JP4206354B2 - 光ディスク装置 - Google Patents
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Description
このように、光スポットをディスクに形成された目標トラックの位置に移動させる動作をシーク動作という。
ねじ切りされた直線的な伝達部材(ギア部材)にキャリッジを搭載し、ステッピングモータの回転力を伝達部材に伝え、伝達部材が回転することにより、キャリッジがディスクの半径方向に直線的に移動させられる。
レンズアクチュエータは、対物レンズの近傍に取り付けられた1対の電磁石などによって構成され、磁石の吸引力により対物レンズの位置が制御される。電磁石に通電しない場合は、対物レンズはいわゆる基準となる中立点に位置しているが、通電した場合には、電磁石の吸引力により対物レンズは中立点からわずかにずれた位置に変位させられる。また、対物レンズはバネに取り付けられ、通電をやめると、バネの復元力によりもとの中立点に戻る。
しかし、一般に光ディスクは偏心しているので、同心円状にトラックが形成されている場合でも螺旋状に案内溝が形成されている場合でも、一回転する間に光スポットの位置は、目標トラックの位置から左右にずれてしまう。
また、トラッキングエラー信号(TES)を利用して、ディスクの偏心を予め学習しておいて、そのディスクの記録再生を行う時に学習によって得た偏心情報を用いてトラッキング制御等をする光ディスク装置も提案されている(たとえば、特許文献3,4参照)。
このようなキャリッジを往復させるようなステッピングモータの駆動は、正確なトラッキングのために必要な動作であるが、ディスクの1回転ごとに必ず行われるために、消費電力の増大をもたらす。
さらに、対物レンズがバネで支えられている場合、レンズアクチュエータの駆動時に、バネが戻ろうとする反作用のために、トラッキングに外乱を与えることになり、トラッキングサーボの安定性が失われる場合もある。
第2駆動部は、対物レンズの位置を、初期位置(以下、中立点と呼ぶ)を中心として、微小に変位させることのできるアクチュエータ(以下、レンズアクチュエータと呼ぶ)を用いてもよい。
レンズ位置検出部は、対物レンズの微小な変化を検出することのできる光センサを用いることができる。光センサは、発光素子と受光素子とを組合せたもので構成される。
ここで偏心成分とは、光ディスク媒体に偏心があった場合に、光ディスクのトラックの位置の変位に追従して移動する対物レンズの周期的な変化情報を意味し、通常、正弦波的な周期信号として検出できる。
ここで、位置検出信号(APOS信号)は、演算器を用いてLPOS信号からLEA信号を引くことにより生成される。このように、APOS信号が、学習処理を利用して求められる場合、偏心除去部は、後述するLPOS学習部に相当し、偏心成分情報を算出する学習処理部と、演算部とから構成される。演算部は、減算器の他、種々の論理素子が利用できる。
ここで、レンズアクチュエータに与えられる駆動信号をTRKDRV信号とすると、TRKDRV信号は、TES信号の変化を示す信号(DRV1信号と呼ぶ)に、反作用補正信号(REA信号)を加算したものとして表される。
ここで、ロック信号は、後述するLOC信号に相当する。
このLOC信号は、レンズアクチュエータに与えられるTRKDRV信号に加算される。
<この発明の光ディスク装置の構成>
図1に、この発明の光ディスク装置の一実施例の概略構成図を示す。
ここでは、光ディスク装置の中で、光ディスクに対して光を照射し、反射光を検出する光学系部材と、光学系部材をディスクに対してシーク制御する制御ブロックについて示している。
スピンドルモータ22は、図示しないモータ制御部に接続され、その回転速度が制御される。モータ制御部は、CPUなどのいわゆるマイクロコンピュータなどが利用される。
また、スピンドルモータ22は、たとえばブラシレスDCモータからなり、予め設定された一定の速度で、光ディスクを回転させる。
この発明の光ディスク21とは、光磁気ディスクの他、光ビームをディスクに照射しディスク上の記録データを読出し、書込みする交換可能な光ディスク(CD,DVD等)のようなディスクを対象とする。
