JPH08249678A - 光学式情報記録再生装置 - Google Patents

光学式情報記録再生装置

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JPH08249678A
JPH08249678A JP7056000A JP5600095A JPH08249678A JP H08249678 A JPH08249678 A JP H08249678A JP 7056000 A JP7056000 A JP 7056000A JP 5600095 A JP5600095 A JP 5600095A JP H08249678 A JPH08249678 A JP H08249678A
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JP
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actuator
focus
tracking
output
seek
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Hisatoshi Baba
久年 馬場
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Canon Inc
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 光ディスク装置において、フォーカス、トラ
ッキング又はシークを行うアクチュエータの副共振の悪
影響を除去し、精度の高い制御を実現することを目的と
する。 【構成】 フォーカス誤差検出手段と、フォーカスアク
チュエータと、フォーカスアクチュエータ位置検出手段
と、フォーカスアクチュエータ位置検出手段の出力を少
なくとも高周波側に制御帯域までの周波数において２階
微分特性をもつフォーカスフィルタ手段と、フォーカス
アクチュエータを駆動するための駆動信号を出力するフ
ォーカスコントローラーと、フォーカスコントローラー
の出力とフォーカスフィルタ手段の出力を加算しフォー
カスアクチュエータに供給する加算手段を有する。通常
のサーボメインループの他に、アクチュエータの位置あ
るいは速度、あるいはサーボ誤差信号からアクチュエー
タ駆動へのマイナーループを構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光学式の情報記録再生装
置におけるサーボ系に関し、特にアクチュエータの高域
副共振の影響を抑えるループ安定化を図る光学式情報記
録再生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、光学式情報記録再生装置、すなわ
ち光ディスクの情報記録再生装置においては、情報の記
録再生を行うための光ビームを、対物レンズで微小なス
ポットとして光ディスク上に照射している。光ディスク
上にはスパイラルあるいは同心円状に情報トラックが形
成され、光ディスクを回転させることで情報を順次読み
出し、あるいは書き込んでいる。光ディスクが回転する
ことによって、光スポット照射点において、光ディスク
の面ぶれが発生し、回転軸と情報トラックのずれにより
トラックふれが発生する。このときディスク情報面に微
小スポットの焦点を結ばせるために対物レンズを光軸に
沿って移動させるフォーカス制御がなされる。また、微
小スポットが情報トラックを逐次辿るように、対物レン
ズを情報トラックを横断する方向に移動させるトラッキ
ング制御がなされる。
【０００３】これらフォーカスサーボ系およびトラッキ
ングサーボ系のブロック図を図１８に示す。図１８にお
いて、１はサーボ系の目標値で、フォーカスサーボであ
ればディスク情報面のフォーカス方向の目標位置、トラ
ッキングサーボであれば情報トラックのトラッキング方
向の目標位置である。２はフィードバック点で、目標値
１と実際の光スポットの位置との差が誤差信号として出
力される。実際の装置においては、サーボセンサの出力
によりこの誤差信号が得られ、この場合は負帰還回路を
構成する負帰還点である。３は一巡ゲインで、サーボル
ープの一巡伝達利得を一括的に示して設定する。４は位
相補償ブロックで、サーボループの安定化のための補償
がなされる。具体的には、低域周波数の位相遅れ補償
と、高域周波数の位相進み補償等の位相補償ブロックで
ある。５のトルク定数および６のアクチュエータは実際
光スポットをフォーカスあるいはトラッキング方向に移
動するアクチュエータの駆動トルクとアクチュエータを
示している。
【０００４】こうして、フォーカスサーボ系のループが
組まれた場合には、例えば、４分割のフォーカス用セン
サから交差センサの差から生成されるＳ字カーブの特性
が零になるように、センサからフォーカス用アクチュエ
ータに至るサーボループが安定するように動作し、対物
レンズの光軸方向の位置を常に最適スポット点に維持さ
れる。同様に、トラッキングサーボ系がスイッチオンし
てループが組まれた場合、トラッキング用センサの出力
に応じてトラッキング用アクチュエータに至る負帰還ル
ープを組むことで、常に所定のトラッキング上を追従し
続ける動作を行う。
【０００５】さらに、光ディスク装置では情報をランダ
ムにアクセスできるように、光スポットをディスクの半
径方向に大きく移動させるシーク機能をもっている。普
通遠距離トラックにジャンプするシークと呼ばれるこの
機能を実現するために、ボイスコイル型のリニアモータ
で、対物レンズあるいは光ヘッドを高速に移動する制御
がなされる。
【０００６】このシーク速度制御系のブロック図を図１
９に示す。図において、３５は目標トラック位置で、ア
クセスしたい情報トラックの位置を示すデータを入力す
る。３６は残留誤差算出ブロックで、目標トラック位置
３５から現在光スポットの位置するトラック位置が差し
引かれ、アクセスする残り距離が出力される。３４は目
標速度生成ブロックで、残留距離に応じた光スポットの
移動速度の目標値を出力する。一般にシーク用のリニア
モータによる駆動速度は放物線駆動、台形駆動又は三角
駆動のような駆動プロフィールで形成される。通常この
目標速度は目的トラックに近づくにつれ速度が低下する
プロフィールをとる。目標速度生成ブロック３４で生成
