JP2008027575A - トラッキング制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＣＬＶ方式及びＺＣＬＶ方式のように光ディスクの半径によって１回転の周期が変化する場合を含め高速で回転する光ディスク上のトラックに対し安定で高い追従性能を持ったトラッキング制御装置を提供する。
【解決手段】光ディスク上のトラック位置と光ヘッドから出射される光スポット位置との差に対応したトラッキング誤差信号を生成するトラッキング誤差信号生成手段１と、駆動信号に基づき前記光スポットに前記光ディスク上の目的のトラックを走査させる制御手段２，３と、前記光ディスクの少なくとも１周分の回転周期前の前記トラッキング誤差信号に基づき補正信号を生成する補正信号生成手段５と、前記補正信号の振幅及び位相の補償を行った補償信号を生成する前置補償手段６と、前記トラッキング誤差信号と前記補償信号とを加算し前記駆動信号を出力する加算手段７とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光ディスクの記録・再生に用いられるトラッキング制御装置に関する。

［発明の概要］
本発明は、光ディスクの記録・再生に用いられるトラッキング制御装置に関するものである。本発明は、トラッキング制御装置を構成するフィードバック制御系内のトラッキング誤差信号を光ディスク１周分の周期に相当する時間遅延させた信号を、前記フィードバック制御系の入力に対する出力の閉ループ伝達関数の逆数の伝達関数を持つ前置補償手段を介して前記フィードバック制御系内のトラッキング誤差信号に加算する。

または、本発明は、前記トラッキング信号を光ディスクの複数回の回転周期に相当する時間に渡って記憶したトラッキング誤差信号に対して演算処理を行った信号を、前記フィードバック制御系の入力に対する出力の閉ループ伝達関数の逆数の伝達関数を持つ前置補償手段を介して前記フィードバック制御系内のトラッキング誤差信号に加算する。

これにより、トラッキング制御装置の安定性を低下させることなく光ディスク及び光ディスク回転機構などに起因する偏心による追従誤差を減少させるとともに、追従可能な光ディスク回転数を向上させるものである。

光ディスクの記録・再生に用いられるトラッキング制御装置は、フィードバック制御系で構成される。図１７は、従来のトラッキング制御装置の構成ブロック図である。図１７に示すように、このトラッキング制御装置のフィードバック制御系は、トラッキング誤差検出手段１、伝達関数Ｇ_１を持つ安定化補償手段２、伝達関数Ｇ_２を持つトラッキングアクチュエータ３によって構成される。

このトラッキング制御装置のフィードバック制御系では、光ディスク上のトラック位置ｔ_１とトラッキングアクチュエー夕３によって制御される光スポット位置ｓ_１との差をトラッキング誤差検出手段１によって検出し、トラッキング誤差信号ｅ_１を得た後、これを安定化補償手段２に入力する。

安定化補償手段２は、トラッキング制御装置が所望の応答特性を持ち、かつ安定な動作を行うように、トラッキング誤差信号ｅ_１の振幅と位相の周波数特性の補償を行い、出力する。安定化補償手段２の出力信号は、トラッキングアクチュエー夕３を駆動し、光スポット位置ｓ_１を制御する。

このようなフィードバック制御系の追従性能を上げる技術としては、例えば文献１『日本機械学会編、養賢堂発行「情報機器のダイナミックスと制御」の４．１０節』に述べられているような繰り返しトラッキング制御の方法が知られている。

図１８は、この繰り返しトラッキング制御の方法を用いたトラッキング制御装置の構成ブロック図である。図１８に示すように、このトラッキング制御装置のフィードバック制御系では、図１７に示す構成において、トラッキング誤差検出手段１と安定化補償手段２との間に加算手段７を設けるとともに、加算手段７の出力を伝達関数ｅ^−Ｌｓでもって加算手段７の入力へ帰還する遅延手段７２を設けたものである。

この繰り返しトラッキング制御の方法では、トラッキング誤差信号ｅ_１は、加算手段７によって遅延手段７２の出力と加算され、制御信号ｆ_１が出力される。

制御信号ｆ_１は、遅延手段７２及び安定化補償手段２に入力される。

遅延手段７２は、制御信号ｆ_１を光ディスクの回転周期Lに相当する時間の遅延を行い、加算手段７にトラッキング誤差信号ｅ_１と加算させ、制御信号ｆ_１を出力させる。

安定化補償手段２は、トラッキング制御装置が所望の応答特性を持ち、かつ安定な動作を行うように、制御信号ｆ_１の振幅と位相の周波数特性の補償を行い、出力する。安定化補償手段２の出力信号は、トラッキングアクチュエータ３を駆動し光スポット位置ｓ_１を制御する。

これにより、光ディスクの１回転前に修正しきれなかったトラッキング誤差が予め補正されるので、追従性能が改善される。

ところで、光ディスク媒体に高品質の画像データを長時間記録するためには、光ディスクの記録密度を高めることとデータ転送レートを上げることが求められる。

記録密度を高めるためには、短波長の光源を用いるとともに、対物レンズの開口数を大きくすることによって光スポット径を小さくすることが必要である。これにより、光ディスク上に記録されるマーク長を縮小するとともに、狭いトラックピッチを使用し、１ビットあたりのデータが占める面積を小さくする。

この狭いトラックピッチに対応するために、トラッキング制御装置はその追従誤差がトラックピッチに比較して充分に小さいことが求められる。例えば、ＣＤ−ＲＯＭの場合、１．６μｍのトラックピッチに対して追従誤差の許容値は±０．１μｍ以下であり、ＤＶＤ−ＲＯＭでは、０．７４μｍのトラックピッチに対して±０．０２μｍ以下の追従誤差でなければならない。

また、光ディスク記録装置においてデータの転送レートを上げるためには、光ディスク上に記録されるビット長を小さくすると同時に光ディスクの回転数を上げることが求められる。

ところで、光ディスク上のトラックは、同心円状あるいは螺旋状となっている。また、光ディスクには、製造工程において発生する偏心がある。さらに、光ディスクを回転させるためのスピンドルモータ及び光ディスクをスピンドルモータに取り付ける取付部分にも偏心がある。偏心の最悪値は、これらの総和となるので、光ヘッドの光スポットから光ディスク上のトラックを見ると±１００μｍ程度の偏心となる。この偏心によってトラッキング制御装置の目標値であるトラック位置は、光ディスクの回転に伴って変化する周期的な関数となる。

したがって、光ディスクの高速回転に対応するためには、前述のように偏心している光ディスク上のトラック位置に対して光スポット位置を高速に追従させなければならない。このためには光ヘッドに使用されるトラッキングアクチュエータの機械的共振周波数を上げると同時にトラッキング制御装置の帯域を広げることが必要である。

トラッキングアクチュエータの機械的共振周波数を上げる方法には、可動部の質量の低減、弾性係数の増加があるが、いずれの方法でも限界があり、現在実現されているトラッキングアクチュエータの機械的共振周波数の上限は１００Ｈｚ程度である。

一方、トラッキング制御装置の帯域を広げることで光ディスクの高速回転に対する追従性能は向上するが、雑音、振動などの外乱に対する抑圧特性が低下する。

上記の理由によって図１７に示すようなフィードバック制御系のみを用いたトラッキング制御装置においては、要求される追従誤差の許容値を満たしつつ、高速で回転する光ディスク上のトラックに対して高速で光スポット位置を追従させることは困難であった。

一方、文献１に述べられているような図１８に示した繰り返し制御の手法を用いたトラッキング制御装置においては、周期的に変化する入力に対しては優れた追従性能を示す。しかし、周期的な成分であれば無限に高い周波数まで誤差を抑圧しようとする性質があるため、トラッキング制御装置内部の安定性に問題が生じること、及び非周期的な外乱に対して弱いことが広く知られている。

また、光ディスクが一定の角速度で回転する方式（ＣＡＶ方式：Constant Angular Velocity或いは、ＺＣＡＶ方式：Zoned Constant Angular Velocity）では、図１８に示すように一定の遅延量を持つ遅延手段７２を用いた繰り返し制御で良い。しかし、ＣＤのように一定の線速度で回転する方式（ＣＬＶ方式：Constant Linear Velocity）、あるいはＤＶＤ−ＲＡＭのように光ディスクの半径をいくつかの領域に分割し、その領域内でほぼ一定の線速度で回転する方式（ＺＣＬＶ方式：Zoned Constant Linear Velocity）では、光ディスクの半径によって１回転の周期が変化するため、図１８に示した方法では繰り返し制御を行うことができない。

本発明は、このような問題を解決すべく創作されたもので、トラッキング制御装置の安定性を確保するとともに、高速で回転する光ディスク上のトラックに対する追従性能の向上を図り、ＣＬＶ方式及びＺＣＬＶ方式のように光ディスクの半径によって１回転の周期が変化する場合においても安定で高い追従性能を持ったトラッキング制御装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明に係るトラッキング制御装置は、光ディスク上のトラック位置と光ヘッドから出射される光スポット位置との差に対応したトラッキング誤差信号を生成するトラッキング誤差信号生成手段と、 前記光ディスクの少なくとも１周分の回転周期前の前記トラッキング誤差信号に基づき補正信号を生成する補正信号生成手段と、生成された補正信号の振幅及び位相の補償を行った補償信号を生成する前置補償手段と、前記トラッキング誤差信号と前記補償信号とを加算した駆動信号を生成する加算手段と、生成された駆動信号に基づき前記光スポットに前記光ディスク上の目的のトラックを走査させる制御手段とを備えることを特徴としている。

