JPH0762622B2 - Optical encoder - Google Patents

Optical encoder

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JPH0762622B2
JPH0762622B2 JP63037632A JP3763288A JPH0762622B2 JP H0762622 B2 JPH0762622 B2 JP H0762622B2 JP 63037632 A JP63037632 A JP 63037632A JP 3763288 A JP3763288 A JP 3763288A JP H0762622 B2 JPH0762622 B2 JP H0762622B2
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optical encoder
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optical
encoder
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正勝 甲斐
誠 糸長
展明 中村
幸美 広瀬
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Victor Company of Japan Ltd
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Victor Company of Japan Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、いわゆる光学式回転検出装置に使用される、
回転円盤にピットを形成した光学式エンコーダに関す
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Industrial field of application) The present invention is used in a so-called optical rotation detection device,
The present invention relates to an optical encoder having a pit formed on a rotating disk.

(従来の技術) 第8図は従来の光学式エンコーダの外観斜視図、第9図
は第8図に示す光学式エンコーダの部分拡大図、第10図
は従来の光学式エンコーダを利用した光学式回転検出装
置の正面断面図である。
(Prior Art) FIG. 8 is an external perspective view of a conventional optical encoder, FIG. 9 is a partially enlarged view of the optical encoder shown in FIG. 8, and FIG. 10 is an optical system utilizing a conventional optical encoder. It is a front sectional view of a rotation detection device.

第8図、第9図に示すように、従来の光学式エンコーダ
1は円盤状ガラス板2、金属層3、複数のスリット4、
中心穴5、シャフト6およびハウジング7から構成され
ている。
As shown in FIGS. 8 and 9, the conventional optical encoder 1 includes a disk-shaped glass plate 2, a metal layer 3, a plurality of slits 4,
It is composed of a central hole 5, a shaft 6 and a housing 7.

円盤状ガラス板2の上面は金属層3が蒸着されており、
この金属層3は後述する発光素子11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、そ
の外周近傍には多数のスリット4がエッチングにて環状
に形成されている。
A metal layer 3 is vapor-deposited on the upper surface of the disk-shaped glass plate 2,
The metal layer 3 is made of a metal such as aluminum or chrome that reflects light rays from a light emitting element 11 which will be described later, and a large number of slits 4 are formed in an annular shape by etching in the vicinity of the outer periphery thereof.

円盤状ガラス板2の中央部には中心穴5が形成されてお
り、ここにハウジング7を介してシャフト6が挿通され
固定されている。
A central hole 5 is formed in the central portion of the disk-shaped glass plate 2, and a shaft 6 is inserted and fixed therein through a housing 7.

上記構成の従来の光学式エンコーダ1は、第10図に示す
光学式回転検出装置のケース8に軸受9,10を介して回転
自在に軸支される。発光素子11と受光素子12とは光学式
エンコーダ1の金属層3及び円盤状ガラス板2を介して
対向するようにケース8内に配置されており、これらは
シャフト6に取り付けられている図示しないスピンドル
モータ等の回転により、円盤状ガラス板2が回転した
際、金属層3のスリット4を通して発光素子11からの光
線が受光素子12に直接入射するように配置されている。
受光素子12の出力信号を増幅して波形整形を行なう増幅
・波形整形回路13もケース8内に配置される。
The conventional optical encoder 1 having the above structure is rotatably supported by the case 8 of the optical rotation detecting device shown in FIG. 10 via bearings 9 and 10. The light emitting element 11 and the light receiving element 12 are arranged in the case 8 so as to face each other via the metal layer 3 and the disk-shaped glass plate 2 of the optical encoder 1, and these are attached to the shaft 6 and are not shown. When the disk-shaped glass plate 2 is rotated by the rotation of a spindle motor or the like, the light beam from the light emitting element 11 is directly incident on the light receiving element 12 through the slit 4 of the metal layer 3.
An amplification / waveform shaping circuit 13 for amplifying the output signal of the light receiving element 12 and shaping the waveform is also arranged in the case 8.

