JPS5827888B2 - 光ビ−ムのフオ−カスサ−ボ方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は光ビームのフォーカスサーボ方式に係り、読取
レンズとディスクとが光ビームフォーカス検出系の検出
範囲を越えるような相対位置関係にある場合にサーボが
閉じられた時、再生信号のレベルにより制御信号を形成
して上記読取レンズが引込まれている方向とは逆方向の
力を読取レンズに与えることにより、検出系が高感度で
あるが検出範囲が限られているフォーカスサーボ系にお
いてもフォーカスサーボ系全体で高感度で検出でき、広
範囲で確実な正規の位置への引込を行ない得る光ビーム
のフォーカスサーボ方式を提供することを目的とする。

第１図Ａは従来の光ビームのフォーカスサーボ方式の光
学系の１例の概略図を示す。

同図Ａ中、１は少なくとも映像信号が凹凸ピット形式に
記録されたディスクで、その面上に照射される光ビーム
により既記緑信号が読取り再生される。

この信号再生時、ディスク１は第１図Ａ中左右方向に面
振れするので、この面振れに追従応答して信号再生用光
ビームをピット面に正確に形成するためにフォーカスサ
ーボが用いられている。

このディスク面振れにより変化するディスク−読取レン
ズ間の実際の距離と光学ビームがディスク上にスポット
を形成するために最適なディスク−読取レンズ間の距離
とのずれを検出する方法として、従来読取レンズの光軸
上にない補助ビームを用い面振れによって反射光の光軸
に角度変化が与えられ、この運動を２個の差動的動作と
したフォトダイオードで受光することによりフォーカス
誤差信号を形成する方法があった。

すなわち、第１図Ａにおいて光源２より出射された光ビ
ームは読取レンズ３の光軸から距離ｒだけ離れた位置で
直径０．８ ｍｍ程度の平行光ビームとしてこの読取レ
ンズ３に入射される。

平行光ビームは読取レンズ３により集光され、光軸上の
焦点位置に点光源として結像し、ついで拡散する。

ここで、ピット面の情報を読取るための信号再生用光ビ
ームは、レーザーチューブ（図示せず）をレンズ開口い
っばいに拡大する拡大レンズの焦点位置に形成された点
光源をディスク面上に結像する拡散光学系であり、前記
平行補助ビームの平行光系とは異なっている。

従って、再生時のレンズ３とディスク１との相対位置関
係はディスク１がレンズ焦点距離より外側にある。

いま、丁度フォーカスが合った時（ジャストフオーカス
時）のディスク１とレンズ３との間の距離をＸｌ と
する。

補助光ビームは読取レンズ３の焦点に集光の後拡散しデ
ィスク１のピット面ではかなり大なる光束を形成しここ
で反射される。

従って、ディスク１のピッ１〜面は補助光ビームに対し
ては単なる鏡面の作用のみ行なうので、補助光ビームは
ピット面前方（第１図Ａ中ディスク１の左側）の焦点位
置の点光源の虚像から光が発せられた如く反射する。

この反射光はレンズ４の光軸上左側の鏡の点光源像を右
方の光軸−ヒに結像し再度拡散して分割フォトダイオー
ドＤ１．Ｄ２に入射受光される。

上記分割フォトダイオードＤ１．Ｄ２は第１図Ｂに示す
如く、長さが夫々ｌで、その長さ方向上間隔ＡＩで並べ
られている。

６は分割フォトダイオードＤ１．Ｄ２の受光向上に形成
される補助光ビームスポットで、ジャストフォーカス時
は分割フォトダイオードＤ、 、 Ｄ２の光ビーム受光
面積が夫々等しくなり、光ビームの直径はｄとなる。

ディスク１の面振れによって反射光ビームは分割フォト
ダイオードＤ１．Ｄ２上その長さ方向上に移動し、かつ
、この移動と共に第１図Ｂに破線で示す如くその直径が
変化する。

