JP2708244B2 - 光ディスク装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［概要］ 光学ヘッドをディスク偏心に追従させる光ディスク装
置に関し、 サーボ帯域を越える速い周波数のディスク偏心に対し
ても確実に追従すること目的とし、 ディスク使用開始時に偏心情報を波形記憶し、ファイ
ン制御時には記憶された偏心情報を読出してポジショナ
サーボループに加えることでポジショナサーボ残差を小
さくするように構成する。

［産業上の利用分野］ 本発明は、ヘッド内蔵アクチュエータとVCMポジショ
ナのダブルサーボによりトラックキング制御を行う光デ
ィスク装置に関し、特にポジショナサーボによりヘッド
をディスク偏心に追従させる光ディスク装置に関する。

光ディスク装置はトラック間隔を数ミクロンオーダに
設定できるために大きな記憶容量が得られ、近年、計算
機システム等の大容量記憶装置として注目されている。

光学ヘッドに搭載されるアクチュエータとして二次元
揺動型がある。二次元揺動型アクチュエータは、アーム
の端部に対物レンズを装着し、トラッキング制御はアー
ムを中心軸回りに回動することで、トラックを横切る方
向にレンズ、即ちビームを移動し、一方、フォーカッシ
ング制御はアームを軸方向に駆動する。

二次元揺動型アクチュエータによるトラッキング制御
は、媒体戻り光から得られるトラッキングエラー信号に
基づいて行われる。同時に二次元揺動型アクチュエータ
の中立位置からのずれ量と方向を位置センサで検出し、
VCMポジショナによりアクチュエータが常に中立位置を
維持するように偏心に追従させるダブルサーボ制御を行
っている。

ところが、二次元揺動型アクチュエータは構造的なガ
タにより位置決め制御のサーボ帯域を非常に低く設定し
なければならず、一方、ポジショナのサーボ帯域がディ
スク回転数より十分大きくなければポジショナサーボで
偏心に追従できず、サーボ帯域が低くとも速い周波数の
大きな偏心に追従できるポジショナサーボ制御が望まれ
る。

［従来の技術］ 従来、光学ヘッドに搭載した二次元揺動型アクチュエ
ータのトラッキング制御とVCMポジショナの位置決め制
御とのダブルサーボによりファイン制御（オントラック
制御）を行う光ディスク装置が知られている。

即ち、ビームをアクセスされたトラックに追従させる
ファイン制御は、ディスク戻り光から求められたトラッ
キングエラー信号TESに基づいてトラックサーボ回路が
二次元揺動型アクチュエータを制御し、同時に、二次元
揺動型アクチュエータに設けた位置センサからの方向位
置信号LPOSに基づいてポジショナサーボ回路がVCMポジ
ショナを駆動し、主にVCMポジショナのサーボ制御によ
り光学ヘッドをディスク偏心に追従させている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、従来のポジショナのサーボ制御にあっ
ては、二次元揺動型アチクチュエータが対物レンズを軸
回り及び軸方向に駆動する構造であるために可動部の機
械的な軸ガタが大きく、アクチュエータの方向位置信号
LPOSをVCMポジショナのサーボ制御に使用するとき、サ
ーボ帯域を５〜10Hzというように非常に低く設定しなけ
ればならない。

ファイン制御時にポジショナでダブルサーボを行う理
由の１つは、光学ヘッドを媒体偏心に追従させることに
ある。これはアクチュエータのみのトラック制御では、
トラック偏心に追従させて対物レンズが中立位置から大
きく外れた状態では、ビームスポットの真円度が低下し
てリード／ライトができないからである。

しかし、ポジショナのサーボ帯域がディスク回転周波
数より十分に大きくないと、ポジショナによるダブルサ
ーボを行っても光学ヘッドは偏心に追従せず、偏心の大
きい媒体には使用できない。そこで、媒体の偏心管理を
厳しくすると共に、スピンドルモータへのディスクチャ
ッキング機構の高精度化等を図らなければならいない
が、コストが高くなってしまう問題があった。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされた
もので、サーボ帯域を越える大きな偏心に対しても確実
に追従できる光ディスク装置を提供することを目的とす
る。

