JPH0736232B2 - 光ディスクのトラッキング制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、光ディスクのトラック上の光スポットが所
定のトラックに追従するように、光ビームを集光するた
めの対物レンズをアクチュエータを介してトラッキング
方向に移動制御させるように構成した光ディスクのトラ
ッキング制御装置に関するものである。

〔従来の技術〕

第９図は例えば特開昭59−28253号公報に開示された従
来の光ディスクのトラッキング制御装置を示すブロック
図であり、同図において１は信号を記録，再生する光デ
ィスク、２は光ビームａを光ディスク１上の所定のトラ
ックに追従させるアクチュエータ、３は光ビームａを光
ディスク上に集光させる対物レンズ、４はアクチュエー
タ２の可動部に駆動力を供給するアクチュエータコイル
である。５は光ビームａの光源であるレーザ発振器、６
はレーザ発振器５の出力を光ディスク１へ、また光ディ
スク１からの反射光をフォトディテクタ７へ分配するビ
ームスプリッタである。フォトディテクタ７は光ディス
ク１からの反射光を光量−電気変換する。８はトラッキ
ング誤差信号生成回路で、フォトディテクタ７からの信
号により光ディスク１におけるトラッキング案内溝に対
する光ビームの集光スポットの位置を電気信号に変換し
て出力する。上記ビームスプリッタ6,フォトディテクタ
7,トラッキング誤差信号生成回路８をもってトラッキン
グセンサを構成する。９は位相補償回路で、制御ループ
が閉じたときに安定請などの所定の制御性能を確保する
ように働く。10は増幅回路で、上記位相補償回路９から
の制御電圧を駆動電流に変換して、その駆動電流を上記
アクチュエータコイル４に供給する。

次に上記構成の動作について説明する。

光ディスク１からの反射光がビームスプリッタ６を経て
フォトディテクタ７に入射することによって、その入射
光量が電気変換されたのちトラッキング誤差信号生成回
路８において光ディスク１におけるトラッキング案内溝
に対する光ビームａの集光スポットの位置が検出され、
かつそれに相当する電気信号が出力される。この出力信
号が駆動電流に変換されてアクチュエータコイル４に供
給されることによりアクチュエータ２が作動される。こ
れにともなって対物レンズ３がアクチュエータコイル４
の発生する駆動力にて動かされて、光ディスク１上の光
スポットがトラッキング案内溝に追従するように移動さ
れることになる。

上記のようなトラッキング制御動作において、その制御
ループが閉じている際に位相補償回路９の働きにより制
御の安定性、適応性などが確保されて所定どおりのトラ
ッキング制御動作をおこなう。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来のトラッキング制御装置は、以上のように構成され
ているので、制御系の内部に、一種の微分回路である位
相補償回路が必要で、外部ノイズの影響を受けやすく、
また、サーボ引き込み時の応答が、制御系ゲインで一意
に定まってしまうため、速応性を改善すると、安定性が
悪くなってしまうなどの問題点があった。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになさ
れたもので、一種の微分回路である位相補償回路を用い
ずに、速応性と、安定性の両方を改善できるトラッキン
グ制御装置を得ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係るトラッキング制御回路は、トラッキング
アクチュエータにレンズポジションセンサを搭載すると
ともに、アクチュエータの駆動電流と、上記レンズポジ
ションセンサの出力とにより、現代制御理論のオブザー
バを使ってアクチュエータの速度を推定し、制御を状態
フィードバック系としたものである。

〔作用〕

この発明においては、オブザーバにより推定されたアク
チュエータ速度と、トラッキングセンサにより検出され
る追従目標（ディスク偏芯）と、光スポット位置との差
をフィードバックする事により状態フイードバックを行
なう構成としたから、位相補償回路を用いずに、速応性
と、安定性の両方を改善できる。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。

