JPH05250701A - 光ディスク装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 アクチュエータの機械特性のばらつき、温度
変動、経時変動などに対しても、安定なサーボ動作が行
なえ、光スポットの高精度な位置制御を可能とする。 【構成】 トラッキングエラー信号３２を周波数弁別器
３７と信号強度比較器３８に入れ、エラー信号の周波数
成分を抽出する。この信号に応じて補償制御部３９で最
適なサーボ定数の演算を行ない、可変ゲイン部３３や位
相補償部３４で増幅率やフィルタ遮断周波数を変化させ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光ディスク装置に係
り、特に光ディスクへの信号の記録、再生を正しく行な
うための光ピックアップのサーボ制御技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】光ディスクは磁気ディスクに比べ記録密
度が高く大容量記録が可能である。しかし、トラックピ
ッチが非常に小さく（１〜２μｍ）、また回転中のディ
スクは面振れや偏心などにより変位するため、光スポッ
トを目標トラックに高精度に位置決め制御する必要があ
る。

【０００３】一般には半導体レーザ光源の出射光を光学
プリズムなどを介して、アクチュエータと一体化した対
物レンズに入射させ、ディスク上にて微小な光スポット
に絞り込む方法が用いられている。光スポットの位置制
御は、光検出器にて光スポットのフォーカスおよびラジ
アル方向の位置を検出して、この検出値により対物レン
ズアクチュエータのサーボ制御を行なうことにより実現
している。

【０００４】一方、光ディスクをコンピュータの外部記
憶装置として用いる場合、データ処理速度としてシステ
ム全体のスループットを向上させるためには、光ディス
クの処理動作をより高速に行なう必要があり、このため
には、光スポットの目標トラックまでのアクセス動作は
高速に行なう必要がある。

【０００５】アクセスや処理速度の高速化を図るために
は、可動部である対物レンズアクチュエータの軽量化を
図る必要がある。アクチュエータの軽量化としては、半
導体レーザ光源や光学プリズム、光検出器などを固定部
分とし、対物レンズと反射ミラーのみを電磁コイルから
なるアクチュエータに一体的に取付け、これのみを可動
部分として軽量化を図る方式（以下分離型光ヘッドと称
す）などが提案されている。

【０００６】また、光ディスク装置におけるディスクの
ラジアル方向の移動は、一般には、ディスクの偏心など
に対する微小な移動の場合対物レンズアクチュエータで
行ない、ディスク内のトラック間移動のような距離の長
い移動の場合、対物レンズアクチュエータの設置ベース
に一体化されたリニアモータなどにより移動する二段サ
ーボ構成がとられているが、しかし、光ディスクの径が
小さくなってくると、小型化・高速化という点から、ト
ラッキング及びアクセスの両方を一つのアクチュエータ
で行なう方式も提案されている。

【０００７】以下これらの構成を満たしたスイングアー
ム方式の光ピックアップを例にして光ディスク装置の構
成、動作を図８と図９を用いて説明する。

【０００８】図８に光ディスク装置の光ピックアップ対
物レンズアクチュエータ部周辺の斜視図を示す。１は光
ディスクで、２は光ディスク装置のベース３上に立設さ
れた中空軸である。中空軸２は内部に光路構成可能な透
過孔１３を有している。４は非磁性体よりなる摺動回動
部材で、中空軸２に摺動および回動可能に支持され、中
空軸２の外側に構成された摺動面１２により、軸線Ｚに
沿ってフォーカス方向Ｆの摺動を軸線Ｚ回りにラジアル
方向Ｒの回動を行ない、さらに前記軸線Ｚから偏心した
位置に対物レンズ５を保持するためのものである。

