JP5965161B2

JP5965161B2 - 光ディスク装置、ギャップサーボ装置及びギャップ引き込み制御方法

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Description

本発明は、光ディスク装置の技術に関し、特に、１．２ｍｍ厚基板の光ディスクや可撓性を有する薄型光ディスク（ＦＯＤ: Flexible Optical Disk）に対して（以下、総括して「光ディスク」と称する）、開口数（ＮＡ: Numerical Aperture）が１以上の固体浸レンズ（ＳＩＬ： Solid Immersion Lens）を対物レンズに用いた光ディスク装置、この光ディスク装置における記録及び／又は再生に必要な対物レンズのギャップ引き込み制御を行うギャップサーボ装置、及び、そのギャップ引き込み制御方法に関する。

現在、波長が約４０５ｎｍのレーザ光と、開口数（ＮＡ）が０．８５の対物レンズを用いた光ディスク装置が商品化されており、この記録媒体はブルーレイディスク（ＢＤ）として知られている。ブルーレイディスク（ＢＤ）のフォーマットによるデータ容量は２５ＧＢである。

そして更なる大容量・高転送レートの光ディスクへの記録方式として、記録密度を高めるために光ディスク装置における対物レンズの開口数（ＮＡ）の増大化が検討されている。

このため、１より大きい開口数（ＮＡ）を達成する技法として、エバネッセント波、即ち界面から指数関数的に減衰する光、いわゆる近接場光を用いた記録再生方式（「ニアフィールド光記録（ＮＦＲ: Near Field Optical Recording）再生方式」とも称される）が提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。

これらの特許文献１及び２には、対物用の光学レンズと固体浸レンズ（ＳＩＬ）とを組み合わせて近接場光学系の対物レンズを構成し、光ディスクに近接場光を照射して情報の記録再生を行う近接場光ディスク装置が開示されている。

また、近接場光ディスク装置におけるＳＩＬ光ヘッドのタンジェンシャルチルト（ＴＴ）及びラジアルチルト（ＲＴ）の調整にフィードフォワード制御（ＦＦＣ：Feedforward Control）を行うことにより光ディスクに対するＳＩＬ光ヘッドのギャップ誤差量を改善する技術が知られている（例えば、特許文献３参照）。

また、光ディスク装置における光ヘッドのトラッキングサーボ又はフォーカスサーボにおいて高精度な追従制御を実現するためのフィードフォワード制御（ＦＦＣ）に関する技術（例えば、特許文献４参照）が知られている。

このように、近接場光を用いた光ディスク装置においては高精度なサーボ技術が要求され、タンジェンシャルチルト（ＴＴ）及びラジアルチルト（ＲＴ）の調整や、光ディスクの偏心外乱や面振れ外乱に起因して発生する外乱（特に、高調波成分の外乱）の抑圧のために、フィードフォワード制御（ＦＦＣ）が用いられる。

一方で、固体浸レンズ（ＳＩＬ）を用いた近接場光記録再生方式では、ＳＩＬ光ヘッドのギャップサーボの高精度化が重要となる。

近接場光を用いた光ディスク装置においては、ポリカーボネートやガラスの材料による基板を有する１．２ｍｍ厚の光ディスクを用いており、この１．２ｍｍ厚基板の光ディスクは、通常およそ３０μｍ（Peak‐Peak値）から１５０μｍ（Peak‐Peak値）の面振れを持ちながら回転する。

このため、ギャップサーボの引き込み制御において、光ディスク装置のフォーカスサーボ系と同様に、ヴォイスコイルモータ（ＶＣＭ）によるギャップサーボ用のアクチュエータを用いて、ゲイン余有及び位相余有を確保しつつ安定なサーボ動作（例えば、ＤＣゲイン８０ｄＢ程度）になるよう位相補償等の制御器によるフィードバック制御（ＦＢＣ：Feedback control）を行うのが一般的である。このサーボループを形成したギャップサーボ系では、残留するギャップサーボ誤差（ＲＧＳＥ：Residual Gap Servo Error）を監視することでサーボ制御が行われる。このようなギャップサーボ誤差を表す信号（ＲＧＳＥ）は、ギャップエラー信号（ＧＥＳ：Gap Error Signal）から得られる。このフィードバック制御（ＦＢＣ：Feedback control）では、ギャップサーボ誤差は高次周波数成分も含め、１０００ｒｐｍ（回転／分）以下の低回転数において、±１〜５ｎｍ程度となるが、２０００ｒｐｍ以上の高速回転時には、±２０ｎｍ〜±３５ｎｍにも及ぶ。

これまでの固体浸レンズ（ＳＩＬ）を用いた近接場光記録（ＮＦＲ）によるギャップサーボにおいては、データの記録再生のために、固体浸レンズ（ＳＩＬ）と光ディスクの間隔であるギャップ長（ＧＬ：Gap Length）を１８ｎｍ〜３０ｎｍ以下に近接保持するようにフィードバック制御（ＦＢＣ：Feedback control）でギャップサーボを動作させ、記録再生を行うのに実績がある（例えば、非特許文献１，２参照)。

例えば、データ転送レートとして、通常のブルーレイディスク（ＢＤ）の方式と同様に、画素数１９２０×１０８０（横方向画素数×縦方向画素数）程度の高精細度テレビジョン放送（ＨＤＴＶ：High Definition Television）が情報圧縮符号化により記録可能な３６Ｍｂｐｓでの記録を想定すると、固体浸レンズ（ＳＩＬ）を用いた場合の開口数（ＮＡ）がブルーレイディスク（ＢＤ）の方式の２倍に相当する１．７の場合、線速度はブルーレイディスク（ＢＤ）の半分の２．４５８５ｍ／ｓで回転させる必要がある。このとき、光ディスクの最内周付近の半径が２４ｍｍの位置において最高角速度は９７８ｒｐｍとなる。この回転数は低回転であるため、このとき残留するギャップサーボ誤差は５ｎｍ以下と低くなるので問題が起こらない。まして、ディスク起動時にこの回転数で回転させてから、ＳＩＬ光ヘッドのギャップサーボ引き込み動作を行う場合にも、起こりうる想定としてギャップサーボ誤差に対し最大で２０〜５０％の過渡応答があったとしても、ＳＩＬ光ヘッドが光ディスクに衝突することにはならない。

しかしながら、記録レートを放送用の低圧縮率で符号化されたＨＤＴＶ映像や、情報圧縮符号化制御を行った後の画素数が３８４０×２１６０（横方向画素数×縦方向画素数）や７６８０×４３２０（横方向画素数×縦方向画素数）の高精細映像の記録再生を行う場合を考える。このとき、記録レートが２５０Ｍｂｐｓの映像を記録する場合、２０００ｒｐｍ以上の高速回転時（例えば７５００ｒｐｍ回転時）を想定する。仮に１０００ｒｐｍ以下の低回転でギャップサーボ引き込み制御を行い、その後、２０００ｒｐｍ以上の高速回転を行うと、残留するギャップサーボ誤差を表す信号（ＲＧＳＥ）の値は増大する。仮にギャップ長（ＧＬ）を２０ｎｍに設定したとすると、
ＲＧＳＥ＞ＧＬ（１）
となってしまい、フィードバック制御（ＦＢＣ）のみではＳＩＬ光ヘッドがディスクに衝突してしまうおそれがある。

そこで、このようなギャップサーボの引き込み制御においても、フィードフォワード制御（ＦＦＣ）を適用することが有効であることが開示されている（例えば、非特許文献３参照）。

特許第２５５３２７５号公報特開２００７−２９３９７９号公報特開２００９−７０４６６号公報特開２０１１−３４６４９号公報

M. Shinoda et al., "High-Density Near-Field Optical Disc Recording", Japanese Journal of Applied Physics, May 24, 2005, vol.44, No.5B, pp. 3537-3541 T. Ishimoto et al., "Servo Technologies in a Near-Field Optical Disk Drive System", Japanese Journal of Applied Physics, July 18, 2008, vol. 47, No. 7, pp. 5814-5821 D. Koide et al., "High-Speed Precise Gap Servo System for Near-Field Optical Recording", International Symposium on Optical Memory and Optical Data Storage (ISOM/ODS), July 17, 2011, Near-field/Plasmonics (2011), page OTuA3

上述したように、固体浸レンズ（ＳＩＬ）を用いた近接場光記録再生方式では、ＳＩＬ光ヘッドのギャップサーボの高精度化が重要となる。非特許文献３では、高調波外乱抑圧制御用フィードフォワード制御方式（ＲＨＤ‐ＦＦＣ：Reducing harmonics disturbance‐feedforward control）が提案されている。つまり、適応的なフィードフォワード制御器を用いた高精度なギャップサーボを使うことで、残留するギャップサーボ誤差を表す信号（ＲＧＳＥ）の値を抑圧することができ、
ＲＧＳＥ＜ＧＬ（２）
とし、光ディスクを高速回転で駆動しても衝突せずに制御可能であることが示されている。

