サ―ボ安定化のためにフィ―ドバックの位相をシフトさせる周辺記憶装置
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、サーボ制御システムにおけるフィードバックの制御に関するものである。とりわけ、本発明は、光ディスク・ドライブにおける振動からの機械的フィードバックの制御に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】最新のコンピュータは、ユーザ・データ及びユーザ・データの処理命令を記憶するのに用いられる高性能の主メモリを備えている。主メモリは、一般に、急速な、純粋に電子的な速度で動作するソリッド・ステート・マイクロチップの形をとる。主メモリは、極めて高価でもあるので、通常、周辺記憶装置で補われる。こうした装置には、例えば、磁気テープ・ドライブ、磁気ディスク・ドライブ、及び、光ディスク・ドライブがある。本書で用いられる用語「周辺記憶装置」には、オーディオ記録とビデオ記録の両方または一方に用いられるような、データ処理環境外で利用される同様の装置も含まれている。
【０００３】周辺記憶装置には、一般に、１つ以上のサーボ制御システム（今後は、「サーボ」と称する）が含まれている。サーボは、出力と入力を絶えずまたは断続的に比較し、その間のエラーすなわち差を利用して、所望の動作が生じるようにすることができる自動制御システムである。周辺記憶装置において、出力は、一般に動作特性であり、直接関連する装置の動作に対する調整に用いられる。例えば、磁気ディスク・ドライブの場合、トラッキング・サーボを利用して、もし存在するとすれば、磁気ディスクのデータ・トラックと磁気ディスク・ヘッドの読取り／書込み素子の間の物理的ミス・アライメント量を制御することができる。ミス・アライメントは、ディスク上のトラックの半径方向におけるずれによって生じる可能性があるが、このずれは、関連する製造公差または動作特性によって生じる１つ以上の半径方向における欠陥である。ミスアライメントのモニタ時には、ヘッドに対するディスクの相対位置に絶えず調整／補正を加え、所望のトラックに対するデータの適正な読取り／書込みを可能にする。光ディスク・ドライブの場合、ディスクの軸方向のずれ（半径方向の欠陥と同様であるが、ディスクの厚さ方向における変動といった、性質上軸方向における欠陥）に順応するため、焦点サーボも用いられる。このサーボは、光ディスクと光ディスク・ドライブの対物レンズとの距離をモニタする。対物レンズは、固定焦点長を有しており、焦点サーボを利用して、対物レンズとレンズとの相対位置に調整を加えることにより、ディスクの活性記録層に対する光ディスク・ドライブの光ビームの焦点が適正に維持される。トラックのミス・アライメント及び光ディスクと対物レンズの距離をモニタする技法については、周知のところである。
【０００４】前述のサーボ例におけるように、機械的作用の制御には、多くのサーボが用いられる。もう１つの例として光ディスク・ドライブの焦点サーボを利用する場合、機械的作用は、ボイス・コイル・モータまたは他のアクチュエータを駆動して、対物レンズを移動させ、光ディスクの表面に近づけたり、該表面から遠ざけたりすることである。フィードバックがなければ、光ディスクの振動のアクチュエータに対する電気入力との間に特定の位相または振幅の関係が存在する。装置の特定の物理的構成に従って、機械的作用は、サーボにフィードバックされることになる、いくつかの付加的な、一般に望ましくない動きを生じる可能性がある。やはり、焦点サーボを例にすると、対物レンズの位置を調整するモータの作用によって、振動が、アクチュエータの取付け具、光ディスク・ドライブのベースまたはハウジング、スピンドル・モータを通って、光ディスクに伝わる。光ディスクが振動するにつれて、光ディスクと対物レンズとの距離がさらに変動する。軸方向の振れによるものではなく、機械的フィードバックによるディスクのこうした振動の場合、いくつかのフィードバック特性のために、サーボの動作に影響がある。機械的フィードバックの大きさは、光ディスクの共振周波数において極めて大きくなり、光ディスクの共振周波数が、サーボのクロスオーバ周波数に近くなると（クロスオーバ周波数は、開ループのサーボ応答が、ゼロｄＢの大きさで交差する周波数である）、こうしたクロスオーバ周波数における位相余裕が減少することになる。そうした場合、その結果から生じるディスクの動作の振幅が、劇的に増大し、サーボ・ループを不安定にする。
【０００５】機械的フィードバックの不安定化は、一般に、フィードバック源の分離、または、フィードバック振幅の減少によって制御される。分離によるフィードバック制御は、物理的分離（この場合、不可能と思われる）を指すものではなく、共振周波数とクロスオーバ周波数の分離を指している。やはり、焦点サーボを例にとると、サーボのクロスオーバ周波数に対するディスクの共振周波数は、どちらかの機械特性または動作特性を変更することによって調整可能である。比較的簡単に、こうした変更を１度に行なうことができるが、今や、これまで認識されなかった問題が存在する。今では、周辺記録媒体の共通標準化のため、ある装置が市場で存続可能であろうとすれば、その共振周波数を変更する余地はない。さらに、アクチュエータのクロスオーバ周波数を下げるように調整することは望ましくなく、それだけで、サーボの性能を低下させることになる。最後に、最新の微同調されたアクチュエータの場合、コストをあまり増大させずに、アクチュエータのクロスオーバ周波数を上げることは困難である。
