JP2002071388A - Diffraction grating encoder and positioning device of magnetic head - Google Patents

Diffraction grating encoder and positioning device of magnetic head

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JP2002071388A
JP2002071388A JP2000266360A JP2000266360A JP2002071388A JP 2002071388 A JP2002071388 A JP 2002071388A JP 2000266360 A JP2000266360 A JP 2000266360A JP 2000266360 A JP2000266360 A JP 2000266360A JP 2002071388 A JP2002071388 A JP 2002071388A
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diffraction grating
light
interference fringe
fringe pattern
phase
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Application number
JP2000266360A
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Japanese (ja)
Inventor
Eiji Yuuki
英詞 結城
Mitsuyoshi Koizumi
光義 小泉
Yasuyuki Moriguchi
泰之 森口
Fujio Tajima
富士雄 田島
Yuji Ota
裕二 太田
Kazuto Kinoshita
和人 木下
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Hitachi High Tech Corp
Original Assignee
Hitachi Electronics Engineering Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To sensitively and accurately detect an interference fringe pattern, regardless of the parallelism between an optical sensor and the interference fringe pattern, and to accurately position a magnetic head using it. SOLUTION: A diffraction grating 123 is mounted to a driving arm 121 which rotates and moves in an arc shape. The interference fringe pattern is generated by the ± first order diffraction beam of an applied light beam. A direction where the interference fringe pattern appears (the grating alignment direction of the diffraction grating) nearly coincides with the linear alignment direction of a photodetector means 61. The shape of the pixel of the photodetector means 61 is a square, where the length and breadth are nearly equal, thus setting each of four pixels to phase difference arrangement of 90 deg., if four pixels correspond to one pitch of the interference fringe pattern. Since the four pixel rows exist repeatedly over the entire region of the photodetector means 61, a signal having sine and cosine components is generated, based on the signal outputted from the photodetector means 61. Based on these sine and cosine components, the rotational position of the driving arm 121 can be detected.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、円弧状に回転移動
する部材に取り付けられた回折格子を用いてその回転位
置を光学的に検出する回折格子エンコーダに係り、特に
±1次回折光によって作成された干渉縞パターンを検出
することのできる受光素子手段に改良を加えた回折格子
エンコーダに関する。また、本発明は、磁気ディスクの
所定位置に信号を書き込むために回折格子を用いて、磁
気ヘッドの位置決めを行うように構成された磁気ヘッド
の位置決め装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a diffraction grating encoder for optically detecting a rotational position of a diffraction grating mounted on a member which rotates and moves in an arc shape. The present invention relates to a diffraction grating encoder having improved light receiving element means capable of detecting an interference fringe pattern. Further, the present invention relates to a magnetic head positioning device configured to position a magnetic head by using a diffraction grating to write a signal to a predetermined position on a magnetic disk.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、コンピュータシステムの情報記録
媒体としてハードディスク装置が一般に使用されてい
る。ハードディスク装置内の磁気ディスク上には、磁気
ヘッドの位置制御用のサーボトラックが予めサーボトラ
ックライタにより設定されている。サーボトラックライ
タでハードディスク装置内の磁気ディスクにサーボトラ
ックを設定する際の磁気ヘッドの位置決め方式として
は、外部駆動方式、自駆動方式及び光プッシュピン方式
などが知られている。
2. Description of the Related Art In recent years, hard disk devices have been generally used as information recording media for computer systems. Servo tracks for controlling the position of a magnetic head are previously set on a magnetic disk in a hard disk drive by a servo track writer. As a positioning method of a magnetic head when setting a servo track on a magnetic disk in a hard disk drive by a servo track writer, an external driving method, a self-driving method, an optical push pin method, and the like are known.

【0003】外部駆動方式は、サーボトラックを設定す
る際に、キャリッジ機構のボイスコイルモータに適当な
バイアス電流を供給し、レーザ測長器で制御される外部
アクチュエータの駆動アームに取り付けられた誘導ピン
を、キャリッジ機構の支持アームの側面に機械的に接触
させて、外部アクチュエータに内蔵されたボイスコイル
モータでその駆動アームを動かして、キャリッジ機構を
回転させて、磁気ヘッドの位置決めを行うものである。
In the external drive system, an appropriate bias current is supplied to a voice coil motor of a carriage mechanism when setting a servo track, and an induction pin attached to a drive arm of an external actuator controlled by a laser length measuring device. Is mechanically brought into contact with the side surface of the support arm of the carriage mechanism, the drive arm is moved by a voice coil motor built in an external actuator, and the carriage mechanism is rotated to position the magnetic head. .

【0004】自駆動方式は、サーボトラックを設定する
際に、外部駆動方式のように外部アクチュエータを用い
るのではなくて、ハードディスク装置のキャリッジ機構
自身で磁気ヘッドの位置決めを行うものであり、キャリ
ッジ機構の支持アームの上部にミラーを設け、そのミラ
ーを用いてレーザ測長器でキャリッジ機構の支持アーム
の移動量を直接測長して、ボイスコイルモータを制御し
て、磁気ヘッドの位置決めを行うものである。
In the self-drive system, when setting a servo track, the magnetic head is positioned by the carriage mechanism of the hard disk drive, instead of using an external actuator as in the external drive system. A mirror is provided on the upper part of the support arm, and the mirror is used to directly measure the amount of movement of the support arm of the carriage mechanism with a laser measuring device, and control the voice coil motor to position the magnetic head. It is.

【0005】光プッシュピン方式は、サーボトラックを
設定する際に、外部駆動方式のように誘導ピンによる機
械的接触を用いるのではなくて、レーザ光学系を使用し
て非接触でキャリッジ機構の誘導を行うものであり、キ
ャリッジ機構の支持アームの上部にミラーを設け、その
ミラーの円弧状の回転移動に応じて同じように回転移動
するような光ピックアップをミラー上部に設け、光ピッ
クアップを目標位置に位置決めすることによって、光ピ
ックアップとミラーの位置誤差が所定値以下となるよう
にキャリッジ機構のボイスコイルモータを制御して、磁
気ヘッドの位置決めを行うものである。
In the optical push pin system, when setting a servo track, the carriage mechanism is guided in a non-contact manner by using a laser optical system, instead of using mechanical contact by a guide pin as in an external drive system. A mirror is provided above the support arm of the carriage mechanism, and an optical pickup that rotates in the same manner in accordance with the circular rotation of the mirror is provided above the mirror, and the optical pickup is moved to the target position. The positioning of the magnetic head is performed by controlling the voice coil motor of the carriage mechanism so that the positional error between the optical pickup and the mirror becomes equal to or less than a predetermined value.

【0006】ところが、最近では、ハードディスク装置
の記憶容量の増大や記録情報の高密度化によって、サー
ボトラックを高密度かつ高速に書き込む技術が必要とな
ってきた。そこで、磁気ヘッドの位置決めを行うのに、
前述のレーザ測長器に代えて、回折格子エンコーダを用
いるようになってきた。回折格子エンコーダとしては、
特表平7−506669号公報に記載されたものが知ら
れている。また、磁気ヘッドの位置決めに回折格子エン
コーダを用いたものとしては、特開平7−220415
号公報などに記載のものが知られている。
Recently, however, a technique for writing servo tracks at a high density and at a high speed has been required due to an increase in the storage capacity of a hard disk drive and an increase in the density of recorded information. Therefore, when positioning the magnetic head,
A diffraction grating encoder has been used instead of the laser length measuring device described above. As a diffraction grating encoder,
Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-506669 is known. Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-220415 discloses an apparatus using a diffraction grating encoder for positioning a magnetic head.
Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. H10-163, etc. are known.

【0007】特表平7−506669号に記載されたも
のは、相対移動する部材に回折格子を設け、この回折格
子にレーザ光を照射し、その±1次回折光を用いて干渉
縞パターンを作成し、その干渉縞パターンに基づいて位
置信号を検出するものである。特開平7−220415
号公報に記載されたものは、自駆動方式に関するもので
あり、アームに円弧状の回折格子を設け、この回折格子
にレーザ光を照射し、その±1次回折光を用いて干渉縞
パターンを作成し、その干渉縞パターンに基づいて位置
信号を検出して、磁気ヘッドの位置決めを行うものであ
る。
[0007] Japanese Patent Publication No. 7-506669 describes a method in which a diffraction grating is provided on a member that moves relatively, a laser beam is irradiated on the diffraction grating, and an interference fringe pattern is created using the ± 1st-order diffraction light. Then, a position signal is detected based on the interference fringe pattern. JP-A-7-220415
Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. H11-209,019 relates to a self-driving system, in which an arm is provided with an arc-shaped diffraction grating, and this diffraction grating is irradiated with laser light, and an interference fringe pattern is created using the ± 1st-order diffraction light. Then, a position signal is detected based on the interference fringe pattern to position the magnetic head.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】上述の特表平7−22
0415号公報や特開平7−220415号公報に記載
されたものは、干渉縞パターンに応じて回折格子の移動
量を検出するために、サイン成分及びコサイン成分の信
号を作成するために少なくとも2個の光学センサが必要
である。通常、2個の光学センサは、干渉縞パターンの
周期に対して90°の位相差となる位置に配置されなけ
ればならない。従って、光学センサ自体の大きさや形状
が干渉縞パターンの周期の4分の1以下程度のものでな
ければならない。なお、光学センサの形状を少しでも大
きくするために、干渉縞パターンの周期の3分の1以下
程度のものを配列し、3相の信号から位置信号を検出す
るようにしたものもある。このように光学センサの受光
面積が小さいと、高い感度を期待することができないと
いう問題がある。従って、感度を上げるために、従来
は、多数の光学センサを干渉縞パターン方向に配列した
り、光学センサの形状を干渉縞パターン方向に対して垂
直方向に細長くしたりして、感度向上を図っている。し
かしながら、光学センサの形状を垂直方向に細長くする
と、干渉縞パターンとの平行度を正確に合わせなければ
ならないという問題がある。
SUMMARY OF THE INVENTION The above-mentioned Japanese translation of PCT international publication for publication 7-22
No. 0415 and JP-A-7-220415 disclose at least two signals for generating a signal of a sine component and a cosine component in order to detect the amount of movement of a diffraction grating according to an interference fringe pattern. Optical sensor is required. Usually, the two optical sensors must be arranged at positions where there is a phase difference of 90 ° with respect to the period of the interference fringe pattern. Therefore, the size and shape of the optical sensor itself must be about one-fourth or less of the period of the interference fringe pattern. In order to make the shape of the optical sensor as large as possible, there is also a type in which an arrangement of about one third or less of the period of the interference fringe pattern is arranged and a position signal is detected from three-phase signals. If the light receiving area of the optical sensor is small, high sensitivity cannot be expected. Therefore, in order to increase the sensitivity, conventionally, a large number of optical sensors are arranged in the direction of the interference fringe pattern, or the shape of the optical sensor is elongated in the direction perpendicular to the direction of the interference fringe pattern to improve the sensitivity. ing. However, if the shape of the optical sensor is elongated in the vertical direction, there is a problem that the parallelism with the interference fringe pattern must be accurately adjusted.

【0009】本発明の目的は、光学センサと干渉縞パタ
ーンとの間の平行度を気にすることなく干渉縞パターン
を高感度かつ高精度に検出することのできる回析格子エ
ンコーダを提供することを目的とする。本発明の別の目
的は、光学センサと干渉縞パターンとの間の平行度を気
にすることなく干渉縞パターンを高感度かつ高精度に検
出することのできる回析格子エンコーダを用いることに
よって、磁気ヘッドの位置決めを高精度に行うことので
きる磁気ヘッドの位置決め装置を提供することを目的と
する。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a diffraction grating encoder capable of detecting an interference fringe pattern with high sensitivity and high accuracy without considering the parallelism between the optical sensor and the interference fringe pattern. With the goal. Another object of the present invention is to use a diffraction grating encoder that can detect an interference fringe pattern with high sensitivity and high accuracy without worrying about the parallelism between the optical sensor and the interference fringe pattern. An object of the present invention is to provide a magnetic head positioning device capable of positioning a magnetic head with high accuracy.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】請求項1に記載された回
折格子エンコーダは、円弧状に回転移動する部材と、前
記部材に取り付けられる回折格子と、前記回折格子に光
ビームを照射する照明光学系手段と、前記光ビームの照
射によって発生した±1次回折光から干渉縞パターンを
作成する検出光学系手段と、縦横の長さのほぼ等しい画
素群が直線状に配列されることによって形成された直線
状の受光領域を用いて前記干渉縞パターンを受光する受
光素子手段と、前記受光素子手段の各画素から出力され
る信号に基づいて前記部材の回転位置を検出する位置検
出手段とを備えたものである。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a diffraction grating encoder, comprising: a member which rotates and moves in an arc shape; a diffraction grating attached to the member; and an illumination optical system which irradiates the diffraction grating with a light beam. System means, detection optical system means for creating an interference fringe pattern from the ± 1st-order diffracted light generated by the irradiation of the light beam, and pixels formed by linearly arranging pixel groups of substantially equal length and width. Light receiving element means for receiving the interference fringe pattern using a linear light receiving area; and position detecting means for detecting a rotational position of the member based on a signal output from each pixel of the light receiving element means. Things.

