JPH04307429A - フォーカス制御装置 - Google Patents

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、データファイルシステ
ムや画像ファイルシステム等に用いられる光学式記録再
生装置のフォーカス制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のフォーカス制御装置について、図
８を参照しながら説明する。情報の記録再生媒体である
光ディスク３１には情報記録再生トラック３２が形成さ
れている。レーザダイオード３３から出た光ビーム３４
はコリメータレンズ３５で平行光に変換され、ハーフミ
ラー３６を通り抜け対物レンズ３７を通ることにより微
少な光スポット３８に収束されて光ディスク３１に照射
される。

【０００３】光ディスク３１からの反射光は対物レンズ
３７を通りハーフミラー３６で一部反射して直角に曲が
りハーフミラー３９で２つに分けられる。ハーフミラー
３９で反射した光はカップリングレンズ４０を通り抜け
フォトディテクタ４１に入射して再生信号検出器４２で
電気的な情報再生信号に変換される。ハーフミラー３９
を通り抜けた光はハーフミラー４４で２つに分けらる。 ハーフミラー４４で反射した一方の光はカップリングレ
ンズ４５を通りナイフエッジ４６で一部遮られ二分割フ
ォトディテクタ４７に入射して、差動増幅器４８で電気
的なフォーカス誤差信号が検出される。差動増幅器４９
はフォーカス誤差信号からオフセット発生器５０の出力
を減算する。フォーカスサーボ回路５１は差動増幅器４
９の出力に位相補償などの処理を施す。フォーカスサー
ボ回路５１の出力に従ってフォーカスアクチュエータ５
２で対物レンズ３７を光ディスク３１の記録媒体面と略
垂直な方向に動かすことにより光ビーム３４の焦点を光
ディスク３１の記録媒体面に合わせるフォーカス制御を
行う。

【０００４】上記オフセット発生器５０は、二分割フォ
トディテクタやナイフエッジ４６の位置ずれ等に起因し
て生じるフォーカス誤差信号のオフセットをキャンセル
し、最適な合焦点位置と、フォーカス制御による目標合
焦点位置とのずれを補正するためのものである。このず
れの補正は、作業者がオフセット発生器５０の出力を調
整して、再生信号検出器５２から出力される情報再生信
号のレベルが最大になるようにすることにより行われる
。

【０００５】ハーフミラー４４を通り抜けた他方の光は
カップリングレンズ５４を通り抜け二分割フォトディテ
クタ５５に入射して差動増幅器５６で電気的なトラッキ
ング誤差信号に変換される。トラッキングサーボ回路５
７はトラッキング誤差信号に位相補償などの処理を施す
。トラッキングサーボ回路５７の出力に基づいてトラッ
キングアクチュエータ５８で対物レンズ３７を情報記録
再生トラック３２と略直角な方向に動かして光スポット
３８を情報記録再生トラック３２に追従させるトラッキ
ングサーボを行う。

【０００６】光学ヘッド５９は、上記レーザダイオード
３３と、コリメータレンズ３５と、ハーフミラー３６と
、ハーフミラー３９と、カップリングレンズ４０と、フ
ォトディテクタ４１と、ハーフミラー４４と、カップリ
ングレンズ４５と、ナイフエッジ４６と、二分割フォト
ディテクタ４７と、カップリングレンズ５４と、二分割
フォトディテクタ５５とにより構成されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のフォーカス制御装置では、作業者が情報再生信号を
観測しながらオフセット発生器５０を調整する手間を要
するうえに、調整後に温度変化などで二分割フォトディ
テクタ４７やナイフエッジ４６の位置がずれるなどする
と、フォーカス誤差信号のオフセットが変化してフォー
カス制御の目標合焦点位置がずれてしまうという問題点
があった。

