JPH06111345A - 光ヘッド制御装置 - Google Patents

光ヘッド制御装置

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JPH06111345A
JPH06111345A JP4259845A JP25984592A JPH06111345A JP H06111345 A JPH06111345 A JP H06111345A JP 4259845 A JP4259845 A JP 4259845A JP 25984592 A JP25984592 A JP 25984592A JP H06111345 A JPH06111345 A JP H06111345A
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processing
signal
control
objective lens
servo
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JP4259845A
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Hiroyuki Gondo
浩之 権藤
Kiyoyuki Suenaga
清幸 末永
Koji Muraoka
宏治 村岡
Shingo Sakata
信吾 佐方
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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  • Optical Recording Or Reproduction (AREA)
  • Moving Of The Head To Find And Align With The Track (AREA)
  • Moving Of The Head For Recording And Reproducing By Optical Means (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 より低速なハード，ソフト構成で複数の制御
処理を行うことにより、簡略で低コストな制御回路構成
にて信頼性が高く、高機能な光ヘッド制御装置を提供す
る。 【構成】 データサンプリングした後に、比較器42に入
力されたサーボエラー信号は、所定の比較値との比較が
行われる。この結果をシーケンスコントローラ46に送
り、比較値より小さい場合はオフセット調整部43やゲイ
ン調整部44，フィルタリング処理部45などの動作を行わ
ず、この間にパラメータ設定部51からサーボパラメータ
補正処理などの動作を行わせる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光ヘッドの制御装置に
係り、特にデジタル信号にて光ヘッドのサーボ制御を行
うデジタルサーボ制御装置に関する。
【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、トラックピッチが非常に小さ
く(１〜２μｍ)、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る。
【０００３】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、ディスク上にて微小な光スポッ
トに絞り込む方法が用いられている。光スポットの位置
制御は、光検出器にて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て、この検出値により対物レ
ンズアクチュエータのサーボ制御を行うことにより実現
している。しかし、対物レンズアクチュエータは一般に
可動範囲が±0.1mmから±１mmと小さく、半径が数十mm
以上にも及ぶ光ディスク面上の所定の記録域に対物レン
ズを移動させることはできない。そこで、対物レンズア
クチュエータをキャリッジ上に搭載し、このキャリッジ
にリニアモータを一体化してキャリッジ全体を搬送させ
る機構が用いられており、対物レンズの移動距離が大き
いときはリニアモータで、小さいときは対物レンズアク
チュエータでラジアル方向の移動制御を行う二段サーボ
方式と呼ばれる方法が一般に用いられている。
【０００４】以下、図６ないし図10を用いて、二段サー
ボ方式を用いた光ディスク装置の構成とその制御方法に
ついて説明する。
【０００５】図６は、光ディスク装置を示したものであ
り、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は光ヘッドの可動部で、光
ディスクの記録膜に光を集光させるための対物レンズ４
と一体構成された対物レンズアクチュエータ(図示せず)
や、キャリッジ９をディスクの外周から内周まで移動さ
せるリニアモータ５などが一体構成されている。６は固
定光学部で、可動部３に搭載しない半導体レーザや各種
