(57)【要約】対物レンズを目標位置付近まで移動させるための指示を出力するフォーカスサーチ制御部は、対物レンズを徐々に目標位置にまで接近するように移動させる位置軌道を発生する軌道生成部とを備える。軌道生成部から出力される位置軌道は、レンズ移動部により移動する対物レンズの加速度変化を滑らかにしてレンズ移動部の有する共振周波数成分が除去あるいは減衰されている。位置軌道は、例えば時間の３次以上の関数で定義される。
2002082435.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
記憶装置において、
光軸方向に対物レンズを移動させるレンズ移動部と、
前記対物レンズの目標位置誤差を検知するフォーカス誤差検出部と、
前記対物レンズを目標位置付近まで移動させるための指示を出力するフォーカスサーチ制御部と、
前記対物レンズを目標位置に対して追従させるためのフォーカスサーボ制御部と、
前記フォーカスサーチ制御部に設けられ、前記対物レンズを徐々に目標位置にまで接近するように移動させる位置軌道を発生する軌道生成部と、を備え、前記軌道生成部から出力される位置軌道は、前記レンズ移動部により移動する対物レンズの加速度変化を滑らかにして前記レンズ移動部の有する共振周波数成分が除去あるいは減衰されていることを特徴とする記憶装置。
【請求項２】
記憶装置において、
対物レンズを光軸方向に移動させるフォーカスアクチュエータと、
焦点付近での前記対物レンズの変位を検出するフォーカスエラー信号検出回路と、
前記対物レンズを焦点付近まで移動させるための指示を出力するフォーカスサーチ制御部と、
前記対物レンズを焦点位置に対して追従させるためのフォーカスサーボ制御部と、
前記フォーカスサーチ制御部に設けられ、前記対物レンズを徐々に目標位置にまで接近するように移動させる位置軌道を発生する軌道生成部と、を備え、前記軌道生成部から出力される位置軌道は、前記レンズ移動部により移動する対物レンズの加速度変化を滑らかにして前記レンズ移動部の有する共振周波数成分が除去あるいは減衰されていることを特徴とする記憶装置。
【請求項３】
請求の範囲１又は２の記憶装置において、前記軌道生成部から出力される位置軌道は、時間の３次以上の関数で定義されることを特徴とする記憶装置。
【請求項４】
請求の範囲１又は２の記憶装置において、前記軌道生成部から出力される位置軌道は、三角関数の組み合わせで定義されることを特徴とする記憶装置。
【請求項５】
請求の範囲１又は２の記憶装置において、前記軌道生成部から出力される位置軌道は、時間の２階微分が連続となる任意の関数で定義されることを特徴とする記憶装置。
【請求項６】
光軸方向に対物レンズを移動させるレンズ移動部と、前記対物レンズの目標位置誤差を検知するフォーカス誤差検出部と、前記対物レンズを目標位置付近まで移動させるための指示を出力するフォーカスサーチ制御部と、前記対物レンズを目標位置に対して追従させるためのフォーカスサーボ制御部とを備えた記憶装置のフォーカス制御方法において、
前記対物レンズを徐々に目標位置にまで接近するように移動させる位置軌道を発生し、前記位置軌道は前記レンズ移動部により移動する対物レンズの加速度変化を滑らかにして前記レンズ移動部の有する共振周波数成分が除去あるいは減衰されていることを特徴とする記憶装置のフォーカス制御方法。
【請求項７】
対物レンズを光軸方向に移動させるフォーカスアクチュエータと、焦点付近での前記対物レンズの変位を検出するフォーカスエラー信号検出回路と、前記対物レンズを焦点付近まで移動させるための指示を出力するフォーカスサーチ制御部と、前記対物レンズを焦点位置に対して追従させるためのフォーカスサーボ制御部とを備えた記憶装置のフォーカス制御方法において、
前記対物レンズを徐々に目標位置にまで接近するように移動させる位置軌道を発生し、前記位置軌道は前記対物レンズ移動部により移動する対物レンズの加速度変化を滑らかにして前記レンズ移動部の有する共振周波数成分が除去あるいは減衰されていることを特徴とする記憶装置のフォーカス制御方法。
【請求項８】
請求の範囲６又は７の記憶装置のフォーカス制御方法において、前記位置軌道は、時間の３次以上の関数で定義されることを特徴とする記憶装置のフォーカス制御方法。
