JP2508459B2 - 回転記録媒体に対するサ―ボ装置 - Google Patents

回転記録媒体に対するサ―ボ装置

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、回転記録媒体に対するサーボ装置にかか
わり、特に、光ディスクの情報を読み出す光学ピックア
ップに好適なサーボ装置に関するものである。
〔発明の概要〕
この発明は、例えば光ディスク等の回転記録媒体に記
録されている情報を読み出すときに必要とされるトラッ
キングサーボ装置、スピンドルサーボ装置またはフォー
カスサーボ装置等に対して、そのフィードバックサーボ
ループ内に少なくとも回転記録媒体の偏心誤差またはデ
ィスクの上下動等に対応する誤差信号の基本波周波数及
びその高次の周波数に対してピーク利得を有するトラン
スバーサルフィルタを設けるとともに、定常状態への引
き込みを行うために過渡特性改善手段を設けたものであ
る。
そのため、偏心による誤差信号に対して定常偏差を少
なくすることができ、かつ、サーボ装置を省電力化させ
ることができるとともに、過渡状態から定常状態に引き
込む際もサーボ装置を安定に応答させることができるよ
うになる。
〔従来の技術〕
回転記録媒体としては、磁気ディスク、または光ディ
スク等が実用化されているが、特に、光ディスクの場合
は、記録面密度が非常に高く設計されており、かかる記
録情報を読み出す光学ピックアップとしては、高い応答
性をもち、かつ、定常偏差の小さいサーボ装置が必要と
される。
そのため、従来の光ディスクに対するサーボ装置は高
いループゲインと安定性を得ることを中心として設計さ
れ、例えば、光ビームを光ディスクの記録トラックに対
して照射するためのアクチュエータ(2軸機構)の応答
性を改善するとともに、アクチュエータの2次特性の位
相廻りによる安定化を補償するために、複雑な位相補償
回路を使用して一巡伝達関数のゲインが零となる周波数
をなるべく高い周波数にまで拡大し、いわゆるサーボ帯
域を広くすることによって、結果的に低域におけるルー
プ利得を高くするように設計している。
すなわち、第4図に示すようにピックアップのトラッ
キングサーボ装置の場合は、サーボ装置の一巡伝達利得
Gを曲線Bに示すように、従来の特性Aより高くするこ
とによって定常偏差を圧縮し、かつ、そのサーボ帯域を
高域まで広げることによって応答性の改善をはかってい
る。
しかし、一般的に特性Bに示すようにサーボ帯域の高
域限界を高くし、かつ、全体のループ利得を高くするこ
とは安定性を損なう要因となり、そのため、この高くな
った領域の位相廻りを補償するための補償回路が複雑に
なるとともに、サーボ信号と無関係な高い周波数成分の
信号等がサーボ装置内に漏れ込み、無駄な熱損失を発生
してアクチュエータの温度上昇と、電源の電力損失を誘
発するという問題があった。
すなわち、従来のこのような設計手法によって構築さ
れたサーボ装置は、高い領域までサーボ帯域が伸びてい
るので、光ディスクの場合は、その再生時に記録されて
いるRF信号成分がサーボ帯域に漏れるという問題がある
と同時に、不要なノイズがアクチュエータに注入され、
電力消費が増大する。
また、サーボ装置の応答性をよくするためには、サー
ボ帯域を拡げることが要求されるが、帯域を広げるため
に、ループゲインを高くすることは安定性を確保する点
で制限され、結果的に定常偏差を圧縮することが困難に
なっている。
そこで、本出願人は先に回転記録媒体の偏心等によっ
て発生する周期的なトラッキングエラー信号、またはフ
ォーカスエラー信号に対してループ利得を向上させるよ
うなサーボ回路を設けることを提案した(特願昭60-248
707号)。
すなわち、上述の回転記録媒体に対するサーボ方式の
発明は、回転記録媒体の偏心基本波成分に追従する高い
応答性を示すモデル(共振回路)をフィードバックサー
ボループ内に設け、偏心基本波成分を目標値として、そ
の一巡フィードバックループのゲインを高くしたもので
ある。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら、回転記録媒体の記録トラックは微視的
な観察を行うと真円に対してかなりデコボコしたトラッ
クが形成されており、基本偏心周波数成分に対して多く
