JPH076382A - フォーカスサーボ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 外乱が加わった場合でも、高速応答が可能。 【構成】 駆動電流Ｉにより集光手段８を駆動し光点７
のフォーカス位置を移動させるフォーカシングアクチュ
エータ１１と、光点７のフォーカス位置と所定の基準フ
ォーカス位置の偏差を検出しフォーカシング追従偏差信
号Ｅを出力する追従偏差検出手段１６と、フォーカシン
グ追従偏差信号Ｅにより偏差の時間変化率の推定値であ
る追従偏差変化率推定値信号Ｅｄｏｔを出力する追従偏
差変化率推定手段２０と、追従偏差変化率推定値信号Ｅ
ｄｏｔとフォーカシング追従偏差信号Ｅにより推定され
た偏差の時間変化率よりも大きな時間変化率で偏差を打
ち消す方向へフォーカシングアクチュエータ１１を駆動
させる制御信号Ｕを出力する係数信号発生手段２１、制
御信号発生手段２２と、制御信号Ｕにより駆動電流Ｉを
供給する電流供給手段１８とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、コンピュータなどに接
続され、データの保存・再生等を行う光ディスク装置に
係り、特に光ビームスポットのフォーカス位置を制御す
るフォーカスサーボ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、光を利用して光ディスクへ情報を
記録し、再生する光ディスク関連の製品が市場に出回る
ようになってきた。光ディスクのデータは、光ディスク
の内周側から外周側へスパイラル状のピット列として記
録されており、ピットの有無、配列によりデータとして
認識される。

【０００３】このような光ディスクの記録再生装置にお
ける光学サーボ（Ｓｅｒｖｏ）の役割は、高速回転する
光ディスク上のデータの再生または光ディスク上への書
き込みを行う際に、光学レンズ等の集光手段により集光
された光の焦点（以下、光点という。）を記録面上の所
定のピット列上に整定させ、データを読み書き可能な状
態にすることである。

【０００４】光学サーボには、光ディスクの記録面上に
光点を合わせる働きをするフォーカシングサーボと、記
録面上のピット列に光点を合わせる働きをするトラッキ
ングサーボがある。

【０００５】具体的な制御手順としては、まず集光手段
を記録面に対して垂直方向に駆動してフォーカスサーボ
の引き込み動作を行い、続いて、トラッキングサーボの
引き込み動作を行うことになる。

【０００６】ここで光ピックアップについて説明する。
光ピックアップは、集光手段を駆動するアクチュエータ
と、光点の位置を検出するセンサやその他の光学部品
と、それらを搭載するキャリッジと、キャリッジをディ
スク半径方向に駆動するリニアアクチュエータなどの集
合体である。

【０００７】図６に光ピックアップ周辺の概略構成図を
示す。この図６において、情報記録媒体である光ディス
ク１には円周方向に幅１ないし２μｍ幅のトラック２が
螺旋状に形成されている。このトラック２上には反射率
の違いや磁化極性の違いとしてピットが形成されてお
り、複数のピットからなるピット列により、アドレス情
報やデータが記録されている。スピンドルモータ３は、
その上部にチャッキングした光ディスク１を毎秒数十回
転の高速で回転させる。

【０００８】光ピックアップ４は、光ディスク１上の情
報を読み書きするためのレーザ光５の光源である半導体
レーザ６と、レーザ光５を集光し記録面上に光点７を形
成する光学レンズ等の集光手段８と、光ディスク１の反
射光９を受光し光点の位置信号やデータ信号を出力する
４分割センサ１０と、集光手段８をフォーカス方向に駆
動するフォーカシングアクチュエータ１１と、集光手段
８をトラッキング方向に駆動するトラッキングアクチュ
エータ１２と、キャリッジ１３をディスク半径方向に駆
動するリニアアクチュエータ１４とを有している。さら
に光ピックアップ４はベース１５上に搭載されている。

【０００９】次に、フォーカシングサーボについて説明
する。このフォーカシングサーボの目的は、フォーカシ
ング追従偏差をデータの読み取りが行えるように十分小
さくする事である。まず、フォーカシング追従偏差の検
出原理について簡単に説明する。

【００１０】図７に、従来のフォーカスサーボ装置にお
けるフォーカシング追従偏差検出方法として非点収差法
を用いたときの光点７と記録面の距離と光ディスク１の
反射光９の４分割センサ１０の検出面での形状の関係図
を示す。

