JPH02263338A - 光ディスクのトラッキング方法 - 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〕 本発明は、光ディスクのトラッキング方式に関し、特に
２つのアクチュエータを制御し、情報トラックに光ビー
ムを追従させる光ビームのトラッキング方式に関する。

〔従来の技術〕

光ディスクを用いる光学式情報記録および／または再生
装置には、分離型光学ヘッドを使用するものがある。

分離型光学ヘッドは、記録媒体に光ビームを集光する集
光手段を移動部材上に置き、光源ならびに光学的位置誤
差検出手段を固定部材上に置くようにした構成を採って
おり、このような分離型光学ヘッドの構成の一例を第４
図に示す。第４図に示す分離型光学ヘッドでは、記録再
生用の光ビーム１０の光源を備えると共に、記録媒体１
１からの情報抽出、および光ビーム１０と記録媒体１１
の相対位置誤差を光学的に検出する光学系１２は、固定
部１３上に配置されている。一方、光ビーム１０を記録
媒体１１上に集光する集光手段１４、立ち上げミラー１
５、および集光手段１４を焦点方向１６に移動するフォ
ーカスアクチュエータ１７が、ポジショナアクチュエ−
タ１８の可動部１９上に配置され、可動部１９全体をポ
ジショナアクチュエータ１８によりトラッキング方向２
０に移動することによって、光ビーム１０を記録媒体１
１上の記録再生領域の全範囲に対して移動させる。なお
、第４図中、参照符号２１ａは光ビーム１０を反射させ
るミラー、参照符号６はトラッキング位置誤差信号を示
す。

このようにしてポジショナアクチュエータ１８により光
ビーム１０の移動を行わせるが、記録媒体１１上に光ビ
ーム１０により記録再生を行う光学式情報記録再生装置
では、より高密度化を図るなどの点から、光ビーム１０
を所要の精度、例えば０．１μｍ以下の精度で情報トラ
ックに追従させることが要求されるため、この場合には
、１　ｋＨｚ以下のトラッキングサーボ帯域が必要とな
る。このようなトラッキングサーボ帯域を確保すること
が望まれるようなときは、記録領域の全範囲にわたり光
ビーム１０を移動する上述のポジショナアクチュエータ
１８単体で、すなわちポジショナアクチュエータ１８の
みを用いる方法では、不十分であり、そのように広帯域
のサーボ系を実現することは機械的な特性上困難である
。

一方、記録媒体１１上の光ビーム１０の位置を移動する
他の方法として、ガルバノミラ−を用いる方法が知られ
ている。ガルバノミラ−により光ビームを移動させる方
法を第５図に示す。ガルバノミラ−アクチュエータによ
る光ビームの移動の原理は、次のようにして説明できる
。

すなわち、第５図において、入射光Ｂを反射させるガル
バノミラ−２１を図中時計方向にθだけ回転させると、
ガルバノミラ−２１で反射された光ビームは、破線２４
で示すレンズ中心Ｏを通る基準位置から２θだけ光軸２
３が傾いて反射される。このため、立ち上げミラー１５
で反射された光ビームと、集光手段として用いられる対
物レンズ２２に対する光ビームの光軸２３の傾きが２０
変化し、第５図に示すように、記録媒体１１上の光ビー
ム１０の位置は、光ビーム１０の光軸の傾きと対物レン
ズ２２の焦点距離ｆにより定まる一定の距離ｄｘだけ移
動する。

このようなガルバノミラ−２１を駆動するガルバノミラ
−アクチュエータ２５は、従来の技術でも、特性の良好
なものが製作可能であるが、第５図に示すように、光ビ
ームの光軸２３の傾きにより、基準位置（破線２４）か
らの光軸２３のずれの影客、および対物レンズ２２の収
差特性の影響などにより、光軸２３に許容される傾きが
制限され、これによって、光ビーム１０の記録媒体１１
上での移動距離ｄｘが制限される。