第１図はこの発明の一実施例におけるトラッキング制御
装置を示すブロック図であり、図において、11は光ディ
スク１を回転させるためのモータ、12は対物レンズ３の
動きを検出するためのセンサー光学系におけるレーザ発
振器、13はアクチュエータ回転部15と連動する反射ミラ
ー、14は反射ミラー13からの反射光の動きを検出するた
めのポジションセンサ、15はアクチュエータ可動部、16
は対物レンズ３の動きを検出するセンサを搭載した光ヘ
ッドである。17はフォトディテクタ７からの信号によ
り、光ディスク１におけるトラッキング案内溝に対する
光ビームの集光スポットの位置を電気信号に変換して出
力するトラッキングセンサアンプ、18は状態フィードバ
ックの一方のループである位置フィードバックのループ
ゲインを定める増幅器、19は対物レンズ３の動きを検出
するためのポジションセンサ14の出力電気信号に変換し
て出力するポジションセンサアンプ、20はアクチュエー
タコイル４に流れる電流情報と、ポジションセンサアン
プ19からの出力である対物レンズ３の動きの情報とによ
りアクチュエータ２の速度を推定するための速度推定オ
ブザーバ、21は状態フィードバックのもう一方のループ
である速度フィードバックのループゲインを定める増幅
器、22は速度フィードバックの信号周波数帯域を低域側
で制限するための低域除去フィルタ。23は増幅器22,18
からの制御出力をアクチュエータコイル４を駆動する電
流に変換するためのドライバである。

第２図は、レンズの動きを検出するセンサを搭載したア
クチュエータを示す外観図であり、図において、24はフ
ォーカスマグネット、25はフォーカスマグネット24によ
りフォーカス方向ｂに推力を発生させるためのフォーカ
スコイル、26はトラッキングマグネット、27はトラッキ
ングマグネット26によりトラッキング方向ｃに推力を発
生させるためのトラッキングコイル、28はアクチュエー
タ可動部15をしゅう動させるための軸、29は半導体レー
ザ12からのレーザ光を平行光に直すためのレンズであ
る。

第３図は一般的なオブザーバの原理図であり、図におい
て、Ａは状態行列、Ｂは入力行列、Ｃは出力行列、Ｋは
ゲイン行列、α，α′は積分器である。

第４図はアクチュエータの速度とオブザーバの推定速度
の変化を、横軸に時間、縦軸に状態量を取って示した図
である。

第５図は制御理論における極配置を、縦軸に虚数、横軸
に実数を取って示した図であり、図において、Ｄは制御
対象（アクチュエータ）の極、Ｅは本発明の閉ループシ
ステムの極、Ｆは速度推定オブザーバの極である。

第６図は本発明の一実施例における速度推定オブザーバ
の構成を示す図であり、図において、30はある周波数以
上で積分特性を示す不完全積分器、31はどの周波数でも
積分特性を示す完全積分器、32は完全積分器31の出力を
不完全積分器30の入力に負帰還するための増幅器、33は
アクチュエータ特性（入力電流から出力変位までの特
性）を等価している部分である。34,35はそれぞれ積分
器31,30の手前に負帰還し、オブザーバ推進値の、真値
への収束を安定にかつ早く行うために設けられた増幅器
である。26はオブザーバの第１の入力であるアクチュエ
ータ駆動電流を等価的に表している電圧、37はオブザー
バの第２の入力であるアクチュエータ変位を等価的に表
している電圧、38はオブザーバの出力であるアクチュエ
ータ速度を等価的に表している電圧である。

また、第７図は第１図のブロック図において低域除去フ
ィルター22が無い場合の偏差圧縮特性（ディスク偏芯量
に対する光ディスク案内溝上の光スポットの偏差量の
比）の周波数特性を示す図、第８図は第１図のブロック
図において低域除去フィルター22が有る場合の偏差圧縮
特性の周波数特性を示す図である。

