【発明の詳細な説明】
異なる型式の複数の光学ヘッドを備えた光学ディスクドライブ
背景 発明の分野
本発明はディスクの上方でフライイングヘッド即ち浮揚ヘッドを位置決めする
装置を有するディスクドライブ装置に関する。関連技術
磁気/光学及び光学貯蔵ディスク媒体に基づく超高密度データ貯蔵装置はマー
ク又はスペースと呼ばれる一連の極めて小さな領域を含む少なくとも1つのトラ
ックにデータを貯蔵する。マークは書き込みプロセスにより改変された領域であ
り、スペースはマーク間の領域である。1又はそれ以上のビットの値は符号化技
術に従いマーク及びスペースの長さとして符号化される。トラックは0.2μm
の幅を有することができ、マーク及びスペースはその長さの1倍又は複数倍とす
ることができる。この貯蔵媒体の極めて小さな領域が情報を表すために使用され
るので、高い解像度でこれらの領域を判別できるトランスデューサ装置を使用し
て、各ビットに対して別個にアクセスできるようにする。単一のトラックを使用
する場合は、トラックは巻回体間の間隔即ちピッチが狭い螺旋を形成する。複数
のトラック(マルチトラック)を使用する場合は、トラック間の間隔即ちピッチ
を狭くした状態でトラックを配列する。マルチトラック間又はトラック巻回体間
の間隔が狭いため、高貯蔵密度を得るためには、媒体の表面に形成された単一の
トラック又はマルチトラックのピッチに関してトランスデューサを正確に位置決
めする必要がある。
磁気/光学及び光学貯蔵原理に基づく高密度ディスクドライブ装置は一般に、
通常の作動状態では記録媒体の表面に接触しないトランスデューサ装置を使用す
る。ある種のこのような非接触式のトランスデューサは、記録媒体の表面に関す
る正確な位置を確実に維持させる原理を用いるため、当業界において、浮揚ヘッ
ドとして知られている。以下、浮揚ヘッドを浮揚させる方法を第15図を参照し
て簡単に説明する。
ディスクドライブの作動中、典型的には特殊にコーティングされたアルミニウ
ム、ガラス又はプラスチックのディスクの形をした記録媒体は例えば3600R
PMの高速で回転する。ディスク107の回転運動により、ディスク107の表
面106の近傍において回転方向に空気流が発生する。ヘッド101は機械的な
アクチュエータ即ち負荷アーム103によりディスクの表面106の近傍に配置
されて、ディスクの表面とヘッドの下方部分との間で空気を流通させ、空気クッ
ション108を形成させ、この空気クッションはディスクの表面とヘッドの下方
部分との間の空間における空気圧によりヘッド101上に上向きの力FAを発生
させ、ヘッドの下方部分は空気軸受表面110を形成する。空気軸受表面110
とディスクの表面106との間に形成された空気クッション108を以下空気軸
受と呼ぶ。
浮揚ヘッド101は浮揚高さ113で浮揚し、この浮揚高さは、ディスクの表
面106から離れるようにヘッド101を押す空気軸受108の空気圧FAとヘ
ッドを負荷アーム即ちアクチュエータに装着するバネ105又はサスペンション
を介して加えられる下向きの力FLとの間の力のバランスにより決定される、ヘ
ッド101の空気軸受表面110とティスクの表面106との間の分離距離とし
て定義される。
力FLはバネの物理的な寸法、バネ材料のバネ定数及び作動中に生じるバネの
変形により決定される大きさを有する。空気軸受により加えられる上向きの力FA
はディスクの表面仕上げ、、ヘッドの下を通過するときのディスク表面の線速
度、並びに、ヘッドの空気軸受表面の形状及び寸法に依存する。力FA、FLが等
しくない場合は、正味の力がヘッドに作用し、この正味の力はその力の方向に対
応した垂直方向にヘッドを移動させる。FL=FAの場合は、ヘッドには正味の力
が作用せず、従って、垂直方向の運動は生じない。
従来の装置においては、浮揚高さ113が増大すると、空気軸受108が成長
して力FAを減少させ、バネ105が圧縮されて力FLを増大させる。各力FL、
FAと浮揚高さ113との間の関係は実際の装置における測定又は装置の物理
的なモデル又はコンピュータで作られるモデルによって達成できる装置の形状に
対する空気力学原理の適用により決定できる。従来の装置は、ディスク107が
通常の速度で回転しているときに所望の浮揚高さでFL=FAとなるように設計さ
れる。ディスクの回転が低下(即ち、停止に向かって減速)したとき、ヘッドと
ディスクとの間に空気軸受を維持するのに不十分な空気流が生じる。それ故、バ
ネ又はサスペンションにより与えられる下向きの力に対抗するのに不十分な空気
圧及び力が発生し、ヘッドとディスクとが接触する。従って、ディスク107が
停止に向かって減速したときは、ヘッド101はディスク表面106上に載置さ
れるようになる。代わりに、ディスクドライブは、ディスクの回転が低下したと
きにヘッドとディスクとの接触を阻止するためにサスペンション103を持ち上
げるがディスクドライブの通常の作動中は役割を果たさない機構を有することが
できる。
浮揚高さ103はディスクドライブの有効な作動を支配する1つの重要なパラ
メータである。浮揚高さ113が極端に大きな値であると、ディスクからの過剰
な距離が、例えば高周波信号の判別不能の如き許容できない機能上の性能を生じ
させてしまう。ディスクに対してヘッドが近接すれば、機能上の性能は改善され
る。しかし、浮揚高さ113が極端に小さな値であると、不十分な浮揚高さ即ち
ヘッドとディスクとの間の距離不足が空気力学的な不能や信頼性の問題や破滅的
な製品不良(例えば、データの消失につながるヘッド又はディスク表面の損傷を
生じさせるのに十分な力でヘッドがディスク表面に接触したときに生じるヘッド
の破損)を生じさせることとなる。ヘッドとディスクとの接触に関連する損傷の
可能性を避けるために、あるディスクドライブにおいては、ディスクの回転が低
下したときに接触を回避するようにディスク表面から離れるようにヘッドを移動
させる。ディスク表面と接触せずにヘッドが浮揚できる最小高さはディスクのた
めの最小滑空高さとして定義される。ディスク表面における粗雑さ(即ち、ミク
ロ的な***や粗さ)はヘッドと最初に接触する可能性のある特徴である。
ディスクドライブの製造における1つの問題点は、例えば、(負荷力を与える
)バネ特性、空気軸受表面形状の構成、(空気軸受力を与える)空気軸受幾何学
形状及び仕上げにおける製造上の変化、及び、(負荷力を与える)ディスクの表
面に関する負荷アームの位置の如き浮揚高さを決定する物理的なパラメータが、
公差帯域内である変化を発生させ、これに対応して、負荷力や空気軸受力、ひい
ては、浮揚高さが変化することである。ディスクドライブにおける浮揚高さの変
化の他の原因は、高度(即ち、周囲空気の密度)の変化、異なるトラック半径で
のトラックの異なる周長により空気流の速度を変化させるディスク上でのヘッド
の半径方向の位置、及び、トラックに対する接線に関するヘッドの傾斜角であり
、これらのすべての要因は空気軸受力に影響を及ぼす。
従来は、浮揚高さはディスクドライブの製造時に行われる機械的な調整により
設定されていた。機械的な調整は通常の状態の下で所望の浮揚高さを提供するよ
うに選択された静的な負荷力を設定する。例えば、静的な負荷力は手動で測定で
き、負荷アーム103を再位置決めするか屈曲させることにより調整できる。一
旦設定すると、静的な負荷力は、浮揚高さを決定する他のパラメータの変化を生
じさせるかもしれない作動条件が変化しても、ディスクドライブの寿命にわたっ
て実質上変化しない。従来の装置は実質上一定の浮揚高さを維持するために閉ル
ープフィードバック制御装置を使用するものとしても知られている。このような
装置はあるバラメータの変化を補償することができるが、ディスク毎の実際の最
小滑空高さの変化の如き他の公差誤差は補償されないままである。
従って、従来のディスクドライブにおける浮揚高さは最小滑空高さに設定でき
ない。むしろ、典型的には、上述の如き公差変化が考慮され、実際の浮揚高さを
設定するときに公差帯域を公称最小滑空高さ即ち設計最小滑空高さに付加する。
それ故、ヘッドとディスクの表面との間の望ましくない接触の可能性を排除する
ために、従来の装置は最大の予測できる実際の最小滑空高さより大きな公称浮揚
高さを設定する。従来の装置は、ディスクのための実際の最小滑空高さを決定す
る方法を有しないため、この公差帯域を使用する。
上述のことから、従来技術における1つの問題点は、従来の浮揚ヘッド装置が
ディスクのための実際の最小滑空高さで浮揚できないことである。最小滑空高さ
で浮揚できないので、従来の装置は理論的に可能な解像度より悪い解像度となる
