JP3179128B2 - 磁気式光ファイバエンコーダの検出信号発生方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気式光ファイバ
エンコーダの検出信号発生方法および装置に関し、特
に、光ファイバ内のみに案内される光を用い、ファラデ
ー効果によってエンコーダ信号ある検出信号を得るため
の新規な改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、用いられていたこの種の光学式エ
ンコーダとしては種々あるが、その中で代表的な構成に
ついて述べると、図１０にて示す特開平１−１７３６２
５号公報にて示す本出願人が社内で製造している構成を
開示することができる。すなわち、図１０において符号
１で示されるものは基台であり、この基台１には軸受２
を介して回転軸３が回転自在に設けられ、この回転軸３
の端部には、多数の回転スリット（図示せず）を有する
回転円板４が一体状に取り付けられている。この回転円
板４の一面側には、これと対向して固定スリット（図示
せず）を有する固定スリット板５が配設され、この固定
スリット板５の下方には、これと対向して受光素子６が
設けられている。前記回転円板４の他面側には、これと
対向して電子回路部７を有する回路基板８が図示しない
固定手段により固定式に配設され、この回路基板８の下
面には、前記固定スリット板５および受光素子６に対応
する位置において発光素子９が設けられている。前記基
台１には、接続線１０をブッシュ１１を介して取り付け
たケース体１２に嵌着して設けられており、この接続線
１０には、電源供給線１３および信号取出線１４が内設
されている。従って、工作機又はロボット等における回
転部材又はモータの回転軸に、前記回転軸３を接続する
ことにより、前記回転円板４の回転に伴う前記受光素子
６から得られる出力信号に基づいて、回転部材の回転数
又は回転角度および角度速度を検出することができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の光学式エンコー
ダは、以上のように構成されていたため、次のような課
題が存在していた。すなわち、発光素子から発光した光
を回転円板および固定スリット板を介して受光素子に受
光する構成であり、光が空間を通過するために、光通路
の距離を設けると共に、外部ケースを必要とするため、
エンコーダとしての外形が大となり、超小形化のニーズ
に対応することは極めて困難であった。また、光が空間
を通過するために、空間中におけるチリ等の異物による
散乱によって、通過光が障害を受けることがあった。ま
た、発光素子からの光の回転円板に対する入射角を精密
に管理しなければならず、組立歩留まりを向上させるこ
とが極めて困難であった。

【０００４】本発明は、以上のような課題を解決するた
めになされたもので、特に、光ファイバ内のみに案内さ
れる光を用い、ファラデー効果によって検出信号を得る
ようにした磁気式光ファイバエンコーダの検出信号発生
方法および装置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】本発明による磁気式光フ
ァイバエンコーダの検出信号発生方法は、Ｎ極とＳ極か
らなる着磁部が着磁され移動する符号体に隣接して、フ
ァラデー素子を有する光ファイバを固定配設し、光ファ
イバからの光を前記ファラデー素子に入光させ、反射
後、再び前記光ファイバに取り込むことにより、前記符
号体の回転に応じて変化する磁界に応じて前記ファラデ
ー素子の偏光面の回転量が変化することにより前記回転
に対応した検出信号を得るようにした磁気式光ファイバ
エンコーダの検出信号発生方法において、前記偏光面の
回転角θのうち前記磁界の変動による部分を△θ(rad)
とした場合、△θ＜１の時は前記検出信号の直線領域を
用い、前記光ファイバの外周にコイル又は筒状磁石を設
けると共に、前記△θが△θ＞１の時は前記検出信号の
曲線領域を用い、前記光ファイバの外周にコイル又は筒
状磁石を設けると共に、前記磁界を変化させる方法であ
り、また、光ファイバの先端部に設けられた偏光板と、
前記偏光板に設けられたファラデー素子と、前記ファラ
デー素子に設けられた光反射部と、前記光反射部に隣接
して回転自在に設けられた符号体と、前記符号体に形成
されたＮ極およびＳ極の着磁部とを備え、前記符号体の
回転に応じて変化する磁界に応じて前記ファラデー素子
の偏光面の回転量が変化することにより前記回転に対応
した検出信号を得るようにした磁気式光ファイバエンコ
ーダの検出信号発生装置において、前記偏光面の回転角
θのうち前記磁界の変動による部分を△θ(rad)とした
場合、△θ＜１の時は前記検出信号の直線領域を用い、
前記光ファイバの外周にコイル又は筒状磁石を設けると
共に、前記△θが△θ＞１の時は前記検出信号の曲線領
域を用い、前記光ファイバの外周にコイル又は筒状磁石
を設けると共に、前記磁界を変化させるようした構成で
ある。