しかし、フィードフォワード制御（ＦＦＣ）とフィードバック制御（ＦＢＣ）との併用で式（２）を常時満たすような安定なサーボ動作を行なうためには、更なる工夫が必要であった。例えば、単に、目標のギャップ長（ＧＬ）となるようにフィードバック制御（ＦＢＣ）を適用した後でフィードフォワード制御（ＦＦＣ）を適用するようなギャップサーボの引き込み制御では、多くて２０％〜５０％の過渡応答を考慮すると、式（１）のようになり、光ディスクとＳＩＬ光ヘッドが衝突して損傷してしまうおそれがある。

このため、光ディスクに対して開口数（ＮＡ）が１以上の固体浸レンズ（ＳＩＬ）を対物レンズに用いた近接場光ディスク装置において、光ディスクを２０００ｒｐｍ以上の高速回転で駆動する場合においても安定した高転送レート記録を可能とする技術が望まれる。

本発明の目的は、上述の問題点を鑑みて為されたものであり、光ディスクを高速回転で駆動する場合においても安定した高転送レート記録を可能とする、光ディスクに対して開口数（ＮＡ）が１以上の固体浸レンズ（ＳＩＬ）を対物レンズに用いた光ディスク装置、この光ディスク装置における記録及び／又は再生に必要な対物レンズのギャップ引き込み制御を行うギャップサーボ装置、及び、そのギャップ引き込み制御方法を提供することにある。

本発明では、光ディスクを２０００ｒｐｍ以上の高速回転で駆動する場合においても安定した高転送レート記録を可能とするために、以下の手順で、フィードフォワード制御（ＦＦＣ）とフィードバック制御（ＦＢＣ）との併用時におけるギャップサーボの引き込み制御を管理する。先ず、記録再生前の初期設定時にてフィードバック制御（ＦＢＣ）で引込制御を行う目標ギャップ長（ＧＬ）を記録再生時の所望のギャップ長（ＧＬ）の値より大きい所定値に変更して設定する。このときのディスク回転数は、式（２）の保てる範囲なら、高速でも低速でも回転していてよい。次に、フィードバック制御（ＦＢＣ）によるギャップサーボ引き込み制御を行い、追従制御させギャップ誤差を所定範囲内に安定化させる。例えば、このときのギャップ制御で、残留するギャップサーボ誤差（ＲＧＳＥ）が±１５ｎｍの範囲内となる精度を想定することができる。次に、適応的なフィードフォワード制御を適用してギャップサーボ引き込み制御を行い、追従制御させギャップ誤差を更に抑圧させる。例えば、このときのギャップ制御で、残留するギャップサーボ誤差が±１０ｎｍの範囲内となる高精度を想定することができる。次に、目標ギャップ長（ＧＬ）を記録再生時の所望のギャップ長（ＧＬ）の値に変更して設定する。これにより、この高精度なギャップ制御のもと、安定な記録再生を行うことが可能となる。

即ち、本発明の光ディスク装置は、光ディスクに対して開口数が１以上の固体浸レンズ（ＳＩＬ）を対物レンズに用いた光ディスク装置であって、光ディスクを所定の回転数で回転駆動するためのスピンドルモータと、対物レンズを固定するＳＩＬ光ヘッドと、前記ＳＩＬ光ヘッドと前記光ディスクとの間の間隔を制御するギャップアクチュエータと、前記ギャップアクチュエータによるギャップ引み込み動作を制御する制御部とを備え、前記制御部は、記録再生前の初期設定時にて引き込み制御を行う目標ギャップ長を記録再生時の所望のギャップ長の値より大きい所定値に設定するギャップ目標位置設定部と、前記所定値でフィードバック制御による引き込み制御が行なわれた後、フィードフォワード制御を更に適用してギャップエラー信号を補償するフィードフォワード制御部と、前記目標ギャップ長を当該記録再生時の所望のギャップ長の値に変更して設定するギャップ目標位置変更部と、前記ギャップエラー信号を監視して、前記フィードバック制御のみのサーボ系から前記フィードバック制御及び前記フィードフォワード制御の併用によるサーボ系への切り替えを制御し、当該サーボ系の切り替えに応じて前記目標ギャップ長を切り替えるように、前記フィードフォワード制御部及び前記ギャップ目標位置変更部を制御するフィードバック‐フィードフォワード制御管理部と、を備え、前記フィードバック‐フィードフォワード制御管理部は、前記サーボ系の切り替えを、当該フィードバック制御による引き込み制御を行なって前記ギャップエラー信号の安定化を判別した後に行うように制御するとともに、当該フィードバック制御及びフィードフォワード制御による引き込み制御を行なって前記ギャップエラー信号の安定化を判別した後に更に前記サーボ系の切り替えを行うよう制御することを特徴とする。

また、本発明の光ディスク装置において、前記光ディスクにおける所定の回転数は、２０００回転／分以上２００００回転／分以下であることを特徴とする。

更に、本発明のギャップサーボ装置は、光ディスクに対して開口数が１以上の固体浸レンズ（ＳＩＬ）を対物レンズに用いた光ディスク装置にて前記対物レンズを固定するＳＩＬ光ヘッドと前記光ディスクとの間の間隔を制御するギャップサーボ装置であって、記録再生前の初期設定時にて引き込み制御を行う目標ギャップ長を記録再生時の所望のギャップ長の値より大きい所定値に設定するギャップ目標位置設定部と、前記所定値でフィードバック制御による引き込み制御が行なわれた後、フィードフォワード制御を更に適用してギャップエラー信号を補償するフィードフォワード制御部と、前記目標ギャップ長を当該記録再生時の所望のギャップ長の値に変更して設定するギャップ目標位置変更部と、前記ギャップエラー信号を監視して、前記フィードバック制御のみのサーボ系から前記フィードバック制御及び前記フィードフォワード制御の併用によるサーボ系への切り替えを制御し、当該サーボ系の切り替えに応じて前記目標ギャップ長を切り替えるように、前記フィードフォワード制御部及び前記ギャップ目標位置変更部を制御するフィードバック‐フィードフォワード制御管理部と、を備え、前記フィードバック‐フィードフォワード制御管理部は、前記サーボ系の切り替えを、当該フィードバック制御による引き込み制御を行なって前記ギャップエラー信号の安定化を判別した後に行うように制御するとともに、当該フィードバック制御及びフィードフォワード制御による引き込み制御を行なって前記ギャップエラー信号の安定化を判別した後に更に前記サーボ系の切り替えを行うよう制御することを特徴とする。

更に、本発明のギャップ引き込み制御方法は、光ディスクに対して開口数が１以上の固体浸レンズ（ＳＩＬ）を対物レンズに用いた光ディスク装置にて前記対物レンズを固定するＳＩＬ光ヘッドと前記光ディスクとの間の間隔を制御するギャップ引き込み制御方法であって、記録再生前の初期設定時にて引き込み制御を行う目標ギャップ長を記録再生時の所望のギャップ長の値より大きい所定値に設定するステップと、前記所定値でフィードバック制御による引き込み制御が行なわれた後、フィードフォワード制御を更に適用してギャップエラー信号を補償するステップと、前記目標ギャップ長を当該記録再生時の所望のギャップ長の値に変更して設定するステップと、前記ギャップエラー信号を監視して、前記フィードバック制御のみのサーボ系から前記フィードバック制御及び前記フィードフォワード制御の併用によるサーボ系への切り替えを制御し、当該サーボ系の切り替えに応じて前記目標ギャップ長を切り替えるように制御するステップと、前記サーボ系の切り替えを、当該フィードバック制御による引き込み制御を行なって前記ギャップエラー信号の安定化を判別した後に行うように制御するとともに、当該フィードバック制御及びフィードフォワード制御による引き込み制御を行なって前記ギャップエラー信号の安定化を判別した後に更に前記サーボ系の切り替えを行うステップと、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、２０００ｒｐｍ以上の高速回転で駆動する近接場光記録用の光ディスクに対し、ＳＩＬ光ヘッドのギャップサーボ動作を、所望の記録再生を行うための１８ｎｍ〜３０ｎｍ以下に近接保持するギャップ長において安定して動作させることができる。したがって、光ディスクへのデータ記録容量と記録転送レートの向上が要求される用途においても、固体浸レンズ（ＳＩＬ）を用いた近接場光による光ディスク装置にて大容量・高転送レート記録動作が実現可能となる。

本発明に係る一実施形態の光ディスク装置の概略図である。本発明に係る一実施形態の光ディスク装置において、従来からのギャップサーボ装置としてフィードバック制御を行う場合の制御部の概略図である。近接場光学系におけるギャップエラー信号とギャップ長との関係を示す図である。本発明に係る一実施形態の光ディスク装置において、本発明に係るギャップサーボ装置としてフィードバック制御とフィードフォワード制御との併用時の制御管理を行う場合の制御部の概略図である。本発明に係る一実施形態の光ディスク装置において、本発明に係るギャップサーボ装置として構成される制御部のブロック図である。本発明に係る一実施形態の光ディスク装置において、本発明に係るギャップサーボ装置として構成される制御部の第１のギャップ引き込み制御例を示す図である。本発明に係る一実施形態の光ディスク装置において、本発明に係るギャップサーボ装置として構成される制御部の第２のギャップ引き込み制御例を示す図である。本発明に係る一実施形態の光ディスク装置において、本発明に係るギャップサーボ装置として構成される制御部の第３のギャップ引き込み制御例を示す図である。本発明に係る一実施形態の光ディスク装置において、本発明に係るギャップサーボ装置として構成される制御部のフィードバック制御時の残留するギャップサーボ誤差を示す図である。本発明に係る一実施形態の光ディスク装置において、本発明に係るギャップサーボ装置として構成される制御部のフィードバック制御とフィードフォワード制御との併用時の残留するギャップサーボ誤差を示す図である。