このような構成の光学式回転検出装置において、光学式
エンコーダ1がスピンドルモータ等(駆動手段)の回転
力により回転すると、発光素子11からの光線は金属層3
のスリット4で断続した光線として受光素子12に入射す
る。この断続した光線を受光する受光素子12は、入射光
に応じてレベルが変化する電気信号を出力する。この出
力信号は増幅・波形整形回路13に供給され、ここで増幅
され波形整形が行なわれた後、パルス信号が出力端子14
から出力される。そして、この出力端子14に接続される
図示しない計数回路でこの信号のパルスを計数すること
により、光学式エンコーダ1の回転数または回転角に応
じた回転検出信号を検出できる。
In the optical rotation detection device having such a configuration, when the optical encoder 1 is rotated by the rotational force of the spindle motor or the like (driving means), the light beam from the light emitting element 11 is emitted from the metal layer 3
The light beam is incident on the light receiving element 12 as a light beam that is interrupted by the slit 4. The light receiving element 12 that receives the intermittent light beam outputs an electric signal whose level changes according to the incident light. This output signal is supplied to the amplification / waveform shaping circuit 13, where it is amplified and waveform-shaped, and the pulse signal is output to the output terminal 14.
Is output from. Then, by counting the pulses of this signal with a counting circuit (not shown) connected to the output terminal 14, a rotation detection signal corresponding to the rotation speed or rotation angle of the optical encoder 1 can be detected.

(発明が解決しようとする課題) このようにスリットを有する光学式エンコーダは、高精
度の回転用検出信号を得るためには、光学式エンコーダ
を構成する円盤状ガラス板2上に形成されたスリット4
の数を増加する必要がある。しかし、スリット4の数を
増加すると、光の回折の影響により発光素子11から受光
素子12に至る光線の変化が減少し、スリットの回転によ
る光の断続の光量変化を検知出来なくなる。
(Problems to be Solved by the Invention) In the optical encoder having the slits as described above, in order to obtain a highly accurate detection signal for rotation, the slits formed on the disk-shaped glass plate 2 constituting the optical encoder are provided. Four
Need to increase the number of. However, when the number of slits 4 is increased, the change of the light rays from the light emitting element 11 to the light receiving element 12 is reduced due to the influence of the diffraction of light, and the intermittent change of the light amount due to the rotation of the slit cannot be detected.

また、スリット4上に微小なゴミ等が付着すると光線を
遮ってしまうので、所定限度以上には精度良く回転検出
信号を得ることができない問題点があった。
Further, if minute dust or the like adheres to the slit 4, the light beam is blocked, so that there is a problem in that the rotation detection signal cannot be obtained with an accuracy higher than a predetermined limit.

更に、高精度の光学式エンコーダを製造するには、高価
でかつ、大量生産に不向きであるという問題点があっ
た。
Further, there is a problem that manufacturing a high-precision optical encoder is expensive and not suitable for mass production.

本発明は上記の点に着目してなされたもので、高精度な
回転検出が可能で、しかも安価な光学式エンコーダを提
供することを目的とするものである。
The present invention has been made in view of the above points, and an object thereof is to provide an inexpensive optical encoder capable of highly accurate rotation detection.

(課題を解決するための手段) 本発明は上記課題を解決するために、周方向に等角度に
複数のピットが形成された反射部材、保護部材及び透明
部材を積層して成る光学式エンコーダであって、 使用されるレーザ光の波長をλ、使用される光ピックア
ップの開口数をNAとした場合、小ピット幅は0.25λ/NA
より大で0.35λ/NAより小、小ピットのピッチは0.4λ/N
Aより大で0.7λ/NAより小なる小ピットの複数個より構
成されているピットを備えたことを特徴とする光学式エ
ンコーダを提供する。
(Means for Solving the Problems) In order to solve the above problems, the present invention is an optical encoder including a reflective member having a plurality of pits formed at equal angles in the circumferential direction, a protective member, and a transparent member that are stacked. Given that the wavelength of the laser light used is λ and the numerical aperture of the optical pickup used is NA, the small pit width is 0.25λ / NA.
Larger and smaller than 0.35λ / NA, small pit pitch is 0.4λ / N
An optical encoder having a pit composed of a plurality of small pits larger than A and smaller than 0.7λ / NA.

