JP5068050B2 - Optical absolute rotary encoder - Google Patents
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Description
本発明は、回転位置を絶対位置として検出する光学式のアブソリュート形ロータリエンコーダに関する。 The present invention relates to an optical absolute rotary encoder that detects a rotational position as an absolute position.
従来の光学式によるアブソリュート形のロータリエンコーダの例として、発光素子からの透過光に基づいて回転位置の絶対値を検出する光学式アブソリュート形ロータリエンコーダが用いられている(例えば、特許文献1参照)。このロータリエンコーダには、図10に示すように、発光素子102と、発光素子102を駆動する駆動回路101と、発光素子102からの出射光を平行光にするコリメータレンズ103と、回転位置情報が純2進コード又はグレイコード等の符号コードパターンのスリットとして複数のトラックの記録面に分けて記録された回転ディスク104とが備えられている。
As an example of a conventional optical absolute rotary encoder, an optical absolute rotary encoder that detects an absolute value of a rotational position based on transmitted light from a light emitting element is used (see, for example, Patent Document 1). . As shown in FIG. 10, the rotary encoder includes a light emitting element 102, a
図11に示すように、回転ディスク104は、5つのトラック104a〜104eから構成される光学的記録面を有する。最外側トラック104aには、回転位置情報のLSB(最下位ビット)信号を表すスリットが記録され、内側のトラックほど上位のビット信号を表すスリットが記録され、最内側トラック104eにはMSB(最上位ビット)信号を表すスリットが記録されている。
As shown in FIG. 11, the rotating
さらに、このロータリエンコーダには、回転ディスク104の回転中心に結合し、図示しない外部からの回転力を回転ディスク104に伝達する回転シャフト105と、回転ディスク104の各トラック104a〜104eのスリットを通ってきた透過光を各々光電変換する受光素子106a〜106eと、各受光素子106a〜106eの出力信号から回転位置の絶対値を検出するデコーダ回路107とを備えている。
Further, the rotary encoder is coupled to the rotation center of the
このロータリエンコーダでは、発光素子102から出射された光がコリメータレンズ103により平行光にされて、回転ディスク104の半径方向に線状に照射される。そして、このロータリエンコーダでは、回転ディスク104の各トラック104a〜104eのスリットを通ってきた透過光を受光素子106a〜106eで光電変換し、デコーダ回路107で透過光の有無を検出して回転位置の絶対値が得られる。
しかしながら、上記の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダでは、回転ディスク104の両側に、発光素子102と受光素子106a〜106eとをそれぞれ配置しなければならない。このため、回転ディスク104の一方の側に、発光素子とその駆動回路等の電気的回路や光学系部品を配置し、回転ディスク104の他方の側に、受光素子とその駆動回路やデコーダ回路等の電気的回路や光学系部品を配置することとなる。従って、電気的接続や光学的配置等の構造が複雑になってしまい、ロータリエンコーダを小型化することが困難である。
However, in the optical absolute rotary encoder described above, the light emitting element 102 and the light receiving elements 106a to 106e must be disposed on both sides of the rotating
本発明は、上記事情に鑑み、小型かつ簡易な構造で、回転位置の絶対値を精度良く検出することができる光学式アブソリュート形ロータリエンコーダを提供することを目的とする。 In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide an optical absolute rotary encoder that can accurately detect an absolute value of a rotational position with a small and simple structure.
本発明の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダは、透光部と遮光部との組合せで1つの絶対値を表すアブソリュートパターンを有する光学スケールと、前記光学スケールに対し一方の側に配置され、該光学スケールに光を照射する発光部と、前記光学スケールに対し該発光部と同じ側に配置され、該光学スケールの透光部を透過した光を受け入れる受光部と、前記発光部から照射されて前記透光部を通過した光を前記受光部に導く導光手段とを備え、前記光学スケールと前記発光部とは相対的な回転運動を生ずる関係に配置され、且つ両者の相対的な回転運動の中心軸線上に前記受光部が配置され、前記発光部と前記受光部は同一基板上に配置され、前記発光部は前記受光部から異なる半径位置に複数個並ぶように配置され、前記導光手段は複数個並ぶ前記発光部のすべてに対し同時に導光可能に設けられていることを特徴とする。 An optical absolute rotary encoder according to the present invention is arranged on one side of an optical scale having an absolute pattern that represents one absolute value by a combination of a light transmitting portion and a light shielding portion, and the optical scale A light emitting unit that irradiates light, a light receiving unit that is disposed on the same side as the light emitting unit with respect to the optical scale, and that receives light transmitted through the light transmitting unit of the optical scale; A light guide means for guiding the light that has passed through the light section to the light receiving section, the optical scale and the light emitting section are arranged in a relationship that causes a relative rotational movement, and the center of the relative rotational movement of both the optical scale and the light emitting section is the light receiving portion is disposed on the axis, the light emitting portion and the light receiving portion are disposed on the same substrate, the light emitting portion is disposed so as to line up a plurality at different radial positions from the light receiving portion, the light guide Stage is characterized in that for all the light emitting portion in which a plurality arranged are guide capable provided simultaneously.
