JPH0244374B2 - Kogakushikirootariienkooda - Google Patents

Kogakushikirootariienkooda

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JPH0244374B2
JPH0244374B2 JP16021382A JP16021382A JPH0244374B2 JP H0244374 B2 JPH0244374 B2 JP H0244374B2 JP 16021382 A JP16021382 A JP 16021382A JP 16021382 A JP16021382 A JP 16021382A JP H0244374 B2 JPH0244374 B2 JP H0244374B2
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light
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Katsushige Nakai
Takashi Kishimoto
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Nippon Sheet Glass Co Ltd
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Nippon Sheet Glass Co Ltd
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/26Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G01D5/32Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
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    • G01D5/347Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells using displacement encoding scales
    • G01D5/34707Scales; Discs, e.g. fixation, fabrication, compensation
    • G01D5/34715Scale reading or illumination devices
    • G01D5/34723Scale reading or illumination devices involving light-guides

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optical Transform (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は回転円板に設けられた主信号スリツト
及びゼロ信号スリツトを透過した両信号光を単一
の受光子に入射させて分離検出するようにし受光
装置のコンパクト化を図つた光学式ロータリーエ
ンコーダに関する。
回転数の計測、回転角度変位の計測、被加工物
の位置決め等に広く使用されている光学式のロー
タリーエンコーダは一般に第1図のように構成さ
れる。
すなわち回転数が計測されるモータなど被測定
機構に連結された回転軸1に円板2を設けこの円
板2の円周に沿つて等間隔に遮光部3と透光部4
からなる主信号スリツト5を設ける。
またこの主信号スリツト5よりも内周側には単
一の小面積の遮光部(円板2が透明材料の場合)
または透光部(円板2が遮光材料の場合)からな
るゼロ信号用スリツト6を設ける。
そして主信号スリツト5の通過位置及びゼロ信
号スリツト6の通過位置に対応させて小さな開口
8A,8Bを設けたインデツクススケール7を回
転円板2の周辺近くに固定配置する。
そして回転円板2の両面側に両信号スリツト
5,6に対応させてそれぞれ投光子9A,9Bと
受光子10A,10Bを対向配置する。
これにより、回転円板2が1回転する毎に投光
子9Bから受光子10Bに向う光線がゼロ信号ス
リツト6で遮断または透過して1回転が検出され
る。また投光子9Aから受光子10Aに向う光線
が主信号スリツト5で断続して微小な回転角変位
が検出される。
上記のような光学式ロータリーエンコーダにお
いては各信号スリツト5,6に対応させて一対ず
つの投光子9A,9Bおよび受光子10A,10
Bを配置しているためにこれら投光子および受光
子の設置に大きなスペースを必要としてロータリ
ーエンコーダ装置全体の大きさをあまり小さくで
きないという問題があつた。
本発明の目的は上記従来の問題を解決し、特に
受光子側における部品配置スペースを大きく節約
できて装置全体をコンパクト化できる光学式ロー
タリーエンコーダを提供することである。
本発明は、回転円板の円周方向に間隔をおいた
