JPH02194318A - 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】 〔発明の分野〕 本発明は機械的な回転量や直線移動量を電気信号番こ変
換する光学式のエンコーダに関するものである。

〔従来の技術〕

従来光学式のエンコーダは第７図に示すように、ケース
１内に設けられた投光素子−２と受光素子３との間に固
定スリット板４と回転軸５に連動して回転し、その円周
」二に多数のスリットが設けられた移動スリット板６を
有している。そしてこのロータリーエンコーダでは回転
軸５を回転させるごとによって投光素子２より固定スリ
ン［・板４及び移動スリット板６を介して第８図に実線
へで示すような疑似正弦波信号が得られる。従ってこの
信号を所定闇値で弁別して方形波信号に変換したり、又
その微分信号に基づいて回転軸５０回転速度信号を得る
よ・うにしている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかるにこのような従来の光学式エンコーダでは、受光
素−ｔより得られる受光信Σレヘルを太きくするために
スリット間隔を狭くする必要があり、固定スリン１板と
移動スリン１板の間隔を例えばスリ・／］・ピッチとほ
ぼ同じ距離に保つごとによって一定振幅の疑似正弦波信
ｙＪを１７るようにしている。この間隔が変動ずれば第
８図の曲線Ｉ３又はＣに示ずように、受光素子３に得ら
れる疑似正弦波信号のピーク値が変動する６特に移動ス
リンＩ・板６がエンコーダ本体とは分離された分離型の
エンコーダにおいてはスリット間陪を一定に保つことが
困難であり、移動スリット板と固定スリット板の間隔を
狭くすれば両者が接触し易く、又スリット間隔のわずか
な変化によっても出力信号の振幅が大きく変化する。従
ってこの疑似正弦波信号を微分し速度信号を得る場合、
振１ｇ変化が直接速度信号の誤差として現れてしまうと
いう問題点かあった。

本発明はこのような従来の光学式エンコーダの問題点に
鑑みてなされたものであって、固定スリット板と移動ス
リット板の間隔を比較的広くとることができ、しかもそ
の間隔が変動しても疑似正弦波信号の振幅変化を小さく
押さえることができるようにすることを技術的課題とす
る。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は機械的な回転量や直線移動量を電気信号に変換
する光学式エンコーダであって、相異なる波長λ１．λ
２−　λ、　　（ｋ、−２，３−）の光を発光するに個
の点光源型投光素子と、各投光素子に夫々対向して配置
され夫々の投光素子の光を受光する受光素子と、各投光
素子及び受光素子間に夫々固定され、一定のスリンＩ・
ビソヂＰを隔てて複数のスリットが形成された複数の固
定スリット板と、各固定スリット板に対し相対的に移動
し、各固定スリット板と同一のスリットピンチＰを隅で
て複数のスリットが形成された移動スリット板と、各受
光素子より得られる出力の最大値を検出する最大値検出
回路と、を具備し、移動スリット板及び各固定スリット
板の間隔を （ｎ＝１．２．　　　　）として設定したことを特徴と
するものである。

〔作用〕

このような特徴を有する本発明によれば、光源として夫
々相異なる波長の点光源の複数の投光素子を用い、各固
定スリット板と移動スリット板の間隔を所定の間隔とな
るようにしている。こうずれば各スリット板を介して受
光素子に得られる疑似正弦波信号の振幅値は、固定スリ
ット板と移動スリット板を密着させたときとほぼ同一の
大きいレベルとなる。そして固定スリット板と移動スリ
ット板との間隔が変化した場合にも受光素子より得られ
る信号の最大値が最大値検出回路より選択されてエンコ
ーダの出力となる。

〔発明の効果〕

そのため本発明によれば、組立時にはスリット板の間隔
を特定の関係を満たす任意の間隔に保つことができる。

従ってスリット板の間隔を従来の光学式エンコーダのよ
うに極めて狭く設定する必要がなく、スリット板同士の
接触の可能性をなくすることができるという効果が得ら
れる。又移動スリット板の移動時には、受光素子より２
つのスリット板を密着させたときとほぼ同一レベルの出
力信号が得られ、その振幅値が大きくなるため信号処理
が容易となる。そして本発明では複数の受光素子から得
られる出力の最大値を検出するようにしているため、ス
リット板の間隔が所定値かられずかに変動しても出力信
号の振幅に与える影響を極めて小さくすることができ、
正確な位置信号速度信号を得ることができる。又スリッ
ト板の取付間隔のばらつきに対する許容度が極めて大き
くなり、固定スリット板の取付けを容易にすることがで
きるという効果が得られる。更に移動スリット板を取付
けた後も移動スリット板の回転や移動に伴ってスリット
間隔が変動する場合にも、出力変化に大きな影響を与え
ることがないという効果が得られろ。

