JP2002025078A - 記憶装置、トラッキング制御方法及びそのトラッキング制御装置 - Google Patents

記憶装置、トラッキング制御方法及びそのトラッキング制御装置

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JP2002025078A JP2000199549A JP2000199549A JP2002025078A JP 2002025078 A JP2002025078 A JP 2002025078A JP 2000199549 A JP2000199549 A JP 2000199549A JP 2000199549 A JP2000199549 A JP 2000199549A JP 2002025078 A JP2002025078 A JP 2002025078A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 アクチュエータの高次共振周波数の変化に対
応できるサーボ系を実現し、簡単な構成の低コストのサ
ーボ系を構成する。 【解決手段】 ディスク１を少なくとも読み取るヘッド
３を搭載し、前記ヘッド３を前記デイスク１のトラック
位置に駆動するキャリッジ５と、前記ヘッドの読み取り
出力から前記トラックに対する位置誤差を検出する検出
回路９と、前記位置誤差に応じて、前記ヘッドが前記ト
ラックに追従するよう前記キャリッジを制御するサーボ
制御部１１とを有し、前記サーボ制御部１１は、前記サ
ーボ制御部によるトラッキングサーボ系の開ループ特性
が、位相交差周波数ｆ６より高く、前記キャリッジの高
次共振周波数ｆ９よりも低い周波数領域において、位相
が（−１８０＋３６０×Ｎ）°となる周波数でゲインが
０ｄＢ以上とならない範囲において、前記位相交差周波
数ｆ６の開ループゲインより高いゲインを持つように、
ゲインを増大するデジタルフィルタを有する。ゲインを
増大するため、位相余裕が増加する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、記憶媒体に対して
情報の再生／記録再生を行う記憶装置、トラッキング制
御方法及びそのトラッキング制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】光ディスク装置や磁気ディスク装置など
の記憶装置では、読み取りヘッドと目標トラックとの相
対位置を検出し、その位置信号をアナログまたはデジタ
ルの制御装置を介してヘッド駆動装置へ入力すること
で、トラックの位置変動に対して自動的にヘッドを追従
させる方法、トラッキング制御方法がとられている。
【０００３】このデイスク装置では、記憶装置の低価格
化が進み、部品点数および製造工程を可能な限り減らす
ことが要求されている。そのため、ヘッド駆動装置の構
成として、精アクチュエータと粗アクチュエータとを分
離しない、精粗一体型の駆動装置が頻繁に用いられるよ
うになっている。
【０００４】例えば、光ディスク装置のトラッキング制
御系において低コスト化を実現するには、光学ヘッドの
トラッキング制御とアクセス制御を同一のコイルの推力
により行う方法が有効である。すなわち、精アクチュエ
ータ（トラッキング制御用で可動範囲が狭いもの）と粗
アクチュエータ（アクセス制御用で可動範囲が広いも
の）とを別個に設けるのではなく、一つのアクチュエー
タで精粗一体に駆動を行うような構成を用いることによ
り、装置コストの低減を図ることができる。このような
一つのアクチュエータによりトラッキング制御とアクセ
ス制御とを可能にした装置の構成例は、特開昭６３−２
２４０３７号公報等に開示されている。
【０００５】しかし、精粗一体型駆動装置を採用するこ
とによって、ヘッドの高次共振に対するロバスト性と、
低周波数領域における媒体の偏心振動に対する追従性
を、一つのフィードバック制御装置のみで達成すること
が必要になる。
【０００６】一般のフィードバック制御器の構成では、
この二つの要求を同時に達成することは難しい。高次共
振に対するロバスト安定性を保つために高周波数領域で
のゲインを下げた場合、ゲイン交差周波数付近の位相が
遅れることになり、十分に制御帯域を上げることができ
ないためである。
【０００７】また、フィードバック制御装置には、ＤＳ
Ｐなどのプロセッサを利用するデジタルフィルタがよく
用いられる。その場合、デジタルフィルタは、あるサン
プリング時間Tsごとにしか計算することができないた
め、トラッキング制御系にTs／2の遅れ時間が発生す
る。この遅れ時間による位相の遅れも制御帯域を上げる
ことのできない一因となっている。
【０００８】即ち、前記のような精粗両方の駆動制御が
可能なアクチュエータは、一般に高次共振周波数を高く
するのが困難であるため、トラッキング制御のゲインを
上げられず（ゲイン交差周波数を高くできず）、高速の
ディスク回転に対応することが難しい。
【０００９】この高次共振の影響を避けるには、アクチ
ュエータの高次共振周波数の付近にツインＴフィルタ
（ノッチフィルタ）を挿入する構成を用いる等の方法が
考えられる。しかし、ディップ周波数の低い（ゲイン交
差周波数に近い）ツインＴフィルタを制御するループ内
に挿入すると、ツインＴフィルタによるゲイン交差周波
数での位相遅れが大きく発生し、位相余裕が減少すると
いう問題点が生じる。
【００１０】この問題点を解決する一方法としては、特
開平５−４７１２５号公報記載の方法が挙げられる。す
なわち、サーボループ中に外部から適当な信号を入力
し、その信号に対するサーボ系の応答から共振周波数を
求めて、この周波数でゲインが最小となるようにノッチ
フィルタを構成するものである。この方法は、共振周波
数に初期的なばらつきや温度変化等があってもノッチフ
ィルタの特性を合わせることができるため、帯域の狭
い、Ｑの大きなノッチフィルタを使うことができ、サー
ボループのゲイン交点付近での位相遅れが発生しにくい
という利点がある。
