JPS6141049B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は光学的情報再生装置、特にビデオデ
イスクプレーヤ等におけるラジアルトラツキング
装置またはフオーカシング装置などに適用できる
光学的サーボ装置に関するものである。 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。 これらの欠点を多多少改良したものとして第１
図に示すようないわゆるウオブリング方式ラジア
ルトラツキング装置といわれるものがある。図に
おいて１はレーザ光源、２はピエゾ素子１３によ
つて矢印方向に回転振動させられるウオブリング
ミラ、３はビームスプリツタ、４はアクチユエー
タ５によつて矢印方角に回転駆動されるトラツキ
ングミラ、６は対物レンズ、７は対物レンズによ
り作られる光スポツト、８はデイスク、９はデイ
スク８上に記録されたピツトの列からなるトラツ
ク、１０はトラツク９からの反射光を受光する光
検知器、１１は位相検波器、１２はピエゾ素子１
３を周波数ｆで駆動する発振器、１４はサーボ増
巾器である。このような装置において、発振器１
２から周波数ｆの電圧をピエゾ素子１３に印加し
てウオブリングミラー２を振動させると、光源１
からの光束は周波数ｆで微小偏向をうける。この
ため、対物レンズ６により作られた光スポツト７
は、トラツク９を横切る方向に周波数ｆで微小量
の振動、すなわちウオブリングを起す。この時の
トラツク９からの反射光をビームスプリツタ３で
入射光から分路し、光検知器１０で検知すると、
その出力特性は第２図ｂに示すようになる。同図
ａに示すようにトラツク９のピツト９ａを光スポ
ツト７が矢印ｘ方向に横切るときの反射光のDC
強度EDは同図ｂに示したようになる。したがつ
て、光スポツト７を振幅Ｓで微小振動させたとき
に得られるAC強度EWL，EWRは図示したよう
になる。光スポツト７がトラツク９の中心から左
にずれているか、右にずれているかで波形が180
度逆転するのがわかる。したがつて第１図におい
て、光検知器１０の出力を位相検波器１１に入
れ、発振器１２の出力波形を参照信号として位相
検波すると、位相検波器１１の出力に第２図ｃに
示したようなトラツクエラー信号EWを得ること
ができる。これをサーボ増巾器１４で増巾し、ト
ラツキングミラ４を駆動するアクチユエータ５に
極性を選んで印加し光スポツト７のｘ方向位置を
制御して常にトラツク９上に位置させるというも
のであつた。 従来のこの装置では、基本形のものより簡単化
はされているが、逆に次のような欠点が生じてい
る。すなわち、光を高速で（通常20〜50KHz）ウ
オブリングさせる必要があり、これが極めて困難
なことである。例示したピエゾ素子とミラーの組
合せが有力な方法であるが、接着工程が必要、温
度により振動位相がずれる、光学調整が困難であ
るなど実用上多くの問題がある。またウオブリン
グによつて再生信号に妨害が生ずることは避けら
れず、映像信号の場合はビート障害が生ずるなど
の大きな欠点がある。 この発明は、上記のような従来のものの欠点を
除去するためになされたもので、再生RF信号を
処理することによつてエラー信号を得、ラジアル
トラツキングまたはフオーカシングを行なわせよ
うとするもので、付加的光学部品の一切不要なサ
ーボシステムを提供することを目的としている。 以下この発明の原理について説明する。第３図
ａはピツト列からなるトラツク上を光スポツトが
通過して行く様子を示す図、同図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、同図
ｃは光スポツトのｘ方向制御量の変化を示す図で
図中、Ｏ線はトラツク９の中心線である。いま第
３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は同図ｂの右端
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３図ｂにおいて、時刻ｔ_o-1、ｔ_o-2、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】と、＋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
るのがこの発明の要点である。 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４
図に示すような結果が期待できる。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をトラツ
