WO2007132911A1 - 位置決め制御装置、及び、光ディスク装置 - Google Patents

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WO2007132911A1
WO2007132911A1 PCT/JP2007/060095 JP2007060095W WO2007132911A1 WO 2007132911 A1 WO2007132911 A1 WO 2007132911A1 JP 2007060095 W JP2007060095 W JP 2007060095W WO 2007132911 A1 WO2007132911 A1 WO 2007132911A1
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WO
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natural vibration
frequency
filter
optical disk
positioning control
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PCT/JP2007/060095
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English (en)
French (fr)
Inventor
Masashi Kubota
Hisaya Niizawa
Original Assignee
Nec Corporation
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • G11B7/08—Disposition or mounting of heads or light sources relatively to record carriers
    • G11B7/09—Disposition or mounting of heads or light sources relatively to record carriers with provision for moving the light beam or focus plane for the purpose of maintaining alignment of the light beam relative to the record carrier during transducing operation, e.g. to compensate for surface irregularities of the latter or for track following
    • G11B7/0946—Disposition or mounting of heads or light sources relatively to record carriers with provision for moving the light beam or focus plane for the purpose of maintaining alignment of the light beam relative to the record carrier during transducing operation, e.g. to compensate for surface irregularities of the latter or for track following specially adapted for operation during external perturbations not related to the carrier or servo beam, e.g. vibration
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • G11B7/08—Disposition or mounting of heads or light sources relatively to record carriers
    • G11B7/09—Disposition or mounting of heads or light sources relatively to record carriers with provision for moving the light beam or focus plane for the purpose of maintaining alignment of the light beam relative to the record carrier during transducing operation, e.g. to compensate for surface irregularities of the latter or for track following
    • G11B7/0908—Disposition or mounting of heads or light sources relatively to record carriers with provision for moving the light beam or focus plane for the purpose of maintaining alignment of the light beam relative to the record carrier during transducing operation, e.g. to compensate for surface irregularities of the latter or for track following for focusing only

Definitions

  • the present invention relates to a positioning control device, and more particularly to a positioning control device that causes a moving member to follow a target position of a target member.
  • the present invention also relates to an optical disc apparatus, and more particularly, to an optical disc apparatus having a control mechanism for causing a laser focused beam spot to follow a target position of an information recording layer or an information recording track of an optical disc medium.
  • Optical disc apparatuses that record and reproduce information by irradiating a laser beam to an optical disc medium that is a disc-shaped information carrier are widely used.
  • a focus follow-up control that performs high-precision focus control in response to surface deflection of an optical disc medium and a track that performs high-precision follow-up control of a laser focused beam spot to an information recording track for recording / reproducing information.
  • follow-up control is performed.
  • the information recording density of optical disk media has been increased and the information recording / reproducing speed has been increased (high speed), and more accurate control is required for these tracking controls.
  • the laser light source has a shorter wavelength and the information recording track for recording / reproducing information has become narrower.
  • ⁇ This is because it is necessary to perform tracking control of the laser focused beam spot with high accuracy for reproduction.
  • the focus tracking accuracy and track tracking accuracy required by the physical standard of HD DVD (High Density DVD) using a blue-violet laser as the laser light source reach 80 nm or less and 14 nm or less, respectively.
  • the acceleration speed of the optical disk medium itself to be position-tracked is necessary for stable information recording / reproduction.
  • a positioning control device with higher follow-up performance in response to increased fluctuations is required. The inventor conducted the following analysis on such a positioning control device.
  • the loop gain of the positioning control system is increased, and the response frequency band of the control loop is increased. By making it higher, the following accuracy and performance can be improved.
  • the characteristics of the drive mechanical system that drives the moving member there is a problem that sufficient accuracy and performance cannot often be secured.
  • a method for compressing an error by using a surface fluctuation of a disc-shaped information carrier or a regularity of a position variation of a recording track can be considered. That is, since the vertical movement of the disk surface of the optical disk medium or the position fluctuation of the disk track is caused by the rotation of the optical disk medium, these components are mainly synchronized with the rotation of the optical disk medium.
  • the moving member laser light collection beam spot with respect to the target member can be obtained by using the positional deviation signal before one or several rotations. Can be improved.
  • the vertical movement of the disk surface or the position variation of the disk track does not necessarily include only the component synchronized with the rotation of the disk, but there is also a component asynchronous with the rotation of the disk. It becomes a hindrance to the tracking accuracy and performance of the control system.
  • the vertical movement and position fluctuation of the disk surface asynchronous to the disk rotation, the fluctuation caused by the natural vibration of the target member caused by the vibration mode of the optical disk medium caused by the disturbance force acting on the optical disk medium.
  • Patent Document 1 and Patent Document 2 described above is effective for position fluctuations synchronized with the rotation of the disk-shaped information carrier, but is not synchronized with rotation of the disk-shaped information carrier. For these components, there is a problem that it is difficult to improve the followability of the moving member and the followability is deteriorated. Summary of the Invention
  • the present invention solves the above-described problems of the prior art, and even when the natural vibration is generated in the disk-shaped target member due to disturbance or the like, and the variation in the target position of positioning increases, It is an object of the present invention to provide a positioning control device that can follow the target position of the target member well.
  • An object of the present invention is to provide an optical disc apparatus capable of following the above.
  • a positioning control device is a positioning control device that causes a moving member to be positioned to follow a target position of a disk-shaped target member, the target position and the movement
  • a position error detector that detects a relative position error with respect to a member and outputs it as a position error signal, and a filter that passes the position error signal; And a filter that amplifies and outputs a signal component in the vicinity of the natural vibration frequency of one mode, and driving means that drives the moving member based on the output of the filter.
  • a positioning control device is a positioning control device that causes a moving member to be positioned to follow a target position of a disk-shaped target member, the target position and the movement
  • a position error detector that detects a relative position error with a member and outputs it as a position error signal, and estimates a natural vibration frequency of at least one mode selected from the natural vibration modes of the target member.
  • a driving means for driving the moving member is provided.
  • the optical disk apparatus of the present invention is an optical disk apparatus that records and reproduces information by irradiating a focused beam spot on an optical disk medium, and the information recording layer or information recording track of the optical disk medium and the light focusing
  • a position error detector that detects a relative position error with respect to the beam spot and outputs it as a position error signal, and a natural vibration mode of the optical disc medium
  • a frequency estimator that estimates and outputs the natural vibration frequency of at least one mode selected from the above, and a filter that passes the position error signal, and is in the vicinity of the natural vibration frequency output by the frequency estimator.
  • a driving means for driving the focused beam spot based on the output of the filter.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a part of an optical disk device including a positioning control device according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing various natural vibration modes in an optical disk medium.
  • FIG. 3 is a table showing the vibration frequency of each natural vibration mode shown in FIG.
  • FIG. 4 is a graph showing the relationship between the rotation frequency of the optical disk medium and the natural vibration frequency in each natural vibration mode.
  • FIG. 5 is a block diagram showing a positioning control system.
  • FIG. 6 A and 6B are Bode diagrams showing filter characteristics.
  • FIG. 7 A and 7B are Bode diagrams showing the frequency characteristics of a round transfer path of the positioning control system.
  • FIG. 8 A and 8B are Bode diagrams showing compression characteristics of relative position errors of the positioning control system.
  • FIG. 12 is a block diagram showing a part of an optical disk device including a positioning control device according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a graph showing the relationship between the thickness of the optical disk medium and the natural vibration frequency.
  • FIG. 14 is a waveform diagram showing operation waveforms of respective parts during thickness measurement.
  • FIG. 15 A and 15B are Bode diagrams showing characteristics of a filter.
  • FIG. 16 A and 16B are Bode diagrams showing frequency characteristics of one-round transmission paths of the positioning control system.
  • FIG. 17 A and 17B are Bode diagrams showing compression characteristics of relative position errors of the positioning control system.
  • FIG. 18 is a graph showing the relationship between the thickness of the optical disk medium and the natural vibration frequency.
  • FIG. 1 shows a part of the configuration of an optical disc apparatus including a positioning control apparatus according to a first embodiment of the present invention.
  • the optical disc apparatus 100 includes a position error signal calculation circuit 105, an A / D converter 107, a filter 108, a stabilization compensator 109, a D / A converter 110, a drive amplifier 111, an optical head 115, a spindle motor 117, and a filter coefficient setting circuit. 121, a rotation period detection circuit 122, and a spindle motor controller 123.
  • the optical head 115 includes a photodetector 104, a focus actuator 112, an objective lens 113, and a laser light source 114.
  • the photodetector 104, the position error signal calculation circuit 105, and the AZD converter 107 include a positioning target position Xi of the optical disc medium 101 that is a target member, and a laser beam collection beam spot (a combination of laser beams) that is a moving member.
  • the stabilization compensator 109, the DZA converter 110, the drive amplifier 111, and the focus actuator 112 constitute a drive unit that displaces the position of the laser focused beam spot 103.
  • the driving means, the position error detector, and the filter 108 are used to cause the position of the laser light collection beam spot 103 to follow the information recording layer 102, which is the target position for positioning the optical disc medium 101.
  • a control system is configured.
  • the optical disc medium 101 is a single-sided single-layer optical disc medium conforming to, for example, the HD DVD standard, and has a disk-like shape with a nominal diameter of 120 mm and a nominal thickness of 1.2 mm. . It has a structure in which two substrates made of 6mm polycarbonate are bonded together.
  • a protective film, a phase change recording film, and a reflective film are laminated in the case of a recording optical disc medium.
  • a reflective film and a protective film are laminated on information pits formed on the substrate.
  • the phase change of the information recording layer 102 The position of the recording film and the position of the information pit are the target positions for positioning. This positioning target position changes in the direction of the optical axis 116 due to surface vibration or natural vibration of the optical disc medium 101.
  • the laser beam output from the laser light source 114 is converged by the objective lens 113 and irradiated onto the optical disk medium 101.
  • a blue-violet semiconductor laser having a wavelength of 405 nm is used for the laser light source 114.
  • the NA (numerical aperture) of the objective lens 113 is 0.65.
  • the laser focused beam spot 103 is displaced by driving the objective lens 113 in the optical axis direction 116 of the laser beam by the focus actuator 112.
  • the return light signal from the optical disk medium 101 is converted into an electric signal by the photodetector 104 via the objective lens 113 and input to the position error signal calculation circuit 105.
  • the position error signal calculation circuit 105 generates a force error signal 106 representing a relative position error in the optical axis direction 116 between the laser focused beam spot 103 and the information recording layer 102 from the output signal of the photodetector 104. Extract and output.
  • a knife edge method, an astigmatism method, or the like is generally used for detection of the focus error signal 106.
  • the photodetector 104 outputs a signal corresponding to focus error signal detection by, for example, a knife edge method.
  • the focus error signal 106 output from the position error signal calculation circuit 105 corresponds to a relative position error Xe between the position Xo of the laser focused beam spot 103 and the position XI of the information recording layer 102.
  • the focus error signal 106 is converted into a digital signal by the AZD converter 107 and then output to the filter 108.
  • the filter 108 receives the focus error signal 106 converted into a digital signal by the AZD converter 107 and outputs the focus error signal 106 to the stability compensation device 109.
  • the filter 108 amplifies and outputs a component in the vicinity of the natural vibration frequency of at least one natural vibration mode selected from the natural vibration modes of the optical disc medium 101 of the focus error signal 106.
  • the filter coefficient of the filter 108 is controlled by a filter coefficient setting circuit 121 described later. It is.
  • the stability key compensator 109 performs gain adjustment processing and phase compensation processing on the output of the filter 108.
  • the output signal of the stability compensator 109 is converted to an analog signal by the DZA converter 110 and then output to the drive amplifier 111.
  • the drive amplifier 111 amplifies and outputs the output signal of the DZA converter 110 and drives the focus actuator 112 in the optical axis direction 116.
  • the optical disk medium 101 is clamped on the spindle motor 117.
  • the spindle motor 117 rotates the optical disc medium 101 around the spindle motor rotation shaft 119 at a predetermined rotation speed (cycle) in a predetermined rotation direction.
  • the hall sensor 118 attached to the spindle motor 117 outputs a rotation angle pulse signal (FG signal) 120 corresponding to the rotation angle of the spindle motor 117, in other words, corresponding to the rotation angle of the optical disc medium 101.
  • the hall sensor 118 outputs a pulse signal of 18 cycles per rotation of the spindle motor 117 as the FG signal 120.
  • the spindle motor controller 123 controls the rotation of the spindle motor 117 so that the cycle of the FG signal 120 becomes a predetermined cycle.
  • the rotation period detection circuit 122 receives the FG signal 120, counts the time interval of every 18 periods of the FG signal 120 with a clock signal and a counter circuit (not shown), and information on the number of rotations of the optical disc medium 101 Is output to the filter coefficient setting circuit 121. However, in an initial state such as immediately after the optical disk device 100 is turned on, the rotation period detection circuit 122 outputs “the number of rotations 0 ⁇ to the filter coefficient setting circuit 121.
  • the filter coefficient setting circuit 121 is a rotation period detection circuit. Based on the rotation speed information output from 122, the natural vibration frequency of the optical disc medium 101 is estimated and output to the filter 108, and the coefficient of the filter 108 is set, and the filter coefficient setting circuit 121 changes the rotation speed information. Each time, the coefficient of the filter 108 is sequentially changed based on the changed rotation number information.
  • optical disk medium that conforms to the physical standards of HD DVD, DVD (Digital Versatile Disk), and CD (Compact Disc) as an optical disk medium.
  • Optical disk media conforming to this physical standard is a hollow medium with a nominal diameter of 120 mm, a nominal inner diameter of 15 mm, and a nominal thickness of 1.2 mm. It has a disc shape and is mainly composed of polycarbonate.
  • the optical disk medium has the natural vibration mode shown in FIG.
  • the natural vibration mode of the optical disk medium shown in the figure is excited by external vibration or impact applied to the optical disk apparatus even when the optical disk medium is not rotating.
  • the center of gravity of the optical disk medium itself is unbalanced, the unbalanced force generated around the rotation axis of the spindle motor, the frictional force between the optical disk medium and air, etc.
  • the tracking performance of the laser focused beam spot decreases due to the natural vibration of the excited optical disk medium.
  • FIG. 3 shows the vibration frequencies of the natural vibration modes shown in FIG. However, Fig. 3 shows the natural vibration frequencies when the optical disk medium is not rotating. If the optical disk medium has only the primary natural vibration mode such as the (0, 1) mode or (1, 1) mode, its natural vibration frequency is low, so it is not necessary to widen the control band of the positioning control system. Also,
  • FIG. 4 shows the relationship between the rotation frequency of the optical disk medium and the natural vibration frequency. This figure shows the change of the natural vibration frequency with respect to the rotation frequency of the optical disk medium in the natural vibration mode from (2, 1) mode to (7, 1) mode shown in FIG.
