モータ制御装置
【課題】ＤＣモータを使用して高精度の位置制御を行おうとするモータ制御装置では、トルクむらの存在のため、位置決め精度を阻害したり、位置決めのための時間がかかりすぎる場合がある。また、モータ単体では基本的にトルクしか制御できないため精度の良い速度制御ができない。
【解決手段】ＤＣモータ５のインダクタンス成分による逆起電圧を、電圧発生回路１３のスイッチング素子３６〜３９と信号処理回路１５に備えるスイッチとを切り換え測定し電機子の角度位置情報を得、これによりトルクむらをトルク補正テーブル１８に基づき補正することにより、位置決め精度を向上し位置決めのための時間を短縮する。また、これにより速度を求め、これを基準に速度制御を行うことにより精度の良い速度制御を行う。
【解決手段】ＤＣモータ５のインダクタンス成分による逆起電圧を、電圧発生回路１３のスイッチング素子３６〜３９と信号処理回路１５に備えるスイッチとを切り換え測定し電機子の角度位置情報を得、これによりトルクむらをトルク補正テーブル１８に基づき補正することにより、位置決め精度を向上し位置決めのための時間を短縮する。また、これにより速度を求め、これを基準に速度制御を行うことにより精度の良い速度制御を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はモータ制御装置に関し、特に小型のＤＣモータを使用し、精密な位置制御を行なう装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ブラシと整流子とを内臓するＤＣモータは構成が簡易で安価であり、小型、高効率、大出力、特別な駆動装置が不要といった特徴を有するため、数多くの機器に利用されている。一方、ＤＣモータは高精度な位置決めや極めて低い回転数での安定した回転が求められる場合、次のような障害があり十分な性能を発揮することができなかった。
【０００３】
その第１は、モータ単体では基本的にトルクしか制御できない点である。ステッピングモータの場合、複数の相への駆動電流の比率によりモータ単体でも角度位置を直接制御することができる。角度位置を直接制御できるので、速度の制御も容易である。これに対しＤＣモータは、モータ単体では駆動電流によりトルクを制御することができるのみである。逆起電圧により速度を制御することもある程度可能であるが、これは回転数が低い場合には使用できないし、モータ単体では角度位置を直接制御することは全く不可能である。このためＤＣモータを用いて変位や速度を制御しようとする場合、速度や変位を検出してフィードバックする装置がモータとは別に必要である。
【０００４】
その第２は、トルクむらの存在である。トルクむらの要因には大きくわけて２つある。その１つはコギングトルクの存在である。コギングトルクとはモータの磁気回路のアンバランス等により発生し、モータの回転子をある角度位置に位置させようとするよう発生するトルクで、モータに駆動電圧を印加しない状態でも発生する。今１つはモータの発生するトルク自体のむらである。小型ＤＣモータでは極数が少なく通常は３極である。このため１回転中の発生トルクむらが大きく、また極数が少ないためコギングトルクも大きい。
【０００５】
その第３は、ロータの慣性モーメントが大きいことである。小型ＤＣモータは界磁に永久磁石が使用されるため界磁のスペースが少なくて済み、その分直径の大きい回転子を使用することができる。これが高効率、大出力といった特性が実現される一因となる一方、回転子の大直径化は慣性モーメントの増大を招く。装置にもよるが、この慣性モーメントの等価質量は、本来の制御対象の質量の数倍にも達する場合が多い。これは位置決め速度の低下を招く。このような慣性モーメントの大きな制御対象を位置制御する場合、速度フィードバックを使用する必要がある。しかしながらトルクむらや慣性モーメントの値は予めわかっているため、もしも摩擦等による外乱がなければ、このような特性を有するＤＣモータであってもトルクを制御することにより、ある程度位置や速度を制御することができる。
【０００６】
前述した課題に対して、摩擦等による外乱の影響を少なくする技術として特許文献１が知られている。以下、特許文献１に開示された構成を図を用いて説明する。図１１は、特許文献１に開示されているモータ制御装置を用いた光ディスク装置の主要回路構成を示すブロック図で、図１２は同装置の機構関係を示す上平面図である。これらの図において、１０１は光ディスク装置、１０２は光ディスク、１０３は光ディスク１０２を記録再生する光学ヘッド、１０７は光学ヘッド１０３を光ディスク１０２の半径方向（図１２の矢印Ａ方向）に駆動するスレッドモータ、１０８はスレッドモータ１０７の回転軸、１８１は回転軸１０８に固定され回転軸１０８の回転によりウォームギヤとなるリードスクリュー、１０９はドライバ１７１を介してスレッドモータ１０７の回転を制御する制御手段、１２１は光ディスク１０２のトラックを光学ヘッド１０３で追従する際のトラッキングエラー信号生成回路、１２２はトラッキングエラー信号生成回路１２１からのトラッキングエラー（ＴＥ）信号に基づきトラッキング（ＴＳ）信号を生成するトラッキングサーボ回路、１２３はトラッキングサーボ回路１２２の出力信号のＴＳ信号に基づきスレッドモータ１０７にスレッドサーボ（ＳＳ）信号を生成するスレッドサーボ回路、１２４はスレッドサーボ回路１２３からのＳＳ信号の電圧を比較する比較器、１９１は比較器１２４からの信号のタイミングでパルスを発生するパルス発生回路、１３２は光学ヘッド１０３に備え光ビームを収束する対物レンズ、１４１は光ディスク１０２の半径方向（以下、ラジアル方向と称す）と対物レンズ１３２の光軸方向とにそれぞれ対物レンズ１３２を駆動するアクチュエータ、１４２はトラッキングサーボ回路１２２からのＴＳ信号によりアクチュエータ１４１をトラッキング方向に駆動する駆動電圧を出力するトラッキングドライバ、１１６は光ディスク１０２の半径方向に光学ヘッド１０３をガイドするガイドシャフト、１１５はリードスクリュー１８１、ウォームホイール２４１及びピニオンギヤ２４２を介してスレッドモータ１０７の回転数を減速して駆動力を伝達するラックギヤである。なお、制御手段１０９は、光学ヘッド１０３、スレッドモータ１０７、トラッキングサーボ回路１２２、スレッドサーボ回路１２３等の光ディスク装置１０１全体の制御を行うマイクロコンピュータ（ＣＰＵ）であり、比較器１２４からの信号電圧に応じて光ディスク１０２の所望のトラックと対物レンズ１３２の光軸とのずれ量を検出するずれ量検出手段を構成する。
【０００７】
以上の構成要素の動作について説明する。光学ヘッド１０３から照射した光ビームは光ディスク１０２で反射され光学ヘッド１０３に帰還し、光学ヘッド１０３に備える不図示のフォトディテクタで光電変換された信号電圧は、トラッキングエラー信号生成回路１２１に入力されＴＥ信号を生成する。ＴＥ信号がトラッキングサーボ回路１２２に入力され、ＴＳ信号が生成される。このＴＳ信号のレベル（すなわち電圧値）は、基準位置からのラジアル方向における対物レンズ１３２のずれの大きさおよびその方向に対応している。ＴＳ信号は、ドライバ１４２を介してトラッキングアクチュエータ１４１に入力されるとともに、スレッドサーボ回路１２３にも入力される。
【０００８】
アクチュエータ１４１は、ＴＳ信号に基づいてラジアル方向に対物レンズ１３２を駆動し、このアクチュエータ１４１のラジアル方向の駆動により、対物レンズ１３２はトラックの中心に向って移動、すなわちトラッキングサーボがかかる（以下、アクチュエータ１４１はラジアル方向のみに駆動するトラッキングアクチュエータとして説明する）。このトラッキングアクチュエータ１４１の駆動のみでは、対物レンズ１３２をトラックに追従させることに限界があり、これをカバーすべく、スレッドモータ１０７を駆動して光学ヘッド本体１３１を前記対物レンズ１３２が移動した方向と同方向に移動し、対物レンズ１３２を基準位置に戻すように制御する（スレッド制御を行う）。
【０００９】
スレッドサーボ回路１２３ではＳＳ信号が生成される。このＳＳ信号レベル、すなわち電圧値は、基準位置からのラジアル方向における対物レンズ１３２のずれの大きさおよびその方向に対応している。なお、ＳＳ信号は比較器（コンパレータ）１２４に入力され、比較器１２４で２値化される。この２値化信号電圧は比較器１２４から出力され、制御手段１０９に入力される。
【００１０】
図１３は、光ディスク装置１０１のＳＳ信号電圧値、比較器１２４からの信号電圧およびパルス発生同路１９１からの信号電圧のタイミングチャート、図１４は、スレッド制御における制御手段１０９の制御動作手順を示すフローチャートである。
【００１１】
図１３に示すように、比較器１２４からの信号電圧レベルは、ＳＳ信号の電圧レベルがスレショルドレベル（基準電圧値）以上の場合にはハイレベル（Ｈ）、スレッドサーボ信号のレベル（電圧値）がスレショルドレベル（基準電圧値）末満の場合にはローレベル（Ｌ）になる。この光ディスク装置１０１では、比較器１２４からの信号のレベルがローレベル（Ｌ）からハイレベル（Ｈ）になったと判断したとき、対物レンズ１３２の基準位置に対するずれ量がある限界値に達したものとされ、制御手段１０９はパルス発生回路１９１により所定パターンのパルス信号（パルス信号電圧）を生成し、出力する。このパルス発生回路１９１で生成されるパルス信号電圧のパターンは、そのパルス信号電圧に基づいてスレッドモータ１０７が駆動された際、対物レンズ１３２が基準位置に戻るように予め設定されている。パルス発生回路１９１からのパルス信号電圧は、ドライバ１７１を介してスレッドモータ１０７に印加される。スレッドモータ１０７は、パルス信号電圧に基づいて駆動し、このスレッドモータ１０７の駆動により、光学へッド本体１３１が対物レンズ１３２の移動方向と同方向に移動して、対物レンズ１３２が基準位置に戻る。
【００１２】
なお、パルス発生回路１９１から出力されるパルス信号電圧は、図１３に示すように、極性の異なる第１のパルス電圧（正のパルス電圧）１５１と第２のパルス電圧（負のパルス電圧）１５２とで構成されている。第１のパルス電圧１５１の絶対値は、スレッドモータ１０７が光ディスク装置１０２に組み込まれた状態において、そのスレッドモータ１０７が作動する電圧（起動電圧）の絶対値より十分に大きい。この場合、第１のパルス電圧１５１の絶対値は、前記スレッドモータ１０７が作動する電圧の絶対値の１２０〜１７０％程度に設定する。また、第２のパルス電圧１５２の絶対値は、第１のパルス電圧１５１の絶対値未満である。この場合、第２のパルス電圧１５２の絶対値は、第１のパルス電圧１５１の絶対値の５０〜９０％程度に設定する。前述したパルス信号電圧がドライバ１７１を介してスレッドモータ１０７に印加されると、第１のパルス電圧１５１によりスレッドモータ１０７が作動し回転が加速され、第２のパルス電圧１５２によりスレッドモータ７が制動され（ブレーキがかかり）、対物レンズ１３２が基準位置に位置するようにスレッドモータ１０７が停止する。
【００１３】
次に、スレッド制御の際の制御手段１０９の制御動作手順を説明する。図１４に示すように、比較器１２４からの信号電圧のレベルがローレベル（Ｌ）からハイレベル（Ｈ）に変化したか否かをステップ２０１で判断する。ステップ２０１における判断が「ＮＯ」の場合、パルス発生回路１９１はパルス信号電圧を出力せず（ステップ２０２）、ステップ２０１の判断にに戻り、再度ステップ２０１以降を実行する。ステッブ２０１における判断が「ＹＥＳ」の場合、前述したように、ステップ２０３でパルス発生回路１９１によりパルス信号電圧を生成し、パルス信号電圧を出力する。ステップ２０３の後、ステップ２０１に戻り、再度ステップ２０１以降を実行する。こうした構成により、機構の負荷の変動等が生じても、スレッドモータ１０７を安定して正確に回転駆動させることを図っている。
【００１４】
なお、光ディスク装置１０１では、制御対象である光学ヘッド１０３を光ディスク１０２の目的トラック位置に高速で移動し、また当該光ディスク１０２に対し高精度に対物レンズ１３２の光軸の目標ラックに対する位置決めする性能が求められている。このような技術として、特許文献２及び特許文献３が 知られている。
【００１５】
すなわち、特許文献２は、ＤＣモータ駆動電流を所定の抵抗で電圧値として検出し、検出した電圧を複数のローパスフィルタ及びコンパレータで処理することにより、ＤＣモータ１回転当たりに決まった数のパルス出力を得る技術を開示している。このパルス出力から位置及び速度に関する情報が得られ、当該情報に基づきＤＣモータを制御する、すなわちＤＣモータ駆動電流の変化を検出し、ＤＣモータの回転速度を制御することで、高精度の位置決め及び安定した回転を得ることができる。
【００１６】
また、特許文献３には、ＤＣモータに対するトルク指令値と、実際にＤＣモータに流れた駆動電流値とにより、トルクむらを補正するための情報を得、実際の駆動電流指令値を補正する技術が開示されている。
【特許文献１】特開２０００−０２０９７４号公報
【特許文献２】特開平４−１７２９８４号公報
【特許文献３】特開平７−３３７０６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
上記の特許文献１に開示の技術は、ロータの慣性モーメントが大きいことに起因する回転し過ぎを抑え、精度を向上させるのには一定の効果があった。しかしながら当該ＤＣモータ制御装置には以下に述べるような課題があった。
【００１８】
第１にモータ自体には速度や変位の基準がなく、基本的にオープン制御となるため、移動距離や移動速度は外乱に依存してしまう。光ディスク装置に用いる光学ヘッドの移動手段へのＤＣモータの応用では、光ディスクに対し光学ヘッドがフォーカス動作を行っている場合には、光ディスクから位置の情報を得ることができるので一見問題はないが、光学ヘッドの高精度な位置決め及び低速での安定した回転が必要なのは、光ディスクから位置の情報を得られる場合ばかりではない。例えば、ドライブの電源が投入され光学ヘッドがフォーカス動作を開始する際には、情報信号の記録または再生速度や記録密度等の光ディスクの固有の情報は当該光ディスクの最内周にあり、当該固有の情報を先ず読み取る必要があるため、フォーカスの引き込み動作は光ディスクの最内周で行わなければならない。これは光学ヘッドは光ディスクの最内周に位置し、最内周では最もディスクの面ぶれが小さいためフォーカスの引き込み動作が確実であり、かつ、光学ヘッドの対物レンズが通常の記録または再生動作よりも光ディスクに接近する可能性のあるフォーカスの引き込み動作時であっても、対物レンズが光ディスクと接触することで光ディスクに傷をつける可能性は軽減できるという利点にも起因し光学ヘッドは光ディスクの最内周に記述された情報を先ず再生する。従って、光ディスク装置の電源投入時、光学ヘッドがフォーカス動作を開始する前に、当該光学ヘッドを光ディスクの最内周位置に移動させなければならない。
【００１９】
ところで、光学ヘッドは輸送中に振動等を受けて移動する場合があるので、起動前すなわち電源の投入前の光学ヘッドの位置は不明である。また、コストの都合上光学ヘッドが最内周に位置していることを検出するスイッチ等も設けることができない場合が多い。このような不安定な要素を有する状態から確実に光学ヘッドを光ディスクの最内周に移動させるためには、フルストローク以上確実に移動させるのに十分な時間モータを駆動し、光学ヘッドを最内周のメカ的なストッパーに押し付ける動作を行うことが事実上必要である。
【００２０】
さらに、光学ヘッドを移動させる際の摩擦等の負荷は、光ディスク装置の状態や環境によって大きく変化する。また、最内周に光学ヘッドを押し付けた際、ラックとリードスクリューの係合がはずれ、リードスクリューが空転するような状態となるとラックを損傷するので空転は避けなければならない。例えばオープン制御の場合、発生するトルクは変化する摩擦等の負荷に対し十分余裕がある値としなければならない一方、リードスクリューの係合がはずれない値である必要があり、使用可能なトルクの範囲は事実上非常に狭い範囲になってしまうと共に、摩擦等の負荷やリードスクリューの係合がはずれない値の範囲を厳密に見積ると値が設定できない場合も多い。
【００２１】
また、この移動に要する時間は、光ディスク装置の起動時間に直接影響するので、できる限り短い必要がある一方、高速で光学ヘッドがストッパーに衝突すると衝突音が発生し、光ディスク装置の商品としての品位が落ちる。その上、前述したように、ＤＣモータのロータの慣性モーメントは大きいので、衝突により光学ヘッドが静止してもロータは回転を続け、リードスクリューが空転するような状態となってしまう。
【００２２】
以上のように、光学ヘッドの移動に要する時間の要求を満足し、かつ、衝突によりリードスクリューが空転しない速度の範囲は非常に狭い。このため、ＤＣモータの回転によって１回転あたり決まった数のパルスを発生する回転エンコーダを設ける場合もあるが、コストが高くなる。また、特許文献１のように、速度や変位の基準がない場合は、実際の速度がこの狭い速度範囲内に入るようにすることは非常に困難である。
【００２３】
第２の問題点はトルクむらの影響がある点である。上述したように特許文献１では摩擦力に対し比較的大きな駆動パルス電圧を使用することにより、摩擦負荷の影響を比較的小さくすることを可能とする構成であるが、トルクむらに対する対策は何ら施されていない。このためトルクむらにより１パルスあたりの移動量が大きく変動し、光学ヘッドの高精度な位置決めの妨げとなる。
【００２４】
また、特許文献２には、前述のように、モータ駆動電流の変化を検出しこれにより、モータの回転速度を検出する構成が開示されている。しかしながらこのように非常に低い回転数で、しかもパルス駆動を行う場合は、特許文献２に開示の方法は使用できない。それは駆動電流が変化するのは、逆起電圧のむらに起因するが、回転数が低いと逆起電圧も小さく、実用的に検出できるレベルにはならないためである。駆動電流が変化する今１つの要因として、ブラシの切り替えタイミングでの抵抗の変動がある。この抵抗変動は、回転数が低い場合でも発生するが、全回転角中の非常に狭い角度でしか発生しない。このためパルス駆動を行う場合にはこの変化を取りこぼしてしまう可能性が高く、安定な検出ができない。また、仮に検出できたとしても、この抵抗の変動はブラシの切り替えタイミングの位置だけでパルス状に発生し、例えば３極の小型ＤＣモータの場合には、１回転に６パルス発生するだけなので分解能は荒く、トルクむらの補正にも使用できない。
【００２５】
さらに、特許文献３には前述したように、モータに対するトルク指令値と実際に流れた駆動電流値とよりトルクむらを補正するための情報を得、実際の駆動電流指令値を補正する構成が開示されているが、これも特許文献２の上述と同様の理由で回転数が非常に低い場合は逆起電圧も小さく、駆動電流変動が実用的に検出できるレベルにはならず、この方法によるトルクむら補正も不可能である。
【００２６】
すなわち、ＤＣモータは小型かつ低電圧で動作し効率も比較的よい。しかしながら、その出力トルクは駆動電流にほぼ比例するが励磁の切換は機械的な接点であり、極数も最小限であるため１回転中の出力トルクむらは大きく、出力トルクが駆動電流に比例しているといえるのは１回転３６０°の平均トルクで、３．６°というような小さな回転角を取り出した場合、角度位置によるトルクの変動が大きい。また、ＤＣモータ５の界磁が永久磁石で構成するため、界磁のスペースは小さくて済むが、回転子の直径は比較的大きい。このため比較的高い効率を得ているが、反面、鉄と銅の固まりである回転子は密度が大きく、直径も大きいので慣性モーメントが大きい課題があり、従来構成では解決できていない。
【００２７】
そこで本発明は上記課題に鑑みてなされたもので、ＤＣモータを使用し、精密な位置制御を行うことができ、制御動作が安定なモータ制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
本発明のモータ制御装置は、上記謀題を解決するために、ＤＣモータと、前記ＤＣモータの駆動を伝達してある質量を持つ物体を負荷に抗して駆動する駆動機構と、前記ＤＣモータに電圧を与える電圧発生手段と、前記ＤＣモータの端子電圧測定手段と前記電圧発生手段と前記端子電圧測定手段を制御する制御手段を備えたモータ制御装置であって、前記制御手段は前記電圧発生手段に前記ＤＣモータに測定パルス電圧を印加せしめ、前記モータの電気的自己インダクタンス成分による前記測定パルス電圧に対する逆起電圧を前記端子電圧測定手段により測定した測定値により前記モータの駆動を変化させるようにしたものである。
【００２９】
また、本発明のモータ制御装置は前記測定パルスの印加時は前記モータの駆動のための電圧が印加されていないようにしたものである。
【００３０】
また、本発明のモータ制御装置は前記モータの駆動はパルス電圧であるようにしたものである。
【００３１】
また、本発明のモータ制御装置は前記測定パルス電圧は前記モータを駆動する前記パルス電圧とは異なるタイミングで出力されるようにしたものである。
【００３２】
また、本発明のモータ制御装置は前記電圧発生手段はスイッチング素子で構成され前記測定パルス電圧と前記モータを駆動する前記パルス電圧を発生するようにしたものである。
【００３３】
また、本発明のモータ制御装置は前記電圧発生手段は前記逆起電圧の測定時に前記モータの端子の一方または両方を電源から開放状態にするようにしたものである。
【００３４】
また、本発明のモータ制御装置は前記測定パルスのパルス幅、パルス電圧はこれによる前記逆起電圧が前記端子電圧測定手段の測定範囲になるよう設定されているようにしたものである。
【００３５】
また、本発明のモータ制御装置は前記測定パルスは複数回印加され各印加パルス毎に前記電圧測定手段により測定した複数の測定値により前記モータの駆動を変化させるようにしたものである。
【００３６】
また、本発明のモータ制御装置は前記複数の測定値の平均値により前記モータの駆動を変化させるようにしたものである。
【００３７】
また、本発明のモータ制御装置は前記複数回印加され各印加パルスは互いに極性が異なるものを含むようにしたものである。
【００３８】
また、本発明のモータ制御装置は互いに極性が異なる前記測定パルスによる前記測定値の絶対値の差により前記モータの駆動を変化させるようにしたものである。
【００３９】
また、本発明のモータ制御装置は前記測定値により前記モータのトルクむらが少なくなるように前記モータの前記駆動を変化させるようにしたものである。
【００４０】
また、本発明のモータ制御装置は前記測定値に対し前記駆動が数学的にリニアな関係を持つことにより前記モータのトルクむらが少なくなるようにしたものである。
【００４１】
また、本発明のモータ制御装置は前記測定値に対する前記駆動の値を記憶したテーブルを持ち、このテーブルの従い前記駆動を行うことにより前記モータのトルクむらが少なくなるようにしたものである。
【００４２】
また、本発明のモータ制御装置は前記測定値により前記物体の位置、速度を検出し、これを用い前記物体の位置、速度が所定の値になるよう前記モータの駆動を変化させるようにしたものである。
【００４３】
また、本発明のモータ制御装置は前記測定値を所定の閾値で２値化することにより前記モータ１回転あたり一定数のパルスを得、これにより前記物体の位置、速度が所定の値になるよう前記モータの駆動を変化させるようにしたものである。
