JP2003204688A

JP2003204688A - 光ディスク装置

Info

Publication number: JP2003204688A
Application number: JP2002002111A
Authority: JP
Inventors: Michiya Hoshi; 倫哉星
Original assignee: Hitachi LG Data Storage Inc
Current assignee: Hitachi LG Data Storage Inc
Priority date: 2002-01-09
Filing date: 2002-01-09
Publication date: 2003-07-18

Abstract

(57)【要約】【課題】光ディスク装置等のスピンドルモータの回転速
度を制御する方式において、従来一般的に用いられてい
る速度制御と位相制御の併用方式の制御回路では、回路
規模が大きくなり、高価になる、という問題があった。【解決手段】位相制御部に替えて小規模で安価な積分フ
ィルタを用い、スピンドルモータの目標回転数に対して
特定の回転数までは、積分フィルタをＯＦＦし、特定の
回転数以内になった場合に積分フィルタをＯＮすること
によって、最適にリンギングを抑え目標回転数に到達す
ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スピンドルモータ
等を用いて情報の記録媒体である光ディスクを回転さ
せ、光ピックアップ等を用いて回転している光ディスク
に情報を記録し、または回転している光ディスクから情
報を再生するための光ディスク装置に係り、特に、スピ
ンドルモータの回転速度を正確に制御することにより情
報を高密度に記録し、または高密度に記録された情報を
再生するのに適した光ディスク装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】光ディスク装置では、スピンドルモータ
等を用いて光ディスクを回転させ、光ピックアップ等を
用いてレーザービームを直径１μｍ程度の微小な光スポ
ットに集束して光ディスクに照射し、高密度な情報の記
録再生を達成している。回転する光ディスクの線速度は
数ｍ／ｓから数十ｍ／ｓで、スピンドルモータは数百ｒ
ｐｍの低速で回転するものから数千ｒｐｍの高速で回転
するものもある。

【０００３】光ディスクドライブのスピンドルモータの
回転速度を制御する方法としては、回転数を一定に制御
するＣＡＶ（ＣｏｎｓｔａｎｔＡｎｇｕｌａｒＶｅ
ｌｏｃｉｔｙ）、線速度を一定に制御するＣＬＶ（Ｃｏ
ｎｓｔａｎｔＬｉｎｅａｒＶｅｌｏｃｉｔｙ）等があ
る。最近の光ディスク装置では、高転送レート化により
ディスクの回転速度も高速化しているため、高速回転に
有利なＣＡＶ制御が主流である。

【０００４】また、一般にスピンドル制御方法には、速
度制御方式、位相制御方式、速度制御と位相制御の併用
方式がある。これらの中で、目標回転数近傍のロック範
囲への引き込みが容易な点や負荷変動に対する安定性等
の点から、速度制御あるいは位相制御の単独制御方式よ
りも速度制御と位相制御の併用方式のほうが有利であ
る。例えば、特開平１０−１７２２３１号公報には、速
度制御と位相制御の併用方式が開示されている。

