JPH0335601B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は磁気デイスク装置等における回転型ア
クチユエータである回転揺動式アームに取付けた
ヘツドの位置を非接触に且つ高精度に測定するこ
とのできるヘツドの位置測定装置に関する。

〔発明の技術的背景〕

磁気デイスク装置に使用する磁気ヘツド位置決
め機構としては磁気デイスクの径方向に磁気ヘツ
ドを直進する移動させるリニアアーム式のもの
と、回転揺動形アームを用いて移動させる方式の
ものとがある。この回転揺動式のものは直進式の
ものに比べて構造が簡単で小形化しやすく、又価
格も安い等の利点を有する。このため、最近の小
形磁気デイスク装置では、専ら上記回転揺動式形
アームを用いた構造のものが多くなつてきてい
る。

第１図は回転揺動形アームを用いて構成された
磁気デイスク装置におけるヘツド位置測定系を示
す概略図である。ヘツドアーム１は支軸２（０）
を中心に揺動自在に設けられ、その先端には磁気
ヘツド３が固定されている。このヘツドアーム１
の他端にはアームを揺動駆動するアクチユエータ
（図示せず）が設けられている。しかしてヘツド
アーム１の揺動により、磁気ヘツド３は矢印ｂ方
向に回動移動して、磁気デイスクの所要トラツク
に対して位置決めされる。ところが磁気ヘツド３
は円弧を描いて移動する為、磁気デイスクの内周
トラツク位置と外周トラツク位置とではトラツク
に対する磁気ヘツド３のヨーアングルに異なりが
生じる。このため、磁気デイスクにサーボ信号を
書込む場合には、アジマス損失を生じないよう
に、HDA（head disk assembly）の回転揺動式
アームをサーボライタのヘツド位置決め機構とし
て使用することが多い。

ところで磁気デイスク装置の高トラツク密度化
を図る場合、磁気デイスクにサーボトラツクを正
確に書込むことが重要な課題となる。このため、
サーボライタでは、サーボパターンを書込む為の
磁気ヘツド３の位置を正確に測定することが必要
となる。そこで従来のリニアアーム形の磁気デイ
スク装置ではレーザ測長器を用いて、上記直進移
動するヘツドの位置測定がなされている。しか
し、回転揺動式アームに取り付けられて円弧移動
する磁気ヘツドの位置を上記レーザ測長器を用い
て正確に測定することが難しかつた。

然し乍らアーム１の回転角が小さく、かつ、ア
ーム１の回転中心から測定点までの距離が短い場
合は、前記レーザ測長器を用いて磁気ヘツドの位
置をある程度正確に測定することが可動である。
このレーザ測長器を用いた位置測定は、例えば次
のようにして行われる。即ち、レーザ光源４から
出力された測長レーザ光をインターフエロメータ
５を介して、アーム１に取付けられたコーナキユ
ーブ６に照射し、その反射光を上記インターフエ
ロメータ５から光検出器７に導びいて、アーム１
の移動位置を測長し、この測長結果から磁気ヘツ
ド３の位置を検出することが行われている。今、
ここで回転揺動式アーム１の最大回転角をα
（Ｒ／Ｗヘツド３が磁気デイスクの最外周トラツ
クから最内周トラツクまで移動する距離に対応）
とすれば測定光束の入射方向は図中PP′を結ぶ直
線の方向となる。磁気ヘツド３は、回転中心０よ
りｌなる距離に取り付けられているものとすれ
ば、Ｑ→Q′へと移動することになる。つまりコ
ーナキユーブ６が′移動する間に磁気ヘツド３
はQQ′移動したことになる。

２′・ｋ＝QQ⌒′ ……(1) 尚、上式においてｋは比例定数である。よつ
て、Ｐよりαだけ回転したときの磁気ヘツド３の
移動距離Ｚは、レーザ測長器の計測値をａとする
と、 Ｚ＝ka＝lαa／2r sinα／２ ……(2) で求められる。ただし、後で述べるように、磁気
ヘツド３の移動距離Ｚとそのトラツクピツチは比
例しないので適当な補正が必要である。

