JPH0843129A - 変位情報記録方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 エンコーダの変位情報に関するパターンを基
板上に適切に形成し、高精度で高分解能の変位情報の検
出ができるようにした変位情報記録方法を得ること。 【構成】 その表面に追記型、または書換可能型の光学
的情報記録媒体よりなる記録層を有する基板を製品エン
コーダの変位部に取り付け、基準エンコーダの変位部と
該製品エンコーダの変位部とを結合手段によって結合
し、該基準エンコーダの変位部の変位によって該基準エ
ンコーダから変位情報を発生し、これを利用して該製品
エンコーダの記録層に変位情報に関するパターンを形成
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は変位情報記録方法に関
し、特に回転物体の回転情報や移動物体の移動情報を測
定するロータリーエンコーダやリニアエンコーダ等のエ
ンコーダにおいて、変位情報に関するパターンをエンコ
ーダの一部を構成する光学的情報記録媒体に記録する為
の変位情報記録方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、例えば特公平 2-35244号公報
で提案されている光学式ロータリーエンコーダでは、回
転（角度）情報検出用の情報ピット（パターン）を凹凸
ピットより形成し、該凹凸ピットを回転円板の円周方向
であって回転方向と直交するように、即ち放射方向に配
列し、該放射状の凹凸ピットを光ヘッドにより読み取る
ことにより回転円板の回転情報を検出している。

【０００３】又、特開平 4-70509号公報では回転軸に固
設した書き込み可能の光ディスクに回転情報を検出する
為のフォーマットパターンを回転軸を中心に回転させな
がら書き込み、該フォーマットパターンを光ヘッドで検
出して回転情報を得るようにした光学式ロータリーエン
コーダが提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】特公平 2-35244号公報
で提案されている光学式ロータリーエンコーダでは、回
転情報に関する凹凸ピットがディスクの水平面内に記録
されている。従って検出の分解能を向上させるために
は、パターンである凹凸ピットの間隔を狭めなければな
らず、記録密度には基本的に限界がある。回転情報に関
する凹凸ピットはディスクの回転方向の向きに細く、放
射方向には長い形状で設けられている。角度分解能を向
上させるために、位置に関する種々の情報を記録するた
めの放射方向のトラック数を増加させると個々のトラッ
クの間隔の増大をまねき、凹凸ピットを記録するエンコ
ーディングディスクの半径を小さくするのが難しくなっ
てくる。

【０００５】また、従来の光電式ロータリーエンコーダ
では図６に示すようにディスク基板４上に回転情報に関
するパターン（スケール）ｓをレーザ光の１／４波長の
深さの凹凸ピットとして形成し、その上に反射膜を蒸着
している。そして該ディスク円板４をエンコーダの軸に
取り付けて製作している。そしてパターンｓの検出に際
しては、パターンｓにレーザスポット光を照射し、ピッ
トの有無による反射光の増減によって信号を得ている。

【０００６】かかる従来のエンコーダにおいては、回転
情報に関するパターンが事前にディスク媒体上に記録さ
れているディスクをエンコーダに取り付けるので、その
際パターンの中心と回転中心軸を正確に一致させないと
偏心が発生し、回転角度の検出精度が低下してくるとい
う問題があった。

【０００７】又、前記の特開平 4-70509号公報による提
案においては、位置情報の記録時に必要となる条件、例
えば光ディスク回転の線速度を一定化、もしくは回転速
度制御によってフォーマットパターンの記録間隔が適正
になるように、逐次記録していくという具体的な書き込
み時の条件が何等開示されていない。

【０００８】本発明は、エンコーダの一部を構成する光
学的情報記録媒体に回転情報や移動情報（直線変動情
報）等の変位情報に関するパターンを回転偏芯誤差や傾
き誤差の無い状態で記録し、これにより変位物体の変位
情報を高精度、高分解能で検出することができるように
した変位情報記録方法の提供を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の変位情報記録方
法の構成は、 （１−１） 第１エンコーダに対して第２エンコーダを
係合し、該第２エンコーダの一部を構成する追記型又は
書換可能型の光学的情報記録媒体の一部に該第１エンコ
ーダからの変動に伴なう基準信号に同期して検出ヘッド
により変位情報に関するパターンを記録するようにした
ことを特徴としている。

