(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
記憶媒体を少なくとも読み取るヘッドを搭載し、前記ヘッドを前記記憶媒体のトラック位置に駆動するアクチュエータと、
前記ヘッドの読み取り出力から前記トラックに対する位置誤差を検出する検出回路と、
前記位置誤差に応じて、前記ヘッドが前記トラックに追従するよう前記アクチュエータを制御するサーボ制御部とを有し、
前記サーボ制御部は、
前記サーボ制御部によるトラッキングサーボ系の開ループ特性が、位相交差周波数ｆ６より高く、前記アクチュエータの高次共振周波数ｆ９よりも低い周波数領域において位相が（−１８０＋３６０×Ｎ）°となる周波数で、ゲインが０ｄＢ以上とならない範囲において、前記位相交差周波数ｆ６の開ループゲインより高いゲインを持つように、ゲインを増大するデジタルフィルタを有し、
前記デジタルフィルタは、
前記トラッキングサーボ系の開ループ特性が、位相交差周波数ｆ６より高く、前記アクチュエータの高次周波数ｆ９よりも低く、且つ位相が−１８０°以下、−５４０°以上となる周波数領域で、前記位相交差周波数ｆ６の開ループゲインより高いゲインを持つように、ゲインを増大するフィルタであることを
特徴とする記憶装置。
【請求項２】
前記デジタルフィルタは、
前記周波数領域で前記開ループゲインが０ｄＢ以上に、前記ゲインを増大するフィルタであることを
特徴とする請求項１の記憶装置。
【請求項３】
記憶媒体から情報を少なくとも読み取るヘッドを前記記憶媒体のトラックに追従させるアクチュエータを制御するトラッキング制御方法において、
前記ヘッドの読み取り出力から前記トラックに対する位置誤差を検出するステップと、
前記位置誤差に応じて、前記ヘッドが前記トラックに追従するよう前記アクチュエータを制御するサーボ制御ステップとを有し、
前記サーボ制御ステップは、
前記サーボ制御ステップによるトラッキングサーボ系の開ループ特性が、位相交差周波数ｆ６より高く、前記アクチュエータの高次共振周波数ｆ９よりも低い周波数領域において位相が（−１８０＋３６０×Ｎ）°となる周波数で、ゲインが０ｄＢ以上とならない範囲において、前記位相交差周波数ｆ６の開ループゲインより高いゲインを持つように、ゲインを増大するデジタルフィルタ処理ステップを有し、
前記デジタルフィルタ処理ステップは、
前記トラッキングサーボ系の開ループ特性が、位相交差周波数ｆ６より高く、前記アクチュエータの高次周波数ｆ９よりも低く、且つ位相が−１８０°以下、−５４０°以上となる周波数領域で、前記位相交差周波数ｆ６の開ループゲインより高いゲインを持つように、ゲインを増大するステップであることを
特徴とするトラッキング制御方法。
【請求項４】
記憶媒体を少なくとも読み取るヘッドを前記記憶媒体のトラックに追従させるアクチュエータを制御するトラッキング制御装置において、
前記ヘッドの読み取り出力から前記トラックに対する位置誤差を検出する検出回路と、
前記位置誤差に応じて、前記ヘッドが前記トラックに追従するよう前記アクチュエータを制御するサーボ制御部とを有し、
前記サーボ制御部は、
前記サーボ制御部によるトラッキングサーボ系の開ループ特性が、位相交差周波数ｆ６より高く、前記アクチュエータの高次共振周波数ｆ９よりも低い周波数領域において位相が（−１８０＋３６０×Ｎ）°となる周波数で、ゲインが０ｄＢ以上とならない範囲において、前記位相交差周波数ｆ６の開ループゲインより高いゲインを持つように、ゲインを増大するデジタルフィルタを有し、
前記デジタルフィルタは、
前記トラッキングサーボ系の開ループ特性が、位相交差周波数ｆ６より高く、前記アクチュエータの高次周波数ｆ９よりも低く、且つ位相が−１８０°以下、−５４０°以上となる周波数領域で、前記位相交差周波数ｆ６の開ループゲインより高いゲインを持つように、ゲインを増大するフィルタであることを
特徴とするトラッキング制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、記憶媒体に対して情報の再生／記録再生を行う記憶装置、トラッキング制御方法及びそのトラッキング制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ディスク装置や磁気ディスク装置などの記憶装置では、読み取りヘッドと目標トラックとの相対位置を検出し、その位置信号をアナログまたはデジタルの制御装置を介してヘッド駆動装置へ入力することで、トラックの位置変動に対して自動的にヘッドを追従させる方法、トラッキング制御方法がとられている。
【０００３】
このデイスク装置では、記憶装置の低価格化が進み、部品点数および製造工程を可能な限り減らすことが要求されている。そのため、ヘッド駆動装置の構成として、精アクチュエータと粗アクチュエータとを分離しない、精粗一体型の駆動装置が頻繁に用いられるようになっている。
【０００４】
例えば、光ディスク装置のトラッキング制御系において低コスト化を実現するには、光学ヘッドのトラッキング制御とアクセス制御を同一のコイルの推力により行う方法が有効である。すなわち、精アクチュエータ（トラッキング制御用で可動範囲が狭いもの）と粗アクチュエータ（アクセス制御用で可動範囲が広いもの）とを別個に設けるのではなく、一つのアクチュエータで精粗一体に駆動を行うような構成を用いることにより、装置コストの低減を図ることができる。このような一つのアクチュエータによりトラッキング制御とアクセス制御とを可能にした装置の構成例は、特開昭６３−２２４０３７号公報等に開示されている。
【０００５】