。更に、光学信号を通過させるレンズの如き光学素子から出た無限小波によりエ
ネルギを光学ディスクへ伝達するような装置においては、光学ディスクへ伝達さ
れるエネルギは理論的に達成可能な値より小さくなることがある。それ故、この
ような従来の装置では、ディスク表面において十分な信号を維持するために、一
層強力なレーザーを必要とする。
光学浮揚ヘッド及びこれに関連するディスクドライブ素子を示す第20図を参
照して、従来の光学ディスクドライブにおける別の問題点を説明する。光学浮揚
ヘッド2001は空気軸受表面2005を画定する下表面を備えた本体2003
を有する。ヘッド2001はまた本体2003に取り付けられた二素子レンズ2
007を有する。レーザー光源2009はコリメートされたレーザービーム20
11を発し、このレーザービームはレンズを通って記録媒体の表面2013上で
合焦し、ビームスプリッタ2015を通って検出器2017へ戻る。適切に合焦
された場合は、ビームは記録媒体の表面で正確に収斂せしめられる。レンズの焦
点距離(即ちコリメートされたレーザービームがレンズを通った後に収斂する距
離)は一定である。この距離はレンズ素子の形状及び寸法に依存する。ディスク
表面上でのデータ貯蔵密度を最大にするためには、合焦されたビームのスポット
寸法を最小にするのが望ましい。当業者により、従来の装置はレーザー光源から
発されたレーザービームの波長での回折制限レンズ装置及び関連開口数を使用す
るように設計されている。すなわち、従来の装置では、予測される浮揚高さのた
めのレンズ素子間の距離を正しく設定することにより波先誤差を最小にしている
。浮揚高さの変化や他の公差のためにビームが記録媒体表面で正確に収斂できな
い場合は、情報を記録又は再生できる密度に悪影響を及ぼす。
上述のことから、従来の浮揚ヘッド装置における別の問題点は、レンズの焦点
距離を維持するようにディスク上方のレンズの高さを制御することにある。従来
の装置はレンズをヘッドに固定的に装着しているため、ヘッドの浮揚高さが変化
すると、ディスク上方のレンズの高さが必然的に変化し、その高さがレンズの焦
点距離でなくなった場合に性能が悪化する。更に、空気軸受表面に関するレンズ
の位置決め及びレンズの形状を含む装置の他の特徴が変化すると、合焦が達成で
きるか否かに影響を及ぼす。従来の装置はこれらの変化を個々に補償することが
できない。その理由は、レンズを固定したヘッドの高さを変更することによって
のみしか、ディスク上方のレンズの高さを制御することができないからである。
従来の携帯コンバクトディスク(CD)プレーヤーについては、このような装
置の比較的粗い位置決め器でさえ、外部からの機械的な衝撃に影響されやすいこ
とが知られている。本明細書で最初に略述したように、従来の装置の更に別の問
題点は、極めて接近した隣接トラック間を適正に判別するような極めてきめの細
かい位置決め解像度でヘッドを位置決めしなければならないことである。しかし
、極めてきめの細かい位置決め解像度の要求は、装置を、機械的な衝撃や振動に
一層影響されやすくしてしまう。
従来の装置の別の問題点は、極めて接近したトラック間を判別するような極め
て高いトラック位置解像度を提供すると共に、広範囲のトラック位置にわたって
極めて迅速な位置決めを行うことである。この問題に対する1つの従来の解決策
は、ヘッドを適正な位置に位置決めするように共働する粗い位置決め器及び精密
位置決め器の双方を提供することである。従来の粗い位置決め器はディスク上の
任意のトラック又はトラック群に対する近似位置へヘッドを迅速に移動させるこ
とができるが、十分な精度で読み取り及び書き込みを行うようにトラックに対し
て正確に位置決め(トラックを正確に追従)できない。それ故、粗い位置決め器
により大まかに位置決めした後、ヘッドは精密位置決め器により一層正確に位置
決めされる。従来、精密位置決め器は小さな群のトラックが占める距離間隔に等
しいかそれより小さな距離をカバーする運動範囲を有するが、極めて微細な解像
度を有する。この従来の構成における問題点は、粗い位置決め器が新たなトラッ
ク群に向かって数トラック分だけヘッドを移動させるように作動する毎に、その
運動が外部の機械的な衝撃として精密位置決め器に同様に作用することである。
すなわち、粗い位置決め器は、誘起された機械的な衝撃による遷移的な誤差を、
精密位置決め器が克服する最終位置誤差に付加する。粗い位置決め器がその運動
を停止したとき、精密位置決め器は、誘起された機械的な衝撃を克服すると共に
、データの読み取り又は書き込みが開始する前に目標のトラック上で正確に位置
決めを行わなければならない。精密位置決め器のこの運動は、別のトラック群へ
の粗い位置決め器の運動が無い場合の同じ距離にわたる精密位置決め器の運動よ
りも長い時間を要する。その理由は、精密位置決め器が粗い位置決め器の運動に
より生じた誘起された機械的な衝撃を克服するのに付加的な時間を必要とするか
らである。
光学ディスクドライブ産業においては、現在、2つの異なる型式のヘッド/媒
体装置が知られている。一方の型式のヘッド/媒体装置はCDプレーヤーに普通
に使用される装置である。この装置は非浮揚ヘッドと基体入射媒体とを使用する
。他方の型式のヘッド/媒体装置は浮揚ヘッドと空気入射媒体とを使用する。こ
れら2つのヘッド/媒体装置は本質的に両立しないものと思われる。
浮揚ヘッドは非浮揚ヘッドよりも大きな貯蔵容量を得るために使用することが
できる。浮揚ヘッドはディスク即ち媒体から実質上一定の離間距離を維持するた
めに、従って、一定の焦点を維持するために空気軸受を使用する。この空気軸受
は、ディスクからヘッドを離間させる空気フィルムが1マイクロインチの薄さで
作動できるような清潔な環境を必要とする。ヘッドはディスクと決して接触すべ
きではない。ヘッド又はディスク上のほこりはディスク破壊の原因となりうる。
有効に浮揚するためには、このヘッドはまた極めて小さな光学質量を有しなけれ
ばならず、大半の場合、光はヘッドを浮揚させる表面の近傍で合焦する。これを
空気入射という。
逆に、非浮揚ヘッドは媒体に関して光を合焦させるために合焦アクチュエータ
を必要とする。典型的には、デジタルビデオディスク(DVD)やCDの技術分
野においては、このヘッドは透明な基体を介して媒体の記録層に合焦させる。こ
れを基体入射という。基体入射ディスクはほこりに対して敏感ではない。その理
由は、光が露出した表面上で合焦されず、むしろ、比較的大きな面積の光が透明
な基体を通過して基体の反対側の記録層上で合焦するように収斂するからである
。従って、ディスク上のほこりはディスクを通って合焦する光の一部のみを遮る
だけである。
ディスクを通るビーム変換経路は、光波が表面を通って屈折するときに、光波
を変更する。この屈折は合焦されたビームの球面収差を生じさせる。反対に、空
気入射の場合の合焦されたビームは球面収差を生じない。しかし、球面収差の修
正は光学素子の設計に組み入れることができる。この修正では、基体を光で通過
させる必要がある。光学素子はすべて直径3mm以下の開口を有する傾向があり
、媒体への所望の作業距離を維持できる。
各型式(浮揚式及び非浮揚式)の装置はそれぞれ利点を有する。非浮揚ヘッド
装置は十分に確立された産業規格に対して一層厳しい。しかし、浮揚ヘッド装置
は一層大きな記録密度を得る。
従来の磁気光学装置はある場合には二ヘッド装置を使用していた。その目的は
直接上書きを達成することであった。密度は改善されなかった。しかし、この装
置はある意味では最悪の装置であった。その理由は、基体入射性能及び両立性の
能力も光学浮揚ヘッドに関連する密度ゲインも無いからである。
従来の装置は浮揚ヘッドの如きヘッド技術とCDプレーヤに使用されるような
遠隔位置決めされた非浮揚ヘッドとを組み合わせていない。これらの技術は互い
に両立しないものと考えられている。しかし、ディスクの型式が増えたので、不
両立性は、データを記録及び再生するために対応するディスクドライブ装置を増
やさねばならなくする。
本発明の目的は改善されたディスクドライブ装置を提供することである。
発明の概要
本発明の1つの実施の形態は複数の異なる型式の媒体から再生を行うための光
学ディスクドライブとして実現される。ディスクドライブは経路を辿るレーザー
ビームを発生させるレーザーを有する。レーザービームの経路は1以上の光学素
子を介してレーザーから光学記録媒体へ至る。ディスクドライブは更に、異なる
型式の媒体に対応する複数の異なる型式の光学ヘッドと、複数のヘッドを装着し
たヘッドキャリッジとを有する。複数の異なる型式の媒体のうちの1つを検出す
