JP4298093B2 - 光学式回転位置情報検出装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主にハードディスクドライブのクロック信号として必要な回転位置信号出力装置や複写機などの感光ドラム回転位置信号出力装置等に用いる光学式回転位置情報検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１５はコンピュータ等の情報処理装置に使用される従来例の記録再生装置の平面図を示す。記録再生装置としてのＨＤＤ（ハードディスクドライブ）１には、例えば磁性体を円板に塗布した磁気ディスク２が載置されており、この磁気ディスク２に情報信号の書込みを行う磁気ヘッドスライダ３を先端に取り付けた磁気ヘッドアーム４が搭載されており、その後端部にはボイスコイルモータ５が付設されている。
【０００３】
図１６は磁気ディスク２の平面図、図１７はサーボパターンの説明図を示し、磁気ディスク２にはディスクハブ２ａの外側に、サーボパターン領域とデータ領域とを１セクタとして、トラック方向に複数のセクタが設けられている。
【０００４】
このような構成により、ＨＤＤ１上に磁気ディスク２をセットし、磁気ヘッドアーム４の回転位置を、図示しないロータリポジショナによって強制的に所望のトラックに対応する位置に設定し、磁気ヘッドアーム４をトラック方向に駆動して、その先端の磁気ヘッドスライダ３によりデータトラックの１／２の分解能で情報信号のサーボパターンの書込みを行う。
【０００５】
円状板の磁気ディスク２に磁気ヘッドスライダ３により情報信号を書き込む際には、予め磁気ディスク２に磁気ヘッドスライダ３の位置決めのための情報であるサーボトラック信号を高精度に書き込んでおく必要がある。このためには、磁気ディスク２の半径方向であるトラック方向の磁気ヘッドスライダ３の位置情報だけでなく、磁気ディスク２の回転方向の位置情報も併せて高精度に検出して、磁気ディスク２上の所望の位置に磁気信号を書き込む必要がある。
【０００６】
図１８は磁気ディスク２の回転方向を高精度に位置検出するために、本来の情報書き込み用磁気ヘッド６とは別に使用する磁気式クロックヘッド７を有するＨＤＤ１の斜視図を示している。この方式では、最初に磁気式クロックヘッド７がＨＤＤ１内に開口８から進入し、磁気ディスク２の最外周部分に回転方向のクロック信号を書き込む。次に、そのクロック信号を再び磁気式クロックヘッド７で読み取りながら磁気ディスク２の回転位置を検出して、情報書込み用磁気ヘッド６により各トラックに対応するサーボトラック信号を書き込んでゆく。
【０００７】
この磁気式クロックヘッド７は短期間に数万台ものＨＤＤ１でクロック信号書き込みを行うために短命であり、磁気式クロックヘッド７自体が消耗品となり、交換などのためのメインテナンスが必要となってコストアップの原因となる。
【０００８】
また、磁気ディスク２と磁気式クロックヘッド７との隙間を非常に小さく保特する必要があるために、何らかの原因で両者が接触するなどの異常事態を招く虞れがあり、ＨＤＤ１の大量生産を効率良くかつ経済的に行う上で構造上好ましくない。
【０００９】
この問題を解決する手段としては、光拡散物体にレーザー光を照射して、回転物体の回転位置情報を検出するレーザードップラ方式が特開平７−２９２２９号公報に開示されている。このレーザードップラ方式によれば、磁気ディスク２のハブディスク２ａにレーザー光を照射すればよいので、磁気ディスク２にスケールなどの特別なものを貼り付ける必要がなく、また非接触であるために検出部が消耗することもない。
【００１０】
図１９はレーザードップラ速度計の構成図を示し、移動する物体にレーザー光を照射し、この移動物体による散乱光の周波数が、移動する速度に比例して偏移（シフト）するドップラ効果を利用して、移動物体の移動速度を測定する装置である。この装置には、レーザー光源１１、コリメータレンズ１２、ビームスプリッタ１３、ミラ−１４ａ、１４ｂが配列されており、この２枚のミラー１４ａ、１４ｂの反射方向に速度Ｖで矢印方向に移動する被測定物Ｋが配置され、被測定物Ｋの反射光の光路上に集光レンズ１５、光検出器１６が配列されている。
【００１１】
このような構成により、レーザー光源１１から出射したレーザー光は、コリメ−タレンズ１２により平行光束Ｌ１となってビームスプリッタ１３に照射され、２つの光束Ｌ２及びＬ３に分割されてミラー１４ａ、１４ｂで反射された後に、速度Ｖの被測定物Ｋに入射角θで２光束が照射される。そして、被測定物体Ｋからの散乱光は、集光レンズ１５を介して光検出器１６により検出される。
【００１２】
このときの２光束による散乱光の周波数は、移動速度Ｖに比例してそれぞれ＋Δｆ、−Δｆのドップラシフトを受ける。ここで、レーザー光の波長をλとすると、Δｆは次式(1) で表すことができる。
Δｆ＝（Ｖsin θ）／λ …(1)
【００１３】
＋Δｆ、−Δｆのドップラシフトを受けた散乱光は、互いに干渉し合って光検出器１６の受光面で明暗の変化が発生する。そのときの周波数Ｆは次式(2)で与えられる。
Ｆ＝２Δｆ＝（２Ｖsin θ）／λ …(2)
【００１４】
この式(2)から光検出器１６のドップラ周波数Ｆを測定すれば、被測定物Ｋの速度Ｖを求めることができる。
【００１５】
被測定物Ｋが回転物体の場合の速度Ｖは、照射半径をｒ、回転速度をＷ（ｒｐｍ）とすると次式(3)のようになる。
Ｖ＝２πｒＷ／６０ …(3)
【００１６】
従って、式(2)は最終的に次式(4)のようになる。
Ｆ＝（πｒＷsin θ）／１５λ …(4)
【００１７】
この式(4)を１回転当りのパルス数Ｎに換算すると、次式(5)のようになる。
Ｎ＝（４πｒsin θ）／λ …(5)
【００１８】
このパルス信号を検出することによって、回転位置情報を検出することができる。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
(1)しかしながら上述の従来例のドップラ信号により回転位置情報を検出する光学式回転位置情報検出手段は、統計的に信号が欠落する部分であるドロップアウト状態が生ずることが知られており、高精度に回転位置を特定することは難しいという問題点がある。
【００２０】
(2)また、上述の従来例においては、ＨＤＤ１の磁気ディスク２が回転する際に、再現性のない軸振れＮＲＲＯ（Non-Repeatable Run 0ut）が０．１μｍ程度発生しており、この軸振れＮＲＲＯの影響を最大限抑えてクロック信号を形成することは、安定したサーボトラック信号を書き込む上で非常に重要な要因となる。
【００２１】
本発明の目的は、上述の問題点(1)を解消し、連続回転する回転物体上の円周方向の回転位置情報を高精度に検出する光学式回転位置情報検出装置を提供することにある。
【００２２】
本発明の他の目的は、上述の問題点(2)を解消し、回転物体の軸振れの影響を最大限に小さくして、高精度の位置検出を可能とした光学式回転位置情報検出装置を提供することにある。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明に係る光学式回転位置情報検出装置は、光源手段からの光束を回転する回転物体に投射し、該回転物体からの散乱光の回転移動に応じた周波数信号を出力する光検出器を有し、前記周波数信号を信号処理して回転位置情報を検出する光学式回転位置情報検出装置において、前記光検出器で検出した周波数信号のドロップアウト部を外部からの前記回転物体の回転位置原点信号を基準に特定し、前記周波数信号の複数倍の周波数のパルス信号を発振し、前記特定された前記ドロップアウト部に前記ドロップアウト直前の状態の前記パルス信号を補完するドロップアウト処理手段と、前記回転位置原点信号を基準に前記補完されたパルス信号を計数することにより前記回転位置情報を検出する検出手段とを有することを特徴とする。
【００２５】
【発明の実施の形態】
本発明を図１〜図１４に図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
図１は第１の実施例のサーボトラックライタに適用されるＨＤＤの斜視図を示し、ＨＤＤ２１上には磁気ディスク２２が載置され、ＨＤＤ２１に付設して、磁気ヘッドアーム２３の先端に磁気ディスク２２に情報信号を書込む磁気記録ヘッドであるスライダを有する磁気ヘッド２３ａが設けられている。また、ＨＤＤ２１の上方には、磁気ディスク２２のディスクハブ２２ａにレーザー光を照射して磁気ディスク２２の回転速度を検出するＬＤＶ（Laser Doppler Velocimetor)光学ヘッド２４が配置されている。
