JP2000227346A - 光学式エンコーダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 光学式エンコーダの小型化及び高精度化を図
ると共に光の利用効率を高める。 【構成】 移動板３の表側には移動方向に沿って一定の
ピッチで配列した複数のレンズ４が形成されている。移
動板３の裏側には移動方向に連続した山型プリズム５
Ａ，５Ｂが形成されている。発光素子１Ａ，１Ｂは移動
板３の変位に伴って通過するレンズ４を介して強度変調
された光束を山型プリズム５Ａ，５Ｂに入射する。受光
素子２Ａ，２Ｂは同じく移動板３の変位に伴って通過す
るレンズ４を介して山型プリズム５Ａ，５Ｂから出射し
た光束を受光して移動板３の移動量を表わす検出信号を
出力する。移動板３は幅方向に分かれ且つ移動方向に伸
びた二本のトラックを有する。山型プリズム５Ａ，５Ｂ
は二本のトラックに対応して二列形成されている。受光
素子２Ａ，２Ｂは二本のトラックに対応して二個幅方向
に分かれて配されており、二本のトラックから別々に出
射した光束を夫々受光して移動板３の移動量に加え移動
方向も表わす検出信号の出力を可能にしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は直線変位あるいは回
転変位などを検出する光学式エンコーダに関する。詳し
くは、レンズアレイが形成された移動板の同一面側に発
光素子及び受光素子を配置したコンパクトな光学式エン
コーダの構造に関する。より詳しくは、移動板の移動方
向を検出する為の構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】移動板の同一面側に発光素子及び受光素
子を配置した光学式エンコーダは、例えば特開平８−２
３３６０８号公報に開示されており、図１３に概略の構
成を示す。図示する様に、本光学式エンコーダは発光素
子１と受光素子２と移動板３とから構成されている。移
動板３は所定の移動方向に沿って直線変位する。発光素
子１は移動板３の表側に対面し、且つ移動方向と略直交
する幅方向にある第１定点に配置されている。受光素子
２は同じく移動板３の表側に対面し、且つ幅方向に沿っ
て第１定点から離間した第２定点に配置されている。移
動板３の表側には移動方向に沿って一定のピッチＰで配
列した複数のシリンドリカルレンズ４が形成されてい
る。個々のシリンドリカルレンズ４の円筒軸は幅方向と
平行である。個々のシリンドリカルレンズ４は第１定点
と第２定点を通過し且つ両者をカバーする為に十分な幅
寸法Ｗを有している。一方、移動板３の裏側には第１定
点を通過する様に移動方向に連続した入射反射面５Ｓ
と、第２定点を通過する様に移動方向に連続し且つ入射
反射面５Ｓに対向した出射反射面５Ｔとが形成されてい
る。一対の入射反射面５Ｓ及び出射反射面５Ｔは山型プ
リズム５を構成する。かかる構成において、発光素子１
は第１定点を通過するシリンドリカルレンズ４を介して
強度変調された光束を入射反射面５Ｓに照射する。一
方、受光素子２は出射反射面５Ｔから放射された光束を
同時に第２定点を通過するシリンドリカルレンズ４を介
して受光し、移動板３の移動量を表わす検出信号を出力
する。

【０００３】次に、図１４を参照して図１３に示した従
来の光学式エンコーダの動作を簡単に説明する。図１４
の（Ｂ）は幅方向に沿って移動板３を切断した断面形状
を表わしている。図１４の（Ａ）は矢視Ａから見た側面
図であり、（Ｃ）は矢視Ｃから見た側面図である。先ず
（Ｂ）に示す様に、一対の発光素子１及び受光素子２は
所定の光軸に沿って互いに光学的に接続されている。こ
の光軸は発光素子１から出発しレンズ４を通過した後入
射反射面５Ｓにより９０°折り返され、さらに出射全反
射面５Ｔにより９０°折り返され、その後レンズ４を通
って受光素子２に到達する。次に（Ａ）に示す様に、発
光素子１から放射した光束はシリンドリカルレンズ４に
より集光され入射反射面５Ｓに進入する。この後（Ｂ）
に示す様に光束は入射反射面５Ｓにより９０°折り返さ
れ出射反射面５Ｔに進入する。最後に（Ｃ）に示す様
に、光束は出射反射面５Ｔにより移動板３の表側に折り
返され、再びレンズ４により集光された後受光素子２に
より受光される。この様に、発光素子１から放射した光
束は一対の反射面５Ｓ，５Ｔからなる山型プリズム５に
より１８０°折り返され受光素子２に戻る。シリンドリ
カルレンズ４の頂部が丁度発光素子１及び受光素子２の
組に整合した時、シリンドリカルレンズ４の二度に渡る
集光作用により光束の最大量が受光素子２により受光さ
れる。即ち、受光素子２は検出信号の最大値を出力す
る。

