JPS6280503A - 位置検出装置 - 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、半導体装置検出素子を用いて被測定対象の位
置を検出する位置検出装置に関する。

［従来技術］ 一般に、カメラの自動焦点機構や移動する物体に取り付
けた光点の軌跡を測定する測定装置等、光学的な手段に
よって物体の距離あるいは位置を測定する位置検出装置
では、発光素子から投射された光の反射光あるいは透過
光をスポット状に絞り、この光スポットを半導体装置検
出素子に結像し、この半導体装置検出素子の出力信号に
基づいて、被測定対象の位置を検出している。

この半導体装置検出素子ＰＳＤは、第６図に示したよう
に、平板状シリコンの表面に形成した均一な抵抗層であ
るＰ層ＰＬ、裏面に形成したＮＷＮＬおよびこのＰ層Ｐ
ＬとＮ層ＮＬの中間に位置する絶縁体からなるＩ層ＩＬ
によって構成されており、ＰＷＰＬの両端部には電極Ｇ
ｌ、Ｇ２が、ＮＭＮＬの中間部にはバイアス電極ＧＢが
それぞれ形成されている。

いま、半導体装置検出素子ＰＳＤに光スポットＬＳが入
射されると、その入射位置には光スポットＬＳによる光
エネルギーに対応した電荷が発生する。

この発生した電荷は、光電流Ｉ０として抵抗層であるＰ
Ｊｉ５ＰＬを介し、電極Ｇｌ、Ｇ２から出力される。な
お、このとき、両電極Ｇｌ、Ｇ２には等しいバイアス電
圧をかけておく。

Ｐ層ＰＬは、上述のように均一な抵抗層に形成されてい
るので、光電流■。は電極Ｇｌ、Ｇ２までの距離に逆比
例して分割され、それぞれの電極Ｇｌ、Ｇ２がら取り出
される。

ここで、電極間の距離を２Ｌ、電極Ｇｌ　、Ｇ２がら取
り出される電流をＩ、、Ｉ２とし、中心から光スポット
ＬＳの入射位置までの距離をＸとすると、それぞれ電流
１１．Ｉ２の大きさは次のようになる。

１１＝Ｉｏ（Ｌ−ｘ）／２Ｌ、　　１．＝１．（Ｌａｘ
）／２しただし、 ■。二ｒよ＋■２ である。

したがって、電流１．、Ｉ、の差は、次のようになる。

Ｌ−Ｌ＝Ｉ。（ｘ／Ｌ） そこで、電流１１．Ｉ、の差を光電流Ｉ０で除算すると
、中心から光スポットＬＳまでの距離Ｘに対応した信号
を得ることができる。そして、その信号に基づいて光ス
ポットＬＳの入射位置を検出し、その入射位置から測定
対象の位置を検出している。

ところで、半導体装置検出素子ＰＳＤが経年劣化したり
環境温度が変化すると、同一光量を受光したときの光電
流■。が低下あるいは変化する。また、発光素子が経年
劣化したり環境温度が変化すると、その発光量が低下あ
るいは変化する。さらに５発光素子の出力光をスポット
状に絞って半導体装置検出素子ＰＳＤに導く光学系の汚
れ等によって、半導体装置検出素子ＰＳＤに照射される
光量が減少する。

このような各要素の特性の変化によって、半導体装置検
出素子ＰＳＤの光電流工。が変動すると、これに伴って
半導体装置検出素子ＰＳＤから出力される電流Ｉ、、Ｉ
２の差の値が変動する（第７図参照）。

しかしながら、光電流Ｉ０の値が小さくなっている場合
には、上述のように、光スポットＬＳの入射位置を検出
するため電流Ｉ工ｌＩ２の差を光電流Ｉ。で除算したと
きに、その演算誤差が非常に大きくなるという問題を生
じていた。また、このような除算によって光スポットの
入射位置を算出する装置は、その構成が複雑になるとい
う不都合も生じていた。

［目的コ 本発明は、上述した従来技術の問題を解決するためにな
されたものであり、検出誤差を小さく押えることができ
、かつ、構成が簡単になる位置検出装置を提供すること
を目的としている。

