JP2006294153A - フォーカスサーボ装置およびフォーカスサーボ方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 光ディスクフォーカスサーボにおいて、高精度フォーカスサーボを行うことが可能な光ディスクフォーカスサーボ装置および光ディスクフォーカスサーボ方法を提供する。
【解決手段】 サーボループ設計で最大ゲインは従来通り６０dB程度とし、ゲイン、位相余裕を大きく設定する。また、このままではフォーカスサーボ偏差が１２dB残ってしまうので、請求項に述べたように、フォーカス引き込み後のフォーカスサーボ偏差を光ディスクの角度位置及びスライドステージ位置情報と共にメモリーに記憶し、フォーカス再引き込み後に、このメモリーに記憶したデータを光ディスクの角度位置及びスライド位置と同期させ光ピックアップ駆動手段で光ピックアップ全体をフォーカス方向に制御してフォーカスサーボ偏差を小さく制御しようとするものである。この結果、基本波周波数成分を７２dB以上減衰できる高精度フォーカスサーボが行われることになる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、フォーカスサーボ装置およびフォーカスサーボ方法に関し、特に光ディスマスタリング工程から作成されたガラス原盤、およびガラス原盤から作られた光ディスクスタンパを検査する装置における高精度フォーカスサーボ装置およびフォーカスサーボ方法に関する。

一般的な従来技術として、光ディスクに記録された信号を再生する光ディスク装置は、レーザビームを集束して光ディスクの信号面に照射し、その戻り光を受光して再生信号とサーボ用の偏差信号を出力する光ピックアップを備えている。光ディスク装置のスピンドルモータに装着されて回転駆動される光ディスクは、光ディスク基板の反り・厚みむら、チャッキング時に生じるディスクの傾きにより光軸方向の振れが常に生じている。このため、光ピックアップは、回転駆動に伴う光ディスクの面振れに追随して、レーザビームの集光点が常に信号面のトラック上に照射されるように制御を行っている。このような光ビームの照射位置の制御は、光ディスクからの戻り光から得られるフォーカスサーボ偏差信号に応じて光ピックアップの光学系の一部である対物レンズをアクチュエータで駆動させることなどにより行われる。DVDディスクは、信号面の光軸方向の振れ幅が±０．２ｍｍ程度まで許容されており、フォーカスサーボゲインを６０ｄＢ以上確保してレーザビームの集光点が信号面から±０．２μｍ程度の範囲になるようにフォーカスサーボ制御されている。
光ディスマスタリング工程から作成されたガラス原盤、およびガラス原盤から作られた光ディスクスタンパを評価する装置におけるフォーカスサーボ制御においては、上記以上の高精度化が要求される。例えば、信号面の光軸方向の振れ幅は±０．２ｍｍ程度まで、レーザビームの集光点が信号面から±０．０５μｍ程度の範囲になるようなフォーカスサーボ制御が要求される。

この場合フォーカスサーボゲインは７２ｄＢ以上の確保が必要である。高ゲインのサーボ系設計の場合、ゲイン余裕、位相余裕が大きくとれない場合が多いので、光ピックアップ機構や電子回路の経時変化、温度変化で光ピックアップの特性が変化した場合にゲイン余裕、位相余裕が少なくなり制御が不安定になってくる。

そこで、従来から、ディスク種別を判断し、そのディスクに応じたサーボループゲインを設定することが提案されている（特許文献１）。市場の９０％程度占める標準ディスクに対して最小のループゲインとし、光ディスクの反り、面振れが大きいディスクに対してはその大きさを判断し標準サーボゲイン以上を設定する。面触れ、反りの少ない標準ディスクに対しては、過度のループゲインを設定して装置の消費電流を大きくするのを防ぐ。この場合、ループゲインを変更するだけでは位相補償が最適値にならず装置の安定性が損なわれる危険がある。

また、フォーカスサーボの場合、光軸方向の振れは光ディスク回転数による基本周波数成分と光ディスクの反りや面傾斜が支配的である。この成分が前記したように７２dB以上減衰できればサーボ性能は満足できる。従って通常サーボ系設計においては回転による基本周波成分で最大ゲインとなるサーボループ設計が行われる。
特開２００１−４３５４７号公報

