JPH05113324A

JPH05113324A - デイスクの偏心計測装置

Info

Publication number: JPH05113324A
Application number: JP3275275A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Takagi; 晶弘高木; Hisaharu Kaneko; 久治金子; Takeshi Soma; 毅相馬
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1991-10-23
Filing date: 1991-10-23
Publication date: 1993-05-07

Abstract

(57)【要約】【目的】トラッキングサ−ボ用の案内溝がないディスク
の偏心の計測を行う。【構成】トラックと同心円状にロ−タリエンコ−ダを設
けたディスクを回転させ、センサにより、ロ−タリエン
コ−ダの情報を読み取り２値化する。一方、基準信号発
生手段から、前記２値化信号と同一周波数の基準パルス
信号を発生させる。前記２値化信号のパルス発生タイミ
ングと前記基準パルス信号のパルス発生タイミングの時
間的ずれを計測する。このようにして、得た計測デ−タ
により、ディスクの偏心を求めることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光ディスク等の偏心量
を計測する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、光ディスク装置におけるディスク
の偏心補正をする方法として、たとえば、テレビジョン
学会誌ＶＯＬ４０，Ｎｏ．６ p.494〜500に記載された
「正弦波同期型ディスク偏心補正方式」と呼ばれるもの
があった。前記文献には、トラッキング制御をオフした
状態で偏心計測を行う方式として次の２つの方式が開示
されている。（１）トラッキング制御をオフした状態で光スポットが
トラックを横切るタイミングと方向を記憶する方式（２）トラッキング制御をオフした状態でのディスク１
回転の間にトラッキング誤差信号に現れる正弦波の数か
らトラック横切り数を求める方式

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の技
術においては、（１）（２）の方式のいずれにしても、
トラッキング誤差信号を検出するために、ディスクの各
トラックに沿ってトラッキングのための案内溝を設けて
おく必要があった。しかしながら、たとえば、サンプル
・サ−ボ方式のように、ディスクのトラック内で、デ−
タ・エリアとサ−ボ・エリアが分離されている方式にお
いては、トラッキング誤差信号をサ−ボ・エリアのみで
検出するため、前述のような案内溝はトラックのサ−ボ
・エリアのみに設けられている。したがって、案内溝が
トラック全体に設けられていないので、従来の２つの方
式では偏心の検出を行うことができない。

【０００４】本発明は上記のような従来の問題点に鑑み
てなされたものであり、トラッキング・サ−ボ用の案内
溝のないディスクに対しても偏心計測が行えるディスク
の偏心計測装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題の解決のため本
発明のディスクの偏心計測装置は、トラックと同心円状
にロ−タリエンコ−ダを設けたディスクを所定の回転数
で回転させる回転手段と、前記回転手段により回転する
前記ロ−タリエンコ−ダの情報を読み取るセンサと、前
記センサの出力を２値化して２値化信号を出力する２値
化手段と、前記２値化信号と同一周波数の基準パルス信
号を発生する基準信号発生手段と、前記２値化信号と前
記基準パルス信号との時間的ずれを計測する計測手段と
からなる構成とした。

【０００６】

【作用】上記のような構成により、ディスクに設けられ
たロ−タリエンコ−ダにより発生する２値化信号と、基
準信号発生手段から発生する基準パルス信号の時間的な
ずれを計測でき、ディスクの偏心により２値化信号の出
力タイミングの基準パルス信号に対するずれを計測する
ことができる。

【０００７】

【実施例】図１は本発明の第１の実施例によるディスク
の偏心計測装置の構成を示すブロック図である。図２は
図１中の偏心計測対象であるディスク１を記録面側から
見た図である。図３は本装置の動作を示すタイミングチ
ャ−トである。本装置で用いる偏心計測対象であるディ
スク１は、図２に示すように、トラックと同心円状のロ
−タリエンコ−ダ２１を有している。エンコ−ダ２１
は、低反射率部分（ａ〜ｈ）と高反射率部分（ａ〜ｈ以
外の部分）とからなる。低反射率部分のうちａは、他の
低反射率部分よりも幅が広くなっている。