［構成コ 本発明は、この目的を達成するために、半導体装置検出
素子の受光量が一定になるように、発光素子の発光量を
制御している。また、光スポットの入射位置を算出する
ときには、半導体装置検出素子の両端から出力される電
流の差に基づいて算出している。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施例を詳細
に説明する。

第１図は１本発明の一実施例を適用する光デイスク駆動
装置の光ピツクアップの構造例を示している。なお、こ
の光ピツクアップは、光ピツクアップを光ディスクの半
径方向（すなわちトラッキング方向）に移動するキャリ
ッジ（図示８１１ｉ）に取り付けられている。

まず、光ピツクアップについてその概要を説明する。

近年、光記憶媒体をディスク状に構成した光ディスクを
記憶媒体として用いる光デイスク記憶装置が提案されて
いる。この光ディスクには、そのデータ記憶面に、例え
ばトラック幅が１μｍ程度でトラックピッチが２μｍ程
度の微細な構造の記録トラックが形成されており、この
記録トラックにスポット径がｌｔＬｍ程度のレーザビー
ムを照射する。

そして、光ディスクを回転駆動しながら、レーザビーム
の強度を記録するデータに対応して変調することでデー
タを記憶し、また、レーザビームのデータ記憶面からの
反射光のレベルの変動を検出することで記憶したデータ
を再生している。

このように、レーザビームを記録トラックに追従すると
ともに、そのスポット径を所定の大きさに絞る部分が、
光ピツクアップである。

第１図において、半導体レーザ素子１がら出力されたレ
ーザ光は、カップリングレンズ２によって平行光に変換
され、偏光ビームスプリッタ３を透過し、１７４波長板
４によって偏光されたのちに、対物レンズ５によって絞
られ、光ディスク６の記録トラックに結像される。

この光ディスク６からの反射光は、再度対物レンズ５を
介して平行光に変換されたのちに、１７４波長板４によ
ってさらに偏光され、これによって、偏光ビームスプリ
ッタ３によって反射され、レンズ７によってトラッキン
グ誤差検出用の２分割受光素子８に結像される。

また、対物レンズ５には、この対物レンズ５を光ディス
ク６の半径方向に移動するためのトラッキングアクチュ
エータ付設されており、２分割受光素子８の出力差信号
に基づいて、記録トラック上におけるレーザビームの位
置すれか１図示しないトラッキング制御部によって検出
される。

そして、このトラッキング制御部によりトラッキングア
クチュエータが制御されて、記録トラック上におけるレ
ーザビームの位置ずれを小さくする方向に対物レンズ５
が移動される。

さて、目的とする記録トラックにレーザビームを移動す
るには、通常１次のような２段階の制御がなされる。

すなわち、光ピツクアップを待機位置から目的記録トラ
ックに移動するとき、まず、その記録トラックまでの距
離をキャリッジによって移動する粗位置決め制御を実行
する。

この粗位置決め制御では、待機位置から移動したときの
キャリッジの位置決め精度内に光ピツクアップが位置決
めされるので、そのときの記録トラックの位置情報を読
み取り、目的の記録トラックとの誤差を判別する。

その誤差が１例えば３０トラツク以内と極く僅かの場合
には、対物レンズ５のみをトラッキングアクチュエータ
によって隣接する記録トラックに。

その誤差分だけ逐次移動する（トラッキングジャンプ制
御）。

粗位置決め制御による誤差が３０トラツクよりも大きい
場合には、キャリッジによる光ピツクアップの移動を実
行し、そのときに位置決めされた記録トラックの位置情
報を読み取り、目的の記録トラックとの誤差を判別して
、トラッキングジャンプ制御を実行する。

また、ある記録トラックから別の記録トラックへ移動す
るときは、上述した粗位置決め制御の後と同じ制御によ
って、光ピツクアップを目的の記録トラックに位置決め
する。

このようにして、目的の記録トラックに光ピツクアップ
を位置決めする。

ところで、トラッキングジャンプ制御によって対物レン
ズ５のみを移動した場合を考えると、このときは、対物
レンズ５を移動した距離に対応して光ピツクアップの光
軸がずれる。