制御ブロックは、主として、ステッピングモータ(STM)1,LPOS学習部7,変位検出部8,レンズロック制御部9,反作用補正部10,TESフィルタ11,TZC生成部12,速度補正部13,アクチュエータ制御信号生成部14,ステッピングモータ制御部15とから構成される。この制御ブロックは、主として、CPU,ROM,RAM等からなるマイクロコンピュータによって構成され、ROM等に記憶されたプログラムに基づいて、CPUが動作することによって各制御ブロックの機能が実現される。
たとえば、ステッピングモータ1の回転のステップ角をD度とし、モータの1回転でキャリッジ20が移動する距離をP(mm)とすると、1パルス当たりのキャリッジの移動速度Vp(mm/パルス)は、Vp=P×D/360で表される。
ここで、ステッピングモータ1の回転制御の目標速度をN(パルス/秒)とすると、キャリッジ20の移動速度V(mm/秒)は、V=Vp×Nで表される。したがって、ステッピングモータ1の回転制御の目標値Nが図示しないCPUなどから設定されると、上記式(V=Vp×N)によりキャリッジ20の移動速度Vが算出される。
対物レンズ3は、レーザ光を絞り込んで、光ディスクの表面に所定の径(たとえば、直径1.6μm程度)の光スポットを形成するものである。対物レンズ3は、バネで支持されキャリッジ20に取り付けられる。
この一対の電磁石に流す電流量を制御することにより、電磁石と対向する磁石間で吸引力が働き、対物レンズ3が、光ディスク21の半径方向に所定量だけ変位させられる。電磁石に流す電流量は、レンズアクチュエータに与えられる位置制御信号TRKDRVによって決定される。
図2において、ステッピングモータ1には、長い棒状の伝達部材18が接続され、ステッピングモータ1の回転によって伝達部材18も回転する。
伝達部材18の表面にはネジが切られており、キャリッジ20の一部にネジ切りされた空間が設けられ、この空間に伝達部材18が挿入されている。
キャリッジ20の上には、対物レンズ3とレンズアクチュエータ5が搭載され、キャリッジ20の移動によって、対物レンズ3とレンズアクチュエータ5も同じ距離だけ移動する。たとえば、最小移動単位の距離をL1(たとえば50μm)とすると、距離L1の整数倍に対応した距離だけ移動させられる。
また、対物レンズ3は、キャリッジ20に固定されているのではなく、前記したように、バネ等で取り付けられており、レンズアクチュエータ5により図のL2方向(ディスク21の半径方向)に、微小移動させられる。
LPOS検出部2は、キャリッジ20に固定設置され、対物レンズ3の位置を測定している。図の中立点Mは、変位されていない対物レンズ3の位置を示したもので、この破線の位置を中央として、左右どちらかの方向にレンズアクチュエータ5により、所定の距離L2だけ、微小移動される。最大変位量(スライス)をLmaxとすると、−Lmax≦L2≦Lmaxである。
LPOS検出部2は、対物レンズ3の変位を測定するものであり、対物レンズ3の近傍でキャリッジ20に固定設置される光センサで構成される。光センサは、LEDなどの発光部と、受光センサとからなり、LEDから出た光が対物レンズ3に当たり、その反射光が受光センサに受光されるように配置される。受光した光の強度を調べれば、レンズアクチュエータで変位させられていないときの対物レンズの中立点Mからの変位量が求められる。
この中立点Mからの対物レンズ3の変位量に対応したレンズ位置信号(以下、LPOS信号と呼ぶ)が、LPOS検出部2から出力される。
この学習処理は、与えられたLPOS信号をフィードバック制御することにより行われるが、たとえば、前記した公知の特許文献3(特開2000−339729号公報)で使用されている学習制御処理を用いることができる。
図3において、LPOS学習部7は、学習処理をする学習処理部71と、減算器72とから構成される。
減算器72では、LPOS検出器2からのLPOS信号と、学習処理部71で生成されたLPOS信号の学習結果を示す信号LEAとを合成した信号APOS(APOS=LPOS−LEA)が生成される。
このようにして生成された学習後のAPOS信号は、ディスクに偏心があった場合の偏心成分を示す信号である。
図4において、学習前のLPOS信号は、正弦波的な信号波形として描かれているが、光ディスク媒体には偏心があるので、実際にはこのLPOS信号の波形には偏心成分が含まれている。
このような偏心成分を含むLPOS信号を学習すると、偏心成分に相当するLEA信号(学習値信号)が生成される。図4では、LPOS信号とLEA信号とはほとんど同じような波形で描かれているが、学習前のLPOS信号は、偏心成分に加えて、算出しようとするトラッキングのための情報成分が含まれている。
