JPS62287483A - 回転記録媒体に対するサーボ装置 - 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】 ３、発明の詳細な説明 〔産業上の利用分野〕 この発明は、回転記録媒体に対するサーボ方式にかかわ
り、特に、光ディスクの情報を読み出す光学ピックアッ
プに好適なサーボ方式に関するものである。

〔発明の概要〕

この発明は、例えば光ディスク等の回転記録媒体に記録
されている情報を読み出すときに必要とされるトラッキ
ングサーボ装置、スピンドルサーボ装置またはフォーカ
スサーボ装置等に対して、そのフィードバックサーボル
ープ内に少なくとも回転記録媒体の偏心誤差またはディ
スクの上下動等に対応するような関数のモデルを含ませ
るようにしたものである。そのため、回転記録媒体の回
転数が変化する場合でも、サーボ装置を省電力化させる
ことができるとともに、定常偏差を少なくすることがで
き、高速回転に対してもサーボ装置を安定に応答させる
ことができるようになる。

〔従来の技術〕

回転記録媒体としては、磁気ディスク、または光ディス
ク等が実用化されているが、特に７光デイスクの場合は
、記録面密度が非常に高く設計されており、かかる記録
情報を読み出す光学ピンクアップとしては、高い応答性
をもち、かつ、定常偏差の小さいサーボ装置が必要とさ
れる。

そのため、従来の光ディスクに対するサーボ装置は高い
ループゲインと安定性を得ることを中心として設計され
、例えば、光ビームを光ディスクの記録トラックに対し
て照射するためのアクチュエータ（２軸機構）の応答性
を改善するとともに、アクチュエータの２次特性の位相
廻りによる安定化を補償するために、複雑な位相補償回
路を使用して一巡伝達関数のゲインが零となる周波数を
なるべく高い周波数にまで拡大し、いわゆるサーボ帯域
を広くすることによって、結果的に低域におけるループ
利得を高くするように設計している。

すなわち、第１１図に示すようにピックアップのトラッ
キングサーボ装置の場合は、サーボ装置の一巡伝達関数
Ｇを曲線Ｂに示すように、従来の特性Ａより高くするこ
とによって定常偏差を圧縮し、かつ、そのサーボ帯域を
高域まで広げることによって応答性の改善をはかってい
る。

しかし、一般的に特性Ｂに示すようにサーボ帯域の高域
限界を高くし、かつ、全体のループ利得を高くすること
は安定性を損なう要因となり、そのため、この高くなっ
た領域の位相廻りを補償するための補償回路が複雑にな
るとともに、サーボ信号と無関係な高い周波数成分の信
号等がサーボ装置内に漏れ込み、無駄な熱損失を発生し
てアクチュエータの温度上昇と、電源の電力損失を誘発
するという問題があった。

すなわち、従来のこのような設計手法によって構築され
たサーボ装置は、高い領域までサーボ帯域が伸びている
ので、光ディスクの場合は、その再生時に記録されてい
るＲＦ信号成分がサーボ帯域に漏れるという問題がある
と同時に、不要なノイズが７クチユエータに注入され、
電力消費が増大する。

また、サーボ装置の応答性をよくするためには。

サーボ帯域を拡げ、かつゲインを高くして定常偏差を少
なくすることが要求されるが、ループゲインを高くする
ことは安定性を確保する点で制限され、結果的に定常偏
差を圧縮することが困難になっている。

そこで、本出願人は先に回転記録媒体の偏心等によって
発生する周期的なトラッキングエラー信号、またはフォ
ーカスエラー信号に対してループ利得を向上させるよう
なサーボ回路を設けることを提案した（特願昭６０−２
４８７０７号）。

すなわち、上述の回転記録媒体に対するサーボ方式の発
明は、回転記録媒体の偏心基本波成分に追従する高い応
答性を示すモデル（共振回路）をフィードバックサーボ
ループ内に設け、偏心基本波成分を目標値として、その
−巡フイードパックルーズのゲインを高くしたものであ
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、回転記録媒体の記録トラックは微視的な
観察を行うと真円に対してかなりデコボコしたトラック
が形成されており、基本偏心周波数成分に対して多くの
高調波成分がトラッキングエラー信号として出力されて
いる。

また、ディスクの上下動偏位も、ディスク厚みむらによ
る高次の偏位成分が含まれている。

したがって、単純な基本正弦波周波数を目標値とするモ
デルをフィードバック回路内に含ませても、記録媒体の
回転数がさらに高くなると、光学ヘッドの応答性が低下
すると共に、依然として定常偏差が、特に高域側で残る
という問題がある。

