JPH02143112A - 運動エンコーダ及びそのコード部材 - 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、位置センサーまたはエンコーダに関するもの
であり、とりわけ、エンコーダにおけるミスアライメン
トに反応しない、インクリメンタル運動信号との位相関
係を有するインデックスパルスの発生装置を含む、光学
インクリメンタル運動エンコーダに関するものである。

（従来の技術） インクリメンタル光学運動エンコーダは、特定の経路に
沿った物体の位置及び運動を分解するのに利用される。

こうしたエンコーダには、一般に、光ビームを放出する
光源と、経路に沿った物体の運動に応答して、光ビーム
に変調を施す光変調手段と、被変調光を受けて、検出器
が受けた光量を示す電気信号を発生ずる検出器アセンブ
リが含まれている。物体の運動に応答して、光が変調を
受けるので、検出器アセンブリからの各電気信号は、波
形を生じることになる。その経路に沿った物体の位置に
よって、その特定の波形における各信号の位置、すなわ
ち、各信号の位相が決まる。従って、検出器かるの電気
信号を利用して、経路に沿った物体の位置における変化
を表すことができる。別個の検出器からの２つ以上の適
当な位相外れ信号を利用して、運動の位置と方向の両方
における変化を表すことができる。

インクリメンタル運動エンコーダによって、その経路に
沿った物体の絶対位置またはロケーションを表示するた
め、その経路に沿って、少なくとも１度、インデックス
パルスが必要になる。インクリメンタル信号を利用して
、インデックスパルスからインクリメンタル運動のカウ
ントを行うことが可能になり、インデックスパルス時に
おける物体の位置が分かれば、経路に沿った任意の場所
での物体の絶対位置を求めることができる。従って、絶
対位置、ロケーションの変化、及び、運動の方向を表す
には、一般に、インクリメンタルエンコーダは、３チヤ
ネルの情報、すなわち、物体の経路全体にわたって生じ
る２つ以上の位相外れエンコーダ信号から導き出される
２チヤネル分と、経路に沿って少なくとも１度、物体の
既知の位置で生じるインデックス信号を必要とする。　
インデックスすなわち基準信号は、絶対位置情報の発生
とは無関係な目的のために、インクリメンタル運動エン
コーダに用いることもできるし、絶対位置エンコーダに
用いることもできる。例えば、基準パルスを利用して、
基準パルス間におけるエンコーダ信号をカウントし、他
のエンコーダ信号のエラーを検出することも可能である
。基準パルス間のカウントが過剰になったり、不足した
りする場合、エンコーダ信号のエラーを表していること
になる。しかしながら、絶対位置情報を導き出したり、
あるいは、エンコーダのエラーを検出したりするのに、
インデックスすなわち基準信号を利用するか否かに関係
なく、インデックスすなわち基準信号と他のエンコーダ
信号との間におけるタイミングまたは位相関係は、エン
コーダの適正な動作にとってクリティカルな場合がよく
ある。

第１図に示すように、先行技術による光学シャフトエン
コーダは、２つの独立した素子、すなわち、その動きが
コード化されているシャフトに取り付けられたコードホ
イールと、固定位相プレートによって、光ビームに変調
を加えることができる。被変調光ビームは、２つの独立
したインクリメンタル運動光検出器によって、２つのア
ナログ電気信号に変換される。これらのアナログ信号か
ら、２つの位相外れパルス列を発生することができ、こ
れらのパルス列から、回転位置の変化及びシャフトの回
転方向を求めることができる。

回転コードホイールと固定位相プレート上における２つ
の独立した光変調インデックストラックによって光に変
調を加える、ブツシュ・プルシステムによって、基準す
なわちインデックスパルスを発生することができる。２
つのインデックストラックによって変調された光は、独
立したインデックス光検出器によって受光され、該光検
出器は、２つの独立したインデックスアナログ信号を発
生し、この信号からインデックスパルスを導き出すこと
が可能になる。インデックスパルスは、２つの信号のレ
ベルが等しければ、２つのインデックス信号を比較し、
論理状態を変化させるコンパレータによって発生するこ
とが可能である；すなわち、インデックスパルスは、２
つのアナログインデックス信号波形の交差点間における
論理状態信号とすることができる。例示の先行技術によ
るエンコーダの場合、インデックスパルスは、シャフト
及び取り付けられているコードホイールが１回転する毎
に１度発生する。

（発明が解決しようとする課題） 第１図に示すタイプの先行技術による光学シャフトエン
コーダは、ミスアライメント、とりわけ、コードホイー
ルと位相プレートの間におけるミスアライメントに対し
影響を受けやすい。

ミスアライメントに影響されやすいため、これら先行技
術によるエンコーダの製造及び適用には、複雑なアライ
メントの手順及び装置が必要になり、一般に、エンコー
ダのコストを上昇ささせることになる。

インクリメンタル運動信号における位相エラ、すなわち
、信号波形間におけるタイミングエラーが、矢印Ｒによ
って、第１図に示す半径方向におけるミスアライメント
によってもたらされる。また、インクリメンタル運動信
号に関スルインデックスパルスのタイミングすなわち位
を目は、矢印Ｔによって第１図に示す接線方向における
ミスアライメントに影響されやすい。