LPOS学習部7から出力されるAPOS信号は、偏心成分を含むLPOS信号から、偏心成分であるLEA信号を引算したものであり、図4では破線で示されている。APOS信号は、ほとんどゼロに近いが微小な振動成分を含む信号として出力される。
パルス信号STEPCLKによるステッピングモータ駆動時に、対物レンズを支えるバネのためにレンズアクチュエータは反作用の力を受けるが、この反作用が大きいと、TES信号に外乱(制御残差成分)が生じ、トラッキング制御が不安定となる。
そこで、トラッキング制御を安定化させるために、この反作用補正部10が反作用補正信号REAを生成し、レンズアクチュエータ5に与えられる信号TRKDRVを補正している。
TZC信号は、ディスクの半径方向に対する光スポットの移動速度VAを算出するのに利用される。
アクチュエータ制御信号生成部14は、スイッチ群(SW1,SW2,SW3)と加算器(A1,A2)から構成され、ドライブ信号(DRV1,DRV2),ロック信号LOC,反作用補正信号REAを組み合わせて、実際にレンズアクチュエータ5を制御するためのドライブ信号TRKDRVを生成するものである。
スイッチSW2は、TESフィルタ11から出力されるドライブ信号DRV1と、速度補正部13から出力されるドライブ信号DRV2とを切りかえるものであり、たとえば、トラッキングサーボを行うときはオフ状態で、図1に示すように、ドライブ信号DRV1が選択される。また、シーク動作時においては、オン状態とし、速度補正部13から出力されるドライブ信号DRV2が選択される。
したがって、シーク時においては、加算器A2で、ドライブ信号DRV2とロック信号LOCとが加算される。
加算器A1は、加算器A2の出力と反作用補正部10から出力される補正信号REAとを加算するものである。たとえば、トラッキングサーボの動作時には、TESフィルタ11の出力であるドライブ信号DRV1と、補正信号REAとが加算され、これがTRKDRV信号としてレンズアクチュエータ5に与えられる。
したがって、この発明では、制御ブロックのうち、LPOS学習部7,変位検出部8,反作用補正部10が、特徴的な位置制御を行う部分である。
次に、この発明のレンズアクチュエータおよびキャリッジの位置制御について、LPOS信号の学習を行わない場合と対比しながら説明する。
〔LPOS信号を学習しない場合〕
まず、偏心のある光ディスクについて、LPOS信号を学習せずにトラッキング制御を行った場合の位置制御動作について説明する。
図11に、LPOS信号を学習せずに、トラッキング制御を行った場合の制御信号とキャリッジの位置との関係を示したグラフを示す。また、図12は、図11の一部を拡大したグラフである。
図11および図12のグラフの横軸は、いずれも時間〔秒〕を示しており、図12では、図11の中の時間0.21〔秒〕から0.27〔秒〕付近を示している。
図11(b)および図12(b)は、ステッピングモータに与えられるパルス信号STEPCLKの有無を示しており、その縦軸の数値について、ゼロがパルスが出ていない状態を示し、“1”がパルスが出ている状態であることを示す。
言いかえれば、パルス信号STEPCLKは、ステッピングモータ1の駆動開始トリガであり、このパルスが発生した後、所定の時間(たとえば、5msec程度)かけてステッピングモータ1が駆動され、その結果キャリッジ20が一定距離だけ移動させられる。
2相励磁でモータが駆動されるとすると、1回の励磁パターンの変更によりステッピングモータ1は18度回転するので、パルス信号が1つ与えられると、キャリッジ20は、1(mm)×(18(度)/360(度))=50(μm)だけ、移動する。すなわち、キャリッジ20の最小移動距離は、50μmであり、50μmを単位として粗シーク制御が行われる。
たとえば、対物レンズ3が中立点Mよりも外周方向に30μmだけ変位した位置にきたとすると、ステッピングモータ1の駆動によりキャリッジ20は、50μmだけ外周方向に移動させられる。
ただし、偏心がある場合は、事情が異なり、図11および図12に示したように、複雑な駆動が行われる。
