JPH07128091A - 光学式エンコーダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 受光部から出力される検出信号の有効出力領
域を増加させ得る原点信号出力機構を備え、精度劣化を
生じ難い光学式エンコーダを提供する。 【構成】 光学式エンコーダ１０は、軸１４に連結さ
れ、光源１６からの光を透過させるスリット群１８，２
０を有した回転円板１２を備える。円経路Ｃ２のスリッ
ト２０は、軸１４の中心を通る半径線に関し異なる角度
に延びて１箇所に集結配置される一対の移動スリット要
素２０ａ，２０ｂからなる。静止部材２４は、移動スリ
ット要素２０ａ，２０ｂと同一の形状及び相対配置を有
し、回転円板１２の回転中に所定位置で軸方向へ相互に
重畳する一対の固定スリット要素２６ａ，２６ｂを備え
る。受光部２２は、両スリット要素２０ａ，２０ｂ，２
６ａ，２６ｂを透過した光を１つの受光素子２８で受
け、回転円板１２の１回転の間に１パルスを生じる原点
信号を生成するための正弦波状検出信号を出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光学式エンコーダに関
し、特に、回転部材が１回転する間に１パルスを生じる
原点信号の出力機構を有したインクレメンタル形の光学
式エンコーダに関する。

【０００２】

【従来の技術】光学式エンコーダでは、光源から放射さ
れた光が、軸（被検体）に伴って回転する回転部材（例
えば回転円板）に設けたスリット群を透過して受光部に
達すると、受光部が光の明暗をまず正弦波状の電気信号
（例えば電圧信号）に変換し、さらにコンパレータで矩
形波に整形して出力する。したがって、回転角度の変化
量を出力信号におけるパルス数として計測し、以て軸の
回転位置及び回転速度を検出するインクレメンタル形の
光学式エンコーダでは、軸の回転中にスリット数に対応
する所定周期のパルス信号を連続して出力するために、
回転部材に、軸を中心とする１つの円経路の全周に亙っ
て等間隔に複数の移動スリットが配置される。さらに、
この円経路と同心円を構成する他の円経路には、軸の絶
対位置を規定する原点（Ｚ相）信号を出力するための１
つの移動スリットが配置される。

【０００３】なお、本明細書で使用する『スリット』と
いう用語は、その周辺領域よりも光の透過性を局部的に
増加させた光透過部のことを示し、例えば、不透明に塗
装されたガラス板の塗装を落とした部分や、金属板を打
ち抜いて形成された穴等を含むものである。

【０００４】光源から放射された光は複数の移動スリッ
トを同時に透過するので、そのままでは受光部に達する
光が明暗を表示することは困難である。そこで一般にイ
ンクレメンタル形の光学式エンコーダでは、光源からの
光が移動スリットの回転位置に正確に対応した輪郭を有
して受光部に達するようにするために、受光部に受光輪
郭形成手段を設けている。一般に受光輪郭形成手段は、
回転部材の複数の移動スリットの各々と同一形状及び同
一位置関係を有する所定個数の固定スリットからなり、
それらの固定スリットを備えた静止部材が、両スリット
が軸方向へ相互に重畳可能なように光源と受光部との間
で回転部材に対向して固定的に配置される。或いは、１
回転当たりのパルス数が少ない簡易型エンコーダでは、
固定スリットを備えた静止部材を使用せず、回転部材の
複数の移動スリットの各々と略同一形状の所定個数の受
光素子を同一位置関係で受光部に配置する場合もある。
このような受光輪郭形成手段は、連続パルス信号を出力
するための複数の移動スリット、及び原点（Ｚ相）信号
を出力するための１つの移動スリットの双方に対して設
けられる。特に、原点（Ｚ相）信号用の移動スリットに
おいては、このような受光輪郭形成手段を用いることに
より、受光部が出力する１パルスの原点検出信号の波長
を短くすることができる。

