JPH0843132A - 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の絶対角度番地を読み出
しの精度向上を行う。 【構成】 ロータリエンコーダに同心円状に設けられた
複数のトラックを持ち、この複数のトラックに絶対角度
番地を示すパターン列と回転した角度に応じてパルス信
号を発生しかつ回転方向を判別できるパターンとが形成
されている光ディスク１を設ける。光ヘッド２はトラッ
クのパターンに光ビームを照射し、反射された光ビーム
を検出しかつ光ビームを光ディスクの径方向に走査でき
る。光ヘッド制御部は回転体の始動時、回転停止してい
る任意の時間に、光ビームを光ディスクの径方向に１往
復以上走査させ、読み出した絶対角度番地を初期値と
し、その後、読み出した回転方向を考慮して初期値に回
転角度を加算して絶対角度番地を連続的に形成する。絶
対角度番号を示すパターン列には広い線幅と狭い線幅の
ラインが環状に設けられる。狭い線幅の寸法は光ビーム
のスポット径よりも小さい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は回転体に固定される光デ
ィスクと、これにに照射し反射された光ビームを検出す
る光学ヘッドとからなり、角度位置を検出するロータリ
エンコーダに関し、特に本発明は小型化に対して高精度
な絶対角度番地を読み出し可能にするロータリエンコー
ダに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ロボット、ＮＣ（数値制御）工作
機械等のＦＡ（ファクトリーオートメーション）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
てきている。従来、スリットパターンディスクを持った
光学式のエンコーダがある。このスリットは、角度位置
検出情報を得るためにディスクに刻んだ角度位置（絶対
角度番地）を表す信号部である。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。この方式では、検出できるスリット大き
さに限界があり、小型化に対して高分解能な絶対角度番
地の読み取りは困難になる。

【０００３】一方、特開昭６１−１００６１１号公報に
記載されるものがある。これには、小型で分解能をめざ
した絶対角度番地の読み取り用のロータリエンコーダを
目的として、常に絶対角度番地を読み取るように止まっ
ている状態から数千ｒｐｍの回転まで、いかなる回転に
対しても常に回転と同期して光ビームを径方向に走査す
ることが開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記ロ
ータリエンコーダは同期機構を必要とするのでその分だ
け構成が複雑となるという問題点が生じている。したが
って、本発明は、上記問題点に鑑み、構成が簡単でかつ
絶対角度番地の高測定精度を達成できるロータリエンコ
ーダを提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記問題点を
解決するために、次の構成を有するロータリエンコーダ
を提供する。すなわち、回転体の角度位置を示す絶対角
度番地を検出するロータリエンコーダに、同心円状に設
けられた複数のトラックを持ち、この複数のトラックに
絶対角度番地を示すパターン列と回転した角度に応じて
パルス信号を発生しかつ回転方向を判別できるパターン
とが形成されている光ディスクを設ける。光ヘッドは前
記光ディスクのトラックのパターンに光ビームを照射
し、反射された光ビームを検出しかつ光ビームを前記光
ディスクの径方向に走査できる。光ヘッド制御部は回転
体の始動時、回転停止している任意の時間に、前記光ヘ
ッドからの光ビームを光ディスクの径方向に１往復以上
走査させ、光ヘッドにより絶対角度番地を示すパターン
列から読み出した前記絶対角度番地を初期値とし、その
後、光ヘッドにより回転した角度に応じてパルス信号を
発生しかつ回転方向を判別できるパターンから読み出し
た回転方向を考慮して前記初期値に回転角度を加算して
絶対角度番地を連続的に形成する。

【０００６】また、前記光ディスクの絶対角度番地を示
すパターン列の内の１列が回転した角度に応じてパルス
信号を発生しかつ回転方向を判別できるパターンを兼ね
てもよい。また、前記光ディスクの絶対角度番号を示す
パターン列には広い線幅と狭い線幅のラインが環状に設
けられるようにしてもよい。