ク巾（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
ベロープ値が大きい個所では長周期で、エンベロ
ープ値が小さい個所では短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） 14Sn＜15→ｍ_o+1＝２ （τ_o+1＝２τ_p） 15Sn→ｍ_o+1＝４ （τ_o+1＝４τ_p） などのように変化させる。 以上、動作原理を述べた光学的情報再生装置の
一実施例を第５図で説明する。図において１１は
信号処理回路で、６０はエンベロープ検波器、６
１はＡ／Ｄコンバータ、６２は信号サンプリング
回路、６３はシフトレジスタ、６４は制御量決定
論理回路、６５はシフトレジスタ、６６はＤ／Ａ
変換器、６７は積分回路、６８は制御間隔決定論
理回路、６９はタイミングパルス発生回路、７０
はタイムカウンタである。 以下この動作を説明する。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として結像す
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上に合うよう制御されているものとす
る。今第５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から出た場合からスタートすると、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。１方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
れタイムカウンタをリセツトする。タイムカウン
タはその時点から再度タイムカウントを開始し、
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との乗算を行ない求める制御量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分回路６７に導かれる。積分
回路６７の出力にはトラツキングミラ４を回動制
御するための補正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が読み出さ
れ、次の制御のサイクルが開始されることにな
る。 ここで、上記時間間隔τ_oは、エンベロープ値
Ｓ_oが小さいとき、つまり光スポツトのトラツク
中心からのずれが大きいときは、小さくなりそれ
だけ光スポツトの位置修正が頻繁に行なわれるか
ら、光学系をトラツクに追従させる制御の応答性
が向上する。 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６６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。 以上は、エンベロープ信号からエラー信号を得
るまでの処理をデジタル的に行なつた例である
が、第６図のようにアナログ的処理を行なつても
良い。図において、光検知器１０からのRF信号
は検波器６０で検波されエンベロープ信号をう
る。制御間隔決定論理回路６８およびタイミング
パルス発生回路６９を経て、タイミングパルスが
生成され、サンプルホールド回路７１に印加され
るとエンベロープ値Ｓ_oが保持される。遅延回路
７２の出力にはＳ_o-1信号が出ているので、両信
号の差Ｓ_o−Ｓ_o-1をつくり、正負判定回路７３で
正または負の一定電圧を発生させ乗算器７４に導
く。乗算器の出力を遅延させる遅延回路７５の出
力には前サイクルの制御量Δ_o-1があるのでこの
値を乗算器７４に入力し、Sign（Ｓ_o−Ｓ_o-1）×
Δ_o-1の乗算を行なうことにより制御値Δ_oを得
る。これを積分回路６７で積分し、アクチユエー
タ５に入力することによりラジアルトラツキング
制御を行なうことができる。 なお、エンベロープ信号の差Ｓ_o−Ｓ_o-1を正負
判定回路７３に通すことなく、直接に乗算器７４
に導き、遅延回路７５の出力と乗算器の間に正負
判定回路を付加することによりＳ_o−Ｓ_o-1に比例
した制御量を得ることも可能である。 第５、第６図の実施例において、アクチユエー
タがパルスモータの如きものであれば、積分回路
６７は省くことができる。映像やオーデイオ信号
などの情報は、光検知器１０の出力を図示してい
ない復調回路を通すことにより得ることができ
る。 以上のようにこれらの実施例のラジアルトラツ
キング装置は、光検知器のRF出力信号を電気回
路で処理するのみで、エラー信号を得ているので
従来のように回折格子、光検知器アレイ・ウオブ
リングミラーなどの光学部品は一切不要で、光学
系の構造が簡単になりコストが安くなると同時
に、極めて小型の光ピツクアツプが可能となる。
