JPH0228517A - リニアエンコーダおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、位置検出をするリニアエンコーダ装置に使用
されるリニアエンコーダに係り、いわゆるコンパクトデ
ィスクと同様な構成の反射ピットを設けたリニアエンコ
ーダおよびその製造方法に関する。

（従来の技術） 工作機械、ロボットの移動の位置検出をするのにリニア
エンコーダが用いられている。リニアエンコーダは磁気
または光を利用したものがあり、第７図は従来のりニア
エンコーダを用いた光を利用したエンコーダ装置の斜視
図であり、同図に示すように、従来のリニアエンコーダ
は固定スリット板４４および移動スリット板４５よりな
り、この固定スリット板４４および移動スリット板４５
は複数のスリット４４ａ、４５ａがそれぞれ設けられて
いる。

この固定スリット板４４および移動スリット板４５を挟
んで発光素子４６と受光素子４７とが対向配置され、移
動スリット板４５と発光素子４６と受光素子４７とは一
体で固定スリット板４４を挟んで図示しないモータ、ウ
オームギア等の駆動系により移動可能になっている。

固定スリット板４４、移動スリット板４５は、ガラス板
の上面に金属屑を蒸着１７てあり、この金属層は発光素
子４６からの光線を反射するアルミニウムあるいはクロ
ーム等の金属からなり、複数のスリット４４ａ＋　４５
ａがエツチング等にて形成されている。

上記構成の従来のリニアエンコーダを用いたエンコーダ
装置は、発光素子４６を売先させて、移動スリット板４
５と受光素子４７とが固定スリブ１−板４４を挟んで移
動させると、発光素子４６より照射される光が固定スリ
ブＩ・板４４のスリット４４ａを通して移動スリット板
４５のスリ・ット４５ａに投影される。

この投影は移動スリット板４５の移動によりスリット４
４ａとスリットＪ５ａとの一致、不一致が繰り返し、こ
れを受光素子４７が検知す事により図示しない電気回路
を通して位置検出が可能となる。

（発明が解決しようとする課題） このように従来のリニアエンコーダは、高精度の位置検
出信号を得るなめには７リニアエンコーダを構成するス
リットの密度を増加、即ちスリットを細くする必要があ
る６ しかし、スリットの密度を増加すると、光の回折の影響
により発光素子から受光素子にいたる光線の変化量が減
少し、スリ・ットの移動による光の断続の光量変化を検
知出来なったり、スリット」−に微小なゴミ等が付着し
て光線を遮ったり、更にＩｌ械的な変形が生じ易いので
、所定限度以上には精度良く位置検出信号を得ることが
できない等の問題点があった。

更に、従来のリニアエンコーダの製造方法は、精度良く
、しかも大量生産に不向きであるという問題点があった
。

（課題を解決するための手段） 上述した課題を解決するために、同心円の複数の時間−
の長さの円弧状ピットがピッチＤ、＠Ｄ／２で形成され
た反射部材、保護部材および透明部材を積層して成るリ
ニアエンコーダ。および円盤の中心角の異なる複数の位
置に前記中心角が同−内では、等ピッチ、等幅のピット
が同心円状に配列され、前記中心角の興なる複数の位置
では、ビ・ｙチ、幅がそれぞれ異なるピット配列がなさ
れた反射部材、保護部材および透明部材を積層して成る
リニアエンコーダを提供する。

更に、上述した課題を解決するために、ピッチＤ、ピッ
ト幅Ｄ／２でスパイラル状にピットが形成された円盤よ
りこの円盤の中心を通り前記スパイラル状のピットと直
交する部分が得られるように取り出すことを特徴とする
りニアエンコーダの製造方法製造方法を提供する。

（実施例） 本発明のリニアエンコーダおよびそのＷ＄、遠方法は、
周知のコンパクトディスク（以下、ＣＤと略記する）の
記録生産装置を用いて製造可能なものである。

第１図は本発明のリニアエンコーダのピッｌ−の拡大パ
ターン図、第２図は第１図の２−２におりる部分断面図
、第３図はＣＤのカッティング装置の構成図、第４図は
本発明のリニアエンコーダの製造方法を説明するための
工程図である。