以下、本発明に係る一実施形態の光ディスク装置、この光ディスク装置における記録及び／又は再生に必要な対物レンズのギャップ引き込み制御を行うギャップサーボ装置、及び、そのギャップ引き込み制御方法について説明する。

〔光ディスク装置〕
図１は、本発明に係る一実施形態の光ディスク装置１の概略図である。この例において、光ディスクに対して開口数（ＮＡ）が１以上の固体浸レンズ（ＳＩＬ）を対物レンズ５に用いている。このような対物レンズ５は、非球面レンズ等よりなる対物用光学レンズと半球状又は超半球状の固体浸レンズ（ＳＩＬ）とを組み合わせた集光光学レンズとして実現することができるし、半球状のＳＩＬ固体浸レンズ（ＳＩＬ）で一体化させた集光光学レンズとして構成することもできる。対物レンズ５は、ＳＩＬ光ヘッド６に固定される。

光ディスク装置１は、光ディスク２を装着する装着部３と、回転中心Ｏを基に一点鎖線Ｒを回転軸として装着部３を回転駆動するスピンドルモータ４と、対物レンズ５を固定するＳＩＬ光ヘッド６と、ギャップアクチュエータ７と、折り返しミラー８と、ビームスプリッタ９と、コリメートレンズ１０と、レーザーダイオード等の光源１１と、ビームスプリッタ４の分岐光路上に配置される集光レンズ１２と、４分割フォトダイオード等の光検出部１３と、光検出部１３からの検出信号ｓを演算してギャップアクチュエータ７を制御する引込制御信号Ｃ_Ｇ及びスピンドルモータ４の回転駆動を制御する回転制御信号Ｃ_Ｒを生成する制御部１４とを備える。ただしこれらの構成部品は、これら光ディスク装置１の機能が満足に動作すれば様々な構成とすることができ、例えば、折り返しミラー８などは省くことができる。

尚、ＳＩＬ光ヘッド６に対してチルト制御用のアクチュエータを設け、制御部１４により、ＳＩＬ光ヘッド６の光ディスク２に対するチルト量を制御する制御信号を生成するように構成することもできるが、本発明とは直接的に関係しないため、その説明は省略する。

光ディスク装置１において、光源１１から出射されたレーザビームは、コリメートレンズ１０により平行光とされ、ビームスプリッタ９を透過し、折り返しミラー８で反射してＳＩＬ光ヘッド６に固定される固体浸レンズ（ＳＩＬ）の対物レンズ５に入射する。この対物レンズ５により光ディスク２の記録面に近接場光Ｌとして照射される。光ディスク２から反射された戻り光は、折り返しミラー８で反射してビームスプリッタ９で分岐して集光レンズ１２により光検出部１３に集光される。

光検出部１３により検出された検出信号ｓの一部を、情報の記録又は再生に必要な記録信号又は再生信号として利用することができる。ここでは、記録再生に係る説明は本発明の趣旨とは直接的に関係しないので省略し、本発明に係るギャップサーボの引き込み制御に関して光検出部１３により検出された検出信号ｓを用いる例について説明する。制御部１４は、光検出部１３により検出された検出信号ｓを基に、引込制御信号Ｃ_Ｇを、詳細に後述するフィードバック制御（ＦＢＣ）により生成し、更にフィードバック制御（ＦＢＣ）及びフィードフォワード制御（ＦＦＣ）の併用により生成して、ギャップアクチュエータ７を制御する。ギャップアクチュエータ７は、ヴォイスコイルモータ（ＶＣＭ）により２軸又は３軸で構成することができる。尚、図１に示す構成の他、収差補正用等の種々の光学素子を付加的に配置してもよいことは勿論である。ギャップアクチュエータ７は、引込制御信号Ｃ_Ｇを基に、光ディスク２とＳＩＬ光ヘッド６に固定される固体浸レンズ（ＳＩＬ）の対物レンズ５との間のギャップ長（ＧＬ）を所定の目標位置となるように、且つ所定の位置誤差内となるように追従制御する。

光ディスク装置１において、光ディスク２が装着部３に装着されると、制御部１４は、回転制御信号Ｃ_Ｒを生成して、スピンドルモータ４の回転駆動を制御する。また、図示を省略するが、光ディスク装置１には、光ディスク２の記録面に沿ってＳＩＬ光ヘッド６をラジアル方向に平行移動させるラジアル方向移動機構が設けられる。したがって、光ディスク装置１における記録再生時には、制御部１４は、このラジアル方向移動機構とギャップサーボのギャップアクチュエータ７とを連動させて、近接場光Ｌが光ディスク２の記録トラックに沿って例えばスパイラル状又は同心円状に走査するように制御する。

本発明に係る光ディスク装置１においては、光ディスク２を２０００ｒｐｍ以上の高速回転で駆動する場合においても安定した高転送レート記録を可能とするべく、開口数（ＮＡ）が１以上の固体浸レンズ（ＳＩＬ）を対物レンズ５に用いており、且つ制御部１４によって、引込制御信号Ｃ_Ｇの生成に関して、フィードバック制御（ＦＢＣ）とフィードフォワード制御（ＦＦＣ）のギャップ長の制御目標値を管理し、光ディスク装置１における記録及び／又は再生に必要な対物レンズ５のギャップ引き込み制御を行うことにある。

フィードバック制御（ＦＢＣ）は、後述する図５で明らかとなるが、位相進み遅れ回路で構成した位相補償器を用いたフィードバックギャップ制御部１５４とヴォイスコイルモータによるギャップアクチュエータ制御部１５６で制御されるＳＩＬ光ヘッド６とでフィードバック・ループを形成し、引込制御を行うギャップ長（ＧＬ）の設定値を中心にフィードバック制御することで、フィードバックギャップサーボを構成している。

先ず、このフィードバック制御（ＦＢＣ）によるギャップサーボ系において、光ディスク２の静止状態、或いは任意の回転数でスピンドルモータ４を用いて光ディスク２を回転させた状態において、光源１１からのレーザビーム（近接場光Ｌ）を光ディスク２の表面に集光し、光ディスク２の通常のフォーカスサーボの引き込み動作と同様に、ギャップサーボの引き込み動作をギャップアクチュエータ７により行う。

尚、ギャップアクチュエータ制御部１５６を引き込み制御回路のイコライザで構成した場合、引き込みにかかる速度が遅くても過渡応答の少なくなるような低いカットオフ周波数のローパスフィルタに設定していればＳＩＬ光ヘッド６は光ディスク２に近づかないが、高速に引き込もうとすると（高速に引き込むようなイコライザの設定、例えばＬＰＦではバターワース型ではなくチェビシェフ型とするなど）、ある程度の過渡応答が発生し、ＳＩＬ光ヘッド６がギャップ長（ＧＬ）の設定値よりも狭くなるような過渡応答による動作を起こしながら、サーボが引き込まれる。その後、ギャップサーボの追従制御が動作する。

本例では、光ディスク２の回転数が７５００ｒｐｍの高速回転時で、フィードバック制御（ＦＢＣ）のみで、ギャップサーボ誤差（ＲＧＳＥ）が±２３ｎｍで追従制御されているとする。

本発明においては、更に品質のよい記録再生を行うことを目指しており、ギャップ長（ＧＬ）を狭め、ＧＬ＝２０ｎｍを目標とする。残留するギャップサーボ誤差（ＲＧＳＥ）がギャップ長（ＧＬ）よりも大きい状態では、ギャップ長（ＧＬ）を狭めることは不可能である。

そこで、適応的なフィードフォワード制御（ＦＦＣ）を更に適用することにより、フィードバック制御（ＦＢＣ）のみでは抑圧しきれないギャップサーボ誤差（ＲＧＳＥ）を抑圧する。例えば非特許文献３に開示されるようなフィードフォワード制御器（ＲＨＤ‐ＦＦＣ）を利用することができる（図５を参照して詳細に後述する）。

このフィードフォワード制御器（ＲＨＤ‐ＦＦＣ）では、予め、フィードバック制御（ＦＢＣ）によるギャップエラー信号（ＧＥＳ）を入力されるフィードフォワード制御（ＦＦＣ）に対し、フィードフォワード制御（ＦＦＣ）の演算出力をフィードバック制御系に切り替えスイッチＳＷ３１により接続できる構成とした系としている。この切り替えスイッチＳＷ３１により、フィードフォワード制御（ＦＦＣ）の演算出力をフィードバック制御系に接続すると、ＦＦ補償部１６４からの補償信号がフィードバック制御系に入力され、ギャップサーボ系における残留するギャップサーボ誤差（ＲＧＳＥ）が抑圧される。これにより、高精度な追従制御を行うことができる。例えば、残留するギャップサーボ誤差（ＲＧＳＥ）＝±６ｎｍ（ＧＬ＝４０ｎｍの設定時）で追従制御される。

