JP2006139905A - テープドライブ制御のためのシステムと方法 - Google Patents

Abstract

【課題】テープドライブのヘッドの動きを減衰するためのシステムと方法とを提供する。
【解決手段】本発明による方法は、前記ヘッドの位置を時間にわたって位置センサによって測定するステップと、時間にわたって前記ヘッドの測定された位置に基づいて前記ヘッドの動きを減衰するステップと、前記位置センサのパラメータを変えることによって減衰を調整するステップとを含む。
【選択図】図３

Description

本発明はテープドライブに関する。具体的には本発明は、テープドライブの読み出し／書き込みヘッドの位置を測定することに関する。

磁気テープの複数のトラックの上に高密度で記録することは周知である。ある構成では、平行なトラックが磁気テープの縦方向に沿って延在している。磁気テープは読み出し／書き込みヘッドを横切って移動し、データが記録されるかまたは読み出される。記録または再生中は、テープは縦方向に移動するので、ヘッドはテープに対して固定された横方向位置に留まる必要がある。

既存のテープ記憶システムには、読み出し／書き込み過程が始まるときに、読み出し／書き込みヘッドをトラックの中心線に位置付けることができるようにする機構を含むものもある。いったん読み出し／書き込み過程が始まると、ヘッドとトラックの中心線との間に片寄りが生じた場合、修正はない。

記憶容量を増加して要求の増加に応じるためには、距離（例えばインチ）当りのトラック数であるトラック密度を増加しなければならない。トラック密度が増えるほど、トラックのピッチおよび幅は小さくなる。適正な読み出し／書き込み動作のためには、磁気ヘッドはトラックの中心線に、またはこれに非常に近くに留まる必要があり、トラック密度が高くなるので精度の必要性は増加する。

従来のテープドライブシステムを図１に示す。このシステムは、ケーブル１６によってホストコンピュータ１０に接続されたテープドライブ１２と、付属のテープカートリッジ１４とを含む。テープドライブ１２は受け入れスロット２２を含み、この受け入れスロット２２の中にテープカートリッジ１４が挿入される。テープカートリッジ１４は、ある長さの磁気テープ２０が入ったハウジング１８を含む。テープドライブ１２は関連するホストコンピュータと両立できることが好ましく、さまざまなカートリッジまたはカセットのリニアフォーマットのいずれをも呈することができる。

テープドライブ１２の一般的な構成を図２に示す。図２のテープドライブ１２は、可動部分を含むデッキ２４と、さまざまな回路とバスを含むコントロールカード２６とを含む。デッキ２４は、データを読み出しおよび書き込み、サーボパターンを読み出すためにテープドライブ１２の中に挿入されたテープカートリッジのテープ２０に接触するヘッドアセンブリ２８と、供給リール３０と巻取りリール３２をそれぞれ回転させるためのモータ３４、３６とを含む。デュアルリール形式のテープカートリッジ１４のために、両方のリール３０、３２がテープカートリッジ１４の中に含まれる。しかし、単リール形式のテープカートリッジ１４のためには、供給リール３０のみがテープカートリッジ１４の中に含まれて、巻取りリール３２はテープドライブ１２の中に備えられている。図２には示されていないが、デッキ２４はさらに、テープ２０の幅にわたってヘッドアセンブリ２８を動かすための機構と、挿入されたテープカートリッジを保持するための機構と、挿入されたテープカートリッジを取り出すための機構とを含む。

コントロールカード２６は、テープドライブ１２の全体的な制御のためのマイクロプロセッサ（ＭＰＵ）３８と、メモリ４２と、サーボ制御ユニット４４と、すべて内部バス４０を通じてＭＰＵ３８に接続されたデータフローユニット４６およびインタフェース制御ユニット４８と、両方ともサーボ制御ユニット４４に接続されたモータ制御ユニット５０およびヘッド制御ユニット５２と、データフローユニット４６に接続されたデータチャネルユニット５４とを含む。メモリ４２を単一ハードウェア構成部分として図２に示すが、これは実際には、ＭＰＵ３８によって実行されるべきプログラムを記憶する読み込み専用メモリ（ＲＯＭ）と、作業ランダムアクセスメモリとによって構成されることが好ましい。サーボ制御ユニット４４は、モータ制御ユニット５０とヘッド制御ユニット５２にそれぞれの制御信号を発信することによって、モータ３４、３６のための速度制御とヘッドアセンブリ２８のための位置制御とを管理する。モータ制御ユニット５０とヘッド制御ユニット５２は、それぞれモータ３４、３６を物理的に駆動し、ヘッドアセンブリ２８を位置決めすることによって、これらの制御信号に応答する。

