JPS62298931A - 光デイスクに対するデジタルサ−ボ方式 - 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、光ディスクに対するサーボ方式に係わり、
特に、サーボ回路がデジタル化されているときに好適な
サーボ方式に関するものである。

〔発明の概要〕

この発明の光ディスクに対するデジタルサーボ方式は、
光ディスクの円周方向に離間して２個の光スポットを照
射し、この２個の光スポットから得られる２系統の誤差
信号をデジタル演算回路に入力し、このデジタル演算回
路によって１サンプル期間後の予測誤差を＠算してアク
チュエータを制御するようにしたものである。そのため
、通常、デジタル回路をサーボループ内に含ませたと、
きに発生するむだ時間に対応する位相おくれが解消され
、サーボループを安定化させることができる。

〔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、光ディスクの場合は
、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ックアップとしては、高し・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＠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４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つている
。

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、その再生玲に記録されてい
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・′イズがアクチュエータに注入され
、ｔ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、かつゲインを高ぐ
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、本出願人は先に光ディスクに対する制御目標値
は大部分が偏心基本波成分とみられることを前提とルて
、効果的にサーボ装置の定常偏差を圧縮することを提案
した（特願昭８０−２４８７０号）。

上記の発明の概要は、例えば第５図に示すように制御目
標値をディスクの偏心基本波成分であるＸｒｐｒｒ＝　
Ａｓ１ｎ　ωｄｔとみなし、−巡（７）ループ利得が最
大となる伝達要素ＧＣ（Ｇｌ、Ｇ２．Ｇ３）を従来の伝
達要素Ｇｏに追加し、その出力を係数器Ｋｌ。

Ｋ２を介してアクチュエータの伝達関数を示す伝達要素
Ｇ、に入力するようにしたものである。

この場合、偏心成分に対する伝達要素Ｇｃには伝達関数
が１／Ｓ２＋ωｄ２となるモデルが含まれており、ωｄ
２はディスクの回転数に一致するように設定させている
から、偏・Ｌ）基本波成分に対して定常偏差が殆どない
安定したサーボ装置にすることができる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、かかるフィードバックサーボ回路は周波数特
性、及び位相補償等を外部から制御する場合、及びこれ
等の制御をシステムコントローラ等で行う場合は、゛イ
ンタフェースの関係からデジタル回路で具体化すること
が好ましいが、一般にデジタル回路で信号処理先行うと
、少なくとも、サンプル期間だけむだ時間が生じ、特に
高速のサーボ装置に適用する場合に問題がある。

すなわち、第５図の偏心成分に対するフィードバックサ
ーボ回路をデジタル化すると、第６図に示すようにＡ／
’Ｄ、Ｄ／Ａ変換器、デジタル伝達要素Ｇ。（Ｄ）及び
０次のサンプリングホールド回路Ｓ／Ｈが必要になり、
一点鎖線内で行われるデジタル演算時間には、サンプリ
ング時間Ｔと、０次サンプルホールドにおける遅れ時間
０．５　Ｔ　（平均）が必要とされ、１．５　Ｔ　（Ｓ
ｅｃ）のむだ時間を有するサーボ系となる。

すると、サーボ制御信号の最高周波数の周期Ｔのａｘに
対し、 φ＝　１　／　Ｔｍａｘ　Ｘ　　１．５ＴＸ　３６０゜
・・・・・・（１） の位相おくれが発生し、仮にサーボ制御信号の周波数を
２ＫＨにすると、サンプリング周波数を２０ＫＨｚにし
ても５４°に近い位相おくれが生じ、サーボ系の安定性
がきわめて悪い状態になる。そこでサンプリング周波数
を２００ＫＨｚ位高くすれば、かなり安定性が得られる
が、この場合はサンプル期間が５μｓ以下になり、１サ
ンプル値を処理するために高速のデジタル演算回路が要
求されて、コストアップを招くという問題がある。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明はかかる問題点を解決するため、例えばディス
クのトラッキングサーボ装置のときは、ディスクのトラ
ック上に所定距離だけ離れた点に２個の光スポットを照
射し、２個のスポット光から得られる誤差信号を互いに
演算することによって、少なくとも１サンプル周期後の
予測誤差を求め、この予測誤差によってアクチュエータ
を駆動するように構成する。

