JPH05508956A - 磁気ディスクの光サーボ・システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 磁気ディスクの光サーボ・システム 本願は、１９９０年６月１８日出願の米国特許出願番号５３９６２５の一部継続 出願である。（代理人整理番号ＢＯ３Ｃ−８９０３）発明の分野 本発明は情報記憶システムに関し、更に詳しくは、ディスクの回転軸の回りに同 心円状にないしは螺旋状に離間したデータ・トラックに対するヘッドの位置をト ラッキングするシステムに関する。

発明の背景 情報記憶システムの発達における現時点での重点は、いわゆる「デスクトップ」 サイズのコンピュータ・メモリ・システムに更に多くの情報を記憶させる能力で ある。これらの「デスクトップ」サイズの、ウィンチェスタ（Ｗｉｎｃｈｅｓｔ ｅｒ）ディスク・ドライブ型のメモリ・システムで用いられているような磁気的 記録されたハードディスク媒体を組み込んだメモリ・システムは、現在、最大で ２０メガバイトの磁気的記録された情報を記憶する能力を有している。そのよう なメモリ・システムの問題点は、ハードディスク媒体が必然的にコンピュータ内 に恒久的に備え付けられてしまうことである。このハードディスク媒体は容易に は取り外せないため、その使用はハードディスクの部分のうち使用の時点で情報 の記憶のために残っている部分に（それがいかなる部分であっても）制限される 。したがって、磁気的記録されたハードディスク媒体上の情報記憶システムは、 増加する情報記憶能力への潜在的な解決とは考えられていない。

柔軟性があり直径が５．２５インチ又は３．５０インチのディスクを記憶媒体と して用いる、いわゆる「フロッピー」ディスクのメモリ・システムは、容易に取 り外し可能な記憶媒体を提供する。しかし、この記憶システムの問題点は、この システムで用いられる１枚のフロッピー・ディスク上に磁気的記録される情報の 現在の記憶容量が、ハードディスクと等しいレベルにまだ達しておらず、すなわ ち、１枚のフロッピーディスク媒体は約１〜２メガバイトの磁気的記録情報だけ しか記憶できないことである。

光学的デバイスを利用してアクセス可能な情報記憶システムが著しい注目を受け てきている。これは、磁気的記録のなされるハードディスク又はフロッピーディ スク記憶システムにおいてよりも実質的に更に多くのデータ、すなわち４００〜 ８００メガバイトのオーダーの情報を記憶するという該システムが有する潜在的 能力のためである。

光学的メモリの改良された容量は、ドライブだけでな（媒体に関しても、磁気的 メモリ・デバイスよりも高コストで得られる。バリウム・フェライト（ＢａＦｅ ）の磁気媒体における新たな進歩によつて、ビット密度が光学的ビット密度を上 回ることが可能になった。しかし、取り外し可能な磁気媒体のトラック密度は、 光学的な場合よりも数倍も小さい。

光学的トラック検知法を用いてディスク上の磁気ヘッドの半径方向位置を決定す るディスクドライブが、より高いトラック密度を得るために使用されてきている 。そのようなシステムの１つが、５ＰＩＥ光学データ記憶に関する会議（１９８ ９年）で提出された論文であるＡＮ　ｌＮＴＲ０ＤＵＣＴＩＯＮ　Ｔｏ　ＴＨＥ 　ｌＮ５ＩＴＥ　３２５　ＦＲＯ阿工ＣＡＬ＠　ＤＩＳＫ　ＤＲＩＶＥ、　Ｇｏ ｄｗｉｎ″に説明されている。このディスク・ドライブは、２０ミクロンのピッ チで予め書き込まれた光学的トラックを含むディスクを使用する。

発光ダイオード（Ｌ　Ｅ　Ｄ）が、このディスクを照らす。ディスクの表面の像 は、レンズと鏡とによって４要素から成る光検出器に送られる。このシステムは 、以下のような欠点を有する。

Ｉ　ＮＳ　Ｉ　ＴＥのヘッドはＬＥＤを拡散型光源として使用しているので、デ ィスクにおける光の強さは、次いで検出器上の光の強さは、非常に弱い。これは 、電子的に太き（増幅しなければならない非常に低レベルのトラッキング信号を 生じる。この時点で、任意のシステム・ノイズもまた増幅されてしまい、多くの 非所望のノイズを伴う信号が得られてしまう。

Ｉ　ＮＳ　Ｉ　ＴＥのヘッドは、ただ２本のトラックの非常に短い断片を検知す る。

トラックのそのような小さな領域が検出されるのであるから、小さな破片、きず 、光学的トラックの縁のでこぼこ、又は反射率の変化などのすべてがノイズに寄 与する。

ｌＮ５ＩＴＥ光学システムのヘッドは、非常に短い焦点深度（±６μｍ）により 、ディスクの表面の拡大された像（５，５倍）を作り出す。この短い焦点深度の ために、トラッキング信号は、衝撃や振動やヘッド内での熱膨張が存在する場合 には、非常に速（劣化する。ｌＮ５ｉＴＥは、２種の金属を用いた（パイメタリ ックな）機構を含んでおり、熱膨張と光学システム内の屈折率変化の指数とを補 償する。

発明の概要 従来のディスク記憶システムの上述の欠点を除去するセンサと光トラッキング・ システムとを提供することが本発明の目的である。

ノイズ、衝撃、振動、熱膨張に比較的敏感でない光トラック感知システムを使用 することによって可能となった高いトラック密度の磁気ディスク記憶システムを 提供することが本発明の目的である。

本発明にしたがって、サーボ・トラックの間の間隔に関係した線間隔（フリンジ ・スペーシング）を有する光干渉パターンがディスク上に入射する。干渉パター ンとサーボ・トラックとのコンポリコーラ９ンであるサーボ誤差信号が発生する 。このサーボ誤差信号は、データ・トラックに対する磁気ヘッドの位置を制御す る。

本発明は、以下の各点で従来の光トラッキング・システムに対して利点を有する 。

高輝度のスポットがディスク表面の上に入射し、検出器で再度画像化される。

これにより、より小さな増幅しか必要としない更に高レベルのトラッキング信号 が生じる。結果的なトラッキング信号は、例えばｌＮ５ＩＴＥのヘッドと比較し てより少ないノイズをもつ。

