JPH01170812A - 光学式位置および速度検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、主として光デイスク装置および磁気ディスク
装置のピックアップあるいはヘッドの移動速度の検出に
供される光学式位置および速度検出装置に関するもので
ある。

〔従来の技術〕

例えば、光デイスク装置および磁気ディスク装置におい
ては、その読取り部であるピックアップあるいはヘッド
の移動速度を知ることは、これらの移動を制御する上で
非常に重要である。

例えば、アクセス時に、ピックアップやヘッドをディス
ク媒体の半径方向の任意の地点に速やかに位置決めする
には、アクセス動作中のピックアップやヘッドの移動速
度を検出して速度制御を行うことが不可欠である。ある
いは、上記の移動速度を検出して、ピンクアップやヘッ
ドにおけるリニアモータ、スイングアーム等の駆動手段
に負帰還する、いわゆる速度帰還を行って、外乱振動に
対して装置のサーボ系の耐性を高めるという手法も広く
知られている。

従来、上記のような移動速度を検出するための速度検出
装置としては、一般に、磁気を利用した速度センサが使
用されており、この種の速度センサとしは、第８図に示
すように、コイル３１と磁石３２とを備えたもの、ある
いは、第９図に示すように、磁石３３とホール素子３４
とを備えたものが知られている。特に、第８図に示す速
度センサは、コイル３１と磁石３２との何れか一方を移
動体とし、他方を固定体とする簡単な原理および構造に
て速度を検出し得るものであるため、広く使用されるで
いる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、上記従来の構造では、何れも磁気を利用した
ものであるため、性格な検出を行うことができないとい
う問題点を有している。

即ち、光デイスク装置および磁気ディスク装置では、ピ
ンクアップやヘッドの駆動に、通常、リニアモータやス
イングアーム等の電磁力を利用した駆動手段が使用され
ている。また、ディスク媒体を回転させるスピンドルモ
ータも電磁力を利用するものである。さらに、光デイス
ク装置の中には、記録再生時に補助磁場を形成するため
の手段を必要とするものもある。従って、前述のように
磁気を利用した速度センサを各種のディスク装置に使用
する場合には、周囲の磁場あるいは電磁力を利用する手
段からの外乱磁気の影響を受は易く、正確な動作を行う
ことが困難となる。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の光学式位置および速度検出装置は、上記の問題
点を解決するために、光ビームを発する投光器と、この
投光器の光ビームを受けて電気信号に変換する光検出器
とが保持部材によって一体かつ対向配置に設けられ、投
光器と光検出器との間には透過光量規制板が設けられ、
上記の投光器および光検出器と透過光量規制板とは移動
体の移動に伴って相対移動可能に設けられ、透過光量規
制板は上記相対移動方向に透過光量が連続的に変化する
ように形成される一方、上記光検出器の出力レベルに基
づいて移動体の位置情報を出力し、かつ位置情報を微分
して移動体の速度情報を出力する位置および速度情報検
出手段を備えている構成である。

〔作　用〕

上記の構成によれば、投光器から発せられた光ビームは
、透過光量規制板を介して光検出器に入射され、電気信
号として取り出された後、位置情報検出手段に入力され
る。そして、位置情報検出手段により、光検出器の出力
レベルに基づいて移動体の位置情報が出力され、速度情
報検出手段により、上記位置情報を微分して移動体の速
度情報が出力される。

ここで、移動体が所定方向に移動するときには、投光器
および光検出器と透過光量規制板とが移動体の移動に伴
って相対移動可能に設けられると共に、透過光量規制板
が上記の相対移動方向に透過光量が連続的に変化するよ
うに形成されているので、発光体から投射され、透過光
量規制板を介して光検出器へ入射する光ビームの光量は
移動体の移動距離に応じて連続的に変化する。従って、
光検出器、即ち位置情報検出手段からは移動体の位置情
報が連続量として得られる。そして、速度情報検出手段
からは位置情報を微分することにより、移動体の速度情
報が得られる。

また、上記の透過光量規制板を透光性の素材にて形成し
、濃度勾配によって透光量を連続的に変化させた構成と
した場合には、透過光量規制板からの透過光量全体を光
検出器にて検出するものとなるため、投光器および光検
出器からなるセンサ部と透過光量規制板との相互振動、
特に、これらの相対移動方向と直交する方向への振動に
対しての影響がほとんどな（、位置情報と速度情報とを
安定に得ることができる。

