JPH04152209A - 防爆型光学式エンコーダ - 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、回転軸の回転角を検出する防爆型光学式エン
コーダに関する。

〈従来の技術〉 工作機械、産業ロボット等の産業用機器の多くは回転軸
を有しており、これらの機器を制御するには、回転軸の
回転角を検出する必要がある。

一般に、回転軸の回転角を検出するには、エンコーダと
呼ばれる角度検出器を使用している。

従来技術によるエンコーダには、スリット式、抵抗式等
がある。

第３図にスリット式エンコーダの一例を示す。

同図に示すようにスリット式エンコーダでは、回転軸４
に円盤状スリット板３が固定され、このスリット板３に
図に示すような２進数符号を表す円弧状のスリットが貫
通しいてる。この円周状のスリットは半径方向に４周形
成されており、各スリットの半径に対応する位置に発光
素子１と受光素子２とが正対して４組設置されている。

この為、発光素子１から出射された光がスリット板３の
スリットを通過すると受光素子２に達するが、スリット
のない部分では、光はスリット板３に選られて受光素子
２に達しない。

従って、従来のスリット式エンコーダでは、回転軸４と
共にスリット板３が回転すると、発光素子１と受光素子
２との間にあるスリット板３のスリット位置が変わり、
この為、スリットを通過して受光素子２に達する光が２
進数符号状に変化し、受光素子２の出力がそのまま回転
軸４の回転角θとして得られる。

この時の角度分解能は、スリットが半径方向に何周形成
されているかで決まり、図では４周であるので、２’＝
１６となる。即ち、角度分解能は、３６０度を１６分割
した値である。

第４図に抵抗式エンコーダの一例を示す。抵抗式エンコ
ーダは、回転軸４の周囲に抵抗体６を円弧状に配置し、
回転軸４に摺動子５を半径方向に突設して、その先端を
抵抗体６に接触させたものである。抵抗体６の両端には
、それぞれ第一、第二の端子７，８が接続され、また、
摺動子５には第三の端子９が接続されている。

従って、従来の抵抗式エンコーダでは、回転軸４と共に
接触子５が回転すると、抵抗体６上での摺動子５の節点
が変わり、抵抗体６の全抵抗に対して、第一の端子７又
は第二の端子８と第三の端子９の内での抵抗が直線的に
変化する。

この抵抗変化を検出すれば、回転軸４の回転角を検出す
ることが出来る。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、従来のスリット式エンコーダでは、その
分解能を向上させる為にはスリットの半径方向の数を増
さなければならず、スリット板及び発光素子ｌ、受光素
子２の機械的な寸法及び加工制度の点から、大型化して
しまう問題があった。

また、抵抗式エンコーダでは、摺動子５が抵抗体６の上
を移動するため、摺動子５及び抵抗体６に摩耗が生じ、
寿命が短いという問題点があった。

本発明は、上記従来技術に鑑みて成されたものであり、
容易に分解能を向上できると共に機械的な接触点がなく
、更に、危険雰囲気中で使用されても爆発の危険性のな
い防煙型光学式エンコーダを提供することを目的とする
。

〈課題を解決するための手段〉 斯かる目的を達成する本発明の構成は第一の偏光フィル
タが回転軸に垂直に固定されると共に第二の偏光フィル
タが第一の偏光フィルタに対し平行に重ね合わせて設置
され、第一の偏光フィルタの外周部分に半回転分の光を
嬬る遮光部が取り付けられ、また、第二の偏光フィルタ
には回転軸を通る直線を境にして４５度の角度を成す２
方向の偏光面が区分して形成され、更に第一、第二の偏
光フィルタを間に挟んで第一第二の光ファイバの一端が
正対させられると共に第三、第四の光ファイバの一端が
正対させられ、更に前記遮光部を間に挟んで第五、第六
の光ファイバの一端が正対させられ、第一、第三、第五
の光ファイバの他端には発光素子がそれぞれ接続される
一方、第二、第四、第六の光ファイバの他端には受光素
子がそれぞれ接続され、また、第一、第二の光ファイバ
と第三、第四の光ファイバとは回転軸に関して対称に配
置されることをことを特徴とする。