【発明の効果】
【００４４】
本発明のモータ制御装置によれば、ＤＣモータと、前記ＤＣモータの駆動を伝達してある質量を持つ物体を負荷に抗して駆動する駆動機構と、前記ＤＣモータに電圧を与える電圧発生手段と、前記ＤＣモータの端子電圧測定手段と前記電圧発生手段と前記端子電圧測定手段を制御する制御手段を備えたモータ制御装置であって、前記制御手段は前記電圧発生手段に前記ＤＣモータに測定パルス電圧を印加せしめ、前記モータの電気的自己インダクタンス成分による前記測定パルス電圧に対する逆起電圧を前記端子電圧測定手段により測定した測定値により前記モータの駆動を変化させるようにしたことにより ＤＣモータの角度位置を検出してこれによりＤＣモータを制御できるので、動作が安定で高精度なモータ制御装置を得ることができるものである。
【００４５】
また、本発明のモータ制御装置によれば、前記測定パルスの印加時は前記モータの駆動のための電圧が印加されていなため、逆起電圧が安定に精度よく検出できるので、動作が安定で高精度なモータ制御装置を得ることができる。
【００４６】
また、本発明のモータ制御装置によれば、前記モータの駆動はパルス電圧としているため、逆起電圧測定のためのパルスを駆動パルスの発生していない期間に発生させることができるため、逆起電圧がより安定に精度よく検出でき、動作が安定で高精度なモータ制御装置を得ることができる。
【００４７】
また、本発明のモータ制御装置によれば、前記測定パルス電圧は前記モータを駆動する前記パルス電圧とは異なるタイミングで出力されるようにしているため、逆起電圧がより安定に精度よく検出でき、動作が安定で高精度なモータ制御装置を得ることができる。
【００４８】
また、本発明のモータ制御装置によれば、前記電圧発生手段はスイッチング素子で構成され、前記測定パルス電圧と前記モータとを駆動する前記パルス電圧を発生するようにしているため、測定のための電圧発生手段と駆動のための電圧発生手段とが共用でき、安価なモータ制御装置を得ることができる。
【００４９】
また、本発明のモータ制御装置によれば、前記電圧発生手段は前記逆起電圧の測定時に前記モータの端子の一方または両方を電源から開放状態にするようにしているため、逆起電圧がより安定に精度よく検出でき、動作が安定で高精度なモータ制御装置を得ることができる。
【００５０】
また、本発明のモータ制御装置によれば、前記測定パルスのパルス幅及び／またはパルス電圧は、これによる前記逆起電圧が前記端子電圧測定手段の測定範囲になるよう設定されているため、逆起電圧を確実に検出でき、動作が安定で高精度なモータ制御装置を得ることができる。
【００５１】
また、本発明のモータ制御装置によれば、前記測定パルスは複数回印加され、各印加パルス毎に前記電圧測定手段により測定した複数の測定値により前記モータの駆動を変化させるようにしているため、逆起電圧がより安定に精度よく検出でき、動作が安定で高精度なモータ制御装置を得ることができる。
【００５２】
また、本発明のモータ制御装置によれば、前記複数の測定値の平均値により前記モータの駆動を変化させるようにしているため、逆起電圧の誤差の影響が少なくなり、動作が安定で高精度なモータ制御装置を得ることができる。
【００５３】
また、本発明のモータ制御装置によれば、前記複数回印加され各印加パルスは互いに極性が異なるものを含むようにしているため、逆起電圧の外部磁界による影響のみを取り出すことができ、動作が安定で高精度なモータ制御装置を得ることができる。
【００５４】
また、本発明のモータ制御装置によれば、互いに極性が異なる前記測定パルスによる前記測定値の絶対値の差により前記モータの駆動を変化させるようにしているため、逆起電圧の外部磁界による影響のみを取り出し、これによりモータを駆動すことができ、動作が安定で高精度なモータ制御装置を得ることができる。
【００５５】
また、本発明のモータ制御装置によれば、前記測定値により前記モータのトルクむらが少なくなるように前記モータの前記駆動を変化させいるので、ＤＣモータのトルクむらを補正することができ、高精度で、かつ、動作の遅れがないモータ制御装置を得ることができる。
【００５６】
また、本発明のモータ制御装置によれば、前記測定値に対し前記駆動が数学的にリニアな関係を持つことにより前記モータのトルクむらが少なくなるようにしているため、前記測定値とトルクむらの補正値を記憶したテーブルを省略することができ、構造の簡単なモータ制御装置を得ることができる。
【００５７】
また、本発明のモータ制御装置によれば、前記測定値に対する前記駆動の値を記憶したテーブルを持ち、このテーブルの従い前記駆動を行うことにより前記モータのトルクむらが少なくなるようにしているため、高精度なモータ制御装置を得ることができる。
【００５８】
また、本発明のモータ制御装置によれば、前記測定値により前記物体の位置、速度を検出し、これを用い前記物体の位置、速度が所定の値になるよう前記モータの駆動を変化させるため、前記物体の移動速度を度良く制御することができ、前記物体の移動時間が短く、かつ、ストッパへの衝突による弊害をなくすことができるモータ制御装置を得ることができる。
【００５９】
また、本発明のモータ制御装置によれば、前記測定値を所定の閾値で２値化することにより前記モータ１回転あたり一定数のパルスを得、これにより前記物体の位置、速度が所定の値になるよう前記モータの駆動を変化させるようにしているため、簡略な構成で速度を検出することができ、構造の簡単なモータ制御装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６０】
以下、本発明のモータ制御装置の一実施形態を図面を参照しながら説明する。図１及び２は、本発明のモータ制御装置を光ディスクドライブに適用した一例を示す概略構成図である。同図において、１は光ディスクドライブ、２は光ディスクドライブ１に備える光学ヘッド２３で記録及び／または再生する光ディスク、４は光学ヘッド２３をナットピース３及びスライダー３１を介して光ディスク２の半径方向（以下ラジアル方向と称す）に移動するリードスクリュー、６はスライダー３１が摺動するガイドシャフト、５はピニオン１０及び平歯車１１を介してリードスクリュー４を軸受７の周りに回転させるＤＣモータ、９はターンテーブル２５上に載置した光ディスク２を回転軸２４周りに回転するスピンドルモータ、８はスピンドルモータ９、ＤＣモータ５及び軸受７等を載置するトラバースベースである。なお、上述のナットピース３、リードスクリュー４、ＤＣモータ５、ピニオン１０及び平歯車１１を総じて光学ヘッド移動機構１２と言う。２８は半導体レーザ等の光源２６から出射した光ビームを収束し光ディスク２の情報層（指示符号は省略）上に焦点を結ばせる対物レンズ、２９は対物レンズ２８を光ディスク２の主面に直交する方向（以下鉛直方向と称す）及び光ディスク２のラジアル方向にそれぞれ移動させるアクチュエータ、３０はアクチュエータ２９をラジアル方向に駆動するトラッキング駆動手段、２７は光源２６から出射した光ビームが情報層で反射された戻り光を受け電気信号に変換するフォトダイオード、７３は光学ヘッド２３の光ディスク２の内周側を規制する内周ストッパである。
【００６１】
次に、上述の光ディスクドライブ１の各構成要素を動作させる回路構成は、１７は対物レンズ２８をラジアル方向に駆動する駆動信号をトラッキングアクチュエータ３０にトラッキングドライバ回路２１を介して付与するトラッキングサーボ回路、２２はスレッドサーボ回路、１３は電源の入力を受け第１のスイッチング手段〜第４のスイッチング手段３６〜３９を備えた電圧発生回路、１４は電圧発生回路１３の第１のスイッチング手段３６・第２のスイッチング手段３７間と第３のスイッチング手段３８・第４のスイッチング手段３９間との電圧を測定する端子電圧測定回路、１５は端子電圧測定回路１４の出力電圧を信号処理し後述の制御回路１９に信号を付与する信号処理回路である。上記制御回路１９は、スイッチング制御回路１６、切換回路３４、定速送り制御回路３３、Ａ／Ｄ変換器３５、トルク補正テーブル１８及びスレッド制御回路２０とを含み構成される。
【００６２】
以上の構成のメカニカル的な動作及び電気信号的動作について、光ディスク２としてＤＶＤ−ＲＡＭディスクを例に挙げ説明する。光ディスク２をターンテーブル２５に載置すると、スピンドルモータ９は回転軸２４周りに所定の回転速度で光ディスク２を回転する。スピンドルモータ９が回転し出すと、光学ヘッド２３は光ディスク２の最内周に向けて光学ヘッド移動機構１２で移動する。光学ヘッド２３が光ディスク２の最内周に移動すると、不図示の光源駆動回路が光源２６を所定の強度で発光させ、対物レンズ２８を介して光ディスク２の情報層に光ビームを照射し、当該情報層からの反射光をフォトディテクタ２７で受けて、光ディスク２に備える不図示のトラックを追従するようにトラッキングアクチュエータ３０にトラッキング駆動信号を与えトラッキング制御、及び対物レンズ２８をアクチュエータ２９により鉛直方向に制御するフォーカス制御を行う。こうしてトラッキング制御及びフォーカス制御を行った後、例えば記録再生速度、記録密度、情報層の種類、未記録領域等の光ディスク２の媒体に関する情報をリードイン領域から読み取り、リードイン領域の外周側の主情報領域（データ領域とも言う）に対して情報信号を記録または記録されて情報信号を再生する。
【００６３】
対物レンズ２８は光学ヘッド２３中で、ラジアル方向の基準位置と鉛直方向の中立位置とが一致するように、不図示のサスペンションバネが設定されている。例えば対物レンズ２８のラジアル方向の移動の場合では、トラッキング駆動手段３０に電圧が印加されていないときには、対物レンズ２８はサスペンションバネの弾性力によって基準位置に位置している。そして、トラッキング駆動手段３０にトラッキングドライバ回路２１を介して所定の電圧が印加されると、その電圧値の符号および絶対値に応じ、トラッキング駆動手段３０が駆動して対物レンズ２８が径方向に移動する。すなわち、トラッキングドライバ回路２１が出力する電圧値の符号および絶対値に応じて、対物レンズ２８は基準位置からラジアル方向（光ディスク２の内周側または外周側）に所定量ずれる。
【００６４】
また、光学ヘッド２３に取り付けられたナットピース３は、一端がバネによって付勢された状態でリードスクリュー４のネジ溝と噛合して、光学ヘッド移動機構１２の一部を構成している。リードスクリュー４は平歯車１１と一体に連結され、トラバースベース８に固定されている軸受７に回転自在に軸支されている。リードスクリュー４のねじピッチは例えば４ｍｍである。平歯車１１は、ＤＣモータ５の出力軸（符号は省略）に直結されたピニオン１０と噛合し、これによりモータの回転数は減速され、リードスクリュー４に伝達される。これにより光学ヘッド２３は、ＤＣモータ５の回転に応じてガイドシャフト６に沿い、光ディスク２のラジアル方向を直線的に往復駆動する。光ディスク２の最内周内位置に光学ヘッド２３が位置すると、それ以上光学ヘッド２３の移動を規制する内周ストッパ７３が設けられている。すなわち、光ヘッド２３が光ディスク２の最内周の位置で光ヘッド２３が内周ストッパ７３に当接することにより、光ディスクドライブ１の起動時に光ヘッド２３がフォーカス引き込み動作を行うべき位置を決定する。なお、ピニオン１０と平歯車１１とによる減速比は例えば２である。上述のリードスクリュー４のねじピッチが４ｍｍ、ピニオン１０と平歯車１１とによる減速比が２の場合には、ＤＣモータ５の１回転当たり光ヘッド２３は２ｍｍラジアル方向に移動することになる。ＤＣモータ５の最高回転数は一般的に９０００r.p.mであるので、光ヘッド２３を最高３００ｍｍ／ｓの速度で移動させることができ高速なシーク動作が可能であるが、例えばＤＶＤ−ＲＡＭディスクに必要な±２０μｍの位置決め精度を得ようとすると、ＤＣモータ５の回転子は±３．６°以内の精度に停止する必要がある。
【００６５】
ＤＣモータ５は、例えば界磁に永久磁石を使用した小型の３極モータで、ＤＣモータ５が内蔵するブラシと整流子とにより、他に特別な駆動装置を使用しなくともＤＣ電源のみで周知の通り回転させることができる。
【００６６】
電圧発生手段１３は、第１のスイッチング手段３６〜第４のスイッチング手段３９の４つのスイッチング手段で構成され、不図示の５Ｖ電源に接続され、光ディスクドライブ１全体はこの５Ｖ電源で動作する。電圧発生手段１３には、スイッチング信号が制御手段１９から上記４つのスイッチング手段それぞれに入力されている。なお、第１のスイッチング手段３６〜第４のスイッチング手段３９は半導体素子等で構成され、制御手段１９からのスイッチング信号によりＯＮ−ＯＦＦする。また、第１のスイッチング手段３６〜第４のスイッチング手段３９がＯＮ状態になり、この電圧発生手段１３とＤＣモータ５とが低いインピーダンスで直結されることにより、ＤＣモータ５には電源電圧の５Ｖに近い電圧が印加される。但し、前述したように第１のスイッチング手段３６〜第４のスイッチング手段３９は半導体素子等で構成され、ＯＮ状態でも若干のＯＮ抵抗があるため、厳密には出力される電圧は完全に電源電圧の５Ｖにはならないが以後、５Ｖであるとして説明する。
【００６７】
端子電圧測定手段１４はオペアンプ等により構成され、ＤＣモータ端子間に発生する電位差（すなわち電圧）を測定し、基準電位０Ｖからの電圧として出力する。例えば、ＤＣモータ端子間に発生する電圧が０の場合２．５Ｖ、モータの＋側端子が−側端子に対して＋５Ｖの場合５Ｖ、＋側端子が−側端子に対して−５Ｖの場合０Ｖが出力される。なお、本実施形態では前述したようにＤＣモータ５の駆動電圧は５Ｖであり、端子電圧測定手段１４も５Ｖの電源で動作するので、測定可能なモータ端子間に発生する電圧は最大で５Ｖまでである。
【００６８】
信号処理手段１５は、後述するようにサンプルホールド回路、加算器等で構成され、端子電圧測定手段１４の出力を特定のタイミングでサンプルホールドし、これに加減算等の処理をした後出力する。
【００６９】
制御回路１９は、通常、マイクロコンピュータ（ＣＰＵ）等で構成され、光学へッド２３が収納するアクチュエータ２９、レーザダイオード２６等、ＤＣモータ５、スビンドルモータ９、トラッキングサーボ回路１７、スレッドサーボ回路２２等、光ディスクドライブ１全体の制御を行う。この制御回路１９は、スイッチング制御回路１６、トルク補正テーブル１８、スレッド制御回路２０、定速送り制御回路３３、切替回路３４、Ａ／Ｄ変換器３５を内蔵しており、制御回路３３が内蔵する上記要素は以下の通りである。
【００７０】
スイッチング制御回路１６はタイマ等により構成され、電圧発生回路１３の第１のスイッチング手段３６〜第４のスイッチング手段３９の４つのスイッチング手段それぞれにタイミング信号を出力することにより、第１のスイッチング手段３６〜第４のスイッチング手段３９を短時間ＯＮまたはＯＦＦ状態とし、ＤＣモータ５に５Ｖの電源電圧を短時間パルス状に印加したり、ＤＣモータ５の端子を電源電圧から開放状態にしたりする。なお、スイッチング制御手段１６には、後述する切替手段３４の出力が入力されている。
【００７１】
トルク補正テーブル１８は、信号処理手段１５の出力とトルクむらとの関係を記録したテーブルを内臓し、信号処理手段１５からの出力信号をＡ／Ｄ変換器３５でＡ／Ｄ変換した出力信号に対応するトルクむらの補正値を、スレッド制御手段２０に出力する。
【００７２】
スレッド制御回路２０は、いわゆる「スレッド制御状態」の制御を行い、スレッドサーボ（ＳＳ）信号とトルク補正テーブルの出力とが入力され、ＳＳ信号の値が予め設定した閾値を超えると、特定のパターンのパルスがＤＣモータ５に印加されるように、スイッチング制御回路１６を切換回路３４を介して制御する。なお、ＳＳ信号の値が当該閾値以下になると、ＤＣモータ５へのパルスの印加を停止する。
【００７３】
定速送り制御回路３３は、いわゆる「定速送り制御状態」の制御を行い、Ａ／Ｄ変換器３５の出力と速度指令値とが入力され、Ａ／Ｄ変換器３５の出力より光学ヘッド２３の実際の移動速度を求め、これと速度指令値との差によりスイッチング制御手段１６を制御することで、ＳＳ信号の値にかかわらず光学ヘッド２３の速度が入力された速度指令値の速度になるように制御する。
【００７４】
切替手段３４は定速送り制御手段３３、スレッド制御手段２０の出力及びモード切替信号が入力され、定速送り制御手段３３とスレッド制御手段２０の出力をモード切替信号に従って切り替え、スイッチング制御手段１６に入力する。
【００７５】
Ａ／Ｄ変換器３５は、信号処理回路１５の出力が入力され、これを例えば６ｂｉｔの分解能でＡ／Ｄ変換する。
【００７６】
次に、以上のような構成を備えた光ディスクドライブ１の動作を説明する。光ディスクドライブ１は再生動作及び定速送り動作等いくつかの動作状態を持つ。例えば再生動作では、光学ヘッド２３を目的トラックまたは目的アドレス（以下両者を総じて目的トラックと称す）に移動し、その目的トラックにおいてフォーカス制御、トラッキング制御、スレッド制御および回転数制御（回転速度制御）等を行いつつ、光ディスク１の情報層に記録された情報信号（データ）の読み出しを行う。また、定速送り動作では、ＳＳ信号の値にかかわらず、光学ヘッド２３の速度が入力された速度指令値の速度になるよう制御される。
【００７７】
先ず、再生動作における制御について、トラッキング制御およびスレッド制御に関して詳述する。
【００７８】
光学ヘッド２３のフォトダイオード２７による光電変換後の信号は、トラッキングサーボ回路１７に入力される。このトラッキングサーボ回路１７は、フォトダイオード２７からの信号に基づき電流ー電圧変換した信号は、ＴＥ信号を電圧として生成する。トラッキングエラー信号は、光ディスク２のラジアル方向における対物レンズ２８のトラック中心からのずれの大きさおよびその方向（以下、両者を総じてトラックの中心からのずれ量と称す）を示す信号である。
【００７９】
ＴＥ信号は位相の反転や増幅等の所定の信号処理が行われ、ＴＳ信号が電圧として生成される。このＴＳ信号は、対物レンズ２８がトラックの中心に移動する（ＴＥ信号のレベルが０レベルとなる）ように、トラッキングアクチュエータ２９を駆動させる駆動電圧の信号である。また、このＴＳ信号のレベル、すなわち電圧値は、基準位置からのラジアル方向における対物レンズ２８のずれの大きさおよびその方向（以下、両者を総じて基準位置に対するずれ量と称す）に対応している。
【００８０】
ＴＳ信号はトラッキングドライバ回路２１を介してトラッキングアクチュエータ２８に入力されるとともに、スレッドサーボ回路２２にも入力される。トラッキングアクチュエータ２９はＴＳ信号に基づいて駆動し、このトラッキングアクチュエータ２９の駆動により、対物レンズ２８はトラックの中心に向って移動、すなわちトラッキングサーボ（ＴＳ）がかかる。このトラッキングアクチュエータ２９の駆動のみでは、対物レンズ２８をトラックに追従させることに限界があり、これをカバーすべくＤＣモータ５を駆動し、光学ヘッド２３本体を前記対物レンズ２８が移動した方向と同方向に移動させ、対物レンズ２８を基準位置に戻すように制御する（いわゆるスレッド制御を行う）。
【００８１】
例えばＣＤ−ＲＯＭ装置等の再生専用の装置の場合、このトラッキングアクチュエータ２９が対物レンズ２８をトラックに追従させることのできる範囲は、一般的に概略±２００μｍ程度の範囲である。目標トラックがこの範囲より外にある場合にはスレッド制御を行い光学ヘッド２３を移動させ、目標トラックがこの範囲に入るよう制御する。この際の光学ヘッド２３の位置決め精度は当然±２００μｍ以下でなければならない。
【００８２】
一方、ＣＤ−ＲＯＭよりも高密度で、しかも記録も行う本実施形態のＤＶＤ−ＲＡＭディスクの場合、トラックを追従する範囲は更に狭く、例えば±２０μｍ以下であり、光学ヘッド２３の位置決め精度も当然±２０μｍ以下でなければならない。
【００８３】
なお、スレッドサーボ回路２２では、トラッキングサーボ回路１７から入力されたトラッキングサーボ信号に対し、高周波成分の除去や増幅等の所定の信号処埋が行われ、これによりスレッドサーボ（ＳＳ）信号（すなわち、トラツキングアクチュエータの駆動電圧に対応する電圧）が生成される。このＳＳ信号のレベル、すなわち電圧値は、ラジアル方向における基準位置に対するずれ量に対応している。ところで、ＳＳ信号はスレッド制御手段２０に入力され、この電圧の絶対値がある基準を超えると、スレッド制御手段２０はスイッチング制御手段１６により電圧発生手段１３にスイッチング信号を出力することによりＤＣモータ５を駆動し、光学ヘッドをＳＳ信号の絶対値が小さくなる方向に移動する。この様子を図３を用いて説明する。
【００８４】
図３は、スレッド制御の際のスレッド制御手段２０の制御動作を示すフローチャートである。スレッド制御を行う際切替手段３４は、スレッド制御手段の出力を選択し、スイッチング制御手段１６に出力する。まずジョブがスタート（ステップ４０）すると、ステップ４１でＳＳ信号の絶対値が基準値を越えたかどうか判定する。前述のようにこの電圧値は、ラジアル方向における基準位置に対するずれ量に対応している。また、この基準値は対物レンズ２８のずれ量は、トラッキングアクチュエータ２９が対物レンズ２８をトラックに追従させることのできる範囲に対して若干の余裕を持たせて設定されている。
【００８５】
ステップ４１で、ＳＳ信号の絶対値が基準値を越えなかったと判定した場合、ステップ４１の判断を繰り返す。ステップ４１でＳＳ信号の絶対値が基準値を越えたと判定した場合、ステップ５０で基準パルス幅を３００μｓにセットする。基準パルス幅は、ＤＣモータ５を駆動するパルス電圧のパルス幅の基準となるものである。
【００８６】
次にステップ４５で、スイッチング信号を電圧発生手段１３に出力し、ＤＣモータ５に極めて短いパルス電圧を印加し、そのときの逆起電圧を端子電圧測定回路１４で測定し、これを信号処理回路１５で処理することにより、ＤＣモータ５のロータ位置を測定する。
【００８７】
次にステップ４６で、この信号処理回路１５の出力をトルク補正テーブル１８に参照することによりトルク補正値を決定し、ステップ４３以降で出力するパルス電圧のパルス幅を補正することにより、トルクむらを補正する操作をする。なお、これらの動作の詳細については後述する。
【００８８】
次にステップ４２で、ＳＳ信号の極性を判定する。ＳＳ信号の極性が正であると判定された場合、ステップ４３で正のパルスをＤＣモータ５に印加する。このときのパルス幅は、基準パルス幅の値にトルク補正テーブル１８より得られたパルス幅補正値の値を乗じた値であり、実際の印加は以下の手順で行われる。パルスが印加されない状態では、図１のスイッチング手段は第１のスイッチング手段３６と第３のスイッチング手段３８とがｏｆｆの状態で、第２のスイッチング手段３７と第４のスイッチング手段３９とがｏｎの状態になっており、ＤＣモータ５の両端子共ＧＮＤに直結していることとなり、電圧がかかっていないと同時に両端子がショートされた状態になっている。パルス電圧を印加する場合、この状態からパルス電圧を印加する時間だけ第２のスイッチング手段３７をｏｆｆ、第１のスイッチング手段３６をｏｎとすることにより、ＤＣモータ５の＋端子を５Ｖの電源の＋側と直結し、−端子を５Ｖの電源の−側（ＧＮＤ）と直結することとなり、ＤＣモータ５に短時間のパルス電圧を印加し、パルス印加後はまた元の状態（第１のスイッチング手段３６と第３のスイッチング手段３８とがｏｆｆの状態で、第２のスイッチング手段３７と第４のスイッチング手段３９とがｏｎの状態）に戻す。以上の手順により正のパルスをＤＣモータ５に印加する。次にステップ４７で一定時間待った後、ステップ４８でＳＳ信号の絶対値がなお基準値を越えているかどうか判定する。
