JPS6028043A - 物体の傾き検出装置 - 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】 技術分野 本発明は物体の直交二軸に対する傾きを検出する傾き検
出装置に関する。

背景技術 近時、光ビデオ、光オーディオなどの分野で再生専用ノ
モノは勿論ノコと、ＤＲＡＷ（ＤＩＲＥＣＴ−ＲＥＡＤ
ＩＮＧ−ＡＦＴＥＲ−ＷＲＩＴＥ）又は消去用能、すな
わち記録再生可能なディスクフレーヤの開発研究が進め
られている。このようなディスクフレーヤでは、ディス
クの信号記録密度を高密度化するためにピットの形をで
きるだけ小さくし正確に書き込めるようにすること、半
導体レーザの発振出力を大きくすると素子の寿命が極度
に劣化し易い傾向にあること、およびその発振出力はデ
ィスクに集束する半導体レーザのビームスポットの径が
例えば２倍に拡がると略４倍の大きさのものが必要にな
ること、等の点からレーザビームのスポット径を極力小
さくすることが１要な課題とされている。このスポラ・
ト径ｄは、半導体レーザの発振波長を人、光ピツクアッ
プの対物レンズの開口数をＮＡとすれば、一般にｄｃｃ
λ７爪Ａ　となる。したがって、スポット径ｄを小さく
するには、■発振波長λを小さくする、■開口数ＮＡを
大きくする、の２つの方法が考えられる。ところが、現
在実用化されているＧａＡｌＡｓ系の半導体レーザの発
振波長λは、実用化レベルで書き込み用のものは０．８
３μｍ近辺、また再生用のものは０．７７μｍ近辺が短
波長限界であり、それ以下に短くすることは半導体レー
ザの寿命などの点で実用上困難である。そこで対物レン
ズの開口数ＮＡを大きくする方法が採用される。その場
合、開口数ＮＡは記録丹生用のものでは最低でも０．５
３程度にしなければならない。ところが、この開口数Ｎ
Ａを大きくスルことはディスクの傾き（直交するラジア
ル軸、ジッタ軸方向の傾き）＆Ｃ起因するコマ収差を増
大させる要因となる。このコマ収差はディスクの傾きの
三乗に比例して生ずるもので、その増大は波面収差に恕
影譬をおよぼし、これを許容範囲以上に大きくしアイパ
ターンを悪くさせてしまう。

その結果、良好表記録再生が行えなくなる。したがって
、開口数ＮＡを大きくしてスポット径ｄを小さくしよう
とすれば、ディスクの傾きを最小限に精度良く抑制する
ことが不可欠となる。そこで従来はディスクを支持する
４！ｌ！栴系を極めて高精度なもので構成し、例えばデ
ィスクを空気軸受で支持したシ、ディスク回転時にその
下方に流体力学的な遠心を気流を作り出すような構成を
採用していた。

ところが、以上のような構成にょシディスク回転時の動
的バランスを厳密に抑えたとしても、通常ノモータでデ
ィスクを回転駆動すると、モータ軸それ自体の軸“度や
モータ軸と嵌合する７０ラツクの精度などによシディス
クの面振れやバタ付きを完全になくすことは不可能に近
い。また、ディスクを支持する機構系に高精度なものが
要求されるため、その構造が複雑化すると共に、高価に
つく。

特に空気軸受を用いるも・のけ極めて高価であシ、コス
トが嵩むため、産業用、工業用としては使用可能である
が、安価にしなければならない民生用機器には適用困難
であ）不可である。

そこで、■ディスク支持機構の精度をラフにし、墾気軸
受などを不要としその構造を簡単、安価にする、■光ピ
ックアップの姿勢をディスクの傾きに追従させて傾き制
御し、両者の相対姿勢を一定に保つ。これによルコマ収
差の増大を招くことなく対物レンズの開口数ＮＡを少な
くとも０．５以上に大きくシ、スポット径ｄを小さくで
きるようにする、■以上によシディスクが多少類いたル
、ターンテーブルに振れが少々あっても常に高密度な４
Ｍ号記録が行えるようにする、などのことが必要となる
。そのためにディスクの傾きを精度良（確実に検出して
光ピツクアップに正確に傾きサーボを伝えられるように
することが必要となった。