この発明は、かかる問題点を解消するためになされたも
ので、偏心基本成分を含む高次の制御目標値に対しても
応答することができるような回転記録媒体に対するサー
ボ方式を提供するものである。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明のサーボ方式には、偏心基本波成分を含む高次
の制御目標値に対応するモデルがフィードバック制御回
路内に含まれるようなサーボ回路を採用し、かつ、前記
制御目標値の変化に追従してフィードバックルーズの一
巡ループゲイン特性が変化するように構成する。

〔作用〕

回転記録媒体が光学ディスクであり、サーボ装置の対象
がトラッキングアクチュエータである場合は、制御目標
値の大部分の信号は光ディスクの偏心量に起因するもの
である。したがって、制御目標値は光ディスクの回転周
期の関数で表わされることになるから、この回転周期の
関数の変化に追従して変化するような高利得の伝達特性
を持った制御要素をサーボループ回路内に設けることに
よって定常偏差をきわめて小さい値に圧縮することがで
きると同時に、光ディスクが高速回転となったときにも
目標値の周期関数に対応して制御要素の最大利得となる
周波数が変化するので、常に、制御目標値に対してルー
プゲインを高くすることができ、サーボ装置の消費電力
も少なくすることができる。

〔実施例〕

目標値に定常偏差なく応答できるサーボシステムを構成
するための条件としては、目標値の関数のモデルが制御
系のループ内に含まれていることが必要な条件とされて
いる。

「例えば、Ｔｈｅ　Ｉｎｔｅｒｎａｌ　ｍｏｄｅｌ　ｐ
ｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｆｏｒｌｉｎｅａｒ　　Ｍｕｌｔｉ
ｖａｌｉａｂｌｅ　　Ｒｅｇｕｌａｔｏｒｓ　　−Ａｐ
ｐｌｉｅｄＭａｔｈｅｍａｔｉｃｓ＆　　ｏｐｔｉｍｉ
ｚａｔｉｏｎ−Ｖａ１２＊　Ｎｏ２．＋９７５゜Ｓｐｒ
ｉｎｇｅｒ−ｖｅｒｌａｇ」 ところで、光ディスクを記録媒体とするときのトラッキ
ングサーボでは、渦巻状に形成されている記録トラック
を追跡するための主要な目標値Ｘｒｅｆｆは、光ディス
クの偏心の基本波成分が大部分を占めており、さらに、
光学ピックアップを光ディスクの半径方向に送るための
直流成分も含まれることになる。また、回転記録媒体で
ある光ディスクのときは、その製造工程におけるトラッ
クの歪、厚みむら等がエラー信号として検出されるから
、これらを含めると、光ディスクの回転角速度をωとし
たときに、目標値Ｘ　ｒｅｅｆはＸｒｅｆｆ＝Ｂ　ｔ　
＋Ａｌ５ｉｎωｌ　　ｔ　＋Ａ２５ｉｎω２　　ｔ＋Ａ
３５ｉｎω３　　ｔ　＋・−・Ａ、Ｓｉｎωｎｔ・・・
・・・・・・・・・（１） として表わすことができる。

通常の光デイスクプレーヤの場合は、第（１）式のＢｔ
酸成分光学ピックアップの送りモータに受は持たせるこ
とができるので、アクチュエータに対しては Ｘ　ｒｅｆｆ　＝ΣＡｌ５ｉｎ　ωｒ　　ｔ　　　　・
＝・（２）＋＝＋ を主要な目標値とすることができる。（但し、ｉ＝１，
２．３・・・・ｎ） １５１図は、かかる条件に基づいて構成した本発明の基
本的なサーボ装置のブロック線図を示したものであって
、一点鎖線で囲ったＣＣはｎ個の伝達要素Ｇｃ＋　、　
ＣＣ２、ＣＣ３及び係数器に＋　で構成されている伝達
要素群で、例えばｉ番目の伝達要素Ｇｃ＋（ｉ）、Ｇａ
２（ｉ）、Ｇａ３（ｉ）　（７）伝達特性が、とされて
いる伝達要素で構成されている。

Ｇ、は従来のサーボ回路におけるような外乱等に適格に
応答できる伝達特性を持った伝達要素、Ｇａはアクチュ
エータの伝達要素を示している。

アクチュエータの伝達特性は、一般的に２次特性となっ
ているので、 または。

で示される。

伝達要素Ｇｃｌ（ｉ）は光ディスクの偏心量の基本波成
分を構成する回転数ωｄの高調波信号ωｄ・（ｉ）に対
して無限大の利得を有するような伝達時スクの回転数を
検出した信号Ｓ（ω）によって後述するような回路手段
で可変されるように構成されている。

