JPH0242630A - 光スポットの位置決め装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光スポットの位置決め装置に係り、特に光デイ
スク装置に用いて好適な位置決め装置に関する。

（従来の技術〕 従来の装置は特開昭５８−９１５３６号に記載のように
光スポットの制御系、特に制御信号の処理回路にはアナ
ログ回路が用いられていた。すなわち、制御信号を検出
し、制御系のゲイン特性、及び位相特性を決める演算を
行い、この結果によってアクチュエータを駆動する回路
はアナログ系となっている。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来技術ではアナログ回路を用いているために回路規模
が大きくなり、装置の小型化ができないという問題があ
った。アナログ回路の場合、ＬＳＩ化したとしても、適
応性品機種が多くなるとその機種コとにＬＳＩを設計製
作しなくてはならず、時間、コストの面で困難を生じ°
ていた。さらに、光デイスク装置の制御系においては、
光スポットの制御信号をディスクからの反射光を光学系
を通して検出していることから、光学系がら出射される
レーザ光のパワー変動、および光学系の部品、組立公差
から発生する検出感度変動によって検出特性が変化する
。また、制御信号により制御するアクチュエータは、部
品公差、および組立公差により制御に関係する特性が大
幅に変動する。

従来、アナログ回路に関しては製品ごとにその機種に最
適なＬＳＩを作成していた。また検出特性の変動に関し
ては、検出特性を測定し、これにあわせて回路の設定定
数を変更することによって対応していた。さらにアクチ
ュエータ等の制御特性の変動に関しては、これを測定し
、やはり検出特性の変動と同じ様に回路の設定定数を変
更することによって対応していた。

本発明の目的はこれらの問題点を解決し、回路規模を縮
小でき、製品機種に対応した汎用性を有し、かつ制御系
の調整が容易な光スポットの位置決め装置を提供するも
のである。

さらに本発明は、制御系の引き込み、追従動作を安定に
かつ信号塵よく行うことができるデジタル信号処理方式
の光スポツト位置決め装置を提供するものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の位置決め装置は、信号処理系をデジタル化し、
検出系の感度変動、アクチュエータの特性変動等による
制御系の特性変動をＣＰＵの管理のもとに測定し、最適
制御特性になるように信号処理系の処理手順、設定値を
求め、信号処理系に設定することを第１の特徴とする。

また、信号処理系に入力されるトラックずれ検出信号を
２つに分け、１つを振幅制限し、もう１つの振幅をデジ
タル処理のダイナミックレンジ内になるように前処理し
てデジタル信号処理装置に入力することを第２の特徴と
する。

〔作用〕

信号処理系をデジタル化することは演算の設定パラメー
タの記憶、設定を容易にし、かつアナログ回路では困難
な掛は算２割算、積分等の演算を容易にし、これらの機
能を用いて、制御系の特性変動を自分自身で測定し、演
算手順、演算パラメータを設定することができ、制御系
の変動に影響を受けな゛い系にすることができる。

また、トラック引き込みにはトラックずれ信号をそのま
ま使用し、光スポットのトランジェントに対応して制御
できるようにし、定常追従時にはトラックずれ信号の変
化も大きくないことから信号の振幅を制限し、追従精度
を向上させる。

〔実施例〕

第２図に本発明の実施例を示す。光ディスク１はガラス
、プラスチック等の基板５とＵＶ（紫外線硬化樹脂）等
の下地膜６、Ｔｅ系の記録膜４から成り、下地膜６には
光ビームを位置決めするための案内溝２゛が設けられ、
記録ビット３が案内溝に沿って形成される。半導体レー
ザ１４からでた光は、カップリングレンズ１５及び偏光
ミラー１３を通過後、ミラー１０により光路をまげられ
、対物レンズ８に入射し、記録膜面上に光スポットを形
成する。記録膜面上に記録されたデータにより変調を受
けた反射光ビームは再び、対物レンズ８、ミラー１０を
通り、偏光ミラー１３を半導体レーザ１４とは異なる方
向に進み、トラックずれ検出光学系１５及び焦点ずれ検
出光学系１６にそれぞれ入射する。ここでトラックずれ
検出光学系１５については１回折光検出力式を用いてい
る６詳細については特開昭４９−６０７０２号に詳述さ
れている。

