JP2011170932A - 光ディスク装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外乱に対するサーボ制御の追従精度の低下を抑制し、かつ周波数特性の位相遅れを抑制する光ディスク装置を提供する。
【解決手段】光ディスク装置に生じた振動や衝撃などの外乱を検出する外乱検出手段１０を用いて光ディスク装置に生じた外乱を検出し、生じた外乱の大きさに応じてサーボ状態を切り替えることによって定常時の安定性を確保しつつ耐振性能を向上させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、光ディスク装置に関する。また、その一例としては、サーボ系の安定性を確保しつつ、振動や衝撃などの外乱に対する耐振性能の向上が可能な光ディスク装置に関する。

光ディスク装置への振動や衝撃などの外乱に対して、アクチュエータ制御の向上を目的とした手法として外乱オブザーバが提案されている。

例えば、特許文献１には、例えば、その請求項１に、「前記ノッチフィルタの出力と前記駆動回路の入力信号とを入力とし、前記外乱補償信号を生成する外乱オブザーバとを備えたことを特徴とする光ディスク装置のヘッド位置決め制御装置」が記載されている。

また、特許文献２には、例えば、その段落番号０００７に、「ヘッドの位置及び外乱オブザーバの出力に基づき外部衝撃等が装置に加わったことを検出する異常検出手段と、異常検出手段の出力に応じて外乱オブザーバの出力を修正する修正手段とを具備し、アクチュエータの最大発生力を超えた外部衝撃等の外力が装置に加わった場合には外乱オブザーバの出力を修正する」との記載がある。

特開平９−３２００７５号公報 特開２００１−０９３２４２号公報

光ディスク装置は、光ディスクを媒体として情報の記録、再生、消去を行う。レーザ光源を用いて光ディスクに対して光学的に情報の記録再生を行うために、光スポットが所定の再生面に位置するようにフォーカスアクチュエータを制御し、かつ光スポットが所定のトラックに位置するようにトラッキングアクチュエータを制御する必要がある。特に、近年は記録密度が高くなり、フォーカスやトラックのずれが記録或いは再生の品質に大きく影響するため、装置への振動や衝撃などの外乱が生じたとき、所定の位置に光スポットを追従せる技術の向上が求められている。

光ディスクの高密度化が進み、フォーカスやトラックのずれが記録或いは再生の品質に大きく影響する。そのために、所定位置へ光スポットを追従させる制御の性能を向上させる必要がある。さらに、光ディスク装置へ振動や衝撃などの外乱が生じたときにも精度良く所定の位置を追従する必要がある。光スポットを精度良く所定の位置へ追従させるためにサーボ系の利得を増加させたり外乱オブザーバなどの手法を取り入れたりすることで解決できる場合がある。

しかし、弊害として周波数特性を比較すると位相遅れが生じていることが多い。従って、例えば、外乱が問題となっていない状況下で、外乱オブザーバを稼動させている場合には、上記の位相遅れが追従精度の低下を招く可能性があり、別途対策の必要が生じる。

本発明の目的は、外乱に対するサーボ制御の追従精度の低下を抑制し、かつ周波数特性の位相遅れを抑制する光ディスク装置を提供することである。

上述した課題は、特許請求の範囲に記載の構成により解決される。例えば、光ディスク装置に生じた振動や衝撃などの外乱を検出する手段を有し、この外乱検出手段が検出した外乱の大きさに応じて光スポットを所定の位置へ追従させるサーボ状態を変化させることを特徴とする。

本発明によれば、外乱に対するサーボ制御の追従精度の低下を抑制し、かつ周波数特性の位相遅れを抑制する光ディスク装置を提供することが可能となる。

外乱オブザーバを適用した説明図である。（実施例１） 外乱オブザーバ出力波形。（実施例１） 誤差信号生成手段の出力波形。（実施例１） 外乱オブザーバを適用したフローチャートである。（実施例１） 増幅率変化による開ループ特性の違い。（実施例１） 増幅率変化による制御系の安定性。（実施例１） 加速度センサを用いた構成例。（実施例１） 制御手段の内部構成例。（実施例２） 外乱オブザーバの内部構成例。（実施例３）