【０００６】振幅減少によるフィードバック制御は、２つの方法のいずれかによって、装置のコンポーネントを単純に剛化させることによって行なわれる。まず、コンポーネントの製造に用いられる材料を、固有の機械的特性が得られるように選択することができる。例えば、アルミニウムまたはたわみプラスチックの代りに、鋼鉄を用いることが可能である。第２に、用いられる材料に関係なく、コンポーネントを厚くするか、さもなければ、大きくして、剛性を増し、振動の可能性を低下させることができる。あいにく、装置のコンポーネントの単純な剛化も、これまで認識されていなかったいくつかの問題に関連している。まず、周辺記憶装置が、既に、十分ながんじょうさを得るため、比較的剛性の材料から製造されている。これ以上、材料を改良するには、さらに新種で、高価な材料が必要になる。より厚いコンポーネントの利用は、やはり、用いる各材料の量を増す必要があるため、装置の費用が増大する。さらに、コンポーネントが厚くなると、装置の重量が増し、可搬性が低下する。最後に、コンポーネントを厚くすることは、パーソナル・コンピュータ及びワークステーションの内部に取りつけられる周辺記憶装置、あるいは、大形のデータ処理システムに用いられる標準サイズのラックに取りつけられた周辺記憶装置といった、いくつかのスペースに制限のある環境では、不可能である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】以上を考慮し、本発明の主たる目的は、サーボにおける機械的フィードバックの制御を改良することにある。
【０００８】本発明のもう１つの目的は、周辺記憶装置のコンポーネントとして働くサーボの機械的フィードバックを制御することにある。
【０００９】本発明のさらにもう１つの目的は、分離または振幅の減少以外の手段によって、光ディスク・ドライブのサーボにおける機械的フィードバックを制御することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明のこれらの目的及びその他の目的は、サーボに戻る経路に沿った機械的フィードバックの位相を約 180度シフトして、位相余裕の減少を排除し、サーボが不安定にならないようにすることによって達成される。この位相のシフトは、フィードバック経路に沿った実際に有効な場所で誘発させることができる。光ディスク・ドライブで実施される位相シフトは、光ディスク・ドライブのベースに開口部を形成することによって誘発するのが望ましい。開口部は、適正な位置決め、適合する成形、及び、その両側の位相が振動しないようにする新しい基本共振周波数の発生に十分な大きさが必要とされる。代替案として、フィードバック経路における他のコンポーネントを変更することによって、位相シフトを誘発することが可能である。例えば、スピンドル・モータ・アセンブリに修正を施して、新しいスピンドルの共振周波数を生じさせることにより、位相シフトを誘発することも可能である。
【００１１】
【実施例】ここで、図面を詳細に参照すると、それぞれ異なる図において、同様の番号は、同様の機構及び構造要素を表わしている。本発明は、光ディスク・ドライブの焦点サーボ及び精密アクチュエータに関する実施例として説明される。もちろん、本発明は、他の機械的フィードバック源として、また、他の周辺記憶装置において実施することも可能である。
【００１２】次に、図１を参照し、本発明による光ディスク・ドライブ10について説明する。光ディスク・ドライブ10には、アルミニウムに機械加工した、または、アルミニウムから鋳造したベース11を取りつけるフレーム24が含まれている。ベース11は、長さ約 146mm、幅98mm、高さ14mm、及び、厚さ２mmである。光学読取り／書込みヘッド12が、ベース11に取りつけられているが、これには、光ビームを放射するレーザが設けられている。２つのボイス・コイル・モータ23を備えた精密アクチュエータ14に、対物レンズ13が取りつけられている。精密アクチュエータ14は、それ自体がベース11の取付け具35に取りつけられた概略アクチュエータ16のキャリッジ15に取りつけられている。また、ベース11には、ロード・モータ17、及び、スピンドル取付けフランジ41（図１には示されていない）、ハブ42、及び、モータ・ドライバ・カード43を具備したスピンドル・モータ・アセンブリ40も取りつけられている。スピンドル・モータ・アセンブリ40は、製造されて、ベース11の底部にある円形開口部に納められる。ディスク・カートリッジ・ローダ18は、前述のコンポーネントの上方に移動可能に取りつけられており、磁気バイアス・コイル19を備えている。回路カード21には、データ・チャネル及び機械式トラッキング及び焦点合せサーボといった、光ディスク・ドライブ10を動作させる回路及びマイクロコードが含まれている。光ディスク・ドライブ10の残りのコンポーネントに対する回路カード21の設計、動作、及び、接続は、既知の適合する任意の設計とすることができる。データは、ディスク・カートリッジ22内にある90mmの磁気光学ディスクに記憶される。光ディスクは、検関のため草案× 3,192〜 199ｘとして発表された、米国規格協会（ＡＮＳＩ）の提案による規格×Ｂ 311／89−120 に従って製造されており、参考までに本書に取り入れられている。光ディスクの共振周波数は、約 1.5キロヘルツである。ディスク・カートリッジ22のシャッタは、図面に示されていないが、やはり、周知のところである。
