JP4389175B2 - サーボ制御装置、サーボ制御方法、光ディスク装置及びビデオカメラレコーダ - Google Patents

Description

本発明はサーボ制御装置、サーボ制御方法、光ディスク装置及びビデオカメラレコーダに関し、例えば光ディスク装置に適用して好適なものである。

従来、光ディスク装置においては、記録媒体としての光ディスクに対して音楽、映像、或いは各種データ等の情報を記録し、また当該光ディスクから当該情報を読み出して再生するようになされたものが広く普及している。

かかる光ディスク装置においては、光ディスクを回転させ、当該光ディスク上の所望トラックに対して光ビームの焦点を合わせるよう照射することにより情報の記録を行い、また当該光ビームが反射されてなる反射光ビームを読み取ることにより情報の再生を行うようになされている。

例えば図９に示すように、光ディスク装置１は、サーボ制御部２の制御に基づき、光ピックアップ３のレーザダイオード４から光ビームＬ１を発射し、コリメータレンズ５、偏光ビームスプリッタ６、立ち上げミラー７、１／４波長板８、対物レンズ９を順次介して、当該光ビームＬ１を光ディスク１０の信号記録面１０Ａに合焦させる。

また光ディスク装置１は、光ビームＬ１が光ディスク１０の信号記録面１０Ａで反射されてなる反射光ビームＬ２を、対物レンズ９、１／４波長板８、立ち上げミラー７を順次介して偏光ビームスプリッタ６へ入射させる。

続いて光ディスク装置１は、偏光ビームスプリッタ６の偏光面６Ａにおいて当該反射光ビームＬ２を反射させ、さらにコリメータレンズ１１、ホログラム１２を順次介して、当該反射光ビームＬ２をフォトディテクタ１３に照射させる。ここで光ディスク装置１は、フォトディテクタ１３により検出する反射光ビームＬ２の光量に応じた検出信号を生成し、所定の信号処理を施すことにより情報を再生する。

ところで光ディスク装置１は、光ディスク１０毎の個体差やいわゆる面ブレ等により、対物レンズ９と当該光ディスク１０との距離が様々に変化する可能性がある。これを換言すれば、対物レンズ９が光ビームＬ１を光ディスク１０の信号記録面１０Ａに合焦させる位置（以下、これを合焦位置ＪＦと呼ぶ）は、光ディスク１０毎の個体差や１枚の光ディスク１０における信号記録面１０Ａ上の位置等に応じて変動することになる。

そこで光ディスク装置１では、対物レンズ９をアクチュエータ１４によって当該光ディスクに近接又は離隔させる方向に駆動させ、当該対物レンズ９と当該光ディスク１０との距離を一定に保つようサーボ制御することにより、光ディスク１０の信号記録面１０Ａに対して光ビームＬ１を合焦させ続けるようになされている（いわゆるフォーカシング）。

具体的に光ディスク装置１は、いわゆるスポットサイズディテクティング（ＳＳＤ）法を用いてフォーカシングを行うようになされている。すなわち図１０（Ａ）に示すように、光ディスク装置１は、反射光ビームＬ２をホログラム１２によってそれぞれ焦点距離が異なる＋１次光Ｌ２Ａ、０次光Ｌ２Ｃ、−１次光Ｌ２Ｂに分光し、これらをフォトディテクタ１３に形成された検出領域１４、１５及び１６にそれぞれ照射させる。

ここで検出領域１４及び１５は、図１０（Ｂ）に示すように、それぞれ３つの領域に分割されており、各領域において＋１次光Ｌ２Ａ及び−１次光Ｌ２Ｂをそれぞれ光電変換することにより検出信号Ｓ１Ａ〜Ｓ１Ｃ及びＳ２Ａ〜Ｓ２Ｃをそれぞれ生成し、これらを制御部２へ送出する。

続いて光ディスク装置１のサーボ制御部２は、フォーカスエラー信号検出回路２１において、検出信号Ｓ１Ａ〜Ｓ１Ｃ及びＳ２Ａ〜Ｓ２Ｃを用いた（１）式の演算処理を行うことにより、フォーカスエラー信号ＳＦＥを生成する。

続いてサーボ制御部２は、アナログのフォーカスエラー信号ＳＦＥをアナログ・ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器２２によりディジタルデータでなるフォーカスエラーデータＤＦＥに変換し、これをフォーカスサーボ制御回路２３へ供給する。

フォーカスサーボ制御回路２３は、フォーカスエラーデータＤＦＥを基にアクチュエータ１４を駆動制御するための制御データＤＣを生成し、これをディジタル・アナログ（Ｄ／Ａ）変換器２４によりアナログの制御信号ＳＣに変換させた上で、アクチュエータ駆動回路２５へ供給する。

アクチュエータ駆動回路２５は、制御信号ＳＣに基づきアクチュエータ駆動信号ＳＡを生成し、これをアクチュエータ１４に供給する。これに応じて光ピックアップ３は、アクチュエータ駆動信号ＳＡを基にアクチュエータ１４を駆動する。

またフォーカスサーボ制御回路２３は、不揮発性メモリ２６に予め記憶されている各種データ等を読み出し得るようになされている。

この光ディスク装置１では、対物レンズ９が光ディスク１０の信号記録面１０Ａに合焦している（すなわち合焦位置ＪＦにある）とき、図１０(Ａ）に示したように、０次光Ｌ２Ｃの焦点も検出領域１６に合焦するように、フォトディテクタ１３が配置されている。このとき＋１次光Ｌ２Ａの焦点はフォトディテクタ１３よりも奥側（図の上側）に位置し、−１次光Ｌ２Ｂの焦点は当該フォトディテクタ１３よりも手前側（図の下側）に位置している。

例えば光ディスク装置１では、対物レンズ９が合焦位置ＪＦからずれている場合、当該対物レンズ９のずれ量に応じて０次光Ｌ２Ｃ、＋１次光Ｌ２Ａ及び−１次光Ｌ２Ｂの焦点も（図の上方向又は下方向へ）ずれるため、検出領域１４及び１５により検出する＋１次光Ｌ２Ａ及び−１次光Ｌ２Ｂの光量が変化することになる。

このためフォーカスエラー信号ＳＦＥは、対物レンズ９と光ディスク１０との距離に応じて信号レベルが変化することになり、実際上、図１１（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、略Ｓ字状の特性曲線Ｑ１を描く。

このフォーカスエラー信号ＳＦＥは、フォトディテクタ１３の配置及びＳＳＤ法における（１）式の原理上、対物レンズ９が光ビームＬ１を光ディスク１０の信号記録面１０Ａに合焦させる位置（以下、これを合焦位置ＪＦと呼ぶ）にあるとき、図１１にも示されているように、値０となる。

またフォーカスエラー信号ＳＦＥの特性曲線Ｑ１は、合焦位置ＪＦの近傍ではほぼ直線状となるものの、当該合焦位置ＪＦの近傍から離れると非線形に変化し、さらに当該合焦位置ＰＪから大きく離れるとフォーカスエラー信号ＳＦＥの値は常に０となる。

すなわち光ディスク装置１では、対物レンズ９が合焦位置ＪＦの近傍にあるときのみ、フォーカスエラー信号ＳＦＥの大きさが当該合焦位置ＪＦからの距離に比例した信号レベルになると見なすことができる（以下、特性曲線Ｑ１がほぼ直線状であると見なし得る領域を検出領域ＡＤと呼ぶ）。

そこでサーボ制御部２の不揮発性メモリ２６には、フォーカスエラー信号ＳＦＥの信号レベルと合焦位置ＪＦからの距離との関係を表す係数ＣＯＥが予め記憶されている。

実際上、光ディスク装置１のサーボ制御部２は、合焦位置の近傍（すなわち検出領域ＡＤ内）において、係数ＣＯＥを用いた演算に基づいて対物レンズ９から合焦位置ＪＦまでの距離を算出した上で、フォーカスエラー信号ＳＦＥ（フォーカスエラーデータＤＦＥ）を値０に近づけさせるようなアクチュエータ駆動信号ＳＡを生成してアクチュエータ１４を駆動させ、当該対物レンズ９を合焦位置ＪＦに移動させる（すなわちサーボ制御する）。

このように制御部２は、検出信号Ｓ１Ａ〜Ｓ１Ｃ及びＳ２Ａ〜Ｓ２Ｃに基づいてフォーカスエラー信号ＳＦＥを生成し、当該フォーカスエラー信号ＳＦＥを基にアクチュエータ駆動信号ＳＡを生成してアクチュエータ１４をフィードバック制御するようになされている。

以下では、フォトディテクタ１３、サーボ制御部２及びアクチュエータ１４により形成される閉ループをフォーカスサーボ制御系と呼び、フォーカスエラー信号ＳＦＥに基づいたアクチュエータ１４のフィードバック制御をフォーカスサーボ制御とも呼ぶ。

ところで光ディスク装置１のサーボ制御部２は、光ディスク１０が装填または排出される際に当該光ディスク１０と対物レンズ９との接触による損傷を防止する等の観点から、当該対物レンズ９を当該光ディスク１０から離隔させ、検出領域ＡＤの外側まで遠ざけるようになされている。

