JPS61177646A - 光学デイスク装置 - 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】 Ａ、産業上の利用分野 本発明はサーボループ制御の補償装置、より具体的に言
えば、光学ディスク装置において、最良の焦点に光線を
維持するためのサーボループを補償する装置に関する。

焦点サーボループのパラメータは使用する時間によって
変化し、その結果、焦点合わせシステムは最良の焦点以
外の別のものを追跡することになる。変化を生ずる主な
パラメータは四分割ダイオード検出器に関連する光路の
アライメント、ダイオード信号のプリアンプの利得、レ
ーザビームのプロフィール及び光路を汚染する異物によ
り生ずる全体的な反応である。

Ｂ、従来技術 光学ディスク装置において、四分割ダイオード検出器の
技術が記憶媒体から反射されたレーザビーム又は光ビー
ムを感知するために共通して用いられている。媒体上に
レーザビームの焦点を自動的に結ばせるため、ダイオー
ド検出器からの増幅された出力信号が焦点サーボシステ
ムを制御するのに使われる。媒体の表面が１ミクロンの
情報ビットの大きさと、対物レンズの焦点深度とに関し
て大きく逸脱するので、光学ディスク読み取り装置にお
いて、焦点を精密に制御することが必要である。米国特
許第４３６８５２６号には、開ループ回路において、最
良の焦点を設定するために、差動読み取り信号の最大ピ
ークを検出する比較器が開示されている。開ループの最
良の焦点が得られると、焦点制御ループは四分割ダイオ
ード検出系を使ったサーボループとしての動作をやめる
。

米国特許第４２４３８４８号は収束レンズの接合面の１
つと、対物レンズの焦点面とに配置された光検出器を使
った焦点制御器を開示している。

情報ビットが読み取られる際に情報ビットの像の移動方
向と一致する方向に複数のダイオードが一列に並べられ
ている。ホトダイオードの信号の間での位相関係を使っ
て、駆動コイルはディスク上の最良の焦点に光ビームを
維持するように制御される。

米国特許第４０５９８４１号は焦点制御回路へフィード
バックを与えるため、疑似的な微小な投射スポットを検
出するために、四象限に配列された４個のダイオードが
使われており、それは本発明の詳細な説明にも引用され
ている。

米国特許第４１６３１４９号はトラックの追従の誤差に
より惹起される焦点制御信号のエラー成分を訂正するこ
とを０指している。それは、四分割ダイオードを使って
おり、そして対向するダイオード信号の差から取り出さ
れた焦点制御信号を供給し、且つ隣接するダイオード信
号の和から取り出された補償信号を供給する。換言すれ
ば、トラックの横方向の移動運動に起因して、ダイオー
ド上に焦点を結んだ円が横方向に移動するのを補償する
ため訂正信号が供給される。

米国特許第４１９０７７５号は光源及びセンサとして、
エレクトロルミネセンス半導体素子を使った光学メモリ
再生装置を開示している。半導体装置は外部の鏡とレー
ザ素子とで、構成された３個の鏡の共振装置である。情
報は外部鏡の反射係数の変化の形で貯蔵され、そして情
報はセンサとしても動作する半導体上に差し向けられた
光の出力を変化させることによって、換言すれば、発振
の存在又は不在によって読み取られる。

Ｃ１発明が解決しようとする問題点 上述の公知技術はミスアライメント、経時変化又はルー
プのパラメータを変化させる他の要因によって起るエラ
ーの補償についての開示又は示唆がない。本発明は経時
変化によるエラーを補償する焦点サーボループ制御の補
償装置を備えた光学ディスク装置を提供することにある
。

Ｄ４問題点を解決するための手段 本発明に従った光学ディスク装置においては、サーボル
ープは焦点制御信号へバイアスオフセット信号を与える
ことによって焦点補償を行い、その大きさは、光学系が
最良の焦点である場合の焦点エラー信号を感知すること
によって決定される。

若し、焦点エラー信号がゼロでないとしても１同じ大き
さの補償信号が焦点エラー信号から差し引かれ、結果の
サーボエラー信号はゼロにされ、最良の焦点の位置に維
持される。

