JPH05203465A

JPH05203465A - ロータリエンコーダ

Info

Publication number: JPH05203465A
Application number: JP3713792A
Authority: JP
Inventors: Shiro Ogata; 司郎緒方
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1992-01-27
Filing date: 1992-01-27
Publication date: 1993-08-10

Abstract

(57)【要約】【目的】移動体の変位量を光学的に検出するロータリ
エンコーダの小形化、薄形化を図るとともに、構成を簡
素にする。さらに、回転軸の軸ぶれによる検出誤差を低
減して分解能を高め、測定精度を向上させる。【構成】回転体に強反射部と弱反射部とからなる格子
状パターン設け、そのパターンに投光部から検出光を出
射し、反射される検出光を受光部にて受光し、光の強度
変化を解析して回転変位量を検出する。また、分解能を
高めるために、投光部及び受光部と格子状パターンとの
間に、光の高透過部と低透過部とからなるスリットパタ
ーンを設けたスリット板を配設する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、回転軸の回転角変化量
を光学的手段により検出するロータリエンコーダに係
り、特に、ロータリエンコーダを小形化及び簡素化する
技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の光学式ロータリエンコーダの一般
的な構成例を図１０に示す。移動体（図示せず）に連結
された回転軸１０１には、円周上に一定間隔にてスリッ
トが形成された円盤状のロータ１０２が軸着されてい
る。そのロータ１０２と対向してステータ１０５が配設
され、そのステータ１０５には、ロータ１０２のスリッ
トと形状及び間隔が同一のスリットが形成されている。
さらに、ロータ１０２及びステータ１０５を挟んで発光
素子１０３がステータ１０５と同じ側に、受光素子１０
４がロータ１０２と同じ側にそれぞれ配設されている。

【０００３】上記の構成において、発光素子１０３から
出射された光は、ステータ１０５、ロータ１０２のそれ
ぞれのスリットを透過して受光素子１０４にて受光され
るが、受光素子１０４まで至る光の強度は、移動体と連
動して回転されるロータ１０２が光経路を遮断すること
により周期的に変化する。その周期を解析することによ
り、移動体の回転変化量を検出する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来例
では、それを構成するロータ１０２が円盤状であるこ
と、さらには発光素子１０３、受光素子１０４がその円
盤状ロータ１０２を所定の間隔をもって挟むように配設
されることから、エンコーダ全体の規模が大きくなり、
このロータリエンコーダを搭載する装置の小形化、薄形
化を図る際の妨げとなっていた。また、外部からの加力
によって回転軸１０１が軸ぶれを起こすと、ロータ３が
円盤状であることから、そのぶれが増幅され、回転量を
検出する精度が低下するという問題点があった。

【０００５】本発明は、上述した問題点を解決するもの
で、ロータリエンコーダを搭載する装置の小型化、薄型
化を実現し、しかも軸ぶれによって検出精度が低下しな
いロータリエンコーダを提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１の発明は、回転体の回転角度位置を光学的に
検出するロータリエンコーダにおいて、光の反射率が大
きい領域と反射率が小さい領域とからなるパターンを、
回転体の表面に一定ピッチで連続的に形成した部材と、
前記パターンに検出光を出射する投光部と、前記パター
ンで反射された検出光を受光する受光部とを備えたもの
である。

【０００７】請求項２の発明は、回転角度位置を光学的
に検出するロータリエンコーダにおいて、光の反射率が
大きい領域と反射率が小さい領域とからなる第１のパタ
ーンを、回転体の表面に一定ピッチで連続的に形成した
第１の部材と、前記第１のパターンに検出光を出射する
投光部と、前記第１のパターンで反射された検出光を受
光する受光部と、光の透過率の高い領域と透過率の低い
領域とからなる第２のパターンを前記第１のパターンと
同じピッチで形成した第２の部材とを備え、この第２の
部材が前記第１の部材と投光部及び受光部との間に配置
されたものである。

【０００８】

【作用】請求項１の構成によれば、パターンを形成され
た回転体の表面に、投光部から検出光が照射されると、
その検出光は領域の違いによってその強弱が周期的に変
化して反射される。その反射光を受光部にて受け、その
強度を光学的に解析することにより、回転体の回転角変
化量を検出することができる。

【０００９】請求項２の構成によれば、投光部から出射
された検出光は、第２の部材を透過して回転体の表面の
第１の部材に至り、その第１の部材上で反射された後、
再度第２の部材を透過して、受光部にて受けられる。そ
の受光強度の周期的な変化を光学的に解析することによ
り、回転体の回転角変化量を検出することができる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明のロータリエンコーダの実施例
を図面を参照して説明する。図１は、請求項１に対応す
る一実施例を示す。同図において、回転変化量の測定対
象となる回転体１の表面には、光の反射率が大きい強反
射部２ａと反射率が小さい弱反射部２ｂとからなる格子
状パターン２が連続的に形成されている。その格子状パ
ターン２は、回転体１にパターンを直接印刷したり、パ
ターンを形成した薄膜部材を回転体１に接着すること等
によって設ければよい。また、格子の方向は、一般的に
は回転体１の回転方向に垂直であるが、格子方向と回転
方向とが平行でない限り、回転体の変位量は検出可能で
ある。