［課題を解決するための手段］ 第１図は本発明の原理説明図である。

第１図において、低速回転される媒体10のトラックに
対し情報の記録再生を行う光ヘッド12が設けられ、光ヘ
ッド12には光ビームを媒体トラックを横切る方向に移動
させるトラックアクチュエータ14、例えば二次元揺動型
アクチュエータが搭載される。

更に光学ヘッド12はVCMポジショナ16により媒体10の
径方向に移動される。

光学ヘッド12に搭載されたトラックアクチュエータ14
は、トラックサーボ手段18により媒体反射ビームから得
られたトラッキングエラー信号TESが最小となるように
制御を受ける。

またVCMポジショナ16は、ポジショナサーボ手段20に
よりトラックアクチュエータ14の中立位置からのずれと
方向を示す方向位置信号LPOSが最小となるように制御を
受ける。

更に、ファイン制御時（オントラック制御時）には、
トラックサーボ手段18とポジショナサーボ手段20の両方
を作動状態としたダブルサーボによりビームを目標トラ
ックに追従させる。

このような光ディスク装置につき本発明のポジショナ
サーボ制御回路にあっては、媒体10の使用開始時に媒体
の偏心情報を記憶する波形記憶手段24を設け、ファイン
制御時には波形記憶手段24に記憶された偏心情報を読出
してポジショナサーボ手段20の出力に加算手段26により
加算するように構成したものである。

ここで制御手段22は、波形記憶手段24に偏心情報を記
憶する際には、トラックサーボ手段18を作動状態、加算
手段26を非作動状態とし、このとき光学ヘッド12のトラ
ックアクチュエータ14の位置方向信号LPOSを偏心情報と
して信号記憶する。

［作用］ このような構成を備えた本発明によれば、偏心への追
従を行なわせるポジショナサーボによるダブルサーボ側
の帯域がアクチュエータの機械的なガタに対応して非常
に低く設定されていても、記波形記憶された偏心情報を
使用したポジショナのオープンループ制御が加わること
でサーボ残差を小さくでき、偏心の大きい媒体であって
も使用できる。

［実施例］ 第２図は本発明の一実施例を示した実施例構成図であ
る。

第２図において、10は光媒体としての光ディスクであ
り、スピンドルモータ30の回転軸にキャッチングされ
て、例えば3600rpmの一定速度で回転されている。尚、
スピンドルモータ30はPLL制御等が行なわれ、ディスク
１回転を示すインデックス信号と基準回転を示す基準信
号との位相差に基づくPLL制御が行なわれている。この
ため、光ディスク10の１回転はインデックス信号により
知ることができる。

光ディスク10に対しては径方向に移動自在に光学ヘッ
ド12が設けられ、光学ヘッド12はボイスコイルモータを
使用したVCMポジショナ16により駆動される。

光学ヘッド12には、後の説明で明らかにされるヘッド
光学系、二次元揺動型アクチュエータ、ディスク戻り光
を検出する４分割受光器、アクチュエータの方向と位置
を検出する位置センサとしての２分割受光器が設けられ
ている。

18はトラックサーボ回路であり、トラッキングエラー
検出回路32と位相補償回路34で構成される。トラッキン
グエラー検出回路32は光学ヘッド12に設けられた戻り光
を受光する４分割受光器からの受光出力に基づいてトラ
ッキングエラー信号TESを検出する。位相補償回路34は
サーボ帯域の高域部分を持ち上げる進み位相補償を行な
う。トラックサーボ回路18の出力は制御スイッチ回路40
のスイッチSW2及び加算器32を介してパワーアンプ44に
与えられ、パワーアンプ44の出力は光学ヘッド12に設け
られた二次元揺動型アクチュエータのトラッキングコイ
ルを駆動する。

20はポジショナサーボ回路であり、方向位置信号検出
回路36と位相補償回路38で構成される。方向位置信号検
出回路36は光学ヘッド12に設けられたアクチュエータの
位置センサ、具体的には２分割受光器の出力からアクチ
ュエータの中立位置からのずれ量（レベル）と方向（極
性）を示す方向位置信号LPOSを検出する。位相補償回路
38はトラックサーボ回路18側と同様、サーボ帯域の高域
部分を持ち上げる進み位相補償を行なうが、サーボ帯域
が低いことによるDCゲインの低下を防ぐための積分補償
も行なう。ポジショナサーボ回路20の出力は制御スイッ
チ回路40のスイッチSW1、更に加算器26を介してパワー
アンプ46に与えられ、パワーアンプ46はVCMポジショナ1
6のボイスモータコイルを駆動する。

