JPH042917A - ロータリーエンコーダ装置 - Google Patents

ロータリーエンコーダ装置

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JPH042917A
JPH042917A JP2105594A JP10559490A JPH042917A JP H042917 A JPH042917 A JP H042917A JP 2105594 A JP2105594 A JP 2105594A JP 10559490 A JP10559490 A JP 10559490A JP H042917 A JPH042917 A JP H042917A
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JP
Japan
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encoder
rotary encoder
plate
pits
optical pickup
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JP2105594A
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Inventor
Nobuaki Nakamura
中村 展明
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Victor Company of Japan Ltd
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Victor Company of Japan Ltd
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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】 [産業上の利用分野コ 本発明のロータリーエンコーダ装置はロボットNC工作
機械等のFA分野に利用でき、高トルクモータ、DDモ
ータのドライブ軸に直接接続でき、カップリングを必要
としない為、高精度に位置及び回転速度信号を得ること
ができるものである。
[従来の技術] 近年、各種のFA機器は、ミクロンからサブミクロンへ
と、−層高密度な位置決めが要求されつつある。このよ
うな情勢の中で、光学式ロータリーエンコーダ装置等の
位置/速度検出装置が、市場の中で大勢を占めるように
なり、広く使用されている。かかる光学式ロータリーエ
ンコーダ装置には、基準位置からの相対移動量を検出す
るインクリメンタルタイプと絶対角度に対応した絶対番
地を検出するアブソリュートタイプとかあり、又、スリ
ットやピットを形成したロータリーエンコーダ円板の回
転による、透過光の変化によりこのスリットやピットを
検出する透過型と、反射光の変化によりこのスリットや
ピットを検出する反射型とがある。
第6図は、従来の透過型光学式インクリメンタルロータ
リーエンコーダ装置(以下単に「エンコータ装置」等と
記載することもある〉21の代表例を概略的に示す斜視
図である。この図に示すように、従来例のエンコーダ装
置21は、発光素子群8と受光素子群10との間に、ロ
ータリーエンコーダ円板2と固定スリブ1へ板9とか配
置された構成になっている。
このロータリーエンコーダ円板2には、径方向に長い所
定幅のスリット4とこのスリット4間のマスク部5とが
、交互に所定数、等ピッチでリング状に配置されたエン
コーダトラック3が形成されている。この円板2は、中
心穴6を軸受(図示せず)に軸支された入力軸7に固定
され、例えは矢印にて図示の方向に一体的に回転する。
上記発光素子群8の例えばレーザ発振器である発光素子
8A及び8B(以下同様にA相の方にAを、B相の方に
Bを、夫々番号と共に付す)と、上記受光素子群10の
例えばフォトダイオードである受光素子10A及び10
Bとのそれぞれの光路上に、この円板2のエンコーダト
ラック3のスリット4及び固定スリット板9のスリット
9A及び9Bが、それぞれ対応するように配置されてい
る。発光素子8A及び8Bからのレーザー光線a、bは
、円板2の表面上に光スポット11A及び光スポラ1へ
11Bとして照射され、円板2の回転に伴い、スリット
4及びマスク部5により断続されたレーザ光線は、スリ