〔背景技術の問題点〕

ところが、コーナキユーブ６がP″点まで移動
した場合、入射レーザ光束はコーナキユーブ６の
中心より″だけズレる。この為、入射光束とコ
ーナキユーブ６で反射した光束とは ２″＝2r｛１−cos１／２α｝ ……(3) なる位置ずれを生じることになる。

この値は光検出器７上での測定光束の位置ずれ
となる。一般にリニアインタフエロメータ５にお
ける参照光と測定光との干渉から正確な測定を行
うためには、両光束の位値ずれが光束サイズの1/
１０以下であることが望ましい。このため、コーナ
キユーブ６を設置する距離と回転揺動式のヘツド
アーム１の最大回転角との間には自ずと制約条件
が生じる。また、アーム１がθだけ回転したとき
のコーナキユーブ６の移動距離はコーナキユーブ
６の回転半径ｒに比例する。このため、コーナキ
ユーブ６の設置誤差はそのまま測定誤差となつて
現われる。その上測長用に使用するコーナキユー
ブ６は、高価であり、しかも重量がある。そこ
で、従来では通常サーボ信号を書くときだけ、
HDAの回転揺動式のヘツドアーム１にコーナキ
ユーブ６を設置して、その位置測定を行つてい
る。このため個々のHDAによつて測定値が大き
くばらつき、これを補正するのが甚だ困難であつ
た。しかも一度サーボライタからHDAを取り外
してしまうと、コーナキユーブ６を設置する位置
の再現性が悪い等の問題があつた。

〔発明の目的〕

本発明はこのような事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、回転揺動形アー
ムに取付けられたヘツドの位置をレーザ測長器を
用いて簡易に、且つ正確に測定することのできる
実用性の高いヘツドの位置測定装置を提供するこ
とにある。

〔発明の概要〕

本発明に係る位置測定装置は、ヘツドを取付け
てなる回転揺動式アームにレーザ測長に供される
反射鏡、例えば平面鏡を取付けると共に、この平
面鏡と対向する位置に上記アームの回動角に応じ
て回動制御される回動機構である、例えば光学ス
キヤナを設け、この光学スキヤナを介してレーザ
測長器からの測長レーザ光を前記反射鏡に照射、
その反射光を光学スキヤナを介して得るようにし
たものである。

〔発明の効果〕

従つて本発明によれば、光学スキヤナを介して
レーザ測長光路が設定されるので、反射鏡の設置
誤差の影響を受けることなしに、常に安定した条
件で高精度に位置測定を行うことが可能となる。
しかも、アームの回動によつて反射鏡が円弧移動
しても、これによつて生じる位置ずれの悪影響を
招くことがない。従つて、アームの回動角を大き
く設定することが可能となり、その実用的利点は
絶大である。また反射鏡として平面鏡の採用が可
能なので、その構成の大幅な簡略化を図ることが
でき、更にはアームのダイナミツク特性に悪影響
を及ぼすこともない等の効果が奏せられる。

〔発明の実施例〕

以下、図面を参照して本発明の一実施例につき
説明する。第２図は本発明に係る位置測定系の原
理的な構成図である。本装置では回転揺動アーム
１の或る位置、例えば磁気デイスクの最外周トラ
ツクに対応したＰ点に平面鏡（Ｍ）８が設置され
る。この平面鏡８は入射光束（TP）とアーム１
（OP）のなす角度をβ（一定）とし、入射光束
（TP）と平面鏡８の法線が一致するようにして設
けられる。今、アーム１が回転し、磁気デイスク
装置の最内周トラツク位置に対応する前記Ｐ点の
移動位置をP′、そのときのアーム１の回転角を
α、またP′点における平面鏡８に垂直に入射する
光束をT′P′とすると、直線TPとT′P′はＳ点で交
わる。このＳ点に光学スキヤナー９が設置され
る。このようにすれば一定方向からの入射光束
LSに対し、前記平面鏡８に対するＰ点および
P′点での入射光束と反射光束とが同一経路を通る
ように光学スキヤナー９の回転角を決めることが
できる。このＰ点及びP′点での入・反射光束が点
Ｓで交わるためには、前記角度βが＜PP′O（＝
π／２−α／２）以内にあれば良い。尚Ｓ点はアーム１ の回転中心であるＯ点および前記Ｐ点を除いて、
回転揺動アーム１と接触しない位置に選ばれる。

