JP2011034649A - トラッキング制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】トラッキング制御装置1は、信号et fb(k)を遅延させるメモリ32と、高調波抑制信号を生成する高調波抑制部40と、LPF33を通過した補償信号et fb(k−N+n)と高調波抑制信号とを加算した信号を用いるトラッキング補正信号生成手段35および前置補償手段36とを備え、高調波抑制部40は、信号et fb(k)の3次高調波成分et fb 3(k)を抽出するBPF41と、BPF41で抽出された3次高調波成分et fb 3(k)を遅延させるメモリ42と、LPF33を通過した補償信号et fb(k−N+n)の3次高調波成分を抽出するBPF43と、メモリ42で生成した3次高調波補償信号et fb 3(k−M+m)から、BPF43で抽出された3次高調波成分を減算することで高調波抑制信号を生成する減算手段44とを備える。
【選択図】図1
Description
また、媒体の記憶容量(データ量)が増加することで、光ディスク装置のディスク回転数もさらに高速化されることが要求されている。しかし、ディスク回転数が増加すると、ディスク偏心による周期外乱の周波数が増加し、トラッキングがより困難となる。そのため、周期性外乱に対してさらなる強さを有したロバスト制御系の開発が望まれている。
本発明は、以上のように、それぞれの請求項に記載の発明によって、それぞれが優れた効果を奏すると共に、本発明によって、高精度なトラッキング動作を実現し、安定な光ディスクの記録再生動作を実現することができる。
(第1実施形態)
トラッキング制御装置1は、目標値である光ディスク上のトラック位置指令と、光ヘッドから出射されるレーザ光(光ビーム)が照射されたトラック位置(光スポット位置)との誤差を示すトラッキング誤差信号に基づいて光スポット位置の補正を行うフィードバック制御系と、フィードフォワード制御とを用いて、トラック位置(光スポット位置)を制御するものである。
トラッキング制御装置1は、光ディスクの定常動作回転数(ディスク回転数Rという)と、光ディスク装置の制御クロック信号の動作サンプリング周波数(制御サンプリング周波数)fsとに基づいてトラッキング誤差補償信号生成手段32のメモリ数を設定して、光スポット位置補正手段25の動作を制御する。
また、トラッキング制御装置1は、フィードフォワード制御系として、加算手段31と、トラッキング誤差補償信号生成手段(メモリ)32と、制御系安定化手段(LPF)33と、加算手段34と、トラッキング補正信号生成手段35と、前置補償手段36と、高調波抑制部40とを備えている。
トラッキング誤差信号生成手段21は、ディスクの偏心や振動等による周期的外乱として、トラック位置指令yref(k)とトラック位置y(k)(光スポット位置)との誤差を示すトラッキング誤差信号e1(k)を生成する。なお、図1では、トラッキング誤差信号生成手段21で生成されたトラッキング誤差信号を変換するA/D変換手段の図示を省略した。ここで、kは、あるサンプリング時刻を示す。
フィードフォワード制御系は、例えば、DSPなどの電子集積回路や電子回路などによる電子デバイスによる構成、または、これら回路に実装可能なソフトウェア(プログラム)により実装される。
次に、本発明のトラッキング制御装置の特徴部である高調波抑制部40について説明する。従来のZPET−FF制御系(図15のトラッキング制御装置300)では、LPFと制御器での遅れを考慮してメモリ342(トラッキング誤差補償信号生成手段32に相当する)での進め量nを決定していた。この進め量nは、メモリ342への入力信号に対して、あくまでもその基本波(基本波成分)に対する進め量である。また、前記した式(1)は、偏心を抑圧するための基本波の周波数に合わせたメモリサイズで設定してあることを表している。そこで、本発明では、トラッキング制御装置1に、基本波より高周波域にある高調波成分を考慮して高調波抑制部40を設けた。第1実施形態では、従来のZPET−FF制御系(図15のトラッキング制御装置300)を用いた際にもっとも影響の残る3次高調波を抑圧するように高調波抑制部40を設計した。
