JPH04238223A - 位置検出装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光学的性質を用いて位
置もしくは変位を検出する光学式位置検出装置に関する
。

【０００２】

【従来の技術】光学式位置検出装置には、幾何光学的性
質（光線）を利用したものと、波動光学的性質（位相）
を利用したものとがある。本発明の位置検出装置は、こ
のうち前者の装置に係るものである。

【０００３】従来の幾何光学的性質を利用した位置検出
装置として、図１６にロータリーエンコーダ１０１を示
す。このロータリーエンコーダ１０１にあっては、回転
軸１０２に固定された円板状のメインスケール１０３の
全周に一定ピッチ毎のスリット１０５を設け、これと同
一ピッチのスリット１０７を設けられたインデックスス
ケール１０６をメインスケール１０３に適当な間隔をあ
けて対向させ、インデックススケール１０６とメインス
ケール１０３を挟んでメインスケール１０３の側に光源
１０８を配置し、インデックススケール１０６の側に受
光器１０９を配置している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のような幾何光学
式の位置検出装置において、スリットを通過した光線の
干渉による影響を小さくし、位置ないし変位測定の精度
を高くしようとすれば、メインスケールとインデックス
スケールとの距離を接近させる必要がある。さらに、測
定値の分解能を向上させるためには、メインスケールと
インデックススケールとを厳密に一定距離に保つ必要が
あり、メインスケールとインデックススケールとの距離
にずれやバラツキが生じた場合には、干渉等の影響によ
り、信号エラーが発生する。

【０００５】しかしながら、上記のような構造のロータ
リーエンコーダにあっては、メインスケールは回転軸に
固定されており、インデックススケールはメインスケー
ルに対向させてメインスケールとは別に固定されている
。このため、メインスケールとインデックススケールと
を接近させ過ぎると、メインスケ−ルの揺れやふらつき
等によりメインスケールとインデックススケールとが衝
突し、いずれかが破損する恐れがあった。

【０００６】また、メインスケールの歪みや振動、ふら
つき等のため、メインスケールとインデックススケール
との距離を厳密に一定に保つことも困難で、メインスケ
ールとインデックススケールを接近させると、メインス
ケールとインデックススケールの距離の変動のため受光
信号を得にくくなり、検出値にバラツキが生じ易かった
。

【０００７】したがって、従来のような構造のロータリ
ーエンコーダ等では、測定精度や分解能に対する要求が
高くなるにつれ、その要求に応じることが困難となって
いた。

【０００８】本発明は叙上の従来例の欠点に鑑みてなさ
れたものであり、その目的とするところは、測定精度や
分解能をより高くすることができ、しかも小型軽量の幾
何光学的性質を用いた位置検出装置を提供することにあ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の位置検出装置は
、位置を示すためのスケールと、幾何光学的性質を利用
してスケールに沿った相対位置を測定する光センサヘッ
ドと、前記スケールと前記光センサヘッドとを弾性接触
した状態に保持させる弾性保持手段とからなることを特
徴としている。

【００１０】また、光センサヘッドは、スライダを介し
てスケールに接触させてもよい。

【００１１】また、スケールには、光センサヘッドのケ
ーシングを弾性的に接触させてもよい。このとき、スケ
ールとケーシングとの間に耐摩耗性または潤滑性の材料
を設けてもよい。

【００１２】また、光センサヘッドにインデックススケ
−ルが設けられている場合には、そのインデックススケ
ールをスケールに弾性的に接触させてもよい。このとき
、スケールとインデックススケールとの間に耐摩耗性ま
たは潤滑性の材料を設けてもよい。

【００１３】

【作用】本発明にあっては、光センサヘッドをスケ−ル
に接触させているので、スケールの歪みや振動等に影響
されることなく光センサヘッド内の光学系（インデック
ススケールやレンズ等）とスケールとの距離を常に正確
に一定に保つことができる。したがって、測定精度を向
上させ、測定値の分解能をより高めることができ、高性
能の位置検出装置を製作することができる。

【００１４】さらに、弾性保持手段によって光センサヘ
ッドをスケールに接触させるだけの簡単な構造であるの
で、小型軽量化及び低コスト化が可能になり、加えて、
光センサヘッドとスケールの距離を厳密に調整する必要
が無いので、実装作業も容易になる。さらに、弾性保持
手段によって光センサヘッドをスケールに弾性的に接触
させているので、光センサヘッドまたはスケールの移動
時の振動等によって光センサヘッドがスケールから浮い
て離れることがなく、安定した測定値を得ることができ
る。

【００１５】また、光センサヘッドをスライダを介して
スケールに接触させれば、光センサヘッドとスライダと
の相対移動をスムーズにすることができ、さらに、スケ
ールの摩耗を軽減することができる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図に基づいて詳
述する。図１〜図３に本発明の第１の実施例を示す。こ
れは光反射型のリニアエンコーダタイプの位置検出装置
１であって、主として光センサヘッド１１と、スケール
２１と、弾性保持部３１とから構成されている。