の高調波成分がトラッキングエラー信号として出力され
ている。
また、ディスクの上下動偏位も、ディスク厚みむらに
よる高次の偏位成分が含まれている。
したがって、単純な基本正弦波周波数を目標値とする
モデルをフィードバック回路内に含ませても、記録媒体
の回転数がさらに高くなると、光学ヘッドの応答性が低
下すると共に、依然として定常偏差が特に高域側で残る
という問題がある。
また、アクセスモードから定常状態に戻るときは共振
回路の存在によって引き込み動作が妨害され、安定なロ
ック状態を得ることが困難になるという問題があった。
この発明は、かかる問題点を解消するためになされた
もので、偏心基本成分を含む高次の制御目標値に対して
も応答することができるような回転記録媒体に対するサ
ーボ装置を提供するものである。そして、さらに定常状
態への引き込みも容易となるようにしたものである。
〔問題点を解決するための手段〕
この発明のサーボ装置には、偏心基本波成分を含む高
次の制御目標値に対応するモデルとして例えばトランス
バーサルフィルタがフィードバック制御回路内に含まれ
るようなサーボ回路を採用し、かつ、定常状態に引き込
むための過渡特性改善手段を設けたものである。
〔作用〕
回転記録媒体が光学ディスクであり、サーボ装置の対
象がトラッキングアクチュエータである場合は、制御目
標値は光ディスクの回転周期の関数で表わされることに
なるから、この回転周期の関数の変化に追従して変化す
るような高利得の伝達特性を持った制御要素としてトラ
ンスバーサルフィルタをサーボループ回路内に設けるこ
とによって定常偏差をきわめて小さい値に圧縮すること
ができる。
また、定常サーボ状態への引き込み、過渡特性改善手
段によって前記トランスバーサルフィルタの応答信号が
偏心成分と一致するように制御されたとき行われるた
め、正常なサーボロック状態が容易に達成される。
〔実施例〕
目標値に定常偏差なく応答できるサーボシステムを構
成するための条件としては、目標値の関数のモデルが制
御系のループ内に含まれていることが必要な条件とされ
ている。
「例えば、The Internal model principle for linea
r Multivaliable Regulators・Applied Mathematics&
optimization・Vo12・No2,1975,Springer-verlag」 ところで、光ディスクを記録媒体とするときのトラッ
キングサーボでは、渦巻状に形成されている記録トラッ
クを追跡するための主要な目標値Xreffは、光ディスク
の偏心の基本波成分が大部分を占めており、さらに、光
学ピックアップを光ディスクの半径方向に送るための直
流成分も含まれることになる。また、回転記録媒体であ
る光ディスクのときは、その製造工程におけるトラック
の歪,厚みむら等がエラー信号として検出されるから、
これらを含めると、光ディスクの回転角速度をωとした
ときに、目標値Xreffは Xreff=Bt+A1Sinωt+A2Sin(2ω+φ2)t A3Sin(3ω+φ3)t+・・AnSin(nω+φn)t……
……(1) として表わすことができる。
通常の光ディスクプレーヤの場合は、第(1)式のBt
成分は光学ピックアップの送りモータに受け持たせるこ
とができるので、アクチュエータに対しては を主要な目標値とすることができる。(但し、i=1,2,
3・・・・n) 第1図は、かかる条件に基づいて構成した本発明のサ
ーボ装置の一例を示すブロック図で、A1は目標値Xreff
とアクチュエータの伝達要素Gaの変位の差からエラー信
号を形成する合成回路、一点鎖線で囲ったGcは前記合成
回路A1から出力されるエラー信号のうち、特に偏心成分
に応答する伝達要素を示し、図示したようにディスクの
回転数FGによって遅延量が設定される複数個の遅延素子
DL1,DL2・・・・DLnと係数器K0,K1,K2,・・・・Kn,及
び加算器Σによって構成されている。そして、各遅延素
子DLの遅延量τ1,τ2・・・・τn=τはディスクの回
転周波数fの周期1/fに追従して変化するように構成さ
れている。
したがって、伝達要素Gcの伝達特性は第2図に示すよ
うに、ω=2πfの整数倍でピーク利得を持つようなト
ランスバーサルフィルタを構成し、ディスクの偏心によ
る基本エラー信号の角周波数ω=2πfとしたとき、前