【０００９】６，７は中空軸２と同心状に配置された強
磁性体よりなるセンターヨークおよびサイドヨークであ
り、８はサイドヨーク７に固定された永久磁石であり、
これらによって軸半径方向に磁気回路が構成される。摺
動回動部材４には、センターヨークの断面を巻回すよう
に一対の長方形空芯状のラジアル駆動コイル９Ａ，９Ｂ
と、中空軸２と同心状にフォーカス駆動コイル１０が取
り付けてある。

【００１０】１１はフレキシブルプリント状からなるコ
イル給電線であり、フォーカス駆動コイル１０、および
ラジアル駆動コイル９Ａ，９Ｂに外部から駆動電流を供
給するためのものである。フォーカス駆動コイル１０に
電流を流すと、電磁力がフォーカス方向に発生し、対物
レンズ５を保持する摺動回動部材４がフォーカス方向Ｆ
に動く。また、ラジアル駆動コイル９に電流を流すと、
電磁力が水平方向に発生し、摺動回動部材４は中空軸２
を中心に回動し、フォーカスおよびラジアル方向に対物
レンズを移動することができる。

【００１１】図９はこの光ピックアップの制御部のブロ
ックを示す。１４は図８で説明した光ピックアップのア
クチュエータ部であり、摺動回動部材１５によって対物
レンズ１６がフォーカスおよびラジアル方向に移動可能
な構成となっている。固定光学部１７には半導体レーザ
光源や各種プリズム、光センサなど（図示せず）が構成
されており、これらを可動部であるアクチュエータ部１
４と分離することにより可動部の軽量化を図っている。

【００１２】固定光学部１７内に設けられた半導体レー
ザからの光は各種光学プリズムを介して入射口１８から
入射し、アクチュエータ部１４内に設けられた反射ミラ
ー（図示せず）により、破線１９で示す光路により対物
レンズ１６に入り、光ディスク２０上に光スポットが形
成される。光ディスクからの反射光は再び同じ光路を戻
って、固定光学部１７内に入る。固定光学部１７内では
入射時とは異なる光路に光分離され、光スポットのフォ
ーカス、およびラジアル方向の位置ずれを検出する光セ
ンサによって信号検出される。

【００１３】この光センサ信号はエラー検出部２１に送
られ、ここでエラー信号２２を生成した後に、アンプ２
３、位相補償部２４に送られ、アクチュエータの駆動制
御信号となる。この信号はアクチュエータ駆動アンプ２
５を介してアクチュエータの駆動信号２６となり、ラジ
アル駆動コイルに供給され、対物レンズ１６のラジアル
方向の位置制御を行なう。

【００１４】アンプ２３はアクチュエータの制御信号の
振幅を決めるものであり、位相補償部２４はアクチュエ
ータの機械特性を補償するためにエラー信号の周波数特
性を補正し、安定な移動制御を行なうためのものであ
る。なお、図９ではラジアル駆動コイルの制御ブロック
のみしか図示しておらず、実際にはこれと類似の構成に
てフォーカス駆動コイル制御部が用意される。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
構成では以下に述べるような問題点があった。すなわ
ち、図８に示した中空軸２は真円を保ち、また表面は高
精度に研磨され、摺動回動部材４がなめらかに動作でき
るようにつくられている。しかし、製作上これらの精度
確保には限界がある。そのため、摺動回動部材４の回動
位置によって中空軸２の外側摺動面１２との摩擦などが
異なり、機械特性や位置によるばらつきが生じるという
問題がある。

【００１６】また、摺動回動部材４にとりつけられたコ
イル９Ａ，９Ｂ，１０に信号を与える給電線１１は摺動
回動部材４の回動位置によって、張りや縮みの度合いが
異なり、これもまたアクチュエータの機械特性にばらつ
きを与える要因になってしまう。これらの特性変動は初
期特性のみならず、温度変動や経時変動によっても発生
する場合もある。

