JPH0472515A - 光学式エンコーダ - 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」 この発明は、半導体レーザを用いてスケールの回転変位
量もしくは直線変位量を検出する光学式エンコーダに関
するものである。

「従来の技術」 従来、半導体レーザを用いて回転変位量を検出する光学
式ロータリーエンコーダとして、第６図に示す構成のも
のが提案されている（特開昭５９１９５１１８号公報）
。第６図において、ボールベアリング３０．３０によっ
て支持された回転軸３１の一端には、ディスク３２が取
り付けられており、このディスク３２には、その回転方
向に沿って等間隔にスリット３２ｍ、３２ａ、・・・が
形成されている。そして、半導体レーザ３３から発せら
れたレーザビームＬＢをコリメートレンズ３４で平行光
とした後、集光レンズ３５で微小スポットに集光してデ
ィスク３２上に照射し、このディスり３２に形成された
スリット３２ｇを通過したレーザビームＬＢを受光素子
３６で検出する光学検出系３７を設けることにより、デ
ィスク３２の回転変位量が検出されるようになっている
。

「発明が解決しようとする課題」 ところで、第６図に示す構成においては、単位時間当た
りの回転軸３１の回転量が検出てきるものの、その絶対
的な回転角度については検出することができない。この
絶対的な回転角度を検出するためには、例えば、第７図
に示すように、ディスク３２に、互いに位相の異なるＡ
相スリット３２Ａ、３２Ａ、・・・とＢ相スリット３２
Ｂ、３２Ｂ、・・・を形成すると共に、原点となる基準
位置に１個のスリット３２Ｃを形成し、これらのスリッ
ト３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃを各々検出し、各スリットに
対してＡ相パルスとＢ相パルスと原点パルスを各々出力
する３組の光学検出系３７を設けなければならない。こ
れはインクリメンタル型と呼ばれるものであるが、この
ような方法では、光学検出系３７を少な（とも３組設け
なければならないため、部品点数や組立工程数の増加が
避けられず、装置全体の小形化が困難で、保守点検も煩
雑であるという問題があった。

この発明は上述した事情に鑑みてなされたもので、単一
の光学検出系て、スケールの絶対的な変位を検出するた
めの多相信号を得ることができる光学式エンコーダを提
供することを目的としている。

「課題を解決するための手段」 この発明は、移動自在に支持され、その移動方向に沿っ
て等間隔に、かつ移動方向と略直交する方向へ延びる複
数の位置情報が光学的に記録されたスケールと、半導体
レーザから発せられるレーザビームを微小スポットに集
光して前記スケールの表面に照射すると共に、その反射
光を受光し、反射光量に対応した検出信号を出力する光
学検出手段と、前記微小スポットを前記スケールの移動
方向と略直交する方向へ一定範囲内であってかつ一定周
期で走査させる走査手段と、前記検出信号を前記走査手
段の走査タイミングに同期して時分割で取り込むサンプ
リング手段と、前記サンプリング手段によって取り込ま
れた検出信号に基づいて、前記スケールの複数の位置情
報に対応し、かつ互いに所定の位相差を有する多相信号
を再生する再生手段とを具備することを特徴としている
。

「作用」 上記の構成によれば、移動方向と略直交する方向へ延び
る複数の位置情報が光学的に記録されたスケールの表面
が、微小スポットによって、そのスケールの移動方向と
略直交する方向へ一定周期で走査され、その反射光量に
対応した検出信号が走査タイミングに同期して時分割で
取り込まれ、この取り込まれた検出信号に基づいて、ス
ケールの複数の位置情報に対応し、かつ互いに所定の位
相差を有する多相信号が再生され、これにより、スケー
ルの絶対的な変位を検出するための多相信号が得られる
。