【０００７】また、前記光ディスクの絶対角度番号を示
すパターン列としてスリット又はピットが使用される場
合には、そのスリットの間、ピットの間にこのスリット
又はピットよりも狭い幅のラインを環状に設けてもよ
い。さらに、前記光ディスクのパターン列の狭い線幅の
寸法が光ビームのスポット径よりも小さくする。

【０００８】前記光ディスクの回転した角度に応じてパ
ルス信号を発生しかつ回転方向を判別するパターンのト
ラック中に、いくつかの広い線幅のライン列毎に反射率
の異なる広い線幅のライン、又は配列パターンの異なる
広い線幅のライン列を挿入し、この挿入した広い線幅の
ラインが検出されるごとに回転角度番地を補正してもよ
い。

【０００９】

【作用】本発明のロータリエンコーダによれば、回転体
の始動時、回転停止している任意の時間に、前記光ヘッ
ドからの光ビームを光ディスクの径方向に１往復以上走
査させ、光ヘッドにより絶対角度番地を示すパターン列
から読み出した前記絶対角度番地を初期値とし、その
後、光ヘッドにより回転した角度に応じてパルス信号を
発生しかつ回転方向を判別できるパターンから読み出し
た回転方向を考慮して前記初期値に回転角度を加算して
絶対角度番地を連続的に形成することにより、回転と同
期して光ビームを走査する必要性がなくなり、構成が簡
単化でき、連続的に形成される絶対角度番地がノイズ等
によりずれても、回転停止している任意の時間に、前記
初期値を更新できれるので、絶対角度番地のずれを防止
できる。また、前記光ディスクの絶対角度番号を示すパ
ターン列には広い線幅と狭い線幅のラインが環状に設け
られることにより、ビームスポットが信号パターン間に
きてもトラックの有無を判断できるようになる。

【００１０】また、前記光ディスクの絶対角度番号を示
すパターン列としてスリット又はピットが使用される場
合でも、そのスリットの間、ピットの間にこのスリット
又はピットよりも狭い幅のラインを環状に設けることに
より、同様にビームスポットが信号パターン間にきても
トラックの有無を判断できるようになる。さらに、前記
光ディスクのパターン列の狭い線幅の寸法が光ビームの
スポット径よりも小さくすることにより、ビームスポッ
トが信号パターン間にきてもトラックの有無を判断する
のに有効となる。

【００１１】また、前記光ディスクの回転した角度に応
じてパルス信号を発生しかつ回転方向を判別するパター
ンのトラック中に、いくつかの広い線幅のライン列毎に
反射率の異なる広い線幅のライン、又は配列パターンの
異なる広い線幅のライン列を挿入することにより、この
挿入した広い線幅のラインが検出されるごとに絶対回転
角度番地を知ることができ、回転角度番地の演算を調整
することが可能となる。

【００１２】

【実施例】まず、本発明の目的を達成する基本的例とし
て、光学ヘッドと光ディスクを使った方式で、光ディス
クには絶対角度番地読み取り用の複数の同心円状のトラ
ック並びに回転角度に応じたパルス数信号及び回転方向
信号を発生するトラックが設けられる。そして、始動時
に光学ヘッドを径方向に走査して１回だけ絶対角度番地
を読み取りこれを初期値として、後は回転した角度に応
じたパルス数信号と回転方向信号から絶対角度番地を演
算して求めるようにする。このようにすることにより、
回転に同期して光学ヘッドを走査する必要がなくなる。

【００１３】しかしながら、上記方式では、ビームスポ
ットが光ディスクのトラック内の信号パターンと信号パ
ターンとの間にきた場合、そのトラックの有無が判断し
にくくなる。また、この場合には、始動時１回だけ絶対
角度番地を読み取り、後は回転した角度に応じたパルス
数信号と回転方向信号から絶対角度番地を演算していく
ため、ノイズ等によるパルス数のカウント間違いにより
絶対角度番地のずれが生じている可能性がある。

