盘式记录系统及其系统中控制转盘转动的方法

专利名称：盘式记录系统及其系统中控制转盘转动的方法
技术领域：
本发明涉及用于记录诸如CD碟(英文compactdisk的缩写，亦即镭射唱碟”)之类的盘式记录系统。本发明还涉及一种用以控制盘式记录系统中转盘相对记录头转动的方法。
在公知的很多系统中，信息记录在盘形的媒体上，并随后可被重放。通常，信息在该盘上按圆环形或按连续的螺旋形轨迹排列布置。圆环形轨迹排列的例子有磁性的软盘或硬盘，在盘上信息按同圆心轨迹分成为多个扇形区。螺旋形轨迹排列诸多例子包括常规的、在盘表面的螺旋形凹槽内载有模拟形式声音信息的唱片;在盘表面上(或在界面边界上)螺旋地排列的一系列凹坑里载有模拟形式视频信息的、可用光学方法读出的镭射影碟(Vikeodisk);以及在一系列螺刻分布的凹坑内载有数字形式音频或其它信息的CD碟(镭射唱碟)。唱片、镭射影碟和镭射唱碟都是消费者可以购得的记录媒体的例子，但它们通常不能由消费者来录制。录制要在原版母盘上进行，然后用各种方法再进行复制，例如消费者买到的唱盘就是原版母盘的几何形体和信息内容相近似的复制品。
在这些媒体之中的任何一种媒体上录制信息的过程都共同经历以下事实当记录点(可以是磁头、机械唱针，或聚焦光束)在以较低速率在盘的内侧和外沿之间横向移动时，盘(即原版母盘)通常以转数/分(某些唱片)和1800转数/分(某些影碟甚至会更高)之间的任何速度转动。记录系统通常要求不管在哪一点上，该唱盘的转动速度只能缓慢地变化，一般而言，盘本身及其转动的机械结构的惯性能够容易地保证这个要求。然而，盘上记录点的径向运动却不容易控制。在磁盘记录的情况下，通常记录磁头必须以不连续的步进方式在分离的同圆心磁迹间运动;反之，在唱片、影碟或CD碟的情况下，记录头必须在大体径向方向上相对于该盘连续地运动，以便把信息按螺旋形轨迹排列，这此情况的特点是径向运动的平稳度比径向定位的绝对精度更重要。例如;对于唱片而言，任何的在音频频带内具有有效能量的径向运动(即使它仅代表平均的槽间距的一个小分数)在重放最后作好的记录的拷贝时，将呈现为相应的拾音器横向运动，而且这将作为噪声叠加在正记录的音频信号上，而且听到的。对于影碟和CD碟而言，不仅存在记录头的任何突然的径向运动都有唱机不跟随最后复制盘上的轨迹的可能性，而且更为严重的是有可能由于这种运动会使螺旋形轨迹的连续圈之间的间距发生明显的变化。因此，这样的运动是危险的。由于这种间距典型情况是仅有1.6-1.7μm，而且间距的任何减小都会产生增加磁迹间串扰的后果(即对影碟的图像产生干扰，或对CD碟有可能增加比特误差)，因此，希望轨迹间距的容差最大维持在±0.1μm，而且该容差值最好是接近该值。
为了获得必要的径向跟踪移动，通常是使记录磁头沿一条通过盘轴的直线移动，亦即沿径向运动。当录制唱片母盘时，实现上述运动通常把记录头安装在一个线性滑板上或摆动框架上，并借助于一个转动螺杆和螺母使之运动。精细的加工工艺能够获得满意的性能。螺杆(leadscrcw)传动的刚性大，足以克服在安装中的残留摩擦力。在影碟盘和CD碟制作原版母盘(记录)时，可以利用类似的技术，其中，产生聚焦光束的镜片(potics)，在转动的母盘上移动。为了防止部分镜片是可动的，而剩余部分必须固定(因光源(通常是激光的大小)的缺点，也可以用螺杆使整个转盘(载有母盘)与其转动轴承一起沿一条填线移动，而记录头保持固定。
在长时间重放镭射影碟或用于声音的或用于以数字形式的其它数据的CD碟时，一般使用恒定的线速度模式记录，因为这在整个录制过程允许以最佳的线速度(它确定待记录的信号的带宽)运行的最长的记录时间。
然而，因盘的转速或因记录头或重放头相对于盘的径向移动速度都不是恒定的，因此恒定线速度的记录给系统增加了复杂性。在一个单放的系统中，这可能问题不大，因为转动及径向移动通常由伺服系统控制，而伺服系统由已经位于盘上的信息所支配。使用预开槽的盘的录/放系统(例如读/写数据记录系统)也简单地用这种伺服系统简单来实施。然而，在影碟或CD碟的原版母盘记录系统的情况下(此处母盘是原来没开槽的结构)，在产生所需要的运动时就有问题，因为这种运动是根据第一运动定律。
如果信息以线速度V记录在一个螺距为P的螺旋形磁迹上，若时刻t时瞬时半径为R、转动速度为ω(弧度/秒)，则ω＝ (V)/(R) (1)和(dR)/(dt) ＝ (Pω)/(2π) (2)由此得出(dR)/(dt) ＝ (PV)/(2πR) (3)EP-A-011495在确定或跟踪多个基本上圆形的或同圆心的信息轨迹的上下文中公开一种配置，在该配置中通常产生一个与半径R有关的信号，并由此产生其频率与半径R成反比的交变电流信号来获得上述公式(1)的关系。转盘的角速度ω则与这个交变电流信号同步。根据公式(2)利用螺杆传动可使用同一个交变电流信号来控制径向速度 (dR)/(dt) 。一个类似方法在EP-A-011493中描述了。在这种情况下利用了数字分度方法产生一个其频率半径R成反比的交变电流信号。
