JPS6033013A - 位置エンコ−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】 本発明は位置エンコーダに関し、特に移動体の移動情報
を得るエンコーダに用いて最適なものであるＯ 従来よりＮｏ装置等においては、移動体（ＸＹテーブル
等）の位置情報を得るために符号板（可動側）とセンサ
ー（固定側）とを用いた絶対値（アブソリュート）エン
コーダが用いられている。

典型的なものは位置情報コードに対応した反射部と非反
射部（又は透過部と非透過部或いは導電部と非導電部）
が形成された複数のトラックを有する符号板及びセンサ
ーから成るエンコーダである。

また磁気記録再生方式を利用した磁気格子形エンコーダ
も知られている。

これらの従来のエンコーダの解像度は、符号板に記録し
得る情報密度（即ち、トラックの単位長に含まれるビッ
ト数）及びセンサーの分解能（即ち、読取信号のＳ／Ｎ
）による制限を受け、符号板の大きさも限られているた
め得られる解像度には限界があった。例えば、光透過形
符号板と光センサーとを用いた位置エンコーダでは、光
源として白熱電球又は発光ダイオードを用いているため
に光のスポット径を小さくすることができない上、受光
素子の大きさの制限及び光の干渉により一定以上の分解
能の説取りを行うことが困難である０磁気板及び磁気セ
ンサーを用いた位置エンコーダも同様に記録波長及び磁
気センサーとして用いられる磁気抵抗変化素子等の分解
能により一定以上の解像度が得られない問題がある。

本発明は上述の問題にかんがみ、極めて解像度が高い位
置エンコーダを従供することを目的とする。

本発明による位置エンコーダは、第１にレーザー読取方
式のエンコーディング板を用い、第２に情報トラックを
移動体の移動方向と直交する方向に形成したものである
。この構成により極めて高い解像度で移動位置情報を得
ることができる。

以下本発明を実施例に基いて説明する。

第１図は本発明を適用したアブソリュートエンコーダの
符号板の平面図、第２図は符号板上のトラックを拡大し
た平面図、第３図はトランク上の情報記録跡を拡大した
平面図である。第１図の符号板は位置を測定すべき移動
体の移動方向に沿った長手状の光学式記録部材で構成さ
れ、その記録領域（２）には符号板（１１の固定部（基
準位置）に対する移動位置の絶対情報が書込まれている
。第２図に示すように記録領域（２）は符号板（１）の
接動方向と直交した等間隔の多数のトラック（３）で構
成され、各トラック（３）には位置情報コードに対応し
た情報ピッ）　ｆ４１　（単位の記録跡）が形成されて
いる。

トラック（３）の間隔（ピッチ）は１〜３μｍであり、
１〜数μの細かさで絶対位置情報を記録することができ
る。各トラック１３）は誤り検出・訂正符号も入れて十
数ピットで構成され、トラック長は１０〜２０μｍであ
る。位置情報の記録には、ＰＥ（フェイズエンコーディ
ング）、Ｆ’Ｍ（周波数置；！ＦＪ　＞、ＭＦＭ（モデ
ィアアイドＦＭ）、ＢＦＭ（８／１４変調）などの変調
方式を用いることができる。

符号板（１１のトラック（３１に形成した情報ピット（
４）は、第４図に示す読取光学系により読取ることがで
きる。即ち、レーザー（６）の放射ビームをコリメータ
レンズ（７）、ビームスプリッタ（８）、対物レンズ（
９）を介して板面に導き、反射ビームをビームスプリッ
タ（８）からフォトセンサー（１０１に分岐させて位置
情報を電気信号で取出すことができる。各ピット（４）
は１／４　波長の深さを有し、これはフォトレジスト膜
や金属薄膜にレーザービームを当てて形成することがで
き、また１つの原盤を作ればプレスモールドで大量に複
製することができる。

第５図は本発明による位置エンコーダの概略ブロック図
である。第１図に示すようにトラック（３）が符号板（
１）の巾方向に形成されているので、第４図の読取光学
系を含むピックアップ旧）は符号板（１）の長手方向と
直角に移動可能となっている。送り装置は、例えばスク
リューシャット１１２１とガイド部０（至）とから構成
することができる。またスクリュードライブの他に、電
磁コイル方式（Ａ−ピングコイル形）、リニアモータ方
式（ムービングマグネット形）、圧電素子を用いた変換
方式、偏心カムによる回転直線変換方式、静電形の電気
機械変換方式などを利用することができる。またピック
アップＵυを静止させて、レーザービームのみを符号板
（１）の巾方向に走査させてもよい。この場合には第４
図の光学系において対物レンズ（９）の光軸を電磁コイ
ルで偏倚させる方式やガルバノミラ−でレーザービーム
を偏向走査する方式を用いることができる。

