JPH01147319A - 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、半導体レーザを使用して回転または移動変位
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、レーザ光源からの３本のビームと複数の光検
出器とにより、パルススケールに対応するＡ相及びＢ相
信号と、基準マークに対応するＺ相信号とを得て、変位
量を検出する光学式エンコーダにおいて、基準マークに
整列し°ζ基Ｖ＄碩域を設けると共に、この基準領域に
対向して光学的検出手段を設け、この検出手段の検出４
７Ｔ号を参照することにより、Ｚ相信号を確実に検出す
ることができるようにしたものである。

〔従来の技術〕

半導体レーザを使用して回転または移動変位量を検出す
る光学式エンコーダにおいて、レーザ光を複数のビーム
に分割して用いることで、回転方向の弁別及び分解能の
向上を図ることが、例えば特開昭５９−２２４５１５号
により知られている。

まず、第６図〜第８図を参照しながら、従来の光学式エ
ンコータについて説明する。

従来の光学式エンコーダの構成例を第６図に示す。

第６図において、（１０）はガラス製の円盤（ディスク
）であって、中心孔（１１）において、図示を省略した
回転軸に取り付けられる。ディスク（１０）の表面には
、円周方向に連続して、格子縞状のパルススケール（１
２）が形成され°ζいる。このパルススケール（１２）
は、例えば１：ｌの比率でもって交互に形成されたピッ
ト（くぼみ）部（１３）と鏡面部（１４）とから構成さ
れる。パルススケール（１２）の内側には、ピット部（
１３）のいずれかとディスク（１０）の半径方向に整列
して、１個の基準マーク（１５）が形成される。

（２０）は光学ピックアップを全体として示し、半導体
レーザ（２１）からのレーザビームＬＢは回折格子（２
２）を通ってコリメートレンズ（２３）に供給されて平
行光線とされる。このコリメートレンズ（２３）からの
レーザビームＬＢは偏光ビームスプリッタ（２４）及び
１／４波＆＆（２５）を通って対物レンズ（２６）に供
給される。そして、この対物レンズ（２６）でレーザビ
ームＬＬＩが集束され、ディスク（１０）の面に焦点が
結ぶようにされる。

実際には、回折格子（２２）を配していることから、レ
ーザビームＬＢは、実用上３本に分けられ、第７図にも
示すように、ディスク（１０）の面には、メインビーム
ＬＢ−の両側に２つのサブビームＬＢｓｔ、ＬＨｓ２が
当たっている０円ｆｆｄ（１０）上のパルススケール（
１２）で、レーザビームＬＢ　（ＬＢｍ　。

Ｌ　Ｂ　ｓ１＋　　Ｌ　Ｂ　ｓ２）が、ピー／　ｌ・部
（１３）に当たると、まわりに拡散して対物レンズ（２
６）に戻らないが、鏡面部（１４）に当たると正反射し
てほとんどが対物レンズ（２６）に戻る。

鏡面部（１４）で反射されたレーザビームＬＢは１／４
波長板（２５）を通って偏光ビームスプリンタ（２４）
に入射し、ここで反射されたレーザビームＬＢは集光レ
ンズ（２８）及びシリンドルカルレンズ（２９）で集束
されて光検出装置（３０）に供給される。

第８図に示すよりに、この光検出装置（３０）は３個の
受光部（３１）　、　　（３２）及び（３３）を有し、
中央の受光部（３１）は（３１ａ　）　〜（３１ｄ）に
４分割される。ディスク　（ｌＯ）で反射されたメイン
ビームＬＢＩＩ＋はこの４分割の中央受光部（３１ａ　
）〜（３１ｄ　）に供給され、両側の受光部（３２）及
び（３３）にはディスク（１０）で反射されたサフヒー
ムＬＢｓ１及びＬＢＳ２が供給される。

光検出装置（３０）の中央受光部（３１ａ　）　〜（３
１ｄ　）の各検出信号Ｓａ〜、Ｓｄはそれぞれ増１ｍ姦
（４１ａ）〜（４１ｄ）に供給される。また、両側の受
光部（３２）及び（３３）の各検出信号はそれぞれ増幅
器（４２）及び（４３）を介して波形整形回路（４４）
及び（４５）に供給され、出力端子（４６）及び（４’
／）にはサブビームＬＢＳ１及びＬＢＳ２によるディス
ク（１０）上の基準マーク（１５）及びパルススケール
（１２）の検出信号（Ｚ相信号及びＢ相信号）ＳＺ及び
ＳＢ（方形波）が得られる。

ここで、レーザビームＬＢがディスク（１０）の面で焦
点があっていないときには、４分割の受光部（３１ａ）
　〜（３１ｄ　）上のメインビームＬＢＩＩ＋のビーム
スポットは、楕円となり、この受光部（３１ａ）〜（３
１ｄ　）の対角同士の信号差はフォーカス誤差信号ｅＦ
となる。そこで、４分割の受光部（３１ａ）〜（３１ｄ
）の各検出信号５ａ−３ｄは夫々増幅器（４１ａ　）　
〜（４１ｄ　）を介して演算回路（５１）に供給され、
（Ｓａ　＋５ｃ）−（Ｓｂ　＋Ｓｄ）の演算がなされて
フォーカス誤差信号ｅＦが得られる。

