JPS6224856B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は、トラツク追従制御装置に関し、特
にたとえばビデオデイスクプレーヤ等の光学的情
報読取装置において光スポツトを記録担体上の情
報トラツクに追従させるためのトラツク追従制御
装置に関する。 以下、ビデオデイスクプレーヤのラジアルトラ
ツキング装置を例に説明する。 従来のラジアルトラツキング装置の基本的なも
のは、読取レーザビームを回折格子で３本に分
け、１個の対物レンズで３個の光スポツトをつく
り、中央の１個は読取用としてデイスク上の追跡
すべきトラツクの中央に、両側の２個はトラツク
を左右からはさむような配置で投射し、これら３
個の光スポツトの反射光を同じ対物レンズで集光
して３個の光検知器上にそれぞれ結像させ、中央
の光検知器からは情報信号を、両側の光検知器の
差出力からラジアルトラツキングのエラー出力を
得るというもので、トラツクが読取用光スポツト
の中央に位置しているときは両側の光検知器には
同じ強度の光が入射するのでエラー出力は零であ
るが、トラツクが左、右どちらかにずれると両光
検知器の入射光強度のバランスがくずれエラー出
力がでるので、このエラー出力が零になるような
光スポツトの位置を調節するというものであつ
た。 従来のこの種の装置では、回折格子や３個の光
検知器というデリケートな光学部品を必要とする
うえ、回折格子の回転角や３個の光検知器の３次
元的位置の微調整が必要であるなどの欠点があつ
た。 そこで、この発明の出願人は上述のものの欠点
を解消すべく、再生RF信号を処理することによ
つてトラツクに対する光スポツトの位置偏差信号
を得、その位置偏差信号によつてトラツキングあ
るいはフオーカシングを行なうような装置を提案
し、すでに出願している。この装置によれば、付
加的光学部品が一切不要となり、上述のような欠
点がすべて解消される。 この発明は、上述の提案された技術の改良に向
けられるものであるから、まずこの発明の理解の
ためにここでその提案された技術についてその詳
細を説明し、次いでその解明すべき問題点を説明
する。 まず、上述の提案された技術の原理について説
明する。 第１図ａはピツト列からなるトラツク上を光ス
ポツトが通過して行くようすを示す図であり、第
１図ｂはトラツクから反射される光強度Ｓの時間
変化を示す図であり、第１図ｃは光スポツトのｘ
方向制御量の変化を示す図である。なお、図中、
Ｏ線はトラツク９の中心線である。いま第１図ａ
のようなピツト列上を光スポツト７が通過してい
くと、反射光のDC強度EDは第１図ｂの左端に示
したようにピツトによつて変調された交流信号に
なる。しかし、ピツトの繰返し周波数はＭHz領域
であるためこの発明でとりあつかうサーボの周波
数領域（数10kHz以下）では図示したようなエン
ベロープの変化として表記することとし、またピ
ツト列も連続トラツクとして表現するものとす
る。 今、第１図ｂにおいて、時刻ｔ_o-3，ｔ_o-2，ｔ_o
-1とｔ_o-1までｘ方向（トラツクを横切る方向、
すなわちラジアル方向）の制御が行なわれたもの
とし、時刻ｔ_oにおける制御量を考えるものとす
る。ｘ方向への制御量は、各制御時刻ｔ_iにおい
てのみ微小変位Δ_iが与えられるものとする。Δ_i
としては、ここでは簡単のために

【式】の ように、＋Δもしくは−Δのみとする。 Δ_iとして０もしくは、より細い階調のΔを与
えることも可能ではあるが説明の簡単化のために
ここでは正または負のΔのみとする。 時刻ｔ_o-1で制御量Δ_o-1が与えられたものとす
ると、時刻ｔ_oにおける制御量Δ_oを次式で決定す
るのがこの装置の特徴である。 Δ_o＝Sign（Ｓ_o−Ｓ_o-1）・Δ_o-1 …(1) ここにSign（ ）は（ ）中が正なら正符号
を、負なら負符号を取るものである。すなわち時
刻ｔ_oにおける制御量は、時刻ｔ_oにおけるエンベ
ロープ値Ｓ_o（実際はｔ_oの直前の値）から、前回
制御時刻ｔ_o-1でのエンベロープ値Ｓ_o-1を引い
て、正なら前回と同じ符号の制御量（＋Δもしく
は−Δ）を、負なら符号を変えた制御量（＋Δも
