JPH079704B2

JPH079704B2 - 光ディスク装置

Info

Publication number: JPH079704B2
Application number: JP60116906A
Authority: JP
Inventors: 広通石橋; 伸一田中; 亮輔清水; 誠桑本; 始山本
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1985-05-30
Filing date: 1985-05-30
Publication date: 1995-02-01
Anticipated expiration: 2010-02-01
Also published as: JPS61276130A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、光ディスク装置に関する。

従来の技術従来の光ディスク装置は例えば特開昭58−91536号公報
に示されているように第10図のような構造になってい
る。すなわち、１は発光手段並びに受光手段を含んだ固
定光学系であり基盤10上に設けられていることを特徴と
している。それより発せられた光はガルバノミラー２で
反射した後、対物レンズ４を経て光ディスク11上に結像
する。光ディスク11には光学的な手段により情報の読み
出しまたは書き込みができる記録層が形成されている。
ガルバノミラー２と対物レンズ４とは可動光学系30を構
成する。ただし対物レンズ４のフォーカスサスペンジョ
ンおよびフォーカス駆動機構の説明は省略する。可動光
学系30はリニアモーター50上に設けられ、リニアモータ
ー50は基盤10に取りつけられたガイド51に沿って光軸と
平行に直進運動する。

このように構成された従来例について以下その動作を説
明する。光ディスク11はスピンドルモーター（図示せ
ず。）にマウントされて回転運動を行なうが、マウント
時の誤差等によって100μｍ程度の偏心回転を生ずる。
トラックピッチは通常の光ディスクで２μｍ以下である
から、同一トラック上の信号を連続して処理するために
は自動トラック追従制御（トラッキング制御）を行なわ
なければならない。そこで対物レンズ４による結像（ス
ポット）がトラック中心よりずれた量を固定光学系１に
よって光学的に検出した後、電気信号に変換し（トラッ
キングエラー信号）、適当な位相補償を行なってからリ
ニアモーター50の駆動回路に加える制御ループを構成し
ている。トラッキング制御の追従性を良くするためには
サーボゲインを上げなければならないが、リニアモータ
ー50の機械共振あるいはガイド51とのガタ，静止まさつ
等が影響して来るので、リニアモータ50単体でのトラッ
キング制御は難しい。そこでガルバノミラー２を補助ア
クチュエーターとして用い、リニアモーターで追従でき
ない分を補正することによって全体的に追従性を良くし
ている。

発明が解決しようとする問題点しかし、このような構成のものでは以下に示す点におい
て問題が生じていた。

可動光学系が直線上を動くため、可動光学系30を加
速する際には、可動光学系30とリニアモーター50とを加
速する分だけ駆動力を与えなければならない。より速く
加速するためにはそれだけ大型のリニアモーターが必要
となり可動質量がさらに増すので、可動光学系の加速度
を容易に上げられない。このことは光ディスク中におけ
るトラックのランダムアクセス能力に限界があることを
意味する。当然、通常のトラッキングにおいても比較的
大きな電力を必要とする。

なめらかに動く直進駆動機構を作るのは技術的に困
難である。ガイド51にゴミが付着したり、表面が変質し
たりすると、動きにガタが出る。煙状の物体でも直径10
μｍはあるので、リニアモーター50は当然その程度のガ
タを伴いながらトラックに追従する。従ってそのときの
ガタもガルバノミラー２で吸収しなければならない。

ガルバノミラーでスポットを移動させる際問題となるの
は対物レンズ４に入射する光の周辺部分がケラレること
である。ケラレを少なくするためには対物レンズ４とガ
ルバノミラー２との間隔を極力小さくしなければなら
ず、そのためマグネットや駆動コイル等の駆動機構を有
す比較的質量の大きなガルバノミラー２を可動光学系30
の中へ入れなければならなくなり、その結合可動質量が
大きくなってしまう。

以上述べたように従来の構成では、可動部分の構造が大
型で複雑になるので、装置全体の規模も大きくなり、し
かもランダムアクセス時には敏速な動作が期待できない
といった欠点を有していた。