本発明の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダによれば、光学スケールの受光部に対する回転位置に対応して、この回転位置の絶対値が、光学スケールの受光部に対向した部分の透光部と遮光部との連続した組合せで表されている。発光部は受光部から異なる半径位置に複数個並べて配置され、発光部と受光部とが光学スケールに対し同じ側にあり、さらには、発光部、受光部、その駆動回路等を同一の回路基板上に実装している。また、導光手段は複数の発光部から照射されて光学スケールの透光部を通過した光を同時に受光部へ導光する。この構成により、複数の発光部による光は、光学スケールの透光部または遮光部の何れかを照射するが、その組合せにより、回転位置の絶対値を検出することができる。従って、小型かつ簡易な構造の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダで、回転位置の絶対値を精度良く検出することができる。 According to the optical absolute rotary encoder of the present invention, the absolute value of this rotational position corresponds to the rotational position of the optical scale with respect to the light receiving part, and the light transmitting part and the light shielding part of the part facing the light receiving part of the optical scale. It is expressed in a continuous combination. A plurality of light emitting units are arranged side by side at different radial positions from the light receiving unit, the light emitting unit and the light receiving unit are on the same side with respect to the optical scale, and further, the light emitting unit, the light receiving unit, its drive circuit, etc. are the same circuit board Implemented above. The light guide means simultaneously guides the light emitted from the plurality of light emitting units and passed through the light transmitting unit of the optical scale to the light receiving unit. With this configuration, the light from the plurality of light emitting units irradiates either the light transmitting part or the light shielding part of the optical scale, and the absolute value of the rotational position can be detected by the combination thereof. Therefore, the absolute value of the rotational position can be detected with high accuracy by an optical absolute rotary encoder having a small and simple structure.
なお、発光部は、例えば複数の発光素子(発光ダイオード、レーザダイオード等)で構成され、受光部は、例えば1つの受光素子(フォトダイオード等)で構成される。 Note that the light emitting unit includes, for example, a plurality of light emitting elements (light emitting diodes, laser diodes, and the like), and the light receiving unit includes, for example, one light receiving element (such as a photodiode).
また、光学スケールは、例えば円盤形状であり中心軸線周りに回転可能に設けられる。また、導光手段は、例えば回転体形状であり、その回転軸線が光学スケールの回転軸線と共通となるように配置する。 The optical scale is, for example, a disk shape and is provided to be rotatable around the central axis. Further, the light guide means has, for example, a rotating body shape, and is arranged so that its rotation axis is common with the rotation axis of the optical scale.
また、本発明の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダにおいて、導光手段は、入射された光を全反射するように、該入射された光に対して所定角度で形成された第1の反射面と、該第1の反射面で反射された光を受光部に集光するように反射する曲面形状で形成された第2の反射面とを備えることが好ましい。 In the optical absolute rotary encoder of the present invention, the light guide means includes a first reflecting surface formed at a predetermined angle with respect to the incident light so as to totally reflect the incident light; It is preferable to include a second reflecting surface formed in a curved shape that reflects the light reflected by the first reflecting surface so as to be condensed on the light receiving unit.
この場合、発光部から光学ディスクに入射された光が第1の反射面により全反射され、この第1の反射面で全反射された光が第2の反射面により受光部に集光されるので、発光部から入射された光の損失を防止しつつ、入射された光を受光部に効率良く導光することができる。 In this case, the light incident on the optical disk from the light emitting unit is totally reflected by the first reflecting surface, and the light totally reflected by the first reflecting surface is condensed on the light receiving unit by the second reflecting surface. Therefore, it is possible to efficiently guide the incident light to the light receiving unit while preventing loss of light incident from the light emitting unit.
なお、導光手段を形成する材料としては、例えばアクリル等の、空気に比べて屈折率の大きい材料を用いる。これにより、入射角が所定の臨界角より大きい場合に全反射となる。 As a material for forming the light guide means, a material having a higher refractive index than air, such as acrylic, is used. Thereby, total reflection occurs when the incident angle is larger than a predetermined critical angle.
また、本発明の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダにおいて、第1の反射面の所定角度は45°であることが好ましい。 In the optical absolute rotary encoder of the present invention, it is preferable that the predetermined angle of the first reflecting surface is 45 °.