しかし、フォトダイオードＤ１．ｌ）２の出力は光ビー
ムの全受光量で決まるため、ビームの直径を一定とする
方式と基本的には同じである。

分割フォトダイオードＤ１の出力信号は差動増幅器５の
反転入力端子に印加され、他方の分割フォトダイオード
Ｄ２の出力信号はこの増幅器５の非反転入力端子に印加
される。

この差動増幅器５の出力信号は、フォーカス誤差信号と
して読取レンズ３の位置を可変制御するためのコイル駆
動アンプ（図示せず）に導かれる。

ジャス１〜フオーカス時距離Ｘ１ にあるディスク面か
ら反射された光ビームは分割フォトダイオードＤ、。

Ｄ２に等面積で受光され、両ダイオードＤＩＤ２の出力
が等しくなるため、フォーカス誤差信号は零となる。

いま、ディスク面が第１図ＡにＸ２で示す位置まで読取
レンズ３から遠く離れた場合を考えると、補助光ビーム
の入射条件に変化はないから前記と同様焦点位置に集光
の後拡散して反射するが、反射位置が遠くなっているた
め反射光の点１；源は一層遠方に位置することとなり、
レンズ３を通過する時の半径位置は大きくなる。

従って、反射された補助光ビームの光軸にス・コする角
度が前記距離Ｘ１のときよりも犬になり、分割フォトダ
イオードＤ１．Ｄ２の受光面上におけるビームスポット
６はダイオードＤ１（Ｉｌｌへ移動する。

従って、フォーカス誤差信号は負極性となる。

また、これとは逆にディスク面が距離Ｘ１ よりも読取
レンズに近付いた場合、前記反射光の点光源はＸｌ よ
りも一層レンズ３に近くなり、上記とは逆に分割フォト
ダイオードＤ１．Ｄ２の受光面上におけるビームスポッ
ト６はダイオードＤ２側へ移動する。

従ってフォーカス誤差信号は正極性となる。

これにより、ディスク１と読取レンズ３との距離に対す
るフォーカス誤差信号は第２図に示す如く、ビームスボ
ッｌ−６が第１図Ｂに示す△ｌの部分にかかつている期
間（距離Ｘ２〜Ｘ３ ）では正負両極性時共に単調に
増加又は減少するリニア特性を示すが、上記距離がＸ２
より犬なる距離Ｘ４まで、及びＸ３より小なる距離Ｘ５
までは飽和特性を示す。

更に面振れが犬となってビームスポット６の端部がダイ
オードＤ１ またはＤ２の外端に一致するようになっ
てからは、逆にビームの全光量が減少するため、フォー
カス誤差信号は減少し始める。

従って、ディスク−読取レンズ間距離対フォーカス誤差
信号特性は第２図に示すような８字特性となる。

面振れ検出のリニアな範囲は△Ｘ間（ｘ２〜Ｘ３ ）
で、検出感度は−で与えられる。

ただし、△■はＸ２ とＸ３ との間のフォーカス誤差
信号のレベル差である。

サーボ引込時はリニア範囲の中心点Ｘ１になるため、広
範囲なリニア動作は必要ではないが、引込みを行なう為
には信号の極性が正確であり、特性の傾斜−＞Ｏの範囲
△Ｘ。

が犬である方が良好である。

さて、以上理想的な状態でのフォーカスサーボ方式を説
明したが、入射系と反射系とがグランドトムソンプリズ
ム又はハーフミラ−によって完全に分離されていれば問
題は生じないが、実際にはプリズム又はハーフミラ−の
表面反射光その他の途上光が反射光の近辺に付随して受
光される場合があり、不都合な動作をしはしは生じるこ
とがある。

また、分割フォトダイオードＤ１．Ｄ２ は同一の基板
上に同一条件で形成されたものであれば特性の不一致は
少ないが、２個のフォトダイオードを任意に選択した場
合光−電気変換特性、暗電流特性に不一致を生じる。

