(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディスク上に情報を少なくとも再生するヘッドと、前記ヘッドを移動させるアクチュエータと、前記ヘッドの位置を検出してトラッキング誤差信号として出力すると共に光ディスクからの反射光量に対応したレベルを有するＲＦ信号を出力する位置検出手段と、前記位置検出手段の出力である前記トラッキング信号に基づき前記アクチュエータを制御する制御信号を出力する制御部と、前記ＲＦ信号に基づいて前記ヘッドの位置の正帰還領域と負帰還領域とを検出し前記正帰還領域と前記負帰還領域とに対応した二値を有する矩形パルスの帰還領域信号を出力する帰還領域検出手段と、前記トラッキング信号と前記制御信号とに基づいて前記アクチュエータに加わる外乱を推定して出力する外乱オブザーバと、前記外乱オブザーバで推定した外乱に記憶してある外乱を加算して記憶する記憶手段と、前記外乱オブザーバの出力と前記記憶手段の出力とを前記制御部の出力である前記制御信号に加算する加算手段と、前記加算手段の出力に基づき前記アクチュエータを駆動する駆動回路とを有するアクチュエータ制御装置において、
前記帰還領域信号に基づいて前記アクチュエータの最大発生力を超える外部衝撃による外力が装置に加わったことを検出する異常検出手段と、前記異常検出手段の出力に応じて前記外乱オブザーバの出力を修正する修正手段とを備え、
前記異常検出手段を前記帰還領域検出手段で構成し、前記帰還領域検出手段によって正帰還領域を検出したときに前記外乱オブザーバの出力を修正することを特徴とするアクチュエータ制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載のアクチュエータ制御装置において、前記異常検出手段が、異常を検出している期間、前記外乱オブザーバの出力をゼロに修正することを特徴とするアクチュエータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディスク装置に係り、特に、少なくとも情報の読み出しを行うヘッドを駆動するアクチュエータの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のディスク記憶装置として、特開平６−２６７２１１号公報に記載のものがある。
【０００３】
このディスク記憶装置は、外乱を打ち消すための第１の外乱補償信号を駆動回路の入力信号に加算して補正する第１の補正手段と、第１の外乱補償信号を記憶し出力する記憶手段と、補償しきれずに残った外乱を打ち消すための第２の外乱補償信号を位置決め補償信号に加算して補正する第２の補正手段と、第２の外乱補償信号を推定する推定手段と、第１の外乱補償信号と第２の外乱補償信号を加算した信号を新たな第１の外乱補償信号として記憶手段に記憶する外乱補償信号修正部から構成される。このディスク記憶装置により、外乱や振動が位置決め制御系に作用した場合でも、その影響を打ち消すことができるので、位置決め精度の向上とアクセス時間の短縮を図ることが可能になる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平６−２６７２１１号公報に記載されている従来の技術では、トラッキング制御が外れる（以下では、トラック外れと称する）ようなアクチュエータの最大発生力を超えた外部衝撃等の外力が装置に加わった場合でも、トラッキング制御が外れたままトラックを移動し続けトラッキング制御に復帰できない可能性が高い。
【０００５】
これは、位置誤差信号が制御可能な負帰還領域から外れ、正帰還領域の逆極性となり、外乱オブザーバの外乱推定演算が発散してしまうためである。
【０００６】