【0011】回折格子が円弧状に回転移動する部材に取
り付けられ、その部材と共に円弧状に回転移動すると、
その格子に照射された光ビームの±1次回折光によって
干渉縞パターンが作成される。この干渉縞パターンの現
れる方向(回折格子の格子配列方向)と受光素子手段の
直線状の配列方向とがほぼ一致するようになっている。
受光素子手段の画素の形状は縦横の長さがほぼ等しい正
方形や円形なので、例えば干渉縞パターンの1ピッチに
4個の画素が対応すれば、その4個の画素はそれぞれ9
0°の位相差配列となる。この4個の画素列が受光素子
手段の全領域に渡って繰り返し存在するので、受光素子
手段から出力される信号に基づいて、サイン成分及びコ
サイン成分の信号を作成することができる。このサイン
成分及びコサイン成分の信号に基づいて部材の回転位置
が検出できる。このとき、画素形状が正方形や円形なの
で、干渉縞パターンを現れる方向(回折格子の格子配列
方向)と受光素子手段の直線状の配列方向とがずれた場
合でも、4個の画素は干渉縞パターンに対してそれぞれ
90°の位相差配列のままなので、干渉縞パターンと各
画素の平行度はほとんど気にしなくてもよく、干渉縞パ
ターンを高感度かつ高精度に検出することができる。
When the diffraction grating is attached to a member that rotates and moves in an arc, and when the diffraction grating rotates and moves together with the member in an arc,
An interference fringe pattern is created by ± 1st-order diffracted light of the light beam applied to the grating. The direction in which the interference fringe pattern appears (the grating arrangement direction of the diffraction grating) and the linear arrangement direction of the light-receiving element means are substantially the same.
Since the shape of the pixel of the light receiving element means is a square or a circle having substantially the same length and width, for example, if four pixels correspond to one pitch of the interference fringe pattern, each of the four pixels is 9
A phase difference arrangement of 0 ° is obtained. Since these four pixel rows are repeatedly present over the entire area of the light receiving element means, it is possible to create a sine component and a cosine component signal based on the signal output from the light receiving element means. The rotational position of the member can be detected based on the signals of the sine component and the cosine component. At this time, since the pixel shape is a square or a circle, even if the direction in which the interference fringe pattern appears (the grating arrangement direction of the diffraction grating) and the linear arrangement direction of the light receiving element means are shifted, the four pixels are in the interference fringe pattern. In this case, since the phase difference arrangement of each pixel remains 90 °, the parallelism between the interference fringe pattern and each pixel need not be considered, and the interference fringe pattern can be detected with high sensitivity and high accuracy.

【0012】請求項2に記載された回折格子エンコーダ
は、請求項1において、前記位置検出手段が、前記干渉
縞パターンの1周期を複数相に分割した場合における前
記画素群の中でそれぞれの相に対応する画素同士の信号
を累算し、その累算信号を出力する累算手段と、前記累
算手段から出力される累算信号に基づいて前記部材の回
転位置を示す信号を出力する演算手段とを備えたもので
ある。干渉縞パターンの1周期を例えば4分割した場
合、各相に受光素子手段の1画素が対応し、その4個の
画素がそれぞれ90°の位相差配列となり、この4個の
画素列が受光素子手段の全領域に渡って繰り返し存在す
るので、累算手段はそれぞれの相に対応する画素同士の
信号を累算する。これによって、受光素子手段の感度を
向上することができる。
According to a second aspect of the present invention, in the diffraction grating encoder according to the first aspect, the position detection means divides one cycle of the interference fringe pattern into a plurality of phases, and selects each phase in the pixel group. Accumulating means for accumulating the signals of the pixels corresponding to each other, and outputting the accumulated signal, and outputting the signal indicating the rotational position of the member based on the accumulated signal output from the accumulating means. Means. When one cycle of the interference fringe pattern is divided into, for example, four, one pixel of the light receiving element means corresponds to each phase, and the four pixels have a phase difference arrangement of 90 °, respectively. The accumulating means accumulates the signals of the pixels corresponding to the respective phases, since they are present repeatedly over the entire area of the means. Thereby, the sensitivity of the light receiving element means can be improved.

【0013】請求項3に記載された回折格子エンコーダ
は、請求項2において、受光素子手段の各画素から出力
される信号に前記画素の配列位置に対応した係数を乗算
する乗算手段を設け、前記受光素子手段の検出可能範囲
を変更可能に構成したものである。干渉縞パターンは格
子に照射された光ビームの±1次回折光によって作成さ
れる干渉縞パターンは、その中央部の振幅レベルが大き
く、両側に行くに従って減少するので、最も効率的に干
渉縞パターンを受光できるように、受光素子手段の検出
可能範囲を変更することとした。
According to a third aspect of the present invention, in the diffraction grating encoder according to the second aspect, a multiplying means for multiplying a signal output from each pixel of the light receiving element means by a coefficient corresponding to an arrangement position of the pixel is provided. The detection range of the light receiving element means can be changed. The interference fringe pattern created by the ± 1st-order diffracted light of the light beam applied to the grating has a large amplitude level at the center and decreases along both sides. The detectable range of the light receiving element is changed so that light can be received.

【0014】請求項4に記載された回折格子エンコーダ
は、請求項2において、前記累算手段は、前記干渉縞パ
ターンの周期を4相に分割した場合における前記画素群
の中のそれぞれの相に対応する画素同士の信号を累算
し、各相の累算信号を出力し、前記演算手段は、前記累
算手段からの第2相の累算信号から第4相の累算信号を
減算して得られた正弦成分信号を、第1相の累算信号か
ら第3相の累算信号を減算して得られた余弦成分信号で
除算し、その除算結果に基づいて得られた位置データと
位相データを前記部材の回転位置を示す信号として出力
するように構成したものである。これは、干渉縞パター
ンの1周期を4分割し、各相に受光素子手段の1画素を
対応させた場合における累算手段と演算手段の具体的処
理内容を限定したものである。
According to a fourth aspect of the present invention, in the diffraction grating encoder according to the second aspect, the accumulating means is configured to divide each cycle in the pixel group when the period of the interference fringe pattern is divided into four phases. The signal of the corresponding pixels is accumulated, and the accumulated signal of each phase is output. The arithmetic means subtracts the accumulated signal of the fourth phase from the accumulated signal of the second phase from the accumulating means. The obtained sine component signal is divided by the cosine component signal obtained by subtracting the third-phase accumulated signal from the first-phase accumulated signal, and the position data and the position data obtained based on the division result are obtained. The phase data is output as a signal indicating the rotational position of the member. This limits the specific processing contents of the accumulating means and the calculating means when one cycle of the interference fringe pattern is divided into four and one pixel of the light receiving element means is associated with each phase.

【0015】請求項5に記載された回折格子エンコーダ
は、請求項1において、前記回折格子は、格子ピッチが
基準となる格子から離れるに従って徐々に減少するよう
な不等長ピッチ回折格子で構成されているものである。
直線状の回折格子が円弧状に回転移動する部材に取り付
けられ、その部材と共に円弧状に回転移動すると、その
格子に照射された光ビームの±1次回折光によって干渉
縞パターンが作成される。この干渉縞パターンの現れる
方向(回折格子の格子配列方向)と位置検出手段の受光
素子列の配列方向とはほぼ一致一致するようになってい
る。このときに、格子ピッチが固定(等長)のままだ
と、部材の円弧状の回転移動によって、干渉縞パターン
の現れる方向(回折格子の格子配列方向)と位置検出手
段の受光素子列の配列方向とが一致しなくなるために、
回転角度が大きくなるに従って受光素子列に作成される
干渉縞パターンの間隔(干渉縞ピッチ)が受光素子手段
の直線状の配列方向に対して徐々に大きくなる。そこ
で、直線状の不等長ピッチ回折格子を円弧状に回転移動
する部材に取り付け、回折格子エンコーダを構成した。
不等長ピッチ回折格子は、直線状に格子が配列され、各
格子のピッチは中央部分の格子を基準として、その基準
格子から両側に向かって離れるに従って徐々に減少する
ように構成されている。なお、基準格子が一端部に存在
する場合には、他端部に向かって格子ピッチは徐々に減
少するように構成される。この不等長ピッチ回折格子を
円弧状に回転移動する部材に取り付けることによって、
その回転位置を高精度に検出することができる。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a diffraction grating encoder according to the first aspect, wherein the diffraction grating is constituted by an unequal-length pitch diffraction grating whose grating pitch gradually decreases as the distance from the reference grating increases. Is what it is.
When a linear diffraction grating is attached to a member that rotates and moves in an arc shape, and rotates in an arc with the member, an interference fringe pattern is created by the ± 1st-order diffracted light of the light beam applied to the grating. The direction in which the interference fringe pattern appears (the grating arrangement direction of the diffraction grating) and the arrangement direction of the light receiving element rows of the position detecting means substantially coincide with each other. At this time, if the grating pitch is fixed (equal length), the direction in which the interference fringe pattern appears (the grating arrangement direction of the diffraction grating) and the arrangement of the light receiving element arrays of the position detecting means are caused by the circular rotation of the member. Because the directions do not match,
As the rotation angle increases, the interval (interference fringe pitch) between the interference fringe patterns formed in the light receiving element row gradually increases in the linear arrangement direction of the light receiving element means. Therefore, a linear unequal-length diffraction grating is attached to a member that rotates and moves in an arc shape, and a diffraction grating encoder is configured.
The unequal-length pitch diffraction gratings are arranged such that the gratings are linearly arranged, and the pitch of each grating gradually decreases as the distance from the reference grating toward both sides increases with respect to the center grating. When the reference grating exists at one end, the grating pitch is configured to gradually decrease toward the other end. By attaching this unequal-length pitch diffraction grating to a member that rotates and moves in an arc shape,
The rotational position can be detected with high accuracy.

【0016】請求項6に記載された回折格子エンコーダ
は、請求項5において、前記不等長ピッチ回折格子の各
格子が、前記部材の回転中心から前記不等長ピッチ回折
格子上の前記光ビームの照射位置までの距離をRとし、
基本格子ピッチPの格子N0の格子中央座標をX0、こ
の座標における前記部材の回転位置θ0を0°とした場
合に、前記格子Nnの格子中央座標XnがXn=Xn-1
Pcos(θn-1)、回転位置θnがθn=asin(Xn
/R)となるように形成されているものである。これ
は、不等長ピッチ回折格子の構成を限定したものであ
る。回転部材の回転中心軸Oから光ビームの照射位置ま
での距離がRの場合、基準格子N0の回転位置はθ0
0°、格子N0の格子中央座標はX0=0となる。この
とき、格子N0の格子幅を基本格子ピッチPの2分の1
(P/2)とする。次に、格子N0の隣の格子N1の格
子中央座標X1を決定する。格子中央座標X1は、Xn
n-1+Pcos(θn-1)のnを1に置き替えることに
よって、X1=X0+Pcos(θ0)となるので、これ
に、X0=0、θ0=0°を代入して求める。格子N1の
回転位置θ1は、θn=asin(Xn/R)のnを1に
置き替えることによって、θ1=asin(X1/R)と
なるので、これに格子中央座標X1を代入して求める。
格子N2の格子中央座標X2についても同様にしてXn
n-1+Pcos(θn-1)のnを2に置き替え、X2
1+Pcos(θ1)に格子N1の格子中央座標X1
び回転位置θ1を代入することによって求める。格子N
2の回転位置θ2についても同様に、θn=asin(X
n/R)のnを2に置き替え、θ2=asin(X2
R)に格子N2の格子中央座標X2を代入して求める。
以下、第n番目の格子Nnについても同様に、Xn=X
n-1+Pcos(θn-1)及びθn=asin(Xn/R)
に基づいて求める。
According to a sixth aspect of the present invention, in the diffraction grating encoder according to the fifth aspect, each of the unequal-length pitch diffraction gratings is arranged such that each of the light beams on the unequal-length pitch diffraction grating is rotated from a rotation center of the member. Let R be the distance to the irradiation position of
If the lattice center coordinate of the lattice N0 of the basic lattice pitch P is X 0 , and the rotational position θ 0 of the member at this coordinate is 0 °, the lattice center coordinate X n of the lattice Nn is X n = X n-1. +
Pcos (θ n-1 ), rotational position θ n is θ n = asin (X n
/ R). This limits the configuration of the unequal-length pitch diffraction grating. When the distance from the rotation center axis O of the rotating member to the light beam irradiation position is R, the rotation position of the reference grating N0 is θ 0 =
At 0 °, the lattice center coordinate of lattice N0 is X 0 = 0. At this time, the grid width of the grid N0 is set to a half of the basic grid pitch P.
(P / 2). Next, to determine the grating center coordinate X 1 of the grating N1 next to the grating N0. The lattice center coordinate X 1 is given by X n =
By replacing n of X n-1 + Pcos (θ n-1 ) with 1, X 1 = X 0 + Pcos (θ 0 ), so that X 0 = 0 and θ 0 = 0 ° are substituted into this. Ask for it. The rotational position θ 1 of the lattice N1 is given by θ 1 = asin (X 1 / R) by replacing n of θ n = asin (X n / R) with 1, so that the lattice center coordinate X 1 Is obtained by substituting
Similarly, for the grid center coordinate X 2 of the grid N2, X n =
X n-1 + Pcos (θ n-1 ) is replaced with 2 and X 2 =
It is determined by substituting the grid center coordinate X 1 and the rotational position θ 1 of the grid N 1 into X 1 + Pcos (θ 1 ). Lattice N
Similarly, for the rotational position θ 2 of θ 2 , θ n = asin (X
n / R) is replaced with 2 and θ 2 = asin (X 2 /
Determined by substituting the lattice central coordinate X 2 of the grating N2 to R).
Hereinafter, similarly, for the n-th lattice Nn, X n = X
n-1 + Pcos (θ n -1) and θ n = asin (X n / R)
Based on

【0017】請求項7に記載された回折格子エンコーダ
は、請求項1から6までのいずれか1において、前記照
明光学系手段は、前記光ビームを出射する光源と、前記
光源から出射された前記光ビームを前記回折格子側に反
射するミラー手段と、前記ミラー手段によって反射され
た光ビームを前記回折格子上に結像するレンズ手段とを
含んで構成されたものである。これは、光源から出射さ
れた光ビームをミラー手段で反射して、レンズ手段で結
像して、回折格子に照射するようにしたものである。
According to a seventh aspect of the present invention, in the diffraction grating encoder according to any one of the first to sixth aspects, the illumination optical system means includes a light source that emits the light beam and the light source that emits the light beam. A mirror for reflecting the light beam toward the diffraction grating; and a lens for imaging the light beam reflected by the mirror on the diffraction grating. In this method, a light beam emitted from a light source is reflected by a mirror means, formed into an image by a lens means, and irradiated on a diffraction grating.

