JPH0472517A - 光学式ロータリーエンコーダ - 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」 この発明は、半導体レーザを用いて円板状の記録媒体の
回転変位量を検出する光学式ロータリーエンコーダに関
するものである。

「従来の技術」 従来、半導体レーザを用いて回転変位量を検出する光学
式ロータリーエンフーダとして、第８図に示す構成のも
のか提案されている（特開昭５９１９５１１８号公報）
。第８図において、ホールベアリング３０．３０によっ
て支持された回転軸３１の一端には、ディスク３２が取
り付けられており、このディスク３２には、その回転方
向に沿って等間隔にスリット３２ａ、３２ａ、　　が形
成されている。そして、半導体レーザ３３から発せられ
たレーザビームＬＢをコリメートレンズ３４で平行光と
した後、集光レノズ３５で微小スポットに集光してディ
スク３２上に照射し、このディスク３２に形成されたス
リット３２ａを通過したレーザビームＬＢを受光素子３
６で検出する光学検出系３７を設けることにより、ディ
スク３２の回転変位量が検出されるようになっている。

このような構成においては、単位時間当たりの回転軸３
１の回転量が検出てきるものの、その絶対的な回転角度
については検出することができない。この絶対的な回転
角度を検出するｒこめの信号を得るには、例えば、第９
図に示すように、ディスク３２に、互いに位相の異なる
２列のスリット３２Ａ、３２Ａ、　　と３２Ｂ、３２Ｂ
、・−を形成すると共に、原点となる基準位置に１個の
スリット３２Ｃを形成し、これらのスリット３２Ａ、３
２Ｂ３２Ｃを各々検出する３組の光学検出系３７を設け
なればならない。これはインクリメンタル型と呼ばれる
ものであるが、このような方法においては、光学検出系
３７を少なくとも３組設けなければならないため、部品
点数の増加が避けられず、装置全体の小形化が困難であ
る。

そこで、第１０図に示すように、ディスク４２の記録面
に、その半径方向に放射状に延びる複数の反射部４２ａ
と非反射部４２ｂを円周方向に所定間隔て記録し、さら
に、半導体レーザから発せられるレーザビームを３つの
微小のスポットＬＳａＬＳｂ、ＬＳｃに各々集光してデ
ィスク４２の記録面に照射すると共に、それらの反射光
を各々受光し、各反射光量に対応した多相の検出信号を
各々出力する光学検出系を設け、これら多相の検出信号
に基づいてディスク４２の回転変位量を検出する光学式
ロータリーエンコーダが提案されている。

この場合、各スポットＬ　Ｓａ、Ｌ　Ｓｂ、Ｌ　Ｓｃの
位置関係を調整し、光学検出系から得られる多相の検出
信号の位相差を調整する技術が不可欠である。

このような位相差を調整する技術としては、従来、特開
昭６３−１１１４１８号公報に記載されているように、
光学検出系をディスク４２の接線方向（第１Ｏ図に示す
矢印入方向）へ送るものか提案されている。

「発明が解決しようとする課題」 ところで、上述したように光学検出系から得られる多相
の検出信号の位相差を調整するために、光学検出系をデ
ィスク４２の接線方向へ送る方法においては、第１Ｏ図
に示すようにディスク４２に記録された放射状に延びる
複数の反射部４２ａおよび非反射部４２ｂと、略直交す
る方向（矢印Ａ方向）へ各スボッ）　Ｌ　Ｓａ、Ｌ　Ｓ
ｂ、ｆ−Ｓｃが同じ距離移動するだけであるので、例え
ば、両端のスポットＬＳａとＬ　Ｓ　ｃの位相差を所定
値に設定しようとしてら、微妙にしか位相差が変化せず
、必ずしも所望の位相差に調整することができないとい
う問題があっｆ二。この問題は、両端のスポットＬＳａ
とＬＳｃとの間隔が狭い程、顕著に現れる。

この発明は上述した事情に鑑みてなされ１こもので、単
一の光学検出系で複数のスポットを記録媒体に照射し、
多相の検出信号を得る構成において、各検出信号の位相
差を任意に、かつ容易に調整することができる光学式ロ
ータリーエンコーダを提供することを目的としている。

