JP4193362B2 - 位置決め制御装置及び位置決め制御方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、部材を目標位置に位置決め追従させる制御技術に係り、特に光ディスク装置におけるトラック追従制御装置、フォーカス追従（焦点制御）装置、あるいは磁気ディスク装置におけるトラッキング装置のように、ディスク状の記録担体に対して、光スポット、磁気ヘッド等の信号記録再生のためのトランスデューサを位置決め追従させる位置決め制御装置及び位置決め制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディスク状の記録担体に光ビームを照射して情報の記録または再生を行う光ディスク装置においては、情報の記録密度を高めるために、情報を記録するトラックへの高精度なビーム追従またはディスクの面ブレに応答した精度の高い焦点制御（フォーカス追従）が要求される。
【０００３】
上記追従制御の精度を高めるには、一般に制御系のループゲインを高め、制御ループの応答周波数帯域を高くすることが図られるが、可動部材を駆動する駆動機械系の特性には限界があり、十分な精度を確保できないことが多い。
【０００４】
このような問題を解決するための手法として、ディスク状の記録担体の記録トラックまたは面ブレの規則性を利用して誤差を圧縮することが考えられる。すなわち、ディスク面上の位置変動または上下動は、ディスクの回転によって引き起こされるものであり、その変動はディスクの回転に概ね同期する成分が主体である。従って、ディスク上の情報記録位置（目標部材）の位置変動の周期性を利用すれば、１回転乃至数回転前の位置ずれ信号を使って、目標部材に対する可動部材（光ビームスポット）の追従性を改善することができる。
【０００５】
このような従来技術としては、例えば、特公昭６０−５７０８５号公報に記載のものがある（第１従来技術）。上記第１従来技術は一定の周期をもった位置変動に対して位置誤差信号を回転周期に同期して積算蓄積する信号遅延手段を備え、その瞬時の位置誤差信号を加算して信号遅延手段に入力するとともに、位置誤差信号を加算して可動部材の駆動手段の入力とするものである。
【０００６】
上記第１従来技術によれば、駆動手段の伝達関数をＧ（ｓ）とし、目標部材の周期的位置変動をＸｉとしたとき、周期的位置変動がｎ回繰り返されると、相対的位置誤差Ｘｅは、Ｘｅ＝Ｘｉ／｛１＋Ｇ（ｓ）｝ｎとなり、遅延手段出力はＸｉ／Ｇ（ｓ）に近づくことが示されている。
【０００７】
すなわち、１＋Ｇ（ｓ）の絶対値が、１より大きい周波数領域においては、相対的位置誤差は０に近づき、周期的変動に可動部材を追従させるための信号は、殆ど信号遅延手段の出力によって与えられることになる。これにより、駆動系のゲイン（Ｇ（ｓ）の絶対値）または、応答周波数帯域（Ｇ（ｓ）のゲインが１となる周波数）をむやみに高くしなくとも、追従性を大幅に向上させることができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記第１従来技術では、周期的位置変動であっても、誤差が圧縮されるのは１＋Ｇ（ｓ）の絶対値が、１より十分に大きい周波数領域のみであり、１＋Ｇ（ｓ）が１より小さくなるような場合には、誤差は圧縮されるどころか、逆に拡大（発散）するという問題点があった。
【０００９】
例えば駆動手段が２次の位相遅れ特性を有している場合、Ｇ（ｓ）のゲイン（絶対値）が、１付近の周波数で、１８０度近傍の位相遅れが存在すると、１＋Ｇ（ｓ）は、１よりかなり小さくなる。
【００１０】
通常の制御系では１／（１＋Ｇ（ｓ））は、本来存在する位置ずれが制御によってどれだけ小さな位置誤差に抑えられるか、すなわち誤差の圧縮率を示しており、１＋Ｇ（ｓ）が１より小さくなることは、制御ループのカットオフ周波数（Ｇ（ｓ）のゲインが１＝０ｄＢとなる周波数）付近で位置誤差が元々存在する値より大きくなる現象として観察される。
【００１１】
このような状態で、上記第１従来技術のままの構成を適用すると、１＋Ｇ（ｓ）が１より小さくなる周波数帯では誤差信号はどんどん大きくなって（発散して）しまう。
【００１２】
このような事態を避けるため、上記第１従来技術の適用に当たっては、信号遅延手段に入力する信号を制御ループのカットオフ周波数付近では十分小さなレベルとするようなローパスフィルタを、信号遅延出力と位置誤差信号を加算した後、信号遅延手段に入力する前に挿入する等の対策が必要となる。すなわち、上記第１従来技術においては、ディスク上の情報記録位置（換言すれば、目標部材）のディスク回転に同期した位置ずれを大きく圧縮できるのは、駆動手段のゲインがある程度大きく、１＋Ｇ（ｓ）が１より十分大きいという条件が確保された周波数範囲のみであり、１＋Ｇ（ｓ）が１に近いまたは１より小さくなる周波数（制御ループのカットオフ周波数付近より高い周波数域）領域では誤差の圧縮効果は期待できないという問題点があった。
【００１３】
本発明は斯かる問題点を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、周期性を有する位置変動に対して、その周期性を活用して、いたずらに制御系伝達特性のゲインや周波数帯域を上げることなく、位置追従における相対位置誤差を低下させることが可能な位置決め制御装置及び位置決め制御方法を提供する点にある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項１に記載の発明の要旨は、一定の周期をもって概ね等しい位置変動を繰り返す目標部材に対して移動部材を位置追従させる位置決め制御装置であって、前記目標部材の目標位置決め位置と前記移動部材との相対的位置誤差を検出する位置検出器と、前記位置検出器の出力するその瞬間の位置誤差信号と信号遅延手段の出力する遅延信号とを加算して、前記位置誤差信号を積算加算する一の加算手段と、前記一の加算手段の出力を受けて低域通過特性を有する第１のフィルタでフィルタリングし前記目標部材の位置変動の周期だけ遅延させた前記遅延信号を出力する信号遅延手段と、前記信号遅延手段の出力に接続されている第２のフィルタと、前記位置誤差信号と、前記遅延信号と、前記第２のフィルタを介した前記遅延信号とを加算する他の加算手段と、該他の加算手段の出力に基づく信号により前記移動部材を駆動する駆動手段とを備え、
前記第２のフィルタの伝達特性Ｆ（ｓ）は、前記駆動手段の伝達特性をＧ（ｓ）で表し、Ｘのゲインを｜Ｘ｜で表すとした場合、あらゆるｓにおいて、｜１−Ｇ（ｓ）Ｆ（ｓ）｜＜｜１＋Ｇ（ｓ）｜の関係を満たすことを特徴とする位置決め制御装置に存する。
また、この発明の請求項２に記載の発明の要旨は、一定の周期をもって概ね等しい位置変動を繰り返す目標部材に対して移動部材を位置追従させる位置決め制御方法であって、前記目標部材の目標位置決め位置と前記移動部材との相対的位置誤差を検出する位置検出工程と、前記位置検出工程の出力するその瞬間の位置誤差信号と信号遅延手段の出力する遅延信号とを加算して、前記位置誤差信号を積算加算する一の加算工程と、前記一の加算工程の出力を受けて低域通過特性を有する第１のフィルタでフィルタリングし前記目標部材の位置変動の周期だけ遅延させた前記遅延信号を出力する信号遅延工程と、前記遅延信号のみを受ける第２のフィルタでフィルタリングする工程と、前記位置誤差信号と、前記遅延信号と、前記第２のフィルタでフィルタリングされた前記遅延信号とを加算する他の加算工程と、該他の加算工程の出力に基づく信号により前記移動部材を駆動する駆動工程を備え、