【００８９】
ＳＳ信号の極性が負であると判定された場合、ステップ４４で負のパルスをＤＣモータ５に印加する。このときのパルス幅はスレッドサーボ信号の極性が正である場合と同様、基準パルス幅の値にトルク補正テーブル１８より得られたパルス幅補正値の値を乗じた値であり、実際の印加の手順もスレッドサーボ信号の極性が正である場合と同様である。但し、パルス電圧を印加する場合当該パルス電圧を印加する時間だけ、第２のスイッチング手段３７ではなく第４のスイッチング手段３９をｏｆｆ、第１のスイッチング手段３６ではなく第３のスイッチング手段３８をｏｎとする点が異なる。次にステップ４７で一定時間待った後、ステップ４８でスレッドサーボ信号の絶対値がなお基準値を越えているかどうか判定する。
【００９０】
ステップ４８で、スレッドサーボ信号の絶対値がなお基準値を越えていると判断した場合、ステップ４９で基準パルス幅を３０μｓ増加し、ステップ４２以降を繰り返す。基準パルス幅はステップ５０で３００μｓに設定されているので、基準パルス幅はここで３３０μｓに増加し、ステップ５０以後、このステップ４８でスレッドサーボ信号の絶対値がなお基準値を越えていると判断される毎に３０μｓずつ増加する。なお、ステップ４８で、スレッドサーボ信号の絶対値が基準値以下であると判定された場合、ステップ４１の判断を繰り返す。
【００９１】
ところで、ＤＣモータ５は、電圧発生手段１３の出力電圧５Ｖがパルス状に印加されることにより回転し、光学ヘッド２３が移動する。ＳＳ信号が正の場合は対物レンズ２８が光ディスク２の外周側にシフトし、負の場合は内周側にシフトしている。一方、ＤＣモータ５は、正の電圧を印加されると光学ヘッド２３を光ディスク２の外周側に向かって移動させ、負の電圧を印加されると光学ヘッド２３を光ディスク２の内周側に向かって移動させる。これにより対物レンズ２８の光ディスク２のトラックに対するシフト量は小さくなる。
【００９２】
このように微小な距離を移動させようとする場合、各種の摩擦による負荷変動の影響を受けやすいが、パルス電圧が５Ｖと実質可能な最高電圧であるため、負荷変動の影響は相対的に軽減されている。また、パルス幅を徐々に広げる構成のため、パルスを印加しても全く動かないとか、大きく動き過ぎてしまうという現象も少ない。しかしながら前述のようにこの種の小型ＤＣモータでは、極数が少ない（本実施形態でも３極である）ため、１回転中の発生するトルク自体のむらが大きい。また、極数が少ないためコギングトルクも大きく、トータルでのトルクむらが大きい。移動距離が大きい場合はトルクむらは平均化されるため目立たないが、このような微小距離を移動させる場合は大きく影響する。本実施形態のようにパルス幅を徐々に広げる構成の場合でも、１回転中でのトルクむらでトルクが最大になる場合に合せて初期パルス幅を設定すると、トルクが最小の場合に動き出すのに時間がかかりすぎてしまう場合がある。このため本実施形態では、図３のスレッド制御動作を示すフローチャートにおいて、４５でＤＣモータ５のロータ位置を測定し、４６でトルクむらを補正するという動作を行う。これらの動作について説明する。
【００９３】
小型ＤＣモーターは、鉄芯にコイルが巻かれた電機子に電流を流すことにより発生する磁界と、永久磁石による界磁の磁界との作用で電機子が回転する構造になっている。単純に電機子に電流を流しただけでは、死点まで回転して停止してしまうので、ブラシと整流子とにより電機子に流れる電流の向きを次々と切り替えて回転を継続できるようになっている。このＤＣモータの回転動作の原理を図４を参照して説明する。図４において５１、５２、５３は磁極、５４，５５は界磁、５６は磁極５１、５２及び５３の数と同数の分割導体を備えた整流子、５７はブラシ、５８はＤＣ電源、５９ａ、５９ｂは電流による磁束の向き、６０は界磁５４及び５５による磁束の向き、６１は電機子で磁極５１、５２、５３、整流子５６及び鉄芯（符号は省略）により構成される。
【００９４】
磁極５１、５２及び５３には図示の方向にコイルが巻線され、整流子５６にそれぞれ図示のように接続され、電機子６１を構成する。整流子５６は磁極５１、５２及び５３と一体で回転し、固定された一対のブラシ５７が整流子５６を介して接触し磁極５１、５２及び５３の巻線に通電すると同時に、磁極５１、５２及び５３の巻線への電流の向きを電機子６１の回転と同期して切り替える。これにより、他に特別な駆動回路を用いることなく、ＤＣ電源５８のみで回転させることができる。以下、ＤＣモータが回転する様子を同図を参照して更に詳しく説明する。
【００９５】
図４において電機子６１の回転方向は、矢印で示したように時計回り方向である。また、整流子５６は１２０°間隔で３分割された導体で形成され、１８０°で対向する一対のブラシ５７と当該整流子５６とが接触しながら回転するので、磁極５１、５２及び５３の巻線への電流の向きは６０°毎に切り替えられる。図４（ａ）、（ｂ）は、このような電流の向きの切り替えが行われた直後の状態を示す。
【００９６】
図４（ａ）において磁極５３には電源５８が直接接続された状態となり、図示のように電流が流れた結果Ｎ極に励磁される。磁極５１と５２とは直列に接続された状態となり、図示のように電流が流れＳ極に励磁される。結果として、磁極５１、５２及び５３による磁束の向きは全体として５９ａの向きになり、界磁５４及び５５による磁束の向き６０とは１２０°異なる。このため、これを一致させるような力が発生することで回転トルクが生じ、この回転トルクにより電機子６１が回転する。
【００９７】
磁極５１、５２及び５３に流れる電流がこの状態のまま６０°回転すると図４（ｂ）の状態となり、一対のブラシ５７と接触している整流子５６の導体が入れ替わり、磁極５１、５２及び５３に流れる電流の状態が変化する。逆に表現すると、電流の状態がブラシ５７と接触する整流子５６の分割導体が変化するまで６０°の間は同じ電流の状態で回転する。図４（ａ）の状態では界磁５４及び５５による磁束の向き６０と磁極５１、５２及び５３による磁束の向き５９ａとのなす角は１２０°であったので、このなす角が１２０°から６０°までは間同じ電流の状態で回転することになる。
【００９８】
このようにして図４（ａ）から（ｂ）の状態となることによって磁極５１、５２及び５３への電流の状態が変化すると、磁極５１は電源５８が直接接続された状態となり、図示のように電流が流れた結果Ｓ極に励磁される。磁極５２と５３とは直列に接続された状態となり、図示のように電流が流れＮ極に励磁される。結果として、磁極５１、５２及び５３による磁束の向きは全体として５９ｂのようになり、界磁５４及び５５による磁束の向き６０は、図４（ａ）と同様にやはり１２０°異なり、これを一致させるような力が発生することで回転トルクが生じ、この回転トルクにより電機子６１が更に回転し、磁極５１、５２及び５３に流れる電流がこの状態のまま更に６０°回転すると、図４（ａ）と同じ状態となる。但し、図４（ａ）に対し１２０°回転しているので、図４（ａ）の磁極５１の位置には磁極５３が位置し、他の磁極５２及び５３も同様である。この結果ブラシ５７と接触している整流子５６の分割導体が入れ替わり、磁極５１、５２及び５３に流れる電流の状態が変化する。逆に表現すると、電流の状態がブラシ５７と整流子５６とにより変化するまでの６０°の間は、同じ電流の状態で回転する。図４（ｂ）の状態では、界磁５４及び５５による磁束の向き６０と、磁極５１、５２及び５３による磁束の向き５９ｂとのなす角は１２０°であったので、このなす角がやはり１２０°から６０°までは間は同じ電流の状態で回転したことになる。
【００９９】
以上のように、回転の結果磁極の符号（５１〜５３）のみが入れ替わった状態になるだけで、界磁５４及び５５が形成する磁界と磁極５１〜５３との関係は図４（ａ）と（ｂ）であることには変わりがない。なお、説明の都合で各磁極に異なる符号５１〜５３を付けたが、本来磁極５１〜５３は電気的、磁気的、機械的に全く同じに作られているので本来的にはこれら磁極に区別はない。従って、これ以降も上述した手順を同様に繰り返して電機子６１は回転する。
【０１００】
このように界磁による磁束の向き６０と、磁極５１、５２及び５３による磁束の向き５９ａ、５９ｂとのなす角は常に１２０°から６０°の範囲内であり、電機子６１の回転は継続するが回転トルクはこの範囲で変化する。すなわち回転トルクは、この両磁束のなす角が概ね９０°の場合に最大で、０°と１８０°とでは０であるため、両磁束がなす角に依存するトルクの変化により、回転トルクが変動し、その結果トルクむらが発生する。
【０１０１】
次に、このトルクむらが発生する原因について図５を参照して詳述する。図５は、電機子６１の回転角を整流子５６とブラシ５７とによる電流切換位置の一つを０°として横軸にとり、縦軸に出力トルク（同図ａ）、コギング（同図ｂ）、トルクむら（同図ｃ）、交叉角（同図ｄ）、逆起電圧（同図ｅ）、逆極性のパルスに対する逆起電圧差（同図ｆ）及び信号処理回路の出力電圧に及ぼす逆起電圧差（同図ｇ）それぞれを縦軸にとったグラフである。なお、横軸の回転角は、図４における時計回りの方向を正としている。
【０１０２】
上述のように、両磁界がなす角（以下、なす角と称す）に依存して図５ａに６７で示したように出力トルクは変動する。このなす角の変化の範囲は極数が多い程小さく、このため極数の多い大型のモータではトルク変動も小さい。しかしながら、小型のＤＣモータではほとんどが最小限の極数である３極であるのでこの出力トルクむらが多くなる。
【０１０３】
同時に、ＤＣモータではこれとは別に、コギングトルクと呼ばれるトルクむらの発生要因がある。ＤＣモータは界磁が永久磁石で回転子が磁性体であるので、回転子が界磁の永久磁石に吸引されることにより。モータに通電しない状態でトルクが発生する。このトルクは、磁性体の回転子を永久磁石である界磁が発生する磁束の中で、安定な状態にその回転角度を位置させるように発生する。即ち、この安定な状態となる角度位置ではトルクは０となり、安定な状態から離れた角度位置では安定な状態となる角度位置に位置させる方向にトルクが発生し、安定な状態となる角度位置から離れる程そのトルクが大きくなる。
【０１０４】
安定な状態となる角度位置はＤＣモータの構成により異なるが、一般的な小型のＤＣモータの場合では、概略図４（ａ）、（ｂ）のように電機子６１の磁極５１，５２，５３のいずれかが、２極の界磁５４、５５の何れか一方の中心に最も近づいた状態である。例えば図４（ａ）では、磁極５１が界磁５４（Ｓ極）の中心に最も近づいた状態であり、これが安定な状態の１つである。これを時計廻り方向に電機子６１を回転させてゆくと、６０°回転したところで図４（ｂ）のように磁極５２が界磁５５（Ｎ極）の中心に最も近づいた状態となり、これも安定な状態である。電機子６１の磁極は３極、界磁は２極なので、このように６０°毎に１箇所、１回転中に計６箇所安定な状態となる角度が存在する。
【０１０５】
ＤＣモータ５に通電していない状態で、図４（ａ）の状態から電機子６１を時計方向に（外力等により）回転させて行くと、この安定な状態から引き離されることにより界磁５４と５５とが形成する磁界に逆らうことになるため、等価的に回転に逆らう方向のトルクが発生し、これは回転角の増大に従い大きくなってゆく。しかし、このトルクは回転角がおおむね１５°でピークとなり、それ以降は図４（ｂ）の安定状態の影響を受けるため小さくなってゆく。そして約３０°で０となり、以降は図４（ｂ）の安定状態に引き込まれるトルクが勝るようになるため、時計廻りに回転させようとする方向にトルクが発生する。このトルクは回転角が約４５°までは増大し、以降、図４（ｂ）の安定状態が近づくに従い減少し、６０°の図４（ｂ）の状態で０となる。このようなトルク変動は６０°毎に繰り返すため、結果的に電機子６１の回転角度とＤＣモータ５に通電していない状態での磁気的な発生トルクとの関係は、図５ｂの７０のようになる。
【０１０６】
一方、図５ｂの６２のような摩擦トルクが存在するため、実際に逆転または正転させようとするトルクは図５ｂの６３のようになり、これが負の範囲ではＤＣモータ５に通電していない状態で逆転方向のトルクが実際に発生するため、この位置でＤＣモータ５を非通電状態にすると安定な位置まで逆回転する。このようなトルクを一般にコギングトルクと呼称する。
【０１０７】
ＤＣモータにおける通電時のトルクむらは、このコギングトルク図５ｂの６３と前述の出力トルクむら図５ａの６７との合成により発生し、結果的に図５ｃの６４のように変動する。この通電時のトルクむらは、コギングトルクの影響を受けるため６０°周期で電機子６１の回転角に依存して発生するので、電機子６１の角度位置を検出することができれば補正できる。
【０１０８】
ところで、ＤＣモータ５は巻線された鉄芯が界磁５４及び５５が形成する磁界６０中で回転するので、回転中は発電機としても動作し、概略回転数に比例した逆起電圧を発生する。この逆起電圧も、回転速度が一定であっても出力トルクむら同様変動するので、この変動によりＤＣモータ５の電機子６１の角度位置を検出しトルクむらを補正することもできるが、前述のように回転数が低い場合は逆起電圧も小さいため、この方法は使用できない。一方、ＤＣモータ５は鉄芯に巻き線された構造を持つので、電気抵抗には自己インダクタンス成分を含む。従って電流を変化させようとするとそれに逆らう方向の電圧が今１つの逆起電圧として発生する。
【０１０９】
例えばＤＣモータ５の端子（すなわちブラシ５７）に、パルス状の電圧を印加すると、ＤＣモータ端子電圧は図６のように変化する。図６は、自己インダクタンス成分による逆起電圧と時間の関係を表すグラフであり、７１は入力パルスによる電流によりＤＣモータの端子に生じた電位差、７２は自己インダクタンス成分によって生じた起電圧である。７２の起電圧は７１の入力パルスと同じ方向の電流を流すように発生するが、ＤＣモータ端子で測定すると、入力パルス７１と逆極性の電圧として観測される。これは同じ方向の電流による電位差と、これを生じさせる起電圧との違いによる。７２の逆起電圧は磁束の変化速度に比例し、この場合は磁束の減少する速度に比例して高くなる。前述のようにＤＣモータ５の巻線は、界磁５４及び５５が形成する磁界中に存在するため、磁束の減少する速度はこの界磁５４及び５５が形成する外部磁界６０の影響を受ける。巻線に対するこの磁束の状態は、前述のように電機子６１の角度位置により変化し、図４（ａ）の状態ではＤＣ電源５８により発生する磁束の向き５９ａと界磁による磁束の交叉角は１２０°で、この角度はモータの電機子の角度位置により６０°から１２０°までの範囲で変化する。
またこの変化はブラシ５７と整流子５６による電流切替え直後が１２０°で電機子の回転角に比例して減少し６０°回転すると行われる次の電流切替え直前に６０°となり電流切替え直後には再び１２０°となり以後同様に繰り返す。図５ｄの６８は、この発生する磁束と界磁による磁束の交叉角と電機子の回転角との関係を示すグラフである。このようにこの交叉角は、回転角に従いブラシ５７と整流子５６とによる電流切替点を頂点とする鋸歯状に変化し、ブラシ５７と整流子５６とによる電流切替点同士の間は直線状に減少する一意な関数となる。
【０１１０】
図４（ａ）のＤＣ電源５８をＯＦＦにした際の磁束の減少速度は、ＤＣ電源５８により発生した磁界に対し外部磁界が逆方向、即ち交叉角が１８０°の場合最も速く、同方向、即ち交叉角が０°の場合最も遅くなる。よって、交叉角０°の場合逆起電圧は最低で、交叉角１８０°の場合逆起電圧は最高となる。逆起電圧は概略この交叉角の余弦に比例する。前述のように交叉角と電機子の回転角との関係は、ブラシ５７と整流子５６とによる電流切替点同士の間は１２０°から６０°まで直線状に減少する一意な関数であるので、逆起電圧と回転角との関係もブラシ５７と整流子５６とによる電流切替点同士の間はほぼ直線状に減少する一意な関数となり、６０°周期で繰り返す。この様子を図５ｅの６５に示す。図５ｅの６５は、電機子の角度位置とその角度とで発生する逆起電圧の関係で、その角度位置でパルス電圧を印加し、ＯＦＦにした際発生する逆起電圧のピーク値である。
【０１１１】
図５ｃの６４に示すように、トルクむらもブラシ５７と整流子５６とによる電流切替点間の６０°周期で繰り返すので、この逆起電圧に対するトルクむらは一意に定めることができ、逆起電圧を測定することによりトルクむらの補正が可能である。しかしながら、逆起電圧の値は様々な要因で変動する。この問題を解決するため、互いに極性が逆なパルスに対する逆起電圧を測定しこの差をとる。この測定のためのパルス幅は１００μｓ程度の極めて短いもので、発生する逆起電圧もこのレベルの短い時間で発生するため、測定に要する時間は極めて短時間でよい。このため、ＤＣモータ５の駆動パルス１回に対し複数回の測定が可能であり、各測定間のモータの回転もほとんど無視できるので、このような測定が可能である。
【０１１２】
互いに極性が逆なパルスでは、界磁による磁界の影響が互いに逆になるが、他の要因による影響は全く同一であるため、差をとることにより磁界以外の影響を排除できる。特に交叉角が９０°では出力が０となるので、各種の基準をここに定めることができる。結果的に図５ｆの６６のような関係を得る。図５ｆの６６は、電機子の角度位置と、その角度で発生する互いに極性が逆なパルスに対する逆起電圧差との関係で、その角度位置で互いに極性が逆なパルスを入力し、発生した逆起電圧の差をプロットしている。出力が０となる交叉角が９０°は、整流子５６とブラシ５７とによる電流切替え位置から３０°回転した位置で、図５ｆの６６は整流子５６とブラシ５７とによる電流切替え位置を０°としているので、３０°で値が０となる。また、整流子５６とブラシ５７とによる電流切替え位置は６０°毎にあるので、３０°、９０°、１５０°・・・で０となる。また０°、６０°、１２０°・・・で最小値から最大値に変化する。
【０１１３】
以下、図３のステップ４５において実際に逆起電圧を測定し、トルクむらを補正する動作について説明する。逆起電圧の測定はＤＣモータ５に短時間のパルス電圧を印加し、印加の後モータ端子を電源から開放することにより行う。この電圧印加と端子との開放は、図１の電圧発生手段１３のスイッチング素子３６〜３９をＯＮ−ＯＦＦすることにより行われ、特別なハードを必要としない。また、端子電圧の検出は、前述のように端子電圧測定手段１４により行われる。端子電圧測定手段の出力は、モータ端子電圧の波形そのものなので、印加パルス電圧等不要な部分も含んでいる。この信号から必要な逆起電圧の部分だけを取り出し、また、前述の、逆極性のパルス同士による逆起電圧の差をとる動作を信号処理手段１５で行う。
【０１１４】
図７は信号処理手段１５の概略構成図である。図７において、７６はバッファ、７７と７８はサンプルホールド回路、７９と８０はサンプルホールドスイッチ、８１と８２はコンデンサで８３は加算器である。端子電圧測定手段１４の出力は、２個のバッファ７６を介して２個のサンプルホールド回路７７と７８とに入力され、サンプルホールドされる。合計４個あるバッファ７６、及び２個のサンプルホールド回路７７と７８とはそれぞれ同じものである。サンプルホールド回路７７及び７８が２個あるので、時間的に変化する電圧より２箇所の電圧をサンプルして保持することができる。この出力は、２個のバッファ７６を通じ加算器８３に入力され加算される。
【０１１５】
図８は、逆起電圧測定時のスイッチング手段及びサンプルホールドスイッチの動作手順と、端子電圧測定手段１４の出力電圧波形との関係を示すグラフである。図８における開始から終了までの期間９１〜９５でのスイッチング素子３６〜３９の状態、２つのサンプルホールド回路７７及び７８にそれぞれ備えるサンプルホールドスイッチ７９及び８０の状態、及び動作時間の一例を（表１）に示す。
【０１１６】
【表１】
【０１１７】
図３のステップ４５で、逆起電圧を測定することでロータ位置を測定する際、測定開始前では図１の電圧発生手段１３はＤＣモータ５の両端子をＧＮＤにショートしている状態になっている。このときのスイッチング手段３６〜３９の動作は（表１）に示すように、スイッチング手段３７とスイッチング手段３９とｏｎで、スイッチング手段３６とスイッチング手段３８とがｏｆｆである。このとき当然ＤＣモータ５の端子間の電圧は０であるため、端子電圧測定手段１４からはその基準電圧である＋２．５Ｖが出力される。このときサンプルホールドスイッチ７９と８０とは、（表１）に示すようにいずれもｏｆｆである。
【０１１８】
測定が始まると（表１）の９１に示すように、スイッチング手段３６とスイッチング手段３９とがｏｎで、スイッチング手段３７とスイッチング手段３８とがｏｆｆとなり、図８の９１に示すように、図１の電圧発生手段１３はこれによりＤＣモータ５の＋端子側に＋５Ｖをパルス状に印加する。この状態となっている時間、即ちパルス印加時間は１００μｓである。この印加時間は、これにより発生する逆起電圧が端子電圧測定手段の１４の測定範囲である±５Ｖに入るように定められている。ＤＣモータ５の＋端子側に＋５Ｖが印加されているので、図８の９１に示すように、端子電圧測定手段１４の出力電圧は＋５Ｖとなる。このときもサンプルホールドスイッチ７９と８０とは、（表１）に示すようにいずれもｏｆｆである。
【０１１９】
次に（表１）の９２に示すように、スイッチング手段３６〜３９は全てｏｆｆとなり、図８の９２に示すように、図１の電圧発生手段１３はこれによりＤＣモータ５の両方の端子を電源から開放する。これによりＤＣモータ５の両端子には逆起電圧が発生し、図８の９２に示すような波形が端子電圧測定手段の１４から出力される。このとき（表１）に示すように、サンプルホールドスイッチ７９がｏｎとなり８０はｏｆｆとなる。これによりサンプルホールドコンデンサ８１が充電される。サンプルホールドコンデンサ８１には抵抗８４が接続され、これにより積分回路としても動作し、図８の９２の波形の平均値の電圧で、サンプルホールドコンデンサ８１が充電されるよう構成されている。この状態となっている時間、即ち測定に要する時間は５０μｓである。
【０１２０】
次に（表１）の９３に示すように、スイッチング手段３７とスイッチング手段３９とがｏｎで、スイッチング手段３６とスイッチング手段３８とがｏｆｆとなり、図８の９３に示すように、図１の電圧発生手段１３はこれによりＤＣモータ５の両端子をＧＮＤにショートする。ＤＣモータ５の端子には逆起電圧が発生し続けているが、時間の経過とともに電圧が下がり、有効な測定に寄与しないので、この操作によりＤＣモータ５の両端子に発生していた逆起電圧を終了させる。このとき当然ＤＣモータ５の端子間の電圧は０なので、端子電圧測定手段１４からはその基準電圧である＋２．５Ｖが出力される。このときサンプルホールドスイッチ７９と８５とは、（表１）の９３に示すようにいずれもｏｆｆである。このためサンプルホールド回路７７には、９２で測定した逆起電圧の値が保持されている。この状態となっている時間は１００μｓである。
【０１２１】
