JPH067013U - 光学式エンコーダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 インクリメンタル型光学式エンコーダにおい
てインデックスパルスの出力を安定化する。 【構成】 光学式エンコーダはエンコーダ板１を介して
互いに対向配置された光源部５と受光部６から構成され
ている。エンコーダ板１の表面には基準位置を示すイン
デックススリット２及び移動量を示すインクリメンタル
スリット列３，４が互いに隣接して設けられている。光
源部５はエンコーダ板１のスリットに対して光スポット
を投光する。受光部６はインデックススリット２に対応
した受光用のインデックストラック（開口９）及びイン
クリメンタルスリット列３，４に対応した受光用のイン
クリメンタルトラック（第一格子列１０，第二格子列１
１）を備え、エンコーダ板１を介して光スポットを受光
する事により基準位置を表わすインデックスパルス及び
移動量を表わすインクリメンタルパルスを出力する。前
記インデックストラックは光スポットの中心部に配置さ
れているとともに、前記インクリメンタルトラックは光
スポットの周辺部に配置されている。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案はスリットの形成されたエンコーダ板を介して一対の発光素子及び受光 素子を対向配置した構造を有するインクリメンタル型の光学式エンコーダに関す る。より詳しくは、エンコーダ板の基準位置を検出するインデックス技術に関す る。

【０００２】

【従来の技術】

図８に従来のインクリメンタル型エンコーダの一般的な構造を示す。この型の ものは、例えば実開平２−６０８１８号公報や実公平４−４９７３号公報に開示 されている。回転軸１０１にはハブ１０２を介してエンコーダ板１０３が取り付 けられている。エンコーダ板１０３の周方向に沿って、基準位置を示すインデッ クススリット及び移動量を示すインクリメンタルスリットが互いに隣接して設け られている。エンコーダ板１０３の上方には光源１０４が近接して配置され、光 スポットを投光する。一方、エンコーダ板１０３の下方には受光素子１０５が固 定配置されており、エンコーダ板１０３のスリットを介してスポットを受光する 。受光素子１０５の表面にはマスク１０６が形成されており、インデックススリ ットに対応した受光用のインデックストラック及びインクリメンタルスリットに 対応した受光用のインクリメンタルトラックを規定している。各スリットを透過 した投光は各々対応するトラックにより受光され基準位置を表わすインデックス パルス及び相対的な移動量を表わすインクリメンタルパルスが得られる。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

図９は、図８に示した受光素子１０５及びマスク１０６の平面形状を表わして いる。受光素子の受光面１０７は前述した様に、インデックストラック１０８と インクリメンタルトラック１０９とが形成されている。これに加えて、モニター トラック１１０も設けられている。インデックストラック１０８には単一の受光 領域Ｚが設けられており、インデックススリットを透過した光を受光して、イン デックスパルスを出力する。又、インクリメンタルトラック１０９には４個の受 光領域Ａ１，Ａ２，Ｂ１及びＢ２が互いに並列して形成されている。各受光領域 はマスクによって格子状に遮光されている。格子のピッチはインクリメンタルス リットの配列ピッチに等しい。但し各受光領域の間で格子の位相は互いに１８０ °あるいは９０°ずれている。これら４列の受光領域はインクリメンタルスリッ トを透過した光を夫々異なった位相で受光し、対応する検出信号を出力する。こ れらの検出信号を演算処理する事により相対的変位量及び変位方向を表わすイン クリメンタルパルスが得られる。さらに、モニタートラック１１０には単一の連 続した受光領域Ｄが形成されている。この受光領域Ｄはスリットにより変調され ていない投光を受光し、その光強度変化に応じたモニター信号を出力する。この モニター信号は光源の発光量を一定に制御する為に用いられる。

【０００４】 上述した全ての受光領域Ｚ，Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２，Ｄは、光スポット１１ １の受光範囲内に配置されている。従来、インクリメンタルトラック１０９に含 まれる受光領域Ａ１，Ａ２，Ｂ１及びＢ２は光スポット１１１の中央部に配置さ れていた。一方、インデックストラック１０８に含まれる受光領域Ｚは光スポッ ト１１１の周辺部に配置されていた。