しかしながら、前述のループゲインを変更するだけの従来の技術では位相補償が最適値にならず装置の安定性が損なわれる危険がある。
また、前述したサーボループ設計に対応するような高精度化を行うとするとゲイン余裕、位相余裕が大きくとれず、光ピックアップの機構の経時変化、温度変化に弱くなってしまう。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、係る不具合を解決することを前提とし、従来の設計方法を変えた高精度フォーカスサーボを行うことを目的とする。

請求項１記載の発明は、光ピックアップの対物レンズを光ディスクスタンパ表面に追従させる光ディスクフォーカスサーボ装置であって、回転する前記光ディスクスタンパの回転方向の角度位置を検出して角度位置信号を発する角度位置検出手段と、前記光ピックアップを移動させて、前記光ピックアップの移動方向の位置を検出して位置信号を発する移動位置検出手段と、フォーカスサーボ引き込み後のフォーカスエラー信号の偏差を検出するフォーカス偏差検出手段と、前記回転する光ディスクスタンパの回転角度位置、及び前記移動する光ピックアップの移動位置と共に前記フォーカス偏差を記憶する手段と、フォーカス再引き込み後の前記光ディスクスタンパの現在角度位置、及び前記光ピックアップの現在位置で前記記憶されたフォーカス偏差に比例した信号で前記光ピックアップ全体を駆動する光ピックアップ駆動手段と、を有する光ディスクフォーカスサーボ装置である。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の装置において、前記フォーカス偏差検出手段は、フォーカス偏差の直流成分と、光ディスクスタンパの回転基本波成分以下のフォーカス偏差信号のみを検出できるローパスフィルターを介してフォーカス偏差を検出するようにしたことを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１記載の装置において、前記光ピックアップ駆動手段は、前記記憶されたフォーカス偏差に比例した信号を、前記角度位置検出手段からの角度位置信号及び前記移動位置検出手段からの移動位置信号に同期して前記光ピックアップ駆動手段に加えられるようにしたことを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１記載の装置において、前記角度位置検出手段は、前記光ディスクを回転させる回転駆動手段に直結したモータエンコーダであり、スライド位置検出手段はスライドステージと直結したリニアエンコーダであることを特徴とする。

請求項５記載の発明は、光ピックアップの対物レンズを光ディスクスタンパ表面に追従させるフォーカスサーボ方法であって、フォーカスサーボ引き込み後のフォーカスエラー信号の偏差を、前記光ディスクスタンパ全表面に渡り、回転する前記光ディスクスタンパの回転方向の角度位置と、前記光ピックアップの移動方向の移動位置と共に、前記フォーカス偏差を記憶する工程と、その後の光ディスクスタンパ表面に追従させるフォーカスサーボ再引き込み後において、光ディスクスタンパの現在角度位置、及び光ピックアップの現在移動位置で、前記記憶されたフォーカス偏差に比例した信号で光ピックアップ全体を駆動してフォーカスサーボを行う工程と、を有する光ディスクフォーカスサーボ方法である。

本発明によれば、フォーカス偏差に比例した信号を圧電素子に加え光ピックアップ全体を制御しているため、フォーカスサーボの高精度制御が可能となる。

図１を参照して、本発明の実施形態に係る光ディスクスタンパ評価装置の全体構成を説明する。

ターンテーブル１に搭載された光ディスクスタンパ２はスピンドルモータ（以下ＳＰモータ）３により回転させられる。ＳＰモータ３はスピンドル・スライド（以下ＳＰ・ＳＬ）モータコントローラ４で制御される。光ピックアップ５内の対物レンズ３６は、フォーカスサーボ装置６により、回転する光ディスクスタンパ２面に光ピックアップ５のレーザの焦点を合わせるように制御される。光ピックアップ５は圧電素子７を介してスライドステージ（以下ＳＬステージ）８に固定され、ＳＬステージ８はボールネジ（図示せず）とスライドモータ（以下ＳＬモータ）９で駆動され、ＳＬモータ９は前記ＳＰ・ＳＬコントローラ４で制御される。この結果、光ピックアップ５は光ディスクスタンパ２の任意の位置に移動できる。

