JP2001023184A - 光ディスク駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光学ヘッドの制御系内での力学条件に対応す
る制御で、光学ヘッドの目標位置への高精度の移動を短
時間で行なう高ディスク駆動装置を提供する。 【解決手段】 光学ヘッドの質量ｍと、中立点への復帰
力に対応するバネ定数ｋとを演算因子に含む演算によ
り、目標速度演算回路１３からは目標速度信号Ｆ３が、
目標位置演算回路１４からは目標位置信号Ｆ４が、加減
速時間演算回路１５からはキック時間信号Ｆｔ₀ とブレ
ーキ時間信号Ｆｔ₁ が出力され、トラバースカウンタ１
１から出力される測定に係る速度信号Ｆ１、位置信号Ｆ
２と、目標速度信号Ｆ３、目標位置信号Ｆ４との差値、
及びキック時間信号Ｆｔ₀ 、ブレーキ時間信号Ｆｔ₁ に
基づき、光学ヘッドの質量と復帰力に適確に対応して、
光学ヘッドの目標位置への高精度のマルチトラックジャ
ンプを、移送時間と引込制御時間を大幅に削減して、短
時間に効率的に行なうことが可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ディスクに対す
る情報の記録再生に際して、光学ヘッドを光ディスクの
半径方向に移動させ、目標位置へのトラッキング制御を
行なう光ディスク駆動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の光ディスク駆動装置の要部は、図
４に示すような構成となっていて、光ディスク１の中心
軸に、光ディスク１を回転駆動するスピンドルモータ２
が取り付けられ、光学ヘッドを光ディスク１の半径方向
に移動させる図示せぬ粗動モータが、光ディスク１に対
して配設されており、この粗動モータに駆動電流を供給
するトラッキングコイル３が配置されている。一方、光
ディスク１にレーザ光を照射する半導体レーザ５が設け
られ、半導体レーザ５からのレーザ光の光ディスク１で
の反射光を、ハーフミラーＨＭを介して受光する受光素
子６が設けられており、この受光素子６は、例えばプッ
シュプル法によって、トラックエラーを検出する機能を
具備している。

【０００３】また、受光素子６には、受光素子６から出
力されるトラッキングエラー信号ＦｔｅをＡＤ変換する
ＡＤコンバータ７と、受光素子６から出力されるトラッ
キングエラー信号Ｆｔｅに対して９０゜位相の進んだク
ロストラック信号ＦｃｔをＡＤ変換するＡＤコンバータ
８とが接続されている。これらのＡＤコンバータ７、８
の出力端子は、位相同期回路（ＰＬＬ：Ｐｈａｓｅ Ｌ
ｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ）１０に接続されており、この位
相同期回路１０は、電圧制御発生器ＶＣＯ（Ｖｏｌｔａ
ｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｏｓｉｌｌａｔｏｒ）を
備え、ＡＤ変換されたトラッキングエラー信号Ｆｔｅ及
びクロストラック信号Ｆｃｔと、ＶＣＯ出力との位相差
に基づき、トラッキングエラー信号Ｆｔｅ及びクロスト
ラック信号Ｆｃｔの周波数と、ＶＣＯ出力の周波数との
差が小さくなるように、ＶＣＯを制御する機能を有して
いる。

【０００４】この位相同期回路１０には、位相同期回路
１０の出力信号をカウントするトラバースカウンタ１１
が接続され、トラバースカウンタ１１には、切換判定回
路２４と位相補償フィルタ２０からなり、信号処理を行
なう信号処理回路２５Ａが接続され、ＡＤコンバータ７
の出力端子が切換判定回路２４の入力端子に接続されて
いる。そして、信号処理回路２５Ａの出力端子に、ＤＡ
コンバータ２２を介して、ドライブアンプ２３が接続さ
れ、ドライブアンプ２３の出力端子がトラッキングコイ
ル３に接続されている。