〈作用〉 発光素子から出力された光は第一、第三の光ファイバに
導かれて、第一、第二の偏光フィルタに照射される。第
一の偏光フィルタは、回転軸と共に回転するが、第二の
偏光フィルタは回転しないので、第一、第二の偏光フィ
ルタを透過する光量は、それらの偏光方向が一致すると
きは最大となり、逆に偏光方向が直交するときは最小と
なる。この為、第一、第二の偏光フィルタを透過する光
量は、回転軸と共に回転する第一の偏光フィルタの回転
に応じて、周期的に変化する。このような透過光は第二
、第四の光ファイバにより受光素子に導かれ、受光素子
は、その透過光量の変化により、回転軸の回転角を求め
るられる。ここで、第二の偏光フィルタの何れかには４
５度の角度を成す２方向の偏光面が形成されているので
、それらの受光素子により検出される透過光量は４５度
の位相差を持って変化することになる。また、第一の偏
光フィルタの外周部分には半回転分の光を遮る遮光部が
取り付けられているので、１８０度毎に遮光、通光を繰
り返す。

〈実施例〉 以下、本発明について、図面に示す実施例を参照して、
詳細に説明する。

第１図は本発明の一実施例に係る防爆型光学式エンコー
ダを示すものである。

同図に示すように、第一、第二の偏光フィルタ１０．１
１は円盤状をなし、これらは僅かな間隔をあけて平行に
配置されている。第一の偏光フィルタｌＯは、その中心
で回転軸４に垂直に固定され、回転軸４と共に回転する
が、第二の偏光フィルタ１１は図示しないエンコーダ本
体に固定されている。第一の偏光フィルタＩ２は唯一の
偏光面を有するが、第二の偏光フィルタ１１には回転軸
４を通る直線を境に４５度の角度を成す２方向の偏光面
が区分して形成されている。

従って、回転軸４の回転に伴い第一の偏光フィルタｌＯ
が回転すると、第一の偏光フィルタ１０の唯一の偏光方
向と、偏光フィルタ１１の二つの偏光方向の交差角が４
５度の角度差を持って変化することになる。

これらの偏光フィルタ１０．１１の上下には、これらを
挟む第一、第二の光ファイバ１３．Ｉ４の一端が正対し
て配設されると共に同様にこれらを挟む第一、第二の光
ファイバ１５．１６の一端が正対して配設されている。

これら第一第二の光ファイバ１３．１４の一端と、第三
、第四の光ファイバ１５．１６の一端とはそれぞれ回転
軸４に関して対称に配置されている。第、第三の光ファ
イバＩ３．１５の他端は、第、第二の発光素子１７．１
８にそれぞれ接続され、また、第二、第四の光ファイバ
Ｉ４．１６の他端は第一、第二の受光素子１９．２０に
それぞれ接続している。

従って、第一、第二の発光素子Ｉ７．１８から出力され
た光は第一、第三の光ファイバ１３．１５により導かれ
て第一、第二の偏光フィルタ１０．１１に照射され、こ
れら偏光フィルタ１０、ＩＩを透過した光は、第二、第
四の光ファイバＩ４．１６により第一、第二の受光素子
１９．２０に導かれることになる。

ここで、第一、第二の偏光フィルタ】０，１１を透過す
る光の光量は、第一、第二の偏光フィルタ１０．１１の
偏光方向が一致する時に最大となり、直交する時に最小
となる。従って、その透過光量は、第２図に示すように
回転軸４の回転角θの変化により、１回転の間に２周期
分の変化を示す正弦波状の特性となる。また、偏光フィ
ルタ１１には４５度の角度を成す２方向の偏光面が形成
されているので、受光素子１９で受光される透過光量と
、受光素子２０で受光される透過光量では、回転角度θ
に対し４５度の位相差が生じることになる。尚、回転軸
４の１回転に対し、通過光量の周期は２周期分変化する
ので、この位相差は、透過光量の周期に換算すると９０
度となる。

従って、受光素子１９．２０で、通過光量を検出すれば
、０度から１８０度の範囲に渡って一義的に回転軸４の
回転角度θを検出することが出来る。

更に、第一の偏光フィルタ１０の外周部分には、遮光部
１２が取り付けられている。この遮光部１２は、回転軸
４を通る直線でリングを半分に切断した半リング状をな
し、この遮光部１２では、全く光を遮るが、その他の部
分では光は遂られることはない。

この遮光部Ｉ２の上下には、これを間に挟んで第五、第
六の光ファイバ２１．２２の一端が正対して配置されて
おり、第五の光ファイバ２】の他端は第三の発光素子２
３に接続され、また、第六の光ファイバ２２の他端は第
三の受光素子２４に接続している。

従って、第三の発光素子２３から出力された光は、第五
の光ファイバ２１に導かれて、遮光部１２により遮られ
るときには、第三の受光素子２４で検出されないが、遮
光部１２で遮られないときには、第六の光ファイバ２２
に導かれて第三の受光素子２４で検出されることになる
。