この場合、発光部から導光手段に入射された光は、該入射された光に対して90°の方向に全反射されるので、入射された光を光学スケールの回転軸線に向かって効率良く導光することができる。 In this case, the light incident on the light guide unit from the light emitting part is totally reflected in the direction of 90 ° with respect to the incident light, so that the incident light is efficiently directed toward the rotation axis of the optical scale. It can be guided.
また、本発明の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダにおいて、第2の反射面の曲面形状は、受光部に対して焦点を有する放物面形状であることが好ましい。 In the optical absolute rotary encoder of the present invention, it is preferable that the curved surface shape of the second reflecting surface is a parabolic shape having a focal point with respect to the light receiving unit.
この場合、第2の反射面が放物面形状であり、第2の反射面に入射された光はその焦点に集光するように反射されるので、第1の反射面で全反射された光を受光部へ効率良く集光することができる。 In this case, the second reflecting surface has a parabolic shape, and the light incident on the second reflecting surface is reflected so as to be condensed at the focal point, so that it is totally reflected by the first reflecting surface. Light can be efficiently collected on the light receiving unit.
また、本発明の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダにおいて、導光手段は、第2の反射面で反射された光を受光部へ出射する該受光部を中心とした球面形状の出射面を備えることが好ましい。 In the optical absolute rotary encoder of the present invention, the light guide means may include a spherical emission surface centered on the light receiving portion for emitting the light reflected by the second reflection surface to the light receiving portion. preferable.
この場合、第2の反射面に入射された光は受光部に集光するように反射されていると共に、出射面は受光部を中心とする球面形状に形成されているので、第2の反射面によって反射された光は、すべて出射面に対して90°の角度で入射される。よって、第2の反射面で反射された光は、屈折・反射等の出射面の影響を受けずに出射面から出射されるので、入射された光を受光部へ効率良く集光することができる。 In this case, the light incident on the second reflecting surface is reflected so as to be collected on the light receiving portion, and the emitting surface is formed in a spherical shape centered on the light receiving portion, so that the second reflecting surface is formed. All the light reflected by the surface is incident at an angle of 90 ° to the exit surface. Therefore, since the light reflected by the second reflecting surface is emitted from the emitting surface without being affected by the emitting surface such as refraction and reflection, the incident light can be efficiently collected on the light receiving unit. it can.
また、本発明の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダにおいて、導光手段は、発光部から照射される光を平行光にして入射する放物面形状の入射面を備えることが好ましい。 In the optical absolute rotary encoder of the present invention, it is preferable that the light guide means includes a paraboloidal incident surface on which the light emitted from the light emitting unit is incident as parallel light.
この場合、導光手段の入射面で、入射された光を平行光にすることができるので、例えば、発光素子がLED等でその出力光が放射特性を有する場合に、出力光を平行光にするためのコリメータレンズ等の光学系部品を備えたりすることなく、より簡易な構造で、入射された光を受光部へ効率良く導光することができる。
また、本発明の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダにおいて、複数の発光部は異なる駆動信号によって駆動されることが好ましい。
この場合、複数の発光部は、異なる駆動信号で駆動されるため、例えば時間に依存して異なる態様で発光する。従って、出力信号をデコーダ回路で処理することで、回転位置の絶対値を精度良く検出することができる。
In this case, since the incident light can be converted into parallel light on the incident surface of the light guide means, for example, when the light emitting element is an LED or the like and the output light has radiation characteristics, the output light is converted into parallel light. Therefore, the incident light can be efficiently guided to the light receiving section with a simpler structure without providing an optical system component such as a collimator lens.
In the optical absolute rotary encoder of the present invention, it is preferable that the plurality of light emitting units are driven by different drive signals.
In this case, since the plurality of light emitting units are driven by different driving signals, the light emitting units emit light in different modes depending on, for example, time. Therefore, the absolute value of the rotational position can be detected with high accuracy by processing the output signal by the decoder circuit.