【0018】請求項8に記載された回折格子エンコーダ
は、請求項1から6までのいずれか1において、前記照
明光学系手段は、前記光ビームを出射する光源と、前記
光源から出射された前記光ビームを前記回折格子上に結
像するレンズ手段と、前記レンズ手段を通過した前記光
ビームを前記回折格子側にそのまま通過させ、前記回折
格子で発生した0次回折光を同じく通過させるような穴
を有し、前記回折格子で発生した前記±1次回折光を前
記検出レンズ側に反射させるミラーを備えた穴開きミラ
ー手段とを含んで構成されたものである。これは、光源
から出射し、レンズ手段によって集光された光ビームを
穴開きミラーの穴を通過させて回折格子に照射し、回折
格子が発生する±1次回折光を穴開きミラーで検出レン
ズ側に反射し、不要な0次回折光は穴を介して光源側に
戻すようにしたものである。これによって、0次回折光
が干渉縞パターンに与える悪影響を小さくすることがで
きる。
In the diffraction grating encoder according to the present invention, the illumination optical system may include a light source that emits the light beam and the light source that emits the light beam. A lens means for forming an image of the light beam on the diffraction grating, and a hole for allowing the light beam passing through the lens means to pass through the diffraction grating side as it is and for the 0th-order diffracted light generated by the diffraction grating to also pass therethrough And a perforated mirror means provided with a mirror for reflecting the ± 1st-order diffracted light generated by the diffraction grating to the detection lens side. This is because the light beam emitted from the light source and condensed by the lens means passes through the hole of the perforated mirror and irradiates the diffraction grating, and ± 1st-order diffracted light generated by the diffraction grating is detected by the perforated mirror on the detection lens side. The unnecessary zero-order diffracted light is returned to the light source side through the hole. This can reduce the adverse effect of the zero-order diffracted light on the interference fringe pattern.

【0019】請求項9に記載された回折格子エンコーダ
は、請求項1から6までのいずれか1において、前記検
出光学系手段は、前記回折格子で発生した±1次回折光
を集束させる第1のレンズ手段と、前記レンズ手段の集
束位置に設けられた、前記±1次回折光のみを通過させ
るような開口を備えた空間フィルタ手段と、前記空間フ
ィルタ手段通過後の前記±1次回折光を前記受光素子手
段に結像させて前記干渉縞パターンを作成する第2のレ
ンズ手段とを含んで構成されたものである。これは、検
出光学系手段の構成を具体的に限定したものである。
According to a ninth aspect of the present invention, in the diffraction grating encoder according to any one of the first to sixth aspects, the detection optical system means is configured to focus the ± 1st-order diffracted light generated by the diffraction grating. A lens unit, a spatial filter unit provided at a focusing position of the lens unit, and having an opening for passing only the ± 1st-order diffracted light, and receiving the ± 1st-order diffracted light after passing through the spatial filter unit. And second lens means for forming the interference fringe pattern by forming an image on the element means. This specifically limits the configuration of the detection optical system means.

【0020】請求項10に記載された回折格子エンコー
ダは、請求項9において、前記第1のレンズ手段は前記
回折格子と前記空間フィルタ手段とが共役位置となるよ
うに配置され、前記第2のレンズ手段は前記空間フィル
タ手段と前記受光素子手段とが共役位置となるように配
置されたテレセントリック光学系で構成されたものであ
る。このように検出光学系手段をテレセントリック光学
系で構成することによって、焦点ズレによる倍率変動を
なくすことができ、計測精度を向上することができる。
According to a tenth aspect of the present invention, in the diffraction grating encoder according to the ninth aspect, the first lens means is arranged so that the diffraction grating and the spatial filter means are at a conjugate position, and the second lens means is provided with a second lens means. The lens means is constituted by a telecentric optical system in which the spatial filter means and the light receiving element means are arranged at conjugate positions. By configuring the detection optical system means with a telecentric optical system in this manner, magnification fluctuation due to defocus can be eliminated, and measurement accuracy can be improved.

【0021】請求項11に記載された磁気ヘッドの位置
決め装置は、円弧状に回転移動するアーム手段と、前記
アーム手段に取り付けられる回折格子と、前記回折格子
に光ビームを照射する照明光学系手段と、前記光ビーム
の照射によって発生した±1次回折光から干渉縞パター
ンを作成する検出光学系手段と、縦横の長さのほぼ等し
い画素群が直線状に配列されることによって形成された
直線状の受光領域を用いて前記干渉縞パターンを受光す
る受光素子手段と、前記受光素子手段の各画素から出力
される信号に基づいて前記アーム手段の回転位置を検出
する位置検出手段と前記位置検出手段によって検出され
た前記アーム手段の回転位置を制御することによって磁
気ヘッドの位置決めを行う位置決め手段とを備えたもの
である。これは請求項1に記載の回折格子エンコーダを
用いて磁気ヘッドの位置決めを高精度に行うようにした
ものである。
12. A magnetic head positioning apparatus according to claim 11, wherein said arm means rotates and moves in an arc shape, a diffraction grating attached to said arm means, and an illumination optical system means for irradiating said diffraction grating with a light beam. Detection optical system means for creating an interference fringe pattern from the ± 1st-order diffracted light generated by the light beam irradiation, and a linear shape formed by linearly arranging pixel groups of substantially equal length and width. Light-receiving element means for receiving the interference fringe pattern using the light-receiving area of the light-receiving element, position detecting means for detecting a rotational position of the arm means based on a signal output from each pixel of the light-receiving element means, and the position detecting means Positioning means for positioning the magnetic head by controlling the rotational position of the arm means detected by the control means. The magnetic head is positioned with high precision by using the diffraction grating encoder according to the first aspect.

【0022】請求項12に記載された磁気ヘッドの位置
決め装置は、請求項11において、前記位置検出手段
は、前記干渉縞パターンの1周期を複数相に分割した場
合における前記画素群の中でそれぞれの相に対応する画
素同士の信号を累算し、その累算信号を出力する累算手
段と、前記累算手段から出力される累算信号に基づいて
前記部材の回転位置を示す信号を出力する演算手段とを
備えたものである。これは、請求項2に対応したもので
ある。
According to a twelfth aspect of the present invention, in the magnetic head positioning apparatus according to the eleventh aspect, the position detecting means includes a plurality of phases each of which is obtained by dividing one cycle of the interference fringe pattern into a plurality of phases. Accumulating means for accumulating the signals of the pixels corresponding to the phase, and outputting the accumulated signal, and outputting a signal indicating the rotational position of the member based on the accumulated signal output from the accumulating means. Calculation means for performing the calculation. This corresponds to claim 2.

【0023】請求項13に記載された磁気ヘッドの位置
決め装置は、請求項12において、受光素子手段の各画
素から出力される信号に前記画素の配列位置に対応した
係数を乗算する乗算手段を設け、前記受光素子手段の検
出可能範囲を変更可能に構成したものである。これは請
求項3に対応したものである。
According to a thirteenth aspect of the present invention, in the magnetic head positioning device according to the twelfth aspect, there is provided a multiplication means for multiplying a signal output from each pixel of the light receiving element means by a coefficient corresponding to an arrangement position of the pixel. , The detectable range of the light receiving element means can be changed. This corresponds to claim 3.

【0024】請求項14に記載された磁気ヘッドの位置
決め装置は、請求項12において、前記累算手段は、前
記干渉縞パターンの周期を4相に分割した場合における
前記画素群の中のそれぞれの相に対応する画素同士の信
号を累算し、各相の累算信号を出力し、前記演算手段
は、前記累算手段からの第2相の累算信号から第4相の
累算信号を減算して得られた正弦成分信号を、第1相の
累算信号から第3相の累算信号を減算して得られた余弦
成分信号で除算し、その除算結果に基づいて得られた位
置データと位相データを前記部材の回転位置を示す信号
として出力するように構成したものである。これは請求
項4に対応したものである。
According to a fourteenth aspect of the present invention, in the magnetic head positioning device according to the twelfth aspect, the accumulating means is configured to divide each cycle of the interference fringe pattern into four phases. A signal between pixels corresponding to a phase is accumulated, and an accumulated signal of each phase is output. The arithmetic means outputs an accumulated signal of the fourth phase from the accumulated signal of the second phase from the accumulating means. The sine component signal obtained by the subtraction is divided by the cosine component signal obtained by subtracting the third-phase accumulated signal from the first-phase accumulated signal, and the position obtained based on the division result is obtained. The data and the phase data are output as signals indicating the rotational position of the member. This corresponds to claim 4.

【0025】請求項15に記載された磁気ヘッドの位置
決め装置は、請求項11において、前記回折格子は、格
子ピッチが基準となる格子から離れるに従って徐々に減
少するような不等長ピッチ回折格子で構成されているも
のである。これは請求項5に対応したものである。
According to a fifteenth aspect of the present invention, in the magnetic head positioning device according to the eleventh aspect, the diffraction grating is an unequal-length pitch diffraction grating whose grating pitch gradually decreases as the distance from the reference grating increases. It is configured. This corresponds to claim 5.

【0026】請求項16に記載された磁気ヘッドの位置
決め装置は、請求項15において、前記不等長ピッチ回
折格子の各格子は、前記部材の回転中心から前記不等長
ピッチ回折格子上の前記光ビームの照射位置までの距離
をRとし、基本格子ピッチPの格子N0の格子中央座標
をX0、この座標における前記部材の回転位置θ0を0°
とした場合に、前記格子Nnの格子中央座標XnがXn
n-1+Pcos(θn -1)、回転位置θnがθn=asi
n(Xn/R)となるように形成されているものであ
る。これは請求項6に対応したものである。
In a magnetic head positioning apparatus according to a sixteenth aspect, in the fifteenth aspect, each of the unequal-length pitch diffraction gratings is arranged on the unequal-length pitch diffraction grating from a rotation center of the member. Let R be the distance to the irradiation position of the light beam, X 0 be the grid center coordinate of the grid N 0 at the basic grid pitch P, and 0 ° be the rotational position θ 0 of the member at this coordinate.
, The lattice center coordinate Xn of the lattice Nn is Xn =
X n-1 + Pcos (θ n -1 ), rotation position θ n is θ n = asi
n (X n / R). This corresponds to claim 6.

【0027】請求項17に記載された磁気ヘッドの位置
決め装置は、請求項11から16までのいずれか1にお
いて、前記照明光学系手段は、前記光ビームを出射する
光源と、前記光源から出射された前記光ビームを前記回
折格子側に反射するミラー手段と、前記ミラー手段によ
って反射された光ビームを前記回折格子上に結像するレ
ンズ手段とを含んで構成されたものである。これは請求
項7に対応したものである。
According to a seventeenth aspect of the present invention, in the magnetic head positioning device according to any one of the eleventh to sixteenth aspects, the illumination optical system means includes a light source that emits the light beam and a light source that emits the light beam. Mirror means for reflecting the light beam to the diffraction grating side, and lens means for forming an image of the light beam reflected by the mirror means on the diffraction grating. This corresponds to claim 7.

【0028】請求項18に記載された磁気ヘッドの位置
決め装置は、請求項11から16までのいずれか1にお
いて、前記照明光学系手段は、前記光ビームを出射する
光源と、前記光源から出射された前記光ビームを前記回
折格子上に結像するレンズ手段と、前記レンズ手段を通
過した前記光ビームを前記回折格子側にそのまま通過さ
せ、前記回折格子で発生した0次回折光を同じく通過さ
せるような穴を有し、前記回折格子で発生した前記±1
次回折光を前記検出レンズ側に反射させるミラーを備え
た穴開きミラー手段とを含んで構成されたものである。
これは請求項8に対応したものである。
[0028] In the magnetic head positioning device according to the present invention, the illumination optical system means may include a light source for emitting the light beam and a light source for emitting light from the light source. Lens means for forming an image of the light beam on the diffraction grating, and passing the light beam passing through the lens means as it is to the diffraction grating side, and passing the 0th-order diffracted light generated by the diffraction grating as well. ± 1 generated by the diffraction grating
Perforated mirror means provided with a mirror for reflecting the next-order diffracted light toward the detection lens.
This corresponds to claim 8.

【0029】請求項19に記載された磁気ヘッドの位置
決め装置は、請求項11から16までのいずれか1にお
いて、前記検出光学系手段は、前記回折格子で発生した
±1次回折光を集束させる第1のレンズ手段と、前記レ
ンズ手段の集束位置に設けられた、前記±1次回折光の
みを通過させるような開口を備えた空間フィルタ手段
と、前記空間フィルタ手段通過後の前記±1次回折光を
前記受光素子手段に結像させて前記干渉縞パターンを作
成する第2のレンズ手段とを含んで構成されたものであ
る。これは請求項9に対応したものである。
According to a nineteenth aspect of the present invention, in the magnetic head positioning device according to any one of the eleventh to sixteenth aspects, the detecting optical system means converges ± 1st-order diffracted light generated by the diffraction grating. A first lens means, a spatial filter means provided at a focusing position of the lens means, and having an opening for passing only the ± 1st-order diffracted light, and the ± 1st-order diffracted light after passing through the spatial filter means. And second lens means for forming the interference fringe pattern by forming an image on the light receiving element means. This corresponds to claim 9.

【0030】請求項20に記載された磁気ヘッドの位置
決め装置は、請求項19において、前記第1のレンズ手
段は前記回折格子と前記空間フィルタ手段とが共役位置
となるように配置され、前記第2のレンズ手段は前記空
間フィルタ手段と前記受光素子手段とが共役位置となる
ように配置されたテレセントリック光学系で構成された
ものである。これは請求項10に対応したものである。
According to a twentieth aspect of the present invention, in the magnetic head positioning apparatus according to the nineteenth aspect, the first lens means is arranged such that the diffraction grating and the spatial filter means are at conjugate positions, and The second lens means is constituted by a telecentric optical system in which the spatial filter means and the light receiving element means are arranged at conjugate positions. This corresponds to claim 10.

