JPH01121723A - 光学式エンコーダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は被測定物体の移動量や回転量等の変位を測定す
る光学式スケールを用いた光学式エンコーダに関し、特
に被測定物体の変位方向も同時に検出することのできる
簡易な構成の光学式エンコーダに関するものである。

（従来の技術） 従来より被測定物体の移動量や回転量の検出を光学式ス
ケールを利用して行う、所謂光学式エンコーダが例えば
特開昭５９−６３５１７号公報、特公昭５７−１２１０
４−！！公報Ｊ特開昭６０−１４０１１９号公報等で提
案されている。

例えば特公昭５７−１２１０４号公報では光透過性部材
より成る３角形状の溝断面を有する溝付格子より成る光
学式スケールを用いた光学式エンコーダを提案している
。同公報によれば３角形状の溝の傾斜面で２方向に射出
した光束を２個の受光素子で各々検出することにより、
出力信号として１８０度の電気的位相差を持つ２相出力
信号（プッシュプル出力関係の２相信号）を取出してい
る。

しかしながら同公報の光学式エンコーダでは９０度の位
相差を有する２相出力信号を得るには２相の出力信号の
強度関係を等しくする為の調整手段等を有しあまり好ま
しい方法ではなかった。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明はプラスチックモールド等の製造方法により容易
に製作することができる所定形状のＶ型溝と平面光透過
部を有した光学式スケールと該光学スケールから所定位
置に配置した２つの受光素子を用いることにより、０度
〜１８０度の範囲内で任意の位相差を有する２つの出力
信号、特に９０度の位相差を有する出力信号が容易に得
られ、被測定物の変位方向も同時に容易に求めることの
できる簡易な構成の光学式エンコーダの提供を目的とす
る。

（問題点を解決するための手段） 光源からの光束を格子状の光透過部と光遮光部とを周期
的に設けた第１スケールと被測定物体の変位方向に対し
て垂直方向にＶ型溝と水平方向に平面光透過部とを周期
的に設けた第２スケールとを介して、該第２スケールの
Ｖ型溝の各傾斜面に対して設けた２つの受光素子で受光
し、該２つの受光素子からの出力信号を利用して該被測
定物体の変位状態を検出したことである。

（実施例） 第１図は本発明の光学式エンコーダの概略図、第２図は
第１図の一部分の光束の進行状態を示す概略図である。

図中１は発光素子であり、集光作用をするレンズ部１ａ
を有している。２は第１スケールとしての固定スケール
であり、格子状の光透過部と光遮光部とを等間隔で周期
的にどツチＰで設けている。３は第２スケールとしての
可動スケールであり、固定スケール２と対向配置すると
共に不図示の被測定物に取り付けられている。

４ａ、４ｂ、４ｃは各々受光素子であり、後述する可動
スケール３の各領域からの光束を各々受光している。５
は増幅回路、６は波形整形回路であり、増幅回路５から
の出力信号を波形整形している。７は方向判別カウンタ
であり、波形整形回路６からの２つの所定の位相差を有
した出力信号を用いて可動スケール３の移動方向を判別
している。

第３図（Ａ）　、　（Ｂ）は第１図に示す可動スケール
３の斜視図と光束の進行方向の断面図である。可動スケ
ール３はガラス若しくはプラスチック成形より成る平行
平板状の透明材料から成り、同図に示す如く発光素子１
からの光束の入射面上に、該可動スケールの可動方向り
に対して垂直方向に固定スケール２の格子ピッチＰと等
しい間隔で設けたＶ型溝３１と可動方向りに対して水平
方向にとッチＰと等しい間隔で設けた平面光透過部３２
とから構成されている。

Ｖ型ｆ＃３２を形成する２つの傾斜面３ａ、３ｃの裏面
である平面３ｄに対する角度θは各々４５度、平面光透
過部３ｂは平面３ｄと平行となっている。

本実施例では発光素子１からの平行光束のうち固定スケ
ール２の透過部を通過した光束を可動スケール３に入射
させている。そして可動スケール３のＶ型溝３１と平面
光透過部３２を通過した光束を、第４図に示すように各
々屈折及び単に通過させて各々の受光素子４ａ、４ｂ、
４Ｃ面上に入射させている。

