JPH01131416A - 光学式エンコーダ - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明はレーザ光を使用して回転又は直線距離変位量を
検出する光学式エンコーダに関する。

〔発明の概要〕

本発明は、検出移動方向に所定の間隔で繰り返すコード
パターンが形成されたエンコード板にレーザ光源からの
レーザ光を照射してこの照射光をエンコード板を介して
ディテクタから成る検出手段に供給し、回転又は直線比
１ｉｔｕ変位量を検出する光学式エンコーダであって、
エンコード板に原点検出用のマークを設けたことにより
原点コードパターンの位置を容易に確認できてエンコー
ド板のモータ、ロボットのアーム等への取付は及び調整
等の効率の向上を図ったものである。

〔従来の技術〕

半導体レーザを使用して回転変位量を検出するロータリ
ーエンコーダにおいて、放射方向にストライプ状の検出
用パターンを形成した回転エンコード板にレーザ光を照
射し、この反射光を検知して回転変位量を検出するもの
がある。第１１図はこのロータリーエンコーダの一例を
示すものである。

同図において、（１）はエンコード板を構成するディス
クである。このディスク（１）の表面には径方向に伸び
るストライプ状の検出用パターンが円周方向に連続して
形成されている。即ち、ストライプ状のピット（＜ぼみ
）部（２Ａ）と鏡面部（２Ｂ）とが、例えばＩ：１の比
率でもって交互に形成されている。

また、（４）は光学ビックアンプ（３）を構成する半導
体レーザであり、この半導体レーザ（４）からのレーザ
ビームＬＢはグレーティングプレート（回折格子）（５
）を通ってコリメートレンズ（６）に供給されて平行光
線とされる。このコリメートレンズ（６）からのレーザ
ビームＬＢは偏光ビームスプリッタ（７）及び１／４波
長板（８）を通って対物レンズ（９）に供給される。そ
して、この対物レンズ（９）でレーザビームＬＢが集束
され、ディスク（１）の面に焦点が結ぶようにされる。

実際には、グレーティングプレート（５）を配している
ことから、レーザビームＬＢは３本に分けられ、ディス
ク（１１の面には、メインビームＬＢｌの他に２つのサ
ブビームＬＢＯ２，ＬＢ２０が、メインビームＬＩ３＋
＋を挟む位置に前後にずらせて当たっている。第１２図
はその状態を示しており、レーザビームＬＢＯ２，ＬＢ
Ｉ１．ＬＢ２０はこの順序で一列に並び、この列方向は
第１２図において、中心線ＡＡ’　で示しているように
ディスク１１）の径方向、即ちピント部（２＾）の方向
と所要角度で交差して対応するように成されている。

ここで、レーザビームＬＢ　（ＬＢ禦＊　Ｌ　Ｂ　０２
　＋ＬＢ２０）は、ビット部（２＾）に当たるとまわり
に拡散して対物レンズ（９）に戻らないが、鏡面部（２
Ｂ）に当たると正反射してほとんどが対物レンズ（９）
に戻る。

鏡面部（２Ｂ）で反射されたレーザビームＬＨは１／４
波長板（８）を通って偏光ビームスプリッタ（７）に供
給される。そして、この偏光ビームスプリンタ（７）で
反射されたレーザビームＬＢは集光レンズ（１０）及び
シリンドルカルレンズ（１１）で集束されて光検出装置
（１２）に供給される。

そこで、外部からディスク（１）に回転が伝えられると
、このディスク（１）で反射されるレーザビームＬＢの
量が変化する。その変化する檄を、光検出装置（１２）
で検知すれば回転変位量を知ることができる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このように構成されるロータリーエンコーダにおいては
ディスクに形成される検出用パターンがサブミクロン−
数ミクロンピッチで繰り返される様な微細パターンでは
１つの特定パターンだけを識別するのは非常に困難であ
る。これはゼロ位置（原点）を示すパターンでも同様で
、そのためゼロ位置を大まかに掴みたい場合には熟練者
がゼロ位置を予め検出してマーキングしたり、顕微鏡観
察にてゼロ位置を探し出しており、従って、エンコード
ディスクをモータ、ロポクトのアーム等への取付は及び
調整等の効率が悪い欠点があった。

本発明はかかる点に鑑み簡単な構成により、エンコード
板の検出用パターンの原点を容易に検知できるようにし
た光学式エンコーダを提供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段〉 前述した問題を解決するために本発明は、検出移動方向
に所定の間隔で繰り返すコードパターンが形成されたエ
ンコード板と、レーザ光を発する光源と、エンコード板
を介した光源からの照射光を検出するディテクタから成
る検出手段とを備え、エンコーダ板に原点検出用のマー
クを設けて構成したものである。

