JP3535089B2 - 位置制御方法、装置、及び、これを用いたフォーカシングサーボ装置 - Google Patents
位置制御方法、装置、及び、これを用いたフォーカシングサーボ装置Info
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Description
置、及び、これを用いたフォーカシングサーボ装置に係
り、特に、測定面の位置を検出する光学式変位計に用い
るのに好適な、フォーカス引込み制御からフォーカシン
グサーボ制御への移行を円滑に行うことが可能な、位置
制御方法、装置、及び、これを用いたフォーカシングサ
ーボ装置に関する。
する対物レンズを含み、該対物レンズの焦点位置から測
定面までのずれ量に応じた信号を出力する変位センサを
備え、該変位センサからの出力信号を基にフォーカシン
グサーボ動作を行うフォーカシングサーボ装置を用いた
光学式変位計が知られている。このような光学式変位計
の構成を図8に、その検出回路の各部信号波形の例を図
9に、前記変位センサからの信号を基にフォーカシング
サーボ動作を行う制御装置の各部動作波形の例を図10
に、それぞれ示す。
く、半導体レーザ1と、該半導体レーザ1から放射され
た光を平行ビームとするコリメータレンズ2と、該コリ
メータレンズ2によって平行光線化された光ビーム3を
測定面4に向けて反射する偏光ビームスプリッタ5と、
該偏光ビームスプリッタ5により進行方向を変えられた
光ビーム3を測定面4に集光して光スポット6を形成す
る対物レンズ7と、測定面4による散乱反射光が半導体
レーザ1に戻らないようにすると共に、偏光ビームスプ
リッタ5との組合せで、ハーフミラーを用いた場合より
効率を高めるための1/4波長板8と、前記偏光ビーム
スプリッタ5を通過した反射光を結像する結像レンズ9
と、該結像レンズ9を通過した光を分割するビームスプ
リッタ10と、該ビームスプリッタ10により分割され
た各反射光の合焦位置よりも前及び後にそれぞれ配置さ
れた2つのピンホール11A、11Bと、各ピンホール
11A、11Bを通過した反射光の光量をそれぞれ検出
する受光素子(例えばホトダイオード)12A、12B
と、各受光素子12A、12Bからの出力を入力とする
検出回路21とを含んで構成されている。
軸方向に変位可能に設けられた対物レンズホルダ14に
保持されている。本体13と対物レンズホルダ14との
間には、対物レンズホルダ14を上下方向(対物レンズ
7の焦点位置が測定面4に一致する方向)へ駆動させる
駆動手段としてのアクチュエータ15と、対物レンズホ
ルダ14の上下方向位置を検出するリニアエンコーダ1
8とがそれぞれ設けられている。
に固定されたマグネット16と、前記対物レンズホルダ
14に固定されたコイル17とから構成されている。
ンズホルダ14に一端(図では下端)が固定されたスケ
ール19と、該スケール19に対向して、前記本体13
に固定された検出器20とから構成されている。
A、12Bの出力電流を電圧に変換する電流−電圧(I
/V)変換器22A、22Bと、各I/V変換器22
A、22Bの出力電圧を増幅する増幅器23A、23B
と、両増幅器23A、23Bの出力の差を演算する減算
器24と、前記両増幅器23A、23Bの出力の和を演
算する加算器25と、前記減算器24の出力を前記加算
器25の出力で割ってS字状のフォーカスエラー信号S
を出力する除算器26と、該除算器26からのフォーカ
スエラー信号Sが、基準レベル+Vref1、−Vref1の範
囲より超えている時にHレベルとなるサーボエリア信号
SSを出力するSSコンパレータ27とを含んで構成さ
れている。
図9(A)に示す受光信号PDA、PDBが出力される
と、除算器26からは、図9(B)に示すように、対物
レンズ7の焦点位置から測定面4までのずれ量に応じた
フォーカスエラー信号Sが出力され、SSコンパレータ
27からは、図9(C)に示すサーボエリア信号SSが
それぞれ出力される。
信号S及びサーボエリア信号SSは、制御装置102に
入力される。この制御装置102は、フォーカスエラー
信号Sを基に、対物レンズ7の焦点位置が測定面4に一
致するように、駆動制御信号を前記アクチュエータ15
に与えるサーボコントローラ31、電力増幅器34、フ
ォーカス引込み(以下、FIと略する)用CPU36及