る手段は、検出された型式の媒体に対応する複数の光学ヘッドのうちの1つを特
定する。検出手段は媒体の反射率を測定することができ、または、例えば媒体に
取り付けたラベルを読み取るようになったセンサとすることができる。代わりに
、検出手段は媒体を保護し搬送するカートリッジのある他の特徴により作動せし
められるセンサとすることができる。ヘッドキャリッジを装着した位置決め器は
目標位置へヘッドキャリッジを移動させ、位置決め手段は情報を再生する媒体の
検出された型式に対応する光学ヘッドを位置決めするように位置決め器により誘
起される運動とは別個の運動をヘッドキャリッジ内に誘起させる。
ディスクドライブを用いて複数の異なる型式の光学媒体から情報を再生するた
めの、本発明の別の態様に係る方法によれば、複数の異なる型式の光学媒体に対
応する複数のヘッドを装着したキャリッジを提供する工程と、ディスクドライブ
内に位置する光学媒体から情報を再生するためにキャリッジに装着されたヘッド
を位置決めする工程とを有する。
本発明の更に別の態様に係る、ディスクドライブを用いて複数の異なる型式の
光学媒体から情報を再生するための光学ディスクドライブ装置は次のように構成
される。複数の異なる型式の光学媒体の各々から情報を再生するための複数の手
段がキャリッジに装着される。また、ディスクドライブ内に位置する光学媒体に
対応する再生手段の1つを使用するようにキャリッジを位置決めする手段が設け
られる。
図面の簡単な説明
図面において、同様の符号は同様の素子を示すものとする。
第1図は本発明の態様を示すフィードバック制御浮揚ヘッド負荷機構の概略ブ
ロック線図、
第2図は本発明の態様を具体化した機構を使用するディスクドライブの斜視図
、
第3図は、第2図の3−3線に沿って見た、ディスクドライブに使用するヘッ
ドサスペンションの側立面図、
第4図は、第3図の4−4線に沿って見た、ヘッドサスベンションの底平面図
、
第5図は、第4図の5−5におけるヘッドサスペンションの断面図、
第6図は第2−5図のヘッドサスペンションの斜視図、
第7図は第2−6図のヘッドサスベンションの運動を示す側立面図、
第8図は一体の合焦アクチュエータ及びヘッド/ディスク干渉センサを有する
ヘッドとしての本発明の実施の形態の端立面図、
第9図はジンバルを示す第2−6図のヘッドサスペンションの詳細図、
第10図は、第9図のジンバルの詳細図、
第11図は、第9図の11−11線における、ヘッドサスペンションの1つの
実施の形態の詳細を示す断面側面図、
第12図は、第9図のヘッドサスベンションの別の実施の形態の詳細を示す断
面側面図、
第13図は、第9図のヘッドサスベンションの代わりに使用できる更に別の実
施の形態の詳細を示す断面側面図、
第14図は、第13図のヘッドサスペンションの斜視図、
第15図は従来の浮揚ヘッド機構の概略側立面図、
第16図は、本発明に係る、第8、21、22図に示した如き浮揚ヘッドと一
緒に使用する枢動ヘッドキャリッジ組立体の斜視図、
第17図、第18図及び第19図は、3つの異なる位置を示す第16図の枢動
ヘッドキャリッジ組立体の平面図、
第20図はディスク表面上方で浮揚する従来の光学浮揚ヘッドの概略側立面図
、
第21図は一体の合焦アクチュエータを有するヘッドとしての本発明の実施の
形態の端立面図、
第22図は、第21図のヘッドの平面図である。
詳細な説明
図面に関連しての本発明の種々の図示の実施の形態についての以下の詳細な説
明から本発明を一層理解できるであろう。
本発明は従来技術の多くの問題点を解決し、従来の装置では達成できない付加
的な設計上の融通性を提供する。例えば、本発明の原理を用いた場合、装置は、
位置決め解像度及び衝撃抵抗を改善しながら、2以上の型式の媒体に適応するよ
うに構成できる。
本発明の1つの例示的な応用は単一のヘッドキャリッジに装着された2つの異
なるヘッドを有する光学ディスクドライブである。このような構成は、2つの異
なる型式のヘッドの1つによりそれぞれアクセスされる異なる型式の媒体をドラ
イブに使用することを可能にする。例えば、一方のヘッドは表面入射ヘッドとす
ることができ、このヘッドをディスク表面から実質的な距離を隔てて装着し、こ
のヘッドを介してレーザービームを媒体表面上に合焦させる。第2のヘッドは浮
揚ヘッド(例えば、空気入射ヘッドとしても参照される固体浸漬レンズ(SIL
)を担持するヘッド)とすることができ、このヘッドはディスク表面から極めて
小さな間隔で維持される。
ディスクをディスクドライブ内へ装填したとき、どちらの型式の媒体が存在す
るかの決定を行い、次いで、どちらの型式のヘッドを使用すべきかの決定を行う
。この決定はディスク上又はディスクを収容したカートリッジ上の表示マーク又
はラベルの如き付帯的な特色に基づいて行われる。代わりに、ディスクの記録表
面の反射率の如き付帯的な特色に基づいて決定を行うことができる。表面入射ヘ
ッドは、間違った型式の媒体上でのヘッドの浮揚による浮揚ヘッドの損傷の危険
性を伴わずに、どちらの決定が行われるかに基づいて反射率を測定するために使
用できる。
本発明の他の原理によれば、ヘッドは後に詳説するような回転式の精密位置決
めアクチュエータに装着できる。ヘッドは、回転式の精密位置決め器が平衡され
その重心のまわりで回転するような位置に装着される。このような構成は、外部
から加えられる衝撃や振動に対する、及び、粗い位置決め器が運動するときの大
きな整定移動に対する精密位置決め装置の不感性を改善する。
最後に、上述の任意の構成は調整可能な負荷力を光学浮揚ヘッドに作用させる
(後に詳説するような)装置と効果的に組み合わされる。これにより、浮揚ヘッ
ドの浮揚高さは負荷力の調整により制御できる。
本発明者の関連出願の1つ(名称「調整可能なアクチュエータ負荷を伴う浮揚
ヘッド」(FLYING HEAD WITH ADJUSTABLE ACTUATOR LOAD)、出願日:1997年
2月21日、出願番号:08/804,301)(以下、「アクチュエータ負荷
出願」という)は、公称の最小滑空高さ即ち設計上の最小滑空高さからの最小滑
空高さの変化に拘わらず、しかも、浮揚高さに影響を及ぼす他のパラメータの変
化に拘わらず、ヘッドを浮揚させたディスクの各データトラックのための実際の
最小滑空高さに実質上等しい浮揚高さに浮揚ヘッドを維持する方法及び装置を教
示している。この関連出願は、データにアクセスしている間にディスクに沿った
複数の点で実際の最小滑空高さを測定することにより、浮揚ヘッドの維持を実現
できることを教示している。測定は、浮揚ヘッドがディスクの表面凹凸(asperit
ies)に接触したか否か及び何回接触したかを検出することにより、行うことがで
きる。浮揚ヘッドは、表面凹凸との接触の低入射が検出された地点までディスク
の表面の方へ下降せしめられ、この地点は上述の最小滑空高さのすぐ下側に位置
する。次いで、ヘッドをこのような接触の範囲外に維持させるように、即ち、最
小滑空高さで維持させるように、ヘッドの浮揚高さが制御される。後に更に説明
するが、最小滑空高さは機械的な共鳴振動数でのヘッドの「環状運動」(ringing
)の証拠となるセンサ信号を調べることにより直接決定される。このような証拠
は共鳴振動数での信号の振幅である。浮揚ヘッドは、上記アクチュエータ負荷出
願に開示されたような装置に関連して最小滑空高さを測定するために使用できる
一体のヘッド/ディスク干渉(即ち接触)センサを有することができる。
上述のように、上記アクチュエータ負荷出願に記載された装置においては、ヘ
ッドはディスク毎に僅かに異なる最小滑空高さで浮揚する。浮揚ヘッド上にレン
ズを使用する光学装置に対しては、高さの変化は、レンズの形状及び相対的なレ
ンズ素子の位置及びヘッドの空気軸受に関するレンズ素子の位置における小さな
変化と組合わさって、最小滑空高さでのレンズ素子の光学的な合焦を不能にする
ことがある。本発明者の別の関連出願(名称:「浮揚ヘッドの最小滑空高さを検
出し、浮揚ヘッドに担持されたレンズを合焦させる方法及び装置」(METHOD AND
APPARATUS FOR DETECTING THE MINIMUM GLIDE HEIGHT OF A FLYING HEAD AND FO
R FOCUSING A LENS CARRIED ON A FLYING HEAD)、出願日:1997年3月26
日、出願番号:08/824,605)(以下、「検出/合焦出願」という)に
よれば、浮揚ヘッドはヘッドに関して可動な状態で装着された素子を備えたレン