【００１１】格子状パターン２の上方には、検出光１０
を出射する発光素子３（投光部）と、その検出光１０を
受ける受光素子４（受光部）が配設されている。発光素
子３には、例えば発光ダイオードや半導体レーザ等、受
光素子４には、フォトダイオード等を用いるのがロータ
リエンコーダを小形化するためによい。

【００１２】上記の構成による、回転体１の変位量測定
について説明する。発光素子３から出射された出射光１
０ａは、格子状パターン２によって反射され，その反射
光１０ｂが受光素子４に入る。このとき、出射光１０ａ
が、格子状パターン２の強反射部２ａに照射された場合
は、その反射光１０ｂは強い光であり、弱反射部２ｂに
照射された場合は反射光１０ｂは弱い光となる。出射光
１０ａは、回転体１が回転することにより，格子状パタ
ーン２の強反射部２ａと弱反射部２ｂの交互に照射され
るので、受光素子４にて受けられる反射光１０ｂは格子
状パターン２の移動、すなわち回転体１の変位に同期し
て変化する。この受光素子４における反射光１０ｂの強
度変化を解析することにより、回転体の変位量を検出で
きる。図２は回転体１の回転と受光素子４からの出力信
号との関係を示すグラフである。

【００１３】上記実施例において発光素子３と受光素子
４は一対であるが、複数対の発光素子３と受光素子４を
設けることにより、検出精度の向上を図ることができ
る。また、発光素子３と格子状パターン２の間にレンズ
もしくはシリンドリカルレンズを配設して検出光１０を
変形させ、光を効率的に利用することにより、同様に検
出分解能を高めることが可能である。

【００１４】図３は、請求項２に対応する一実施例を示
す。本実施例では、回転体１（第１の部材）の表面に形
成した格子状パターン２（第１のパターン）と発光素子
３及び受光素子４との間に、固定スリット板５（第２の
部材）を配設している。この固定スリット板５には、光
の透過率の高い高透過部６ａと光の透過率の低い低透過
部６ｂとからなるスリットパターン６（第２のパター
ン）が交互に連続して形成されている。このスリットパ
ターン６の透過部６ａ，６ｂのピッチは、格子状パター
ン２の反射部２ａ，２ｂのピッチと同一になるように形
成する。固定スリット板５は、例えば金属薄板にエッチ
ング等でスリットパターンを形成したり、あるいは透明
基板にスリットパターンを蒸着させたものである。

【００１５】さらに、検出時の出力の直流成分を低減さ
せるために、固定スリット板５の発光素子３と対向する
面を黒色に塗装して、光の吸収層を設けることが望まし
い。また、光の散乱による検出精度の低下を防止するた
めに、スリットパターン６と格子状パターン２との間隔
は狭い方が望ましく、具体的にはスリットが形成された
間隔より狭い方がよい。そこで、スリットパターン６と
格子状パターン２との隙間を狭くするために、固定スリ
ット板５を、回転体１の円筒面に沿った曲面状になるよ
うに設けてもよい。

【００１６】上記の構成においては、検出光１０の経路
上で固定スリット板５の高透過部６ａと格子状パターン
２の強反射部２ａとが一致している場合には、出射光１
０ａが、高透過部６ａを通過して強反射部２ａに照射さ
れ、強反射部２ａにて強く反射された反射光１０ｂが、
再び高透過部６ａを通過して受光素子４に入り、高強度
の光として検出される。逆に、検出光１０が低透過部６
ｂを通過して弱反射部２ｂにて反射する場合には、受光
素子４にて受けられる光の強度は低い。前述の図１の実
施例と同様に、この受光素子４における反射光１０ｂの
強度変化を解析することにより，回転体の変位量を検出
できるが、本実施例では、固定スリット板５を用いて、
検出光１０の経路が特定されるので、変位量の分解能を
向上させることができる。

【００１７】また、上記実施例では、高透過部６ａと低
透過部６ｂを有するスリットパターン６を固定したが、
測定する移動体（回転体）の形状によっては、格子状パ
ターン２の方を固定し、円筒状に設けたのスリットパタ
ーン６を移動体に連動させて回転するような構成であっ
ても同様の機能が得られる。

【００１８】図４は前述の実施例にて適用することがで
きる光学センサ４１の例である。この光学センサ４１
は、ロータリエンコーダを小形化し、且つその組み立て
作業を省力化するために、発光素子３、受光素子４及び
固定スリット板５を一体化したものである。同図におい
て、発光素子３と受光素子４とが、樹脂成形等によって
形成されたハウジング４２内に装着され、そのハウジン
グ４２の一方の面すなわち検出光１０の経路となる面に
スリット４３を有するスリット板４４が設けられてい
る。