コードホイール上のトラックの半径が異なるため、接線
方向のミスアライメントによって、インクリメンタル運
動信号とインデックス信号との間に位相のシフトが生じ
る。コードホイールが接線方向においてアライメントの
ずれた位置にある場合には、インクリメンタル運動トラ
ック上のポイントと位相プレートまたは検出器アセンブ
リ上の対応するポイントとのアライメントは、コードホ
イールを回転させることによって、はぼとることが可能
になる。しかしながら、必要な回転量は、接線方向にお
けるミスアライメントの大きさによって決まるだけでは
なく、インクリメンタル運動トラックの半径によっても
決まり、必要な回転は半径が短くなるにつれて増すこと
になる。例えば、第１図に示されている、２つの比較的
短い半径のインデックストラックの場合、もっと半径の
長いインクリメンタル運動トラックの場合に比べて、接
線方向におけるミスアライメントの補正に必要な回転量
は増すことになる。接線方向におけるミスアライメント
の補正を行うのに必要な回転角度の差は、第１図におけ
る２つの半径方向に分離したトラックのような、２つの
半径方向に分離したトラックからの信号間における位相
エラーに翻訳される。

これに対して、第２図に示す、また、米国特許第４．６
９１．１０１号に記載の先行技術による光学シャフトエ
ンコーダの場合、位相プレートの必要がなく、コードホ
イールだけを用いて光ビームに変調を加えるようになっ
ている。必要な電気信号を発生するため、この特定のタ
イプの光学エンコーダでは、並んだインクリメンタル運
動の光検出器からなるアレイを利用している。

アレイ内の各検出器は、コードホイールの回転時に変調
される光に応答して、アナログ出力信号を発生し、これ
らのアナログ出力信号に処理を施すことによって、２つ
の位相外れ方形波パルスを発生し、このパルスからシャ
フトの回転及び回転の方向を求めることができるように
なっている。

このように第２図に示す先行技術によるエンコーダは、
第１図に示すコードホイール／位相プレートエンコーダ
に比べると、ミスアライメントに対する反応性が大幅に
低い。しかしながら、この検出器アレイタイプの先行技
術によるエンコーダは、絶対的な位置情報を得るための
インデックスパルスを発生しない。絶対的な位置情報が
必要であれば、第１図に示すものと同様のプッシュプル
システムを利用することができる。しかし、こうしたイ
ンデックスパルスは、コードホイールと検出器の間の接
線方向におけるミスアライメントに対し、やはり極めて
影響されやすかった。このため、インデックスパルスを
利用すると、第２図に示す検出器をアレイタイプにする
先行技術によって得られる。ミスアライメントに影響さ
れないという利点が、はぼ無効になる。

図解し、説明を容易にするため、第１図及び第２図には
、光学式シャフト回転エンコーダが示されているが、ミ
スアライメントの問題は、決して、シャフト回転エンコ
ーダに限定されるものではない。インデックス変調トラ
ックに関連した同様のアライメントの問題が、線形経路
または他の経路に沿った物体の運動を表す、エンコーダ
についても生じることになる。線形運動のエンコーダに
おけるインデックスすなわち基準信号は、線形変調器の
トラックと検出器の間における回転のミスアライメント
に影響されやすい。また、光学エンコーダを利用して、
差分信号エンコーダとのミスアライメントの問題を例示
しているが１適合する発光体、検出器、及び、変調手段
の利用が可能な場合には、他のタイプの電磁放射線を利
用することも可能である。

従って、本発明の目的は、絶対位置情報だけでなく運動
方向情報も発生することができ、製造時、及び、特定の
用途への適用時に遭遇するミスアライメントに対し比較
的影響を受けにくい、インクリメンタル運動の光学エン
コーダを提供することにある。

本発明のもう１つの目的は、エンコーダの製造時及びそ
の適用時に遭遇するミスアライメントの影響を受けない
、インデックスすなわち基準信号を発生する、経路に沿
った物体の移動を示す検出器アレイタイプのエンコーダ
を提供することにある。

本発明のもう１つの目的は、位相に影響されないインデ
ックスすなわち基準信号を発生する運動エンコーダに用
いるのに適した、変調部材を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明の原理を具現化する光学式シャフト回転エンコー
ダは、エンコーダの製造時または特定の用途に対する適
用時に生じる可能性のある多少のミスアライメントには
比較的影響されない、インデックスパルスを発生するも
のである。

インデックスパルスの無反応性は、コードホイール上の
インデックス及びインクリメンタル運動光変調トラック
に関する特定の構造、及び、これらのトラックによって
変調された光を検出するだめの検出器の対応する独特な
構造から生じることになる。　本発明の形態の１つでは
、光学シャフトエンコーダには、発光体、シャフトの回
転に応答して、光を変調するための光変調コードホイー
ル、及び、被変調光を受けて、インクリメンタル運動ア
ナログ信号とインデックスアナログ信号の両方を発生す
る光検出器アセンブリが含まれている。先行技術による
エンコーダの場合と同様、インクリメンタル運動信号に
関連してインデックス信号を利用し、シャフトの絶対位
置を表示することが可能である。