【００１１】しかしながら、一般にアクチュエータは複
数の共振モードを持っているため、前述した従来の提案
のように、印加した信号に対する応答から問題となる高
次共振の周波数を正しく測定するのは非常に困難であ
る。
【００１２】特に狭帯域のノッチフィルタを用いる場合
にはわずかな周波数の違いで減衰特性が大きく異なるた
め、測定の誤差はそのままサーボ特性の悪化につなが
り、確実に高次共振の影響をなくすことは困難である。
また、高次共振周波数の測定を行うためには高価なハー
ドウエア、あるいは複雑なソフトウェアが新たに必要と
なり、コスト的にも不利である。
【００１３】この従来技術における問題である、アクチ
ュエータの高次共振周波数がゲイン交点周波数に近く、
ノッチフィルタのディップ周波数とゲイン交点周波数を
近づけざるを得ない場合においても、Ｑの小さな帯域の
広いノッチフィルタの挿入を可能として高次共振周波数
の変化に対応できるサーボ系を実現するため、次の従来
の提案がなされている（例えば、特開平９−４４８６３
号公報）。
【００１４】即ち、位相進み補償回路とノッチフィルタ
を介してサーボエラー信号をアクチュエータに帰還し制
御ループを形成する制御系において、位相進み補償回路
の高域側の折点周波数（極周波数）を、ノッチフィルタ
のゲインが極小となる周波数（ディップ周波数）よりも
高く設定したものである。これにより、制御ループの位
相余裕及びゲイン余裕を確保でき、複雑なハードウェア
やソフトウェアなしに、高次共振周波数の変化があって
も常に安定なサーボ系を実現することが可能となる。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】光ディスク装置などの
ストレージ製品は、大容量化と低価格化を追求せねばな
らない。そのため、現行のディスク装置では、正確にデ
ータを読み書きするためにヘッドの位置決め制度を数十
ｎｍと高精度にする必要があること、サーボ制御系を構
成するデジタルフィルタのサンプリング周波数をなるべ
く低く抑えることで、安価なＤＳＰを使用し、コストを
抑える必要があること、の2つの矛盾する要求を満たす
必要がある。
【００１６】特に、サンプリング周波数を低く抑えるこ
とで、デジタルフィルタの無駄時間が増加し、制御系の
位相条件が厳しくなることが帯域の向上を妨げる原因と
なっていた。
【００１７】従来の特開平9-44863等のトラッキング制
御方法は、ノッチフィルタのディップ周波数（ゲインが
極小となる周波数）よりも高い位置に位相進み補償の極
の折点周波数を配置することによって、フィードバック
制御系に必要な位相を確保する方法である。しかし、こ
の方法で十分な位相余裕を得るためには、従来よりも高
い周波数領域に位相進み補償の極を設定する必要がある
ため、デジタルフィルタのサンプリング周波数を高くす
る必要があるため、高速なＤＳＰ等のデジタル回路が必
要であり、コストの増加を招くという問題がある。
【００１８】従って、本発明の目的は、サンプリング周
波数を高くしなくても、高周波数領域での位相余裕を充
分えて、制御帯域を広くするための記憶装置、トラッキ
ング制御方法及びトラッキング制御装置を提供すること
にある。
【００１９】又、本発明の他の目的は、高精度なトラッ
キング制御を、安価なデジタル回路を用いて実現するた
めの記憶装置、トラッキング制御方法及びトラッキング
制御装置を提供することにある。
【００２０】更に、本発明の他の目的は、デジタルフィ
ルタの特性を変化させるだけで、容易に、高精度なトラ
ッキング制御を、安価なデジタル回路を用いて実現する
ための記憶装置、トラッキング制御方法及びトラッキン
グ制御装置を提供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】本発明は、サーボ制御系
の開ループ特性の位相交差周波数ｆ６およびキャリッジ
の共振周波数ｆ９の間にある周波数領域において、位相
が（−180＋360×Ｎ）°となる点でゲインが0dB以上に
ならない範囲で、ｆ６におけるゲイン余裕よりも高い位
置までゲインを増大させることにより、ゲイン交差周波
数での位相を進め、制御帯域を向上させるものである。
【００２２】又、本発明では、位相交差周波数ｆ６とｆ
９との間の領域で、なおかつ開ループ伝達関数の位相が
−540°以上−180°以下となる周波数領域内に、減衰係
数が1以下となる2次の極を持ち、その極の周波数におけ
る開ループ伝達関数のゲインを周波数ｆ６における開ル
ープゲインよりも高い位置まで増大させるようなデジタ
ルフィルタを用いてフィードバック制御装置を構成する
ことにより、従来の制御装置と同程度の安定性を保った
ままゲイン交差周波数での位相を進め、制御帯域を向上
させることを可能とする。
【００２３】更に、本発明では、デジタルフィルタの極
の周波数における開ループ伝達関数のゲインを0dBより
も高い位置まで増大させることにより、従来の制御装置
と同程度の安定性を保ったままゲイン交差周波数での位
相を進め、制御帯域を向上させることを可能とする。
【００２４】制御器の設計の際に一般に用いられるBode
線図による安定判別では、位相が−180°以下でかつゲ
インが0dBに接近あるいは0dB以上になる場合について、
ふつう安定判別を行うことが困難である。しかし実際
は、開ループ特性の位相が−180°以下であっても、−1
80°から−540°の範囲でならばゲインの上昇によって
制御系が不安定になることはない。ただし、−180°、
−540°、−900°、・・・（−180＋360×Ｎ）°の地点で
ゲインが0dB以上になると不安定になる。
【００２５】また、一般にヘッドの持つ高次共振はその
周波数やＱ値が個々の製品でばらつくことが多いため、
高次共振付近の開ループゲインが0dBに接近あるいは0dB
以上となるように制御器を設計した場合、製品化の際に
歩留りが悪化する危険が大きい。しかし、デジタルフィ
ルタは製品のばらつきないし時間の経過によってその伝