【０００８】このようなディスク１をモ−タ２によって
回転させる。本実施例では、2250ｒｐｍで回転させると
する。反射型フォトセンサ３は、エンコ−ダ２１に光を
照射し、その反射光の明暗に応じた信号を２値化回路４
に出力する。すなわち、光がエンコ−ダ２１の低反射率
部分（ａ〜ｈ）に照射されているときは、反射型フォト
センサ３からは暗レベル信号が出力され、高反射率部分
に照射されているときは明レベル信号が出力される。反
射型フォトセンサ３からの出力信号を図３（ａ）に示
す。図３中、ａ〜ｈで示された時点は、それぞれ、エン
コ−ダ２１のａ〜ｈの部分の読み取り開始時点と対応し
ている。

【０００９】２値化回路４は、反射型フォトセンサ３か
ら入力した信号が暗レベルか明レベルかによって、信号
を２値化して出力する。反射型フォトセンサ３からの出
力信号に応じた２値化回路４からの出力信号を図３
（ｂ）に示す。２値化回路４からの出力信号の波形は、
図３（ｂ）に示すように、エンコ−ダ２１のａの部分に
対応するロウレベルのパルスの幅は、他のｂ〜ｈの部分
に対応するパルスの幅よりも長くなっている。これはも
ちろん、エンコ−ダ２１のａの部分の幅が広いからであ
る。

【００１０】２値化回路４の出力信号は、ロ−テ−ショ
ンインデックス生成回路５およびセクタインデックス生
成回路６に入力される。ロ−テ−ションインデックス生
成回路５は、パルス巾弁別回路を備えており、図３
（ｂ）に示すように、エンコ−ダ２１のａの部分に対応
する長いパルスが入力されたときのみ、パルスを出力す
る。すなわち、２値化回路４からの出力信号のパルスの
立ち下がった後、一定時間を越えてもパルスが立ち上が
らないときに、図３（ｃ）に示すようなパルスを出力す
る。

【００１１】セクタインデックス生成回路６は、２値化
回路４からの出力信号の立ち下がりで一定のパルス巾の
パルスを出力する。この回路は、２値化回路４かち出力
される２値化信号のパルス巾をすべて同じにする働きを
している。エンコ−ダ２１には、低反射率部分がａ〜ｈ
の８つあるため、セクタインデックス生成回路６からは
ディスク１回転当たり８パルスが出力される。ディスク
の回転速度は2250rpmであるから、１秒間に37.5回転す
る。したがって、セクタインデックス生成回路６からは
１秒間に300パルス（37.5×８）が出力されることにな
る。セクタインデックス生成回路６からの出力信号（以
下、セクタインデックス信号という）を図３（ｄ）に示
す。

【００１２】分周回路７は、システムクロック発生回路
８から出力されるクロックを分周する。本実施例では、
システムクロック発生回路８から4.47MHzの周波数のク
ロックが出力されるとし、そのクロックを分周回路７は
14900分の１に分周するとする。すなわち、クロックを
カウントし14900回入力するごとに１パルスを出力す
る。この結果300Hzのクロックが得られる。この分周回
路７から出力される300Hzのクロックを時間計測基準信
号とする。分周回路７は、図１に示すように、カウンタ
７ａとデコ−ダ７ｂとで構成することができる。カウン
タ７ａはシステムクロック発生回路８からのクロックを
入力し、入力したクロックパルスをカウントし、そのカ
ウント値をデコ−ダ７ｂに出力する。デコ−ダ７ｂはカ
ウンタ７ａから出力されるカウント値が14900になると
１パルスを出力する。このパルスが時間計測基準信号と
なる。この時間計測基準信号は、後述する時間計測カウ
ンタ９に入力されるとともに、カウンタ７ａにも入力さ
れる。カウンタ７ａはこれによりカウント値をクリア
し、再び１からカウントを始める。

【００１３】ロ−テ−ションインデックス生成回路５か
らは、ディスク１回転ごとに１パルスが出力される。こ
のロ−テ−ションインデックス生成回路５からのパルス
はカウンタプリセット信号として分周回路７に入力され
る。分周回路７は、カウンタプリセット信号を入力する
とカウンタを10000にプリセットしてカウントを始め
る。したがって、プリセット後、最初のパルスは4900カ
ウント後に出力され、その後14900カウントされるごと
に出力される。このようにして、時間計測基準信号はデ
ィスク１回転ごとにいつも同じタイミングで発生するこ
とになる。分周回路７から出力される時間計測基準信号
を図３（ｅ）に示す。

