JPH065579B2

JPH065579B2 - 光デイスク駆動装置

Info

Publication number: JPH065579B2
Application number: JP10474487A
Authority: JP
Inventors: 雅晴小川
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1987-04-30
Filing date: 1987-04-30
Publication date: 1994-01-19
Anticipated expiration: 2009-01-19
Also published as: JPS63271726A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、光ディスク駆動装置に関するものであり、
特に、光ディスク上の任意のトラックを光スポットでア
クセスする制御を行なうための光ディスク駆動装置に関
するものである。

〔従来の技術〕

第８図は、例えば、昭和６０年５月１５日に〔光ディス
ク駆動装置〕と題して出願された同一出願人による特願
昭60-101439号明細書に記載のアクセス制御系のブロッ
ク図である。

この第８図において、光ディスク(101)には、高密度の
ピット列を含む多数の記録トラックが同心円状または螺
旋状に形成されている。この光ディスク(101)は、スピ
ンドルに装着されて、ディスクモータ(102)によって回
転されている。そして、このディスクモータ(102)の回
転は、ディスクモータ駆動制御回路(103)によって駆動
制御されている。

一方、光学ヘッド(104)は光ディスク(101)に対する所要
の光スポットを形成するものであって、この光スポット
は光ディスク(101)の半径方向に移動するようにされて
いる。そして、この光学ヘッド(104)は、枠体(105)、半
導体レーザのような光源(106)、コリメータレンズ(10
7)、偏光ビームスプリッタ(108)、λ/4板(109)、光路変
更用のミラー(110)、光源(106)からの光ビームを光ディ
スク(101)の媒体面上に集束させて光スポット(115)を形
成する対物レンズ(111)、光スポットを光ディスク(101)
の記録トラック上に正確に位置させるために対物レンズ
(111)を光ディスク(101)の半径方向に微小に動かすトラ
ッキングアクチュエータ(112)、および光ディスク(101)
により反射された戻り光を検出する２分割の分割光検出
器(113)から構成されている。

加減算増幅回路(114)は、分割光検出器(113)からの出力
の和をとることにより所要の情報信号としての和信号を
出力させたり、または、分割検出器(113)からの出力に
ついて減算することによるトラッキング誤差信号を、ト
ラック横断数カウンタ(118)や速さ検出回路(120)に対し
て出力させるようにされている。

このトラック横断数カウンタ(118)は、加減算増幅回路
(114)からの出力を受入れることにより、光学ヘッド(10
4)によって横断されたトラック数を検出するためのもの
であって、その出力を目標速度発生回路(119)に向けて
送出するようにされている。

この目標速度発生回路(119)は、トラック横断数カウン
タ(118)からの出力を受入れ、アクセス時における光ス
ポット(115)の目標速度信号を発生させて、ヘッドアク
チュエータ駆動制御回路(117)に向けて、この目標速度
信号を出力するようにされている。

なお、このヘッドアクチュエータ駆動制御回路(117)
は、極性切換回路(2)からの出力をも受入れるようにさ
れており、これらの出力の受入れに基づいて、ヘッドア
クチュエータ駆動制御回路(117)が、ヘッドアクチュエ
ータ(116)を駆動制御するようにされている。

このヘッドアクチュエータ(116)は、ヘッドアクチュエ
ータ駆動制御回路(117)により駆動されて、光学ヘッド
(104)を光ディスク(101)の半径方向に移動させるように
されている。

速さ検出回路(120)は、光スポット(115)が光ディスク(1
01)のトラックを横断するときの速さを検出するための
ものであって、その出力が極性切換回路(2)に加わるよ
うにされている。そして、この速さ検出回路(120)と極
性切換回路(2)とによって速度検出回路(124)が構成され
ている。

極性切換回路(2)には、アクセス方向指令発生回路(123)
からの出力が加わるようにされており、このアクセス方
向指令発生回路(123)からの出力により、極性切換回路
(2)が速さ検出回路(120)からの出力の極性を切り換える
ようにされている。すなわち、検出された速さ（スカラ
量）に方向をもたせたものが検出速度（ベクトル量）に
なるような、極性の切り換えがなされている。

また、第９図は第８図を伝達関数で表現した速度制御系
の伝達関数ブロック図である。この第９図において、上
記目標速度発生回路(119)の出力Ｖ_ｒと速度検出回路(12
4)からの検出速度Ｖ_ｓ ^＊との間の減算結果がゲイン補償
回路(5)に入力するようにされている。このゲイン補償
回路(5)は、速度制御系の帯域を決定するためのもので
ある。

このゲイン補償回路(5)と、ノッチフィルタ(122)および
ヘッドアクチュエータ駆動回路(6)とは、ヘッドアクチ
ュエータ駆動制御回路(117)に含まれているものであっ
て、その中のノッチフィルタ(122)は、ヘッドアクチュ
エータ(116)内のブロック(8)で示されているような、ヘ
ッドアクチュエータの機械共振特性G_L(S)を補償するた
めのものである。