【０００５】このような構成の従来の光ディスク駆動装
置では、レーザ光の光ディスク１からの反射光を受光す
る受光素子６が、プッシュプル法によってトラックエラ
ーの検出を行い、受光素子６からは、トラッキングエラ
ー信号Ｆｔｅと、トラッキングエラー信号Ｆｔｅに対し
て９０゜位相の進んだクロストラック信号Ｆｃｔとが出
力される。トラッキングエラー信号Ｆｔｅは、ＡＤコン
バータ７でＡＤ変換されて位相同期回路１０と切換判定
回路２４とに入力され、クロストラック信号Ｆｃｔは、
ＡＤコンバータ８でＡＤ変換されて位相同期回路１０に
入力される。

【０００６】この位相同期回路１０では、ＡＤ変換され
たトラッキングエラー信号Ｆｔｅ及びクロストラック信
号Ｆｃｔと、ＶＣＯ出力との位相差に基づき、トラッキ
ングエラー信号Ｆｔｅ及びクロストラック信号Ｆｃｔの
周波数と、ＶＣＯ出力の周波数との差が小さくなるよう
に、ＶＣＯの制御が行なわれ、位相同期回路１０から
は、トラッキングエラー信号Ｆｔｅ及びクロストラック
信号Ｆｃｔにロックされた正弦波信号が出力される。次
いで、トラバースカウンタ１１によって、位相同期回路
１０の出力信号がカウントされ、トラッキングの位置デ
ータと速度データとの演算が行なわれ、得られた位置デ
ータと速度データとが、信号処理回路２５Ａの切換判定
回路２４に入力される。

【０００７】そして、切換判定回路２４では、トラバー
スカウンタ１１からの位置データ及び速度データと、Ａ
Ｄコンバータ７からのトラッキングエラー信号Ｆｔｅと
に基づいて、最適な制御モードの選択が行なわれ、選択
された制御モードの制御信号が位相補償フィルタ２０に
供給され、位相フィルタ２０によって、制御信号の安定
化が行なわれ、信号処理回路２５ａからは、安定化され
た補正制御信号Ｆ１０が出力される。この補正制御信号
Ｆ１０は、ＤＡコンバータ２２でＤＡ変換されて、ドラ
イブアンプ２３に入力され、ドライブアンプ２３からは
駆動信号Ｆｄｏが出力され、この駆動信号Ｆｄｏがトラ
ッキングコイル３に入力され、トラッキングコイル３
に、駆動信号Ｆｄｏに対応して流される駆動電流によっ
て、光学ヘッドのアクチュエータが駆動され、光学ヘッ
ドが目標シーク位置まで移動して、光ディスク１に対す
る情報の記録再生が行なわれる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】前述した従来の光ディ
スク駆動装置では、アクチュエータのキックとブレーキ
とを同一時間だけ行なって、光学ヘッドの移動を制御し
ているが、アクチュエータによる駆動によって、中立点
位置から変位して光ディスクの半径方向に位置する光学
ヘッドには、光学ヘッドを中立点位置に戻す方向に常に
復帰力が与えられている。このために、ジャンプによる
光学ヘッドの移動距離が長くなるほど、演算で得られる
目標移動距離と、実際の移動距離との差が大きくなり、
同時に、ジャンプの終了時の光学ヘッドの速度が０にな
らないという問題が発生する。

【０００９】この問題の解決のために、光学ヘッドの移
動速度を放物線状に変化させる速度制御が行なわれてい
るが、光学ヘッドに働く前述の復帰力を考慮していない
ために、外乱のない状態でも完全な制御は行なわれず、
ジャンプ終了後の速度誤差には引き込み制御で、位置誤
差にはワントラックジャンプで対応しており、引き込み
制御やワントラックジャンプのために、制御が安定に終
了するまでの制御時間が長くなってしまう。