請求項２に記載の発明に係るトラッキング制御装置は、請求項１に記載のトラッキング制御装置において、前記補正信号生成手段は、前記トラッキング誤差信号を前記光ディスクの１周分の回転周期に相当する時間遅延させて前記補正信号を出力し、かつ、前記前置補償手段は、当該フィードバック制御系の入力に対する出力の閉ループ伝達関数の逆数の伝達関数でもって前記補正信号の振幅及び位相の補償を行うことを特徴としている。

請求項３に記載の発明に係るトラッキング制御装置は、請求項１に記載のトラッキング制御装置において、前記補正信号生成手段は、前記トラッキング誤差信号を前記光ディスクの少なくとも１周分の回転周期に相当する時間に渡って記憶手段に記憶するとともに、その記憶した信号から１回転周期前のトラッキング誤差信号を演算して補正信号を出力し、かつ、前記前置補償手段は、所定のパルス伝達関数でもって前記補正信号の振幅及び位相の補償を行った補償信号を生成することを特徴としている。

請求項４に記載の発明に係るトラッキング制御装置は、請求項１に記載のトラッキング制御装置において、前記補正信号生成手段は、光ディスクの複数回の回転周期に相当する時間のトラッキング誤差信号を記憶手段に記憶するとともに、記憶された信号について統計的手法を適用し、１回転周期前のトラッキング誤差信号に相当する信号を抽出する演算処理を行い補正信号を出力し、かつ、前記前置補償手段は、所定のパルス伝達関数でもって前記補正信号の振幅及び位相の補償を行った補償信号を生成することを特徴としている。

請求項５に記載の発明に係るトラッキング制御装置は、請求項１に記載のトラッキング制御装置において、前記補正信号生成手段は、前記光ヘッドが光ディスク上のトラックに追従している状態での光ヘッドの位置情報及び光ディスクの回転角度情報をトラッキング誤差信号もしくはトラッキング誤差信号に対して演算処理を行った結果得られた信号と共に記憶し、少なくとも光ディスクの１周分の回転周期に対応する時間を経た後、記憶されていた光ヘッドの位置情報と光ディスクの回転角度情報が、いずれも光ヘッドが光ディスク上を走査している現在の時点におけるこれら２つの情報と一致する時、既に記憶されていたトラッキング誤差信号を、もしくはトラッキング誤差信号に対して演算処理を行った結果得られた信号を補正信号として出力し、かつ、前記前置補償手段は、所定のパルス伝達関数でもって前記補正信号の振幅及び位相の補償を行った補償信号を生成することを特徴としている。

請求項６に記載の発明に係るトラッキング制御装置は、請求項５に記載のトラッキング制御装置において、前記補正信号生成手段は、光ヘッドの位置情報を光ディスクの半径に応じて複数の領域に分け、光ヘッドが光ディスク上のトラックに追従している際の光ヘッドの位置が属する領域の情報及びその時点での光ディスクの回転角度情報を光ディスクの１回転周期に相当する時間のトラッキング誤差信号もしくはトラッキング誤差信号に対して演算処理を行った結果得られた信号と共に記憶手段に記憶しておき、光ヘッドが走査を行っている現在の時点において、光ヘッドの位置が前記分割されたいずれの領域に属するかを判断し、その領域における光ディスクの回転角度情報に対応するトラッキング誤差信号を、もしくはトラッキング誤差信号に対して演算処理を行った結果得られた信号を記憶手段から補正信号として読み出すことを特徴としている。

請求項７に記載の発明に係るトラッキング制御装置は、請求項３乃至請求項６のいずれか１項に記載のトラッキング制御装置において、前記前置補償手段が持つ所定のパルス伝達関数は、当該フィードバック制御系の入力に対する出力の閉ループのパルス伝達関数が安定な零点を持つ場合、前記閉ループのパルス伝達関数の逆数のパルス伝達関数であることを特徴としている。

請求項８に記載の発明に係るトラッキング制御装置は、請求項３乃至請求項６のいずれか１項に記載のトラッキング制御装置において、前記前置補償手段が持つ所定のパルス伝達関数は、当該フィードバック制御系の入力に対する出力の閉ループのパルス伝達関数が不安定な零点あるいは安定限界の零点を持つ場合、前記閉ループのパルス伝達関数の極及び安定な零点のみを相殺し、前記前置補償手段の直流ゲインを前記閉ループの直流ゲインの逆数に一致させたパルス伝達関数であることを特徴としている。

請求項９に記載の発明に係るトラッキング制御装置は、請求項３乃至請求項６のいずれか１項に記載のトラッキング制御装置において、前記前置補償手段が持つ所定のパルス伝達関数は、当該フィードバック制御系の入力に対する出力の閉ループのパルス伝達関数が不安定な零点あるいは安定限界の零点を持つ場合、前記閉ループのパルス伝達関数の極及び安定な零点を相殺し、さらに前記閉ループのパルス伝達関数との積がすべての周波数において位相差を零とし、前記前置補償手段の直流ゲインを前記閉ループの直流ゲインの逆数に一致させたパルス伝達関数であることを特徴としている。

請求項１０に記載の発明に係るトラッキング制御装置は、請求項３乃至請求項９のいずれか１項に記載のトラッキング制御装置において、前記記憶手段に記憶される信号は、光ディスクの回転に従って逐次更新されることを特徴としている。

かかる請求項１〜１０に記載の発明によれば、少なくとも光ディスクの１周前のトラッキング誤差信号に振幅と位相の補償をした信号を生成し、それとトラッキング誤差信号とを加算した信号により、光スポット位置を制御することができる。したがって、装置の安定性を確保しつつ光ディスクの回転数全般にわたって追従誤差を低減することができる。

また、請求項３に記載の発明によれば、記憶手段に学習機能を持たせることができる。したがって、追従誤差を一層小さくすることができる。

また、請求項４に記載の発明によれば、光ディスク上に傷やゴミなどがあってトラッキング誤差信号が得られない期間が生じても、トラッキング外れを生じる可能性を低くできる。

また、請求項５，６に記載の発明によれば、ＣＬＶ方式、ＺＣＬＶ方式などを用いた光ディスクの記録・再生において、追従誤差を低減することが可能となる。そして、請求項６に記載の発明によれば、メモリ容量を低減できる。

以上説明したように、請求項１乃至請求項１０に記載の発明によれば、少なくとも光ディスクの１周前のトラッキング誤差信号に振幅と位相の補償をした信号を生成し、それとトラッキング誤差信号とを加算した信号により、光スポット位置を制御するようにしたので、装置の安定性を確保しつつ光ディスクの回転数全般に渡って追従誤差を低減することができる。

また、請求項３に記載の発明によれば、記憶手段に学習機能を持たせることができるので、追従誤差を一層小さくすることができる。

また、請求項４に記載の発明によれば、光ディスク上に傷やゴミなどがあってトラッキング誤差信号が得られない期間が生じても、トラッキング外れを生じる可能性を低くできる。

また、請求項５，６に記載の発明によれば、ＣＬＶ方式、ＺＣＬＶ方式などを用いた光ディスクの記録・再生において、追従誤差を低減することが可能となる。そして、請求項６に記載の発明によれば、メモリ容量を低減できる。

したがって、本発明に係るトラッキング制御装置によれば、狭いトラックピッチを持つ大容量の光ディスクに対しての安定した記録・再生が可能となる。また、高速で回転する光ディスクに対してもトラッキング制御が可能となりデータ転送レートの向上が行える。

［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係るトラッキング制御装置の構成ブロック図である。第１の実施形態は、請求項１に対応し、本発明に係るトラッキング制御装置の原理構成を示すものである。即ち、以下に示す第２の実施形態〜第９の実施形態は、第１の実施形態を基本としている。

図１に示すように、第１の実施形態のトラッキング制御装置は、図１７に示す構成において、トラッキング誤差検出手段１と安定化補償手段２との間に加算手段７を設けるとともに、加算手段７の一方の入力（トラッキング誤差検出手段１の出力）を加算手段７の他方の入力へ導入する経路に、補正信号生成手段５と伝達関数Ｐ１を持つ前置補償手段６をこの順序に配置したものである。

補正信号生成手段５は、トラッキング誤差検出手段１によって検出されたトラッキング誤差信号ｅ_１を取り込み、光ディスクの少なくとも１回転前において検出されたトラッキング誤差信号ｅ_１に基づいた補正信号ｃ_１を生成する。

前置補償手段６は、補正信号ｃ_１に基づき前置補償信号ｈ_１を生成し、加算手段７の他方の入力へ出力する。

なお、第１の実施形態においても、トラッキング誤差検出手段１、加算手段７、安定化補償手段２及びトラッキングアクチュエータ３によって横成されるフィードバック制御系に対し、安定化補償手段２によって振幅および位相の周波数特性の補償が行われており、安定なフィードバック制御が実現されている。この点は、以下の第２〜第９の各実施形態においても同様である。