  • the rotational frequency of an optical disk medium varies depending on the operation status of the optical disk apparatus.
  • the linear velocity of the information recording position of the optical disk medium is almost constant.
  • the rotational frequency of the optical disk medium changes by a factor of about 2 due to the change in the radial position of the laser focused beam spot in the optical disk medium.
  • the rotation frequency of the optical disk medium is almost constant, the rotation frequency is constant, but depending on the quality of the recorded / reproduced information, the information is recorded / reproduced.
  • the speed of rotation of the optical disk medium changes when the operation is performed with the double speed setting changed.
  • the maximum number of revolutions is limited to about lOOOOrpm due to the mechanical strength of optical disk media.
  • Figure 5 shows a block diagram of the positioning control.
  • the target position of the target member 201 corresponding to the optical disk medium 101 in FIG. 1 is XI
  • the displacement (movement amount) of the moving member 203 corresponding to the laser focused beam spot 103 in FIG. 1 is Xo.
  • These are input to the subtractor 205.
  • the transfer characteristic of the system from the moving amount Xo of the moving member to the position error signal Xe is normalized by 1 for the sake of simplicity.
  • the drive unit 211 corresponds to the stability compensation unit 109, the D / A converter 110, the drive amplifier 111, and the focus actuator 112 shown in FIG. 1, and drives the moving member 203.
  • the filter 208 corresponds to the filter 108 in FIG. 1, and represents the transfer function of the filter 208 by F (s), where s is a Laplace operator.
  • 0 (a, b) Indicates the natural frequency (Hz) of each natural vibration mode illustrated.
  • the above equation 1 is an infinite series product and cannot be realized as it is. However, in practice, it is not necessary to improve the tracking performance of the positioning control system for all natural vibration modes. By increasing the tracking performance with respect to the mode, a practically sufficient effect can be obtained.
  • the dominant vibration modes are (2, 1) mode, (3, 1) mode, and (4, 1) mode shown in FIG. It was determined in advance by comparing the power spectrum of the vibration amplitude of the optical disk medium measured with the laser Doppler vibrometer, and positioning control was applied to these three natural vibration modes. In this case, the above formula 1 is transformed into the following formula 2.
  • the filter 208 having the transfer function F (s) defined by the above equation 2 can be realized as a finite-order filter.
  • this transfer function F (s) the natural vibration frequency of the numerator polynomial and the denominator polynomial is made equal to the natural vibration frequency of the optical disk medium as the target member 201, and ⁇ n (a, b)> ⁇ d (a b)
  • the filter 208 includes components in the vicinity of the natural vibration frequency of the three preselected natural vibration modes of the optical disk medium. Each is amplified and output. Therefore, by appropriately determining the frequency characteristics of the driving means 211 so that the control system of FIG. 5 including the filter 208 is stable, this positioning control mechanism allows the target member 201 asynchronous with the rotation of the disk-shaped information carrier. The followability of the moving member 203 can be improved with respect to the position variation component.
  • the filter 208 of the above formula 2 is a filter for improving the tracking performance of the positioning control with respect to the natural vibration of the optical disk medium when the optical disk medium rotates!
  • Equation 2 can be modified as shown in Equations 3-1 and 3-2 below. Good.
  • f is the rotation frequency (Hz) of the optical disk medium
  • C is s l (a, b)
  • f and f ⁇ are approximately equal.
  • the center frequency that improves the tracking control tracking performance changes according to the rotation frequency of the optical disk medium. Therefore, by using the filter 208 of such a transfer function F (s), the tracking performance of the positioning control is improved even with respect to the natural vibration of the optical disk medium when the optical disk medium as the target member 201 is rotating. it can.
  • the transfer characteristic P (s) of a system in which the focus actuator 1 1 2 and the drive amplifier 1 1 1 are connected in series in the optical disc apparatus 100 of the present embodiment is approximated by the following equation 4. it can.
  • the transfer function C (z) of the stability compensator 109 is expressed by the following equation (5).
  • Equation 5 z represents the advance operator, and Z [] represents the Z transformation with 0th-order hold.
  • the sampling frequency for Z conversion was 4 X 10 5 Hz.
  • Equation 3-1 The transfer function F (s) of the filter 108 is the above Equation 3-1. However, since the filter 108 is a digital signal filter, Equation 3-1 is
  • the filter coefficient setting circuit 121 estimates ⁇ by the following equation 6-2 based on the rotation speed information (f) output from the rotation period detection circuit 122, and outputs this to the filter 108.
  • FIGS. 6A and 6B show Bode diagrams of the filter 108, respectively.
  • Fig. 6A shows the relationship between frequency and gain
  • Fig. 6B shows the relationship between frequency and phase.
  • the natural vibration frequency of (2, 1) mode is 541 Hz
  • the natural vibration frequency of (3, 1) mode is 835 Hz. It can be seen that the focus error signal 106 input to the filter 108 is amplified in the vicinity of each frequency of 119 OHz, which is the natural vibration frequency of the (4, 1) mode.
  • the frequency characteristics of the transmission path are also shown as graphs 43 and 44.
  • the frequency characteristics of the path from the positioning target position Xi to the relative position error Xe that is, the compression characteristics of the relative position error of the positioning control system are shown in Figs.
  • the tracking performance of the positioning control system can be evaluated as better as the gain is lower, as shown in the gain diagrams shown in FIGS. 8A and 8B.
  • the filter 108 amplifies the vicinity of the natural vibration frequency ( It can be seen that the control band of the positioning control system and the margin of stability in the positioning control system are almost unchanged between the cases (Graphs 41 and 42) and not (Graphs 43 and 44). 8A and 8B, the tracking control capability of the positioning control system is improved by about 10 dB in the frequency region near the natural vibration frequency of the optical disk medium 101 by individually amplifying the vicinity of the natural vibration frequency with the filter 108. You can see that. As described above, in this embodiment, even when the fluctuation of the target position for positioning increases due to the natural vibration of the optical disc medium 101, the laser focused beam spot 103 is made to accurately follow the target position for positioning. It is possible to provide a positioning control device that can be used.
  • the rotation period detection circuit 122 detects this, and the filter coefficient setting circuit 121 changes the filter characteristics of the filter 108 based on the rotation speed change.
  • filter 108 uses the (2, 1) mode natural vibration frequency of 647 Hz, the (3, 1) mode natural vibration frequency of 976 Hz, and the (4, 1) mode natural vibration frequency.
  • the focus error signal 106 is amplified in the vicinity of each frequency of 1264 Hz.
  • the filter coefficient setting circuit 121 constitutes a frequency estimator.
  • the compression characteristics of the relative position error of the positioning control system are shown in Figs. 11A and 11B with graphs 81 and 82, respectively.
  • the laser focused beam spot 103 is accurately placed at the target position for positioning the optical disk medium 101. It can be seen that a positioning tracking device can be provided.
  • the filter 108 is a unique characteristic of the optical disc medium 101.
  • the frequency components in the vicinity of the natural vibration frequency of the natural vibration mode preselected from the vibration modes are individually amplified.
  • the components near the natural frequency of (2, 1) mode, (3, 1) mode, and (4, 1) mode, for example, are not collectively amplified in the vicinity of the natural frequency.
  • the filter 108 may be a filter constituted by the following formulas 7-1 and 7-2.
  • the phase characteristics of the filter are higher than in the case of individually amplifying the natural vibration frequency.
  • the frequency characteristics of the rounding transmission path of the positioning control system and the compression characteristics of the relative position error are shown as graphs 45 and 46 in FIGS. 7A and 7B and as graphs 55 and 56 in FIGS. 8A and 8B, respectively.
  • the tracking performance in the frequency region near the frequency where the gain is OdB in the frequency characteristic of the loop transmission path (that is, the control band frequency) is greatly reduced. It will be.
  • the filter 108 amplifies each component near the natural vibration frequency of the natural vibration mode selected from the natural vibration modes of the optical disk medium 101, so that Even when the fluctuation of the target position for positioning increases, the laser focused beam spot 103 can be accurately followed to the target position.
  • FIG. 12 shows a part of the configuration of an optical disc device including the positioning control device according to the second embodiment of the present invention.
  • the optical disk device 100a of the present embodiment has a thickness detection circuit 191, a selector 193, a ramp waveform, in addition to the configuration of the optical disk device 100 (FIG. 1) of the first embodiment. It has a generator 194.
  • the thickness detection circuit 191, the selector 193, and the ramp waveform generator 194 constitute thickness measuring means.
  • tolerance is allowed in the outer diameter.
  • the diameter is ⁇ 0.3 mm and the thickness of the user data area is +0.30 mm.
  • a tolerance of 0.06mm is allowed.
  • the natural vibration frequency of an optical disk medium varies depending on the external dimensions. In particular, the ratio of tolerance to the nominal thickness is larger than the ratio of tolerance to the nominal diameter. Change is something that cannot be ignored.
  • FIG. 13 shows the relationship between the thickness of the optical disk medium and the natural vibration frequency.
  • changes in the natural vibration frequency with respect to the thickness of the optical disc medium are shown for the natural vibration modes from (2, 1) mode to (7, 1) mode shown in FIG.
  • FIG. 13 shows the natural vibration frequency when the optical disk medium is not rotating.
  • the natural vibration frequency of each mode of the optical disk medium changes as the thickness of the optical disk medium increases, and even if the thickness of the optical disk medium is within the tolerance range, Due to individual differences, the natural vibration frequency becomes a different value.
  • the thickness of the optical disc medium 101 is measured by the thickness detection circuit 191, and the natural vibration frequency corresponding to the detected thickness is estimated by the filter coefficient setting circuit 195.
  • the ramp waveform generator 194 continuously moves the laser focused beam spot 103 during the thickness measurement in a range including the first surface 196 on the optical head 115 side of the optical disk medium 101 and the second surface 197. A signal for generating the signal is generated.
  • the thickness detection circuit 191 observes the focus error signal 106 and measures the distance between the first surface 196 and the second surface 197 of the optical disk medium 101, that is, the thickness of the optical disk medium 101. .
  • the operation for detecting the thickness of the optical disc medium 101 will be described in detail.
  • the working distance of the objective lens 113 that is, the end surface of the objective lens frame when the laser focused beam spot 103 is focused on the target position for positioning the information recording layer 102, and the first table of the optical disc medium 101
  • the distance to surface 196 shall be 1.5 mm.
  • the photodetector 104 is adapted to detect a focus error signal by the knife edge method.
  • Laser focused beam spot 103 When the laser focused beam spot 103 moves across the surface 196, 197 of the optical disc medium 101 or the information recording layer 102, the focus error signal 106 has an S-shaped A waveform is observed, and at other locations, the value is substantially constant.
  • the first surface 196 side force of the optical disc medium 101 is also moved to the second surface 197 side at a speed determined by the laser focused beam spot 103, and the first surface 196 and the second surface 197 are moved.
  • the thickness information of the optical disc medium 101 can be obtained by measuring the detection time interval of the focus S-shaped corresponding to the surface 197 of the optical disk.
  • FIG. 14 shows operation waveforms of the respective parts during thickness measurement.
  • a system controller (not shown) that performs integrated control of the operation of the optical disc apparatus 100a instructs the execution of measurement of the thickness of the optical disc medium 101.
  • the thickness detection circuit 191 causes the selector 193 to select the output of the ramp waveform generator 194 and instructs the ramp waveform generator 194 to output data for thickness measurement.
  • the ramp waveform generator 1 94 receives the signal corresponding to the position on the optical head 115 side of the first surface 196 of the optical disk medium 101 in accordance with the positional force of the laser focused beam spot 103 in the optical axis direction 116. DataO) is output.
  • This DataO is input to the D / A converter 110 via the selector 193 and converted to an analog value. Thereafter, the drive amplifier 111 drives the force actuator 112 based on the analog value, so that the laser beam is focused at a position closer to the optical head 115 than the first surface 196 of the optical disk medium 101.
  • Ramp waveform generator 194 outputs DataO at the thickness measurement start time (time tO), and then outputs ramp waveform 1001 that changes at a constant rate as time elapses. Is gradually moved from the optical head 115 side to the optical disc medium 101 in the direction of the force.
  • the thickness detection circuit 191 receives the focus error signal 106 converted into digital data by the AZD converter 107 and observes the focus S-shaped signal. If the laser focusing beam spot 103 still reaches the first surface 196 of the optical disc medium 101! /, !, the focus error signal 106 takes a DC value and the focus S-shaped signal is observed. Not
  • the laser focused beam spot 103 is driven by the output signal of the ramp waveform generator 194, and the laser focused beam spot 103 is moved to the first surface 196 of the optical disc medium 101 at time tl. , And passes through the surface 196, a focus S signal 1002 is observed in the focus error signal 106.
  • the thickness detection circuit 191 operates a counter (not shown) that performs counting based on the clock signal, and starts measuring time. For example, when the thickness detection circuit 191 detects that the value of the focus error signal 106 becomes 0 or more after the value becomes equal to or less than a predetermined threshold value dO, it determines that the focus S-shaped signal has been observed.
  • Laser focused beam spot 103 force When the optical disk medium 101 moves from the first surface 196 to the second surface 197 side and is between the first surface 196 and the information recording layer 102, a focus error occurs. Signal 106 is a DC value. After that, at time t2, when the laser focused beam spot 103 reaches the information recording layer 102 and passes through the information recording layer 102, the focus S-shaped signal 1003 is observed. After that, at time t3, when the laser focused beam spot 103 reaches the second surface 197 of the optical disk medium 101 and passes through the second surface 197, the focus S signal 1004 is observed in the force error signal 106. Is done.
  • the thickness measurement end position is a position where the objective lens 113 does not come into contact with the first surface 196 of the optical disk medium 101 with a margin, and the laser focused beam spot 103 is located behind the second surface 197. If you set it to a position.
  • the focus S-shaped signal is observed at a total of three locations of the first and second surfaces 196 and 197 and the information recording layer 102. Is done. Among them, the second focus S-shaped signal 1003 observed at time t2 corresponds to the information recording layer 102, and the thickness detection circuit 191 has the focus S-shaped signal 10 04 observed at time t3. To stop the counter. The count value of the counter corresponds to the time between time tl and time t3, and the thickness of the optical disk medium 101 is detected based on this time.
  • the time for outputting the data O force of the ramp waveform generator 194 to Datal is set sufficiently longer than the longest time constant of the system of Equation 4 above.
  • the time difference t3-tl was determined to be approximately proportional to the thickness of the optical disk medium 101. Accordingly, the thickness detection circuit 191 calculates a value proportional to (t3 ⁇ tl) from the optical disk medium 10. It is assumed that the thickness information of 1 is output to the filter coefficient setting circuit 195 as td.