【０００５】図２は速度制御と位相制御の併用方式を用
いた従来のＣＡＶ制御装置のブロック図である。図にお
いて、スピンドルモータ５３は、アンプ５２で増幅され
た電圧で駆動されている。波形生成部２０は、スピンド
ルモータ５３の回転速度に応じた周波数信号を出力する
ＦＧ（ＦｒｅｑｕｅｎｃｙＧｅｎｅｒａｔｏｒ）２１
と、ＦＧ２１の出力した信号を方形波に整形する波形整
形回路２２とを有している。速度制御部３０では、ＦＶ
（ＦｒｅｑｕｅｎｃｙｔｏＶｏｌｔａｇｅ）変換回
路３１が方形波の信号を回転速度に応じた電圧に変換す
る。比較回路３２は、ＦＶ変換回路３１の出力電圧と、
基準電圧供給回路３３の出力する電圧を比較し、スピン
ドルモータ５３の回転速度の誤差を低減させるような電
圧を出力する。その電圧は、低域フィルタ（ＬＰＦ：Ｌ
ｏｗＰａｓｓＦｉｌｔｅｒ）３４を介してアンプ３
５に入力される。そして、アンプ３５が信号を増幅して
出力する。アンプ３５から出力された信号は、加算器５
１に供給される。一方、位相制御部４０内では、基準信
号発振回路４１が、水晶発信器によって基準信号を出力
する。その基準信号は、分周回路４２で分周された後、
位相比較回路４３に入力される。位相比較回路４３は、
波形整形回路２２の出力する信号と分周回路４２の出力
する信号との位相のずれを比較し、位相差に応じた電圧
を出力する。その電圧は、低域フィルタ（ＬＰＦ：Ｌｏ
ｗＰａｓｓＦｉｌｔｅｒ）４４を介してアンプ４５
に入力される。そして、アンプ４５から出力される位相
サーボゲインが、加算器５１に供給される。加算器５１
は、速度制御部３０の出力と位相制御部４０の出力を加
算する。加算器５１の出力はアンプ５２で増幅された
後、スピンドルモータ５３に供給される。

【０００６】まず、スピンドルモータ５３の回転数が目
標回転数と大きく異なる場合、ＦＶ変換回路３１の出力
電圧と基準電圧供給回路３３の出力電圧との差が大きい
ので比較回路３２の出力電圧は大きなり、速度制御部３
０からスピンドルモータ５３へ大きな電圧が供給され
る。よって、スピンドルモータ５３の回転数は目標回転
数に近づいてゆく。しかし、スピンドルモータ５３の回
転数が目標回転数に近づくにつれて速度制御部３０の出
力電圧は小さくなり、速度制御部３０による回転制御は
低下する。一方、スピンドルモータ５３の回転数が目標
回転数の近傍に達すると、位相比較回路４３による波形
整形回路２２の出力信号と分周回路４２の出力信号の位
相比較が可能となる。そこで、位相制御部４０は、スピ
ンドルモータ５３の僅かな回転数の変動を検出し、僅か
な回転数変動を矯正する電圧をスピンドルモータ５３へ
供給する。以上述べたように、速度制御と位相制御を併
用することにより、スピンドルモータ５３の高精度の回
転制御が達成される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】図２に示したような、
従来用いられている速度制御と位相制御の併用方式の回
路構成では、スピンドルモータの回転速度を正確に制御
するには最適だが、回路規模が大きくなってしまうとい
う問題が生じる。速度制御部３０で用いられている電圧
比較等のための回路部品は一般的に安価であるが、特
に、位相制御部４０で用いられている位相比較回路や周
波数を操作する回路部品は構成が複雑で回路規模が大き
くなり、高価になりやすい。よって、上述した速度制御
と位相制御の併用方式では、制御回路の回路規模が大き
くなり、高価になる、という問題があった。

【０００８】本発明の目的は、スピンドルモータ等を用
いて情報の記録媒体である光ディスクを回転させ、回転
している光ディスクに情報を記録し、または回転してい
る光ディスクから情報を再生するための光ディスク装置
において、上記問題を解決するために、一般的な回路部
品を用いて安価にしかも小規模の制御回路を用いてスピ
ンドルモータの回転数を制御することができる光ディス
ク装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第１の発明では、光ディスクを回転せしめるスピン
ドルモータと、スピンドルモータの回転速度に応じた周
波数の信号を生成するＦＧ（ＦｒｅｑｕｅｎｃｙＧｅ
ｎｅｒａｔｏｒ）等の波形生成手段と、波形生成手段よ
り出力された信号を基にスピンドルモータの回転数を制
御する速度制御手段と、を有する光ディスク装置におい
て、速度制御手段は速度制御用の出力信号を積分する積
分フィルタを有する。