可以注意到在EP-A-011495和EP-A-011493公开的方法二者都要求首先产生一个交变电流信号，转盘的转动必须与之同步。
如上所述，不论是记录头还是转盘轴承都有可能作为转动部件。然而，不管哪一个作运动部件，由于要求高的运动平稳性，因此螺杆传动系统在影碟或CD碟的原版录制中都不能完全令人满意。需要一种非常精密磨削的螺杆，而且螺杆机构的固定或滑动可能产生值得注意的问题。
如果使用了除螺杆以外的传动机构，这种机构和刚性通常都比螺杆的刚性小。径向跟踪运动的平稳性更强地依赖于在支承座内获得的非常小的摩擦力。记录头或者也可能是转盘轴承座单元在该支承座上运动。
根据本发明的第一方面，安装记录头和转盘以使转盘的轴能够按照由气动轴承座限定的运动方向相对于记录头移动。
使用之种气动轴承座的优点是，在所希望的运动方向上提供非常小或者基本可忽略的摩擦力，而在其它方向上对运动有巨大阻力。
为了控制记录头和转盘轴承座组件的相对运动，就要为了保持利用无摩擦气动轴承座支持这个运动(无论是使记录头运动还是使转盘轴承组件运动)的全部优点，传动机构自身的摩擦力不应加上去。产生相对运动的无摩擦装置是公知的，例如使用安装在磁场中的载流线圈的电动机，或由一个变化磁场作用的可动永久磁体，或者由于交变磁场的运动使用的可动电导体或铁磁元件的感应(或磁滞)电动机。通常，这样的传动装置都共同具有响应某个控制信号使它们在运动的部件上施加一个可控的力的特性，但是当在气动轴承座上安装的运动组件上施加这种传动装置时，由于运动部件在其无摩擦轴承上的机械动作受其惯性控制，因此该装置并不以限定运动部件位置的方式起特别的作用，而仅以限定它的加速度。这个动作与螺杆操作机构的动作是相反的，该操作机构机械稳定性好，而且直接地确定运动部件的位置。所以，附助配合装置就必须控制运动部件的位置。
在现有技术中众所周知通过提供位置检测装置来检测运动，并且一起提供放大器以响应位置检测装置的输出信号和一个外加控制信号来控制两个部件的相对运动。该放大器的输出对电动机或其它驱动装置提供控制输入信号，以根据外加控制信号强迫进行由此产生的运动。亦即，这是一个负反馈伺服环路。这样的系统其特征在于具有一个上限频率(或带宽)，于是，对于那些明显地低于这个上限频率的分量的运动来说，利用负反馈环路可以很好地控制这个运动，而对于那些明显地更高频率的分量的运动而言，负反馈环路施加不大的控制。
在上述的装置中，对于控制一个安装在无摩擦轴承座上的大而重的组件，选择带宽(可以通过改变(尤其是)适宜的放大器增益便可容易地调整)也许是一种困难的权衡。在无负反馈控制的情况下，由安装在无摩擦轴承上的一个大而笨的组件所构成的系统非常易受外部振动而损坏，由于这种振动的存在引起系统的通常“固定的”部件移动，而通常称之为“可动”部件因其惯性趋于保持静止，从而在这二者之间引起大的相对运动。如果轴承座是一个旋转的轴承座，则对线性振动的敏感性可以通常平衡该运动组件而降低。然而，仍然保留着对一个具有与绕轴承座的轴转动的旋转分量的振动的敏感性。为了抑制这种相对运动，负反馈环路必须具有宽的带宽，该带宽覆盖可能出现外部振动的所有频率。
就“可动的”和“固定的”部件之间的相对运动来说，如果做到这一点，就衰减了外部振动，但同时，任何噪声或者由位置检测装置产生的信号中的其它固有波动的增长也是重要的。负反馈环路的作用是设法把从位置检测装置中获得的读出信号保持到由外部控制信号确定的设定值，以例使这个读取信号的固有波动以相反符号呈出在运动部件实际位置中。特别是，落入负反馈环路频带宽度之内的那些固有波动就变成强加在运动物体的实际位置上的信号。因此，增加带宽就衰减了外部干扰，但是也增加了位置检测器读取信号中的波动影响。在影碟或CD碟原版母盘录制的情况下，很难找到一个大到足以消除外部振动的带宽，而这不可接受地不增加因这些固有波动引起的不定性。
应注意的是，上述讨论同样地提出，位置检测装置的输出信号是否直接地表示了运动部件与固定部件的相对位置(以便使负反馈环路以外部控制信号控制相对位置的方式起作用)，或者该输出信号是否表示了它们的相对速度(在该情况下，外部控制信号控制它们的相对速度)。类似的考虑决定在两种情况下带宽的选择。
因此，现在需要在不依赖于宽带宽的负反馈环路的情况下减小外部振动的影响。
根据本发明的第一个方面，例如使用充满液体的缓振器提供可动部件移动的无源阻尼。利用这样的缓振器，把外部部件紧固于系统的例如一个固定部件(或框架)上，而内部部件固定到安装在上述的无摩擦轴承座上的运动组件上。这种缓振器提供可动部件的运动的粘滞阻力，与仅用惯性作用相比较，它稳定了这些部件相对于一个外部(内部)框架的运动，这种粘滞阻尼趋向于稳定运动部件相对于机器本身的框架的运动，因此，就“可动的”和“固定的”部件之间的相对运动来说，是衰减了而不是加重了框架中的任何振动。况且，这种衰减纯粹由无源装置产生，并不增加噪声或波动，如上所述的负反馈伺服环路已经产生的作用。
