JP2627881B2 - 焦点位置制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、光ディスク（以下単にディスクという）を
記録あるいは再生する光ディスクプレーヤー等の光ディ
スク機器に使用されるフォーカシングサーボ（焦点位置
制御）装置に関するものである。

（従来の技術） 従来の光ディスクプレーヤーに適用されるフォーカシ
ングサーボでは、プレーヤーの動作開始時にフォーカシ
ングサーボをかけるとき、第３図に示すようにピックア
ップに含まれる集光レンズ４の平衡位置4aで得られるレ
ーザービーム２の焦点位置25が、回転するディスク１の
信号記録面の平均的位置に一致するとは限らないこと、
及び第４図に示すディスク１の信号記録面（以下単にデ
ィスク面という）と焦点位置25が交差するときに得られ
るパルスの検出可能範囲28が非常に狭いことのために、
ディスク面の平均的高さ、面振れ量によっては、焦点位
置とディスク面の相対位置検出信号（以下ディスク面検
出信号という）27が得られない場合がある。そのため集
光レンズ４を上下させてディスク面検出信号27を得、そ
の信号のゼロクロス点26を検出後、フォーカシングサー
ボをかけるようにしている。

第５図に、従来のフォーカシング制御回路のブロック
図を示す。従来例の構成、動作について図を用いて以下
に説明する。

ディスク１の信号記録面にピックアップ９から出射さ
れたレーザービーム２を照射し、ディスク上に信号を記
録し、または記録された信号を読み取る。ピックアップ
９内では、半導体レーザから出た光は、光学ブロック７
を経由し、集光レンズ４で絞られ、ディスク１に照射さ
れる。ディスク１で反射した光は再度集光レンズ４、光
学ブロック７を経由後、光検出器８に向う。

光ディスクに信号を記録し、またはディスクから信号
を再生するにはフォーカシング制御、トラッキング制
御、モータ制御等が必要になるが、ここでは本件に関す
るフォーカシング制御についてのみ説明を行う。

ディスク１で反射後、光学ブロック７を経たレーザー
ビームはフォーカシング制御用光検出器８に照射され、
ディスク面の位置の検出に用いられる。ディスク面検出
信号は第４図に示すような波形になる。ディスク面検出
信号27からゼロクロス検出回路10でゼロクロス点26を検
出する。ゼロクロス点26は集光レンズ４とディスク面が
最適位置であることを示す。ゼロクロス点26を検出する
ことによりフォーカシング制御の動作を開始する。

また、光検出器８で得られたディスク面の検出信号27
を位相補償回路17に入力するが、ゼロクロス点26を検出
する前に、加振器23からの信号で駆動回路22を介してフ
ォーカシングコイル６に電流を流し、集光レンズ４をデ
ィスク１に対し垂直方向に加振する。上記のゼロクロス
検出回路10によりラッチ回路29で検出した状態、すなわ
ち集光レンズ４がディスク１に対し制御動作可能範囲に
あることを検出した状態を保持し、スイッチ21で加振器
23から制御回路へと切換えてフォーカシング制御を開始
する。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら上記のような従来の構成では、前述のよ
うに集光レンズ位置4aから出射したレーザビーム２の焦
点位置25とディスク面の平均位置は必ずしも一致してい
ないため、ディスクの面振れの誤差信号には交流の成分
と直流の成分が含まれる。更にディスク自身のソリが加
われば、より直流成分は増すことになる。

今、初期の焦点位置の差及びディスクのソリを加えた
誤差が1000μｍあるとし、直流成分の利得が70dBあると
すれば、フォーカシングサーボをかけたあとの残留誤差
は1000/3000（≒70dB）＝0.33μｍになる。ピックアッ
プの焦点深度は±１μｍ位あるが、再生される信号のC/
Nは焦点がディスクの信号記録面に一致する時が最良で
あることはもちろんである。

しかしながら、上記集光レンズとディスクの関係から
すでに0.33μｍの焦点ずれを生じていることになり、温
度変化、組立バラツキ等により、更に残留誤差は大きく
なってしまうという問題点を有していた。

本発明は、上記問題点に鑑み、直流成分の残留誤差を
最小限にする焦点位置制御装置を提供するものである。

第６図はその様子を示しており、集光レンズを駆動す
る素子の周波数特性30に対し、直流成分の利得を持ち上
げるように構成し、31に示すような開ループ特性にして
いる。

（問題点を解決するための手段） 上記問題点を解決するために、本発明の焦点位置制御
装置は、ディスクのソリ、初期の焦点位置とディスクの
信号記録面の平均的位置の差に相当する直流電圧を求
め、その直流電圧を保持し、フォーカシング制御回路に
加え、集光レンズにバイアスを与えるようにする。