【請求項９】
請求の範囲６又は７の記憶装置のフォーカス制御方法において、前記位置軌道は、三角関数の組み合わせで定義されることを特徴とする記憶装置のフォーカス制御方法。
【請求項１０】
請求の範囲６又は７の記憶装置のフォーカス制御方法において、前記位置軌道は、時間の２階微分が連続となる任意の関数で定義されることを特徴とする記憶装置のフォーカス制御方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、ディスクのトラック上に情報の記録及び又は再生を行う記憶装置及びそのフォーカス制御方法に関し、特に、対物レンズを焦点位置付近に引き込むフォーカスサーチ制御機能を備えた記憶装置及びフォーカス制御方法に関する。
背景技術
従来のカートリッジ型光ディスクを使用する光ディスク装置では、正確な記録再生を行なうため、レーザー光の焦点がディスクの記録膜面上に結ぶように、フォーカスサーボが行なわれる。フォーカスサーボでは、フォーカスエラー信号をフィードバックすることにより、対物レンズと光ディスクとの距離を一定に保つよう対物レンズが制御される。
ところが、フォーカスエラー信号が、光ディスクに対する対物レンズの軸方向相対位置を表わす線形な誤差信号として機能するのは、±１μｍ程度と非常に狭い領域であり、この領域内に機構部をあらかじめ精度よく設置することは非常に困難である。
したがって、光ディスクを投入した時にフォーカスサーボを行なうためには、フォーカスエラー信号の線形領域にまで対物レンズを移動させるためのフォーカスサーチ制御を行なう必要がある。
従来は、フォーカスエラー信号の線形領域から十分に離れた位置から、対物レンズを徐々にフォーカス点に近づけていき、フォーカスエラー信号が所定の範囲内に入ったところでフォーカスサーボループを閉じるという方法でフォーカスサーチ制御を行なっていた。
図１は、従来の光ディスク装置のフォーカス機構およびフォーカス制御系の概要を示すブロック図である。光ディスク２６４は、図示しないスピンドルモータによって矢印Ｘ−Ｘ方向を軸とした回転運動を行なう。可動ヘッド２６２は、矢印Ｙ−Ｙ方向、即ち光ディスク２６４の径方向に移動可能となっており、その内部には、例えば１対の板ばね２６６を介して、レンズホルダ２６８に固定された対物レンズ２７０が搭載されている。レンズホルダ２６８にはフォーカスコイル２７２が取り付けられており、可動ヘッド内部に固定された図示しない永久磁石から発生される磁界と、フォーカスコイル２７２に流れる電流との相互作用により、対物レンズ２７０を矢印Ｘ−Ｘの方向に移動させる。立ち上げミラー２７４は、光ディスク２６４の径方向に照射される固定ヘッド２７６からのビーム光を、軸方向へと反射させる。そのビーム光は、対物レンズ２７０によって光ディスク２６４の記録膜面上に集光される。光ディスク２６４からの反射光は、再び立ち上げミラー２７４で反射され、固定ヘッド２７６へと戻される。
固定ヘッド２７６は、内部にレーザーダイオード２７８、コリメータレンズ２８０、ビームスプリッタ２８４、検出レンズ２８６、フォトディテクタ２８８を有している。レーザーダイオード２７８から出射したレーザー光は、コリメータレンズ２８０を介してビームスプリッタ２８４で反射され、可動ヘッド２６２へと入射される。また、可動ヘッド２６２からの出射光は、ビームスプリッタ２８４を透過し、検出レンズ２８６を介してフォトディテクタ２８８上に集光される。フォトディテクタ２８８は例えば４分割フォトダイオードで構成され、そこから出力される電流が、フォーカスエラー信号生成回路２９０にてフォーカスエラー信号となる。
フォーカスエラー信号は、一般に図２の点線のようになり、対物レンズ２７０からのレーザー光が光ディスク２６４の記録膜面上で焦点を結ぶ時、Ｓ字カーブと呼ばれる信号となって発生する。図２の横軸方向は、焦点位置３１２を基準として、対物レンズ２７０が光ディスク２６４から遠ざかる向きを示している。ここで、図２の点３１０−点３１４の部分、即ちフォーカスエラー信号におけるＳ字のピーク間においてほぼ線形となる部分を、対物レンズ２７０と焦点位置３１２との誤差信号として使用することができる。
