JPH05141954A - 精密位置決め装置における入力信号処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】移動体の高速移動時の高速移動制御と共に、低
速移動時の位置検出不感帯をなくして該移動時の精密移
動制御を両立し得る精密位置決め装置の入力信号処理方
法を提供する。 【構成】磁気ディスク装置のヘッドポジショナの移動に
伴ってレーザリニアエンコーダ等から得られる正弦波入
力信号をＦ／Ｖ変換器１５により周波数−電圧変換し、
その信号と、ヘッドポジショナの所定の移動速度と等し
い基準周波数ｆ_O に相当する基準電圧とをコンパレータ
１６に入力し、該コンパレータ１６からの出力によりア
ナログスイッチ１８をＯＮ・ＯＦＦして、ヘッドポジシ
ョナの移動速度が前記所定の移動速度よりも低い場合に
のみ前記正弦波入力信号がローパスフィルタ回路１９側
に流れてノイズ成分が低減され、これらの信号からシュ
ミットトリガー回路によって位相の異なる二つの矩形波
出力を得る構造とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、位置検出手段から出力
された正弦波入力信号を処理して移動体の位置を求める
位置決め装置における入力信号処理方法に関するもので
あり、特に磁気ディスク装置や光ディスク装置の書込み
読出しヘッド等のように、低速移動領域では高い位置検
出精度が要求される精密位置決め装置における入力信号
処理方法に適するものである。

【０００２】

【従来の技術】円盤体に磁気情報を記録する磁気ディス
クは、その記録容量の大きさ、書込み・読出しの容易
性、記録内容の安定性等から、昨今、特に着目されてい
る。この磁気ディスクに記録内容を書込んだり、該ディ
スクに記録された内容を読出したりするための磁気ディ
スク装置は、通常、凡そ図８のように構成されている。

【０００３】この磁気ディスク装置では、制御装置から
の制御信号やアドレス情報をインターフェース回路Ｂが
受信して制御回路Ｃへ送出する。そして制御回路Ｃは各
種制御信号を復号し、アドレス情報で指定されたトラッ
クへ磁気ヘッドＤを位置決めするための指令を位置決め
回路Ｅへ、また磁気ディスクＡからの情報の読出し指令
を書込み・読出し回路Ｆに送出する。

【０００４】一方、複数の磁気ヘッドＤが取付けられた
スライダＧは、それらの磁気ヘッドＤを所定のトラック
に移動させるためのヘッドポジショナＨに連結される。
このヘッドポジショナＨは、ボイスコイル形の直動モー
タＭ等から構成される。このヘッドポジショナＨではリ
ニアエンコーダ等の位置検出手段によってその位置から
磁気ヘッドＤの位置が検出され、該位置検出手段からの
信号は前記位置決め回路Ｅに送出される。従って、位置
決め回路Ｅではこの位置検出信号と、前記アドレス情報
に基づくトラック指定信号とに基づいて、ヘッドポジシ
ョナＨの移動指令信号をヘッドポジショナＨに送出す
る。このようにして、前記位置決め回路Ｅは常時、ヘッ
ドポジショナＨ、即ち磁気ヘッドＤの位置を検出するフ
ィードバック制御を行っている。

【０００５】なお、同図に示す電源制御回路Ｊは、前記
アドレス情報や書込み読出し情報に基づいて磁気ディス
クＡがセットされたモータＫの回転を制御する制御信号
を送出する。また、磁気ヘッドＤからの信号の授受に
は、例えば磁気ディスクＡの記録内容の状態を示す情報
も含まれている。凡そ、前記位置決め回路Ｅ、ヘッドポ
ジショナＨ、位置検出手段とから構成される位置決め装
置には、ヘッドポジショナＨを高速で移動させる高速位
置決め制御と、ヘッドポジショナＨを高精度に目標トラ
ックに位置決めする精密位置決め制御とが要求される。
このような精密位置決め制御には、位置決め回路Ｅの分
解能もさることながら、位置検出手段の高精度化が何よ
りも必要である。このため、最近では例えば図９に示す
ようなレーザリニアエンコーダが使用されつつある。