された目標速度値２１はフィードバック点２２に入力さ
れる。フィードバック点２２には光スポットの速度、す
なわちアクチュエータｏｒリニアモータ２６の速度がネ
ガティブフィードバックされる。よってフィードバック
点２２の出力は目標速度と実際の光スポットの移動速度
の差との速度偏差である。
【０００７】また、２３はアクチュエータ速度からネガ
ティブフィードバックループのの一巡ゲインで、速度サ
ーボループの一巡利得を決定するブロックである。２５
はアクチュエータｏｒリニアモータのトルク定数で、ア
クチュエータの感度を示している。２６は光スポットを
移動するアクチュエータｏｒリニアモータであり、単一
のアクチュエータの装置および近距離シーク時のトラッ
クジャンプ動作時においてはトラッキングアクチュエー
タである。また光ヘッド移動用のリニアモータを有する
装置の場合、リニアモータのことである。
【０００８】上記構成により、このトラックジャンプは
アクチュエータｏｒリニアモータ２６の動作に従い、ア
クチュエータの位置を検出し、該アクチュエータの位置
と目標トラック位置成分と差を残留距離算出ブロック３
６によって算出し、その差成分に応じてアクチュエータ
２６の目標速度値を目標速度生成回路３４によって求
め、該目標速度値とアクチュエータ２６の現在の移動速
度３２との差異成分をフィードバック点ブロック２２に
より求め、該差異成分を該ネガティブフィードバックル
ープの一巡ゲインブロック２３で示すゲインで増幅し、
そうしてトルク定数２５に変換されて、当該トルク定数
に相当するトルクによってアクチュエータ２６を駆動す
る。こうして、目標とするトラックに光ピックアップヘ
ッドをトラックジャンプして、２段シークの場合は粗シ
ーク後精細シークの過程を経て、また１段シークの場合
はトラックジャンプモードと同様に、目標トラックに到
達し、トラッキングサーボ状態に移行する。
【０００９】
【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、上
記従来例では、近年の光ディスク装置の性能向上が望ま
れるなか、種々の壁がある。光ディスクの情報容量の増
加のために、波長の短いレーザー光源を用いて、より微
小なスポットを形成し、情報面積を減らすことが考えら
れる。この場合、情報トラックのピッチを小さくするこ
とができるが、それに伴いトラッキング制御の精度を高
くする必要がある。またスポットの焦点深度が浅くなる
ため、同様のフォーカス制御の精度も高くする必要があ
る。
【００１０】また、コンピュータの性能向上に伴い、扱
うデータ量が増加し、短時間で膨大なデータの処理が可
能になり、光ディスクのデータ処理量すなわち転送レー
トも向上が望まれている。転送レートを上げるための一
つの方法はディスクの回転数を上げることである。ディ
スクの回転数が上がると面ぶれ、トラックぶれの加速度
が増し、フォーカス制御及びトラッキング制御の能力を
上げる必要がある。
【００１１】同様に情報へのアクセス速度の向上のため
には、シーク制御の能力を上げる必要がある。
【００１２】従来、フォーカスサーボの制御能力は、ア
クチュエータの駆動源と光学素子などの可動系と制御系
との間の剛性の弱さによるたわみやびびりや外乱、非線
形系によるフォーカスアクチュエータの高域副共振の発
生により制限を受けていた。図９に従来のフォーカス制
御の閉ループの一巡伝達特性のボード線図を示す。この
図に示すように、主共振周波数が３０Ｈｚ付近で、副共
振周波数が１０ｋＨｚ付近であり、各ポイントで位相特
性が急激に変化している。ここで、図に示すように、ア
クチュエータの構造的な副共振が１０ｋＨｚに現れた場
合、フォーカス制御帯域が３ｋＨｚ程度であっても、不
安定なループとなる。この例のようなアクチュエータを
用いる時は、制御帯域は３ｋＨｚ以下にしなくてはなら
ない。
【００１３】この副共振の悪影響を低減するために、サ
ーボループ内にノッチフィルタと呼ばれる、帯域減衰フ
ィルタを用いる方法がある。しかしながらこのノッチフ
ィルタの方法では、ループの安定性を確保するために、
制御帯域付近の位相まわりを小さくするため、ノッチフ
ィルタのＱ値を大きくとる必要がある。そのため減衰可
能な周波数範囲が狭くなり、アクチュエータの副共振周
波数とノッチフィルタの周波数を正確に一致させる必要
があった。ところが環境温度、経年変化により副共振周
波数および特性が変動するので、ノッチフィルタの効果
が充分得られない。また、装置毎によっても副共振周波
数、あるいは特性が異なるので、装置毎に調整をする必
要があった。
【００１４】また、上記ノッチフィルタによる方法は、
ゲイン特性における副共振のピークを下げるだけで、位
相特性を改善する訳ではないので、制御帯域、つまりゼ
ロクロス周波数に近い副共振には適用できなかった。
【００１５】また、トラッキング制御ループに関しても
同様である。トラッキングアクチュエータにおいては、
近年特開平５−２９８７２４号公報にみられるように、
ディスクの全面に渡り単一のアクチュエータによりトラ
ッキングを行う方法が採られるようになった。この単一
のアクチュエータにおいては、装置内のアクチュエータ
数を削減できるので消費電力を低減する、あるいは駆
動、制御にまつわる機構系及び制御系の減少ができ、低
コストな装置が実現可能である。しかしながら、機構
上、副共振を小さくする、あるいは副共振周波数を高く
することが難しい。このため、この種のアクチュエータ
を用いる場合は、制御精度を高くすることが困難であっ
た。
【００１６】同様なことがシーク制御についても問題と
なる。上述したように、図１９にシーク速度制御系のブ
ロック図を示したが、シーク動作をさせるためには光ス
ポットの移動速度あるいは位置を検出して、目標速度あ
るいは位置プロフィールに沿って移動するように制御す
る。近年見られるように１０ｍｍの距離を２０ｍｓ以下
の時間で移動させようとするには、シーク時の制御帯域
をかなり高くする必要があり、シークアクチュエータの
副共振の悪影響により制御帯域を上げることができなか
った。
【００１７】また、シーク制御においても、ノッチフィ
ルタによる副共振の対策が可能であるが、やはり上述の
フォーカス制御について説明したような問題点があっ
た。
【００１８】
