JP2008503824A - 素子の温度を制御するシステム - Google Patents

Abstract

電気素子の温度を制御するシステムである。電気素子の消費電力が測定されるとともに所望の消費電力と比較される。測定された消費電力が所望の消費電力と異なる場合、信号、好適には、電気素子の正常な動作の領域外のエネルギーを有する信号が、消費電力したがって電気素子の温度を制御するために電気素子に入力される。このシステムを、電気素子の付近に位置する他の素子、例えば、レンズのような光学素子の温度の制御に使用することもできる。このシステムは、個別の温度センサの使用を回避できるので有利である。このシステムは、特にブルーレイディスク用の光ディスクドライブでの使用に適している。

Description

本発明は、素子、特に電気素子、光学素子又は機械素子の温度を制御するシステムに関する。本発明によるシステムは、温度によって重大な影響が及ぼされるパフォーマンスを有する「精密装置」への適用に特に適しているが、例えば、ウェファステッパのリニアモータ、ウェファステッパ、フライス盤、写真用カメラ又はビデオカメラの他の素子への適用にも適切である。

一般に、素子は、所定の温度範囲で適切に作用するように仕様される。それにもかかわらず、素子は、ある特定の温度に対して最適なパフォーマンスを有するように設計される。パフォーマンスは、温度の関数として所定の量だけ悪化する。よい例は光ドライブの対物レンズである。典型的な対物レンズにおいて、温度の偏位によって主に球面収差が生じ、これによって、ジッタしたがって読出しパフォーマンスが悪化する。他の影響は、球面収差のためにディスクに結果を書き込むのに更に大きなレーザパワーが要求される。したがって、そのような素子の温度を制御できるようにすることが非常に所望されている。

米国特許第５，３３１，６１５号明細書は、光ディスク駆動装置用のトラッキング制御装置を開示している。トラッキングアクチュエータの周辺の温度は、温度センサによって検出され、等価デジタルフィルタの特性が、検出された温度におけるトラッキングアクチュエータの特性に整合するように変更される。温度が低いときには、トラッキングアクチュエータの温度を上げるために電流がフォーカス制御コイルに供給され、これによって、トラキングアクチュエータの伝達関数及び等価フィルタの伝達関数を十分に整合する。

従来のシステムの欠点は、温度が検出され及び制御され、これによって個別の温度センサが必要となることである。これは、システムのコストを高くするとともに容量を増大し、光アクチュエータのような一部のシステムに対して重大な不都合となる。さらに、一部のシステムにおいて、温度センサを装着するのが困難又は不可能となることがある。これは、例えば小型の移動式光アクチュエータ又は回転モータにおける場合である。

したがって、本発明の目的は、コスト的に有利であるとともに例えば小型の移動式光アクチュエータ又は回転モータにおける使用に適した、素子の温度を制御するシステムを提供することである。

本発明の他の目的は、個別の温度センサを必要としない、素子の温度を制御するシステムを提供することである。

本発明の第１の態様によれば、上記目的及び上記他の目的は、第１の電気素子の温度を制御するシステムであって、
前記第１の電気素子の消費電力を測定する手段と、
測定された消費電力を所望の消費電力と比較する手段と、
前記比較に応答し、前記測定された消費電力が前記所望の消費電力と異なる場合、前記第１の電気素子の消費電力を制御して前記所望の消費電力を取得するために、信号を前記第１の電気素子に入力する手段とを具え、
前記消費電力の制御によって前記第１の電気素子の温度を制御することを特徴とするシステムによって達成される。

本発明の第２の態様によれば、上記目的及び上記他の目的は、第１の電気素子の温度を制御する方法であって、
前記第１の電気素子の消費電力を測定するステップと、
測定された消費電力を所望の消費電力と比較するステップと、
前記比較に応答し、前記測定された消費電力が前記所望の消費電力と異なる場合、前記第１の電気素子の消費電力を制御して前記所望の消費電力を取得するために、信号を前記第１の電気素子に入力するステップとを具え、
前記消費電力の制御によって前記第１の電気素子の温度を制御することを特徴とする方法によって達成される。

