JPH11120724A - 光トラック検知装置 - Google Patents

光トラック検知装置

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JPH11120724A
JPH11120724A JP10213665A JP21366598A JPH11120724A JP H11120724 A JPH11120724 A JP H11120724A JP 10213665 A JP10213665 A JP 10213665A JP 21366598 A JP21366598 A JP 21366598A JP H11120724 A JPH11120724 A JP H11120724A
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    • G11INFORMATION STORAGE
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    • G11B21/00Head arrangements not specific to the method of recording or reproducing
    • G11B21/02Driving or moving of heads
    • G11B21/08Track changing or selecting during transducing operation
    • G11B21/081Access to indexed tracks or parts of continuous track
    • G11B21/083Access to indexed tracks or parts of continuous track on discs

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  • Optical Transform (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Moving Of The Head To Find And Align With The Track (AREA)
  • Optical Recording Or Reproduction (AREA)
  • Optical Head (AREA)

Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 多重素子検出器に取付けられた発光ダイ
オード(LED)或いは垂直キャビティ面発光レーザー
(VCSEL)のようなほぼ単色の点光源からなる光セ
ンサーを提供する。 【解決手段】 本センサー101が、(光ディスクのよ
うな)表面に反射周期パターンを有する移動物体107
の近くに置かれたとき、センサーは、物体の位置を制御
するのに使用することができる信号を発生させることが
できる。光源102によって発光された光105を物体
107に投影し、物体107からの反射光106を集光
し、それらを光検出器103に投影するためのレンズを
しばしば使用する他のセンサーと違って、この新しいセ
ンサーは、いかなる光構成素子も使用せずに、物体照明
及び集光の仕事を果す。物体107の運動を検出するた
めに、セルフイメージ原理が、検出器103を物体10
7のセルフイメージ平面に置いて利用する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は光トラック検知装置
に関し、更に詳細には、磁気フロッピーディスクの光ト
ラッキング情報を検出するための光センサーに関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】3.5
インチのフロッピーディスクに120メガバイトのデー
タを記憶させる高密度フロッピーディスクドライブが開
発された。この高容量フロッピーディスクは、磁気記録
ヘッドがより狭いトラック間隔で情報を記憶させるため
に、表面の一方に光トラックを記録させた特定のフロッ
ピーディスクを使用する。磁気データだけを使用して達
成することができるよりも正確な位置情報を与えるため
に、光トラックが2つの磁気トラックごとの間に記録さ
れる。これにより、磁気トラックを互いにもっと密に配
置することができる。磁気ヘッドを光トラックに対して
正確に配置するために、光検知装置が、磁気ヘッドと光
トラックとの間の誤差を検出するのに使用される。従来
技術の検知装置は、1992年のオプティカル インス
ツルメント、SPIE1690巻、72乃至79ペー
ジ、「フロプティカルディスク上のトラッキング用回折
光システム」と題するS.W.フランスワース、S.
D.ウィルソン、B.コーエンによる論文に記載されて