以上の構成と請求項１との対応関係は、次のようになっている。トラッキング誤差検出手段には、トラッキング誤差検出手段１が対応する。制御手段には、安定化補償手段２及びトラッキングアクチュエータ３が対応する。加算手段には、加算手段７が対応する。補正信号生成手段には、補正信号生成手段５が対応する。前置補償手段には、前置補償手段６が対応する。

次に、図１を参照して第１の実施形態のトラッキング制御装置の基本動作を説明する。

図１において、トラック位置ｔ_１と光スポット位置ｓ_１の差をトラッキング誤差検出手段１によって検出し、トラッキング誤差信号ｅ_１を得る。トラッキング誤差信号ｅ_１は２つに分岐され、一方は加算手段７に入力され、他方は補正信号生成手段５に入力される。

補正信号生成手段５は、光ディスクの少なくとも１回転前において検出されたトラッキング誤差信号ｅ_１を用いた補正信号ｃ_１を出力する。前置補償手段６は、伝達関数Ｐ_１でもって補正信号ｃ_１の振幅及び位相の周波数特性の補償を行い、前置補償信号ｈ_１として出力する。

この前置補償信号ｈ_１は、加算手段７によってトラッキング誤差信号ｅ_１と加算され、その結果得られた信号（駆動信号）が安定化補償手段２によって振幅と位相の周波数特性が補償され、トラッキングアクチュエータ３に入力されて、これを駆動し、光スポット位置ｓ_１を制御する。

このように、第１の実施形態では、光ヘッドが走査を行っているトラックに対するトラッキング誤差信号の他に、光ディスクの少なくとも１回転前において検出されたトラッキング誤差信号を用いて前置補償信号を生成し、この前置補償信号とトラッキング誤差信号とを用いて演算を行った結果得られた信号を用いてトラッキング制御を行うので、追従誤差を減少させることができる。以下、具体的に説明する。

まず、安定化補償手段２、トラッキングアクチュエータ３の伝達関数をそれぞれＧ_１，Ｇ_２と定める。図１から、トラッキング誤差検出手段１の入出力の関係は、
ｔ₁−ｓ₁＝ｅ₁ ・・・（１）
である。また、トラッキングアクチュエータ３が制御するスポット位置ｓ_１は、
（ｅ₁＋ｈ₁）Ｇ₁Ｇ₂＝ｓ₁ ・・・（２）
である。

前述したように光ディスクやスピンドルモータ及び光ディスク取付部に偏心があるため、光ヘッドの光スポットに対して回転中の光ディスク上のトラック位置は、周期的に変化する関数となる。さらに、互いに隣接するトラック同士は、位置的な相関関係が大きい。

そこで、少なくとも１回転前で抑えきれなかった追従誤差を基にして前置補償信号ｈ_１を生成する。さらにこの信号を用いて、次の回転において補正を行うことによって、追従誤差を減少させることが可能であることが理解できる。

ここで、光ディスクのｍ回転目でのトラック位置をｔ_１，ｍ、光スポット位置をｓ_１，ｍ、トラッキング誤差信号をｅ_１，ｍ、前置補償信号をｈ_１，ｍと記述する。光ディスクの（ｍ−１）回転目以前におけるトラッキング誤差信号ｅ_{１，ｍ−１}を用いて得られた前置補償信号ｈ_{１，ｍ−１}を用いると、ｍ回転目での光スポット位置ｓ_１，ｍは、
ｓ_1,m＝（ｅ_1,m＋ｈ_1,m-1）Ｇ₁Ｇ₂ ・・・（３）
となる。この動作を繰り返すことによって、ｔ_１，ｍ＝ｓ_１，ｍを実現することができる。以下の第２〜第９の各実施形態では、これを高速かつ安定に実現するための具体的な手段・構成を説明している。これらの実施形態により、図２に示すような追従誤差特性が得られる。

図２は、本発明により得られる光ディスクの回転数に対するトラッキング制御装置の追従誤差特性の比較図である。図２において、（イ）は本発明のトラッキング制御装置で得られる追従誤差特性であり、（ロ）は、従来のトラッキング制御装置で得られる追従誤差特性である。

図２に示すように、追従誤差が許容値ｅ_０以下となる回転数が、従来のトラッキング制御装置では、同図（ロ）に示すように、回転数Ｎ_１以下であったが、本発明の各実施形態のトラッキング制御装置では、同図（イ）に示すように、回転数Ｎ_２まで拡大される。つまり、本発明の各実施形態によれば、光ディスクの回転数全般に渡って追従誤差の低減が実現されることが解る。

［第２の実施形態］
図３は、本発明の第２の実施形態に係るアナログ制御によるトラッキング制御装置の構成ブロック図である。第２の実施形態は、請求項２に対応する。

図３に示すように、第２の実施形態では、補正信号生成手段５として遅延手段１０を備え、前置補償手段６として補償手段１１を備える。その他は、第１の実施形態と同様である。

遅延手段１０は、トラッキング誤差信号ｅ_１を光ディスクの１回転周期に相当する時間遅延させた補正信号ｃ_１を出力する。補償手段１１は、補正信号ｃ_１に対して振幅と位相の補償を行った前置補償信号ｈ_１を出力する。

次に、図３，図４を参照して第２の実施形態の動作を説明する。なお、図４は、第２の実施形態のトラッキング制御装置の基本動作のフローチャートである。

まず、図３を用いて第２の実施形態のトラッキング制御装置の動作原理を説明する。補償手段１１の伝達関数をＰ_１(ｓ)、安定化補償手段２及びトラッキングアクチュエータ３の伝達関数をそれぞれＧ_１(ｓ)、Ｇ_２(ｓ)で表す。

トラッキング誤差検出手段１、加算手段７、安定化補償手段２及びトラッキングアクチュエータ３によって横成されるフィードバック制御系に関して補償手段１１と加算手段７との間の接続を切ると、加算手段７への入力信号ｈ_１に対する光スポット位置ｓ_１の伝達関数Ｇ_ｃｌ(ｓ)は、以下の式（４）によって求められる。
〔数１〕
Ｇ_cl(ｓ)＝Ｇ₁(ｓ)Ｇ₂(ｓ)／｛１＋Ｇ₁(ｓ)Ｇ₂(ｓ)｝ ・・・（４）
そこで、前置補償手段６は、補償手段１１の伝達関数Ｐ_１(ｓ)が
〔数２〕
Ｐ₁(ｓ)＝｛１＋Ｇ₁(ｓ)Ｇ₂(ｓ)｝／Ｇ₁(ｓ)Ｇ₂(ｓ) ・・・（５）
を満たすように実現される。つまり、前置補償手段６は、当該フィードバック制御系の入力に対する出力の閉ループ伝達関数の逆数の伝達関数を持つ。

そして、前置補償手段６の補償手段１１は、式（５）に示した伝達関数Ｐ_１(ｓ)によって、補正信号ｃ_１に対して振幅と位相の周波数特性を補正し、加算手段７に出力し、トラッキング制御を行う。

このとき、補正信号ｃ_１に対して光スポット位置ｓ_１は、式（４）、式（５）から次の式（６）で表される。

即ち、補正信号ｃ_１は、振幅差及び時間遅れを生じることなく光スポット位置ｓ_１を直接制御し、補正を行うことができる。

次に、図３を適宜参照しつつ図４に沿って第２の実施形態のトラッキング制御装置の基本的な動作を説明する。図において、トラッキング誤差検出手段１は、光ヘッドが走査を行っているトラックに対するトラッキング誤差信号ｅ_１を検出した後、このトラッキング誤差信号ｅ_１を補正信号生成手段５中の遅延手段１０に入力する（ステップＳ１）。遅延手段１０は、トラッキング誤差信号ｅ_１について光ディスクの１回転周期に相当する時間の遅延を行い、それを補正信号ｃ_１として出力する（ステップＳ２）。

そして、前置補償手段６中の補償手段１１は、補正信号ｃ_１から前置補償信号ｈ_１を生成する（ステップＳ３）、加算手段７は、この前置補償信号ｈ_１を光ヘッドが走査を行っているトラックに対するトラッキング誤差信号ｅ_１に加算する（ステップＳ４）。

次に、安定化補償手段２は、この加算した信号によってトラッキングアクチュエータ３を駆動し、トラッキング制御を行わせる（ステップＳ５）。回転中の光ディスクに対して継続してトラッキング制御を行うために再びステップＳ１に戻り、前述の動作を繰り返す。

これにより、光ディスクの回転数全般に渡っての追従誤差の低減が実現される。

［第３の実施形態］
図５は、本発明の第３の実施形態に係るデジタル制御によるトラッキング制御装置の構成ブロック図である。第３の実施形態は、請求項３、７〜９に対応する。