光学ディスク装置は輻射エネルギのビームを集中するた
めのレンズを持つヘッドを有し、そして焦点を調節する
ための手段と、最良の焦点位置にヘッドを維持するため
のサーボループとを含んでいる。ヘッドがその最良の焦
点位置にある時に標識が与えられ、そしてエラー信号は
標識信号に応答して感知される。最良の焦点でのエラー
信号に等しい大きさを有する訂正信号が供給され、そし
て感知された値と相殺するためエラー信号が結合される
。

Ｅ、実施例 本発明を明確に理解するため、先ず最初に、従来技術の
焦点合わせシステムの動作について記載する。

代表的な光学ディスク装置の光学系を第５図に示す。

適宜な光エネルギ源、代表的には半導体レーザ１１は光
エネルギのビーム１２を発生し、それはコリメータ・レ
ンズシステム１４を通過してコリメートされた光ビーム
１５を形成する。

フリメートされた光ビーム１５は、ビームスプリッタ１
６を含む偏向プリズム１７へ向けられる。

偏向プリズム１７によって、ビーム１５は右方へ向けら
れ、そして偏向された円形状ビームが四分の一波長板１
８を通過するよう上方に向けられる。

偏向された円形状ビームは次に対物レンズ１９を通過し
て光学ディスクの反射面１０上に焦点を結ぶ。

反射面１０から反射された光線は対物レンズ１９を通り
、そして四分の一波長板１８を通って偏向プリズム１７
へ戻される。ビームスプリッタ１６は反射ビームの一部
を、偏向プリズム１７の端部を経て臨界角度反射プリズ
ム１３を通して、反射ビームの一部を四分割ダイオード
１０１上に差し向ける。四分割ダイオード１０１からの
出力信号は対物レンズの焦点アクチュエータ１０６へ駆
動信号を供給する焦点制御装置１０２へ結合される。

レーザビームは、駆動信号がゼロ値である時、反射面１
０上に最良の焦点を結ぶよう設計される（これは必要条
件ではない）。

モニタダイオード１０４は、コリメータレンズ１４及び
半導体レーザ１１を通してビームスプリッタ１６から反
射し戻されたレーザビームの一部を判別する。モニタダ
イオード１０４はレーザ出力パワーを決められた一定値
に維持するフィードバック制御信号（図示せず）を供給
する。

読み取られている反射面１０から反射されたレーザビー
ムの一部は第２図に示される四分割ダイオード１０１上
に向けられる。レンズ構成とビームの偏向とによって、
ビームが反射面１０上に集中された時、反射ビームはダ
イオードの共通接合点に集中された円である。例えば、
第２Ａｌ］において、反射された円形ビーム２０は４個
のホトダイオードＡＳＢ、Ｃ！及びＤの共通接合点で集
中される。その結果、ホトダイオードＡ乃至りは同じ量
のエネルギを受け、そして各ダイオードからの電圧出力
信号は等しい。

ビームが反射面１０上に最良の焦点を結んでいない時、
偏向及びレンズ装置は第２Ｂ図及び第２Ｃ図に示された
ように、ビームの形を半円形にさせる。例えば、焦点の
ずれが成る方向、例えば前方に外れている時、ビーム２
１は、第２Ｂ図に示されたように、ホトダイオードＡ及
びＢがホトダイオードＤ及びＣよりも大きいエネルギを
受は取るように投射される。

例えば、ビームが他の方向、例えば後方に焦点が外れて
いる時、ビームは矢張り半円形になる。

後方のピントずれの状態は第２Ｃ図に示されてい、　　
るような半円形２２になるので、ホトダイオードＤ及び
ＣはホトダイオードＡ及びＢが受けるエネルギよりもよ
り多いエネルギをビームから受は取る。

焦点エラー信号はＶｆ−（Ｖａ＋Ｖｂ）−（Ｖｄ＋Ｖｃ
）から導き出すことが出来る。上式において、ｖａはホ
トダイオードＡからの電圧出力信号、ｖｂはホトダイオ
ードＢからの電圧出力信号、ＶＣはホトダイオードＣか
らの電圧出力信号、ＶｄはホトダイオードＤからの電圧
出力信号である。゛第２Ａ図に示されたように、ビーム
が円形で且つ中心を占める結果、Ｖｆ−０である時、ビ
ームは最良の焦点を結んでいる。即ち、システムが正し
く動作している時、Ｖｆ−０であり、読み取られたレー
ザビームは光学ディスク面１０上に最良の焦点を結ぶ。