当該実施形態に係る装置は、ＳＰ・ＳＬモータコントローラ４の協調制御で、光ディスクスタンパ２を光ピックアップ５位置においてＣＡＶ（Constant Linear Velocity）、ＣＬＶ（Constant Angular Velocity）制御が可能になっている。リニアエンコーダ１０はＳＬステージ８の位置を示すパルスを出力する装置であり、カウンター１１はそのパルスを読み込みシステムコントローラ１２へ送る。フォーカスサーボ装置６はシステムコントローラ１２とローパスフィルター１３（以下ＬＰＦ１３）、A/Dコンバータ１４を介して接続されている。ＳＰモータエンコーダ１５はＳＰモータ３の回転位置を示すパルスを出力する装置であり、カウンター１１はそのパルスを読み込みシステムコントローラ１２へ送る。又、ＳＰモータエンコーダ１５はＳＰモータ３の１パルス／１回転（以下ＲＥＺ信号）を発生させ、この信号はカウンター１１のリセット及びシステムコントローラ１２での制御に使われる。この目的の他、ＳＰモータ３の回転サーボ制御にも使われる。ＳＬモータエンコーダ２１はＳＬモータ９の回転位置を示すパルスを出力する装置であり、ＳＰ・ＳＬモータコントローラ４はそのパルスを読み込む。又、ＳＬモータエンコーダ２１はＳＬモータ９の回転サーボにも使われる。

図２は、本発明の実施形態に係るフォーカスサーボ装置６のより詳しい構成を示している。光ピックアップ５のフォーカスサーボ引き込み後において、光ディスクスタンパ２で反射した光は４分割光検出器３０に受光され、その光は電気信号に変換され加減算器３１でフォーカス偏差信号となる。フォーカス偏差信号はゲイン回路３２と位相補償回路３３と駆動アンプ３４と対物レンズアクチュエータを駆動するフォーカスコイル３５でフォーカスサーボループを形成する。図１に戻り、前記フォーカス偏差（ＦＥ）信号は光ディスクスタンパ回転による面振れ基本波以下の信号を通過させるローパスフィルター１３を通してA/Dコンバータ１４でデジタル信号に変換されシステムコントローラ１２に入る。システムコントローラ１２はＳＰモータエンコーダ１５とリニアエンコーダ１０からカウンター１１、１８を介してＳＰモータ角度データとＳＬ位置データを取り込み、上記デジタル信号に変換されたフォーカス偏差と共にメモリ１９に記憶する。又、システムコントローラ１２はこの記憶したフォーカス偏差データを演算処理する機能も有している。そして、これらの演算データをＳＰモータ角度位置及びＳＬステージ位置に同期してD/Aコンバータ１７へ出力されD/Aコンバータ出力はローパスフィルター１６（以下ＬＰＦ１６）と圧電素子駆動部２０を介して圧電素子（ＦＥＡ）を制御し光ピックアップ５を上下に移動できるようになっている。

図１および図２の構成を用いて本発明の実施形態に係るフォーカスサーボを説明する。サーボループ設計で最大ゲインは従来通り６０dB程度とし、ゲイン、位相余裕を大きく設定する。また、このままではフォーカスサーボ偏差が１２dB残ってしまうので、請求項に述べたように、フォーカス引き込み後のフォーカスサーボ偏差を光ディスクの角度位置及びスライドステージ位置情報と共にメモリ１９に記憶し、フォーカス再引き込み後に、このメモリ１９に記憶したデータを光ディスクの角度位置及びスライド位置と同期させ光ピックアップ駆動手段で光ピックアップ全体をフォーカス方向に制御してフォーカスサーボ偏差を小さく制御しようとするものである。この結果、基本周波数成分を７２dB以上減衰できる高精度フォーカスサーボが行われることになる。

光ピックアップ５のフォーカスサーボ引き込み後において、ＳＰ・ＳＬモータコントローラ４の協調制御で、光ピックアップ５を光ディスクスタンパ２内周側からＳＰ・ＳＬモータのＣＡＶ（Constant Linear Velocity）制御を行った場合、光ディスクスタンパ２上の光ピックアップ５移動軌跡は内周側からスパイラル状になる。図３は、この時のＳＰモータエンコーダ１５とリニアエンコーダ１０からカウンター１１、１８を介して１回転８分割となるタイミングで６トラック分システムコントローラ１２がフォーカス偏差（ＦＥ）信号をA/D変換して取り込んだディジタルデータの例である。任意の位置及び角度におけるフォーカス偏差のディジタルデータをＤ［ｍ、ｎ］とすると（ｍはトラック数、ｎは角度位置）、Ｄ［５、０］〜Ｄ［５、７］は５トラック目のスパイラル一回転のフォーカス偏差、Ｄ［０、０］〜Ｄ［６、０］は同一角度のフォーカス偏差となっている。