[第1実施形態]
図1に示すように、第1実施形態の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダは、アブソリュートパターンを有する回転ディスク4と、回転ディスク4に光を照射する複数の(本実施形態では5つの)発光素子2a〜2eと、発光素子2a〜2eから照射されて回転ディスク4を通過した光を受光する1つの受光素子3と、回転ディスク4を通過した光を受光素子3に導光する回転導光ディスク5とを備えている。なお、5つの発光素子2a〜2e、1つの受光素子3が、それぞれ本発明の発光部、受光部に相当する。また、図1は本実施形態の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダの横断面図である。
[First Embodiment]
As shown in FIG. 1, the optical absolute rotary encoder of the first embodiment includes a
図2には、図1の回転ディスク4のI−I線端面図を示す。回転ディスク(光学スケール)4は、その中心部に貫通孔が形成された円盤形状で、その表面が光学的記録面となっている。この光学的記録面は、複数の(本実施形態では5つの)同心円周状のトラック(信号が記録される所定幅の帯状の部分)4a〜4eから構成されている。回転ディスク4の5つのトラック4a〜4eには、それぞれ、光が通過するスリット(透光部)が部分的に形成されている。また、回転ディスク4のスリット以外の部分(遮光部)は、光を遮光するように形成されている。図1,図2においてスリット部分を斜線で示す。このように、信号がスリットとして回転ディスク4に記録されている。
FIG. 2 shows an end view taken along line II of the rotating
この回転ディスク4の5つのトラック4a〜4eのスリットにより、アブソリュートパターン(絶対値コードパターンともいう。)が構成されている。アブソリュートパターンは、1つの絶対値を示す所定のビット数の信号(本実施形態では5ビットの信号)を純2進コード又はグレイコード等の符号コードで表すコードパターンである。例えばスリットを「1」、遮光部を「0」として、回転ディスク4の半径方向における5つのトラック4a〜4eのスリットと遮光部との連続した組合せにより、回転位置情報に対応した1つの絶対値を示す5ビットの信号が表される。具体的には、最外側トラック4aには、回転位置情報のLSB(最下位ビット)信号を表すスリットが形成され、内側のトラックほど上位のビット信号を表すスリットが形成され、最内側トラック4eにはMSB(最上位ビット)信号を表すスリットが形成されている。
An absolute pattern (also referred to as an absolute value code pattern) is formed by the slits of the five tracks 4a to 4e of the rotating
5つの発光素子2a〜2e(例えばLED)と1つの受光素子3(例えばフォトダイオード)とは、いずれも、回転ディスク4の一方の側に配置された回路基板1上に実装されている。5つの発光素子2a〜2eは、5つのトラック4a〜4eにそれぞれ対向して、回転ディスク4の半径方向に並んで配置されている。また、受光素子3(例えばフォトダイオード)は、回転ディスク4の回転軸線17上に配置されている。
All of the five light emitting elements 2 a to 2 e (for example, LEDs) and the one light receiving element 3 (for example, a photodiode) are mounted on the
なお、図示は省略するが、光学式アブソリュート形ロータリエンコーダには、発光素子2a〜2eを駆動する駆動回路や、受光素子3を駆動する駆動回路や、受光素子3の出力信号から回転位置の絶対値を検出するデコーダ回路も備えられている。そして、これらの電気的回路も回路基板1上に実装されている。
Although not shown, the optical absolute rotary encoder includes a driving circuit for driving the light emitting elements 2a to 2e, a driving circuit for driving the
回転導光ディスク(導光手段)5は回転体形状であり、その回転軸線が回転ディスク4の回転軸線17と共通となっている。この回転導光ディスク5の中心部には、図示しない外部からの回転力を回転導光ディスク5に伝達する回転シャフト6が連結されており、回転導光ディスク5は回転シャフト6を回転軸として回転する。このとき、回転ディスク4は、例えば回転導光ディスク5の後述の入射面12上に直接形成されるか、又は別体で形成されて回転導光ディスク5と連結される等して、回転導光ディスク5と一体的に回転するように設けられている。また、回路基板1は固定されている。よって、回転ディスク4と発光素子2a〜2eとは、相対的な回転運動を生ずる関係に配置されている。そして、回転軸線17は、回転ディスク4と発光素子2a〜2eとの相対的な回転運動の中心軸線に相当する。これにより、回転ディスク4が回転すると、この回転位置の絶対値が、発光素子2a〜2eの上部のトラック4a〜4eのスリットと遮光部との連続した組合せで表される。
The rotating light guide disk (light guiding means) 5 has a rotating body shape, and its rotation axis is the same as the
このとき、図2に示すスリットを有する回転ディスク4で表される回転位置のアブソリュートパターンは、純2進コードとなる。また、回転ディスク4の代わりに、図3に示すように、回転位置のアブソリュートパターンがグレイコードとして表される回転ディスク40を用いてもよい。この回転ディスク40は、図2の回転ディスク4と同様に、同心円周状のトラック40a〜40eで構成された光学的記録面を有する。この5つのトラック40a〜40eに形成されたスリットにより、回転位置のアブソリュートパターンがグレイコードとして表される。図4の表に、2種の回転ディスク4,40でそれぞれ表される回転位置のアブソリュートパターン(純2進コード,グレイコード)を、スリットを「1」、遮光部を「0」として表現した場合の信号を示す。この信号により、1回転を32分割して回転位置の絶対値が示される。
At this time, the absolute pattern of the rotational position represented by the