フォーカスサーチを行なう際、初期状態として、焦点位置から十分に離れた位置に対物レンズ２７０を定位させておく。例えば、板ばね２６６のつりあい位置において対物レンズ２７０が焦点位置付近に存在する場合、フォーカス電流駆動回路３０４にフォーカスコイル２７２の駆動電流を指示して、焦点位置付近から遠ざけておく。また、板ばね２６６のつりあい位置において、対物レンズ２７０が焦点位置付近から十分に離れた位置に存在する場合は、フォーカス電流駆動回路３０４にゼロを入力すれば良い。このときの初期電流値は、ランプ回路３００から指示され、選択回路３０２は、ランプ回路３００の出力を選択した状態となっている。
フォーカスサーチが開始されると、対物レンズ２７０が一定速度で焦点位置３１２に近づくように、ランプ回路３００から、時間に対する一次関数信号が出力され、選択回路３０２を介してフォーカス電流駆動回路３０４によって、フォーカスコイル２７２の電流が制御される。ここで、フォーカスコイル２７２を備えたフォーカスアクチュエータは、直流電流に対して比例した変位を出力する周波数特性を有しているため、ランプ回路３００からの指示どおり、入力時間に対する一次関数で変位することになる。したがって、対物レンズ２７０は一定速度で焦点位置に接近して行き、やがて焦点位置付近でフォーカスエラー信号生成回路２９０から、図２のようなフォーカスエラー信号のＳ字カーブが出力されることになる。
ここで、まず第１の比較器２９４がフォーカスエラー信号を監視し、これが図２の点３０６で示されるような一定電圧レベルを上回った時に、第２の比較器２９６に対して動作開始の指示を出力する。第２の比較器２９６では続いてフォーカスエラー信号を監視し、点３０８のような一定電圧レベルを下回った時に、第３の比較器２９８に対して動作開始の指示を出力する。第３の比較器２９８では続いてフォーカスエラー信号を監視し、点３１２となる焦点位置に相当する電圧レベルを下回った時に選択回路３０２に対して切り替え指示を出力する。ここでフォーカス電流駆動回路３０４への入力は、ランプ回路３００の出力から位相補償回路２９２の出力へと切り替えられる。位相補償回路２９２では、焦点付近のフォーカスエラー信号、即ち対物レンズ２７０の位置誤差信号が入力され、閉ループとなった際に制御系が安定となるように位相進み遅れなどの位相補償フィルタ処理やゲイン処理が施され、対物レンズ２７０が常に焦点位置に定位するようなフォーカスサーボ制御系が構成される。
このようなフォーカスサーチ制御を行なった場合、ランプ回路３００からの指示は、対物レンズ２７０を一定速度で移動させる指示となっている。しかしながら、この方法では、フォーカスサーチ開始時において、速度がステップ状に変化するため、加速度がインパルス状になる。これを図３に示す。図３（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）の横軸は時間を表わし、縦軸は図３（Ｃ）が対物レンズの変位、図３（Ｂ）が対物レンズの速度、図３（Ｃ）が対物レンズの加速度である。
時刻ゼロにおいてフォーカスサーチが開始となり、ランプ回路３００から図３（Ａ）のランプ状の電流指示が出力される。この瞬間、図３（Ｂ）対物レンズ２７０の速度はゼロからν０にステップ変化し、これによって対物レンズ２７０に作用する加速度は図３（Ｃ）のようにインパルス信号となる。このことは、フォーカスアクチュエータの発生加速度が、高周波成分を含むことを意味している。
図４はフォーカスアクチュエータの周波数特性であり、図４（Ａ）の横軸は周波数、縦軸は単位電流入力に対する変位のゲイン（感度）であり、。また図４（Ｂ）の横軸は周波数、縦軸は位相角である。フォーカスアクチュエータの周波数特性における７０Ｈｚでのピークは、アクチュエータの主共振を示しており、これより低い周波数では電流に対して一定ゲイン、即ち電流に比例した変位を出力する。これに対し７０Ｈｚの電流入力があると、それ以下の周波数の電流入力よりも１５ｄＢ以上の感度となり、対物レンズは発振を起こしてしまう。