図５において、第３の実施形態では、加算手段１８及び安定化補償手段１９をそれぞれデジタル信号処理回路で構成し、トラッキング誤差信号ｅ_１をＡ／Ｄ変換器（ＡＤＣ）１５によってデジタル信号ｅ_１(ｋ)に変換して加算手段１８の一方の入力に与え、安定化補償手段１９の出力デジタル信号をＤ／Ａ変換器（ＤＡＣ）２０によってアナログ信号に変換してトラッキングアクチュエータ３に与えるように構成してある。

即ち、このデジタル制御によるトラッキング制御装置では、トラッキング誤差信号ｅ_１をデジタル信号ｅ_１(ｋ)に変換した後、トラッキング制御装置としての処理を実行する。

図５に示すように、トラッキング誤差検出手段１によって検出されたトラッキング誤差信号ｅ_１は、Ａ／Ｄ変換器（ＡＤＣ）１５にてデジタル信号ｅ_１(ｋ)に変換され、補正信号生成手段５及び加算手段１８に入力される。

ここに、補正信号生成手段５は、記憶手段１６を備える。記憶手段１６は、光ディスクの少なくとも１回転周期に相当する時間のトラッキング誤差信号ｅ_１のデジタルデータｅ_１(ｋ)を記憶する。そして、記憶手段１６は、光ディスクの１周前のトラッキング誤差信号ｅ_１(ｋ)を用いて、サンプリング時刻ｋにおいてｄサンプリング周期に相当する時間だけ進んだ時刻でのトラッキング誤差信号を補正信号ｃ_１(ｋ＋ｄ)として前置補償手段６へ出力する。

また、前置補償手段６は、パルス伝達関数Ｐ_１(ｚ^−１)を持つ補償手段１７を備える。補償手段１７は、記憶手段１６から入力する補正信号ｃ_１(ｋ＋ｄ)をデジタル的に処理し、前置補償信号ｈ_１(ｋ)を出力する。

加算手段１８は、デジタル化されたトラッキング誤差信号ｅ_１(ｋ)と前置補償信号ｈ_１(ｋ)を加算し、その加算結果を安定化補償手段１９に入力する。安定化補償手段１９の出力は、Ｄ／Ａ変換器（ＤＡＣ）２０によってアナログ信号に変換され、トラッキングアクチュエータ３を駆動し、光スポット位置ｓ_１を変化させることによりトラッキング制御を行う。

なお、安定化補償手段１９は、トラッキング制御装置のフィードバック制御系が安定に動作するように振幅と位相の周波数特性の補償を行うと同時に、所望の応答特性を実現するためのパルス伝達関数Ｇ_１(ｚ^−１)を持つ。また、Ｄ／Ａ変換器（ＤＡＣ）２０とトラッキングアクチュエータ３を縦続接続した系は、パルス伝達関数Ｇ_２(ｚ^−１)を持つ。

次に、図５〜図８を参照して第３の実施形態の基本動作を説明する。なお、図６は、第１次の共振モードを持つムービングコイル型トラッキングアクチュエータの回路／運動モデル図である。図７は、記憶手段に記憶された補正信号のデータとサンプリングクロックとの関係模式図である。図８は、第３の実施形態のトラッキング制御装置の基本動作のフローチャートである。

まず、図５〜図７を用いて第３の実施形態のトラッキング制御装置の動作原理を説明する。このデジタル制御系では、補償手段１７のパルス伝達関数Ｐ_１(ｚ^−１)を、トラッキングアクチュエータ３のパルス伝達関数が不安定な零点を持つ場合と持たない場合とに分けて決定する。

いずれの場合も連続系でトラッキングアクチュエータ３の伝達関数を求めた後、それを離散系に変換することによりデジタル制御系における閉ループのパルス伝達関数を得る。さらに、閉ループのパルス伝達関数に基づいて補償手段１７のパルス伝達関数Ｐ_１(ｚ^−１)を決定する。

光ヘッドに用いられる一般的なムービングコイル型のトラッキングアクチュエータは、例えば、文献２『ラジオ技術社、ラジオ技術選書「光ディスク技術」１３４頁』で述べられているように、第１次の共振モードを持つ図６のモデルで表される。図６（ａ）はトラッキングアクチュエータの回路モデルであり、ｖは駆動電圧、ｉは駆動電流、Ｒは抵抗分、Ｌはリアクタンス分である。図６（ｂ）は運動モデルであり、Ｋ_Ｔ，Ｄ_Ｔ，ｍ_Ｔ，ｆ(t)およびｘ(t)は、それぞれ弾性係数、粘性係数、可動部７０の質量、駆動力及び位置を表す。図６（ａ）（ｂ）から、駆動電圧ｖ(ｔ)、駆動力ｆ(ｔ)は、

となる。また、推力定数をＫ_ｉとおけば、駆動力ｆ(ｔ)は、
ｆ(t)＝Ｋ_ｉi(t) ・・・ （９）
となる。

そして、式（８）、式（９）を用いて、初期値を０としてラプラス変換を行うことにより、トラッキングアクチュエータ３を電流で駆動した場合の伝達関数Ｇ_２ｉ(ｓ)は、

となる。また、トラッキングアクチュエータ３を電圧で駆動した場合の伝達関数Ｇ_２ｖ(ｓ)は、式（７）、式（８）、式（９）を用いて

となる。即ち、連続系におけるトラッキングアクチュエータ３のモデルは、電流駆動では２次、電圧駆動では３次の低域フィルタ型になる。

次に、トラッキングアクチュエータ３を駆動する信号を出力するＤ／Ａ変換器（ＤＡＣ）２０は、０次ホールダとして機能することを考慮して、連続系での伝達関数をデジタル制御系のパルス伝達関数Ｇ_２(ｚ^−１)に変換すると、例えば、文献３『コロナ社「基礎デジタル制御」５９頁、表３．５』が示すように、分母と分子の次数差に応じて不安定零点が生じることが知られている。ここで、ｚ＝ｅｘｐ(ｊωＴ_ｓ)である。但し、Ｔ_ｓはサンプリング周期である。

表１は、文献３の表３．５を示している。この文献３の表３．５において、トラッキングアクチュエータ３を電流で駆動した場合はｋ＝２となる。電圧で駆動した場合は電圧から電流に変化する過度現象のためにｋの値は１つ増えてｋ＝３となる。そして、いずれの場合も不安定零点が１個以上生じる。一方、図５の安定化補償手段１９のパルス伝達関数Ｇ_１(ｚ^−１)については、不安定零点、不安定極のいずれも持たないように設計を行う。ここで、表１におけるｋは連続系の伝達関数の分母の次数から分子の次数を減じた数値であり、サンプリング時刻を表すｋとは異なる。

前置補償信号ｈ_１(ｋ)に対する光スポット位置ｓ_１の閉ループのパルス伝達関数Ｇ_ｃｌ(ｚ^−１)は、

によって表される。なお、式（１２）において、Ａ_ｃ(ｚ^−１)、Ｂ_ｃ(ｚ^−１)は、いずれもｚ^−１の多項式である。また、ｚ^−ｄは、ｄ・Ｔ_ｓ、即ちｄサンプリング周期分の時刻の遅れに相当する。

そこで、式（１２）に基づいて補償手段１７のパルス伝達関数Ｐ_１(ｚ^−１)を下記の手順により定める。まず、閉ループのパルス伝達関数Ｇ_ｃｌ(ｚ^−１)を用いて、Ｐ_１’(ｚ^−１)，Ｐ_１(ｚ^−１)をそれぞれ式（１３）、式（１４）のように定める。

ここで、式（１３）において、分子のｚ^ｄは、入力に対して出力がｄサンプリング周期分進んだ時刻となることを示す。そこで、Ｐ_１(ｚ^−１)の入力は、ｄサンプリング周期分進んだ時刻における補正信号ｃ_１(ｋ＋ｄ)を用いる。これを図７を用いて説明する。図７において、例えば、光ディスクの１周についてｎ回のサンプリングを行って制御しているものとする。ｍ周目のサンプリングクロックｋに相当する時刻において、（ｍ−１）周目のサンプリングクロック（ｋ＋ｄ）に相当する時刻において記憶された信号を用いる。その他の時刻においても同様の処理を行う。

互いに隣接するトラックは、位置的な相関関係が大きいので、この方法によって等価的にｄサンプリング周期分進んだ時刻における補正信号ｃ_１（ｋ＋ｄ）が得られる。式（１２）と式（１４）によって、補正信号ｃ_１（ｋ＋ｄ）に対する光スポット位置ｓ_１は、

となり、補正信号ｃ_１（ｋ）に対して光スポット位置ｓ_１は、振幅差及び時間遅れを生じることなく追従する。

（Ａ）このように、デジタル制御系においてトラッキングアクチュエータが不安定零点を持たない場合には、式（１４）によりパルス伝達関数Ｐ_１(ｚ^−１)を定めれば、安定な制御系を実現できる。即ち、パルス伝達関数Ｐ_１(ｚ^−１)として、当該フィードバック制御系の入力に対する出力の閉ループのパルス伝達関数Ｇ_ｃｌ(ｚ^−１)の逆数から導出したパルス伝達関数を採用する。