しくは−Δ）を与えるものである。換言すれば、
前回制御によつてエンベロープ値が増加すれば、
前回と同じ方向へ光スポツトを再度動かし、減少
すれば前回と反対の方向へ光スポツトを動かそう
とするものである。 上述したような光スポツトの制御によつて第２
図に示すような結果が期待できる。第２図におい
て０はトラツク中心で、光スポツトがこの位置に
一致しているときエンベロープ値Ｓは最大値
Smaxとなり、これより左右いずれにずれても漸
減する特性となる。いまＳ_o-2＞Ｓ_o-3であるので
Ｘ_o-1へと同方向の制御を行なつた結果、Ｓ_o-1＜
Ｓ_o-2となつたので、次はＸ_oへと逆方向へ光スポ
ツトを動かす。この結果、光スポツトは常にトラ
ツクの中心により接近するように制御される。Δ
はトラツク幅（約１ミクロン）に対し十分小さい
値（例えば0.1ミクロン程度）にしておけば、光
スポツト７をトラツク９の中心に保つことができ
る。 次に制御を行う時間間隔の決定方法について述
べる。制御は一定の時間間隔で周期的に行なうの
が最も簡単であるが、応答性を良くするためエン
ベロープの変化が大きい（トラツクの曲りが大）
個所では短周期で、変化が小さい（トラツクの曲
りが小）個所では長い周期で行なうようにする。
今制御周期τの最小値をτ_pとし、ｍ_iを整数とす
る。制御時刻ｔ_o+1と制御時刻ｔ_oとの時間間隔τ
_o+1（＝ｔ_o+1−ｔ_o）は τ_o+1＝ｍ_o+1・τ_p …(2) で決定する。ここで、整数ｍ_o+1は、Ｓ_oの大きさ
に依存させることにする。例えば、エンベロープ
信号Ｓの最大値Smaxを仮にSmax＝16とすれば、 Ｓ_o＜14→ｍ_o+1＝１ （τ_o+1＝τ_p） 14Ｓ_o＜15→ｍ_o+1＝２ （τ_o+1＝ττ_p） 15Ｓ_o →ｍ_o+1＝４ （τ_o+1＝４τ_p） などのように変化させる。むろん、ｍ_o+1をエン
ベロープ信号の差Ｓ_o−Ｓ_o-1に依存させて制御時
間τ_o+1を決めても良い。 以上、動作原理を述べた光学的情報再生装置の
一例を第３図に示す。レーザ光源１から出た光は
ビームスプリツタ３を通過後、トラツキングミラ
ー４で反射され、対物レンズ６によりデイスク８
上のトラツク９上に光スポツト７として結像され
る。デイスク８は図示されていないモータにより
回転駆動されており、また対物レンズ６は図示さ
れていない周知のフオーカシングセンサおよびア
クチユエータを含むサーボ系で、その焦点が常に
デイスク８上に合うよう制限されているものとす
る。今第１図において、時刻ｔ_o-1までの制御が
すでに完了しており、つぎに時刻ｔ_oまでの制御
量を決定する場合について説明する。したがつ
て、系の初期値としては、時刻ｔ_o-1での値が与
えられているものとする。光検知器10の出力はエ
ンベロープ検波器６０で検波され、エンベロープ
出力を得る。これをＡ／Ｄ変換器６１でデイジタ
ル信号に変換し、メモリ機能を有するサンプリン
グ回路６２に送り込む。今時刻ｔ_oでの制御を行
なうタイミングパルスがタイミングパルス発生回
路６９から出たとする。このタイミングパルスサ
ンプリング指令信号としてサンプリング回路62に
与えられる。したがつて、このときサンプリング
回路62の出力に時刻ｔ_oでのエンベロープ値Ｓ_oが
現われる。また、タイミングパルスは同時にリセ
ツト信号としてタイムカウンタ７０に送られ、タ
イムカウンタ７０をリセツトする。タイムカウン
タ７０はその時点から再度タイムカウントを開始
する。そして、そのカウント値はタイミングパル
ス発生回路６９に入力される。タイミングパルス
発生回路６９ではタイムカウントの積算が開始さ
れる。シフトレジスタ６３の出力には初期値Ｓ_o-
１が現われているので、この値とサンプルされた
Ｓ_oとによりＳ_o−Ｓ_o-1をつくりだす。制御量決
定論理回路６４は入力されたＳ_o−Ｓ_o-1信号と、
シフトレジスタ６５の出力にある初期値Δ_o-1に
よつて(1)式の論理演算、すなわち差信号Ｓ_o−Ｓ_o
−１の正負を判定し、Δ_o-1との乗算を行ない、制
御量Δ_oを決定する。Δ_oはＤ／Ａ変換器６６に送
られアナログの制御電圧値となり積算回路６７に
