JP2005293712A

JP2005293712A - 制御装置及び光ディスク装置

Info

Publication number: JP2005293712A
Application number: JP2004106852A
Authority: JP
Inventors: Koji Fujiyama; 晃治藤山; Tomomi Wakasugi; 友美若杉; Riku Umibe; 陸海部; Kaihei Kuwata; 海平鍬田
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2004-03-31
Filing date: 2004-03-31
Publication date: 2005-10-20

Abstract

【課題】従来より低いサンプリング周波数で作動して、従来と同等の性能を有する、光ディスクのフォーカス制御又はトラッキング制御の為の制御装置の提供。
【解決手段】光ディスクのフォーカス制御又はトラッキング制御を、所定のサンプリング周波数でのサンプル値制御により実行する制御装置。制御対象側の伝達関数を任意のサンプリング周期でゼロ次ホールドでディジタル化し（Ｓ４）、ディジタル化した伝達関数を双１次変換して仮想領域での制御対象の伝達関数を求め（Ｓ６）、求めた伝達関数から連続時間制御系の設計法により、仮想領域での位相補償要素を求め（Ｓ８）、求めた位相補償要素を双１次変換して、サンプル値制御系の位相補償要素を求める（Ｓ１０）ことにより設計され、サンプリング周波数が４４．１ｋＨｚより低い構成である。
【選択図】図２

Description

本発明は、光ディスクのフォーカス制御又はトラッキング制御を、所定のサンプリング周波数でのサンプル値制御により実行する制御装置、及びこの制御装置を備えた光ディスク装置に関するものである。

従来、サンプル値制御を行う制御装置を設計する場合、例えば、図６の説明図に示すように、制御対象の伝達関数Ｐ（ｓ）から連続時間制御系の設計手法により位相補償要素Ｃ（ｓ）を求める。次に、求めた位相補償要素Ｃ（ｓ）を、使用する予定のサンプリング周波数ｆｓ₁ ，ｆｓ₂ ，ｆｓ₃ でｚ変換した後、それぞれ双１次変換して、サンプル値制御系の位相補償要素Ｃ₁（ｚ^-1），Ｃ₂ （ｚ^-1），Ｃ₃ （ｚ^-1）を求め、連続時間制御系と同様のサンプル値制御系を構成する。次に、構成した各サンプリング周波数のサンプル値制御系から特性が良いものを選択していた。
荒木光彦著「ディジタル制御理論入門」システム制御情報学会編朝倉書店２００２年１０月１０日初版第１０刷

上述した従来の設計方法で設計されたサンプル値制御系の制御装置では、連続時間制御系の設計手法により位相補償要素Ｃ（ｓ）を求める際には、サンプリング周期（周波数）は考慮されていない為、図７（ａ）〜（ｄ）の特性図の例に示すように、サンプリング周波数を低くすると、応答特性の劣化が激しい。その為、光ディスク装置のフォーカス制御系及びトラッキング制御系では、サンプリング周波数４４．１ｋＨｚ（ｂ）より低い周波数は使用出来ず、サンプリング周波数２２．０ｋＨｚ（ｃ）及び１１．０ｋＨｚ（ｄ）は使用していない。
しかし、制御系のサンプリング周波数を低下させることが出来れば、消費電力の減少及び部品コストの低減を図ることが出来る。

非特許文献１には、与えられたサンプリング周波数毎に適切な制御系を設計出来る、双１次変換による仮想領域でのディジタル制御系設計法（１３９頁）が記載されている。このサンプル値制御理論による設計法によれば、サンプリング周波数が従来よりも低くても、同等の性能を維持できる制御系を設計することが可能である。

本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、第１，２発明では、従来より低いサンプリング周波数又は制御系の動作周波数で作動して、従来と同等の性能を有する、光ディスクのフォーカス制御又はトラッキング制御の為の制御装置を提供することを目的とする。
第３発明では、従来より低いサンプリング周波数又は制御系の動作周波数で作動して、従来と同等の性能を有する、フォーカス制御又はトラッキング制御の為の制御装置を備える光ディスク装置を提供することを目的とする。

第１発明に係る制御装置は、光ディスクのフォーカス制御又はトラッキング制御を、所定のサンプリング周波数でのサンプル値制御により実行する制御装置において、制御対象側の伝達関数を任意のサンプリング周期においてゼロ次ホールドで変換し、その後、双１次変換で連続時間の制御対象の伝達関数を求め、求めた伝達関数から連続時間制御系の設計法により、位相補償要素を求め、求めた位相補償要素を双１次変換して、サンプル値制御系の位相補償要素を求めることにより設計され、サンプリング周波数又は制御系の動作周波数が４４．１ｋＨｚより低いことを特徴とする。