【０００４】図１５は、図１４に示した位置から移動板
３が半ピッチ（Ｐ／２）分変位した状態を表わしてい
る。この時、互いに隣り合うシリンドリカルレンズ４
Ｌ，４Ｒの間の谷部が発光素子１及び受光素子２に整合
している。（Ａ）に示す様に、発光素子１から放射した
光束は谷部により発散される。（Ｂ）に示す様に発散し
た光束は入射反射面５Ｓにより折り返され出射反射面５
Ｔに進入する。（Ｃ）に示す様に、発散光束は出射反射
面５Ｔで表側に折り返された後、再びシリンドリカルレ
ンズ４Ｌ，４Ｒにより発散される。この結果、受光素子
２は最小の受光量になる。従って、受光素子２は最小レ
ベルの検出信号を出力する。即ち、移動板３が半ピッチ
分変位すると検出信号は最大値から最小値まで変化す
る。再び移動板３が半ピッチ分変位すると検出信号は最
小値から最大値に復帰する。この様に、シリンドリカル
レンズ４の通過により光束は繰り返し集光及び発散を受
け、これに応じて受光素子２は１ピッチ分に相当する周
期で変動する検出信号を出力する。検出信号の周期を計
数する事により移動板３の変位量が分かる。

【０００５】図１６は、図１３に示した従来の光学式エ
ンコーダを、ロータリエンコーダに応用した従来例を表
わしている。移動板３は円盤形状に加工され、回転軸６
に取り付けられている。従って、移動板３は周方向に沿
って回転変位する。発光素子１は移動板３の表側に対面
し、且つ移動方向（周方向）と直交する幅方向（即ち径
方向）にある第１定点（内側定点）に配置される。受光
素子２は同じく移動板３の表側に対面し、且つ径方向に
沿って内側定点から離間した外側定点（第２定点）に配
置される。移動板３の表側には周方向に沿って一定のピ
ッチで放射状に配列した複数のシリンドリカルレンズ４
が形成されている。個々のレンズ４は内側定点と外側定
点をカバーする為に十分な幅寸法（径方向寸法）を有し
ている。移動板３の裏側には、内側定点を通過する様に
周方向に連続した内側の入射反射面５Ｓと、外側定点を
通過する様に周方向に連続し且つ入射反射面５Ｓに対向
した外側出射反射面５Ｔとが形成されている。なお、移
動板３はレンズ４及び入射反射面５Ｓ、出射反射面５Ｔ
も含め、透明樹脂を材料にした一体成形（モールド）に
より製造できる。以上の構成により、発光素子１は内側
定点を通過するレンズ４を介して強度変調された光束を
入射反射面５Ｓに照射し、受光素子２は出射反射面５Ｔ
から放射された光束を同時に外側定点を通過するレンズ
４を介して受光し、移動板の移動量を表わす検出信号を
出力する。換言すると、レンズ４は移動体３を通過する
光束を繰り返し集光／発散させる事により、その強度変
調を行っている。

【０００６】図１７は、図１６に示した従来のロータリ
エンコーダの具体的な構成を示す模式的な断面図であ
る。図示する様に、移動板３はケース７に収納され、且
つ回転軸６に装着されている。回転軸６の端部６ａはケ
ース７から外部に突出している。移動板３の表側に対面
して回路基板８が組み込まれている。回路基板８の内側
面にはフォトリフレクタユニット９が取り付けられてい
る。このフォトリフレクタユニット９はＬＥＤ等からな
る発光素子１とフォトトランジスタ等からなる受光素子
２とを一体的に組み込んだものである。回路基板８の外
側面には受光素子２から出力された検出信号を処理する
為のＩＣ１０等が搭載されている。回路基板８の外側面
はカバー１１により覆われている。カバー１１の側面か
ら外部接続用のコネクタ１２が突出している。かかる構
成を有するロータリエンコーダは、例えば計測器の調整
つまみ等に応用できる。回転軸６の端部６ａを手動で回
動すると、その回動量に応じて検出信号がコネクタ１２
を介し計測器本体に入力される。この検出信号に応じて
計測器の電気的な調節もしくは較正を行なう。