「課題を解決するための手段」 この発明は、回転自在に支持され、半径方向に放射状に
延びる位置情報が記録面の円周方向に所定間隔で記録さ
れた円板状の記録媒体と、半導体レーザから発せられる
レーザビームを略接線方向に沿った複数の微小スポット
に各々集光して前記記録媒体の記録面に照射すると共に
、それらの反射光を各々受光し、各反射光量に対応した
多相の検出信号を各々出力する光学検出手段とを具備し
、前記各検出信号に基づいて前記記録媒体の回転変位量
を検出する光学式ロータリーエンコーダにおいて、前記
光学検出手段を前記記録媒体の半径方向へ設定量だけ移
送する位置調整機構を設け１こことを特徴としている。

「作用」 上記の構成によれば、光学検出手段が記録媒体の半径方
向へ設定量だけ移送されるので、移送距離が僅かであっ
ても、略接線方向に沿った複数の微小スポットが放射状
に延びる位置情報を横切り、この結果、多相の検出信号
の位相差が任意に調整される。

「実施例」 以下、図面を参照し、この発明の実施例について説明す
る。

第１図および第２図はこの発明の第一実施例の機械的構
成を示す平面図および側面図である。これらの図におい
て、２５は装置本体に固定的に設けられた支持部材であ
り、この支持部材２５には互いに平行な２本のガイドシ
ャフト２６ａ、２６ｂがディスク１の半径方向Ｂと平行
に取り付けられている。そして、これら２本のガイドシ
ャフト２６ａ、２６ｂによってガイドプレート２７か移
動自在に支持され、さらにこのガイドプレート２７によ
って、後述する光ピツクアップ６が、そのメインレーザ
ビーム光軸Ｊを中心に回動自在に支持されている。これ
により、光ピツクアップ６は、ディスク１の半径方向Ｂ
へ移動自在に支持されると共に、メインレーザビーム光
軸Ｊを中心に矢印Ｒ方向へ回動自在に支持されている。

また、ガイドプレート２７の一端面には、支持部材２５
に螺合された調整ネジ２９の先端が当接しており、その
他端面ばガイドシャフト２６ａ、２６ｂの端部に設けら
れたバネ２８によって付勢されている。これにより調整
ネジ２９を正方向へ回動してねじ込み、もしくは逆方向
へ回動することにガイドプレート２７を、半径方向日に
沿う任意の位置に移送することができる。さらに、光ピ
ツクアップ６の一端面には、メインレーザビーム光軸Ｊ
を中心とする仮想円周に沿で歯が形成されたギヤ３０が
取り付けられており、このギヤ３０に螺合するウオーム
ギヤ３１の両端が、ガイドプレート２７の一端面に設け
られた軸受２７ａ、２７ａによって各々回動自在に、か
つ軸方向の移動を規制された状態で支持されている。こ
の軸受２７ａには、側部に孔２７ｃが形成されており、
この孔２７ｃからウオームギヤ３１の端面に刻まれた溝
３１ａが露出している。この溝３１ａをドライバー等て
回動することにより、光ピツクアップ６を、メインレー
ザビーム光軸Ｊを中心とする任意の回転位置に調整する
ことができるようになっている。

以上により、第３図に示すように光ピツクアップ６から
照射されたレーザビームによって、ディスクｌ上に、該
ディスクｌの略接線方向に沿って１列にサブレーザスポ
ットＳ　Ｌ　Ｓ　、、メインレーザスポットＭＬＳ、サ
ブレーザスポットＳＬＩが照射されている場合、まず、
調整ネジ２９を回すことにより各スポットをディスク１
の半径方向Ｂへ移動して粗調整を行った後、ウオームギ
ヤ３１を回すことによって、各スポットをメインレーザ
スボッ）ＭＬＳを中心に矢印Ｒ方向へ回動させ、微調整
することができ、このような単純な機構で、各スポット
の位置関係（位相差）を任意に調整することができる。

