JPH01303631A - 光ディスクのトラッキング制御装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、光ディスクのトラック上の光スポットが所
定のトラックに追従するように、光ビームを集光するた
めの対物レンズをアクチエエータを介してトラッキング
方向に移動制御させるように構成した光ディスクのトラ
ッキング制御装置に関するものである。

〔従来の技術〕

第９図は例えば特開昭５９−２８２５３号公報に開示さ
れた従来の光ディスクのトラッキング制御装置を示すブ
ロック図であり、同図において１は信号を記録、再生す
る光ディスク、２は光ビームａを光デイスク１上の所定
のトラックに追従させるアクチュエータ、３は光ビーム
ａを光デイスク上に集光させる対物レンズ、４はアクチ
ュエータ２の可動部に駆動力を供給するアクチュエータ
コイルである。５は光ビームａの光源であるレーザ発振
器、６はレーザ発振器５の出力を光ディスク１へ、また
光ディスク１からの反射光をフォトディテクタ７へ分配
するビームスプリフタである。フォトディテクタ７は光
ディスク１からの反射光を光量−電気変換する。８はト
ラッキング誤差信号生成回路で、フォトディテクタ７か
らの信号により光ディスク１におけるトラッキング案内
溝に対する光ビームの集光スポットの位置を電気信号に
変換して出力する。上記ビームスプリンタ６、フォトデ
ィテクタ７、トラッキング誤差信号生成回路８をもって
トラッキングセンサを構成する。９は位相補償回路で、
制御ループが閉じたときに安定性などの所定の制御性能
を確保するように働く。１０は増幅回路で、上記位相補
償回路９からの制御電圧を駆動電流に変換して、その駆
動電流を上記アクチュエータコイル４に供給する。

次に上記構成の動作について説明する。

光ディスク１からの反射光がビームスプリッタ６を経て
フォトデイチクタフに入射することによって、その入射
光量が電気変換されたのちトラッキング誤差信号生成回
路８において光ディスクｌにおけるトラッキング案内溝
に対する光ビームａの集光スポットの位置が検出され、
かつそれに相当する電気信号が出力される。この出力信
号が駆動電流に変換されてアクチュエータコイル４に供
給されることによりアクチュエータ２が作動される。こ
れにともなって対物レンズ３がアクチュエータコイル４
の発生する駆動力にて動かされて、光デイスク１上の光
スポットがトラッキング案内溝に追従するように移動さ
れることになる。

上記のようなトラッキング制御動作において、その制御
ループが閉じている際に位相補償回路９の働きにより制
御の安定性、適応性などが確保されて所定どおりのトラ
ッキング制御動作をおこなう。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来のトラッキング制御装置は、以上のように構成され
ているので、制御系の内部に、一種の微分回路である位
相補償回路が必要で、外部ノイズの影響を受けやすく、
また、サーボ引き込み時の応答が、制御系ゲインで一意
に定まってしまうため、適応性を改善すると、安定性が
悪くなってしまうなどの問題点があった。

この発明は、上記のような問題点を解消するためになさ
れたもので、一種の微分回路である位相補償回路を用い
ずに、適応性と、安定性の両方を改善できるトラッキン
グ制？Ｉ１）装置を得ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係るトラッキング制御装置は、トラッキング
アクチュエータにレンズポジションセンサを搭載すると
ともに、アクチュエータの駆動電流と、上記レンズポジ
ションセンサの出力とにより、現代制御理論のオブザー
バを使ってアクチュエータの速度を推定し、制御系を状
態フィードバック系としたものである。

〔作用〕

この発明においては、オブザーバにより推定されたアク
チュエータ速度と、トラッキングセンサにより検出され
る追従目標（ディスク偏芯）と、光スポツト位置との差
をフィードバックする事により状態フィードバックを行
なう構成としたから、位相補償回路を用いずに、適応性
と、安定性の両方を改善できる。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。