  • the thickness detection circuit 191 When the thickness of the optical disc medium 101 is measured, the thickness detection circuit 191 outputs the thickness information to the filter coefficient setting circuit 195. However, the thickness detection circuit 191 outputs an initial value of 1.2 mm as thickness information in an initial state such as when the optical disk device 100a is powered on.
  • the filter coefficient setting circuit 195 estimates the natural vibration frequency of the optical disc medium 101 based on the thickness information output from the thickness detection circuit 191 and the rotation speed information output from the rotation period detection circuit 122, and filters 108 Set the coefficient of.
  • the filter coefficient setting circuit 195 sequentially changes the coefficient of the filter 108 based on the updated thickness information and rotation speed information every time the thickness information is updated or the rotation speed information is updated. To do.
  • the filter coefficient setting circuit 195 approximates the change of the natural vibration frequency with respect to the thickness shown in Fig. 13 by a linear function, and estimates the natural vibration frequency of each mode according to the following equation 2-2. To do.
  • Equation 8-2 t is the thickness (mm) of the optical disk medium 101, and C is the light d 0 (a, b) in FIG.
  • the natural vibration frequency of each mode is approximately equivalent to the natural vibration frequency estimated by the filter coefficient setting circuit 121 of the first embodiment shown in Equation 6-2.
  • the characteristic of the filter 108 is This is the same between the embodiment and the second embodiment.
  • the graphs are shown as graphs 111 and 112 in FIGS. 15 (a) and 15 (b), respectively.
  • the natural error frequency of the (2, 1) mode of the focus error signal 106 is 688 Hz. It is difficult to individually amplify the components in the vicinity of the (3, 1) mode natural vibration frequency of 1033 Hz and the (4, 1) mode natural vibration frequency of 1474 Hz. .
  • the characteristics are shown by graphs 121 and 122 in FIGS. 16 (a) and 16 (b), respectively.
  • the compression characteristics of the relative position error of the positioning control system are shown in graphs 131 and 132 in FIGS. 17 (a) and 17 (b), respectively.
  • the components near the natural vibration frequency of the natural vibration mode selected from the natural vibration modes of the optical disk medium 101 are individually set. As a result of the amplification, it is understood that the laser focused beam spot 103 can accurately follow the target position even when the fluctuation of the target position of positioning increases due to the natural vibration of the optical disc medium 101.
  • the filter coefficient setting circuit 195 estimates the natural vibration frequency according to the thickness of the optical disc medium 101 and the rotation speed, and sets the filter characteristics of the filter 108 based on the estimated natural vibration frequency.
  • the laser focused beam spot 103 is moved from the first surface 196 of the optical disc medium 101 to the second surface 197, and is based on the time difference that has passed through the both.
  • the force obtained by measuring the thickness of the optical disc medium 101 is not limited to this.
  • HD high-density polyethylene
  • DVD and DVD optical disc media conforming to physical standards have a structure in which two 0.6 mm-thick substrates are bonded together, so the thickness of optical disc media is practically twice the thickness of one substrate. It becomes the value.
  • the thickness detection circuit 191 since the time t2—tl corresponds to the thickness from the first surface 196 of the optical disc medium 101 to the information recording layer 102, that is, the substrate thickness, the thickness detection circuit 191 records information at time t2. After observing the focus S-shaped signal 1003 corresponding to the layer 102, a value proportional to (t2-tl) X2 can be output as the thickness information td. In this case, it is possible to shorten the time required to acquire the thickness information without having to move the laser focused beam spot 103 to the second surface 197.
  • the optical disk medium 101 is assumed to be a single-sided single-layer optical disk medium compliant with the HD DVD standard, and is not limited to this, and is configured as a multilayer medium. Also good.
  • the optical disk medium 101 has two 0.6 mm-thick polycarbonate substrates each having an information recording layer, and the information recording layer is on the inside.
  • the two information recording layers have an intermediate layer made of an ultraviolet curable resin required for bonding.
  • the thickness of the optical disk medium may be calculated based on the time difference between the first focus S-shaped signal and the fourth focus S-shaped signal corresponding to both surfaces.
  • the time difference between the first focus S-shaped signal and the fourth focus S-shaped signal was calculated.
  • the thickness of the optical disk medium was calculated, but practically, the thickness from the substrate surface to the information recording layer was calculated. Then, the thickness of the optical disk medium may be calculated from these and the thickness between the two information recording layers.
  • the time difference between the first focus S-shaped signal and the second focus S-shaped signal is obtained.
  • the surface force of the optical disk medium is obtained to the thickness of the information recording layer, and the third time from the second focus S-shaped signal.
  • the thickness of the intermediate layer between the information recording layers was determined from the time difference from the focus S-shaped signal, and the thickness from the surface to the information recording layer was doubled. It can be the thickness of the optical disk medium.
  • the thickness of the optical disk medium can be measured in the same manner for an optical disk medium conforming to the CD standard having a structure in which an information recording layer is laminated on a substrate made of polycarbonate having a nominal thickness of 1.2 mm. .
  • an optical disc medium conforming to the CD standard if the laser beam spot is moved from the outside of one surface of the optical disc medium to the information recording layer along the optical axis direction, And the information recording layer, the focus S-shaped signal is observed twice. The value proportional to the time difference between the two focus S-shaped signals is the thickness of the optical disk medium.
  • optical DVD media such as HD DVD, DVD, CD, etc., mainly composed of polycarbonate having a nominal diameter of 120 mm and a nominal thickness of 1.2 mm have been described.
  • the nominal thickness is not limited to this.
  • the present invention can be applied to an optical disk medium having a nominal diameter of 80 mm.
  • the optical disc medium has a power that includes the same nominal diameter and nominal thickness as HD DVD, such as a Blu-ray disc, but the main component is not only polycarbonate.
  • Such an optical disk medium can also be applied.
  • Blu-ray discs have a nominal disc diameter of 120mm and a nominal thickness of 1.2mm. Force Nominal thickness 1.
  • 1. 1mm polycarbonate substrate with a nominal thickness of 0.1mm UV curable resin Since it has a structure in which the cover layer is laminated, the hardness of the optical disk medium is different from that of an optical disk medium conforming to a standard such as HD DVD.
  • FIG. 18 shows the relationship between the thickness of the optical disk medium and the natural vibration frequency of each natural vibration mode.
  • an optical disk medium compliant with physical standards such as HD DVD shown in FIG.
  • the specific vibration frequency of Blu-ray discs enclosed by a rectangle 1802 was added to the relationship between the thickness of the film and the natural vibration frequency.
  • the Blu-ray disc is the same thickness as HD DVD and other optical discs, and the inherent vibration frequency of each mode of the stiff Blu-ray disc is experimentally about 1.09 times thicker. This is equivalent to the natural vibration frequency of an optical disc such as an HD DVD. Therefore, if the optical disc medium to be recorded and reproduced is a Blu-ray disc, the horizontal axis (thickness) of the optical disc such as HD D VD is multiplied by 1 / 1.09 as shown in FIG. In other words, the natural vibration frequency of each mode of the Blu-ray disc is estimated from the thickness of the optical disc medium. By doing so, the focused beam spot can be made to accurately follow the information recording layer even for the Blu-ray disc.
  • the control information recorded in advance on the optical disc medium is read and recorded / reproduced. It is common to determine which physical standard an optical disk medium conforms to. Using the information obtained at this time, the natural vibration frequency to be amplified by the filter 108 (Fig. 1, Fig. 12) is set according to the type of the physical standard to be recorded and reproduced, or the thickness of the optical disc medium is set. It is also possible to determine how to detect the length. This also applies to the case where the present invention is applied to an optical disk medium having a nominal diameter of 80 mm.
  • the positioning control device of the present invention can be used in combination with conventional techniques, for example, the technique described in Patent Document 1 and the technique described in Patent Document 2. That is, the configuration of each of the embodiments described above improves the tracking performance of the laser focused beam spot with respect to the natural vibration of the optical disk medium asynchronous with the rotation of the optical disk medium, and at the same time described in Patent Document 1 and Patent Document 2. With the same configuration as the technology, it is possible to improve the follow-up performance to the position fluctuation synchronized with the rotation of the optical disk medium.
  • the force configured to control the filter coefficient of the filter 108 by the filter coefficient setting circuit 121 is not limited to this.
  • the number of revolutions of the optical disk when recording / reproducing information is Is preset It becomes a certain value.
  • the natural vibration frequency of the optical disk medium can be approximated to a constant value, so even if the coefficient of the filter 108 is fixed based on this approximate value, the followability is sufficiently improved in practice. it can. That is, the tracking performance of the positioning control system can be improved even when the filter coefficient setting circuit 121 and the rotation period detection circuit 122 in FIG. 1 are not used.
  • the positioning control device in the information recording layer 102 of the optical disc medium 101, spiral-shaped guide grooves called pregroups are formed in the radial direction of the optical disc in the case of an optical disc medium for recording.
  • information pit rows are arranged in a spiral shape in the radial direction of the optical disc.
  • the optical disc apparatus scans the focused beam spot 103 of the laser along the information recording track such as the guide groove and the pit row (track following control), thereby transmitting information to the information recording layer of the optical disc medium 101.
  • the variation of the target position due to the natural vibration of the optical disc medium 101 described in the first embodiment has not only the component in the optical axis 116 direction but also the component in the optical disc radial direction, as in the first embodiment.
  • the position error detector is, for example, a push pull method or a DPD (Differential). Based on the (Phase Detection) method, a track error signal, which is a relative position error in the radial direction of the optical disc between the information recording track as the positioning target position and the laser focused beam spot 103, is detected and output to the filter 108.
  • the driving means is configured by using a track actuator instead of the force actuator 112, and by the outputs of the stabilization compensator 109, the DZ A converter 110, the drive amplifier 111, and the drive amplifier 111, By driving the objective lens 113 in the radial direction of the optical disk, the laser focusing beam spot 103 is displaced in the radial direction of the optical disk.
  • the laser focused beam spot is obtained by the filter 108, the position error detector, and the driving means.
  • the positioning control system is configured to follow the information recording track, which is the target position for positioning the optical disk medium 101, with the position of the base 103.
  • the transfer characteristic of the system in which the track actuator and the drive amplifier 111 are connected in series is expressed by the equation (4) indicating the transfer characteristic of the system in which the focus actuator 112 and the drive amplifier 111 are connected in series. And substantially the same frequency characteristics. Therefore, the track follow-up control device is configured as described above, and the frequency characteristics of the filter 108 and the stability compensation device 109 included in the drive means are determined in the same manner as in the first embodiment. Track following performance can be improved.
  • the force shown for the example in which the target member is an optical disk medium and the positioning control device is mounted on the optical disk device is not limited to this.
  • the positioning control device of the present invention can be mounted on a hard disk device and applied to a track following control device for a magnetic head in the hard disk device.
  • the natural vibration frequency of the hard disk that is the target member and the mechanical characteristics of the voice coil motor that drives the magnetic head that constitutes the drive member can be discussed in the same manner as in the case of the optical disk device.
  • the position obtained by amplifying the signal component in the vicinity of the natural vibration frequency of at least one mode selected by the medium force of the natural vibration mode of the target member by the filter may be driven based on the error signal to cause the moving member to follow the target position of the target member. In this way, even when the target member is excited in the natural vibration mode by an external force or the like and the target position fluctuates at the frequency of the natural vibration mode, the moving member can follow the target position with high accuracy.
  • the filter may be configured to amplify a component in the vicinity of the natural vibration frequency of at least one natural vibration mode among the secondary and higher natural vibration modes of the target member. By amplifying the natural vibration frequency component close to the control band frequency of the positioning control system with the filter, the followability of the moving member to the target position can be improved without widening the control band.
  • the filter can be configured to individually amplify each component near the natural vibration frequency of a plurality of natural vibration modes selected from the natural vibration modes of the target member. In this case, the followability of the moving member to the target position can be improved as compared with a case where a plurality of natural vibration frequencies are amplified together.
  • the frequency estimator estimates a natural vibration frequency of at least one natural vibration mode of the secondary or higher natural vibration mode of the target member. Configuration can be adopted.
  • the frequency estimator estimates and outputs the natural vibration frequency of a plurality of natural vibration modes selected from the natural vibration modes of the target member, and the frequency estimator estimates the filter. It is possible to adopt a configuration that amplifies each of the components near the multiple natural vibration frequencies individually.
  • the positioning control device further includes a rotation speed information acquisition unit that acquires rotation speed information of the disk-shaped target member around the rotation axis, and the frequency estimator includes: A configuration in which the natural vibration frequency is estimated based on the rotation speed information can be employed. In this case, even when the rotation speed of the target member changes and the natural vibration frequency changes accordingly, the moving member can be accurately set to the target position by changing the natural frequency component amplified by the filter according to the rotation speed. It can follow well.
  • the positioning control device further includes thickness measuring means for acquiring information on the thickness of the disk-shaped target member, and the frequency estimator includes the thickness information.
  • the thickness of the medium is determined by the standard, but in reality, there may be individual differences in the thickness of the medium due to manufacturing variations or the like. Even in such a case, the moving member can accurately follow the target position by measuring the thickness of the target member and estimating the natural vibration frequency corresponding to the measured thickness with the frequency estimator.
  • the optical disc medium further includes a rotation number information acquisition unit that acquires rotation number information about the rotation axis of the optical disc medium, and the frequency estimator is based on the rotation number information.
  • a configuration for estimating the vibration frequency can be employed.
  • a thickness meter for acquiring information on the thickness of the optical disc medium
  • the frequency estimator may further include a measuring unit that estimates a natural vibration frequency of the optical disk medium based on the thickness information.
  • the moving member is driven based on the position error signal obtained by amplifying the signal component near the natural vibration frequency of the natural vibration mode of the target member with a filter, and the moving member is moved to the target member.
  • the target position may be followed. In this way, even when the target member is excited in the natural vibration mode by an external force or the like and the target position fluctuates at the frequency of the natural vibration mode, the moving member can follow the target position with high accuracy.
  • the focused beam spot is driven based on a position error signal obtained by amplifying a signal component in the vicinity of the natural vibration frequency of the natural vibration mode of the optical disk medium with a filter, and the focused beam spot is used as a target of the optical disk medium. You may make it follow a position. In this way, even when the optical disk medium is excited in the natural vibration mode by an external force or the like and the target position fluctuates at the frequency of the natural vibration mode, the focused beam spot is made to follow the target position of the optical disk medium with accuracy. be able to.
  • the frequency estimator estimates the natural vibration frequency of at least one selected mode of the natural vibration mode of the optical disk medium, and the vicinity of the estimated natural vibration frequency.
  • the focused beam spot may be driven based on the position error signal obtained by amplifying the signal component by a filter to cause the focused beam spot to follow the target position of the optical disk medium. In this way, even when the optical disk medium is excited in the natural vibration mode by an external force or the like and the target position fluctuates at the frequency of the natural vibration mode, the focused beam spot follows the target position of the optical disk medium with good accuracy. Can be made.
