JPH087958B2 - 情報再生装置 - Google Patents

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、磁気ディスクおよび磁気テープ
などのようにフレームあるいはブロックごとに記録デー
タを分割し、そのフレームあるいはブロックごとに同期
信号を付加して情報が記録された情報記録担体上の情報
トラックに再生ヘッドを追従させるための情報再生装置
に関する。

従来の技術 近年の半導体プロセス技術の進歩に伴い、高速演算が
可能なマイクロ・プロセッサやディジタル・シグナル・
プロセッサの発表が相次いでいる。これらプロセッサの
高速演算能力を利用して、ヘッドの位置決めなど高速な
応答を要求される制御分野にも従来のアナログ制御から
ディジタル制御へ移行する技術の流れを生み出してい
る。

このような位置決め制御（すなわち、再生ヘッドを情
報トラックに追従させる制御）をディジタル的に構成す
るために解決すべき技術的な課題の一つは、標本化率の
選定である。

一方、上記のような情報再生装置においては、得られ
る位置誤差信号は再生情報信号の混変調された雑音が混
入している。この雑音は、通常のアナログ制御において
も位置決め精度の劣化を生じる原因となるが、ディジタ
ル制御の場合には、標本化によって折り返されて制御帯
域内に侵入する場合には、アナログ制御以上の位置決め
精度の劣化を生じる。したがって、この雑音を除去する
ために、アナログ回路による低域通過フィルタを誤差検
出器の後段に挿入し、上記の折り返し現象を防止するこ
とが一般的である（例えば、特開昭62-102431号公
報）。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、上記のアナログ低域通過フィルタの次
数は、２次以上とする必要がある。一方、制御方法が一
般の比例・積分・微分コントローラ（PIDコントロー
ラ）である場合には、このコントローラの次数は、０次
もしくは１次である。すなわち、アナログ制御に比べて
ディジタル制御では、雑音除去のためだけに本来の制御
精度を決定するコントローラよりも高い次数のフィルタ
を更に追加する必要が発生するという問題点がある。

また、このアナログ・フィルタは、上記のディジタル
制御を大規模集積回路（LSI）化した場合には、LSIの外
付け部品として残るため、制御回路全体の小型化やコス
ト・ダウンの障害となるという問題点がある。

本発明は上記問題点に鑑み、外付けアナログ部品の規
模を抑えることにより、小型化容易かつ低廉な情報再生
装置を提供するものである。

課題を解決するための手段 上記問題点を解決するために本発明の情報再生装置
は、基準同期信号とこの基準同期信号の周波数に対して
非整数倍の周波数を有する標本化信号を出力する基準信
号発生手段と、ブロック単位に分割された情報とこのブ
ロック単位を識別するための同期信号が情報トラック上
に記録された情報記録担体と、この情報トラックから再
生信号を得る再生ヘッドと、この再生信号から情報信号
を再生して再生同期信号を抽出する情報再生手段と、上
記基準同期信号の周波数と上記再生同期信号の周波数が
一致するように上記情報記録担体と上記再生ヘッドの間
の相対的走査速度を一定の値に保つ情報記録担体制御手
段と、上記再生信号から上記再生ヘッドと上記情報トラ
ックの間の相対的位置誤差を検知する位置誤差検知手段
と、この位置誤差検知手段の出力を上記標本化信号に応
じて標本化する位置誤差標本化手段と、この位置誤差標
本化手段の出力を演算処理して操作信号を得る位置制御
手段と、この操作信号に応じて上記再生ヘッドの位置を
補正する再生ヘッド駆動手段を具備するという構成を備
えたものである。

作用 本発明は上記した構成により、位置誤差信号に含まれ
る再生情報信号の雑音スペクトルの間に標本化周波数を
設定されるため、この雑音スペクトルが制御帯域内に折
り返されることがなくなる。したがって、この雑音スペ
クトルは、ディジタル・フィルタによって、容易に除去
できるものである。

また、外付けのアナログ・フィルタが必要な場合で
も、アナログ・フィルタの次数を小さくすることができ
るため、外付け部品を減少もしくは削除することができ
るものである。