さてアーム１が角度αだけ回転したときの光路
差をU〓とおけば U〓＝２｛′−｝ (4) なる関係が存在する。また ＜PSP′＝α、＜PP′S＝π／２−（β＋α／２） なる関係より ′＝cosα＋′sin（β＋α／２） (5) U〓＝4r tanα／２sinβ (6) なる関係が成立する。

すなわち、回転揺動アームが角度αだけ回転し
たときの光路差U〓は上記第(6)式で与えられ、こ
のとき光学スキヤナーＳの回転角はα／２とな
る。

次に、アーム１のＰ点が′の任意の点P″にき
たときを考えると点Ｓ，Ｐ，P′，Ｏは ＜SPO＝＜SP′O＝β＝一定 であるから、を弦とする円周上にあると云え
る。ところがP″はＯ点を中心とする円周上にあ
るため、を弦とし、点PP′を通る円周上に位
置することはない。このことは点Ｓを発した光は
点Ｐ，P′を除いて′の任意の点P″で反射し、再
び点Ｓに到達することがないことを示している。

しかし、アーム１の回転角δに対し、光学スキ
ヤナー９をδ／２だけ回転させたときの光束は
PP′の点Ｐ，P′を除く任意の１点P″より外れる
が、平面鏡８のＡ点に垂直に入射する。これは、
アム１の回転角がδのとき、直線PTとP″を通る
平面鏡８の法線は点S″で交わることを示してい
る。このとき、＜PS″P″＝δであるから、直線
S″P″を平行移動させてS″点をＳ点に一致させれ
ばP″点はＡ点に移動することになり、上記角度
＜PS″P″を＜PSA＝δとして考えることができ
る。ここで ″＝ｒcos（β＋δ／２）／cosδ／２ (7) なる関係においてδ→０としたときの交点をS₀と
おけば ₀＝ｒ cosβ となり、β＝０の場合、Ｓ点は０点と一致する。

従つて今、回転揺動式アーム１の回転角がδ、
光学スキヤナー９の回転角がδ／２のとき、
との光路差U〓は直線S″P″にＳ点より垂線を下
し、その交点をＦとおけば U〓＝２｛″−｝ ＝2r sinβ１／cosα／２｛sin（δ−α／２）＋si
nα／２｝
(8) で示され、これがアーム１の回転角δに対するレ
ーザ測長器の測定値となる。第(8)式においてδ→
αとおけば前記第(6)式と一致することがわかる。

しかして、アームの回転角δにおける平面鏡８
での入射光束の移動量は″＝であるから ″＝ｒ sinβ〔１／cosα／２cos（δ−α／２）
−１〕(9) となり、′_naxはδ＝α／２のとき ″_nax＝ｒ sinβ〔１／cosα／２−１〕 (10) として生じる。よつて、アーム１上に設置する平
面鏡８の開口は２″_naxを十分にカバーできる
ものであれば良いことが判る。尚″_naxは小形
磁気デイスク装置（8″サイズ）0.5mm程度であり、
平面鏡の開口による制限はとくに生じない。

尚、第２図では光学スキヤナー９は偏心がな
く、その回転中心とミラーの反射面が一致してい
るものとして示したが一般的には偏心があり、そ
れによつて測定誤差が生じる。