【００２６】
ＬＤＶ光学ヘッド２４の出力は、信号処理ロジック回路２５、回転位置検出回路２６、セクタサーボパターン書込回路２７、磁気ヘッド２３ａに順次に接続されており、トラック方向位置制御回路２８の出力が、セクタサーボパターン書込回路２７と、図示しないロータリポジショナに接続されている。
【００２７】
このような構成により、磁気ヘッド２３ａのトラック方向は、図示しないロータリポジショナによって各トラックに対応して順次に位置制御され、ＬＤＶ光学ヘッド２４からのドップラ信号を処理する信号処理ロジック回路２５から得られた磁気ディスク２２の回転位置情報を基に、各トラック毎のサーボトラック信号を磁気ディスク２２上に書き込んでゆく。
【００２８】
図２(a) は回転位置に対応するＬＤＶ光学ヘッド２４からのドップラ信号の信号振幅を示しており、この信号振幅はディスクハブ２２ａのレーザー光照射領域が同じであれば、回転位置に対して再現性がある。また、図２(b) はドップラ信号Ａ、ドップラ信号Ａを変換した波形整形信号Ｂ、回転位置原点信号Ｃを示している。ドップラ信号Ａの周波数は、レーザー光照射位置のディスクハブ２２ａ上の半径が常に同じであれば回転速度に比例する。
【００２９】
図３は第１の実施例のドップラ信号のドロップアウト部分の信号処理方法のグラフ図を示し、図３(a)において信号▲１▼はドップラ信号のエンベロープ（再現性）を示し、信号▲２▼はそのコンパレート信号である。このコンパレート信号▲２▼は閾値にヒステリシスを持たせることによって、ドップラ信号▲１▼のノイズ成分を取り除いており、ドロップアウト部ではコンパレート信号▲２▼がドップラ信号▲１▼に追従できなくなることを利用して、ドロップアウトを検出することができる。しかし、ドロップアウトの位置では信号振幅が小さく、微妙な振動によってもドップラ信号▲１▼の位相が変動したり振幅が変化したりするために、波形整形しても信号の再現性を確保することができないという問題がある。
【００３０】
図３(b)はドロップアウト個所を特定するための信号処理のグラフ図を示す。先ず、ドロップアウト個所でない回転位置原点信号から最初のドロップアウト個所までの間で、ＰＬＬ発振信号▲７▼の４分周信号▲５▼をドップラコンパレート信号に同期（位相ロック）させる。次に、図３(a)で示すようなドロップアウト不安定部分を網羅したドロップアウト特定信号▲３▼を、回転位置原点信号からのＰＬＬ発振信号▲７▼を計数することによりメモリする。
【００３１】
ドロップアウト部では、ＰＬＬ発振信号▲７▼に使用する図示しないＶＣＯの電圧値を固定して、ドロップアウト直前の発振周波数にて発振させている。ドロップアウトの個所は距離換算で数１０μｍ程度なので、ドロップアウト前後の回転速度はほぼ同一と見なせる。従って、ドロップアウト中にＰＬＬ発振信号▲７▼を計数することによって、ドロップアウト開始と回避のタイミングの再現性が良いドロップアウト特定信号▲３▼を生成することができる。
【００３２】
ここで、図３(b)の信号▲４▼、▲５▼からドロップアウトの前後では、ドップラ信号の位相が一致しないことが多い。信号処理でこの位相ずれ分を出さないためにはドロップアウト回避を検出する信号としてドロップラコンパレート信号の複数逓倍（４逓倍）のＰＬＬ発振信号▲７▼を使用している。
【００３３】
この方法により得られたＰＬＬの基準信号は、信号▲２▼と信号▲３▼のＯＲをとった信号▲４▼とする。その位相比較信号▲６▼はＰＬＬ発振信号▲７▼を基に信号▲４▼のドロップアウト回避後の立ち上がりとほぼ同期するようにして、ドロップアウト特定信号▲３▼の切換わりのＰＬＬ発振信号▲７▼のパルス数をメモリしてゆく。位相比較信号▲６▼はドロップアウトではない部分では、ＰＬＬ発振信号▲７▼の４分周信号▲５▼をドップラコンパレート信号▲４▼に同期（位相ロック）させる。
【００３４】
１回転中のドロップアウト個所は数１０個所あるために、回転位置原点を基準としてドロップアウトでない領域とドロップアウト領域のそれぞれのＰＬＬ発振信号パルス数を、ドロップアウト不確定領域が存在しないように順次にメモリしながら、１回転分のドロップアウト個所を特定してゆき、最終的なドロップアウト特定信号▲３▼を確定する。
【００３５】
図４はドロップアウトを順次にメモリしてゆく流れを示す。最初のドロップアウトD.O.1のＰＬＬ発振信号▲７▼のインデックスからのカウント値を先ず１回転目でメモリする。それにより、D.O.1の不安定をなくしたＰＬＬ発振信号を得ることができる。次のドロップアウトD.O.2のＰＬＬ発振信号▲７▼のインデックスからのカウント値は、２回転目でドロップアウト特定信号▲２▼により前述した処理を行い、インデックスからD.O.2までのＰＬＬ発振信号を安定させた上でメモリする。それにより、ドロップアウトD.O.1及びD.O.2の不安定をなくしたＰＬＬ発振信号▲７▼を得ることができる。
【００３６】
同様に、D.O.3、D.O.4、…、D.O.nまで、３回転、４回転目、…、ｎ回転で１回転に存在するD.O.個所ｎ個分を順次にメモリしてゆき、１回転分の最終的なドロップアウト特定信号を確定する。
【００３７】
このように、ドロップアウト個所を特定することができれば、ドロップアウト前後のランダムな信号の位相変化の不安定性をなくすことができる。回転位置原点からのドロップアウト特定信号▲９▼が確定できると、リアルタイムに検出されるドップラコンパレート信号▲２▼と信号▲３▼とのＯＲにより、１周に渡り安定したＰＬＬの基準信号▲４▼が生成され、かつＰＬＬ発振信号▲７▼と信号▲３▼により、１周に渡り安定したＰＬＬの位相比較信号▲６▼が生成される。
【００３８】
従って、ＰＬＬの基準信号▲４▼と位相比較信号▲６▼とによってＰＬＬ発振させることにより、１回転に渡り安定したＰＬＬ発振信号▲７▼が生成でき、エンコーダ信号と同等の安定した信号を得ることができる。
【００３９】
また、１回転当たりのＰＬＬ発振パルスは回転位置原点をトリガとして計数することにより、特定することができる。それ以降はＰＬＬ発振パルス数を計数することによって回転位置原点を検出生成することができ、外部原点信号が不要となる。また、このときに同一回転の位置では常に同じ信号処理を行うことになるので、１回転で閉じた処理（クローズドループ）となってＰＬＬ発振の信号処理がより安定化して信号再現性が良好となる。
【００４０】
図５は信号処理ロジックＲ３のフローチャート図を示し、外部原点信号としては、サーボトラック信号を書き込む前に磁気ヘッド２３ａにより磁気ディスク２２に原点信号を書き込んで、磁気ヘッド２３ａで原点信号を読み出している。この場合には、事前に磁気ディスク２２を回転して１回転分のドロップアウト個所の特定信号を確定した後に、ＬＤＶ光学ヘッド２４の信号処理ロジックＲ３による原点信号を生成することができるので、サーボトラック信号を書き込む際に外部原点信号は不要となる。また、外部原点信号を設定する際に、ドロップアウト領域でない個所を選択することによって、信号処理ロジックＲ３による原点信号への安定した切換えを可能としている。この方法では、外部原点検出センサを別に設ける必要がないので、サーボトラックライタとして簡略化した構成を実現でき、実用的なシステムを提供することができる。
【００４１】
図６は第２の実施例の信号処理方法のグラフ図を示し、ドップラ信号にドロップアウト状態が生じても高精度に回転位置検出を行うための信号処理方法である。
【００４２】
図６(a)において、信号▲１▼はドップラ信号を示し、信号▲２▼はそのコンパレート信号である。このコンパレート信号▲２▼は、信号▲１▼のゼロ立ち下がりでＨＩに、ヒステリシスを持った閾値立ち上がりでＬＯになるよう設定され、ドップラ信号▲１▼のノイズ成分を取り除いている。信号▲３▼はドップラ信号▲１▼を３／１６位相だけ先行させて、かつ閾値をコンパレート信号▲２▼と比べて小さくしたものである。
【００４３】
図６(b) はドロップアウト個所を検出して信号処理を行うグラフ図を示し、ドロップアウト検出としては、信号▲２▼がＨレベルになったままであるときをドロップアウト開始とし、信号▲２▼がＬレベルになったときをドロップアウト終了とする。また、信号▲３▼の立ち上がり時に信号▲２▼がＬレベルになっているときをドロップアウト開始とし、信号▲２▼がＬレベルになっているときをドロップアウト終了とすると、常に信号▲２▼の立ち上がりの３／１６位相を先行してドロップアウト検出を行うことができる。なお、信号▲４▼はドロップアウト検出信号である。
