JP4287288B2 - 多次元アクチュエータを利用してチルト補正を実行する方法及び装置 - Google Patents

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Description

本発明は、例えば3Dアクチュエータのような多次元アクチュエータを利用することにより、例えば記録可能ディスク又は読み取り専用ディスクのような光ディスクの記録面のチルトを補正する、チルト制御装置及び方法に関する。
近年、光ディスク装置は、大量のデータを記録及び再生するために発展させられてきた。
原則的に光ディスクは、記録及び再生動作の間光ピックアップユニットが該ユニットの光軸を前記ディスクの記録面に垂直に維持することができるように、ディスクモータにセットされたときに平らなディスク形状に保たれるべきである。記録トラックの走査のため、前記光ピックアップユニットは前記光ディスクの径に沿った径方向に移動する。
しかしながら、ディスクモータにセットされた光ディスクは、主に製造工程のために平らではない。前記光ディスクは径方向と円周方向との両方において湾曲している。更に、種々のドライブトレランス(drive tolerance)が直面され得る。それ故、光ピックアップユニットは、前記ディスクの記録面に垂直な該ユニットの光軸を用いて記録トラックを走査することができない。更に、前記光ディスクに対する前記光ピックアップユニットの位置に従って、角度が変化する。前記光軸と、径方向における記録面との間に形成される角度は、ラジアルチルト角として定義される。加えて、前記光軸と、前記光ディスクの記録トラックに対して接線方向の(即ち径に対して垂直な)線との間に形成される角度は、タンジェンシャルチルトと呼ばれる。一般に、光ディスクのラジアルチルトの量は、±10mradの範囲内である。
ユーザデータは、HF信号から抽出される。例えばHF信号における時間誤差のため、光ディスクの読み出しの際には一定量のジッタ(jitter)が常に存在する。かようなジッタの原因の幾つかは、符号間干渉、隣接するトラック間のクロストーク、ディスク製造の欠陥のみならず、全ての電子回路中に存在する通常のノイズも含む。前記ディスクと対物レンズとの間のチルト角は、2つの主要な原因の結果である。即ち、前記ディスク(製造誤差及び環境変化による寄与)及びドライブ(対物レンズアクチュエータ、ターンテーブルモータの調節、軸調節等による寄与)である。結果の角度のずれは、コマ収差即ち前記ディスク上の光読み出しスポットの歪みに導く。この歪んだ読み出しスポットは直接、歪んだHF信号、従ってタイミング誤り即ちジッタに帰着する。一般に、ラジアルチルトが大きくなるにつれてジッタはより早く増大する。
DVD及びDVD+RWのようなシステムにおける堅固なシステム耐性は、減少された最大許容チルト誤差を必要とする。これらの最大許容チルト誤差は、径方向に例えば±8mradであり得るチルトウィンドウ内に規定される。該チルトウィンドウは、一定の必要とされるレベル(典型的には15%)より小さなジッタを達成するために定義される。読み出しシステム中の全体のチルトが該ウィンドウより大きい場合、ジッタが高くなりすぎ、アクティブなチルト補正が必要とされる。それ故、かような変動要因の下で前記記録トラックから元の信号を再生するためには、ラジアルチルト及び/又はタンジェンシャルチルトのような物理的な変動に対して前記光ディスク装置を調節することが必要である。
特開2000−195080の文献は、チルト制御が適用される従来の光ディスク装置を開示している。動作において、チルト検出手段が、記録及び再生に利用される光ヘッドに対する前記光ディスクのチルト量に対応する電圧を持つチルト信号を出力する。前記チルト制御手段は、チルト制御信号がゼロとなるように、チルトアクチュエータ手段又はラジアルチルト調節器を駆動する。かくして、前記光ヘッドは前記光ディスクに平行な位置に維持されることができ、そのため優れた質を持つ信号が該光ディスクに記録、又は該光ディスクから再生されることができる。
更に、国際特許公開WO−A−00/16321の文献は、チルト制御装置及び方法を開示している。ここでは、光ピックアップユニットのスレッジがチルトユニットに配置され、該チルトユニットは前記光ディスクに対して径方向にチルトする即ち傾くことが可能である。ラジアルチルト角における変化に応じて、前記ピックアップユニットの光軸の角度が、前記ディスクの記録面に対して変化する。結果として、再生される信号のジッタもまた変化する。