  • the natural vibration frequency of an optical disk medium may fluctuate depending on factors such as the rotational speed, but by estimating the fluctuation of the natural vibration frequency with a frequency estimator and changing the frequency amplified by the filter, Even when the vibration frequency fluctuates, the focused beam spot can follow the target position of the optical disk medium with good accuracy.
  • the frequency estimator estimates the natural vibration frequency of at least one selected mode of the natural vibration mode of the target member, and the estimated natural vibration frequency. Position error obtained by amplifying nearby signal components with a filter
  • the moving member may be driven based on the signal to cause the moving member to follow the target position of the target member. In this way, even when the target member is excited in the natural vibration mode by an external force or the like and the target position fluctuates at the frequency of the natural vibration mode, the moving member can follow the target position with high accuracy.
  • the natural vibration frequency of the target member may fluctuate depending on factors such as the rotational speed of the target member, but the frequency estimator estimates the fluctuation of the natural vibration frequency and changes the frequency amplified by the filter. Thus, even when the natural vibration frequency fluctuates, the moving member can follow the target position with high accuracy.
  • the positioning control device and the optical disc apparatus of the present invention are not limited to the configuration of the above exemplary embodiment. Those with various modifications and changes are also included in the scope of the present invention.
  • the present invention provides a transducer for recording and reproducing a signal on a disc-shaped information carrier, such as a focus tracking control device or a track tracking control device of a laser focused beam spot in an optical disk device. It can be applied to a device that follows positioning.

Landscapes

  • Optical Recording Or Reproduction (AREA)

Abstract

　位置誤差信号演算回路（１０５）は、レーザ集光ビームスポット（１０３）と、情報記録層（１０２）との間の相対的な位置誤差を演算して、フォーカスエラー信号（１０６）を生成する。フィルタ（１０８）は、フォーカスエラー信号を、光ディスク媒体（１０１）の固有振動モードのうちの少なくとも１つのモードの固有振動周波数近傍の信号成分を増幅して通過させる。ドライブアンプ（１１１）は、フィルタ（１０８）を通過したフォーカスエラー信号（１０６）を、安定化補償器（１０９）、及び、Ｄ／Ａコンバータ（１１０）を介して入力し、対物レンズ（１１３）を駆動することで、レーザ集光ビームスポット（１０３）を、情報記録層（１０２）に追従させる。

Description

明 細 書
位置決め制御装置、及び、光ディスク装置
技術分野
[0001] 本発明は、位置決め制御装置に関し、更に詳しくは、移動部材を目標部材の目標 位置に追従させる位置決め制御装置に関する。また、本発明は、光ディスク装置に 関し、更に詳しくは、レーザ集光ビームスポットを光ディスク媒体の情報記録層又は 情報記録トラックの目標位置に追従させる制御機構を有する光ディスク装置に関する 背景技術
[0002] 円板状の情報担体である光ディスク媒体にレーザビームを照射し、情報の記録'再 生を行う光ディスク装置が普及している。光ディスク装置では、光ディスク媒体の面振 れに応答した精度の高い焦点制御を行うフォーカス追従制御や、情報を記録 ·再生 する情報記録トラックへの高精度なレーザ集光ビームスポットの追従制御を行うトラッ ク追従制御が行われる。近年、光ディスク媒体の情報記録密度の高密度化、情報記 録再生速度の高速化 (高倍速化）が進んでおり、これらの追従制御には、更に精度 の高い制御が要求されている。これは、情報の高密度化には、レーザ光源の短波長 化や、情報を記録 ·再生する情報記録トラックの狭トラック化を伴い、このように高密度 ィ匕された情報を安定して記録 ·再生するためには、高い精度で、レーザ集光ビームス ポットの追従制御を行う必要があるためである。例えば、青紫色レーザをレーザ光源 として用いる HD DVD (High Density DVD)の物理規格で要求されるフォーカス追 従精度やトラック追従精度は、それぞれ 80nm以下や 14nm以下に至る。また、光デ イスク装置での高倍速ィ匕は、光ディスク媒体の回転周波数を上げて実現されるので、 情報の記録再生を安定して行うためには、位置追従すべき光ディスク媒体自体の加 速度変動の増加に応じた、より高い追従性能を備えた位置決め制御装置が必要とな る。発明者は、このような位置決め制御装置について以下に述べるような分析を行つ た。
[0003] 一般に、位置決め制御系のループゲインを高め、制御ループの応答周波数帯域を 高くすることで、上記追従精度や性能を高めることができる。しかし、移動部材を駆動 する駆動機械系の特性には限界があり、十分な精度や性能が確保できないことが多 いという問題がある。このような問題を解消する手法としては、円板状の情報担体の 面振れ、又は、記録トラックの位置変動の規則性を利用して誤差を圧縮する手法が 考えられる。すなわち、光ディスク媒体のディスク面の上下動、又は、ディスクトラック の位置変動は、光ディスク媒体の回転によって引き起こされるものであるので、それら の成分は主として光ディスク媒体の回転に概ね同期するとし、光ディスク媒体（目標 部材)の情報記録位置（目標位置)の位置変動の周期性を利用するとすれば、 1回 転乃至数回転前の位置ずれ信号を使って、目標部材に対する移動部材 (レーザ集 光ビームスポット）の追従性を改善することができる。
[0004] 変動の規則性を利用して誤差を圧縮する手法を採用した従来技術は、例えば特公 昭 60 - 57085号公報及び特開 2002— 237154号公報に記載されて 、る。これら 従来技術では、一定の周期をもった位置変動に対して位置誤差信号を回転周期に 同期して積算蓄積する信号遅延手段を用い、その瞬時の位置誤差信号を信号遅延 手段の出力に加算して信号遅延手段に入力すると共に、位置誤差信号を信号遅延 手段の出力に加算して移動部材の駆動手段の入力とする。これら従来技術では、こ のようにすることで、円板状の情報担体の回転に同期したディスク面の上下動又はデ イスクトラックの位置変動に対して、移動部材の追従性を改善する。
[0005] ここで、ディスク面の上下動又はディスクトラックの位置変動は、必ずしもディスクの 回転に同期する成分だけが主体ではなぐディスクの回転に非同期な成分も存在し、 この非同期な変動も、位置決め制御系の追従精度や性能の阻害要因となる。デイス クの回転に非同期なディスク面の上下動や位置変動としては、特に光ディスク媒体に 作用する外乱力により光ディスク媒体の持つ固有振動モードが励振されて生じる、目 標部材の固有振動に起因した変動がある。上記特許文献 1及び特許文献 2に記載 の従来技術では、円板状の情報担体の回転に同期した位置変動に対しては有効で あるが、円板状の情報担体の回転に非同期な位置変動の成分に対しては、移動部 材の追従性を改善することが困難であるだけでなぐ力えって追従性を劣化させると いう問題がある。 発明の概要
[0006] 本発明は、上記従来技術の問題点を解消し、外乱等により、円板状の目標部材に 固有振動が生じて位置決めの目標位置の変動が増大する場合でも、移動部材を、 精度よく目標部材の目標位置に追従させることができる位置決め制御装置を提供す ることを目的とする。
[0007] また、本発明は、光ディスク媒体に固有振動が生じて位置決めの目標位置の変動 する場合でも、レーザ集光ビームスポットを、精度よく光ディスク媒体の情報記録層又 は情報記録トラックの目標位置に追従させることができる光ディスク装置を提供するこ とを目的とする。
[0008] 本発明の第 1の視点の位置決め制御装置は、位置決め対象となる移動部材を、円 板状の目標部材の目標位置に追従させる位置決め制御装置であって、前記目標位 置と前記移動部材との相対的位置誤差を検出し、位置誤差信号として出力する位置 誤差検出器と、前記位置誤差信号を通過させるフィルタであって、前記目標部材が 有する固有振動モードの中力 選択された少なくも 1つのモードの固有振動周波数 近傍の信号成分を増幅して出力するフィルタと、前記フィルタの出力に基づいて前記 移動部材を駆動する駆動手段を備えたことを特徴とする。
[0009] 本発明の第 2の視点の位置決め制御装置は、位置決め対象となる移動部材を、円 板状の目標部材の目標位置に追従させる位置決め制御装置であって、前記目標位 置と前記移動部材との相対的位置誤差を検出し、位置誤差信号として出力する位置 誤差検出器と、前記目標部材が有する固有振動モードの中から選択された少なくも 1つのモードの固有振動周波数を推定して出力する周波数推定器と、前記位置誤差 信号を通過させるフィルタであって、前記周波数推定器が出力する固有振動周波数 近傍の信号成分を増幅して出力するフィルタと、前記フィルタの出力に基づいて前記 移動部材を駆動する駆動手段を備えたことを特徴とする。
[0010] 本発明の光ディスク装置は、光ディスク媒体に集光ビームスポットを照射して情報の 記録 ·再生を行う光ディスク装置であって、前記光ディスク媒体の情報記録層又は情 報記録トラックと前記集光ビームスポットとの相対的位置誤差を検出し、位置誤差信 号として出力する位置誤差検出器と、前記光ディスク媒体が有する固有振動モード の中から選択された少なくも 1つのモードの固有振動周波数を推定して出力する周 波数推定器と、前記位置誤差信号を通過させるフィルタであって、前記周波数推定 器が出力する固有振動周波数近傍の信号成分を増幅して出力するフィルタと、前記 フィルタの出力に基づ 、て前記集光ビームスポットを駆動する駆動手段を備えたこと を特徴とする。
[0011] 本発明の上記及び他の目的、特徴、及び、効果は、図面を参照した以下の記述に よって明らかになるであろう。
図面の簡単な説明
[0012] [図 1]は、本発明の第 1実施形態の位置決め制御装置を含む光ディスク装置の一部 を示すブロック図である。
[図 2]は、光ディスク媒体における各種固有振動モードを示す模式図である。
[図 3]は、図 2に示した各固有振動モードの振動周波数を示す表である。
[図 4]は、光ディスク媒体の回転周波数と各固有振動モードでの固有振動周波数との 関係を示すグラフである。
[図 5]は、位置決め制御系を示すブロック線図である。
[図 6]A及び 6Bは、フィルタ特性を示すボード線図である。
[図 7]A及び 7Bは、位置決め制御系の一巡伝達経路の周波数特性を示すボード線 図である。
[図 8]A及び 8Bは、位置決め制御系の相対的位置誤差の圧縮特性を示すボード線 図である。
[図 9]A及び 9Bは、 f = 180Hzに対応するフィルタの特性を示すボード線図である。
[図 10]A及び 10Bは、 f = 180Hzとした場合における位置決め制御系の一巡伝達経 路の周波数特性を示すボード線図である。
[図 11]A及び 11Bは、 f = 180Hzとした場合における位置決め制御系の相対的位置 誤差の圧縮特性を示すボード線図である。
[図 12]は、本発明の第 2実施形態の位置決め制御装置を含む光ディスク装置の一部 を示すブロック図である。
[図 13]は、光ディスク媒体の厚さと固有振動周波数との関係を示すグラフである。 [図 14]は、厚さ計測時の各部の動作波形を示す波形図である。
[図 15]A及び 15Bは、フィルタの特性を示すボード線図である。
[図 16]A及び 16Bは、位置決め制御系の一巡伝達経路の周波数特性を示すボード 線図である。
[図 17]A及び 17Bは、位置決め制御系の相対的位置誤差の圧縮特性を示すボード 線図である。
[図 18]は、光ディスク媒体の厚さと固有振動周波数との関係を示すグラフである。 発明の実施形態の詳細な説明
[0013] 以下、図面を参照し、本発明の例示的な実施形態を詳細に説明する。図 1は、本 発明の第 1実施形態の位置決め制御装置を含む光ディスク装置の構成の一部を示 している。同図では、光ディスク装置のフォーカス (焦点）追従制御装置部分の基本 構成を抜き出して図示している。光ディスク装置 100は、位置誤差信号演算回路 10 5、 A/Dコンバータ 107、フィルタ 108、安定化補償器 109、 D/Aコンバータ 110、 ドライブアンプ 111、光ヘッド 115、スピンドルモータ 117、フィルタ係数設定回路 12 1、回転周期検出回路 122、及び、スピンドルモータコントローラ 123を備える。光へ ッド 115は、光検出器 104、フォーカスァクチユエータ 112、対物レンズ 113、及び、 レーザ光源 114を有する。