また、ヘッドアクチュエータ駆動回路(6)としては、通
常は、電流駆動方式のものが採用されていることから、
これには駆動電流検出回路も内蔵されている。

ヘッドアクチュエータ(116)内のブロック(7)はヘッドア
クチュエータの力定数を示すものである。また、上記さ
れたブロック(8)は、加速度を入力とし、ヘッドアクチ
ュエータの速度Ｖ_Ｌを出力とするときの、ヘッドアクチ
ュエータの伝達特性を示すものである。なお、このブロ
ック(8)において、Ｍは可動部質量、G_L(S)はヘッドアク
チュエータの機械共振特性、そして、Ｓはラプラス演算
子を表わすものである。これ以外の構成は第７図と同様
であるからその説明を省略するけれども、目標速度発生
回路(119)および速度検出回路(124)におけるＫ_Ｖは速度
検出感度を意味するものであり、また、τは光スポット
(115)のトラック横断周期を意味するものであることを
指摘しておく。

第１０図は、第９図のブロック(8)におけるG_L(S)のゲイ
ン特性の例示図であり、こゝでは、ある所定の周波数ω
_Ｌ（通常はKH_Z）において大きな共振ピークを有するも
のとして示されている。これに対して、第１１図は、第
９図のノッチフィルタ(122)のゲイン特性｜G_N(S)｜の例
示図であり、こゝでは、ω_Ｎ＝ω_Ｌとして、｜G_N(S)｜
｜1/GL_(S)｜となるようにG_N(S)を選択するようにされ
ている。

第１２図および第１３図は、第９図のものについての開
ループ特性の例示図である。その中の第１２図は、G
_N(S)＝1/G_L(S)とした場合を意味しており、また、第１
３図は、G_N(S)1/G_L(S)とした場合を意味している。

次に、上記従来例の動作について説明する。第８図にお
いて、まず、ディスクモータ駆動制御回路(103)によっ
てディスクモータ(102)、すなわち、光ディスク(101)が
回転を始める。そして、光ディスク(101)の回転数があ
る所定の定常値に達した後、光学ヘッド(104)の周知の
動作により、光検知器(113)と加減算増幅回路(114)によ
って検出されたトラッキング誤差信号に基づいて、トラ
ッキングアクチュエータ(112)の駆動制御がなされる。
かくして、光スポット(115)は光ディスク(101)上のある
トラックの中心に追従するようにされる。

また、トラックのアクセスがなされているときには、光
スポット(115)が横断した光ディスク(101)上のトラック
数をトラック横断数カウンタ(118)によってカウントし
ておくとともに、目標トラックまでの残りトラック数に
応じて、目標速度発生回路(119)から出力された目標速
度と速度検出回路(124)によって検出された光スポット
(115)のトラック横断速度とが加えられたヘッドアクチ
ュエータ駆動制御回路(117)によって、光スポット(115)
が目標トラックに近づくにつれて、その速度が零に近づ
くような速度制御が行なわれる。

さらに、第９図において、トラックのアクセスがなされ
ているときの速度制御系の動作について詳細に説明す
る。目標速度発生回路(119)から出力された目標速度信
号Ｖ_ｒと速度検出器(124)から出力された検出速度信号
Ｖ_ｓ ^＊との差である速度偏差信号Ｖ_ｅは、ゲイン補償回
路(5)およびノッチフィルタ(122)を介してアクチュエー
タ駆動回路(6)に伝達され、その結果として、ヘッドア
クチュエータ(116)に或る所定の駆動電流が加えられ
る。そのために、ヘッドアクチュエータ(116)はＶ_Ｌな
る速度で動き出して、光スポット(115)が光ディスク(10
1)上のトラック溝を横断するようにされる。

一方、光ディスク(101)が回転することによって生じる
トラック振れ速度がＶ_ｄであるものとすると、ヘッドア
クチュエータ(116)の速度とトラック振れ速度Ｖ_ｄとの
差が速度検出回路(124)により検出速度信号Ｖ_ｓ ^＊とし
て検出される。そして、この検出速度信号Ｖ_ｓ ^＊をフィ
ードバックすることにより、速度制御系は、全体とし
て、検出速度信号Ｖ_ｓ ^＊が目標速度信号Ｖ_ｒに一致する
ように動作する。

この速度制御系における、速度偏差信号Ｖ_ｅから検出速
度信号Ｖ_ｓ ^＊までの一巡伝達関数（開ループ特性）は、のように表される。

こゝで、G_N(S)＝1/G_L(S)なる設計条件が選択されたとき
には、第１２図に示されているように、高域におけるヘ
ッドアクチュエータの機械共振特性は現れないが、装置
間のばらつきなどのためにG_N(S)1/G_L(S)となったとき
には、第１３図に示されているように、高域にヘッドア
クチュエータの機械共振特性が現れてくる。そして、そ
のピークがO_dBを越えるものがあると、速度制御系は不
安定になってしまう。

また、速度検出回路(124)の零次ホールド特性のむだ時
間のために、トラック横断周波数付近での位相遅れが大
きくなってしまう。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の光ディスク駆動装置は以上のように構成されてい
るため、次の列挙するような問題点があった。

(1)光スポット(115)がトラックを横断する速度をトラッ
ク横断周期に基づいて検出しているため、低速時、トラ
ックをゆっくりと横断すると、速度の検出に時間遅れ
（むだ時間）が発生して、速度制御系が不安定になりや
すく、速度制御系の遮断周波数を低く設計しなければな
らないことから、速度偏差が大きくなりやすい。

(2)光スポット(115)が光ディスク(101)のドロップアウ
ト部あるいはデータアドレス記録部分を通過したとき
に、ドロップアウトあるいはデータアドレス記録周期を
トラック横断周期であるものと誤検出したものとする
と、実際には光スポットが低速で移動しているにもかか
わらず、あたかも高速で移動しているかのように速度検
出回路(124)が誤動作をして、結果的に速度制御系が乱
されることになる。