【0031】[0031]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に従って説明する。この実施の形態は外部駆動方式
のサーボトラックライタに回折格子エンコーダを適用し
た場合を示している。この実施の形態では、磁気ヘッド
を機械的に位置決めするメカニカル機構は、従来と同じ
である。本実施の形態が従来のものと異なる点は、干渉
縞パターンを検出する光学センサに、CCDラインセン
サを用いて駆動アームの回転位置を制御し、磁気ヘッド
を目標位置に位置決めするようにした点である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. This embodiment shows a case where a diffraction grating encoder is applied to an externally driven servo track writer. In this embodiment, the mechanical mechanism for mechanically positioning the magnetic head is the same as the conventional one. The present embodiment is different from the conventional one in that an optical sensor for detecting an interference fringe pattern uses a CCD line sensor to control the rotational position of a drive arm to position a magnetic head at a target position. It is.

【0032】図1は本発明の磁気ヘッドの位置決め装置
の一実施の形態の概略構成を示す図である。図では、ハ
ードディスク装置の主要部分のみが示されている。磁気
ディスク111は、スピンドル110によって高速に回
転される。磁気ヘッド112は、キャリッジ機構113
の支持アーム114の先端に取り付けられている。キャ
リッジ機構113は、支持アーム114を円弧状に回転
移動して磁気ヘッド112の位置決めを行うために、図
示していないボイスコイルモータを備えている。
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an embodiment of a magnetic head positioning apparatus according to the present invention. In the figure, only the main part of the hard disk drive is shown. The magnetic disk 111 is rotated at high speed by the spindle 110. The magnetic head 112 includes a carriage mechanism 113
Is attached to the distal end of the support arm 114. The carriage mechanism 113 includes a voice coil motor (not shown) for rotating the support arm 114 in an arc shape to position the magnetic head 112.

【0033】一方、サーボトラックライタを構成する外
部アクチュエータ120は、支持アーム114の上側に
設けられる。外部アクチュエータ120の駆動アーム1
21の下側(支持アーム114側)には、誘導ピン12
2が設けられている。誘導ピン122は、キャリッジ機
構113の支持アーム114の側面に対して機械的に接
触するようになっている。外部アクチュエータ120は
ボイスコイルモータ(図せず)を内蔵しており、それに
よって駆動アーム121を円弧状に回転移動させる。こ
の駆動アーム121の上部に、直線状の不等長ピッチの
回折格子123が取り付けられている。この不等長ピッ
チ回折格子123の真上に、光学検出手段(図示せず)
が設けられる。光学検出手段によって検出された位置信
号に基づいて不等長ピッチ回折格子123の円弧状の回
転移動に対応した回転位置データが検出されるようにな
っている。なお、光学検出手段及び不等長ピッチ回折格
子123の詳細構成については後述する。
On the other hand, an external actuator 120 constituting a servo track writer is provided above the support arm 114. Drive arm 1 of external actuator 120
21 (on the side of the support arm 114), the guide pin 12
2 are provided. The guide pin 122 mechanically contacts the side surface of the support arm 114 of the carriage mechanism 113. The external actuator 120 has a built-in voice coil motor (not shown), and thereby rotates the drive arm 121 in an arc shape. A linear diffraction grating 123 having an unequal pitch is mounted on the upper part of the drive arm 121. Right above the unequal-length pitch diffraction grating 123, an optical detecting means (not shown)
Is provided. Rotational position data corresponding to the circular rotation of the unequal-length pitch diffraction grating 123 is detected based on the position signal detected by the optical detection means. The detailed configuration of the optical detection means and the unequal-length pitch diffraction grating 123 will be described later.

【0034】磁気ディスク111にサーボトラックを設
定する際、キャリッジ機構113のボイスコイルモータ
に適当なバイアス電流が供給され、磁気ヘッド112及
び支持アーム114は磁気ディスク111の外周付近に
停止させられる。誘導ピン122をキャリッジ機構11
3の支持アーム114の側面に機械的に接触させて、外
部アクチュエータ120に内蔵されたボイスコイルモー
タにより駆動アーム121を回転移動させて、支持アー
ム114及びキャリッジ機構113を回転させる。図1
において、磁気ディスク111の外周付近に位置決めさ
れた状態の磁気ヘッド112、支持アーム114及び駆
動アーム121が実線で示され、内周付近に位置決めさ
れた状態のものが点線で示されている。このとき、光学
検出手段は、不等長ピッチ回折格子123の上側の向き
合う適当な位置に設けられており、不等長ピッチ回折格
子123から反射される±1次回折光によって作成され
た干渉縞パターンに基づいて位置信号を検出する。検出
された位置信号に基づいて外部アクチュエータ120の
駆動アーム121の回転移動量が高精度に測定される。
外部アクチュエータ120は、光学検出手段の測定結果
に基づいて、回転移動量が所定値となるように内蔵のボ
イスコイルモータを制御し、磁気ヘッド112の位置決
めを行う。
When setting a servo track on the magnetic disk 111, an appropriate bias current is supplied to the voice coil motor of the carriage mechanism 113, and the magnetic head 112 and the support arm 114 are stopped near the outer periphery of the magnetic disk 111. The guide pin 122 is connected to the carriage mechanism 11
The support arm 114 and the carriage mechanism 113 are mechanically brought into contact with the side surface of the third support arm 114, and the drive arm 121 is rotated by a voice coil motor built in the external actuator 120 to rotate the support arm 114 and the carriage mechanism 113. FIG.
2, the magnetic head 112, the support arm 114 and the drive arm 121 positioned near the outer circumference of the magnetic disk 111 are indicated by solid lines, and those positioned near the inner circumference are indicated by dotted lines. At this time, the optical detecting means is provided at an appropriate position facing the upper side of the unequal-length pitch diffraction grating 123, and is an interference fringe pattern created by ± 1st-order diffracted light reflected from the unequal-length pitch diffraction grating 123. Based on the position signal. The rotational movement amount of the drive arm 121 of the external actuator 120 is measured with high accuracy based on the detected position signal.
The external actuator 120 controls the built-in voice coil motor based on the measurement result of the optical detection means so that the rotational movement amount becomes a predetermined value, and performs positioning of the magnetic head 112.

【0035】図2は、不等長ピッチ回折格子123の詳
細構成を示す図である。図2では、説明の便宜上、格子
間のピッチを模式的に示してある。実際の格子ピッチは
約10[μm]程度であり、回折格子123の全長が4
0[mm]の場合、回折格子の数は約4000本であ
る。なお、これは格子ピッチが等長の場合であり、この
実施の形態に係る不等長ピッチ回折格子の場合には、回
折格子の数はこれ以上の数となる。この不等長ピッチ回
折格子の場合、中央部分の格子N0の格子ピッチPを1
0[μm]とした場合、そこから両側に向かって離れる
に従って格子ピッチは徐々に減少するように構成されて
いるからである。この減少の割合は、不等長ピッチ回折
格子123が取り付けられる駆動アーム121の回転軸
Oからレーザビームスポット11までの距離Rに依存す
るようになっている。この距離Rは、回折格子123が
回転移動する時の回転半径と同じである。
FIG. 2 is a diagram showing a detailed configuration of the unequal-length pitch diffraction grating 123. As shown in FIG. FIG. 2 schematically shows the pitch between the gratings for convenience of explanation. The actual grating pitch is about 10 [μm], and the total length of the diffraction grating 123 is 4 μm.
In the case of 0 [mm], the number of diffraction gratings is about 4000. Note that this is the case where the grating pitch is the same length, and in the case of the unequal-length pitch diffraction grating according to this embodiment, the number of diffraction gratings is greater than this. In the case of this unequal-length pitch diffraction grating, the grating pitch P of the central grating N0 is set to 1
This is because, when it is set to 0 [μm], the grating pitch is configured to gradually decrease as the distance from both sides increases. The rate of this reduction depends on the distance R from the rotation axis O of the drive arm 121 to which the unequal-length pitch diffraction grating 123 is attached to the laser beam spot 11. This distance R is the same as the radius of rotation when the diffraction grating 123 rotates.

【0036】図2において、レーザビームスポット11
は、光学検出手段が回折格子123に対して照射するレ
ーザビームの形状を模式的に示したものである。駆動ア
ーム121が円弧状に回転移動することによって、図2
に示すようにレーザビームスポット11も相対的に回折
格子123上を回転軸Oを中心とした半径Rの円弧状を
回転移動するようになる。図2は、レーザビームスポッ
ト11が回折格子123に対して円弧状に相対的に回転
移動した場合を示しているが、実際は図1に示すように
回折格子123が円弧状に回転移動し、レーザビームス
ポット11は常に固定位置を照射する。図3及び図4
は、回折格子123とそれに照射されたレーザビームス
ポット11との関係を模式的に示した拡大図である。図
3(A)はレーザビームスポット11が図2の格子N0
上を、図3(B)は格子N3上を、図4(A)は格子N
6上を、図3(B)は格子N9上を、それぞれ照射して
いる場合を示している。図3及び図4から明らかなよう
に、回折格子はブレーズ角βが約2.4°のブレーズド
回折格子で構成されている。ブレーズド回折格子は、0
次光をできるだけ小さくし、±1次回折光を高効率で等
強度となるように発生することのできるものである。
In FIG. 2, the laser beam spot 11
8 schematically shows the shape of the laser beam irradiated by the optical detection means on the diffraction grating 123. As the driving arm 121 rotates in an arc shape, the driving arm 121 moves as shown in FIG.
As shown in (1), the laser beam spot 11 also relatively rotates on the diffraction grating 123 in an arc shape having a radius R around the rotation axis O. FIG. 2 shows a case where the laser beam spot 11 rotates and moves relative to the diffraction grating 123 in an arc shape. However, the diffraction grating 123 actually rotates and moves in an arc shape as shown in FIG. The beam spot 11 always irradiates a fixed position. 3 and 4
FIG. 3 is an enlarged view schematically showing the relationship between the diffraction grating 123 and the laser beam spot 11 irradiated thereon. FIG. 3A shows that the laser beam spot 11 has the grating N0 of FIG.
Above, FIG. 3 (B) is on the grid N3, and FIG.
6 and FIG. 3 (B) show the case where irradiation is performed on the grating N9, respectively. As is clear from FIGS. 3 and 4, the diffraction grating is constituted by a blazed diffraction grating having a blaze angle β of about 2.4 °. The blazed diffraction grating
The order light can be made as small as possible and the ± 1st order diffracted light can be generated with high efficiency and equal intensity.

【0037】レーザビームスポット11が図2及び図3
(A)に示すように格子N0上を照射している場合に、
レーザビームスポット11の長手方向(両端矢印線31
の方向)と回折格子123から反射する±1次回折光の
進行方向(両端矢印線21の方向)とが一致するように
なっている。この状態で、±1次回折光の反射光に基づ
いて干渉縞パターンが作成されると、その干渉縞パター
ンはレーザビームスポット11の長手方向(両端矢印線
31の方向)に沿って現れる。すなわち、干渉縞パター
ンは回折格子の格子配列方向に沿って現れる。従って、
この干渉縞パターンの現れる方向に沿って光学検出手段
の受光素子列は設けられている。このようにレーザビー
ムスポット11が図2の格子N0上を照射している状態
を駆動アーム121の回転位置が0°の状態とする。従
って、この回転位置0°の状態から駆動アーム121が
円弧状に回転移動することによって、図2のようにレー
ザビームスポット11が各格子上を回転移動しながら照
射するようになる。
The laser beam spot 11 is shown in FIGS.
As shown in (A), when irradiating on the grating N0,
Longitudinal direction of laser beam spot 11 (both end arrow lines 31)
) And the traveling direction of the ± 1st-order diffracted light reflected from the diffraction grating 123 (the direction of the arrow line 21 at both ends) coincides with each other. In this state, when an interference fringe pattern is created based on the reflected light of the ± 1st-order diffracted light, the interference fringe pattern appears along the longitudinal direction of the laser beam spot 11 (the direction of the arrow line 31 at both ends). That is, the interference fringe pattern appears along the grating arrangement direction of the diffraction grating. Therefore,
A light receiving element array of the optical detecting means is provided along the direction in which the interference fringe pattern appears. The state in which the laser beam spot 11 irradiates the grid N0 in FIG. 2 is a state in which the rotational position of the drive arm 121 is 0 °. Accordingly, when the drive arm 121 rotates in an arc shape from the rotational position of 0 °, the laser beam spot 11 emits light while rotating and moving on each lattice as shown in FIG.

【0038】図2及び図3(A)に示すように、レーザ
ビームスポット11が格子N0上を照射している状態を
回転位置0°、格子N3上を照射している状態を回転位
置10°、格子N6上を照射している状態を回転位置2
0°、格子N9上を照射している状態を回転位置30°
に駆動アーム121がある状態とする。従って、回転位
置0°の状態における格子N0の格子ピッチP0は、P
0=Pcos0°、10[μm]である。ここでPは基
本格子ピッチであり、その値を10[μm]とする。回
転位置10°の状態における格子N3の格子ピッチP3
は、P3=Pcos10°、9.848[μm]であ
る。同じく回転位置20°の状態における格子N6の格
子ピッチP6は、P6=Pcos20°、9.397
[μm]であり、回転位置30°の状態における格子N
9の格子ピッチP9は、P9=Pcos30°、8.6
6[μm]である。図2おいて、格子N0の右側の格子
n3,n6,n9についても同様である。
As shown in FIGS. 2 and 3A, the state where the laser beam spot 11 irradiates the grating N0 is the rotation position 0 °, and the state where the laser beam spot 11 irradiates the grating N3 is the rotation position 10 °. Irradiating the grid N6 with the rotation position 2
0 °, the state of irradiating on the grid N9 is a rotation position of 30 °.
In a state where the drive arm 121 is provided. Therefore, the grating pitch P0 of the grating N0 at the rotational position of 0 ° is P
0 = Pcos 0 °, 10 [μm]. Here, P is a basic lattice pitch, and its value is set to 10 [μm]. The grating pitch P3 of the grating N3 at the rotation position of 10 °
Is P3 = Pcos10 °, 9.848 [μm]. Similarly, the lattice pitch P6 of the lattice N6 at the rotational position of 20 ° is P6 = Pcos20 °, 9.397
[Μm], and the lattice N in the state of the rotation position 30 °
9, the lattice pitch P9 is P9 = Pcos30 °, 8.6
6 [μm]. In FIG. 2, the same applies to the lattices n3, n6, and n9 on the right side of the lattice N0.