[0014] 光検出器 104、位置誤差信号演算回路 105、及び、 AZDコンバータ 107は、目標 部材である光ディスク媒体 101の位置決め目標位置 Xiと、移動部材であるレーザ集 光ビームスポット（レーザビームの合焦位置） 103の位置 Xoとの間の相対的位置誤差 (Xe=Xi— Xo)を検出する位置誤差検出器を構成する。また、安定化補償器 109、 DZAコンバータ 110、ドライブアンプ 111、及び、フォーカスァクチユエータ 112は、 レーザ集光ビームスポット 103の位置を変位させる駆動手段を構成する。光ディスク 装置 100では、この駆動手段と、位置誤差検出器と、フィルタ 108とにより、レーザ集 光ビームスポット 103の位置を、光ディスク媒体 101の位置決めの目標位置である情 報記録層 102に追従させる位置決め制御系が構成される。
[0015] 光ディスク媒体 101は、例えば HD DVD規格に準拠した片面 1層の光ディスク媒 体であり、公称直径が 120mm、公称厚さが 1. 2mmの円板状の形状を有し、厚さ 0. 6mmのポリカーボネイトから成る基板を 2枚張り合わせた構造を有する。光ディスク媒 体 101の情報記録層 102には、記録用の光ディスク媒体であれば、保護膜や相変化 記録膜、反射膜が積層される。また、再生専用の光ディスク媒体であれば、基板上に 形成された情報ピット上に反射膜や保護膜が積層される。情報記録層 102の相変化 記録膜の位置や情報ピットの位置が、位置決めの目標位置となる。この位置決め目 標位置は、光ディスク媒体 101の面振れや固有振動により、光軸 116方向で位置変 動する。
[0016] レーザ光源 114から出力されたレーザビームは、対物レンズ 113で収束され、光デ イスク媒体 101に照射される。例えば、レーザ光源 114には、波長 405nmの青紫色 半導体レーザを用いる。また、対物レンズ 113の NA (開口数）は、 0. 65とする。レー ザ集光ビームスポット 103は、フォーカスァクチユエータ 112によって対物レンズ 113 をレーザビームの光軸方向 116に駆動することで変位する。光ディスク媒体 101から の戻り光信号は、対物レンズ 113を介して、光検出器 104で電気信号に変換され、 位置誤差信号演算回路 105に入力される。
[0017] 位置誤差信号演算回路 105は、光検出器 104の出力信号から、レーザ集光ビーム スポット 103と情報記録層 102との光軸方向 116の相対的位置誤差を表すフォー力 スエラー信号 106を抽出し出力する。フォーカスエラー信号 106の検出には、ナイフ エッジ法、非点収差法等が一般に用いられる。光検出器 104は、例えばナイフエッジ 法によるフォーカスエラー信号検出に対応した信号を出力する。位置誤差信号演算 回路 105が出力するフォーカスエラー信号 106は、レーザ集光ビームスポット 103の 位置 Xoと、情報記録層 102の位置 XIとの間の相対的位置誤差 Xeに相当する。フォ 一カスエラー信号 106は、 AZDコンバータ 107でデジタル信号に変換された後、フ ィルタ 108に出力される。
[0018] フィルタ 108は、 AZDコンバータ 107でデジタル信号に変換されたフォーカスエラ 一信号 106を入力し、安定ィ匕補償器 109に出力する。フィルタ 108は、フォーカスェ ラー信号 106の、光ディスク媒体 101が有する固有振動モードの中から選択された 少なくとも 1つの固有振動モードの固有振動周波数近傍の成分を増幅して出力する 。フィルタ 108のフィルタ係数は、後述のフィルタ係数設定回路 121によって制御さ れる。安定ィ匕補償器 109は、フィルタ 108の出力に対してゲイン調整処理、及び、位 相補償処理を行う。安定ィ匕補償器 109の出力信号は、 DZAコンバータ 110でアナ ログ信号に変換された後、ドライブアンプ 111に出力される。ドライブアンプ 111は、 DZAコンバータ 110の出力信号を電力増幅して出力し、フォーカスァクチユエータ 1 12を光軸方向 116に駆動する。
[0019] 光ディスク媒体 101は、スピンドルモータ 117上に固着（clamp)される。スピンドル モータ 117は、光ディスク媒体 101を、スピンドルモータ回転軸 119の周りに、所定の 回転速度 (周期）で、所定の回転方向に回転させる。スピンドルモータ 117に取り付 けられたホールセンサ 118は、スピンドルモータ 117の回転角に応じた、言い換えれ ば光ディスク媒体 101の回転角に応じた回転角パルス信号 (FG信号） 120を出力す る。ホールセンサ 118は、例えば、スピンドルモータ 117の 1回転あたり 18周期のパ ルス信号を FG信号 120として出力する。スピンドルモータコントローラ 123は、この F G信号 120の周期が所定の周期になるように、スピンドルモータ 117を回転制御する
[0020] 回転周期検出回路 122は、 FG信号 120を入力し、 FG信号 120の 18周期ごとの時 間間隔を、図示しないクロック信号とカウンタ回路とで計数し、光ディスク媒体 101の 回転数の情報を取得して、これをフィルタ係数設定回路 121に出力する。ただし、光 ディスク装置 100の電源投入直後等の初期状態には、回転周期検出回路 122は、 " 回転数 0〃をフィルタ係数設定回路 121に出力する。フィルタ係数設定回路 121は、 回転周期検出回路 122が出力する回転数情報に基づいて、光ディスク媒体 101の 固有振動周波数を推定してフィルタ 108に出力し、フィルタ 108の係数を設定する。 フィルタ係数設定回路 121は、回転数情報が変更されるたびに、その変更された回 転数情報に基づいて、フィルタ 108の係数を逐次変更する。
[0021] 以下、本実施形態における制御の原理を説明する。まず、光ディスク媒体の固有振 動モードについて、図 2を参照して説明する。以下では、光ディスク媒体として、 HD DVDや DVD (Digital Versatile Disk)、 CD (Compact Disc)の物理規格に準拠した 光ディスク媒体を用いた場合を例に挙げて説明する。この物理規格に準拠した光デ イスク媒体は、公称直径 120mm、公称内直径 15mm、公称厚さ 1. 2mmの中空の 円板形状を有し、ポリカーボネイトを主成分とする。
[0022] 光ディスク媒体は、 7次以下の振動モードの一部に限って例示すれば、図 2に示す 固有振動モードを有する。同図に示した光ディスク媒体の固有振動モードは、光ディ スク媒体が回転していないときであっても、光ディスク装置に外部から振動や衝撃が 印加されることで励振される。また、特に、光ディスク媒体が高速で回転しているとき には、光ディスク媒体自体の重心の偏りやスピンドルモータの回転軸周りの振れ回り 力 発生するアンバランス力、光ディスク媒体と空気との摩擦力などにより顕著に励 振され、励振された光ディスク媒体の固有振動によって、レーザ集光ビームスポットの 追従性能が低下する。
[0023] 図 2に示した各固有振動モードの振動周波数をまとめて図 3に示す。ただし、図 3で は、光ディスク媒体が回転していないときの各固有振動周波数を示している。光ディ スク媒体が持つ（0、 1)モードや（1、 1)モードといった 1次の固有振動モードだけであ れば、その固有振動周波数が低いので、位置決め制御系の制御帯域を広げなくても
、低周波数領域での追従性能だけを上げることで対応できる場合も多い。一方、（2、 1)モードや（3、 1)モードといった 2次以上の高次の固有振動モードでは、固有振動 周波数が位置決め制御系の制御帯域周波数に近接するので、制御帯域を広げずに 追従性能を上げるのは困難となる。しかし、こういった場合であっても、図 3に例示し た各固有振動周波数の近傍の周波数成分に対して位置決め制御装置の追従性能 を上げることで、制御帯域を広げずにレーザ集光ビームスポットの追従性が改善でき る。
[0024] 光ディスク媒体を回転させる場合には、レーザ集光ビームスポットから見た光デイス ク媒体の固有振動周波数の変化が問題となる。この固有振動周波数の変化は、主に レーザ集光ビームスポットと光ディスク媒体との間での相対的速度の変化と、光デイス ク媒体に作用する遠心力の変化とにより生じる。光ディスク媒体の回転周波数と固有 振動周波数との関係を図 4に示す。同図では、図 2に示す（2、 1)モードから（7、 1) モードの固有振動モードについて、光ディスク媒体の回転周波数に対する固有振動 周波数の変化を示して 、る。
[0025] 一般に、光ディスク媒体の回転周波数は、光ディスク装置の運用状況により変化す る。光ディスク装置を、光ディスク媒体の情報記録位置の線速度が概ね一定である c
LV (Constant Linear Velocity)方式を用いて運用する場合には、光ディスク媒体の 回転周波数は、レーザ集光ビームスポットの光ディスク媒体の半径方向の位置の変 化により、 2倍強程度変化する。また、光ディスク媒体の回転周波数が概ね一定であ る CAV (Constant Angular Velocity)方式を用いて運用する場合では、回転周波数 は一定となるが、記録再生した情報の品質によっては、情報を記録再生する倍速の 設定を変えて運用する場合も多ぐその場合には、光ディスク媒体の回転周波数が 変化する。ただし、何れの場合であっても、その最大回転数は、光ディスク媒体の機 械強度の制限により、 lOOOOrpm強程度に抑えられている。
[0026] 光ディスク媒体の回転周波数が変化する場合には、光ディスク媒体の回転周波数 に基づいて各固有振動周波数の変化を推定し、推定した各固有振動周波数の近傍 の周波数成分に対して位置決め制御装置の追従性能を上げることで、レーザ集光ビ 一ムスポットの追従性を改善することができる。本実施形態では、図 4のグラフに示す ように変化する固有振動周波数の変化を、 1次関数で近似し、光ディスク媒体の回転 周波数に対する固有振動周波数の変化を推定する。
[0027] 次に、本実施形態における位置決め制御の原理を説明する。図 5は、位置決め制 御のブロック線図を示している。同図では、図 1の光ディスク媒体 101に対応する目 標部材 201の位置決めの目標位置を XIとし、図 1のレーザ集光ビームスポット 103に 対応する移動部材 203の変位 (移動量)を Xoとして、これらを減算器 205に入力する 。減算器 205の出力である両者の相対的位置誤差を、 Xe=Xi— Xoで表す。図 5で は、説明を簡便にするため、移動部材の移動量 Xoから位置誤差信号 Xeに至る系の 伝達特性は 1で正規化して ヽる。
[0028] 駆動手段 211は、図 1の安定ィ匕補償器 109、 D/Aコンバータ 110、ドライブアンプ 111、及び、フォーカスァクチユエータ 112に相当し、移動部材 203を駆動する。フィ ルタ 208は、図 1のフィルタ 108に対応し、フィルタ 208の伝達関数を、 sをラプラス演 算子として F (s)で表す。フィルタ 208の伝達関数 F (s)は、 ζ > ζ 〉0、 ω =2 n(a,b) d、a，Dノ (a,b) π ΐ として、
0(a,b)
F(s)=n 、∞ ,∞ (s2+2 ζ ω s+ ω V(s2+2 ζ ω s+ ω 2) (1)
[a=0 ； b=0 ] n(a,b) (a，b) (a，b) d(a，b) (a，b) (a，b) と定める。ここで、上記式 1における記号 Πは、級数積を表す。また、 f は、図 3に
0(a，b) 例示した各固有振動モードの固有振動周波数 (Hz)を示す。
[0029] 上記式 1は、無限級数積になっており、このままでは実現できない。しかし、実用的 には、全ての固有振動モードに対して位置決め制御系の追従性能を上げる必要は なぐ追従性能の阻害要因として支配的な振動モードをあらかじめ実験的に定め、そ の定めた各振動モードに対して追従性能を上げることで、実用上十分な効果が得ら れる。本実施形態では、支配的な振動モードが、図 2示す (2、 1)モード、（3、 1)モー ド、及び、（4、 1)モードであることを、相対的位置誤差のパワースペクトラムとレーザド ップラ振動計で計測した光ディスク媒体の振動振幅のパワースペクトラムとの対比に よりあらかじめ求め、これらの 3つの固有振動モードに対して、位置決め制御を適用 することとした。この場合、上記式 1は、下記式 2に変形される。
F(s)=n 、4 (s2+2 ζ ω s+ ω
n(a,b) (a，b) (a,b) V(s2+2 ζ ω s+ ω 2) (2)
[a=2 ； b=l] d(a，b) (a,b) (a,b)
[0030] 上記式 2で定義される伝達関数 F (s)を有するフィルタ 208は、有限次数のフィルタ として実現できる。この伝達関数 F (s)における分子多項式と分母多項式との固有振 動周波数を、目標部材 201である光ディスク媒体の固有振動周波数と等しくし、かつ 、 ζ n (a, b) > ζ d (a, b) >0と定めたフィルタ 208に、相対的位置誤差 Xeを入力す ると、フィルタ 208は、光ディスク媒体が有する、あらかじめ選択された 3つの固有振 動モードの固有振動周波数近傍の成分をそれぞれ増幅して出力する。従って、駆動 手段 211の周波数特性を、フィルタ 208を含む図 5の制御系が安定となるように適宜 定めることで、この位置決め制御機構により、円板状の情報担体の回転に非同期な 目標部材 201の位置変動の成分に対して、移動部材 203の追従性を改善することが できる。
[0031] ただし、上記式 2のフィルタ 208は、光ディスク媒体が回転して!/、な ヽときの光デイス ク媒体の固有振動に対して位置決め制御の追従性を改善するためのフィルタである 。光ディスク媒体が回転しているときの光ディスク媒体の固有振動に対して位置決め 制御の追従性を改善するためには、式 2を、下記式 3— 1、 3— 2に示すように変形す ればよい。式 3— 2における fは、光ディスク媒体の回転周波数 (Hz)であり、 C は s l(a,b)
、図 4に示すグラフで光ディスク媒体の回転周波数変化に伴う固有振動周波数の変 化を 1次近似したときの傾き (HzZHz)であり、 f〜 は、 0次係数 (Hz)である。本実
0(a，b)
施形態で用いた光ディスク媒体では、 f と f〜 とは近似的に等しい値をとつた。
0(a，b) 0(a，b)
F(s)=n 、 4 (s2+2 ζ ω s+ ω 2)/(s2+2 ζ ω s+ ω 2) (3— 1)
[a=2 ； b=l] n(a,b) (a，b) (a,b) d(a，b) (a,b) (a,b) ただし、 ζ > ζ 〉0
n(a,b) d(a,b)
ω =2 [C f +f〜 ] (3 - 2)
(a，b) l(a，b) s 0(a，b)
[0032] 上記式 3— 1、 3— 2で定義されるフィルタ 208は、光ディスク媒体の回転周波数に 応じて位置決め制御の追従性能を上げる中心周波数が変化する。従って、このよう な伝達関数 F (s)のフィルタ 208を用いることで、 目標部材 201である光ディスク媒体 が回転しているときの光ディスク媒体の固有振動に対しても、位置決め制御の追従性 が改善できる。
[0033] 図 1に戻り、本実施形態の光ディスク装置 100におけるフォーカスァクチユエータ 1 1 2とドライブアンプ 1 1 1とを直列接続した系の伝達特性 P (s)は、下記式 4で近似でき る。
P(s)=P (s)P (s)P (s)P (s)
1 2 3 e