【００１０】特に、（１−１−１） 前記の光学的情報
記録媒体は追記型又は光磁気型の光学的情報記録媒体で
ある、（１−１−２） 前記の光学的情報記録媒体は相
変化型の光学的情報記録媒体であること等を特徴として
いる。

【００１１】更に、 （１−２） 第１ロータリーエンコーダの回転軸にカッ
プリング手段を介して第２ロータリーエンコーダを固設
し、該第２ロータリーエンコーダの一部を構成する追記
型又は書換可能型の光学的情報記録媒体の一部に該第１
ロータリーエンコーダからの回動に伴なう基準信号に同
期して検出ヘッドにより回転情報に関するパターンを記
録するようにしたことを特徴としている。

【００１２】特に、（１−２−１） 前記の光学的情報
記録媒体は追記型又は光磁気型の光学的情報記録媒体で
ある、（１−２−２） 前記の光学的情報記録媒体は相
変化型の光学的情報記録媒体であること等を特徴として
いる。

【００１３】更に、 （１−３） 第１リニアエンコーダに対して第２リニア
エンコーダをカップリング手段を介して係合させ、該第
２リニアエンコーダの一部を構成する追記型又は書換可
能型の光学的情報記録媒体の一部に該第１リニアエンコ
ーダからの移動に伴なう基準信号に同期して検出ヘッド
により移動情報に関するパターンを記録するようにした
ことを特徴としている。

【００１４】特に、（１−３−１） 前記の光学的情報
記録媒体は追記型又は光磁気型の光学的情報記録媒体で
ある、（１−３−２） 前記の光学的情報記録媒体は相
変化型の光学的情報記録媒体であること等を特徴として
いる。

【００１５】

【実施例】図１は本発明をロータリーエンコーダに適用
したときの実施例１の要部概略図である。図中、１は第
１ロータリーエンコーダとしての基準エンコーダであ
る。３は第２ロータリーエンコーダとしての製品エンコ
ーダであり、ディスク基板４の光学的情報記録媒体４ａ
上への回転情報（変位情報）に関するパターン２の記録
を除いては完成している。尚、基準エンコーダ１の角度
分解能は製品エンコーダ３のそれより高いものである。

【００１６】パターン２は後述するように本発明によっ
て光学的情報記録媒体４ａ上に記録している。ディスク
基板４の上面に設けた光学的情報記録媒体４ａは追記
型、または書換可能型の薄層（記録層）より成ってい
る。５は基準エンコーダ１側のモータ、６はカップリン
グ手段であり基準エンコーダ１と製品エンコーダ３を係
合している。７は製品エンコーダ３の本体である。８は
光検出部（検出ヘッド）であり、回転情報（変位情報）
に関するパターン２の記録及び検出を行う。９は半導体
レーザである。１０は制御回路であり、回転情報に関す
るパターン２の記録・検出を制御する。１３は受光素子
である。なお、光検出部８は製品エンコーダ３の本体７
に固定している。

【００１７】本実施例の場合、製品エンコーダ３の回転
軸６ａ及びディスク基板４が製品エンコーダ３の変位部
であり、基準エンコーダ１の回転軸６ｂ及び回転情報に
関するパターンを記録しているディスク基板（不図示）
が基準エンコーダ１の変位部である。

【００１８】本実施例はディスク基板４の上面に追記
型、または書換可能型の光学的情報記録媒体４ａを形成
しておき、ディスク基板４を基準エンコーダの回転軸６
ｂにカップリング手段６を介して取り付けた後に、基準
エンコーダ１の基準信号に同期させて光学的情報記録媒
体４ａに回転情報に関するパターン２を記録している。

【００１９】本実施例では追記型、または書換可能型の
光学的情報記録媒体を使用し、これにより製品エンコー
ダ３に必要である光検出部８をそのまま使用して光学的
情報記録媒体４ａへのパターンの記録を行っている。以
下、本発明で用いている追記型、または書換可能型の光
学的情報記録媒体の幾つかについて説明する。