ここで、各スポットをディスクｌの接線方向へのみ移送
する従来技術と比較した場合、各スポットをディスクｌ
の半径方向へ送った方が、ディスク１に記録されたラン
ド２ａとピット２ｂが放射状、すなわち扇状であるため
、サブレーザスポットＳＬＳ、とＳＬＳ、の位置関係（
位相差）の調整が迅速かつ容易に行うことができ、さら
に、メインレーザスポットＭＬＳ回りに回動させること
により、より一層高精度に調整を行うこおとができる。

次に、ディスクｌに記録されたランド２ａとピット２ｂ
および、各レーザスポットＭＬＳ、ＳＬＳ。

ＳＬＳ、の機能や位置関係を明確にするために、上述し
た一実施例の電気的および光学的構成にっいて説明する
。

第４図において、ｌはディスクであり、その移動方向Ｍ
に沿って等間隔に、すなわち１．Ｉの比率で凸状のラン
ド部２ａと凹状のピット部２ｂが交互に形成された透明
プラスチックの基板２と、この基板２のビット部２ｂが
形成された面にアルミニウムの薄膜を蒸着することによ
って形成された反射膜３と、この反射ｌｌ１３を覆うよ
うに形成された透明プラスチックの保護膜４とから構成
されている。このディスクｌは第５図に示すように、図
示せぬホールベアリング等によって回転自在に支持され
た回転軸５に取り付けられており、その回転方向Ｍに沿
って等間隔にかつ微細な間隔でランド部２ａとビット部
２ｂが放射状に形成されている。

そして、このディスクｌの原点となる基準位置において
は、第４図に示すようにランド部２ａ上の反射１１３が
除去されて、反射膜除去部３ａが形成されている。この
反射膜除去部３ａにおいては、反射率が略０％となって
おり、他の部分と反射率か著しく異なっている。

６は光ピツクアップであり、半導体レーザ７、コリメー
トレンズ８、グレーティングプレート（回折格子）９、
ハーフミラ−ＩＯ１対物レンズ１１゜集光レンズ１２、
ノリンドリカルレンズ１３、および光検出器１４によっ
て構成されている。

そして、半導体レーザ７がレーザ駆動回路１５によって
駆動されて、レーザビームＬＢを発すると、このレーザ
ビームＬＢがコリメートレンズ８によって平行光とされ
た後、グレーティングプレート９を介してハーフミラ−
１０に導かれ、このハーフミラ−１０によって光路か直
角に折り曲げられて対物レンズ１１に導かれ、さらに、
この対物レンズ１１によって微小のスポットに集光され
て、ディスクｌ上に照射される。

実際には、レーザビームＬＢはグレーティングプレート
９の作用により、３本のレーザビームに分けられ、ディ
スクｌ上には、第３図に示すように、メインレーザスポ
ットＭＬＳの他に２つのサブレーザスポットＳＬＳ、と
ＳＬＳ、が生じる。この場合、ディスク１の略接線方向
に沿って、レーザスポットＳＬＳ、、ＭＬＳ、ＳＬＳ、
の順に一列に配列されている。

ここで、レーザビームＬＢがディスクｌのビット部２ｂ
に照射されると、ビット部２ｂとランド部２ａとからの
反射光の干渉効果によって対物レンズ１１に入射する反
射光量が減少する。一方、ビット部２ｂとビット部２ｂ
の間のランド部２ａにおいては、全ての反射光が対物レ
ンズ１１に入射するため、反射光量が増加する。

ディスク１によって反射されたレーザビームしＢは、再
び対物レンズ１１を介してハーフミラ−１０に導かれる
が、今度はこのハーフミラ−１０を直進して集光レンズ
１２に導かれ、この集光レンズ１２およびシリンドリカ
ルレンズ１３て集光されて光検出器１４に達する。

この光検出器１４は、第６図に示すように、大きく分け
て３つの検出部１４ａ、１４ｂ、Ｉ　４ｃによって構成
されており、中央の検出部１４ｂはさらに４分割されて
いる。これら各検出ｆｆ１１４ａ−１４ｃは、例えばフ
ォトダイオードによって各々構成されており、受光量に
応じたレベルの検出信号Ｓ　ａ〜Ｓｃを各々出力する。