しかし、前述のようにムービングコイル型のトラッキングアクチュエータを使用したトラッキング制御装置では、閉ループのパルス伝達関数Ｇ_ｃｌ(ｚ^−１)は不安定な零点を持つため、式（１２）から直接式（１４）を利用してパルス伝達関数Ｐ_１(ｚ^−１)を定めると、パルス伝達関数Ｐ_１(ｚ^−１)は、不安定な極を持つことになり安定な制御系を構成できない。

（Ｂ）そこで、トラッキングアクチュエータ３のパルス伝達関数が不安定な零点を持つ場合は、次のようにしてデジタル制御系におけるパルス伝達関数Ｐ_１(ｚ^−１)を定める。

式（１２）のパルス伝達関数Ｇ_ｃｌ(ｚ^−１)において、零点を安定な零点及び不安定な零点に分けて次の式（１６）のように記述する。なお、式（１６）において、Ｂ_ｃ ^＋（Ｚ^−１）は安定な零点、Ｂ_ｃ ⁻（Ｚ^−１）は不安定な零点を含むｚ^−１の多項式である。

そして、この式（１６）を用いて以下に説明する第１及び第２の２つの方法でパルス伝達関数Ｐ_１(ｚ^−１)を定めて、安定な制御系を構成する。

第１の方法では、パルス伝達関数Ｇ_ｃｌ(ｚ^−１)の安定な零点のみをパルス伝達関数Ｐ_１(ｚ^−１)の極で相殺する。また、不安定な零点を含むＢ_ｃ ⁻（Ｚ^−１）にはｚ^−１＝１を代入して定数とする。即ち、Ｐ_１’(ｚ^−１)，Ｐ_１(ｚ^−１)をそれぞれ

と定める。

補償手段１７のパルス伝達関数Ｐ_１(ｚ^−１)を式（１８）の形にすることで、パルス伝達関数Ｇ_ｃｌ(ｚ^−１)の安定な零点のみをパルス伝達関数Ｐ_１(ｚ^−１)の極で相殺し、補正信号ｃ_１(ｋ＋ｄ)に対する光スポット位置ｓ_１の応答において安定な制御系が構成される。

即ち、第１の方法では、式（１２）、式（１６）及び式（１８）により、補正信号ｃ_１(ｋ＋ｄ)に対する光スポット位置ｓ_１の応答は、

となり、低周波領域において光スポット位置ｓ_１は補正信号ｃ_１(ｋ)に時間遅れを生じることなく追従する。また、トラッキング制御装置の安定性も保たれる。

次に、第２の方法では、パルス伝達関数Ｐ_１’(ｚ^−１)，Ｐ_１(ｚ^−１)は、それぞれ下記の式（２０）、式（２１）のように定める。なお、式（２０）、式（２１）において、Ｂ_ｃ ⁻（Ｚ）は、多項式Ｂ_ｃ ⁻（Ｚ^−１）においてｚ^−１をｚによって置き換えたものである。

この第２の方法では、式（１２）、式（１６）及び式（２１）によって補正信号ｃ_１(ｋ＋ｄ)に対する光スポット位置ｓ_１の応答は、

となる。

ここで、Ｂ_ｃ ⁻（Ｚ）とＢ_ｃ ⁻（Ｚ^−１）は、互いに複素共役となることから、光スポット位置ｓ_１は補正信号ｃ_１(ｋ)に対してすべての周波数で時間遅れを生じることなく追従する。また、トラッキング制御装置の安定性も保たれる。

次に、図５を適宜参照しつつ図８に沿って動作を詳細に説明する。図において、トラッキング誤差検出手段１は、光ヘッドが走査を行っているトラックに対するトラッキング誤差信号ｅ_１を検出する。このトラッキング誤差信号ｅ_１は、Ａ／Ｄ変換器（ＡＤＣ）１５によってデジタル信号ｅ_１(ｋ)に変換された後、補正信号生成手段５及び加算手段１８に入力される。

補正信号生成手段５は、例えばメモリを使用した記憶手段１６の所定記憶領域にトラッキング誤差信号ｅ_１(ｋ)を逐一格納するとともに、光ディスクの１周前のトラッキング誤差信号ｅ_１(ｋ)を用いて、時刻ｋにおいてｄ・Ｔｓに相当する時間だけ進んだ時刻でのトラッキング誤差信号を演算し（ステップＳ１１）、それを補正信号ｃ_１(ｋ＋ｄ)として記憶手段１６の別の記憶領域に格納する（ステップＳ１２）。

そして、補正信号生成手段５は、光ディスクの１回転前に記憶された補正信号ｃ_１(ｋ＋ｄ)があるかどうかを判断し（ステップＳ１３）、なければ補正信号＝０とし（ステップＳ１４）、記憶された補正信号ｃ_１(ｋ＋ｄ)があればそれを読み出し（ステップＳ１５）、前置補償手段６に与えて前置補償信号ｈ_１(ｋ)を出力させる（ステップ１６）。

ここに、前置補償手段６を構成する補償手段１７は、上記第１及び第２の方法で定めたパルス伝達関数Ｐ_１(ｚ^−１)を持つように構成される。即ち、Ｄ／Ａ変換器（ＤＡＣ）２０の０次ホールド機能とトラッキングアクチュエータ３の伝達関数によって得られるパルス伝達関数Ｇ_２(ｚ^−１)が不安定な零点を持たない場合、補償手段１７は、そのパルス伝達関数Ｐ_１(ｚ^−１)が式（１４）となるように構成される。また、パルス伝達関数Ｇ_２(ｚ^−１)が不安定な零点を持つ場合、補償手段１７は、そのパルス伝達関数Ｐ_１(ｚ^−１)が式（１８）あるいは式（２１）となるように構成される。

次いで、加算手段１８では、補償手段１７の出力から得られる前置補償信号ｈ_１(ｋ)とトラッキング誤差信号ｅ_１(ｋ)とを加算し、安定化補償手段１９に出力する（ステップ１７）。

安定化補償手段１９は、フィードバック制御系を安定化すると同時に所望の応答特性を実現するためのパルス伝達関数Ｇ_１(ｚ^−１)を持つ。安定化補償手段１９の出力は、Ｄ／Ａ変換器（ＤＡＣ）２０によってアナログ信号に変換されトラッキングアクチュエータを駆動することによって光スポット位置ｓ_１を制御する（ステップ１８）。

回転中の光ディスクに対して継続してトラッキング制御を行うためには再びステップＳ１１に戻り、以上の動作を繰り返す。これにより、光ディスクの回転数全般に渡っての追従誤差の低減が実現される。

［第４の実施形態］
図９は、本発明の第４の実施形態に係るデジタル制御によるトラッキング制御装置の構成ブロック図である。第４の実施形態は、請求項３，７〜１０に対応する。

第４の実施形態のデジタル制御によるトラッキング制御装置では、第３の実施形態において、補正信号生成手段５を、パルス伝達関数Ｑ_１(ｚ^−１)を持つ第１の演算手段２５、パルス伝達関数Ｑ_２(ｚ^−１)を持つ第２の演算手段２６、加算手段２７及び記憶手段１６によって構成し、前置補償手段６をパルス伝達関数Ｐ_１(ｚ^−１)を持つ補償手段２９、遅延量ｚ^−ｄを持つ遅延手段３０及び減算手段３１によって構成してある。

補正信号生成手段５では、第１の演算手段２５には、Ａ／Ｄ変換器（ＡＤＣ）１５が出力するトラッキング誤差信号ｅ_１(ｋ)が入力され、第２の演算手段２６には、前置補償信号ｈ_１(ｋ)が入力される。また、加算手段２７は、２つの演算手段２５，２６の出力を受けて仮想的なトラック位置を記憶手段１６に出力する。記憶手段１６は、補正信号ｃ_１(ｋ＋ｄ)を前置補償手段６に出力する。

前置補償手段６では、補正信号ｃ_１(ｋ＋ｄ)が補償手段２９と遅延手段３０とに入力され、補償手段２９と遅延手段３０の出力が減算手段３１に入力され、減算手段３１から前置補償信号ｈ_１(ｋ)が出力される。

要するに、第４の実施形態では、Ａ／Ｄ変換後のトラッキング誤差信号ｅ_１(ｋ)及び前置補償手段６の出力ｈ_１(ｋ)を補正信号生成手段５に入力して補正信号ｃ_１(ｋ＋ｄ)を生成し、それを前置補償手段６に入力して前置補償信号ｈ_１(ｋ)を得る。加算手段１８は、前置補償信号ｈ_１(ｋ)をトラッキング誤差信号ｅ_１(ｋ)と加算して安定化補償手段１９に入力する。Ｄ／Ａ変換器（ＤＡＣ）２０は、安定化補償手段１９の出力をアナログ信号に変換し、トラッキングアクチュエータ３を駆動する。

次に、図９を参照して第４の実施形態の基本動作を説明する。第４の実施形態は、上記第３の実施形態において説明したトラッキングアクチュエータ３のパルス伝達関数が不安定な零点を持つ場合と持たない場合のデジタル制御系におけるパルス伝達関数Ｐ_１(ｚ^−１)を定める方法の他の例（第３の方法）を実現するものである。