作为解释说明，清楚地分区分摩擦的作用和粘滞阻尼的作用是必要的。摩擦是两个固体部件相接触时产生的，其特征在于，为了在两个部件之间产生滑动运动，就必须施加一个超过一定阈值的力，而不管所说的运动是多么地缓慢。相比之下，由缓振器产生的粘滞阻尼建立一个力，以阻止相对运动，当相对运动的速度减小时，该力也减小，因此，可以通过改变所加的力而容易地控制运动速率，从而将相对运动速度降至最小。本发明的一个目的是利用气动轴承来消除摩擦力和利用缓振器的粘滞力来代替摩擦力。
为了控制这种系统的运动，可以使用如上所述的一个负反馈伺服环路。然而，由于缓振器提供了衰减外部振动作用的手段，而且也由于所需的运动速度在固定线速度(CLV)记录的情况下只是逐渐地随着盘上记录信息的半径而变化，而在恒定角速度(CAV)记录的情况下可能根本不改变，因此，这个伺服环路可以有窄的带宽(亦即，长的响应时间)，这样，在位置感测装置中其后果为固有噪声引起到运动中的任何波动就不重要了。本申请人发现对应于响应时间为5-10秒的带宽是合适的。
根据本发是第一个方面的开发，使用一个旋转的轴承座支持记录头与母盘的轴沿一条弧线而不是沿呈一条直线相对运动。在一个就选实施例中，当转盘轴承座单元运动时记录头保持静止，以使相对运动的弧度能让一个记录头直接位于母盘轴上的位置。这就能够使信息或可见标记按所希望的那样、尽可能地靠近最后录制的唱片的中心。同样地在优选实施例中，转盘轴承座和支持它的第二旋转轴承座的轴相互垂直，因此就不存在一个趋向于使转盘轴承座单元在一个方向或其它方向移动的重力。
可以认为，让记录头按一条弧线而不是一条直线与盘相对运动，这在功能上是差的。事实上，在唱片制作母盘时，因为几乎通用的都是利用安装在一个摆动臂上的唱针播放唱片，所以，如果母盘是利用一个与放唱针相类似的、以几何曲线相对运动的唱针进行记录，那么跟踪失真(在放唱时，由于唱针与记录槽沟之间的定位变化而产生)实际上可能小于线性运动进行记录的跟踪失真。在利用一个聚焦光点的镭射视线(Laservision)型影碟和CD碟的光记录情况下，记录过程对记录头和记录沟槽的定位并不很敏感，而且，至少在影碟和CD碟以正常恒定线速度(CLV)被记录的情况下，由于弧线运动与母盘的旋转运动相比是很慢的，因此，尽管弧线运动具有一个相对于母盘的角度分量，但是弧线运动对线性记录速度的影响是可以忽略的。
本发明的第一方面可以提供一个粘滞缓振器以阻尼和控制在盘式记录系统中的记录头与母盘径向部件的相对运动，盘式记录系统需要以平滑螺旋形的相对运动。
更好的是，母盘在第一轴承座上相对迅速地旋转，而由第二旋转轴承座支撑的径向部件的相对运动则相对地慢，因此，径向部件的相对运动是一个圆弧。
更好的是，产生相对运动的力是由一个使用运动线圈、运动磁铁、磁感应或磁滞原理的一个直接驱动电机提供的。
另外，产生该相对运动的力可以由一个弹簧提供，弹簧另一端由一个齿轮传动电机组件控制而运动。
本发明的第一个方面也可以包括一个用于支撑记录系统中的记录头与母盘的相对运动的轴承座装置，该系统要求相对运动按照平滑的螺旋方式。其中母盘以相对迅速的速度在第一轴承座上旋转，而记录头与由第二旋转轴承座支撑的第一轴承座间的径向部件的相对运动则相对地慢，以便该相对运动是一个圆弧。
该第二旋转轴承最好是一个气动轴承，母盘在其转盘及轴承座上的整个组件支撑在一个托架上，该托架安装在第二旋转轴轴承的旋转体上，而记录头是固定的。
本发明的第一方面还包括用于感测两个部件相对运动的装置，借此，导电部件的可动的一组就能在两组固定导电部件之间横向运动，该两组固定导电部件载有相位相反的交变电压，在该运动部件上的容性感应电压形成相(位)敏(感)检测器的输入信号，其基准输入信号是加到一组固定导电部件上的交变电压，因此该相敏检测器的直流输出信号是一个表示固定部件和运动部件的相对位置的电压。
被检测的相对运动最好是一个旋转运动，而固定的和运动的部件最好具有扇形形状。
最好的是，表示固定和运动部件相对运动的速率的附加电压是用电子学方法从表示这些部件的相对位置的电压中获得。
最好的是，产生相对运动的力是由一个线性伺服放大器控制，该放大器的输入是表示如上方法获得的相对运动速率的电压和表示所希望的相以运动速率的基准电压。
现在将讨论本发明的第二方面。
从公式(3)中可知，如果在时间t0时，R＝0，则得到下面的公式(4)R={PVπ(t-t0)}12---(4)]]>由此可得到ω={Pπr(t-t0)}-12---(5)]]>因此，R和ω二者都是时间的非线性函数。