(3)ヘッドアクチュエータ(116)には、普通は、数KH_Z付
近に大きな機械共振が存在するものであり、これを除去
するために、ノッチフィルタ(122)がヘッドアクチュエ
ータ駆動制御回路内に挿入されるけれども、共振周波数
が複数個存在するときには、回路規模が大きくなってし
まうことに加えて、共振周波数が装置ごとにばらつき、
これがノッチフィルタの周波数とずれているときには、
速度制御系が不安定になってしまう。

(4)光スポット(115)には、トラックを横断する方向を検
知する機能がなく、本来アクセスすべき方向（内周方向
または外周方向）によって速さの極性を切換えるだけで
所要の速度を得るようにされていることから、その低速
時に、トラック振れや外乱速度によって横断方向がアク
セスすべき方向に対して反転したものとすると、速度制
御系に正帰還がかかって、光ヘッドが暴走するおそれが
ある。

この発明は、かかる問題点を解決するためになされたも
ので、速度検出回路のむだ時間を補償し、速度制御系の
安定性を向上するとともに、系の帯域を広げ、速度偏差
を小さくでき、ディスク上のドロップアウトやアドレス
データ部分における速度検出回路の誤動作によっても速
度制御系の乱れが小さくされ、ノッチフィルタを除去し
て回路を簡素化するとともに、任意の周波数における機
械共振の影響を抑圧することができて、外乱速度によっ
て光スポットのトラック横断方向が反転しても光学ヘッ
ドが暴走しないような光ディスク駆動装置を得ることを
目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係る光ディスク駆動装置は、多数のトラック
を有した光ディスクに光スポットを形成して上記光ディ
スクからの反射光を受光する光検知器を設けた光学ヘッ
ド、上記光ディスクのトラックアクセス時に、上記光学
ヘッドの可動部を上記光ディスクの半径方向に移動させ
るヘッドアクチュエータ、上記光スポットが上記光ディ
スク上のトラックを横断するとき、上記光検知器により
光電変換した光電変換信号を２値化してトラック横断検
知パルス信号を生成し、上記トラック横断検知パルス信
号を積算しその積算値をトラック横断距離信号として出
力するトラック横断距離検出手段、上記ヘッドアクチュ
エータの駆動電流を検出する駆動電流検出回路、上記ト
ラック横断検知パルス信号をカウントして上記光スポッ
トが横断したトラック数を求め、目標トラックまでの残
りトラック数に応じた目標速度を発生する目標速度発生
手段、第１のゲイン要素により上記駆動電流信号を加速
度信号に変換し、一次遅れ要素及び第２のゲイン要素に
より上記加速度信号を速度信号に変換し、フィードバッ
クゲイン要素により上記加速度信号及び速度信号を上記
トラック横断距離信号で修正し、修正された速度信号を
上記光スポットのトラック横断の推定速度信号として出
力する状態観測器、並びに上記目標速度と上記推定速度
が一致するように駆動電流により上記ヘッドアクチュエ
ータを速度制御するヘッドアクチュエータ駆動制御回路
を備え、上記状態観測器の遮断周波数は、上記光学ヘッ
ドまたは上記ヘッドアクチュエータの機械共振周波数及
び上記トラック横断検知パルス信号の周波数より低く、
かつ上記光ディスクのトラック振れ基本波周波数より高
いものである。

〔作用〕

この発明においては、トラックアクセス時に、トラック
横断距離検出手段の出力であるトラック横断距離信号と
ヘッドアクチュエータの駆動電流検出回路の出力信号と
により基づき、状態観測器によって光スポットのトラッ
ク横断速度を推定し、この推定結果に依存して光スポッ
トのトラック横断速度制御を行う。

〔実施例〕

以下、この発明の光ディスク駆動装置の実施例を図につ
いて説明する。第１図はその一実施例の構成を示すブロ
ック図である。この第１図において、前記第８図と同一
部分には同一符号を付してその重複説明を避け、主とし
て、第８図とは異なっている部分について説明する。

この第１図において、符号(101)〜(119)は上記従来装置
と同様のものである。

２０はトラック横断検知回路であって、その入力側に
は、加減算増幅回路(114)からの差信号および和信号出
力が加えられて、光スポット(115)が光ディスク(101)上
のトラックを横断するタイミングを検知するためのもの
である。１は方向検知回路であって、トラック横断検知
回路２０からの出力が加えられて、光スポット(115)が
光ディスク(101)上のトラックを横断する方向を検知す
るためのもの、２Ａはトラック横断距離検出回路であっ
て、方向検知回路１からの出力に基づいて、トラック横
断検知回路２０からの出力を正または負の方向に積算す
るためのものである。

状態観測器３は、ヘッドアクチュエータ(116)の駆動電
流を検出するための駆動電流検出回路(121)によって検
出された駆動電流信号と、トラック横断距離検出回路(2
A)から出力されたトラック横断距離検出信号とを受入れ
て、より真の値に近い速度を推定するためのものであ
る。この状態観測器(3)の出力は、ヘッドアクチュエー
タ駆動制御回路(117)に加わるようにされている。

また、制御モード検出回路(4)は、光スポット(115)がト
ラック中心を追従しているときに、状態観測器(3)に含
まれている積分器のリセット指令を出力するためのもの
である。