ヘッドアセンブリ２８は、テープ２０上のサーボトラックまたはサーボバンドからデータを読み出すサーボヘッドを含む。コントロールカード２６は、サーボトラックからのデータを利用して位置誤差信号（ＰＥＳ）を発生し、ＰＥＳはサーボ制御ユニット４４によって使用されて、この結果ヘッド制御ユニット５２はヘッドアセンブリ２８を位置決めする。あるいくつかの従来の設計では、ヘッドアセンブリ２８はボイスコイルモータ（ＶＣＭ）５６を含み、このボイスコイルモータ５６はヘッド制御ユニット５２から電気信号を受信して、受信した信号に従ってヘッドアセンブリ２８を位置付ける。

データフローユニット４６は、テープ２０の上に書き込もうとするデータを圧縮し、テープ２０から読み出されるデータを解凍し、誤差を修正し、データチャネルユニット５４のみではなくインタフェース制御ユニット４８にも接続されている。インタフェース制御ユニット４８は、ケーブル１６を介してデータをホストコンピュータへ、およびホストコンピュータから伝達するために備えられている。データチャネルユニット５４は、本質的にデータを変調および復調する回路である。すなわち、データがテープ２０に書き込まれると、これはデータフローユニット４６から受け取ったデータのディジタル／アナログ変換と変調を実施し、データがテープ２０から読み出されると、これはヘッドアセンブリ２８によって読み出されたデータのアナログ／ディジタル変換と復調を実施する。

ある形式のテープドライブでは、ヘッド制御ユニット５２とヘッドアセンブリを、本質的に二次形式のばね質量アクチュエータシステムであると考えることができる。この形式のアクチュエータシステムは、通常はループバンド幅の中にある基本的共振を有することができる。二次形式のばね質量アクチュエータシステムの共通な特性の１つは、減衰が機械的アセンブリの一部として設計されないかぎり、減衰が不足することである。減衰はアクチュエータに制御されたステップ応答を提供する。過度の減衰はシステムを不調にするが、減衰の不足は基本周波数においてシステムにリンギングを引き起こすことになる。

ある適用例では、減衰は、グリースや磁性流体などの使用といった機械的手段によって達成される。この形式の一システムが、米国特許第５７３９９８４号に教示されている。別の適用例では、ＰＥＳ信号または逆ＥＭＦ信号を使用して、減衰しようとするヘッドアセンブリ２８のための速度状態変数を推定し、この情報をサーボ制御ユニット４４にフィードバックする。米国特許第６３５９７４８号は、逆ＥＭＦ信号のこのような使用を教示している。しかし、これら２つの方法はある欠点を有する。例えば、ＰＥＳは決められたゾーンのみで連続的であり、またこれはヘッドとヘープとの間の相対位置情報を有し、推定過程をむしろ困難にし、ＰＥＳの可用性に限られたものにする。ある状況では、サーボヘッドがサーボバンドの縁部に非常に近くなる。衝撃および振動による妨害ならびに揺れる巻かれたテープ層による大きな横方向のテープ移動は、サーボヘッドをサーボバンドの外側へ動かす原因となり、これによってＰＥＳの損失を引き起こす。逆ＥＭＦ信号は、その値が通常はアクチュエータの電気的および物理的パラメータ、インダクタンス、コイル抵抗、感知抵抗、および磁気特性に依存するので、使用が困難であり、アクチエータ速度を逆ＥＭＦの関数として推定する課題を非常に困難かつ潜在的に不正確にする。

リニアテープオープン（ＬＴＯ）サーボフィードバック法などの、フィードバック信号が位置する所定のテープ部分を有するシステムのために、不連続形式のフィードバック信号が問題を提供する可能性がある。不連続形式のフィードバック信号は例えば次の原因で発生する。すなわち、テープが突然上るか下る場合に、ヘッドがサーボバンドから離れる可能性がある。ヘッドがサーボバンドの縁部の非常に近くをトラッキングしている間に、外部からの衝撃または振動がヘッドをサーボバンドから押し出す可能性がある。

不連続形式のフィードバックを示す環境において減衰がないかまたはほとんどないＶＣＭの使用は、ヘッドをその固有振動数で振動させる可能性がある。ヘッドの振動によって、通常トラッキングの復活に時間がかかり、これは結果的にシステム性能の低下を引き起こす。
米国特許第５７３９９８４号 米国特許第６３５９７４８号

したがって、本発明の目的は、ヘッドの振動を減少するためのシステムと方法を提供することである。本発明の他の目的は、ヘッドの位置を感知するための光学的センサを含む調整可能な減衰システムを提供することによって、ヘッドの振動を減少することである。