このためサーボ制御部２は、光ディスク１０が装填されると、まずアクチュエータ１４により対物レンズ９を当該光ディスク１０に近接させ、大雑把に合焦位置ＪＦの近傍（すなわち検出領域ＡＤ内）まで移動させる、いわゆる引き込み動作を行ってからフォーカスサーボ制御を開始するようになされている。

具体的にサーボ制御部２は、アクチュエータ駆動回路２５を介してアクチュエータ１４を制御すると共に、フォーカスエラー信号検出回路２１を介して得られるフォーカスエラー信号ＳＦＥ（フォーカスエラーデータＤＦＥ）を監視しながら、対物レンズ９を一定の速度で光ディスク１０に近接させていく。

続いて制御部２は、図１２に示すように、フォーカスエラー信号ＳＦＥの信号レベルがほぼ０からある程度の信号レベルまで上昇した後に０未満の所定値まで低下したことを検出した時点で（以下、この時点を時刻０とする）、対物レンズ９が合焦位置ＪＦを僅かに通過した、すなわち高い確度で検出領域ＡＤ内に位置していると判断し、アクチュエータ１４に対するフォーカスサーボ制御を開始する。

ところで、この制御部２に対して、引き込み動作をできるだけ短い時間で完了することにより、光ディスク１０に対する情報の記録や再生を素早く開始したいといった要望がある。すなわち光ディスク装置１では、例えば図１２に破線で示したように、フォーカスサーボ制御の開始以降（すなわち時刻０以降）、対物レンズ９ができるだけ短い時間で合焦位置ＪＦに収束すること、換言すれば良好な過渡応答が得られることが望ましい。

ここで、光ディスク装置１のフォーカスサーボ制御系をモデル化すると、図１３に示すようなブロック線図として表すことができる。

一般に光ディスク装置の制御器では、低域強調フィルタと高域位相進みフィルタから成る２次フィルタが用いられる。これに応じてフォーカスサーボ制御系３０の制御器３０Ｋは、低域フィルタ値ｆ_ｃ１及び高域フィルタ値ｆ_ｃ２といった２つの状態変数を有している。一方、制御対象３０Ｐは、アクチュエータ１４と対応しており、位置ｘ及び速度ｖといった２つの状態変数を有している。

光ディスク装置１では、図１２に示したように、対物レンズ９の移動中に合焦位置ＪＦ以外の位置からフォーカスサーボ制御を開始することになる。このことを踏まえ、ここではフォーカスサーボ制御を開始するタイミング（すなわち時刻０）において制御対象の位置ｘ及び速度ｖが０以外の値であった場合の応答、いわゆる初期値応答について検討する。

図１３のブロック線図を状態空間表現により表すと、図１４に示すようなブロック線図となる。この図１４において、フォーカスサーボ制御系３１の状態は、次に示す（２）式のように、低域フィルタ値ｆ_Ｌ、高域フィルタ値ｆ_Ｈ、位置ｘ及び速度ｖといった４つの状態変数により表すことができる。

時刻０（図１２）以降の時刻ｔにおけるフォーカスサーボ制御系３１の出力ｙ（ｔ）は、ラプラス逆変換を用いることにより、次に示す（３）式のように表すことができる。因みにこの出力ｙ（ｔ）は、合焦位置ＪＦを基準とした対物レンズ９の位置に相当する値である。

この（３）式において、状態Ｘ（０）はフォーカスサーボ制御系３１全体の初期値を表していることから、この状態Ｘ（０）に応じて出力ｙ（ｔ）が変化することがわかる。

フォーカスサーボ制御系３１において、状態Ｘ（０）の各状態変数（低域フィルタ値ｆ_Ｌ、高域フィルタ値ｆ_Ｈ、位置ｘ及び速度ｖ）による単独の応答を模式的に表すと、それぞれ図１５（Ａ）〜（Ｄ）のようになり、これらを重ね合わせることにより、図１５（Ｅ）に示すような出力ｙ（ｔ）の応答となる。

このようなフォーカスサーボ制御系３１において、制御器３１Ｋの初期値である低域フィルタ値ｆ_Ｌ（０）及び高域フィルタ値ｆ_Ｈ（０）は、一般的に値「０」とされている。

これに対して、制御器３１Ｋの初期値を適切な値に設定することにより、出力ｙ（ｔ）が短時間に収束するような良好な応答を得る、いわゆる初期値補償法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

ここで、制御部２のフォーカスサーボ制御回路２３においてディジタル演算処理が行われることを考慮し、光ディスク装置１のフォーカスサーボ制御系をディジタルフィルタにより構成すると、図１６のようになる。

この図１６において、フォーカスサーボ制御系３２では、低域フィルタ部３２Ｌのレジスタ３２ＲＬ及び高域フィルタ部３２Ｈのレジスタ３２ＲＨに対して、初期値として低域フィルタ値ｆ_Ｌ（０）及び高域フィルタ値ｆ_Ｈ（０）がそれぞれ与えられることになる。

初期値補償法では、次に示す（４）式のように、制御器の初期値（すなわち低域フィルタ値ｆ_Ｌ（０）及び高域フィルタ値ｆ_Ｈ（０））が制御対象の初期値（すなわち位置ｘ（０）及び速度ｖ（０））の関数として与えられるものとしている。

ここで、制御対象の位置ｘに関しては、上述したようにフォーカスエラー信号ＳＦＥ（フォーカスエラーデータＤＦＥ）及び係数ＣＯＥを基に算出することができる。また速度ｖに関しては、制御対象の位置ｘを時間の経過と共に連続的に算出し、その変化量及び経過時間を基に算出することができる。

すなわち、制御対象の初期値である位置ｘ（０）及び速度ｖ（０）は、時刻０における対物レンズ９の位置ｘ及び速度ｖとして、フォーカスエラーデータＤＦＥを基に算出することができる。

また（４）式の行列α（すなわち係数ｋ_１１、ｋ_１２、ｋ_２１及びｋ_２２）は、光ディスク装置１におけるアクチュエータ１４の応答特性や対物レンズ９の質量等に応じて定められ、評価値関数最小による設計法や零点指定による設計法等を用いることにより算出することができる。

すなわち初期値補償法では、フォーカスサーボ制御を開始するタイミングにおける位置ｘ（０）及び速度ｖ（０）を用いて（４）式に従った演算処理を行うことにより、出力ｙ（ｔ）が最も良好となるような低域フィルタ値ｆ_Ｌ（０）及び高域フィルタ値ｆ_Ｈ（０）を算出することができる。
特許第２６８５６２２号公報（第４〜５頁）

ところで、初期値補償法により低域フィルタ値ｆ_Ｌ（０）及び高域フィルタ値ｆ_Ｈ（０）を算出することは、光ディスク装置１のアクチュエータ１４によりフォーカスサーボ制御を開始する際（すなわち時刻０）に当該アクチュエータ１４から対物レンズ９に対して加えるべき推力を決定することになる。

ここで、光ディスク装置１により引き込み動作を行いフォーカスサーボ制御を開始したときにおける、合焦位置ＪＦを基準とした対物レンズ９の位置の測定結果を図１７（Ａ）に、アクチュエータ９により対物レンズ９に対して印加する推力の測定結果を図１７（Ｂ）に示す。

図１７(Ａ）に示すように、光ディスク装置１は、フォーカスエラー信号ＳＦＥが０未満の所定値に達した時刻を時刻０とし、この時刻０からサーボ制御を開始することにより、対物レンズ９の位置（出力ｙ（ｔ）に相当する）を合焦位置ＪＦに収束させていく。

ここでアクチュエータ１４から対物レンズ９に対して加える推力は、図１７（Ｂ）に示すように、時刻０において、合焦位置から遠ざかろうとしていた対物レンズ９を反対方向へ引き戻そうとする推力になり、比較的大きな値となる。

このとき光ディスク装置１では、アクチュエータ１４から対物レンズ９に対して加えるべき推力（すなわち制御器出力の初期値）が、当該アクチュエータ１４により印加可能な推力の上限値を超えた値となってしまう（アクチュエータ１４の推力が飽和する）可能性がある。

この場合、光ディスク装置１では、時刻０においてアクチュエータ１４により対物レンズ９に対して不十分な推力が印加されることになるため、いわば初期値補償法の前提が崩れることになり、出力ｙ（ｔ）の応答特性が悪化し、対物レンズ９が合焦位置ＪＦに収束する迄の時間が長くなってしまう、という問題があった。

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、サーボ制御系における過渡応答を安定化させ得るサーボ制御装置、サーボ制御方法、光ディスク装置及びビデオカメラレコーダを提案しようとするものである。

