JPH06323870A - ロータリエンコーダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ロータリエンコーダを小型化すると共に、ス
リットパターンディスクと機械部との原点の位置調整を
容易にすることの出来るロータリエンコーダを提供す
る。 【構成】 回転角度、回転方向、及び回転数に関する情
報の内の少なくとも一つの情報を与える基礎情報が記録
されているディスク２、前記ディスク２を回転させる駆
動手段３、ディスク２の表面に光エネルギーを照射する
光照射手段３０、ディスク２から反射された光エネルギ
ーを受光する受光手段４０、受光手段４０に接続され、
受光された光エネルギーからディスク２の回転角度、回
転方向、及び回転数に関する少なくとも一つの情報を演
算処理する演算手段５とから構成されているロータリエ
ンコーダ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ロータリエンコーダに
関するものであり、更に詳しくは、光源、受光素子及び
集光光学系からなる光学ヘッドと光ディスクにより、小
型化され、且つ位置の調整を容易にしたロータリエンコ
ーダに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、ロボット，ＮＣ工作機械等のＦＡ
分野で、ロータリエンコーダは、小型、高分解能なもの
が要求されて来ている。従来、高分解能のタイプのもの
で、スリットパターンディスクドライブを持った光学式
エンコーダがある。

【０００３】かかるスリットは、高分解能の位置検出情
報を得る為に、光ディスクに刻んだ移動角度を表すメモ
リである。発光部での光がこのディスクを透過し、受光
部でディスクのスリットを通った光を読み取る。この方
式であると、ディスク部に多重のスリットを設ける必要
があり、また、発光部ち受光部を設置する必要がある。

【０００４】又、発光部と受光部を設置する必要があ
る。その為、ロータリエンコーダの堆積が大きくなる欠
点があり、更には、このタイプのものは、修理等でロー
タリエンコーダの組付け時にスリットパターンディスク
と機械部との原点の調整が必要となる。尚、調整は、微
妙な為、簡単には出来ないと言う問題が有った。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
した従来技術に於ける問題点を改良し、ロータリエンコ
ーダを小型化すると共に、修理等でロータリエンコーダ
を組み付ける場合に、スリットパターンディスクと機械
部との原点の位置調整を容易にすることの出来るロータ
リエンコーダを提供する事を目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記した目的を
達成するため、以下に記載されたような技術構成を採用
するものである。即ち、少なくともディスクの回転角
度、回転方向、及び回転数に関する情報の内の少なくと
も一つの情報を与える基礎情報が記録されているディス
ク、前記ディスクを回転させる駆動手段、前記ディスク
表面に光エネルギーを照射する光照射手段、前記ディス
クから反射された前記光エネルギーを受光する受光手
段、前記受光手段に接続され、前記受光された光エネル
ギーから前記ディスクの回転角度、回転方向、及び回転
数に関する少なくとも一つの情報を演算処理する演算手
段とから構成されているロータリエンコーダである。

【０００７】

【作用】本発明に係るロータリエンコーダは、上記した
様な構成を有しているので、ディスクの表面に記録され
ているピット若しくはスリット等からなる基礎情報に、
適宜の光エネルギーを照射させ、その反射された光エネ
ルギーを受光手段によって適宜の演算解析を行い、前記
ディスクの回転方向、回転数、或いは回転角度を決定す
るものである。

【０００８】具体的には、前記基礎情報として、前記デ
ィスクの表面に形成される複数個のピット若しくはスリ
ット等の寸法、形状をそれぞれ異ならせるか、一部のピ
ット若しくはスリットの反射率を他のものと異ならせる
事によって、その形状の変化、或いは反射率の変化を利
用して前記ディスクの回転方向、回転数、或いは回転角
度を決定するものである。

【０００９】つまり、本発明に係るロータリエンコーダ
に於いては、所定のディスクに対して光エネルギーを照
射し、その反射光を利用して、ディスクの回転情報を得
る様に構成されているので、前記光照射手段と受光手段
及び集光光学系を含む光学ヘッドと前記ディスクとの間
隔を短くしえると同時に、その間隔設定時のマージンを
大きく取る事が出来るので、ロータリエンコーダそのも
のの寸法を小さく出来ると同時に、ロータリエンコーダ
の組み付け時に於ける原点の調整も不要となるので製造
工程を簡素化する事が可能となる。

【００１０】更に、本発明に係るロータリエンコーダに
於いては、前記光学ヘッドが反射型検出方式を採用して
いるので、前記ディスクと前記光学ヘッドとの位置の調
整が容易となる。