【０００５】受光部で出力された正弦波状の検出信号
は、コンパレータによって矩形波に整形されるが、その
ときの検出信号に対する基準信号として、回転部材の回
転中、常時一定出力の信号を得る必要がある。そのため
に、従来のインクレメンタル形の光学式エンコーダは、
例えば回転部材のさらに他の同心円経路に沿って環状に
延びるスリットを設け、この環状スリットを常に透過す
る光を受けるもう１つの受光素子を受光部に配置してい
る。受光部で出力される検出信号及び基準信号、並びに
それらの信号から得られるパルス信号の関係を、図１４
に概略的に示す。図１４は、例として原点（Ｚ相）信号
を電圧で示すものであり、検出信号に生じるノイズを拾
わない限界の最低電圧レベルの基準信号１とそれから得
られるパルス信号１、及び検出信号との交点を得ること
ができる限界の最大電圧レベルの基準信号２とそれから
得られるパルス信号２を示す。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記の基準信号は、例
えば周囲の温度変化によって、光源からの放射光量が変
動したり回転部材上での回転検出用スリット群と環状ス
リットとの相対位置や受光部における各受光素子の配置
が移動したりすると、例えば図１４に示す基準信号１と
基準信号２との関係のように出力電圧が変動してしま
う。それとともに、正弦波状検出信号と基準信号との交
点位置がずれ、その結果、整形されたパルス信号１とパ
ルス信号２との間で例えば立ち上がり位置の誤差ｄが生
じる。誤差ｄが所望の許容範囲にあるようなパルス信号
を生成できる正弦波状検出信号の出力電圧領域を、本明
細書では有効出力領域と称する。図１４の例では、便宜
的に基準信号１と基準信号２との間の出力電圧領域を有
効出力領域として示す。

【０００７】図１４から分かるように、基準信号の変動
が大きく正弦波状検出信号との交点が得られなくなった
場合には矩形波への整形が困難となるので、基準信号の
大幅な変動を許容するために検出信号の振幅をある程度
大きくすることが考えられる。光学式エンコーダでは、
受光部で出力される正弦波状検出信号の振幅は、受光部
が検出する光量、すなわち回転部材の回転検出用スリッ
トの面積に略比例する。従来の光学式エンコーダでは、
回転検出用スリットは、連続パルス信号用及び原点（Ｚ
相）信号用のいずれの円経路においても、半径方向へ延
びる略矩形の形状を有していた。したがって、エンコー
ダ自体又はエンコーダを取着する被検出装置に外形寸法
の制約がある場合、スリットの面積を増やすためにはス
リットの周方向寸法を拡大することになる。しかしなが
ら、スリットの周方向寸法を拡大すると振幅が大きくな
ると共に必然的に検出信号の波長が長くなり、基準信号
の変動が正弦波状検出信号と基準信号との交点位置のず
れに及ぼす影響が大きくなる。したがって、検出信号の
振幅を大きくしても、結果的に有効出力領域が増加しな
い場合が生じる。また、特に原点（Ｚ相）信号におい
て、１回転中で１パルスを生じる立ち上がり位置のずれ
はエンコーダの回転検出精度に悪影響を及ぼすので、検
出信号の波長、すなわち回転部材上のスリットの周方向
寸法は可及的に小さくすることが好ましい。

【０００８】本発明の目的は、光学式エンコーダの原点
（Ｚ相）信号の出力機構において、コンパレータで整形
されたパルス信号の位置精度の劣化を防止しつつ、受光
部から出力される正弦波状検出信号の有効出力領域を増
加させることができる新規な出力機構を備え、以て、温
度変化等の外的要因による検出精度の劣化を生じ難い光
学式エンコーダを提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、軸に連結される回転部材の、軸を中心と
する複数の同心円経路上の所定位置に光透過部と光遮断
部とを交互に設け、光源から放射された光を、軸に伴っ
て回転する回転部材の光透過部により断続的に透過して
受光部で受け、複数の経路上の光透過部の配置に対応し
て受光部から出力される複数種類の電気信号を処理する
ことにより軸の回転を検出する光学式エンコーダにおい
て、回転部材の１つの経路内で、光透過部は、光遮断部
を介して１箇所に集結配置される形状の異なる複数の移
動スリット要素からなり、受光部は、複数の移動スリッ
ト要素と同一の形状及び相対配置を有して固定的に配置
される複数の受光輪郭形成要素を具備し、回転部材の所
定の回転位置で複数の受光輪郭形成要素と複数の移動ス
リット要素とが軸方向へ重畳し、以て受光部が、回転部
材の複数の移動スリット要素を透過しかつ受光部の複数
の受光輪郭形成要素によって輪郭付けされた光を受け
て、複数種類の電気信号のうち、回転部材の１回転の間
に１パルスを生じる信号を出力することを特徴とする光
学式エンコーダを提供する。