【００１３】ディスク・カートリッジ22をローダ18に挿入すると、ローダ18の動きがロード・モータ17によって制御されて、光ディスクが適正にハブ42に納まり、シャッタが開いて、その中の光ディスクが露出する。次に、スピンドル・モータが、ハブ42及び光ディスクを回転させる。ヘッド12が放射するビームで、ディスクの活性記録層のスポットをキュリー温度を超えるまで加熱することによって、光ディスクにデータが書き込まれる。こうした温度で、バイアス・コイル19が印加する磁気バイアスを利用し、スポットの磁区を所望の方向の配向が施される。カー偏光効果を利用して、ヘッド12が放出するビームを反射させ、スポットに記憶されているビットを検出することによって、光ディスクからデータが読み取られる。光ビームは、キャリッジ15に設けられたビームを曲げるプリズムまたはミラーによって、ヘッド12から対物レンズ13を通るように向けられる。概略アクチュエータ16によって、光ディスクの下方の半径方向にキャリッジ15を移動させ、光ディスクのデータ・トラックに対して光ビームによる大まかな光学トラッキングを施すことができる。精密アクチュエータ14のボイス・コイル・モータ23によって、光ディスクの下方の半径方向及び垂直方向に対物レンズ14を移動させ、ディスクの活性記録層に対して光ビームの精密なトラッキング及び焦点合せを施すことができる。ヘッド12には、光学的にトラッキング・エラー信号及び焦点合せエラー信号を求める検出器のような光学コンポーネントが含まれている（焦点合せエラーは、光ディスクと対物レンズの間における実際の離隔距離と所望の離隔距離の差である）。こうしたデータ・アクセス、トラッキング、焦点合せ、及び、その他の光ディスク・ドライブの動作については、周知のところである。
【００１４】光ディスク・ドライブ10の焦点サーボが、対物レンズ13の焦点操作を制御する。焦点操作の入力は、電気信号であり、これによって、精密アクチュエータ14のボイス・コイル・モータ23が対物レンズ13を機械的に位置決めする。焦点操作の出力は、焦点エラー信号である。焦点サーボは、焦点エラー信号を絶えずモニタして、電気信号によって精密アクチュエータ14による対物レンズ13の機械的調整を指示し、焦点エラーを排除する。精密アクチュエータ14の機械的作用は、電気入力信号と位相が約 180度ずれている。焦点サーボは、 1.5キロヘルツをわずかに上まわる開ループのクロスオーバー周波数を有している。精密アクチュエータ14のボイス・コイル・モータによる機械的作用によって振動が生じ、これが、概略アクチュエータ16及びその取付け具35、ベース11、及び、スピンドル・モータ・アセンブリ40を経て、回転光ディスクに至る経路を伝搬する。ベース11に開口部がなければ、ディスクの共振周波数に近い機械的作用の周波数による機械的フィードバックによって、光ディスクは、ボイス・コイル・モータに対し大振幅で、かつ、電気入力信号との位相が約104度ずれた振動を生じることになる。こうした振幅が大きく、位相がシフトしたフィードバックによって、クロスオーバ周波数における位相余裕が減少し、ディスクの振動の振幅を増す精密アクチュエータの制御にサーボを不安定にする変動が生じることになる。このフィードバックは、従って、焦点サーボを適正に動作させるために制御しなければならない。
【００１５】分離または振幅の減少によって機械的フィードバックを制御し、前述の不都合に順応する代りに、機械的フィードバックの位相を故意にさらに 180度（約）シフトさせることによって、クロスオーバ周波数における位相余裕の減少が排除される。この機械的フィードバックの位相の追加シフトは、ベース11の振動伝搬特性を変えて、追加共振周波数を誘発することによって生じる。ベース11に、機械加工または鋳造による細長いスリットまたは開口部30を追加することによって、ベース11のその部分が、両側において位相のずれた振動を生じることになる。開口部30がフィードバック経路内に配置され、該開口部が、２つの部分において明確に位相のずれた振動を発生するのに十分な大きさ及びこれに適した形状を有している限り、焦点サーボの不安定は防止される。望ましい実施例の場合、開口部30は、長さ約71mm、幅約 1.5mmである。長さ35mmの開口部を試みたが、ベース11の幅を横切って取付け具35の間に配置されただけであり、従って、こうした取付け具35を通るフィードバック経路を遮断しないので、必要な位相シフトが生じなかった。また、スピンドル・モータ・アセンブリ40を納めるのに用いられる円形開口部も、やはり、取付けフランジ41及びベース11を通るフィードバック経路に配置されていないので、必要な位相シフトが生じない。フィードバック経路内における特定の開口部30が、焦点サーボの不安定を防ぐのに適したサイズ及び形状を備えるか否かを前もって予測する簡単な技法は存在しない■■該システムを構築したら、所望の結果が得られか確認するため、テストを行なうことが望ましい。開口部30によって生じる弱さは、開口部30を修正して、焦点サーボのクロスオーバ周波数に近いが、それより低くなるように、新しい基本共振周波数を設定することによって最小限にとどめられる。こうして、光ディスクの共振周波数に修正を加えずに、電子装置または複雑な機械構造を追加せずに、また、ディスク・ドライブのコンポーネントを剛化したり、その厚みを増したりせずに、機械的フィードバックが制御される。
【００１６】図２を参照して、次に、サーボに戻るその経路に沿った機械的フィードバックの位相をさらに 180度シフトすることで、変更を加えた代替光ディスク・ドライブの部分について解説する。前記代替案の場合には、ベース11は、図示のように、フィードバック経路に対して必要な伝搬特性を付与するたわみ取付け具31を形成するように、スピンドル・モータ・アセンブリ40のまわりに修正が加えられる。図３を参照すると、もう１つのこうした代替光ディスク・ドライブの変更部分が示されている。この部分、やはり、必要な伝搬特性を得るため、スピンドル・モータ・アセンブリ40は、ばね、または、ゴムによる振動絶縁装置32によって懸架されている。
【００１７】図４には、モータ・ドライバ・カード43を除去して、さらに取付けフランジ41を明示した、スピンドル・モータ・アセンブリ40が示されている。図５には、ハブ42を除去した取付けフランジ41が示されている。図６を参照すると、本発明によるもう１つの代替実施例が示されている。この場合、やはり、必要な伝搬特性を得るため、取付けフランジ41に、開口部30（除去されている）の代りに３つのたわみ材33が形成されている。各場合とも、取付けフランジ41は、アルミニウムまたは他の適合する材料から製造することができる。位相のシフトに加え、ばね、たわみ材、または、振動絶縁装置の追加によって、フィードバックの振幅を減少させることができるので、図２、図３、及び、図６の実施例が最も有利である点に留意されたい。ただし、これらの修正は、より複雑であり（従って、高価）、許容できない可動部品間における“スロップ”が加えられることになるので、単に開口部30を設けるだけの場合に比べて有利とはいえない。