また、焦点ずれ検出光学系については、像回転検出方式
を用いている。これも特開昭５７−１０８８１１号に詳
述されているので省略する０本実施例では。

光スポットを偏向するアクチュエータとしてはガルバノ
ミラ−９を用いているが、これも２次元アクチュエータ
を用いても良い。この場合には、ボイスコイルレンズア
クチュエータは必要が無くなる。

以上、光学ヘッドの構成について述べたが、装置の全体
構成について第３図（、）を用いて説明する。光学ヘッ
ド１９はボイスコイルモータ２゜に取付けられ、コロ３
５を介して、レール２３に支持されている。ヘッド１９
のサイドにはヘッドの位置を検出するための位置検出部
２２がある６検出部２２はヘッド１９に取付けられた可
スリット２１とレール２３を固定するベース（図示せず
）に固定された固定スリット２４と受光部２６とからな
る。

位置決めはまず、粗くは光学ヘッド１９を動かし、細か
くはヘッド１９に搭載されたガルバノミラ−９により行
う。

第３図（ｂ）では位置検出部の動作を説明する。

発光部２５では１つのＬＥＤから赤外光を発光させ、可
動スリット２１に入射させる。可動スリットを通過した
光は固定スリット２４に入り、２つの光検出器から成る
受光部２６により受光され電気信号に変換される。固定
スリット２４と可動スリット２１は同一ピッチをもち、
固定スリット２４の２つの光検出器全面にあるスリット
はそれぞれスリットの位相が９０度だけずれている。受
光部２６のそれぞれの光検出器からの出力をアンプ２８
．２９でそれぞれ増幅し、演算回路２７に人力する。演
算回路２７により加算、減算を行い、ヘッドの移動量を
表すＶａｃ信号と、ＬＥＤの発光光量を表すＶｄｃ信号
を得る。Ｖｄｃ信号を用いて発光部２５のＬＥＤを制御
し、位置検出部２２の信号検出を安定化する。この詳細
な動作については特開昭６０−２０５２１６号に詳述さ
れている。

ガルバノミラ−９にはミラー１０の動きを検出する中点
ロックセンサが取付けである。これはＬＥＤ等から成る
発光部１１とフォトトランジスタ等からなる受光部１２
とから構成され、発光部１１から出射された光をミラー
１０に反射させ。

受光部１２で反射光の位置がミラー１０の触れ角度によ
って変化するのを検出する。以上、光ヘッドの構成と、
装置の全体構成について述べた。以下、これらの構成を
用いてデジタル信号処理を行う構成について述べる。

第１図は本発明の１つの実施例である。まず、光ヘッド
から出るセンサ出力とその演算出力について述べる。焦
点ずれ検出光学系１６にある２つの検出器からの出力を
焦点ずれ検出アンプ１８に入力し、それぞれの和と差を
演算し、信号ＡＥ。

ＡＴとして求める。また、トラックずれ検出光学系１５
にある２つの検出器からの出力をトラックずれ検出アン
プ１７に入力し、それぞれの和と差を演算し、信号ＴＥ
、ＴＴとして求める。ボイスコイルモータ２０に取付け
られた速度センサ３６からの信号は速度信号アンプ３１
に入力され適度の信号レベルに増幅される。レール２３
のディスクスピンドル（図示せず）側には光ヘッドが所
定の可動範囲を超えた場合これを検出するためのリミッ
トセンサ３４が設けられ、ヘッドが所定の範囲を超える
とＩＮＧＲＤ信号が発生する。