この様子を図５に示す。図５（Ａ）はフォーカスエラー信号、図５（Ｂ）はフォーカス電流、図５（Ｃ）は対物レンズ相対位置、図５（Ｄ）は対物レンズ相対速度を示している。図５（Ｂ）の点３１６はフォーカスサーチ開始時、点３１８は焦点検出時を表わしており、また、図中の実線は点３１８においてフォーカスサーボを開始した場合の軌道、点線は点３１８においてフォーカスサーボを開始しなかった場合の軌道、更に図５（Ｃ）、（Ｄ）における一点鎖線はそれぞれ目標としていた位置軌道および速度軌道を表わしている。このようにフォーカスサーチ電流はランプ変化であっても、実際の位置軌道および速度軌道にはフォーカスアクチュエータの共振が大きく影響を及ぼしてしまい、目標軌道からは大きく隔たってしまうことが分かる。このことは、安定したフォーカスサーチに対して多大なる悪影響を及ぼす。フォーカスエラー信号は、誤差信号として使用できる範囲が限られているため、設計値を超えた初期速度の影響により、フォーカスサーボ開始時の過渡応答で大きなオーバーシュートが発生してしまうと、正常なフィードバック制御が動作しなくなる。このことは、将来的に光ディスク装置の大容量化の要素として短波長光源が採用された場合に、さらなるフォーカスエラー信号使用範囲の狭隘化が進むことを考慮すると、致命的な問題になると言える。
本発明は、共振を持ったフォーカスアクチュエータであっても、その影響を最小限にとどめ、目標とした速度で対物レンズの移動を行なうことのできるフォーカスサーチ制御機能を備えた光ディスク装置などの記憶装置及びそのフォーカス制御方法を提供することを目的とする。
発明の開示
本発明は、光軸方向に対物レンズを移動させるレンズ移動部と、対物レンズの目標位置誤差を検知するフォーカス誤差検出部と、対物レンズを目標位置付近まで移動させるための指示を出力するフォーカスサーチ制御部と、対物レンズを目標位置に対して追従させるためのフォーカスサーボ制御部と、フォーカスサーチ制御部に設けられ、前記対物レンズを徐々に目標位置にまで接近するように移動させる位置軌道を発生する軌道生成部とを備えた記憶装置であって、軌道生成部から出力される位置軌道は、レンズ移動部により移動する対物レンズの加速度変化を滑らかにしてレンズ移動部の有する共振周波数成分が除去あるいは減衰されていることを特徴とする。
また本発明は、対物レンズを光軸方向に移動させるフォーカスアクチュエータと、焦点付近での前記対物レンズの変位を検出するフォーカスエラー信号検出回路と、対物レンズを焦点付近まで移動させるための指示を出力するフォーカスサーチ制御部と、対物レンズを焦点位置に対して追従させるためのフォーカスサーボ制御部と、フォーカスサーチ制御部に設けられ、対物レンズを徐々に目標位置にまで接近するように移動させる位置軌道を発生する軌道生成部とを備えた記憶装置であって、軌道生成部から出力される位置軌道は、レンズ移動部により移動する対物レンズの加速度変化を滑らかにしてレンズ移動部の有する共振周波数成分が除去あるいは減衰されていることを特徴とする。
ここで軌道生成部から出力される位置軌道は、時間の３次以上の関数で定義される。また軌道生成部から出力される位置軌道は、三角関数の組み合わせで定義されるものであっても良い。更に、軌道生成部から出力される位置軌道は、より一般的には、時間の２階微分が連続となる任意の関数で定義される。
このように本発明は、フォーカスアクチュータに入力するフォーカスサーチ電流を、対物レンズの目標加速度が連続的に変化するような目標軌道で定義してフォーカス引き込み制御を行うため、フォーカスアクチュエータに対して高周波成分の外力が作用するのを避けることが可能となり、フォーカスアクチュエータの共振の影響を最小限にとどめる。このためフォーカス点検出時における対物レンズの速度を予定した最適値にでき、安定したフォーカスサーボへの移行を行なうことができる。
また本発明は、光軸方向に対物レンズを移動させるレンズ移動部と、対物レンズの目標位置誤差を検知するフォーカス誤差検出部と、対物レンズを目標位置付近まで移動させるための指示を出力するフォーカスサーチ制御部と、対物レンズを目標位置に対して追従させるためのフォーカスサーボ制御部とを備えた記憶装置のフォーカス制御方法を提供するものであり、対物レンズを徐々に目標位置にまで接近するように移動させる位置軌道を発生し、この位置軌道はレンズ移動部により移動する対物レンズの加速度変化を滑らかにしてレンズ移動部の有する共振周波数成分が除去あるいは減衰されていることを特徴とする。