そこで、このような点から、従来のトラッキングサーボ
方式としては、次のような文献、すなわち清水、他：　
“５．２５インチ型光磁気ディスク装置。

平均アクセス時間５０ｍ５を切る°゛日経エレクトロニ
クス、　１９８８．４．１８　　（Ｎｏ、４５５）　Ｐ
Ｐ、２１１〜２２４に示されているように、第４図で説
明したようなポジショナアクチュエータ１８と第５図に
示したようなガルバノミラ−アクチュエータ２５を協調
的に制御する方法が知られている。

なお、前述の参考文献では、光ビームを記録再生領域の
全範囲にわたって移動させるアクチュエータに、回転型
のスイングアームアクチュエータを用いているが、ここ
では混乱を避けるため、これをポジショナアクチュエー
タとして用語を統一する。

第６図に、上述した２つのアクチュエータを協調的に制
御する場合の従来のトラッキング方式を実現するブロッ
ク図を示す。従来方式のサーボ系の構成を示す第６図に
おいて、参照符号５は情報トラックの位置を示す信号、
参照符号７は光ビームの位置を示す信号であり、信号５
．７に基づいて得られるトラッキング位置誤差信号６は
、位相補償フィルタ３０にまず加えられる。位相補償フ
ィルタ３０を介して得られた出力は、低域通過フィルタ
３１、高域通過フィルタ３２に与えられ、それぞれポジ
ショナアクチュエータ１８、ガルバノミラ−アクチュエ
ータ２５に入力される。

第６図において、トラッキングサーボ系の開ループゲイ
ンを各アクチュエータ１８．２５の特性に含めて考える
と、位相補償フィルタ３０以降の各要素の特性は、次に
示す伝達関数、すなわち低域通過フィルタ伝達関数ＧＬ
、高域通過フィ゛ルタ伝達関数Ｇ）１％ポジショナアク
チュエータ伝達関数Ｇ。

およびガルバノミラ−アクチュエータ伝達関数Ｇ、によ
り表現される。

低域通過フィルタ伝達関数ＧＬ　： すなわち、 Ｇａ＝ＧＬ　−Ｇ、＋ｃＨＨＧ。

高域通過フィルタ伝達関数ＧＨ： ＧＨ＝　　　　　　　　　　　　・・・（２）Ｓ＋ωＸ ポジショナアクチュエータ伝達関数ＧｒＳガルバノミラ
−アクチュエータ伝達関数Ｇ。

ここで、ω８はカットオフ周波数、ω８はサーボ帯域を
示す。

第６図の破線３３で囲んだ部分の伝達関数をＧａとする
と、Ｇａは上記各式を用いて次のように表される。

となり、サーボ帯域ω８に相当する単一のアクチュエー
タと同等な特性が得られる。

これを第７図面の簡単な説明すると、次の通りである。

第７図は従来方式のサーボ系における低域通過フィルタ
３１、高域通過フィルタ３２の特性等を示すものであっ
て、低域通過フィルタ３１、高域通過フィルタ３２のゲ
イン特性は、それぞれ第７図（ａ）。

（ｂ）に示すゲイン曲線３５．３６のカットオフ周波数
ω８に対して低周波側、高周波側の信号のみを通過させ
る特性を持つ。このような特性を有していると、第６図
に示したトラッキングサーボ系において、ポジショナア
クチュエータ１８にはカットオフ周波数ω８より低周波
側の信号が、ガルバノミラ−アクチュエータ２５には力
・ントオフ周波数ω８より高周波側の信号が、それぞれ
入力され、それぞれのアクチュエータ１８．２５が駆動
される。このとき、低域通過フィルタ３１の特性と、高
域通過フィルタ３２の特性を加算すると、第７図（ｃ）
に示すゲイン曲線３７のように周波数に対して平坦な特
性が得られ、前述の伝達関数の式を用いて述べたように
、２つのアクチュエータ１８．２５を用いて、第８図に
示すような単一のアクチュエータ３４によるサーボ系と
等価なサーボ系が実現できる。すなわち、第８図は単一
のアクチュエータによるサーボ系の構成を示す図であり
、トラ・ンキング位置誤差信号５は位相補償フィルタ３
０を介して単一のアクチュエータ３４に与えられる構成
であるが、このようなサーボ系を等価なサーボ系が実現
できることになる。

