(57)【要約】【課題】  多様な光ディスクにおいて、コントローラの設定を各新しい光ディスクに適合化させる必要なしに、エラーを低減することができる、改良されたコントローラ特性を持つ改良されたコントローラを提供すること。【解決手段】  コントローラ(30)は、各モードが、それぞれに対応する特性(11; 12)を持つ、2つの可能な作動モードで作動することができる。当該特性は、エラー信号値範囲2005530287.tif 000030において、重なり部分を持つ。コントローラは、入力エラー信号(ε)の、時間に関する導関数(n)の値に基づいて、1つのモードから他のモードに切り替わることができ、したがって、当該範囲2005530287.tif 000031内にある、ある入力エラー信号に対して、コントローラは、そのモードのいずれかにあることができる。
2005530287.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エラー信号を受け取るための第1の入力と、
クチュエータ・ドライブ信号を生成するための出力とを
有する、切り替え可能な動作特性を持つコントローラであって、
前記コントローラが、エラー信号値の第1の範囲において、第1の動作特性を持つ第1の作動モードで作動することができ、
前記コントローラが、エラー信号値の第2の範囲において、第2の動作特性を持つ第2の作動モードで作動することができ、
当該第1の範囲と当該第2の範囲とが、重なり部分を持ち、
前記コントローラが、当該重なり部分のエラー信号値において、第1の作動モードから第2の作動モードに、および、その逆に切り替え可能な、コントローラ。
【請求項２】
当該エラー信号値の第2の範囲が、ほぼ0であることが好ましい下限閾値を持つ請求項1に記載のコントローラ。
【請求項３】
当該エラー信号値の第1の範囲が、上限閾値を持つ請求項1または2に記載のコントローラ。
【請求項４】
当該上限閾値は、前記第1の特性が、前記第2の特性と交差する遷移点に一致する請求項3に記載のコントローラ。
【請求項５】
前記コントローラが、入力エラー信号と速度信号との組合せに基づいて、その第1の作動モード、その第2の作動モードのいずれかを選択するように設計されている請求項1から4のいずれかに記載のコントローラ。
【請求項６】
入力速度信号を受け取るための第2の入力を有する請求項5に記載のコントローラ。
【請求項７】
前記コントローラの前記エラー信号入力に結合された入力を持ち、そして、前記第1のコントローラ入力から受け取られる信号εの、時間に関する一次導関数
2005530287.tif 000021
を計算して、当該時間に関する一次導関数nを表わす出力信号を出力から供給するように設計されている計算ユニットを有する請求項5または6に記載のコントローラ。
【請求項８】
前記計算デバイスの前記出力に接続された第1の入力を持ち、前記コントローラの前記第2の入力に接続された第2の入力を持ち、そして、前記第1の入力、前記第2の入力のいずれかに任意選択に接続可能な出力を持つスイッチを有する請求項7に記載のコントローラ。
【請求項９】
入力エラー信号と当該速度信号との、あらかじめ定められた組合せを、あらかじめ定められた閾レベルと比較するように設計されている請求項5から8のいずれかに記載のコントローラ。
【請求項１０】
エラー信号と速度信号との当該あらかじめ定められた組合せが、Kを定数として、式
2005530287.tif 000022
にしたがって計算された和Σである請求項9に記載のコントローラ。
【請求項１１】
amaxが、最大到達可能な加速度値であるとき、
2005530287.tif 000023
である請求項10に記載のコントローラ。
【請求項１２】
当該あらかじめ定められた閾レベルが、あらかじめ定められたエラー限界値に一致する請求項9から11のいずれかに記載のコントローラ。
【請求項１３】
−  当該第1の入力に接続された入力を持ち、そして、その出力信号を供給する出力を持つ第1のコントローラ・ユニットであって、第1の特性を持つ第1のコントローラ・ユニットと、
−  当該第1の入力に接続された入力を持ち、そして、その出力信号を供給する出力を持つ第2のコントローラ・ユニットであって、第2の特性を持つ第2のコントローラ・ユニットと、
−  前記第1のコントローラ・ユニットの前記出力に結合された第1の入力と、前記第2のコントローラ・ユニットの前記出力に結合された第2の入力と、制御入力と、前記コントローラ出力に結合された出力と、を持つ可制御スイッチ・ユニットと、を、さらに、有する請求項5または6に記載のコントローラであって、
前記可制御スイッチ・ユニットは、その出力が、その第1の入力に結合される第1の作動状態と、その出力が、その第2の入力に結合される第2の作動状態とで作動することができ、
前記可制御スイッチ・ユニットが、その制御入力から受け取った制御信号に応答して、当該第1の作動状態、または、当該第2の作動状態を選択するコントローラ。
【請求項１４】
前記第1のコントローラ・ユニットが、比例コントローラ、または、PIコントローラ、または、PDコントローラ、または、PIDコントローラとして実行されており、そして、前記第2のコントローラ・ユニットが、比例コントローラ、または、PIコントローラ、または、PDコントローラ、または、PIDコントローラとして実行されている請求項13に記載のコントローラ。
【請求項１５】
当該第1のコントローラ入力に結合された第1の入力を持ち、そして、当該可制御スイッチ・ユニットの当該制御入力に結合された出力を持つプロセッサ・ユニットを、さらに、有する請求項13または14に記載のコントローラ。
【請求項１６】
2005530287.tif 000024