【００１８】本発明は、望ましい実施例に関連して図示し、解説してきたが、当該技術の熟練者には明らかなように、本発明の精神、範囲、及び、教示を逸脱することなく、形態及び細部にさまざまな変更を加えることが可能である。例えば、ベースの開口部は、スリットとして示されているが、その両側における位相の振動を防止する新しい基本共振周波数の発生に適した位置、適合する形状、及び、十分な大きさの開口部とすることができる。
【００１９】
【発明の効果】本発明によれば、光ディスク・ドライブにおけるサーボ制御システムの不安定化が防止される。
【図面の簡単な説明】
【図１】組み合わせると、本発明による光ディスク・ドライブの分解透視図を形成する図である。
【図２】本発明によるもう１つの光ディスク・ドライブの一部に関する分解透視図である。
【図３】本発明によるもう１つの光ディスク・ドライブの一部に関する分解透視図である。
【図４】モータ・ドライバ・カードを除去した、図１のスピンドル・モータ・アセンブリの拡大透視図である。
【図５】図４のスピンドル取付けフランジの透視図である。
【図６】本発明によるスピンドル取付けフランジの透視図である。
【符号の説明】
10．光ディスク・ドライブ
11. ベース
12. 読取り／書込みヘッド
13. 対物レンズ
14. 精密アクチュエータ
15. キャリッジ
16. 概略アクチュエータ
17. ロード・モータ
18. ディスク・カートリッジ・ローダ
19. 磁気バイアス・コイル
21. 回路カード
22. ディスク・カートリッジ
23. ボイス・コイル・モータ
24. フレーム
30. 開口部
35. 取付け具
40. スピンドル・モータ・アセンブリ
41. スピンドル取付けフランジ
42. ハブ
43. モータ・ドライバ・カード
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、サーボ制御システムにおけるフィードバックの制御に関するものである。とりわけ、本発明は、光ディスク・ドライブにおける振動からの機械的フィードバックの制御に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】最新のコンピュータは、ユーザ・データ及びユーザ・データの処理命令を記憶するのに用いられる高性能の主メモリを備えている。主メモリは、一般に、急速な、純粋に電子的な速度で動作するソリッド・ステート・マイクロチップの形をとる。主メモリは、極めて高価でもあるので、通常、周辺記憶装置で補われる。こうした装置には、例えば、磁気テープ・ドライブ、磁気ディスク・ドライブ、及び、光ディスク・ドライブがある。本書で用いられる用語「周辺記憶装置」には、オーディオ記録とビデオ記録の両方または一方に用いられるような、データ処理環境外で利用される同様の装置も含まれている。
【０００３】周辺記憶装置には、一般に、１つ以上のサーボ制御システム（今後は、「サーボ」と称する）が含まれている。サーボは、出力と入力を絶えずまたは断続的に比較し、その間のエラーすなわち差を利用して、所望の動作が生じるようにすることができる自動制御システムである。周辺記憶装置において、出力は、一般に動作特性であり、直接関連する装置の動作に対する調整に用いられる。例えば、磁気ディスク・ドライブの場合、トラッキング・サーボを利用して、もし存在するとすれば、磁気ディスクのデータ・トラックと磁気ディスク・ヘッドの読取り／書込み素子の間の物理的ミス・アライメント量を制御することができる。ミス・アライメントは、ディスク上のトラックの半径方向におけるずれによって生じる可能性があるが、このずれは、関連する製造公差または動作特性によって生じる１つ以上の半径方向における欠陥である。ミスアライメントのモニタ時には、ヘッドに対するディスクの相対位置に絶えず調整／補正を加え、所望のトラックに対するデータの適正な読取り／書込みを可能にする。光ディスク・ドライブの場合、ディスクの軸方向のずれ（半径方向の欠陥と同様であるが、ディスクの厚さ方向における変動といった、性質上軸方向における欠陥）に順応するため、焦点サーボも用いられる。このサーボは、光ディスクと光ディスク・ドライブの対物レンズとの距離をモニタする。対物レンズは、固定焦点長を有しており、焦点サーボを利用して、対物レンズとレンズとの相対位置に調整を加えることにより、ディスクの活性記録層に対する光ディスク・ドライブの光ビームの焦点が適正に維持される。トラックのミス・アライメント及び光ディスクと対物レンズの距離をモニタする技法については、周知のところである。