【００１７】図９で示したサーボ制御回路はアクチュエ
ータを高精度に制御するために、アクチュエータの機械
特性に応じた設計がなされなければならず、具体的には
図９のアンプ２３のゲインや位相補償部２４はこのアク
チュエータの機械特性をもとに設計される。そのため、
機械特性に変動が生じるということは、回動位置や環境
変動によって設計どうりの動作を行なわないことになっ
てしまい、制御に乱れを発生させる要因になってしま
う。

【００１８】ここで、ディスク面への信号の記録や再生
は、フォーカスサーボやトラッキングサーボが正しく行
なわれ、光スポットを目標トラック上に正しく照射しな
いと信頼性の高い記録再生ができない。１ビットの誤り
も許されないデータファイル用光ディスク装置として
は、この光スポットの位置制御が不十分ではその機能を
果たすことができず、これらの変動に左右されない高精
度なサーボ制御動作が必要とされる。

【００１９】

【課題を解決するための手段】前記問題点を解決するた
めに本発明の光ディスク装置は、フォーカスおよびラジ
アル方向に移動可能で光ディスクのトラック上に光スポ
ットを照射する光ピックアップと、光スポットの目標ト
ラックからの位置ずれを検出する位置ずれ検出器と、位
置ずれ検出器からの位置ずれ信号の振幅および遮断周波
数の変換を行ない、この変換信号をもって前記光ピック
アップの位置をサーボ制御する変換制御部を有し、さら
に位置ずれ検出器の位置ずれ信号の周波数成分を抽出し
且つ各周波数ごとの信号強度を検出する周波数検出器
と、周波数検出器の検出値に基づき変換制御部の変換定
値を決める変換定数変更部とを備える構成としたもので
ある。

【００２０】ここで、周波数検出器はフーリエ変換器
や、複数のバンドパスフィルタと信号強度比較器の組み
合わせで構成することもできる。

【００２１】

【作用】変換制御部のゲインアンプや位相補償部の変換
定数を可変にしてそのときの機械特性に応じた最適なサ
ーボ制御を行なうことにより、変動によらない高精度な
光スポットの位置制御が行なえる。ゲインや位相補償部
の変換定数の決定は、駆動中のフォーカスサーボあるい
はトラッキングサーボのエラー信号の周波数成分と各周
波数ごとの信号強度を周波数検出器によって抽出するこ
とにより行なう。すなわち、サーボの乱れがエラー信号
の乱れとなって現われるために、このエラー信号の乱れ
要因（周波数）を検出し、この周波数成分を抑圧するよ
うにゲインあるいは位相補償部の遮断周波数を決める変
換定数を変換定数変更部で補正することで最適な制御を
行なうことができる。

【００２２】

【実施例】

（実施例１）以下本発明の一実施例について、図１から
図６を用いて説明する。本実施例ではフォーカス方向の
制御部についての説明は省略し、ラジアル方向の制御の
みについて説明する。

【００２３】図１は本発明の第１の実施例における光デ
ィスク装置の光ピックアップのラジアル方向の制御部
（以下、トラッキングサーボ制御部と称す）のブロック
図である。図１において、２７は光ピックアップ、２８
は光ピックアップ２７とは分離構成された固定光学部、
ＣＣは変換制御部、３６はサーボ定数制御部、ＧＦは周
波数検出器、ＣＴは変換定数変更部である。固定光学部
２８内の光センサにより、光スポットのディスク３０内
目標トラックとの位置ずれ信号２９が出力される。

【００２４】この信号は変換制御部ＣＣのトラッキング
エラー信号検出部３１により位置ずれ信号、すなわちト
ラッキングエラー信号３２に変換される。この信号はア
ンプにて構成される可変ゲイン部３３にて、所定のゲイ
ンに調整されるとともに、遮断周波数が可変できる構成
となっているバンドパスフィルタからなる位相補償部３
４によって光ピックアップのアクチュエータの機械特性
に応じた最適周波数特性に変換される。この信号はアク
チュエータ駆動アンプ３５を介してアクチュエータをラ
ジアル方向に移動制御する。