【０００７】図１８は、図１７に示したロータリエンコ
ーダの平面図であり、回路基板８の外側面が表われてい
る。点線で示す様に、回路基板８の内側面には一対のフ
ォトリフレクタユニット（受発光素子対）９Ａ，９Ｂが
取り付けられている。フォトリフレクタユニット９Ａ，
９Ｂは空間位相が互いに実効的にＰ／４だけシフトして
いる為、これに応じて検出信号も位相がπ／２だけシフ
トしている。移動方向により位相のシフト方向が逆にな
るので、これを検出することにより移動板３の移動方向
が分かる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】図１８に示した従来構
造では、フォトリフレクタユニット（受発光素子対）同
志が互いに接近していると、互いに干渉し合い、適切な
検出信号が得られない為、実用上は一対のフォトリフレ
クタユニット（受発光素子対）を互いにある程度隔てて
配置する必要があった。この点に付き、図１９を参照し
て簡潔に説明する。（Ａ）は従来の光学式エンコーダの
模式的な平面図であり、（Ｂ）は同じく模式的な断面図
である。基本的には、図１８に示した従来例と同様であ
る。回転方向を検出する場合において、位相差を得る為
には、フォトリフレクタユニット９Ａ，９Ｂの位置を回
転方向にθずらし、周方向に（（１／４）＋ｎ））・Ｐ
離す必要がある。各フォトリフレクタユニット９Ａ，９
Ｂは通常同一基板上に配置されるが、その基板が一方の
フォトリフレクタユニット９Ｂの位置に対し接線方向に
ｄｓ変位した場合、フォトリフレクタユニット９Ｂ，９
Ａの接線方向のずれは、夫々ｄｓ、ｄｓ・ｃｏｓθとな
る。このずれ量を位相差の変化で表わすと、（１−ｃｏ
ｓθ）ｄｓ・Ｒｅ／２πｒとなる。ここで、Ｒｅは分解
能を表わし、ｒは各フォトリフレクタユニットの半径距
離を表わしている。上記式から明らかな様に、位相ずれ
はフォトリフレクタユニット９Ａ，９Ｂが互いに１８０
°離れて配置された場合に最悪の２ｄｓ／Ｐとなり、逆
にフォトリフレクタユニット９Ａ，９Ｂが同じ半径方向
の線上に並んだ時角度差が０°となり位相ずれが最も小
さくなる。しかし、一対のフォトリフレクタユニット９
Ａ，９Ｂを同じ半径方向の線上に配することは構造的に
困難である。従って、現実には、光学式エンコーダの組
立て誤差などの為に、位相ずれが生じ、解決すべき課題
となっている。又、図１９に示した従来構造の場合、フ
ォトリフレクタユニット９Ａ，９Ｂを周方向に沿って互
いに離して配置している。この為、各フォトリフレクタ
ユニット９Ａ，９Ｂは各々、発光素子と受光素子を備え
ていなければならない。両方のフォトリフレクタユニッ
ト９Ａ，９Ｂで発光素子を一個として共用を図る場合、
発光素子からの光を効率よく使用する為に光学的な配光
手段が必要となり、製造コストの上昇につながるという
課題がある。

【０００９】

【課題を解決する為の手段】上述した従来の技術の課題
を解決する為に以下の手段を講じた。即ち、本発明に係
る光学式エンコーダは基本的な構成として移動板と発光
素子と受光素子とを備えている。移動板は所定の移動方
向に沿って変位する。発光素子は該移動板の表側に対面
して配置されている。受光素子は同じく該移動板の表側
に対面し且つ該移動方向と略直交する幅方向に発光素子
から離間して配置されている。前記移動板の表側には該
移動方向に沿って一定のピッチで配列した複数のレンズ
が形成されている。前記移動板の裏側には移動方向に連
続した反射手段が形成されている。前記発光素子は該移
動板の変位に伴って通過する該レンズを介して強度変調
された光束を該反射手段に入射する。前記受光素子は同
じく該移動板の変位に伴って通過する該レンズを介して
該反射手段から出射した該光束を受光して該移動板の移
動量を表わす検出信号を出力する。特徴事項として、前
記移動板は幅方向に分かれ且つ移動方向に伸びた二本の
トラックを有し、前記反射手段は該二本のトラックに対
応して二列形成されている。前記受光素子は該二本のト
ラックに対応して二個幅方向に分かれて配されており、
該二本のトラックから別々に出射した該光束を夫々受光
して該移動板の移動量に加え移動方向も表わす検出信号
の出力を可能にしている。一態様では、前記複数のレン
ズは、二本のトラックに渡って共通に一定のピッチで該
移動方向に沿って一列に配されているのに対し、前記二
個の受光素子は、該移動方向に沿って互いに四分の一ピ
ッチ分だけ離間して配されている。他の態様では、前記
複数のレンズは、二本のトラックに対応して二列形成さ
れており該移動方向に沿って互いに四分の一ピッチ分だ
け位相がずれているのに対し、前記二個の受光素子は、
該幅方向に沿って同一直線上に配されている。好ましく
は、前記発光素子は二本のトラックに渡って共用されて
いる。好ましくは、該移動板の二本のトラックの各々に
形成された前記反射手段は該発光素子から入射した光束
を該幅方向に反射する入射反射面と、該反射された光束
を再度反射して該受光素子に指向させる出射反射面とを
有する山型プリズムからなる。更に好ましくは、前記山
型プリズムの入射反射面及び出射反斜面は光束に対して
レンズ作用を奏する湾曲面を有している。場合によって
は、該移動板の各トラックに形成された前記反射手段は
該移動方向及び幅方向に平行な指向性反射面を有し、該
発光素子から入射した光束を該受光素子に向けて反射す
る。好ましくは、前記移動板の表側に形成された該レン
ズは幅方向に沿った円筒軸を有するシリンドリカルレン
ズである。