【００４４】
先ず、ドロップアウト個所でない回転位置原点信号から最初のドロップアウト個所までの間で、ＰＬＬ発振信号▲７▼の８分周信号▲５▼をドップラコンパレート信号に同期（位相ロック）させる。次に、ドロップアウト検出信号▲４▼がＨレベルのドロップアウト部では、ＰＬＬ発振信号▲７▼に使用する図示しないＶＣＯ（Voltage Control Oscillator）の電圧値を固定して、ドロップアウト直前の発振周波数で発振させる。具体的には、ＰＬＬの位相比較信号として、ＰＬＬ発振信号▲７▼の８分周信号にドロップアウト検出信号▲４▼により、リセット掛けることにより生成した信号▲６▼を使用することにより、ドロップアウト時ではＰＬＬ基準信号とする信号▲２▼に信号立ち上がりがなく、また位相比較信号▲６▼にも信号立ち上がりがないために、ＰＬＬ発振信号▲７▼は周波数調整が行われることなく、発振し続ける。
【００４５】
ドロップアウトの個所は距離換算で数１０μｍ程度なので、ドロップアウト前後の回転速度はほぼ同一と見倣せる。ここで、図６の信号▲２▼、▲５▼を比較すると、ドロップアウトの前後ではドップラ信号▲１▼の位相が一致していない。本実施例では、信号処理でこの位相ずれ分を事前に検出するために、ドロップアウト回避後にコンパレート信号▲２▼の立ち上がりに対して３／１６位相を先行検出している。そして、検出信号▲４▼の立ち下がり後の８逓倍ＰＬＬ発振信号▲７▼の３パルス目で、コンパレート信号▲２▼に同期させる信号▲６▼を生成して、次のドロップアウトまでＰＬＬ発振信号▲７▼を８分周して位相ロックしている。
【００４６】
この方法により得られたＰＬＬの位相比較信号▲６▼は、ＰＬＬの基準信号▲２▼に対してドロップアウト回避後の立ち上がりの量子化誤差（±１／１６位相）分だけずれる可能性があるが、ＰＬＬの逓倍数を上げてゆけばその誤差は無視できる。
【００４７】
また、先行検出せずにＰＬＬの位相比較信号▲６▼を生成すると、量子化誤差はプラス１／８位相となり、量子化誤差累積は必ず増える方向となる。一方、本実施例のようにドロップアウトを先行して検出すると、量子化誤差をプラスとマイナスに割り振ることが可能となり、量子化誤差累積が一方向に加算することなく、累積の平均をゼロに持ってゆくことが可能となる。
【００４８】
通常、１回転当たりのドロップアウトの個数は１００個以下であるために、例えばＰＬＬの逓倍数を１２８とすれば、１回転当たりのＰＬＬ発振パルス数の振れ（回転検出誤差）は、ドップラ信号▲１▼のパルス換算では最大でも±１／２パルス以上の誤差が生ずることはない。従って、ＰＬＬ発振パルス数により同一回転位置でのドップラ信号▲１▼の立ち上がり場所のゲートを設定することができ、ゲートを通過したドップラ信号▲１▼の立ち上がりにより回転位置原点信号を生成することができる。この回転位置原点信号に一致するようにＰＬＬ発振信号▲７▼のパルス数をリセットすれば、ＰＬＬ発振パルス数を読み取ることによって回転位置を検出することが可能となり、非接触でスケールを必要としない回転位置検出系を実現することができる。
【００４９】
図７は信号処理ロジックＲ１のフローチャート図を示し、外部原点信号としては、サーボトラック信号を書き込む前に磁気ヘッド２３ａにより磁気ディスク２２に原点信号を書き込んで、磁気ヘッド２３ａで原点信号を読み出している。この場合は、事前に磁気ディスク２２を回転して１回転分のＰＬＬ発振信号パルス数を調べ、同一回転位置でのドップラ信号▲１▼の立ち上がり場所のゲートを設定する。これによって、ＬＤＶ光学ヘッド２４の信号処理ロジックＲ１による原点信号を生成することができるので、サーボトラック信号を書き込む際には、外部原点信号は不要となる。そして、このようにＰＬＬ発振パルス数を読み取ることにより回転位置を検出する。
【００５０】
図８は第３の実施例の信号処理ロジックＲ２のフローチャート図を示し、外部原点信号としては第２の実施例と同様に、サーボトラック信号を書き込む前に磁気ヘッド２３ａにより磁気ディスク２２に原点信号を書き込んで、磁気ヘッド２３ａで原点信号を読み出している。ここでは、事前に磁気ディスク２２を回転して１回転分のＰＬＬ発振パルス数を調べると同時に、回転位置に対するドロップアウト個所をチェックし、ＰＬＬ発振パルス数によってこのドロップアウト個所を概略メモリする。
【００５１】
次に、外部原点信号とは別に、通常５０個程度のセクタ毎の頭出し信号をドップラ信号▲１▼の立ち上がりに設定する。ここで、頭出し位置がメモリしたドロップアウト個所と一致した場合には、その直前のドロップアウトでない部分に頭出し信号を設定する。この頭出し信号に合わせて、ＰＬＬ発振パルス数をリセットすると、リセットされたＰＬＬ発振信号▲７▼はドロップアウトによる信号処理の不安定性を含まずに、ＰＬＬの位相比較信号▲６▼の量子化誤差（±１／１６位相）分のみとなる。この頭出し回転信号のパルス数とＰＬＬ発振パルス数の両方の計数値を読み取ることによって、回転位置を高精度に検出することができる。
【００５２】
第２の実施例では、１回転分の量子化誤差の累積が回転位置検出誤差となり得るが、本実施例では量子化誤差の累積をセクタ数（５０程度）分の１に分散するので、厳しい回転位置検出精度が必要な場合に特に有効となる。このような方法によって、ドロップアウトが存在するドップラ信号▲１▼においても、ＰＬＬ発振信号▲７▼の周波数を極端に上げることなく、非常に再現性の良い回転位置検出を可能とする。なお、本実施例においてはセクタ頭出し信号を特定した時点で、外部原点信号は不要となる。
【００５３】
図９は第４の実施例の要部の斜視図を示し、感光ドラム３１の外周移動距離を検出するシステムに適用した例である。ＬＤＶ光学ヘッド３２の出力が、信号処理ロジック回路３３、外周回転位置検出回路３４、回転駆動制御回路３５を介して感光ドラム３１に接続されている。
【００５４】
従来はロータリエンコーダによって感光ドラム３１の外周移動量を検出する方法をとっているが、感光ドラム３１の外周が回転軸に対し偏心していると、ロータリエンコーダからの移動検出量と実際の感光ドラム３１の外周移動量とに、半径の誤差分に比例してずれが生ずるために、偏心のない機械的構成をとる必要がある。このために、本実施例ではＬＤＶ光学ヘッド３２を使用してその信号を信号処理ロジック回路３３を介して外周回転位置検出回路３４で検出し、回転駆動制御回路３５で感光ドラム３１の回転を制御している。このように、外周の移動量をＬＤＶ光学ヘッド３２からの光束で検出しているので、偏心を除去した回転位置情報を直ちに検出することができる。
【００５５】
本実施例では、感光ドラム３１の回転駆動を制御する方法を提示したが、例えば他の搬送系の駆動制御にフィ−ドバックしたり、感光プロセスの制御にフィードバックすることによって、最終的な転写性の高精度化を図ることもできる。ここでは図１２の信号処理ロジックＲ３と同様に行うことができ、また外部信号としては、図示しない低分解能のロータリエンコーダを使用して、厳密な外周回転移動量の検出を行っている。
【００５６】
次に第５の実施例について説明する。装置は図１の第１の実施例と同じ構成である。磁気ディスク２２には、再現性を有する振れＲＲＯと再現性のない振れＮＲＲＯが存在し、再現性のある振れＲＲＯは同一回転位置では同じようにずれる。従って、その振れＲＲＯが検出誤差として存在しても、各トラック上に同じ検出誤差として重畳されるために、サーボトラック信号を書き込むときの書込み誤差にはならない。一方、再現性のない振れＮＲＲＯは検出誤差が各トラック毎にランダムに重畳してくるために、その振れＮＲＲＯの検出誤差を極力抑えることが、サーボトラック信号の書き込みの高精度化に重要なポイントとなる。
【００５７】
図１０は磁気ディスク２２、磁気ヘッド２３ａに対するＬＤＶ光学ヘッド２４の検出方向の位置関係の平面図を示している。磁気ディスク２２の中心に対する磁気ヘッド２３ａの方向をｘ軸として、振れＮＲＲＯの振動幅Ｅに対するｘ軸方向の振動成分をＥｘ、ｙ軸方向の振動成分をＥｙとし、ｘ軸に対するＬＤＶ検出方向Ｆの垂線の角度をα、ＬＤＶ検出位置Ｄの磁気ディスク２２の中心からの半径をｒとすると、振れＮＲＲＯがＬＤＶ検出方向Ｆに影響を与える検出誤差成分Ｓは、次式(6) となる。
Ｓ＝−Ｅｘ・sin α＋Ｅｙ・cos α …(6)
【００５８】