これらの原因に基き第２図において、最良フォーカス位
置Ｘ１ でのフォーカス誤差信号出力がＯｖになるよう
に分割フォトダイオードの位置を調整しても、ディスク
面が読取レンズ３に対してかなり遠方又は近くに位置し
てフォトダイオードＤ１Ｄ２の受光面長さｌをビームス
ポットがはずれた場合のディスク−読取レンズ間距離対
フォーカス誤差信号特性は飽和領域（Ｘ２〜Ｘ４７Ｘ３
〜ｘ５）から次第にその絶対値が減少しフォーカス誤差
信号が０レベルに達した後逆方向の極性となる反転領域
■、■を示すことがありうる。

この場合は■、■が異極性になることは少ない。

以上のような検出系の問題を解決するために考えられる
ものは、第１に補助光ビームによる検出感度を落して検
出の範囲を広げる方法である。

これは補助光ビームの読取レンズ光軸からの距離ｒが検
出感度に比例しているからｒを小にする方法である。

しかし、この方法は感度の低下という犠牲があるから有
効な方法ではない。

第２に反射補助光ビームを、長さｌの大なるフォトダイ
オードで受光する方法が考えられるが、受光面積を拡大
した場合、浮遊容量が増加して周波数特性を劣化させる
ことや犬なる受光面積で均一な特性を有するフォトダイ
オードの製造上の困難さから実施上ある限界がある。

このように、フォーカスサーボの精度は主に検出系の能
力に依存するから検出の感度を高めることが必要である
が、検出感度を高めることと検出範囲を広げることとは
相反することであり、高感度で広範囲の検出を行なうこ
とは困難である。

そこで、従来は補助光ビームによるフォーカス検出系で
検出の感度を低下することなくその引込検出範囲を広げ
るために、例えば特開昭５１４３９４８号にて提案され
ている如く、反射光ビームの通路中に正規引込時反射光
ビームが位置する近辺では側らレンズの作用をせず、犬
なる変位があってフォトダイオードに入射しないような
場合にレンズの作用でビーム変位を少なくするような、
中心部を平担又は穴をあけて外周辺のみレンズとした特
殊レンズ受光系を形成していた。

然るに、この従来方法は反射光通路にレンズが増加する
ため光学系が複雑化し、特殊レンズが定まった光学系の
仕様で製作されねばならず加工上の難点があった。

また光学系の複雑化に伴ない調整部分が増加し、塵埃や
その他罪透明体によって性能が劣化しないよう（こ信頼
性を高める配慮を特別に必要とし、更に特殊レンズの効
果を有効にするため、読取レンズに近い位置に配置する
とか有効径の犬なるものとせねばならず小型化できない
等の欠点があった。

本発明は上記欠点を除去したものであり、以下第３図及
び第４図と共にその１実施例につき説明する。

第３図は本発明になる光ビームのフォーカスサーボ方式
の１実施例のブロック系統図、第４図は第３図のディス
ク−レンズ間距離対フォーカス誤差信号特性を示す。

第３図中、第１図と同一部分には同一符号を付し、その
説明を省略する。

第３図において、７は磁石、８は読取レンズと一体的に
変位すべく構成されたコイルで、周知のムービングコイ
ル型スピーカと同じ動作原理に基きコイル８に流される
電流の極性及び大きさに応じて第３図中上又は下方向に
読取レンズ３を駆動変位する。

第１図で説明したように読取レンズ３の光軸上にない補
助光ビームは、この光軸上ハーフミラ−９を透過して入
来した信号読取ビームと共に読取レンズ３を経てディス
ク１のピット面に照射され、ここで反射された後読取レ
ンズを経てハーフミラ−９で分離される。

信号読取ビームはフォトダイオードＤ３ により受光さ
れる。

差動増幅器５の出力フォーカス誤差信号は差動増幅器１
０を通してコイル駆動アンプ１１に供給され、ここで増
幅された後コイル８に供給され読取レンズ３の位置を修
正する。

