JPH0342610B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は回転位置エンコーダに関し、特に回転
体の回転角度情報を得るエンコーダに用いて最適
なものである。

従来より回転体の回転角度の情報を得るために
符号板（可動側）とセンサー（固定側）とを用い
たエンコーダが用いられている。典型的なものは
位置情報に応じて明部と暗部とに着色（又はコー
テイング）された複数の同心円状トラツクを有す
る反射形又は透過形円板及び光センサーを用いた
アブソリユート・ロータリーエンコーダである。
また位置情報に応じてＮ，Ｓ極に細分着磁された
複数の同心円状トラツクを有する磁気円板及び磁
気センサーを用いたロータリーエンコーダも知ら
れている。

これらの従来のエンコーダの解像度は、符号板
に記録し得る情報密度（即ち、トラツクの単位長
に含まれるビツト数）及びセンサーの分解能（即
ち、読取信号のＳ／Ｎ）による制限を受け、符号
板の大きさも限られているため得られる解像度に
は限界があつた。例えば、光透過形符号円板と光
センサーとを用いたロータリーエンコーダでは、
光源として白熱電球又は発光ダイオードを用いて
いるために光のスポツト径を小さくすることがで
きない上、受光素子の大きさの制限及び光の干渉
により一定以上の分解能の読取りを行うことが困
難である。磁気円板及び磁気センサーを用いたロ
ータリーエンコーダも同様に記録波長及び磁気セ
ンサーとして用いられる磁気抵抗変化素子等の分
解能により一定以上の解像度が得られない問題が
ある。

本発明は上述の問題にかんがみ、極めて解像度
が高い回転位置エンコーダを提供することを目的
とする。

本発明による回転位置エンコーダは、第１にレ
ーザー読取方式のエンコーデイングデイスクを用
い、第２に情報トラツクを回転方向と直交する方
向、即ち、デイスク周面に回転軸と平行な方向に
形成したものである。この構成により極めて高い
解像度で回転角度位置情報を得ることができる。
またデイスク回転方向に沿つた回転方向トラツク
をデイスク周面に形成して、そこに粗い回転情報
を記録し、デイスク回転中の読取りを可能とし、
高速の位置決めができるようにしている。

以下本発明を実施例に基いて説明する。

第１図は本発明を適用したアブソリユート・ロ
ータリーエンコーダの符号板の斜視図、第２図は
符号板上のトラツクを拡大した平面図、第３図は
トラツク上の情報記録跡を拡大した平面図であ
る。第１図の符号板１はデイスク状の光学式記録
部材で構成され、その周面部の記録領域２には符
号板１の回転角度の絶対情報（或る角度位置を零
度とした番地情報）が全周にわたつてデイジタル
コードの形で書込まれている。第２図に示すよう
に記録領域２は符号板１の回転軸Ｓと平行な多数
のトラツク３の配列で構成され、第３図に示すよ
うに各トラツク３には角度情報に対応した情報ピ
ツト４（単位記録跡）が形成されている。

トラツク３の間隔（ピツチ）は1.5〜3μｍであ
り、符号板１の直径を10cmとすると、１トラツク
につき角度１分以下の細かさ（360゜で十数万トラ
ツク）で角度情報を記録することができる。例え
ばトラツクピツチを1.5μｍとし、符号板１の有効
直径を6.2cmとすると、10秒の角度分解能が得ら
れる。

各トラツク３は誤り検出・訂正符号も入れて十
数ビツトで構成され、トラツク長は10〜20μｍで
ある。角度情報の記録には、PE（フエイズエンコ
ーデイング）、FM（周波数変調）、MFM（モデイ
アアイドFM）、EFM（8/14変調）などの変調方
式を用いることができる。