〔発明が解決しようとする課題〕 しかし、従来のものは、次のような難点がある。

すなわち、従来のトラッキング方式では、アクチュエー
タに対する入力信号を周波数分離して、特性を補い合う
２つのアクチュエータを協調的に動かすことにより、単
一のアクチュエータとしての設計を可能にし、サーボ系
の取扱を簡単にしているが、しかし、従来方式では、ト
ラッキング位置誤差信号から各アクチュエータまでの間
に挿入されるフィルタの段数が多い。第６図に示したよ
うに、位相補償フィルタ３０、低域通過フィルタ３１、
高域通過フィルタ３２を使用しており、このように挿入
されるフィルタの段数が多く、制御系が複雑になるとい
う問題がある。このために制御系の解析が必ずしも容易
ではなく、アクセス動作の終了時点などで制御系の初期
値を設定して過渡応答を改善するなど、制御系の特性改
善が難しいという問題がある。

本発明の目的は、このような問題を解決し、面素で解析
の容易な構成のトラッキングサーボ系により特性を補い
合う２つのアクチュエータを制御し、情報トラックに光
ビームを追従させる光ディスクのトラッキング方式を提
供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、記録媒体の全域にわたり光ビームを移動させ
る第１のアクチュエータと、光ビームを微小な範囲で移
動させる第２のアクチュエータとを協調的に制御するこ
とにより、光ビームを記録媒体上の情報トラックに位置
決めする光ディスクのトラッキング方式において、 トラッキング位置誤差信号を低域通過フィルタを介して
第１のアクチュエータに加えると共に、トラッキング位
置誤差信号を高域通過フィルタを介して第２のアクチュ
エータに加えることにより、サーボ帯域の近傍での位相
補償効果を第２のアクチュエータにより発生させること
を特徴としている。

〔作用〕

本発明の光ディスクのトラッキング方式では、第１．第
２の２つのアクチュエータに対して、それぞれ低域通過
フィルタ、高域通過フィルタ１段を介してトラッキング
位置誤差信号を加えることができ、このため、本発明方
式に従えば各アクチュエータに対する入力信号が容易に
解析可能である。また、従来方式に比しよりフィルタの
段数が少ないことは、過渡特性改善などの目的でフィル
タの初期値設定を行う場合でもこれを容易ならしめ、ま
た、サーボ系の構成が簡単になることから、従来方式よ
りサーボ系の調整などのコスト低減も可能ならしめるの
に有効である。

〔実施例〕

次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。

第１図は本発明による光ディスクのトラッキング方式の
一実施例を示す構成図である。第１図の構成の光ディス
クのトラッキング方式は、特に記録媒体に光ビームを集
光する集光手段を移動部材上に置き、光源ならびに光学
的位置誤差検出手段を固定部材上に置いた分離型光学ヘ
ッドを用いた光学式ディスク装置における光ディスクの
トラッキング方式に適用したものであり、分離型光学ヘ
ッドとしては、基本的に第４図に示したような構造のも
のを利用できる。

従って、第１図のトラッキング位置誤差信号６について
は、例えば、第４図に示したような光学系１２により検
出される。情報トラックの位置情報の信号５と光ビーム
の位置情報の信号７とによって光学的な位置誤差を得る
位置誤差の検出方法としては、具体的には、プッシュプ
ル、法などの方法が良く知られており、ここではその詳
細は省略する。

