JP2000329587A - ロータリーエンコーダー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】原点信号の検出の有無に対応可能でローコスト
なロータリーエンコーダーを実現すること。 【解決手段】本体ユニットをメイン信号のみの検出を行
う構成とし、メイン信号系とは別に光源、センサーを持
った組み込み式の原点信号検出ユニットを構成したこと
を特徴とするロータリーエンコーダー。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は回転物体の回転状態
を光電的に測定するロータリーエンコーダーに関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】サブミクロンの単位で変位を測定するこ
とのできる測定器としては、従来より、リニアエンコー
ダーやロータリーエンコーダーが良く知られている。リ
ニアエンコーダーやロータリーエンコーダーにおいては
レーザー等の可干渉性光束を用い移動物体に設けた回転
回折格子からの回折光より干渉縞を形成し、該干渉縞の
明暗変化をモニターする。

【０００３】ロータリーエンコーダのうちインクリメン
タル方式のエンコーダではスケールの回転に伴ない発生
するパルス数を計数して被検出物体の回転量を検出す
る。被検出物体の絶対回転位置は原点回転位置からのず
れ量及び方向を求めることにより行う。

【０００４】また、一般にインクリメンタルタイプのロ
ータリーエンコーダは１回転中に１回だけ原点位置を示
す原点信号を発生させるパターンが設けられている。原
点信号は光や磁気等を利用したパターン検出系を用いて
該パターンの有無（又は遠近）を検知して発生される。

【０００５】図５は特開昭2−200223で開示されている
従来式エンコーダーの一実施形態で、回転ディスクの直
径が20mm、１回転当りのパルス数（正弦波周波数）8100
0程度のロータリーエンコーダである。図中のロータリ
ーエンコーダにおける１パルス当りの回転ディスク周上
の長さは0.78μmである。発光素子1から出射されたレー
ザー光はコリメーターレンズ2でコリメートされ、ビー
ムスプリッター3で2分割される。下向きに方向を変えた
光束はシリンドリカルレンズ8によって平行光束になり
原点信号検出パターンに照射される。他方、ビームスプ
リッター３を直進した光束はプリズム4に入射して一回
反射した後、Ｐ波とＳ波の2つの光束に分けられ、プリ
ズム４の光束折り返し面4Aと4Bでそれぞれディスク5に
向けて照射される。ディスク5が回転運動すると、P波と
S波の2つの光束は互いに逆の方向に位相変調され、該2
光束をセンサで再び合成すると、メイン信号となる干渉
信号が得られる。

【０００６】高精度な原点位置検出を可能とする為、回
転ディスク上には矩形状の反射スリットが設けられ、そ
こに矩形状又は長楕円状断面を有する光束が照射され
る。矩型状反射スリットからの反射光束は検出タイミン
グが異なるように位置をずらした２つの受光素子により
原点信号が検知される。さらに同公報では両受光素子か
らの出力信号を比較することによって原理的に矩形状反
射スリットの幅よりも高分解能に原点位置を求めること
のできるロータリーエンコーダを提案している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら前述の従
来式エンコーダーではメイン信号は非常に高精度である
が、原点信号の再現性という面で十分ではなかった。例
えば仮に回転精度が1μmのベアリングを2ヶ使用してい
る場合、ベアリング間の距離を15mmとすると軸ぶれは0.
2分程度となり、エンコーダーメイン信号検出位置で
は、約 1μmの位置ずれとなる。上記従来例におけるメ
インスリット上での１パルス発生長さは0.78umであるた
め、1μmも軸ぶれの影響があると正確な原点信号の機能
が果たされない。

【０００８】ユーザーの使用方法でも、上述の理由から
原点信号は大まかな位置の目安で使うことが多いのが実
情である。また、回転制御等にエンコーダーを利用する
場合には、原点信号は利用せずにメイン信号のみのカウ
ントで行うことが出来るので、原点信号は不要である。
従ってユーザー側には原点信号無しのエンコーダーを安
価で購入したいという要求も当然存在する。

