JPH0674791A - 光学式位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 特別な演算手段を要することなく、又、位置
検出誤差の増大を伴うことなく、記録媒体と読み取り手
段との相対移動方向における絶対的な位置求めることの
できる光学式位置検出装置を提供する。 【構成】 位置検出用情報を記録する記録媒体１と、記
録媒体１にレーザスポット光を照射し、その照射したレ
ーザスポット光の記録媒体１からの反射光を検出して位
置検出用情報を読み取る読み取り手段Ｒとが、相対移動
するように設けられた光学式位置検出装置において、位
置検出用情報が、記録媒体１と読み取り手段Ｒとの相対
移動方向における絶対位置を示す情報であり、読み取り
手段Ｒが読み取る位置検出用情報に基づいて、絶対位置
を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、位置検出用情報を記録
する記録媒体と、前記記録媒体にレーザスポット光を照
射し、その照射したレーザスポット光の前記記録媒体か
らの反射光を検出して前記位置検出用情報を読み取る読
み取り手段とが、相対移動するように設けられた光学式
位置検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】かかる光学式位置検出装置では、従来、
例えば位置検出用情報として回折格子を印刻した記録媒
体にレーザスポット光を照射して、その回折格子からの
反射回折光どうしを干渉させ、その干渉光の強弱を検出
して、記録媒体と読み取り手段との相対移動距離を算出
することが考えられている。又、基準となる設定位置に
対して前記の相対移動距離を積算することによって、基
準となる位置に対する絶対的な位置を求めることができ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
構成では、基準となる位置に対する絶対的な位置を求め
るのに相対移動距離を積算する必要があるために、その
積算のための演算手段が必要になると共に積算により位
置検出誤差が増大するという不都合があり、改善が求め
られていた。本発明は、上記実情に鑑みてなされたもの
であって、その目的は、特別な演算手段を要することな
く、又、位置検出誤差の増大を伴うことなく、記録媒体
と読み取り手段との相対移動方向における絶対的な位置
求めることのできる光学式位置検出装置を提供すること
にある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明の光学式位置検出
装置は、位置検出用情報を記録する記録媒体と、前記記
録媒体にレーザスポット光を照射し、その照射したレー
ザスポット光の前記記録媒体からの反射光を検出して前
記位置検出用情報を読み取る読み取り手段とが、相対移
動するように設けられたものであって、その第１特徴構
成は、前記位置検出用情報が、前記記録媒体と前記読み
取り手段との相対移動方向における絶対位置を示す情報
であり、前記読み取り手段が読み取る前記位置検出用情
報に基づいて、前記絶対位置を検出するように構成され
ている点にある。

【０００５】第２特徴構成は、上記第１特徴構成の実施
態様を限定するものであって、前記記録媒体の設定位置
にレーザスポット光を照射して位置検出用情報を書き込
む書き込み手段が備えられている点ある。

【０００６】又、第３特徴構成は、上記第２特徴構成の
実施態様を限定するものであって、前記記録媒体に、磁
場が印加された状態でレーザスポット光により加熱され
ると磁場の方向に応じて磁化され、且つ、その磁化の方
向に応じて入射したレーザスポット光の偏向方向を変化
させる磁性体膜が備えられていると共に、前記書き込み
手段が、磁場発生手段を備え、且つ、その磁場発生手段
により前記記録媒体に一定方向の磁場をかけた状態でレ
ーザスポット光を照射して位置検出用情報を記録するよ
うに構成され、前記読み取り手段が、前記記録媒体に照
射したレーザスポット光とその反射光の偏向方向の変化
を検出する偏向方向差検出手段を備え、且つ、その偏向
方向差検出手段の検出情報に基づいて前記記録媒体に記
録されている位置検出用情報を読み取るように構成され
ている点にある。

【０００７】

【作用】本発明の第１特徴構成によれば、記録媒体と読
み取り手段とが相対移動する際において、読み取り手段
は記録媒体にレーザスポット光を照射してその反射光を
検出することで、記録媒体に記録されている位置検出用
情報を読み取る。読み取り手段が読み取った位置検出用
情報は、記録媒体と読み取り手段との相対移動方向にお
ける絶対位置を示す情報であり、読み取り手段はその読
み取り位置で読み取った情報のみに基づいて絶対位置す
なわち記録媒体と読み取り手段との絶対的な位置関係を
特定することが可能となる。