記第(2)式の制御目標値Xreffに対して高い利得で応
答する。
一点鎖線で囲ったPDの部分は前記伝達要素Gcの入・出
力信号の位相を検出する検出回路を示し、トランスバー
サルフィルタの入力信号波形と、出力信号の極性を反転
した波形を比較している比較回路C1,C2の出力の平均値V
dが、所定電圧V1以下となったときは、しきい値回路TH
の出力によって切換回路S1が実線位置に投入されるよう
にされている。
Gtsは例えば広い帯域で高利得の増幅が行われる過渡
特性改善回路を示し、その出力がアクチュエータの伝達
特性を示す伝達要素Gaに入力されたときは、サーボ回路
の一巡ループ利得が広い周波数帯域で高くなり、高域で
の位相廻りも改善されるような回路構成とされている。
点線で接続した伝達要素は定常状態で外乱等に応答す
る通常のサーボアンプを示す。
なお、その他に図示されていないが、アクチュエータ
の位相廻りを補償する補償回路、フィードバックループ
回路の全体の位相補償回路等が設けられている。
本発明のサーボ装置は上述したような回路構成によっ
て、例えばトラッキングサーボに適応するときは次のよ
うなサーボ動作が行われる。
定常サーボ動作時には、切換回路S1は偏心成分に対す
る伝達要素Gcの出力を選択し、前述した制御目標の大部
分を占める偏心誤差信号に対するサーボ回路が構築され
る。
この場合、偏心によって発生する誤差信号に高調波成
分が含まれていても、トランスバーサルフィルタで構成
されている伝達要素Gcはn次の偏心周波数まで高い利得
を有しており、かつ、ディスクの回転数が変化したとき
でも、その回転数に追従して共振ピーク点が移動する共
振回路とされるため、ディスクの高速回転によっても定
常偏差を充分に抑圧することができる。
また、サーボ帯域の上限は抑圧すべき偏心誤差信号の
必要とされる次数の周波数であり、偏心誤差周波数以外
のノイズ成分や,ディスクの再生信号から漏れ込むRF信
号等には応答しないから、無駄な電力損失がなく、アク
チュエータの発熱も小さくなる。
また、偏心以外の例えば外乱等による誤差信号は、従
来の低いサーボ帯域の伝達要素G0が応答することはいう
までもない。
ところで、ディスクの特定トラックをアクセスするた
めに、ピックアップをトラバースするとき過度サーボ状
態では、通常スイッチS2をオフに切り換え、サーボ回路
をオープンにした状態でピックアップをジャンプさせる
ことになり、ジャンプ先で再びスイッチS2をオンにして
サーボ回路を閉じるようにしている。
しかし、このアクセス直後のデトラックの状態でサー
ボ回路を閉じると、本発明のサーボ方式の場合は多数の
共振ピーク点を有する伝達要素Gcの過渡応答によってサ
ーボ回路が乱調に落ち込み、定常的なサーボ状態に引き
込むことが困難になる。
そこで、本発明の場合は、検出回路PDによって、この
ような過度サーボ状態期には、切換回路S1が点線位置と
なるように制御され、まず、過渡特性改善回路を形成し
ている伝達要素Gtsの出力がアクチュエータに供給され
るように制御する。
伝達要素Gtsは前述したように高い利得と広いサーボ
帯域を有しているため、誤差信号に対応して強制的にア
クチュエータを制御する状態になり、トラッキング状態
に引き込むように制御する。
すると、ディスクの回転周期で遅延量が制御されてい
る伝達要素Gcが偏心誤差信号に対してピーク出力を呈す
る回路状態に移行する。
このような回路状態は、伝達要素Gcの入力点と出力点
の信号を比較回路C1,C2によって比較し、その平均差信
号が規定の値(vd)より低下したときに検出される。
すなわち、強制的にトラッキングをとった直後の状態
では、各遅延素子DLの遅延時間が規定の回転周波数fに
対して1/f(ディスクの回転周波数)に制御されている
ときは、トラバース状態で出力されるトラバースエラー
信号が残っており、トラバースフイルタの入力信号波形
と、n回遅延した後に出力される出力信号の波形および
位相はかなり異なっている。
しかし、光ビームがトラックを追跡する定常サーボ状
態に近付くと、回転記録媒体の1回転後に出力されるト
ランスバーサルフィルタの信号波形は、その入力信号と
近似することになる。
すなわち、第3図に示すように時間t0で入力された信
号e1と、tn時間後の出力信号enの位相差がn/f時間後に