温度センサのような追加のセンサ装置を設ける必要なく第１の温度素子の消費電力を容易に測定することができる。さらに、消費電力は素子の温度を表し、したがって、消費電力を温度の測定を行うのに用いることができる。したがって、消費電力を制御した結果、第１の電気素子の温度を制御する。当然、周辺温度は第１の電気素子の温度にも影響を及ぼす。しかしながら、この温度は、通常、関連のタイムスケールで大幅に変動せず、したがって、第１の電気素子の温度変化に対する主要な寄与が、本発明によって取り除かれ又は大幅に減少される。

消費電力を測定し及び制御することによって、すなわち、個別の温度センサを必要とすることなく第１の素子の温度が制御されるのは非常に大きな利点である。その理由は、個別の温度センサを設けることに伴うコスト及び容量の追加が回避されるからである。

特に光アクチュエータに対して、容量の増大は非常に不都合である。容量が増大すると効率が低下し、すなわち、（例えば、ディスクのトラッキングに対して）必要な移動によってアクチュエータ及びアクチュエータドライブＩＣの消費電力が更に増大し、これによって、システムの温度が上昇する。これも不都合である。その理由は、光アクチュエータに対する高バンド幅の要求が非常に強いからである。

温度を制御するために個別のセンサを設けることに伴う更なる不都合がある。アクチュエータの移動部の温度センサを、他のワイヤを通じてシステムの非移動部に接続する必要がある。これによって頑丈さの問題が生じることがあり、数時間の動作後にワイヤが破断することがある。さらに、そのようなワイヤの接続は非常に煩わしい工程となることがあり、したがって、システムのコストが著しく増大することがある。

さらに、本発明の使用の際に、消費電力を素子上で直接測定することができ、すなわち、消費電力を、個別の温度センサを装着するのが困難又は不可能である素子上、例えば、小型の移動式光アクチュエータ又は回転モータ上で測定することができる。

第１の電気素子を、例えば、光アクチュエータのアクチュエータコイルや、（フォーカシングを行う）フォーカスコイルや、（径方向の移動を行う）ラジアルコイルのようなコイルとする。第１の電気素子をリニアモータとすることもでき、又は、第１の電気素子を、例えばウェファステッパ、フライス盤又はカメラ内に位置する他の適切な電気素子とすることもできる。

消費電力を測定する手段は、例えば、光アクチュエータの位置を制御するのに必要な一つ以上の従来のコントローラを具えることができる（一般に、そのようなコントローラが二つ存在し、一つは、フォーカス位置制御用であり、一つは、径方向の位置制御用である。）。そのような（一つ以上の）コントローラを、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）で実現することができるが、ハードウェアで実現することもできる。一つ以上のコントローラは、アクチュエータにディスクをトラッキングさせるのに必要な（一つ以上の）信号（一般に電圧又は電流）を計算する。この電圧によってコイルに消費電力が生じる。アクチュエータに供給される信号を２乗することによって、消費電力の測定が計算される。２乗動作を電力測定回路で行うことができる（Ｐ＝Ｕ^２／Ｒ：この場合、Ｒを、コイル抵抗に対応する定数とする。）。この回路を、この特定の目的のためにシステムで実現される「新たな」回路とすることができる。この回路は、他の目的のためにシステムに既に存在してもよい。測定信号が比較され、その結果は、消費を制御する第２のコントローラ（すなわち、上記コントローラとは別のコントローラ）に供給される。第２のコントローラの出力部は、入力手段に接続される。第２のコントローラ及び／又は入力手段を、好適にはＤＳＰで実現することができるが、ハードウェアに直接実現することもできる。