第１図において、１は本発明のリニアエンコーダであり
、このリニアエンコーダ１の長手方向の中心線Ｏ−Ｘの
リニアエンコーダ１外の０を中心とする半径Ｒ１＋　Ｒ
２、Ｒ３・・・・・・Ｒ，ｎ　　（ｎは正の整数）の同
心円上に円弧状のピットＰ、、Ｐ２゜Ｐ３・・・・・・
Ｐｎ　　（ｎは正の整数）が設けられいてる６］−記ピ
ットｐ、、ｐ２．ｐ３・・・・・・Ｐｎを総称してビプ
ｌ−Ｐど記載し、ピットＰの各ピッチは合い等しくＤと
ずれば、ピッｉ−Ｐのそれぞれの幅はＤ／２となってい
る。

ここで、ピットＰは後述するが、厳密には真円の一部で
はなく、スパイラル状の一部であるが、例えば半径Ｒ，
ｌ　、　Ｒ，２、Ｒ，３−−−−−−Ｒ，ｎは１００１
程度に対し、ピッチＤは２〜４μｍ程度であるので、真
円の一部と見做している。

このリニアエンコーダ１の素材の構成は、周知のＣＤと
略同一構成のものであり、第２図に示すように、紫外線
硬化樹脂等からなる保護１１ｉ３、アルミニウム等の金
属を蒸着又はスパッタリングにより形成した反射膜４及
びポリカーボネート樹脂等からなる透明グラスチック５
を積層し密着して成るものである。また、ピットＰ　Ｉ
　＊　Ｐ　２　＋　Ｐ　３・・・・・・Ｐｎの深さｄは
使用されるレーザ光の波長の略１／４である。

第３図はＣＤのカッティング装置の構成図であり、例え
ばアルゴン等のレーザ発光源６よりのレーザ光は、光変
調器７により信号発生回路８よりの信号で変調されるよ
うになっている。この信号発生回路８はサブコード信号
発生回路９およびＰＣＭマスタテープレコーダ等のよう
な音楽ソース源１０よりの信号よりＣＤ信号（デジタル
信号）を発生するものである。

一方、光変調器７より得られるＣＤ信号で変調されたレ
ーザ光は、ミラー１１で反射されて対物レンズ１２を介
し、ターンテーブル１４上に載置されたフォトレジスト
が塗布されたマスタディスク１３に照射され、ＣＤ信号
に対応してフォトレジストを感光する。

この時、対物レンズ１２はフォトレジストに対し、ビー
ム径が一定になるように図示しないフォーカスサーボに
より制御されると共に、マスクディスク１３の回転が対
物レンズ１２の位置を検出して、マスクディスク１３に
照射されるレーザ光の軌跡が、線速度一定になるように
モータ１０は制御されるようになっている。

このようなＣ−Ｄカッティング装置を使用して本発明の
リニアエンコーダ１の原盤をカッティングする場合は、
上記動作とは多少異なる動作をしており、これについて
説明する。

フォトレジストが塗布されたマスクディスク１３をター
ンテーブル１４上に載置し、モータ１５は一定速度で回
転させて、レーザ発光源６よりのレーザ光は、光変調器
７により変調されることなく一定の光量にする。そして
、一定の光量のレーザ光は、ミラー１１で反射されて対
物レンズ１２を介し、マスクディスク１３の７オトレジ
ストに照射される。

この時、マスクディスク１３に照射されるレーザ光の軌
跡が、マスクディスク１３上で一定ビッチＤ、ビーム径
Ｄ／２でスパイラル状になるように、フォーカスの調整
をしてミラー１１および対物レンズ１２をマスクディス
ク１３の径方向に移動させる。

このようにして一定間隔のスパイラル状に感光されたマ
スクディスク１３ａが得られる（第４図（Ａ　））、こ
のマスクディスク１３ａは周知の技術により現像処理し
て感光部分が除去され、その上部に金属メツキをし、メ
タルマスク、マザー、の工程を経て周知のメタルスタン
パが得られる（第４図（Ｂ　））。