Ａ／Ｄ変換器（ＡＤＣ）１５によってデジタル化されたトラッキング誤差信号ｅ_１(ｋ)は、第１の演算手段２５及び加算手段１８に入力される。また、第２の演算手段２６には、前置補償信号ｈ_１(ｋ)が入力される。

第１の演算手段２５は、入力されたトラッキング誤差信号ｅ_１(ｋ)に対して次の式（２３）で表されるパルス伝達関数Ｑ_１(ｚ^−１)の出力を求め、この結果を加算手段２７の一方の入力に与える。
〔数１８〕
Ｑ₁(ｚ^-1)＝１＋Ｇ₁(ｚ^-1)Ｇ₂(ｚ^-1) ・・・ （２３）
また、第２の演算手段２６は、入力された前置補償信号ｈ_１(ｋ)に対して次の式（２４）で表されるパルス伝達関数Ｑ_２(ｚ^−１)の出力を求め、この結果を加算手段２７の他方の入力に与える。
〔数１９〕
Ｑ₂(ｚ^-1)＝Ｇ₁(ｚ^-1)Ｇ₂(ｚ^-1) ・・・ （２４）
加算手段２７は、第１及び第２演算手段２５、２６の出力を加算し、次の式

記憶し、光ディスクの1周前に記憶された信号を用いて、時刻ｋにおいてｄ・Ｔ_ｓ進んだ時刻に相当する信号を補正信号ｃ_１(ｋ＋ｄ)として補償手段２９及び遅延手段３０に出力する。

具体的には、記憶手段１６は、図７に示したように、ｍ周目のサンプリングクロックｋに相当する時刻においては、（ｍ−１）周目のサンプリングクロックｋ＋ｄに相当する時刻において記憶された信号を補正信号ｃ_１(ｋ＋ｄ)として出力する。

この補正信号ｃ_１(ｋ＋ｄ)に対して、補償手段２９は、式（１４）、式（１８）あるいは式（２１）のいずれかで表されるパルス伝達関数Ｐ_１(ｚ^−１)の演算を行う一方、遅延手段３０は、ｄ・Ｔ_ｓに相当するｄサンプリング周期分の時間遅延を行う。減算手段３１は、補償手段２９の出力から遅延手段３０の出力を減算し、次の式（２６）によって表される前置補償信号ｈ_１(ｋ)を発生し、加算手段１８及び第２の演算手段２６に対して出力する。
〔数２１〕
ｈ₁(ｋ)＝Ｐ₁(ｚ^-1)ｃ₁(ｋ＋ｄ)−ｚ^-dｃ₁(ｋ＋ｄ) ・・・ （２６）
加算手段１８は、この前置補償信号ｈ_１(ｋ)とトラッキング誤差信号ｅ_１（ｋ）を加算し、安定化補償手段１９に出力する。安定化補償手段１９の出力は、Ｄ／Ａ変換器（ＤＡＣ）２０を介してトラッキングアクチュエー夕３を駆動し、光スポット位置ｓ_１の制御を行う。

これにより、以上の各実施形態と同様に、光ディスクの回転数全般にわたっての追従誤差の低減が実現される。

［第５の実施形態］
図１０は、本発明の第５の実施形態に係るデジタル制御によるトラッキング制御装置で用いる記憶手段の構成図である。第５の実施形態は、請求項３，７〜１０に対応する。

図１０では、説明を容易にするため、図５または図９に示したトラッキング制御装置における記憶手段１６に関係する部分のみを取り出してある。その他の部分は、それぞれ図５または図９と共通である。

図１０に示すように、第５の実施形態では、第２〜第４の実施形態における記憶手段１６を、ｎ個のメモリ素子４０と加算手段４１および乗算手段３９によって構成するものである。メモリ素子４０は、例えば演算を行うデータのビット数に対応する複数のＤ−フリップ・フロップによって構成し、サンプリングクロック毎に縦続接続されている前段のメモリ素子の出力データを取り込むと共に、１クロック前に記憶していた値を縦続接続されている後段のメモリ素子に対して出力する。ｎ番目のメモリ素子４０の出力は乗算手段３９に入力される。乗算手段３９は入力されたデータに対して、｜ｗ｜＜１であり、ｗ＝０を含む適切な係数を乗算する。乗算手段３９の出力は加算手段４１に接続されており、入力信号と加算された信号を１番目のメモリ素子に入力する。補正信号ｃ_１(ｋ＋ｄ)は、（ｎ−ｄ）番目のメモリ素子４０の出力から取り出す。

第５の実施形態によれば、記憶手段１６に学習効果を持たせることができるので、追従誤差をより小さくすることが可能となる。

［第６の実施形態］
図１１は、本発明の第６の実施形態に係るデジタル制御によるトラッキング制御装置で用いる記憶手段の構成図である。第６の実施形態は、請求項４，７〜１０に対応する。

図１１では、説明を容易にするため、図５または図９に示したトラッキング制御装置における記憶手段１６に関係する部分のみを取り出してある。その他の部分は、それぞれ図５または図９と共通である。

図１１に示すように、第６の実施形態では、第２〜第４の実施形態における記憶手段１６を、高速のＣＰＵまたはデジタル・シグナル・プロセッサ（ＤＳＰ）などの演算素子４３及びこの演算素子４３とデータバス４４、アドレスバス４５を介して接続されたメモリ４６によって構成したものである。

演算素子４３は、トラッキング制御装置のクロックに同期して入力信号を時系列的に取り込んでメモリ４６上に記憶し、その記憶した入力信号に対して光ディスク１回転分の遅延を行った後、補正信号ｃ_１(ｋ＋ｄ)を出力する。

または、演算素子４３は、トラッキング制御装置のクロックに同期して入力信号を時系列的に取り込んでメモリ４６上に記憶し、その記憶した入力信号に対して、例えば移動平均処理、最小二乗法などの統計的な信号処理を行った後、補正信号ｃ_１(ｋ＋ｄ)を出力する。

第６の実施形態によれば、光ディスク上に傷やゴミなどがあってトラッキング誤差信号が得られない期間が生じても、トラッキング外れが生じる可能性を低くすることができる。

なお、メモリ４６に記憶するデータは、光ディスク１周分に相当する入力信号でも、光ディスクの複数回の回転によって得られた入力信号でも良い。

［第７の実施形態］
図１２は、本発明の第７の実施形態に係るデジタル制御によるトラッキング制御装置で用いる記憶手段の構成図である。第７の実施形態は、請求項５，７〜１０に対応する。なお、第７の実施形態は、ＣＬＶ方式、ＺＣＬＶ方式、ＣＡＶ方式、ＺＣＡＶ方式に対応するトラッキング制御装置の原理構成を示し、具体的には、例えば第８、第９の各実施形態のように構成される。

図１２では、説明を容易にするため、図５または図９に示したトラッキング制御装置における記憶手段１６に関係する部分のみを取り出してある。その他の部分は、それぞれ図５または図９と共通である。

図１２に示すように、第７の実施形態の記憶手段１６では、入力信号やトラッキング制御装置のクロックに加え、光ディスクの半径方向における光ヘッド位置情報と光ディスク回転角度情報が入力される。

次に、第７の実施形態のトラッキング制御装置の基本動作を説明する。まず、走査中のトラックに対するトラッキング誤差信号を用いて演算した補正信号を入力信号として、光ヘッド位置情報、光ディスク回転角度情報と共にトラッキング制御装置のクロックに同期して記憶手段１６に記憶する。光ヘッド位置情報は、光ヘッドが走査を行っているトラックの光ディスク上での半径位置を知るために用いる。

次に、光ディスクの少なくとも１回転前の時刻において記憶手段１６に記憶された補正信号のうち、現在の光ヘッド位置及び光ディスクの回転角度に対応した補正信号を出力信号として読み出す。

この補正信号を前置補償手段６に入力して前置補償信号を出力し、前置補償信号を走査中のトラックに対するトラッキング誤差信号に加算し、加算後の信号を用いてトラッキング制御を行う。

［第８の実施形態］
図１３は、本発明の第８の実施形態に係るデジタル制御によるトラッキング制御装置で用いる記憶手段の構成図である。第８の実施形態は、請求項５，７〜１０に対応する。なお、第８の実施形態は、ＣＬＶ方式、ＺＣＬＶ方式、ＣＡＶ方式、ＺＣＡＶ方式の対応するトラッキング制御装置の具体的構成例を示す。

図１３では、説明を容易にするため、図５または図９に示したトラッキング制御装置における記憶手段１６に関係する部分のみを取り出してある。その他の部分は、それぞれ図５または図９と共通である。

図１３に示すように、第８の実施形態では、第２〜第４の実施形態における記憶手段１６を、高速のＣＰＵまたはデジタル・シグナル・プロセッサ（ＤＳＰ）などの演算素子４７及びこの演算素子４７とデータバス４４、アドレスバス４５を介して接続されたメモリ４８によって構成したものである。

図１３に示すように、第８の実施形態の記憶手段１６における演算素子４７には、入力信号やトラッキング制御装置のクロックに加え、光ディスクの半径方向における光ヘッド位置情報と光ディスク回転角度情報が入力される。

次に、図１３，図１４を参照して第８の実施形態のトラッキング制御装置の動作を説明する。なお、図１４は、第８の実施形態のトラッキング制御装置の基本動作のフローチャートである。

