(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外乱の影響を受ける制御対象が出力すべき目標信号と該制御対象が出力した出力信号との偏差を生成する偏差生成部と、該偏差に基づきＰＩＤ制御器及び／又は位相進み／遅れ補償器により前記制御対象に与えられるべき操作信号を出力する制御部とを備える制御装置において、
前記操作信号の前記外乱の影響が含まれる低周波領域の利得を増加させ、該利得を増加させた操作信号を前記制御対象に与えるべき低域利得増加部を前記制御部と前記制御対象の間に備え、前記制御対象への前記外乱の影響を抑制すべくなしてあることを特徴とする制御装置。
【請求項２】
前記偏差生成部に与えられる出力信号又は前記偏差をアナログ／ディジタル変換するＡ／Ｄ変換器を更に備え、前記制御部及び低域利得増加部は、該Ａ／Ｄ変換器がアナログ／ディジタル変換したディジタル信号を処理すべくなしてある請求項１記載の制御装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載された制御装置を備え、光ピックアップを該制御装置の制御対象とすべくなしてあることを特徴とする光ディスク装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、外乱による制御対象への影響を抑制する制御装置、及びこの制御装置を備え、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ），ＭＤ（Ｍｉｎｉ  Ｄｉｓｃ  ）又はＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｉｄｅｏ  Ｄｉｓｃ）等の光（磁気）ディスクの再生及び／又は記録を行う光ディスク装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光ディスク技術の発達により、光ディスク装置が様々な状況で用いられるようになり、屋内のみでなく屋外でも持ち運びながら用いられることが多くなっている。それに伴い、外部から光ディスク装置に加わる振動及び衝撃が大きな問題になっている。
従来の光ディスク装置においては、例えば、携帯型ＣＤプレーヤ及び車載型ＣＤプレーヤのように、非静止状態で使用されるものでは、その移動に伴って発生する振動及び衝撃のような種々の外乱により、焦点制御であるフォーカスサーボ又はトラック追従制御であるトラッキングサーボが外れるような事態が起きていた。
【０００３】
このような問題を解決する為に、携帯型ＣＤプレーヤ及び携帯型ＭＤプレーヤでは、ショックプルーフメモリと称される外付けの記憶装置を装備し、一旦情報をそのメモリに高速で蓄積した後、再生速度で情報を読み出す方法が採用されている。この方法により、サーボ外れが発生しても、数秒程度の衝撃であれば、ユーザに音飛びが無いように聞こえさせることが可能である。
また、車載型ＣＤプレーヤでは、衝撃吸収材で包み込むことにより、振動をＣＤプレーヤに伝えないような構造としている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述したような外乱による振動の影響を低減させる方法では、外付けのハードウェア部品が必要であるので、部品コストが上昇するという問題があり、また、そのハードウェア部品の適用が容易でないという問題もある。
更に、外付けするハードウェアの特性により、適用範囲が制限され、例えば、ショックプルーフメモリを使用する方法では、再生信号をメモリに一旦保持するので、記録型光（磁気）ディスク装置には適用出来なかった。
また、車載型ＣＤプレーヤを衝撃吸収材で包み込む方法では、全体が寸法的に大きくなってしまうので、小型化が要求される携帯型ＣＤプレーヤ等には適用出来なかった。
【０００５】
また、近時、コンピュータ用高速回転ＣＤ−ＲＯＭが広く使用されているが、高速回転モータにより発生する振動が、光学系を含むアクチュエータに与える影響も無視出来なくなっている。