【0039】このように、回折格子123の格子ピッチ
は、中央部分(回転位置0°の状態)から両側(回転位
置30°の状態)に遠ざかるに従って徐々に小さくなる
ように構成されている。これは、回折格子が円弧状に回
転移動することによって、その格子に照射されたレーザ
ビームスポット11によって作成される干渉縞パターン
の現れる方向(回折格子の格子配列方向)と光学検出手
段の受光素子列の配列方向とが一致しないことによる不
都合を除去するために採用した技術である。すなわち、
格子ピッチが固定(等長)のままだと、駆動アームの円
弧状の回転移動によって、干渉縞パターンの現れる方向
(回折格子の格子配列方向)と光学検出手段の受光素子
列の配列方向とが一致しなくなるために、回転角度が大
きくなるに従って受光素子列に作成される干渉縞パター
ンの間隔(干渉縞ピッチ)が大きくなり、エンコーダと
して機能しなくなるという不都合がある。
As described above, the grating pitch of the diffraction grating 123 is configured to gradually decrease as the distance from the central portion (rotational position 0 °) to both sides (rotational position 30 °) increases. This is because the direction in which the interference fringe pattern created by the laser beam spot 11 irradiated on the diffraction grating (rotational direction of the diffraction grating) and the light receiving element of the optical detection means are rotated by the circular movement of the diffraction grating. This is a technique adopted to eliminate the inconvenience caused by the inconsistency of the arrangement direction of the columns. That is,
If the grating pitch remains fixed (equal length), the direction in which the interference fringe pattern appears (the grating arrangement direction of the diffraction grating) and the arrangement direction of the light receiving element array of the optical detection means are changed by the circular movement of the drive arm. Since they do not coincide with each other, the interval (interference fringe pitch) of the interference fringe patterns formed in the light receiving element array increases as the rotation angle increases, and there is a disadvantage that the device does not function as an encoder.

【0040】この実施の形態に係る不等長ピッチ回折格
子では、図3(B)に示すように格子N3に対して回転
位置10°でレーザビームスポット11が照射した場
合、受光素子列の配列方向(両端矢印線32の方向)と
干渉縞パターンの現れる方向(両端矢印線22の方向)
とは10°の角度でずれることになる。従って、干渉縞
パターンの間隔はピッチ幅の減少した格子N3の格子ピ
ッチに対応した減少した間隔となるために、受光素子列
の配列方向においては、同じ干渉縞パターンの間隔とし
て検出されることになる。なお、仮に図3(A)の状態
で受光素子列に現れる干渉縞パターンの間隔を格子ピッ
チと同じ10[μm]とすれば、図3(B)の場合の干
渉縞パターンの間隔は格子N3の格子ピッチP3と同じ
9.848[μm]となり、受光素子列の配列方向(両
端矢印線32の方向)では10[μm]の干渉縞パター
ンとして検出される。
In the unequal-length pitch diffraction grating according to this embodiment, when the laser beam spot 11 irradiates the grating N3 at a rotation position of 10 ° as shown in FIG. The direction (the direction of the arrow line 32 at both ends) and the direction in which the interference fringe pattern appears (the direction of the arrow line 22 at both ends)
Is shifted by an angle of 10 °. Accordingly, since the interval between the interference fringe patterns is a reduced interval corresponding to the grating pitch of the grating N3 having the reduced pitch width, the interval between the interference fringe patterns is detected in the arrangement direction of the light receiving element rows. Become. If the interval between the interference fringe patterns appearing in the light receiving element row in the state of FIG. 3A is set to 10 μm, which is the same as the grating pitch, the interval between the interference fringe patterns in the case of FIG. Is equal to 9.848 [μm], which is the same as the grating pitch P3, and is detected as an interference fringe pattern of 10 [μm] in the arrangement direction of the light receiving element rows (the direction of the arrow line 32 at both ends).

【0041】図4(A)に示すように格子N6に対して
回転位置20°でレーザビームスポット11が照射した
場合も前述と同様に受光素子列の配列方向(両端矢印線
33の方向)と干渉縞パターンの現れる方向(両端矢印
線23の方向)とは20°の角度でずれることになる
が、受光素子列に検出される干渉縞パターンの間隔は変
わらない。前述と同様に図3(A)の状態で受光素子列
に現れる干渉縞パターンの間隔を10[μm]とすれ
ば、図4(A)の場合の干渉縞パターンの間隔は格子N
6の格子ピッチP6と同じ9.397[μm]となり、
受光素子列の配列方向(両端矢印線33の方向)では1
0[μm]の干渉縞パターンとして検出される。
As shown in FIG. 4A, when the laser beam spot 11 irradiates the grating N6 at a rotation position of 20 °, the arrangement direction of the light receiving element rows (the direction of the arrow line 33 at both ends) is the same as described above. The direction of the interference fringe pattern (direction of the arrow line 23 at both ends) is shifted at an angle of 20 °, but the interval of the interference fringe pattern detected in the light receiving element row does not change. As described above, if the interval between the interference fringe patterns appearing in the light receiving element row in the state of FIG. 3A is 10 μm, the interval between the interference fringe patterns in the case of FIG.
9.397 [μm], which is the same as the lattice pitch P6 of No. 6,
1 in the arrangement direction of the light receiving element rows (the direction of the arrow line 33 at both ends)
This is detected as an interference fringe pattern of 0 [μm].

【0042】また、図4(B)に示すように格子N9に
対して回転位置30°でレーザビームスポット11が照
射した場合も前述と同様に受光素子列の配列方向(両端
矢印線34の方向)と干渉縞パターンの現れる方向(両
端矢印線24の方向)とは30°の角度でずれているこ
とになるが、受光素子列に検出される干渉縞パターンの
間隔は変わらない。前述と同様に図3(A)の状態で受
光素子列に現れる干渉縞パターンの間隔を10[μm]
とすれば、図4(B)の場合の干渉縞パターンの間隔は
格子N9の格子ピッチP9と同じ8.66[μm]とな
り、受光素子列の配列方向(両端矢印線34の方向)で
は10[μm]の干渉縞パターンとして検出される。
Also, as shown in FIG. 4B, when the laser beam spot 11 irradiates the grating N9 at a rotational position of 30 °, the arrangement direction of the light receiving element rows (the direction of the arrow line 34 at both ends) is the same as described above. ) And the direction in which the interference fringe pattern appears (the direction of the arrow line 24 at both ends) is shifted by an angle of 30 °, but the interval between the interference fringe patterns detected in the light receiving element row does not change. Similarly to the above, the interval between the interference fringe patterns appearing in the light receiving element row in the state of FIG.
In this case, the interval between the interference fringe patterns in the case of FIG. 4B is 8.66 [μm], which is the same as the grating pitch P9 of the grating N9, and is 10 in the arrangement direction of the light receiving element rows (the direction of the arrow line 34 at both ends). [Μm] is detected as an interference fringe pattern.

【0043】以上の説明では、不等長ピッチ回折格子の
概略を説明したが、実際に不等長ピッチを作成する場合
には、前述のような回転位置10°、20°、30°の
位置に回折格子が存在するとは限らない。それは、この
不等長ピッチ回折格子を実際に作成する場合には、中央
部の基本格子ピッチPに基づいて両側の格子のピッチを
決定していくからである。具体的には、図3(A)に示
すように、回転軸Oから距離Rに位置する格子N0につ
いて、格子N0の回転位置をθ0=0°とし、格子N0
のX方向の位置すなわち格子中央座標をX0=0とす
る。このとき、格子N0の格子幅は基本格子ピッチPの
2分の1(P/2=5[μm])とする。次に、格子N
0の次の格子N1の格子中央座標X1を決定する。格子
中央座標X1は、X1=X0+Pcos(θ0)で求める。
従って、格子中央座標X1は10[μm]となる。な
お、この格子N1の回転位置θ1は、θ1=asin(X
1/R)で求める。
In the above description, the unequal-length pitch diffraction grating has been outlined. However, when an unequal-length pitch is actually formed, the rotational positions of 10 °, 20 °, and 30 ° as described above are used. Does not always exist. This is because when actually forming the unequal-length pitch diffraction grating, the pitches of the gratings on both sides are determined based on the basic grating pitch P at the center. Specifically, as shown in FIG. 3A, for a grid N0 located at a distance R from the rotation axis O, the rotational position of the grid N0 is set to θ 0 = 0 °, and the grid N0
Is set in the X direction, that is, the grid center coordinate is X 0 = 0. At this time, the grating width of the grating N0 is 2 of the basic grating pitch P (P / 2 = 5 [μm]). Next, the lattice N
0 of determining the grid central coordinate X 1 of the following lattice N1. The lattice center coordinate X 1 is obtained by X 1 = X 0 + Pcos (θ 0 ).
Therefore, the lattice central coordinate X 1 becomes 10 [μm]. Note that the rotational position θ 1 of the lattice N1 is θ 1 = asin (X
1 / R).

【0044】以下同様にして、格子N2の格子中央座標
2についても同様にして格子N1の格子中央座標X1
回転位置θ1をX2=X1+Pcos(θ1)に代入して求
め、格子N2の回転位置θ2については格子中央座標X2
をθ2=asin(X2/R)に代入して求める。格子N
3の格子中央座標X3についても同様にして格子N2の
格子中央座標X2と回転位置θ2をX3=X2+Pcos
(θ2)に代入して求め、格子N3の回転位置θ3につい
ては格子中央座標X3をθ3=asin(X3/R)に代
入して求める。すなわち、第n番目の格子Nnについて
は、その格子中央座標Xnは、Xn=Xn-1+Pcos
(θn-1)で求め、回転位置θnは、θn=asin(Xn
/R)で求める。このようにして求めた回折格子ピッチ
に基づいて不等長ピッチ回折格子を作成することによっ
て、高精度の位置検出を行うことが可能となる。なお、
ここの説明で用いた格子N1,N2,N3の符号と図2
におけるものとは無関係である。
Similarly, the lattice center coordinates X 2 of the lattice N 2 are similarly obtained by substituting the lattice center coordinates X 1 and the rotational position θ 1 of the lattice N 1 into X 2 = X 1 + Pcos (θ 1 ). , The rotational position θ 2 of the lattice N2 is the lattice center coordinate X 2
To θ 2 = asin (X 2 / R). Lattice N
For lattice central coordinates X 3 of 3 similarly as the grating center coordinates X 2 grid N2 rotational position θ 2 X 3 = X 2 + Pcos
2 ), and the rotational position θ 3 of the lattice N3 is determined by substituting the lattice center coordinate X 3 into θ 3 = asin (X 3 / R). That is, for the n-th lattice Nn, its lattice center coordinate Xn is represented by Xn = Xn-1 + Pcos.
n-1 ), and the rotational position θ n is given by θ n = asin (X n
/ R). By creating a non-equidistant pitch diffraction grating based on the diffraction grating pitch obtained in this way, it is possible to perform highly accurate position detection. In addition,
The symbols of the lattices N1, N2, and N3 used in this description and FIG.
It has nothing to do with the one in.

【0045】次に、光学検出手段の構成について説明す
る。図5は、前述の不等長ピッチ回折格子を用いたエン
コーダの光学系の構成を示す図である。半導体レーザ光
源51は、所定波長のレーザ光を出射する。コリメート
レンズ52は、半導体レーザ光源51から出射されたレ
ーザ光を平行光線束に変換してミラー53に導く。ミラ
ー53は、コリメートレンズ52からのレーザ光を不等
長ピッチ回折格子123の設けられている方向に反射す
る。なお、ミラー53は、±1次回折光の通過経路中に
おかれているので、その通過の妨げとならないような大
きさのもので構成される。レンズ54は、凸レンズで構
成され、レーザ光の形状を成形して、開口窓部材55の
開口窓を介して不等長ピッチ回折格子123にレーザ光
を照射する。開口窓部材55は、図6(A)に示すよう
に、開口窓551〜553を有する遮蔽板で構成され、
±1次回折光のみが開口窓551,552を通過し、そ
れ以外のn次回折光を遮蔽するようになっている。開口
窓551,552は、端部が円形状をした細長い開口で
構成されている。開口窓553は、ミラー53で反射さ
れたレーザ光を通過させるものであり、ほぼ円形状の開
口で構成されている。
Next, the configuration of the optical detecting means will be described. FIG. 5 is a diagram showing a configuration of an optical system of an encoder using the unequal-length pitch diffraction grating described above. The semiconductor laser light source 51 emits laser light of a predetermined wavelength. The collimator lens 52 converts the laser light emitted from the semiconductor laser light source 51 into a parallel light flux and guides the laser light to the mirror 53. The mirror 53 reflects the laser beam from the collimator lens 52 in the direction in which the unequal-length pitch diffraction grating 123 is provided. In addition, since the mirror 53 is located in the passage of the ± 1st-order diffracted light, the mirror 53 has a size that does not hinder the passage. The lens 54 is formed of a convex lens, shapes the laser light, and irradiates the uneven pitch diffraction grating 123 with the laser light through the opening window of the opening window member 55. As shown in FIG. 6A, the opening window member 55 is configured by a shielding plate having opening windows 551 to 553.
Only the ± 1st-order diffracted lights pass through the aperture windows 551 and 552, and block the other nth-order diffracted lights. Each of the opening windows 551 and 552 is formed of an elongated opening having a circular end. The opening window 553 allows the laser light reflected by the mirror 53 to pass therethrough, and is constituted by a substantially circular opening.