所定の較正データトラックエリアにおけるジッタ測定に基づいて、チルトセンサが較正されても良い。ラジアルチルト角における変化に応じて、前記ディスクの記録面に対する前記ピックアップユニットの光軸の角度も変化する。結果として、前記較正データトラックから再生される信号のジッタも変化する。前記再生される信号のジッタが最小値を示す位置は、前記ラジアルチルトについて最適位置である。しかしながら、ジッタに基づくセンサの較正は、DVD+RWディスクのような書き込まれていない光ディスクについては不可能である。
コストを低減するため、前記チルトセンサは省略されても良い。このとき、チルト測定はdz/dr法に基づくものであっても良い。ここでは、ラジアルチルトのDC成分が、光読み取りシステムのアクチュエータを利用して測定される。とりわけ、DCラジアルチルトが、DCアクチュエータ電圧即ちディスクの1回転にわたる平均のアクチュエータ電圧の半径rについての微分を、前記アクチュエータのDC感度倍したものを利用して測定される。しかしながら、このチルト測定はフォーカスDC感度に非常に影響され易く、それ故較正される必要がある。かような較正は、チルティングフレーム(tilting frame)を持つドライブにおいて容易に実行されることができる。不運にも、この較正はチルトを補正するために3Dアクチュエータを利用するドライブについては不可能である。
それ故本発明の目的は、センサのない正確なチルト測定が3Dアクチュエータに備えられることができる、チルト制御装置及び方法を提供することにある。
本目的は、それぞれ請求項1及び10に記載のチルト制御装置及び方法によって達成される。
従って、センサのないチルト測定のための改善された精度を提供するため、特定の多次元アクチュエータ設計が、dz/drチルト測定と組み合わせて利用される。例えば3Dアクチュエータのdz/drチルト測定との組み合わせは、フォーカス及びチルト調節が同一の素子において実行されることができるという利点を提供する。これにより、周囲の状況及び/又は回路特性によって引き起こされる影響又は測定の変動が最小化されることができ、補正の要求を低減させる。
好ましくは、前記アクチュエータ設計はフォーカスコイルの分割に基づく。これにより、アクチュエータチルトDC感度は、直接フォーカスDC感度に関連付けられることができ、前記センサの感度がチルト補正器感度によって相殺される。ここで、前記アクチュエータは、オフセット又はゲイン誤差がなく、かついずれの付加的なセンサのないフィードフォワードチルト補正のために利用されることができ、非常に正確なチルト制御機能が達成されることができる。
有利な更なる発展例は従属請求項において定義される。
本発明は、添付する図を参照しながら好適な実施例に基づいて説明される。
ここで好適な実施例が光ディスクプレイヤにおけるチルト制御動作に基づいて説明される。
図1において、光ディスク1に対するチルトを補正するためのチルト制御機構又は装置が示されている。前記チルト制御装置は、可動のキャリッジ又はスレッジ4を有する光ピックアップユニットを有する。前記可動のキャリッジ又はスレッジ4は、プラットフォーム5上を径方向に前記光ピックアップユニットを移動させるためのものである。前記ピックアップユニットは、3Dアクチュエータ11を介して放射ビームを光ディスク1に導く及び光ディスク1から受ける光ヘッド2を有する。3Dアクチュエータ11は、スプリットフォーカスコイルに基づいて3次元アクチュエート機能により該3Dアクチュエータのフォーカス、チルト及び径方向の位置を制御するように構成される。3Dアクチュエータ11の前記スプリットフォーカスコイルのそれぞれは、プロセッサ10から受信された各コイル用のフォーカス制御信号に基づいて駆動される。
更に、光ヘッド2の得られたビーム反射信号に基づいてフォーカス誤り信号を生成する、フォーカス評価器6が備えられる。好適な実施例によれば、平均ラジアルディスクチルトは最初に、ディスク1における異なる半径における平均フォーカス電圧により測定される。このことを達成するために、2つの半径の間の平均ラジアルチルトは、コントローラ10において算出及び保存される。前記算出された平均チルトは次いで、ディスクトラッキング動作の間、前記3Dアクチュエータを制御するために利用されるチルト制御出力信号を生成又は算出するために利用される。
