KR20070073974A - 광 디스크 액추에이터 제어 - Google Patents

Abstract

광 디스크(1)에서/광 디스크에 데이터를 판독 또는 기록하기 위해 레이저빔(10)의 초점을 맞추고 트랙킹하는 액추에이터를 제어를 위해 광 드라이브의 서보 제어 루프(21)의 이득을 최적화하는 방법이 수행되는데, 이때 서보 제어 루프(21)에 대한 기준 발진 레벨을 사전에 설정하는 단계와, 디시페이션 레벨값으로 사용된 제어 루프(21)에서의 전력 출력값이 기준 발진 레벨보다 작은지 여부를 반복 검사하는 단계와, 상기 디시페이션 레벨값이 기준 발진 레벨과 같거나 클 때까지 각각의 반복 단계에서 서보 제어 루프의 이득을 증가시키는 단계와, 제어 루프의 이득을 마진값만큼 감소시키는 단계를 수행하는 알고리즘을 사용하여, 제어 루프(21)의 서보 제어기(20)에 의해 액추에이터가 제어된다.

광 디스크, 액추에이터, 서보 제어 루프, 기준 발진 레벨, 디시페이션 레벨

Description

광 디스크 액추에이터 제어{OPTICAL DISC ACTUATOR CONTROL}

본 발명은, 광 디스크에서/광 디스크에 데이터를 판독 또는 기록하고, 레이저빔의 초점을 맞추고 트랙킹하는 액추에이터가 피드백 루프 내부의 서보 제어기에 의해 제어되는 광 드라이브에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 서보제어된 루프에서 이득을 제어하는 목적을 갖는다.

디지털 정보가 광 드라이브를 사용하여 광 디스크 상의 트랙을 따라 광 디스크에서 판독되거나 광 디스크에 기록된다. 레이저 스폿은 레이저빔을 디스크의 데이터 저장층에 초점을 맞추는 대물렌즈를 사용하여 초점에 맞추어진 레이저빔에 의해 제공된다. 일례로서, 대물렌즈가 디스크의 데이터 저장층에 레이저빔의 초점을 맞추고 있도록 초점 액추에이터가 대물렌즈를 구동한다. 제 2 코일인 트랙킹 액추에이터 코일은 레이저빔이 디스크의 트랙을 따라 추종되도록 트랙킹 대물렌즈를 구동한다.

광 드라이브에서는, 서보계를 사용하여 디스크의 데이터 저장층 위에 레이저빔의 초점, 즉 레이저 스폿의 초점을 맞춘다. 상기한 서보계를 제어하는 제어 루프는 초점 제어 루프로 불린다. 적당한 광 드라이브 성능을 보장하기 위해서는 초점 제어 루프가 닫혀야 한다. 서보계에서 레이저빔의 안내를 제어하는 에러신호는 데이터 보유층에서 레이저빔에 대한 광원을 지지하는 대차 위의 검출기로 반사된 빛 에서 얻어질 수 있다.

광 디스크의 액추에이터의 제어 루프는 디스크가 회전할 때의 속도와 관련되어 설정되는 특정한 이득을 갖는다. 루프 이득은 온도와 판독되거나 기록될 디스크 영역 등의 다수의 인자에 의존한다. 루프 이득을 제어하기 위해 일부의 제어 알고리즘들이 일부 알려져 있다.

제어 루프 이득은 제어의 대역폭을 좌우하고 회전 디스크 속도와 관련하여 설정되어야 한다. 고속의 디스크(CD에 대해 48x, DVD에 대해 16x 및 BD에 대해 4x)에서는 액추에이터 서보 제어기의 제어 루프가 결정적인 루프 이득을 갖는다. 더 높은 이득은 루프에 발진을 일으키게 된다. 검출기의 감도, 광 디스크의 기록된 영역과 미기록된 영역 사이의 차이 등의 몇가지 이유로 인해 발생된 루프 이득으로 인해, 이미 언급한 것과 같이, 제어 이득이 제어 루프의 발진을 방지하기 위해 일반적으로 그리고 항상 최대값보다 작은 값으로 설정된다.