【００２５】次にサーボ定数制御部３６の構成とその動
作について説明する。トラッキングエラー信号３２はま
ずサーボ定数制御部３６内の周波数検出器ＧＦの周波数
弁別器３７に入り、複数の周波数成分に分解された後
に、周波数検出器ＧＦの信号強度比較器３８にて個々の
周波数の信号強度が比較される。周波数弁別器３７は特
定の周波数成分のみを通過させるバンドパスフィルタか
ら構成されており、これを周波数弁別器３７内に複数個
準備することにより、トラッキングエラー信号を複数の
周波数成分に分解する。

【００２６】そしてこれら個々の信号を信号強度比較器
３８にて強度比較し、トラッキングエラー信号内に含ま
れるエラー周波数成分を抽出する。この結果は変換定数
変更部ＣＴの補償制御部３９に入り、ここで可変ゲイン
部３３の増加または減少させるべきゲインの演算や、位
相補償部３４のフィルタの遮断周波数をどの周波数に変
更するかなどの変換制御部ＣＣの適切な変換定数を算出
する。この演算結果をゲイン制御部４０、あるいはフィ
ルタ制御部４１に入力し、ここで可変ゲイン部３３や位
相補償部３４の定数変換制御信号４２を生成し、これら
の定数変換を行なう。

【００２７】以下この動作について説明する。本来トラ
ッキングサーボはトラッキングエラー信号がゼロになる
ように制御されるため、光スポットが目標トラックに正
しく追従している場合は図２（ａ）に示すようにほぼゼ
ロとなっている。しかし、サーボ不十分でトラックの偏
心に追従できていない場合はこれがゼロでなくなる。す
なわち、たとえばディスクの偏心の基本周波数はディス
クの回転数に同期しているために、この低周波の偏心に
追従できていない場合は、図２（ｂ）に示すようにこの
周波数成分がエラー信号に現われる。また、サーボ系の
高域ゲインが不足している場合などは、光ピックアップ
が高周波成分の変動や外乱に追従できずに、図２（ｃ）
に示すように高周波成分がエラー信号に現われることに
なる。そのためこのエラー信号より、追従できていない
周波数成分を検出して、その周波数帯域のゲインを増や
してやり、安定性などを確保できる範囲で追従精度をあ
げてやるものである。

【００２８】これは、図３で示すボード線図による周波
数特性図では以下のように説明できる。図３（ａ）は光
ピックアップ２７のアクチュエータの周波数特性でゲイ
ン及び位相特性を示し、図３（ｂ）は可変ゲイン部３３
や位相補償部３４などからなる変換制御部ＣＣの特性、
図３（ｃ）はこれらを合わせた光ピックアップ２７のサ
ーボ系全体のオープンループ特性を示している。

【００２９】図３（ｃ）に示した斜線領域４３は、光デ
ィスクの回転に伴う偏心成分や振動、雑音などから規定
されるサーボ系の周波数特性仕様を示しているが、この
ようにサーボ系４４はゲインが仕様の斜線領域４３を上
まわり、またサーボ動作の安定化を図るために位相余裕
（ゲイン０の時の位相）４５やゲイン余裕（位相が−１
８０度の時のゲイン）４６が所定の値を確保できるよう
に構成されている。これらは図３（ｂ）の変換制御部Ｃ
Ｃの可変ゲイン部３３や位相補償部３４の特性を最適に
設計することにより実現されている。

【００３０】ここで、たとえば図３（ａ）におけるアク
チュエータの位相特性の高域特性が破線４７のように変
動すると、図３（ｃ）の破線４８で示すようにサーボ系
の特性が変化してしまい、安定した動作ができなくなっ
てしまったり、先の図２（ｃ）で示したように、エラー
信号に乱れが生じ光スポットの位置ずれが大きくなって
しまう。そこで、この乱れの要因をサーボ定数制御部３
６で検出し、これによって可変ゲイン部３３や位相補償
部３４の変換定数最適化を計り、図３（ｂ）の一点鎖線
４９ａ，４９ｂで示すように変換制御部ＣＣの特性を切
り換え、図３（ｃ）の一点鎖線５０ａ，５０ｂで示すよ
うにサーボ系の特性を変換定数の変更で補正することが
できる。