(実施例) 本発明の光学式エンコーダは、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。
(Example) The optical encoder of the present invention can be manufactured using a well-known compact disc (hereinafter abbreviated as CD) recording / production apparatus.

第1図は本発明の光学式エンコーダの第1実施例のピッ
トの部分拡大パターン図、第2図は光学式エンコーダの
部分拡大断面図、第3図は光ビーム、ピット、検出信号
との関係図、第4図は本発明の光学式エンコーダを用い
た光学式回転検出装置の一実施例を示すブロック系統
図、第5図は第4図の動作を説明するための波形図であ
る。
FIG. 1 is a partially enlarged pattern view of a pit of a first embodiment of an optical encoder of the present invention, FIG. 2 is a partially enlarged sectional view of an optical encoder, and FIG. 3 is a relation between a light beam, a pit and a detection signal. 4 and 5 are block system diagrams showing an embodiment of an optical rotation detecting device using the optical encoder of the present invention, and FIG. 5 is a waveform diagram for explaining the operation of FIG.

本発明の光学式エンコーダ16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
からなる保護膜17、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18およびポリカーボ
ネート樹脂等からなる透明プラスチック19を積層し密着
して成るものである。
The optical encoder 16 of the present invention has substantially the same structure as a known CD. As shown in FIG. 2, a protective film 17 made of an ultraviolet curable resin or the like and a metal such as aluminum is formed by vapor deposition or sputtering. The reflective film 18 and a transparent plastic 19 made of a polycarbonate resin or the like are laminated and adhered to each other.

ピット20は、第1図に示される如く円周方向に等角度
α,α,…,の間隔をもって、この光学式エンコーダ16
が使用される際の偏心量の2倍と、後述する光ビーム22
eと22fの間隔Lとの和よりも半径方向に充分長い長さX
の形状のものが、同心円上に複数個形成され、同一円周
上のピット20の幅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。
The pits 20 are arranged in the optical encoder 16 at equal intervals α, α, ... In the circumferential direction as shown in FIG.
Is twice the amount of eccentricity when the
A length X that is sufficiently longer in the radial direction than the sum of the distance L between e and 22f
Are formed on a concentric circle, the width Q of the pits 20 on the same circumference and the pit gap P are equal (P =
Q) Since it is formed, the pit pitch is 2P.

さて、第4図において、光学式エンコーダ16の図示が省
略されているが、光学式エンコーダ16は、光ピックアッ
プ31と対向するように回転自在に軸支されており、光学
式エンコーダ16の透明プラスチック19側(第2図中、下
側)は光ピックアップ31と対向している。
Although the optical encoder 16 is not shown in FIG. 4, the optical encoder 16 is rotatably supported so as to face the optical pickup 31, and the transparent plastic of the optical encoder 16 is provided. The 19 side (lower side in FIG. 2) faces the optical pickup 31.

光ピックアップ31は周知のコンパクトディスクプレーヤ
の光ピックアップと略同一構成であり、半導体レーザ、
ハーフミラー等の光学系、フォーカスサーボ用駆動系、
グレーティング板(回折格子板)(いずれも図示せ
ず)、及びフォトダイオード等よりなる光検出器から構
成されている。
The optical pickup 31 has substantially the same structure as that of a known compact disc player, and includes a semiconductor laser,
Optical system such as half mirror, drive system for focus servo,
It is composed of a grating plate (diffraction grating plate) (none of which is shown) and a photodetector composed of a photodiode or the like.

上記グレーティ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、フォーカス
制御をするための信号を検出する光検出器Da,Db,Dc,Dd
は田字状に配列され、この4つの光検出器Da〜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De,Dfからの電気出力信号をそれぞれE,Fと
する。
The grating plate divides the laser light beam from the semiconductor laser into three beams, and photodetectors Da, Db, Dc, Dd for detecting signals for focus control.
Are arranged in the shape of a letter, and the electric output signals from the four photodetectors Da to Dd are A, B, C, and D, and the electric output signals from the photodetectors De and Df that obtain the rotation detection signals are output. Let E and F respectively.

電気出力信号A〜Dはフォーカス制御部32に、電気出力
信号E,Fはエンコーダ信号処理部33にそれぞれ供給され
ている。
The electric output signals A to D are supplied to the focus control unit 32, and the electric output signals E and F are supplied to the encoder signal processing unit 33.