【００２０】第１の例は追記型の光学的情報記録媒体と
して有機色素薄膜を使用する例である。ＰＣ（ポリカー
ボネイト）のディスク基板４にアルミニウム反射層を蒸
着して、その上に有機色素薄膜のテルル薄膜を光学的情
報記録媒体４ａとして積層してディスク基板４を構成し
たものである。このディスク基板４の場合、光学的情報
記録媒体４ａにレーザスポット光を照射すると、照射し
た箇所が加熱・溶融して化学変化を起こし光学的情報記
録媒体４ａに穴があき、変位情報に関するパターンが記
録される。検出に際しては、変位情報に関するパターン
にレーザスポット光を照射すると、この穴の存在する箇
所では下層のアルミニウム反射層にレーザ光が到達し、
反射光量が増加する。

【００２１】このように、光学的情報記録媒体４ａの穴
の有無による反射光量の差を検出することによって変位
情報に関するパターンを検出する。

【００２２】第２の例は書換可能型の光学的情報記録媒
体として光磁気書換型の媒体を使用する。具体的には、
ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）のディスク基板
４に光学的情報記録媒体４ａとしてFeTb系非結晶質合金
磁性膜を積層する。FeTb系非結晶質合金磁性膜には、磁
化方向が膜面に垂直になる組成領域が存在し、垂直磁気
記録による高記録密度化が可能である。

【００２３】この磁性膜の消去／記録方法は、まず光学
的情報記録媒体４ａに高エネルギーのレーザスポット光
を照射して光学的情報記録媒体をキュリー温度に加熱
し、その箇所の保磁力を小さくし磁化を消失させる。レ
ーザスポットが通過後、この箇所の温度は低下し、次に
外部磁場によって磁界を与えることによって磁区の磁化
方向が定まり、変位情報に関するパターンが記録され
る。変位情報に関するパターンの検出方法は次のとおり
である。

【００２４】光学的情報記録媒体４ａに記録時よりも低
エネルギーのレーザスポット光を照射し、磁気カー効果
によって磁化方向に応じた反射光の偏光面回転を検出す
ることによって変位情報に関するパターンを検出する。

【００２５】第３の例は書換可能型の光学的情報記録媒
体として相変化書換型の媒体を使用する。相変化による
記録方法は、結晶−非結晶状態とで記録膜の光学的特性
が異なることを利用するものである。具体的には、アク
リル等のディスク基板４表面にカルコゲナイド薄膜を蒸
着し多結晶膜の初期膜状態を形成して光学的情報記録媒
体４ａとする。この光学的情報記録媒体４ａへの記録方
法は次のとおりである。光学的情報記録媒体４ａを短い
パルス幅で高エネルギーのレーザスポット光で照射する
と、その箇所は過熱されて溶融する。

【００２６】次にレーザスポット光が通過後大気による
急冷作用でその箇所では結晶質が非結晶質になり、変位
情報に関するパターンが記録される。記録部分の消去方
法は次のとおりである。長いパルス幅で低エネルギーの
レーザスポット光で非結晶質箇所を照射すると、その箇
所は非結晶質から再度結晶質へ戻り、記録が消去され
る。変位情報に関するパターンの検出方法は次のとおり
である。記録部分を光で照射すると非結晶質箇所と結晶
質箇所では反射光量が異なり、この差を検出することに
よって変位情報に関するパターンを検出する。

【００２７】その他に、半導体相と金属相の相変化によ
る透過率差を記録／再生に応用することもできる。

【００２８】次に実施例１の変位情報記録方法を説明す
る。先ず基準エンコーダ１と製品エンコーダ３は、基準
エンコーダ１の回転軸６ｂにカップリング手段６を介し
て回転中心線Ｃを一致して結合する。この時、製品エン
コーダ３内には、回転情報に関するパターン２が記録さ
れていないディスク基板４を製品エンコーダ３の回転軸
６ａに取り付けてある。ディスク基板４は回転中心線Ｃ
に対して偏心が有っても良い。