かかる課題を解決するため本発明のサーボ制御装置においては、駆動対象に推力を印加することにより所定方向へ駆動する駆動部と、駆動部により印加可能な範囲に抑えられた、当該駆動部が最初に印加すべき制御器出力初期値を記憶する記憶部と、駆動部により駆動対象を所定の目標位置の遠方から当該目標位置へ近接させる近接制御部と、駆動対象の位置と目標位置との誤差に応じて変化する誤差信号を検出する誤差信号検出部と、誤差信号から駆動対象の速度を算出する速度算出部と、速度算出部より得られる駆動対象の速度が一定の値になったことを検出する一定速度検出部と、記憶部から供給される制御器出力初期値と一定速度検出部から供給される一定速度値とを基にサーボ制御の開始位置を算出する開始位置算出部と、一定速度値及び開始位置を用いて、駆動対象に関する制御系をブロック線図により表したときの制御器初期値を算出し、当該ブロック線図における制御器に供給する制御器初期値算出部と、誤差信号を基に、駆動対象が開始位置に到達したか否かを検出する到達検出部と、駆動対象が到達検出部に検出された時点でサーボ制御を開始するサーボ制御開始部とを設けるようにした。

これにより、制御器出力初期値の制約に基づいた開始位置を算出することができ、当該開始位置においてサーボ制御を開始するときの制御器出力を、駆動部により印加可能な範囲内である制御器出力初期値とすることができるので、駆動部の推力を飽和させることなく駆動対象を短時間で目標位置に収束させることができる。

また本発明のサーボ制御方法においては、駆動対象に推力を印加することにより所定方向へ駆動する駆動部により、当該駆動対象を所定の目標位置の遠方から当該目標位置へ近接させる近接制御ステップと、駆動対象の位置と目標位置との誤差に応じて変化する誤差信号を検出する誤差信号検出ステップと、誤差信号から駆動対象の速度を算出する速度算出ステップと、速度算出ステップにより得られる駆動対象の速度が一定の値になったことを検出する一定速度検出ステップと、所定の記憶部から供給される、駆動部により印加可能な範囲に抑えられ駆動部が最初に印加すべき制御器出力初期値と、一定速度検出ステップにより検出された一定速度値とを基に、サーボ制御の開始位置を算出する開始位置算出ステップと、一定速度値及び開始位置を用いて、駆動対象に関する制御系をブロック線図により表したときの制御器初期値を算出し、当該ブロック線図における制御器に供給する制御器初期値算出ステップと、誤差信号を基に、駆動対象が開始位置に到達したか否かを検出する到達検出ステップと、駆動対象が到達検出ステップにより検出された時点でサーボ制御を開始するサーボ制御開始ステップとを設けるようにした。

これにより、制御器出力初期値の制約に基づいた開始位置を算出することができ、当該開始位置においてサーボ制御を開始するときの制御器出力を、駆動部により印加可能な範囲内である制御器出力初期値とすることができるので、駆動部の推力を飽和させることなく駆動対象を短時間で目標位置に収束させることができる。

また本発明の光ディスク装置においては、記録媒体としての光ディスクに対して光ビームの焦点を合わせて照射することにより当該光ディスクに情報を記録し又は当該光ディスクから当該情報を再生する光ディスク装置であって、光ビームを光ディスクの信号記録面に集光する対物レンズに推力を印加することにより、当該対物レンズを光ディスクに対して近接または離隔させる方向に駆動するアクチュエータと、アクチュエータにより印加可能な範囲に抑えられた、当該アクチュエータが最初に印加すべき制御器出力初期値を記憶する記憶部と、光ディスクに対して情報の記録又は再生を開始する際、アクチュエータにより対物レンズを光ディスクに対する合焦位置の遠方から当該合焦位置へ近接させる近接制御部と、対物レンズの位置と合焦位置との誤差に応じて変化する誤差信号を検出する誤差信号検出部と、誤差信号から対物レンズの速度を算出する速度算出部と、速度算出部より得られる対物レンズの速度が一定の値になったことを検出する一定速度検出部と、記憶部から供給される制御器出力初期値と一定速度検出部から供給される一定速度値とを基にサーボ制御の開始位置を算出する開始位置算出部と、一定速度値及び開始位置を用いて、対物レンズに関する制御系をブロック線図により表したときの制御器初期値を算出し、当該ブロック線図における制御器に供給する制御器初期値算出部と、誤差信号を基に、対物レンズが開始位置に到達したか否かを検出する到達検出部と、対物レンズが到達検出部に検出された時点でサーボ制御を開始するサーボ制御開始部とを設けるようにした。

これにより、制御器出力初期値の制約に基づいた開始位置を算出することができ、当該開始位置においてサーボ制御を開始するときの制御器出力を、アクチュエータにより印加可能な範囲内である制御器出力初期値とすることができるので、アクチュエータの推力を飽和させることなく対物レンズを短時間で合焦位置に収束させることができる。

また本発明のビデオカメラレコーダにおいては、映像を撮像して映像信号を生成すると共に、記録媒体としての光ディスクに対して光ビームの焦点を合わせて照射することにより当該光ディスクに当該映像信号を記録するビデオカメラレコーダであって、映像を撮像して映像信号に変換する撮像部と、光ビームを光ディスクの信号記録面に集光する対物レンズに推力を印加することにより、当該対物レンズを光ディスクに対して近接または離隔させる方向に駆動するアクチュエータと、アクチュエータにより印加可能な範囲に抑えられた、当該アクチュエータが最初に印加すべき制御器出力初期値を記憶する記憶部と、光ディスクに対して映像信号の記録を開始する際、アクチュエータにより対物レンズを光ディスクに対する合焦位置の遠方から当該合焦位置へ近接させる近接制御部と、対物レンズの位置と合焦位置との誤差に応じて変化する誤差信号を検出する誤差信号検出部と、誤差信号から対物レンズの速度を算出する速度算出部と、速度算出部より得られる対物レンズの速度が一定の値になったことを検出する一定速度検出部と、記憶部から供給される制御器出力初期値と一定速度検出部から供給される一定速度値とを基にサーボ制御の開始位置を算出する開始位置算出部と、一定速度値及び開始位置を用いて、対物レンズに関する制御系をブロック線図により表したときの制御器初期値を算出し、当該ブロック線図における制御器に供給する制御器初期値算出部と、誤差信号を基に、対物レンズが開始位置に到達したか否かを検出する到達検出部と、対物レンズが到達検出部に検出された時点でサーボ制御を開始するサーボ制御開始部とを設けるようにした。

これにより、制御器出力初期値の制約に基づいた開始位置を算出することができ、当該開始位置においてサーボ制御を開始するときの制御器出力を、アクチュエータにより印加可能な範囲内である制御器出力初期値とすることができるので、アクチュエータの推力を飽和させることなく対物レンズを短時間で合焦位置に収束させることができる。

本発明によれば、制御器出力初期値の制約に基づいた開始位置を算出することができ、当該開始位置においてサーボ制御を開始するときの制御器出力を、駆動部により印加可能な範囲内である制御器出力初期値とすることができるので、駆動部の推力を飽和させることなく駆動対象を短時間で目標位置に収束させることができ、かくしてサーボ制御系における過渡応答を安定化させ得るサーボ制御装置及びサーボ制御方法を実現できる。

また本発明によれば、制御器出力初期値の制約に基づいた開始位置を算出することができ、当該開始位置においてサーボ制御を開始するときの制御器出力を、アクチュエータにより印加可能な範囲内である制御器出力初期値とすることができるので、アクチュエータの推力を飽和させることなく対物レンズを短時間で合焦位置に収束させることができ、かくしてサーボ制御系における過渡応答を安定化させ得る光ディスク装置及びビデオカメラレコーダを実現できる。

以下、図面について、本発明の一実施の形態を詳述する。

（１）本発明の基本原理
まず、本発明の基本原理について、図９との対応部分に同一符号を付した図１に示す光ディスク装置４０を例に説明する。

（１−１）光ディスク装置の構成
図１において光ディスク装置４０は、光ディスク装置１（図９）と同様、光ディスク１０に対して情報の記録又は再生を行い得るようになされている。

この光ディスク装置４０は、光ディスク装置１のサーボ制御部２と対応するサーボ制御部４２により全体を統括制御するようになされている。サーボ制御部４２は、サーボ制御部２と比較してフォーカスサーボ制御回路２３に代えてフォーカスサーボ制御回路４３を有している点が異なっているものの、他は当該サーボ制御部２と同様に構成されている。

すなわちサーボ制御部４２は、フォトディテクタ１３から供給される検出信号Ｓ１Ａ〜Ｓ１Ｃ及びＳ２Ａ〜Ｓ２Ｃに基づいてフォーカスエラー信号ＳＦＥを生成し、フォーカスサーボ制御回路４３により当該フォーカスエラー信号ＳＦＥを基にアクチュエータ駆動信号ＳＡを生成して、アクチュエータ１４をフィードバック制御する（すなわちフォーカスサーボ制御する）ようになされている。

またフォーカスサーボ制御回路４３は、ディジタル制御によるフォーカスサーボ制御を行っている。このため、光ディスク装置４０におけるフォーカスサーボ制御系の基本的な構成は、図２に示すブロック線図のように、加算器５０Ａ、制御器５０Ｋ及び制御対象５０Ｐを有するフォーカスサーボ制御系５０として表すことができる。

