JPH10320782A - 位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 装置の構成を複雑化することなく、迅速かつ
正確な被制御対象物の位置検出を可能とする。 【解決手段】 ヘッド（図示せず）の移動に伴い、セン
サ（図示せず）からは正弦波状のトラックエラー信号Ａ
およびトラック信号Ｂが観測される。これらの信号Ａ，
Ｂを２値化器１Ａ，１Ｂで２値化した信号ＤＡ，ＤＢを
もとに位置検出器２でヘッドの位置や速度を検出し、そ
の値はプロセッサ７で読み出される。すなわち、波形補
正回路３で補正された２値化信号ＱＡ，ＱＢは、Ｄ型フ
リップフロップ４Ａ，４Ｂでラッチした信号ＺＡ，ＺＢ
と共に論理回路５に入力され、カウント信号とその方向
信号が出力線８，９上に出力され、アップダウンカウン
タ・タイマ６により位置および速度として符号化され
る。速度は、パルスの幅すなわち各エッジ間の時間をタ
イマ６で測定することで、その逆数として求められる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被制御対象物の移
動に伴って検知される１相または２相のセンサ出力信号
を２値化し、該２値化信号に基づいて前記被制御対象物
の移動量および／または移動速度を検出する位置検出装
置に関するものである。さらに詳述すると本発明は、磁
気ディスクや光ディスクにおけるヘッドのトラック位置
制御をはじめとする、各種の位置制御に好適な位置検出
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に知られている磁気ディスクドライ
ブ装置や光ディスクドライブ装置では、ヘッドがディス
ク上のトラックを横断するたびに正弦波状に変化するト
ラックエラー信号を発生し、それを２値化したパルス信
号をカウントすることによりヘッドのトラック位置を検
出している。また、その周期を測定することにより、ヘ
ッドの速度を検出している。しかし、このトラックエラ
ー信号は、セクタマーク，ノイズ，ディスク表面の汚れ
などの影響で乱れ、位置や速度の検出に誤差が生じるこ
とがあった。

【０００３】図３は、従来の光磁気ディスクドライブ装
置を用いたとき、トラックカウントを誤る具体例を示し
たものである。すなわち、光磁気ディスクのセクタマー
クなどの影響により、主に低速時には図３（１）のよう
に短いパルス性ノイズが発生して１トラック分だけ多く
カウントしてしまい、他方、高速時には図３（２）のよ
うにパルスが失われて１トラック分だけ少なくカウント
してしまうといった現象が発生する。その結果、正確な
位置や速度の情報が得られず、アクセス速度や安定性な
どの制御性を劣化する要因になっている。

【０００４】このような問題に対しては、ＶＣＯ（電圧
制御発信器）を用いたＰＬＬ（位相同期ループ）回路を
適用し、トラックエラー信号の乱れを特定の高周波域で
補正することが考えられる。

【０００５】また、このような問題に対処するための従
来技術として、直前のパルス周期を元に、次のパルスエ
ッッジの期待位置と許容変動範囲を設定し、許容変動範
囲にパルスエッジがない場合には期待位置にパルスを発
生させ補正する（特開平４−２９１０２５号公報）もの
がある。

【０００６】さらに、ヘッドをシークして目標のトラッ
ク上に停止する際、トラックエラー信号のみでは移動方
向が判別できないため、オーバーシュートすると暴走し
てしまう危険がある。これを防ぐ手段として、トラック
エラー信号と位相が９０度ずれた信号（以下、トラック
信号という）を併せ利用して、トラックの移動方向を判
別する方法が知られている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ディス
クドライブ装置のトラックエラー信号を補正するにあた
り、ＰＬＬ回路を用いた前者の方式では、広い周波数に
わたって理想的な同期・補正特性を得ることが難しく、
適用可能な周波数変動範囲は、高周波寄りの数倍程度の
狭い範囲（例えば、２５０ｋＨｚから１ＭＨｚ）に限ら
れ、実用上十分とはいえない。