各センサ出力をデジタル信号処理するために以下のよう
な前処理を行う。アンプ３１からの速度信号３１はフィ
ルタ５４に入力され、帯域制限を行ない、サンプリング
による折り返し雑音を発生しないようになる。この出力
をセレクタ３９に入力し、タイミング発生回路３８から
発生されるタイミング信号によりサンプルホールドされ
、アドレスデコード・ラッチ回路４０からのアドレス信
号に対応したセンサ出力をセレクタする。ＡＥ倍信号レ
ベルシフト回路４９に入力され、電源電圧等から決めら
れるダイナミックレンジの中に信号振幅が入るように設
定する。この出力をフィルタ５０を介してセレクタ３９
に入力する。またＡＴ倍信号レベルシフト回路４８．フ
ィルタ５１を介してセレクタ３９に入力される。ＴＥ倍
信号レベルシフト回路５５を介して、減衰回路５２によ
り信号振幅を減衰させ、フィルタ５３を通過してセレク
タ３９に入力される。もう一方のレベルシフト回路５５
通過後の信号はクランプ回路５７により信号振幅をある
レベルに制限されたのち、フィルタ６３を介してセレク
タ３９に入力される。

ＴＴ倍信号レベルシフト回路４７、クランプ回路５６を
通過後、フィルタ６２を介し、セレクタ３９に入力され
る。外部スケールの位置検出部２７からの信号Ｖａｃ、
Ｖｄｃはそれぞれレベルシフト回路４６．５８を介して
、フィルタ５９゜６１に入力し、その後セレクタ３９に
入る。ガルバノミラ−９の中点ロックセンサの受光部１
２からの信号はフィルタ６０を介してセレクタ３９に入
力される。セレクタ３９の出力はＡＤＣ（アナログ・デ
ジタル変換回路）４２人力され、タイミング発生回路３
８からの制御信号に従ってデジタル量に変換後、データ
バス上に変換データを出力する。またこのデータバス上
にはＤＡＣ（デジタル・アナログ変換回路）４３への入
力とＤＳＰ（デジタル信号処理袋Ｗ）４１の入力とＣＰ
Ｕヘデータを送るラッチ回路４５の入力とＣＰＵからの
信号を受けるバッファ４４の出力が結合されており、相
互に信号のやり取りを行う、ＤＳＰ４１によって信号処
理された結果はＤＡＣ４３の入力され、アナログ信号に
変換されたのち、サンプルホールド回路６４，６５，６
６．６７に入力され、それぞれのアクチュエータ駆動回
路に接続されている。サンプルホールド回路の制御信号
はそれぞれタイミング発生回路３８から発生させられて
いる。

ＤＳＰ４１はタイミング発生回路３８からのクロック信
号をＯ８Ｃ端子に入力し、このクロックタイミングによ
り演算を行う。またＤＳＰ４１には演算に用いるデータ
メモリがあり、これをＣＰＵからの信号によってチップ
選択する端子Ｃ８に入れ、アドレスデータ・ラッチ回路
４０からのアドレスＡＯ−Ａ１５信号によってデータを
選択し、Ｒ／Ｗ信号によって書き込みか読みだしかを判
定し処理を行う、ＣＰＵからＤＳＰへの書き込みデータ
はバッファ４４に瞬時蓄えられ、アドレスデコーダ・ラ
ッチ回路４０の制御信号によりデータバス上に載せられ
、ＤＳＰのデータ入力端子ＤＯ〜Ｄ７によって取り込ま
れ、アドレスＡＯ−Ａ１５によって指定されるアドレス
に書き込まれる。

ＤＳＰ４１の演算結果はデータバス上に出力され、ＣＰ
Ｕに必要なデータはアドレスデコーダ・ラッチ回路４０
の制御信号によりラッチ回路４５に取り込まれＣＰＵに
報告される。このような信号としては焦点サーボの引き
込み動作が正常に行われたことを示すＡＦＯＫ、アクセ
ス動作が異常であることを示す５ＥＥＫＥＲＲ信号等が
ある。

各ホールド回路６４，６５，６６．６７の出力はそれぞ
れコース駆動回路３０．ボイスコイル駆動回路３２．ガ
ルバノミラ−駆動回路３３．外部スケールの発光部２５
に入力され、各制御信号にしたがって、アクチュエータ
を駆動し光スポットを制御する。