そこで、本発明では、アクチュエータの最大発生力を超えた外部衝撃等の外力が装置に加わった場合やトラック外れが生じた場合には外乱オブザーバの出力をゼロにする等の修正を行い、素早くトラッキング制御に復帰することができるアクチュエータ制御装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のアクチュエータ制御装置は、ディスク上に情報を少なくとも再生するヘッドと、前記ヘッドを移動させるアクチュエータと、前記ヘッドの位置を検出してトラッキング誤差信号として出力すると共に光ディスクからの反射光量に対応したレベルを有するＲＦ信号を出力する位置検出手段と、前記位置検出手段の出力である前記トラッキング信号に基づき前記アクチュエータを制御する制御信号を出力する制御部と、前記ＲＦ信号に基づいて前記ヘッドの位置の正帰還領域と負帰還領域とを検出し前記正帰還領域と前記負帰還領域とに対応した二値を有する矩形パルスの帰還領域信号を出力する帰還領域検出手段と、前記トラッキング信号と前記制御信号とに基づいて前記アクチュエータに加わる外乱を推定して出力する外乱オブザーバと、前記外乱オブザーバで推定した外乱に記憶してある外乱を加算して記憶する記憶手段と、前記外乱オブザーバの出力と前記記憶手段の出力とを前記制御部の出力である前記制御信号に加算する加算手段と、前記加算手段の出力に基づき前記アクチュエータを駆動する駆動回路とを有するアクチュエータ制御装置において、前記帰還領域信号に基づいて前記アクチュエータの最大発生力を超える外部衝撃による外力が装置に加わったことを検出する異常検出手段と、前記異常検出手段の出力に応じて前記外乱オブザーバの出力を修正する修正手段とを備え、前記異常検出手段を前記帰還領域検出手段で構成し、前記帰還領域検出手段によって正帰還領域を検出したときに前記外乱オブザーバの出力を修正する。
【０００８】
異常検出手段は、異常を検出している期間、外乱オブザーバの出力をゼロに修正するようにするとよい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
【００１１】
図１は、本発明の第１の実施例によるアクチュエータ制御装置を光ディスク装置に適用した場合の構成図である。
【００１２】
光ディスク１は、円周方向に図示しないトラックが螺旋状に形成されている。スピンドルモータ２（ＳＰＭ）は、上面をチャッキング機構により回転軸に固定された光ディスク１を回転駆動する。ヘッドを構成するピックアップ３は、図示しないレーザ光を射出する半導体レーザと、レーザ光を集光する対物レンズ４と、光ディスク１からの反射光を検出する受光素子５とからなり、このヘッドは対物レンズ４をトラッキング方向に移動するためのアクチュエータ６により駆動される。読み取り回路７は、図示しない位置検出用のセンサからなる位置検出手段（部）を有する。読み取り回路７からの出力信号は制御機構２５に入力される。制御機構２５は、制御部を構成する制御フィルタ８と、外乱オブザーバ９と、第１の加算手段１０と、記憶手段１１と、第２の加算手段１２と、第３の加算手段１３とからなる。この制御機構２５の出力は、駆動回路１４と同期信号検出回路１５に入力される。
【００１３】
なお、制御機構２５には、読み取り回路の信号から大きな外乱等が加わったか否かを検出する異常検出手段２６と、その検出信号に基づいて外乱オブザーバの出力を修正する修正手段１６を備えている。それぞれの信号線には、次の信号が流される。１７はトラッキング誤差信号、１８は第１の制御信号、１９は第２の制御信号、２０は第３の制御信号、２１は第４の制御信号、２２は第５の制御信号、２３は第６の制御信号、２４は同期信号、２７は異常検出信号である。なお、制御機構２５は、アナログ回路あるいはディジタル回路で構成される。ディジタル回路の場合は、Ａ／Ｄ変換器とＤ／Ａ変換器が必要である。
【００１４】
上記構成によれば、読み取り回路７では、ピックアップ３の検出出力に対し所定の信号処理を行って、図示しないフォーカシング方向の位置誤差信号であるフォーカシング誤差信号、トラッキング方向の位置誤差信号であるトラッキング誤差信号１７等を生成する。
【００１５】