フォーカスサーボ制御系５０では、加算器５０Ａにおいて、所定位置を基準とした対物レンズ９の位置を表す出力ｙと、当該対物レンズ９光が本来あるべき目標値ｒ（対物レンズ９の合焦位置ＪＦに相当する）との差が誤差信号ｅ（フォーカスエラーデータＤＦＥに相当する）として算出され、制御器５０Ｋに入力される。

制御器５０Ｋは、フォーカスサーボ制御回路４３に対応しており、入力された誤差信号ｅに応じて制御器出力ｕ（アクチュエータ駆動データＤＡに相当する）を生成し、これを基にアクチュエータ１４に対応する制御対象５０Ｐを制御する。

実際上、フォーカスサーボ制御系５０では、誤差信号ｅが値「０」となるように制御対象５０Ｐを制御することにより、出力ｙを目標値ｒに近づけていく。

因みにこのことは、光ディスク装置４０において、フォーカスエラーデータＤＦＥ（すなわちフォーカスエラー信号ＳＦＥ）を値「０」とするようにアクチュエータ駆動データＤＡ（すなわちアクチュエータ駆動信号ＳＡ）を生成し、対物レンズ９を合焦位置ＪＦに近づけていくことを表している。

ここで制御器５０Ｋは、状態変数Ａ_ｃｚ、Ｂ_ｃｚ、Ｃ_ｃｚ及びＤ_ｃｚ並びにディジタル制御系におけるクロックｋを用いた状態空間表現により、次に示す（５）式及び（６）式のように表すことができる。

また制御対象５０Ｐは、状態変数Ａ_ｐｚ、Ｂ_ｐｚ及びＣ_ｐｚ並びにクロックｋを用いた状態空間表現により、次に示す（７）式及び（８）式のように表すことができる。

さらにフォーカスサーボ制御系５０は、同様の状態空間表現により、これらの（５）〜（８）式を組み合わせた（９）式及び（１０）式のように表すことができる。

この（９）式及び（１０）式を基に、状態空間表現によるブロック線図を構成すると、図３に示すように、制御器５１Ｃ及び制御対象５１Ｐを有するフォーカスサーボ制御系５１として表すことができる。

因みに、状態変数Ａ_ｃｚ、Ｂ_ｃｚ、Ｃ_ｃｚ及びＤ_ｃｚ、並びに状態変数Ａ_ｐｚ、Ｂ_ｐｚ及びＣ_ｐｚの具体的な値は、アクチュエータ１４の各種特性値や対物レンズ９の質量等によって定まるものであり、例えば光ディスク装置４０の設計時等に算出され、不揮発性メモリ２６に予め記憶されるようになされている。

（１−２）初期値補償法の適用
次に、上述した初期値補償法をフォーカスサーボ制御系５１に対して適用することを検討する。ここでは、非特許文献１に記載されている「零点指定による初期値補償サーボ系の設計」を基にしている。

山口高司、他２名,「磁気ディスク装置ヘッド位置決めサーボ系におけるサーボモード切り替え時の初期値補償問題の基礎検討」,計測自動制御学会論文集Vol.29,No.7,p792-799,1993年

まず、フォーカスサーボ制御系５１における出力ｙは、クロックｋ＝０としたときの初期値（Ｘｃｚ（０），Ｘｐｚ（０））と所定の伝達関数とを用いることにより、次に示す（１１）式のように表すことができる。

因みに（１１）式では、フォーカスサーボ制御系５１がディジタル制御系であり離散時間による制御を行うことから、ｚ変換が用いられている。

一方、初期値補償法では、次に示す（１２）式のように、制御器５１Ｃの初期値Ｘ_ｃ（０）が制御対象５１Ｐの初期値Ｘ_ｐ（０）の関数として与えられるものと定義する。

ところで、ディスク装置における制御器では、上述したように低域強調フィルタと高域位相進み位相フィルタからなる２次フィルタが用いられる。また、制御対象であるアクチュエータ１４（図１）の状態は、クロックｋを用いて対物レンズ９の位置ｘ（ｋ）及び速度ｖ（ｋ）により表される。

ここで、制御器５１Ｃにおける各フィルタのレジスタ値を低域フィルタ値ｆ_Ｌ（ｋ）及び高域フィルタ値ｆ_Ｈ（ｋ）とし、光ディスク装置４０におけるフォーカスサーボ制御系に合わせて（１２）式の各項を適宜置き換えると、４つの係数ｋ_１１、ｋ_１２、ｋ_２１及びｋ_２２を用いて、次に示す（１３）式のように表すことができる。

また、（１１）式の伝達関数は、（１２）式を用いることにより、次に示す（１４）式のように表すことができる。

ここで、４つの係数ω_１（ｚ）、ω_２（ｚ）、ω_３（ｚ）及びω_４（ｚ）を用いることにより（１３）式の一部を、次に示す（１５）式のように定義する。

この（１４）式及び（１５）式を用いることにより、（７）式に示した出力ｙは、次に示す（１６）式のように表すことができる。

この（１６）式において伝達関数が分数の形となっていることから、出力ｙの初期値に相当する初期値応答は、制御系の極である分母式の根と、当該（１６）式の零点に相当する分子式の根とによって決まることがわかる。

このことを踏まえ、初期値補償法では、基本的な方針として、行列αを表す係数ｋ_１１、ｋ_１２、ｋ_２１及びｋ_２２を適宜変化させて零点の位置を変更することにより、良好な初期値応答を得ることを考える。一般的には、いわゆる遅い極又は振動的な極を零点により相殺するような係数ｋ_１１、ｋ_１２、ｋ_２１及びｋ_２２を算出する。

ここでは、所望の零点を実現する係数ｋ_１１、ｋ_１２、ｋ_２１及びｋ_２２を算出する。指定する零点をそれぞれ零点ｚ_１及びｚ_２とすると、（１６）式の分子式より、次に示す（１７ａ）式及び（１７ｂ）式、（１８ａ）式及び（１８ｂ）式のような２組の連立方程式を得ることができる。

（１７ａ）式及び（１７ｂ）式の連立方程式を解くことにより、次の（１９）式及び（２０）式のように係数ｋ_２１及びｋ_１１をそれぞれ求めることができる。

同様に（１８ａ）式及び（１８ｂ）式の連立方程式を解くことにより、次の（２１）式及び（２２）式のように係数ｋ_２２及びｋ_１２をそれぞれ求めることができる。

因みに係数ｋ_１１、ｋ_１２、ｋ_２１及びｋ_２２は、（１９）〜（２２）式に示されているように、フォーカスサーボ制御系における各値が定まることにより予め算出し得る値であるため、予め（１９）〜（２２）式に従って算出された上で、不揮発性メモリ２６（図１）に記憶されるようになされている。

初期値補償法では、このように（１９）〜（２２）式に従って求められる係数ｋ_１１、ｋ_１２、ｋ_２１及びｋ_２２と、サーボ制御を開始するタイミング（すなわち時刻０）における対物レンズ９の位置ｘ（０）及び速度ｖ（０）とを（１３）式に代入することにより、時刻０における制御器５１Ｃの低域フィルタ値ｆ_Ｌ（０）及び高域フィルタ値ｆ_Ｈ（０）（以下、これらを制御器初期値ｆ（０）と呼ぶ）を算出する。

フォーカスサーボ制御系５１では、このように初期値補償法に従って算出された制御器初期値ｆ（０）を制御器５１Ｃに与えてフォーカスサーボ制御を開始することにより、対物レンズ９が短時間で合焦位置ＪＦに収束するような、良好な応答を得ることができる。

（１−３）フォーカスエラー信号に基づいた初期値
ところで、光ディスク装置４０（図１）には、対物レンズ９の位置ｘ及び速度ｖを測定するためのセンサ等が設けられていないため、当該位置ｘ及び速度ｖを直接的に得ることができない。

しかしながら光ディスク装置４０では、光ディスク装置１（図９）と同様、図１１（Ａ）及び（Ｂ）に示したように、検出領域ＡＤ内において、フォーカスエラー信号ＳＦＥの信号レベルと対物レンズ９の合焦位置ＪＦからの距離とがほぼ比例関係にある。

そこで光ディスク装置４０では、フォーカスエラー信号ＳＦＥ（実際にはフォーカスエラーデータＤＦＥ）の信号レベルが、合焦位置ＪＦを基準とした位置ｘを表しているものと見なす。便宜上、以下ではフォーカスエラー信号ＳＦＥ（フォーカスエラーデータＤＦＥ）の信号レベルを換算位置ｅ（ｋ）とする。

また、次の（２３）式のように、クロックｋ毎の換算位置ｅ（ｋ）の差を、１クロック毎の時間間隔であるサンプリング時間Ｔによって除算することにより、換算速度ｅ_ｖ（ｋ）を算出することができる。

この換算速度ｅ_ｖ（ｋ）は、対物レンズ９が図１１（Ｂ）における検出領域ＡＤ内にある場合、当該対物レンズ９の速度ｖを表していると見なすことができる。

ここで（１３）式における位置ｘを換算位置ｅ（ｋ）に置き換え、速度ｖを換算速度ｅ_ｖ（ｋ）に置き換えることにより、次に示す（２４）式が得られる。

ところで、クロック０において制御器５１Ｃ（図３）から出力される制御器出力（すなわち制御器出力初期値）ｕ（０）は、低域フィルタ値ｆ_Ｌ（０）及び高域フィルタ値ｆ_Ｈ（０）を用いることにより、次に示す（２５）式のように表される。