次に（表１）の９４に示すように、スイッチング手段３７とスイッチング手段３８とがｏｎで、スイッチング手段３６とスイッチング手段３９とがｏｆｆとなり、図８の９４に示すように、図１の電圧発生手段１３はこれによりＤＣモータ５の−端子側に＋５Ｖをパルス状に印加する。この状態となっている時間、即ちパルス印加時間は１００μｓである。ＤＣモータ５の−端子側に＋５Ｖが印加されているので、図８の９４に示すように端子電圧測定手段の１４の出力電圧は０Ｖとなる。このときもサンプルホールドスイッチ７９と８０とは（表１）に示すようにいずれもｏｆｆである。このためサンプルホールド回路２には９２で測定した逆起電圧の値が保持され続けている。
【０１２２】
次に（表１）の９５に示すように、スイッチング手段３６〜３９は全てｏｆｆとなり、図８の９５に示すように、図１の電圧発生手段１３はこれによりＤＣモータ５の両方の端子を電源から開放する。これによりＤＣモータ５の両端子には逆起電圧が発生し、図８の９５に示すような波形が端子電圧測定手段１４から出力される。このとき（表１）に示すようにサンプルホールドスイッチ８０がｏｎとなり、サンプルホールドスイッチ７９はｏｆｆとなる。これにより、サンプルホールドコンデンサ８２が充電される。サンプルホールドコンデンサ８２には抵抗８５が接続され、これにより積分回路としても動作し、図８の９５の波形の平均値の電圧でサンプルホールドコンデンサ８２が充電されるよう構成されている。一方サンプルホールドスイッチ７９はｏｆｆのままなので、サンプルホールド回路７７には、図８の９２で測定した逆起電圧の値が保持され続けている。この状態となっている時間、即ち測定に要する時間は５０μｓである。
【０１２３】
最後に、測定が終了すると、各スイッチは測定開始前の状態に戻る。即ち、図１のスイッチング手段３６〜３９は、モータの両端子をＧＮＤにショートしている状態になっている。このときのスイッチング手段３６〜３９の動作は、（表１）に示すようにのスイッチング手段３７とスイッチング手段３９とがｏｎで、スイッチング手段３６とスイッチング手段３８とがｏｆｆである。このとき当然ＤＣモータ５の端子間の電圧は０なので、端子電圧測定手段１４からはその基準電圧である＋２．５Ｖが出力される。このときサンプルホールドスイッチ７９と８０とは、（表１）に示すようにいずれもｏｆｆである。このため、サンプルホールド回路７７には図８の９２で測定した逆起電圧の値が、サンプルホールド回路７８には図８の９５で測定した逆起電圧の値が保持された状態となっている。
【０１２４】
サンプルホールド回路７７及び７８の出力は、２個のバッファ７６を通じて加算器８３に入力され、加算された値が出力される。サンプルホールド回路７７及び７８には、それぞれ互いに極性の異なるパルスに対する逆起電圧の電圧値が保持されている。これらの逆起電圧は互いに極性が異なるので、加算することによりその絶対値の差を求めることになる。結果的に加算器８３からは、互いに極性の異なるパルスに対する逆起電圧の絶対値の差が出力される。前述したように互いに極性が逆なパルスでは、界磁による磁界の影響が互いに逆になるが、他の要因による影響は全く同一であるため、差をとることにより磁界以外の影響を排除できる。特に前述の交叉角が９０°では出力が０となるので、各種の基準をここに定めることができる。加算器の基準電圧は２．５Ｖに定められているので、実際には２．５Ｖが０のレベルである。
【０１２５】
また、加算器の定数は交叉角１２０°での逆起電圧の差分でその出力が４．５Ｖ、交叉角６０°での逆起電圧の差分で出力が０．５Ｖとなるようにその定数が設定されている。結果的に電機子６１の回転角との関係では、図５ｇに６９で示したように、２．５Ｖを中心に０．５Ｖと４．５Ｖの間で変化する鋸歯状の波形の出力を得る。前述のように交叉角が９０°となるのは、整流子５６とブラシ５７とによる電流切替え位置から３０°回転した位置で、図５ｇのグラフは整流子５６とブラシ５７とによる電流切替え位置を０°としているので、３０°で値が２．５Ｖとなる。また、整流子５６とブラシ５７とによる電流切替え位置は６０°毎にあるので、３０°、９０°、１５０°・・・で２．５Ｖとなる。また、０°、６０°、１２０°・・・で０．５Ｖから４．５Ｖに変化する。
【０１２６】
以上の手順により加算器８３、即ち信号処理手段１５からＤＣモータ５の電機子６１の角度位置の情報を含む出力を得ることができる。
【０１２７】
次に、図３のステップ４６で、このデータから実際にトルクむらを補正する動作について説明する。前述の信号処理手段１５の出力は、制御手段１９に入力される。制御手段１９では、この出力をＡ／Ｄ変換器３５でＡ／Ｄ変換し６ｂｉｔ、即ち０から６３まで６４段階のデータに変換する。前述のように信号処理手段１５の出力は、４．５Ｖと０．５Ｖとの間で変化する。これを４．５Ｖで６３、０．５Ｖで０になるようＡ／Ｄ変換する。
【０１２８】
図５ｇの６９に示したように信号処理手段１５の出力は、電機子６１の回転角との関係において、回転角６０°周期で発生する整流子５６とブラシ５７とによる電流切替え位置同士の間で、４．５Ｖから０．５Ｖに単調に変化する。また、図５ｃの６４に示したようにトルクむらも、回転角６０°周期で同じ変化を繰り返す。このため、トルクむらの値やこのトルクむらの補正値は、信号処理手段１５の出力に対して一意的に定めることができる。よって、これのＡ／Ｄ変換後の値に対しても一意的に定めることができる。このようにＡ／Ｄ変換後のデータより、トルクむらの補正に必要なＤＣモータ５の電機子６１の角度位置情報を知ることができ、この角度位置からトルクむらを知ることができ、これを補正することができる。具体的にはＡ／Ｄ変換器３５の出力を、トルク補正テーブル１８に参照することによりトルク補正値を決定し、これにより図３のステップ４３、４４以降で出力するパルスのパルス幅を補正する。
【０１２９】
（表２）はトルク補正テーブルの一例である。表中、電機子の角度位置として０〜６３の値が記され、これに対応するパルス幅の補正値が記されている。この補正値は、図５ｃの６４に示すコギングトルクと出力トルクむらとの合計より発生するトルクむらを補正することのできる値として定められている。Ａ／Ｄ変換器のデータは、この表に参照されこれに対応するパルス幅の補正値が求められる。この値を前述の基準パルスに乗ずることによりパルス幅を補正することでトルクむらを補正する。例えばＡ／Ｄ変換後のデータが２１だった場合、（表２）よりパルス幅補正値は０．８８である。補正値が１以下となるのは、トルクむらによりトルクが平均値より大きい場合である。これを基準パルス幅に乗ずる。出力されようとしているパルスが最初のパルスで、基準パルス幅が３００μｓである場合、０．８８が乗ぜられ３００μｓ×０．８８＝２６４μｓとなり、補正前よりも短いパルス幅となり、トルクむらによりトルクが平均値より大きい分が補正される。以上の手順によりトルクむらが補正される。
【０１３０】
【表２】
【０１３１】
この駆動方法では、駆動パルスが徐々に増大しながら複数印加される。まさつ等の負荷が小さい場合はパルス幅が狭いうちに動き、負荷が大きい場合はパルス幅が広くなってから動き出すが、動き出してからの１パルスあたりの移動量は比較的一定で、数μｍ程度である。このため、動き出してからは、１パルス毎に数μｍずつ対物レンズ２８のシフト量を減少させ、結果的に対物レンズ２８のシフト量範囲±２０μｍ以内にする。即ち、トラッキングアクチュエータ２９が対物レンズ２８をトラックに追従させることのできる範囲±２０μｍ以内に、目標トラックの相対位置を位置させることができる。トルクむらがあると１パルス目から大きく動き過ぎたり、動き出すまでに時間がかかり過ぎたりする場合があるが、前述した方法によりトルクむらが補正されているので、そのような現象が起こらず、安定した移動が可能である。
【０１３２】
次に「定速送り状態」の動作について説明する。前述のように、ドライブの電源が投入され光学ヘッド２３がフォーカス動作を開始する際、フォーカスの引き込み動作はディスクの最内周で行わなければならない。このため十分な時間モータを駆動することで光学ヘッド２３を内周ストッパー７３に押し付ける動作を行う移動に要する時間の要求を満足すると共に、衝突によりリードスクリューが空転しない速度の範囲は非常に狭く、この範囲内に移動速度を制御する必要がある。このようにスレッドサーボ信号（ＳＳ）の値にかかわらず、光学ヘッド２３の速度が入力された速度指令値の速度になるように制御するのが「定速送り状態」状態である。この状態ではＡ／Ｄ変換器３５の出力を処理することにより、光学ヘッド２３の実際の速度を検出し、速度指令値と比較して、この差により駆動パルスの周期を変化させることで、光学ヘッド２３の実際の速度と速度指令値との誤差を小さくしている。なお、定速送り制御を行う際、切替手段３４は定速送り制御手段の出力を選択し、スイッチング制御手段１６に出力する。
【０１３３】
図９は、定速送り制御手段３３の一例の構成を説明するブロック図である。図９において８６はゼロクロス検出手段、８７は周期測定手段、８８は比較器、８９はオフセット発生手段、９０はパルス発生手段である。ゼロクロス検出手段８６にはＡ／Ｄ変換器３５のデータが入力され、逆起電圧の差のゼロクロスを検出する。この結果は周期測定手段８７に入力され、ゼロクロスの周期を測定することにより光学ヘッド２３の実際の速度を検出する。図１０はＤ／Ａ変換器の出力と周期との関係の一例を示すグラフである。図中のグラフにおいて、横軸は時間で縦軸はＤ／Ａ変換器３５の出力である。ＤＣモータ５が概略一定速度で回転している場合、Ｄ／Ａ変換器３５の出力と時間の関係は、図のように鋸歯状の波形となる。前述したようにデータが０から６３に急変する場合、ＤＣモータ５の電機子６１は、整流子５６とブラシ５７とによる電流切替え角度位置である。また、前述したように交叉角が９０°となる場合、互いに逆極性のパルスに対する逆起電圧の差は０となり、この状態ではＤ／Ａ変換器３５の出力は３１となっている。
【０１３４】
この、ＤＣモータ５の整流子５６とブラシ５７とによる電流切替え角度位置同士の間隔は、前述のように６０°である。また、このとき交叉角は６０°または１２０°であるので、Ｄ／Ａ変換器３５の出力が３１となる交叉角９０°における電機子６１の角度位置との角度差は３０°である。このため図１０のように、出力が３１をクロスするタイミングを求め、これ同士の時間間隔を測定すると、これはそれぞれＤＣモータ５の電機子６１が３０°回転するのに要した時間である。よって、この時間間隔から光学ヘッド２３の実際に移動速度を求めることができる。例えばこの時間間隔が２０ｍｓだった場合、２０ｍｓで３０°回転することになるので、１回転に要する時間は２０×３６０／３０＝２４０ｍｓで、１回転で光学ヘッド２３は２ｍｍ移動するので、移動速度は２／２４０×１０００＝８．３３ｍｍ／ｓとなる。このようにして周期測定手段８７より光学ヘッド２３の実際の速度が出力される。この値は比較器８８に入力される。比較器８８には速度司令値も入力され、実際の速度はこれと比較される。速度指令値はドライブの起動時間が十分短く、かつ、光学ヘッド２３が最内周ストッパ７３に衝突した際、衝突音がしたり、ナットピース３の歯がリードスクリュ−４の溝から外れリードスクリュー４が空転しないような速度に選ばれている。本実施形態の場合１５ｍｍ／ｓに設定した。比較器８８はこの２者の差に比例した電圧値を、適切な比例係数の下に出力する。この電圧は速度指令値よりも実際の速度が大きい場合は負の値、実際の速度が小さい場合は正の値となる。
【０１３５】
この出力にオフセット発生手段８９により正のオフセットが加えられる。このオフセットの値は、通常の状態でＤＣモータ５が摩擦負荷等に打ち勝って回転できる限度の電圧が選ばれている。これにより速度指令値と実際の速度とが等しくなり、比較器８８の出力が０になった際にモータのトルクと摩擦力とがほぼ均衡し、加速も減速もしない状態が実現できることで速度の精度が向上する。本実施形態の場合、このオフセットの値は１．５Ｖに設定した。この動作状態でも、ＤＣモータ５はパルス駆動される。これはパルスで駆動することにより、ＤＣ的に駆動するよりも高い電圧で駆動できるため、相対的に摩擦の影響を小さくできるからである。このためオフセット発生手段８９により正のオフセットが加えられた値はパルス発生手段９０に入力され、この電圧値のパルスを発生するためのデータに変換される。モータの駆動に使用されるパルスは、パルス幅２ｍｓで周期が１２ｍｓである。２ｍｓ幅のパルスの電圧値が、オフセット発生手段８９により正のオフセットが加えられた値になる。電圧発生手段１３は、ｏｎ−ｏｆｆ動作のみが可能なスイッチング手段３６〜３９で構成されているので、０か５Ｖ以外の電圧を発生させる場合はＰＷＭ駆動を行う。
【０１３６】
以上のような構成と動作により、光学ヘッド２３の実際の速度を検出することができ、速度指令値と実際の速度とを比較し、実際の速度が速度指令値よりも高い場合は駆動電圧を上げ、低い場合には駆動電圧をさげることにより、摩擦負荷の大小にかかわらず速度指令値に近い速度で光学ヘッド２３を移動させることができる。
【０１３７】
以上説明したように、本実施形態によれば以下の効果を得ることができる。
すなわち、
第１に、逆起電圧よりＤＣモータの電機子の位置を検出し、そのトルクむらを補正することができるので、スレッド制御状態において光学ヘッドが大きく行過ぎてしまったり、また逆に、動き出すまでに時間がかかり過ぎてしまうことがなく、安定した移動が可能である。この、ＤＣモータの電機子の位置の検出は回転数が０でも可能で、また、互いに逆極性のパルスに対する逆起電圧の差を取ることにより、界磁による影響のみが検出できるので安定に検出することができる。このため、ＤＣ的なオフセット、ばらつきによるレベル変動等も少なく、これらを補正するための装置や学習等の手順も不要で、構造が簡単にできる。
【０１３８】
第２に、逆起電圧よりＤＣモータの電機子の位置を検出し、これにより光学ヘッドの移動速度を検出することができるので、定速送り制御時には光学ヘッドの移動速度を精度よく制御することができる。これにより光学ヘッドの実際の移動速度を、移動に要する時間の要求を満足し、かつ、衝突によりリードスクリューが空転しない非常に狭い速度範囲内に入れることができ、ドライブの起動に要する時間を短くしつつ、衝突による異音の発生を防止し、空転によるナットピースの異常磨耗も防ぐことができる。
【０１３９】
なお、本実施形態では、逆起電圧測定時はＤＣモータの駆動のための電圧が印加されていないようにしたが、測定に影響のない範囲の電圧が印加されていてもよい。
【０１４０】
また、トルクむらの補正はパルス幅を変化させることにより行ったが、パルス電圧、または電圧と幅の両方を変化させて行うようにしてもよい。
【０１４１】
また、ＤＣモータの駆動はパルス駆動としたが通常のアナログ駆動とし、測定時のみ短時間駆動電圧を測定に影響のない電圧にして測定し、駆動電圧を変化させることによりトルクむらを補正するようにしてもよい。
【０１４２】
また、測定のためのパルスは駆動のためのためのパルスとは別にしたが、測定のため入力される互いに極性が異なるパルスのうち、少なくとも一方を駆動パルスと共用してもよい。
【０１４３】
また、測定のためのパルスを発生させるため、スイッチング素子を使用したが、アナログ駆動回路を使用し、パルス的に駆動してもよいし、測定のための駆動は矩形波のパルスである必要は無く、正弦波や三角波等でもよい。
【０１４４】
また、測定時はモータ端子を両方共電源から開放状態とするようにしたが、片方のみを開放するようにし、開放していない方の端子にかかる電圧を例えば０Ｖか５Ｖに切り替えることにより、逆起電圧を端子電圧測定手段の測定範囲内に収めるようにしてもよい。
【０１４５】
また、パルス印加時間は、これにより発生する逆起電圧が端子電圧測定回路の測定範囲である±５Ｖに入るように定めらたが、パルス印加時間は任意に設定し、端子電圧測定手段を構成する抵抗の値により、測定範囲を出力されるパルスが測定できる範囲となるようにしてもよい。
【０１４６】
また、測定パルスは互いに極性の異なる１組のパルスを入力し、電機子の角度位置のデータとしたが、複数組のパルスに対する逆起電圧を測定し、測定値の平均値を求めるようにしてもよい。
【０１４７】
また、信号処理回路には２個のサンプルホールド回路を設けたが、端子電圧測定手段の出力を直接Ａ／Ｄ変換して、差を取る等の処理をデジタル的に行うようにしてもよい。
【０１４８】
また、電機子角度位置とトルク補正値の関係を記したトルク補正テーブルを設けたが、テーブルを設けずに電機子角度位置から一定の手順により補正値を求めるようにしてもよい。
【０１４９】
また、速度の検出はゼロクロスの周期を測定することにより行ったが、適当な閾値によりパルス化しこのパルス周期を測定するようにしてもよい。
【０１５０】
また、速度の検出は検出されたロータの角度位置を、事実上の微分操作により処理して検出するようにしてもよい。
【０１５１】
また、速度の補正はパルス電圧を変化させて行ったが、パルス幅及び／またはパルス周期で行うようにしてもよい。
【０１５２】
また、一定の速度を得るため、速度を検出し、速度指令値と比較するという操作を行ったが、例えば単純にゼロクロスの周期とパルス電圧を比例させることにより速度変動が概略補正されるようにしてもよい。
【０１５３】
また、定速制御状態では速度情報のみ使用しているが、求められたロータの角度位置から変位を求めてこの情報も併用するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１５４】
本発明のモータ制御装置は高精度の駆動制御ができるため、精密回転制御が要求される例えばマジックハンドの駆動等にも応用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１５５】
【図１】本発明の一実施形態の構成例を示す概略構成図
【図２】同実施形態の要部拡大図
【図３】スレッド制御制御動作を示すフローチャート
【図４】（ａ）は同ＤＣモータの動作説明図、（ｂ）は同ＤＣモータの動作説明図
【図５】電機子の回転角とトルクむらと逆起電圧との関係図
【図６】自己インダクタンス成分による逆起電圧と時間との関係図
【図７】信号処理手段の概略構成図
【図８】スイッチング回路の出力電圧波形図
【図９】定速送り制御手段のブロック図
【図１０】Ｄ／Ａ変換器の一出力波形図
【図１１】従来技術の一例の光ディスク装置のブロック図
【図１２】同光ディスク装置の機構を説明する平面図
【図１３】同例における光ディスク装置の波形図
【図１４】同例におけるスレッド制御動作を示すフローチャート
【符号の説明】
【０１５６】
１ 光ディスクドライブ
２ 光ディスク
３ ナットピース
４ リードスクリュー
５ ＤＣモータ
６ ガイドシャフト
７ 軸受
８ トラバースベース
９ スピンドルモータ
１０ ピニオン
１１ 平歯車
１２ 光学ヘッド移動機構
１３ 電圧発生回路
１４ 端子電圧測定回路
１５ 信号処理回路
１６ スイッチング制御回路
１７ トラッキングサーボ回路
１８ トルク補正テーブル
１９ 制御回路
２０ スレッド制御回路
２１ トラッキングドライバ回路
２２ スレッドサーボ回路
２３ 光学ヘッド
２４ 回転軸
２５ ターンテーブル
２６ 光源
２７ フォトダイオード
２８ 対物レンズ
２９ アクチュエータ
３０ トラッキング駆動手段
３１ スライダー
３３ 定速送り制御回路
３４ 切替回路
３５ Ａ／Ｄ変換器
３６ 第１のスイッチング手段
３７ 第２のスイッチング手段
３８ 第３のスイッチング手段
３９ 第４のスイッチング手段
７３ 内周ストッパ
【技術分野】
【０００１】
本発明はモータ制御装置に関し、特に小型のＤＣモータを使用し、精密な位置制御を行なう装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ブラシと整流子とを内臓するＤＣモータは構成が簡易で安価であり、小型、高効率、大出力、特別な駆動装置が不要といった特徴を有するため、数多くの機器に利用されている。一方、ＤＣモータは高精度な位置決めや極めて低い回転数での安定した回転が求められる場合、次のような障害があり十分な性能を発揮することができなかった。
【０００３】
その第１は、モータ単体では基本的にトルクしか制御できない点である。ステッピングモータの場合、複数の相への駆動電流の比率によりモータ単体でも角度位置を直接制御することができる。角度位置を直接制御できるので、速度の制御も容易である。これに対しＤＣモータは、モータ単体では駆動電流によりトルクを制御することができるのみである。逆起電圧により速度を制御することもある程度可能であるが、これは回転数が低い場合には使用できないし、モータ単体では角度位置を直接制御することは全く不可能である。このためＤＣモータを用いて変位や速度を制御しようとする場合、速度や変位を検出してフィードバックする装置がモータとは別に必要である。
【０００４】
その第２は、トルクむらの存在である。トルクむらの要因には大きくわけて２つある。その１つはコギングトルクの存在である。コギングトルクとはモータの磁気回路のアンバランス等により発生し、モータの回転子をある角度位置に位置させようとするよう発生するトルクで、モータに駆動電圧を印加しない状態でも発生する。今１つはモータの発生するトルク自体のむらである。小型ＤＣモータでは極数が少なく通常は３極である。このため１回転中の発生トルクむらが大きく、また極数が少ないためコギングトルクも大きい。
【０００５】
その第３は、ロータの慣性モーメントが大きいことである。小型ＤＣモータは界磁に永久磁石が使用されるため界磁のスペースが少なくて済み、その分直径の大きい回転子を使用することができる。これが高効率、大出力といった特性が実現される一因となる一方、回転子の大直径化は慣性モーメントの増大を招く。装置にもよるが、この慣性モーメントの等価質量は、本来の制御対象の質量の数倍にも達する場合が多い。これは位置決め速度の低下を招く。このような慣性モーメントの大きな制御対象を位置制御する場合、速度フィードバックを使用する必要がある。しかしながらトルクむらや慣性モーメントの値は予めわかっているため、もしも摩擦等による外乱がなければ、このような特性を有するＤＣモータであってもトルクを制御することにより、ある程度位置や速度を制御することができる。
【０００６】