ここで、ディスク−読取レンズ間距離がＸ２〜 Ｘ３の
間ではある程度リニアな特性でフォーカス誤差信号が得
られるが、いまＸ２の距離に読取レンズ３がある場合に
フォーカスループを閉じた（動作させた）とすると、負
極性のフォーカス誤差信号が得られるために上記距離が
最適距離Ｘ１ より犬なる判断に基きコイル８の通電電
流により読取レンズ３にディスク１方向への移動力が形
成され相互距離がＸｌ まで修正される。

これとは逆に相互距離がＸｌ よりも小なるＸ３の場
合も上記と同様の動作により、ディスク１とは反対方向
への移動力が読取レンズ３に与えられる。

次に飽和領域を越えて上記相互距離が逆傾斜の領域Ｘ４
．Ｘ５にある場合につき説明するに、上記リニア領域で
は−〉Ｏであるが、Ｘ４７Ｘ５の領△Ｖ △Ｘ 域では−く０でループの不安定な領域であり、この状態
でループを閉じるとループはこの領域から抜は出ようと
する方向に引込まれる。

上記距離ｘ４では負極性のフォーカス誤差信号により読
取レンズ３がディスク１に近付きそれにより更に犬なる
負極性のフォーカス誤差信号が形成されるという過程で
引込みが行なわれる。

しかしながら、上記相互距離がＸ４）Ｘ５を越えて更に
犬であるｘ６ 、 Ｘ７の反転領域にあるときにループ
を閉じた場合には、前記原因に基くフォーカス誤差信号
の極性までが反転しており、この領域ではループはＸ４
又はＸ５を越えて最適距離Ｘ１に引込まれることはない
。

ここでは、ループはコイル１駆動アンプ１１の最大出力
まで逆方向に電流が流れて安定する。

しかし、このとき最適フォーカス距離Ｘ１ とは異な
っているので、ディスク１より情報が再生されず、フォ
トダイオードＤ３よりＲＦ信号は出力されない。

本発明はこの点に着目し、再生信号により制御信号を形
成することにより、上記の状態においてもフォーカスユ
ニットを正規の引込位置に移動させるものである。

すなわち、フォトダイオードＤ３の出力信号はＲＦ増幅
器１２を通してモジュレータ−（図示せず）に伝送され
ると共にレベル検波回路１３に供給され、ここで検波さ
れた後シュミットトリガ回路１４に供給される。

このシュミットトリガ回路１４はレベル検波回路１３の
出力レベルが基準値に達しているか否かにより高レベル
、低レベルの信号を電子スイッチ１５，１７に供給する
回路で、再生ＲＦ信号がないときは例えば高レベルの信
号を出力し、電子スイッチ１５，１７を閉じる。

いま、引込みがＸ６ の距離からＸ８の方向に行なわれ
た場合、レンズ３とディスク１との間の距離が犬である
にも拘らず正極性誤差信号により読取レンズ３がディス
ク１から更に離れる方向に移動している（なお、このと
きフォーカス誤差信号は第４図に■で示す如く変化する
）従って、フォトダイオードＤ３ よりの再生ＲＦ信号
はなく、シュミツＩ−１−ＩＪガ回路１４は高レベル信
号を出力して電子スイッチ１５，１７を閉じる。

これにより、コイル駆動アンプ１１よりのコイル駆動電
圧は電子スイッチ１５を経て積分増幅器１６に供給され
、ここで積分及び増幅された後電子スイッチ１７を経て
差動増幅器１０に供給され、コイル、駆動電圧を逆方向
に変化させる。

これにより、コイル駆動電圧は次第に引きもどされ、こ
れに伴なって引きもどされた読取レンズ３の加速運動で
Ｘ４の領域に入り、更に飽和領域の山を越えてＸｌ に
引込まれる。