残留するギャップサーボ誤差（ＲＧＳＥ）が狭められた状態で、ギャップ長（ＧＬ）を狭めるよう変化させても、光量の微少変化によるサーボゲインは変わっても、ゲイン余有が確保されている範囲内であれは、ギャップ追従制御の状態は変わらず動作し続ける。そこで、ギャップ長（ＧＬ）を、記録再生時の所望のギャップ長（ＧＬ）の設定に変更する。例えば、ここでは、ＧＬ＝４０ｎｍをＧＬ＝２０ｎｍに変更する。

これにより、記録再生を行うための所望のギャップ長（ＧＬ）とギャップサーボ誤差（ＲＧＳＥ）を安定的に得ることができるようになる。

以下、本発明の理解をより高めるために、先ず、本発明に係る一実施形態の光ディスク装置１において、従来からのギャップサーボ装置としてフィードバック制御を行う場合の制御部１４について説明する。図２は、光ディスク装置１において、従来からのギャップサーボ装置としてフィードバック制御（ＦＢＣ）を行う場合の制御部１４の概略図である。この例において、制御部１４は、ビーム位置信号生成部１４１と、ギャップ目標位置設定部１４２と、ＧＥＳ生成部１４３と、引込制御信号生成部１４４と、ディスク回転制御部１４６と、記録再生制御部１４７とを備える。ビーム位置信号生成部１４１、ＧＥＳ生成部１４３及び引込制御信号生成部１４４は、フィードバック制御部１４５を構成する。

ビーム位置信号生成部１４１は、光検出部１３により検出された検出信号ｓと、込制御信号生成部１４４から得られるギャップアクチュエータ７の制御量に対応する位置を表す信号を用いて、光ディスク２とＳＩＬ光ヘッド６に固定される固体浸レンズ（ＳＩＬ）の対物レンズ５との間のギャップ長（ＧＬ）を示す実際のビーム位置を表す信号量ｘ（即ち、光ディスク２に集光するレーザビームの垂直方向位置）を生成し、ＧＥＳ生成部１４３に送出する。一般に、検出信号ｓ及びギャップアクチュエータ７の制御量に対応する位置を表す信号から実際のビーム位置を表す信号量ｘへの変換は、検出信号ｓ及びギャップアクチュエータ７の制御量に対応する位置を表す信号とビーム位置を表す信号量ｘとの相対関係を予め定義して、対応するビーム位置を表す信号量ｘへと変換する変換テーブルに基づいて行われる。

ギャップ目標位置設定部１４２は、記録再生時の所望のギャップ長（ＧＬ）を目標位置としてビーム位置を表す信号量ｘ_ｄを設定し、ＧＥＳ生成部１４３に送出する。

ＧＥＳ生成部１４３は、実際のビーム位置を表す信号量ｘと、目標位置としてビーム位置を表す信号量ｘ_ｄとの差分から、ギャップエラー信号（ＧＥＳ）を生成し、引込制御信号生成部１４４に送出する。このギャップエラー信号（ＧＥＳ）から、実際のビーム位置を表す信号量ｘと、残留するギャップサーボ誤差（ＲＧＳＥ）を把握することができる。

引込制御信号生成部１４４は、ギャップエラー信号（ＧＥＳ）を基に引込制御信号Ｃ_Ｇを生成してギャップアクチュエータ７に出力するとともに、ギャップアクチュエータ７の制御量に対応する位置を表す信号をビーム位置信号生成部１４１に送出する。一般に、ギャップエラー信号（ＧＥＳ）から引込制御信号Ｃ_Ｇを生成するために、ギャップエラー信号（ＧＥＳ）とギャップアクチュエータ７の制御量との相対関係を予め定義して、引込制御信号Ｃ_Ｇへと変換する変換テーブルに基づいて行われる。

したがって、フィードバック制御部１４５は、光検出信号ｓを用いて、ギャップアクチュエータ７による引き込み制御を行うギャップサーボのフィードバック制御（ＦＢＣ）系を構成する。

このようにして、フィードバック制御部１４５によってフィードバック制御（ＦＢＣ）によるギャップサーボの引き込み制御が行われる。尚、図３に示すように、ギャップサーボの引き込み制御に関して、ギャップエラー信号（ＧＥＳ）は、光源１１のレーザビームの波長をλとすると、λ／４以下では、ギャップ長（ＧＬ）に応じてほぼ線形の信号量が得られるため、ギャップエラー信号（ＧＥＳ）がλ／４以下に入っていれば、記録再生時の所望のギャップ長（ＧＬ）でいきなり引き込み制御を行わなくとも（即ち、所望のギャップ長（ＧＬ）より大きい値で引き込んでも）、ギャップサーボが動作する（例えば、特開２００６−３３８８４３号参照）。

ディスク回転制御部１４６は、光ディスク２の記録再生のための回転制御信号Ｃ_Ｒを生成して、スピンドルモータ４に出力する。

記録再生制御部１４７は、ギャップサーボの引込制御が安定化した後、光検出部１３により検出された検出信号ｓの一部を用いて、情報の記録又は再生の制御を行う。

光ディスク２について１０００ｒｐｍ以下の低回転であれば、図２に示すように、制御部１４によってフィードバック制御を行うように構成することができる。しかしながら、従来技術として前述したように、記録レートを放送用の低圧縮率で符号化されたＨＤＴＶ映像や、情報圧縮符号化制御を行った後の画素数が３８４０×２１６０（横方向画素数×縦方向画素数）や７６８０×４３２０（横方向画素数×縦方向画素数）の高精細映像の記録再生を行う場合を考えると、２０００ｒｐｍ以上の高速回転が要求され、フィードバック制御（ＦＢＣ）のみではＳＩＬ光ヘッド６が光ディスク２に衝突してしまうおそれがある。

そこで、本発明においては、引込制御信号Ｃ_Ｇの生成に関して、フィードバック制御（ＦＢＣ）とフィードフォワード制御（ＦＦＣ）におけるギャップ長の制御目標値を管理し、光ディスク装置１における記録及び／又は再生に必要な対物レンズ５のギャップ引き込み制御を行うように、制御部１４を構成する。

図４は、本発明に係るギャップサーボ装置としてフィードバック制御（ＦＢＣ）とフィードフォワード制御（ＦＦＣ）との併用時の制御管理を行う場合の制御部１４の概略図である。尚、同様な構成要素には同一の参照番号を付している。この例において、制御部１４は、ビーム位置信号生成部１４１と、ギャップ目標位置設定部１４２と、ＧＥＳ生成部１４３と、引込制御信号生成部１４４と、ディスク回転制御部１４６と、記録再生制御部１４７と、フィードフォワード制御部１４８と、ギャップ目標位置変更部１４９と、フィードバック‐フィードフォワード制御（ＦＢＣ‐ＦＦＣ）管理部１５０とを備える。ビーム位置信号生成部１４１、ＧＥＳ生成部１４３及び引込制御信号生成部１４４は、フィードバック制御部１４５を構成する。また、制御部１４は、フィードバック制御（ＦＢＣ）とフィードフォワード制御（ＦＦＣ）のサーボ系の切り替えのための切り替えＳＷ３１を備え、切り替えＳＷ３１は、ＦＢＣ‐ＦＦＣ管理部１５０によってオン又はオフが制御される。

ビーム位置信号生成部１４１、ギャップ目標位置設定部１４２、ＧＥＳ生成部１４３、引込制御信号生成部１４４、フィードバック制御部１４５、ディスク回転制御部１４６及び記録再生制御部１４７について、図２に示す例と同様に動作するため更なる詳細な説明は省略する。つまり、図４に示す例においては、切り替えＳＷ３１と、フィードフォワード制御部１４８と、ギャップ目標位置変更部１４９及びＦＢＣ‐ＦＦＣ管理部１５０が更に備えられている点で図２に示す例とは相違する。

フィードフォワード制御部１４８は、フィードバック制御（ＦＢＣ）による引き込み制御を行なった後、切り替えＳＷ３１をオンにすることより、フィードフォワード制御（ＦＦＣ）を更に適用してギャップエラー信号を補償する機能を有し、この補償したギャップエラー信号（ＧＥＳ）を基に引き込み制御が行なわれるようにしてサーボ系の切り替え制御系が構成される。より具体的には、フィードフォワード制御部１４８は、フィードバック‐フィードフォワード制御（ＦＢＣ‐ＦＦＣ）管理部１５０による制御管理下で、フィードバック制御（ＦＢＣ）系内のギャップエラー信号（ＧＥＳ）についてフィードフォワード制御（ＦＦＣ）の補償信号でＧＥＳ生成部１４３におけるギャップエラー信号（ＧＥＳ）を補償する。これにより、補償したギャップエラー信号（ＧＥＳ）を基に生成される引込制御信号ＣＧがギャップアクチュエータ７に供給され、ギャップアクチュエータ７の制御量に対応するレーザビームの垂直方向位置を表す信号がビーム位置信号生成部１４１に送出されることになる。