すなわち、半導体レーザ、ビームスプリツタ、ト
ラツキングミラ、レンズおよび１個の光検知器を
１本の鏡筒に収容したようなピツクアツプを実現
することができる。 第７図は、このピツクアツプの１実施例であ
る。半導体レーザ１、コリメートレンズ６ａ、対
物レンズ６を１本の超小型同軸鏡筒１２に収容
し、半導体レーザ１の後側光（光自己結合の原理
でデイスクの情報が乗つている。）を検知するよ
うに配した光検知器１０の出力を処理回路１１で
処理して得たエラー信号をアクチユエータ５に印
加してラジアル方向のサーボ制御を行なうもので
ある。フオーカス制御は、公知のいずれかの方式
でエラーを検知し、フオーカスアクチユエータ１
３を制御すればよい。 本発明の方式は、このような光ピツクアツプの
超小型化に特に威力を発揮し、実用上の効果が大
きい。 なお、以上の説明で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５図または第６図の積分
回路６７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が行なえる。 また上記実施例ではビデオデイスクへの適用例
を述べたが、PCMオーデイオデイスク、光メモ
リなど他の光学式情報再生装置のトラツク追跡、
フオーカス合わせ、また計測、加工における線、
面の光学式追跡装置に広く適用できることはいう
までもない。 この発明は光学的手段で読み出される形態で情
報が面上に記録されたトラツクを有する担体面の
上記トラツクに光スポツトを投射するとともにそ
の反射光を集光して光検知器に入射させる光学系
および上記光検知器の出力信号を所定間隔でサン
プリングしそのエンベロープ値を読み出す手段
と、上記サンプリングの所定間隔を、エンベロー
プ値が大きいときには大とし、エンベロープ値が
小さいときには小とする手段と、この読み出され
た前後のエンベロープ値を比較し、その差信号を
出力する手段と、この差信号の正負に応じて上記
光スポツトの位置を偏移させる方向を反転させる
補正信号を送出する手段とを有する信号処理回路
を備えたもので、反射光の検波信号のエンベロー
プの変化からエラー信号を検出して光スポツトの
位置を制御するようにしたもので、従来のサーボ
装置に比し主として光学系の構成が度しく簡単な
ものとなるので光ピツクアツプの著しい小形化が
可能になり、サーボの応答性もよくなるなど、実
用上大きな効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のラジアルトラツキング装置の基
本形の構成図、第２，３，４図はこの発明の原理
説明図、第５図はこの発明の一実施例のブロツク
図、第６図はこの発明の他の実施例のブロツク
図、第７図はこの発明を適用した光ピツクアツプ
の構成を示す図である。 図において１はレーザ光源、３はビームスプリ
ツタ、４はトラツキングミラ、５はアクチユエー
タ、６は対物レンズ、６ａはコリメートレンズ、
７は光スポツト、８はデイスク、９はトラツク、
９ａはピツト、１０は光検知器、１１は信号処理
回路、１２は鏡筒、１３はフオーカスアクチユエ
ータ、６８は制御間隔決定論理回路、６９はタイ
ミングパルス発生回路である。なお図中同一符号
はそれぞれ同一または相当部分を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 光学的手段で読み出される形態で情報が面上
   に配置されたトラツクを有する担体面の上記トラ
   ツクに光スポツトを投射するとともにその反射光
   を集光して光検知器に入射させる光学系、上記光
   検知器の出力信号を所定間隔でサンプリングしそ
   のエンベロープ値を読み出す手段と、上記サンプ
   リングの所定間隔をエンベロープ値が大きいとき
   には大とし、エンベロープ値が小さいときには小
   とする手段と、上記読み出されたエンベロープ値
   とその前に読み出されたエンベロープ値とを比較
   しその差信号を出力する手段と、この差信号の正
   負に応じて上記光スポツトの位置を変移させる方
   向を反転させる補正信号を送出する手段とを有す
   る信号処理回路、および、上記補正信号を受けて
   上記光学系を駆動して光スポツトの位置を変移さ
   せる駆動装置を備えた光学的サーボ装置。 ２ 駆動手段は、光スポツトの位置をトラツクに
   対して直角方向に偏向させ、ラジアルトラツキン
   グをとるものである特許請求の範囲第１項記載の
   光学的サーボ装置。 ３ 駆動手段は、光スポツトの位置を担体面に対
   して前後させ、フオーカシングをとるものである
   特許請求の範囲第１項記載の光学的サーボ装置。