JPS6350720A - 位置センサ - 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】 Ａ産業上の利用分野 本発明は位置センサに関し、例えばハードディスク駆動
装置においてヘッドを位置決めする場合などのように、
可動部材を所定位置に位置決めするようになされた駆動
装置に通用して好適なものである。

Ｂ発明の概要 本発明は、反射光型の位置センサにおいて、レンチキラ
ーレンズ構成のレチクルを用いることによって簡単な構
成で畜い精度の位置検出をなし得る位置センサを容易に
実現し得る。

Ｃ従来の技術 ハードディスク装置においては、円板状ハードディスク
上に多数の同心円状記録トラックを形成し又は各記録ト
ラックから記録情報をピックアップするために、ヘッド
をディスクの半径方向に高い精度で位置決めできるよう
にする必要があり、そのため光エンコーダを用いてヘッ
ドの粗い位置決めをし、この後トラッキングザーボ系を
用いてヘッドをトラッキング制御することにより高い精
度の位置決めをする構成のものが提案されている（特公
昭５１−１３６４１号）。

この種の光エンコーダの原理は、第３図に示すように、
平行光束でなる照射光１を、互いに重ね合わせるように
配設された平板状レチクル２及びスケール３上に照射し
、その透過光を光センサ４によって位置検出信号ＤＴに
変換する構成を有する。

レチクル２及びスケール３は、それぞれ等ピッチ間隔ｘ
０を有する光学的スリブ１−２Ａ及び３Ａを同一方向に
形成してなり、スケール３の光学的スリット３Ａがレチ
クル２の光学的スリット２Ａに位置合わせされたとき、
第４図に示すように位置検出信号ＤＴの信号レベルＶが
最大値■、Ａｘをもつのに対して、スケール３が横方向
にスライドして、その光学的スリット３Ａがレチクル２
の光学的スリット２Ａ間に対向する位置に来たとき、位
置検出信号ＤＴの信号レベル■の値が、最小値Ｖ□８に
なり、スケール３をスリット２Ａ及び３Ａの延長方向と
直行する方向に所定速度でスライドさせて行ったとき、
位置検出信号ＤＴの信号レベルが直線的に最小値ＶＭＩ
Ｎから最大値Ｖ　、４ＡＸにまで上昇した後、直線的に
最小値■１．Ｉ１．４まで減少して行くような三角波形
を描くように構成されている。

第４図において、位置検出信号ＤＴの例えば最大値Ｖ　
１４ＡＸ間の時間Ｔ０は、スケール３が隣合う２木の光
学的スリット３八間の間隔すなわちピッチｘ０だけ移動
したことを表しており、従って位置検出信号ＤＴの信号
レベルが最大値Ｖ　、４４Ｘ及び最小値Ｖ　Ｍ　Ｉ　Ｎ
を通過した回数及び現在の信号レベルを判別することに
よって、レチクル２に対するスケール３の位置を高い精
度で知ることができる。

このように第３図の構成の位置センサ１１において、ス
ケール３を等速度でスライドさせたとき位置検出信号Ｄ
Ｔが描く波形は、第４図に示すように時間の経過と共に
直線的に変化する三角波になり、その周期Ｔ０を角度λ
−２π（ｒａｄ　）で表せば、当該周期Ｔｏ　　（すな
わちピッチｘｏ）の間の位ｉｘを角度λによって表すこ
とができ、かくしてレチクル２を基準としてスケール３
の位置を高い精度で判知し得る。

かかる原理に基づいてハードディスク装置において用い
られる位置センサは、実際上第５図に示すように構成さ
れる。

第５図において、位置センサ１１は、例えばＬＥ　Ｄ　
（ｌｉｇｈｔ　ｅｍｉｔｔｉｎｇ　ｄｉｏｄｅ）でなる
光源１２から発生された照射光１３を、コリメーション
レンズ１４によって平行光線１５に折り曲げて暗箱を構
成するケース１６に固着されたレチクル１７上に照射さ
せる。レチクル１７の光学的スリット１７Ａを透過した
平行光線１５は、スケール１８上に照射され、スケール
１８の光学的スリット１８Ａを通って光センサ１９に入
射する。

光センサ１９は、入射した光をそのトータル光量に対応
する信号レベルを有する電気的な位置検出信号ＤＴに変
換して外部に送出する。

スケール１８は、ハードディスク上を走査するヘッドと
連動して、矢印ａで示すように、スリット１７Ａに対し
てほぼ平行にスライドし得るようになされ、かくして第
３図について上述したように三角波形でなる位置検出信
号ＤＴを光センサ１９から送出する。

Ｄ発明が解決しようとする問題点 ところが第５図の位置センサにおいては、光源１２と光
センサ１９が対向して配置され、かつその先軸上にコリ
メーションレンズ１４、レチクル１７及びスケール１８
が配設されているため、光軸方向に厚みの厚い構成とな
り、ハードディスク装置の小型、薄型化に際して未だ不
十分である。