しかし、精粗一体型駆動装置を採用することによって、ヘッドの高次共振に対するロバスト性と、低周波数領域における媒体の偏心振動に対する追従性を、一つのフィードバック制御装置のみで達成することが必要になる。
【０００６】
一般のフィードバック制御器の構成では、この二つの要求を同時に達成することは難しい。高次共振に対するロバスト安定性を保つために高周波数領域でのゲインを下げた場合、ゲイン交差周波数付近の位相が遅れることになり、十分に制御帯域を上げることができないためである。
【０００７】
また、フィードバック制御装置には、ＤＳＰなどのプロセッサを利用するデジタルフィルタがよく用いられる。その場合、デジタルフィルタは、あるサンプリング時間Tsごとにしか計算することができないため、トラッキング制御系にTs／2の遅れ時間が発生する。この遅れ時間による位相の遅れも制御帯域を上げることのできない一因となっている。
【０００８】
即ち、前記のような精粗両方の駆動制御が可能なアクチュエータは、一般に高次共振周波数を高くするのが困難であるため、トラッキング制御のゲインを上げられず（ゲイン交差周波数を高くできず）、高速のディスク回転に対応することが難しい。
【０００９】
この高次共振の影響を避けるには、アクチュエータの高次共振周波数の付近にツインＴフィルタ（ノッチフィルタ）を挿入する構成を用いる等の方法が考えられる。しかし、ディップ周波数の低い（ゲイン交差周波数に近い）ツインＴフィルタを制御するループ内に挿入すると、ツインＴフィルタによるゲイン交差周波数での位相遅れが大きく発生し、位相余裕が減少するという問題点が生じる。
【００１０】
この問題点を解決する一方法としては、特開平５−４７１２５号公報記載の方法が挙げられる。すなわち、サーボループ中に外部から適当な信号を入力し、その信号に対するサーボ系の応答から共振周波数を求めて、この周波数でゲインが最小となるようにノッチフィルタを構成するものである。この方法は、共振周波数に初期的なばらつきや温度変化等があってもノッチフィルタの特性を合わせることができるため、帯域の狭い、Ｑの大きなノッチフィルタを使うことができ、サーボループのゲイン交点付近での位相遅れが発生しにくいという利点がある。
【００１１】
しかしながら、一般にアクチュエータは複数の共振モードを持っているため、前述した従来の提案のように、印加した信号に対する応答から問題となる高次共振の周波数を正しく測定するのは非常に困難である。
【００１２】
特に狭帯域のノッチフィルタを用いる場合にはわずかな周波数の違いで減衰特性が大きく異なるため、測定の誤差はそのままサーボ特性の悪化につながり、確実に高次共振の影響をなくすことは困難である。また、高次共振周波数の測定を行うためには高価なハードウエア、あるいは複雑なソフトウェアが新たに必要となり、コスト的にも不利である。
【００１３】
この従来技術における問題である、アクチュエータの高次共振周波数がゲイン交点周波数に近く、ノッチフィルタのディップ周波数とゲイン交点周波数を近づけざるを得ない場合においても、Ｑの小さな帯域の広いノッチフィルタの挿入を可能として高次共振周波数の変化に対応できるサーボ系を実現するため、次の従来の提案がなされている（例えば、特開平９−４４８６３号公報）。
【００１４】
即ち、位相進み補償回路とノッチフィルタを介してサーボエラー信号をアクチュエータに帰還し制御ループを形成する制御系において、位相進み補償回路の高域側の折点周波数（極周波数）を、ノッチフィルタのゲインが極小となる周波数（ディップ周波数）よりも高く設定したものである。これにより、制御ループの位相余裕及びゲイン余裕を確保でき、複雑なハードウェアやソフトウェアなしに、高次共振周波数の変化があっても常に安定なサーボ系を実現することが可能となる。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
光ディスク装置などのストレージ製品は、大容量化と低価格化を追求せねばならない。そのため、現行のディスク装置では、正確にデータを読み書きするためにヘッドの位置決め制度を数十ｎｍと高精度にする必要があること、サーボ制御系を構成するデジタルフィルタのサンプリング周波数をなるべく低く抑えることで、安価なＤＳＰを使用し、コストを抑える必要があること、の2つの矛盾する要求を満たす必要がある。
【００１６】
特に、サンプリング周波数を低く抑えることで、デジタルフィルタの無駄時間が増加し、制御系の位相条件が厳しくなることが帯域の向上を妨げる原因となっていた。
【００１７】
従来の特開平9-44863等のトラッキング制御方法は、ノッチフィルタのディップ周波数（ゲインが極小となる周波数）よりも高い位置に位相進み補償の極の折点周波数を配置することによって、フィードバック制御系に必要な位相を確保する方法である。しかし、この方法で十分な位相余裕を得るためには、従来よりも高い周波数領域に位相進み補償の極を設定する必要があるため、デジタルフィルタのサンプリング周波数を高くする必要があるため、高速なＤＳＰ等のデジタル回路が必要であり、コストの増加を招くという問題がある。
【００１８】
従って、本発明の目的は、サンプリング周波数を高くしなくても、高周波数領域での位相余裕を充分えて、制御帯域を広くするための記憶装置、トラッキング制御方法及びトラッキング制御装置を提供することにある。
【００１９】
又、本発明の他の目的は、高精度なトラッキング制御を、安価なデジタル回路を用いて実現するための記憶装置、トラッキング制御方法及びトラッキング制御装置を提供することにある。
【００２０】