本発明では、ドラッギング信号が、ディスクのより大きな領域を感知することに よって作られる。パターンは、数トラツク幅広（、数ミクロン長く領域をカバー する。ディスクのより広い領域を検出する理由は、ディスクの小さなきずや予め 書き込まれたサーボ・トラックの縫の乱れによって生じるノイズを減らすためで ある。これは、ディスク上の数トラツクを覆うトラッキング信号を一度に効率的 に平均化することによって達成される。極端に長い焦点深度（１ｍｍを超える） のために、システムは、ディスクの軸ランアウト、衝撃、振動、熱膨張、その他 の熱的変化にたいする感度を低下させることができる。

本発明の別の特徴によれば、高輝度のスポット干渉パターンが、ディスク自体の 上に直接に入射するのではなく、固定された回折格子　（ｇｒａｔｉｎｇ）上に 入射する。この回折格子ないしエンコーダは、磁気ヘッドのゼロ位置を指示する 「フラッグ」領域を有している。光サーボ・システムがこのフラッグ位置を感知 するとき、ヘッドがゼロないしは基準の位置にあることの指示が生成される。こ れが、ディスク・ドライブの半径方向位１カウンタをリセットするのに用いられ る。

本発明に更にしたがうと、本発明の光学システムは、ホログラツフイク光学要素 を含んでいる。このホログラッフイク光学要素（ＨＯＥ）とレンズとは、該光学 要素の温度補償を提供する透明なプラスチックのブロック上で型を取られる。

本発明の更なる特徴によれば、光サーボ・システムは、データ・トラックを読み 取る磁気ヘッドに接着し、その磁気ヘッドと共にモノリシックな構造を形成する 一体化した光学要素を含む。

本発明の以上で述べたような目的、特徴、利点は、以下の更に詳細な特定の実施 例の説明からより良く理解されよう。

図面の説明 図１は、本発明に従ったディスク記憶システム及び光トラッキング・システムを 示す。

図２は、サーボ・トラックのパターンと干渉パターンとが上にあるディスクの部 分を示す。

図３は、本発明のトラッキング・システムのレイアウトを示す。

図３Ａは、ＨＯＥの構造を示す。

図４は、干渉パターンを生じる２つのスリットを示す。

図４Ａは、スリットの幅と間隔（スペーシング）とを示す。

図４Ｂは、干渉パターンとスリットの幅及び間隔との関係を示す。

図５は、干渉パターンを極度に拡大したものである。

図６は、サーボ・トラックに関する光干渉パターンを示す。

図７Ａは、ディスク半径の関数としてのサーボ・トラックの反射率を示す。

図７Ｂは、ディスク半径の関数としての光干渉パターンの照度を示す。

図８及び図８Ａは、光干渉パターンを２つの光パターンに分解するプリズムを示 す。

図９及び図９Ａは、ＨＯＥ構造をより詳細に示す。

図１０Ａ及び図１０Ｂは、２つの反射した光パターンを示す。

図１１Ａ及び図１１Ｂは、２道セル光検出器によって発生する直角サーボ誤差信 号を示す。

図１２は、光エンコーダの別の実施例を示す。

図１２Ａは、図１２のクワッドセル光検出器を示す。

図１３は図１２に類似するが、半径方向トラックカウンタをリセットするのに用 いられるサーボ・システムを更に示す。

図１４は、エンコーダ回折格子のフラッグ領域を示す。

図１５Ａは、スポット５３がエンコーダの部分５６を横断する際に生じるサーボ 誤差信号を示す。

図１５Ｂは、他方の非フラッグのサーボ誤差信号を示す。

図１６は、フラッグ領域の別の実施例を示す。

図１７Ａは、スポットが図１６のエンコーダのフラッグ領域を横断する際に生じ るサーボ誤差信号を示す。

図１７Ｂは、他方の非フラッグのサーボ誤差信号を示す。

図１８は、別々の干渉パターン又はスポットがエンコーダのフラッグ領域を横断 する別の実施例を示す。

図１８Ａは、図１８の回折格子をスポット５３が横断する際のサーボ誤差信号を 示す。

図１８Ｂは、同じ回折格子をスポット５４が横断する際のサーボ誤差信号を示す 。

図１８Ｃは、図１８の回折格子をスポット６４が横断する際に生じる信号を示す 。

図１９Ａは、ホログラッフィク要素とレンズとが型取りされるプラスチック・ブ ロックのエツジの図である。

図１９Ｂは、図１９Ａのプラスチック・ブロックの底の平面図である。

図２０Ａは、磁気ヘッドのついた一体化した光ヘッドの断面図である。

図２０Ｂは、図２０Ａのヘッドの部分的な後方図である。

図２０Ｃは、図２０Ａのモノリシック構造の底部のアイソメトリックである。

好適実施例の説明 図１は、回転軸１１と複数のデータ・トラックを有する取り外し可能なディスク 表面１０からのデータ読み取り又は該ディスク表面へのデータ書き込みのための ディスク記憶システムを示す。サーボ・トラック１２．１３その他が、前記デー タ・トラックと同心円状に記録された光パターンを形成する。また、サーボ・ト ラックは、渦巻き状パターンで有り得る。

ディスクは、その軸１１の周囲を、図示されていないドライブによって駆動され る。読み取り／書き込みヘッド１５は、読み取り又は書き込みのためにディスク 表面に近接しておかれている。アクチュエータ１７が、ディスク表面に対してヘ ッド１５を位置付ける。サーボ・システム１９がアクチュエータ１７を制御する 。サーボ・システムは、光検出器２１によって生成されるサーボ誤差信号に応答 する。

本発明にしたがって、光干渉パターンが、読み取り／書き込みヘッド１５に堅固 に取り付けられたオブティクス２３によって生成される。干渉パターンは、書き 込みヘッド１５に直ちに隣接するディスクのサーボ・トラック上に入射する。