ここで、制御対象５１Ｐの状態を位置ｘ（ｋ）及び速度ｖ（ｋ）により表すとＣ_ｐｚ＝（１ ０）となることを踏まえ、Ｃ_ｃｚ＝（Ｃ_ｃｚ１ Ｃ_ｃｚ２）と定義し、さらに（２３）式の関係を用いることにより、（２５）式を換算位置ｅ（ｋ）及び換算速度ｅ_ｖ（ｋ）についてまとめると、次に示す（２６）式のようになる。

すなわち光ディスク装置４０（図１）に対応したフォーカスサーボ制御系５１（図３）では、この（２６）式からわかるように、フォーカスエラー信号ＳＦＥの信号レベルに基づいた換算位置ｅ（ｋ）及び換算速度ｅ_ｖ（ｋ）を基に、制御器出力初期値ｕ（０）を算出することができる。

（１−４）引き込み動作におけるフォーカスサーボ制御の開始位置の決定
ところで光ディスク装置４０は、アクチュエータ１４により印加し得る推力に上限があることが考慮され、当該アクチュエータ１４により印加可能な推力となるような（すなわち推力が飽和しないような）制御器出力初期値ｕ（０）として値「０」が予め決定されている。

実際上、光ディスク装置４０は、引き込み動作を行う際、アクチュエータ１４により対物レンズ９を所定の一定速度で当該光ディスク１０に近接させていく。

ここで対物レンズ９が図１１（Ｂ）における検出領域ＡＤ内に入ると、特性曲線Ｑ１がほぼ直線状となり、且つ当該対物レンズ９が一定速度で駆動されていることから、換算速度ｅ_ｖ（ｋ）がほぼ一定の値となる（以下、このときの換算速度ｅ_ｖ（ｋ）を一定速度ｅ_ｖ０とする）。

この場合、換算速度ｅ_ｖ（ｋ）が一定の値となることは、一定速度で移動されている対物レンズ９が、特性曲線Ｑ１（図１１（Ｂ））の検出領域ＡＤに相当する範囲に入ったことを表している。

ここで、（２６）式における換算速度ｅ_ｖ（０）をこのときの一定速度ｅ_ｖ０に置き換えると、次に示す（２７）式のようになる。

さらにフォーカスサーボ制御を開始すべき換算位置ｅ（０）を開始位置ｅ_ｏｎとすると、（２７）式を変形することにより、次に示す（２８）式を得ることができる。

この（２８）式は、一定速度ｅ_ｖ０及び制御器出力初期値ｕ（０）を基に開始位置ｅ_ｏｎを算出し得ることを表している。

光ディスク装置４０では、このことを利用して、引き込み動作時に換算速度ｅ_ｖ（ｋ）がほぼ一定の値となった時点で一定速度ｅ_ｖ０を取得し、このときの一定速度ｅ_ｖ０の値と予め決定されている制御器出力初期値ｕ（０）＝０とを（２８）式に代入することにより、フォーカスサーボ制御の開始位置ｅ_ｏｎを算出することができる。

このように光ディスク装置４０は、制御器出力初期値ｕ（０）＝０とし、当該制御器出力初期値ｕ（０）及び一定速度ｅ_ｖ０を用いることにより、フォーカスサーボ制御の開始位置ｅ_ｏｎを逆算するようになされている。

その後光ディスク装置４０は、換算位置ｅ（ｋ）（すなわちフォーカスエラー信号ＳＦＥの信号レベル）を監視し、当該換算位置ｅ（ｋ）が開始位置ｅ_ｏｎとなった時点でフォーカスサーボ制御を開始することにより、短い時間で収束するような良好な応答を得ることができる。

この場合、光ディスク装置４０では、制御器出力初期値ｕ（０）＝０として開始位置ｅ_ｏｎを算出していることから、対物レンズ９が当該開始位置ｅ_ｏｎに到達しフォーカスサーボ制御を開始する時刻０において、制御器出力を「０」とする、すなわちアクチュエータ１４から対物レンズ９に対して印加する推力を小さく抑えることが期待できる。

（１−５）フォーカスサーボ制御開始部を有するフォーカスサーボ制御系の構成
次に、光ディスク装置４０を表すフォーカスサーボ制御系６０の詳細なブロック線図を、図２と対応する図４に示す。このフォーカスサーボ制御系６０は、図２に示したフォーカスサーボ制御系５０と比較して、フォーカスサーボ制御を開始させるフォーカスサーボ制御開始部６１及びスイッチ６２が付加されている点が異なっている。

フォーカスサーボ制御開始部６１は、加算器５０Ａにより逐次算出される誤差信号ｅ（すなわち換算位置ｅ（ｋ））を取得して換算速度算出部６３及び比較器６４へ供給する。換算速度算出部６３は、（２３）式に従い、換算位置ｅ（ｋ）を基に換算速度ｅ_ｖ（ｋ）を逐次算出し、これを一定速度検出部６５へ供給する。

一定速度検出部６５は、換算速度ｅ_ｖ（ｋ）を継続的に監視し、所定回数（例えば連続３クロック）の換算速度ｅ_ｖ（ｋ）がいずれも値０以外であり所定の変動幅（例えば５％）以内に収まっている場合、当該換算速度ｅ_ｖ（ｋ）が一定の速度になったと見なし、この時点における換算速度ｅ_ｖ（ｋ）を一定速度ｅ_ｖ０として、当該一定速度ｅ_ｖ０を一定速度検出部６５から開始位置算出部６６及び制御器初期値算出部６７に供給する。

開始位置算出部６６は、一定速度検出部６５から供給された一定速度ｅ_ｖ０の値と、（１９）〜（２２）式に従い算出された係数ｋ_１１、ｋ_１２、ｋ_２１及びｋ_２２と、制御器出力初期値ｕ（０）の値「０」と、予め算出されている状態定数Ｃ_ｃｚ（すなわち（Ｃ_ｃｚ１ Ｃ_ｃｚ２））及びＤ_ｃｚとを（２８）式に代入することにより開始位置ｅ_ｏｎを算出し、これを比較部６４及び制御器初期値算出部６７に供給する。

制御器初期値算出部６７は、開始位置ｅ_ｏｎ及び一定速度ｅ_ｖ０と、（１９）〜（２２）式に従い算出された係数ｋ_１１、ｋ_１２、ｋ_２１及びｋ_２２とを（２４）式に代入することにより、制御器初期値ｆ（０）、すなわちクロック０における制御器５０Ｋの低域フィルタ値ｆ_Ｌ（０）及び高域フィルタ値ｆ_Ｈ（０）を算出し、これらを当該制御器５０Ｋに供給する。

比較部６４は、１クロック毎に更新される換算位置ｅ（ｋ）を開始位置ｅ_ｏｎと比較し、当該換算位置ｅ（ｋ）が開始位置ｅ_ｏｎになった時点でスイッチ６２を開状態から閉状態に切り換えさせ、フォーカスサーボ制御系６０によるフォーカスサーボ制御を開始させる。

このようにフォーカスサーボ制御系６０は、フォーカスサーボ開始制御部６１によって換算速度ｅ_ｖ（ｋ）が一定の速度になったことを検出すると、このときの一定速度ｅ_ｖ０を基に開始位置ｅ_ｏｎを算出し、制御器５０Ｋの初期値を算出した上で、換算位置ｅ（ｋ）が当該開始位置ｅ_ｏｎになった時点でフォーカスサーボ制御を開始させるようになされている。

（１−６）フォーカスサーボ制御開始処理手順
次に、光ディスク装置４０のサーボ制御部４２がフォーカスサーボ制御を開始する際のフォーカスサーボ制御開始処理手順について、図５に示すフローチャートを用いて説明する。

因みに光ディスク装置４０では、状態定数Ｃ_ｃｚ（すなわち（Ｃ_ｃｚ１ Ｃ_ｃｚ２））及びＤ_ｃｚが予め算出され、（１９）〜（２２）式に従い係数ｋ_１１、ｋ_１２、ｋ_２１及びｋ_２２がいずれも算出された上で、制御器出力初期値ｕ（０）の値「０」と共に、それぞれ不揮発性メモリ２６（図１）に記憶されている。

実際上、サーボ制御部４２は、光ディスク１０が新たに装填される等して引き込み動作を行うべきであることを認識すると、フォーカスサーボ制御開始処理手順ＲＴ１を開始し、ステップＳＰ１へ移る。

ステップＳＰ１においてサーボ制御部４２は、アクチュエータ駆動回路２５を介してアクチュエータ１４を駆動させることにより、対物レンズ９を光ディスク１０の遠方に移動させてから一定の速度で当該光ディスク１０に近接させていき、次のステップＳＰ２へ移る。