いる。
【0003】図1はこの従来技術のトラック検知装置を
示す。半導体レーザー源11が、レンズ13及びルーフ
トップミラー14によってフロッピーディスク15に像
を作る。回折光素子12が、レーザービームを多くのビ
ームに分割するのに使用される。いくらかのビームはフ
ロッピーディスクに向かって上方に反射され、他のビー
ムはルーフトップミラーの下半部によってエンコーダー
16に下方に反射される。予備記録されたトラックを有
しない低密度フロッピーディスクがディスクドライブに
挿入されたとき、エンコーダーはフロッピーディスクド
ライブにトラッキング情報を与える。エンコーダーはフ
ロッピーディスクドライブの内側ハウジングに沿った光
トラックのストリップであり、それにより、たとえ光ト
ラックが低密度フロッピーディスク自体になくても磁気
ヘッドの位置を光学的に決定させる。光センサーは磁気
ヘッド自体に取付けられ、光経路用の穴が磁気ヘッドを
支持するアームを貫通して設けられる。この特定の光ト
ラックセンサーにより、この高密度フロッピーディスク
ドライブを、低密度フロッピーディスクと悪い方に両立
させる。フロッピーディスク及びエンコーダーから戻っ
たビームは、再び、ルーフトップミラー14によって反
射され、レンズ17によって多重素子検出器18に投影
される。
【0004】検出器は、典型的には、2列に配列された
6つの素子を有する。3つの素子の第1列は、トラッキ
ング情報をフロッピーディスクから検出するのに使用さ
れ、第2列は、フロッピーディスクドライブハウジング
のエンコーダーを検出するのに使用される。2重スリッ
ト光素子が干渉縞を作るのに使用され、干渉縞ローブの
間隔は光トラックの間隔に一致する。このようにして、
多数のトラックを一度に検出することができる。かくし
て、検出器の6つの素子の各々は、5つのトラックに対
応する5つの別々の像を見るべきである。もし1つ或い
は2つ以上のビームがなければ、受信信号の強さは弱
く、トラッキング誤差を指示する。かくして、光センサ
ーはレーザービームをフロッピーディスク用とハウジン
グのエンコーダー用の2つに分ける。次に、2つのビー
ムの各々は3つに分けられて、検出器の各列の3つの光
素子によって検出することができるビームを得る。最後
に、6つのビームの各々は5つのローブに分けられて、
5つの光トラックの各々の検出を可能にする。
【0005】この従来技術の光トラックセンサーの特徴
の1つは、レンズ12の光軸とレンズ17の光軸が機構
の軸線に対して小さい角度を定めることである。その結
果、回折光素子12によって作られたレーザービーム
は、フロッピーディスクの表面或いはエンコーダーに対
して垂直ではない。その結果、フロッピーディスクがレ
ンズ13の像平面に関して上下に移動するとき、フロッ
ピーディスク上のビームの横方向位置は変化する。使用
される多ビーム及びローブのために、フロッピーディス
クの上下移動の小さな変化でも、光トラッキングの正確
さに影響を及ぼすことがある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、多重素子検出
器に取付けられた発光ダイオード(LED)或いは垂直
キャビティ面発光レーザー(VCSEL)のようなほぼ
単色の点光源からなる光センサーを提供する。本発明の
このセンサーが、表面に反射周期パターンを有する移動
物体の近くに置かれたとき、センサーは、物体の位置を
制御するのに使用することができる信号を発生させるこ
とができる。光源によって発光された光を物体に投影
し、物体からの反射光を集光し、それらを光検出器に投
影するためのレンズをしばしば使用する他のセンサーと
違って、この新しいセンサーは、いかなる光構成素子も
使用せずに、物体照明及び集光の仕事を果す。周期パタ
ーンがほぼ単色の点光源によって照らされるとき、いか
なる光構成素子の助けもなしに、周期構造の像が物体か
ら一定の距離に形成されることが良く知られている。こ
の現象はセルフイメージと呼ばれ、オロフブリンダール
(OlofBryngdahl)による科学記事(「セルフイメージ
技術を使用する像形成」、J.Opt. Soc. Am.、第63
巻、416乃至419ページ、1973年)に説明され
ている。
【0007】本発明のセンサーは、物体の運動を検出す
るために、検出器を物体のセルフイメージ平面に置くこ
とによって、そのようなセルフイメージ原理を利用す
る。周期物体のセルフイメージの周期信号を検出するた
めに、検出器素子は、物体と同じ周期或いは物体の2倍
の周期をもった格子構造で覆われる。その結果、周期パ
ターンのセルフイメージがそのような検出器を横切って
移動すると、周期像の光部分が検出器の開放部分に入る
とき最大信号を発生し、周期像の光部分が検出器の格子
によって遮断されるとき最小信号を発生する。従って、