【００２９】このような配置で基準エンコーダ１を起動
させ、これから図３（Ａ）に示す基準角度信号を発生さ
せる。制御回路１０はこの基準角度信号と同期して光検
出部８内の半導体レーザ９を図３（Ｂ）に図示するタイ
ミングで発光させ、基準エンコーダ１と一体で回転して
いるディスク基板４の光学的情報記録媒体４ａに図３
（Ｃ）に図示するように回転情報に関するパターン２を
記録していく。このようにして製品エンコーダ３に回転
情報に関するパターン２を記録している。

【００３０】次に、製品エンコーダ３により回転情報に
関するパターン２を再生検出し、基準エンコーダ１の基
準角度信号と対比させて正しく記録が行われていること
を確認して、基準エンコーダ１、基準エンコーダ１側の
モータ５、カップリング手段６を除去して製品エンコー
ダ３が機能を有するようになる。

【００３１】実施例１により次の効果が得られる。

【００３２】（２−１−１） 回転中心軸Ｃに対するデ
ィスク基板４の取り付け偏心が有っても、常に偏芯のな
い高精度な回転情報に関するパターン２をディスク基板
４上に形成することができる。即ち、図２はスケールと
なるディスク基板４に回転情報に関するパターン２が記
録された状態を説明する図である。ディスク基板４は回
転中心線Ｃに任意に固定されている。従って、回転中心
線Ｃに対してディスク基板４の中心は偏心量δを有して
固定される可能性があるが、回転情報に関するパターン
２を記録する光検出器８を回転中心線Ｃに対して一定の
位置に固定しているので、回転情報に関するパターン２
には回転中心線Ｃに対する偏芯が全く発生しない。更に
基準エンコーダ１により角度分解能および精度が保証さ
れて形成されている。従って精度の高いエンコーダを容
易に製作することができる。

【００３３】（２−１−２） 光学的情報記録媒体とし
て書換可能な特性を有するものを使用すると、記録時に
記録ミス等が生じた場合ディスクを廃棄もしくは交換す
ることなく即時に再記録することが可能である。

【００３４】（２−１−３） 垂直記録が可能な特性を
有するものを使用すると、回転情報に関するパターンの
高密度記録が可能であり、高精度のエンコーダを達成す
る。

【００３５】図４は本発明の実施例２の要部概略図であ
る。本実施例は被測定物の変位する範囲が限定されてい
る場合や、その変位を検出する検出装置が設置される空
間が限定されている場合に好適なものである。

【００３６】本実施例の場合、図４（Ｂ）に示すように
角度の変位範囲がα°に限定されている。本実施例の場
合、回転情報に関するパターンを記録する基板１１の形
状は図４（Ｂ）に図示するように変位範囲に応じた形を
しており、これは製品エンコーダ３の回転軸６ａに実施
例１と同様偏心を考慮することなく任意に固定されてい
る。その他の構成は実施例１と同じである。そして基板
１１への回転情報に関するパターン１２の記録方法等に
ついても実施例１と同じである。

【００３７】尚、製品エンコーダ３において光検出部８
を設置する位置は、角度分解能が確保される範囲、即ち
回転情報に関するパターンの円周方向の間隔が反射光検
出機能を低下させない範囲内にすればよい。

【００３８】また変位を検出する検出装置が設置される
空間に制限がある場合には、光検出部８の機能のうち、
光学系部分、半導体レーザ９及び受光素子１３以外の電
気系部分は設置が許容される範囲外に設けてもよい。

【００３９】実施例２により次の効果が得られる。

【００４０】（２−２−１） 変位範囲に応じた形状の
基板を使用しても、常に偏芯のない回転情報に関するパ
ターンを形成するので、この場合でも精度の高いエンコ
ーダを容易に製作することができる。

【００４１】その他の効果は実施例１と同じである。

【００４２】図５は本発明の実施例３の要部概略図であ
る。本実施例は直線の移動情報の検出を行う所謂リニア
エンコーダに本発明を実施したものである。実施例１及
び２と同じ機能を有する部分は同一の符号を付けてい
る。