【００１７】スケール２１は、図２に示すように、透明
な長尺体のガラス製又は合成樹脂製のプレート２２の表
面に蒸着や印刷等の方法によって高反射率材料からなる
パターン層２３を形成し、低反射率部（透明な部分）２
４と高反射率部２５を一定ピッチ毎に反復させた位置検
出領域２１ａを両側縁部２１ｂ間に形成したものである
。

【００１８】光センサヘッド１１は、図３に示すように
、下面開口したケーシング１２内に発光ダイオード等の
光源１３とフォトトランジスタ等の受光素子１４を内蔵
し、ケーシング１２の下面開口にインデックススケール
１５を固定したものである。インデックススケール１５
は、例えばガラス又は合成樹脂製の透明板１６の下面に
、低反射率部２４及び高反射率部２５と同一のピッチで
、透過部１７と非透過部１８とを形成したものである。 あるいは、インデックススケール１５は、エッチング等
により不透明体に低反射率部２４及び高反射率部２５と
同一のピッチでスリットを形成してもよい。

【００１９】弾性保持部３１は、例えば合成樹脂によっ
て略コ字形に成形されており、スケール２１とその上に
スライド可能に載置された光センサヘッド１１とを上下
から弾性的に挟んでいる。すなわち、弾性保持部３１は
、図１に示すように、支柱部３６の上端及び下端から弾
性アーム３２，３３が延出させられており、弾性アーム
３２の先端の固定部３４が光センサヘッド１１の上面に
固着され、弾性アーム３３の先端の摺接部３５がスケー
ル２１の下面に摺動可能に弾接させられている。

【００２０】この結果、光センサヘッド１１は、弾性保
持部３１によってスケ−ル２１の上面に弾接させられて
いる。図３では、ケーシング１２の下面とインデックス
スケール１５の下面とが面一となっており、ケーシング
１２の下面とインデックススケール１５の下面とがスケ
−ル２１に弾接しているが、インデックススケール１５
の下面がケーシング１２の下面よりも若干上方へ引っ込
んでいて、ケーシング１２だけがスケ−ル２１に弾接し
ていてもよい。あるいは、インデックススケール１５が
ケーシング１２の下面よりも若干下方へ飛び出していて
、インデックススケール１５の下面だけがスケ−ル２１
に弾接していてもよい。

【００２１】しかして、インデックススケール１５の透
過部１７とスケ−ル２１の高反射率部２５とが一致して
いる場合には、光源１３から出射された光は、透過部１
７を通過して高反射率部２５で反射されて受光素子１４
に入射する。これに対し、インデックススケール１５の
透過部１７とスケ−ル２１の低反射率部２４とが一致し
ている場合には、光源１３から出射された光は、透過部
１７及び低反射率部２４を透過し、受光素子１４にはほ
とんど光が入射しない。したがって、光センサヘッド１
１とスケ−ル２１とが相対的に移動すると、受光素子１
４から出力される信号強度が、例えば正弦波状に変化し
、スケール２１のピッチ寸法と受光信号の変化とから光
センサヘッド１１の相対変位を求めることができる。 このとき、インデックススケール１５とスケ−ル２１と
が接触もしくは極く接近しており、しかも、両スケール
１５，２１間の距離は一定に保たれているので、干渉の
影響が小さくなり、受光素子１４から出力される受光信
号波形がなまったり、不安定に変動したりすることがな
く、変位もしくは距離の測定精度を向上させることがで
きる。さらに、スケ−ル２１及びインデックススケール
１５のピッチを小さくすることができ、位置検出装置１
の分解能を高めることができる。

【００２２】図４に本発明の第２の実施例の位置検出装
置２を示す。この位置検出装置２にあっては、光センサ
ヘッド１１の下面に摩擦係数の小さな材質、あるいは耐
摩耗性の材質からなるスライダ４１を部分的に貼り付け
、スライダ４１をスケ−ル２１の側縁部２１ｂに摺接さ
せている。スケ−ル２１の低反射率部２４及び高反射率
部２５やインデックススケール１５の透過部１７及び非
透過部１８は、蒸着や印刷等の方法によって形成されて
いるので、互いに直接摺接していると、摩耗して剥がれ
る恐れがあるが、この実施例では、スケ−ル２１の外縁
部２１ｂにスライダ４１を摺接させているので、パター
ン部２１ａ等の摩耗や剥離を防止することができ、耐久
性が向上する。

【００２３】図５に本発明の第３の実施例の位置検出装
置２ａを示す。この実施例に用いられている弾性保持具
３１ａは、ヒンジ部３６ａで回動自在に連結された一対
のアーム３２ａ及び３３ａを引張りバネ３６ｂによって
閉じる方向へ付勢したものであり、光センサヘッド１１
は引張りバネ３６ｂの弾性によってスケール２１に圧接
させられている。

