JPH0656286B2

JPH0656286B2 - 位置検出装置

Info

Publication number: JPH0656286B2
Application number: JP60074639A
Authority: JP
Inventors: 誠三辻; 敏夫吉松; 英明井上; 恒夫高橋
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1985-04-09
Filing date: 1985-04-09
Publication date: 1994-07-27
Anticipated expiration: 2009-07-27
Also published as: JPS61233305A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、ビデオディスクプレーヤおよびその他直線的
に移動する可動部をもつ電子機器などにおいて、その可
動部の位置を検出する位置検出装置に関するものであ
る。

従来の技術近年、円盤状記録媒体（以下ディスクと称す）を用い
て、光学的に情報を記録再生するビデオディスクや、デ
ータファイル等が数多く提案されているが、これらの装
置の最も注目されている理由は以下のような点である。

(i) 高速ランダムアクセスが可能である。

(ii) 高密度記録・再生が可能である。

(iii) 非接触のため長寿命である。

これらの特徴を最大限に生かすために、この種の装置に
は、情報を読み光学ヘッドを高速で移動させるリニアモ
ータと、光学ヘッドの位置を検出する位置検出装置およ
び必要に応じて速度検出装置等が利用されるようになっ
てきた。

第１０図を用いてこの種の装置におけるランダムアクセ
スの方法について一例を簡単に説明する。

第１０図において、情報信号が記録されたディスク１２
は高精度の回転制御がかけられ安定に回転されており、
光学ヘッド１３により、１μｍ前後のピット列として記
録された情報を読み取られる。ディスク１２には情報信
号の他に、トラックの位置を表わすアドレス信号や、録
再可能ディスクにおいては、プリグループと呼ばれる空
溝があらかじめ記録されている。そのトラックピッチは
1.5〜2.5μｍ程度である。従って、読み取りビームの位
置制御は、極めて高精度に行なわなければならない。そ
れらの機能を果す装置が、光学ヘッド内には組み込まれ
ているがここでは詳述しない。

光学ヘッドは、リニアモータ１４によってディスク１２
の半径方向に駆動されるようになっており、通常の情報
読み取り時には、前述のビーム位置制御の比較的低い周
波数応答を受け待ち、ディスク１２の１回転に１トラッ
クの早さでディスク１２の半径方向に移動するよう、光
学ヘッド１３内のトラック位置検出信号で位置制御され
る。

ここで説明するランダムアクセスという機能は、任意の
トラック位置に、光学ヘッド１３を高速移動させること
であり、この場合は、前述のトラック位置制御とは異な
る、別の高速位置制御が行なわれる。

リニアモータ１４のディスク１２に対する位置を検出す
るためにポテンショメータ２０が備えられており、その
摺動子２１が光学ヘッド１３に取りつけられている。

ポテンショメータ２０には電圧源２２が接続されてお
り、摺動子２１には、その位置に応じた電圧が出力され
るようになっている。

ランダムアクセス時には、目標アドレスの位置に相当す
る電圧が、指令装置から、目標位置信号１９として与え
られ、差動アンプ１５により、現在の光学ヘッドの位置
信号と比較され、リニアモータ１４の移動する方向が出
力される。１６は速度検出回路であり、リニアモータ１
４の移動を安定にするための補償手段である。速度信号
は、ポテンショメータ２０の出力を微分することにより
得るか、別に備えられた速度検出装置によって得ること
ができる。

差動アンプ１５の出力である位置誤差信号と、速度信号
は加算器１７により加算され、駆動アンプ１８を通して
リニアモータ１４に電力が供給され、差動アンプ１５の
出力が、ほぼ零（Ｖ）になるよう光ヘッド位置を高速移
動させる。