このずれは、レーザビームが光ディスク６で反射される
ために、２分割受光素子８では約２倍になり、したがっ
て、２分割受光素子８のおのおの受光面での受光量が、
トラックジャンプ制御をしないときと較べると大きく偏
る。

その結果、トラッキング誤差のオフセット量が大きくな
るので、適切なトラッキング制御ができなくなるおそれ
がある。

そこで１本実施例では対物レンズ５の移動量を検出し、
その検出結果をトラッキング制御部にフィードバックす
ることで、対物レンズ５の光軸がが光ピツクアップの光
軸に常に一致するようにしており、半導体装置検出素子
を用いた位置検出装置は、対物レンズ５の移動量を検出
する手段として用いられている。

第２図および第３図は、対物レンズ５の取り付は部の、
構成例を示している。なお、対物レンズ５は矢印Ａで示
したトラッキング方向に移動される。

図において、対物レンズ５は中空な支持部材１０の中央
部に取り付けられており、この支持部材１０のトラッキ
ング方向と直角な面には、それぞれ可動コイル１１．１
２が巻回されているボビン１３．１４が固設されて、こ
のボビン１３．１４により、それぞれ略コの字状に形成
された磁石１５．１６の一方の腕が取り囲まれている。

支持部材１０のトラッキング方向の一面には、アパーチ
ャ１７が穿設されている遮光板１８が、トラッキング方
向に延長するように取り付けられており、遮光板１８を
隔てて発光ダイオード１９および半導体位置検出素子２
０が対向配設されている。これにより、発光ダイオード
１９から出力された拡散光がアパーチャ１７で絞られて
ピンポイントの光束に形成され、この光束が半導体装置
検出素子２０に照射される。また、対物レンズ５が移動
されていない状態で、半導体装置検出素子２０における
光束の受光位置が、中央基準位置になるように、発光ダ
イオード１９と半導体装置検出素子２０の位置が設定さ
れている。

これらの各要素は、略円筒状に形成された取付部材２１
の底面に配設されている。取付部材２１の開放端側に形
成されている取付座２２は、この取付部材２１を光ピツ
クアップの本体に接続するためのものであり、その開放
端は、第１図の１／４波長板４以下の光ピツクアップの
光学系に接続している。また、支持部材１０は、仮バネ
等によって、取付部材２１にトラッキング方向に移動可
能に取り付けられている。

したがって、可動コイル１１．１２に電流を流すと、こ
の可動コイル１１．１２と磁石１５．１６の間に生じる
磁気的な力により、支持部材１０がトラッキング方向に
移動する。この移動方向および移動量は、可動コイル１
１．１２に流す電流の方向および大きさによって定まる
。

この支持部材１０の移動に伴って遮光板１８が移動しす
ると、アパーチャー１７の位置が変化するので、このア
パーチャー１７を通過する発光ダイオード１９の光束の
方向が変化し、それによって、半導体装置検出素子２０
における光スポットの位置が変化するので、この半導体
装置検出素子２０の出力によって、対物レンズ５の移動
方向および移動量を検出することができる。

第４図は、本発明の一実施例にかかるブロック図を示す
。

図において、半導体装置検出素子２０の出力電流信号１
．は、加算器３１の一入力端および減算器３２のマイナ
ス入力端に加えられ、出力電流信号工２は、加算器の３
１の他の入力端および減算器３２のプラス入力端に加え
られている。加算器３１から出力される和信号ＳＡは和
信号−主回路３３の一入力端に、減算器３２から出力さ
れる差信号ＳＳは光ピツクアップのトラッキング制御部
３４に加えられている。

和信号−主回路３３の他入力端には、基準値設定器３５
により基準光量に対応して設定されている基準信号ＲＰ
が加えられている。和信号−主回路３３は、和信号ＳＳ
が基準信号ＲＰに等しくなるように、和信号ＳＳと基準
信号ＲＰの差に対応して駆動信号ＳＤを形成し、この駆
動信号ＳＤを、発光ダイオード１９を駆動する発光ダイ
オード駆動回路３６に出力する。これによって、発光ダ
イオード１９に供給される駆動電流ＤＬが制御され、そ
の結果、発光ダイオード１９が基準の光量で点灯する。