また、ハードウェアを使用することなくソフトウェアにより、外乱による振動の影響を低減させる場合、演算処理量が多くなるが、部品コストの問題から、処理速度が十分でないＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）を使用している制御装置では、単位時間当たりに実行出来る演算処理数が制限される為、適用することが出来ないことが多いという問題がある。
【０００６】
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、第１発明では、外付けのハードウェア部品を追加する必要がなく、外乱の影響を受け難い制御装置を提供することを目的とする。
第２発明では、外付けのハードウェア部品を追加する必要がなく、単位時間当たりの演算処理数が少ないソフトウェア処理により、外乱の影響を受け難い制御装置を提供することを目的とする。
第３発明では、第１，２発明に係る制御装置を備えた光ディスク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】
第１発明に係る制御装置は、外乱の影響を受ける制御対象が出力すべき目標信号と該制御対象が出力した出力信号との偏差を生成する偏差生成部と、該偏差に基づきＰＩＤ制御器及び／又は位相進み／遅れ補償器により前記制御対象に与えられるべき操作信号を出力する制御部とを備える制御装置において、前記操作信号の前記外乱の影響が含まれる低周波領域の利得を増加させ、該利得を増加させた操作信号を前記制御対象に与えるべき低域利得増加部を前記制御部と前記制御対象の間に備え、前記制御対象への前記外乱の影響を抑制すべくなしてあることを特徴とする。
【０００８】
この制御装置では、偏差生成部が、外乱の影響を受ける制御対象が出力すべき目標信号と制御対象が出力した出力信号との偏差を生成し、制御部が、その差に基づきＰＩＤ制御器及び／又は位相進み／遅れ補償器により制御対象に与えられるべき操作信号を出力する。制御部と制御対象の間に備えられた低域利得増加部が、操作信号の外乱の影響が含まれる低周波領域の利得を増加させ、その利得を増加させた操作信号を制御対象に与え、制御対象への外乱の影響を抑制するように構成してある。
これにより、外付けのハードウェア部品を追加する必要がなく、外乱の影響を受け難い制御装置を実現することが出来る。
【０００９】
第２発明に係る制御装置は、前記偏差生成部に与えられる出力信号又は前記偏差をアナログ／ディジタル変換するＡ／Ｄ変換器を更に備え、前記制御部及び低域利得増加部は、該Ａ／Ｄ変換器がアナログ／ディジタル変換したディジタル信号を処理すべくなしてあることを特徴とする。
【００１０】
この制御装置では、Ａ／Ｄ変換器が、偏差生成部に与えられる出力信号又は偏差をアナログ／ディジタル変換し、制御部及び低域利得増加部は、Ａ／Ｄ変換器がアナログ／ディジタル変換したディジタル信号を処理するように構成してあるので、外付けのハードウェア部品を追加する必要がなく、単位時間当たりの演算処理数が少ないソフトウェア処理により、外乱の影響を受け難い制御装置を実現することが出来る。
【００１１】
第３発明に係る光ディスク装置は、請求項１又は２に記載された制御装置を備え、光ピックアップを該制御装置の制御対象とすべくなしてあることを特徴とする。
【００１２】
この光ディスク装置では、請求項１又は２に記載された制御装置を備え、光ピックアップをその制御装置の制御対象とするように構成してあるので、外付けのハードウェア部品を追加する必要がなく、光ピックアップを駆動制御する外乱の影響を受け難い制御装置を備えた光ディスク装置を実現することが出来る。
【００１３】
図４は、一般的なフィードバック制御系を示すブロック線図である。このフィードバック制御系は、制御対象４が出力した出力信号と制御対象４が出力すべき目標信号との偏差を演算し出力する差し引き点２と、差し引き点２が出力した偏差に基づき制御対象４に与える操作信号を出力する制御部１とを備えている。
【００１４】
このようなフィードバック制御系の特性を向上させるには、図５のボード線図に示すような一般的なオープンループ特性（フィードバック制御系のフィードバック結合を外した場合）において、以下の３点を改善すれば良い。
１．定常特性；オープンループ特性において、低周波ゲイン（利得）を増加させる。