【発明の目的】本出願に係る発明の目的は、フォーカス
あるいはトラッキングあるいはシークを行うアクチュエ
ータの副共振の悪影響を除去し、精度の高い制御を実現
することである。また本発明のもう一つの目的は、副共
振特性の悪いフォーカスあるいはトラッキングあるいは
シークを行うアクチュエータを使用可能にすることで、
低コストなアクチュエータによる低コストの装置を提供
することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段および作用】上記目的を達
成するため、本発明に係る第一の発明は、光学的に読み
とり可能な情報トラックをもつ情報担体に対して光ビー
ムを集光照射し、情報の記録および再生を行う光ディス
ク装置において、情報担体と光ビームの焦点との誤差を
検出するフォーカス誤差検出手段と、光ビームの焦点を
光軸に沿って移動させるフォーカスアクチュエータと、
フォーカスアクチュエータの光軸方向の位置を検出する
フォーカスアクチュエータ位置検出手段と、フォーカス
アクチュエータ位置検出手段の出力を少なくとも高周波
側に制御帯域までの周波数において２階微分特性をもつ
フォーカスフィルタ手段と、フォーカス誤差検出手段の
出力に応じてフォーカスアクチュエータを駆動するため
の駆動信号を出力するフォーカスコントローラーと、フ
ォーカスコントローラーの出力とフォーカスフィルタ手
段の出力を加算しフォーカスアクチュエータに供給する
加算手段をもつことを特徴とする。
【００２０】上記構成において、フォーカス位置検出手
段とフォーカスフィルタ手段と加算手段によりマイナー
（Minor）ループを構成することで、フォーカスアクチ
ュエータの副共振の影響を除去する作用がある。なお、
ここで加算手段とは、加算機能のみでなく減算もしたり
する加減算回路を含むもので、以下も同様である。
【００２１】また、本発明に係る第２の発明は、フォー
カスアクチュエータ位置検出手段はフォーカス誤差検出
手段の出力を用いることで、フォーカスアクチュエータ
の位置を簡単かつ正確に検出するものである。
【００２２】また、本発明に係る第３の発明は、光学的
に読みとり可能な情報トラックをもつ情報担体に対して
光ビームを集光照射し、情報の記録および再生を行う光
ディスク装置において、情報担体と光ビームと情報トラ
ックとの誤差を検出するトラッキング誤差検出手段と、
光ビームをトラック横断方向に移動させるトラッキング
アクチュエータと、トラッキングアクチュエータのトラ
ック横断方向の位置を検出するトラッキングアクチュエ
ータ位置検出手段と、トラッキングアクチュエータ位置
検出手段の出力を少なくとも高周波側に制御帯域までの
周波数において２階微分特性をもつトラッキングフィル
タ手段と、トラッキング誤差検出手段の出力に応じてト
ラッキングアクチュエータを駆動するための駆動信号を
出力するトラッキングコントローラーと、トラッキング
コントローラーの出力とトラッキングフィルタ手段の出
力を加算しトラッキングアクチュエータに供給する加算
手段をもつことを特徴とする。
【００２３】上記構成において、トラッキング位置検出
手段とトラッキングフィルタ手段と加算手段によりマイ
ナーループを構成することで、トラッキングアクチュエ
ータの副共振の影響を除去する作用がある。
【００２４】また、本発明に係る第４の発明は、トラッ
キングアクチュエータ位置検出手段はトラッキング誤差
検出手段の出力を用いることで、トラッキングアクチュ
エータの位置を簡単かつ正確に検出するものである。
【００２５】また、本発明に係る第５の発明は、光学的
に読みとり可能な情報トラックをもつ情報担体に対して
光ビームを集光照射し、情報の記録および再生を行うた
め光ビームを所望の情報トラックへ移動させることので
きる光ディスク装置において、情報担体と光ビームが情
報トラックを横断する速度を検出する横断速度検出手段
と、光ビームをトラック横断方向に移動させるシークア
クチュエータと、シークアクチュエータのシーク方向の
速度を検出するシークアクチュエータ速度検出手段と、
シークアクチュエータ速度検出手段の出力を少なくとも
高周波側に制御帯域までの周波数において１階微分特性
をもつシークフィルタ手段と、横断速度検出手段の出力
に応じてシークアクチュエータを駆動するための駆動信
号を出力するシークコントローラーと、シークコントロ
ーラーの出力とシークフィルタ手段の出力を加算しシー
クアクチュエータに供給する加算手段をもつことを特徴
とする。
【００２６】上記構成において、シーク速度検出手段と
シークフィルタ手段と加算手段によりマイナーループを
構成することで、シークアクチュエータの副共振の影響
を除去する作用がある。
【００２７】また、本発明に係る第６の発明は、シーク
アクチュエータ速度検出手段は横断速度検出手段の出力
を用いることで、シークアクチュエータの速度を簡単か
つ正確に検出するものである。
【００２８】また、本発明に係る第７の発明は、シーク
アクチュエータは光ビームを集光する対物レンズを移動
するトラッキングアクチュエータであり、トラッキング
アクチュエータによる高速シークをする。
【００２９】また、本発明に係る第８の発明は、光ビー
ムを集光する対物レンズを移動するトラッキングアクチ
ュエータと、トラッキングアクチュエータを搭載した光
学ヘッドを移動するヘッドモータとを持ち、シークアク
チュエータはヘッドモータであり、広範囲にわたるシー
ク動作をする。
【００３０】
【実施例】
〔実施例１〕本発明による実施例１について、図１を参
照しつつ説明する。図１は光ディスク装置のフォーカス
制御ループのブロック図である。同図において、１はフ
ォーカス制御ループの目標値で、現実的には光ディスク
情報面のフォーカス方向の位置のことである。２はフィ
ードバック点ブロックで、フォーカスアクチュエータの
位置がネガティブフィードバックされる。このフィード
バック点は現実的には光ヘッドの光学系、センサからな
り、センサ出力のフォーカス誤差信号がフィードバック
点２の出力に相当する。３は一巡ゲインブロックで、フ
ォーカスサーボループの一巡利得を決定するブロックで
ある。４は位相補償ブロックで、フォーカスサーボルー
プの安定化のための位相補償フィルタである。５はフォ
ーカスアクチュエータのトルク定数ブロックで、アクチ
