JPS61276130A - 光デイスク装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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−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−２と対物レンズ４とは可動光学系３ｏを構成す
る。ただし対物レンズ４のフォーカスサスペンシランお
よびフォーカス駆動機構の説明は省略する。可動光学系
ｓｏｂリニアモーター６０上に設けられ、リニアモータ
ー６０は基盤１０に取りつけられたガイド６１に沿って
光軸と平行に直進運動する。

このように構成で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１ｏ。

μｍ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、電気信号に変換しく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６０の機械共振ある
いはガイド６１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６ｏ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−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τ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３ｏとＩＪ　＝アセ−ター
６ｏ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
久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
１０μｍはあるので、リニアモーター６０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−２で吸収しなければならな
い。

ガルバノミラ−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シランること
である。シランを少なくするためには対物レンズ４とガ
ルバノミラ−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タラ−２を可動光学系３０
の中へ入れなければならなくなり、その結果可動質量が
天衣くなってしまう。

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に、対物
レンズを円弧状に動かす回動駆動手段と、固定光学系と
、光路偏向手段とを同−基盤上に設け、前記固定光学系
より発せられた光は、前記光路偏向手段で反射された後
前記回動駆動手段の回動軸心に沿って進み、前記回動駆
動手段上に設けられた光導波手段を経て対物レンズに入
射する構成にしたことにある。

作用 こうしたことにより、実質的な可動質量を従来例に比べ
て軽くすることができ、構成も小型・簡素になる。その
結果、磁気ディスク並の高速動作を容易に実現すること
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（ＩＬ）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−を、６は回動駆動手段を表わす。これらの構
成要素は基盤１ｏ上に設けられている。ざらに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６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−２
で反射した後、回動駆動手段６の回動軸心に沿って進む
。さらに回動駆動手段Ｓ上に設けられた光導、波手段３
内を進み対物レンズ４に入射して光ディスク１１上に結
像する。

回動駆動手段６を回動させると対物レンズ４は円弧上を
動く。その駆動を光ディスク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６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６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。３１Ｌ、ｓ
ｂＨ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３＆。

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３！Ｌを覗けば対物レンズ４
は光軸り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と光軸りとは一致しているので
対物レンズの像４′ハ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、対物レンズ４を通しτ見た物体Ｘの像Ｘ′は物
体Ｘと平行に写し出される。これは平行対向反射面の光
学的な特徴の１つである。詳細については省略する。

以上のことから、平行に対向した反射面３＆。

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
−２と対物レンズ４と光ディスク１１との光学的位置関
係は等測的に第３図で示されるようになる。ｅは光導波
手段３中の光路を含んだガルバノミラ−２と対物レンズ
４との間の実質的な光路長である。ｙＨ対物レンズ４の
焦点距離である。第３図中に印されたガルバノミラ−２
の微小振れ角θｅ　と０７に対する結像（スポット）の
変位ε乙　との関係は光学的考察によってε、＝２θｇ
（ｒａｄｉｌＬｎ）　Ｘ　Ｆ：０．Ｏ３５θｇ　（ｄａ
ｇｒｅｅ）　Ｘ　Ｆ　　　（１）と求められる。このと
きガルバノミラ−２における反射光が２θｇ振れるため
周辺部分にクランが生じる。その量には に＝２θｇ　（ｒａｄｉａｎ）　Ｘ　（１＝　Ｑ、Ｏ３
５０ｇ　（ｄａｔｒｅｅ）　ｘ　ｅ　　　　（２）とな
る。（１）　、　（２よりスポット移動量とクランの関
係は となる。本実施例では光導波手段３が光路中に入ってい
るのでｅ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、クラン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、ガルバノば
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、従来例で示した光学系と同等の性能が得られるこ
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６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であるので、回
動駆動手段６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。最適設計をしだ回動駆
動方式と、直進駆動方式とでは、実効質量で前者は後者
の狛程度でおる。

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６によるトラック追従性は良く、
ガルバノミラ−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−２
を可動光学系３０から離して基盤１ｏ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６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６とガルバノミラ−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６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Ｊ’Ｌ　を持つ。６１は回動駆動手段６を
含む回動系を表わし、２次の積分系で表記されている。