【０００８】本発明はかかる事情に鑑みて成されたもの
であり、フォーカスサーボの動作中などに目標合焦点位
置が自動的に最適合焦点位置に調整されるフォーカス制
御装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、光学式記録媒
体の記録面と光スポットとのずれであるフォーカス誤差
を検出してフォーカス誤差信号を出力するフォーカス誤
差信号出力手段と、前記フォーカス誤差信号とその平均
値との差信号を出力する第１の差信号出力手段と、前記
光学式記録媒体に記録されている情報に応じた情報再生
信号を検出する情報再生信号検出手段と、前記情報再生
信号のエンベロープとその平均値との差信号を出力する
第２の差信号出力手段と、前記第１の差信号出力手段の
出力と前記第２の差信号出力手段の出力との相関関係を
検出する相関関係検出手段と、前記フォーカス誤差信号
と前記相関関係検出手段の出力との差信号を出力する第
３の差信号出力手段とを備え、前記第３の差信号出力手
段の出力に基づいてフォーカス制御を行う構成としたこ
とを特徴としている。

【００１０】

【作用】フォーカス誤差信号出力手段は、光学式記録媒
体の記録面と光スポットとのずれであるフォーカス誤差
を検出してフォーカス誤差信号を出力する。第１の差信
号出力手段は、フォーカス誤差信号とその平均値との差
信号を出力する。情報再生信号検出手段は、光学式記録
媒体に記録されている情報に応じた情報再生信号を検出
する。第２の差信号出力手段は、情報再生信号のエンベ
ロープとその平均値との差信号を出力する。相関関係検
出手段は、第１の差信号出力手段の出力と第２の差信号
出力手段の出力との相関関係を検出する。第３の差信号
出力手段は、フォーカス誤差信号と相関関係検出手段の
出力との差信号を出力する。

【００１１】上記相関関係検出手段の出力は、目標合焦
点位置が最適合焦点位置、すなわち情報再生信号のエン
ベロープが極大になる位置からずれているときには、そ
のずれの方向に応じて正あるいは負になり、かつ絶対値
がずれ量に応じた大きさになる。また、目標合焦点位置
が最適合焦点位置に一致しているときには０になる。す
なわち、情報再生信号とフォーカス誤差信号との相関関
係が検出され、フォーカス誤差信号に加算されることに
より、目標合焦点位置を最適合焦点位置に一致させる補
正が自動的に行われる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて詳細に
説明する。（実施例１）図１は本発明の実施例１におけ
るフォーカス制御装置のブロック図で、光学式記録媒体
としての光ディスク１には情報記録再生トラック２が形
成されている。情報記録再生トラック２には光スポット
３が照射され、光スポット３は対物レンズ４により光ビ
ーム５が絞られることにより形成される。フォーカス制
御装置は、光学ヘッド６と、フォーカス誤差信号出力手
段の一例としての差動増幅器７と、フォーカスサーボ回
路８と、フォーカスアクチュエータ９と、情報再生信号
検出手段の一例としての再生信号検出器１０と、第１の
差信号出力手段を構成する、入力信号の所定の時間の平
均値を求める平均値検出器１１、および差動増幅器１２
と、第２の差信号出力手段を構成する、エンベロープ検
出器１３、入力信号の所定の時間の平均値を求める平均
値検出器１４、および差動増幅器１５と、相関関係検出
手段を構成する、乗算器１６、および積分器１７と、第
３の差信号出力手段の一例としての差動増幅器１８とに
より構成されている。なお光ディスク１と情報記録再生
トラック２と光スポット３と対物レンズ４と光ビーム５
と光学ヘッド６と差動増幅器７とフォーカスサーボ回路
８とフォーカスアクチュエータ９と再生信号検出器１０
とは、図８の光ディスク３１と情報記録再生トラック３
２と光スポット３８と対物レンズ３７と光ビーム３４と
光学ヘッド５９と差動増幅器４８とフォーカスサーボ回
路５１とフォーカスアクチュエータ５２と再生信号検出
器４２とに対応しており同様の構成である。

【００１３】次に動作を説明する。光学ヘッド６の二分
割フォトディテクタ４７（図８）からの信号は差動増幅
器７に供給され、差動増幅器７からフォーカス誤差信号
が出力される。差動増幅器７からのフォーカス誤差信号
は平均値検出器１１に供給され、平均値検出器１１から
フォーカス誤差信号の平均値に応じた信号が出力される
。差動増幅器７の出力と平均値検出器１１の出力とは差
動増幅器１２に供給され、差動増幅器１２からフォーカ
ス誤差信号とその平均値との差に応じた信号が出力され
る。