〔作用〕

制御目標値が例えば周期関数となるような定常的な誤差
信号であり、サーボ機構の特性が既知のものであれば、
検出位置の異なる２個の誤差信号を演算することによっ
てτ時間先の誤差信号を予測することができる。したが
って、デジタル演算時間のおくれが１時間であっても、
むだ時間のないデジタルサーボ回路とすることができ、
位相おくれによる安定性の悪化を回復させることができ
る。

〔実施例〕

第１図は、本発明のデジタルサーボ方式のブロック図を
示したもので、ｃｌ、ｃ２はアクチュエータの伝達要素
を示すＧａからの変位ｘ　（ｔ）と目標値であるＲ（ｔ
）、Ｒ（ｔ＋で）の差を出力する減算回路、Ａ／Ｄはア
ナログ値をデジタル値に変換するアナログ−デジタル変
換器（Ａ／Ｄ変換器）、Ｇ（りはｃｐｕ等で構成されて
いるデジタル演算回路で、後述するようにアクチュエー
タの機械的な伝達特性に関するブータフく入力されてい
る２個のメモリ（ＲＯＭ）Ｆ２及びＢより逐次データを
読み出しながら、τ時間後の制御信号（誤差信号〕を出
力するものである。

デジタル演算回路Ｇ　（ｘ）の出力はＤ　／′Ａ変換変
換子クチュエータの位相補償回路Ｇｃｎを介してアクチ
ュエータの伝達要素を示すＧａに出力される。

目標値Ｒ（Ｄ、Ｒ（ｔ÷で）は、例えば第２図に示すよ
うに光ディスクＤのトラックＴの円周方向に対して所定
の間隔文で照射されているヌポットＳ１゜Ｓ２に対する
ものであって、時間的にはτ時間界なる点の偏心；逢を
示す。

このような２個のスボッ）Ｓｌ、Ｓ２は光学ピックアッ
プ等で慣用されているように、レーザ発光源にグレイテ
ィングをつけることによって容易に形成することができ
る。

以下かかるサーボ系において行うデジタルｉ；ｉ（’Ｉ
Ｘの内容を説明する。

前述したように、現時点で得られる誤差信号Ｅ（ｔ）は
少なくともデジタル演算回路Ｇ　（りにより、サンプル
期間以上遅延して出力され、この信号が７クチユエータ
に供給されるから、デジタル演算回路はτ時間後の予測
誤差信号Ｅ（ｔｉｔ）が得られるようにすればよい。

この予測誤差信号はτ時間後の目標値Ｒ（ｔｉｔ）と、
アクチュエータの変位ｘ（ｔ＋で）の差で形成される。

すなわち、Ｅ　（ｔｉｔ）　＝　Ｒ（ｔａτ）　−ｘ　
（を十ｒ）・・・・・・（１） ところで、上記ブロック図によると目標値Ｒ（ｔ＋で）
、及び、Ｒ（ｔ）が知られていると、減算回路Ｃ，，Ｃ
２から、 Ｅ＋（ｔ）　＝　Ｒ（ｔｉｔ）−Ｘ（ｔ）　　　　・・
・・・・（２）Ｆ２（ｔ）　＝　Ｒ（ｔ）　−ｘ　（ｔ
）　　　　　・・・・・・（３）となる誤差信号Ｅ＋　
（ｔ）　、Ｆ２　（ｔ）が検出される。

Ｒ（ｔ）は目標値が偏心量であるときは周期関数である
から、τ時間後の目標値Ｒ（ｔｉｔ）はＲ（ｔ÷で）＝
Ｆ１　・ＲＯ）　　　　　・・−・・・（４）で計算す
ることができる。ＣＦ＋　は連続信号を雌数比するラプ
ラス変換の手法から求められる。）前記第（３）式にＦ
ｌを乗算して、第（２）式−第（３）式を演算すると、 Ｅｌ　（ｔ）　−ＦＩ　Ｆ２　（ｔ） ＝Ｒ（ｔ＋τ）−ｘ（ｔ）−（ＦＩＲ（ｔ）−１＋ｘ（
ｔ））−’、！（ｔ）　＝　（ＦＩ−１）−’　　（Ｅ
ｌ（ｔ）−ＦＩ　Ｆ２（ｔ））・・・・・・（５） これを第（２）式に代入すると、 Ｒ（ｔ＋τ）　＝Ｅ＋（ｔ）＋（ＦＩ−１）−’（Ｅｌ
（ｔ）−ＦＩ　Ｆ２（ｔ）１・・・・・・（６） となる。