ｆＴｅｓ　に機械共振点を持つ。６２はｆＰ　＋とｆｐ
２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−であり、バネ−質
量系の周波数応答を有す。カットオフ周波数はｆｇ　　
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ｃｔＬ　、’＋σＮ　＋　’Ｐ　　＋　’ｇとする
。

系全体のトラッキングエラー信号（ＴＩＣ）に対する応
答は Ｇ　＝　ＧＬ　１１Ｇａ　＋　Ｇｐ　ｌｌＧｇ　　、　
　　　　　（４）で与えられる。これを第６図に図示す
る。図から明らかなようにｆＴ　　よシ低い周波数帯域
ではＧＬ・ＧＩ＆すなわち回動系６１の制御系が主とし
て作用し、ｆＴ　　より高い周波数帯域ではＧｐ　ｅ　
（：ｚｇすなわちガルバノミラ−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
１１０回転数をｆｏ　とし、そのときの偏心量をδとす
ると系全体の追従誤差ε０は（＠ となる。ただし、ｆｏ　＜＜　ｆＴ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ａ−εａを回動
系６１が打ち消し、εａ−ε０をガルバノミラ−２が打
ち消し、その結果残差は δ−（δ−εａ）−（εａ−ε０） ＝　　６０ となると考えても良い。（５）　、　（６）をｆｏ　、
　ｆｇ　、　ｆａ（回動系８１のみに制御をかけたとき
のゲイン交点における周波数）　、Ｊ’Ｔ　　（Ｇｔ、
−Ｇａ　＋　Ｇｐ−Ｇｇのクロスオーバー周波数）を用
い℃表わせばとなる。ここで ｆｇ　＜　ｆＴ＜　ｆＰ１（９） とする。なぜなら、回動系６１の制御系とガルバノミラ
−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、△ＣｒＬＧＢ７’Δｆ＝−６
０ｄＢ／ｄａｃ、ΔＧｐ　ｅＧ、ｇ　／　△ｆ＝・−４
０ｄＢ／ｄｅｃ　であり、 ｂ、　Ｇｐ　−Ｇｇ／　ΔＧＬ　ｌｌＧ＆　＝　２０　
ｄ、Ｂ／ｄｅｃとなり両者は１次で交差する。周波数Ｊ
’Ｔ　の外乱に対しては回動系６１とガルバノミラ−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。

Ｇｐ　、　Ｇ、とＣ＝Ｏとのゲイン交点も１次系である
必要がある。従って、ｆＰ１＜　ｆｃ＜　ｆＰ２でなけ
ればならないが、一般的にｆｐ＋　＋　ｆＧ＋　ｆＰ２
　の関係は ｆｃ、＝μ＝扇　　　　　　（１ｏ） 以下数値例を示す。ｆに、　＝　５０　Ｈｚ（３０００
ｒｐｍ）。

δ＝１ｏＯμｍとしτ、トラッキング残差ε０≦０．０
５μｍ回動駆動手段追従誤差εａ≦３μｍ　となる制御
系を設計する。

（７）より 回動系６１による追従残差ε４を３μｍ以内にするため
にはｆ、、ｆＴは（８）より ＝：４．１７×１０６（Ｈｚ’　） （９）より ｆ、！　＝２４０（Ｈ２） ｆ　ｇ　＝　１３２　（Ｈｚ　） とする。

ｆｐ２／Ｌ、＝１０　　　　　　　　　　（１１）とな
っていることが望ましい。ｆ、、ｆ２ＬよりｆｃｓｆＰ
＋Ｊｐｚ　　は失定される。すなわちと表わされる。

ざらにｆｃはｆａ−６３０１−ｈ　、　ｆＴ＝　２．’
ｒＯＨｘＱすｆ（−＝　１．８２　　（ＫＨｚ） （１０）、（１１）　　よシ ｆＰ１＝　５７０　　（Ｈｚ） ｆｐ２＝　５−７　　　（Ｋ　Ｈｚ） 以上の結果は（９）の条件を満たす。