導かれる。積算回路６７の出力にはトラツキング
ミラー４を回動制御するための信号が現われるの
で、これをアクチユエータ５に印加してトラツキ
ングミラー４を制御することにより光スポツト７
のｘ方向位置を修正し、常にトラツク９上に位置
させることができる。 一方、エンベロープ値Ｓ_oは制御間隔決定論理
回路６８にも送られ、(2)式の論理演算を行ない、
次の制御時刻ｔ_o+1までの時間間隔τ_o+1を決定す
る。τ_o+1信号はタイミングパルス発生回路６９
に印加され、すでに積算が行なわれているタイム
カウント値と比較される。比較が成立したとき、
タイミングパルスが出されサンプリング回路６２
に印加されるとエンベロープ値Ｓ_o+1が読みださ
れ、次の制御のサイクルが開始されることにな
る。 なお、上記実施例では制御量を一定値Δとした
が、エンベロープの差Ｓ_o−Ｓ_o-1に比例したもの
としてもよい。すなわちエンベロープ差が大なる
ときは大きく、小なるときは小さい制御量を与え
るわけでより効率の高い制御が期待できる。この
場合は、例えばＤ／Ａ変換器６５へ入力される制
御量Δ_oの代りにΔ_o×｜Ｓ_o−Ｓ_o-1｜の信号を与
えればよい。 以上のような装置によれば、従来のような回折
格子や光検知器アレイなどの付加光学部品は一切
不要で、光学系の構造が簡単になるという利点が
ある。しかし、一方次のような問題点があつた。
光スポツト７をｘ方向に移動させる手段として
は、アクチユエータ５のように電磁的な駆動手段
でトラツキングミラー４を回動させたり、また対
物レンズ６そのものをｘ方向に電磁式のリニヤモ
ータのようなもので駆動したりするのが普通であ
るが、いずれも特定数が典型的な例として数mS
程度と低速である。ところが、上述したようなデ
イジタル方式のサーボでは、ある時刻ｔ_oでの制
御信号によりアクチユエータ５が動作を完了した
時点でのエンベロープ信号値を情報として次の制
御のためのエラー値を求めるのであるから、アク
チユエータの応答が遅いと制御時間間隔を短縮す
ることができず、高速の制御が得にくくなる。 それゆえに、この発明の主たる目的は上述のよ
うな問題を解消し、高速でトラツキング追従制御
が行なえるトラツク追従制御装置を提供すること
である。 この発明は、要約すれば、再生情報信号に基づ
いて得られた光スポツトの位置偏差信号によつて
光スポツト移動手段を制御するとともに、光スポ
ツト移動手段の変位に相関する変位相関信号をサ
ーボ系にフイードバツクすることによつてトラツ
キングの高速制御を図るようにしたものである。 この発明の上述の目的およびその他の目的と特
徴は、図面を参照して行なう以下の詳細な説明か
ら一層明らかとなろう。 第４図はこの発明の一実施例を示す概略ブロツ
ク図である。構成において、この第４図の装置は
以下の点を除いて第３図の装置と同様であり、相
当する部分には同様の参照番号を付しその説明を
省略する。第４図の装置と異なり、信号処理回路
１１の出力ｒ（Ｓ）はサーボ回路４６を介してア
クチユエータ５に与えられる。一方、ミラー４の
一端近傍には変位相関信号発生手段の一例の変換
器４４が設けられる。この変換器４４はミラー４
の変位を電圧に変換するためのものであり、その
構成はミラー４の動きを検知するものなら何でも
よい。たとえば、変換器４４をLEDと２分割光
検知器で構成し、そのLEDの光を絞つてミラー
４の一端面に投射し、反射光がミラー４の回動に
したがつて動くのを２分割光検知器で検知するよ
うにしてもよい。この変換器４４の出力Ｃ（Ｓ）
は変位相関信号としてサーボ回路４６にフイード
バツクされる。なお、この実施例では光スポツト
７のｘ方向への移動をミラー４の回動制御で行な
つているが、これに代えて、たとえば対物レンズ
６を電磁的なアクチユエータでｘ方向に駆動して
もよいし、またレーザ光源１，ビームスプリツタ
３，対物レンズ６，光検知器１０などの光学部品
を１本の鏡筒に搭載し、その鏡筒全体をアクチユ
エータでｘ方向に振つてもよい。 サーボ回路４６の構成をさらに詳細に説明する
と、アンプ４１は信号処理回路１１の出力ｒ
（Ｓ）と、変換器４４の出力Ｃ（Ｓ）とを受け
る。このアンプ４１は２入力の差をとるアンプで