前記第２のフィルタの伝達特性Ｆ（ｓ）は、前記駆動手段の伝達特性をＧ（ｓ）で表し、Ｘのゲインを｜Ｘ｜で表すとした場合、あらゆるｓにおいて、｜１−Ｇ（ｓ）Ｆ（ｓ）｜＜｜１＋Ｇ（ｓ）｜の関係を満たすことを特徴とする位置決め制御方法に存する。
【００１５】
本発明によれば、従来制限のあった、制御ループのカットオフ周波数付近より高い周波数の位置誤差を小さく抑えることが可能となる。これにより、より高精度の位置追従が要求される、光ディスク、磁気ディスク装置の高記録密度化の達成が可能となるばかりでなく、ディスク回転数が高速になった場合でも、制御ループの周波数帯域を上げることなく追従性能を向上させることができる。
【００１６】
換言すれば、周期的位置変動を有する目標位置と可動部材の相対位置誤差を積算蓄積する信号遅延手段の出力を、単純にその瞬間の位置誤差信号に加算して駆動手段に供給する他に、遅延手段出力を特定の特性を有するフィルタを介して、駆動手段に別途供給するまたは可動部材を別途動かす信号として使うことにより、従来制限のあった、制御ループのカットオフ周波数付近より高い周波数の位置誤差を小さく抑えることが可能となる。これにより高速回転するディスクへの位置追従性が著しく改善され、光ディスク、磁気ディスク装置等の高記録密度化の達成を容易にする効果がある。
【００１７】
次に、本発明の原理について、上記第１従来技術の記述を参考に説明する。目標位置の変動をＸｉとし、可動部材の移動量をＸｏとすると、相互の位置誤差はＸｅ＝Ｘｉ−Ｘｏとなる。また、信号遅延手段の出力をＸＬとし、駆動手段の伝達特性をＧ（ｓ）とすると、位置誤差信号と、遅延手段出力を加算して可動部材を駆動する場合の特性は、
Ｘｏ＝Ｇ（ｓ）（Ｘｅ＋ＸＬ）
で表される。このままでｎ回の周期分遅延手段による積算動作を行うと、上記第１従来技術に示されるように、ｎ回目の相対位置誤差は、下記式１に概ね近づき、遅延手段出力は下記式２に近い値となる。
【００１８】
Ｘｅ（ｎ）＝Ｘｉ／｛１＋Ｇ（ｓ）｝ｎ…式１
【００１９】
ＸＬ（ｎ）＝Ｘｉ／Ｇ（ｓ）×｛１−１／（１＋Ｇ（ｓ））ｎ−１｝…式２
【００２０】
ただし、位置誤差の収束条件が下記式３となり、下記式３が満たされない周波数では誤差が拡大し、制御系が発散することとなる。以下、｜Ｘ｜は、Ｘのゲインを表す。
【００２１】
｜１＋Ｇ（ｓ）｜＞１…式３
【００２２】
このような事態を回避するため、上記従来技術の適用に当たっては、信号遅延手段の入力部にローパスフィルタ（伝達特性＝Ｆｉ（ｓ））を配置し、位置誤差の収束条件を下記式４と緩和する手法が一般的である。
【００２３】
｜１＋Ｇ（ｓ）｜＞｜Ｆｉ（ｓ）｜…式４
【００２４】
ところで、遅延手段出力ＸＬを、特定の特性Ｆ（ｓ）を有するフィルタを介して、駆動手段に別途供給する場合を考えると、移動部材の移動量は、
Ｘｏ＝Ｇ（ｓ）（Ｘｅ＋ＸＬ＋Ｆ（ｓ）ＸＬ）
となる。この駆動によるｎ回目の周期での位置誤差信号Ｘｅ（ｎ）は、
Ｘｅ（ｎ）＝Ｘｉ−Ｇ（ｓ）（Ｘｅ（ｎ）＋ＸＬ（ｎ）＋Ｆ（ｓ）ＸＬ（ｎ））
となるが、
ＸＬ（ｎ）＝Ｘｅ（１）＋Ｘｅ（２）＋…＋Ｘｅ（ｎ−１）
であることを使って整理すると、
Ｘｅ（ｎ）−Ｘｅ（ｎ−１）＝−Ｇ（ｓ）（１＋Ｆ（ｓ））Ｘｅ（ｎ−１）／（１＋Ｇ（ｓ））
となり、
Ｘｅ（ｎ）＝｛１−Ｇ（ｓ）（１＋Ｆ（ｓ））／（１＋Ｇ（ｓ））｝Ｘｅ（ｎ−１）
＝｛（１＋Ｇ（ｓ）−Ｇ（ｓ）（１＋Ｆ（ｓ）））／（１＋Ｇ（ｓ））｝Ｘｅ（ｎ−１）
の漸化式が得られる。ここで、Ｘｅ（１）は遅延手段出力が０の状態での位置誤差とすると、
Ｘｅ（１）＝Ｘｉ／（１＋Ｇ（ｓ））
であるので、下記式５が得られる。
【００２５】
Ｘｅ（ｎ）＝｛（１＋Ｇ（ｓ）−Ｇ（ｓ）（１＋Ｆ（ｓ）））／（１＋Ｇ（ｓ））｝ｎ−１・Ｘｅ（１）
＝｛（１−Ｇ（ｓ）Ｆ（ｓ））／（１＋Ｇ（ｓ））｝ｎ−１・｛Ｘｉ／（１＋Ｇ（ｓ））｝…式５
【００２６】
上記式５と、従来条件における上記式１を比較すると、分母側は、同じ（１＋Ｇ（ｓ））ｎであるが、分子側は従来１であったものが、｛１−Ｇ（ｓ）Ｆ（ｓ）｝ｎ−１になっていることが分かる。
【００２７】
従って、Ｇ（ｓ）Ｆ（ｓ）が１に近くなるような適当なフィルタ特性Ｆ（ｓ）を設定することにより、１＋Ｇ（ｓ）が１より小さくなる場合があっても、分子側の１−Ｇ（ｓ）Ｆ（ｓ）がより小さくなっていれば、残留する位置誤差Ｘｅ（ｎ）を０に近づけることができる。すなわち、位置誤差の収束条件を下記式６のようにすることができる。
【００２８】
｜１＋Ｇ（ｓ）｜＞｜１−Ｇ（ｓ）Ｆ（ｓ）｜…式６
【００２９】
ここで、Ｇ（ｓ）は駆動手段の伝達特性を含むため、位置制御系では一般に２次の位相遅れ特性を含む。よって、Ｓ→∞の周波数領域にわたってＧ（ｓ）Ｆ（ｓ）を１に近い値にするためには、Ｆ（ｓ）に微分項を導入する（Ｆ（ｓ）の分子の次数＞Ｆ（ｓ）の分母の次数とする）必要がある。微分項を含むフィルタの実現は実用上困難であるが、１＋Ｇ（ｓ）が１より小さくなる制御ループのカットオフ周波数（Ｇ（ｓ）のゲインが０ｄＢになる周波数）付近及びそれより高い周波数領域の一部の範囲でそのような特性が設定できれば、実用上は十分な位置誤差の圧縮性が得られる。
【００３０】
すなわち、従来技術同様、実用上は信号遅延手段の入力部にローパスフィルタを配置し、位置誤差の収束条件を下記式７と緩和すればよい。
【００３１】
｜１＋Ｇ（ｓ）｜＞｜１−Ｇ（ｓ）Ｆ（ｓ）｜・｜Ｆｉ（ｓ）｜…式７
【００３２】
上記式４と異なり、Ｆ（ｓ）がＧ（ｓ）のゲインが１付近の周波数付近及びそれより高い周波数領域の一部の範囲でＧ（ｓ）の逆特性に概ね等しいため、上記式７におけるＦｉ（ｓ）のカットオフ周波数は、制御ループのカットオフ周波数を超えて設定可能となる。
【００３３】
また、速度制御系のようにＧ（ｓ）に１次の位相遅れ特性のみを含む場合には、Ｆ（ｓ）に微分項を導入することなしに、ｓ→∞（無限大）で｜１−Ｇ（ｓ）Ｆ（ｓ）｜→１（０ｄＢ）と設定可能であるため、原理上は上記式７におけるＦｉ（ｓ）＝１（信号遅延手段の入力部にローパスフィルタを配置しないのと等価）と設定可能であるが、安定性の余裕を考慮して、Ｆｉ（ｓ）はローパス特性とすることが望ましい。
【００３４】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る光ディスク装置におけるフォーカス追従（焦点位置制御）装置の構成を示すブロック図である。
【００３５】
図１を参照すると、レーザ光源８から出力された光ビームは、光ヘッド７を介し対物レンズ４で収束され、光ディスク１に照射される。本実施の形態における移動部材である光ビームスポット３（光ビームの合焦位置）は、フォーカスアクチュエータ５にて対物レンズ４を光ビームの光軸方向５０に駆動することで変位（可動部材の移動量Ｘｏ）する。
【００３６】
スピンドルモータ９は、図示しないスピンドルモータ９のコントローラにより、光ディスク１を概略一定の周期で回転させる。本実施の形態における目標部材である光ディスク１上の情報記録位置２は、光ディスク１の回転に伴い、光ビームの光軸方向５０に概略一定の周期を持って概ね等しい位置変動（目標位置の変動Ｘｉ）を繰り返す。なお、図１において符号５１はスピンドルモータ回転軸を示している。