問題点を解決するための手段そして上記問題点を解決するための技術的手段は、対物
レンズを円弧状に動かす回動駆動手段と、発光手段なら
びに受光手段を具備した固定光学系と、ガルバノミラー
とを同一基盤上に設け、さらに前記回動駆動手段には互
いに平行に対向した２枚の反射面を有す光導波手段を設
け、前記固定光学系より発せられた光を、前記ガルバノ
ミラーで微小偏向し、前記回動駆動手段の回動軸心から
前記光導波手段を経て対物レンズに入射させる構成にし
たことにある。

作用こうしたことにより、機構的には、回動駆動方式の長所
である実質的な可動質量の低減および構成の小型・簡素
化を実現することができ、光学的には、回動方式の短所
である対物レンズの円弧状移動に伴うトラッキング特性
変化を生じさせなくすることができ、その結果、磁気デ
ィスク並の高速動作を安定なトラッキング動作を損なわ
ずして実現することができる。

実施例以下、本発明の一実施例を図面を用いながら説明する。
第１図（ａ）は本発明における光ディスク装置の一実施
例における上面図を表わし、同図（ｂ）はその正面図を
表わす。第１図において、１は固定光学系、２はガルバ
ノミラー（光路偏向手段）を、５は回動駆動手段を表わ
す。これらの構成要素は基盤10上に設けられている。さ
らに３は光導波手段、４は対物レンズを表わし、この２
つの構成要素は回動駆動手段５上に設けられている。フ
ォーカスアクチュエーター等を含む対物レンズ４の支持
機構はここでは図示していない。

以上述べた構成を持つ本実施例の動作は次のように説明
される。固定光学系１は従来例と同様、発光手段と受光
手段を有す。それより発せられた光はガルバノミラー２
で反射した後、回動駆動手段５の回動軸心に沿って進
む。さらに回動駆動手段５上に設けられた光導波手段３
内を進む対物レンズ４に入射して光ディスク11上に結像
する。回動駆動手段５を回動させると対物レンズ４は円
弧上を動く。その軌動を光ディスク11の半径方向にほぼ
一致させておけば、光ディスク11上のトラックをすべて
アクセスすることができる。このとき対物レンズ４は回
動駆動手段５と一体となって動くように設けられていな
ければならない。さらに、回動駆動手段５の回動に伴っ
て光導波手段３内の中心光軸がずれるものであってはな
らない。第２図に光導波手段３の一例とその作用を図示
する。3a,3bは光導波手段３の構成要素である反射面で
あり、これらは互いに平行に対向した状態で設けられて
いる。当然、反射面3a,3b,対物レンズ４相互の位置関係
は、回動にかかわらず不変である。

今、図中Ｅ方向から反射面3aを覗けば対物レンズ４は光
軸Ｌの延長線上に対物レンズの像４′として見ることが
できる。対物レンズ４を回動軸心Ｐの回りに回動させる
と、対物レンズの像４′は回動軸心Ｐの回りを回動す
る。ここで回動軸心Ｐと光軸Ｌとは一致しているので対
物レンズの像４′は単に自己の中心光軸を中心に回転し
ているように見える。すなわち回動によって光軸ずれは
起こらないのである。

さらに、図中Ｅ方向から対物レンズ４を通してトラック
Ｘを見ると、平行対向反射面3b、3aで２回反射した結果
平行写像されたトラック像Ｘ′が見える。この性質は対
物レンズ４のトラッキング位置に応じて変化する光導波
手段３の回動角に依存しないため、光ディスク11の内外
周すべてのトラックが同一方向に見えることになる。

以上のことから、平行に対向した反射面3a,3bによって
構成された光導波手段はただ単に光路長としてしか影響
しないことがわかる。従ってガルバノミラー２と対物レ
ンズ４と光ディスク11との光学的位置関係は等価的に第
３図で示されるように、第２図で示された光学系から実
質的に回動部分を取り除いたものと考えることができ
る。