第１図はこの発明の一実施例におけるトラッキング制御
装置を示すブロック図であり、図において、１）は光デ
ィスク１を回転させるためのモータ、１２は対物レンズ
３の動きを検出するためのセンサー光学系におけるレー
ザ発振器、１３はアクチュエータ回転部１５と連動する
反射ミラー、１４は反射ミラー１３からの反射光の動き
を検出するためのポジションセンサ、１５はアクチュエ
ータ可動部、１６は対物レンズ３の動きを検出するセン
サを搭載した光ヘッドである。１７はフォトディテクタ
７からの信号により、光ディスク１におけるトラッキン
グ案内溝に対する光ビームの集光スポットの位置を電気
信号に変換して出力するトラッキングセンサアンプ、１
８は状態フィードバックの一方のループである位置フィ
ードバックのループゲインを定める増幅器、１９は対物
レンズ３の動きを検出するためのポジションセンサ１４
の出力を電気信号に変換して出力するポジションセンサ
アンプ、２０はアクチュエータコイル４に流れる電流情
報と、ポジションセンサアンプ１９からの出力である対
物レンズ３の動きの情報とによりアクチュエータ２の速
度を推定するための速度推定オブザーバ、２１は状態フ
ィードバックのもう一方のループである速度フィードバ
ックのループゲインを定める増幅器、２２は速度フィー
ドバックの信号周波数帯域を低域側で制限するための低
域除去フィルタ。２３は増幅器２２．１８からの制御出
力をアクチュエータコイル４を駆動する電流に変換する
ためのドライバである。

第２図は、レンズの動きを検出するセンサを搭載したア
クチュエータを示す外観図であり、図において、２４は
フォーカスマグネット、２５はフォーカスマグネット２
４によりフォーカス方向すに推力を発生させるためのフ
ォーカスコイル、２６はトラッキングマグネット、２７
はトラッキングマグネット２６によりトラッキング方向
Ｃに推力を発生させるためのトラッキングコイル、２８
はアクチュエータ可動部１５をしゅう動させるための軸
、２９は半導体レーザ１２からのレーザ光を平行光に直
すためのレンズである。

第３図は一般的なオブザーバの原理図であり、図におい
て、Ａは状態行列、Ｂは入力行列、Ｃは出力行列、Ｋは
ゲイン行列、α、α′は積分器である。

第４図はアクチュエータの速度とオブザーバの推定速度
の変化を、横軸に時間、縦軸に状態量を取って示した図
である。

第５図は制御理論における極配置を、縦軸に虚数、横軸
に実数を取って示した図であり、図において、Ｄは制御
対象（アクチュエータ）の極、Ｅは本発明の閉ループシ
ステムの極、Ｆは速度推定オブザーバの極である。

第６図は本発明の一実施例における速度推定オブザーバ
の構成を示す図であり、図において、３０はある周波数
以上で積分特性を示す不完全積分器、３１はどの周波数
でも積分特性を示す完全積分器、３２は完全積分器３１
の出力を不完全積分器３０の入力に負帰還するための増
幅器、３３はアクチュエータ特性（入力端子から出力変
位ま、での特性）を等価している部分である。３４．３
５はそれぞれ積分器３１．３０の手前に負帰還し、オブ
ザーバ推定値の、真値への収束を安定にかつ早く行うた
めに設けられた増幅器である。２６はオブザーバの第１
の入力であるアクチュエータ駆動電流を等価的に表して
いる電圧、３７はオブザーバの第２の人力であるアクチ
ュエータ変位を等価的に表している電圧、３８はオブザ
ーバの出力であるアクチュエータ速度を等価的に表して
いる電圧である。

また、第７図は第１図のブロック図において低域除去フ
ィルター２２が無い場合の偏差圧縮特性（ディスク偏芯
量に対する光デイスク案内溝上の光スポットの偏差量の
比）の周波数特性を示す図、第８図は第１図のブロック
図において低域除去フィルター２２が有る場合の偏差圧
縮特性の周波数特性を示す図である。

