JPH0358641B2 - - Google Patents

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JPH0358641B2
JPH0358641B2 JP60074544A JP7454485A JPH0358641B2 JP H0358641 B2 JPH0358641 B2 JP H0358641B2 JP 60074544 A JP60074544 A JP 60074544A JP 7454485 A JP7454485 A JP 7454485A JP H0358641 B2 JPH0358641 B2 JP H0358641B2
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JP
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light
light source
optical
lens
photodetector
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Haaman Dei Sutefuano Toomasu
Buuran Bakoguru Hariru
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International Business Machines Corp
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Publication date
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Publication of JPH0358641B2 publication Critical patent/JPH0358641B2/ja
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Description

【発明の詳細な説明】 以下の順序でこの発明を説明する。
産業上の利用分野 開示の概要 従来技術 発明が解決しようとする問題点 問題点を解決するための手段 実施例 第１の実施例（第１図〜第６図） 第１の実施例についての考察および変更例 （第７図〜第１０図） 第２の実施例第１１図〜第１５図） 第２の実施例についての考察および変更例 （第１６図〜第１９図） 発明の効果 〔産業上の利用分野〕 この発明は磁気記録システムの位置サーボに用
いる光学センサに関し、とくに光源、光検出器お
よび単一の線対象レンズを線対象に配してなる軽
量、高解像度の光学センサに関する。
〔開示の概要〕
この光学センサは線対称性を有し、半導体光源
光検出構造体と単一レンズのなす光学部材とから
なつている。この光学センサはデータ記録システ
ムにおいて正確に位置検出を行ううえでとくに適
切である。具体的な例では、光学が順方向Pn接
合であり、光検出器が逆方向Pn接合であり、こ
の光検出器は光源下部にこれと同軸に配されてい
る。光源からの光はデータ記録媒体上の一点に案
内され、ここで反射した光は光源を通過したのち
光検出接合にいたる。反射光に応じたAC信号は
データ記録媒体に対するヘツドの位置を表示す
る。
〔従来技術〕
磁気デイスク上の光学サーボ・トラツクを検出
するのに光学センサを用いることはこの技術分野
において広く知られており、多くの提案がなされ
ている。一般に光信号が磁気記録デイスク媒体に
案内され、反射光信号は検出されて、これが磁気
記録デイスク媒体のトラツクに対する磁気ヘツド
の位置を表わす。トラツクに対する磁気ヘツドの
位置決め精度は情報記録媒体上の隣接トラツク間
の距離を左右し、また情報ストレージの密度を決
定する。すなわちこの精度は情報記録媒体上の所
定量の領域内にストアできる情報量を決定する。
一般的に言つて、光学センサは極力軽量かつ小
型で、しかも磁気ヘツドおよび磁気記録情報検出
用回路に相当の費用のうわのせを行わない程度に
低コストであることが望まれる。また、光学セン
サを磁気ヘツドを含むスライダまたはアームに実
装することが望ましい。