更に、本発明の他の目的は、デジタルフィルタの特性を変化させるだけで、容易に、高精度なトラッキング制御を、安価なデジタル回路を用いて実現するための記憶装置、トラッキング制御方法及びトラッキング制御装置を提供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、サーボ制御系の開ループ特性の位相交差周波数ｆ６およびキャリッジの共振周波数ｆ９の間にある周波数領域において、位相が（−180＋360×Ｎ）°となる点でゲインが0dB以上にならない範囲で、ｆ６におけるゲイン余裕よりも高い位置までゲインを増大させることにより、ゲイン交差周波数での位相を進め、制御帯域を向上させるものである。
【００２２】
又、本発明では、位相交差周波数ｆ６とｆ９との間の領域で、なおかつ開ループ伝達関数の位相が−540°以上−180°以下となる周波数領域内に、減衰係数が1以下となる2次の極を持ち、その極の周波数における開ループ伝達関数のゲインを周波数ｆ６における開ループゲインよりも高い位置まで増大させるようなデジタルフィルタを用いてフィードバック制御装置を構成することにより、従来の制御装置と同程度の安定性を保ったままゲイン交差周波数での位相を進め、制御帯域を向上させることを可能とする。
【００２３】
更に、本発明では、デジタルフィルタの極の周波数における開ループ伝達関数のゲインを0dBよりも高い位置まで増大させることにより、従来の制御装置と同程度の安定性を保ったままゲイン交差周波数での位相を進め、制御帯域を向上させることを可能とする。
【００２４】
制御器の設計の際に一般に用いられるBode線図による安定判別では、位相が−180°以下でかつゲインが0dBに接近あるいは0dB以上になる場合について、ふつう安定判別を行うことが困難である。しかし実際は、開ループ特性の位相が−180°以下であっても、−180°から−540°の範囲でならばゲインの上昇によって制御系が不安定になることはない。ただし、−180°、−540°、−900°、・・・（−180＋360×Ｎ）°の地点でゲインが0dB以上になると不安定になる。
【００２５】
また、一般にヘッドの持つ高次共振はその周波数やＱ値が個々の製品でばらつくことが多いため、高次共振付近の開ループゲインが0dBに接近あるいは0dB以上となるように制御器を設計した場合、製品化の際に歩留りが悪化する危険が大きい。しかし、デジタルフィルタは製品のばらつきないし時間の経過によってその伝達特性が変化することがないため、歩留り悪化には影響しない。
【００２６】
以上の理由により、本発明のフィードバック制御装置のようにデジタルフィルタによって故意にゲインを盛り上げた場合、安定性を十分に保ちつつ、ゲインの上昇による位相の進みを得ることが可能となり、結果的に制御帯域を向上させることができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を、トラッキング制御システム、デジタルフィルタ、他の実施の形態の順で説明する。
［トラッキング制御システム］
図１は，本発明の一実施形態に係る光ディスク装置のトラッキング制御系の構成を示すブロック図、図２は、そのサーボ制御部（デジタルフィルタ）の構成図である。ここでは、本実施形態の説明に直接関係のない部分、例えば、再生信号の処理回路、ホストコンピュータとのインターフェイス回路、あるいはフォーカス制御回路といったものは省略している。
【００２８】
図１に示すように、光ディスク装置は、情報を記録するための情報トラックが設けられた光ディスク１を装着し、光ディスク１を回転駆動するスピンドルモータ２を備える。又、光デイスク装置は、光ディスク１に対して情報の記録、再生を行うための光学ヘッドの構成要素として、光ディスク１の情報トラック上に光ビーム４を照射するための対物レンズ３と、対物レンズ３を光軸方向（図の上下方向、フォーカシング方向）に駆動するフォーカス可動手段としてのフォーカスアクチュエータ６と、対物レンズ３及びフォーカスアクチュエータ６等を搭載し前記光ディスク１の半径方向に移動可能なキャリッジ（アクチュエータ）５と、光源となるレーザダイオードやフォトディテクタを含む光学系７とを備えている。
【００２９】
また、本実施形態のトラッキング制御回路１３は、フォトディテクタの出力電流を増幅するヘッドアンプ８と、フォトディテクタの出力よりトラッキングエラー信号を検出するトラッキングエラー信号検出回路（ＴＥＳ検出回路）９と、トラッキング制御系を安定化するため、ＴＥＳの高周波数成分を除去するローパスフィルタ（アンチエイリアシングフィルタ）１０と、トラッキングエラー信号からサーボ制御信号を生成するデジタルフィルタ（サーボ制御部）１１と、デジタルフィルタ１１の出力信号に基づき、前記キャリッジ５を駆動するためのコイルに駆動電流を供給するトラッキングアクチュエータドライバ１２と、を有している。
【００３０】
このキャリッジ５は、トラッキングアクチュエータドライバ１２から供給される駆動電流ＩＴＲにより、光ディスク１上の情報トラックを横切る方向（図の左右方向、トラッキング方向）に、光ビーム４がすべての情報トラックを照射可能なように対物レンズ３及びフォーカスアクチュエータ６と共に移動することができる。例えば、ボイスコイルモータを有する。
【００３１】
このキャリッジ５の構成では、例えば、フォーカスアクチュエータ６は、対物レンズ３を固定するためのホルダと、対物レンズ３をフォーカシング方向に可動に、かつトラッキング方向に略固定に支持する板バネと、対物レンズ３を駆動するためのフォーカスコイルとから構成される。そして、キャリッジ５は、前記フォーカスアクチュエータ６を上部に搭載し、両側部にキャリッジを駆動するためのキャリッジ駆動手段としてトラッキングコイルを設けている。
