JPS6056217A - 回転位置エンコ−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】 本発明は回転位置エンコーダに関し、特に回転体の回転
角度情報を得るエンコーダに用いて最適なものである。

従来より回転体の回転角度の情報を得るために符号板（
可動側）とセンサー（固定側）とを用いたエンコーダが
用いられている。典型的なものは位置情報に応じて明部
と暗部とに着色（又はコーティング）された複数の同心
円状トランクを有する反射形又は透過形円板及び光セン
サーを用いたアブソリュート書ロータリーエンコーダで
ある。

また位置情報に応じてＮ、Ｓ極に細分着磁された複数の
同心円状トラックを有する磁気円板及び磁気センサーを
用いたロータリー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ピッ
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
符号円板と光センサーとを用いたロータリーエンコーダ
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
上の分解能の読取りを行うことが困難である。磁気円板
及び磁気センサーを用いたロータリーエンコーダも同様
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回
転位置エンコーダを提供することを目的とする。

本発明による回転位置エンコーダは、第１にレーザー読
取方式のエンコーディングディスクを用い、第２をこ情
報トラックを回転方向と直交する方向、即ち、ディスク
周面に回転軸と平行な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回転角度位置情報を得る
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拳ロータリー
エンコーダの符号板の斜視図、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
跡を拡大した平面図である。

第１図の符号板（１）はディスク状の光学式記録部材で
構成され、その周面部の記録領域（２）には符号板（１
）の回転角度の絶対情報（成る角度位置を零度とした番
地情報）が全周にわたってディジタルコードの形で書込
まれている。第２図に示すように記録領域（２）は符号
板（１）の回転軸Ｓと平行な多数のトラック（３）の配
列で構成され、第６図に示すように各トラック（３）に
は角度情報に対応した情報ピット（４）（単位記録跡）
が形成されている。

トラック（３）の間隔（ピッチ）は１．５〜３μｍであ
り、符号板（１）の直径を１０にとすると、１トランク
につき角度１分以下の細かさく３６０°で十数万トラツ
・り）で角度情報を記録することができる。

例えばトラックピッチを１．５μｍとし、符号板（１）
の有効直径を６．２　ｃｍとすると、１０秒の角度分解
能が得られる。

各トラック（３）は誤り検出・訂正符号も入れて十数ビ
ットで構成され、トランク長は１０〜２０μｍである。

角度情報の記録には、ＰＥ（フェイズエンコーディング
）、ＦＭ（周波数変調）、ＭＦＭ（モディアアイドＦＭ
）、ＥＦＭ（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（３）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）を介してディスク局面に導き、反射ビームをビーム
スプリッタ（８）からフォトセンサー（１１に分岐させ
て角度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、これは符
号板ｆｌ）の局面に形成した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る。

第５図は本発明によるロータリー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ンク（３）が符
号板（１）の局面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αυは符号板（１）の局面と
対向している。ピックアップ圓は静止であるが、レーザ
ービームαのはトラック（３）に沿って回転軸Ｓと平行
方向に走査させることが可能となっている。走査中は十
数μ〜数十μあればよい。走査手段としては、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
向させる方式を用いることができる。またピックアップ
αυ自体回転軸Ｓと平行に機械的に移動させてもよい。

この場合には、送りねじを用いたスクリュードライブ方
式、電磁コイル方式（ムービングコイル形）、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。

ピンク・アップ１υ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ば
よい。即ち、ピックアップａυとしてディスクの軸方向
及びディスク周方向の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）の回転方向には固定で
あることが必要であるが、トラック巾方向に読取ビーム
を偏倚させてトラッキングサーボを行った場合に生ずる
真の角度位置に対する読取データの誤差は、トラッキン
グサーボエラー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）からの放射ビーム（１
２＋は光ファイバーを介してピックアップＵυの光学系
に導かれ、ビットから戻りビームはフォトセンサーα呻
で電気信号に変換され、処理回路Ｕωにおいて復調、・
デコードされてから回転角度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〇〇及びフォー
カス用フォトセンサーαηによってトラッキング信号及
びフォーカス信号が夫々検出され、処理回路−において
トランキングエ２−及びフォーカスエ２−が算出される
。これらの工２−はコントローラー鰻に送られ、その制
御出力に基いて光学系ドジイバー霞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
置から回転体の回転方向にずれることになる。このずれ
（最大で±１７２　トラックピッチ分）はロータリーエ
ンコーダの固有誤差とすることができる。例えば１トラ
ツクピツチ正こ対応するエンコーダ分解能が角度１０秒
であれば、回転角度検出データは、検出値±５秒として
表示できる。

また第６図のように補正回路臼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
ばトラッキングエラーが２７１０　）ラックピッチに相
当する大きさであれば、検出データに対して角度２秒の
加算または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（イ）は補間回路
としても機能するので、例えば１トラツクピンチを１７
１０に細分したような分解能のデータを容易に得ること
もできる。