光学シャフトエンコーダの望ましい実施例の場合、シャ
フトにコードホイールを接続し、発光ビームによって放
出される平行光ビームの径路内に配置して、シャフトの
回転に応答し、光ビームに変調が加えられるようになっ
ている。

コードホイールには、インクリメンタル運動光学変調ト
ラックと、２つのインデックス光学変調トラックが含ま
れている。インクリメンタル運動変調トラックは、コー
ドホイールの回転時に、絶えず光源からの光に変調を加
え、２つのインデックストラックは、光に変調を加え、
シャフト及びコードホイールの各回転毎に、はんの僅か
なインデックスすなわち基準ポイントでしか最大振幅に
達しない、ブツシュ・プルアナログ信号を発生するのが
望ましい。アナログインデックス信号が、各インデック
スポイント毎に、２度、同じレベルまたはクロスオーバ
に達するので、インデックスパルスは、コンパレータで
導き出すのが望ましい。本発明によれば、インデックス
トラックの一方は、インクリメンタル運動トラックの半
径方向の内側に位置しており、インデックストラックの
もう一方は、インクリメンタル運動トラックの半径方向
の外側に位置している。また、２つのインデックストラ
ックは、それぞれ、インクリメンタル運動トラックの中
心からほぼ等しい距離だけ間隔をおいて配置されている
。

光検出器アセンブリには、コードホイール上のインクリ
メンタル運動トラックによって変調された光を受けるイ
ンクリメンタル運動検出器アレイと、さらに、２つのイ
ンデックス変ＩＩ　トラックによって変調トラックによ
って変調された光を受ける２つのインデックス検出器、
できれば、検出器アレイが含まれている。コードホイー
ルのトラックに対応して、インデックス検出器の一方が
、インクリメンタル運動検出器アレイの半径方向におけ
る一方の側に配置され、インデックス検出器のもう一方
が、インクリメンタル運動検出器アレイの半径方向にお
けるもう一方の側に配置されている。また、２つのイン
デックス検出器は、インクリメンタル運動検出器アレイ
の中心からほぼ等距離の間隔をあけて配置されている。

この「分割された」インデックストラック構造の場合、
接線方向におけるミスアライメントによって、インデッ
クスアナログ信号の一方が、インクリメンタル運動信号
及びもう一方のインデックス信号に対し早めに生じるこ
とになる。

しかし、もう一方のインデックス信号は、インクリメン
タル運動信号に対して、同じ量だけ遅れて生じることに
なる。すなわち、インデックスパルスの一方が、インク
リメンタル信号に対し遅れる程度は、もう一方のインデ
ックス信号が早めに生じる程度と等しくなる。インデッ
クス信号とインクリメンタル運動信号間におけるこの関
係によって、コードホイールの中心と、光検出器の曲率
の中心との間に多少のミスアライメントがあっても、イ
ンデックス信号のクロスオーバポイントのタイミングに
影響を生じることはない。従って、インデックス検出器
のプッシュプル信号から導き出されるインデックスパル
スのタイミングすなわち位相は、ミスアライメントによ
る影響を受けない。

本発明のこうした、及び、その他の目的、利点、及び、
特徴については、添付の図面と共に、望ましい実施例に
関する下記の説明を検討することによって明らかになる
。

（実施例） 第３図には、本発明の原理を具現化した光学エンコーダ
２０が示されている。例示の光学エンコーダ２０は、シ
ャフト２１の回転運動及び位置を表示するのに適したも
のであり、光ビーム２３を放出する発光手段２２、シャ
フト２１０回転に応答して、光ビームの変調を行うコー
ドホイール２４、及び、コードホイールで変調された光
を受ける検出器アセンブリ２５を備えている。

コードホイールすなわちコード部材２４には、シャフト
２１の回転に応答して光ビーム２３に変調を加えるイン
クリメンタル運動光学変調トラック２８が備わっている
。コードホイール２４には、また、光ビームに変調を加
えるため、２つのインデックス光学変調トラック、すな
わち第１のインデックス変調トラック２９、及び、第２
のインデックス変調トラック３０も設けられている。

本発明によれば、第１のインデックス変調トラック２９
及び第２のインデックス変調トラック３０は、コードホ
イール２４上にふいて、インクリメンタル運動トラック
２８の半径方向の両側に配置される。

検出器アセンブリ２５には、コードホイール２４上のイ
ンクリメンタル運動トラック２８によって変調された光
を受けるため、光ビーム２３の光路内に配置された、イ
ンクリメンタル運動検出器アレイ３３が含まれている。

第１のインデックス検出器３４が、第１のインデックス
変調トラック３０によって変調された光を受けるため、
光路２３内に配置されており、第２のインデックス検出
器３５が、第２のインデックス変調トラック３０によっ
て変調された光を受けるため、光路２３内に配置されて
いる。これら「分割された」第１と第２のインデックス
検出器３４及び３５は、それぞれ、コードホイール２４
における「分割された」第１と第２のインデックス変調
トラック２９及び３０と共に、コードホイール２４が１
回転する毎に１回のインデックスパルスを発生する、ブ
ツシュ・プルシステムの一部を形成する。