ズを有していて、レンズがヘッドの浮揚高さに関係なく合焦できるようになって
いる。現時点の製造公差では、使用できるレンズ素子の運動は約0.5μmであ
るが、上記検出/合焦出願から、他の運動範囲も使用できること明らかである。
独立に合焦できるレンズを備えたヘッドは、ヘッドの浮揚高さが最小滑空高さに
見合うように変化するような上述の装置及びヘッドが最小滑空高さで浮揚しない
ような装置に使用できる。
上記検出/合焦出願及びアクチュエータ負荷出願の原理は、ヘッドとディスク
との干渉を表す信号を発生し、浮揚高さに関係なくレンズを移動させ合焦させる
ことのできる単一のトランスデューサを備えた浮揚ヘッドを提供することにより
、有効に組み合わされる。
上記アクチュエータ負荷出願の原理を利用し、上記検出/合焦出願に記載され
た1つの実施の形態は第8図に示され、PZTの如き圧電セラミック材料ででき
た本体601を有する。しかし、本発明はこの材料又は任意の他の材料の使用に
限定されない。他の材料を使用する更なる例示的な実施の形態を以下に説明する
。空気軸受表面617を画定するアウトリガ611は圧電セラミックのブロック
に接着され、普通のセラミック材料、ガラス又は任意の他の材料から作ることが
できる。レンズ素子613は空気軸受表面617から離れたヘッドの表面に符号
615の位置で接着され、レンズ素子614はヘッドの下表面に符号616の位
置で接着される。レンズ素子613を装着した表面は後述するようにレンズの合
焦を制御するために本体601により移動できる。本体601はその上に形成さ
れた電極603、605を有する。2つの電極を示すが、一層多数の電極を使用
できる。応力を表す信号がヘッド101の本体601を配置した電極603、6
05を横切って発生する。例えば、ヘッド101がディスク107の表面106
に近接し過ぎて浮揚している場合は、ある地点でディスク107の表面106に
接触し、ヘッド101はヘッド101の質量や空気軸受及びサスペンションの特
性に応じた固有振動数で「環状運動する」即ち振動する。信号はヘッド101が
環状運動する固有振動数で電極603、605を横切って発生する。ヘッド10
1とディスク107の表面(第8図)との間の接触を示すこの信号の振幅は最小
滑空高さ以下のヘッドの浮揚高さ113を示すこととなる。その理由は、ヘッド
101とディスク表面106との間の一層頻繁な接触が環状運動を一層大きくし
、信号の振幅を大きくするからである。この信号の使用は第1図のコントローラ
111に関連して一層詳細に説明する。
浮揚ヘッドのこの実施の形態において本体601を形成するために圧電材料を
使用することは、この材料が電気エネルギと機械エネルギとの間の2方向トラン
スデューサ(変換体)となるので、有利である。圧電材料のブロックは導電性の
電極603、605において電気的な信号を発生させ、この信号はヘッド101
の機械的な付勢に応じて変化する。例えば、上述のように、ヘッド101がディ
スク107の表面の凹凸に接触したとき、ヘッド101は固有振動数の振動で環
状運動する。次いで、この振動の機械エネルギは電極603、605での信号を
形成する電気エネルギに変換される。圧電材料はまた、電極603、605にお
ける電気的な信号の形をした電気エネルギを本体601の膨張に変換する。この
膨張により、本体601に装着されたレンズ613が浮揚高さ113の変化とは
無関係に移動し、上記検出/合焦出願に記載されたように、浮揚高さ113を変
更することなく合焦調整を可能にする。
上記検出/合焦出願に記載されたように、別の実施の形態は電気エネルギと機
械エネルギとの間の2方向トランスデューサとして作用する他の材料(例えば、
完全電気材料又は完全磁気材料)を使用することにより同様の利点を提供するこ
とができる。これらは上記検出/合焦出願に記載されている。
便宜的には、第8図に関連して上述し本発明の実施の形態に使用できるヘッド
は、2方向トランスデューサとなる材料から形成された部分を少なくとも備え、
ヘッドが独立に合焦可能なレンズ及び接触式センサとして具体化された本発明の
有利な特徴を有するようにする。変形例は上記検出/合焦出願に記載されている
。例えば、独立に合焦可能なレンズはヘッドにおける2方向トランスデューサ材
料に限定されない。むしろ、レンズ素子はヘッドの浮揚高さとは無関係にレンズ
を合焦できる他の多数の方法のうちの任意の方法により可動な状態でヘッドに装
着できる。同様に、接触式センサは上述の2方向トランスデューサ材料の使用に
限定されない。むしろ、必要なことは、ヘッドがディスクとヘッドとの接触を検
出できるある型式のセンサを具備することである。
本発明に係る独立に合焦可能なレンズ装置の別の実施の形態を第21、22図
に示す。この実施の形態においては、ヘッド101の本体2101は普通のセラ
ミック材料又は記録媒体上で浮揚しレンズを支持するのに適した他の材料で形成
される。加熱素子2103は、例えば、蛇行金属パターンを蒸着することにより
、ヘッド101の本体2101の表面に形成される。加熱素子2103を通して
電流を流すことにより熱を発生させ、この熱はヘッド101の本体2101へ伝
達される。ヘッド101の本体2101が加熱されると、本体が膨張し、空気軸
受表面2107及びレンズ素子2106に関してレンズ素子2105を移動させ
、焦点を変更する。ヘッド101の本体2101に使用される材料はセラミック
に限定されず、レンズを合焦させる(例えば、約0.5μm)ためにレンズの所
望の位置変化を生じさせるのに十分な熱膨張係数を有する任意の他の材料を使用
できる。
上述のように、一体の合焦アクチュエータ、ヘッド/ディスク干渉センサ又は
その両方を有するヘッドを含む本発明のヘッドの1使用法は、本発明者の関連出
願に記載されたような装置に使用することである。この使用について、第1図を
参照して一層詳細に説明する。
第1図に示すように、浮揚ヘッド101はバネ、エラストマー又は他の可撓性
素子等の弾性部材105により普通の方法で負荷アーム103に弾性的に装着さ
れる。負荷アーム103はディスク107に近接してヘッド101を維持するよ
うに位置決め機構(図示せず)により位置決めできる。ディスク107は高速で
回転し、ヘッド101の上方で上向きの力FAを生じさせる空気軸受108を空
気軸受表面110とディスク表面106との間に発生させる。上向きの力FAは
、アクチュエータ109により発生せしめられて負荷アーム103及び弾性部材
105を介してヘッド101に作用する下向きの負荷力FLと平衡せしめられる
。本発明のこの実施の形態は、ディスク107の上方のヘッド101の浮揚高さ
113を示す(特に、最小滑空高さに関してヘッドがどの程度接近して浮揚して
いるかを示す)成分を有する信号112を受け取る入力を備えたコントローラ1
11を含むフィードバック経路を有する。
装置はヘッド及びディスクの通常の作動中に力FLを調整する負荷力アクチュ
エータ109を有する。すなわち、コンピュータ装置の1成分としてのディスク
ドライブの作動中にヘッドがディスクから情報を読み取っている際又はディスク
に情報を書き込んでいる際に、アクチュエータは力FLを調整する。関連する上
記アクチュエータ負荷出願に記載された装置のいくつかの実施の形態は、力FL
の調整を行う閉ループ制御構成を使用して浮揚高さを制御する。ヘッド及びディ
スクの作動中にさえ力FLを制御することにより、アクチュエータは力FAの既知
の又は測定された変化或いは作動中に変化する他のパラメータを補償するように
力FLを調整できる。例えば、大気圧がディスクドライブの作動中に常時ゆっく
り変化する場合、大気圧の変化により生じた力FAの変化を補償するように力
FLを自動的に調整することにより浮揚高さを制御できる。
公差誤差を吸収するように最小滑空高さの上方でヘッドを浮揚させる従来の負
荷設定機構とは異なり、負荷力アクチュエータ109はディスクのための最小滑
空高さでヘッドを維持するように浮揚高さを制御できる。ディスクの凹凸に接触
することなく最小滑空高さでヘッドを維持するすることにより、信号強度を最大
化した状態で高い信頼性を維持できる。
本発明のある実施の形態においては、信号112は上述の方法でヘッド101
に組み込まれたヘッド/ディスク接触センサにより発生されたヘッド/ディスク
干渉成分を含む。接触センサ(例えば、圧電センサ、完全電気センサ、完全磁気
センサ又は機械エネルギを電気エネルギに変換する他のトランスデューサ)はデ
ィスク107上の凹凸即ち***を検出するようにヘッド101に組み込むことが
できる。任意の凹凸を検出した場合は、ヘッド101が低過ぎることを示す。コ