次に動作について説明する。

第１図のブロック図においてフォトデイチクタフの出力
をトラッキングセンサアンプ１７に入力すると、光ディ
スク１におけるトラッキング案内溝に対する集光スポッ
トの位置すなわち偏差が検出される。この偏差信号を増
幅器１８．ドライバ２３を介してフィードバックすれば
、光デイスク１上の光スポットがトラッキング案内溝に
追従するように制御できる。しかしこのままでは、従来
の実施例における位相補償回路９が無いため制御系がき
わめて不安定で、すぐに制御系がはずれてしまう。そこ
で光スポットの動きと連動しているアクチュエータ２の
速度を検出して、上記トラッキングセンサアンプ１７の
出力である偏差と共にフィードバックを行えば、トラッ
キングアクチュエータのすべての状態量（位置、速度）
をフィードバックしているため、現代制御理論のレギュ
レータの構成となり、制御系を安定化できる。実際には
、速度センサが無いため、レンズポジションセンサと、
アクチュエータ駆動電流とにより、オブザーバをかけ速
度を推定する。レンズポジシヲンセンサは、例えば第２
図のような構成になっており、トラッキングマグネット
２６とトラッキングコイル２７の作用により、アクチュ
エータ２の可動部１５が軸２８を中心に矢印Ｃの方向に
回転すると、反射ミラー１３も可動部１５と連動して動
く、一方、半導体レーザ１２からのレーザ光はレンズ２
９で平行光に直され、反射ミラー１３を介して、ポジシ
ョンセンサ１４に到達するため反射ミラー１３が回転す
ると、ポジションセンサ１４上の光点も移動する。ポジ
ションセンサ１４は、センサ上の光点の位置を電気信号
に変換するため、トランク方向のフレ角が小さい場合は
、フレ角に比例した信号を取り出す事が出来る。なお、
可動部１５がフォーカス方向（図中の矢印すの方向）に
移動しても、ポジションセンサ１４がフォーカス方向に
余裕のあるセンサ形状のものであれば問題はない。

上記ポジションセンサ１４の出力は、ポジションセンサ
アンプ１９を通し、アクチュエータ２のフレ角に比例し
た電圧に直され、速度推定オブザーバ２０に入力される
。また、アクチュエータコイル４に流れる電流量に比例
した電圧も速度推定オブザーバ２０に入力される。

速度推定オブザーバ２０は、次のようにしてアクチュエ
ータ２の速度を推定する。

速度推定オブザーバ２０は原理的に第３図のような構成
となっている。アクチュエータ２を現代制御理論におけ
る状態方程式表現すると次のように表わされる。

ここにおいて、士は状Ｂ量の微分値、Ｘは状Ｂ量、Ａは
状態行列、Ｂは入力行列、Ｕは入力、Ｃは出力行列、ｙ
は出力である。例えばアクチュエータ２をバネ−マス−
ダンパー系と考えアクチュエータ質量をＭ、バネ定数を
Ｋ、粘性係数をＤ、アクチュエータ速度をｘ２、アクチ
ュエータ位置をＸ＋とすると、式（１）は次のように表
わされる。

ここにおいて出力は変位Ｘ、　Ｌ／か取り出せないもの
とする。また式（２）は第３図におけるアクチュエータ
部を表している。速度推定オブザーバは、式（２）で表
わされるアクチュエータのモデルを内部に持っており、
第３図中のアクチュエータ出力ｙと速度推定オブザーバ
２０による推定出力ｙを比較し、その差をゲインにでフ
ィードバックする事により構成される。速度推定オブザ
ーバ２０の内部においては、ｙとｙが一致するようにゲ
インにのフィードバックがかかっているため、内部の状
態量Ｘも、第４図に示されるようにｔ、ｓｅｃ後にＸと
同じ値になる。このようにして本発明の速度推定オブザ
ーバ２０も、入力Ｕであるアクチュエータ２の駆動電流
に相当する電圧と、もう一つの入力であるｙすなわちア
クチュエータ変位に相当する電圧を入力する事により、
状態量の１つであるアクチュエータ２の速度を推定する
事ができる。