第３図は光学スキヤナーに偏心がある場合の測
定光学系を示すものである。ここでは点O′を光
学スキヤナー９の回転中心とし、ｑだけ偏心があ
るものとする。直線ｍは光学スキヤナー８の振れ
が０（零）のときの反射面で、このとき入射光束
は45°で入射するものとする。今、光学スキヤナ
ー９がθだけ傾いたものとすると、上記反射面は
ｌとなり反射鏡の中心点ＰはＢまで移動する。こ
の状態で入射した光はＰ点で反射し直線ｎのＭ点
に到達し、この面で反射し、再びＱ点を通過す
る。もし、偏心のない反射面がＰ点にあつたもの
とすれば、光学スキヤナがθだけ回転したときの
反射面はｌと平行なl′となる。Ｐ点に入射した光
は直線ｎのＬ点で反射して再びＰ点を通過する。
よつて、光学スキヤナー９の偏心によつて生ずる
測定誤差は ２（＋） （11） で示され、 ２（＋） ＝２ｑ（１−cosθ）／cos（45°−θ）｛１＋sin2θ
｝（12） となる。

尚θ_nax＝α／４（＝3.5°）、ｑ＝10μｍとおくと、
スキヤナー９の偏心による測定誤差は、最大でも
0.028μｍ程度となり、事実上トラツクピツチ間の
測定誤差は無視できるようになる。

第４図は以上の測定原理に従つて構成された本
発明の実施例装置の光学系を示す図である。この
光学系はレーザ測長器、光学スキヤナー、ビーム
位置検出器を用いて構成される。第４図におい
て、１１はレーザトランスジユーサ、１２は制御
測定回路、１３はシングルビームインタフエロメ
ータ（又はプレーンミラーインタフエロメータ）、
１４は光検出器、１５はビーム位置検出器、１６
は光学スキヤナー駆動回路、９は光学スキヤナ
ー、８は測定用平面鏡、１は回転揺動式アーム、
３は磁気ヘツドをそれぞれ示している。またｒは
上記平面鏡８の移動軌路、r₁はヘツド３の移動軌
跡をそれぞれ示している。

回転揺動式アーム１が角度αだけ回転したと
き、Ｒ／Ｗヘツド３のギヤツプＧは最外周トラツ
ク位置r₄から最内周トラツク位置r₃まで変化し、
その距離は（r₄−r₃）で示される。ここで、と
SP′の光路差U〓と磁気デイスク上の全トラツク距
離の比をk〓とおけば k〓＝U〓／r₄−r₃＝4r tanα／２sinβ／r₄−r₃ （13） なる関係が成立する。

任意の回転角δに対しては、同様にk〓とおく
と、 k〓＝2r sinβ１／cosα／２｛sin（δ−α／２）＋sin
α／２｝／r₄−r₈
（14） なる関係が成立する。ここでr₈はギヤツプＧが角
度δだけ回転したときのトラツク半径である。上
記第（13）式および（14）式からもわかるよう
に、その比例定数ｋはアーム１の回転角によつて
異る。よつて正確にＲ／Ｗヘツド３の位置決めを
するためには、アーム１の回転角に応じて比例定
数ｋを変化させればよいことになる。

今、ギヤツプＧが最外周トラツク位置r₄にある
ときの＜G₀O′をθ₄、最内周トラツク位置r₃にある
ときのそれをθ₃とする。そして最外周トラツクを
０（零）とし、トラツク数ｎ（最外周トラツクはｎ
＝０）のとき、アーム１の回転角をδ、このとき
＜G₀O′＝θとおけば cos（θ₄−δ）＝r₁ ²＋a²−（r₄−nZ）²／2ar₁ （15） なる式で、その関係が示される。ここで、ａ＝
OO′、Ｚはトラツクピツチをそれぞれ示す。従
つて第（15）式より任意のトラツク数に対応する
回転角δの値を求めることができる。