更に、28はレンズシーク制御回路であり、トラッキン
グエラー検出信号TESに基づいてビーム移動速度を検出
し、制御手段としてのMPU22より与えられる目標速度と
の速度誤差を検出し、この速度誤差を制御スイッチSW3
を介して加算点42からパワーアンプ44に与え、光学ヘッ
ド12に設けられたアクチュエータを速度制御（コアス制
御）するようにしている。

これに加えて本発明にあっては、波形記憶回路24が設
けられる。波形記憶回路24は光ディスク10の使用開始時
にディスク偏心情報を記憶する。具体的には、ディスク
使用時にMPU22はスイッチSW1をオフとすることでポジシ
ョナサーボ回路20を非作動とし、同時にスイッチSW2を
オンすることでトラックサーボ回路18を作動状態とし、
光ディスク10の適宜のトラックに対し光ヘッド12からの
ビームをトラッキングさせ、このとき方向位置信号検出
回路36から出力されるアクチュエータの方向位置信号LP
OSをディスクの偏心情報として記憶する。尚、波形記憶
時にスイッチSW3は当然オフにある。

波形記憶回路24に記憶された偏心情報は、その後のア
クセス時にMPU22がファイン制御、即ちスイッチSW1とSW
2をオンする二重サーボ制御を行なった際にディスク１
回転を示すインデックス信号に同期して読み出され、こ
のときスイッチSW4がオンすることから、フィルタ回路2
5を介して加算点26よりポジショナサーボ回路20からの
出力に加算する。

ここで、フィルタ回路25としては光ディスク10の回転
周波数でVCMポジショナ16の駆動電流に対する移動距離
の伝達関数の逆関数に近い特性をもつ回路が使用され、
この実施例にあっては、位相進み回路が用いられる。例
えば、ディスク回転数が1800rpmのときは30Hz付近で所
望の位相進み特性が得られるものでよい。具体的には、
入力信号の位相を180゜、即ち信号の極性を反転するハ
イパスフィルタが使用され、カットオフ周波数がディス
ク回転周期より充分遅いものを使用する。

第３図は本発明の光学ヘッドの一実施例を示した構成
図である。

第３図において、50は半導体レーザ、52は半導体レー
ザ50からの楕円状の拡散光を円形の平行ビームに変換す
るコリメータレンズ、54は２つのプリズムを組み合わ
せ、Ｐ偏光をそのまま通過させ、一方、Ｓ偏光は直交す
る方向に反射させる偏光ビームスプリッター、56は入射
した直線偏光を円偏光に、また円偏光を直線偏光に変換
するλ/4板、58は光ディスク10上にトラックピッチＰ＝
1.6μｍ（ISO5インチ光ディスクの場合）に一致する大
きさをもつビームスポットを照射する対物レンズ、60は
偏光ビームスプリッタ54で直角方向に反射された光ディ
スク10からの戻り光を集光する集光レンズ、62は集光レ
ンズ60による光ディスク10のトラック案内溝による反射
回析光の０次回析光と１次回析光が重なり合った部分の
光強度パターンに応じた受光出力を生ずる４分割受光器
である。４分割受光器62の受光出力はフォーカシングエ
ラー信号FES、高周波再生信号RFS、更にトラッキングエ
ラー信号TESを検出するために用いられる。具体的に
は、フォーカシングエラー信号FESは４つの受光部のう
ちの対角受光部ＡとＣの和とＢとＤの和の差で検出さ
れ、高周波再生信号PFSは４つの受光部の総和として検
出され、更にトラッキングエラー信号TESは隣接する２
つの受光部ＡとＤ及びＢとＣの各和の差として検出され
る。

