JPS60138738A - 光学式情報再生装置 - 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】 ［発明の技術分野］ この発明は、光ビームを情報記録担体に集束照射してそ
の記録情報を再生する光学式情報再生装置に係り、特に
光ビームの集束位置制御手段に関する。

［発明の技術的背景とその問題点コ 音声、映像および各種データの情報を光学的に読取り可
能な形態、例えばピットの有無として記録する情報記録
担体は光ディスクはと称され、既にオーディオ用である
コンパクトディスクや、ビデオディスクあるいはドキュ
メントファイル等として実用化されている。このような
情報記録担体に光ビームを微小スポットで照射して、記
録されている情報を読取−り再生する光学式情報再生装
置においては、情報記録担体上の情報を正確に読取るた
めの一つの操作として、集束光の情報記録担体情報面に
おける照射スポット径が常に微小に保たれるように集束
位置、つまり光ビームの集束光学系と情報記録担体の情
報面との相対間隔を制御する集束位置制御（フォーカシ
ングサーボ）を必要とする。この集束位置制御は主とし
て、情報記録担体からの反射光の検出信号から生成され
た集束誤差信号を集束位置制御信号として行なわれる。

ところで、このような装置では少なくともその操作初期
において、集束位置制御の動作点（制御目標点）ＸＯに
サーボを引込む必要がある。この場合、単に制御ループ
を閉じただけでは第１図に示すように集束誤差信号Ｉｆ
の変化範囲（引込み範囲）±×１が非常に狭いことから
（数十μ賢程度）、引き込み難り、一般にはこれだけで
引込み範囲に入ることはない。特に、駆動機構とじてサ
ーボの被駆動体（対物レンズ等）の初期位置、つまり駆
動りの無いときの位置がサーボの動作点と大きく離れて
いるような、例えば磁気浮上型の駆動機構を用いた場合
は引込むことはない。

このため、操作初期においては制御ループを開いておき
、三角波もしくは鋸歯状波等の走査信号によって被駆動
体を強制的に動作点に走査せしめ、被駆動体が動作点近
傍に達したときに制御ループを閉じて動作点に引込むこ
とが行なわれている。

被駆動体が動作点近傍に達したかどうかは、反射光量の
レベルや記録ビットによる高周波信号（情報信号成分＞
Ｉｏのレベルを検出して、それが所定のレベルを越えた
かどうかで判定される。すなわち、駆動機構を駆動する
ための駆動回路の前にスイッチを挿入し、そのスイッチ
の制御により操作初期は集束誤差信号を遮断しておき、
駆動回路に集束位置制御信号として走査信号を加える。

そして、高周波信号のレベルが所定のレベルを越えたか
どうかを比較回路で判定し、越えたときに集束誤差信号
を集束位置制御信号として用いるとともに、走査信号を
遮断するという制御を行なうのである。

このような制御を電磁駆動型の駆動機構を用いて行なっ
たときの、動作点へ収束するまでのサーボの過渡応答は
第２図に示すようになる。同図において、（ａ）は駆動
回路を経て駆動機構へ加わる集束位置制御信号α（１）
を、（ｂ）は被駆動体の速度ｖ（ｔ）を、また（Ｃ）は
被駆動体の位置ｘ（Ｂをそれぞれ示す。これらの間には
ｖ（ｔ）＝に／ｍｘｆα（ｔ）ｄｔ・　（１）Ｘ　（ｔ
）＝、ｒＶ　（ｔ）ｄｔ・・・（２）の関係がある。た
だし、Ｋは集束位置制御信号から駆動力への変換係数、
ｍは被駆動体の質量である。また、第２図（Ｃ）の破線
は第１図に示した集束誤差信号の引込み範囲±×１を示
し、一点鎖線はへ周波信号のレベル判定用の比較回路の
判定レベルの範囲±×２を示す。

今、第２図（ａ）に示すようにα（ｔ）＝Ａｔなる集束
位置制御信号で駆動機構を駆動し、時刻ｔ１で集束位置
制御信号が走査信号から集束誤差信号へ切り替わるもの
とすると、時刻ｔ１における速度ｖ１は ｖｌ　＝に／ｍｘｆ　Ａｔ　ｄ　ｔ −、に−Ａｔ１２／２ （Ｋ−−に／ｍ） となる。その後、被駆動体はｘ−０（サーボ動作点−合
焦点）までは加速され、それを越すと減速されてＲ終的
にはｘ−Ｑへ収束する。この様子を特性イに示す。とこ
ろが、■１が大きすぎると特性口に示すようにＸが判定
レベル×２を越え、再び走査信号が発生されるので、引
込むまでにかなりの時間を要することになる。