【００１４】以下に、上記基本的例の第１の改良とし
て、ビームスポットが信号パターン間にきてもトラック
の有無を判断でき、第２の改良としてノイズ等により絶
対角度番地のずれを防止できる本発明の実施例について
図面を参照して説明する。図１は本発明の実施例に係る
ロータリエンコーダを説明する図である。本図に示すよ
うに、ロータリエンコーダの主要部は光ディスク１と、
光ディスク１を走査する光学ヘッドとの組み合わせで構
成される。モータ３は光ディスク１を回転駆動する。光
ヘッド制御部４は光ディスク１及び光ヘッド２の制御を
行う信号を処理する。

【００１５】図２は図１の光ディスク１のパターンを示
す図である。本図（ａ）に示すように、光ディスク１に
は３つのトラック１、トラック２及びトラック３が設け
られる。本図（ａ）の部分的拡大図である本図（ｂ）に
示すように、トラック１は回転角度及び回転方向を検出
するためのパターンである。トラック２は、複数の同心
円状の絶対角度番地のパターン列であり、光ディスク１
の外側から内側に向かって反射率の高低による２進数の
パターンが円環状に配列されるものである。例えば、１
６３８４（２¹⁴）パルス１回転の場合、径方向に１４組
の反射率の高低による２進数パターンにより、絶対角度
番地が示される。トラック３は回転数及び回転方向を検
出するためのパターンである。

【００１６】ここで、トラック２には、本図（ｂ）に示
すように、反射率の高低による２進数のパターンとして
広い線幅と狭い線幅の異なるラインが環状に設けられて
いる。このようなパターンは、円盤状のガラス基板ある
いはプラスチック基板上にＣｒ、Ａｌ、Ａｕ等の金属反
射膜を蒸着しフォトリソグラフ法でパターンをエッチン
グして製作される。例えば、幅の狭いラインによる低い
反射強度のパルスは「０」として、幅の広いラインによ
る高い反射強度のパルスは「１」として読み込まれる。
この一連のパルス列の２進数が絶対角度番地に相当する
ようにしてある。また、狭い線幅の寸法はビームスポッ
トの径よりも小さくしてある。このようにしてビームス
ポットがパターン列の間にきてもトラックの有無を判断
でき、絶対角度番地が読み取りやすくなり、上記基本的
例の第１の改良点が達成可能になった。

【００１７】なお、光ディスク１のトラック２としてス
リット又はピットが使用される場合には、そのスリット
の間、ピットの間にこのスリット又はピットよりも狭い
幅のラインを環状に設けてもよい。図３は図１の光ヘッ
ド２の構成を示す図である。本図に示すように、半導体
レーザダイオード１１から発射されたレーザビーム（光
ビーム）は、ビームスプリッタ１２、光線平行化レンズ
１３、ミラー１４、対物レンズ２１を経て光ディスク１
に照射される。光ディスク１で反射されたレーザビーム
は入射光の逆の経路をたどり、フォトダイオード１５で
受光される。

【００１８】対物レンズ２１にはこれと一体となる磁性
体２２が設けられる。この磁性体２２と一定間隔で配置
される電磁石２３は、磁性体２１を介して対物レンズを
図中の矢印方向に移動させる駆動力を発生する。主電源
のＯＮ、ＯＦＦ以外にも電磁石の電源をＯＮ、ＯＦＦで
きるスイッチを付けて、スイッチをコントローラやオペ
レータが操作することにより、レーザビームを光ディス
クの径方向に往復操作させて絶対角度を読み取ることが
できる。絶対角度の測定精度を常に高く保ためである。

【００１９】図４は図１の光ヘッド制御部４による制御
動作を説明するフローチャートである。ステップＳ１に
おいて、主電源ＯＮ時に、半導体レーザ１１を点灯す
る。この場合、光ディスク１へのレーザビームのスポッ
ト径は光ディスク１のパターンの線幅よりも大きいこと
とする。