図2は、3Dアクチュエータ11の構成のより詳細化された模式的な図を示す。図2において、前記3Dアクチュエータはバネ機構S1乃至S3によりスレッジ4に固定され、これによりスレッジ4及び前記光ディスク1の記録面に対する3Dアクチュエータ11の3次元の動きを可能とする。これにより、前記放射ビームが光ディスク1の記録面に当たる点、及び前記記録面に対する前記放射ビームの当たる角度が制御されることができる。前記放射ビームは、ミラー41及び対物レンズ110を介して、光ヘッド2と光ディスク1との間を誘導される。光ヘッド2は、例えばレーザビームのような前記放射ビームを生成するための例えばレーザのような放射源(図示されていない)を有する。光ヘッド2はまた、光ディスク1の記録面において反射され、対物レンズ110及びミラー41を介して光ヘッド2に誘導されて戻された光を受信するための検出器(図示されていない)を有する。光ヘッド2において検出された反射光信号に基づいて、径方向及びフォーカストラッキング誤り信号が生成され得る。
更に、3Dアクチュエータ11は、3Dアクチュエータ11のフォーカス及びチルトを制御するためのスプリットフォーカスコイルC1及びC2、並びに3Dアクチュエータ11の径方向の位置を制御するためのラジアルコイルCrを有する。前記スプリットフォーカスコイルは、3Dアクチュエータ11の中央対称線からそれぞれ径方向の距離a1及びa2だけ離れた位置に配置される。電圧が前記コイルに印加され、前記コイルが磁界中に配置されると、スプリットフォーカスコイルC1及びC2並びにラジアルコイルCrの各々は、前記コイルの巻線を流れる電流Iに依存して、それぞれ各コイルの力Ff1、Ff2及びFrを生成する。前記コイルの各々により生成される力は、知られたローレンツ方程式:
F=kI[N/A] (1)
に基づいて算出されることができる。かくして、係数kは、電流Iによって生成される力の量を示す。スプリットフォーカスコイルC1及びC2の偏心した構成のため、Ff1=−Ff2である場合にチルトβが生成されることができる。一方Ff1=Ff2である場合には、光ディスク1の面に垂直な前記中央対称線dに沿った鉛直方向の動き(z方向)が生成されることができる。
図3は、制御電圧Uf1、Uf2及びUrを生成するための制御部を示す模式的なブロック図を示す。制御電圧Uf1、Uf2及びUrはそれぞれ、それぞれの制御レジスタRf、Rβ及びRr、又は他の種類のメモリに保存された制御データに基づいて、それぞれのアクチュエータコイルの一方の端と、接地端子又は他の一定の参照電圧との間に印加される。前記制御部は、プロセッサ10又は3Dアクチュエータ11に備えられた別個の制御装置に配置されても良い。
とりわけ、(例えばPIDコントローラ機能に基づいて)フォーカス評価器6及びプロセッサ10dから得られたフォーカス制御データrはフォーカス制御レジスタRfに保存され、チルト制御データrβはチルト制御レジスタRβに保存され、ラジアル制御データrはラジアル制御レジスタRrに保存される。アクチュエータコイルC1、C2及びCrは、図3に示されるように星型接続に配置されても良い。ラジアルコイルCrを制御するためのラジアル制御電圧Urは、ゲインGda3を持つディジタル/アナログ変換器(DAC)にラジアル制御データrを入力し、前記変換されたアナログ信号をゲインGE3を持つパワーアンプ又は端末段に供給することにより生成される。加えて、フォーカス制御電圧Uf1及びUf2が、フォーカス制御データrfとチルト制御データrβとの所定の組み合わせに基づいて生成される。とりわけ、第1のフォーカス制御電圧Uf1は、フォーカス制御データrとチルト制御データrβを加算し、結果をゲインGda1を持つ専用のDACを介してゲインGE1を持つ専用のパワー端末段に供給することにより生成される。更に、第2のフォーカス制御電圧Uf2は、フォーカス制御データrからチルト制御データrβを減算し、結果をゲインGda2を持つ専用のDACを介してゲインGE2を持つ専用のパワー端末段に供給することにより生成される。かくして、3Dアクチュエータ11のフォーカス、チルト及び径方向の位置が、制御レジスタRf、Rβ及びRrに制御データを保存することにより制御されることができる。フォーカス制御データr及びチルト制御データrβがUf1=−Uf2となるように選択された場合、チルトβが3Dアクチュエータ11に適用される。一方、フォーカス制御データr及びチルト制御データrβがUf1=Uf2となるように選択された場合、z方向の動きが3Dアクチュエータ11において生成される。フォーカス制御データr及びラジアル制御データrは、従来のPIDコントローラによって制御されても良い。一方、チルト制御データrβは、平均チルト値が保存されたチルトテーブルを利用して、フィードフォワードアルゴリズムにより制御されても良い。