ュエータの回転力等の感度を示している。６はフォーカ
スアクチュエータで、例えばムービングコイル、永久磁
石及び磁性体からなるダイナミック・スピーカと同様の
構成を有するムービングコイル型モータである。７は補
正ゲインブロックで、マイナーフィードバックによるゲ
イン変化を補正するブロックであり、説明の都合上設け
てある、一巡ゲインに補正ゲインを含めることが可能で
ある。
【００３１】つぎに、８はマイナーループを安定化する
ための位相補償ブロックで、９はｓ＊ｓで示す２次の微
分特性を有する２次微分ブロックで、ラプラス変換特性
によるｓ＝ｄ／ｄｔの１次微分に対する２次微分特性を
有する。１０はマイナーループの１巡ゲインブロックで
ある。また、１１はマイナーフィードバック点ブロック
で、補正ゲイン７の出力とネガティブに合成され、フォ
ーカスアクチュエータ６に駆動信号を供給する。現実の
装置ではアクチュエータ６を駆動するためのドライバー
回路が必要で、通常マイナーフィードバック点ブロック
１１とトルク定数ブロック５の間に挿入されるが、ここ
では図示を省略している。
【００３２】ここで、フォーカスアクチュエータの特性
を簡易的に表現すると、伝達関数表現で １／ｍ×（ｓ2＋２ζωｓ＋ω2） の２次遅れ系で記述できる。ここで、ｍはアクチュエー
タ６の質量、ζは減衰比、ωは主共振周波数、ｓはラプ
ラス演算子である。また、周波数ｆと角周波数ωとは、
ω＝２πｆの関係がある。
【００３３】図２０に示すフォーカスアクチュエータ特
性は、主共振周波数が３０Ｈｚ、副共振周波数が１０ｋ
Ｈｚ、減衰比が０．５、質量が５ｇの場合の特性であ
る。また、トルク定数が１Ｎ／Ａであるので、この特性
はフォーカスアクチュエータ６へのドライブ印加電流か
らアクチュエータによる光ピックアップ位置までの伝達
特性となっている。１０ｋＨｚ付近に副共振が存在し、
位相特性は副共振によるノッチフィルター特性により急
激な特性変化を生じて、元の位相に戻っている。
【００３４】図２に２次微分特性９の周波数特性を示
す。完全な理想微分特性の実現は不可能なので、少なく
とも制御帯域の範囲はほぼ微分特性と見なせる周波数特
性にしてある。ちなみに図２に示す特性を伝達関数で表
現すると、 （ｓ／（１＋ｓＴ））2 において Ｔ＝１０-7 である。
【００３５】この２次微分特性は必要とする周波数範囲
が２次微分特性であればよい。さらに別のマイナールー
プの構成には、２次微分ブロック９が副共振成分を含ま
ない理想的なアクチュエータ伝達特性の逆特性であって
もよい。しかし本発明の目的であるサーボ帯域付近ある
いはサーボ帯域以上の副共振の影響の低減において、例
えば主共振周波数付近の特性には主眼を置かない。
【００３６】ここで、アクチュエータに存在する副共振
の影響を低減するために、マイナーフィードバックルー
プを構成する。このときのマイナーループゲイン１０
は、アクチュエータ特性およびトルク定数から算出され
るゲインを考慮して決定する。本実施例ではアクチュエ
ータ特性およびトルク定数から算出されるゲインはアク
チュエータの質量の逆数で２００、よってマイナールー
プゲインが０．００５でマイナーループの数ｋＨｚにお
ける一巡ゲインが０ｄＢとなる。
【００３７】また、副共振の影響を抑圧するために、マ
イナーループゲインをさらに５倍して０．０２５とす
る。
【００３８】そして、マイナーループの安定性を確保す
るために、マイナーループ補償ブロック８にローパスフ
ィルタ特性を与える。図３に示す周波数特性がこのとき
のマイナーループ補償特性で、伝達関数表現で １／（１＋ｓＴ） において Ｔ＝５×１０-6 である。
【００３９】このマイナーループ補償ブロック８は、副
共振の特性、あるいはマイナーループ内に構成される図
示せぬアクチュエータのドライバー、オペアンプ等の特
性を考慮して決定される。
【００４０】図４、図５は、アクチュエータ６を含むマ
イナーループの一巡伝達特性を示すボード線図とナイキ
スト特性図である。本実施例のようにマイナーループの
ゼロクロスの交差周波数において位相余裕を持つよう
に、また副共振周波数１０ｋＨｚ付近においても、安定
なゲイン位相関係を保てるようにマイナーループ補償を
施す。
【００４１】マイナーループを構成することにより、マ
イナーフィードバック点の補正ゲインブロック７からの
＋入力からアクチュエータ出力までの伝達利得が変化す
る。そのために、マイナーループゲインに応じた補正ゲ
インを仮想的に設ける。マイナーループゲインによりマ
イナーループの閉ループ伝達特性がきまり、本実施例の
場合、数１００Ｈｚから数ｋＨｚという主たる周波数に
おいて、前述したように５倍（約１４ｄＢ）の利得を持
ち、よって閉ループ伝達ゲインは１／（１＋５）とな
る。このため補正ゲインブロック７の補正ゲインとして
は、６倍（１５．６ｄＢ）を設定することにより、補正
ゲインの入力からアクチュエータ出力までの伝達ゲイン
は、マイナーループを構成しない非実施時のアクチュエ
ータゲインと同じになる。つまり、マイナーループの一
巡特性においてのゲイン（ここでいう５倍）に１を足し
た値を補正ゲインとする。実際的にはこの補正ゲインは
一巡ゲイン３に含まれる形で実現できるが、設計時にこ
の補正ゲイン７という概念を用いることで、一巡ゲイン
の再設定を容易にすることができる。
【００４２】本実施例において、マイナーループを施し
た結果の補正ゲインの入力からアクチュエータ出力まで
の伝達特性を図６に示す。本図のように１０ｋＨｚ付近
の副共振が図２０に比べて著しく小さな共振となってい
ることがわかる。このようにして、マイナーループを設
けたことにより、副共振を小さくでき、上述の従来技術
による３ｋＨｚ程度に比べて制御帯域を広くすることが
できる。
【００４３】また、本発明を用いることで、副共振周波
数の低いアクチュエータ、あるいは副共振のピークが大
きいアクチュエータを用いることが可能になるので、剛
性の弱い安価なアクチュエータ、また、製造精度の低い
安価なアクチュエータを用いることができ、低コストな
光ディスク装置を提供できる。
【００４４】さらに本発明を用いれば、アクチュエータ
の感度のばらつきを抑えることができる。またアクチュ
エータの感度がばらついていても、マイナーループの効
果により、ばらつきを大幅に小さくすることができる。
これはフィードバックループ内に挿入された２次微分特