【００３７】
光ディスク１からの戻り光信号は、対物レンズ４、光ヘッド７を介し、光検出器６で電気信号に変換され位置誤差信号演算回路１５に出力される。位置誤差信号演算回路１５は、光検出器６の出力信号からフォーカスエラー信号を抽出し出力する。フォーカスエラー信号の検出には、ナイフエッジ法、非点収差法等が一般に用いられる。
【００３８】
本実施の形態においては、上記フォーカスエラー信号の検出に係るレーザ光源８、光ヘッド７、光検出器６、位置誤差信号演算回路１５をもって位置検出器が構成される。また、位置誤差信号演算回路１５の出力するフォーカスエラー信号が位置誤差信号Ｘｅを成す。
【００３９】
本実施の形態に係る光ディスク装置におけるフォーカス追従装置では、光ビームスポット３を光ディスク１上の情報記録位置２に追従させる位置決め制御系が構成される。
【００４０】
図１を参照すると、第１の加算回路１０は、位置誤差信号Ｘｅと信号遅延手段１３の出力する遅延信号ＸＬを加算し、第１のフィルタ１２に出力する。第１のフィルタ１２は、第１の加算回路１０の出力を帯域制限処理し遅延素子１６に出力する。遅延素子１６は、第１のフィルタ１２の出力信号をディスク１回転の周期に概ね等しい時間Ｌだけ遅らせた遅延信号ＸＬを出力する。
【００４１】
遅延素子１６は、所定の信号遅延が得られればどのような手段であってもよいが、例えば本実施の形態に示すように位置決め制御器をアナログ制御器として構成する際には、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ：電荷結合素子）を利用した遅延素子１６を用いるのが簡便である。ＣＣＤは、クロック発生器１９の出力するクロック信号１０１に従って遅延素子１６の入力信号１０２を出力側にずらしていくもので一種のアナログ信号に対するシフトレジスタであるが、クロック信号１０１の周期に対応した信号遅延が得られる。また、位置決め制御器をデジタル制御器として構成する際には、第１のフィルタ１２の出力信号データをクロック信号１０１によって動作するシフトレジスタに入力して信号遅延させる方法が簡便である。
【００４２】
本実施の形態の信号遅延手段１３は、遅延素子１６、第１のフィルタ１２、クロック発生器１９を中心にして構成されている。
【００４３】
遅延信号ＸＬは、光ディスク１の１回転前までの位置誤差信号を第１のフィルタ１２の制限帯域内で加算したものとなる。従って、遅延信号ＸＬは、第１のフィルタ１２の制限帯域内の位置誤差が残っているうちは光ディスク１の１回転ごとに増加を続け、第１のフィルタ１２の制限帯域内での位置誤差信号が０（ゼロ）になるまで積算が行われる。
【００４４】
第２の加算回路１１は、位置誤差信号Ｘｅと、遅延信号ＸＬを加算して出力する。第２のフィルタ１４は、遅延信号ＸＬを所定のフィルタ処理して出力する。第２のフィルタ１４の特性は、後述する駆動手段２０（図２参照）の逆特性を持つフィルタに、駆動手段２０の極零の相対次数と次数が等しく、かつ、フォーカス制御ループのカットオフ周波数に比してカットオフ周波数の広いローパスフィルタを直列結合することで微分動作なしで実現できる。
【００４５】
第３の加算回路１７は、第２の加算回路１１の出力と、第２のフィルタ１４の出力を加算して出力する。第３のフィルタ１８は、第３の加算回路１７の出力を入力し、ゲイン調整処理し、位相補償処理し、電力増幅して出力する。フォーカスアクチュエータ５は、第３のフィルタ１８の出力を受け、対物レンズ４を光ビームの光軸方向５０に駆動する。
【００４６】
本実施の形態においては、光ビームスポット３の移動に係るフォーカスアクチュエータ５、第３のフィルタ１８をもって駆動手段２０が構成される。
【００４７】
次に、以上のように構成された本発明の第１の実施の形態の動作について説明する。図２は、図１に示すに係る光ディスク装置におけるフォーカス追従装置のブロック図である。ただし、説明を簡便にするため、可動部材の移動量Ｘｏから位置誤差信号Ｘｅに至る系のゲイン特性は近似的に１で正規化して示す。
【００４８】
本実施の形態におけるフォーカスアクチュエータ５の伝達特性Ｐは、下記式８で表される２次位相遅れ系で近似できる。
【００４９】
Ｐ（ｓ）＝３４８／（ｓ２＋２１．９ｓ＋１．１４×１０５）（単位：ｍ／Ａ）…式８
【００５０】
第３のフィルタ１８の伝達特性Ｃ（ｓ）を下記式９と定義することで、駆動手段２０（伝達特性Ｇ（ｓ））の伝達特性が、下記式１０、図３（ａ），（ｂ）のゲイン線図と位相線図のようになる。
【００５１】
Ｃ（ｓ）＝２×１０６×｛（ｓ＋１７４１）／（ｓ＋３２６）｝×｛（ｓ＋３１４１）／（ｓ＋５０２６５）｝…式９
【００５２】
Ｇ（ｓ）＝Ｃ（ｓ）Ｐ（ｓ）…式１０
【００５３】
図３（ａ），（ｂ）では、ゲインが１（０ｄＢ）となる周波数（フォーカス制御ループのカットオフ周波数：２ｋＨｚ）近傍で位相が１８０度近傍の遅れ特性を示す。よって、本実施の形態の駆動手段２０では２ｋＨｚ以上の周波数での位置誤差の圧縮性能は望めない。
【００５４】
第２のフィルタ１４の伝達特性Ｆ（ｓ）を下記式１１と取ることで、伝達特性Ｆ（ｓ）は、本フォーカス制御ループのカットオフ周波数近傍、及びそれより高い周波数領域の一部の範囲で駆動手段２０の逆特性に概ね等しい特性を持つこととなる。下記式１１において、Ｇ（ｓ）−１に含まれるフォーカスアクチュエータ５の逆特性：Ｐ（ｓ）−１は、予め実験的に求めたフォーカスアクチュエータ５の近似特性を使用して求めればよい。
【００５５】
Ｆ（ｓ）＝Ｇ（ｓ）−１×｛３．１４×１０５／（ｓ＋３．１４×１０５）｝２…式１１
【００５６】
また、第１のフィルタ１２の伝達特性における制限帯域を、本制御ループのカットオフ周波数である２ｋＨｚより高い、６ｋＨｚの周波数に設定し、下記式１２を得る。
【００５７】
Ｆｉ（ｓ）＝３．７７×１０４／（ｓ＋３．７７×１０４）…式１２
【００５８】
上記式８〜式１２と設定した際の式７に示した位置誤差の収束条件を図４に示す。図４中（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実施の形態においては、上記式７に示した位置誤差の収束条件が満足されることが分かる。また、第２のフィルタ１４を用いない上記従来技術（Ｆ（ｓ）＝０）では、（ａ）に示す｜１＋Ｇ（ｓ）｜が制御ループのカットオフ周波数の２ｋＨｚ近傍で０ｄＢを下回るため、（ｃ）に併記するように｜Ｆｉ（ｓ）｜が式４の誤差の収束条件を満足せず、第１のフィルタ１２のカットオフ周波数を制御ループのカットオフ周波数以下、例えば、（ｄ）と設定する必要があった。
【００５９】
これに対して本実施の形態では、伝達特性Ｆｉ（ｓ）にて制御ループのカットオフ周波数を超えた周波数設定が可能となることが分かる。
【００６０】
遅延素子１６の伝達特性ＤＬ（ｓ）を下記式１３に示す。
【００６１】
ＤＬ（ｓ）＝ｅ−Ｌｓ…式１３
【００６２】
この時、図２のフォーカス追従装置の位置誤差圧縮特性（目標位置の変動Ｘｉから位置誤差信号Ｘｅに至る系の伝達特性）をＧｃ（ｓ）と置くと、伝達特性Ｇｃ（ｓ）は、式１４で表される。
【００６３】