びD/Aコンバータ37、FI制御時にオンとなるスイ
ッチ38、フォーカシングサーボ(以下、Fと略する)
制御時にオンとなるスイッチ39を含んで構成されてい
る。
コンバータ37は、前記対物レンズ7の焦点位置から測
定面4までのずれ量が一定範囲内のサーボエリア内に入
るように、フォーカス引込み(FI)制御を行うFI制
御部35を構成している。
ッチ38をオン、スイッチ39をオフとすると共に、D
/Aコンバータ37の出力を、図10(A)に示す如く
徐々に増やしていく。すると、D/Aコンバータ37の
出力は、電力増幅器34を通じてアクチュエータ15に
与えられる結果、対物レンズ7が測定面4に接近する方
向に移動されていく。この間、CPU36は、SSコン
パレータ27からのサーボエリア信号SSをチェック
し、そのサーボエリア信号SSがHレベルからLレベル
に変化した時、即ち、測定面4がサーボエリア内に入っ
たことを検出した時、図10(A)、(B)、(C)、
(D)に示す如く、D/Aコンバータ37の出力を固定
し、且つ、スイッチ38をオン、スイッチ39をオンと
する。これにより、サーボループが閉じ、F制御に動作
が引き渡される。以後、サーボコントローラ31から
は、図10(E)に示すように、測定面形状に追従した
駆動制御信号が出力され、アクチュエータ15に与えら
れる。
サーボエリア外からサーボエリア内に入った時点(図9
(C)のx1又はx2)で、直ちに、FI制御からF制御
に切換えていたので、サーボエリア外でのFI制御から
サーボエリア内でのF制御への動作切換時の過渡現象の
ために、F制御に移行する時、対物レンズ7がサーボエ
リア外に出てしまう等の現象が発生し、再度FI制御を
実行しなければならない等の不具合が発生する場合があ
った。
くなされたもので、サーボ引込み制御からサーボ制御へ
の移行を、過渡現象を小さくして、円滑にさせることを
第1の課題とする。
において、FI制御からF制御への移行を、過渡現象を
小さくして、円滑にさせることを第2の課題とする。
の目標位置と現在位置の差が大きい時は、オープンルー
プで現在位置を目標位置に近付けるよう位置制御対象を
駆動するサーボ引込み制御を行い、位置制御対象の目標
位置と現在位置の差が小さくなった時は、クローズルー
プで現在位置を目標位置に一致させるよう位置制御対象
を駆動するサーボ制御に切換えるようにした位置制御方
法において、サーボ引込み制御中は、初期値設定機能付
積分器より前段の積分器の記憶部を短絡させ、サーボ制
御が可能なサーボエリアに入ってもサーボ引込み制御を
続け、位置制御対象の現在位置が目標位置と一致した時
点で、その時点の制御出力を初期値設定機能付積分器に
初期値として記憶させ、前記目標位置と一致した時点の
現在位置を初期値として、前記初期値設定機能付積分器
より前段の積分器の動作を可能として、サーボ引込み制
御からサーボ制御に切換えることにより、前記第1の課
題を解決したものである。
へ切換える前に、目標位置近傍で、前記サーボ引込み制
御による位置制御対象の駆動速度を減速するようにし
て、前記過渡現象を一層確実に防止するようにしたもの
である。
を目標位置に近付けるよう位置制御対象を駆動するサー
ボ引込み制御手段と、クローズループで現在位置を目標
位置に一致させるよう位置制御対象を駆動するサーボ制
御手段と、目標位置と現在位置の差が小さくなった時
に、サーボ引込み制御からサーボ制御に切換えるため
の、サーボ制御が可能なサーボエリアに入ってもサーボ
引込み制御を続け、位置制御対象の現在位置が目標位置
と一致した時点で、サーボ引込み制御からサーボ制御に
切換える制御切換手段と、を備えた位置制御装置であっ
て、前記制御切換手段が、前記サーボ引込み制御手段の
出力が初期値として設定される初期値設定機能付積分器
を含み、該初期値設定機能付積分器が、前記サーボ制御
手段の最終段に配置され、該初期値設定機能付積分器よ
り前段の積分器の記憶部が、サーボ引込み制御中は短絡
されるようにして、同じく前記第1の課題を解決したも
のである。
制御対象の現在位置が目標位置と一致した時にオンとな
るスイッチを介して設定されるようにしたものである。
に入った時にオンとなるスイッチを介して設定されるよ
うにして、構成を簡略化したものである。
ンズを含み、その対物レンズの焦点位置から測定面まで
のずれ量に応じた信号を出力する変位センサと、この変