達特性が変化することがないため、歩留り悪化には影響
しない。
【００２６】以上の理由により、本発明のフィードバッ
ク制御装置のようにデジタルフィルタによって故意にゲ
インを盛り上げた場合、安定性を十分に保ちつつ、ゲイ
ンの上昇による位相の進みを得ることが可能となり、結
果的に制御帯域を向上させることができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を、トラッキング制御システム、デジタルフィ
ルタ、他の実施の形態の順で説明する。 ［トラッキング制御システム］図１は，本発明の一実施
形態に係る光ディスク装置のトラッキング制御系の構成
を示すブロック図、図２は、そのサーボ制御部（デジタ
ルフィルタ）の構成図である。ここでは、本実施形態の
説明に直接関係のない部分、例えば、再生信号の処理回
路、ホストコンピュータとのインターフェイス回路、あ
るいはフォーカス制御回路といったものは省略してい
る。
【００２８】図１に示すように、光ディスク装置は、情
報を記録するための情報トラックが設けられた光ディス
ク１を装着し、光ディスク１を回転駆動するスピンドル
モータ２を備える。又、光デイスク装置は、光ディスク
１に対して情報の記録、再生を行うための光学ヘッドの
構成要素として、光ディスク１の情報トラック上に光ビ
ーム４を照射するための対物レンズ３と、対物レンズ３
を光軸方向（図の上下方向、フォーカシング方向）に駆
動するフォーカス可動手段としてのフォーカスアクチュ
エータ６と、対物レンズ３及びフォーカスアクチュエー
タ６等を搭載し前記光ディスク１の半径方向に移動可能
なキャリッジ（アクチュエータ）５と、光源となるレー
ザダイオードやフォトディテクタを含む光学系７とを備
えている。
【００２９】また、本実施形態のトラッキング制御回路
１３は、フォトディテクタの出力電流を増幅するヘッド
アンプ８と、フォトディテクタの出力よりトラッキング
エラー信号を検出するトラッキングエラー信号検出回路
（ＴＥＳ検出回路）９と、トラッキング制御系を安定化
するため、ＴＥＳの高周波数成分を除去するローパスフ
ィルタ（アンチエイリアシングフィルタ）１０と、トラ
ッキングエラー信号からサーボ制御信号を生成するデジ
タルフィルタ（サーボ制御部）１１と、デジタルフィル
タ１１の出力信号に基づき、前記キャリッジ５を駆動す
るためのコイルに駆動電流を供給するトラッキングアク
チュエータドライバ１２と、を有している。
【００３０】このキャリッジ５は、トラッキングアクチ
ュエータドライバ１２から供給される駆動電流ＩＴＲに
より、光ディスク１上の情報トラックを横切る方向（図
の左右方向、トラッキング方向）に、光ビーム４がすべ
ての情報トラックを照射可能なように対物レンズ３及び
フォーカスアクチュエータ６と共に移動することができ
る。例えば、ボイスコイルモータを有する。
【００３１】このキャリッジ５の構成では、例えば、フ
ォーカスアクチュエータ６は、対物レンズ３を固定する
ためのホルダと、対物レンズ３をフォーカシング方向に
可動に、かつトラッキング方向に略固定に支持する板バ
ネと、対物レンズ３を駆動するためのフォーカスコイル
とから構成される。そして、キャリッジ５は、前記フォ
ーカスアクチュエータ６を上部に搭載し、両側部にキャ
リッジを駆動するためのキャリッジ駆動手段としてトラ
ッキングコイルを設けている。
【００３２】このような構成のキャリッジ５を、キャリ
ッジ５に沿い、ガイド軸、磁気回路とともに組み付けて
光学ヘッドを構成することにより、フォーカスコイルへ
の通電によりフォーカスアクチュエータ６をフォーカシ
ング方向に駆動でき、また、トラッキングコイルへの通
電によりキャリッジ５をトラッキング方向に駆動するこ
とができる。キャリッジ５の駆動により光ビーム４もト
ラッキング方向に駆動されるので、これらによりトラッ
キングアクチュエータが構成されることになる。
【００３３】又、図２に示すように、デジタルフィルタ
（サーボ制御部）１１は、アナログのトラックエラー信
号ＴＥＳをデジタル値に変換するＡＤコンバータ２０
と、このデジタル値を信号処理するＤＳＰ（デジタルシ
グナルプロセッサ）２１と、ＤＳＰ２１のデジタル駆動
電圧をアナログ駆動電圧に変換するＤＡコンバータ２２
とから構成されている。
【００３４】次に、このように構成したトラッキング制
御系の動作を説明する。まず、図示しないモータ制御回
路によりスピンドルモータ２を所定の速度で回転させ、
また図示しないレーザ制御回路の駆動制御により光学系
７に含まれるレーザダイオードを所定出力で発光させ
る。
【００３５】続いて、図示しないフォーカス制御回路に
よりフォーカスアクチュエータ６を駆動制御し、光ビー
ム４が光ディスク１の情報トラックに対して焦点を結ぶ
ように対物レンズ３のフォーカシング方向の位置制御を
行う。この光ビーム４の光ディスク１からの反射光は、
光学系７のフォトディテクタで受光され、ヘッドアンプ
８により増幅されてトラッキングエラー信号検出回路９
へ出力される。
【００３６】この状態で、トラッキングエラー信号検出
回路９は、前記フォトディテクタの出力に基づき、光ビ
ーム４が情報トラックの中心からどれだけずれた位置を
照射しているかを示す、トラッキングエラー信号ＴＥＳ
を生成する。通常、トラッキングエラー信号は、情報ト
ラックの中央とトラック間のほぼ中間点とでゼロレベル
となり、光ビームの変位に対して正弦波状に変化する信
号となる。
【００３７】トラッキングエラー信号検出回路９の出力
のトラッキングエラー信号は、ローパスフィルタ１０で
高周波数成分（ノイズ成分）が除去された後、デジタル
フィルタ１１でフィルタ処理され、トラッキングアクチ
ュエータドライバ１２より駆動電流ＩＴＲとしてキャリ
ッジ５に負帰還される。この駆動電流ＩＴＲにより、キ
ャリッジ５はトラッキングエラー信号検出回路９により
検出された光ビーム４の位置ずれを補正する方向に駆動
される。
【００３８】このように、トラッキングエラー信号をキ