が、当てはまる場合には、当該プロセッサ・ユニットが、第1のあらかじめ定められた値を持つ、その出力信号を生成することができ、そして、
2005530287.tif 000025
が、当てはまる場合には、当該プロセッサ・ユニットが、第2のあらかじめ定められた値を持つ、その出力信号を生成することができる請求項15に記載のコントローラであって、
TLが、あらかじめ定められた閾レベルであリ、
2005530287.tif 000026
であり、
εが、前記第1のコントローラ入力から受け取られる信号であり、
νが、時間に関する、その一次導関数
2005530287.tif 000027
を表わし、
2005530287.tif 000028
であり、
amaxが、最大到達可能な加速度値であるコントローラ。
【請求項１７】
当該プロセッサ・ユニットは、前記プロセッサ・ユニットの前記第1の入力に結合された入力を持ち、そして、時間に関する一次導関数
2005530287.tif 000029
を計算して、当該時間に関する一次導関数nを表わす出力信号を、出力から供給するように設計されている計算ユニットを有する請求項16に記載のコントローラ。
【請求項１８】
当該プロセッサ・ユニットが、当該時間に関する一次導関数を表わす信号を受け取るための、当該第2のコントローラ入力に結合された第2の入力を持つ請求項15から17のいずれかに記載のコントローラ。
【請求項１９】
当該プロセッサ・ユニットは、前記計算デバイスの前記出力に接続された第1の入力を持ち、当該プロセッサ・ユニットの前記第2の入力に接続された第2の入力を持ち、そして、前記第1の入力、前記第2の入力のいずれかに任意選択に接続可能な出力を持つスイッチを有する請求項18に記載のコントローラ。
【請求項２０】
当該プロセッサ・ユニットが、当該時間に関する一次導関数を表わす信号νを受け取って、ν2を計算する二乗計算器と、当該二乗計算器の出力信号に、あらかじめ定められた値を乗算する乗算器と、を有する請求項15から19のいずれかに記載のコントローラ。
【請求項２１】
当該プロセッサ・ユニットは、当該プロセッサ・ユニットの当該第1の入力に結合された第1の入力を持ち、そして、当該乗算器の出力に結合された第2の入力を持つ加算器を有する請求項20に記載のコントローラ。
【請求項２２】
当該プロセッサ・ユニットは、当該加算器の出力に結合された第1の入力を持ち、当該あらかじめ定められた閾レベルを受け取る第2の入力を持ち、そして、当該プロセッサ・ユニットの前記出力に結合された出力を持つ比較器を有する請求項21に記載のコントローラ。
【請求項２３】
可動物体の位置を制御するためのサーボ・システムであって、
請求項1から22のいずれかに記載のコントローラと、
実際の物体位置と目標物体位置との間のずれを示すエラー信号を生成することができる第1の検出器と、
当該コントローラから、ドライブ信号を受け取り、そして、当該物体に作用するように連結して、制御信号の制御の下に、物体に移動力を働かせるアクチュエータと、を有するサーボ・システム。
【請求項２４】
当該物体の速度を示す信号を生成することができる第2の検出器を、さらに、有する請求項23に記載のサーボ・システム。
【請求項２５】
少なくとも1つの可動光部品、および、当該光部品の実際の位置を制御するための、請求項23または24に記載のサーボ・システムを有する光ディスク・ドライブ。
【請求項２６】
当該光部品が、対物レンズである請求項25に記載の光ディスク・ドライブ。
【請求項２７】
当該光部品が、光ヘッドである請求項25に記載の光ディスク・ドライブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概ね、光ディスク・ドライブの光ヘッドのいくつかのパラメータを制御するための、光ディスク・ドライブのコントローラに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に知られているように、光記憶ディスクは、データが記憶される記憶空間の、連続的ならせん状の、または、複数の同心円状の、少なくとも1つのトラックを有する。光ディスクが、製造中にデータが記録され、ユーザは、単に、データを読み出すことしかできない、読み出し専用タイプである場合もある。光記憶ディスクは、また、ユーザが、データを記憶させることができる書き込み可能タイプである場合もある。光記憶ディスクの記憶空間にデータを書き込むために、または、そのディスクからデータを読み出すために、光ディスク・ドライブは、一方では、光ディスクを受け取って、回転させるための手段を、そして、他方では、光ビーム（通常、レーザ・ビーム）で記憶トラックを走査するための光ヘッドを、有する。例えば、ディスクからのデータの読み出しにおいて、レーザ・ビームが、生成されて、回転しているディスクのトラック上にフォーカスされる。反射光が、捕捉されて、データ信号が、その反射光ビームから引き出される。一般的な光ディスク技術、データを光ディスクに記憶させることができる仕方、および、光データを光ディスクから読み出すことができる仕方は、一般に知られているから、本明細書において、この技術について、より詳細に記述する必要はない。
【０００３】
そのタスクを満たすことができるように、光ディスク・ドライブの光ヘッドは、可動部を含んでいる。例えば、光ヘッドは、光ディスクのトラック上に、正確に光ビームをフォーカスさせるために、Z方向、即ち、光ビームの縦方向、に変位可能な対物レンズを持つレンズ系を有する。さらに、対物レンズ、または、光ヘッドは、光ディスクのトラックに追随できるように、光ディスクのラジアル（半径）方向に変位可能である。光ディスクが、複数の円形トラックを有しているとしても、そのようなトラックは、実際には、正確な円形状からはずれており、その結果、光ヘッドは、トラック上で、正確に、レーザ・ビームのフォーカス・スポットを維持するために、変位する必要がある。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