【００１０】また、第２の発明では、速度制御手段が出
力する積分フィルタを通した速度制御用の出力信号と積
分フィルタを通さない速度制御用の出力信号とを選択す
るスイッチを設けた。

【００１１】また、第３の発明では、スピンドルモータ
の回転数と目標回転数の差が所定の回転数以内でれば積
分フィルタを通した速度制御用の出力信号を選択し、ス
ピンドルモータの回転数と目標回転数の差が所定の回転
数より大きければ積分フィルタを通さない速度制御用の
出力信号を選択するスイッチを設けた。

【００１２】また、第４の発明では、スイッチは、スピ
ンドルモータの回転数を変更させる際に、まず記積分フ
ィルタを通さない速度制御用の出力信号を選択し、スピ
ンドルモータの回転数と目標回転数の差が所定の回転数
以内に達したときに積分フィルタを通した速度制御用の
出力信号を選択するスイッチを設けた。また、第５の発
明では、積分フィルタは、オペレーショナルアンプ等の
差動増幅器と、差動増幅器の入力側に設けられた抵抗
と、差動増幅器のフィードバック端子間に設けられたコ
ンデンサーと、からなる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、実施例を用い、図を参照して説明する。以下、本発
明の第１実施例を図３と図４を用いて説明する。図３は
本発明による光ディスク装置のスピンドルモータ回転制
御装置の第１の実施例を示すブロック図である。図にお
いて、１は光ディスク、２は光ピックアップ、１０１は
スピンドルモータである。光ディスク１はスピンドルモ
ータ１０１の回転軸４に着脱可能に取り付けられ、スピ
ンドルモータ１０１により回転される。光ピックアップ
２は、レーザービーム３を微小な光スポットに集束し
て、回転する光ディスク１に照射し、情報の記録または
再生を行う。波形生成部１２０は、ＦＧ（Ｆｒｅｑｕｅ
ｎｃｙＧｅｎｅｒａｔｏｒ）１０２と波形整形回路１
０３を有している。ＦＧ１０２は、例えば、回転軸４と
ともに回転する図示しない回転板と、固定された１組の
発光素子と受光素子からなる図示しない光センサーから
なる。スピンドルモータ１０１により回転している回転
板に開けられた穴が発光素子と受光素子の間を通過する
と光センサーがパルス信号を発し、スピンドルモータ１
０１の回転速度に応じた信号を出力する。また、ＦＧ１
０２として、回転軸４とともに回転する磁気を有する回
転板と、固定された磁気抵抗素子を組み合わせた装置を
用いても、スピンドルモータ１０１の回転速度に応じた
信号を得ることができる。波形整形回路１０３は、ＦＧ
１０２の出力した信号を方形波に整形する。速度制御部
１３０のＦＶ（ＦｒｅｑｕｅｎｃｙｔｏＶｏｌｔａ
ｇｅ）変換回路１０５は、波形整形回路１０３より出力
された方形波を電圧に変換する。その電圧と基準電圧供
給回路１０４の出力する電圧とを比較回路１０６で比較
し、スピンドルモータ１０１の回転速度の誤差を低減さ
せるような電圧を出力する。

【００１４】積分フィルタ１０７は、比較回路１０６よ
り出力された制御信号の低域周波数成分のゲインを増大
する。積分フィルタ１０７の機能は、丸善株式会社から
出版されている電子・通信・電気工学基礎講座「制御工
学基礎論」（福島弘毅著）の５８頁から６３頁に記載さ
れているように、基本的にはラプラス演算子をＳとする
と１／Ｓフィルタである。積分フィルタ１０７の出力
は、ＬＰＦ（ＬｏｗＰａｓｓＦｉｌｔｅｒ）１１０
を介してアンプ１１１に入力される。そして、アンプ１
１１で電圧を増幅してスピンドルモータ１０１を駆動、
制御する。