【０００６】このレーザリニアエンコーダでは、可干渉
性の高い半導体レーザＬのレーザ光Ｓを平行光に変換し
た後、偏光ビームスプリッタＮで２光束に分割してスケ
ールＰに入射し、夫々の１次回折光のみが混合されて二
つの受光素子Ｑに入射する。このとき、各受光素子に入
射する光は、スケールＰの移動に伴い、２光束の干渉に
よって光強度が、該スケールＰの目盛りピッチの１／２
の周期で正弦波状に変化するため、受光素子Ｑによって
光電変換された出力信号は正弦波信号となる。また、一
方の受光素子Ｑの前には１／４波長板Ｒがあるため、こ
れらの正弦波信号には１／４周期の位相差が生じてい
る。

【０００７】この１／４周期の位相差を持つ二つの正弦
波入力信号を受信した位置決め回路Ｅでは、波形整形ユ
ニット１０によりこれらの入力信号を適宜に分周するな
どした後、ゼロクロス比較器を有するシュミットトリガ
ー回路により位置情報と速度情報を有する二つの異なる
位相の矩形波信号を出力し、前記制御回路Ｃから送出さ
れた位置制御量に前記矩形波出力信号の位置情報を加え
て位置制御し、さらに速度アンプ１１により変換された
速度制御量に前記矩形波出力信号をＦ／Ｖ変換器１２に
より変換された速度情報を加えて速度制御する。なおこ
の位置決め回路Ｅでは、前記直動モータＭからの電流値
情報をドライバ１３の前で、電流アンプ１４により変換
された電流制御量に加えて電流制御も行うようにしてあ
る。ちなみに、このような波形整形ユニット１０では通
常、入力信号周波数ｆ_A に対してそれよりも大きいカッ
トオフ値ｆ_C のローパスフィルタ回路を使用している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら前記従来
の位置決め装置においては、ヘッドポジショナＨの移動
速度に関わらず、入力信号周波数ｆ_A より大きいカット
オフ値ｆ_C のローパスフィルタを介在してあるだけであ
るため、ポジショナの高速移動領域、即ち入力周波数ｆ
_A が大きい場合を考慮すると、当然にしてローパスフィ
ルタ回路のカットオフ値ｆ_Cも大きく設定しなければな
らず、そのようにするとより精密な位置決め精度を要求
されるヘッドポジショナの低速移動領域では、前記大き
な値のカットオフ値ｆ_C に対して入力周波数ｆ_A が小さ
くなりすぎてローパスフィルタの効果がなくなってしま
う。

【０００９】これを図１１を用いて説明する。同図にお
けるＡ₂ は入力信号のノイズ幅であり、Ａ₃ は信号処理
上で必要とされるゼロクロスシュミットトリガー回路の
ヒステリシス幅である。まず、同図ａに示すようにヘッ
ドポジショナＨが高速移動している場合、低出力開始時
間ｔ₀ においてＬｏレベルが確定してから低出力終了時
間ｔ₁ までの間、出力はＬｏレベルに維持される。そし
て高出力開始時間ｔ₂ において始めてＨｉレベルの出力
がなされる。このとき、時間差Ａ₁ ＝ｔ₂ −ｔ₁ では、
入力信号のノイズ幅Ａ₂ が前記ヒステリシス幅Ａ₃ に干
渉するため、ゼロクロスの出力が安定せず、前記時間差
は不感帯Ａ₁ になってしまう。