前述した課題に対して、摩擦等による外乱の影響を少なくする技術として特許文献１が知られている。以下、特許文献１に開示された構成を図を用いて説明する。図１１は、特許文献１に開示されているモータ制御装置を用いた光ディスク装置の主要回路構成を示すブロック図で、図１２は同装置の機構関係を示す上平面図である。これらの図において、１０１は光ディスク装置、１０２は光ディスク、１０３は光ディスク１０２を記録再生する光学ヘッド、１０７は光学ヘッド１０３を光ディスク１０２の半径方向（図１２の矢印Ａ方向）に駆動するスレッドモータ、１０８はスレッドモータ１０７の回転軸、１８１は回転軸１０８に固定され回転軸１０８の回転によりウォームギヤとなるリードスクリュー、１０９はドライバ１７１を介してスレッドモータ１０７の回転を制御する制御手段、１２１は光ディスク１０２のトラックを光学ヘッド１０３で追従する際のトラッキングエラー信号生成回路、１２２はトラッキングエラー信号生成回路１２１からのトラッキングエラー（ＴＥ）信号に基づきトラッキング（ＴＳ）信号を生成するトラッキングサーボ回路、１２３はトラッキングサーボ回路１２２の出力信号のＴＳ信号に基づきスレッドモータ１０７にスレッドサーボ（ＳＳ）信号を生成するスレッドサーボ回路、１２４はスレッドサーボ回路１２３からのＳＳ信号の電圧を比較する比較器、１９１は比較器１２４からの信号のタイミングでパルスを発生するパルス発生回路、１３２は光学ヘッド１０３に備え光ビームを収束する対物レンズ、１４１は光ディスク１０２の半径方向（以下、ラジアル方向と称す）と対物レンズ１３２の光軸方向とにそれぞれ対物レンズ１３２を駆動するアクチュエータ、１４２はトラッキングサーボ回路１２２からのＴＳ信号によりアクチュエータ１４１をトラッキング方向に駆動する駆動電圧を出力するトラッキングドライバ、１１６は光ディスク１０２の半径方向に光学ヘッド１０３をガイドするガイドシャフト、１１５はリードスクリュー１８１、ウォームホイール２４１及びピニオンギヤ２４２を介してスレッドモータ１０７の回転数を減速して駆動力を伝達するラックギヤである。なお、制御手段１０９は、光学ヘッド１０３、スレッドモータ１０７、トラッキングサーボ回路１２２、スレッドサーボ回路１２３等の光ディスク装置１０１全体の制御を行うマイクロコンピュータ（ＣＰＵ）であり、比較器１２４からの信号電圧に応じて光ディスク１０２の所望のトラックと対物レンズ１３２の光軸とのずれ量を検出するずれ量検出手段を構成する。
【０００７】
以上の構成要素の動作について説明する。光学ヘッド１０３から照射した光ビームは光ディスク１０２で反射され光学ヘッド１０３に帰還し、光学ヘッド１０３に備える不図示のフォトディテクタで光電変換された信号電圧は、トラッキングエラー信号生成回路１２１に入力されＴＥ信号を生成する。ＴＥ信号がトラッキングサーボ回路１２２に入力され、ＴＳ信号が生成される。このＴＳ信号のレベル（すなわち電圧値）は、基準位置からのラジアル方向における対物レンズ１３２のずれの大きさおよびその方向に対応している。ＴＳ信号は、ドライバ１４２を介してトラッキングアクチュエータ１４１に入力されるとともに、スレッドサーボ回路１２３にも入力される。
【０００８】
アクチュエータ１４１は、ＴＳ信号に基づいてラジアル方向に対物レンズ１３２を駆動し、このアクチュエータ１４１のラジアル方向の駆動により、対物レンズ１３２はトラックの中心に向って移動、すなわちトラッキングサーボがかかる（以下、アクチュエータ１４１はラジアル方向のみに駆動するトラッキングアクチュエータとして説明する）。このトラッキングアクチュエータ１４１の駆動のみでは、対物レンズ１３２をトラックに追従させることに限界があり、これをカバーすべく、スレッドモータ１０７を駆動して光学ヘッド本体１３１を前記対物レンズ１３２が移動した方向と同方向に移動し、対物レンズ１３２を基準位置に戻すように制御する（スレッド制御を行う）。
【０００９】
スレッドサーボ回路１２３ではＳＳ信号が生成される。このＳＳ信号レベル、すなわち電圧値は、基準位置からのラジアル方向における対物レンズ１３２のずれの大きさおよびその方向に対応している。なお、ＳＳ信号は比較器（コンパレータ）１２４に入力され、比較器１２４で２値化される。この２値化信号電圧は比較器１２４から出力され、制御手段１０９に入力される。
【００１０】
図１３は、光ディスク装置１０１のＳＳ信号電圧値、比較器１２４からの信号電圧およびパルス発生同路１９１からの信号電圧のタイミングチャート、図１４は、スレッド制御における制御手段１０９の制御動作手順を示すフローチャートである。
【００１１】
図１３に示すように、比較器１２４からの信号電圧レベルは、ＳＳ信号の電圧レベルがスレショルドレベル（基準電圧値）以上の場合にはハイレベル（Ｈ）、スレッドサーボ信号のレベル（電圧値）がスレショルドレベル（基準電圧値）末満の場合にはローレベル（Ｌ）になる。この光ディスク装置１０１では、比較器１２４からの信号のレベルがローレベル（Ｌ）からハイレベル（Ｈ）になったと判断したとき、対物レンズ１３２の基準位置に対するずれ量がある限界値に達したものとされ、制御手段１０９はパルス発生回路１９１により所定パターンのパルス信号（パルス信号電圧）を生成し、出力する。このパルス発生回路１９１で生成されるパルス信号電圧のパターンは、そのパルス信号電圧に基づいてスレッドモータ１０７が駆動された際、対物レンズ１３２が基準位置に戻るように予め設定されている。パルス発生回路１９１からのパルス信号電圧は、ドライバ１７１を介してスレッドモータ１０７に印加される。スレッドモータ１０７は、パルス信号電圧に基づいて駆動し、このスレッドモータ１０７の駆動により、光学へッド本体１３１が対物レンズ１３２の移動方向と同方向に移動して、対物レンズ１３２が基準位置に戻る。
【００１２】
なお、パルス発生回路１９１から出力されるパルス信号電圧は、図１３に示すように、極性の異なる第１のパルス電圧（正のパルス電圧）１５１と第２のパルス電圧（負のパルス電圧）１５２とで構成されている。第１のパルス電圧１５１の絶対値は、スレッドモータ１０７が光ディスク装置１０２に組み込まれた状態において、そのスレッドモータ１０７が作動する電圧（起動電圧）の絶対値より十分に大きい。この場合、第１のパルス電圧１５１の絶対値は、前記スレッドモータ１０７が作動する電圧の絶対値の１２０〜１７０％程度に設定する。また、第２のパルス電圧１５２の絶対値は、第１のパルス電圧１５１の絶対値未満である。この場合、第２のパルス電圧１５２の絶対値は、第１のパルス電圧１５１の絶対値の５０〜９０％程度に設定する。前述したパルス信号電圧がドライバ１７１を介してスレッドモータ１０７に印加されると、第１のパルス電圧１５１によりスレッドモータ１０７が作動し回転が加速され、第２のパルス電圧１５２によりスレッドモータ７が制動され（ブレーキがかかり）、対物レンズ１３２が基準位置に位置するようにスレッドモータ１０７が停止する。
【００１３】
次に、スレッド制御の際の制御手段１０９の制御動作手順を説明する。図１４に示すように、比較器１２４からの信号電圧のレベルがローレベル（Ｌ）からハイレベル（Ｈ）に変化したか否かをステップ２０１で判断する。ステップ２０１における判断が「ＮＯ」の場合、パルス発生回路１９１はパルス信号電圧を出力せず（ステップ２０２）、ステップ２０１の判断にに戻り、再度ステップ２０１以降を実行する。ステッブ２０１における判断が「ＹＥＳ」の場合、前述したように、ステップ２０３でパルス発生回路１９１によりパルス信号電圧を生成し、パルス信号電圧を出力する。ステップ２０３の後、ステップ２０１に戻り、再度ステップ２０１以降を実行する。こうした構成により、機構の負荷の変動等が生じても、スレッドモータ１０７を安定して正確に回転駆動させることを図っている。
【００１４】
なお、光ディスク装置１０１では、制御対象である光学ヘッド１０３を光ディスク１０２の目的トラック位置に高速で移動し、また当該光ディスク１０２に対し高精度に対物レンズ１３２の光軸の目標ラックに対する位置決めする性能が求められている。このような技術として、特許文献２及び特許文献３が 知られている。
【００１５】
すなわち、特許文献２は、ＤＣモータ駆動電流を所定の抵抗で電圧値として検出し、検出した電圧を複数のローパスフィルタ及びコンパレータで処理することにより、ＤＣモータ１回転当たりに決まった数のパルス出力を得る技術を開示している。このパルス出力から位置及び速度に関する情報が得られ、当該情報に基づきＤＣモータを制御する、すなわちＤＣモータ駆動電流の変化を検出し、ＤＣモータの回転速度を制御することで、高精度の位置決め及び安定した回転を得ることができる。
【００１６】
また、特許文献３には、ＤＣモータに対するトルク指令値と、実際にＤＣモータに流れた駆動電流値とにより、トルクむらを補正するための情報を得、実際の駆動電流指令値を補正する技術が開示されている。
【特許文献１】特開２０００−０２０９７４号公報
【特許文献２】特開平４−１７２９８４号公報
【特許文献３】特開平７−３３７０６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
上記の特許文献１に開示の技術は、ロータの慣性モーメントが大きいことに起因する回転し過ぎを抑え、精度を向上させるのには一定の効果があった。しかしながら当該ＤＣモータ制御装置には以下に述べるような課題があった。
【００１８】
第１にモータ自体には速度や変位の基準がなく、基本的にオープン制御となるため、移動距離や移動速度は外乱に依存してしまう。光ディスク装置に用いる光学ヘッドの移動手段へのＤＣモータの応用では、光ディスクに対し光学ヘッドがフォーカス動作を行っている場合には、光ディスクから位置の情報を得ることができるので一見問題はないが、光学ヘッドの高精度な位置決め及び低速での安定した回転が必要なのは、光ディスクから位置の情報を得られる場合ばかりではない。例えば、ドライブの電源が投入され光学ヘッドがフォーカス動作を開始する際には、情報信号の記録または再生速度や記録密度等の光ディスクの固有の情報は当該光ディスクの最内周にあり、当該固有の情報を先ず読み取る必要があるため、フォーカスの引き込み動作は光ディスクの最内周で行わなければならない。これは光学ヘッドは光ディスクの最内周に位置し、最内周では最もディスクの面ぶれが小さいためフォーカスの引き込み動作が確実であり、かつ、光学ヘッドの対物レンズが通常の記録または再生動作よりも光ディスクに接近する可能性のあるフォーカスの引き込み動作時であっても、対物レンズが光ディスクと接触することで光ディスクに傷をつける可能性は軽減できるという利点にも起因し光学ヘッドは光ディスクの最内周に記述された情報を先ず再生する。従って、光ディスク装置の電源投入時、光学ヘッドがフォーカス動作を開始する前に、当該光学ヘッドを光ディスクの最内周位置に移動させなければならない。
【００１９】
ところで、光学ヘッドは輸送中に振動等を受けて移動する場合があるので、起動前すなわち電源の投入前の光学ヘッドの位置は不明である。また、コストの都合上光学ヘッドが最内周に位置していることを検出するスイッチ等も設けることができない場合が多い。このような不安定な要素を有する状態から確実に光学ヘッドを光ディスクの最内周に移動させるためには、フルストローク以上確実に移動させるのに十分な時間モータを駆動し、光学ヘッドを最内周のメカ的なストッパーに押し付ける動作を行うことが事実上必要である。
【００２０】
さらに、光学ヘッドを移動させる際の摩擦等の負荷は、光ディスク装置の状態や環境によって大きく変化する。また、最内周に光学ヘッドを押し付けた際、ラックとリードスクリューの係合がはずれ、リードスクリューが空転するような状態となるとラックを損傷するので空転は避けなければならない。例えばオープン制御の場合、発生するトルクは変化する摩擦等の負荷に対し十分余裕がある値としなければならない一方、リードスクリューの係合がはずれない値である必要があり、使用可能なトルクの範囲は事実上非常に狭い範囲になってしまうと共に、摩擦等の負荷やリードスクリューの係合がはずれない値の範囲を厳密に見積ると値が設定できない場合も多い。
【００２１】
また、この移動に要する時間は、光ディスク装置の起動時間に直接影響するので、できる限り短い必要がある一方、高速で光学ヘッドがストッパーに衝突すると衝突音が発生し、光ディスク装置の商品としての品位が落ちる。その上、前述したように、ＤＣモータのロータの慣性モーメントは大きいので、衝突により光学ヘッドが静止してもロータは回転を続け、リードスクリューが空転するような状態となってしまう。
【００２２】
以上のように、光学ヘッドの移動に要する時間の要求を満足し、かつ、衝突によりリードスクリューが空転しない速度の範囲は非常に狭い。このため、ＤＣモータの回転によって１回転あたり決まった数のパルスを発生する回転エンコーダを設ける場合もあるが、コストが高くなる。また、特許文献１のように、速度や変位の基準がない場合は、実際の速度がこの狭い速度範囲内に入るようにすることは非常に困難である。
【００２３】
第２の問題点はトルクむらの影響がある点である。上述したように特許文献１では摩擦力に対し比較的大きな駆動パルス電圧を使用することにより、摩擦負荷の影響を比較的小さくすることを可能とする構成であるが、トルクむらに対する対策は何ら施されていない。このためトルクむらにより１パルスあたりの移動量が大きく変動し、光学ヘッドの高精度な位置決めの妨げとなる。
【００２４】
また、特許文献２には、前述のように、モータ駆動電流の変化を検出しこれにより、モータの回転速度を検出する構成が開示されている。しかしながらこのように非常に低い回転数で、しかもパルス駆動を行う場合は、特許文献２に開示の方法は使用できない。それは駆動電流が変化するのは、逆起電圧のむらに起因するが、回転数が低いと逆起電圧も小さく、実用的に検出できるレベルにはならないためである。駆動電流が変化する今１つの要因として、ブラシの切り替えタイミングでの抵抗の変動がある。この抵抗変動は、回転数が低い場合でも発生するが、全回転角中の非常に狭い角度でしか発生しない。このためパルス駆動を行う場合にはこの変化を取りこぼしてしまう可能性が高く、安定な検出ができない。また、仮に検出できたとしても、この抵抗の変動はブラシの切り替えタイミングの位置だけでパルス状に発生し、例えば３極の小型ＤＣモータの場合には、１回転に６パルス発生するだけなので分解能は荒く、トルクむらの補正にも使用できない。
【００２５】
さらに、特許文献３には前述したように、モータに対するトルク指令値と実際に流れた駆動電流値とよりトルクむらを補正するための情報を得、実際の駆動電流指令値を補正する構成が開示されているが、これも特許文献２の上述と同様の理由で回転数が非常に低い場合は逆起電圧も小さく、駆動電流変動が実用的に検出できるレベルにはならず、この方法によるトルクむら補正も不可能である。
【００２６】
すなわち、ＤＣモータは小型かつ低電圧で動作し効率も比較的よい。しかしながら、その出力トルクは駆動電流にほぼ比例するが励磁の切換は機械的な接点であり、極数も最小限であるため１回転中の出力トルクむらは大きく、出力トルクが駆動電流に比例しているといえるのは１回転３６０°の平均トルクで、３．６°というような小さな回転角を取り出した場合、角度位置によるトルクの変動が大きい。また、ＤＣモータ５の界磁が永久磁石で構成するため、界磁のスペースは小さくて済むが、回転子の直径は比較的大きい。このため比較的高い効率を得ているが、反面、鉄と銅の固まりである回転子は密度が大きく、直径も大きいので慣性モーメントが大きい課題があり、従来構成では解決できていない。
【００２７】
そこで本発明は上記課題に鑑みてなされたもので、ＤＣモータを使用し、精密な位置制御を行うことができ、制御動作が安定なモータ制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
本発明のモータ制御装置は、上記謀題を解決するために、ＤＣモータと、前記ＤＣモータの駆動を伝達してある質量を持つ物体を負荷に抗して駆動する駆動機構と、前記ＤＣモータに電圧を与える電圧発生手段と、前記ＤＣモータの端子電圧測定手段と前記電圧発生手段と前記端子電圧測定手段を制御する制御手段を備えたモータ制御装置であって、前記制御手段は前記電圧発生手段に前記ＤＣモータに測定パルス電圧を印加せしめ、前記モータの電気的自己インダクタンス成分による前記測定パルス電圧に対する逆起電圧を前記端子電圧測定手段により測定した測定値により前記モータの駆動を変化させるようにしたものである。
【００２９】
また、本発明のモータ制御装置は前記測定パルスの印加時は前記モータの駆動のための電圧が印加されていないようにしたものである。
【００３０】
また、本発明のモータ制御装置は前記モータの駆動はパルス電圧であるようにしたものである。
【００３１】
また、本発明のモータ制御装置は前記測定パルス電圧は前記モータを駆動する前記パルス電圧とは異なるタイミングで出力されるようにしたものである。
【００３２】
また、本発明のモータ制御装置は前記電圧発生手段はスイッチング素子で構成され前記測定パルス電圧と前記モータを駆動する前記パルス電圧を発生するようにしたものである。
【００３３】
また、本発明のモータ制御装置は前記電圧発生手段は前記逆起電圧の測定時に前記モータの端子の一方または両方を電源から開放状態にするようにしたものである。
【００３４】
また、本発明のモータ制御装置は前記測定パルスのパルス幅、パルス電圧はこれによる前記逆起電圧が前記端子電圧測定手段の測定範囲になるよう設定されているようにしたものである。
【００３５】
また、本発明のモータ制御装置は前記測定パルスは複数回印加され各印加パルス毎に前記電圧測定手段により測定した複数の測定値により前記モータの駆動を変化させるようにしたものである。
【００３６】
また、本発明のモータ制御装置は前記複数の測定値の平均値により前記モータの駆動を変化させるようにしたものである。
【００３７】
また、本発明のモータ制御装置は前記複数回印加され各印加パルスは互いに極性が異なるものを含むようにしたものである。
【００３８】
また、本発明のモータ制御装置は互いに極性が異なる前記測定パルスによる前記測定値の絶対値の差により前記モータの駆動を変化させるようにしたものである。
【００３９】
また、本発明のモータ制御装置は前記測定値により前記モータのトルクむらが少なくなるように前記モータの前記駆動を変化させるようにしたものである。
【００４０】
また、本発明のモータ制御装置は前記測定値に対し前記駆動が数学的にリニアな関係を持つことにより前記モータのトルクむらが少なくなるようにしたものである。
【００４１】
また、本発明のモータ制御装置は前記測定値に対する前記駆動の値を記憶したテーブルを持ち、このテーブルの従い前記駆動を行うことにより前記モータのトルクむらが少なくなるようにしたものである。
【００４２】
また、本発明のモータ制御装置は前記測定値により前記物体の位置、速度を検出し、これを用い前記物体の位置、速度が所定の値になるよう前記モータの駆動を変化させるようにしたものである。
【００４３】
また、本発明のモータ制御装置は前記測定値を所定の閾値で２値化することにより前記モータ１回転あたり一定数のパルスを得、これにより前記物体の位置、速度が所定の値になるよう前記モータの駆動を変化させるようにしたものである。
【発明の効果】
【００４４】
本発明のモータ制御装置によれば、ＤＣモータと、前記ＤＣモータの駆動を伝達してある質量を持つ物体を負荷に抗して駆動する駆動機構と、前記ＤＣモータに電圧を与える電圧発生手段と、前記ＤＣモータの端子電圧測定手段と前記電圧発生手段と前記端子電圧測定手段を制御する制御手段を備えたモータ制御装置であって、前記制御手段は前記電圧発生手段に前記ＤＣモータに測定パルス電圧を印加せしめ、前記モータの電気的自己インダクタンス成分による前記測定パルス電圧に対する逆起電圧を前記端子電圧測定手段により測定した測定値により前記モータの駆動を変化させるようにしたことにより ＤＣモータの角度位置を検出してこれによりＤＣモータを制御できるので、動作が安定で高精度なモータ制御装置を得ることができるものである。
【００４５】
また、本発明のモータ制御装置によれば、前記測定パルスの印加時は前記モータの駆動のための電圧が印加されていなため、逆起電圧が安定に精度よく検出できるので、動作が安定で高精度なモータ制御装置を得ることができる。
【００４６】
また、本発明のモータ制御装置によれば、前記モータの駆動はパルス電圧としているため、逆起電圧測定のためのパルスを駆動パルスの発生していない期間に発生させることができるため、逆起電圧がより安定に精度よく検出でき、動作が安定で高精度なモータ制御装置を得ることができる。
【００４７】
また、本発明のモータ制御装置によれば、前記測定パルス電圧は前記モータを駆動する前記パルス電圧とは異なるタイミングで出力されるようにしているため、逆起電圧がより安定に精度よく検出でき、動作が安定で高精度なモータ制御装置を得ることができる。
【００４８】
また、本発明のモータ制御装置によれば、前記電圧発生手段はスイッチング素子で構成され、前記測定パルス電圧と前記モータとを駆動する前記パルス電圧を発生するようにしているため、測定のための電圧発生手段と駆動のための電圧発生手段とが共用でき、安価なモータ制御装置を得ることができる。
【００４９】
また、本発明のモータ制御装置によれば、前記電圧発生手段は前記逆起電圧の測定時に前記モータの端子の一方または両方を電源から開放状態にするようにしているため、逆起電圧がより安定に精度よく検出でき、動作が安定で高精度なモータ制御装置を得ることができる。
【００５０】
また、本発明のモータ制御装置によれば、前記測定パルスのパルス幅及び／またはパルス電圧は、これによる前記逆起電圧が前記端子電圧測定手段の測定範囲になるよう設定されているため、逆起電圧を確実に検出でき、動作が安定で高精度なモータ制御装置を得ることができる。
【００５１】
また、本発明のモータ制御装置によれば、前記測定パルスは複数回印加され、各印加パルス毎に前記電圧測定手段により測定した複数の測定値により前記モータの駆動を変化させるようにしているため、逆起電圧がより安定に精度よく検出でき、動作が安定で高精度なモータ制御装置を得ることができる。
【００５２】
また、本発明のモータ制御装置によれば、前記複数の測定値の平均値により前記モータの駆動を変化させるようにしているため、逆起電圧の誤差の影響が少なくなり、動作が安定で高精度なモータ制御装置を得ることができる。
【００５３】
また、本発明のモータ制御装置によれば、前記複数回印加され各印加パルスは互いに極性が異なるものを含むようにしているため、逆起電圧の外部磁界による影響のみを取り出すことができ、動作が安定で高精度なモータ制御装置を得ることができる。
【００５４】
また、本発明のモータ制御装置によれば、互いに極性が異なる前記測定パルスによる前記測定値の絶対値の差により前記モータの駆動を変化させるようにしているため、逆起電圧の外部磁界による影響のみを取り出し、これによりモータを駆動すことができ、動作が安定で高精度なモータ制御装置を得ることができる。
【００５５】
また、本発明のモータ制御装置によれば、前記測定値により前記モータのトルクむらが少なくなるように前記モータの前記駆動を変化させいるので、ＤＣモータのトルクむらを補正することができ、高精度で、かつ、動作の遅れがないモータ制御装置を得ることができる。
【００５６】
また、本発明のモータ制御装置によれば、前記測定値に対し前記駆動が数学的にリニアな関係を持つことにより前記モータのトルクむらが少なくなるようにしているため、前記測定値とトルクむらの補正値を記憶したテーブルを省略することができ、構造の簡単なモータ制御装置を得ることができる。
【００５７】
また、本発明のモータ制御装置によれば、前記測定値に対する前記駆動の値を記憶したテーブルを持ち、このテーブルの従い前記駆動を行うことにより前記モータのトルクむらが少なくなるようにしているため、高精度なモータ制御装置を得ることができる。
【００５８】
また、本発明のモータ制御装置によれば、前記測定値により前記物体の位置、速度を検出し、これを用い前記物体の位置、速度が所定の値になるよう前記モータの駆動を変化させるため、前記物体の移動速度を度良く制御することができ、前記物体の移動時間が短く、かつ、ストッパへの衝突による弊害をなくすことができるモータ制御装置を得ることができる。