そして、ディスク１て反射されたメインレーザビームＭ
ＬＢが中央の検出部＋４ｂに到達し、サブレーザビーム
ＳＬＢ、とＳＬＢ、か検出Ｋ　Ｉ　４　ａと１４ｃに各
々到達するため、各検出ｆ＝　Ｉ　４　ａ〜１４ｃから
各々出力される検出信号５ａ＝Ｓｃは、各レーザビーム
の反射光量に応じたレベルとなる。これらは、本来、対
物レンズ１１のフォーカンングサーボやトラッキングサ
ーボを行うｒ二めに必要となるサーボ誤差信号を得るた
めのものであるが、これらサーボ系についての説明は省
略する。

再び、第４図に戻り、光検出器１４の検出部１４ａから
出力された検出信号Ｓａは、コンパレータ１６と１７に
各々供給される。フンパレータ１６は、検出信号Ｓａと
予め設定されたスレッシュホールドレベルＳＬ、とを比
較し、検出信号Ｓ８がスレッ／ユホールドレベルＳＬ、
以上となった場合に、°Ｈ”レベルの判定信号Ｃ１を出
力する。また、コノパレータ１７は、検出信号Ｓａと予
め設定されたスレッノユホールドレベルＳＬ、とを比較
し、検出信号ＳａがスレッノユホールドレベルＳＬ、以
下となった場合に、“Ｈ”レベルの判定信号Ｃアを出力
する。これら判定信号Ｃ２とＣ！がオアゲート１８を介
して相対位置パルスＰｒとして出力され、判定信号Ｃ４
が絶対位置パルスＰａとして出力される。

一方、光検出器１４の検出！！１４ｂと１４ｃから各々
出力された検出信号ｓｂとＳｃは、波形整形回路２０と
２１において、所定のスレッノユホールドレベルによっ
て波形整形され、パルス信号ＰとＰ、とされて方向判定
回路２３に供給される。

この方向判定回路２３は、パルス信号ＰｌとＰ、の位相
関係に基づいて、ディスク１の回転方向を判定し、方向
判定信号Ｐｃを出力するものである。

以上の構成において、ディスク１の回転に伴って、各レ
ーザスポットが照射される部分が変化し、ディスクｌの
ビット部２ｂに照射されると、ビット部２ｂとランド部
２ａとからの反射光の干渉効果によって対物レンズ１１
に入射する反射光量が減少し、ピット部２ｂとピット部
２ｂの間のランド部２ａにおいては、全ての反射光が対
物レンズ１１に入射するため、反射光量が増加する。こ
の結果、光検出器１４の各検出部１４ａ＝１４ｃからは
、第７図（イ）〜（ハ）に示すように、互いに位相の異
なる略正弦波状の検出信号５ａ−９ｃが各々出力される
。

これらの信号の内、検出信号Ｓｂ、Ｓｃが波形整形回路
２０．２１によって各々波形整形され、パルス信号Ｐ１
．Ｐｔとされた後、方向判定回路２３に供給される。そ
して、この方向判定回路２３が、パルス信号Ｐ、とＰ！
の位相関係に基づいて、ディスク１の回転方向を判定す
る。例えば、パルス信号Ｐ、がパルス信号Ｐ、よりも進
み位相であった場合は、ディスクｌが正転しているもの
として“Ｈ”レベルの方向判定信号Ｐｃを出力し、逆に
パルス信号Ｐ、が進み位相であった場合は、ディスクｌ
が逆転しているものとして“Ｌ゛レベル方向判定信号Ｐ
ｃを出力する。

一方、ディスクｌの原点となる基準位置においては、第
４図に示すようにランド部２ａ上の反射膜３が除去され
て、反射膜除去部３ａが形成されており、この反射膜除
去部３ａにおいては、レーザビームＬＢが反射されずに
透過してしまう。したがって、この反射膜除去部３ａが
レーザスポット上を通過する毎に、各検出信号５ａ−３
ｃは、第７図（ニ）に点線で示すように、本来ランド［
２ａからの反射光量増加に応じてレベルか山伏に変化す
べきところを、同図（ニ）に実線で示すように深い谷状
に変化する。