第２Ｂ図に示されたように、ビームの焦点がホトダイオ
ードの前方向にずれている時には、信号Ｖｆはゼロでな
い正の値になる。第２０図に示されたような他の方向の
焦点ずれにされた時は、信号Ｖｆは負の値になる。

レーザビームの対物レンズ１９はフレーム中に装着され
ており、ここで説明されているシステムの反射面１０に
より限定される焦点面に垂直な何れの方向にも動きうる
。このようなシステムはりニヤモータを第１図に示した
ように配置された対物レンズの焦点アクチュエータ１０
６として使うことが出来る。焦点エラー信号Ｖｆはビー
ムを焦点に維持するための焦点制御信号を表わす。換言
すれば、ｖｆが正である時、レンズシステム１９は一方
の方向に外れており、そしてＶｔが負である時は、レン
ズシステム１９は他の方向へ移動される。

適当な焦点制御装置１０２が第３図に示されているｏ　
Ｖ　ａ　＋　Ｖ　ｂ　　（Ｖ　ｄ　＋　Ｖ　ｃ　）に等
しい焦点エラー信号Ｖｆは市販の差動増幅器を利用する
ために、以下のように置換することが出来る。

ｖｔ−（ｖａ−ｖａ）−（ｖｃ−ｖｂ）　　（１）数式
（１）は第３図に示された回路によって実行される。差
動増幅器６１乃至３３はその道の通常の専門家によって
容易に決めることが出来る適宜な値を有する抵抗器を使
って図示のように接続される。回路の出力信号Ｖｆは、
回転するディスク面１０上に最良の焦点でレーザビーム
を保持するのに必要な極性と大きさを有する信号を供給
するように、焦点アクチュエータ１０６へ結合される。

上述した焦点合わせシステムのより細部の記載は米国特
許第４１６３１４９号及び第４３６８５２６号にある。

レーザビームを焦点内に保つためのこの従来のシステム
の問題は、光学系のミスアライメントがエラーを生ずる
ことにある。例えば、若し光学系が整列されていないと
すると、ビームはホトダイオードの中心上に投射しない
。これは、ビームが最良の焦点にある時に焦点エラー信
号Ｖｆをゼロ以外の値にさせる。エラーの他の原因は、
例えばオフセット電圧のドリフトや差動増幅器の利得ヤ
抵抗値の変化などの回路パラメータの変動である。

光学系の部品のミスアライメント、又は回路のハラメー
タ値の変動は焦点を結ばせるシステムのサーボ機構が最
良の焦点にビームを保つのを妨げる。第４図は、光学系
が整列されていなかったので、最良の焦点において発生
される円形４０がすべてのダイオード上に等しく投射さ
れない場合を示している。図示の如く、第４Ｂ図の円４
０は、あたかもシステムが前の方向に焦点が合っていた
かの如くに焦点アクチュエータ駆動信号を発生する。即
ち、Ｖａ＋ｖｂの値がＶ　ｄ　十Ｖ　ｃの値を超過する
。それ故、読み取り信号の質は機能しないほど低下する
。同様に、第４Ａ図の楕円４１は対応する焦点外れの状
態を訂正するのに必要な信号を発生しない。

以下に詳述される本発明は、上述したエラーが焦点合わ
せシステムの精度に影響を与え始めた時に、焦点制御信
号に訂正を与えることを自信している。

本発明の焦点エラー禎償は、焦点エラー信号の誤った調
整が訂正出来るように、元来のループから分離した最適
焦点の成る種の標識を必要とする。

最大データ標識法（ｍａｘｉｍｕｍ　　ｄａｔａ　　ｉ
ｎｄｉｃａｔｏｒｍｅｔｈｏｄ）に加えて、他の幾つか
の技術が実用的に成功裡に用いられている。

光学的に整列されたヘッドが最良の焦点を与えた時、四
分割ダイオードの出力信号を合計して得られるデータ信
号の直流電圧はピークを生じ、その極性は増幅器に依存
する。このピークは最良の焦点標識として感知される。

