具有含偏心距补偿的双编码器设置的旋转记录器

摘要

诸如电子束记录器的一种旋转记录装置配备了双编码器设置。第一编码器用作心轴马达控制器并位于心轴的第一端。第二编码器安装于与记录表面相邻的转盘处并用作用于在基板上记录图案的位置、速率或时钟源。第二编码器的安装偏心距相对于更精确安装的心轴控制编码器来测量，并由数字时钟发生系统利用数字锁相环进行补偿。

说明书

发明领域

本发明涉及用可旋转记录装置记录信息的领域，尤其涉及采用双编码器设置的可旋转记录装置的控制。

发明背景

诸如硬盘驱动器的磁盘驱动器将数据存储于涂覆了磁性介质的一个或多个盘上。为了进行读取/写入，磁性介质表面具有许多通常并行的数据轨道，它们在圆盘型介质上绕盘中心彼此同心设置。

致动器臂将传感器或“磁头”置于期望的轨道上方，且该磁头将数据写入轨道或者从该轨道读取数据。当盘旋转时，在闭环伺服系统的控制下，基于存储在盘的磁性介质的专用伺服域内的位置信息或“伺服数据”，致动器臂在径向上移动磁头通过数据轨道。伺服域可以与盘表面上的数据区段交叉存取并可位于专用于存储伺服信息的独立的磁盘表面上。当磁头通过伺服域时，它产生指示磁头相对于期望轨道中心线的位置的反馈信号。基于该位置，伺服系统移动致动器臂以调节磁头位置，从而移向期望轨道上方的位置和/或当前关心的轨道内的期望位置。

这种硬盘驱动器的制造中的一个要求涉及磁盘上伺服图案的形成，其通常为同心圆形图案。用于在磁接触印制中使用的原模上形成伺服轨道的控制系统使用具有激光束的步进平移机制以及具有电子束的连续平移机制。在基板上记录伺服数据期间，基板被定位于心轴顶部的旋转转盘上。心轴控制马达根据控制器提供的控制信号旋转该心轴。通过电子束或激光束照射来记录伺服轨道。

格式信号发生器用于控制电子束发生器或激光束发生器，以便随转盘旋转时在盘上形成图案。根据来自置于马达上的编码器的编码器信号进行对格式信号发生器的控制以及此后盘上的记录。

通常，编码器置于心轴的底端，与装有转盘的心轴另一端相对。通过采用位于该位置的编码器来提供精密马达控制。换言之，可在心轴底部安装编码器从而相对于心轴的旋转轴基本上没有偏心距。这允许基于编码器信号的非常精确的马达控制。

虽然提供了精确中心安装和精确马达控制信号，但当用于在记录期间向格式信号生成过程提供时钟、位置或速率源时，马达底部的编码器位置是有问题的。这是由于记录系统的旋转部分中出现的尽管极微小的机械振动。特别是，转盘所处心轴顶部的振动与编码器所处心轴底部的振动不同步。由于伺服轨道中采用的距离极小，诸如在50到90nm之间，即使微小的扰动也会引起轨道与轨道相位误差的问题。

然而，简单地将编码器移到与心轴顶部的记录表面相邻不能提供适当的解决方案。这是因为：实际上，提供与记录表面相邻的几乎完全在中心安装的编码器已被证明是很难实现的。因此，旋转期间与转盘上记录表面相邻设置的编码器呈现出偏心距，从而这些信号不适于提供用来控制记录的精确的时钟、位置或速率信号。

发明内容

需要一种设置，它提供在旋转支持记录媒体的转盘中使用的心轴马达的精确控制，并进一步提供克服了单编码器系统缺点的精确的时钟、位置或速率信号。

本发明各实施例满足了这些和其它需要，它们提供了一种电子束记录器，它包括：心轴马达和由心轴马达驱动的心轴。该心轴延伸到心轴马达并具有第一和第二端。转盘安装于心轴的第二端并具有旋转中心轴。第一编码器安装于心轴的第一端，而第二编码器则安装于转盘上。控制器耦合到第一和第二编码器以及心轴马达，控制心轴马达并生成作为从第一和第二编码器接收的编码器信号的函数的记录时钟信号。

通过使用双编码器，心轴马达可作为来自第一编码器的编码器信号的函数得到精确控制，而记录时钟信号被提供为从第二编码器接收的编码器信号的函数。在某些实施例中，控制器包括用来相对于转盘的旋转中心轴补偿转盘上第二编码器的偏心安装的逻辑。

本发明另一个实施例也满足上述需要，它提供了一种控制旋转记录装置的方法，该旋转记录装置具有心轴、安装于心轴第一端上的第一编码器、安装于心轴第二端上的转盘、安装于转盘上的第二编码器、以及与第一和第二编码器耦合并根据来自第一和第二编码器的信号控制旋转记录装置的控制器。该方法包括以下步骤：确定第二编码器相对于心轴的旋转中心轴的偏心距，以及在来自第二编码器的信号中补偿所确定的偏心距。