また発光部および受光部が同一構造体、とくに
半導体ウエハのようなモノリシツク構造上に配さ
れた光学センサも望まれている。この種のアプロ
ーチはIBMテクニカル・デイスクロージヤ・ブ
レテイン、Vol.25，No.12，P6432（1983年３月）
および米国特許4275404号明細書に説明されてい
る。ここでは発光ダイオード（LED）および光
検出器が同一半導体構造内に形成されている。前
者においては光源および光検出器をGaAsにで
き、発光部および光検出部の活性領域が同一平面
に置かれる。磁気デイスクの表面で反射された光
は発光部を介して伝送されて検出部にいたる。こ
の構成では発光部が反射光を十分に透過させるも
のでなくてはならない。しかしながら、この種の
構成では正確な整列が必要とされる。光検出器は
デイスクの反射光を満足な程度に集めるために適
切にしかも正確に発光部に整列させなければなら
ないからである。
米国特許第4275404号明細書では、モノリツシ
クな光学絶縁部が説明されている。ここでは発光
ダイオードおよびフオトダイオードが同一のエピ
タキシヤル半導体層から形成される。発光ダイオ
ードは構造体中心に配され、これを全体的に環状
をしたフオト・ダイオードが囲むようになつてい
る。分離バンド・ギヤツプ構造を利用し、また発
光ダイオードおよび受光フオト・ダイオードを相
互に電気的に分離している。この分離は半導体を
介して構造体の基体に伸びる溝によつて行う。こ
の装置は光学変換器の機構をなすのに用いられて
いる。すなわちこの装置は入力信号を出力回路に
光学的に結合して出力を供給するようにしてい
る。この回路では入力回路および出力回路の間に
完全な電気的な絶縁が実現される。この装置は磁
気ヘツドの位置サーボ用センサとして用いられて
いず、また光を外部表面に案内きてそこからの反
射光をフオト・ダイオードで集めるという用途で
用いられていない。
〔発明が解決しようとする問題点〕
光学サーボ・システムにおいては、一般に発光
部および光検出部の間の整合および発光検出構造
体および光学系（レンズ等）の間の整合の適切に
実現するのは困難である。なお光学系は光を１つ
の表面に結像させ、この反射光を受け取るために
用いるものである。このような先行技術における
高精度な整合や寸法上の要求により付加的なコス
トおよび複雑さがもたらさせれおり、このことに
よりこれらシステムをとくに高密度記録に際し有
益でないものとした。したがつて、この発明の主
たる目的は磁気書込み読出しヘツドを正確に位置
決めする必要のある用途で使用し、しかも第１次
近似においては正確な整合や寸法を必要としない
改良された光学センサを提供することである。
また、たとえばサーボ用途で用いられる多くの
種類の光学センサにおいては、光源からの光を磁
気記録表面に案内し、こののちフオト・ダイオー
ドに戻すために複雑な光学部材を必要とする。し
たがつて、この発明のもう１つの目的は低コスト
化が図れる化学部材しか必要としない改良された
光学サーボ・センサを提供することにある。
光学センサを用いる光学サーボ・システムにお
いては、高解像度（分解度）のセンサを提供する
ことが極めて重要である。とくに超高度記録が要
求されるときに顕著である。そして光学センサが
低コスト、小型かつ軽量となつて、たとえば磁気
記録媒体の情報読出し書込み用磁気ヘツド・アツ
センブリーに一体化させることができるようにす
ることも大切である。したがつて、この発明のも
う１つの目的は光学センサが小型、軽量でしかも
低コストで製造できる改良された光学サーボ・セ
ンサを提供することである。
同一半導体チツプ上の発光ダイオードおよびフ
オト・ダイオードを用いる光学センサにおいて
は、基体上においてはそれらダイオードが接近し
ているため光源および光検出器の間で光学的また
は電気的クロストークが起こることがしばしばで
あつた。大量の光が光源から直接に光検出器に案
内されると、検出器が飽和して反射光の検出に反
応しなくなつてしまう。したがつて、この発明の
もう１つの目的は交流電気的または光学的クロス
トークの問題をともなうことなく光源および光検
出器を同一半導体基体に相互に極めて近接させて
配置することのできる改良された光サーボ・セン