このメモリ42は、帯域通過フィルタ41を通過した信号et fb 3(k)を遅延させることで、3次高調波補償信号et fb 3(k−M+m)を生成する。ここで、Mは、3次高調波成分の1周期分のサンプル数(基本波の1周期分のサンプル数Nの1/3)を示し、mは3次高調波成分の進め量を示している。
図1のトラッキング制御装置1の全体処理の流れについて基本動作(図2)と、主として高調波抑制部40による並列動作(図3)とに分けて、適宜図1を参照しつつ説明する。
<基本動作>
図2に示すように、トラッキング制御装置1は、トラッキング補正信号生成手段35によって、トラッキング誤差信号e1(k)の予測値としてトラッキング補正信号を生成する(ステップS1)。そして、トラッキング制御装置1は、加算手段31によって、走査中のトラックに対するトラッキング誤差信号e1(k)と、トラッキング補正信号とを加算し、加算により生成した第2加算信号et fb(k)をトラッキング誤差補償信号生成手段32(メモリ)に入力する(ステップS2)。
図3に示すように、トラッキング制御装置1は、トラッキング補正信号生成手段35によって、トラッキング誤差信号e1(k)の予測値としてトラッキング補正信号を生成する(ステップS11)。そして、トラッキング制御装置1は、加算手段31によって、走査中のトラックに対するトラッキング誤差信号e1(k)と、トラッキング補正信号とを加算し、加算により生成した第2加算信号を帯域通過フィルタ41(第1帯域通過フィルタ)に入力する(ステップS12)。そして、トラッキング制御装置1は、帯域通過フィルタ41(第1帯域通過フィルタ)によって、第2加算信号のうち3次高調波成分の信号を通過させることで、第2加算信号の3次高調波成分を抽出し(ステップS13)、抽出した3次高調波成分の信号をメモリ42(第2メモリ)に入力する(ステップS14)。
次に、トラッキング誤差補償信号生成手段32(メモリ32)やメモリ(第2メモリ、3次高調波補償信号生成手段)42の具体例について図4(a)〜図4(c)および図5を参照(適宜図1参照)して説明する。ここでは、一例として、制御サンプリング周波数fsを100[kHz]、ディスク回転数Rを8000[rpm]とする。この場合、前記した式(1)によれば、ディスクの1回転周期に対応したサンプリング個数のメモリ長は、Drot=N=750[個]である。これが、メモリ32の使用メモリ個数(第1メモリ数)となる。また、記憶手段での進め量nを2とすれば、メモリ量は748となる。また、メモリ42に関しては、例えば、M=750/3=250[個]が、メモリ42の使用メモリ個数(第2メモリ数)となる。また、記憶手段での進め量mを2とすれば、メモリ量は248となる。メモリ32とメモリ42とは、使用メモリ個数が異なる以外は同様なので、ここでは、メモリ32で具体例を説明する。
図6に示す第2実施形態に係るトラッキング制御装置1Aは、補正メモリ量演算手段60をさらに備えている。また、高調波抑制部40Aは、メモリ42が補正メモリ量演算手段60から指令信号を受ける構成である点が相違している。
トラッキング誤差補償信号生成手段(メモリ)32およびメモリ42は、それぞれメモリ長変更指令により、記憶手段の使用メモリ個数を変更可能に構成されている。これは、例えば、ディスク回転数を光ディスク装置のように線速度一定に回転制御しつつ、逐次、周波数に相当する回転数R[rpm]が変化する場合でもその回転数に応じ、メモリ長が変化できる構成である。具体的構成については後記する。
図8に示す第3実施形態に係るトラッキング制御装置1Bは、高調波抑制部40Bの構成が異なり、これに伴って加算手段37をさらに備えている。
高調波抑制部40Bは、図1に示した高調波抑制部40の構成に加えて、周期外乱の4次高調波成分を抑圧するために、帯域通過フィルタ(第1帯域通過フィルタ)45と、メモリ(4次高調波補償信号生成手段)46と、帯域通過フィルタ(第1帯域通過フィルタ)47と、減算手段48とをさらに備えている。
つまり、高調波抑制部40Bは、周期外乱のうち基本波成分と共に抑制しようとする3次高調波成分と4次高調波成分に対応して、第1帯域通過フィルタと、メモリ(n次高調波補償信号生成手段)と、第2帯域通過フィルタと、減算手段との組み合わせを、2つ並列に備えている。