【００１５】図４は積分フィルタの一実施例を示す回路
図である。４０２はオペレーショナルアンプで、＋（プ
ラス）入力端子の電圧と−（マイナス）入力端子の電圧
の差をほぼ無限大に増幅して出力する。図３に示した比
較回路１０６の出力信号を、抵抗４０１を介してオペレ
ーショナルアンプ４０２の−入力端子に入力し、出力端
子と−入力端子間をコンデンサー４０３で接続する。＋
入力端子に接続した電源４０４の電圧は、例えば、−入
力端子に加わる電圧の平均レベルとなるように調整す
る。

【００１６】本実施例では、積分フィルタ１０７を通過
する低域周波数成分のゲインは理想的には無限大に近づ
く。そのため、積分フィルタ１０７は理想的には周波数
が０Ｈｚのときゲインが無限大のため、目標回転数に対
する実際の回転数の誤差分（抑圧成分）である定常偏差
はほぼ０に等しくなる。すなわち、一旦目標回転数に合
わせてしまえば、スピンドルサーボは理想的にははずれ
ないことになる。つまり、位相制御とほぼ等しい効果が
得られる。

【００１７】よって、図２の従来例に示した位相制御部
を用いる代わりに、図３に示すように、速度制御部に積
分フィルタ１０７を比較回路１０６の出力の後に追加す
ることによって、回路規模を小さくし、尚且つ、速度制
御方式と位相制御方式を併用した場合とほぼ等しい制御
を行うことができる。また、図４に示すような一般的で
低価格の電子部品で積分フィルタ１０７を構成すること
により、低価格化の制御回路を達成できる。

【００１８】積分フィルタ１０７を用いた方式では、ス
ピンドルモータを目標回転数に対して急激にあわせよう
とすると、場合によっては目標回転数の近傍に到達して
もリンギングが生じることがある。図５はリンギング現
象を説明するための特性図であり、横軸５０１は時間
を、縦軸５０２は回転数を表す。実線５０３はスピンド
ルモータの回転数の変化を示し、点線５０４は目標回転
数を示す。サーボは、目標回転数５０４と現状の回転数
を比較し、目標回転数５０４に対して未達量（行過量）
があれば逆方向に修正をかけようと働く。しかし、その
動作は制御部に積分フィルタ１０７があるためモータ部
に遅れて伝わる。ゲインが大きければ大きいほど、モー
タ部は修正入力によって大きく振られるが、遅れを伴う
ため目標回転数５０４に収束できず、再び逆方向に振ら
れてしまう。そこで、実線５０３に示すように、この状
態を繰り返しながら、やがて目標回転数に収束する。結
果的に目標回転数の近傍に早く到達しても落ち着くのに
時間がかかってしまうという問題が生じる。特に、近年
倍速競争が激しくなり、スピンドルモータの回転数も高
回転化していくと、このリンギングは無視できなくな
る。

【００１９】第１の実施例の問題を解決したのが、本発
明による第２実施例である。図１は本発明による光ディ
スク装置のスピンドルモータ回転制御装置の第２の実施
例を示すブロック図である。本実施例による光ディスク
装置は、スピンドルモータの回転数を変更する際に、ま
ず積分フィルタをＯＦＦし、目標回転数に対して特定の
回転数以内になった場合には、積分フィルタをＯＮする
ことによって、最適にリンギングを抑え目標回転数に早
く到達することができるように工夫したものである。