本发明其它实施例也满足上述需要，它们提供一种包括转盘和马达设置的电子束记录器，该设置具有安装于转盘处的编码器，以及用于补偿因编码器安装中偏心距导致的来自所述编码器的信号的装置。

通过本发明的以下详细描述并结合附图将使本发明的前述和其它特点、方面和优点将变得显而易见。

附图说明

图1是用于在盘工件上形成伺服标记的电子束型记录系统的侧视图，其中电子束装置的某些元件以剖视图示出。

图2是图1电子束记录装置的一部分的剖视图，但更详细地示出了根据本发明实施例的马达、控制器和编码器配置。

图3是根据本发明一实施例构建的在图1和2的电子束记录器中使用的偏心距补偿逻辑的框图。

图4示出根据本发明实施例控制诸如图1-2的电子束记录器的旋转记录装置的方法的流程图。

具体实施方式

本发明涉及并解决了涉及在记录盘上精确记录诸如伺服信息的信息的问题。在本发明各实施例中通过提供双编码器系统克服了由于这种记录系统中的振动而形成的问题。一个编码器用于控制心轴马达，而另一个则用于提供记录装置中的信号格式发生器使用的时钟源信号(或者位置或速率)信号。偏心距补偿逻辑允许通过安装于转盘上的编码器提供的编码器信号生成精确的时钟信号，尽管编码器在该位置偏心安装。因此，实现了心轴马达的精密控制以及用于记录的时钟信号的精密生成，尽管系统中存在振动。

图1示出了根据本发明实施例的电子束记录器或其它旋转记录装置的一部分的侧剖视图。图2中示出了关于双编码器设置的细节，且将在以下加以讨论。通过束记录系统10在盘表面21上形成标记。记录系统10在盘工件21和记录束之间产生相对运动。在该运动期间，束冲击表面，且系统调制该束以便按期望的图案展现盘表面。例如，束被调制成根据伺服标记图案在盘21的光阻材料表面中形成伺服标记。

系统10是电子束记录系统，但也可以是例如包括不同组件的另一类型的记录系统，诸如激光束记录系统。系统10包括转盘31和用于生成和操纵记录束的电子束筒33。转盘31支持绕其垂直轴在方向B上旋转的盘21。这种电子束记录系统的示例可从Unaxis Nimbus Limited获得。在此假设本领域熟练技术人员一般都熟悉电子束筒装置的结构和操作。但是，为了讨论完整，提供其概要描述。

在该示例中，电子束筒33包括热场放射(TFE)电子源35和抑制套件37。该筒还可包括电子提取器39。在将合适电压施加于TFE源35、抑制套件37和提取器39时，这些元件协作生成电子流，用于筒33中的进一步处理。电子流通过第一个三元件透镜41，随后通过遮蔽板43和遮蔽孔45。随后，电子流通过一个或多个附加透镜，例如图中由第二个三透镜47表示。

通过将电压施加到偏转板49来控制束位置。相对于筒的其它元件，筒中偏转板的精确位置是非关键的。在该示例中，偏转板在遮蔽孔45和透镜41之间，尽管其它筒结构使用其它设置。

施加到筒33元件上的信号的形状和电压用来将电子流聚焦和定形成特殊应用的期望形状并具有期望能量级的调制束。例如，应用于筒33的元件的一组信号使得该筒生成调制束，用于在盘21表面上各个位置形成特定尺寸和深度的伺服图案。为便于说明，图1中示图将通过筒33的束示为直线。在实际操作中，在通过筒33的各个元件时，该束可以会聚和发散以便按期望的方式聚焦于转盘31上的样品。

电子束记录系统30还包括格式信号发生器61，用于生成电子束筒33使用的各种信号以便调制和偏转束从而形成盘21上展现的图案。格式器61基本包括形成一个或多个信号发生器的电路，用于产生应用于筒30的组件上以产生期望束的各种信号。

发生器61产生的信号的一个实例是应用于遮蔽板43上的格式调制信号(或，束“格式”信号)，它控制电子束的能量级从而控制记录图案的展现。控制器30控制转盘31的旋转速率。格式信号发生器61将编码器信号提供给转盘控制器63以便调节转盘31的旋转操作，而控制器63可以将指示转盘位置和/或速度的一个或多个反馈信号提供给发生器61。例如，每次转盘或盘上的标记或零件通过参考点时，转盘控制器63可提供指引信号。指引信号提供关于旋转速度的信息。例如，每分钟的指引脉冲数指示每分钟转数(RPM)。指引信号脉冲间的时间表示一次旋转的周期。旋转起始点(例如，12点钟)和参考点之间的角度是一已知常数。因此，指引还可用于确定连续旋转的开始和结束点。