【００１０】図２０を参照して、図１９に示した従来構
造と対比しながら、本発明に係る光学式エンコーダの作
用を説明する。図２０に示したロータリ型のエンコーダ
では、移動板３の周方向に沿って二本のトラックを設け
ている。外側のトラックに複数のレンズ４Ａの列が所定
のピッチＰで形成され、内側のトラックにも複数のレン
ズ４Ｂが所定のピッチＰで配列されている。外側のレン
ズ４Ａの列と内側のレンズ４Ｂの列とではピッチＰは等
しいが位相が互いにＰ／４だけシフトしている。これに
対し、外側のトラックに配されたフォトリフレクタユニ
ット９Ａと内側のトラックに配されたフォトリフレクタ
ユニット９Ｂは同一直線上にあり、両者の位相差は０で
ある。尚、これに代えてレンズの列を両トラックで共用
にする一方、フォトリフレクタユニット９Ａ，９Ｂを互
いにＰ／４だけ周方向にずらしてもよい。この場合で
も、一対のフォトリフレクタユニット９Ａ，９Ｂはほぼ
互いに近い位置にあり、図１９に示した従来例の様に両
者が大きく離れることはない。図２０に示す様に、フォ
トリフレクタユニット９Ａ，９Ｂの配置をトラックの幅
方向（移動板３の径方向）に沿って一直線とすること
で、これらのフォトリフレクタユニット９Ａ，９Ｂを搭
載した基板が接線方向にｄｓだけずれた時、両リフレク
タユニット９Ａ，９Ｂの間の位相ずれは、ｄｓ・Ｒｅ
（ｒｏ−ｒｉ）／２π・ｒｉ・ｒ０となる。ここで、ｒ
０は外側トラックに配されたフォトリフレクタユニット
９Ａの中心までの半径距離を表わし、ｒｉは内側トラッ
クに配されたフォトリフレクタユニット９Ｂの中心まで
の半径距離を示している。ここで、図２０に示した本発
明に係る二本トラック方式と図１９に示した従来の一本
トラック方式とで位相ずれを比較すると、（一本トラッ
クの場合の位相ずれ）／（二本トラックの場合の位相ず
れ）＝（（１−ｃｏｓθ）ｄｓ・Ｒｅ／２πｒ）／
（（ｄｓ・Ｒｅ（ｒｏ−ｒｉ）／２π・ｒｉ・ｒ０））
＝（１−ｃｏｓθ）ｒｉ・ｒｏ／ｒとなる。位相ずれに
対する有利不利は、一本トラック方式におけるｒ，θ
と、二本トラック方式におけるｒｉ，ｒｏで決まり、
（１−ｃｏｓθ）ｒｉ・ｒｏ／ｒ＞１の関係が成立する
場合、二本トラック方式が有利である。小型の光学式エ
ンコーダに関しては、一本トラック方式ではお互いの光
束の干渉を防ぐ為、二個のフォトリフレクタユニット間
の角度差θを小さくすることは困難である。仮にθ＝９
０°とした場合、ｒｉ・ｒｏ／ｒ＜１なる関係を成立さ
せることも又困難であり、結果として二本トラックにし
た方が有利となる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施
の形態を詳細に説明する。図１は、本発明に係る光学式
エンコーダの第一実施形態を示す模式的な斜視図であ
る。図示する様に、本光学式エンコーダは発光素子と受
光素子と移動板とから構成されている。移動板３は双頭
の矢印で示す移動方向に沿って変位する。発光素子１
Ａ，１Ｂは移動板３の表側に対面して配置されている。
受光素子２Ａ，２Ｂも同じく移動板３の表側に対面し且
つ移動方向とほぼ直交する幅方向に沿って互いに離間し
ている。移動板３の表側には移動方向に沿って一定のピ
ッチＰで配列した複数のレンズ４が形成されている。移
動板３の裏側には移動方向に連続した反射手段が形成さ
れている。発光素子１Ａは移動板３の変位に伴って通過
するレンズ４を介して強度変調された光束を反射手段に
入射する。対応する受光素子２Ａは同じく移動板３の変
位に伴って通過するレンズ４を介して反射手段から出射
した光束を受光して移動板３の移動量を表わす検出信号
を出力する。発光素子１Ｂと受光素子２Ｂの対も同様に
動作する。移動量を検出する基本動作は、図１３に示し
た従来例と同様である。