【００５９】
また、本発明のモータ制御装置によれば、前記測定値を所定の閾値で２値化することにより前記モータ１回転あたり一定数のパルスを得、これにより前記物体の位置、速度が所定の値になるよう前記モータの駆動を変化させるようにしているため、簡略な構成で速度を検出することができ、構造の簡単なモータ制御装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６０】
以下、本発明のモータ制御装置の一実施形態を図面を参照しながら説明する。図１及び２は、本発明のモータ制御装置を光ディスクドライブに適用した一例を示す概略構成図である。同図において、１は光ディスクドライブ、２は光ディスクドライブ１に備える光学ヘッド２３で記録及び／または再生する光ディスク、４は光学ヘッド２３をナットピース３及びスライダー３１を介して光ディスク２の半径方向（以下ラジアル方向と称す）に移動するリードスクリュー、６はスライダー３１が摺動するガイドシャフト、５はピニオン１０及び平歯車１１を介してリードスクリュー４を軸受７の周りに回転させるＤＣモータ、９はターンテーブル２５上に載置した光ディスク２を回転軸２４周りに回転するスピンドルモータ、８はスピンドルモータ９、ＤＣモータ５及び軸受７等を載置するトラバースベースである。なお、上述のナットピース３、リードスクリュー４、ＤＣモータ５、ピニオン１０及び平歯車１１を総じて光学ヘッド移動機構１２と言う。２８は半導体レーザ等の光源２６から出射した光ビームを収束し光ディスク２の情報層（指示符号は省略）上に焦点を結ばせる対物レンズ、２９は対物レンズ２８を光ディスク２の主面に直交する方向（以下鉛直方向と称す）及び光ディスク２のラジアル方向にそれぞれ移動させるアクチュエータ、３０はアクチュエータ２９をラジアル方向に駆動するトラッキング駆動手段、２７は光源２６から出射した光ビームが情報層で反射された戻り光を受け電気信号に変換するフォトダイオード、７３は光学ヘッド２３の光ディスク２の内周側を規制する内周ストッパである。
【００６１】
次に、上述の光ディスクドライブ１の各構成要素を動作させる回路構成は、１７は対物レンズ２８をラジアル方向に駆動する駆動信号をトラッキングアクチュエータ３０にトラッキングドライバ回路２１を介して付与するトラッキングサーボ回路、２２はスレッドサーボ回路、１３は電源の入力を受け第１のスイッチング手段〜第４のスイッチング手段３６〜３９を備えた電圧発生回路、１４は電圧発生回路１３の第１のスイッチング手段３６・第２のスイッチング手段３７間と第３のスイッチング手段３８・第４のスイッチング手段３９間との電圧を測定する端子電圧測定回路、１５は端子電圧測定回路１４の出力電圧を信号処理し後述の制御回路１９に信号を付与する信号処理回路である。上記制御回路１９は、スイッチング制御回路１６、切換回路３４、定速送り制御回路３３、Ａ／Ｄ変換器３５、トルク補正テーブル１８及びスレッド制御回路２０とを含み構成される。
【００６２】
以上の構成のメカニカル的な動作及び電気信号的動作について、光ディスク２としてＤＶＤ−ＲＡＭディスクを例に挙げ説明する。光ディスク２をターンテーブル２５に載置すると、スピンドルモータ９は回転軸２４周りに所定の回転速度で光ディスク２を回転する。スピンドルモータ９が回転し出すと、光学ヘッド２３は光ディスク２の最内周に向けて光学ヘッド移動機構１２で移動する。光学ヘッド２３が光ディスク２の最内周に移動すると、不図示の光源駆動回路が光源２６を所定の強度で発光させ、対物レンズ２８を介して光ディスク２の情報層に光ビームを照射し、当該情報層からの反射光をフォトディテクタ２７で受けて、光ディスク２に備える不図示のトラックを追従するようにトラッキングアクチュエータ３０にトラッキング駆動信号を与えトラッキング制御、及び対物レンズ２８をアクチュエータ２９により鉛直方向に制御するフォーカス制御を行う。こうしてトラッキング制御及びフォーカス制御を行った後、例えば記録再生速度、記録密度、情報層の種類、未記録領域等の光ディスク２の媒体に関する情報をリードイン領域から読み取り、リードイン領域の外周側の主情報領域（データ領域とも言う）に対して情報信号を記録または記録されて情報信号を再生する。
【００６３】
対物レンズ２８は光学ヘッド２３中で、ラジアル方向の基準位置と鉛直方向の中立位置とが一致するように、不図示のサスペンションバネが設定されている。例えば対物レンズ２８のラジアル方向の移動の場合では、トラッキング駆動手段３０に電圧が印加されていないときには、対物レンズ２８はサスペンションバネの弾性力によって基準位置に位置している。そして、トラッキング駆動手段３０にトラッキングドライバ回路２１を介して所定の電圧が印加されると、その電圧値の符号および絶対値に応じ、トラッキング駆動手段３０が駆動して対物レンズ２８が径方向に移動する。すなわち、トラッキングドライバ回路２１が出力する電圧値の符号および絶対値に応じて、対物レンズ２８は基準位置からラジアル方向（光ディスク２の内周側または外周側）に所定量ずれる。
【００６４】
また、光学ヘッド２３に取り付けられたナットピース３は、一端がバネによって付勢された状態でリードスクリュー４のネジ溝と噛合して、光学ヘッド移動機構１２の一部を構成している。リードスクリュー４は平歯車１１と一体に連結され、トラバースベース８に固定されている軸受７に回転自在に軸支されている。リードスクリュー４のねじピッチは例えば４ｍｍである。平歯車１１は、ＤＣモータ５の出力軸（符号は省略）に直結されたピニオン１０と噛合し、これによりモータの回転数は減速され、リードスクリュー４に伝達される。これにより光学ヘッド２３は、ＤＣモータ５の回転に応じてガイドシャフト６に沿い、光ディスク２のラジアル方向を直線的に往復駆動する。光ディスク２の最内周内位置に光学ヘッド２３が位置すると、それ以上光学ヘッド２３の移動を規制する内周ストッパ７３が設けられている。すなわち、光ヘッド２３が光ディスク２の最内周の位置で光ヘッド２３が内周ストッパ７３に当接することにより、光ディスクドライブ１の起動時に光ヘッド２３がフォーカス引き込み動作を行うべき位置を決定する。なお、ピニオン１０と平歯車１１とによる減速比は例えば２である。上述のリードスクリュー４のねじピッチが４ｍｍ、ピニオン１０と平歯車１１とによる減速比が２の場合には、ＤＣモータ５の１回転当たり光ヘッド２３は２ｍｍラジアル方向に移動することになる。ＤＣモータ５の最高回転数は一般的に９０００r.p.mであるので、光ヘッド２３を最高３００ｍｍ／ｓの速度で移動させることができ高速なシーク動作が可能であるが、例えばＤＶＤ−ＲＡＭディスクに必要な±２０μｍの位置決め精度を得ようとすると、ＤＣモータ５の回転子は±３．６°以内の精度に停止する必要がある。
【００６５】
ＤＣモータ５は、例えば界磁に永久磁石を使用した小型の３極モータで、ＤＣモータ５が内蔵するブラシと整流子とにより、他に特別な駆動装置を使用しなくともＤＣ電源のみで周知の通り回転させることができる。
【００６６】
電圧発生手段１３は、第１のスイッチング手段３６〜第４のスイッチング手段３９の４つのスイッチング手段で構成され、不図示の５Ｖ電源に接続され、光ディスクドライブ１全体はこの５Ｖ電源で動作する。電圧発生手段１３には、スイッチング信号が制御手段１９から上記４つのスイッチング手段それぞれに入力されている。なお、第１のスイッチング手段３６〜第４のスイッチング手段３９は半導体素子等で構成され、制御手段１９からのスイッチング信号によりＯＮ−ＯＦＦする。また、第１のスイッチング手段３６〜第４のスイッチング手段３９がＯＮ状態になり、この電圧発生手段１３とＤＣモータ５とが低いインピーダンスで直結されることにより、ＤＣモータ５には電源電圧の５Ｖに近い電圧が印加される。但し、前述したように第１のスイッチング手段３６〜第４のスイッチング手段３９は半導体素子等で構成され、ＯＮ状態でも若干のＯＮ抵抗があるため、厳密には出力される電圧は完全に電源電圧の５Ｖにはならないが以後、５Ｖであるとして説明する。
【００６７】
端子電圧測定手段１４はオペアンプ等により構成され、ＤＣモータ端子間に発生する電位差（すなわち電圧）を測定し、基準電位０Ｖからの電圧として出力する。例えば、ＤＣモータ端子間に発生する電圧が０の場合２．５Ｖ、モータの＋側端子が−側端子に対して＋５Ｖの場合５Ｖ、＋側端子が−側端子に対して−５Ｖの場合０Ｖが出力される。なお、本実施形態では前述したようにＤＣモータ５の駆動電圧は５Ｖであり、端子電圧測定手段１４も５Ｖの電源で動作するので、測定可能なモータ端子間に発生する電圧は最大で５Ｖまでである。
【００６８】
信号処理手段１５は、後述するようにサンプルホールド回路、加算器等で構成され、端子電圧測定手段１４の出力を特定のタイミングでサンプルホールドし、これに加減算等の処理をした後出力する。
【００６９】
制御回路１９は、通常、マイクロコンピュータ（ＣＰＵ）等で構成され、光学へッド２３が収納するアクチュエータ２９、レーザダイオード２６等、ＤＣモータ５、スビンドルモータ９、トラッキングサーボ回路１７、スレッドサーボ回路２２等、光ディスクドライブ１全体の制御を行う。この制御回路１９は、スイッチング制御回路１６、トルク補正テーブル１８、スレッド制御回路２０、定速送り制御回路３３、切替回路３４、Ａ／Ｄ変換器３５を内蔵しており、制御回路３３が内蔵する上記要素は以下の通りである。
【００７０】
スイッチング制御回路１６はタイマ等により構成され、電圧発生回路１３の第１のスイッチング手段３６〜第４のスイッチング手段３９の４つのスイッチング手段それぞれにタイミング信号を出力することにより、第１のスイッチング手段３６〜第４のスイッチング手段３９を短時間ＯＮまたはＯＦＦ状態とし、ＤＣモータ５に５Ｖの電源電圧を短時間パルス状に印加したり、ＤＣモータ５の端子を電源電圧から開放状態にしたりする。なお、スイッチング制御手段１６には、後述する切替手段３４の出力が入力されている。
【００７１】
トルク補正テーブル１８は、信号処理手段１５の出力とトルクむらとの関係を記録したテーブルを内臓し、信号処理手段１５からの出力信号をＡ／Ｄ変換器３５でＡ／Ｄ変換した出力信号に対応するトルクむらの補正値を、スレッド制御手段２０に出力する。
【００７２】
スレッド制御回路２０は、いわゆる「スレッド制御状態」の制御を行い、スレッドサーボ（ＳＳ）信号とトルク補正テーブルの出力とが入力され、ＳＳ信号の値が予め設定した閾値を超えると、特定のパターンのパルスがＤＣモータ５に印加されるように、スイッチング制御回路１６を切換回路３４を介して制御する。なお、ＳＳ信号の値が当該閾値以下になると、ＤＣモータ５へのパルスの印加を停止する。
【００７３】
定速送り制御回路３３は、いわゆる「定速送り制御状態」の制御を行い、Ａ／Ｄ変換器３５の出力と速度指令値とが入力され、Ａ／Ｄ変換器３５の出力より光学ヘッド２３の実際の移動速度を求め、これと速度指令値との差によりスイッチング制御手段１６を制御することで、ＳＳ信号の値にかかわらず光学ヘッド２３の速度が入力された速度指令値の速度になるように制御する。
【００７４】
切替手段３４は定速送り制御手段３３、スレッド制御手段２０の出力及びモード切替信号が入力され、定速送り制御手段３３とスレッド制御手段２０の出力をモード切替信号に従って切り替え、スイッチング制御手段１６に入力する。
【００７５】
Ａ／Ｄ変換器３５は、信号処理回路１５の出力が入力され、これを例えば６ｂｉｔの分解能でＡ／Ｄ変換する。
【００７６】
次に、以上のような構成を備えた光ディスクドライブ１の動作を説明する。光ディスクドライブ１は再生動作及び定速送り動作等いくつかの動作状態を持つ。例えば再生動作では、光学ヘッド２３を目的トラックまたは目的アドレス（以下両者を総じて目的トラックと称す）に移動し、その目的トラックにおいてフォーカス制御、トラッキング制御、スレッド制御および回転数制御（回転速度制御）等を行いつつ、光ディスク１の情報層に記録された情報信号（データ）の読み出しを行う。また、定速送り動作では、ＳＳ信号の値にかかわらず、光学ヘッド２３の速度が入力された速度指令値の速度になるよう制御される。
【００７７】
先ず、再生動作における制御について、トラッキング制御およびスレッド制御に関して詳述する。
【００７８】
光学ヘッド２３のフォトダイオード２７による光電変換後の信号は、トラッキングサーボ回路１７に入力される。このトラッキングサーボ回路１７は、フォトダイオード２７からの信号に基づき電流ー電圧変換した信号は、ＴＥ信号を電圧として生成する。トラッキングエラー信号は、光ディスク２のラジアル方向における対物レンズ２８のトラック中心からのずれの大きさおよびその方向（以下、両者を総じてトラックの中心からのずれ量と称す）を示す信号である。
【００７９】
ＴＥ信号は位相の反転や増幅等の所定の信号処理が行われ、ＴＳ信号が電圧として生成される。このＴＳ信号は、対物レンズ２８がトラックの中心に移動する（ＴＥ信号のレベルが０レベルとなる）ように、トラッキングアクチュエータ２９を駆動させる駆動電圧の信号である。また、このＴＳ信号のレベル、すなわち電圧値は、基準位置からのラジアル方向における対物レンズ２８のずれの大きさおよびその方向（以下、両者を総じて基準位置に対するずれ量と称す）に対応している。
【００８０】
ＴＳ信号はトラッキングドライバ回路２１を介してトラッキングアクチュエータ２８に入力されるとともに、スレッドサーボ回路２２にも入力される。トラッキングアクチュエータ２９はＴＳ信号に基づいて駆動し、このトラッキングアクチュエータ２９の駆動により、対物レンズ２８はトラックの中心に向って移動、すなわちトラッキングサーボ（ＴＳ）がかかる。このトラッキングアクチュエータ２９の駆動のみでは、対物レンズ２８をトラックに追従させることに限界があり、これをカバーすべくＤＣモータ５を駆動し、光学ヘッド２３本体を前記対物レンズ２８が移動した方向と同方向に移動させ、対物レンズ２８を基準位置に戻すように制御する（いわゆるスレッド制御を行う）。
【００８１】
例えばＣＤ−ＲＯＭ装置等の再生専用の装置の場合、このトラッキングアクチュエータ２９が対物レンズ２８をトラックに追従させることのできる範囲は、一般的に概略±２００μｍ程度の範囲である。目標トラックがこの範囲より外にある場合にはスレッド制御を行い光学ヘッド２３を移動させ、目標トラックがこの範囲に入るよう制御する。この際の光学ヘッド２３の位置決め精度は当然±２００μｍ以下でなければならない。
【００８２】
一方、ＣＤ−ＲＯＭよりも高密度で、しかも記録も行う本実施形態のＤＶＤ−ＲＡＭディスクの場合、トラックを追従する範囲は更に狭く、例えば±２０μｍ以下であり、光学ヘッド２３の位置決め精度も当然±２０μｍ以下でなければならない。
【００８３】
なお、スレッドサーボ回路２２では、トラッキングサーボ回路１７から入力されたトラッキングサーボ信号に対し、高周波成分の除去や増幅等の所定の信号処埋が行われ、これによりスレッドサーボ（ＳＳ）信号（すなわち、トラツキングアクチュエータの駆動電圧に対応する電圧）が生成される。このＳＳ信号のレベル、すなわち電圧値は、ラジアル方向における基準位置に対するずれ量に対応している。ところで、ＳＳ信号はスレッド制御手段２０に入力され、この電圧の絶対値がある基準を超えると、スレッド制御手段２０はスイッチング制御手段１６により電圧発生手段１３にスイッチング信号を出力することによりＤＣモータ５を駆動し、光学ヘッドをＳＳ信号の絶対値が小さくなる方向に移動する。この様子を図３を用いて説明する。
【００８４】
図３は、スレッド制御の際のスレッド制御手段２０の制御動作を示すフローチャートである。スレッド制御を行う際切替手段３４は、スレッド制御手段の出力を選択し、スイッチング制御手段１６に出力する。まずジョブがスタート（ステップ４０）すると、ステップ４１でＳＳ信号の絶対値が基準値を越えたかどうか判定する。前述のようにこの電圧値は、ラジアル方向における基準位置に対するずれ量に対応している。また、この基準値は対物レンズ２８のずれ量は、トラッキングアクチュエータ２９が対物レンズ２８をトラックに追従させることのできる範囲に対して若干の余裕を持たせて設定されている。
【００８５】
ステップ４１で、ＳＳ信号の絶対値が基準値を越えなかったと判定した場合、ステップ４１の判断を繰り返す。ステップ４１でＳＳ信号の絶対値が基準値を越えたと判定した場合、ステップ５０で基準パルス幅を３００μｓにセットする。基準パルス幅は、ＤＣモータ５を駆動するパルス電圧のパルス幅の基準となるものである。
【００８６】
次にステップ４５で、スイッチング信号を電圧発生手段１３に出力し、ＤＣモータ５に極めて短いパルス電圧を印加し、そのときの逆起電圧を端子電圧測定回路１４で測定し、これを信号処理回路１５で処理することにより、ＤＣモータ５のロータ位置を測定する。
【００８７】
次にステップ４６で、この信号処理回路１５の出力をトルク補正テーブル１８に参照することによりトルク補正値を決定し、ステップ４３以降で出力するパルス電圧のパルス幅を補正することにより、トルクむらを補正する操作をする。なお、これらの動作の詳細については後述する。
【００８８】
次にステップ４２で、ＳＳ信号の極性を判定する。ＳＳ信号の極性が正であると判定された場合、ステップ４３で正のパルスをＤＣモータ５に印加する。このときのパルス幅は、基準パルス幅の値にトルク補正テーブル１８より得られたパルス幅補正値の値を乗じた値であり、実際の印加は以下の手順で行われる。パルスが印加されない状態では、図１のスイッチング手段は第１のスイッチング手段３６と第３のスイッチング手段３８とがｏｆｆの状態で、第２のスイッチング手段３７と第４のスイッチング手段３９とがｏｎの状態になっており、ＤＣモータ５の両端子共ＧＮＤに直結していることとなり、電圧がかかっていないと同時に両端子がショートされた状態になっている。パルス電圧を印加する場合、この状態からパルス電圧を印加する時間だけ第２のスイッチング手段３７をｏｆｆ、第１のスイッチング手段３６をｏｎとすることにより、ＤＣモータ５の＋端子を５Ｖの電源の＋側と直結し、−端子を５Ｖの電源の−側（ＧＮＤ）と直結することとなり、ＤＣモータ５に短時間のパルス電圧を印加し、パルス印加後はまた元の状態（第１のスイッチング手段３６と第３のスイッチング手段３８とがｏｆｆの状態で、第２のスイッチング手段３７と第４のスイッチング手段３９とがｏｎの状態）に戻す。以上の手順により正のパルスをＤＣモータ５に印加する。次にステップ４７で一定時間待った後、ステップ４８でＳＳ信号の絶対値がなお基準値を越えているかどうか判定する。
【００８９】
ＳＳ信号の極性が負であると判定された場合、ステップ４４で負のパルスをＤＣモータ５に印加する。このときのパルス幅はスレッドサーボ信号の極性が正である場合と同様、基準パルス幅の値にトルク補正テーブル１８より得られたパルス幅補正値の値を乗じた値であり、実際の印加の手順もスレッドサーボ信号の極性が正である場合と同様である。但し、パルス電圧を印加する場合当該パルス電圧を印加する時間だけ、第２のスイッチング手段３７ではなく第４のスイッチング手段３９をｏｆｆ、第１のスイッチング手段３６ではなく第３のスイッチング手段３８をｏｎとする点が異なる。次にステップ４７で一定時間待った後、ステップ４８でスレッドサーボ信号の絶対値がなお基準値を越えているかどうか判定する。
【００９０】
ステップ４８で、スレッドサーボ信号の絶対値がなお基準値を越えていると判断した場合、ステップ４９で基準パルス幅を３０μｓ増加し、ステップ４２以降を繰り返す。基準パルス幅はステップ５０で３００μｓに設定されているので、基準パルス幅はここで３３０μｓに増加し、ステップ５０以後、このステップ４８でスレッドサーボ信号の絶対値がなお基準値を越えていると判断される毎に３０μｓずつ増加する。なお、ステップ４８で、スレッドサーボ信号の絶対値が基準値以下であると判定された場合、ステップ４１の判断を繰り返す。
【００９１】
ところで、ＤＣモータ５は、電圧発生手段１３の出力電圧５Ｖがパルス状に印加されることにより回転し、光学ヘッド２３が移動する。ＳＳ信号が正の場合は対物レンズ２８が光ディスク２の外周側にシフトし、負の場合は内周側にシフトしている。一方、ＤＣモータ５は、正の電圧を印加されると光学ヘッド２３を光ディスク２の外周側に向かって移動させ、負の電圧を印加されると光学ヘッド２３を光ディスク２の内周側に向かって移動させる。これにより対物レンズ２８の光ディスク２のトラックに対するシフト量は小さくなる。
【００９２】
このように微小な距離を移動させようとする場合、各種の摩擦による負荷変動の影響を受けやすいが、パルス電圧が５Ｖと実質可能な最高電圧であるため、負荷変動の影響は相対的に軽減されている。また、パルス幅を徐々に広げる構成のため、パルスを印加しても全く動かないとか、大きく動き過ぎてしまうという現象も少ない。しかしながら前述のようにこの種の小型ＤＣモータでは、極数が少ない（本実施形態でも３極である）ため、１回転中の発生するトルク自体のむらが大きい。また、極数が少ないためコギングトルクも大きく、トータルでのトルクむらが大きい。移動距離が大きい場合はトルクむらは平均化されるため目立たないが、このような微小距離を移動させる場合は大きく影響する。本実施形態のようにパルス幅を徐々に広げる構成の場合でも、１回転中でのトルクむらでトルクが最大になる場合に合せて初期パルス幅を設定すると、トルクが最小の場合に動き出すのに時間がかかりすぎてしまう場合がある。このため本実施形態では、図３のスレッド制御動作を示すフローチャートにおいて、４５でＤＣモータ５のロータ位置を測定し、４６でトルクむらを補正するという動作を行う。これらの動作について説明する。
【００９３】
小型ＤＣモーターは、鉄芯にコイルが巻かれた電機子に電流を流すことにより発生する磁界と、永久磁石による界磁の磁界との作用で電機子が回転する構造になっている。単純に電機子に電流を流しただけでは、死点まで回転して停止してしまうので、ブラシと整流子とにより電機子に流れる電流の向きを次々と切り替えて回転を継続できるようになっている。このＤＣモータの回転動作の原理を図４を参照して説明する。図４において５１、５２、５３は磁極、５４，５５は界磁、５６は磁極５１、５２及び５３の数と同数の分割導体を備えた整流子、５７はブラシ、５８はＤＣ電源、５９ａ、５９ｂは電流による磁束の向き、６０は界磁５４及び５５による磁束の向き、６１は電機子で磁極５１、５２、５３、整流子５６及び鉄芯（符号は省略）により構成される。
【００９４】
磁極５１、５２及び５３には図示の方向にコイルが巻線され、整流子５６にそれぞれ図示のように接続され、電機子６１を構成する。整流子５６は磁極５１、５２及び５３と一体で回転し、固定された一対のブラシ５７が整流子５６を介して接触し磁極５１、５２及び５３の巻線に通電すると同時に、磁極５１、５２及び５３の巻線への電流の向きを電機子６１の回転と同期して切り替える。これにより、他に特別な駆動回路を用いることなく、ＤＣ電源５８のみで回転させることができる。以下、ＤＣモータが回転する様子を同図を参照して更に詳しく説明する。
【００９５】