被駆動体の初期位置をｘＯとすると、■１は、％ ｖｌ＝に＝Ａ（６１ｘｏｌ／Ｋ　Ａ＞　・・・（４）で
あり、１×０１％およびＡ％に比例する。従って１×０
１が大きすぎたり、Ａが大きすぎたりすると、つまり走
査信号の周波数が高いと、■１が大きくなる。このため
１ｘ０１が大きい場合に■１を小さくするには、Ａを非
常に小さくする必要がある。このことはｔｌは ％ ｔｌ　−（６ｘｏ　／ＫＡ）　−（５）であるから非常
に長くなり、この時刻ｔ１後、ＸがｘＯに収束するまで
の時間ｔ２も長くなる。よた１ｘ０１が小さい場合でも
、ｔｌをより短くしようとすればＡを大きくする必要が
あるが、式（５）から分るようにそれにも限度がある。

このように、従来の集束位置制御では操作初期の引込み
時間の短縮に限界があり、１ｘｏｌによっては数秒の時
間を要するという問題があった。

これは集束位置制御を要しない他の情報再生装置に立上
り時間に比べてかなり長く、その改善が望まれていた。

［発明の目的］ この発明の目的は、操作初期における集束位置制御の引
込み時間を効果的に短縮できる光学式情報再生装置を提
供することにある。

［発明の概ＩＩ この発明は、情報記録担体に照射する集束光の集束位置
制御において、操作初期等に集束誤差信号に基く制御が
不可能な状態から可能な状態に引込むための手段として
、集束誤差信号に基く集束位置制御の制御ループを開い
ておいて集束位置を制御目標点近傍へ強制的に走査せし
めるための走査信号を集束位置制御信号に加える手段と
、この手段により集束位置が制御目標点近傍に移行した
とき集束位置の走査速度を減速せしめるための減速信号
を集束位置制御信号に加えるとともに、この減速信号の
印加と同時またはその後に制御ループを閉じる手段とを
有することを特徴としている。

すなわち、走査信号終了時にそれまで被駆動体に加えら
れていた駆動力を打消すように逆方向の駆動力を加えて
被駆動体の走査を強制的かつ急速に減速させ、速やかに
サーボの動作点、つまり制御目標点に収束させるように
したものである。

［発明の効果コ この発明によれば、従来のように走査信号による被駆動
体の走査速度が制限されることはなく、操作初期の被駆
動体の位置によらず集束位置制御の引込みに要する時間
を短縮することができる。

この効果は磁気浮上型の駆動機構を用いた場合のように
、被駆動体の初期位置がサーボの動作点と大きく離れて
いる場合に特に顕著であり、光学式情報再生装置の操作
初期設定に要する時間に占めるフォーカシングサーボの
立上がり時間の割合いを小さくすることができる。また
、動作中になんらかの外乱によってフォーカシングサー
ボが乱れても、速やかに定常状態に復帰させて安定した
動作を続行することが可能となる。

さらに、光学式情報再生装置のなかでもコンピュータシ
ステムのメモリとして用いられるような高速のアクセス
が要求される装置では、動作初期のみならずアクセスの
度に集束位置を高速で動作点に収束させることが必要で
あるが、この発明によればこのような要求を満たすこと
も十分に可能である。

［発明の実施例］ 第３図にこの発明の一実施例に係る光学式情報再生装置
の構成を示す。図において、情報記録担体１はコンパク
トディスク、ビデオディスク等の光ディスクであり、情
報がピット列２のような光学的に読取り可能な形態で記
録されたものである。

情報記録担体１に記録された情報の再生は、次のように
して行なわれる。すなわち３はレーザ発振器等の光源で
あり、この光源３から出射される光ビームはコリメーシ
ョンレンズ４により平行光にされた後、ビームスプリッ
タ５を介して対物レンズ６に導かれ、この対物レンズ６
で集束されて情報記録担体１のビット列２が形成された
面（情報面）に微小スポットとして照射される。対物レ
ンズ６は例えば磁気浮上型の駆動機構７により光軸方向
に移動（走査）可能となっている。情報記録担体１の情
報面から反射された光は、対物レンズ６およびビームス
プリッタ７さらに非点収差レンズ８を経て光検出器９に
導かれる。光検出器９は２分割、３分割等の分割型検出
器であり、その出力は情報信号生成回路１０に供給され
、公知のようにして情報記録担体１に記録された情報信
号ＩＯが生成される。

一方、光検出器９の出力は集束誤差・信号生成回路１１
にも供給され、ここでやはり公知のよ゛うにして対物レ
ンズ６により集束された光ビームの集束誤差、つまり集
束光の集束位置（焦点）と情報記録担体１の情報面との
相対位置の誤差に対応した集束誤差信号Ｉｆが生成され
る。この集束誤差信号Ｉｆはサーボ補償回路１２に供給
され、通常はこのサーボ補償回路１２を介して取出され
た集束誤差信号が第１のスイッチ１３を経て加算器１４
に供給される。この加算器１４の出力は集束位置制御信
号１５として、前記対物レンズ６の駆動機構７を駆動さ
せるための駆動回路１６に供給される。