そこで、第７図（ニ）に示すように、コンパレータ１６
によって検出信号ＳａとスレッンユホールドレベルＳＬ
、とが比較され、検出信号Ｓａがスレッシュホールドレ
ベルＳＬ、以上となった場合に、第７図（ホ）に示すよ
うに、コンパレータ１６から“Ｈ”レベルの判定信号Ｃ
１が出力される。これにより、ディスクｌのランド部２
ａとピット［２ｂによる光の干渉効果に基づいて生じる
反射光量変化に対応した繰り返しパルスである判定信号
Ｃ１が出力される。　また、第７図（ニ）に示すように
コンパレータ１７によって検出信号Ｓａとスレツンユホ
ールドレベルＳＬ、とが比較され、検出信号Ｓａがスレ
ッシュホールドレベルＳＬ、以下となった場合に、第７
図（へ）に示すように、コンパレータ１７から“Ｈ”レ
ベルの判定信号Ｃ２が出力される。

これにより、ディスクｌの基準位置の反射膜除去部３ａ
における他の部分との反射率の相異に基づいて生じる反
射光量変化に対応した判定信号Ｃ７が得られ、この判定
信号Ｃ３がディスクｌの基準位置を示す絶対位置パルス
Ｐａとして出力される。

さらに、オアゲート１８を介して判定信号ＣＩとＣ１の
論理和か相対位置パルスＰｒとして出力される。

ここで、相対位置パルスＰｒを順次カウントすると共に
、方向判定信号Ｐｃによってアップカウント／ダウンカ
ウントが切り換えられ、さらに絶対位置パルスＰａによ
ってリセットされるカウンタを設けることによって、こ
のカウンタのカウント値がディスクｌの基準位置を原点
とする絶対的な回転角度として得られる。

なお、上述し１こ一実施例においては、ランド部２ａと
ピット部２ｂからなる凹凸形状により位置情報を記録し
たディスクｌの場合を例に説明したか、例えば、回転方
向へ等間隔に反射率の相異する放射状のパターンを印刷
して位置情報を記録したディスクを用いても、同様の効
果か得られる。

「発明の効果」 以上説明したように、この発明によれば、光学検出手段
が記録媒体の半径方向へ移送されるようにしたので、移
送距離が僅かであっても、略接線方向に沿った複数の微
小スポットが放射状に延びる位置情報を横切り、この結
果、多相の検出信号の位相差を任意に、かつ容易に調整
することができるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はこの発明の一実施例の機械的構成
を示す平面図および側面図、第３図は同実施例のディス
クの一部を拡大して示した平面図、第４図は同実施例の
電気的および光学的構成を示すブロック図、第５図は同
実施例のディスクの構成を示す平面図、第６図は同実施
例の光検出器の構成を示す平面図、第７図（イ）〜（ト
）は同実施例の動作を説明するための各部の波形図、第
８図は従来の光学式ロータリーエンコーダの構成を示す
斜視図、第９図は従来のインクリメンタル型のディスク
の構成を示す平面図、第１０図は他の従来例のディスク
の構成を示す平面図である。 ・ディスク（記録媒体）、 ・ランド部（位置情報）、 ピット部（位置情報）、 ・・光ピツクアップ（光学検出手段）、６ａ、２６ｂ・
・・・・・ガイドシャフト、７・・・・ガイドプレート
、 ８　・　バネ、 ９・・・・調整ネノ、 ０・・・・・ギヤ、 ｌ　・ウオームギヤ（以上、位置調整機構）。 第４図 −二一一 第６図 第７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 回転自在に支持され、半径方向に放射状に延びる位置情
   報が記録面の円周方向に所定間隔で記録された円板状の
   記録媒体と、半導体レーザから発せられるレーザビーム
   を略接線方向に沿った複数の微小スポットに各々集光し
   て前記記録媒体の記録面に照射すると共に、それらの反
   射光を各々受光し、各反射光量に対応した多相の検出信
   号を各々出力する光学検出手段とを具備し、前記各検出
   信号に基づいて前記記録媒体の回転変位量を検出する光
   学式ロータリーエンコーダにおいて、前記光学検出手段
   を前記記録媒体の半径方向へ設定量だけ移送する位置調
   整機構を設けたことを特徴とする光学式ロータリーエン
   コーダ。