〔作用〕

このようにエンコード板に形成されたコードパターンの
原点を指示する原点検出用マークを設けたことにより、
エンコード板をエンコーダ本体等への取付けにおいて、
原点検出用マークによってコードパターンの原点パター
ン位置が容易に確認できて原点位置合せが正確に行え、
この位置合せを行った後、電気信号的に最終的な微調整
を行うことにより原点位置合せが一層正確に行えること
になる。

（実施例〕 以下、本発明の実施例を第１図乃至第１０図を参照して
説明する。

第１図及び第２図は本発明の光学式エンコーダとしての
ロータリーエンコーダに通用されるエンコード板、即ち
エンコードディスクの一例の全体斜視図及びその一部分
の拡大平面図である。

この第１図及び第２図において、（２１）はエンコード
ディスクで回転方向に所定の間隔で繰り返すコードパタ
ーン（２２）が形成され、このコードパターン（２２）
の原点パターン（２２ｏ　）が中心方向に延長されて原
点位置パターン（２２”）が形成されてこの原点位置パ
ターン（２２”）の先端部に対応して矢印状の原点検出
用のマーク（２３）が形成されている。

このエンコードディスク（２１）においてコードパター
ン（２２）の各パターンは夫々エンコードディスク（２
１）の半径方向に複数のピットをピッチを極小にして並
べて形成し、全体として所要長さの溝状のパターンとし
て形成され、原点パターン（２２ｏ　）は他のパターン
より多数のピットで長く形成して原点位置パターン（２
２”）を一連に形成してあり、このコードパターン（２
２）とパターン間の部面含む表面を反射面として形成し
である。

そして、原点検出用マーク（２３）はコードパターン（
２２）と異にして非反射面として形成して目視により見
い出すことができるように成されており、原点パターン
（２２ｏ）の確認が容易にできる。また、このマーク（
２３）を着色することによりその目視による確認が一層
容易にできることになる。

第３図はエンコードディスクの他側の一部分の拡大平面
図で、エンコードディスク（２１）に形成されるコード
パターン（２２）の原点パターン（２２ｏ）に対応して
形成される原点検出用マーク（２３）は−側縁が原点パ
ターン（２２ｏ　）の延長部である原点位置パターン（
２２”）と一致する四辺形状（台形状）に形成されてい
る。この原点検出用マーク（２３）も前述した実施例と
同様に非反射面として形成し、また着色表示も可能であ
る。

次に、第４図は本発明の光学式エンコーダとしテノリニ
アエンコーダに通用されるエンコードプレートの一部分
の拡大平面図で、エンコードプレート（３１）に長手方
向に所定の間隔で繰り返すコードパターン（３２）が形
成され、このコードパターン（３２）の原点パターン（
３２ｏ）は両端方向に延長されて原点位置パターン（３
２”）が形成されており、この原点位置パターン（３２
”）の端部に対応して矢印状の原点検出用のマーク（３
３）が形成されている。

このエンコードプレート（３１）においても原点検出用
マーク（３３）は前述した第１図乃至第３図に示す実施
例と同様にコードパターン（３２）と異なり、非反射面
として形成してあり、着色表示も可能であり、またこの
マーク（３３）の形状も第３図に示す実施例と同様に原
点位置パターン（３２“）と−側縁が一致する四辺形状
、台形状等に形成できる。

次に、前述したコードパターン（２２）を形成したエン
コードディスク（２１）の製造工程を第５図を参照して
説明する。

先ず、第５図Ａに示すようによ＜ＶＦ摩されたガラスデ
ィスク（４１）上にフォトレジスト（４２）を０．１μ
−程度の厚さに均一に塗布してガラス原盤（４３）を形
成する。

このガラス原盤（４３）を同図Ｂに示すようにスピンド
ルモータＭにより一定速度で回転させながら、レーザ光
（４４）を対物レンズ（４５）で集光し、直径約１μｍ
以下のスポット光にしてフォトレジスト（４２）の面上
に照射し露光する。この際、レーザ光（４４）はガラス
原盤（４３）が１回転する間に、エンコードディスクと
して必要なパターン数と同回数だけオン・オフを繰り返
しながら照射位置をガラス原盤（４３）の半径方向に一
定速度で移動させる。