好適な実施例による3Dアクチュエータの設計のため、以下のフィードフォワードアルゴリズムが利用されることができる。該アルゴリズムは、フォーカスとチルトとのDC感度の変化、及びいずれの端末段及びディジタル−アナログ変換のゲイン変化に対しても不変性が高い。
異なる半径におけるフォーカス評価器6から得られたフォーカス制御値に基づいて、平均ラジアルディスクチルトは以下の式(2)を利用して算出されることができる。
Figure 0004287288
ここで、Δrは初期化の間に測定された2つの平均化されたフォーカス制御データ値の間の差であり、ΔRは2つの測定の間の径方向の前記スレッジのステップであり、Gdacは図3に示されたフィードフォワード制御パスにおけるパワー端末段と組み合わせられたDACのゲインであり、GDC;focusは3Dアクチュエータ11のフォーカスDC感度(m/V)である。測定結果は、一般に未知のフォーカスDC感度に線形に依存する。
3Dアクチュエータ11を用いてディスクチルトを補正するために、チルトレジスタ制御レジスタRβの制御データrβは以下の式(3)に従って設定される必要がある。
Figure 0004287288
ここでβはディスク1の平均ディスクチルトであり、Gはコマ収差が最適に補正されるアクチュエータチルトとディスクチルトとの間の係数であり、Gdacは前記フィードフォワード制御パスのパワー端末段と組み合わせられたDACのゲインであり、GDC;tiltは3Dアクチュエータ11のチルトDC感度(rad/V)である。実際の結果のアクチュエータチルトは、一般に未知のチルトDC感度に依存する。
式(2)の測定された平均ディスクチルトβを式(3)のアクチュエータディスクチルトβとして代入すると、以下の式(4)が導かれる。
Figure 0004287288
両方のDC感度(フォーカス及びチルト)が既知の場合、3Dアクチュエータ11は、前記測定された平均フォーカス制御データ(Δr)及びスレッジのステップ(ΔR)に基づいて、チルト方向に正確に制御されることができる。
一般に、両方のDC感度は、磁界及び前記アクチュエータコイルのコイル抵抗に依存する。これら両方の量はバッチ毎に及び温度の関数として変動し、それ故3Dアクチュエータを用いたフィードフォワードオープンループ制御の利用を妨げる多くの誤りをもたらす。しかしながら、3Dアクチュエータ11におけるように、チルトのアクチュエートがフォーカスコイルの分割により実行されるアクチュエータが利用される場合には、両方の効果が互いを強く相殺することがわかる。図2に示された3Dアクチュエータ11については、フォーカス及びチルトDC感度がそれぞれ、
Figure 0004287288
及び
Figure 0004287288
のように表現されることができる。ここでkはスプリットフォーカスコイルC1及びC2のkファクタ(k-factor)を示し、RはスプリットコイルC1及びC2のオーム抵抗を示し、cは3Dアクチュエータ11のz方向の動きに対するバネS1及びS2のバネ定数を示し、cは3Dアクチュエータ11のチルト方向の動きに対するバネS1及びS2のバネ定数を示す。
これらの感度をチルトレジスタ値rβについての数式に代入すると、
Figure 0004287288
が導かれる。この式は、コイル抵抗R及びアクチュエータフォーカスのkファクタ(磁界)と完全に独立であり、それ故温度及びバッチの変化に対して独立である。(a+a)のような幾何的な変動は限定されたものとみなされ、フォーカスの剛性とねじれの剛性との間のずれのみがゲイン誤りに影響を与える。
このチルト制御方式においてはオフセット誤りが存在しないことは留意されたい。