この誤差信号ｅ、は位相補償回路（５２）及び駆動増幅
器（５３）を介して、光学−ツクアップ（２０）のフォ
ーカスコイル（２７）に供給される。これにより対物レ
ンズ（２６）の位置が制御されてレーザビームＬＢがデ
ィスク（１０）の面で焦点が合うようにされる。

また、４分割の受光部（３１ａ　）　〜（３１ｄ　）の
各検出信号Ｓａ”Ｓｄは夫々増幅器（４１ａ　）　〜（
４１ｄ　）を介して演算回路（５４）に供給され、（Ｓ
ａ＋５ｄ）−（Ｓｂ　＋Ｓｃ）の演算がなされる。そし
て、その出力信号は波形整形回路（５５）に供給され、
出力端子（５６）にはメインビームＬＢｍによるデイ上
述した従来のエンコーダでは、回折格子（２２）または
光学ピックアップ（２０）全体をその光軸を中心に適宜
回転し、検出（７ｒ号ＳＡ及びＳＢか所定の、例えは９
０“の位相差を有するようにして、ディスク（１０）の
回転方向の弁別を行なっ°Ｃいた。

また、検出信号ＳＺを用いて、ディスク（ｌＯ）の回転
の基中位置を検知していた。

〔発明がＮ決しようとする問題点］ ところが、上述のような従来の光学式エンコータでは、
ディスク（１０）のパルススケール（１２）及び基準マ
ーク（１５）の分解能を、例えば数μｍまで刑クシた場
合、ディスク（１０）の疵または鏡面の欠陥を皆無とす
ることは極めて困難となり、これに起因するノイズのた
め、基準マークに対応するＺ相信号が正確に検出できな
いという問題があった・ かかる点に鑑み、本発明の目的は、基準マークを確実に
検出することのできる光学式エンコーダを提供するとこ
ろにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、レーザ光源から放射されるレーザ光を３本の
ビームに分割し、連続して形成された格子縞状のパルス
スケール（１２）を介した２本の分割されたビームと、
パルススケールに近接して形成された基準マーク（１５
）を介した他の１本の分割されたビームとを複数の光検
出器（３０）で受光し、この光検出器から所定の位相差
を有する複数の検出信号を得て、変位量を検出するよう
にした光学式エンコータにおいて、パルススケールに対
して生血の方向に基準マークと整列して基準領域（１６
）を形成すると共に、この基準領域に対向して光学的検
出手段（６０）を設け、この検出手段による基準領域の
検出信号ＳＲを参照して、基準マークの検出信号ＳＺを
得るようにした光学式エンコーダである。

（作用〕 かかる構成によれば、朧または欠陥に起因するノイズと
、基準マークに対応するＺ相信号とが正確に判別される
。

〔実施例〕

以Ｆ、第１図及び第２図を参照しながら、本発明による
光学式エンコーダの一実施例について説明する。

本発明の一実施例の構成を第１図にし不ず。この第１図
において、第６図に対応する部分には同一の符号を付し
てｊｌＴ複説明を省略する。

本実施例において、パルススケール（１２）は内側及び
外側の２本のトラック（１２へ）＆び（１２８）として
形成され、基準マーク（１５）は両者の中間に形成され
る。また、内側のトラック（１２＾）の更に内側に基準
マーク（１５）と整列して、例えばビット部（１３）の
数ピンチ分の角度範囲に１個の基準領域（１６）が形成
される。

また、上述のパルススケール（１２）と基準マーク（１
５）との配置に対応して、光学ピックアップ（２０）の
光検出装置（３０）の両側の受光部（３２）及び（３３
）からサブビームＬＢｓ１及びＬ　Ｂ　Ｓ２によるパル
ススケール の検出信号ＳＡ及びＳＨが得られると共に、中央受光部
（３１）からメインビームＬＢｍによる基準マーク（１
５）の検出信号ＳＺが得られる。

（６０）はフォトセンサであって、例えば発光ダイオー
ドとフォトタイオードのような、１対の発光素子（６１
）及び受光素子（６２）から構成され、ディスク（１０
）の基準領域（１６）に対向して配設される．フォトセ
ンサ（６０）の受光素子（６２）の出力が、増幅器（６
３）及び波形整形回ＩＩＰｒ（６４）を介して、参照信
号ＳＲとして、アントゲート（６５）に供給される。こ
のアンドゲート（６５）は基準マーク（１５）の検出信
号ＳＺのための波形整形回路（５５）及び出力端子（５
６）間に介挿される。その余の構成は、一部の図示を省
略するが、前出第６図と同様である。