反射光は、干渉パターンと予め記録されたサーボ・トラックとのコンボリューシ ョンである。この光は、光検出器２１によって検出され、サーボ誤差信号が生じ る。

図２は、磁気ディスクの部分を示している。予め記録されたサーボ・トラックが １２．１３に示されている。光干渉パターン２５は、サーボ・トラックの間隔に ほぼ等しい間隔のフリンジを有している。

図３では、低パワーの７８０ｎｍのレーザ・ダイオード２７が、集光レンズ２９ によって集められるコヒーレント光を発する。アパーチャ板３１は、コヒーレン ト光の２つの交差するビームを生じる２つのスリットを有している。プリズム３ ３は、２つの干渉するビームに直行する方向にレーザ・ビームを分割する。プリ ズム３３は、各スリットを通過する光の半分をカバーする。プリズム３３は、ビ ームの半分をわずかに回転させることによって、２つの干渉パターンがレンズ３ ５の合焦面に現れるようにする。コヒーレント光のスポットはディスク１０上に 入射する。入射光は、ディスク１０上のサーボ・トラックの予め記録された光パ ターンと共に巻かれる。反射光は、撮像レンズ３７によって、２道セル光検出器 ３９上に撮像される。２つのセルは、２つの反射光パターンを検出して、サーボ 誤差信号として用いられる直角信号を発生する。

図４に示されているように、レンズを形成するスポットを通過する光は、アパー チャ板３１によって光の２つの経路に分けられる。複数のサイクルの干渉パター ンが、レンズ・システムの合焦面において作られる。干渉パターンの空間的周波 数は、２つの交差するビームの相対角によって決まる。

本発明の光学要素は、複数ゾーンの）（ＯＥ又は複数ゾーンの複製されたオブテ ィクを含む、あるいは、はとんどこれによって置き換えられる。第１の実施例は 、コリメータ・レンズ、１対のスリット、プリズム、それに（リターン・ビーム 経路のために）集光レンズを含む。これらのデバイスの４つすべて又はその部分 集合は、ＨＯＥ又は同様のフォーマットの全屈折複数要素のアレーによって置き 換え可能である。そのような特別注文のＨＯＥの製作者は、複製のための表面レ リーフ・パターンを、コンピュータにより作成するあるいはＥビームでエツチン グをし、光能率性を増加させるために回折格子の場合のように、「ブレージング 」を利用する。

図３Ａは、ＨＯＥ３６が、図３のレンズ、スリット、プリズムを置き換えた実施 例を示している。

ブレーズ付きの表面エンボス・ホログラムは、実際境界領域技術のデバイスであ って、屈折と回折の両方が光経路の方向付けに用いられる。それは、フレネル・ レンズ（全屈折的）と、回折により厳格に働くブレーズされていないホログラム との機能を組み合わせる。実施例は、離散光学デバイス又は複数要素の組み合わ せを含み、屈折的、回折的、又は組み合わせ（つまり、ブレーズされたホログラ ム）のいずれも本発明の範囲内である。説明している特定の実施例において、ス リット間隔とレンズ焦点長は、７８０ｎｍの波長を用いて２．２°のビーム角度 を提供するように選択される。たとえば、ピッチすなわちデータ・トラックの間 の間隔とサーボ・トラック間の間隔とは、はぼ２０ミクロンである。この例では 数サイクルのフリンジを有する干渉パターンは、データとサーボ・トラックとの 間のピッチと等しいフリンジの間の間隔で生じる。フリンジ間隔とトラックのピ ッチとの間の複数の関係が用いられ得る。

図４Ａは、アパーチャ板３１のスリット３８．４０を示している。スリットは、 幅Ｗ１間隔ｄを有する。

図４Ｂは、干渉パターンのフリンジと、アパーチャ板の幅と間隔との関係を表し ている。干渉パターンの長さｌは、スリットの幅に反比例し、フリンジの間の間 隔は、スリットの間の距離ｄに反比例する。図５は、拡大されて誇張された干渉 領域であり、本発明の利点を表している。干渉パターンが、４１で示される領域 全体に作られる。パターンが領域全体に存在するため、光をディスク表面で合焦 させる必要がない。むしろ、ディスク表面が領域４１内に有る限り、適切な干渉 パターンが光トラック上に入射する。この長い焦点深度によって、それは本実施 例では約１ｍｍであるが、システムは、ディスク軸ランアウト、衝撃、振動、熱 膨張、その他の熱的変化に対しての感度が低下して、製造上の寛容さを緩和する 。２つのビームの重なりゾーンは、干渉パターンが存在する場所にある。３つの 楕円は、３つの異なった合焦位置に対する重なりの程度（すなわち、干渉パター ンの程度）を指摘している。

図６は、サーボ・トラックによって形成された予め記録された光パターンに関連 して、スリットによって作られた干渉パターン２５を示す。

図７Ａは、ディスクの半径の関数としてサーボ・トラックの反射率Ｒを示す。

図７Ｂは、光パターンの輝度Ｉをディスク半径ｒの関数として示す。光干渉パタ ーンの光がディスク表面から反射する場合には、反射光は、入射した光の輝度と サーボ・トラックの反射率とのコンボリューションである。これは、よく知られ た畳み込み（コンボリューション）積分で特定される。すなわち、ｆｏ’ｊｏ’ Ｉ　（ｓ　−ｘ、ｔ−ｙ）　・Ｒ（ｘ、ｙ）　ｄｘｄｙである。

光の反射率が特定の実施例で示される場合、光は、ディスクを通過して伝播する 。同様に、結果は、入射光の輝度とサーボ・パターンとのコンポリューションに なる。この場合には、それは、反射率というよりも媒体の透過率であり、これは 、入射光と共に巻かれる。

図８は、プリズム３３が、干渉パターンを２つのスポットに分離する様態を示す 。プリズム３３は、各スリットを通過する光の半分をカバーする。プリズム３３ は、わずかに矢印４３で示される方向に回転して、スポットの内の１つをトラッ ク或いは半径と交差する方向に動かして、その位相を第１の位相に対して変える 。