任意の回転角δに対するトラツクの移動距離は
nZであり、このとき平面鏡８で測定した光路差
k〓は、第(8)式で与えられるから、 k〓＝2r sinβ１／cosα／２｛sin（δ−α／２）＋sin
α／２｝／nZ
（16） として求められる。

ここで、ギヤツプＧのヨーイング角が０（零）
となる位置を最外周トラツクと最内周トラツクに
選ばれる。この場合、トラツク数を801とすると、
k₄₀₀とk₈₀₀の差が最も大きくなる。例えばr₄＝96、
r₃＝76、Ｚ＝25μｍ、ａ＝118、θ₄＝53.9°、θ₃＝
39.67、α＝14.22°、r₁＝80.8とすると、δ_o＝400＝
7.1°となり、このときその比は k_o＝400／k_o＝800（k〓）α／２1.00023 （17） となる。すなわち、ｋの変化量は最大でも１万分
の2.3にしかすぎない。従つて、測定値の誤差は
全トラツク20mmに対し、高々2.3μｍとなるからピ
ツチの測定誤差は事実上無視できることになる。
このことは、ｋの値として第（13）式のk〓を用い
ても測定値にほとんど誤差が生じないことを示し
ている。

今、第（13）式を用いてk〓＝１となるｒの値を
求めると、 ｒ＝r₄−r₃／4tanα／２sinβ （18） となる。よつて、平面鏡８を設置する位置を前記
第（18）式のｒの値として定めれば測定値はその
ままＲ／Ｗヘツド３のギヤツプＧの最外周トラツ
クからのトラツク移動距離となる。尚任意の点に
設置する場合は、第４図に示す制御測定回路１２
でその測定値を補正するようにすればよい。この
ときU〓は第(8)式と第（18）式とにより U〓＝(r₄-r₃)・｛sin（δ−α／２）＋sinα／２｝／2s
inα／２（19） となる。

すなわち、設置位置が第（18）式を満足してい
れば、測定データを反射鏡８の設置位置に関係な
く第（19）式で求めることが可能となる。

次に平面鏡８の設置ズレによる測定誤差につい
て説明する。第２図において、Ｐ点がＣ点に移動
したとすればＰ点への入射光束は平面鏡８上にお
いてＣ点に移動する。ここで＝Δrとおけば ＝Δr cosβ （20） となる。そこでＣ点より直線POに下した垂線の
交点をＤとすれば ＝ｒ−Δr cos²P （21） ＜COP＝Δr sinβcosβ／ｒ−Δr cos²β （22） なる関係が成立し、ｒ≫Δrとすれば ＜COP＝Δr sinβcosβ／ｒ （23） となる関係が得られる。よつて、平面鏡８の設置
点がΔrだけ０点に近づいたときの光路差U〓のず
れは、ｒ sinβ＝Ｎとおくと、 v〓_r＝｛ｒ−Δr cos²β｝ ・sin｛β＋Δr sinβcosβ／ｒ｝ （24） ∂v〓_r／∂〓_r０ （25） となる。すなわちΔrが多少変化しても、v〓_rはほ
とんど変化しない。このことはｒα／２Δrのとき、 U〓はΔrの値に無関係であることを示している。

実際の測定系では、回転揺動式アーム１が回転
すると、第４図中におけるＰ点は上記アーム１の
回転に伴つて移動する。この為、光学スキヤナー
９をアーム１の回転に追従して回転させる必要が
ある。光学スキヤナー９を回転揺動式アーム１の
回転に応じて回転させるには例えば次のようにす
ればよい。即ち、 (a) アームの回転角を検出（電流、ロータリエン
コーダ等）して光学スキヤナー９の回転を制御
する。

(b) 第４図に示される位置検出器１４の出力を用
いて上記制御を行う。例えばハーフミラーと２
分割光検出器及び和と差のアンプを用い、両検
出器に入力した光量が等しいとき、入射ビーム
と反射ビームが一致することを利用して制御す
るようにすればよい。