【0046】不等長ピッチ回折格子123では、レーザ
光の照射によって0次、±1次、±2次、±3次、・・
・の回折光が発生する。不等長ピッチ回折格子123で
発生した±1次回折光は、開口窓部材55の開口窓55
1,552を介してレンズ54を通過し、レンズ54に
よって集束される。空間フィルタ56は、レンズ54に
よって不等長ピッチ回折格子123との間で共役関係と
なるような位置に配置され、不要な±2次、±3次、・
・・の回折光を除去し、±1次回折光のみを通過させ
る。空間フィルタ56は、図6(B)に示すように、開
口窓部材55と同様に開口窓561,562を備えた遮
蔽板で構成されている。開口窓561,562は、開口
窓551,552と同じように端部が円形状をした細長
い開口で構成されているが、短軸方向の幅は開口窓55
1,552よりも短くなっている。これは、空間フィル
タ56がレンズ54及びレンズ57の焦点位置に配置さ
れているからである。
In the unequal-length pitch diffraction grating 123, 0th order, ± 1st order, ± 2nd order, ± 3rd order,.
・ Diffracted light is generated. The ± 1st-order diffracted light generated by the unequal-length pitch diffraction grating 123 is transmitted through the aperture window 55 of the aperture window member 55.
The light passes through the lens 54 via the lens 1552 and is focused by the lens 54. The spatial filter 56 is arranged at a position where the spatial filter 56 has a conjugate relationship with the unequal-length pitch diffraction grating 123 by the lens 54, and unnecessary ± 2 order, ± 3 order,.
・ ・ Remove the diffracted light and pass only ± 1st-order diffracted light. As shown in FIG. 6B, the spatial filter 56 is configured by a shielding plate having opening windows 561 and 562 similarly to the opening window member 55. Each of the opening windows 561 and 562 is formed of an elongated opening having a circular end as in the case of the opening windows 551 and 552.
It is shorter than 1,552. This is because the spatial filter 56 is disposed at the focal position of the lens 54 and the lens 57.

【0047】レンズ57は、空間フィルタ56と受光セ
ンサ61とが共役関係となるような位置に配置され、空
間フィルタ56を通過して来た±1次回折光を受光セン
サ61に結像させる。なお、上述の検出光学系は、空間
フィルタ56と回折格子123はレンズ54の焦点距離
f1上に配置され、空間フィルタ56と受光センサ61
はレンズ57の焦点距離f2上に配置され、両側でテレ
セントリック検出系を構成している。これによって、焦
点ズレによる倍率変動をなくすことができ、計測精度を
向上することが可能となる。なお、空間フィルタ56が
機能しているので、開口窓部材55は、省略してもよ
い。空間フィルタ56及び開口窓部材55の開口窓の形
状が細長いのは、回折格子に対してレーザビームスポッ
トが所定の角度で照射した場合でも±1次回折光を有効
に通過させるためである。
The lens 57 is arranged at such a position that the spatial filter 56 and the light receiving sensor 61 have a conjugate relationship, and forms the ± 1st-order diffracted light passing through the spatial filter 56 on the light receiving sensor 61. In the above-described detection optical system, the spatial filter 56 and the diffraction grating 123 are disposed on the focal length f1 of the lens 54, and the spatial filter 56 and the light receiving sensor 61
Are disposed on the focal length f2 of the lens 57, and constitute a telecentric detection system on both sides. As a result, a change in magnification due to defocus can be eliminated, and measurement accuracy can be improved. In addition, since the spatial filter 56 functions, the opening window member 55 may be omitted. The reason why the shape of the aperture window of the spatial filter 56 and the aperture window member 55 is elongated is to allow ± 1st-order diffracted light to pass effectively even when the laser beam spot is irradiated on the diffraction grating at a predetermined angle.

【0048】図7は、不等長ピッチ回折格子を用いたエ
ンコーダの別の光学検出手段の構成を示す図である。図
7において、図5と同じ構成のものには同一の符号が付
してあるので、その説明は省略する。図7の光学検出手
段が図6のものと異なる点は、図6のミラー53及び開
口窓部材55を省略し、穴開きミラー58を設けた点で
ある。穴開きミラー58は、中央部に半導体レーザ光源
51から出射されたレーザ光を通過させるための穴が設
けられており、その穴を介して、コリメートレンズによ
って平行光線束に変換されたレーザ光が不等長ピッチ回
折格子123に照射するようになっている。さらに、こ
の穴開きミラー58は、回析格子123で発生した0次
の回析光をその穴を介して半導体レーザ光源51側に戻
し、それ以外の高次の回折光のうち特に±1次回折光だ
けをレンズ54側に積極的に反射させるような構成にな
っている。これによって、0次光が干渉縞パターンに与
える影響を非常に小さくすることができる。
FIG. 7 is a diagram showing the configuration of another optical detecting means of the encoder using the unequal-length pitch diffraction grating. 7, the same components as those in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. 7 differs from that in FIG. 6 in that the mirror 53 and the opening window member 55 in FIG. 6 are omitted and a perforated mirror 58 is provided. The perforated mirror 58 is provided with a hole at the center for allowing the laser light emitted from the semiconductor laser light source 51 to pass therethrough, and the laser light converted into a parallel light beam by the collimating lens is passed through the hole. Irradiation is performed on the unequal-length pitch diffraction grating 123. Further, the perforated mirror 58 returns the zero-order diffracted light generated by the diffraction grating 123 to the semiconductor laser light source 51 side through the hole, and particularly the ± 1st-order diffracted light among the other higher-order diffracted lights. The configuration is such that only the folded light is positively reflected to the lens 54 side. As a result, the influence of the zero-order light on the interference fringe pattern can be extremely reduced.

【0049】次に、受光センサ61の詳細構成について
説明する。図8は、受光センサ61の詳細構成を示す図
である。受光センサ61は、CCDラインセンサで構成
され、1画素の大きさが10[μm]で、それが512
ピクセル分、ライン状に配列されている。図8に示すよ
うに、このCCDラインセンサの4ピクセルに対して干
渉縞パターンの1周期が対応しており、CCDラインセ
ンサは128周期分の干渉縞パターンを検出することが
可能である。このような受光面の形状がほぼ正方形に近
いCCDラインセンサを用いるのは、前述のように、C
CDラインセンサの配列方向に対して干渉縞パターンが
駆動アーム121の回転位置に応じた角度で傾斜するか
らである。すなわち、正方形状の受光面を有する受光素
子からなるCCDラインセンサの場合、干渉縞パターン
が傾斜しても、1本の干渉縞パターンは、少なくとも隣
り合う2個の受光素子に影響を与えるだけである。とこ
ろが、従来からよく知られている受光素子として、干渉
縞パターンの幅に対応して設けられた細長い受光面を備
えたものを用いた場合、干渉縞パターンが傾斜すると、
1本の干渉縞パターンが3個もしくは最悪4個以上の受
光素子に影響を与え、もはや受光素子手段による位置検
出ができなくなる。
Next, the detailed structure of the light receiving sensor 61 will be described. FIG. 8 is a diagram illustrating a detailed configuration of the light receiving sensor 61. The light receiving sensor 61 is constituted by a CCD line sensor, and the size of one pixel is 10 [μm].
Pixels are arranged in a line. As shown in FIG. 8, one cycle of the interference fringe pattern corresponds to four pixels of the CCD line sensor, and the CCD line sensor can detect 128 cycles of the interference fringe pattern. The use of such a CCD line sensor whose light-receiving surface is almost square is, as described above,
This is because the interference fringe pattern is inclined at an angle corresponding to the rotational position of the drive arm 121 with respect to the arrangement direction of the CD line sensors. That is, in the case of a CCD line sensor including a light receiving element having a square light receiving surface, even if the interference fringe pattern is inclined, one interference fringe pattern only affects at least two adjacent light receiving elements. is there. However, when a well-known light receiving element having an elongated light receiving surface provided corresponding to the width of the interference fringe pattern is used, when the interference fringe pattern is inclined,
One interference fringe pattern affects three or at worst four or more light receiving elements, and position detection by the light receiving element means can no longer be performed.

【0050】次に、CDDラインセンサからなる受光セ
ンサ61の検出信号に基づいてどのようにして位置デー
タ及び位相データを作成するのか、その信号処理回路の
詳細について説明する。図9は、受光センサ61から出
力される検出信号の信号処理回路の詳細構成を示す図で
ある。受光センサ61は、前述のようなCCDラインセ
ンサで構成され、タイミング発生部66からの駆動クロ
ックに応じて動作する。A/D変換器62は、受光セン
サ61から出力されるアナログの検出信号を順次デジタ
ル信号に変換して、乗算器64のA端子に出力する。A
/D変換器62も、タイミング発生部66からの駆動ク
ロックに応じて動作する。メモリ63は、A/D変換器
62から出力されるデジタル信号に対して、画素位置に
対応したデータの重み(係数)を付けたり、検出画素範
囲を限定したりするための係数値を記憶したメモリであ
り、タイミング発生部66からのアドレス信号Adrに
対応した係数値Dataを乗算器64のB端子に出力す
る。乗算器64は、A端子に入力したA/D変換器62
からのデジタル信号とB端子に入力したメモリ63から
の係数値Dataを乗算処理し、その乗算結果を示すデ
ータYを加算回路65に出力する。CCDラインセンサ
上に形成された干渉縞パターンは、中央部から両端側に
向かって、そのパターンのレベルが徐々に減少するの
で、この実施の形態では、メモリ63及び乗算器64を
用いて、検出画素範囲を適宜変更することができるよう
にした。すなわち、図8に示すように、検出画素範囲を
全画素の512ピクセル分使用する場合や、その半分の
256ピクセル分使用する場合、さらにその半分の12
8ピクセル分使用する場合などのように、任意に変更可
能になっている。なお、この検出画素範囲は一例であっ
て、これ以外のピクセル数、範囲など適宜変更は自由で
ある。
Next, how the position data and the phase data are created based on the detection signal of the light receiving sensor 61 composed of the CDD line sensor will be described in detail with respect to the signal processing circuit. FIG. 9 is a diagram showing a detailed configuration of a signal processing circuit for a detection signal output from the light receiving sensor 61. The light receiving sensor 61 is constituted by the above-described CCD line sensor, and operates according to a driving clock from the timing generation unit 66. The A / D converter 62 sequentially converts the analog detection signal output from the light receiving sensor 61 into a digital signal, and outputs the digital signal to the A terminal of the multiplier 64. A
The / D converter 62 also operates according to the drive clock from the timing generator 66. The memory 63 stores a coefficient value for assigning a data weight (coefficient) corresponding to a pixel position to the digital signal output from the A / D converter 62 or limiting a detection pixel range. It is a memory and outputs a coefficient value Data corresponding to the address signal Adr from the timing generator 66 to a B terminal of the multiplier 64. The multiplier 64 is an A / D converter 62 input to the A terminal.
Is multiplied by the coefficient value Data from the memory 63 input to the B terminal, and data Y indicating the multiplication result is output to the addition circuit 65. In the interference fringe pattern formed on the CCD line sensor, since the level of the pattern gradually decreases from the center toward both ends, in this embodiment, detection is performed using the memory 63 and the multiplier 64. The pixel range can be changed as appropriate. That is, as shown in FIG. 8, when the detection pixel range is used for 512 pixels of all the pixels, or when the detection pixel range is
It can be changed arbitrarily, such as when eight pixels are used. Note that this detection pixel range is an example, and the number of pixels, the range, and the like other than the above can be freely changed as appropriate.

【0051】加算回路65は、図8に示すような干渉縞
パターンの周期に対応して、1周期を4分割した場合の
第1相の画素出力をφ1、第2相の画素出力をφ2、第
3相の画素出力をφ3、第4相の画素出力をφ4とし
て、それぞれの相に対応する受光素子の信号Yを順次累
算し、その累算結果である各相の累算値Σφ1、Σφ
2、Σφ3及びΣφ4を次段の演算処理回路67に出力
する。演算処理回路67は、第2相の画素出力の累算値
Σφ2から第4相の画素出力の累算値Σφ4を減算して
サイン成分の信号φAを求め、第1相の画素出力の累算
値Σφ1から第3相の画素出力の累算値Σφ3を減算し
てコサイン成分の信号φBを求め、サイン成分の信号φ
Aをコサイン成分の信号φBで除算して、タンジェント
成分の信号Xを算出して、次段のポジションカウンタ6
8及び位相データ演算回路69にそれぞれ出力する。ポ
ジションカウンタ68は、演算処理回路67から出力さ
れるタンジェント成分の信号Xに基づいて干渉縞パター
ンが1周期分、正方向に移動した場合にはそのカウント
値をインクリメント処理し、負方向に移動した場合には
デクリメント処理を行い、そのカウント値を位置データ
として出力する。一方、位相データ演算回路69は、タ
ンジェント成分の信号Xのアークタンジェントを求め、
それを位相データとして出力する。これらの位置データ
及び位相データに基づいて、外部アクチュエータ120
は、回転移動量が所定値となるように内蔵のボイスコイ
ルモータを制御し、磁気ヘッド112の位置決めを行
う。
The adder circuit 65 outputs a pixel output of the first phase of φ1 and a pixel output of the second phase of φ2 when the period is divided into four, corresponding to the period of the interference fringe pattern as shown in FIG. Assuming that the pixel output of the third phase is φ3 and the pixel output of the fourth phase is φ4, the signal Y of the light receiving element corresponding to each phase is sequentially accumulated, and the accumulated value of each phase Σφ1, Σφ
2, Σφ3 and Σφ4 are output to the arithmetic processing circuit 67 in the next stage. The arithmetic processing circuit 67 obtains a sine component signal φA by subtracting the accumulated value Σφ4 of the pixel output of the fourth phase from the accumulated value Σφ2 of the pixel output of the second phase, and accumulates the signal φA of the first phase. The signal φB of the cosine component is obtained by subtracting the accumulated value Σφ3 of the pixel output of the third phase from the value Σφ1 to obtain the signal φ of the sine component.
A is divided by the cosine component signal φB to calculate a tangent component signal X.
8 and the phase data calculation circuit 69. When the interference fringe pattern moves for one cycle in the positive direction based on the tangent component signal X output from the arithmetic processing circuit 67, the position counter 68 increments the count value and moves in the negative direction. In this case, a decrement process is performed, and the count value is output as position data. On the other hand, the phase data calculation circuit 69 calculates the arc tangent of the signal X of the tangent component,
It is output as phase data. Based on these position data and phase data, the external actuator 120
Controls the built-in voice coil motor so that the rotational movement amount becomes a predetermined value, and performs positioning of the magnetic head 112.