図４は、上記スパイラル軌跡を直線に変え、ＰＵ位置とフォーカス偏差（ＦＥ）との関係で示した図である。一般的に光ディスクスタンパ２の取り付けに面触れや反りがある場合のフォーカス偏差の例で、面触れによる１回転の変動（回転数に比例した基本波と高調波から成る）と、反りによる変化（点線部分）が表れる。システムコントローラ１２のメモリ１９にはフォーカス偏差データＤ［ｍ、ｎ］（０≦ｍ≦６、０≦ｎ≦７）が記憶されている。

図５（ａ）は任意のトラックにおけるＳＰモータ１回転のフォーカス偏差を示す。ＳＰモータ１回転の回転数に比例した基本面振れ（ここでは点線部分で示す）と高調波成分とからなっている。この段階でのサーボのループゲイン設計は６０dB減衰となっており、７２dBのループゲインに対して１２dB程度のフォーカス偏差が発生していることになる。

図５（ｂ）はシステムコントローラ１２に取り込まれるフォーカス偏差信号である。面振れ基本波以下の信号を通過させるローパスフィルター１３（以下ＬＰＦ１３）を通しているため、この様になっている。

図５（ｃ）はメモリに記憶されたフォーカス偏差データＤ［ｍ、ｎ］を所定ゲイン分演算処理したデータをD/A変換してＬＰＦ１３と圧電素子制御部２０を介し圧電素子に加えられる信号（ＦＥＡ）を示す。所定ゲインはフォーカスサーボのループゲインとフォーカス偏差データと圧電素子の駆動感度から最適値を決める。

５図（ｄ）はＦＥＡ信号を圧電素子に加えた後のフォーカス偏差信号で、光ディスクスタンパ２の反り・面触れによって発生するフォーカス偏差信号の基本周波数成分以下が除かれる。

図６および図７は、本発明の実施手順を説明するフローチャートである。

図６は、高精度フォーカス（ＦＯ）サーボを行う準備作業であり、光ディスクスタンパ２全面に渡り通常フォーカスサーボでのフォーカス偏差（ＦＥ）をメモリ１９に取り込む作業を示す。光ピックアップを測定開始位置へ移動し（ステップＳ１）、通常フォーカスサーボ（ＦＯサーボ）を開始する（ステップＳ２）。その位置からＣＡＶ駆動を開始し（ステップＳ３）、メモリの初期化（ｍ＝０、ｎ＝０）を行う（ステップＳ４）。所定角度毎フォーカス偏差（ＦＥ）信号のA/D変換を行い（ステップＳ５）、メモリ（Ｄ［ｍ、ｎ］）に記憶する（ステップＳ５）。角度カウンター（ｎ）をインクリメント（ｎ＝ｎ＋１）し所定角度変化を待つ（ステップＳ７）。所定角度変化があった場合（ステップＳ８／Ｙｅｓ）、ＳＰモータが１回転したかどうかも判断する（ステップＳ９）。１回転前ならば（ステップＳ９／Ｎｏ）、続けて所定角度のフォーカス偏差信号のA/D変換を行いメモリ（Ｄ［ｍ、ｎ］）に記憶する（ステップＳ５、Ｓ６）。ＳＰモータが一回転した場合は（ステップＳ９／Ｙｅｓ）、回転カウンターｍをインクリメント（ｍ＝ｍ＋１）して（ステップＳ１０）、所定角度毎フォーカス偏差のA/D変換を行いメモリ（Ｄ［ｍ、ｎ］）に記憶する。この動作を測定終了位置まで行い（ステップＳ１１）、光ディスクスタンパ２全面のフォーカス偏差をメモリ１９に取り込む。

図７は、メモリ１９に取り込まれたフォーカス偏差（ＦＥ）データを利用して圧電素子を駆動し高精度フォーカスサーボを行う作業を示すフローチャートである。光ピックアップを光ディスクスタンパ２の測定位置まで移動させてフォーカスサーボ（ＦＯ）を開始する（ステップＳ２０、Ｓ２１）。ＳＰ・ＳＬ位置に応じたフォーカス偏差（ＦＥ）データ（Ｄ［ｍ、ｎ］）を読み出し（Ｓ２２）、比例定数を乗算（Ｄ＝Ｋ*Ｄ［ｍ、ｎ］）する（ステップＳ２３）。ＦＥデータをD/A変換して圧電素子を制御し（ステップＳ２４）、高精度フォーカスサーボを行う。これを測定終了位置まで続ける（ステップＳ２５）。