比較手段は、例えば既に説明したようにしてＤＳＰ上で実現される回路を具えることができる。好適には、比較を、ＤＳＰによって実行される信号の簡単な減算とすることができる。

所望の消費電力を、ほぼ固定値、例えば、第１の電気素子の最適な動作温度又は好適な温度範囲を表す又はそれに対応する値とすることができる。この場合、本発明を、第１の電気素子の温度を最適の温度に維持し又は第１の電気素子の温度を少なくとも最適温度の周辺の所定の範囲内に維持するのに用いることができる。

所望の電力消費を、現在の動作状態又は必要に応じて変化することができる値とすることもできる。例えば、光ドライブが光ディスクの読出しを行おうとするとき、最適な書込み電力を決定するために最適電力制御（ＯＰＣ）手順が実行される。しかしながら、光ドライブが起動された直後に読出しを行う必要がある場合、ＯＰＣ手順が行われる温度は、読出し中のアクチュエータ及びレーザの温度を表さない。その理由は、アクチュエータへの給電に起因してこれらの素子の温度が必然的に増大するからである。したがって、ＯＰＣ手順は、比較的低い温度で実行され、見つけられる最適な電力は、読出しを表さないことがある。素子の温度を急速に上げるために、所望の消費電力を、比較的高い温度に対応する比較的高い値に設定することができる。したがって、本発明によれば、ＯＰＣ手順を実行する前に素子の温度を急速に上げることができ、これによって、読出しを更によく表す最適電力を取得する。これによって、過渡的な影響を減少することができる。

代替的又は付加的に、所望の電力消費が周辺温度に依存することができる。

入力された信号は、元の信号とともに第１の電気素子に供給され、これによって信号の全エネルギーが増大する。

好適な実施の形態において、入力された信号は、第１の電気素子の通常動作の領域の外側にある信号エネルギーを有する。この場合、入力された信号によって、第１の電気素子に対する妨害が最小になる。これによって、素子が作動中の間でさえも温度制御を行うことができる。これは大きな利点である。その理由は、第１の電気素子が位置するシステムの完全な停止が回避されるからであり、これによって、システムの動作が更に円滑になる。さらに、完全な停止によってパフォーマンスの不所望な低下が生じる。したがって、一つ以上の素子を「ウォームアップする」ために記録中にドライブを停止した結果、記録時間が更に長くなる。したがって、素子の温度を制御するために装置の「通常の機能」を停止することは非常に望ましくない。最後に、動作の開始／停止に起因する種々の素子の消耗が回避される。

システムは、前記電気素子の付近に位置する少なくとも第２の素子を更に具え、前記第１の電気素子の温度の制御によって前記第２の素子の温度を制御してもよい。本例では、必ずしも電気素子でなくてもよい第２の素子の温度を、周辺に位置する電気素子の温度を制御することによって制御することができる。

第２の素子を、既に説明したような電気素子とすることができ、又は、第２の素子を、レンズのような光学素子、例えば、ブルーレイ／ＤＶＤ／ＣＤコンパチブル対物レンズ、サーボレンズ、コリメータレンズ又はビームシェイパーとすることができる。第２の素子を、機械素子又は他の任意の適切な種類の素子とすることができる。

システムは、前記第２の素子の付近に位置する一つ以上の他の電気素子を更に具え、前記他の電気素子を、前記第２の素子の温度の平衡を保つよう前記第１の電気素子と同様に制御される消費電力を有するように適合してもよい。

本例において、第２の素子に亘る温度勾配を、消費電力を制御することによって制御することができ、これによって、第２の素子の周辺に位置する電気素子の各々の温度を制御することができる。本例は、ブルーレイドライブコンパチブル対物レンズを支持する３次元アクチュエータにおいて特に有用である。この場合、レンズは、レンズ周辺の温度を平衡に保つために交互に起動することができる二つのコイルによって包囲される。