さらに、上記の透過光量規制板を互いに異なる方向に濃
度勾配を有する２種類の透過光量規制板が一体化された
ものとし、これら各透過光量規制板からの透過光を対応
する光検出器にて検出すると共に、これら各光検出器の
出力を差動することにより位置信号を得る構成とすれば
、さらに光感度の検出を行うことができる。

〔実施例１〕 本発明の第１実施例を第１図乃至第４図に基づいて説明
すれば、以下の通りである。

本発明に係る光学式位置および速度検出装置は、第１図
に示すように、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）からな
り、光ビームを発する投光器である発光体１と、例えば
フォトダイオードからなり、発光体１から発せられた光
ビームを受けて、これを電気信号に変換する光検出器２
とを有しており、これら両者は対向配置に設けられてい
る。上記の発光体１はコ形を成す保持部材３における一
方の立設部３ａの内面側に設けられる一方、光検出器２
は他方の立設部３ｂの内面側に設けられている。従って
、発光体１と光検出器２とは、保持部材３によって一体
に保持されている。

上記の発光体１と光検出器２との間には、長方形を成す
濃度勾配板４が発光体１と光検出器２との対向方向と直
交するように設けられている。濃度勾配板４は図示しな
い移動体と一体に設けられ、移動体の移動に伴い、後述
する濃度の変化方向と一致するＡＢ力方向移動するよう
になっており、濃度勾配板４と発光体１および光検出器
２とが相対移動可能となっている。濃度勾配板４は、プ
ラスチックあるいはガラス等の光を透過し得る素材にて
形成されており、第２図にも示すように、一方の端部４
ａから他方の端部４ｂに向かって濃度が徐々に高くなり
、濃度勾配が直線的に変化している。即ち、端部４ａか
ら端部４ｂにかけて透過光量が徐々に少な（なり、かつ
これが直線的に変化するようになっており、第４図に示
すように、発光体１から光検出器２に達する濃度勾配板
４の透過光量が直線的に変化するようになっている。従
って、濃度勾配板４の所定位置と発光体１および光検出
器２との対応位置をゼロ点として初期値規格化しておく
ことにより、このゼロ点に対する移動体の位置を知りう
るようになっている。

また、光学式位置および速度検出装置は、第３図に示す
ように、入射した光ビームを光電変換することにより光
検出器２から送出される出力電流の変化を電圧の変化に
変換し、端子８を通じ位置信号として出力する電流電圧
変換回路５と、この電流電圧変換回路５の出力電圧、即
ち位置信号を微分することにより端子９から速度信号を
出力する微分回路６とからなる位置および速度信号検出
回路１０を有している。この位置および速度信号検出回
路１０は位置および速度情報検出手段底している。上記
の電流電圧変換回路５は、抵抗Ｒ１と増幅器７とからな
り、増幅器７の反転入力端子に光検出″ａ２のアノード
が接続されている。そして、光検出器２は逆方向に、ま
た発光体１は抵抗Ｒ２を介して順方向に電源と接続され
ている。

上記の構成において、発光体１から投射された光ビーム
は濃度勾配板４を介して光検出器２に入射する。この入
射光は光検出器２にて光電変換され、入射光の光量に応
じたレベルの電気信号として連続的に取り出され、電流
電圧変換回路５へ入力される。電流電圧変換回路５では
、光検出器２出力の電流変化を電圧変化に変換し、連続
量としての位置信号として端子８に送出すると共に、微
分回路６に出力する。微分回路６に入力された位置信号
は微分されることにより速度信号として取り出される。

ここで、移動体が所定のゼロ点位置にあるときには、前
記の初期値規格化によって増幅器７からの出力はゼロと
なり、位置信号および速度信号はゼロとなる。

一方、移動体の移動に伴い、濃度勾配板４が上記のゼロ
点位置からＡ方向に移動していくと、濃度勾配板４と発
光体ｌおよび光検出器２との対向位置は相対的に濃度勾
配板４のＢ方向に移動していき、かつ濃度勾配板４の濃
度がＢ方向に向かって低くなっていることにより、濃度
勾配板４を透過して光検出器２に達する光量は直線的に
減少していく。従って、電流電圧変換回路５出力の位置
信号のレベルは一方向に減少していき、このレベルから
移動体の移動距離、即ち位置を知ることができる。さら
に、上記位置信号の微分値によって移動体の移動速度を
知ることができる。

