合オフセツトが
正値であるとき（第３図ａ）、負値であるとき
（第３図ｂ）のいずれにおいても、近距離領域Ｂ
２，Ｂ３および遠距離領域Ｃ２，Ｃ３でフオーカ
スセンサ特性は有限の値を持つ平坦な特性とな
る。このうち、オフセツトによつてフオーカスエ
ラー信号の０レベルを越して、隣接する電圧ピー
クの符号とは反対の電圧符号領域に入り込んだ部
分Ｃ２，Ｂ３では、フオーカスエラー信号として
アクチユエータ５５を合焦点方向とは逆の方向へ
駆動する電圧を発生し、合焦点でないところへフ
オーカスサーボ系を誤り引込ませる。また、オフ
セツトによつて隣接電圧ピークと同符号の電圧領
域で電圧が増大させられた領Ｂ２，Ｃ３では、ア
クチユエータ５５を合焦点方向へ駆動するための
電圧が長時間にわたり印加されるためアクチユエ
ータ５５の移動速度が過剰となつて、合焦点通過
後逆符号のフオーカスエラー信号で制御すること
が困難となり、合焦点に関して反対側の領Ｂ３，
Ｃ２までアクチユエータ５５が移動し、フオーカ
スサーボの誤り引込みを起こすという欠点があつ
た。

本発明はこのような欠点を除去するためになさ
れたもので、フオーカスエラー信号がデイスク−
レンズ間距離の限られた領域内でのみ有限値とし
て得られるようなフオーカスセンサ特性を持つた
光ピツクアツプを用いた場合や、最適合焦点にす
るためにフオーカスセンサ特性上にフオーカスを
持つ場合のフオーカスサーボ系においても、広範
囲かつ確実にフオーカス引込み可能なフオーカス
サーボ装置を提供することを目的とする。

この発明に係るフオーカスサーボ装置は、光
源、光学的に読取り可能な情報を含む記録トラツ
クが形成された記録媒体、記録媒体上に光源から
の光を集光させるレンズ、およびレンズを光軸方
向に移動させるアクチエータを備える。また、そ
のフオーカスサーボ装置は、誤差信号発生手段、
開始信号発生手段、アクチユエータ駆動手段、誤
差信号付与手段、オフセツト切換手段、および利
得補償手段を備える。誤差信号発生手段は、レン
ズの合焦点位置からのずれを検出し、そのずれに
対応する誤差信号を発生する。開始信号発生手段
は、所定の開始信号を発生する。アクチユエータ
駆動手段は、誤差信号に応答してレンズが合焦点
位置にくるようにそのレンズを移動させる。誤差
信号付与手段は、開始信号に応答して誤差信号を
アクチユエータ駆動手段に付与する。オフセツト
切換手段は、レンズが合焦点位置にくるまでの
間、アクチユエータ駆動手段に付与される誤差信
号に含まれるオフセツト電圧をキヤンセルし、レ
ンズが合焦点位置にきた後、オフセツト電圧のキ
ヤンセルを解除する。利得補償手段は、アクチユ
エータ駆動手段に付与される誤差信号の利得を補
償する。

利得補償手段は、レンズが合焦点位置にくるま
での間、誤差信号の利得を所定の値よりも低く
し、レンズが合焦点位置にきた後、誤差信号の利
得を所定の値に戻してもよい。

また、利得補償手段は、誤差信号の利得補償を
サーボ帯域の低周波領域でのみ行なつてもよい。

この発明に係るフオーカスサーボ装置による
と、誤差信号に含まれるオフセツト電圧がフオー
カス引込み動作時にキヤンセルされるので、フオ
ーカス引込みを広範囲にかつ確に行なうことがで
きる。また、合焦点状態への引込み後、オフセツ
ト電圧が元の状態に戻されるので、最良な再生信
号が得られる。

また、ON／OFF信号発生手段の出力に応答し
て変位検出手段の出力値を変化させる出力値変化
手段を設けることにより、フオーカスセンサ特性
上にオフセツトを持つ場合のフオーカスサーボ系
においても、フオーカス引込みを広範囲かつ確実
に行なおうとするものである。