【００１２】本発明の特徴事項として、移動板３は幅方
向に分かれ且つ移動方向に伸びた二本のトラックを有し
ている。この二本のトラックに対応して、前述した反射
手段は二列形成されている。又、受光素子２Ａ，２Ｂは
二本のトラックに対応して二個幅方向に分かれて配され
ており、二本のトラックから別々に出射した光束を夫々
受光して移動板３の移動量に加え移動方向も表わす検出
信号の出力を可能にしている。本実施形態では、複数の
レンズ４は二本のトラックに渡って共通に一定のピッチ
Ｐで移動方向に沿って一列に配されているのに対し、二
本の受光素子２Ａ，２Ｂは移動方向に沿って１／４ピッ
チ分（Ｐ／４）だけ互いに離間して配されている。二本
の受光素子２Ａ，２Ｂに対応して、二個の発光素子１
Ａ，１Ｂが設けられている。場合によっては、発光素子
１Ａ，１Ｂについてはこれを一個として二本のトラック
に渡って共用することも可能である。本実施形態では、
移動板３の二本のトラックの各々に形成された反射手段
は、夫々山型プリズム５Ａ，５Ｂからなる。山型プリズ
ム５Ａは発光素子１Ａから入射した光束を幅方向に反射
する入射反射面５Ｓと、反射された光束を再度反射して
受光素子２Ａに指向させる出射反射面５Ｔとを有する。
他方の山型プリズム５Ｂも同様の構成を有し、発光素子
１Ｂから入射した光束を幅方向に反射する入射反射面５
Ｓと、反射された光束を再度反射して受光素子２Ｂに指
向させる出射反射面５Ｔとを有する。好ましくは、各山
型プリズム５Ａ，５Ｂの入射反射面５Ｓ及び出射反射面
５Ｔは光束に対してレンズ作用を奏する湾曲面を有して
いる。移動板３の表側に形成されたレンズ４は幅方向に
沿った円筒軸を有するシリンドリカルレンズである。

【００１３】以上に説明した様に、第一実施形態に係る
光学式エンコーダは、二対の受発光素子１Ａ，２Ａ，１
Ｂ，２Ｂと移動板３とにより構成されている。移動板３
の裏側に形成された山型プリズム５Ａ，５Ｂは２トラッ
クとし、移動板３の表側に設けられたシリンドリカルレ
ンズ４は１トラックになっている。移動板３の移動方向
を判別する為に必要な検出信号の位相差は、受発光素子
の対を夫々異なる山型プリズムのトラック上で移動板３
の移動方向にＰ／４ずらすことにより得られる。

【００１４】図２は、従来の光学式エンコーダに形成さ
れる山型プリズム５の断面形状を示す模式図である。図
から明らかな様に、従来構造では、入射反射面５Ｓ及び
出射反射面５Ｔ共に移動方向と垂直な断面形状が直線と
なっている。断面が直線の場合は、受発光素子対が断面
と平行にずれると、入射反射面５Ｓ及び出射反射面５Ｔ
で折り返ってきた光束は逆方向にずれ、受光素子が受け
る光束の量が減少する。入射光のずれ１０６と出射光の
ずれ１０７が逆方向となっている。