以下において、本発明を、対物レンズのフォーカス制御に関して、より特定的に説明する。しかしながら、当業者にとっては、同じ説明が、必要な変更を加えて、光ヘッドのトラッキング制御にも有効であることは、明白であるに違いない。
【０００５】
フォーカス制御のために、対物レンズは、Z方向に変位可能に構成され、また、ディスク・ドライブは、対物レンズを、Z方向に沿って変位させるための、対物レンズに作用するように連結された可制御アクチュエータを有している。光ディスク・ドライブは、さらに、フォーカス・エラー量を表わすフォーカス・エラー信号を生成するための手段を備えている。当業者にはよく知られているように、そのようなフォーカス・エラー信号は、光読み出し信号から導出することができ、したがって、本明細書において、フォーカス・エラー信号を、どのように生成するかについて詳細に説明することは、必要ない。
【０００６】
可制御アクチュエータは、入力信号としてフォーカス・エラー信号を受け取り、そして、アクチュエータに対するドライブ信号を生成するコントローラによって制御される。アクチュエータは、対物レンズを変位させることによって、このドライブ信号に応答する。全体のセットアップは、フォーカス・エラーが、対物レンズの変位によって低減されるようにすることである。言い換えれば、コントローラは、その入力エラー電圧が低減する如く、出力ドライブ信号を生成するように設計される。
【０００７】
以下においては、コントローラの振る舞いに、検討の焦点を合わせる。原理的には、エラー信号を生成するための如何なる周知のタイプのデバイスを、コントローラへの入力信号を生成するために用いてもよいし、また、如何なるタイプの周知のアクチュエータを、コントローラによって出力されるドライブ信号のコマンドに従って動かすために用いてもよい。本発明は、特に、コントローラの設計、および、入力エラー信号を受け取ったことに応答して、アクチュエータ・ドライブ信号を生成するための方法に関するものである。
【０００８】
図1A, 1Bは、従来技術のコントローラの可能な特性を線図的に例示するグラフである。横軸は、入力エラー信号FEの量を表わしている。縦軸は、出力ドライブ信号Sdを表わしている。図1Aは、線形特性を例示している。ドライブ信号Sdは、入力エラー信号FEに正比例する。このタイプのコントローラは、「比例コントローラ」としても示される。この場合、コントローラの制御特性は、横軸に対して角度αをなし、その角度がコントローラの利得を示す直線1によって表わされる。とりわけ、利得Gを、次式
2005530287.tif 000003
によって定義すると、比例コントローラの利得は、tan(α)に等しい。
【０００９】
簡潔に言えば、利得を高くすればするほど、コントローラの応答は、より速くなり、したがって、エラー信号FEの総体的な量は、より小さくなる。言い換えれば、利得を高くすればするほど、エラーは、より小さくなる。しかしながら、利得Gを高く選びすぎることは、制御系を不安定状態に至らしめるかもしれないから、望ましくない。
【００１０】
図1Bは、既知の非線形コントローラを例示している。この場合には、コントローラの制御特性は、2つの直線によって記述され、第1の直線2は、原点を通って、横軸と角度αをなす。この線は、原点と、ある閾ドライブ信号SdTとある閾エラー信号FETに対応する、ある点Pとの間に延在する。正常な状況の下では、エラー信号FEは、この閾エラー信号FETより小さく、コントローラは、この第1の直線2にしたがうように振る舞う。しかしながら、正常でない状況の下では、例えば、光ディスク・ドライブが、機械的な衝撃にさらされると、エラー信号は、当該閾レベルFETを越えるかもしれない。その場合には、利得を増加させることによって、コントローラの補正行動を増大させることが、望ましい。この目的のために、この特性は、当該点Pから始まって、横軸と、当該角度αよりも大きな角度βをなす第2の直線3を有する。
【００１１】
理論上は、図1Bの非線形特性は、図1Aの線形特性に対する改良である。しかしながら、実際には、そのような特性は、様々な状況において適切である設定を見つけるのが、非常に困難に思われるから、理想的ではない。この非線形コントローラを、1つの状況に対して、十分に機能するように調整することは可能であるが、エラー信号のノイズ含有量が、より大きい別の状況では、コントローラの、その設定を用いることができない。ノイズ寄与の変化が、ディスクの交換によって生じる場合もある。もちろん、光ディスク・ドライブは、信頼性高く、様々な光ディスクを扱うことができるべきである。
【００１２】
したがって、本発明の1つの目的は、多様な光ディスクにおいて、コントローラの設定を各新しい光ディスクに適合化させる必要なしに、エラーを低減することができる、改良されたコントローラ特性を持つ改良されたコントローラを提供することである。
【００１３】
図1Bに例示される非線形特性を持つ、従来技術の非線形コントローラにおいては、コントローラは、その利得を、低い値（直線2）と、高い値（直線3）との間で切り替える。どの利得を用いるかについての判定は、エラー信号FEであるただ1つのパラメータにしか依存しない。入力エラー信号FEが、当該閾レベルFETよりも低ければ、コントローラは、その最低の利得（直線2）を選択し、一方、入力エラー信号FEが、当該閾レベルFET以上であれば、コントローラは、その最高の利得を選択する。これに対し、本発明の重要な一態様によれば、コントローラは、どの利得を用いるかに関する、その判定の基礎を、少なくとも2つの入力パラメータに置く。