また、振れＮＲがＬＤＶ検出の垂直方向に影響を与える半径誤差成分Ｖは、次式(7) となる。
Ｖ＝Ｅｘ・cos α＋Ｅｙ・sin α …(7)
【００５９】
従って、磁気ディスク２２の回転中心と磁気ヘッド２３ａとの距離をＲとすると、磁気ヘッド２３ａでの振れＮＲＲＯによるＬＤＶ検出誤差Ｅは、次式(8) に示すようになる。
Ｅ＝（Ｒ／ｒ)・Ｓ・（ｒ＋Ｖ）／ｒ …(8)
【００６０】
ここで、Ｖ≦Ｅ≪ｒであることから、次式(9) のように近似することができる。
Ｅ≒（Ｒ／ｒ)・Ｓ
＝（Ｒ／ｒ)・(−Ｅｘ・sin α＋Ｅｙ・cos α） …(9)
【００６１】
この書込み位置ずれを書込み角度ずれωに換算すると、次式(10)のようになる。
ω＝Ｗ／Ｒ＝（1 ／ｒ)・(−Ｅｘ・sin α＋Ｅｙ・cos α）−Ｅｙ／Ｒ…(10)
【００６２】
一般に、振れＮＲＲＯは方向に依存しない振動幅Ｅを持っており、その角度βはランダムな値０≦β＜２πをとる。即ち、図１１に示すようにハッチング部分の範囲内で、磁気ディスク２２の中心がランダムにずれることを意味する。
【００６３】
このとき、振れＮＲのｘ軸方向の振動成分Ｅｘとｙ軸方向の振動成分Ｅｙを、Ｅ、βを用いて記述すると、次式(11)のようになる。
Ｅｘ＝Ｅ・cos β、Ｅｙ＝Ｅ・sin β …(11)
【００６４】
式（11）を式（10）に代入すると、次式(12)となる。
ω＝（Ｅ／ｒ)・{−cos β・sin α＋sin β・(cos α−ｒ／Ｒ)} …(12)
【００６５】
ここで、角度βは０≦β＜２πの範囲内でランダムな値をとり得るので、ＬＤＶ光学ヘッド２４の設置角度αのときの振れＮＲＲＯによる書込み角度ずれ｜ω｜のとり得る値は、次式(13)の角度βにおける最大値と等しくなる。
｜ω｜＝|(Ｅ／ｒ)・{−cos β・sin α＋sin β・(cos α−ｒ／Ｒ)}｜…(13)
【００６６】
式（13）の角度βにおける最大値をとる必要条件は、次式(14)のようにおくとｄＡ／ｄβ＝０である。
Ａ＝−cos β・sin α＋sin β・(cos α−ｒ／Ｒ） …(14)
【００６７】
従って、ｄＡ／ｄβを求めると、次式(15)のように変形することができる。
ｄＡ／ｄβ＝sin β・sin α＋cos β・(cos α−ｒ／Ｒ）
＝cos(β−α）−（ｒ／Ｒ)・cos β
＝sin(β＋π／２−α）−（ｒ／Ｒ)・cos β
【００６８】
ここで、次式(15)のようにおくと、式(16)のようになる。
ｃ＝sin(π／２−α）−ｒ／Ｒ＝cos α−ｒ／Ｒ
ｄ＝cos(π／２−α）＝sin α
sin Φ＝ｃ／（ｃ2 ＋ｄ2)1/2
cos Φ＝ｄ／（ｃ2 ＋ｄ2)1/2 …(15)
ｄＡ／ｄβ＝（ｃ2 ＋ｄ2)1/2 ・sin(β＋Φ） …(16)
ｄＡ／ｄβ＝０とすると、式(16)よりβ＝−Φとなる。
【００６９】
従って、式(13)の角度βにおける最大値をとるための必要条件は、式(15)から次式(17)のようになる。
sin β＝−ｃ／（ｃ2 ＋ｄ2)1/2
cos β＝ｄ／（ｃ2 ＋ｄ2)1/2 …(17)
【００７０】
式(17)を式(14)に代入すると、次式(18)のようになる。
Ａ＝{−ｄ・sin α−ｃ・(cos α−ｒ／Ｒ)}／（ｃ2 ＋ｄ2)1/2
＝−｛sin2α＋(cosα−ｒ／Ｒ)2｝／｛sin2α＋(cosα−ｒ／Ｒ)2}1/2
＝｛sin2α＋（cos α−ｒ／Ｒ)2}1/2 …(18)
【００７１】
これによって、振れＮＲＲＯによる書込み角度ずれ｜ω｜の最大値ωmax は、次式(19)のようになる。
ωmax ＝｜−（Ｅ／ｒ)・｛sin2α＋(cosα−ｒ／Ｒ)2}1/2｜
＝（Ｅ／ｒ)・｛１＋（ｒ／Ｒ)2−２・(ｒ／Ｒ)・cos α}1/2 …(19)
【００７２】
この式(19)からＲが定数であれば、α＝０rad のときにωmax が最小になることが分かる。
【００７３】
ここで、６．３ｃｍ（２．５インチ）のＨＤＤ２１として具体的な数値を考える。即ち、ｒ＝１０ｍｍ、Ｅ＝０．１μｍとし、１４ｍｍ≦Ｒ≦３０ｍｍ（ａ＝Ｒ／ｒとすると１．４≦ａ≦３）として、書込み角度ずれωmax を求めると図１２〜図１４に示すようになる。Ｒが範囲を持っているのは、磁気ヘッド２３ａのディスクトラック半径方向への移動を意味している。
【００７４】
図１２はＬＤＶ角度α、磁気ヘッド２３ａの位置ａにおける書込み角度ずれωmax を三次元的に示したものであり、図１３はａ＝１．４、２．２、３におけるＬＤＶ角度αと書込み角度ずれωmax との関係を示し、図１４はα＝０、π／６、π／３、π／２、２π／３、５π／６、πradにおける磁気ヘッド２３ａの位置ａと書込み角度ずれωmax との関係を示している。
【００７５】
これらの結果から、磁気ヘッド２３ａの位置ａが１．４〜３の範囲で移動した場合においても、書込み角度ずれωmax が最小となるのはα＝０rad であり、最大となるのはα＝πradである。また、書込み角度ずれωmax の値は、ＬＤＶ角度αの絶対値が同じであればαの符号に依存することはない。
【００７６】
以上のことから、ＬＤＶ光学ヘッド２４の検出方向が、回転物体の中心と磁気ヘッド２３ａとを結ぶ直線に対して垂直近傍にあり、検出位置が回転物体中心に対して磁気ヘッド２３ａ側にあるときに、回転物体の振れによる検出誤差に対して、最も影響を受けないＬＤＶ光学ヘッド２４によるクロック信号を形成することができる。
【００７７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係る光学式回転位置情報検出装置は、回転位置情報検出手段が回転位置情報を特定する前に、回転物体を事前に回転することによって、回転位置情報を特定するための情報を検出することができるので、ドロップアウトが生ずる周波数信号においても、高精度で安定した回転位置を検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施例のハードディスクドライブの斜視図である。
【図２】回転位置に対するドップラ信号のグラフ図である。
【図３】第１の実施例の処理信号のグラフ図である。
【図４】ドロップアウトのメモリの流れを示す図である。
【図５】信号処理のフローチャート図である。
【図６】第２の実施例の処理信号のグラフ図である。
【図７】信号処理の処理信号のグラフ図である。
【図８】第３の実施例の信号処理のフローチャート図である。
【図９】第４の実施例の要部構成図である。
【図１０】ＬＤＶ光学ヘッドの検出方向の位置関係の説明図である。
【図１１】再現性のない軸振れの説明図である。
【図１２】ＬＤＶ角度、磁気ヘッド位置における書き込み角度ずれのグラフ図である。
【図１３】ＬＤＶ角度の書き込み角度ずれのグラフ図である。
【図１４】磁気ヘッドの位置と書き込み角度ずれのグラフ図である。
【図１５】従来例のＨＤＤの平面図である。
【図１６】磁気ディスクの平面図である。
【図１７】磁気ディスク上のサーボパターンの説明図である。
【図１８】磁気式クロックヘッドを用いたＨＤＤの斜視図である。
【図１９】レーザードップラ速度計の構成図である。
【符号の説明】
２１ ハードディスクドライブ
２２ 磁気ディスク
２２ａ ディスクハブ
２３ａ 磁気ヘッド
２４、３２ ＬＤＶ光学ヘッド
２５、３３ 信号処理ロジック回路
２６、３４ 回転位置検出回路
２７ セクタサーボパタ−ン書込回路
２８ トラック方向位置制御回路
３１ 感光ドラム
３５ 回転駆動制御回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、主にハードディスクドライブのクロック信号として必要な回転位置信号出力装置や複写機などの感光ドラム回転位置信号出力装置等に用いる光学式回転位置情報検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１５はコンピュータ等の情報処理装置に使用される従来例の記録再生装置の平面図を示す。記録再生装置としてのＨＤＤ（ハードディスクドライブ）１には、例えば磁性体を円板に塗布した磁気ディスク２が載置されており、この磁気ディスク２に情報信号の書込みを行う磁気ヘッドスライダ３を先端に取り付けた磁気ヘッドアーム４が搭載されており、その後端部にはボイスコイルモータ５が付設されている。
【０００３】
図１６は磁気ディスク２の平面図、図１７はサーボパターンの説明図を示し、磁気ディスク２にはディスクハブ２ａの外側に、サーボパターン領域とデータ領域とを１セクタとして、トラック方向に複数のセクタが設けられている。