【００２０】ステップＳ２において、主電源ＯＮによ
り、すなわち、始動時に電磁石２３が通電され、磁性体
２２に電磁力が作用して対物レンズ２１が光ディスク１
の径方向に移動する。この移動に伴って照射されるレー
ザビームのスポットがトラック３からトラック２を通っ
てトラック１へ光ディスクを走査するので、トラック２
からの反射光を検出して絶対角度番地が読み込まれる。
この場合、前記パターンを持った光ディスク１上を光学
ヘッド２からの集光されたレーザビームのスポットが径
方向に移動すると、２つのレベルの反射強度のパルスが
検出される。例えば低い反射強度のパルスは「０」とし
て、高い反射強度のパルスは「１」として読み込まれ
る。この一連のパルス列の２進数が回転角度に相当する
ようにしてある。前述したように、トラック２の信号パ
ターン列にその線幅よりも狭い幅のラインを設けること
により、トラックの有無の判断が容易にでき、絶対角度
番地が読み取りやすくなる。その後、トラック１で回転
角度と回転方向を読み取り続けることにより、回転とは
同期を取ることなく、常に絶対角度番地を知ることが可
能になる。以下同様である。

【００２１】ステップＳ３において、その後は、トラッ
ク１の反射光を検出し、回転角度と回転方向とをカウン
ト検出する。これにより絶対角度番地を演算することが
可能になる。図５は図１の光ヘッド制御部４の別の制御
動作を説明するフローチャートである。

【００２２】ステップＳ１１、１２、１３は、図４のス
テップＳ１、２、３と同様であるので説明を省略する。
ステップＳ１４において、ロータリエンコーダの回転が
停止しているか否かを判断する。この判断が「ＹＥＳ」
ならステップＳ１５に進み、「ＮＯ」ならステップＳ１
３に戻る。

【００２３】ステップＳ１５において、レーザビーム走
査のタイミングであるか否かを判断する。この判断が
「ＮＯ」ならステップＳ１３に進み、「ＹＥＳ」ならス
テップＳ１６に進む。ステップＳ１６において、コント
ローラやオペレータが操作することにより、レーザビー
ムを光ディスク１のトラック３まで移動して、ステップ
Ｓ１２に戻る。ステップＳ１２では、光ディスク１のの
径方向に往復走査させて、絶対角度番地を読み直す。以
下同様の手順をとる。

【００２４】このように、今、レーザビームの走査のタ
イミングにあるとの判断や、絶対角度番地がずれている
可能性がある場合に、停止している任意の時間に絶対角
度番地の測定をやり直す絶対角度番地の初期値更新機能
により、絶対角度番地の測定精度を常に高く保つことが
でき、上記基本的例の第２の改良点が達成可能になっ
た。

【００２５】次に、光ディスク１のトラック１は、前述
のように、光ディスクの回転角度に応じたパルス信号を
発生し、回転方向を判別できるパターンを有するが、い
くつかの広い線幅のライン列毎に反射率の異なる広い線
幅のライン、又は配列パターンの異なる広い線幅のライ
ン列を挿入することにより、この広い線幅のラインが検
出されるごとに絶対回転角度番地が補正されるようにし
てもよい。この反射率を変える方法として上記広い線幅
のライン部において、異なった金属材料をマスクとして
使って蒸着、スパッタリングを行う。あるいは、広い線
幅のライン部を細かいラインアンドスペースにし、その
ライン割合を変えるか、細かいドットにし、そのドット
割合を変えることにより反射率を変えてもよい。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、回
転体の始動時、回転停止している任意の時間に、前記光
ヘッドからの光ビームを光ディスクの径方向に１往復以
上走査させ、光ヘッドにより絶対角度番地を示すパター
ン列から読み出した前記絶対角度番地を初期値とし、そ
の後、光ヘッドにより回転した角度に応じてパルス信号
を発生しかつ回転方向を判別できるパターンから読み出
した回転方向を考慮して前記初期値に回転角度を加算し
て絶対角度番地を連続的に形成するので、回転と同期し
て光ビームを走査する必要性がなくなり、構成が簡単化
でき、連続的に形成される絶対角度番地がノイズ等によ
りずれても、回転停止している任意の時間に、前記初期
値を更新できれるので、絶対角度番地のずれを防止でき
る。また、前記光ディスクの絶対角度番号を示すパター
ン列には広い線幅と狭い線幅のラインが環状に設けられ
ることにより、ビームスポットがパターン列間にきても
トラックの有無を判断できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の実施例に係るロータリエンコー
ダを説明する図である。