자동 이득 제어는 대략 서보 루프의 대역폭과 같은 주파수를 갖는 주기적 신호를 가함으로써 얻어질 수 있다. 인가된 신호에 대한 측정된 응답을 사용하여 루프 이득을 제어할 수 있다. 이득 제어가 디스크의 판독 또는 기록중에 항상 활성화되는 것은 아니다. 일반적으로, 처음에 검사가 행해지고, 필요한 경우에, 데이터를 판독 또는 기록하는 동안 시간상으로 나중에 이 검사가 반복된다.

JP-05314504에는 광 정보 및 재생장치가 개시되어 있다. 이 문헌에 개시되 장치의 목적은 서보계의 루프 이득을 안정화된 값으로 설정함으로써 서보 제어계의 초점 제어 루프의 발진을 방지하는 것이다. 제어 루프를 구비한 서보 제어계에서 는, 보상 제어기가 A/D 변환기에 의해 모니터링된다. 초점 제어가 정규 상태에 있을 때, 보상 제어기의 출력은 거의 일정한 레벨을 갖는 신호이다. 컴퓨터가 변환기에 공급되는 데이터의 AC 성분의 진폭의 절대값을 검사하고, 데이터를 처리하여 얻어진 값을 프리셋 값과 비교한다. 얻어진 값이 프리셋 값과 같거나 작으면 장치가 정상으로 작동하는 것으로 판단한다. 한편, 얻어진 값이 프리셋값보다 크면, 동작이 비정상인 것으로 판정됨으로써, 발진이 중단되고 적절한 이득이 얻어질 때까지, 가변 이득 증폭기의 이득이 더 작은 값으로 설정되고 보상 제어기의 출력이 줄어든다.

종래의 장치의 문제점은 이득 레벨의 모니터링이 연속적이지 않다는 것이다. 제어 루프의 발진이 일어날 때에만 이득 레벨의 모니터링이 가동된다. 이것은, 비교적 긴 기간 동안 지속될 수 있는 장치의 정규 동작 중의 루프 이득 레벨이 너무 낮고 최적화되지 않을 수도 있다는 것을 의미한다.

결국, 본 발명의 목적은, 최대 이득을 얻기 위해 서보 제어 루프를 제어하는 알고리즘을 포함하는 방법 및 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 일면에 따르면, 청구항 1에 기재된 것과 같은 방법이 제공된다. 본 발명의 또 다른 국면에 따르면, 독립항 장치 청구항에 기재된 것과 같은 장치가 제공된다.

본 발명의 또 다른 실시예는 종속항들에 기재되어 있다.

본 발명의 한가지 특징은, 제어 루프에서 발진이 개시될 때까지 최대 제어 이득을 연속으로 탐색하거나 제어 루프 이득을 반복하여 증가시킴으로써 최대 제어 이득이 자동 반복된다. 액추에이터의 소비전력을 측정함으로써 발진을 검출한다. 발진이 개시하도록 하는 레벨을 이득이 가지는 결정적인 순간에, 25%와 같은 특정한 마진(margin)만큼 이득을 줄이는데, 이때 10% 내지 50%의 값이 적절하다.

기동시에 정규 AGC(automatic gain control)를 사용하여 루프 이득이 조정될 수도 있다. 나중에 디스크가 회전하고 있을 때, 온도 변화시에 또는 판독/기록 천이시에 일정한 시간 간격을 갖고 상기한 메카니즘을 개시할 수 있다. 이것들이 루프 이득 변화에 대한 전체의 이유로서, 루프 내부의 발진을 검출하는 신호의 변화된 액추에이터 감도 또는 변화된 감도에 의해 발생한다.