以上１本発明の実施例の構成について説明したが、以下
制御特性について述べる。−膜内にアナログ信号を取り
込んでデジタル信号処理をおこなう場合には信号処理の
遅れ時間が問題と成る。遅れ時間は一般的に入出力時間
と演算時間とサンプルホールド時間の和となる。入出力
時間はセンサ出力がサンプルホールド回路によってアナ
ログ値をホールドされ、セレクタによって選択後、ＡＤ
Ｃによってデジタル信号に変換されるまでの時間である
。演算時間はＤＳＰに信号が入力されて、デジタル信号
処理を実際に行ないＤＡＣにその結果を出力しアナログ
量に変換するまでの演算時間である。サンプルホールド
時間はＤＡＣの出力をホールド回路によってホールドす
ることによる実効的な遅れ時間を表す。この遅れ時間が
制御系におよぼす効果は系の位相遅れとなって表れる。

すなわち、サーボ系のゲイン位相特性において、ゲイン
ＯｄＢとなる周波数をクロスオーバ周波数と呼ぶと、こ
の周波数での位相余有がどの程度有るかによって制御系
の安定性がわかる６遅れ時間があるということは、この
クロスオーバ周波数での位相遅れが生じるということに
なり、安定性を損なうことになる。この周波数での位相
遅れ量は以下の式で表される。

ｓ ここで、ｆｃ；クロスオーバ周波数 ｆｓ；サンプリング周波数 一般にこの位相遅れは１０°から１５°の範囲に抑える
必要がある。すなわち、制御系の安全性から見て位相余
有の最適値は４０°から５０’といわれており、−膜内
に１次の位相進み回路によって５５″程度の位相進み量
を確保することができるためである。しかしサンプルホ
ールド時間だけでこれを超えることが考えられる０表１
にクロスオーバ周波数とサンプル周波数を変えた場合の
位相遅れ量を表した。

表　　１ 残りの遅れ時間のうち入出力時間はサンプルホールド時
間とＡＤ変換時間、及びセレクタ時間であるが、これら
は通常８ビット程度の変換を考えると、それぞれ１μｓ
程度にすることはできる。また、演算時間はＤＳＰの１
ステツプあたりの演算時間とステップ数によって決まる
時間であり、ＤＳＰの能力が決まるとプログラムのステ
ップ数。

すなわち制御能力が決められる。

光ディスクの位置決め装置にＤＳＰを適用しようとする
と、現状のサーボ系ではクロスオーバ周波数は約２　ｋ
　Ｈｚとなり、ＤＳＰによる位相遅れ時間の許容値は２
０μｓとなる。

一般的に遅れ時間の最適配分から考えると、遅れ時間は
サンプル周期より短い方が良く、むだを無くす意味から
等しい方が良い、するとサンプルホールド時間が１０μ
Ｓとなり、入出力と演算時間の和が１０μＳとなる。入
出力時間を３μｓとすると７μｓが演算時間となる。

現状のＤＳＰではステップ時間は１００ｎｓから２００
ｎｓ程度であることからステップ数は７０から３５程度
しか取れない。この程度の許容ステップ数では光デイス
ク装置の制御系としては、２つの制御系を入れるのが限
度であり、すべての制御系を１つのＤＳＰで実現するの
は困難である。

そこで本実施例では、焦点サーボ、トラッキングサーボ
、外部スケールのＬＥＤ発光制御を１つのＤＳＰで行う
。他の制御系はもう１つのＤＳＰを用いる。サンプリン
グ周期は従って、５０ｋＨｚ以上が必要となる。

さらに将来の光ディスクの制御系を考えると。

トラッキング制御の帯域は４ｋＨｚ程度にまで向上する
可能性があり、この時にはトラッキング制御系だけで２
つのＤＳＰを使用し、サンプリング周期を１００　ｋ　
Ｈｚ以上にする必要がある。