その結果、固定光学系１に設けられた受光手段でトラッ
キング誤差信号を検出した場合、その検出特性（特にゲ
イン）が光導波手段３の回動角にかかわらず常に一定と
なる。さらに、受光手段で検出する場合のみならず、発
光手段から光ディスク11へ光ビームを照射する場合にお
いても、この回動不変の原則が成り立つ。ガルバノミラ
ー２の役割は、トラッキング制御を実行するために、対
物レンズ４によって光ディスク11上に集光したビームス
ポットを微小変位させることにあるが、ここで効果的な
トラッキングを行うためにはこのビームスポットをトラ
ックに対して垂直方向に変位させる必要がある。そのた
めには第２図に示されるようにガルバノミラー２に入射
する光の光軸Ｈをトラック写像Ｘ′と垂直にしておけば
よい。このとき、光ディスク内外周におけるトラックの
方向はほぼ一致しており、さらに光導波手段３の平行写
像効果によって、ガルバノミラー２による光ビームの変
位はそのまま平行に光ディスク11に伝わるから、トラッ
ク全周において、トラックと垂直にビームスポットを変
位させることができる。以下、ガルバノミラー２による
微小偏向とビームスポット位置の関係について第３図を
用いて説明する。ｌは光導波手段３中の光路を含んだガ
ルバノミラー２と対物レンズ４との間の実質的な光路長
である。Ｆは対物レンズ４の焦点距離である。第３図中
に印加されたガルバノミラー２の微小振れ角θｇとθｇ
に対する結像（スポット）の変位εａとの関係は光学的
考察によって εａ＝２θｇ（radian）×Ｆ＝0.035θｇ（degree）×Ｆ（１）と求められる。このときガルバノミラー２における反射
光２θｇ振れるため周辺部分にケラレが生じる。その量
ＫはＫ＝２θｇ（radian）×ｌ＝0.035θｇ（degree）×ｌ（２）となる。（１），（２）よりスポット移動量とケラレの
関係はとある。本実施例では光導波手段３が光路中に入ってい
るのでｌが従来例よりも長くなる。しかし、本実施例で
は次に示すようにεａを従来のものよりも小さくできる
ので、ケラレとしては従来例とさほど違わない。

以上、本実施例の光学的な動作を述べたが、ガルバノミ
ラー２と対物レンズ４との間の光路長が長いのを別にす
れば、回動する光学系を含んでいるにもかかわらず、従
来例で示した光学系と同等の特性が得られることがわか
る。本実施例が従来例に対して優れている点は、以下に
示されるような構造的な特徴による。

１つは本実施例においては対物レンズ４と光導波手段３
とを可動光学系30として回動駆動手段５で回動駆動する
ので、同加速度を得る場合、投入パワーが直進駆動のと
きに比べて少なくてすむ。リニア駆動の場合、可動光学
系の質量とリニアモーターの質量の和が実効可動質量と
して作用したが、回動駆動では慣性モーメントすなわち
可動体の質量と回動中心からの距離の２乗に比例したも
のが実効可動質量として働く。本実施例では回動駆動手
段５は回動中心付近に、対物レンズ４は中心から距離を
置いて設けてあるので、回動駆動手段５の実効可動質量
に対する影響は直進駆動の場合に比して極めて小さくな
る。最適設計をした回動駆動方式と、直進駆動方式とで
は、実効質量で前者は後者の1/3程度である。

回動駆動方式の今１つの長所は、回動支持機構を密閉構
造にすることができるため、ゴミ等が付着せず、従って
直進構造のものよりも円滑な動作を行なえる所にある。
その結果回動駆動手段５によるトラック追従性は良く、
ガルバノミラー２による追従範囲は従来例に比べて小さ
くても良い。そこで本実施例では既に述べたようにガル
バノミラー２を可動光学系30から離して基盤10上に設け
た。こうすることにより、可動光学系の軽量化がさらに
図られる。