ット9A及び9Bを通過して、受光素子10A及び10
Bに照射してここで電気信号に変換され、光スポット1
1Aに対応してA相検出信号、光スポット11Bに対応
してB相検出信号として出力される。この際、このA相
検出信号とB相検出信号との位相差が電気角90°とな
るように、光スポット11A及び11Bは、スリット4
の長手方向に対して所定の角度たけすらされている。
第7図は第6図の装置の検出信号波形を示す波形図であ
る。第7図(A)、(B)に夫々示すように、A相及び
B相検出信号波形a及びbは、互いに電気角906の位
相差を持つ同振幅の正弦波、形である。そして、上記入
力軸7に直結された被測定物の駆動軸(図示せず)の回
転位置及び/又は速度は、ロータリーエンコーダ円板2
の1回転当たり1回の検出信号である図示しないZ相検
出信号出力と共に、A相及びB相検出信号出力により検
出される。
また、光学式ロータリーエンコーダ装置には、スリット
やピットを形成したロータリーエンコーダ円板の回転時
の透過光の変化により、スリットやピットを検出する透
過型と、かかるロータリーエンコーダ円板の回転時の反
射光の変化によりスリットやピットを検出する反射型と
がある。
反射型の光学式ロータリーエンコーダ装置は、ロータリ
ーエンコーダ円板の表面に、光ディスク、コンパクトデ
ィスク等の製造方法により形成したスリットやピット(
凹部又は凸部)を、円板の円周方向に所定のパターンで
リング状に配置したエンコーダトラックを、レーザ読取
装置により、レーザ光線の反射光の強弱の変化を電気信
号に変えて読み取るものである。
第8図は、従来のオートフォーカス回路41を使用した
反射型ロータリーエンコーダ装置の1例を示す概略構成
図である。かかるエンコーダ装置21は、図示の如く、
ロータリーエンコーダ円板22やレーザ読取装置(光ピ
ックアップ)28を更に備えて構成されている。また、
レーザ読取装置28は、半導体レーザ発振器29、グレ
イティング偏光板30、コリメートレンズ31、偏光ビ
ームスプリッタ32、十波長板33、対物レンズ34、
円柱レンズ37、フォトダイオード38等から構成され
ている。
ロータリーエンコーダ円板22は、中心孔26を軸受(
図示せず)に軸支された入力軸27に固定されて一体的
に回転する。この入力軸27は、被測定物の駆動軸(図
示せず)と直結され、これにより回転駆動される。そし
て、レーザ読取装置28により、エンコータトラック2
3のピット24と隣接ピット間のランド部25とによる
凹凸パターンを読み取り、これにより駆動軸の回転速度
や位置を検出するのである。
半導体レーザ発振器29からのレーザ光線は、グレイテ
ィング偏光板30により3本のビームに分けられる。こ
の3本ビームは、コリメートレンズ31、偏光ビームス
プリッタ32、十波長板33、対物レンズ34を通り、
ロータリーエンコーダ円板22のエンコーダトラック2
3に、ピット24のピッチと等しいピッチの光スポット
35A、光スポット35F、光スポット35Bとして照
射される。
これら3つの光スポット35A 、 35F 、 35
Bを光スポット35と総称する。中央の光スポット35
Fは、オートフォーカスサーボ用及びエンコーダトラッ
ク23の読み取り用に、両側の光スポット35A。
35Bは、トラッキングサーボ用又は電気角で906位
相かすれたこのエンコータトラック23の読取り出力で
あるA、B各相の出力用に使用される。
第8図において、ロータリーエンコーダ円板22は、コ
ンパクトディスク等の製造方法により製造された、凹部
又は凸部であるピット24がその一表面に所定数、等間
隔にリンク状に形成された、例えばポリカーボネート樹
脂等の透明プラスチック製の円板状の基板と、この基板
のピット24が形成された表面にアルミニウム等の金属
の蒸着又はスパッタリングにより形成された反射膜と、
この反射膜に密着して積層された紫外線硬化樹脂等から
なる保護膜とよりなる。
以降の説明は、ピット24が基板側から見て、ピット2
4以外の平坦部分であるランド部25に対して凸部であ
る例について述べる。
ピット24の円周方向の長さは、ピット24を基板側か
ら読み取るための後述する反射型光学式ロータリーエン
コーダ装置に伺えたレーザ読取装置(図示せず)からの
レーザ光線による光スポット35の径以−Lであり、径
方向の幅は、光スポット35の径より狭く、例えば略+
に、又、高さは例えばレーザ光線の波長λの光学的に略