【００１１】フォーカシング追従偏差とは、図７（ａ）
に示すように光点７と光ディスク１の記録面との距離で
あり、光点７が記録面上に合焦したときに４分割センサ
１０（受光面Ｓ１〜Ｓ４）上の反射光９の形状は図７
（ｂ）に示すように円形となる。

【００１２】しかし、光点７が記録面の手前の位置に合
焦すると、反射光９の形状は図７（ａ）に示すように受
光面Ｓ１と受光面Ｓ３とを結ぶ方向を長径とする楕円形
となる。また、光点７が記録面を通り越した位置に合焦
すると、反射光９の形状は図７（ｃ）に示すように受光
面Ｓ２と受光面Ｓ４とを結ぶ方向を長径とする楕円形と
なる。

【００１３】従って、図示しない追従偏差検出手段で、
受光面Ｓ１の出力信号Ｓ１と受光面Ｓ３の出力信号Ｓ３
を加算して第１和信号を得ると共に、受光面Ｓ２の出力
信号Ｓ２と受光面Ｓ４の出力信号Ｓ４を加算して第２和
信号を得て、第１和信号から第２和信号を減算する（あ
るいは第２和信号から第１和信号を減算する）ことで後
述するフォーカシング追従偏差信号Ｅを得ることができ
る。この結果、第１和信号＞第２和信号の場合は、光点
７が記録面の手前の位置に合焦しており、第１和信号＜
第２和信号の場合は、光点７が記録面を通り越した位置
に合焦しており、第１和信号＝第２和信号の場合には光
点７が記録面上に合焦しているということが分かる。

【００１４】次に図８を参照して従来のフォーカスサー
ボ装置における光点７と記録面との相対距離及び検出さ
れたフォーカシング追従偏差の関係についてより具体的
に説明する。

【００１５】図８に示すように、フォーカシング追従偏
差信号Ｅは、記録面上に光点７がある場合、すなわち、
第１和信号＝第２和信号の場合には、フォーカシング追
従偏差信号Ｅ＝零になり（合焦点）、また、光点７が記
録面上から垂直方向に離れるにつれてその絶対値が増加
し、ピークに到達した後には減少する。

【００１６】フォーカシングサーボは、フォーカシング
追従偏差信号ＥがＳ字ピークＢ内にあるときにフォーカ
シング追従偏差信号Ｅの絶対値を零にする方向に制御し
て、記録面に焦点を結ぶように制御する。

【００１７】図８において、Ｓ字ピークＢ内のａ、ｂ、
ｃ点は、４分割センサ１０上では図７（ａ）、（ｂ）、
（ｃ）の状態に夫々対応している。なお、図８におい
て、符号ｄは光ディスク１の表面反射信号である。

【００１８】次に、図９を参照して、従来のフォーカシ
ングサーボ機構について説明する。図９に従来のフォー
カスサーボ装置におけるフォーカシングサーボ機構の構
成ブロック図を示す。図９において、フォーカシングサ
ーボ機構は、スピンドルモータ３により回転駆動される
情報記録媒体である光ディスク１の情報を再生する光ピ
ックアップ４と、４分割センサ１０の出力であるセンサ
信号からフォーカシング追従偏差信号Ｅを検出して出力
する追従偏差検出手段１６と、入力であるフォーカシン
グ追従偏差信号Ｅの低周波帯域の利得を増加し、サーボ
開ループゲイン交点周波数付近の信号の位相を進相した
制御信号Ｕを出力するサーボ補償手段１７と、微弱な制
御信号Ｕに比例した駆動電流Ｉをフォーカシングアクチ
ュエータ１１に供給する電流供給手段１８と、光ディス
ク１の記録面に対して垂直方向に集光手段８を駆動電流
Ｉに対応して駆動するフォーカシングアクチュエータ１
１とを備えて構成されている。

【００１９】次に上記従来のフォーカシングサーボ手段
について動作を説明する。光ディスク１は、スピンドル
モータ３にチャッキングされ、毎秒数十回転の速さで回
転駆動されているが、スピンドルモータ３の回転軸と光
ディスク１の記録面の法線方向には多少のずれがある。
その結果、記録面は光ディスク１の回転に伴って軸線方
向に数百ミクロンメートル程度振れることになる。した
がって、光点７はこの面振れに追従して動かなければな
らず、このための制御としてフォーカシングサーボが用
いられる。