P (s)=1.07 X 104/(s2+80.0s+1.24 X 105)
1
P (s)=(0.755s2+3.19 X 104s+5.26 X 1010)/(s2+1.83 X 104s+5.26 X 1010)
2
P (s)=8.91 X 10 (s2+1.19 X 10V8.91 X 10
3
P (s)=1.95 X 105/(s+1.95 X 105) (4)
e
安定ィ匕補償器 109の伝達関数 C (z)については、下記式 5とする。
C(z)= Z [(5.78 X 1010s+5.45 X 1014)/(s2+3.36 X 105s+2.13 X 1010)] (5)
式 5における zは進み演算子を表し、 Z [ ]は 0次ホールドでの Z変換を表す。 Z変 換のサンプリング周波数は 4 X 105Hzとした。
[0034] フィルタ 108の伝達関数 F (s)は、前記式 3—1とした。ただし、フィルタ 108は、デジ タル信号のフィルタであるので、式 3— 1を、
F(z)= Z [F (s)F (s)F (s)]
(2,1) (3,1) (4,1)
F (s)=(s2+2 ζ ω s+ ω 2)/(s2+2 ζ ω s+ ω 2)、 a=2,3,4、 b=l
(a，b) n(a,b) (a，b) (a，b) d(a，b) (a，b) (a，b)
ζ =0.080、 ζ =0.020
n(2,l) d(2,l)
ζ =0.064、 ζ =0.020
n(3,l) d(3，l) ζ =0.050、 ζ =0.020 (6 - 1)
η(4,1) d(4,l)
と変形して用いた。フィルタ係数設定回路 121は、回転周期検出回路 122が出力す る回転数情報 (f )に基づいて、下記式 6— 2で ω を推算しこれをフィルタ 108に出 力する。
ω =2 π [3.03ί·+102]
(2,1) s
ω =2 π [4.02ί·+252]
(3,1) s
ω =2 π [4.99ί·+466] (6 - 2)
(4,1) s
上記式 6— 2の ω における各係数は、図 4に示すグラフを 1次近似して求めた。
(a,b)
[0035] 図 6A及び 6Bは、それぞれフィルタ 108のボード線図を示している。図 6Aは、周波 数とゲインとの関係を示しており、図 6Bは、周波数と位相との関係を示している。式（ 6— 2)で、 fs = 145Hzであったときの、式 6—1のフィルタ 108のボード線図を、図 6 A及び 6B中に、それぞれ、グラフ 31、 32で示す。同図を参照すると、式 6— 1のフィ ルタ 108を用いることで、（2、 1)モードの固有振動周波数である 541Hzと、（3、 1)モ ードの固有振動周波数である 835Hzと、（4、 1)モードの固有振動周波数である 119 OHzとのそれぞれの周波数の近傍で、フィルタ 108に入力されるフォーカスエラー信 号 106が増幅されることが分かる。
[0036] f = 145Hzとした場合における、位置決め制御系の相対的位置誤差 Xe力も移動
s
部材の移動量 Xiに至る経路の周波数特性、つまり、位置決め制御系の一巡伝達経 路の周波数特性を、図 7A及び 7Bに、それぞれグラフ 41、 42で示す。図 7A及び 7B には、それぞれ、フィルタ 108にて固有振動周波数付近を増幅しない場合、すなわ ち式 6— 1の F (z)を F (z) = 1とした場合の位置決め制御系の一巡伝達経路の周波 数特性を、グラフ 43、 44として併記した。また、位置決めの目標位置 Xiカゝら相対的位 置誤差 Xeに至る経路の周波数特性、すなわち、位置決め制御系の相対的位置誤差 の圧縮特性を、図 8A及び k8Bに、それぞれグラフ 51、 52で示す。図 8 A及び 8Bに は、式 6— 1の F (z) = 1とした場合の位置決め制御系の相対的位置誤差の圧縮特性 を、グラフ 53、 54として併記した。位置決め制御系の追従性能は、図 8A及び 8Bに 示すゲイン線図で、ゲインが小さ!ヽほど良!ヽと評価できる。
[0037] 図 7A及び 7Bを参照すると、フィルタ 108で固有振動周波数付近を増幅する場合（ グラフ 41、 42)としない場合 (グラフ 43、 44)とで、位置決め制御系の位置決め制御 系の制御帯域と安定性の余裕は概ね変化していないことが分かる。また、図 8A及び 8Bを参照すると、フィルタ 108で固有振動周波数付近を個別に増幅することで、光 ディスク媒体 101の固有振動周波数近傍の周波数領域で、位置決め制御系の追従 性能力 それぞれ 10dB前後改善されていることが分かる。このように、本実施形態で は、光ディスク媒体 101の固有振動により、位置決めの目標位置の変動が増大する 場合であっても、レーザ集光ビームスポット 103を、位置決めの目標位置に精度良く 追従させることができる位置決め制御装置を提供することができる。
[0038] 光ディスク媒体 101の回転数が変化した場合には、回転周期検出回路 122がこれ を検出し、フィルタ係数設定回路 121は、その回転数変化に基づいて、フィルタ 108 のフィルタ特性を変化させる。例えば、回転数が、 f = 180Hzに変化した場合には、 フィルタ係数設定回路 121は、式 6— 2で、 f = 180Hzに対応する ω を推算し、フ
,b)
ィルタ 108に出力する。式 6— 2で f = 180Hzのときの、式 6— 1のフィルタ 108のボ 一ド線図を、図 9 (a)及び (b)中に、それぞれ、グラフ 61、 62で示す。この場合には、 フィルタ 108で、（2、 1)モードの固有振動周波数である 647Hzと、（3、 1)モードの固 有振動周波数である 976Hzと、（4、 1)モードの固有振動周波数である 1264Hzとの それぞれの周波数の近傍で、フォーカスエラー信号 106が増幅されることになる。フ ィルタ係数設定回路 121が周波数推定器を構成する。
[0039] f = 180Hzとした場合における位置決め制御系の一巡伝達経路の周波数特性を、 図 10A及び 10Bに、それぞれグラフ 71、 72で示す。また、位置決め制御系の相対 的位置誤差の圧縮特性を、図 11A及び 11Bに、それぞれグラフ 81、 82で示す。図 7 A及び 7Bにおけるグラフ 41、 42と、図 10A及び 10Bにおけるグラフ 71、 72、及び、 図 8A及び 8Bにおけるグラフ 51、 52と、図 11A及び 11Bにおけるグラフ 81、 82とを 比較すると、本実施形態では、光ディスク媒体 101の回転周波数の変化に伴って光 ディスク媒体 101の固有振動周波数が変化する場合であっても、光ディスク媒体 101 の位置決めの目標位置にレーザ集光ビームスポット 103を精度良く追従させられる 位置決め追従装置が提供できることが分かる。
[0040] 本実施形態では、上述のように、フィルタ 108で、光ディスク媒体 101が有する固有 振動モードの中からあらかじめ選択された固有振動モードの固有振動周波数近傍の 周波数成分を個別に増幅している。比較例として、固有振動周波数近傍を個別に増 幅せず、例えば（2, 1)モード、 (3, 1)モード、及び、（4, 1)モードの固有振動周波 数近傍の成分を一括して増幅する場合について考える。この場合には、フィルタ 108 を、下記式 7—1、 7— 2で構成したフィルタを用いればよい。
F'(z)= Z [F' (s)]
(3,1)
F' (s)=(s2+2 ζ ' ω s+ ω V(s2+2 ζ ' ω s+ ω 2)
(3,1) η(3,1) (3,1) (3,1) d(3,l) (3,1) (3,1)
ζ ' =0.8、 ζ ' =0.2 (7- 1)
η(3,1) d(3,l)
ω =2 π [4.02ί·+252] (7- 2)
(3,1) s
上記式 7— 1、 7— 2のフィルタは、（3, 1)モードの固有振動周波数近傍の周波数 成分を（2, 1)モードと (4, 1)モード近傍の周波数成分とまで含めて一括して増幅す る。 f = 145Hzの場合の上記式 7—1と式 7— 2のフィルタのボード線図を、図 6 (a)及 s
び（b)に、グラフ 33、 34で示す。
[0041] 比較例として考えた、式 7— 1と式 7— 2とで構成したフィルタを用いた場合には、固 有振動周波数を個別に増幅する場合と比較して、フィルタの位相特性が周波数に対 して広い範囲で変化することで、位置追従性能を向上させるのが困難となる。すなわ ち、比較例では、位置決め制御系の一巡伝達経路の周波数特性と相対的位置誤差 の圧縮特性とは、それぞれ図 7A及び 7Bにグラフ 45、 46、図 8A及び 8Bにグラフ 55 、 56として併記する特性となり、位置決め制御系の安定性の余裕と、一巡伝達経路 の周波数特性でゲインが OdBとなる周波数 (つまり、制御帯域周波数)の近傍の周波 数領域での追従性能が大幅に減じられることになる。本実施形態では、フィルタ 108 で、光ディスク媒体 101が有する固有振動モードの中から選択された固有振動モー ドの固有振動周波数近傍の成分をそれぞれ個別に増幅することで、光ディスク媒体 101の固有振動により位置決めの目標位置の変動が増大する場合であっても、目標 位置にレーザ集光ビームスポット 103を精度良く追従させることができる。
[0042] 図 12は、本発明の第 2実施形態の位置決め制御装置を含む光ディスク装置の構 成の一部を示している。本実施形態の光ディスク装置 100aは、第 1実施形態の光デ イスク装置 100 (図 1)の構成にカ卩えて、厚さ検出回路 191、セレクタ 193、ランプ波形 発生器 194を有する。厚さ検出回路 191、セレクタ 193、及び、ランプ波形発生器 19 4は、厚さ測定手段を構成する。
[0043] 一般に、光ディスク媒体では、外径寸法に、公差が許容されて 、る。例えば、公称 直径 120mm、公称厚さ 1. 2mmの HD DVDや DVD、 CDなどの物理規格に準拠 した光ディスク媒体では、直径に ±0. 3mm、ユーザデータ領域の厚さに + 0. 30m mと— 0. 06mmといった公差が許容されている。光ディスク媒体の固有振動周波数 は、外形寸法に応じて変化するが、特に、公称厚さに対する公差の割合が、公称直 径に対する公差の割合よりも大きぐ従って、厚さのばらつきによる固有振動周波数 の変化が無視できな 、ものとなる。
[0044] 図 13は、光ディスク媒体の厚さと固有振動周波数との関係を示している。同図では 、図 4と同様に、図 2に示す（2、 1)モードから（7、 1)モードの固有振動モードについ て、光ディスク媒体の厚みに対する固有振動周波数の変化を示している。また、図 1 3では、光ディスク媒体が回転していないときの固有振動周波数を示している。同図 に示すように、光ディスク媒体の各モードの固有振動周波数は、光ディスク媒体の厚 さの増加に伴って変化し、光ディスク媒体の厚さが、公差の範囲内に収まっている場 合でも、個体差によって、固有振動周波数が異なる値となる。
[0045] そこで、本実施形態では、厚さ検出回路 191によって光ディスク媒体 101の厚さを 計測し、フィルタ係数設定回路 195で、その検出した厚さに応じた固有振動周波数 を推定する。ランプ波形発生器 194は、厚さ計測時に、レーザ集光ビームスポット 10 3を、光ディスク媒体 101の光ヘッド 115側の第 1の表面 196から第 2の表面 197を含 む範囲で連続的に移動させるための信号を生成する。厚さ検出回路 191は、フォー カスエラー信号 106を観測して、光ディスク媒体 101の第 1の表面 196から第 2の表 面 197までの間の距離、つまりは、光ディスク媒体 101の厚さを測定する。
[0046] 光ディスク媒体 101の厚さの検出の動作について詳述する。対物レンズ 113の作 動距離、つまり、レーザ集光ビームスポット 103が情報記録層 102の位置決めの目標 位置に合焦しているときの対物レンズ鏡枠の端面と、光ディスク媒体 101の第 1の表 面 196との間の距離は、 1. 5mmとする。また、光検出器 104は、ナイフエッジ法によ るフォーカスエラー信号検出に対応するものとする。レーザ集光ビームスポット 103を 、光軸方向 116に沿って移動させると、レーザ集光ビームスポット 103が光ディスク媒 体 101の表面 196、 197や、情報記録層 102を横切る際に、フォーカスエラー信号 1 06には、 S字の波形が観察され、それ以外の箇所では、概ね一定の値となる。従つ て、レーザ集光ビームスポット 103を、あら力じめ定めた速度で、光ディスク媒体 101 の第 1の表面 196側力も第 2の表面 197側へ移動し、第 1の表面 196と第 2の表面 19 7とに対応するフォーカス S字の検出時間間隔を測ることで、光ディスク媒体 101の厚 さの情報を取得することができる。
[0047] 図 14は、厚さ計測時の各部の動作波形を示している。光ディスク装置 100aの動作 を統合制御する図示しないシステムコントローラは、光ディスク媒体 101の厚さの計測 の実行を命令指示する。この命令を受けると、厚さ検出回路 191は、セレクタ 193に ランプ波形発生器 194の出力を選択させると共に、ランプ波形発生器 194に、厚さ計 測のためのデータを出力するように指示する。この指示を受けたランプ波形発生器 1 94は、レーザ集光ビームスポット 103の光軸方向 116の位置力 光ディスク媒体 101 の第 1の表面 196よりも光ヘッド 115側となる位置に対応する信号 (DataO)を出力す る。この DataOは、セレクタ 193を介して D/ Aコンバータ 110に入力され、アナログ 値に変換される。その後、ドライブアンプ 111により、そのアナログ値に基づいてフォ 一力スァクチユエータ 112を駆動することにより、レーザ光が、光ディスク媒体 101の 第 1の表面 196よりも光ヘッド 115に近い位置に合焦する。
[0048] ランプ波形発生器 194は、厚さ計測開始時刻（時刻 tO)に、 DataOを出力した後、 時間経過と共に一定の割合で変化するランプ波形 1001を出力し、レーザ集光ビー ムスポット 103を、光ヘッド 115側から光ディスク媒体 101へ向力 方向に徐々に移動 させる。厚さ検出回路 191は、 AZDコンバータ 107でデジタルデータに変換された フォーカスエラー信号 106を入力し、フォーカス S字信号を観察する。レーザ集光ビ 一ムスポット 103が、まだ光ディスク媒体 101の第 1の表面 196に達して!/、な!/、場合 には、フォーカスエラー信号 106は直流値をとり、フォーカス S字信号は観察されない
[0049] ランプ波形発生器 194の出力信号によってレーザ集光ビームスポット 103を駆動し 、時刻 tlで、レーザ集光ビームスポット 103が光ディスク媒体 101の第 1の表面 196 に達し、その表面 196を通過すると、フォーカスエラー信号 106には、フォーカス S字 信号 1002が観察される。厚さ検出回路 191は、このフォーカス S字信号 1002を検出 すると、クロック信号に基づいてカウントを行う、図示しないカウンタを動作させ、時間 の計測を開始する。厚さ検出回路 191は、例えばフォーカスエラー信号 106の値が、 所定のしきい値 dO以下となった後に 0以上となったことを検出すると、フォーカス S字 信号が観察されたと判断する。