【０００８】本発明の第２特徴構成によれば、記録媒体
と読み取り手段とを相対移動させて、書き込み手段によ
って記録媒体に位置検出用情報を書き込んで行く。

【０００９】本発明の第３特徴構成によれば、書き込み
手段が記録媒体に位置検出用情報を書き込む際において
は、磁性体膜を備えた記録媒体に磁場発生手段によって
磁場をかけた状態で、その書き込み位置の絶対位置を示
す位置検出情報を、磁性体膜を備えた記録媒体にレーザ
スポット光を照射して書き込む。レーザスポット光を照
射された磁性体膜は、そのレーザスポット光が持ってい
る位置検出用情報に応じて磁化される。又、読み取り手
段が記録媒体に記録されている位置検出用情報を読み取
る際においては、磁性体膜を備えた記録媒体にレーザス
ポット光を照射して、その照射したレーザスポット光
と、記録媒体で反射してきた反射光との偏向方向の差を
偏向方向差検出手段にて検出する。記録媒体に照射され
たレーザスポット光は、磁性体膜が磁化されている方向
に応じてその偏向方向が変化させられるため、偏向方向
差検出手段が前記の偏向方向の変化を検出するすること
で、読み取り手段は記録媒体に記録されている絶対位置
を示す位置検出用情報を検出できるのである。

【００１０】

【発明の効果】上記第１特徴構成によれば、上記の如
く、読み取り手段はその読み取り位置で読み取った情報
のみに基づいて絶対位置すなわち記録媒体と読み取り手
段との絶対的な位置関係を特定することが可能となるた
め、移動距離を積算するための特別な演算手段を要する
ことなく、又、位置検出誤差の増大を伴うことなく、記
録媒体と読み取り手段との相対移動方向における絶対的
な位置求めることのできる光学式位置検出装置を提供す
ることができる。

【００１１】上記第２特徴構成又は第３特徴構成によれ
ば、上記第１特徴構成による効果に加えて、更に、書き
込み手段によって位置検出用情報を記録媒体に書き込む
ことができるため、位置検出装置の用途に応じて位置検
出用情報を自由に設定できるため位置検出装置を一層便
利なものにすることができる。

【００１２】

【実施例】本発明の光学式位置検出装置を光学式ロータ
リエンコーダに適用した実施例について図面に基づいて
説明する。図１に示すように、位置検出用情報を記録す
る記録媒体としての光磁気ディスク１の両側には、光磁
気ディスクヘッド２と磁場発生手段としての電磁石３と
が配置されている。光磁気ディスク１は、その回転軸４
の軸芯周りに回転自在に図示しないフレームに枢支さ
れ、光磁気ディスクヘッド２と電磁石３とは図示しない
フレームに固定されている。光磁気ディスク１の回転軸
４は、例えばモータの回転軸等の回転位置を検出しよう
とする検出対象に連動連結されており、光磁気ディスク
１は検出対象の回転と共に回転する。光磁気ディスクヘ
ッド２は、光磁気ディスク１に記録してある位置検出用
情報を読み取って回転位置を検出し、又、電磁石３と共
同して光磁気ディスク１に位置検出用情報を書き込む。

【００１３】以下、構成部分毎に詳細に説明する。光磁
気ディスク１は、図２に示すように、ガラス基板１０の
片側の面に、保護膜１１に挟まれた状態で磁性体膜１２
が設けられている構造となっている。磁性体膜１２はＴ
ｂＦｅＣｏやＧｄＴｂＦｅ等の磁性体にて構成されてお
り、これらの材料にて構成することによって、磁性体膜
１２に直線偏向の光が入射すると、いわゆるカー効果に
よって、磁性体膜１２の法線方向における何れの向きに
磁化されているかに応じて反射光の偏向方向を回転させ
る性質を有する。光磁気ディスク１に記録されている位
置検出用情報に関するデータは、上記のように磁性体膜
１２の磁化方向に対応してデジタル的に記録されてお
り、図３に示す、径方向に一列に並んだ一つのデータ群
Ａが一つの位置の位置情報に対応し、このデータ群が放
射状に配列している。データ群Ａを構成する１０個のデ
ジタルデータが１０ビットの２進数を意味し、その数値
が、そのデータの書き込まれている箇所の絶対位置を示
しているのである。