【００１９】図５及び図６は、上記光学センサ４１の装
着ユニット５１の例を示す。図４は正面図を、図５は側
断面図を示す。装着ユニット５１は、ユニット本体５１
ａと軸受部５１ｂ、及び取付部５１ｃによって構成され
ている。ユニット本体５１ａには、光学センサ４１が回
転体１に設けられた格子状パターン２と所定の間隔をも
つように配設されている。また、軸受部５１ｂには、軸
受５２が具備され、その軸受５２を介して装着ユニット
５１が回転体１に装着される。一方、装着ユニット５１
が回転体１の回転と連動して回転することがないよう
に、取付部５１ｃが他の部材に取り付けられる。そのた
め取付部５１ｃには、例えばネジ穴等が設けられてい
る。

【００２０】なお、軸受５２には、ベアリングを用いた
り、あるいはベアリングを用いないで摺動性部材等によ
る滑り軸受を用いてもよい。また、軸受５２及び軸受部
５１ｂは、回転体１を円周上を完全に被装する構造が望
ましいが、図６に示すように円周上の一部が切欠いてい
る方が、組み立てが容易となる。この場合には、弾性変
形する例えばプラスチック等により、軸受５２及び軸受
部５１ｂを形成し、それらを嵌め合わせることにより、
回転体１に取り付ける。

【００２１】図７及び図８は、格子状パターン２を円筒
状のパターン部材７１に形成した例を示す。図７は正面
図、図８は側断面図である。パターン部材７１は、圧入
もしくは接着により回転体１に被着して取り付ける。さ
らに、回転体１には、軸受５２が回転体１を保持する部
分に溝７２が形成され、軸方向に装着ユニット５１が移
動することを防ぐ。

【００２２】図９は回転体の表面に設けられる格子状パ
ターン９１が凹凸により構成された例を示す。このよう
な格子状パターン９１と固定スリット板５とを組み合わ
せてエンコーダを構成することができ、この場合では、
凸部からの反射光１０ｂは受光素子４へ十分に導かれる
が（図９のａ）、凹部からの反射光１０ｂは凸部などで
遮られて受光素子４へは到達しにくくなる（図９の
ｂ）。この構成によれば、回転体に強反射、弱反射の領
域を設けなくとも反射強度の異なる部材が形成でき、さ
らに、例えばエッチング等の加工を凹部に施して反射面
を粗くすることで、より効果的な格子状パターン９１を
構成できる。また、回転体１が歯車やスクリュー構造で
あった場合には、それらの表面の凹凸構造が格子状パタ
ーン９１として利用できる。

【００２３】

【発明の効果】以上のように本発明のロータリエンコー
ダは、回転体の表面に格子状パターン設け、そのパター
ンに反射される光の強度変化を解析して回転変位量を検
出するので、従来の円盤状ロータを軸着して構成するロ
ータリエンコーダと比べて小型化、構成の簡略化が図
れ、このロータリエンコーダを搭載する装置の小形化、
薄形化が実現する。また、従来は、その大きさや複雑な
構成のためにロータリエンコーダを適用できなかった装
置にも搭載が可能となる。さらに、従来では、外力によ
り回転軸のぶれが生じて検出誤差が生じることがあった
が、本発明では、それが低減される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例によるロータリエンコーダの
構成図である。

【図２】回転体の変位と受光素子の出力との関係を示す
グラフである。

【図３】本発明の他の一実施例によるロータリエンコー
ダの構成図である。

【図４】ロータリエンコーダに用いられる光学センサの
断面図である。

【図５】同光学センサの装着ユニットの一例を示す構成
図である。

【図６】同装着ユニットの側断面図である。

【図７】同光学センサの装着ユニットの他の例を示す構
成図である。

【図８】同装着ユニットの側断面図である。

【図９】凹凸によって構成された格子状パターンの構成
図である。

【図１０】従来のロータリエンコーダの構成図である。

【符号の説明】

１回転体２格子状パターン２ａ強反射部２ｂ弱反射部３発光素子４受光素子５スリット板６スリットパターン６ａ高透過部６ｂ低透過部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転体の回転角度位置を光学的に検出す
るロータリエンコーダにおいて、光の反射率が大きい領
域と反射率が小さい領域とからなるパターンを、回転体
の表面に一定ピッチで連続的に形成した部材と、前記パ
ターンに検出光を出射する投光部と、前記パターンで反
射された検出光を受光する受光部とを備えたことを特徴
とするロータリエンコーダ。
【請求項２】回転体の回転角度位置を光学的に検出す
るロータリエンコーダにおいて、光の反射率が大きい領
域と反射率が小さい領域とからなる第１のパターンを、
回転体の表面に一定ピッチで連続的に形成した第１の部
材と、前記第１のパターンに検出光を出射する投光部
と、前記第１のパターンで反射された検出光を受光する
受光部と、光の透過率の高い領域と透過率の低い領域と
からなる第２のパターンを前記第１のパターンと同じピ
ッチで形成した第２の部材とを備え、この第２の部材が
前記第１の部材と投光部及び受光部との間に配置された
ことを特徴とするロータリエンコーダ。