【００１５】図３は、図１に示した本発明に係る光学式
エンコーダの山型プリズム５Ａの断面形状を模式的に表
わしている。図から明らかな様に、入射反射面５Ｓ及び
出射反射面５Ｔ共に湾曲面（例えば円弧面）を有してい
る。断面が円弧の場合、受発光素子をある高さに設定す
ると、光束が発光素子のずれと同方向で同じずれ量の位
置に戻ってくる。入射光のずれ１０６と出射光のずれ１
０７が等しくなる。断面形状は円弧以外に放物曲線も考
えられるが、必要となる受発光素子の高さに応じ使い分
ければよい。入射反射面５Ｓと出射反射面５Ｔの移動方
向と垂直な断面形状を夫々曲面にした上で、山型プリズ
ム５Ａ，５Ｂを二本トラックとし、受発光素子対の配置
をトラックの幅方向にほぼ一直線とすることで、受発光
素子を搭載した基板がずれ、トラックの幅方向に受発光
素子が変位した場合、入射光のずれ（方向と量）と出射
光のずれ（方向と量）が一致する受発光素子の高さ位置
が存在し、受光素子が受ける光束量の変化を抑えること
が可能である。

【００１６】図４は、図２に示した従来の山型プリズム
５の入射反射面５Ｓ及び出射反射面５Ｔにおける反射又
は屈折の様子を示す。各反射面の断面が直線の場合、入
射反射面５Ｓで反射した光束は、出射反射面５Ｔでは一
部の光束の入射角が臨界角より小さくなり、そのほとん
どが屈折（透過）してしまう。入射反射面５Ｓと出射反
射面５Ｔの挾角を９０°より大きくすれば透過量は削減
できるが、受光素子へ戻る光束の散乱幅も増加する。

【００１７】図５は、図３に示した本発明に係る山型プ
リズム５Ａの各反射面における反射又は屈折の様子を示
す。入射反射面５Ｓ及び出射反射面５Ｔの断面形状が湾
曲している場合は、入射反射面５Ｓで反射した光束は出
射反射面５Ｔですべて反射し、光束を効率よく使用可能
である。断面を湾曲面とした場合、出射反射面での屈折
を抑えることが可能である。この様に、本発明では山型
プリズム５の入射反射面５Ｓ及び出射反射面５Ｔは光束
に対してレンズ作用を奏する湾曲面となっている。

【００１８】図６は、図１に示した本発明の第一実施形
態に係る光学式エンコーダの変形例を示す模式的な斜視
図である。図１に示した先の例と対応する部分には対応
する参照番号を付して理解を容易にしている。本例で
は、発光素子１を二つの山型プリズム５Ａ，５Ｂの境界
に配置し、二つの受光素子２Ａ，２Ｂを移動板３の移動
方向で発光素子１からお互いに離れる側へＰ／８づつず
らすことにより、適切な位相差が得られるとともに、部
品点数を削減することが可能である。即ち、本例では発
光素子１が二本のトラックに渡って共用されている。

【００１９】図７は、本発明に係る光学式エンコーダの
第二実施形態を示す模式的な斜視図である。図１に示し
た第一実施形態と対応する部分には対応する参照番号を
付して理解を容易にしている。本実施形態では、シリン
ドリカルレンズ４Ａ，４Ｂが、二本のトラックに対応し
て二列形成されており、移動板３の移動方向に沿って互
いにＰ／４だけ位相がずれている。これに対し、二個の
受光素子２Ａ，２Ｂは移動板３の幅方向に沿って同一直
線上に配されており、両者の位相差は０となっている。
本実施形態では、移動板３の裏側に形成された山型プリ
ズム５Ａ，５Ｂと、移動板３の表側に設けられたシリン
ドリカルレンズ４Ａ，４Ｂを共に二本トラック構造とし
ている。一方、二対の受発光素子（１Ａ，１Ｂ，２Ａ，
２Ｂ）は移動板３の移動方向とほぼ直角な幅方向に一直
線で且つ夫々異なるトラック上に配されている。シリン
ドリカルレンズ４Ａ，４Ｂは移動板３の移動方向に沿っ
てトラック間でＰ／４ずらしてあり、移動板３の移動方
向を判別する為に必要な検出信号に位相差を生じさせ
る。

【００２０】図８は、図７に示した第二実施形態に係る
光学式エンコーダの変形例を示す模式的な斜視図であ
る。本例では、単独の発光素子１を二本のトラックに夫
々形成されたシリンドリカルレンズ４Ａ，４Ｂの境界上
に配置し、二つの受光素子２Ａ，２Ｂは夫々対応するト
ラック上に配置することにより、部品点数を削減するこ
とができる。