その後、読み出されたアドレスと目標アドレスの差分の
トラック本数を光学ヘッド１内のトラック位置制御によ
りトラックジャンプを行ない、アクセス動作は終了す
る。

このように、アクセス動作をより早く、正確に行うため
には、前述のポテンショメータ２０の位置検出精度が高
いことが要求され、また、ディスク１２が長寿命である
ため、その品質が長く保たれることが要求される。

ここでは、位置検出素子としてポテンショメータを用い
て説明したが、その他の方法として、光学的または磁気
的なリニアエンコーダ等が用いられている場合もある。

発明が解決しようとする問題点しかしながら、前述のよういにポテンショメータを位置
検出装置として用いる場合、摺動子と低抗体が接触して
いるため、寿命や、接触抵抗変動による位置検出精度、
さらに摺動子の固有振動周波数により、応答特性が低く
なることや、接触点のあばれによる、検出電圧の変動等
制御系の安定性，応答性に関する問題がある。

またリニアエンコーダ等非接触式の位置検出装置におい
ては、パルスカウント式のものが多く、簡単な方法で
は、速度信号に変換できないため、別途速度検出器が必
要であることや、価格が非常に高いといった問題点があ
る。

問題点を解決するための手段本発明は、上記した問題点を解決するため、放射光源
と、移動方向に対し傾斜した斜辺を有する可動片と少な
くとも２つの受光素子を使用し、第１の受光素子を常に
一定の光量を受光する位置に配し光量が一定なるように
光源の光量制御を行う共に、前記斜辺を光量の分布補正
を実現する曲線とし第２の受光素子を斜辺で遮るように
構成し、第２の受光素子の出力によって移動体の位置信
号の検出を行う構成を有している。

あるいは直線の斜辺を有する可動片の移動により遮られ
る光量が変化するように固定部に一定間隔をおいて取り
付けれた第１の第２の受光素子とを配し、可動片の斜辺
は両受光素子上の位置が物体の位置に応じて変化する位
置に配し、前記第１、第２の受光素子の差信号が一定に
なるように、前記放射光源の光量制御を行い、前記第
１、第２の受光素子のどちらか一方の出力又は和信号に
より移動体の位置信号とすることにより、光源の分布強
度を補正した、非接触で連続性のある位置検出信号を取
り出すように構成したものである。

作用本発明は、上記した構成により、非接触でアナログ信号
として、位置信号を検出するため、長寿命である、比較
的簡単な方法で速度信号に変換できるため、別途速度検
出装置を備える必要もないため、装置の小型化にも有効
である。

さらに、可動片の剛性を上げることにより、固有振動に
よる制御系への悪影響も無くなり、構成素子も低価格で
あるため、安価で、信頼性の高い位置検出装置が実現で
きるものである。

また、受光素子の１つを、用いて、放射光源の光量制御
を行なうことにより、各光電素子の温度特性による検出
出力の変動や、迷光等によるノイズの軽減も同時に図る
ことができるものである。

実施例以下図面を参照しながら本発明の実施例について説明す
る。

第１図は、本発明の基本構成と、原理を示したブロック
図である。

第１図において、１は放射光源であり、半導体レーザ，
ＬＥＤ，電球等、比較的均一な強度分布を持つ発光体で
あれば良い。２，３は受光素子であり、ピンダイオード
等が用いられる。ただし、受光素子２，３はいずれも同
種の素子であり、放射光源１１の波長において、最大感
度を有するものがよい。

４は受光素子２の一部を遮ぎるように配置した可動片で
あり、受光素子２には、斜線で示した部分に光が当た
り、可動片４の移動に応じてその面積Ｓが変化するよう
に配置されている。