【００２４】図６に本発明の第４の実施例の位置検出装
置３を示す。この実施例では、スケ−ル２１の外縁部２
１ｂに摩擦係数の小さな材質、あるいは耐摩耗性の材質
からなるスライダ４２を貼り付けてあり、光センサヘッ
ド１１の下面がスライダ４２に弾接している。この実施
例でも、スライダ４２によりパタ−ン部２１ａ等の摩耗
や剥離を防止することができる。

【００２５】図７に本発明の第５の実施例の位置検出装
置４を示す。この実施例は、弾性保持部３７によって光
センサヘッド１１を押圧してスケ−ル２１の表面に弾接
させるようにしたものである。すなわち、弾性保持部３
７の支柱部３６は、測定対象物もしくは静止物体に固定
されており、弾性アーム３２によって光センサヘッド１
１をスケ−ル２１に押圧させている。しかして、測定対
象物と共に光センサヘッド１１またはスケ−ル２１が移
動しても、光センサヘッド１１とスケ−ル２１とは接触
状態を維持される。

【００２６】図８に本発明の第６の実施例の位置検出装
置５を示す。この実施例は、弾性保持部３８によってス
ケ−ル２１を押圧して光センサヘッド１１に弾接させる
ようにしたものである。この弾性保持部３７の支柱部３
６も、測定対象物もしくは静止物体に固定されており、
弾性アーム３３によってスケ−ル２１の摺接部３５（固
定部としてもよい。）を光センサヘッド１１に押圧させ
ている。

【００２７】図９は本発明の第７の実施例の位置検出装
置６を示す。この実施例にあっては、光センサヘッド１
１のケーシング１２が固定されており、ケーシング１２
内に上下にスライド自在にインデックススケール５１が
納められ、ケーシング１２とインデックススケール５１
との間に張設したスプリング４３によってインデックス
スケール５１を突出付勢し、移動側のスケ−ル２１の外
縁部２１ｂにスライダ４４を介してインデックススケー
ル５１を弾性的に接触させている。なお、５２及び１９
は、インデックススケール５１の脱落防止用の係合部で
ある。

【００２８】図１０は本発明の第８の実施例の位置検出
装置７を示す。この実施例においては、図１１に示すよ
うに、インデックススケール５３をその弾性に抗して弓
成りに曲げ、曲げられたインデックススケール１５の両
端部をケーシング１２の下部に設けた溝４５内に挿入し
てある。そして、光センサヘッド１１を固定し、スケ−
ル２１をインデックススケール１５に圧接させるように
して移動させ、インデックススケール１５自身の弾性に
よってインデックススケール１５をスケ−ル２１に弾性
的に接触させるようにしている。

【００２９】図１２に本発明の第９の実施例の位置検出
装置８を示す。これはインデックススケールを用いない
反射型の位置検出装置８である。この実施例では、光セ
ンサヘッド１１のケーシング１２をスケ−ル２１に接触
させており、ケーシング１２内には、半導体レーザ素子
等の光源１３と、光源１３から出射された光ビームをス
ケ−ル２１の表面に集光させる集光レンズ６１と、受光
素子１４と、スケ−ル２１の表面で反射した反射光を受
光素子１４へ集光させるための受光レンズ６２が内蔵さ
れている。このタイプでは、光源１３から高反射率部２
５に光ビームが照射されている時には受光信号のレベル
が高く、低反射率部２４に光ビームが照射されている時
には受光レベルが低くなるので、受光信号をモニタする
ことによって光センサヘッド１１とスケ−ル２１の相対
変位を知ることができる。しかも、ケーシング１２がス
ケ−ル２１に接触しているので、光源１３から出射され
た光ビームの焦点が一定位置（例えば、スケ−ル２１の
表面）に位置するよう位置決めされ、測定精度の向上と
高分解能化が可能になる。

【００３０】図１３及び図１４は本発明の第１０の実施
例の位置検出装置９を示す。これは光透過型のリニアエ
ンコーダタイプの位置検出装置９である。この実施例に
あっては、光センサヘッド７１がスケ−ル８１を跨いで
挟むように配置されている。スケール８１は、透明プレ
ート８２の表面に不透明層８３を印刷し、不透明層８３
に一定ピッチ毎のスリット８４を開口したものである。 光センサヘッド７１のケーシング７２の両端には光源１
３を内蔵した投光部７３と受光素子１４を内蔵した受光
部７４とが形成されており、スケ−ル８１はケーシング
７２の弾性により投光部７３と受光部７４との間に弾性
的に保持されている。さらに、投光部７３には、スケ−
ル８１と対向させてインデックススケール７５が固定さ
れており、インデックススケール７５には、スリット８
４と同じピッチのスリット７６が開口されている。イン
デックススケール７５の配置は、スケール８１に対し、
投光部７３側でも受光部７４側でもよいが、透明プレー
ト８２上のスケール８１とインデックススケール７５を
対向させて配置してある方が効果的である。