対物レンズ58は二次元揺動型のアクチュエータ46に取
り付けられ、フォーカスコイル66により軸方向に移動さ
れ、またトラッキングコイル68により軸回りに回動され
る。アクチュエータ46の位置は位置センサ70により検出
され、方向位置信号LPOSが得られる。

第４図は本発明の二次元揺動型のアクチュエータ組立
分解図であり、第５図にアクチュエータ回転側の説明図
を取り出して示す。

第４図において、二次元揺動型アクチュエータ46はベ
ース72上に磁気回路74を固定しており、磁気回路74の中
心に揺動軸76を設けている。

回転側は回転アーム80の一端に対物レンズ58を装着
し、他端にバランス用のウエイトを装着しており、アー
ム下側に設けられた円筒部にトラッキングコイル68、及
び第５図に示すようにフォーカスコイル66を設けてお
り、摺動軸76に対し回転側の軸穴を挿入することで軸方
向及び軸回りに動くことができる。

第５図はアクチュエータ46の位置センサの構造を示し
たもので、回転アーム80の左側下部にスリット穴84を備
えたスリット板82を設けており、内側に配置した発光素
子86からの光をスリット穴84を通して外側の２分割受光
器88に入射している。

第６図は本発明のトラッキングエラー検出回路32の構
成図であり、４分割受光器62の受光部ＡとＤの加算信号
と、ＢとＣの加算信号との差を差動増幅器90で求めるこ
とで、トラッキングエラー信号TESを検出する。このト
ラッキングエラー信号TESはレンズシーク制御回路28に
よるトラックジャンプの際には、第７図（ａ）に示す波
形となり、このトラッキングエラー信号TESのゼロクロ
スをコンパレータで検出することでゼロクロス周期Ｔか
らビーム速度を検出することができる。

第８図は本発明の方向位置信号検出回路36の構成図で
あり、２分割受光器88の２つの受光部ＡとＤの受光信号
の差を差動増幅器92で検出し、方向位置検出信号LPOSを
出力している。この方向位置検出信号LPOSは第９図の特
性図に示すように、アクチュエータ回転部の中立位置で
０ボルト、アウタ側に回動するとプラス側に直線的に増
加し、一方、インナ側に回動するとマイナス側に直線的
に増加する信号となる。

第10図は本発明の波形記憶回路24の一実施例を示した
実施例構成図である。

第10図において、94はアドレス生成回路であり、ディ
スク１回転毎に得られるインデックス信号でアドレスカ
ウンタをクリアし、その後に得られるクロックを計数す
ることでディスク１回転の各位置を示すアドレス信号を
生成する。96は波形記憶のためのメモリであり、フィル
タ回路98及びコンパレータ100との組み合わせによりデ
ルタ変調データを偏心情報として記憶する。

即ち、コンパレータ100に対しては、あるアドレスタ
イミングで方向位置信号LPOSとしてのアナログ入力Anが
加わっており、このときフィルタ回路98はメモリ96の１
つ前のアドレスから読み出されたデータをフィルタ回路
98でアナログ信号に変換した読み出し再生信号An−１を
出力している。従って、コンパレータ100は現時点のア
ナログ信号Anと前回の記憶で得られた１つ前のアドレス
の読み出し再生信号An−１とを比較し、AnがAn−１より
大きければ１を出力し、AnがAn−１より小さければ０を
出力し、このコンパレータ出力データを現在アドレスと
なるメモリ96の領域に書き込む。

このようにして得られるデルタ変調データはメモリ96
に対する書き込み動作を複数回転分繰り返すことによ
り、実際に得られるアナログ信号Anに一致するデルタ変
調データがメモリ96に格納される。

勿論、本発明の偏心情報の波形記憶としては、偏心情
報として得られる方向位置信号LPOSをADコンバータでデ
ジタルデータに変換してメモリ96に書き込むようにして
もよい。

次に第11図の波形記憶再生説明図を参照して本発明に
よるポジショナサーボ制御を説明する。

まず、第２図の実施例構成図において、ローディング
機構等により新たな光ディスク10がスピンドルモータ30
にキャッチングされると、MPU22は波形記憶回路24に対
する波形記憶を指令し、制御スイッチ回路40のスイッチ
SW1をオンすることでポジショナサーボ回路20によるサ
ーボ制御を有効とし、またスイッチSW2をオンすること
でトラックサーボ回路18によるアクチュエータのトラッ
キング制御を有効とする。勿論、スイッチSW3,SW4もオ
フとなる。この状態でポジショナサーボには偏心追従力
はないが、トラックサーボの負担でディスクの偏心に追
従している。