トラッキング位置誤差信号６は、低域通過フィルタ１、
高域通過フィルタ２を介してそれぞれ第１、第２のアク
チュエータ３，４に加えられる。

ここで、第１のアクチュエータ３は、具体的には、第４
図に対して前述したポジショナアクチュエータ１８のよ
うに光ビームＩＯを記録媒体１１上の記録再生領域の全
範囲にわたり移動させるアクチュエータであり、また、
第２のアクチュエータ４とは、例えば、前述のガルバノ
ミラ−アクチュエータ２５（第５図参照）のように光ビ
ームを記録媒体１１上の小さな範囲に対して移動させる
アクチュエータである。第１図のトラッキングサーボ系
においては、このように記録媒体の全域にわたり光ビー
ムを移動させる第１のアクチュエータ３と、光ビームを
微小な範囲で移動させる第２のアクチュエータ４とを用
い、これら各アクチュエータ３，４を協調的に制御する
ことにより、光ビームを記録媒体上の情報トラックに位
置決めするようにするが、このような特性を補い合う第
１．第２のアクチュエータ３．４に対して、トラッキン
グ位置誤差信号６は直接低域通過フィルタ１、高域通過
フィルタ２に加えるようにしである。

すなわち、従来方式のサーボ系の構成を示す第６図に示
したものでは、トラ・ンキング位置誤差信号６はこれを
低域通過フィルタおよび高域通過フィルタに与えるのに
、それぞれ位相補償フィルタ３０を介在させており、位
相補償フィルタ３ｏを介して与えるようになっていたの
に対し、第１図では、第１．第２のアクチュエータ３，
４に対し、それぞれ低域通過フィルタ３、高域通過フィ
ルタ４１段を介してトラッキング位置誤差信号６を加え
ている。

このように、第１図のトラッキングサーボ系では、記録
媒体の全域にわたり光ビームを移動させる第１のアクチ
ュエータ３と、光ビームを微小な範囲で移動させる第２
のアクチュエータ４とを協調的に制御することにより、
光ビームを記録媒体上の情報トラックに位置決めする光
ディスクのトラッキング方式において、トラッキング位
置誤差信号６を低域通過フィルタ１を介して第１のアク
チュエータ３に加え、同時にトラッキング位置誤差信号
６を高域通過フィルタを介して第２のアクチュエータ４
に加えることにより、サーボ帯域の近傍での位相補償効
果を第２のアクチュエータ４により発生させるようにし
ており、従来方式より使用フィルタの段数は少なく、ト
ラッキング位置誤差信号６を低域通過フィルタ１、高域
通過フィルタ２を介して第１．第２のアクチュエータ３
゜４に直接加えることにより、単一のアクチュエータと
等価なサーボ系が従来方式より節易な構成で達成される
。

すなわち、本発明に従う第１図の光ディスクのトラッキ
ング方式では、特性を補い合う２つの第１、第２のアク
チュエータ３，４に対して、それぞれ低域通過フィルタ
１、高域通過フィルタ２の各１段を介してトラッキング
位置誤差信号６を加えており、このため、このトラッキ
ング方式では各アクチュエータ３．４に対する入力信号
が容易に解析できる。また、従来方式よりよりフィルタ
の段数が少ないため、過渡特性改善などの目的でフィル
タの初期値設定を行うことも容易になるし、更に、サー
ボ系の構成が簡単になることから、従来方式よりサーボ
系の調整などのコスト低減が可能になる。これは、下記
のような観点に基づくものである。まず、第１図のトラ
ッキングサーボ系において、開ループゲインを、第１．
第２のアクチュエータ３，４の特性に含めて考えるもの
とする。

今、第１図において、低域通過フィルタ１、高域通過フ
ィルタ２、第１のアクチュエータ３、第２のアクチュエ
ータ４の伝達関数を３、それぞれＧＬＡ、　　ＧＨＡ、
　　ＣＩＡ、　　Ｇｚａとして次式のように定める。

ω、＝３　・ω８　　　　　　　　　　　　・　・　・
Ｑｌ）ω、′＝ωＮ′／３　　　　　　　　　　　　・
　・　・０２）ω２ｚ＝３　・ωＮ２　　　　　　　　
　　　　・　・　・側と定めると、トラッキングサーボ
帯域全体の伝達間数Ｇｂは、式（１０〜０３）を式０ω
に適用して、次式で示される。