ピックアンプｆｉｌｌの光学系は、必要があれば、トラ
ック巾方向にビームを位置制御するトラッキングサーボ
装置を含むことができる。これはレーザービームをトラ
ック巾方向に偏倚させる電気機械変換系を更に追加すれ
はよい。即ち、ピックアップ（Ｉυとしてトラック長手
方向及び１〕方向の２軸のビーム制御能力が必要となる
。また対物レンズ（９）のフォーカスを制御する場合に
は３軸制御となる。

なおロータリーエンコーダとしては、読取ビームが符号
板（１）の移動方向には固定であることが必要であるが
、トラック中方向に読取ビームを偏倚させてトラッキン
グザーボを行った場合に生ずる真の位置に対する読取デ
ータの誤差は、トラッキングサーボエ２−に基いて修正
することができる。

第５図において、レーザー（６）の放射ビームは元ファ
イバーを介してピックアップｔｉｌｌの光学系に導かれ
、ピットからの戻りビームはフォトセンサー叫で電気信
号に変換され、処理回路（１５において復調、デコード
されてから位置検出データとして導出される。またトラ
ッキング用フォトセンサー（１６）及びフォーカス用フ
ォトセンザー（１７１によってトラッキング信号及びフ
ォーカス信号か夫々検出さイ９Ａ処理回路（１５）にお
いてトラッキングエラー及びフォーカスエラーが算出さ
れる。これらのエラーはコントローラー（１〜に送られ
、その制御出力に基いて光学系ドライバー（１１が駆動
されてトラッキングサーボ及びフォーカスサーボが行わ
れる。

トラッキングサーボを行った場合、読取ビームが固定位
置から移動体の移動方向にずれることになる。このずれ
（最大で±１−トラツ、クビツチ分）はエンコーダの固
有誤差とすることができる。例えば１トラツクピツチに
対応するエンコーダの分解能が２μｉｎであれば、回転
角度検出データは検出値±１μｍとして表示できる。ま
た第６図のように補正回路（２０）を用いて検出データ
をトラッキングエラーに基いて補正することもできる。

例えはトラッキングエラーが２／１’Ｏ）ラックピッチ
に相当する大きさであれに、検出データに対して４μｉ
１１の加↓ｆまた減算を行えば真の値に近い修正データ
を得ることができる。このような補正回路＋２１１）は
補間回路としても槻能するので、例えば１トラツクピツ
チ１／１０に細分したような分解能のデータを容易に得
るとと−もできる。

トラッキングサーボ装置を用いずに幀７図のようなピッ
ト配列を用いて正しくデータを読取ることが可能である
。即ち、トラック（３）に対して十トラックピッチだけ
ずれた別のトラック（３Ｆを符号板（１）の巾方向に隣
接させて形成すれば、トラック（３）の中間を読取ビー
ムが走査したためにデータを正しく読取ることができな
くても、中間ピッチのトラック（３ｆを走査して°デー
タを正しく読取ることがでさ７る。即ち、トラックピッ
チが一定であっても分解能を高めることができる。

更に第７図のような中間ピッチトラック＋３ｒを設けず
に、十トラックピッチの奇数倍の間隔ｄを有する２つの
平行な読取ビームｃａＤ（２ａにより、トラッキングサ
ーボなしでデータを読取ることが可能である。即ち、一
方のビームＱ〃で読取れなくても、これと＋ピッチだけ
実質的にずれたビーム（２つで正しく読取ることができ
る。この場合も分解能は実質的に向上する。なお一方の
ビーム圓を基準としたとき、他方のビーム（２２１でデ
ータが読めたならば、読取データに対して間隔ｄの補正
を行う必要がある０ 以上本発明を実施例に基いて説明したが、本発明の技術
思想に基いて種々の変更が可能である。

例えば符号板（１）の記録方式としてファラデー効果や
カー効果を利用した光磁気記録方式を用いることができ
る。また各トラック（３）にはメートル単位系の位置デ
ータの他にヤード単位系のデータを書加えることもでき
る。また移動体の移動範囲が限られていれば、符号板（
１）を固定側とし読取ピックアップ（ＩＩ）を可動側と
することもできる。