物体がセンサーを横切って移動するとき、検出器は周期
時間信号を生じさせることができる。本発明の第1の実
施形態では、検出器素子の2つが、まず、物体の格子の
周期の2倍に等しい周期をもった格子で覆われる。検出
器を覆う2つの格子は、互いに関して90度の位相ずれ
を有する。これらの2つの検出器素子からの出力信号
は、センサーに対する物体の位置を決定するのに必要な
直角位相信号を生じさせる。図3に示した刻み付きディ
スクのような周期物体の場合には、いかなる格子構造に
よっても覆われていない追加の検出器素子が、回転ディ
スク媒体の回転速度を検出するのに使用される。
【0008】第2の好ましい実施形態では、トラッキン
グ情報を検知するための櫛状構造をもった4つの検出器
素子が使用される。これは、付加信号の増大及びバイア
ス信号の除去を行う。発明の本質及び利点の更なる理解
のために、添付図面に関連してなされる以下の説明を参
照すべきである。
【0009】
【発明の実施の形態】図2は、周期構造をもった媒体に
対する本発明のセンサーの配置を示す。多重素子検出器
103に取付けられた発光装置102からなる本発明の
装置101が示され、前記多重素子検出器103は、多
重ピンの出っ張りを備えたヘッダー104に取付けられ
ている。発光装置は、例えば、円形発光窓を有する発光
ダイオード(LED)或いは垂直キャビティ面発光レー
ザー(VCSEL)である。光源102によって発せら
れた発散光105は媒体107に入射する。媒体107
には周期トラックが刻まれている。典型的な媒体107
を図3に示す。媒体表面には、周期中断304をもっ
た、マーク302のトラックのような円形トラックが高
出力レーザーによって刻まれている。商業的に入手でき
るディスクでは、内側の半径におけるトラックの各マー
クの長さは約40μmであり、外側の半径におけるマー
クの長さは約80μmである。半径方向に沿うマーク間
の距離は20.4μm、各マークの幅は約2μmであ
る。
【0010】図2に戻ってこれを参照すると、これらの
周期サーボトラックが媒体表面に刻まれた状態では、光
106が媒体によって反射されたとき、刻み付きトラッ
クのセルフイメージが形成される。レーザーチップと媒
体との間の距離は、セルフイメージの1つが検出器の表
面に形成されるように調整される。セルフイメージを見
つけ出すことができる距離は、式 zφz1/(zφ+z1)=2N*T2/WAVE (1) で与えられ、ここでNは整数、Tはサーボトラックの周
期、zφはレーザーと媒体との間の距離、z1は媒体と
検出器の表面との間の距離、WAVEは光源の波長であ
る。実際には、レーザーチップの厚さはレーザーと媒体
との間の距離よりもずっと小さい。その結果、式(1)
を、 zφ=4N*T2/WAVE (2) で近似できる。例えば、N=1、T=0.01mm、W
AVE=0.0008mmならば、zφは0.5mmで
ある。検出器上の像の周期は、 T1=T(zφ+z1)zφ=2T (3) である。言い換えれば、トラックの2倍の大きさの像が
検出器平面に形成される。
【0011】図4は、本発明のセンサーに使用される検
出器の第1の実施形態を示す。本発明は、異なる光遮断
格子構造を有する多重素子検出器の独自のデザインを提
供する。図4の検出器400は3つの検出器素子40
4,405,406を含み、その各々は、結合パッド4
07,408,409を有する。面発光レーザーダイオ
ードチップ或いはLED(発光ダイオード)チップ40
1が、隔絶された結合パッド403の上で検出器に取付
けられる。光はレーザーチップ或いはLEDチップの窓
402から発せられる。検出器素子404,405は、
図4に示すように、周期2T又はTの光遮断構造で覆わ
れる。わかるように、検出器素子405の上のマスク或
いは格子412は、検出器404の格子414の周期の
1/4だけずらされて、検出器素子404からの出力信
号と検出器素子405からの出力信号との間に90度の
位相ずれを生じさせる。その結果、トラックを備えた媒
体がセンサーに対して移動するとき、検出器素子404
及び405からの信号を、 S1=AcosΘ+C (5) S2=AsinΘ+C (6) のように書くことができ、S1とS2は、互いに関して
位相が90度異なり、媒体の半径方向位置の決定に必要
とされる直角位相信号を形成する。センサーに対する媒
体の半径方向位置はθに関して線形であり、これを TanΘ=(S2−C)/(S1−C) (7) として誘導することができる。式(5)及び式(6)に
おいては、信号S1及びS2はまったく同じ振幅A及び
バイアスCを有するものと仮定する。実際には、これら
は異なるであろう。しかしながら、トラッキング情報を
抽出するための一般技術は、式(7)で与えられた技術
と同様である。図4の検出器406はいかなるマスクに
よっても覆われない。検出器406は、中断トラックに