符号板１のトラツク３に形成した情報ピツト４
は、第４図に示す読取光学系により読取ることが
できる。即ち、レーザー６の放射ビームをコリメ
ータレンズ７、ビームスプリツタ８、対物レンズ
９を介してデイスク周面に導き、反射ビームをビ
ームスプリツタ８からフオトセンサー１０に分岐
させて角度情報を電気信号で取出すことができ
る。各ピツト４は1/4波長の深さを有し、これは
符号板１の周面に形成したフオトレジスト膜や金
属薄膜にレーザービームを当てて形成することが
できる。

第５図は本発明によるロータリーエンコーダの
概略ブロツク図である。第１図に示すようにトラ
ツク３が符号板１の周面に形成されているので、
第４図の読取光学系を含むピツクアツプ１１は符
号板１の周面と対向している。ピツクアツプ１１
は静止であるが、レーザービーム１２はトラツク
３に沿つて回転軸Ｓと平行方向に走査させること
が可能となつている。走査巾は十数μ〜数十μあ
ればよい。走査手段としては、第４図の光学系に
おいて対物レンズ９の光軸を電磁コイルで偏倚さ
せる方式やガルバノミラーでレーザービームを偏
向させる方式を用いることができる。またピツク
アツプ１１自体回転軸Ｓと平行に機械的に移動さ
せてもよい。この場合には、送りねじを用いたス
クリユードライブ方式、電磁コイル方式（ムービ
ングコイル形）、リニアモータ方式（ムービング
マグネツト形）、圧電素子を用いた変換方式、偏
心カムによる回転直線変換方式、静電形の電気機
械変換方式などを利用することができる。

ピツクアツプ１１の光学系は、必要があれば、
トラツク巾方向にビームを位置制御するトラツキ
ングサーボ装置を含むことができる。これはレー
ザービームをトラツク巾方向に偏倚させる電気機
械変換系を更に追加すればよい。即ち、ピツクア
ツプ１１としてデイスクの軸方向及びデイスク周
方向の２軸のビーム制御能力が必要となる。また
対物レンズ９のフオーカスを制御する場合には３
軸制御となる。なお、ロータリーエンコーダとし
ては、読取ビームが符号板１の回転方向には固定
であることが必要であるが、トラツク巾方向に読
取ビームを偏倚させてトラツキングサーボを行つ
た場合に生ずる真の角度位置に対する読取データ
の誤差は、トラツキングサーボエラーに基いて修
正することができる。

第５図において、レーザー６からの放射ビーム
１２は光フアイバーを介してピツクアツプ１１の
光学系に導かれ、ピツトから戻りビームはフオト
センサー１０で電気信号に変換され、処理回路１
５において復調、デコードされてから回転角度検
出データとして導出される。またトラツキング用
フオトセンサー１６及びフオーカス用フオトセン
サー１７によつてトラツキング信号及びフオーカ
ス信号が夫々検出され、処理回路１５においてト
ラツキングエラー及びフオーカスエラーが導出さ
れる。これらのエラーはコントローラー１８に送
られ、その制御出力に基いて光学系ドライバー１
９が駆動されてトラツキングサーボ及びフオーカ
スサーボが行われる。

トラツキングサーボを行つた場合、読取ビーム
が固定位置から回転体の回転方向にずれることに
なる。このずれ（最大で±1/2トラツクピツチ分）
はロータリーエンコーダの固有誤差とすることが
できる。例えば１トラツクピツチに対応するエン
コーダ分解能が角度10秒であれば、回転角度検出
データは、検出値±５秒として表示できる。また
第６図のように補正回路２０を用いて検出データ
をトラツキングエラーに基いて補正することもで
きる。例えばトラツキングエラーが2/10トラツク
ピツチに相当する大きさであれば、検出データに
対して角度２秒の加算または減算を行えば真の値
に近い修正データを得ることができる。このよう
な補正回路２０は補間回路としても機能するの
で、例えば１トラツクピツチを1/10に細分したよ
うな分解能のデータを容易に得ることもできる。