【００１４】一方、光学ヘッド６のフォトディテクタ４
１（図８）からの信号は再生信号検出器１０に供給され
、再生信号検出器１０から情報再生信号が出力される。 再生信号検出器１０からの情報再生信号はエンベロープ
検出器１３に供給され、エンベロープ検出器１３から情
報再生信号のエンベロープすなわち再生信号レベルに応
じた信号が出力される。

【００１５】エンベロープ検出器１３からの再生信号レ
ベルは平均値検出器１４に供給され、平均値検出器１４
から再生信号レベルの平均値に応じた信号が出力される
。エンベロープ検出器１３の出力と平均値検出器１４の
出力とは差動増幅器１５に供給され、差動増幅器１５か
ら再生信号レベルとその平均値との差に応じた信号が出
力される。

【００１６】差動増幅器１２の出力と差動増幅器１５の
出力とは乗算器１６に供給されて乗算され、乗算器１６
の出力は積分器１７に供給されて積分される。差動増幅
器７の出力と積分器１７の出力とは差動増幅器１８に供
給され、差信号がフォーカスサーボ回路８に供給される
。これによりフォーカスサーボ回路８は、差動増幅器１
８からの信号に基づいてフォーカスアクチュエータ９を
制御し、フォーカスアクチュエータ９により対物レンズ
４が駆動される。

【００１７】図２はフォーカス制御の目標合焦点位置Ａ
が最適合焦点位置Ｂに一致しているときのフォーカス誤
差信号と情報再生信号レベルとの関係を示す信号波形図
で、このように目標合焦点位置Ａを中心とするサーボの
残留誤差がＣの幅でフォーカスサーボが行われて情報信
号が再生されるときには、差動増幅器７の出力であるフ
ォーカス誤差信号と平均値検出器１１の出力であるフォ
ーカス誤差信号の平均値との差信号である差動増幅器１
２の出力は目標合焦点位置Ａに対して点対称形になり、
またエンベロープ検出器１３の出力である再生信号レベ
ルと平均値検出器１４の出力である再生信号レベルの平
均値との差信号である差動増幅器１５の出力は目標合焦
点位置Ａに対して線対称形になるため、乗算器１６の出
力もまた目標合焦点位置Ａに対して点対称形になり、そ
の平均値は０になる。従って積分器１７の出力は変化せ
ずに、目標合焦点位置Ａは最適合焦点位置Ｂに保持され
る。

【００１８】図３は目標合焦点位置Ａが最適合焦点位置
Ｂからずれたときのフォーカス誤差信号と情報最信号レ
ベルとの関係を示す信号波形図で、このように目標合焦
点位置Ａが正方向にずれ、目標合焦点位置Ａを中心とす
るサーボの残留誤差がＣの幅でフォーカスサーボが行わ
れているときには、Ｃの幅の内でフォーカス誤差信号と
情報再生信号レベルとの特性は傾きが逆になり、乗算器
１６の出力の平均は負になる。すなわち積分器１７の出
力は負方向に変化し、差動増幅器１８でフォーカス誤差
信号から負の方向に変化したオフセットが減算され、目
標合焦点位置Ａは負方向に移動して最適合焦点位置Ｂに
近づく。

【００１９】図４は目標合焦点位置Ａが最適合焦点位置
Ｂから図３の例と反対の方向にずれたときのフォーカス
誤差信号と情報再生信号レベルとの関係を示す信号波形
図で、このように目標合焦点位置Ａが負方向にずれ、目
標合焦点位置Ａを中心とするサーボの残留誤差がＣの幅
でフォーカスサーボが行われているときには、Ｃの幅の
内でフォーカス誤差信号と情報再生信号レベルとの特性
は傾きが同方向になり、乗算器１６の出力の平均は正に
なる。すなわち積分器１７の出力は正方向に変化し、差
動増幅器１８でフォーカス誤差信号から正の方向に変化
したオフセットが減算され、目標合焦点位置Ａは正方向
に移動して最適合焦点位置Ｂに近づく。