すなわち、偏心があるため、図12(a)の時間0.23付近を見ると、対物レンズ3は反対方向に30μm以上(−50μm程度)の変位L2を生じてしまい、これに対応するLPOS信号によって、パルス信号(P2)が発生する。したがって、ステッピングモータ1が逆方向に駆動され、図12(c)に示すように、キャリッジ20はもとのゼロ位置へ移動させられる。この2つのパルス信号(P1,P2)の発生は、光ディスク21の回転に合わせて、その後も周期的に起こっている(図11(b),図12(b)参照)。
ところで、偏心がある場合、図11(a)に示すLPOS信号には偏心成分も含まれているので、光ディスク媒体を装置に装着した直後などに、LPOS信号に含まれるその媒体の偏心成分を検出することができれば、図11のような往復運動を回避させることができる。
次に、この発明の光ディスク装置で行う位置制御について説明する。
ここで、トラッキングサーボを行うために、アクチュエータ制御信号生成部14のスイッチ(SW1,SW2,SW3)は、図1に示すように切り替えられる。この図1の状態をスイッチのオフ状態と考える。すなわち、スイッチSW1は開放され、レンズロック制御部9の出力(LOC信号)はレンズアクチュエータ5には入力されない。スイッチSW3は接続され反作用補正が有効となる。
また、スイッチSW2はTESフィルタ11の方に接続され、TES信号から生成されたドライブ信号DRV1が、加算器A1,A2を経由してレンズアクチュエータ5に与えられる。
図6に、図5の一部(時間0.64から0.70秒付近)を拡大したグラフを示す。ここで、光ディスク21は、図11および図12と同様に、スパイラルトラックを持ち、20μmの偏心があるものである。
また、図5(a)および図6(a)において、正弦波的に変化している波形はLPOS検出部2から出力されたLPOS信号であり、直線的に変化している波形はLPOS学習部7から出力される学習後の信号(APOS)である。
LPOS信号は正弦的に変化する波形であったため、スライスレベルである周期的に30μmを超える場合があったが、図6(a)を見るとAPOS信号は、スパイラル状のトラックに追従して滑らかに変化し、時間0.67秒の直前で初めて30μmを超えている。
したがって、APOS信号が変位検出部8に入力され、30μmを超えたことが検出されたタイミング(時間0.667秒)で、変位検出部8からパルス信号STEPCLK(P1)が1回だけ出力されている(図5(b),図6(b))。
また、このキャリッジの移動により対物レンズも同じ距離だけ移動させられるので、LPOS信号およびAPOS信号は、図6(a)のように変化する。
図6(a)によると、この後LPOS信号は、正弦的に変化し逆方向にスライスレベル(−30μm)を超える場合があるが、APOS信号は学習効果により、直線的に変化し、逆方向にスライスレベルを超えることがない。
したがって、このように滑らかに変化するAPOS信号を変位検出部8に入力してステッピングモータの駆動の判断を行っているので、パルス信号P1が出力され、ステッピングモータ1によるキャリッジ20の駆動があっても、その後は、パルス信号STEPCLKは発生しない。
すなわち、この発明の位置制御を行えば、不必要なキャリッジの移動を減らすことができ、トラックサーボの安定化を図ることができる。また、キャリッジの移動回数が少なくなるので、消費電力を抑えることができる。
ここでは、シーク動作中において、対物レンズを中立点Mにロックする処理について説明する。
レンズロックをする場合は、スイッチSW1はオン状態に切り替えられ、レンズロック制御部9の出力(LOC信号)が、加算器A2に与えられる。スイッチSW3はオフ状態とする。
また、シーク制御をするために、スイッチSW2もオン状態に切り替えられ、速度補正部13の出力(DRV2信号)が、加算器A2に与えられる。
図7に、シーク動作中にレンズロックをする場合の構成図を示す。ここで、上記したようにスイッチSW1とSW2とがオン状態に制御されている。スイッチの切り替えは、図示しないCPUにより行えばよい。
ゼロクロス信号(TZC信号)をもとにして、速度補正部で求められた対物レンズ3の速度と同じ速度でキャリッジを駆動するようなシーク制御では、単に偏心成分を含むLPOS信号を用いて生成したLOC信号で対物レンズ3をロックするだけでは、媒体から見たレンズ移動速度で制御しているので、偏心成分に追従したロック制御となり、対物レンズ3を中立点Mの近傍にロックすることができない。
図8に、シーク動作中における制御信号のグラフを示す。
図8(a)が学習後のAPOS信号であり、(b)が学習前のLPOS信号であり、(c)がパルス信号STEPCLKである。
