JP2008298593A - 光学式エンコーダ - Google Patents

Abstract

【課題】汎用性が高く、共通化を図ることができ、低価格を実現する。
【解決手段】光学変調トラックを持つパルスコードホイール９と、発光素子３と受光素子４を同一平面上あるいは対向して配置された光学式エンコーダモジュールとを有し、光学式エンコーダモジュールを、パルスコードホイールに平行に対向させ、発光素子からの光の反射光あるいは透過光の変調を受光素子により検出して、被検出部材の移動に関する情報を得る光学式エンコーダにおいて、発光素子とパルスコードホイールの間と、前記パルスコードホイールと受光素子の間の少なくとも一方に、投射光分布を補正する補正光学系５ａ，５ｂを設ける。
【選択図】図６

Description

本発明は、被検出部材の移動に関する情報を得る光光学式エンコーダに関するものである。

従来より、透過式ロータリエンコーダは特許文献１等により種々提案されている。ここで、図７（ａ），（ｂ）に、従来の透過式ロータリエンコーダを示す。透過式ロータリエンコーダは、発光素子３と受光素子４を対向してなる透過式エンコーダモジュール１２と、光学変調トラック８を備えたパルスコードホイール９とを有する。パルスコードホイール９は取付部材１０に取り付けられ、該取付部材１０を介してモータＭの回転軸１にねじ１１で固定されている。パルスコードホイール９の光学変調トラック８は発光素子３と受光素子４の間隙に配置され、発光素子３からの投射光を変調し、受光素子４と処理回路６により回転軸１の回転に伴う出力信号を得るように構成されている。

図８に、従来の反射式リニアエンコーダを示す。反射式リニアエンコーダは、発光素子３と受光素子４と処理回路６を同一平面上に配置してなる反射式エンコーダモジュール２と、反射領域部１３ａと非反射領域部１３ｂの光学変調トラック１４を備えたパルスコードスケール１５を対向させて構成されている。そして、反射式エンコーダモジュール２、あるいは、パルスコードスケール１５の移動に伴う反射光の変調により受光素子４と処理回路６で出力信号を得るように構成されている。
特開平５−２５６６６８号公報

従来の透過式エンコーダあるいは反射式エンコーダいずれの光学式エンコーダにおいても、エンコーダモジュールに具備される受光素子の分解能ピッチとパルスコードホイールあるいはパルスコードスケールの変調トラックの分解能ピッチを合致させる必要がある。

変調トラックの形状については、ロータリ用のパルスコードホイールとリニア用のパルスコードスケールでは異なっている。扇型形状になるロータリ用のパルスコードホイールは、分解能ピッチとパルスコードホイールの変調トラックの光学的半径によって形状が異なる。よって、それぞれに対して最適な組み合わせをするためには、受光素子の分解能ピッチとパルスコードホイールの分解能ピッチおよび光学的半径を合致させる必要がある。

したがって、分解能ピッチと光学的半径によって数多くのエンコーダモジュールとパルスコードホイールがなくてはならず、汎用性に乏しいものであった。

エンコーダモジュールは半導体プロセスによってそれぞれ専用の焼付けマスクを用いて、受光素子の分解能ピッチとパルスコードホイールの光学的半径に応じて製造されることになる。そのために、数多くの種類のモジュールで対応しなければならず、パルスコードホイールについても同様であった。

上記課題は、透過式エンコーダあるいは反射型エンコーダであってもロータリ型エンコーダには共通の課題であり、避けることができないものである。

また、リニア型エンコーダにおいても、受光素子とパルスコードスケールの両者の分解能ピッチが一致していなくてはならないことは言うまでもない。

（発明の目的）
本発明の目的は、汎用性が高く、共通化を図ることができ、低価格を実現することのできる光学式エンコーダを提供しようとするものである。

上記目的を達成するために、反射領域部と非反射領域部あるいは透過領域部と非透過領域部を交互に配置されてなる光学変調トラックを持つパルスコードホイールと、発光素子と受光素子を同一平面上あるいは対向して配置された光学式エンコーダモジュールとを有し、前記光学式エンコーダモジュールを、前記パルスコードホイールに平行に対向させ、前記発光素子からの光の反射光あるいは透過光の変調を前記受光素子により検出して、被検出部材の移動に関する情報を得る光学式エンコーダにおいて、前記発光素子と前記パルスコードホイールの間と、前記パルスコードホイールと前記受光素子の間の少なくとも一方に、投射光分布を補正する補正光学系を設けた光学式エンコーダとするものである。

