KR100258414B1 - 외란 예측기를 갖는 광 픽업 유니트의 서보 시스템 - Google Patents

외란 예측기를 갖는 광 픽업 유니트의 서보 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광픽업 유니트에 대한 포커싱 및 트랙킹 서보를 수행하는 서보 시스템에 관한 것이다.
통상적으로, 서보 시스템의 제어기로부터 액츄에이터에 제공되는 보상된 액츄에이터 제어 신호에는 디스크의 편심 및 흔들림(wobble) 등의 외란 성분이 가산되기 때문에 액츄에이터가 대물 렌즈의 위치 제어를 정밀 제어하지 못하게 된다.
따라서, 본 발명은 액츄에이터에 가해질 실질적인 외란 성분를 예측하고 이를 제어기로부터의 보상된 액츄에이터 제어 신호에 가산하여 액츄에이터로 제공함으로써 실질적으로 액츄에이터에 가해지는 외란 성분을 상쇄시켜주는 예측기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

외란 예측기를 갖는 광 픽업 유니트의 서보 시스템
본 발명은 광 디스크 플레이어의 서보 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광 픽업 유니트에서 발생하는 에러를 예측하여 이를 보상할 수 있는 포커스/트랙킹 서보 시스템에 관한 것이다.
광디스크 플레이어는 디스크에 새겨진 기록 비트 신호를 레이저빔에 의해 비접촉 재생하고 이를 디지탈 신호처리하는 시스템이다. 이러한 광디스크 시스템에 있어서, 특히 광픽업 유니트는 디스크의 신호면에 레이저빔을 입사한후, 디스크의 신호면으로부터 반사되어 오는 광을 전기적 신호로 변환하는 기능을 수행한다.
도 1에 도시된 광 픽업 유니트는 레이저 다이오드로 구성된 광원(10)에서 발생된 소정의 발진 파장을 갖는 레이저 빔은 콜리메이터 렌즈(12)을 통과하면서 평행광으로 발생된다. 이와 같이, 평행광으로서 직선성이 유지된 빔의 일부는 빔 스플리트(14)에서 반사되기도하고 일부는 빔 스플리트(14)를 통과하여 대물 렌즈(16)로 입사되고, 이 대물 렌즈(16)에 의해 광 디스크인 기록 매체(20)의 기록면에 포커싱되어 디스크에 기록된 정보를 읽게된다. 이때 기록 매체(20)에 포커싱된 광은 그 기록면으로부터 반사되어 빔 스플리트(14)에서 필드 렌즈(18)로 반사되고, 필드 렌즈(18)를 거쳐 광 검출기(22)로 입사된다. 광 검출기(22)는 입사된 빔을 복조하여 원래의 신호로 재생한다.
통상적으로 디스크(20)의 신호면이 레이저빔의 촛점 심도내에 위치하도록 액츄에이터(actuator) 코일(60)을 구동하는 것을 포커싱 서보라 지칭하고, 광픽업을 위한 레이저빔이 디스크의 트랙을 따라 정확하게 트레이스 할 수 있도록 액츄에이터 코일(60)을 구동하는 것을 트랙킹 서보라 지칭한다. 포커싱 서보는 디스크(20)의 신호면이 레이저빔의 초점 심도내에서 벗어난 정도를 나타내는 포커싱 에러 신호를 이용하고, 트랙킹 서보는 레이저빔이 디스크(20)의 트랙을 벗어난 정도를 나타내는 트랙킹 에러 신호를 이용한다. 상술한 포커싱 및 트랙킹을 위한 광픽업 유니트의 서보 시스템의 동작을 도 2에 도시된 등가 회로도를 이용하여 설명하면 다음과 같다.