垂直方向のz位置(フォーカス)の関数として強く変化するフォーカスのkファクタを持つアクチュエータであっても、測定誤りと補正誤りは互いに相殺する。例えば、公称位置z=+0.6mmにおいては、フォーカスのkファクタはファクタ2だけ降下し得る。従って、前記アクチュエータをフォーカスさせるために、z=0の位置における結果の2倍の測定されたディスクチルトβに導くファクタ2だけ高いコイル電圧が必要とされる。従って、前記チルトアクチュエータのセットポイントは、z=0の位置において得られるセットポイントの2倍に等しい。しかしながら、z=+0.6mmの位置において前記チルトDC感度がファクタ2だけ降下しているという事実のため、前記アクチュエータは必要とされるディスクチルトβに制御される。
以下において、好適な実施例によるチルト制御手順が、図4乃至6を参照しながら説明される。
図4は、チルトした光ディスク1の記録面における対応する径方向の位置R1乃至R3における、3Dアクチュエータの種々のフォーカス位置z1乃至z3を模式的に示す図を示す。初期化の間、図6の第1のステップS200において、光ディスク1の複数の異なる半径(例えばR1乃至R3)における、プロセッサ10の制御関数(例えばPID出力)より、平均フォーカス値が得られる。次いでステップS201において、式(2)に基づいて、例えばプロセッサ10のコントローラ機能より得られる平均フォーカス値のようなフォーカス制御データrより、2つの径方向の位置Rの間の平均ラジアルチルト値βmiが導出される。ここでΔrは、2つの径方向の位置RとRi+1の間のフォーカス制御値における差に対応する。次いでステップS202において、得られた平均ラジアルチルト値βmiが、例えば以下のように構成されても良いチルトテーブルに保存される:
Figure 0004287288
図5に示されるように、保存された平均チルト値βmiが次いで、以降のトラッキング(読み取り又は書き込み)動作の間に、3Dアクチュエータ11のチルト角を制御するために適用される(図6のステップS203)。これを達成するため、前記保存された平均チルト値に対応するチルト制御データrβが、式(3)、(4)及び(7)の1つに基づいて得られても良い。選択された半径間の位置については内挿が利用されても良い。
代替として、チルト制御データrβが前記チルトテーブルに直接保存されても良い。従って、対物レンズ110と光ディスク1の記録面との間の角度のずれは、略除去されることができる。測定は少なくとも2つの半径Rにおいて実行される必要があることに留意されたい。径方向のディスクの幾何の最初の測定及び起動の後は、ディスクの幾何は、1つのディスク全体の書き込み又は読み取りのために必要とされる時間に渡って、例えば0.1mm及び1mradのオーダーで一定に留まるはずである。
上述のdz/drチルト測定と3Dアクチュエータを用いたフィードフォワードチルト操作との組み合わせは、3Dアクチュエータを用いたセンサのないチルト測定における精度の問題に対する有望な解決方法を提供する。
本発明は、種々のタイプの記録可能ディスクを含む、いずれのタイプのディスクに対しても適用可能である。従って、請求項において定義されるような本発明の範囲から逸脱することなく、種々の変形が当業者には明らかであろう。本発明は、フォーカス及びチルトを制御するように構成されたスプリットコイル構成を備えるいずれの種類の多次元アクチュエータを持ついずれの光記録及び再生装置に対しても適用可能である。従って、径方向の面においてのみ制御を可能とする2次元タイプのアクチュエータであっても、本発明のために利用され得る。
好適な実施例によるチルト制御装置の基本ブロック図を示す。 好適な実施例において適用されることができる3Dアクチュエータの模式的な構成を示す。 3Dアクチュエータに印加される電圧を生成するための制御部を示す模式的なブロック図を示す。 種々の径方向の位置、及び平均ラジアルチルトを決定するための初期化の間に測定される対応する種々のフォーカス位置を示す図を示す。 種々の径方向の位置、及びトラッキング動作の間に適用される対応する平均チルト値を示す図を示す。 好適な実施例によるチルト制御方法のフロー図を示す。

Claims (13)

  1. 光記録/再生ビームに対する光ディスクの記録面のラジアルチルトを制御するチルト制御装置であって、
    フォーカス制御値に基づいて2つのフォーカス制御出力を生成する制御手段と、
    前記2つのフォーカス制御出力に基づいて前記光記録/再生ビームのフォーカス状態及び前記ラジアルチルトを制御するアクチュエート手段と
    を有するチルト制御装置において、