性とマイナーループゲインで決まる特性の逆特性にマイ
ナーループの閉ループ伝達特性が近づくためである。こ
の効果はマイナーループゲインをあげれば大きくするこ
とができる。この効果によってもアクチュエータのばら
つきを抑えることが可能になり、副共振抑制効果と相ま
って制御帯域を広くすることが可能である。また、アク
チュエータ感度のばらつきを許容できるので、製造精度
の低い安価なアクチュエータを用いることができ、低コ
ストな光ディスク装置を提供できる。
【００４５】従来の方法で構成されたサーボループのス
テップ応答を図７に示し、本発明を用いたサーボループ
のステップ応答を図８に示す。従来方法では副共振によ
り発振してしまうところを、発振せずに小さな振動が残
る程度に抑え込めている。もちろん、従来方法で発振ま
でいかなくても、副共振の影響により振動的になって制
御誤差が大きかったサーボループも、本発明を用いるこ
とで大幅に振動量を減らすことが可能である。つまり制
御精度を向上することが可能である。
【００４６】図９に先の構成におけるアクチュエータの
副共振の特性が異なるアクチュエータの伝達特性を示
す。
【００４７】この種の副共振を持つアクチュエータの場
合、マイナーループ補償は位相進み補償を用いる。
【００４８】図９のアクチュエータ特性に適したマイナ
ーループ補償の例を示す図１０の周波数特性を持ったも
のがある。この特性の伝達関数表現は ｛Ｚ（２）ｓ2＋Ｚ（１）ｓ＋Ｚ（０）｝／｛Ｐ（２）
ｓ2＋Ｐ（１）ｓ＋Ｐ（０）｝ となり、ここにおいて Ｚ（０）＝３．９×１０11， Ｚ（１）＝１．３×１０7， Ｚ（２）＝１００ Ｐ（０）＝３．９× １０11， Ｐ（１）＝１．３× １０6， Ｐ（２）＝１ の２次極とゼロを持つ位相進み補償に一次遅れ要素 １／（１＋ｓＴ） となり、ここにおいて Ｔ＝５×１０ー6 を直列に構成したものである。
【００４９】また、このタイプのマイナーループ補償の
場合は、副共振周波数において１以上の適切なゲインを
持たせることができるので、マイナーフィードバックゲ
インは０．００５として数１００Ｈｚ程度の一巡ゲイン
を０ｄＢにしても副共振を十分に抑圧することができ
る。また先の説明と同様、マイナーループの主たるゲイ
ンは１であるので補正ゲイン７は２とする。
【００５０】図１１にマイナーループの一巡伝達特性を
示す。このようにマイナーループが安定となるマイナー
ループ補償を施すことが重要である。
【００５１】図９のアクチュエータを用いてマイナール
ープを施した結果の補正ゲインブロック７の入力からア
クチュエータ６の出力までの伝達特性を図１２に示す。
本図のように１０ｋＨｚ付近の副共振が図１９に比べて
著しく小さな共振となっていることがわかる。このよう
にして、副共振を小さくでき、従来技術に比べて制御帯
域を広くすることができる。
【００５２】〔実施例２〕図１３に本発明の第２の実施
例を示す。図１の実施例と異なる点はアクチュエータ出
力を直接用いないで、フィードバック点ブロック２の出
力をマイナーループに用いる点である。また、フィード
バック点２ではアクチュエータ出力の極性が反転して入
力されるので、極性を補正するために反転ブロック１２
を設けてある。反転ブロック１２では単に極性の反転の
みを行っているので、現実にはマイナーループゲイン１
０を負の値にしてもよいし、マイナーループのどこかで
反転すればよい。
【００５３】先の実施例１においては、アクチュエータ
出力を観測するセンサ、あるいはオブザーバーが必要で
あるが、本実施例においてはフォーカス誤差信号を用い
てマイナーループを構成することができるので、構成が
簡単になる。また実際の光スポットの動きを精度良く検
出可能となり、高精度に副共振を抑え込むことが可能に
なる。
【００５４】このマイナーループによる負帰還のフィー
ドバックループに寄与する特性は実施例１と同様に、副
共振の発生度合いが激減して、図１２に示す特性を得る
ことができ、２次微分ブロック９と位相補償用のマイナ
ーループ補償ブロック８、及びマイナーループゲインブ
ロック１０によって、実施例１に比較して構成が簡単に
なることで、低コストな広帯域の周波数特性を有するフ
ォーカスサーボ装置を提供できる。
【００５５】〔実施例３〕次に本発明をトラッキングサ
ーボに用いた場合を説明する。基本的な構成はフォーカ
スサーボと同じである。
【００５６】本トラッキングサーボについて、図１を用
いて説明する。先の実施例ではフォーカスサーボとして
説明したが、トラッキングサーボにも図１における回路
ブロックの適用が可能である。トラッキング制御ループ
のブロック図を図１とすると、同図において、１はトラ
ッキング制御ループの目標値で現実的には光ディスク情
報トラックのトラッキング方向の位置のことである。２
はフィードバック点でトラッキングアクチュエータ６の
位置がネガティブフィードバックされる。このフィード
バック点２は現実的には光ヘッドの光学系、センサから
なり、センサ出力のトラッキング誤差信号がフィードバ
ック点２の出力に相当する。３は一巡ゲインでトラッキ
ングサーボループの一巡利得を決定するブロックであ
る。４は位相補償でトラッキングサーボループの安定化
のための位相補償フィルタである。一般には位相遅れ補
償回路や位相進み補償回路が用いられる。
【００５７】また、５はトラッキングアクチュエータの
トルク定数で、アクチュエータの感度を示している。６
はトラッキングアクチュエータである。７は補正ゲイン
でマイナーフィードバックによるゲイン変化を補正する
ブロックであり、説明の都合上設けてある、一巡ゲイン
に補正ゲインを含めることが可能である。８はマイナー
ループを安定化するための位相補償で、９は２次の微分
特性ブロックで、１０はマイナーループの一巡ゲインで
ある。また、１１はマイナーフィードバック点で、補正
ゲイン７の出力に合成され、アクチュエータ６に駆動信
号を供給する。現実の装置ではアクチュエータを駆動す
るためのドライバー回路が必要で通常マイナーフィード
バック点とトルク定数の間に挿入されるが、ここでは省
略する。
【００５８】このような構成において、本発明をトラッ
キング制御ループに適用することができる。
【００５９】通常、目標値変動量と要求精度の関係で、
フォーカスサーボループに比してトラッキングサーボル