このようにフォトレジスト（４２）を露光した後、同図
Ｃに示すように現像処理を行う。ポジ型フォトレジスト
を使用した場合は、露光された部分が溶けてピット（４
２ａ）が形成される。また、ネガ型フォトレジストを使
用した場合には、露光されない部分が溶け、露光された
部分が残り、ピットが形成される。このようにしてガラ
ス原盤（４３）の半径方向に並んだ一連のピン）（４２
ａ）の集りが前述したコードパターン（２２）に対応す
る。そして原点パターン　（２２ｏ）を形成するピット
列において他のパターンのピット列より長く形成、即ち
ピント数を多く形成する。

その後、電鋳プロセスを経て、同図りに示すようにメタ
ルマスター（４６）を作製する。このメタルマスター（
４６）をガラス族１（４１）から剥離し、このメタルマ
スター（４６）から同図Ｅに示すようにメタルマザー（
４７）を作製する。

そして、このメタルマザー（４７）から同図Ｆに示すよ
うにスタンパ−（４８）を作製する。この際、同図りに
示す工程において作製されるメタルマスター（４６）を
スタンパ−（４８）として用いてもよい。

このように作製されるスタンパ−（４８）にエンコード
ディスク（２１）の基板となる扁平ガラスディスク（４
９）を宙ね合せ、このガラスディスク（４９）とスタン
パ−（４８）との間に紫外線により硬化する樹脂（５０
）を充填する。

即ち、同図Ｇに拡大して示すように中心軸（５１ａ）を
有する台板（５１）上にスタンパ−（４８）を、その軸
孔（４８ａ　）を中心軸（５１ａ）に嵌挿して載置固定
し、次いでこのスタンパ−（４８）の中心部に所定厚さ
で所定の直径、即ち、樹脂（５０）の厚みと等しく、エ
ンコードディスクの中心部取付エリアと略同径のスペー
サディスク（５２）を中心軸（５１ａ）に嵌挿して載置
する。そして、ガラスディスク（４９）をスタンパ−（
４８）の上側において、その中心孔（４９ａ　）を合板
（５１）の中心軸（５１ａ　）に嵌挿すると共に中心部
面をスペーサディスク（５２）に載置当接して上方から
所定の圧力で加圧することによりスタンパ−（４８）と
の間に所定厚さ、即ちスペーサディスク（５２）の厚み
の空隙が形成される。

そこでガラスディスク（４９）とスタンパ−（４８）と
の間の空隙に前述した紫外線により硬化する樹脂（５０
）を圧入充填し、ガラスディスク（４９）側から紫外線
を照射して樹ＪＪＭ　（５０）を硬化させる。

この樹脂（５０）の硬化後、ガラスディスク（４９）を
スタンパ−（４８）から剥離することにより、ガラスデ
ィスク（４９）の表面の樹脂（５０）にコードパターン
を形成するピット（５０ａ）が転写されたディスクが製
作される。そこでこのディスクの表面、即ち樹脂層（５
０）の表面に同図Ｈに示すように反射のための金属膜（
以下反射膜と云う）　　（５３）を蒸着又はスパッタリ
ングにより形成する。この反射膜（５３）の形成の際、
前述した原点位置パターン（２２”）を形成するピット
列に対応する部面に原点検出用マーク（２３）の形状の
マスキングを施し、この状態で反射膜（５３）を蒸着又
はスパッタリングした後、マスキングを剥離することに
より原点検出用マーク（２３）が反射膜（５３）面に抜
き状に形成される。

そして最後に、同図Ｉに示すように反射膜（５３）を保
護するために保護層（５４）を形成する。この保護層（
５４）はガラスディスク（４９）の中心部面、即ち取付
エリア（４９ｂ）には掛からないように形成し、取付エ
リア（４９ｂ）においてはガラスディスク（４９）の表
面が露出するように形成する。

以上の工程によりエンコードディスク（２１）が製作さ
れる。このエンコーダディスク（２１）　（７）基板と
してのガラスディスク（４９）に対するピット転写用の
樹脂ＪｉＪ（５０）の形成はガラスディスク（４９）が
その中心部面、即ち中心取付エリア（４９ｂ）において
スペーサディスク（５２）に圧接した状態で行われるの
で、中心取付エリアへの樹脂の廻り込みが完全に防止さ
れて樹脂層（５０）の厚みが正確にコントロールされて
所定の厚みに形成でき、また反射膜（５３）の形成及び
保護層（５４）の形成においては中心取付エリア（４９
ｂ　）にマスキングを施すことにより、中心取付エリア
（４９ｂ　）においてはガラスディスク（４９）の表面
が露出されてエンコードディスク（２１）にその中心部
において取付部材を正確にかつ安定して取付けることが
できる。