なお上述の実施例は、符号板（１）が静止しているとき
に位置情報を−ｄ取ることが前提であるが、第８図の如
く符号板（１１の移動方向に沿ったトラック（ハ）を設
け、符号板（１１を一定速度で移動させながらトラック
（２））に書込まれた位置情報を読取るように構成する
ことができる。このトラック（２３）のピットは移動方
向に配列されるので、放射方向のトラック（３）の十数
本分に相当するトラック（２３）のセグメント区間に粗
い位置情報が書込まれることになる。

従ってまず符号板（１１を一定速度で移動させながらト
ラック（至）の粗粒１４情報をｔｙｒｅ取り、目標位ｔ
に近すいた後に符号板（１１の速度を微速度にして読取
ビームをトラック（３）方向の走査に切換えて、トラッ
ク（３）の角度情報を読取りながら目標位置に移動体を
アクセス（位置決め）させることができる。また第８図
のように斜めトラック（２４）を形成し、このトラック
に粗位置情報を書込んで符号板（１１を比較的高速で移
動させながら粗い位置情報を読取るようにしてもよい。

本発明は上述の如く、レーザー読取方式の符号板（エン
コープインクプレート）に移動方向（長手方向）と直交
して情報トラックを設りて位置情報を書込み、読取レー
ザービームをトラック長手方向に走査して移動体に位置
情報を得るようにした。故にトラックが符号板の長手方
向に沿って形成されていないので、従来の如くトラック
単位長に含まれるビット数（情報記録密度）によって分
解能が制限されることがなく、トラックのピッチ（１ｉ
ＪＪ隔）によってのみ分解能が定まり、従ってレーザー
ビームを使用することによりトラックピッチを十分狭く
して極めて高い分解能の位置エンコーダを得ることがで
きる。更に読取センサーとしてレーザービームを用いて
いるから、センサーの幾何的サイズにより分解能が制限
されることもない。また従来の如くピットごとのトラッ
クを多数の並列センサーで読取る必要がなく、一本の読
取ビームで一本のトラックを走査して１位置情報を読取
っているから、各トラックに位置情報として非常に多く
の情報を含ませてもハードウェアが増すこともなく、更
に、情報に誤り検出・訂正ビットを含ませることも可能
であり、高性能の情報検出及び処理を行うエンコーダを
格成することができる０

【図面の簡単な説明】

帛１図は本発明を適用したアブソリュート・位置エンコ
ーダの符号板の平面図、第２図は符号板上のトラックを
拡大した平面図、第６図はトラック上の情報記録跡を拡
大した平面−１第４図は読取光学系の線図、第５図は本
発明の位置エンコーダの概略ブロック図、第６図はデー
タ補正のブロック図、第７図はトラック配列及び読取ビ
ームの変形例を示す第６図と同様な平面図、第８図はト
ラックの変形例を示すｆ！２図と同様な平面図であるＯ なお、図面に用いられた符号において、（１）・・・・
・・・・・・・・・・・符号板（２）・・・・・・・・
・・・・・・・記録領域（３）・・・・・・・・・・・
・・・・トラック（４）・・・・・・・・・・・・・・
・情報ピット（６）・・・・・・・・・・・・・・・レ
ーザー（７）・・・・・・・・・・・・・・・コリメー
タレンズ（８）・・・・・・・・・・・・・・・ビーム
スプリッタ（９）・・・・・・・・・・・・・・・対物
レンズＯｆ）・−・・・・・・・・・・・・・フォトセ
ンサー（Ｉｌｌ・・・・・・・・・・・・・・・ピック
アップ０２）・・・・・・・・・・・・・・・スクリュ
ーシャフト（１３１・・・・・・・・・・・・・・・ガ
イ　ド部ｕ９・・・・・・・・・・・・・・・処理回路
１ｆ６）・・・・・・・・・・・・・・・　トラッキン
グ用センザーａη・・・・・・・・・・・・・・・フォ
ーカス用センサーａ８・・・・・・・・・・・・・・・
コントローラー（１優・・・・・・・・・・・・・・・
光学系ドライバー＋２１Ｘ２り・・・・・・・・・・・
・読取ピームシ３Ｘ２４１−・−・−・−・−トラック
である。 代理人　常包芳男 第１図 第３図 スヲ 第４図 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 接動体側又は固定側の一方に設けられた光学式記録部材
   と、上記記録部材と対向して移動体側又は固定側の他方
   に設けられた読取装置とから成り、上記記録部材は上記
   移動体の移動方向と略直メした複数のトラック配列を有
   し、各トラックには上記移動体の移動位置に対応する情
   報がレザービームで読取り可能な記録跡の形で記録され
   ていると共に、上記読取装置は上記記録部材のトラック
   に沿って読取レーザービームを走査するためのビーム走
   査手段を備えていることを特徴とする位置エンコーダ。