第１の電気素子に対する妨害を更に小さくするために、入力された信号を、ホワイトノイズ信号のような雑音信号とすることができる。代替的又は付加的に、適切な遮断周波数を有するハイパスフィルタを追加することができる。

本発明のシステムは、好適には光ディスクドライブの一部を形成する。

本発明のこれらの態様及び他の態様を、後に説明する実施の形態を参照して明らかにする。

本発明を、添付図面を参照して説明する。
図１は、時間ｔの関数としてのアクチュエータコイルの消費電力（図１ａ）及び定常温度（図１ｂ）を示す。図１からわかるように、消費電力Ｐ_noiseを生じる雑音信号は、アクチュエータ消費電力Ｐ_actが比較的低いとき、すなわち、「正常なディスク」(nominal disk)を読み出すときにアクチュエータに入力される。アクチュエータの全消費電力Ｐ_totalが「異常なディスク」(bad disk)の読出し中のアクチュエータのアクチュエータ消費電力に相当するように雑音信号が構成される。図１ｂからわかるように、これは、アクチュエータの温度がアクチュエータ消費電力に依存せずにほぼ一定に保持されるという効果を有する。

説明したように、「正常なディスク」を、小さい妨害、例えば、小さい偏心を有する非常に平坦なディスクと理解すべきである。その結果、ディスクをトラッキングするのに必要なアクチュエータの動きが小さくなり、その結果、低消費電力となる。それに対して、「異常なディスク」を、比較的高い偏心を有する平坦でないディスクと理解すべきである。その結果、ディスクをトラッキングするのに比較的大きな動きを必要とし、その結果、高消費電力となる。

図２ａは、素子に亘る非対称な電力拡散を有する素子の定常温度勾配を示す。Ｃ１及びＣ２は、二つの消費素子、例えば、二つのコイルを表す。図からわかるように、Ｃ２の電力はＣ１の電力より大きく（Ｐ_Ｃ２＞Ｐ_Ｃ１）、その結果、素子間の種々のポイントの温度を線形的に表す矢印によって示した素子間の温度勾配となる。本発明によれば、温度分布が素子に亘って更に平坦になるように、すなわち、温度勾配の影響を回避し又は少なくとも減少するように、Ｃ１及びＣ２の消費電力を制御することができる。

図２ｂは、素子に亘る対称な電力拡散を有する素子の定常温度勾配を示し、すなわち、Ｃ１の電力はＣ２の電力とほぼ同一である。図からわかるように、結果的には、ほぼ同一長の矢印によって表されるように素子に亘ってほぼ等しい温度分布となる。これによって、素子の非対称な変形が最小になる。
図２ａ及び２ｂに示す素子を、好適にはアクチュエータとする。

図３は、フォーカスコイルの電力制御ループを示す。フォーカスアクチュエータから送信された信号は、１で測定されて２で２乗される。２乗された信号は、その後に３で所望の消費電力Ｐ_setp;focと比較され、その結果、誤差信号ε_fが生じる。誤差信号は増幅器Ｇ及び積分器に供給され、結果的に得られる信号は、ソース、好適には雑音源に供給される。ソースは、受信信号に応答して動作し、測定された消費電力が所望の消費電力と異なることを誤差信号が表す場合、適切な信号を、アクチュエータに入力するために発生する。それに対して、測定された消費電力と所望の消費電力とが少なくともほぼ同一であることを誤差信号が表す場合、信号が発生しない。発生した信号が存在する場合には、その信号は、消費電力を制御するために４でフォーカスメモリからの信号に加算され、結果的に得られる信号がフォーカスアクチュエータコイルに供給される。結果的に得られる信号は、１でクランプされ、これによって上記手順が繰り返される。その結果、コイルの消費電力は、アクチュエータ制御信号がアクチュエータをフォーカス方向に指示する場合でも一定になる。