トラツキングサーボ装置を用いずに第７図のよ
うなピツト配列を用いて正しくデータを読取るこ
とが可能である。即ち、トラツク３に対して1/2
トラツクピツチだけずれた別のトラツク３′を符
号板１の軸方向に隣接させて形成すれば、トラツ
ク３の中間を読取ビームが走査したためにデータ
を正しく読取ることができなくても、中間ピツチ
のトラツク３′を走査してデータを正しく読取る
ことができる。即ち、トラツクピツチが一定であ
つても分解能を高めることができる。

更に第７図のような中間ピツチトラツク３′を
設けずに、1/2トラツクピツチの奇数倍の間隔ｄ
を有する２つの平行な読取ビーム２１，２２によ
り、トラツキングサーボなしでデータを読取るこ
とが可能である。即ち、一方のビーム２１で読取
れなくても、これと1/2ピツチだけ実質的にずれ
たビーム２２で正しく読取ることができる。この
場合も分解能は実質的に向上する。なお一方のビ
ーム２１を基準としたとき、他方のビーム２２で
データが読めたならば、読取データに対して間隔
ｄの補正を行う必要がある。

なお本願出願人は特願昭58−142255号において
第１図のような符号板１の面上に放射方向のレー
ザー読取トラツクを形成した回転位置エンコーダ
を提案している。このエンコーダは符号トラツク
がデイスクの面上に形成されているので、１つの
原盤を作ればプレスモールドにより量産が可能で
あるが、モールド時にデイスクの反りが生じ易
く、従つてデイスクの面ぶれを補償するためにレ
ーザースポツトのフオーカスサーボ系を必要不可
欠とする。一方、本実施例のようにデイスク周面
にトラツクを形成した場合、デイスクの面ぶれが
レーザースポツトのフオーカス状態に与える影響
はなく、従つて回転軸Ｓと符号板１との芯出しが
正しくなされていれば、オートフオーカス装置を
省略することが可能である。なお符号板１は、例
えばレーザー加工可能な金属材を円盤状に精密硝
削し、その周面に書込みレーザーでもつて回転位
置コードに対応したピツト列を形成して製造する
ことができる。また金属円盤の周面にフアラデー
効果やカー効果を利用した光磁気記録再生可能な
材料を蒸着又はコーテイングして符号板１とする
こともできる。

第８図は第１図の符号板１の要部拡大図であつ
て、符号板１の移動方向に沿つた回転方向トラツ
ク２３を設け、符号板１を一定速度で移動させな
がらトラツク２３に書込まれた位置情報を読取る
ように構成している。このトラツク２３のビツト
は移動方向に配列されるので、直交方向のトラツ
ク３の十数本分に相当するトラツク２３のセグメ
ント区間に粗い位置情報が書込まれることにな
る。従つてまず符号板１を一定速度で移動させな
がらトラツク２３の粗位置情報を読取り、目標位
置に近づいた後に符号板１の移動を微速度にして
読取ビームを直交方向走査に切換えて、トラツク
３の移動情報を読取りながら目標位置に移動体を
アクセス（位置決め）させることができる。また
第８図のように斜めトラツク２４を形成し、この
トラツクに粗位置情報を書込んで符号板１を比較
的高速で移動させながら粗い位置情報を読取るよ
うにしてもよい。

以上本発明を実施例に基いて説明したが、本発
明の技術思想に基いて種々の変更が可能である。
例えば、各トラツク３には回転角度データの他に
角度の正弦又は余弦のデータを書込むこともでき
る。