以下、本発明の実施例について説明する。

図１を用いて本実施例１の光ディスク装置の構成について説明する。

図１に示す光ディスク装置の基本構成において、１は光ディスク、２は対物レンズ、３は対物レンズ２を動かすアクチュエータである。また、４はレーザ光源、５は光検出器である。また、６は光ディスク１に対する目標位置と対物レンズ２との位置関係の距離誤差を電気信号に変換する誤差信号生成手段、７は対物レンズ２を目標位置へ追従するように制御する制御手段、８はアクチュエータ３を駆動する駆動手段である。この基本構成の動作概要と各ブロック間の関係について以下説明する。

アクチュエータ３は、レーザ光源４より出射されたレーザ光の焦点を合わせるために対物レンズ２を光ディスク１に対して垂直方向（フォーカス方向）に動かす。さらに、アクチュエータ３は、対物レンズ２より形成される光スポットをディスク１上の目標位置（トラック）へ追従させるために対物レンズ２をディスク半径方向（トラッキング方向）に動かす。光ディスク装置では、対物レンズ２をフォーカス方向とトラッキング方向の２方向に制御する。以下トラッキング方向を例として説明する。

光検出器５はレーザ光源４から出射したレーザ光が光ディスク１によって反射した反射光を電気信号に変換し、変換した電気信号を誤差信号生成手段６に送る。

誤差信号生成手段６は、光検出器５より送られてきた電気信号から光ディスク１上の目標位置と光スポットとの位置誤差を表すトラッキング誤差信号を生成する。また、生成したトラッキング誤差信号を制御手段７に送る。

制御手段７は、誤差信号生成手段６から送られてきた信号に基づいて、光スポットが目標位置を追従するための制御信号を生成する。なお、目標位置とは、例えば、トラックの中心である。

駆動手段８は対物レンズ２をトラッキング方向に動かすためのトラッキング駆動信号をアクチュエータ３に送る。

本実施例の光ディスク装置の特徴は、上記の基本構成に振動や衝撃などの外乱を検出する手段と検出した外乱の大きさに応じてサーボ状態を変更する仕組みを有することである。実施例１では、図１に示す外乱オブザーバ９、外乱検出手段１０、増幅器１１、加算器１２が特徴的な部分である。

図１では、外乱を検出する方法として外乱オブザーバ９を用いて外乱発生前後の信号を比較することにより装置に加わった外乱振動を検出する。なお、外乱オブザーバ９は、例えば、トラッキング誤差信号と、制御手段７から出力される制御信号とを比較し、前記トラッキング誤差信号が、理想的な信号からどの程度ずれているかによって外乱を算出するものである。さらに、外乱オブザーバ９は、検出した外乱をキャンセルする信号を出力するものである。

次に、図２を用いて外乱オブザーバ９の出力例について説明する。

図中、区間１は外乱のない定常状態を表しており、区間２は徐々に大きくなる外乱が装置に加えられたときの出力波形を示している。外乱検出手段１０は、外乱オブザーバ９の出力レベルが閾値Ｖｔｈ１を越えたとき外乱が加えられていることを検出する。外乱を検出した場合には、誤差信号生成手段６の出力の大きさに応じて増幅器１１の増幅率を変化させる。例えば、誤差信号生成手段６の出力が最大振幅のときは１とし、出力が最大振幅の半分のときは０．５とする。ただし、外乱オブザーバ９の出力がＶｔｈ１を超えない場合は増幅器１１の増幅率をゼロとする。上記のように増幅率が設定された増幅器１１を通過した信号は加算器１２により基本構成のメインパスに加算され外乱を抑圧する効果を得る。このように、例えば、外乱オブザーバ９、外乱検出手段１０、増幅器１１、加算器１２とが、外乱抑圧手段として機能する。