尚、本実施例において受光素子４ｂは特に設けなくても
受光素子４ａ、４ｃからの出力信号を用いれば、可動ス
ケールの変位状態を求めることができるが受光素子４ａ
、４ｃからの出力信号の位相関係を理解しやすくする為
に以下必要に応じて説明している。

このとき本実施例では受光素子４ａ、４ｃからの出力信
号に９０度の位相差がつくように第３図に示すようにＶ
型溝３１をピッチＰの１／２の幅で、かつ２つの傾斜面
３ａ、３ｃの幅が等しく各々Ｐ／４となるようにし、又
、平面光透過部３２をピッチＰの１／２の幅となるよう
に設定し゛ている。

本実施例では可動スケール３に空間的に強度分布が−様
な平行光束を垂直に入射させ、入射光束を可動スケール
３の３つの領域３ａ、３ｂ、３ｃで３方向に分割してい
る。このうち傾斜面３ａ。

３Ｃの傾きによって決定される方向に射出した光束を各
々受光素子４ａ、４ｃに入射させ、又、平面光透過部３
ｂに垂直入射した光束を受光素子４ｂに入射させている
。そして受光素子４ａ。

４Ｃからの所定の位相差を有した２つの出力信号を用い
て可動スケール３の移動量及び移動方向等の変位状態を
検出している。

尚、受光素子４ｂからの出力信号を利用して発光素子１
からの出力光を監視するようにしても良い。

次に本実施例において、可動スケール３と固定スケール
２との相対的位置の違いにより、発光素子１から射出し
た光束の各受光素子４ａ、４ｂ。

４ｃへの入射状態について第５図〜第８図に代表的な４
つの状態を例にとり説明する。

第５図は固定スケール２の光透過部２ａが可動スケール
３の平面光透過部３ｂと重なった場合である。固定スケ
ール２の光透過部２ａを通過した平行光束は全て可動ス
ケール３の平面光透過部３ｂを通過し受光素子４ｂに入
射する。このとき受光素子４ａ、４ｃには光束は入射し
ない。

第６図は固定スケール２の光透過部２ａが可動スケール
３の平面光透過部３ｂの半分の領域と傾斜面３ａに重な
った場合である。固定スケール２の光透過部２ａを通過
した光束は、その１／２が平面光透過部３ｂに入射し、
残りの１／２が傾斜面３ａに入射する。その結果、可動
スケール３からの射出光束は受光素子４ａ、４ｂに入射
する。

このとき受光素子４Ｃには光束は入射しない。

第７図は固定スケール２の光透過部２ａが可動スケール
３の■型溝の両傾斜面３ａ、３ｃに重なった場合である
。固定スケール２の光透過部２ａを通過した光束は、そ
の１／２が傾斜面３ａに入射し、残りの１／２が傾斜面
３Ｃに入射し、この結果、２つの受光素子４ａ、４ｃに
各々等しく光束が入射する。このとき受光素子４ｂには
光束は入射しない。

第８図は固定スケール２の光透過部２ａが可動スケール
３の平面光透過部３ｂの半分の領域と傾斜面３Ｃに重な
った場合であ葛。固定スケール２の光透過部２ａを通過
した光束はその１／２が平面光透過部３ｂに入射し、残
りの１／２が傾斜面３Ｃに入射し、この結果、受光素子
４ｂ、４ｃに光束が入射する。このとき受光素子４ａに
は光束は入射しない。

次に第５図〜第８図に示した固定スケール２と可動スケ
ール３との相対的位置を連続的に変化させたときの各受
光素子４ａ、４ｂ−，４ｃで受光される光量変化を第９
図（Ａ）　、　（Ｂ）に示す。