ある。このアンプ４１の出力はゲインＫ２を有す
るアンプ４２を介してアンプ４３の一方入力に与
えられる。また、信号処理回路１１の出力ｒ
（Ｓ）はゲインＫ１を有するアンプ４５を介して
アンプ４３の他方入力に与えられる。このアンプ
４３は２入力の和をとるアンプであり、その出力
は制御信号としてアクチユエータ５の与えられ
る。 動作において、信号処理回路１１から光スポツ
トの位置偏差信号ｒ（Ｓ）が出力されると、アン
プ４２でK2倍されるとともに、アンプ４５でK1
倍される。これらアンプ４２，４５の出力はアン
プ４３で加えられ、アクチユエータ５に与えられ
る。応じて、アクチユエータ５はミラー４を回動
させ、トラツキング制御を行なう。以上はメイン
サーボループの動作である。 一方、変換器４４はミラー４４が回動されると
同時に変位相関信号Ｃ（Ｓ）を出力する。この出
力Ｃ（Ｓ）はアンプ４１の他方入力に与えられ
る。応じて、アンプ４１は位置偏差信号ｒ（Ｓ）
と変位相関信号Ｃ（Ｓ）との差をとる。この差信
号はアンプ４２を介した後、アンプ４３でアンプ
４５の出力と加えられ、アクチユエータ５の動作
を制御する。以上はマイナサーボループの動作で
ある。 上述のように、第４図の実施例では、信号処理
回路１１を含むメインサーボループの中に、ミラ
ー４の変位すなわち光スポツトの偏移に相関した
信号をメインサーボループの前段へフイードバツ
クするマイナサーボをつくり、カスケード制御系
を構成するようにしている。このような構成で
は、ミラー４が回動してその結果光スポツト７と
トラツク９との相対関係が変化し、信号処理回路
１１の出力ｒ（Ｓ）が変化するのを待つことなく
ミラー４の動きがメインサーボ系の前段にフイー
ドバツクされ、出力ｒ（Ｓ）が修正される。した
がつて、高速のサーボ制御が行なわれる。 また、第４図の実施例では、位置偏差信号ｒ
（Ｓ）をアンプ４５を介してアンプ４３にバイア
ス的に付加しているので、この発明のようないわ
ゆる０形のサーボ系では従来避けられなかつたオ
フセツトを除去することができる。通常、トラツ
クを追跡するサーボ系ではエラーを検知してその
エラーをなくすようにサーボ制御するのであるか
ら、有限の残留エラーすなわちオフセツトが必要
である。したがつて、このようなサーボ系は、従
来一般的には、サーボ理論上オフセツトを持つ０
形のサーボ系が使われてきた。たとえば、この実
施例のようにアクチユエータとしては電磁式のも
のが多く使われるが、この場合のサーボ系は一般
的に０形のサーボ系となる。この０形のサーボ系
は安定度の面では優れているが、オフセツトがあ
る点で問題があつた。この点は上述したようなカ
スケード制御によつても改善されない。しかし、
この実施例は上述のような０形のサーボ系であり
ながら、オフセツトをなくしたサーボ系になつて
いる。 第５図は第４図のサーボ系において、信号処理
回路１１の出力ｒ（Ｓ）から変換器４４の出力Ｃ
（Ｓ）までの制御ブロツクを示したものである。
この第５図を参照して、上述のオフセツト除去の
原理を詳細に説明する。このサーボループの伝達
関数Ｃ（Ｓ）／ｒ（Ｓ）は次式(3)で与えられる。 Ｃ（Ｓ）／ｒ（Ｓ）＝（Ｋ１＋Ｋ２）Ｇ（Ｓ）／１＋
Ｋ１・Ｇ（Ｓ）…(3) なお、(3)式において、K1，K2は、それぞれ、
アンプ４２，４５のゲインであり、Ｇ（Ｓ）はア
クチユエータ５の伝達関数である。たとえば、Ｇ
（Ｓ）の定常状態（周波数が０のとき）を考えて
そのときのアクチユエータ５のゲイン（単位電圧
あたりの変角量）をＡとすると、第(3)式は次式(4)
で表わされる。 Ｃ（Ｓ）／ｒ（Ｓ）＝Ｋ１・Ａ＋Ｋ２・Ａ／１＋Ｋ１
・Ａ…(4) Ｋ２＝Ａになるようにアンプ４２を設計する
と、第(4)式の右辺は１となる。したがつて、Ｃ
（Ｓ）＝ｒ（Ｓ）となるので、オフセツトは生じな
い。 第６図はこの発明の他の実施例を示す要部ブロ
ツク図である。この実施例は第４図の実施例と異
なり、アンプ４３の出力を変位相関信号発生手段
の他の例の補償回路４７を介してアンプ４１にフ
イードバツクしている。この補償回路４７はアク
チユエータ５の推定された伝達関数Ｇ（Ｓ）とほ
ぼ同じ伝達関数を有する、たとえば増幅回路や遅
延回路などの電子回路である。すなわち、この実