【０００４】前述のサーボ例におけるように、機械的作用の制御には、多くのサーボが用いられる。もう１つの例として光ディスク・ドライブの焦点サーボを利用する場合、機械的作用は、ボイス・コイル・モータまたは他のアクチュエータを駆動して、対物レンズを移動させ、光ディスクの表面に近づけたり、該表面から遠ざけたりすることである。フィードバックがなければ、光ディスクの振動のアクチュエータに対する電気入力との間に特定の位相または振幅の関係が存在する。装置の特定の物理的構成に従って、機械的作用は、サーボにフィードバックされることになる、いくつかの付加的な、一般に望ましくない動きを生じる可能性がある。やはり、焦点サーボを例にすると、対物レンズの位置を調整するモータの作用によって、振動が、アクチュエータの取付け具、光ディスク・ドライブのベースまたはハウジング、スピンドル・モータを通って、光ディスクに伝わる。光ディスクが振動するにつれて、光ディスクと対物レンズとの距離がさらに変動する。軸方向の振れによるものではなく、機械的フィードバックによるディスクのこうした振動の場合、いくつかのフィードバック特性のために、サーボの動作に影響がある。機械的フィードバックの大きさは、光ディスクの共振周波数において極めて大きくなり、光ディスクの共振周波数が、サーボのクロスオーバ周波数に近くなると（クロスオーバ周波数は、開ループのサーボ応答が、ゼロｄＢの大きさで交差する周波数である）、こうしたクロスオーバ周波数における位相余裕が減少することになる。そうした場合、その結果から生じるディスクの動作の振幅が、劇的に増大し、サーボ・ループを不安定にする。
【０００５】機械的フィードバックの不安定化は、一般に、フィードバック源の分離、または、フィードバック振幅の減少によって制御される。分離によるフィードバック制御は、物理的分離（この場合、不可能と思われる）を指すものではなく、共振周波数とクロスオーバ周波数の分離を指している。やはり、焦点サーボを例にとると、サーボのクロスオーバ周波数に対するディスクの共振周波数は、どちらかの機械特性または動作特性を変更することによって調整可能である。比較的簡単に、こうした変更を１度に行なうことができるが、今や、これまで認識されなかった問題が存在する。今では、周辺記録媒体の共通標準化のため、ある装置が市場で存続可能であろうとすれば、その共振周波数を変更する余地はない。さらに、アクチュエータのクロスオーバ周波数を下げるように調整することは望ましくなく、それだけで、サーボの性能を低下させることになる。最後に、最新の微同調されたアクチュエータの場合、コストをあまり増大させずに、アクチュエータのクロスオーバ周波数を上げることは困難である。
【０００６】振幅減少によるフィードバック制御は、２つの方法のいずれかによって、装置のコンポーネントを単純に剛化させることによって行なわれる。まず、コンポーネントの製造に用いられる材料を、固有の機械的特性が得られるように選択することができる。例えば、アルミニウムまたはたわみプラスチックの代りに、鋼鉄を用いることが可能である。第２に、用いられる材料に関係なく、コンポーネントを厚くするか、さもなければ、大きくして、剛性を増し、振動の可能性を低下させることができる。あいにく、装置のコンポーネントの単純な剛化も、これまで認識されていなかったいくつかの問題に関連している。まず、周辺記憶装置が、既に、十分ながんじょうさを得るため、比較的剛性の材料から製造されている。これ以上、材料を改良するには、さらに新種で、高価な材料が必要になる。より厚いコンポーネントの利用は、やはり、用いる各材料の量を増す必要があるため、装置の費用が増大する。さらに、コンポーネントが厚くなると、装置の重量が増し、可搬性が低下する。最後に、コンポーネントを厚くすることは、パーソナル・コンピュータ及びワークステーションの内部に取りつけられる周辺記憶装置、あるいは、大形のデータ処理システムに用いられる標準サイズのラックに取りつけられた周辺記憶装置といった、いくつかのスペースに制限のある環境では、不可能である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】以上を考慮し、本発明の主たる目的は、サーボにおける機械的フィードバックの制御を改良することにある。
【０００８】本発明のもう１つの目的は、周辺記憶装置のコンポーネントとして働くサーボの機械的フィードバックを制御することにある。
【０００９】本発明のさらにもう１つの目的は、分離または振幅の減少以外の手段によって、光ディスク・ドライブのサーボにおける機械的フィードバックを制御することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明のこれらの目的及びその他の目的は、サーボに戻る経路に沿った機械的フィードバックの位相を約 180度シフトして、位相余裕の減少を排除し、サーボが不安定にならないようにすることによって達成される。この位相のシフトは、フィードバック経路に沿った実際に有効な場所で誘発させることができる。光ディスク・ドライブで実施される位相シフトは、光ディスク・ドライブのベースに開口部を形成することによって誘発するのが望ましい。開口部は、適正な位置決め、適合する成形、及び、その両側の位相が振動しないようにする新しい基本共振周波数の発生に十分な大きさが必要とされる。代替案として、フィードバック経路における他のコンポーネントを変更することによって、位相シフトを誘発することが可能である。例えば、スピンドル・モータ・アセンブリに修正を施して、新しいスピンドルの共振周波数を生じさせることにより、位相シフトを誘発することも可能である。
【００１１】
【実施例】ここで、図面を詳細に参照すると、それぞれ異なる図において、同様の番号は、同様の機構及び構造要素を表わしている。本発明は、光ディスク・ドライブの焦点サーボ及び精密アクチュエータに関する実施例として説明される。もちろん、本発明は、他の機械的フィードバック源として、また、他の周辺記憶装置において実施することも可能である。