【０００８】また、特開平４−２９１０２５号公報に記
載されている後者の方式は、直前のパルス幅で与えられ
る期待位置を中心とした許容範囲にエッジがない場合に
は、期待位置にパルスを発生させるものであるが、それ
を実現させるには、補正された信号全体の出力を許容時
間だけ遅延させなければならないため、制御性が劣化し
てしまうこと、また、許容範囲から少しでも外れた入力
があると期待位置にパルスを補正してしまうため、同期
ずれを起こす危険性が高い、などの問題がある。

【０００９】一方、一般的な光磁気ディスク装置では、
移動方向の判別に必要となるトラック信号は、例えば２
０ｋＨｚ以上では極端に乱れて利用できない。そこで、
プロセッサが移動速度を監視し、移動方向が反転する可
能性がある十分低い速度になったときには、トラック信
号の状態から移動方向を判定し、カウンタのカウント方
向を切替えたり、移動方向を加味した４逓倍カウント方
式に切り換える必要があり、プロセッサの負荷が大きか
った。

【００１０】よって本発明の目的は、上述の点に鑑み、
装置の構成を複雑化することなく、迅速かつ正確な被制
御対象物の位置検出を可能とした位置検出装置を提供す
ることにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、被制御対象物の移動に伴って検知され
る１相または２相のセンサ出力信号を２値化し、該２値
化信号に基づいて前記被制御対象物の移動量および／ま
たは移動速度を検出する位置検出装置であって、前記２
値化信号の直前パルス幅情報を入力し、次に生ずるパル
スエッジが予め規定した許容変動範囲内に含まれるよう
前記２値化信号の波形を補正するに際して、許容最短位
置でパルス状態が既に遷移しているときには該許容最短
位置にエッジを発生させ、該許容変動範囲内にパルスエ
ッジが生じたときにはそのままとし、許容最長位置でパ
ルス状態が遷移していないときには該許容最長位置にエ
ッジを発生させる補正手段を具備したものである。

【００１２】ここで、前記補正手段は、パルス幅とその
許容変動量を同じアドレスで指定されるメモリ上にパル
ス幅の順に並べ、パルス幅の小さい方から比較を行い該
当する許容変動量を求める構成とするのが好適である。
具体的には、前記許容変動量を、アクチュエータの推力
あるいはコントローラの指令で制限される前記被制御対
象物の取り得る最大加速度に従って設定するものとす
る。さらに、光ディスクのトラック位置を検出するにあ
たり、ヘッドの低速移動時には、トラックエラー信号
と、該トラックエラー信号と位相が９０度異なるトラッ
ク信号の双方から位置を検出し、該トラック信号の波形
が乱れる高速移動時には、低速時に検出された方向を固
定し、前記トラックエラー信号のみを用いて位置を検出
するものとする。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。

【００１４】図１は、本発明を適用した光磁気ディスク
ドライブ装置における、ヘッドのトラック位置検出器の
構成例を示す。

【００１５】図１において、Ａは図示しないヘッドのセ
ンサから検出されたトラックエラー信号、Ｂは同トラッ
クエラー信号と９０度の位相差を有するトラック信号、
１Ａおよび１Ｂは２値化器、２は位置検出器である。こ
の位置検出器２において、３は後に詳述する波形補正回
路（図５参照）、４Ａおよび４ＢはＤ型フリップフロッ
プ、５は論理回路、６はアップダウンカウンタ・タイ
マ、７はプロセッサを示す。

【００１６】図２は、図１に示した２値化器１Ａ，１Ｂ
に入力されるトラックエラー信号、トラック信号Ｂと２
値化出力ＤＡ，ＤＢとの関係を示した図である。

【００１７】図２に示すように、ヘッド（図示せず）の
移動に伴い、センサ（図示せず）からは正弦波状のトラ
ックエラー信号Ａおよびトラック信号Ｂが観測される。
これらの信号Ａ，Ｂを２値化器１Ａ，１Ｂで２値化した
信号ＤＡ，ＤＢをもとに位置検出器２でヘッドの位置や
速度を検出し、その値はプロセッサ７で読み出される。
すなわち、波形補正回路３で補正された２値化信号Ｑ
Ａ，ＱＢ（後に詳述する）は、Ｄ型フリップフロップ４
Ａ，４Ｂでラッチされた信号ＺＡ，ＺＢと共に論理回路
５に入力され、カウント信号とその方向信号が出力線
８，９上に出力され、アップダウンカウンタ・タイマ６
により位置および速度として符号化される。速度は、パ
ルスの幅すなわち各エッジ間の時間をタイマ６で測定す
ることで、その逆数として求められる。