図４は、図３の電力制御ループと同様な電力制御ループを示す。しかしながら、この電力制御ループはファインラジアルアクチュエータ用である。それを除けば、電力制御ループは、既に説明した電力制御ループと同様に作動し、同様な形態には同様な参照番号を付す。

アクチュエータの各コイルに上記ループを設けることができる。したがって、例えば、ラジアルコイルに加えて二つのフォーカスコイル又は一つのフォーカスコイル及び一つのチルトコイルを有する３次元アクチュエータにおいて、各コイルに対して一つのループとなる三つのループが存在することができる。

本発明を好適な実施の形態に関連して説明したが、本発明は、ここで説明した特定の形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、添付した請求の範囲によってのみ限定される。請求の範囲において、用語「具える」は、他の素子又はステップの存在を除外するものではない。また、個別の形態が種々の請求項に含まれたとしても、これらを好適に組み合わせることができ、他の請求項に含めることは、形態の組み合わせが実現不可能であり及び／又は有利でないことを示唆しない。さらに、単一の言及は複数のものを除外しない。したがって、「第１」、「第２」等の言及は複数のものを除外しない。さらに、参照番号は請求の範囲を制約するものではない。

追加の雑音がアクチュエータコイルシステムに加えられたときの正常なディスク及び異常なディスクの読出し中のアクチュエータの消費電力を示す。 図１ａの状況に対応する定常温度を示す。 種々の電力分布に対するアクチュエータのような素子の定常温度勾配を示す。 種々の電力分布に対するアクチュエータのような素子の定常温度勾配を示す。 電力制御ループの一例を示す。 電力制御ループの他の例を示す。

Claims (10)

1. 第１の電気素子の温度を制御するシステムであって、
   前記第１の電気素子の消費電力を測定する手段と、
   測定された消費電力を所望の消費電力と比較する手段と、
   前記比較に応答し、前記測定された消費電力が前記所望の消費電力と異なる場合、前記第１の電気素子の消費電力を制御して前記所望の消費電力を取得するために、信号を前記第１の電気素子に入力する手段とを具え、
   前記消費電力の制御によって前記第１の電気素子の温度を制御することを特徴とするシステム。
2. 請求項１記載のシステムにおいて、
   前記入力された信号が、前記第１の電気素子の正常動作の領域外の信号エネルギーを有することを特徴とするシステム。
3. 請求項１記載のシステムにおいて、
   前記電気素子の付近に位置する少なくとも第２の素子を更に具え、前記第１の電気素子の温度の制御によって前記第２の素子の温度を制御することを特徴とするシステム。
4. 請求項３記載のシステムにおいて、
   前記第２の素子を電気素子としたことを特徴とするシステム。
5. 請求項３記載のシステムにおいて、
   前記第２の素子を光学素子としたことを特徴とするシステム。
6. 請求項３記載のシステムにおいて、
   前記第２の素子の付近に位置する一つ以上の他の電気素子を更に具え、前記他の電気素子を、前記第２の素子の温度の平衡を保つよう前記第１の電気素子と同様に制御される消費電力を有するように適合したことを特徴とするシステム。
7. 請求項１記載のシステムにおいて、
   前記所望の電力消費を、前記第１の電気素子の動作の好適な温度範囲を表すほぼ固定値としたことを特徴とするシステム。
8. 請求項１記載のシステムにおいて、
   前記入力された信号を雑音信号としたことを特徴とするシステム。
9. 請求項１記載のシステムを具える光ディスクドライブ。
10. 第１の電気素子の温度を制御する方法であって、
    前記第１の電気素子の消費電力を測定するステップと、
    測定された消費電力を所望の消費電力と比較するステップと、
    前記比較に応答し、前記測定された消費電力が前記所望の消費電力と異なる場合、前記第１の電気素子の消費電力を制御して前記所望の消費電力を取得するために、信号を前記第１の電気素子に入力するステップとを具え、
    前記消費電力の制御によって前記第１の電気素子の温度を制御することを特徴とする方法。

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