JP3220766B2 - 光ヘッド制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光ディスク装置の光ヘ
ッドの制御に係り、特に、デジタル信号により光ヘッド
のサーボ制御を行う光ヘッド制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】光ディスクは記録密度が高く、大容量記
録が可能である。しかし、トラックピッチが１〜２μｍ
と非常に小さく、また、回転中のディスクは面振れや偏
心などにより変位するため、光スポットを目標トラック
に高精度に位置決め制御する必要があり、一般には、半
導体レーザ光源の出射光を光学プリズムなどを介してア
クチュエータと一体化した対物レンズに入射させ、光デ
ィスク上に微小な光スポットに絞り込む方法が用いられ
ている。この光スポットの位置制御は、光検出器で光ス
ポットのフォーカスおよびラジアル方向の位置を検出
し、この検出値により対物レンズアクチュエータをサー
ボ制御して行われている。

【０００３】以下、この光ヘッド制御装置の構成とその
制御について図４から図９により説明する。

【０００４】図４において、１は光ディスク、２はこの
光ディスクを回転させるためのスピンドルモータ、３は
光ヘッドである。

【０００５】光ヘッド３は機構部と光学部などから構成
され、機構部は、光ディスクの記録面に光を集光させる
対物レンズ４と、対物レンズ４を光ディスク１の面に垂
直な方向（以下、フォーカス方向という）やディスクラ
ジアル方向（以下、トラッキング方向という）に駆動す
るアクチュエータ５とで一体形成された対物レンズアク
チュエータ６により構成されている。

【０００６】光学部は半導体レーザ７をはじめとする各
種プリズムとセンサとにより構成され、半導体レーザ７
からの光はコリメータレンズ８によって平行光に変換さ
れた後、偏向ビームスプリッタ９を介して対物レンズ４
に入射し、光ディスク１上に微小スポットを形成する。
光ディスクからの反射光は再び対物レンズ４に戻り、偏
向ビームスプリッタ９によって９０度光路変更させられ
る。この光は偏向ビームスプリッタ１０によってＳ偏向
の光とＰ偏向の光に分離される。Ｓ偏向の光は非点収差
レンズ１１を介してフォーカス方向の光スポットの位置
ずれを検出するために複数の受光面に分割されたセンサ
１２によって光検出される。Ｐ偏向の光はレンズ１３を
介して光スポットのトラッキング方向の位置ずれを検出
するためのセンサ１４によって光検出される。

【０００７】センサ１２、１４からの信号はフォーカス
サーボ制御部１５とトラッキングサーボ制御部１６で処
理され、フォーカス方向位置制御信号１７とトラッキン
グ方向の位置制御信号１８となって対物レンズアクチュ
エータ６を駆動し、対物レンズの位置制御を行う。

【０００８】一方、センサ１２、１４からの信号は情報
信号の検出にも用いられ、これらの信号は情報信号検出
部１９に入り、信号検出された後、変復調回路やエラー
訂正回路などからなる信号処理回路２０によって変復
調、データ誤り訂正などの信号処理が行われ、インタフ
ェース制御部２１を介してパソコンなどのホスト機器に
信号送出される。

【０００９】図中２２はコントローラで、これらのブロ
ックのシーケンス制御を行うとともに、アクセス／レー
ザ制御部２３やスピンドルモータ制御部２４などの制御
を行うものである。

【００１０】次に、対物レンズアクチュエータ６を制御
するフォーカスサーボ制御部１５とトラッキングサーボ
制御部１６について説明する。

【００１１】光ヘッドの制御は従来からアナログ信号に
よるサーボ制御によって行われていたが、最近では、デ
ジタルの演算処理プロセッサの高速化とともに、価格も
低価格のものが入手できるようになり、サーボ制御ルー
プの一部をデジタル信号に変換して処理を行わせるデジ
タルサーボ制御が採用され始めている。

【００１２】デジタルサーボ制御は、サーボループ内に
おける回路ノイズやオフセットなどの影響を受けにくい
ばかりでなく、サーボの各種制御パラメータを自由に設
定、変更することができるとともに回路の小型化が図
れ、信頼性が高いなどの特長を持ち、今後さらに応用範
囲の拡大が期待される制御方式である。ここでは、この
デジタルサーボによる光ヘッドの制御について説明す
る。

【００１３】光ヘッド３の制御において、フォーカス、
トラッキングサーボは基本的には各々は個別のサーボ制
御ループによって制御されるが、ここでは対物レンズア
クチュエータ６のフォーカスサーボ制御部１５について
図５により説明する。