如上所述，由于安装了转盘的心轴顶部的振动，心轴马达底部中心安装的单个编码器的使用不能提供足够精确的信息。这会引起轨道与轨道的相位误差。如图2实施例所示的双编码器结构的使用克服了这些缺点。

图2中，为便于说明，筒33的元件被描述成单个块。心轴马达14具有线圈16和绕中心轴旋转的心轴18。心轴18由心轴轴承20支承。

第一编码器22置于心轴18的第一端(即，心轴18的底端)。第二编码器24位于邻近转盘的记录表面31，即心轴18的第二端。传感器26与第一和第二编码器22和24协同操作，以便将编码器信号提供给控制器30。

控制器30包括速度控制逻辑32、数字时钟逻辑34和偏心距补偿逻辑36。速度控制逻辑32控制心轴马达14的速度。显然，在记录期间，基于从第一编码器22上的传感器26接收的信号，速度控制逻辑32正常地控制心轴马达14的速度。

数字时钟逻辑将其输出信号提供给格式信号发生器，以控制电子束记录器筒33根据时钟信号产生电子束。如将进一步说明的，数字时钟逻辑34采用偏心距补偿逻辑36来补偿转盘31上第二编码器24的安装偏心距。由于第二编码器24接近于记录表面21，使用通过传感器26从第二编码器24导出的信号能产生更精确的时钟信号，而不依赖与第一编码器22有关的信号。偏心距补偿逻辑36采用存储信息，诸如在表38中存储的偏心距信息，来执行偏心距补偿。

为了将第二编码器24用作在盘基板21上记录诸如伺服图案的图案的位置、速率或时钟源，必须测量该第二编码器24的偏心距。在本发明特定实施例中，相对于更精确安装的第二编码器22来测量第二编码器24的安装偏心距。图4描述了根据本发明特定实施例的用于测量和补偿偏心距的过程。在步骤70，开始该过程。在步骤72，根据与第一编码器22相关的信号进行心轴马达18的控制。利用第一编码器22进行脉冲计时的可重复分量的测量。所有编码器都具有一容限，即它们能多紧密地控制玻璃基板上记下的标记之间的距离。一旦将标记记于盘上，这些标记就被固定，但距离变化(编码器旋转时的频率分量)显示脉冲计时中的变化，这相对于指引位置是固定的。因为指引中涉及的计时变化量将总是相同的它被称为“可重复分量”。

在步骤74，第二编码器24用于控制心轴马达14的速度，并用于测量可重复分量，与步骤72中由第一编码器22执行的控制和测量相类似。

接着，在步骤76，第一编码器22用于控制心轴马达14，而第二编码器24用于测量脉冲计时的可重复分量。

在步骤78，基于以上测量确定第二编码器24的安装偏心距测量。随后在步骤80，用该偏心距信息制订一表。因此，该表包含与第二编码器24相对于转盘31的中心旋转轴的安装偏心距有关的存储信息。

在步骤82，用相对精确安装的第一编码器22进行记录，它用作心轴马达14的心轴控制编码器，以及在记录期间将信号提供给格式信号发生器61的数字时钟发生系统。由于第二编码器24邻近于转盘31中的记录表面21，与更远离记录表面21和转盘31的第一编码器22相比，它可以提供更精确的时钟信号，从而避免了基板和编码器之间会出现的明显的机械误差和瞬时位移。这可防止基板上记录的图案不准确。但是同时，用偏心距补偿逻辑36和表38中存储的信息来补偿第二编码器24的安装偏心距。

图3中以框图形式示出数字时钟逻辑34和偏心距补偿逻辑36。逻辑34和36从第一和第二编码器22、24接收编码器信号。在实际记录操作期间，来自第二编码器24的信号被用于产生数字时钟源，如上所述。

数字时钟逻辑34和偏心距补偿逻辑36包括与定制滤波器(环补偿器)42耦合的数字相位检测器40。数字控制振荡器44接收滤波器42的输出并将其输出提供给用于相乘时钟的除N乘法器46的输入。数字时钟逻辑34和偏心距补偿逻辑36能够参考表38来提供所需的偏心距补偿。

利用本发明的实施例，通过使用双编码器设置，在电子束记录器或其它旋转记录装置中可实现主基板或其它媒体上高品质图案的精确记录。位于离记录表面稍远的心轴控制系统的编码器不用作在主基板上记录图案的主时钟源，因为心轴编码器和基板表面之间的机械距离将使基板和编码器之间出现明显的机械误差和瞬时位移，使得基板上记录的该图案不精确。取而代之，本发明提供了位于转盘上邻近于记录表面的第二编码器，它可用作用于在基板上记录图案的位置、速率或时钟源。通过测量相对于心轴控制编码器的偏心距可以补偿第二编码器的安装偏心距，其中数字时钟发生系统使用数字锁相环来补偿测得的偏心距。

虽然已详细描述和说明了本发明，但显然可以理解所述仅作为说明和示例而非作为限制，本发明的范围仅由所附权利要求书限定。