次に、トラッキング制御系の開ループ特性を用いて、増幅器１１に設定する増幅率の違いによる追従性能の差を比較する。

ここで、図５のゲイン線図と位相線図を用いて、本光ディスク装置における制御の開ループ特性について説明する。図中のゲイン線図は、外乱に対する抑圧度を表しており、ゲインが大きいほどその周波数成分を抑圧できることを意味する。位相線図はある周波数信号に対する位相遅れを意味しており理想としては０度にしたい。図５では、例として増幅器１１の増幅率を０倍、０．５倍、１倍の３パターンに設定したときのゲイン線図と位相線図を示している。

対物レンズ２に加わる振動や衝撃などの外乱は主に低域成分に現れるため、今回は５００Ｈｚ以下の低帯域について各グラフの抑圧度を比較する。図５のゲイン線図より増幅率は１に近いほど抑圧効果が得られることが確認できる。しかし、位相線図を比較すると増幅率が１に近いほど位相遅れが生じていることが確認できる。よって、外乱を抑圧するためには増幅率は大きい方が良いが、位相遅れについて考えると増幅率はゼロに近い方が良いことがわかる。

次に、位相遅れが制御系に及ぼす影響について制御系の安定性の観点から説明する。

図６は、制御系の安定性を評価する一手法であるナイキスト線を示している。

ナイキスト線図とは、周波数を変数として開ループ特性を複素数で表現したグラフである。また、ナイキスト線図は、図５に示すようなゲイン線図と位相線図から作成することが可能である。また、図中、ゲイン＝０となる周波数での位相の値を位相余裕、位相＝−１８０となる周波数でのゲインの値をゲイン余裕と呼ぶ。ナイキスト線図は、制御系の安定性を示す２つのパラメータ（位相余裕とゲイン余裕）を１つのグラフ上で確認することが可能なグラフである。

次に、図６のナイキスト線図を用いて、増幅器１１の増幅率の変化が制御系の安定性に与える影響について述べる。

制御系が安定するには、開ループ特性の（実部、虚部）＝（-１，０）の点がゲイン＝０かつ位相＝−１８０となる座標を示しており、制御系が安定である条件として、周波数をゼロから無限大に変化させたときの開ループ特性が（-１，０）の点を左側にみて通過し、かつ（−１，０）から十分に離れた軌跡を描くことが必要である。そして、図６が示すように、増幅器１１の増幅率を０倍から１倍へ近づけるほど、（−１，０）の点に近づくことが確認できる。以上のことより、増幅器１１の増幅率を０倍から１倍へ近づけることにより、制御系の安定性が劣化することがわかる。

よって、増幅器１１の増幅率を常に１倍としてメインパスに帰還させるのではなく、時間の経過とともに変化する対物レンズ２に生じる振動や衝撃の外乱の大きさに応じて増幅器１１の増幅率を調整することで、制御系の安定性を維持し、かつ外乱を抑圧することが可能となる。

次に、図４のフローチャートと、図２と図３に示す波形とを用いて増幅器１１の増幅率の設定方法について説明する。なお、本フローチャートにおける制御は、例えば、制御手段７の制御により行う。

増幅器１１の増幅率が決定される手順は、図４に示すフローチャートのはじめ（ｓ１００）から処理が開始される。次に、外乱オブザーバ９の出力が図２に示した閾値Ｖｔｈ１を超えているかを判定する（ｓ１０１）、ｓ１０１において、Ｖｔｈ１を超えていない場合は１０５に進み、増幅器１１の増幅率をゼロに設定し処理を終了（ｓ１０６）する。一方、ｓ１０１において、外乱オブザーバ９の出力がＶｔｈ１を超えている場合は、外乱が入力されたと判断し、ｓ１０２の処理へ続く。