次に図面に基づいて本発明の実施例を説明す
る。

第４図は本発明の一実施例であるフオーカスサ
ーボ装置の構成の概略を示したものである。

第４図において、本装置は利得位相補償回路
１、フオーカスサーボスイツチ２およびアクチユ
エータ駆動回路３のほかに、オフセツト切換装置
４、フオーカス引込回路５、フオーカス引込信号
スイツチ１１およびフオーカス引込開始信号発生
器Ｓを具備している。フオーカスセンサ５７の出
力を処理して得られ、デイスク−レンズ間距離に
応じた値を持つフオーカスエラー信号αは、フオ
ーカスエラー信号αのオフセツト分を取り除くた
めのフオーカス切換装置４を通り、利得位相補償
回路１による補償を受けた後フオーカスサーボス
イツチ２に入力される。一方、フオーカス引込み
動作を開始させるための信号（フオーカス引込開
始信号γ）は、ON／OFF信号発生手段としての
フオーカス引込開始信号発生器Ｓで発生する。こ
れは情報読取開始スイツチ（図示せず）がON状
態となると、これに応答してステツプ信号を発生
するものである。フオーカス引込開始信号γはシ
ーケンス回路６に入力され、シーケンス回路はフ
オーカス引込信号γに応答して、以下に示す時間
的順序に従つて、ON／OFF制御信号７によつて
オフセツト切換装置４を；ON／OFF制御信号８
によつてフオーカスサーボスイツチ２を；ON／
OFF制御信号１０によつてフオーカス引込回路
５を；ON／OFF制御信号９によつてフオーカス
引込信号スイツチ１１を；それぞれ制御する。フ
オーカス引込み時にアクチユエータ５５を移動さ
せる信号を発生する、移動信号発生手段としての
フオーカス引込回路５の出力はフオーカス引込信
号スイツチ１１を通つた後、フオーカスサーボス
イツチ２の出力と重畳され、アクチユエータ駆動
回路３に入力される。アクチユエータ駆動回路３
の出力βにより集光レンズのアクチユエータ５５
が駆動される。

第７図に第４図の実施例の具体的な回路構成を
示す。上記のように、最良の再生信号を得るため
にフオーカスセンサ特性にオフセツトを要する場
合があるが、この実施例では、フオーカスサーボ
系のオフセツト調整機能をオフセツト切換装置４
の中に持たせており、これによりフオーカスサー
ボ系のオフセツトを調整することができる。

第７図において、オフセツト切換装置４でオフ
セツトエラー信号αにオフセツトが加算され、直
流的にオフセツトが加えられる。すると、第２図
に示す波形であつたフオーカスエラー信号は、オ
フセツトを加えられて第３図ａまたはｂに示すよ
うな波形になる。

オフセツト切換装置４内のオフセツト切換スイ
ツチ１２は、通常はクローズ（接続）状態になつ
ており、信号を再生している最中はクローズ（接
続）状態のまま使用される。

第５図は第４図の実施例に対するタイムチヤー
トである。それぞれのタイムステツプにおける動
作を順次説明する。

(イ) 期間ａ 情報読取装置が起動する前はフオーカス引込開
始信号γがOFFであり、フオーカスサーボスイ
ツチ２、フオーカス引込スイツチ１１もともに
OFFであり、フオーカスサーボ系は停止状態と
なつている。