第４図〜第８図には、本発明の光学シャフトエンコーダ
の望ましい実施例が、多少略図的に示されている。本発
明のこの実施例には、発光体／検出器モジュール４０、
及び、シャフト４２で回転させるようになっているコー
ドホイール４１が設けられている。発光体／検出器モジ
ュール４０には、シャフト４２と共に回転する際、コー
ドホイール４１の半径方向における外側部分が通過する
モジュールのスロット４３が設けられている。

第４図に示すように、また、第７図においてさらに詳細
に示すように、コードホイール４１には３つの光学トラ
ック、すなわち、第１のインデックス変調トラック４７
、インクリメンタル運動変調トラック４８、及び、第２
のインデックス変調トラック５０が設けられており、こ
の３つのトラックが、不透明な領域と透光性の領域が交
互になった３つの同心円を形成している。半径方向にお
ける最も外側の第１のインデックス変調トラック４７は
、主として透光性セクションから形成されているが、半
径方向における最も内側の第２のインデックス変調トラ
ック５０は、その円周全体にわたり、はぼ不透明である
。２つのインデックストラック４７及び５０の間には、
インクリメンタル運動光学トラック４８が配置されてい
るが、これは、トラック４Ｂの全円周にわたって設けら
れた、等間隔の不透明な領域４９と透光性の領域５１（
第７図に示す）から構成されている。

第６図に示すように、発光体／検出器モジュール４０に
は、ＬＥＤ５２、発光体レンズ５３、及び、被変調光検
出器アセンブリ５５が含まれている。Ｌ　Ｅ　Ｄ５２は
、小さな、あるいは、狭い領域から光を発生し、点光源
に近い形をとるのが望ましい。発光体レンズ５３は、Ｌ
　Ｅ　Ｄ５２からの光を受けて、モジュールのスロット
４３を横切り、モジュールスロットの反対側に位置する
被変調光検出器アセンブリ５５に到達するような、はぼ
平行な光ビームを生じるように配置されている。

被変調光検出器アセンブリ５５は、第６図では、Ｌ　Ｅ
　Ｄ５２とコードホイール４１に関連して示されており
、第８図では、スケールを拡大した平面図で示されてい
る。さらに詳しく第６図を参照すると、検出器アセンブ
リ５５には、Ｌ　Ｅ　Ｄ５２からモジュールのスロット
４３を横切って向かい側に第１のインデックス検出器ア
レイ５８が設けられており、コードホイール４１上の第
１のインデックス変調トラック４７によって変調される
光を受けるようになっている。コードホイール４１の図
示回転方向においては、平行な光ビームは、第１のイン
デックス変調トラック４７上における透光性の大きい領
域を通過し、第１のインデックス検出器アレイ５８がこ
れを受けて、有意の（ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ）、第１
のアナログインデックス出力信号を発生する。第２のイ
ンデックス検出器アレイ５９は、モジュールのスロット
４３ヲ横切って、第２のインデックス変調トラック５０
によって変調された光を受ける位置に配置されている。

コードホイール４１の図示回転位置において、第２のイ
ンデックス変調トラック５０によりＬ　Ｅ　Ｄ５２から
の光が遮られるために、第２のインデックス検出器アレ
イ５９は、低レベルの、あるいは、非有意の（ｉｎｓｉ
ｇｎｉｆｉｃａｎｔ）、アナログ出力信号を発生するこ
とになる。

２つのインデックス検出器アレイ５８及び５９の間にお
いて、光学変調コードホイール４１上のインクリメンタ
ル運動変調トラック４８によって変調されたＬ　Ｅ　Ｄ
５２からの光を受ける位置に、インクリメンタル運動検
出器アレイ６２が配置されている。インクリメンタル運
動検出器アレイ６２とインクリメンタル運動変調トラッ
ク４８０両方とも、本願において引用される米国特許第
４，６９１、１０１号に記載のタイプが望ましい。

第７図を参照すると、インクリメンタル運動変調トラッ
ク４８の各透光性領域５１と隣接する不透明な領域４９
によりコードホイール４１の一つのサイクルすなわち周
期８４が表される。インクリメンタル運動変調トラック
の各サイクル８４は、第８図に示す４つのインクリメン
タル運動検出器８７の１検出器サイクル８６に相当する
のが望ましい。各光検出器８７は、受信した被変調光に
応答して、アナログ電気出力信号を発生し、これらの信
号に処理を施すことによって、２チヤネルの出力が得ら
れ、該出力から、シャフト４２（第４図及び第５図）の
回転運動及びその回転方向を求めることが可能になる。

