JP2567934B2 - Rotation detector - Google Patents

Rotation detector

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JP2567934B2
JP2567934B2 JP64000017A JP1789A JP2567934B2 JP 2567934 B2 JP2567934 B2 JP 2567934B2 JP 64000017 A JP64000017 A JP 64000017A JP 1789 A JP1789 A JP 1789A JP 2567934 B2 JP2567934 B2 JP 2567934B2
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【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は電動機などにより回転位置や速度を制御する
ために回転体の位置や速度を検出する回転検出装置に関
する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Object of the Invention (Industrial field of application) The present invention relates to a rotation detection device for detecting the position or speed of a rotating body in order to control the rotational position or speed by an electric motor or the like.

(従来の技術) 従来から用いられている回転検出装置としては、第3
図に示す光学式パルスエンコーダと呼ばれる方式が代表
的である。円周方向に光が透過する部分と遮断する部分
が同じ幅で交互に並んだ回転スリット31が記録され円盤
30と、この回転スリットの回転を光学的に読み取る検出
器40から構成され、円盤30が回転を検出したい回転体
(被回転検出体、図示していない。)に結合される。検
出器40は発光ダイオードなどの光源41と検出用固定スリ
ット42と光信号を電気信号に変換するフォトトランジス
タ43とからなる。円盤30が回転し、回転スリット31と検
出用固定スリット42の浸透部が一致すれば光源41からの
光のフォトトランジスタ43に到達し、それぞれの透過部
と遮断部が一致すると光源41からの光がフォトトランジ
スタ43に到達しなくなる。このようにして円盤に記録さ
れた回転スリットの動きが光源41からフォトトランジス
タ43へ到達する光の強弱となり、フォトトランジスタ43
により電気信号に変換される。
(Prior Art) The third conventional rotation detection device is
A method called an optical pulse encoder shown in the figure is typical. A disk is recorded with a rotary slit 31 in which light-transmitting portions and light-shielding portions in the circumferential direction are alternately arranged with the same width.
It is composed of 30 and a detector 40 that optically reads the rotation of the rotary slit, and the disk 30 is coupled to a rotating body (rotated detection body, not shown) whose rotation is desired to be detected. The detector 40 includes a light source 41 such as a light emitting diode, a fixed slit 42 for detection, and a phototransistor 43 that converts an optical signal into an electric signal. When the disk 30 rotates and the permeation part of the rotary slit 31 and the fixed slit 42 for detection match, the phototransistor 43 of the light from the light source 41 arrives, and the light from the light source 41 when the transmission part and the blocking part of each match. Will not reach the phototransistor 43. The movement of the rotary slit recorded on the disk in this way makes the intensity of the light reaching the phototransistor 43 from the light source 41, and the phototransistor 43
Is converted into an electric signal.

円盤が1スリット分に対応する分だけ回転する事に1
回大きさが変化するパルス状の電気信号が得られること
からパルスエンコーダと呼ばれている。この基本的な構
成では正転でも逆転でも同一な電気信号となってしまう
ため、回転方向を識別するためにスリット間隔の1/4だ
けずらせた検出用固定スリットを持つ2組の検出器を使
い、2相の電気信号が得られるようにした光学式2相パ
ルスエンコーダが多く使われている。またパルスエンコ
ーダはパルスの数から相対的な位置は検出できるが絶対
的な位置が検出できないため、1回転に1回だけパルス
を発生する零位置検出器を備えたものである。
1 to rotate the disk by the amount corresponding to one slit
It is called a pulse encoder because it can obtain a pulse-shaped electric signal with a varying size. With this basic configuration, the same electrical signal will be generated in both forward and reverse rotations, so two sets of detectors with fixed slits for detection that are shifted by 1/4 of the slit interval are used to identify the rotation direction. Optical two-phase pulse encoders that are capable of obtaining two-phase electrical signals are often used. Further, the pulse encoder is provided with a zero position detector that can generate a pulse only once per rotation because it can detect a relative position from the number of pulses but cannot detect an absolute position.

このようなパルスエンコーダとして、磁性体の円盤に
S極とN極を交互に磁化することによって記録した磁気
的なスリットを用いた磁気式パルスエンコーダも使われ
ているが、光学式パルスエンコーダはスリットが細かく
でき、1回転当りのパルス数が多く、すなわち分解能が
高くできる。
As such a pulse encoder, a magnetic pulse encoder using a magnetic slit recorded by alternately magnetizing an S pole and an N pole on a magnetic disk is also used, but an optical pulse encoder uses a slit. The number of pulses per rotation can be increased, that is, the resolution can be increased.