そして、例えばｆ＝１のときの偏心基本波成分に対する
ボード線図は第２図（ａ）、（ｂ）に示すように設計さ
れている。

したがって、光ディスクの回転数Ｎに追従して伝達要素
ＧＣＩの特性を示すωｄを変化すると、その基本偏心量
に対しては理想的には無限大の利得を有しており、定常
偏差をＯにすることができる。

また、伝達要素Ｇ　ｃ　＋　（２）の特性を示すωｄ・
（２）を回転数に追従させると２次の偏心成分に対して
も無限大のループ利得を与えることができる。

伝達要素ＧＣ２（ｉ）の特性ａ２ｓ２（ｉ）＋　ａｌｓ
（ｉ）　＋ａ　ｏ　（ｉ）は２次特性とされているアク
チュエータの位相補償特性を示すものであり、そのボー
ド線図は第３図（ａ）、（ｂ）に示すように、例えばア
クチュエータの逆特性とすることができる。【（ω、Ｉ
）はアクチュエータの共振周波数） なお、伝達要素Ｇｃ２（ｉ）の特性はＧ　Ｃ２（ｉ）　
＝ａｌ（ｉ）Ｓとしてもよい。

したがって、前記伝達要素Ｇｃ＋（ｉ）、Ｇａ２（ｉ）
の合成特性のボード線図は第４図（ａ）、（ｂ）に示す
ようになる。（但し、ｉ＝１のとき）この場合、各伝達
要素Ｇ＋、＋（ｉｌＧｃ２（ｉ）−Ｇａ（ｉ）の直列の
特性を考えると、ω＝ωｄ（ｉ）の点で急激に位相廻り
が１８０°反転するため、系が不安定になる。そこで、
伝達要素Ｇ　Ｃ３（ｉ）に第５図（ａ）、（ｂ）に示す
ように１次の進み特性付加し、第４図で点線で示すよう
にω＝ωｄ（ｉ）付近で位相余裕を与え、ω＝ωｄ（１
）のときのＧｃ＋（ｉ）・Ｇｃｚ（ｉ）−Ｇａ３（ｉ）
−Ｇａ　ｃ７）総合特性の安定性を確保する。

なお、第１図のＫｌｌ”Ｋ１２は係数器であり、従来の
伝達要素Ｇｏと、本発明で採用する伝達要素群Ｇｃによ
るフィードバック量を所定の値に設定するものである。

伝達要素Ｇｃ＋（ｉ）は回転記録媒体の一つである光デ
ィスクの回転数をＦＧ等によって検出し、その信号Ｓ（
ω）によって共振ピーク点ωｄ（ｉ）を回転周波数ωに
対応して変化させる。この場合、伝達要素Ｇｃ３（ｉ）
の時定数ｂ＋（ｉ）、　ｂ２（ｉ）も同時に前記信号Ｓ
（ω）に追従して変化させることが好ましい。

本発明のサーボ方式の基本回路は上述したように制御目
標値（Ｘｒｅｒｒ＝ΣＡｔ　Ｓｉｎ　ω１ｔ）に応＋＝
１ 達要素ＧＣＩ（ｉ）がサーボループ内に含まれているの
で、理想的には回転記録媒体のすべての偏心成分に対し
ては定常偏差をＯにすることができる。

また、回転記録媒体が高速になったときも、前記伝達要
素Ｇｃ＋（ｉ）のピーク点ωｄ（ｉ）が目標値、すなわ
ち回転記録媒体の偏心成分ωｄ（ｉ）に追従して変化す
るので、従来の制御要素Ｇｏの利得、及びサーボ帯域を
高くして、常時、応答性を高くしておく必要がなくなり
消費電力が増大しない。

すなわち、本発明のサーボ方式の一巡ループ特性は１例
えばｎ＝５とすると第６図（ａ）の実線で示すように、
ωｄ（ｉ）でピーク利得を有し、従来のサーボ回路のル
ープ利得曲線Ａに対してサーボ帯域の上限が低いため高
域で混入するノイズ成分に対して省電力化が達成される
とともに、目標値の大部分を占める偏心成分ωｄ（ｉ）
に対しては十分なループ利得を与えることができ、定常
偏差の小さい状態でサーボをかけることができる。