また、回転導光ディスク5は、回転ディスク4の各トラック4a〜4eのスリットを通過した光を、受光素子3へ導光する光学的な導光構造を有する。図1では、3つの発光素子2b,2d,2eの上部のトラック4b,4d,4eにそれぞれスリットが形成されており、破線の矢印で示すように、これらのスリットを通過した光が回転導光ディスク5に入射されて、受光素子3へ導光されている。
The rotating
図5は図1と同様の横断面図で、回転導光ディスク5の導光構造について詳細に示した図である。図5では、5つの発光素子2a〜2eからそれぞれ照射された光が回転導光ディスク5に入射されて導光されている場合の光線軌跡を点線で示す。回転導光ディスク5は、発光素子2a〜2eから照射された光が入射される入射面12と、この入射面12から入射された光が反射される第1の反射面13と、この第1の反射面13で反射された光が受光素子3に集光されるように反射される第2の反射面14と、この第2の反射面14で反射された光が出射される出射面15とを備えている。
FIG. 5 is a cross-sectional view similar to FIG. 1, and shows the light guide structure of the rotating
この回転導光ディスク5は、その回転軸線17に対して回転対称な構造を有している。図6(a)は、回転導光ディスク5を斜め下側から見た斜視図、図6(b)は、回転導光ディスク5を斜め上側から見た斜視図である。図6(a)(b)に示すように、入射面12、第1の反射面13、第2の反射面14、出射面15は、それぞれ回転対称な面となっている。
The rotating
回転導光ディスク5の入射面12は、回転ディスク4の5つのトラック4a〜4eを挟んで、5つの発光素子2a〜2eに対向して配置されている。入射面12には、発光素子2a〜2eから照射されてトラック4a〜4eのスリットを通過した光がそれぞれ入射される。なお、入射面12には溝部12f〜12iが形成され、各発光素子2a〜2eから照射されて各トラック4a〜4eのスリットを通過して回転導光ディスク5に入射された光を、反射面13へ向かって効率良く導光する。
The
第1の反射面13は、入射された光を全反射するように、該入射された光に対して所定角度で形成されている。具体的には、入射された光に対して45°の角度で形成されている。これにより、入射した光は第1の反射面13で入射した光に対して90°の角度で全反射し、回転軸線17方向へ導光される。
The first reflecting
ここで、図7に示すように、屈折率n1を持った媒質M1から、屈折率n2を持った媒質M2に向かって光が入射するとき、境界の法線に対する入射光の入射角をθ1とすると、媒質M2に入射した光は境界面の法線に対して屈折角θ2で屈折して入射する。このとき、スネルの法則により、
n1・sinθ1=n2・sinθ2 …(1)
の関係式が成り立つ。なお、境界面で生じる反射光の、境界の法線に対する角度θ3はθ3=−θ1である。
Here, as shown in FIG. 7, from the medium M1 having a refractive index n 1, when light incident toward the medium M2 having a refractive index n 2, the incident angle of incident light relative to the normal of the boundary Assuming θ 1 , the light incident on the medium M 2 is refracted and incident at a refraction angle θ 2 with respect to the normal of the boundary surface. At this time, Snell's law
n 1 · sin θ 1 = n 2 · sin θ 2 (1)
The following relational expression holds. The angle θ 3 of the reflected light generated at the boundary surface with respect to the normal line of the boundary is θ 3 = −θ 1 .
また、図8に示すように、屈折率の高い媒質M2(屈折率n2)から屈折率の低い媒質M1(屈折率n1)へ光が入射する場合(n2>n1)には、所定の入射角θcrを超えると媒質M1へ向かって光が出ていくことができず全反射が生じる。この全反射が起こる入射角θcrを臨界角といい、θcr,n1,n2の間には
sinθcr=n1/n2 …(2)
の関係式が成り立つ。すなわち、臨界角θcrにおいて式(1)より屈折角θt=90°となっている。なお、反射光の角度θrは、θr=−θcrである。例えば、媒質M1を空気(n1=1.0)、媒質M2をアクリル(n2=1.49)とすると、臨界角θcrは42.2°となる。
As shown in FIG. 8, when light is incident on the medium M1 (refractive index n 1 ) having a low refractive index from the medium M2 (refractive index n 2 ) having a high refractive index (n 2 > n 1 ), If the angle exceeds a predetermined incident angle θ cr , light cannot be emitted toward the medium M1 and total reflection occurs. The incident angle θ cr where this total reflection occurs is called a critical angle, and between θ cr, n 1 and n 2
sinθ cr = n 1 / n 2 (2)
The following relational expression holds. That is, at the critical angle θ cr , the refraction angle θ t = 90 ° from Equation (1). Note that the angle θ r of the reflected light is θ r = −θ cr . For example, when the medium M1 is air (n 1 = 1.0) and the medium M2 is acrylic (n 2 = 1.49), the critical angle θ cr is 42.2 °.
