(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気ヘッドと、
この磁気ヘッドを位置決めするAバースト信号、Bバースト信号、Cバースト信号及びDバースト信号を有するサーボパターンが記録された磁気ディスクと、
前記サーボパターンから前記Aバースト信号と前記Bバースト信号の差（Aバースト信号−Bバースト信号）を示す位置情報Ｎ信号と前記Cバースト信号と前記Dバースト信号との差（Cバースト信号−Dバースト信号）を示す位置情報Ｑ信号とを復調する手段と、
ｎを任意の自然数としたとき、
Ｎ'信号＝Ｎ信号／（｜Ｎ信号｜ｎ＋｜Ｑ信号｜ｎ）１／ｎ
Ｑ'信号＝Ｑ信号／（｜Ｎ信号｜ｎ＋｜Ｑ信号｜ｎ）１／ｎ
の計算をサンプリングごとに計算するプロセッサと、
前記Ｎ'信号とＱ'信号とをつなぎ合わせて連続した、前記磁気ヘッドの位置決めのための位置信号を作成する手段とを備えた磁気ディスク装置。
【請求項２】
前記プロセッサで演算する際に、累乗根の演算部分に対して、δ＝｜Ｎ｜｜Ｑ｜／（｜Ｎ｜＋｜Ｑ｜）２を変数としてテーラー展開する請求項１記載の磁気ディスク装置。
【請求項３】
前記テーラー展開による演算方法を用い、このテーラー展開におけるテーラー展開係数を、位置信号の線形性向上の目的で補正する請求項２記載の磁気ディスク装置。
【請求項４】
前記計算式をマイクロプロセッサで演算する際に、累乗根の演算と割り算の演算部分に対して、ニュートン法による繰り返し計算を用いる請求項１記載の磁気ディスク装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気ディスク装置のヘッド位置検出方法に係わり、特に、２相以上の多相サーボパターンから復調した各信号を切り換えることによって、位置に対して線形性の良好な位置信号を作成する方法および、位置信号により、ヘッドを位置決めする磁気ディスク装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
磁気ディスク装置では、データ情報の読み取りまたは書き込みを行う場合、ヘッドをディスク上に同心円状に形成されているトラックに対して高精度に位置決めする動作が必要とされる。
【０００３】
従来のヘッドは、記録および再生動作を１つの誘導型磁気ヘッドで行っていたが、トラック密度の向上のためにはヘッドの再生出力向上が不可欠であり、そのような目的を達成するため磁気抵抗効果を使用したＭＲ（Magneto-Resistive）ヘッドが採用され始めている。ＭＲヘッドは再生専用であるため、記録用の誘導型磁気ヘッドと組み合わせて、記録・再生分離ヘッドを構成するのが一般的である。
【０００４】
このような記録・再生分離ヘッドを用いる場合の問題の一つに、例えば特開平７−４５０２０号公報に示されているように、物理的な配置の都合上再生用ヘッド中心位置と記録用ヘッド中心位置にずれが生じるため、記録時と再生時では再生用ヘッドをずれ量だけずらして位置決めしなければならないといったことがある。この問題に対処するには、広範囲にわたって線形性が良好な位置信号を作成する必要がある。
【０００５】
通常、磁気ディスク装置においては、ヘッドのディスク面上の位置を特定できるように、一般にサーボトラックライタと呼ばれる装置であらかじめディスク上に位置情報を記録しておく。ディスク上に記録される位置情報の一例を図２に示す。図２（Ａ）は、セクターサーボ方式のディスク面の概略図であり、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）のＭ部を拡大した位置情報記録領域の概略図である。
【０００６】
位置情報は通常図２（Ｂ）に示すようなＡバースト部４２、Ｂバースト部４３、Ｃバースト部４４、Ｄバースト部４５の繰り返しパターンにより構成される。