ープの方が帯域を広くする必要があり、本発明を用いる
ことで、トラッキングサーボの精度を向上することがで
きる。
【００６０】また、近年トラッキングサーボを特開平５
−２９８７２４号公報にみられるように、ディスクの全
面に亘り単一のアクチュエータによりトラッキングを行
う方法が採られるようになった。この単一のアクチュエ
ータにおいては装置内のアクチュエータ数を削減できる
ので消費電力を低減する、あるいは駆動、制御にまつわ
る機構系制御系の減少ができ、低コストな装置が実現可
能である。しかしながら、この公報によるサーボ回路で
は、機構上副共振を小さくする、あるいは副共振周波数
を高くすることが難しい。この場合にも本発明を用いる
ことで、単一のアクチュエータであっても広いトラッキ
ングサーボ帯域をとることが可能になる。
【００６１】〔実施例４〕図１４に光ディスク装置のシ
ーク動作時に用いられる速度制御系のブロック図を示
す。図において、３５は目標トラック位置で、アクセス
したい情報トラックの位置を示すデータを入力する。３
６は残留距離の誤差算出ブロックで、目標トラック位置
３５から現在光スポットの位置するトラック位置が、即
ちアクチュエータ２６の速度成分３２を積分要素３３に
よってアクチュエータ位置３７として導出されるトラッ
ク位置が差し引かれ、アクセスする残り距離が出力され
る。３４は目標速度生成ブロックで残留距離に応じた光
スポットの移動速度の目標値を出力する。通常この目標
速度は目的トラックに近づくにつれ速度が低下するプロ
フィールをとる。
【００６２】目標速度生成ブロック３４で生成された目
標速度値２１は、フィードバック点２２に入力される。
フィードバック点２２には光スポットの速度すなわち、
アクチュエータｏｒリニアモータ２６の速度がネガティ
ブフィードバックされる。よって、フィードバック点２
２の出力は目標速度と実際の光スポットの移動速度の差
である速度偏差である。
【００６３】また、２３は一巡ゲインで速度サーボルー
プの一巡利得を決定するブロックである。２５はアクチ
ュエータｏｒリニアモータ２６のトルク定数で、アクチ
ュエータの感度を示している。２６は光スポットを移動
するアクチュエータであり、単一のアクチュエータの装
置および近距離シーク時のトラックジャンプ動作時にお
いてはトラッキングアクチュエータと同一物で兼用す
る。また光ヘッド移動用のリニアモータを有する装置の
場合にはリニアモータのことである。また、２７は補正
ゲインで、マイナーフィードバックによるゲイン変化を
補正するブロックであり、説明の都合上設けてあり、一
巡ゲイン２３に補正ゲインを含めることが可能である。
２８はマイナーループを安定化するための位相補償であ
り、２９は１次の微分特性を有する１次微分ブロックで
あり、３０はマイナーループのゲインブロックである。
また、３１はマイナーフィードバック点で、補正ゲイン
２７の出力に合成され、アクチュエータｏｒリニアモー
タ２６に駆動信号を供給する。現実の装置ではアクチュ
エータ２６を駆動するためのドライバー回路が必要で、
通常マイナーフィードバック点３１とトルク定数ブロッ
ク２５の間に挿入されるが、ここでは省略する。
【００６４】シークあるいはトラックジャンプに用いる
速度制御系に本発明を適用する場合も、基本的な考え方
は先の実施例の各制御系と同じである。アクチュエータ
の伝達特性が１次遅れ系になるので微分要素２９も一次
の微分とする。
【００６５】そこで、この速度制御系に本発明を用いた
場合のポイントのみを説明する。図１５はアクチュエー
タｏｒリニアモータ２６の駆動電流から速度検出段階ま
での伝達特性である。先の実施例同様１０ｋＨｚに副共
振をもつ。またこの特性は先の実施例でのアクチュエー
タの特性の位置出力を速度出力として扱ったものであ
る。図１４におけるマイナーループの一巡伝達特性を図
１６に示す。マイナーループ補償２８、マイナーループ
ゲイン３０、また補正ゲイン２７は、先の実施例と同様
な設計指針で決定することができる。
【００６６】図１７はマイナーループを構成したときの
補正ゲイン２７の入力からアクチュエータ速度までの伝
達特性である。このように、図１５に示すもともとのア
クチュエータ２６の副共振の発生度合いが図１６に示す
一巡伝達特性を有するマイナーループを設けることによ
って、副共振の影響を抑え込むことができる。
【００６７】この実施例において、アクチュエータｏｒ
リニアモータ２６の速度を検出するために、トラッキン
グ誤差信号を用いることができる。シーク中のトラック
横断によるトラッキング誤差信号の横断波形を２値化
し、カウントする、あるいは２値化パルス間隔を測定す
ることで、アクチュエータｏｒリニアモータ２６の移動
速度を検出することが可能である。あるいは速度検出精
度、検出帯域をあげるために、トラッキング誤差信号の
微分信号を用いたり、オブザーバーを用いることがで
き、速度検出帯域があがることでマイナーループの安定
化が容易になる。
【００６８】また、先の位置制御での実施例と同様に、
副共振特性の異なったアクチュエータに対しては、マイ
ナーループ補償２８、マイナーループゲイン３０を適切
に設定することによって、安定なマイナーループを構成
することが可能である。
【００６９】本実施例のように、シークのための速度制
御に本発明を適用することにより、副共振のあるアクチ
ュエータあるいはリニアモータであっても速度制御帯域
すなわち速度制御精度を高くすることが可能になる。そ
れによりシークの目標速度として与えるプロフィールの
加速度をあげることが可能となり、シークの高速化がで
きる。また速度制御精度が上がるので、シーク終了間際
の目標トラック上での速度偏差がなくなりトラッキング
引き込みが容易になる。もちろんオーバーランなどなく
目標トラック上に確実にアクセスすることが可能にな
る。
【００７０】また、本発明を用いることで、副共振周波
数の低いアクチュエータ、あるいは副共振のピークが大
きいアクチュエータを用いることが可能になるので、剛
性の弱い安価なアクチュエータ、また、製造精度の低い
安価なアクチュエータを用いることができ、低コストな
光ディスク装置を提供できる。
【００７１】さらに本発明を用いれば、例えば駆動電流
を一定としても移動量が異なる例のような、アクチュエ
ータの感度のばらつきを抑えることができる。アクチュ