(発明が解決しようとする課題) 最近ロボットなどの駆動において、従来はサーボモー
タの回転をギア減速して駆動していたのに対し、ギアを
取り除きサーボモータで直接駆動(ダイレクトドライ
ブ)することが注目されている。ギアによるあそびや、
剛性の低下などが無くなり、高精度で速い動作が可能に
なる。このような直接駆動に用いるサーボモータは非常
に低速回転となり、このモータの回転制御には、ギア付
きにくらべてギアの減速化に相当する分、高い分解能を
有する回転検出装置が要求される。
(Problems to be solved by the invention) Recently, in driving a robot or the like, conventionally, the rotation of a servomotor was driven by decelerating the rotation of the gear, but it is possible to remove the gear and directly drive the servomotor (direct drive). Attention has been paid. Play with gear,
There is no decrease in rigidity, and high-precision and fast operation is possible. The servomotor used for such a direct drive rotates at a very low speed, and the rotation control of this motor requires a rotation detecting device having a high resolution, which is equivalent to deceleration of the gear as compared with a case with a gear.

光学式パルスエンコーダにおいてもスリットの間隔が
数十μm以下になると光の回折現象の影響が無視できな
くなり、回転スリットと検出用固定スリットの間隔を非
常に接近させなければならず、回転検出装置としての機
械的な組立が非常に難しくなる。直径10cmの円盤として
スリット間隔を50μmとする約6,000スリットである。
Even in the optical pulse encoder, when the slit spacing is several tens of μm or less, the effect of the diffraction phenomenon of light cannot be ignored, and the spacing between the rotary slit and the fixed slit for detection must be very close to each other. The mechanical assembly of is very difficult. As a disc with a diameter of 10 cm, it has about 6,000 slits with a slit interval of 50 μm.

一方、回転円盤を用いて非常に高い密度でデータを記
録する方法として、音楽の記録用のCD(コンパクトディ
スク)や映像の記録用のLD(レーザディスク)などに用
いられている光ディスク方式と呼ばれる方法がある。円
盤に記録されたピットをレーザ光で光学的読み取る方法
である。第4図にCD(コンパクトディスク)の原理を示
す。50はCD(コンパクトディスク)の一部であり、拡大
して示してある。透明なプラスチック51の円盤の一方の
面にピット52と呼ばれる幅約0.5μm、深さ約0.11μm
の凹部が刻まれ(第4図はピットのある面の反対側から
見た図なので突き出して見える部分)、その表面に反射
鏡膜53が付けられている。さらにその外側には保護膜54
が付けられている。ピット52を読み取る光検出器10(光
ピックアップと呼ばれる)のレーザダイオード11から発
射された波長約0.78μmのレーザ光は、ビームスプリッ
タ12を通り、コリメータレンズ13により平行光となり、
さらに対物レンズ14を通して、ピッド52のある面の反対
側からディスクに照射される。レーザ光は光検出器10内
の対物レンズ14によってピット位置で焦点を結ぶように
調整され、ピット位置でのレーザ光のビーム15の直径は
約1.4μmにしぼられている。このレーザ光は反射膜53
により反射され、光検出器10内の対物レンズ14、コリメ
ータレンズ13を通り、ビームスプリッタ12で向きが変え
られ、フォトダイオード13に導かれて電気信号に変換さ
れる。ピット52がないところにレーザ光が当った場合
は、レーザ光のほとんどが反射されて大きな電気信号が
得られる。ピット52部分にレーザ光が当った場合は、レ
ーザ光のビーム径に対してピットの幅が半分以下しかな
いため、ピット部分から反射するレーザ光とピット外か
ら反射するレーザ光とが合成されて光検出器10に戻る。
ピット部分からの反射レーザ光とピット外からの反射レ
ーザ光とではピットの深さの2倍だけ光路差を生じる。
ピット52の深さはプラスチック内のレーザ光の波長の1/
4に選ばれているので、ピット部分からの反射レーザ光
とピット外からの反射レーザ光とは180゜位相が異な
り、それぞれが干渉して打消し合う。したがって光検出
器10に戻るレーザ光の光量は非常に減少し、得られる電
気信号も小さくなる。このようにしてピット52の有無が
電気信号の大小に変換されて読み取られる。ピットは円
周上につぎつぎと並び、さらに半径方向のピッチ(トラ
クピッチ)1.6μmでらせん状に並べられ、円盤上に非
常に多数のピットが記録されている。これらの多数のピ
ットにより、ピットの有無とその最短の組合せで音楽の
データが記録され、それを読み取ることによって音楽を
再生する。CD(コンパクトディスク)の規格ではピット
長およびピットとピットの間の長さは最少0.9μmとな
っている。したがって直径10cmの円盤の外周に最大約17
万ピットの記録できる可能性を有している。
On the other hand, as a method of recording data at a very high density using a rotating disk, it is called an optical disc method used for a CD (compact disc) for recording music and an LD (laser disc) for recording video. There is a way. This is a method of optically reading pits recorded on a disk with a laser beam. Figure 4 shows the principle of CD (compact disc). Reference numeral 50 is a part of a CD (compact disc), which is enlarged and shown. Width of about 0.5 μm and depth of about 0.11 μm called a pit 52 on one side of the disk of transparent plastic 51.
4 is engraved (FIG. 4 is a view seen from the side opposite to the surface with the pits, so that it can be seen protruding), and a reflecting mirror film 53 is attached to the surface. Furthermore, a protective film 54 is provided on the outer side.
Is attached. The laser light having a wavelength of about 0.78 μm emitted from the laser diode 11 of the photodetector 10 (called an optical pickup) for reading the pit 52 passes through the beam splitter 12 and becomes parallel light by the collimator lens 13.
Further, the disk is irradiated through the objective lens 14 from the side opposite to the surface where the pid 52 is present. The laser light is adjusted by the objective lens 14 in the photodetector 10 so as to be focused at the pit position, and the diameter of the laser light beam 15 at the pit position is narrowed to about 1.4 μm. This laser light is reflected by the reflection film 53.
The light is reflected by, passes through the objective lens 14 and the collimator lens 13 in the photodetector 10, is changed in direction by the beam splitter 12, and is guided to the photodiode 13 to be converted into an electric signal. When the laser light hits a place without the pit 52, most of the laser light is reflected and a large electric signal is obtained. When the laser light hits the pit 52, the width of the pit is less than half the beam diameter of the laser light, so the laser light reflected from the pit and the laser light reflected from outside the pit are combined. Return to photodetector 10.
The optical path difference between the reflected laser light from the pit portion and the reflected laser light from outside the pit is twice the pit depth.
The depth of the pit 52 is 1 / wavelength of the laser light in the plastic.
Since it is selected as 4, the reflected laser light from the pit part and the reflected laser light from the outside of the pit have a 180 ° phase difference, and they interfere and cancel each other. Therefore, the amount of laser light returning to the photodetector 10 is greatly reduced, and the obtained electric signal is also small. In this way, the presence or absence of the pit 52 is converted into the magnitude of the electric signal and read. The pits are lined up one after another on the circumference and spirally arranged at a radial pitch (track pitch) of 1.6 μm, and a very large number of pits are recorded on the disk. With the large number of these pits, music data is recorded with the presence or absence of pits and the shortest combination thereof, and the music is reproduced by reading the data. According to the CD (Compact Disc) standard, the minimum pit length and the length between pits is 0.9 μm. Therefore, a maximum of approximately 17
It has the potential to record 10,000 pits.