【００２０】図１０は、従来のフォーカスサーボ装置に
おける光ディスク１の面振れの変位、フォーカシング追
従偏差信号Ｅ及び駆動電流Ｉの特性図である。この図１
０（ａ）は、光ディスク１が一回転２０ミリ秒、面振れ
量約３００ミクロンメートルで回転している状態を示し
ている。このような状態で位相補償型コントローラを用
いてフォーカシングサーボを行ない、光点７が光ディス
ク１の面振れに追従した残差であるフォーカシング追従
偏差信号Ｅを示したのが図１０（ｂ）である。フォーカ
シング追従偏差信号Ｅは、データ信号の光ディスク１へ
の読み書きを行うためには１ミクロン以下にする必要が
ある。図１０（ｃ）は、このときのフォーカシングアク
チュエータ１１の駆動電流Ｉを示したものである。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、フォ
ーカシングサーボは光ディスク１の面振れに光点７を追
従させ、かつ、光ディスク装置に外部から加わる振動に
対しても光点７が光ディスク１の記録面からはずれない
ように動作しなければならない。

【００２２】近年、従来卓上据置でのみ使用されてきた
光ディスク装置もその応用商品分野が広がり、車載型の
ものや携帯使用可能な小型のものも開発されており、こ
れら商品の場合、据置型に比べて高い耐振性や耐衝撃性
が求められる。特にフォーカシングサーボへの要求仕様
は厳しくなり、上記従来の位相補償型コントローラでは
対応できない場合がでてきた。

【００２３】例えば、光ディスク装置を軽く落下させ、
衝撃を与えた場合を想定する。この場合、光ディスク装
置が半波正弦波状の外乱振動を受ける。このような外乱
が加わったときのフォーカシングサーボの状態を図１１
に示す。なお、外乱の影響を明確に記述するために光デ
ィスク１自体の面振れが十分小さい状態（無視できる状
態）を仮定して図示している。

【００２４】図１１（ａ）は、光ディスク装置のベース
に加わった半波正弦波振動の時間−外乱振動特性図であ
る。図１１（ｂ）は、外乱振動が加わった場合の従来の
位相補償型コントローラの制御によりフォーカシングサ
ーボを行ったときのフォーカシング追従偏差信号Ｅの特
性図である。図１１（ｃ）は、図１１（ａ）の場合にお
けるフォーカシングアクチュエータ１１への駆動電流Ｉ
の特性図である。

【００２５】外乱が加わった時刻ｔ１以後、フォーカシ
ングアクチュエータ１１への駆動電流Ｉは次第に大きく
なるが、駆動電流Ｉの立ち上がりに時間がかかり、フォ
ーカシング追従偏差信号Ｅが急速に大きくなってしま
う。駆動電流Ｉの立ち上がりが遅れるのは、従来の位相
補償制御ではサーボ帯域以上の外乱振動周波数成分には
サーボ系が応答できないためである。

【００２６】そこで、本発明の目的は、外乱が加わった
場合でも高速応答が可能なフォーカスサーボ装置を提供
することにある。

【００２７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明は、光点発生手段により発生された光点のフォー
カス位置制御を行うフォーカスサーボ装置であって、駆
動電流に応じて少なくとも光点発生手段の一部を駆動す
ることにより光点のフォーカス位置を移動するアクチュ
エータと、光点のフォーカス位置と所定の基準フォーカ
ス位置の偏差を検出し追従偏差信号を出力する検出手段
と、追従偏差信号に基づいて偏差の時間変化率の推定値
である追従偏差変化率信号を出力する追従偏差変化率推
定手段と、追従偏差変化率信号及び追従偏差信号に基づ
いて偏差を打ち消す方向へ推定された偏差の時間変化率
よりも大きな時間変化率でアクチュエータを駆動させる
ための制御信号を出力する制御信号発生手段と、制御信
号に基づいて駆動電流を供給する電流供給手段とを備え
たものである。

【００２８】

【作用】本発明によれば、検出手段が光点のフォーカス
位置と所定の基準フォーカス位置の偏差を検出し追従偏
差信号を追従偏差変化率推定手段及び制御信号発生手段
に出力し、追従偏差変化率推定手段が追従偏差信号に基
づいて偏差の時間変化率の推定値である追従偏差変化率
信号を制御信号発生手段に出力する。