本発明の実施形態に係る光ディスクスタンパ評価装置の全体構成を示す図である。 本発明の実施形態に係るフォーカスサーボ装置のより詳しい構成を示す図である。 本発明の実施形態に係るフォーカス偏差デ信号をA/D変換して取込んだディジタルデータの例を示す図である。 本発明の実施形態に係る光ピックアップ移動軌跡をスパイラル状から直線に変え、ＰＵ位置とフォーカス偏差（ＦＥ）との関係で示す図である。 本発明の実施形態に係るＦＥ信号、ＦＥＡ信号を示す図である。 本発明の実施手順を説明するフローチャートである。 本発明の実施手順を説明するフローチャートである。

符号の説明

１ ターンテーブル
２ 光ディスクスタンパ
３ スピンドルモータ
４ スピンドル・スライドモータコントローラ
５ 光ピックアップ
６ フォーカスサーボ装置
７ 圧電素子
８ スライドステージ
９ スライドモータ
１０ リニアエンコーダ
１１ カウンター
１２ システムコントローラ
１３ ＬＰＦ
１４ A/Dコンバータ
１５ スピンドルモータエンコーダ
１６ ＬＰＦ
１７ D/Aコンバータ
１８ カウンター
１９ メモリ
２０ 圧電素子駆動部
２１ スライドモータエンコーダ
３０ ４分割光検出器
３１ 加減算器
３２ ゲイン回路
３３ 位相補償回路
３４ 駆動アンプ
３５ フォーカスコイル
３６ 対物レンズ

Claims (5)

1. 光ピックアップの対物レンズを光ディスクスタンパ表面に追従させる光ディスクフォーカスサーボ装置であって、
   回転する前記光ディスクスタンパの回転方向の角度位置を検出して角度位置信号を発する角度位置検出手段と、
   前記光ピックアップを移動させて、前記光ピックアップの移動方向の位置を検出して位置信号を発する移動位置検出手段と、
   フォーカスサーボ引き込み後のフォーカスエラー信号の偏差を検出するフォーカス偏差検出手段と、
   前記回転する光ディスクスタンパの回転角度位置、及び前記移動する光ピックアップの移動位置と共に前記フォーカス偏差を記憶する手段と、
   フォーカス再引き込み後の前記光ディスクスタンパの現在角度位置、及び前記光ピックアップの現在位置で前記記憶されたフォーカス偏差に比例した信号で前記光ピックアップ全体を駆動する光ピックアップ駆動手段と、を有する光ディスクフォーカスサーボ装置。
2. 前記フォーカス偏差検出手段は、フォーカス偏差の直流成分と、光ディスクスタンパの回転基本波成分以下のフォーカス偏差信号のみを検出できるローパスフィルターを介してフォーカス偏差を検出するようにしたことを特徴とする請求項１記載の光ディスクフォーカスサーボ装置。
3. 前記光ピックアップ駆動手段は、前記記憶されたフォーカス偏差に比例した信号を、前記角度位置検出手段からの角度位置信号及び前記移動位置検出手段からの移動位置信号に同期して前記光ピックアップ駆動手段に加えられるようにしたことを特徴とする請求項１記載の光ディスクフォーカスサーボ装置。
4. 前記角度位置検出手段は、前記光ディスクを回転させる回転駆動手段に直結したモータエンコーダであり、スライド位置検出手段はスライドステージと直結したリニアエンコーダであることを特徴とする請求項１記載の光ディスクフォーカスサーボ装置。
5. 光ピックアップの対物レンズを光ディスクスタンパ表面に追従させるフォーカスサーボ方法であって、
   フォーカスサーボ引き込み後のフォーカスエラー信号の偏差を、前記光ディスクスタンパ全表面に渡り、回転する前記光ディスクスタンパの回転方向の角度位置と、前記光ピックアップの移動方向の移動位置と共に、前記フォーカス偏差を記憶する工程と、
   その後の光ディスクスタンパ表面に追従させるフォーカスサーボ再引き込み後において、光ディスクスタンパの現在角度位置、及び光ピックアップの現在移動位置で、前記記憶されたフォーカス偏差に比例した信号で光ピックアップ全体を駆動してフォーカスサーボを行う工程と、を有する光ディスクフォーカスサーボ方法。

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