遮光部と透光部からなる主信号スリツトを設ける
とともに、これよりも内周側にゼロ信号発信用等
の副スリツトを設け、これらスリツト部を挟んで
前記回転円板の両面側にそれぞれ、前記両スリツ
ト部に光源からの光を投射する投光子と、スリツ
ト部を透過した光を受光する受光子とを配置して
なる光学式ロータリーエンコーダにおいて、前記
受光子を、屈折率が中心軸上で最大で周辺に向け
て放物状に減少する分布をもつ単一の屈折率分布
型レンズで構成するとともに、そのレンズ径を、
前記主信号スリツト部透過光と副スリツト部透過
光の双方を受け入れ得る大きさとし、該レンズの
出射面には前記各スリツト部透過光の出射位置に
対応させて光伝送フアイバーを接続して、受光素
子へと伝送光を導き、また投光子をほぼ1/4ピツ
チ長の単一の屈折率分布型レンズで構成するとと
もに、そのレンズ径を、該レンズからの平行出射
光が前記両スリツト部を照射し得る大きさとし、
光伝送フアイバーで光源に接続する。
以下本発明を図面に示した実施例について詳細
に説明する。
第2図は本発明の一実施例を示す斜視図であり
従来と変らない部分については第1図と共通の番
号を付してある。
第2図において11は投光子であり、12は受
光子である。
投光子11はレンズ長さを4分の1ピツチ長と
した屈折率分布型レンズ13の一端面に光伝送フ
アイバー14の一端を光軸を合せて接続して構成
し、光伝送フアイバー14の他端には同様の屈折
率分布型レンズ13を接続し、このレンズ13に
対して発光ダイオード等の光源15を対向配置す
る。これにより光源15から出た光線は屈折率分
布型レンズ13に入射し他端面に集束して光フア
イバー14で伝送され、レンズ13で平行光線に
変換される。
レンズ13の径はこのレンズ13から出射した
平行光線16が回転円板2上の主信号スリツト部
5およびゼロ信号スリツト部6の両方を通過する
ような大きさに選定しておく。
ここで屈折率分布型レンズは周知のように、ガ
ラスまたはプラスチツクの透明円柱体からなり中
心軸上の屈折率Noを最大として中心軸からrの
距離における屈折率N(r)が、 N(r)=No(1−1/2Ar2) ……(1) ただしAは正の定数 で表わされる分布をもつている。
かかる屈折率分布型レンズを光軸に平行入射し
た光線は1周期(ピツチ)の長さPが、 P=2π/√ ……(2) であるサインカーブを描いて進行する。
受光子12は上記のような屈折率分布型レンズ
13の一端面を中心軸18に対する垂直面から一
定角度θだけ傾けて軸対称に斜断研摩することに
より一対の傾射した入射面17A,17Bを設け
て構成される。これにより、投光子11から出て
主信号スリツト部5を通過した光線16Aがレン
ズ13の入射面17Aに入射し、ゼロ信号スリツ
ト部6を透過した光線16Bがレンズ13の入射
面17Bに入射するようにする。
レンズ長Zはおよそ0.25P(ピツチ)にしてお
く。
入射面17A,17Bが中心軸18に垂直な面
である場合はレンズ長Zを0.25Pにすると中心軸
に平行に入射した光線16Aおよび16Bはレン
ズ13の他端面で中心に集束することになるが、
上記のように入射面を両面の成す角が180度未満
となるように傾斜面17A,17Bとしておくと
これら入射面17A,17Bに入射した光線は中
心軸寄りに屈折し、レンズ13の他端面よりも若
干内側において中心に集束した後、交叉してレン
ズ他端面では中心軸からr2の距離だけ偏位した位
置で出射する。
そしてこの両光線16A,16B出射位置に一
対の光伝送フアイバー14A,14Bの一端側を
それぞれ接続する。
また両光伝送フアイバー14A,14Bの他端
に、0.25P長の屈折率分布型レンズを接続してフ
アイバーからの拡散出射光を平行光に変換してフ
オトトランジスタのような受光素子19に入射さ
せる。
ここで、レンズ13の入射面傾斜角θと出射光
線の中心軸からの偏位量r2の関係は、 r2=(No−1)×θ/No√ ……(3) であらわすことができる。
上記のようにして単一の屈折率分布型レンズ1
3に両信号光16A,16Bを入れてレンズ内で
分岐させるようにしているので、回転円板上にお
ける主信号スリツト5とゼロ信号スリツト6との
間隔を両者が接触するぎりぎりの限界近くまで狭
めることができ、それに伴なつて受光子レンズ1
3の外径寸法を上記両スリツトの外縁間間隔付近
まで小さくすることができる。
さらに、入射面傾斜角θを適当に選ぶことによ
り、主信号とゼロ信号の両検出用光フアイバー1
4A,14Bの側面間隔を最小限度ゼロ、つまり
フアイバーの外径をdとして2r2=dに設定する
こともでき、光フアイバーの配線も極めて小さい
スペースで済む。
また回転部から離れたスペースを充分確保し得
る位置に受光素子19を設置することができる。
本発明で使用する受光子12としては屈折率分
布型レンズ13の一端面を、面間の成す角が180
度未満となるように軸対称に複数の斜断面17
A,17Bとする以外に、第6図に示す如く両端
面を中心軸に垂直な平行平面とした0.25ピツチ長
の屈折率分布型レンズ13の一方の端面に、屈折