第１図の実施例の動作は次のとおりである。

ディスク（１０）のｊ町シまたは欠陥により、第２図Ａ
に示すように、基準マーク（１５）の検出信号に近接し
て大振幅のノイズが発生した場合においても、アントゲ
ート（６５）において、同図Ｂに示すような基準領域（
１６）の検出信号ＳＲとの論理積をとることにより、同
図Ｃに示すように、基準マーク（１５）に対ｊ心する検
出信号ＳＺが正確にｐｒ別される。

なお、前述のように、基準領域（１６）は、基準マーク
（１５）よりもかなり幅広に形成されるため、フォトセ
ンサ（６０）の分解能は低くてもよい。

次に、第３図及び第４図を参照しながら、本発明の他の
実施例について説明する。

本発明の他の実施例の要部の構成を第３図に示す。この
第３図において、前出第１図に対応する部分には同一の
符号を付ける。

第３図において、パルススケール（１２）の両トラック
（１２Ａ）及び（１２Ｂ）の中間に４個の基準マーク（
１５ａ）　、　　（１５ｂ）　、　　（１５ｃ）及び（
１５ｄ）が９０°の角間隔で形成される。内側トラック
（１２＾）の史に内側に、４個の基準領域（１６ａ　）
　、　　（１６ｂ　）　。

（１６ｃ）及び（１６ｄ）がそれぞれ基準マーク（１５
ａ）〜（１５ｄ）に整列して形成される。ディスク（ｌ
Ｏ）の中心から各基準領域（１６ａ）〜（１６ｄ）まで
の距１ｊｌｌＲａ、Ｒｂ、Ｒｅ及びＲｄはそれぞれ異な
るように設定される。そして、図示しないが、基準領域
（１６ａ）〜（１６ｄ）にそれぞれ対向して４個のフォ
トセンサが配設される。

第３図の実施例の動作は次のとおりである。

第４図Ａに示すように、いずれかの基準マーク例えば（
１５ａ）の検出信号に極めて近接してノイズが発生した
場合には、同図Ｂに示すような基準領域（１６ａ）の検
出信号ＳＲとの論理積をとっても、同図Ｃに示すように
、信号Ｓｚとして２発のパルスが現れてしまう。

この場合、本実施例においては、例えばフリップフロッ
プ回路を２段縦統する等して、基準領域（１６ａ）の検
出信号ＳＲの期間に、特定の基準マーク（１５ａ）の検
出信号ＳＺａとして、２発以上のパルスが発生したこと
を検知し、他の基準マーク（１５ｂ）〜（１５ｄ）に対
）シする正電な検出信号Ｓ　Ｚｂ　−３Ｚｄのいずれか
が選択される。これにより、１★出（、イ号ＳＺにエラ
ーが発生ず確率を極めて低く抑えることができる。

なお、上述の実ｈｌ！！例では、基？％領領域１６）の
全域がピット部であるとしたが、第５図に示すように、
パルススケール（１２）と同様のバクーンで形成しても
よい。

また、上述の実施例では、ディスク（１０）を用いて回
転変位晴を検出するロークリエンコーダの場合について
説明したが、本発明は、直線移動変位量を検出するりニ
アエンコーダにも同様に通用゛４−ることかできる。

（発明の効果〕 以上詳述のように、本発明によれは、パルススケールに
対応するＡ相及びＢ相信号と、基準マークに対応するＺ
相（６号とを得て、変位量を検出する光学式エンコーダ
において、基準マークに整列して基準領域を設けると共
に、この基準領域に対向して光学的検出手段を設け、こ
の検出手段の検出信号を参照するようにしたので、Ｚ相
信号を確実に検出することができる光学式エンコーダが
得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による光学式エンコーダの一実施例を示
す構成図、第２図はその説明のための波形図、第３図は
本発明の他の実施例の要部を不す平面図、第４図はその
説明のための波形図、第５図は本発明の更に他の実施例
の要部を示す平面図、第６図は従来の光学式エンコーダ
の一例の構成図、第７図及び第８図はその説明のための
図である。 （１０）はディスク、（１２）、　　（１２八）、（１
２Ｂ）はパルススケール、（１５）　、　　（１５ａ　
）　〜（１５ｄ　）装置、り６０）は光学検出手段（フ
ォトセンサ）である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、レーザ光源から放射されるレーザ光を３本のビーム
   に分割し、連続して形成された格子縞状のパルススケー
   ルを介した上記分割された２本のビームと、上記パルス
   スケールに近接して形成された基準マークを介した上記
   分割された他の１本のビームとを複数の光検出器で受光
   し、この光検出器から所定の位相差を有する複数の検出
   信号を得て、変位量を検出するようにした光学式エンコ
   ーダにおいて、 上記パルススケールに対して垂直の方向に上記基準マー
   クと整列して基準領域を形成すると共に、 この基準領域に対向して光学的検出手段を設け、 この検出手段による上記基準領域の検出信号を参照して
   、上記基準マークの検出信号を得るようにしたことを特
   徴とする光学式エンコーダ。 ２、上記パルススケールに沿って上記基準マーク及び基
   準領域の複数対を設け、 この複数対のうちの１対の基準マーク及び基準領域の検
   出信号を選択するようにした特許請求の範囲第１項記載
   の光学式エンコーダ。