そして、このエンコードディスク（２１）は反射ピット
列により形成されるコードパターン（２２）の原点位置
パターン（２２”）に対応する原点検出用マーク（２３
）が抜は状、即ち非反射面として形成されるので外面側
から明確に目視でき、原点パターン（２２ｏ　）の位置
を容易に確認できる。

以上はエンコードディスクの一例の製造工程について説
明したが、前述した第４図に示す如きリニア・エンコー
ダに通用するエンコードプレートも同様に形成できる。

即ち、このエンコードプレートの場合はガラス原盤は長
方形で、長平方向に一定速度で移動させながら表面のフ
ォトレジストにレーザ光をスポット光にして照射し、必
要なパターン数と同回数だけオン・オフを繰り返しなが
ら照射位置をガラス原盤の中方向に一定速度で移動させ
て露光した後、現像処理を行いコードパターンに対応す
るピント列を形成する。このように形成したガラス原盤
から前述したエンコードディスクと同様にメタルマスタ
ー、メタルマザー、スタンパ−を形成して基板としての
扁平ガラスプレート表面に樹脂層によりピットを転写し
、コードパターンを形成し、そして原点位置パターンに
対応して原点検出用マークを形成することにより、エン
コードプレートを形成することができる。

以上、エンコードディスク及びエンコードプレートに形
成されるコードパターンの原点位置パターンに対応して
形成する原点検出用のマークを非反射面として形成した
場合の実施例及びその製造工程について説明したが、以
下第６図乃至第１０曲を参照して原点検出用のマークを
乱反射面として形成するエンコードディスク及びエンコ
ードプレートについて説明する。

第６図に示すものはエンコードディスク（２１）に形成
されるコードパターン（２２）の原点パターン（２２ｏ
）に対応して形成される原点検出用マーク（１２３）を
コードパターン（２２）を形成するピットと同大かそれ
よりやや小形のピットＰのピット列で形成したもので、
原点パターン（２２ｏ　）の延長部である原点位置パタ
ーン（２２ｓ）の先端部に連続して全体として矢印形状
となるようにピットｐを配列して形成しである。

このように検出用マーク（１２３）はビア）りの配列に
より凹凸形状面として形成したことにより入閣光が散乱
し乱反射するので周囲の鏡面反射面とは明確に区別でき
て目視においても見い出すことができ、原点パターン（
２２ｏ）の確認が目視により容易にできる。

第７図はエンコードディスク（２１）のコードパターン
（２２）の原点検出用マーク（１２３）をピットｐの配
列により全体として四辺形状（台形状）に形成したもの
で、その−側縁を原点位置パターン（２２ｓ）の延長方
向に一致させて形成したものである。

第８図及び第９図はエンコードディスク（２１）のコー
ドパターン（２２）の原点検出用マーク（１２３）をグ
ループｇの配列により凹凸形状面として形成したもので
、第８図は第６図に示すものと同様に原点位置パターン
（２２ｇ　）の先端に全体として矢印形状に形成したも
のであり、また第９図は第７図に示すものと同様に全体
として四辺形状（台形状）でその−側縁を原点位置パタ
ーン（２２ｓ）の延長方向に一致させて形成したもので
ある。

このように原点検出用マーク（１２３）をグループｇの
配列により形成したものにおいても入閣光が散乱し乱反
射することになり、周囲の鏡面反射面とは明確に区別で
きて原点パターン（２２ｏ）を目視により容易に確認で
きる。

以上のようにエンコードディスク（２１）に原点検出用
マーク（１２３）を形成するビット列及びグループ列は
前述したエンコードディスクの製造工程においてコード
パターンを形成するピットをガラス原盤にカッティング
形成する要領で形成することができる。

即ち、エンコードディスクの製造は前述した如くコード
パターンをカッティング形成したガラス原盤よりスタン
バ−を形成し、紫外線等を用いて樹脂を硬化させるいわ
ゆる２Ｐ法によってガラスディスクにコードパターンの
転写を行う工程を踏むので、ディスク毎のずれがなく、
精度を確保でき、従って原点検出用マーク（１２３）は
コードパターンのカッティング技術を応用して形成する
ことにより原点位置パターン（２２ｓ）との相対的な位
置精度も充分満足できる。