また、移動体の移動に伴い、濃度勾配板４が所定位置か
らＢ方向に移動していくと、濃度勾配板４と発光体１お
よび光検出器２との対向位置は濃度勾配板４のＡ方向に
移動していき、かつ濃度勾配板４の濃度がＡ方向に向か
って低くなっていることにより、濃度勾配板４を透過し
て光検出器２に達する光量は直線的に増加していく。従
って、電流電圧変換回路５出力の位置信号のレベルは＋
方向に増加していき、同様に、このレベルから移動体の
位置を知ることができと共に、位置信号の微分値によっ
て移動体の速度を知ることができる。

ところで、高速にてヘッドを駆動する磁気記憶装置およ
び光デイスク装置等においては、装置の性格上、高速駆
動時に振動を発しがちである。そして、ヘッドの駆動を
正確に制御するためには、上述のような装置自体の振動
、および外部がら加わる振動に対し、安定に速度検出を
行う必要がある。これに対して本装置は、上記のように
透過光量の全体を受ける方式であるため、第１図におけ
る発光体１および光検出器２からなるセンサ部と濃度勾
配板４との相互振動、特に、今必要としいる方向Ｘ以外
の相対的な位置すれがＹＺ力方向発生した場合であって
も、検出している信号には何ら影響を与えるものではな
い。従って、上記のような要求に対して本装置は充分に
対応することができる。

尚、本実施例においては、発光体１と光検出器２とが固
定され、濃度勾配板４が移動体と一体に移動するように
設定しているが、これに限定されるものではなく、発光
体１と光検出器２とが移動体に搭載され、濃度勾配板４
が固定されているものであってもよい。

また、移動体の移動に伴い透過光量を変化させる手段と
して濃度勾配板４を使用しているが、例えば、スリ７ト
の数あるいは微小ドツトの数等の分布により、同様に、
透過光量を変化させ得るものであってもよい。

〔実施例２〕 本発明の第２実施例を第１図、第２図および第５図乃至
第７図に基づいて以下に説明する。尚、前記第１実施例
と同一の機能を有する部材には、同一の符号を付記し、
その説明を省略しである。

本実施例に係る光学式位置および速度検出装置は、前記
第１図および第２図に示した濃度勾配板４に代えて、第
５図に示すように、一体に設けられた上濃度勾配板１１
と下濃度勾配板１２とからなる濃度勾配板１３を使用し
ている。上濃度勾配板１１は前記濃度勾配板４と同様、
Ａ方向からＢ方向へ向かって濃度が増加なるように、即
ち濃度勾配板１３における一方の端部１３ａから他方の
端部１３ｂへ向かって連続的に透過光量が低下するよう
に形成されている。逆に、下濃度勾配板１２はＡ方向か
らＢ方向へ向かって濃度が低下するように、即ち一方の
端部１３ａから他方の端部１３ｂへ向かって連続的に透
過光量が増加するように形成されている。

また、上記濃度勾配板１３を使用するに伴い、前記第１
図に示した保持部材３の立設部３ａには、第３図に示す
ように、上濃度勾配板１１に対応する光検出器１４と下
濃度勾配板１２に対応する光検出器１５とが上下に設け
られている。

さらに、位置および速度信号検出回路２１は、増幅器１
６および抵抗抗Ｒ３からなり、光検出器１４に対応する
電流電圧変換回路１７と、増幅器１８および抵抗Ｒ４か
らなり、光検出器１５に対応する電流電圧変換回路１９
と、これら電流電圧変換回路１７・１９の出力電圧を差
動して位置信号を出力する差動増幅器２０と、この差動
増幅器２０出力の位置信号を微分して速度信号を出力す
る前記の微分回路６とを備えている。上記の差動増幅器
２０は、反転入力端子に電流電圧変換回路１７が接続さ
れ、非反転入力端子に電流電圧変換回路１９が接続され
ていることにより、電流電圧変換回路１９の出力電圧（
光検出器１５の出力）−電流電圧変換回路工７の出力電
圧（光検出器１４の出力）の演算を行い、位置信号を得
るようになっている。　ここで、例えば、フォトグラフ
ィックな手法にて濃度勾配板１３の濃淡勾配を形成する
場合、−船釣に、濃淡勾配の直線性を確保し得る範囲を
大きくとることは非常に困難である。