図において、演算素子４７には、光ヘッドが走査を行っているトラックに対するトラッキング誤差信号が入力信号として入力されるとともに、光ディスクの半径方向における光ヘッド位置情報及び光ディスク回転角度情報が入力される。

演算素子４７は、光ヘッドが走査を行っているトラックに対するトラッキング誤差信号を検出した後、この信号を用いて補正信号を演算し（ステップＳ３１）、補正信号を光ヘッド位置情報と光ディスク回転角度情報と共にメモリ４８に記憶する（ステップＳ３２）。光ヘッド位置情報は光ヘッドが走査を行っているトラックが光ディスク上で半径上のいずれの位置にあるかを知るために用いる。

具体的には、演算素子４７は、光ヘッド位置情報及び光ディスク回転角度情報を用いてメモリアドレスを一意に決定し、そのアドレスにトラッキング制御装置のクロックに同期して入力信号を時系列的に取り込んでメモリ４８上に記憶し、その記憶した入力信号に対して光ディスク１回転分の遅延を行い、光ヘッド位置情報と光ディスク回転情報と共にメモリ４８に記憶する。

または、演算素子４７は、光ヘッド位置情報及び光ディスク回転角度情報を用いてメモリアドレスを一意に決定し、そのアドレスにトラッキング制御装置のクロックに同期して入力信号を時系列的に取り込んでメモリ４８上に記憶し、その記憶した入力信号に対して、例えば移動平均処理、最小二乗法などの統計的な信号処理を行い、光ヘッド位置情報と光ディスク回転情報と共にメモリ４８に記憶する。

次に、演算素子４７は、現在の光ヘッド位置情報と光ディスク回転角度情報に対応する補正信号がメモリ４８に記憶されているかを判断し（ステップＳ３３）、記憶されていなければ補正信号＝０とし（ステップＳ３４）、記憶されていれば、メモリ４８から現在の光ヘッド位置と光ディスク回転角度に対応する補正信号ｃ_１(ｋ＋ｄ)を読み出す（ステップＳ３５）。

このとき、ステップ３５では、読み出すべき補正信号の光ヘッド位置情報及び光ディスク回転角度情報と記憶されている補正信号の光ヘッド位置情報及び光ディスク回転角度情報が一致しない場合は、一番近い光ヘッド位置情報及び光ディスク回転角度情報を持つ補正信号を用いて補間処理を行った後、それを補正信号ｃ_１(ｋ＋ｄ)として出力する。

そして、補正信号ｃ_１(ｋ＋ｄ)を前置補償手段に入力して前置補償信号を加算手段に出力し（ステップＳ３６）、この前置補償信号を光ヘッドが走査を行っているトラックに対するトラッキング誤差信号に加算させる（ステップＳ３７）。

次に、この加算された信号を用いてトラッキング制御を行う（ステップＳ３８）。回転中の光ディスクに継続してトラッキング制御を行うためには再びステップＳ３１へ戻り、前述の動作を繰り返す。

なお、メモリ４８に記憶するデータは、光ディスク１周分に相当する入力信号でも、光ディスクの複数回の回転によって得られた入力信号でも良い。

次に、図１５は、光ヘッド位置情報及び光ディスク回転角度情報を検出する方法を説明する図である。図１５において、スピンドルモータ５１に取り付けられて回転する光ディスク５０を光ヘッド５３から出射される光スポット５４が走査する。光ヘッド５３は、リニアモータなどの光ヘッド移動機構５５に取り付けられており、光ディスク５０の半径方向に移動する。

例えば、ＤＶＤ−ＲＡＭを用いた光ディスク記録装置においては、光ディスク５０上に予め記録されているヘッダを光学的に読み出し、アドレス復号手段５７によってアドレス信号を生成する。クロック再生手段５８は、光ディスク５０上に形成されているグルーブの蛇行信号を光学的に読み出し、例えばＰＬＬ回路を用いてクロック信号を再生する。

このように得られたアドレス信号を用いると、光ヘッド５３が光ディスク５０上で走査しているトラックの位置がわかるので、それを光ヘッド位置情報検出手段５９を用いて光ヘッド位置情報に変換し出力する。また、光ディスク回転角度検出手段６０は、アドレス信号を回転角度の原点信号として用いてクロック信号を計測し、光ディスク回転角度情報を出力する。

これらの手段のほか、光ヘッド位置情報は、例えば、光ヘッド移動機構５５に取り付けられたリニアエンコーダなどの位置検出手段５６によっても得られる。

また、光ディスク回転角度情報は、例えば、スピンドルモータ５１に取り付けられたロータリーエンコーダなどの回転角度検出手段５２によっても得られる。上記第７、第８の各実施形態で用いる光ヘッド位置情報及び光ディスク回転角度情報は、前述のいずれの手段を用いて取得しても良い。

第８の実施形態によれば、光ヘッド位置情報と光ヘッド回転速度情報を用いるので、光ディスクの半径によって１回転の周期が変化するＣＬＶ方式や、ＺＣＬＶ方式を用いた記録・再生の装置において追従誤差を低減できる。

［第９の実施形態］ 図１６は、本発明の第９の実施形態に係るデジタル制御によるトラッキング制御装置で用いる光ディスクの概念図である。第９の実施形態は、請求項６，７〜１０に対応する。なお、第９の実施形態は、ＣＬＶ方式、ＺＣＬＶ方式、ＣＡＶ方式、ＺＣＡＶ方式の対応するトラッキング制御装置の具体的構成例を示す。

第９の実施形態は、第８の実施形態において、光ヘッド位置情報をその数値に従って複数の範囲に分類し、同一の範囲内では１種類の補正信号ｃ１（ｋ＋ｄ）を用いるものである。

図１６に示すように、第９の実施形態の光ディスク５０は、中心からの半径によってｎ個の領域に分割される。中心からの半径ｒは、
〔数２２〕
ｒ_j≦ｒ≦ｒ_j+1 （ｊ＝１，２，・・，ｎ） ・・・ （２７）
によって表される。

光ディスク５０では、近接したトラック同士は偏心及びトラックの蛇行の傾向などが類似している。したがって、このように領域を分割して式（２７）で表される各領域内では、光ディスク１周分の補正信号ｃ_１（ｋ＋ｄ）のみを用いることで、補正信号ｃ_１（ｋ＋ｄ）のデー夕を記憶するためのメモリ容量を減らすことができる。

なお、第８、第９の各実施形態において、光ヘッド位置情報及び光ディスク回転角度情報を用いてメモリアドレスを一意に決定する方法は、これら２つの情報を用いてアドレスを決定する方法でも、これら２つの情報を用いて対応するメモリアドレスを割り当てるための変換テーブルを予めメモリ４８に記憶しておき、この変換テーブルを用いる方法でも同様の動作が得られる。

また、第１〜第９の各実施形態において、トラッキング誤差を検出する方法は、一般に広く使われている３ビーム法、プッシュプル法、ヘテロダイン法、位相差検出法でも良い。さらには、光ディスク上に予め形成されたピットの反射光を用いて検出する方法、グルーブからの回折光を用いて検出する方法、予め記録されたトラッキング誤差検出用の信号を用いて検出する方法のいずれを用いても良い。

さらに、第３の実施形態（図５）、第４の実施形態（図９）では、補正信号生成手段５、前置補償手段６、加算手段１８及び安定化補償手段１９をそれぞれ個別のブロックとして示したが、これらは高速のＣＰＵまたはデジタル・シグナル・プロセッサなどの演算ユニットとメモリの組み合わせで実現できることはもちろんである。

また、安定化補償手段１９の出力をＤ／Ａ変換器（ＤＡＣ）２０によってアナログ信号に変換しトラッキングアクチュエータ３を駆動する構成としているが、安定化補償手段１９の出力をパルス幅変調手段（ＰＷＭ）に入力し、その出力パルスによってトラッキングアクチュエータ３を駆動しても全く同様な動作を実現できる。

また、第１〜第９の各実施形態において使用する安定化補償手段２あるいは安定化補償手段１９は、ロバスト安定化補償器を使用できることはもちろんのこと、一般に広く使われている位相進み遅れ補償型の補償器、ＰＩ型の補償器あるいはＰＩＤ型の補償器でも良いことは当然である。

さらに、第１〜第９の各実施形態において使用するトラッキングアクチュエータ３は、図６に示した第１次の共振モードを持つムービングコイル型のアクチュエータの他に、例えば第２次、第３次など高次の共振モードを持つムービングコイル型のアクチュエータも使用できるのはもちろんである。また、ムービングコイル型以外にも、例えば圧電型、リニアモータ型、スイングアーム型、あるいはこれら複数のものを組み合わせた複合型のアクチュエータでも良いことは当然である。これらのいずれの形式のトラッキングアクチュエータを用いたトラッキング制御装置に対しても同様に本発明を実施できることはいうまでもない。

そして、上記各実施形態は、光ディスク記録装置のみならず、光ディスク再生装置、光ディスク記録再生装置及び光テープ記録装置のトラッキング制御系にも適用可能である。また、フォーカス制御装置にも同様の構成で適用可能である。

