JPS62145113A - ロ−タリエンコ−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】 〔発明の技１む分野） 本発明は、高分解能の回転角検出を行なうロータリエン
コーダに関する。

〔発明の技術的背景とその問題点］ 従来、回転角検出用として光電式のロータリエンコーダ
が多く使用されている。第６図はその構成の一例を示す
もので、このエンコーダは円周方向に等間隔でスリット
が形成された回転ディスク１を被回転体の回転軸３にカ
ラー２を介して軸着するとともに、同様にスリットが形
成された固定マスク４を上記回転ディスク１のスリット
形成位置に対向配設し、かつこれらの回転ディスク１お
よび固定マスク４を上下から挟む如く発光素子５および
受光素子６をそれぞれ対向配設する。そして、回転中の
回転ディスク１に発光素子５から光を照射して上記回転
ディスク１および固定マスク４の各スリットによる光の
強弱を受光素子５で検出して回転信号発生回路７で波形
整形等の所定の信号処理を行なうことにより回転信号を
得るようにしたものである。

ところで、この種の光電式ロータリエンコーダにおいて
、高分解能の回転信号を得るためには回転ディスク１お
よび固定マスク４のスリットの問隔を狭くすればよいこ
とになる。しかし、このようにスリットの間隔を狭く設
定するとそれに伴って照射光のスリットによる回折の影
響が大きくなり、これを避けるためには回転ディスク１
と固定マスク４とをできるだけ近接させなければならな
くなる。ところが、回転ディスク１と固定マスク４とを
近接させるためには、回転ディスク１の面振動をできる
だけ抑える必要があり、これを実現するには回転ディス
ク１の軸着構造および回転軸２自身の軸受構造を高精度
のものにしなければならず、その結果構造が高価になる
とともに取付けや組立て時の調整がＷＩＮになる欠点が
あった。

〔発明の目的〕

本発明は、回転ディスクに面振動があってもその影響を
大幅に低減し、これにより高精度の軸構造を用いること
なく簡単かつ安価な構造でしかも常に安定に高分解能の
回転信号を発生し得るロータリエンコーダを提供するこ
とを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明は、上記目的を達成するために、回転ディスクの
スリット状もしくはピット状の透孔または反射パターン
の形成位置に投光部からレーザ光を集光照射し、このレ
ーザ光の上記透孔または反射パターン形成位置による透
過光または反射光を検出してその光レベルの変化から回
転信号を発生するようにし、かつ焦点調整部を設けて、
この焦点調整部により上記レーザ光の回転ディスク面に
よる反射光からレーザ光の焦点ずれを検出し、この検出
結果に基づいて上記投光部の集光光学系を調整するよう
にしたものである。

〔発明の実施例〕

第１図は本発明の一実施例におけるロータリエンコーダ
の構成を示すもので、１０は回転ディスクを示している
。この回転ディスク１０は、第２図に示す如く円周方向
にスリット１０ａを形成したもので、被検出回転体の回
転軸３０にカラー２０を介して軸着される。また、この
回転ディスク１０の下面側にはレーザ検出部４０が対向
配設されている。このレーザ検出部４０は、半導体レー
ザ発振器４１を有し、このレーザ発振器４１から発生さ
れたレーザ光をコリメートレンズ４２で平行光にしたの
ち対物レンズ４４で集束して回転ディスク１０のスリッ
ト形成位置に照射している。