第２図は第１図を伝達関数で表現した速度制御系の伝達
関数ブロック図である。この第２図において、状態観測
器(3)、制御モード検出回路(4)、およびトラック横断距
離検出回路(2A)は第１図と同様のものであり、また、ゲ
イン補償回路(5)、ヘッドアクチュエータ駆動回路(6)、
ヘッドアクチュエータの力定数ブロック(7)および機械
共振特性ブロック(8)は第９図と同様のものである。

状態観測器(3)を構成しているものは、ゲイン要素(9),
(10),(21)、フィードバックゲイン要素(11),(12)および
一次遅れ要素(13)である。

ゲイン要素９は、ヘッドアクチュエータの力定数（ブロ
ック７）のそれに等しいゲインＫ_Ｆを有しており、ヘッ
ドアクチュエータ駆動回路(6)において検出された駆動
電流信号を受入れて、その駆動力の推定値を出力させる
ものである。ゲイン要素(10)は、ヘッドアクチュエータ
および光学ヘッドなどのアクセス時における可動部質量
の逆数に等しいゲイン1/Mを有している。また、フィー
ドバックゲイン要素(11),(12)はトラック横断距離検出
回路(2A)で検出されたトラック横断距離検出信号X_s ^*を
入力とするものである。

一次遅れ要素(13)は、ゲイン要素(10)からの出力である
加速度信号からフィードバックゲイン要素(12)からの出
力を減算することによって得られるような、より正確な
加速度信号の推定値が入力されるものである。そして、
この一次遅れ要素(13)は、制御モード検出回路(4)の出
力によってリセットすることができるようにされてい
る。

ゲイン要素(21)はトラック横断距離検出回路(2A)を模擬
するためのものである。そして、フィードバックゲイン
要素(11)からの出力とゲイン要素(21)からの出力との和
が、推定速度信号として状態観測器(3)から出力されることになる。

第３図は、前記第２図において状態観測器(3)を等価変
換したときの例示図である。この第３図において、同一
符号が付されているものは、前記第２図におけるものと
同様のものである。そして、微分要素を含んでいる演算
要素(22)からの出力とゲイン要素(21)からの出力との和
が、推定速度信号として状態観測器(3)から出力されるものである。ま
た、演算要素(22)に含まれている所定の演算部も、一次
遅れ要素(13)の場合と同様に、制御モード検出回路(4)
の出力によってリセットすることができるようにされて
いる。

第４図は、第１図を前記第２図とは別異の態様の伝達関
数で表現した速度制御系の伝達関数ブロック図であり、
特に状態観測器(3)については、前記第２図および第３
図とは別異の態様で表されている。なお、この第４図に
おいて、同一符号が付されているものは、前記第２図に
おけるものと同様のものである。こゝに、(23)はフィー
ドバックゲイン要素であり、また、(24)および(25)は積
分器である。そして、積分器(24),(25)は制御モード検
出回路(4)によってリセットすることができるようにさ
れている。

第５図は、速度制御がなされているときの各部の波形の
例示図である。その中の(14)は、前記第１図における加
減算増幅回路(114)からの出力であって、トラック横断
センサ信号を表している。(15)はトラック横断距離検出
回路(2A)からの出力信号（トラック横断距離検出信号）
X_s ^*を表している。そして、(16)は真のトラック横断距
離を表すものであるが、実際には、その検出はなされな
い。

第６図は、トラック溝と検知信号との間の関係図であ
る。その中の第６図(a)は光ディスク断面図であって、
図中の(18)はトラック溝部を表し、また(19)は溝間部を
表すものである。

第６図(b)は第１図における加減算増幅回路(114)からの
減算出力信号（トラッキング誤差信号）、第６図(c)は
同じく加算出力信号（和信号）である。また、第６図
(d)、第６図(e)は、それぞれに、第６図(b)、第６図(c)
のコンパレート信号である。

第７図は、前記第２図に示されている速度制御系の開ル
ープ伝達特性を表すものであって、ゲインと位相の周波
数特性を示している。

次に、上記実施例の動作について説明する。光源(106)
からの光は、コリメータレンズ(107)により平行光とさ
れ、偏光ビームスプリッタ(108)を通って直線偏光とさ
れ、さらにλ/4板(109)を通過してミラー(110)により反
射されてから、対物レンズ(111)により、定常的に回転
している光ディスク(101)上に光スポットを形成するよ
うにされる。

そして、光ディスク(101)から反射された光は、対物レ
ンズ(111)から偏光ビームスプリッタ(108)迄戻され、こ
の偏光ビームスプリッタ(108)により反射されてから、
分割光検出器(113)に入射される。

次いで、分割光検出器(113)に入射された光は、この分
割光検出器(113)によって光電変換され、この光電変換
信号は加減算増幅回路(114)により和信号およびトラッ
キング誤差信号とされる。

トラックアクセスがなされているときには、和信号およ
びトラッキング誤差信号は、トラック横断検知回路(20)
を介して、方向検知回路(1)、トラック横断距離検出回
路(2A)およびトラック横断数カウンタ(118)に入力され
る。

トラック横断検知回路(20)から出力されるパルス状のト
ラック横断検知信号は、方向検知回路(1)による検知結
果に基づいて、光スポット(115)の移動方向が光ディス
ク(101)の外周方向であるか、または、内周方向である
かに依存して、トラック横断距離検出回路(2A)において
極性を切り換えて積算されて、この積算結果が、アクセ
ス動作開始後の総トラック横断距離として状態観測器
(3)に入力される。