【０００４】
このような構成により、ＨＤＤ１上に磁気ディスク２をセットし、磁気ヘッドアーム４の回転位置を、図示しないロータリポジショナによって強制的に所望のトラックに対応する位置に設定し、磁気ヘッドアーム４をトラック方向に駆動して、その先端の磁気ヘッドスライダ３によりデータトラックの１／２の分解能で情報信号のサーボパターンの書込みを行う。
【０００５】
円状板の磁気ディスク２に磁気ヘッドスライダ３により情報信号を書き込む際には、予め磁気ディスク２に磁気ヘッドスライダ３の位置決めのための情報であるサーボトラック信号を高精度に書き込んでおく必要がある。このためには、磁気ディスク２の半径方向であるトラック方向の磁気ヘッドスライダ３の位置情報だけでなく、磁気ディスク２の回転方向の位置情報も併せて高精度に検出して、磁気ディスク２上の所望の位置に磁気信号を書き込む必要がある。
【０００６】
図１８は磁気ディスク２の回転方向を高精度に位置検出するために、本来の情報書き込み用磁気ヘッド６とは別に使用する磁気式クロックヘッド７を有するＨＤＤ１の斜視図を示している。この方式では、最初に磁気式クロックヘッド７がＨＤＤ１内に開口８から進入し、磁気ディスク２の最外周部分に回転方向のクロック信号を書き込む。次に、そのクロック信号を再び磁気式クロックヘッド７で読み取りながら磁気ディスク２の回転位置を検出して、情報書込み用磁気ヘッド６により各トラックに対応するサーボトラック信号を書き込んでゆく。
【０００７】
この磁気式クロックヘッド７は短期間に数万台ものＨＤＤ１でクロック信号書き込みを行うために短命であり、磁気式クロックヘッド７自体が消耗品となり、交換などのためのメインテナンスが必要となってコストアップの原因となる。
【０００８】
また、磁気ディスク２と磁気式クロックヘッド７との隙間を非常に小さく保特する必要があるために、何らかの原因で両者が接触するなどの異常事態を招く虞れがあり、ＨＤＤ１の大量生産を効率良くかつ経済的に行う上で構造上好ましくない。
【０００９】
この問題を解決する手段としては、光拡散物体にレーザー光を照射して、回転物体の回転位置情報を検出するレーザードップラ方式が特開平７−２９２２９号公報に開示されている。このレーザードップラ方式によれば、磁気ディスク２のハブディスク２ａにレーザー光を照射すればよいので、磁気ディスク２にスケールなどの特別なものを貼り付ける必要がなく、また非接触であるために検出部が消耗することもない。
【００１０】
図１９はレーザードップラ速度計の構成図を示し、移動する物体にレーザー光を照射し、この移動物体による散乱光の周波数が、移動する速度に比例して偏移（シフト）するドップラ効果を利用して、移動物体の移動速度を測定する装置である。この装置には、レーザー光源１１、コリメータレンズ１２、ビームスプリッタ１３、ミラ−１４ａ、１４ｂが配列されており、この２枚のミラー１４ａ、１４ｂの反射方向に速度Ｖで矢印方向に移動する被測定物Ｋが配置され、被測定物Ｋの反射光の光路上に集光レンズ１５、光検出器１６が配列されている。
【００１１】
このような構成により、レーザー光源１１から出射したレーザー光は、コリメ−タレンズ１２により平行光束Ｌ１となってビームスプリッタ１３に照射され、２つの光束Ｌ２及びＬ３に分割されてミラー１４ａ、１４ｂで反射された後に、速度Ｖの被測定物Ｋに入射角θで２光束が照射される。そして、被測定物体Ｋからの散乱光は、集光レンズ１５を介して光検出器１６により検出される。
【００１２】
このときの２光束による散乱光の周波数は、移動速度Ｖに比例してそれぞれ＋Δｆ、−Δｆのドップラシフトを受ける。ここで、レーザー光の波長をλとすると、Δｆは次式(1) で表すことができる。
Δｆ＝（Ｖsin θ）／λ …(1)
【００１３】
＋Δｆ、−Δｆのドップラシフトを受けた散乱光は、互いに干渉し合って光検出器１６の受光面で明暗の変化が発生する。そのときの周波数Ｆは次式(2)で与えられる。
Ｆ＝２Δｆ＝（２Ｖsin θ）／λ …(2)
【００１４】
この式(2)から光検出器１６のドップラ周波数Ｆを測定すれば、被測定物Ｋの速度Ｖを求めることができる。
【００１５】
被測定物Ｋが回転物体の場合の速度Ｖは、照射半径をｒ、回転速度をＷ（ｒｐｍ）とすると次式(3)のようになる。
Ｖ＝２πｒＷ／６０ …(3)
【００１６】
従って、式(2)は最終的に次式(4)のようになる。
Ｆ＝（πｒＷsin θ）／１５λ …(4)
【００１７】
この式(4)を１回転当りのパルス数Ｎに換算すると、次式(5)のようになる。
Ｎ＝（４πｒsin θ）／λ …(5)
【００１８】
このパルス信号を検出することによって、回転位置情報を検出することができる。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
(1)しかしながら上述の従来例のドップラ信号により回転位置情報を検出する光学式回転位置情報検出手段は、統計的に信号が欠落する部分であるドロップアウト状態が生ずることが知られており、高精度に回転位置を特定することは難しいという問題点がある。
【００２０】
(2)また、上述の従来例においては、ＨＤＤ１の磁気ディスク２が回転する際に、再現性のない軸振れＮＲＲＯ（Non-Repeatable Run 0ut）が０．１μｍ程度発生しており、この軸振れＮＲＲＯの影響を最大限抑えてクロック信号を形成することは、安定したサーボトラック信号を書き込む上で非常に重要な要因となる。
【００２１】
本発明の目的は、上述の問題点(1)を解消し、連続回転する回転物体上の円周方向の回転位置情報を高精度に検出する光学式回転位置情報検出装置を提供することにある。
【００２２】
本発明の他の目的は、上述の問題点(2)を解消し、回転物体の軸振れの影響を最大限に小さくして、高精度の位置検出を可能とした光学式回転位置情報検出装置を提供することにある。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明に係る光学式回転位置情報検出装置は、光源手段からの光束を回転する回転物体に投射し、該回転物体からの散乱光の回転移動に応じた周波数信号を出力する光検出器を有し、前記周波数信号を信号処理して回転位置情報を検出する光学式回転位置情報検出装置において、前記光検出器で検出した周波数信号のドロップアウト部を外部からの前記回転物体の回転位置原点信号を基準に特定し、前記周波数信号の複数倍の周波数のパルス信号を発振し、前記特定された前記ドロップアウト部に前記ドロップアウト直前の状態の前記パルス信号を補完するドロップアウト処理手段と、前記回転位置原点信号を基準に前記補完されたパルス信号を計数することにより前記回転位置情報を検出する検出手段とを有することを特徴とする。
【００２５】
【発明の実施の形態】
本発明を図１〜図１４に図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
図１は第１の実施例のサーボトラックライタに適用されるＨＤＤの斜視図を示し、ＨＤＤ２１上には磁気ディスク２２が載置され、ＨＤＤ２１に付設して、磁気ヘッドアーム２３の先端に磁気ディスク２２に情報信号を書込む磁気記録ヘッドであるスライダを有する磁気ヘッド２３ａが設けられている。また、ＨＤＤ２１の上方には、磁気ディスク２２のディスクハブ２２ａにレーザー光を照射して磁気ディスク２２の回転速度を検出するＬＤＶ（Laser Doppler Velocimetor)光学ヘッド２４が配置されている。
【００２６】
ＬＤＶ光学ヘッド２４の出力は、信号処理ロジック回路２５、回転位置検出回路２６、セクタサーボパターン書込回路２７、磁気ヘッド２３ａに順次に接続されており、トラック方向位置制御回路２８の出力が、セクタサーボパターン書込回路２７と、図示しないロータリポジショナに接続されている。
【００２７】
このような構成により、磁気ヘッド２３ａのトラック方向は、図示しないロータリポジショナによって各トラックに対応して順次に位置制御され、ＬＤＶ光学ヘッド２４からのドップラ信号を処理する信号処理ロジック回路２５から得られた磁気ディスク２２の回転位置情報を基に、各トラック毎のサーボトラック信号を磁気ディスク２２上に書き込んでゆく。
【００２８】
図２(a) は回転位置に対応するＬＤＶ光学ヘッド２４からのドップラ信号の信号振幅を示しており、この信号振幅はディスクハブ２２ａのレーザー光照射領域が同じであれば、回転位置に対して再現性がある。また、図２(b) はドップラ信号Ａ、ドップラ信号Ａを変換した波形整形信号Ｂ、回転位置原点信号Ｃを示している。ドップラ信号Ａの周波数は、レーザー光照射位置のディスクハブ２２ａ上の半径が常に同じであれば回転速度に比例する。