位センサにおける対物レンズの焦点位置が測定面に一致
する方向へ変位センサを駆動させる駆動手段と、オープ
ンループで対物レンズの焦点位置を測定面に近付けるよ
う、前記駆動手段に出力を与えるフォース引込み制御手
段と、クローズループで対物レンズの焦点位置を測定面
に一致させるよう、前記駆動手段に出力を与えるフォー
カシングサーボ制御手段と、対物レンズの焦点位置と測
定面の差が小さくなった時に、フォース引込み制御から
フォーカシングサーボ制御に切換えるための、フォーカ
シングサーボ制御が可能なサーボエリア内に入ってもフ
ォース引込み制御を続け、対物レンズの焦点位置が測定
面に一致した時点で、フォース引込み制御からフォーカ
シングサーボ制御に切換える制御切換手段とを備えたフ
ォーカシングサーボ装置であって、前記制御切換手段
が、前記フォース引込み制御手段の出力が初期値として
設定される初期値設定機能付積分器を含み、該初期値設
定機能付積分器が、前記フォーカシングサーボ制御手段
の最終段に配置され、該初期値設定機能付積分器より前
段の積分器の記憶部が、フォース引込み制御中は短絡さ
れるようにして、前記第2の課題を解決したものであ
る。
施形態を詳細に説明する。
く、図7に示した従来例と同様の光学式変位計におい
て、精度を増すため複数段設けたサーボコントローラ3
1内に備えられた積分器31A・・・31Fのうち、電
力増幅器34直前の最終段の積分器31Fを初期値設定
機能付積分器(以下、I積分器と略する)とすると共
に、サーボエリア内でフォーカスエラー信号Sがゼロと
なったことを検知するゼロ(Z)信号発生回路40を設
け、該Z信号発生回路40によりサーボエリア内でフォ
ーカスエラー信号Sがゼロとなったことが検知された時
にオンとなるゼロスイッチ41を介して、その時のFI
制御部35のD/Aコンバータ37の出力を前記I積分
器31Fに設定されるようにしたものである。
21の除算器26の出力により、フォーカスエラー信号
SがゼロになったときにZ信号を発生するZコンパレー
タ40Aと、該Zコンパレータ40Aの出力を微分して
整形する、例えば図2に示すような微分器40C及びシ
ュミットトリガ回路40Dからなる微分・整形回路40
Bと、該微分・整形回路40Bにより出力される、Z信
号がオンであり、且つ、前記SSコンパレータ27から
出力されるサーボエリア信号SSがオンである時、即
ち、サーボエリア内で、且つ、フォーカスエラー信号S
がゼロである時に前記ゼロスイッチ41をオンとする信
号を出力するアンドゲート40Eから構成されている。
細に示す如く、前記スイッチ38と連動してオンオフさ
れるスイッチ38A、38B・・・によりFI制御時に
短絡される積分器31A、31B・・・と、前記ゼロス
イッチ41により、Z信号がオンとなった時のD/Aコ
ンバータ37の出力が初期値としてコンデンサに設定さ
れる、最終段のI積分器31Fを含んでいる。
FI制御部35の構成としては、例えば出願人が特開平
7−84172で提案したような構成を採用することが
できる。
ン、スイッチ39がオフとされ、アクチュエータ15と
サーボコントローラ31が切り離されており、FI制御
部35からアクチュエータ15に図4の左側に示すよう
な駆動信号を与えて、オープンループで、対物レンズ7
の焦点位置が測定面4に近付くように、対物レンズホル
ダ14を駆動する。
エリア内でフォーカスエラー信号Sがゼロになると、Z
信号発生回路40のZコンパレータ40AからZ信号が
発生され、このタイミングで、瞬時に、サーボコントロ
ーラ31内の最終段のI積分器31Fに、FI制御部3
5が出力しているアクチュエータ駆動信号が、初期値と
して設定される。
外の前段の積分器31A・・・は、スイッチ38A・・
・をオンとして、積分動作が禁止される。
リア内で、且つ、フォーカスエラー信号Sがゼロの時実
行される。具体的には、スイッチ38がオフとなって、
アクチュエータ15とFI制御部35が切り離され、ス
イッチ39がオンとなって、アクチュエータ15とサー
ボコントローラ31が接続され、サーボコントローラ3
1の最終段に配置された、FI制御時のフォーカスエラ
ー信号Sがゼロの時のアクチュエータ駆動信号を初期値
として、コンデンサに記憶したI積分器31Fの信号
が、アクチュエータ15に伝達される。この時、S=0