【００２０】以上の動作により、自動的に目標合焦点位
置Ａを最適合焦点位置Ｂに近づけ、最適合焦点位置Ｂに
保持するフォーカスサーボを行うことができる。なお、
積分器１７の出力レベルを保持するホールド回路を設け
、光ディスク１の情報信号が記録されていない部分に光
スポット３が照射されたときには、その直前の積分器１
７の出力レベルを保持させて目標合焦点位置が乱れない
ようにしてもよい。 （実施例２）図５は本発明の実施例２におけるフォーカ
ス制御装置のブロック図で、この実施例では一定周波数
部検出手段および制御手段としてのコントローラ２０が
設けられている。コントローラ２０は、再生信号検出器
１０からの情報再生信号を入力として、情報再生信号の
周波数がほぼ一定の部分、例えば連続サーボ方式の光デ
ィスク１におけるＩＤ部内のＶＦＯ部等を検出して、平
均値検出器１１，１４に平均演算の指示を与えると共に
、積分器１７に積分演算の指示を与える。その他の構成
は実施例１と同様である。

【００２１】この実施例はＶＦＯ部等を利用してフォー
カス位置を調整するもので、コントローラ２０がＶＦＯ
部等を検出すると、コントローラ２０は、平均値検出器
１１，１４に平均値演算を行わせると共に、積分器１７
に積分演算を行わせ、フォーカス位置の調整が実行され
る。コントローラ２０がＶＦＯ部等を検出していないと
きには、平均値検出器１１，１４による平均値演算と積
分器１７による積分演算が行われず平均値検出器１１，
１４および積分器１７の出力はＶＦＯ部等を検出してい
たときの値が保持される。

【００２２】このように、ＶＦＯ部等の部分だけで目標
合焦点位置の調整を行うようにすれば、再生信号の周波
数が一定であるため安定した調整を行うことができる。 なお、連続サーボ方式の場合に限らず、サンプルサーボ
方式の場合などでも、情報再生信号の周波数がほぼ一定
の部分が存在していれば本実施例の制御を実施できるこ
とは勿論である。

【００２３】また積分器１７の出力を保持するに際して
、積分器１７の出力を別のホールド回路で保持し、これ
を差動増幅器１８に供給してもよい。 （実施例３）図６は本発明の実施例３におけるフォーカ
ス制御装置のブロック図で、この実施例では信号発生手
段としての信号発生器２１と加算増幅器２２とが設けら
れている。信号発生器２１は、フォーカスサーボループ
に加える正弦波信号や方形波信号等の外乱信号を発生す
る。加算増幅器２２は、信号発生器２１の出力をフォー
カスサーボループに加える。その他の構成は実施例１と
同様である。

【００２４】このように構成することによって、図２に
おいて目標合焦点位置Ａを中心にＣの幅でフォーカスサ
ーボが行われている場合、信号発生器２１からの信号が
サーボループに加えられると、サーボ位置はＣの幅より
も大きく変化する。これによりフォーカス誤差信号と情
報再生信号レベルとが大きく変化し、フォーカス位置を
精度良く検出できる。

【００２５】なお上記制御は、外乱信号の振幅を情報信
号の再生が阻害されない程度に設定する場合には、情報
信号を再生しながら常に行うようにしてもよいし、また
、外乱信号の振幅を大きく設定するとともに、定期的に
、または光ディスク１の交換時や電源のオン時、情報再
生エラーの多発時などに、情報信号の再生に先立って行
うようにしてもよい。 （実施例４）図７は本発明の実施例４におけるフォーカ
ス制御装置のブロック図で、この実施例では可変増幅手
段としての可変増幅器２３と制御手段としてのコントロ
ーラ２４とが設けられている。可変増幅器２３は、コン
トローラ２４の指示により増幅率を変化させる。コント
ローラ２４は、フォーカスサーボ回路８に所定の外乱信
号を与えるとともに、差動増幅器７の出力およびエンベ
ロープ検出器１３の出力のレベルを検出して可変増幅器
２３に指示を与える。その他の構成は実施例１と同様で
ある。