【図２】図２は図１の光ディスク１のパターンを示す図
である。

【図３】図３は図１の光ヘッド２の構成を示す図であ
る。

【図４】図４は図１の光ヘッド制御部４による制御動作
を説明するフローチャートである。

【図５】図５は図１の光ヘッド制御部４の別の制御動作
を説明するフローチャートである。

【符号の説明】

１…光ディスク ２…光ヘッド ３…モータ ４…光ヘッド制御部

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転体の角度位置を示す絶対角度番地を
   検出するロータリエンコーダにおいて、 同心円状に設けられた複数のトラックを持ち、この複数
   のトラックに絶対角度番地を示すパターン列と回転した
   角度に応じてパルス信号を発生しかつ回転方向を判別で
   きるパターンとが形成されている光ディスクと、 前記光ディスクのトラックのパターンに光ビームを照射
   し、反射された光ビームを検出しかつ光ビームを前記光
   ディスクの径方向に走査できる光ヘッドと、 回転体の始動時、回転停止している任意の時間に、前記
   光ヘッドからの光ビームを光ディスクの径方向に１往復
   以上走査させ、光ヘッドにより絶対角度番地を示すパタ
   ーン列から読み出した前記絶対角度番地を初期値とし、
   その後、光ヘッドにより回転した角度に応じてパルス信
   号を発生しかつ回転方向を判別できるパターンから読み
   出した回転方向を考慮して前記初期値に回転角度を加算
   して絶対角度番地を連続的に形成する光ヘッド制御部と
   を備えることを特徴とするロータリエンコーダ。
2. 【請求項２】 前記光ディスクの絶対角度番地を示すパ
   ターン列の内の１列が回転した角度に応じてパルス信号
   を発生しかつ回転方向を判別できるパターンを兼ねてい
   ることを特徴とする請求項１に記載のロータリエンコー
   ダ。
3. 【請求項３】 前記光ディスクの絶対角度番号を示すパ
   ターン列には広い線幅と狭い線幅のラインが環状に設け
   られたことを特徴とする、請求項１に記載のロータリエ
   ンコーダ。
4. 【請求項４】 前記光ディスクの絶対角度番号を示すパ
   ターン列としてスリット又はピットが使用される場合に
   は、そのスリットの間、ピットの間にこのスリット又は
   ピットよりも狭い幅のラインを環状に設けることを特徴
   とする、請求項１に記載のロータリエンコーダ。
5. 【請求項５】 前記光ディスクのパターン列の狭い線幅
   の寸法が光ビームのスポット径よりも小さいことを特徴
   とする、請求項１に記載のロータリエンコーダ。
6. 【請求項６】 前記光ディスクの回転した角度に応じて
   パルス信号を発生しかつ回転方向を判別するパターンの
   トラック中に、いくつかの広い線幅のライン列毎に反射
   率の異なる広い線幅のライン、又は配列パターンの異な
   る広い線幅のライン列を挿入し、この挿入した広い線幅
   のラインが検出されるごとに回転角度番地を補正できる
   ことを特徴とする、請求項１に記載のロータリエンコー
   ダ。