Ｇｃ（ｓ）＝｛１−Ｆｉ（ｓ）ｅ−Ｌｓ｝／｛１−Ｆｉ（ｓ）ｅ−Ｌｓ＋Ｇ（ｓ）＋Ｇ（ｓ）Ｆ（ｓ）Ｆｉ（ｓ）ｅ−Ｌｓ｝…式１４
【００６４】
光ディスク１の回転に同期した、高調波を含む位置誤差成分の圧縮特性をＧｃｓ（ｓ）と置くと、圧縮特性Ｇｃｓ（ｓ）は、上記式１４においてｅ−Ｌｓ＝１とおいた場合に相当し、式１５で表される。
【００６５】
Ｇｃｓ（ｓ）＝｛１−Ｆｉ（ｓ）｝／｛１−Ｆｉ（ｓ）＋Ｇ（ｓ）＋Ｇ（ｓ）Ｆ（ｓ）Ｆｉ（ｓ）｝…式１５
【００６６】
本実施の形態における圧縮特性Ｇｃｓ（ｓ）のゲイン線図は図５となる。従来、ほぼ圧縮効果の得られなかった制御ループのカットオフ周波数（２ｋＨｚ）近傍にて、光ディスク１の回転に同期した位置誤差成分に１０ｄＢ以上の圧縮効果が得られることが分かる。
【００６７】
（第２の実施の形態）
以下、本発明の第２の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。上記第１の実施の形態では、上記式１１に示すごとく伝達特性Ｆ（ｓ）にフォーカスアクチュエータの逆特性：Ｐ（ｓ）−１が含まれるとしたが、フォーカスアクチュエータ５の一次共振周波数が５０Ｈｚ程度と制御ループのカットオフ周波数２ｋＨｚに比して十分低く、制御ループのカットオフ周波数近傍では２次の積分特性と近似できる点を利用すれば、伝達特性Ｆ（ｓ）は下記式１６のように簡略化することが可能である。
【００６８】
Ｆ（ｓ）＝Ｃ（ｓ）−１×｛ｓ２／３４８｝｛３．１４×１０５／（ｓ＋３．１４×１０５）｝２…式１６
【００６９】
上記第１の実施の形態において、上記式１１のみ上記式１６と置き換えた場合、上記式７に示した位置誤差の収束条件、光ディスク１の回転に同期した位置誤差成分の圧縮特性Ｇｃｓ（ｓ）は、それぞれ、図６、図７となり、上記第１の実施の形態と同様の効果が得られることが分かる。
【００７０】
（第３の実施の形態）
以下、本発明の第３の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図８は、本発明の第３の実施の形態に係る位置決め制御装置のブロック図である。
【００７１】
上記第１の実施の形態のブロック図を示す図２では、第２のフィルタ１４の出力を第２の加算回路１７を用い第３のフィルタ１８の入力側に加算するとした。
【００７２】
本実施の形態では、図８に示すように、上記式１１を下記式１７と置き換え、第２のフィルタ１４の出力を第４の加算器３１を用い第３のフィルタ１８の出力側に加算し、フォーカスアクチュエータ５を直接に付勢する構成とした点に特徴を有している。このように、図８に示す等価系（第１の実施の形態における図２に相当）でも同様の位置誤差圧縮効果が得られることは明らかである。
【００７３】
Ｆ（ｓ）＝Ｐ（ｓ）−１×｛３．１４×１０５／（ｓ＋３．１４×１０５）｝２…式１７
【００７４】
なお、上記各実施の形態においては、アナログ制御系での制御器構成を例に取り説明したが、デジタル制御系での制御器構成においても同様の効果が得られる。また、上記各実施の形態においては、説明の都合上、光ディスク装置におけるフォーカス追従（焦点位置制御）装置を例として説明したが、同様の性質を有する他の装置にも適用できることは無論であり、本発明の範囲は上記の例に限定されるものではない。
【００７５】
また、本発明が上記各実施の形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施の形態は適宜変更され得ることは明らかである。また上記構成部材の数、位置、形状等は上記実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好適な数、位置、形状等にすることができる。また、各図において、同一構成要素には同一符号を付している。
【００７６】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成されているので、周期性を有する位置変動に対して、その周期性を活用して、いたずらに制御系伝達特性のゲインや周波数帯域を上げることなく、位置追従における相対位置誤差を低下させることが可能となるため、従来制限のあった、制御ループのカットオフ周波数付近より高い周波数の位置誤差を小さく抑えることが可能となる。
【００７７】
これにより、より高精度の位置追従が要求される光ディスク、磁気ディスク装置の高記録密度化の達成が可能となるばかりでなく、ディスク回転数が高速になった場合でも、制御ループの周波数帯域を上げることなく追従性能を向上させることができるようになるといった効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る位置決め制御装置の第１の実施の形態を示すブロック図である。
【図２】図１に示す光ディスク装置におけるフォーカス追従装置のブロック図である。
【図３】図１に示す位置決め制御装置の動作を説明するための周波数特性図である。
【図４】図１に示す位置決め制御装置の動作を説明するための周波数特性図である。
【図５】図１に示す位置決め制御装置の動作を説明するための周波数特性図である。
【図６】図１に示す位置決め制御装置の動作を説明するための周波数特性図である。
【図７】図１に示す位置決め制御装置の動作を説明するための周波数特性図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態に係る位置決め制御装置のブロック図である。
【符号の説明】
１…光ディスク
２…情報記録位置
３…光ビームスポット
４…対物レンズ
５…フォーカスアクチュエータ
６…光検出器
７…光ヘッド
８…レーザ光源
９…スピンドルモータ
１０…第１の加算回路
１１…第２の加算回路
１２…第１のフィルタ
１３…信号遅延手段
１４…第２のフィルタ
１５…位置誤差信号演算回路
１６…遅延素子
１７…第３の加算回路
１８…第３のフィルタ
１９…クロック発生器
２０…駆動手段
３１…第４の加算器
５０…光軸方向
５１…スピンドルモータ回転軸
１０１…クロック信号
１０２…入力信号
Ｘｅ…位置誤差信号
Ｘｉ…目標位置の変動
ＸＬ…遅延信号
Ｘｏ…可動部材の移動量
【発明の属する技術分野】
本発明は、部材を目標位置に位置決め追従させる制御技術に係り、特に光ディスク装置におけるトラック追従制御装置、フォーカス追従（焦点制御）装置、あるいは磁気ディスク装置におけるトラッキング装置のように、ディスク状の記録担体に対して、光スポット、磁気ヘッド等の信号記録再生のためのトランスデューサを位置決め追従させる位置決め制御装置及び位置決め制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディスク状の記録担体に光ビームを照射して情報の記録または再生を行う光ディスク装置においては、情報の記録密度を高めるために、情報を記録するトラックへの高精度なビーム追従またはディスクの面ブレに応答した精度の高い焦点制御（フォーカス追従）が要求される。
【０００３】
上記追従制御の精度を高めるには、一般に制御系のループゲインを高め、制御ループの応答周波数帯域を高くすることが図られるが、可動部材を駆動する駆動機械系の特性には限界があり、十分な精度を確保できないことが多い。
【０００４】