また、ディスクが高速回転となった場合も伝達要素Ｇ、
ｃ　Ｉ（ｉ）のピーク点が第６図（ｂ）のように移動し
て高域の偏心成分にも追従して一巡ループ利得が高くな
るので、高速回転にも対応できる。

第７図はこの発明の伝達要素群Ｇｃの例えばｉ＝１とな
っている伝達回路例（Ｇｃ＋　、　ＧＣ２。

Ｇ　Ｃ３）を示したもので、一点鎖線で囲ったＡの部分
は伝達要素Ｇｃ＋（１）の部分を示し、伝達特性また、
演算増幅器Ａｓ、Ａ６から形成されているＢの部分を含
めると伝達要素Ｇ　ｃ＋　（１）　、Ｇ　Ｃ２（１）の
合成される。

また、Ｃの部分は位相補償器の伝達特性部分を示す。

伝達要素Ｇｃ＋（１）を構成する演算増幅器ＡＩ。

Ａ　２１　Ａ　３１　Ａ　ａ　は、ステートバリアプル
フィルタを構成するもので、演算増幅器Ａ１は加算器、
同じ＜Ａ２．Ａ）は請分回路、Ａ４はフィードバック量
の設定を行う増幅回路であって、この増幅回路によって
帰還量を設定し、前記第（３）式のωｄを設定すること
ができる。

したがって、スイッチＳ１を光ディスクの回転数に対応
して切り換え、抵抗Ｒ１の値を切り換えることにより、
光ディスクの偏心基本波成分ｉ＝１に追従して共振点を
変化し、偏心基本波周波数に対して最大のループ利得を
与えることができる。

演算増幅器Ａ５．Ａ６は伝達要素Ｇｃ＋（１）の各部の
電圧ｖｌ’、ｖ２”を加算することによって前記第４図
（ａ）の周波数特性を形成するものである。

そのため、アクチュエータの機械的な応答特性に関連し
て抵抗ｒｇ、ｒ７．ｒＢが調整され係数ａ２（１）、　
　ａ＋（１）、　　ａｏ（１）が設定される。

位相すすみ回路を構成する伝達要素Ｇ　Ｃ３（１）のス
イッチＳ２．Ｓ３　も同様に光ディスクの回転数に対応
して、スイッチＳ＋　と同様に切り換え、ωｄ付近の位
相廻りを安定にする。

なお、帰還量の切り換え（スイッチＳ＋）、時定数ｂ＋
（１）、　　ｂ２（１）の切り換え（スイッチＳ２．Ｓ
３）は、非直線性の電子的な可変抵抗を使用することに
よって省略することもできる。

以上ｉ＝１の実施例について説明したが、２次の偏心成
分ｉ＝２以上の伝達要素についても同様な回路で形成す
ることができる。

なお、アクチュエータの伝達特性がＯ型、つエータに対
しても、目標値をＸｒｅｆｆ＝ΣＡ１５ｉｎ１：１ ω、ｔ＋Ｃとすることによって、前述した各実施例の伝
達要素をそのまま応用することが可能である。

この場合は、送りモータが小型であってＤＣオフセット
特性があるときでも、アクチュエータが直流成分に対し
て無限大の利得（Ｓ→０で、Ｇ＝■）で応答するため、
省電力化とする場合にさらに効果的である。

第８図は本発明のサーボ方式に採用することができる伝
達要素Ｇｃ＋（ｉ）（ｉ　＝　１・・・・ｉ・・・・ｎ
）の他の実施例を示したもので、ｎ個の伝達要素は演算
増幅器Ａ＋（ｉ）、　Ａ２（ｉ）、　Ａ３（ｉ）、　Ａ
ａ（ｉ）とスイッチドキャパシタＣ３（ｉ）によって構
成されている。

この実施例は、第７図と同様にステ°−ドパリアプルフ
ィルタの構成とされ、回路の共振周波数ωｄ（ｉ）は一
点鎖線で示すスイッチドキャパシタＣ５に対して、光デ
ィスクの回転周期、及びその整数分の１のクロック信号
を分周回路Ｄ（１）・・・Ｄ（ｉ）・・・Ｄ　（ｎ）か
ら供給することに変化させるようにしたものである。

すなわち、各伝達要素Ｇｃ＋（ｉ）のスイッチドキャパ
シタＣ３（ｉ）のスイッチＳを光ディスクのＦＧ信号か
ら得られるクロック信号及びその分周信号によって駆動
すると、前記第７図の抵抗ｒｌ。