発明の開示 本発明は上記光デイスクプレーヤにおけるディスクのよ
うな平板状の対象物体の該平面を含む直交二軸方向の傾
き検出に用いて好適であシ、その傾き検出が対象物体の
動作に追従して誤シなくかつｆＩ１１度良く確実に行え
る簡単な構成の装置を提供することを目的とする。

この目的は、直交二軸に対して射出光軸が傾斜して向う
ように発光素子と受光素子とを一定間隔おいて配設し、
かつ夫々の素子に射出用収束レンズと入射用収束レンズ
とを対象物体と一定間隔お入射するようにし、該入射し
た光スポットが前記受光素子を４分割する直交２軸の基
準中心から該２軸のいずれか一方向又は双方向にズして
受光されたとき、該ズした位置を前記分割された各々の
素子で検出し、この検出に基づいて前記対象物体の前記
直交二軸に対する傾きを検出するように構成することに
よって達成できる。

本発明によれば、対象物体で反射した発光素子からの光
を受光素子を４分割する直交２軸に沿う二次元方向に展
開して受光し、その受光位置に基づいて対象物体の傾き
を、直交二軸方向のベクトル成分の合成和として検出す
る構成であるため、従来の一点だけで反射光を受光検出
するものと異なシ、傾き検出が容易であり、その傾き検
出が対象物体の動作に追従して誤シなく、かつ精度良く
確実に行える。しかも構成が極めてユニークで漸新であ
る。

よって本発明を上記光デイスクプレーヤのディスクと光
ピツクアップとの相対姿勢の制御に適用した場合には、
ディスクの傾きは傾きとして許容し、その動作に追従し
た傾き検出が精度良く行えるため、ディスクの面振れ規
格などを大幅に緩和し、又はなくすことができる。した
がって、ディスクを支持する機構系も高精度のものは不
要になり、ラフで良くなるため、従来用いていた動的バ
ランス向上のための高価でコストのかかる空気軸受など
の手段が不要になシ、その構造を簡単にし安価に構成す
ることができる。その結果、ディスクプレーヤの原価を
低減することができる。

なお、本発明は以下に詳述する光デイスクプレーヤのデ
ィスクの傾き検出のみならず、その他の磁気ヘッドによ
り円盤状の磁気配碌媒体に記録再生する形式の情報機器
における記録媒体の傾き検出、あるいはロボット技術や
生産自動化技術の分野で見られるような、ある動作を行
う物体の該動作に伴う傾きを近接位置で正確に追従はせ
て検出したいような場合に適用して極めて好適である。

発明を実施するための最良の形態 以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する
。

第１図、第２図は本発明が適用される記録再生可能な光
デイスクプレーヤの光ピックアップを示すもので、プレ
ーヤ本体を構成する基盤ｌｏ上に半導体レーザを備えた
光学系を内蔵する光学ベース１１が弾性支持体１２およ
び第１．第２の制御体１３．１４によってラジアル軸Ｒ
およびジッタ軸Ｊ方向に傾き制御可能に三点支持されて
いる。

弾性支持体１２は板バネ材によって略、己状に形成され
、光学ベース１１の一隅角部底部（第１図、第２図で示
す手前側隅部）に介装されている。

第１．第２の制御体１・３．１４は、いわゆるバイモル
フ素子から成っておシ、支持片１５．１６を介して基盤
１０上に片持ち支持されている。

第１の制御体１３は光学ベース１１を弾性支持体１２で
支持されたところを支点にラジアル軸Ｒ方向に傾き制御
するだめのもので、ベース１１の弾性支持体１２と幅方
向反対側の隅部底面を支えている。また、第２の制御体
１４は光学ベース１１を弾性支持体１２を支点にジッタ
軸Ｊ方向に傾き制御するだめのもので、ベース１１の弾
性支持体１２で支持された隅部と対角位置にある隅部底
面を支えている。