[0050] レーザ集光ビームスポット 103力 光ディスク媒体 101の第 1の表面 196から第 2の 表面 197側に移動していき、第 1の表面 196から情報記録層 102の間にあるときには 、フォーカスエラー信号 106は直流値となる。その後、時刻 t2で、レーザ集光ビーム スポット 103が情報記録層 102に至り、情報記録層 102を通過する際に、フォーカス S字信号 1003が観察される。その後、時刻 t3で、レーザ集光ビームスポット 103が光 ディスク媒体 101の第 2の表面 197に至り、第 2の表面 197を通過する際に、フォー力 スエラー信号 106にフォーカス S字信号 1004が観察される。
[0051] 時刻 t4で、ランプ波形発生器 194が出力する信号が、厚さ計測の終了位置に対応 する信号 (Datal)となると、レーザ集光ビームスポット 103の移動は終了する。厚さ 計測の終了位置は、対物レンズ 113が光ディスク媒体 101の第 1の表面 196に余裕 を持って接触しない位置で、かつ、レーザ集光ビームスポット 103が第 2の表面 197 よりも奥側となる位置に設定すればょ 、。
[0052] 光ディスク媒体 101の情報記録層 102が 1層である場合には、フォーカス S字信号 は、第 1及び第 2の表面 196、 197と、情報記録層 102との、計 3箇所で観察される。 このうち、時刻 t2で観察される 2つ目のフォーカス S字信号 1003は、情報記録層 10 2に対応しており、厚さ検出回路 191は、時刻 t3で観察されるフォーカス S字信号 10 04でカウンタを停止する。カウンタのカウント値は、時刻 tlから時刻 t3までの間の時 間に対応しており、この時間に基づいて、光ディスク媒体 101の厚さを検出する。本 実施形態では、ランプ波形発生器 194の DataO力も Datalまでを出力する時間、つ まり時刻 tOから時刻 t4までの時間を、上記式 4の系の最も長い時定数より十分に長く 定めたので、時間差 t3—tlが光ディスク媒体 101の厚さに近似的に比例すると定め られた。従って、厚さ検出回路 191は、（t3— tl)に比例した値を、光ディスク媒体 10 1の厚さの情報 tdとして、フィルタ係数設定回路 195に出力するとした。
[0053] 厚さ検出回路 191は、光ディスク媒体 101の厚さを測定すると、厚さ情報を、フィル タ係数設定回路 195に出力する。ただし、厚さ検出回路 191は、光ディスク装置 100 aの電源投入時等の初期状態では、厚さ情報として、初期値である 1. 2mmを出力す る。フィルタ係数設定回路 195は、厚さ検出回路 191が出力する厚さ情報と、回転周 期検出回路 122が出力する回転数情報とに基づいて光ディスク媒体 101の固有振 動周波数を推定し、フィルタ 108の係数を設定する。フィルタ係数設定回路 195は、 厚さ情報が更新されるたび、又は、回転数情報が更新されるたびに、その更新された 厚さ情報、回転数情報に基づいて、フィルタ 108の係数を逐次変更する。
[0054] フィルタ 108には、下記式 8— 1で示す伝達関数 F (s)のフィルタを用いた。
F(s)=n 、 4 (s2+2 ζ ω s+ ω V(s2+2 ζ ω s+ ω 2) (8— 1)
[a=2 ； b=l] n(a,b) (a,b) (a，b) d(a,b) (a,b) (a,b)
ただし、 ζ > ζ 〉0
n(a,b) d(a,b)
実際には、フィルタ 108はデジタル信号のフィルタで構成するため、上記式 8—1を 、下記式 9 1へと変形して用いた。
F(z)= Z [F (s)F (s)F (s)]
(2,1) (3,1) (4,1)
F (s)=(s2+2 ζ ω s+ ω 2)/(s2+2 ζ ω s+ ω 2)、 a=2,3,4、 b=l
(a，b) n(a,b) (a，b) (a，b) d(a，b) (a，b) (a，b)
ζ =0.080、 ζ =0.020
n(2,l) d(2,l)
ζ =0.064、 ζ =0.020
n(3,l) d(3,l)
ζ =0.050、 ζ =0.020 (9 - 1)
n(4,l) d(4,l)
[0055] また、フィルタ係数設定回路 195は、図 13に示す厚さに対する固有振動周波数の 変化を 1次関数で近似し、下記式 8— 2示す計算式に従って、各モードの固有振動 周波数を推定する。
ω =2 π [0 f+C t +f ] (8— 2)
(a，b) l(a，b) s 0(a，b) d 0(a，b)
式 8— 2における tは、光ディスク媒体 101の厚さ（mm)であり、 C は、図 13の光 d 0(a，b)
ディスク媒体の厚さの変化に伴う固有振動周波数の変化を 1次近似したときの傾き（ Hz/mm)である。また、 f ' は、 0次係数 (Hz)である。具体的には、回転周期検
0(a，b)
出回路が出力する回転数情報 fと、厚さ検出回路が出力する厚さ tとに基づいて、下 s d
記式 9 2 ω =2 π [3.03ΐ+ 71.7t +15.5]
(2,1) s d
ω =2 7u [4.02f +192.4t +21.0]
(3,1) s d
ω =2 7u [4.99f +367.7t +24.4] (9 - 2)
(4,1) s d
で、各モードの固有振動周波数を推定する。式 9 2で、 t = 1. 2mmとしたときには d
、各モードの固有振動周波数は、式 6— 2に示す第 1実施形態のフィルタ係数設定回 路 121が推定する固有振動周波数と近似的に等価となり、この場合のフィルタ 108の 特性は、第 1実施形態と第 2実施形態とで同等となる。
[0056] 式 9 2で、 f = 180Hz, t = 1. 5mmであったときの、式 9— 1のフィルタ 108のボ s d
一ド線図を、図 15 (a)及び (b)中に、それぞれ、グラフ 111、 112で示す。同図を参 照すると、第 1実施形態と同様に、フィルタ 108に、フォーカスエラー信号 106を入力 することにより、フォーカスエラー信号 106の、（2、 1)モードの固有振動周波数である 688Hzと、（3、 1)モードの固有振動周波数である 1033Hzと、（4、 1)モードの固有 振動周波数である 1474Hzとのそれぞれの周波数の近傍の成分を、個別に増幅で さることがゎカゝる。
[0057] f = 180Hz, t = 1. 5mmにおける位置決め制御系の一巡伝達経路の周波数特 s d
性を、図 16 (a)及び (b)に、それぞれグラフ 121、 122で示す。また、位置決め制御 系の相対的位置誤差の圧縮特性を、図 17 (a)及び (b)に、それぞれグラフ 131、 13 2で示す。図 16では、式 9— 1の F (z)を F (z) = lとした場合の位置決め制御系の一 巡伝達経路の周波数特性を、グラフ 43、 44として併記し、図 17では、式 9— 1の F (z ) = 1とした場合の位置決め制御系の相対的位置誤差の圧縮特性を、グラフ 53、 54 として併記した。図 16及び図 17を参照すると、図 7及び図 8の場合と同様に、光ディ スク媒体 101が有する固有振動モードの中から選択された固有振動モードの固有振 動周波数近傍の成分をそれぞれ個別に増幅することで、光ディスク媒体 101の固有 振動により位置決めの目標位置の変動が増大する場合であっても、目標位置にレー ザ集光ビームスポット 103を精度良く追従させることができることがわかる。
[0058] 本実施形態では、フィルタ係数設定回路 195により、光ディスク媒体 101の厚さや、 回転数に応じた固有振動周波数を推定し、推定した固有振動周波数により、フィルタ 108のフィルタ特性を設定する。このようにすることで、第 1実施形態で得られる効果 に加えて、光ディスク媒体 101の厚さに個体差がある場合でも、光ディスク媒体 101 の情報記録層 102の位置決めの目標位置に、レーザ集光ビームスポット 103を精度 良く追従させることができる。
[0059] なお、上記第 2実施形態では、レーザ集光ビームスポット 103を、光ディスク媒体 10 1の第 1の表面 196から第 2の表面 197まで移動させて、両者を通過した時間差に基 づいて光ディスク媒体 101の厚さを計測した力 これには限定されない。例えば、 HD
DVDや DVDの物理規格に準拠した光ディスク媒体は、 0. 6mm厚の基板を 2枚 張り合わせた構造を有するので、光ディスク媒体の厚さは、実用的には、一方の基板 の厚さを 2倍した値となる。図 14では、時刻 t2— tlが、光ディスク媒体 101の第 1の 表面 196から情報記録層 102までの厚さ、すなわち基板厚に対応するため、厚さ検 出回路 191は、時刻 t2で情報記録層 102に対応するフォーカス S字信号 1003を観 察した後に、（t2—tl) X 2に比例した値を、厚さの情報 tdとして出力する構成とする ことができる。この場合には、レーザ集光ビームスポット 103を第 2の表面 197まで移 動させる必要がなぐ厚さの情報の取得に要する時間を短縮ィ匕できる。
[0060] 図 14では、光ディスク媒体 101として、 HD DVD規格に準拠した片面 1層の光デ イスク媒体を想定した力 光ディスク媒体 101は、これには限定されず、多層媒体とし て構成されていてもよい。例えば、 HD DVD規格に準拠した片面 2層光ディスク媒 体であれば、光ディスク媒体 101は、それぞれに情報記録層を有する厚さ 0. 6mm のポリカーボネイト基板を 2枚、情報記録層が内側となるように紫外線硬化樹脂で張 り合わせた構造を有し、 2つの情報記録層の間には、張り合わせに要した紫外線硬 化榭脂から成る中間層を有する。
[0061] 上記構造の片面 2層の光ディスク媒体で、レーザ集光ビームスポットを一方の表面 側から他方の表面側へと移動させつつフォーカスエラー信号を観察すると、双方の 基板表面と、 2つの情報記録層とで、計 4回フォーカス S字信号が観察される。この場 合には、双方の表面に対応する 1回目のフォーカス S字信号と 4回目のフォーカス S 字信号と間の時間差に基づいて、光ディスク媒体の厚さを算出すればよい。このよう に、情報記録層が複数ある場合には、情報記録層の数に応じたフォーカス S字信号 の出現回数を設定することで、光ディスク媒体の厚さを計測できる。 [0062] 上記では、 1回目のフォーカス S字信号と 4回目のフォーカス S字信号と間の時間差 力 光ディスク媒体の厚さを算出したが、実用的には、基板表面から情報記録層まで の厚さと、双方の情報記録層間の厚さとを求めて、これらから、光ディスク媒体の厚さ を計算してもよい。この場合には、 1回目のフォーカス S字信号と 2回目のフォーカス S 字信号との時間差力 光ディスク媒体の表面力 情報記録層までの厚さを求め、 2回 目のフォーカス S字信号から 3回目のフォーカス S字信号との時間差から、情報記録 層の間の中間層の厚さを求めて、表面から情報記録層までの厚さを 2倍したものに、 中間層の厚さを加えて、光ディスク媒体の厚さとすることができる。
[0063] 上記光ディスク媒体の厚さの計測は、公称厚さ 1. 2mmのポリカーボネイトから成る 基板上に情報記録層を積層した構造を有する CD規格に準拠した光ディスク媒体で も同様に行うことができる。 CD規格に準拠した光ディスク媒体の場合には、レーザ集 光ビームスポットを光ディスク媒体の一方の表面の外側から光軸方向に沿って情報 記録層に向力つて移動させると、光ディスク媒体の一方の表面と情報記録層とで、フ オーカス S字信号が計 2回観察される。この 2回のフォーカス S字信号の時間差に比 例した値を、光ディスク媒体の厚さとすればょ ヽ。
[0064] 上記実施形態では、公称直径が 120mmで、公称厚さが 1. 2mmのポリカーボネィ トを主成分とする HD DVDや DVD、 CDなどの光ディスク媒体について述べたが、 光ディスク媒体の公称直径や公称厚さは、これには限定されない。本発明は、例え ば、公称直径が 80mmの光ディスク媒体に対しても適用可能である。また、光デイス ク媒体には、 Blu— rayディスクのように、 HD DVD等と同じ公称直径で公称厚さで あっても、主成分がポリカーボネイトのみでない光ディスク媒体も存在する力 本発明 は、このような光ディスク媒体についても適用可能である。
[0065] Blu— rayディスクは、ディスクの公称直径は 120mm、公称厚さは 1. 2mmである 力 公称厚さ 1. 1mmのポリカーボネイト基板に、公称厚さ 0. 1mmの紫外線硬化榭 脂からなるカバー層を張り合わせた構造を有するので、光ディスク媒体の硬度が、 H D DVD等の規格に準拠した光ディスク媒体と異なる。図 18は、光ディスク媒体の厚 さと各固有振動モードの固有振動周波数との関係を示している。同図では、矩形 18 01で囲んだ、図 13に示す HD DVD等の物理規格に準拠した光ディスク媒体にお ける厚さと固有振動周波数の関係に、矩形 1802で囲む、 Blu— rayディスクでの固 有振動周波数を追記した。
[0066] Blu— rayディスクは、同じ厚さでは、 HD DVD等の光ディスクに比して、硬ぐ Blu rayディスクの各モードの固有振動周波数は、実験的に、 1. 09倍程度の厚さを有 する HD DVD等の光ディスクの固有振動周波数に相当する。従って、記録'再生の 対象となる光ディスク媒体が Blu— rayディスクであれば、図 18に示すように、 HD D VD等の光ディスクにおける横軸 (厚さ）を、 1/1. 09倍して読み替えて、光ディスク 媒体の厚さから、 Blu— rayディスクの各モードの固有振動周波数を推定すればょ 、 。このようにすることで、 Blu— rayディスクについても、集光ビームスポットを、情報記 録層に精度よく追従させることができる。
[0067] 光ディスク装置では、光ディスク媒体にユーザ情報を記録する前、或いは、光デイス ク媒体からユーザ情報を再生する前に、光ディスク媒体にあらかじめ記録された制御 情報等を読み出して、記録 ·再生対象のディスクが、どの物理規格に準拠した光ディ スク媒体であるかを判別することが一般的である。このときに得られた情報を利用して 、記録'再生対象の物理規格の種別に応じて、フィルタ 108 (図 1、図 12)で増幅する 固有振動周波数を設定し、或いは、光ディスク媒体の厚さの検出のやり方を決定す ることもできる。この点は、本発明を、公称直径が 80mmの光ディスク媒体に適用する 場合についても同様である。
[0068] 本発明の位置決め制御装置は、従来技術、例えば特許文献 1に記載の技術ゃ特 許文献 2に記載の技術と組み合わせて用いることができる。すなわち、上記各実施形 態の構成により、光ディスク媒体の回転に非同期な光ディスク媒体の固有振動に対 するレーザ集光ビームスポットの追従性能を改善させると同時に、特許文献 1や特許 文献 2に記載の技術と同様な構成で、光ディスク媒体の回転に同期した位置変動に 対する追従性能を改善させることもできる。
[0069] 図 1では、フィルタ係数設定回路 121によってフィルタ 108のフィルタ係数を制御す る構成とした力 これには限定されない。例えば、光ディスクを CAV方式で、かつ、光 ディスク媒体に対して情報を記録'再生する際の倍速の設定を変更しないで運用す る場合には、情報を記録 ·再生する際の光ディスクの回転数は、あらかじめ設定され た一定の値となる。このような場合には、光ディスク媒体の固有振動周波数は、一定 の値に近似できるため、フィルタ 108の係数を、この近似値に基づいて固定したとし ても追従性は、実用上は十分に改善できる。すなわち、図 1におけるフィルタ係数設 定回路 121と回転周期検出回路 122とを用いない構成とした場合でも、位置決め制 御系の追従性能を改善できる。