この技術を利用すれば高分解能な回転検出装置を構成
することが可能だか、幅の狭いピットに対してレーザ光
のビームが正確に当るように半径方向の追従(トラッキ
ング)させなければならず、対物レンズを半径方向に移
動させる機構などが必要で、構造が複雑になる欠点があ
る。また回転検出器は電動機などに取り付けて使用する
ため、振動の影響で追従(トラッキング)できなくなる
恐れがあり、信頼性を高くすることが難しい。
If this technology is used, it is possible to construct a high-resolution rotation detection device, or it is necessary to perform tracking in the radial direction (tracking) so that the laser beam accurately hits a narrow pit, It requires a mechanism for moving the objective lens in the radial direction, which has the drawback of complicating the structure. Further, since the rotation detector is used by being attached to an electric motor or the like, there is a possibility that tracking cannot be performed due to the influence of vibration, and it is difficult to improve reliability.

本発明は以上述べた点を考慮してなされ、光ディスク
の技術を利用して、高い分解能を持ち、なおかつ構造が
簡単で信頼性の高い回転検出装置を得ることを目的とす
る。
The present invention has been made in consideration of the above points, and an object of the present invention is to obtain a rotation detection device having a high resolution, a simple structure, and a high reliability by using the technique of an optical disk.

〔発明の構成〕 (課題を解決するための手段) 本発明は、一方の面にそれぞれの幅がほぼ等しい凹凸
を放射状に刻んだスリットが記録された回転円盤と、こ
のスリットをレーザ光を読み取る光検出器から構成さ
れ、スリットを形成する凹部と凸部の幅が前記光検出器
のレーザ光のビーム径とほぼ等しいか広く作られてい
る。
[Structure of the Invention] (Means for Solving the Problems) According to the present invention, a rotating disk having slits in which irregularities having substantially equal widths are radially engraved is recorded on one surface, and a laser beam is read through the slits. It is composed of a photodetector, and the width of the concave portion and the convex portion forming the slit is made substantially equal to or wider than the beam diameter of the laser light of the photodetector.

(作 用) 本発明の回転検出装置の回転円盤では、凹凸が円周方
向にはわずかの幅しか持たないが半径方向には充分な長
さのスリットを形成しているため、光検出器に半径方向
の追従(トラッキング)機能が必要なく、振動などによ
って追従(トラッキング)できなくなり読み取りを失敗
する心配はまったくない。
(Operation) In the rotating disk of the rotation detecting device of the present invention, the unevenness has a slight width in the circumferential direction, but the slits of sufficient length are formed in the radial direction. There is no need for a tracking function in the radial direction, and there is no concern that reading will fail because tracking cannot be performed due to vibration or the like.