在数字计算机中产生这些时间的函数，并将这些函数输入到数/模转换器以获得表示所需的R和ω值的电压是可能的。利用这些电压控制支配径向运动和旋转运动的伺服系统则也是可能的。然而，这样一种配置有一个缺点，即如此获得的R和ω值必须以步进的方式变化，这些步级的幅度依赖于数/模转换的分辨率。
利用数字计算机产生一个由以下公式(6)给定的半径R的变化率的值也是可能的，
dRdt=(pν4π(t-t0))12---(6)]]>该值与公式(5)式得出的ω值一起可用于导得出可经由数/模转换器输出并输入到控制径向速度和旋转速度的伺服系统数值中。一个单个的数/模转换器可以用于上述二值，因为它们具有相同的时间函数关系。这种配置将具有的优点是R不是步进地变化，只有其变化率 (dR)/(dt) 是步进地变化，而且对被记录的盘的影响是极微小的。然而，一个专用计算系统的设备意味着其复杂性是高的。
因此，本发明的第二方面寻求通过模拟装置来获得R和ω之间的必要关系式。一般地说，本发明建议产生与R和ω相应信号，然后利用这两个信号之段并根据这两个信号的积与一个基准值之差来控制转盘的旋转。
产生对应于半径R的信号VR，就像一个代表旋转速度ω的信号并与ω成正比，前者最好是一个电压信号而后者最好是一个频率信号。这样的频率信号可以由依附在盘式记录系统转轴上的一个开缝隙的选通盘产生，它可以由合适的光学装置来读出。然后，信号VR和频率信号可以在一个乘法鉴别电路中进行组合，该电路产生一个正比于乘积Rω的合适的信号。这个积可以是电压信号，然后它可以与代表希望的线性速度的基准电压V0进行比较。那么这个电压差可用于驱动一个伺服系统放大器，放大器又驱动一个转动唱盘记录系统的转盘转动的电动机。
因此，就本发明的第二方面而言，有可能形成一个伺服环路用以保持积Rω为常数并等于所需的线速度。一个单独的鉴别电路也可以用于从频率信号中导得出代表量值 (Pω)/(2π) 的电压Vc，此处P是所需的轨迹间距。然后这个电压Vc可以与电压Vs相组合，电压Vs是从电压VR中导得的，它表示是值 (dR)/(dt) 。
电压Vc和Vs之差驱动一个伺服放大器，该放大器的输出信号导致径向运动。因此，该第二伺服环路的作用是趋于保持Vs＝Vc，从而保持径向速度 (dR)/(dt) 等于所希望的值 (Pω)/(2π) 。
更可取地是，该盘式记录系统最好用于影碟的或音频(或数据)CD碟的光学记录。
现在参照附图来详细地描述本发明，其中

图1是本发明的一个实施例的盘式记录系统的示意图;
图2示出一个可用于本发明的线性缓振器;
图3a和3b示出可用于本发明的一个第一旋转缓振器，图3a是剖视图，而图3b是缓振器机构的细节;
图4a和图4b示出可用于本发明的一个第二旋转缓振器，图4a示出剖视图，而图4b示出该缓振器的细节;
图5示出使用弹簧的配置，该弹簧把转动力矩加到本发明一个实施例中的主气动轴承座的传动轴上，以及一个用于监测该弹簧远离传动轴一端的转动情况的装置;
图6a和6b示出利用一个把转动力矩加到本发明一个实施例中的主气动轴承座传动轴上的弹簧的另一种配置，以及一个用于监测弹簧变形的装置，图6a为该装置的透视图，图6b为图6a装置的部分细节图;
图7示出一个局部伺服环路，用于控制本发明第一实施例中的图5或图6a和图6b的电动机装置;
图8a和8b示出一个用于本发明实施例的容性电感测装置，图8a是剖视图，图8b是图8a中盘的部件分解图;
图9示出用以处理图8a和图8b的感测装置输出信号的电路框图;
图10示出图9电路的输出信号Vq的变化;
图11示出用于从图9电路输出信号中产生另一个输出电压的差分电路;
图12示出用于本发明的一个伺服放大器;
图13示出用于图1的盘式记录系统的伺服系统;
图14示出可用于图13所示伺服系统的乘法鉴别器。
图1示出了本发明盘式记录系统的一个实施例的总结构。原版母盘1支撑在转盘2上，转盘2又安装在转轴3上。该转轴是转盘轴承座4的内部部件(或者是该内部部件的延长)。承载转盘2的转盘轴承座4安装在由支架6、7固定的框5上，支架6、7则由主轴承座9的转轴8支撑。在本实施例中，转盘轴承座4和主轴承座9都是气动轴承座，而且它们的轴是竖直的。
另外，记录头10安装得位于转盘2的上面，因而也就在母盘1的上面。在本实施例中，记录头10是固定的，而且，母盘1和记录头10的水平面的相对运动是通过转转盘2的转动以及支架6，7的运动而实现的。
转盘2回绕转轴3的转动是由转盘轴承座4支配的，支架6、7绕转轴8的运动由主轴承座9支配。支架6、7被定位以使记录头10将沿一条弧形路径相对于转盘轴承座4的轴在该盘1的中心和周边之间进行移动。
转盘2在转轴3上的转动由第一电动机11驱动，支架6、7在转轴8上的运动由第二电动机12驱动。在该实施例中，这两个电动机都是具有永久磁体转子的电换向电动机，转子直接安装在转轴3、8上，因此就不需要分开的轴承座。
在传动轴3上还安装着一个有冲孔的选通装置13，其转动由一个光传感器14进行感测。传感器14产生两个有正交关系的方波输出信号。这些输出信号用以控制转盘2转动速度的伺服系统。