サを提供することである。
先に触れたように何らかの高精度の整合または
寸法が必要となると付加的なコストおよび構成の
複雑さをともなうこととなる。たとえば、そのよ
うなセンサにおいては整合偏差は装置の効率に悪
影響を与える。そしてこのことは解像度上の要求
が大となれは一層顕著になる。したがつてこの発
明のもう１つの目的はどのような整合偏差も第１
次近似においては無視できるほどの影響しかなく
したがつてセンサのサーボ効率に悪影響がない改
良された光学サーボ・センサを提供することにあ
る。
この発明の他の目的は上述した特徴を具備する
とともに、セルフアラインを実現する手法によつ
て光源および光検出器が形成され、しかも光源お
よび光検出器構造体と結像用単一光学部材との整
合も第１次近似においては正確な整合や寸法に左
右されない改良された光サーボ・センサを提供す
ることにある。
〔問題点を解決するための手段〕
この発明では、以上の目的を達成するためのサ
ーボ・センサを発光ダイオード（LED）のよう
な半導体製光源、半導体製光検出器および光学部
材から構成する。光源および光検出器はとたえば
Pn接合から形成され、同一の半導体チツプに形
成される。光学部材は単一の極めて簡素なレンズ
から構成される。全体のシステムは線対称であ
る。すなわち全体の構造が柱状の対称性を有す
る。光源、反射光検出器およびレンズ共通の軸上
に配される。この柱状の対称性により、このシス
テムでは正確な整合または寸法が必要でない（第
１似近似）。
光学サーボ・センサは磁気読出し書込みヘツド
構造体の一部をなし、磁気読出し書込みヘツドを
収容するのに用いるスライダまたはヘツドに配さ
れる。光は光源から放射され、そののちデイスク
のような磁気記録媒体上に小さなスポツトとして
結像される。光はデイスクのサーボ・センサで反
射され、単一レンズにより光検出器上に結像され
る。この反射光はデイスク上の個々のトラツクに
対する読出し書込みヘツドの位置を表わす。
この発明においては光学サーボ・センサが磁気
ヘツド、またはこの磁気ヘツドの位置決めをする
スライダ、アームまたはアクチユエータ上に設け
られることは理解できる。そして光学サーボ・セ
ンサが磁気ヘツド構造体の一部をなすというとき
には、または磁気ヘツドに配されているというと
きには、上述の配置（アーム、スライダ等）が含
まれる。
具体的な例においては、光検出器は光源と同一
の材料のチツプ中に配され、この２つの部分は同
軸に整合される。光検出器のPn接合は光源のPn
接合の下部に配され、両Pn接合は同一の半導体
チツプ中に配される。この例では光は対象物で反
射されたのち光源を通過して光検出器にいたらな
ければならない。このため、光源のPn接合のバ
ンド・キヤツプは検出器のPn接合のバント・キ
ヤツプより大となつており、しかも光源をなすＰ
型層およびｎ型層は十分薄く反射光が光源を通過
して検出器のPn接合に入射するようになつてい
る。この例は、拡散面または鏡面からの光を集め
るのに用いることができる点で利点を有する。そ
れゆえこの例は鏡面状の面を有するハード磁気デ
イスクからの反射光を検出するうえでとくに適切
である。
もう１つの具体的な例は、鏡面状の面からの光
検出にはさほど適していないが、フロツピ・デイ
スクのような拡散面からの反射光を集めるのに用
いることができるものである。この例でも光検出
器は光源と同様な線対称半導体構造である。しか
しこの光検出器は環状形状をして光源の周囲にそ
れと同軸に整列されて配されている。それゆえ、
光源および光検出器の同心内状の構成が実現され
光源および光検出器をなすPn接合は基本的には
単一の半導体層の同一面に配される。この例では
単一レンズはしばしばやや複雑となる。このレン
ズ部材を用いて光源からの光を磁気記録媒体上の
小スポツト上に結像させる反面、ここから反射し
てきた光を光源周辺の広域検出器（環状の）に案
内するからである。適切なレンズの一態様におい
てはレンズ中央部が周辺部より短かい焦点を有
し、これにより光源がスポツト上に結像される反
面、反射光が環状検出器の環状部に投射されるよ
うにしている。
〔実施例〕
第１の実施例 第１図はデータ記録システムを示し、とくにそ