本発明の実施例は上述の如く、レーザー読取方
式の符号板（エンコーデイングデイスク）に回転
軸と平行方向の情報トラツクを設けて角度位置情
報を書込み、読取レーザービームをトラツク長手
方向に走査して回転体の角度位置情報を得るよう
にした。故にトラツクが符号板の周方向に沿つて
形成されていないので、従来の如くトラツク単位
長に含まれるビツト数（情報記録密度）によつて
分解能が制限されることがなく、トラツクのピツ
チ（間隔）によつてのみ分解能が定まり、従つて
レーザービームを使用することによりトラツクピ
ツチを十分狭くして極めて高い分解能のロータリ
ーエンコーダを得ることができる。更に読取セン
サーとしてレーザービームを用いているから、セ
ンサーの幾何学的サイズにより分解能が制限され
ることもない。また従来の如くビツトごとのトラ
ツクを多数の並列センサーで読取る必要がなく、
一本の読取ビームで一本のトラツクを走査して角
度情報を読取つているから、各トラツクに角度情
報として非常に多くの情報を含ませても、ハード
ウエアが増すこともなく、更に、情報に誤り検
出・訂正ビツトを含ませることも可能であり、高
性能の情報検出及び処理を行うエンコーダを構成
することができる。

本発明は上述の如く、レーザー読取方式の符号
板（エンコーデイングデイスク）の周面に回転軸
と平行方向の情報トラツクを設けて回転角度位置
情報をレーザービームで読取り可能な記録跡の形
で記録すると共に、同周面に回転方向トラツクを
設けて、回転角度位置の粗情報を記録し、単一の
読取り用レーザービームを切換えて上記平行方向
のトラツク及び回転方向のトラツクを走査して回
転角度位置情報及びその粗情報を読取るようにし
た回転位置エンコーダである。

よつて本発明によると、符号板を回転させなが
ら粗角度情報を回転方向トラツクから読取り、目
標位置付近でビーム走査を軸平行方向に切換えて
平行方向トラツクから角度情報を読取るので、符
号板を取付けた回転部の高速位置決めが可能とな
る。また単一のレーザービームを平行方向トラツ
クの走査及び回転方向トラツクの走査に切換えて
使用するので、読取装置の構成が簡単であり、特
に回転方向トラツクの走査に当つてはビームは静
止であつてよいので、平行方向トラツクに沿つた
ビーム走査機構のみを備えればよい。また符号板
の周面に各トラツクを形成するので、トラツク形
成面の面ぶれが小さく、読取装置のビームフオー
カス系は不要か又は簡単なものでよいから、全体
として簡単な構成で極めて高精度、高速の回転位
置エンコーダが得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用したアブソリユート・ロ
ータリーエンコーダの符号板の平面図、第２図は
符号板周面上のトラツクを拡大した平面図、第３
図はトラツク上の情報記録跡を拡大した平面図、
第４図は読取光学系の線図、第５図は本発明のロ
ータリーエンコーダの概略ブロツク図、第６図は
データ補正のブロツク図、第７図はトラツク配列
及び読取ビームの変形例を示す第３図と同様な平
面図、第８図は第１図の符号板の情報トラツクの
拡大図である。なお図面に用いた符号において、 １……符号板、２……記録領域、３……トラツ
ク、４……情報ピツト、６……レーザー、７……
コリメータレンズ、８……ビームスプリツタ、９
……対物レンズ、１０……フオトセンサー、１１
……ピツクアツプ、１２……レーザービーム、１
５……処理回路、１６……トラツキング用センサ
ー、１７……フオーカス用センサー、１８……コ
ントローラー、１９……光学系ドライバー、２
１，２２……読取ビーム、２３，２４……トラツ
クである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 回転部側に設けられた円板状の光学式記録部
   材と、上記記録部材の周面と対向して固定側に設
   けられた読取装置とから成り、上記記録部材はそ
   の周面に回転軸と平行に延びる複数のトラツク配
   列と回転方向に沿つた回転方向トラツクとを有
   し、各平行方向トラツクには上記回転部の回転角
   度位置に対応する情報が、また回転方向トラツク
   には上記回転位置の粗情報が夫々レーザービーム
   で読取り可能な記録跡の形で記録されていると共
   に、上記読取装置は上記記録部材の各平行方向ト
   ラツク及び回転方向トラツクに沿つて単一の読取
   レーザービームを走査するためのビーム走査手段
   を備えていることを特徴とする回転位置エンコー
   ダ。