JP3930128B2

JP3930128B2 - サーボ回路

Info

Publication number: JP3930128B2
Application number: JP31763097A
Authority: JP
Inventors: 晴英奥村
Original assignee: ペンタックス株式会社
Priority date: 1997-11-04
Filing date: 1997-11-04
Publication date: 2007-06-13
Anticipated expiration: 2017-11-04
Also published as: JPH11144265A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、サーボ回路に関し、特に光学式情報記録再生装置の微動トラッキングに用いられる小型のガルバノミラーの駆動に好適な回路に関するものである。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
近時、面記録密度が１０Gビット／(インチ)²を越える光磁気ディスク装置の開発が進んでいる。この装置では、光磁気ディスクのトラックと交差する方向に例えば回動する粗動用アームの先端部に設けた対物光学系に対するレーザ光束の入射角をガルバノミラー等の偏向手段により微調整して、微動トラッキングを例えば０.３４μmと狭いトラックピッチレベルで正確に行うようなことが考えられている。ところで、ガルバノミラーのアクチュエータとして例えば軸受け方式のものを使用すると、制御駆動時の軸受け摩擦による残留誤差が生じたり、駆動特性にヒステリスがあって、応答性の良い滑らかな動きが得られないことがあり、これらの問題を解決する制御系が望まれていた。
【０００３】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上述のような背景に鑑みてなされたものであり、請求項１の発明は、指令信号と被駆動部からのフィードバック信号との偏差信号を補償回路を介して前記被駆動部のドライブ回路に導いて、前記被駆動部を前記指令信号に従って駆動するサーボ回路であって、一定振幅の交番信号を発生する発振器を設けると共に、この発振器の交番信号と前記補償回路の位相遅れ回路の出力とを乗算する乗算回路を設け、前記位相遅れ回路の出力がある時に前記乗算回路の乗算出力によって前記被駆動部を駆動するようにしたことを特徴とする。
【０００４】
【発明の実施の形態】
先ず、近年のコンピューターにまつわるハード，ソフトの進歩にと伴う外部記憶装置への要求、特に大記憶容量への要求の高まりに対して提案されたニア・フィールド記録（NFR：near field recording）技術と呼ばれる記録再生方式を用いた光磁気ディスク記録再生装置の概要を図１乃至図５を参照して説明する。
【０００５】
図１はその光ディスク装置の全体概要図である。ディスクドライブ装置１には光ディスク２が図示しないスピンドルモータの回転軸に装着されている。一方、光ディスク２の情報を再生または記録するために回動（粗動）アーム３が光ディスク２の記録面に対して平行になるように取り付けられている。この回動アーム３はボイスコイルモーター４によって回転軸５を回転中心として回動可能となっている。この回動アーム３の光ディスク２に対向する先端には、光学素子を搭載した浮上型光学ヘッド６が搭載されている。また、回動アーム３の回転軸５近傍には光源ユニットおよび受光ユニットを備えた光源モジュール７が配設され、回動アーム３と一体となって駆動する構成となっている。
【０００６】
図２、図３は回動アーム３の先端部を説明するものであり、特に浮上型光学ヘッド６を詳細に説明するものである。浮上型光学ユニット６はフレクシャービーム８に取り付けられており、光ディスク２に対向して配置されている。また、フレクシャービーム８は他端で回動アーム３に固着されており、フレクシャービーム８の弾性力により先端部の浮上光学ユニット６を光ディスク２に接触させる方向に加圧している。