の読出し書込みヘツド２０の配列を光学サーボ・
パターン２２およびデータ記録トラツク２４との
関連で示している。サーボ・パターン２２および
テーダ・トラツク２４はデイスク２６上に位置決
めされている。これらトラツクおよびデイスク構
造は当該技術分野においてよく知られており、ハ
ード・デイスクおよびフロツピ・デイスクもこの
中に含まれる。読出し書込みヘツド２０は、記録
システムに応じて選定された高さ位置でデイスク
２６に近接して位置決めされる。位置決めの態様
もこの技術分野においてよく知られている。
この発明の光学位置センサはヘツド２０一部で
あり、光源光検出結合体２８および単一の軸対称
光学部材３０を有している。この光学部材（レン
ズ）３０はこの例では球状になつている。光学部
材３０と光源光検出結合体２８を有する半導体チ
ツプとは図においては大きなものとして示されて
いるけれども、これら部材は磁気デイスク２６に
必要とされる記録密度に応じた極めて小さなもの
である。代表的な例ではヘツド２０の上面とデイ
スク２６の上面との間の距離はほぼ0.76mm（30ミ
ル）であり、球状光学部材３０の径は0.19mm
（7.5ミル）である。光学部材３０はヘツド２０の
錐状開口３２内に位置している。ヘツド２０上面
における開口３２の径はたとえば約、1.14mm（45
ミル）である。もちろんこれら数値を記録システ
ムに応じて変更することができる。ただしこれら
数値はこの発明の光学サーボ・センサの寸法を代
表するものであり、これからこのセンサ装置が極
めて小寸法のものであつて、すべての種類のデー
タ記録システムに利用できることが理解できる。
第１図の位置センサを用いる際に、光源からの
光は光学部材（レンズ）３０によりデイスク２６
の小さなスポツト（点）上に結像し、この点から
反射した光は光学部材３０で集められて光検出器
に送られる。この光検出器はまた光源光検出結合
体２８に設けられた半導体チツプの一部である。
受け取られた光の変化を示すAC信号は光検出器
により検出され、これが最終的に所望の記録トラ
ツクに関するヘツド２０の位置の測定量となる。
第２図は光源光検出結合体２８は設けられた半
導体チツプの断面を概略的に示している。この例
において光源は順方向バイアスされたPn接合３
４であり、また光検出器は逆バイアスされたPn
接合３６である。半導体構造体はＰ型層３８、ｎ
型層４０およびＰ型層４２を有している。オーミ
ツクなコンタクト４４は発光ダイオードを形成し
他のオーミツクなコンタクト４６は光検出器をな
している。光は光源の領域を介してデイスクに進
んでいき、この領域はLEDと読ばれる。すなわ
ち発光ダイオードである。電気導電材料からなる
層４８は半導体チツプの底部に位置決めされ、発
光接合３４および光検出接合３６に電気的バイア
スを供給するオーミツクなコンタクトとして働ら
く。酸化物層５０はオーミツクなコンタクト４４
および４６の間の絶縁を実現するのに用いられ
る。
第３図は第２図の構造体の平面図であり、オー
ミツクなコンタクト４４および４６を示す。この
図から明らかなように光源のＰ型層４２に接する
オーミツクなコンタクト４４に慨して環境の構造
をしており、コンタクト・バンド５２に接続され
ている。光検出器へのオーミツクなコンタクト４
６は第３図に示されるように大きな領域にするこ
とができる。
この例においては、半導体は三層構造をしてお
り、この構造において光検出接合３６は発光接合
３４の下部に配され、このため検出されるべき反
射光が光源を通過するようにしなければならな
い。層３８，４０および４２をなす材料を適切に
選定することにより、材料のバンド・ギヤツプを
選択して光源が反射光に対して実質的に透明とな
るようにできる。
第２図の構造体のもう一つの特徴は、光源と光
検出器との間に柱状の対称があることである。こ
の柱状の対称は光学部材３０にまで延びており、
光学センサ全体が柱状対称性を有するようになつ
ている。この対称性により、この光学サーボ・セ
ンサでは精密な角度整列が不要であり、この点は
製造の容易化および低コスト化を図るとともに良
好な組立て上の利益をもたらす特徴である。
このサーボ・システムの他の重要な特徴は必要