施例は補償回路４７によつてアクチユエータ５か
つしたがつてミラー４の変位に相関する信号を擬
似的に作り出してフイードバツク制御を行なう一
種のモデルフオローイング方式によつてサーボ系
を構成している。 第６図の実施例によれば、第４図のような変換
器４４が不要となるため、光ピツクアツプの構成
を簡単にすることができる。 なお、第４図および第６図の実施例ではビデオ
デイスクへの適用例を述べたが、この発明は
PCMオーデイオデイスク、光メモリなどの他の
光学式情報再生装置のトラツク追跡、また計測，
加工における線，面の光学式追跡装置などに広く
適用できることはいうまでもない。 また、以上の説明ではラジアルトラツキングへ
の適用例を述べてきたが、フオーカスサーボにも
同様に使える。すなわち、第４図のサーボ回路４
６の出力を、対物レンズを光軸方向に駆動するフ
オーカスアクチユエータ（図示せず）に印加する
のみでフオーカス制御を行なえる。 以上のように、この発明によれば、光スポツト
の位置偏差信号で制御を行なうサーボ系の前段に
光スポツト移動手段の変位に相関する変位相関信
号をフイードバツクするようにしたので、高速の
トラツキング制御が行なえる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はすでにこの発明の出願人
によつて提案されたトラツク追従制御装置の原理
を説明するための図である。第３図はこの発明の
出願人によつて提案されたトラツク追従制御装置
の一例を示すブロツク図である。第４図はこの発
明の一実施例を示すブロツク図である。第５図は
第４図におけるオフセツト除去の原理を説明する
ためのブロツク図である。第６図はこの発明の他
の実施例を示す要部ブロツク図である。 図において、１はレーザ光源、５はアクチユエ
ータ、７は光スポツト、８はデイスク、１０は光
検知器、１１は信号処理回路、４１は差をとるア
ンプ、４２および４５はアンプ、４３は和をとる
アンプ、４４は変換器、４７は補償回路を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 光学的に読取可能な情報を含むトラツクが形
   成された記録担体の前記トラツク上に光スポツト
   を投射するとともに、その反射光を集光するため
   の光学系、 前記光学系に関連して設けられ、与えられる制
   御信号に応じて前記光学系に作用して光スポツト
   の位置を移動させるための光スポツト移動手段、 前記光学系によつて集光された反射光を光電変
   換して情報信号を再生するための光電変換手段、 前記光電変換手段からの再生情報信号に基づい
   て前記トラツクに対する前記光スポツトの位置ず
   れ量を表わす位置偏差信号を発生するための位置
   偏差信号発生手段、 前記制御信号に対する前記光スポツト移動手段
   の変位に相関する変位相関信号を発生するための
   変位相関信号発生手段、 前記位置偏差信号と前記変位相関信号との差信
   号を出力するための差信号出力手段、および 前記差信号を前記制御信号として前記光スポツ
   ト移動手段に付与するための制御信号付与手段を
   備える、トラツク追従制御装置。 ２ 前記変位相関信号発生手段は前記光スポツト
   移動手段の変位量を直接検出するための手段を含
   む、特許請求の範囲第１項記載のトラツク追従制
   御装置。 ３ 前記変位相関信号発生手段は前記光スポツト
   移動手段に与えられるべき前記制御信号を前記光
   スポツト移動手段と同等の伝達特性で伝達し出力
   する手段を含む、特許請求の範囲第１項記載のト
   ラツク追従制御装置。 ４ さらに、前記位置偏差信号と前記差信号とを
   同時的かつ加算的に前記光スポツト移動手段に与
   える手段を含む、特許請求の範囲第１項ないし第
   ３項のいずれかに記載のトラツク追従制御装置。 ５ さらに、前記差信号を増幅するための増幅手
   段を含み、 前記光スポツト移動手段のゲインと前記増幅手
   段のゲインとが所定の関係に選ばれてオフセツト
   が除去されるように構成された、特許請求の範囲
   第４項記載のトラツク追従制御装置。