디스크(20)에는 트랙을 따라 디지탈 정보가 수록되어 있으며, 디스크(20)의 신호면에는 대물 렌즈(16)에 의해 집광된 레이저빔이 방사된다. 이때, 디스크(20)와 대물 렌즈(16)사이의 거리차에 의한 에러 신호 성분, x(t)이 입력단(24)을 통하여 제 1 감산기(26)의 일입력으로 제공된다.
액츄에이터(60)는 제어기(30)로부터 제공되는 액츄에이터 제어 신호에 따라 포커싱 제어를 위하여 디스크의 신호면이 레이저빔의 초점 심도내에 위치하도록 대물 렌즈(16)를 상하 방향으로 구동시키거나, 트랙킹 제어를 위하여 레이저빔이 디스크의 트랙을 따라 정확하게 트레이스할 수 있도록 대물 렌즈(16)를 좌우 방향으로 구동 제어한다. 이때, 대물렌즈와 디스크 신호면과의 위치 신호 성분, y(t)가 생성되어 출력되고, 라인(62)을 따라 제 1 감산기(26)의 타입력으로 피드백된다.
제 1 감산기(26)는 에러 신호 성분, x(t)으로부터 위치 신호 성분, y(t)를 감산하여 제어기(30)로 제공하며, 리드-래그(lead-lag) 보상기로 구현될 수 있는 제어기(30)는 제 1 감산기(26)에서 감산된 신호를 참조하여 크기와 위상이 보상된 액츄에이터 제어 신호를 액츄에이터(60)로 출력한다.
액츄에이터(60)로 제공되는 액츄에이터 제어 신호는 입력단(40)을 통하여 외부 요인 및 디스크의 편심 등에 의해 발생되는 외란 성분, d(t)와 상술한 제어기(30)에서 출력된 제어 신호와의 차를 계산하여 액츄에이터(60)로 제공하여, 디스크와 대물 렌즈(16)간의 거리를 재조정하게 한다.
그러나, 상술한 종래 기술의 서보 시스템은 그 구성은 간단하지만, 액츄에이터(60)로 제공되는 액츄에이터 제어 신호는 입력단(40)을 통하여 외부 요인 및 디스크의 편심 등에 의해 발생되는 외란 성분, d(t)와 합쳐져서 액츄에이터(60)로 공급되기 때문에 정확한 포커싱 제어와 트랙킹 제어가 불가능하다는 문제가 있었다.
그러므로, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 외란 성분을 제거할 수 있도록 한 광픽업 시스템의 서보 장치를 제공하는 것을 그 목적으로한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 디스크의 신호면에 집광된 빔을 형성하는 대물렌즈를 갖는 광픽업 유니트에 대한 포커싱 및 트랙킹 서보를 수행하는 서보 시스템은: 액츄에이터 제어 신호에 응답하여 상기 대물 렌즈의 위치를 제어함으로써 상기 대물 렌즈와 상기 디스크와의 거리를 반복적으로 조정하는 액츄에이터; 상기 디스크와 상기 대물 렌즈사이의 거리차에 의한 에러 신호 성분, x(t)와 상기 액츄에이터에 의해 발생되는 상기 디스크와 대물 렌즈의 위치 신호 성분, y(t)과의 차만큼을 보상하여 크기와 위상이 보상된 액츄에이터 제어 신호를 생성하는 에러 보상 수단; 상기 액츄에이터 제어 신호에 가해지는 디스크 편심 등에 의한 외란을 예측하는 수단; 상기 예측 수단에 의해 예측된 외란 성분과 상기 에러 보상 수단의 출력을 가산하여 상기 액츄에이터 제어 신호를 발생하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
도 1은 일반적인 광픽업 유니트의 개략적인 구성도,
도 2 는 종래 기술의 포커싱/트랙킹 서보 시스템의 등가 회로 블록 구성도,
도 3 은 본 발명의 외란 예측기를 갖는 포커싱/트랙킹 서보 시스템의 등가 회로 블록 구성도.
＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞
20 : 광 디스크 30, 300 : 제어기
60, 600 : 액츄에이터 800 : 예측기
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 3 에는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광픽업 시스템의 서보 장치의 등가 회로도가 도시되며, 본 발명은 도 1의 광 픽업 유니트를 참조하여 설명될 것이다.
대물 렌즈(16)에 의해 집광된 레이저빔이 방사되는 디스크(20)의 신호면으로부터 정보를 기록 및 재생중에, 액츄에이터(actuator)(600)는 제어기(300)로부터 제공되는 액츄에이터 제어 신호에 따라 포커싱 및 트랙킹 제어를 위하여 대물 렌즈(16)를 상하 방향 및 좌우 방향으로 구동 제어한다. 이때, 액츄에이터(600)에 의해 위치 조절되는 대물 렌즈(16)와 디스크(20)와의 거리 신호 성분, y(t)와 이들간의 거리차에 의한 에러 신호 성분, x(t)가 생성되며, 각기 라인(620) 및 입력단(100)을 통하여 제 1 감산기(200)의 입력으로 제공된다.
제 1 감산기(200)는 거리 신호, y(t)로부터 에러 신호, x(t)를 감산한 차 신호를 제어기(300)와 제 1 가산기(700)로 제공한다.
리드-래그(lead-lag) 보상기로 구현될 수 있는 제어기(300)는 제 1 감산기(200)에서 감산된 차 신호만큼 크기와 위상이 보상된 액츄에이터 제어 신호를 생성한다.
제어기(300)로부터 액츄에이터(600)에 제공되는 보상된 액츄에이터 제어 신호에는 입력단(400)을 통하여 디스크의 편심 및 흔들림(wobble) 등의 외란 성분 d(t)가 가산되기 때문에 액츄에이터(600)가 대물 렌즈(16)를 정밀 제어하지 못하게 된다. 따라서, 본 발명에 따르면, 발생될 외란 성분 d(t)를 추정하고 이를 제어기(300)로부터의 보상된 액츄에이터 제어 신호에 가산하여 액츄에이터(600)로 제공함으로써 실질적으로 액츄에이터(600)에 가해지는 외란 성분을 상쇄시켜준다.
따라서, 제어기(300)로부터 출력된 액츄에이터 제어 신호, u(t)는 제 1 가산기(700)의 제 2 입력으로 제공되어, 제 1 감산기(200)로부터 출력된 차 신호와 합산되어 예측기(800)로 제공된다. 예측기(800)는, 하기에서 설명되는 바와 같이, 제 1 감산기(200)의 차 신호 성분과 제어기(300)의 보상된 액츄에이터 제어 신호와의 합산된 신호를 이용하여 액츄에이터(600)에 가해질 외란 성분을 예측한다.
도 3에서, 제어기(300)로부터 출력된 신호 u(t)의 라플라시안 변환 함수를 U(s), 외란 d(t)의 라플라시안 변환 함수를 D(s), 디스크와 대물 렌즈(16)사이의 거리 y(t)의 라플라시안 변환 함수를 Y(s), 액츄에이터(600)의 등가 모델링을 A(s)라고 가정하면, 이들간의 관계는 하기 수학식과 같이 정의될 수 있다.
U(s) - D(s) = A(s)⋅Y(s)
상술한 수학식 1을 외란 함수, D(s), 에 대하여 정리하면, 수학식 2와 같다.
D(s) = U(s) - A(s)⋅Y(s)
상기 수학식 2에서 외란 함수 D(s)에 대하여 편미분하면, 하기 수학식 3의 2차 로우패스필터(LPF) 전달함수로서 표현될 수 있다.
Figure kpo00000
상기 수학식 3에서
Figure 1019970074293_B1_M0002
은 외란D(s)를 편미분한 외란을 나타낸다. 수학식 3에 수학식 2의 D(s)를 대입하면, 하기 수학식 4와 같이 전개된다.