【００１４】図において、２５は光ヘッド３内の対物レ
ンズ位置検出センサ１２からの信号を変換してサーボ制
御用のエラー信号を生成するエラー検出部である。この
エラー検出部２５で変換された信号はサンプルホールダ
を含むＡ／Ｄ変換器２６により５〜１６ビットのデジタ
ル信号に変換される。このデジタル信号は演算処理部２
７で各種演算が行われる。通常この演算処理部２７はデ
ジタルシグナルプロセッサ（以下ＤＳＰという）やマイ
クロプロセッサなどを用いたソフトウェアで行われる。
この演算処理部２７で演算処理された信号はＤ／Ａ変換
器２８で再びアナログ制御信号に変換され、さらに駆動
アンプ２９で対物レンズアクチュエータ６のフォーカス
制御の駆動信号３０（図４におけるフォーカス方向位置
制御信号１７）に変換されて対物レンズ４の位置制御が
行われる。

【００１５】ここで、演算処理部２７はオフセット調
整、ゲイン調整、フィルタリング処理などを行うもの
で、オフセット調整は、Ｄ／Ａ変換されたデジタルのエ
ラー信号の低周波成分のオフセット調整をし、フォーカ
スエラー信号の補正やデジタルフィルタの数値演算を行
う前処理のために行われるものである。ゲイン調整は、
トラッキングのサーボ制御に必要なループゲインの設定
を行うものである。フィルタリング処理は、対物レンズ
アクチュエータ６の機械特性を補償するために行うもの
で、通常、位相進み補償や位相遅れ補償などの演算処理
を行い、サーボ系の安定化を図るための処理である。こ
れらのソフトウェアによる処理によって、フォーカスエ
ラー検出信号は対物レンズアクチュエータ６のフィード
バック制御信号に変換され、対物レンズ４をフォーカス
方向に駆動するフォーカス方向位置制御信号１７とな
る。

【００１６】次に、デジタルサーボ制御によるデータ変
換の流れについて図６により説明する。

【００１７】デジタルサーボ制御ではエラー信号３１を
一定周期Ｔでサンプリングしている。このサンプリング
周期Ｔは制御の仕様や制御対象の特性などによって決定
される。サンプリングは一定周期Ｔで実行され、たとえ
ばサンプリング時点ｋＴでは信号Ａ（ｋ）がデータとし
て取り込まれ、Ａ／Ｄ変換によりデジタル信号に変換さ
れる。このデータは先に述べたようなオフセット処理、
ゲイン設定やフィルタリング処理がなされ、Ｄ／Ａ変換
された後に対物レンズアクチュエータ６の駆動信号３０
として送出される。そして、この繰り返しにより連続的
なサーボ制御を行うことができるものである。また、環
境変動や光ヘッド３の特性変動に対してもこれらの補正
制御をこの繰り返しサンプリング制御のなかや間欠的な
処理として盛り込み最適制御を行うことも可能となるも
のである。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】このような従来のデジ
タルサーボ制御においては、所定のサンプリング周期Ｔ
でデータサンプリングが行われるが、サンプルしたデー
タをＡ／Ｄ変換やフィルタリング処理するには所定の時
間を要する。すなわち、データを取り込んだ時点から駆
動信号３０を送出するまでには一定の時間遅れが発生す
ることになる。

【００１９】たとえば、図７において、サンプリング時
点ｋＴでサンプリングされたデータＡ（ｋ）はΔｔ時間
後にデジタル処理された制御信号Ｂ（ｋ）として送出さ
れ、これが次のサンプリング時点（ｋ＋１）Ｔの演算処
理終了まで保持される。しかし、時点ｋＴからΔｔ時間
経過した時点から次の（ｋ＋１）Ｔ＋Δｔの時点ではエ
ラー信号３２はすでにサンプリングした時点のレベル３
３とは異なる値になっており、より精密な制御ができな
いといった問題を生じてしまう。

【００２０】このような問題に対して、時間遅れを最小
にし、サンプリング周期Ｔも極力短くすればよいのであ
るが、これら対策には限界がある。たとえば、データス
トレージ用光ディスク装置では、１８００〜３６００ｒ
ｐｍで光ディスク１が回転しているがこの回転による光
ディスク１の面振れや偏心に対物レンズアクチュエータ
６が追随するためには、２０〜１００ｋＨｚのサンプリ
ング周波数が必要とされている。最近では高速演算可能
なＤＳＰが製品化されており、変換時間の短いＡ／Ｄ変
換器なども入手できるが、コストなども考慮すればこれ
らの採用には限界がある。