なので、サーボコントローラ31の入力もほぼ0であ
り、サーボコントローラ31からは、I積分器31Fに
記憶したFI制御時のS=0での値が、アクチュエータ
駆動信号として出力されることになる。この値は、可動
部をS=0に保持する値に近い信号である。
=0の時のエネルギ(ほぼS=0の時に可動部を保持す
る力に近い)をI積分器31Fに記憶させて、対物レン
ズ7がS=0の位置を初期位置としてFI制御からF制
御に切換えることにより、従来のようにサーボエリアの
境界で切換える場合に比べて、切換時の過渡現象を小さ
くして、円滑な切換えを行うことが可能となる。
に、サーボコントローラ31内部のI積分器以外の積分
器31A・・・の記憶部をスイッチ38A・・・により
短絡しているので、その記憶はゼロであり、S=0の切
換タイミングでは、記憶部入力は、フォーカスエリア信
号S=0であるので、FI制御からF制御に移行する時
に、積分する信号がなく、エネルギの移動がないので、
迅速且つ円滑に制御を切換えることができる。これに対
して、例えば積分器31AをI積分器とし、積分器31
Fを通常の積分器とした場合には、積分器31Aのエネ
ルギが積分器31F迄移動する過渡状態が発生してしま
う。
についても、ドライバである電力増幅器34の直前位置
にエネルギが蓄えられるF制御の定常状態を、スイッチ
38A・・・をオンとすることにより、FI制御時に強
制的に作り出して、そのままF制御に移行しているの
で、アクチュエータ15への力は、S=0を保持するた
めの力(初期加速度)であり、アクチュエータ駆動信号
の変動がなく、円滑な移行が可能である。
7を止めることで、速度を落としつつF制御に移行する
ようにして、F制御開始時に対物レンズ7を動かす初速
度を小さくすれば、より一層安定した切換えが可能であ
る。もし、F制御移行の初期時に、この初速度のために
Sが0でなくなっても、そのずれは少なく、過渡現象を
小さくすることができる。
を加工することなく、本発明を実現できる。
形態を詳細に説明する。
式変位計において、Z信号発生回路40の出力をFI制
御部35のCPU36´に与え、サーボエリア内でフォ
ーカスエラー信号S=0になるまでをFI制御期間とし
て、この間は、I積分器31Fの初期値として、次々に
変化するFI制御部35出力を、スイッチ38Fを通じ
て与え続けるようにしたものである。
1は、図6に示す如く、構成される。
サーボエリア内でフォーカスエラー信号S=0になった
瞬間に、CPU36´がスイッチ38、38A・・・3
8Fをオフにして、スイッチ39をオンにする。
され、結果は、スイッチ38、38A・・・38F、3
9への指令信号として、CPU36´から出力される。
は、第1実施形態と同じであるので、説明は省略す
る。。
工する必要はあるが、Z信号発生回路40の出力で直接
スイッチをオン・オフすることはないので、第1実施形
態のような微分・整形回路40Bが不要であり、更に、
ゼロスイッチ41も不要であるため、構成を簡略化でき
る。
も、I積分器のコンデンサに初期値を記憶させていた
が、初期値を記憶させる方法は、これに限定されず、例
えば、サンプルホールド回路で電圧値として記憶しても
良い。
5が、対物レンズ7の焦点位置が測定面4に一致するよ
うに、対物レンズ7を本体13に対し移動させるもので
あったが、対物レンズ7を含む本体13全体を測定面4
に対して接近、離間する方向へ移動させるものであって
もよい。又、逆に、測定面4を対物レンズ7に対して移
動させるものであってもよい。
ピンホール法を用いた例で説明したが、この他、非点収
差法、風光法、臨界角法等でもよい。
本発明が、フォーカシングサーボ装置に適用されていた
が、本発明の適用対象はこれに限定されず、光学式変位
計以外の変位計や、フォーカシングサーボ装置以外の位
置制御にも同様に適用できることは明らかである。
サーボ制御への移行時の過渡現象を小さくして、サーボ
引込みエラーを解消することができる。
体構成を示すブロック図
を示す回路図
す回路図
示す線図
体構成を示すブロック図
す回路図
ク線図
す線図
図
Claims (6)
- 【請求項1】位置制御対象の目標位置と現在位置の差が
大きい時は、オープンループで現在位置を目標位置に近
付けるよう位置制御対象を駆動するサーボ引込み制御を
行い、 位置制御対象の目標位置と現在位置の差が小さくなった