【００１０】本発明は、前述したような従来の光ディス
ク駆動装置の動作の現状に鑑みてなされたものであり、
その目的は、光学ヘッドに対する制御系内での力学条件
に適確に対応した制御を行なって、光学ヘッドの目標位
置への高精度の移動を短時間で行なうことが可能な高デ
ィスク駆動装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、請求項１記載の発明は、光ディスクに対する情報の
記録再生に際して、光学ヘッドを前記光ディスクの半径
方向に移動させ、目標位置にトラッキング制御させる光
ディスク駆動装置であって、前記光学ヘッドの質量デー
タと、前記半径方向で変位位置にある前記光学ヘッドに
対して、前記光学ヘッドを中立点位置に戻すように働く
復帰力データとを演算因子に含めて、前記光学ヘッドの
目標位置データ及び目標速度データを演算する位置・速
度データ演算手段と、前記質量データと前記復帰力デー
タとを演算因子に含めて、前記光学ヘッドに要求される
キック動作時間データ及びブレーキ動作時間データを演
算するトルク情報演算手段と、前記目標位置データ、前
記目標速度データ、前記キック動作時間データ、及び前
記ブレーキ動作時間データに基づいて、前記光学ヘッド
を前記目標位置に移送する移送制御手段とを有すること
を特徴とするものである。

【００１２】このような手段によると、光学ヘッドの質
量と光学ヘッドに働く中立点位置への復帰力に適確に対
応して、光学ヘッドに対して目標位置への高精度のマル
チトラックジャンプが、移送時間と引込制御時間を大幅
に削減した状態で、短時間に効率的に行なわれる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の一実施の形態
を、図１ないし図３を参照して説明する。図１は本実施
の形態の要部の構成を示すブロック図、図２は本実施の
形態におけるモデル化された光学ヘッドの説明図、図３
は本実施の形態のトラッキング動作を示す特性図であ
る。

【００１４】本実施の形態では、図２に示すように、対
物レンズを含む可動部としての光学ヘッドを質量ｍの質
点とし、光学ヘッドを中立点に戻す復帰力をバネ係数ｋ
のバネでモデル化する。このようにモデル化すると、光
学ヘッドのキック時の動作は、一定の大きさの外力Ｆが
加えられた質点の運動として解析され、光学ヘッドのブ
レーキ時の動作は、一定の大きさの外力−Ｆが加えられ
た質点の運動として解析される。

【００１５】初期条件ｘ（０）＝ｄｘ／ｄｔ＝０とし
て、質点に外力Ｆが加えられた時の運動方程式は、ｍ
（ｄ² ｘ／ｄｔ² ）＋ｋｘ＝Ｆとなり、これを解いてキ
ック時の質点の運動は、

【００１６】

【数１】

【００１７】として以下の式で表される。

【００１８】 ｘ＝（Ｆ／ｋ）（１−ｃｏｓｗｔ） （１） ｖ＝（ｗＦ／ｋ）ｓｉｎｗｔ （２）

【００１９】この質点の運動は、ｘ＝Ｆ／ｋを中心とす
る振幅Ｆ／ｋの正弦波運動である。

【００２０】同様にして、質点に外力−Ｆが加えられた
時の運動方程式を解き、ブレーキ時の質点の運動は、ｘ
＝−Ｆ／ｋを中心とした正弦波運動で、振幅Ａはエネル
ギー保存の式から、

【００２１】

【数２】

【００２２】となる。

【００２３】また、質点にｔ＝ｔ₀ まで外力Ｆを加えて
キック制御し、その後ｔ＝ｔ_e まで外力−Ｆを加えてブ
レーキ制御した場合に、このキック・ブレーキ制御で質
点が移動した距離ｘ_d は次式で与えられる。