このような問題を解決するための手法として、ディスク状の記録担体の記録トラックまたは面ブレの規則性を利用して誤差を圧縮することが考えられる。すなわち、ディスク面上の位置変動または上下動は、ディスクの回転によって引き起こされるものであり、その変動はディスクの回転に概ね同期する成分が主体である。従って、ディスク上の情報記録位置（目標部材）の位置変動の周期性を利用すれば、１回転乃至数回転前の位置ずれ信号を使って、目標部材に対する可動部材（光ビームスポット）の追従性を改善することができる。
【０００５】
このような従来技術としては、例えば、特公昭６０−５７０８５号公報に記載のものがある（第１従来技術）。上記第１従来技術は一定の周期をもった位置変動に対して位置誤差信号を回転周期に同期して積算蓄積する信号遅延手段を備え、その瞬時の位置誤差信号を加算して信号遅延手段に入力するとともに、位置誤差信号を加算して可動部材の駆動手段の入力とするものである。
【０００６】
上記第１従来技術によれば、駆動手段の伝達関数をＧ（ｓ）とし、目標部材の周期的位置変動をＸｉとしたとき、周期的位置変動がｎ回繰り返されると、相対的位置誤差Ｘｅは、Ｘｅ＝Ｘｉ／｛１＋Ｇ（ｓ）｝ｎとなり、遅延手段出力はＸｉ／Ｇ（ｓ）に近づくことが示されている。
【０００７】
すなわち、１＋Ｇ（ｓ）の絶対値が、１より大きい周波数領域においては、相対的位置誤差は０に近づき、周期的変動に可動部材を追従させるための信号は、殆ど信号遅延手段の出力によって与えられることになる。これにより、駆動系のゲイン（Ｇ（ｓ）の絶対値）または、応答周波数帯域（Ｇ（ｓ）のゲインが１となる周波数）をむやみに高くしなくとも、追従性を大幅に向上させることができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記第１従来技術では、周期的位置変動であっても、誤差が圧縮されるのは１＋Ｇ（ｓ）の絶対値が、１より十分に大きい周波数領域のみであり、１＋Ｇ（ｓ）が１より小さくなるような場合には、誤差は圧縮されるどころか、逆に拡大（発散）するという問題点があった。
【０００９】
例えば駆動手段が２次の位相遅れ特性を有している場合、Ｇ（ｓ）のゲイン（絶対値）が、１付近の周波数で、１８０度近傍の位相遅れが存在すると、１＋Ｇ（ｓ）は、１よりかなり小さくなる。
【００１０】
通常の制御系では１／（１＋Ｇ（ｓ））は、本来存在する位置ずれが制御によってどれだけ小さな位置誤差に抑えられるか、すなわち誤差の圧縮率を示しており、１＋Ｇ（ｓ）が１より小さくなることは、制御ループのカットオフ周波数（Ｇ（ｓ）のゲインが１＝０ｄＢとなる周波数）付近で位置誤差が元々存在する値より大きくなる現象として観察される。
【００１１】
このような状態で、上記第１従来技術のままの構成を適用すると、１＋Ｇ（ｓ）が１より小さくなる周波数帯では誤差信号はどんどん大きくなって（発散して）しまう。
【００１２】
このような事態を避けるため、上記第１従来技術の適用に当たっては、信号遅延手段に入力する信号を制御ループのカットオフ周波数付近では十分小さなレベルとするようなローパスフィルタを、信号遅延出力と位置誤差信号を加算した後、信号遅延手段に入力する前に挿入する等の対策が必要となる。すなわち、上記第１従来技術においては、ディスク上の情報記録位置（換言すれば、目標部材）のディスク回転に同期した位置ずれを大きく圧縮できるのは、駆動手段のゲインがある程度大きく、１＋Ｇ（ｓ）が１より十分大きいという条件が確保された周波数範囲のみであり、１＋Ｇ（ｓ）が１に近いまたは１より小さくなる周波数（制御ループのカットオフ周波数付近より高い周波数域）領域では誤差の圧縮効果は期待できないという問題点があった。
【００１３】
本発明は斯かる問題点を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、周期性を有する位置変動に対して、その周期性を活用して、いたずらに制御系伝達特性のゲインや周波数帯域を上げることなく、位置追従における相対位置誤差を低下させることが可能な位置決め制御装置及び位置決め制御方法を提供する点にある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項１に記載の発明の要旨は、一定の周期をもって概ね等しい位置変動を繰り返す目標部材に対して移動部材を位置追従させる位置決め制御装置であって、前記目標部材の目標位置決め位置と前記移動部材との相対的位置誤差を検出する位置検出器と、前記位置検出器の出力するその瞬間の位置誤差信号と信号遅延手段の出力する遅延信号とを加算して、前記位置誤差信号を積算加算する一の加算手段と、前記一の加算手段の出力を受けて低域通過特性を有する第１のフィルタでフィルタリングし前記目標部材の位置変動の周期だけ遅延させた前記遅延信号を出力する信号遅延手段と、前記信号遅延手段の出力に接続されている第２のフィルタと、前記位置誤差信号と、前記遅延信号と、前記第２のフィルタを介した前記遅延信号とを加算する他の加算手段と、該他の加算手段の出力に基づく信号により前記移動部材を駆動する駆動手段とを備え、
前記第２のフィルタの伝達特性Ｆ（ｓ）は、前記駆動手段の伝達特性をＧ（ｓ）で表し、Ｘのゲインを｜Ｘ｜で表すとした場合、あらゆるｓにおいて、｜１−Ｇ（ｓ）Ｆ（ｓ）｜＜｜１＋Ｇ（ｓ）｜の関係を満たすことを特徴とする位置決め制御装置に存する。
また、この発明の請求項２に記載の発明の要旨は、一定の周期をもって概ね等しい位置変動を繰り返す目標部材に対して移動部材を位置追従させる位置決め制御方法であって、前記目標部材の目標位置決め位置と前記移動部材との相対的位置誤差を検出する位置検出工程と、前記位置検出工程の出力するその瞬間の位置誤差信号と信号遅延手段の出力する遅延信号とを加算して、前記位置誤差信号を積算加算する一の加算工程と、前記一の加算工程の出力を受けて低域通過特性を有する第１のフィルタでフィルタリングし前記目標部材の位置変動の周期だけ遅延させた前記遅延信号を出力する信号遅延工程と、前記遅延信号のみを受ける第２のフィルタでフィルタリングする工程と、前記位置誤差信号と、前記遅延信号と、前記第２のフィルタでフィルタリングされた前記遅延信号とを加算する他の加算工程と、該他の加算工程の出力に基づく信号により前記移動部材を駆動する駆動工程を備え、
前記第２のフィルタの伝達特性Ｆ（ｓ）は、前記駆動手段の伝達特性をＧ（ｓ）で表し、Ｘのゲインを｜Ｘ｜で表すとした場合、あらゆるｓにおいて、｜１−Ｇ（ｓ）Ｆ（ｓ）｜＜｜１＋Ｇ（ｓ）｜の関係を満たすことを特徴とする位置決め制御方法に存する。
【００１５】
本発明によれば、従来制限のあった、制御ループのカットオフ周波数付近より高い周波数の位置誤差を小さく抑えることが可能となる。これにより、より高精度の位置追従が要求される、光ディスク、磁気ディスク装置の高記録密度化の達成が可能となるばかりでなく、ディスク回転数が高速になった場合でも、制御ループの周波数帯域を上げることなく追従性能を向上させることができる。
【００１６】