時は、クローズループで現在位置を目標位置に一致させ
るよう位置制御対象を駆動するサーボ制御に切換えるよ
うにした位置制御方法において、サーボ引込み制御中は、初期値設定機能付積分器より前
段の積分器の記憶部を短絡させ、 サーボ制御が可能なサーボエリアに入ってもサーボ引込
み制御を続け、位置制御対象の現在位置が目標位置と一
致した時点で、その時点の制御出力を初期値設定機能付
積分器に初期値として記憶させ、前記目標位置と一致し
た時点の現在位置を初期値として、前記初期値設定機能
付積分器より前段の積分器の動作を可能として、サーボ
引込み制御からサーボ制御に切換えるようにしたことを
特徴とする位置制御方法。 - 【請求項2】前記サーボ引込み制御からサーボ制御へ切
換える前に、目標位置近傍で、前記サーボ引込み制御に
よる位置制御対象の駆動速度を減速することを特徴とす
る請求項1に記載の位置制御方法。 - 【請求項3】オープンループで現在位置を目標位置に近
付けるよう位置制御対象を駆動するサーボ引込み制御手
段と、 クローズループで現在位置を目標位置に一致させるよう
位置制御対象を駆動するサーボ制御手段と、 目標位置と現在位置の差が小さくなった時に、サーボ引
込み制御からサーボ制御に切換えるための、サーボ制御
が可能なサーボエリアに入ってもサーボ引込み制御を続
け、位置制御対象の現在位置が目標位置と一致した時点
で、サーボ引込み制御からサーボ制御に切換える制御切
換手段と、 を備えた位置制御装置であって、 前記制御切換手段が、前記サーボ引込み制御手段の出力
が初期値として設定される初期値設定機能付積分器を含
み、 該初期値設定機能付積分器が、前記サーボ制御手段の最
終段に配置され、該初期値設定機能付積分器より前段の
積分器の記憶部が、サーボ引込み制御中は短絡されるこ
とを特徴とする位置制御装置。 - 【請求項4】前記初期値が、サーボエリア内で位置制御
対象の現在位置が目標位置と一致した時にオンとなるス
イッチを介して設定されることを特徴とする請求項3に
記載の位置制御装置。 - 【請求項5】前記初期値が、サーボエリア内に入った時
にオンとなるスイッチを介して設定されることを特徴と
する請求項3に記載の位置制御装置。 - 【請求項6】光ビームを照射する対物レンズを含み、そ
の対物レンズの焦点位置から測定面までのずれ量に応じ
た信号を出力する変位センサと、 この変位センサにおける対物レンズの焦点位置が測定面
に一致する方向へ変位センサを駆動させる駆動手段と、 オープンループで対物レンズの焦点位置を測定面に近付
けるよう、前記駆動手段に出力を与えるフォース引込み
制御手段と、 クローズループで対物レンズの焦点位置を測定面に一致
させるよう、前記駆動手段に出力を与えるフォーカシン
グサーボ制御手段と、 対物レンズの焦点位置と測定面の差が小さくなった時
に、フォース引込み制御からフォーカシングサーボ制御
に切換えるための、フォーカシングサーボ制御が可能な
サーボエリア内に入ってもフォース引込み制御を続け、
対物レンズの焦点位置が測定面に一致した時点で、フォ
ース引込み制御からフォーカシングサーボ制御に切換え
る制御切換手段と、 を備えたフォーカシングサーボ装置であって、 前記制御切換手段が、前記フォース引込み制御手段の出
力が初期値として設定される初期値設定機能付積分器を
含み、 該初期値設定機能付積分器が、前記フォーカシングサー
ボ制御手段の最終段に配置され、該初期値設定機能付積
分器より前段の積分器の記憶部が、フォース引込み制御
中は短絡されることを特徴とするフォーカシングサーボ
装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000335636A JP3535089B2 (ja) | 2000-11-02 | 2000-11-02 | 位置制御方法、装置、及び、これを用いたフォーカシングサーボ装置 |
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Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JP2002140115A JP2002140115A (ja) | 2002-05-17 |
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