【００２９】これにより、制御信号発生手段は、追従偏
差変化率信号及び追従偏差信号に基づいて推定された偏
差の時間変化率よりも大きな時間変化率で偏差を打ち消
す方向へアクチュエータを駆動させるための制御信号を
電流供給手段に出力し、電流供給手段は制御信号に基づ
いて駆動電流をアクチュエータに供給する。

【００３０】この結果アクチュエータは駆動電流に応じ
て少なくとも光点発生手段の一部を駆動することにより
光点のフォーカス位置を推定された偏差の時間変化率よ
りも大きな時間変化率で偏差を打ち消す方向へ移動す
る。

【００３１】したがって従来の位相補償制御では、サー
ボ系の開ループゲインが小さくなる高周波成分を持つ衝
撃に対しては偏差抑制能力が不足しサーボはずれを起こ
していたのに対し、本発明の制御では、制御信号が衝撃
による制御偏差増大を抑制するので、外部から加えられ
た衝撃などの外乱の加速度に応じて制御信号の値をあら
かじめ設定すれば、いかなる大きさの外乱に対してもサ
ーボはずれを抑制できる。そのため、高い周波数成分を
持つ衝撃を受けても制御偏差を強力に抑制でき、衝撃や
振動が加わっても良好な追従動作が可能となる。

【００３２】

【実施例】次に、図１乃至図５を参照して本発明の一実
施例について説明する。

【００３３】図１に本発明の一実施例におけるフォーカ
スサーボ装置の構成ブロック図を示す。図１において図
９の従来例と異なるのは、図９のサーボ補償手段１７に
代えて可変構造制御手段１９を有する点である。また、
図１において図９の従来例と同一の部分には同一の符号
を付し、その詳細な説明を省略する。

【００３４】フォーカシングサーボ機構は、本発明の特
長である可変構造制御手段１９を備えて構成されてい
る。この可変構造制御手段１９をアナログ演算装置で構
成したブロック図を図２に示す。

【００３５】可変構造制御手段１９は、大別して、フォ
ーカシング追従偏差信号Ｅを入力し追従偏差変化率推定
値信号Ｅｄｏｔを出力する追従偏差変化率推定手段２０
と、入力である追従偏差変化率推定値信号Ｅｄｏｔ及び
フォーカシング追従偏差信号Ｅに対応する係数信号Ｚ、

【００３６】

【数１】

【００３７】を出力する係数信号発生手段２１と、係数
信号Ｚに基づいて制御信号Ｕを生成する制御信号発生手
段２２とを備えて構成される。

【００３８】追従偏差変化率推定手段２０は、フォーカ
シング追従偏差信号Ｅを微分し追従偏差変化率推定値信
号Ｅｄｏｔを出力する微分回路２３を有している。

【００３９】係数信号発生手段２１は、追従偏差変化率
推定値信号Ｅｄｏｔ及びフォーカシング追従偏差信号Ｅ
に基づいて信号Ｓを出力する積和演算回路２４と、信号
Ｓ及びフォーカシング追従偏差信号Ｅに基づいて信号Ｓ
Ｅを出力する掛算回路２５と、信号ＳＥの値が正か負か
を判別する正負判別回路２６と、信号ＳＥが正のときは
ゲインΨ１の値をα、信号ＳＥが負のときはゲインΨ１
の値をβと選択するゲイン選択回路２７と、信号Ｓ及び
追従偏差変化率推定値信号Ｅｄｏｔに基づいて信号ＳＥ
ｄｏｔを出力する掛算回路２８と、信号ＳＥｄｏｔの値
が正か負かを判別する正負判別回路２９と、信号ＳＥｄ
ｏｔが正のときはゲインΨ２の値をγ、信号ＳＥｄｏｔ
が負のときはゲインΨ２の値をδと選択するゲイン選択
回路３０と、信号Ｓが正のときは出力ｓｇｎ（Ｓ）の値
を１とし、信号Ｓが負のときは出力ｓｇｎ（Ｓ）の値を
−１にする正負判別回路３１とを備えて構成されてい
る。