しかしながら、上記のように、構成することにより、直
線性が得難いことによる感度の低下の問題を克服するこ
とができる。

即ち、上記の構成によれば、移動体の移動に伴って濃度
勾配板１３がＡＢ力方向移動すると、発光体１から投射
された光ビームは上濃度勾配板１１・１２を透過し、各
透過部位の濃度に応じた光量の光がそれぞれ光検出器１
４・１５へ入射する。そして、各光検出器１４・１５の
出力は対応する電流電圧変換回路１７・１９を介して差
動増幅器２０へ入力され、位置信号として端子８から出
力されると共に、速度信号として微分回路６から出力さ
れる。このとき、上濃度勾配板１１と下濃度勾配板１２
との濃淡の方向が逆になっているので、光検出器１４・
１５からの出力変化は逆位相となり、差動増幅器２０か
ら出力される第７図に示す位置信号は、濃度勾配板１３
の移動に対して敏感に変化する。同様に、微分回路６か
ら出力される速度信号も濃度勾配板１３の移動に対して
敏感に変化する。従って、位置および速度信号検出回路
２１の検出感度を高いものとなる。

〔発明の効果〕

本発明の光学式位置および速度検出装置は、以上のよう
に、光ビームを発する投光器と、この投光器の光ビーム
を受けて電気信号に変換する光検出器とが保持部材によ
って一体かつ対向配置に設けられ、投光器と光検出器と
の間には透過光量規制板が設けられ、上記の投光器およ
び光検出器と透過光量規制板とは移動体の移動に伴って
相対移動可能に設けられ、透過光量規制板は上記相対移
動方向に透過光量が連続的に変化するように形成される
一方、上記光検出器の出力レベルに基づいて移動体の位
置情報を出力し、かつ位置情報を微分して移動体の速度
情報を出力する位置および速度情報検出手段を備えてい
る構成である。

それゆえ、本装置は光学的手段によって位置情報およ速
度情報を得るものであるから、電磁力を利用した各種手
段を有する光デイスク装置あるいは磁気ディスク装置等
に使用される場合であっても、外乱磁気の影響を受ける
ことなく、良質の情報を得ることができる。また、簡単
な構成であるから、少ない部品点数にて、小型に形成す
ることができると共に、低コストにて作製することがで
きる等の効果を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図は本発明の一実施例を示すものであっ
て、第１図は濃度勾配板と発光体および光検出器との位
置関係を示す斜視図、第２図は濃度勾配板を示す正面図
、第３図は位置および速度信号検出回路を示す回路図、
第４図は濃度勾配板の移動距離と濃度勾配板からの透過
光量との関係を示すグラフ、第５図乃至第７図は本発明
の他の実施例を示すものであって、第５図は濃度勾配板
を示す正面図、第６図は位置および速度信号検出回路を
示す回路図、第７図は第６図に示した差動増幅器の出力
信号と濃度勾配板の移動距離との関係を示すグラフ、第
８図は従来例を示す斜視図、第９図は他の従来例を示す
斜視図である。 １は発光体（投光器）、２・１４・１５は光検出器、３
は保持部材、４・１３は濃度勾配板、５・１７・１９は
電流電圧変換回路、６は微分回路、１０・２１は位置お
よび速度信号検出回路（位置および速度情報検出手段）
、１１は上濃度勾配板、１２は下濃度勾配板、２０は差
動増幅器である。 第　１　図 ｆｉ２　　Σ Ｂく一一−ラＡ 第　３　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光ビームを発する投光器と、この投光器の光ビーム
   を受けて電気信号に変換する光検出器とが保持部材によ
   って一体かつ対向配置に設けられ、投光器と光検出器と
   の間には透過光量規制板が設けられ、 上記の投光器および光検出器と透過光量規制板とは移動
   体の移動に伴って相対移動可能に設けられ、 透過光量規制板は上記相対移動方向に透過光量が連続的
   に変化するように形成される一方、上記光検出器の出力
   レベルに基づいて移動体の位置情報を出力し、かつ位置
   情報を微分して移動体の速度情報を出力する位置および
   速度情報検出手段を備えていることを特徴とする光学式
   位置および速度検出装置。