図３に、トラッキング誤差信号１７の特性の一例を示す。横軸は光スポットとトラックとの距離を表し、縦軸はトラッキング誤差信号１７の値を表す。トラッキング誤差信号１７は、トラック中心とトラック中心間の１／２でゼロとなる。通常のトラッキング制御は、トラック中心を中心とした負帰還領域で行われる。しかしながら、アクチュエータの最大発生力を超えた外部衝撃等の外力が装置に加わりトラック外れが生じた場合には、光スポットが正帰還領域に入るとトラッキング誤差信号１７の極性は反転することになる。なお、トラッキング誤差信号１７の特性は、図３とは正負が反対の特性を持つ場合もある。
【００１６】
制御フィルタ８では、このトラッキング誤差信号１７を取り込み、ラグリードフィルタ等のフィルタ処理を行い、第１の制御信号１８を出力する。
【００１７】
図４に、外乱オブザーバ９の構成の一例を示す。Ｐ（ｓ）は図１における第６の制御信号２３からトラッキング誤差信号１７に至る制御対象、Ｃ（ｓ）は制御フィルタ８、Ｌ（ｓ）とＨ（ｓ）は外乱オブザーバ９を構成するフィルタである。ここで、Ｈ（ｓ）は数１となる。
【００１８】
【数１】
0003700491.tif 000002
【００１９】
ただし、ＰＮ（ｓ）は制御対象Ｐ（ｓ）のノミナルモデルである。また、Ｅ（ｓ）はトラッキング誤差信号１７、Ｕ１（ｓ）は第１の制御信号１８、Ｕ２（ｓ）は第２の制御信号１９、Ｄ１（ｓ）は入力外乱、Ｄ２（ｓ）は出力外乱である。なお、ｓはラプラス演算子を表す。ここでは一例として、ノミナルモデルＰＮ（ｓ）を数２とする。
【００２０】
【数２】
0003700491.tif 000003
【００２１】
ただし、Ｋはゲインである。このとき、Ｌ（ｓ）を数３のように２次のローパスフィルタとすれば、Ｈ（ｓ）は数４のように微分演算が不要な形で構成することができる。
【００２２】
【数３】
0003700491.tif 000004
【００２３】
【数４】
0003700491.tif 000005
【００２４】
ただし、ωDとζDは外乱オブザーバ９の設計パラメータである。このように外乱オブザーバ９を構成すると、第２の制御信号Ｕ２（ｓ）までの伝達関数は数５となる。
【００２５】
【数５】
0003700491.tif 000006
【００２６】
従って、ωDを十分大きく取れば、第２の制御信号Ｕ２（ｓ）は外乱を打ち消すための信号となる。なお、Ｌ（ｓ）は２次以上のローパスフィルタとしてもよい。また、外乱オブザーバはこの他の方法で構成してもかまわない。
【００２７】
異常検出手段２６は、トラッキング誤差信号１７及び第２の制御信号１９に基づいて異常状態を検出する。図３に示したようにトラッキング誤差信号１７は、通常のトラッキング制御時にはある誤差範囲内に収まっている。従って、トラッキング誤差信号１７の振幅値がある範囲を超えた場合は、外部衝撃等が装置に加わったような異常状態と考えられる。また、数５に示したように第２の制御信号１９は、推定した外乱である。従って、第２の制御信号１９の振幅値がある範囲を超えた場合は、外部衝撃等が装置に加わったような異常状態と考えられる。
【００２８】
図５に、異常検出手段２６の構成の一例を示し、図６に、異常検出手段２６の動作の一例を示す。
【００２９】
異常検出手段２６では、トラッキング誤差信号１７を取り込み、絶対値手段３１によりトラッキング誤差信号１７の絶対値を取った信号Ｘ１を出力する。比較手段３２では、信号Ｘ１を取り込み基準レベルと比較して信号Ｘ２を出力する。サンプルホールド手段３３では、信号Ｘ２が入力された時点における信号Ｘ１を所定の時間ホールドし、異常検出信号２７として出力する。
【００３０】
この構成で基準レベルとホールド時間を調節することにより、トラック外れを検出することが出来る。ここで、図６のＡ点における異常検出信号２７をゼロに戻す時点は、ホールド時間で調節してもよいし、信号Ｘ１が収束レベル内に収束した後の時間Ｔ１で調節してもよい。また、信号Ｘ１が基準レベルを超えた時点から異常状態検出開始とし、信号Ｘ１が所定の収束レベル内に所定の時間収束した時点で異常検出終了としてもよい。なお、トラッキング誤差信号１７は、ローパスフィルタ等によりノイズ等を除去してから絶対値手段３１に入力する方が望ましい。
【００３１】