とされる部品点数を最小に抑え、しかもこれら部
品を簡素なものにするという点である。光源およ
び光検出器は周知の半導体材料はたとえばGaAs
およびGaAlAsで構成される。Alの量を加減する
と半導体のバンド・ギヤツプを変化させることが
できる。この点はこの技術分野において良く知ら
れている。たとえばＰ型層３８をGaAsで構成
し、他方ｎ型層４０をGaAlAsで構成できる。Ｐ
型層４２は亜鉛のような不純物をGalsAs層中に
注入して形成する。もちろん−族および−
族化合物を含む他の半導体材料を用いて発光接
合および光検出接合を形成できる。
第４図は発光ダイオード、光検出ダイオードお
よび出力信号を供給するために用いられる部品の
構成体を表わす電気回路を模式的に示している。
この図において、光源をなす順方向バイアス接
合３４はダイオード５４で表わされている。また
光検出器に用いられるPn接合はダイオード５６
によつて表わされる。RC回路はハイ・パス・フ
イルタであり、DC成分をフイルタして除去しAC
成分のみが電流検出増幅器５８に供給されるよう
にするのに用いられる。この増幅器５８にはフイ
ードバツク抵抗Rfが接続されている。光源５４
用のバイアスは電源Ｖにより与えられ、この電源
Ｖは抵抗RLを介して電流を流す。ダイオード
（光源）５４から放射される光は矢印６０で示し、
データ・ストレージ・デイスク６２から反射され
てくる光は矢印６４で示す。光６４はダイオード
（検出器）５６で捕捉されてダイオード電流idを
生成する。この電流は検出増幅器５８へと流れ
る。抵抗Rfの両端子電圧V0は出力信号を示す。
動作について触れよう。第２図の埋込み型の検
出器を用いて例において光は光源から検出器へと
直接に供給される。ただし、光は検出器中にDC
成分の電流を形成し、このDC成分の電流はRC回
路によりフイルタされて除去され、この結果DC
オフセツトを排除する。光源からの直接光は、こ
の直接光が光検出器を飽和させないがきり、しか
も光源からの直接光によるノイズが反射光による
信号より十分に小さいかぎり装置の効率に悪い影
響を与えない。
第５図および第６図は光源の放射スペクトラム
および半導体チツプ中の光放射材料の吸収をそれ
ぞれ示し、これから反射光が光源を介して光検出
器へ通過することがわかる。
より詳細に説明しよう。第５図は放射光の相対
強度をその光のエネルギの関数としてプロツトし
ている。ここで値Ｅ＝Egpは放射接合３４（第２
図）のＰ型領域がわのバンド・ギヤツプを示す。
順方向接合３４で放射された光のほとんどはこの
バンド・ギヤツプに近い周波数を有する。
第６図は半導体材料の吸収をプロツトするもの
で、吸収光のエネルギすなわち周波数の関数とし
て吸収係数αを示している。強度Ｉ（Ｘ）は放射
半導体材料中の深さに依存し、ＸをＰ型層４２の
上面から距離とすると距離Ｘの指数関数となる。
半導体材料の吸収係数は反射光の波長において顕
著には増大しない。したがつて反射光のほとんど
は吸収されることなくＰ型層４２を通過する。
第１の実施例についての考察および変更例 第７図〜第１０図はこの例における中心対称光
学センサの光学部材に用いることのできる種々の
形状を示している。第７図では光学部材としてガ
ラス製の球を使用している。この第７図例は第１
図に示す実施例と同一であり、いくつかの寸法値
を示すのに用いられている。この寸法値はこのシ
ステムの種々の部材の大きさやそれらの相対位置
との関連でのちに検討される。さてガラス製球６
６は光源光検出結合体を収容する半導体チツプ６
８からの光を結像するのに用いられる。半導体チ
ツプ６８は磁気読出し書込みヘツド７０上に実装
され、具体的にはコーン形状の開口７２の一端上
に位置決めされる。この開口７２はヘツド７０の
一表面から他の表面へと延在する。データ・スト
レージ・デイスク７４は読出し書込みヘツド７０
の下方に位置決められ、サーボ・トラツクが形成
されている。このサーボ・トラツクはヘツド７０
の適切な位置決めを行うために検出されるべきも
のである。
第７図において球６６はテーパ付開口７２中へ
落とし込まれたエポキシを用いて硬化させられ
る。この光学システムは整列を何ら必要とするこ
とがない。光検出チツプ６８およびデイスク７４