トラッキングサーボ装置を用いずに第７図のようなビッ
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
０即ち、トランク（３）に対して１／２トラツクピツチ
だけずれた別のトラック（３Ｙを符号板（１１の軸方向
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（３Ｙを走査してデ
ータを正しく読取ることができる。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（３Ｙを設けず
に、１／２トラツクピツチの奇数倍の間隔ｄを有する２
つの平行な読取ビームａｎ　ｔ２ａ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（財）で読取れなくても、これと１７２
ピツチだけ実質的にずれたビーム（ハ）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。

な詔一方のビーム（２１）を基準としたとき、他方のビ
ーム（社）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。

なお本願出願人は特願昭５８−１４２２５５号において
第１図のような符号板（１）の面上に放射方向のレーザ
ー読取トラックを形成した回転位置エンコーダを提案し
ている。このエンコーダは符号トランクがディスクの面
上に形成されているので、１つの原盤を作ればプレスモ
ールドにより量産が可能であるが、モールド時にディス
クの反りが生じ易く、従ってディスクの面ぶれを補償す
るためにレーザースポットのフォーカスサーボ系を必要
不可欠とする。一方、本実施例のようにディスク周面に
トラックを形成した場合、ディスクの面ぶれがレーザー
スポットのフォーカス状態に与える影響はなく、従って
回転軸Ｓと符号板（１）との芯出しが正しくなされてい
れば、オートフォーカス装置を省略することが可能であ
る。なお符号板（１）は、例えばレーザー加工可能な金
属材を円盤状に精密硝削し、その周面に書込みレーザー
でもって８回転位置コードに 対応したビット列を形成して製造することができる。ま
た金属円盤の局面にファラデー効果やカー効果を利用し
た光磁気記録再生可能な材料を蒸着又はコーティングし
て符号板（１）とすることもできる。

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、各トラック（３）には回転角度データの他に角
度の正弦又は余弦のデータを書込むこともできる。また
上述の実施例は、符号板（１）が静止しているときに角
度情報を読取ることが前提であるが、第８図の如く符号
板（１）の回転方向に沿ったトラック＠を設け、符号板
（１）を二定速度で回転させながらトラック（ハ）に書
込まれた角度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（ハ）のピントは周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
ランク弼のセグメント区間に粗い角度情報が書込まれる
ことになる。

従ってまず符号板（１）を一定速度で回転させながらト
ランク（至）の粗角度情報を読取り、目標角度に近ずい
た後に符号板（１）の回転を微速度にして読取ビームを
直交方向走査に切換えて、トランク（３）の角度情報を
読取りながら目標角度に回転体をアクセス（位置決め）
させることができる。また第８図のようにヘリカルトラ
ック＠を形成し、このトラックに粗位置情報を書込んで
符号板（１）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（工／
コーディングディスク）に回転軸と平行方向の情報トラ
ンクを設けて角度位置情報を書込み、読取レーザービー
ムをトランク長手方向に走査して回転体の角度位置情報
を得るようにした。

故にトラックが符号板の周方向に沿って形成されていな
いので、従来の如くトランク単位長に含まれるピント数
（情報記録密度）によって分解能が制限され、ることが
な（、トラックのピッチ（間隔）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
ランクピンチを十分状（して極めて高い分解能のロータ
リーエンコーダを得ることができる。更に読取センサー
とし、てレーサービームを用いているから、センサーノ
幾何学的サイズにより分解能が制限されることもない。

また従来の如くビットごとのトラン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
ラックを走査して角度情報を読取っているから、各トラ
ックに角度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ケ＜、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構成することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用したアブソリュート・ロータリー
エンコーダの符号板の平面図、第２図は符号板周面上の
トラン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図、第４図は読取光学系の線図、
第５図は本発明のロータリー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図はトラン
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図は情報トラックの変形例を示す平面図であ
る。 なお図面に用いた符号において、 （１）・・・・・・・・・・・・・符号板（２）・・・
・・・・・・記録領域 （３）・・・・・・・・・・・・・・　トラック（４）
−・・・・・・・・・・情報ピント（６）・・・・・・
・・　レーザー （７）・−・・・・・・・・　コリメータレンズ（８）
　・・・・・・・　ビームスプリンタ（９）・・・・・
　対物レンズ ００）　・・・・・・　フォトセンサーαυ　・・・・
・・　ビックアンプ α力　・・・・　・　レーザービーム 四　・　・−処理回路 、Ｈ・　・・・・・　トラッキング用センサーａ７）　
・・・・　・・フォーカス用センサー（ＬＱ　・・　・
・・　コントローラー（１！１・・・・・・・・　光学
系ドライバー（２園４　・・・　・読取ビーム （２３）（財）　・・・・−・・　トラックである。 代理人　常包芳男

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 回転部側に設けられた円板状の光学式記録部材と、上記
   記録部材の周面と対向して固定側に設けられた読取装置
   とから成り、上記記録部材はその局面に回転軸と平行ζ
   こ延びる複数のトラック配列を有し、各トランクには上
   記回転部の回転角度位置に対応する情報がレーザービー
   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ンクに沿って読取レ
   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回転位置エンコーダ。