プリズムは９０°の位相シフトを達成するように調整されて、その位置で固定さ れる。現在考慮している実施例では、９０６の位相シフトを達成するためには１ ０未満の回転が必要になる。

図８Ａは、プリズム３３のウェッジ断面とビームを曲げる動作が示されている。

プリズムが１つのスポットの位置をいかに変えるかが示される。

図９及び図９Ａはホログラフ構成をより詳細に示す。ＨＯＥ３６は、レンズ２９ を置き換える領域３６Ａ、スリット３１、プリズム３３、レンズ３５を含む。

領域３６Ｂは、レンズ３７を置き換える。図９は、光を媒体１０の表面にそして 検出器３９にと導く鏡４４を示す。

図１ＯＡ及び図１０Ｂは、サーボ・トラックからは位相が９０°ずれている２つ の干渉パターンを示す。

図１１人は、半径方向距離の関数として光検出器が生成する正弦波信号を示す。

図１１Ｂは、第１の信号に対して位相が９０°ずれている正弦波信号である光検 出器からの第２の出力を示す。これらの２つの信号は、当該技術分野で既知の様 態でサーボ・システムにおいて用いられる。

本発明の光学ヘッドデバイスは、回折格子又は線形位置エンコーダで用いられる 型のルーリングと共に用いられる。これは、光チャネルを「デュアル・チャネル 」にすることによって、両方のスポットの対を媒体ディスク上に、そしてまた固 定基準スケールとして機能する機構内に固定されるルーリング・パターン上に投 射される。同じ光学ヘッドが、両方のチャネルから光ビームを集め、ａ）媒体デ ィスクデータ信号に対する位置、ｂ）ドライブの主なフレームワークに対する位 １、に関する、すなわち、回転の中心からの絶対半径による、２組の位！旧号を 発する。このようにして、同じシステムが、レーザで印の付いた媒体のトラッキ ング又はスピンドルからの絶対半径によって位置付けられる従来型のフロッピー ディスクとしての動作の能力を提供する。利点は、このデュアルチャネル検出シ ステムとによって、デュアル変換器ヘッド（広い及び狭いトラック）によって、 ドライブが「下方コンパチブル」すなわち、新しい（例えば２０メガバイト）或 いは古い（例えば１．４メガバイト）媒体の両方を読み書きできる点である。

図１２は、そのような２チヤネルのシステムである。ＨＯＥ４６は、鏡４７から 反射した４つのスポットを、ディスク表面１０にそして線形エンコーダのような 固定スケールの表面４８に投射する。反射光、ディスク１０からの２つのスポッ ト、固定スケール表面４８からの２つのスポットは、よくファラドセル光検出器 と呼ばれる４分円の光検出器の３つの要素の上に再度撮像される。

図１２Ａは、ファラドセル光検出器５０に入射する４つのスポットを示す。トッ プの２つのスポットは、ディスクから反射して、スポットの１つが他方から位相 が９０°ずれている。ボトムの２つのスポットは、固定スケールの表面４８から 反射して、スポットの１つが他方から位相が９０’ずれている。

固定スケールの表面４８にたいする第２組のスポットを作る第２組のスリットは 、第１よりも近接した間隔でおかれる。単一チャネルの実施例においては、スリ ットの間のデッドゾーンと浪費された光を使用する。フリンジ間隔は、スリット 間隔に反比例する。よりて、第２のチャネルスポットは、より大きなフリンジ間 隔を有している。間隔は従来のフロッピーの規格に合うように選択される。した がって、第２チヤネルのものも使用できる。フリンジ間隔とマツチしたピ・ソチ の規格化された回折格子が作られて、キャリッジ移動に平行な媒体に平行に固定 される。光学ヘッドが、２対のビームをやや異なった角度で導き、ターン鏡４７ の表面において、垂直方向の分離を得る。このバージョンのための鏡は、デルタ 状であり、１対のビームを上に向かせ、他方のび−むを下に向かせる。１つをデ ィスクに、他方を固定スケールにである。

示差読み込み又はコモンモード拒絶は、本発明にしたがって達成される。本実施 例の直角信号を与えるスポットの各対について、我々は、代わりに４つのスポ、 ソトを発生させ、それぞれ９０°位相がずれており、信号は対にされている。

図１５Ａの波形は、エンコーダ・スポット５３がそのフラグ領域を通ってそのレ ギュラー回折格子をランオフしたとき発生するものである。まず始めに、ある間 隔が生じ、ここでは、正弦波変調が依然として明瞭であるが、しかしその振幅が ゼロにまで降下している。そしてこの次に、その光スポット５３がフラグ５８の 中心にある分離したエツジと交差したとき、その信号は、階段のあるランプとな る。その分離エツジは、基準半径５９の所にある。サーボ・システム１９は、そ のスポット５３がその基準半径を横切っている所の点を識別する。トリが５２は 、その波形から、半径トラック・カウンタ５１を繰り返し可能な形式でリセット する。次に、そこから、半径方向位置をスポット５４からの正弦波信号（図１５ Ｂ）を使ってカウントし７、そしてこのカウニ／トは、フラグ・スポツト５３が そのフラグをランオフするときの通常の正弦波信号を得るまで続ける。このこと は、信号の直角になった対が上記分離フラグ・エツジ５９と正常エンコーダ・ス ケール領域との間の距離（約１０トラツク分）に対して利用可能ではないことを 意味し、従って上記間隔による正確な距離測定がその進行方向についての知識に 依存し、このため、キャリッジが、これが受ける正弦波信号のサイクルをかシフ トしながら内径方向に飛翔している間においてのみ、信頼性があることになる。