装置の操作初期等には第１のスイッチ１３がオフ状態と
されるとともに、第２のスイッチ１７がオン状態とされ
、このスイッチ１７を介して走査信号Ｉｓが加算器１４
を経て集束位置制御信号１５に加えられる。なお、第１
および第２のスイッチ１３．１７は情報信号生成回路１
０の出力信号ＩＯである高周波信号のレベルを検出する
レベル検出器１８の出力レベルを所定の判定レベルと比
較する比較器１９の出力によって制御される。

これまで述べた構成は従来と同様である。この発明では
この構成に加え、駆動回路１６の出力（駆動信号）２０
を積分する第１および第２の積分回路２１．２２と、第
１の積分回路２１の出力を正負判定して矩形パルス信号
からなる減速信号２４を得る正負判定回路２３と、この
正負判定回路２３の出力（減速信号〉２４を加算器１４
へ供給するための第３のスイッチ２５と、第２の積分回
路２２の出力を減衰させる減衰回路２６およびこの減衰
回路２６の出力レベルを判定して第２のスイッチ２５を
制御する比較器２７が付加されている。なお、スイッチ
２１ａ、２２ａは積分回路２１．２２の積分動作をスタ
ートさせるためのものである。

この実施例の動作を、第２図と同様に集束位置制御信号
α、対物レンズ６の走査速度Ｖ、および対物レンズ６の
光軸方向の位置Ｘの時間的変化α（ｔ）、Ｖ　（ｔ）お
よびＸ（ｔ）を示した第３図のタイムチャートを参照し
て説明する。

装置の操作開始時点、つまり集束位置制御の引込み開始
時刻１−０では、まずスイッチ１３，２２８．２５がオ
フ、スイッチ１７．２１８がオンとなる。この場合、ス
イッチ１７のオンにより例えば矩形波あるいは鋸歯状波
からなる走査信号ＩＳが加算器１４を介して集束位置制
御信号１５（α）に加えられるため、駆動回路１６およ
び駆動機構７によって対物レンズ６は光軸方向に沿って
強制的に情報記録担体１側、つまり制御目標点近傍に向
けて走査される。また、このときスイッチ２１ａのオン
により駆動信号２ｏの積分が第１の積分回路２１によっ
て開−される。

次に、レベル検出器１８の出力が所定レベルに達して比
較器１９の出力が反転し時刻ｔ１になると、スイッチ１
７，２１ａはオフ状態となり、スイッチ１３．２２ａ、
２５がオン状態となる。この場合、スイッチ１３のオン
によりサーボ補償回路１２を介して取出された集束誤差
信号生成回路１１からの集束誤差信号Ｉｆが加算器１４
に供給されるとともに、スイッチ２５のオンにより積分
回路２１の出力に接続された正負判定回路２３の出力信
号（矩形波）２４である減速信号も加算器１４に供給さ
れる。すなわち、減速信号２４が集束位置制御信号１５
の加えられると同時に、スイッチ１３のオンにより制御
ループが閉じられる。

この動作により対物レンズ６は急速に減速され、集束位
置制御の引込み範囲±×１に速やかに移行することにな
る。

そして、この動作と並行してスイッチ２２ａのオンによ
り第２の積分器２２で積分された駆動信号２０の積分値
が減衰回路２６を経て比較器２７に供給されており、減
衰回路２６の出力レベルが所定値に達し比較器２７の出
力が反転すると、スイッチ２５はオフ状態に戻り、減速
信号２４は停止される。これにより対物レンズ６の位置
は制御目標点に収束される。

上記のような制御を行なうと、第４図（ａ）に示すよう
に集束位置制御信号αの１−０〜ｔ１における振幅Ａ１
つまり走査信号ＩＳを従来より大きくでき、それだけｔ
ｌを短縮できる。すなわち、対物レンズ６の初期位置ｘ
Ｏが等しいとすれば、時刻ｔ１における対物レンズ６の
速度■１はＡの、比の１／３乗倍となり、ｔｌは一１／
３乗倍に短縮される。この後、減速信号２４により駆動
回路１６や駆動機構７で許容される最大の逆方向駆動力
を対物レンーズ６に加えると、第４図（ｂ）に示すよう
に対物レンズ６の走査は急速に減速されるので、その速
度■がほぼ零になった時刻ｔ３で制御ループを閉じれば
対物レンズ６の位置Ｘは×２を越えることなくＸＯに収
束されることになる。