ントローラ111は力又は位置コマンドのいずれかを表す制御信号出力114を
生じさせる。例えば、コントローラ111は汎用データプロセッサ、特殊用途デ
ジタル信号処理回路及びソフトウエア、又は、アナログ制御回路とすることがで
きる。コントローラ111の制御信号出力114はアクチュエータ109に供給
され、アクチュエータは信号114に応答して負荷力FLを調整し、浮揚高さを
対応的に調整する。例えば、アクチュエータ109は制御信号に比例する力FL
を生じさせるボイスコイルアクチュエータとすることができる。
第1図に示す装置においては、浮揚ヘッドは緩衝バネ質量装置である。弾性部
材105及び空気軸受108はディスク107の表面と負荷アーム103との間
でヘッド101を懸吊するバネとして作用する。弾性部材105はその弾力性故
にバネとして作用する。空気軸受108は、空気自体が圧力の変化に応じて圧縮
量を変える圧縮可能な流体であるため、バネとして作用する。
緩衝は共に完全なバネではない弾性部材105及び空気軸受108の固有の特
性である。自動車のサスペンションが乗員コンパートメントに垂直運動を与える
ことなく路面の***にタイヤを追従させることができるのと同様に、緩衝バネ質
量装置は負荷アーム103に垂直運動を与えることなくディスク107の垂直変
化に浮揚ヘッドを迅速に(即ち高周波で)追従させることができる。ディスク1
07の垂直変化が力FAを変化させ、浮揚高さを変化させる。この分野において
は、ディスク107の表面106の垂直変化は、迅速と否とに拘わらず、垂直ラ
ンアウトと呼ばれる。ヘッド101の質量はディスク107の表面106の変化
に応答するヘッド101の能力に影響を及ぼす。その理由は、緩衝バネ質量装置
の周知の特性として、懸吊される質量が大きくなる程、ディスク107の表面1
06の変化に対するヘッド101の応答時間が遅くなるからである。それ故、デ
ィスク表面の変化を追従するように運動するヘッド101の質量を最小化すれば
、装置の周波数応答性(即ち、高周波表面変化を追従する装置の能力)が増大す
る。更に、例えば、この分野で既知のように、空気軸受の形状を変化させること
により空気軸受のバネ定数を増大させると(即ち、空気軸受の圧縮性を減少させ
ると)、空気軸受を介してディスク表面とヘッドとの間の機械的な結合が増大す
るので、周波数応答性が増大する。それ故、弾性部材105(その機能の1つは
垂直ランアウトに応じたヘッドの運動を許容すること)はディスクの垂直ランア
ウトの高周波成分の振幅より大きな距離だけヘッド101を垂直に運動させるこ
とができるように配置される。この条件が満たされれば、ヘッド101はディス
ク107の表面106の高周波変化に応答し、安全な機能上の浮揚高さを維持す
る。
ディスク107の表面106の高周波変化はヘッド101のロール(横揺れ)
、ピッチ、ヨー及び半径方向の力の複雑な組み合わせを生じさせることが多い。
従来装置のように、上記アクチュエータ負荷出願に開示された装置はジンバル構
造を使用してこれらの複雑な力に対して次のように対処する。開示されたジンバ
ル構造はこれに限定させるものと考えるべきではなく、この目的にために他のジ
ンバル構造を使用することもできる。上記アクチュエータ負荷出願に記載された
実施の形態においては、弾性部材105は望ましくない方向における変化を阻止
した状態でヘッド101のあるロール及びピッチ運動を許容するようなジンバル
として作用するように配置される。半径方向の運動及びヨー運動は、データ読み
取り及び書き込み動作に支障をきたすヘッドの間違った位置決めを生じさせるの
で望ましくない。しかし、ヘッドの垂直、ロール及びピッチ運動は、ディスク表
面と接触することなくディスク表面の変化にヘッドを追従させることができる。
それ故、上記アクチュエータ負荷出願に開示された装置の1つの実施の形態にお
いては、弾性部材105の有効なバネ定数は半径方向及びヨー方向で著しく大き
く、垂直、ロール及びピッチ方向で一層小さい。
本発明に関連して使用するための従来のジンバル式の弾性部材105のいくつ
かの例示的な実施の形態は第9−14図に関連して後に説明する。図示の従来の
シンバルは有効であることが分かっているが、本発明に関連して使用できる多数
の適当な従来のジンバル構造が存在する。
ここで、制御可能な負荷力を使用しヘッド/ディスク緩衝センサを備えたヘッ
ドを有する浮揚ヘッド装置として具体化した本発明の実施の形態に関連して、上
述の装置を更に詳細に説明する。本発明の装置は能動サスペンションを有し、負
荷力を機械的に設定する単純な緩衝バネ質量装置を使用する従来の受動サスペン
ションとは異なり、能動サスペンションにおいては、使用中に負荷力を動的に調
整できる。上述の例示的な実施の形態においては、ヘッドは光学ディスクドライ
ブヘッドである。しかし、本発明はこれに限定されず、ディスクドライブヘッド
は任意の型式の浮揚ヘッド、例えば、磁気ヘッドや磁気光学ヘッド(これらにも
限定されない)とすることができる。
本発明に使用できる光学ディスクドライブ装置の素子の簡略化した斜視図を第
2図に示す。この簡略化した図において、ディスク107はモータ201により
方向Rへ回転せしめられる。ヘッド位置決め機構203は読み取り又は書き込み
を行おうとするディスク107の半径においてヘッド101を半径方向で位置決
めする。読み取り又は書き込みを行おうとするディスク107の各半径はトラッ
クとして参照する。このような半径方向の位置決めは探索又は探索方向の運動と
して参照する。ヘッド101は、第3−7図に詳細に示すような負荷アーム10
3、ジンバル105及び数個の付加的な素子を備えた能動サスペンション機構2
05を介して、位置決め装置203に接続される。
第3、4図を参照すると、ディスク107の回転運動により、ディスクは図示
のような方向Rにおいてヘッド101を通過するように運動する。ヘッド101
は上述のような弾性部材105により負荷アーム103に取り付けられる。負荷
アーム103はアクチュエータ機構109と一体化される。最後に、一体化され
た負荷アーム103及びヘッド101を担持したアクチュエータ109は位置決
め装置203に装着される。レーザー光源301はヘッド101の一部であるレ
ンズ305を通るようにレーザービーム303を照射する。
従来は、負荷アームは位置決め部材203に固定的に装着されており、上述の
ような弾性部材105を介してのディスク表面106の垂直ランアウトに応答す
るヘッドを除いて、位置決め装置203のみがヘッド101を移動させている。
しかし、上記アクチュエータ負荷出願の装置のこの実施の形態においては、アク
チュエータ機構109は、ディスク表面106の垂直ランアウトに対するヘッド
101の応答とは無関係に、しかも、位置決め機構203により生じる任意の運
動とは無関係に、2方向における付加的な運動を生じさせる。本発明のこの実施
の形態によれば、アクチュエータはスチール部材429に作用することにより垂
直運動を生じさせる垂直方向に向いたボイスコイル427を有する。アクチュエ
ータは更に、横断方向で装着されたボイスコイル431、433を有し、これら
のコイルはスチール部材429に作用することにより探索方向において独立の水
平運動H(第4図)を生じさせる。他の実施の形態においては、1つ又は複数の
ボイスコイル427、431、433の代わりに、圧電素子の如き別の運動力源
を使用することができる。水平運動Hのサーボ制御は、位置決め装置203の探
索が完了した後に、目標のトラック上でヘッドを精密位置決めするために使用さ
れる。目標トラックにおいては関するヘッドの位置は普通の手段により決定され
る。次いで、ボイスコイル431、433が電流により駆動され、目標トラック
に関してヘッドを位置決めするのに必要な水平運動Hを生じさせる。可動装着体
400はアクチュエータ素子109及び負荷アーム103を剛直なフレーム40
1(第6図)に連結する。剛直なフレーム401は位置決め機構203に装着さ
れていて、ディスク107に関して所望の半径方向の位置に全体のサスペンショ
ン機構(205;第2図)を(所望のトラックに対するアクチュエーク機構10
9の精密位置決め能力内で)迅速に位置決めできるようにする。
ここで、第3−4図のアクチュエータ109及び可動装着体400を介しての
位置決め装置203へのアクチュエータの連結について、第5−7図を参照して
一層詳細に説明する。サスペンション205は位置決め装置203に剛直に連結
されたフレーム401を有する。垂直方向に細長い一対の剛直部材403、40