の反射面に対する球６６の相対位置はテーパ付開
口７２は幾付形状、球６６の半径ｒおよび読出し
書込みヘツド７０の走行高さｈによつて決定され
る。のちに詳述するようにこの光学システムの寸
法は第２次近似までの精度しかを有しない。
この単純な球６６はほぼ球状レンズとして機能
するので光学収差により多くの光が検出器の中央
開口外部に落ちることになる。視野の解像度およ
び深さは平凸レンズ７２（第８図）またはモール
ト・レンズ８（第９図）または８０（第１０図）
を用いて改善できる。これらの図において光源光
検出チツプ６８、読出し書込みヘツド７０、開口
７２（レンズを収容するもの）、およびデータ・
ストレージ・デイスク７４については同一の参照
番号を用いる。第１０図においては透明窓８２
（ガラスのようなもの）も半導体チツプ６８およ
びレンズ８０の間に設けらている。第８図におい
て不透明ワツシヤ８４が平凸レンズ７６を支持す
るのに用いられる。
光源光検出チツプ６８および光学部材７６、７
８または８０を有する光学システムの動作は第１
図の光学システムについて先に説明したのと同様
である。
一般的に第７図の球６６は光源光検出結合体６
８およびデイスク７４の間の中ほどに位置してい
る。もちろん他の態様とすることができるけれど
も、両者のほぼ中央に配置することは、位置変化
による光投射スポツトのフオーカジングの影響を
最小にするを意味する。
光源光検出結合体６８とデイスク７４の上面と
の間の中央においてレンズの位置に小さな変位
Δxがあると、焦点位置εに小さなエラーが生じ
る。このエラーは第１次近似ではゼロとなり、第
２次近似ではつぎの式で表わされる。
｜ε｜（Δx）2／ｆ 角度０の摂動は小さな第２次のエラーを生じさ
せる。これは距離Ｒの摂動と同様である。しか
し、半径ｒの摂動は焦点距離ｆに影響を与え、こ
の摂動Δrによるエラーは第１次近似でつぎの式
により与えられる。
｜ε｜２｜Δr｜／ｎ−１ したがつてｒがこの光学システムでもつとも重
要な寸法である。実際には、ガラス・ビーズのレ
ンズが半径に応じて分類され精度が保障されるよ
うになつている。
埋込み検出器を用いる第１図例は拡散散乱面ま
たは鏡面からの反射光学信号を検出するうえで大
変な利点を有する。そのため、この例はハード磁
気デイクス・ストレージ・システムの光学サーボ
機構にとくに適切である。この軸対称光学センサ
は軽量、小寸法であるため、ヘツド位置制御アク
チユエータの効率上支障なく磁気読出し書込みヘ
ツドに直接に取り付けることができる。
第２の実施例 第１１図〜第１９図に示される例は、フロツ
ピ・デイスクのような拡散反射作用のサーボ部材
としてとくに適切なものである。ただし、これら
の例は鏡面反射面用には適切ではない。検出体を
光源を囲む環状部材として配置するからである。
詳しく説明していこう。第１１図は単一の半導
体チツプ８６およびコンプリート・レンズ８８を
有する光学センサを示す。半導体は光源９０およ
び同心内状の環状光検出器９２を含む。半導体チ
ツプの詳細は第１２図から明らかである。レンズ
８８には第１の曲率半径を有する中央部９４と、
異なる曲率半径を有する外周部９６とが設けられ
ている。この結果、中央部９４と外周部９６との
焦点距離は異なつている。
半導体チツプ８６およびレンズ８８は相互に柱
状対称であり、支持円筒部材９８中の共通軸のま
わりに位置決めされている。この支持円筒部材９
８は金属のような光不透過性の材料からなつてい
る。ワツシヤ１００はレンズ８８を支持するもの
で光吸収材料たとえばプラスチツクからなつてい
る。ガラス窓１０２は構造体の上面に配置されて
いる。この装置は磁気デイスク１０４から所定距
離だけ離間して配置され光源９０からの光がデイ
スク１０４の表面上の一点に結像するようになつ
ている。
第１１図のセンサの動作に触れよう。複合レン
ズ部（レンズ中央部）９４ではレンズ外周部９６
より焦点距離が短かくなつている。したがつてレ
ンズ中央部９４は光源９０をデイスク１０４上の
点Ｉに結像させる半面、点からの拡散反射光は
レンズ外周部９６で捕捉される。レンズ外周部９
６の焦点距離は大きいので、環状検出器９２を含
む領域上に収束拡散光が結像される。これは、点