【００４０】制御信号発生手段２２は、ゲインΨ１とフ
ォーカシング追従偏差信号Ｅの掛算を行ない信号Ψ１Ｅ
を出力する掛算回路３２と、ゲインΨ２と追従偏差変化
率推定値信号Ｅｄｏｔの掛算を行ない信号Ψ２Ｅｄｏｔ
を出力する掛算回路３３と、ｓｇｎ（Ｓ）及び加重信号
Ｍの掛算を行ない信号Ｍｓｇｎ（Ｓ）を出力する掛算回
路３４と、信号Ψ１Ｅ、信号Ψ２Ｅｄｏｔ及び信号Ｍｓ
ｇｎ（Ｓ）を加算して制御信号Ｕを出力する加算回路３
５とを備えて構成されている。

【００４１】次に動作を説明する。まず、微分回路２３
は、フォーカシング追従偏差信号Ｅを微分し追従偏差変
化率推定値信号Ｅｄｏｔを積和演算回路２４、掛算回路
２８及び掛算回路３３に出力する。

【００４２】これにより積和演算回路２４は、（数２）
の演算を行い信号Ｓを出力する。

【００４３】

【数２】

【００４４】ここで、λは設計パラメータである。これ
により掛算回路２５は、積和演算回路２４が出力する信
号Ｓとフォーカシング追従偏差信号Ｅの掛算を行い信号
ＳＥを出力する。これにより正負判別回路２６は、信号
ＳＥの値が正か負かを判別する。この結果、ゲイン選択
回路２７は、信号ＳＥが正のときはゲインΨ１の値をα
と設定し、信号ＳＥが負のときはゲインΨ１の値をβと
設定する。

【００４５】同様にして、掛算回路２８は、積和演算回
路２４が出力する信号Ｓと追従偏差変化率推定値信号Ｅ
ｄｏｔの掛算を行い信号ＳＥｄｏｔを正負判別回路２９
に出力する。これにより正負判別回路２９は、信号ＳＥ
ｄｏｔの値が正か負かを判別する。この結果、ゲイン選
択回路３０は、信号ＳＥｄｏｔが正のときはゲインΨ２
の値をγと設定し、信号ＳＥｄｏｔが負のときはゲイン
Ψ２の値をδと設定する。

【００４６】一方、正負判別回路３１は、信号Ｓを正と
判別したときは出力ｓｇｎ（Ｓ）の値を１に設定して掛
算回路３４に出力し、信号Ｓを負と判別したときは出力
ｓｇｎ（Ｓ）の値を−１に設定して掛算回路３４に出力
する。

【００４７】制御信号発生手段２２は、（数３）の制御
信号Ｕを出力する。

【００４８】

【数３】

【００４９】ここで、上記構成を用いた制御により制御
目的が達成されること、並びに、前述の設計パラメータ
λ，α，β，γ，δ，Ｍの選定方法について以下に示
す。なお、追従偏差変化率推定値信号Ｅｄｏｔは真の追
従偏差変化率Ｅ′と等しいものとする。

【００５０】まず、フォーカシングアクチュエータ１１
の駆動電流Ｉからアクチュエータ変位ｘまでの伝達特性
は２次遅れ特性であり、（数４）で示される。

【００５１】

【数４】

【００５２】次に、フォーカシングアクチュエータ１１
が追従する光ディスク１の面振れの変位をｒ、光ディス
ク装置に加わる振動の変位をｆで表すと、フォーカシン
グ追従偏差信号Ｅは（数５）で表すことができる。

【００５３】

【数５】

【００５４】フォーカシング追従偏差信号Ｅの振る舞い
は（数６）となる。

【００５５】

【数６】

【００５６】ここで、″は２回微分、′は１回微分を示
す。この場合において、ｄは（数７）である。

【００５７】

【数７】

【００５８】また、駆動電流Ｉは電流供給手段１８によ
り制御信号Ｕを電流値に置き換えたものであるので（数
８）である。

【００５９】

【数８】

【００６０】さて、ここでＳについての関数Ｖを考え
る。

【００６１】

【数９】

【００６２】（数９）から明らかなように、Ｖは常に正
の値を持ち、Ｓが増加するに伴いＶも単調増加する。こ
こで、Ｖの時間変化率を計算すると、（数１０）とな
る。

【００６３】

【数１０】

【００６４】さて、Ｖは常に正数であり、ＳはＶの減少
に対して単調減少するので、Ｖの時間変化率が常に負な
ら明らかにＳは０に収束する。また、０は（数１１）で
あるので、Ｓが０に収束した後は、フォーカシング追従
偏差信号Ｅは（数１２）なる微分方程式に従う挙動を示
す。