〔実施例の説明〕

第１図番３１本発明の−・実施例Ｌ’：　ｃｌ、る分離
型のリニアエンコーダの一例を示す断面図、第２図はそ
の概略構成ｌメＩ−Ｕある。本実施例ではりニアエンニ
１−ダ本体はケース１０内に２つの投光部１．１．１！
及び受光部１２．１２′が一定間隔を隔てて固定されて
いる。そして投光部１１．１１′、受光部１２．１２′
の構成は同一・であるので、以Ｆ投受光部１１．１２に
ついて第１図に基づき説明する。

投受光部１１．１２の間には移動スリット板１３が左右
に自在に移動するように構成されている。

移動スリット板１３は一定のスリットピッチｌ）毎に多
数のスリットが平行して設けられたものであって、リニ
アエンコーダ本体とは一定の間隔を隔てて分離されてお
り、その移動量がリニアエンコーダより位置信号として
得られる。さてエン：１一ダ本体の投光部１１には、図
示のように一定の波長λ１例えば波長６７０ｎｍを有す
る点光源型の投光素子−であるレーザダイオード１４が
設けられる。

そしてレーザビームの光軸に対して所定角度傾き、移動
スリット板１３に対して垂直な軸を有する円筒形の光ガ
イド１５が設けられる。光ガイド１５の内部にはレーザ
ビームを反射する反射鏡１６が設けられ、更に受光部１
２との対向面にレーザビームの光径を平行に拡大する：
１ノノートレンズ１７が設けられている。レーザダイオ
ード川４より出射されたレーザダイオは反射鏡１６．コ
リメートレンズ１７を介して平行光が受光部１２に与え
られる。受光部１２にはコリメートレンズ１７に対向す
る位置に微小なスリットが所定のスリソトビソヂＰ毎に
多数形成された固定スリット板１８が設けられ、その背
後には受光素子、例えばフオ］・ダイオード１９が設け
られる。ざてこれらの投受光部１１．１２と平行に投光
部１１′及び受光部１２′が同一の移動スリンＩ・板１
３に対向して設けられている。

第２図はこの構成を示す概略図であって、前述したレー
ザダイオード１４に対向するコリメートレンズ１７．固
定スリット板１８．フォトダイオード１９が設けられて
いる。本図においては反射鏡１６を省略して示している
。さて投光部１１′はこれと同様に前述したレーザダイ
オード１４とは異なる波長λ２　（例えば８４０ｎｍ）
を有する点光源型投光素子であるレーザダイオード２１
を有しており、このレーザ光が同一の光学系及びコリメ
ートレンズ２２を介して平行なレーザビームとして移動
スリン１−板１３に与えられる。そして移動スリノ目反
１３を介して対向する位置には固定スリット板１８と同
一のピッチＰを有する固定スリット板２３が設けられ、
その背後にはレーザダイオード２１の光を受光する受光
素子であるフォトダイオード２４が設けられる。移動ス
リット板１３と２つの固定スリット板１８．２３との間
隔Ｉ。

は同一＝−の値とする。フォトダイオード１９．２４の
出力はプリント基板２５上に実装された最大値検出回路
２６に与えられる。最大値検出回路２Ｇは２つの受光素
子の出力のうちより大きい信号を出力するものであって
、その出力は通常のリニアエンコーダと同様に信号処理
部２７に与えられて増幅され疑似正弦波信号として出力
される。又その出力を更に方形波に変換することによっ
て位置信号を得るようにしている。

さて移動スリット板１３と固定スリン］・板１８２３と
の間隔りとレーザダイオ−１・川４，２１の波長λ１．
λ２、及びスリ、７トビノチＰとは次式で定められる関
係を保つように設定する。

（ｎ　＝　１　、　２　、　　−） 本実施例においては例えばｎを１と設定するものとする
。

ここでスリット板間隔りに対してフォトダイオード１９
に得られる疑似正弦波信号の振幅値は第３図に示すよう
な関係を有している。本図より明らかなように移動スリ
ット板】３と固定スリット板１８のスリット間隔Ｉ７が
零、即ち両考が密着している場合には得られる出力信号
は最大ピーク値を有するものであり、ｍＰ”／２λ＋　
　（ｍは奇数）の位置では極めて小さく、ｎＰ”／λ１
の位置では振幅値は最大となり、それらの間は正弦波状
に変化する曲線となる。これはスリンｌ−のパターンか
らの回折の結果得られるフーリエイメージによ−。

て起こる現象であり、本発明ではこの現象を利用してい
る。即ち本発明では点光源の投光素子を用いてその光を
コリメートレンズによって平行な光ビームとして受光素
子側にｌｊ、えることによってこの回折現象を利用して
いる。

一方第４図は従来の光学式エンコーダにおいて２つのス
リット板の間隔りと受光素子に得られる疑偵正弦波信号
の振幅値の変化を示す図である。

従来の光学式エンコーダでは第４図に示されるように２
・つのスリン］・板の間隔をできるだけ狭く、例えばＬ
２に設定することによって大きな振幅値を得るようにし
ている。しかし本願発明ではこれらの間隔りを小さくす
る必要はなくスリ・ノＩ・間隔１、を前述の（１）式を
満たす値Ｉ、１となるように設定する。