(ロ) 期間ｂ 情報読取開始スイツチがONとなるとフオーカ
ス引込開始信号γが発生してON状態になり、フ
オーカス引込信号スイツチ１１に対する制御信号
９によりフオーカス引込信号スイツチ１１がON
になる。同時に、フオーカス制御信号１０に応答
して、フオーカス引込回路５からは集光レンズ５
４のアクチユエータ５５をデイスクから遠ざける
方向または近づける方向へ駆動する信号が出力さ
れ、アクチユエータ駆動回路３に送られる。この
際、アクチユエータ５５をデイスクに近づける方
向にするか遠ざける方向にするかは任意であり、
効果は同じであるため、以下デイスクを近づける
方向に移動させた場合についてのみ説明する。ア
クチユエータ駆動回路３の出力によつて、集光レ
ンズ５４のアクチユエータ５５はデイスク方向に
近づきフオーカスセンサ特性として第２図Ｂ１、
第３図Ｂ２，Ｂ３の領域に入る。フオーカスセン
サ特性に第３図ａ，ｂのようなオフセツト分が加
わつている場合にはフオーカスサーボ系のオフセ
ツト分をキヤンセルするようオフセツト切換装置
４を設定しておく。これにより、第３図ａ，ｂの
ようなフオーカスセンサ特性を持つたフオーカス
サーボ系も第２図のフオーカスセンサ特性を持つ
たフオーカスサーボ系と等価になる。

(ハ) 期間ｃ アクチユエータ５５が第２図Ｂ１、第３図Ｂ
２，Ｂ３領域に入つた後、シーケンス回路６から
の制御信号８によつてフオーカスサーボスイツチ
２をONにする。フオーカスサーボスイツチ２は
制御信号８のパルスの立下がりに同期してONし
ている。また同時に、制御信号１０によつて、フ
オーカス引込回路５の出力をアクチユエータ５５
がデイスクに近付く方向から遠ざかる方向へ反転
移動させるように変化させる。この際、フオーカ
ス引込回路５の出力が過大であることに起因し
て、アクチユエータ５５の駆動速度が過剰にな
り、合焦点を通り越して制御不能とならぬよう、
この変化を緩かに行なう出力を生じさせるものと
する。この実施例では、フオーカス引込回路５の
出力信号はシーケンス回路６からのパルス信号を
積分することによつて得ている。アクチユエータ
駆動回路３の出力には、光学的引込回路５の出力
と利得位相補償回路１の出力の和が現われる。フ
オーカスセンサ特性が第２図の形を持つておりア
クチユエータ５５が第２図Ｂ１の領域に属してい
る間は利得位相補償回路１の出力は０に等しく、
アクチユエータ駆動回路１の出力にはフオーカス
引込回路５の出力がそのまま出る（第６図ａ）。

フオーカスセンサ特性がオフセツトを持つてい
る場合（第３図ａ，ｂ）において、オフセツト切
換装置４が存在しない場合には、第３図ａのＢ２
領域、第３図ｂのＢ３領域のオフセツトがアクチ
ユエータ駆動回路３の出力に重畳され、アクチユ
エータ駆動回路３の出力はｃの期間において一様
に減少（第６図ｂ）または増加（第６図ｃ）す
る。この減少が生じた場合（第６図ｂ）にはアク
チユエータ５５は高速にてデイスクに近づく方向
から遠ざかる方向へ移動し、合焦点を通過し、合
焦点へフオーカスサーボ系を引込むことはできな
い。また増加が生じた場合（第６図ｃ）には、ア
クチユエータ５５をデイスクに近づく方向から遠
ざかる方向に充分に移動させることができず、ア
クチユエータ５５を合焦点まで駆動できないこと
がある。したがつてオフセツト切換装置４が必要
になるものであり、期間ｃにおいてオフセツトを
キヤンセルすることにより第３図ａ，ｂのフオー
カスセンサ特性を有する場合でも、第２図のフオ
ーカスセンサ特性を持つ場合と同様の動作を行な
わせることができる。

これらの動作によつてアクチユエータ５５がＢ
１，Ｂ２，Ｂ３領域からＡ１，Ａ２，Ａ３領域に
移動するにつれ、Ａ１，Ａ２，Ａ３領域における
フオーカスエラー信号αがアクチユエータ駆動回
路３の出力βに重畳されてゆき、フオーカスサー
ボ系は合焦点近傍に引込まれることになる。

また、第７図において、もし仮に、オフセツト
切換装置４内にオフセツト切換スイツチ１２がな
かつたならば、オフセツト電圧が加算されたフオ
ーカスエラー信号が第７図の利得位相補償回路１
を通過して電圧増幅され、アクチユエータ駆動回
路３に送られる。このとき、フオーカス引込回路
５により発生している出力信号に、オフセツトを
持つたフオーカスエラー信号が加算されることに
なる。したがつて、フオーカスサーチの期間ｃの
間、フオーカスサーボループを閉じているため、
アクチユエータ駆動回路３の出力βには、オフセ
ツト電圧が加えられたフオーカスエラー信号が、
そのまま出力されることになる。