【００３１】可変ゲイン部３３の構成は種々の方法があ
げられるが、たとえば図４に示すような電圧制御アンプ
を用いたものや、図５に示すようにアナログスイッチに
より制御する方式で構成できる。図４は接合型ＦＥＴ
（電界効果型トランジスタ）５１のドレイン５２、ソー
ス５３間の伝達特性がゲート５４、ソース５３間電圧に
よって制御できる特性を利用したものであり、図１に示
したゲイン制御部４０からの定数変換制御信号４２を図
４の制御入力端子５５に与え、アンプ５７のゲイン制御
を行なうことによってトラッキングエラー信号入力端子
５６から出力端子５８のゲイン制御を行なうことができ
る。

【００３２】図５に示した方法は、可変ゲイン部３３を
アンプ５９と複数の抵抗６０から構成し、アナログスイ
ッチ６１を切り換えてゲイン切り換えを行なう方法であ
る。

【００３３】位相補償部３４も同様に図６で示すような
回路で構成することができる。本位相補償部３４は位相
進み遅れ補償の例であり、アンプ６２に接続された抵抗
素子やコンデンサによって遮断周波数やゲインが制御で
きるため、これらの素子の１つやあるいは複数を定数切
り換え型にすることによって遮断周波数などを制御でき
る。

【００３４】本例では抵抗６３を複数個持たせこれらを
アナログスイッチ６４で切り換えることにより、制御す
る例である。このほかに図１に示したフィルタ制御部４
１からの制御信号を周波数制御型にして、スイッチトキ
ャパシタフィルタを用いてフィルタの遮断周波数を連続
的に切り換える構成などもあげられる。

【００３５】（実施例２）図７に本発明の第２の実施例
を示す。本実施例はトラッキングエラー信号をＡ／Ｄ変
換によりデジタル信号に変換し、サーボ制御をデジタル
制御で行なう時の例である。図７において７０はＡ／Ｄ
変換器、７１はフーリエ変換器、７２は信号強度比較
器、７３は補正演算部、７４はゲイン制御部、および７
５は位相補償制御部である。

【００３６】まず、光ピックアップ６５，固定光学部６
６からの位置ずれ信号６８はＡ／Ｄ変換器７０でデジタ
ル信号に変換され、デジタルのエラー信号６９を得る。
これらは、第一の実施例と同様に可変ゲイン部７６にて
ゲイン制御され、またデジタルフィルタ７７にて位相補
償がかけられる。この信号はＤ／Ａ変換器７８によって
再びアナログ信号に変換され、アクチュエータ駆動アン
プ７９によってアクチュエータ駆動信号となる。

【００３７】さて、サーボ定数制御部は第１の実施例で
は、複数個のバンドパスフィルタによって構成していた
ために、分離できる周波数に制限があったが、第２の実
施例では、フーリエ変換器７１を用いてさらに細かな周
波数分離ができる。このフーリエ変換器７１にて分離抽
出された信号は信号強度比較器７２で信号強度比較され
た後に、補正演算部７３に送られ補正信号が生成され
る。この補正信号にて可変ゲイン部７６や位相補償制御
部７５を介してデジタルフィルタ７７による遮断周波数
を補正する。

【００３８】第２の実施例では、より多くの周波数成分
に分離可能のため、サーボ定数のより細かな制御が可能
であり、それによってより最適な制御が可能となる。ま
たこれらは、デジタル回路のみならず、マイクロコンピ
ュータ等を用いたソフトウェアによっても実現できるた
めに、回路構成を簡略化できるという特徴も有してい
る。