【００３２】
このような構成のキャリッジ５を、キャリッジ５に沿い、ガイド軸、磁気回路とともに組み付けて光学ヘッドを構成することにより、フォーカスコイルへの通電によりフォーカスアクチュエータ６をフォーカシング方向に駆動でき、また、トラッキングコイルへの通電によりキャリッジ５をトラッキング方向に駆動することができる。キャリッジ５の駆動により光ビーム４もトラッキング方向に駆動されるので、これらによりトラッキングアクチュエータが構成されることになる。
【００３３】
又、図２に示すように、デジタルフィルタ（サーボ制御部）１１は、アナログのトラックエラー信号ＴＥＳをデジタル値に変換するＡＤコンバータ２０と、このデジタル値を信号処理するＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）２１と、ＤＳＰ２１のデジタル駆動電圧をアナログ駆動電圧に変換するＤＡコンバータ２２とから構成されている。
【００３４】
次に、このように構成したトラッキング制御系の動作を説明する。まず、図示しないモータ制御回路によりスピンドルモータ２を所定の速度で回転させ、また図示しないレーザ制御回路の駆動制御により光学系７に含まれるレーザダイオードを所定出力で発光させる。
【００３５】
続いて、図示しないフォーカス制御回路によりフォーカスアクチュエータ６を駆動制御し、光ビーム４が光ディスク１の情報トラックに対して焦点を結ぶように対物レンズ３のフォーカシング方向の位置制御を行う。この光ビーム４の光ディスク１からの反射光は、光学系７のフォトディテクタで受光され、ヘッドアンプ８により増幅されてトラッキングエラー信号検出回路９へ出力される。
【００３６】
この状態で、トラッキングエラー信号検出回路９は、前記フォトディテクタの出力に基づき、光ビーム４が情報トラックの中心からどれだけずれた位置を照射しているかを示す、トラッキングエラー信号ＴＥＳを生成する。通常、トラッキングエラー信号は、情報トラックの中央とトラック間のほぼ中間点とでゼロレベルとなり、光ビームの変位に対して正弦波状に変化する信号となる。
【００３７】
トラッキングエラー信号検出回路９の出力のトラッキングエラー信号は、ローパスフィルタ１０で高周波数成分（ノイズ成分）が除去された後、デジタルフィルタ１１でフィルタ処理され、トラッキングアクチュエータドライバ１２より駆動電流ＩＴＲとしてキャリッジ５に負帰還される。この駆動電流ＩＴＲにより、キャリッジ５はトラッキングエラー信号検出回路９により検出された光ビーム４の位置ずれを補正する方向に駆動される。
【００３８】
このように、トラッキングエラー信号をキャリッジを駆動するトラッキングコイルに帰還することにより、トラッキングエラー信号が零となるように光ビーム４のトラッキング方向位置が駆動され、光ビーム４が情報トラック中央に追従するようにするトラッキング制御が行われる。
【００３９】
次に、デジタルフィルタ１１の設定について、図３乃至図５により、説明する。図３は、キャリッジ（アクチュエータ）の周波数伝達特性図であり、図４は、デジタルフィルタの周波数伝達特性図、図５は、トラッキング制御系の開ループ周波数伝達特性図である。
【００４０】
ここでは、キャリッジ５を電流駆動した際の光ビーム４のトラッキング方向変位の周波数特性が、図３に示すように、１０ｋＨｚ付近の周波数ｆ９に共振点を持つ二次積分系であるとして説明する。この１０ｋＨｚ付近の共振は、キャリッジ５そのものの共振、あるいは、対物レンズ３を支持しているフォーカシング用の板バネのトラッキング方向（板バネの伸縮方向）の共振、といったものである。尚、図３の上図は、周波数ーゲイン特性図、下図は、周波数ー位相特性図である。
【００４１】
これに対し、図４のようなフィードバック系のデジタルフィルタ１１の周波数伝達特性を設定することにより、最終的に図５に示すようなトラッキング制御系のゲインと位相に関する一巡周波数特性（開ループ伝達特性）が得られる。
【００４２】
図５の開ループ特性図において、サーボ制御部（デジタルフィルタ）１１によるトラッキングサーボ系の開ループ特性が、最初にゲインがゼロとなる周波数（第１のゲイン交差周波数）ｆ５において、位相が−180°以上であり、ｆ５より高い第２の位相交差周波数（位相が−１８０°に交差する周波数）ｆ６おいて、ゲインが０ｄＢ以下となるような周波数伝達特性である。尚、図示しないｆ５より低い第１の位相交差周波数ｆ４においては、ゲインは、０ｄＢ以上である。
【００４３】
なおかつ、本発明では、ｆ６よりも高く、前記キャリッジ５のもつ高次共振周波数のうちｆ６に最も近い周波数ｆ９よりも低い周波数領域ｆ６〜ｆ９において、位相が（−180＋360×Ｎ）°となる点でゲインが０ｄB以上にならない範囲で、ｆ６における開ループゲインよりも高い位置までゲインを増大するようデジタルフィルタ１１を設定している。但し、Ｎ＝０、±１、±２……である。
【００４４】
このような構成のデジタルフィルタ１１は、図４に示すように、周波数ｆ６とｆ９との間の領域で，なおかつ開ループ伝達関数の位相が−５４０°以上−１８０°以下となる周波数領域内に、減衰係数が1以下となる2次の極を持ち、その極の周波数における開ループ伝達関数のゲインを周波数ｆ６における開ループゲインよりも高い位置まで増大させることにより、容易に実現できる。更に、その極の周波数における開ループ伝達関数のゲインを０ｄＢよりも高い位置まで増大させると更に良い。
【００４５】
