(57)【特許請求の範囲】
【請求項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；２０８）と、
前記フィルタ（１０８；２０８）の出力に基づいて前記移動部材（１０３；２０３）を駆動する駆動手段（１０９〜１１２；２１１）と、
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）と、を備え、
前記周波数推定器（１２１；１９５）は、前記回転数情報取得手段（１２２）で取得された前記回転数情報である、前記円板状の目標部材（１０１；２０１）の回転数変化に対応する固有振動数の変化を、一次関数で近似して前記固有振動周波数を推定することを特徴とする位置決め制御装置。
【請求項２】
前記フィルタ（１０８；２０８）は、前記推定された固有振動周波数の変化に応じて、信号成分が増幅される周波数を変化させる周波数特性可変フィルタであ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。
【請求項３】
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１又は２に記載の位置決め制御装置。
【請求項４】
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１乃至３のいずれか１項に記載の位置決め制御装置。
【請求項５】
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１乃至３のいずれか１項に記載の位置決め制御装置。
【請求項６】
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；２０８）と、
前記フィルタ（１０８；２０８）の出力に基づいて前記移動部材（１０３；２０３）を駆動する駆動手段（１０９〜１１２；２１１）と、
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）と、を備え、
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位置決め制御装置。
【請求項７】
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）と、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）と、を備え、
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光ディスク装置。
【発明の詳細な説明】
【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、このように高密度化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、光ディスク装置での高倍速化は、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った。【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いる。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ィ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く、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。ディ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く、か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。
【０００９】
本発明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と、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と、を備え、前記周波数推定器は、前記回転数情報取得手段で取得された前記回転数情報である、前記円板状の目標部材の回転数変化に対応する固有振動数の変化を、一次関数で近似して前記固有振動周波数を推定することを特徴とする。
本発明の他の観点に係る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と、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と、を備え、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いて前記集光ビームスポットを駆動する駆動手段と、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と、を備え、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。
【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、ｆs＝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、ｆs＝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、ｆs＝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１０５、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１２１、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。光ヘッド１１５は、光検出器１０４、フォーカスアクチュエータ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、Ａ／Ｄ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、Ｄ／Ａコンバータ１１０、ドライブアンプ１１１、及び、フォーカスアクチュエータ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、光ディスク媒体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、フォーカスアクチュエータ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カスエラー信号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。フォーカスエラー信号１０６は、Ａ／Ｄ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、Ａ／Ｄ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ー信号１０６を入力し、安定化補償器１０９に出力する。フィルタ１０８は、フォーカスエラー信号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。安定化補償器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。安定化補償器１０９の出力信号は、Ｄ／Ａ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、Ｄ／Ａコンバータ１１０の出力信号を電力増幅して出力し、フォーカスアクチュエータ１１２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ＦＧ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ィスク媒体は、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から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ィ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、光ディ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いる。
【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ＣＬＶ（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く、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、１００００ｒｐｍ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、レーザ集光ビー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で正規化している。
【００２８】
駆動手段２１１は、図１の安定化補償器１０９、Ｄ／Ａコンバータ１１０、ドライブアンプ１１１、及び、フォーカスアクチュエータ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、ζn(a,b)>ζd(a,b)>0、ω(a,b)=2πf0(a,b)として、
F(s)=Π[a=0、∞;b=0、∞](s2+2ζn(a,b)ω(a,b)s+ω(a,b)2)/(s2+2ζd(a,b)ω(a,b)s+ω(a,b)2)    （１）