光学ベース１１の上面一端寄シの幅方向中心からラジア
ル軸に沿う一側寄シに光ビームの透過窓１７が開口形成
されている。この透過窓１７を挾む長手方向両側に一対
の磁気回路２０．２０がラジアル軸Ｒと平行に配置され
ている。

磁気回路２０は上方に開口するコ字状の磁気ヨーク２１
と、磁気ヨーク２１の外側辺内壁に取付けられた永久磁
石２２とから成っている。磁気ヨーク２１の内側辺内壁
と磁石２２との間に空隙２３が設けられている。

光学ベース１１の長手方向一端部に取付台２４が設置さ
れ、その両側にラジアル用平行板バネ２５．２５が片持
ち支持されている。ラジアル用平行板バネ２５．２５の
一端は磁気回路２０．２０の両側を通シベース面に平行
にその他端側に延ひている。その一端に中継板２６が片
持ち状に取付けられている。

中継板２６の両Ｉ１１上下部に上下各一対のフォーカス
用平行板バネ２７・・・の一端が片持ち支持されている
。その他端はベース面に平行に長手方向一端側に延び、
その端部に対物レンズホルダ３ｏが片持ち支持されてい
る。

レンズホルダ３０は略矩形ブロック状に形成され、その
両側上下部に形成した段部３０１にフォーカス用平行板
バネ２７・・・・・・の端部が取付けられている。

レンズホルダ３０の中央からラジアル軸Ｒ方向に偏った
ー側寄りに対物レンズ３１を装着する円孔３０２が透過
窓１７と上下に対向して穿孔されている。レンズホルダ
３０の中央を挾んで円孔３０２と反対の側に角孔３０３
が穿設されており、この角孔３０３に傾きセンサ３２が
装着されている。レンズホルダ３０は対物レンズ３１と
傾きセンサ３２とによってラジアル軸Ｒおよびジッタ軸
Ｊ方向のｉｔバランスがとられている。

レンズホルダ３０の外周壁に沿って角形のフォーカス制
御用コイル３３がフォーカス軸Ｆと直交して周設されて
いる。レンズホルダ３０のラジアル軸Ｒに沿う前後面と
コイル３３との間にギヤラフＧ、Ｇが設けられている。

フォーカス制御用コイル３３の四隅部外倶ｊにラジアル
制御用コイル３４が接着等により取付けられている。コ
イル３４はいわゆるフラット型のものを９０ｃ゛折り曲
げて成るもので、コイル３３と互に直交している。

フォーカスおよびラジアル制御用コイル３３゜３４のう
／アル軸Ｒに沿う部分が磁気回路２０゜２０の空隙２３
に磁石２２と対向するように装入されている。

磁気回路２０．２０はフォーカス軸Ｆとラジアル軸Ｒ方
向との二軸駆動を兼用している。すなわち、フォーカス
制御用コイル３３又はラジアル制御用コイル３４が通電
されたとき、その向きおよび大キサに応じてレンズホル
ダ３０をフレミングの左手の法則にしたがってフォーカ
ス軸又はう／アル軸Ｒ方向に移動させる。これにより対
物レンズ３１は直交する二軸Ｆ、Ｒ方向に駆動制御され
る。

傾きセンサ３２は第３図、第４図に示すように構成され
ている。

第３図、第４図において、矩形箱状のケーシング３２１
の内底部対角線り、上の一方の隅部にＬ　Ｅ　ｌ）等か
らなる発光素子３２２が、かつその他力に４分割光セン
サから成る受光素子３２２が配設されている。対角線Ｌ
１は第４図に示すようにランアル軸Ｒとジッタ軸Ｊとに
４５°の角度で傾斜している。