換言すれば、周期的位置変動を有する目標位置と可動部材の相対位置誤差を積算蓄積する信号遅延手段の出力を、単純にその瞬間の位置誤差信号に加算して駆動手段に供給する他に、遅延手段出力を特定の特性を有するフィルタを介して、駆動手段に別途供給するまたは可動部材を別途動かす信号として使うことにより、従来制限のあった、制御ループのカットオフ周波数付近より高い周波数の位置誤差を小さく抑えることが可能となる。これにより高速回転するディスクへの位置追従性が著しく改善され、光ディスク、磁気ディスク装置等の高記録密度化の達成を容易にする効果がある。
【００１７】
次に、本発明の原理について、上記第１従来技術の記述を参考に説明する。目標位置の変動をＸｉとし、可動部材の移動量をＸｏとすると、相互の位置誤差はＸｅ＝Ｘｉ−Ｘｏとなる。また、信号遅延手段の出力をＸＬとし、駆動手段の伝達特性をＧ（ｓ）とすると、位置誤差信号と、遅延手段出力を加算して可動部材を駆動する場合の特性は、
Ｘｏ＝Ｇ（ｓ）（Ｘｅ＋ＸＬ）
で表される。このままでｎ回の周期分遅延手段による積算動作を行うと、上記第１従来技術に示されるように、ｎ回目の相対位置誤差は、下記式１に概ね近づき、遅延手段出力は下記式２に近い値となる。
【００１８】
Ｘｅ（ｎ）＝Ｘｉ／｛１＋Ｇ（ｓ）｝ｎ…式１
【００１９】
ＸＬ（ｎ）＝Ｘｉ／Ｇ（ｓ）×｛１−１／（１＋Ｇ（ｓ））ｎ−１｝…式２
【００２０】
ただし、位置誤差の収束条件が下記式３となり、下記式３が満たされない周波数では誤差が拡大し、制御系が発散することとなる。以下、｜Ｘ｜は、Ｘのゲインを表す。
【００２１】
｜１＋Ｇ（ｓ）｜＞１…式３
【００２２】
このような事態を回避するため、上記従来技術の適用に当たっては、信号遅延手段の入力部にローパスフィルタ（伝達特性＝Ｆｉ（ｓ））を配置し、位置誤差の収束条件を下記式４と緩和する手法が一般的である。
【００２３】
｜１＋Ｇ（ｓ）｜＞｜Ｆｉ（ｓ）｜…式４
【００２４】
ところで、遅延手段出力ＸＬを、特定の特性Ｆ（ｓ）を有するフィルタを介して、駆動手段に別途供給する場合を考えると、移動部材の移動量は、
Ｘｏ＝Ｇ（ｓ）（Ｘｅ＋ＸＬ＋Ｆ（ｓ）ＸＬ）
となる。この駆動によるｎ回目の周期での位置誤差信号Ｘｅ（ｎ）は、
Ｘｅ（ｎ）＝Ｘｉ−Ｇ（ｓ）（Ｘｅ（ｎ）＋ＸＬ（ｎ）＋Ｆ（ｓ）ＸＬ（ｎ））
となるが、
ＸＬ（ｎ）＝Ｘｅ（１）＋Ｘｅ（２）＋…＋Ｘｅ（ｎ−１）
であることを使って整理すると、
Ｘｅ（ｎ）−Ｘｅ（ｎ−１）＝−Ｇ（ｓ）（１＋Ｆ（ｓ））Ｘｅ（ｎ−１）／（１＋Ｇ（ｓ））
となり、
Ｘｅ（ｎ）＝｛１−Ｇ（ｓ）（１＋Ｆ（ｓ））／（１＋Ｇ（ｓ））｝Ｘｅ（ｎ−１）
＝｛（１＋Ｇ（ｓ）−Ｇ（ｓ）（１＋Ｆ（ｓ）））／（１＋Ｇ（ｓ））｝Ｘｅ（ｎ−１）
の漸化式が得られる。ここで、Ｘｅ（１）は遅延手段出力が０の状態での位置誤差とすると、
Ｘｅ（１）＝Ｘｉ／（１＋Ｇ（ｓ））
であるので、下記式５が得られる。
【００２５】
Ｘｅ（ｎ）＝｛（１＋Ｇ（ｓ）−Ｇ（ｓ）（１＋Ｆ（ｓ）））／（１＋Ｇ（ｓ））｝ｎ−１・Ｘｅ（１）
＝｛（１−Ｇ（ｓ）Ｆ（ｓ））／（１＋Ｇ（ｓ））｝ｎ−１・｛Ｘｉ／（１＋Ｇ（ｓ））｝…式５
【００２６】
上記式５と、従来条件における上記式１を比較すると、分母側は、同じ（１＋Ｇ（ｓ））ｎであるが、分子側は従来１であったものが、｛１−Ｇ（ｓ）Ｆ（ｓ）｝ｎ−１になっていることが分かる。
【００２７】
従って、Ｇ（ｓ）Ｆ（ｓ）が１に近くなるような適当なフィルタ特性Ｆ（ｓ）を設定することにより、１＋Ｇ（ｓ）が１より小さくなる場合があっても、分子側の１−Ｇ（ｓ）Ｆ（ｓ）がより小さくなっていれば、残留する位置誤差Ｘｅ（ｎ）を０に近づけることができる。すなわち、位置誤差の収束条件を下記式６のようにすることができる。
【００２８】
｜１＋Ｇ（ｓ）｜＞｜１−Ｇ（ｓ）Ｆ（ｓ）｜…式６
【００２９】
ここで、Ｇ（ｓ）は駆動手段の伝達特性を含むため、位置制御系では一般に２次の位相遅れ特性を含む。よって、Ｓ→∞の周波数領域にわたってＧ（ｓ）Ｆ（ｓ）を１に近い値にするためには、Ｆ（ｓ）に微分項を導入する（Ｆ（ｓ）の分子の次数＞Ｆ（ｓ）の分母の次数とする）必要がある。微分項を含むフィルタの実現は実用上困難であるが、１＋Ｇ（ｓ）が１より小さくなる制御ループのカットオフ周波数（Ｇ（ｓ）のゲインが０ｄＢになる周波数）付近及びそれより高い周波数領域の一部の範囲でそのような特性が設定できれば、実用上は十分な位置誤差の圧縮性が得られる。
【００３０】
すなわち、従来技術同様、実用上は信号遅延手段の入力部にローパスフィルタを配置し、位置誤差の収束条件を下記式７と緩和すればよい。
【００３１】
｜１＋Ｇ（ｓ）｜＞｜１−Ｇ（ｓ）Ｆ（ｓ）｜・｜Ｆｉ（ｓ）｜…式７
【００３２】
上記式４と異なり、Ｆ（ｓ）がＧ（ｓ）のゲインが１付近の周波数付近及びそれより高い周波数領域の一部の範囲でＧ（ｓ）の逆特性に概ね等しいため、上記式７におけるＦｉ（ｓ）のカットオフ周波数は、制御ループのカットオフ周波数を超えて設定可能となる。
【００３３】
また、速度制御系のようにＧ（ｓ）に１次の位相遅れ特性のみを含む場合には、Ｆ（ｓ）に微分項を導入することなしに、ｓ→∞（無限大）で｜１−Ｇ（ｓ）Ｆ（ｓ）｜→１（０ｄＢ）と設定可能であるため、原理上は上記式７におけるＦｉ（ｓ）＝１（信号遅延手段の入力部にローパスフィルタを配置しないのと等価）と設定可能であるが、安定性の余裕を考慮して、Ｆｉ（ｓ）はローパス特性とすることが望ましい。
【００３４】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る光ディスク装置におけるフォーカス追従（焦点位置制御）装置の構成を示すブロック図である。
【００３５】
図１を参照すると、レーザ光源８から出力された光ビームは、光ヘッド７を介し対物レンズ４で収束され、光ディスク１に照射される。本実施の形態における移動部材である光ビームスポット３（光ビームの合焦位置）は、フォーカスアクチュエータ５にて対物レンズ４を光ビームの光軸方向５０に駆動することで変位（可動部材の移動量Ｘｏ）する。
【００３６】
スピンドルモータ９は、図示しないスピンドルモータ９のコントローラにより、光ディスク１を概略一定の周期で回転させる。本実施の形態における目標部材である光ディスク１上の情報記録位置２は、光ディスク１の回転に伴い、光ビームの光軸方向５０に概略一定の周期を持って概ね等しい位置変動（目標位置の変動Ｘｉ）を繰り返す。なお、図１において符号５１はスピンドルモータ回転軸を示している。
【００３７】
光ディスク１からの戻り光信号は、対物レンズ４、光ヘッド７を介し、光検出器６で電気信号に変換され位置誤差信号演算回路１５に出力される。位置誤差信号演算回路１５は、光検出器６の出力信号からフォーカスエラー信号を抽出し出力する。フォーカスエラー信号の検出には、ナイフエッジ法、非点収差法等が一般に用いられる。
【００３８】
本実施の形態においては、上記フォーカスエラー信号の検出に係るレーザ光源８、光ヘッド７、光検出器６、位置誤差信号演算回路１５をもって位置検出器が構成される。また、位置誤差信号演算回路１５の出力するフォーカスエラー信号が位置誤差信号Ｘｅを成す。
【００３９】
本実施の形態に係る光ディスク装置におけるフォーカス追従装置では、光ビームスポット３を光ディスク１上の情報記録位置２に追従させる位置決め制御系が構成される。
【００４０】
図１を参照すると、第１の加算回路１０は、位置誤差信号Ｘｅと信号遅延手段１３の出力する遅延信号ＸＬを加算し、第１のフィルタ１２に出力する。第１のフィルタ１２は、第１の加算回路１０の出力を帯域制限処理し遅延素子１６に出力する。遅延素子１６は、第１のフィルタ１２の出力信号をディスク１回転の周期に概ね等しい時間Ｌだけ遅らせた遅延信号ＸＬを出力する。