２チヤネル出力を発生するための処理回路の構成に関し
ては、米国特許第４．２７１．３６４号及び第４．２５
９．５７０号に開示されている。

米国特許第４．６９１．、１０１号に記載のように、４
つの光検出器を好適に機械的に配置することによって、
互いに９０゛位相のずれた、同一形状の波形の出力信号
を得ることができる。ただし、インクリメンタル運動信
号間におけるこの直角位相すなわち９０゛位相関係は、
好都合で、望ましい関係の１つにしかすぎない。代替案
として、他の位相関係を備えたアナログ信号を発生する
ように、あるいは、単一のアナログ信号を発生するよう
にさえ、インクリメンタル光検出器を構成することが可
能である。

第７図に示すように、コードホイール４１における第１
のインデックス変調トラック４７は、その円周に沿って
、透光性の大きい領域６４によってほぼ構成されている
が、３つの不透明なインデックス領域６５も含まれてい
る。第８図を参照すると、検出器アセンブリ５５におけ
る第１のインデックス検出器アレイ５８は、第１のイン
デックス変調トラック４７における３つの不透明なイン
デックス領域６５に対応する３つの光検出器６７を含ん
でいる。コードホイール４１が曲がっているため、コー
ドホイールの不透明領域６５と、第１のインデックス検
出器アレイ５８の対応する検出器の両方とも、形状が、
はぼ台形になっている。また、３つの不透明領域６５と
検出器６７との間隔は不均等であるため、コードホイー
ル４１とシャフト４２（第４図及び第５図）が１回転す
る毎に１度不透明領域と光検出器が一列に並ぶと、明確
な、低アナログインデックス信号が発生する。明確なイ
ンデックス信号を発生するこの不均等な間隔については
、米国特許第４．４５１．７３１号に記載されている。

第２のインデックス変調トラック５０は、トラックの円
周に沿って延びる不透明な領域７０によってほぼ形成さ
れているが、３つの間隔の不均等なインデックス透光性
領域７１を含んでおり、各インデックス透光性領域７１
は、半径方向において、第１のインデックス変調トラッ
ク４７のインデックス不透明領域６５の１つとのアライ
メントをとるようになっている。第２のインデックス検
出器アレイ５９には、３つの間隔の不均等な検出器７３
が含まれており、各検出器７３は、半径方向において、
第１のインデックス検出器６７とアライメントがとれ、
第２のインデックス変調トラック５０のインデックス透
光性領域７１に対応するようになっている。検出器７３
及び透光性領域７１は、やはり、コードホイール４１が
湾曲しているため、形状がほぼ台形である。

例示の望ましいエンコーダは、半径方向においてインデ
ックス透光性領域７１とアライメントのとれたインデッ
クス不透明領域６５、及び、同様に、半径方向において
アライメントのとれた検出器６７と７３を示しているが
、こうしたアライメントは、本発明にとって必須のもの
ではない。

代替案として、不透明領域及び透光性領域は、半径方向
の異なる位置に偏位させることも可能である。ただし、
対応する光検出器も、同じ半径方向の位置に偏位させ、
所望のブツシュ・プル信号が得られるようにしなければ
ならない。

本発明に従って、第１と第２のインデックストラγり４
７及び５０は、インクリメンタル運動トラック４８から
ほぼ等距離の間隔をあけて、その半径方向の両側に配置
される。すなわち、第１のインデックストラック４７の
各不透明領域６５の中心とインクリメンタル運動トラッ
ク４８の中心との距離が、インクリメンタル運動トラッ
クの中心と第２のインデックス変調トラック５０におい
て半径方向にアライメントのとれた対応する透光性領域
７１の中心との距離にほぼ等しいことになる。同様に、
第１と第２のインデックス検出器アレイ５８及び５９も
、インクリメンタル検出器アレイ６２から、その半径方
向の両側に、はぼ等距離の間隔をあけて配置される。ま
た、第１のインデックス変調トラック４７の各不透明領
域６５の面積は、半径方向において向かい合ったインデ
ックス透光性領域７１の面積にほぼ等しい。

従って、コードホイールの湾曲のため、不透明領域６５
は、最も内側の第２のインデックス変調トラック５０に
ふける半径方向において向かい合ったインデックス透光
性領域７１に比べて、やや広めで、短くなっている。第
１のインデックス検出器アレイ５８の全検出器面積は、
第２のインデックス検出器アレイの全検出器面積に等し
いので、所定の強さの光に対して、該アレイは、はぼ等
しい信号を発生することになる。

本発明に関する例示の望ましい形態の場合、各インデッ
クストラック４７及び５０上における３つの光学変調領
域を利用して、インデックス信号を発生する。３つのイ
ンデックス領域が示されているが、とりわけ、さらに強
い光ビームの利用が可能であれば、２つの領域、あるい
は、１つの領域しか利用しなくても、インデックス信号
を発生することができる。また、本発明の範囲内におい
て、４つ以上の領域を利用することも可能である。

検出器アセンブリ５５、インクリメンタル運動検出器６
３、及び、第１と第２のインデックス検出器６７及び７
３における全ての光検出器は、バイポーラ半導体技術を
利用したフォトダイオードで形成するのが望ましい。た
だし、本発明の範囲の形態を逸脱することなく、他のタ
イプの半導体技術を用いることが可能である。また、本
発明の望ましい形態では、検出器アセンブリ５５の光検
出器と必要な信号処理回路要素は、単一の半導体チップ
で実現することも可能である。