このとき光学ヘッド12からのビームが位置している光
ディスク10のトラックに追従するように光学ヘッド12に
設けられた二次元揺動型のアクチュエータによるトラッ
キング制御が行なわれる。このとき、トラックの位置は
光ディスク10の偏心に応じて位置が変化し、トラックの
位置変化に追従するようにアクチュエータ、即ち第４図
に示したアクチュエータの対物レンズ58のトラッキング
コイル68による追従駆動が行なわれる。このとき、VCM
ポジショナ16によるサーボはオンであるがサーボ帯域が
低く偏心追従力がないため、対物レンズ58の動きは第５
図に示すスリット板82、発光素子86及び２分割受光部88
で成る位置センサ70で検出され、方向位置信号検出回路
36より第９図に示した特性図に従った方向位置信号LPOS
で得られ、波形記憶回路24にインデックスを基準として
発生したアドレスに従って記憶される。

第11図（ａ）は波形記憶時の各部の信号波形を示した
もので、方向位置信号LPOSはディスク偏心量に応じた信
号変化を生ずるが、VCMドライブ信号、波形記憶回路出
力、フィルタ回路出力、更にポジショナ位置はそれぞれ
一定である。

MPU22が波形記憶回路24に対する偏心情報の記憶を終
了すると通常のリードまたはライトのアクセス可能状態
となり、上位装置よりシーク命令を受けると目的トラッ
クに対しレンズシーク制御回路28による速度制御でビー
ムを移動してファイン制御に入る。ファイン制御中にあ
っては、制御スイッチ回路40のスイッチSW1及びSW2が共
にオンとなり、トラックサーボ回路18によるトラッキン
グ制御とポジショナサーボ回路20によるサーボ制御との
ダブルサーボが加わっている。同時に、MPU22は波形記
憶回路24に読み出し動作を指令すると同時にスイッチSW
4をオンし、インデックス信号に同期して生成されるア
ドレス信号に基づき波形記憶回路24より偏心情報、即ち
ディスク偏心を示す方向位置信号LPOSが読み出される。
この読み出し信号はフィルタ回路25で反転された後、加
算器26によりポジショナサーボ回路20からの方向位置信
号LPOSに加算され、パワーアンプ46を介してVCMポジシ
ョナ16に駆動電流を流す。

第11図（ｂ）はファイン制御時のポジショナサーボに
おける各部の信号波形を示したもので、波形記憶回路24
からの出力はフィルタ回路25で極性が反転され、この極
性を反転した信号を加算器26からパワーアンプ46に与え
てVCMポジショナ16を駆動することで、波形記憶回路出
力に対応した光学ヘッドの偏心に追従した位置制御、即
ちポジショナ位置の制御が行なわれる。このとき、ポジ
ショナサーボ回路20から得られる本来のポジショナサー
ボにおける方向位置信号LPOSは、光学ヘッド12自体がデ
ィスク偏心に追従した動きをもっていることから、偏心
によるサーボ残差は除去され、アクチュエータのトラッ
キング制御で生ずるごく僅かなサーボ残差のみとなる。
このため、ポジショナサーボ回路20のサーボ帯域が５〜
10Hzと非常に小さくとも、波形記憶回路24から読み出さ
れた偏心情報によるオープンループ制御により、VCMポ
ジショナ16により光学ヘッド12をディスク偏心に追従さ
せることができ、偏心量の大きい光ディスクであっても
有効に使用することができる。

尚、上記の実施例は機械的なガタに起因してサーボ帯
域が非常に低い二次元揺動型アクチュエータを例にとる
ものであったが、本発明はこれに限定されず、ポジショ
ナのサーボ帯域が低いものであれば他のアクチュエー
タ、例えばガルバノミラー型やリレーレンズ型であって
もそのまま適用することができる。