第２の方法においては、トラックのテスト領域が最良の
焦点をテストするため留保され、そして焦点の変動状態
の下で書き込まれる。従って、読み取り焦点よりもずっ
と臨界的な標識である最適な書き込み焦点が、公知のオ
フセット訂正との相関に基づいて、書き込み領域の結果
から決定されつる。

溝付の媒体か又はスタンプされた溝なしデータディスク
のような予め書き込まれた媒体を有する方法においては
、トラック追従ループが閉じる前に、トラック交差信号
が生じる。トラック交差信号は少くとも２つの方法で最
良の焦点を決定するのに利用される。すべてのタイプの
トラックに適用しうる最も簡単な方法は合計された直流
データ信号の信号レベルのピーク値を観測することであ
る。溝付の媒体は、レーザスポットが溝領域及びランド
領域上の開ループを追従するので、〃ドッグレッグ（屈
曲）を有するトラック追跡信号を発生する。このドッグ
レッグ信号は実際の焦点の鋭敏な標識である。ドッグレ
ッグ信号が平担である時、又は僅かに負方向に傾斜して
いる時（溝の幅、光学的な整列、検出器の利得及び信号
のピーク値に依存して）、ヘッドは最良の焦点に調整さ
れている。この最良焦点ドッグレッグ検出は屈曲点を判
別した上、トラック追跡のエラー信号をデジタル化する
ことによって達成することが出来る。

差動増幅された後、時間の経過により相次いで現われる
正及び負のピークは振幅比較器を使って比較して、大き
なピークと小さなピークとに分離し、そして簡単なタイ
ミング論理回路によってドッグレッグの期間を判別する
。より細部については米国特許第４０５ｇ８４１号に記
載されている。

他の方法は最良の焦点がレーザスポットの最小寸法と対
応する事実に依存している。トラック追跡信号やデータ
信号のような読み取り信号はその点における最高のエツ
ジ限定を表わす。換言すれば、信号は焦点が合った点で
最も速い上昇時間と降下時間を持つ。幾つかのタイプの
上昇時間及び降下時間比較回路が考えられる。容易に実
施しうる１つの可能性は最良の焦点にある選択信号を差
動増幅されて誘導したピーク値を求めることである。

情報のためのトラック交差及び最良焦点の補償を使用す
る光学技術は上述の技術の組合せを効果的に使うことが
出来る。ピーク信号の振幅を同時に維持し、ドッグレッ
グ即ちピーク誘導を強化することから得られた焦点は充
分に満足する成果を与えることが実験的に証明されてい
る。ディスクの機械的運動、軸受又はトラック溝、反射
の変動、光学的な不整合などの如き他の変動が記録媒体
を取り巻く信号の変調を生ずるため、このアプローチは
特に有益である。１回転にわたってキーになる標識を統
合することが好ましい。

第１図は本発明の良好な実施例を示す。使用されている
装置は市販されている公知のものである。

第１図に示されたシステムにおいて、データ信号はデー
タ信号増幅器５１により増幅される。データ信号増幅器
５１からの出力信号は、増幅されたデータ信号がそのピ
ーク値に達した時、出力信号を発生するピーク検出器５
２の入力へ結合され、ピーク検出器５２の出力はバイア
スレベル発生器５５へ接続される。この発生器５５は適
宜にプログラムされたマイクロコンピュータであること
が好ましい。

焦点エラー信号は増幅器５６で受は取られ、増幅された
焦点エラー信号はＡ−Ｄコンバータ５４（ＡＤＯ）を経
てバイアスレベル発生Ｗ５５へ結合される。増幅された
焦点エラー信号はまたミキサ５６へ結合され、その出力
信号は焦点増幅器５７を介して焦点アクチュエータ５８
へ印加すれる。