【００６５】

【数１１】

【００６６】

【数１２】

【００６７】したがって、（数１３）となり、設計パラ
メータであるλを正数に設計すれば、時間ｔが経過する
に従いフォーカシング追従偏差信号Ｅは０に収束する。

【００６８】

【数１３】

【００６９】なお、Ｅt0はＳが０に収束した時刻のフォ
ーカシング追従偏差信号Ｅである。以上のことから分か
るように、制御アルゴリズムを（数１０）が常に負にな
るように組み立てれば制御目的が達成される。（数１
０）の第１項と第２項について、（数１４）とすれば、
（数１０）の第１項と第２項は常に負になる。

【００７０】

【数１４】

【００７１】また、第３項について、設計パラメータＭ
を（数１５）と設計する。

【００７２】

【数１５】

【００７３】ここで、ｍａｘ｜ｄ｜は全ての時間ついて
のｄの絶対値の最大値を示す。このとき、第３項は（数
１６）となり、第３項も常に負の値を持つ。

【００７４】

【数１６】

【００７５】以上のことから、図２の回路により制御を
行えば、まず、信号Ｓが０に収束し、その後、（数６）
に従ってフォーカシング追従偏差信号Ｅは０に収束す
る。

【００７６】この収束過程を図３に示す。図３は（Ｅ，
Ｅｄｏｔ）からなる状態平面図である。Ｅ軸、Ｅｄｏｔ
軸、Ｓ＝０なる直線Ｈによって区切られた各領域で、係
数信号Ｚの変数（Ψ１，Ψ２，ｓｇｎ（Ｓ））は図内に
示すように切り換えられる。その結果、各領域で（Ｅ，
Ｅｄｏｔ）の軌道Ｌはおおよそ矢印のようになる。例え
ば、光ディスク装置が何らかの外乱を受けて、Ｌ０＝
（Ｅ０，Ｅｄｏｔ０）の状態になったとする。すると、
領域IVではベクトルIVの方向に軌道Ｌは推移し、領域Ｖ
に入ったあとはベクトルＶの方向に軌道Ｌは推移する。
最終的に軌道Ｌは直線Ｈに到達する。直線Ｈ上ではＳ＝
０であるので、フォーカシング追従偏差信号Ｅは（数
６）に従って直線Ｈ上を原点に向かい、最終的にフォー
カシング追従偏差信号Ｅは０になる。

【００７７】ここで、光ディスク装置に衝撃が加わり、
直線Ｈからはずれたとする。そのはずれた瞬間にＳ≠０
となるので、制御信号Ｕに大きさＭあるいは−Ｍの加重
信号が加重される。加重信号Ｍは衝撃の加速度よりも大
きな偏差抑制のための加速度をフォーカシングアクチュ
エータ１１に発生させる。その結果、フォーカシング追
従偏差信号Ｅは即座に直線Ｈ上に復帰し、フォーカシン
グ追従偏差信号Ｅが０に収束することとなる。

【００７８】この場合の可変構造制御手段１９を構成す
る図２の各ブロックの動作を説明する。

【００７９】まず、時刻ｔ０で、フォーカシング追従偏
差信号Ｅと追従偏差変化率推定値信号Ｅｄｏｔは（Ｅ
０，Ｅｄｏｔ０）であったとする。この時点ではＥ＜
０、Ｅｄｏｔ＜０である。積和演算回路２４は（数２）
の演算を行い、その結果、Ｓ＜０なる信号Ｓを出力す
る。掛算回路２５は、信号Ｓとフォーカシング追従偏差
信号Ｅの掛算を行い、その結果、ＳＥ＞０なる信号ＳＥ
を出力する。正負判別回路２６とゲイン選択回路２７は
信号ＳＥを受け、ゲインΨ１としてαを選択する。ま
た、掛算回路２８は信号Ｓと追従偏差変化率推定値信号
Ｅｄｏｔの掛算を行い、その結果、ＳＥｄｏｔ＞０なる
信号ＳＥを出力する。正負判別回路２９とゲイン選択回
路３０は信号ＳＥｄｏｔを受け、ゲインΨ２としてγを
選択する。正負判別回路３１はＳ＜０であるので信号ｓ
ｇｎ（Ｓ）として−１を出力する。掛算回路３２〜３４
と加算回路３５により（数３）の演算が行われ、制御信
号Ｕとして（数１７）が出力される。