【０００５】 ところで、円形の光スポット１１１の発光分布は均一ではなく、一般に中央部 で比較的強く周辺に向かうに従って弱くなっている。従って、中央部に位置する インクリメンタルトラックに比べ、周辺部に配置されたインデックストラックの 受光量が少ない為、受光領域Ｚから得られる出力が弱いという問題点があった。 もともと、受光領域Ｚは単一のインデックススリットに対応しており受光量は微 弱である。これに対して、受光領域Ａ１ないしＢ２は複数のインクリメンタルス リット列に対応しており十分な受光量を得られる。この為、インデックスパルス の出力レベルは非常に小さくなりＳ／Ｎ比の悪化や誤検出の原因になっていた。 さらに、光スポット１１１は様々な要因によりスポット中心位置やスポット径が 変動する。周辺部に位置するインデックストラックはこの変動の影響を受け易く 、最悪の場合にはインデックスパルスが出力されないという問題点があった。同 様の理由により、周辺部に配置されているモニタートラックについてもスポット 径やスポット中心位置の変動の影響を受け、安定したモニター信号が得られない という問題点があった。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

上述した従来の技術の課題に鑑み、本考案は安定したインデックスパルスを出 力する事のできるインクリメンタル型光学式エンコーダを提供する事を目的とす る。かかる目的を達成する為に以下の手段を講じた。即ち、本考案にかかる光学 式エンコーダは基本的な構成要素として、基準位置を示すインデックススリット 及び移動量を示すインクリメンタルスリットが互いに隣接して設けられたエンコ ーダ板と、エンコーダ板に対して光スポットを投光する光源部と、インデックス スリットに対応した受光用のインデックストラック及びインクリメンタルスリッ トに対応した受光用のインクリメンタルトラックを備えエンコーダ板を介して該 光スポットを受光する事により基準位置を表わすインデックスパルス及び移動量 を表わすインクリメンタルパルスを出力する受光部とから構成されている。本考 案の特徴事項として、前記インデックストラックを該光スポットの中心部に配置 するとともに、前記インクリメンタルトラックを該光スポットの周辺部に配置す るという手段を講じた。又、少なくとも一対のモニタートラックを該光スポット の中心に介し対称的に配置するという手段を講じた。あるいは、少なくとも一対 のリファレンストラックを該光スポットの中心に関し対称的に配置するという手 段を講じた。

【０００７】

【作用】

本考案によればインデックストラックが光スポットの中央部に配置されている 。従って、光スポット径や光スポット中心位置の変動の影響を受ける事なく、常 に安定したインデックスパルス出力を得る事ができる。一方、インクリメンタル トラックは光スポットの周辺部に配置される事となるが、もともと大きな受光領 域を有しており光スポットの変動の影響を受けにくい為問題とならない。又、一 対のモニタートラックは光スポットの中心に関し対称的に配置されている。従っ て、光スポット中心位置が変動した場合、一方のモニタートラックの受光量は増 大し他方のモニタートラックの受光量は減少する事となるが、その変化量は互い に差動的あるいは相補的である為全体の受光量に実質的な変動は生じない。従っ て、一対のモニタートラックの合計受光量を用いて光源部の発光量を安定的に制 御する事ができる。同様に、一対のリファレンストラックも光スポットの中心に 関し対称的に配置される。その合計受光量を用いてリファレンス信号あるいは参 照信号とし、インデックストラックからの出力信号を比較処理する事により安定 してインデックスパルスを出力できる。

【０００８】

【実施例】

以下図面を参照して本考案の好適な実施例を詳細に説明する。図１は本考案に かかるインクリメンタル型光学式エンコーダの構造を示す模式的な斜視図である 。エンコーダ板１は円盤からなり双方向に回転可能な様に搭載されている。その 表面には基準位置を示すインデックススリット２が形成されている。なお、この インデックススリット２は黒線で示されているが実際には透明部から構成されて いる。インデックススリット２の半径方向外側には同心円状に第一のインクリメ ンタルスリット列３が形成されている。又、インデックススリット２の半径方向 内側には第二のインクリメンタルスリット列４も形成されている。これら一対の インクリメンタルスリット列は同一位相及び同一ピッチで形成されている。