ャリッジを駆動するトラッキングコイルに帰還すること
により、トラッキングエラー信号が零となるように光ビ
ーム４のトラッキング方向位置が駆動され、光ビーム４
が情報トラック中央に追従するようにするトラッキング
制御が行われる。
【００３９】次に、デジタルフィルタ１１の設定につい
て、図３乃至図５により、説明する。図３は、キャリッ
ジ（アクチュエータ）の周波数伝達特性図であり、図４
は、デジタルフィルタの周波数伝達特性図、図５は、ト
ラッキング制御系の開ループ周波数伝達特性図である。
【００４０】ここでは、キャリッジ５を電流駆動した際
の光ビーム４のトラッキング方向変位の周波数特性が、
図３に示すように、１０ｋＨｚ付近の周波数ｆ９に共振
点を持つ二次積分系であるとして説明する。この１０ｋ
Ｈｚ付近の共振は、キャリッジ５そのものの共振、ある
いは、対物レンズ３を支持しているフォーカシング用の
板バネのトラッキング方向（板バネの伸縮方向）の共
振、といったものである。尚、図３の上図は、周波数ー
ゲイン特性図、下図は、周波数ー位相特性図である。
【００４１】これに対し、図４のようなフィードバック
系のデジタルフィルタ１１の周波数伝達特性を設定する
ことにより、最終的に図５に示すようなトラッキング制
御系のゲインと位相に関する一巡周波数特性（開ループ
伝達特性）が得られる。
【００４２】図５の開ループ特性図において、サーボ制
御部（デジタルフィルタ）１１によるトラッキングサー
ボ系の開ループ特性が、最初にゲインがゼロとなる周波
数（第１のゲイン交差周波数）ｆ５において、位相が−
180°以上であり、ｆ５より高い第２の位相交差周波数
（位相が−１８０°に交差する周波数）ｆ６おいて、ゲ
インが０ｄＢ以下となるような周波数伝達特性である。
尚、図示しないｆ５より低い第１の位相交差周波数ｆ４
においては、ゲインは、０ｄＢ以上である。
【００４３】なおかつ、本発明では、ｆ６よりも高く、
前記キャリッジ５のもつ高次共振周波数のうちｆ６に最
も近い周波数ｆ９よりも低い周波数領域ｆ６〜ｆ９にお
いて、位相が（−180＋360×Ｎ）°となる点でゲインが
０ｄB以上にならない範囲で、ｆ６における開ループゲ
インよりも高い位置までゲインを増大するようデジタル
フィルタ１１を設定している。但し、Ｎ＝０、±１、±
２……である。
【００４４】このような構成のデジタルフィルタ１１
は、図４に示すように、周波数ｆ６とｆ９との間の領域
で，なおかつ開ループ伝達関数の位相が−５４０°以上
−１８０°以下となる周波数領域内に、減衰係数が1以
下となる2次の極を持ち、その極の周波数における開ル
ープ伝達関数のゲインを周波数ｆ６における開ループゲ
インよりも高い位置まで増大させることにより、容易に
実現できる。更に、その極の周波数における開ループ伝
達関数のゲインを０ｄＢよりも高い位置まで増大させる
と更に良い。
【００４５】即ち、デジタルフィルタ１１により、−１
８０°〜−５４０°の位相の間で、一巡伝達関数のゲイ
ンを故意に盛り上げることにより、ゲインの増大によ
る、位相の進みを得ることができ、制御帯域を向上す
る。しかも、ゲインを高くしても、−１８０°〜−５４
０°の位相の範囲であれば、図７及び図８を用いた後述
する理由により、安定性を損なうことがない。即ち、結
果的に、制御帯域を、デジタルフィルタ１１の伝達特性
により、向上でき、サンプリング周波数を高くする必要
がない。
【００４６】また、一般にヘッドの持つ高次共振は、そ
の周波数やＱ値が個々の製品でばらつくことが多いた
め、高次共振付近の開ループゲインが0dBに接近あるい
は0dB以上となるように制御器を設計した場合、製品化
の際に歩留りが悪化する危険が大きい。しかし、デジタ
ルフィルタは、製品のばらつきないし、時間の経過によ
ってその伝達特性が変化することがないため、歩留り悪
化には影響しない。
【００４７】具体例で説明する。図５の開ループ特性に
おいて、ゲイン交差周波数ｆ５（２．３kHz）における
位相余裕（−１８０°からの位相）は約３０°であり、
また第二の位相交差周波数ｆ６（５．２kHz）における
ゲイン余裕は約5dBであるため、安定性には問題がない
といえる。周波数ｆ９（１６．４kHz）の位置にヘッド
の共振点があるが、ｆ６とｆ９の間に、本発明の特長で
ある大きなゲインの盛り上がりが発生している。これ
は、図４に示すデジタルフィルタ１１の周波数１１kHz
における極（減衰係数0.06）の作用によるものである。
【００４８】この例では、特に周波数ｆ７からｆ８にか
けてゲイン特性が０ｄBを超えている。しかし、ｆ７に
おける位相が約−２５０°、ｆ８における位相が約−４
１０°であり、その間位相が−１８０°または−５４０
°にはならないため、フィードバック回路は安定であ
る。
【００４９】このようなデジタルフィルタ１１は、例え
ば、H∞制御理論によってオートマチックに設計でき
る。図４に示すデジタルフィルタ１１の伝達特性を連続
系の伝達関数で表した場合、デジタルフィルタ１１のゼ
ロ点と極は、下記の如くである。
【００５０】 ゼロ点： -119.38 ±1.1938e5 i （ω=19kHz、ζ=0.001） -103.67 ±1.0367e5 i （ω=16.5kHz、ζ=0.001） -103.67 ±1.0367e5 i （ω=650Hz、ζ=0.77） 極： 0 （積分器） -31416 ±1.2167e5 i （ω=20kHz、ζ=0.25） -4146.9 ±68991 i （ω=11kHz、ζ=0.06） -69115 （ω=11kHz） この内、ω＝１９ｋＨｚ，１６．５ｋHzに配置した４つ
のゼロ点は、減衰係数ζを極めて小さく（０．００１）
してあり、ノッチフィルタの機能を果す。ω＝６５０Ｈ
ｚのゼロ点と、ω＝１１kHzの３つの極が、ハイパスフ
ィルタの機能を果す。この実施例では、ω＝１１kHzの
２つの極の減衰定数ζを「０．０６」と従来の減衰係数
「０．２５」より小さくしている。ゼロ点の場合、減衰
係数を小さくすると、ゲインは小さくなるが、極の場