【００２９】
図３は第１の実施例のドップラ信号のドロップアウト部分の信号処理方法のグラフ図を示し、図３(a)において信号▲１▼はドップラ信号のエンベロープ（再現性）を示し、信号▲２▼はそのコンパレート信号である。このコンパレート信号▲２▼は閾値にヒステリシスを持たせることによって、ドップラ信号▲１▼のノイズ成分を取り除いており、ドロップアウト部ではコンパレート信号▲２▼がドップラ信号▲１▼に追従できなくなることを利用して、ドロップアウトを検出することができる。しかし、ドロップアウトの位置では信号振幅が小さく、微妙な振動によってもドップラ信号▲１▼の位相が変動したり振幅が変化したりするために、波形整形しても信号の再現性を確保することができないという問題がある。
【００３０】
図３(b)はドロップアウト個所を特定するための信号処理のグラフ図を示す。先ず、ドロップアウト個所でない回転位置原点信号から最初のドロップアウト個所までの間で、ＰＬＬ発振信号▲７▼の４分周信号▲５▼をドップラコンパレート信号に同期（位相ロック）させる。次に、図３(a)で示すようなドロップアウト不安定部分を網羅したドロップアウト特定信号▲３▼を、回転位置原点信号からのＰＬＬ発振信号▲７▼を計数することによりメモリする。
【００３１】
ドロップアウト部では、ＰＬＬ発振信号▲７▼に使用する図示しないＶＣＯの電圧値を固定して、ドロップアウト直前の発振周波数にて発振させている。ドロップアウトの個所は距離換算で数１０μｍ程度なので、ドロップアウト前後の回転速度はほぼ同一と見なせる。従って、ドロップアウト中にＰＬＬ発振信号▲７▼を計数することによって、ドロップアウト開始と回避のタイミングの再現性が良いドロップアウト特定信号▲３▼を生成することができる。
【００３２】
ここで、図３(b)の信号▲４▼、▲５▼からドロップアウトの前後では、ドップラ信号の位相が一致しないことが多い。信号処理でこの位相ずれ分を出さないためにはドロップアウト回避を検出する信号としてドロップラコンパレート信号の複数逓倍（４逓倍）のＰＬＬ発振信号▲７▼を使用している。
【００３３】
この方法により得られたＰＬＬの基準信号は、信号▲２▼と信号▲３▼のＯＲをとった信号▲４▼とする。その位相比較信号▲６▼はＰＬＬ発振信号▲７▼を基に信号▲４▼のドロップアウト回避後の立ち上がりとほぼ同期するようにして、ドロップアウト特定信号▲３▼の切換わりのＰＬＬ発振信号▲７▼のパルス数をメモリしてゆく。位相比較信号▲６▼はドロップアウトではない部分では、ＰＬＬ発振信号▲７▼の４分周信号▲５▼をドップラコンパレート信号▲４▼に同期（位相ロック）させる。
【００３４】
１回転中のドロップアウト個所は数１０個所あるために、回転位置原点を基準としてドロップアウトでない領域とドロップアウト領域のそれぞれのＰＬＬ発振信号パルス数を、ドロップアウト不確定領域が存在しないように順次にメモリしながら、１回転分のドロップアウト個所を特定してゆき、最終的なドロップアウト特定信号▲３▼を確定する。
【００３５】
図４はドロップアウトを順次にメモリしてゆく流れを示す。最初のドロップアウトD.O.1のＰＬＬ発振信号▲７▼のインデックスからのカウント値を先ず１回転目でメモリする。それにより、D.O.1の不安定をなくしたＰＬＬ発振信号を得ることができる。次のドロップアウトD.O.2のＰＬＬ発振信号▲７▼のインデックスからのカウント値は、２回転目でドロップアウト特定信号▲２▼により前述した処理を行い、インデックスからD.O.2までのＰＬＬ発振信号を安定させた上でメモリする。それにより、ドロップアウトD.O.1及びD.O.2の不安定をなくしたＰＬＬ発振信号▲７▼を得ることができる。
【００３６】
同様に、D.O.3、D.O.4、…、D.O.nまで、３回転、４回転目、…、ｎ回転で１回転に存在するD.O.個所ｎ個分を順次にメモリしてゆき、１回転分の最終的なドロップアウト特定信号を確定する。
【００３７】
このように、ドロップアウト個所を特定することができれば、ドロップアウト前後のランダムな信号の位相変化の不安定性をなくすことができる。回転位置原点からのドロップアウト特定信号▲９▼が確定できると、リアルタイムに検出されるドップラコンパレート信号▲２▼と信号▲３▼とのＯＲにより、１周に渡り安定したＰＬＬの基準信号▲４▼が生成され、かつＰＬＬ発振信号▲７▼と信号▲３▼により、１周に渡り安定したＰＬＬの位相比較信号▲６▼が生成される。
【００３８】
従って、ＰＬＬの基準信号▲４▼と位相比較信号▲６▼とによってＰＬＬ発振させることにより、１回転に渡り安定したＰＬＬ発振信号▲７▼が生成でき、エンコーダ信号と同等の安定した信号を得ることができる。
【００３９】
また、１回転当たりのＰＬＬ発振パルスは回転位置原点をトリガとして計数することにより、特定することができる。それ以降はＰＬＬ発振パルス数を計数することによって回転位置原点を検出生成することができ、外部原点信号が不要となる。また、このときに同一回転の位置では常に同じ信号処理を行うことになるので、１回転で閉じた処理（クローズドループ）となってＰＬＬ発振の信号処理がより安定化して信号再現性が良好となる。
【００４０】
図５は信号処理ロジックＲ３のフローチャート図を示し、外部原点信号としては、サーボトラック信号を書き込む前に磁気ヘッド２３ａにより磁気ディスク２２に原点信号を書き込んで、磁気ヘッド２３ａで原点信号を読み出している。この場合には、事前に磁気ディスク２２を回転して１回転分のドロップアウト個所の特定信号を確定した後に、ＬＤＶ光学ヘッド２４の信号処理ロジックＲ３による原点信号を生成することができるので、サーボトラック信号を書き込む際に外部原点信号は不要となる。また、外部原点信号を設定する際に、ドロップアウト領域でない個所を選択することによって、信号処理ロジックＲ３による原点信号への安定した切換えを可能としている。この方法では、外部原点検出センサを別に設ける必要がないので、サーボトラックライタとして簡略化した構成を実現でき、実用的なシステムを提供することができる。
【００４１】
図６は第２の実施例の信号処理方法のグラフ図を示し、ドップラ信号にドロップアウト状態が生じても高精度に回転位置検出を行うための信号処理方法である。
【００４２】
図６(a)において、信号▲１▼はドップラ信号を示し、信号▲２▼はそのコンパレート信号である。このコンパレート信号▲２▼は、信号▲１▼のゼロ立ち下がりでＨＩに、ヒステリシスを持った閾値立ち上がりでＬＯになるよう設定され、ドップラ信号▲１▼のノイズ成分を取り除いている。信号▲３▼はドップラ信号▲１▼を３／１６位相だけ先行させて、かつ閾値をコンパレート信号▲２▼と比べて小さくしたものである。
【００４３】
図６(b) はドロップアウト個所を検出して信号処理を行うグラフ図を示し、ドロップアウト検出としては、信号▲２▼がＨレベルになったままであるときをドロップアウト開始とし、信号▲２▼がＬレベルになったときをドロップアウト終了とする。また、信号▲３▼の立ち上がり時に信号▲２▼がＬレベルになっているときをドロップアウト開始とし、信号▲２▼がＬレベルになっているときをドロップアウト終了とすると、常に信号▲２▼の立ち上がりの３／１６位相を先行してドロップアウト検出を行うことができる。なお、信号▲４▼はドロップアウト検出信号である。
【００４４】
先ず、ドロップアウト個所でない回転位置原点信号から最初のドロップアウト個所までの間で、ＰＬＬ発振信号▲７▼の８分周信号▲５▼をドップラコンパレート信号に同期（位相ロック）させる。次に、ドロップアウト検出信号▲４▼がＨレベルのドロップアウト部では、ＰＬＬ発振信号▲７▼に使用する図示しないＶＣＯ（Voltage Control Oscillator）の電圧値を固定して、ドロップアウト直前の発振周波数で発振させる。具体的には、ＰＬＬの位相比較信号として、ＰＬＬ発振信号▲７▼の８分周信号にドロップアウト検出信号▲４▼により、リセット掛けることにより生成した信号▲６▼を使用することにより、ドロップアウト時ではＰＬＬ基準信号とする信号▲２▼に信号立ち上がりがなく、また位相比較信号▲６▼にも信号立ち上がりがないために、ＰＬＬ発振信号▲７▼は周波数調整が行われることなく、発振し続ける。
【００４５】