プリズム、トラッキングエラーおよびフォーカスエラー
を検出するための光学素子やセンサなどが収納されてい
る。最近ではアクセス速度の高速化を図るために、この
ように可動部と光学系とを分離して構成し、可動部の軽
量化を図る方法がよく用いられている。
【０００６】この固定光学部６からの光は、光路７を介
して光入射口８から可動部３に入射され、ここでミラー
(図示せず)によって光路を上方に変えられて、対物レン
ズ４に入射され、ディスク１上に微小スポットを形成す
る。ディスクからの反射光は、再び対物レンズ４，光入
射口８を介して固定光学部６に戻され、固定光学部６内
に設けられた光検出器(図示せず)によって情報信号が検
出されるとともに、フォーカス位置検出やトラッキング
位置検出が行われる。
【０００７】図７は、キャリッジ９内に設けられた対物
レンズアクチュエータの構成を示したものである。対物
レンズ４はボビン14に固定されており、このボビン14は
支持バネ15によってベース16に支持されている。ベース
16に固設された永久磁石19，ヨーク20は、ボビン14に形
成されたフォーカス駆動コイル17，トラッキング駆動コ
イル18に対して磁気回路を構成し、これらのコイルに電
流を流すことにより、ボビン14はフォーカス方向、また
はトラック方向に駆動される。
【０００８】回転している光ディスク１は面振れや偏心
によって変位するが、このような微小な変位に対して
は、フォーカス位置検出器やトラッキング位置検出器に
よって得られた位置制御信号により対物レンズアクチュ
エータを駆動し、光スポットの位置制御を行う。一方、
アクセス動作のように光スポットをラジアル方向に大き
く移動させる場合には、対物レンズ４の移動に合わせ
て、図６に示したリニアモータ５を追随移動させること
により行う。この制御は、図７における対物レンズ位置
検出器21の検出値によって行われる。この対物レンズ位
置検出器21はＬＥＤ22の光をボビン14に照射し、その反
射光をもってボビンの位置検出を行うものである。この
検出信号により、キャリッジ９内における対物レンズ４
の中立位置からのずれを検出し、常に対物レンズ４がキ
ャリッジ９の中立位置に位置するようにリニアモータを
移動制御する。これにより、対物レンズ４の移動に従っ
てリニアモータと一体構成されたキャリッジ９がこれに
追随し、見かけ上はキャリッジ９の移動によって対物レ
ンズ４が移動する動作となる。
【０００９】次に、光ヘッドの制御方法について説明す
る。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、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。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，変更できるとともに、回路の小型化が
図れる，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。
【００１０】光ヘッドの制御においては、フォーカス，
トラッキングおよびリニアモータの対物レンズ追従制御
は、互いの制御信号の一部を参照，利用もするが、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
るため、ここでは対物レンズアクチュエータのトラッキ
ング制御回路を取り上げて説明する。
【００１１】図８はトラッキング制御回路のブロック図
である。23は固定光学部６内に設けられたトラッキング
位置検出器で受けた光信号を位置検出信号に変換するト
ラック位置信号検出部であり、ここで変換された信号は
エラー検出部24に送られ、トラッキングサーボ制御のエ
ラー信号が生成される。この信号はサンプルホールダを
含むＡ／Ｄ変換器25にて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26で各種演
算が行われる。通常この演算処理部26はデジタルシグナ
ルプロセッサ(以下、ＤＳＰと称す)やマイクロプロセッ
サなどを用いたソフトウェアで構成されている。ここで
演算処理された信号はＤ／Ａ変換器27で再びアナログ制
御信号に変換され、トラッキングアクチュエータ駆動ア
ンプ28で光ヘッドのアクチュエータの駆動信号に変換さ
れ、対物レンズアクチュエータのラジアル方向の位置制
御を行う。
【００１２】図９に演算処理部26の処理フローを示す。
演算処理部26ではオフセット調整，ゲイン調整，フィル
タリング処理などが行われる。オフセット調整はＡ／Ｄ
変換されたデジタルエラー信号の低周波(ＤＣ)成分のオ
フセット調整を行うもので、先に述べたトラック位置信
号検出部の検出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。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、トラッキングエラー検出信
号は対物レンズアクチュエータのフィードバック制御信