【００２４】

【数３】

【００２５】（３）式から切換時刻ｔ₀ は次式で与えら
れる。

【００２６】

【数４】

【００２７】キック制御時に移動した距離ｘ_o とｘ_d と
の間には、次式が成立する。

【００２８】 ｘ_o ＝（１／２）ｘ_d （１＋ｋｘ_d ／２Ｆ） （５）

【００２９】また、ブレーキ時間ｔ₁ ＝ｔ_e −ｔ₀ は、
次式で与えられる。

【００３０】

【数５】

【００３１】一方、質点のキック中の位置ｘと速度ｖと
は、以下の式で表される。

【００３２】 ｘ＝（Ｆ／ｋ）（１−ｃｏｓｗｔ） （７） ｖ＝（ｗＦ／ｋ）ｓｉｎｗｔ （８）

【００３３】また、キック中の速度が位相αだけ遅れて
観測された場合には、（８）式は（９）式のようにな
る。

【００３４】 ｖ＝（ｗＦ／ｋ）ｓｉｎ（ｗｔ−α） （９）

【００３５】さらに、ジャンプ終了時刻を簡単のために
ｔ＝０として、ブレーキ中の位置ｘと、ブレーキ中の速
度ｖは、以下の式で表される。

【００３６】 ｘ＝（ｘ_d ＋Ｆ／ｋ）（１−ｃｏｓｗｔ） （１０） ｖ＝ｗ（ｘ_d ＋Ｆ／ｋ）ｓｉｎｗｔ （１１）

【００３７】また、ブレーキ中の速度が位相αだけ遅れ
て観測された場合には、（１１）式は（１２）式のよう
になる。

【００３８】 ｖ＝ｗ（ｘ_d ＋Ｆ／ｋ）ｓｉｎ（ｗｔ−α） （１２）

【００３９】ところで、本実施の形態は、図１に示すよ
うに、すでに図４を参照して説明した従来の光ディスク
駆動装置における信号処理回路２５Ａに代えて、新たな
信号処理回路２５Ｂを設けた構成となっている。この信
号処理回路２５Ｂは、同図に示すように、基準時間信号
を発生する基準時間信号発生回路１２の出力端子が、光
学ヘッド移動の目標速度を演算する目標速度演算回路１
３、光学ヘッド移動の目標位置を演算する目標位置演算
回路１４、及び加減速の時間データを演算する加減速時
間演算回路１５にそれぞれ接続され、また、図示せぬシ
ステムコントローラからの移動目標距離信号Ｆｘ_d が、
目標速度演算回路１３、目標位置演算回路１４及び加減
速時間演算回路１５にそれぞれ入力されている。

【００４０】目標速度演算回路１３の出力端子は、減算
器１６の反転入力端子に接続され、減算器１６の非反転
入力端子には、トラバースカウンタ１１から、測定され
た速度信号Ｆ１が入力され、減算器１６の出力端子は、
減算器１６の出力信号に所定ゲイン値を乗算する乗算器
１８の入力端子に接続され、乗算器１８の出力端子が位
相補償フィルタ２０の一方の入力端子に接続されてい
る。

【００４１】また、目標位置演算回路１４の出力端子
は、減算器１７の反転入力端子に接続され、減算器１７
の非反転入力端子には、トラバースカウンタ１１から、
測定された位置信号Ｆ２が入力され、減算器１７の出力
端子は、減算器１７の出力信号に所定ゲイン値を乗算す
る乗算器１９の入力端子に接続され、乗算器１９の出力
端子が位相補償フィルタ２０の他方の入力端子に接続さ
れている。そして、位相補償フィルタ２０の出力端子
は、加算器２１の一方の入力端子に接続され、加算器２
１の他方の入力端子には、加減速時間演算回路１５の出
力端子が接続され、加算器２１の出力端子はＤＡコンバ
ータ２２に接続されている。

【００４２】本実施の形態のその他の部分の構成は、す
でに、図４を参照して説明した従来の光ディスク駆動装
置の構成と同一なので、重複する説明は行なわない。

【００４３】このような構成の本実施の形態の動作を説
明する。本実施の形態では、加減速時間演算回路１５
が、システムコントローラからの移動目標距離信号Ｆｘ
_d に基づき、キック・ブレーキ制御のトルク定数を使用
して、（４）式に基づいてキック時間ｔ₀ を、（６）式
に基づいてブレーキ時間ｔ ₁ を演算し、基準時間信号発
生回路１２からの基準時間信号に応じて、キック時間信
号Ｆｔ₀ とブレーキ時間信号Ｆｔ₁ とを乗算器１９に供
給する。

【００４４】また、目標速度演算回路１３は、システム
コントローラからの移動目標距離信号Ｆｘ_d に基づき、
バネ係数ｋと必要に応じて計測位相遅れαを使用して、
（８）式または（９）式に基づいて、キック中の目標速
度ｖを、（１１）式または（１２）式によって、ブレー
キ中の目標速度ｖを演算し、目標速度演算回路１３から
は目標速度信号Ｆ３が出力され、減算器１６において、
測定された速度信号Ｆ１と目標速度信号Ｆ３との差演算
が行なわれ、得られた速度誤差信号Ｆ５に、乗算器１８
で所定ゲイン値が乗算されて位相補償フィルタ２０に入
力される。