本明細書の中に組み込まれてこの一部を構成する添付の図面は、本発明の１つまたは複数の実施形態を図解するものであり、下記の詳細な説明と共に、本発明の原理と実行を説明するために役立つものである。

本明細書においては、本発明の実施形態を、テープドライブ制御のためのシステムと方法とに関連して説明する。本発明の下記の詳細な説明は単に例証的なものであって、いずれにしても限定しようとするものではないことは、当業者には理解されよう。本発明の他の実施形態もそれ自体、この開示の利益を有することが当業者には容易に示唆されよう。添付の図面に示すように、本発明の実行を以下に詳細に参照する。同じ部分または類似の部分を表すために、図面および下記の詳細な説明の全体を通じて、同じ参照指標を使用することにする。

わかり易くするために、本明細書に説明するありきたりの特徴および実行のすべてを図示および説明はしない。もちろん、このような実際の実行のどれを開発する場合においても、適用および事業に関する制約への追従などの開発者に特定の目標を達成するために、多くの実行に特定の決定をしなければならないこと、およびこれらの特定の目標が実行ごとに、および開発者ごとに変わることは理解されよう。さらにまた、このような開発努力は複雑で時間のかかるものになるかもしれないが、この開示から利益を得る当業者にとっては決してありきたりのエンジニアリング企画にはならないであろう。

本発明によれば、構成部分、方法ステップ、および／またはデータ構造を、さまざまな形式のオペレーティングシステム、計算プラットフォーム、コンピュータプログラム、および／または汎用機械を使用して実行することができる。さらに、ハード配線されたデバイス、現場でプログラム可能なゲートアレイ（ＦＰＧＡｓ）アプリケーション特有の集積回路（ＡＳＩＣｓ）などの、汎用性がより低いデバイスも本明細書に開示された発明概念の範囲と精神から逸脱することなく使用してもよいことは、当業者には理解されよう。

次に図３〜６Ａを見ると、光エミッタアセンブリ６０を含む光学的位置センサ５９が示されており、この光エミッタアセンブリ６０は、発光ダイオードＬＥＤ６２と光センサアセンブリ６４とを含む。エミッタアセンブリ６０と光センサアセンブリ６４は、ハウジング本体６６とハウジングキャップ６８とに取り付けられている。光学的位置センサ５９は、読み出し／書き込みヘッドアセンブリ７２とＶＣＭ１０２と共に組み立てられる。調節可能ねじ７４が中央ばねクランプ７８によってねじ式にかみ合って取り付けられている。図６は、ねじ７４のヘッドがＬＥＤ６２から光センサアセンブリ６４への光を部分的に遮るように、ＬＥＤ６２の近くに置かれた調節可能ねじ７４を示す。調節可能ねじを回転して、較正の目的のために矢印７６で示すように選択された位置へ上下動することができる。

図６Ａに非常によく示されているように、ＶＣＭ１０２は、実質的に円筒形であるボイスコイルアセンブリ８０を含み、このボイスコイルアセンブリ８０は、ボイスコイルハウジング８２の中に形成された円筒形の内腔の中に置かれている。頂部ばね要素８４が、中央ばねクランプ７８によって、ボイスコイルアセンブリ８０の頂部とボイスコイルハウジング８２とに連結され、頂部ばね要素８４は、アセンブリ８０とハウジング８４との間の可とう性連結部を提供する。図示されてはいないが、同様な底部ばね要素が、ボイスコイルアセンブリ８０の底部とボイスコイルハウジング８２とに連結されている。これらの頂部および底部ばね要素は可とう性連結部を提供し、ボイスコイルハウジング８２に対するボイスコイルアセンブリ８０の限られた垂直移動を可能にする。読み出し／書き込みヘッドアセンブリ７２は中央ばねクランプ７８に堅固に連結されている。

次に、読み出し／書き込みヘッド７２、ボイスコイルアセンブリ８０、中央ばねクランプ７８、および調節可能ねじ７４はすべて、これらがすべて１つのユニットとして共に上下動するように互いに堅固に連結されていることを理解されたい。一方では、光学的位置センサ５９は、これが上記の構成部分と共に移動しないように、これらの構成部分から隔離されている。むしろ、光学的位置センサ５９はボイスコイルハウジング８２に堅固に連結され、またボイスコイルハウジング８２はテープドライブのハウジングに堅固に連結されている。したがって、読み出し／書き込みヘッドアセンブリ７２が矢印８６で示すように上下動すると、調節可能ねじ７４のヘッドは、ＬＥＤ６２から光センサアセンブリ６４によって受け取られた光線を部分的に遮り、この光遮断の度合いは、読み出し／書き込みヘッドアセンブリ７２に対する光学的位置センサ５９の相対的垂直方向位置に正比例する。光センサアセンブリ６４は、これが受け取る光に対応する電気信号を生成し、電気信号は後述の制御システムによって使用される。