合、減衰係数を小さくすると、ゲインが大きくなるた
め、ゲインの盛り上がりを形成することができる。
【００５１】次に、本発明の効果を確認するため、ゲイ
ンの盛り上がりを除いた場合（極の減衰係数0.25）の開
ループ伝達特性（図の細線）と、図５の本発明の開ルー
プ伝達特性（図の太線）とを比較したものを図６に示
す。
【００５２】図６の細線に示すように、ゲインの盛り上
がりを除いた場合はゲイン交差周波数ｆ５（＝２．５ｋ
Ｈｚ）での位相が5°程度減少するため、図６の太線の
ゲインの盛り上がりのある場合と同程度の位相余裕を得
るためには制御帯域を下げる必要がある。つまり、本発
明の効果により、安定性を確保したまま，制御帯域を向
上できることがわかる。
【００５３】次に、前述のように、図５のＢｏｄｅ線図
において、位相が−１８０°以下の領域で、ゲインが０
ｄＢを越えても、制御系が安定である理由について、図
７及び図８により、説明する。
【００５４】フィードバック制御器の設計において、一
般に用いられるＢｏｄｅ線図による安定判別では、位相
が−１８０°以下で且つゲインが０ｄＢに接近する或い
は０ｄＢ以上になる場合では、安定判別を行うことは困
難である。しかし、本発明者の研究によれば、位相が−
１８０°、−５４０°、−９００°、・・・（−180＋360
×Ｎ）°の地点でゲインが0dB以上になるとフィードバ
ック系は不安定となるが、それ以外の位相では、ゲイン
が上昇したとしても、系は不安定にならないことを見出
した。
【００５５】この理由を説明するためには、Ｂｏｄｅ線
図による安定判別よりも、ナイキスト線図を用いた安定
判別を用いた方が直感的に理解しやすいため、図７及び
図８のナイキスト線図により、説明する。
【００５６】ナイキスト線図による安定判別は、水上憲
夫著「自動制御」（朝倉書店刊）の７章４節（Ｐ．１５
７〜１６７）など、多くの古典制御の教科書で一般的な
理論として紹介されている。「自動制御」のP．１６４
から、その判別方法を抜粋すると、一巡伝達関数のベク
トル軌跡を、(周波数)ωが0から＋∞まで増加する向き
にたどるとき、点（−１、ｊ０）をその左側に見れば安
定であり、右側に見れば不安定であると判別される。つ
まり、図７の太線は安定であるが、細線は不安定である
ことになる。
【００５７】図８は、図６で説明した従来例のゲインの
盛り上がりのない一巡伝達関数を細線で、図６で説明し
た本発明のゲインの盛り上がりのある一巡伝達関数を太
線で、ナイキスト線図で表したものである。図中のｆ５
〜ｆ８は、前述の図５の周波数に対応している。
【００５８】このナイキスト線図において、原点（０、
ｊ０）を中心とした半径1の円(図８の点線)は、Ｂｏｄ
ｅ線図のゲイン = ０ｄBに対応し、ナイキスト線図のｘ
軸の正方向からの角度は、Ｂｏｄｅ線図の位相に対応し
ている。つまり、ｙ軸の負方向は、（−９０＋３６０×
Ｎ）°、ｘ軸の負方向は、（−１８０＋３６０×Ｎ）
°、ｙ軸の正方向は、（−２７０＋３６０×Ｎ）°とな
る。そのため、前述の図５におけるゲイン交差周波数ｆ
５，ｆ７，ｆ８は、ナイキスト線図上では半径1の円上
の点になり、位相交差周波数ｆ６は、ｙ軸の負方向との
交点となる。
【００５９】したがって、前述したＢｏｄｅ線図におけ
る安定条件である、ゲインが０ｄBとなる周波数におい
て、位相が−１８０°以上であり、且つ位相が−１８０
°になる周波数において、ゲインが０ｄＢ以下である条
件を満たせば、必然的にナイキスト線図上の軌跡は，点
（−１、ｊ０）を左側に見ることになり、ナイキストの
安定判別も満たすことになる。逆に、ナイキスト線図に
よる安定条件を満たさない場合は、位相が（−１８０＋
３６０×Ｎ）°の周波数において、ゲインが０ｄBを超
える場合であることもわかる。
【００６０】更に、このようにナイキスト線図の安定条
件をもとにして考えた場合、図８の太線の本発明の場合
のように、一旦−１８０°のラインを交差した後にゲイ
ンが上昇したとしても、次に負方向のｘ軸を交差する−
５４０°までにもう一度ゲインを０ｄＢ以下まで減少さ
せれば，すなわち、図８における半径1の円内に軌跡を
戻せば、安定性には全く問題がないことがわかる。つま
り、図５及び図６のゲインの盛り上がりを持つＢｏｄｅ
線図に示すような一巡伝達関数でも、安定性が確保でき
るということになる。
【００６１】このように、デジタルフィルタ１１によ
り、−１８０°〜−５４０°の位相の間で、一巡伝達関
数のゲインを故意に盛り上げることにより、ゲインの増
大による、位相の進みを得ることができ、制御帯域を向
上する。しかも、ゲインを高くしても、−１８０°〜−
５４０°の位相の範囲であれば、前述の理由により、系
の安定性を損なうことがない。即ち、結果的に、制御帯
域を、デジタルフィルタ１１の伝達特性により、向上で
き、サンプリング周波数を高くする必要がない。
【００６２】つまり、本発明により、安定性を確保した
まま制御帯域を向上できる。このため、サンプリング周
波数の高いデジタルフィルタを設けることなく、サンプ
リング周波数の低いデジタルフィルタで、高精度のトラ
ッキング制御を実現できる。これにより、高密度のデイ
スク装置を安価に提供できる。
【００６３】前述の実施の形態では、デイスク装置を、
光デイスク装置で説明した。この光デイスク装置は、光
磁気デイスク装置、ＤＶＤ装置、ＣＤ装置等周知の光を
使用する記憶装置を含む。又、磁気デイスク装置にも適
用でき、記録／再生装置のみならず、再生専用装置にも
適用できる。
【００６４】［デジタルフィルタ］次に、前述の伝達特
性を実現するためのデジタルフィルタの構成例を説明す
る。図９は、図２のＤＳＰ２０のフィルタ処理の説明図
である。
【００６５】先ず、デジタルフィルタ１１のハード構成
は、図２に示したように、ある一定のサンプリング時間
Ｔごとに、Ａ／Dコンバータ２０が、アナログ信号のＴ
ＥＳをデジタル信号に変換する。次に、ＤＳＰ（Digita
l Signal Processor）２１が、変換されたTESのデ