主轴承座9由一个竖直框架15支撑，框架15又由框架17从水平安装板16的下面来支撑。在安装板16上面安装的下文将详细描述的阻尼单元18。由框架19a固定在顶凹形部件33的上面或其内是一个下文将更详细地描述的位置感测单元19。
正如前面已给提到的，本发明要求对记录头和转盘轴承座的相对运动进行阻尼。在一个实施例中，该相对运动是线性的，这可以利用一个线性缓振器来实现，如图2所示。
在线性运动的情况下，例如使用一个线性气动轴承座的情况下，可以通过使用在充满液体的气缸中的活塞运动来提供这种缓振器。在本发明中避免所有的摩擦力是很重要的;因此，传统的密封不能用于阻止活塞转轴周围的液体渗漏，(如果运动是水平的话)最好使用对应于图2的一个带有阻止灰尘落入液体的护罩的替代装置。
依此，图2示出活塞20安装在一个容器21中，容器21充满了粘稠的液体22。活塞有一个支架23，该支架从容器21中伸出来并固定到运动应受阻尼的一个物体上。防尘盖24固定在支架上以遮盖支架23的、从容器21内伸出来的开口25，以阻止灰尘进入。
然而，更有利的是，本发明中使用的缓振器是一个旋转式的，并与一个旋转式气动轴承相连接，其轴是竖直的。
图3a示出由插入的薄环构成的一种缓振器结构。
在图3a中，环式安装座30支撑着固定阻尼部件31。固定阻尼部件31围绕在轴32周围(它可以对应于图1中的转轴8，这样，缓振器对应于图1中的阻尼单元18，而可动阻尼部件33固定在转轴32上。固定阻尼部件31由紧固件34固定到框架30上，紧固件34被弹簧(未示出)向下压。
如图3b详细示出的，在固定阻尼部件31上提供有固定叶片35，它与固定到可动阻尼部件33上的可动叶片36交错，粘稠液体37充到所得到的缓振器中。
图4a和4b示出了另一种缓振器配置，具有交错的同心圆筒，图4a和4b中的与图3a和3b的部件对应的部件使用相同的标号表示。然而，从图4b中可以看出，固定的圆筒38是竖直的，和可动叶片39一样。而且，如果该缓振器用于图1的实施例中，转轴32可对应于转轴8，这样，缓振器形成阻尼单元18。
图4a和4b的圆筒几何结构是优选的，这是因为可动部件在竖直方向上可以自由调节，而且还由于能容易地使液体充满整个结构而产生气泡。在一组圆筒中每隔一段距离可以留有径向间隙，以便使液体本身均匀地分布。需要一种很高的粘度来控制例如在CD碟录制时所需要的很慢的运动速度，但是，合适的液体是容易得到的，例如，由英国佩特鲁姆有限公司(BritishPetroleumLtd.)卖的商标名称为“Hyvis”液体，其粘度范围适宜。为了用液体充满结构，可通过加热液体而减小其粘性。按照本发明的该实施例使用一个与旋转缓振器连在一起的旋转轴承座的另一特征是紧固件34升起可以迅速地改变可动部件的位置，而使每个缓振器组件不受约束，以使外部缓振器部件31在安装座30中旋转。
如前所述，产生可动剖件与固定部件相运动的力可以由使用可动线圈、可动磁铁、磁感应和磁滞原理的直接驱动电动机。根据以上表述的原理，电动机绝不能对相对运动提供任何摩擦力，如果电动机的可动部件没有自己的轴承座，而是直接地安装在旋转气动轴承座的转轴8上，则这是容易达到的。如果激励电流需要换向(如传统的可动线圈直流电机)，那以，应该利用各种公知装置中的任何一种电子方法产生，而不用机械的转换。
另外，现已发出，借助于一个弹簧能够在运动系统施加必要的转动力矩，例如一个另一端固定到如减速齿轮箱输出转轴上的盘簧，其输入转轴由一个普通直流电机驱动。显然，即使该输出转轴保持在一个固定位置，当气动轴承座的运动部分及阻尼装置转动时，弹簧也将施加一个仅仅慢慢地变化的转动力矩。因此，该装置具有利用纯粹的无源装置产生一个基本稳定的相对运动的性质，而且可通过驱动齿轮箱对于相对运动速度进行相当粗的任何调节。
为此，图5示出图1中的主轴承座9的转轴8连接到弹簧40上，弹簧40又连接到齿轮箱42的输出转轴41上，齿轮箱42将转轴41连接到电机43上。现发现把电机/齿轮箱组件放在具有相当短的响应时间的内部伺服环路是一个优点。为了使之成为可能，转轴41还延伸至一个旋转电位器44上。这样，电位器44的输出信号Vp与转轴41的位置相对应。
图6a和6b示出另一个配置，按照该方案，感测弹簧本身的变形，以激励内部伺服环路。与图5中对应的部件都用相同的标号表示。在图6a中，弹簧45具有扁平截面，而且安装了一个变形测量器46。正如在图6b中更详细地表示的，变形测量器通过软连接线47连接到输出放大器48上，该放大器产生输出信号Vp。
图7示出上文中涉及的内部伺服环路。在图7中，齿轮箱转轴位置传感器(来自图5)或弹簧转动力矩传感器(来自图6a和6b)用标号50表示。从该传感器输出的信号Vp输入到差分放大器51。该差分放大器51还接收一个控制电压VQ，并产生一个驱动齿轮箱电机43的输出信号52。因此，这个内部伺服环路使检测器输出信号Vp随着控制电压VQ变化。