ギャップ目標位置変更部１４９は、ギャップ目標位置設定部１４２にて設定される記録再生時の所望のギャップ長（ＧＬ）の目標位置を、フィードバック‐フィードフォワード制御（ＦＢＣ‐ＦＦＣ）管理部１５０による制御管理下で切り替えＳＷ３１を介したサーボ系の切り替えに応じてギャップ目標位置の値をより大きい所定値に変更し、この変更したギャップ目標位置の値を新たなビーム位置を表す信号量ｘ_ｄとしてフィードバック制御部１４５に設定するためにＧＥＳ生成部１４３に送出する。ここで、「大きい所定値」とは、フィードバック制御部１４５の制御内の値であればよい。詳細に例示するが、その都度、ギャップエラー信号（ＧＥＳ）を監視しながらループ演算して増大させる所定値とするか、又はギャップエラー信号（ＧＥＳ）として安定化することが確実な予め定めた所定値とすることができる。

フィードバック‐フィードフォワード制御（ＦＢＣ‐ＦＦＣ）管理部１５０は、ギャップエラー信号（ＧＥＳ）を監視して、サーボ系の切り替えに応じてギャップ目標位置の値を切り替え制御する。より具体的には、ＦＢＣ‐ＦＦＣ管理部１５０は、ギャップ目標位置変更部１４９に対して、先ず、記録再生前の初期設定時にてフィードバック制御（ＦＢＣ）で引込制御を行う目標ギャップ長（ＧＬ）を記録再生時の所望のギャップ長（ＧＬ）の値より大きい所定値に変更を指示してフィードバック制御部１４５に設定させる。次に、ＦＢＣ‐ＦＦＣ管理部１５０は、フィードフォワード制御部１４８に対して、フィードバック制御（ＦＢＣ）によるギャップサーボ引き込み制御で追従制御させギャップ誤差を所定範囲内に安定化させる。次に、ＦＢＣ‐ＦＦＣ管理部１５０は、フィードフォワード制御部１４８に対して指示し、適応的なフィードフォワード制御（ＦＦＣ）を更に適用してギャップサーボ引き込み制御で追従制御させギャップ誤差を更に抑圧させる。次に、ＦＢＣ‐ＦＦＣ管理部１５０は、ギャップ目標位置変更部１４９に対して、引き込み制御を行う目標ギャップ長（ＧＬ）を記録再生時の所望のギャップ長（ＧＬ）の値に変更を指示してフィードフォワード制御（ＦＦＣ）が適用されているフィードバック制御部１４５に設定させる。

これにより、光ディスク２について２０００ｒｐｍ以上の高速回転が要求される場合においても、固体浸レンズ（ＳＩＬ）を用いた対物レンズ５及びＳＩＬ光ヘッド６が光ディスク２に衝突してしまうのを防止して、安定な記録再生を行うことが可能となる。また、光ディスク２について２０００ｒｐｍ以上であれば、現時点で要求される高い転送レートでの記録も可能であり、２００００ｒｐｍでサーボ動作することも確認できている。

ここで、ビーム位置信号生成部１４１、ギャップ目標位置設定部１４２、ＧＥＳ生成部１４３、引込制御信号生成部１４４、フィードフォワード制御部１４８、ギャップ目標位置変更部１４９及びフィードバック‐フィードフォワード制御（ＦＢＣ‐ＦＦＣ）管理部１５０は、「ギャップサーボ装置」として構成することができ、更なる詳細について以下に説明する。

〔ギャップサーボ装置〕
図５は、本発明に係る一実施形態の光ディスク装置１において、本発明に係るギャップサーボ装置として構成される制御部１４の詳細なブロック図である。図５に示す例において、零位相誤差追従制御法に基づくフィードフォワード制御部１４８を例に説明する。初期設定では、フィードバック‐フィードフォワード制御（ＦＢＣ‐ＦＦＣ）管理部１５０は、切り替えＳＷ３１をオフし、フィードバック制御（ＦＢＣ）のみのサーボ系を動作するように設定する。本発明においては、フィードバック制御（ＦＢＣ）及びフィードフォワード制御（ＦＦＣ）のサーボ系の構成自体は特段に限定するものではないが、非特許文献３に開示される内容を基に説明する。

（フィードバック制御）
フィードバック制御（ＦＢＣ）は、位相進み遅れ回路で構成した位相補償器を用いたフィードバックギャップ制御部１５４とヴォイスコイルモータによるギャップアクチュエータ制御部１５６で制御されるＳＩＬ光ヘッド６とでフィードバック・ループを形成し、引込制御を行うギャップ長（ＧＬ）の設定値を中心にフィードバック制御することで、ギャップサーボを構成している。まず、記録再生時に所望されるギャップ目標位置ｘｄ（ｔ）がギャップ目標位置変更部１４９に入力される。続いて、ギャップ目標位置変更部１４９は、記録再生時の所望のギャップ長（ＧＬ）の目標位置ｘ_ｄ（ｔ）を、フィードバック‐フィードフォワード制御（ＦＢＣ‐ＦＦＣ）管理部１５０による制御管理下でサーボ系の切り替えに応じて、そのギャップ目標位置の値をより大きい所定値に変更する。続いて、変更されたギャップ目標位置ｘ_ｄ（ｔ）は、加算部１５１に入力される。

加算部１５１によって、現時点のギャップ長（ＧＬ）を示すビーム位置を表す信号量ｘ（即ち、光ディスク２に集光するレーザビームの垂直方向位置）ｘ（ｔ）と、当該変更されたギャップ目標位置ｘ_ｄ（ｔ）との差分が演算され、その差分信号がＡ／Ｄコンバータ１５２に入力される。この差分信号は、Ａ／Ｄコンバータ１５２によってサンプリングされ、ギャップエラー信号（ＧＥＳ）のデジタル値ｅ（ｔ）が生成される。フィードバック制御（ＦＢＣ）のみのサーボ系では、フィードバックギャップ制御部１５４により、このデジタル値ｅ（ｔ）からフィードバック制御（ＦＢＣ）のサーボ系における最大誤差余有と広波長帯域で決まる伝達関数Ｃ_１（ｚ^−１）により制御量を演算し、Ｄ／Ａコンバータ１５５により零次ホールドでアナログ値に変換される。

続いて、ギャップアクチュエータ制御部１５６により、ギャップアクチュエータ７を制御するための引込制御信号Ｃ_Ｇが生成されるとともに、このギャップアクチュエータ７の制御量に対応するレーザビームの垂直方向位置を表す信号が、ギャップ長（ＧＬ）を示すビーム位置を表す信号量ｘ（ｔ）として加算部１５１に供給される。このようにして、フィードバック制御（ＦＢＣ）によるサーボ動作が行われ、フィードバック‐フィードフォワード制御（ＦＢＣ‐ＦＦＣ）管理部１５０では、ギャップエラー信号（ＧＥＳ）の安定化を監視する。

（フィードフォワード制御）
続いて、フィードバック制御（ＦＢＣ）によるサーボ動作の安定後、フィードバック‐フィードフォワード制御（ＦＢＣ‐ＦＦＣ）管理部１５０は、切り替えＳＷ３１をオンし、フィードバック制御（ＦＢＣ）に対してフィードフォワード制御（ＦＦＣ）を加える。切り替えＳＷ３１のオン・オフに関わらず、ギャップエラー信号（ＧＥＳ）のデジタル値ｅ（ｔ）は加算部１５８に入力されており、加算部１５８では、デジタル値ｅ（ｔ）と、波形推定部１５７にてサンプリング時間ｔに応じて現時点で推定される波形値を加算してサンプリングの時刻としてｋ番目（ｔ＝ｋ）における誤差量e’（ｋ）が生成され、第１メモリ１５９に入力される。第１メモリ１５９では、予め定めた周波数成分（本例では、回転数の基本周波数（Fundamental frequency）成分）を抽出して保持する。同様に、他の高調波成分（ｍ次の高調波成分、ｍ＞１、例えば４次の高調波成分）を抽出して保持する第２メモリ１６０を１つ以上設けてもよい。尚、第１メモリ１５９で抽出した周波数成分と、第２メモリ１６０で抽出した高調波成分とが重複して抽出される場合には各次数に応じた高調波成分を抽出するように減算部１６１が設けられる。