上記構成で、トラッキング誤差信号１７の代わりに第２の制御信号１９を用いた場合でも、同様の構成で基準レベルとホールド時間等を調節すれば、トラック外れやアクチュエータの最大発生力を超えた外部衝撃等による外力が装置に加わったことを検出することができる。
【００３２】
また、異常検出手段２６は、この他の方法で構成してもかまわない。例えば、トラッキング誤差信号１７あるいは第２の制御信号１９の傾きから正帰還領域を検出する構成も可能である。
【００３３】
修正手段１６では、この異常検出信号２７に応じて、異常を検出している期間、第２の制御信号１９をゼロに修正する。また、異常を検出している期間、第２の制御信号１９をローパスフィルタによる処理をしてもよいし、第２の制御信号１９にゲインを掛けて信号値を小さくしてもよい。こうすることにより、トラック外れが生じてトラッキング誤差信号１７が正帰還領域となり、外乱オブザーバによる外乱推定演算が発散したとしても、その影響が制御系に加わるのを防止することができるので、トラック外れを最小に止めることが可能となる。
【００３４】
第１の加算手段１０では、この修正手段１６で修正した第２の制御信号１９と第１の制御信号１８とを取り込み、加算した後に第３の制御信号２０として出力する。
【００３５】
第２の加算手段１２では、修正手段１６で修正した第２の制御信号１９と第５の制御信号２２とを取り込み、加算した後に第４の制御信号２１として出力する。この第４の制御信号２１は、同期信号検出手段１５により検出された同期信号２４に応じて記憶手段１１に記憶する。なお、同期信号２４は光ディスク１の回転に同期した信号であればよく、同期信号検出手段１５はエンコーダ等で構成すればよい。
【００３６】
記憶手段１１では、記憶した所定時間前の第４の制御信号２１を同期信号２４に応じて第５の制御信号２２として出力する。
【００３７】
第３の加算手段１３では、第３の制御信号２０と第５の制御信号２２とを取り込み、加算した後に第６の制御信号２３として出力する。この第６の制御信号２３を駆動回路１４に入力し、アクチュエータ６により対物レンズ４のトラッキング制御を行う。
【００３８】
上記の構成により、第５の制御信号２２は制御対象に作用している周期的な外乱を打ち消す作用をし、第２の制御信号１９は第５の制御信号２２で補償しきれなかった外乱及び回転とは非同期な振動等の外乱を打ち消す作用をする。また、記憶手段１１を更新するに従い、第５の制御信号２２の周期的外乱を打ち消す効果が次第に増してくる。
【００３９】
図７及び８に、本発明のトラック外れに対する効果を示す波形図を示す。図７はアクチュエータの最大発生力を超えない外力が加わったときの波形図である。図８はアクチュエータの最大発生力を超える外力が加わったときの波形図である。左図の横軸は時間、縦軸はトラッキング誤差信号（ＴＥＳ）、右図の横軸は時間、縦軸は第６の制御信号（Ｕ６）である。外力は０．４秒から０．４２秒の間一定外力が加わっている。また、（ａ）は従来技術による波形図である。制御フィルタ８を一般的に光ディスク装置で用いられているラグリードフィルタとし、外乱オブザーバ９、第１の加算手段１０、記憶手段１１、第２の加算手段１２、第３の加算手段１３、修正手段１６、異常検出手段２６は無しの構成である。（ｂ）は特開平６−２６７２１１号公報に記載の従来技術による波形図である。修正手段１６、異常検出手段２６は無しの構成である。（ｃ）は本発明による波形図である。なお、異常検出手段２６では、トラッキング誤差信号１７の傾きから正帰還領域を検出し、異常検出信号２７を出力している。修正手段１６では、この異常検出信号２７に応じて第２の制御信号１９をゼロに修正している。
【００４０】
図７の外力がアクチュエータの最大発生力を超えない場合では、（ａ）はトラック外れを生じ、その後異なるトラックに移動して再度トラッキング制御に復帰している。それに対して、（ｂ）と（ｃ）では、外乱オブザーバ９が突発的な外力に対してもそれをキャンセルするように働くため、アクチュエータの最大発生力を超えない場合には、トラック外れを生じずにそのまま同一トラックに留まることができる。