【００１４】時間計測基準信号は、本実施例では、300H
zのパルスであるため、3.33ms間隔で出力されることに
なる。この間隔を正確かつ一定にするために、システム
クロック発生回路８は水晶発振器等を用いることが好ま
しい。時間計測カウンタ９は、時間計測基準信号が出力
されてから、セクタインデックス信号が出力されるまで
の時間を計測するためのものである。この時間は、図３
（ｅ）において、ア〜クで示された時間である。時間計
測基準信号は一定周期で出力されるので、前記時間を計
測することにより、セクタインデックス信号の出力周期
の変化を知ることができる。

【００１５】分周器７から出力される時間計測基準信号
のパルスを入力すると、時間計測カウンタ９は、カウン
タをクリアしてカウントスタ−トする。そして、セクタ
インデックス生成回路６から出力されるセクタインデッ
クス信号のパルスを入力するとカウンタをストップさせ
る。このときのカウント値を出力する。このような動作
を繰り返すことにより、ディスク１回転につき、８個の
時間計測デ−タが得られる。

【００１６】以上のようにして得られた時間計測デ−タ
の例を図４に示す。図４のグラフの縦軸の偏心量は、計
測デ−タのオフセットを偏心量０としている。オフセッ
トｔ _oは、図３（ｅ）のア〜クで示した時間をそれぞれ
ｔア〜ｔクとすると、ｔ_o＝（ｔア＋ｔイ＋ｔウ＋ｔエ＋ｔオ＋ｔカ＋ｔキ＋ｔク）／
８で求められる。したがって、計測時間からオフセットｔ
_oを減じた値が図４における偏心量となる。

【００１７】さて、ここで、ディスクの偏心量の変化が
正弦波で近似されることの根拠を説明する。エンコ−ダ
21の中心を原点とし、ディスク１回転ごとに２値化回路
４から出力されるパルス数をＮとすると、ｉ（i=1,2,・
・・,N-1）番目のパルス位置は、エンコ−ダの半径をｒ
とすると、（ｒcosθ_i，ｒsinθ_i）ただし、θ_i＝２π・ｉ／Ｎとなる。

【００１８】一方、回転中心は、偏心量をδ、回転中心
と原点を結ぶ線分のｘ軸とのなす角をαとすると、（δcosα，δsinα）となる。偏心があることによって生じる誤差は、回転中
心から見たパルス位置とｘ軸とのなす角と、本来のパル
ス位置（すなわち原点から見たパルス位置）とｘ軸との
なす角（ここではθ_i）との差である。したがって、偏
心量を求めるためには、回転中心から見たパルス位置を
−θ_iだけ回転移動し、ｘ軸とのなす角を求めればよ
い。

【００１９】上記回転移動後の位置は、

【００２０】

【数１】

【００２１】ｘ軸とのなす角は、

【００２２】

【数２】

【００２３】ここで、δ＜＜ｒであるから

【００２４】

【数３】

【００２５】ゆえに近似解としては、 Θ_i＝（δ／ｒ）sin（θ_i−α）・・・
（１）ただし、θ_i＝２π・ｉ／Ｎ（i=1,2,・・・,N-1）となる。式（１）の近似解より、偏心量は正弦波で近似
できることがわかる。ちなみに、図４の場合は、パルス数Ｎ＝８半径ｒ＝45〔mm〕偏心量δ＝0.1125〔mm〕偏心角α＝45〔deg〕回転数 2250〔RPM〕である。

【００２６】以上のことから、図４に示した計測デ−タ
は正弦波で近似できるので、計測デ−タを、ｙ＝Ａsin（ωｔ＋δ） ω：角周波数，δ：位相・・・（２）なる式にフィッティングすれば、計測デ−タから偏心の
特徴をすべて表現できることになる。

【００２７】カ−ブフィッティングの手法としては、最
小２乗法等がよく用いられるが、本実施例においては、
カ−ブフィッティングすべき式が正弦波であることがわ
かっており、かつディスク１回転が１周期であることが
わかっているので、フ−リエ変換の手法を用いた。つま
り、式（２）の、振幅Ａと位相δを求めることとした。
フ−リエ変換を利用する場合、一般に計算時間短縮の目
的から、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）アルゴリズ
ムが用いられることが多いが、本実施例では、高速化し
ないで、通常のＤＦＴ（Discrete Fourier Transform，
離散フ−リエ変換）アルゴリズムを用いた。