+相当に形成されている。又、隣接ピット間のランド部
25の円周方向の長さは、ピット24の円周方向の長さ
と等しく形成されている。そして、ピッ1−24と隣接
ピット間のランド部25とか交互にリング状に、中心孔
26と同心円状に配置されたエンコーダトラック23の
凹凸パターンを、後述するレーザ読取装置により読み取
るのである。
以上のような構成のロータリーエンコーダ円板22は、
オートフォーカス回路が使用された反射型光学式ロータ
リーエンコーダ装置に組み込まれて使用される。
ロータリーエンコーダ円板22の前記反射膜の表面上で
反射した3本ビームの反射光は、対物レンズ34及び(
−波長板33を透過するが、この1波長板33を2回通
過したことにより、入射光に対して位相か90’変化す
るため、偏光ビームスプリッタ32では反射されずに透
過し、円柱レンズ37にて集光されてフォトタイオード
38で電気信号に変換され、オートフォーカス回路41
に内蔵されている増幅器で増幅されてフォカスサーボア
クチュエータ39に出力される。
かかる構成において、光スポット35が隣接ピット間の
ランド部25を照射した場合は、この反射光の殆んどが
フォトダイオード38に入射する。又、光スポット35
かピット24上を照射した場合は、このピット24の頂
部からの反射光とランド部25からの反射光とではく十
波長)×2の光路長の差が生しるため、この反射光は相
互に干渉し合い、又、回折することにより強度が大幅に
減少する。かかる反射光の強度変化か、フォトタイオー
ド38で電気信号に変換され、フォーカスザーボアクチ
ュエ一夕39を駆動することにより対物レンズ34を上
下に変化させ、正しい焦点位置に微調整させようとして
いる。
以上が、従来例のオートフォーカス回路41を使用した
反射型光学式ロータリーエンコーダ装置21における、
ロータリーエンコーダ円板22の入力軸27への取付精
度による面振れに対して、レーザ光線の光スポット35
の焦点を円板22の表面に追従させる、いわゆるレーザ
読取装置(光ピックアップ)28のオートフォーカスの
説明である。
[発明が解決しようとする課題] 上記従来の装置が適用しているスリット方式は、光の回
折、干渉により、更なる高分解能化には、次の■〜■の
ような理由により限度があった。
■スリットの微細化に伴ない、光量が減少する。
■光の回折や干渉により、信号の劣化が生じる。
■スリット幅やスリット間隔に限度があり、軸負荷に弱
い。
■光反射方式のロータリーエンコーダにおいては、ディ
スクの偏心を充分におさえなければならす、回転軸に対
し、この偏心を0にする事は不可能であり、1回転中に
第9図(A>、(B)に示す様なAM変調が生じた波形
となり、ロータリーエンコーダの波形整形時において、
パルス間のずれが生じる欠点がある。
■この偏心は1回転中の誤差の加算である累積精度誤差
に悪影響し、ロボット等のスイングアームに取り付けた
場合、回転する位置により回転距離が大きく変わる欠点
がある。
■モータと直結する為にカップリングを必要とし、この
カップリングによりロータリーエンコーダのディスクに
ひずみ、及びカップリンクロスが生じ悪影響を及ぼず問
題点かある。
[課題を解決するための手段] 上記した課題を解決するために、本発明は下記の構成に
なるロータリーエンコーダ装置を提供する。
回転駆動装置の回転軸に直結可能な中空部を有する回転
部に固定され、その端面上に複数のピットが形成された
エンコーダ板と、 このエンコータ板の端面に形成された複数のピットに光
ビームの照射か可能な光ピックアップとを有し、 この光ピックアップのメインビームはフォーカス制御用
として用い、2つのサブビームは回転位相差検出用とし
て用いることを特徴とするロータリーエンコーダ装置。
[実施例] 以下、本発明のロータリーエンコーダ装置を第1図〜第
5図に沿って説明する。
第1図は本発明のロータリーエンコーダ装置の一実施例
概略構成図、第2図はロータリーエンコーダ板の製造方
法を説明する図、第3図(A)。
(B)はロータリーエンコーダ板の端面部部分拡大図、
同部分断面図、第4図は本発明のロータリーエンコーダ
装置を用いた光学式回転検出装置の回路図、第5図(A
)〜(、J)はその出力波形図である。
本発明のロータリーエンコーダ装置は、光の回折や干渉
による影響を逆利用し、M、P、A。
(旧cro Pitto Arrey 、マイフロピ・
yドアレイ)が形成されたエンコーダ板による高分解能