【００２１】図９は、図８に示したリニア型の光学式エ
ンコーダの構造を、ロータリエンコーダに応用した例を
示す模式図であり、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は断
面図である。円形の移動板３の外周に沿って第一のトラ
ックが形成され、内周に沿って第二のトラックが形成さ
れている。外側のトラックに形成されたシリンドリカル
レンズ４Ａと内側のトラックに形成されたシリンドリカ
ルレンズ４Ｂは同一の配列ピッチＰを有するが、位相が
互いにＰ／４だけずれている。単独の発光素子１が外側
トラックと内側トラックの間の境界に配され、一方の受
光素子２Ａが外側トラック上に配され、他方の受光素子
２Ｂが内側トラック上に配されている。

【００２２】図１０は、図９に示したロータリエンコー
ダの改良版を示しており、対応する部分には対応する参
照番号を付して理解を容易にしている。本例では、移動
板３の各トラックに形成された反射手段が、移動方向及
び幅方向に平行な指向性反射面５０からなる。この指向
性反射面５０は発光素子１から入射した光束を各受光素
子２Ａ，２Ｂに向けて選択的に反射することが可能であ
る。尚、指向性反射面５０に代えて、外付けの指向性反
射板５１を取り付ける様にしてもよい。指向性反射面５
０は、移動板３の裏側に指向性反射を促す膜を形成する
方法により得られる。場合によっては、指向性反射面を
有する反射板５１を接合してもよい。入射光の折り返し
に指向性反射面５０を用いた場合、互いに交差した入射
反射面及び出射反射面を有する山型プリズムと比較し、
入射光がトラックの幅方向に拡散して受光素子側に戻っ
てくる。トラックの幅方向への光束の拡散により、受発
光素子がトラック幅方向にずれた場合でも、受光素子が
受ける光束量の変化を抑えることが可能である。

【００２３】最後に、ロータリエンコーダの様に回転変
位を検出する場合において、移動板の偏芯ρによる位相
差への影響を考察する。図１１に示した従来の一本トラ
ック方式の場合、二個の受発光素子対９Ａ，９Ｂのセン
タ１１２、移動板３の回転中心１１４、移動板中心１１
３が記述した順で一直線上にある時、位相ずれΔＰｈ１
（−）が−側最大となり、以下の数式１で表わすことが
できる。

【数１】 又、二個の受発光素子９Ａ，９Ｂのセンタ１１２、移動
板中心１１３、回転中心１１４の順でこれらが一直線上
にある時、位相ずれΔＰｈ１（＋）が＋側最大となり、
以下の数式２で表わされる。

【数２】 位相ずれ量を絶対値で考えた場合、＋側の方が−側より
大きい。

【００２４】二本トラック方式の場合の位相ずれΔＰｈ
２は、図１２に示す様に、＋側と−側のずれ量が等し
く、二個の受発光素子９Ａ，９Ｂのセンタ、移動板中心
１１３、回転中心１１４が直角を成す時に最大となり、
以下の数式３で表わすことができる。

【数３】 仮に、ｒ＝５．５、θ＝９０°、ｒ０＝６、ｒｉ＝５、
ρ＝０．１、Ｐ＝１４．４°とした場合、ΔＰｈ１
（＋）とΔＰｈ２は夫々以下の数式４の通りとなり、二
本トラック方式の方が有利である。

【数４】

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
移動板の同一面側に発光素子と受光素子を配置できる点
に加え、移動板の反射面を二本トラック構成にすること
で、受発光素子を移動板の移動方向に直交する幅方向に
沿ってほぼ同一直線上に配置でき、受発光素子を搭載す
る基板の位置ずれによる位相差の変化を最小限に抑える
ことが可能である。更に、単独の発光素子を二本のトラ
ックの境界上に配置することにより、部品点数を削減す
ることが可能である。以上により、安価で光軸全長が小
さく高性能な光学式エンコーダを提供することが可能に
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る光学式エンコーダの第一実施形態
を示す斜視図である。