【００４５】一方、目標位置演算回路１４は、システム
コントローラからの移動目標距離信号Ｆｘ_d と、目標速
度演算回路１３が演算したキック中及びブレーキ中の目
標速度に基づき、（７）式及び（１０）式によって、そ
れぞれの目標位置を演算し、目標位置演算回路１４から
は目標位置信号Ｆ４が出力され、減算器１７において、
測定された位置信号Ｆ２と目標位置信号Ｆ４との差演算
が行なわれ、得られた位置誤差信号Ｆ６に、乗算器１９
で所定ゲイン値が乗算されて位相補償フィルタ２０に入
力される。

【００４６】そして、位相フィルタ２０によって、制御
信号の安定化が行なわれ、位相補償フィルタ２０から
は、安定化された補正制御信号Ｆ７が加算器２１に供給
され、加算器２１において、補正制御信号Ｆ７と加減速
時間演算回路１５からのキック時間信号Ｆｔ₀ とブレー
キ時間信号Ｆｔ₁ とが加算処理され、信号処理回路２５
Ｂからは、光学ヘッドを目標位置に高精度で且つ短時間
に移動させる制御信号Ｆ８が出力される。

【００４７】本実施の形態のマルチトラックジャンプ動
作時の動作特性は、図３に示すようになり、同図で縦軸
は時間、横軸はジャンプするトラック数を示し、曲線Ｃ
１は本実施の形態でのキック時間特性曲線、曲線Ｃ２は
本実施の形態でのブレーキ時間特性曲線、点線で示す曲
線は、従来の光ディスク駆動装置でのキック・ブレーキ
時間特性曲線を示している。同図から明らかなように、
短距離をジャンプする場合は、本実施の形態の特性曲線
と従来の装置の特性曲線との間には余り差はないが、ジ
ャンプ距離が長くなると、両者の時間ずれが大きくな
り、本実施の形態の方式に対して、従来の方式では、キ
ック時間が不足し、ブレーキ時間が長すぎることにな
る。このために、従来の方式では、光学ヘッドは、想定
距離よりも短い距離しか移動せず、しかもジャンプ終了
時に速度が０とならず、中立点位置に向かって移動して
いることになる。

【００４８】例えば、２５０トラックのジャンプを行な
う場合、従来の制御では、ブレーキ操作により速度が０
となる時刻でも、光学ヘッドのスポットは、２２９トラ
ックしか移動しておらず、さらにブレーキ時間が必要以
上に長くなって、ブレーキ終了時には、スポットが１４
１トラックに戻って、逆向きの速度を有している。従来
の方式では、移動ずれをフィードバックサーボによって
補正しているが、モデル体の運動と実際の光学ヘッドの
運動とのずれの補正にサーボゲインが消費されてしま
い、フィードバックサーボが、本来の外乱の影響の抑制
効果を発揮することができない。

【００４９】これに対して、本実施の形態では、光学ヘ
ッドの質量ｍと、変位位置にある光学ヘッドに働く復帰
力に対応するバネ定数ｋとを、演算因子に含めて目標速
度、目標位置及び加減速時間が演算され、目標速度と測
定速度との差値、及び目標位置と測定位置との差値がそ
れぞれ演算され、これらの差値と加減速時間とに基づ
き、光学ヘッドがキック・ブレーキ制御されるために、
ジャンプ終了時に、光学ヘッドはほぼ目標位置に移動さ
れ、ジャンプ終了時の速度がほぼ０になる。このため
に、本実施の形態のフィードバックサーボでは、本来の
外乱の影響の抑制効果が充分に発揮される。

【００５０】以上に説明したように、本実施の形態によ
ると、光学ヘッドの質量ｍと、変位位置にある光学ヘッ
ドに働く復帰力に対応するバネ定数ｋとを、演算因子に
含めて目標速度演算回路１３が目標速度を演算して、目
標速度信号Ｆ３を出力し、目標位置演算回路１４が目標
位置を演算して、目標位置信号Ｆ４を出力し、加減速時
間演算回路１５が、キック制御とブレーキ制御を行なう
加減速時間を演算して、キック時間信号Ｆｔ₀ とブレー
キ時間信号Ｆｔ₁ を出力する。