実施例 以下本発明の一実施例の情報再生装置について、図面
を参照しながら説明する。

第１図は、本発明の情報再生装置の一実施例を示すブ
ロック図である。

第１図において、１は円板状の情報記録担体（以下単
にディスクと略す）であり、符号化された情報信号が記
録されている。この情報は、ディスク作成時に一定のデ
ータ個数を１つのブロックにまとめ、このブロック単位
を区別するための同期信号がこのブロック単位の先頭に
付加されている。この情報信号は、ディスク１上に形成
された情報トラック1aに記録されている。例えば、NTSC
方式のビデオ信号であれば水平同期信号（15.734KHz）
であり、CDフォーマットの音声情報であれば、フレーム
同期信号（7.35KHz）を指す。

再生ヘッド２は、この情報トラック1aから再生信号2a
を読み出し、情報再生手段３に送る。この再生信号2a
は、情報再生手段３において複号され、記録された情報
を抽出するとともに予め記録された同期信号を分離し、
再生同期信号3aとして出力する。この再生同期信号3a
は、情報記録担体制御手段５において基準信号発生手段
４の出力する基準同期信号4aと位相比較され、位相補償
などのフィルタリング処理を施されたうえで回転制御信
号5aとして出力する。この回転制御信号5aに応じて再生
同期信号3aと基準同期信号4aの周波数が一致するように
ディスク駆動モータ６の回転数は変化する。

これらディスク１、再生ヘッド２、情報再生手段３、
情報記録担体制御手段５およびディスク駆動モータ６か
らなる一連のループは、ディスク１の位相制御ループを
構成している。この一連のループによって、再生ヘッド
２が情報トラック1aを走査する速度をディスクに情報が
記録された時の速度と一致させる。以上の動作原理につ
いては、既に公知であるのでこれ以上の詳しい説明は省
略する。

一方、再生信号2aは、位置誤差検知手段７にも送ら
れ、再生ヘッド２と情報トラックの間の相対的な位置誤
差を検出し、位置誤差信号7aとして出力される。ここ
で、この位置誤差とは、情報トラックと再生ヘッドの間
の径方向の誤差であり、いわゆるトラッキング誤差を意
味する。また、光ディスクの場合には、再生ヘッドを構
成する対物レンズと情報トラックの間の焦点距離の誤差
を含むものである。これら位置誤差の検出方法は、たと
えば光ディスクのトラッキング制御であれば３ビーム法
やファーフィールド法など、またフォーカス制御であれ
ばアスティグマ法やフーコー法などの種々の方法が提案
されており、これらの方式はいずれも公知であるので詳
しい説明は省略する。

さて、この位置誤差信号は、位置誤差標本化手段８に
おいて数値化され、位置誤差データ8aとして位置制御手
段９に送られる。位置制御手段９はこの位置誤差データ
を比例・積分・微分演算（PID演算）を施して位置操作
データ9aとして出力される。再生ヘッド駆動手段10は、
この位置操作データ9aを電流に変換し、再生ヘッド２の
位置誤差を補正する。これら再生ヘッド２、位置誤差検
知手段７、位置誤差標本化手段８、位置制御手段９およ
び再生ヘッド駆動手段10から成る一連のループは、再生
ヘッド２の位置決め制御ループを構成している。この位
置決め制御ループの応答周波数（すなわち制御帯域fw）
は、1KHz以下に設計されることが一般的である。例え
ば、CDプレーヤであればfwは、500Hzから800Hzに設計さ
れる。

さて、この位置決め制御ループにおいて、位置誤差信
号7aは、位置誤差を表す成分以外に、第２図（ａ）に示
すような周波数スペクトルを有している雑音を含んでい
ることを、発明者らは実験的に確認した。第２図（ａ）
において、これら周波数スペクトルS₁,S₂,……,Snは、
再生同期信号2aの周波数の整数倍の周波数fnを持つスペ
クトルである。ここにf₁＝f₀,f₂＝2f₀,……,fn＝nf₀で
あり、ｎは自然数を表し、f₀は再生同期信号の周波数を
表す。