このため第６図及び第７図に示すように従来の光学的ス
リットが配されたスケールに代え、この光学的スリット
と等間隔で、光を比較的反射し易い反射部と、光を比較
的反射し難い非反射部とを交互に配設し、全体として第
１の平行縞パターンを形成したスケールを用いて、光源
及び光センサをレチクル及びスケールに対して同じ側に
設けることにより厚みを薄＜シ得るようにした第１及び
第２のいわゆる反射光型の位１センサが提案されている
。

ところが、第１の反射光型の位置センサ３０においては
、ハーフミラ−３２を用いてスケール２８で反射した光
を光センサ２９に導くようになされているため構造が複
雑となることを避は得ない。

これに加えて、受光部に渾かれる光量もハーフミラ−３
２によって半減し、さらにコリメーションレンズ２４に
よって得られる平行光線２５が不完全なものであれば、
スケールの反射部２８Ａで反射される光が、レチクル１
７によって遮断されこれによりＳ／Ｎ比が低下するとい
う問題点があり未だ満足し得ないものである。

また、第２の反射光型の位置センサ３１においては、レ
チクル１７の第１のスリット孔を透過した光がスケール
２８の反射部２８Ａを照射する位置にあるときは、スケ
ール２８の反射部２８Ａによって反射した光が、レチク
ル１７の所定間隔だけずれた第２のスリット孔を通って
光センサ２９へ導かれるようになされている。

このため、レチクル１７及びスケール２８の間隔すを正
確に保つ必要があり、スケール２８の移動や、ディスク
装置の温度変化等で、レチクル１７及びスケール２８の
間隔すが変動すると、位置を正確に検出し得なくなる問
題があり未だ不十分である。

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、レチクル
の形状及び材質を工夫することによって、節易な構成で
高い精度の位置検出を行い得る位置センサを提案しよう
とするものである。

Ｅ問題点を解決するための手段 かかる問題点を解決するため本発明においては、第１の
平行縞パターンを有し、かつその第１の平行縞パターン
と直交する方向にスライドし得るようになされたスケー
ル２８と、レンチキラーレンズ構成を有し、照射光２５
をスケール２８上の第１の平行縞パターンと重畳するよ
うに集光して第２の平行縞パターンを形成するレチクル
２７とを具え、スケール２８上での第１の平行縞パター
ンと第２の平行縞パターンとの位相差によって生じる反
射光量の変化を、再びレチクル２７を介して光センサ２
９によって電気信号に変換するようにする。

Ｆ作用 スケール２８の第１の平行縞パターンと、レチクル２７
によりスケール２８上に形成された第２の平行縞パター
ンによって得られる反射光は、再びレチクル２７を介し
て光センサ２９に入射する。

このとき、レチクル２７がレンチキラーレンズから構成
されていることにより、レチクル２７及びスケール２８
間の空隙がわずかにずれても反射光はレチクル２７に遮
断されることなく、レチクル２７の他の部分を透過して
光センサ２９に入射し得るようになされている。

かくして、レチクル２７及びスケール２８間の空隙の精
度を必要以上に高（することなく、所定の位置検出結果
を得ることのできる位置センサ２１を容易に実現できる
。

Ｇ実施例 以下図面について、本発明による位置センサの一実施例
について詳述する。

第５図〜第７図との対応部分に同一符号を付して示す第
１図において、２１は全体として反射光型の位置センサ
を示す。

位置センサ２１は、第７図に示す従来の反射光型の位置
センサ３１の光学的スリット１７Ａが設けられたレチク
ル１７に代え、シリンドリカルレンズ２７Ａの集合体で
なるいわゆるレンチキラーレンズ構成の透明部材（実施
例ではプラスチック）でなるレチクル２７を用いている
。

レチクル２７は第２図実線で示すように、スケール２８
上の平行縞パターンのピッチＰ１の整数倍のピッチ（実
施例では１倍）と同じ口径Ｎ１を有する複数のシリンド
リカルレンズの集合体で構成され、斜めに入射する平行
光線２５を各シリンドリカルレンズ２７Ａで受けてこれ
をスケール２８上に集光し、第１の平行縞パターンの反
射部２８Ａと同じ幅の明部が整数倍で現れ（実施例では
１倍）、か（して第２の平行縞パターンを形成するよう
になされている。

これに加えてレチクル２７の各シリンドリカルレンズ２
７Ａは、スケール２８上の反射部２８Ａで反射した反射
光を、大きく折り曲げずに透過して、光センサ２９へ導
くために、各シリンドリカルレンズ２７Ａの断面形状の
Ｆ値（＝焦点距離／口径）が大きい値に選定されている
。

さらに光センサ２９がシリンドリカルレンズ２７Ａの口
径より十分に大きい受光面をもつように選定されており
、かくして、レチクル２７及びスケール２８のわずかな
空隙の変動に対しても光センサ２９に入射する光量が変
化しないようになされている。