ここで、遮光部１２は、半リング状であり半回転分の光
を遮るので、第２図に示すように第三の受光素子２４で
は回転角度が０度から１８０度までの間は嬬光され低レ
ベルの光が検出されるが、回転角度１８０度から３６０
度までの間は遮光されないので高レベルの光が検出され
る。

この為、第一、第二の受光素子１９．２０で得られる通
過光量と、第三の受光素子２４で測定される通過光量を
検討すれば、１回転分、つまり３６０度の回転軸４の回
転角度を一義的に求めることが出来る。

上記構成を有する本実施例の防爆型光学式エンコーダは
、光ファイバを１２〜１５を使用するので、回転軸４の
ある場所より離れた位置に発光素子１６．１７、受光素
子１８．１９を置くことが出来る。この為、仮に回転軸
４が爆発の危険のある環境下に有る場合でも、安全にエ
ンコーダとして使用可能である。

また、発光素子１６．１７から受光素子１８゜１９に光
を導く光学式であり、機械的な摺動部がないので、摩耗
がなく長寿命である。

更に、スリット板を使用せず、二つの偏光フィルタ１０
．１１を使用するので、分解能を向上させるために、発
光素子、受光素子の数、スリット板のスリットの数を増
やす必要がなく、小型化が容易となる利点がある。

しかも、偏光フィルタ】１には４５度の角度を成す二つ
の偏光面が形成されると共に偏光フィルタＩＯにはｆ先
部１２が取り付けられているので、第一、第二、第三の
受光素子１９，２０゜２４の通過光量を検出すれば、回
転軸４の１回転分、つまり、３６０度を一義的に求める
ことが出来る。

尚、上記実施例では、二つの偏光面を有する偏光フィル
タ１１をエンコーダ本体に固定し、遮光部の取り付けら
れた偏光フィルタ１０を回転軸４に固定していたが、逆
に、偏光フィルタ１１を回転軸４に固定し、偏光フィル
タ１０をエンコーダ本体に取り付けても良いものである
。

また、発光素子、受光素子としては、光を出射すること
ができ、これを検出することが出来るものを広く用いる
ことができ、更に、発光素子は共用しても良い。

〈発明の効果〉 以上、実施例に基づいて具体的に説明したように、本発
明はスリットの加工されたスリット板を用いず、二つの
偏光フィルタを使用しているので、分解能を向上させて
も、容易に小型化できる。また、機械的な摺動部がない
ので、摩耗がな（長寿命である。更に、光ファイバを使
用して発光素子及び受光素子を回転軸から離した位置に
配置でき、通電の必要もないので、爆発の危険性のある
環境下にある回転軸でも使用可能である。また、一方の
偏光フィルタに４５度の方向を成す二つの偏光面を形成
すると共に他方の偏光フィルタに遮光部を形成したので
、回転軸の１回転分を測定可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る防爆型光学式エンコー
ダの斜視図、第２図は本実施例における回転角と通過光
量の関係を示すグラフ、第３図は従来のスリット式エン
コーダの斜視図、第４図は従来の抵抗式エンコーダの斜
視図である。 ｌは発光素子、 ２は受光素子、 ３はスリット板、 ４は回転軸、 ５は摺動子、 ６は抵抗体、 ７．８．９は端子、 １０、ＩＩは偏光フィルタ、 １２は遣光部、 ＋３．１４．１５．１６，２１．２２は光ファイバ、 １７．１８．２３は発光素子、 １９．１０．２４は受光素子である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　第一の偏光フィルタが回転軸に垂直に固定されると共
   に第二の偏光フィルタが第一の偏光フィルタに対し平行
   に重ね合わせて設置され、第一の偏光フィルタの外周部
   分に半回転分の光を遮る遮光部が取り付けられ、また、
   第二の偏光フィルタには回転軸を通る直線を境にして４
   ５度の角度を成す２方向の偏光面が区分して形成され、
   更に第一、第二の偏光フィルタを間に挟んで第一、第二
   の光ファイバの一端が正対させられると共に第三、第四
   の光ファイバの一端が正対させられ、更に前記遮光部を
   間に挟んで第五、第六の光ファイバの一端が正対させら
   れ、第一、第三、第五の光ファイバの他端には発光素子
   がそれぞれ接続される一方、第二、第四、第六の光ファ
   イバの他端には受光素子がそれぞれ接続され、また、第
   一、第二の光ファイバと第三、第四の光ファイバとは回
   転軸に関して対称に配置されることをことを特徴とする
   防爆型光学式エンコーダ。