【００２６】この実施例は、フォーカス誤差信号および
情報再生信号のエンベロープの検出感度のばらつきを補
償して、サーボループのゲインを所定の値に設定する方
式を付加することにより、適正な、サーボ制御の応答性
および安定性が得られるようにしたもので、先ずコント
ローラ２４は、フォーカスサーボ回路８を介しフォーカ
スアクチュエータ９を制御して対物レンズ４をフォーカ
ス方向に所定の範囲で移動させ、差動増幅器７からのフ
ォーカス誤差信号の振幅とエンベロープ検出器１３から
の情報再生信号のエンベロープの最大値とを検出する。 そしてコントローラ２４は、上記振幅および最大値に応
じて、可変増幅器２３の増幅レベルを演算し、設定する
。より具体的には、フォーカス誤差信号や情報再生信号
のエンベロープの検出感度が低ければ、増幅率を大きく
する一方、検出感度が高ければ、増幅率を小さくする。

【００２７】これにより光ディスク１や光学ヘッド６等
のばらつきによって発生する、フォーカス誤差信号と情
報再生信号のエンベロープとの検出感度のばらつきに係
わらず、フォーカス位置調整ゲインを一定にすることが
でき、応答性および安定性が向上する。なお上記制御は
、外乱信号の振幅を情報信号の再生が阻害されない程度
に設定する場合には、情報信号を再生しながら常に行う
ようにしてもよいし、また、外乱信号の振幅を大きく設
定するとともに、定期的に、または光ディスク１の交換
時や電源のオン時、情報再生エラーの多発時などに、情
報信号の再生に先立って行うようにしてもよい。

【００２８】またコントローラ２４に差動増幅器７およ
びエンベロープ検出器１３の出力を直接入力するものに
限らず、平均値検出器１２，１５の出力レベルを０にし
た状態での乗算器１６の出力を入力するようにしたもの
などでもよい。この場合には、検出精度は多少低下する
が、コントローラ２４の入力部の構成を簡素化すること
ができる。

【００２９】また、可変増幅器２３は、積分器１７より
も前に設けるなどしてもよい。また上記各実施例におけ
る各回路はアナログ回路により実現してもよいし、ディ
ジタル回路により実現してもよい。更に、各回路をディ
ジタル回路で構成する場合、ディスクリート回路で構成
してもよいし、ディジタルシグナルプロセッサやマイク
ロプロセッサなどを用いてもよい。

【００３０】また、平均値検出器１１，１４をアナログ
回路で構成する場合、直流成分だけを通過させるハイカ
ットフィルタにより構成してもよい。一方、平均値検出
器１１，１４をディジタル回路で構成する場合、ハイカ
ットフィルタをディジタル回路で構成してもよいし、あ
るいは逐次、移動平均を算出したり、所定の時間ごとの
信号レベルを記憶しておいてこれより定期的に平均値を
求める処理を行って平均値を算出してもよい。

【００３１】また平均値検出器１１および差動増幅器１
２に代えて、フォーカス誤差信号の変動成分を通過させ
るハイパスフィルタを用いてもよい。また、平均値検出
器１４および差動増幅器１５またはエンベロープ検出器
１３、平均値検出器１４および差動増幅器１５に代えて
、エンベロープ信号の変動成分を通過させるハイパスフ
ィルタまたはバンドパスフィルタを用いてもよい。

【００３２】また高周波領域でのノイズを除去するため
に、差動増幅器１２および差動増幅器１５の出力端に各
々ハイカットフィルタを挿入してもよい。また上記各実
施例における積分器１７は、コンデンサの充放電を利用
したものなど、各種の電気的な擬似的積分手段を用いる
ことができる。また、上記実施例２ないし実施例４の各
特徴的構成を任意に組み合わせて兼ね備えるようにして
もよい。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、光
学式記録媒体の記録面と光スポットとのずれであるフォ
ーカス誤差を検出してフォーカス誤差信号を出力するフ
ォーカス誤差信号出力手段と、前記フォーカス誤差信号
とその平均値との差信号を出力する第１の差信号出力手
段と、前記光学式記録媒体に記録されている情報に応じ
た情報再生信号を検出する情報再生信号検出手段と、前
記情報再生信号のエンベロープとその平均値との差信号
を出力する第２の差信号出力手段と、前記第１の差信号
出力手段の出力と前記第２の差信号出力手段の出力との
相関関係を検出する相関関係検出手段と、前記フォーカ
ス誤差信号と前記相関関係検出手段の出力との差信号を
出力する第３の差信号出力手段とを備え、前記第３の差
信号出力手段の出力に基づいてフォーカス制御を行う構
成としたので、フォーカスサーボループにオフセットが
生じた場合にも自動的にオフセットの補正を行い、正し
いフォーカス位置へのフォーカスサーボを行うことがで
きるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１におけるフォーカス制御装置
のブロック図である。