したがって、発光素子３２２から出射した光の射出光軸
は直交二軸Ｒ，Ｊに対して対角線Ｌ１に沿う略４５°の
角度で受光素子３２３に向うこととなる。

ケーシング３２１の上・面に取付窓３２４が開口形成さ
れ、この取付窓３２４にレンズ体３２５が取付けられて
いる。

レンズ体３２５は発光素子３２２と受光素子３２３とに
夫々対応する射出用収束レンズ３２６と入射用収束レン
ズ３２７とによって一体に形成されている。

このレンズ体３２５は透明プラスチック材によって一体
成型されたプラスチックレンズであって、発光素子３２
２から出た光を収束してディスクＤに照射すると共に、
その反射光を収束して受光素子３２３に入射させる。こ
れによると、レンズ体３２５の製作が容易であシ、安価
に製作できる。

受光素子３２３は直交２軸によって第１〜第４のエレメ
ント３３１〜３３４に分割されている。そして、ディス
クＤが直交二軸Ｒ，Ｊに対して傾いていない正常な状態
では、ディスクＤで反射した発光素子３２２からの元ス
ポットは直交２軸Ｘ、Ｙの基準中心“０″上に入射受光
される。このとき、各ニレメン）　３３１〜３３４　か
らの信号は零である。

一方、ディスクＤが直交二軸Ｒ，Ｊ方向にθＲ１θ、で
傾くと、ディスクＤからの反射光は第３図の破線で示す
ように、基準中心″０″からＸ軸又はＹ軸方向に位置ズ
レして入射受光される。ディスクＤの傾きθＲ９θＪは
光スポットのズレ方向およびその大きさに応じて直交二
軸Ｒ，Ｊに対するベクトル成分の合成和として次のよう
な式によって表わされる。

すなわち、 （ここで、ｅｌ　は第１のエレメント３３１による光ス
ポットのズレ位置検出信号、ｅ２は同じく第２のエレメ
ント３３２による検出信号、ｅ３は第３のエレメント３
３３による検出信号、ｅ４は第４のエレメント３３４に
よる検出信号である。）信号ｅ８とｅ、はオペアンプ４
１で加算されて比較器５１の■端子に、信号ｅ、とｅ３
はオペアンプ４２で加算されて比較器５１のＯ端子に、
また信号ｅ、とｅ２はオペアンプ４３で加算されて比較
器５３のｅ端子に、更に信号ｅ３とｅ４はオペアンプ４
４で加算されて比較器５３の■端子に夫々入力される。

次に以上の如く構成された本実施例装置の傾き検出動作
について説明する。

先ず第３図に示すように、ディスクＤが光ピツクアソフ
のコリメータ光軸Ｌ２と直交した実線位置からθ■の角
度でラジアル軸Ｒ方向に傾いたとする。すると、第５図
に示すようにディスク面で反射した発光素子３２２から
の光は、その傾き方向および大きさに応じて例えば受光
素子３２３の基準中心ｔｔ　ＯｒｒからＸ軸の正方向に
位置ズレし、第１および第４のエレメント３３１，３３
４にまたがった状態で入射し受光検出される。この検出
信号ｅ１ｓｅ４　はオペアンプ４１を通して比較器５１
の■端子に加えられると共に、オペアンプ４３．４４を
通して比較器５３のθ端子と■端子とに夫々加えられる
。一方、第２Ｉ第３のニレメン）４２．４３からの検出
信号ｅｔｐｅ３は、光スポットの基準中心“′０″から
Ｙ軸方向への位置ズレが略零であるため、零に等しい。

比較器５１は■端子に加えられた信号（ｅ１＋６４）と
、○端子に加えられたｕＯ″入力とを比較し、その差出
力として端子５２から上記第１の制御体１３にラジアル
軸Ｒ方向の傾き誤差信号θ几＝（ｅ１＋８４）を送出す
る。

また、比較器５３は■端子に加えられた信号ｅ４とθ端
子に加えられた信号ｅ、とを比較演算し、その差出力と
して端子５４から上記第２の制御体１４にンツタ軸Ｊ方
向の傾き誤差信号θＪ−（ｅ４ｅｌ）　を送出する。