次に図７を見ると、本発明の好ましい実施形態による制御システム９８を概略的に図解するブロック図が示されている。制御システムは、合計器１０１と、増幅器１００と、ヘッドアセンブリ２８に添えられたＶＣＭ１０２とを有する。増幅器１００の利得はＫａであり、ＶＣＭとヘッドセンブリの転送関数はＧｐである。制御システム９８はさらに、光センサ６０とフィルタ１０６とを含むフィードバックループ１０４を含み、ブロック１０８は、フィードバックループの利得Ｃを制御できることを示す。フィルタ１０６はＡＣ結合され、下記の転送関数を有する。すなわち

変数ｋは利得であり、τは時定数である。フィルタ１０６を、入力信号を微分して低域フィルタリングを加えるリードラグフィルタにすることができる。

制御システム９８は、合計器１０１がトラッキングループから信号を受け取って、トラッキングループ信号から、フィードバックループ１０４からの信号を差し引くように、接続されている。トラッキングループからの信号はＶＣＭの目標位置を表し、サーボ制御ユニット４４とヘッド制御ユニット５４とによって発生する。しかし、トラッキングループからの信号を従来の手段によって発生することができる。

実際には、経時変化、温度、湿度、および多くのロット変動による光センサ６０の利得の変動性は、結果的にシステムの減衰の変動性となることもある。さらにまた、過度の減衰は結果的に機能が鈍くて遅いシステムにすることになるが、不十分な減衰は結果的に過渡中に過度の行き過ぎを起こす可能性がある。したがって、システムの特定の特性を説明するために減衰の程度を制御する能力を有することが望ましい。換言すれば、減衰は調整可能である。

さらにまた、減衰を制御する能力は、ループの利得と位相の両方におけるシステムの断定できる応答を得るために望ましい。例えば、ここでモデル化したシステムについては、より高い減衰が位相余裕と安定性のために望ましい臨界領域においてより大きな位相をもたらすことがわかっている。しかし、より低い減衰は臨界領域においてより大きな抑制をもたらす。したがって、位相と抑制の両要件を満たすことになる最適の減衰値が存在する。この結果、減衰を適応させるように調整して最適値を維持する較正アルゴリズムを提供する。

制御可能な減衰が、ＬＥＤ回路を使用してフィードバックループ１０４を較正することによって達成可能であることはわかっている。このことは、ＬＥＤ電流がフィードバックループ１０４によって加えられる減衰に比例しているので正しい。

フィードバックループ１０４を較正するために、図８に示す較正システム１２０が使用される。較正システム１２０は、マイクロプロセッサ３８などのマイクロプロセッサにおいて実行可能な減衰調整アルゴリズム１２２を含む。このシステムはまた、減衰調整アルゴリズム１２２によって計算されたディジタル信号を受信するための２つのディジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）１２４、１２６も含む。第１ＤＡＣ１２４はアナログ信号を合計器１０１に伝送し、第２ＤＡＣ１２６は光センサ６０へのＬＥＤ電流のための設定を確立する。

動作中は、減衰したＶＣＭの位置信号は、ヘッドアセンブリ２８の位置を制御する。合計器１３０によって表されるように、テープの横移動はヘッドアセンブリの横移動に加えられ、結果としての全移動は従来のサーボ制御システム４４によって測定され、ＰＥＳ１３２を発生する。

減衰調整アルゴリズム１２２は、１組のディジタル化された正弦波信号を、図７における「トラッキングループから」の標識が付けられた回線を制御するＶＣＭ増幅器基準ＤＡＣ １２４に送る。減衰調整アルゴリズム１２２は、テープがヘッドを一定速度で横切って移動するときにＰＥＳデータを修正する。減衰調整アルゴリズム１２２はこれを、テープが移動しており、ドライブは読み出し／書き込みデータ転送は行なっていないが巻き戻しまたは位置の探索を行なっているときに、背景課題として実行する。したがってドライブの通常の動作は中断されない。この背景較正は最適減衰を継続的に維持する。