また回転円盤が回転して、光検出器から出されるレー
ザ光のビームがスリットの凹部と凸部の境目の位置に来
たときは、凹部と凸部の両方からの反射光が生じてそれ
ぞれれが干渉し、光検出器にはほとんどレーザ光が戻ら
ず、得られる電気信号も小さい。これに対してレーザ光
のビームがスリットの凹部または凸部の中心部分にきた
ときは、レーザ光のほとんどがこの凹部または凸部のど
ちらか一方の部分で反射されて光検出器に戻り、得られ
る電気信号も大きい。スリットの間隔を小さくでき、た
くさんのスリットを記録することが可能で、回転円盤が
1スリット分回転すると2サイクルの電気信号が得ら
れ、非常に高い分解能の回転検出器を実現することがで
きる。
Also, when the rotating disk rotates and the beam of laser light emitted from the photodetector reaches the position of the boundary between the concave and convex portions of the slit, reflected light from both the concave and convex portions is generated. Interfere with each other, the laser light hardly returns to the photodetector, and the obtained electric signal is small. On the other hand, when the beam of laser light reaches the center of the concave or convex portion of the slit, most of the laser light is reflected by either the concave or convex portion and returns to the photodetector. The electric signal sent is also large. The slit interval can be reduced, a large number of slits can be recorded, and when the rotating disk rotates by one slit, two cycles of electric signals can be obtained, and a rotation detector with extremely high resolution can be realized.

(実施例) 第1図は本発明の回転検出装置の第1の実施例の構成
図である。10は光検出器で、20は回転円盤であり、大き
く分けてこの二つの部分から成る。回転円盤20は説明の
ためにその一部を拡大して示した。光検出器10はCD(コ
ンパクトディスク)などの光ディスクの光検出器(光ピ
ックアップ)と同様な構成であり、11はレーザダイオー
ド、12はビームスプリッタ、13はコリメータレンズ、14
は対物レンズ、15はレーザ光のビーム、16はフォトダイ
オードである。回転円盤20は図示していない被回転検出
体の回転軸に結合され、被回転検出体の回転にともなっ
て回転する。21はプラスチック、22はスリット、23は反
射膜、24は保護膜である。スリット22は、回転円盤のプ
ラスチック21の一方の面に放射上の深さ0.11μm、幅1.
3μmの適当な長さの凹部(第1図はスリットのある面
の反射側から見た図なので突き出して見える部分)を間
隔2.6μm(残った凸部は1.3μmである。)で刻み、そ
の凹凸のある表面に反射膜23を付けることによって作ら
れた凹凸によるスリットである。
(Embodiment) FIG. 1 is a configuration diagram of a first embodiment of a rotation detecting device of the present invention. Reference numeral 10 is a photodetector, and 20 is a rotating disk, which is roughly divided into two parts. A part of the rotating disk 20 is shown enlarged for the purpose of explanation. The photodetector 10 has the same structure as a photodetector (optical pickup) of an optical disc such as a CD (compact disc), 11 is a laser diode, 12 is a beam splitter, 13 is a collimator lens, and 14 is a collimator lens.
Is an objective lens, 15 is a beam of laser light, and 16 is a photodiode. The rotating disk 20 is coupled to a rotation shaft of a rotation detection body (not shown) and rotates with the rotation of the rotation detection body. Reference numeral 21 is plastic, 22 is a slit, 23 is a reflective film, and 24 is a protective film. The slit 22 has a radial depth of 0.11 μm and a width of 1.1 on one side of the plastic 21 of the rotating disk.
3 μm recesses of appropriate length (Fig. 1 is a view seen from the reflection side of the surface with slits, so the part that can be seen protruding) are spaced at 2.6 μm intervals (the remaining protrusions are 1.3 μm), and the It is a slit with irregularities made by attaching a reflective film 23 to the irregular surface.