ここで、図３を用いてトラックオフ、トラックオン、外乱ありの各状態での誤差信号生成手段６の出力信号について説明する。誤差信号生成手段６で生成されたトラッキング誤差信号は、目標トラック位置と光スポットとの相対距離に比例するためトラックを追従しているトラックオン状態では振幅が小さくなる。トラック追従時に対物レンズ２へ振動や衝撃などの外乱が生じると振幅が増加する。図３に示すＶｔｈ２は目標トラックと光スポットのある相対距離に相当する閾値である。より具体的には、Ｖｔｈ２は、トラッキングサーボ制御が可能な、目標トラックと光スポットとの限界距離に基づいて設定される値である。

再び図４のフローチャートについて説明する。図中、ｓ１０２では閾値Ｖｔｈ２を越えているか判定を行う。Ｖｔｈ２を超えない場合は処理を終了（ｓ１０６）する。一方、ｓ１０２において、トラッキング誤差信号がＶｔｈ２を超える場合にはｓ１０３の処理へ進む。ｓ１０３において、光ディスク装置は、現在設定されている増幅器１1の増幅率に仮にαを加算すると、増幅率がβを超えてしまうか否かについて判定を行う。ここで、αは０以上１以下の数値を設定し、βには１以下の値を予め設定する。ｓ１０３において、現在の増幅率にαを加算した場合にβを超える場合は、光ディスク装置は、処理を終了（ｓ１０６）する。ｓ１０３において、現在の増幅率にαを加算しβを超えない場合には次の１０４に進み、光ディスク装置は、増幅率にαを加算し値を更新する。その後、ｓ１０２に戻り、処理が終了（ｓ１０６）されるまで、ｓ１０２、ｓ１０３の処理を繰り返す。

以上の処理を行うことにより、対物レンズ２に加えられた外乱を抑圧するために必要な増幅器１１の増幅率を設定することができる。また、上記のはじめ（ｓ１００）からおわり（ｓ１０６）までの処理を繰り返し実行することにより、増幅器１１の増幅率を決定する。よって、事前検討によりパラメータを決定する必要がなく外乱の大きさに応じてパラメータが自動調整される。

以上のように、光ディスク装置は、外乱オブザーバ９の出力信号を監視し閾値Ｖｔｈ１と比較することで対物レンズ２へ振動や衝撃などの外乱が生じているか判定し、さらに誤差信号生成手段６の出力を閾値Ｖｔｈ２と比較することで増幅器１１の増幅率を設定する。これにより、対物レンズ２に加えられる振動や衝撃などの外乱を抑圧し、かつ制御系の安定性の劣化を最低限に止めることが可能となる。

このように、本光ディスク装置は、外乱が検出されている間に、トラッキング誤差信号の振幅が所定値（Ｖｔｈ２）を下回るまで、入力されるトラッキング誤差信号の振幅に対して、増幅器の増幅率を変化させる構成を備えている。

なお、上記した増幅器１１の増幅率の設定に使用したαの範囲（０〜１）とβの値（１以下）は、他の値を設定しても良い。

また、光ディスク装置に生じた外乱を検出する方法は、外乱オブザーバ９の出力の代わりに図７に示すように加速度センサ１３の出力を使用してもよい。

また、フォーカス方向の制御は、対物レンズ２を動かす方向がトラッキング方向の制御と異なるだけであるため、本光ディスク装置は、フォーカスサーボの制御にも応用することができる。また、フォーカスサーボの制御に利用する場合には、トラッキング誤差信号に変えて、フォーカス誤差信号を利用することとなる。このような構成により、光ディスク装置は、上述したトラッキング制御と同様に外乱を検出する手段と検出した外乱の大きさに応じてサーボ状態を変更する仕組みを設計することによって制御系の安定性劣化を最小限にし、耐振性能を向上させることが可能となる。

図８を用いて実施例２の光ディスク装置の構成について説明する。

実施例２における光ディスク装置の基本構成と光ディスク装置に生じる外乱を検出する仕組みについては、実施例１と同様のため説明を省略する。本実施例においては、光ディスク装置に生じた外乱の大きさに応じてサーボ状態を切り替える仕組みについて説明する。