ところで、標本化周波数fsによってこの周波数fnを標
本化すると、この折り返し雑音のスペクトルの周波数f
n′は、 fn′＝fn（mod fs/2） ……（１） で与えられる。ここに、Ｃ＝Ａ（mod B）は、Ａ＝ｎ・
Ｂ＋Ｃなる関係のＣを表すものと定義する。また、ｎは
０もしくは自然数を指す。標本化によって、このような
（１）式の関係が成立することを発明者らは、実験的に
見いだした。いま、一例として fs＝f₀（2m＋１）/2（ｍは自然数） ……（２） に設定すると、最も低い周波数を持つ雑音の折り返しス
ペクトルは、Sm＋１（周波数（ｍ＋１）f₀）が折り返さ
れた雑音のスペクトル周波数であり、以下のように計算
できる。

（ｍ＋１）・fo＝２・（fo・（2m＋１）/4）＋fo/2 ＝２・（fs/2）＋fo/2 なる関係が成立し、（１）式より折り返し雑音の最低周
波数は、fo/2であることが明らかとなる。

したがって、折り返し雑音の周波数帯域は、 fn′≧fo/2 ……（３） なる関係を満足する。ここで、例えばCDプレーヤにおい
ては、fo＝7350Hzであるから、 fn′≧3675 Hz ≧fw（500〜800Hz） となり、図２（ｂ）に示すように先述の制御帯域fwの範
囲外に折り返し雑音のスペクトルをもっていくことがで
きる。

したがって、この標本化後の雑音スペクトルは、第２
図（ｂ）のように表せる。この折り返しスペクトルは、
ディジタル・フィルタによって容易に除去することが可
能である。

第３図は、そのようなディジタルフィルタの一構成例
とその接続関係を表すブロック図である。

第３図において、31および32は遅延要素であり、シフ
ト・レジスタや書込可能記憶素子（RAM）で構成され
る。また、33および34は加算器、35,36,37および38は係
数器であり、例えば乗算器と係数ROM（読出専用記憶素
子）で構成される。

A/D変換器30は位置誤差信号7aを数値化し、ディジタ
ル・フィルタ8bに出力する。A/D変換器30およびディジ
タル・フィルタ8bは、第１図における位置誤差標本化手
段を構成している。このディジタル・フィルタ8bは、上
記の折り返し雑音を抑圧する低域通過フィルタを構成
し、このディジタル・フィルタ8bの伝達関数Ｆ（ｚ）
は、次式で与えられる。

Ｆ（ｚ）＝（１＋cz^-1＋dz^-2） ／（１＋az^-1＋bz^-2） ……（４） ここで、a,b,cおよびｄは、それぞれ係数器35,36,37
および38の値である。これらの値は、モデルとなるアナ
ログ・フィルタをｚ変換を用いて設計すことにより容易
に実現できる。このアナログ・フィルタの遮断周波数fc
は、 fw＜fc＜fo/2 ……（５） を満足するように設計すればよい。またアナログ・フィ
ルタからディジタル・フィルタを設計する手法として
は、双一次変換、前進差分近似あるいは後進差分近似を
用いてもよい。また、以上の説明ではハードウェア回路
として説明したが、このディジタル・フィルタはプロセ
ッサ上にソフトウェアで構成してもよい。

第４図は、第１図の実施例におけるこのディジタル・
フィルタの他の接続関係を示すブロック図である。

第４図において、主制御回路9bは位置誤差データ8aに
積分補償および位相補償などの演算を施したうえでディ
ジタル・フィルタ9cに出力する。ディジタル・フィルタ
9cは、第３図におけるディジタル・フィルタ8bと同一で
あるので、ここで繰り返して説明することはしない。以
上の主制御回路9bおよびディジタル・フィルタ9cは第１
図の実施例における位置制御手段９を構成する。再生ヘ
ッド駆動手段10は、ディジタル・フィルタ9cの出力をD/
A変換あるいはPWM変換し、再生ヘッドの位置誤差を補正
する位置補正信号10aを出力する。その他の動作は、第
１図の実施例と同一であるので、詳しい説明は省略す
る。