光検出器10のレーザダイオード11から発射された波長
約0.78μmのレーザ光は、ビームスプリッタ12を通り、
コリメータレンズ13により平行光となり、さらに対物レ
ンズ14を通して、スリット22のある面の反射側から回転
円盤20に照射される。レーザ光は対物レンズ14によって
スリット22の位置で焦点を結ぶように調整され、スリッ
ト22の位置でのレーザ光のビーム15の直径は約1.4μm
にしぼられている。このレーザ光は反射膜23により反射
され、光検出器10に戻り、対物レンズ14、コリメータレ
ンズ13を通り、ビームスプリッタ12で向きが変えられ、
フォトダイオード16に導かれて電気信号に変換される。
スリット22の凹部と凸部の境目にレーザ光のビーム15の
中心が合った場合は、レーザ光の半分が凹部で反射さ
れ、残りの半分が凸部で反射し、これらの2つのレーザ
光と合成されて光検出器10に戻る。凹部からの反射レー
ザ光と凸部からの反射レーザ光とでは凹部の深さの2倍
だけ光路差を生じる。凹部の深さ0.11μmはプラスチッ
ク21内のレーザ光の波長の1/4に選ばれているので、凹
部からの反射レーザ光と凸部からの反射レーザ光とは18
0゜位相が異なり、それぞれが干渉して打消し合う。し
たがって光検出器10に戻るレーザ光の光量は非常に減少
し、フォトダイオード16から得られる電気信号も小さく
なる。スリット22の凸部または凹部の中心にレーザ光の
ビーム15の中心が合った場合は、スリットの凹部および
凸部な幅が1.3μmで、レーザ光のビーム径1.4μmとほ
ぼ等しいので、ほとんどのレーザ光が凹部または凸部で
反射されて光検出器10に戻り、フォトダイオード16から
大きな電気信号が得られる。このようにして、スリット
22を形成する凹凸を光検出器10により電気信号の大小に
変換して読み取ることができる。凹部と凸部の境目は1
組のスリットに対して2箇所あるので、回転円盤20の回
転によりスリット22がスリットの間隔(2.6μm)だけ
回転するごとに2回の強弱信号が得られる。
The laser light having a wavelength of about 0.78 μm emitted from the laser diode 11 of the photodetector 10 passes through the beam splitter 12,
The collimator lens 13 collimates the light, and the collimator lens 13 irradiates the rotating disk 20 through the objective lens 14 from the reflection side of the surface having the slit 22. The laser light is adjusted by the objective lens 14 so as to be focused at the position of the slit 22, and the diameter of the laser light beam 15 at the position of the slit 22 is about 1.4 μm.
It is squeezed. This laser light is reflected by the reflection film 23, returns to the photodetector 10, passes through the objective lens 14, the collimator lens 13, and is changed in direction by the beam splitter 12.
It is guided to the photodiode 16 and converted into an electric signal.
When the center of the laser beam 15 is aligned with the boundary between the concave portion and the convex portion of the slit 22, half of the laser light is reflected by the concave portion, and the other half is reflected by the convex portion. The light is synthesized and returned to the photodetector 10. The optical path difference between the reflected laser light from the concave portion and the reflected laser light from the convex portion is twice the depth of the concave portion. Since the recess depth of 0.11 μm is selected to be 1/4 of the wavelength of the laser light in the plastic 21, the reflected laser light from the concave portion and the reflected laser light from the convex portion are 18
They are 0 ° out of phase and interfere with each other to cancel each other out. Therefore, the amount of laser light returning to the photodetector 10 is greatly reduced, and the electric signal obtained from the photodiode 16 is also small. When the center of the beam 15 of the laser light is aligned with the center of the projection or recess of the slit 22, the width of the recess or projection of the slit is 1.3 μm, which is almost equal to the beam diameter of the laser light of 1.4 μm. The laser light is reflected by the concave portion or the convex portion and returns to the photodetector 10, and a large electric signal is obtained from the photodiode 16. In this way, the slit
The unevenness forming 22 can be converted into a magnitude of an electric signal and read by the photodetector 10. The boundary between concave and convex is 1
Since there are two positions for the set of slits, the strength signal is obtained twice each time the slit 22 rotates by the slit interval (2.6 μm) by the rotation of the rotary disk 20.

レーザ光のビーム径を1.4μmの場合は、回転円盤20
のスリットの凹部と凸部の幅を1.4μm以上とすれば、
光検出器10からより大きな振幅の電気信号が得られる。
しかし、凸部と凹部の幅を広くすると回転円盤の周に刻
めるスリットの数が少なくなり、回転検出装置としての
分解能が高くできなくなるため、分解能と得られる電気
信号の振幅との兼合いから凸部と凹部の幅をレーザ光の
ビーム径よりやや狭い1.3μmとしている。直径10cmの
回転円盤に約21万スリットを刻むことができ、1回転当
り約42万サイクルの電気信号が得られる。またスリット
の形状を図示のように完全な矩形に作ることは難しく、
その形状によって凹部と凸部でのレーザ光の反射のよう
すが変化するため、それぞれの位置にレーザ光のビーム
がきたとき、光検出器から得られる電気信号の大きさが
異なってくる。凹部と凸部の幅を僅かに変えることによ
ってこの電気信号の大きさを等しくすることができる。
If the beam diameter of the laser light is 1.4 μm, the rotating disk 20
If the width of the concave and convex parts of the slit is 1.4 μm or more,
A larger amplitude electrical signal is obtained from the photodetector 10.
However, if the width of the convex portion and the concave portion is widened, the number of slits engraved on the circumference of the rotating disk is reduced, and the resolution as a rotation detection device cannot be increased. The width of the convex portion and the concave portion is 1.3 μm, which is slightly narrower than the beam diameter of the laser light. About 210,000 slits can be carved on a rotating disk with a diameter of 10 cm, and an electrical signal of about 420,000 cycles can be obtained per rotation. Also, it is difficult to make the slit shape into a perfect rectangle as shown in the figure,
Since the reflection of the laser light at the concave portion and the convex portion changes depending on the shape, when the beam of the laser light arrives at each position, the magnitude of the electric signal obtained from the photodetector differs. By slightly changing the widths of the concave portion and the convex portion, the magnitude of this electric signal can be made equal.