またそれとともに、このスリット形成位置で反射された
光を対物レンズ４４で集光したのちビームスプリッタ４
３で反射して抽出し、しかるのち非点収差系の集光レン
ズ４６で集光して光検出器４７で受光している。そして
この光検出器４７で得られた受光信号は、回転信号発生
回路５０に供給されるとともに、フォーカスエラー検出
回路６０に供給されてここでレーザ光の焦点ずれが検出
される。第３図はこの光検出器４７と回転信号発生回路
５０およびフォーカスエラー検出回路６０の構成の一例
を示すものである。光検出器４７は４個のフォトダイオ
ード４７８〜４７ｄをマトリクス状に配置したもので、
その対角線上に位置する２対のフォトダイオード４７ａ
、４７ｂおよび４７ｃ、４７ｄの受光信号をそれぞれ加
算して回転信号発生回路５０の入力回路としての加算器
５０ａと、フォーカスエラー検出回路６０としての比較
器６０ａとに導いている。このうち加算器５０ａは、上
記８対のフォトダイオード４７ａ、４７ｂおよび４７ｃ
、４７ｄの受光信号を相互に加算し、この加算した受光
信号を波形整形回路等の信号処理回路に出力する。一方
比較器６０ａは上記８対のフォトダイオード４７ａ。

４７ｂおよび４７ｃ、４７ｄの受光信号のレベルを比較
し、その比較出力をフォーカスサーボ回路７０に出力す
る。フォーカスサーボ回路７０は、上記フォーカスエラ
ー検出回路６０の比較出力に応じて前記対物レンズ４４
を支持しているボイスコイル４５に駆動信号を出力して
、これにより対物レンズ４４を光軸方向に移動させてレ
ーザ光の焦点調整を行なう。

この様な構成であるから、レーザ光の照射中に被検出回
転体の回転動作に伴って回転ディスク１０が回転すると
、スリット１０ａの有無に応じてレーザ光の回転ディス
ク１０による反射光のレベルが変化し、この変化が光検
出器４７で検出されて回転信号発生回路５０で回転信号
に変換される。すなわち、光の反射を用いた回転角の検
出が行なわれる。

ところで、上記スリット１０ａの有無に応じた反射光の
レベルの変化を検出するためには、レーザ光の焦点位置
が回転ディスク１０面に合っていなければならないが、
回転ディスク１０には一般に面振動があり、この面振動
が生じるとレーザ光の焦点位置が回転ディスク１０の面
から光軸方向にずれて検出が不可能になる。そこで本実
施例ではレーザ光の回転ディスク１０による反射光から
焦点ずれを検出し、この焦点ずれが零になるように対物
レンズ４４の焦点位置を調整している。すなわち、回転
ディスク１０の面が対物レンズ４４側に近付くと、反射
光の光検出器４７における受光スポットが第４図（ａ）
に示す如くフォトダイオード４７ａ、４７ｂ方向に細長
くなり、これによりフォーカスエラー検出回路６０とし
ての比較器６０ａからは第５図に示す特性に従って回転
ディスク１０の離間距離に応じた大きさの比較出力＋■
が出力される。そうするとフォーカスサーボ回路７０か
らは上記比較出力＋Ｖを零にするべくコイル駆動信号が
出力され、これにより対物レンズ４４の光軸位置はビー
ムスプリッタ４３側に移動される。この結果、レーザ光
の焦点位置は回転ディスク１０の面上に修正される。一
方回転ディスク１０の面が対物レンズ４４から遠のくと
、反射光の光検出器４７における受光スポットは第４図
（Ｃ）に示すようにフォトダイオード４７Ｃ１４７ｄ方
向に細長くなる。そうすると比較器６０ａからは第５図
に示す特性に従って比較出力−■が出力され、この結果
フォーカスサーボ回路７０から上記−■を零にするべく
コイル駆動信号が出力されて、対物レンズ４４の光軸位
置は対物レンズ４４側に接近するように調整される。こ
のため、レーザ光の焦点位置は回転ディスク１０面上に
修正される。このように、対物レンズ４４の光軸位置は
レーザ光の焦点位置が常に回転ディスク１０面になるよ
うに帰還制御される。尚、レーザ光の焦点位置が回転デ
ィスク１０の面に合っているときには、反射光の光検出
器４７における受光スポットは第４図（ｂ）に示す如く
円形となり、この結果比較器６０ａの比較出力は零（０
）となる。