その場合、トラッキング誤差検出手段、トラッキングアクチュエータに代えて、それぞれフォーカス誤差検出手段、フォーカスアクチュエータを用いる。

本発明の第１の実施形態に係るフィードバック制御装置としてのトラッキング制御装置の原理構成ブロック図である。 光ディスクの回転数に対するトラッキング制御装置の追従誤差特性の比較図である。 本発明の第２の実施形態に係るアナログ制御によるトラッキング制御装置の構成ブロック図である。 本発明の第２の実施形態のトラッキング制御装置の基本動作のフローチャートである。 本発明の第３の実施形態に係るデジタル制御によるトラッキング制御装置の構成ブロック図である。 第１次の共振モードを持つムービングコイル型トラッキングアクチュエータの回路モデル／運動モデルを示す図である。 記憶手段に記憶された補正信号のデータとサンプリングクロックとの関係模式図である。 本発明の第３の実施形態のトラッキング制御装置の基本動作フローチャートである。 本発明の第４の実施形態に係るデジタル制御によるトラッキング制御装置の構成ブロック図である。 本発明の第５の実施形態に係るデジタル制御によるトラッキング制御装置で用いる記憶手段の構成図である。 本発明の第６の実施形態に係るデジタル制御によるトラッキング制御装置で用いる記憶手段の構成図である。 本発明の第７の実施形態に係るデジタル制御によるトラッキング制御装置で用いる記憶手段の構成図である。 本発明の第８の実施形態に係るデジタル制御によるトラッキング制御装置で用いる記憶手段の構成図である。 本発明の第８の実施形態のトラッキング制御装置の基本動作フローチャートである。 光ヘッド位置情報及び光ディスク回転角度情報を検出する方法を説明する図である。 本発明の第９の実施形態に係るデジタル制御によるトラッキング制御装置で用いる光ディスクの概念図である。 従来の一般的に用いられているトラッキング制御装置の構成ブロック図である。 繰り返しトラッキング制御により追従性能を改善する従来のトラッキング制御装置の構成ブロック図である。

符号の説明

１ トラッキング誤差検出手段
２ 安定化補償手段
３ トラッキングアクチュ工一夕
５ 補正信号生成手段
６ 前置補償手段
７ 加算手段
１０ 遅延手段
１１ 補償手段
１５ Ａ／Ｄ変換器（ＡＤＣ）
１６ 記憶手段
１７ 補償手段
１８ 加算手段
１９ 安定化補償手段
２０ Ｄ／Ａ変換器（ＤＡＣ）
２５ 第１の演算手段
２６ 第２の演算手段
２７ 加算手段
２９ 補償手段
３０ 遅延手段
３１ 減算手段
３９ 乗算手段
４０ メモリ素子
４１ 加算手段
４３ 演算素子
４４ データバス
４５ アドレスバス
４６ メモリ
４７ 演算素子
４８ メモリ ５０ 光ディスク
５１ スピンドルモータ
５２ 回転角度検出手段
５３ 光ヘッド
５４ 光スポット
５５ 光ヘッド移動機構
５６ 位置検出手段
５７ アドレス復号手段
５８ クロック再生手段
５９ 光ヘッド位置情報検出手段
６０ 光ディスク回転角度検出手段
７０ 可動部
７２ 遅延手段

Claims (10)

1. 光ディスク上のトラック位置と光ヘッドから出射される光スポット位置との差に対応したトラッキング誤差信号を生成するトラッキング誤差信号生成手段と、
   前記光ディスクの少なくとも１周分の回転周期前の前記トラッキング誤差信号に基づき補正信号を生成する補正信号生成手段と、
   生成された補正信号の振幅及び位相の補償を行った補償信号を生成する前置補償手段と、
   前記トラッキング誤差信号と前記補償信号とを加算した駆動信号を生成する加算手段と、
   生成された駆動信号に基づき前記光スポットに前記光ディスク上の目的のトラックを走査させる制御手段と、
   を備えることを特徴とするトラッキング制御装置。
2. 請求項１に記載のトラッキング制御装置において、
   前記補正信号生成手段は、前記トラッキング誤差信号を前記光ディスクの１周分の回転周期に相当する時間遅延させて前記補正信号を出力し、かつ、
   前記前置補償手段は、当該フィードバック制御系の入力に対する出力の閉ループ伝達関数の逆数の伝達関数でもって前記補正信号の振幅及び位相の補償を行う、
   ことを特徴とするトラッキング制御装置。
3. 請求項１に記載のトラッキング制御装置において、
   前記補正信号生成手段は、前記トラッキング誤差信号を前記光ディスクの少なくとも１周分の回転周期に相当する時間に渡って記憶手段に記憶するとともに、その記憶した信号から１回転周期前のトラッキング誤差信号を演算して補正信号を出力し、かつ、
   前記前置補償手段は、所定のパルス伝達関数でもって前記補正信号の振幅及び位相の補償を行った補償信号を生成する、
   ことを特徴とするトラッキング制御装置。
4. 請求項１に記載のトラッキング制御装置において、
   前記補正信号生成手段は、光ディスクの複数回の回転周期に相当する時間のトラッキング誤差信号を記憶手段に記憶するとともに、記憶された信号について統計的手法を適用し、１回転周期前のトラッキング誤差信号に相当する信号を抽出する演算処理を行い補正信号を出力し、かつ、
   前記前置補償手段は、所定のパルス伝達関数でもって前記補正信号の振幅及び位相の補償を行った補償信号を生成する、
   ことを特徴とするトラッキング制御装置。
5. 請求項１に記載のトラッキング制御装置において、
   前記補正信号生成手段は、前記光ヘッドが光ディスク上のトラックに追従している状態での光ヘッドの位置情報及び光ディスクの回転角度情報をトラッキング誤差信号もしくはトラッキング誤差信号に対して演算処理を行った結果得られた信号と共に記憶し、少なくとも光ディスクの１周分の回転周期に対応する時間を経た後、記憶されていた光ヘッドの位置情報と光ディスクの回転角度情報が、いずれも光ヘッドが光ディスク上を走査している現在の時点におけるこれら２つの情報と一致する時、既に記憶されていたトラッキング誤差信号を、もしくはトラッキング誤差信号に対して演算処理を行った結果得られた信号を補正信号として出力し、かつ、
   前記前置補償手段は、所定のパルス伝達関数でもって前記補正信号の振幅及び位相の補償を行った補償信号を生成する、
   ことを特徴とするトラッキング制御装置。
6. 請求項５に記載のトラッキング制御装置において、
   前記補正信号生成手段は、光ヘッドの位置情報を光ディスクの半径に応じて複数の領域に分け、光ヘッドが光ディスク上のトラックに追従している際の光ヘッドの位置が属する領域の情報及びその時点での光ディスクの回転角度情報を光ディスクの１回転周期に相当する時間のトラッキング誤差信号もしくはトラッキング誤差信号に対して演算処理を行った結果得られた信号と共に記憶手段に記憶しておき、光ヘッドが走査を行っている現在の時点において、光ヘッドの位置が前記分割されたいずれの領域に属するかを判断し、その領域における光ディスクの回転角度情報に対応するトラッキング誤差信号を、もしくはトラッキング誤差信号に対して演算処理を行った結果得られた信号を記憶手段から補正信号として読み出す、
   ことを特徴とするトラッキング制御装置。
7. 請求項３乃至請求項６のいずれか１項に記載のトラッキング制御装置において、
   前記前置補償手段が持つ所定のパルス伝達関数は、当該フィードバック制御系の入力に対する出力の閉ループのパルス伝達関数が安定な零点を持つ場合、前記閉ループのパルス伝達関数の逆数のパルス伝達関数である、
   ことを特徴とするトラッキング制御装置。
8. 請求項３乃至請求項６のいずれか１項に記載のトラッキング制御装置において、
   前記前置補償手段が持つ所定のパルス伝達関数は、当該フィードバック制御系の入力に対する出力の閉ループのパルス伝達関数が不安定な零点あるいは安定限界の零点を持つ場合、前記閉ループのパルス伝達関数の極及び安定な零点のみを相殺し、前記前置補償手段の直流ゲインを前記閉ループの直流ゲインの逆数に一致させたパルス伝達関数である、
   ことを特徴とするトラッキング制御装置。
9. 請求項３乃至請求項６のいずれか１項に記載のトラッキング制御装置において、
   前記前置補償手段が持つ所定のパルス伝達関数は、当該フィードバック制御系の入力に対する出力の閉ループのパルス伝達関数が不安定な零点あるいは安定限界の零点を持つ場合、前記閉ループのパルス伝達関数の極及び安定な零点を相殺し、さらに前記閉ループのパルス伝達関数との積がすべての周波数において位相差を零とし、前記前置補償手段の直流ゲインを前記閉ループの直流ゲインの逆数に一致させたパルス伝達関数である、
   ことを特徴とするトラッキング制御装置。
10. 請求項３乃至請求項９のいずれか１項に記載のトラッキング制御装置において、
    前記記憶手段に記憶される信号は、光ディスクの回転に従って逐次更新される、
    ことを特徴とするトラッキング制御装置。

Images