【０００９】 エンコーダ板１の下側にはＬＥＤ等の発光素子からなる光源部５が固定配置さ れており、エンコーダ板１に形成されたスリットに対して光スポットを投光する 。一方、エンコーダ板１を介して光源部５と対向する様に受光部６が固定配置さ れている。本例では、受光部６は固定マスク板７と受光素子８との組み合わせか らなる。なおこれに代えて、受光素子８の受光面にマスク板７と等価なマスク膜 を形成しても良い。マスク板７にはインデックススリット２に対応した単一の格 子あるいは開口９が形成されており、インデックストラックを規定する。中央に 位置する開口９の外側には第一格子列１０が形成されており、第一インクリメン タルスリット列３と対応して第一のインクリメンタルトラックを規定する。第一 格子列１０の配列ピッチはスリット列の配列ピッチに一致している。第一インク リメンタルスリット列３を透過した光は第一格子列１０により断続的に変調され 受光素子８により受光される。インクリメンタルスリット列の通過に伴なって受 光量が周期的に変動しエンコーダ板１の移動量情報が得られる。中央開口９の内 側には第二格子列１１が形成されており、同様に内側の第二インクリメンタルス リット列４に対応し第二のインクリメンタルトラックを規定する。第二格子列１ １は第一格子列１０と同一の配列ピッチを有するが互いに異なった位相関係とな っている。又、同一の格子列内においても部分的に位相の異なった範囲が含まれ ている。

【００１０】 図２は受光部６の平面形状を表わす。光源部５から投光された光スポット１２ の照射範囲内に、前述したインデックストラック１３、第一のインクリメンタル トラック１４、第二のインクリメンタルトラック１５が設けられている。インデ ックストラック１３は光スポット１２の中心１６近傍に配置された受光領域Ｚを 含んでいる。この受光領域Ｚは図１に示す開口９によって露出した受光素子８の 受光面から構成されている。第一及び第二インクリメンタルトラック１４，１５ はインデックストラック１３の両側周辺部に配置された受光領域Ａ１，Ａ２，Ｂ １及びＢ２を含んでいる。これらの受光領域は図１に示すマスク板７に形成され た格子列によって露出された受光素子８の受光面から構成されている。４個の受 光領域は全てインクリメンタルスリット列のピッチと同一のピッチで区画化され ているが、位相が異なる。即ち、受光領域Ａ１とＡ２は互いに１８０°位相が異 なっており、同様に受光領域Ｂ１とＢ２も互いに位相が１８０°異なっている。 又、第一インクリメンタルトラック１４に属する受光領域Ａ１とＢ１では位相が ９０°異なっており、同様に第二インクリメンタルトラック１５に属する受光領 域Ａ２，Ｂ２についても位相が９０°異なっている。なお、図１の説明では触れ なかったが、受光領域に一対のリファレンストラック１７，１８を設けている。 これら一対のリファレンストラック１７，１８は光スポット中心１６に関し対称 的に配置されている。第一リファレンストラック１７には受光領域Ｒ１が含まれ 、第二リファレンストラック１８には他の受光領域Ｒ２が含まれている。これら の領域Ｒ１，Ｒ２は光源部からの入射光を定常的に受光しその光量に応じた検出 信号を出力する。

【００１１】 図３に光スポット１２がエンコーダ板の半径方向内側に向って距離Ｓだけ変動 した状態を示している。この様に光スポット１２が移動しても、インデックスト ラック１３に属する受光領域Ｚはスポット中心１６近傍に配置されているので光 量変化等の影響を受けず安定したインデックスパルスを出力できる。又、スポッ ト中心位置ばかりでなくスポット径が変動した場合でも中央位置にあるので周辺 部に比較し悪影響を受ける事が少ない。