このフラグのもう】つの実施例は、図１６に示してあり、これでは、回折格子４ ８は、エンコーダの端部の空部のみから成るフラグ領域６０を持っている。図１ ４の場合と同じように、このフラグ領域は、そのエンコーダ回折格子の幅のほぼ 半分であり、そしてその配置は、幾つかのスポットの内の１つのみ即ちフラグ・ スポット５３がそれを横切るようにし、従ってそのフラグのエツジが、キャリッ ジが基準半径の所にあるとき光スポットが照らす所の位置に、実買上来るように している。従って、スポット５３がそのエツジを横切って上記空部内へ動いてい るとき、その正弦波サーボ誤差信号は、その振幅が、キャリッジが基準半径の所 にある時点でのものの丁度半分にまで下がる。これは、図１７Ａに示した正弦波 サーボ誤差信号中に、６１で示している。図１７Ｂは、スポット５３に直角のス ポット５４が発生する正常の妨害されていないサーボ誤差信号を示している。サ ーボ・システム１９は、これら２つの波形からトリガを行うが、しかしそれら両 信号は、それらの直角関係で存在しかつ使用可能であり、従ってサーボ・システ ム１９は、ディスクのランアウト又はキャリッジ方向に拘わらずに全情報を有す ることになる。

図１８は、別個の１つのスポット６４を使ったもう１つの実施例を示しており、 これは、エンコーダ回折格子上の別個の１つのフラグ領域６５を通過する。この 実施例のためには、別の１つの光検出器が必要である。本発明のホログラフ光素 子（ＨＯＥ）実施例では、そのＨＯＥは１つのゾーンを持ち、このゾーンは、他 の２つのエンコーダ・スポット５３及び５４のそばあるいはそれらの間で、半径 方向に狭く合焦させた別のスポット６４を生成する。本エンコーダは、そのスポ ット６４のみをインターセプトするフラグ６５を持っている。このフラグは、図 １６に示した空部タイプとしたり、あるいは、図１４に示したタイプのものとす ることができる。この実施例におけるサーボ信号は、他の２つのエンコーダ信号 がその直角関係で一杯のしかも変化しない振幅にある間に、基準半径方向位置５ ９で生ずる急な、トリガし易いエツジを持つことになる。

図１８Ａは、スポット５３がその回折格子を横切るときに発生するサーボ誤差信 号を示し、また図１８Ｂは、スポット５４がその回折格子を横切るときに発生す るサーボ誤差信号を示している。図１８Ｃは、スポット６４が上記空部６５を横 切るとき発生する信号を示しており、これは、特に、そのスポットが基準位置５ ９を通過するときに発生する急なエツジを示している。

図１９Ａ及び図１９Ｂは、ホログラフ光素子７１、コリメータ・レンズ７２、及 び集光レンズ７３を示しており、これらは、透明なプラスチック・ブランク上に 成形したものである。本発明のこの実施例では、熱補償を提供している。

レーザ・ダイオードは、温度により波長が特有に変化し、このことは、ホログラ ムの焦点面が、レーザの温度が変化したときその波長変化からシフトするという 問題が生ずる。本発明の光トラッキング・センサが働く温度範囲は、摂氏で数十 實であり、これは、はぼ１０ナノメートルの波長シフトを起こさせそして信号振 幅を有意に劣化させるに十分な焦点シフトを起こさせるのに十分なものである。

同様に、熱シフト問題は、ＨＯＥではな（成形プラスチック・レンズを使用した 実施例にも本来的なものである。この場合、それに寄与する主要なものは、１度 による回折率の変化率であって、レーザ波長による折率の変化ではない。それら ２つの現象は、互いに逆の符号である。従って、ホログラフ素子及び成形プラス チック屈折素子（これは、ヘッドの温度変化による焦点面シフトが実質上ゼロで ある）の双方における光線屈曲力を持つ、上記ＨＯＥに類似の温度補償型光デバ イスを形成することは可能である。

この組合せデバイスは、長方形の透明プラスチックのブロック内に成形し、その 際、そのＨＯＥ部分７１は、１つの平らな表面に成形し、そしてレンズ膨らみ部 ７２及び７３はそれとは反対側の表面に成形する。

上記の温度問題並びにこれを補償する本発明の特徴については、以下に説明する 。アルミニウム・ハウジング内に１つのホログラフ素子及び１つのレーザ・ダイ オードだけのものでは、温度のあるＪＪによる像焦点距離の変化に対し寄与する ものは、 ２、レーザとホログラムとの間の物質の膨張（これは、ホログラムからのソース の距離を攬如させ、像焦点に対する距離を（させる）。

３、　ホログラムの物理的サイズの膨張（これは、その焦点距離を（僅かに）弊 させ、像焦点に対する距離を攬如させる）。

４、　ホログラムと媒体表面との間のハウジングの物理的長さ、その所望の焦点 面が（少量の）膨張し、従ってこれは“動く目標”となること。もしヘッドを適 切に温度補償すれば、上記の１から３までの像位置変化は、これに等しい導婁分 となる。

光ヘッドのプラスチック・レンズ形に対する上記と同様のリストは、上記のリス トと殆ど同じとなるが、ただし１つだけ違うものがある。即ち、項目１は、以下 の２つのパートに変わる。

ｂ、レンズの屈折率が波長に僅かに依存すること（この結果、温バート１は、Ｈ ＯＥの場合に主要なものとなり、バート１ａはプラスチック・レンズの場合に主 要なものとなり、従って焦点外れは、大きな減少から大きな増加となる。

本発明の１つの実用実施例に対する実際の計算では、ＨＯＥのみのシステムに対 しては、摂氏４０度の温度上昇により像焦点面が媒体面に対しほぼ−２，６ｍｍ （マイナス符号は減少を示す）変化し、これは、許容できないほど大きな量であ る。プラスチック・レンズ形では、はぼ＋２．２ｍｍの変化となり、これは、上 記と殆ど同じでしかも逆の方向である。この状況は、これ自身、ある組合せ即ち レンズ・パワーの約半分がプラスチック・レンズにそして残りがホログラフ素子 にある組合せを、比例配分させることによりその温度による各変化が互いに相殺 し合うようにする、という補償方法に適したものとする。以下に示す例で、本発 明を例示する。

図２１は、曲面、プラスチック・レンズ表面を通り、そしてこのレンズの記号“ ｒ”を付した点にある第２の平らな表面で曲がる、という光線路を示している。

それは、ＨＯＥのラインの回折による曲がりであり、そして丁”は、それらライ ンの中心間間隔（ミクロンの単位で示し、μｍと記す）を意味する。

図２１は、曲面（プラスチックのレンズの表面）を通りｒの地点の第２の平面で 曲がる光線経路を示している。これは、ＨＯＥの線の回折による曲がりであり、 ｒは、線の中心から中心への、ミクロン（μｍと略される）単位で与えられる間 隔の意味である。以下のパラメータを仮定する。すべて室温におけるものとする 。