【００１０】同様に同図ｂに示すようにヘッドポジショ
ナＨが低速移動している場合には、入力信号のゼロクロ
ス近傍での傾きが小さくなるため、低出力終了時間ｔ₁
から高出力開始時間ｔ₂ までの不感帯Ｂ₁ ＝ｔ₂ −ｔ₁
はより一層大きくなり、このためゼロクロスの出力の不
安定時間が長くなる。ところが前述したように、低速で
移動している間こそ、より精密な位置決め精度を要求さ
れるこれらの位置決め装置では、この位置検出不安定時
間の延長は致命的な弱点となってしまう。

【００１１】この問題を解決するためには、前記ローパ
スフィルタ回路のカットオフ値ｆ_C を小さく設定するこ
とが考えられるが、そのようにしたのではヘッドポジシ
ョナＨの高速移動領域、即ち入力信号周波数ｆ_A が大き
い場合には、信号そのものをカットオフしてしまう可能
性があり、実現は困難である。本発明は係る諸問題に鑑
みて開発されたものであり、ヘッドポジショナの高速移
動時の高速移動制御と共に、低速移動時の精密移動制御
をも両立し得る精密位置決め装置の入力信号処理方法を
提供することを目的とするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の精密位置決め装
置の入力信号処理方法は、移動体の変位をエンコーダ等
の位置検出手段で検出し、該変位に応じた位置検出手段
からの正弦波入力信号を処理して、前記移動体の位置を
求めるものであって、特に移動体の低速移動領域では高
い位置検出精度が要求される精密位置決め装置における
入力信号処理方法において、少なくとも前記移動体の低
速移動領域における前記正弦波入力信号のノイズ成分に
よる不感帯域を小さくするように、該入力信号の周波数
に応じて該入力信号のノイズ成分を低減することを特徴
とするものである。

【００１３】

【作用】本発明の精密位置決め装置の入力処理方法で
は、少なくとも前記移動体の低速移動領域における前記
正弦波入力信号のノイズ成分による不感帯域を小さくす
るように、該入力信号の周波数に応じて該入力信号のノ
イズ成分を低減するものであるため、例えば移動体の移
動速度が低速であることが検出された場合には、入力信
号の回路中にローパスフィルタ等のノイズ低減手段を介
在して該入力信号のノイズ幅を縮小することにより、例
えば該ノイズ幅と前記ゼロクロスシュミットトリガー回
路のヒステリシス幅とが干渉して、ゼロクロス出力が安
定しない不感帯の幅を小さく或いは皆無とすることが可
能となる。

【００１４】

【実施例】図１は本発明の精密位置決め装置の入力信号
処理方法を実施化した磁気ディスク装置の一例を示すも
のである。同図に示す磁気ディスク装置では、従来の磁
気ディスク装置と同様に、図８のようなブロック回路が
組込まれている。この磁気ディスク装置では、従来と同
様に制御装置からの制御信号やアドレス情報をインター
フェース回路Ｂが受信して制御回路Ｃへ送出する。そし
て制御回路Ｃは各種制御信号を復号し、アドレス情報で
指定されたトラックへ磁気ヘッドＤを位置決めするため
の指令を位置決め回路Ｅへ、また磁気ディスクＡからの
情報の読出し指令を書込み・読出し回路Ｆに送出する。

【００１５】一方、複数の磁気ヘッドＤが取付けられた
スライダＧは、リニアスライドエアベアリング２０のベ
アリング部２１に固定されており、またこれらの磁気ヘ
ッドＤを所定の磁気ディスクＡの所定のトラックに移動
させるためのボイスコイル形の直動モータＭ等から構成
されるヘッドポジショナＨに連結される。前記ヘッドポ
ジショナＨによって直線移動される磁気ヘッドＤは、サ
ーボディスクモータＫ等に連結され且つ積層された多数
枚の磁気ディスクＡの夫々の空隙間に挿入されるように
配置されている。

【００１６】前記ヘッドポジショナＨでは、従来と同様
に図９に示すレーザリニアエンコーダによって該ヘッド
ポジショナＨの位置が検出され、該検出手段からの信号
は前記位置決め回路Ｅに送出される。前記レーザリニア
エンコーダでは従来と同様に、互いに１／４周期の位相
差を有し且つスケールＰの目盛りピッチの１／２周期の
正弦波信号が出力される。