更に本発明は、対物レンズを光軸方向に移動させるフォーカスアクチュエータと、焦点付近での前記対物レンズの変位を検出するフォーカスエラー信号検出回路と、対物レンズを焦点付近まで移動させるための指示を出力するフォーカスサーチ制御部と、対物レンズを焦点位置に対して追従させるためのフォーカスサーボ制御部とを備えた記憶装置のフォーカス制御方法を提供するものであり、対物レンズを徐々に目標位置にまで接近するように移動させる位置軌道を発生し、この位置軌道は対物レンズ移動部により移動する対物レンズの加速度変化を滑らかにして前記レンズ移動部の有する共振周波数成分が除去あるいは減衰されていることを特徴とする。
発明を実施するための最良の形態
図６及び図７は、本発明の記憶装置としての光ディスクドライブのブロック図であり、記憶媒体として光磁気ディスク（ＭＯ）カートリッジを例にとっている。光ディスクドライブは、コントローラ１０とエンクロージャ１２で構成される。コントローラ１０には全体的な制御を行うＭＰＵ１４、ホストとの間のやり取りを行うインタフェースコントローラ１６、媒体のリード、ライトに必要なフォーマッタやＥＣＣ機能を備えた光ディスクコントローラ（ＯＤＣ）１８及びバッファメモリ２０を備える。光ディスクコントローラ１８に対しては、ライト系統としてエンコーダ２２、レーザダイオード制御回路２４、レーザダイオードユニット３０が設けられる。また光ディスクコントローラ１８に対するリード系統としてディテクタ３２、ヘッドアンプ３４、リードＬＳＩ回路２８、デコーダ２６が設けられる。ディテクタ３２は光磁気ディスクからの戻り光を受光し、ヘッドアンプ３４を介してＩＤ信号とＭＯ信号をリードＬＳＩ回路２８に出力する。リードＬＳＩ回路２８は入力したＩＤ信号及びＭＯ信号からリードクロックとリードデータを作成し、デコーダ２６に出力する。
ＭＰＵ１４に対しては温度センサ３６で検出した装置内の環境温度が入力され、環境温度に基づきレーザダイオードユニット３０における発光パワーを最適化する。更にＭＰＵ１４はドライバ３８を介してスピンドルモータ４０を制御し、またドライバ４２を介して電磁石４４を制御する。電磁石４４はＭＯカートリッジを使用した記録及び消去時に外部磁界を供給し、また１．３ＧＢのＭＯカートリッジにおける超解像度光磁気媒体（ＭＳＲ媒体）の場合には再生時にも外部磁界を供給する。
ＤＳＰ１５はサーボエラー信号に基づいてヘッドアクチュエータに搭載した対物レンズを光磁気ディスクに対しての目標位置に位置付けるサーボ制御を行う。このサーボ制御は、対物レンズを媒体の目標トラック位置に位置付けるトラック制御と、対物レンズを媒体に対し焦点位置に制御するフォーカス制御の２つの機能を持つ。フォーカス制御には、媒体投入時に対物レンズを焦点位置付近に引き込むフォーカスサーチ制御が含まれる。このサーボ制御に対応してフォトディテクタ４６、フォーカスエラー信号生成回路９０、トラックエラー信号生成回路５０、トラックゼロクロス回路（ＴＺＣ回路）５２が設けられる。フォーカスエラー生成回路９０は、例えばフォーカス光学系としてナイフエッジ法によってフォーカスエラー信号を作成する。ＤＳＰ１５は、フォーカス制御についてはフォーカス電流駆動回路１０４によりフォーカスアクチュエータ５６を駆動し、対物レンズを光軸方向の焦点位置付近に引き込むフォーカスサーチ制御を経てフォーカスサーボをオンすることで対物レンズを焦点位置に制御する。またトラック制御についてはドライバ５８によりＶＣＭを用いたヘッドアクチュエータ６０を駆動し、対物レンズを媒体上の目標トラックセンタに位置付ける。