【００１２】次に、図１を参照し、本発明による光ディスク・ドライブ10について説明する。光ディスク・ドライブ10には、アルミニウムに機械加工した、または、アルミニウムから鋳造したベース11を取りつけるフレーム24が含まれている。ベース11は、長さ約 146mm、幅98mm、高さ14mm、及び、厚さ２mmである。光学読取り／書込みヘッド12が、ベース11に取りつけられているが、これには、光ビームを放射するレーザが設けられている。２つのボイス・コイル・モータ23を備えた精密アクチュエータ14に、対物レンズ13が取りつけられている。精密アクチュエータ14は、それ自体がベース11の取付け具35に取りつけられた概略アクチュエータ16のキャリッジ15に取りつけられている。また、ベース11には、ロード・モータ17、及び、スピンドル取付けフランジ41（図１には示されていない）、ハブ42、及び、モータ・ドライバ・カード43を具備したスピンドル・モータ・アセンブリ40も取りつけられている。スピンドル・モータ・アセンブリ40は、製造されて、ベース11の底部にある円形開口部に納められる。ディスク・カートリッジ・ローダ18は、前述のコンポーネントの上方に移動可能に取りつけられており、磁気バイアス・コイル19を備えている。回路カード21には、データ・チャネル及び機械式トラッキング及び焦点合せサーボといった、光ディスク・ドライブ10を動作させる回路及びマイクロコードが含まれている。光ディスク・ドライブ10の残りのコンポーネントに対する回路カード21の設計、動作、及び、接続は、既知の適合する任意の設計とすることができる。データは、ディスク・カートリッジ22内にある90mmの磁気光学ディスクに記憶される。光ディスクは、検関のため草案× 3,192〜 199ｘとして発表された、米国規格協会（ＡＮＳＩ）の提案による規格×Ｂ 311／89−120 に従って製造されており、参考までに本書に取り入れられている。光ディスクの共振周波数は、約 1.5キロヘルツである。ディスク・カートリッジ22のシャッタは、図面に示されていないが、やはり、周知のところである。
【００１３】ディスク・カートリッジ22をローダ18に挿入すると、ローダ18の動きがロード・モータ17によって制御されて、光ディスクが適正にハブ42に納まり、シャッタが開いて、その中の光ディスクが露出する。次に、スピンドル・モータが、ハブ42及び光ディスクを回転させる。ヘッド12が放射するビームで、ディスクの活性記録層のスポットをキュリー温度を超えるまで加熱することによって、光ディスクにデータが書き込まれる。こうした温度で、バイアス・コイル19が印加する磁気バイアスを利用し、スポットの磁区を所望の方向の配向が施される。カー偏光効果を利用して、ヘッド12が放出するビームを反射させ、スポットに記憶されているビットを検出することによって、光ディスクからデータが読み取られる。光ビームは、キャリッジ15に設けられたビームを曲げるプリズムまたはミラーによって、ヘッド12から対物レンズ13を通るように向けられる。概略アクチュエータ16によって、光ディスクの下方の半径方向にキャリッジ15を移動させ、光ディスクのデータ・トラックに対して光ビームによる大まかな光学トラッキングを施すことができる。精密アクチュエータ14のボイス・コイル・モータ23によって、光ディスクの下方の半径方向及び垂直方向に対物レンズ14を移動させ、ディスクの活性記録層に対して光ビームの精密なトラッキング及び焦点合せを施すことができる。ヘッド12には、光学的にトラッキング・エラー信号及び焦点合せエラー信号を求める検出器のような光学コンポーネントが含まれている（焦点合せエラーは、光ディスクと対物レンズの間における実際の離隔距離と所望の離隔距離の差である）。こうしたデータ・アクセス、トラッキング、焦点合せ、及び、その他の光ディスク・ドライブの動作については、周知のところである。
【００１４】光ディスク・ドライブ10の焦点サーボが、対物レンズ13の焦点操作を制御する。焦点操作の入力は、電気信号であり、これによって、精密アクチュエータ14のボイス・コイル・モータ23が対物レンズ13を機械的に位置決めする。焦点操作の出力は、焦点エラー信号である。焦点サーボは、焦点エラー信号を絶えずモニタして、電気信号によって精密アクチュエータ14による対物レンズ13の機械的調整を指示し、焦点エラーを排除する。精密アクチュエータ14の機械的作用は、電気入力信号と位相が約 180度ずれている。焦点サーボは、 1.5キロヘルツをわずかに上まわる開ループのクロスオーバー周波数を有している。精密アクチュエータ14のボイス・コイル・モータによる機械的作用によって振動が生じ、これが、概略アクチュエータ16及びその取付け具35、ベース11、及び、スピンドル・モータ・アセンブリ40を経て、回転光ディスクに至る経路を伝搬する。ベース11に開口部がなければ、ディスクの共振周波数に近い機械的作用の周波数による機械的フィードバックによって、光ディスクは、ボイス・コイル・モータに対し大振幅で、かつ、電気入力信号との位相が約104度ずれた振動を生じることになる。こうした振幅が大きく、位相がシフトしたフィードバックによって、クロスオーバ周波数における位相余裕が減少し、ディスクの振動の振幅を増す精密アクチュエータの制御にサーボを不安定にする変動が生じることになる。このフィードバックは、従って、焦点サーボを適正に動作させるために制御しなければならない。
【００１５】分離または振幅の減少によって機械的フィードバックを制御し、前述の不都合に順応する代りに、機械的フィードバックの位相を故意にさらに 180度（約）シフトさせることによって、クロスオーバ周波数における位相余裕の減少が排除される。この機械的フィードバックの位相の追加シフトは、ベース11の振動伝搬特性を変えて、追加共振周波数を誘発することによって生じる。ベース11に、機械加工または鋳造による細長いスリットまたは開口部30を追加することによって、ベース11のその部分が、両側において位相のずれた振動を生じることになる。開口部30がフィードバック経路内に配置され、該開口部が、２つの部分において明確に位相のずれた振動を発生するのに十分な大きさ及びこれに適した形状を有している限り、焦点サーボの不安定は防止される。望ましい実施例の場合、開口部30は、長さ約71mm、幅約 1.5mmである。長さ35mmの開口部を試みたが、ベース11の幅を横切って取付け具35の間に配置されただけであり、従って、こうした取付け具35を通るフィードバック経路を遮断しないので、必要な位相シフトが生じなかった。