【0052】なお、上述の実施の形態では、磁気ヘッド
の位置決め装置を外部駆動方式のサーボトラックライタ
に適用した場合を示している。しかしながら、本発明は
これに限らず、自駆動方式や光プッシュピン方式のサー
ボトラックライタ、さらにハードディスク装置自身や磁
気ディスク検査装置に適用することができる。また、上
述の実施の形態では、ブレーズド回折格子を例に説明し
たが、ブレーズド回折格子以外の回折格子構造のものを
用いてもよい。さらに、上述の実施の形態では、受光セ
ンサ61としてCCDラインセンサを用いた場合を例に
説明したが、これ以外のセンサを用いてもよいことは言
うまでもない。この場合、干渉縞パターンが傾斜するこ
とを考慮し、それに対応したセンサ形状とすることが必
要である。上述の実施の形態では、格子ピッチが隣り合
うもの同士で必ず異なる場合を例に説明したが、例え
ば、回転角で1°ごとに格子ピッチを変化させるなどの
ように、所定範囲では同じ格子ピッチを用いて、それを
回転位置に応じて徐々に変化させるようにしてもよい。
上述の各光学手段のレンズに代えて、凹面鏡を用いても
よい。
The above-described embodiment shows a case where the magnetic head positioning device is applied to an externally driven servo track writer. However, the present invention is not limited to this, and can be applied to self-drive type or optical push-pin type servo track writers, as well as hard disk drives themselves and magnetic disk inspection devices. Further, in the above-described embodiment, a blazed diffraction grating has been described as an example, but a diffraction grating structure other than the blazed diffraction grating may be used. Further, in the above-described embodiment, the case where a CCD line sensor is used as the light receiving sensor 61 has been described as an example, but it goes without saying that other sensors may be used. In this case, it is necessary to consider the inclination of the interference fringe pattern and to make the sensor shape corresponding thereto. In the above-described embodiment, an example in which the lattice pitch is always different between adjacent ones has been described. However, for example, the same lattice pitch in a predetermined range, such as changing the lattice pitch every 1 ° with a rotation angle. And may be changed gradually according to the rotational position.
A concave mirror may be used instead of the lens of each optical unit described above.

【0053】[0053]

【発明の効果】本発明の回折格子エンコーダによれば、
光学センサと干渉縞パターンとの間の平行度を気にする
ことなく干渉縞パターンを高感度かつ高精度に検出する
ことができるという効果がある。
According to the diffraction grating encoder of the present invention,
There is an effect that the interference fringe pattern can be detected with high sensitivity and high accuracy without worrying about the parallelism between the optical sensor and the interference fringe pattern.

【0054】本発明の磁気ヘッドの位置決め装置によれ
ば、光学センサと干渉縞パターンとの間の平行度を気に
することなく干渉縞パターンを高感度かつ高精度に検出
することによって、磁気ヘッドの位置決めを高精度に行
うことができるという効果がある。
According to the magnetic head positioning apparatus of the present invention, the magnetic head can be detected with high sensitivity and high accuracy without concern for the parallelism between the optical sensor and the interference fringe pattern. There is an effect that the positioning can be performed with high accuracy.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の磁気ヘッドの位置決め装置の一実施
の形態の概略構成を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an embodiment of a magnetic head positioning device according to the present invention.

【図2】 図1の不等長ピッチ回折格子の詳細構成を示
す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a detailed configuration of the unequal-length pitch diffraction grating of FIG. 1;

【図3】 不等長ピッチ回折格子とそれに照射されたレ
ーザビームスポットとの関係を模式的に示した拡大図で
あり、図3(A)は回転位置0°、図3(B)は回転位
置10°に対応したものである。
FIGS. 3A and 3B are enlarged views schematically showing a relationship between a unequal-length pitch diffraction grating and a laser beam spot irradiated on the diffraction grating. FIG. 3A shows a rotational position of 0 °, and FIG. This corresponds to a position of 10 °.

【図4】 不等長ピッチ回折格子とそれに照射されたレ
ーザビームスポットとの関係を模式的に示した別の拡大
図であり、図4(A)は回転位置20°、図4(B)は
回転位置30°に対応したものである。
FIG. 4 is another enlarged view schematically showing the relationship between the unequal-length pitch diffraction grating and the laser beam spot irradiated on the diffraction grating. FIG. 4 (A) is a rotation position of 20 °, and FIG. Corresponds to a rotational position of 30 °.

【図5】 不等長ピッチ回折格子を用いたエンコーダの
光学検出手段の構成を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of an optical detection unit of an encoder using an unequal-length pitch diffraction grating.

【図6】 図6(A)は図5の開口窓部材の詳細構成
を、図6(B)は図5の空間フィルタ詳細構成を示す図
である。
6A is a diagram illustrating a detailed configuration of an opening window member in FIG. 5, and FIG. 6B is a diagram illustrating a detailed configuration of a spatial filter in FIG.

【図7】 不等長ピッチ回折格子を用いたエンコーダの
別の光学検出手段の構成を示す図である。
FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration of another optical detection unit of the encoder using the unequal-length pitch diffraction grating.

【図8】 図5又は図6の受光センサの詳細構成を示す
図である。
FIG. 8 is a diagram showing a detailed configuration of the light receiving sensor of FIG. 5 or FIG.

【図9】 図8の受光センサから出力される検出信号の
信号処理回路の詳細構成を示す図である。
9 is a diagram showing a detailed configuration of a signal processing circuit of a detection signal output from the light receiving sensor of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

110 スピンドル 111 磁気ディスク 112 磁気ヘッド 113 キャリッジ機構 114 支持アーム 120 外部アクチュエータ 121 駆動アーム 122 誘導ピン 11 レーザビームスポット N0〜N9 回折格子 51 半導体レーザ光源 52 コリメートレンズ 53 ミラー 54,57 レンズ 55 開口窓部材 56 空間フィルタ 61 受光センサ 62 A/D変換器 63 メモリ 64 乗算器 65 加算回路 66 タイミング発生部 67 演算処理回路 68 ポジションカウンタ 69 位相データ演算回路 Reference Signs List 110 spindle 111 magnetic disk 112 magnetic head 113 carriage mechanism 114 support arm 120 external actuator 121 drive arm 122 guide pin 11 laser beam spot N0 to N9 diffraction grating 51 semiconductor laser light source 52 collimating lens 53 mirror 54, 57 lens 55 opening window member 56 Spatial filter 61 Light receiving sensor 62 A / D converter 63 Memory 64 Multiplier 65 Addition circuit 66 Timing generator 67 Operation processing circuit 68 Position counter 69 Phase data operation circuit

フロントページの続き (72)発明者 森口 泰之 東京都渋谷区東3丁目16番3号 日立電子 エンジニアリング株式会社内 (72)発明者 田島 富士雄 東京都渋谷区東3丁目16番3号 日立電子 エンジニアリング株式会社内 (72)発明者 太田 裕二 東京都渋谷区東3丁目16番3号 日立電子 エンジニアリング株式会社内 (72)発明者 木下 和人 東京都渋谷区東3丁目16番3号 日立電子 エンジニアリング株式会社内 Fターム(参考) 2F065 AA03 AA07 AA39 BB02 BB16 BB28 CC03 DD00 FF16 FF48 FF51 GG06 GG12 HH03 HH13 JJ03 JJ09 JJ26 LL00 LL12 LL28 LL42 LL59 MM04 PP13 QQ03 QQ14 QQ23 QQ25 QQ27 QQ51 UU05 UU08 2F103 CA04 CA08 DA01 DA12 EA02 EA15 EA17 EB02 EB14 EB32 EC00 EC03 EC04 EC11 ED00 ED11 ED23 ED27 ED34 FA01 FA02 FA12 2H049 AA04 AA14 AA50 AA55 AA56 5D088 BB01 Continued on the front page (72) Inventor Yasuyuki Moriguchi 3-16-3 Higashi, Shibuya-ku, Tokyo Inside Hitachi Electronics Engineering Co., Ltd. (72) Inventor Fujio Tajima 3-16-3 Higashi, Shibuya-ku, Tokyo Hitachi Electronics Engineering Co., Ltd. Inside the company (72) Inventor Yuji Ota 3-16-3 Higashi, Shibuya-ku, Tokyo Hitachi Electronics Engineering Co., Ltd. (72) Inventor Kazuto Kinoshita 3-16-3 Higashi, 3-3-1 Higashi Shibuya-ku, Tokyo Hitachi Electronics Engineering Co., Ltd. F-term (reference) 2F065 AA03 AA07 AA39 BB02 BB16 BB28 CC03 DD00 FF16 FF48 FF51 GG06 GG12 HH03 HH13 JJ03 JJ09 JJ26 LL00 LL12 LL28 LL42 LL59 MM04 PP13 QQ03 QQ14 UQ1QQ15U08 EB32 EC00 EC03 EC04 EC11 ED00 ED11 ED23 ED27 ED34 FA01 FA02 FA12 2H049 AA04 AA14 AA50 AA55 AA56 5D088 BB01