【００８０】

【数１７】

【００８１】この制御信号Ｕによりフォーカシングアク
チュエータ１１が駆動されるとき、前述のように状態
（Ｅ，Ｅｄｏｔ）はベクトルIVの方向に推移する。軌道
Ｌはその後、直線Ｈに到達し、フォーカシング追従偏差
信号Ｅは０に収束する。したがって（数１５）で評価し
た全ての大きさの外乱振動について追従偏差を抑制でき
る。

【００８２】次に、本発明の一実施例によるフォーカシ
ングサーボの実際の効果を図４及び図５を参照して説明
する。

【００８３】図４は光ディスク１の面振れへの本発明の
一実施例の制御回路によるサーボの追従特性図であり、
図４（ａ）は光ディスク１の面振れの変位を示す図であ
る。この図４（ａ）は、光ディスク１が一回転２０ｍｓ
ｅｃで回転し、面振れ振幅が１３０μｍである場合を示
している。図４（ｂ）は図４（ａ）の光ディスク１の面
振れへの光点７のフォーカシング追従偏差信号Ｅの特性
図である。フォーカシング追従偏差信号Ｅは完全に抑圧
され、光点７は完全に光ディスク１の面に追従する。
尚、図４（ｃ）はこの場合における駆動電流Ｉの特性図
である。

【００８４】図１０に示したように従来の位相補償制御
によるフォーカシングサーボではフォーカシング追従偏
差信号Ｅを完全に抑圧することはできない。

【００８５】このように、本実施例の制御回路によるフ
ォーカシングサーボにより、理想的なサーボ性能を得る
ことができる。

【００８６】次に、本発明の一実施例による光ディスク
装置の耐震性の向上を、図１１の従来の光ディスク装置
を軽く落下させ衝撃を与えた場合と比較して説明する。

【００８７】図５（ａ）は光ディスク装置のベースに加
わった半波正弦波振動の時間−変位線図であり、図１１
（ａ）と同様である。図５（ｂ）は外乱振動が加わった
ときの本発明の一実施例の制御によりフォーカシングサ
ーボを行ったときのフォーカシング追従偏差信号Ｅの特
性図である。フォーカシング追従偏差信号Ｅは完全に抑
圧され、光点７は完全に光ディスク１の面に追従する。
尚、図５（ｃ）は駆動電流Ｉの特性図である。

【００８８】

【発明の効果】本発明によれば、高い周波数成分を持つ
衝撃などの外乱を受けても光点の光ディスク面へのフォ
ーカシング追従偏差を強力に抑制できる。したがって、
本フォーカスサーボ装置を用いれば、衝撃や振動が光デ
ィスク装置に加わっても針飛びを起こさない光ディスク
装置を構成でき、光ディスク装置の携帯使用や振動する
車内での使用が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例におけるフォーカスサーボ装
置の構成ブロック図

【図２】本発明の一実施例におけるフォーカスサーボ装
置の可変構造制御手段をアナログ演算装置で構成したブ
ロック図

【図３】本発明の一実施例におけるフォーカスサーボ装
置の（Ｅ，Ｅｄｏｔ）からなる状態平面図

【図４】（ａ）は本発明の一実施例におけるフォーカス
サーボ装置の光ディスクの面振れの変位を示す図 （ｂ）は本発明の一実施例におけるフォーカスサーボ装
置の光ディスクの面振れへの光点のフォーカシング追従
偏差信号の特性図 （ｃ）は本発明の一実施例におけるフォーカスサーボ装
置の駆動電流の特性図

【図５】（ａ）は本発明の一実施例におけるフォーカス
サーボ装置が組み込まれている光ディスク装置のベース
に加わった半波正弦波振動の時間−変位線図 （ｂ）は本発明の一実施例におけるフォーカスサーボ装
置により外乱振動が加わりフォーカシングサーボを行っ
たときのフォーカシング追従偏差信号の特性図 （ｃ）は本発明の一実施例におけるフォーカスサーボ装
置の駆動電流の特性図