【００４１】
一方、図８の外力がアクチュエータの最大発生力を超えた場合では、（ａ）はトラック外れ期間が伸びている。しかしながら、異なるトラックに移動して再度トラッキング制御に復帰している。（ｂ）はトラッキングが外れたままトラックを移動し続け、トラッキング制御に復帰することができない。これは、トラッキング誤差信号１７が制御可能な負帰還領域から外れ、正帰還領域の逆極性となり、外乱オブザーバ９の外乱推定演算が発散しているためである。それに対して本発明による（ｃ）では、異常検出信号２７に応じて第２の制御信号１９をゼロにしているので、トラック外れから素早くトラッキング制御に復帰することができる。トラック外れの本数を比較すると、（ａ）は１１３５本、（ｂ）は１４７２本（画面表示範囲内）以上、（ｃ）は３０１本である。従って、本発明は、（ａ）の従来技術に対して約１／４、（ｂ）の従来技術に対して約１／５以下にトラック外れを抑えることができる。
【００４２】
図９に、トラッキング誤差信号１７から第6の制御信号２３までの周波数特性図を示す。横軸は周波数、縦軸はゲインである。（ａ）は従来技術による周波数特性図である。制御フィルタ８を一般的に光ディスク装置で用いられているラグリードフィルタとし、外乱オブザーバ９、第１の加算手段１０、記憶手段１１、第２の加算手段１２、第３の加算手段１３、修正手段１６、異常検出手段２６は無しの構成である。（ｂ）は（ａ）に外乱オブザーバ９、第1の加算手段１０を付加した構成による周波数特性図である。（ｃ）は（ｂ）に記憶手段１１、第２の加算手段１２、第３の加算手段１３を付加した構成による周波数特性図である。なお、周波数特性は、通常のトラッキング制御動作時に、トラッキング誤差信号１７又は第6の制御信号２３に正弦波を重畳し測定すればよい。また、制御手段２５を単独で測定してもよい。この場合、同期信号２４は、所定の周期の信号を入力すればよい。
【００４３】
（ａ）と（ｂ）を比較すると、（ｂ）は低周波数領域のゲインが大きくなっている。これは外乱オブザーバ９の効果であり、この大きくなったゲインの分だけ外乱を抑圧する効果が増している。また、（ｂ）と（ｃ）を比較すると、（ｃ）はある周波数におけるゲインが特に大きくなっている。これは、第５の制御信号２２を記憶手段１１に繰り返し記憶することによる効果であり、この大きくなったゲインの分だけ外乱を抑圧する効果が増している。なお、このゲインが大きくなる周波数は、同期信号２４の周波数に応じて変わり、同期信号２４の周波数の整数倍毎に現れる。
【００４４】
図１０に、本発明の特徴の一例を示す波形図を示す。横軸は時間、縦軸は、制御手段２５を単独にして、トラッキング誤差信号１７に正弦波を入力した場合の第６の制御信号（Ｕ６）である。（ａ）は特開平６−２６７２１１号公報に記載の従来技術による波形図である。修正手段１６、異常検出手段２６は無しの構成である。（ｂ）は本発明による波形図である。なお、異常検出手段２６では、トラッキング誤差信号１７の傾きから正帰還領域を検出し、異常検出信号２７を出力している。修正手段１６では、この異常検出信号２７に応じて第２の制御信号１９をゼロに修正している。また、同期信号２４は、ゼロに固定している。
【００４５】
（ａ）と（ｂ）を比較すると、（ｂ）はトラッキング誤差信号１７の正帰還領域において第２の制御信号１９をゼロに修正しているので、外乱オブザーバをＯＮした後でもトラッキング誤差信号１７の正帰還領域において、外乱オブザーバＯＦＦ時の波形が出力されている。
【００４６】
以下、本発明の第２の実施例について図面を用いて説明する。図２は、本発明の第２の実施例のアクチュエータ制御装置を光ディスク装置に適用した場合の構成図である。
【００４７】
本実施例の第１の実施例と異なる点は、図１の異常検出手段２６に代えて帰還領域検出手段２８を設けたことである。
【００４８】