例えば、光ディスク(101)を外周方向にアクセスすべき
ときに光スポット(115)が外周方向へ移動中であったも
のとすれば、トラック横断検知回路(20)から出力される
トラック横断検知パルス信号が適当なカウンタによって
カウントアップされ、また、内周方向へ移動中であった
ものとすればカウントダウンされることにより、所期の
総トラック横断距離が検出されることになる。

これと同時に、駆動電流検出回路(121)によって検出さ
れたヘッドアクチュエータ(116)の駆動電流信号も、状
態観測器(3)に入力される。

さらに、このときには、制御モード検出回路(4)からの
出力によって、状態観測器(3)の内部に含まれている積
分器のリセットを解除しておいて、状態観測器(3)が動
作されるようにしておく。

一方、トラック横断数カウンタ(118)からの出力は目標
速度発生回路(119)に伝達され、この目標速度発生回路
(119)からは、残トラック数に応じた目標速度が出力さ
れる。

ヘッドアクチュエータ駆動制御回路(117)は、この目標
速度発生回路(119)からの出力と、状態観測器(3)からの
出力と、駆動電流検出回路(121)からの出力とに基づい
てヘッドアクチュエータ(116)を駆動制御し、結果的に
光スポット(115)のトラック横断速度を制御する。

次に、第２図，第３図および第４図に関連して、主とし
て状態観測器(3)の動作について説明する。速度制御系
の帯域を決定するゲイン補償回路(5)からの出力はヘッ
ドアクチュエータ(116)の駆動指令信号に相当するもの
であって、ヘッドアクチュエータ駆動回路(6)において
駆動電流に変換され、ヘッドアクチュエータ(116)にお
いては力定数K_F〔N/A〕に基づいて駆動力にされ質量の
逆数である1/Mが乗じられて加速度が得られる。そし
て、この加速度が積分されて速度が得られ、さらにこの
速度が積分されて所期の距離が得られることになる。な
お、前記帯域が高周波域にあるときには、さらに、ヘッ
ドアクチュエータ(116)の高域共振特性G_L(S)の影響も受
けて、ヘッドアクチュエータ(116)が所期の距離Ｘ_Ｌだ
け移動することになる。

また、光ディスク(101)の偏心などに起因するトラック
振れ量がＸ_ｄであるものとすると、Ｘ_ＬとＸ_ｄとの差が
光スポット(115)のトラック横断距離に相当することに
なる。そして、これはトラック横断距離検出回路(2A)に
より検出され、位置検出感度K_X〔V/m〕なるゲインをも
って電気信号に変換される。

このとき、第５図に示されているように、加減算増幅回
路(114)からの出力であるセンサ信号(14)のトラック横
断周期に基づいて検出されたトラック横断距離信号(15)
は、トラック横断が検知されてから、初めて、直前の半
トラックについての平均横断速度として得られるもので
ある。このため、その減速時には、図示されているよう
な階段波形となり、第２図のトラック横断距離検出回路
(2A)に示されているような零次ホールド特性をもつこと
になる。しかも、トラック横断速度が低くなるにしたが
ってトラック横断周期が長くなるために、その高速時に
はτの値は小さくされ、その低速時には大きくされる。

状態観測器(3)は、基本的には、ヘッドアクチュエータ
(116)およびトラック横断距離検出回路(2A)の伝達特性
を適当な電子回路で模擬したものであって、ヘッドアク
チュエータ(116)の高域共振特性G_L(S)およびトラック横
断距離検出回路(2A)の零次ホールド特性(1-e^-Sτ)/Sτ
は含まれていない。

この状態観測器(3)においては、まず、駆動電流検出回
路(121)で検出されたヘッドアクチュエータ(116)の駆動
電流信号ｉ_Ｌが、ゲイン要素(9),(10)によって加速度情
報にされる。

さらに、この加速度情報は、一次遅れ要素(13)およびゲ
イン要素(21)を介して速度信号に変換される。そして、
このようにして得られた速度信号は、フィードバックゲ
イン要素(11),(12)を介して、トラック横断距離検出信
号Ｘ_s ^*による所要の修正が施されてから、真のトラック
横断速度の推定値が得られることになる。

ところで、状態観測器(3)に対する二つの入力であるヘ
ッドアクチュエータ(116)の駆動電流信号ｉ_Ｌおよびト
ラック横断距離信号X_s ^*から状態観測器(3)からの出力で
ある推定速度に至るまでの伝達特性は、で表されるものである。

すなわち駆動電流信号ｉ_Ｌから推定速度信号への、および、トラック横断距離信号X_s ^*から推定速度
信号への伝達特性の時定数は1/Lであることから、Ｌ＞０で
ある限りは、状態観測器(3)は安定である。つまり、Ｌ
は推定速度信号の収束の速さを決定するパラメータであり、たとえば１
ｍｓの時定数で収束させようとするときには、Ｌ＝１０
００が選択されることになる。

こゝで、上記(2)式の意味するところを、帯域を分離し
て検討する。まず、K_Fi_L/Mはヘッドアクチュエータ(11
6)の加速度に相当する項目であるから、ディスクのトラ
ック振れ量Ｘ_ｄがヘッドアクチュエータ(116)の移動距
離Ｘ_Ｌに比べて十分に小さいものとすると、次の(3)式
が近似的に成立する。