図４において電機子６１の回転方向は、矢印で示したように時計回り方向である。また、整流子５６は１２０°間隔で３分割された導体で形成され、１８０°で対向する一対のブラシ５７と当該整流子５６とが接触しながら回転するので、磁極５１、５２及び５３の巻線への電流の向きは６０°毎に切り替えられる。図４（ａ）、（ｂ）は、このような電流の向きの切り替えが行われた直後の状態を示す。
【００９６】
図４（ａ）において磁極５３には電源５８が直接接続された状態となり、図示のように電流が流れた結果Ｎ極に励磁される。磁極５１と５２とは直列に接続された状態となり、図示のように電流が流れＳ極に励磁される。結果として、磁極５１、５２及び５３による磁束の向きは全体として５９ａの向きになり、界磁５４及び５５による磁束の向き６０とは１２０°異なる。このため、これを一致させるような力が発生することで回転トルクが生じ、この回転トルクにより電機子６１が回転する。
【００９７】
磁極５１、５２及び５３に流れる電流がこの状態のまま６０°回転すると図４（ｂ）の状態となり、一対のブラシ５７と接触している整流子５６の導体が入れ替わり、磁極５１、５２及び５３に流れる電流の状態が変化する。逆に表現すると、電流の状態がブラシ５７と接触する整流子５６の分割導体が変化するまで６０°の間は同じ電流の状態で回転する。図４（ａ）の状態では界磁５４及び５５による磁束の向き６０と磁極５１、５２及び５３による磁束の向き５９ａとのなす角は１２０°であったので、このなす角が１２０°から６０°までは間同じ電流の状態で回転することになる。
【００９８】
このようにして図４（ａ）から（ｂ）の状態となることによって磁極５１、５２及び５３への電流の状態が変化すると、磁極５１は電源５８が直接接続された状態となり、図示のように電流が流れた結果Ｓ極に励磁される。磁極５２と５３とは直列に接続された状態となり、図示のように電流が流れＮ極に励磁される。結果として、磁極５１、５２及び５３による磁束の向きは全体として５９ｂのようになり、界磁５４及び５５による磁束の向き６０は、図４（ａ）と同様にやはり１２０°異なり、これを一致させるような力が発生することで回転トルクが生じ、この回転トルクにより電機子６１が更に回転し、磁極５１、５２及び５３に流れる電流がこの状態のまま更に６０°回転すると、図４（ａ）と同じ状態となる。但し、図４（ａ）に対し１２０°回転しているので、図４（ａ）の磁極５１の位置には磁極５３が位置し、他の磁極５２及び５３も同様である。この結果ブラシ５７と接触している整流子５６の分割導体が入れ替わり、磁極５１、５２及び５３に流れる電流の状態が変化する。逆に表現すると、電流の状態がブラシ５７と整流子５６とにより変化するまでの６０°の間は、同じ電流の状態で回転する。図４（ｂ）の状態では、界磁５４及び５５による磁束の向き６０と、磁極５１、５２及び５３による磁束の向き５９ｂとのなす角は１２０°であったので、このなす角がやはり１２０°から６０°までは間は同じ電流の状態で回転したことになる。
【００９９】
以上のように、回転の結果磁極の符号（５１〜５３）のみが入れ替わった状態になるだけで、界磁５４及び５５が形成する磁界と磁極５１〜５３との関係は図４（ａ）と（ｂ）であることには変わりがない。なお、説明の都合で各磁極に異なる符号５１〜５３を付けたが、本来磁極５１〜５３は電気的、磁気的、機械的に全く同じに作られているので本来的にはこれら磁極に区別はない。従って、これ以降も上述した手順を同様に繰り返して電機子６１は回転する。
【０１００】
このように界磁による磁束の向き６０と、磁極５１、５２及び５３による磁束の向き５９ａ、５９ｂとのなす角は常に１２０°から６０°の範囲内であり、電機子６１の回転は継続するが回転トルクはこの範囲で変化する。すなわち回転トルクは、この両磁束のなす角が概ね９０°の場合に最大で、０°と１８０°とでは０であるため、両磁束がなす角に依存するトルクの変化により、回転トルクが変動し、その結果トルクむらが発生する。
【０１０１】
次に、このトルクむらが発生する原因について図５を参照して詳述する。図５は、電機子６１の回転角を整流子５６とブラシ５７とによる電流切換位置の一つを０°として横軸にとり、縦軸に出力トルク（同図ａ）、コギング（同図ｂ）、トルクむら（同図ｃ）、交叉角（同図ｄ）、逆起電圧（同図ｅ）、逆極性のパルスに対する逆起電圧差（同図ｆ）及び信号処理回路の出力電圧に及ぼす逆起電圧差（同図ｇ）それぞれを縦軸にとったグラフである。なお、横軸の回転角は、図４における時計回りの方向を正としている。
【０１０２】
上述のように、両磁界がなす角（以下、なす角と称す）に依存して図５ａに６７で示したように出力トルクは変動する。このなす角の変化の範囲は極数が多い程小さく、このため極数の多い大型のモータではトルク変動も小さい。しかしながら、小型のＤＣモータではほとんどが最小限の極数である３極であるのでこの出力トルクむらが多くなる。
【０１０３】
同時に、ＤＣモータではこれとは別に、コギングトルクと呼ばれるトルクむらの発生要因がある。ＤＣモータは界磁が永久磁石で回転子が磁性体であるので、回転子が界磁の永久磁石に吸引されることにより。モータに通電しない状態でトルクが発生する。このトルクは、磁性体の回転子を永久磁石である界磁が発生する磁束の中で、安定な状態にその回転角度を位置させるように発生する。即ち、この安定な状態となる角度位置ではトルクは０となり、安定な状態から離れた角度位置では安定な状態となる角度位置に位置させる方向にトルクが発生し、安定な状態となる角度位置から離れる程そのトルクが大きくなる。
【０１０４】
安定な状態となる角度位置はＤＣモータの構成により異なるが、一般的な小型のＤＣモータの場合では、概略図４（ａ）、（ｂ）のように電機子６１の磁極５１，５２，５３のいずれかが、２極の界磁５４、５５の何れか一方の中心に最も近づいた状態である。例えば図４（ａ）では、磁極５１が界磁５４（Ｓ極）の中心に最も近づいた状態であり、これが安定な状態の１つである。これを時計廻り方向に電機子６１を回転させてゆくと、６０°回転したところで図４（ｂ）のように磁極５２が界磁５５（Ｎ極）の中心に最も近づいた状態となり、これも安定な状態である。電機子６１の磁極は３極、界磁は２極なので、このように６０°毎に１箇所、１回転中に計６箇所安定な状態となる角度が存在する。
【０１０５】
ＤＣモータ５に通電していない状態で、図４（ａ）の状態から電機子６１を時計方向に（外力等により）回転させて行くと、この安定な状態から引き離されることにより界磁５４と５５とが形成する磁界に逆らうことになるため、等価的に回転に逆らう方向のトルクが発生し、これは回転角の増大に従い大きくなってゆく。しかし、このトルクは回転角がおおむね１５°でピークとなり、それ以降は図４（ｂ）の安定状態の影響を受けるため小さくなってゆく。そして約３０°で０となり、以降は図４（ｂ）の安定状態に引き込まれるトルクが勝るようになるため、時計廻りに回転させようとする方向にトルクが発生する。このトルクは回転角が約４５°までは増大し、以降、図４（ｂ）の安定状態が近づくに従い減少し、６０°の図４（ｂ）の状態で０となる。このようなトルク変動は６０°毎に繰り返すため、結果的に電機子６１の回転角度とＤＣモータ５に通電していない状態での磁気的な発生トルクとの関係は、図５ｂの７０のようになる。
【０１０６】
一方、図５ｂの６２のような摩擦トルクが存在するため、実際に逆転または正転させようとするトルクは図５ｂの６３のようになり、これが負の範囲ではＤＣモータ５に通電していない状態で逆転方向のトルクが実際に発生するため、この位置でＤＣモータ５を非通電状態にすると安定な位置まで逆回転する。このようなトルクを一般にコギングトルクと呼称する。
【０１０７】
ＤＣモータにおける通電時のトルクむらは、このコギングトルク図５ｂの６３と前述の出力トルクむら図５ａの６７との合成により発生し、結果的に図５ｃの６４のように変動する。この通電時のトルクむらは、コギングトルクの影響を受けるため６０°周期で電機子６１の回転角に依存して発生するので、電機子６１の角度位置を検出することができれば補正できる。
【０１０８】
ところで、ＤＣモータ５は巻線された鉄芯が界磁５４及び５５が形成する磁界６０中で回転するので、回転中は発電機としても動作し、概略回転数に比例した逆起電圧を発生する。この逆起電圧も、回転速度が一定であっても出力トルクむら同様変動するので、この変動によりＤＣモータ５の電機子６１の角度位置を検出しトルクむらを補正することもできるが、前述のように回転数が低い場合は逆起電圧も小さいため、この方法は使用できない。一方、ＤＣモータ５は鉄芯に巻き線された構造を持つので、電気抵抗には自己インダクタンス成分を含む。従って電流を変化させようとするとそれに逆らう方向の電圧が今１つの逆起電圧として発生する。
【０１０９】
例えばＤＣモータ５の端子（すなわちブラシ５７）に、パルス状の電圧を印加すると、ＤＣモータ端子電圧は図６のように変化する。図６は、自己インダクタンス成分による逆起電圧と時間の関係を表すグラフであり、７１は入力パルスによる電流によりＤＣモータの端子に生じた電位差、７２は自己インダクタンス成分によって生じた起電圧である。７２の起電圧は７１の入力パルスと同じ方向の電流を流すように発生するが、ＤＣモータ端子で測定すると、入力パルス７１と逆極性の電圧として観測される。これは同じ方向の電流による電位差と、これを生じさせる起電圧との違いによる。７２の逆起電圧は磁束の変化速度に比例し、この場合は磁束の減少する速度に比例して高くなる。前述のようにＤＣモータ５の巻線は、界磁５４及び５５が形成する磁界中に存在するため、磁束の減少する速度はこの界磁５４及び５５が形成する外部磁界６０の影響を受ける。巻線に対するこの磁束の状態は、前述のように電機子６１の角度位置により変化し、図４（ａ）の状態ではＤＣ電源５８により発生する磁束の向き５９ａと界磁による磁束の交叉角は１２０°で、この角度はモータの電機子の角度位置により６０°から１２０°までの範囲で変化する。
またこの変化はブラシ５７と整流子５６による電流切替え直後が１２０°で電機子の回転角に比例して減少し６０°回転すると行われる次の電流切替え直前に６０°となり電流切替え直後には再び１２０°となり以後同様に繰り返す。図５ｄの６８は、この発生する磁束と界磁による磁束の交叉角と電機子の回転角との関係を示すグラフである。このようにこの交叉角は、回転角に従いブラシ５７と整流子５６とによる電流切替点を頂点とする鋸歯状に変化し、ブラシ５７と整流子５６とによる電流切替点同士の間は直線状に減少する一意な関数となる。
【０１１０】
図４（ａ）のＤＣ電源５８をＯＦＦにした際の磁束の減少速度は、ＤＣ電源５８により発生した磁界に対し外部磁界が逆方向、即ち交叉角が１８０°の場合最も速く、同方向、即ち交叉角が０°の場合最も遅くなる。よって、交叉角０°の場合逆起電圧は最低で、交叉角１８０°の場合逆起電圧は最高となる。逆起電圧は概略この交叉角の余弦に比例する。前述のように交叉角と電機子の回転角との関係は、ブラシ５７と整流子５６とによる電流切替点同士の間は１２０°から６０°まで直線状に減少する一意な関数であるので、逆起電圧と回転角との関係もブラシ５７と整流子５６とによる電流切替点同士の間はほぼ直線状に減少する一意な関数となり、６０°周期で繰り返す。この様子を図５ｅの６５に示す。図５ｅの６５は、電機子の角度位置とその角度とで発生する逆起電圧の関係で、その角度位置でパルス電圧を印加し、ＯＦＦにした際発生する逆起電圧のピーク値である。
【０１１１】
図５ｃの６４に示すように、トルクむらもブラシ５７と整流子５６とによる電流切替点間の６０°周期で繰り返すので、この逆起電圧に対するトルクむらは一意に定めることができ、逆起電圧を測定することによりトルクむらの補正が可能である。しかしながら、逆起電圧の値は様々な要因で変動する。この問題を解決するため、互いに極性が逆なパルスに対する逆起電圧を測定しこの差をとる。この測定のためのパルス幅は１００μｓ程度の極めて短いもので、発生する逆起電圧もこのレベルの短い時間で発生するため、測定に要する時間は極めて短時間でよい。このため、ＤＣモータ５の駆動パルス１回に対し複数回の測定が可能であり、各測定間のモータの回転もほとんど無視できるので、このような測定が可能である。
【０１１２】
互いに極性が逆なパルスでは、界磁による磁界の影響が互いに逆になるが、他の要因による影響は全く同一であるため、差をとることにより磁界以外の影響を排除できる。特に交叉角が９０°では出力が０となるので、各種の基準をここに定めることができる。結果的に図５ｆの６６のような関係を得る。図５ｆの６６は、電機子の角度位置と、その角度で発生する互いに極性が逆なパルスに対する逆起電圧差との関係で、その角度位置で互いに極性が逆なパルスを入力し、発生した逆起電圧の差をプロットしている。出力が０となる交叉角が９０°は、整流子５６とブラシ５７とによる電流切替え位置から３０°回転した位置で、図５ｆの６６は整流子５６とブラシ５７とによる電流切替え位置を０°としているので、３０°で値が０となる。また、整流子５６とブラシ５７とによる電流切替え位置は６０°毎にあるので、３０°、９０°、１５０°・・・で０となる。また０°、６０°、１２０°・・・で最小値から最大値に変化する。
【０１１３】
以下、図３のステップ４５において実際に逆起電圧を測定し、トルクむらを補正する動作について説明する。逆起電圧の測定はＤＣモータ５に短時間のパルス電圧を印加し、印加の後モータ端子を電源から開放することにより行う。この電圧印加と端子との開放は、図１の電圧発生手段１３のスイッチング素子３６〜３９をＯＮ−ＯＦＦすることにより行われ、特別なハードを必要としない。また、端子電圧の検出は、前述のように端子電圧測定手段１４により行われる。端子電圧測定手段の出力は、モータ端子電圧の波形そのものなので、印加パルス電圧等不要な部分も含んでいる。この信号から必要な逆起電圧の部分だけを取り出し、また、前述の、逆極性のパルス同士による逆起電圧の差をとる動作を信号処理手段１５で行う。
【０１１４】
図７は信号処理手段１５の概略構成図である。図７において、７６はバッファ、７７と７８はサンプルホールド回路、７９と８０はサンプルホールドスイッチ、８１と８２はコンデンサで８３は加算器である。端子電圧測定手段１４の出力は、２個のバッファ７６を介して２個のサンプルホールド回路７７と７８とに入力され、サンプルホールドされる。合計４個あるバッファ７６、及び２個のサンプルホールド回路７７と７８とはそれぞれ同じものである。サンプルホールド回路７７及び７８が２個あるので、時間的に変化する電圧より２箇所の電圧をサンプルして保持することができる。この出力は、２個のバッファ７６を通じ加算器８３に入力され加算される。
【０１１５】
図８は、逆起電圧測定時のスイッチング手段及びサンプルホールドスイッチの動作手順と、端子電圧測定手段１４の出力電圧波形との関係を示すグラフである。図８における開始から終了までの期間９１〜９５でのスイッチング素子３６〜３９の状態、２つのサンプルホールド回路７７及び７８にそれぞれ備えるサンプルホールドスイッチ７９及び８０の状態、及び動作時間の一例を（表１）に示す。
【０１１６】
【表１】
【０１１７】
図３のステップ４５で、逆起電圧を測定することでロータ位置を測定する際、測定開始前では図１の電圧発生手段１３はＤＣモータ５の両端子をＧＮＤにショートしている状態になっている。このときのスイッチング手段３６〜３９の動作は（表１）に示すように、スイッチング手段３７とスイッチング手段３９とｏｎで、スイッチング手段３６とスイッチング手段３８とがｏｆｆである。このとき当然ＤＣモータ５の端子間の電圧は０であるため、端子電圧測定手段１４からはその基準電圧である＋２．５Ｖが出力される。このときサンプルホールドスイッチ７９と８０とは、（表１）に示すようにいずれもｏｆｆである。
【０１１８】
測定が始まると（表１）の９１に示すように、スイッチング手段３６とスイッチング手段３９とがｏｎで、スイッチング手段３７とスイッチング手段３８とがｏｆｆとなり、図８の９１に示すように、図１の電圧発生手段１３はこれによりＤＣモータ５の＋端子側に＋５Ｖをパルス状に印加する。この状態となっている時間、即ちパルス印加時間は１００μｓである。この印加時間は、これにより発生する逆起電圧が端子電圧測定手段の１４の測定範囲である±５Ｖに入るように定められている。ＤＣモータ５の＋端子側に＋５Ｖが印加されているので、図８の９１に示すように、端子電圧測定手段１４の出力電圧は＋５Ｖとなる。このときもサンプルホールドスイッチ７９と８０とは、（表１）に示すようにいずれもｏｆｆである。
【０１１９】
次に（表１）の９２に示すように、スイッチング手段３６〜３９は全てｏｆｆとなり、図８の９２に示すように、図１の電圧発生手段１３はこれによりＤＣモータ５の両方の端子を電源から開放する。これによりＤＣモータ５の両端子には逆起電圧が発生し、図８の９２に示すような波形が端子電圧測定手段の１４から出力される。このとき（表１）に示すように、サンプルホールドスイッチ７９がｏｎとなり８０はｏｆｆとなる。これによりサンプルホールドコンデンサ８１が充電される。サンプルホールドコンデンサ８１には抵抗８４が接続され、これにより積分回路としても動作し、図８の９２の波形の平均値の電圧で、サンプルホールドコンデンサ８１が充電されるよう構成されている。この状態となっている時間、即ち測定に要する時間は５０μｓである。
【０１２０】
次に（表１）の９３に示すように、スイッチング手段３７とスイッチング手段３９とがｏｎで、スイッチング手段３６とスイッチング手段３８とがｏｆｆとなり、図８の９３に示すように、図１の電圧発生手段１３はこれによりＤＣモータ５の両端子をＧＮＤにショートする。ＤＣモータ５の端子には逆起電圧が発生し続けているが、時間の経過とともに電圧が下がり、有効な測定に寄与しないので、この操作によりＤＣモータ５の両端子に発生していた逆起電圧を終了させる。このとき当然ＤＣモータ５の端子間の電圧は０なので、端子電圧測定手段１４からはその基準電圧である＋２．５Ｖが出力される。このときサンプルホールドスイッチ７９と８５とは、（表１）の９３に示すようにいずれもｏｆｆである。このためサンプルホールド回路７７には、９２で測定した逆起電圧の値が保持されている。この状態となっている時間は１００μｓである。
【０１２１】
次に（表１）の９４に示すように、スイッチング手段３７とスイッチング手段３８とがｏｎで、スイッチング手段３６とスイッチング手段３９とがｏｆｆとなり、図８の９４に示すように、図１の電圧発生手段１３はこれによりＤＣモータ５の−端子側に＋５Ｖをパルス状に印加する。この状態となっている時間、即ちパルス印加時間は１００μｓである。ＤＣモータ５の−端子側に＋５Ｖが印加されているので、図８の９４に示すように端子電圧測定手段の１４の出力電圧は０Ｖとなる。このときもサンプルホールドスイッチ７９と８０とは（表１）に示すようにいずれもｏｆｆである。このためサンプルホールド回路２には９２で測定した逆起電圧の値が保持され続けている。
【０１２２】
次に（表１）の９５に示すように、スイッチング手段３６〜３９は全てｏｆｆとなり、図８の９５に示すように、図１の電圧発生手段１３はこれによりＤＣモータ５の両方の端子を電源から開放する。これによりＤＣモータ５の両端子には逆起電圧が発生し、図８の９５に示すような波形が端子電圧測定手段１４から出力される。このとき（表１）に示すようにサンプルホールドスイッチ８０がｏｎとなり、サンプルホールドスイッチ７９はｏｆｆとなる。これにより、サンプルホールドコンデンサ８２が充電される。サンプルホールドコンデンサ８２には抵抗８５が接続され、これにより積分回路としても動作し、図８の９５の波形の平均値の電圧でサンプルホールドコンデンサ８２が充電されるよう構成されている。一方サンプルホールドスイッチ７９はｏｆｆのままなので、サンプルホールド回路７７には、図８の９２で測定した逆起電圧の値が保持され続けている。この状態となっている時間、即ち測定に要する時間は５０μｓである。
【０１２３】
最後に、測定が終了すると、各スイッチは測定開始前の状態に戻る。即ち、図１のスイッチング手段３６〜３９は、モータの両端子をＧＮＤにショートしている状態になっている。このときのスイッチング手段３６〜３９の動作は、（表１）に示すようにのスイッチング手段３７とスイッチング手段３９とがｏｎで、スイッチング手段３６とスイッチング手段３８とがｏｆｆである。このとき当然ＤＣモータ５の端子間の電圧は０なので、端子電圧測定手段１４からはその基準電圧である＋２．５Ｖが出力される。このときサンプルホールドスイッチ７９と８０とは、（表１）に示すようにいずれもｏｆｆである。このため、サンプルホールド回路７７には図８の９２で測定した逆起電圧の値が、サンプルホールド回路７８には図８の９５で測定した逆起電圧の値が保持された状態となっている。
【０１２４】
サンプルホールド回路７７及び７８の出力は、２個のバッファ７６を通じて加算器８３に入力され、加算された値が出力される。サンプルホールド回路７７及び７８には、それぞれ互いに極性の異なるパルスに対する逆起電圧の電圧値が保持されている。これらの逆起電圧は互いに極性が異なるので、加算することによりその絶対値の差を求めることになる。結果的に加算器８３からは、互いに極性の異なるパルスに対する逆起電圧の絶対値の差が出力される。前述したように互いに極性が逆なパルスでは、界磁による磁界の影響が互いに逆になるが、他の要因による影響は全く同一であるため、差をとることにより磁界以外の影響を排除できる。特に前述の交叉角が９０°では出力が０となるので、各種の基準をここに定めることができる。加算器の基準電圧は２．５Ｖに定められているので、実際には２．５Ｖが０のレベルである。
【０１２５】
また、加算器の定数は交叉角１２０°での逆起電圧の差分でその出力が４．５Ｖ、交叉角６０°での逆起電圧の差分で出力が０．５Ｖとなるようにその定数が設定されている。結果的に電機子６１の回転角との関係では、図５ｇに６９で示したように、２．５Ｖを中心に０．５Ｖと４．５Ｖの間で変化する鋸歯状の波形の出力を得る。前述のように交叉角が９０°となるのは、整流子５６とブラシ５７とによる電流切替え位置から３０°回転した位置で、図５ｇのグラフは整流子５６とブラシ５７とによる電流切替え位置を０°としているので、３０°で値が２．５Ｖとなる。また、整流子５６とブラシ５７とによる電流切替え位置は６０°毎にあるので、３０°、９０°、１５０°・・・で２．５Ｖとなる。また、０°、６０°、１２０°・・・で０．５Ｖから４．５Ｖに変化する。
【０１２６】
以上の手順により加算器８３、即ち信号処理手段１５からＤＣモータ５の電機子６１の角度位置の情報を含む出力を得ることができる。
【０１２７】
次に、図３のステップ４６で、このデータから実際にトルクむらを補正する動作について説明する。前述の信号処理手段１５の出力は、制御手段１９に入力される。制御手段１９では、この出力をＡ／Ｄ変換器３５でＡ／Ｄ変換し６ｂｉｔ、即ち０から６３まで６４段階のデータに変換する。前述のように信号処理手段１５の出力は、４．５Ｖと０．５Ｖとの間で変化する。これを４．５Ｖで６３、０．５Ｖで０になるようＡ／Ｄ変換する。
【０１２８】