２．速応性；オープンループ特性において、ゼロクロス周波数を大きく取る。但し、大きく取り過ぎると、ノイズの影響を受け易くなるので、必要以上に大きく出来ない。
３．安定性；オープンループ特性において、ゼロクロス周波数における位相余裕を適当な値に取る。
【００１５】
フィードバック制御系の特性は、ＰＩＤ制御器及び位相進み／遅れ補償器等を設計して、制御系に挿入することで改善することが出来る。しかし、これらのＰＩＤ制御器及び位相進み／遅れ補償器等では、あるゼロクロス周波数に対して低周波数領域のゲインの最大値が決定してしまう為、ノイズ対策等で低めに設定されたゼロクロス周波数では、十分な低周波数領域のゲインが得られない場合が発生する。
逆に、十分な低周波数領域のゲインを得る為には、ゼロクロス周波数を高く設定する必要があるが、それではノイズに弱い系になってしまう。つまり、定常特性と速応性とは、同時に改善出来ないことがある。
【００１６】
そこで、ゼロクロス周波数を固定したまま、大きな低周波数領域のゲインを得る方法を考える。つまり、ゼロクロス周波数及び位相余裕に出来るだけ影響を与えないように、低周波数領域のみゲインを持ち上げるようなブロック（伝達要素）を挿入することを考える。
その為には、図６（ａ）に示すように、低周波数領域において、周波数が高くくなるに従ってゲインが漸減する周波数応答を有するブロック（低域ゲイン増加部５）を、図７に示すように、制御部１と制御対象４との間に挿入すれば良い。
【００１７】
通常、ＨＰＦ（Ｈｉｇｈ  Ｐａｓｓ  Ｆｉｌｔｅｒ）は、図６（ｂ）に示すように、低周波数領域において、周波数が高くなるに従ってゲインが漸増する周波数応答を有するので、ＨＰＦの伝達関数ＧＨ  （ｓ）＝ｓ／（ｓ＋２πｆ）（但し、ｆ；カットオフ周波数）の逆数を取り、Ｇ（ｓ）＝１／ＧＨ  （ｓ）＝（ｓ＋２πｆ）／ｓとすると、伝達関数Ｇ（ｓ）は、図６（ａ）に示すような周波数応答を有すると考えられる。
【００１８】
図８，９は、低域ゲイン増加部５を制御部１と制御対象４との間に挿入した構成の制御系（図７）、及び従来のＰＩＤ制御のみの制御系（図４）の各オープンループ周波数特性（ゲイン、位相）の例を示す特性図である。
従来の制御系では、低周波ゲイン＝８５．３２８７ｄＢ、ゼロクロス周波数＝２．９９２６ｋＨｚ、位相余裕＝４４．４３９４ｄｅｇである。
これに対して、低域ゲイン増加部５を制御部１と制御対象４との間に挿入した制御系では、低周波ゲイン＝１２６．３１４１ｄＢ、ゼロクロス周波数＝３．０６３９ｋＨｚ、位相余裕＝４３．２９１４ｄｅｇとなった。
【００１９】
このように、カットオフ周波数ｆを適切に選ぶことにより、ゼロクロス周波数及び位相余裕は殆ど変化させずに、低周波ゲインを大きく持ち上げることが出来る。これにより、定常特性及びこの周波数帯で発生する外乱の抑制と、ディスクの面振れ（垂直方向の歪み）及び偏心（半径方向の歪み）に対する追従力向上とに大きな効果を発揮する。また、１次のディジタルフィルタ１つ分程度の処理量の増加で実現出来る為、ＤＳＰの処理速度が低い制御装置でも適用出来る可能性が拡大する。
実用化に際しては、上述した低域ゲイン増加部５の伝達関数を双一次変換して、ディジタルフィルタに変換し、ＤＳＰを用いてコーディングを行うことで容易に実現することが出来る。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明を、その実施の形態を示す図面に基づき説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明に係る制御装置の実施の形態の構成を示すブロック図である。この制御装置は、制御対象４が出力した出力信号と制御対象４が出力すべき目標信号との偏差を演算し出力する差し引き点２（偏差生成部）と、偏差をＡ／Ｄ（アナログ／ディジタル）変換するＡ／Ｄ変換器６と、Ａ／Ｄ変換された偏差に基づき、ＰＩＤ制御により、制御対象４に与えられるべき操作信号を出力する制御部１とを備えている。尚、目標信号がディジタルである場合は、Ａ／Ｄ変換器６は、差し引き点２に与えられる出力信号をＡ／Ｄ変換する位置に設けられる。
【００２１】