本発明によれば、汎用性が高く、共通化を図ることができ、低価格を実現することができる光学式エンコーダを提供できるものである。

本発明を実施するための最良の形態は、以下の実施例に示す通りである。

図１ないし図６は、本発明の一実施例に係わる光学式エンコードをそれぞれ示す図である。

図１は、本発明の一実施例に係わる光学式エンコーダの一例である反射式ロータリエンコーダを示す斜視図である。反射式ロータリ用エンコーダモジュール２は、発光素子３、該発光素子３側の補正光学系５ａ、受光素子４、該受光素子４側の補正光学系５ｂそれぞれが同一平面状に配置され、かつ処理回路６が備えられた構成となっている。そして、取付部材１０を介して回転軸１にねじ１１で固定された、反射領域部７ａと非反射領域部７ｂからなる変調領域（光学変調トラック）８を備えたパルスコードホイール９に相対（平行に対向）するように構成されている。

図２は本発明の一実施例に係わる透過式エンコーダを示す図であり、詳しくは、図２（ａ）は透過式エンコーダの側面図、図２（ａ）は透過式エンコーダに具備される透過式エンコーダモジュールの斜視図である。

透過式ロータリ用エンコーダモジュール１２は、発光素子３、該発光素子３側の補正光学系５ａ、受光素子４、該受光素子４側の補正光学系５ｂ及び処理回路６を備えている。パルスコードホイール９は取付部材１０を介して不図示の回転軸に固定されている。

透過式ロータリ用エンコーダモジュール１２に具備される発光素子３と該発光素子３側の補正光学系５ａは、受光素子４と該受光素子側の補正光学系５ｂに相対するように構成されている。そして、発光素子３と受光素子４の隙間に、透過領域部と非透過領域部が交互に配置された変調領域を備えたパルスコードホイール９が配置されている。

図３は、光学式エンコーダのエンコーダモジュールに具備される受光素子４のパターン（以下、受光素子パターン）を示したものである。

図３（ａ）は、リニア用エンコーダモジュールの受光素子パターンである。図３（ｂ）と図３（ｃ）は、ロータリ用エンコーダモジュールの受光素子パターンであり、図３（ｂ）はパルスコードホイールの光学的半径が大きいものに、図３（ｃ）は光学的半径の小さなものに、それぞれ対応する受光素子パターンである。

図４は、エンコーダモジュールの受光素子パターンとパルスコードホイール９の変調領域８によって作られる、上記受光素子４上の投射光分布を示したものである。

図４（ａ）は、リニア用エンコーダモジュールの受光素子パターンに、ロータリ用パルスコードホイール９を組み合わせた場合の受光素子４上の投射光分布である。図４（ｂ）は、ロータリ用エンコーダモジュールの受光素子パターンに、図８で示したようなリニア用パルスコードスケール１５を組み合わせた場合の、受光素子４上の投射光分布である。

両者とも、エンコーダモジュールの受光素子パターンとパルスコードホイールあるいはパルスコードスケールの形状が一致しない。このことから、受光素子パターン上に最適な投射光分布を作らず、受光素子４から得られる出力信号は本来必要とされる正弦波形からずれ、歪みの成分を含んだものとなってしまう。このように受光素子４から出力された歪みの含まれた正弦波信号を処理すると、エンコーダモジュールから得られる矩形出力信号のデューティや位相差が、正規の値からずれて信号の精度劣化を招くことになる。

図５は、図８に示すようなリニア用エンコーダモジュール２と、同じく図８に示すリニア用パルスコードスケール１５もしくは光学的半径の異なるパルスコードホイール９の組み合わせとしている。そして、このような組み合わせ時における受光素子パターンへの投射光分布にずれを生じる様子を示したものである。

詳しくは、図５（ａ１），（ａ２）は、図８に示すようなリニア用エンコーダモジュール２とパルスコードスケール１５の理想的な組み合わせである。図５（ｂ１），（ｂ２）は、パルスコードスケール１５とパルスコードホイール９の光学的半径が大きい場合の組み合わせであり、図５（ｃ１），（ｃ２）は、パルスコードスケール１５とパルスコードホイール９の光学的半径が小さい場合の組み合わせである。

図５（ｂ２）と（ｃ２）から明らかなように、パルスコードホイール９の光学的半径が小さくなるにしたがって受光素子パターン上の投射光分布のずれが大きくなる。このようにずれが大きくなればなるほど、エンコーダモジュール２から得られる出力信号の精度は劣るようになる。

そこで、図６（図１及び図２も参照）に示すように、発光素子３からの投射光分布がリニア用エンコーダモジュール２の受光素子パターン上でずれている場合に、発光素子３とパルスコードホイール９の間に補正光学系５ａを設ける。さらに、パルスコードホイール９と受光素子４の間に補正光学系５ｂを設ける。

このように本実施例では、補正光学系５ａ，５ｂを設け、これら補正光学系５ａ，５ｂにより受光素子パターン上の投射光分布を補正して、本来の投射光分布を得ることを可能としている。よって、エンコーダモジュールからの出力信号、モータＭの回転情報等、非検出部材の移動に関する情報の精度向上を図るようにしている。