こゝで、Ｓ＝ｊωとおくと、 (i)、ω＜＜Ｌのとき(|S|<<L)には、Ｌ１０００とすれば、(3)式より故に、となる。

(ii)、ω＞＞Ｌのとき(|S|>>L)には、 (3)式により故に、となる。

状態観測器(3)の出力である光スポットのトラッック横
断推定速度信号は、低周波領域ではトラック横断距離検出信号X_s ^*の微
分値SX_s ^*に一致し、高周波領域ではヘッドアクチュエー
タ駆動電流ｉ_Ｌの積分に一致することが、上記(6)式お
よび(9)式から認められる。そして、両者を分岐する周
波数はＬ〔rad/sec〕であり、これは、状態観測器(3)の
帯域と一致する。いま、∽であるものと仮定すると、
(2)式よりとなって、駆動電流ｉ_Ｌが使用されておらず、トラック
横断距離検出信号X_s ^*を微分しただけの信号が推定速度
信号となるために、トラック横断距離検出回路(2A)で発生す
るむだ時間を補償することができない。これに対してＬ
＝０であるものと仮定すると、(2)式よりとなって、推定速度信号にはトラック横断距離検出信号X_s ^*が使用されていない
ことから、トラック横断距離検出回路(2A)のむだ時間や
ヘッドアクチュエータ(116)の高域共振特性の影響を受
けることはないけれども、駆動電流ｉ_Ｌにわずかなオフ
セットが重畳されていても、推定速度信号の推定誤差が増大することになる。また、このときの推
定速度信号にはトラック振れ量Ｘ_ｄが全く含まれていないことか
ら、この推定速度信号は光スポット（１１５）のトラック横断速度の推定値で
はなくて、ヘッドアクチュエータ(116)の移動速度の推
定値となってしまう。このため、その低速時に、トラッ
ク振れ速度が無視できない程度に移動速度が小さくなっ
たときには、トラック横断速度の推定速度信号（推定
値）の誤差が大きくなる。

したがって、状態観測器(3)の帯域に相当するパラメー
タＬを、ヘッドアクチュエータ(116)の高域共振周波数
や光スポット(115)のトラック横断周波数よりも十分に
低く、かつ、光ディスク(101)のトラック振れ基本波周
波数よりも十分に高く設定しておくことにより、推定速
度信号は前記(6)式で表される値と(9)式で表される値との間の
中間的な値となり、トラック横断距離検出回路(2A)で発
生するむだ時間については、ある程度の補償をすること
ができる。

また、(2)式により、トラック横断距離信号X_s ^*の微分値
SX_s ^*から推定速度信号への伝達特性が1/(1+S/L)なる１次のローパスフィルタ
特性で表わせることから、光ディスク(101)上のドロッ
プアウトあるいは記録ピットによって検出速度信号に相
当するSX_s ^*が乱されたような場合でも、推定速度信号が乱されることはほとんどない。

第３図は、第２図を等価変換したものであって、状態観
測器(3)の伝達特性は両者とも全く同じであるから、そ
の動作の説明は省略する。

第４図は、状態観測器(3)が別異の態様で実現された速
度制御系のブロック図である。こゝで、ゲイン要素(9),
(10),(21)および積分要素(24),(25)は、制御対象として
のヘッドアクチュエータ(116)およびトラック横断距離
検出回路(2A)の伝達特性を模擬したものである。この第
４図において、ヘッドアクチュエータ(116)の駆動電流
信号ｉ_Ｌはゲイン要素(9),(10)を介して加速度信号に変
換され、次いで、積分要素(24)によって速度信号に変換
され、さらに、積分要素(25)、ゲイン要素(21)によって
移動距離信号に変換される。そして、この移動距離信号
とトラック横断距離検出回路(2A)からの出力X_s ^*との差
を、それぞれにフィードバックゲイン要素(12),(23)を
介して、積分要素(24),(25)の入力側に加えることによ
り所望の速度制御がなされる。すなわち、ゲイ要素(21)
の出力であるトラック横断距離の推定値がトラック横断
距離検出信号X_s ^*に収束されるように、加速度および速
度信号について所要の修正を加え、このように修正され
た加速度信号を積分要素(24)で積分した信号をトラック
横断速度の推定値として、前記所望の速度制御がなされる。第４図におい
て、ヘッドアクチュエータ(116)の駆動電流ｉ_Ｌおよび
トラック横断距離検出信号X_s ^*から推定速度までの伝達特性は次式で表される。

いま、前記第２図，第３図の場合と同様に、状態観測器
(3)の帯域を境界として、と近似することができる。

従って、この第４図の場合においても、第２図，第３図
の場合と同様の効果を発揮できることが認められる。

なお、一般的には、第４図における状態観測器(3)は、
ヘッドアクチュエータ(116)と同じ次数（積分要素の数
が同じ）であることから同一次元状態観測器と呼ばれて
いる。これに対して、第２図，第３図における状態観測
器(3)は、ヘッドアクチュエータ(116)に対して次数が１
つ低くされていることから最小次元状態観測器と呼ばれ
る。また、第４図における同一次元状態観測器をいわゆ
るGopinathの方法によって、第２図，第３図における最
小次元状態観測器に変換できることが知られている。