(c) また磁気ヘツド３のトラツク位置に対応する
光学スキヤナー９の回転駆動のための電流値を
予じめ記憶しておき、トラツク数ｎに応じて上
記光学スキヤナー９を回転位置制御する。

このようにして、光学スキヤナー９の回転を制
御しアーム１が数トラツク分回転したものとする
と、それによつて生ずる入射光束と反射光束の位
置ズレは、光束サイズの1/10程度となる。そし
て、その測定誤差は0.01μｍ以下となる。このこ
とは、光学スキヤナー９の回転がきわめてラクで
あつても、測定精度を十分高く維持できることを
示している。

以上説明したように、本発明の装置によれば、
従来方式に比してアーム１の回転角を大きくとる
ことができる。しかも反射鏡８の設置誤差によら
ずきわめて高い精度でヘツド３の位置測定ができ
る。その上本装置では高価で重量のある大形のキ
ユーブコーナを従来のように必要とせず、アーム
１に設置する平面鏡８は安価で小形なのでアーム
に接着剤等で設置できる。勿論この平面鏡８を取
り外し自在に設けてもよい。このため、従来のよ
うに回転揺動式アーム１のダイナミツク特性に悪
影響を与えることなく、高い精度で位置測定でき
る。また、反射鏡をヘツド３の端面と一致するよ
うにして設ければヘツド３そのもののダイナミツ
ク特性も測定することが可能となる。

尚、本発明は上記実施例に限定されるものでは
ない。実施例では磁気デイスク装置を対象とした
が、アーム１が回転揺動式のものであれば、他の
装置例えば光デイスク装置にも同様に適用でき
る。またアームに取り付ける反射鏡は平面鏡の
他、プリズム形反射鏡等でも使用できる。要する
に本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で種々変
形して実施することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の位置測定光学系の一例を示す
図、第２図および第３図はそれぞれ本発明に係る
位置測定光学系の原理説明図、第４図は本発明の
一実施例に係る位置測定装置の光学系を示す図で
ある。 １……回転揺動式アーム、３……磁気ヘツド、
４……レーザ光源、５……インターフエロメー
タ、６……コーナーキユーブ、７……光検出器、
８……反射鏡（平面鏡）、９……光学スキヤナー、
１１……レーザトランスジユーサ、１２……制御
測定回路、１３……インターフエロメータ、１４
……光検出器、１５……ビーム位置検出器、１６
……光学スキヤナ駆動回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 記録媒体に対して信号の記録あるいは信号の
   再生を行うヘツドを取付けてなる回転形アクチユ
   エータと、所定の反射面を有し、上記回転形アク
   チユエータに設けられた光反射手段と、前記回転
   形アクチユエータの最大記録エリアから決まる回
   動角および前記反射面の前記回転形アクチユエー
   タに対する位置によつて規定される位置に設けら
   れ、且つ前記回転形アクチユエータの回動角に応
   じて回動制御される回動機構と、この回動機構を
   介して前記反射面に所定波長のレーザ光を照射す
   ると共にその反射光を上記回動機構を介して受光
   し、受光したレーザ光と照射レーザ光との干渉か
   ら前記反射面の移動距離情報を得るレーザ測長器
   とを具備したことを特徴とするヘツドの位置測定
   装置。 ２ 回転形アクチユエータの最大記録エリアから
   決まる回動角および前記反射面の前記回転形アク
   チユエータに対する位置によつて規定される回動
   機構の設置位置は、前記回転形アクチユエータの
   回動各範囲において前記反射面に対向する位置と
   して定められるものである特許請求の範囲第１項
   記載のヘツドの位置測定装置。 ３ 回動機構の回動制御は、回転形アクチユエー
   タの回動によつて生じる回動機構とレーザ測長器
   との間のレーザ光路のずれが所定の許容範囲内と
   なる角度範囲内で行われるものである特許請求の
   範囲第１項記載のヘツドの位置測定装置。