上記メタルスタンパを元に射出または圧縮成形によりポ
リカーボネイト樹脂等の透明プラスチック盤が得られる
。このプラスチック盤のピット面に真空蒸着等でアルミ
ニウム等の反射膜を形成した後、その上より保護膜を生
成してディスク１６が得られる（第４図（Ｃ））。

このようにして出来上ったディスク１６を第４図（Ｃ）
の破線のように、ディスク１６の中心を通り放射状に切
断し、複数の扇状の板１６ａを取出す、この扇状の板１
６ａを任意の形状（第４図（Ｄ））に加工することによ
り本発明のりニアエンコーダ１が得られる。

従って、リニアエンコーダ１のピットＰ。

Ｐ　２　Ｔ　Ｐ　３・・・・・・ＰｎのピッチＤは一定
ピッチリのスパイラル状の一部であるので等間隔となる
。

次に、第５図は本発明のリニアエンコーダを使用する際
の信号検出回路のブロック系統図である。

同図において、リニアエンコーダ１の図示が省略されて
いるが、リニアエンコーダ１は、光ピツクアップ２０と
対向するように位置自在に軸支されており、リニアエン
コーダ１の透明プラスチック盤側（第２図中、下側）は
光ピツクアップ２０と対向している。

光ピツクアップ２０は周知のコンパクトディスクプレー
ヤの光ピツクアップと同一構成であり、半導体レーザ、
ハーフミラ−等の光学系、フォーカスサーボ用駆動系、
（いずれ６図示せず）、及び光検出器から構成されてい
る。

また、光ピツクアップ２０内のフォトダイオード等より
なる光検出器Ｄａ、　Ｄｂ、　Ｄｃ、　Ｄｄは用字状に
配列され、この４つの光検出器Ｄａ、　Ｄｂ、　Ｄｅ、
　Ｄｄからの電気出力信号をぞれぞれＡ、Ｂ、Ｃ，Ｄと
ずれば、電気出力信号（Ｂ十〇）、（Ａ十〇）はフォー
・カス制ｍ部２１に供給されている。

同様にエンコーダ信号処理部２２に供給された信号（Ｂ
＋Ｄ）は電流・電圧変換回Ｒ２３、バッファ回路２４を
シリーズに介・１２、同機に信号（Ａ＋Ｃ）は電流・電
圧変換回路２５、バッファ回路２６をシリーズに介し、
フォーカス制御に用いた同一の光検出器の信号を上記処
理を行ない、共に加算回路２７に供給されている。

加算回路２７の出力信・号は増幅口！！ａ２８を介・し
、遅延回路２９と比較回路３１とにそれぞれに供給され
、Ｎ迂回路２９の出力信号は増幅回路３０を介し、比較
口Ｆ＃１３２に供給されている。

そして１．比較回路３１の出力信号はモノマルチバイブ
レータ３３ど４これどは’Ａ’Ｊにインバータ３４を介
してモノマルチバイブレータ３５とに供給され、同様に
比較回路３２の出力信号はモノマルザバイブｌ／−夕３
６とこれとは別にインバータ３７を介してモノマルヂバ
イブ）２・−夕３８とにそれぞれ供給されている。

ここで、比較回路３１．３２、モノマルチバイブレータ
３３，３５，３６，３８、インバータ３４．３７とでパ
ルス生成回路３９を構成１２．でおり、モノマルチバイ
ブレータ３３．３５．３６゜３８のそれぞれの出力信号
はＯＲ回路４０に供給され、このＯＲ回路４０の出力信
号は出力端子４１よりエンコーダ出力として取り出すよ
うになっている。

このような構成のリニアエンコーダ装置の動作を説明す
る。

光１ゴックアップ２０が図示１．ない駆動手段により定
速度変位づると、光ピツクアップ２０の半導体レーザ素
子から出力する例えば、波長が０．７８μｍのレーザ光
ビームは光ピツクアップ２０内蔵の光学系を経た後、リ
ニアエンコーダ１の透明／ラスデック５を透過して反射
膜４の表面（ピットＰ）に例えば、ビーム径が、たとえ
ば１．５μｍで合焦し、ここで光ビームは反射して再び
光ピックアップ部２０内蔵の光学系を経て、光検出器Ｄ
ａ。