【００１４】
本発明のこれらの、そして、他の態様、特徴および利点は、図面（同一の参照数字は、同一、または、同等の部分を示す）を参照しながら、以下の記述によって、さらに、説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図2Aは、第1のコントローラ・ユニット33、第2のコントローラ・ユニット34、プロセッサ・ユニット35および可制御スイッチ・ユニット40を有するコントローラ・デバイス30を線図的に例示する機能ブロック図である。コントローラ・デバイス30は、入力エラー信号εを受け取るための第1の入力31、および、コントローラ出力信号Sdを供給するための出力39を持っている。
【００１６】
第1のコントローラ・ユニット33は、当該第1のコントローラ入力31に結合された入力33aを持ち、また、出力信号S1(ε)を供給する出力33cを持っている。第1のコントローラ・ユニット33は、従来のコントローラのように実行してもよい。第1のコントローラ・ユニット33は、図1Aに例示されているような特性を持つ比例コントローラであってもよい。第1のコントローラ・ユニット33は、また、PIコントローラであってもよく、その場合には、当業者には明らかなように、出力信号S1(ε)が、入力エラー信号ε、および、入力エラー信号εを1回以上積分することによって得られる信号、および／または、以前の出力信号（フィード・バック）を1回以上積分することによって得られる信号に基づいて生成される。第1のコントローラ・ユニット33は、また、PDコントローラであってもよく、その場合には、当業者には明らかなように、出力信号S1(ε)が、入力エラー信号ε、および、入力エラー信号εおよび／または以前の出力信号を1回以上微分することによって得られる信号に基づいて生成される。第1のコントローラ・ユニット33は、また、PIDコントローラであってもよく、その場合には、当業者には明らかなように、出力信号S1(ε)が、入力エラー信号ε、入力エラー信号εおよび／または以前の出力信号を1回以上積分することによって得られる信号、および、入力エラー信号εおよび／または以前の出力信号を1回以上微分することによって得られる信号に基づいて生成される。PIコントローラ、PDコントローラおよびPIDコントローラは、それ自体としては公知であるから、本明細書において、それらの設計および作動について、詳細に検討する必要はない。
【００１７】
同様に、第2のコントローラ・ユニット34は、当該第1のコントローラ入力31に結合された入力34aを持ち、また、出力信号S2(ε)を供給する出力34cを持っている。第1のコントローラ・ユニット33に関して上述したように、第2のコントローラ・ユニット34も、従来のPコントローラ、PIコントローラ、PDコントローラ、PIDコントローラにしたがって実行してもよい。
【００１８】
可制御スイッチ・ユニット40は、第1のコントローラ・ユニット33の出力33cに結合された第1の入力43、第2のコントローラ・ユニット34の出力34cに結合された第2の入力44、および、コントローラ出力39に結合された出力46を持っている。可制御スイッチ・ユニット40は、少なくとも2つの作動状態を持っている。第1の作動状態において、その出力46は、コントローラ出力39におけるコントローラ出力信号Sdが、第1のコントローラ・ユニット33の出力信号S1(ε)に一致するように、その第1の入力43に結合される。このとき、コントローラ30は、全体として、第1のコントローラ・ユニット33の特性に一致するコントローラ特性を持つ。この状況を、「コントローラ・デバイス30が、第1の作動モードで作動する」と呼ぶ。
【００１９】
第2の作動状態において、可制御スイッチ・ユニット40の出力46は、コントローラ出力39におけるコントローラ出力信号Sdが、第2のコントローラ・ユニット34の出力信号S2(ε)に一致するように、その第2の入力44に結合される。このとき、コントローラ30は、全体として、第2のコントローラ・ユニット34の特性に一致するコントローラ特性を持つ。この状況を、「コントローラ・デバイス30が、第2の作動モードで作動する」と呼ぶ。
【００２０】
この第1または第2の作動状態を選択するために、可制御スイッチ・ユニット40は、制御入力45から受け取った信号Scに応答し、該入力は、プロセッサ・ユニット35の出力35cに結合されている。プロセッサ・ユニット35は、入力エラー信号εを受け取るために、当該第1のコントローラ入力31に結合された入力35aを持っている。プロセッサ・ユニット35は、プロセッサ・ユニット35の一実施例の機能ブロック図である図2Bを参照して、以下に検討されるように、入力エラー信号εに基づいて、また、エラー信号εの変化率を示す、少なくとも1つのさらなるパラメータνに基づいて、その出力信号Scを生成する。
【００２１】
図2Bは、2つの入力35a, 35b、および、出力35cを持つプロセッサ・ユニット35の一実施例を線図的に例示する機能ブロック図である。第1の入力35aは、入力エラー信号εを受け取るためにある。プロセッサ・ユニット35は、第1の入力35aからエラー信号εを受け取る入力73aを持つ加算器73を有する。
【００２２】
エラー信号εの変化率を表わす信号、即ち、関係する物体の速度を表わす信号を、今後、nで示す。そのような信号は、その速度を検出するために、当の物体に結合された外部検出器から供給してもよい。原理的には、如何なる適切な速度検出器も用いることができ、したがって、本明細書において、速度検出器の設計および機能について説明することは、必要ない。そのような速度検出器（図示せず）は、プロセッサ・ユニット35の第2の入力35bに、速度信号nを供給することができると言うだけにとどめる。