エンコーダ信号処理部33に供給された信号Eは電流・電
圧変換回路34、バッフア回路35をシリーズに介し、増幅
回路36に供給されている。同様に信号Fは電流・電圧変
換回路37、バッフア回路38にシリーズに介し、増幅回路
39を供給されている。
The signal E supplied to the encoder signal processing unit 33 is supplied to the amplifier circuit 36 via the current / voltage conversion circuit 34 and the buffer circuit 35 in series. Similarly, the signal F is sent to the current / voltage conversion circuit 37, the buffer circuit 38 through the series, and the amplification circuit.
39 have been supplied.

増幅回路36,39の出力信号はそれぞれ比較回路40,41に供
給されている。
The output signals of the amplifier circuits 36 and 39 are supplied to the comparison circuits 40 and 41, respectively.

そして、比較回路40の出力信号はモノマルチバイブレー
タ42とこれとは別にインバータ43を介してモノマルチバ
イブレータ44とに供給され、同様に比較回路41の出力信
号はモノマルチバイブレータ45とこれとは別にインバー
タ46を介してモノマルチバイブレータ47とにそれぞれ供
給されている。
Then, the output signal of the comparison circuit 40 is supplied to the mono multivibrator 42 and the mono multivibrator 44 separately via the inverter 43, and similarly, the output signal of the comparison circuit 41 is separated from the mono multivibrator 45 and this. It is supplied to the mono-multivibrator 47 via the inverter 46, respectively.

ここで、比較回路40,41、モノマルチバイブレータ42,4
4,45,47、インバータ43,46とでパルス生成回路48を構成
しており、モノマルチバイブレータ42,44,45,47のそれ
ぞれの出力信号はOR回路49に供給され、このOR回路49の
出力信号は出力端子50よりエンコーダ出力として取り出
すようになっている。
Here, the comparison circuits 40 and 41, the mono-multi vibrators 42 and 4
4, 45, 47 and the inverters 43, 46 constitute a pulse generation circuit 48, and the respective output signals of the mono-multivibrator 42, 44, 45, 47 are supplied to the OR circuit 49, and the OR circuit 49 The output signal is output from the output terminal 50 as an encoder output.

また、51は後述するインクリメント型の光学式エンコー
ダ16の内周又は外周に設けた零番地を示すピットを検出
するためのZ相検出器であり、52はこのZ相検出信号の
出力端子である。
Further, 51 is a Z-phase detector for detecting a pit indicating a zero address provided on the inner or outer circumference of an increment type optical encoder 16 described later, and 52 is an output terminal of this Z-phase detection signal. .

更に、光ピックアップ31の出力信号は図示を省略した
が、光学式エンコーダ16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。
Further, although not shown, the output signal of the optical pickup 31 is supplied to a rotation servo detection circuit for controlling the rotation of the optical encoder 16 and a rotation direction detection circuit for detecting the rotation direction.

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。
The operation of the optical rotation detecting device having such a configuration will be described with reference to FIGS. 1 to 5.

光学式エンコーダ1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、光ピックアップ31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、グレーティング板により3つに分割
されて、光ピックアップ31内臓の光学系を経た後、第1
図に図示されるように光学式エンコーダ16の表面に、こ
こでは直径1.5μmのビーム22a,22e,22f(この3ビーム
をビーム22と総称する)として照射される。
When the optical encoder 1 is rotated at a constant speed by the rotational force of a driving means such as a spindle motor, a laser light beam having a wavelength of 0.78 μm, which is output from the semiconductor laser element of the optical pickup 31, is divided into three by a grating plate. After going through the optical system of the optical pickup 31 built-in,
As shown in the figure, the surface of the optical encoder 16 is irradiated here with beams 22a, 22e, 22f having a diameter of 1.5 μm (these three beams are collectively referred to as beam 22).