【００２１】この対策として、次のサンプルデータ値を
予測し、これを用いて制御を行う方式が考えられる。こ
れは、図８に示したように、サンプリング時点ｋＴにお
いて、この前の（ｋ−１）Ｔ時点のサンプリングデータ
Ａ（ｋ−１）とｋＴ時点のサンプリングデータＡ（ｋ）
とを用いて次の（ｋ＋１）Ｔ時点のデータを外挿などに
より予測し、この予測値Ｃ（ｋ＋１）を次のサンプルデ
ータとして時点ｋＴのサンプリングデータをサンプリン
グデータＡ（ｋ）とサンプルデータＣ（ｋ＋１）の中間
値３４とする方法である。これによれば、誤差の値を小
さくすることができ、時間遅れの影響を少なくすること
ができる。

【００２２】しかし、この方法では、エラー信号３５
が、（ｋ−１）Ｔ時点からｋＴ時点に立ち下っている場
合には有効であるが、エラー信号３５ａが図９に示した
ように立ち上っている場合には、（ｋ−１）Ｔ時点とｋ
Ｔ時点のサンプリングデータＡ（ｋ−１）とＡ（ｋ）か
ら予測した（ｋ＋１）Ｔ時点の予測値Ｃ（ｋ＋１）を基
に、サンプリングデータＡ（ｋ）と予測値Ｃ（ｋ＋１）
の中間値３４ａを（ｋ＋１）Ｔ時点の予測値とすると、
予測値３４ａと実際値Ａ（ｋ＋１）に大きな誤差が生
じ、サーボ制御の安定性を損ねてしまうという問題があ
った。

【００２３】また、特開昭６１−１６２８３７号公報に
は、基準となる光ピックアップでアクセスしたときのフ
ォーカシング信号と、判別対象となる光ピックアップで
アクセスしたときのフォーカシング信号とを比較して光
ピックアップの良否判別を行うようにし、光ピックアッ
プの誤差が許容範囲内のものであるか否か、即ち良否の
判別を行うようにした光ピックアップの良否判別方法が
示されている。この構成のものは、フォーカシング信号
値に差が生じていれば、それは光ピックアップの特性、
即ち、レーザ光軸の傾き、反射光検出系の傾き、光ピッ
クアップ駆動系の特性による誤差、等に起因するもので
ある。そこで、フォーカシング信号値の差が一定の基準
値以上であれば、判別に用いた光ピックアップは不良品
であると判断するというもので、光ピックアップを良品
と不良品に選別するための方法であった。

【００２４】本発明は上記問題を解決するもので、デジ
タルサーボ制御における制御遅れの影響を少なくして離
散化誤差を小さくし、高精度で信頼性に優れた光ヘッド
制御装置を提供することを目的としている。

【００２５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記問題を解決
するために、一定周期ごとに対物レンズの位置検出信号
のサンプリングを行い、対物レンズの位置制御を行う光
ヘッドのデジタルサーボ制御装置であって、位置検出信
号からサーボ制御のエラー信号に変換するエラー検出手
段と、エラー信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換
手段と、所定の周期のデジタル信号をサンプリングデー
タとして複数のサンプリングデータを保持するデータ保
持手段と、所定の周期のサンプリングデータと１周期前
のサンプリングデータとに基づいて１周期後のサンプリ
ングデータを推定して予測値を生成する予測器と、サン
プリングデータのうち最大値を記憶しておき最大値に基
づいて算出した制限値を予測器に送出する制限値生成手
段と、予測値に基づいてデジタルサーボ制御動作を行う
演算処理手段とを有し、制限値生成手段は、予測値と所
定の周期のサンプリングデータとの中間値を算出して制
限値と比較し、中間値が制限値を越えるものであるとき
は制限値をもって予測器に送出することを特徴とする光
ヘッド制御装置、としたものである。

【００２６】また、制限値が過去にサンプリングされた
複数個のサンプル値の最大値、または前記最大値からの
変換値から決定され、前記制限値を順次更新する構成と
したものである。

【００２７】

【作用】上記構成において、少なくとも１周期以前のサ
ンプリング値から推定した予測値がエラー信号と大きく
ずれるものであっても、予測値に上下限の限界値を設け
たことにより、そのずれは小さく抑制される。