５はレベル比較器であり、受光素子３の出力と基準電圧
７が常に同じになるように放射光源１に電流を供給す
る。

６はバッファアンプであり、受光素子２の出力を、イン
ピーダンス変換し、位置検出信号ｖ_Oを出力する。

今、可動片４がｘだけ移動し破線で示す位置に移動する
と、受光素子２上では境界線ｌだけ移動し、その面積で
受光する光量が減少し、出力の変化となって表われる。

可動片４の傾斜角をθとすると以下の(1)式が成り立
つ。

ｌ＝ｘ・ｔａｎθ ………(1) したがって、受光素子の出力ｖ_Oはｖ_O∝ｘ・ｔａｎθ ………(2) となり、位置信号を連続的に検出できることがわかる。

このことにより、１個の受光素子で、温度特性や経年変
化を補償しながら、他の１個の受光素子で、安定で連続
的な位置信号を検出できるものである。

この様子を第２図に示す。横軸に移動距離ｘ，縦軸に出
力ｖ_Oをとったものである。

ここで、検出精度を確保するために必要な条件として
は、可動片斜辺の加工表面精度と、受光素子上の光強度
分布の一様性、Ｓ／Ｎ向上のための高効率化があげられ
る。

以下に前述の原理を用いて、上記の条件について改善し
た例を順番に説明する。

第３図は、実際の取り付け配置を示した図である。

可動片４を、放射光源１と受光素子２，３が取り付けら
れているディテクタブロック８が挾み込むような形で配
置されており、ディテクタブロック８は、所定の位置に
固定されている。また、ディテクタブロック８には、柔
軟な素材で作られたクリーニング素子９が取り付けられ
ており、可動片４の検出エッヂを常に精度良く保つよう
工夫されている。

第４図(a)は可動片４の境界線の形状を変え、位置検出
の直線性を改善した例である。各構成要素及びその動作
は、第１図と全く同じである。受光素子２と、放射光源
の距離を近づけて、その変換効率を上げようとすると、
第４図(b)に示すような、受光素子上の強度分布が、検
出信号の非直線性となって表われる。本例は、同図(b)
の分布曲線を微分した曲線を可動片に取り入れることに
より、直線性，効率共に改善した一例である。一般的
に、光源のファーフィールド分布は、素子の種類が同じ
であれば、ほぼ相似形となるため、可動片の形状は、発
光素子を決めることにより定めることができる。個々の
装置毎の調整は、可動片の位置、及び、光源と受光素子
の相対位置の調整により、ほぼ完全に行なうことができ
る。

第５図(a)は光強度分布の補正を電気的に行なう方法を
示したものである。放射光源１，受光素子２，３，可動
片４は、第１図と全く同じである。ここでは、受光素子
２，３をほぼ同じ位置に一定の距離をおいて配置し、両
受光素子の受光量変化分が、可動片の移動量に対し同一
となるようにする。

このように配置した上で、両受光素子の差動信号を差動
アンプ５により検出し、その差分が一定となるように放
射光源１の光量制御を行ない、どちらか一方または、両
方の受光素子の加算出力を加算アンプ６にて得、信置検
出信号ｖ_Oとして出力するものである。

ここで重要なことは、第５図(b)に示すように、位置検
出に使われる部分の光強度分布の極性が変わらないよう
に注意する必要がある。そのことによって、光源の利用
効率は若干低下するが、以上に簡単な方法で、精度の高
い直線性を得ることができる。

第６図は、受光素子の配置を改善した例である。直線性
の良い範囲をできる限り長くするために、可動片４の斜
辺と受光素子２の一辺が平行となるよう配置されてい
る。このことにより、受光素子２の面積を最大限に利用
できるため、検出信号の分解能を向上することができる
ものである。

第７図は可動片の受光素子に対する極性を反軸した例で
ある。前述までの可動片４と同形状のくりぬき部を持っ
た可動片４Ａとなっており、光量制御用の受光素子の配
置が、図に示すように変えられるため、小型化や、エッ
ヂが外を向いていないため、加工組立時の損傷を少なく
するのに役立つものである。

第８図は、検出感度を上げるために、放射光源と受光素
子の間に、シリンドリカルレンズ１０を配置し位置検出
側の光強度分布を一様に保ちながら、検出感度を改善し
た一例である。