図８は、図６及び図７の光ディスクドライブにおけるフォーカス機構およびフォーカス制御系のブロック図である。光ディスク６４は、図示しないスピンドルモータよって矢印Ｘ−Ｘ方向を軸とした回転運動を行なう。可動ヘッド６２は、矢印Ｙ−Ｙ方向、即ち光ディスク６４の径方向に移動可能となっており、その内部には、例えば１対の板ばね６６を介して、レンズホルダ６８に固定された対物レンズ７０が搭載されている。レンズホルダ６８にはフォーカスコイル７２が取り付けられており、可動ヘッド内部に固定された図示しない永久磁石から発生される磁界と、フォーカスコイル７２に流れる電流との相互作用により、対物レンズ７０を矢印Ｘ−Ｘの方向に移動させる。また、立ち上げミラー７４は、光ディスク６４の径方向に照射される固定ヘッド７６からのビーム光を、軸方向へと反射させる。そのビーム光は、対物レンズ７０によって光ディスク６４の記録膜面上に集光される。光ディスク６４からの反射光は、再び立ち上げミラー７４で反射され、固定ヘッド７６へと戻される。
固定ヘッド７６は、内部にレーザーダイオード７８、コリメータレンズ８０、ビームスプリッタ８４、検出レンズ８６、フォトディテクタ４６を有している。レーザーダイオード７８から出射したレーザー光は、コリメータレンズ８０を介してビームスプリッタ８４で反射され、可動ヘッド６２へと入射される。また、可動ヘッド６２からの出射光は、ビームスプリッタ８４を透過し、検出レンズ８６を介して、フォトディテクタ４６上に集光される。フォトディテクタ４６はたとえば４分割フォトダイオードで構成され、そこから出力される電流が、フォーカスエラー信号生成回路９０にてフォーカスエラー信号となる。フォーカスエラー信号は、図２に示したようにＳ字カーブと呼ばれる信号となって発生し、点３１０−点３１４の部分、即ちフォーカスエラー信号におけるＳ字のピーク間においてほぼ線形となる部分を、対物レンズ７０と焦点位置との誤差信号として使用する。
フォーカスサーチ制御及びフォーカス制御は、ＤＳＰ１５のプログラム制御で実現される位相補償回路９２、第１の比較器９４、第２の比較器９６、第３の比較器９８、軌道生成回路１００、選択回路１０２により行われ、フォーカス電流駆動回路１０４によりフォーカスアクチュエータのフォーカスコイル７２に駆動電流を流し、対物レンズ７０をＸ−Ｘ軸方向に移動する。
光ディスクドライブに対するＭＯカートリッジの投入直後に行われるフォーカスサーチ制御は、初期状態として焦点位置から十分に離れた位置に対物レンズ７０を定位させておく。例えば、板ばね６６のつりあい位置において対物レンズ７０が焦点位置付近に存在する場合、フォーカス電流駆動回路１０４にフォーカスコイル７２の駆動電流を指示して、焦点位置付近から遠ざけておく。また、板ばね６６のつりあい位置において、対物レンズ７０が焦点位置付近から十分に離れた位置に存在する場合は、フォーカス電流駆動回路１０４にゼロを入力すれば良い。このときの初期電流値は、軌道生成回路１００から指示され、選択回路１０２は、軌道生成回路１００の出力を選択した状態となっている。
フォーカスサーチが開始されると、対物レンズ７０が焦点位置に近づくように、軌道生成回路１００から、時間に対する例えば３次関数信号が出力され、選択回路１０２を介してフォーカス電流駆動回路１０４によって、フォーカスコイル７２の電流が制御される。ここで、フォーカスコイル７２を備えたフォーカスアクチュエータは、直流電流に対して比例した変位を出力する周波数特性を有しているため、軌道生成回路１００からの指示どおり、入力時間に対する３次関数で変位することになる。したがって、対物レンズ７０は加速度を滑らかに変化させながら焦点位置に接近して行き、やがて焦点位置付近でフォーカスエラー信号生成回路９０から、図２のようなフォーカスエラー信号のＳ字カーブが出力されることになる。ここで第１の比較器９４がフォーカスエラー信号を監視し、これが図２の点３０６で示されるような一定電圧レベルを上回った時に、第２の比較器９６に対して動作開始の指示を出力する。第２の比較器９６では続いてフォーカスエラー信号を監視し、点３０８のような一定電圧レベルを下回った時に、第３の比較器９８に対して動作開始の指示を出力する。第３の比較器９８では続いてフォーカスエラー信号を監視し、点３１２となる焦点位置に相当する電圧レベルを下回った時に選択回路１０２に対して切り替え指示を出力する。ここでフォーカス電流駆動回路１０４への入力は、軌道生成回路１００の出力から位相補償回路９２の出力へと切り替えられる。位相補償回路９２では、焦点付近のフォーカスエラー信号、即ち対物レンズ７０の位置誤差信号が入力され、閉ループとなった際に制御系が安定となるように位相進み遅れなどの位相補償フィルタ処理やゲイン処理が施され、対物レンズ７０が常に焦点位置に定位するようなフォーカスサーボ制御系が構成される。このように本発明では、フォーカスサーチを開始してからフォーカスエラー信号のＳ字カーブを検知してフォーカスサーボ制御に入るまでの動作は、軌道生成回路１００による位置軌道の生成を除き、基本的に従来装置と同じになる。