「実施例」 以下、図面を参照し、この発明の実施例について説明す
る。

第１図はこの発明の一実施例の構成を示すブロック図で
ある。この図において、■はディスクであり、その移動
方向Ｍに沿って等間隔に、すなわちｌ　１の比率で凸状
のランド部２ａと凹状のピット部２ｂが交互に形成され
た透明プラスチックの基板２と、この基板２のピット部
２ｂが形成された面にアルミニウム等の薄膜を蒸着する
ことによって形成された反射膜３と、この反射膜３を覆
うように形成された透明プラスチックの保護膜４とから
構成されている。このディスクｌは第２図に示すように
、図示せぬボールベアリング等によって回転自在に支持
された回転軸５に取り付けられており、その回転方向Ｍ
に沿って等間隔にかつ微細な間隔でランド部２ａとピッ
ト部２ｂとが放射状に形成されている。そして、このデ
ィスクｌの原点となる基準位置においては、第３図に示
すように、ランド部２ａとピット部２ｂか形成されたメ
イントラックＴよりも内周側に、原点ピット部２Ｃが形
成されている。

次に、第１図において、６は光ピツクアップであり、半
導体レーザ７、コリメートレンズ８、アクチュエータ９
、ビームスプリッタｌＯ１対物レンズ１１．集光レンズ
１２、シリンドリカルレンズ１３、および光検出器１４
によって構成されている。

そして、半導体レーザ７がレーザ駆動回路１５によって
駆動されて、レーザビームＬＢを発すると、このレーザ
ビームＬＢかコリメートレンズ８によって平行光とされ
１こ後、ビームスプリッタｌＯに導かれ、このビームス
プリッタ１０によって光路が直角に折り曲げられて対物
レンズｌｌに導かれ、さらに、この対物レンズ１１によ
って微小のスポットに集光されて、ディスク１上に照射
される。

ここで、レーザビームＬＢがディスクｌのピット部２ｂ
に照射されると、ピット部２ｂとランド部２ａとからの
反射光の干渉効果によって対物レンズ１１に入射する反
射光量が減少する。一方、ビット部２ｂとビット部２ｂ
の間のランド部２ａにお（１では、全ての反射光が対物
レンズ１目二人射するため、反射光量が増加する。

また、対物レンズ１１は、第４図に示すようにアクチュ
エータ９によってディスクｌの半径方向、すなわちメイ
ントラックＴを横断する方向に駆動される。このアクチ
ュエータ９は、対物レンズｌｌに取り付けられたアクチ
ュエータコイルと、光ピツクアップ６のケースに固定的
に設けられた永久磁石およびヨークによって構成されて
いるが、その構造は、ＣＤ（コンパクトディスク）プレ
ーヤにおいて一般に広く用いられているトラッキングア
クチュエータと同様の構造であるので、その詳細は省略
する。そして、対物レンズ１１はアクチュエータ９によ
って駆動されることにより、第４図に２点鎖線で示すよ
うに、一定距離Ｑの範囲内を、メイントラックＴを横断
する方向へ往復移動し、これにより、ディスク１の表面
には第３図に示すように、ディスク１の半径方向の仮想
線Ｋに沿ってレーザビームスポットＬＳａ、ＬＳｂ、Ｌ
Ｓｃが順次照射されることになる。

ディスク１によって反射されたレーザビームしＢは、再
び対物レンズ１１を介してビームスプリッタｌＯに導か
れるが、今度はこのビームスプリッタ１０を直進して集
光レンズ１２に導かれ、この集光レンズ１２およびシリ
ンドリカルレンズ１３で集光されて光検出器１４に達す
る。