ドロップアウトの個所は距離換算で数１０μｍ程度なので、ドロップアウト前後の回転速度はほぼ同一と見倣せる。ここで、図６の信号▲２▼、▲５▼を比較すると、ドロップアウトの前後ではドップラ信号▲１▼の位相が一致していない。本実施例では、信号処理でこの位相ずれ分を事前に検出するために、ドロップアウト回避後にコンパレート信号▲２▼の立ち上がりに対して３／１６位相を先行検出している。そして、検出信号▲４▼の立ち下がり後の８逓倍ＰＬＬ発振信号▲７▼の３パルス目で、コンパレート信号▲２▼に同期させる信号▲６▼を生成して、次のドロップアウトまでＰＬＬ発振信号▲７▼を８分周して位相ロックしている。
【００４６】
この方法により得られたＰＬＬの位相比較信号▲６▼は、ＰＬＬの基準信号▲２▼に対してドロップアウト回避後の立ち上がりの量子化誤差（±１／１６位相）分だけずれる可能性があるが、ＰＬＬの逓倍数を上げてゆけばその誤差は無視できる。
【００４７】
また、先行検出せずにＰＬＬの位相比較信号▲６▼を生成すると、量子化誤差はプラス１／８位相となり、量子化誤差累積は必ず増える方向となる。一方、本実施例のようにドロップアウトを先行して検出すると、量子化誤差をプラスとマイナスに割り振ることが可能となり、量子化誤差累積が一方向に加算することなく、累積の平均をゼロに持ってゆくことが可能となる。
【００４８】
通常、１回転当たりのドロップアウトの個数は１００個以下であるために、例えばＰＬＬの逓倍数を１２８とすれば、１回転当たりのＰＬＬ発振パルス数の振れ（回転検出誤差）は、ドップラ信号▲１▼のパルス換算では最大でも±１／２パルス以上の誤差が生ずることはない。従って、ＰＬＬ発振パルス数により同一回転位置でのドップラ信号▲１▼の立ち上がり場所のゲートを設定することができ、ゲートを通過したドップラ信号▲１▼の立ち上がりにより回転位置原点信号を生成することができる。この回転位置原点信号に一致するようにＰＬＬ発振信号▲７▼のパルス数をリセットすれば、ＰＬＬ発振パルス数を読み取ることによって回転位置を検出することが可能となり、非接触でスケールを必要としない回転位置検出系を実現することができる。
【００４９】
図７は信号処理ロジックＲ１のフローチャート図を示し、外部原点信号としては、サーボトラック信号を書き込む前に磁気ヘッド２３ａにより磁気ディスク２２に原点信号を書き込んで、磁気ヘッド２３ａで原点信号を読み出している。この場合は、事前に磁気ディスク２２を回転して１回転分のＰＬＬ発振信号パルス数を調べ、同一回転位置でのドップラ信号▲１▼の立ち上がり場所のゲートを設定する。これによって、ＬＤＶ光学ヘッド２４の信号処理ロジックＲ１による原点信号を生成することができるので、サーボトラック信号を書き込む際には、外部原点信号は不要となる。そして、このようにＰＬＬ発振パルス数を読み取ることにより回転位置を検出する。
【００５０】
図８は第３の実施例の信号処理ロジックＲ２のフローチャート図を示し、外部原点信号としては第２の実施例と同様に、サーボトラック信号を書き込む前に磁気ヘッド２３ａにより磁気ディスク２２に原点信号を書き込んで、磁気ヘッド２３ａで原点信号を読み出している。ここでは、事前に磁気ディスク２２を回転して１回転分のＰＬＬ発振パルス数を調べると同時に、回転位置に対するドロップアウト個所をチェックし、ＰＬＬ発振パルス数によってこのドロップアウト個所を概略メモリする。
【００５１】
次に、外部原点信号とは別に、通常５０個程度のセクタ毎の頭出し信号をドップラ信号▲１▼の立ち上がりに設定する。ここで、頭出し位置がメモリしたドロップアウト個所と一致した場合には、その直前のドロップアウトでない部分に頭出し信号を設定する。この頭出し信号に合わせて、ＰＬＬ発振パルス数をリセットすると、リセットされたＰＬＬ発振信号▲７▼はドロップアウトによる信号処理の不安定性を含まずに、ＰＬＬの位相比較信号▲６▼の量子化誤差（±１／１６位相）分のみとなる。この頭出し回転信号のパルス数とＰＬＬ発振パルス数の両方の計数値を読み取ることによって、回転位置を高精度に検出することができる。
【００５２】
第２の実施例では、１回転分の量子化誤差の累積が回転位置検出誤差となり得るが、本実施例では量子化誤差の累積をセクタ数（５０程度）分の１に分散するので、厳しい回転位置検出精度が必要な場合に特に有効となる。このような方法によって、ドロップアウトが存在するドップラ信号▲１▼においても、ＰＬＬ発振信号▲７▼の周波数を極端に上げることなく、非常に再現性の良い回転位置検出を可能とする。なお、本実施例においてはセクタ頭出し信号を特定した時点で、外部原点信号は不要となる。
【００５３】
図９は第４の実施例の要部の斜視図を示し、感光ドラム３１の外周移動距離を検出するシステムに適用した例である。ＬＤＶ光学ヘッド３２の出力が、信号処理ロジック回路３３、外周回転位置検出回路３４、回転駆動制御回路３５を介して感光ドラム３１に接続されている。
【００５４】
従来はロータリエンコーダによって感光ドラム３１の外周移動量を検出する方法をとっているが、感光ドラム３１の外周が回転軸に対し偏心していると、ロータリエンコーダからの移動検出量と実際の感光ドラム３１の外周移動量とに、半径の誤差分に比例してずれが生ずるために、偏心のない機械的構成をとる必要がある。このために、本実施例ではＬＤＶ光学ヘッド３２を使用してその信号を信号処理ロジック回路３３を介して外周回転位置検出回路３４で検出し、回転駆動制御回路３５で感光ドラム３１の回転を制御している。このように、外周の移動量をＬＤＶ光学ヘッド３２からの光束で検出しているので、偏心を除去した回転位置情報を直ちに検出することができる。
【００５５】
本実施例では、感光ドラム３１の回転駆動を制御する方法を提示したが、例えば他の搬送系の駆動制御にフィ−ドバックしたり、感光プロセスの制御にフィードバックすることによって、最終的な転写性の高精度化を図ることもできる。ここでは図１２の信号処理ロジックＲ３と同様に行うことができ、また外部信号としては、図示しない低分解能のロータリエンコーダを使用して、厳密な外周回転移動量の検出を行っている。
【００５６】
次に第５の実施例について説明する。装置は図１の第１の実施例と同じ構成である。磁気ディスク２２には、再現性を有する振れＲＲＯと再現性のない振れＮＲＲＯが存在し、再現性のある振れＲＲＯは同一回転位置では同じようにずれる。従って、その振れＲＲＯが検出誤差として存在しても、各トラック上に同じ検出誤差として重畳されるために、サーボトラック信号を書き込むときの書込み誤差にはならない。一方、再現性のない振れＮＲＲＯは検出誤差が各トラック毎にランダムに重畳してくるために、その振れＮＲＲＯの検出誤差を極力抑えることが、サーボトラック信号の書き込みの高精度化に重要なポイントとなる。
【００５７】
図１０は磁気ディスク２２、磁気ヘッド２３ａに対するＬＤＶ光学ヘッド２４の検出方向の位置関係の平面図を示している。磁気ディスク２２の中心に対する磁気ヘッド２３ａの方向をｘ軸として、振れＮＲＲＯの振動幅Ｅに対するｘ軸方向の振動成分をＥｘ、ｙ軸方向の振動成分をＥｙとし、ｘ軸に対するＬＤＶ検出方向Ｆの垂線の角度をα、ＬＤＶ検出位置Ｄの磁気ディスク２２の中心からの半径をｒとすると、振れＮＲＲＯがＬＤＶ検出方向Ｆに影響を与える検出誤差成分Ｓは、次式(6) となる。
Ｓ＝−Ｅｘ・sin α＋Ｅｙ・cos α …(6)
【００５８】
また、振れＮＲがＬＤＶ検出の垂直方向に影響を与える半径誤差成分Ｖは、次式(7) となる。
Ｖ＝Ｅｘ・cos α＋Ｅｙ・sin α …(7)
【００５９】
従って、磁気ディスク２２の回転中心と磁気ヘッド２３ａとの距離をＲとすると、磁気ヘッド２３ａでの振れＮＲＲＯによるＬＤＶ検出誤差Ｅは、次式(8) に示すようになる。
Ｅ＝（Ｒ／ｒ)・Ｓ・（ｒ＋Ｖ）／ｒ …(8)
【００６０】
ここで、Ｖ≦Ｅ≪ｒであることから、次式(9) のように近似することができる。
Ｅ≒（Ｒ／ｒ)・Ｓ
＝（Ｒ／ｒ)・(−Ｅｘ・sin α＋Ｅｙ・cos α） …(9)
【００６１】
この書込み位置ずれを書込み角度ずれωに換算すると、次式(10)のようになる。
ω＝Ｗ／Ｒ＝（1 ／ｒ)・(−Ｅｘ・sin α＋Ｅｙ・cos α）−Ｅｙ／Ｒ…(10)
【００６２】
一般に、振れＮＲＲＯは方向に依存しない振動幅Ｅを持っており、その角度βはランダムな値０≦β＜２πをとる。即ち、図１１に示すようにハッチング部分の範囲内で、磁気ディスク２２の中心がランダムにずれることを意味する。
【００６３】