信号VQ由另一个伺服环路下文将对此更详细地讨论)产生，该伺服环路具有一个慢响应特性，因此齿轮箱输出传动轴的位置、弹簧的扭矩以及运动部件的运动速度(运动部件即主气动轴承转子，缓振器的运动部件以及整个转盘轴承组件)，是通过将外部控制电压Vc与电压Vs进行比较来控制，Vs表示运动速度并从下文所述的位置感测装置获得。
现在讨论运动部件位置检测装置，该检测装置可以形成图1中的传感单元19，建议提供一个如图8a和图8b的电容性电感测装置。在示出的本配置中，主轴承座9的转轴8承载着一个绝缘的盘形转动体60。该转动全的两个表面上带有占据部分表面的导电扇形区61。这个转动体安装在绝缘板62和63之间，绝缘板62和63固定在固定框架上，它们中每一个的朝内的表面上都带有由窄间隙分开的导电扇形区(A、B)。这种扇形区的数目取决于希望检测的旋转角度范围，而在所示的本方案中有八个允许最大位移45°的扇形区。转动体60在每个表面有四个扇形区61，每个扇形区的中心角是45°，并等距离分开，这样使它们之间的间隔的中心角也是45°。转动体60的两个表面上的导电扇形区61排在一起，并且都电连接到导电圆筒65和软导电线64上。在两个固定板62和63上的导电扇形区相对面的一对相互对准并电连接，此外，每个板上的交替相间的扇形区电气连接，总共有两组交替的扇区(A和B)，它们每一个都在两个固定板62、63上分享一个公共的电连接。
对于本领域普通技术人员来说，在结构上的功能等效的其他实施方法当然是显而易见的，例如，用金属材料形成固定的导电扇形区或可动的扇形区，或形成这两者，而不是在绝缘材料的表面上形成它们，具体地说，全部可动扇形区形成一个自支撑的金属片。
然后，将大小相等、方向相反的交变电压(VA和VB)加到两组固定的扇形区上。最好是，这些电压为幅度如峰-峰值为30伏的方波。其结果是，在转动盘60上的导电扇形区和在固定板62、63上的扇形区之间形成电容，在盘60上的导电扇形区上出现一个交变电压，其波形类似于加到固定板62、63的扇形区上的电压波形，而其幅度和相位依赖于旋转盘60上的导电扇形区相对于固定板62、63上的扇形区的方位角位置。该电压可以被缓冲放大(并可任意地放大)，例如由一个低增益和高输入阻抗，并由软导线64相连接的运算放大器进行缓冲放大，并形成对相敏检测器的输入(本质上是由一个低通滤波器相随的乘法器)，相敏检测器的基准输入是加到一组固定扇形区的方波，如图9所示。从这个相每检测器获得一个直流输出电压VQ，它表示运动扇形区相对于固定扇形区的方位。
可以容易地表示出，直流电压VQ基本上正比于(CA－CB)/(CA＋CB)此处CA和CB分别为运动扇形区与一组或另一组固定扇形区间的电容量。如果盘和固定板为扁平的，而且一直平行，则这些电容量又正比于运动扇形和各个固定扇形区间的重叠的面积。如果扇形区具有圆形的内缘和外边缘，则这些面积是方位角θ的线性函数，而且(CA+CB)是一个常数。那么，可以看出，直流电压VQ基本上是θ的线性函数(除去点(QA和QB)附近，在该处旋转的扇形区与一个或另一个固定扇形区是对准的)。图10示出扇形区的中心角是45°的情况时VQ对θ的依赖关系。由于其对称的结构，图8a和8b的检测装置能够容忍转动体60不能精确地与固定板62、63等距离或平行的情况。
很清楚，对于本领域普通技术人员来说，这种旋转检测装置显然可以用很多种方法进行改进。例如，可以增加扇形区的数目以使其中心角小于45°;敏感性(即VQ对θ的变化率)则增加，但线性工作范围(θB-θA)则变小了。
当把这个旋转检测装置应用于图1所示的本发明实施例以测量摆动的转盘承座组件在其弧形运动中的方位角位置时，可能要被反对，其原因是，虽然电压VQ基本是θ的线性函数，但它并不就是记录头到母盘中心距离的线性函数。后者的距离可以表示为2RCSin( (θ－θ0))/2 )，此处Rc为转盘轴承座组件在其摆动臂上的运动半径，而Q0是记录头位于母盘中心上面时的θ值(假设系统排列存在这样的位置)，并且Sin( (θ-θ0)/2 )不是θ的线性函数。然而，可以对几何形状进行选择，以使其线性对本发明目的而言足够地好。例如，如果Rc＝200mm，并希望记录半径为60mm的CD碟，那么(θ-θ0)＝17°(最大值)，在这个最大偏差下，电压VQ与从(θ-θ0)的小值作线性推断得出的值相差仅仅0.4%。如果需要的话，可以通过电学方法对这个误差进行校正。
通常所期望的是，对旋转检测装置的定位是这样的，即VQ的零值并不对应于零记录半径(即记录头直接位于转盘轴之上的位置)。如此对应的电压VR可以通过附加一个适当选择的固定基准电压(VOFFSET)来得到，如图9所示。