【０００７】
浮上型光学ユニット６は浮上スライダー９，対物レンズ１０，ソリッドイマージョンレンズ（ＳＩＬ）１１，磁気コイル１２から構成されており、
光源モジュール７から出射された平行なレーザー光束１３を光ディスク２上に収束させるはたらきをする。また、回動アーム３の先端部には前記レーザー光束１３を浮上型光学ユニット６に導くために立ち上げミラー３１が固着されている。
反射ミラー３１により対物レンズ１０に入射したレーザー光束１３は、対物レンズ１０の屈折作用により収束される。この集光点近傍にはソリッドイマージョンレンズ（ＳＩＬ）１１が配置されており、前記収束光を更に微細なエバネッセント光１５として光ディスク２に照射させる。
【０００８】
また、光ディスク２に面したソリッドイマージョンレンズ（ＳＩＬ）１１の周囲には、光磁気記録方式で記録するための磁気コイル１２が形成されており、記録時には必要な磁界を光ディスク２の記録面上に印加出来るようになっている。
このエバネッセント光１５と磁気コイル１２により、光ディスク２への高密度な記録および再生が可能となる。なお、浮上型光学ユニット６は光ディスク２の回転による空気流により微小量浮上するものであり、光ディスク２の面振れ等に追従する。このため従来の光ディスク装置では必要であった対物レンズの焦点制御（フォーカスサーボ）が不要となっている。
【０００９】
以下、図４，図５を用いて回動アーム３上に搭載された光源モジュール７および浮上型光学ユニット６へ導かれる光束に関し詳細に説明する。回動アーム３は先端部に浮上型光学ユニット６を搭載し、他端にはボイスコイルモーター４を駆動するための駆動コイル１６が固着されている。駆動コイル１６は扁平状のコイルであり、図示せぬ磁気回路内に空隙をおいて挿入配置されている。回転軸５と回動アーム３はベアリング１７，１７により回動自在に締結されており、駆動コイルに電流を印加すると磁気回路との電磁作用により回転軸５を回転中心として回動アーム３を回動させることができる。
【００１０】
回動アーム３上に搭載された光源モジュール７には半導体レーザー１８，レーザー駆動回路１９，コリメートレンズ２０，複合プリズムアッセイ２１，レーザーパワーモニターセンサー２２，反射プリズム２３，データ検出センサー２４，およびトラッキング検出センサー２５が配置されている。半導体レーザー１８から放出された発散光束状態のレーザー光束は、コリメートレンズ２０によって平行光束に変換される。この平行光束の断面形状は半導体レーザー１８の特性から長円状であり、光ビームを光ディスク２上に微小に絞り込むには都合が悪いため略円形断面に変換する必要がある。このためコリメートレンズ２０から出射された断面長円状の平行光束を、複合プリズムアッセイ２１に入射させることにより平行光束の断面形状を整形する。
【００１１】
複合プリズムアッセイ２１の入射面２１ａは入射光軸に対して所定の斜面を形成しており、入射光を屈折させることにより平行光束の断面形状を長円形状から略円形形状に整形することが出来る。整形されたレーザー光束は複合プリズムアッセイ２１内を進み第１のハーフミラー面２１ｂに入射する。第１のハーフミラー面２１ｂは光ディスク２から得られた情報を、データ検出センサー２４，およびトラッキング検出センサー２５に導くために設定されているが、往路においては半導体レーザー１８から出射されたレーザーの出力パワーを検出するためのレーザーパワーモニターセンサー２２への光束を分離する役目を果たす。
【００１２】
レーザーパワーモニターセンサー２２は受光した光の強度に比例した電流を出力するため、図示せぬレーザーパワーコントロール回路にこの出力を帰還させることにより半導体レーザー１８の出力を安定化させることが出来る。複合プリズムアッセイ２１から出射された略円形断面形状をもったレーザー光束１３は偏向ミラー２６に照射され、レーザー光束１３の進行方向が変えられる。この偏向ミラー２６は紙面に垂直な軸を回動中心とするガルバノモーター２７に取り付いており、レーザー光束１３を紙面に平行な方向に微小角度振ることが出来るようになっている。