【００１１】

【実施例】以下に、本発明に係るロータリエンコーダの
具体例を図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、
本発明に係るロータリエンコーダ１の一具体例の構成を
示す斜視図であり、図中、少なくともディスクの回転角
度、回転方向、及び回転数に関する情報の内の少なくと
も一つの情報を与える基礎情報が記録されているディス
ク２、前記ディスク２を回転させる駆動手段３、前記デ
ィスク２の表面に光エネルギーを照射する光照射手段、
前記ディスクから反射された前記光エネルギーを受光す
る受光手段を含む光学ヘッド４、前記受光ヘッド４と接
続され、前記受光された光エネルギーから前記ディスク
の回転角度、回転方向、及び回転数に関する少なくとも
一つの情報を演算処理する演算手段５とから構成されて
いるロータリエンコーダが示されている。

【００１２】本発明に係る上記したロータリエンコーダ
１のより詳細な具体例の構成を図２の断面図に示す。即
ち、光学ヘッド４の光照射手段によい、前記ディスクに
対して照射された光エネルギーが、前記ディスクから反
射されて前記受光手段に受光された後、前記受光された
光エネルギー情報から、前記ディスクの回転に関する所
定の情報を演算して解析する為の演算手段５は、例えば
図２の回路基板６に実装された形を取る事が出来る。

【００１３】更に、本発明に於いて使用する光学ヘッド
４の構成の一具体例としては、図３に示す様に、ディス
ク２の表面に光エネルギーを照射する光照射手段３０と
しては、半導体レーザ等を光源として使用するもので有
っても良く、又前記ロータリエンコーダのディスク２の
表面から反射された前記光エネルギーを受光する受光手
段４０としては、例えば図３に示す様な、ホトダイオー
ドから構成されたものを使用する事が出来る。

【００１４】又、本発明に係る前記光学ヘッド４には、
前記光照射手段３０から放射された光エネルギーを所定
のサイズに集光して、前記ディスク表面に照射させる集
光光学系５０を含んでいるロータリエンコーダが示され
ている。本発明に於ける上記具体例に於ける前記集光光
学系５０は、例えば、前記した半導体レーザ等からなる
光照射手段３０からの光エネルギーを受けて、所定の径
を持つコリメートビームを形成する為の、コリメートレ
ンズ５１と公知の構成を有する偏光ビームスプリッタ５
２と、１／４波長を有するλ／４板５３と前記コリメー
トビームを、ディスク２の所定の位置に照射する対物レ
ンズ５４とから構成されており、更に係る集光光学系５
０は、前記ディスク２から反射された光エネルギーを、
入射されるコリメートビームと前記偏光ビームスプリッ
タ５２で分離して、ホトダイオード等から構成される受
光手段４０に入射される様に設けられたプリズム５５と
から構成されている。

【００１５】尚、本発明に於いて使用される前記対物レ
ンズ５４は、適宜のアクチュエータ５６を有している事
が望ましい。又、本発明に係る前記ディスク２は、光デ
ィスクである事が好ましい。又、本発明に於いて、前記
光ディスクは、再生専用ディスクで構成されている事が
望ましい。

【００１６】更に、本発明に於いて使用される前記光デ
ィスクは、所定の情報を少なくとも一回書き込める様に
構成されている事が好ましい。更に好ましくは、本発明
に於いて使用される前記光ディスクは、所定の情報を任
意に書き換えられる様に構成されているものである。本
発明に於いて使用される光ディスクの構成は、特に限定
されるものではなく、公知の光ディスクを利用する事が
可能である。

【００１７】具体的には、例えば、光ディスク２は、適
宜の案内溝を持った、ガラス或いはプラスチック基板に
記録信号を持った反射膜を形成した構成を有するもので
有ってもよく、係る反射膜に対する所定の情報の記録操
作は、フォトリソグラフによるエッチング或いは、射出
成形、若しくは蒸着方法等により成形加工する事により
行われる。

【００１８】本発明に於いては、例えば上記した様な方
法によって、前記光ディスク２の表面に適宜のピット若
しくはスリットを複数個配置成形せしめるものであって
も良いが、他の方法としては、前記した反射膜に適宜の
方法で、適宜の形状の部分に於ける光エネルギーの反射
率を異ならせる様にして情報を記録する様にしたもので
有っても良い。

【００１９】係る方法の一例としては、前記反射膜を構
成する合成樹脂の非晶質─結晶間の相変化を利用するも
ので有っても良い。つまり、カルコゲン化物等の材料で
構成された薄膜は、通常は結晶質であるが、光エネルギ
ーを受けて非晶質に成りやすい性質を持っているので、
上記した情報の記録に適している。