第９図にグラフで示すように、コードホイール４１が回
転して、モジュールのスロッ）４３　（１４図及び第５
図）を通過する際、第１と第２のインデックス検出器ア
レイ５８及び５９によって、光電流信号Ｉ及びＩｏが、
それぞれ、発生することになる。これらの波形について
は、コンパレータ７８（第８図）によって比較が行われ
、信号Ｉ及びビが同じ信号レベルに達すると、これに応
答して、インデックスパルス８０が発生することになる
。

第１のインデックス検出器アレイ５８によって生じる信
号Ｉは、シャフトの回転のほとんどにわたって、比較的
高いレベルを維持するが、この比較的高い光電流レベル
は、第１のインデックス変調トラツク４７０大部分を形
成している透光性領域６４（第７図）をＬＥＤ５２　　
（第６図）からの光が通過することによって生じるもの
である。第２のインデックス検出器アレイ５９によって
生じる信号Ｉ“は、Ｌ　Ｅ　Ｄ５２からの光が、はぼ不
透明で半径方向の内側にあたる第２のインデックス変調
トラック５０によってさえぎられるので、コードホイー
ルの回転のほとんどにわたって、比較的低いレベルを維
持する。ただし、例示の望ましい実施例の場合、コード
ホイール４１が１回転する毎に１度、第１のインデック
ス変調トラック４７の３つのインデックス不透明領域６
５が、検出器アセンブリ５５における対応するインデッ
クス検出器６７（第８図）を通過して、はぼ三角形の波
形の１を発生する。第２のインデックス変調トラック５
０の３つのインデックス透光領域７１も、１回転する毎
に１度、対応する検出器７３を通過し、三角形の波形の
１′を発生する。

第９図の上部グラフにおける実線は、信号■及びＩｏの
２つの波形を示しており、コードホイール４１の中心と
、２つのインデックス検出器アレイ５８及び５９の曲率
中心との間にミスアライメントがない。しかし、コード
ホイール４１と検出器アレイ５８及び５９に接線方向の
ミスアライメントが生じている場合、ミスアライメント
の方向とシャフトの回転方向によって、信号Ｉ又は１′
の一方は別の信号を発生することになる。

また接線方向は、各インデックス検出器アレイ領域の中
心を通り、運動方向に伸張するラインに沿っており、こ
の接線方向のミスアライメントは運動方向のミスアライ
メントとしても定義可能である。

インデックス変調トラックとインデックス検出器が、イ
ンクリメンタル運動トラックから異なる間隔で配置され
る、先行技術によるエンコーダの場合、接線方向のミス
アライメントによるインデックス信号間のタイミングの
変化によって、信号１（！：Ｔ″の交差点が時間的に移
動した。従って、接線方向のミスアライメントによって
、インクリメンタル運動信号に対するインデックスパル
スのタイミングすなわち位相が変化した。しかし、本発
明によれば、こうした接線方向のミスアライメントによ
って、一方の信号（第９図のダッシュライン１″）が早
めに生じるだけでなく、もう一方の信号（ダッシュライ
ン■）が同じ時間量だけ遅れることになる。

第９図には、また、信号■及び■°のタイミングにおけ
るこの等しいが、逆の変化によって、２つの信号波形の
交差点に関するタイミングは影響されないということが
示されている。従って、第９図の下部グラフに示された
インデックスパルス８０のタイミングすなわち位相は、
接線方向のミスアライメントによる影響を受けない。

以上の解説では、１組の２つのインデックス変調トラッ
クと対応する１組の２つのインデックス検出器を備えた
光学式シャフト運動エンコーダに適用されるものとして
、本発明の説明を行っている。しかしながら、用途によ
っては、複数組の２つのインデックス変調トラック及び
２つのインデックス検出器が所望される場合もあり得る
。また、本発明は、回転エンコーダに限定されるもので
はなく、線形エンコーダ、あるいは、より一般的に、イ
ンデックスすなわち基準パルスの所望される、任意の被
変調信号運動エンコーダにも適用される。こうした全て
の運動エンコーダは、幾つかのミスアライメントに影響
を受けやすい。回転すなわち湾曲経路エンコーダは、前
述のように、接線方向のミスアライメントに影響されや
すく、線形運動エンコーダは、変調部材が検出器に対し
て多少回転する回転ミスアライメントに対し影響されや
すい。

線形エンコーダの場合は、特に、また、他のタイプの運
動エンコーダの場合にも、変調部材を図に示すように接
続せずに、その運動がコード化されている物体と共に運
動するように、検出器アセンブリの接続を行うことがで
きる。　光学エンコーダの場合、光変調部材として透過
性領域及び不透過性領域ではなく、反射領域及び非反射
領域を利用することにより光に変調を施すことも可能で
ある。例えば、第７図に示すコードホイールの場合、透
光領域６４．５１、及び、７１を反射領域に置き換え、
不透明領域６５．４９、及び、７０を非反射領域に置き
換えることができる。もちろん、本発明のこの反射変調
器の形態の場合、検出器アセンブリは、発光手段と同じ
側にある変調部材において、コードホイールの反射領域
から反射する光を受ける位置に配置される。