    前記制御手段は、前記光ディスクの種々の半径において得られるアクチュエート手段の駆動に用いられるフォーカス制御値の微分に基づいてチルト制御値を決定し、前記チルト制御値を前記2つのフォーカス制御出力を生成するのに使用するように構成されることを特徴とするチルト制御装置。
  2. 前記アクチュエート手段は、フォーカス及びチルト調節を提供するように構成されたスプリットフォーカスコイル装置を有し、前記制御手段は、前記スプリットフォーカスコイル装置のそれぞれのコイルに、前記2つのフォーカス制御出力を供給するように構成されることを特徴とする、請求項1に記載の装置。
  3. 前記フォーカス制御出力はPIDコントローラ出力であることを特徴とする、請求項1又は2に記載の装置。
  4. 前記制御手段は、少なくとも2つの異なる径方向の位置にスレッジを配置して、前記フォーカスを調節するために前記アクチュエート手段を制御し、前記少なくとも2つの異なる径方向の位置における前記フォーカス制御出力を測定するように構成されることを特徴とする、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の装置。
  5. 前記制御手段は、チルトレジスタに平均ディスクチルト値を設定するように構成されることを特徴とする、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の装置。
  6. 前記制御手段は、測定された平均フォーカス制御出力と2つの測定の間の対応する径方向のステップとに基づいて前記チルト制御出力を生成するように構成されることを特徴とする、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の装置。
  7. 前記チルトレジスタ値は、
    Figure 0004287288
    に基づいて得られ、ここでΔrfは初期化において測定された2つの平均フォーカス積算値の間の差であり、ΔRは2つの測定の間の径方向におけるスレッジのステップであり、Gcはコマ収差が最適に補正されるアクチュエータチルトとディスクチルトとの間の係数であり、cfはフォーカスの動きに対して作用するバネ定数であり、ctはチルトの動きに対して作用するバネ定数であり、a1は対称線に対する前記スプリットコイル装置の第1のコイルの距離であり、a2は前記対称線に対する前記スプリットコイル装置の第2のコイルの距離であることを特徴とする、請求項5に記載の装置。
  8. 平均ディスクチルト値及び対応する径方向の位置を示す情報を保存するチルトテーブルを更に有する、請求項1乃至7のいずれか一項に記載の装置。
  9. 請求項1乃至8のいずれか一項に記載されたチルト制御装置を有する光ディスクプレイヤ。
  10. 光記録/再生ビームに対する光ディスクの記録面のラジアルチルトを制御するチルト制御方法であって、
    フォーカス制御値に基づいて2つのフォーカス制御出力を生成するステップと、
    前記2つのフォーカス制御出力に基づいて、前記光記録/再生ビームのフォーカス状態及び前記ラジアルチルトを制御するステップと
    を有するチルト制御方法において、
    前記光ディスクの種々の半径において得られるアクチュエート手段の駆動に用いられるフォーカス制御値の微分に基づいてチルト制御値を決定するステップと、
    前記チルト制御値を前記2つのフォーカス制御出力を生成するのに使用するステップと、
    を有することを特徴とするチルト制御方法。
  11. フォーカス調節を提供するように構成されたスプリットコイル装置を利用することにより前記フォーカス状態を制御するフォーカス制御ステップと、前記スプリットコイル装置のそれぞれのコイルに、前記2つのフォーカス制御出力を供給するステップとを更に有することを特徴とする、請求項10に記載の方法。
  12. 前記フォーカス制御ステップは、チルト制御のために平均フォーカス制御出力を利用するステップを有することを特徴とする、請求項10又は11に記載の方法。
  13. 前記フォーカス制御ステップは、少なくとも2つの異なる径方向の位置において前記フォーカス制御出力を測定するステップと、前記少なくとも2つの異なる径方向の位置の間において前記2つの所定のチルト角について得られた平均ラジアルチルトに基づいて前記チルト制御値を決定するステップとを有することを特徴とする、請求項10乃至12のいずれか一項に記載の方法。
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