号に変換され、対物レンズの制御信号となる。
【００１３】以上、トラッキング制御回路を例にして説
明したが、フォーカス制御回路やリニアモータの追従制
御回路も類似のサーボ制御回路が必要であり、個々に構
成される。しかし、演算処理部に関してはこれらを個々
に設けることは、回路規模やコストの面を考慮すると現
実的ではなく、通常は各演算処理は単一、またはせいぜ
い２個のプロセッサを用いて構成され、ソフトウェアに
よる時分割処理によって制御される。
【００１４】この方法を図10を用いて説明する。図10は
フォーカスサーボ，トラッキングサーボ，リニアモータ
の追従制御における演算処理を時分割で行う例を示して
いる。サンプル周期Ｔにおいてこれら３つの演算処理を
行うが、周期Ｔ内において、ｔ1n，ｔ2n，ｔ3nはフォー
カスサーボ(Ｆｏ)，トラッキングサーボ(Ｔｒ)，リニア
モータ(ＬＭ)の追随制御それぞれの処理を行う期間を示
している。さらには、トラッキングサーボ制御を行うｔ
2n内において、ｔ2a，ｔ2b，ｔ2cはそれぞれＡ／Ｄ変換
などのデータサンプリング期間，演算処理期間，Ｄ／Ａ
変換などの制御信号出力処理期間として用いられてい
る。
【００１５】この時分割制御により、１個の演算処理部
で３つのサーボ制御を行うことができ、簡略な回路構成
で光ヘッドのデジタルサーボ制御回路を構成することが
できる。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】デジタルサーボ制御に
おいては、サンプリングの周波数は制御性能や制御対象
の仕様によって決定される。一般にデータストレージ用
光ディスク装置は、1800〜3600rpmでディスクが回転
し、このディスクの面振れや偏心に対物レンズアクチュ
エータ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。これ以下であると、光ディ
スクの面振れや偏心に対物レンズアクチュエータが追随
できず、光ディスクへのデータの正しい記録，再生が行
えないばかりでなく、誤動作をするなどの問題が生じ
る。そのため、図10で示したサンプル周期Ｔは短い場合
10μｓとなり、この期間に３つの処理を行うためには、
個々の処理は数μｓで行わなければならない。最近では
高速演算可能なプロセッサとしてＤＳＰが製品化されて
いるが、この期間でデータのサンプリングや演算処理を
行うのは必ずしも容易なこととはいえない。
【００１７】一方、先に述べたように、デジタルサーボ
制御は、光ディスクの高性能化，高信頼化，簡略化を図
るために有効な制御方式であるが、これは図９に示した
オフセット調整，ゲイン調整，フィルタリング処理など
の各処理に用いる演算パラメータを随時変更，最適化で
きることが大きな要因である。これらのパラメータは、
光ヘッドに入力される位置検出器からの信号の分析のみ
ならず、記録再生信号、あるいは光ヘッド周辺に設けた
温度センサなどの他の状態検出器などの信号によって決
定される。そのためこれらの信号の分析や最適パラメー
タの演算なども随時行わなければならず、この処理もＤ
ＳＰの空き時間を見つけて行う必要がある。
【００１８】さらには、これらのサーボ制御の他に、Ｄ
ＳＰとしては周辺機構や回路の制御，記録再生信号の処
理、異常発生処理なども行わねばならない。また、サー
ボ系の安定化，高精度化を図るために、環境変動や振動
などの外乱に対して、サーボ制御系のパラメータを随時
変更して最適制御を図っていく順応制御なども必要とな
る。そのため対物レンズアクチュエータやリニアモータ
のサーボ制御のみにＤＳＰの処理時間のほとんどを費や
すようであれば、これらの処理を盛り込むことができ
ず、デジタルサーボ制御のメリットが損なわれてしまう
ばかりでなく、サーボ制御ですら十分な性能を確保でき
ないといった問題を生じる。
【００１９】
【課題を解決するための手段】本発明の光ヘッド制御装
置は、一定周期ごとに対物レンズの位置検出信号のサン
プリングと処理を行い、これを繰り返すことによって対
物レンズの位置制御を行う光ピックアップのデジタルサ
ーボ制御回路であって、対物レンズの位置検出信号をサ
ンプリングしてデジタル信号に変換する第１の処理手段
と、変換されたデジタル信号を予め設定された設定値と
比較する第２の処理手段と、前記デジタル信号を演算処
理する第３の処理手段と、演算処理された信号を対物レ
ンズ駆動信号に変換する第４の処理手段とを備え、前記
第２の処理手段による比較結果に応じて前記第３と第４
の処理手段による処理を省略可能な構成としたものであ
る。
【００２０】
【作用】対物レンズの位置検出信号をサンプリング，デ
ジタル変換し、所定の設定値とその値を比較し、その結
果に応じてそれ以下の処理を省略することができる。こ
れによって、設定された所定のサンプリング周期内に余
裕時間を確保することができる。この余裕時間を利用し
て、他の処理を行うことが可能となり、安定化，高信頼
化の制御施策や種々の制御機能を付加できるようにな
る。また、制御回路を構成するハードウェアやソフトウ