はほぼ一致する状態で検出され、この入出力信号波形の
極性を反転した信号を検波している検出回路PDの出力vd
は、しきい値電圧以下となる。
そしてこの時点で切換回路S1が実線の位置に切り替わ
り、この時点でフィードバックサーボループ内に挿入さ
れた伝達要素Gcの出力は偏心誤差信号を0にする方向に
働き、偏心誤差信号に対して定常偏差なく応答する定常
サーボ状態に戻すことができる。
この場合、強制的にトラッキング状態にする伝達要素
Gtsはサーボループから切り離されるため、その広いサ
ーボ帯域と高いゲインによって出力されるサーボコント
ロールに無関係なノイズ成分や,高周波信号(RF信号)
がアクチュエータに印加されなくなり、無駄な電力損失
と、発熱を阻止することができる。
なお、トラッキングサーボの場合について述べたが、
フォーカスサーボに採用したときも,例えばフォカスサ
ーチの後に同様な作用効果が得られる。
なお、各遅延素子DLは例えばシフトレジスタにみられ
るようなデジタル回路素子を利用してもよい。
〔発明の効果〕
以上説明したように、この発明のサーボ装置は回転記
録媒体に適用した場合、制御目標値の大部分を形成する
偏心基本波成分及びその高次の周波数成分に対してトラ
ンスバーサルフィルタによりきわめて高いループ利得を
与えることができるので、定常偏差がきわめて低いもの
にすることができる。また、サーボ装置の一巡伝達特性
のピーク値が回転記録媒体の回転周期に追従して変化す
るように構成されているので、高速回転としたときでも
ピーク値に対応する偏心成分に安定に応答することがで
きるとともに、外乱等に対する従来のサーボ回路の利得
及びサーボ帯域の上限を下げることができるので省電力
化とすることができる等の効果を奏するものである。
さらに、検出回路によってトランスバーサルフィルタ
と、過渡特性改善回路を切り換えることによって定常状
態への引き込みが容易となり、サーチ動作が円滑に行わ
れるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明のサーボシステムの基本的なブロック
線図、第2図はトランスバーサルフィルタの周波数特性
図、第3図はトランスバーサルフィルタの出力波形図、
第4図はサーボ装置におけるループゲインの説明図であ
る。 図中、Gc1は回転記録媒体の偏心成分に対して利得を高
くすることができる伝達要素(トランスバーサルフィル
タ)、G0は外乱等に対して主に応答する伝達要素、Ga
アクチュエータの伝達特性を示す伝達要素、Gtsは過渡
特性改善のための伝達要素、PDは検出回路、S1は切換回
路を示す。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】回転記録媒体に対するサーボループ回路内
    に、前記回転記録媒体の回転数に追従して遅延時間が変
    化する複数個の遅延素子によって構成されたトランスバ
    ーサルフィルタを設け、 上記トランスバーサルフィルタの伝達特性により前記回
    転記録媒体の偏心基本波成分,及びその高調波成分に対
    してサーボループの一巡利得が最大となるように設定す
    ると共に、上記トランスバーサルフィルタの出力がサー
    ボ装置の制御対象に供給されるように構成されているこ
    とを特徴とする回転記録媒体に対するサーボ装置。
  2. 【請求項2】回転記録媒体に対するサーボループ回路内
    に、前記回転記録媒体の回転数に追従して遅延時間が変
    化する複数個の遅延素子によって構成されているトラン
    スバーサルフィルタと、 前記トランスバーサルフィルタの入・出力信号を比較し
    てその差信号を検出する検出回路と、 高帯域で高利得の伝達特性を有する過渡特性改善回路と
    を設け、 前記検出回路は回転記録媒体が定常サーボ状態で回転し
    ているときは前記トランスバーサルフィルタの出力がア
    クチュエータに供給されるように切換え、前記回転記録
    媒体が過度サーボ状態のときは前記過渡特性改善回路の
    出力をアクチュエータに供給して、その後に定常回転サ
    ーボ状態に切換えることを特徴とする回転記録媒体に対
    するサーボ装置。
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