エータの感度がばらついていても、マイナーループの効
果によりばらつきを大幅に小さくするとができる。これ
はフィードバックループ内に挿入された１次微分特性と
マイナーループゲインで決まる特性の逆特性にマイナー
ループの閉ループ伝達特性が近づくためである。この効
果はマイナーループゲインをあげれば大きくすることが
できる。この効果によっても、アクチュエータのばらつ
きを抑えることが可能になり、副共振抑制効果と相まっ
て制御帯域を広くすることが可能である。また、アクチ
ュエータ感度のばらつきを許容できるので、製造精度の
低い安価なアクチュエータを用いることができ、低コス
トな光ディスク装置を提供できる。
【００７２】特に光ヘッドをリニアモータ等を用いて移
動させることによりシークを行う装置（２段アクチュエ
ータ構成）においては、構造的に副共振周波数を高くす
るあるいは副共振を小さくすることが困難なので、本発
明を適用することで多大な効果を上げることができる。
【００７３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
光ディスク装置のアクチュエータの副共振の悪影響を低
減することができ、高精度な制御系を構成することが可
能になる。それにより大容量、高速シークが可能な装置
を提供できる。
【００７４】また、本発明によって、剛性、組立精度の
低い安価なアクチュエータを用いて装置を製造すること
ができるようになったので、低コストなサーボ制御系を
有する光ディスク装置を提供できる。
【００７５】本発明の第１の発明によれば、光ディスク
装置のフォーカスアクチュエータの副共振の悪影響を低
減することができ、高精度なフォーカス制御系を構成す
ることが可能になる。そして、ステップ応答特性につい
ても、早期に安定な動作に移行することができる。波長
の短い、あるいは対物レンズＮＡの高いすなわち焦点深
度の浅い光スポットを用いることが可能になり、データ
容量の大きなディスク、装置を低コストで提供できる。
【００７６】また、本発明の第２の発明によれば、フォ
ーカス誤差信号をマイナーフィードバックに用いること
で簡単な構成、安価な方法で光ディスク装置のフォーカ
スアクチュエータの副共振の悪影響を低減することがで
き、前述の効果をさらに安価な装置で実現できる。
【００７７】また、本発明の第３の発明によれば、光デ
ィスク装置のトラッキングアクチュエータの副共振の悪
影響を低減することができ、高精度なトラッキング制御
系を構成することが可能になる。そして、トラックピッ
チの小さな高密度ディスクにおいても、十分なトラッキ
ング制御精度を実現することが可能になり、データ容量
の大きなディスク、装置を低コストで提供できる。さら
に、シーク方向に唯一のアクチュエータをもつタイプの
装置においてもトラッキング制御精度を上げることがで
き、低消費電力、かつデータ容量の大きな装置を提供で
きる。
【００７８】また、本発明の第４の発明によれば、トラ
ッキング誤差信号をマイナーフィードバックに用いるこ
とで簡単、安価な方法で光ディスク装置のトラッキング
アクチュエータの副共振の悪影響を低減することがで
き、前述の効果をさらに安価な装置で実現できる。
【００７９】本発明の第５の発明によれば、光ディスク
装置のシークアクチュエータの副共振の悪影響を低減す
ることができ、高精度なシーク速度制御系を構成するこ
とが可能になる。そして高速シークが可能な装置を低コ
ストで提供できる。また、シーク方向に唯一のアクチュ
エータをもつタイプの装置においても速度制御精度を上
げることができ、低消費電力、高速シーク可能な装置を
提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例に係るフォーカス制御系
および第３の実施例に係るトラッキング制御系のブロッ
ク図である。
【図２】２次微分特性ブロック９の周波数特性である。
【図３】本発明の第１の実施例に係るマイナーループ補
償の周波数特性である。
【図４】本発明の第１の実施例に係るマイナーループ一
巡伝達特性のボード線図である。
【図５】本発明の第１の実施例に係るマイナーループ一
巡伝達特性のナイキスト線図である。
【図６】本発明の第１の実施例に係るマイナーループま
わりの閉ループ伝達特性である。
【図７】従来例によるサーボ系のステップ応答波形であ
る。
【図８】本発明によるサーボ系のステップ応答波形であ
る。
【図９】本発明の第１の実施例に係る別のアクチュエー
タ周波数特性である。
【図１０】本発明の第１の実施例に係る別のマイナール
ープ補償の周波数特性である。
【図１１】本発明の第１の実施例に係る別のマイナール
ープ一巡伝達特性のボード線図である。
【図１２】本発明の第１の実施例に係る別のマイナール
ープまわりの閉ループ伝達特性である。
【図１３】本発明の第２の実施例に係るフォーカス制御
系および第３の実施例に係るトラッキング制御系のブロ
ック図である。
【図１４】本発明の第４の実施例に係る光ディスク装置
のシーク動作時に用いられる速度制御系のブロック図を
示す。
【図１５】本発明の第４の実施例に係るシークアクチュ
エータ周波数特性を示す。
【図１６】本発明の第４の実施例に係るマイナーループ
一巡伝達特性を示す。
【図１７】本発明の第４の実施例に係るマイナーループ
まわりの閉ループ伝達特性を示す。
【図１８】従来のフォーカスあるいはトラッキングサー
ボ系のブロック図である。
【図１９】従来のシーク速度制御系のブロック図であ
る。
【図２０】フォーカスあるいはトラッキングアクチュエ
ータの周波数特性を示す。
【符号の説明】
１ 目標値 ２ フィードバック点 ３ 一巡ゲイン ４ 位相補償 ５ トルク定数 ６ アクチュエータ ７ 補正ゲイン ８ マイナーループ補償 ９ ２次微分特性 １０ マイナーループゲイン ２６ アクチュエータｏｒリニアモータ（シークアクチ
ュエータ） ２８ マイナーループ補償 ２９ １次微分特性 ３０ マイナーループゲイン ３２ アクチュエータ速度 ３４ 目標速度生成 ３５ 目標トラック位置

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光学的に読みとり可能な情報トラックを
    もつ情報担体に対して光ビームを集光照射し、情報の記