ジタル信号をもとに駆動電圧を計算する。最後に駆動電
圧をＤ／Ａコンバータ２２によってアナログ電圧信号に
変換し、図１のアクチュエータドライバ１２に出力す
る。
【００６６】デジタルフィルタ（ＤＳＰ２１）で行われ
る演算は、次の２式である。 ｙｄ［ｋ］＝Ｃ・ｘ［ｋ］＋Ｄ・ｕｄ［ｋ］ ・・・（１） ｘ［ｋ＋１］＝Ａ・ｘ［ｋ］＋Ｂ・ｕｄ［ｋ］ ・・・（２） ここで、ｕｄ［ｋ］はサンプリング時点ｋでの入力信号
（この場合TES）、ｙｄ［ｋ］は出力信号（この場合駆
動電圧）、ｘ［ｋ］は状態変数と呼ばれるＤＳＰ２１の
内部変数、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは定数（行列）である。
【００６７】図９にＤＳＰ２１の処理の流れを示す。ま
ずＡ／Ｄコンバータ２０からの入力ｕｄ［ｋ］と、前回
のサンプリング時点［ｋ−１］で計算した状態変数ｘ
［ｋ］により(1)式を計算し、結果のｙｄ［ｋ］をＤ／
Ａコンバータ２２へ出力する。次に、やはりｕｄ［ｋ］
とｘ［ｋ］により(2)式を計算し、次回のサンプリング
時点［ｋ＋１］での状態変数ｘ［ｋ＋１］を計算する。
これをサンプリング時間Tごとに繰り返すことにより、
ある周波数特性をもったデジタルフィルタを実現してい
る。
【００６８】図４に記載したコントローラ（デジタルフ
ィルタ１１）の伝達特性を連続系の伝達関数で表した場
合には、式（３）のようになる。
【００６９】 ・・・(3) ここで、k = 11.22であり、前述のように、ゼロ点を、
ωn1=650Hz、ζn1=0.77、ωn2=16.5kHz、ζn2=0.001、
ωn3=19kHz、ζn3=0.001で示し、極を、ωd1=11kHz、ζ
d1=0.06、ωd2=20kHz、ζd2=0.25、ωd3=11kHzで定義す
る。
【００７０】この（３）式の伝達関数を、デジタルフィ
ルタで実現するためには、まず式（３）を連続系の状態
方程式に書き直し、次にそれを離散系の状態方程式（前
出の（１）、（２）式の形）に変換する。
【００７１】伝達関数を連続系の状態方程式に変換する
方法は、古田勝久ほか共著「メカニカルシステム制御」
（オーム社刊）の2章に紹介されている。連続系の状態
方程式を離散系の状態方程式に変換する方法は、同書の
4章に紹介されている。また、ＭＡＴＬＡＢ（MathWorks
社）などの市販CADソフトを用いることで、それぞれの
変換は容易に実行することができる。
【００７２】（３）式を離散系の状態方程式（１），
（２）式に変換した場合、デジタルフィルタの伝達特性
を決定する定数行列A、B、C、Dは、図１０に示すように
なる。又、サンプリング周波数は、５５ｋＨｚである。
この実施例のように、入力信号が1つ、出力信号が1つ、
次数が6次の伝達関数の場合は、Aは6行6列、Bは6行1
列、Cは1行6列、Dは1行1列の行列となる。また、状態変
数ｘ［ｋ］は6行1列の列ベクトルとなる。
【００７３】これに対し、図６で、発明の効果を比較す
るための比較例としたゲインの盛り上がりのない場合の
伝達関数は、（３）式の伝達関数のパラメータζd1を、
0.06から0.25に変化させた場合の特性である。このよう
な特性の変化は、（３）式の表現ではパラメータを1つ
変えるだけだが、（１），（２）式のような状態方程式
の表現では、A〜Dの行列のパラメータを多数変化させる
必要がある。
【００７４】この比較例のゲインの盛り上がりのない場
合の定数行列を図１１のA'、B'、C'、D'として示す。前
記のA〜Dと比較されたい。実際に、制御系を設計する際
には、まず（３）式の形で設計をしてから、MATLABなど
のCADによって（１）、（２）式の形に変換する方法が
一般的であり、A〜Dの定数行列の成分を直接変更するこ
とはほとんどない。
【００７５】［他の実施の形態］上記実施形態において
は、精アクチュエータと粗アクチュエータを兼用とし一
体的に構成したアクチュエータを使用するものとした
が、これは、従来から用いられているような粗アクチュ
エータ上に精アクチュエータが設けられたタイプのもの
であっても、その高次共振周波数が制御系のゲイン交差
周波数に対して比較的低い場合には同様に適用すること
ができる。もちろん、トラッキングアクチュエータだけ
でなく、フォーカスアクチュエータなど、他のアクチュ
エータに適用することも可能である。
【００７６】また、デジタルフィルタにおけるフィルタ
処理は、ＤＳＰでなくても、他のデジタル回路によるフ
ィルタでも良い。ただし、高速処理により、フィルタの
精度を確保するため、ＤＳＰとすることが望ましい。
【００７７】更に、デジタルフィルタを、位相進み補
償、位相遅れ補償、ノッチフィルタの一体のもので説明
したが、分離されたものでも良い。記憶媒体をデイスク
で説明したが、カード等でもよい。
【００７８】以上、本発明を一実施の形態により、説明
したが、本発明の趣旨の範囲内において、種々の変形が
可能であり、これらを本発明の範囲から排除するもので
はない。
【００７９】（付記１）記憶媒体を少なくとも読み取る
ヘッドを前記記憶媒体のトラック位置に駆動するアクチ
ュエータと、前記ヘッドの読み取り出力から前記トラッ
クに対する位置誤差を検出する検出回路と、前記位置誤
差に応じて、前記ヘッドが前記トラックに追従するよう
前記アクチュエータを制御するサーボ制御部とを有し、
前記サーボ制御部は、前記サーボ制御部によるトラッキ
ングサーボ系の開ループ特性が、位相交差周波数ｆ６よ
り高く、前記キャリッジの高次共振周波数ｆ９よりも低
い周波数領域において、位相が（−１８０＋３６０×
Ｎ）°となる周波数でゲインが０ｄＢ以上とならない範
囲において、前記位相交差周波数ｆ６の開ループゲイン
より高いゲインを持つように、ゲインを増大するデジタ
ルフィルタを有することを特徴とする記憶装置。
【００８０】（付記２）前記デジタルフィルタは、前記
トラッキングサーボ系の開ループ特性が、位相交差周波
数ｆ６より高く、前記キャリッジの高次共振周波数ｆ９