この制御装置は、また、制御部１が出力した操作信号の、外乱の影響が含まれる低周波領域の利得を増加させ、その低周波領域の利得を増加させた操作信号を出力する低域ゲイン増加部５（低域利得増加部）と、低域ゲイン増加部５が出力した操作信号をＤ／Ａ（ディジタル／アナログ）変換して制御対象４に与えるＤ／Ａ変換器７とを備え、外乱の影響を示す信号は、Ｄ／Ａ変換器７でＤ／Ａ変換された操作信号に、加え合わせ点３で加わる。
【００２２】
このような構成の制御装置では、低域ゲイン増加部５の周波数特性において、ゼロクロス周波数が低めに設定されているので、ノイズに強く、また、図８の実線に示すように、外乱の影響が含まれる低周波数領域の十分なゲインを得ることが出来るので、外乱の影響を偏差に大きく含めて除去することが出来、外乱による振動及び衝撃等の影響を受けにくい。
【００２３】
図２は、この制御装置の設計手順を示すフローチャートである。以下に、この制御装置の設計手順を、図２のフローチャートを参照しながら説明する。
先ず、制御装置のサンプリング周波数等の初期設定を行い（Ｓ２）、次いで、制御対象４の理想的モデルを設定する（Ｓ４）。
次に、制御部１及び低域ゲイン増加部５等のブロック（伝達要素）中のゲイン値を設定する（Ｓ６）。これらのゲイン値は、制御対象４により異なるが、光ディスクの場合、差し引き点２における偏差生成用ゲイン、アクチュエータ駆動用のドライバゲイン及び光ピックアップ部の光学系ゲイン等が該当する。
【００２４】
次に、制御装置のオープンループ仕様の低周波ゲイン、ゼロクロス周波数及び位相余裕を決定し（Ｓ８）、制御部１（主制御器）のＰＩＤ制御の仕様を設計する（Ｓ１０）。
次に、低域ゲイン増加部５内の低域ゲイン増加フィルタのカットオフ周波数を設定した（Ｓ１２）後、制御装置全体のオープンループ特性の良し悪しを判定し（Ｓ１４）、良くなければ（Ｓ１６）、低域ゲイン増加フィルタのカットオフ周波数を設定し直す（Ｓ１２）。
制御装置全体のオープンループ特性の良し悪しを判定し（Ｓ１４）、十分に低周波数領域のゲインが増加して、オープンループ特性が良ければ（Ｓ１６）、低域ゲイン増加部５の伝達関数を双一次変換して、ディジタルフィルタに変換して（Ｓ１８）、制御装置の設計を終了する。
【００２５】
実施の形態２．
図３は、本発明に係る光ディスク装置の実施の形態の構成を示すブロック図である。この光ディスク装置は、記録／再生可能なミニディスク装置であり、ミニディスク１１を収納した方形平板状のカートリッジ１２がミニディスク装置に装填された状態で、カートリッジ１２の両面のシャッターが開き、ミニディスク１１の一方の面から光ピックアップ１５が対物レンズ１４を通じて読取りを行い、記録するときには、ミニディスク１１の他方の面に磁気ヘッド１９による磁界が掛けられる。
【００２６】
ミニディスク１１は、スピンドルモータ１３により所定の一定線速度となるように回転駆動され、光ピックアップ１５は、送りモータ１６により駆動されミニディスク１１の半径方向に移動する。磁気ヘッド１９は、記録時にヘッド駆動部２０により駆動されミニディスク１１の半径方向に移動し、光ピックアップ１５と共に同一のトラックを両面から挟み込むように位置制御される。
スピンドルモータ１３、光ピックアップ１５及び送りモータ１６は、サーボ制御部１７によりそれぞれ駆動制御される。
【００２７】
光ピックアップ１５が検出した信号は、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ）アンプ２２へ送られ増幅される。ＲＦアンプ２２により増幅された信号の内、フォーカスエラー信号及びトラッキングエラー信号は、サーボ制御部１７に送られて光ピックアップ１５のフォーカスサーボ及びトラッキングサーボに使用され、アドレス信号は、アドレスデコーダ２１に送られて復号され、エンコーダ／デコーダ２３に与えられる。
【００２８】
エンコーダ／デコーダ２３へ送られ復号されたアドレス信号は、ヘッド駆動部２０による磁気ヘッド１９の位置制御に使用され、また、システムコントローラ１８に送られ、サーボ制御部１７によるスピンドルモータ１３、光ピックアップ１５及び送りモータ１６の駆動制御等に使用される。