また、スピンドル・モータ・アセンブリ40を納めるのに用いられる円形開口部も、やはり、取付けフランジ41及びベース11を通るフィードバック経路に配置されていないので、必要な位相シフトが生じない。フィードバック経路内における特定の開口部30が、焦点サーボの不安定を防ぐのに適したサイズ及び形状を備えるか否かを前もって予測する簡単な技法は存在しない■■該システムを構築したら、所望の結果が得られか確認するため、テストを行なうことが望ましい。開口部30によって生じる弱さは、開口部30を修正して、焦点サーボのクロスオーバ周波数に近いが、それより低くなるように、新しい基本共振周波数を設定することによって最小限にとどめられる。こうして、光ディスクの共振周波数に修正を加えずに、電子装置または複雑な機械構造を追加せずに、また、ディスク・ドライブのコンポーネントを剛化したり、その厚みを増したりせずに、機械的フィードバックが制御される。
【００１６】図２を参照して、次に、サーボに戻るその経路に沿った機械的フィードバックの位相をさらに 180度シフトすることで、変更を加えた代替光ディスク・ドライブの部分について解説する。前記代替案の場合には、ベース11は、図示のように、フィードバック経路に対して必要な伝搬特性を付与するたわみ取付け具31を形成するように、スピンドル・モータ・アセンブリ40のまわりに修正が加えられる。図３を参照すると、もう１つのこうした代替光ディスク・ドライブの変更部分が示されている。この部分、やはり、必要な伝搬特性を得るため、スピンドル・モータ・アセンブリ40は、ばね、または、ゴムによる振動絶縁装置32によって懸架されている。
【００１７】図４には、モータ・ドライバ・カード43を除去して、さらに取付けフランジ41を明示した、スピンドル・モータ・アセンブリ40が示されている。図５には、ハブ42を除去した取付けフランジ41が示されている。図６を参照すると、本発明によるもう１つの代替実施例が示されている。この場合、やはり、必要な伝搬特性を得るため、取付けフランジ41に、開口部30（除去されている）の代りに３つのたわみ材33が形成されている。各場合とも、取付けフランジ41は、アルミニウムまたは他の適合する材料から製造することができる。位相のシフトに加え、ばね、たわみ材、または、振動絶縁装置の追加によって、フィードバックの振幅を減少させることができるので、図２、図３、及び、図６の実施例が最も有利である点に留意されたい。ただし、これらの修正は、より複雑であり（従って、高価）、許容できない可動部品間における“スロップ”が加えられることになるので、単に開口部30を設けるだけの場合に比べて有利とはいえない。
【００１８】本発明は、望ましい実施例に関連して図示し、解説してきたが、当該技術の熟練者には明らかなように、本発明の精神、範囲、及び、教示を逸脱することなく、形態及び細部にさまざまな変更を加えることが可能である。例えば、ベースの開口部は、スリットとして示されているが、その両側における位相の振動を防止する新しい基本共振周波数の発生に適した位置、適合する形状、及び、十分な大きさの開口部とすることができる。
【００１９】
【発明の効果】本発明によれば、光ディスク・ドライブにおけるサーボ制御システムの不安定化が防止される。
【図面の簡単な説明】
【図１】組み合わせると、本発明による光ディスク・ドライブの分解透視図を形成する図である。
【図２】本発明によるもう１つの光ディスク・ドライブの一部に関する分解透視図である。
【図３】本発明によるもう１つの光ディスク・ドライブの一部に関する分解透視図である。
【図４】モータ・ドライバ・カードを除去した、図１のスピンドル・モータ・アセンブリの拡大透視図である。
【図５】図４のスピンドル取付けフランジの透視図である。
【図６】本発明によるスピンドル取付けフランジの透視図である。
【符号の説明】
10．光ディスク・ドライブ
11. ベース
12. 読取り／書込みヘッド
13. 対物レンズ
14. 精密アクチュエータ
15. キャリッジ
16. 概略アクチュエータ
17. ロード・モータ
18. ディスク・カートリッジ・ローダ
19. 磁気バイアス・コイル
21. 回路カード
22. ディスク・カートリッジ
23. ボイス・コイル・モータ
24. フレーム
30. 開口部
35. 取付け具
40. スピンドル・モータ・アセンブリ
41. スピンドル取付けフランジ
42. ハブ
43. モータ・ドライバ・カード
【特許請求の範囲】
【請求項１】ベースと、上記ベースに取り付けられ、周辺記憶媒体に好適に結合されたモータと、内部コンポーネントと、上記ベースに取り付けられると共に上記内部コンポーネントに結合されて、上記周辺記憶媒体に対して上記内部コンポーネントの位置を調整するようになっており、上記周辺記憶媒体における振動フィードバックとして、上記周辺記憶媒体に対する上記内部コンポーネントの位置に影響を及ぼすある位相をもった振動を発生する機械式アクチュエータと、上記機械式アクチュエータに結合されて、上記周辺記憶媒体に対する上記内部コンポーネントの位置をモニタし、こうしたモニタの結果として、上記機械式アクチュエータを起動し上記内部コンポーネントを移動させて、上記周辺記憶媒体に対して所望の相対位置が生じるようにするサーボと、上記モータと上記機械式アクチュエータの間の上記ベースに設けられ、その経路に沿ってフィードバックの位相をシフトさせて、上記周辺記憶媒体に影響を及ぼす上記振動フィードバックを減少させるための開口部と、を含む周辺記憶媒体から読取りを行なう周辺記憶装置。