従って、回転導光ディスク5を形成する材料として、例えば空気に比べて屈折率が大きく、臨界角θcrが第1の反射面13の所定角度(例えば45°)より小さくなるような材料(例えばアクリル)を用いる。これにより、入射された光が第1の反射面13で全反射され、回転軸線17方向へ導光される。
Therefore, as a material for forming the rotating
また、第2の反射面14は、第1の反射面13で反射された光を受光素子3に集光するように反射する曲面形状で形成されている。具体的には、受光素子3に対して焦点を有する放物面形状で形成されている。また、出射面15は、受光素子3を中心とする球面形状で形成されている。すなわち、第2の反射面で反射された光は、いずれも、出射面15に対して90°の角度で入射する。このとき、屈折率の違う媒質の境界面において、境界面に対して90°の角度で入射する場合には、式(1)よりそのまま90°の角度で出射されるので、第2の反射面14で反射された光は出射面15の影響を受けずに受光素子3に集光される。
Further, the second reflecting
次に、本実施形態の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダの作動について説明する。まず、発光素子2a〜2eが駆動回路によりそれぞれ駆動され、各発光素子2a〜2eから出力された光が回転ディスク4の各トラック4a〜4eに照射される。このとき、回転ディスク4の回転位置に対応して、この回転位置の絶対値が、発光素子2a〜2eの上部のトラック4a〜4eのスリットと遮光部との連続した組合せで表されている。そして、発光素子2a〜2eの上部のトラック4a〜4eにスリットが形成されている場合には光が通過し、遮光部の場合には光が遮光される。
Next, the operation of the optical absolute rotary encoder of the present embodiment will be described. First, the light emitting elements 2a to 2e are respectively driven by the drive circuit, and the light output from each of the light emitting elements 2a to 2e is applied to the tracks 4a to 4e of the
各トラック4a〜4eの所定のスリットを通過した光は、回転導光ディスク5の入射面12に入射される。この入射された光は、第1の反射面13によって入射された光に対して90°の方向に全反射され、回転軸線17方向へ導光される。この第1の反射面13で反射された光は、第2の反射面14により受光素子3に集光するように反射され、この反射された光は出射面15を通って受光素子3に出射される。このとき、第2の反射面14は受光素子3を焦点とする放物面形状なので、第2の反射面14で反射された光は効率良く受光素子3に集光される。また、出射面15は受光素子3を中心とする球面形状なので、第2の反射面14によって反射された光は、すべて出射面15に対して90°の角度で入射され、屈折・反射等の出射面15の影響を受けずに、出射面15から出射されて受光素子3に集光される。
The light that has passed through the predetermined slits of the tracks 4 a to 4 e is incident on the
受光素子3に集光された光は、受光素子3で受光されて電気信号に変換されて出力される。このとき、受光される光は各トラック4a〜4eの所定のスリットを通過した光を重ね合わせたものとなる。よって、各発光素子2a〜2eを異なる駆動信号、例えば時分割で駆動させて、受光素子3の出力信号をデコーダ回路で処理することにより回転位置の絶対値が検出される。
The light condensed on the
本実施形態によれば、発光部と受光部とを同一の回路基板上に実装できると共に、発光部から照射されて回転ディスクのスリットを通過した光を回転導光ディスクにより受光部へ効率良く導光することができるので、小型かつ簡易な構造の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダで、回転位置の絶対値を精度良く検出することができる。 According to this embodiment, the light emitting unit and the light receiving unit can be mounted on the same circuit board, and the light irradiated from the light emitting unit and passed through the slit of the rotating disk is efficiently guided to the light receiving unit by the rotating light guide disk. Therefore, the absolute value of the rotational position can be detected with high accuracy by a small and simple optical absolute rotary encoder.