以上の構成において、光源２２より射出される光２３は
、コリメーションレンズ２４を透過して平行光線２５と
なされ、斜め方向よりレチクル２７に入射する。

レチクル２７を通過した光は、スケール２８上において
第２の平行縞パターンを形成する。

ここで第２の平行縞パターンの明部と、スケール２８上
の第１の平行縞パターンの反射部２８Ａとが一致するよ
うに位置合せされたときには、レチクル２７を介して入
射した入射光の大部分がスケール２日上の反射部２８Ａ
で反射され、この反射光が再びレチクル２７をｊ３過し
て、レチクル２７により少し折曲げられ斜め方向に出射
して光センサ２９に導かれる。

か（して光センサ２９によって検出される位置検出信号
ＤＴは、第４図に示すように信号レベルＶが最大値Ｖ　
ＭＡＸをもつ。

この状態からスケール２８が横方向ａにスライドして、
第２の平行縞パターンの明部の大部分がスケール２８上
の第１の平行縞パターンの非反射部２８Ｂ上に入射する
ようになったときは、光センサ２９で検出される位Ｗ＞
”ｋ比信号ＤＴの信号レベル■は最小値Ｖ０８をもつよ
うになる。

かくしてスケール２８を、第１及び第２の平行縞パター
ンの延長方向と直行する方向に所定速度でスライドさせ
て行ったとき、位置検出信号ＤＴの信号レベルが直線的
に最小値Ｖ　Ｍ　Ｉ　Ｎから最大値ＶＭＡＸにまで上昇
した後、直線的に最小値ＶＮＩ、まで減少して行くよう
な三角波形を繰返して描くように構成されている。

以上の構成によれば、反射光型の位置センサ２１におい
て、レチクル２７としてレンチキラーレンズ構成の透明
部材を用いたことにより、スケール２８とレチクル２７
の空隙が変動するようなことがあっても、スケール２８
の反射部２８Ａよりの反射光がレチクル２７を通過し得
なくなるような状態になるおそれはなく、かくして位置
検出の誤差が小さく、かつ簡易な構造の反射光型の位置
センサ２１を容易に実現できる。

また上述の位置センサ２１においては、スケールの材質
を光透過性のものに限定する必要がなく、例えばプラス
チック板上に白及び黒色で第１の平行縞パターンを描い
たような洒易な構成のものも用途に合せ選択し得る。

なお上述の実施例においては、レチクル２７の各シリン
ドリカルレンズ２７Ａの口径を、スケール上の第１の平
行縞パターンのピッチＰ、と同じ口径Ｎ、に選定したが
（第２図実線）、これに代え、第２図破線で示すように
第１の平行縞パターンのピッチの整数倍（第２図破線で
は２倍）の口径Ｎ２をもち、スケール上で反射部と同じ
幅の明部をもつようにしても上述の場合と同様の効果を
得ることができる。

また上述の実施例においては、光センサ２９によって得
られる位置検出信号ＤＴを第４図に示す三角波状のもの
としたが、位置検出信号ＤＴはこれに限らず正弦波状の
ものでも良い。

さらに上述の実施例においては、本発明による位置セン
サをハードディスク駆動装置のヘッドを位置決めする位
置センサに適用したが、本発明はこれに限らず、例えば
モータを使った工作機械等、その他の位置センサに広く
適用し得るものである。

Ｈ発明の効果 上述のように本発明によれば、反射光型の位置センサに
おいて、レチクルにレンチキラーレンズ構成の透明部材
を用いることによって、比較的節易な構成で、高い位置
検出精度を有する位置センサを容易に実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による位置センサを示す路線的断面図、
第２図はレチクルとスケールの関係の説明に供する路線
図、第３図は従来の位置センサの原理を示す路線的斜視
図、第４図は位置センサの受光部より出力される位置検
出信号を示す信号波形図、第５図は従来の位置センサを
示す路線的断面図、第６図及び第７図は、従来の反射光
型の位置センサを示す路線的断面図である。 ２１・・・・・・位置センサ、２２・・・・・・光源、
２３・・・・・・１’を光、２４・・・・・・コリメー
ションレンズ、２５・・・・・・平行光線、２６・・・
・・・ケース、２７・・・・・・レチクル、２８・・・
・・・スケール、２９・・・・・・光センサ、Ｐ、・・
・・・・第１の平行縞パターンのピッチ、Ｎ・・・・・
・シリンドリカルレンズの口径、ＤＴ・・・・・・位置
検出信号。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 第１の平行縞パターンを有し、かつ当該第１の平行縞パ
   ターンと直行する方向にスライドし得るようになされた
   スケールと、 レンチキラーレンズ構成を有し、照射光を上記スケール
   上の上記第１の平行縞パターンと重畳するように集光し
   て第２の平行縞パターンを形成するレチクルと を具え、上記スケール上での上記第１の平行縞パターン
   と上記第２の平行縞パターンとの位相差によつて生じる
   反射光量の変化を、再びレチクルを介して光センサによ
   つて電気信号に変換することを特徴とする位置センサ。