一方、この実施例のように、オフセツト切換装
置４にオフセツト切換スイツチ１２があると、フ
オーカスサーチの期間ｃの間は、フオーカスサー
ボループにオフセツト電圧が加わらないようにオ
フセツト切換スイツチ１２がオープン（非接続）
にされる。このため、オフセツト調整によりフオ
ーカスサーボループにオフセツトが存在するよう
な場合でも、フオーカスセンサ特性は、フオーカ
スサーチの期間ｃの間には、あたかもフオーカス
サーボループにオフセツトが存在しないような波
形になる。つまり、従来の装置ではフオーカスエ
ラー信号が第３図ａ，ｂに示すような波形になる
場合も、この実施例では、第６図ｃ，ｂに示すよ
うに出力信号にオフセツト電圧が重畳することは
なく、出力波形は第６図ａに示すようになる。

(ニ) 期間ｄ 期間ｃの動作によつてフオーカス引込み完了
後、フオーカスサーボ系のオフセツトを最良点に
するため、フオーカス引込回路スイツチ１１を
OFFとし、オフセツト切換装置４内のオフセツ
ト切換スイツチ１２を制御信号７により接続状態
にし、オフセツト切換装置４をフオーカスサーボ
系のオフセツトが最良になるように調整する。制
御信号７の切換えはフオーカス引込開始信号γま
たは制御信号８より一定時間後に行なつている。
以上でフオーカス引込み動作を完了する。

上記実施例ではフオーカス引込み時のフオーカ
スサーボ系のオフセツトをキヤンセルするために
オフセツト切換装置４を使用したが、オフセツト
調整に際して調整誤差や粗調にも充分な効果を得
るために、オフセツト切換装置４と併用してフオ
ーカスサーボ系の利得を切換えることも有効であ
る。すなわち、オフセツト切換装置４を制御して
いる制御信号７を利用して、利得位相補償回路１
に制御信号７′を入力し、第５図において制御信
号７がＨ状態（オフセツト・キヤンセル状態）の
ときフオーカスサーボ系の全帯域の利得を適正な
利得より下げ、制御信号７がＬ状態（オフセツ
ト・キヤンセル解除状態）のときに適正な利得と
なるように第７図に示すスイツチ１３を切換え
る。すると、フオーカス引込み時にフオーカスサ
ーボ系のオフセツトの値を小さくし、オフセツト
調整誤差や粗調に耐えるフオーカス引込装置を得
ることができる。

また本フオーカスサーボ装置ではＢ２，Ｂ３領
域にアクチユエータ５５が滞在している時間が長
く、かつＢ２，Ｂ３領域におけるフオーカスエラ
ー信号のレベルはほぼ一定値をとるため、フオー
カスサーボ系の低域の利得が高いほどフオーカス
サーボ系のオフセツトはフオーカス引込み時に影
響を与えることになる。そこでオフセツト切換装
置４の制御信号７が第５図のＨ状態にありフオー
カス引込みが行なわれる時期にフオーカスサーボ
系の低域の利得のみ下げ、フオーカス引込みが終
了して制御信号７が第５図のＬ状態となつたとき
にフオーカスサーボ系の利得を元に戻すよう構成
することによつて、さらにオフセツト調整誤差や
粗調に対しても対処できるフオーカス引込装置を
実現できる。低域利得補償が行なわれているフオ
ーカスサーボ系の場合はフオーカス引込み時には
低域利得補償を取り除きフオーカス引込み後に低
域利得補償を行なうように構成しても同様な効果
が得られる。

さらにフオーカス引込開始信号γの発生に関し
ては、情報読取装置の起動時に限らず読取り中に
おいても、デイスク−レンズ間距離がＡ１，Ａ
２，Ａ３の範囲外になつたとき、これを検知しス
テツプ信号を発生させるよう構成することができ
る。この検知・制御はたとえばマイコンを組込む
ことにより行なわれる。