본 발명에 따른 장치는 액추에이터에 전력을 공급하는 서보 제어기에서 전력의 출력을 측정하는 디시페이션(dissipation) 측정장치를 구비한다. 일 실시예에 따르면, 제어 루프의 이득을 제어하는 제어기는 서보 제어기에서 액추에이터로의 전기 제어신호(출력)의 샘플들의 제곱을 구비하는 회로를 구비한다. 제곱을 수행한 후 얻어진 신호가 필터링됨으로써, 필터링된 신호의 진폭을 소정의 기준 발진 레벨과 비교하여 제어 루프의 발진을 검출한다. 현재의 디시페이션 레벨(dissipation level)이 기준 발진 레벨에 도달할 때의 디시페이션 레벨보다 작으면, 상기 현재의 디시페이션 레벨을 표시하는 제곱값이 취해지고 필터링된 디시페이션 신호의 상기한 진폭이 루프에서 반복하여 검사된다. 그후, 현재의 디시페이션 레벨이 기준 발진 레벨이 도달할 때의 디시페이션 레벨과 같거나 클 때까지, 각각의 반복단계에서, 서보 제어 루프의 이득을 단계적으로 증가시킨다.

측정장치는 액추에이터에 대한 제어값을 측정하도록 구성된다.

본 발명의 이점은, 모든 상황에서 제어기에 의해 사용된 제어 알고리즘이 제어 루프에 최대 이득을 설정함으로써, 일정한 이득 레벨이 필요하지 않다는 것이다.

본 발명의 상기한 발명내용과 또 다른 발명내용은 이하에서 설명하는 실시예(들)를 참조하여 더욱 명백해질 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 드라이브의 초점 제어기와 액추에이터의 일체화된 부분의 개략도이다. 래디얼 제어기는 같은 구성요소로 이루어져 있으므로 도시하지 않았다.

도 2는 본 발명의 일면에 따른 제어 루프의 이득을 제어하기 위한 과정에 대한 알고리즘의 흐름도를 나타낸 것이다.

본 발명에 따른 방법을 수행하기 위한 다수의 실시예를 첨부도면에 의해 지지되는 이하의 설명에서 기술한다.

본 발명에 따른 광 드라이브의 초점 제어 루프와 액추에이터의 일체화된 부분의 개략도가 도 1에 도시되어 있다.

광 디스크가 도 1에 도시되어 있다. 레이저 광원(2)은 빛을 광 디스크(1)를 향하게 한다. 레이저 광원(2)에서 발생된 레이저빔이 렌즈(3, 4)를 사용하여 디스크(1)의 트랙 위의 스폿으로 초점이 맞추어진다. 액추에이터는 렌즈들(3, 4)을 정확한 위치로 조정하여 디스크에 상기 스폿의 초점을 맞춘다. 상기한 액추에이터는, 본 실시예에서는, 고정 자석들(5, 6), 초점 코일(7), 래디얼 트랙킹 코일(8), 반투명 거울(9)을 더 구비한다. 초점 액추에이터 코일(7)은 대물렌즈(3)를 구동하여, 대물렌즈(3)가 레이저 광을 레이저빔(10)으로 모으고 디스크(1)의 데이터 저장층에 레이저빔(10)의 초점을 맞춘다. 제 2 코일인 트랙킹 액추에이터 코일(8)은 트랙킹 대물렌즈(4)를 구동하여, 레이저빔(10)이 디스크의 트랙을 따라 반경 방향으로 추종하도록 한다.

제어 루프(21)에 있는 서보 제어기(20)는 광 디스크(1)에 대한 액추에이터 레이저빔(10)의 초점 및 트랙킹 제어를 한다. 서보 제어기(20)에서 발생된 출력신호는 전력 증폭기(22)에서 증폭되어, 가요성 배선들에 의해 제어신호(23)로서 액추에이터의 초점 코일(7)에 전송된다. 래디얼 제어기는 동일 부품들로 구성되고 액추에이터의 코일(8)에 접속된다.

적당한 광 드라이브 성능을 보장하기 위해서는 초점 제어 루프(21)가 닫혀야 한다. 서보 시스템에서의 레이저빔의 안내를 제어하는 에러신호가 광 디스크(1)의 데이터 저장층에서 레이저빔(10)을 위한 광원(2)을 지지하는 대차 위의 광 검출기(24)로 반사된 빛에서 얻어진다. 검출기 신호(25)는 에러신호로서 상기 검출기 신호(25)를 나르는 제어 루프의 가요성 배선을 사용하여 다시 전치증폭기(26)로 전달된다. 그후, 에러신호가 승산기(27)에서 승산됨으로써, 에러신호가 서보 제어기(20)의 입력으로 전달되어 루프를 닫는다.