第９図に、本発明の位置検出装置を前述の光ディスク記
録・再生装置に利用した一実施例を示す。

第９図において、ディスク１２，光学ヘッド１３，リニ
アモータ１４，差動アンプ１５，速度検出回路１６，加
算器１７，駆動アンプ１８は、第１０図による従来例
と、同じものであり、放射光源１，受光素子２，３，可
動片４，レベル比較器５，バッファアンプ６，基準電圧
７，ディテクタブロック８は、第３図に示す実施例と全
く同じ動作を行なうものであり、ディテクタブロック８
は、装置のシャーシ等に固定されている。指令装置から
入力される目標位置信号１９と、位置検出信号である６
の出力が同じになるまで、リニアモータ１４が高速移動
を行なうしくみについては、従来例のところで既に述べ
たとうりである。尚、光学ヘッド１３の移動方向は紙面
に対して垂直方向である。

また、第９図中、可動片４を固定し、ディテクタブロッ
ク８を可動側に取り付けても全く同様の効果が期待でき
る。さらに、光学ヘッド１３が、円弧運動をするスイン
グアーム方式のものについても、受光素子形状を工夫す
ることにより応用することができる。

また、可動片の両端を利用して別に備えられた、ホトカ
プラ等により、内外周の制限位置検出器として併用でき
ることは言うまでもないことである。

さらに、可動片を反射板として、光源と受光素子を同一
端に固定する方法においても、同様の効果を期待できる
ものであり、ディスクを再生する装置以外の機器におけ
る位置検出器としても極めて有効なものである。

発明の効果以上のように本発明は、少なくとも１つ以上の光源と、
移動方向に斜辺又は、曲線を有した可動片と、２つの受
光素子で構成する非常に安価で、簡単な位置検出装置で
あり、かつ、非接触であるため寿命を長く、同構成内に
おいて、温度特性や経年変化および、光強度分布の補正
も行なえるため、高精度であり非常に有効な手段であ
る。