【００１４】光磁気ディスクヘッド２を構成する光学系
は、図４に示すように、半導体レーザ素子２０、半導体
レーザ素子２０の出射レーザ光をコリメートするコリメ
ータレンズ２１、レーザ光のビーム形状を整形すると共
に光磁気ディスク１からの反射光を分岐する第１ビーム
スプリッタ２２、光磁気ディスク１にレーザスポット光
を照射すべくレーザ光を集光する対物レンズ２３、第１
ビームスプリッタ２２で分岐されたレーザ光を更に分岐
する第２ビームスプリッタ２４、第２ビームスプリッタ
の透過レーザ光を集光するシリンドリカルレンズ２５、
シリンドリカルレンズ２５で集光されたレーザ光を受光
するフォトダイオード２６、第２ビームスプリッタ２４
で分岐されたレーザ光の偏向方向を回転させるλ／２板
２７、λ／２板２７を通過したレーザ光をその偏向方向
に応じて分岐させる偏向ビームスプリッタ２８、偏向ビ
ームスプリッタ２８を透過したレーザ光を集光する透過
側コリメータレンズ２９、透過側コリメータレンズ２９
によって集光されたレーザ光を受光する透過側アバラン
シェフォトダイオード３０、偏向ビームスプリッタ２８
によって分岐されたレーザ光を集光する分岐側コリメー
タレンズ３１、コリメータレンズ３１によって集光され
たレーザ光を受光する分岐側アバランシェフォトダイオ
ード３２からなっており、これらの各構成部品は図示し
ないケースに一体に収納されている。

【００１５】尚、半導体レーザ素子２０は、図５に示す
ように、１０個のレーザチップＬが横一列に配列されて
おり、１０本のレーザ光を矢印Ｍの方向に出射する。半
導体レーザ素子２０から出射した１０本のレーザ光は、
上記の光学系によって光磁気ディスク１上に集光されて
一列に並ぶ１０個のレーザスポット光を形成するが、こ
のレーザスポット光が光磁気ディスク１の径方向に一列
に並び、光磁気ディスク１の回転に伴って光磁気ディス
ク１上に描く１０個のレーザスポット光の軌跡が、図３
のデータ群Ａの各データ夫々の位置を通る同心円となる
ように、上記の光学系が配置されている。

【００１６】又、透過側アバランシェフォトダイオード
３０及び分岐側アバランシェフォトダイオード３２は共
に、各独立に信号を出力する１０個の領域に分割されて
おり、１０個のレーザスポット光が光磁気ディスク１で
反射して光磁気ディスクヘッド２に戻ると、１０本の反
射レーザ光の夫々が、透過側アバランシェフォトダイオ
ード３０又は分岐側アバランシェフォトダイオード３２
の１０個の領域の夫々に入射するようにしてある。

【００１７】以下に、上記構成の光学式ロータリエンコ
ーダの位置検出用情報の書き込み動作、及び、読み取り
動作を説明する。先ず、光磁気ディスク１上に位置検出
用情報を書き込む際においては、予め光磁気ディスク１
の磁性体膜１２を法線方向の一定方向に磁化しておき、
対物レンズ２３から出射されたレーザスポット光が当た
る光磁気ディスク１上の位置に近接して電磁石３を配置
する。電磁石３には、磁性体膜１２を既に磁化されてい
る方向の逆方向に磁化する磁場を発生するように通電す
る。

【００１８】この状態で、半導体レーザ素子２０からの
レーザ光を光磁気ディスク１に照射する。半導体レーザ
素子２０の１０個のレーザチップＬには書き込み位置の
絶対位置を示す位置検出情報に応じてレーザ発光するチ
ップと発光しないチップがある。即ち、前述の如く絶対
位置を１０ビットの２進数で表現するため、「１」，
「０」をレーザチップの発光、非発光に対応させてい
る。このように位置検出用情報を含んだレーザ光は、コ
リメータレンズ２１、第１ビームスプリッタ２２、及
び、対物レンズ２３を通過してレーザスポット光として
光磁気ディスク１上に照射される。レーザ光の発光出力
を３０ｍＷ程度の高出力としておくことで、磁性体膜１
２のレーザスポット光が当たっている部分はレーザスポ
ット光によって加熱され、キューリ点まで温度上昇する
と電磁石３の磁場によって磁化される。つまり、レーザ
スポット光の当たった部分のみが磁化の方向を反転させ
られるのである。このようにして、位置検出用情報を示
す１０個のレーザチップの発光，非発光は、データ群Ａ
の１０個のデジタルデータの位置における磁性体膜１２
の磁化の方向に変換されて記録される。