【０００９】上記のような原点信号に対する異なる二つ
の要求を満たすために光学構成、メカ構成を２種類用意
し類似した部品を２種類作ることはコスト面から考えて
も現実的ではない。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明のロータ
リーエンコーダは、対象物体の回転状態を検出するロー
タリーエンコーダーにおいて、メイン信号であるインク
リメンタル信号を検出する本体ユニットと原点信号検出
ユニットを分離構成としたことを特徴としている。

【００１１】請求項２の発明は請求項１の発明におい
て、該原点信号検出ユニットが原点信号検出用の光源、
センサ、及び本体ユニットへの取り付け部で構成されて
いることを特徴としている。

【００１２】請求項３の発明は請求項２の発明におい
て、該原点信号検出ユニットが原点信号検出用のディス
クを備えていることを特徴としている。

【００１３】請求項４の発明は請求項３の発明におい
て、該原点信号検出用ディスクがメインディスクと同期
して回転することを特徴としている。

【００１４】請求項５の発明は請求項２の発明におい
て、該原点信号検出ユニットが該インクリメンタル信号
を検出する本体ユニットのディスクから原点信号を検出
することを特徴としている。

【００１５】

【発明の実施の形態】図1は本発明の実施形態1の外観斜
視図を示すもので、図2は内部の説明図である。本実施
形態は本体ユニットを原点信号検出系を設けることなく
メイン信号のみの検出を行う構成とし、メイン信号系と
は別に光源、センサーを持ったことを特徴としている。

【００１６】図1の構成ではエンコーダー本体35が原点
検出機能を持っておらず、インクリメント信号を発生す
るメイン信号検出機能だけを持っていることが特徴であ
る。図2に詳細を示したのは原点信号検出ユニット28
で、主要部品は１のレーザーユニット（コリメーターレ
ンズを含む）とハブ部品26、ディスク50、ネジ29で構成
されたディスクユニット、及び光学ベース51である。原
点信号検出ユニット28はエンコーダー本体35にネジ27に
よりネジ止め固定される。またディスク50はネジ29によ
りエンコーダー本体35の軸19に固定されている。ネジ止
めは不図示の位置決め部品によりディスク50と原点信号
検出ユニット27の相対位置を決定した後に行う。固定し
たため、原点信号検出ユニットのディスク50と本体ユニ
ットのメインディスク5は同期して回転し、安定した原
点信号検出を行うことができる。

【００１７】原点信号の検出では先ずレーザーユニット
1から照射された光束が原点信号パターン5Zに照射され
る。エンコーダー本体35の軸19の回転により軸19にネジ
29で固定されたディスク50も同時に回転し、回転時に原
点信号検出パターン5Zが、レーザーユニット1から出射
された光束を横切った時に１パルスの原点信号を出力す
る。

【００１８】実施形態1ではエンコーダー本体に原点信
号検出のための部品、たとえば光源、光束折り返しプリ
ズム、シリンドリカルレンズ、センサーが含まれない形
になっている。このため、本体は部品点数が少なくなる
だけでなく、原点信号出力のための出力調整などの機構
を含まなくてよいため、小型且つ安価に構成できるとい
う特徴がある。実施形態1の構成はエンコーダー、モー
ターを組み合わせ、機器に組み込み回転制御を行う用途
に非常に有利である。

【００１９】また実施形態1においては原点信号出力タ
イプと原点信号なしタイプのエンコーダー本体の構成を
まったく同一に出来るため、量産効果を上げることがで
きる。光の回折干渉を利用した高精度エンコーダーで
は、本体ユニットのメカ部品に1μm単位の高精度加工が
要求されることが多いが、原点信号検出ユニットは光の
幾何光学の範囲内の原理を利用しているので、設計は本
体ユニットと比較しラフな加工精度でよい。従ってメカ
部品は金型成形、光学部品はモールド成形と、型成形が
可能で、大量生産による大幅なローコスト化が可能であ
る。よってオプション等で原点信号検出ユニットを用意
した場合も、本体に比較し非常に安価な製造が可能であ
る。