よりも低く、且つ位相が−１８０以下、−５４０°以上
となる周波数領域で、前記位相交差周波数ｆ６の開ルー
プゲインより高いゲインを持つように、ゲインを増大す
るフィルタであることを特徴とする付記１の記憶装置。
【００８１】（付記３）前記デジタルフィルタは、前記
周波数領域で前記開ループゲインが０ｄＢ以上に、前記
ゲインを増大するフィルタであることを特徴とする付記
１の記憶装置。
【００８２】（付記４）前記デジタルフィルタは、前記
周波数領域で前記開ループゲインを増大するための極を
有することを特徴とする付記１の記憶装置。
【００８３】（付記５）前記デジタルフィルタは、所定
のサンプリング周期で前記位置エラーをサンプルし、デ
ジタルフィルタ処理するプロセッサからなることを特徴
とする付記１の記憶装置。
【００８４】（付記６）記憶媒体の情報を少なくとも読
み取るヘッドを前記記憶媒体のトラック位置に駆動する
アクチュエータを制御するトラッキング制御方法におい
て、前記ヘッドの読み取り出力から前記トラックに対す
る位置誤差を検出するステップと、前記位置誤差に応じ
て、前記ヘッドが前記トラックに追従するよう前記アク
チュエータを制御するサーボ制御ステップとを有し、前
記サーボ制御ステップは、前記サーボ制御ステップによ
るトラッキングサーボ系の開ループ特性が、位相交差周
波数ｆ６より高く、前記キャリッジの高次共振周波数ｆ
９よりも低い周波数領域において、位相が（−１８０＋
３６０×Ｎ）°となる周波数でゲインが０ｄＢ以上とな
らない範囲において、前記位相交差周波数ｆ６の開ルー
プゲインより高いゲインを持つように、ゲインを増大す
るデジタルフィルタ処理ステップを有することを特徴と
するトラッキング制御方法。
【００８５】（付記７）前記デジタルフィルタ処理ステ
ップは、前記トラッキングサーボ系の開ループ特性が、
位相交差周波数ｆ６より高く、前記キャリッジの高次共
振周波数ｆ９よりも低く、且つ位相が−１８０以下、−
５４０°以上となる周波数領域で、前記位相交差周波数
ｆ６の開ループゲインより高いゲインを持つように、ゲ
インを増大するステップであることを特徴とする付記６
のトラッキング制御方法。
【００８６】（付記８）前記デジタルフィルタ処理ステ
ップは、前記周波数領域で前記開ループゲインが０ｄＢ
以上に、前記ゲインを増大するフィルタ処理であること
を特徴とする付記６のトラッキング制御方法。
【００８７】（付記９）前記デジタルフィルタ処理ステ
ップは、前記周波数領域で前記開ループゲインを増大す
るための極を有することを特徴とする付記６のトラッキ
ング制御方法。
【００８８】（付記１０）前記デジタルフィルタ処理ス
テップは、プロセッサにより、所定のサンプリング周期
で前記位置エラーをサンプルし、デジタルフィルタ処理
するステップからなることを特徴とする付記６のトラッ
キング制御方法。
【００８９】（付記１１）記憶媒体を少なくとも読み取
るヘッドを前記記憶媒体のトラック位置に駆動するアク
チュエータを制御するトラッキング制御装置において、
前記ヘッドの読み取り出力から前記トラックに対する位
置誤差を検出する検出回路と、前記位置誤差に応じて、
前記ヘッドが前記トラックに追従するよう前記アクチュ
エータを制御するサーボ制御部とを有し、前記サーボ制
御部は、前記サーボ制御部によるトラッキングサーボ系
の開ループ特性が、位相交差周波数ｆ６より高く、前記
キャリッジの高次共振周波数ｆ９よりも低い周波数領域
において、位相が（−１８０＋３６０×Ｎ）°となる周
波数でゲインが０ｄＢ以上とならない範囲において、前
記位相交差周波数ｆ６の開ループゲインより高いゲイン
を持つように、ゲインを増大するデジタルフィルタを有
することを特徴とするトラッキング制御装置。
【００９０】（付記１２）前記デジタルフィルタは、前
記トラッキングサーボ系の開ループ特性が、位相交差周
波数ｆ６より高く、前記キャリッジの高次共振周波数ｆ
９よりも低く、且つ位相が−１８０以下、−５４０°以
上となる周波数領域で、前記位相交差周波数ｆ６の開ル
ープゲインより高いゲインを持つように、ゲインを増大
するフィルタであることを特徴とする付記１１のトラッ
キング制御装置。
【００９１】（付記１３）前記デジタルフィルタは、前
記周波数領域で前記開ループゲインが０ｄＢ以上に、前
記ゲインを増大するフィルタであることを特徴とする付
記１１のトラッキング制御装置。
【００９２】（付記１４）前記デジタルフィルタは、前
記周波数領域で前記開ループゲインを増大するための極
を有することを特徴とする付記１１のトラッキング制御
装置。
【００９３】（付記１５）前記デジタルフィルタは、所
定のサンプリング周期で前記位置エラーをサンプルし、
デジタルフィルタ処理するプロセッサからなることを特
徴とする付記１１のトラッキング制御装置。
【００９４】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、次
の効果を奏する。
【００９５】（１）サーボ制御系の開ループ特性の位相
交差周波数ｆ６およびアクチュエータの共振周波数ｆ９
の間にある周波数領域において、位相が（−180＋360×
Ｎ）°となる点でゲインが0dB以上にならない範囲で、
ｆ６におけるゲイン余裕よりも高い位置までゲインを増
大させることにより、ゲイン交差周波数での位相を進
め、サンプリング周波数を上げることなく、制御帯域を
向上できる。
【００９６】（２）また、−180°、−540°、−900
°、・・・（−180＋360×Ｎ）°の地点でゲインが0dB以上
になると不安定になるため、これを排除した範囲でゲイ
ンを増加しているため、系の安定性も維持できる。
【００９７】（３）ヘッドの持つ高次共振はその周波数
やＱ値が個々の製品でばらつくことが多いため、高次共
振付近の開ループゲインが0dBに接近あるいは0dB以上と
なるように制御器を設計した場合、製品化の際に歩留り
が悪化する危険が大きいが、デジタルフィルタを使用し
たため、製品のばらつき乃至時間の経過によってその伝