その構成としては、回転する光ディスクと、光ディス
クに信号を記録しあるいは記録された信号を読み取るた
めの光ピックアップと、光ピックアップ内に含まれる集
光レンズを上下に振動させる加振手段と、光ディスクの
信号記録面に対する集光レンズの集光レンズの焦点位置
の誤差信号を取り出す焦点誤差検出手段と、取り出した
焦点位置誤差信号に基づいて光ディスクの信号記録面に
集光レンズの焦点位置を追従させるためのフォーカシン
グ制御手段と、フォーカシング制御動作の開始に先立っ
て、集光レンズの加振手段に電圧を加えて集光レンズを
光ディスク面に対し垂直方向に略一定速度で変位させる
手段と、変位する集光レンズの焦点位置と回転によって
面振れする光ディスクの信号記録面との相対位置検出信
号を焦点位置誤差信号から取り出す手段と、取り出した
相対位置検出信号に基づいて、光ディスクの１回転にお
いて、集光レンズの焦点位置と光ディスクの信号記録面
が一致する合焦状態を境にして、光ディスクの信号記録
面に対し焦点位置が焦光レンズ側にある時間と集光レン
ズ側とは反対側にある時間とが略等しくなったことを検
出する手段と、前記両時間が略等しくなったことを検出
する手段の出力信号により、前記両時間が略等しくなっ
たときの加振手段に加えた電圧あるいはその電圧に相当
するデジタル信号を記憶する記憶手段と、フォーカシン
グ制御動作時に、記憶した前記電圧あるいはデジタル信
号をフォーカシング制御手段に加える加算手段とを設け
たものである。

（作用） 本発明は、上記した構成によって見かけ上の直流的な
誤差を最小限におさえることが可能になる方法を提供す
る。

例えば、前述の例で言えば、ずれを1000μｍ、直流成
分の制御回路の利得を70dBにした場合、本発明の構成に
より、今仮りに直流成分を950μｍと検出すれば、それ
に相当するバイアスを集光レンズに与えるため、見かけ
上の直流成分の残留誤差は50μｍになる。この状態で、
フォーカシングサーボをオンにすれば残留誤差は50/300
0（≒70dB）＝0.017μｍになり、焦点深度約１μｍのう
ち、従来の直流成分の残留誤差0.33μｍに対し、0.31μ
ｍの誤差が低減され、その効果は非常に大きい。

（実施例） 以下、実施例について図面を参照しながら説明する。

第１図は、本発明の一実施例における焦点位置制御装
置の構成を示したもので、第２図は、その中で得られる
波形を示している。第１図において、１はディスク、３
〜８はピックアップ９に含まれる各種部品、２はピック
アップ９から出射されるレーザービーム、10〜22は本発
明に係る回路である。第２図に示す各部波形の符号
（Ａ）〜（Ｈ）は、第１図に付したそれに対応してい
る。

ディスクが回転している時の面振れの状態は、第２図
（Ａ）に示すように、回転数に応じた周波数で上下に振
動する。以下に集光レンズの焦点位置とディスクの信号
記録面との相対位置を検出する手段について説明する。
フォーカシング制御動作を開始する前に、三角波発生回
路19からスイッチ21を通り、駆動回路22でフォーカシグ
コイル６に電流を流し、集光レンズ４をディスク１に向
けて移動させる。移動の様子は第２図（Ｂ）に示した通
りで、ディスクの面振れ（Ａ）に対し、絞り込まれたレ
ーザービーム２の焦点位置25は第２図の（Ｂ）の位置関
係にある。両者が一致した点でディスク面検出信号
（Ｃ）（第４図のディスク面検出信号27に対応する信
号）が光検出器８から得られ、ゼロクロス検出回路10と
フリップフロップ11から、ディスクの１回転においてデ
ィスク面がレーザービームの焦点位置25より焦光レンズ
側に位置する時間を示すパルス信号（Ｄ）が得られる。

そのパルス信号（Ｄ）の立上りに同期して、固定幅パ
ルス発生回路12でディスクの1/2回転に相当する時間幅
を有するパルス信号（Ｅ）を発生し、ゲート13でパルス
信号（Ｄ）とパルス信号（Ｅ）の排他的論理和を行い、
パルス信号（Ｆ）を得る。ここで、パルス信号（Ｄ）と
パルス信号（Ｅ）の立下りが完全に一致した場合は、パ
ルス信号（Ｆ）のパルスは発生しないが、ほとんどの場
合一致しないので、一般的には細いパルスが発生する。

一方、ロジック回路14ではパルス信号（Ｄ）の立下り
に同期して一定の細い幅のパルス信号（Ｇ）を発生し、
トリガパルス発生回路15でパルス信号（Ｆ）と比較す
る。そして、パルス信号（Ｇ）の幅よりパルス信号
（Ｆ）の幅が小さくなったとき（パルスの発生がない場
合も含めて）、トリガパルス発生回路15からトリガパル
ス（Ｈ）が発生する。