また、可動片の剛性を得ることは容易であり、取り出さ
れる位置信号は、連続信号であるため、微分することに
より速度検出器としても充分利用でき、装置の小型化，
ローコスト化やサーボ系の高速応答特性，安定性の向上
にもその効果は絶大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例における位置検出装置の基
本構成と原理を示すブロック図、第２図は同本実施例に
おける出力特性図、第３図はクリーニング機能を備えた
一実施例を示す斜視図、第４図(a)は光強度分布の補正
を機械的に行った実施例を示す要部ブロック図、第４図
(b)は同光強度分布図、第５図(a)は光強度分布の補正を
電気的に行った一実施例を示すブロック図、第５図(b)
は同光強度分布図、第６図は検出分解能の改善を行なっ
た一実施例を示す要部ブロック図、第７図は検出極性を
反転した一実施例を示す要部ブロック図、第８図は検出
感度の改善を行った一実施例を示す要部ブロック図、第
９図は本発明の一実施例における位置検出装置を、光デ
ィスク再生機に応用した場合を示すブロック図、第１０
図は、従来の光ディスク再生機に利用されている位置検
出装置のブロック図である。１……放射光源、２，３……受光素子、４……可動片、
５……レベル比較器、６……バッファアンプ、８……デ
ィテクタブロック、１１……固定部、１２……ディス
ク、１３……光学ヘッド、１４……リニアモータ、１５
……差動アンプ、１６……速度検出回路、１７……加算
器、１８……駆動アンプ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者高橋恒夫大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (56)参考文献特開昭51−85747（ＪＰ，Ａ) 特開昭51−39070（ＪＰ，Ａ) 特開昭52−62040（ＪＰ，Ａ) 実開昭56−4279（ＪＰ，Ｕ) 実開昭60−516（ＪＰ，Ｕ) 実開昭58−110814（ＪＰ，Ｕ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】直線的に移動する移動体に取り付けられ、
かつ前記移動体の移動方向に対して一定の傾斜角を有す
る１つの斜辺を持つ可動片と、少なくとも前記可動片の
表面の一部分に、略均一な分布強度をもつ光を照射する
よう固定部に取り付けられた少なくとも１つの放射光源
と、前記可動片の位置に関係なく、常に一定の光量を受
光するように前記固定部に取り付けられた第１の受光素
子と、前記可動片が前記放射光源の光束の１部分を遮
り、さらに前記可動片の移動により遮られる光量が変化
するように固定部に取り付けられた第２の受光素子とを
有し、前記可動片の斜辺は移動領域内で移動方向と略直
行する第２の受光素子の２辺と常に交差しながら第２の
受光素子上の位置が物体の位置に応じて変化すると共
に、斜辺の形状を、放射光源の強度分布特性を補正する
ために、前記可動片の微少な一定変位量に対する第２の
受光素子の受光量変化が一定となる曲線とし、前記第１
の受光素子の出力をレベル比較器を介して前記放射光源
に入力することにより、前記第１の受光素子の出力が一
定となるように光量制御を行うと同時に、前記第２の受
光素子の出力を電気信号に変換することにより、前記移
動体の位置信号を得ることを特徴とする位置検出装置。
【請求項２】可動片の斜辺と交差する受光素子の斜辺と
交差しない辺を、斜辺とほぼ平行になるよう配置したこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の位置検出装
置。
【請求項３】可動片の斜辺または、曲線を有する１辺に
常に接するよう少なくとも１つ以上のブラシ状または海
綿状のクリーニング素子を固定部に取り付けたことを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載の位置検出装置。
【請求項４】前記可動辺と相似形状をくりぬいた平板を
可動片として用いることを特徴とする特許請求の範囲第
１項記載の位置検出装置。
【請求項５】前記放射光源と受光素子の間に、物体の移
動方向のほぼ水平方向のみ光束の放射角をかえるシリン
ドリカルレンズを配置したことを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載の位置検出装置。
【請求項６】直線的に移動する移動体に取り付けられ、
かつ前記移動体の移動方向に対して一定の傾斜角を有す
る１つの斜辺を持つ可動片と、少なくとも前記可動片の
表面の一部分に、略均一な分布強度をもつ光を照射する
よう固定部に取り付けられた少なくとも１つの放射光源
と、前記可動片が前記放射光源の光束の１部分を遮り、
さらに前記可動片の移動により遮られる光量が変化する
ように固定部に一定間隔をおいて取り付けられた第１と
第２の受光素子とを有し、前記可動片の斜辺は移動領域
内で移動方向と略直行する第１、第２の受光素子の２辺
と常に交差しながら両受光素子上の位置が物体の位置に
応じて変化する位置に配し、前記第１、第２の受光素子
の差信号が一定になるように、前記放射光源の光量制御
を行い、前記第１、第２の受光素子のどちらか一方の出
力又は和信号により移動体の位置信号とすることを特徴
とする位置検出装置。
【請求項７】可動片の斜辺と交差する受光素子の斜辺と
交差しない辺を、斜辺とほぼ平行になるよう配置したこ
とを特徴とする特許請求の範囲第６項記載の位置検出装
置。
【請求項８】可動片の斜辺または、曲線を有する１辺に
常に接するよう少なくとも１つ以上のブラシ状または海
綿状のクリーニング素子を固定部に取り付けたことを特
徴とする特許請求の範囲第６項記載の位置検出装置。
【請求項９】前記可動片と相似形状をくりぬいた平板を
可動片として用いることを特徴とする特許請求の範囲第
６項記載の位置検出装置。
【請求項１０】前記放射光源と受光素子の間に、物体の
移動方向のほぼ水平方向のみ光束の放射角をかえるシリ
ンドリカルレンズを配置したことを特徴とする特許請求
の範囲第６項記載の位置検出装置。