このときフォーカスサーボ制御開始部６１は、加算器５０Ａにより逐次算出される誤差信号ｅ（すなわち換算位置ｅ（ｋ））を取得して換算速度算出部６３及び比較器６４へ供給する。換算速度算出部６３は、（２３）式に従い、換算位置ｅ（ｋ）を基に換算速度ｅ_ｖ（ｋ）を逐次算出し、これを一定速度検出部６５へ供給する。

ステップＳＰ２においてサーボ制御部４２は、換算速度算出部６３から逐次供給される換算速度ｅ_ｖ（ｋ）を一定速度検出部６５によって継続的に監視し、所定回数（例えば連続３クロック）の換算速度ｅ_ｖ（ｋ）がいずれも値０以外であり且つ所定の変動幅（例えば５％）以内に収まっているか否かを判定する。

ここで否定結果が得られると、このことは換算速度ｅ_ｖ（ｋ）が未だ一定の速度になっていないことを表しており、このときサーボ制御部４２は再度このステップＳＰ２を繰り返す。

一方、ステップＳＰ２において肯定結果が得られると、このことは換算速度ｅ_ｖ（ｋ）が一定の速度になったと見なし得ることを表しており、このときサーボ制御部４２は、この時点における換算速度ｅ_ｖ（ｋ）を一定速度ｅ_ｖ０とし、当該一定速度ｅ_ｖ０を一定速度検出部６５から開始位置算出部６６及び制御器初期値算出部６７に供給させて、次のステップＳＰ３へ移る。

ステップＳＰ３においてサーボ制御部４２は、開始位置算出部６６によって、一定速度ｅ_ｖ０の値と、係数ｋ_１１、ｋ_１２、ｋ_２１及びｋ_２２と、制御器出力初期値ｕ（０）の値「０」と、状態定数Ｃ_ｃｚ１、Ｃ_ｃｚ２及びＤ_ｃｚとを（２８）式に代入することにより開始位置ｅ_ｏｎを算出し、これを比較部６４及び制御器初期値算出部６７に供給して、次のステップＳＰ４へ移る。

ステップＳＰ４においてサーボ制御部４２は、制御器初期値算出部６７によって、開始位置ｅ_ｏｎ及び一定速度ｅ_ｖ０と、係数ｋ_１１、ｋ_１２、ｋ_２１及びｋ_２２とを（２４）式に代入することにより制御器初期値ｆ（０）を算出し、これを制御器５０Ｋに供給した上で、次のステップＳＰ５へ移る。

ステップＳＰ５においてサーボ制御部４２は、比較部６４によって、換算位置ｅ（ｋ）を開始位置ｅ_ｏｎと比較し、換算位置ｅ（ｋ）が開始位置ｅ_ｏｎを超えたか否かを判定する。ここで否定結果が得られると、このことは一定の速度で移動している対物レンズ９（図１）が未だ開始位置ｅ_ｏｎに到達していないことを表しており、このときサーボ制御部４２は再度ステップＳＰ５を繰り返す。

一方、ステップＳＰ５において肯定結果が得られると、このことは対物レンズ９が開始位置ｅ_ｏｎに到達したことを表しており、このときサーボ制御部４２は次のステップＳＰ６へ移る。

ステップＳＰ６においてサーボ制御部４２は、比較部６４からの制御によってスイッチ６２を開状態から閉状態に切り換えさせ、フォーカスサーボ制御系６０によるフォーカスサーボ制御を開始させた後、次のステップＳＰ７へ移って一連の処理を終了する。

このように光ディスク装置４０のサーボ制御部４２は、フォーカスサーボ制御開始処理手順ＲＴ１に従い、フォーカスサーボ制御の開始位置ｅ_ｏｎ及び制御器初期値ｆ（０）を算出し、制御対象である対物レンズ９が当該開始位置ｅ_ｏｎに到達した時点で、フォーカスサーボ制御を開始させるようになされている。

（２）ビデオカメラレコーダの構成
次に、本発明の一実施形態として、本発明を適用したビデオカメラレコーダについて説明する。

（２−１）外観構成及び回路構成
図６に示すように、ビデオカメラレコーダ７０は、筐体７１の内部に各種部品が組み込まれており、ユーザにより当該筐体７１とストラップ７２との間に指や手の甲が差し込まれた上で当該筐体７１が把持される等して、様々な場所に持ち運ばれ得るようになされている。

ビデオカメラレコーダ７０は、映像を撮像するための撮像レンズ７３や撮像した映像を映像信号に変換する撮像素子（後述する）を有すると共に、当該映像信号を記録する光ディスク（後述する）を装填するための光ディスク装填部７４を有し、さらに図示しない操作部、表示部、バッテリー等を有している。

因みにビデオカメラレコーダ７０は、映像を撮像する場所まで持ち運ばれるだけでなく、撮像しながら移動されることも考慮されている。

ところでビデオカメラレコーダ７０は、図１との対応部分に同一符号を付した図７に示すような回路構成を有しており、統括制御部７５によって全体を統括制御するようになされている。

例えばユーザによる撮像操作を受け付けた場合、統括制御部７５は、撮像レンズ７２を介して撮像素子７６により映像を撮像させ、その映像に応じた映像信号を生成して映像信号処理回路７７へ供給させる。映像信号処理回路７７は、映像信号に対して所定の映像処理や圧縮符号化処理等を施すことにより映像データを生成し、これをバッファメモリ７８に一時記憶させる。

記録信号生成回路７９は、バッファメモリ７８から適宜映像データを読み出し、当該映像データに対して所定の変調処理等を施すことにより光ディスク１０への記録に適した記録データを生成し、これを光ピックアップ３のレーザダイオード４へ供給する。これに応じて光ピックアップ３は、当該記録データに応じた光ビームを光ディスク１０の信号記録面１０Ａに照射し、当該記録データを記録する。

このようにビデオカメラレコーダ７０は、撮像レンズ７２を介して撮像した映像を記録データとして光ディスク１０に記録し得るようになされている。

一方、ビデオカメラレコーダ７０は、光ディスク装填部７４に新たな光ディスク１０が装填された場合や、映像の記録を開始する場合等に、上述した光ディスク装置４０（図１）と同様、引き込み動作を行うようになされている。

ここでビデオカメラレコーダ７０は、光ディスク装置４０と同様のサーボ制御部４２を有しており、そのフォーカスサーボ制御系をモデル化すると、当該光ディスク装置４０と同様のフォーカスサーボ制御系６０（図４）となる。またビデオカメラレコーダ７０は、引き込み動作を行う際、フォーカスサーボ制御開始処理手順ＲＴ１（図５）に従った処理を行う。

すなわちサーボ制御部４２は、換算速度ｅ_ｖ（ｋ）が一定の速度になると、このときの一定速度ｅ_ｖ０を用い制御器出力初期値ｕ（０）＝０として開始位置ｅ_ｏｎを算出し、制御器５０Ｋの初期値を算出する。その後サーボ制御部４２は、換算位置ｅ（ｋ）が当該開始位置ｅ_ｏｎになった時点、すなわち制御対象である対物レンズ９が開始位置ｅ_ｏｎに相当する位置に到達した時点で、フォーカスサーボ制御を開始させるようになされている。

（２−２）引き込み動作時におけるフォーカスサーボ制御の開始
ここで、ビデオカメラレコーダ７０により引き込み動作を行いフォーカスサーボ制御を開始したときにおける、合焦位置ＪＦを基準とした対物レンズ９の位置の測定結果を図１７（Ａ）と対応する図８（Ａ）に、アクチュエータ９により対物レンズ９に対して印加する推力の測定結果を図１７（Ｂ）と対応する図８（Ｂ）に示す。

図８（Ａ）に示すように、ビデオカメラレコーダ７０では、対物レンズ９が合焦位置ＪＦに到達する前の位置Ｐ２を開始位置ｅ_ｏｎとして算出した上で、当該対物レンズ９が当該開始位置ｅ_ｏｎに到達した時点でフォーカスサーボ制御を開始する（ここでは、この時点を時刻０とする）。

このときビデオカメラレコーダ７０では、図８（Ｂ）に示すように、図１７（Ｂ）の場合と比較して、時刻０におけるアクチュエータ９の推力が極めて小さく抑えられていることが確かめられた。

その後ビデオカメラレコーダ７０では、およそ時刻０．１［ｍｓｅｃ］の時点で対物レンズ９をほぼ合焦位置に収束することができ（図８（Ａ））、この間アクチュエータ９の推力が極めて小さく抑えられた状態を継続することができた（図８（Ｂ））。

このようにビデオカメラレコーダ７０は、引き込み動作を行う際、フォーカスサーボ制御開始処理手順ＲＴ１に従った処理を行うことにより、アクチュエータ９の推力を極めて小さく抑えながら、非常に短い時間で対物レンズ９を合焦位置ＪＦに収束させることができる。

（３）動作及び効果
以上の構成において、ビデオカメラレコーダ７０のサーボ制御部４２は、引き込み動作を行う際、換算速度ｅ_ｖ（ｋ）が一定の速度になると、このときの一定速度ｅ_ｖ０を用い制御器出力初期値ｕ（０）＝０として開始位置ｅ_ｏｎを算出すると共に制御器５０Ｋの初期値を算出し、換算位置ｅ（ｋ）が当該開始位置ｅ_ｏｎになった時点でフォーカスサーボ制御を開始させる。