抽出した周波数成分及び各次数の高調波成分は加算部１６２により加算され、制御外の高周波成分を除去する所定のローパスフィルタ（ＬＰＦ）１６３を介してｔ＝ｋ＋２における高次成分の誤差量e’（ｋ＋２）が生成される。フィードフォワード（ＦＦ）補償部１６４は、高次成分の誤差量e’（ｋ＋２）を加味して、ｔ＝ｋにおけるフィードフォワード補償信号ｅ_ｆｆ（ｋ）を生成する。このフィードフォワード補償信号ｅ_ｆｆ（ｋ）は、波形推定部１５７にてサンプリング時間ｔに応じて現時点で推定される波形値を生成するのに用いられ、切り替えＳＷ３１を介して加算部１５３に供給される。加算部１５３では、フィードバック制御（ＦＢＣ）によるギャップエラー信号（ＧＥＳ）にフィードフォワード補償信号ｅ_ｆｆ（ｋ）を加味して高精度化したギャップエラー信号（ＧＥＳ）が生成されフィードバックギャップ制御部１５４に供給される。このようにして、フィードバック制御（ＦＢＣ）及びフィードフォワード制御（ＦＦＣ）によるサーボ動作が行われ、フィードバック‐フィードフォワード制御（ＦＢＣ‐ＦＦＣ）管理部１５０では、ギャップエラー信号（ＧＥＳ）の安定化を監視する。

（ギャップ目標位置の変更制御）
続いて、フィードバック制御（ＦＢＣ）及びフィードフォワード制御（ＦＦＣ）によるサーボ動作の安定後、フィードバック‐フィードフォワード制御（ＦＢＣ‐ＦＦＣ）管理部１５０は、ギャップ目標位置変更部１４９に対して、記録再生時の所望のギャップ長（ＧＬ）となるように、ギャップ目標位置の値の変更を指示する。この指示に応じて、ギャップ目標位置変更部１４９は、ギャップ目標位置の値を、記録再生時の所望のギャップ長（ＧＬ）に変更して設定する。このようにして、フィードバック制御（ＦＢＣ）及びフィードフォワード制御（ＦＦＣ）によるサーボ動作を、記録再生時の所望のギャップ長（ＧＬ）にするとともに、その誤差変動を抑圧した状態に安定化させる。

尚、フィードバックギャップ制御部１５４における伝達関数Ｃ_１（ｚ^−１）と、ギャップアクチュエータ制御部１５６における制御量を示す伝達関数Ｐ（ｓ）における複素数ｓについて、サンプリング時間ｔの１周期（１クロック）だけ信号を遅延するとしてＰ（ｚ^−１）として表すことができ、波形推定部１５７は、式（３）の伝達関数で波形値を算出する。

また、フィードフォワード（ＦＦ）補償部１６４は、高次成分の誤差量e’（ｋ＋２）を加味して、ｔ＝ｋにおけるフィードフォワード補償信号ｅ_ｆｆ（ｋ）を演算するが、この演算に用いる伝達関数Ｇ_ｆ（ｚ^−１）は、式（４）に示すように、式（３）の逆伝達関数で表される。

また、第１メモリ１５９で抽出する周波数成分や第２メモリ１６０等で抽出するｍ次高調波成分は、光ディスク２のディスク回転数ｒｏｔと、サンプリング時間ｔに対応する制御サンプリング周波数ｆｓとの間でＮ＝ｒｏｔ／ｆｓ＊６０としたとき、（Ｎ／ｍ−２）でサンプリングするように構成したが、単なる一例にすぎず、光ディスク２の材質やＳＩＬ光ヘッド６等の構成により適宜変更できるものとし、フィードフォワード補償信号ｅ_ｆｆ（ｋ）でも残留してしまうような残留誤差成分が最も小さくなるように選択すればよい。

このようにして、本発明に係るギャップサーボ装置を構成することで、高精度のギャップ引き込み制御を安定的に行うことができるようになる。

〔ギャップ引き込み制御方法〕
次に、図４及び図５で構成されるギャップサーボ装置におけるギャップ引き込み制御方法について、図面を参照して３つの制御例を順に説明する。

（第１のギャップ引き込み制御例）
図６は、本発明に係る一実施形態の光ディスク装置において、本発明に係るギャップサーボ装置として構成される制御部１４の第１のギャップ引き込み制御例を示す図である。先ず、光ディスク２が光ディスク装置１に装填されると、ＦＢＣ‐ＦＦＣ管理部１５０は、ギャップ目標位置変更部１４９に対して、記録再生前の初期設定時にてフィードバック制御（ＦＢＣ）で引き込み制御を行う目標ギャップ長（ＧＬ）を記録再生時の所望のギャップ長（ＧＬ）の値より大きい所定値（例えば、ＧＬ＝４０ｎｍに設定）に変更を指示し、ギャップ目標位置変更部１４９は、引き込み制御を行う目標ギャップ長（ＧＬ）をその所定値に設定する（ステップＳ１１）。このときのディスク回転数は、式（２）の保てる範囲なら、高速でも低速でも回転していてよい。引き込み制御を行う目標ギャップ長（ＧＬ）を変更する点は従来の光ディスク装置と異なる点に留意する。そもそも、ビームスポットの焦点が合う点でサーボ動作させるＣＤ（Compact Disc）やＤＶＤ（Digital Versatile Disk）やブルーレイディスク（ＢＤ）などのファーフィールド記録（ＦＦＲ：Far Field Optical Recording）方式によるフォーカスサーボ方式では、光ディスク２の記録層に焦点を合せるように構成される対物レンズと光ディスクとの間隔は常時一定の距離に保つ必要があり、ディスク記録面と垂直方向でサーボさせる点では似ていても、近接場光記録におけるギャップサーボ動作では、光ディスク２とＳＩＬ光ヘッド６との間隔は、ギャップサーボが動作する範囲内であれば、任意の距離に設定できる。

続いて、フィードバック制御部１４５は、フィードバック制御（ＦＢＣ）によるギャップサーボ引き込み制御を実行し（ステップＳ１２）、追従制御させギャップ誤差を所定範囲内に安定化させる。ＦＢＣ‐ＦＦＣ管理部１５０は、ギャップエラー信号（ＧＥＳ）を監視しており、ギャップサーボ引き込み動作の安定化の確実な所定時間を経過するまで待機し、安定化していなければ更に所定時間待機し（ステップＳ１３：Ｎ）、安定化すればステップＳ１４に移行する（ステップＳ１３：Ｙ）。例えば、このときのギャップ制御で、残留するギャップサーボ誤差が±１５ｎｍの範囲内となる精度を想定することができる。

次に、ＦＢＣ‐ＦＦＣ管理部１５０は、フィードフォワード制御部１４８に対して指示し、適応的なフィードフォワード制御（ＦＦＣ）を更に適用してギャップサーボ引き込み制御を行い、追従制御させギャップ誤差を更に抑圧させる（ステップＳ１４）。例えば、このときのギャップ制御で、残留するギャップサーボ誤差が±１０ｎｍの範囲内となる高精度を想定することができる。

次に、ＦＢＣ‐ＦＦＣ管理部１５０は、ギャップ目標位置変更部１４９に対して、引込制御を行う目標ギャップ長（ＧＬ）を記録再生時の所望のギャップ長（ＧＬ）の値に変更を指示して設定させる（ステップＳ１５）。

続いて、ＦＢＣ‐ＦＦＣ管理部１５０は、ギャップエラー信号（ＧＥＳ）を監視しており、ギャップサーボ引き込み動作の安定化の確実な所定時間を経過するまで待機し、安定化していなければ更に所定時間待機し（ステップＳ１６：Ｎ）、安定化すればステップＳ１７に移行する（ステップＳ１６：Ｙ）。これにより、２０００ｒｐｍ以上の高速回転が要求される場合においても、固体浸レンズ（ＳＩＬ）を用いた対物レンズ５及びＳＩＬ光ヘッド６が光ディスク２に衝突してしまうのを防止して、安定な記録再生を行うことが可能な状態となる。

ここで、ＦＢＣ‐ＦＦＣ管理部１５０は、記録再生制御部１４７に対して安定な記録再生を行うことが可能な状態である旨を指示するように構成することもでき、記録再生制御部１４７は、光ディスク２の記録又は再生の制御を実行する（ステップＳ１５）。

これにより、２０００ｒｐｍ以上の高速回転が要求される場合においても、固体浸レンズ（ＳＩＬ）を用いた対物レンズ５及びＳＩＬ光ヘッド６が光ディスク２に衝突してしまうのを防止して、安定な記録再生を行うことが可能となる。ただし、この第１のギャップ引き込み制御例では、ステップＳ１３及びステップＳ１６にて、安定化の確実な所定時間の経過を待つように制御する点で制御構成が容易に実現できるという利点がある反面、光ディスク装置１に関するあらゆる固体ばらつきをも考慮した所定時間を設定する必要があり、安定化の即応性の観点での課題が残る。そこで、第２のギャップ引き込み制御例においては、この課題を解決する。

（第２のギャップ引き込み制御例）
図７は、本発明に係る一実施形態の光ディスク装置において、本発明に係るギャップサーボ装置として構成される制御部１４の第２のギャップ引き込み制御例を示す図である。先ず、ＦＢＣ‐ＦＦＣ管理部１５０は、ギャップ目標位置変更部１４９に対して、記録再生前の初期設定時にてフィードバック制御（ＦＢＣ）で引込制御を行う目標ギャップ長（ＧＬ）を記録再生時の所望のギャップ長（ＧＬ）の値より大きい所定値に変更を指示し、ギャップ目標位置変更部１４９は、引込制御を行う目標ギャップ長（ＧＬ）をその所定値に設定する（ステップＳ２１）。