【００１７】この１／４周期の位相差を持つ二つの正弦
波入力信号を受信した位置決め回路Ｅでは、図３に示す
波形整形ユニット１０によりこれらの入力信号のうち一
方の正弦波入力信号とそれを反転した１８０°位相遅れ
の正弦波入力信号と、他方の９０°位相遅れの正弦波入
力信号（以下余弦波入力信号と記す）を適宜に分周する
（重み付け加算する）などした後、ゼロクロス比較器を
有するシュミットトリガー回路により位置情報と速度情
報を有する二つの異なる位相の矩形波を出力し、これを
用いて図１０に示すように前記制御回路Ｃから送出され
た位置制御量に前記矩形波入力信号の位置情報を加えて
位置制御し、さらに速度アンプ１１により変換された速
度制御量に前記矩形波入力信号をＦ／Ｖ変換器１２によ
り変換された速度情報を加えて速度制御する。なおこの
位置決め回路Ｅでは、前記直動モータＭからの電流値情
報をドライバ１３の前で、電流アンプ１４により変換さ
れた電流制御量に加えて電流制御も行うようにしてあ
る。

【００１８】そして本発明の精密位置決め装置の入力信
号処理方法では、前記波形整形ユニット１０に入力され
る正弦波入力信号を、該波形整形ユニット１０に入力さ
れる前に低速移動領域ノイズリダクション回路によって
処理する。この実施例では、図５のフローチャートに示
す処理手段に従って、前記正弦波入力信号をＦ／Ｖ変換
し、該変換された入力信号の入力信号周波数ｆ_A と基準
となる基準周波数ｆ_O とを比較し、該入力信号周波数ｆ
_A が基準周波数ｆ_O より小さい場合、即ち該基準周波数
ｆ_O を満足する予め設定されたヘッドポジショナＨの移
動速度よりも低速である場合に、該入力信号にローパス
フィルタをかける。このフローチャートをブロック化し
たものが図２であり、その具体的回路が図４である。

【００１９】前記図２に示すブロック回路では、前記正
弦波入力信号をＦ／Ｖ変換器１５により周波数−電圧変
換し、その信号をコンパレータ１６の非反転側に入力す
る。一方、該コンパレータ１６の反転側には基準周波数
ｆ_O に相当する電圧信号を入力する。このコンパレータ
１６からの出力によりアナログスイッチ１８をＯＮ・Ｏ
ＦＦし、その結果、ヘッドポジショナＨの移動速度が所
定の速度よりも低い場合には前記正弦波入力信号がロー
パスフィルタ回路１９側に流れ、ヘッドポジショナＨの
移動速度が所定の速度よりも高い場合には前記正弦波入
力信号がローパスフィルタ回路１９を回避するようにし
た。

【００２０】図４に示す回路図では、前記正弦波入力信
号を増幅回路３０によって増幅し、これをＦ／Ｖ変換回
路３１によって周波数−電圧変換し、更に増幅回路３２
によって増幅し、この入力電圧Ｖ_A をコンパレータ３３
の非反転側に送出する。このコンパレータ３３では外部
入力として反転側に与えられた、前記基準周波数ｆ_O に
相当する基準電圧Ｖ_O と前記入力電圧Ｖ_A とを比較し、
その比較電圧を反転器３４によって反転し、アナログス
イッチ３５に送出する。従って、アナログスイッチ３５
に送出される出力は、前記入力電圧Ｖ_A が基準電圧Ｖ_O
より高い場合に理論値“１”であり、該入力電圧Ｖ_A が
基準電圧Ｖ_O より低い場合に理論値“０”となる。そし
てこのアナログスイッチ３５では、理論値“１”の入力
信号により短絡し、理論値“０”の入力信号により遮断
される。アナログスイッチ３５が短絡されると、前記正
弦波入力信号はそのまま、前記波形整形ユニット１０に
送出される。一方、このアナログスイッチ３５が遮断さ
れると、該正弦波入力信号はローパスフィルタ回路３６
に入力されて該入力信号のノイズが低減される。このよ
うに、この低速移動領域ノイズリダクション回路では、
前記正弦波入力信号の周波数が低い場合にのみ、即ち前
記ポジショナの移動速度が低い場合にのみ、この正弦波
入力信号にローパスフィルタをかける構造となっている
が、このローパスフィルタ回路では入力される信号の周
波数ｆ_A が低いためにカットオフ値ｆ _C を小さく設定す
ることができる。従って、前記基準周波数ｆ_O は、この
カットオフ値ｆ_C と同等か、それよりも僅かに小さい数
値に設定すればよい。