このときのフォーカス誤差信号は第４図に■→■→■で
示す如くに変化する。

相互距離Ｘ１近辺に近付くにつれて再生ＲＦ信号が得ら
れシュミツ１へトリガ回路１４の出力信号は低レベルと
なり、電子スイッチ１５，１γを開成し正規な引込みを
行なう。

誤って引込まれている領域の検出特性は正常な検出領域
の逆傾斜の不安定領域であるため、初期運動が起こされ
るとこの領域では運動を制止する力が生じないため、Ｘ
６゜Ｘ４を越えてＸｌ に引込まれる。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、
修正電圧回路のスイッチ制御を単にＲＦ信号のレベル検
波で行なう代りに制御のシーケンスに遅延回路又はフリ
ップフロップを使用した形態その他信号の有無で発振器
を発振、停止させ、スイッチの駆動を断続的に行なう方
法でもよい。

また積分増幅器１６により単調な変化の修正電圧を形成
する場合を示したが特にこれに限ることはない。

上述の如く、本発明になる光ビームのフォーカスサーボ
方式は、読取レンズを透過する光ビームによりディスク
に記録されている情報を再生するに際しディスクの面振
れに追従応答してディスクと読取レンズとの間の距離を
制御するフォーカスサーボ方式において、読取レンズの
移動方向に応じた信号を得、上記光ビームによる再生信
号の有無を検出し、少なくともこの再生信号が無いとき
は読取レンズの移動方向に応じた信号から読取レンズを
その移動されている方向とは逆方向に強制的に移動させ
る制御信号を形成するようにしたため、上記サーボルー
プが閉じられた時検出系の性能不十分で再生信号が得ら
れない逆の方向に読取レンズが移動した場合に正規の引
込位置にまで読取レンズを移動させることができ、従っ
て上記距離のずれの検出感度を低下させることなく広範
囲なフォーカスサーボの引込範囲を得ることができ、ま
た特殊レンズ等を使用することなく電気的なシーケンス
により引込範囲を広げているため、どのようなシステム
にも適用できると共に光学系に伺ら手を加える必要がな
く、従って装置の小型化、信頼性の向上等を図り得、狭
範囲の悪条件下の検出系にあっても安定確実な引込み動
作を行なわせることができ、又、読取レンズが移動され
ている方向を検出して移動方向と逆方向に強制移動する
ようにしているので、レンズの移動方向とは無関係に単
に受光レベルの低下を検出して自動フォーカスを行なう
のみのものに比してレンズ追従応答性が良く、短時間で
安定確実な引込みを行ない得る等の数々の特長を有する
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ、Ｂは夫々従来方式の光学系の１例の概略図、
要部の拡大図、第２図は第１図のディスク−レンズ間距
離対フォーカス誤差信号特性の１例を示す図、第３図は
本発明方式の１実施例のブロック系統図、第４図は第３
図のディスク−レンズ間距離対フォーカス誤差信号特性
の１例を示す図である。 １・・・ディスク、３・・・読取レンズ、５，１０・・
・差動増幅器、１３・・・検波回路、１４・・・シュミ
ットトリガ回路、１５，１７・・・電子スイッチ、１６
・・・積分増幅器、Ｄｌ、Ｄ２・・・分割フォトダイオ
ード、Ｄ３・・・フォトダイオード。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 読取レンズを透過する光ビームによりディスクに記
   録されている情報を再生するに際し該ディスクの面振れ
   に追従応答して該ディスクと読取レンズとの間の距離を
   制御するフォーカスサーボ方式において、該読取レンズ
   の移動方向に応じた信号を得、上記光ビームによる再生
   信号の有無を検出し、少なくともこの再生信号が無いと
   きは該読取レンズの移動方向に応じた信号から上記読取
   レンズをその移動されている方向とは逆方向に強制的に
   移動させる制御信号を形成することを特徴とする光ビー
   ムのフォーカスサーボ方式。