Ｒ＝　８．１４８ｍｍ ＴＨＫ　＝　１．５００ｍｍ ｄＮ／ｄＴ　＝　−１４，１０’／’Ｃα（プラスチック）６＝１０．１０−” ／℃α（ＡＬ、　’）　＝　２３．　４　１０−＠／’Ｃｄλ／ｄＴ＝　０．２ ５”７℃ λ　＝　０．７９μｍ θ、　＝　１．１０９゜ Ｚｔ　＝　３７．　８０５ｍｍ θ・　＝　６／２５３゜ ｒ　＝　１３．６μｍ 次のパラメータ群は計算され得る。

ｙ、Ｓｒ、θ１、θ２、θ３、θ４ これらのパラメータは、次のものを記述する８つの式から計算され得る。

１、入力の幾何（ｉｎｐｕｔ　ｇｅｏｍｅｔｒｙ）２、曲線のサグ（ｓａｇ） ３、屈折 ４、内側の幾何 ５、厚さ ６、回折 ７、内側の角度 ８、出力の幾何 Ｒ１ＴＨＫ１λ、Ｎ１θ・、θ３、Ｚｌが選択されたので、この問題を解く１つ の方法は、コンピュータで数値的にＹＩを見つけることである。

結果的な実施例は、次の通りである。

Ｒ＝　８．１４８ｍｍ ＴＨＫ　＝　１．５００ｍｍ Ｎ　＝　１．５７２７９１ λ　＝　０．７９μｍ θ・　＝　６．２５３゜ θ５　＝　１．１０９゜ Ｚｌ　＝　３７．８０５ｍｍ （Ｙ！　０．７３１８ｍｍ） Ｙ、　＝　０．６７４８ｍｒｎ θ、　＝　０．１１５ラジアン θ、　＝　０．０８２９ラジアン θ４　＝　０．０３８７４ラジアン Ｓ＋　＝　０．０２７９９ｍｍ ｒ　＝　１３．６０１８μｍ Ｚ＋　＝　６．１３０５ｍｍ 室温においてこの実施例から出発して、ディスクに対する焦点の変化が計算され 得る。Δ＝＋２０℃とする。次が生じる屈折指数Ｎが変化（減少） 曲率半径Ｒが変化（増加） Ｚｌが膨張（増加） ＴＨＫが膨張（増加） Ｙ２が膨張（増加） ｒが膨張（増加） レーザ波長が増加（増加） Ｚｌが膨張（増加） Ｚｌの膨張は、 ΔＺ２　°　Ｚｌ　・αＮ・ΔＴ ＝　（３７，８０５）（２３，４・１０〜’）（２０°）＝　０．０１８ｍｍ Ｚ３を合焦スポットの軸部分とする。

ΔＺ３は、ΔＴ＝＋２０℃に対して計算され得る。

式８は、ｔａｎθ、＝Ｙ、／ＺＳとなる。

温度変化によって、 Ｒ＝８．１４８　は　８．１５９４　まで増加し、Ｎ＝１．５７２７９　は　１ ．５６９９９　まで変化し、（より正確には、屈折指数の変化は、（ｄＮ／ｄＴ ）ΔＴ＋　（ｄＮ／ｄλ）・（ｄλ／ｄＴ）ΔＴとすべきである） ＴＨＫ＝１．５００　は　１．５０２１　まで増加し、λ　＝０．　７９０　は 　０．　７９５　まで増加し、Ｙ！　＝０．７３１８　は　０．７３２９　まで 増加し、ｒ　＝１３．６０１８　は　１３．６２０８　まで増加シ、Ｚｌ　＝６ ．１３０５　は　６．１３３４　まで増加する。

上述と同様の方法で、角度Ｙ１とＺｓとが得られる。

ｙ、＝０．６７５３３ θ　＝１．１１０゜ Ｚｓ　＝３７．８２２８ｍｍ　これは、ΔＺｓ　＝＋０．０１８の増加である。

これは、ΔＺ、についての場合と同様である。

結論は、ΔＺｓ（画像焦点距離の変化）は、ΔＺ！　（光と媒体との間の物理的 距離の変化）と同様に、＋Ｑ、０１８ｍｍであり、したがって、ヘッドは、熱的 に補償されている。

図２ＯＡ及び図２０Ｂは、磁気読み取り／書き込みヘッド１５に接着した一体化 した光トラッキング・センサ７５を示している。

磁気ヘッド１５のホール７４によって、エツジ備え付はレーザ７６からの光が、 磁気ディスク１０上に入射することが可能になる。反復可能な反射光は、一体化 したオブティクス７５内の検出器７７の上に、入射する。一体化したオプティク ス７５は、集積回路としてリトグラフ手段により構成された光学要素と光学経路 から成り、光学経路の部分は、本質的に層とパターンとに組み入れられた光ファ イバ又は導波管と同様である。このようなヘッドは、Ｐａｔｒｉｃｋ　Ｊ、Ｃｒ ｏｎｋｉｔｅ　ａｎｄ　Ｇｅｏｒｇｅ　Ｎ、　Ｌａｗｒｅｎｃｅ、　Ｆｅｂ、　 １５．１９８ｇ、　Ｖｏｌ、　２７．　Ｎｏ、　４　；＾ＰＰＩＥＤ　０ＰＴＩ Ｃ３，oＰ、　６７９−６８３−ＦＯＣＵＳ ＩＮＧ　ＧＲＡＴＩＮＧ　Ｃ０ＵＰＬＥＲＤＥＳＩＧＮ　ＭＥＴＨＯＤ　［ｌ５ ＩＮＧ　［ｌ０ＬＯＧＲＡＰＨＩＣ０ＰＴＩＣＡＬ　ＥＬＥlＥＮＴＳ”！：。