図８に示す制御手段７は、内部に定常状態用の制御手段Ａと外乱抑圧用の制御手段Ｂの２つの異なる制御手段を保持している。外乱検出手段１０は、図３に示したように誤差信号生成手段６の出力と閾値Ｖｔｈ２を比較し、閾値Ｖｔｈ２を超える出力の場合に制御手段７の内部を外乱抑圧用の制御手段Ｂに切り替える。その後、光ディスク装置への外乱が治まった場合には定常状態用の制御手段Ａに戻す。このように、本実施例においては、外乱検出手段１０、制御手段７が外乱抑圧手段として機能する。また、具体的には、制御手段Ｂは、制御手段Ａに比較して、振動や衝撃の周波数に対して抑圧効果の高いフィルタ特性を有する。

ただし、制御手段７は、その内部に持つ制御手段を、２つとは限らず３つ以上の任意の複数個保持してもよい。そして、外乱検出手段１０と制御手段７とが、複数の閾値を設け各閾値と制御手段７内部の制御手段を対応付けし、誤差信号生成手段６の出力に応じて制御手段７内部の制御手段を切り替える構成としてもよい。これにより、光ディスク装置への外乱を抑圧することができる。

次に、図９を用いて、実施例３の光ディスク装置の構成について説明する。

実施例３における光ディスク装置の基本構成と光ディスク装置に生じる外乱を検出する仕組みについては、実施例１と同様のため説明を省略する。本実施例においては、光ディスク装置に生じた外乱の大きさに応じてサーボ状態を切り替える仕組みについて説明する。

図９は外乱オブザーバ９の内部構成例を示している。外乱オブザーバ９は、その内部にローパスフィルタ（ＬＰＦ）９ａを備える。ローパスフィルタ（ＬＰＦ）９aは、検出する外乱の帯域を制限することができ、このＬＰＦ９ａのカットオフ周波数を変更することでメインパスに帰還する信号を制限することが可能である。従って、外乱検出手段１０が検出した振動や衝撃などの外乱の大きさに応じてＬＰＦ９ａのカットオフ周波数を変更することによって、光ディスク装置に生じた外乱を抑圧する効果を自動に調整することが可能となる。つまり、本実施例においては、外乱検出手段１０及び外乱オブザーバ９が、外乱抑圧部として機能する。なお、図９に示す外乱オブザーバ９の内部のフィルタ９ｂは、例えば、アクチュエータ３と駆動手段８の周波数特性の逆特性を使用するが、その他の任意の方法で構成してもよい。

以上説明したように、各実施例に記載の光ディスク装置は、外乱オブザーバ９及び誤差信号生成手段６の大きさに応じて、外乱が抑圧されるようにサーボ状態を変更するものである。サーボ状態を変更するとは、具体例としては、増幅器１１の増幅率を変更する、複数備える制御手段のうちどれを用いるかを切り替える、また、外乱オブザーバ９が備えるローパスフィルタの特性を変更する等が該当する。また、本光ディスク装置は、トラッキング誤差信号の振幅が所定量以上にならないように外乱を抑圧する。これにより、外乱に対するサーボ制御の追従精度の低下を抑制し、かつ周波数特性の位相遅れを抑制する光ディスク装置を提供することが可能となる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

また、上記の各構成は、それらの一部又は全部が、ハードウェアで構成されても、プロセッサでプログラムが実行されることにより実現されるように構成されてもよい。また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

１ 光ディスク
２ 対物レンズ
３ アクチュエータ
４ レーザ光源
５ 光検出器
６ 誤差信号生成手段
７ 制御手段
８ 駆動手段
９ 外乱オブザーバ
１０ 外乱検出器
１１ 増幅器
１２ 加算器

Claims (10)