次に動作について説明する。

第１図のブロック図においてフォトディテクタ７の出力
をトラッキングセンサアンプ17に入力すると、光ディス
ク１におけるトラッキング案内溝に対する集光スポット
の位置すなわち偏差が検出される。この偏差信号を増幅
器18,ドライバ23を介してフィードバックすれば、光デ
ィスク１上の光スポットがトラッキング案内溝に追従す
るように制御できる。しかしこのままでは、従来の実施
例における位相補償回路９が無いため制御系がきわめて
不安定で、すぐに制御系がはずれてしまう。そこで光ス
ポットの動きと連動しているアクチュエータ２の速度を
検出して、上記トラッキングセンサアンプ17の出力であ
る偏差と共にフィードバックを行えば、トラッキングア
クチュエータのすべての状態量（位置，速度）をフィー
ドバックしているため、現代制御理論のレギュレータの
構成となり、制御系を安定化できる。実際には、速度セ
ンサが無いため、レンズポジションセンサと、アクチュ
エータ駆動電流とにより、オブザーバをかけ速度を推定
する。レンズポジションセンサは、例えば第２図のよう
な構成になっており、トラッキングマグネット26とトラ
ッキングコイル27の作用によりアクチュエータ２の可動
部15が軸28を中心に矢印ｃの方向に回転すると、反射ミ
ラー13も可動部15と連動して動く。一方、半導体レーザ
12からのレーザ光はレンズ29で平行光に直され、反射ミ
ラー13を介して、ポジションセンサ14に到達するため反
射ミラー13が回転すると、ポジションセンサ14上の光点
も移動する。ポジションセンサ14は、センサ上の光点の
位置を電気信号に変換するため、トラック方向のフレ角
が小さい場合は、フレ角に比例した信号を取り出す事が
出来る。なお、可動部15がフォーカス方向（図中の矢印
ｂの方向）に移動しても、ポジションセンサ14がフォー
カス方向に余裕のあるセンサ形状のものであれば問題は
ない。

上記ポジションセンサ14の出力は、ポジションセンサア
ンプ19を通し、アクチュエータ２のフレ角に比例した電
圧に直され、速度推定オブザーバ20に入力される。ま
た、アクチュエータコイル４に流れる電流量に比例した
電圧も速度推定オブザーバ20に入力される。

速度推定オブザーバ20は、次のようにしてアクチュエー
タ２の速度を推定する。

速度推定オブザーバ20は原理的に第３図のような構成と
なっている。アクチュエータ２を現代制御理論における
状態方程式表現とすると次のように表わされる。

ここにおいて、の状態量の微分値、ｘは状態量、Ａは
状態行列、Ｂは入力行列、ｕは入力、Ｃは出力行列、ｙ
は出力である。例えばアクチュエータ２をバネ−マス−
ダンパー系と考えアクチュエータ質量をＭ、バネ定数を
Ｋ、粘性係数をＤ、アクチュエータ速度をx₂、アクチュ
エータ位置をx₁とすると、式（１）は次のように表わさ
れる。

ここにおいて出力は変位x₁しか取り出せないものとす
る。また式（２）は第３図におけるアクチュエータ部を
表している。速度推定オブザーバは、式（２）で表わさ
れるアクチュエータのモデルの内部に持っており、第３
図中のアクチュエータ出力ｙと速度推定オブザーバ20に
よる推定出力を比較し、その差をゲインＫでフィード
バックする事により構成される。速度推定オブザーバ20
の内部においては、ｙとが一致するようにゲインＫの
フィードバックがかかっているため、内部の状態量
も、第４図に示されるようにt₁sec後にｘと同じ値にな
る。このようにして本発明の速度推定オブザーバ20も、
入力ｕであるアクチュエータ２の駆動電流に相当する電
圧と、もう一つの入力であるｙすなわちアクチュエータ
変位に相当する電圧を入力する事により、状態量の１つ
であるアクチュエータ２の速度を推定する事ができる。
この時、速度の推定値は、第４図のように推定するまで
の時間t₁を要するため、この推定する速さは、トラッキ
ング制御系全体が収束する速さよりも速くなければなら
ない。第５図において制御系全体が収束する早さを示
す。第５図は、制御理論の極配置を示しており、より左
に極が配置されるほど収束が早い。ここにおいてトラッ
キング制御系全体の極Ｅはアクチュエータ２の極Ｄより
も左に配置し、速度推定オブザーバ20の極Ｆはトラッキ
ング制御系全体の極Ｅよりも左に配置するように設計さ
れなければならない。