光検出器１４から出力された検出信号Ｓは、増幅器１６
で増幅された後、各サンプリング回路１７Ａ、１７Ｂ、
１７Ｃへ各々供給される。各サンプリング回路１７Ａ−
１７Ｃは、タイミングコントローラ！９から供給される
タイミングパルスＴＰａ−ＴＰｃが各々到来した時点で
、増幅回路１６で増幅された検出信号Ｓを順次時分割で
取り込み、これら取り込んだ検出信号５ａ＝Ｓｃをアナ
ログ演算処理回路１８に各々供給する。アナログ演算処
理回路１８は、時分割で取り込まれた断片的な波形の検
出信号５ａ＝Ｓｃに対して、波形補間処理を施し、連続
した波形の再生信号Ｒａ＝Ｒｃを各々生成して出力する
。タイミングコントローラ１９は、上記タイミングパル
スＴＰａ＝ＴＰｃを順次出力すると興に、これらタイミ
ングパルスＴＩ’ａ〜ＴＰｃに対応したタイミングパル
スＴＰを、アクチュエータ駆動回路２０へ供給する。ア
クチュエータ駆動回路２０は、タイミングＩくルスＴＰ
に応じた駆動電流をアクチュエータ９に供給し、これに
より対物レンズ１１を往復移動させる。

次に、上述した一実施例の動作につし）で、第５図を参
照して説明する。

前述した通り、半導体レーザ７から出力されたレーザビ
ームＬＢは対物レンズｔｔによって微小のスポットに集
光されて、常時ディスク１上に照射されている。そして
、タイミングコントローラ１９が第５図（ニ）に示すタ
イミングノ（ルスＴＰをアクチュエータ駆動回路２０に
供給すること１こより、アクチュエータ９が対物レンズ
１１をディスクｌの半径方向へ、一定距離ｅの範囲内で
あって、かつ一定周期で往復移動させ、これにより一定
のサンプリング周期で観察した場合、第３図書こ示すよ
うに、ディスク１の半径方向の仮想線Ｋに沿ってレーザ
ビームスポットＬＳａ、ＬＳｂ、ＬＳｃｈ’順次照射さ
れることになる。

一方、タイミングコントローラ１９は、第５図（ホ）〜
（ト）に示すように、タイミングパルスＴＰのｌ／３の
周期に相当するタイミングパルスＴＰａ−ＴＰｃを順次
、タイミングパルスＴＰに同期して出力する。これらの
各タイミングパルスＴＰａ〜ＴＰｃの到来に応じて、各
サンプリング回路ｌ７Ａ−１７Ｃが増幅回路１６で増幅
された検出信号Ｓを順次時分割で取り込み、第５図（イ
）〜（ハ）に示すような断片的な波形の検出信号５ａ−
Ｓｃをアナログ演算処理回路１８に各々供給する。そし
て、このアナログ演算処理回路Ｉ８において、波形補間
処理が施されることにより、第５図（チ）〜（ヌ）に示
すような、連続した波形の再生信号Ｒａ〜Ｒｅが各々生
成されて出力される。

このようにして得られた互いに位相の異なる２相の再生
信号ＲａおよびＲｂと、ディスクｌの原点となる基準位
置において得られる再生信号Ｒｅに基づいて、ディスク
ｌの絶対的な角度を検出するためには、次のようにして
行う。

まず、再生信号Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃを一定のスレッノユホ
ールドレベルで波形整形してＡ相パルスとＢ相パルスと
原点パルスとした後、これらのＡ相パルスとＢ相パルス
の位相関係に基づいて、ディスクｌの回転方向を判定す
る。例えば、Ａ相パルスがＢ相パルスよりも進み位相で
あった場合は、ディスクｌが正転しているものとし、逆
にＢ相パルスが進み位相であった場合は、ディスクｌが
逆転しているものとする。そして、Ａ相パルスを順次カ
ウントすると共に、ディスクｌの回転方向によってアッ
プカウント／ダウンカウントが切り換えられ、さらに原
点パルスによってリセットされるカウンタを設けること
によって、このカウンタのカウント値がディスクｌの基
準位置を原点とする絶対的な回転角度として得られる。