なお、本実施形態において、例えば各発光素子2a〜2eから出力された光を平行光にして回転ディスク4の各トラック4a〜4eに照射するためのコリメータレンズ等の光学系部品を備えるようにしてもよい。この場合、これらの光学系部品も回路基板1上に実装することで、光学式アブソリュート形ロータリエンコーダを小型かつ簡易な構造とすることができる。
In this embodiment, for example, an optical system component such as a collimator lens for irradiating each of the tracks 4a to 4e of the
また、本実施形態では、回転導光ディスクに連結した回転シャフトを介して、回転ディスクを発光素子に対して回転するものとしたが、他の実施形態として、回転シャフトを回路基板に連結して、発光素子を回転ディスクに対して回転させてもよい。この場合、発光素子と受光素子とがその駆動回路等と共に同一の回路基板1上に実装されているので容易に回転可能である。
Further, in the present embodiment, the rotating disk is rotated with respect to the light emitting element via the rotating shaft connected to the rotating light guide disk, but as another embodiment, the rotating shaft is connected to the circuit board, The light emitting element may be rotated with respect to the rotating disk. In this case, since the light emitting element and the light receiving element are mounted on the
また、本実施形態では、回転導光ディスクと回転ディスクとを一体的に回転するものとしたが、他の実施形態として、回転ディスクのみを回転するものとしてもよい。
[第2実施形態]
図9(a)には、第2実施形態の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダの回転導光ディスク22と、発光部21と、受光部23との横断面図を示す。本実施形態は、第1実施形態の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダと、回転導光ディスク22の入射面22aの形状が相違するものである。以下の説明では、第1実施形態と同一の構成については、第1実施形態と同一の参照符号を用いて説明を省略する。
In this embodiment, the rotating light guide disk and the rotating disk are integrally rotated. However, as another embodiment, only the rotating disk may be rotated.
[Second Embodiment]
FIG. 9A shows a cross-sectional view of the rotary
本実施形態の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダでは、発光部21を構成する複数の発光素子として、平行光が出力される発光素子(例えばレーザダイオード等)が用いられる。そして、回転導光ディスク22の入射面22aは、全面が平面形状に形成されている。すなわち、入射面22aには、第1実施形態の入射面12(図5)のように、複数の発光素子2a〜2eからの入射光を反射面13へ効率良く導光するための溝部12f〜12iは形成されていない。他の構成は第1実施形態と同様である。
In the optical absolute rotary encoder of the present embodiment, a light emitting element (for example, a laser diode) that outputs parallel light is used as the plurality of light emitting elements that constitute the
図9(a)に、発光部21の発光素子から照射された光が、回転導光ディスク22に入射されて導光されている場合の光線軌跡を点線で示す。この光学式アブソリュート形ロータリエンコーダの作動では、発光部21の複数の発光素子から平行光が回転ディスク4の対向するトラック4a〜4eにそれぞれ照射される。そして、各トラック4a〜4eのスリットを通過した光が入射面22aから回転導光ディスク22に入射される。この入射された光は平行光であるから、第1実施形態のように溝部12f〜12iがなくとも効率良く第1の反射面13に導光される。他の作動は第1実施形態と同様である。
FIG. 9A shows a light ray locus in a case where light emitted from the light emitting element of the
本実施形態によれば、第1実施形態と同様に、発光部と受光部とを同一の回路基板上に実装できると共に、発光部から照射されて回転ディスクのスリットを通過した光を回転導光ディスクにより受光部へ効率良く導光することができるので、小型かつ簡易な構造の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダで、回転位置の絶対値を精度良く検出することができる。さらに、本実施形態によれば、回転導光ディスクの入射面の全面が平面形状であるので、例えばレーザダイオード等の平行光が出力される発光素子を用いる場合に、より簡易な構造で、入射された光を受光部へ効率良く導光することができる。
[第3実施形態]
図9(b)には、第3実施形態の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダの回転導光ディスク25と、発光部24と、受光部26との横断面図を示す。本実施形態は、第1実施形態の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダと、回転導光ディスク25の入射面25aの形状が相違するものである。以下の説明では、第1実施形態と同一の構成については、第1実施形態と同一の参照符号を用いて説明を省略する。
According to the present embodiment, as in the first embodiment, the light emitting unit and the light receiving unit can be mounted on the same circuit board, and the light irradiated from the light emitting unit and passed through the slit of the rotating disk is rotated. Therefore, the absolute value of the rotational position can be detected with high accuracy by a small and simple optical absolute rotary encoder. Furthermore, according to the present embodiment, since the entire incident surface of the rotating light guide disk has a planar shape, for example, when using a light emitting element that outputs parallel light, such as a laser diode, it is incident with a simpler structure. Light can be efficiently guided to the light receiving portion.