【００２０】図3は本発明の実施形態2の外観斜視図、図
4は内部説明図である。本実施形態でも実施形態1と同様
にエンコーダー本体に原点信号検出機能がなく、折り返
しプリズム、シリンドリカルレンズ、センサーが設けら
れていない。ただし、エンコーダー本体ユニットのディ
スク5に原点信号検出パターン5Zが設けてあり、原点信
号検出ユニット自体にはディスクが構成されていないこ
とを特徴である。原点信号検出ユニットの光源ユニット
1からの光束は前述の原点信号検出パターン5Zに照射さ
れ、5Zからの反射光がセンサー18で受光されて原点信号
として出力される。原点信号検出ユニット28は本体ユニ
ット35に不図示の位置決め部材で位置決めした後、ネジ
27によりネジ止めされている。

【００２１】本実施形態では原点信号検出ユニットに原
点信号検出用のディスクが設けられていなくても実施形
態1と同様の効果が得られて、構成部品も少ないという
効果がある。原点信号検出ユニットの本体への位置決め
は軸に垂直な平面方向への位置決めだけでよいため、簡
単に取り付けが可能である。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のロータリ
ーエンコーダーではメイン信号の検出を行うエンコーダ
ー本体、オプション的に取り付けることの可能な原点信
号検出ユニットと目的に応じたユニットの機能分離をし
たことが特徴となっている。原点検出ユニットはオプシ
ョンとできるので不必要なときには取り除くことが可能
で、安価な構成が実現できる。また原点検出ユニット自
体も光の幾何光学の範囲内の原理を利用しているので、
本体ユニットと比較しラフな加工精度でよく、メカ部品
は金型成形、光学部品はモールド成形と、型成形が可能
で、大量生産による大幅なローコスト化を可能としてい
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施形態１の外観斜視図、

【図２】 本発明の実施形態1の断面図、

【図３】 本発明の実施形態２の外観斜視図、

【図４】 本発明の実施形態2の断面図、

【図５】 従来式エンコーダーの説明図、

【図６】 従来式エンコーダーの説明図

【符号の説明】

1 光源、 2 コリメーターレンズ、 3 ビームスプリッター、 4 プリズム、 5 ディスク、 5A メインスケール（メインパターン）、 5Z 原点スケール（原点信号検出パターン）、 6A、6B 1/4波長板、 7A、7B キャッツアイ反射素子、 9、10、11、12、13 ハーフミラー、 14、15、16、17、18 センサー、 19 回転軸、 20 エンコーダー光学ベース、 21A、21B ベアリング、 23 シリンドリカルレンズ、 26 ハブ部材、 27 原点信号検出ユニット固定ネジ、 28 原点信号検出ユニット、 29 原点信号検出ユニットのディスクユニット固定ネ
ジ、 35 エンコーダー本体、 50 原点信号検出ユニットの光学ディスク、 51 原点信号検出ユニットの光学ベース。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 門脇 秀次郎 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 金田 泰 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 門島 孝幸 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 法隆 榮 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 Ｆターム(参考） 2F077 AA27 AA38 AA43 CC10 NN27 PP19 QQ15 QQ17 RR03 TT31 TT61 TT71 VV01 VV33 2F103 BA32 BA37 BA42 CA03 DA11 DA13 EA12 EA20 EA23 EB21 EB31 EB35 ED21 FA15 GA15

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】対象物体の回転状態を検出するロータリー
   エンコーダーにおいて、メイン信号であるインクリメン
   タル信号を検出する本体ユニットと原点信号検出ユニッ
   トを分離構成としたことを特徴とするロータリーエンコ
   ーダー。
2. 【請求項２】該原点信号検出ユニットが原点信号検出用
   の光源、センサ、及び本体ユニットへの取り付け部で構
   成されていることを特徴とする請求項１記載のロータリ
   ーエンコーダー。
3. 【請求項３】該原点信号検出ユニットが原点信号検出用
   のディスクを備えていることを特徴とする請求項2記載
   のロータリーエンコーダー。
4. 【請求項４】該原点信号検出用ディスクがメインディス
   クと同期して回転することを特徴とする請求項3記載の
   ロータリーエンコーダー。
5. 【請求項５】該原点信号検出ユニットが該インクリメン
   タル信号を検出する本体ユニットのディスクから原点信
   号を検出することを特徴とする請求項2記載のロータリ
   ーエンコーダー。