【００１８】図２では、乱れのない理想的な２相の信号
Ａ，Ｂが入力された場合の波形を示してある。従って、
２値化したパルスの状態遷移をＱＡ，ＱＢ，ＺＡ，ＺＢ
から読み取ることで、２逓倍および４逓倍のカウントが
できる。ただし、ディスクドライブの方式によっては、
２相信号Ａ，Ｂのうち、トラック信号Ｂが高周波域で極
端に乱れるため、低周波域でしか利用できないことにな
る。その場合には、低速時にのみトラック信号Ｂを併せ
利用した４逓倍カウント（１トラック当たり４回のカウ
ント）を行い、高速シーク時には信頼性の高いトラック
エラー信号Ａのみを利用して２逓倍カウント（１トラッ
ク当たり２回のカウント）を行う。但し、この２逓倍カ
ウント時には、４逓倍カウント時とゲインが一致するよ
う、１回のカウントで２倍増減する。さらに、トラック
エラー信号Ａも、図３に示したように波形が乱れること
があることから、波形補正回路３では、カウントミスを
防ぐために、次に詳述する波形補正を施しておく。

【００１９】アクチュエータの推力などの要因により、
ヘッド位置の変動量は加速度の制約を受ける。したがっ
て、トラックエラー信号Ａの直前のパルス幅と次のパル
ス幅との間の変動量には、図６に示すような関係が存在
する。

【００２０】図６から判るように、許容変動量の上限
（減速時の増加分）と下限（加速時の減少分）の差は低
周波（低速）になるに従い開き、上限が無限大になる点
が理論上補正可能な最低周波数である。実際には、不要
振動やオーバーシュートを抑えるために減速時の加速度
は低速になるほど低く抑えられるため、かなり低い周波
数まで上限と下限のそれぞれの幅を１つの値で代表する
ことが可能である。

【００２１】それら許容変動量の上限値・下限値を包含
するようにパルス幅とその次の許容変動量を図７に示す
ようなテーブルにしておく。このテーブルに従い、直前
の補正したパルス幅をもとに、次のパルス幅を許容変動
範囲内に制限する。

【００２２】すなわち、次に観測されたパルス幅が許
容範囲内にあればそのままとし、 それより短ければ（すなわち、許容最短位置でパルス
の状態がすでに遷移していれば）許容最短値とし、 それより長いか、もしくはパルスエッジが観測されな
ければ（すなわち、許容最長位置でパルスの状態が遷移
していなければ）、許容最長値としてパルスを補正し出
力する。

【００２３】補正するパルス幅は、パルスのハイとロー
のデューティがほぼ等しければ、図４（１）に示すよう
に同一方向へ移動したときの立ち上がりおよび立ち下が
りの各エッジ間隔であり、デューティが大きく異なる場
合には、図４（２）のようにハイの状態の間隔とローの
状態の間隔を個別に補正する。なお、２相の信号Ａ，Ｂ
が同等の信頼性で得られるシステムに対しては、２相信
号の各立ち上がりおよび立ち下がりエッジ間隔に対して
同様の補正を行う。

【００２４】このような波形補正処理を実現するディジ
タル波形補正回路の一例を図５に示す。ここで、メモリ
テーブル１２には、図７に示した如く、直前のパルス幅
Ｃ［ｉ−１］と次のパルス幅の許容変動値ΔＣ［ｉ］を
同じアドレス上に順に並べてある。制御部１１は、直前
の補正パルス幅Ｃ［ｉ−１］をラッチ回路１４にラッチ
させ、該当する許容変動量ΔＣ［ｉ］を、アドレスＴＡ
を走査してマグニチュードコンパレータ１６を利用して
求める。そして、求めた許容変動量ΔＣ［ｉ］と直前の
補正パルス幅Ｃ［ｉ−１］から、次のパルスの許容最短
値Ｃ［ｉ−１］−ΔＣ［ｉ］および許容最長値Ｃ［ｉ−
１］＋ΔＣ［ｉ］を加減算器１５で求め、それらの値と
カウンタ１３の値Ｃをマグニチュードコンパレータ１６
で比較することで、補正出力を得る。その補正出力の状
態が切り替わるときのカウンタ１３の値Ｃを再びラッチ
回路１４でラッチし、カウンタ１３をクリアする。