[Third Embodiment]
FIG. 9B is a cross-sectional view of the rotating
本実施形態の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダでは、発光部24を構成する複数の発光素子として、出力光が放射特性を有する発光素子(例えばLED等)が用いられる。そして、回転導光ディスク25の入射面25aは、発光部24の発光素子から照射された光を平行光にするような曲面形状(例えば、放物面レンズ形状)に形成されている。なお、入射面25aには、第1実施形態の入射面12のように、複数の発光素子2a〜2eからの入射光を反射面13へ効率良く導光するための溝部12f〜12iは形成されていない。他の構成は第1実施形態と同様である。
In the optical absolute rotary encoder of the present embodiment, a light emitting element (for example, an LED) whose output light has radiation characteristics is used as the plurality of light emitting elements constituting the
図9(b)に、発光部24の発光素子から照射された光が、回転導光ディスク25に入射されて導光されている場合の光線軌跡を点線で示す。この光学式アブソリュート形ロータリエンコーダの作動では、発光部24の複数の発光素子から放射特性を有する出力光が回転ディスク4の対向するトラック4a〜4eにそれぞれ照射される。そして、各トラック4a〜4eのスリットを通過した光が入射面25aから回転導光ディスク25に入射される。このとき、入射された光は入射面25aで平行光にされるので、第1実施形態のように溝部12f〜12iがなくとも効率良く第1の反射面13に導光される。他の作動は第1実施形態と同様である。
FIG. 9B shows a light ray locus in a case where light emitted from the light emitting element of the
本実施形態によれば、第1実施形態と同様に、発光部と受光部とを同一の回路基板上に実装できると共に、発光部から照射されて回転ディスクのスリットを通過した光を回転導光ディスクにより受光部へ効率良く導光することができるので、小型かつ簡易な構造の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダで、回転位置の絶対値を精度良く検出することができる。さらに、本実施形態によれば、回転導光ディスクの入射面で、入射された光を平行光にすることができるので、例えば、発光素子がLED等でその出力光が放射特性を有する場合に、出力光を平行光にするためのコリメータレンズ等の光学系部品を備えたり、回転導光ディスクの入射面に入射光を反射面13へ効率良く導光する溝部を設けたりすることなく、より簡易な構造で、入射された光を受光部へ効率良く導光することができる。
According to the present embodiment, as in the first embodiment, the light emitting unit and the light receiving unit can be mounted on the same circuit board, and the light irradiated from the light emitting unit and passed through the slit of the rotating disk is rotated. Therefore, the absolute value of the rotational position can be detected with high accuracy by a small and simple optical absolute rotary encoder. Furthermore, according to the present embodiment, the incident light on the incident surface of the rotating light guide disk can be converted into parallel light. For example, when the light emitting element is an LED or the like and the output light has radiation characteristics, Equipped with an optical system component such as a collimator lens for collimating the output light, or without providing a groove for efficiently guiding incident light to the reflecting
1…回路基板、2a〜2e…発光素子、3…受光素子、4,40…回転ディスク、4a〜4e,40a〜40e…トラック、5…回転導光ディスク、6…回転シャフト、12…入射面、12f〜12i…溝部、13…第1の反射面、14…第2の反射面、15…出射面、17…回転軸線、21…発光部(レーザダイオード)、22…回転導光ディスク、22a…入射面、23…受光部、24…発光部(LED)、25…回転導光ディスク、25a…入射面、26…受光部、
101…駆動回路、102…発光素子、103…コリメータレンズ、104…回転ディスク、104a〜104e…トラック、105…回転シャフト、106a〜106e…受光素子、107…デコーダ回路。
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記光学スケールに対し一方の側に配置され、該光学スケールに光を照射する発光部と、
前記光学スケールに対し該発光部と同じ側に配置され、該光学スケールの透光部を透過した光を受け入れる受光部と、
前記発光部から照射されて前記透光部を通過した光を前記受光部に導く導光手段とを備え、
前記光学スケールと前記発光部とは相対的な回転運動を生ずる関係に配置され、且つ両者の相対的な回転運動の中心軸線上に前記受光部が配置され、
前記発光部と前記受光部は同一基板上に配置され、
前記発光部は前記受光部から異なる半径位置に複数個並ぶように配置され、
前記導光手段は複数個並ぶ前記発光部のすべてに対し同時に導光可能に設けられていることを特徴とする光学式アブソリュート形ロータリエンコーダ。 An optical scale having an absolute pattern representing one absolute value in combination of a light transmitting portion and a light shielding portion;
A light emitting unit disposed on one side of the optical scale and irradiating the optical scale with light;
A light receiving portion that is disposed on the same side as the light emitting portion with respect to the optical scale and receives light transmitted through the light transmitting portion of the optical scale;
A light guide means for guiding the light irradiated from the light emitting part and passed through the light transmitting part to the light receiving part,
The optical scale and the light emitting unit are arranged in a relationship that causes a relative rotational movement, and the light receiving unit is arranged on a central axis of the relative rotational movement of both ,
The light emitting unit and the light receiving unit are disposed on the same substrate,
The light emitting unit is arranged in a plurality at different radial positions from the light receiving unit,
The optical absolute rotary encoder is characterized in that the light guiding means is provided so as to be able to simultaneously guide light to all the light emitting units arranged in a plurality .
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