同図（Ａ）は第５図〜第８図に相当する概略図、同図（
Ｂ）はそのときの各受光素子で受光される光量変化を横
軸を可動スケールの変化量をとり示している。９Ａ、９
Ｃは受光素子４ａ、４ｃで受光される光量の相対的変位
を示しており、両方の位相関係は９０度ずれたものとな
っている。

第１０図（Ａ）は本実施例において固定゛スケール２と
可動スケール３の相対的位置を連続的に変位させたとき
の各受光素子からの出力信号Ｓを第９図（Ｂ）と同様に
示したものである。

同図においては発光素子１からの出射光が平行光束であ
り、固定スケールの透過部からの出射光が回折されなく
、又、可動スケールの各入射面と射出面で光量損失がな
いものと仮定した場合の出力信号Ｓを示している。

又、第１０図（Ｂ）は同図（Ａ）において前述の各仮定
が成り立たない実際に組立た場合の各受光素子４ａ、４
ｂ、４ｃからの出力信号の波形を示している。

第１０図（Ａ）　、　（Ｂ）に示すように、いずれの場
合も受光素子４ａ、４ｃからの出力信号は互いに９０度
の位相差を有している。

本実施例における可動スケール３のＶ型溝の傾斜面３ａ
、３ｃは第３図に示す４５度の傾斜角度に限定されるも
のではなく、傾斜面３ａ、３ｃに入射した光束が容易に
２方向に分離し、２つの受光素子に入射する角度であれ
ば何度であっても良い。

但し、あまり傾斜角度θが小さいと光束の分離角度が小
さくなり受光素子を可動スケールから遠く離した位置に
配置しなければならなくなり、装置全体が大型してくる
ので良くない。又、傾斜角度θが大きすぎると傾斜面３
ａ、３ｃで屈折した光束が底面である面ｄにおいて全反
射してくるので、全反射しない程度の角度に設定する必
要がある。

この他、全反射しなくても傾斜角度が大きいと面ｄでの
光量損失が増加するので好ましくは傾斜角度θを ３０　　く　　θ　　く　　６０ の範囲内に設定するのが良い。

本実施例においては、第３図（Ｂ）に示すように可動ス
ケール３の光入射面を前述のピッチを有するＶ型溝３１
（傾斜面３ａ、３ｃの幅を１／４Ｐ）と平面光透過部３
２（その幅を１／２Ｐ）で構成し、２つの受光素子４ａ
、４ｃからの出力信号に９０度の位相差を付与した場合
を示したが、Ｖ型溝と平面光透過部を１ピツチ内に任意
の幅で設けることにより、０度からｉａｏ度の範囲内で
任意の位相差を付与することができる。

第１１図は（Ａ）はＶ型溝の幅を２／３Ｐ、平面光透過
部の幅を１／３Ｐとし、２つの受光素子からの出力信号
に１２０度の位相差を付与する場合の一実施例の概略図
である。このときＶ型溝の２つの傾斜面の幅は１／３Ｐ
、又、固定スケールの光透過部と光遮光部の幅は各々１
／２Ｐである。

第１１図（Ｂ）　、　（Ｃ）はこのとき得られる各受光
素子からの出力信号を第１０図（Ａ）　、　（Ｂ）と同
様に示したものであり、同図に示すように２つの受光素
子からは互いに１２０度の位相差を有した出力信号１１
Ａ、ＩＩＣが得られる。

一般に第３図（Ｂ）に示す形状に右いてピッチＰにおけ
るＶ型溝の幅をａと平面光透過部の幅すに対する２つの
受光素子からの出力信号の位相差δとの関係は となる。

尚、このとき固定スケールの光透過部と光遮光部の幅は
いずれも各々１／２Ｐである。

以上の各実施例において可動スケールと固定スケールと
の配置を交換し、発光素子１側に可動スケールを配置し
、受光素子側に固定スケールを配置しても本発明の目的
を同様に達成することができる。