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、ｆ0(a,b)は、図３に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く、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)=Π[a=2、4;b=1](s2+2ζn(a,b)ω(a,b)s+ω(a,b)2)/(s2+2ζd(a,b)ω(a,b)s+ω(a,b)2)    （２）
【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、ζｎ（ａ，ｂ）＞ζｄ（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いない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ｆsは、光ディスク媒体の回転周波数（Ｈｚ）であり、Ｃ1(a,b)は、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（Ｈｚ／Ｈｚ）であり、ｆ〜0(a,b)は、０次係数（Ｈｚ）である。本実施形態で用いた光ディスク媒体では、ｆ0(a,b)とｆ〜0(a,b)とは近似的に等しい値をとった。
F(s)=Π[a=2、4;b=1](s2+2ζn(a,b)ω(a,b)s+ω(a,b)2)/(s2+2ζd(a,b)ω(a,b)s+ω(a,b)2)    （３−１）
ただし、ζn(a,b)>ζd(a,b)>0
ω(a,b)=2π[C1(a,b)fs+f〜0(a,b)]    （３−２）
【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アクチュエータ１１２とドライブアンプ１１１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)=P1(s)P2(s)P3(s)Pe(s)
P1(s)=1.07×104/(s2+80.0s+1.24×105)
P2(s)=(0.755s2+3.19×104s+5.26×1010)/(s2+1.83×104s+5.26×1010)
P3(s)=8.91×1010/(s2+1.19×104s+8.91×1010)
Pe(s)=1.95×105/(s+1.95×105)                                  （４）
安定化補償器１０９の伝達関数Ｃ（ｚ）については、下記式５とする。
C(z)=Ζ[(5.78×1010s+5.45×1014)/(s2+3.36×105s+2.13×1010)]      （５）
式５におけるｚは進み演算子を表し、Ζ［  ］は０次ホールドでのＺ変換を表す。Ζ変換のサンプリング周波数は４×１０5Ｈｚ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)=Ζ[F(2,1)(s)F(3,1)(s)F(4,1)(s)]
F(a,b)(s)=(s2+2ζn(a,b)ω(a,b)s+ω(a,b)2)/(s2+2ζd(a,b)ω(a,b)s+ω(a,b)2)、a=2,3,4、b=1
ζn(2,1)=0.080、ζd(2,1)=0.020
ζn(3,1)=0.064、ζd(3,1)=0.020
ζn(4,1)=0.050、ζd(4,1)=0.020        （６−１）
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（ｆs）に基づいて、下記式６−２でω(a,b)を推算しこれをフィルタ１０８に出力する。
ω(2,1)=2π[3.03fs+102]
ω(3,1)=2π[4.02fs+252]
ω(4,1)=2π[4.99fs+466]      （６−２）
上記式６−２のω(a,b)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。
【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６Ａ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１１９０Ｈｚ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】
ｆs＝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から移動部材の移動量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から相対的位置誤差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８Ａ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、ゲインが小さいほど良いと評価できる。
【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が、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、ｆs＝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、ｆs＝１８０Ｈｚに対応するω(a,b)を推算し、フィルタ１０８に出力する。式６−２でｆs＝１８０Ｈｚのときの、式６−１のフィルタ１０８のボード線図を、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】
ｆs＝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７Ａ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)=Ζ[F'(3,1)(s)]
F'(3,1)(s)=(s2+2ζ'n(3,1)ω(3,1)s+ω(3,1)2)/(s2+2ζ'd(3,1)ω(3,1)s+ω(3,1)2)
ζ'n(3,1)=0.8、ζ'd(3,1)=0.2      （７−１）
ω(3,1)=2π[4.02fs+252]      （７−２）
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。ｆs＝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０ｄＢ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実施形態の光ディスク装置１００（図１）の構成に加えて、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１９４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、公差が許容されている。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＋０．３０ｍｍ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く、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いものとなる。
【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１３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１０３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１０６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。従って、レーザ集光ビームスポット１０３を、あらかじめ定めた速度で、光ディスク媒体１０１の第１の表面１９６側から第２の表面１９７側へ移動し、第１の表面１９６と第２の表面１９７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１９４は、レーザ集光ビームスポット１０３の光軸方向１１６の位置が、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（Ｄａｔａ０）を出力する。このＤａｔａ０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ーカスアクチュエータ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ｔ０）に、Ｄａｔａ０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へ向かう方向に徐々に移動させる。厚さ検出回路１９１は、Ａ／Ｄ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。レーザ集光ビームスポット１０３が、まだ光ディスク媒体１０１の第１の表面１９６に達していない場合には、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ｔ１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ｄ０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が、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、フォーカスエラー信号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（Ｄａｔａ１）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よい。