5はフレーム401に取り付けられる。剛直部材403の端部には、垂直方向で
撓むように指向された支持体407、409がヒンジ止めされている。ヒンジ止
めされた支持体407、409は水平方向における撓みを実質上許容しない。ヒ
ンジ止めされた支持体407、409は揺動アーム411、413を剛直部材4
03に取り付ける。休止状態では、揺動アーム411、413は部材403に対
して垂直に延び、ヒンジ415、417に対して等距離で互いに実質上平行に延
び、これらのヒンシは第2の垂直に向いた部材419に連結される。同様に、垂
直部材405は揺動アーム421、423を介して第2の垂直部材425に連結
される。アクチュエータ109はフレーム401に剛直に連結されたスチール部
材429に作用して垂直部材419、425を垂直に変位させるボイスコイル4
27を有する。負荷アーム103は垂直部材419、425に剛直に取り付けら
れる。
可動装着体400は弾性プラスチック材料又は別の弾性材料から作ることがで
きる。従って、可撓性のヒンジ支持体はディスク表面106の垂直ランアウトを
追従するヘッド101の能力に寄与するバネ素子として作用する。
特に第5図を参照すると、ボイスコイル427の入力ワイヤ501へ供給され
た電流はフレーム401に関してボイスコイル427の(双頭矢印Vにて示すよ
うな)上下の変位を生じさせる。従って、負荷アーム103及びヘッド101も
、フレーム401に関して矢印Vにて示すように変位する。第5図に示すように
、ディスク107は公称上平坦な表面503からの表面変動(surface perturbat
ions)502を有することがある。この変動502は上述の凹凸に関するゆっく
りとした変化である。方向Rへのディスクの運動により、ヘッド101はディス
ク107の上方で小さな距離だけ浮揚する。ディスク107の垂直ランアウトが
ディスクの表面106をヘッド101の方へ移動させたとき、空気軸受の力FA
が増大し、ヘッドを上方へ押し上げる。ヘッドは矢印Vにて示すように弾性部材
105を変形させる。弾性部材105(及び設けてある場合のバネ505)は、
変形可能な部材105により加えられる力が反対向きの空気軸受の力FAに等し
くなるまで、矢印Vにて示すようにヘッド101の運動により変形せしめられる
。弾性部材105の剛性は変形可能な部材105の材料及び形状を選択すること
により設定でき、バネ505により補助できる。第3−7図に関連して述べたア
クチュエータ109の形状は単なる例示であり、本発明はこれに限定されない。
アクチュエータ109はディスク107の表面106の少なくとも低周波垂直
ランアウトを追従できる閉ループフィードバック装置の一部に含ませることがで
きる。第1図に関連して述べたような閉ループフィードバック装置の一部である
場合は、アクチュエータ109はヘッド101を変位させるように負荷力の変化
を生じさせることができ、上述のような弾性部材105の変形によりディスク表
面107の高周波変位502に対するヘッド101の追従を許容した状態で、公
称上平坦な状態(503;第5図)からのディスク表面107の対応する低周波
変位(502;第5図)にヘッドを追従させることができる。
第1図に関連して先に述べたように、浮揚高さ113を表す成分を含み、ヘッ
ドとディスクとの接触を示す成分を含む信号112は、アクチュエータ109へ
の入力信号114を生じさせるようにコントローラ111により処理される。信
号112の成分は互いに独立であってもよいが、これらの成分はまた、浮揚高さ
及び接触の双方を表す単一の信号の形で供給されることができる。第3−7図の
実施の形態を使用する場合、コントローラ111はワイヤ501を介してボイス
コイルの入力に供給される信号114を生じさせる。供給される信号114の大
きさは信号112に依存する。例えば、1つの例示的な実施の形態においては、
浮揚高さを表す信号の値は本発明のヘッドを使用して測定された最小滑空高さを
表す設定点値と比較される。設定点値と信号112の値との間の差が信号114
を発生させるために使用される。アクチュエータ109により与えられる負荷力
はボイスコイル427の入力ワイヤ501へ電流即ち信号114を供給すること
により設定される。
浮揚高さ113を表す信号112の成分は任意の方法で導き出すことができる
。第3図に関連して説明した光学ディスクドライブ装置の例示的な実施の形態に
おいては、浮揚高さはレーザービームを検出する検出器を用いてレーザービーム
303の特性から決定することができる。なお、レーザービームは光源301か
ら発された後にヘッド101のレンズ305を通ってディスク表面に至り、次い
で、例えば光源301と同じ位置に位置できる検出器へ戻る。例えば、レーザー
ビーム合焦信号及び読み取り信号の振幅は浮揚高さに関連する情報を提供できる
。レーザービーム合焦信号から浮揚高さ情報を導き出す方法を以下に説明する。
読み取り信号の振幅も浮揚高さに応じて変化する。浮揚高さが増大すると、読み
取り信号の振幅が単調に減少するので、読み取り信号の振幅は信号112の浮揚
高さ成分として使用できる浮揚高さの測定値を決定する。
固体浸漬レンズ(SIL)を担持するヘッドを有する光学ディスクドライブに
ついての本発明の例示的な実施の形態においては、レーザー合焦信号は浮揚高さ
を表す信号112を提供するために使用される。レーザー合焦信号の使用は有利
である。その理由は、第20図に示すような光学ディスクドライブが典型的には
、他の機能と共に光学ヘッドの浮揚高さを決定できる固有の信号を発生する機能
を有する合焦センサを備えているからである。普遍性を損なうことなく、また、
説明した実施の形態に本発明を限定することなく、説明を簡単にするために、一
定の焦点距離を有するレンズを備えたSILヘッドでの合焦信号の使用を以下に
説明する。光学ディスクドライブにおいて共通の合焦センサ装置の例は、フーコ
ー(Foucault)ナイフエッジセンサ、半開口(half-aperture)合焦センサ及びクワ
ッド(quad)検出器を使用する乱視センサを含み、これらのセンサはすべて当業者
に知られている。乱視センサは製造公差誤差に対して比較的不感なので本発明の
ある実施の形態に使用される。
合焦センサは(理想上の焦点のまわりでのその形状のために)sカーブと呼ば
れる出力信号を生じさせ、その信号値は理想上の焦点からのヘッド101のレン
ズの距離を表す。理想上の焦点はディスク表面106上方の距離である。それ故
、合焦センサの出力信号はディスク表面106上方のヘッド101のレンズの固
有の距離を表す。合焦センサの出力信号は、例えば、浮揚高さがゼロの場合(す
なわち、ディスクが回転しておらず、ヘッドが表面106上に載っている場合)
の合焦センサの出力信号の値を測定することにより、簡単な方法で較正すること
ができる。合焦センサのゲインはセンサの設計から分かる実質上一定の値であり
、製造公差に対して比較的左右されない。それ故、浮揚高さは、ゼロの浮揚高さ
での信号値、現在の未知の浮揚高さでの信号値及び合焦センサのゲインを知って
、当業者が容易に計算できる。
合焦センサの出力はヘッドの機械的な共鳴振動数を中心に持つバンドバスフィ
ルタを使用して濾波される。濾波された信号の振幅はヘッドがディスク表面の凹
凸に接触する回数を示す。ヘッドがディスクに一層頻繁に接触する場合は、ヘッ
ドの共鳴の振幅が増大し、浮揚高さが低過ぎることを示す。
コントローラ111が浮揚高さ113を最適値即ち最小滑空高さに調整したと
き、合焦センサは焦点ずれ状態を検出することができる。ヘッドに装着された独
立に合焦可能なレンズを使用する本発明の実施の形態においては、コントローラ
はレンズの焦点を調整する制御信号を送ることができる。例えば、ヘッドが2方
向トランスデューサ又は加熱素子であるような実施の形態においては、コントロ
ーラ111はヘッド101の電極に付勢信号を供給し、最小滑空高さからの浮揚
高さを変化させることなく最適の合焦を達成するのに必要な程度に、一体の合焦
アクチュエータを伸縮させる。
上述のように、本発明の1つの実施の形態においては、圧電トランスデューサ
、完全電気トランスデューサ、完全磁気トランスデューサ又は他の機械電気変換
トランスデューサがヘッドに組み込まれて、ヘッドとディスクとの干渉即ち接触
を表す信号112の成分を提供する。ヘッドの固有振動数の振動での信号の振幅
により示されるようなこのような接触の回数が多過ぎる場合は、アクチュエータ
109への制御信号114が力FLを減少させるように調整され、ヘッドの浮揚