を実現し、複数のマイクロピットアレイ群を持つ中空の
エンコーダ板を有し、このエンコーダ板の端面にスパイ
ラル状にピットを形成したものである。そしてモータの
シャフト軸に直結される中空の回転部に固定されたエン
コーダ板の端面方向に光ピックアップを取り付け、この
光ピックアップにより反射光を利用し電気角90°の位
相差を持つ正弦波形のA相及びB相検出信号を出力する
ロータリーエンコーダを提供するものである。
又、ロボット等が使用される環境下においては高温状態
になる場合か多くこの様な場合ポリカーボネート等の樹
脂では問題がある。そこで本発明ではこの温度について
も考慮し、石英ガラスの端面にホトレジスタを添付し、
この端面にスパイラル状に光変調器によりマイクロピッ
トをホトエツチングする。とのホトエツチングされたエ
ンコーダ板にA、Il又はNiの金属をスパッタ又は蒸
着しエンコーダ板を形成する。
更に、本発明は端面方向に等角度に複数のピットか形成
された反射部材を持つ光学式エンコーダ板に光ビームを
照射し、このエンコータ板からの反射光により前記複数
のピットを検出するピックアップを用いた光学式回転検
出方法に用いられ、前記光ビームはグレーテイング板に
より分割して3ビームとし、この3ビームの内、メイン
ビームは前記光学式エンコータに対する前記光ビームの
焦点合わせを制御するために使用し、両端のサブビーム
はそれぞれA相およびB相の回転検出信号を得るために
使用し、前記A相とB相との回転検出信号の位相差は前
記クレーティング板の回転により電気角でnπ/2ラジ
アン(nは正の整数)としたことを特徴とするロータリ
ーエンコーダ装置である。
第1図に示すように、本発明のロータリーエンコーダ装
置50は、図示せぬモータ(回転駆動装置)のシャフト
軸(回転軸)に直結可能な中空部51を有する回転部5
2に固定され、その端面53a上に複数のマイクロピッ
トアレイ群(ピット)54が形成されたエンコータ板5
3と、このエンコータ板53の端面53aに形成された
複数のピット54に光ビームの照射か可能な光ピックア
ップ55とを有し、この光ピックアップ55のメインビ
ーム55aはフォーカス制御用として用い、2つのサブ
ビーム55e。
55fは回転位相差検出用として用いることを特徴とす
るものである。53bは回転部52を貫通するなめにエ
ンコータ板53の中心に穿設された中心孔である。56
は光ピックアップ55が取付けられた筐体、57は筐体
56と回転部52間に介挿されているベアリングホルタ
−558はポールベアリングである。
上記したエンコータ板53の端面53aに複数のピット
54を形成するには、第2図に示すように、まず、端面
53aに複数のピットが形成されていないエンコータ板
53の中心孔53bにモータ60のシャフト軸61を貫
通固定し、エンコータ板53を所定速度で回転させた後
、レーザ発光源62から出力されるレーザ光を光変調器
63にて光変調して得た光ビームを集束レンズ64を介
してエンコーダ板53の端面53aに照射することによ
って、マイクロピットをホトエツチングする。このホト
エツチングされたエンコーダ板にA」又はNiの金属を
スパッタ又は蒸着しエンコーダ板53を形成する。
光変調器63は信号発生器65を介してサブコード信号
発生器66及び音楽ソース源67からの出力に応じてレ
ーザ発光源62からのレーザ光を光変調する。
上記した複数のマイクロピットアレイ群54(54a 
、 54b 、 54c 、 −)は、第3図に示され
る如く、等角度α、α、・・・の間隔をもちスパイラル
上に複数個形成され、同一円周上のピット幅Qとピット
間隙Pとは等しく (P=Q>形成されているので、ピ
ットピッチは2Pとなる。
さて、光ピックアップ55は周知の構成(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
、グレーテイング板(回折格子板)くいずれも図示せず
)、及びフォトタイオード等よりなる光検出器)を有し
ている。上記グレーテイング板は半導体レーザよりのレ
ーザ光ビームを3つのビームに分割するものであり、第
4図に示すように、フォーカス制御をするための信号を
検出する光検出器D  、D、、DC,Ddは国字状に
配列され、この4つの光検出器D 〜Ddからの電気出
力信号をそれぞれA、B、C,Dとし、回転検出信号を
得る光検出器り、Dlからの電気量力信号をそれぞれE
、Fとする。電気出力信号A〜Dはフォーカス制御部7