经验发现，利用这种方案可以获得一个很好的信噪比，特别是能够用电学方法获得一个第二输出电压Vs，电压Vs足以代表用于一个伺服环路中控制径向运动的VQ的变化率(亦即，代表记录头相对于母盘的径向运动速度 (dR)/(dt) )。这个第二输出电压Vs可以利用图11所示的差分电路获得。如上对VQ的论述，在Vs中存在一个小的与半径有关的误差(在图1的实施例中，由于摆动臂的几何形状而产生)，若有必要，可以用电学方法进行校正。
这个电路的差分特性主要是由C1和R1确定。通过引入响应时间常数R2C1和R1C2的第一级低通滤波器，任选元件R1和C2中的每一个，可起限定该电路的高频响应的作用，这样来减少在输出端出现的高频噪声。现已发现能够以此处所述的方式，控制在一个记录CD碟的系统中的径向运动速度，虽然该速度仅仅是每秒几个微米的量级。
图12示出控制径向运动速度的适宜的伺服放大器的结构。代表径向运动速度的电压Vs与代表所希望的速度的控制电压Vc相比较，差值(Vs-Vc)形成放大器的输入信号。该放大器的输出电压VQ控制该径向运动速度，例如，通过控制加到电缓振器阻尼的旋转轴承座系统的转动力矩，例如利用一个直接驱动电机，或者用另一种方法，通过转动另一端固定在运动部件上的一个盘簧的一端。伺服系统的作用是达到维持Vs与Vc趋于相等的程度。如图12所示的伺服放大器具有一积分响应，而且，通过调节电阻γ和电容C的值，可以把伺服系统的总响应时间设定到一个适宜的值，例如5到10秒，业已发现这样的数值是长响应时间和短响应时间之间的一个折衷，长响应时间使系统稳定下来太慢，而短响应时间使来自旋转检测器的太多的噪声被加到径向运动。
图13表示用于控制图1的盘式记录系统的一个伺服系统。在图13中，半径传感器108产生半径电压VR和径向速度电压Vs。因此传感器108可以在来自图1的位置感测单元19的信息基础上运行，该感测单元19已参照图8、9、10和11进行了详细讨论。用类似的方法，图1中的转盘2的旋转可由转盘选通脉冲盘13和传感器14予以监测，它产生代表ω的脉冲串信号102(理想地是一个方波)和一个延迟的脉冲信号104。这些信号102、104都通过两个乘法鉴别器110、112。第一鉴别器110也接收来自半径传感器108的半径电压信号VR，鉴别器110从VR和信号102，104中产生一个正比于VRω的电压V1。电压V1与代表所希望的线速度的电压V0进行比较。该比较由伺服放大器111完成，而且它产生一个直流驱动电机11的输出信号，电机11驱动转盘2旋转。
以一个类似的方法，第二鉴别器112从传感器14接收信号，也接收一个基准电压113。鉴别器用于从所述脉冲串中获得仅正比于ω的电压Vc，电压Vc与代表基本正比于 (dR)/(dt) 的电压Vs进行比较。
电压Vc与Vs之差驱动伺服放大器114，放大器114的输出信号引起径向运动。因此这个第二伺服环路的作用是达到保持Vs趋于等于Vc的程度。如果该鉴别电路的敏感性适当地选择与所希望的轨迹间距P成比例，则可使Vc代表 (Pω)/(2π) ，这个第二伺服环路的作用就是达室保持径向速度 (dR)/(dt) 等于所希望的值 (Pω)/(2π) 。
在图13的方案中，通常需要按本技术领域普通技术人员公知的方式适当寺调节伺服放大器111和114的增益和频率响应，以保证一个与稳定度协调的适当精确的总响应。特别是，放大器114可以具有结合图12所讨论的特性。
图14图示出可用于鉴别器110的一个结构。鉴别器112的结构可以是类似的，只是要用基准电压113代替信号VR。
在图14中，电子开关101由来自检测器14的脉冲串102控制。开关101产生一个电压信号103，该电压信号103以脉冲串102的频率在半径电压VR与地之间交替交换。信号103波形的电压突变使电流脉冲流经电容器105到达第二电学开关106，第二电子开关106由来自转盘选通脉冲信号的已延迟的选通信号104控制。该延迟时间小于半个周期。延迟的选通信号104可由作用于选通脉冲盘13上的第二光传感器产生，但也可以由用电学方法延迟选通脉冲信号102来产生。结果，延迟的选通脉冲信号104选通从电容器105到来的电流脉冲信号，该选通是在地和放大器107的输入之间交替进行。因此一个平均电压V1就出现在放大器107的输出端，平均电压V1与VR和选通信号102的重复率成正比。因此V1正比于VRω。
电容器115的作用是衰减电压V1波形中听突变，该突变因是从电容器105到来的电流脉冲造成的。
鉴别器112可以与图14中的鉴别器相同，只是用一个基准电压113代替其中的VR，基准电压113并不随半径变化，但可被设定与所希望的轨迹间距P成正比，以便获得代表 (Pω)/(2π) 的输出电压。
权利要求
1.一种盘式记录系统，包括一个记录头(10)和一个围绕第一轴旋转的转盘(2)的转盘(2)用于旋转地支撑与记录头(10)相邻接的盘(1)，其特征在于记录头(10)和转盘(2)被安装得使第一轴相对于记录头(10)运动，该第一轴相对于记录头(10)的运动方向由一个气动轴承座(9)限定，其上有用于阻尼该运动的装置(18)。