Ｄｂ、　Ｄｃ、　Ｄｄに入光する。

ここで、ピットＰの深さｄは使用する）／−ザ光の波長
の約１／４であるので、ビヅＦ＝　Ｐの境界部分でレー
ザ光の干渉が生じるため、上記光ビー・ムの反射量は、
ピッＩ＝　Ｐの境界部分で変化するや従って、光検出器
Ｄａ、　Ｄｂ、　Ｄｃ、　ＤｄはピッＩ’　Ｐを電気信
号Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄとして得ることが出来るやこれらの電
気信号Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄに基づき、ＣＤプレー、ヤ等で周
知のフィーカス制御部２１は、（Ａ＋Ｃ）と（Ｂ＋Ｄ）
との差が零になるようにして、光ピツクアップ２０のフ
ォーカスを調整する。

また、フォーカス制御部３１、は、リニアエンコダ１の
ピット２０に合焦した時、バッフＴ回路２３．２６を動
作させるようにな・７ている。

一方、エンコーダ信号処理部２２ｔ：供給され４た信号
（Ｂ＋Ｄ）、（Ａ＋Ｃ）は、電流・電圧変換回路２３．
２５でそれぞれ電圧に変換された後、これらは加算回路
２７で加算された信号（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）どなる。この
加算された信号は増幅回路２８により所定レベルに増幅
されて第６図（Ａ）に図示の信号ａ、（Ａ＠他信号呼ぶ
）が得らり、る。

この信号ａは遅延回路２９によりθ（ラジアン）だけ遅
延後、増幅回路３０により所定レベルに増幅されて第６
図（Ｂ）に図示の信号ｂ（Ｂ相信号と呼ぶ）が得られる
。

」−記の信号ａおよび信号すはそれぞれ比較回路３１．
３２により第６図（Ｃ）、（Ｄ）に図示の矩形波の信号
ｅ、ｄに波形整形がされる。この信号ｃ、ｄはそれぞれ
インバー　タ３４．３７により反転されて、第６図（Ｃ
’）、（Ｄ′）に図示の矩形波の信号ｃ’　、ｄ’とな
る。

モノマルチバイブレ−タ３３．３５，３６゜３８は供給
される矩形波の立ち上り時に１パルスを送出するので、
それぞれの出力信号は、第６図（Ｅ）、（Ｆ）、（Ｇ）
、（Ｈ）に図示の信号ｅ。

ｆ、ｇ、ｈとなる。これらの信号ｅ〜ｈはＯＲ回路３９
により第６図（Ｈ）に図示の信号りが得られ、遅延量θ
を信号ａの周期の１／２に設定すればＡ相信号（信号ａ
）を４倍に分割したことになる。

こうして、リニアエンコーダ１の位置に応じた検出信号
を得ることができる。

上記リニアエンコーダ装置は、ピットを検出するビーム
は１本であったが、ビームを図示しない回折格子により
３本に分割し、第１図に示すように、リニアエンコーダ
１の検出方向に対して、角度θの直線上にビームＢＯ，
Ｂｌ　、Ｂ２が有るようにしてビームＢＯ＋　Ｂｌ　、
Ｂ２の３本を移動してピットＰ　Ｉ　＋　Ｐ　２　、Ｂ
３・・・・・・Ｐｎを検出するようにする事が出来る。

ここでは、ビームＢ、はフォーカス制御に用い、ビーム
Ｂｌ、Ｂ２は位相差のある２倍号を取り出すもので、回
折格子を回転させて角度θを制御することにより、位相
差がπ／２の２電気信号を取り出すことが出来る。