【００１９】次に、光磁気ディスク１上に記録されてい
る位置検出用情報を読み取る際においては、半導体レー
ザ素子２０の１０個のレーザチップＬ全てを、３ｍＷ程
度の低出力でレーザ発光させる。このレーザ光は、コリ
メータレンズ２１、第１ビームスプリッタ２２、及び、
対物レンズ２３を通過して光磁気ディスク１上にレーザ
スポット光を形成する。

【００２０】光磁気ディスク１が検出対象に連動連結さ
れている回転軸４の回転軸芯周りに回転して、レーザス
ポット光がデータ群Ａの位置に当たると、そのレーザス
ポット光は、その偏向方向がデータ群Ａの１０個のデジ
タルデータが記録されている位置における磁性体膜１２
の磁化の方向に応じて回転されて反射する。この反射レ
ーザ光は、対物レンズ２３を通過して第１ビームスプリ
ッタ２２及び第２ビームスプリッタ２４にて分岐され、
λ／２板２７を通過して、偏向ビームスプリッタ２８に
入射する。偏向ビームスプリッタ２８に入射した光は、
反射レーザ光の偏向方向に応じてそのまま透過するもの
と分岐するものに分かれて、透過したものは透過側コリ
メータレンズ２９を通過して透過側アバランシェフォト
ダイオード３０に入射し、分岐したものは分岐側コリメ
ータレンズ３１を通過して分岐側アバランシェフォトダ
イオード３２に入射する。

【００２１】１０本の反射レーザ光は、透過側アバラン
シェフォトダイオード３０及び分岐側アバランシェフォ
トダイオード３２夫々の１０個に分割されている領域に
集光される。透過側アバランシェフォトダイオード３０
の１０個の領域と分岐側アバランシェフォトダイオード
３２の１０個の領域は夫々１対１に対応しており、偏向
ビームスプリッタ２８を通過する前の一本の反射レーザ
光が、偏向ビームスプリッタ２８を通過することで、そ
の対になっている領域に分かれて入射するのである。従
って、アバランシェフォトダイオード３０と分岐側アバ
ランシェフォトダイオード３２との、対になっているの
領域の出力信号の差が、読み取っているデータ群Ａの各
デジタルデータの位置における磁性体膜１２の磁化の方
向すなわちその位置の絶対位置を示す位置検出用情報に
相当するのである。

【００２２】以上のように、光磁気ディスクヘッド２
は、光磁気ディスク１からの反射光を検出して位置検出
用情報を読み取る読み取り手段Ｒ、及び、光磁気ディス
ク１の設定位置にレーザスポット光を照射して位置検出
用情報を書き込む書き込み手段Ｗとして機能し、光磁気
ディスクヘッド２を構成する偏向ビームスプリッタ２
８，透過側コリメータレンズ２９，透過側アバランシェ
フォトダイオード３０，分岐側コリメータレンズ３１，
及び，分岐側アバランシェフォトダイオード３２は、光
磁気ディスク１に照射したレーザスポット光とその反射
光との偏向方向の変化を検出する偏向方向差検出手段Ｐ
として機能する。

【００２３】尚、光磁気ディスクヘッド２のフォトダイ
オード２６から得られる信号は、対物レンズ２３と光磁
気ディスク１との間の距離設定のために用いられる。

【００２４】〔別実施例〕以下、本発明の別実施例を列
記する。 上記実施例では、絶対位置を示す位置検出用情報を
１０ビットのデータで表現しているが、１０ビット以下
あるいは１０ビット以上のデータで表現しても良い。

【００２５】 上記実施例では、絶対位置を示す位置
検出用情報を、一つの絶対位置を示すデータを光磁気デ
ィスク１の径方向に配列して、複数個のレーザチップＬ
から出射するレーザ光にて読み取りあるいは書き取りを
行っているが、一つの絶対位置を示すデータを光磁気デ
ィスク１の周方向に配列して、一個のレーザチップから
出射するレーザ光にて読み取りあるいは書き込みを行う
ようにしても良い。

