JPH0538526U - 絶対位置検出型エンコーダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 スケール円板に複雑なパターンを形成する必
要がなく、しかも出力信号の処理も簡単で高精度の絶対
角度位置の検出を行なうことのできる小型化可能な光学
式絶対位置検出型エンコーダを提供する。 【構成】 軸入力により回転される回転中心の周りにう
ず巻き状の透光スリットを有するスケール円板と、該ス
ケール円板を一方の面側から照明する光源と、該光源か
ら前記スケール円板の半径方向に延在する光電変換面上
に前記透光スリットを介して入射する光スポットによる
光電流を前記光電変換面の両端から前記光スポットの入
射点で抵抗分割された分割電流として出力する位置検出
型光電変換素子とを備える。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、回転変位角を検出するための光学式の絶対位置検出型エンコーダに 関するものである。。

【０００２】

【従来の技術】

従来のこの種の光学式絶対位置検出型エンコーダは、所謂グレイコードに従っ た二進デジタルコードを与える複数トラックの同心状の明暗パターンを形成した スケール円板を間にして、複数の発光素子と複数の受光素子とをスケール円板の 半径方向に沿って対置した形式のもの、或いはスケール円板上にグレイコードを 単一トラックで形成したものなどがある。この場合、複数の受光素子は、そのと き対面するスケール円板上の明暗パターンに従ってそのうちの或るものだけが選 択的に光を受け、従って全体の受光素子からの出力を所定のビット配列にして取 出すと、そのときのスケール円板の回転角度位置に対応した二進コード出力が得 られる。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、このような従来の光学式絶対位置検出型エンコーダでは、スケ ール円板上に複雑で高精度を要求される二進デジタルコードの明暗パターンを形 成しなければならない他、エンコーダの分解能を確保するためにはデジタルコー ドのビット数を或る程度多く必要とし、そのためのパターンのトラック数または トラック長を受光素子の小型化の限界からスケール円板の大きさによって確保し ており、従ってエンコーダの小型化に限界があると共に、ビット数に応じて出力 信号の処理を行なうデジタル回路も複雑となるという欠点をもっている。

【０００４】 本考案は、前述のような従来技術の欠点を除去して、スケール円板に複雑なパ ターンを形成する必要がなく、しかも出力信号の処理も簡単で高精度の絶対角度 位置の検出を行なうことのできる小型化可能な光学式絶対位置検出型エンコーダ を提供しようとするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】

前述の課題を達成するため、本考案による絶対位置検出型エンコーダは、軸入 力により回転される回転中心の周りにうず巻き状の透光スリットを有するスケー ル円板と、該スケール円板を一方の面側から照明する光源と、該光源から前記ス ケール円板の半径方向に延在する光電変換面上に前記透光スリットを介して入射 する光スポットによる光電流を前記光電変換面の両端から前記光スポットの入射 点で抵抗分割された分割電流として出力する位置検出型光電変換素子とを備えて いる。またこの場合、前記光電変換素子の受光面上に前記スケール円板の半径方 向に延在する細幅の固定スリットを配置することは好ましいことである。

【０００６】

【作用】

本考案の絶対位置検出型エンコーダにおいては、スケール円板の透光スリット を介して光源からの光スポットが位置検出型光電変換素子の光電変換面上に入射 すると、位置検出型光電変換素子は光スポットによる光電流をその光電変換面の 両端から前記光スポットの入射点で抵抗分割された分割電流として出力する。

【０００７】 このような位置検出型光電変換素子としては、例えば浜松ホトニクス株式会社 から市販されている精密測距・変位計用１次元ＰＳＤ（位置検出素子）Ｓ３９３ １，Ｓ３９３２等を使用することができる。

【０００８】 この種の位置検出型光電変換素子は、平板状のシリコン真性半導体（Ｉ型）層 の表面（受光面側）に抵抗値が均一な細長いＰ型層を形成し、また裏面にＮ型層 を形成した３層構造からなり、受光面に入射した光を光電変換して光電流として Ｐ型層の両端から分割出力するものである。即ち出力はＮ型層に接続された共通 端子に対してＰ型層の両端に接続された第１および第２出力端子から光スポット の入射点で抵抗分割された分割電流として取出され、この場合、前記Ｐ型層は均 一な抵抗値をもつ電流分割抵抗層としての機能を果たすので、光スポットによる 光電流は、入射点から第１および第２出力端子の各電極までの距離（抵抗値）に 逆比例して分割され、夫々第１出力端子と第２出力端子とから取出される。

【０００９】 第１および第２出力端子の各電極間の距離をＬ、光スポットによって生じる光 電流をＩ₀ 、第１出力端子と第２出力端子とから取出される各分割電流をＩ₁ お よびＬ₂ とすると、例えば第１出力端子の電極位置を原点とする光スポットの入 射点位置Ｘとの関係は、以下の式（１）〜（４）の通りに表わされる。 Ｉ₁ ＝Ｉ₀ （Ｌ−Ｘ）／Ｌ （１） Ｉ₂ ＝Ｉ₀ Ｘ／Ｌ （２） （Ｉ₂ −Ｉ₁ ）／（Ｉ₁ ＋Ｉ₂ ）＝（２Ｘ−Ｌ）／Ｌ （３） Ｉ₁ ／Ｉ₂ ＝（Ｌ−Ｘ）／Ｘ （４）