次に、トラッキングサーボ系全体の開ループ特性をＧｂ
とすれば、ｃｂは、上記各式から次式で表されるものと
なる。

Ｇ　ｂ　＝　ＧＬＡ−ＧＨＡ　十〇　＋ａ−ＧＺＡＳ＋
ωｔ　　　　　　　　　　　Ｓ” ・　・　・００） ここで、トラッキングサーボ系のサーボ帯域をωＮとし
て、各構成要素の特性を前述の伝達関数に対して この弐０４から、第１図に示す本発明に従う光ディスク
のトラッキング方式の実施例は、第８図に示した単一の
アクチュエータ３４によるトラッキングサーボ系におい
て、サーボ帯域をω８とし、かつその位相補償フィルタ
３０についてはこれを、伝達関数Ｇ、ｌＬが次式で示さ
れるリード・ラグ・フィルタとした場合と等価なサーボ
系になっている。

すなわち、弐Ｇ５）で示されるＧ＊Ｌは、式側における
左側部分の乗算項に相当しており、また、既述した式（
５）で示した如く、第６図の破線３３で囲った部分、す
なわち位相補償フィルタ３０を除いた部分の伝達関数Ｇ
ａはωＨ／　Ｓ　”で表され、これがサーボ帯域ω、に
相当する単一のアクチュエータと同等な特性が得られる
ものであるところ、式０４）中の右側部分の乗算項は、
かかるＧａ、すなわちω８／ｓ２となっているのである
から、式０４）のＧｂでトラッキングサーボ帯域全体の
伝達関数が表される第１図のトラッキングサーボ系（実
際には、従来方式のように位相補償フィルタを介在させ
ていない）は、従来方式より簡易な構成で第８図の単一
のアクチュエータを含むサーボ系と同等なものを実現で
きるのである。

上記式〇４）は、これを意味している。

なお、前述した式（６）〜（９）、および式（１１）〜
０３）から、各伝達関数ＧＬＡ、ＧＨＡＳＧ、Ａ、Ｇ２
Ａは、それぞれ次のようになることとなる。

また、サーボ帯域ω、の近傍での位相補償効果に関して
は、後述もするように、前記した第２のアクチュエータ
４、すなわち光ビームを微小な範囲で移動させるアクチ
ュエータにして高域通過フィルタ２を介してトラッキン
グ位置誤差信号６が加えられるところの第２のアクチュ
エータ４を有効に活用し、具体的には、サーボ帯域ω９
に対する位相補償の効果は、高域通過フィルタ２の微分
効果から第２のアクチュエータ４により発生させること
ができる。

更に、第１図の実施例における第１．第２のアクチュエ
ータ３．４の動作について、第２図および第３図をも参
照して具体的に説明すると次の通りである。

第２図は、トラッキングサーボ系全体の開ループ周波数
特性、すなわち本発明による光ディスクのトラッキング
方式を実施した場合のサーボ系の開ループ特性を示す図
であり、曲線４０．４１は、それぞれす、−ボ系全体の
ゲイン特性２泣相特性を示している。第３図は第１図に
示した第１．第２のアクチュエータ３，４の開ループ周
波数特性、すなわち本発明の光ディスクのトラッキング
方式を実施した場合の第１．第２のアクチュエータ３゜
４の開ループ特性を示す図であり、曲線４２．４３はそ
れぞれ第１のアクチュエータ３のゲイン特性。

位相特性を示し、曲線４４．４５はそれぞれ第２のアク
チュエータ４のゲイン特性１伎相特性を示している。

第２図に示すサーボ系全体の開ループ周波数特性は、前
述したように、第８図に示す単一のアクチュエータ３４
に対して位相補償フィルタ３０をリード・ラグ・フィル
タで構成した場合と等価な周波数特性が得られている。