説明されている一体化されたＨＯＥ、レーザ、検出器、導波管を有する。

磁気ヘッド１５は、通常の磁気ポール片７８と溝７９とを有する。Ｌｏｓｅｅそ の他による米国特許第４４１４５９２号と同４９７５７９４号でより完念に説明 されるように、平坦領域８０と円形領域８１とが、ヘッドのフロッピーディスク への十分な結合を提供する。非常にわずかなエツジの楕円状のアウトラインは、 平坦及び円形領域の間で非常に鈍感になっており、８２で表されている。

一体化したオブティクス７５の基盤と磁気ヘッド１５の物質は、異なっており、 しかし、この２つは、非常に類似した処理ステップで扱われ、切り出され、微細 な尺度まで研磨される。この２つのデバイスは、光学部分の焦点距離が磁気ヘッ ドの厚さに全く等しくできて、この２つのブロックは、それらのエツジが基準化 され固定されるようにでき、光スポットは、磁気へラドポール片に対して必要な 位置に正確に相互に関係付けられる。

特定の実施例が示されて説明されてきたが、様々な改変が本発明の真の範囲内で 可能である。請求の範囲は、それらの改変すべてをカバーしている。

浄書（内容に変更なし） 浄書（内容に変更ない 浄書（内容に変更なし） ＦＩＧ、１０Ａ　ＦＩＧ、　ＩＯＢ 浄書（内容に変更なし） ＦＩＧ、　１５Ｂ ＦＩＧ、　１７Ａ ＦＩＧ、１７Ｂ 平成　５年２月２日

Claims (37)