2.根据权利要求1所述的盘式记录系统，其特征在于，阻尼装置(18)是一个粘滞减振器。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的盘式记录系统，其特征在于，记录头(10)和转盘(2)都可以相对于另一个绕第二轴运动，该第二轴一盘与第一轴平行但与第一轴偏离。
4.根据权利要求3所述的盘式记录系统，其特征在于，记录头(10)是固定的，而转盘(2)安装在与第二轴在一起的至少一个支架(6、7)上，第二轴在远离转盘(2)的一个点上穿过至少一个支架。
5.根据权利要求3或4的盘式记录系统，其特征在于，气动轴承座(9)是一个旋转气动轴承座而且限定第二轴。
6.根据权利要求中的任一个权利要求的盘式记录系统，其特征在于，所说的运动由电机(12、43)控制。
7.根据权利要求6的盘式记录系统，其特征在于，电机(12、43)通过弹簧(40、45)连接到气动轴承上。
8.根据权利要求中的任一个权利要求的盘式记录系统，其特征在于，具有一个检测记录头与转盘相对运动的装置，该装置包括连接到另件体之一的第一组导电部件;连接到其他零件的第二和第三组导电部件，第一组导电部件可以相对于第二和第三组导电部件运动;将第一交变电压加到第二和第三组的一些部件而将第二交变电压加到第二和第三组其它部件以便相邻部件接收不同电压的装置，第一和第二电压的相位相反;以及检测在第一部件上的容件感应电压，将该电压与第一或第二交变电压进行比较，因此确定第一部件与第二和第三部件的相对位置，从而确定元件的相对位置的装置。
9.一种控制在盘形记录系统中转盘(2)相对于记录头(10)旋转的方法，其特征在于包括产生与记录头(10)相对于转盘轴的径向位移相对应的第一信号，产生的与转盘(2)旋转速率相对应的第二信号，产生第一和第二信号之积，并控制依赖于该积与一个基准值之差的转盘(2)的旋转。
10.根据权利要求9的方法，其特征在于，第一信号是一个电压信号，而第二信号是一个频率信号。
11.根据权利要求9或权利要求10的方法，其特征在于，该积是一个电压信号。
12.根据权利要求9至11中任何一个权利要求的方法，其特征在于，第一和第二信号之积的产生包括在依赖于第二信号的频率下产生幅度正比于第一信号的脉冲。
13.根据权利要求12的方法，其特征在于，至少有些脉冲通过产生代表所述积的这些脉冲的平均幅度的放大器(107)。
14.根据前述权利要求9至13中的任一个权利要求的方法，其特征在于，对应于记录头的径向速度的信号与第二信号相比较，该第二信号是用于控制与第二信号相比较，该第二信号是用于控制记录头(10)相对于转盘(2)的径向运动的。
15.一个盘式记录系统，其特征在于包括一个记录头(10)，一个转盘(2)，用于支撑与记录头(10)邻接的盘(1)，转盘(2)可相对于记录头(10)旋转;使记录头(10)相对于转盘(2)的轴进行运动的装置;产生对应于记录头与转盘轴的径向位移的第一信号的装置;产生对应于转盘旋转速率的第二信号的装置;产生第一信号和第二信号之积的装置;控制依赖于上述积与一个基准值之差的转盘转动的装置。
16.根据权利要求15的盘式记录系统，其特征在于，具有一个由电容器(105)相连接的第一和第二门(101、106)组成的门电路，安排第一门(101)和电容器(105)产生幅度正比于第一信号而频率正比于第二信号的脉冲，安排第二门(106)至少通过这些脉冲中的某些脉冲。
17.根据权利要求16的盘式记录系统，其特征在于，第二门(106)适合于以第二信号为基础进行控制，因此只通过一种极性的脉冲。
18.根据权利要求15或16所述的盘式记录系统，其特征在于，具有一个连接到第二门(106)的放大器(107)，用以产生通过第二门的那些脉冲的平均幅度。
19.根据权利要求15至18中的任一个权利要求所述的盘式记录系统，其特征在于，还包括用于将对应于记录头的径向速度的信号与第二信号相比较，并用于根据所述比较结果控制记录头运动装置的装置。
全文摘要
在盘式记录系统中转盘(2)上支撑与记录头(10)邻接的盘(1)；限定转盘旋转轴在轴承座(4)中的转轴(3)；轴承座(4)绕由另一转轴(8)限定的轴运动；转轴(8)的轴承座(9)是气动的；阻尼单元(18)阻尼该运动；检测器(14)检测限定转盘(2)旋转轴的转轴(3)的转速；记录头(10)相对于转盘(2)的轴的径向位移由另一个转轴(8)的旋转来确定；而受控转盘的旋转由径向距离和转轴(3)的转速之积来确定。
文档编号G11B19/00GK1091220SQ9310159
公开日1994年8月24日 申请日期1993年2月18日 优先权日1993年2月18日
发明者阿莱克三德·努玛·拉宾斯克, 治瑞德·阿尔伏瑞德·琼·瑞讷德斯, 哈里塔·琼奈森 申请人:光轮技术工程有限公司