【００２１】この低速移動領域ノイズリダクション回路
による波形整形ユニット１０の作用について説明する。
まず、図６ａに示すようにヘッドポジショナＨが高速移
動している場合、低出力開始時間ｔ₀ において出力値Ｌ
ｏレベルが確定してから低出力終了時間ｔ₁ までの間、
波形整形ユニット１０からの出力はＬｏレベルに維持さ
れる。そして高出力開始時間ｔ₂ において始めてＨｉレ
ベルの出力がなされる。このとき、時間差Ａ₁ ＝ｔ₂ −
ｔ₁ では、入力信号のノイズ幅Ａ₂ が前記ヒステリシス
幅Ａ₃ に干渉するため、ゼロクロスの出力が安定せず、
前記時間差は不感帯Ａ₁ になってしまうが、このように
ヘッドポジショナＨが高速移動する場合は、さほど精密
な位置決め精度を要求されるものではないので、エンコ
ーダ側とのキャリブレーションさえ正確であれば事実上
問題はない。また、高速時にも高精度を要求される場合
は図２のアナログスイッチ１８の後に第２のローパスフ
ィルタを挿入すればよい。

【００２２】一方、ヘッドポジショナＨが低速移動して
いる場合では、図６ｂのように正弦波入力信号は前記ロ
ーパスフィルタ回路によりそのノイズ幅Ｃ₂が低減して
おり、しかも該正弦波入力信号のゼロクロス近傍の傾き
は小さくなっているので、高出力開始時間ｔ₂ は低出力
終了時間ｔ₁ より時間的に前になり、従って実際の出力
は低出力開始時間ｔ₀ から低出力終了時間ｔ₁ までの
間、Ｌｏレベルに維持され、該低出力終了時間ｔ₁ にな
るや否やＨｉレベルに切り替わる。従って、このように
ヘッドポジショナＨの低速移動時には、前記高速移動時
のような不感帯が存在せず、安定且つ連続した位置検出
が可能となる。また、前記矩形波出力信号が安定して出
力されるため、図１０に示す位置決め回路Ｅによる位
置，速度，電流制御が確実になり、より精密な位置決め
が可能となる。

【００２３】前記リニアスライドエアベアリング２０は
図７に示すように、高平面度、高直角度に加工された方
形断面のガイドレール２２と、該ガイドレール２２の外
周に遊嵌されたベアリング部２１とから構成されてい
る。ベアリング部２１はガイドレール２２の両側面及び
下面に対向するコの字状の受け部２３と、ガイドレール
２２の上面に対向して前記受け部に被せる蓋部２４とか
ら構成され、両部に渡ってエア巡回通路２５が形成さ
れ、該通路２５からガイドレール２２の四面に向けてエ
ア吹き出し口２６が形成されている。このリニアスライ
ドエアベアリング２０では、外部から前記エア巡回通路
２５に送り込まれたエアが前記吹き出し口２６がらガイ
ドレール２２の四面に向けて吹き出し、その反力によっ
てベアリング部２１はガイドレール２２から浮揚する。
従って、二物体が擦れる力、摩擦力がないので、ベアリ
ング部２１は軽快に移動することができ、一度移動し始
めると空気摩擦抵抗によって運動エネルギが失われるま
で、移動し続けることができる。勿論、摩擦面間に油脂
分等の潤滑剤を介在させる必要がないので、油煙等が発
生することもなく、また物体間の摩擦がないので、磨耗
による塵芥の発生もないため、超精密な位置決め精度を
要求される磁気ディスク装置などにおいては正に最適と
言える。