以上述べたように本発明の実施例によれば、CD(コン
パクトディスク)やLD(レーザディスク)などの光ディ
スクの技術を利用した非常に高分解能な回転検出装置を
得ることができる。光ディスクにおけるピットと同様な
凹凸と反射膜によって形成されたスリットを用いること
によって半径方向の追従(トラッキング)の必要がなく
なり、構造が簡単になり回転検出装置としての信頼性が
大幅に向上する。またスリットを形成する凹部と凸部の
幅をほぼ等しくし、その幅をレーザ光のビーム径とほぼ
等しいか広くすることによって、光検出器からは1スリ
ットに対応する分だけ回転円盤が回転するごとに振幅が
2回大きく変わる電気信号が得られ、スリットの間隔を
2.6μm程度まで小さくでき、従来の光学式パルスエン
コーダに対して一桁以上高い分解能の回転検出装置が得
られる。
As described above, according to the embodiments of the present invention, it is possible to obtain a very high-resolution rotation detecting device using the technology of optical disks such as CD (compact disk) and LD (laser disk). By using the slits formed by the unevenness and the reflection film similar to the pits in the optical disk, the tracking in the radial direction is not required, the structure is simplified, and the reliability of the rotation detection device is significantly improved. Further, by making the widths of the concave portion and the convex portion forming the slit substantially equal to each other and making the width approximately equal to or wider than the beam diameter of the laser light, the rotary disc rotates from the photodetector by a distance corresponding to one slit. Each time, an electric signal whose amplitude greatly changes twice is obtained,
It can be reduced to about 2.6 μm, and a rotation detection device with a resolution higher than that of conventional optical pulse encoders by one digit or more can be obtained.

第2図は本発明の第2の実施例の構成図である。10は
光検出器で、20は回転円盤である。光検出器10は第1図
に示した第1の実施例と同一である。回転円盤20も第1
の実施例と同一の構成であるが、スリット22が、回転円
盤のプラスチック21の一方の面に放射状の高さ0.11μ
m、幅1.3μmの適当な長さの「凸部」(第2図はスリ
ットのある面の反対側から見た図なのでくぼんで見える
部分)を間隔2.6μm(残った凸部は1.3μmである。)
で刻み、その凹凸のある表面に反対膜23を付けることに
よって作られている。回転円盤のスリットの作り方が異
なるが、凹凸の幅は1.3μmであり、第1の実施例と全
く同じ作用、効果が得られる。
FIG. 2 is a block diagram of a second embodiment of the present invention. 10 is a photodetector and 20 is a rotating disk. The photodetector 10 is the same as that of the first embodiment shown in FIG. The rotating disk 20 is also the first
The same configuration as the embodiment of, but the slit 22 has a radial height of 0.11μ on one surface of the plastic 21 of the rotating disk.
m, 1.3 μm wide with appropriate length of “convex part” (Fig. 2 is a view seen from the side opposite to the surface with slits, so it looks concave) with a gap of 2.6 μm (the remaining convex part is 1.3 μm is there.)
It is made by engraving with, and attaching an opposite film 23 to the uneven surface. Although the method of forming the slits of the rotary disk is different, the width of the unevenness is 1.3 μm, and the same operation and effect as in the first embodiment can be obtained.

なお、本発明の実施例として、回転円盤に透明なプラ
スチックに凹凸を刻み、その面に反射膜を付けたCD(コ
ンパクトディスク)やLD(レーザディスク)と同じ構成
の例で説明したが、金属円盤に凹凸を刻んで直接反射さ
せる構造としても可能である。また反射膜を付けずにレ
ーザ光が回転円盤を透過するようにし、回転円盤に刻ま
れた凹凸(厚さの差)によって透過したレーザ光の位相
が変化して干渉することを利用して、透過レーザ光の強
弱を光検出器で読み取る構成であってもよい。
In addition, as an example of the present invention, an example of the same configuration as a CD (compact disc) or an LD (laser disc) in which a transparent disc is engraved with transparent plastic on a rotating disc and a reflective film is attached to the surface thereof is explained. It is also possible to have a structure in which irregularities are engraved on the disk and reflected directly. In addition, laser light is allowed to pass through the rotating disk without attaching a reflective film, and the phase of the transmitted laser light changes due to the unevenness (thickness difference) engraved on the rotating disk, which causes interference, A configuration may be used in which the intensity of the transmitted laser light is read by a photodetector.