【００２０】又、係るカルコゲン化物等の薄膜で構成さ
れた光ディスク２に、光エネルギーを照射すると、その
非晶質部分と結晶部分との反射率がそれぞれ異なるの
で、反射率を測定する事によって、前記光ディスク２に
記録された情報を読み出す事が可能となる。従って、本
発明に於いて、前記した光ディスクを使用する場合に
は、ピット若しくはスリットの代わりに、反射率の異な
る部分を光ディスク上に配列する事によって、前記と同
様の検出効果を得る事が出来る。

【００２１】次に、本発明に係るロータリエンコーダ１
に於けるディスクの回転数、回転角度、回転方向等の情
報を検出する方法を図４を参照しながら説明する。即
ち、図４（Ａ）は、本発明に係るロータリエンコーダ１
に於けるディスク２の回転数を検出する具体例を説明す
る図であり、具体的には、前記ディスクの特定の位置を
原点Ｐ０として、且つ前記ディスク２の径方向に、所定
の長さのピット若しくはスリット６０、若しくは、反射
率の異なる領域を情報の記録部分として構成し、前記し
た光学ヘッド４によって、係る記録部分が、前記光学ヘ
ッドによって検出された通過回数を記憶させ、その情報
に基づいて、所定のディスクの回転数を演算し解析する
ものである。

【００２２】一方、図４（Ｂ）は、本発明に係るロータ
リエンコーダ１に於けるディスク２の回転角度を検出す
る具体例を説明する図であり、具体的には、前記した原
点Ｐ０として前記ディスク２の径方向に形成した、所定
の長さのピット若しくはスリット６０に続いて、複数個
のピット若しくはスリット、若しくは、反射率の異なる
領域６１を、前記ディスク上に前記ディスクと同心円を
形成する環状ラインに沿って形成せしめたものである。

【００２３】そして、本具体例に於いて、ディスクの回
転角度を検出する方法としては、前記環状ラインの円周
方向に、前記したピット若しくはスリット、若しくは、
反射率の異なる領域６１の個数を記録し、原点Ｐ０から
の前記ピット若しくはスリット、若しくは、反射率の異
なる領域６１の数をカウントする事により検出する。更
に、本発明に於ける前記ディスクの回転方向を検出する
方法としては、例えば図４（Ｃ）に示されている様に、
例えば、前記した環状ラインの円周方向に、配置形成さ
れる、複数個のピット若しくはスリット、若しくは、反
射率の異なる領域６１をそれぞれ互いに、その形状、寸
法、反射率等の少なくとも何れかを変化させて形成させ
るもので有って、例えば、図４（Ｃ）に示されている様
に、ピット若しくはスリットとして、三種類の長さを互
いに異にするピット若しくはスリット（６１─１、６１
─２、及び６１─３）を準備し、係る三種類のピット若
しくはスリット６１─１、６１─２、及び６１─３をこ
の順に規則的に反復配列しておくものであり、係るディ
スクの構成によって、前記光学ヘッド４の受光手段４０
から、図４（Ｄ）に示す様に、それぞれのピット若しく
はスリット６１に対応した再生信号が得られる事から、
かかる再生信号の反射レベルを適宜に設けたスレッショ
ルドレベルで検出して、係る三種類の反射光レベルの違
いから、ピット若しくはスリット６１の配列順序を検出
して、ディスク２の回転方向を判断するものである。

【００２４】本発明に於けるディスク２の回転方向を検
出する操作手順を図５のフローチャートを参照しながら
説明する。即ち、スタート後、ステップ（１）に於い
て、前記光学ヘッド４の受光手段４０によって、それぞ
れのピット若しくはスリット或いは反射率が異なる様に
構成された領域からの反射光信号を読み取り、ステップ
（２）に於いて、読み取った反射信号レベルを、予め定
められた三種の信号レベルしきい値（大、中、小）とそ
れぞれ比較して、前記反射信号のレベルが、大、中、小
の順に来ているか否かが判断され、例えばステップ
（２）でＹＥＳである場合、即ち、入射される複数この
反射信号のレベルが、大、中、小の順に繰り返して入力
されている場合には、ステップ（３）に於いて例えば前
記ディスクが左廻りに回転していると判断し、逆にステ
ップ（２）でＮＯである場合、即ち、入射される複数こ
の反射信号のレベルが、小、中、大の順に繰り返して入
力されている場合には、ステップ（４）に於いて、例え
ば前記ディスクが右廻りに回転していると判断するもの
である。