【００１２】 一方、周辺部に位置する第一及び第二リファレンストラック１７，１８に属す る受光領域Ｒ１，Ｒ２はスポット中心１６の変動によって大きな影響を受け受光 量が著しく変化する。図３に示す例では、外側の受光領域Ｒ１の受光量が減少し 内側の受光領域Ｒ２の受光量が増大している。これらの受光量変化は差動的であ り合計受光量には大きな変動が生じない。従って、受光領域Ｒ１，Ｒ２からの出 力を合わせた信号には実質的な変動の影響が現われない。この様な和信号をリフ ァレンスに用いて受光領域Ｚからの出力を比較処理する事により安定したインデ ックスパルスを得る事ができる。

【００１３】 図４に本考案の他の実施例を示す。基本的に、図３に示す実施例と類似してお り、対応する部分には対応する参照番号あるいは参照符号を付して理解を容易に している。本例でも、インデックストラック１３は光スポット１２の中央部に配 置され、一対のインクリメンタルトラック１４，１５は周辺部に配置されている 。従って、インデックストラック１３に含まれる受光領域Ｚは光スポット１２の 中心１６の変動あるいはスポット径の変動に対して影響を大きく受けない。図３ に示す実施例と異なる点は、光スポット中心１６に関し対称的な位置、具体的に は対角位置に一対のモニター用受光領域Ｄ１，Ｄ２が配置されている事である。 一方のモニター用受光領域Ｄ１は一方のインクリメンタルトラック１４上に位置 し、他方のモニター用受光領域Ｄ２は他方のインクリメンタルトラック１５上に 位置する。一対の受光領域Ｄ１，Ｄ２は互いに対角的な位置にあるので、受光量 は差動的に変化しスポット変化の影響を相殺する事ができる。なお、本例では第 一インクリメンタルトラック１４に属する一対の受光領域Ａ１，Ｂ１は半径方向 に沿って分離されている点で図３に示す実施例と異なる。同様に、第二インクリ メンタルトラック１５に属する一対の受光領域Ａ２，Ｂ２についても半径方向に 分離されている。

【００１４】 図５は比較例として、インデックストラック及びモニタートラックが光スポッ トの周辺部に配置された構造を示している。なお理解を容易にする為に、図３及 び図４に示す実施例と対応する部分については対応する参照番号及び参照符号を 付している。図示する様に、インデックストラック１３に含まれる受光領域Ｚは 光スポット１２の周辺部に位置しており、スポット変化の影響を強く受ける。又 、モニタートラック１９に属する受光領域Ｄも光スポット１２の周辺部に位置し ておりスポット変化の影響を強く受ける。

【００１５】 図６は図３に示した受光部に接続される処理回路の構成例を示し、特にインデ ックスパルスの出力処理部分に関する。受光領域Ｚから出力された検出信号は増 幅器ＡＭＰによって増幅された後、比較器ＣＭＰの正入力端子に入力される。一 方、一対のリファレンス用受光領域Ｒ１，Ｒ２から出力された検出信号は増幅器 ＡＭＰによって各々増幅された後、加算器ＡＤＤに入力される。加算結果は適当 にレベル調整された後参照信号ＲＥＦとして前述した比較器ＣＭＰの負入力端子 に入力される。比較の結果、受光領域Ｚからの検出信号が参照信号ＲＥＦを越え た場合にＺ相インデックスパルスが出力される。