【００２０】図１において、スピンドルモータ１０１が
回転することによって、スピンドルモータ１０１の回転
速度に応じた周波数の信号が波形生成部１２０のＦＧ
（ＦｒｅｑｕｅｎｃｙＧｅｎｅｒａｔｏｒ）１０２か
ら出力される。波形整形回路１０３は、ＦＧ１０２の出
力信号を方形波に整形して出力する。速度制御部２３０
のＦＶ（ＦｒｅｑｕｅｎｃｙｔｏＶｏｌｔａｇｅ）
変換回路１０５は、波形生成部１２０より出力された方
形波を電圧に変換する。その電圧と基準電圧供給回路１
０４の出力する電圧とを比較回路１０６で比較し、スピ
ンドルモータ１０１の回転速度の誤差を低減させるよう
な電圧を出力する。積分フィルタ１０７は、比較回路１
０６より出力された制御信号の低域周波数成分のゲイン
をＵＰさせる。この積分フィルタ１０７の構成は、基本
的にはラプラス演算子をＳとすると１／Ｓフィルタが入
っている。次に、スイッチ制御回路１０９は、波形生成
部１２０より得られるスピンドルモータ１０１の回転数
と設定した目標回転数とを比較し、ある一定の回転数以
内に入ったらスイッチ１０８を切り替える切り替え信号
１１２を出力する。スイッチ１０８は、スイッチ制御手
段１０９から出力される切り替え信号１１２を用いて、
積分フィルタ１０７をＯＮ／ＯＦＦする切り替えを行
い、速度制御部２３０の出力をＬＰＦ（ＬｏｗＰａｓ
ｓＦｉｌｔｅｒ）１１０を介してアンプ１１１に入力
する。そして、アンプ１１１で電圧を増幅してスピンド
ルモータ１０１を駆動、制御する。

【００２１】スピンドルモータ１０１が停止している状
態では、スイッチ１０８は直接比較回路１０６の出力側
に接続されている。まず、スピンドルモータ１０１を停
止状態から目標回転数に回転させようとするとき、スイ
ッチ１０８により比較回路１０６の制御信号を直接ＬＰ
Ｆ１１０に接続する。スピンドルモータ１０１が停止し
ているのでＦＶ変換回路１０５の出力電圧はゼロレベル
である。ＦＶ変換回路１０５の出力電圧と基準電圧供給
回路１０４の出力電圧との差は大きく、比較回路１０６
の出力電圧も大きい。比較回路１０６の出力電圧は、積
分フィルタ１０７を通らずに直接スピンドルモータ１０
１へ供給される。よって、スピンドルモータ１０１の回
転数は目標回転数に急速に近づいてゆく。次に、スピン
ドルモータ１０１の回転数が目標回転数に対して所定の
回転数以内に入ったら、スイッチ制御回路１０９で所定
の回転数以内に入ったことを検出し、スイッチ１０８を
切り替え、積分フィルタ１０７をＯＮ、即ち積分フィル
タ１０７に接続される。積分フィルタ１０７は、目標回
転数に近い回転数でＯＮするため、結果としてリンギン
グが少なく抑えられるため目標回転数に到達する時間も
少なくなる。

【００２２】次に、スピンドルモータ１０１の回転数を
ある回転数から次の目標回転数に切り替えるときにも、
まず、スイッチ１０８により比較回路１０６の制御信号
を直接ＬＰＦ１１０につなぐ。次に、スピンドルモータ
１０１の回転数が目標回転数に対して所定の回転数以内
に入ったら、スイッチ制御回路１０９より出力された切
り替え信号１１２によってスイッチ１０８を切り替え、
積分フィルタ１０７をＯＮすることによって目標回転数
にスピンドルモータ１０１が到達する時間を短縮するこ
とができる。

【００２３】図１に示す本発明の実施例である光ディス
ク装置では、積分フィルタをスピンドルモータの目標回
転数近傍でＯＮさせ、積分フィルタ１０７の出力をスピ
ンドルモータに供給しているため、リンギングを抑える
ことが可能になる。このため、目標回転数に到達する時
間の短縮が可能になる。