【００２８】ここでＤＦＴについて説明する。ディジタ
ル化された離散的な信号列をコンピュ−タでフ−リエ変
換するためには、フ−リエ変換の定義式を、離散的な形
に書き改めなければならない。いま入力信号ｘ(t)を時
間間隔Δtごとにサンプルしたと仮定し、ｋ番目のサン
プル値ｘ_kが、ｘ_k＝ｘ（ｋΔｔ）で表されるとすると、
離散的なフ−リエ・スペクトルｘ_l＝ｘ（ｌΔω）は、

【００２９】

【数４】

【００３０】で表される。この式（３）にはｋ＝−∞，
∞なる範囲の総和の記号が含まれているが、現実にはｘ
_kは有限個しか測定できない。そこで、上式は、次のよ
うに書き改められる。

【００３１】

【数５】

【００３２】図６は、１周期（すなわちディスク１回
転）を２πとおいて、図４を書き直したものである。式
（４）に基づきＸ_lをすべて計算すると、８²回の複素数
の掛け算が必要であるが、本実施例では、目的とする正
弦波の周波数がわかっているので、Ｘ₁だけを求めれ
ば、目的の振幅Ａと位相δが求められる。この場合、８
回の掛け算だけですむ。

【００３３】ＦＦＴアルゴリズムによって計算しようと
すると、ＦＦＴアルゴリズムでは、ある特定の周波数成
分のみを計算することはできないので、演算回数は、（Ｎ／２）log₂ＮＮ：サンプリング数となり、Ｎ＝８のとき１２回となる。したがって、ＤＦ
Ｔアルゴリズムの場合の８回よりも演算回数が多くな
る。このことから、本実施例においては、ＤＦＴアルゴ
リズムを用いた方がよいことがわかる。

【００３４】以上のようにして求めた複素スペクトルか
ら、振幅と位相を求めることは容易である。次に、本発
明の第２の実施例について説明する。図７は、本発明の
第２の実施例によるディスクの偏心計測装置の偏心計測
対象であるディスクを記録面側から見た図である。第１
の実施例のディスク（図２）と同様に、エンコ−ダ71が
設けられている。図２のディスクと比べて、エンコ−ダ
のピッチが細かくなっている。このように、エンコ−ダ
のピッチを細かくすることにより、第１の実施例より
も、簡便に偏心計測を行うことができる。

【００３５】このようなディスクを用いて、図１と同様
の構成の装置を用いて、計測を行う。図７のディスクの
エンコ−ダは、低反射部分が３２ある（図２のものの４
倍）ので、これに応じて、時間計測基準信号の出力周期
も１／４にする。図８は、第２の実施例による計測デ−
タから求めた偏心量をプロットしたグラフである。

【００３６】第１の実施例においては、計測デ−タよ
り、フ−リエ変換の手法を用いて波形を近似し、振幅と
位相を求めたが、本実施例においては、計測デ−タの最
大値もしくは最小値を求めることによって振幅を求め
る。最大値および最小値は、図８のグラフより容易に知
ることができる（ＡmaxおよびＡmin）。この最大値また
は最小値を振幅とみなすのである。

【００３７】このことは、本実施例においては、第１の
実施例に比べて、計測点が多いので、計測値の最大値も
しくは最小値が、真の値の最大値もしくは最小値（すな
わち振幅）にほぼ一致するであろうとの根拠に基づく。
このようにして求めた振幅には、当然誤差がある。図９
は、計測点数と真値との誤差の関係を示したグラフであ
る。図９に基づき、要求される誤差に応じて計測点数を
選べばよい。たとえば、図９によれば、誤差を１％以内
にするためには、２３ポイント以上計測すればよいこと
がわかる。

【００３８】図１０は、図９でグラフの誤差の求め方を
説明するための図である。１周期（ディスク１回転）の
計測点数をｎとすれば、計測点の最大値と真の最大値と
のグラフ上での位置の差は、図１０に示すように、最大
でも（２π／ｎ）／２である。そして、真の最大値はπ
／２の位置にある。したがって、誤差ρは、 ρ＝１−sin〔(π/2)−(2π/n)／2〕＝１−sin〔π(n-2)／2n〕となる。

【００３９】次に、位相の求め方について説明する。位
相は、上記のようにして求めた振幅と、１周期中の第１
番目の計測点の計測値より求めることができる。図１１
は、位相の求め方を説明するための図である。図１１に
おいて、波形の振幅はａであり、第１番目の計測点での
計測値はｂである。このとき、位相ψは、 ψ＝sin^-1（ｂ／ａ）で求められる。