【００３９】本発明の一実施例では、トラッキングサー
ボについてのみ説明した。フォーカスサーボも本図と同
様の構成でもよいが、フォーカス方向の機械特性の変動
が小さければ、従来のようにゲインアンプや位相補償部
は固定定数のもので構成してもかまわない。また、ゲイ
ンや位相補償の制御はアクセス期間中にも同様に用いる
ことができる。さらには、本発明では分離光学系の光ピ
ックアップを例にして説明したが、従来の二段サーボ構
成のピックアップについてもその適用にはなんら不都合
を生じるものではない。

【００４０】

【発明の効果】以上のように本発明は、周波数検出器に
よってサーボエラー信号の周波数成分を抽出して、変換
定数変更部によってゲインや位相補償部などのサーボ制
御定数を可変することにより、光ピックアップの機械特
性のばらつきや温度、経時変化による特性変動に対応し
た最適制御を行なうことができる。これによって、記
録、再生特性を向上させることができ、より高性能で信
頼性の高い光ディスクを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の制御ブロック図

【図２】本発明の第１の実施例における光ディスク装置
のエラー信号の波形図

【図３】（ａ）本発明の第１の実施例における光ディス
ク装置のサーボ定数補正の原理を示す光ピックアップの
周波数特性図 （ｂ）本発明の第１の実施例における光ディスク装置の
サーボ定数補正の原理を示す変換制御部の周波数特性図 （ｃ）本発明の第１の実施例における光ディスク装置の
サーボ定数補正の原理を示す全体系の周波数特性図

【図４】本発明の第１の実施例における光ディスク装置
の可変ゲイン部の第１の構成例を示す回路図

【図５】本発明の第１の実施例における光ディスク装置
の可変ゲイン部の第２の構成例を示す回路図

【図６】本発明の第１の実施例における光ディスク装置
の位相補償部の構成例を示す回路図

【図７】本発明の第２の実施例における光ディスク装置
の制御ブロック図

【図８】従来の光ディスク装置における光ピックアップ
のアクチュエータ部の構造を示す斜視図

【図９】従来の光ディスク装置における光ピックアップ
の制御部のブロック図

【符号の説明】

１ 光ディスク ４ 摺動回動部材 ５ 対物レンズ １４ アクチュエータ部 １７ 分離光学部 ２２ エラー信号 ３３ 可変ゲイン部 ３４ 位相補償部 ３６ サーボ定数制御部 ３７ 周波数弁別器 ３８ 信号強度比較器 ５１ ＦＥＴ ６１ アナログスイッチ ７０ Ａ／Ｄ変換器 ７１ フーリエ変換器 ＣＣ 変換制御部 ＧＦ 周波数検出部 ＣＴ 変換定数変更部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐方 信吾 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 藤島 俊博 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】フォーカスおよびラジアル方向に移動可能
   で光ディスクのトラック上に光スポットを照射する光ピ
   ックアップと、光スポットの目標トラックからの位置ず
   れを検出する位置ずれ検出器と、位置ずれ検出器からの
   位置ずれ信号の振幅および遮断周波数の変換を行ない、
   この変換信号をもって前記光ピックアップの位置をサー
   ボ制御する変換制御部とを有する光ディスク装置であっ
   て、前記位置ずれ検出器の位置ずれ信号の周波数成分を
   抽出し且つ各周波数ごとの信号強度を検出する周波数検
   出器と、前記周波数検出器の検出値に基づき前記変換制
   御部の変換数値を決定する変換定数変更部とを備えたこ
   とを特徴とする光ディスク装置。
2. 【請求項２】周波数検出器が複数のバンドパスフィルタ
   と信号強度比較器からなる請求項１記載の光ディスク装
   置。
3. 【請求項３】周波数検出器がフーリエ変換器からなる請
   求項１記載の光ディスク装置。