【００４１】
遅延素子１６は、所定の信号遅延が得られればどのような手段であってもよいが、例えば本実施の形態に示すように位置決め制御器をアナログ制御器として構成する際には、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ：電荷結合素子）を利用した遅延素子１６を用いるのが簡便である。ＣＣＤは、クロック発生器１９の出力するクロック信号１０１に従って遅延素子１６の入力信号１０２を出力側にずらしていくもので一種のアナログ信号に対するシフトレジスタであるが、クロック信号１０１の周期に対応した信号遅延が得られる。また、位置決め制御器をデジタル制御器として構成する際には、第１のフィルタ１２の出力信号データをクロック信号１０１によって動作するシフトレジスタに入力して信号遅延させる方法が簡便である。
【００４２】
本実施の形態の信号遅延手段１３は、遅延素子１６、第１のフィルタ１２、クロック発生器１９を中心にして構成されている。
【００４３】
遅延信号ＸＬは、光ディスク１の１回転前までの位置誤差信号を第１のフィルタ１２の制限帯域内で加算したものとなる。従って、遅延信号ＸＬは、第１のフィルタ１２の制限帯域内の位置誤差が残っているうちは光ディスク１の１回転ごとに増加を続け、第１のフィルタ１２の制限帯域内での位置誤差信号が０（ゼロ）になるまで積算が行われる。
【００４４】
第２の加算回路１１は、位置誤差信号Ｘｅと、遅延信号ＸＬを加算して出力する。第２のフィルタ１４は、遅延信号ＸＬを所定のフィルタ処理して出力する。第２のフィルタ１４の特性は、後述する駆動手段２０（図２参照）の逆特性を持つフィルタに、駆動手段２０の極零の相対次数と次数が等しく、かつ、フォーカス制御ループのカットオフ周波数に比してカットオフ周波数の広いローパスフィルタを直列結合することで微分動作なしで実現できる。
【００４５】
第３の加算回路１７は、第２の加算回路１１の出力と、第２のフィルタ１４の出力を加算して出力する。第３のフィルタ１８は、第３の加算回路１７の出力を入力し、ゲイン調整処理し、位相補償処理し、電力増幅して出力する。フォーカスアクチュエータ５は、第３のフィルタ１８の出力を受け、対物レンズ４を光ビームの光軸方向５０に駆動する。
【００４６】
本実施の形態においては、光ビームスポット３の移動に係るフォーカスアクチュエータ５、第３のフィルタ１８をもって駆動手段２０が構成される。
【００４７】
次に、以上のように構成された本発明の第１の実施の形態の動作について説明する。図２は、図１に示すに係る光ディスク装置におけるフォーカス追従装置のブロック図である。ただし、説明を簡便にするため、可動部材の移動量Ｘｏから位置誤差信号Ｘｅに至る系のゲイン特性は近似的に１で正規化して示す。
【００４８】
本実施の形態におけるフォーカスアクチュエータ５の伝達特性Ｐは、下記式８で表される２次位相遅れ系で近似できる。
【００４９】
Ｐ（ｓ）＝３４８／（ｓ２＋２１．９ｓ＋１．１４×１０５）（単位：ｍ／Ａ）…式８
【００５０】
第３のフィルタ１８の伝達特性Ｃ（ｓ）を下記式９と定義することで、駆動手段２０（伝達特性Ｇ（ｓ））の伝達特性が、下記式１０、図３（ａ），（ｂ）のゲイン線図と位相線図のようになる。
【００５１】
Ｃ（ｓ）＝２×１０６×｛（ｓ＋１７４１）／（ｓ＋３２６）｝×｛（ｓ＋３１４１）／（ｓ＋５０２６５）｝…式９
【００５２】
Ｇ（ｓ）＝Ｃ（ｓ）Ｐ（ｓ）…式１０
【００５３】
図３（ａ），（ｂ）では、ゲインが１（０ｄＢ）となる周波数（フォーカス制御ループのカットオフ周波数：２ｋＨｚ）近傍で位相が１８０度近傍の遅れ特性を示す。よって、本実施の形態の駆動手段２０では２ｋＨｚ以上の周波数での位置誤差の圧縮性能は望めない。
【００５４】
第２のフィルタ１４の伝達特性Ｆ（ｓ）を下記式１１と取ることで、伝達特性Ｆ（ｓ）は、本フォーカス制御ループのカットオフ周波数近傍、及びそれより高い周波数領域の一部の範囲で駆動手段２０の逆特性に概ね等しい特性を持つこととなる。下記式１１において、Ｇ（ｓ）−１に含まれるフォーカスアクチュエータ５の逆特性：Ｐ（ｓ）−１は、予め実験的に求めたフォーカスアクチュエータ５の近似特性を使用して求めればよい。
【００５５】
Ｆ（ｓ）＝Ｇ（ｓ）−１×｛３．１４×１０５／（ｓ＋３．１４×１０５）｝２…式１１
【００５６】
また、第１のフィルタ１２の伝達特性における制限帯域を、本制御ループのカットオフ周波数である２ｋＨｚより高い、６ｋＨｚの周波数に設定し、下記式１２を得る。
【００５７】
Ｆｉ（ｓ）＝３．７７×１０４／（ｓ＋３．７７×１０４）…式１２
【００５８】
上記式８〜式１２と設定した際の式７に示した位置誤差の収束条件を図４に示す。図４中（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実施の形態においては、上記式７に示した位置誤差の収束条件が満足されることが分かる。また、第２のフィルタ１４を用いない上記従来技術（Ｆ（ｓ）＝０）では、（ａ）に示す｜１＋Ｇ（ｓ）｜が制御ループのカットオフ周波数の２ｋＨｚ近傍で０ｄＢを下回るため、（ｃ）に併記するように｜Ｆｉ（ｓ）｜が式４の誤差の収束条件を満足せず、第１のフィルタ１２のカットオフ周波数を制御ループのカットオフ周波数以下、例えば、（ｄ）と設定する必要があった。
【００５９】
これに対して本実施の形態では、伝達特性Ｆｉ（ｓ）にて制御ループのカットオフ周波数を超えた周波数設定が可能となることが分かる。
【００６０】
遅延素子１６の伝達特性ＤＬ（ｓ）を下記式１３に示す。
【００６１】
ＤＬ（ｓ）＝ｅ−Ｌｓ…式１３
【００６２】
この時、図２のフォーカス追従装置の位置誤差圧縮特性（目標位置の変動Ｘｉから位置誤差信号Ｘｅに至る系の伝達特性）をＧｃ（ｓ）と置くと、伝達特性Ｇｃ（ｓ）は、式１４で表される。
【００６３】
Ｇｃ（ｓ）＝｛１−Ｆｉ（ｓ）ｅ−Ｌｓ｝／｛１−Ｆｉ（ｓ）ｅ−Ｌｓ＋Ｇ（ｓ）＋Ｇ（ｓ）Ｆ（ｓ）Ｆｉ（ｓ）ｅ−Ｌｓ｝…式１４
【００６４】
光ディスク１の回転に同期した、高調波を含む位置誤差成分の圧縮特性をＧｃｓ（ｓ）と置くと、圧縮特性Ｇｃｓ（ｓ）は、上記式１４においてｅ−Ｌｓ＝１とおいた場合に相当し、式１５で表される。
【００６５】
Ｇｃｓ（ｓ）＝｛１−Ｆｉ（ｓ）｝／｛１−Ｆｉ（ｓ）＋Ｇ（ｓ）＋Ｇ（ｓ）Ｆ（ｓ）Ｆｉ（ｓ）｝…式１５
【００６６】
本実施の形態における圧縮特性Ｇｃｓ（ｓ）のゲイン線図は図５となる。従来、ほぼ圧縮効果の得られなかった制御ループのカットオフ周波数（２ｋＨｚ）近傍にて、光ディスク１の回転に同期した位置誤差成分に１０ｄＢ以上の圧縮効果が得られることが分かる。
【００６７】
（第２の実施の形態）
以下、本発明の第２の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。上記第１の実施の形態では、上記式１１に示すごとく伝達特性Ｆ（ｓ）にフォーカスアクチュエータの逆特性：Ｐ（ｓ）−１が含まれるとしたが、フォーカスアクチュエータ５の一次共振周波数が５０Ｈｚ程度と制御ループのカットオフ周波数２ｋＨｚに比して十分低く、制御ループのカットオフ周波数近傍では２次の積分特性と近似できる点を利用すれば、伝達特性Ｆ（ｓ）は下記式１６のように簡略化することが可能である。