【００３１】このような光透過型の位置検出装置におい
ても、反射型の位置検出装置で用いた各構成を用いるこ
とができる。例えば、スライダを用いてもよい。また、
図１２のようなインデックススケールを持たない構造の
反射型位置検出装置も可能である。

【００３２】図１５に本発明の第１１の実施例の位置検
出装置１０を示す。これは、反射型のロータリーエンコ
ーダタイプの位置検出装置１０である。この実施例では
、回転軸９１に円板状のスケ−ル９２が固定されている
。スケール９２は、透明円板９３の表面に高反射率材料
からなるパターン層９４を形成したものであり、パター
ン層９の開口部分に低反射率部２４が形成され、低反射
率部２４の間に高反射率部２５が形成されている。この
スケールの外周部には、反射型の光センサヘッド１１が
配置されており、光センサヘッド１１は弾性保持部３１
によってスケ−ル９１の表面に弾性的に接触させられて
いる。

【００３３】なお、このロータリーエンコーダタイプの
位置検出装置でも、透過型構成としても差し支えない。 さらに、図示例はインクリメンタル形であるが、アブソ
リュート形にも対応させることができる。

【００３４】

【発明の効果】本発明によれば、光センサヘッド内の光
学系（インデックススケールやレンズ等）とスケールと
の距離を正確に一定に保つことができるので、測定精度
を向上させ、測定値の分解能をより高めることができ、
小型軽量で低コストの高性能位置検出装置を製作するこ
とができる。また、光センサヘッドを安定してスケール
に接触させることができるので、安定した測定値を得る
ことができる。さらに、実装作業も容易になる。

【００３５】また、光センサヘッドをスライダを介して
スケールに接触させれば、光センサヘッドとスライダと
の相対移動をスムーズにすることができ、さらに、スケ
ールの摩耗を軽減することもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す側面図である。

【図２】同上の実施例の斜視図である。

【図３】図２のＸ−Ｘ線断面図である。

【図４】本発明の第２の実施例を示す一部破断した側面
図である。

【図５】本発明の第３の実施例を示す一部破断した側面
図である。

【図６】本発明の第４の実施例を示す一部破断した側面
図である。

【図７】本発明の第５の実施例を示す一部破断した側面
図である。

【図８】本発明の第６の実施例を示す一部破断した側面
図である。

【図９】本発明の第７の実施例を示す断面図である。

【図１０】本発明の第８の実施例を示す断面図である。

【図１１】同上の実施例の光センサヘッドを示す概略断
面図である。

【図１２】本発明の第９の実施例を示す断面図である。

【図１３】本発明の第１０の実施例を示す一部破断した
斜視図である。

【図１４】同上の実施例の一部破断した側面図である。

【図１５】本発明の第１１の実施例を示す斜視図である
。

【図１６】従来例の斜視図である。

【符号の説明】

１１，７１　　光センサヘッド １２　　ケーシング １３　　光源 １４　　受光素子 １５，５１，５３，７５　　インデックススケール２１
，８１，９２　　スケ−ル ３１，３１ａ，３７，３８　　弾性保持部３６ｂ　　引
張りバネ ４１，４２，４４　　スライダ ４３　　スプリング

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　位置を示すためのスケールと、光学的
   性質を利用してスケールに沿った相対位置を測定する光
   センサヘッドと、前記スケールと前記光センサヘッドと
   を弾性接触した状態に保持させる弾性保持手段とからな
   る位置検出装置。
2. 【請求項２】　　スライダを介して前記スケールと前記
   光センサヘッドを接触させた請求項１に記載の位置検出
   装置。
3. 【請求項３】　　光源及び受光素子をケーシング内に納
   めて前記光センサヘッドを構成し、前記弾性保持手段に
   より前記ケーシングを前記スケールに弾性的に接触させ
   た請求項１又は２に記載の位置検出装置。
4. 【請求項４】　　前記スケールと前記ケーシングとの間
   に耐摩耗性または潤滑性の材料を設けた請求項３に記載
   の位置検出装置。
5. 【請求項５】　　光源、受光器及びインデックススケー
   ルをケーシングに納めて前記光センサヘッドを構成し、
   前記弾性保持手段により前記インデックススケールを前
   記スケールに弾性的に接触させた請求項１又は２に記載
   の位置検出装置。
6. 【請求項６】　　前記スケールと前記インデックススケ
   ールとの間に耐摩耗性または潤滑性の材料を設けた請求
   項５に記載の位置検出装置。