この照射されたビーム22は、光学式エンコーダ16の透明
プラスチック19を透過して反射膜18の表面(ピット20)
に合焦し、ここで光ビーム22は反射して再び光ピックア
ップ部31内蔵の光学系を経て、光検出器Da〜Dfに入光す
るが、ビーム22aは光検出器Da〜Ddに、ビーム22eは光検
出器Deに、ビーム22fは光検出器Dfにそれぞれ入光す
る。
The irradiated beam 22 passes through the transparent plastic 19 of the optical encoder 16 and the surface of the reflection film 18 (pit 20).
Then, the light beam 22 is reflected and again enters the photodetectors Da to Df through the optical system built in the optical pickup unit 31, but the beam 22a is emitted to the photodetectors Da to Dd. The beam 22f enters the photodetector De and the beam 22f enters the photodetector Df.

ここで、ピット20の深さ23は使用するレーザ光の波長の
略1/4であるので、ピット20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22の反射量は、ピット20
の境界部分で変化する。従って、光検出器Da,Db,Dc,Dd,
De,Dfはピット20を電気信号A,B,C,D,E,Fとして得ること
が出来る。
Here, since the depth 23 of the pit 20 is approximately 1/4 of the wavelength of the laser light to be used, interference of the laser light occurs at the boundary portion of the pit 20.
Changes at the boundary of. Therefore, the photodetectors Da, Db, Dc, Dd,
De and Df can obtain the pit 20 as electric signals A, B, C, D, E, and F.

第3図は光ビーム、ピット、検出信号との関係を示す図
であり、同図(A),(B),(C)はそれぞれ光ビー
ムの径、ピットの断面、このピットを検出して得られる
電気信号であり、ここでは、光学式エンコーダ16の複数
のピット20の同一円周上における幅Qとピット間隙Pと
は光ビーム22の径に等しく形成されているので、電気信
号A〜Fの波形は、第3図(C)のような、波高差は小
さいが同一円周上に配列されたピット数の2倍の周波数
の、極性変化のデューティ比が等しい信号が得られる。
なお、第3図(B),(C)は、このピット20の幅Qが
この光ビーム22の径に等しい場合であるが、このピット
20の幅Qがこの光ビーム22の径以上であれば、同一円周
上に配列されたピット数の2倍の周波数の検出信号が得
られる。
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the light beam, the pit, and the detection signal. FIGS. 3 (A), (B), and (C) show the diameter of the light beam, the cross section of the pit, and the detection of this pit. This is an electric signal obtained. Here, since the width Q and the pit gap P on the same circumference of the plurality of pits 20 of the optical encoder 16 are formed to be equal to the diameter of the light beam 22, the electric signals A to As for the waveform of F, as shown in FIG. 3 (C), a signal having a small wave height difference but a frequency of twice the number of pits arranged on the same circumference and having the same duty ratio of polarity change can be obtained.
3 (B) and 3 (C) show the case where the width Q of the pit 20 is equal to the diameter of the light beam 22.
If the width Q of 20 is equal to or larger than the diameter of this light beam 22, a detection signal having a frequency twice the number of pits arranged on the same circumference can be obtained.

このようにして得られた電気信号A〜Dに基づき、CDプ
レーヤ等で周知のフォーカス制御部32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31のフォーカスを調整する。更に、光学式エンコーダ
を定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。
Based on the electric signals A to D obtained in this way, the focus control unit 32, which is well known in CD players and the like, adjusts the focus of the optical pickup 31 so that the difference between (A + C) and (B + D) becomes zero. Adjust. Further, the rotation servo for keeping the optical encoder rotating at a constant speed or the rotation angle and the detection of the rotation direction are performed.

また、フォーカス制御部32は、光ビーム22aが光学式エ
ンコーダ16のピット20に合焦した時、バッファ回路35,3
8を動作させるようになっている。
Further, the focus control unit 32, when the light beam 22a is focused on the pit 20 of the optical encoder 16, the buffer circuit 35,3.
8 is designed to work.

一方、エンコーダ信号処理部33に供給された信号E,Fは
電流・電圧変換回路34,37でそれぞれ電圧に変換された
後、増幅回路36,39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。
On the other hand, the signals E and F supplied to the encoder signal processing unit 33 are converted into voltages by the current / voltage conversion circuits 34 and 37, respectively, and then amplified to a predetermined level by the amplification circuits 36 and 39, and then the fifth level.
A signal a (referred to as an A-phase signal) and a signal b (referred to as a B-phase signal) illustrated in FIGS.