【０００７】
ヘッド位置は、ヘッドが各バースト部を横切るときのＡバースト、Ｂバーストの出力差として定義されるＮ信号または、Ｃバースト、Ｄバーストの出力差として定義されるＱ信号により決定される。例えば、図２（Ｂ）の再生用ヘッド４１の位置ではＡバーストとＢバーストの出力が等しく、Ｎ信号＝０、Ｑ信号＝Ｃバーストの出力、となる。
【０００８】
次に位置信号の相切り換えおよび、Ｎ信号およびＱ信号とヘッド位置の関係について述べる。図３（Ａ）は、ヘッド位置とＮ信号およびＱ信号の関係を示した図である。再生用ヘッド４１を図２（Ｂ）の位置からディスク半径方向、例えば図２（Ｂ）において右方向に徐々に移動させるとき、Ａバースト出力が増加しＢバースト出力が減少するため、Ｎ信号はヘッドの移動に対して徐々に増加する。そして、さらに再生用ヘッド４１を移動させると、再生用ヘッド４１の幅がトラックピッチより狭いため、やがて再生用ヘッド４１はＡバースト幅の中に完全に入ってしまいＢバーストの影響を受けなくなる。このためＮ信号は最大値付近でなめらかなピークをもつ図３（Ａ）に示すような形状となる。
【０００９】
なお、図２（Ｂ）に示したとおり、ＣバーストおよびＤバーストは、ＡバーストおよびＢバーストをディスク半径方向に１／２トラックピッチだけずらした位置に記録されているため、Ｑ信号はＮ信号をヘッド位置方向へ１／２トラックピッチだけ平行移動させた形状となる。
【００１０】
上述したＮ信号およびＱ信号のうち、位置信号ゲイン（信号の傾き）の変化の小さい範囲を選択しつなぎあわせることによって位置信号を作成する方法として、以下のような操作を行うことが一般に知られている。この方法について以下図３（Ｂ）および（Ｃ）を用いて説明する。
【００１１】
まず、Ｎ信号の絶対値とＱ信号の絶対値を比較して、絶対値の小さい信号を選択する。このとき、信号が右上がりの直線となるように必要に応じて符号を反転させ、Ｎｉ信号およびＱｉ信号を作成する（図３（Ｂ））。ここでＮ信号の絶対値とＱ信号の絶対値が等しい点が位置信号の切り換え点となる。つぎに、トラックピッチ内でヘッド位置の増加に対応して位置信号が増加するように図３（Ｂ）のＱｉ信号を２Ｖ０または−２Ｖ０オフセットさせて位置信号をつなぎ合わせＱc信号５１を作成する。この結果、図３（Ｃ）に示すような位置信号が作成される。
【００１２】
従来、上述した方法により作成された位置信号からヘッド位置を特定してヘッドの位置決め制御を行ってきたが、記録・再生分離ヘッドを用いる場合にはデータ書き込み時の再生ヘッド位置（Ｗ点）と、データ読み取り時の再生ヘッド位置（Ｒ点）をずらす必要があるため、以下に述べるような問題が起こる。
【００１３】
図４（Ａ）に示すようにＲ点がＷ点から大きく離れているため、切り換え点（ＣＨ点）付近に位置決めしなければならない場合が生じる。Ｒ点では切り換え点（ＣＨ点）を越えるため、上述したようにＱ信号を反転しＮ信号とＱ信号の交点の電圧の設計値の２倍（２Ｖ０）を加えることで位置信号Ｑc５１を生成することによって現在のヘッド位置を特定し、これがヘッドの目標位置に対応した位置信号電圧Ｖrとなる、すなわちＱc＝Ｖrとなるようにヘッドの位置決めを行っていた。
【００１４】
しかしながら、実際はヘッド出力の変動などのため、Ｎ信号とＱ信号の交点の電圧（Ｖch）は、設計値（Ｖ０）と一致しない場合があり、また、トラックピッチ変動によりＶchは各セクタで必ずしも一定とはならない。ここでトラックピッチ変動とは、サーボトラックライタでディスク上に位置情報を記録する際に、ディスク装置の振動などにより、図５のようにトラック中心４６およびトラックの境界線４７のラインが振動的となり、同一トラック内においても各セクタでトラックピッチが完全には一定とはならないことを示しており、この結果Ｑ信号のＮ信号からの平行移動量が設計値通りの１／２トラックピッチとならない。つまり図３（Ａ）に示したＱ信号がヘッド位置方向（左右方向）にシフトし、これにともなってＮ信号とＱ信号の交点の電圧（Ｖch）は、設計値（Ｖ０）と一致しなくなる。