すなわち、１つのＤＳＰでの遅れ時間は全体で１０μｓ
とし、入出力時間２μｓ、演算時間３μｓ、サンプルホ
ールド時間３μＳとする。

トラッキング制御系の具体的構成について述べる。トラ
ッキング制御系は特開昭５８−９１５３６号に述べた２
段サーボ系であり、まず、検出方式について述べる。第
５図（ａ）に示すように、半導体レーザ１４からでた光
はディスク１面上に絞られ。

反射したのち、レンズ７５により点７６に結像される０
点７６の手前に光検出器１５が配置されている。光検出
器１５は第５図（ｂ）のように２分割センサであり、そ
れぞれの光検出器からの信号を差分回路７７によって差
動しＴＥ倍信号得る。

またそれぞれの信号を加算回路７８によって加算しＴＴ
倍信号得る。これらの信号は第４図に示すように、光ス
ポット７４がトラックを横断すると光スポットの位置に
対応した信号をそれぞれ第４図（ｂ）、第４図（ｃ）の
ように発生する。すなわち、ＴＥ倍信号光スポットのト
ラック中心からのずれを現わす信号であり、ＴＴ倍信号
ＴＥ倍信号位相が９０″ずれた信号であり、トラックの
位置を現わす信号である。ＴＥ、ＴＴ倍信号用いると、
光スポットがトラックを通過するタイミングとその方向
を検出できる。

第６図を用いて、トラック引き込み動作を説明する。Ｄ
ＳＰの処理の中でＴＴ倍信号ある１定しベルＥ１とレベ
ル比較を行うと、レベルの高い場合が光スポットがトラ
ック上にいるタイミングを現わすトラック位置信号を検
出できることになる６ＴＥ信号の零クロス点とトラック
位置信号８ｏが“１”になるタイミングが光スポットが
トラック中心を通過していることを現わす信号すなわち
。

トラック通過信号８１によって現わされる。これらの信
号を用いて、トラッキング動作を行う前に。

まずトラック中心に光スポットを引き込ませる動作のタ
イミング、サーボＯＮタイミング信号８３を発生するこ
とができる。ＣＰＵからトラッキング動作を開始する指
令、トラッキングＯＮ信号８２がＤＳＰにバッファ４４
．データバスを介して入力されるとトラック引き込みモ
ードのプログラムが起動され、ＴＴ倍信号レベルがＥｌ
を超え、かつＴＥ倍信号零クロス点が表れるタイミング
を待ち、この条件が成立した瞬間にトラック追従動作モ
ードのプログラムが起動される。このようにすると光ス
ポットがトラック中心に有るときにトラック追従動作が
起動されるため、ただちにトラック追従がおこなわれ、
オーバシュート等の過渡的な動作を起こすことはない。

ＤＳＰの様な信号処理装置のダイナミックレンジは一般
的にある範囲にあり、ダイナミックレンジと処理精度に
はトレードオフの関係がある。すなわち、制御系の追従
精度を上げるため処理精度を上げると、処理できる信号
振幅がダイナミックレンジで制限されてしまう０例えば
、トラックずれ信号ＴＥは光スポット７４の位置をＸ、
振幅をＡとし、トラックピッチをｐとすると、２π ＡＳｉｎ（Ｘ） と表わせる。追従精度を０．１　μｍとすると処理精度
は通常０．０１　μｍ程度は必要となる。すると最低限
のダイナミックレンジは６ビツト必要となる。ＡＤの変
換精度を考慮すると±１ビット程、度の誤差があり、こ
れが制御系の追従精度より、小さくなくてはならない。

このような理由から入力するトラックずれ信号はできる
かぎり大きい方が望ましい。そこで、トラック追従時に
はトラックずれの信号レベルは大きくないことからある
程度クランプ５６により振幅制限を行った信号を用い、
引き込み時には光スポットが大きく動くことから、トラ
ックずれ信号もほとんどトラックずれ信号の振幅まで変
動することから、トラックずれの信号をＤＳＰのダイナ
ミックレンジに合わすようにＡＴＴ５２により減衰させ
た信号を使用する。

このようにすると、光スポットがトラック中心からなん
らかの原因によりずれていった場合に、異常の警告信号
をクランプ５７の出力信号のレベルを監視することによ
り発生することができる。