【０００６】

【作用】本発明による磁気式光ファイバエンコーダの検
出信号発生方法および装置において、光ファイバを通っ
てきた光は、偏光板で偏光され、この偏光された光はフ
ァラデー素子を通る間に偏光面が回転させられて再び偏
光板に入射する。この時のファラデー素子の偏光面と偏
光板の相対角度によって光の出力が決まることになる。
この場合、ファラデー素子での偏光面の回転量は、これ
にかかる磁界による磁場によるため、符号体の移動に伴
って光の出力が変化することにより、検出信号を得るこ
とができる。また、この光ファイバを複数個設けること
により、２相出力、アブソリュート出力等を任意に得る
ことができる。

【０００７】

【実施例】以下、図面と共に本発明による磁気式光ファ
イバエンコーダの検出信号発生方法および装置の好適な
実施例について詳細に説明する。なお、従来例と同一又
は同等部分には、同一符号を付して説明する。図１は本
発明による磁気式光ファイバエンコーダの検出信号発生
装置を示す概略構成図である。

【０００８】図１において符号１で示されるものは、光
ファイバであり、この光ファイバ１の先端部１ａには、
偏光板２、ファラデー素子３および反射鏡等からなる光
反射部４が軸方向に重合して接合配設されている。

【０００９】前記光ファイバ１の先端部１ａの光反射部
４に対向し、これと隣接する位置には、Ｎ極とＳ極を交
互に着磁した着磁部５ａを有する構成よりなる回転符号
体よりなる符号体５が回転軸６を介して回転自在に設け
られている。

【００１０】前記回転軸６は、固定部材７の軸受８に回
転自在に設けられており、この符号体５の回転により、
前記ファラデー素子３には強度の異なる磁界が作用する
ように構成されている。

【００１１】前記ファラデー素子３は、ファラデー効果
を有しており、直線偏光が物体中を透過するとき、その
偏光面が回転するが、これを旋光性と言い、その回転が
光の直進方向からみて右回りのものを右旋性、左回りの
ものを左旋性と言う。この光の進行方向に平行な磁界に
よって旋光性を生ずることがあり、これをファラデー効
果と言う。この旋光性の回転角は、外部の磁界の強さお
よび物質の厚さに比例する。

【００１２】前述の構成において、光ファイバ１を通っ
てきた光は、偏光板２で偏光され、この偏光された光は
ファラデー素子を通る間に偏光面が回転させられて光反
射部４で反射された後、再び偏光板２に入射する。

【００１３】この時のファラデー素子３の偏光面と偏光
板２の相対角度によって光の出力が決まる。従って、符
号体５が回転し、各着磁部５ａに応じて変化する磁界に
応じてファラデー素子３の偏光面の回転量が変化するこ
とにより、光の出力はこの符号体５の回転に応じて変化
し、検出信号を取り出すことができる。

【００１４】次に、前述の磁気式光ファイバエンコーダ
において、光を平面波Ｅとして次の数１の(1)式のよう
に表すことができる（図２に示す）。

【００１５】

【数１】

【００１６】前記光が偏光板２でｊ方向に偏光される
と、次の数２(2)式のように表すことができる。

【００１７】

【数２】

【００１８】そこで、ファラデー素子３でθだけ光を回
転させると、平面波Ｅは、次の数３の(3)，(4)式で表す
ことができる。

【００１９】

【数３】

【００２０】再び、光を偏光板２を通すと、次の数４の
(5)式で表すことができ、

【００２１】

【数４】

【００２２】これを信号に直すと、次の数５の(6)式と
なり、検出信号の出力の変化は、図３に示す特性とな
る。

【００２３】

【数５】

【００２４】ここで、ファラデー素子３の部分におい
て、偏光面の回転角θのうち磁界による磁場の変動によ
る部分をΔθ（ｒａｄ）とすると、Δθ＜１の時、すな
わち磁界による磁場の変化が小さい時は、図３の検出信
号のＡの部分（直線領域）で用い、この場合は、図４，
図５に示すように、光ファイバ１の外周にコイル１Ａを
巻回し、磁力線１Ｂを発生するように構成する必要があ
る。従って、このＡの部分では、僅かな磁界による磁場
の変化でも大きい出力の変化を得ることができる。ま
た、コイル１Ａの磁界による磁場によって偏光面の回転
量が４５°付近で変化するようにできる。