図8(a)において、APOS信号は、LPOS信号よりも振幅の少ない信号となるので、図に示す期間内において、安定した状態で、対物レンズ3を中立点Mにロックすることができる。
なお、レンズロックを解除する場合は、スイッチSW1をオフ状態とすればよい。
反作用補正処理は、パルス信号STEPCLKが発生された直後の一定時間の間、補正信号REAをレンズアクチュエータ5に与えることで、レンズアクチュエータ5に与える反作用を軽減しようとするものである。スイッチSW3をオン状態とする。
一般に、パルス信号STEPCLKを出力しステッピングモータ1を駆動するとき、レンズアクチュエータ5は対物レンズを支えているバネによる反作用の力を受ける。この様子の概要を図9に示す。
図9において、パルス信号STEPCLKが出力された一定時間の間に、キャリッジ20が動くため、APOS信号が変化するが、このときレンズアクチュエータ5の受ける反作用のために、TES検出部6で検出されるTES信号に図9に示したような外乱(制御残差)が生じる。
このTES信号の制御残差は、トラッキング制御を不安定にする要因となるので、できるだけ抑えることが好ましい。
そこで、図1に示したように、LPOS信号を学習した後のAPOS信号を用いて、フィードフォワード処理したREA信号を生成し、このREA信号を加算器A1に与え、レンズアクチュエータのドライブ信号DRV1に加算させる。すなわち、レンズアクチュエータの駆動信号TRKDRVとして、DRV1+REAを与える。
図10に示すように、REA信号が出力されたことにより、TES信号に生じていた制御残差がかなり少なくなる。すなわち、学習後のAPOS信号を用いて反作用補正処理を行っているので、TES信号の制御残差を減少させ、安定したトラッキング制御をすることが可能となる。
2 LPOS検出部
3 対物レンズ
4 サーボ系信号検出部
5 レンズアクチュエータ
6 TES検出部
7 LPOS学習部
8 変位検出部
9 レンズロック制御部
10 反作用補正部
11 TESフィルタ
12 TZC生成部
13 速度補正部
14 アクチュエータ制御信号生成部
15 ステッピングモータ制御部
20 キャリッジ
21 光ディスク
22 スピンドルモータ
71 学習処理部
72 減算器
A1 加算器
A2 加算器
APOS 位置検出信号
DRV1 駆動信号
DRV2 駆動信号
LPOS レンズ位置信号
LOC レンズロック信号
REA 反作用補正信号
SW1 スイッチ
SW2 スイッチ
SW3 スイッチ
TES トラッキングエラー信号
TRKDRV レンズアクチュエータ駆動信号
TZC ゼロクロス信号
Claims (2)
- 光ディスクに対して対向配置され、光ディスクの半径方向に移動可能なキャリッジと、
キャリッジを駆動する第1駆動部と、
キャリッジに搭載されレーザ光を光ディスク媒体に集光する対物レンズと、
キャリッジに搭載され対物レンズを光ディスクの半径方向に変位させる第2駆動部と、
キャリッジに固定設置され前記対物レンズの位置情報を検出するレンズ位置検出部と、
前記対物レンズの位置情報から光ディスクの偏心成分情報を除去した位置検出信号を生成する偏心除去部と、
前記位置検出信号を用いてキャリッジを駆動させるべきか否かを判断し、その判断結果に基づいてキャリッジの駆動開始指示を第1駆動部に与える変位検出部とを備え、
前記偏心除去部が、
対物レンズの位置情報を学習し、その位置情報に含まれた光ディスクの偏心成分情報を算出する学習処理部と、
対物レンズの位置情報を学習した後に算出された偏心成分情報を前記対物レンズの位置情報から除去して位置検出信号を出力する演算部とからなり、
前記変位検出部からの駆動開始指示と、前記偏心除去部の演算部からの位置検出信号とを用いて、対物レンズの変位によって生じる反作用を補正する反作用補正信号を生成し、キャリッジの移動開始から移動完了までの間に前記反作用補正信号を、前記第2駆動部に与える反作用補正部をさらに備えた
ことを特徴とする光ディスク装置。 - 前記偏心除去部からの位置検出信号を用いて、シーク動作時に、対物レンズをキャリッジに対する初期位置に固定するためのロック信号を生成し、前記第2駆動部に与えるレンズロック制御部をさらに備えたことを特徴とする請求項1の光ディスク装置。
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