高さを増大させる。高過ぎる浮揚高さは、例えば、上述のような光学装置におけ
る焦点誤差信号を使用することにより又は不十分な読み取り信号振幅を観察する
ことにより、信号112の浮揚高さ成分によって示される。他の実施の形態にお
いては、信号112の浮揚高さ成分はヘッドに装着できる容量性センサ、磁気セ
ンサ又は独立光学センサの如き近接センサを含む他の近接センサを使用して決定
することができる。このような近接センサ、読み取り信号の振幅又は焦点誤差信
号は上述の如き接触センサに関連して使用でき、ヘッドとディスクとの接触を示
す信号112の成分を提供する。このようにして、コントローラ111は最小滑
空高さを決定できるのみならず、ディスクの表面に対して進退するような最小滑
空高さからのヘッドの変位を測定できる。接触センサはヘッドが最小滑空高さの
上にあるか下にあるかを示す二進値を提供する。これに比較して、近接センサ、
読み取り信号の振幅又は焦点誤差信号は所定の数学的な関数により浮揚高さに関
係する値を持つ出力を提供する。1つの実施の形態においては、コントローラ1
11は最小滑空高さを決めるために接触センサの出力を使用し、次いで、最小滑
空高さでの近接センサの出力、読み取り信号の振幅又は焦点誤差信号値が決定さ
れる。次いで、コントローラ111は最小滑空高さにおいて接触センサにより決
定ざれた近接センサの出力、読み取り信号の振幅又は焦点誤差信号の値を設定点
として使用する。装置は、近接センサの出力の値が設定点と等しくなるように浮
揚高さを制御する。
上述の装置は、従来の装置では浮揚高さに影響を及ぼす多数の公差が浮揚高さ
に影響を及ぼさない点で、従来の装置とは異なる。従来の装置は最小滑空高さに
等しくなるように浮揚高さを駆動することができない。その理由は、動的な制御
機構によって補償されない機械的な公差及び環境変化により、従来の装置が最小
滑空高さよりも低い浮揚高さで時々作動し、装置の破滅的な損傷を発生させるか
らである。これに反し、本発明のいくつかの実施の形態は浮揚高さを制御しなが
ら表面の凹凸との接触を検出することにより最小滑空高さを決定し、本発明の原
理に従って構成された各ユニットがそのユニットのための実際の最小滑空高さで
ヘッドを浮揚させることができることを保証する。
ここで、弾性部材105を使用する例示的なジンバル構造及びこれに関連する
構造を、第9−14図を参照して簡単に説明する。1つの実施の形態を第9−1
0図に示し、その実施の形態の変形例を第11図に示し、第2の変形例を第12
図に示し、別の実施の形態を第13−14図に示す。弾性部材105のこれら任
意の実施の形態は本発明に関連して使用することができるが、本発明はこれらに
限定されず、多数の他の型式の装着装置のうちの任意のものと一緒に使用できる
。
第9−10図に示す実施の形態においては、浮揚ヘッド101はジンバル10
5を介して負荷アーム103に連結される。光学ヘッドを示すが、本発明に係る
任意の浮揚ヘッドをこの構造体に関連して使用できる。溝穴905、907、9
09、911がシンバル105にエッチングにより形成され、ある方向において
他の方向よりも小さなバネ率でジンバルを撓ませることができる。ヨー及び半径
方向の運動は、このような運動を伝達しなければならないジンバル材料の実質的
な横断面により実質上禁止されるが、ロール及びピッチ方向における運動はトー
ションバネとして作用するヒンジ領域913、915、917、919により極
めて容易に許容される。例えば、ジンバル105はステンレススチール製の正確
にエッチングされた薄い部材とすることができる。ヘッド101は領域901に
エポキシを施すことによりジンバル105に取り付けることができ、次いで、領
域903にエポキシを施すことにより、ジンバルが負荷アーム103に取り付け
られる。高強度にかわ、部品間の締まり嵌め及び種々のクランプ構造の如き他の
接着剤及び取り付け方法も使用できる。
代わりの実施の形態においては、第9−10図のジンバル組立体は更に、第1
1−14図に関連して説明するような付加的な下向きの力を与える位置に位置し
たバネを有することができる。第11図はジンバル105の領域901で力を作
用させるコイルバネを使用する実施の形態を示し、第12図はジンバル105の
領域901で力を作用させる板バネを使用する実施の形態を示す。第13、14
図は板バネが補助アームを介してジンバル105に力を作用させるような実施の
形態を示す。
第11図に示すように、ジンバル105は完全な垂直方向において大きな可撓
性を有する。図示の実施の形態においては、付加的は随意のバネ505がジンバ
ル105の領域901と負荷アーム103との間に位置し、ロール及びピッチ方
向におけるバネ率に顕著な影響を及ぼすことなく、垂直方向におけるバネ率を増
大させる。第11図において、バネ505はコイルバネである。しかし、本発明
は任意の特定の型式のバネに限定されず、第12図に示すような板バネ505A
の如き多くの他の型式のバネを使用することができる。
第13、14図に示す更に別の代わりの実施の形態においては、負荷アーム1
03は板バネ505Bを介して補助アーム103Aに連結される。次いで、ヘッ
ド101及び補助アーム103Aは第9−10図に関連して説明したジンバル1
05を介して相互連結される。
上述の如き装置の1つの利点は、適正な負荷力の設定及び維持が特殊なジグの
使用を必要とせず、ユニットの有効な作動を与える(ディスクドライブに対する
)作業又は任意の他の操作を省略できることである。負荷力の設定はドライブの
通常の作動中に行うことができ、変更することができる。負荷力は、変化する状
態を追うように、及び、ディスク表面と接触することなく(即ち、最小滑空高さ
で)ディスク表面にできるだけ近い最適な浮揚高さを維持するように、実質上連
続的にアップデートさせることができる。
本発明のある実施の形態の性能は、ヘッドが追従すべきディスク表面の垂直ラ
ンアウトのマップを形成し、これをコントローラ(111;第1図)内に保存す
ることにより、向上する。マップは入力としてコントローラ(111;第1図)
に供給され、制御信号(114;第1図)に対するバイアスを提供する。フィー
ドバック制御装置に詳しい者なら理解できるように、バイアスは制御信号(11
4;第1図)を調整することにより補償しなければならない浮揚高さ信号(11
2;第1図)により表されるような浮揚高さ(113;第1図)における誤差量
を減少させる。マップの形成は製造時に行うことができ、または、ディスクドラ
イブの不使用期間中に周期的に行うことができる。後者の場合、第16−19図
に関連して説明するような特殊なヘッドキャリッジを使用することができる。
この実施の形態のヘッドキャリッシ1601には上述したサスペンション10
5及び浮揚ヘッド101が組み込まれている。ヘッドキャリッジは第3図に符号
303にて示したレーザービームに類似するレーザービーム1605に関連して
使用される。負荷力アクチュエータ(図示せず)は負荷アーム103(第1−7
図)上でアクチュエータ109が作動する方法と同じ方法でシャフト1607に
沿ってヘッドキャリッジ1601を昇降させ、ヘッドキャリッジ1601は第1
−7図の装置における負荷アーム103により行われる伝達及び懸吊機能を遂行
する。更に、ヘッドキャリッジ1601はヘッドキャリッジ1601に固定され
た普通のコンパクトディスクレンズの如き非接触式で非浮揚性のレンズ素子16
03を担持する。ヘッド101及びサスペンション105はエポキシ、にかわ等
によりアダプタリング1602に固定される。アダプタリング1602はヘッド
キャリッジ1601の球状ソケット内に嵌合する球状ベースを有する。球状ベー
ス及び球状ソケットは普通のボール/ソケットジョイント、球の曲面により画定
された共通の湾曲を有する2つの表面間のジョイント、又は、任意の同様なジョ
イントとすることができる。図示の実施の形態は第2の定義に係るジョイントを
使用する。これにより、アダプタリングが例えば回転又は揺動により移動するこ
とができ、アダプタリング1602がヘッドキャリッジ1601に固定される前
に、ヘッド101のレンズの軸線をレーザービーム1605の軸線に整合させる
ことができる。アダプタリングを使用する上述の装着は例示であり、本発明はこ
の特定の構成に限定されず、他の装着技術を使用できる。
この実施の形態のヘッドキャリッジ1601は第17図及び第19図にそれぞ
れ示す2つの実質上一定の位置の間をシャフト1607上で枢動する。ヘッド1
01及びレンズ素子1603はシャフト1607から短い半径(例えば、約0.