第６図は、本実施例におけるアクチュエータの速度推定
オブザーバの構成を示す図であり、図において、33の部
分はバネ−マス−ダンパー系のアクチュエータ特性をそ
のまま表現している部分である。

式（２）を分解すると次のようになる。

式（３）により、信号経路における のポイントは、_１のポイントをK/M倍して負帰還した
ものと、_２のポイントをD/M倍して負帰還したものと
入力ｕを1/M倍したものを加えたものである。また、
_１は を積分したものであるのでこの積分器は、D/Mのゲイン
で負帰還しているループを含む事となり、これが第６図
中の不完全積分器となる。このようにして信号をつない
でいくと、31は完全積分器となり、増幅器37はK/M倍の
増幅器となる。ここで式（３）を、演算増幅器等で実現
する場合、すべての積分器を完全積分器で実現すると、
演算増幅器の出力にオフセットが生じる場合があるた
め、積分器の入出力間にフィードバックがある場合は、
これを不完全積分器として実現した方が良い。

以上のようにして、オブザーバ20内のアクチュエータ等
価部33を構成する事ができる。またアクチュエータ等価
部33の出力と、アクチュエータ変位を計測して、変位
に比例した電圧とを比較し、その差を増幅器35で負帰還
する事によりオブザーバを構成することができる。増幅
器34はオブザーバ内ループの安定化のために挿入され
る。また増幅器34,35のゲインを調整する事により第５
図に示すように、オブザーバの極Ｆをトラッキング制御
系全体の閉ループ極Ｅよりも左側に設定する。この結果
速度推定オブザーバ20の速度推定値38は、これをトラッ
キング制御系の速度フィードバックにおける速度情報と
して使用しても問題がなくなり、現代制御理論における
レギュレータを構成する事ができる。以上により、速度
フィードバックと、フォトディテクタ７からの位置フィ
ードバックにより、安定なトラッキング制御系が構成で
きるが、ディスク偏芯量に対する光ディスク案内溝上の
光スポットの偏差量の比、すなわち偏差圧縮率が第７図
のように（例えばディスク回転周波数30Hzにおいて）−
30dBしかない。光ディスク案内溝上の光スポットの偏差
は次式であたえられる。

従って、ここでディスク偏芯量が20μｍあるとすると、 となり、0.6μｍもの偏差を生じてしまう。またディス
ク偏芯量が50μｍ以上であるとトラックピッチが1.6μ
ｍの場合は、トラックピッチ＜偏差、となるため、サー
ボが引き込み不可能となってしまう。これはトラッキン
グ制御系において、速度フィードバックループがかかっ
ていることによって、ディスク偏芯周波数において位置
フィードバックのループゲインを下げているためであ
る。そこで速度フィードバックのゲインをディスク偏芯
周波数付近において小さくすると、偏差圧縮特性を第８
図のように改善する事ができる。例えば、第８図におい
て、ディスク回転周波数30Hzにおける偏差圧縮率は−60
dBで、ディスク偏芯が100μｍあっても、0.1μｍの偏差
しか生じない。一般的な光ディスク装置においては、正
常な信号の録画を行うためには、トラックピッチ1.6μ
ｍのディスクにおいて±0.1μｍの偏差以下にとどめる
必要があり、上記のように速度フィードバックループの
ゲインをディスク偏芯周波数付近で下げた場合は、ディ
スク偏芯が100μｍのディスクまで使用できる事とな
る。第１図における低域除去フィルタ22は速度フィード
バックループのゲインをディスク偏芯周波数付近で下げ
るように動作するための一例で、第１図のシステムは、
光ディスク案内溝上の光スポットの偏差量においても問
題ないシステムとなっている。

以上のようにして、本実施例では光ディスクのトラッキ
ング制御系において、速度推定オブザーバを用いて、現
代制御理論のレギュレータを構成し、かつ偏差の発生を
抑えたものが実現できる。