この時、速度の推定値は、第４図のように推定するまで
の時間１．を要するため、この推定する速さは、トラッ
キング制御系全体が収束する速さよりも速くなければな
らない。第５図において制御系全体が収束する早さを示
す。第５図は、制御理論の極配置を示しており、より左
に極が配置されるほど収束が早い。ここにおいてトラッ
キング制御系全体の極Ｅはアクチュエータ２の極りより
も左に配置し、速度推定オブザーバ２０の極Ｆはトラッ
キング制御系全体の極Ｅよりも左に配置するように設計
されなければならない。

第６図は、本実施例におけるアクチュエータの速度推定
オブザーバの構成を示す図であり、図において、３３の
部分はバネ−マス−ダンパー系のアクチュエータ特性を
そのまま表現している部分である。

式（２）を分解すると次のようになる。

式（３）により、信号経路における量、のポイントは、
ｘ、のポイントをに７Ｍ倍して負帰還したものと、Ｘｔ
のポイントをＤ／Ｍ倍して負帰還したものと入力Ｕを１
／Ｍ倍したものを加えたものである。またＸｔはｘ２を
積分したものであるのでこの積分器は、Ｄ／Ｍのゲイン
で負帰還しているループを含む事となり、これが第６図
中の不完全積分器となる。このようにして信号をつない
でい（と、３１は完全積分器となり、増幅器３７はに７
Ｍ倍の増幅器となる。ここで式（３）を、演算増幅器等
で実現する場合、すべての積分器を完全積分器で実現す
ると、演算増幅器の出力にオフセットが生じる場合があ
るため、積分器の入出力間にフィードバックがある場合
は、これを不完全積分器として実現した方が良い。

以上のようにして、オブザーバ２０内のアクチュエータ
等価部３３を構成する事ができる。またアクチュエータ
等価部３３の出力ｙと、アクチュエータ変位を計測して
、変位に比例した電圧とを比較し、その差を増幅器３５
で負帰還する事によリオプザーバを構成することができ
る。増幅器３４はオブザーバ内ループの安定化のために
挿入される。また増幅器３４．３５のゲインを調整する
事により第５図に示すように、オブザーバの極Ｆをトラ
ッキング制御系全体の閉ループ極Ｅよりも左側に設定す
る。この結果速度推定オブザーバ２０の速度推定値３８
は、これをトラッキング制御系の速度フィードバックに
おける速度情報として使用しても問題がなくなり、現代
制御理論におけるレギュレータを構成する事ができる０
以上により、速度フィードバックと、フォトディテクタ
７からの位置フィードバックにより、安定なトラッキン
グ制御系が構成できるが、ディスク偏芯量に対する光デ
イスク案内溝上の光スポットの偏差量の比、すなわち偏
差圧縮率が第７図のように（例えばディスク回転周数３
０Ｈｚにおいて）−３０ｄＢＬ、かない。光デイスク案
内溝上の光スポットの偏差は次式であたえられる。

（偏差量）μｍ＝　（ディスク偏芯量）μｍ×１０π　
・・・（４）α：偏差圧縮率 従って、ここでディスク偏芯量が２０μｍあるとすると
、 となり、０．６μｍもの偏差を生じてしまう。またディ
スク偏芯量が５０μｍ以上であるとトラックピッチが１
．６μｍの場合は、トラックピッチ〈偏差、となるため
、サーボが引き込み不可能となってしまう。これはトラ
ッキング制御系において、速度フィードバックループが
かかっていることによって、ディスク偏芯周波数におい
て位置フィードバックのループゲインを下げているため
である。

そこで速度フィードバックのゲインをディスク偏芯周波
数付近において小さくすると、偏差圧縮特性を第８図の
ように改善する事ができる。例えば、第８図において、
ディスク回転周波数３０Ｈｚにおける偏差圧縮率は一６
０ｄＢで、ディスク偏芯が１００μｍあっても、０．１
μｍの偏差しか生じない。−船釣な光デイスク装置にお
いては、正常な信号の録画を行うためには、トラックピ
ッチ１゜６μｍのディスクにおいて±０．１　μｍの偏
差以下にとどめる必要があり、上記のように速度フィー
ドバックループのゲインをディスク偏芯周波数付近で下
げた場合は、ディスク偏芯が１００μｍのディスクまで
使用できる事となる。第１図における低域除去フィルタ
２２は速度フィードバックループのゲインをディスク偏
芯周波数付近で下げるように動作するための一例で、第
１図のシステムは、光デイスク案内溝上の光スポットの
偏差量においても問題ないシステムとなっている。