よって作り出された媒体の回転信号を検出するのに使用
される。
【0012】図5は、図4に示した周期的光遮断構造の
他の変形例を示す。図5に示したこれらの周期構造51
0,512は三角形状を有する。矩形波の高調波成分が
1/Mに比例することが良く知られており、ここでMは
波形の高調波指数である。一方、三角形波の高調波成分
は1/M2に比例し、第1高調波に対して18dB低
い。図6は周期的光構造の他の変形例を示す。この実施
形態では、周期構造610,612は正弦波形状(即
ち、形状の高さはsin2πx/Tに比例し、ここでT
は構造の周期である。)を有する。正弦波形状の利点
は、正弦波形状が第1高調波だけを有し、その他の高調
波を有しないことである。正弦波形状は、サーボトラッ
クからただ1つの空間周波数だけを抽出するための理想
形状である。
【0013】図4の第1の実施形態における検出器素子
404及び405の感光領域の半分以上は、格子構造に
よって遮断されていることに注目すべきである。図7
は、第1の実施形態よりも優れた集光効率を有するセン
サーの他の好ましい実施形態を示す。この実施形態で
は、格子マスクを感光領域の上に使用する代わりに、検
出器用の櫛状構造が使用される。図5に図示した如き検
出器の実施形態では、検出器は、今、5つの素子を含
む。各検出器素子は周期T或いは2Tの櫛構造を有す
る。検出器素子501は検出器素子502と組み合わさ
れる。検出器素子503及び504も同様に組み合わさ
れる。検出器グループ501,502と検出器グループ
503,504との間に1/4周期のずれがある。この
第2の実施形態では、検出器素子501、502、50
3及び504からの信号は、それぞれ、 S1= AcosΘ+C S2=−AcosΘ+C S3= AsinΘ+C S4=−AsinΘ+C によって与えられる。その結果、半径方向の情報を D1=S1−S2=2AsinΘ D2=S3−S4=2AcosΘ 及び Tanφ=D2/D1 から得ることができる。第1の実施形態に勝る第2の実
施形態の利点は、1)差動信号D1及びD2は、式
(5)及び式(6)の非差動出力の振幅Aに対して振幅
2Aを有すること、2)信号D1及びD2にバイアスレ
ベルがないこと、である。図8及び図9は、検出器が三
角形状或いは正弦波形状のいずれかである第2の実施形
態の2つの他の変形例を示す。検出器の形状は、出力信
号からの高調波ひずみを減少させるように選択される。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来技術のトラック検知装置を示す。
【図2】本発明の装置が使用されるシステムの形態を示
す。
【図3】フロッピーディスクに記録されたサーボトラッ
クの特徴を示す。
【図4】本発明の検知装置の第1の実施形態に使用され
る検出器を示す。
【図5】本発明の好ましい実施形態に関連して使用する
ことができる三角形格子を示す。
【図6】本発明の好ましい実施形態に関連して使用する
ことができる正弦波形格子を示す。
【図7】本発明の検知装置の第2の実施形態に使用され
る検出器を示す。
【図8】本発明の第2の好ましい実施形態に関連して使
用することができる三角形検出器を示す。
【図9】本発明の第2の好ましい実施形態に関連して使
用することができる正弦波形検出器を示す。
【符号の説明】
101 装置 102 発光装置 103 多重素子検出器 104 ヘッダー 105 発散光 106 反射光 107 媒体 400 検出器 401 チップ 404 検出器素子 405 検出器素子 406 検出器素子 412 格子 414 格子 501 検出器素子 502 検出器素子 503 検出器素子 504 検出器素子

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 移動媒体の位置を検出するための位置
    検出器であって、 光ビームを前記移動媒体に差し向けるように取付けられ
    た光源と、 前記移動媒体からの光の反射ビームを遮るように取付け
    られ、かつ前記移動媒体の周期構造からの像のセルフイ
    メージ平面に取付けられた多重素子光検出器とを有する
    位置センサー。
  2. 【請求項2】 前記多重素子光検出器の第1素子を更
    に有し、該第1素子は、前記移動媒体の周期構造の第2
    周期の整数倍である第1周期で、第1方向に周期的に可
    変な光検出能力を有する、請求項1に記載のセンサー。
  3. 【請求項3】 前記多重素子光検出器の第2素子を更
    に有し、該第2素子は、前記第1周期で周期的に可変な
    光検出能力を有し、かつ前記第1周期の1/4だけ前記
    第1素子からオフセットされている、請求項2に記載の
    センサー。
  4. 【請求項4】 前記周期的に可変な光検出能力は、前