次に、本発明のリニアエンコーダの他の実施例を第７図
に示す、第７図に図示したリニアエンコーダ１′は、円
盤４２の中心０における中心角α。

β、γ内の同心円上にピットピッチおよびピット幅がそ
れぞれ異なる円弧状のピットＰＩ、Ｐ２゜Ｂ３・−・・
−ｐｎ、ピットＰ　ＩＴ　＋　Ｐ　１２　＋　Ｐ　１３
　”’　””　Ｐ　１ｎ　、Ｐ　２１　＋　Ｐ　２２　
＋　Ｐ　２３　””　””　Ｐ　２　ｎ　（ｎは正の整
数）がそれぞれ形成されいてる。ここでは、中心角α。

β、γ内でのピットピッチとピット幅とは等しい。

このリニアエンコーダ１′を第３図に図示されるＣＤの
カッティング装置を利用してマスクを製作する場合は、
例えばピットＰ＋　、Ｐｏ、Ｒ２１は不連続で、かつピ
ットピッチおよびピット幅がそれぞれ異なるが、光変調
器７を制御することによりによりビームを断続的に照射
することにより、ピットＰ＋　、ｐＨ，Ｒ２１を形成す
ることが出来る。

また、このリニアエンコーダ１′を使用する際は、中心
Ｏで回転させることにより所望のピット、例えばピット
Ｐ　ＩＩ　＋　Ｐ　１２　、Ｐ　１３・・・・・・ＰＩ
　ｎを選択して、この選択したピットと直交する軸０−
２２の方向にリニアエンコーダとして用いれば良い。

（発明の効果） 上述したように、本発明のリニアエンコーダおよびその
製造方法によれば、ＣＤと同様の装置によりピット形成
をしているため、従来のものに比較して、ピットの数を
極めて多く、しかもピット形成が正確に出来、これを元
に成形された円盤を切出しているため、安価で、ピッチ
間隔も正確なリニアエンコーダが得られる特長がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のリニアエンコーダー実施例のピットの
拡大パターン図、第２図は第１図の２−２における部分
断面図、第３図はＣＤのカッティング装置の構成図、第
４図は本発明のリニアエンコーダの製造方法を説明する
ための工程図、第５図は本発明のリニアエンコーダを使
用する際の信号検出回路のブロック系統図、第６図は第
５図の動作を説明するための波形図、第７図は本発明の
リニアエンコーダの他の実施例のピットの拡大パターン
図、第８図は従来のリニアエンコーダを用いたエンコー
ダ装置の斜視図である。 １・・・リニアエンコーダ、３・・・保護部材、４・・
・反射部材、５・・・透明部材、Ｄ・・・ピッチ、Ｄ／
２・・・ピットの幅、０・・・中心、Ｐ＋　、Ｒ２＋　
Ｐｓ・・−・−Ｐｎ　　（Ｐ）、ｐＨ，Ｐ＋２゜Ｐ　１
３　””　””　Ｐ　Ｉ　ｎ　＊　Ｐ　２１　、Ｐ　２
２　、Ｐ　２３　”’　””　Ｐ　２　ｎ　・・”ピッ
ト、 Ｒ１＋　Ｒ２＋　Ｒ３・・・・・・Ｒｎ　　（Ｒ）・・
・同心円の半径。 ＜Ａ） （Ｃ） 矛 ！１７図 手続補正書 平成元年２月ニア日

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）同心円の複数の略同一の長さの円弧状ピットがピ
   ッチＤ、幅Ｄ／２で形成された反射部材、保護部材およ
   び透明部材を積層して成るリニアエンコーダ。
2. （２）円盤の中心角の異なる複数の位置に前記中心角が
   同一内では、等ピッチ、等幅のピットが同心円状に配列
   され、前記中心角の異なる複数の位置では、ピッチ、幅
   がそれぞれ異なるピット配列がなされた反射部材、保護
   部材および透明部材を積層して成るリニアエンコーダ。
3. （３）ピッチＤ、ピット幅Ｄ／２でスパイラル状にピッ
   トが形成された円盤よりこの円盤の中心を通り前記スパ
   イラル状のピットと直交する部分が得られるように取り
   出すことを特徴とするリニアエンコーダの製造方法。