これによシ第１および第２の制御体１３．１４は同時に
通電駆動され、第６図、第７図の矢印１００．１０１　
で示すように片持ち支持された一端部を支点に、信号θ
Ｒ８θＪの大きさ、符号に応じて基盤１０に対して上方
又は下方に所要Ｍ変位する。その結果、光ピンクアップ
全体に傾きザーボが加えられ、第６図、第７図の仮想線
で示すように、誤差信号θＲ９θＪを打ち消すように、
すなわち光スポットを基準中心″′０＃方向に移動させ
るべく直交するラジアル軸Ｒとジッタ軸Ｊ方向とに夫々
弾性支持体１２で支持されたところを支点に所要の角度
で傾き制御される。かくして、光ピツクアップがディス
クＤの傾きθＲ９θＪに追従して傾き制御され、両者の
相対姿勢が一定に制御保持される。

一方、ディスクＤがジッタ軸Ｊ方向に傾き、ディスクＤ
からの反射光が第５図の破線で示すように、受光素子３
２３の基準中心”０＃からＹ軸の負方向に位置ズレし、
第３．第４のニレメン）３３３゜３３４　にまたかつて
入射し受光検出されたとする。

すると、上述と同様の手順によシ比較器５１の端子５２
からラジアル軸方向の傾き誤差信号θＲ＝（ｅ４−６３
）が差出力として第１の制御体１３に、また比較器５３
の端子５４からジッタ軸方向の傾き誤差信号θＪ”（ｅ
ｓ　＋ｅａ　）が差出力として第２の制御体１４に夫々
加えられる。これによって光ピツクアップは上述と同様
にしてディスクＤの傾きに追従して傾き制御される。

まだ、ディスクＤが直交するラジアル軸Ｒとジッタ軸Ｊ
との二軸方向に同時に傾くと（この場合が最も一般的で
ある）、比較器５１の端子５２からラジアル軸方向の傾
き誤差信号θａ−（（ｅｚ＋ディスクＤの直交二軸Ｒ，
Ｊに対する傾き検出が行われる。

なお、傾きセンサ３２が取付けられたレンズホルダ３０
は記録再生時にフォーカス軸方向に駆動制御さｉｌｌ、
ディスクＤとの間の距離が一定に保たれるため、第３図
に示すディスクＤと傾きセンサ３２との間の距離Ｔもそ
の間一定に保つことができる。よって、ディスクＤの傾
き検出およびこれによる光ピツクアップの傾き制御も精
度良く確実に行える。

【図面の簡単な説明】

第１閣は本発明が適用される光ディスクフレーヤの光ピ
ツクアソフを示す分解斜視図、第２図はその組立状態を
示す斜視図、第３図は本装置で用いられる傾きセンサの
断面図、第４図はその何１き検出動作を説明する要部斜
視図、第５図は同じく傾き検出動作全説明するブロック
図、第６図は同傾き検出による光ピツクアップの傾き制
御動作を説明する要部斜視図、第７図は同じく傾き制御
動作を説明する斜視図である。 Ｌｌ・・・・−射出光軸、 ３２２・・・発光素子、 ３２３・・・受光素子、 Ｄ・・・・・・・・・ディスク（対象物体）、３２５・
・・　レンズ体。 ３２６・・・射出用収束レンズ、 ３２７・・・入射用収束レンズ、 ０・・・・・・・・・基準中心、 ３３１〜３３４・・・・・・第１〜第４のエレメント（
素子）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１３，ｆｆｉ交二軸に対して射出光軸が傾斜して向う
   ように発光素子と受光素子とを一定間隔おいて配設し、
   かつ夫々の素子に射出用の収束レンズと入射用の収束レ
   ンズとを対象物体と一定間隔おいて対向するように設け
   、対象物体で反射した前記発光素子からの光が前記射出
   光軸に沿って前記受光素子に入射するようにし、該入射
   した光のスポットが前記受光素子を４分割する直交２軸
   の基準中心から該２軸に沿ういずれか一軸方向又は２軸
   方向にズして受光されたとき、そのズした位置を前記分
   割された各々の素子で検出し、この検出に基づいて前記
   対象物体の前記直交二軸に対する傾きを検出するように
   したことを特徴とする物体の傾き検出装置。