この制御装置では、光ディスクのフォーカス制御又はトラッキング制御を、所定のサンプリング周波数でのサンプル値制御により実行する。設計時には、制御対象側の伝達関数を任意のサンプリング周期においてゼロ次ホールドで変換し、その後、双１次変換で連続時間の制御対象の伝達関数を求める。求めた伝達関数から連続時間制御系の設計法により、位相補償要素を求め、求めた位相補償要素を双１次変換して、サンプル値制御系の位相補償要素を求めるので、サンプリング周波数又は制御系の動作周波数を４４．１ｋＨｚより低くすることが出来る。

第２発明に係る制御装置は、光ディスクのフォーカス制御又はトラッキング制御を、所定のサンプリング周波数でのサンプル値制御により実行する制御装置において、前記サンプリング周波数又は制御系の動作周波数が４４．１ｋＨｚより低いことを特徴とする。

第３発明に係る光ディスク装置は、請求項１又は２に記載された制御装置を複数備え、該制御装置により光ディスクのフォーカス制御及びトラッキング制御を実行すべくなしてあることを特徴とする。

第１，２発明に係る制御装置によれば、従来より低いサンプリング周波数又は制御系の動作周波数で作動して、従来と同等の性能を有する、光ディスクのフォーカス制御又はトラッキング制御の為の制御装置を実現することが出来る。また、従来よりサンプリング周波数又は制御系の動作周波数が低いので、従来よりも処理速度が遅いプロセッサ及び、従来よりも低い周波数のクロックでも、フォーカス制御及びトラッキング制御が可能となり、ＬＳＩの消費電力を低減することが出来る。

また、フォーカス制御及びトラッキング制御にかかる演算処理数が大幅に削減され、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）等で行っていた処理をマイクロコンピュータ側で演算させることが出来るので、従来、２チップ構成であった部分を１チップ構成で実現することが出来、大幅な小型化を図ることが出来る。特に、省電力化が重要であるＣＤ／ＭＤ／ＤＶＤの携帯型プレーヤでは有効であり、更に再生型光ディスクの制御装置のみならず、記録型光ディスクの制御装置にも好適に使用することが出来る。

第３発明に係る光ディスク装置によれば、従来より低いサンプリング周波数又は制御系の動作周波数で作動して、従来と同等の性能を有する、フォーカス制御又はトラッキング制御の為の制御装置を備える光ディスク装置を実現することが出来る。また、従来よりサンプリング周波数又は制御系の動作周波数が低いので、従来よりも処理速度が遅いプロセッサ及び、従来よりも低い周波数のクロックでも、フォーカス制御及びトラッキング制御が可能となり、ＬＳＩの消費電力を低減することが出来る。

また、フォーカス制御及びトラッキング制御にかかる演算処理数が大幅に削減され、ＤＳＰ等で行っていた処理をマイクロコンピュータ側で演算させることが出来るので、従来、２チップ構成であった部分を１チップ構成で実現することが出来、大幅な小型化を図ることが出来る。特に、省電力化が重要であるＣＤ／ＭＤ／ＤＶＤの携帯型プレーヤでは有効であり、更に再生型光ディスク装置のみならず、記録型光ディスク装置にも好適に適用することが出来る

以下に、本発明を、その実施の形態を示す図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明に係る制御装置の実施の形態１の要部構成を示すブロック図である。この制御装置は、誤差信号作成部１が、追従目標値である光ディスクの面ぶれ成分（フォーカス制御）又は／偏心成分（トラッキング制御）とピックアップ７のレンズの位置との差を検出して誤差信号を作成し出力する。

誤差信号作成部１が出力した誤差信号は、サンプラーであるＡ／Ｄ変換器２により、４４．１ｋＨｚより低い例えば２２．０ｋＨｚ又は１１．０ｋＨｚの周波数でサンプリングされ、位相補償要素である位相進み遅れ補償器３に与えられる。位相進み遅れ補償器３は、直列接続された位相進み補償器４及び位相遅れ補償器５で構成され、誤差信号に位相補償を施して操作量として出力する。
位相遅れ補償器５が出力した操作量は、ホールド回路であるＤ／Ａ変換器６でアナログ信号に変換され、ピックアップ７に与えられ、ピックアップ７は、与えられた操作量に基づき対物レンズの位置を変化させる。

位相進み遅れ補償器３は、ＰＩＤ制御器と同じ効果を有する補償器である。ＰＩＤ制御器は、比例動作（Ｐ）、積分動作（Ｉ）及び微分動作（Ｄ）の各要素が並列して構成される。一般的に、微分動作（Ｄ）の要素はハイパスフィルタで代用されるが、サンプル値制御理論を用いてサンプリング周波数を下げると、ハイパスフィルタのカットオフ周波数と制御系のナイキスト周波数（サンプリング周波数の１／２）が非常に近くなり、微分動作（Ｄ）の要素を実現出来なくなる。その為、サンプル値制御理論を用いる場合には、ＰＩＤ制御器ではなく位相進み遅れ補償器で実現する必要がある。