【００１５】
図４（Ｂ）は、切り換え点近傍の位置信号の様子（図４（Ａ）Ｐ部の拡大図）を示した図であるが、図に示すようにＶ０≠Ｖchの場合は、Ｎ信号とＱ信号の切り換え点（ＣＨ点）で位置信号が不連続となり、切り換え点（ＣＨ点）付近ではヘッドの位置決め精度が低下するという問題が生じる。
【００１６】
特開平７−４５０２０号公報では、位置信号の不自然な変化点を除去する目的で、Ｎ信号およびＱ信号のかわりに、Ａバースト、Ｂバースト、ＣバーストおよびＤバーストから再生されるＡ信号、Ｂ信号、Ｃ信号およびＤ信号を直接利用して位置信号を作成する方法に対して、ヘッドおよび増幅器に供給される電圧の変化や周囲温度の変化によって変動する、ヘッド再生信号のオフセット量の検出をおこなう方法が開示されている。しかしながら、トラックピッチ変動に起因する位置信号の不連続性については考慮されておらず、再生信号出力（上下方向）のオフセットに対しては解決できるが、トラックピッチ変動に起因する再生信号波形のディスク半径方向（左右方向）のシフトに対しては、やはり不連続な点が発生してしまう。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
上述したようにトラックピッチは、一般にサーボトラックライタと呼ばれる装置でディスク上に位置情報を記録する際の、ディスク装置の振動などにより、同一トラック内においても一定とはなっていない。このため、電圧とトラックピッチとの関係を一定とするかぎり、相の切り換えを行って作成する位置信号において、切り換え点における連続性は保証されるものではなかった。
【００１８】
本発明の目的は、多相信号を切り換えても切り換え点を含むディスク上の全ての半径方向位置において位置信号が連続となることを保証し、ヘッドをトラックの任意の位置に精度よく位置決めすることにある。
【００１９】
本発明の他の目的は、ヘッド位置によらず切り換え点の電圧で規格化するようにサーボゲインを自動調整することにある。
【００２０】
さらに、本発明の目的は、ＭＲヘッドの再生感度分布などに起因するＮ信号およびＱ信号の非線形性を補正するように、位置信号を計算することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、Ｎ信号とＱ信号両方の情報を用いて、ディスク上の全ての半径方向位置においてＮ信号とＱ信号の交点の電圧で規格化するように、Ｎ信号およびＱ信号の値をサンプリングごとに毎回補正する機能を装置に付加した。つまりＮ信号およびＱ信号を、例えば
Ｎ’信号＝Ｎ信号／（｜Ｎ信号｜２＋｜Ｑ信号｜２）１／２  （式１）
Ｑ’信号＝Ｑ信号／（｜Ｎ信号｜２＋｜Ｑ信号｜２）１／２  （式２）
のようにサンプリングごとのＮ信号およびＱ信号の値を用いて補正する。このとき、Ｎ信号＝Ｑ信号のとき式１および式２の計算結果はいずれも１／√２となる。したがって、図４（Ｃ）に示すようにＮ’信号およびＱ’信号を用いれば切り換え点のオフセット量を２／√２とすることにより必ず連続した位置信号が作成される。
【００２２】
また、常にＮ信号とＱ信号の交点で規格化されるためサーボゲインの自動調整も同時に達成されることとなる。
【００２３】
さらに、本発明は、式１および式２のような演算をテーラー展開公式を用いた近似式によって実施する場合、テーラー展開係数を変化させてＭＲヘッドの再生感度分布などに起因するＮ信号およびＱ信号の非線形性を補正する機能を装置に付加したものである。