0に、前記出力信号E、Fはエンコータ信号処理部71
にそれぞれ供給されている。
エンコーダ信号処理部71に供給された信号Eは電流・
電圧変換回路72、バッファ回路73をシリーズに介し
、増幅回路74に供給されている。同様に信号Fは電流
・電圧変換回路75、バッファ回fI@7Gをシリーズ
に介し、増幅回路77供給されている。
増幅回路74.77の出力信号はそれぞれ比較回路78
、79に供給されている。
そして、比較回路78の出力信号はモノマルチバイブレ
ータ80とこれとは別にインバータ81を介してモノマ
ルチパイプレーク82とに供給され、同様に比較口N7
9の出力信号はモノマルチバイブレータ83とこれとは
別にインバータ84を介してモノマ1フ ルチバイブレーク85とにそれぞれ供給されている。
ここで、比較回路78.79、モノマルチバイブレーク
80.82.83.85、インバータ81.84とでパ
ルス生成回路86を構成しており、モノマルチバイブレ
ータ80.82.83.85のそれぞれの出力信号はO
R回1%87に供給され、このOR回路87の出力信号
は出力端子88よりエンコータ出力として取り出すよう
になっている。
また、89は後述するインクリメント型のエンコータ板
53の上部又は下部に設けた零番地を示すピットを検出
するための2相検出器であり、90はこのZ相検出信号
の出力端子である。
更に、光ピックアップ55の出力信号は図示を省略した
が、エンコータ板53の回転を一定に制御するための回
転サーボ検出回路及び回転方向を検出する回転方向検出
回路にそれぞれ供給されている。
このような構成の光学式回転検出装置の動作の説明を第
1図乃至第5図を参照して説明する。
エンコータ板53がスピンドルモータ等の駆動手段の回
転力により定速度回転すると、光ピックアツブ55の半
導体レーザ素子から出力する例えは、波長か0.78μ
mのレーザ光ビームは、グレーテイング板により3つに
分割されて、光ピックアップ55内蔵の光学系を経た後
、第3図(A)に図示されるように、光学式エンコーダ
板53の端面53aに、直径1.5μ■のメインビーム
55a、サブビーム55e 、 55f (3ビーム)
が照射される。
この照射されな3ビームは、第3図(B)に示すように
、光学式エンコーダ板53の端面53aに形成された反
射g 53a1の表面に合焦し、ここでこの3ビームは
反射して再び光ピックアップ55内蔵の光学系を経て、
光検出器D 〜Dfに入光するが、メインビーム55a
は光検出器D 〜Ddに、サブビーム55eは光検出器
り。に、サブビーム55fは光検出器り、にそれぞれ入
光する。
ここで、ピット54の深さdは使用するレーザ光の波長
の約1であるので、ピット54の境界部分でレーザ光の
干渉が生じるなめ、上記3ビームの反射量は、ピット5
4の境界部分で変化する。
従って、光検出器Da 、 Db 、 Dc 、 Dd
 。
D、Dfはピット54を電気信号A、B、C,DE、F
として得ることが出来る。
ここでは、光学式エンコーダ板53の複数のピット54
の同一円周上におけるピット幅Qとピット間隙Pとは等
しく形成されているので、電気信号A〜Fの波形は、第
5図(A)〜(J)のような極性変化のデユーティ比が
等しい信号が得られる。
これらの電気信号A〜Dに基づき、CDプレーヤ等で周
知のフォーカス制御部70は、(A + C)と(B+
D)との差が零になるようにして、光ピックアップ55
のフォーカスを調整する。更に、光学式エンコーダを低
速回転あるいは回転角に保持するための回転サーボおよ
び回転方向の検出等がされる。
また、フォーカス制御部32は、メインビーム55aが
光学式エンコータ板53のピット54に合焦した時、バ
ッファ回路73.76を動作させるようになっている。
一方、エンコーダ信号処理部71に供給された信号E、
Fは、電流・電圧変換回路72.75でそれぞれ電圧に
変換された後、増幅回路74.77により所定レベルに
増幅されて第5図(A)、(B)に図示の信号a、(A
相信号と呼ぶ)と信号b(B相信号と呼ぶ)とが得られ
る。
ここでは、A相信号とB相信号との位相差は、電気角で
π/2ラジアンとなるようにグレーテイング板を回転さ
せて、2つのサブビームが回転方向に機械角度βだけ調
整可能にしである。
上記の信号aおよび信号すはそれぞれ比較回路78、7
9により第5図(C)、(D)に図示の矩形波の信号c
、dに波形整形がされる。この信号C1dはそれぞれイ