次に線形の動作を行うアクチュエータのτ時間後の変位
ｘ（ｔ＋で）は、目標値Ｒ（ｔ）に周期性があれば現時
点のアクチュエータの変位及びエラー信号ｘ　（ｔ）、
Ｅ　（ｔ）から予測することができ、ｘ（ｔ＋τ）　＝
Ｆ２　ｘ（ｔ）　＋ＢＥ（ｔ）・・・・・・（７）で表
われる。ここで、詳細な説明を省略するが、Ｆ２は主に
アクチュエータの機械的な運動方程式から得られる定数
であり、Ｂはアクチュエータの電磁力に関する定数であ
る。

この第（７）式に前記第（５）式を代入すると、ｘ（ｔ
＋ｒ）＝Ｆ２　ＦＩ　　−１）−’　（Ｅｌ（ｔ）−Ｆ
ＩＥ、！（を月＋ＢＥ（ｔ）・・・・・・（８） 求めるＥ（ｔ＋τ〕は第（１）式に第（８）式及び第（
８）式を代入すると Ｅ（ｔ＋で）＝　Ｅｌ　（ｔ）＋（ＦＩ−１）弓（Ｅｌ
　（ｔ）−ＦＩＥ２　（ｔ））−Ｆ２　（Ｆｌ−１１’
　（Ｅｌ（ｔ）　−ＦＩＥ２（ｔ））　＋ＢＥ　（ｔ）
・・・・・・（θ） ＋”＋　Ｅ　（ｔ＋τ）−Ｅ（ｔ）−（Ｆ２−１）（Ｆ
ｌ−１ｉ’　　（Ｅｌ　（ｔ）−ＦＩＥ２　（ｔ））、
ＢＥ（ｔ） ・・・・・・（１０） 上記第（１０）式にみられるように、τ時間後の誤差予
測値Ｅ（ｔ＋で）は信号として取扱うことができるＥｌ
（ｔ）、　Ｆ２（ｔ）、　Ｅ（ｔ）、及び定数（テーブ
ル）Ｆｌ、Ｂから求めることができ、このような演算を
前記デジタル演算回路で行えば、むだ時間を考慮したデ
ジタルサーボ装置が構築されることになる。

第３図はかかる演算をデジタル回路によって行う実施例
を示すブロック図で、Ｃ３〜Ｃ８は加算回路、ＤＬはシ
フトレジスタ等で構成されているτ時間の遅延回路、ｄ
ｉＶは割算回路、ＭＬＴ−１、ＭＬＴ−２は掛算回路、
ＲＮは逆数演算回路、Ｆ２．Ｂは前述したｘ（ｔ）、及
びＥ（ｔ）からτ時間後のアクチュエータの変位信号を
算出するためのデータが格納されている定数テーブルで
、１サンプル毎に読み出されるメモリで具体化される。

なお、Ｓ／Ｈはτ時間のサンプルホールド回路である。

上記デジタル演算回路によると、光ディスクのトラッキ
ングサーボ装置の場合は、前述したように２個の照射ス
ポツ）Ｓｔ、Ｓ２のトラッキングエラー信号Ｅ　＋　（
ｔ）、　Ｅ　２　（ｔ）が減算回路Ｃ３に人力されるこ
とによって、出力に目標値Ｒ（ｔ＋で）−Ｒ（ｔ）が得
られる。（ｉ　（２）式−第（３）式の演算）。

次に、この信号を減算回路Ｃ４に入力し、その出力をτ
時間の遅延回路ＤＬに入力してその出力Ｒ（ｔ）を前の
減算回路Ｃ４に入力するとＲ（ｔ＋で）なる信号が出力
され、これらの信号Ｒ（ｔ）　、　Ｒ（ｔ＋で）を割算
回路ｄｉｖに入力することによって係ａ　Ｆ　＋が得ら
れる。（第（４）式の演算）さらに、係ａＦ　１　と第
２のエラー信号Ｅ　２　（ｔ）を掛算回路ＭＬＴ−１に
入力して、Ｆｌ・Ｆ２（ｔ）を形成し、第１のエラー信
号Ｅ　１（ｔ）との差分を減算回路Ｃ５から出力すると
Ｅｌ（ｔ）−ＦＩ・Ｅ　２　（ｔ）が出力される。