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ィグ板を回転させ
て、ビーム22eと22fとが回転方向に機械角度がβとなる
ように調整可能にしてある。
Here, by rotating the grating plate so that the phase difference between the A-phase signal and the B-phase signal becomes π / 2 radian in electrical angle, the beams 22e and 22f have a mechanical angle β in the rotation direction. It is adjustable.

上記の信号aおよび信号bはそれぞれ比較回路40,41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c,dはそれぞれインバータ4
3,46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。
The signals a and b are shaped by the comparison circuits 40 and 41 into rectangular wave signals c and d shown in FIGS. 5C and 5D, respectively. These signals c and d are respectively
Inverted by 3,46, the rectangular wave signals c'and d'shown in FIGS. 5 (C ') and (D') are obtained.

モノマルチバイブレータ42,44,45,47は供給される矩形
波の立ち上り時に1パルスを送出するもので、それぞれ
の出力信号は、第5図(E)〜(H)に図示の信号e〜
hとなる。これらの信号e〜bからOR回路49により第5
図(I)に図示のA相信号(B相信号)を4分割した信
号iが得られる。
The mono-multi vibrators 42, 44, 45 and 47 send out one pulse at the rising edge of the supplied rectangular wave, and their output signals are signals e to e shown in FIGS. 5 (E) to 5 (H).
h. From the signals e to b, the fifth signal is obtained by the OR circuit 49.
A signal i obtained by dividing the A-phase signal (B-phase signal) shown in FIG.

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iを用いた方が、4倍の精
度のエンコーダ出力信号を得ることができる。
Therefore, it is possible to obtain an encoder output signal with four times higher accuracy by using the signal i than using the A-phase signal and the B-phase signal as they are as the encoder output signal.

また、増幅回路35,38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ダ出力信号
得ることも可能である。
It is also possible to electrically divide the A-phase signal and the B-phase signal sent from the amplifier circuits 35 and 38 to obtain an encoder output signal with higher resolution.

第6図は、本発明の光学式エンコーダの第2実施例のピ
ットの部分拡大パターン図であり、同図は第1図のピッ
ト20の他に角度α、ピット幅Q、ピット間隙Pが異なる
ピット24,25または、それ以上のピットがピット20とは
それぞれ別の同心円上に形成されているものである。
FIG. 6 is a partially enlarged pattern diagram of the pits of the second embodiment of the optical encoder of the present invention, in which the angle α, the pit width Q and the pit gap P are different in addition to the pit 20 of FIG. The pits 24, 25 or more pits are formed on concentric circles different from the pit 20, respectively.

この第2実施例は、1つのエンコーダにピット幅Q(ピ
ット間隙P)が異なる複数のパターンを有するので、パ
ターンを選択することにより所望のエンコーダ信号を即
座に得るのに最適である。
Since the second embodiment has a plurality of patterns with different pit widths Q (pit gaps P) in one encoder, it is optimal to immediately obtain a desired encoder signal by selecting the patterns.

第1図において、ピット幅Q(ピット間隙P)が、例え
ば第3図(D)に示されるように使用される光ビーム22
の径より充分大なる時、検出される電気信号は第3図
(E)のような波高差が小さく、デューティ比が等しく
ないため、信号処理上において、ピット幅Q(ピット間
隙P)を光ビーム22の径より充分大きくすることは、得
策でない。
In FIG. 1, the pit width Q (pit gap P) is used, for example, as shown in FIG. 3 (D).
When it is sufficiently larger than the diameter of the pit width, the detected electric signal has a small wave height difference as shown in FIG. 3 (E) and the duty ratios are not equal. It is not a good idea to make it sufficiently larger than the diameter of the beam 22.

第7図は、上記の場合でも最大の波高差および適切な波
形を得るためになされた、本発明の光学式エンコーダの
第3実施例のピットの部分拡大パターン図である。
FIG. 7 is a partially enlarged pattern diagram of pits of the third embodiment of the optical encoder of the present invention, which is made in order to obtain the maximum wave height difference and an appropriate waveform even in the above case.