【００１６】 図７は同じく図３に示す受光部に接続される処理回路を示し、特にインクリメ ンタルパルスの出力処理部分に関する。受光領域Ａ１，Ａ２から出力された検出 信号は各々増幅器ＡＭＰにより増幅された後比較器ＣＭＰによって互いに比較処 理され、Ａ相インクリメンタルパルスが出力される。検出信号Ａ１，Ａ２はイン クリメンタルスリット列の通過に伴なって周期的に変動する交流信号であり、１ 周期が１スリットの移動量分に相当している。検出信号Ａ１，Ａ２は互いに位相 が１８０°ずれている。従って、これら一対の検出信号を比較処理する事により 、矩形波状のＡ相インクリメンタルパルスが得られる。同様に、一対の検出信号 Ｂ１，Ｂ２を比較処理する事によりＢ相インクリメンタルパルスが得られる。前 述した様に、Ａ相インクリメンタルパルスとＢ相インクリメンタルパルスは位相 が９０°ずれている。エンコーダ板が一方向に回転する場合にはＡ相インクリメ ンタルパルスはＢ相インクリメンタルパルスに比べて進相となり、逆にエンコー ダ板が他方向に回転する場合には遅相になる。この様に、一対のインクリメンタ ルパルスの位相関係を検出する事によりエンコーダ板の回転方向を知る事が可能 になる。

【００１７】

【考案の効果】

以上説明した様に、本考案によれば、インデックストラックを光スポットの中 心部に配置する事により、光源部の発光強度のばらつきに起因する光スポット径 の変動や、光学式エンコーダ組み立て時の誤差等に起因する光スポット中心のず れ等に対して影響を受けにくくなり、安定したインクリメンタルパルスを出力で きるという効果がある。又、少なくとも一対のリファレンストラックや一対のモ ニタートラックを、光スポットの中心に関し対称的に配置する事により、光スポ ット径の変動や光スポット中心位置のずれ等に起因する受光量変化を相殺もくし は補償する事ができ、安定した参照信号あるいはモニター信号を得る事ができる という効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案にかかる光学式エンコーダの基本的な構
造を示す模式的な斜視図である。

【図２】図１に示す光学式エンコーダに含まれる受光部
の平面形状を示す模式図である。

【図３】同じく、光スポット位置が変動した状態を示す
模式的な平面図である。

【図４】本考案にかかる光学式エンコーダの他の実施例
を示す模式的な平面図である。

【図５】比較例を示す模式的な平面図である。

【図６】インデックスパルスを出力する為の処理回路を
示すブロック図である。

【図７】インクリメンタルパルスを出力する処理回路を
示すブロック図である。

【図８】従来の光学式エンコーダの一般的な構造を示す
断面図である。

【図９】従来の光学式エンコーダに含まれる受光部を示
す模式的な平面図である。

【符号の説明】

１ エンコーダ板 ２ インデックススリット ３ 第一インクリメンタルスリット列 ４ 第二インクリメンタルスリット列 ５ 光源部 ６ 受光部 ７ マスク板 ８ 受光素子 ９ 開口 １０ 第一格子列 １１ 第二格子列 １２ 光スポット １３ インデックストラック １４ 第一インクリメンタルトラック １５ 第二インクリメンタルトラック １６ スポット中心 １７ 第一リファレンストラック １８ 第二リファレンストラック

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 基準位置を示すインデックススリット及
   び移動量を示すインクリメンタルスリットが互いに隣接
   して設けられたエンコーダ板と、エンコーダ板に対して
   光スポットを投光する光源部と、インデックススリット
   に対応した受光用のインデックストラック及びインクリ
   メンタルスリットに対応した受光用のインクリメンタル
   トラックを備えエンコーダ板を介して該光スポットを受
   光する事により基準位置を表わすインデックスパルス及
   び移動量を表わすインクリメンタルパルスを出力する受
   光部とからなる光学式エンコーダにおいて、前記インデ
   ックストラックは該光スポットの中心部に配置されてい
   るとともに前記インクリメンタルトラックは該光スポッ
   トの周辺部に配置されている事を特徴とする光学式エン
   コーダ。
2. 【請求項２】 該光スポットの中心に関し対称的に配置
   された少なくとも一対のリファレンストラックを含む事
   を特徴とする請求項１記載の光学式エンコーダ。
3. 【請求項３】 該光スポットの中心に関し対称的に配置
   された少なくとも一対のモニタートラックを含む事を特
   徴とする請求項１記載の光学式エンコーダ。