【００２４】
また本発明、位置信号作成の基本としてＮ信号（＝Ａ信号−Ｂ信号）またはＱ信号（＝Ｃ信号−Ｄ信号）を用いるため、Ａ信号、Ｂ信号、Ｃ信号およびＤ信号のオフセットは減算処理によって自動的にキャンセルされるため、ヘッド再生信号出力のオフセット量に関して考慮する必要はない。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。図１に、本発明に係わる２相サーボ信号を用いたセクターサーボ方式磁気ディスク装置の位置決め制御系の構成ブロック図を示す。
【００２６】
この磁気ディスク装置においては、中央制御部１（ＣＰＵ）から記録もしくは再生の命令がディスクコントローラ２に送られると、ディスクコントローラ２は、ヘッド９を特定位置に位置決めするようマイクロプロセッサ３に指令を出す。
【００２７】
ヘッド９を位置決めするための信号は、ヘッド９により位置情報記録領域１２からの信号を再生することにより作成される。位置情報は図２（Ｂ）に示すようなパターンからなっており、ヘッド９がＡバースト部４２、Ｂバースト部４３、Ｃバースト部４４、Ｄバースト部４５を横切るときに得られる各々の信号は、リードライト（Ｒ／Ｗ）ＩＣ１５、オートマチックゲインコントロール（ＡＧＣ）アンプ１６、全波整流回路１８を介して、ピークホールド（Ｐ／Ｈ）回路１９〜２２に供給され、各々Ａ信号２３、Ｂ信号２４、Ｃ信号２５、Ｄ信号２６として再生される。
【００２８】
Ａ信号２３、Ｂ信号２４、Ｃ信号２５およびＤ信号２６は、作動増幅アンプ３３、３４へ送られ２相の位置信号Ｎ信号２７およびＱ信号２８が再生される。Ｎ信号２７およびＱ信号２８は、Ａ／Ｄコンバータ２９を介してマイクロプロセッサ３内部に取り込まれ、補正式演算部３０で、式１および式２のように新たにＮ’信号およびＱ’信号を計算する。位置信号線形化部３１では、Ｎ’信号およびＱ’信号をつなぎあわせてヘッド位置に対して線形な位置信号を作成しヘッド位置を特定する。
【００２９】
なお、位置情報は図２（Ａ）に示すように一定間隔であらかじめディスク１１上に記録されており、ヘッド９が位置情報記録領域１２上のＡバースト部４２、Ｂバースト部４３、Ｃバースト部４４およびＤバースト部４５を横切るタイミングに同期して、図１に示すＡ信号２３、Ｂ信号２４、Ｃ信号２５、Ｄ信号２６信号が再生され、続いてＮ信号２７およびＱ信号２８が再生されるため一定時間ごとにサンプリングされる。ヘッド９をディスクコントローラ２から指令される目標位置に追従させるためには現在のヘッド位置と目標位置との差が零となるように、位相進み遅れ補償などの位置制御補償フィルタ３２を演算し制御信号を生成するいわゆるフィードバック制御を行う。
【００３０】
制御信号は、Ｄ／Ａコンバータ４によりアナログ信号に変換された後、ボイスコイルモータ６を駆動するＶＣＭ駆動回路５に送出され、ヘッド支持系８により支持されるヘッド９の位置決めが行われる。ヘッド９が位置決めされると、書き込み回路１４または読み取り回路１７によりヘッド９は、ディスク１１のトラック上にデータの記録または再生を行う。
【００３１】
以上、本発明のディスク装置の概略を述べたが、次に本発明の中心となる補正式演算部３０および位置信号線形化部３１について詳述する。
【００３２】
図４（Ｃ）に本発明で提供する方法で位置信号を作成した場合の切り換え点近傍の位置信号の様子（図４（Ａ）Ｐ部の拡大図）を示す。補正式演算部３０では例えば式１および式２の演算によりＮ’信号およびＱ’信号を計算するが、Ｎ’信号およびＱ’信号は、Ｎ信号とＱ信号の交点の電圧で規格化されているため、Ｎ信号＝Ｑ信号のときすなわち、切り換え点（ＣＨ点）において常に一定値（１／√２）となる。
【００３３】