さらに、本発明は、インクリメンタル運動エンコーダに
対してインデックスパルスを発生するためにだけでなく
、インクリメンタルエンコーダ又は絶対位置エンコーダ
のいずれかに対して基準パルスを発生するためにも、用
いることが可能である。こうした基準パルスは、前述の
ように、エンコーダのエラーの検出に利用することがで
きる。また、本発明に従って生じるインデックスすなわ
ち基準パルスは、物体の運動経路に沿った２つ以上のポ
イントで得ることができる。

また、本発明は、経路に沿った物体の運動に応答し、他
の形態の電磁放射線に変調を施したり、検出したりする
非光学エンコーダにも適用することが可能である。こう
した本発明の非光学実施例は、選択された特定のタイプ
の電磁エネルギーに適合する、さまざまな電磁エネルギ
ー発生器、変調器、及び、検出器を利用する。

しかしながら、変調を受け、検出されるエネルギーのタ
イプとは無関係に、インデックス変調トラックと検出器
アレイの分割構造によって、はぼ同じ、位相に影響され
ないインデックスすなわち基準パルスが発生する。

上述の望ましい実施例は、本発明の原理を明らかにする
意図のものであって、本発明の範囲に制限を加えるもの
ではない。当該技術の熟練者によれば、下記のクレーム
の範囲から逸脱することなく、さまざまな他の実施例を
作り出したり、これら望ましい実施例に対してさまざま
な修正を加えたりすることが可能である。

（効果） 以上のように、本発明によれば、絶対位置情報だけでな
く運動方向情報も発生することができ、製造時、及び、
特定の用途への適用時に遭遇するミスアライメントに対
し比較的影響を受けにくい、インクリメンタル運動の光
学エンコーダが提供される。またエンコーダの製造時及
びその使用時に生じるミスアライメントの影響を受けな
いばかりでなく、インデックス信号、すなわち基準信号
を発生可能な、経路に沿った物体の移動を示す検出器ア
レイタイプのエンコーダが提供される。さらに又、本発
明によれば、位相に影響されないインデックスすなわち
基準信号を発生する運動エンコーダに用いるのに適した
、変調部材が提供される。

【図面の簡単な説明】

第１図は光ビームを変調するだめのコードホイールと位
相プレートを備えた従来技術に属する光学シャフト回転
エンコーダの線図による斜視図であり、 第２図は光ビームを変調するためのコードホイールを１
つだけ備えた従来技術に属する検出器アレイ型光学シャ
フト回転エンコーダの線図による斜視図であり、 第３図は本発明に基づく光学シャフト回転エンコーダの
線図による斜視図であり、 第４図は本発明に基づく光学シャフト回転エンコーダの
概略図であり、 第５図は第４図に示す光学エンコーダの側面図であり、 第６図は第４図の切断線６−６に断裁した、第４図及び
第５図に示す光学エンコーダモジュールと光学ホイール
の部分の略半裁断面図であり、 第７図は第４ないし６図に示すコードホイールを拡大さ
れたスケールで示す略平面図であり、第８図は第４ない
し第７図に示すコードホイールによって変調された光を
検出するための検出アレイアセンブリを拡大されたスケ
ールで示す略平面図であり、２つのインデックストラッ
クの検出出力も併せて示しており、 第９図は第８図に示すインデックス光検出器により発生
された出力信号と、それらから得られたインデックスパ
ルス信号について、コードホイールと検出器との間にお
いて接線方向のミスアライメントがとれている場合とと
れていない場合の各々を示しているグラフである。 ２０・・・光学エンコーダ、２１・・・シャフト、２２
・・・発光手段、　２３・・・光ビーム、２４・・・コ
ードホイール、 ２５・・・検出器アセンブリ、 ２８・・・インクリメンタル運動光学変調トラック、２
９、３０・・・インデックス変調トラック、３３・・・
インクリメンタル運動検出器、３４、３５・・・インデ
ックス検出器、出願人代理人　　　古　　谷　　馨 同　　　溝部考事 同　　　　　　　　古　　　谷　　　聡ＦＩＧ、　８ ＦＩＧ、　９ ■