に収束する光源からの光線１０６と、検出器９
２を含む領域上に結像する拡散反射光線１０８と
によつて表わされる。
第１２図は半導体チツプ８６を詳細に示す。こ
の半導体チツプには発光Pn接合１１０および光
検出Pn接合が設けられている。発光接合１１０
は順方向バイアスされる半面、光検出接合１１２
は逆方向バイアスされている。オーミツクなコン
タクト１１４は光源用に設けられ、また他のオー
ミツクなコンタクト１１６が光検出用に設けられ
ている。これらコンタクトは第３図例と実質的に
同様の幾何形状をしている。この半導体チツプ６
８はGaAsの基体と、GaAlAsのｎ型層とを有し
ている。Ｐ型領域１２２は拡散またはイオン注入
により層１２０中に形成され、光源１１０および
光検出接合１１２を構成する。GaAs基体１１８
の裏面に被着された金属層１２４はオーミツク・
コンタクトとして作用する。
半導体チツプ８６用の電気回路は第４図で示し
たものと同様である。RC網からなるハイ・パ
ス・フイルタはここでは不必要である。光源およ
び光検出器が同一半導体チツプに形成されていて
もこれら光源および光検出器の間の直流電気的な
または光学的なクロストークはこの例では無視で
きる程小さいからである。それゆえ真の直接光は
ほんのわずかしか光源から光検出器へと進まな
い。また検出器の飽和の危険もない。光源および
光検出器はチツプ６８に同心円状に設けられてい
る。光源は中心部にあり、検出器に比して非常に
小さくなつており、デイスク１０４上の位置に
小さなスポツトを形成しうるようになつている。
光検出器は環状接合領域を含む広域検出体であ
る。
先に指摘したように複合レンズの外周部９６は
中央部に較べ長い焦点距離を有する。したがつて
この外周部９６は照射スポツトを半導体チツプ
８６後方の点Ａに結像する。しかし外周部９６か
らの光は円形の広域検出器９２によりさえぎられ
て検出される。
複合レンズの外周部９６は照射スポツトから
の光を集めるだけでなく光源９０からの光を集め
てスポツトの周囲の環部を照射する。この望ま
しくない照射を最小限に抑えるため、センサの窓
に開口１２６が配される。第１１図の支持ワツシ
ヤ１００は開口としても働らく。
光源光検出結合体に対する光学部材８８の整列
は一般的に光学センサを組立てる際に決定的に重
要な側面を有する。しかし、この発明の装置では
柱状対称を採用しているので整列を比較的に重要
でないものとしている。このことは第１４図およ
び第１５図に示される。第１４図はレンズ８８お
よび光源光検出結合体が整列されている場合を示
し、他方第１５図はレンズの軸と半導体光源光検
出結合体が誤整列されている場合を示す。第１４
図および第１５図から明らかなように第１次近似
の誤配列については整列の偏差は自動的に補正さ
れて装置の効率に悪影響を与えない。
第２の実施例についての考察および変更例 第１６図〜第１９図は第１１図の光学部材８８
のかわりに用いることができる種々の光学部材を
示している。第１６図において２つの平凸レンズ
１２８および１３０は結合されて複合レンズを構
成する。これらレンズ１２８および１３０は異な
る径を有するけれども、全体的な構成は第１１図
のレンズ８８の構成と類似している。２つのレン
ズ１２８および１３０の軸は適切に光学部材を形
成するうえで正確に整合させられる必要はない。
第１７図においてはレンズ１３２が用いられ、
このレンズ１３２はその外周領域に透明コーデイ
ング１３４（たとえばエポキシ）を有している。
この複合レンズは製造が容易であるという利点を
有する。
第１８図においてモールド複合レンズ１３６は
収容筒部９８中に配されている。半導体チツプ８
６はこの筒部９８の底部に位置決めされている。
レンズ１３６のようなモールド・レンズでは非常
に低コストの大量生産が可能である。
第１９図は球レンズ１３８を用いる場合を示し
ている。このレンズ１３８は光学筒部９８内に配
された支部構造体１４０により保持されている。
窓１４２は構造体９８の一端に位置決めされてい
る。また半導体チツプ８６が他端に位置決めされ
ている。このような構成において球レンズ１３８
の収差は光を集めこれをアニーリング検出器に結
像するのに利用される。この構成は非常に低コス