このように本実施例であれば、たとえ回転ディスク１０
が面振動を起こしても、この面振動はフォーカスサーボ
系による対物レンズ４４の移動制御により吸収されるの
で、レーザ光の焦点位置は常に回転ディスク１０の面上
に保持されることになる。このため、回転ディスク１０
の軸着構造や被検出回転体の回転軸の軸受構造を高精度
のものにすることなく、比較的簡単な構造により非常に
高分解能の角度検出を行なうことができる。例えば、従
来では致方スリット、７１回回転度の分解能が限界だっ
たものが、本発明により数十万スリット／１回転の超高
分解能を得ることが可能となった。

尚、本発明は上記実流例に限定されるものではない。例
えば、上記実施例ではレーザ光の反射光を検出すること
により回転信号を得るようにしたが、透過光を検出する
ことにより回転信号を１ｑるようにしてもよい。また、
回転ディスク１０にはスリット１０ａ以外にピットを形
成してこのピットの有無をレーザ光の反射により検出す
るようにしてもよい。その他、フォーカスエラー検出回
路およびフォーカスサーボ回路等の焦点調整部の構成や
レーザ検出部の構成、回転ディスクの構成等についても
、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施で
きる。

〔発明の効果〕

以上詳述したように本発明によれば、回転ディスクのス
リット状もしくはピット状の透孔または反射パターンの
形成位置に投光部からレーザ光を集光照射し、このレー
ザ光の上記透孔または反射パターン形成位置による透過
光または反射光を検出してその光レベルの変化から回転
信号を発生するようにし、かつ焦点調整部を設けて、こ
の焦点調整部により上記レーザ光の回転ディスク面によ
る反射光からレーザ光の焦点ずれを検出し、この検出結
果に基づいて上記投光部の集光光学系を調整するように
したことによって、回転ディスクに面振動があってもそ
の影響を大幅に低減することができ、これにより高精度
の軸構造を用いることなく簡単かつ安価な構造でしかも
常に安定した高分解能の回転信号を発生し得るロータリ
エンコーダを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第５図は本発明の一実施例におけるロータリ
エンコーダを説明するためのもので、第１図は同エンコ
ーダの概略構成図、第２図は回転ディスクの構成を示す
部分平面図、第３図は光検出器とフォーカスエラー検出
回路および回転信号発生回路の入力部の構成を示す図、
第４図（ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ動作説明に使用する光
検出器における反射光のスポット形状および比較器の比
較出力を示す図、第５図は比較器の比較出力特性図、第
６図は従来のロータリエンコーダの一構成例を示す図で
ある。 １０・・・回転ディスク、１０ａ・・・スリット、２０
・・・軸着用のカラー、３０・・・被検出回転体の回転
軸、４０・・・レーザ検出部、４１・・・レーザ発振器
、４２・・・コリメートレンズ、４３・・・ビームスプ
リッタ、４４・・・対物レンズ、４５・・・ボイスコイ
ル、４６・・・集光レンズ、４７・・・光検出器、４７
ａ〜４７ｄ・・・フォトダイオード、５ｏ・・・回転信
号検出回路、５０ａ・・・加締器、６０・・・フォーカ
スエラー検出回路、６０ａ・・・比較器、７ｏ・・・フ
ォーカスサーボ回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 円周方向にスリット状もしくはピット状の透孔または反
   射パターンが等間隔で形成され被検出回転体の回転軸に
   軸着された回転ディスクと、この回転ディスクの前記透
   孔または反射パターンの形成位置にレーザ光を集光照射
   する投光部と、前記レーザ光の前記回転ディスク面によ
   る反射光からレーザ光の焦点ずれを検出しこの焦点ずれ
   に基づいて前記投光部の集光光学系を調整する焦点調整
   部と、前記レーザ光の前記回転ディスクによる反射光ま
   たは透過光を検出してその光レベルの変化から回転信号
   を発生する回転信号発生部とを具備したことを特徴とす
   るロータリエンコーダ。