【００２３】
しかしながら、プロセッサ・ユニット35自体が、次式にしたがって、エラー信号εの、時間に関する一次導関数として速度nを計算することによって、入力エラー信号εから速度信号nを導出することができるようにすることも可能である。
2005530287.tif 000004
【００２４】
図2Bの機能ブロック図において、プロセッサ・ユニット35は、エラー信号εを受け取る入力51を持つ計算ユニット50を持つように示されており、この計算ユニット50は、その入力信号の、時間に関する一次導関数(
2005530287.tif 000005
)を、その出力52から供給するように設計されている。そのような計算ユニットは、それ自体としては公知であり、従来技術の計算ユニットを、本明細書で用いることができるから、本明細書において、そのような計算ユニットの設計および作動について詳細に検討する必要はない。しかしながら、計算ユニット50は、ハードウェア・デバイスとして実行することができるが、ソフトウェアにより実行することもできることに注意されたい。
【００２５】
プロセッサ・ユニット35を、入力エラー信号εと、入力速度信号nとを受け取るように、特に設計してもよい。その場合には、プロセッサ・ユニット35は、2つの入力35aおよび35bを持ち、また、計算ユニット50を省略してもよい。他方、コントローラ30は、入力エラー信号εしか受け取らないように、特に設計することも可能であり、その場合には、第2の入力32を省略してもよい。図2Bに示されている好適な一実施例においては、コントローラ30を、必要に応じて、外部速度信号nありでも、なしでも、使用可能である。この目的のために、プロセッサ・ユニット35は、計算ユニット50の出力52に結合された第1の入力61を持ち、かつ、プロセッサ・ユニット35の第2の入力35bに結合された第2の入力62を持つスイッチ60を有する。スイッチ60は、出力63を持ち、その出力63を、その第1の入力61、または、その第2の入力62のいずれかに接続することができる。速度検出器と組み合わせた作動の場合には、スイッチ60が、出力63を、その第2の入力62に接続する配置に設定される。速度検出器なしの作動の場合には、スイッチ60が、その出力63を、その第1の入力61に接続する配置に設定される。したがって、スイッチ60の出力63には、速度信号nが、常に、存在する。
【００２６】
速度信号nを受け取る、または、エラー信号εの、時間に関する一次導関数を計算することによって速度信号nを計算する代わりに、状態推定器、即ち、ノイズのために相対的に不正確な推定から、パラメータ（速度のような）の値を推定するフィルタを用いることも可能であることに注意されたい。そのような推定器は、当業技術において公知であり、したがって、それらの設計および機能を、本明細書で詳細に記述する必要はない。適切な一例として、Kalman状態推定器を、本明細書では挙げておく。
【００２７】
加算器73は、当該速度信号nから導出される信号を受け取るように結合された第2の入力73bを持っている。図2Bは、速度信号nが、加算器73の第2の入力73bに印加される前に処理されることを例示している。図2Bに例示されている好適な一実施例において、この前処理は、二乗計算器71によって、速度信号nを二乗し、乗算器72によって、この二乗された速度信号n2に一定値Kを乗算するステップを有し、その結果、加算器73は、
2005530287.tif 000006
を受け取る。
【００２８】
加算器73において、この入力信号
2005530287.tif 000007
が、第1の入力73aから受け取られたエラー信号εに加えられて、比較器74の第1の入力74aに供給される和Σをもたらす。比較器74の第2の入力74bは、遷移レベルTLを示す信号を受け取る。比較器74の出力74cは、プロセッサ・ユニット35の出力35cに結合されている。比較器74は、その第1の入力74aから受け取った和Σを、遷移レベルTLと比較する。和Σが、この遷移レベルTLよりも低ければ、比較器74は、第1の値を持つ出力信号Scを供給する。そうではなくて、和Σが、当該遷移レベルよりも高ければ、出力信号Scは、第2の値を持つ。
【００２９】
スイッチ40は、制御信号Scが、その第1の値を持つときに、その第1の作動状態を選択することによって、また、制御信号Scが、その第2の値を持つときに、その第2の作動状態を選択することによって、当該出力信号Scに応答する。
【００３０】
それに代えて、プロセッサ・ユニット35が、出力信号Scとして和Σを供給し、そして、比較器74を、スイッチ40に組み入れることも可能である。
【００３１】
比較器74は、当業者には明らかなように、履歴を持つ特性、即ち、和Σが上昇しているときには、より高い遷移レベルTL1を、また、和Σが下降しているときには、より低い遷移レベルTL2を持ってもよい。
【００３２】
二乗計算器、乗算器、加算器および比較器は、一般に知られている部品で、そのような従来技術の部品を、本発明のコントローラ30に用いることができるから、本明細書において、そのような部品の設計および作動について詳細に検討する必要はない。しかしながら、そのような部品を、ハードウェアにより実行することができるが、ソフトウェアによっても実行することができることに注意されたい。
【００３３】