第３図に注目すると、第１、第２のアクチュエータ３，
４のゲイン特性を示す曲線４２．４４が交わる交点Ｐか
ら低周波側では第１のアクチュエータ３による特性が支
配的であり、高周波側では第２のアクチュエータ４によ
る特性が支配的になっている。定性的に言い換えれば、
ゆっくりした大きな動きに対しては第１のアクチュエー
タ３が働き、細かな早い動きに対して第２のアクチュエ
ータ４が中心となって追従動作を行う。このため、第１
のアクチュエータ３に要求される機械的な特性が緩和さ
れ、記録媒体１１上の記録類域の全範囲にわたり光ビー
ム１０を移動する第１のアクチュエータ３を実現するこ
とが容易になる。

また、第３図のゲイン曲線４２に示すように、第１のア
クチュエータ３は、サーボ帯域ω８が低域通過フィルタ
１のカットオフ周波数ω、より低いため、サーボ帯域ω
、以下の周波数において、トラッキング位置誤差信号６
に対して比例動作を行っている。一方、サーボ帯域ω８
に対する位相進み補償の効果は、先にも触れたように、
トラッキング位置誤差信号６を高域通過フィルタ２を介
して第２のアクチュエータ４に加えることにより、高域
通過フィルタ２の微分効果から第２のアクチュエータ４
により発生される。

以上に述べたように、トラッキング位置誤差信号６を低
域通過フィルタ１、高域通過フィルタ２を介して第１．
第２のアクチュエータ３．４に加えることにより、単一
のアクチュエータ３４と等価なサーボ系を従来方式より
簡易な構成で実現できる。

従来方式のようにトラッキング位置誤差信号から各アク
チュエータまでの間に挿入されるフィルタの段数が多く
て制御系が複雑になるという問題もなく、また、アクセ
ス動作の終了時点などで制御系の初期値を設定して過渡
応答を改善するような場合の制御系の特性改善にも容易
に対応し得、構成は簡素であり、制御系の解析も容易と
なる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の光ディスクのトラッキン
グ方式によれば、簡単な構成のトラッキングサーボ系に
より、２つのアクチュエータを強調的に制御して光ビー
ムを情報トラックに追従させることが可能となる。しか
も、このことから、サーボ系の動作解析が容易になり、
サーボ系の初期値の計算などをも簡単に行うことが可能
となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による光ディスクのトラッキング方式の
一実施例の構成を示すブロック図、第２図は本発明によ
る光ディスクのトラッキング方式を実施した場合のサー
ボ系の開ループ特性の一例を示す図、 第３図は本発明による光ディスクのトラッキング方式を
実施した場合の第１図の第１．第２のアクチュエータの
開ループ特性の一例を示す図、第４図は本発明の第１の
アクチュエータとしても適用し得るポジショナアクチュ
エータを含む分離型光学ヘッドの構成を示す図、 第５図は本発明の第２のアクチュエータとしても適用し
得るガルバノミラ−アクチュエータによる光ビームの移
動の原理を説明する図、第６図は従来方式のサーボ系の
構成を示すブロック図、 第７図は従来方式のサーボ系における低域通過フィルタ
、高域通過フィルタの特性を示す図、第８図は単一のア
クチュエータによるサーボ系の構成を示す図である。 １・・・・・低域通過フィルタ ２・・・・・高域通過フィルタ ３・・・・・第１のアクチュエータ ４・・・・・□第２のアクチュエータ ６・・・・・トラッキング位置誤差信号１０・・・・・
光ビーム １１・・・・・記録媒体

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）記録媒体の全域にわたり光ビームを移動させる第
   １のアクチュエータと、光ビームを微小な範囲で移動さ
   せる第２のアクチュエータとを協調的に制御することに
   より、光ビームを記録媒体上の情報トラックに位置決め
   する光ディスクのトラッキング方式において、 トラッキング位置誤差信号を低域通過フィルタを介して
   第１のアクチュエータに加えると共に、トラッキング位
   置誤差信号を高域通過フィルタを介して第２のアクチュ
   エータに加えることにより、サーボ帯域の近傍での位相
   補償効果を第２のアクチュエータにより発生させること
   を特徴とする光ディスクのトラッキング方式。