【図２】従来の光学式エンコーダに形成される山型プリ
ズムの断面形状を示す模式図である。

【図３】本発明に係る光学式エンコーダに形成される山
型プリズムの断面形状を示す模式図である。

【図４】図２に示した山型プリズムの動作説明に供する
模式図である。

【図５】図３に示した山型プリズムの動作説明に供する
模式図である。

【図６】図１に示した光学式エンコーダの変形例を示す
斜視図である。

【図７】本発明に係る光学式エンコーダの第二実施形態
を示す斜視図である。

【図８】図７に示した光学式エンコーダの変形例を示す
斜視図である。

【図９】図８に示した光学式エンコーダをロータリエン
コーダに応用した例を示す模式図である。

【図１０】図９に示した光学式エンコーダの変形例を示
す模式図である。

【図１１】従来の光学式エンコーダの移動板に偏芯があ
った場合を示す平面図である。

【図１２】本発明に係る光学式エンコーダにおいて、移
動板に偏芯があった場合を示す平面図である。

【図１３】従来の光学式エンコーダを示す斜視図であ
る。

【図１４】図１３に示した従来の光学式エンコーダの動
作説明に供する模式図である。

【図１５】同じく、図１３に示した従来の光学式エンコ
ーダの動作説明に供する模式図である。

【図１６】従来の光学式エンコーダの他の例を示す斜視
図である。

【図１７】図１６に示した光学式エンコーダの具体的な
構成を示す断面図である。

【図１８】図１７に示した光学式エンコーダの平面図で
ある。

【図１９】従来の光学式エンコーダを示す平面図及び断
面図である。

【図２０】本発明に係る光学式エンコーダの作用説明図
である。

【符号の説明】

１Ａ・・・発光素子、１Ｂ・・・発光素子、２Ａ・・・
受光素子、２Ｂ・・・受光素子、３・・・移動板、４・
・・シリンドリカルレンズ、５Ｓ・・・入射反射面、５
Ｔ・・・出射反射面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小田島 慎 東京都板橋区志村２丁目18番10号 株式会 社コパル内 Ｆターム(参考） 2F103 BA43 CA03 DA01 DA12 DA13 EA05 EA11 EA18 EA19 EA22 EB08 EB16 EB27 EB32 EC01 EC13 GA15

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の移動方向に沿って変位する移動板
   と、該移動板の表側に対面して配置された発光素子と、
   同じく該移動板の表側に対面し且つ該移動方向と略直交
   する幅方向に離間して配置された受光素子とからなり、 前記移動板の表側には該移動方向に沿って一定のピッチ
   で配列した複数のレンズが形成されており、前記移動板
   の裏側には移動方向に連続した反射手段が形成されてお
   り、前記発光素子は該移動板の変位に伴って通過する該
   レンズを介して強度変調された光束を該反射手段に入射
   し、前記受光素子は同じく該移動板の変位に伴って通過
   する該レンズを介して該反射手段から出射した該光束を
   受光して該移動板の移動量を表わす検出信号を出力する
   光学式エンコーダにおいて、 前記移動板は幅方向に分かれ且つ移動方向に伸びた二本
   のトラックを有し、 前記反射手段は該二本のトラックに対応して二列形成さ
   れており、 前記受光素子は該二本のトラックに対応して二個幅方向
   に分かれて配されており、該二本のトラックから別々に
   出射した該光束を夫々受光して該移動板の移動量に加え
   移動方向も表わす検出信号の出力を可能にした事を特徴
   とする光学式エンコーダ。
2. 【請求項２】 前記複数のレンズは、二本のトラックに
   渡って共通に一定のピッチで該移動方向に沿って一列に
   配されているのに対し、前記二個の受光素子は、該移動
   方向に沿って互いに四分の一ピッチ分だけ離間して配さ
   れている事を特徴とする請求項１記載の光学式エンコー
   ダ。
3. 【請求項３】 前記複数のレンズは、二本のトラックに
   対応して二列形成されており該移動方向に沿って互いに
   四分の一ピッチ分だけ位相がずれているのに対し、前記
   二個の受光素子は、該幅方向に沿って同一直線上に配さ
   れている事を特徴とする請求項１記載の光学式エンコー
   ダ。
4. 【請求項４】 前記発光素子は二本のトラックに渡って
   共用されている事を特徴とする請求項１記載の光学式エ
   ンコーダ。
5. 【請求項５】 該移動板の二本のトラックの各々に形成
   された前記反射手段は該発光素子から入射した光束を該
   幅方向に反射する入射反射面と、該反射された光束を再
   度反射して該受光素子に指向させる出射反射面とを有す
   る山型プリズムからなる事を特徴とする請求項１記載の
   光学式エンコーダ。
6. 【請求項６】 前記山型プリズムの入射反射面及び出射
   反斜面は光束に対してレンズ作用を奏する湾曲面を有し
   ている事を特徴とする請求項５記載の光学式エンコー
   ダ。
7. 【請求項７】 該移動板の各トラックに形成された前記
   反射手段は該移動方向及び幅方向に平行な指向性反射面
   を有し、該発光素子から入射した光束を該受光素子に向
   けて反射する事を特徴とする請求項１記載の光学式エン
   コーダ。
8. 【請求項８】 前記移動板の表側に形成された該レンズ
   は幅方向に沿った円筒軸を有するシリンドリカルレンズ
   である事を特徴とする請求項１記載の光学式エンコー
   ダ。