【特許請求の範囲】
1. １．回転軸と該回転軸の回りに複数のデータ・トラックを有するディスク表面か らのデータ読み取り又は該ディスク表面へのデータ書き込みのためのディスク記 憶システムであって、 前記回転軸の周囲を前記ディスク表面を回転する手段と、前記ディスク表面に近 接して置かれて、前記トラックからの読み取り及び（又は）書き込みをするヘッ ドと、 前記ヘッドを、前記ディスク表面に対して位置を定める手段と、前記位置を定め る手段を制御し、サーボ誤差信号に応答するサーボ・システムと、を含むディス ク記憶システムにおける改良であって、前記ディスクに対する前記ヘッドの半径 方向位置を指示する、予め記録された光学的サーボ・トラックと、 前記サーボ・トラックの間隔に関連する縁間隔（フリンジ・スペーシング）を有 する光干渉パターンを作り出す手段と、を含んでおり、前記干渉パターンは前記 サーボ・トラック上に入射しており、前記干渉パターンと前記サーボ・トラック とのコンポリューションである前記サーボ誤差信号を発生する手段を更に含む、 ディスク記憶システムにおける改良。
2. ２．請求項１記載のシステムであって、前記サーボ・トラックが、前記データ・ トラックと同心円状に予め記録されているシステム。
3. ３．請求項１記載のシステムであって、前記縁間隔は、前記サーボ・トラックの ピッチに等しいシステム。
4. ４．請求項１記載のシステムであって、前記干渉パターンが前記サーボ・トラッ クから反射し、前記システムは光検出器を更に含み、反射した光は前記検出器に 入射するシステム。
5. ５．請求項１記載のシステムであって、相互に位相のずれている２つの光干渉パ ターンを発生する手段を含むシステム。
6. ６．請求項５記載のシステムと２進セル光検出器とであって、前記２つの光干渉 パターンは前記ディスク上のサーボ・トラックに巻かれており、前記巻かれた光 パターンの一方は前記光検出器の前記２進セルの１つの上に入射して前記サーボ 誤差信号を生じ、前記巻かれた光パターンの他方は前記２進セルの他方の上に入 射して直角（ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ）サーボ誤差信号を生じるシステムと光検出 器。
7. ７．請求項６記載のシステムであって、前記干渉パターンが、相互間に小さな角 度差のある２つの独立ビームに分割されて、焦点面で２つの別々の干渉パターン を生じるシステム。
8. ８．請求項７記載のシステムであって、前記光干渉の方向とほぼ直交する方向に 前記ビームを分割して、前記２つの干渉パターンの反射した像が前記検出器の２ つのセルの上で合焦してその結果前記直角信号を生じるウェッジ・プリズムが前 記角度差を作るシステム。
9. ９．請求項７記載のシステムであって、前記光干渉の方向とほぼ直交する方向に 前記ビームを分割して、前記２つの干渉パターンの反射した像が前記検出器の２ つのセルの上で合焦してその結果前記直角信号を生じるホログラフィック光要素 が前記角度差を作るシステム。
10. １０．請求項４記載のシステムであって、反射光を前記検出器上で合焦させる集 光レンズを更に含むシステム。
11. １１．請求項１記載のシステムであって、干渉パターンを作る前記手段がコヒー レント光のソースを含むシステム。
12. １２．請求項１１記載のシステムであって、コヒーレント光の２つの交差したビ ームを生じる２つのスリットを有するアバーチャ板を含むシステム。
13. １３．請求項１２記載のシステムと撮像レンズ又はＨＯＥであって、前記２つの スリットの間の間隔と撮像レンズ焦点の長さ又はＨＯＥの長さとが前記２つのビ ームの間の相対角度を決定し、前記干渉パターンの空間周波数は前記相対角度で 決定されるシステムと撮像レンズ。
14. １４．請求項１３記載のシステムであって、前記スリットの間隔と前記撮像レン ズ焦点の長さとは、約７８０ｎｍの波長で約２．２°のビーム角度を生じるよう に選択され、約２０μｍの縁の間隔を達成するシステム。
15. １５．請求項１記載のシステムであって、光干渉パターンを生じる手段はホログ ラシフィツク光要素であるシステム。
16. １６．請求項１記載のシステムであって、前記サーボ・トラックは前記ディスク 上に予め記録されており、 固定された格子（ｇｒａｔｉｎｇ）と、別の光干渉パターンを生じ、前記別の光 干渉パターンは前記固定された格子上に入射する手段と、 前記サーボ・トラック上に入射する光に応答する信号と前記固定された格子上に 入射する光に応答する別の信号とを生じる複数のセル検出器と、を含むシステム 。
17. １７．請求項１５記載のシステムであって、前記第１の記載された２つの干渉パ ターンと位相がそれぞれずれている２つの更なる光干渉パターンを生じる手段と 、干渉パターンの各対に対して直角信号を生じ、該直角信号は差をとられて直流 成分のない２つの直角信号を生じる４分円（ｑｕａｄｒａｎｔ）の光検出器と、 を含むシステム。
18. １８．ディスク記憶システムのための光トラッキング・サーボ・システムであっ て、該ディスクの回転軸の回りの複数のデータ・トラックから情報を読み取り又 は該データ・トラックへヘ情報を書き込むためのシステムであって、前記ディス クに対する前記ヘッドの半径方向位置を指示する、前記データ・トラックに予め 記録された光サーボ・トラックと、前記サーボ・トラックの間隔に関連する縁間 隔（フリンジ・スペーシング）を有する光干渉パターンを作り出し、前記干渉パ ターン手段は複数のトラックの上を覆って伸長する長さを有している手段と、前 記干渉パターンを前記サーボトラック上に撮像する手段と、前記干渉パターンと 前記サーボ・トラックとのコンポリューションである前記サーボ誤差信号を発生 する手段と、 を含むシステム。
19. １９．請求項１８記載のシステムであって、第２の光干渉パターンを発生し、前 記第２の光干渉パターンは前記第１の記載された光干渉パターンと位相がずれて おり、前記両干渉パターンは前記ディスク表面に撮像される手段を更に含むシス テム。
20. ２０．請求項１９記載のシステムと２進セル光検出器とであって、前記第１及び 第２の光干渉パターンは前記ディスク上のサーボ・トラックに巻かれており、前 記録かれた光パターンは前記光検出器の前記２進セルの１つの上に入射して前記 サーボ誤差信号と直角（ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ）サーボ誤差信号を生じるシステ ムと光検出器。
21. ２１．請求項１８記載のシステムであって、前記干渉パターンを小さな角度差の ある２つの独立のビームに分割して、２つの別々な干渉パターンを合焦面で作り 出すシステム。
22. ２２．請求項２１記載のシステムであって、前記干渉パターンを分割する手段が 、前記２つの干渉パターンの巻かれた像が前記検出器の２つのセルの上で合焦し て、その結果サーボ誤差信号と１つの直角信号を生じるウェッジ・プリズムを含 むシステム。
23. ２３．請求項１８記載のシステムであって、干渉パターンを生じる前記手段が、 コヒーレント光源と２本の交差した光線ビームを生じる２つのスリットを含むア パーチャ板とを含むシステム。
24. ２４．請求項２３記載のシステムと撮像レンズであって、前記２つのスリットの 間の間隔とレンズの焦点面が前記２本のビームの間の相対角度を決定し、前記干 渉パターンは前記相対角度によって決定されるシステムと撮像レンズ。
25. ２５．請求項１８記載のシステムであって、前記サーボ・トラックは、前記ヘッ ドに対して固定されている回折格子であり、前記干渉パターンが前記回折格子に 入射するシステム。
26. ２６．請求項２５記載のシステムであって、前記回折格子は前記回折格子の残り とは異なるフラッグ領域を有しており、前記フラッグ領域は前記ディスクに対し て前記ヘッドの基準位置を面しており、また、前記干渉パターンと前記回折格子 のコンポリューションに応答して、前記ヘッドが前記基準位置にあることを示す 手段をも前記回折格子が有しているシステム。
27. ２７．請求項２６記載のシステムであって、前記ヘッドの半径方向の移動の増加 をカウントし、前記ヘッドが前記基準位置にあることを示す前記手段によってリ セットされる半径方向位置カウンタを更に含むシステム。
28. ２８．請求項２６記載のシステムであって、前記回折格子が連続する明暗のバー を含むシステム。
29. ２９．請求項２８記載のシステムであって、前記フラッグ領域が、前記バーの残 りよりも十分に幅の広い少なくとも１つの明るいバーと少なくとも１つの暗いバ ーとを有するシステム。
30. ３０．請求項２８記載のシステムであって、前記フラッグ領域が前記連続した明 暗のバーをもたないシステム。
31. ３１．請求項３０記載のシステムであって、前記バーの不存在が前記回折格子上 に撮像される前記干渉パターンの幅よりも狭いシステム。
32. ３２．請求項２５記載のシステムであって、第２の光干渉パターンを発生し、前 記第２の光干渉パターンは、前記第１の光干渉パターンとは位相がずれており、 前記干渉パターンの両方とも前記回折格子上に撮像されるシステム。
33. ３３．請求項３２記載のシステムであって、前記回折格子上に第３の光干渉パタ ーンを発生する手段を含んでおり、前記回折格子は、前記ディスクに対して前記 ヘッドの基準位置を画するフラッグ領域を有しており、 前記フラッグ領域は、前記第３の光干渉パターンの経路の中にあるシステム。
34. ３４．請求項１８記載のシステムであって、前記干渉パターンを撮像する前記手 段は、透明なプラスチックのブロックで型取りされるＨＯＥとレンズとを含んで おり、前記ＨＯＥは、透明なプラスチックの前記ブロックの１つの表面上で形成 され、前記レンズは他方の表面上で型取りされて、光学要素の温度補償を提供す るシステム。
35. ３５．請求項１８記載のシステムであって、前記ヘッドは前記データ・トラック に磁気記録されたデータを読み取る磁気ヘッドであり、サーボ誤差信号を発生す る手段は、前記干渉パターンと前記サーボ・トラックとのコンポリューションに 応答する光ヘッドを含んでおり、 前記磁気ヘッドと前記光学ヘッドとは共通の構造に接着しているシステム。
36. ３６．請求項３５記載のシステムであって、前記光学ヘッドは、前記磁気ヘッド に接着した一体化した光学要素を含むシステム。
37. ３７．請求項３６記載のシステムであって、前記一体化したオブテイクスは、光 のレーザ・ダイオード・ソースと、前記光干渉パターンを発生するＨＯＥと、前 記サーボ・システムを発生する光検出器とを含むシステム。