Figure 1019970074293_B1_M0001
상술한 수학식 4에서 s는 라플라스 연산자(Laplacian Operator), ζ는 감쇠 정수, ωn 2 은 자연 비감쇠 주파수(natural undamped frequency)이다.
따라서, 상술한 수학식 4로부터 유도된 외란 예측 신호,
Figure 1019970074293_B1_M0002
는 제 2 가산기(900)로 제공되며, 제 2 가산기(900)에서 제어기(300)의 보상된 액츄에이터 제어 신호와 가산되어 추정된 액츄에이터 제어 신호를 액츄에이터(600)로 제공된다.
따라서, 제 2 감산기(500)에서 추정된 액츄에이터 제어 신호에 가해지는 외란 신호 d(t)가 상쇄되어 액츄에이터(600)로 제공된다. 따라서, 액츄에이터(600)는 제 2 감산기(500)의 출력 신호에 따라 디스크와 대물 렌즈(16)간의 거리를 정밀하게 재조정하게 한다.
이상 설명한 바와같이, 본 발명에 따르면, 광 픽업 유니트에서 발생하는 외란, 예를 들면, 디스크의 편심 및 흔들림 현상 그리고 대물 렌즈의 래디얼 방향으로의 이동에 의해 발생하는 옵셋 등을 예측하고, 이를 이용하여 실질적으로 발생되는 외란을 상쇄시킴으로써 광 디스크와 대물 렌즈간의 정확한 거리 및 위치 조정을 수행할 수 있다.

Claims (3)

  1. 디스크의 신호면에 집광된 빔을 형성하는 대물렌즈를 갖는 광픽업 유니트에 대한 포커싱 및 트랙킹 서보를 수행하는 서보 시스템에 있어서:
    액츄에이터 제어 신호에 응답하여 상기 대물 렌즈의 위치를 제어함으로써 상기 대물 렌즈와 상기 디스크와의 거리를 반복적으로 조정하는 액츄에이터;
    상기 디스크와 상기 대물 렌즈사이의 거리차에 의한 에러 신호 성분, x(t)와 상기 액츄에이터에 의해 발생되는 상기 디스크와 대물 렌즈의 위치 신호 성분, y(t)과의 차만큼을 보상하여 크기와 위상이 보상된 액츄에이터 제어 신호를 생성하는 에러 보상 수단;
    상기 액츄에이터 제어 신호에 가해지는 디스크 편심 등에 의한 외란을 예측하는 수단;
    상기 예측 수단에 의해 예측된 외란 성분과 상기 에러 보상 수단의 출력을 가산하여 상기 액츄에이터 제어 신호를 발생하는 수단을 포함하는 것을 특징으로하는 광픽업 유니트의 서보 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 예측 수단은:
    상기 에러 신호와 거리 신호와의 차 신호와 상기 보상된 액츄에이터 제어 신호와를 가산하는 가산기;
    상기 가산기에서 가산된 신호를 이용하여 상기 예측된 외란 신호를 생성하는 예측기를 구비하는 것을 특징으로하는 광픽업 유니트의 서보 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 예측기에서 생성된 예측된 외란 신호는 하기 수학식
    Figure 1019970074293_B1_M0004
    과 같으며, 상기 수학식에서,
    Figure 1019970074293_B1_M0002
    는 상기 예측된 외란 신호, U(s)는 상기 에러 보상 수단으로부터 출력된 보상된 액츄에이터 제어 신호의 라플라시안 변환 함수, D(s)는 상기 외란 신호의 라플라시안 변환 함수, Y(s)는 상기 디스크와 대물 렌즈사이의 거리 신호의 라플라시안 변환 함수, A(s)는 상기 액츄에이터의 등가 모델링이며, s는 라플라스 연산자(Laplacian Operator), ζ는 감쇠 정수, ωn 2 은 자연 비감쇠 주파수인 것을 특징으로하는 광픽업 유니트의 서보 시스템.
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