【００２５】本発明に於いては、前記ディスク２には、
同一の形状若しくは互いに形状の異なる複数個のピット
若しくはスリット、或いは反射率を異にする領域等が、
前記基礎情報として設けられており、従って、前記ディ
スク２の前記ピット若しくはスリット６０若しくは６１
の数をカウントする事によって、前記ディスクの回転角
度を演算処理する事が出来るので有る。

【００２６】更に、本発明に於いては、前記ディスク２
に設けられる前記ピット若しくはスリット６０は、ぞれ
ぞれの寸法或いは形状が互いに異なる様に形成されてい
る事が望ましく、特には、前記ディスク２に設けられ
る、それぞれのピット若しくはスリット６０は、その寸
法或いは形状が、互いに異なる少なくとも三種類の寸法
或いは形状を持つ様に構成され、且つ、寸法或いは形状
を異にするそれぞれのピット若しくはスリット６１が、
規則的に繰り返して前記ディスク上に配列されているも
のである事が望ましい。

【００２７】従って、本発明に於いては、前記ディスク
に設けられるピット若しくはスリットの、前記規則的な
繰り返しの方向によって、前記ディスクの回転方向を検
出する様に構成されているものである。本発明に於ける
前記ディスク２に設けられるピット若しくはスリット６
０の形状は、特に限定されるものでは無いが、例えば、
紡錘形、若しくは涙滴形に形成されている事が望まし
い。

【００２８】本発明に於いて使用される光ディスク２
は、必要な情報を任意に書き換えする事が可能な機能を
有している事が望ましく、例えば、適宜の案内溝を有す
る硝子板若しくはプラスチック基板に、ＺｎＳ＋ＳｉＯ
２からなる膜、ＧｅＴｅＳｂから構成される相変化記録
膜、Ａｌ反射膜等をスパッタリング方法或いは真空蒸着
方法により堆積形成させたものが使用出来る。

【００２９】本発明に係る他の具体例としては、図６に
示す様に、絶対角度信号記録部を持った光ディスク方式
のロータリエンコーダを使用するものである。図６は、
係る具体例に於ける光ディスク２の構成を示すものであ
る。即ち、本発明の係る本具体例に於いて、絶対角度読
み取り用に信号を記録した例えば１３本の同心円状のト
ラック群８が設けられており、それぞれのトラックに８
に於いては、各環状部分即ち、３６０°分を例えば８１
９２に分割して、絶対角度読み取り用に信号が記録され
ている。

【００３０】そして、係るトラック群８の外側に角度カ
ウント用ピット若しくはスリット６１が設けられている
ものである。そして、上記ロータリエンコーダ１が始動
する時に、光学ヘッド４のトラッキングアクチュエー
タ、或いは前記光学ヘッド４をディスクの径方向に移動
させ、前記１３本のトラック８の信号を読み取り、絶対
角度を判断する。

【００３１】そして、外側の記録ピット若しくはスリッ
ト６１で角度をカウントする。

【００３２】

【発明の効果】本発明に係るロータリエンコーダは、上
記した様な技術構成を採用しているので、光ディスク
と、光学ヘッドとを使用するため、ロータリエンコーダ
全体の構成が簡略化され、小型で軽量のロータリエンコ
ーダを得る事が可能となる他、原点と角度検出用のピッ
ト若しくはスリットを、記録し、書き換える様に構成さ
れている事から、ロータリエンコーダの組付け時の原点
調整操作を不要として、製造工程の簡素化、効率化を実
現させる事が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明に係るロータリエンコーダの構
成の一例を示す概略図である。

【図２】図２は、本発明に係るロータリエンコーダの構
成例を示す断面図である。

【図３】図３は、本発明に於いて使用される光学ヘッド
の内部の構成例を説明する図である。

【図４】図４は、本発明に係るロータリエンコーダに於
いて、ディスクの回転数、回転方向、及び回転角度を検
出する方法の例を示す図である。

【図５】図５は、本発明に係るロータリエンコーダに於
いて、前記ディスクの回転方向を検出する場合の一例を
示す図である。

【図６】図６は、本発明に係るロータリエンコーダの他
の具体例の構成を示す図である。

【符号の説明】

１…ロータリエンコーダ ２…ディスク、光ディスク ３…駆動手段 ４…光学ヘッド ５…演算制御手段 ６…回路基板 ７…ハブ部 ８…トラック部 ３０…光照射手段 ４０…受光手段 ５０…集光光学系 ６０…スリット ６１…ピット部