なお、時刻ｔ３においてＸがＸＯ近くへ戻った時点ｔ３
−（図示せず）で制御ループを閉じても、ｘＯに速やか
に収束させることができる。しかし、この逆方向駆動時
の駆動信＠２０の積分値■２（第２の積分器２２の出力
）がｔｌまでの走査信号Ｉｓに基く駆動信号２０の積分
値Ｖ１　（第１の積分器２１の出力）の２倍になると、
ｔ３−における速度Ｖ３′は−■１となり、逆方向へ加
速されすぎることになる。従って、この逆方向駆動時の
駆動信号２０の積分値はｔｌまでに加えられる駆動信号
２０の積分値の前後に限定される。この許容範囲は、こ
の発明による減速制御を行なったときのｔｌと、行なわ
ない従来の場合におけるｔｌとの比で決まり、その比が
大きいほど狭くなる。

今、ｔｌをｔｌ−の１／２とすると、その時のＡは従来
の場合の８倍を必要とし、■１は従来の場合の■１の許
容最大値■１−の２倍となる。このときのｔ３−におけ
る速度■３′を１ｖ３−ｌ≦ｌｖｉ　′１とするには、
ｔｌまでの駆動信号の積分値Ｖ１と逆方向駆動時の駆動
信号の積分値ｖ２との比Ｖ１：Ｖ２をに０．５〜１．５
の範囲とすればよい。すなわち、Ｖｌ：Ｖ２がこの範囲
になるように制御すれば、走査時間ｔ１を従来の１／２
以下にすることができる。一方、時刻ｔ１後集束位置制
御が収束するまでの時間（ｔ２−ｔｌ　）は一般にｔｌ
に比べて十分短い。従って集束位置制御の引込みに要す
る時間も、はぼ１／２倍に短縮されることになる。

なお、この発明は上記実施例に限定されるものではなく
、例えば時刻ｔ１の判定方法は上述した以外の方法でも
よく、またその条件も集束位置制卸が引込み範囲±Ｘ１
に入る時刻に限定されず、その近傍であれば引込み範囲
外であっても差支えない。これは第４図（ａ）に示すよ
うに対物レンズ（被駆動体）の位置Ｘは時刻ｔ１後もｘ
Ｏに漸近するので、時刻ｔ３”において±×１の範囲に
あれば収束できるからである。

また、上記実施例では制御ループを閉じるタイミング（
スイッチ１３がオンとなる時刻）を減速信号２４の印加
開始時刻し１と同時としたが、ｔｌより後、例えば減速
信号２４の終了時刻ｔ３と同時であってもよいことは勿
論である。その他、この発明は要旨を逸脱しない範囲で
種々変形実施が可能である。

【図面の簡単な説明】 第１図は光学式情報再生装置における集束位置制御に用
いられる集束誤差信号の特性例を示す図、第２図は従来
の集束位置制御動作を説明するためのタイムチャート、
第３図はこの発明の一実施例に係る光学式情報再生装置
の構成を示す図、第４図はその集束位置制御動作を説明
するためのタイムチャートである。 １・・・情報記録担体、２・・・ビット、３・・・光源
、６・・・対物レンズ、７・・・駆動機構、９・・・光
検出器、１０・・・情報信号生成回路、１１・・・集束
誤差信号生成回路、１３・・・制御ループ開閉用スイッ
チ、１４・・・加算器、１５・・・集束位置制御信号、
１６・・・駆動回路、１７・・・走査信号印加用スイッ
チ、１８・・・レベル検出器、１９・・・比較器、２０
・・・駆動信号、２１゜２２・・・積分器、２３・・・
正負判定回路、２４・・・減速信号、２６・・・減衰回
路、２７・・・比較器。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）光源と、この光源から出射された光を情報記録担
   体に集束照射する手段と、この集束光の照射による前記
   情報記録担体からの反射光を検出する手段と、この光検
   出信号から前記情報記録担体に照射される集束光の集束
   位置の誤差に対応した集束誤差信号を生成する手段と、
   この誤差信号を受けて前記集束位置を制御する集束位置
   制御手段とを備えた光学式情報再生装置において、前記
   集束位置制御手段は前記集束誤差信号に基く制御が不可
   能な状態から可能な状態に引き込むための手段として、
   前記集束誤差信号に基く集束位置制御の制御ループを開
   いておいて前記集束位置を制御目標点近傍へ強制的に走
   査せしめるための走査信号を集束位置制御信号に加える
   手段と、この手段により前記集束位置が前記制御目標点
   近傍に移行したとき前記集束位置の走査速度を減速せし
   めるだめの減速信号を前記集束位置制御信号に加えると
   ともに、この減速信号の印加と同時またはその後に前記
   制御ループを閉じる手段とを有することを特徴とする光
   学式情報再生装置。
2. （２）前記減速信号はその積分値が前記走査信号の積分
   値の０．５〜１１５倍であることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の光学式情報再生装置。
3. （３）前記減速信号は矩形パルス信号であることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項または第２項記載の光学式
   情報再生装置。