【００１３】
また、ガルバノモーター２７には偏向ミラー２６の回転角度を検出する偏向ミラー位置検出センサー２８が配設されている。偏向ミラー２６を反射したレーザー光束１３は、第１のリレーレンズ２９および第２のリレーレンズ（イメージングレンズ）３０を経て、立ち上げミラー３１で反射後浮上型光学ユニット６に至る。この第１のリレーレンズ２９および第２のリレーレンズ３０は、偏向ミラー２６の反射面と浮上型光学ユニット６に配置されている対物レンズ１０の瞳面（主平面）との関係を共役関係になるようにするもので、リレーレンズ光学系を形成するものである。すなわち光ディスク２上の集光ビームが所定のトラックから僅かにずれた場合、偏向ミラー２６を僅かに回転させることにより対物レンズ１０に入射させるレーザー光束１３を傾かせ、光ディスク２上の焦点を移動させて補正するものである。しかしながら、この方式で焦点の補正を行う時、偏向ミラー２６と対物レンズ１０の光学的距離が長い場合は、対物レンズ１０へ入射するレーザー光束１３の移動量が大きくなり、対物レンズ１０に入射出来なくなる場合がある。
【００１４】
この様な現象を回避するため、第１のリレーレンズ２９および第２のリレーレンズ３０によって、偏向ミラー２６の反射面と対物レンズ１０の瞳面との関係を共役関係になるように設定し、偏向ミラー２６が回動しても対物レンズ１０に入射するレーザー光束１３は移動せず、正確なトラッキング制御が可能となるようにしている。なお、光ディスク２の内周／外周に渡るアクセス動作は、ボイスコイルモーター４により回動アーム３を回動させて行い、極微小なトラッキング制御のみ偏向ミラー２６を回動させて行う。
【００１５】
光ディスク２から反射されて戻ってきた復路のレーザー光束１３は、往路と逆に進み偏向ミラー２６に反射されて複合プリズムアッセイ２１に入射する。その後第１のハーフミラー面２１ｂで反射され、第２のハーフミラー面２１ｃに向かう。第２のハーフミラー面２１ｃは、トラッキング検出センサー２５へ向かう透過光と、データ検出センサー２４へ向かう反射光を生成し、復路のレーザー光束を分離する。第２のハーフミラー面２１ｃを透過したレーザー光束はトラッキング検出センサー２５へ照射され、トラッキング誤差信号を出力する。
【００１６】
一方、第２のハーフミラー面２１ｃで反射されたレーザー光束はウォラストンプリズム３２により偏光分離され、かつ集光レンズ３３によって収束光に変換後、反射プリズム２３で反射されてデータ検出センサー２４に照射される。データ検出センサー２４は２つの受光領域をもっており、ウォラストンプリズム３２により偏光分離された２つの偏光ビームをそれぞれ受光することにより、光ディスク２に記録されているデータ情報を読取データ信号を出力する。なお、正確には前記トラッキング誤差信号およびデータ信号は図示せぬヘッドアンプ回路によって生成され、制御回路または情報処理回路に送られるものである。
【００１７】
次に、図６を参照して前述した偏向ミラー２６を駆動するガルバノモーター
２７の制御用サーボ回路について説明する。
同図において、コントローラ３４は、回動アーム３を回動させて高速シークさせる時は、偏向ミラー２６をデフォルト位置（レーザ光束１３を対物レンズ１０の光軸上に位置させる位置）に維持させる指令信号を出力し、シーク終了後の微動トラッキング時には、目標トラックを探して対物レンズ１０からの集光ビームを正しくオントラックさせるための指令信号を出力し、オントラック後は前述したトラッキング誤差信号に基づき集光ビームの位置修正を行う指令信号を出力する。
【００１８】