ンバータ81.84により反転されて、第5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ータ80.82.83.85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2図(E)〜(H)に図示の
信号e〜1〕となる。これらの信号e〜hはOR回路8
7により第5図(H)に図示のA相信号(B相信号)を
4分割した信号りが得られる。
従って、A相信号とB相信号とをそのままエンコーダ出
力信号として用いるより信号11を用いた方か、4倍の
精度のエンコーダ出力信号を得ることができる。
また、増幅回路73.76が送出するA相信号とB相信
号とを電気的に分割して更に高分解能のエンコータ出力
信号を得ることも可能である。
[発明の効果] 上述したように、本発明になるロータリーエンコーダ装
置は、エンコーダ板の取付けが容易で偏心に対しても常
にメインビームよりオートフォーカスを行なう事により
AM変調の抑制が完全に行なえ、かつ、サブビームに係
るA相、B相の位相差がグレーティングの調整により簡
単にπ/2(rad)の位置に調整可能であり、又、中
空′!l!遺によりDDモータ等の回転駆動装置のドラ
イブ軸(回転軸)に直結可能である効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のロータリーエンコーダ装置の一実施例
概略構成図、第2図はロータリーエンコーダ板の製造方
法を説明する図、第3図(A)(B)はロータリーエン
コーダ板の端面部部分拡大図、同部分断面図、第4図は
本発明のロータリーエンコーダ装置を用いた光学式回転
検出装置の回路図、第5図(A)〜(J>はその出力波
形図、第6図は従来の透過型光学式インクリメンタルロ
ータリーエンコーダ装置の概略斜視図、第7図<A)、
(B)は第6図の装置の検出信号波形図、第8図は反射
型ロータリーエンコーダ装置の概略構成図、第9図(A
)、(B)はAM変調波形図である。 50・・・ロータリーエンコーダ装置、51・・・中空
部、52・・・回転部、53・・・エンコーダ板、53
a・・・端面、 54・・・マイクロピットアレイ群(ピット)、55・
・・光ピックアップ、55a・・・メインビーム、55
e 、 55f・・・サブビーム。 特 許 出願人 日本ビクター株式会社代表者 埋木 
邦人 第 図 第 図 手続補正書 (方式 %式% 2、発明の名称 ロータリーエンコーダ装置 3、補正をする者 事件との関係  特許出願人 住所 神奈川県横浜市神奈用区守屋町3丁目12番地5
゜ 6゜ 平成2年7月31日(発送口) 補正の対象 明細書の図面の簡単な説明の欄 補正の内容

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】  回転駆動装置の回転軸に直結可能な中空部を有する回
    転部に固定され、その端面上に複数のピットが形成され
    たエンコーダ板と、 このエンコーダ板の端面に形成された複数のピットに光
    ビームの照射が可能な光ピックアップとを有し、 この光ピックアップのメインビームはフォーカス制御用
    として用い、2つのサブビームは回転位相差検出用とし
    て用いることを特徴とするロータリーエンコーダ装置。
JP2105594A 1990-04-20 1990-04-20 ロータリーエンコーダ装置 Pending JPH042917A (ja)

Priority Applications (1)

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JP2105594A JPH042917A (ja) 1990-04-20 1990-04-20 ロータリーエンコーダ装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2009116358A1 (ja) * 2008-03-18 2009-09-24 東洋機械金属株式会社 成形機

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WO2009116358A1 (ja) * 2008-03-18 2009-09-24 東洋機械金属株式会社 成形機
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