【００４０】ただし、sin^-1関数は、定義域 −１〜
１，値域 −π／２〜π／２であるので、第１番目の計
測点で、増加傾向にあるのか減小傾向にあるのかを判断
してψを求める必要がある。以上のような第１および第
２の実施例によれば、トラッキングサ−ボ用の案内溝の
ないディスクに対しても、ディスクの偏心計測を正確に
行うことができるばかりでなく、次のような利点もある
ことがわかった。最近の光ディスクの主流となっている
５．２５インチＩＳＯディスクにおいては、トラックを
複数のセクタに分割し、セクタ内のＩＤ部分は、予めピ
ットが形成されている（この部分をプリピット部分とい
う）。このような、プリピット部分が設けられたディス
クにおいては、従来の技術を適用して偏心計測を行った
場合、トラッキング誤差信号の検出において、光スポッ
トがトラックを横切った信号であるのか、プリピット部
分を通過した信号であるのかの区別が難しく、偏心の計
測が困難であると考えられる。しかし、本実施例によれ
ば、エンコ−ダからの信号によって偏心計測を行うた
め、プリピット部分があっても支障なく計測が行える。

【００４１】以上の実施例においては、エンコ−ダを設
けたディスクで偏心計測を行う構成としたが、エンコ−
ダを設けずに偏心計測を行うこともできる。たとえば、
ＩＳＯ規格に準拠した5.25インチの光磁気ディスクで
は、ディスクの最内周側にＰＥＰ（Phase-Encoded Par
t）領域と呼ばれる領域がある。このＰＥＰ領域には、
ＰＥ変調されたビット情報が記録されている。そして、
同じビット情報が隣合う複数トラックに記録されてい
る。すなわち、マ−クが半径方向に整列して配列されて
いる。このような、複数トラックを用いて記録されたビ
ット情報は、上記実施例におけるエンコ−ダと同様に用
いることができる。ＩＳＯ規格に準拠した5.25インチの
光磁気ディスクでは、上記のようなＰＥＰ領域が設けら
れているわけであるが、他の領域のトラックに同じよう
なビット情報を設けてもよい。この場合、ビット情報
は、トラック上に所定の間隔でマ−クがありかつ隣合う
複数トラックに同様のビット情報が記録されていれば、
上記実施例におけるエンコ−ダと同様に用いることがで
きる。

【００４２】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、トラッキ
ングサ−ボ用の案内溝のないディスクに対しても、ディ
スクの偏心計測を正確に行うことができる。さらに、本
発明によれば、プリピット部分が設けられたディスクに
対しても、ディスクの偏心計測を正確に行うことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例によるディスクの偏心計
測装置の構成を示すブロック図である。

【図２】本発明の第１の実施例によるディスクの偏心計
測装置の偏心計測対象であるディスクを記録面側から見
た図である。

【図３】本発明の第１の実施例によるディスクの偏心計
測装置の動作を示すタイミングチャ−トである。

【図４】本発明の第１の実施例によるディスクの偏心計
測装置で得られた計測デ−タの例を示すグラフである。

【図５】ディスクの偏心量の変化が正弦波で近似される
ことを説明するための図である。

【図６】図４のグラフを１周期を２πとして書き直した
グラフである。

【図７】本発明の第２の実施例によるディスクの偏心計
測装置の偏心計測対象であるディスクを記録面側から見
た図である。

【図８】本発明の第２の実施例によるディスクの偏心計
測装置で得られた計測デ−タの例を示すグラフである。

【図９】計測点数と真値との誤差の関係を示すグラフで
ある。

【図１０】計測値の誤差の求め方を説明するための図で
ある。

【図１１】位相の求め方を説明するための図である。

【符号の説明】

１ディスク２モ−タ３反射型フォトセンサ４２値化回路５ロ−テ−ションインデックス生成回路６セクタインデックス生成回路７分周回路８システムクロック発生回路９時間計測カウンタ２１ロ−タリエンコ−ダ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】トラックと同心円状にロ−タリエンコ−ダ
を設けたディスクを所定の回転数で回転させる回転手段
と、前記回転手段により回転する前記ロ−タリエンコ−ダの
情報を読み取るセンサと、前記センサの出力を２値化して２値化信号を出力する２
値化手段と、前記２値化信号と同一周波数の基準パルス信号を発生す
る基準信号発生手段と、前記２値化信号と前記基準パルス信号との時間的ずれを
計測する計測手段とからなることを特徴とするディスク
の偏心計測装置。