図５ｇの６９に示したように信号処理手段１５の出力は、電機子６１の回転角との関係において、回転角６０°周期で発生する整流子５６とブラシ５７とによる電流切替え位置同士の間で、４．５Ｖから０．５Ｖに単調に変化する。また、図５ｃの６４に示したようにトルクむらも、回転角６０°周期で同じ変化を繰り返す。このため、トルクむらの値やこのトルクむらの補正値は、信号処理手段１５の出力に対して一意的に定めることができる。よって、これのＡ／Ｄ変換後の値に対しても一意的に定めることができる。このようにＡ／Ｄ変換後のデータより、トルクむらの補正に必要なＤＣモータ５の電機子６１の角度位置情報を知ることができ、この角度位置からトルクむらを知ることができ、これを補正することができる。具体的にはＡ／Ｄ変換器３５の出力を、トルク補正テーブル１８に参照することによりトルク補正値を決定し、これにより図３のステップ４３、４４以降で出力するパルスのパルス幅を補正する。
【０１２９】
（表２）はトルク補正テーブルの一例である。表中、電機子の角度位置として０〜６３の値が記され、これに対応するパルス幅の補正値が記されている。この補正値は、図５ｃの６４に示すコギングトルクと出力トルクむらとの合計より発生するトルクむらを補正することのできる値として定められている。Ａ／Ｄ変換器のデータは、この表に参照されこれに対応するパルス幅の補正値が求められる。この値を前述の基準パルスに乗ずることによりパルス幅を補正することでトルクむらを補正する。例えばＡ／Ｄ変換後のデータが２１だった場合、（表２）よりパルス幅補正値は０．８８である。補正値が１以下となるのは、トルクむらによりトルクが平均値より大きい場合である。これを基準パルス幅に乗ずる。出力されようとしているパルスが最初のパルスで、基準パルス幅が３００μｓである場合、０．８８が乗ぜられ３００μｓ×０．８８＝２６４μｓとなり、補正前よりも短いパルス幅となり、トルクむらによりトルクが平均値より大きい分が補正される。以上の手順によりトルクむらが補正される。
【０１３０】
【表２】
【０１３１】
この駆動方法では、駆動パルスが徐々に増大しながら複数印加される。まさつ等の負荷が小さい場合はパルス幅が狭いうちに動き、負荷が大きい場合はパルス幅が広くなってから動き出すが、動き出してからの１パルスあたりの移動量は比較的一定で、数μｍ程度である。このため、動き出してからは、１パルス毎に数μｍずつ対物レンズ２８のシフト量を減少させ、結果的に対物レンズ２８のシフト量範囲±２０μｍ以内にする。即ち、トラッキングアクチュエータ２９が対物レンズ２８をトラックに追従させることのできる範囲±２０μｍ以内に、目標トラックの相対位置を位置させることができる。トルクむらがあると１パルス目から大きく動き過ぎたり、動き出すまでに時間がかかり過ぎたりする場合があるが、前述した方法によりトルクむらが補正されているので、そのような現象が起こらず、安定した移動が可能である。
【０１３２】
次に「定速送り状態」の動作について説明する。前述のように、ドライブの電源が投入され光学ヘッド２３がフォーカス動作を開始する際、フォーカスの引き込み動作はディスクの最内周で行わなければならない。このため十分な時間モータを駆動することで光学ヘッド２３を内周ストッパー７３に押し付ける動作を行う移動に要する時間の要求を満足すると共に、衝突によりリードスクリューが空転しない速度の範囲は非常に狭く、この範囲内に移動速度を制御する必要がある。このようにスレッドサーボ信号（ＳＳ）の値にかかわらず、光学ヘッド２３の速度が入力された速度指令値の速度になるように制御するのが「定速送り状態」状態である。この状態ではＡ／Ｄ変換器３５の出力を処理することにより、光学ヘッド２３の実際の速度を検出し、速度指令値と比較して、この差により駆動パルスの周期を変化させることで、光学ヘッド２３の実際の速度と速度指令値との誤差を小さくしている。なお、定速送り制御を行う際、切替手段３４は定速送り制御手段の出力を選択し、スイッチング制御手段１６に出力する。
【０１３３】
図９は、定速送り制御手段３３の一例の構成を説明するブロック図である。図９において８６はゼロクロス検出手段、８７は周期測定手段、８８は比較器、８９はオフセット発生手段、９０はパルス発生手段である。ゼロクロス検出手段８６にはＡ／Ｄ変換器３５のデータが入力され、逆起電圧の差のゼロクロスを検出する。この結果は周期測定手段８７に入力され、ゼロクロスの周期を測定することにより光学ヘッド２３の実際の速度を検出する。図１０はＤ／Ａ変換器の出力と周期との関係の一例を示すグラフである。図中のグラフにおいて、横軸は時間で縦軸はＤ／Ａ変換器３５の出力である。ＤＣモータ５が概略一定速度で回転している場合、Ｄ／Ａ変換器３５の出力と時間の関係は、図のように鋸歯状の波形となる。前述したようにデータが０から６３に急変する場合、ＤＣモータ５の電機子６１は、整流子５６とブラシ５７とによる電流切替え角度位置である。また、前述したように交叉角が９０°となる場合、互いに逆極性のパルスに対する逆起電圧の差は０となり、この状態ではＤ／Ａ変換器３５の出力は３１となっている。
【０１３４】
この、ＤＣモータ５の整流子５６とブラシ５７とによる電流切替え角度位置同士の間隔は、前述のように６０°である。また、このとき交叉角は６０°または１２０°であるので、Ｄ／Ａ変換器３５の出力が３１となる交叉角９０°における電機子６１の角度位置との角度差は３０°である。このため図１０のように、出力が３１をクロスするタイミングを求め、これ同士の時間間隔を測定すると、これはそれぞれＤＣモータ５の電機子６１が３０°回転するのに要した時間である。よって、この時間間隔から光学ヘッド２３の実際に移動速度を求めることができる。例えばこの時間間隔が２０ｍｓだった場合、２０ｍｓで３０°回転することになるので、１回転に要する時間は２０×３６０／３０＝２４０ｍｓで、１回転で光学ヘッド２３は２ｍｍ移動するので、移動速度は２／２４０×１０００＝８．３３ｍｍ／ｓとなる。このようにして周期測定手段８７より光学ヘッド２３の実際の速度が出力される。この値は比較器８８に入力される。比較器８８には速度司令値も入力され、実際の速度はこれと比較される。速度指令値はドライブの起動時間が十分短く、かつ、光学ヘッド２３が最内周ストッパ７３に衝突した際、衝突音がしたり、ナットピース３の歯がリードスクリュ−４の溝から外れリードスクリュー４が空転しないような速度に選ばれている。本実施形態の場合１５ｍｍ／ｓに設定した。比較器８８はこの２者の差に比例した電圧値を、適切な比例係数の下に出力する。この電圧は速度指令値よりも実際の速度が大きい場合は負の値、実際の速度が小さい場合は正の値となる。
【０１３５】
この出力にオフセット発生手段８９により正のオフセットが加えられる。このオフセットの値は、通常の状態でＤＣモータ５が摩擦負荷等に打ち勝って回転できる限度の電圧が選ばれている。これにより速度指令値と実際の速度とが等しくなり、比較器８８の出力が０になった際にモータのトルクと摩擦力とがほぼ均衡し、加速も減速もしない状態が実現できることで速度の精度が向上する。本実施形態の場合、このオフセットの値は１．５Ｖに設定した。この動作状態でも、ＤＣモータ５はパルス駆動される。これはパルスで駆動することにより、ＤＣ的に駆動するよりも高い電圧で駆動できるため、相対的に摩擦の影響を小さくできるからである。このためオフセット発生手段８９により正のオフセットが加えられた値はパルス発生手段９０に入力され、この電圧値のパルスを発生するためのデータに変換される。モータの駆動に使用されるパルスは、パルス幅２ｍｓで周期が１２ｍｓである。２ｍｓ幅のパルスの電圧値が、オフセット発生手段８９により正のオフセットが加えられた値になる。電圧発生手段１３は、ｏｎ−ｏｆｆ動作のみが可能なスイッチング手段３６〜３９で構成されているので、０か５Ｖ以外の電圧を発生させる場合はＰＷＭ駆動を行う。
【０１３６】
以上のような構成と動作により、光学ヘッド２３の実際の速度を検出することができ、速度指令値と実際の速度とを比較し、実際の速度が速度指令値よりも高い場合は駆動電圧を上げ、低い場合には駆動電圧をさげることにより、摩擦負荷の大小にかかわらず速度指令値に近い速度で光学ヘッド２３を移動させることができる。
【０１３７】
以上説明したように、本実施形態によれば以下の効果を得ることができる。
すなわち、
第１に、逆起電圧よりＤＣモータの電機子の位置を検出し、そのトルクむらを補正することができるので、スレッド制御状態において光学ヘッドが大きく行過ぎてしまったり、また逆に、動き出すまでに時間がかかり過ぎてしまうことがなく、安定した移動が可能である。この、ＤＣモータの電機子の位置の検出は回転数が０でも可能で、また、互いに逆極性のパルスに対する逆起電圧の差を取ることにより、界磁による影響のみが検出できるので安定に検出することができる。このため、ＤＣ的なオフセット、ばらつきによるレベル変動等も少なく、これらを補正するための装置や学習等の手順も不要で、構造が簡単にできる。
【０１３８】
第２に、逆起電圧よりＤＣモータの電機子の位置を検出し、これにより光学ヘッドの移動速度を検出することができるので、定速送り制御時には光学ヘッドの移動速度を精度よく制御することができる。これにより光学ヘッドの実際の移動速度を、移動に要する時間の要求を満足し、かつ、衝突によりリードスクリューが空転しない非常に狭い速度範囲内に入れることができ、ドライブの起動に要する時間を短くしつつ、衝突による異音の発生を防止し、空転によるナットピースの異常磨耗も防ぐことができる。
【０１３９】
なお、本実施形態では、逆起電圧測定時はＤＣモータの駆動のための電圧が印加されていないようにしたが、測定に影響のない範囲の電圧が印加されていてもよい。
【０１４０】
また、トルクむらの補正はパルス幅を変化させることにより行ったが、パルス電圧、または電圧と幅の両方を変化させて行うようにしてもよい。
【０１４１】
また、ＤＣモータの駆動はパルス駆動としたが通常のアナログ駆動とし、測定時のみ短時間駆動電圧を測定に影響のない電圧にして測定し、駆動電圧を変化させることによりトルクむらを補正するようにしてもよい。
【０１４２】
また、測定のためのパルスは駆動のためのためのパルスとは別にしたが、測定のため入力される互いに極性が異なるパルスのうち、少なくとも一方を駆動パルスと共用してもよい。
【０１４３】
また、測定のためのパルスを発生させるため、スイッチング素子を使用したが、アナログ駆動回路を使用し、パルス的に駆動してもよいし、測定のための駆動は矩形波のパルスである必要は無く、正弦波や三角波等でもよい。
【０１４４】
また、測定時はモータ端子を両方共電源から開放状態とするようにしたが、片方のみを開放するようにし、開放していない方の端子にかかる電圧を例えば０Ｖか５Ｖに切り替えることにより、逆起電圧を端子電圧測定手段の測定範囲内に収めるようにしてもよい。
【０１４５】
また、パルス印加時間は、これにより発生する逆起電圧が端子電圧測定回路の測定範囲である±５Ｖに入るように定めらたが、パルス印加時間は任意に設定し、端子電圧測定手段を構成する抵抗の値により、測定範囲を出力されるパルスが測定できる範囲となるようにしてもよい。
【０１４６】
また、測定パルスは互いに極性の異なる１組のパルスを入力し、電機子の角度位置のデータとしたが、複数組のパルスに対する逆起電圧を測定し、測定値の平均値を求めるようにしてもよい。
【０１４７】
また、信号処理回路には２個のサンプルホールド回路を設けたが、端子電圧測定手段の出力を直接Ａ／Ｄ変換して、差を取る等の処理をデジタル的に行うようにしてもよい。
【０１４８】
また、電機子角度位置とトルク補正値の関係を記したトルク補正テーブルを設けたが、テーブルを設けずに電機子角度位置から一定の手順により補正値を求めるようにしてもよい。
【０１４９】
また、速度の検出はゼロクロスの周期を測定することにより行ったが、適当な閾値によりパルス化しこのパルス周期を測定するようにしてもよい。
【０１５０】
また、速度の検出は検出されたロータの角度位置を、事実上の微分操作により処理して検出するようにしてもよい。
【０１５１】
また、速度の補正はパルス電圧を変化させて行ったが、パルス幅及び／またはパルス周期で行うようにしてもよい。
【０１５２】
また、一定の速度を得るため、速度を検出し、速度指令値と比較するという操作を行ったが、例えば単純にゼロクロスの周期とパルス電圧を比例させることにより速度変動が概略補正されるようにしてもよい。
【０１５３】
また、定速制御状態では速度情報のみ使用しているが、求められたロータの角度位置から変位を求めてこの情報も併用するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１５４】
本発明のモータ制御装置は高精度の駆動制御ができるため、精密回転制御が要求される例えばマジックハンドの駆動等にも応用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１５５】
【図１】本発明の一実施形態の構成例を示す概略構成図
【図２】同実施形態の要部拡大図
【図３】スレッド制御制御動作を示すフローチャート
【図４】（ａ）は同ＤＣモータの動作説明図、（ｂ）は同ＤＣモータの動作説明図
【図５】電機子の回転角とトルクむらと逆起電圧との関係図
【図６】自己インダクタンス成分による逆起電圧と時間との関係図
【図７】信号処理手段の概略構成図
【図８】スイッチング回路の出力電圧波形図
【図９】定速送り制御手段のブロック図
【図１０】Ｄ／Ａ変換器の一出力波形図
【図１１】従来技術の一例の光ディスク装置のブロック図
【図１２】同光ディスク装置の機構を説明する平面図
【図１３】同例における光ディスク装置の波形図
【図１４】同例におけるスレッド制御動作を示すフローチャート
【符号の説明】
【０１５６】
１ 光ディスクドライブ
２ 光ディスク
３ ナットピース
４ リードスクリュー
５ ＤＣモータ
６ ガイドシャフト
７ 軸受
８ トラバースベース
９ スピンドルモータ
１０ ピニオン
１１ 平歯車
１２ 光学ヘッド移動機構
１３ 電圧発生回路
１４ 端子電圧測定回路
１５ 信号処理回路
１６ スイッチング制御回路
１７ トラッキングサーボ回路
１８ トルク補正テーブル
１９ 制御回路
２０ スレッド制御回路
２１ トラッキングドライバ回路
２２ スレッドサーボ回路
２３ 光学ヘッド
２４ 回転軸
２５ ターンテーブル
２６ 光源
２７ フォトダイオード
２８ 対物レンズ
２９ アクチュエータ
３０ トラッキング駆動手段
３１ スライダー
３３ 定速送り制御回路
３４ 切替回路
３５ Ａ／Ｄ変換器
３６ 第１のスイッチング手段
３７ 第２のスイッチング手段
３８ 第３のスイッチング手段
３９ 第４のスイッチング手段
７３ 内周ストッパ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＤＣモータと、
前記ＤＣモータの駆動を伝達してある質量を持つ物体を負荷に抗して駆動する駆動機構と、
前記ＤＣモータに電圧を与える電圧発生手段と、
前記ＤＣモータの端子電圧測定手段と、
前記電圧発生手段及び前記端子電圧測定手段を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記電圧発生手段により前記ＤＣモータに測定パルス電圧を印加せしめ、前記ＤＣモータの電気的自己インダクタンス成分による前記測定パルス電圧に対する逆起電圧を、前記端子電圧測定手段により測定した測定値により前記モータの駆動を変化させることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
前記測定パルスの印加時は前記モータの駆動のための電圧が印加されていないことを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項３】
前記モータの駆動はパルス電圧であることを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項４】
前記測定パルス電圧は前記モータを駆動する前記パルス電圧とは異なるタイミングで出力されることを特徴とする請求項２記載のモータ制御装置。
【請求項５】
前記電圧発生手段はスイッチング素子で構成され前記測定パルス電圧と前記モータを駆動する前記パルス電圧を発生することを特徴とする請求項３のモータ制御装置。
【請求項６】
前記電圧発生手段は前記逆起電圧の測定時に前記モータの端子の一方または両方を電源から開放状態にすることを特徴とする請求項５記載モータ制御装置。
【請求項７】
前記測定パルスのパルス幅、パルス電圧はこれによる前記逆起電圧が前記端子電圧測定手段の測定範囲になるよう設定されていることを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項８】
前記測定パルスは複数回印加され各印加パルス毎に前記電圧測定手段により測定した複数の測定値により前記モータの駆動を変化させることを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項９】
前記複数の測定値の平均値により前記モータの駆動を変化させることを特徴とする請求項８記載のモータ制御装置。
【請求項１０】
前記複数回印加され各印加パルスは互いに極性が異なるものを含むことを特徴とする請求項８記載のモータ制御装置。
【請求項１１】
互いに極性が異なる前記測定パルスによる前記測定値の絶対値の差により前記モータの駆動を変化させることを特徴とする請求項８記載のモータ制御装置。
【請求項１２】
前記測定値により前記モータのトルクむらが少なくなるように前記モータの前記駆動を変化させることを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項１３】
前記測定値に対し前記駆動が数学的にリニアな関係を持つことにより前記モータのトルクむらが少なくなるようにしたことを特徴とする請求項１２記載のモータ制御装置。
【請求項１４】
前記測定値に対する前記駆動の値を記憶したテーブルを持ち、このテーブルの従い前記駆動を行うことにより前記モータのトルクむらが少なくなるようにしたことを特徴とする請求項１２記載のモータ制御装置。
【請求項１５】
前記測定値により前記物体の位置、速度を検出し、これを用い前記物体の位置、速度が所定の値になるよう前記モータの駆動を変化させることを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項１６】
前記測定値を所定の閾値で２値化することにより前記モータ１回転あたり一定数のパルスを得、これにより前記物体の位置、速度が所定の値になるよう前記モータの駆動を変化させることを特徴とする請求項１５記載のモータ制御装置。
【請求項１】
ＤＣモータと、
前記ＤＣモータの駆動を伝達してある質量を持つ物体を負荷に抗して駆動する駆動機構と、
前記ＤＣモータに電圧を与える電圧発生手段と、
前記ＤＣモータの端子電圧測定手段と、
前記電圧発生手段及び前記端子電圧測定手段を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記電圧発生手段により前記ＤＣモータに測定パルス電圧を印加せしめ、前記ＤＣモータの電気的自己インダクタンス成分による前記測定パルス電圧に対する逆起電圧を、前記端子電圧測定手段により測定した測定値により前記モータの駆動を変化させることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
前記測定パルスの印加時は前記モータの駆動のための電圧が印加されていないことを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項３】
前記モータの駆動はパルス電圧であることを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項４】
前記測定パルス電圧は前記モータを駆動する前記パルス電圧とは異なるタイミングで出力されることを特徴とする請求項２記載のモータ制御装置。
【請求項５】
前記電圧発生手段はスイッチング素子で構成され前記測定パルス電圧と前記モータを駆動する前記パルス電圧を発生することを特徴とする請求項３のモータ制御装置。
【請求項６】
前記電圧発生手段は前記逆起電圧の測定時に前記モータの端子の一方または両方を電源から開放状態にすることを特徴とする請求項５記載モータ制御装置。
【請求項７】
前記測定パルスのパルス幅、パルス電圧はこれによる前記逆起電圧が前記端子電圧測定手段の測定範囲になるよう設定されていることを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項８】
前記測定パルスは複数回印加され各印加パルス毎に前記電圧測定手段により測定した複数の測定値により前記モータの駆動を変化させることを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項９】
前記複数の測定値の平均値により前記モータの駆動を変化させることを特徴とする請求項８記載のモータ制御装置。
【請求項１０】
前記複数回印加され各印加パルスは互いに極性が異なるものを含むことを特徴とする請求項８記載のモータ制御装置。
【請求項１１】
互いに極性が異なる前記測定パルスによる前記測定値の絶対値の差により前記モータの駆動を変化させることを特徴とする請求項８記載のモータ制御装置。
【請求項１２】
前記測定値により前記モータのトルクむらが少なくなるように前記モータの前記駆動を変化させることを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項１３】
前記測定値に対し前記駆動が数学的にリニアな関係を持つことにより前記モータのトルクむらが少なくなるようにしたことを特徴とする請求項１２記載のモータ制御装置。
【請求項１４】
前記測定値に対する前記駆動の値を記憶したテーブルを持ち、このテーブルの従い前記駆動を行うことにより前記モータのトルクむらが少なくなるようにしたことを特徴とする請求項１２記載のモータ制御装置。
【請求項１５】
前記測定値により前記物体の位置、速度を検出し、これを用い前記物体の位置、速度が所定の値になるよう前記モータの駆動を変化させることを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項１６】
前記測定値を所定の閾値で２値化することにより前記モータ１回転あたり一定数のパルスを得、これにより前記物体の位置、速度が所定の値になるよう前記モータの駆動を変化させることを特徴とする請求項１５記載のモータ制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００６−６７７１５（Ｐ２００６−６７７１５Ａ）
【公開日】平成１８年３月９日（２００６．３．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２４８０４３（Ｐ２００４−２４８０４３）
【出願日】平成１６年８月２７日（２００４．８．２７）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年３月９日（２００６．３．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年８月２７日（２００４．８．２７）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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