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　シャフトの回転運動を指示するための光学エンコー
   ダであって： 光路に沿って光ビームを発生する発光手段 と； 前記シャフトの回転に呼応して光ビームを 変調させるべく前記光路内に配置され、前記シャフトと
   同心上にほぼ環状に配置されたインクリメンタル運動光
   学変調トラックと、このインクリメンタル運動光学変調
   トラックに対して半径方向両側にほぼ等距離をおいて離
   間するように配置された少なくとも１組の２つのインデ
   ックス光学変調トラックとを含む光学変調手段と； 前記インクリメンタル運動光学変調トラッ クにより変調された光ビームからの光を受光し、前記シ
   ャフトの回転に呼応する少なくとも１つの出力信号を発
   生するためのインクリメンタル運動検出器手段と；さら
   に 前記インデックス光学変調トラックの各組 に対応する１組の２つのインデックス検出器手段であっ
   て、その各々が前記光路内に配置され、さらにその各々
   が前記インクリメンタル運動検出器手段の両側にほぼ等
   距離をおいて離間するように配置され、前記インデック
   ス光学変調トラックの１組より変調された光学ビームか
   らの光を受光し、前記シャフトの各回転ごとに少なくと
   も１度最高増幅点に達するような２つのインデックス出
   力信号が発生し、しかも前記光学変調手段と前記インク
   リメンタル運動検出器手段及び前記インデックス検出器
   手段との間にミスアライメントがほぼ存在しない場合に
   はこれらのインデックス出力信号が各々の最高増幅点に
   同時に達成するように構成された前記インデックス検出
   器手段とから成ることを特徴とする、光学エンコーダ。 ２　所定のルートに沿った対象物の運動を指示するため
   のエンコーダであって： エネルギー路に沿ってエネルギーを発生す るエネルギー発生手段と； 前記対象物の運動に呼応してエネルギーを 変調させるべく前記エネルギー路内に配置され、前記ル
   ートに沿って伸張するインクリメンタル運動エネルギー
   変調トラックと、このインクリメンタル運動エネルギー
   変調トラックの両側にほぼ等距離をおいて離間するよう
   に配置された少なくとも１組の２つのインデックスエネ
   ルギー変調トラックとを備えたコード手段を含むエネル
   ギー変調手段と； 前記インクリメンタル運動エネルギー変調 トラックにより変調されたエネルギーを受け取り、前記
   ルートに沿った前記対象物の運動に呼応する少なくとも
   １つのエンコーダ出力信号を発生するためのインクリメ
   ンタル運動検出器手段と；さらに 前記インデックスエネルギー変調トラック の各組に対応する１組の２つのインデックス検出器手段
   であって、その各々が前記エネルギー路内に配置され、
   さらにその各々が前記インクリメンタル運動検出器手段
   の両側にほぼ等距離をおいて離間するように配置され、
   前記インデックスエネルギー変調トラックの１組より変
   調されたエネルギーを受け取り、前記ロートを横切る対
   象物の各反復運動ごとに少なくとも１度最高増幅点に達
   するような２つのインデックス出力信号が発生し、しか
   も前記エネルギー変調手段と前記インクリメンタル運動
   検出器手段及び前記インデックス検出器手段との間にミ
   スアライメントがほぼ存在しない場合にはこれらのイン
   デックス出力信号が各々の最高増幅点に同時に達成する
   ように構成された前記インデックス検出器手段とから成
   ることを特徴とする、運動エンコーダ。 ３　光学シャフトエンコーダ用のコードホィールであっ
   て： その回転によりコード化が施されるシャフ トに同心上に配置された剛性の、不透明材料からなるお
   おむね平滑なディスクと； 前記平滑ディスクにおおむね同心環状に配 置されたインクリメンタル運動光学変調トラックと；前
   記インクリメンタル運動光学変 調トラックにおおむね同心環状に配置された第１のイン
   デックストラックと；及び、 前記インクリメンタル運動光学変調トラッ クにおおむね同心環状に配置された第２のインデックス
   トラックとから成り； 前記第１のインデックストラックと第２の インデックストラックとが、前記平滑なディスク上にお
   いて、前記インクリメンタル運動トラックの両側におお
   むね等距離をおいて離間するように配置され、一方のイ
   ンデックストラックが前記インクリメンタル運動トラッ
   クよりも小さな直径を有する円環上におおむね配置され
   、他方のインデックストラックが前記インクリメンタル
   運動トラックよりも大きな直径を有する円環上におおむ
   ね配置されていることを特徴とする、コードホィール。 ４　所定のルートに沿った対象物の運動に呼応するよう
   に運動エンコーダにより発生された変調エネルギーによ
   り前記ルートに沿った対象物の運動を指示し、変調され
   たエネルギーを探知してエンコーダ信号を発生させるた
   めの、運動エンコーダ用コード部材であって：その運動
   によりコード化が施される対象物 のルートに沿って伸張するように配設されたコード部材
   と； 前記コード部材上に配置され、前記対象物 の運動方向におおむね平行に伸張し、前記ルートに沿っ
   た対象物の運動に応じて、エネルギーを変調し、少なく
   とも１つのインクリメンタル運動信号を発生するための
   、インクリメンタル運動変調トラックと； 前記コート部材上に配置され、前記対象物 の運動方向におおむね平行に伸張し、前記ルートに沿っ
   た対象物の運動に応じて、エネルギーを変調し、第１の
   インデックス信号を発生させるための、第１のインデッ
   クス変調トラックと； 前記コート部材上に配置され、前記対象物 の運動方向のおおむね平行に伸張し、前記ルートに沿っ
   た対象物の運動に応じて、エネルギーを変調し、第２の
   インデックス信号を発生させるための、第２のインデッ
   クス変調トラックとから成り； 前記第１のインデックス変調トラックと前 記第２のインデックス変調トラックとが、前記インクリ
   メンタル運動トラックの両側におおむね等距離をおいて
   離間するように配置されることを特徴とする、運動エン
   コード用コード部材。