なお、上述した一実施例においては、原点ビットＫＳ　
２　ｃをメイントラックＴより内周側に設けたが、メイ
ントラックＴより外周側に設けてもよい。

この場合、レーザビームの走査範囲を適宜ディスク１の
外周側に移動すればよい。また、上述した一実施例にお
いては、回転変位量を検出する光学式ロータリーエンコ
ーダに適用した場合を例に説明したが、直線変位量を検
出する光学式リニアエンコーダに適用しても勿論構わな
い。さらに、上述した一実施例においては、ディスク１
にビット部２ａとランド部２ｂとによる凹凸を設けたが
、単一平面上で先の反射率か異なるように、金、クロム
、アルミニウム等を塗布した構成の凹凸の無いディスク
を使用しても同様の効果が得られる。

「発明の効果」 以上説明したように、この発明によれば、移動方向と略
直交する方向へ延びる複数の位置情報が光学的に記録さ
れたスケールの表面が、微小スポットによって、スケー
ルの移動方向と略直交する方向へ、一定範囲内であって
かつ一定周期で走査され、その反射光量に対応した検出
信号が走査タイミングに同期して時分割で取り込まれ、
この取り込まれた検出信号に基づいて、スケールの複数
の位置情報に対応し、かつ互いに所定の位相差を有する
多相信号が再生されるようにしたので、単一の光学検出
系で、スケールの絶対的な変位（例えば、回転角度）を
検出するための多相信号を得ることができ、この結果、
部品点数の削減ならびに調整、検査といった組立工程数
の削減が図られ、また実装空間に占ぬる割合の大きな光
学検出系が１組で済むため、装置全体を小形化すること
ができ、さらに耐用年数に限りのある半導体レーザし１
個で済むため保守点検が容易になると共に、信頼性や耐
久性の向上が図られるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の電気的および光学的構成
を示すブロック図、第２図は同実施例のディスクの構成
を示す平面図、第３図は同実施例のディスクの一部を拡
大して示した平面図、第４図は同実施例の対物レンズを
駆動するアクチュエータの概略構成を示す側面図、第５
図（イ）〜（ヌ）は同実施例の動作を説明するたぬの各
部の波形図、茶６図は従来の光学式ロータリーエンコー
ダの構成を示す斜視図、第７図は従来のインクリメンタ
ル型のディスクの構成を示す平面図である。 ｌ・・・・・・ディスク（スケール）、２・・・・・・
基板、２ａ・・・・・ランド部（凸部）、 ２ｂ・・・・・・ピット部（凹部）、 ２ｃ・・・・・・原点ピット部、３・・・・・・反射膜
、６・・・・・・光ピツクアップ（光学検出手段）、９
・・・・アクチュエータ（走査手段）、７・・・・・・
半導体レーザ、１１・・・・・・対物レンズ、１４・・
・・・・光検出器、 １７Ａ−１７Ｃ・・・・・・サンプリング回路、１８・
・・・・・演算処理回路（再生手段）、１９・・・・・
・タイミングコントローラ、２０・・・・・・アクチュ
エータ駆動回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 移動自在に支持され、その移動方向に沿って等間隔に、
   かつ移動方向と略直交する方向へ延びる複数の位置情報
   が光学的に記録されたスケールと、半導体レーザから発
   せられるレーザビームを微小スポットに集光して前記ス
   ケールの表面に照射すると共に、その反射光を受光し、
   反射光量に対応した検出信号を出力する光学検出手段と
   、前記微小スポットを前記スケールの移動方向と略直交
   する方向へ一定範囲内であってかつ一定周期で走査させ
   る走査手段と、 前記検出信号を前記走査手段の走査タイミングに同期し
   て時分割で取り込むサンプリング手段と、前記サンプリ
   ング手段によって取り込まれた検出信号に基づいて、前
   記スケールの複数の位置情報に対応し、かつ互いに所定
   の位相差を有する多相信号を再生する再生手段と、 を具備することを特徴とする光学式エンコーダ。