達特性が変化することがないため、歩留り悪化には影響
しない。
【００９８】（４）このトラッキング制御を記憶装置に
使用することにより、再生、記録の信頼性を向上でき、
更なる高トラックピッチを実現でき、一層の高密度化を
可能とする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る光ディスク装置にお
けるトラッキング制御系の構成を示すブロック図であ
る。
【図２】図１のデジタルフィルタのブロック図である。
【図３】図１のキャリッジの周波数特性図である。
【図４】図１のデジタルフィルタの周波数特性図であ
る。
【図５】図１のトラッキング系の開ループ特性図であ
る。
【図６】図１の特性の効果を説明するための周波数特性
図である。
【図７】本発明による系の安定性を説明するためのナイ
キスト線図である。
【図８】本発明による周波数特性の安定性を説明するた
めのナイキスト線図である。
【図９】図２のデジタルフィルタの処理フロー図であ
る。
【図１０】図９の処理の定数行列の説明図である。
【図１１】図１０の実施例に対する比較例の定数行列の
説明図である。
【符号の説明】
１…光ディスク ３…対物レンズ ４…光ビーム ５…キャリッジ ６…フォーカスアクチュエータ ７…光学系 ９…トラッキングエラー信号検出回路 １０…ローパスフィルタ １１…デジタルフィルタ １２…トラッキングアクチュエータドライバ
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１３年１月５日（２００１．１．５）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６９
【補正方法】変更
【補正内容】
【００６９】
【数１】 ここで、k = 11.22であり、前述のように、ゼロ点を、
ωn1=650Hz、ζn1=0.77、ωn2=16.5kHz、ζn2=0.001、
ωn3=19kHz、ζn3=0.001で示し、極を、ωd1=11kHz、ζ
d1=0.06、ωd2=20kHz、ζd2=0.25、ωd3=11kHzで定義す
る。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 記憶媒体を少なくとも読み取るヘッドを
    搭載し、前記ヘッドを前記記憶媒体のトラック位置に駆
    動するアクチュエータと、 前記ヘッドの読み取り出力から前記トラックに対する位
    置誤差を検出する検出回路と、 前記位置誤差に応じて、前記ヘッドが前記トラックに追
    従するよう前記アクチュエータを制御するサーボ制御部
    とを有し、 前記サーボ制御部は、 前記サーボ制御部によるトラッキングサーボ系の開ルー
    プ特性が、位相交差周波数ｆ６より高く、前記キャリッ
    ジの高次共振周波数ｆ９よりも低い周波数領域におい
    て、位相が（−１８０＋３６０×Ｎ）°となる周波数で
    ゲインが０ｄＢ以上とならない範囲において、前記位相
    交差周波数ｆ６の開ループゲインより高いゲインを持つ
    ように、ゲインを増大するデジタルフィルタを有するこ
    とを特徴とする記憶装置。
  2. 【請求項２】 前記デジタルフィルタは、 前記トラッキングサーボ系の開ループ特性が、位相交差
    周波数ｆ６より高く、前記キャリッジの高次共振周波数
    ｆ９よりも低く、且つ位相が−１８０°以下、−５４０
    °以上となる周波数領域で、前記位相交差周波数ｆ６の
    開ループゲインより高いゲインを持つように、ゲインを
    増大するフィルタであることを特徴とする請求項１の記
    憶装置。
  3. 【請求項３】 前記デジタルフィルタは、 前記周波数領域で前記開ループゲインが０ｄＢ以上に、
    前記ゲインを増大するフィルタであることを特徴とする
    請求項１の記憶装置。
  4. 【請求項４】 記憶媒体から情報を少なくとも読み取る
    ヘッドを前記記憶媒体のトラックに追従させるアクチュ
    エータを制御するトラッキング制御方法において、 前記ヘッドの読み取り出力から前記トラックに対する位
    置誤差を検出するステップと、 前記位置誤差に応じて、前記ヘッドが前記トラックに追
    従するよう前記キャリッジを制御するサーボ制御ステッ
    プとを有し、 前記サーボ制御ステップは、 前記サーボ制御ステップによるトラッキングサーボ系の
    開ループ特性が、位相交差周波数ｆ６より高く、前記キ
    ャリッジの高次共振周波数ｆ９よりも低い周波数領域に
    おいて、位相が（−１８０＋３６０×Ｎ）°となる周波
    数でゲインが０ｄＢ以上とならない範囲において、前記
    位相交差周波数ｆ６の開ループゲインより高いゲインを
    持つように、ゲインを増大するデジタルフィルタ処理ス
    テップを有することを特徴とするトラッキング制御方
    法。
  5. 【請求項５】 記憶媒体を少なくとも読み取るヘッドを
    前記記憶媒体のトラックに追従させる前記ヘッドの読み
    取り出力から前記トラックに対する位置誤差を検出する
    検出回路と、 前記位置誤差に応じて、前記ヘッドが前記トラックに追
    従するよう前記アクチュエータを制御するサーボ制御部
    とを有し、 前記サーボ制御部は、 前記サーボ制御部によるトラッキングサーボ系の開ルー
    プ特性が、位相交差周波数ｆ６より高く、前記キャリッ
    ジの高次共振周波数ｆ９よりも低い周波数領域におい
    て、位相が（−１８０＋３６０×Ｎ）°となる周波数で
    ゲインが０ｄＢ以上とならない範囲において、前記位相
    交差周波数ｆ６の開ループゲインより高いゲインを持つ
    ように、ゲインを増大するデジタルフィルタを有するこ
    とを特徴とするトラッキング制御装置。
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