    録又は再生を行う光ディスク装置において、 前記情報担体と前記光ビームの焦点との誤差を検出する
    フォーカス誤差検出手段と、 前記光ビームの焦点を光軸に沿って移動させるフォーカ
    スアクチュエータと、 前記フォーカスアクチュエータの光軸方向の位置を検出
    するフォーカスアクチュエータ位置検出手段と、 前記フォーカスアクチュエータ位置検出手段の出力を少
    なくとも高周波側に制御帯域までの周波数において２階
    微分特性をもつフォーカスフィルタ手段と、 前記フォーカス誤差検出手段の出力に応じて前記フォー
    カスアクチュエータを駆動するための駆動信号を出力す
    るフォーカスコントローラーと、 前記フォーカスコントローラーの出力と前記フォーカス
    フィルタ手段の出力を加算しフォーカスアクチュエータ
    に供給する加算手段とを有することを特徴とする光学式
    情報記録再生装置。
  2. 【請求項２】 前記フォーカスアクチュエータ位置検出
    手段は前記フォーカス誤差検出手段の出力を用いること
    を特徴とする請求項１に記載の光学式情報記録再生装
    置。
  3. 【請求項３】 光学的に読みとり可能な情報トラックを
    もつ情報担体に対して光ビームを集光照射し、情報の記
    録又は再生を行う光ディスク装置において、 前記情報担体と前記光ビームと前記情報トラックとの誤
    差を検出するトラッキング誤差検出手段と、 前記光ビームをトラック横断方向に移動させるトラッキ
    ングアクチュエータと、 前記トラッキングアクチュエータのトラック横断方向の
    位置を検出するトラッキングアクチュエータ位置検出手
    段と、 前記トラッキングアクチュエータ位置検出手段の出力を
    少なくとも高周波側の制御帯域までの周波数において２
    階微分特性をもつトラッキングフィルタ手段と、 前記トラッキング誤差検出手段の出力に応じて前記トラ
    ッキングアクチュエータを駆動するための駆動信号を出
    力するトラッキングコントローラーと、 前記トラッキングコントローラーの出力と前記トラッキ
    ングフィルタ手段の出力を加算しトラッキングアクチュ
    エータに供給する加算手段とを有することを特徴とする
    光学式情報記録再生装置。
  4. 【請求項４】 前記トラッキングアクチュエータ位置検
    出手段は前記トラッキング誤差検出手段の出力を用いる
    ことを特徴とする請求項３に記載の光学式情報記録再生
    装置。
  5. 【請求項５】 光学的に読みとり可能な情報トラックを
    もつ情報担体に対して光ビームを集光照射し、情報の記
    録又は再生を行うため前記光ビームを所望の前記情報ト
    ラックへ移動させることのできる光ディスク装置におい
    て、 前記情報担体と前記光ビームが前記情報トラックを横断
    する速度を検出する横断速度検出手段と、 前記光ビームをトラック横断方向に移動させるシークア
    クチュエータと、 前記シークアクチュエータのシーク方向の速度を検出す
    るシークアクチュエータ速度検出手段と、 前記シークアクチュエータ速度検出手段の出力を少なく
    とも高周波側の制御帯域までの周波数において１階微分
    特性をもつシークフィルタ手段と、 前記横断速度検出手段の出力に応じて前記シークアクチ
    ュエータを駆動するための駆動信号を出力するシークコ
    ントローラーと、 前記シークコントローラーの出力と前記シークフィルタ
    手段の出力を加算しシークアクチュエータに供給する加
    算手段とを有することを特徴とする光学式情報記録再生
    装置。
  6. 【請求項６】 前記シークアクチュエータ速度検出手段
    は前記横断速度検出手段の出力を用いることを特徴とす
    る請求項５記載の光学式情報記録再生装置。
  7. 【請求項７】 前記シークアクチュエータは前記光ビー
    ムを集光する対物レンズを移動するトラッキングアクチ
    ュエータであることを特徴とする請求項５に記載の光学
    式情報記録再生装置。
  8. 【請求項８】 前記光ビームを集光する対物レンズを移
    動するトラッキングアクチュエータと、前記トラッキン
    グアクチュエータを搭載した光学ヘッドを移動するヘッ
    ドモータとを有し、前記シークアクチュエータは前記ヘ
    ッドモータであることを特徴とする請求項５に記載の光
    学式情報記録再生装置。
  9. 【請求項９】 光学的に読みとり可能な情報トラックを
    有する情報担体に対して光ビームを集光照射し、情報の
    記録又は再生を行う光学式情報記録再生装置において、 前記情報担体からの反射光から誤差信号を検出する誤差
    検出手段と、 前記光ビームのスポットを所定の位置に照射制御するア
    クチュエータと、 前記アクチュエータの位置を検出するアクチュエータ位
    置検出手段と、 前記アクチュエータ位置検出手段の出力を少なくとも高
    周波側の周波数において微分特性を有するフィルタ手段
    と、 前記誤差検出手段の出力に応じて前記アクチュエータを
    駆動するための駆動信号を出力するコントローラーと、 前記コントローラーの出力と前記フィルタ手段の出力を
    加算し前記アクチュエータに供給する加算手段とを有す
    ることを特徴とする光学式情報記録再生装置。
  10. 【請求項１０】 前記フィルタ手段の微分特性は、２次
    微分特性を有し、前記アクチュエータはフォーカスアク
    チュエータ又はトラッキングアクチュエータであること
    を特徴とする請求項９に記載の光学式情報記録再生装
    置。
  11. 【請求項１１】 前記フィルタ手段は、位相補償手段と
    １次微分特性と所定のゲインを有するゲイン手段とを有
    し、前記アクチュエータはシークアクチュエータ又はリ
    ニアモータであることを特徴とする請求項９に記載の光
    学式情報記録再生装置。
JP7056000A 1995-03-15 1995-03-15 光学式情報記録再生装置 Pending JPH08249678A (ja)

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