即ち、デジタルフィルタ１１により、−１８０°〜−５４０°の位相の間で、一巡伝達関数のゲインを故意に盛り上げることにより、ゲインの増大による、位相の進みを得ることができ、制御帯域を向上する。しかも、ゲインを高くしても、−１８０°〜−５４０°の位相の範囲であれば、図７及び図８を用いた後述する理由により、安定性を損なうことがない。即ち、結果的に、制御帯域を、デジタルフィルタ１１の伝達特性により、向上でき、サンプリング周波数を高くする必要がない。
【００４６】
また、一般にヘッドの持つ高次共振は、その周波数やＱ値が個々の製品でばらつくことが多いため、高次共振付近の開ループゲインが0dBに接近あるいは0dB以上となるように制御器を設計した場合、製品化の際に歩留りが悪化する危険が大きい。しかし、デジタルフィルタは、製品のばらつきないし、時間の経過によってその伝達特性が変化することがないため、歩留り悪化には影響しない。
【００４７】
具体例で説明する。図５の開ループ特性において、ゲイン交差周波数ｆ５（２．３kHz）における位相余裕（−１８０°からの位相）は約３０°であり、また第二の位相交差周波数ｆ６（５．２kHz）におけるゲイン余裕は約5dBであるため、安定性には問題がないといえる。周波数ｆ９（１６．４kHz）の位置にヘッドの共振点があるが、ｆ６とｆ９の間に、本発明の特長である大きなゲインの盛り上がりが発生している。これは、図４に示すデジタルフィルタ１１の周波数１１kHzにおける極（減衰係数0.06）の作用によるものである。
【００４８】
この例では、特に周波数ｆ７からｆ８にかけてゲイン特性が０ｄBを超えている。しかし、ｆ７における位相が約−２５０°、ｆ８における位相が約−４１０°であり、その間位相が−１８０°または−５４０°にはならないため、フィードバック回路は安定である。
【００４９】
このようなデジタルフィルタ１１は、例えば、H∞制御理論によってオートマチックに設計できる。図４に示すデジタルフィルタ１１の伝達特性を連続系の伝達関数で表した場合、デジタルフィルタ１１のゼロ点と極は、下記の如くである。
【００５０】
0003642720.tif 000002
この内、ω＝１９ｋＨｚ，１６．５ｋHzに配置した４つのゼロ点は、減衰係数ζを極めて小さく（０．００１）してあり、ノッチフィルタの機能を果す。ω＝６５０Ｈｚのゼロ点と、ω＝１１kHzの３つの極が、ハイパスフィルタの機能を果す。この実施例では、ω＝１１kHzの２つの極の減衰定数ζを「０．０６」と従来の減衰係数「０．２５」より小さくしている。ゼロ点の場合、減衰係数を小さくすると、ゲインは小さくなるが、極の場合、減衰係数を小さくすると、ゲインが大きくなるため、ゲインの盛り上がりを形成することができる。
【００５１】
次に、本発明の効果を確認するため、ゲインの盛り上がりを除いた場合（極の減衰係数0.25）の開ループ伝達特性（図の細線）と、図５の本発明の開ループ伝達特性（図の太線）とを比較したものを図６に示す。
【００５２】
図６の細線に示すように、ゲインの盛り上がりを除いた場合はゲイン交差周波数ｆ５（＝２．５ｋＨｚ）での位相が5°程度減少するため、図６の太線のゲインの盛り上がりのある場合と同程度の位相余裕を得るためには制御帯域を下げる必要がある。つまり、本発明の効果により、安定性を確保したまま，制御帯域を向上できることがわかる。
【００５３】
次に、前述のように、図５のＢｏｄｅ線図において、位相が−１８０°以下の領域で、ゲインが０ｄＢを越えても、制御系が安定である理由について、図７及び図８により、説明する。
【００５４】
フィードバック制御器の設計において、一般に用いられるＢｏｄｅ線図による安定判別では、位相が−１８０°以下で且つゲインが０ｄＢに接近する或いは０ｄＢ以上になる場合では、安定判別を行うことは困難である。しかし、本発明者の研究によれば、位相が−１８０°、−５４０°、−９００°、・・・（−180＋360×Ｎ）°の地点でゲインが0dB以上になるとフィードバック系は不安定となるが、それ以外の位相では、ゲインが上昇したとしても、系は不安定にならないことを見出した。
【００５５】
この理由を説明するためには、Ｂｏｄｅ線図による安定判別よりも、ナイキスト線図を用いた安定判別を用いた方が直感的に理解しやすいため、図７及び図８のナイキスト線図により、説明する。
【００５６】
ナイキスト線図による安定判別は、水上憲夫著「自動制御」（朝倉書店刊）の７章４節（Ｐ．１５７〜１６７）など、多くの古典制御の教科書で一般的な理論として紹介されている。「自動制御」のP．１６４から、その判別方法を抜粋すると、一巡伝達関数のベクトル軌跡を、(周波数)ωが0から＋∞まで増加する向きにたどるとき、点（−１、ｊ０）をその左側に見れば安定であり、右側に見れば不安定であると判別される。つまり、図７の太線は安定であるが、細線は不安定であることになる。
【００５７】
図８は、図６で説明した従来例のゲインの盛り上がりのない一巡伝達関数を細線で、図６で説明した本発明のゲインの盛り上がりのある一巡伝達関数を太線で、ナイキスト線図で表したものである。図中のｆ５〜ｆ８は、前述の図５の周波数に対応している。
【００５８】
このナイキスト線図において、原点（０、ｊ０）を中心とした半径1の円(図８の点線)は、Ｂｏｄｅ線図のゲイン = ０ｄBに対応し、ナイキスト線図のｘ軸の正方向からの角度は、Ｂｏｄｅ線図の位相に対応している。つまり、ｙ軸の負方向は、（−９０＋３６０×Ｎ）°、ｘ軸の負方向は、（−１８０＋３６０×Ｎ）°、ｙ軸の正方向は、（−２７０＋３６０×Ｎ）°となる。そのため、前述の図５におけるゲイン交差周波数ｆ５，ｆ７，ｆ８は、ナイキスト線図上では半径1の円上の点になり、位相交差周波数ｆ６は、ｙ軸の負方向との交点となる。