このトリガパルス（Ｈ）の発生は、ディスク１の１回
転において、焦点位置25と光ディスク面が一致する合焦
状態を境にして、光ディスク面に対し焦点位置25が集光
レンズ４側にある時間と集光レンズ４側とは反対側にあ
る時間とが略等しくなった状態を意味しており、このこ
とは、ディスク面の平均的位置とレーザービームの焦点
位置25とがある一定の距離間隔内に入ったことを示すも
のである。

そのトリガパルス（Ｈ）をメモリー16に与え、トリガ
パルスを得た時の三角波の電圧を保持し、制御回路中の
加算回路18に加え、初期設定信号20でスイッチ21を切換
え、三角波を加えていた側から位相補償回路17側にし、
フォーカシング制御回路を動作させる。

なお、ディスクの１回転において、焦点位置25と光デ
ィスク面が一致する合焦状態を境にして、光ディスク面
に対し焦点位置25が集光レンズ４側にある時間と焦光レ
ンズ４側とは反対側にある時間とが略等しくなったこと
を検出する回路10〜15はいろいろな方法が考えられ、例
えばマイクロコンピュータで全て処理することも、パル
ス幅を、基準のクロックを分周して得、波形（Ｄ）の
“L"と“H"でのクロック数がある一定範囲内であること
を検出する等、他にも方法は勿論考えられる。

またメモリー16はアナログメモリーであっても良い
し、A/D,D/A変換器を用い、デジタル信号で記憶するこ
とも勿論可能である。

（発明の効果） 以上のように本発明は、フォーカシング制御動作の開
始に先立って、集光レンズの加振手段に電圧を加えて集
光レンズを光ディスク面に略一定速度で近づけ、変位す
る集光レンズの焦点位置と回転によって面振れする光デ
ィスクの信号記録面との相対位置検出信号を取り出し、
その相対位置検出信号に基づいて、ディスクの１回転に
おいて、焦点位置と光ディスクの信号記録面が一致する
合焦状態を境にして光ディスクの信号記録面に対し焦点
位置が集光レンズ側にある時間と集光レンズ側とは反対
側にある時間とが略等しくなったことを検出し、その時
の加振手段に加えた電圧を記憶しておき、フォーカシン
グ制御動作時にフォーカシング制御手段に加えるので、
ディスク面の平均的位置とレーザービームの焦点位置と
を一定の距離範囲に近づけることができ、従って、光デ
ィスクと集光レンズの見かけ上の直流的な誤差を最小限
に抑えることができるので、ディスクに信号を記録、再
生する時の状態を最良にすることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例の焦点位置制御装置の構成
図、第２図は、第１図の各部波形図、第３図は、ディス
クと集光レンズの関係を示す図、第４図は、ディスク面
検出信号図、第５図は、従来の焦点位置制御装置の構成
図、第６図は、制御装置の周波数特性並びに集光レンズ
駆動素子の振幅特性を示す図である。 １……ディスク、２……レーザービーム、４……集光レ
ンズ、８……光検出器、９……ピックアップ、10……ゼ
ロクロス検出器、11……フリップフロップ、12……固定
幅パルス発生回路、13……ゲート、14……ロジック回
路、15……トリガパルス発生回路、16……メモリ、17…
…位相補償回路、18……加算回路、19……三角波発生回
路、21……スイッチ、22……駆動回路。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転する光ディスクと、前記光ディスクに
   信号を記録しあるいは記録された信号を読み取るための
   光ピックアップと、前記光ピックアップ内に含まれる集
   光レンズを上下に振動させる加振手段と、前記光ディス
   クの信号記録面に対する前記集光レンズの焦点位置の誤
   差信号を取り出す焦点誤差検出手段と、取り出した焦点
   位置誤差信号に基づいて前記光ディスクの前記信号記録
   面に前記集光レンズの前記焦点位置を追従させるための
   フォーカシング制御手段と、フォーカシング制御動作の
   開始に先立って、前記集光レンズの前記加振手段に電圧
   を加えて前記集光レンズを前記光ディスク面に対し垂直
   方向に略一定速度で変位させる手段と、変位する前記集
   光レンズの前記焦点位置と回転によって面振れする前記
   光ディスクの前記信号記録面との相対位置検出信号を前
   記焦点位置誤差信号から取り出す手段と、取り出した前
   記相対位置検出信号に基づいて、前記光ディスクの１回
   転において、前記集光レンズの前記焦点位置と前記光デ
   ィスクの前記信号記録面が一致する合焦状態を境にし
   て、前記光ディスクの前記信号記録面に対し前記焦点位
   置が前記焦光レンズ側にある時間と前記集光レンズ側と
   は反対側にある時間とが略等しくなったことを検出する
   手段と、前記両時間が略等しくなったことを換出する手
   段の出力信号により、前記両時間が略等しくなったとき
   の前記加振手段に加えた電圧あるいはその電圧に相当す
   るデジタル信号を記憶する記憶手段と、フォーカシング
   制御動作時に、記憶した前記電圧あるいはデジタル信号
   を前記フォーカシング制御手段に加える加算手段とを備
   えたことを特徴とする焦点位置制御装置。