［発明の効果］ 以上説明してきたように本発明によれば、ポジショナ
のサーボ帯域が低くともサーボ残差を小さくできるた
め、偏心量の大きい媒体であってもアクチュエータのト
ラッキング制御とポジショナによる位置制御とを組み合
わせたダブルサーボによりリード／ライトのためのファ
イン制御を有効に行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理説明図； 第２図は本発明の実施例構成図； 第３図は本発明の光学ヘッド実施例構成図； 対４図は本発明のアクチュエータ組立分解図； 第５図はアクチュエータの回転側説明図； 第６図は本発明のトラッキングエラー検出回路構成図； 第７図はトラッキングエラー信号と速度検出説明図； 第８図は本発明の方向位置信号検出回路の構成図； 第９図は方向位置検出回路の特性図； 第10図は本発明の波形記憶回路構成図； 第11図は本発明の波形記憶再生説明図である。 図中、 10:媒体（光ディスク） 12:光学ヘッド 14:トラックアクチュエータ 16:ボジショナ（VCMポジショナ） 18:トラックサーボ手段（回路） 20:ポジショナサーボ手段（回路） 22:制御手段（MPU） 24:波形記憶手段（回路） 25;フィルタ回路 26,42:加算器 28:レンズシーク制御回路 30:スピンドルモータ 32:トラッキングエラー検出回路 34,38:位相補償回路 36:方向位置信号検出回路 40:制御スイッチ回路 44,46:パワーアンプ 48:ポジショナ 50:半導体レーザ 52:コリメータレンズ 54:偏光ビームスプリッター 56:λ/4板 58:対物レンズ 60:集光レンズ 62:4分割受光器 64:二次元揺動型のアクチュエータ 66:フォーカスコイル 68:トラッキングコイル 70:位置センサ 72:ベース 74:磁気回路 76:摺動軸 78:円筒部 80:回転アーム 82:スリット板 84:スリット穴 86:発光素子 88:2分割受光器 90,92:差動増幅器 94:アドレス生成回路 96:メモリ 98:フィルタ回路 100:コンパレータ

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転される媒体（10）のトラックに対しア
   クセスを行う光学ヘッド（12）と； 該光学ヘッド（12）に搭載され、光ビームを前記回転媒
   体（10）のトラックを横切る方向に移動させるトラック
   アクチュエータ（14）と、 前記光学ヘッド（12）を前記回転媒体（10）の半径方向
   に移動させるポジショナ（16）と； 媒体反射ビームから得られたトラッキングエラー信号
   （TES）によりトラックアクチュエータ（14）を制御す
   るトラックサーボ手段（18）と； 前記トラックアクチュエータ（14）の前記光学ヘッドに
   対する中立位置からのずれと方向を示す方位位置信号
   （LPOS）により前記ポジショナ（16）を制御するポジシ
   ョナサーボ手段（20）と； ファイン制御時には前記トラックサーボ手段（18）及び
   ポジショナサーボ手段（20）の両方を作動状態とした二
   重サーボによりビームを目標トラックに追従させる制御
   手段（22）と、を備えた光ディスク装置に於いて、 前記トラックアクチュエータ（14）の方位位置信号から
   作成された前記媒体の偏心情報を記憶する波形記憶手段
   （24）を設け； 前記制御手段（22）は、前記波形記憶手段（24）に記憶
   された偏心情報により前記光学ヘッド（12）を前記媒体
   （10）の偏心に追従させるように前記ポジショナ（16）
   を駆動させることを特徴とする光ディスク装置。
2. 【請求項２】前記制御手段（22）は、前記媒体（10）が
   回転手段（30）にキャッチングされる度に、前記トラッ
   クアクチュエータ（14）の方位位置信号（LPOS）を測定
   し、前記波形記憶手段（24）に記憶させること を特徴とする請求項１記載の光ディスク装置。
3. 【請求項３】前記制御手段（22）は、前記ポジショナサ
   ーボ手段（20）からの制御信号に前記波形記憶手段（2
   4）に記憶された方位記憶信号の極性を反転させた信号
   を加算した信号により前記光学ヘッド（12）を前記媒体
   （10）の偏心に追従させるように前記ポジショナ（16）
   を駆動させること を特徴とする請求項１記載の光ディスク装置。