ここで、加算手段34の出力信号は、制御系安定化手段33(LPF)を通過したトラッキング誤差補償信号et fb(k−N+n)と、3次高調波成分に対応した高調波抑制信号との和である。つまり、加算手段37は、高調波抑制部40Bから並列に入力する信号である、3次高調波成分に対応した高調波抑制信号と、4次高調波成分に対応した高調波抑制信号とを加算する。したがって、図8に示す高調波抑制部40Bでは、加算手段34と加算手段37とを合わせたものが特許請求の範囲に記載の第3加算手段に相当し、加算手段37で加算された信号が第3加算信号となる。
<実験方法>
本発明の第1実施形態に係るトラッキング制御装置を用いた場合(実施例)と、従来のZPET−FF制御系を用いた場合(比較例)とについて、周期的外乱の第3次高調波を抑圧するように設計して、残留トラッキングエラー値を測定し、その周波数解析結果を求めた。
制御サンプリング周波数fsは125[kHz]とした。また、ディスク回転数Rは8000[rpm](=133.33[Hz])に固定した。このディスク回転数Rの場合、メモリ32のメモリ数は750[個]とした。メモリ42のメモリ数は250[個]とした。なお、メモリ32のメモリ量は748、メモリ42のメモリ量は248とした。
また、基本波成分の周波数は133.33[Hz]なので、3次高調波の周波数は、その3倍の400[Hz]となる。よって、各BPFの中心周波数を400[Hz]とした。また、各BPFの帯減幅を80[Hz]とした。これは、クオリティファクタQ=5に対応している。なお、制御系安定化手段(LPF)33のカットオフ周波数fcの値は、1.6[kHz]とした。
≪残留トラッキングエラー値の測定結果≫
実施例として、本発明のトラッキング制御装置を用いた場合の残留トラッキングエラー値の測定結果を図9に示す。図9(a)が残留トラッキングエラー値の時間変化、図9(b)が対応するトルク電流指令の時間変化をそれぞれ示している。図9において、横軸は時間を表しており、1目盛りは200[msec]である。図9(a)の縦軸は、残留トラッキングエラー値であり、トラッキングエラー信号e1(t)の信号電圧値から換算された長さ[nm]を示している。図9(b)の縦軸は、トルク電流指令Icmd(k)の電流値[A]を示している。図9(a)に示すように、実施例では、残留トラッキングエラー値の最大振幅は、±43.47[nm]であった。また、その統計量である3σは、34.73[nm]であった。つまり、残留トラッキングエラー値の99%以上は、34.73[nm]の範囲にあった。
これにより、図9(実施例)と図10(比較例)とを比較すると、実施例は比較例と比べて、残留トラッキングエラー値がおよそ22%減少したことが分かる。
実施例の周波数解析結果を図11に示す。図11において、横軸は周波数[Hz]を示し、縦軸は残留トラッキングエラー値の長さ[nm]を示している。同様に、比較例の周波数解析結果を図12に示す。
比較例では、図12に示すように、基本波f(n=1)=133.33[Hz]の場合に振幅は1[nm]程度であって、周期外乱の基本波成分は抑圧されていることが分かる。ところが、比較例では、3次高調波f(n=3)=400[Hz]の場合に振幅は13[nm]程度であって、周期外乱の3次高調波成分は充分には抑圧されていないことが分かる。
21 トラッキング誤差信号生成手段
22 加算手段(第1加算手段)
23 フィードバック制御手段
24 減算手段
25 光スポット位置補正手段
31 加算手段(第2加算手段)
32 トラッキング誤差補償信号生成手段(メモリ)
33 制御系安定化手段(LPF)
34 加算手段(第3加算手段)
35 トラッキング補正信号生成手段
36 前置補償手段
37 加算手段
40,40A,40B 高調波抑制部(高調波抑制手段)
41,45 帯域通過フィルタ(第1帯域通過フィルタ)
42 メモリ(3次高調波補償信号生成手段)
46 メモリ(4次高調波補償信号生成手段)
43,47 帯域通過フィルタ(第2帯域通過フィルタ)
44,48 減算手段
50,51,52 記憶手段
