JPH01150814A - 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回転状態や移動状態等の変位を測
定するエンコーダに関し、特に被測定物体に設けたビッ
ト信号を発生させる為の２進符号化したコードより成る
トラックを複数設けた符号板に光束を入射させ該符号板
からの反射若しくは透過した光束より電気的なデータを
得、これより該被測定物体の絶対的な変位状態を求める
際に好適なアブソリュート型の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回転、移動、位置等の検出や回転
機構の回転量、回転速度等の検出を行う測定装置として
光電的なエンコーダが多く利用されている。

第５図は従来の被測定物体の変位状態の絶対量を測定す
るための所謂アブソリュート型のエンコーダの一例を示
す概略図である。

同図において５１は回転軸５０を中心に回転する回転円
板であり、該回転円板５１上には任意の（量子化された
）角度位置に応じて２値化したデータ要素を発生させる
べく同心円状に複数のトラック５６が設けられている。

そして各トラック５６には光学的に２値化されたデータ
、例えば透過領域と不透過領域より成る複数のスリット
５２が設けられている。

５３は固定スリット列であり各トラック５６上に設けた
スリットから選択的に光束を通過させる為に複数の開口
を有している。５４は複数の投光素子を有するる投光手
段、５５は複数の受光素子を有する受光手段であり、両
手段は回転円板５１及び固定スリット列５３を挟んで各
投光素子と各受光素子が各々該固定スリット列５３の各
開口に各々対応するように配置されている。

同図に示す構成において受光手段５５には投光手段５４
の各投光素子から放射される光束がスリット５２及び固
定スリット５３を通過して入射してくる。このとき各受
光素子の出力信号の組合わせから回転円板５１の絶対回
転位置を求めている。このような構成において装置全体
の小型化を図るには各トラックの情報密度を上げ、それ
と共に投光素子と受光素子の並列密度を上げ、例えば各
素子の高密度一体化を図る必要がある。

又、高分解能化な図るためには微細な領域を高鯖度に検
出する必要があり、この為に狭いスリット幅を有する固
定スリット板を用いて照射領域を限定して十分な光量の
平行光束で照射する必要がある。

しかしながら装置全体の小型化と高分解能化は互いに反
し合い、相方を満足させるのは難しかった。

例えば焦点距離の長いコンデンサーレンズを用いれば良
好な平行光束が得られるが、その焦点距離の長い分だけ
被照射領域の照度が低下してくる。又、大容量の光源や
大型の受光素子を用いれば十分な光量や信号が得られる
が投光手段や受光手段が大型化してくる傾向があった。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明はビット信号発生用パターンを設けた複数のトラ
ックより成る符号板を被検物体上に設け、該符号板に照
明系を介して光束を入射させる際、該光束の形状を特定
し、照射密度を向上させることにより、装置全体の小型
化を図りつつ被検出物体の回転や移動等の変位の絶対量
を高分解能で検出することのできるアブソリュート型の
エンコーダの提供を目的とする。

（問題点を解決する為の手段） 被測定物体に連絡したビット信号を発生させる複数のト
ラックを有する符号板に照明系を介して光束を入射させ
、該符号板からの光信号を得て、該被検物体の変位状態
を検出するエンコーダにおいて、該照明系は半導体レー
ザと半導体レーザからの光束を用いて符号板の移動方向
に比べて該トラックの配列方向に長い形状の線状光束を
形成する為のビーム整形光学系とを有することである。

（実施例） 第１図は本発明をアブソリュート型のロータリーエンコ
ンーダに適用したときの一実施例の概略図である。同図
において１は光源で、本発明では半導体レーザから成る
。２はコリメーターレンズであり、半導体レーザからの
発散光束を平行光束として射出させている。３はビーム
成形光学系であり、コリメーターレンズ２からの平行光
束を所定形状の光束径例えば線状光束に整形して射出さ
せている。４は反射鏡、７はアブソリュート信号を得る
為の符号部であり透過部と遮光部とによる２進数のコー
ドより成る複数のトラック７、〜７８より成つている。

８は複数の受光素子を一方向に配列した受光手段、９は
符号部７が設けられている被測定物体である回転軸であ
る。

第２図、第３図は各々第１図の主要部の平面図と側面図
である。本実施例ではビーム成形光学系３は光束の入射
側よりシリンドリカルレンズ３１、折り返し反射用のプ
リズム３２そして球面レンズ３３とを同質材料で一体成
形、又は貼り合わせて構成している。尚、異なった材質
で構成しても良く、この場合は反射防止膜等を加工した
後に接合するのが光量損失が少なくて良い。

そして第２図に示すようにシリンドリカルレンズ３１の
母線方向と直交する面内に入射してきた光束はシリンド
リカルレンズ３１で一度収束させた後発散した光束とし
てプリズム３２の各面で反射した後、球面レンズ３３に
より所定の大きさの平行光束として符号板７のトラック
面上に入射させている。