回動駆動の機構上の欠点は直進駆動に比べて機械共振点
が低いことである。従って回動駆動手段５の追従性を良
くするため単にサーボゲインを上げたのでは系が不安定
になる。しかし、回動駆動手段５とガルバノミラー２と
を併用し、以下で述べる制御手法でもって系を構成すれ
ば、不安定になること無く、回動駆動手段５の追従性を
上げることができる。

第４図に本実施例で用いる制御系のブロック図を示す。
第５図において60は１次の低域通過フィルターでカット
オフ周波数_Ｌを持つ。61は回動駆動手段５を含む回動
系を表わし、２次の積分系で表記されている。resに
機械共振点を持つ。62は_P1と_P2で挾まれた周波数帯
の位相を進める１次の位相補償フィルターである。２は
ガルバノミラーであり、バネー質量系の周波数応答を有
す。カットオフ周波数はｇである。以上述べた４つの
構成要素の周波数特性をそれぞれG_L,Ga,G_P,Ggとする。

系全体のトラッキングエラー信号（TE）に対するオープ
ンループゲインはＧ＝G_L・Ga＋G_P・Gg （４）で与えられる。これを第５図に図示する。図から明らか
なように_Ｔより低い周波数帯域ではG_L・Gaすなわち回
動系61の制御系が主として作用し、_Ｔより高い周波数
帯域ではG_P・Ggすなわちガルバノミラー２の制御系が作
用する。

この制御系の特徴は次のように説明される。光ディスク
11の回転数をｏとし、そのときの偏心量をδとすると
系全体の追従誤差εｏはとなる。ただし、ｏ≪_Ｔとするそのうち回動系61の
追従誤差εａはで与えられる。すなわち偏心量δのうちδ−εａを回動
系61が打ち消し、εａ−εｏをガルバノミラー２が打ち
消し、その結果残差は δ−（δ−εａ）−（εａ−εｏ）＝εｏとなると考えても良い。（５），（６）をo,g,ａ
（|G_L・Ga|＝｜となるときの周波数），_Ｔ（G_L・Ga,G
_P・Ggのクロスオーバー周波数）を用いて表わせばとなる。ここでｇ＜_Ｔ＜_P1 （９）とする。なぜなら、回動系61の制御系とガルバノミラー
２の制御系とを安定に接続するためには、それらのゲイ
ン交点において１次で交わらせる必要があるからであ
る。（９）の条件下では、△G_L・Ga/△＝−60dB/dec,
△G_P・Gg/△＝−40dB/decであり、 △G_P・Gg/△G_L・Ga＝20dB/dec となり両者は１次で交差する。周波数_Ｔの外乱に対し
ては回動系61とガルバノミラー２が打ち消す残差の量は
供に等しい。ただし、前者は後者に対して90゜の位相遅
れを持つ。

トラッキング制御系全体のクロスオーバー周波数におい
ても位相遅れが180゜未満となるような位相マージンが
必要である。フィルター62はこれを実現するためのもの
で、周波数_P1,_P2で囲まれた領域の位相を進める働
きを成す。一例としてクロスオーバー周波数ｃは _P2＝10×_P1 （11）となるように設定する。

以下数値例を示す。トラッキング制御系の特性を表記す
るパラメーターを以下に示すように設定する。

ａ＝630Hz_Ｔ＝240Hz ｇ＝130Hz ｃ＝1.8kHz_P1 ＝570Hz_P2 ＝5.7kHz ｏ＝30Hz このときのトラッキング制御系の伝達特性は第６図に示
されるようになる。この数値例は先に述べた安定条件を
満たしている。

このトラッキング制御系における追随残差について考案
する。一例として偏心量（δ）100μｍをもつ光ディス
クが3000rpm（ｏ＝50Hz）で回転している場合を考え
る。制御系全体の追随残差εｏは（７）より εｏ＝0.05μｍと、求まる。さらに回動機構系61（粗トラッキング）の
追随残差は（８）より εａ＝３μｍと求まる。すなわちこの制御系は100μｍの偏心量を伴
いながら3000rpmで回転している光ディスクのトラック
に対して0.05μｍの精度で追随することができる。