図２は、本発明に係る制御装置の設計手順を示すフローチャートである。以下に、この制御装置の設計手順を、図２のフローチャートを参照しながら説明する。
先ず、制御装置のサンプリング周波数ｆｓ₁ ，ｆｓ₂ ，ｆｓ₃ 等の初期設定を行う（Ｓ２）。
次に、図３の説明図に示すように、制御対象４となる伝達関数Ｐ（ｓ）を設定し、０次ホールド（方形波出力）のホールド回路（Ｄ／Ａ変換器６）を使用すると定める。次いで、伝達関数Ｐ（ｓ）をサンプリング周波数ｆｓ₁ ，ｆｓ₂ ，ｆｓ₃ でそれぞれ０次ホールドでディジタル化して、制御対象の伝達関数であるモデルＰ₁（ｚ^-1），Ｐ₂ （ｚ^-1），Ｐ₃ （ｚ^-1）を設定する（モデリング）（Ｓ４）。

次に、図３に示すように、伝達関数Ｐ₁ （ｚ^-1），Ｐ₂ （ｚ^-1），Ｐ₃（ｚ^-1）をそれぞれ双１次変換して、仮想領域での制御対象である伝達関数Ｐ₁ （ｓ），Ｐ₂ （ｓ），Ｐ₃（ｓ）を求める（Ｓ６）。
次に、図３に示すように、仮想領域の伝達関数Ｐ₁ （ｓ），Ｐ₂ （ｓ），Ｐ₃ （ｓ）から、従来の連続時間制御系の設計法により、仮想領域での位相補償要素Ｃ₁（ｓ），Ｃ₂ （ｓ），Ｃ₃ （ｓ）を決定する（Ｓ８）。

次に、図３に示すように、仮想領域の位相補償要素Ｃ₁ （ｓ），Ｃ₂ （ｓ），Ｃ₃ （ｓ）を、サンプリング周波数ｆｓ₁，ｆｓ₂ ，ｆｓ₃ でそれぞれｚ変換した後、それぞれ双１次変換して、サンプル値制御系の位相補償要素Ｃ₁（ｚ^-1），Ｃ₂ （ｚ^-1），Ｃ₃ （ｚ^-1）を求め（Ｓ１０）、連続時間制御系と同様の図１に示すようなサンプル値制御系を構成する。
以上の設計手順により、図４（ａ）〜（ｄ）の特性図の例に示すように、サンプリング周波数を低くしても、応答特性をある程度維持することが出来る。その為、光ディスク装置のフォーカス制御系及びトラッキング制御系では、サンプリング周波数４４．１ｋＨｚ（ｂ）より低い２２．０ｋＨｚ（ｃ）及び１１．０ｋＨｚ（ｄ）を使用することが可能になった。

（実施の形態２）
図５は、本発明に係る光ディスク装置の実施の形態２の構成を示すブロック図である。この光ディスク装置は、記録／再生可能なミニディスク装置であり、ミニディスク１１を収納した方形平板状のカートリッジ１２がミニディスク装置に装填された状態で、カートリッジ１２の両面のシャッターが開き、ミニディスク１１の一方の面から光ピックアップ１５が対物レンズ１４を通じて読取りを行い、記録するときには、ミニディスク１１の他方の面に磁気ヘッド１９による磁界が掛けられる。

ミニディスク１１は、スピンドルモータ１３により所定の一定線速度となるように回転駆動され、光ピックアップ１５は、送りモータ１６により駆動されミニディスク１１の半径方向に移動する。磁気ヘッド１９は、記録時にヘッド駆動部２０により駆動されミニディスク１１の半径方向に移動し、光ピックアップ１５と共に同一のトラックを両面から挟み込むように位置制御される。

スピンドルモータ１３、光ピックアップ１５及び送りモータ１６は、サーボ制御部１７によりそれぞれ駆動制御される。
また、サーボ制御部１７は、実施の形態１で説明した制御装置であるトラッキング制御部３２及びフォーカス制御部３３を備えている。トラッキング制御部３２及びフォーカス制御部３３は、光ピックアップ１５が内蔵するそれぞれのアクチュエータを、４４．１ｋＨｚより低い２２．０ｋＨｚ又は１１．０ｋＨｚのサンプリング周波数でサンプル値制御（ディジタル制御）する。