同図において、使用されるビーム22より小さい小ピット
幅Wの円弧状の小ピット26が複数本、群をなして1つの
ピット27を形成している。ここでは複数の小ピット26は
円弧状になっているが、半径方向に配列されていても、
半径方向とは角度をなして配列されていても良い。
In the figure, a plurality of arc-shaped small pits 26 having a small pit width W smaller than the beam 22 used are grouped to form one pit 27. Here, the plurality of small pits 26 have an arc shape, but even if they are arranged in the radial direction,
It may be arranged at an angle to the radial direction.

ここで、使用されるレーザ光の波長λを0.78μm、ピッ
クアップの開口数NAを0.47とした場合、得られる電気信
号レベルが最大となる小ピット幅Wは、λ/(3NA)で
現わせることが知られており、その結果は略0.5μmで
ある。
Here, when the wavelength λ of the laser light used is 0.78 μm and the numerical aperture NA of the pickup is 0.47, the small pit width W that maximizes the electric signal level obtained can be expressed by λ / (3NA). It is known that the result is about 0.5 μm.

このような条件の時、小ピット部分および小ピットと小
ピットとの間隙により得られる信号レベル変動が最小と
なる小ピット26の小ピットピッチRはシミュレーション
の結果、略1μmであることが得られた。
Under these conditions, the small pit pitch R of the small pits 26 that minimizes the signal level fluctuation obtained by the small pit portion and the gap between the small pits is approximately 1 μm as a result of simulation. It was

上記シミュレーションの結果、最適範囲は、小ピット幅
は0.25λ/NAより大で0.35λ/NAより小であり、小ピット
のピッチは0.4λ/NAより大で0.7λ/NAより小さい。
As a result of the above simulation, the optimum range is that the small pit width is larger than 0.25λ / NA and smaller than 0.35λ / NA, and the pitch of the small pits is larger than 0.4λ / NA and smaller than 0.7λ / NA.

上記の光学式エンコーダ16を、エンコーダ出力よりパル
ス数をインクリメンタルに数えることにより回転速度を
検出するインクリメント型エンコーダとして用いる場合
には、ここでは図示しないが、光学式エンコーダ16の内
周又は外周に零番地を示すピットを形成することは勿論
である。
When the above optical encoder 16 is used as an incremental encoder that detects the rotation speed by incrementally counting the number of pulses from the encoder output, it is not shown here, but is zero on the inner or outer circumference of the optical encoder 16. Needless to say, a pit indicating an address is formed.

(発明の効果) 上述したように、本発明の光学式エンコーダは、従来の
ものに比較して、ピットの数を極めて多く形成すること
で、回転検出の精度を向上させることが出来ると共に、
CDの記録生産装置を用いて製造可能なものであり、同一
のものが大量に製造出来、安価である特長がある。
(Effect of the Invention) As described above, the optical encoder of the present invention can improve the accuracy of rotation detection by forming an extremely large number of pits as compared with the conventional encoder.
It can be manufactured using a CD recording and production device, and the same product can be mass-produced and is inexpensive.

ピットを径方向に長くすることにより、光学式エンコー
ダを回転検出装置に取り付けて使用される際に偏心等が
あっても一定レベルの回転検出信号が得られる特長があ
る。
By lengthening the pits in the radial direction, there is a feature that a rotation detection signal of a certain level can be obtained even when eccentricity or the like occurs when the optical encoder is attached to the rotation detection device and used.

1つのエンコーダにピット幅(ピット間隙)が異なる複
数のパターンを有することで、汎用性の有する光学式エ
ンコーダが得られる。
By having a plurality of patterns having different pit widths (pit gaps) in one encoder, a versatile optical encoder can be obtained.

前記ピットの幅を使用されるレーザ光の光ビーム径以上
としたから、同一円周上に配列されたピット数の2倍の
周波数の検出信号が得られる。
Since the width of the pit is set to be equal to or larger than the diameter of the light beam of the laser light used, a detection signal having a frequency twice the number of pits arranged on the same circumference can be obtained.

検出される信号レベルが最大となる小ピット幅、信号レ
ベル変動が最小となる小ピットピッチより成る小ピット
群によるピットパターンを形成することで、回転検出の
精度を向上させることが出来る特長がある。
By forming a pit pattern with a small pit width that maximizes the detected signal level and a small pit group that minimizes the signal level fluctuation, the rotation detection accuracy can be improved. .