본 발명의 일면에 따르면, 본 실시예에서는 액추에이터 초점 코일에서 발생된 디시페이션(나중에 정의함)을 측정하는 측정장치로도 서보 제어기(20)에서 발생 된 출력신호가 전달된다. 상기한 디시페이션 신호는 제어 루프(21)에서 발생하는 발진을 표시하는 신호로 사용할 수 있다. 이것은 제곱회로(squaring circuit)(29)에서 신호의 제곱을 구하여 본 발명에 따라 달성되며, 이 신호는 필터(30)에서 필터링된다.

필터링된 신호(31)의 진폭이 소정의 레벨값을 초과하거나 이 레벨값과 같으면, 제어회로(21)에 발진이 우세한 것으로 간주된다.

제어기(32)에서는, 상기한 소정의 발진값을 기억하고, 제곱이 행해져 필터링된 디시페이션 신호(31)의 측정된 값과 비교되며, 이것이 제어기(32)에 입력된다. 필터링된 디시페이션 신호(31)는 디시페이션 레벨 값으로 사용된다. 제어기는, 본 실시예에 따르면, 도 2의 흐름도의 형태로 설명하는 알고리즘을 사용하여 프로그램된다. 수행된 알고리즘의 결과에 따라, 제어기(32)가 이득 제어신호(33)를 사용하여 이득 승산기(27)를 제어함으로써 제어 루프(21)의 이득을 설정한다.

제어기(32)에서 행해지는 제어 루프(21)의 제어를 위한 과정은 도 2의 흐름도에 따른 알고리즘을 따른다. 제 1 단계에서는 처리단계 40에서 필터링된 신호(31)의 값으로 구성된 실제 디시페이션 값을 소정의 발진 레벨 값과 비교한다. 실제 디시페이션 값이 소정의 발진 레벨 값보다 작으면, 제어기(32)가 처리 단계 41에 나타낸 것과 같이 제어 루프(21)의 이득을 증가시킨다. 다시 한번, 반복 과정에서, 단계 42에서 소정의 값을 실제 디시페이션 값과 비교한다. 발진이 아직 발생하지 않으면, 반복 루프에서 이득이 단계 41에서 다시 증가된다. 실제 디시페이션 값이 소정의 발진 레벨 값을 초과하도록, 단계 42에 나타낸 것과 같이, 발진이 일 어날 때까지, 단계 41 및 42로 구성된 반복 루프에서 반복이 단계적인 이득 증가를 갖고 계속된다. 이것이 발생하면, 제어기(32)는 단계 43에서 이득 제어신호(33)를 통해 마진량만큼 제어 루프(21)의 이득을 줄인다.

이 처리의 제 1 단계 40에서, 발진이 우세한 것으로 이미 표시되면, 제어기(32)가 처리 단계 44에서 두 번째 반복 루프에서 제어 루프(21`)의 이득을 감소시키는데, 이 두 번째 반복 루프는 실제 디시페이션 레벨을 소정의 레벨과 비교하여 단계 44 및 45의 반복의 수행을 계속해야 하는지를 판정하는 단계 45를 더 포함한다. 발진이 중단된 것으로 표시되면, 알고리즘이 단계 43으로 진행한다. 제어기(32)는 반복적으로 또는 상태가 변화하는 동안에만 알고리즘을 실행하도록 프로그래밍될 수 있다. 예를 들어, 처음에 그리고 예상된 이득 변동후나 상태의 천이 후에, 광 디스크의 기록된 영역 또는 미기록된 영역을 판독하는 것 등과 같이 실행을 하도록 알고리즘이 설정될 수 있다.