さて、基準信号発生手段は、単一の発振源からの周波
数信号を用いて容易に実現できる。

第５図は、本発明における基準信号発生手段の一構成
例を示すブロック図である。

第５図において、主発振源41は、（2m＋１）kf₀なる
周波数で発振する水晶発振器であり、第１の分周器42は
この主発振周波数信号fckを（2m＋１）ｋ分周して基準
同期信号4aを発生し、第２の分周器43はこの主発振周波
数信号fckを2k分周して標本化信号4bを発生する。

これにより、基準同期信号4aと標本化信号4bは、非整
数倍の関係を持ち、かつ単一の主発振周波数信号fckよ
りこの両信号を作ることができる。したがって、基準同
期信号および標本化信号を作成するために独立した発振
源を設ける必要がないため低廉化が容易となる。

本実施例では、基準同期信号の周波数f₀と標本化信号
fsの周波数の関係を（2m＋１）:2としたが、この関係は
（2m＋１）:3であってもよいし、さらに一般的に fs（mod f₀）≠０ なる関係が成立すれば、同様の効果を得ることができ
る。

また、以上の説明では、位置誤差標本化手段の前段に
折り返し防止フィルタを設けない例について述べたが、
例えば低レベルの白色性雑音が混入する場合には、fs/2
以上のこの白色性雑音を除去するために簡単な１次程度
のアナログ低域通過フィルタを位置誤差標本化手段を構
成するA/D変換器の前段に挿入すればよい。

その他、この発明は上記実施例に限定されるものでは
なく、要旨を変えない範囲で種々変形実施可能なことは
無論である。

発明の効果 以上のように本発明によれば、再生同期信号の周波数
と非整数倍の関係を有する周波数で位置誤差信号を標本
化するため、位置誤差信号に含まれる再生情報信号の雑
音スペクトルの間に標本化周波数が設定されるため、こ
の雑音スペクトルが制御帯域内に折り返されることがな
くなる。したがって、この雑音スペクトルはディジタル
・フィルタによって容易に除去できるため、アナログ・
フィルタの次数を小さくできるという利点がある。ま
た、これに伴い外付け部品を削減もしくは減少すること
ができる。

したがって、外付けアナログ部品の規模を抑えること
により、小型化容易かつ低廉な情報再生装置を構成でき
るという優れた効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における情報再生装置のブロ
ック図、第２図は再生信号に含まれる雑音スペクトルを
示す波形図、第３図は第１図の実施例におけるディジタ
ル・フィルタの一構成例とその接続関係を表すブロック
図、第４図はディジタル・フィルタの他の接続関係を示
すブロック図、第５図は基準信号発生手段の一構成例を
示すブロック図である。 １……情報記録担体、２……再生ヘッド、３……情報再
生手段、４……基準信号発接手段、５……情報記録担体
制御手段、７……位置誤差検知手段、８……位置誤差標
本化手段、９……位置制御手段、10……再生ヘッド駆動
手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基準同期信号とこの基準同期信号の周波数
   に対して非整数倍の周波数を有する標本化信号を出力す
   る基準信号発生手段と、ブロック単位に分割された情報
   とこのブロック単位を識別するための同期信号が情報ト
   ラック上に記録された情報記録担体と、この情報トラッ
   クから再生信号を得る再生ヘッドと、この再生信号から
   情報信号を再生して再生同期信号を抽出する情報再生手
   段と、上記基準同期信号の周波数と上記再生同期信号の
   周波数が一致するように上記情報記録担体と上記再生ヘ
   ッドの間の相対的走査速度を一定の値に保つ情報記録担
   体制御手段と、上記再生信号から上記再生ヘッドと上記
   情報トラックの間の相対的位置誤差を検知する位置誤差
   検知手段と、この位置誤差検知手段の出力を上記標本化
   信号に応じて標本化する位置誤差標本化手段と、この位
   置誤差標本化手段の出力を演算処理して操作信号を得る
   位置制御手段と、この操作信号に応じて上記再生ヘッド
   の位置を補正する再生ヘッド駆動手段を具備することを
   特徴とする情報再生装置。