【００２４】以上述べたように、本発明によれば、スピ
ンドルモータ等を用いて情報の記録媒体である光ディス
クを回転させ、光ピックアップ等を用いて回転している
光ディスクに情報を記録し、または回転している光ディ
スクから情報を再生するための光ディスク装置におい
て、スピンドルモータの回転速度を正確に制御するのに
適し、しかも小規模の制御回路を達成し、さらには一般
的な回路部品を用いて低価格化の制御回路を達成できる
光ディスク装置を実現できる。また、本発明によれば、
最適に目標回転数に到達することができ、起動時間およ
びデータ読み出し時間の短縮を図ることができる。

【００２５】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、一
般的な回路部品を用いた小規模および低価格の制御回路
でスピンドルモータの回転速度をより正確に制御するこ
とができる。また、本発明によれば、目標回転数に到達
する時間を短縮することができるため、起動時間および
データ読み出し時間の短縮を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による光ディスク装置のスピンドルモー
タ回転制御装置の第２の実施例を示すブロック図であ
る。

【図２】速度制御と位相制御の併用方式を用いた従来の
ＣＡＶ制御装置のブロック図である。

【図３】本発明による光ディスク装置のスピンドルモー
タ回転制御装置の第１の実施例を示すブロック図であ
る。

【図４】積分フィルタの一実施例を示す回路図である。

【図５】リンギング現象を説明するための特性図であ
る。

【符号の説明】

１０１…スピンドルモータ、１０２…ＦＧ（Ｆｒｅｑｕ
ｅｎｃｙＧｅｎｅｒａｔｏｒ）、１０３…波形整形回
路、１０４…基準電圧供給回路、１０５…ＦＶ（Ｆｒｅ
ｑｕｅｎｃｙｔｏＶｏｌｔａｇｅ）変換回路、１０
６…比較回路、１０７…積分フィルタ、１０８…スイッ
チ、１０９…スイッチ制御回路、１１０…ＬＰＦ（Ｌｏ
ｗＰａｓｓＦｉｌｔｅｒ）、１１１…アンプ、１２
０…波形生成部、１３０，２３０…速度制御部。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光ディスクを回転せしめるスピンドルモー
タと、該スピンドルモータの回転速度に応じた周波数の
信号を生成する波形生成手段と、該波形生成手段より出
力された信号を基に該スピンドルモータの回転数を制御
する速度制御手段とを備え、該速度制御手段は速度制御
用の出力信号を積分する積分フィルタを有することを特
徴とする光ディスク装置。
【請求項２】請求項１記載の光ディスク装置において、
該速度制御手段が出力する該積分フィルタを通した速度
制御用の出力信号と該積分フィルタを通さない速度制御
用の出力信号とを選択するスイッチを設けたことを特徴
とする光ディスク装置。
【請求項３】請求項２記載の光ディスク装置において、
該スイッチは、該スピンドルモータの回転数と目標回転
数の差が所定の回転数以内になった場合には、該積分フ
ィルタを通した速度制御用の出力信号を選択し、該スピ
ンドルモータの回転数と目標回転数の差が該所定の回転
数より大きい場合には、該積分フィルタを通さない速度
制御用の出力信号を選択する、ことを特徴とする光ディ
スク装置。
【請求項４】請求項２記載の光ディスクにおいて、該ス
イッチは、該スピンドルモータの回転数を変更させる際
に、まず該積分フィルタを通さない速度制御用の出力信
号を選択し、スピンドルモータの回転数と目標回転数の
差が所定の回転数以内に達したときに該積分フィルタを
通した速度制御用の出力信号を選択することを特徴とす
る光ディスク装置。
【請求項５】請求項１乃至４のいずれかに記載の光ディ
スク装置において、該積分フィルタは、差動増幅器と、
該差動増幅器の入力側に設けられた抵抗と、該差動増幅
器のフィードバック端子間に設けられたコンデンサーと
を備えることを特徴とする光ディスク装置。
【請求項６】請求項１乃至５のいずれかに記載の光ディ
スク装置において、該積分フィルタは、ラプラス演算子
をＳとすると、１／Ｓフィルタであることを特徴とする
光ディスク装置。