【００２４】なお、上記説明では磁気ディスク装置にお
ける精密位置決め装置の入力信号処理方法についてのみ
詳述したが、本発明の精密位置決め装置の入力信号処理
方法はこれに限定されるものではなく、例えば光ディス
ク装置の光学ヘッドポジショナのように特に低速移動領
域において超精密な位置決め制御を要求される装置であ
ればどのような局面においても使用が可能である。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の精密位置
決め装置の入力信号処理方法によれば、正弦波入力信号
の周波数に応じて該入力信号のノイズを低減することに
より、少なくとも前記移動体の低速移動領域における前
記正弦波入力信号のノイズによる不感帯域を小さくこと
ができるので、特に低速移動領域において精密な位置決
め精度を要求される装置において、常時、安定且つ連続
した位置検出を可能とし、ひいては精密な位置決めが可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の精密位置決め装置の入力信号処理方法
を使用した磁気ディスク装置の一例を示す組立説明図で
ある。

【図２】図１の磁気ディスク装置における精密位置決め
装置のブロック図である。

【図３】図２の精密位置決め装置における波形整形ユニ
ット内のブロック図である。

【図４】図２の精密位置決め装置における波形整形ユニ
ットにいたるまでの低速移動領域ノイズリダクション回
路の回路図である。

【図５】図４の低速移動領域ノイズリダクション回路の
フローチャート図である。

【図６】図４の低速移動領域ノイズリダクション回路に
よるゼロクロスシュミットトリガ回路の作用説明図であ
り、（ａ）は高速移動時の状態説明図、（ｂ）は低速移
動時の状態説明図である。

【図７】図１の磁気ディスク装置においてポジショナの
移動用に使用されたリニアスライドエアベアリングの縦
断面図である。

【図８】磁気ディスク装置における制御ブロック図であ
る。

【図９】レーザリニアエンコーダの基本構成説明図であ
る。

【図１０】図８の制御ブロック図における位置決め回路
のブロック構成図である。

【図１１】従来の位置決め回路におけるゼロクロスシュ
ミットトリガ回路の作用説明図であり、（ａ）は高速移
動時の状態説明図、（ｂ）は低速移動時の状態説明図で
ある。

【符号の説明】

Ａは磁気ディスク Ｂはインターフェース回路 Ｃは制御回路 Ｄは磁気ヘッド Ｅは位置決め回路 Ｆは書込み読出し回路 Ｇはスライダ Ｈはヘッドポジショナ Ｍは直動モータ １０は波形整形ユニット １１は速度アンプ １２はＦ／Ｖ変換器 １３はドライバ １４は電流アンプ １５はＦ／Ｖ変換器 １６はコンパレータ １７は発振器 １８はアナログスイッチ １９はローパスフィルタ回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 移動体の変位をエンコーダ等の位置検出
   手段で検出し、該変位に応じた位置検出手段からの正弦
   波入力信号を処理して、前記移動体の位置を求めるもの
   であって、特に移動体の低速移動領域では高い位置検出
   精度が要求される精密位置決め装置における入力信号処
   理方法において、少なくとも前記移動体の低速移動領域
   における前記正弦波入力信号のノイズ成分による不感帯
   域を小さくするように、該入力信号の周波数に応じて該
   入力信号のノイズ成分を低減することを特徴とする精密
   位置決め装置における入力信号処理方法。