【００５１】そして、トラバースカウンタ１１から実際
の測定値として出力される速度信号Ｆ１及び位置信号Ｆ
２と、目標速度信号Ｆ３、目標位置信号Ｆ４とのそれぞ
れの差値、キック時間信号Ｆｔ₀ 及びブレーキ時間信号
Ｆｔ₁ に基づいて、光学ヘッドの質量と光学ヘッドに働
く復帰力に適確に対応して、光学ヘッドに対して高精度
のマルチトラックジャンプが行なわれるので、移送時間
と引込制御時間を大幅に削減した状態で、光学ヘッドの
目標位置への高精度の移送を、短時間に効率的に行なう
ことが可能になる。一般に光ディスク駆動装置において
は、スピンドルモータ２の回転数が高くなるにつれて、
トラッキング方向固有周波数も高くなり、バネ係数ｋが
大きくなる傾向にあるので、本実施の形態の適用の今後
の期待は大きいものがある。

【００５２】

【発明の効果】請求項１記載の発明によると、光ディス
クに対する情報の記録再生に際して、光学ヘッドが光デ
ィスクの半径方向に移動され、目標位置までのトラッキ
ング制御が行なわれるが、位置・速度データ演算手段に
よって、光学ヘッドの質量データと、半径方向で変位位
置にある光学ヘッドに対して、光学ヘッドを中立点位置
に戻すように働く復帰力データとを演算因子に含めて、
光学ヘッドの目標位置データ及び目標速度データが演算
され、トルク情報演算手段によって、質量データと復帰
力データとを演算因子に含めて、光学ヘッドに要求され
るキック動作時間データ及びブレーキ動作時間データが
演算される。そして、移送制御手段によって、演算され
た目標位置データ、目標速度データ、キック動作時間デ
ータ、及びブレーキ動作時間データに基づいて、光学ヘ
ッドが目標位置に移送制御されるので、光学ヘッドの質
量と光学ヘッドに働く復帰力に適確に対応して、光学ヘ
ッドに対して高精度のマルチトラックジャンプが行なわ
れ、移送時間と引込制御時間を大幅に削減した状態で、
光学ヘッドの目標位置への高精度の移送を、短時間に効
率的に行なうことが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態の要部の構成を示すブロ
ック図である。

【図２】同実施の形態におけるモデル化された光学ヘッ
ドの説明図である。

【図３】同実施の形態のトラッキング動作を示す特性図
である。

【図４】従来の光ディスク駆動装置の要部の構成を示す
ブロック図である。

【符号の説明】

１・・光ディスク、３・・トラッキングコイル、５・・
半導体レーザ、６・・受光素子、１０・・位相同期回
路、１１・・トラバースカウンタ、１２・・基準時間信
号発生回路、１３・・目標速度演算回路、１４・・目標
位置演算回路、１５・・加減速時間演算回路、１６、１
７・・減算器、１８、１９・・乗算器、２０・・位相補
償フィルタ、２１・・加算器、２３・・ドライブアン
プ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光ディスクに対する情報の記録再生に際
   して、光学ヘッドを前記光ディスクの半径方向に移動さ
   せ、目標位置にトラッキング制御させる光ディスク駆動
   装置であって、 前記光学ヘッドの質量データと、前記半径方向で変位位
   置にある前記光学ヘッドに対して、前記光学ヘッドを中
   立点位置に戻すように働く復帰力データとを演算因子に
   含めて、前記光学ヘッドの目標位置データ及び目標速度
   データを演算する位置・速度データ演算手段と、 前記質量データと前記復帰力データとを演算因子に含め
   て、前記光学ヘッドに要求されるキック動作時間データ
   及びブレーキ動作時間データを演算するトルク情報演算
   手段と、 前記目標位置データ、前記目標速度データ、前記キック
   動作時間データ、及び前記ブレーキ動作時間データに基
   づいて、前記光学ヘッドを前記目標位置に移送する移送
   制御手段とを有することを特徴とする光ディスク駆動装
   置。