位相進み遅れ補正回路３５は、サーボ系の位相補償を行う回路であり、コントローラ３４からの指令信号と、偏向ミラー位置検出センサー２８からの偏向ミラー２６のデフォルト位置からの偏差を示す信号を信号処理回路３６で処理されたフィードバック信号との偏差信号の位相報償を行って、その結果をガルバノモーター２７を駆動するパワードライブ回路３７に出力する。これにより、ガルバノモーター２７は指令信号通りに駆動され、偏向ミラー２６による微動トラッキングが行われる。
【００１９】
図７に、位相進み遅れ補正回路３５の具体的回路構成を示す。この位相進み遅れ補正回路３５は、位相進み回路３５aと、位相遅れ回路３５bと、発信器３５cと、乗算器３５dと、加算器３５eとによって構成されている。
【００２０】
位相進み回路３５aは、ループ利得が１.０となる周波数での位相回転を減らして、系の安定化を図る回路であり、位相遅れ回路３５bは、位相が−１８０゜となるループ利得の振幅を１以下に減衰させて系の安定化を図る回路である。
【００２１】
発信器３５cは、一定の振幅で一定の周波数の交番信号を発生する。前述した偏向ミラー２６のアクチュエータであるガルバノモーター２７は、軸受け方式であるため、制御駆動時の軸受け摩擦による残留誤差が生じたり、駆動特性にヒステリスがあって、応答性の良い滑らかな動きが得られないことが多いが、この交番信号を付加することでガルバノモーター２７を間欠的に駆動すれば、そのような残留誤差やヒステリスを除去できる。しかしながら、このような交番信号を常時付加すると、電力の無駄になるばかりか、制御系の過渡応答が悪くなるので、位相遅れ回路３５bの出力に比例して発信器３５cからの交番信号を付加するようにしている。
すなわち、発信器３５cの交番信号と位相遅れ回路３５bの出力を乗算器３５dで乗算することで、位相遅れ回路３５bの出力に比例して発信器３５cからの交番信号を付加するようにしている。
【００２２】
そして、この乗算器３５dの出力、位相進み回路３５aの出力、及び位相遅れ回路３５bの出力を加算器３５eで加算して得た信号を図６のパワードライブ回路３７に出力するようにすれば、偏差信号が小さい時は無駄な電力消費を少なくしつつ、偏差信号の急な変化に対しては過渡応答を損なわずに偏向ミラー２６を滑らかに駆動することができる。
【００２３】
【発明の効果】
以上述べたように、この発明によるサーボ回路を用いることにより、例えば軸受け方式のガルバノミラーの制御駆動時の軸受け摩擦による残留誤差や、駆動特性にヒステリスを改善して応答性の良い滑らかな動きが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態の光磁気ディスク装置の基本構成を示す図である。
【図２】図１の光磁気ディスク装置の回動アームの先端部を示す図である。
【図３】浮上光学ユニットを示す断面図である。
【図４】回動アームの構成を示す平面図である。
【図５】図４の回動アームの側面図である。
【図６】制御用サーボ回路を示すブロック図である。
【図７】図６の位相進み遅れ補正回路の詳細図である。
【符号の説明】
２６偏向ミラー
２７ガルバノモーター
２８偏向ミラー位置検出センサー
３５位相進み遅れ補正回路
３７パワードライブ回路
３５a 位相遅れ回路
３５c 発振器
３５d 乗算器

Claims

指令信号と被駆動部からのフィードバック信号との偏差信号を補償回路を介して前記被駆動部のドライブ回路に導いて、前記被駆動部を前記指令信号に従って駆動するサーボ回路であって、
前記補償回路が、
前記偏差信号が入力されてこの偏差信号を積分する位相遅れ回路と、
前記偏差信号が入力されてこの偏差信号を微分する位相進み回路と、
一定振幅の交番信号を発生する発振器と、
前記発振器の交番信号と前記位相遅れ回路の出力とを乗算する乗算回路と、
前記位相進み回路の出力と、前記位相遅れ回路の出力と、前記乗算回路の出力と、を加算する加算器と、
を有し、前記サーボ回路は、前記加算器の出力に基づいて前記被駆動部を駆動する、ことを特徴とするサーボ回路。