一方、第３図に示すようにシリンドリカルレンズ３１の
母線方向の面内に入射してきた光束は略平行光束の状態
でシリンドリカルレンズ３１を通過し、プリズム３２の
各面で反射した後、球面レンズ３３により該球面レンズ
３３の略焦点位置に配置した符号板７のトラック面上に
収束するようにしている。尚、シリンドリカルレンズ３
１と球面レンズ３３の配列位置は逆であっても良い。

以上のようにして、光学部材７に入射した光束を第４図
に示すように符号板７の各トラックの配列方向に長い形
状の光束りとし、例えばスリット状や長楕円形状の光束
として入射させている。

次に本実施例の具体的な動作について説明する。

半導体レーザ１から射出した光束は有効径２ｍｍ程度の
コリメーターレンズ２によって２ｍｍ程度の円径の平行
光束とした後、ビーム成形光学系３に入射する。ビーム
成形光学系３は射出光束が符号板７面上に人人射する際
、トラックの配列方向を長袖とする８ｍｍｘ０．１ｍｍ
程度の長楕円形状となるようにしている。符号板７はト
ラックを８つ有しており全トラック幅は４ｍｍ程度であ
る。即ちトラック１つの幅は約０．５ｍｍである。符号
板７に入射する長楕円形状の光束のうち中央の４ｍｍＸ
０．１ｍｍ程度の光束りを選択的に使用するようにして
、これにより使用光束領域内における光量のバラツキの
少ない領域（光強度分布が均一な領域）を用い検出精度
の向上を図っている。

そして符号板７からの透過光束をトラックのピッチと同
じピッチ０．５ｍｍで配列された８つの受光素子より成
る受光手段８で受光し、該受光手段８からの出力信号を
利用して符号板７上の情報を得て、該符号板７の回転状
態を求めている。

尚、本実施例において符号板７に入射させる光束形状の
うちトラックの移動方向の寸法は最小ビット信号を発生
させるトラックの透過部と遮光部とのピッチ寸法、即ち
該移動方向のビット幅より小さく、該トラックからのビ
ット信号が検出できる程度の長さであれば良い。これに
より隣接するビットからの誤情報の検出を回避でき、正
確なアブソリュート信号を形成できる。

本実施例では符号部７を通過する光束を用いる代わりに
符号板７からの反射光束を用いるようにしてもよい。こ
のときは反射ｍ４を半透過鏡とし受光手段８を半透過鏡
４の上方に配置すれば良い。

本実施例ではアブソリュート型のロータリーエンコーダ
に適用した場合を示したが、アブソリュート型のリニア
エンコーダにもそのまま適用することができる。

又、光束の利用効率が良いので本出願人が先に提案した
、例えば特願昭６２−６９９３７号等のレーザ光の回折
、干渉を用いたアブソリュート機能を有するロータリー
エンコーダ等にもそのまま適用することができる。

（発明の効果） 本発明によれば半導体レーザからの光束を前述の構成の
光学部材を用いることにより、所定形状の光束状態とし
て符号板上に高密度でかつ均一に入射させることができ
る為、高分解能でしかも固定スリット等を用いない小型
のアブソリュート型のエンコーダを達成することができ
る。

又、十分な光量が確保できる為、トラック間隔及び各受
光素子の配列ピッチを微細にすることができ、より一層
の小型化が可能となる。そして固定スリットが不要とな
る為、組立てが容易となり振動等に対する安全性も向上
させることができる。

更に各要素を一体接合した光学部材を調整することによ
り、符号板に入射させる光束の線幅を容易に変化させ微
細なピッチのトラック上の符号を高精度に読み出すこと
も可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明をアブソリュート型のロータリーエンコ
ーダに適用したときの一実施例の概略図、第２図、第３
図は各々第１図の要部の平面図と側面図、第４図は第１
図の一部分に入射した光束の状態を示す説明図、第５図
は従来のアブソリュート型のエンコーダの説明図である
。 図中、１は半導体レーザ、２はコリメーターレンズ、３
はビーム成形光学系、４は反射鏡、７は符号板、８は受
光手段、９は回転物体の回転軸、７Ｉ〜７８はトラック
、３１はシリンドリカルレンズ、３２はプリズム、３３
は球面レンズである。 気　　１　　　口 亮　　２　　　図 夷　　３　　図 夷４図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）被測定物体に連絡したビット信号を発生させる複
   数のトラックを有する符号板に照明系を介して光束を入
   射させ、該符号板からの光信号を得て、該被検物体の変
   位状態を検出するエンコーダにおいて、該照明系は半導
   体レーザと半導体レーザからの光束を用いて符号板の移
   動方向に比べて該トラックの配列方向に長い形状の線状
   光束を形成する為のビーム整形光学系とを有することを
   特徴とするエンコーダ。
2. （２）前記光学系による該符号板への入射光束の形状は
   長楕円形状であることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載のエンコーダ。
3. （３）前記光学系は１つのシリンドリカルレンズと１つ
   の球面レンズそしてプリズムとを一体成形した光学部材
   を有していることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載のエンコーダ。
4. （４）前記光学系で得られた線状光束の内、強度分布が
   ほぼ均一な部分のみを選択的に使用し、前記複数のトラ
   ックを照明するようにしたことを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載のエンコーダ。