【００５９】
したがって、前述したＢｏｄｅ線図における安定条件である、ゲインが０ｄBとなる周波数において、位相が−１８０°以上であり、且つ位相が−１８０°になる周波数において、ゲインが０ｄＢ以下である条件を満たせば、必然的にナイキスト線図上の軌跡は，点（−１、ｊ０）を左側に見ることになり、ナイキストの安定判別も満たすことになる。逆に、ナイキスト線図による安定条件を満たさない場合は、位相が（−１８０＋３６０×Ｎ）°の周波数において、ゲインが０ｄBを超える場合であることもわかる。
【００６０】
更に、このようにナイキスト線図の安定条件をもとにして考えた場合、図８の太線の本発明の場合のように、一旦−１８０°のラインを交差した後にゲインが上昇したとしても、次に負方向のｘ軸を交差する−５４０°までにもう一度ゲインを０ｄＢ以下まで減少させれば，すなわち、図８における半径1の円内に軌跡を戻せば、安定性には全く問題がないことがわかる。つまり、図５及び図６のゲインの盛り上がりを持つＢｏｄｅ線図に示すような一巡伝達関数でも、安定性が確保できるということになる。
【００６１】
このように、デジタルフィルタ１１により、−１８０°〜−５４０°の位相の間で、一巡伝達関数のゲインを故意に盛り上げることにより、ゲインの増大による、位相の進みを得ることができ、制御帯域を向上する。しかも、ゲインを高くしても、−１８０°〜−５４０°の位相の範囲であれば、前述の理由により、系の安定性を損なうことがない。即ち、結果的に、制御帯域を、デジタルフィルタ１１の伝達特性により、向上でき、サンプリング周波数を高くする必要がない。
【００６２】
つまり、本発明により、安定性を確保したまま制御帯域を向上できる。このため、サンプリング周波数の高いデジタルフィルタを設けることなく、サンプリング周波数の低いデジタルフィルタで、高精度のトラッキング制御を実現できる。これにより、高密度のデイスク装置を安価に提供できる。
【００６３】
前述の実施の形態では、デイスク装置を、光デイスク装置で説明した。この光デイスク装置は、光磁気デイスク装置、ＤＶＤ装置、ＣＤ装置等周知の光を使用する記憶装置を含む。又、磁気デイスク装置にも適用でき、記録／再生装置のみならず、再生専用装置にも適用できる。
【００６４】
［デジタルフィルタ］
次に、前述の伝達特性を実現するためのデジタルフィルタの構成例を説明する。図９は、図２のＤＳＰ２０のフィルタ処理の説明図である。
【００６５】
先ず、デジタルフィルタ１１のハード構成は、図２に示したように、ある一定のサンプリング時間Ｔごとに、Ａ／Dコンバータ２０が、アナログ信号のＴＥＳをデジタル信号に変換する。次に、ＤＳＰ（Digital    Signal  Processor）２１が、変換されたTESのデジタル信号をもとに駆動電圧を計算する。最後に駆動電圧をＤ／Ａコンバータ２２によってアナログ電圧信号に変換し、図１のアクチュエータドライバ１２に出力する。
【００６６】
デジタルフィルタ（ＤＳＰ２１）で行われる演算は、次の２式である。
ｙｄ［ｋ］＝Ｃ・ｘ［ｋ］＋Ｄ・ｕｄ［ｋ］  ・・・（１）
ｘ［ｋ＋１］＝Ａ・ｘ［ｋ］＋Ｂ・ｕｄ［ｋ］  ・・・（２）
ここで、ｕｄ［ｋ］はサンプリング時点ｋでの入力信号（この場合TES）、ｙｄ［ｋ］は出力信号（この場合駆動電圧）、ｘ［ｋ］は状態変数と呼ばれるＤＳＰ２１の内部変数、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは定数（行列）である。
【００６７】
図９にＤＳＰ２１の処理の流れを示す。まずＡ／Ｄコンバータ２０からの入力ｕｄ［ｋ］と、前回のサンプリング時点［ｋ−１］で計算した状態変数ｘ［ｋ］により(1)式を計算し、結果のｙｄ［ｋ］をＤ／Ａコンバータ２２へ出力する。次に、やはりｕｄ［ｋ］とｘ［ｋ］により(2)式を計算し、次回のサンプリング時点［ｋ＋１］での状態変数ｘ［ｋ＋１］を計算する。これをサンプリング時間Tごとに繰り返すことにより、ある周波数特性をもったデジタルフィルタを実現している。
【００６８】
図４に記載したコントローラ（デジタルフィルタ１１）の伝達特性を連続系の伝達関数で表した場合には、式（３）のようになる。
【００６９】
【数１】
0003642720.tif 000003
ここで、k = 11.22であり、
前述のように、ゼロ点を、ωn1=650Hz、ζn1=0.77、ωn2=16.5kHz、ζn2=0.001、ωn3=19kHz、ζn3=0.001で示し、
極を、ωd1=11kHz、ζd1=0.06、ωd2=20kHz、ζd2=0.25、ωd3=11kHzで定義する。
【００７０】
この（３）式の伝達関数を、デジタルフィルタで実現するためには、まず式（３）を連続系の状態方程式に書き直し、次にそれを離散系の状態方程式（前出の（１）、（２）式の形）に変換する。
【００７１】
伝達関数を連続系の状態方程式に変換する方法は、古田勝久ほか共著「メカニカルシステム制御」（オーム社刊）の2章に紹介されている。連続系の状態方程式を離散系の状態方程式に変換する方法は、同書の4章に紹介されている。また、ＭＡＴＬＡＢ（MathWorks社）などの市販CADソフトを用いることで、それぞれの変換は容易に実行することができる。
【００７２】
（３）式を離散系の状態方程式（１），（２）式に変換した場合、デジタルフィルタの伝達特性を決定する定数行列A、B、C、Dは、図１０に示すようになる。又、サンプリング周波数は、５５ｋＨｚである。