【００２８】また、制限値を、直前のデータをもとに現
在の動作状態から推定できる制限値に刻一刻変更するこ
とにより、予測値とエラー信号とのずれは極小化され
る。

【００２９】

【実施例】以下本発明の一実施例について図１から図３
を参照しながら説明する。

【００３０】なお、本実施例はフォーカスサーボ制御、
トラッキングサーボ制御、光ヘッドのアクセス制御な
ど、いずれの制御にも適用できるものであるが、本実施
例ではフォーカスサーボ制御を例にして説明する。

【００３１】また、従来例に説明したものと同一部品に
は同じ符号を付して説明する。図１において、３は対物
レンズアクチュエータ６を含む光ヘッドである。光ヘッ
ド３内にあるフォーカス位置検出センサ１２からの位置
検出信号がエラー検出部３７に送られ、フォーカスサー
ボ制御のエラー信号に変換される。この信号はＡ／Ｄ変
換器３８に送られてデジタル信号に変換される。デジタ
ル信号は通常５〜１６ビットの信号に変換されるが、こ
のビット数はサーボの仕様や制御対象の特性などによっ
て決定される。このデジタル信号はデータレジスタ３９
に送られる。データレジスタ３９には、今取り込んだｋ
Ｔ時点でのサンプリングデータと１周期前の（ｋ−１）
Ｔ時点など、以前のいくつかの周期のサンプリングデー
タが保持されており、これらのサンプリングデータは次
の予測器４０にデータ転送される。予測器４０ではこれ
らのサンプリングデータをもとに、次の周期の（ｋ＋
１）Ｔ時点の予測値を直線外挿などによって推定し、こ
の予測値をｋＴ時点での出力データとして次の演算処理
部４１へ信号を送る。演算処理部４１では、データのオ
フセット調整、ゲイン調整、フィルタリング処理などの
処理が行われる。データのオフセット調整はエラー信号
の外的要因による低周波成分のオフセット調整や、フィ
ルタリング処理を行ううえでの演算の都合などの目的で
行われる。ゲイン調整はサーボ系のゲイン設定を行うも
ので、対物レンズアクチュエータ６を光ディスク１の面
振れに追従できるように所定の値に設定される。フィル
タリング処理は対物レンズアクチュエータ６の機械特性
の補償を行うための位相補償処理であり、周波数特性の
改善を図るものである。

【００３２】この演算処理部４１でデジタル信号処理さ
れた信号はＤ／Ａ変換器４２でアナログ信号に変換さ
れ、駆動アンプ４３で対物レンズアクチュエータ６のフ
ォーカス方向の位置制御信号として、アクチュエータ５
に送出される。これらの制御部からなるループ４４がフ
ォーカスサーボ制御ループとなってフィードバック制御
が行われる。

【００３３】一方、デジタル信号に変換されデータレジ
スタ３９に取り込まれた信号は、制限値生成部４５に送
られる。制限値生成部４５はこれまでのエラー信号の最
大値を記憶しておくためのもので、この最大値を基にし
た制限値を予測器４０に送出し、予測値の振幅制限を行
う。

【００３４】次に、図２により制限値処理について説明
する。図において、４６はエラー信号、４７はエラー信
号４６を周期ごとにサンプリングして処理した最終的な
予測値である。

【００３５】いま、ｋＴ時点でサンプリングされたサン
プリングデータＡ（Ｋ）と、１周期前の（ｋ−１）Ｔ時
点でサンプリングされたサンプリングデータＡ（ｋ−
１）を基に、１周期後の（ｋ＋１）Ｔ時点の予測値Ｃ
（ｋ＋１）を算出する。このサンプリングデータＡ
（ｋ）とサンプリングデータＣ（ｋ＋１）によって、ｋ
Ｔ時点での処理データを両者の中間値Ｄ（ｋ）、すなわ
ち（（Ａ（ｋ）＋Ｃ（ｋ＋１））／２）とする。ところ
が、この中間値Ｄ（ｋ）は、これまでのサンプルデータ
から制限値生成部４５で設定された制限値４８を越える
ものであるので予測値４７は制限値４８のレベルによっ
て制限されて制限値Ｅ（ｋ）となり、これが最終の予測
値として次の演算処理部４１へ送られる。これにより、
予測演算から得られるデータが演算則などの原因により
異常値になることを回避することができる。