이와 같은 알고리즘을 사용하여, 발진이 존재하지 않을 때까지 이득이 반복적으로 조정된다. 그후 일부의 이득 마진을 갖기 위해 이득이 특정한 값만큼 줄어든다. 이때 일어날 수 있는 문제는 높은 가속 에러를 갖는 광 디스크가 높은 디시페이션 값을 제공한다는 것이다. 이와 같은 높은 가속 에러는 디스크가 평탄하지 않은 부분을 가질 때 발생하는데, 이것은, 특히 고속의 디스크 속도에서, 액추에이터에 대해 높은 제어 전압을 필요로 할 수도 있다. 따라서, 이와 같은 디스크가 존재하면 디시페이션이 이미 높아진다. 이에 따라, 기준 발진값도 마찬가지로 높게 선택되어야 하며, 이것에 의해 잘못된 발진 표시가 발생하지 않게 된다.

제어기(32)는 사전에 설정된 간격 또는 다음에 정의하는 이벤트에 따라 제어 루프의 이득을 적시에 설정하기 위한 알고리즘을 수행하도록 프로그래밍된다.

제어 이득량은 일 실시예에 따르면 가능한 이득값들의 세트로 구성될 수도 있다. 처음에는, 가장 높은 이득값이 설정된다. 발진이 여전히 검출되면, 발진이 일어나지 않을 때까지 더 낮은 이득값이 설정될 수 있다.

마진값 10 내지 50 퍼센트의 구간에서 일정한 값일 수 있으며, 바람직한 실시예로서 25%의 마진값이 선택된다.

본 발명은 고속의 광 디스크 드라이브에서 액추에이터용의 서보 제어기에 적용될 수 있다.

청구항에서 용어 "구비한다"와 "포함한다"는 다른 구성요소들 또는 단계들을 배제하지 않는다. 관사 a 또는 an이 복수의 구성요소들을 배제하지 않는다.

정의:

다음 중 한가지의 드라이브 수단에 대한 디스크의 접속:

- 디스크가 드라이브에 삽입되거나,

- (알려지지 않은) 디스크가 이미 상기한 드라이브에 존재할 때 드라이브의 전원이 켜지거나,

- 보조 장치에 존재하거나 삽입된 디스크가 디스크의 r/w를 위해 상기 드라이브에 접속되는 것.

디시페이션은 초점 액추에이터 초점 코일들에서 발생된다(P=U^2/R=I*R). 이 들 코일들은 자석과 함RP 액추에이터에 대한 전자기 모터를 구성한다. 일반적으로 자석들은 고정된 세계, 이 경우에는 대차의 일부이고, 코일들은 대물렌즈를 옮기는 액추에이터의 가동부의 일부이다. 초점 디시페이션은 초점 제어기 출력의 제곱을 구하고 이 결과를 최종단(end stage) 드라이버들과 초점 코일 저항에 맞추어 교정함으로써 드라이브에서 측정될 수 있다.

Claims (13)

1. 광 디스크에서/광 디스크에 데이터를 판독하거나 기록하기 위한 레이저빔의 초점을 맞추고 반경 방향으로 트랙킹하기 위한 액추에이터가 제어 루프의 서보 제어기에 의해 제어되는 광 드라이브의 서보 제어 루프의 이득을 최적화하는 방법으로서,

   상기 서보 제어 루프에 대한 기준 발진 레벨을 얻는 단계와,

   상기 제어 루프에서 출력된 전력의 제곱값인 디시페이션 레벨을 측정하는 단계와,

   현재의 디시페이션 레벨이 기준 발진 레벨에 도달할 때의 디시페이션 레벨보다 작은지 여부를 반복 검사하는 단계와,

   상기 디시페이션 레벨이 상기 기준 발진 레벨에 도달할 때의 상기 디시페이션 레벨과 같거나 더 클 때까지 각각의 반복 단계에서 상기 서보 제어 루프의 이득을 증가시키는 단계와,