ミキサ５６への他の入力はバイアスレベル発生器５５か
らの出力信号をＤ−Ａコンバータ５９（ＤＡＣ）経て受
は取る。

スイッチ５０はバイアスレベル発生器５５によって制御
され、ミキサ５６への焦点エラー信号を非結合にする。

焦点アクチュエータ５８は第１図に示した焦点アクチュ
エータ１０６として動作する。バイアスレベル発生器５
５を含むマイクロコンピュータを制御するプログラムは
第６図の流れ図に示されている。

コノフログラムは下記のようにバイアスレベル発生器５
５を動作する。最初に、スイッチ５０は図示のようなリ
レーのフィルによって、又は半導体スイッチを使うこと
によって開にされており、Ｄ−Ａコンバータ５９を経た
出力信号が焦点アクチュエータ５８をその移動の一方の
限界に位置させるのに使われる。次に、Ｄ　−Ａコンバ
ータ５９への出力信号は、増幅された焦点エラー信号が
Ａ−Ｄコンバータ５４を経てバイアスレベル発生器５５
によって感知されている間に、アクチュエータを段階的
に他の限界の方向へ駆動する。

データ信号がピークに達したことをピーク検出器５２が
表示した時、検出器５２はバイアスレベル発生器５５へ
信号を送る。ピーク値が感知されり時に、Ａ−Ｄコンバ
ータ５４からの出力信号の値が記憶される。

次に、プログラムはバイアスレベル発生器５５にＤ−Ａ
コンバータ５９への出力信号を供給させ、その信号の大
きさは、データ信号のピークが発生したときに貯えられ
ている焦点エラー信号と同じ振幅である。然しながら、
Ｄ−Ａコンバータからの出力信号の極性は貯えられた焦
点エラー信号の。

極性と反対である。上記の代案として、ミキサ５６を減
算タイプのものとすることによって、ミキサへの２つの
信号の極性は同じ極性にすることが出来る。

次ニ、スイッチ５０は両方の信号カミキサ５６で結合さ
れるように閉じられる。大きさは同じであるが極性が反
対の信号をミキサ５６へ与えることによって、焦点エラ
ー信号中の不所望のエラーは相殺され、そしてミキサ５
６からの出力信号は、レンズが最良の焦点を結んでいる
時に、ゼロの値を有する。

プログラムはデザインランゲージ（ｄｅｓｉｇｎｌａｎ
ｇｕａｇｅ）によっても表示することが出来る。

デザインランゲージによって、コンピュータ業界の通常
のプログラマは本発明を実施するのに使われる特定のマ
イクロコンピュータを使つため、プログラムの細部を書
くことが出来る。実行される特定のシステムに必要な速
度、容量及び機械的動作のレベルに基づいて、適当なマ
イクロコンピュータを選ぶことはその道の通常の専門家
にとって自明のことである。例えば、本発明の上述の実
施例において、本発明を実施するための動作以外の動作
もマイクロコンピュータを使って実行することが出来る
。そのような動作は光学読み取り装置を含む素子へのコ
マンド信号を発生すること、システムの適当な動作に必
要な入力信号を感知することを含む。回転軸に置かれる
ディスクを通す扉が開いている時に信号を生ずるスイッ
チを設ける例を説明する。この場合、ヘッドを位置づ、
けたり、データを読み取るためのコンピュータからの命
令はモータが始動し且つヘッドが移動するのを制限する
。最初のステップは、上述の扉が閉められていることを
感知することであり、次に扉が開いていることを表わす
エラー信号を与えることである。

オペレータはマイクロプロセッサがデータを読み数るス
テップを開始する前に、扉を閉じなければならない。

このシステムはアナログシステムとして第３図に示した
焦点信号を供給する機能を遂行するのに、も使われる。

本発明を実施するためのプログラムは、読み取りエラー
が検出された時、自動的に又はオペレータによって手操
作でそれを呼び出すサブルーチンを含んでいるのが好ま
しい。

コノような適用例は、市販のマイクロプロセッサ、例え
ばＺ　８０　（Ｚｉｌｏｇ社）、ａ　ｏ　ｓ　ｏ（Ｉｎ
ｔｅ１社）　、Ｍ　０６８００　（Ｍｏｔｏｒｏｌａ社
）又はＯＯ３ＭＡＯ１８０２（ＲＯＡ社）を越えた計算
能力又は計算速度を必要としない。これ等のマイクロプ
ロセッサは公知であり、且つメモリ、読み取り専用メモ
リ及び入出力回路素子の如き補助装置は公知であり容易
に入手出来る。