したがって、位置信号線形化部３１で、Ｑ”＝２／√２−Ｑ’信号のように線形化された位置信号を用いてＱ”＝Ｖr”となるように制御することにより、図４（Ｃ）のＲ点で示されるような切り換え点（ＣＨ点）付近に対してもヘッド９を精度よく位置決めすることができる。
【００３４】
図６（Ａ）に本発明で提示した方法、図６（Ｂ）に従来技術による方法でヘッド９を切り換え点（ＣＨ点）付近に位置決めしたときの実験結果を示す。図６はともに、横軸を時間、縦軸を位置信号として１０００周分の波形を重ね書きしたものであるが、波形に示されるように本発明で提示した方法によれば、切り換え点（ＣＨ点）付近に対してもヘッド９を精度よく位置決めできることがわかる。
【００３５】
以上述べたように本発明は、多相サーボ信号を切り換えて制御する方式の磁気ディスク装置において、相の切り換え点において常に連続かつゲインの規格化を行う方法を提供したものであり、Ｎ信号＝Ｑ信号のとき、Ｎ信号およびＱ信号の値によらずＮ’信号（Ｑ’信号）の値が一定となるように、式１および式２で示す演算をサンプリングごとに毎回計算することによって達成している。
【００３６】
なお、本発明では、Ｎ’信号およびＱ’信号の演算として式１および式２を用いて説明したが、ｎを任意の自然数としたとき
Ｎ’信号＝Ｎ信号／（｜Ｎ信号｜ｎ＋｜Ｑ信号｜ｎ）１／ｎ  （式３）
Ｑ’信号＝Ｑ信号／（｜Ｎ信号｜ｎ＋｜Ｑ信号｜ｎ）１／ｎ  （式４）
などの演算より実施してもよく、本発明は演算式の形を限定するものではない。
【００３７】
また、本発明では、Ｎ信号２７とＱ信号２８の作成を演算回路を用いて説明したが、各バースト部の再生信号Ａ信号２３、Ｂ信号２４、Ｃ信号２５およびＤ信号２６をＡ／Ｄ変換し、マイクロプロセッサ３を用いてＮ信号２７とＱ信号２８の演算を行ってもよく、さらに
Ｎ信号＝（Ａ信号−Ｂ信号）／（｜Ａ信号｜＋｜Ｂ信号｜）  （式５）
Ｑ信号＝（Ｃ信号−Ｄ信号）／（｜Ｃ信号｜＋｜Ｄ信号｜）  （式６）
のように規格化した信号を用いることもできる。
【００３８】
また、本発明では、簡単化のためＮ信号２７とＱ信号２８の交点、すなわちＮ信号２７とＱ信号２８の値が等しいところを切り換え点として説明したが、実際にはＮ信号２７とＱ信号２８の絶対値が等しいところで、必要に応じて反転処理およびオフセット処理を行い、Ｎ信号２７およびＱ信号２８をつなぎ合わせる方法が一般に用いられている。
【００３９】
さらに、本発明では、Ｎ信号２７とＱ信号２８からなる２相の信号をつないで位置信号を作成する場合についての実施例を示したが、２相以上の多相位置信号をつなぐことによって位置信号を作成する場合にも、同様な手法が実施可能であり、本発明は実施例に限定されるものではない。
【００４０】
なお、式１および式２の演算をマイクロプロセッサ３で行う場合、平方根の演算は困難であるため近似計算を行う。
【００４１】
次に、式１および式２中の
Ｚ＝１／（｜Ｎ信号｜２＋｜Ｑ信号｜２）１／２        （式７）
の部分の近似計算について述べる。なお、以下Ｎ信号をＮ、Ｑ信号をＱのように表記する。
【００４２】
式７をテーラー展開すると
0003704390.tif 000002
となり加減算と乗算のみの式となる。なお
δ＝｜Ｎ｜｜Ｑ｜／（｜Ｎ｜＋｜Ｑ｜）２              （式１０）
である。式７のテーラー展開の方法は幾通りも考えられるが、本発明では、式１０で計算されるδの分母および分子をともにＮ、Ｑの同次式としたため｜Ｎ｜＝｜Ｑ｜のときＮおよびＱの値によらずδが一定値となり、近似計算においても｜Ｎ｜＝｜Ｑ｜のとき、Ｎ’およびＱ’が一定値となることが保証される。
【００４３】