【００２５】より具体的に説明すると、マルチプレクサ
０（１９）は、ラッチ回路１４でラッチされた直前の補
正パルス幅Ｃ［ｉ−１］とメモリテーブル１２のパルス
幅出力ＴＣＱを入力し、そのいずれか一方を出力する機
能を実行する。

【００２６】加減算器１５は、マルチプレクサ０（１
９）の出力とメモリテーブル（１２）の許容パルス幅出
力ΔＣ［ｉ］を入力し、それらの加減算結果を出力す
る。入力信号ＡＤＤ＿ＳＵＢにより、その加算および減
算の機能を切り換える。

【００２７】マルチプレクサ１（１７）は、直前の補正
パルス幅Ｃ［ｉ−１］と加減算器１５の出力を入力し、
そのいずれか一方を出力する機能を実行する。

【００２８】マルチプレクサ２（１８）は、メモリテー
ブル１２のパルス幅出力ＴＣＱとカウンタ１３の出力Ｃ
を入力し、そのいずれか一方を出力する機能を実行す
る。

【００２９】マグニチュード・コンパレータ（１６）
は、マルチプレクサ２（１８）およびマルチプレクサ１
（１７）の出力をそれぞれＡ端子およびＢ端子に入力
し、Ａ＜ＢおよびＡ＝Ｂの比較結果ＬＴ，ＥＱを出力す
る機能を実行する。

【００３０】制御部１１は、被補正信号ＤＡ、およびマ
グニチュード・コンパレータ１６の出力ＬＴ，ＥＱを入
力し、補正信号ＳＡ、カウンタ１３のリセット信号ＲＥ
ＳＥＴ、ラッチ回路１４のラッチ信号ＬＡＴＣＨ、マル
チプレクサ０，１，２（１９，１７，１８）の切り換え
信号ＭＵＸ０，ＭＵＸ１，ＭＵＸ２、加減算器１５の加
算および減算機能の切り換え信号ＡＤＤ＿ＳＵＢ、メモ
リテーブル１２のアドレス信号ＴＡを出力する。

【００３１】以上で、図５の定性的な動作説明は終了す
る。

【００３２】入力信号の補正可能な最低周波数は、メモ
リテーブル１２（図７参照）の最下位のパルス幅で規定
され、入力信号がそれより高周波か否か、すなわち波形
補正を受けているか否かの判断結果は、信号線１０を介
して論理回路５およびアップダウンカウンタ・タイマ６
に伝えられる。そして、波形補正を受けていない間、論
理回路５およびアップダウンカウンタ・タイマ６は両方
の信号ＤＡ，ＤＢを用いて移動方向の検出と共に４逓倍
カウントを行い、他方、波形補正を受けている間は、検
出された移動方向（信号線９の信号）を固定したまま一
定の信号ＤＡのみを用いてカウントを行う。

【００３３】以上の方式は、光磁気ディスクだけではな
く、その他の光ディスクや磁気ディスクのトラック位置
検出、さらには一般の制御機器の位置検出に用いること
ができる。

【００３４】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、装
置の構成を複雑化することなく、迅速かつ正確な被制御
対象物の位置検出が可能となる。

【００３５】より具体的に述べるならば、以下に列挙す
る格別な効果を奏することができる。

【００３６】（１）センサのパルス信号が１〜数パルス
連続して消失しても、適切に復元補正される。また、セ
ンサのパルス信号が許容変動範囲外でどのように乱れて
もその影響を受けることなく補正される。したがって、
位置および速度検出誤差がなくなり、制御性が劣化しな
い。