ェアも、より簡略なもので対応できるようになり、サー
ボ制御回路の簡略化，低価格化を図ることができる。
【００２１】
【実施例】図１ないし図４を用いて、本発明の一実施例
について説明する。図１は光ヘッド制御装置の構成を示
したものである。図１において、３は対物レンズアクチ
ュエータを含む光ヘッドの可動部で、６は固定光学部で
ある。固定光学部６内にある検出器からの位置検出信号
がフォーカス(Ｆｏ)位置信号検出部29、トラッキング
(Ｔｒ)位置信号検出部30に送られ、また可動部３からは
リニアモータの制御信号がリニアモータ(ＬＭ)制御信号
検出部31に送られる。ここで検出された信号はそれぞれ
エラー検出部32，33，34でサーボ制御のエラー信号に変
換され、Ａ／Ｄ変換部35に送られる。Ａ／Ｄ変換部35
は、タイミングコントローラ36の制御信号によって切換
スイッチ37aが切り換えられ、３つのエラー信号を時分
割でデジタル信号に変換する。ここで、変換された信号
は切換スイッチ37bの切り換えによってそれぞれの信号
処理部38a，38b，38cに送られる。ここで処理された信
号はＤ／Ａ変換部39a，39b，39cによってアナログ信号
に変換され、駆動アンプ40a，40b，40cを介してフォー
カスサーボ用駆動信号41a、トラッキングサーボ用駆動
信号41b、リニアモータ駆動信号41cとなる。
【００２２】図２に信号処理部の構成を示す。本実施例
では、３つの制御における演算処理内容が異なるため
に、それぞれに演算処理部を持たせた例を示している。
フォーカスサーボ部についてみると、42aは比較器、43a
がオフセット調整部、44aがゲイン調整部、45aがフィル
タリング処理部である。比較器42は入力された信号を予
め設定した信号と比較して、その大小を判定するもの
で、ここの判定結果がシーケンスコントローラ46に送ら
れる。オフセット調整部43はＡ／Ｄ変換されたデジタル
エラー信号の低周波(ＤＣ)成分のオフセット調整を行う
もので、フォーカス位置信号検出部の検出信号の補正や
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。ゲイン調整部44はフォーカシ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
リング処理部45は対物レンズアクチュエータの機械特性
を補償するために行うもので、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。
【００２３】比較器42の動作について説明する。図３に
フォーカスエラー信号の波形例を示している。このエラ
ー信号47は対物レンズの位置ずれを示す信号であり、サ
ーボ制御系はこのエラー信号がゼロになるようにフィー
ドバック制御を行うものである。デジタルサーボ制御に
おいては、このエラー信号を所定のサンプリング周期Ｔ
でサンプリングし、刻々において補正制御を行っていく
ことになる。このエラー信号は実際的にはゼロにはなら
ず、光ディスクの記録再生に必要な性能を満たす所定の
偏差内(図中48)であればよい。そこで、サンプリングし
たデータがこの偏差許容値を満たす所定の範囲内にある
場合は、サンプリングの後に続く処理を省略し、処理を
中断して次回のサンプリングまで制御状態を保持するこ
とも可能となる。
【００２４】この制御の様子を図４を用いて説明する。
図４はフォーカスエラー信号を示している。49はフォー
カスエラー偏差の許容値を示している。この許容値より
も小さい値50は図２に示した比較器の比較値であり、こ
の値以内であれば、オフセット調整，ゲイン調整，フィ
ルタリングなどの演算処理やＤ／Ａ変換などの出力処理
を行わないようにする。すなわち、図４において、
ｔ1，ｔ2，ｔ3，ｔ4では正規の処理によりサンプリン
グ，演算処理，信号出力処理を行う。ｔ5ではサンプリ
ング結果が比較信号値50よりも小さいために、サンプリ
ングのみを行って以下の演算処理や信号出力処理は行わ
ない。ｔ6ではサンプリング値が比較信号値50よりも大
きいために、ｔ1〜ｔ4時と同様に全ての処理を行う。こ
のため、ｔ4においては演算処理に要する時間が省略で
き、この空いた時間を他の処理などに活用することがで
きる。
【００２５】図２において、比較器42からの比較結果を
得て、シーケンスコントローラ46にてオフセット調整部
43，ゲイン調整部44，フィルタリング処理部45の動作を
制御するとともに、図１に示したＤ／Ａ変換器39など、
後段の回路の動作制御を行う。比較結果が比較信号値よ
りも小さい場合は、これらの処理を省略できるため、こ
の間に図２のパラメータ設定部51により、オフセット調
整部43，ゲイン調整部44，フィルタリング処理部45等の
パラメータの設定，補正などを行う。この処理は、先に
説明したように、アクチュエータ特性や光学特性の環境
変動やばらつき、あるいは振動などの外乱に対する制御
パラメータの最適化補正処理である。これらの処理の他
に、光ヘッド制御のサーボ制御以外の他の処理を行うこ