率が一様な通常のガラスあるいはプラスチツクか
らなる所定の角度の両斜断面17A,17Bを設
けたプリズム20を貼り合せて受光子12を構成
してもよい。
第4図に本発明の他の実施例を示す。
本例は回転円板2に主信号スリツト5およびゼ
ロ信号スリツト6A以外に他の副スリツト6Bを
設けたロータリーエンコーダの構造例を示し、受
光子12を成すおよそ0.25ピツチ長の屈折率分布
型レンズ13一端面に光軸垂直面に対してそれぞ
れ異なる角度θ1,θ2,θ3で傾斜する入射面17
A,17B,17Cを設け、これら三種の傾射入
射面17A,17B,17Cにそれぞれ主信号ス
リツト5、ゼロ信号スリツト6Aおよび付加的機
能をもたせた副スリツト6Bを透過した光線を入
射させるようにしている。
そして上記各入射面で屈折してレンズ13内に
入り、レンズ他端面で分岐する各光線をこのレン
ズ13の端面と図外受光素子間に接続した光フア
イバー14A,14B,14Cに入射させる。
以上の例では屈折率分布型レンズ13の一端を
角度を成す多面に形成して受光子12としたが、
第5図に示すように両端面が中心軸に垂直な平行
平面の屈折率分布型レンズ13を用いてこのレン
ズ長Zを0.25ピツチを越え0.5ピツチ以下の長さ
に選んでもよい。
かかるレンズ13においては中心軸からr3の距
離をおいて中心軸に平行に入射した光線はレンズ
他端面において中心軸からr4の距離偏位して出射
し、r3とr4との間には r4=r3COS√Z ……(4) の関係が成立する。
したがつて上記のr4が裸のまたは樹脂コート等
で被覆した接続光フアイバー14A,14Bの半
径にほぼ等しくなるようにレンズ長Zを選定すれ
ば、インデツクススケール7の主信号用、ゼロ信
号用開口間の間隔如何によらず最小限度の配線ス
ペースで済むことになる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の光学式ロータリーエンコーダを
示す斜視図、第2図は本発明の一実施例を示す斜
視図、第3図は第2図の要部を示す側断面図、第
4図は本発明の他の実施例を示す要部側断面図、
第5図は本発明のさらに別の実施例を示す要部側
断面図、第6図は本発明の他の実施例を示す要部
側断面図である。 2……回転円板、5……主信号スリツト、6…
…ゼロ信号スリツト(副スリツト)、7……イン
デツクススケール、9A,9B,11……投光
子、12……受光子、13……屈折率分布型レン
ズ、14,14A,14B……光伝送フアイバ
ー、15……光源、16……光線、19……受光
素子、20,20A,20B……プリズム。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 回転円板の円周方向に間隔をおいた遮光部と
    透光部からなる主信号スリツトを設けるととも
    に、これよりも内周側にゼロ信号発信用等の副ス
    リツトを設け、これらスリツト部を挟んで前記回
    転円板の両面側に、前記両スリツト部に光源から
    の光を投射する投光子と、スリツト部を透過した
    光を受光する受光子とをそれぞれ配置してなる光
    学式ロータリーエンコーダにおいて、前記受光子
    を、屈折率が中心軸上で最大で周辺に向けて放物
    状に減少する分布をもつ単一の屈折率分布型レン
    ズ13で構成するとともに、そのレンズ径を、前
    記主信号スリツト部透過光16Aと副スリツト部
    透過光16Bの双方を受け入れ得る大きさとし、
    該レンズ13の出射面には前記各スリツト部透過
    光16A,16Bの出射位置に対応させて光伝送
    フアイバー14A,14Bを接続して、受光素子
    19へと伝送光を導き、また投光子をほぼ1/4ピ
    ツチ長の単一の屈折率分布型レンズ13で構成す
    るとともに、そのレンズ径を、該レンズからの平
    行出射光が前記両スリツト部を照射し得る大きさ
    とし、光伝送フアイバー14で光源15に接続し
    たことを特徴とする光学式ロータリーエンコー
    ダ。
JP16021382A 1982-09-14 1982-09-14 Kogakushikirootariienkooda Expired - Lifetime JPH0244374B2 (ja)

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JPS5948616A JPS5948616A (ja) 1984-03-19
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WO1989008959A1 (en) * 1988-03-07 1989-09-21 Telemetry Research Ii, Inc. Method and apparatus for remote commodity transfer control and monitoring
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