【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１０２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１００４でカウンタを停止する。カウンタのカウント値は、時刻ｔ１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Ｄａｔａ０からＤａｔａ１までを出力する時間、つまり時刻ｔ０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−ｔ１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−ｔ１）に比例した値を、光ディスク媒体１０１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１００ａ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)=Π[a=2、4;b=1](s2+2ζn(a,b)ω(a,b)s+ω(a,b)2)/(s2+2ζd(a,b)ω(a,b)s+ω(a,b)2)      （８−１）
ただし、ζn(a,b)>ζd(a,b)>0
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)=Ζ[F(2,1)(s)F(3,1)(s)F(4,1)(s)]
F(a,b)(s)=(s2+2ζn(a,b)ω(a,b)s+ω(a,b)2)/(s2+2ζd(a,b)ω(a,b)s+ω(a,b)2)、a=2,3,4、b=1
ζn(2,1)=0.080、ζd(2,1)=0.020
ζn(3,1)=0.064、ζd(3,1)=0.020
ζn(4,1)=0.050、ζd(4,1)=0.020      （９−１）
【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(a,b)=2π[C1(a,b)fs+C0(a,b)td+f'0(a,b)]      （８−２）
式８−２におけるｔdは、光ディスク媒体１０１の厚さ（ｍｍ）であり、Ｃ0(a,b)は、図１３の光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’0(a,b)は、０次係数（Ｈｚ）である。具体的には、回転周期検出回路が出力する回転数情報ｆsと、厚さ検出回路が出力する厚さｔdとに基づいて、下記式９−２
ω(2,1)=2π[3.03fs+ 71.7td+15.5]
ω(3,1)=2π[4.02fs+192.4td+21.0]
ω(4,1)=2π[4.99fs+367.7td+24.4]      （９−２）
で、各モードの固有振動周波数を推定する。式９−２で、td＝１．２ｍｍとしたときには、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、ｆs＝１８０Ｈｚ、ｔd＝１．５ｍｍであったときの、式９−１のフィルタ１０８のボード線図を、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、個別に増幅できることがわかる。
【００５７】
ｆs＝１８０Ｈｚ、ｔd＝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、１３２で示す。図１６では、式９−１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、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１０１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の厚さを計測したが、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−ｔ１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−ｔ１）×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く、厚さの情報の取得に要する時間を短縮化できる。
【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層の光ディスク媒体を想定したが、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樹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から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字信号との時間差から光ディスク媒体の表面から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かって移動させると、光ディスク媒体の一方の表面と情報記録層とで、フォーカス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よい。
【００６４】
上記実施形態では、公称直径が１２０ｍｍで、公称厚さが１．２ｍｍのポリカーボネイトを主成分とする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、光ディスク媒体には、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が、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であるが、公称厚さ１．１ｍｍのポリカーボネイト基板に、公称厚さ０．１ｍｍの紫外線硬化樹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、ＨＤ  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１８０１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、硬く、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  ＤＶＤ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よい。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、光ディ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に記載の技術や特許文献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が、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プリグルーブ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、フォーカスアクチュエータ１１２に代えて、トラックアクチュエータを用いて構成され、安定化補償器１０９、Ｄ／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ームスポット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、上記トラックアクチュ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、フォーカスアクチュエータ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化補償器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ィスク装置に搭載する例について示したが、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、精度よく、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、前記光ディ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、精度よく、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、精度よく、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、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、精度よく、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、精度よく、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、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、精度よく、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、精度よく、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から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。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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