図１１に、帰還領域検出手段２８の動作の一例を示す。帰還領域検出手段２８では、光ディスク１からの反射光量に対応したレベルを有するＲＦ信号２９を取り込み、ＲＦ信号２９をエンベロープ検波し、エンベロープ検波信号を基準レベル信号と比較して、二値化した矩形パルスの帰還領域信号３０として出力する。矩形パルスである帰還領域信号３０の二値は、それぞれトラッキング誤差信号１７の正帰還領域と負帰還領域とに対応している。この帰還領域信号３０は、第１の実施の形態における異常検出信号２７に代わって、修正手段１６に入力される。
【００４９】
上記構成により、帰還領域信号３０に応じて第２の制御信号１９を修正しているので、トラック外れが生じた場合でも、素早くトラッキング制御に復帰することができる。
【００５０】
第２の実施例では、帰還領域検出手段２８を用いてトラック外れ等の異常状態を検出したが、加速度計等の装置に加わる振動を検出する振動検出手段を設け、その振動検出手段の出力を利用して異常検出を行ってもよい。例えば、振動検出手段の出力を所定の基準レベルと比較し、振動検出手段の出力が基準レベルを超えている期間及びその期間に所定の期間を加えた期間を異常検出期間とする。また、振動検出手段の出力を所定の基準レベルと比較し、振動検出手段の出力が基準レベルを超えた時点から異常検出開始とし、トラッキング誤差信号１７及び第２の制御信号１９が所定の収束レベル内に所定の時間収束した時点で異常検出終了としてもよい。
【００５１】
上記構成により、アクチュエータの最大発生力を超えた外部衝撃等の外力が装置に加わった等の異常状態を検出し、その異常状態検出に応じて第２の制御信号１９を修正しているので、トラック外れが生じた場合でも、素早くトラッキング制御に復帰することができる。
【００５３】
【発明の効果】
アクチュエータの最大発生力を超えた外部衝撃による外力が装置に加わりトラック外れが生じた場合でも、外乱オブザーバの出力をゼロにする等の修正を行うことにより、素早くトラッキング制御に復帰することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例のアクチュエータ制御装置である。
【図２】本発明の第２の実施例のアクチュエータ制御装置である。
【図３】トラッキング誤差信号の特性の一例を示す波形図である。
【図４】外乱オブザーバの構成の一例を示す構成図である。
【図５】異常検出手段の構成の一例を示す構成図である。
【図６】異常検出手段の動作の一例を示す波形図である。
【図７】本発明の効果の一例を示す波形図である。
【図８】本発明の効果の一例を示す波形図である。
【図９】本発明の効果の一例を示す周波数特性図である。
【図１０】本発明の特徴の一例を示す波形図である。
【図１１】帰還領域検出手段の動作の例を示す図である。
【符号の説明】
１…光ディスク、２…スピンドルモータ、３…ピックアップ、４…対物レンズ、５…受光素子、６…アクチュエータ、７…読み取り回路、８…制御フィルタ、９…外乱オブザーバ、１０…第１の加算器、１１…記憶手段、１２…第２の加算器、１３…第３の加算器、１４…駆動回路、１５…同期信号検出手段、１６…修正手段、１７…トラッキング誤差信号、１８…第１の制御信号、１９…第２の制御信号、２０…第３の制御信号、２１…第４の制御信号、２２…第５の制御信号、２３…第６の制御信号、２４…同期信号、２５…制御手段、２６…異常検出手段、２７…異常検出信号、２８…帰還領域検出手段、２９…ＲＦ信号、３０…帰還領域信号、３１…絶対値手段、３２…比較手段、３３…サンプルホールド手段。
【図１】
0003700491.tif 000007
【図２】
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【図３】
0003700491.tif 000009
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
0003700491.tif 000015
【図１０】
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【図１１】
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