また、例えばＭＲヘッドなどを用いた場合はヘッドの再生感度分布に起因して、ＮおよびＱの線形性が若干低下する場合があるが、この場合は、式９中のテーラ展開係数のかわりに、パラメータＰ１、Ｐ２、・・・を用い、パラメータを調整した次式
0003704390.tif 000003
により演算することにより、位置信号を連続なものにすると同時に線形性を向上させた位置信号を作成することも可能となる。
【００４４】
また、別の方法として、ニュートン法を用いた繰り返し演算により実施することも可能であり、Ｃ＝｜Ｎ｜２＋｜Ｑ｜２とおいて
Ｘ＝１／√Ｃ                              （式１２）
をみたすＸを求めるために、方程式
Ｘ２−１／Ｃ＝０  （Ｘ＞０）              （式１３）
を、ニュートン法を用いた繰り返し計算によって解く。計算を実施した結果４〜５回の演算で収束することが確認できた。
【００４５】
また、上述した近似計算をマイクロプロセッサ３で実行する代わりに、あらかじめ外部の計算機により演算した結果をテーブル化しておき、テーブルを参照し線形補間する方法も実用上有効である。
【００４６】
【発明の効果】
本実施例によれば、Ｎ信号およびＱ信号の切り換え点においても位置信号の連続性が保たれ、ヘッドを半径方向の任意の位置に精度よく位置決めすることができる。
【００４７】
また、位置信号の計算式中のパラメータを調整することにより、位置信号の線形性を向上させヘッドを半径方向の任意の位置に精度よく位置決めすることができる。
【００４８】
さらに、ヘッドおよび増幅器に供給される電圧などの変化にともなってヘッド再生信号の電圧レベルが変化しても、位置信号が変化しないため、ヘッドを半径方向の任意の位置に精度よく位置決めすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係る磁気ディスク装置の概略図である。
【図２】（Ａ）ディスク面上の位置情報記録領域を示す概念図である。
（Ｂ）ディスクに記録されたバーストパターンを示す概念図である。
【図３】（Ａ）ヘッド位置とＮ信号およびＱ信号の関係を示す概念図である。
（Ｂ）Ｎ信号およびＱ信号の選択および反転操作を示す概念図である。
（Ｃ）位置信号のつなぎ合わせ方法を示す概念図
【図４】（Ａ）位置信号の相切り換えおよび、ヘッド位置と位置信号との関係を示す概念図である。
（Ｂ）相切り換え点近傍の概念図である。
（Ｃ）本発明による相切り換え点近傍の概念図である。
【図５】トラックピッチ変動を示す概念図である。
【図６】（Ａ）本発明装置の位置信号の測定例である。
（Ｂ）従来装置の位置信号の測定例である。
【符号の説明】
１…ＣＰＵ、２…ディスクコントローラ、３…マイクロプロセッサ、４…ＤＡコンバータ、５…ボイスコイルモータ駆動回路、６…ボイスコイルモータ、７…キャリッジ回転軸、８…ヘッド支持系、９…ヘッド、１０…スピンドルモータ駆動軸、１１…ディスク、１２…位置情報記憶領域、１３…Ｒ／Ｗ（リードライト）ＩＣ、１４…書き込み回路、１５…リードライトＩＣ、１６…自動ゲイン調整（オートゲインコントロール）アンプ、１７…読み取り回路、１８…全波整流回路、１９，２０，２１，２２…ピークホールド回路、２３…Ａ信号、２４…Ｂ信号、２５…Ｃ信号、２６…Ｄ信号、２７…Ｎ信号、２８…Ｑ信号、２９…ＡＤコンバータ、３０…補正式演算部、３１…位置信号線形化部、３２…位置制御補償フィルタ、３３，３４…作動増幅アンプ、４１…再生ヘッド、４２…Ａバースト部、４３…Ｂバースト部、４４…Ｃバースト部、４５…Ｄバースト部。
【図１】
0003704390.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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