続いて、軌道生成回路１００で出力される位置軌道について、図９を用いて説明する。ここで図９（Ａ）は対物レンズの変位、図９（Ｂ）は速度、図９（Ｃ）は加速度である。対物レンズの最終的な目標速度は、従来例と同じくν０と設定し、フォーカスサーチ開始後、時間Ｔ経過後に、目標速度ν０に到達するような軌道を考える。加速度軌道は時間に対して連続変化するようにするため、図９（Ｃ）のように、時刻ｔ＝Ｔ／２で加速度α０に達し、時刻ｔ＝Ｔで加速度ゼロとなるような三角波形状の加速度軌道を設定する。
時刻ｔ＝Ｔでの目標速度をν０とすると、時刻Ｔ／２での目標速度はν０／２なので、加速度α０は、α０Ｔ／２＝ν０から、α０＝２ν０／Ｔとなる。よって、０＜ｔ＜Ｔ／２での加速度軌道・速度軌道・位置軌道はそれぞれ、
2002082435.tif 000003
となる。
次に時間がＴ／２＜ｔ＜Ｔの範囲での軌道を考える。時刻ｔ＝Ｔ／２での到達速度および位置が、ν（Ｔ／２）＝ν０／２，χ（Ｔ／２）＝ν０Ｔ／１２となることから、Ｔ／２＜ｔ＜Ｔでの加速度軌道・速度軌道・位置軌道はそれぞれ、ｔ１＝ｔ−Ｔ／２として、
2002082435.tif 000004
と表わされる。これで、時刻ｔ１＝Ｔ／２、すなわち時刻ｔ＝Ｔでの到達速度は、目標速度ν０となる。
これより先の時間領域すなわちＴ＜ｔの領域では、従来と同じく一定速度軌道を指示する。したがって、加速度軌道・速度軌道・位置軌道はそれぞれ、ｔ２＝ｔ−Ｔとして、
2002082435.tif 000005
と表わされる。
以上まとめると、このような軌道を指示するには、
2002082435.tif 000006
とした式で表現される電流指示を行なえばよい。
以上の位置軌道の生成に則り、フォーカスサーチ制御を行なった場合の対物レンズの軌道を図１０に示す。ここで、図１０（Ａ）はフォーカスエラー信号、図１０（Ｂ）はフォーカスアクチュエータ電流、図１０（Ｃ）は対物レンズの相対位置、１０（Ｄ）は対物レンズの相対速度であり、破線が従来のフォーカスサーチ制御装置による軌道、実線が本発明のフォーカスサーチ制御装置による軌道を表わしている。
まず本発明の装置ではフォーカス点の検出時となる図１０（Ｂ）の点１１２において、図１０（Ｃ）、（Ｄ）の相対位置及び相対速度ともゼロに収束し、安定にフォーカスサーボへの移行が行われている。これに対し従来の装置ではフォーカス点の検出時となる図１０（Ｂ）の点１０８において相対速度が発散してしまっていることが分かる。
また図１０の点１０６よりフォーカスサーチ動作が開始される。従来装置では、点１０６から点１０８に至るまでフォーカスアクチュエータ電流の傾きが一定である。これに対し本発明の装置では、図９のＴ＝０．３ｍｓとして、点１０６から点１１０までの間、時間の３次関数による電流制御が行なわれ、その後、従来装置と同様な傾き一定の電流制御に移行する。従来装置でのフォーカス点の検出時点１０８も、本発明の装置でのフォーカス点の検出時点１１２も、フォーカスサーチ電流の時間変化率は等しくなっているにもかかわらず、図１０（Ｃ）、（Ｄ）を見るとの対物レンズの相対変位と相対速度の挙動は甚だ異なったものになっていることが分かる。この実施形態では図１０（Ｄ）の一転鎖線のように目標速度を−２５ｍｍ／ｓとしている。従来装置では、フォーカスアクチュエータの共振による振動のために、フォーカス点の検出時点１０８における対物レンズの相対速度が−４０ｍｍ／ｓとなっている。これに対し本発明のフォーカスサーチ制御装置では、フォーカスアクチュエータの共振の影響が現れず、フォーカス点検出時点１１２における対物レンズの相対速度が目標速度−２５ｍｍ／ｓに一致していることが分かる。