【００１０】 特に式（３）と（４）から判るように、Ｉ₁ とＩ₂ の差または比を求めること により、入射光エネルギーとは無関係に光スポットの入射位置を求めることがで きる。

【００１１】 本考案において光スポットの入射点はスケール円板の回転角度に応じてその半 径方向に変位する。従ってスケール円板の或る回転角度位置における光スポット の入射位置は１：１の対応関係をもち、従って第１および第２出力端子からの各 分割電流出力を式（３）または（４）による演算処理に付すことによって位置Ｘ を検出することが可能であり、このような演算処理は簡単なアナログ回路で実現 可能である。

【００１２】 本考案においては、スケール円板には３６０度以内において１本のうず巻き状 の透光スリットを形成するだけでよく、この透光スリットは透明円板上に印刷又 は蒸着等によって形成される遮光被膜の除去部分としてマスキング手法により形 成することができる。

【００１３】 本考案において、位置検出型光電変換素子はせいぜい長さ寸法が外形で１５ｍ ｍ程度、受光面で１２ｍｍ程度のものでよく、従ってスケール円板も半径が約２ ０ｍｍ以下に小型化できる。

【００１４】

【実施例】

本考案の絶対位置検出型エンコーダの実施例を図１に示す。図１においてスケ ール円板１は回転変位入力を受けて回転する軸２に取り付けられており、この円 板１には、その遮光性の表面にうず巻き状の透光スリット３が形成されている。 スケール円板１の一方の面側には光源としての赤外発光素子４が配置され、他方 の面側にはスケール円板１の半径方向に延在する細幅の直線状スリット６を有す る固定スリット板５を介して位置検出型光電変換素子１０がその細長い受光面９ を前記固定スリット板５のスリット６と整列させてスケール円板１の半径方向に 向くように配置されている。

【００１５】 これら各部は図示しない密閉ハウジング内に収納され、前記赤外発光素子４と 固定スリット板５と位置検出型光電変換素子１０とはこのハウジングに固定され ている。

【００１６】 固定スリット板５の直線状スリット６とスケール円板１のうず巻き状スリット ３とは受光面９側から見て光軸上で交差し、この交点を通る前記赤外発光素子４ からの赤外光は受光面９上で微小な光スポットとなる。受光面９上での光スポッ トの位置はスケール円板１の回転角度に応じて受光面９の長さ方向に移動し、ス ケール円板１の或る回転角度位置における光スポットの入射位置は１：１の対応 関係をもっている。従って位置検出型光電変換素子１０の第１出力端子１１と第 ２出力端子１２からの各分割電流出力Ｉ₁ およびＩ₂ を共通端子１３を基準点に して取出し、これらを前述の式（３）または（４）による演算処理に付すことに よって受光エネルギーの変動に無関係に光スポットの入射点の位置Ｘを検出する ことができる。

【００１７】

【考案の効果】 以上に述べたように、本考案によれば、スケール円板には３６０度以内におい て１本の単純なうず巻き状の透光スリットを形成するだけでよく、この透光スリ ットは透明円板上に印刷又は蒸着等によって形成される遮光被膜の除去部分とし てマスキング手法により簡単に形成することができるのでスケール円板の構成が 簡単になり、また光源も単一の小型素子で済む他、位置検出型光電変換素子もせ いぜい長さ寸法が外形で１５ｍｍ程度、受光面で１２ｍｍ程度のものでよく、従 ってスケール円板も半径が約２０ｍｍ以下に小型化できるほか、出力信号の処理 も簡単なアナログ回路で実現できるものであり、非接触型の低トルクエンコーダ として小型高精度の光学式絶対位置検出型エンコーダを得ることが可能となるも のである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例に係る絶対位置検出型エンコ
ーダの要部の構成を示す分解斜視図である。

【符号の説明】

１ スケール円板 ２ 回転軸 ３ うず巻き状透光スリット ４ 赤外発光素子（光源） ５ 固定スリット板 ６ 直線状スリット ９ 受光面 １０ 位置検出型光電変換素子 １１ 第１出力端子 １２ 第２出力端子 １３ 共通端子

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 軸入力により回転される回転中心の周り
   にうず巻き状の透光スリットを有するスケール円板と、
   該スケール円板を一方の面側から照明する光源と、該光
   源から前記スケール円板の半径方向に延在する光電変換
   面上に前記透光スリットを介して入射する光スポットに
   よる光電流を前記光電変換面の両端から前記光スポット
   の入射点で抵抗分割された分割電流として出力する位置
   検出型光電変換素子とを備えたことを特徴とする絶対位
   置検出型エンコーダ。
2. 【請求項２】 前記光電変換素子の受光面上に前記スケ
   ール円板の半径方向に延在する細幅の固定スリットを配
   置したことを特徴とする請求項１に記載の絶対位置検出
   型エンコーダ。