従ってサーボ制御部４２は、初期値補償法を利用した上で制御器出力初期値ｕ（０）＝０とすることにより、フォーカスサーボ制御を開始する時刻０において、アクチュエータ１４から対物レンズ９に対して印加する推力を小さく抑えることができる（図８（Ｂ））。

これによりサーボ制御部４２は、アクチュエータ１４における推力の飽和をほぼ確実に防止することができるので、初期値補償法の前提を崩すことなく、理論値に極めて近い良好な過渡応答を得ることができ、結果的に高い確度で対物レンズ９を非常に短い時間で合焦位置ＪＦに収束させることができる（図８（Ａ））。

このときサーボ制御部４２は、制御器出力初期値ｕ（０）を設定せず単純に初期値補償法を利用した場合（図１７（Ｂ））と比較して、フォーカスサーボ制御を開始する時刻０における推力を極めて小さく抑えることができ、短い時間で対物レンズ９を合焦位置ＪＦに収束させることができる。

これを換言すれば、従来の初期値補償法では、位置及び速度の初期値を基に制御器初期値を算出していたため、この結果として制御器出力初期値が様々な値を取り得た。これに対し本発明によるサーボ制御部４２では、初期値補償法を利用しながら、予め制御器出力初期値を制限し、速度の初期値を定めた上で位置の初期値、すなわちフォーカスサーボ制御の開始位置を算出して制御器初期値ｆ（０）を算出することにより、アクチュエータ１４における推力の飽和を防止しつつ良好な応答特性を得ることができる。

ところで、アクチュエータ１４における推力の飽和を防ぐには、例えば引き込み動作時のみ一時的にフォーカスサーボ制御を弱める（すなわちアクチュエータ１４の推力を抑える）といった手法も考えられる。

しかしながらビデオカメラレコーダ７０は、ユーザの手に把持されたまま光ディスク１０に対する情報の記録を行うことになるため、記録中や引き込み動作中にユーザの不注意やアクシデント等により外部から衝撃が加わることが想定される。

このような場合、引き込み動作時のみフォーカスサーボ制御を弱める手法では、引き込み動作中に外部からの衝撃等によって対物レンズ９の位置がずれてしまった場合、いずれも引き込み動作の再開に時間を要することになってしまう。

これに対してビデオカメラレコーダ７０のサーボ制御部４２は、常に強いフォーカスサーボ制御を行うことができるため、引き込み動作中に外部からの衝撃等を受けたとしても、強いフォーカスサーボ制御によって「フォーカスサーボを外れ難くする」ことができると共に、仮にフォーカスサーボが外れた場合であっても比較的短い時間で引き込み動作を再開することができる。

また、光ディスク装置においては、引き込み動作時に一時的に光ディスクの回転数を下げ、結果的に弱いフォーカスサーボ制御によりアクチュエータにおける推力の飽和を防止する、といった手法も取り得る。しかしながら、光ディスクの回転速度を変更するには、ある程度の時間を要することになってしまう。

一方、ビデオカメラレコーダは、一度撮像した映像を消失してしまったとしても撮像し直す機会は無いと考えられるため、生成した映像データを記録媒体に確実に記録する必要がある。このため光ディスク装置を搭載したビデオカメラレコーダは、順次生成する映像データを光ディスクに記録する際、バッファメモリに一時蓄積して消失を防止するようになされているものの、その容量には限りがある。

すなわち光ディスク装置を搭載したビデオカメラレコーダは、引き込み動作時に光ディスクの回転速度を下げるなどして時間を要してしまった場合、映像データをバッファメモリから溢れさせる危険性があり、この場合、当該バッファメモリから溢れた分の映像データを失うことになってしまう。

これに対してビデオカメラレコーダ７０では、光ディスク１０の回転速度を低下させることなく引き込み動作を行っているため、アクチュエータ１４における推力の飽和を防止しながら短い時間で当該引き込み動作を完了することができ、撮像した映像データを光ディスク１０に記録できずに消失してしまう危険性を極めて低く抑えることができる。

以上の構成によれば、ビデオカメラレコーダ７０のサーボ制御部４２は、引き込み動作を行う際、換算速度ｅ_ｖ（ｋ）が一定の速度になると、このときの一定速度ｅ_ｖ０を用い制御器出力初期値ｕ（０）＝０として開始位置ｅ_ｏｎを算出すると共に初期値補償法に従って制御器初期値ｆ（０）を算出し、換算位置ｅ（ｋ）が当該開始位置ｅ_ｏｎになった時点でフォーカスサーボ制御を開始させることにより、フォーカスサーボ制御を開始する時刻０において、アクチュエータ１４における推力の飽和を防止して良好な過渡応答を得ることができ、対物レンズ９を非常に短い時間で合焦位置ＪＦに収束させることができる。

（４）他の実施の形態
なお上述した実施の形態においては、フォーカスサーボ制御開始処理手順ＲＴ１（図５）のステップＳＰ４において、制御器初期値算出部６７（図４）により、開始位置ｅ_ｏｎ及び一定速度ｅ_ｖ０を用いて（２４）式に従い制御器初期値ｆ（０）を算出するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、当該ステップＳＰ４において、加算器５０Ａ及び換算速度算出部６３からそれぞれ換算位置ｅ（ｋ）及び換算速度ｅ_ｖ（ｋ）を取得し、これらを用いて（２４）式に従い制御器初期値ｆ（０）を算出するようにしても良い。

特にこの場合、換算位置ｅ（ｋ）及び換算速度ｅ_ｖ（ｋ）を取得してから実際にフォーカスサーボ制御を開始するまでに１クロック（１サンプリング時間Ｔ）が経過することになるため、当該換算位置ｅ（ｋ）及び換算速度ｅ_ｖ（ｋ）の予測値である換算位置予測値ｅ_ｐ（ｋ）及び換算速度予測値ｅ_ｖｐ（ｋ）を次に示す（２９）式及び（３０）式に従ってそれぞれ算出し、これらを基に制御器初期値ｆ（０）を算出するようにしても良く、これによりフォーカスサーボ制御の精度を向上させることができる。

また上述した実施の形態においては、（２８）式において制御器出力初期値ｕ（０）＝０として開始位置ｅ_ｏｎを算出するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、フォーカスサーボ制御を開始する時刻０においてアクチュエータ１４が対物レンズ９に対して印加する推力が、当該アクチュエータ１４の推力の上限値を超えない（すなわち推力が飽和しない）範囲で、当該制御器出力初期値ｕ（０）を０以外の比較的小さい値とするようにしても良い。

さらに上述した実施の形態においては、非特許文献１に記載されている「零点指定による初期値補償サーボ系の設計」を基に係数ｋ_１１、ｋ_１２、ｋ_２１及びｋ_２２を算出するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば当該非特許文献１に記載されている「評価関数最小化による設計法」等、種々の算出方法に従って当該係数ｋ_１１、ｋ_１２、ｋ_２１及びｋ_２２を算出するようにしても良い。

さらに上述した実施の形態においては、フォーカスエラー信号ＳＦＥの特性曲線Ｑ１が図１１（Ｂ）に示したような「Ｓ字曲線」を描く場合について述べたが、本発明はこれに限らず、検出領域ＡＤがほぼ直線となっていれば、他の部分におけるフォーカスエラー信号ＳＦＥの特性曲線が種々の形状を描くようになっていても良い。

さらに上述した実施の形態においては、換算速度ｅ_ｖ（ｋ）がほぼ一定の速度と見なし得るようになった時点で、対物レンズ９が検出領域ＡＤ内に入ったことを検出するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、他の測距手段等によって対物レンズ９が検出領域ＡＤ内に入ったことを検出するようにしても良い。

さらに上述した実施の形態においては、本発明を光ディスク装置４０におけるフォーカスサーボ制御系に適用するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば当該光ディスク装置４０におけるトラッキングサーボ制御系や、磁気ディスク装置におけるヘッド位置決めサーボ制御系、或いは種々のサーボ制御系において、サーボ制御の開始点を算出した上で実際にサーボ制御を開始するような場合に本発明を適用するようにしても良い。

さらに上述した実施の形態においては、駆動部としてのアクチュエータ１４及びアクチュエータ駆動回路２５と、記憶部としての不揮発性メモリ２６と、近接制御部としてのフォーカスサーボ制御回路４３と、誤差信号検出部としてのフォトディテクタ１３及びフォーカスエラー信号検出回路２１と、開始位置算出部としての開始位置算出部６６と、到達検出部としての比較部６４と、制御器初期値算出部としての制御器初期値算出部６７と、サーボ制御開始部としての比較部６４及びスイッチ６２とによってサーボ制御装置としての光ディスク装置４０を構成する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、その他種々の回路構成でなる駆動部と、記憶部と、近接制御部と、誤差信号検出部と、開始位置算出部と、到達検出部と、制御器初期値算出部と、サーボ制御開始部とによってサーボ制御装置を構成するようにしても良い。