この実施形態では、等速制御に移行するまでの間、時間の３次関数によってフォーカスサーチ制御を行なうものであるが、これは例えば４次以上の関数であっても良く、また、三角関数の組み合わせを用いても良い。あるいは任意の関数であっても、その２階微分が連続関数となっていれば良い。
図１１は、軌道生成回路１００で出力される位置軌道について、時間の三角関数の組み合わせを用いた場合である。ここで図１１（Ａ）は対物レンズの変位、図１１（Ｂ）は速度、図１１（Ｃ）は加速度である。
まず時刻ｔ＜０で加速度，速度，変位は次のようになる。
2002082435.tif 000007
また時刻０≦ｔ≦Ｔで加速度，速度，変位は次のようになる。
2002082435.tif 000008
更に時刻Ｔ≦ｔでは加速度，速度，変位は次のようになる。
2002082435.tif 000009
以上をまとめると、このような軌道を指示するには，
2002082435.tif 000010
とした式で表現される電流指示を行えば良い。
尚、上記の実施形態は、光ディスクからの反射光を元に焦点ずれを検知する光ディスク装置を例に採っているが、追従目標との相対位置誤差を検知することが可能な装置であれば、このようなフォーカス位置誤差検知手段を用いた装置に適用が限られるものではない。
また上記の実施形態は、記憶媒体として光ディスクを例に取るものであったが、本発明はこれに限定されず、光ガードや磁気ディスクなどを記憶媒体を含み、また光ディスク装置以外の他の光学装置にも適用可能である。
産業上の利用可能性
以上説明したように、本発明のフォーカスサーチ制御によれば、対物レンズの加速度を連続的に変化させることができるので、フォーカスアクチュエータに対して高周波成分の外力が作用するのを避けることが可能となり、フォーカスアクチュエータの共振の影響を最小限にとどめることができる。したがって、フォーカス点検出時における対物レンズの速度を目標速度に制御することが可能となり、安定したフォーカスサーボへの移行を行なうことができる。このため、本発明のフォーカスサーチ制御機能を搭載した光ディスク装置等の記憶装置において、フォーカス引込みとこれに続くフォーカスサーボ制御について迅速性や安定性が大幅に向上し、装置全体のパフォーマンス向上に貢献するところが大きい。
特に本発明のフォーカスサーチ制御は、用途が限定されるものではないが、例えば光ディスクに代表されるような光情報記憶媒体に対して出射レーザー光が焦点を結ぶように、一定の距離を保ったまま追従するような対物レンズを制御対象とし、その移動を制御するためのフォーカス制御装置として好適である。
【図面の簡単な説明】
図１は従来の光ディスク装置におけるフォーカスサーチ制御機能を備えたフォーカス制御部のブロック図；
図２はフォーカスエラー信号の波形説明図；
図３は図１の従来のフォーカスサーチによる変位、速度及び加速度のタイムチャート；
図４はフォーカスアクチュエータの機械特性となる周波数及び位相の特性図；
図５は従来のフォーカスサーチによるフォーカスエラー信号、フォーカス電流、対物レンズ相対位置及び対物レンズ相対速度の時間変化のタイムチャート；
図６は本発明が適用される光ディスクドライブの一部のブロック図；
図７は本発明が適用される光ディスクドライブの残り部分のブロック図；
図８は本発明によるフォーカスサーチ制御機能を搭載したフォーカス制御系のブロック図；
図９は時間の３次関数となる軌道位置を生成する本発明のフォーカスサーチによる変位，速度及び加速度のタイムチャート；
図１０は本発明のフォーカスサーチによるフォーカスエラー信号、フォーカス電流、対物レンズ相対位置及び対物レンズ相対速度のタイムチャート；
図１１は時間に対する三角関数の組合わせとなる軌道位置を生成する本発明のフォーカスサーチによる変位，速度及び加速度のタイムチャート；
【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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【国際調査報告】
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