続いて、フィードバック制御部１４５は、フィードバック制御（ＦＢＣ）によるギャップサーボ引き込み制御を実行し（ステップＳ２２）、追従制御させギャップ誤差を所定範囲内に安定化させる。ＦＢＣ‐ＦＦＣ管理部１５０は、ギャップエラー信号（ＧＥＳ）を監視しており、ギャップサーボ引き込み動作が安定化したか否かの判別を行い、安定化していなければギャップ目標位置変更部１４９に対して記録再生時の所望のギャップ長（ＧＬ）の値より大きい別の所定値に変更を指示して設定させ（ステップＳ２３：Ｎ）、安定化していればステップＳ２４に移行する（ステップＳ２３：Ｙ）。ここで、この更なる所定値の変更に際し、予め大きな値から徐々に小さい値に変更することや、これとは逆に予め小さな値から徐々に大きい値に変更することや、或いは、予め大きな値と小さい値とを適宜入れ替えながら適応的に変更することなどが考えられるが、安定化の即応性の観点で実験的に定めたシーケンスを採用するようにすればよい。

次に、ＦＢＣ‐ＦＦＣ管理部１５０は、フィードフォワード制御部１４８に対して指示し、適応的なフィードフォワード制御（ＦＦＣ）を更に適用してギャップサーボ引き込み制御を行い、追従制御させギャップ誤差を更に抑圧させる（ステップＳ２４）。

次に、ＦＢＣ‐ＦＦＣ管理部１５０は、ギャップ目標位置変更部１４９に対して、引込制御を行う目標ギャップ長（ＧＬ）を、当該所定値から記録再生時の所望のギャップ長（ＧＬ）までの間の値に変更を指示して設定させる（ステップＳ２５）。

続いて、ＦＢＣ‐ＦＦＣ管理部１５０は、ギャップエラー信号（ＧＥＳ）を監視しており、ギャップサーボ引き込み動作が安定化したか否かの判別を行い、安定化していなければギャップ目標位置変更部１４９に対して記録再生時の所望のギャップ長（ＧＬ）の値より大きい別の所定値に変更を指示して設定させ（ステップＳ２６：Ｎ）、安定化していればステップＳ２７に移行する（ステップＳ２６：Ｙ）。ここで、この更なる所定値の変更に際し、所望のギャップ長（ＧＬ）の値に近づく方向で、予め大きな値から徐々に小さい値に変更するように構成するのが安定化の即応性の観点からも有効である。安定後、ＦＢＣ‐ＦＦＣ管理部１５０は、ギャップ目標位置変更部１４９に対して、引込制御を行う目標ギャップ長（ＧＬ）を、最終目標値である記録再生時の所望のギャップ長（ＧＬ）の値に変更を指示して設定させる（ステップＳ２７）。

尚、ステップＳ２５にて、ＦＢＣ‐ＦＦＣ管理部１５０が、ギャップ目標位置変更部１４９に対して、引込制御を行う目標ギャップ長（ＧＬ）を、最終目標値である記録再生時の所望のギャップ長（ＧＬ）の値に変更を指示して設定させるように構成した場合には、ステップＳ２６及びＳ２７の手順を省略して、ステップＳ２８に移行する。

ＦＢＣ‐ＦＦＣ管理部１５０は、ギャップエラー信号（ＧＥＳ）を監視しており、ギャップサーボ引き込み動作が安定化し、最終目標値である記録再生時の所望のギャップ長（ＧＬ）の値となるまで、ステップＳ２５〜Ｓ２７までの手順を繰り返すか、又は安定化するまで所定時間待機する（ステップＳ２８）。これにより、２０００ｒｐｍ以上の高速回転が要求される場合においても、固体浸レンズ（ＳＩＬ）を用いた対物レンズ５及びＳＩＬ光ヘッド６が光ディスク２に衝突してしまうのを防止して、安定な記録再生を行うことが可能な状態となる。

ここで、ＦＢＣ‐ＦＦＣ管理部１５０は、記録再生制御部１４７に対して安定な記録再生を行うことが可能な状態である旨を指示するように構成することもでき、記録再生制御部１４７は、光ディスク２の記録又は再生の制御を実行する（ステップＳ２９）。

これにより、２０００ｒｐｍ以上の高速回転が要求される場合においても、固体浸レンズ（ＳＩＬ）を用いた対物レンズ５及びＳＩＬ光ヘッド６が光ディスク２に衝突してしまうのを防止して、安定な記録再生を行うことが可能となる。さらに、この第２のギャップ引き込み制御例では、安定化の即応性の観点での課題も解決することができる。次に、残留するギャップサーボ誤差の安定化の精度がそれほど要求されず、特に、低消費電力化が重要視されるような用途に対しては、次に説明する第３のギャップ引き込み制御例とすることができる。

（第３のギャップ引き込み制御例）
図８は、本発明に係る一実施形態の光ディスク装置において、本発明に係るギャップサーボ装置として構成される制御部１４の第３のギャップ引き込み制御例を示す図である。先ず、ＦＢＣ‐ＦＦＣ管理部１５０は、ギャップ目標位置変更部１４９に対して、記録再生前の初期設定時にてフィードバック制御（ＦＢＣ）で引込制御を行う目標ギャップ長（ＧＬ）を記録再生時の所望のギャップ長（ＧＬ）の値より大きい所定値に変更を指示し、ギャップ目標位置変更部１４９は、引込制御を行う目標ギャップ長（ＧＬ）をその所定値に設定する（ステップＳ３１）。

続いて、フィードバック制御部１４５は、フィードバック制御（ＦＢＣ）によるギャップサーボ引き込み制御を実行し（ステップＳ３２）、追従制御させギャップ誤差を所定範囲内に安定化させる。ＦＢＣ‐ＦＦＣ管理部１５０は、ギャップエラー信号（ＧＥＳ）を監視しており、ギャップサーボ引き込み動作が安定化したか否かの判別を行い、安定化していなければギャップ目標位置変更部１４９に対して記録再生時の所望のギャップ長（ＧＬ）の値より大きい別の所定値に変更を指示して設定させ（ステップＳ３３：Ｎ）、安定化していればステップＳ３４に移行する（ステップＳ３３：Ｙ）。ここで、この更なる所定値の変更に際し、予め大きな値から徐々に小さい値に変更することや、これとは逆に予め小さな値から徐々に大きい値に変更することや、或いは、予め大きな値と小さい値とを適宜入れ替えながら適応的に変更することなどが考えられるが、安定化の即応性の観点で実験的に定めたシーケンスを採用するようにすればよい。

次に、ＦＢＣ‐ＦＦＣ管理部１５０は、フィードフォワード制御部１４８に対して指示し、適応的なフィードフォワード制御（ＦＦＣ）を更に適用してギャップサーボ引き込み制御を行い、追従制御させギャップ誤差を更に抑圧させる（ステップＳ３４）。

次に、ＦＢＣ‐ＦＦＣ管理部１５０は、ギャップ目標位置変更部１４９に対して、引込制御を行う目標ギャップ長（ＧＬ）を、当該所定値から記録再生時の所望のギャップ長（ＧＬ）までの間の値に変更を指示して設定させる（ステップＳ３５）。

続いて、ＦＢＣ‐ＦＦＣ管理部１５０は、ギャップエラー信号（ＧＥＳ）を監視しており、ギャップサーボ引き込み動作が安定化したか否かの判別を行い、安定化していなければギャップ目標位置変更部１４９に対して記録再生時の所望のギャップ長（ＧＬ）の値より大きい別の所定値に変更を指示して設定させ（ステップＳ３６：Ｎ）、安定化していればステップＳ２７に移行する（ステップＳ３６：Ｙ）。ここで、この更なる所定値の変更に際し、所望のギャップ長（ＧＬ）の値に近づく方向で、予め大きな値から徐々に小さい値に変更するように構成するのが安定化の即応性の観点からも有効である。安定後、ＦＢＣ‐ＦＦＣ管理部１５０は、ギャップ目標位置変更部１４９に対して、引込制御を行う目標ギャップ長（ＧＬ）を、最終目標値である記録再生時の所望のギャップ長（ＧＬ）の値に変更を指示して設定させる（ステップＳ３７）。

尚、ステップＳ３５にて、ＦＢＣ‐ＦＦＣ管理部１５０が、ギャップ目標位置変更部１４９に対して、引込制御を行う目標ギャップ長（ＧＬ）を、最終目標値である記録再生時の所望のギャップ長（ＧＬ）の値に変更を指示して設定させるように構成した場合には、ステップＳ３６及びＳ３７の手順を省略して、ステップＳ３８に移行する。

ＦＢＣ‐ＦＦＣ管理部１５０は、ギャップエラー信号（ＧＥＳ）を監視しており、ギャップサーボ引き込み動作が安定化し、最終目標値である記録再生時の所望のギャップ長（ＧＬ）の値となるまで、ステップＳ３５〜Ｓ３７までの手順を繰り返すか、又は安定化するまで所定時間待機する（ステップＳ３８）。ここまでの制御手順は、第２のギャップ引き込み制御例と同様であり、これにより、２０００ｒｐｍ以上の高速回転が要求される場合においても、固体浸レンズ（ＳＩＬ）を用いた対物レンズ５及びＳＩＬ光ヘッド６が光ディスク２に衝突してしまうのを防止して、安定な記録再生を行うことが可能な状態となる。