[0070] 上記実施形態では、位置決め制御装置を、光ディスク装置におけるフォーカス追従 制御装置に適用する例について説明したが、本発明の位置決め制御装置は、トラッ ク追従制御装置にも同様に適用できる。図 1を参照して説明すると、光ディスク媒体 1 01の情報記録層 102には、記録用の光ディスク媒体であればプリグループと呼ばれ るスパイラル形状の案内溝が光ディスク半径方向に向けて形成されており、再生専用 の光ディスク媒体であれば情報ピット列が光ディスク半径方向に向けてスパイラル状 に配置されている。光ディスク装置は、これらの案内溝やピット列といった情報記録ト ラックに沿ってレーザの集光ビームスポット 103を走査する（トラック追従制御する）こ とで、光ディスク媒体 101の情報記録層に対し情報を記録又は再生する。第 1実施 例で説明した光ディスク媒体 101の固有振動による目標位置の変動は、光軸 116方 向の成分だけでなく光ディスク半径方向の成分も有しており、第 1実施形態と同様に して、トラック追従制御装置に本発明を適用することで、トラック追従性能が向上でき る。
[0071] 具体的には、図 1に準じて、本発明の位置決め制御装置によるトラック追従制御装 置を構成するとした場合、位置誤差検出器は、例えばプッシュプル (Push Pull)法 や DPD (Differential Phase Detection)法に基づき、位置決め目標位置である情報記 録トラックとレーザ集光ビームスポット 103との光ディスク半径方向の相対的位置誤差 であるトラックエラー信号を検出してフィルタ 108に出力する。また、駆動手段は、フォ 一力スァクチユエータ 112に代えて、トラックァクチユエータを用いて構成され、安定 化補償器 109、 DZ Aコンバータ 110、ドライブアンプ 111、及び、ドライブアンプ 111 の出力により、対物レンズ 113を光ディスク半径方向に駆動することでレーザ集光ビ 一ムスポット 103を光ディスク半径方向に変位させる。この場合、光ディスク装置 100 では、フィルタ 108と、位置誤差検出器と、駆動手段とにより、レーザ集光ビームスポ ット 103の位置を、光ディスク媒体 101の位置決めの目標位置である情報記録トラッ クに追従させる位置決め制御系を構成する。
[0072] 一般に、上記トラックァクチユエータとドライブアンプ 111とを直列接続した系の伝達 特性は、フォーカスァクチユエータ 112とドライブアンプ 111を直列接続した系の伝達 特性を示す式 (4)と概ね同様の周波数特性を有する。従って、上記したようにトラック 追従制御装置を構成し、フィルタ 108と駆動手段が有する安定ィ匕補償器 109の周波 数特性とを、第 1実施形態と同様に定めることで、トラック追従制御装置のトラック追従 性能を改善できる。
[0073] 上記実施形態では、目標部材を光ディスク媒体とし、位置決め制御装置を光デイス ク装置に搭載する例について示した力 これには限定されない。例えば、本発明の 位置決め制御装置をハードディスク装置に搭載し、ハードディスク装置における磁気 ヘッドのトラック追従制御装置にも適用することもできる。この場合、目標部材である ハードディスクの固有振動周波数や、駆動部材を構成する磁気ヘッドを駆動するボ イスコイルモータ等の機械特性は、上記光ディスク装置の場合と同様に論じることが でき、本発明の位置決め制御装置を適用することで、位置決め制御系の追従性能を 向上することができる。
[0074] 以上で説明したように、本発明では例えば以下の実施形態を採用できる。
[0075] 本発明の第 1の視点の位置決め制御装置では、目標部材が有する固有振動モー ドの中力 選択された少なくも 1つのモードの固有振動周波数近傍の信号成分をフィ ルタで増幅した位置誤差信号に基づ 、て移動部材を駆動し、移動部材を目標部材 の目標位置に追従させてもよい。このようにすると、目標部材が外力等により固有振 動モードで励振され、目標位置に固有振動モードの周波数で変動が生じる場合でも 、移動部材を、精度よぐ目標位置に追従させることができる。
[0076] 前記フィルタは、前記目標部材が有する 2次以上の固有振動モードのうちの少なく も 1つの固有振動モードの固有振動周波数近傍の成分を増幅する構成を採用できる 。フィルタで、位置決め制御系の制御帯域周波数に近接する固有振動周波数成分 を増幅することで、制御帯域を広げずに、移動部材の目標位置への追従性を改善で きる。 [0077] 前記フィルタは、前記目標部材が有する固有振動モードの中から選択された複数 の固有振動モードの固有振動周波数近傍の成分のそれぞれを、個別に増幅する構 成を採用できる。この場合、複数の固有振動周波数を一括で増幅する場合に比して 、移動部材の目標位置への追従性を向上することができる。
[0078] 本発明の第 2の視点の位置決め制御装置では、前記周波数推定器は、前記目標 部材が有する 2次以上の固有振動モードの少なくも 1つの固有振動モードの固有振 動周波数を推定する構成を採用できる。
[0079] 前記周波数推定器は、前記目標部材が有する固有振動モードの中から選択され た複数の固有振動モードの固有振動周波数を推定して出力し、前記フィルタは、前 記周波数推定器が推定した複数の固有振動周波数近傍の成分をそれぞれ個別に 増幅する構成を採用できる。
[0080] 本発明の第 2の視点の位置決め制御装置では、前記円板状の目標部材の、回転 軸周りの回転数情報を取得する回転数情報取得手段を更に備え、前記周波数推定 器は、前記回転数情報に基づいて前記固有振動周波数を推定する構成を採用でき る。この場合、目標部材の回転数が変化し、それに伴って固有振動周波数が変化し た場合でも、フィルタで増幅する固有周波数成分を回転数に応じて変化させることで 、移動部材を目標位置に精度よく追従させることができる。
[0081] 本発明の第 2の視点の位置決め制御装置では、前記円板状の目標部材の厚さの 情報を取得する厚さ計測手段を更に有し、前記周波数推定器は、前記厚さ情報に 基づいて、前記目標部材の固有振動周波数を推定する構成を採用できる。例えば、 光ディスク媒体などでは、規格により、媒体の厚さが決められているが、実際には製 造ばらつき等により、媒体の厚さに個体差がある場合がある。その場合でも、目標部 材の厚さを計測し、周波数推定器で、計測した厚さに応じた固有振動周波数を推定 することにより、移動部材を、目標位置に精度よく追従させることができる。
[0082] 本発明の光ディスク装置では、前記光ディスク媒体の、回転軸周りの回転数情報を 取得する回転数情報取得手段を更に有し、前記周波数推定器は、前記回転数情報 に基づいて前記固有振動周波数を推定する構成を採用できる。
[0083] 本発明の光ディスク装置では、前記光ディスク媒体の厚さの情報を取得する厚さ計 測手段を更に備え、前記周波数推定器は、前記厚さ情報に基づいて、前記光デイス ク媒体の固有振動周波数を推定する構成を採用できる。
[0084] 位置決め制御装置では、目標部材が有する固有振動モードの固有振動周波数近 傍の信号成分をフィルタで増幅した位置誤差信号に基づ ヽて移動部材を駆動し、移 動部材を目標部材の目標位置に追従させてもよい。このようにすると、目標部材が外 力等により固有振動モードで励振され、目標位置に固有振動モードの周波数で変動 が生じる場合でも、移動部材を、精度よぐ目標位置に追従させることができる。
[0085] 光ディスク装置では、光ディスク媒体が有する固有振動モードの固有振動周波数 近傍の信号成分をフィルタで増幅した位置誤差信号に基づいて集光ビームスポット を駆動し、集光ビームスポットを光ディスク媒体の目標位置に追従させてもよい。この ようにすると、光ディスク媒体が外力等により固有振動モードで励振され、目標位置 に固有振動モードの周波数で変動が生じる場合でも、集光ビームスポットを、精度よ ぐ光ディスク媒体の目標位置に追従させることができる。
[0086] 上記実施形態の光ディスク装置では、周波数推定器によって、光ディスク媒体が有 する固有振動モードの中力 選択された少なくも 1つのモードの固有振動周波数を 推定し、推定された固有振動周波数近傍の信号成分をフィルタで増幅した位置誤差 信号に基づ 、て集光ビームスポットを駆動し、集光ビームスポットを光ディスク媒体の 目標位置に追従させてもよい。このようにすると、光ディスク媒体が外力等により固有 振動モードで励振され、目標位置に固有振動モードの周波数で変動が生じる場合で も、集光ビームスポットを、精度よぐ光ディスク媒体の目標位置に追従させることがで きる。また、光ディスク媒体の固有振動周波数は、回転速度などの要因によって変動 することがあるが、周波数推定器によって、固有振動周波数の変動を推定し、フィル タで増幅する周波数を変化させることで、固有振動周波数に変動が生じる場合でも、 集光ビームスポットを、精度よぐ光ディスク媒体の目標位置に追従させることができ る。
[0087] 上記実施形態の位置決め制御装置では、周波数推定器によって、目標部材が有 する固有振動モードの中力 選択された少なくも 1つのモードの固有振動周波数を 推定し、推定された固有振動周波数近傍の信号成分をフィルタで増幅した位置誤差 信号に基づいて移動部材を駆動し、移動部材を目標部材の目標位置に追従させて もよい。このようにすると、目標部材が外力等により固有振動モードで励振され、目標 位置に固有振動モードの周波数で変動が生じる場合でも、移動部材を、精度よぐ 目標位置に追従させることができる。また、目標部材の固有振動周波数は、目標部 材の回転速度などの要因によって変動することがあるが、周波数推定器によって、固 有振動周波数の変動を推定し、フィルタで増幅する周波数を変化させることで、固有 振動周波数に変動が生じる場合でも、移動部材を、精度よぐ目標位置に追従させる ことができる。
[0088] 以上、本発明の例示的な実施形態を説明したが、本発明の位置決め制御装置及 び光ディスク装置は、上記例示的な実施形態の構成にのみ限定されるものではなく 、上記実施形態の構成力も種々の修正及び変更を施したものも、本発明の範囲に含 まれる。
産業上の利用可能性
[0089] 本発明は、光ディスク装置におけるレーザ集光ビームスポットのフォーカス（焦点） 追従制御装置やトラック追従制御装置のように、円板状の情報担体に対して信号を 記録再生するためのトランスデューサを位置決め追従させる装置に適用できる。

Claims

請求の範囲
[1] 位置決め対象となる移動部材を、円板状の目標部材の目標位置に追従させる位置 決め制御装置であって、
前記目標位置と前記移動部材 (103； 203)との相対的位置誤差を検出し、位置誤 差信号として出力する位置誤差検出器 (105； 205)と、
前記位置誤差信号を通過させるフィルタであって、前記目標部材（101； 201)が有 する固有振動モードの中力 選択された少なくも 1つのモードの固有振動周波数近 傍の信号成分を増幅して出力するフィルタ（108； 208)と、
前記フィルタ（ 108； 208)の出力に基づ 、て前記移動部材（ 103； 203)を駆動する 駆動手段（109〜112； 211)を備えたことを特徴とする位置決め制御装置。
[2] 前記フィルタ（108 ; 208)は、前記目標部材（101 ; 201)が有する 2次以上の固有 振動モードのうちの少なくも 1つの固有振動モードの固有振動周波数近傍の成分を 増幅することを特徴とする、請求項 1に記載の位置決め制御装置。
[3] 前記フィルタ（108 ; 208)は、前記目標部材（101 ; 201)が有する固有振動モード の中から選択された複数の固有振動モードの固有振動周波数近傍の成分のそれぞ れを、個別に増幅することを特徴とする、請求項 1に記載の位置決め制御装置。
[4] 位置決め対象となる移動部材を、円板状の目標部材の目標位置に追従させる位置 決め制御装置であって、
前記目標位置と前記移動部材 (103； 203)との相対的位置誤差を検出し、位置誤 差信号として出力する位置誤差検出器 (105； 205)と、
前記目標部材（ 101； 201)が有する固有振動モードの中から選択された少なくも 1 つのモードの固有振動周波数を推定して出力する周波数推定器（121； 195)と、 前記位置誤差信号を通過させるフィルタであって、前記周波数推定器（121； 195) が出力する固有振動周波数近傍の信号成分を増幅して出力するフィルタ（108 ; 20 8)と、
前記フィルタ（ 108； 208)の出力に基づ 、て前記移動部材（ 103； 203)を駆動する 駆動手段（109〜112； 211)を備えたことを特徴とする位置決め制御装置。
[5] 前記周波数推定器（121； 195)は、前記目標部材（101； 201)が有する 2次以上 の固有振動モードの少なくも 1つの固有振動モードの固有振動周波数を推定するこ とを特徴とする、請求項 4に記載の位置決め制御装置。
[6] 前記周波数推定器（121； 195)は、前記目標部材（101 ; 201)が有する固有振動 モードの中から選択された複数の固有振動モードの固有振動周波数を推定して出 力し、前記フィルタ（108 ; 208)は、前記周波数推定器（121 ; 195)が推定した複数 の固有振動周波数近傍の成分をそれぞれ個別に増幅することを特徴とする、請求項 4に記載の位置決め制御装置。
[7] 前記円板状の目標部材（101 ; 201)の、回転軸周りの回転数情報を取得する回転 数情報取得手段（122)を更に備え、前記周波数推定器（121 ; 195)は、前記回転 数情報に基づいて前記固有振動周波数を推定することを特徴とする、請求項 4〜6 の何れか一に記載の位置決め制御装置。
[8] 前記円板状の目標部材（101 ; 201)の厚さの情報を取得する厚さ計測手段（191) を更に有し、前記周波数推定器（195)は、前記厚さ情報に基づいて、前記目標部 材（101 ; 201)の固有振動周波数を推定することを特徴とする、請求項 4〜6の何れ か一に記載の位置決め制御装置。
[9] 光ディスク媒体に集光ビームスポットを照射して情報の記録 ·再生を行う光ディスク 装置であって、前記光ディスク媒体（101)の情報記録層（102)又は情報記録トラック と前記集光ビームスポット（103)との相対的位置誤差を検出し、位置誤差信号として 出力する位置誤差検出器（105)と、前記光ディスク媒体（101)が有する固有振動モ ードの中から選択された少なくも 1つのモードの固有振動周波数を推定して出力する 周波数推定器（121； 195)と、前記位置誤差信号を通過させるフィルタであって、前 記周波数推定器（121； 195)が出力する固有振動周波数近傍の信号成分を増幅し て出力するフィルタ（108)と、前記フィルタの出力に基づいて前記集光ビームスポッ トを駆動する駆動手段（109〜112； 211)を備えたことを特徴とする光ディスク装置。
[10] 前記光ディスク媒体の、回転軸周りの回転数情報を取得する回転数情報取得手段
(122)を更に有し、前記周波数推定器（121 ; 195)は、前記回転数情報に基づいて 前記固有振動周波数を推定することを特徴とする、請求項 9に記載の光ディスク装置 前記光ディスク媒体の厚さの情報を取得する厚さ計測手段（191)を更に備え、前 記周波数推定器（121 ; 195)は、前記厚さ情報に基づいて、前記光ディスク媒体の 固有振動周波数を推定することを特徴とする、請求項 9に記載の光ディスク装置。
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