   상기 제어 루프의 이득을 마진값만큼 감소시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 드라이브의 서보 제어 루프의 이득 최적화방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 디시페이션 레벨의 측정은 상기 서보 제어기(20)에서 발생된 제곱값이 취해지고 필터링된 출력 전압의 측정으로서 행해지는 것을 특징으로 하는 광 드라이브의 서보 제어 루프의 이득 최적화방법.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 디시페이션 레벨은 상기 제곱값이 취해지고 필터링된 출력 전압의 진폭인 것을 특징으로 하는 광 드라이브의 서보 제어 루프의 이득 최적화방법.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 마진값은 10 내지 50 퍼센트의 백분율인 것을 특징으로 하는 광 드라이브의 서보 제어 루프의 이득 최적화방법.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 마진값은 대략 25%인 것을 특징으로 하는 광 드라이브의 서보 제어 루프의 이득 최적화방법.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 마진값은 값들의 세트에서 선택된 한 개의 값이고, 발진이 발생하고 있지 않을 때까지 상기 값들의 세트에서 얻어진 최고 마진값 내지 최저 마진값에서 단계적 인 마진값들이 선택되는 것을 특징으로 하는 광 드라이브의 서보 제어 루프의 이득 최적화방법.
7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 제어기(32)는 사전에 설정된 간격 또는 다음에 정의하는 이벤트들에 따라 적시에 제 1항의 방법 단계들을 수행하도록 프로그래밍된 것을 특징으로 하는 광 드라이브의 서보 제어 루프의 이득 최적화방법.
8. 광 드라이브의 서보 제어 루프(21)의 이득을 최적화하는 장치로서,

   상기 광 드라이브에 접속된 광 디스크(1)에서/광 디스크에 데이터를 판독 또는 기록하기 위한 레이저빔(10)의 초점을 맞추고 반경 방향으로 트랙킹하는 액추에이터와,

   상기 액추에이터를 제어하는 상기 제어 루프 내부의 서보 제어기(20)를 구비한 광 드라이브의 서보 제어 루프의 이득 최적화장치에 있어서,

   서보 제어기(20)에서 상기 액추에이터로 출력된 전력의 제곱값인 디시페이션 레벨을 측정하는 측정수단(28)과,

   상기 디시페이션 레벨을 상기 제어 루프(21)에 대한 소정의 기준 발진 레벨과 비교하는 비교수단과,

   상기 제어 루프(21)의 이득을 증가 또는 감소시키는 제어 루프 이득 제어수단과,

   현재의 디시페이션 레벨이 기준 발진 레벨에 도달할 때의 디시페이션 레벨보다 작은지 여부를 반복 검사함으로써 상기 제어 루프 이득을 모니터링하고 최적화하며, 상기 현재의 디시페이션 레벨이 상기 기준 발진 레벨에 도달할 때의 상기 디시페이션 레벨과 같거나 클 때까지 각각의 반복 단계에서 상기 사보 제어 루프(21)의 이득을 증가시킨 후, 상기 제어 루프(21)의 이득을 마진값만큼 감소시키는 제어기(32)를 구비한 것을 특징으로 하는 광 드라이브의 서보 제어 루프의 이득 최적화장치.
9. 제 8항에 있어서,

   상기 측정수단((28)은 신호 제곱화 회로(29)를 구비한 것을 특징으로 하는 광 드라이브의 서보 제어 루프의 이득 최적화장치.
10. 제 9항에 있어서,

    상기 측정수단(28)은 상기 제곱화회로(29)에서 제곱이 취해진 신호를 필터링하는 필터링회로(30)를 구비한 것을 특징으로 하는 광 드라이브의 서보 제어 루프의 이득 최적화장치.
11. 제 8항에 있어서,

    상기 제어기(32)는 상기 소정의 발진 레벨과 상기 측정된 디시페이션 레벨 사이의 비교의 결과에 따라 이득 승산기(27)를 사용하여 사기 제어 루프(21)의 이득을 설정하는 것을 특징으로 하는 광 드라이브의 서보 제어 루프의 이득 최적화장치.
12. 제 8항에 기재된 최적화장치를 구비한 광 디스크(1)를 판독/기록하는 광 디스크 드라이브.
13. 제 1항에 기재된 최적화방법을 수행하는 광 디스크(1)를 판독/기록하는 광 디스크 드라이브.

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