相対的に単純な一実施例において、第1のコントローラ・ユニット33は、図1Aに例示されているような特性を持つ比例コントローラであり、一方、第2のコントローラ・ユニット34は、エラー信号εに関係なく、一定の出力信号S2を出力する。生じる、コントローラ・デバイス30の特性が、図3に例示されている。ここで、横軸は、エラー信号εを表わし、縦軸は、コントローラ出力信号Sdを表わしている。その特性は、原点(0,0)に関して対称であることが、不可欠ではないが、好ましいから、図3は、特性の一象限しか示していない。この創意に富んだコントローラは、2つの作動モードを持ち、少なくとも2つのパラメータに基づいて、それらの2つの作動モード間で切り替え可能である。スイッチ40が、その第1の作動状態にあって、コントローラの振る舞いが、第1のコントローラ・ユニット33によって決定される、その第1の作動モードにおいて、コントローラは、図3の直線11によって例示される線形特性を持つ。この直線11は、原点を通る。この第1の作動モードにおいては、コントローラの出力ドライブ信号Sdは、エラー信号εに線形に比例する。
【００３４】
スイッチ40が、その第2の作動状態にあって、コントローラの振る舞いが、第2のコントローラ・ユニット34によって決定される、その第2の作動モードにおいて、出力ドライブ信号Sdは、入力エラー信号の正確な量に関係なく、実質的に、一定である。一定モードとしても示される、この第2のモードは、図3において、第2の直線12によって例示されている。この第2の直線12は、水平線である。第1の線11と第2の線12とは、遷移点13において互いに交わる。この遷移点13に対応するエラー信号レベルは、正常遷移閾レベルTNと呼ばれる。
【００３５】
図3において、一定モードにおける出力ドライブ信号のレベルが、Smaxとして示されており、このコントローラが供給できる最大出力信号を示している。この最大レベルは、第2のコントローラ・ユニット34の能力の上限であってもよい、即ち、このコントローラは、単に、Smaxよりも大きな量を持つ、如何なる出力信号も生成することができないだけであるということに注意されたい。さらに、この上限は、アクチュエータをドライブする電力増幅器の最大レベルに一致させてもよい。しかしながら、さらに、このレベルSmaxを、ソフトウェアまたはハードウェアのリミッタによって定めてもよく、また、Smaxのこのレベルを、コントローラの製造中に、または、ユーザ設定として、そのようなリミッタを設定することによって、設定してもよい。
【００３６】
正常な状況の下では、コントローラ・デバイス30は、第1の作動モード、即ち、線形作動モードで作動する、通常の線形コントローラとして振る舞う。そのような正常な状況の下では、入力エラー信号εは、正常遷移レベルTNより小さく、コントローラは、第1の直線11の特性にしたがって、その出力ドライブ信号Sdを生成する。これは、第1の線11に沿って作動するコントローラ・デバイス30として表現される。
【００３７】
入力エラー信号εが、ゆっくり増加すると、コントローラ・デバイス30は、遷移点13に到達するまで、第1の直線11を進み、そこで、コントローラ・デバイス30は、第2の作動モードに遷移して、第2の直線12を進む、即ち、それは、その出力ドライブ信号を一定に保つ。通常、従来技術のコントローラでも、コントローラが飽和に達するほど、入力エラー信号εが大きくなると、そのような遷移が、なされるということに注意されたい。
【００３８】
図1Bを参照して上述した従来技術のコントローラも、2つの作動モードを持ち、各モードは、その特有のSd/FE図の直線部分によって特徴づけられる。従来技術による、これらの2つの作動モードは、もっぱら、入力信号FEのみによって定められる。ある閾レベルより下では、コントローラは、常に、その第1の作動モードにあり、また、この閾レベルより上では、コントローラは、常に、その第2の作動モードにある。これに対し、この重要な発明の重要な一態様によれば、2つの作動モードが、第2の直線12の1つの線部分12aによって例示される、ある重なり部分を持つ。この線部分12aは、遷移点13を越えて、入力エラー信号の、より低い値まで延在する。この線部分12aは、下限14として示される終端点を持ってもよい。それに対応するエラー信号レベルが、下限閾レベルTLLとして示されている。この下限閾レベルTLLは、0より大きくてもよいが、線部分12aは、縦軸までずっと延在するのが好ましい、即ち、終端点14は、入力エラー信号0に一致してもよい。
【００３９】
したがって、TLLからTNまでの入力エラー範囲において、コントローラ・デバイス30は、2つの特性を持ち、これら2つの特性の間で切り替え可能である、または、言い換えれば、TLLからTNまでの範囲の、ある入力エラー信号に対して、コントローラは、同じ入力エラー信号に対してさえ、その2つの作動モードのうちの何れにあることもできる。これらの2つの作動モード間の切り換えは、以下に検討されるように、エラー信号εが変化する割合を示す第2の信号(ν)の相当の寄与を含む和信号Σに基づいて、なされる。
【００４０】
エラー信号εが、正常遷移閾レベルTNよりも大きければ、出力信号Sdは、常に、第2の作動モード、即ち、一定モード(12)にしたがって生成される。
【００４１】
入力エラー信号εが、正常遷移閾レベルTNより小さいが、下限閾レベルTLLよりも大きく、同時に、変化率が、相対的に小さければ、出力信号Sは、第1の作動モード(11)にしたがって生成される。そうではなくて、入力エラー信号εが、正常遷移閾レベルTNより小さいが、下限閾レベルTLLよりも大きく、同時に、変化率が、相対的に大きければ、出力信号Sは、第2のモード、即ち、一定モード(12a)にしたがって生成される。
【００４２】
最後に、入力エラー信号εが、下限閾レベルTLLよりも小さければ、出力信号Sは、常に、第1の作動モード、即ち、線形モード(11)にしたがって生成される。
【００４３】