減衰調整アルゴリズム１２２は、曲線当てはめアルゴリズムを使用して、センサ電流ＬＥＤに対するＰＥＳの転送関数を計算し、二次関数当てはめを使用して設定する。これは３つの異なるＬＥＤ電流、すなわち高、中、低電流について行なわれる。いったん減衰調整アルゴリズム１２２が３つの異なるＬＥＤ電流すべてについて減衰係数を計算し終わると、アルゴリズム１２２は三次関数を当てはめて、目標とする減衰係数のためにＬＥＤ電流を計算する。次にこのアルゴリズム１２２は、この値をＬＥＤ電流制御ＤＡＣ１２６にロードすることができる。

本発明の実施形態と適用例を図示説明したが、本明細書における本発明の概念から逸脱することなく上記内容からの多くの変更が可能であることは、本開示内容の利点が得られる当業者には明らかであろう。

従来のテープドライブシステムを示す図である。 従来の技術によるコントロールカードとテープドライブの例示的な配置を示すブロック図である。 本発明の好ましい実施形態による光学的位置センサの一部分の等角図法による分解図である。 図３に示す構成部分の組み立てられた状態を示す図である。 読み出し／書き込みヘッドとＶＣＭとに接続されたときの、本発明の好ましい実施形態による光学的位置センサを示す図である。 光学的位置センサ、読み出し／書き込みヘッド、およびＶＣＭの断面図である。 光学的位置センサ、読み出し／書き込みヘッド、およびＶＣＭの部分的に分解された等角図である。 本発明の好ましい実施形態による制御システムのブロック図である。 本発明の好ましい実施形態による制御システムの別のブロック図である。

符号の説明

１０ ホストコンピュータ
１２ テープドライブ
１４ テープカートリッジ
１６ ケーブル
１８ ハウジング
２０ 磁気テープ
２２ 受け入れスロット
２４ デッキ
２６ コントロールカード
２８ ヘッドアセンブリ
３０ 供給リール
３２ 巻取りリール
３４ モータ
３６ モータ
３８ マイクロプロセッサ（ＭＰＵ）
４０ 内部バス
４２ メモリ
４４ サーボ制御ユニット
４６ データフローユニット
４８ インタフェース制御ユニット
５０ モータ制御ユニット
５２ ヘッド制御ユニット
５４ データチャネルユニット
５６ ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）
５９ 光学的位置センサ
６０ 光エミッタアセンブリ
６２ 発光ダイオードＬＥＤ
６４ 光センサアセンブリ
６６ ハウジング本体
６８ ハウジングキャップ
７２ 読み出し／書き込みヘッドアセンブリ
７４ 調節可能ねじ
７６ 矢印
７８ 中央ばねクランプ
８０ ボイスコイルアセンブリ
８２ ボイスコイルハウジング
８４ 頂部ばね要素
８６ 矢印
９８ 制御システム
１００ 増幅器
１０１ 合計器
１０２ ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）
１０４ フィードバックループ
１０６ フィルタ
１２０ 較正システム
１２２ 減衰調整アルゴリズム
１２４ 第１ディジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）
１２６ 第２ディジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）
１３０ 合計器
１３２ 位置誤差信号（ＰＥＳ）

Claims (8)

1. テープドライブのヘッドの位置を測定するためのセンサであって、
   前記ヘッドに可動的に連結された光エミッタと、
   前記ヘッドに可動的に連結され、かつ、前記光エミッタに堅固に連結され、かつ、前記光エミッタからの光線を受光するように配置された光センサと、
   前記光線を遮るように配置され、かつ、前記ヘッドに堅固に連結された光遮断器とを有することを特徴とするセンサ。
2. 前記光エミッタは、スプリングによって前記ヘッドに可動的に連結されている請求項１に記載のセンサ。
3. 前記光センサは、スプリングによって前記ヘッドに可動的に連結されている請求項１に記載のセンサ。
4. 前記光遮断器は、少なくとも部分的に前記光線の中に配置された遮断ヘッドを有する請求項１に記載のセンサ。
5. 前記光遮断器は、前記光線の制御可能な部分を遮断するように、調整可能に配置されて整えられ且つ組み立てられている請求項１に記載のセンサ。
6. テープドライブのヘッドの位置を測定するためのセンサであって、
   前記ヘッドに可動的に連結されたハウジングと、
   前記ハウジングに堅固に接続された光エミッタと、
   前記光エミッタからの光線を受光するように配置され、且つ、前記ハウジングに堅固に連結された光センサと、
   前記光線の少なくとも一部を遮断するように、前記ヘッドに堅固に連結された光遮断器とを有することを特徴とするセンサ。
7. 前記ハウジングは、スプリングによって前記ヘッドに可動的に連結されている請求項６に記載のセンサ。
8. 前記センサは、前記ハウジングと比較して前記ヘッドの位置を測定する請求項６に記載のセンサ。
   

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