これらの本発明の回転検出器の回転円盤を製造するに
はCD(コンパクトディスク)やLD(レーザディスク)を
製造するのとほとんど同様な方法が使える。CD(コンパ
クトディスク)ではまずはじめに原盤を作る。表面を研
磨した硝子などの円盤にフォトレジスト材を一様な厚さ
で塗布し、この円盤を回転させながら、0.5μm程度に
レンズで集光したレーザ光ビームを、記録するピットパ
タンに応じ、断続的に照射する。それと同時に、レーザ
光ビームを、円盤の1回転に対してピットの半径方向の
ピッチ(トラックピッチ)1.6μmの割合で、半径方向
に移動させる。円盤のフォトレジスト材にはピットパタ
ンが露光跡として刻まれる。これを現象すると、ピット
に対応する部分のフォトレジスト材が除去されて、ピッ
トが凹部となって現れ、原盤が完成する。
In order to manufacture these rotary disks of the rotation detector of the present invention, almost the same method as that for manufacturing a CD (compact disk) or an LD (laser disk) can be used. For a CD (compact disc), first make a master. Photoresist material is applied to a disk such as glass whose surface has been polished to a uniform thickness, and while rotating this disk, the laser light beam focused by a lens to about 0.5 μm is intermittently applied according to the pit pattern to be recorded. Irradiation. At the same time, the laser light beam is moved in the radial direction at a rate of 1.6 μm in the pitch (track pitch) of the pits in the radial direction for one rotation of the disk. A pit pattern is engraved as an exposure mark on the photoresist material of the disk. When this phenomenon occurs, the photoresist material in the portion corresponding to the pit is removed, and the pit appears as a concave portion to complete the master.

この原盤にニッケルなどの金属をメッキしたのち、原
盤を除去して、原盤の型(スタンパ)を作る。この型
(スタンパ)を用いて、プラスチックを射出形成などに
より成形し、原盤と同じ凹凸を持つ複製を作る。この凹
凸のある面に、アルミニュウムなどを蒸着し、反射膜を
付ける。さらにプラスチックの保護膜を付けてCD(コン
パクトディスク)ができあがる。
After plating a metal such as nickel on this master, the master is removed to make a master mold (stamper). Using this mold (stamper), plastic is molded by injection molding or the like to make a replica having the same unevenness as the master. Aluminum or the like is vapor-deposited on this uneven surface and a reflective film is attached. Furthermore, a CD (compact disc) is completed by attaching a plastic protective film.

本発明の回転円盤の原盤を作るには、表面を研磨した
硝子などの円盤にフォトレジスタ材を一様な厚さで塗布
した円盤に対するレーザ光ビームの断続的な照射を一定
周波数とし、円盤をこの断続周波数を分周した回転数を
制御し、レーザ光ビームの断続周波数と円盤の回転数の
同期をとる。レーザ光ビームの半径方向の移動は非常に
小さく(0.1μm程度)する。したがって、円盤にはレ
ーザ光ビームが円盤の周には断続周波数と回転数の比で
きまる一定の数だけ一定間隔で照射され、円盤が一回転
するとほとんど同じ位置で半径方向に僅か(0.1μm程
度)だけずれた位置に照射される。この半径方向のずれ
はレーザ光ビーム径(0.5μm程度)に対して小さいの
で半径方向につながった形となり、この繰り返しにより
円盤の中心のに対して放射状のスリットが露光跡として
刻まれる。レーザ光ビームの断続の時間を制御すること
によってスリットの幅が制御できる。これを現像するこ
とによって凹凸により形成されたスリットを有する原盤
が完成する。フォトレジスト材の特性(ネガ、ポジ)を
変えれば凹凸の関係を逆にすることができる。
In order to make a master of the rotating disk of the present invention, intermittent irradiation of a laser light beam is applied to a disk, such as a glass whose surface is polished, with a photoresist material applied in a uniform thickness, at a constant frequency. The number of revolutions obtained by dividing the intermittent frequency is controlled to synchronize the intermittent frequency of the laser light beam with the rotational speed of the disk. The movement of the laser light beam in the radial direction is extremely small (about 0.1 μm). Therefore, the disk is irradiated with a laser light beam on the circumference of the disk at a constant number of intervals, which is the ratio of the intermittent frequency to the number of revolutions. When the disk makes one revolution, it is slightly (about 0.1 μm) in the radial direction at almost the same position. ) Is irradiated at a position shifted by only. Since this radial deviation is small with respect to the laser light beam diameter (about 0.5 μm), it is connected in the radial direction, and by repeating this, a radial slit is formed as an exposure mark with respect to the center of the disk. The width of the slit can be controlled by controlling the interruption time of the laser light beam. By developing this, a master having slits formed by unevenness is completed. By changing the characteristics (negative or positive) of the photoresist material, it is possible to reverse the concavo-convex relationship.

この原盤をもとにCD(コンパクトディスク)と同様に
複製して、回転検出装置の回転円盤を大量に安価に製造
することができる。
It is possible to manufacture a large number of rotary discs of the rotation detection device at low cost by duplicating this original disc in the same manner as a CD (compact disc).