さらに、光スポット(115)がトラック上をトラッキング
している間は、制御モード検出回路(4)からの指令によ
り、積分要素(13),(22),(24),(25)（第２図ないし第４
図）をリセットし、速度制御モードに切り換えると同時
にそのリセットを解除するようにされる。このようにす
れば、トラッキング中のトラック横断速度は明らかにゼ
ロであることから、速度制御モードに移行した直後の状
態観測器(3)からの推定速度出力の初期値に誤差が生じ
ることはない。また、たとえ誤差が生じたとしても、そ
の誤差は1/Lまたは１／√Ｌ_２の時定数で正しい推定値
で収束する。

次に、第２図で示した速度制御系の開ループ伝達関数
は、次式を計算することによって得られる。

こゝで、ヘッドアクチュエータ(116)の高域共振特性G
_L(S)がピークとなる周波数がω_Ｌであるものとすれば、
Ｌ＜＜ω_ＬとなるようにＬを設定しておくことで次式が
成立する。

このようにすることで、(13)式における開ループ特性に
与えるヘッドアクチュエータ(116)の高域共振ピークの
大きさによる影響はL/ω_L倍に抑圧されることになる。
このため、第７図に示されているように、前記第１３図
と比較してゲイン特性における高域のピークが小さくな
ることが認められる。

また、第１１図におけるノッチフィルタ(122)の周波数
特性とは異なり、高域共振周波数ω_Ｌは特定の周波数で
ある必要はない。そして、一般的にω_Ｌ＞＞Ｌなる条件
を充たす周波数でありさえすれば、任意の周波数におい
て所期の抑圧効果をもたらすことができる。また、前記
ピークが複数個存在したとしても、一様な抑圧効果が得
られるものである。さらに、機械共振特性G_L(S)と同様
に、(13)式におけるトラック横断距離検出回路(2A)の零
次ホールド特性による位相遅れやゲイン降下も緩和され
ることになる。このために、開ループ特性の位相は高域
まで伸長され、結果的に系の安定性が改善されるもので
ある。

こゝで第６図を参照すると、光スポット(115)（第１
図）が光ディスク(101)上のトラック溝を横断する際に
得られる加減算増幅回路(114)の減算出力信号（第６図
(b)）と加算出力信号（第６図(c)）は互いに９０°の位
相差をもっていることが認められる。このことから、第
６図(d)の波形の立上り時に第６図(e)の波形レベルが
「Ｈ」であるか、または第６図(d)の波形の立下り時に
第６図(e)の波形レベルが「Ｌ」であるときには、光ス
ポット(115)は左から右へ移動するものであり、これに
対して、第６図(e)の波形レベルが上記と逆であるとき
には、光スポット(115)は右から左へ移動するものであ
ることが認められる。

上述されたように、光スポット(115)のトラック横断方
向を方向検知回路(1)によって検知し、トラック横断距
離検出回路(2A)においてトラック横断検知信号の極性を
光スポット(115)のトラック横断方向に依存し切り換え
て積算することで、速度制御系が正帰還になることなく
なり、その安定な動作が確実にされる。

なお、上記実施例においては、トラック横断距離検出回
路において、光スポットの移動方向の検知結果に基づ
き、トラック横断検知信号を極性を切換えて積算する操
作がなされているけれども、一般的には、速度制御中に
方向反転を生じることはなく、また、仮に方向反転を生
じたとしても、それが短時間のものであるときには、状
態観測器(3)の出力である推定速度は、前記(9)式に基づ
き、ほぼ駆動電流情報ｉ_Ｌだけに依存して決定されるも
のであることから、速度制御系が正帰還になることはな
い。このために、方向検知回路を省略することもでき
る。

また、前記第２図，第３図，第４図においては、ヘッド
アクチュエータとして直線的に駆動されるリニアモータ
を使用した場合が例示されているけれども、これに限ら
ず、例えば、回転型のアクチュエータを使用することも
できる。なお、この場合には、可動部質量Ｍに代えて可
動部の慣性モーメントＪが用いられることになる。さら
に、ヘッド全体を駆動する必要はなく、例えば分離型ア
クチュエータ等を用いることにより、ヘッドの一部だけ
を駆動することもできる。いずれにしても、トラック検
索時に光スポットをディスクの半径方向に大きく移動さ
せることのできるアクチュエータであれば良く、また、
前記第２図におけるトラッキングアクチュエータ(112)
と兼用できるようにしても良い。また、上記実施例にお
いては、ヘッドアクチュエータの加速度を検出するため
に、その駆動電流検出手段が用いられているけれども、
これに代えて、例えば、加速度センサをヘッド可動部に
取り付けて加速度を検出し、これを状態観測器に入力す
るようにしても良い。

また、上記実施例では、分割光検知器出力を加減増幅し
た信号に基づいて、光スポットのトラック横断速さある
いは方向を検知しているけれども、これに限られるもの
ではなく、例えば、トラックのない光ディスクを使用す
るサンプルサーボ方式を採用した場合においては、トラ
ッキング信号（トラックずれ信号）検知手段またはトラ
ック横断数検知手段と総反射光量信号に相当する信号を
検出する手段の出力に基づき、トラック横断速さあるい
は方向を検知するようにしても良い。あるいは、ディス
クのアドレス情報に基づき、トラック横断方向を検知す
るようにしても良い。