補正光学系５ａ，５ｂは、エンコーダモジュールの受光素子パターン上の発光素子３からの投射光形状とエネルギー分布が歪みのない出力信号となるような分布になっている必要がある。そこで、補正光学系５ａ，５ｂとして、パルスコードホイール９の径方向に補正する拡散系と集束系の組み合わせと、分解能ピッチ方向のずれを補正する拡散系と集束系の組み合わせとする。そして、最適な効果が得られるように、発光素子３側と受光素子３側の両方に配置している。これにより、受光素子パターン上の投射光分布を補正することができる。なお、発光素子３側と受光素子４側の両側に配置して補正すれば、出力信号の精度向上により効果的である。発光素子３側と受光素子４側の一方に補正光学系を配置しても、それなりの効果を得ることができるのは言うまでもない。

以上の実施例によれば、エンコーダモジュールの発光素子３側と受光素子４側に投射光分布を補正する補正光学系５ａ，５ｂを備えるようにしている。これにより、エンコーダモジュールとしては分解能ピッチが略一致したリニア用エンコーダモジュールであればよく、パルスコードホイール径の大小からくる光学的半径の差に拘わらず使用することができる。よって、汎用性が高く、共通化が図れ、低価格が可能な光学式エンコーダを構成することができる。

また、反対にロータリ用エンコーダモジュールに、リニア用パルスコードスケールを組み合わせる場合であっても、補正光学系５ａ，５ｂでエンコーダモジュールの受光素子４に投射される光分布を最適化すれば使用が可能なことは明らかである。
さらに、ロータリ用エンコーダモジュールに合致したパルスコードホイールの組み合わせ、あるいはリニア用エンコーダモジュールに合致したパルスコードスケールを用いた場合でも同様である。つまり、補正光学系５ａ，５ｂを具備することにより、エンコーダモジュールの受光素子４に最適な投射光分布になるように調整することができる。よって、処理回路６に与えられる信号の精度向上に寄与し、最終的に出力される信号品位が優れたエンコーダとすることができる。

さらに、補正光学系５ａ，５ｂに調整部材を具備させることにより、さらに精度の高い出力を得ることができ、エンコーダモジュールの出力信号のさらなる精度向上がなされ、より高機能な対応を提供することが可能となる。

（本発明と実施例に対応）
パルスコードホイール９が本発明のパルスコードホイールに、反射型エンコーダモジュール２または透過式エンコーダモジュール１２が光学式エンコーダモジュールに、夫々相当する。また、発光素子３が本発明の発光素子に、発光素子３からの光の反射光あるいは透過光を受光する受光素子４が受光素子に、補正光学系５ａ，５ｂが補正光学系に、それぞれ相当する。

本発明の一実施例に係わる反射式ロータリエンコーダを示す斜視図である。 本発明の一実施例に係わる透過式エンコーダを示す構成図である。 本発明の一実施例に係わるリニア用エンコーダモジュールや径が異なるロータリ用エンコーダモジュールの受光素子分割パターンを示す図である。 本発明の一実施例に係わるリニア用エンコーダモジュールやロータリ用エンコーダモジュールの受光素子にリニア用パルスコードスケールを使用した時の投射光分布を示す図である。 本発明の一実施例に係わるリニア用エンコーダモジュールの受光素子に対し、リニア用パルスコードスケールを使用した時の、及び、リニア用エンコーダモジュールの受光素子に径の異なるロータリ用パルスコードホイールを使用した時の、それぞれ投射光分布を示す図である。 本発明の一実施例に係わる補正光学系を発光素子と受光素子側それぞれに設けた場合を説明するための図である。 従来の透過式ロータリエンコーダを示す構成図である。 従来の反射式リニアエンコーダを示す斜視図である。

符号の説明

１ 回転軸
２ 反射式エンコーダモジュール
３ 発光素子
４ 受光素子
５ａ 発光素子側に設けられる補正光学系
５ｂ 受光素子側に設けられる補正光学系
６ 処理回路
７ａ 反射領域部
７ｂ 非反射領域部
８ 変調領域（光学変調トラック）
９ パルスコードホイール
１２ 透過式エンコーダモジュール
１５ リニア用パルススケール

Claims (2)

1. 反射領域部と非反射領域部あるいは透過領域部と非透過領域部を交互に配置されてなる光学変調トラックを持つパルスコードホイールと、
   発光素子と受光素子を同一平面上あるいは対向して配置された光学式エンコーダモジュールとを有し、
   前記光学式エンコーダモジュールを、前記パルスコードホイールに平行に対向させ、前記発光素子からの光の反射光あるいは透過光の変調を前記受光素子により検出して、被検出部材の移動に関する情報を得る光学式エンコーダにおいて、
   前記発光素子と前記パルスコードホイールの間と、前記パルスコードホイールと前記受光素子の間の少なくとも一方に、投射光分布を補正する補正光学系を設けたことを特徴とする光学式エンコーダ。
2. 前記補正光学系を調整する調整部材を有することを特徴とする請求項１に記載の光学式エンコーダ。

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