一方、係数Ｆ＋は減算回路Ｃ６において−１を減算され
、Ｆｌ−１とされたのち、逆数演算回路ＲＮによってＣ
Ｆ＋　−１）−’を出力する。

そして、第２の掛算回路ＭＬＴ−２において、減算回路
Ｃ５から出力されているＥｌ（ｔ）　　ＦＩＥｚＤ）と
乗算することにより、ｘ（ｔ）を出力することができる
。（第（５）式の演算） ｘ　（ｔ）にはクロック信号によって駆動されている定
数テーブルＦ２のデータが乗算され、（Ｆ　２　Ｘ　（
ｔ））、サンプリングホールド回路Ｓ／Ｈから出力され
る現時点のエラー信号Ｅ　（ｔ）（制御信号）と定数テ
ーブルＢの乗算値（ＢＥ（ｔ））を減算回路ＣＩ　で演
算するとで時間後の７クチユエータの変位ｘ（ｔ＋で）
が出力される。（第（７）式の演算）さらに、ｘ（を十
で）と前記したτ時間後の目標値Ｒ（ｔ＋τ）が減算回
路Ｃ８に入力されることによって、τ時間後の予測エラ
ー信号Ｅ（ｔ＋で）が得られる。（第（１）式の演算） Ｅ（ｔ＋で）はサンプリングホールド回路Ｓ／Ｈにおい
て１時間保持されるので、その出力は現時点のエラー信
号Ｅ（ｔ）（制御信号）であり、このエラー信号Ｅ（ｔ
）がアクチュエータ（Ｇａ）の制御信号として補償回路
を介して供給される。

なお、補償回路（Ｇｃｏ）もデジタル演算回路に含める
ようにすることもできる。

以上の説明から理解できるように、本発明のデジタルサ
ーボ方式では、現時点の第１．第２のエラー信号Ｅ１（
ｔ）　、Ｅ２　（ｔ）からτ時間後の予測エラー信号Ｅ
（ｔ÷で）を演算し、その出力をサンプル期間τを考慮
してτ時間後に出力してアクチュエータを駆動している
ので、エラー信号に対してむだ時間なく応答させること
ができることになる。

なお、以上の実施例ではトラッキングサーボ装置につい
て説明したが、目標値が周期関数で示され、かつ、τ時
間後のアクチュエータの変位が計算できる場合は、フォ
ーカスサーボ装置についても適用することができる。

又、光ディスクの回転数が変化する場合も、遅延回路Ｄ
Ｌ、及び定数テーブルＦ２．ＨのデータをＦＧ倍信号に
よって変化させることによって、同様な手法でむだ時間
のないデジタルサーボ装置を作ることができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の光ディスクに対するデジ
タルサーボ方式は、デジタル演算回路においてむだ時間
が生じる場合にも、２個のエラー信号から予測されるτ
時間後のエラー信号を演算するように構成されているか
ら、サーボ装置がむだ時間なく目標値に応答することが
できる。

そのためデジタルサーボ回路として従来のように高速の
デジタル演算素子を必要とせず、大幅なコストダウンを
はかることができるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光ディスクに対するデジタルサーボ方
式の概略図、第２図は２個のエラー信号を形成するため
の説明図、第３図は本発明のデジタル演算回路の一例を
示すブロック図、第４図はサーボ装置における周波数特
性の説明図、第５図は先行技術であるフィードバックサ
ーボ装置のブロック図、第６図はデジタルサーボ装置の
ブロック図である。 図中、ｓｌ、ｓ２は第１、第２の光スポット、Ｄはディ
スク、Ｅ＋（ｔ）、　Ｅ２（ｔ）は第１．第２のエラー
信号、Ｇ（Ｘ）はデジタル演算回路、Ｇａはアクチュエ
ータの伝達要素を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　光ディスクの円周方向に離間している第１、第２の光
   スポットを照射し、その位置を制御することができるア
   クチュエータと、前記第１、第２の光スポットとトラッ
   クの相対的な変位を検出する第１、第２の検出手段と、
   前記第１、第２の検出手段から得られた誤差信号を演算
   するデジタル演算回路を備え、前記デジタル演算回路に
   よって１サンプル期間後の予測誤差信号を演算し、前記
   アクチュエータを制御するようにしたことを特徴とする
   光ディスクに対するデジタルサーボ方式。