〔発明の効果〕

この発明は、以上説明したとおり、多数のトラックを有
した光ディスクに光スポットを形成して上記光ディスク
からの反射光を受光する光検知器を設けた光学ヘッド、
上記光ディスクのトラックアクセス時に、上記光学ヘッ
ドの可動部を上記光ディスクの半径方向に移動させるヘ
ッドアクチュエータ、上記光スポットが上記光ディスク
上のトラックを横断するとき、上記光検知器により光電
変換した光電変換信号を２値化してトラック横断検知パ
ルス信号を生成し、上記トラック横断検知パルス信号を
積算しその積算値をトラック横断距離信号として出力す
るトラック横断距離検出手段、上記ヘッドアクチュエー
タの駆動電流を検出する駆動電流検出回路、上記トラッ
ク横断検知パルス信号をカウントして上記光スポットが
横断したトラック数を求め、目標トラックまでの残りト
ラック数に応じた目標速度を発生する目標速度発生手
段、第１のゲイン要素により上記駆動電流信号を加速度
信号に変換し、一次遅れ要素及び第２のゲイン要素によ
り上記加速度信号を速度信号に変換し、フィードバック
ゲイン要素により上記加速度信号及び速度信号を上記ト
ラック横断距離信号で修正し、修正された速度信号を上
記光スポットのトラック横断の推定速度信号として出力
する状態観測器、並びに上記目標速度と上記推定速度が
一致するように駆動電流により上記ヘッドアクチュエー
タを速度制御するヘッドアクチュエータ駆動制御回路を
備え、上記状態観測器の遮断周波数は、上記光学ヘッド
または上記ヘッドアクチュエータの機械共振周波数及び
上記トラック横断検知パルス信号の周波数より低く、か
つ上記光ディスクのトラック振れ基本波周波数より高い
ものであるから、速度制御系の安定性が向上するととも
に、長距離はもとより非常に短距離のアクセス時におい
ても速度制御をすることが可能となって、光ディスク装
置に対するアクセス時間を大幅に短縮することができ
る。

また、速度制御系の性能がヘッドアクチュエータあるい
は光学ヘッドの機械共振周波数のばらつきや共振点の個
数には依存していないために、ヘッドアクチュエータや
光学ヘッドの組立てがそれだけ容易になるという効果を
も奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の光ディスク駆動装置の全体構成を
示すブロック図、第２図は、同上光ディスク駆動装置に
おける速度制御系のブロック図、第３図は、同上光ディ
スク駆動装置における別異の速度制御系のブロック図、
第４図は、同上光ディスク駆動装置におけるさらに別異
の速度制御系のブロック図、第５図は、同上光ディスク
駆動装置におけるトラック横断検出回路の動作説明図、
第６図は、同上光ディスク駆動装置における方向検知回
路の動作説明図、第７図は、前記第２図における速度制
御系の開ループ伝達特性の例示図、第８図は、従来の光
ディスク駆動装置の構成を示すブロック図、第９図は、
従来の光ディスク駆動装置における速度制御系のブロッ
ク図、第１０図は、機械系の高域共振周波数特性、第１
１図は、前記第９図の速度制御系におけるノッチフィル
タの周波数特性の例示図、第１２図および第１３図は、
それぞれに、前記第９図における速度制御系の開ループ
伝達特性の例示図である。 (1)……方向検知回路、(2)……極性切換回路、(3)……
状態観測器、(4)……制御モード検出回路、(101)……光
ディスク、(104)……光学ヘッド、(114)……加減算増幅
回路、(115)……光スポット、(116)……ヘッドアクチュ
エータ、(117)……ヘッドアクチュエータ駆動制御回
路、(2A)……トラック横断距離検出回路、(20)……トラ
ック横断検知回路。なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】多数のトラックを有した光ディスクに光ス
ポットを形成して上記光ディスクからの反射光を受光す
る光検知器を設けた光学ヘッド、上記光ディスクのトラックアクセス時に、上記光学ヘッ
ドの可動部を上記光ディスクの半径方向に移動させるヘ
ッドアクチュエータ、上記光スポットが上記光ディスク上のトラックを横断す
るとき、上記光検知器により光電変換した光電変換信号
を２値化してトラック横断検知パルス信号を生成し、上
記トラック横断検知パルス信号を積算しその積算値をト
ラック横断距離信号として出力するトラック横断距離検
出手段、上記ヘッドアクチュエータの駆動電流を検出する駆動電
流検出回路、上記トラック横断検知パルス信号をカウントして上記光
スポットが横断したトラック数を求め、目標トラックま
での残りトラック数に応じた目標速度を発生する目標速
度発生手段、第１のゲイン要素により上記駆動電流信号を加速度信号
に変換し、一次遅れ要素及び第２のゲイン要素により上
記加速度信号を速度信号に変換し、フィードバックゲイ
ン要素により上記加速度信号及び速度信号を上記トラッ
ク横断距離信号で修正し、修正された速度信号を上記光
スポットのトラック横断の推定速度信号として出力する
状態観測器、並びに上記目標速度と上記推定速度が一致するように駆動電流
により上記ヘッドアクチュエータを速度制御するヘッド
アクチュエータ駆動制御回路を備え、上記状態観測器の遮断周波数は、上記光学ヘッドまたは
上記ヘッドアクチュエータの機械共振周波数及び上記ト
ラック横断検知パルス信号の周波数より低く、かつ上記
光ディスクのトラック振れ基本波周波数より高いことを特徴とする光ディスク駆動装置。
【請求項２】上記光スポットが上記トラックに沿ってト
ラッキングしている間は上記状態観測器内に設けられた
上記一次遅れ要素をリセットしておくことを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載の光ディスク駆動装置。