【００２６】 上記実施例では、読み取り時あるいは
書き込み時において光磁気ディスク１の面振れによって
発生する虞れのある焦点ぼけ等に対する対策は特に施し
ていないが、対物レンズ２３を電磁石等からなるアクチ
ュエータにて位置調整できるように構成して、光磁気デ
ィスク１が面振れするような場合でもレーザスポット光
が光磁気ディスク１上に適正に集光するようにしても良
い。

【００２７】 上記実施例では、本発明を光学式ロー
タリエンコーダに適用した場合を示しており、記録媒体
である光磁気ディスク１と読み取り手段Ｒとの相対移動
は静止している読み取り手段Ｒあるいは書き込み手段Ｗ
に対して記録媒体が回転しているが、静止している読み
取り手段Ｒあるいは書き込み手段Ｗに対して記録媒体が
直線的に移動するいわゆる光学式リニアエンコーダに適
用しても良い。又、本発明を上記の何れに適用するにし
ても、記録媒体と、読み取り手段Ｒあるいは書き込み手
段Ｗとの相対移動は、どちらを静止させる構成としても
良い。

【００２８】 上記実施例では、位置検出用情報の読
み取りと書き込みの両方を行えるようにしているが、読
み取りのみを行うようにしても良い。この場合、ＣＤの
ように記録媒体に記録面の凹凸で記録されている位置検
出用情報を読み取るようにすることもできる。

【００２９】 上記実施例では、記録媒体への位置検
出用情報の書き込み及び読み取りを光磁気記録の原理を
用いて行っているが、いわゆる相変化型記録やライトワ
ンスの原理を用いて行っても良い。

【００３０】 上記実施例では、レーザチップを１０
個並べた半導体レーザ素子２０を用いているが、一つの
レーザチップから複数本のレーザ光を出射するいわゆる
マルチビームレーザを用いても良い。

【００３１】尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を
便利にするために符号を記すが、該記入により本発明は
添付図面の構造に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の光学式ロータリエンコーダの
概略構成図

【図２】本発明の実施例にかかる光磁気ディスクの部分
断面図

【図３】本発明の実施例にかかるデータ配置説明図

【図４】本発明の実施例にかかる光磁気ディスクヘッド
の構成図

【図５】本発明の実施例にかかる半導体レーザ素子の部
分構成図

【符号の説明】

１ 記録媒体 Ｒ 読み取り手段

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 位置検出用情報を記録する記録媒体
   （１）と、 前記記録媒体（１）にレーザスポット光を照射し、その
   照射したレーザスポット光の前記記録媒体（１）からの
   反射光を検出して前記位置検出用情報を読み取る読み取
   り手段（Ｒ）とが、相対移動するように設けられた光学
   式位置検出装置であって、 前記位置検出用情報が、前記記録媒体（１）と前記読み
   取り手段（Ｒ）との相対移動方向における絶対位置を示
   す情報であり、 前記読み取り手段（Ｒ）が読み取る前記位置検出用情報
   に基づいて、前記絶対位置を検出するように構成されて
   いる光学式位置検出装置。
2. 【請求項２】 前記記録媒体（１）の設定位置にレーザ
   スポット光を照射して位置検出用情報を書き込む書き込
   み手段（Ｗ）が備えられている請求項１記載の光学式位
   置検出装置。
3. 【請求項３】 前記記録媒体（１）に、磁場が印加され
   た状態でレーザスポット光により加熱されると磁場の方
   向に応じて磁化され、且つ、その磁化の方向に応じて入
   射したレーザスポット光の偏向方向を変化させる磁性体
   膜（１２）が備えられていると共に、 前記書き込み手段（Ｗ）が、磁場発生手段（３）を備
   え、且つ、その磁場発生手段（３）により前記記録媒体
   （１）に一定方向の磁場をかけた状態でレーザスポット
   光を照射して位置検出用情報を記録するように構成さ
   れ、 前記読み取り手段（Ｒ）が、前記記録媒体（１）に照射
   したレーザスポット光とその反射光の偏向方向の変化を
   検出する偏向方向差検出手段（Ｐ）を備え、且つ、その
   偏向方向差検出手段（Ｐ）の検出情報に基づいて前記記
   録媒体（１）に記録されている位置検出用情報を読み取
   るように構成されている請求項２記載の光学式位置検出
   装置。