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上述べたように本発明によれば、CD(コンパクトデ
ィスク)やLD(レーザディスク)などの光ディスクの技
術を利用した非常に高分解能で信頼性の高い回転検出装
置を得ることができる。高ディスクにおいて必要であっ
た半径方向の追従(トラッキング)の必要がなくなり、
構造が簡単になり回転検出装置としての信頼性が大幅に
向上する。またスリットを形成する凹部と凸部の幅とレ
ーザ光のビーム径との関係を適切に選んだことにより、
回転円盤がスリットの間隔に対応する分だけ回転するご
とに振幅が2回大きく変わる電気信号が得られるととも
に、スリットの間隔を2.6μm程度まで小さくでき、従
来の光学式パルスエンコーダに対して一桁以上高い分解
能が得られる。また、本発明の基本的な構成要素はほと
んど光ディスク用を適切でき、回転円盤も光ディスクと
同様に量産が可能であり、高分解能で信頼性が高く、か
つ安価な回転検出装置が実現できる。
As described above, according to the present invention, it is possible to obtain a highly reliable and highly reliable rotation detection device that uses the technology of optical disks such as CD (compact disk) and LD (laser disk). Eliminating the need for tracking in the radial direction, which was necessary in high discs,
The structure is simplified and the reliability of the rotation detection device is greatly improved. In addition, by appropriately selecting the relationship between the width of the concave and convex portions forming the slit and the beam diameter of the laser light,
An electric signal whose amplitude greatly changes twice each time the rotating disk rotates by the amount corresponding to the slit spacing can be obtained, and the slit spacing can be reduced to about 2.6 μm, which is a single digit compared to conventional optical pulse encoders. The above high resolution can be obtained. In addition, most of the basic constituent elements of the present invention are suitable for an optical disk, and a rotary disk can be mass-produced similarly to an optical disk, and a high-resolution, highly reliable, and inexpensive rotation detection device can be realized.

なお、従来の光学式パルスエンコーダと同様に、複数
の光検出器を備えて、2相パルスや、1回転に1回のパ
ルスを発生できるようにすることは容易である。
Similar to the conventional optical pulse encoder, it is easy to provide a plurality of photodetectors so as to generate a two-phase pulse or a pulse once for one rotation.

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

第1図は本発明の実施例を示す構成図、第2図は本発明
の他の実施例を示す構成図、第3図は従来の光学式回転
検出装置(光学式パルスエンコーダ)の構成図、第4図
は本発明に最も近い技術のCD(コンパクトディスク)の
構成図である。 10:光検出器、11:レーザダイオード 12:ビームスプリッタ 13:コリメータレンズ 14:対物レンズ、15:レーザ光ビーム 16:フォトダイオード、20:回転円盤 21:プラスチック、22:スリット 23:反射膜、24:保護膜 30:円盤、31:スリット 40:検出器、41:光源 42:検出用スリット 43:フォトトランジスタ 50:CD(コンパクトディスク) 51:プラスチック、52:ピット 53:反射膜、54:保護膜
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a block diagram showing another embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a block diagram of a conventional optical rotation detection device (optical pulse encoder). FIG. 4 is a block diagram of a CD (compact disc) of a technique closest to the present invention. 10: Photodetector, 11: Laser diode 12: Beam splitter 13: Collimator lens 14: Objective lens, 15: Laser light beam 16: Photodiode, 20: Rotating disk 21: Plastic, 22: Slit 23: Reflective film, 24 : Protective film 30: Disc, 31: Slit 40: Detector, 41: Light source 42: Slit for detection 43: Phototransistor 50: CD (Compact disc) 51: Plastic, 52: Pit 53: Reflective film, 54: Protective film

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−46414(JP,A) 特開 昭60−100013(JP,A) 特開 昭62−144024(JP,A) 特開 昭63−144212(JP,A) 特開 昭63−201520(JP,A) 特開 昭63−289403(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) Reference JP-A-60-46414 (JP, A) JP-A-60-100013 (JP, A) JP-A-62-144024 (JP, A) JP-A-63- 144212 (JP, A) JP 63-201520 (JP, A) JP 63-289403 (JP, A)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】被回転検出体に結合される回転円盤の一面
に設けられる反射膜に、前記回転円盤の中心に対して放
射状に並んで凹凸状に且つ凹部と凸部の幅がほぼ等しく
刻まれたスリットと、該スリットにビーム径が前記スリ
ットの幅とほぼ等しいかもしくは狭いレーザ光を照射
し、その反射光を読み取る光検出器から構成され、前記
レーザビームが前記凹部と凸部に跨がった時に照射光と
反射光が互いに干渉して弱め合うように前記スリットの
高低差を決め、前記回転円盤1回転当り前記スリット数
の2倍のパルス数の信号が前記光検出器から得られるよ
うにしたことを特徴とする回転検出装置。
1. A reflective film provided on one surface of a rotating disk connected to a detected object to be rotated is arranged in a radial pattern with respect to the center of the rotating disk in a concave and convex shape, and the concave and convex portions have substantially equal widths. A slit and a photodetector that irradiates the slit with a laser beam whose beam diameter is substantially equal to or narrower than the width of the slit and reads the reflected light, and the laser beam straddles the concave portion and the convex portion. The height difference of the slits is determined so that the irradiation light and the reflected light interfere with each other and weaken each other when the light is detected, and a signal having a pulse number twice the number of the slits per one rotation of the rotating disk is obtained from the photodetector. A rotation detection device characterized in that
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