【請求項２】ベースと、上記ベースに取り付けられたモータと、上記モータに回転可能に結合され、光ディスク上に好適に取り付けられたスピンドルと、光ビーム発生源と、光ビームの焦点を光ディスクに合わせる対物レンズと、上記ベースに取り付けられると共に上記対物レンズに結合されて、上記光ディスクの位置に対して対物レンズの位置を調整するようになっており、上記光ディスクにおける振動フィートバックとして、上記光ディスクの位置に対する上記対物レンズの位置に影響を及ぼすある位相をもった振動を発生する機械式アクチュエータと、上記機械式アクチュエータに結合されて、上記光ディスクの位置に対する上記対物レンズの位置をモニタし、こうしたモニタの結果として、上記機械式アクチュエータを起動し上記対物レンズを移動させて、上記光ディスクの位置に対して所望の相対位置が生じるようにするサーボと、上記モータと上記機械式アクチュエータの間の上記ベースに設けられ、上記機械式アクチュエータから上記光ディスクへの経路に沿いフィードバックの位相をシフトさせて、上記光ディスクの位置に影響を及ぼす上記振動フィードバックを減少させるための開口部と、を含む光ディスクの読取りを行なう光ディスク・ドライブ。
【請求項３】上記サーボが、焦点サーボであることを特徴とする、請求項２に記載の光ディスク・ドライブ。
【請求項１】ベースと、上記ベースに取り付けられ、周辺記憶媒体に好適に結合されたモータと、内部コンポーネントと、上記ベースに取り付けられると共に上記内部コンポーネントに結合されて、上記周辺記憶媒体に対して上記内部コンポーネントの位置を調整するようになっており、上記周辺記憶媒体における振動フィードバックとして、上記周辺記憶媒体に対する上記内部コンポーネントの位置に影響を及ぼすある位相をもった振動を発生する機械式アクチュエータと、上記機械式アクチュエータに結合されて、上記周辺記憶媒体に対する上記内部コンポーネントの位置をモニタし、こうしたモニタの結果として、上記機械式アクチュエータを起動し上記内部コンポーネントを移動させて、上記周辺記憶媒体に対して所望の相対位置が生じるようにするサーボと、上記モータと上記機械式アクチュエータの間の上記ベースに設けられ、その経路に沿ってフィードバックの位相をシフトさせて、上記周辺記憶媒体に影響を及ぼす上記振動フィードバックを減少させるための開口部と、を含む周辺記憶媒体から読取りを行なう周辺記憶装置。
【請求項２】ベースと、上記ベースに取り付けられたモータと、上記モータに回転可能に結合され、光ディスク上に好適に取り付けられたスピンドルと、光ビーム発生源と、光ビームの焦点を光ディスクに合わせる対物レンズと、上記ベースに取り付けられると共に上記対物レンズに結合されて、上記光ディスクの位置に対して対物レンズの位置を調整するようになっており、上記光ディスクにおける振動フィートバックとして、上記光ディスクの位置に対する上記対物レンズの位置に影響を及ぼすある位相をもった振動を発生する機械式アクチュエータと、上記機械式アクチュエータに結合されて、上記光ディスクの位置に対する上記対物レンズの位置をモニタし、こうしたモニタの結果として、上記機械式アクチュエータを起動し上記対物レンズを移動させて、上記光ディスクの位置に対して所望の相対位置が生じるようにするサーボと、上記モータと上記機械式アクチュエータの間の上記ベースに設けられ、上記機械式アクチュエータから上記光ディスクへの経路に沿いフィードバックの位相をシフトさせて、上記光ディスクの位置に影響を及ぼす上記振動フィードバックを減少させるための開口部と、を含む光ディスクの読取りを行なう光ディスク・ドライブ。
【請求項３】上記サーボが、焦点サーボであることを特徴とする、請求項２に記載の光ディスク・ドライブ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【特許番号】第２５３８７２７号
【登録日】平成８年（１９９６）７月８日
【発行日】平成８年（１９９６）１０月２日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平３−１９９９１５
【出願日】平成３年（１９９１）７月１６日
【公開番号】特開平４−２３２６５４
【公開日】平成４年（１９９２）８月２０日
【出願人】（３９０００９５３１）インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレイション (4,084)
【氏名又は名称原語表記】ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ ＢＵＳＩＮＥＳＳ ＭＡＳＣＨＩＮＥＳ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
【参考文献】
【文献】特開平１−２７９４５９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平２−１６６６６２（ＪＰ，Ａ）
【文献】実開平２−８４１２０（ＪＰ，Ｕ）
【登録日】平成８年（１９９６）７月８日
【発行日】平成８年（１９９６）１０月２日
【国際特許分類】
【出願日】平成３年（１９９１）７月１６日
【公開番号】特開平４−２３２６５４
【公開日】平成４年（１９９２）８月２０日
【出願人】（３９０００９５３１）インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレイション (4,084)
【氏名又は名称原語表記】ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ ＢＵＳＩＮＥＳＳ ＭＡＳＣＨＩＮＥＳ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
【参考文献】
【文献】特開平１−２７９４５９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平２−１６６６６２（ＪＰ，Ａ）
【文献】実開平２−８４１２０（ＪＰ，Ｕ）
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