5インチ即ち12.7mm)だけ隔てて位置する。第19図に示す第1の位置に
おいては、ヘッド101は記録媒体上で浮揚し、記録媒体にアクセスするように
位置決めされる。磁気、磁気光学、光学及びその他の型式の浮揚ヘッドを使用す
ることができ、本発明の要旨は任意の型式のヘッドに限定されない。光学ヘッド
の場合、第1の位置は第3図に関連して既述したようなレーザー光源(301;
第3図)に整合するようにヘッド101を位置決めする。レーザー光源からのビ
ームは軸線1605に沿って導かれる。
第17図に示す第2の位置においては、固定のレンズ素子1603はレーザー
光ビームを導く軸線と整合するように位置決めされる。上述したセンサを含む任
意の適当な型式の普通の合焦センサはディスク表面からのビームの反射を検出し
、ディスクの回転中のディスクの垂直ランアウトに応じて変化する経時変化合焦
信号を発生させる。コントローラ(111;第1図)内に含まれるプロセッサは
経時変化合焦信号を受げ取り、経時変化合焦信号を処理し、その結果をディスク
の垂直ランアウトのマップとしてコントローラ(111;第1図)内のメモリー
内に記憶させる。処理の結果、マップは濾波されてもされなくてもよいディスク
の1以上の測定された回転に基づく信号を有する。所望の感度及びマップの解像
度を達成するために有用な適当な処理は既知である。
マップを記憶させた後、ヘッドキャリッジ1601は第2の位置から第1の位
置へ枢動せしめられ(第18図)、通常の方法で、第1−14図での説明に従っ
てデータを読み取るように媒体の表面の上方で浮揚する。磁石1609及びコイ
ル1611は、2位置ステッピングモータと同様の方法でシャフト1607のま
わりでヘッドキャリッジ1601を枢動させる。
コントローラ(111;第1図)は記憶されたマップを表すマップ信号にアク
セスし、ディスクの回転に同期するマップを読み出す。コントローラ(111;
第1図)はマップ信号をバイアスとしてアクチュエータ制御信号114に供給し
、それによって、制御信号(114;第1図)がマップにより表されるような既
知の垂直ランアウトを補償する値にプリセットされる。このようなフィードバッ
ク制御装置においては、バイアス技術を使用することにより、装置上の応力が減
少し、既述のように、装置を高速及び高解像度で作動させることができる。
第16−19図の実施の形態のヘッドキャリッジは精密位置決め及び粗い位置
決めの双方を行うように制御できる。粗い位置決めは、上記で略述したように、
普通の手段により行われる。粗い位置決め器は全体のヘッドキャリッジ1601
をトラック又は目標トラックを含むトラック群へ移動させる。精密位置決めは極
めて小さな角度にわたってキャリッジ1601を回転させるようにコイル161
1に供給された信号を制御することにより行われる。光学素子がキャリッジ16
01を回転させるシャフト1607から約0.5インチ即ち12.7mmの半径
だけ隔てて位置している場合は、このような位置決めは約0.2μmのトラック
ピッチに対して使用するのに十分精密な解像度を達成する。すなわち、キャリッ
ジ1601に担持された光学素子は0.02μm以下の位置解像度で位置決めで
きる。
第16−19図に関連して示され説明した位置決め器の場合は、外部から加え
られる機械的な衝撃に対する不感性に関して特殊な利点が実現される。キャリッ
ジは、キャリッジ1601を枢動させるシャフト1607がキャリッジ1601
の重心に位置するように、配置される。それ故、シャフト1607に加えられた
外部からの機械的な衝撃又は任意の粗い位置決め運動はシャフト1607のまわ
りでのキャリッジ1601の微細な回転位置を阻害しない。シャフト1607に
加えられた力はキャリッジ1601の部分に均等に分布する。その理由は、キャ
リッジが、シャフト1607に垂直にシャフト1607を通って引かれたあらゆ
る線の各側で等しい質量を有するように設計されるからである。
以上、多数の特定の実施の形態につき本発明を説明した。しかし、本発明の要
旨内で種々の修正を行うことができることは当業者にとって明白である。それ故
、本発明の要旨は請求の範囲及びそれと等価なものにのみ限定される。
【手続補正書】特許法第184条の8第1項
【提出日】平成10年4月23日(1998.4.23)
【補正内容】
請求の範囲
1. 経路(1605)を辿るレーザービーム(303)を生じさせるレーザー
(301)と、2つのヘッドを装着したヘッドキャリッジ(1601)とを有し
、光学ディスク媒体(107)から情報を再生するための光学ディスクドライブ
において、
上記ヘッドキャリッジ(1601)に装着され、媒体の上方で浮揚高さにて浮
揚する浮揚ヘッドとしての第1の光学ヘッド(101)と;
上記ヘッドキャリッシ(1601)に装着され、非浮揚式の表面人射光学ヘッ
ドとしての第2の光学ヘッド(1603)と;
を有することを特徴とする光学ディスクドライブ。
2. 請求の範囲第l項に記載の光学ディスクドライブにおいて、
上記ヘッドキャリッジ(1601)を装着し、当該ヘッドキャリッジを目標位
置へ移動させる位置決め器(205);
を更に備えたことを特徴とする光学ディスクドライブ。
3. 請求の範囲第2項に記載の光学ディスクドライブにおいて、上記ヘッドキ
ャリッジ(1601)が同ヘッドキャリッジ(1601)のための重心において
上記位置決め器(205)に枢着(1607)されており、当該ヘッドキャリッ
ジが、情報を再生するために、ディスクドライブ内に位置する型式の媒体と共慟
できる光学ヘッドを位置決めするように枢動することを特徴とする光学ディスク
ドライブ。
4. 請求の範囲第3項に記載の光学ディスクドライブにおいて、
ディスクドライブ内に位置する媒体の型式を検出し、その型式を示す信号を発
生させる媒体センサと;
上記媒体センサにより発生された信号に組み合わされ、上記位置決め器により
誘起された運動とは別個の運動を上記ヘッドキャリッジ内に誘起させることによ
り、情報を再生するために、検出された型式の媒体と共慟できる光学ヘッドを位
置決めするように当該信号に応答するモータと;
を更に備えたことを特徴とする光学ディスクドライブ。
5. 請求の範囲第1項に記載の光学ディスクドライブにおいて、
媒体(107)の上方での上記浮揚ヘッド(101)の浮揚高さ(113)を
表す信号(112)を運搬する出力を有するセンサと;
上記センサの出力(112)に組み合わされた入力及び当該入力(112)に
応答する制御出力(114)を有するコントローラ(111)と;
上記コントローラの制御出力(114)に組み合わされた入力を有し、当該コ
ントローラの制御出力(114)に応答して、上記ヘッドキャリッジ(1601
)を介して上記浮揚ヘッド(101)に可変の負荷力(FL)を供給するアクチ
ュエータ(109)と;
を更に備えたことを特徴とする光学ディスクドライブ。
6. 請求の範囲第1項に記載の光学ディスクドライブにおいて、上記浮揚ヘッ
ドが、当該浮揚ヘッドの光学軸線をレーザービームの経路に整合させるように同
浮揚ヘッドを位置決めできる装着体により、上記キャリッジに装着されることを
特徴とする光学ディスクドライブ。
7. 請求の範囲第6項に記載の光学ディスクドライブにおいて、
球状ベースを有し、上記浮揚ヘッドを装着させるアダプタを更に備え;
上記キャリッジが上記アダブタの球状ベースを受け入れる球状ソケットを有し
、当該球状ベース及び上記球状ソケットがレーザービームの経路に整合するよう
に上記浮揚ヘッドの光学軸線を移動させることができることを特徴とする光学デ
ィスクドライブ。
8. 請求の範囲第1項に記載の光学ディスクドライブにおいて、
ディスクドライブ内に位置する光学媒体と共慟できる上記ヘッドの1つを使用
するように上記キャリッジを位置決めする手段と;
上記1つのヘッドを上記光学媒体の所望のトラックへ移動させるために上記キ
ャリッジの重心を通って力を作用させる手段と;
を有することを特徴とする光学ディスクドライブ。
9. 請求の範囲第8項に記載の光学ディスクドライブにおいて、
ディスクドライプ内に位置する光学媒体の型式を検出する手段;
を更に備えたことを特徴とする光学ディスクドライブ装置。
10. ディスクドライブを使用して複数の異なる型式の光学媒体から情報を再
生する方法において、
上記複数の異なる型式の光学媒体と共慟できる複数のヘッドを装着したキャリ
ッジを提供する工程と;
上記ディスクドライブ内に位置する光学媒体から情報を再生するために上記キ
ャリッジに装着されたヘッドを位置決めする工程と;
上記ヘッドを所望のトラックへ移動させるために上記キャリッシの重心を通っ
て当該ヘッドに力を作用させる工程と;
を有することを特徴とする方法。
11. 請求の範囲第10項に記載の方法において、
上記複数の異なる型式の光学媒体のうち、上記ディスクドライブ内に位置する
光学媒体の型式を検出する工程;
を更に有することを特徴とする方法。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(31)優先権主張番号 60/015,493
(32)優先日 平成8年4月15日(1996.4.15)
(33)優先権主張国 米国(US)
(31)優先権主張番号 60/015,741
(32)優先日 平成8年4月15日(1996.4.15)
(33)優先権主張国 米国(US)
(31)優先権主張番号 60/016,848
(32)優先日 平成8年5月3日(1996.5.3)
(33)優先権主張国 米国(US)
(31)優先権主張番号 08/804,301
(32)優先日 平成9年2月21日(1997.2.21)
(33)優先権主張国 米国(US)
(31)優先権主張番号 08/824,605
(32)優先日 平成9年3月26日(1997.3.26)
(33)優先権主張国 米国(US)
(81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE,
DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,IT,L
U,MC,NL,PT,SE),CN,JP,KR,S
G
(72)発明者 リー,ネヴィル・ケイ・エス
香港カウルーン,クリア・ウォーター・ベ
イ,香港ユニバーシティ・オブ・サイエン
ス・アンド・テクノロジー,ディパートメ
ント・オブ・アイイーイーエム(番地な
し)