八≦ｆｏ　　　　　　　　　　　　　　（１３）であれ
ば良いので ｆＴ、＝３０　　（Ｈｚ） としておく。以上の結果を第６図に図示する。

回動系６１の共振周波数ｆＴｅｓについて考える。

回動系６１の制御系の周波数特性Ｇｔ、−Ｇａ　ｌ”Ｅ
　ｆＬ＝３０Ｈｚ　　より高い周波数では−ａ　□　ｄ
Ｂ／ｄｅｃで急激に落ちティる＊ｆ＝３ＫＨｚ　　では
ＧＬ−ＧＩＬ＝−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６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Ｈ４ｏｄＢ’ｌｉ＝越えることに
無いので、ｆＴｅｓ　＝　３　Ｋ　Ｈｚ程度の共振なら
許容できると見て良い。さらにｆＴ＝２４０Ｈｚ（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１．７’Ｈ＞　ｆＴ　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−８０ｄ
　Ｂ／ｄｅｃか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クランについて考える。対物
レンズの焦点距離７＝４ｍ、光路長ｅ＝７０ｍ、ε、＝
３μｍとすると（３）より＝６３〔μｍ〕 対物レンズ４の開口半径ｒ　ｉｊ　Ｎム＝０．６とする
とｒ＝２１Ｂであるから に −：　２．６　（チ〕 と、全開口面の２．６チがクランることになるが、この
程度のクランげさほど問題にはならない。

ｆＴ＝２４０Ｈｚ近傍の位相に影響を与えない程度にｆ
ｑｂ＜ｆｇ　　の周波数よりガルバノミラ−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−制御系と回動系の制
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 ■　回動駆動方式の採用により、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、 ■　ガルバノミラ−と回動系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％−ｊ）ラッキングアーム３
１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ション４ｏ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３２Ｌ、
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に急加速さ
れるのでトラッキング方向に対しτ十分な剛性を持つて
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ション４０
げ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−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−２の微小回動によるクランはより少なくなる
。

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−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。本実施例でに光路偏向手段としてガルバ
ノはラ一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よシ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２
２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−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Φ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つ
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（＆）、（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６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１
０図は従来例を表わす構成図である。 １・・・・・・固定光学系、２・・・・・・ガルバノば
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、３ｏ・・・・・・可動光学系、２２・
・・音響光学素子、８０・・・・・・１次低域通過フィ
ルター、８１・・・・・・回動系、６２・・・・・・１
次の位相進み補償フィルター。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
面　　　　（（Ｌ） 第２図 Ｘ′ 第５図 丘 土ｒＣ５ ；　　３　　　ミ　　　；　　　ａ 第　８　図 第９図

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）対物レンズを円板状記録媒体のほぼ半径方向に沿
   って円弧状に動かす回動駆動手段と、発光手段並びに受
   光手段を有す固定光学系と、前記固定光学系より発した
   光を微小角偏向させて前記回動駆動手段の対物レンズへ
   到達せしめる光路偏向手段とを有してなり、前記回動駆
   動手段が載置されている基盤に対して位置不変に、前記
   光路偏向手段が載置されていることを特徴とする光ディ
   スク装置。
2. （２）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光導波手段を有し、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。
3. （３）固定光学系より得られるトラッキング誤差信号で
   もって、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。
4. （４）光導波手段は平行に対向した２つの反射面によっ
   て構成された特許請求の範囲第２項記載の光ディスク装
   置
5. （５）光導波手段は平行に対向した２つの全反射面を有
   す平行四辺形状のプリズムで構成された特許請求の範囲
   第４項記載の光ディスク装置。
6. （６）制御手段は、固定光学系より得られるトラッキン
   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、ｆ＿Ｐ＿１＜ｆ＿Ｐ＿２であるカットオフ周波
   数ｆ＿Ｐ＿１およびｆ＿Ｐ＿２で挾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、上記第
   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ｆ＿ｇである２次低域通過
   特性で表記され、しかもｆ＿ｇ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特
   性の交差する所の周波数ｆ＿Ｔは ｆ＿ｇ＜ｆ＿Ｔ＜ｆ＿Ｐ＿１ 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。