以上のようにして、本実施例では光ディスクのトラッキ
ング制御系において、速度推定オブザーバを用いて、現
代制御理論のレギュレータを構成し、かつ偏差の発生を
抑えたものが実現できる。

ところで上記アクチュエータ２のポジションセンサー１
４は以下の目的にも利用できる。

その第１は光ヘッドのトラッキングセンサ一方式がプッ
シュプル方式の場合、この方式特有のレンズの移動量に
比例したトランキングセンサオフセットの発生を上記ポ
ジションセンサ１４の出力で電気的に補正できる。その
第２は、トラッキングアクチュエータ２の可動部１５を
支えるゴムを取り除いてゴムのかわりにポジションセン
サ１４の出力からアクチエエータコイル４ヘフイードバ
ツクを行う事により、電気的ダンピングをかける事がで
き、ゴムの硬化によるアクチュエータ２の特性劣下を防
ぐ事ができる。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によればトラッキング制御装置
を、速度推定オブザーバを用いて、現代制御理論のレギ
ュレータの構成としたため、位相補償回路に微分器を用
いる事がなく、ノイズの影響を受けに（く、速度フィー
ドバックループのゲインと、位置フィードバックループ
のゲインを調整する事によってサーボ引き込み時の応答
を最適にする事ができ、微分回路である位相補償回路を
用いずに、連応性と、安定性の両方を改善できるトラッ
キング制御装置を得ることできる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例によるトラッキング制御装
置を示すブロック図、第２図は本実施例に用いるアクチ
ュエータを示す外観図、第３図は一般的なオブザーバの
原理を示す図、第４図は本実施例におけるアクチュエー
タの速度と、オブザーバの推定速度の時間的変化を示す
図、第５図は本実施例における極配置を示す図、第６図
は本実施例における速度推定オブザーバの構成を示す図
、第７図は本実施例において低域除去フィルタが無い場
合の偏差圧縮特性を示す図、第８図は本実施例における
偏差圧縮特性を示す図、第９図は従来の光ディスクのト
ラッキング制御装置を示すブロック図である。 １は光ディスク、２はアクチュエータ、３は対物レンズ
、４はアクチュエータコイル、５．１２はレーザ発振器
、６はビームスプリフタ、７はフォトディテクタ、８は
トラッキング誤差信号生成回路、９は位相補償回路、１
０．１８，２１，３２．３４．３５は増幅回路、１）は
モータ、１３は反射ミラー、１４はポジションセンサ、
１５はアクチュエータ可動部、１６は光ヘッド、１７は
トラッキングセンサアンプ、１９はポジションセンサア
ンプ、２０は速度推定オブザーバ、２２は低域除去フィ
ルタ、２３はドライバ、２４はフォーカスマグネット、
２５はフォーカスコイル、２７はトラッキングコイル、
２８は軸、２９はレンズ、３０は不完全積分器、３１は
完全積分器、３３はアクチュエータ等価部。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）信号が記録、再生される光ディスクと、この光デ
   ィスクにおけるトラック上の光スポットの位置を検出し
   て、トラッキング誤差信号を出力するトラッキングセン
   サと、対物レンズをトラッキング方向に移動させるアク
   チュエータと、光スポットが光ディスクのトラックに追
   従するように構成された制御回路とを有する光ディスク
   のトラッキング制御回路において、 上記対物レンズの移動を検出するポジションセンサと、
   該ポジションセンサの出力および上記アクチュエータへ
   のドライブ信号を入力とし対物レンズの推定速度を出力
   とする速度推定オブザーバとを備えたことを特徴とする
   光ディスクのトラッキング制御装置。