ここで、第３のギャップ引き込み制御例では、ＦＢＣ‐ＦＦＣ管理部１５０は、切り替えＳＷ３１をオフし、フィードバック制御（ＦＢＣ）のみのサーボ系を動作するように設定して、フィードフォワード制御部１４８の動作を停止して省電力化を図る（ステップＳ３９）。

ＦＢＣ‐ＦＦＣ管理部１５０は、ギャップエラー信号（ＧＥＳ）を監視しており、ギャップエラー信号（ＧＥＳ）が許容範囲内で安定化しているか否かを判別し、安定化していなければステップＳ３４の制御手順に再度移行し（ステップＳ４０：Ｎ）、許容範囲内で安定化していればステップＳ４１に移行する（ステップＳ４０：Ｙ）。

ここで、ＦＢＣ‐ＦＦＣ管理部１５０は、記録再生制御部１４７に対して安定な記録再生を行うことが可能な状態である旨を指示するように構成することもでき、記録再生制御部１４７は、光ディスク２の記録又は再生の制御を実行する（ステップＳ４１）。

これにより、２０００ｒｐｍ以上の高速回転が要求される場合においても、固体浸レンズ（ＳＩＬ）を用いた対物レンズ５及びＳＩＬ光ヘッド６が光ディスク２に衝突してしまうのを防止して、安定な記録再生を行うことが可能となる。さらに、この第３のギャップ引き込み制御例では、残留するギャップサーボ誤差の安定化の精度がそれほど要求されず、特に、低消費電力化が重要視されるような用途に対して有効となる。

図９は、本発明に係る一実施形態の光ディスク装置１において、制御部１４における第２のギャップ引き込み制御例を基に、光ディスクを７５００ｒｐｍの高速回転で駆動した際のフィードバック制御（ＦＢＣ）時のギャップエラー信号（ＧＥＳ）を示す図である。フィードバック制御（ＦＢＣ）のみのサーボ動作時では、残留するギャップサーボ誤差（ＲＧＳＥ）は、±２１．５３nmとなり、本例で所望される制御誤差±２０ｎｍ以下でギャップ長（ＧＬ）を制御できないことが分かる。図１０は、本発明に係る一実施形態の光ディスク装置１において、制御部１４における第２のギャップ引き込み制御例を基に、図９に示す状態から更にフィードフォワード制御（ＦＦＣ）を適用した際の残留するギャップサーボ誤差（ＲＧＳＥ）を示す図である。本例で所望される制御誤差±２０ｎｍ以下でギャップ長（ＧＬ）を制御できるようになったことが分かる。

上記の実施形態では特定の例について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。例えば、制御部１４の制御例として、３つのギャップ引き込み制御例を具体的に説明したが、これらを組み合わせ、所定時間の経過とギャップエラー信号（ＧＥＳ）の監視による組み合わせで安定化判断を行いサーボ系の切り替えを行うような引き込み制御とすることもできる。

本発明によれば、２０００ｒｐｍ以上の高速回転で駆動する近接場光記録用の光ディスクに対し、ＳＩＬ光ヘッドのギャップサーボ動作を安定して動作させるができるので、光ディスクへのデータ記録容量と記録転送レートの向上が要求される用途に有用である。

１光ディスク装置
２光ディスク
３装着部
４スピンドルモータ
５対物レンズ（ＳＩＬ）
６ＳＩＬ光ヘッド
７ギャップアクチュエータ
８折り返しミラー
９ビームスプリッタ
１０コリメートレンズ
１１光源
１２集光レンズ
１３光検出部
１４制御部
３１切り替えＳＷ
１４１ビーム位置信号生成部
１４２ギャップ目標位置設定部
１４３ＧＥＳ生成部
１４４引込制御信号生成部
１４５フィードバック制御部
１４６ディスク回転制御部
１４７記録再生制御部
１４８フィードフォワード制御部
１４９ギャップ目標位置変更部
１５０フィードバック‐フィードフォワード制御（ＦＢＣ‐ＦＦＣ）管理部

Claims

光ディスクに対して開口数が１以上の固体浸レンズ（ＳＩＬ）を対物レンズに用いた光ディスク装置であって、
光ディスクを所定の回転数で回転駆動するためのスピンドルモータと、
対物レンズを固定するＳＩＬ光ヘッドと、
前記ＳＩＬ光ヘッドと前記光ディスクとの間の間隔を制御するギャップアクチュエータと、
前記ギャップアクチュエータによるギャップ引み込み動作を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、
記録再生前の初期設定時にて引き込み制御を行う目標ギャップ長を記録再生時の所望のギャップ長の値より大きい所定値に設定するギャップ目標位置設定部と、
前記所定値でフィードバック制御による引き込み制御が行なわれた後、フィードフォワード制御を更に適用してギャップエラー信号を補償するフィードフォワード制御部と、
前記目標ギャップ長を当該記録再生時の所望のギャップ長の値に変更して設定するギャップ目標位置変更部と、
前記ギャップエラー信号を監視して、前記フィードバック制御のみのサーボ系から前記フィードバック制御及び前記フィードフォワード制御の併用によるサーボ系への切り替えを制御し、当該サーボ系の切り替えに応じて前記目標ギャップ長を切り替えるように、前記フィードフォワード制御部及び前記ギャップ目標位置変更部を制御するフィードバック‐フィードフォワード制御管理部と、を備え、
前記フィードバック‐フィードフォワード制御管理部は、前記サーボ系の切り替えを、当該フィードバック制御による引き込み制御を行なって前記ギャップエラー信号の安定化を判別した後に行うように制御するとともに、当該フィードバック制御及びフィードフォワード制御による引き込み制御を行なって前記ギャップエラー信号の安定化を判別した後に更に前記サーボ系の切り替えを行うよう制御することを特徴とする光ディスク装置。
前記光ディスクにおける所定の回転数は、２０００回転／分以上２００００回転／分以下であることを特徴とする、請求項１に記載の光ディスク装置。
光ディスクに対して開口数が１以上の固体浸レンズ（ＳＩＬ）を対物レンズに用いた光ディスク装置にて前記対物レンズを固定するＳＩＬ光ヘッドと前記光ディスクとの間の間隔を制御するギャップサーボ装置であって、
記録再生前の初期設定時にて引き込み制御を行う目標ギャップ長を記録再生時の所望のギャップ長の値より大きい所定値に設定するギャップ目標位置設定部と、
前記所定値でフィードバック制御による引き込み制御が行なわれた後、フィードフォワード制御を更に適用してギャップエラー信号を補償するフィードフォワード制御部と、
前記目標ギャップ長を当該記録再生時の所望のギャップ長の値に変更して設定するギャップ目標位置変更部と、
前記ギャップエラー信号を監視して、前記フィードバック制御のみのサーボ系から前記フィードバック制御及び前記フィードフォワード制御の併用によるサーボ系への切り替えを制御し、当該サーボ系の切り替えに応じて前記目標ギャップ長を切り替えるように、前記フィードフォワード制御部及び前記ギャップ目標位置変更部を制御するフィードバック‐フィードフォワード制御管理部と、を備え、
前記フィードバック‐フィードフォワード制御管理部は、前記サーボ系の切り替えを、当該フィードバック制御による引き込み制御を行なって前記ギャップエラー信号の安定化を判別した後に行うように制御するとともに、当該フィードバック制御及びフィードフォワード制御による引き込み制御を行なって前記ギャップエラー信号の安定化を判別した後に更に前記サーボ系の切り替えを行うよう制御することを特徴とするギャップサーボ装置。
光ディスクに対して開口数が１以上の固体浸レンズ（ＳＩＬ）を対物レンズに用いた光ディスク装置にて前記対物レンズを固定するＳＩＬ光ヘッドと前記光ディスクとの間の間隔を制御するギャップ引き込み制御方法であって、
記録再生前の初期設定時にて引き込み制御を行う目標ギャップ長を記録再生時の所望のギャップ長の値より大きい所定値に設定するステップと、
前記所定値でフィードバック制御による引き込み制御が行なわれた後、フィードフォワード制御を更に適用してギャップエラー信号を補償するステップと、
前記目標ギャップ長を当該記録再生時の所望のギャップ長の値に変更して設定するステップと、
前記ギャップエラー信号を監視して、前記フィードバック制御のみのサーボ系から前記フィードバック制御及び前記フィードフォワード制御の併用によるサーボ系への切り替えを制御し、当該サーボ系の切り替えに応じて前記目標ギャップ長を切り替えるように制御するステップと、
前記サーボ系の切り替えを、当該フィードバック制御による引き込み制御を行なって前記ギャップエラー信号の安定化を判別した後に行うように制御するとともに、当該フィードバック制御及びフィードフォワード制御による引き込み制御を行なって前記ギャップエラー信号の安定化を判別した後に更に前記サーボ系の切り替えを行うステップと、
を含むことを特徴とするギャップ引き込み制御方法。