回動系61の共振周波数resについて考える。回動系61
の制御系の周波数特性G_L・Gaは_Ｌ＝30Hzより高い周波
数では−60dB/decで急激に落ちている。＝3KHzではG_L
・Ga＝−40dB程度である。従って40dBを越えるような鋭
いＱを持つ共振系を回動駆動手段５が有している場合
は、この系では不安定となるが、たいていの場合共振の
ピークは40dBを越えることは無いので、res＝3KHz程
度の共振なら許容できると見て良い。さらに_Ｔ＝240H
z（クロスオーバー周波数）近傍の位相に影響を与えな
い程度であれば、_Ｈ＞_Ｔの周波数より低域通過フィ
ルターを入れ、回動系61の制御系のゲインを−80dB/dec
がそれよりも急な傾斜で落とすことにより、機械共振に
対する許容度をさらに上げることができる（第７図）。

次に、対物レンズ入射光のケラレについて考える。対物
レンズの焦点距離Ｆ＝4mm,光路長ｌ＝70mm,εａ＝３μ
ｍとすると（３）より対物レンズ４の開口半径ｒはNA＝0.5とするとｒ＝2mmで
あるからと、全開口面の2.6％がクラレることになるが、この程
度のケラレはさほど問題にはならない。_Ｔ＝240Hz近
傍の位相に影響を与えない程度にg_L＜ｇの周波数よ
りガルバノミラー制御系に低域を遮断するような高域通
過フィルターを挿入することによってεａをさらに小さ
くすることができる（第７図）。なぜならεａはガルバ
ノミラー制御系の回動系の制御系のゲインの比によって
決定されるからである（（６）式）。

以上、本実施例によれば対物レンズと平行対向反射面を有した光導波手段を
回動駆動することにより、光学特性を損なわずして実効
可動質量を小さくすることができ、回動支持であるため、回動系による追従誤差を数μ
ｍ以下にすることができ、回動駆動手段と、回動駆動手段外に設置されたガル
バノミラーとを並列に制御する制御方式を用いることに
より、実質的に第６図または第７図で示されるような高
いサーボゲインと広いサーボ帯域を持つ制御系を構成す
ることができ、その結果、磁気ディスク装置に匹敵するトラックアクセ
ス能力を持ち、高いディスク回転数に対しても良好なト
ラック追従動作が行なえる光ディスク装置を実現するこ
とができる。

次に本発明の他の実施例について述べる。第８図は本発
明の第２の実施例を表わす一部切欠斜視図である。第８
図において可動光学系30はトラッキングアーム31と、そ
の上に設けられた光導波手段３と、対物レンズ４と、上
記トラッキングアーム31と対物レンズ４とを連結するフ
ォーカスサスペンジョン40とでもって構成されている。
さらに光導波手段３は平行に対向した全反射面3a,3bを
持つ平行四辺形状プリズムによって構成されている。

このように構成された本実施例についてその作用を述べ
る。トラックアクセスの際、可動光学系30は急加速され
るのでトラッキング方向に対して十分な剛性を持ってい
なければならず、そのためトラッキング方向に偏平構造
を持ったトラッキングアーム31でもって可動光学系を補
強している。さらにフォーカスサスペンジョン40はフォ
ーカス方向に対しては十分な弾性が必要であり、従って
図示したような板バネでもって構成されている。

光導波手段３として平行四辺形プリズムを用いたのはガ
ルバノミラー２と対物レンズ４との間の実質的な光路長
を短かくするためである。すなわち平行四辺形プリズム
材質の屈折率をｎとした場合、平行四辺形プリズム中の
実質的な光路長はプリズムの長さの1/nとなるからであ
る。実質的に光路長が短縮されたことによって、ガルバ
ノミラー２の微小回動によるケラレはより少なくなる。