1. 光ディスクに対して情報の再生または記録を行う光ディスク装置であって、
   レーザ光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光を集光する対物レンズと、
   前記対物レンズを所定の位置に移動するアクチュエータと、前記光ディスクからの反射光を電気信号に変換する光検出器と、前記レーザ光源と前記対物レンズと前記アクチュエータと前記光検出器とから構成される光ピックアップと、
   前記光検出器の出力信号から、誤差信号を生成する誤差信号生成部と、
   前記誤差信号生成部の出力信号に基づいて光スポットを前記光ディスクのトラックに追従させるトラッキングサーボ制御部と、
   前記制御部の出力信号に基づいて前記アクチュエータを駆動する駆動部と、
   前記光ディスク装置に生じた外乱を検出する外乱検出部と、
   前記外乱を抑圧する外乱抑圧部と、を備え、
   前記外乱抑圧部は、前記外乱検出部が検出する外乱が所定量より小さい場合には、外乱を抑圧する動作を停止し、前記第１の外乱検出部が検出する外乱が所定量より大きい場合に、外乱を抑圧することを特徴とする光ディスク装置。
2. 請求項１に記載の光ディスク装置であって、
   前記外乱抑圧部は、負帰還回路のサーボ状態を変更することにより外乱を抑圧することを特徴とする光ディスク装置。
3. 請求項１に記載の光ディスク装置であって、
   前記外乱抑圧部は、外乱をキャンセルさせる信号の増幅率を増加させることにより外乱を抑圧する
   ことを特徴とする光ディスク装置。
4. 請求項１に記載の光ディスク装置であって、
   前記外乱抑圧部は、外乱をキャンセルさせる信号の増幅率を、前記トラッキング誤差信号が所定値より小さくなるまで増加させることにより外乱を抑圧することを特徴とする光ディスク装置。
5. 請求項１記載の光ディスク装置であって、
   前記外乱検出部は、光ディスク装置に加えられる加速度を検出する加速度センサであり、
   前記外乱抑圧部は、前記該加速度センサの出力と、前記誤差信号生成部の出力に応じて外乱を抑圧することを特徴とする光ディスク装置。
6. 請求項１記載の光ディスク装置であって、
   前記外乱検出部は、外乱オブザーバからの出力により外乱を検出することを特徴とする光ディスク装置。
7. 請求項１記載の光ディスク装置であって、
   前記トラッキングサーボ制御部は、それぞれサーボ特性の異なる複数の制御部によって構成され、
   前記外乱抑圧部は、前記外乱検出部が検出した外乱の大きさに応じて前記複数の制御部のうちいずれかを選択することを特徴とする光ディスク装置。
8. 請求項１記載の光ディスク装置であって、
   内部にローパスフィルタを有する外乱オブザーバを備え、
   前記外乱検出部は、検出された外乱の大きさに応じて、前記外乱オブザーバ内部のローパスフィルタ（ＬＰＦ）のカットオフ周波数を変更することを特徴とする光ディスク装置。
9. 請求項１に記載の光ディスク装置であって、
   前記外乱とは、前記光ディスク装置に生じた振動または衝撃であることを特徴とする光ディスク装置。
10. 光ディスクに対して情報の再生または記録を行う光ディスク装置であって、
    レーザ光を出射するレーザ光源と、
    前記レーザ光を前記光ディスクの記録面上に集光する対物レンズと、
    前記対物レンズを所定の位置に移動するアクチュエータと、
    前記光ディスクからの反射光を電気信号に変換する光検出器と、
    前記レーザ光源と前記対物レンズと前記アクチュエータと前記光検出器から構成される光ピックアップと、
    前記光検出器の出力信号から、誤差信号を生成する誤差信号生成部と、
    前記誤差信号生成部の出力信号に基づいて光スポットを目標位置に制御する制御部と、
    前記制御部の出力信号に基づいて前記アクチュエータを駆動する駆動部と、
    前記光ディスク装置に生じた外乱を検出する外乱検出部を備え、
    前記外乱検出部が検出した外乱の大きさに応じてサーボ状態を変更することを特徴とする光ディスク装置。

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