【００４３】図中、１５は第１リニアエンコーダとして
の基準リニアエンコーダである。２０は第２リニアエン
コーダとしての製品リニアエンコーダであり、これは移
動情報（変位情報）に関するパターン２４の記録を除い
て完成している。基準リニアエンコーダ１５の距離分解
能は製品リニアエンコーダ２０の分解能よりも高いもの
である。１６から１９までは基準リニアエンコーダの要
素の一部であり、１６はスケール（移動情報に関するパ
ターン）、１７は本体、１８は光検出部、１９は直線移
動体（変位部）である。尚、光検出部１８は本体１７に
固定しており、スケール１６は直線移動体１９に固定し
ている。２１から２４までは製品リニアエンコーダ２０
の要素の一部であり、２１はその本体、２２は直線移動
体（変位部）である。２３は基板であり、その上面には
薄層の追記型、または書換可能型の光学的情報記録媒体
２３ａが加工されている。２５はカップリング手段であ
り、製品リニアエンコーダ２０と基準リニアエンコーダ
１５の変位部を結合している。尚、光検出部８は本体２
１に固定している。

【００４４】次に本実施例の変位情報記録方法を説明す
る。先ず製品リニアエンコーダ２０の直線移動体２２の
上に基板２３を、その光学的情報記録媒体２３ａに光検
出部８の焦点が結像するように固定する（基板２３の大
きさは、変位する範囲をカバーする大きさで良い。）そ
してカップリング手段２５を介して基準リアにエンコー
ダ１５の直線移動体１９と製品リニアエンコーダ２０の
直線移動体２２とが平行に移動するようにしている。

【００４５】このような状態で、基準リニアエンコーダ
１５を起動し、その直線移動体１９を移動方向軸Ｃ_L に
沿って不図示のモータ等により移動し、基準リニアエン
コーダ１５から基準距離信号を発生させる。制御回路１
０はこの基準距離信号に同期して、光検出部８内の半導
体レーザ９を発光させ、基板２３上の光学的情報記録媒
体２３ａに移動情報に関するパターン２４を記録する
（この方法は図３に示すものと基本的に同じであ
る。）。このようにして記録された移動情報に関するパ
ターン２４は、基板２３の取り付け誤差である傾きβ°
に関係なく移動方向軸Ｃ_L と平行であり、かつ基準リニ
アエンコーダ１５により距離分解能および精度が保証さ
れて形成されている。

【００４６】この基板２３に移動情報に関するパターン
２４が形成された後、製品リニアエンコーダ２０の光検
出部８により移動情報に関するパターン２４を再生検出
し、基準リニアエンコーダ１５の基準距離信号と対比さ
せて正しく記録が行われていることを確認して、基準リ
ニアエンコーダ１５及びカップリング手段２５を除去し
て製品リニアエンコーダ２０が機能を有するようにな
る。

【００４７】実施例３により次の効果が得られる。

【００４８】（２−３−１） 移動方向軸Ｃ_L に対して
基板２３が傾いて取り付いていても、常に移動方向軸Ｃ
_L に平行な高精度な移動情報に関するパターン２４を基
板２３上の光学的情報記録媒体２３ａに形成することが
できる。更に基準エンコーダ１５により距離分解能及び
精度が保証されて形成されている。従って精度の高いリ
ニアエンコーダを容易に製作することができる。

【００４９】（２−３−２） 光学的情報記録媒体とし
て書換可能な特性を有するものを使用すると、記録時に
記録ミス等が生じた場合基板２３を廃棄もしくは交換す
ることなく即時に再記録することが可能である。

【００５０】（２−３−３） 垂直記録が可能な特性を
有するものを使用すると、移動情報に関するパターンの
高密度記録が可能であり、高精度のリニアエンコーダを
達成する。

【００５１】（２−３−４） ２つのリニアエンコーダ
を直交して配置する二次元移動テーブルの各リニアエン
コーダの製作に本発明を応用すれば、高精度の二次元移
動テーブルを得ることができ、これによって二次元（曲
線状）に変位する物体の変位情報の検出を高精度に行う
ことができる。

【００５２】

【発明の効果】本発明は以上の構成により、エンコーダ
の一部を構成する光学的情報記録媒体に回転情報や移動
情報（直線変動情報）等の変位情報に関するパターンを
回転偏芯誤差や傾き誤差の無い状態で記録し、これによ
り変位物体の変位情報を高精度、高分解能で検出するこ
とができるようにした変位情報記録方法を達成すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例１の要部概略図