【００６８】
Ｆ（ｓ）＝Ｃ（ｓ）−１×｛ｓ２／３４８｝｛３．１４×１０５／（ｓ＋３．１４×１０５）｝２…式１６
【００６９】
上記第１の実施の形態において、上記式１１のみ上記式１６と置き換えた場合、上記式７に示した位置誤差の収束条件、光ディスク１の回転に同期した位置誤差成分の圧縮特性Ｇｃｓ（ｓ）は、それぞれ、図６、図７となり、上記第１の実施の形態と同様の効果が得られることが分かる。
【００７０】
（第３の実施の形態）
以下、本発明の第３の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図８は、本発明の第３の実施の形態に係る位置決め制御装置のブロック図である。
【００７１】
上記第１の実施の形態のブロック図を示す図２では、第２のフィルタ１４の出力を第２の加算回路１７を用い第３のフィルタ１８の入力側に加算するとした。
【００７２】
本実施の形態では、図８に示すように、上記式１１を下記式１７と置き換え、第２のフィルタ１４の出力を第４の加算器３１を用い第３のフィルタ１８の出力側に加算し、フォーカスアクチュエータ５を直接に付勢する構成とした点に特徴を有している。このように、図８に示す等価系（第１の実施の形態における図２に相当）でも同様の位置誤差圧縮効果が得られることは明らかである。
【００７３】
Ｆ（ｓ）＝Ｐ（ｓ）−１×｛３．１４×１０５／（ｓ＋３．１４×１０５）｝２…式１７
【００７４】
なお、上記各実施の形態においては、アナログ制御系での制御器構成を例に取り説明したが、デジタル制御系での制御器構成においても同様の効果が得られる。また、上記各実施の形態においては、説明の都合上、光ディスク装置におけるフォーカス追従（焦点位置制御）装置を例として説明したが、同様の性質を有する他の装置にも適用できることは無論であり、本発明の範囲は上記の例に限定されるものではない。
【００７５】
また、本発明が上記各実施の形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施の形態は適宜変更され得ることは明らかである。また上記構成部材の数、位置、形状等は上記実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好適な数、位置、形状等にすることができる。また、各図において、同一構成要素には同一符号を付している。
【００７６】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成されているので、周期性を有する位置変動に対して、その周期性を活用して、いたずらに制御系伝達特性のゲインや周波数帯域を上げることなく、位置追従における相対位置誤差を低下させることが可能となるため、従来制限のあった、制御ループのカットオフ周波数付近より高い周波数の位置誤差を小さく抑えることが可能となる。
【００７７】
これにより、より高精度の位置追従が要求される光ディスク、磁気ディスク装置の高記録密度化の達成が可能となるばかりでなく、ディスク回転数が高速になった場合でも、制御ループの周波数帯域を上げることなく追従性能を向上させることができるようになるといった効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る位置決め制御装置の第１の実施の形態を示すブロック図である。
【図２】図１に示す光ディスク装置におけるフォーカス追従装置のブロック図である。
【図３】図１に示す位置決め制御装置の動作を説明するための周波数特性図である。
【図４】図１に示す位置決め制御装置の動作を説明するための周波数特性図である。
【図５】図１に示す位置決め制御装置の動作を説明するための周波数特性図である。
【図６】図１に示す位置決め制御装置の動作を説明するための周波数特性図である。
【図７】図１に示す位置決め制御装置の動作を説明するための周波数特性図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態に係る位置決め制御装置のブロック図である。
【符号の説明】
１…光ディスク
２…情報記録位置
３…光ビームスポット
４…対物レンズ
５…フォーカスアクチュエータ
６…光検出器
７…光ヘッド
８…レーザ光源
９…スピンドルモータ
１０…第１の加算回路
１１…第２の加算回路
１２…第１のフィルタ
１３…信号遅延手段
１４…第２のフィルタ
１５…位置誤差信号演算回路
１６…遅延素子
１７…第３の加算回路
１８…第３のフィルタ
１９…クロック発生器
２０…駆動手段
３１…第４の加算器
５０…光軸方向
５１…スピンドルモータ回転軸
１０１…クロック信号
１０２…入力信号
Ｘｅ…位置誤差信号
Ｘｉ…目標位置の変動
ＸＬ…遅延信号
Ｘｏ…可動部材の移動量
Claims (2)
- 一定の周期をもって概ね等しい位置変動を繰り返す目標部材に対して移動部材を位置追従させる位置決め制御装置であって、
前記目標部材の目標位置決め位置と前記移動部材との相対的位置誤差を検出する位置検出器と、
前記位置検出器の出力するその瞬間の位置誤差信号と信号遅延手段の出力する遅延信号とを加算して、前記位置誤差信号を積算加算する一の加算手段と、
前記一の加算手段の出力を受けて低域通過特性を有する第１のフィルタでフィルタリングし前記目標部材の位置変動の周期だけ遅延させた前記遅延信号を出力する信号遅延手段と、
前記信号遅延手段の出力に接続されている第２のフィルタと、
前記位置誤差信号と、前記遅延信号と、前記第２のフィルタを介した前記遅延信号とを加算する他の加算手段と、
該他の加算手段の出力に基づく信号により前記移動部材を駆動する駆動手段とを備え、
前記第２のフィルタの伝達特性Ｆ（ｓ）は、前記駆動手段の伝達特性をＧ（ｓ）で表し、Ｘのゲインを｜Ｘ｜で表すとした場合、あらゆるｓにおいて、｜１−Ｇ（ｓ）Ｆ（ｓ）｜＜｜１＋Ｇ（ｓ）｜の関係を満たすことを特徴とする位置決め制御装置。 - 一定の周期をもって概ね等しい位置変動を繰り返す目標部材に対して移動部材を位置追従させる位置決め制御方法であって、
前記目標部材の目標位置決め位置と前記移動部材との相対的位置誤差を検出する位置検出工程と、
前記位置検出工程の出力するその瞬間の位置誤差信号と信号遅延手段の出力する遅延信号とを加算して、前記位置誤差信号を積算加算する一の加算工程と、
前記一の加算工程の出力を受けて低域通過特性を有する第１のフィルタでフィルタリングし前記目標部材の位置変動の周期だけ遅延させた前記遅延信号を出力する信号遅延工程と、
前記遅延信号のみを受ける第２のフィルタでフィルタリングする工程と、
前記位置誤差信号と、前記遅延信号と、前記第２のフィルタでフィルタリングされた前記遅延信号とを加算する他の加算工程と、
該他の加算工程の出力に基づく信号により前記移動部材を駆動する駆動工程を備え、
前記第２のフィルタの伝達特性Ｆ（ｓ）は、前記駆動手段の伝達特性をＧ（ｓ）で表し、Ｘのゲインを｜Ｘ｜で表すとした場合、あらゆるｓにおいて、｜１−Ｇ（ｓ）Ｆ（ｓ）｜＜｜１＋Ｇ（ｓ）｜の関係を満たすことを特徴とする位置決め制御方法。
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