第１２図は本発明をロータリーエンコーダに適用したと
きの一実施例の概略図、第１３図は本発明をリニアエン
コーダに適用したときの一実施例の概略図である。

第１２図、第１３図において１は発光素子、２は固定ス
ケール、３は可動スケールであり、例えば第３図（Ａ）
　、　（Ｂ）に示す形成より構成されている。４ａ、４
ｂ、４ｃは各々受光素子である。

可動スケール３は被測定物体に各々取り付けられている
。固定スケール２の透過部と可動ス°ケール３のＶ型溝
を通過した光束を受光素子４ａ。

４ｃで所定の位相差を付与した状態で受光することによ
り、被測定物体の変位方向及び変位量等を検出している
。

（発明の効果） 本発明によれば１ピツチ内に所定形状のＶ型溝と平面光
透過部を形成した光学式スケールを用い、光学式スケー
ルを通過した光束を２つの受光素子に各々入射させるこ
とにより、任意の位相差を有した２つの出力信号を容易
に得ることが出来る光学式エンコーダを達成することが
できる。

特に従来の検出方法で問題となっていた光源の指向性、
固定スケールと可動スケールとのアジマス角のズレ、そ
して固定スケールと可動スケールとの空隙間の変動等に
よる位相差付与の誤差を改善した安定した出力信号が得
られる光学式エンコーダを達成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光学式エンコーダの概略斜視図、第２
図は第１図の一部分の光束の進行状態を示す概略図、第
３図（Ａ）　、　（Ｂ）は第１図の可動スケールの説明
図、第４図は第１図の可動スケールを通過する光束の説
明図、第５図〜第８図は各々第１図の固定スケールと可
動スケールが特定位置にある場合、双方のスケールを通
過する光束の説明図、第９図（Ａ）、（Ｂ）　、第１０
図（Ａ）　、　（Ｂ）は各々第１図の固定スケールと可
動スケールとを連続的に変位させたときの説明図、第１
１図（Ａ）　、　（Ｂ）　。 （Ｃ）は本発明に係る可動スケールのＶ型溝と平面光透
過部の幅を変化させたときの一実施例の説明図、第１２
図は本発明をロータリーエンコーダに適用したときの一
実施例の概略図、第１３図は本発明をリニアエンコーダ
ーに適用したときの一実施例の概略図である。 図中、ｌは発光素子、２は固定スケール、３は可動スケ
ール、４ａ、４ｂ、４ｃは受光素子、５は増幅器、６は
波形整形回路、７は方向判別カウンタ、３１はＶ型溝、
３２は平面光透過部である。 弔　　　　１　　　　図 屯２図 窮　　　　　３　　　　　図 （Ａ） 九 ａ （Ｂ） 舅　　　　９　　　　　図 （Ａ） （Ｂ） ０　　　　　　　　　　　　　１／４　Ｖ　　　　　　
　　　　　１７２　）’　　　　　　　　　　　Ｊ／４
１’夷　　　１０　　　　Ｅｌ （Ａ） ０　　１／４Ｐ　　ｌ／２Ｐ　ａＰ ｄＸ（７’八、ノド変位） （Ｂ、） 一１１図 （Ｂ） （Ｃ，） ４α　　Ｑ　　　４Ｃ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）光源からの光束を格子状の光透過部と光遮光部と
   を周期的に設けた第１スケールと被測定物の変位方向に
   対して垂直方向にＶ型溝と水平方向に平面光透過部とを
   周期的に設けた第２スケールとを介して、該第２スケー
   ルのＶ型溝の各傾斜面に対して設けた２つの受光素子で
   受光し、該２つの受光素子からの出力信号を利用して該
   被測定物の変位状態を検出したことを特徴とする光学式
   エンコーダ。
2. （２）前記Ｖ型溝とその隣接するＶ型溝までの幅をピッ
   チＰとしたとき、該Ｖ型溝の１つの傾斜面の幅をＰ／４
   、該平面光透過部の幅をＰ／２となるように構成したこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光学式エン
   コーダ。