57 メモリ素子
60 補正メモリ量演算手段
611〜61L 第1小遅延手段〜第L小遅延手段
621〜62L 第1切換手段〜第L切換手段
63 信号送出手段
Claims (3)
- ディスク上のトラック目標値としてのトラック位置指令と光ヘッドから前記ディスクに照射される光ビームの光スポット位置との誤差を示すトラッキング誤差信号に基づいて前記光スポット位置の補正を行うフィードバック制御系と、前置補償信号を生成して前記フィードバック制御系に出力するフィードフォワード制御系とを用いて、前記光スポット位置を制御するトラッキング制御装置であって、
前記フィードバック制御系は、
前記トラッキング誤差信号と前記前置補償信号とを加算して第1加算信号を生成する第1加算手段と、
前記第1加算信号から前記トラック位置指令に追従させるトルク電流指令を生成するフィードバック制御手段と、
前記トルク電流指令によりトラッキング制御を行う光スポット位置補正手段とを備え、
前記フィードフォワード制御系は、
前記トラッキング誤差信号と、トラッキング補正信号とを加算して第2加算信号を生成する第2加算手段と、
第1メモリ数の記憶手段を備え前記第2加算信号を遅延させることでトラッキング誤差補償信号を生成するトラッキング誤差補償信号生成手段と、
前記トラッキング誤差補償信号生成手段で生成したトラッキング誤差補償信号のうち、予め定められた高域ノイズの周波数以下の低周波数成分の信号を通過させる制御系安定化手段と、
2次以上の少なくとも1つの高調波として第n次高調波を抑制する高調波抑制信号を生成する高調波抑制手段と、
前記制御系安定化手段を通過したトラッキング誤差補償信号と、前記高調波抑制信号とを加算して第3加算信号を生成する第3加算手段と、
前記第3加算信号から第1伝達関数により前記トラッキング補正信号を生成するトラッキング補正信号生成手段と、
前記第3加算信号から第2伝達関数により前記前置補償信号を生成する前置補償手段とを備え、
前記高調波抑制手段は、
前記第2加算信号のうち第n次高調波成分の信号を通過させる第1帯域通過フィルタと、
前記第1メモリ数より少ない第2メモリ数の記憶手段を備え前記第1帯域通過フィルタを通過した第n次高調波成分の信号を遅延させることで第n次高調波補償信号を生成するn次高調波補償信号生成手段と、
前記制御系安定化手段を通過したトラッキング誤差補償信号のうちn次高調波成分の信号を通過させる第2帯域通過フィルタと、
前記n次高調波補償信号生成手段で生成した第n次高調波補償信号から、前記第2帯域通過フィルタを通過したn次高調波成分の信号を減算することで前記高調波抑制信号を生成する減算手段とを備える、
ことを特徴とするトラッキング制御装置。 - 前記トラッキング誤差補償信号生成手段および前記n次高調波補償信号生成手段は、それぞれメモリ長変更指令により、記憶手段のメモリ数を変更可能に構成されており、
前記ディスクの動作回転数が変化するときに、予め定められた制御サンプリング周波数と、変化後の前記ディスクの動作回転数とに基づいて対応する第1メモリ数および第2メモリ数をそれぞれ算出し、それぞれの算出結果を前記メモリ長変更指令として前記トラッキング誤差補償信号生成手段および前記n次高調波補償信号生成手段にそれぞれ出力する補正メモリ量演算手段をさらに備える、
ことを特徴とする請求項1に記載のトラッキング制御装置。 - 前記高調波抑制手段は、
抑制しようとする予め定められた個数の複数の高調波に対応して、前記第1帯域通過フィルタと、前記n次高調波補償信号生成手段と、前記第2帯域通過フィルタと、前記減算手段との組み合わせを、前記制御系安定化手段と前記第3加算手段との間に、前記抑制しようとする高調波の個数と同じ個数だけ並列に備え、
前記第3加算手段は、前記制御系安定化手段を通過したトラッキング誤差補償信号と、前記複数の高調波に対応して並列に入力する高調波抑制信号とを加算して前記第3加算信号を生成する、
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のトラッキング制御装置。
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