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくともディスクの回転角度、回転方
   向、及び回転数に関する情報の内の少なくとも一つの情
   報を与える基礎情報が記録されているディスク、前記デ
   ィスクを回転させる駆動手段、前記ディスク表面に光エ
   ネルギーを照射する光照射手段、前記ディスクから反射
   された前記光エネルギーを受光する受光手段、前記受光
   手段に接続され、前記受光された光エネルギーから前記
   ディスクの回転角度、回転方向、及び回転数に関する少
   なくとも一つの情報を演算処理する演算手段とから構成
   されている事を特徴とするロータリエンコーダ。
2. 【請求項２】 前記光照射手段と受光手段が光学ヘッド
   を構成している事を特徴とする請求項１記載のロータリ
   エンコーダ。
3. 【請求項３】 前記光学ヘッドには、前記光照射手段か
   ら放射された光エネルギーを集光して、前記ディスク表
   面に照射させる集光光学系を含んでいる事を特徴とする
   請求項１記載のロータリエンコーダ。
4. 【請求項４】 前記ディスクは、光ディスクである事を
   特徴とする請求項１記載のロータリエンコーダ。
5. 【請求項５】 前記光ディスクは、再生専用ディスクで
   構成されている事を特徴とする請求項４記載のロータリ
   エンコーダ。
6. 【請求項６】 前記ディスクは、所定の情報を一回書き
   込める様に構成されている事を特徴とする請求項１記載
   のロータリエンコーダ。
7. 【請求項７】 前記ディスクは、所定の情報を書き換え
   可能に構成されている事を特徴とする請求項１記載のロ
   ータリエンコーダ。
8. 【請求項８】 前記ディスクには、同一の形状若しくは
   互いに形状の異なる複数個のピット若しくはスリット等
   が、前記基礎情報として設けられている事を特徴とする
   請求項１記載のロータリエンコーダ。
9. 【請求項９】 前記ディスクの前記ピット若しくはスリ
   ットの数をカウントする事によって、前記ディスクの回
   転角度を演算処理する事を特徴とする請求項１記載のロ
   ータリエンコーダ。
10. 【請求項１０】 前記ディスクに設けられる前記ピット
    若しくはスリットは、ぞれぞれの長さが互いに異なる様
    に形成されている事を特徴とする請求項８記載のロータ
    リエンコーダ。
11. 【請求項１１】 前記ディスクに設けられるそれぞれの
    ピット若しくはスリットは、その長さが、互いに異なる
    少なくとも三種類の形状を持つ様に構成され、且つ、長
    さを異にするそれぞれのピット若しくはスリットが、規
    則的に繰り返して配列されている事を特徴とする請求項
    ８記載のロータリエンコーダ。
12. 【請求項１２】 前記ディスクに設けられるピット若し
    くはスリットの、前記規則的な繰り返しの方向によっ
    て、前記ディスクの回転方向を検出する様に構成されて
    いる事を特徴とする請求項１１記載のロータリエンコー
    ダ。
13. 【請求項１３】 前記ディスクに設けられるピット若し
    くはスリットの形状が紡錘形、若しくは涙滴形に形成さ
    れている事を特徴とする請求項８記載のロータリエンコ
    ーダ。
14. 【請求項１４】 前記ディスクに環状に設けられる前記
    複数個のピット若しくはスリットの内、少なくとも一つ
    のピット若しくはスリットは、他のピット若しくはスリ
    ットに比べてその光反射率が異なる様に構成されている
    事を特徴とする請求項８記載のロータリエンコーダ。
15. 【請求項１５】 前記ディスクに環状に設けられる前記
    複数個のピット若しくはスリットの内、光反射率が他の
    ピット若しくはスリットと異なる様に構成された前記ピ
    ット若しくはスリットを検出する事により前記ディスク
    の回転数を検出する事を特徴とする請求項１４記載のロ
    ータリエンコーダ。
16. 【請求項１６】 前記ディスクに環状に設けられる前記
    複数個のピット若しくはスリットの内、少なくとも一つ
    のピット若しくはスリットは、他のピット若しくはスリ
    ットに比べてその形状が異なる様に構成されている事を
    特徴とする請求項８記載のロータリエンコーダ。
17. 【請求項１７】 前記ディスクに環状に設けられる前記
    複数個のピット若しくはスリットの内、形状が他のピッ
    ト若しくはスリットと異なる様に構成された前記ピット
    若しくはスリットを検出する事により前記ディスクの回
    転数を検出する事を特徴とする請求項１６記載のロータ
    リエンコーダ。
18. 【請求項１８】 前記ディスクに環状に設けられる前記
    複数個のピット若しくはスリットの内、光反射率を円周
    方向に、連続的もしくは段階的に変化する様に構成し、
    かかる光反射率の変化の方向を検出する事により、ディ
    スクの回転数と回転方向を検出する事を特徴とする請求
    項１７記載のロータリエンコーダ。