    記第1素子の部分を、前記第1周期で周期的な構造をも
    ったマスクで覆うことによって得られる、請求項2に記
    載のセンサー。
  5. 【請求項5】 前記周期的に可変な光検出能力は、一
    部を前記第1素子の部分に組合わせるようにした第2光
    検出器素子を含むことによって得られ、前記組合わせは
    前記第1周期を有する、請求項2に記載のセンサー。
  6. 【請求項6】 前記第1周期は前記第2周期と等し
    い、請求項2に記載のセンサー。
  7. 【請求項7】 前記第1周期は前記第2周期の2倍で
    ある、請求項2に記載のセンサー。
  8. 【請求項8】 前記周期的に可変な光検出能力は、前
    記光検出器の矩形露出領域を有する、請求項2に記載の
    センサー。
  9. 【請求項9】 前記周期的に可変な光検出能力は、前
    記光検出器の三角形露出領域を有する、請求項2に記載
    のセンサー。
  10. 【請求項10】 前記周期的に可変な光検出能力は、前
    記光検出器の正弦波形露出領域を有する、請求項2に記
    載のセンサー。
  11. 【請求項11】 前記多重素子光検出器の第1素子の部
    分を覆う第1マスクを更に有し、該第1マスクは、前記
    回転媒体の周期構造の周期の整数倍である周期を有する
    格子である、請求項1に記載のセンサー。
  12. 【請求項12】 前記多重素子光検出器の第2素子の部
    分を覆う第2マスクを更に有し、該第2マスクは、前記
    回転媒体の周期構造の周期の整数倍である周期を有する
    格子であり、前記格子の周期の1/4だけ前記第1マス
    クからオフセットされている、請求項11に記載のセン
    サー。
  13. 【請求項13】 前記発光器は、10μmに過ぎない直
    径を有する円形発光領域をもった発光ダイオードからな
    る、請求項1に記載のセンサー。
  14. 【請求項14】 前記媒体は光検出可能なトラックをも
    ったディスクである、請求項1に記載のセンサー。
  15. 【請求項15】 移動媒体の位置を検出するための位置
    検出器であって、 光ビームを前記移動媒体に差し向けるように取付けられ
    た光源と、 前記移動媒体からの光の反射ビームを遮断するように取
    付けられ、かつ前記移動媒体の周期構造の像のセルフイ
    メージ平面に取付けられた多重素子光検出器と、 前記移動媒体の前記周期構造の第2周期の整数倍である
    第1周期で第1方向に周期的に可変な光検出能力を有す
    る、前記多重素子光検出器の第1素子と、 前記第1周期で周期的に可変な光検出能力を有する、前
    記多重素子光検出器の第2素子と、を備え、該第2素子
    は前記第1素子の1/4だけ前記第1素子からオフセッ
    トされている、位置センサー。
  16. 【請求項16】 前記周期的に可変な光検出能力は、前
    記第1素子の部分を、前記第1周期で周期的な構造をも
    ったマスクで覆うことによって得られる、請求項15に
    記載のセンサー。
  17. 【請求項17】 前記周期的に可変な光検出能力は、一
    部を前記第1素子の部分に組合わせるようにした第2光
    検出器素子を含むことによって得られ、前記組合わせは
    前記第1周期を有する、請求項15に記載のセンサー。
  18. 【請求項18】 光ヘッドハウジングを有する光ヘッド
    であって、 該光ヘッドを移動させるために、該光ヘッドに結合され
    たサーボと、 移動媒体の位置を検出するために、前記ハウジングに取
    付けられた位置センサーとを有し、該センサーは、 光ビームを前記回転媒体に差し向けるように取付けられ
    た光源と、 前記回転媒体からの光の反射ビームを遮断するように取
    付けられ、かつ前記回転媒体の周期構造の像のセルフイ
    メージ平面に取付けられた多重素子光検出器とを有す
    る、光ヘッド。
  19. 【請求項19】 ディスクを回転させるためのモーター
    と、 リード/ライトヘッドハウジングと、 リード/ライトヘッドを移動させるために前記リード/
    ライトヘッドに結合されたサーボと、 回転媒体の位置を検出するために前記リード/ライトヘ
    ッドに取付けられた位置センサーとを有し、該センサー
    は、 光ビームを前記回転媒体に差し向けるように取付けられ
    た光源と、 前記回転媒体からの光の反射ビームを遮断するように取
    付けられ、かつ前記回転媒体の周期構造の像のセルフイ
    メージ平面に取付けられた多重素子光検出器とを有す
    る、データ記憶システム。
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