以上のように本発明は、光学式情報読出装置に
おけるフオーカス引込みに関し、フオーカスエラ
ー信号がデイスク−レンズ間距離の限られた領域
内においてのみ有限値として得られるようなフオ
ーカスセンサ特性を持つた場合、および最適合焦
点にするためにフオーカスセンサ特性上にオフセ
ツトを持つ場合のフオーカスサーボ系において
も、広範囲かつ確実にフオーカス引込み可能なフ
オーカスサーボ装置を与えるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のフオーカスサーボ装置の構成の
例を示すブロツク図である。第２図はフオーカス
センサ特性の例を示す図である。第３図ａは正の
オフセツト分を持つたフオーカスセンサ特性を、
第３図ｂは負のオフセツト分を持つたフオーカス
センサ特性の例をそれぞれ示す図である。第４図
は本発明の実施例の構成の概略を示すブロツク図
である。第５図は本発明の実施例における各部の
波形を示すタイムチヤートである。第６図はフオ
ーカスセンサ特性上のオフセツトのアクチユエー
タ駆動回路３の出力に対する影響を示す図であ
る。第７図は第４図の実施例の具体的な回路構成
を示す回路図である。 図において１は利得位相補償回路を、２はフオ
ーカスサーボスイツチを、３はアクチユエータ駆
動回路を、４はオフセツト切換装置を、５はフオ
ーカス引込装置を、６はシーケンス回路を、７は
オフセツト切換装置の制御信号を、７′は利得位
相補償回路の制御信号を、８はフオーカスサーボ
装置の制御信号を、９はフオーカス引込信号スイ
ツチの制御信号を、１０はフオーカス引込回路の
制御信号を、１１はフオーカス引込信号スイツチ
を、αはフオーカスエラー信号を、βはアクチユ
エータ駆動回路の出力を、γはフオーカス引込開
始信号を、Ｆは合焦点を、Ｓはフオーカス引込開
始信号発生器を、５１は光源を、５２はハーフミ
ラーを、５３はデイスクを、５４は集光レンズ
を、５５はアクチユエータを、５６はシリンダレ
ンズを、５７はフオーカスセンサを、５８はフオ
ーカス信号処理回路を、それぞれ示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 光源、 光学的に読取り可能な情報を含む記録トラツク
   が形成された記録媒体、 前記記録媒体上に前記光源からの光を集光させ
   るレンズ、 前記レンズを光軸方向に移動させるアクチユエ
   ータ、 前記レンズの合焦点位置からのずれを検出し、
   前記ずれに対応する誤差信号を発生する誤差信号
   発生手段、 所定の開始信号を発生する開始信号発生手段、 前記誤差信号に応答して前記レンズが前記合焦
   点位置にくるように前記レンズを移動させるため
   のアクチユエータ駆動手段、 前記開始信号に応答して前記誤差信号を前記ア
   クチユエータ駆動手段に付与する誤差信号付与手
   段、 前記レンズが前記合焦点位置にくるまでの間、
   前記アクチユエータ駆動手段に付与される前記誤
   差信号に含まれるオフセツト電圧をキヤンセル
   し、前記レンズが前記合焦点位置にきた後、前記
   オフセツト電圧のキヤンセルを解除するオフセツ
   ト切換手段、および 前記アクチユエータ駆動手段に付与される前記
   誤差信号の利得を補償する利得補償手段を備え
   た、フオーカスサーボ装置。 ２ 前記利得補償手段は、前記レンズが前記合焦
   点位置にくるまでの間、前記誤差信号の利得を所
   定の値よりも低くし、前記レンズが前記合焦点位
   置にきた後、前記誤差信号の利得を前記所定の値
   に戻す、特許請求の範囲第１項記載のフオーカス
   サーボ装置。 ３ 前記利得補償手段は、前記誤差信号の利得補
   償をサーボ帯域の低周波領域でのみ行なう、特許
   請求の範囲第２項記載のフオーカスサーボ装置。