しかもこのように、エンコードディスク（２１）は原点
検出用マーク（１２３）をコードパターン（２２）と同
様に形成するので反射膜の形成に際しても原点検出用マ
ーク（１２３）を形成しない場合と同様にマスキングを
用いることなく行うことができて生産性が向上する。

以上はエンコードディスクに原点検出用マークを形成す
る場合であるが、リニアエンコーダに通用されるエンコ
ードプレートにも同様に形成できる。

即ち、第１０図に不すようにエンコードプレート（３１
）に長手方向に所定の間隔で繰り返して形成されるコー
ドパターン（３２）の原点パターン（３２０）に延長形
成される原点位置パターン（３２ｓ）の端部に対１ｒ６
して原点検出用マーク（１３３）をピットｐの配列によ
り矢印形状に形成したものである。

この場合の原点検出用マーク（１３３）も乱反射面とし
て鏡面反射面と明確に区別され、原点パターン（３２ｏ
　）が目視により容易に確認できる。

このエンコードプレート（３１）においても原点検出用
マーク（１３３）は全体形状を第７図に示す実施例と同
様に原点位置パターン（３２ｓ）と−側縁が一致する四
辺形状、台形状等に形成できる。

またこの原点検出用マーク（１３３）は前述した第８図
及び第９図に示す実施例と同様にグループの配列によっ
て乱反射面として形成することができる。

そして、このようにビット列又はグループ列により形成
する原点検出用マーク（１３３）はエンコードプレート
（３１）の製造工程においてコードパターン（３２）と
同様に形成できるもので、このように形成されるエンコ
ードプレート（３１）は前述した第６図乃至第９図に示
すエンコードディスク（２１）と同様の効果を奏する。

以上、本発明の詳細な説明したが、本発明はこれ等の実
施例に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸ａしな
い範囲で種々変更できるものである。

例えばエンコードディスク及びエンコードプレートは基
板として扁平ガラスディスク及び扁平ガラスプレートを
用いているが、光学的特性の良い樹脂製のディスク及び
プレートを用いることができ、また原点位置パターンは
コードパターンの原点パターンを延長して形成しである
が、この原点位置パターンをコードパターンから離隔し
て形成してもよい。

また、コードパターンを形成するピット列は各ピットを
オーバーラツプするように形成し、全体として完全な溝
状となるように形成することができる。

なお、光学式エンコーダの方式としては実施例の如く反
射型に限ることなく透過型でもよい。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、エンコード板のコードパ
ターンの原点位置パターンに対応して原点検出用マーク
を形成したのでエンコード板の原点位置が一目でわかり
、コード板をモータ、ロボットのアーム等に取り付ける
に際して効率が向上し、特にロボットのアームの変位検
出に使用する場合で、その駆動範囲が所要角度内に限ら
れ、取り付けの方向性がある場合に有効である。

また、エンコーダの調整時に何らかの原因でエンコード
板の原点を見失なった際、目視により直ちにその位置を
見い出すことができて調整が効率良く行える。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に適用するエンコードディスクの一例の
斜視図、第２図は第１図に示すエンコードディスクの一
部分の拡大平面図、第３図はエンコードディスクの他側
の一部分の拡大平面図、第４図はエンコードプレートの
一例の一部分の拡大平面図、第５図Ａ乃至１は第１図に
示すエンコードディスクの製作工程の説明図で、Ｇ乃至
ｌは拡大して示す、第６図乃至第９図はエンコードディ
スクのさらに他側の一部分の拡大平向図、第１０図はエ
ンコードプレートの他側の一部分の拡大平面図、第１１
図は光学式エンコーダの一例の構成図、第１２図は第１
１図に示すエンコーダの説明のための図である。 図中（２１）及び（３１）はエンコード板としてのエン
コードディスク及びエンコードプレート、（２２）及び
（３２）はコードパターン、（２２ｏ）及び（３２ｏ　
）は原点パターン、（２２ｓ）及び（３２ｓ）は原点位
置パターン、（２３）　、　　（１２３）及び（３３）
　。 （１３３）は原点検出用マークである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 検出移動方向に所定の間隔で繰り返すコードパターンが
   形成されたエンコード板と、 レーザ光を発する光源と、 前記エンコード板を介した前記光源からの照射光を検出
   するディテクタから成る検出手段とを備え、 前記エンコード板に原点検出用のマークを設けたことを
   特徴とする光学式エンコーダ。