【図６】従来のフォーカスサーボ装置が組み込まれる光
ピックアップ周辺の概略構成図

【図７】（ａ）は従来のフォーカスサーボ装置における
フォーカシング追従偏差検出方法として非点収差法を用
いたときの光点が記録面の手前の位置に合焦したときの
関係図 （ｂ）は従来のフォーカスサーボ装置におけるフォーカ
シング追従偏差検出方法として非点収差法を用いたとき
の光点が記録面に合焦しているときの関係図 （ｃ）は従来のフォーカスサーボ装置におけるフォーカ
シング追従偏差検出方法として非点収差法を用いたとき
の光点が記録面を通り越した位置に合焦したときの関係
図

【図８】従来のフォーカスサーボ装置のフォーカシング
偏差Ｓ字の説明図

【図９】従来のフォーカスサーボ装置におけるフォーカ
シングサーボ機構の構成ブロック図

【図１０】（ａ）は従来のフォーカスサーボ装置におけ
る光ディスクの面振れの変位の特性図 （ｂ）は従来のフォーカスサーボ装置のフォーカシング
追従偏差信号の特性図 （ｃ）は従来のフォーカスサーボ装置の駆動電流の特性
図

【図１１】（ａ）は従来のフォーカスサーボ装置が組み
込まれている光ディスク装置のベースに加わった半波正
弦波振動の時間−外乱振動特性図 （ｂ）は従来のフォーカスサーボ装置において外乱振動
が加わった場合の位相補償型コントローラの制御により
フォーカシングサーボを行ったときのフォーカシング追
従偏差信号の特性図 （ｃ）は従来のフォーカスサーボ装置の駆動電流の特性
図

【符号の説明】

１ 光ディスク ２ トラック ３ スピンドルモータ ４ 光ピックアップ ５ レーザ光 ６ 半導体レーザ ７ 光点 ８ 集光手段 ９ 反射光 １０ ４分割センサ １１ フォーカシングアクチュエータ １２ トラッキングアクチュエータ １３ キャリッジ １４ リニアアクチュエータ １５ ベース １６ 追従偏差検出手段 １７ サーボ補償手段 １８ 電流供給手段 １９ 可変構造制御手段 ２０ 追従偏差変化率推定手段 ２１ 係数信号発生手段 ２２ 制御信号発生手段 ２３ 微分回路 ２４ 積和演算回路 ２５ 掛算回路 ２６ 正負判別回路 ２７ ゲイン選択回路 ２８ 掛算回路 ２９ 正負判別回路 ３０ ゲイン選択回路 ３１ 正負判別回路 ３２ 掛算回路 ３３ 掛算回路 ３４ 掛算回路 ３５ 加算回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光点発生手段により発生された光点のフ
   ォーカス位置制御を行うフォーカスサーボ装置であっ
   て、駆動電流に応じて少なくとも前記光点発生手段の一
   部を駆動することにより光点のフォーカス位置を移動す
   るアクチュエータと、光点のフォーカス位置と所定の基
   準フォーカス位置の偏差を検出し追従偏差信号を出力す
   る検出手段と、追従偏差信号に基づいて偏差の時間変化
   率の推定値である追従偏差変化率信号を出力する追従偏
   差変化率推定手段と、追従偏差変化率信号及び追従偏差
   信号に基づいて推定された偏差の時間変化率よりも大き
   な時間変化率で偏差を打ち消す方向へ前記アクチュエー
   タを駆動させる制御信号を出力する制御信号発生手段
   と、制御信号に基づいて駆動電流を供給する電流供給手
   段とを備えたことを特徴とするフォーカスサーボ装置。
2. 【請求項２】 前記制御信号発生手段は、追従偏差変化
   率信号及び追従偏差信号に基づいて切換信号を出力する
   切換信号発生部と、切換信号及び追従偏差信号の積の値
   に応じて第１増幅率を変更する第１増幅率変更部と、切
   換信号及び追従偏差変化率信号の積の値に応じて第２増
   幅率を変更する第２増幅率変更部と、切換信号に基づい
   て加重信号の値を予め設定した所定の値に設定する加重
   信号値設定部と、追従偏差変化率信号を第１増幅率で増
   幅し、第１増幅信号を出力する第１増幅部と、追従偏差
   信号を第２増幅率で増幅した第２増幅信号を出力する第
   ２増幅部と、第１増幅信号、第２増幅信号及び加重信号
   を加算することにより制御信号を出力する制御信号発生
   部とを備えたことを特徴とする請求項１記載のフォーカ
   スサーボ装置。