各マイクロプロセッサは異なった命令語のセットを使う
（ｚ８０及び８０８０命令語のセットは成る程度コンパ
チブルであるけれども）。故にプログラムそのものは使
用される特定のマイクロプロセッサに依存する。然しな
から、プログラムのデザインランゲージは、使用される
特定のマイクロプロセッサをプログラムするための実行
者によって、充分な細かさでプログラムの細部を書くた
めに、この分野で可成りの期間使われている。これ等の
デザインランゲージはまた、機能的ステートメントを使
用し、そしてステップ的な仕上げに至るまでは、細部を
そのままにして開始から終了まで、プログラムをシステ
ム的にデザインするのを許容する。

Ｆ６発明の効果 本発明の利点は光学ディスク装置における焦点サーボの
信頼性を向上することにある。本発明は光学ディスク装
置の経時変化、部品の磨耗又は光学系のミスアライメン
トに起因するエラー信号の許容誤差の変動を除去する。

更に本発明は、システムの他の部分と共に使うことの出
来るマイクロプロセッサ制御及び関連回路に適用しつる
簡単且つ経済的な装置を提供する。本発明はエラー訂正
フィードバック系に広範囲に適用することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従った焦点サーボループ補償手段の回
路図、第２Ａ、第２Ｂ及び第２Ｃ図は媒体からレンズへ
の距離の相異により四象限ダイオード検出器上に投射さ
れるビームの形を示す図、第３図は代表的な焦点エラー
信号発生器の回路図、第４Ａ及び第４Ｂ図は光学路のア
ライメントが外れている時、四象限ダイオード上に投射
されるビームの形を示す図、第５図は光学ディスク読み
取り又は書き込みシステムのレンズ及び検出装置を説明
する図、第６図は第５図のマイクロコンピュータを制御
するためのプログラムのフローチャートである。 １０・・・・光学ディスクの反射面、１５・・・・光ビ
ーム、１９・・・・対物レンズ、５０・・・・スイッチ
、５１・・・・データ信号増幅器、５２・・・・ピーク
検出器、５３・・・・焦点エラー信号増幅器、５４・・
・・Ａ−Ｄコンバータ、５５・・・・バイアスレベル発
生器、５６・・・・ミキサ、５７・・・・焦点増幅器、
５８．１０３・・・・焦点アクチュエータ、５９・・・
・Ｄ−Ａフンバ−タ、１０１・・・・四分割ダイオード
。 出願　　人　　インターナショナル・ビジネス・マシー
ンズ・フーポレーション代理人　弁理士　　岡　　　１
）　　次　　　生（外１名） １２Ｂｍ！Ｉ　　　　第２Ａ図　　　第２０図Ｉｓ４八
ｌ　　　　　　　　　ｆ１４Ｂ″ｍ第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 光学ディスク面上に輻射エネルギのビームを集中するた
   めのレンズ手段を有するヘッドと、該ヘッドを動かすこ
   とによつて焦点を調節する調節手段と、最良の焦点位置
   に上記ヘッドを維持するための焦点サーボループ手段と
   を有し、該焦点サーボループ手段が焦点エラー信号を供
   給する焦点エラー信号供給手段を含んでいる光学ディス
   ク装置であつて、 上記ヘッドがその最良の焦点位置にある時に、標識信号
   を供給する標識信号供給手段と、 上記ヘッドが最良の焦点位置にある時に、上記標識信号
   供給手段、及び上記焦点エラー信号供給手段に応答して
   上記焦点エラー信号を感知する手段と、 上記感知された焦点エラー信号に等しい値を有する訂正
   信号を供給する手段と、 上記感知された焦点エラー信号を相殺するために、上記
   焦点エラー信号及び上記訂正信号を結合する手段を含み
   且つ上記調節手段へ焦点制御信号を供給する手段と を具備する光学ディスク装置。