Claims (20)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 円弧状に回転移動する部材と、 前記部材に取り付けられる回折格子と、 前記回折格子に光ビームを照射する照明光学系手段と、 前記光ビームの照射によって発生した±1次回折光から
干渉縞パターンを作成する検出光学系手段と、 縦横の長さのほぼ等しい画素群が直線状に配列されるこ
とによって形成された直線状の受光領域を用いて前記干
渉縞パターンを受光する受光素子手段と、 前記受光素子手段の各画素から出力される信号に基づい
て前記部材の回転位置を検出する位置検出手段とを備え
たことを特徴とする回折格子エンコーダ。
1. A member that rotates and moves in an arc shape, a diffraction grating attached to the member, an illumination optical system that irradiates the diffraction grating with a light beam, and ± first-order diffracted light generated by the irradiation of the light beam. Detecting optical system means for creating an interference fringe pattern from the light receiving means for receiving the interference fringe pattern using a linear light receiving area formed by linearly arranging pixel groups having substantially the same length and width. A diffraction grating encoder comprising: element means; and position detection means for detecting a rotational position of the member based on a signal output from each pixel of the light receiving element means.
【請求項2】 請求項1において、前記位置検出手段
は、 前記干渉縞パターンの1周期を複数相に分割した場合に
おける前記画素群の中でそれぞれの相に対応する画素同
士の信号を累算し、その累算信号を出力する累算手段
と、 前記累算手段から出力される累算信号に基づいて前記部
材の回転位置を示す信号を出力する演算手段とを備えた
ことを特徴とする回折格子エンコーダ。
2. The apparatus according to claim 1, wherein the position detecting means accumulates signals of pixels corresponding to each phase in the pixel group when one cycle of the interference fringe pattern is divided into a plurality of phases. And accumulating means for outputting the accumulated signal, and computing means for outputting a signal indicating the rotational position of the member based on the accumulated signal output from the accumulating means. Diffraction grating encoder.
【請求項3】 請求項2において、受光素子手段の各画
素から出力される信号に前記画素の配列位置に対応した
係数を乗算する乗算手段を設け、前記受光素子手段の検
出可能範囲を変更可能に構成したことを特徴とする回折
格子エンコーダ。
3. The light receiving element means according to claim 2, further comprising: a multiplying means for multiplying a signal output from each pixel of the light receiving element means by a coefficient corresponding to an arrangement position of the pixel. A diffraction grating encoder characterized in that:
【請求項4】 請求項2において、 前記累算手段は、前記干渉縞パターンの周期を4相に分
割した場合における前記画素群の中のそれぞれの相に対
応する画素同士の信号を累算し、各相の累算信号を出力
し、 前記演算手段は、前記累算手段からの第2相の累算信号
から第4相の累算信号を減算して得られた正弦成分信号
を、第1相の累算信号から第3相の累算信号を減算して
得られた余弦成分信号で除算し、その除算結果に基づい
て得られた位置データと位相データを前記部材の回転位
置を示す信号として出力するように構成したことを特徴
とする回折格子エンコーダ。
4. The method according to claim 2, wherein the accumulating means accumulates signals of pixels corresponding to each phase in the pixel group when the period of the interference fringe pattern is divided into four phases. And outputting an accumulated signal of each phase. The arithmetic means outputs a sine component signal obtained by subtracting the accumulated signal of the fourth phase from the accumulated signal of the second phase from the accumulating means, The third-phase accumulated signal is subtracted from the one-phase accumulated signal and divided by a cosine component signal, and position data and phase data obtained based on the division result indicate the rotational position of the member. A diffraction grating encoder configured to output as a signal.
【請求項5】 請求項1において、前記回折格子は、 格子ピッチが基準となる格子から離れるに従って徐々に
減少するような不等長ピッチ回折格子で構成されている
ことを特徴とする回折格子エンコーダ。
5. The diffraction grating encoder according to claim 1, wherein the diffraction grating is constituted by an unequal-length pitch diffraction grating whose grating pitch gradually decreases as the distance from a reference grating increases. .
【請求項6】 請求項5において、 前記不等長ピッチ回折格子の各格子は、 前記部材の回転中心から前記不等長ピッチ回折格子上の
前記光ビームの照射位置までの距離をRとし、 基本格子ピッチPの格子N0の格子中央座標をX0、こ
の座標における前記部材の回転位置θ0を0°とした場
合に、 前記格子Nnの格子中央座標XnがXn=Xn-1+Pco
s(θn-1)、回転位置θnがθn=asin(Xn/R)
となるように形成されていることを特徴とする回折格子
エンコーダ。
6. The unequal-length pitch diffraction grating according to claim 5, wherein a distance from a rotation center of the member to an irradiation position of the light beam on the unequal-length pitch diffraction grating is R, When the lattice center coordinate of the lattice N0 of the basic lattice pitch P is X 0 , and the rotational position θ 0 of the member at this coordinate is 0 °, the lattice center coordinate X n of the lattice Nn is X n = X n-1. + Pco
s (θ n-1 ), rotational position θ n is θ n = asin (X n / R)
A diffraction grating encoder characterized in that it is formed so that
【請求項7】 請求項1から6までのいずれか1におい
て、 前記照明光学系手段は、 前記光ビームを出射する光源と、 前記光源から出射された前記光ビームを前記回折格子側
に反射するミラー手段と、 前記ミラー手段によって反射された光ビームを前記回折
格子上に結像するレンズ手段とを含んで構成されたこと
を特徴とする回折格子エンコーダ。
7. The illumination optical system according to claim 1, wherein the illumination optical system unit reflects the light beam emitted from the light source toward the diffraction grating. A diffraction grating encoder comprising: mirror means; and lens means for forming an image of the light beam reflected by the mirror means on the diffraction grating.
【請求項8】 請求項1から6までのいずれか1におい
て、 前記照明光学系手段は、 前記光ビームを出射する光源と、 前記光源から出射された前記光ビームを前記回折格子上
に結像するレンズ手段と、 前記レンズ手段を通過した前記光ビームを前記回折格子
側にそのまま通過させ、前記回折格子で発生した0次回
折光を同じく通過させるような穴を有し、前記回折格子
で発生した前記±1次回折光を前記検出レンズ側に反射
させるミラーを備えた穴開きミラー手段とを含んで構成
されたことを特徴とする回折格子エンコーダ。
8. The illumination optical system according to claim 1, wherein the illumination optical system includes: a light source for emitting the light beam; and an image of the light beam emitted from the light source on the diffraction grating. And a hole for allowing the light beam passing through the lens means to pass through the diffraction grating as it is, and also allowing the 0th-order diffracted light generated by the diffraction grating to pass therethrough, generated by the diffraction grating. A perforated mirror provided with a mirror for reflecting the ± 1st-order diffracted light toward the detection lens.
【請求項9】 請求項1から6までのいずれか1におい
て、 前記検出光学系手段は、 前記回折格子で発生した±1次回折光を集束させる第1
のレンズ手段と、 前記レンズ手段の集束位置に設けられた、前記±1次回
折光のみを通過させるような開口を備えた空間フィルタ
手段と、 前記空間フィルタ手段通過後の前記±1次回折光を前記
受光素子手段に結像させて前記干渉縞パターンを作成す
る第2のレンズ手段とを含んで構成されたことを特徴と
する回折格子エンコーダ。
9. The method according to claim 1, wherein the detecting optical system means focuses the ± 1st-order diffracted light generated by the diffraction grating.
Lens means, and a spatial filter means provided at a focusing position of the lens means and having an opening for passing only the ± 1st-order diffracted light, and the ± 1st-order diffracted light after passing through the spatial filter means A second lens means for forming the interference fringe pattern by forming an image on the light receiving element means.
【請求項10】 請求項9において、 前記第1のレンズ手段は前記回折格子と前記空間フィル
タ手段とが共役位置となるように配置され、前記第2の
レンズ手段は前記空間フィルタ手段と前記受光素子手段
とが共役位置となるように配置されたテレセントリック
光学系で構成されたことを特徴とする回折格子エンコー
ダ。
10. The optical system according to claim 9, wherein the first lens means is arranged so that the diffraction grating and the spatial filter means are at conjugate positions, and the second lens means is provided with the spatial filter means and the light receiving means. A diffraction grating encoder comprising a telecentric optical system in which an element means and a conjugate position are arranged.
【請求項11】 円弧状に回転移動するアーム手段と、 前記アーム手段に取り付けられる回折格子と、 前記回折格子に光ビームを照射する照明光学系手段と、 前記光ビームの照射によって発生した±1次回折光から
干渉縞パターンを作成する検出光学系手段と、 縦横の長さのほぼ等しい画素群が直線状に配列されるこ
とによって形成された直線状の受光領域を用いて前記干
渉縞パターンを受光する受光素子手段と、 前記受光素子手段の各画素から出力される信号に基づい
て前記アーム手段の回転位置を検出する位置検出手段
と、 前記位置検出手段によって検出された前記アーム手段の
回転位置を制御することによって磁気ヘッドの位置決め
を行う位置決め手段とを備えたことを特徴とする磁気ヘ
ッドの位置決め装置。
11. An arm means for rotating and moving in an arc shape, a diffraction grating attached to the arm means, an illumination optical system means for irradiating the diffraction grating with a light beam, and ± 1 generated by the irradiation of the light beam. Detection optical system means for creating an interference fringe pattern from next-order diffracted light, and receiving the interference fringe pattern using a linear light receiving region formed by linearly arranging pixel groups having substantially the same length and width. Light receiving element means, a position detecting means for detecting a rotational position of the arm means based on a signal output from each pixel of the light receiving element means, and a rotational position of the arm means detected by the position detecting means. A magnetic head positioning device, comprising: a positioning means for performing positioning of the magnetic head by controlling.
【請求項12】 請求項11において、前記位置検出手
段は、 前記干渉縞パターンの1周期を複数相に分割した場合に
おける前記画素群の中でそれぞれの相に対応する画素同
士の信号を累算し、その累算信号を出力する累算手段
と、 前記累算手段から出力される累算信号に基づいて前記部
材の回転位置を示す信号を出力する演算手段とを備えた
ことを特徴とする磁気ヘッドの位置決め装置。
12. The pixel detecting device according to claim 11, wherein the position detecting means accumulates signals of pixels corresponding to each phase in the pixel group when one cycle of the interference fringe pattern is divided into a plurality of phases. And accumulating means for outputting the accumulated signal, and computing means for outputting a signal indicating the rotational position of the member based on the accumulated signal output from the accumulating means. Positioning device for magnetic head.
【請求項13】 請求項12において、受光素子手段の
各画素から出力される信号に前記画素の配列位置に対応
した係数を乗算する乗算手段を設け、前記受光素子手段
の検出可能範囲を変更可能に構成したことを特徴とする
磁気ヘッドの位置決め装置。
13. The light-receiving element means according to claim 12, wherein multiplication means for multiplying a signal output from each pixel of the light-receiving element means by a coefficient corresponding to an arrangement position of said pixel is provided, and a detectable range of said light-receiving element means can be changed. A positioning device for a magnetic head, characterized in that:
【請求項14】 請求項12において、 前記累算手段は、前記干渉縞パターンの周期を4相に分
割した場合における前記画素群の中のそれぞれの相に対
応する画素同士の信号を累算し、各相の累算信号を出力
し、 前記演算手段は、前記累算手段からの第2相の累算信号
から第4相の累算信号を減算して得られた正弦成分信号
を、第1相の累算信号から第3相の累算信号を減算して
得られた余弦成分信号で除算し、その除算結果に基づい
て得られた位置データと位相データを前記部材の回転位
置を示す信号として出力するように構成したことを特徴
とする磁気ヘッドの位置決め装置。
14. The method according to claim 12, wherein the accumulating means accumulates signals of pixels corresponding to each phase in the pixel group when the period of the interference fringe pattern is divided into four phases. And outputting an accumulated signal of each phase. The arithmetic means outputs a sine component signal obtained by subtracting the accumulated signal of the fourth phase from the accumulated signal of the second phase from the accumulating means, The third-phase accumulated signal is subtracted from the one-phase accumulated signal and divided by a cosine component signal, and position data and phase data obtained based on the division result indicate the rotational position of the member. A magnetic head positioning device, which is configured to output a signal.
【請求項15】 請求項11において、前記回折格子
は、 格子ピッチが基準となる格子から離れるに従って徐々に
減少するような不等長ピッチ回折格子で構成されている
ことを特徴とする磁気ヘッドの位置決め装置。
15. The magnetic head according to claim 11, wherein the diffraction grating is constituted by an unequal-length pitch diffraction grating whose grating pitch gradually decreases as the distance from the reference grating increases. Positioning device.
【請求項16】 請求項15において、 前記不等長ピッチ回折格子の各格子は、 前記部材の回転中心から前記不等長ピッチ回折格子上の
前記光ビームの照射位置までの距離をRとし、 基本格子ピッチPの格子N0の格子中央座標をX0、こ
の座標における前記部材の回転位置θ0を0°とした場
合に、 前記格子Nnの格子中央座標XnがXn=Xn-1+Pco
s(θn-1)、回転位置θnがθn=asin(Xn/R)
となるように形成されていることを特徴とする磁気ヘッ
ドの位置決め装置。
16. The unequal-length pitch diffraction grating according to claim 15, wherein a distance from a rotation center of the member to an irradiation position of the light beam on the unequal-length pitch diffraction grating is R, When the lattice center coordinate of the lattice N0 of the basic lattice pitch P is X 0 , and the rotational position θ 0 of the member at this coordinate is 0 °, the lattice center coordinate X n of the lattice Nn is X n = X n-1. + Pco
s (θ n-1 ), rotational position θ n is θ n = asin (X n / R)
A magnetic head positioning device characterized in that it is formed so as to be as follows.
【請求項17】 請求項11から16までのいずれか1
において、 前記照明光学系手段は、 前記光ビームを出射する光源と、 前記光源から出射された前記光ビームを前記回折格子側
に反射するミラー手段と、 前記ミラー手段によって反射された光ビームを前記回折
格子上に結像するレンズ手段とを含んで構成されたこと
を特徴とする磁気ヘッドの位置決め装置。
17. The method according to claim 11, wherein:
In the illumination optical system unit, a light source that emits the light beam, a mirror unit that reflects the light beam emitted from the light source toward the diffraction grating, and a light beam that is reflected by the mirror unit. And a lens means for forming an image on a diffraction grating.
【請求項18】 請求項11から16までのいずれか1
において、 前記照明光学系手段は、 前記光ビームを出射する光源と、 前記光源から出射された前記光ビームを前記回折格子上
に結像するレンズ手段と、 前記レンズ手段を通過した前記光ビームを前記回折格子
側にそのまま通過させ、前記回折格子で発生した0次回
折光を同じく通過させるような穴を有し、前記回折格子
で発生した前記±1次回折光を前記検出レンズ側に反射
させるミラーを備えた穴開きミラー手段とを含んで構成
されたことを特徴とする磁気ヘッドの位置決め装置。
18. One of claims 11 to 16
In the illumination optical system unit, a light source that emits the light beam, a lens unit that forms an image of the light beam emitted from the light source on the diffraction grating, and the light beam that has passed through the lens unit A mirror that has a hole that allows the diffraction grating to pass through as it is, and also allows the zero-order diffraction light generated by the diffraction grating to pass therethrough, and reflects the ± 1st-order diffraction light generated by the diffraction grating to the detection lens side. A magnetic head positioning device comprising: a perforated mirror provided.
【請求項19】 請求項11から16までのいずれか1
において、 前記検出光学系手段は、 前記回折格子で発生した±1次回折光を集束させる第1
のレンズ手段と、 前記レンズ手段の集束位置に設けられた、前記±1次回
折光のみを通過させるような開口を備えた空間フィルタ
手段と、 前記空間フィルタ手段通過後の前記±1次回折光を前記
受光素子手段に結像させて前記干渉縞パターンを作成す
る第2のレンズ手段とを含んで構成されたことを特徴と
する磁気ヘッドの位置決め装置。
19. The method according to claim 11, wherein:
In the first aspect, the detection optical system means may be configured to focus ± 1st order diffracted light generated by the diffraction grating.
Lens means, and a spatial filter means provided at a focusing position of the lens means and having an opening for passing only the ± 1st-order diffracted light, and the ± 1st-order diffracted light after passing through the spatial filter means And a second lens means for forming the interference fringe pattern by forming an image on the light receiving element means.
【請求項20】 請求項19において、 前記第1のレンズ手段は前記回折格子と前記空間フィル
タ手段とが共役位置となるように配置され、前記第2の
レンズ手段は前記空間フィルタ手段と前記受光素子手段
とが共役位置となるように配置されたテレセントリック
光学系で構成されたことを特徴とする磁気ヘッドの位置
決め装置。
20. The apparatus according to claim 19, wherein the first lens means is arranged so that the diffraction grating and the spatial filter means are at a conjugate position, and the second lens means is provided with the spatial filter means and the light receiving means. A magnetic head positioning device comprising a telecentric optical system in which an element means and a conjugate position are arranged.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1304818C (en) * 2003-12-01 2007-03-14 富士能株式会社 Depth of parallelism measuring method
JP2014119445A (en) * 2012-12-17 2014-06-30 Mitsutoyo Corp Optical encoder illumination section
JP2018185251A (en) * 2017-04-27 2018-11-22 セイコーエプソン株式会社 Robot and printer
CN118583064A (en) * 2024-08-05 2024-09-03 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 Displacement measurement method and system capable of compensating measurement interval change error of reading head

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