【００３７】一時的に許容範囲を越える動作によるパル
ス変動が存在しても、追従する方向に補正されるため、
同期ずれの可能性が低い。

【００３８】（２）アナログ回路を含まない簡単なディ
ジタル回路で実現できる。メモリの内容を書き換えるこ
とで簡単かつ詳細にパルス同期特性を設定できる。

【００３９】（３）パルスの許容変動量を、アクチュエ
ータの推力やコントローラの動作指令により制限される
対象物の取り得る最大加速度にしたがい与えるため、適
用できる周波数範囲が極めて広い（例えば、従来のアナ
ログのＰＬＬ回路を適用した場合の適用入力周波数範囲
が高々２５０ｋＨｚから１ＭＨｚ程度に対し、本発明を
適用した場合には２０ｋＨｚから５ＭＨｚとなる）。

【００４０】（４）本発明を光磁気ディスク装置へ適用
する場合、低速時には、トラック信号も利用して移動方
向を考慮した４逓倍カウントをするため、オーバーシュ
ートが起きても暴走せずに所望のトラックに復帰させる
ことができる。トラックエラー信号の波形補正を行う高
速時には、トラック信号の波形は極端に乱れるが、自動
的にトラックエラー信号のみを用いた２逓倍カウントに
切り換えるため、その影響を受けることはない。また、
プロセッサはそのカウント方法の切り替えを管理する必
要がない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した位置検出装置の全体を示すブ
ロック構成図である。

【図２】光磁気ディスクドライブ装置のトラックエラー
信号，トラック信号波形を示す説明図である。

【図３】光磁気ディスクドライブ装置におけるトラック
エラー信号が乱れる様子を示した図である。

【図４】波形補正回路における補正前後の信号を説明し
た図である。

【図５】波形補正回路の詳細なブロック構成図である。

【図６】直前のパルス幅と次のパルスの許容変動幅の関
係を示した図である。

【図７】直前のパルス幅と次のパルスの許容変動幅の関
係を規定する波形補正回路内のメモリテーブルの内容を
示す図である。

【符号の説明】

Ａ トラックエラー信号 Ｂ トラック信号 １Ａ，１Ｂ ２値化器 ３ 波形補正回路 ４Ａ，４Ｂ Ｄ型フリップフロップ ５ 論理回路 ６ アップダウンカウンタ・タイマ ７ プロセッサ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被制御対象物の移動に伴って検知される
   １相または２相のセンサ出力信号を２値化し、該２値化
   信号に基づいて前記被制御対象物の移動量および／また
   は移動速度を検出する位置検出装置であって、 前記２値化信号の直前パルス幅情報を入力し、次に生ず
   るパルスエッジが予め規定した許容変動範囲内に含まれ
   るよう前記２値化信号の波形を補正するに際して、許容
   最短位置でパルス状態が既に遷移しているときには該許
   容最短位置にエッジを発生させ、該許容変動範囲内にパ
   ルスエッジが生じたときにはそのままとし、許容最長位
   置でパルス状態が遷移していないときには該許容最長位
   置にエッジを発生させる補正手段を具備したことを特徴
   とする位置検出装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記補正手段は、パ
   ルス幅とその許容変動量を同じアドレスで指定されるメ
   モリ上にパルス幅の順に並べ、パルス幅の小さい方から
   比較を行い該当する許容変動量を求めることを特徴とす
   る位置検出装置。
3. 【請求項３】 請求項２において、前記許容変動量を、
   アクチュエータの推力あるいはコントローラの指令で制
   限される前記被制御対象物の取り得る最大加速度に従っ
   て設定することを特徴とする位置検出装置。
4. 【請求項４】 請求項１において、光ディスクのトラッ
   ク位置を検出するにあたり、ヘッドの低速移動時には、
   トラックエラー信号と、該トラックエラー信号と位相が
   ９０度異なるトラック信号の双方から位置を検出し、該
   トラック信号の波形が乱れる高速移動時には、低速時に
   検出された方向を固定し、前記トラックエラー信号のみ
   を用いて位置を検出することを特徴とする位置検出装
   置。