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明の光学式エンコーダの第1実施例のピッ
トの部分拡大パターン図、第2図は光学式エンコーダの
部分拡大断面図、第3図は光ビーム、ピット、検出信号
との関係図、第4図は本発明の光学式エンコーダを用い
た光学式回転検出装置の一実施例を示すブロック系統
図、第5図は第4図の動作を説明するための波形図、第
6図,第7図は本発明の光学式エンコーダの第2および
第3実施例のピットの部分拡大パターン図、第8図は従
来の光学式エンコーダの外観斜視図、第9図は第8図に
示す光学式エンコーダの部分拡大図、第10図は従来の光
学式エンコーダを用いた光学式回転検出装置の正面断面
図である。 16……光学式エンコーダ、17……保護部材、18……反射
部材、19……透明プラスチック(透明部材)、20,24,2
5,27……ピット、26……小ピット、α,α′……中心
角、λ……波長、NA……開口数、P……ピット間隙、Q
……小ピット幅、R……小ピットピッチ、W……ピッチ
幅。
FIG. 1 is a partially enlarged pattern view of a pit of a first embodiment of an optical encoder of the present invention, FIG. 2 is a partially enlarged sectional view of an optical encoder, and FIG. 3 is a relation between a light beam, a pit and a detection signal. 4 and 5 are block system diagrams showing an embodiment of an optical rotation detecting device using the optical encoder of the present invention, FIG. 5 is a waveform diagram for explaining the operation of FIG. 4, and FIG. , FIG. 7 is a partially enlarged pattern view of pits of the second and third embodiments of the optical encoder of the present invention, FIG. 8 is an external perspective view of a conventional optical encoder, and FIG. 9 is shown in FIG. FIG. 10 is a partially enlarged view of the optical encoder, and FIG. 10 is a front sectional view of an optical rotation detection device using a conventional optical encoder. 16 ... Optical encoder, 17 ... Protective member, 18 ... Reflective member, 19 ... Transparent plastic (transparent member), 20, 24, 2
5,27 …… pit, 26 …… small pit, α, α ′ …… center angle, λ …… wavelength, NA …… numerical aperture, P …… pit gap, Q
…… Small pit width, R …… Small pit pitch, W …… Pitch width.

フロントページの続き 審査官 尾崎 淳史 (56)参考文献 特開 昭60−100013(JP,A) 特開 昭63−201521(JP,A)Continuation of front page Examiner Atsushi Ozaki (56) References JP-A-60-100013 (JP, A) JP-A-63-201521 (JP, A)

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】周方向に等角度に複数のピットが形成され
た反射部材、保護部材及び透明部材を積層して成る光学
式エンコーダであって、使用されるレーザ光の波長を
λ、使用される光ピックアップの開口数をNAとした場
合、小ピット幅は0.25λ/NAより大で0.35λ/NAより小、
小ピットのピッチは0.4λ/NAより大で0.7λ/NAより小な
る小ピットの複数個より構成されているピットを備えた
ことを特徴とする光学式エンコーダ。
1. An optical encoder comprising a reflective member having a plurality of pits formed at equal angles in the circumferential direction, a protective member, and a transparent member, wherein the wavelength of laser light used is λ. When the numerical aperture of the optical pickup is NA, the small pit width is larger than 0.25λ / NA and smaller than 0.35λ / NA,
An optical encoder characterized by having a pit composed of a plurality of small pits having a pitch of smaller than 0.4λ / NA and smaller than 0.7λ / NA.
JP63037632A 1988-02-22 1988-02-22 Optical encoder Expired - Lifetime JPH0762622B2 (en)

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US07/313,672 US4929822A (en) 1988-02-22 1989-02-22 Detection system with an optical encoder to optically detect displacement amount of a movable device
US07/427,203 US5006703A (en) 1988-02-22 1989-10-24 Reflective optical rotary encoder disc

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JP2647381B2 (en) * 1987-02-17 1997-08-27 川崎重工業株式会社 Optical disk for optical encoder

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