ｒ２を変化させるのと同等の効果を持たせることができ
る。その結果、基本、及び高次の共振周波数ωｄ（１）
をディスクの回転数に追従して変化させることができる
。

なお、Ａｏは合成回路、Ａ４（ｉ）は帰還量を設定する
演算増幅器を示す。

第９図は伝達要素Ｇｃ１（ｉ）のさらに他の実施例を示
したもので、１０はＢ　Ｂ　Ｄ　（Ｂｕｃｋｅｔ　−Ｂ
　ｒｉｄｇｅ　Ｄ　ｅｖｉｃｅ）素子からなるアナログ
遅延素　子、１１．１２は入出力バッファアンプを示す
。

この回路は「クシ型フィルタ」としてもよく知られてい
るように理想的には虚軸上に無限側の極−ド線図は第１
０図（ａ）、（ｂ）に示すようなものになる。

したがって、ＢＢＤ　Ｉ　Ｏの遅延時間りを回転ディス
クの周波数１　／　ｆ　ｄ　とし、その伝送周波数帯域
が偏心周波数成分をカバーできるものであれば、ｎ次の
高調波偏心成分もその高いループ利得によって除去する
ことができるようになる。

なお、Ｒはエラー信号に対して所定のバイアス電圧を付
加する可変抵抗を示し、人出力バッファアンプ１１．１
２の抵抗ｒｉｌｒ２＋ｒ３．ｒ４によって帰還量が設定
される。

また、アナログ遅延素子１０に入力されるＦＧ倍信号よ
って、遅延量が回転記録媒体の回転周波数のｌ／ｆに設
定される。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明のサーボ装置は回転記録
媒体に適用した場合、制御目標値の大部分を形成する偏
心基本波成分及びその高次の周波数成分に対してきわめ
て高いループ利得を与えることができるので、定常偏差
がきわめて低いものにすることができる。また、サーボ
装置の一巡伝達特性のピーク値が回転記録媒体の回転周
期に追従して変化するように構成されているので、高速
回転としたときでもピーク値に対応する偏心成分に安定
に応答することができるとともに、外乱等に対する従来
のサーボ回路の利得及びサーボ帯域の上限を下げること
ができるので省電力化とすることができる等の効果を奏
するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のサーボシステムの基本的なブロック
線図、第２図（ａ）、（ｂ）は伝達要素Ｇｃ＋（ｉ）の
ボード線図、第３図（ａ）、（ｂ）は伝達要素ＧＣ２（
ｉ）のボード線図、第４図（ａ）。 （ｂ）は伝達要素Ｇｃ＋（ｉ）　＋　Ｇａ２（ｉ）のボ
ード線図、第５図（ａ）、（ｂ）は位相補償用の伝達特
性を示すボード線図、第６図（ａ）、（ｂ）は本発明の
総合ループゲイン特性を示す説明図、第７図は本発明の
サーボ装置に使用できるフィードバック伝達要素の一実
施例を示す回路図、第８図は同じくフィードバック伝達
要素の他の実施例を示す回路図、第９図はアナログ遅延
素子を伝達要素とする場合のブロック図、第１０図（ａ
）、（ｂ）は第９図の伝達特性を示すボード線図、第１
１図はサーボ装置におけるループゲイン特性の説明図で
ある。 図中、Ｇｃ＋（ｉ）は回転記録媒体の偏心成分に対して
利得を高くすることができる伝達要素、Ｇｃｚ（ｉ）は
アクチュエータの伝達特性に対する補償を行う伝達要素
、Ｇａ３（ｉ）は位相補償用の伝達要素、Ｇｏは外乱等
に対して主に応答する伝達要素、Ｇａはアクチュエータ
の伝達特性を示す伝達要素である。 ωａ　　ωｄ　□ω 小 Ｇｃ、＋Ｇｃ２ＣＧｃ３＋Ｇａ”ｊｆｒホ゛−ドｍ図Ｇ
ｃ３のボード線図 第５図 ωｄ□ω 小 ωｄ　□ω Ｇｃｌのホ゛−ド線図 第２図 Ｂ ωａ　□ω φ ωａ　　　　　ω Ｇｃ２のホ゛−ド課図 第３図 −一一一一一一一一一−ω ｄＢ 本発明のルーフ°利得特性 第６図 □ω ルーア利得の説明図 第１１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 回転記録媒体に対するサーボシステムループ内に、少な
   くとも回転記録媒体の偏心基本波周波数及びその高調波
   成分の変化に追従してピーク値が変化するような伝達特
   性を有する回路を含ませたことを特徴とする回転記録媒
   体に対するサーボ方式。