【００２５】また、Δθ＞１の時、すなわち、磁界によ
る磁場の変化が大きい時は、図３の検出信号Ｂ又はＣの
部分（曲線領域）で磁界による磁場を変化させた方がよ
く、Ｂの部分ではＡの部分で変化させた時の２倍の分解
能を得ることができる。また、図４，図５の他の実施例
としては、図８，図９に示すように、前述のコイル１Ａ
の代わりに、筒形磁石１Ｃを光ファイバ１の外周に設け
ることも可能である。

【００２６】なお、前述の構成は、１例を示したもので
あり、構成を種々変更し、超小形の光ファイバエンコー
ダを得ることができることは述べるまでもないことであ
る。また、符号体は回転に限らず、直線移動とすること
もできる。

【００２７】

【発明の効果】本発明による磁気式光ファイバエンコー
ダの検出信号発生方法および装置は、以上のように構成
されているため、次のような効果を得ることができる。
すなわち、光が光ファイバから外に出ることがないた
め、従来の光学式エンコーダのように異物等による光の
散乱を受けることがなく、常に高精度の検出を行うこと
ができる。また、従来のように、光軸と回転ディスクの
角度変化を考える必要がなく、組立精度および歩留まり
を大幅に向上させることができる。さらに、全体構成が
極めて簡単であるため、大幅な小形化をすることがで
き、かつ、複数の光ファイバを用いることにより、２相
出力およびアブソリュート出力を得ることができる。ま
た、磁界による磁場の変動程度に応じて、検出信号の直
線又は曲線領域を用いているため、より高精度の検出を
行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による磁気式光ファイバエンコーダの検
出信号発生方法および装置を示す概略構成図である。

【図２】光の進行方向に垂直で互いに直交した成分を示
す特性図である。

【図３】検出信号の出力の変化を示す特性図である。

【図４】他の実施例を示す構成図である。

【図５】他の実施例を示す構成図である。

【図６】図１の要部を示す構成図である。

【図７】図６の他の実施例を示す構成図である。

【図８】図４の他の実施例を示す構成図である。

【図９】図５の他の実施例を示す構成図である。

【図１０】従来構成を示す断面図である。

【符号の説明】

１ 光ファイバ １ａ 先端部 ２ 偏光板 ３ ファラデー素子 ４ 光反射部 ５ 符号体 ５ａ 着磁部

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｎ極とＳ極からなる着磁部(5a)が着磁さ
   れ移動する符号体(5)に隣接して、ファラデー素子(3)を
   有する光ファイバ(1)を固定配設し、光ファイバ(1)から
   の光を前記ファラデー素子(3)に入光させ、反射後、再
   び前記光ファイバ(1)に取り込むことにより、前記符号
   体(5)の回転に応じて変化する磁界に応じて前記ファラ
   デー素子(3)の偏光面の回転量が変化することにより前
   記回転に対応した検出信号を得るようにした磁気式光フ
   ァイバエンコーダの検出信号発生方法において、前記偏
   光面の回転角θのうち前記磁界の変動による部分を△θ
   (rad)とした場合、△θ＜１の時は前記検出信号の直線
   領域を用い、前記光ファイバ(1)の外周にコイル(1A)又
   は筒状磁石(1C)を設けると共に、前記△θが△θ＞１の
   時は前記検出信号の曲線領域を用い、前記光ファイバ
   (1)の外周にコイル(1A)又は筒状磁石(1C)を設けると共
   に、前記磁界を変化させることを特徴とする磁気式光フ
   ァイバエンコーダの検出信号発生方法。
2. 【請求項２】 光ファイバ(1)の先端部(1A)に設けられ
   た偏光板(2)と、前記偏光板(2)に設けられたファラデー
   素子(3)と、前記ファラデー素子(3)に設けられた光反射
   部(4)と、前記光反射部(4)に隣接して回転自在に設けら
   れた符号体(5)と、前記符号体(5)に形成されたＮ極およ
   びＳ極の着磁部(5a)とを備え、前記符号体(5)の回転に
   応じて変化する磁界に応じて前記ファラデー素子(3)の
   偏光面の回転量が変化することにより前記回転に対応し
   た検出信号を得るようにした磁気式光ファイバエンコー
   ダの検出信号発生装置において、前記偏光面の回転角θ
   のうち前記磁界の変動による部分を△θ(rad)とした場
   合、△θ＜１の時は前記検出信号の直線領域を用い、前
   記光ファイバ(1)の外周にコイル(1A)又は筒状磁石(1C)
   を設けると共に、前記△θが△θ＞１の時は前記検出信
   号の曲線領域を用い、前記光ファイバ(1)の外周にコイ
   ル(1A)又は筒状磁石(1C)を設けると共に、前記磁界を変
   化させるように構成したことを特徴とする磁気式光ファ
   イバエンコーダの検出信号発生装置。