トの変更例であるけれども、その効率は既述のレ
ンズ部材を用いて得られる効率ほど良好ではな
い。
第１１図の構成またはこの変形例の中央対称性
により誤配列および寸法精度の問題は極力抑えら
れる。複合レンズ８８は光源および対象物の間の
中ほどに配され、これによつてレンズの位置誤差
が許容されるようになつている。レンズがチツプ
８６およびデイスク１０４の間の中ほどに配さ
れ、光源および対象物の間の全距離が2f1とする
と（f1はレンズ８８の中央部９４の焦点距離であ
る）、外周部９６の焦点距離f2の範囲は次式で与
えられる。
2f1＞f2＞f1 環状光検出器の内がわ半径r1および外がわ半径
r2（第１２図）は次式で与えられる。
r1＝２（f2−f1）R1／f2 r2＝２（f2−f1）R2／f2 ただしR1およびR2は第１１図に示されるよう
にそれぞれレンズの中央部および外周部の半径で
ある。
先に触れたように、第１１図例は拡散反射面を
具備するデイスク用に用いられる。万一対象物１
０４が完全反射鏡であると、光は対象物から散乱
されて検出器に進むということがなく、そのかわ
りに光源に反射されて戻つてしまうであろう。そ
れゆえ、この第１１図例はフロツピ・デイスクの
ような拡散反射体につき用いることがより適切で
ある。
以上説明したものは、磁気記録システムの読出
し書込みヘツドの位置サーボに用いる非常に簡単
な構成の光学センサであつた。単一の半導体チツ
プを用いて光源および光検出器を構成し、化学部
材は単一のレンズである。円柱対称性が維持され
てシステム部品の誤整列や厳しい精度要求の問題
は最小化されている。
この発明は具体的な実施例につき説明されたけ
れども、この発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々
変更できることはもちろんである。
〔発明の効果〕
この発明ではデータ記録媒体面に対する読出し
書込みヘツドの位置サーボを可能とすよう配され
たマークを感知するために、データ記録システム
に組み込むことができる超軽量で簡素な光学サー
ボ・センサが実現される。この装置は低コスト
で、高解像度であり、磁気ヘツドまたはヘツド・
スライダ・アツセンブリに組み込むことができ
る。
【図面の簡単な説明】
第１図はこの発明の第１の実施例を一部切り欠
いて示す斜視図、第２図は第１図例の要部を示す
断面図、第３図は第２図の要部の上面を示す平面
図、第４図は第２図の要部の等価回路図、第５図
および第６図は第１図例を説明するためのグラ
フ、第７図は第１図例の説明に供する寸法記号を
表わす図、第８図、第９図および第１０図は第１
図例の変更例を示す図、第１１図はこの発明の第
２の実施例を示す縦断面図、第１２図は第１１図
例の要部を示す断面図、第１３図、第１４図およ
び第１５図は第１１図例を説明するための図、第
１６図、第１７図、第１８図および第１９図は第
１１図例の変更例を示す図である。 ２０……ヘツド、２８……光源光検出結合体、
３０……光学部材、３４……光源をなすPn接合、
３６……光検出器をなすPn接合。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ ヘツドを記録媒体上に位置決めさせていくの
    に用いる位置サーボ用光センサにおいて、 所定の半導体チツプに形成された光源と、 この光源と同軸に整合されて上記半導体チツプ
    に形成された受光部と、 上記光源および受光部と同軸に整合された単一
    のレンズ部材であつて、上記光源から放射された
    光を上記記録媒体上にスポツトとして結像し、上
    記記録媒体からの反射光を上記受光部に案内する
    ものとを有し、 上記レンズ部材を上記光源および記録媒体の間
    の実質的に中央となる位置に配置し、 さらに上記光源、受光部およびレンズ部材が全
    体として線対象となるようにしたことを特徴とす
    る位置サーボ用光センサ。
JP7454485A 1984-07-20 1985-04-10 位置サ−ボ用光センサ Granted JPS6130707A (ja)

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