なお、トラッキング制御系のクロスオーバ周波数は約２
ｋＨｚである。遅れ時間があるために前述したように位
相が遅れるため制御系が不安定になる可能性がある。そ
こで、この遅れ量を位相進み回路で補償する。

しかし、この回路を使用すると位相は補償できるが、ゲ
イン特性も変化してしまい、過度に行うことはできない
、そこで、クロスオーバ周波数でのゲイン特性の傾きが
２０ｄＢ／ｄｅｃ程度になり、しかも位相余有が５０°
程度取れるような補償方法を検討すると第７図のように
なる。

１．５　　ｋＨｚから立上り１５ｋＨｚでフラットにな
る位相進み回路と１．４　　ｋＨｚで立上り、２．８　
　ｋＨｚでフラットになる位相進み回路を２段使用する
。第１番目の１５　ｋ　Ｈｚを決めるのはサンプル周波
数であり、これを高くとりたくともサンプリング能力で
決められてしまう。焦点サーボを例にとり、パラメータ
設定方法について述べる。ヘッドを装置に組み込んだの
ち、ＣＰＵから設定するクロスオーバ周波数の信号をＤ
ＳＰから発生、ＡＤＣを介してボイスコイルレンズを駆
動する。光検出部、アンプを通って戻ってきたクロスオ
ーバ周波数成分をデジタルフィルタによって抜き出し、
入力した信号成分と戻ってきた信号成分とのゲイン比と
位相ずれをＤＳＰによって測定演算し、ゲインが１、位
相が約５０”になるように、ＤＳＰの演算パラメータ（
ゲインと位相進みのコーナ周波数と進み量）を設定する
。このようにするとヘッドを組み込んだ状態で制御系の
最適調整ができる。なおこの操作はヘッド組立の時だけ
ではなく、装置可動時でも動作が休止状態にある時に行
うことにより、さらに経時変化による変動も吸収できる
。

〔発明の効果〕

本発明に依れば、制御系の特性変動を容易に測定できか
つ容易に特性の最適値に設定できることから部品、組立
による制御系のバラツク、及び経時変化に対応できるよ
うになる。

また、光スポットの制御信号をデジタル処理に好適な形
態で入力できることから、制御系の引き込み、追従動作
を安定にかつ信頼度よ＜ＤＳＰによって行うことができ
る様になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１つの実施例の全体構成図、第２図は
光ヘッドの構成図、第３図は光ヘッドの全体図と外部ス
ケールの検出部構成図、第４図はトラックずれ検出信号
とトラックとの位置関係を示す図、第５図はトラックず
れ信号の検出の説明図、第６図はトラック引き込み動作
のタイムチャ！ト図、第７図はトラッキング制御系のボ
ーデ線第 図 χ 図 （ａ−） （ｂ） 不 図 （＾） （ｂン 不 図 ’　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　ｔ−７Ｆ’ｌＮフイミシフ゛イ套ミ畳プ
３θ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光スポットの位置制御信号を離散的に検出し、デジ
   タル信号処理を行つた信号によつて、制御対象であるア
   クチュエータを駆動することにより光スポットを制御す
   る位置決め装置において、複数個の光スポットの制御信
   号をサンプルホールドする手段と、複数個の信号を切り
   替える手段と、これらの信号を特定の手順により信号処
   理する手段と、その結果をアナログ信号に変換する手段
   とをもつことを特徴とする光スポットの位置決め装置。 ２、光スポットの位置制御信号を離散的に検出し、デジ
   タル信号処理を行つた信号によつて、制御対象であるア
   クチュエータを駆動することにより光スポットを制御す
   る位置決め装置において、光スポットの制御信号を振幅
   制限する手段と、該信号の振幅レベルをデジタル処理の
   ダイナミックレンジ内に合わせる手段と、これらの信号
   を特定の手順により信号処理する手段と、その結果をア
   ナログ信号に変換する手段とをもつことを特徴とする光
   スポットの位置決め装置。