【図２】目標合焦点位置が最適合焦点位置に一致してい
るときのフォーカス誤差信号と情報再生信号レベルとの
関係を示す信号波形図である。

【図３】目標合焦点位置が最適合焦点位置から正方向に
ずれたときのフォーカス誤差信号と情報再生信号レベル
との関係を示す信号波形図である。

【図４】目標合焦点位置が合焦点位置から負方向にずれ
たときのフォーカス誤差信号と情報再生信号レベルとの
関係を示す信号波形図である。

【図５】本発明の実施例２におけるフォーカス制御装置
のブロック図である。

【図６】本発明の実施例３におけるフォーカス制御装置
のブロック図である。

【図７】本発明の実施例４におけるフォーカス制御装置
のブロック図である。

【図８】従来のフォーカス制御装置のブロック図である
。

【符号の説明】

１　　　　光ディスク ３　　　　光スポット ７　　　　差動増幅器 １２　　　　差動増幅器 １３　　　　エンベロープ検出器 １５　　　　差動増幅器 １６　　　　乗算器 １７　　　　積分器 １８　　　　差動増幅器 ２０　　　　コントローラ ２１　　　　信号発生器 ２３　　　　可変増幅器 ２４　　　　コントローラ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　光学式記録媒体の記録面と光スポット
   とのずれであるフォーカス誤差を検出してフォーカス誤
   差信号を出力するフォーカス誤差信号出力手段と、前記
   フォーカス誤差信号とその平均値との差信号を出力する
   第１の差信号出力手段と、前記光学式記録媒体に記録さ
   れている情報に応じた情報再生信号を検出する情報再生
   信号検出手段と、前記情報再生信号のエンベロープとそ
   の平均値との差信号を出力する第２の差信号出力手段と
   、前記第１の差信号出力手段の出力と前記第２の差信号
   出力手段の出力との相関関係を検出する相関関係検出手
   段と、前記フォーカス誤差信号と前記相関関係検出手段
   の出力との差信号を出力する第３の差信号出力手段とを
   備え、前記第３の差信号出力手段の出力に基づいてフォ
   ーカス制御を行う構成としたことを特徴とするフォーカ
   ス制御装置。
2. 【請求項２】　　光学式記録媒体からほぼ一定の周波数
   の信号が記録されている部分を検出する一定周波数部検
   出手段と、この一定周波数部検出手段の出力を入力とし
   て第１および第２の差信号出力手段に平均値を求める処
   理の開始と停止とを指示すると共に相関関係検出手段に
   相関関係検出処理の開始と停止とを指示する制御手段と
   を備え、一定の周波数の信号が記録されている部分を検
   出したときには、平均値を求める処理と相関関係検出処
   理とを行い、それ以外のときには、平均値を求める処理
   と相関関係検出処理とを中断して一定の周波数の信号が
   記録されている部分を検出したときの値を保持する構成
   としたことを特徴とする請求項１に記載のフォーカス制
   御装置。
3. 【請求項３】　　所定の外乱信号を発生する信号発生手
   段を備え、フォーカスサーボループに前記信号発生手段
   の出力を加えた状態でフォーカスサーボを行う構成とし
   たことを特徴とする請求項１に記載のフォーカス制御装
   置。
4. 【請求項４】　　相関関係検出手段の出力レベルを変化
   させる利得可変増幅手段と前記フォーカス誤差信号及び
   情報再生信号のエンベロープの検出感度に応じて前記利
   得可変増幅手段に指示を与える制御手段とを備え、サー
   ボループのゲインを所定のレベルに補正する構成とした
   ことを特徴とする請求項１に記載のフォーカス制御装置
   。