【図２】 ディスク基板上への回転情報に関するパター
ンの記録説明図

【図３】 変位情報に関するパターンの記録の説明図 （Ａ）基準角度信号 （Ｂ）半導体レーザの発光ダイアグラム （Ｃ）ディスク基板上に記録された変位情報列

【図４】 本発明の実施例２の要部概略図 （Ａ）側面図 （Ｂ）基板部分の平面図

【図５】 本発明の実施例３の要部概略図 （Ａ）側面図 （Ｂ）平面図

【図６】 従来のエンコーダに使用するディスク

【符号の説明】

１ 第１ロータリーエンコーダ（基準エンコーダ） ２ 回転情報に関するパターン ３ 第２ロータリーエンコーダ（製品エンコーダ） ４ ディスク基板 ５ モーター ６ カップリング手段 ７ 製品エンコーダの本体 ８ 記録・検出を行う光検出部 ９ 半導体レーザ １０ 制御回路 １１ 基板 １２ 回転情報に関するパターン １３ 受光素子 １５ 第１リニアエンコーダ（基準リニアエンコーダ） １６ 基準リニアエンコーダのスケール １７ 第１リニアエンコーダの本体 １８ 第１リニアエンコーダの光検出部 １９ 第１リニアエンコーダの直線移動体 ２０ 第２リニアエンコーダ（製品リニアエンコーダ） ２１ 第２リニアエンコーダの本体 ２２ 第２リニアエンコーダの直線移動体 ２３ 第２リニアエンコーダの基板 ２４ 第２リニアエンコーダの移動情報に関するパター
ン ２５ カップリング手段

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１エンコーダに対して第２エンコーダ
   を係合し、該第２エンコーダの一部を構成する追記型又
   は書換可能型の光学的情報記録媒体の一部に該第１エン
   コーダからの変動に伴なう基準信号に同期して検出ヘッ
   ドにより変位情報に関するパターンを記録するようにし
   たことを特徴とする変位情報記録方法。
2. 【請求項２】 前記の光学的情報記録媒体は追記型又は
   光磁気型の光学的情報記録媒体であることを特徴とする
   請求項１の変位情報記録方法。
3. 【請求項３】 前記の光学的情報記録媒体は相変化型の
   光学的情報記録媒体であることを特徴とする請求項１の
   変位情報記録方法。
4. 【請求項４】 第１ロータリーエンコーダの回転軸にカ
   ップリング手段を介して第２ロータリーエンコーダを固
   設し、該第２ロータリーエンコーダの一部を構成する追
   記型又は書換可能型の光学的情報記録媒体の一部に該第
   １ロータリーエンコーダからの回動に伴なう基準信号に
   同期して検出ヘッドにより回転情報に関するパターンを
   記録するようにしたことを特徴とする変位情報記録方
   法。
5. 【請求項５】 前記の光学的情報記録媒体は追記型又は
   光磁気型の光学的情報記録媒体であることを特徴とする
   請求項４の変位情報記録方法。
6. 【請求項６】 前記の光学的情報記録媒体は相変化型の
   光学的情報記録媒体であることを特徴とする請求項４の
   変位情報記録方法。
7. 【請求項７】 第１リニアエンコーダに対して第２リニ
   アエンコーダをカップリング手段を介して係合させ、該
   第２リニアエンコーダの一部を構成する追記型又は書換
   可能型の光学的情報記録媒体の一部に該第１リニアエン
   コーダからの移動に伴なう基準信号に同期して検出ヘッ
   ドにより移動情報に関するパターンを記録するようにし
   たことを特徴とする変位情報記録方法。
8. 【請求項８】 前記の光学的情報記録媒体は追記型又は
   光磁気型の光学的情報記録媒体であることを特徴とする
   請求項７の変位情報記録方法。
9. 【請求項９】 前記の光学的情報記録媒体は相変化型の
   光学的情報記録媒体であることを特徴とする請求項７の
   変位情報記録方法。