【００３６】制限値生成部４５は図３に示したように、
判定部４９、最大値保持部５０、変換部５１、データ保
持部５２などから構成されており、判定部４９はサンプ
リングされたデジタルデータ５３を最大値保持部５０の
保持するデータすなわち、制限値と比較し、これより小
であればデジタルデータ５３を変換部５１を介してサー
ボループ４４へ送出する。もし、サンプリングデータが
最大値保持部の保持する制限値より大きければ、最大値
保持部の保持する制限値を変換部５１を介してサーボル
ープ４４へ送出する。これにより、図２に示した制御を
行うことができる。

【００３７】最大値保持部５０はデータ保持部５２のデ
ータのなかの最大値を取り込むようになっており、この
値を制限値として逐次変更することができる。データ保
持部５２は過去の周期のいくつかのサンプリングデータ
を保持しておくもので、クロック５５によって逐次デー
タ群の更新がされる。クロック５５はどのような信号を
用いてもよいが、データ保持部５２の容量が許容されれ
ば、たとえば、光ディスク１の１回転分のデータでもよ
いものである。これは、光ディスク１の面振れは光ディ
スク１の回転周期に同期した基本信号成分となるので、
フォーカスエラー信号成分もこれに準じるためである。

【００３８】なお、本実施例ではサンプルデータの最大
値を制限値として用いたが、図３に示した変換部５１に
よりこの最大値をもとにした別の値に変換してもよく、
たとえば、最大値のα倍の値を制限値とすることもでき
る。または、最大値が外部からの振動などによる異常値
であることも考えられるので、このような場合は最大値
そのものを用いずに異常値を削除するなどの処理をデー
タ保持部５２で行ってもよい。また、データ保持部５２
のデータの統計処理などを行ったデータを用いることも
可能である。

【００３９】このように、過去のデータをもとに順応し
た方式で制限値を順次決定していくことができ、より高
精度な予測制御が可能となるものである。

【００４０】

【発明の効果】以上の実施例の説明から明らかなよう
に、本発明によれば、デジタルサーボ制御における制御
遅れの影響を小さくして離散化誤差の影響を低減するこ
とができ、光ヘッドを高精度に位置制御することができ
る。

【００４１】また、予測値の制限値を環境条件や使用デ
ィスク特性に応じて変更できるため、より安定した制御
を行うことができる。これにより、高精度で、安定性、
信頼性に優れた光ディスク装置を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の光ヘッドのフォーカスサー
ボ制御部の構成を示すブロック回路図

【図２】同予測値検出の信号特性図

【図３】同制限値生成部のブロック回路図

【図４】光ディスク装置の構成を示すブロック回路図

【図５】従来例の光ディスク装置のフォーカスサーボ制
御部の構成を示すブロック回路図

【図６】同デジタルサーボ制御におけるデータサンプリ
ングの方法を示す信号特性図

【図７】同予測値検出の信号特性図

【図８】同予測値検出の信号特性図

【図９】同予測値検出の信号特性図

【符号の説明】

１ 光ディスク ３ 光ヘッド ４ 対物レンズ ６ 対物レンズアクチュエータ ３９ データレジスタ ４０ 予測器 ４５ 制限値生成部 ４７ 予測値 ５０ 最大値保持部 ５１ 変換部 ５２ データ保持部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 村岡 宏治 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 平４−362527（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−234205（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−18529（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G11B 7/09 - 7/10 G11B 21/10

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一定周期ごとに対物レンズの位置検出信
   号のサンプリングを行い、対物レンズの位置制御を行う
   光ヘッドのデジタルサーボ制御装置であって、位置検出
   信号からサーボ制御のエラー信号に変換するエラー検出
   手段と、前記エラー信号をデジタル信号に変換するＡ／
   Ｄ変換手段と、所定の周期の前記デジタル信号をサンプ
   リングデータとして複数のサンプリングデータを保持す
   るデータ保持手段と、所定の周期の前記サンプリングデ
   ータと１周期前のサンプリングデータとに基づいて１周
   期後のサンプリングデータを推定して予測値を生成する
   予測器と、前記サンプリングデータのうち最大値を記憶
   しておき前記最大値に基づいて算出した制限値を前記予
   測器に送出する制限値生成手段と、前記予測値に基づい
   てデジタルサーボ制御動作を行う演算処理手段とを有
   し、前記制限値生成手段は、前記予測値と所定の周期の
   前記サンプリングデータとの中間値を算出して前記制限
   値と比較し、前記中間値が前記制限値を越えるものであ
   るときは前記制限値をもって前記予測器に送出すること
   を特徴とする光ヘッド制御装置。