サーボ制御部１７は、実施の形態１で説明した制御装置（図１）を内蔵しており、この制御装置は、システムコントローラ１８から与えられる目標信号と、ＲＦアンプ２２から与えられるフォーカスエラー信号とに基づき、光ピックアップ１５のフォーカスサーボを行う。
尚、本発明に係る制御装置は、トラッキングサーボ系にも同様に適用出来ることは言う迄もない。
【００２９】
ＲＦアンプ２２により増幅された信号の内のデータ信号は、エンコーダ／デコーダ２３に送られて復号され、耐振用メモリコントローラ２４を通じてＤＲＡＭ２５（Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）に送られる。ＤＲＡＭ２５に送られたデータは、一旦記憶された後、耐振用メモリコントローラ２４を通じて、音声圧縮エンコーダ／デコーダ２６に送られ、音声圧縮前の音声データに復号され、Ｄ／Ａ変換器２８を通じて出力される。
【００３０】
Ａ／Ｄ変換器２７を通じて入力された音声データは、音声圧縮エンコーダ／デコーダ２６により音声圧縮されてコード化され、耐振用メモリコントローラ２４を通じて、ＤＲＡＭ２５に送られる。ＤＲＡＭ２５に送られたデータは、一旦記憶された後、耐振用メモリコントローラ２４を通じて、エンコーダ／デコーダ２３に送られてコード化され、磁気ヘッド１９及び光ピックアップ１５によりミニディスク１１に記録される。
【００３１】
耐振用メモリコントローラ２４及びＤＲＡＭ２５は、ＤＲＡＭ２５への記憶に要する時間及びＤＲＡＭ２５からの読出しに要する時間の差を利用して、振動等による音飛びを防止する。
システムコントローラ１８は、表示部２９、時計回路３０及び操作部３１と接続され、サーボ制御部１７、エンコーダ／デコーダ２３及び耐振用メモリコントローラ２４の動作制御を行うと共に、操作部３１による操作等に応じて、指定された情報を表示部２９に表示させる。
【００３２】
【発明の効果】
第１発明に係る制御装置によれば、外付けのハードウェア部品を追加する必要がなく、外乱の影響を受け難い制御装置を実現することが出来る。
【００３３】
第２発明に係る制御装置によれば、外付けのハードウェア部品を追加する必要がなく、単位時間当たりの演算処理数が少ないソフトウェア処理により、外乱の影響を受け難い制御装置を実現することが出来る。
【００３４】
第３発明に係る光ディスク装置によれば、外付けのハードウェア部品を追加する必要がなく、光ピックアップを駆動制御する外乱の影響を受け難い制御装置を備えた光ディスク装置を実現することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る制御装置の実施の形態の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明に係る制御装置の設計手順を示すフローチャートである。
【図３】本発明に係る光ディスク装置の実施の形態の構成を示すブロック図である。
【図４】従来の一般的なフィードバック制御系を示すブロック線図である。
【図５】従来の一般的なオープンループ特性を示すボード線図である。
【図６】低周波数領域においてゲインが漸減／漸増する周波数応答の例を示す特性図である。
【図７】本発明に係る制御装置の構成例を示すブロック図である。
【図８】低域ゲイン増加部を制御部と制御対象との間に挿入した構成の制御系及び従来の制御系の各オープンループ周波数特性（ゲイン）の例を示す特性図である。
【図９】低域ゲイン増加部を制御部と制御対象との間に挿入した構成の制御系及び従来の制御系の各オープンループ周波数特性（位相）の例を示す特性図である。
【符号の説明】
１  制御部
２  差し引き点（偏差生成部）
３  加え合わせ点
４  制御対象
５  低域ゲイン増加部（低域利得増加部）
６  Ａ／Ｄ変換器
７  Ｄ／Ａ変換器
１４  対物レンズ
１５  光ピックアップ
１７  サーボ制御部
１８  システムコントローラ
２２  ＲＦアンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003625792.tif 000008
【図８】
0003625792.tif 000009
【図９】
0003625792.tif 000010