この実施例のように、入力信号が1つ、出力信号が1つ、次数が6次の伝達関数の場合は、Aは6行6列、Bは6行1列、Cは1行6列、Dは1行1列の行列となる。また、状態変数ｘ［ｋ］は6行1列の列ベクトルとなる。
【００７３】
これに対し、図６で、発明の効果を比較するための比較例としたゲインの盛り上がりのない場合の伝達関数は、（３）式の伝達関数のパラメータζd1を、0.06から0.25に変化させた場合の特性である。このような特性の変化は、（３）式の表現ではパラメータを1つ変えるだけだが、（１），（２）式のような状態方程式の表現では、A〜Dの行列のパラメータを多数変化させる必要がある。
【００７４】
この比較例のゲインの盛り上がりのない場合の定数行列を図１１のA'、B'、C'、D'として示す。前記のA〜Dと比較されたい。実際に、制御系を設計する際には、まず（３）式の形で設計をしてから、MATLABなどのCADによって（１）、（２）式の形に変換する方法が一般的であり、A〜Dの定数行列の成分を直接変更することはほとんどない。
【００７５】
［他の実施の形態］
上記実施形態においては、精アクチュエータと粗アクチュエータを兼用とし一体的に構成したアクチュエータを使用するものとしたが、これは、従来から用いられているような粗アクチュエータ上に精アクチュエータが設けられたタイプのものであっても、その高次共振周波数が制御系のゲイン交差周波数に対して比較的低い場合には同様に適用することができる。もちろん、トラッキングアクチュエータだけでなく、フォーカスアクチュエータなど、他のアクチュエータに適用することも可能である。
【００７６】
また、デジタルフィルタにおけるフィルタ処理は、ＤＳＰでなくても、他のデジタル回路によるフィルタでも良い。ただし、高速処理により、フィルタの精度を確保するため、ＤＳＰとすることが望ましい。
【００７７】
更に、デジタルフィルタを、位相進み補償、位相遅れ補償、ノッチフィルタの一体のもので説明したが、分離されたものでも良い。記憶媒体をデイスクで説明したが、カード等でもよい。
【００７８】
以上、本発明を一実施の形態により、説明したが、本発明の趣旨の範囲内において、種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００７９】
（付記１）記憶媒体を少なくとも読み取るヘッドを前記記憶媒体のトラック位置に駆動するアクチュエータと、前記ヘッドの読み取り出力から前記トラックに対する位置誤差を検出する検出回路と、前記位置誤差に応じて、前記ヘッドが前記トラックに追従するよう前記アクチュエータを制御するサーボ制御部とを有し、前記サーボ制御部は、前記サーボ制御部によるトラッキングサーボ系の開ループ特性が、位相交差周波数ｆ６より高く、前記キャリッジの高次共振周波数ｆ９よりも低い周波数領域において、位相が（−１８０＋３６０×Ｎ）°となる周波数でゲインが０ｄＢ以上とならない範囲において、前記位相交差周波数ｆ６の開ループゲインより高いゲインを持つように、ゲインを増大するデジタルフィルタを有することを特徴とする記憶装置。
【００８０】
（付記２）前記デジタルフィルタは、前記トラッキングサーボ系の開ループ特性が、位相交差周波数ｆ６より高く、前記キャリッジの高次共振周波数ｆ９よりも低く、且つ位相が−１８０以下、−５４０°以上となる周波数領域で、前記位相交差周波数ｆ６の開ループゲインより高いゲインを持つように、ゲインを増大するフィルタであることを特徴とする付記１の記憶装置。
【００８１】
（付記３）前記デジタルフィルタは、前記周波数領域で前記開ループゲインが０ｄＢ以上に、前記ゲインを増大するフィルタであることを特徴とする付記１の記憶装置。
【００８２】
（付記４）前記デジタルフィルタは、前記周波数領域で前記開ループゲインを増大するための極を有することを特徴とする付記１の記憶装置。
【００８３】
（付記５）前記デジタルフィルタは、所定のサンプリング周期で前記位置エラーをサンプルし、デジタルフィルタ処理するプロセッサからなることを特徴とする付記１の記憶装置。
【００８４】
（付記６）記憶媒体の情報を少なくとも読み取るヘッドを前記記憶媒体のトラック位置に駆動するアクチュエータを制御するトラッキング制御方法において、前記ヘッドの読み取り出力から前記トラックに対する位置誤差を検出するステップと、前記位置誤差に応じて、前記ヘッドが前記トラックに追従するよう前記アクチュエータを制御するサーボ制御ステップとを有し、前記サーボ制御ステップは、前記サーボ制御ステップによるトラッキングサーボ系の開ループ特性が、位相交差周波数ｆ６より高く、前記キャリッジの高次共振周波数ｆ９よりも低い周波数領域において、位相が（−１８０＋３６０×Ｎ）°となる周波数でゲインが０ｄＢ以上とならない範囲において、前記位相交差周波数ｆ６の開ループゲインより高いゲインを持つように、ゲインを増大するデジタルフィルタ処理ステップを有することを特徴とするトラッキング制御方法。
【００８５】
（付記７）前記デジタルフィルタ処理ステップは、前記トラッキングサーボ系の開ループ特性が、位相交差周波数ｆ６より高く、前記キャリッジの高次共振周波数ｆ９よりも低く、且つ位相が−１８０以下、−５４０°以上となる周波数領域で、前記位相交差周波数ｆ６の開ループゲインより高いゲインを持つように、ゲインを増大するステップであることを特徴とする付記６のトラッキング制御方法。
【００８６】
（付記８）前記デジタルフィルタ処理ステップは、前記周波数領域で前記開ループゲインが０ｄＢ以上に、前記ゲインを増大するフィルタ処理であることを特徴とする付記６のトラッキング制御方法。
【００８７】