補助トラッキングをかける手段としては、必ずしもガル
バノミラーを用いなければならない必然性は無い。電気
信号によって微小角度光路を偏向できるものであれば何
んでも良い。第９図は本発明の第３の実施例を示す要部
構成図である。本実施例では光路偏向手段としてガルバ
ノミラーの替りに音響光学素子を用いる。音響光学素子
22には高周波信号源23より高周波信号が加えられている
とすると、固定光学系１より発して音響光学素子22を通
過した光は高周波信号源23の発振周波数に応じてその出
射角が微小変位する。高周波信号源23の発振周波数を外
部よりコントロールできるようにしておくと、音響光学
素子22を用いた光路変更手段をトラッキング制御ループ
の中に組み入れることができる。

発明の効果以上のように、本発明によれば、極めて簡素な構成で、
磁気ディスク装置に匹敵するトラックアクセス能力を持
ち、しかも光学的に安定なトラッキング動作を行う光デ
ィスク装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ），（ｂ）は本発明の一実施例を示す上面図
および正面図、第２図，第３図は本発明の一実施例にお
ける光学系の特徴を説明した斜視図、第４図は本発明の
一実施例における制御手段を表わすブロック図、第５
図，第６図，第７図はその周波数応答を表わす線図、第
８図は本発明の第２の実施例を表わす一部切欠斜視図、
第９図は本発明の第３の実施例を表わす要部構成図、第
10図は従来例を表わす構成図である。１……固定光学系、２……ガルバノミラー、３……光導
波手段、3a,3b……反射面、４……対物レンズ、５……
回動駆動手段、10……基板、11……光ディスク、30……
可動光学系、22……音響光学素子、60……１次低域通過
フィルター、61……回動系、62……１次の位相進み補償
フィルター。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者清水亮輔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)発明者桑本誠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)発明者山本始大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (56)参考文献特開昭57−189354（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−122630（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】対物レンズを円板状光記録媒体のほぼ半径
方向に沿って円弧状に動かして任意のトラックをアクセ
スする回動駆動手段と、発光手段ならびにトラッキング
誤差信号を検出する受光手段を有した光学系とを基盤に
設け、前記回動駆動手段に、前記対物レンズと、第１の
反射面と第２の反射面とが互いに対向して設けられた光
導波手段とを光軸に沿って順次一列に並ぶように設け、
さらに前記第２の反射面と前記光学系を光学的に結合さ
せた光ディスク装置であって、前記第１の反射面と前記第２の反射面とは互いに平行に
対向していることを特徴とし、さらに前記光学系より発
した光を微小角偏向させて前記光導波手段に入射させ、
前記対物レンズへ到達せしめる光路偏向手段を前記光学
系と位置不変に設けたことを特徴とする光ディスク装
置。
【請求項２】光導波手段は回動駆動手段の回動軸心と対
物レンズの中心光軸とを光学的に連結することを特徴と
し、光路偏向手段と前記光導波手段の間を往来する光の
光軸を、実質的に前記回動駆動手段の回動軸心とほぼ一
致させたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
光ディスク装置。
【請求項３】トラッキング誤差信号を用いて、回動駆動
手段と光路偏向手段とを並列に制御する制御手段を有し
たことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光ディ
スク装置。
【請求項４】光導波手段は平行に対向した第１の全反射
面と第２の全反射面を有す平行四辺形プリズムであるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光ディスク
装置。
【請求項５】制御手段は、トラッキング誤差信号を、一
次の低域通過フィルターを通して回動駆動手段に加える
第１の制御系と、上記トラッキング誤差信号を、fp₁＜f
_P2であるカットオフ周波数f_P1およびf_P2で挟まれた周波
数帯域の位相を進める１次の位相進み補償フィルターを
通して光路偏向手段に加える第２の制御系とで構成さ
れ、前記第１の制御系は500Hz程度またはそれ以上の周
波数でゲインがゼロとなり、前記光路偏向手段の周波数
応答特性はカットオフ周波数がfgである２次低域通過特
性で表記され、しかもfgは100Hz以上であり、さらに、
第１の制御系と第２の制御系の周波数応答の交差する所
の周波数f_Tは fg＜f_T＜fp₁ であることを特徴とした特許請求の範囲第３項記載の光
ディスク装置。