ところで上記アクチュエータ２のポジションセンサー14
は以下の目的にも利用できる。

その第１の光ヘッドのトラッキングセンサー方式がプッ
シュプル方式の場合、この方式特有のレンズの移動量に
比例したトラッキングセンサオフセットの発生を上記ポ
ジションセンサ14の出力で電気的に補正できる。その第
２は、トラッキングアクチュエータ２の可動部15を支え
るゴムを取り除いてゴムのかわりにポジションセンサ14
の出力からアクチュエータコイル４へフィードバックを
行う事により、電気的ダンピングをかける事ができ、ゴ
ムの硬化によるアクチュエータ２の特性劣下を防ぐ事が
できる。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によればトラッキング制御装置
を、速度推定オブザーバを用いて、現代制御理論のレギ
ュレータの構成としたため、位相補償回路に微分器を用
いる事がなく、ノイズの影響を受けにくく、速度フィー
ドバックループのゲインと、位置フィードバックループ
のゲインを調整する事によってサーボ引き込み時の応答
を最適にする事ができ、微分回路である位相補償回路を
用いずに、速応性と、安定性の両方を改善できるトラッ
キング制御装置を得ることできる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例によるトラッキング制御装
置を示すブロック図、第２図は本実施例に用いるアクチ
ュエータを示す外観図、第３図は一般的なオブザーバの
原理を示す図、第４図は本実施例におけるアクチュエー
タの速度と、オブザーバの推定速度の時間的変化を示す
図、第５図は本実施例における極配置を示す図、第６図
は本実施例における速度推定オブザーバの構成を示す
図、第７図は本実施例において低域除去フィルタが無い
場合の偏差圧縮特性を示す図、第８図は本実施例におけ
る偏差圧縮特性を示す図、第９図は従来の光ディスクの
トラッキング制御装置を示すブロック図である。 １は光ディスク、２はアクチュエータ、３は対物レン
ズ、４はアクチュエータコイル、5,12はレーザ発振器、
６はビームスプリッタ、７はフォトディテクタ、８はト
ラッキング誤差信号生成回路、９は位相補償回路、10,1
8,21,32,34,35は増幅回路、11はモータ、13は反射ミラ
ー、14はポジションセンサ、15はアクチュエータ可動
部、16は光ヘッド、17はトラッキングセンサアンプ、19
はポジションセンサアンプ、20は速度推定オブザーバ、
22は低域除去フィルタ、23はドライバ、24はフォーカス
マグネット、25はフォーカスコイル、27はトラッキング
コイル、28は軸、29はレンズ、30は不完全積分器、31は
完全積分器、33はアクチュエータ等価部。 なお図中同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】信号が記録，再生される光ディスクのトラ
   ック上の光スポットの位置を検出してトラッキング誤差
   信号を出力するトラッキングセンサと、対物レンズをト
   ラッキング方向に移動させるアクチュエータとを有し、
   上記トラッキング誤差信号をフィードバックして、上記
   アクチュエータを駆動し、光スポットが光ディスクのト
   ラックに追従するように構成した光ディスクのトラッキ
   ング制御装置において、 上記対物レンズの移動を検出するポジションセンサと、 該ポジションセンサの出力および上記アクチュエータへ
   のドライブ信号を入力とし上記対物レンズの推定速度を
   出力とする速度推定オブザーバとを備え、 上記光スポットが上記トラックに追従しているトラッキ
   ング動作時に、上記トラック誤差信号をフィードバック
   するとともに、上記推定速度も併せてフィードバックす
   ることを特徴とする光ディスクのトラッキング制御装
   置。
2. 【請求項２】上記速度推定オブザーバは、上記アクチュ
   エータの電気及び機械特性を等価的に模擬する回路によ
   り構成されていることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の光ディスクのトラッキング制御装置。
3. 【請求項３】上記速度推定オブザーバの推定速度出力
   は、上記光ディスクの偏心に起因する周波数成分を除去
   するフィルタを介して出力されることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の光ディスクのトラッキング制御
   装置。