本発明は、種々のサーボ制御系でも利用できる。

光ディスク装置におけるフォーカスサーボ制御系の構成を示す略線図である。 ディジタル制御によるフォーカスサーボ制御系のブロック線図を示す略線図である。 状態空間表現によるフォーカスサーボ制御系のブロック線図を示す略線図である。 開始部を有するフォーカスサーボ制御系のブロック線図を示す略線図である。 フォーカスサーボ制御開始処理手順を示すフローチャートである。 ビデオカメラレコーダの全体構成を示す略線図である。 ビデオカメラレコーダの回路構成を示す略線図である。 フォーカスサーボ制御開始時における位置及び推力を示す略線図である。 従来の光ディスク装置におけるフォーカスサーボ制御系の構成を示す略線図である。 反射光ビーム検出の様子を示す略線図である。 対物レンズの位置とフォーカスエラー信号との関係を示す略線図である。 フォーカスサーボ制御の開始及び初期応答を示す略線図である。 フォーカスサーボ制御系のブロック線図を示す略線図である。 状態空間表現によるフォーカスサーボ制御系のブロック線図を示す略線図である。 制御器の初期値による応答の説明に供する略線図である。 ディジタルフィルタにより構築されたフォーカスサーボ制御系のブロック線図を示す略線図である。 従来のフォーカスサーボ制御開始時における位置及び推力を示す略線図である。

符号の説明

１、４０……光ディスク装置、２、４２……サーボ制御部、３……光ピックアップ、９……対物レンズ、１０……光ディスク、１０Ａ……信号記録面、１３……フォトディテクタ、１４……アクチュエータ、２１……フォーカスエラー信号検出回路、２３、４３……フォーカスサーボ制御回路、２５……アクチュエータ駆動回路、２６……不揮発性メモリ、３０、３１、３２、５０、５１、６０……フォーカスサーボ制御系、５０Ａ……加算器、５０Ｋ……制御器、５０Ｐ……制御対象、６１……開始部、６２……スイッチ、６３……換算速度算出部、６４……比較部、６５……一定速度検出部、６６……開始位置算出部、６７……制御器初期値算出部、７０……ビデオカメラレコーダ、７６……撮像素子、ＳＦＥ……フォーカスエラー信号、ＤＦＥ……フォーカスエラーデータ、ＪＦ……合焦位置、ｋ_１１、ｋ_１２、ｋ_２１、ｋ_２２……定数、ｅ（ｋ）……換算位置、ｅ_ｖ（ｋ）……換算速度、ｅ_ｖ０……一定速度、ｅ_ｏｎ……開始位置、ｕ（ｋ）……制御器出力、ｆ（０）……制御器初期値。

Claims (6)

1. 駆動対象に推力を印加することにより所定方向へ駆動する駆動部と、
   上記駆動部により印加可能な範囲に抑えられた、当該駆動部が最初に印加すべき制御器出力初期値を記憶する記憶部と、
   上記駆動部により上記駆動対象を所定の目標位置の遠方から当該目標位置へ近接させる近接制御部と、
   上記駆動対象の位置と上記目標位置との誤差に応じて変化する誤差信号を検出する誤差信号検出部と、
   上記誤差信号から上記駆動対象の速度を算出する速度算出部と、
   上記速度算出部より得られる上記駆動対象の速度が一定の値になったことを検出する一定速度検出部と、
   上記記憶部から供給される上記制御器出力初期値と上記一定速度検出部から供給される一定速度値とを基にサーボ制御の開始位置を算出する開始位置算出部と、
   上記一定速度値及び上記開始位置を用いて、上記駆動対象に関する制御系をブロック線図により表したときの制御器初期値を算出し、当該ブロック線図における制御器に供給する制御器初期値算出部と、
   上記誤差信号を基に、上記駆動対象が上記開始位置に到達したか否かを検出する到達検出部と、
   上記駆動対象が上記到達検出部に検出された時点で上記サーボ制御を開始するサーボ制御開始部と
   を有するサーボ制御装置。
2. 上記記憶部は、
   上記制御器出力初期値を値「０」として記憶する
   請求項１に記載のサーボ制御装置。
3. 上記一定速度検出部は、
   上記駆動対象の速度が所定の変動幅以内に収まっている場合、上記一定の値になったと見なす
   請求項１に記載のサーボ制御装置。
4. 駆動対象に推力を印加することにより所定方向へ駆動する駆動部により、当該駆動対象を所定の目標位置の遠方から当該目標位置へ近接させる近接制御ステップと、
   上記駆動対象の位置と上記目標位置との誤差に応じて変化する誤差信号を検出する誤差信号検出ステップと、
   上記誤差信号から駆動対象の速度を算出する速度算出ステップと、
   上記速度算出ステップにより得られる駆動対象の速度が一定の値になったことを検出する一定速度検出ステップと、
   所定の記憶部から供給される、上記駆動部により印加可能な範囲に抑えられ上記駆動部が最初に印加すべき制御器出力初期値と、上記一定速度検出ステップにより検出された一定速度値とを基に、サーボ制御の開始位置を算出する開始位置算出ステップと、
   上記一定速度値及び上記開始位置を用いて、上記駆動対象に関する制御系をブロック線図により表したときの制御器初期値を算出し、当該ブロック線図における制御器に供給する制御器初期値算出ステップと、
   上記誤差信号を基に、上記駆動対象が上記開始位置に到達したか否かを検出する到達検出ステップと、
   上記駆動対象が上記到達検出ステップにより検出された時点で上記サーボ制御を開始するサーボ制御開始ステップと
   を有するサーボ制御方法。
5. 記録媒体としての光ディスクに対して光ビームの焦点を合わせて照射することにより当該光ディスクに情報を記録し又は当該光ディスクから当該情報を再生する光ディスク装置であって、
   上記光ビームを上記光ディスクの信号記録面に集光する対物レンズに推力を印加することにより、当該対物レンズを上記光ディスクに対して近接または離隔させる方向に駆動するアクチュエータと、
   上記アクチュエータにより印加可能な範囲に抑えられた、当該アクチュエータが最初に印加すべき制御器出力初期値を記憶する記憶部と、
   上記光ディスクに対して上記情報の記録又は再生を開始する際、上記アクチュエータにより上記対物レンズを上記光ディスクに対する合焦位置の遠方から当該合焦位置へ近接させる近接制御部と、
   上記対物レンズの位置と上記合焦位置との誤差に応じて変化する誤差信号を検出する誤差信号検出部と、
   上記誤差信号から上記対物レンズの速度を算出する速度算出部と、
   上記速度算出部より得られる上記対物レンズの速度が一定の値になったことを検出する一定速度検出部と、
   上記記憶部から供給される上記制御器出力初期値と上記一定速度検出部から供給される一定速度値とを基にサーボ制御の開始位置を算出する開始位置算出部と、
   上記一定速度値及び上記開始位置を用いて、上記対物レンズに関する制御系をブロック線図により表したときの制御器初期値を算出し、当該ブロック線図における制御器に供給する制御器初期値算出部と、
   上記誤差信号を基に、上記対物レンズが上記開始位置に到達したか否かを検出する到達検出部と、
   上記対物レンズが上記到達検出部に検出された時点で上記サーボ制御を開始するサーボ制御開始部と
   を有する光ディスク装置。
6. 映像を撮像して映像信号を生成すると共に、記録媒体としての光ディスクに対して光ビームの焦点を合わせて照射することにより当該光ディスクに当該映像信号を記録するビデオカメラレコーダであって、
   上記映像を撮像して上記映像信号に変換する撮像部と、
   上記光ビームを上記光ディスクの信号記録面に集光する対物レンズに推力を印加することにより、当該対物レンズを上記光ディスクに対して近接または離隔させる方向に駆動するアクチュエータと、
   上記アクチュエータにより印加可能な範囲に抑えられた、当該アクチュエータが最初に印加すべき制御器出力初期値を記憶する記憶部と、
   上記光ディスクに対して上記映像信号の記録を開始する際、上記アクチュエータにより上記対物レンズを上記光ディスクに対する合焦位置の遠方から当該合焦位置へ近接させる近接制御部と、
   上記対物レンズの位置と上記合焦位置との誤差に応じて変化する誤差信号を検出する誤差信号検出部と、
   上記誤差信号から上記対物レンズの速度を算出する速度算出部と、
   上記速度算出部より得られる上記対物レンズの速度が一定の値になったことを検出する一定速度検出部と、
   上記記憶部から供給される上記制御器出力初期値と上記一定速度検出部から供給される一定速度値とを基にサーボ制御の開始位置を算出する開始位置算出部と、
   上記一定速度値及び上記開始位置を用いて、上記対物レンズに関する制御系をブロック線図により表したときの制御器初期値を算出し、当該ブロック線図における制御器に供給する制御器初期値算出部と、
   上記誤差信号を基に、上記対物レンズが上記開始位置に到達したか否かを検出する到達検出部と、
   上記対物レンズが上記到達検出部に検出された時点で上記サーボ制御を開始するサーボ制御開始部と
   を有するビデオカメラレコーダ。

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