ともできる。
【００２６】図５は、本発明の他の実施例の信号処理部
の制御をソフトウェアで行う場合のシーケンスを示した
ものである。一般にフォーカスサーボ制御，トラッキン
グサーボ制御では、サンプリング周波数は20kHz以上が
必要であるが、リニアモータのサーボ制御は数kHzでよ
い。本実施例では、リニアモータの制御の一部を省略す
る構成にしている。すなわち、フォーカス(Ｆｏ)サーボ
制御やトラッキング(Ｔｒ)サーボ制御のサンプリング周
波数は一定周期Ｔにて毎回行い、リニアモータ(ＬＭ)の
サーボ制御は、サンプリング処理のあとにデータ比較を
行い、この値が所定の値以下であれば、以下の処理を省
略するものである。図５において、52が通常のリニアモ
ータ制御で、データサンプリング，比較，オフセット調
整，ゲイン調整，フィルタリング処理，出力処理から構
成されている。しかし、54においては、ＬＭデータのサ
ンプリングを行い、比較を行った結果、比較設定値より
小さいために以下の処理を省略している。そのかわりに
この期間(斜線部53)に、他のパラメータ最適設定処理や
他の制御処理を行うものである。図５のこれらの処理は
通常割り込み制御によって行われ、リニアモータ制御の
サンプリング処理結果により、サンプル値が比較設定値
よりも小さい場合は、割り込みから復帰させ、これらの
処理を行うといった制御処理によって行っている。本実
施例では、リニアモータの制御のみにこの処理を施した
例を示したが、これをフォーカスサーボやトラッキング
サーボなどに適用してもよい。
【００２７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
デジタルサーボ制御におけるサンプリング周波数を落と
すことなしに、サーボ系の安定化などの処理を行うこと
ができ、高精度，高信頼性の光ヘッド制御装置を提供で
きる。また、制御回路を構成するハードウェアやソフト
ウェアも、より低速なもので対応できるようになり、サ
ーボ制御回路の簡略化，低価格化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例における光ヘッド制御装置の
ブロック図である。
【図２】同実施例における光ヘッド制御装置の信号処理
部の構成ブロック図である。
【図３】光ヘッドのフォーカスサーボ動作時のフォーカ
スエラー信号波形の一例を示す図である。
【図４】同実施例におけるフォーカスエラー信号のサン
プリング動作を示す波形図である。
【図５】本発明の他の実施例における光ヘッド制御のシ
ーケンスを示す図である。
【図６】従来の光ディスク装置の構成を示す斜視図であ
る。
【図７】従来の光ディスク装置の対物レンズアクチュエ
ータの構成を示す斜視図である。
【図８】従来の光ヘッド制御装置の構成を示すブロック
図である。
【図９】従来の光ヘッド制御装置における演算処理部の
処理内容を示すフロー図である。
【図１０】従来の光ヘッド制御装置における制御シーケ
ンス図である。
【符号の説明】
１…光ディスク、 ３…可動部、 ４…対物レンズ、
６…固定光学部、 ９…キャリッジ、 32，33，34…エ
ラー検出部、 35…Ａ／Ｄ変換部、 38a，38b，38c…
信号処理部、 39a，39b，39c…Ｄ／Ａ変換部、 42…
比較器、 43…オフセット調整部、 44…ゲイン調整
部、 45…フィルタリング処理部、 46…シーケンスコ
ントローラ、 51…パラメータ設定部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐方 信吾 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (2)

    【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
    号のサンプリングと処理を行い、これを繰り返すことに
    よって対物レンズの位置制御を行う光ピックアップのデ
    ジタルサーボ制御回路であって、対物レンズの位置検出
    信号をサンプリングしてデジタル信号に変換する第１の
    処理手段と、変換されたデジタル信号を予め設定された
    設定値と比較する第２の処理手段と、前記デジタル信号
    を演算処理する第３の処理手段と、演算処理された信号
    を対物レンズ駆動信号に変換する第４の処理手段とを備
    え、前記第２の処理手段による比較結果に応じて前記第
    ３と第４の処理手段による処理を省略可能な構成とした
    ことを特徴とする光ヘッド制御装置。
  2. 【請求項２】 第３の処理手段による処理が定数の加減
    算または乗除算からなる演算処理を含み、前記第３，第
    ４の処理手段による処理を省略したときに前記定数の設
    定または演算を行う第５の処理手段をさらに備えている
    ことを特徴とする請求項１記載の光ヘッド制御装置。
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