さて、前述のように、半導体装置検出素子２０の出力電
流１．、Ｉ２の差は、そのときに半導体装置検出素子２
０に入射されている光スポットの基準位置く中央位置）
からの位置ずれ量と、受光量の積に比例しているが、こ
の実施例では受光量を一定に制御しているので、差信号
ＳＳの値が直接光スポットの基準位置からの位置ずれ量
に対応している。

光ピンクアップのトラッキング制御部３４は、この差信
号ＳＳに対応して、光ピツクアップを搭載しているキャ
リッジを移動する。また、対物レンズ５を移動するトラ
ッキングアクチュエータの制御系においては、このキャ
リッジの移動に伴って変化する２分割受光素子８の出力
信号に基づき、レーザビームが目的の記録トラックから
外れないように、対物レンズ５を位置決めする。

その結果、対物レンズ５の光軸が常に光ピツクアップの
光軸に一致するようになり、２分割受光素子８でのレー
ザビームの受光位置が、記録トランクへの位置決め誤差
分のみに対応したものになるので、オフセット量を含ま
ないトラッキング誤差信号を得ることができ、トラッキ
ング制御が確実に行なわれる。

ところで、上述した実施例では、発光ダイオード１９か
ら出力された光をアパーチャ１７で絞って半導体装置検
出素子２０に照射しているが、この位置検出の構成はこ
れに限ることはなく、その他の例を第５図に示す。

この実施例では、対物レンズ５の支持部材１０に。

反射率の小さい材質からなる支持板２３を取り付け。

この支持板２３に、極く細いストライプ状の反射部材２
４を取り付け、発光ダイオード１９から出力された拡散
光の一部をその反射部材２４で反射して、半導体装置検
出素子２０に照射しているにの場合、対物レンズ５を移
動していない状態で、反射部材２４から反射された光が
半導体装置検出素子２０の中央基準位置で受光されるよ
うに１発光ダイオード１９、半導体装置検出素子２０お
よび反射部材２４の位置を設定する。

なお、同図において第３図と同一部分は同一符号を付し
てあり、また、前述した実施例と異なる部分以外の図示
を省略する。

ところで１以上説明した実施例では、１次元の半導体装
置検出素子について本発明を適用しているが、本発明は
、２次元の半導体装置検出素子にも同様に適用すること
ができる。また１本発明は、光ピツクアップにおける対
物レンズ移動量の検出以外にも、当然のことながら適用
することができる。

［効果コ 以上説明したように、本発明によれば、半導体装置検出
素子の受光量が一定になるように、発光素子の発光量を
制御しており、また、光スポットの入射位置を算出する
ときには、半導体装置検出素子の両端から出力される電
流の差に基づいて算出しているので、位置検出誤差を小
さく押えることができ、かつ、装置構成が簡単になると
いう利点を得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を適用する光ピツクアップの
光学系の概略構成図、第２図は対物レンズの駆動部を例
示した斜視図、第３図は第２図の平面図、第４図は本発
明の一実施例を示したブロック図、第５図は位置検出部
の他の例を示した概略構成図、第６図は半導体装置検出
素子の原理を説明するための説明図、第７図は電流Ｉ、
、Ｉ、の差と光電流■。の関係を示したグラフ図である
。 １７・・・アパーチャ、１８・・・遮光板、１９・・・
発光ダイオード、２０・・・半導体装置検出素子、２３
・・・支持板、２４・・・反射部材、３１・・・加算器
、３２・・・減算器、３３・・・和信号一定回路、３５
・・・基準値設定器、３６・・・発光ダイオード駆動回
路。 代理人　弁理士　　紋　日　　誠　　゛′＄１図 第４図 第　６　図 第７図 −ｈ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 被測定対象に連動する光スポットを半導体装置検出素子
   に投射し、この半導体装置検出素子の両端から出力され
   る電流値の差に基づいて、上記被測定対象の位置を検出
   する位置検出装置において、上記半導体装置検出素子の
   受光量が所定値になるように、上記光スポットの光量を
   制御する光量制御手段を備えたことを特徴とする位置検
   出装置。