このとき、振れＮＲのｘ軸方向の振動成分Ｅｘとｙ軸方向の振動成分Ｅｙを、Ｅ、βを用いて記述すると、次式(11)のようになる。
Ｅｘ＝Ｅ・cos β、Ｅｙ＝Ｅ・sin β …(11)
【００６４】
式（11）を式（10）に代入すると、次式(12)となる。
ω＝（Ｅ／ｒ)・{−cos β・sin α＋sin β・(cos α−ｒ／Ｒ)} …(12)
【００６５】
ここで、角度βは０≦β＜２πの範囲内でランダムな値をとり得るので、ＬＤＶ光学ヘッド２４の設置角度αのときの振れＮＲＲＯによる書込み角度ずれ｜ω｜のとり得る値は、次式(13)の角度βにおける最大値と等しくなる。
｜ω｜＝|(Ｅ／ｒ)・{−cos β・sin α＋sin β・(cos α−ｒ／Ｒ)}｜…(13)
【００６６】
式（13）の角度βにおける最大値をとる必要条件は、次式(14)のようにおくとｄＡ／ｄβ＝０である。
Ａ＝−cos β・sin α＋sin β・(cos α−ｒ／Ｒ） …(14)
【００６７】
従って、ｄＡ／ｄβを求めると、次式(15)のように変形することができる。
ｄＡ／ｄβ＝sin β・sin α＋cos β・(cos α−ｒ／Ｒ）
＝cos(β−α）−（ｒ／Ｒ)・cos β
＝sin(β＋π／２−α）−（ｒ／Ｒ)・cos β
【００６８】
ここで、次式(15)のようにおくと、式(16)のようになる。
ｃ＝sin(π／２−α）−ｒ／Ｒ＝cos α−ｒ／Ｒ
ｄ＝cos(π／２−α）＝sin α
sin Φ＝ｃ／（ｃ2 ＋ｄ2)1/2
cos Φ＝ｄ／（ｃ2 ＋ｄ2)1/2 …(15)
ｄＡ／ｄβ＝（ｃ2 ＋ｄ2)1/2 ・sin(β＋Φ） …(16)
ｄＡ／ｄβ＝０とすると、式(16)よりβ＝−Φとなる。
【００６９】
従って、式(13)の角度βにおける最大値をとるための必要条件は、式(15)から次式(17)のようになる。
sin β＝−ｃ／（ｃ2 ＋ｄ2)1/2
cos β＝ｄ／（ｃ2 ＋ｄ2)1/2 …(17)
【００７０】
式(17)を式(14)に代入すると、次式(18)のようになる。
Ａ＝{−ｄ・sin α−ｃ・(cos α−ｒ／Ｒ)}／（ｃ2 ＋ｄ2)1/2
＝−｛sin2α＋(cosα−ｒ／Ｒ)2｝／｛sin2α＋(cosα−ｒ／Ｒ)2}1/2
＝｛sin2α＋（cos α−ｒ／Ｒ)2}1/2 …(18)
【００７１】
これによって、振れＮＲＲＯによる書込み角度ずれ｜ω｜の最大値ωmax は、次式(19)のようになる。
ωmax ＝｜−（Ｅ／ｒ)・｛sin2α＋(cosα−ｒ／Ｒ)2}1/2｜
＝（Ｅ／ｒ)・｛１＋（ｒ／Ｒ)2−２・(ｒ／Ｒ)・cos α}1/2 …(19)
【００７２】
この式(19)からＲが定数であれば、α＝０rad のときにωmax が最小になることが分かる。
【００７３】
ここで、６．３ｃｍ（２．５インチ）のＨＤＤ２１として具体的な数値を考える。即ち、ｒ＝１０ｍｍ、Ｅ＝０．１μｍとし、１４ｍｍ≦Ｒ≦３０ｍｍ（ａ＝Ｒ／ｒとすると１．４≦ａ≦３）として、書込み角度ずれωmax を求めると図１２〜図１４に示すようになる。Ｒが範囲を持っているのは、磁気ヘッド２３ａのディスクトラック半径方向への移動を意味している。
【００７４】
図１２はＬＤＶ角度α、磁気ヘッド２３ａの位置ａにおける書込み角度ずれωmax を三次元的に示したものであり、図１３はａ＝１．４、２．２、３におけるＬＤＶ角度αと書込み角度ずれωmax との関係を示し、図１４はα＝０、π／６、π／３、π／２、２π／３、５π／６、πradにおける磁気ヘッド２３ａの位置ａと書込み角度ずれωmax との関係を示している。
【００７５】
これらの結果から、磁気ヘッド２３ａの位置ａが１．４〜３の範囲で移動した場合においても、書込み角度ずれωmax が最小となるのはα＝０rad であり、最大となるのはα＝πradである。また、書込み角度ずれωmax の値は、ＬＤＶ角度αの絶対値が同じであればαの符号に依存することはない。
【００７６】
以上のことから、ＬＤＶ光学ヘッド２４の検出方向が、回転物体の中心と磁気ヘッド２３ａとを結ぶ直線に対して垂直近傍にあり、検出位置が回転物体中心に対して磁気ヘッド２３ａ側にあるときに、回転物体の振れによる検出誤差に対して、最も影響を受けないＬＤＶ光学ヘッド２４によるクロック信号を形成することができる。
【００７７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係る光学式回転位置情報検出装置は、回転位置情報検出手段が回転位置情報を特定する前に、回転物体を事前に回転することによって、回転位置情報を特定するための情報を検出することができるので、ドロップアウトが生ずる周波数信号においても、高精度で安定した回転位置を検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施例のハードディスクドライブの斜視図である。
【図２】回転位置に対するドップラ信号のグラフ図である。
【図３】第１の実施例の処理信号のグラフ図である。
【図４】ドロップアウトのメモリの流れを示す図である。
【図５】信号処理のフローチャート図である。
【図６】第２の実施例の処理信号のグラフ図である。
【図７】信号処理の処理信号のグラフ図である。
【図８】第３の実施例の信号処理のフローチャート図である。
【図９】第４の実施例の要部構成図である。
【図１０】ＬＤＶ光学ヘッドの検出方向の位置関係の説明図である。
【図１１】再現性のない軸振れの説明図である。
【図１２】ＬＤＶ角度、磁気ヘッド位置における書き込み角度ずれのグラフ図である。
【図１３】ＬＤＶ角度の書き込み角度ずれのグラフ図である。
【図１４】磁気ヘッドの位置と書き込み角度ずれのグラフ図である。
【図１５】従来例のＨＤＤの平面図である。
【図１６】磁気ディスクの平面図である。
【図１７】磁気ディスク上のサーボパターンの説明図である。
【図１８】磁気式クロックヘッドを用いたＨＤＤの斜視図である。
【図１９】レーザードップラ速度計の構成図である。
【符号の説明】
２１ ハードディスクドライブ
２２ 磁気ディスク
２２ａ ディスクハブ
２３ａ 磁気ヘッド
２４、３２ ＬＤＶ光学ヘッド
２５、３３ 信号処理ロジック回路
２６、３４ 回転位置検出回路
２７ セクタサーボパタ−ン書込回路
２８ トラック方向位置制御回路
３１ 感光ドラム
３５ 回転駆動制御回路
Claims (7)
- 光源手段からの光束を回転する回転物体に投射し、該回転物体からの散乱光の回転移動に応じた周波数信号を出力する光検出器を有し、前記周波数信号を信号処理して回転位置情報を検出する光学式回転位置情報検出装置において、
前記光検出器で検出した周波数信号のドロップアウト部を外部からの前記回転物体の回転位置原点信号を基準に特定し、前記周波数信号の複数倍の周波数のパルス信号を発振し、前記特定された前記ドロップアウト部に前記ドロップアウト直前の状態の前記パルス信号を補完するドロップアウト処理手段と、
前記回転位置原点信号を基準に前記補完されたパルス信号を計数することにより前記回転位置情報を検出する検出手段とを有することを特徴とする光学式回転位置情報検出装置。 - 前記検出手段が前記回転位置情報を検出する場合における前記回転位置原点信号は、１回転当たりの前記パルス信号のパルス数を計数することにより生成することを特徴とする請求項１に記載の光学式回転位置情報検出装置。
- 前記生成された回転位置原点信号を、前記検出される回転移動に応じた周波数信号に同期させることを特徴とする請求項２に記載の光学式回転位置情報検出装置。
- 前記外部からの回転位置原点信号を前記ドロップアウト部以外の位置に設定することを特徴とする請求項２に記載の光学式回転位置情報検出装置。
- 請求項１〜４の何れかに記載の光学式回転位置情報検出装置によって検出された回転位置に基づいて、前記回転物体としての情報記録媒体に情報を記録する情報記録ヘッドとを有することを特徴とする情報記録装置。
- 前記回転位置情報検出装置の検出方向が前記回転物体の中心と前記情報記録ヘッドとを結ぶ直線に対して垂直方向近傍にあり、前記回転位置情報検出装置の検出位置が前記回転物体の中心に対して前記情報記録ヘッド側にあることを特徴とする請求項５に記載の情報記録装置。
- 請求項１〜４の何れかに記載の光学式回転位置情報検出装置を用いて回転位置を検出し、前記回転物体としての情報記録媒体に情報を記録することを特徴とする情報記録媒体の製造方法。
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