光ドライブの場合には、エラー信号εは、実際には、物体（対物レンズ、または、光ヘッド）の位置にちなむ量である。その場合、エラー信号の変化率は、実際には、当該物体によって追跡される目標物体（例えば、光ディスクのトラック）に関する、この物体のその時点の速度にちなむ量である。大きな速度は、例えば、機械的衝撃のような極端な状況で生じる。そのような極端な状況においては、コントローラ・デバイス30は、最も高い可能な抑制力を与える第2の作動モードで作動することが望ましい。
【００４４】
遷移レベルTL、および、乗定数Kは、プロセッシング・ユニット35の製造中に定められる固定値であってもよい。しかしながら、乗算器72は、その乗定数を、ユーザが、変更できるように設定することも可能である。同じことが、遷移レベルTLに関して、比較器74にも当てはまる。当該乗定数Kおよび当該遷移レベルTLは、そのコントローラに制御させようとしているアクチュエータの作動特性と組み合わせて選ぶのが好ましい。これは、以下のように説明される。
【００４５】
前述のように、コントローラ・デバイス30からドライブ出力信号を受け取ったアクチュエータは、関係する物体（対物レンズ、光ヘッド）に力を働かせ、そのような力は、その物体に加速度を与える。原理的には、ドライブ信号Sdが、大きければ大きいほど、働く力も、より大きくなり、したがって、この力によって引き起こされる加速度も、より大きくなる。しかしながら、その加速度は、無限に高くはなりえない。実際には、その加速度は、最大加速度レベルamaxまでに制限される。
【００４６】
ある時刻τにおいて、エラー信号εが、ある値ε(τ)を持ち、そして、速度信号nが、ある値n(τ)を持つと仮定する。これらの値は、それぞれ、目標位置からずれている、関係する物体（対物レンズ、光ヘッド）の、ある位置、および、この物体の速度に対応する。さらに、アクチュエータは、この物体を、一定の加速度aで、その目標位置に向かって推進する方向を持つ、即ち、εを減少させる方向を持つ一定の力Fを、この物体に働かせると仮定する。さらに、速度nは、目標位置から離れる方向を持つと仮定する。したがって、すぐ後で、その加速度は、速度nを低下させるが、エラー信号は、増加する。加速度aが、一定に保たれると、物体は、次式にしたがって、最大エラー信号εmaxに対応する、その目標位置からの最大のずれに到達することを容易に示すことができる。
2005530287.tif 000008
【００４７】
明らかに、速度n(τ)が、大きければ大きいほど、最大ずれεmaxは、より大きくなる。
【００４８】
加速度aが、増加すると、この最大ずれεmaxは、減少する。しかしながら、上述のように、このシステムにおける最大加速度は、上限amaxを持つ。したがって、最大ずれεmaxは、次式による値εmax,minより小さくなりえない。
2005530287.tif 000009
【００４９】
コントローラ・デバイス30において、定数Kは、少なくとも、ほぼ、
2005530287.tif 000010
に等しいように選択される。したがって、和Σは、最大ずれεmaxの最小に達成可能な値εmax,minに等しい。
【００５０】
コントローラ・デバイス30において、和Σが比較される閾レベルTLは、この場合、容認可能なずれεの限界値に一致する。和Σが、この容認可能限界TLよりも小さくとどまる限り、最大ずれεmaxは、容認可能限界内にあると予測されて、コントローラ・デバイス30は、その線形モード(11)で作動することが許される。他方、和Σが、容認可能レベルTLを越えると、最大ずれεmaxが、恐らく、ある予期しない外部状況によって、容認可能な値よりも大きい、大きな値であるようであると予測されて、コントローラ・デバイス30は、アクチュエータの補正行動が、可能な限り大きくなる第2の作動状態に、その作動を切り替えることによって緊急行動を取ることを判定する。
【００５１】
本発明によって提案されるコントローラの動作が、実行シミュレーションによって調べられた。図4A〜4Cは、対物レンズが、機械的な衝撃によって、その目標位置の周りに振幅を減少させながら振動すると仮定したシミュレーション結果を例示している。この目標位置からの対物レンズのずれが、エラーε (mm)として表現されている。図4Aに例示されているシミュレーションでは、コントローラ・デバイス30は、通常のPIDコントローラとして作動し、その利得は、図1Aに例示されているような線形特性を持つと仮定された。言い換えれば、図2Aを参照すると、第1のコントローラ・ユニット33が、PID特性を持ち、そして、スイッチ40が、絶えず、その第1の作動状態で作動している。
【００５２】
図4Bに例示されているシミュレーションでは、コントローラは、図1Bに例示されているような切り替わる利得特性を持ち、その線形特性部分(2)が、図4AのPIDコントローラの線形特性(1)に一致すると仮定された。遷移点Pは、0.1 μmのエラーεに相当した。線形特性部分(2)の第1の利得
2005530287.tif 000011
は、値
2005530287.tif 000012
を持った。第2の特性部分(3)の第2の利得
2005530287.tif 000013
は、値
2005530287.tif 000014
を持った。言い換えれば、図2Aを参照すると、第1のコントローラ・ユニット33は、第1の利得
2005530287.tif 000015
を持つ線形のPID特性を持ち、また、第2のコントローラ・ユニット34は、第2の利得
2005530287.tif 000016
を持つPID特性を持つ。プロセッサ・ユニット35では、定数Kは、0であり、また、遷移レベルTLは、0.1 μmに等しい。
【００５３】
図4Cは、本発明にしたがって作動するコントローラの動作を例示している。ここでも、第1のコントローラ・ユニット33は、第1の利得
2005530287.tif 000017