光ピックアップ１５が検出した信号は、ＲＦ（Radio Frequency ）アンプ２２へ送られ増幅される。ＲＦアンプ２２により増幅された信号の内、フォーカスエラー信号及びトラッキングエラー信号は、サーボ制御部１７に送られ、フォーカス制御部３３及びトラッキング制御部３２に与えられる。
フォーカス制御部３３及びトラッキング制御部３２は、また、後述するシステムコントローラ１８から追従目標値である光ディスクの面ぶれ成分信号及び偏心成分信号を与えられ、ＲＦアンプ２２から与えられるフォーカスエラー信号及びトラッキングエラー信号とに基づき、上述した各サンプル値制御を実行する。

ＲＦアンプ２２により増幅された信号の内、アドレス信号は、アドレスデコーダ２１に送られて復号され、エンコーダ／デコーダ２３に与えられる。
エンコーダ／デコーダ２３へ送られ復号されたアドレス信号は、ヘッド駆動部２０による磁気ヘッド１９の位置制御に使用され、また、システムコントローラ１８に送られ、サーボ制御部１７によるスピンドルモータ１３、光ピックアップ１５及び送りモータ１６の駆動制御等に使用される。

ＲＦアンプ２２により増幅された信号の内のデータ信号は、エンコーダ／デコーダ２３に送られて復号され、耐振用メモリコントローラ２４を通じてＤＲＡＭ２５（Dynamic Random Access Memory）に送られる。ＤＲＡＭ２５に送られたデータは、一旦記憶された後、耐振用メモリコントローラ２４を通じて、音声圧縮エンコーダ／デコーダ２６に送られ、音声圧縮前の音声データに復号され、Ｄ／Ａ変換器２８を通じて出力される。

Ａ／Ｄ変換器２７を通じて入力された音声データは、音声圧縮エンコーダ／デコーダ２６により音声圧縮されてコード化され、耐振用メモリコントローラ２４を通じて、ＤＲＡＭ２５に送られる。ＤＲＡＭ２５に送られたデータは、一旦記憶された後、耐振用メモリコントローラ２４を通じて、エンコーダ／デコーダ２３に送られてコード化され、磁気ヘッド１９及び光ピックアップ１５によりミニディスク１１に記録される。

耐振用メモリコントローラ２４及びＤＲＡＭ２５は、ＤＲＡＭ２５への記憶に要する時間及びＤＲＡＭ２５からの読出しに要する時間の差を利用して、振動等による音飛びを防止する。
システムコントローラ１８は、表示部２９、時計回路３０及び操作部３１と接続され、サーボ制御部１７、エンコーダ／デコーダ２３及び耐振用メモリコントローラ２４の動作制御を行うと共に、操作部３１による操作等に応じて、指定された情報を表示部２９に表示させる。

本発明に係る制御装置の実施の形態の要部構成を示すブロック図である。本発明に係る制御装置の設計手順を示すフローチャートである。本発明に係る制御装置の設計手順を示す説明図である。本発明に係る制御装置と同様の設計手順により設計した制御装置の応答特性の例を示す特性図である。本発明に係る光ディスク装置の実施の形態の構成を示すブロック図である。従来の制御装置の設計手順を示す説明図である。従来の設計手順により設計した制御装置の応答特性の例を示す特性図である。

符号の説明

１誤差信号作成部
２Ａ／Ｄ変換器
３位相進み遅れ補償器
４位相進み補償器
５位相遅れ補償器
６Ｄ／Ａ変換器
７ピックアップ
１１ミニディスク
１３スピンドルモータ
１４対物レンズ
１５光ピックアップ
１６送りモータ
１７サーボ制御部
１８システムコントローラ
１９磁気ヘッド
３２トラッキング制御部
３３フォーカス制御部

Claims

光ディスクのフォーカス制御又はトラッキング制御を、所定のサンプリング周波数でのサンプル値制御により実行する制御装置において、
制御対象側の伝達関数を任意のサンプリング周期においてゼロ次ホールドで変換し、その後、双１次変換で連続時間の制御対象の伝達関数を求め、求めた伝達関数から連続時間制御系の設計法により、位相補償要素を求め、求めた位相補償要素を双１次変換して、サンプル値制御系の位相補償要素を求めることにより設計され、サンプリング周波数又は制御系の動作周波数が４４．１ｋＨｚより低いことを特徴とする制御装置。
光ディスクのフォーカス制御又はトラッキング制御を、所定のサンプリング周波数でのサンプル値制御により実行する制御装置において、
前記サンプリング周波数又は制御系の動作周波数が４４．１ｋＨｚより低いことを特徴とする制御装置。
請求項１又は２に記載された制御装置を複数備え、該制御装置により光ディスクのフォーカス制御及びトラッキング制御を実行すべくなしてあることを特徴とする光ディスク装置。