第５図は２つのレーザダイオ−Ｆ’１４．２１の波長λ
１．λ２に夫々対応するフーリエイメージの包絡綿り、
　　Ｅを示す図である。実際にはスリット間隔りは前述
の式（１）に示したように、■）２／λ１゜■）２／λ
２　（本実施例ではｎ−１）の中間値に設定しておく。

この場合にはこれらのフーリエイメージの出力がほぼ一
致するため最大値検出回路２６を介してこれらのいずれ
かの信号が出力される。

又設定したスリット間隔Ｉ３かられずかに変動ずればフ
ーリエイメージＤ又はＥのピーク値に近づくこととなる
。従ってこの設定値から各フーリエイメージのピーク値
までの出力変化を許容範囲とすれば、第５図に示ずよう
にΔＩ、の範囲内で許容振幅幅となる。このように移動
スリット板１３と２つの固定スリット板とのスリット間
隔Ｌ７の許容範囲を大きくすることができる。

尚本実施例は単一波長で点光源型の投光素子として２つ
のレーザダイオードを用いているが、発光領域が極めて
小さい点光源型の発光ダイオードを投光素子として用い
ることも可能である。第６図はこの点光源型発光ダイオ
ードを投光素子として用い、スリットピッチＰを４０Ｉ
Ｉｍ、波長λを９５７ｎｍとしたときの受光素子に得ら
れる出力電圧の振幅値とスリット間ギヤツブの関係を示
すグラフである。本図に示すように波長に一定の広がり
を有する発光ダイオードを用いてもほぼ第３図と同一の
フーリエイメージを持つ振幅変化を得ることができる。

従って発光する波長の異なる２つの発光ダイオードを投
光素子として用い、スリット板間の間隔を前述した式を
満たず任意の値に設定することもできる。この場合にも
スリット板間士を接触させることなく正確な位置信号を
得ることが可能である。

又本実施例は２つのレーザダイオードを用いているが、
相異なる波長λｉ　　（＋＝１．２　−　ｋ）のに個の
点光源型の投光素子を用いるようにし夫々のピーク値の
中間値をスリット間隔として設定するようにすることが
可能である。この場合にはスリット間隔りは次式 更に本実施例は分離型のリニアエンコーダについて説明
しているが、本発明は通常のリニアエンコーダやロータ
リーエンコーダ等光学式の全てのエンコーダに適用する
ことが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例によるリニアエンコダの断面
図、第２図は本実施例のリニアエンコーダの構成を示す
概略図、第３図は本実施例のスリット間隔といずれかの
受光素子に得られる出力振幅の関係を示すグラフ、第４
図は従来の光学式エンコーダのスリット間隔と受光素子
に得られる出力振幅の関係を示すグラフ、第５図は本実
施例による２つのレーザダイオードを用いたフーリエイ
メージとスリット間隔を示すグラフ、第６図は光源とし
て発光ダイオードを用いたときのスリット間隔と出力電
圧の変化を示すグラフ、第７図は従来の光学式ロータリ
ーエンコーダの一例を示す断面図、第８図はその出力電
圧の変化を示すグラフである。 に設定するものとする。 １０　　ゲース　　１１，１１’　　　−投光部１２．
１２′　　−受光部　　１３−移動スリット板　　１４
．２１−　レーザダイオ−１・１７２２　　二１リメー
トレンス　　１８．２３固定スリット板　　１９．２４
　　　フメｌ〜ダイオード　　２６−最大値検出回路 特許出願人　　　立石電機株代会社 代理人　弁理士　岡本官喜（他１名） ≦４踵記％豊炉

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）相異なる波長λ＿１、λ＿２・・・・・・・・λ
   ＿ｋ（ｋ＝２、３・・・・・・・）の光を発光するｋ個
   の点光源型投光素子と、 前記各投光素子に夫々対向して配置され夫々の投光素子
   の光を受光する受光素子と、 前記各投光素子及び受光素子間に夫々固定され、一定の
   スリットピッチＰを隔てて複数のスリットが形成された
   複数の固定スリット板と、 前記各固定スリット板に対し相対的に移動し、前記各固
   定スリット板と同一のスリットピッチＰを隔てて複数の
   スリットが形成された移動スリット板と、 前記各受光素子より得られる出力の最大値を検出する最
   大値検出回路と、を具備し、 前記移動スリット板及び前記各固定スリット板の間隔を ［（ｎＰ＾２／λ＿１）＋（ｎＰ＾２／λ＿２）・・・
   ・・・・（ｎＰ＾２／λ＿ｋ）］／ｋ（ｎ＝１、２、・
   ・・・・・・）として設定したことを特徴とする光学式
   エンコーダ。