（付記９）前記デジタルフィルタ処理ステップは、前記周波数領域で前記開ループゲインを増大するための極を有することを特徴とする付記６のトラッキング制御方法。
【００８８】
（付記１０）前記デジタルフィルタ処理ステップは、プロセッサにより、所定のサンプリング周期で前記位置エラーをサンプルし、デジタルフィルタ処理するステップからなることを特徴とする付記６のトラッキング制御方法。
【００８９】
（付記１１）記憶媒体を少なくとも読み取るヘッドを前記記憶媒体のトラック位置に駆動するアクチュエータを制御するトラッキング制御装置において、前記ヘッドの読み取り出力から前記トラックに対する位置誤差を検出する検出回路と、前記位置誤差に応じて、前記ヘッドが前記トラックに追従するよう前記アクチュエータを制御するサーボ制御部とを有し、前記サーボ制御部は、前記サーボ制御部によるトラッキングサーボ系の開ループ特性が、位相交差周波数ｆ６より高く、前記キャリッジの高次共振周波数ｆ９よりも低い周波数領域において、位相が（−１８０＋３６０×Ｎ）°となる周波数でゲインが０ｄＢ以上とならない範囲において、前記位相交差周波数ｆ６の開ループゲインより高いゲインを持つように、ゲインを増大するデジタルフィルタを有することを特徴とするトラッキング制御装置。
【００９０】
（付記１２）前記デジタルフィルタは、前記トラッキングサーボ系の開ループ特性が、位相交差周波数ｆ６より高く、前記キャリッジの高次共振周波数ｆ９よりも低く、且つ位相が−１８０以下、−５４０°以上となる周波数領域で、前記位相交差周波数ｆ６の開ループゲインより高いゲインを持つように、ゲインを増大するフィルタであることを特徴とする付記１１のトラッキング制御装置。
【００９１】
（付記１３）前記デジタルフィルタは、前記周波数領域で前記開ループゲインが０ｄＢ以上に、前記ゲインを増大するフィルタであることを特徴とする付記１１のトラッキング制御装置。
【００９２】
（付記１４）前記デジタルフィルタは、前記周波数領域で前記開ループゲインを増大するための極を有することを特徴とする付記１１のトラッキング制御装置。
【００９３】
（付記１５）前記デジタルフィルタは、所定のサンプリング周期で前記位置エラーをサンプルし、デジタルフィルタ処理するプロセッサからなることを特徴とする付記１１のトラッキング制御装置。
【００９４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、次の効果を奏する。
【００９５】
（１）サーボ制御系の開ループ特性の位相交差周波数ｆ６およびアクチュエータの共振周波数ｆ９の間にある周波数領域において、位相が（−180＋360×Ｎ）°となる点でゲインが0dB以上にならない範囲で、ｆ６におけるゲイン余裕よりも高い位置までゲインを増大させることにより、ゲイン交差周波数での位相を進め、サンプリング周波数を上げることなく、制御帯域を向上できる。
【００９６】
（２）また、−180°、−540°、−900°、・・・（−180＋360×Ｎ）°の地点でゲインが0dB以上になると不安定になるため、これを排除した範囲でゲインを増加しているため、系の安定性も維持できる。
【００９７】
（３）ヘッドの持つ高次共振はその周波数やＱ値が個々の製品でばらつくことが多いため、高次共振付近の開ループゲインが0dBに接近あるいは0dB以上となるように制御器を設計した場合、製品化の際に歩留りが悪化する危険が大きいが、デジタルフィルタを使用したため、製品のばらつき乃至時間の経過によってその伝達特性が変化することがないため、歩留り悪化には影響しない。
【００９８】
（４）このトラッキング制御を記憶装置に使用することにより、再生、記録の信頼性を向上でき、更なる高トラックピッチを実現でき、一層の高密度化を可能とする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る光ディスク装置におけるトラッキング制御系の構成を示すブロック図である。
【図２】図１のデジタルフィルタのブロック図である。
【図３】図１のキャリッジの周波数特性図である。
【図４】図１のデジタルフィルタの周波数特性図である。
【図５】図１のトラッキング系の開ループ特性図である。
【図６】図１の特性の効果を説明するための周波数特性図である。
【図７】本発明による系の安定性を説明するためのナイキスト線図である。
【図８】本発明による周波数特性の安定性を説明するためのナイキスト線図である。
【図９】図２のデジタルフィルタの処理フロー図である。
【図１０】図９の処理の定数行列の説明図である。
【図１１】図１０の実施例に対する比較例の定数行列の説明図である。
【符号の説明】
１…光ディスク
３…対物レンズ
４…光ビーム
５…キャリッジ
６…フォーカスアクチュエータ
７…光学系
９…トラッキングエラー信号検出回路
１０…ローパスフィルタ
１１…デジタルフィルタ
１２…トラッキングアクチュエータドライバ
【図１】
0003642720.tif 000004
【図２】
0003642720.tif 000005
【図３】
0003642720.tif 000006
【図４】
0003642720.tif 000007
【図５】
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【図６】
0003642720.tif 000009
【図７】
0003642720.tif 000010
【図８】
0003642720.tif 000011
【図９】
0003642720.tif 000012
【図１０】
0003642720.tif 000013
【図１１】
0003642720.tif 000014