を持つ線形のPID特性を持ち、そして、第2のコントローラ・ユニット34は、図3の水平特性12aを参照して前に検討したように、一定の出力信号を出力する。比較器74の遷移レベルTLは、信号が上昇しているときには、0.1 μmに等しく、信号が下降しているときには、0.09 μmに等しい（履歴）。Kの値は、
2005530287.tif 000018
に等しく、amaxは、100 m/s2に等しいと設定した。
【００５４】
図4Cを図4Bと比較することによって、本発明によって提案されるコントローラを用いるときに生じる最大のずれは、図4Bに例示されているコントローラを用いるときの最大のずれより、はるかに小さいことが、明白になる。
【００５５】
図5A〜5Cは、システムが、この場合には、ノイズを含むとした特徴を加えたときの、図4A〜4Cのシミュレーションと同じシミュレーションの結果を例示している。図5Bにおいて、図1Bに例示されているような特性を持つ、利得を切り換えるコントローラは、ノイズに関して言えば、例えば、10 ms, 38 msおよび79 msに示されているような、非常に強い振動ピークに煩わされることがあることを、明白に見て取ることができる。図5Cから、本発明によって提案されるコントローラには、そのような強い振動ピークがないことを、明白に見て取ることができる。
【００５６】
本発明は、上で検討した典型的な実施例に限定されず、種々の変形例および変更例が、付されている請求項に定められている本発明の保護範囲内で可能であることは、当業者には明らかであるに違いない。
【００５７】
例えば、コントローラの特性は、互いに交差する2つの直線11と12との組合せとして記述されている。しかしながら、2つの線が直線であるという事実は、不可欠なことではない。それらの線は、曲線であってもよい。的を射たことは、コントローラは、各モードが、対応する特性を持つ、少なくとも2つの可能な作動モードで作動することができるということ、および、当該特性の少なくとも2つは、エラー信号値範囲
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において、重なり部分を持つということである。さらに、コントローラは、エラー信号の、時間に関する導関数であることが好ましい、少なくとも1つの他のパラメータの値に基づいて、1つのモードから他のモードに切り替わることができ、したがって、コントローラは、エラーεが同じであるときでさえ、そのモードのいずれかにいることができるということも、的を射たことである。
【００５８】
好適な一実施例において、それらの特性の1つは、最大特性、即ち、水平線(12)であり、同時に、それらの特性の他の1つは、原点を通り、最大特性(12)と交差する、より低い線（曲線または直線）である。さらに念入りに作り上げると、コントローラは、上述の、より低い特性と最大特性との間に、第3の特性、即ち、中間特性を持ってもよい。速度nが、相対的に低ければ、コントローラは、より低い特性に従う。速度nが、相対的に高ければ、コントローラは、最大特性に従う。速度nが、中間範囲内にあれば、コントローラは、中間特性に従う。
【００５９】
さらに、上記の例において、基準Σは、2つのパラメータεおよびνに基づいて定められる。しかしながら、3つ以上のパラメータに基づいて、基準を定めることも可能である。例えば、第3のパラメータとして、二次導関数
2005530287.tif 000020
を用いてもよい。如何なる場合にも、パラメータの数が、nに等しければ、共同して、それらは、n次元空間の座標系を定め、そして、基準が、このn次元空間を、2つのセクションに分割する。コントローラ・デバイスは、その状態が、当該座標空間に投影されたときに、当該n次元空間の1つのセクション中の点に対応した場合には、その1つのモードで作動し、一方、コントローラ・デバイスは、その状態が、当該n次元空間の他の1つのセクション中の点に対応した場合には、他の1つのモードで作動する。振る舞いに、履歴を与えるために、2つの並列基準S+およびS-を、ほんのわずかしか違えずに、定めてもよく、その結果、コントローラの状態が、当該n次元空間の当該1つのセクションから、当該他のセクションに進むとき、それは、2つの並列基準境界を連続して横切り、また、コントローラは、第2の境界を横切るときしか、そのモードを変化させない。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】従来技術のコントローラの特性を線図的に例示するグラフである。
【図２】本発明によるコントローラ(A)およびプロセッサ・ユニット(B)の一実施例を線図的に例示する機能ブロック図である。
【図３】図2Aのコントローラの一実施例の特性を例示するグラフである。
【図４】シミュレーションを例示するグラフである。
【図５】シミュレーションを例示するグラフである。
【符号の説明】
【００６１】
11  第1の直線
12  第2の直線
12a  線部分
13  遷移点
14  下限
30  コントローラ・デバイス
33  第1のコントローラ・ユニット
34  第2のコントローラ・ユニット
35  プロセッサ・ユニット
40  可制御スイッチ・ユニット
50  計算ユニット
60  スイッチ
71  二乗計算器
72  乗算器
73  加算器
74  比較器
【図１Ａ】
2005530287.tif 000032
【図１Ｂ】
2005530287.tif 000033
【図２Ａ】
2005530287.tif 000034
【図２Ｂ】
2005530287.tif 000035
【図３】
2005530287.tif 000036
【図４】
2005530287.tif 000037
【図５】
2005530287.tif 000038
【国際調査報告】
2005530287.tif 000039
2005530287.tif 000040