【００１０】本発明の好適な実施例によれば、複数の移
動スリット要素は、軸の中心を通る所定の半径線に関し
異なる角度を呈する方向へ延びて１箇所に集結配置され
る構成が提供される。

【００１１】或いは、複数の移動スリット要素は、軸の
中心を通る所定の半径線に略平行に延びて異なる周方向
寸法を有し、異形状の移動スリット要素間の光遮断部の
周方向寸法が小さい方の移動スリット要素の周方向寸法
以上となるように１箇所に集結配置される構成とするこ
ともできる。

【００１２】その代わりに、複数の移動スリット要素
は、軸の中心を通る所定の半径線に略平行に延びて異な
る周方向寸法を有した複数の移動スリット要素をそれぞ
れに備える複数のスリット群を具備し、複数のスリット
群の間の光遮断部の周方向寸法が最小寸法の移動スリッ
ト要素の周方向寸法以上となるように１箇所に集結配置
される構成とすることもできる。

【００１３】また、受光部の複数の受光輪郭形成要素
は、回転部材の複数の移動スリット要素と同一の形状及
び相対配置を有する複数の固定スリット要素からなり、
複数の固定スリット要素を備えた静止部材が、移動スリ
ット要素の各々と固定スリット要素の各々とが軸方向へ
重畳可能なように、光源と受光部との間で回転部材に対
向して固定的に配置され、受光部は、複数の移動スリッ
ト要素と複数の固定スリット要素とを透過した光を受け
る構成とすることができる。

【００１４】或いは、受光部の複数の受光輪郭形成要素
は、回転部材の複数の移動スリット要素と同一の形状及
び相対配置を有して、移動スリット要素と相互に軸方向
へ重畳可能に固定的に配置される複数の受光素子からな
り、それら受光素子の各々が複数の移動スリット要素を
透過した光を受ける構成とすることもできる。

【００１５】

【作用】回転部材上で１箇所に集結配置される異形状の
複数の移動スリット要素の各々は、回転部材の回転中
に、複数の受光輪郭形成要素の各々と相互に軸方向へ重
畳する位置を通る。このとき、複数の受光輪郭形成要素
は複数の移動スリット要素と同一の形状及び相対配置を
有するので、回転部材は、全ての移動スリット要素と全
ての受光輪郭形成要素とが完全に整合して重畳する所定
の回転位置に至るまでに、互いに異なる形状を有した１
つの移動スリット要素と１つの受光輪郭形成要素とが重
畳する回転位置を必ず通る。そのような回転位置では、
当然ながら重畳部分の面積は移動スリット要素又は受光
輪郭形成要素の全面積には到らない。回転部材が引き続
き回転すると、異なる形状の移動スリット要素と受光輪
郭形成要素とが重畳状態から徐々に相互離間される一方
で、同一形状の移動スリット要素と受光輪郭形成要素と
が重畳し始める。この間、検出信号の振幅は完全重畳時
の最大振幅に比べて低レベルで推移する。その後、回転
部材の所定の回転位置で、全ての移動スリット要素と全
ての受光輪郭形成要素とが完全に整合して重畳すると、
受光部は一気に最大光量の光を受け、受光部から出力さ
れる信号が最大振幅を呈する。このようにして得られる
検出信号は、最大振幅の前後で急勾配に変化する曲線を
描くので、有効出力領域が大きく、波形整形時の基準信
号の変動の影響を受け難い信号となる。

【００１６】複数の移動スリット要素が、軸の中心を通
る所定の半径線に関し異なる角度を呈する方向へ延びて
１箇所に集結配置される場合は、互いに異なる方向へ延
びる１つの移動スリット要素と１つの受光輪郭形成要素
とがまず重畳し、回転部材の回転に従って徐々に重畳部
分が変位する。この間、互いに異なる方向へ延びる要素
同士が重畳するので、各要素の周方向寸法を小さく設定
すれば重畳部分の面積は小さくなり、また大きくは変化
せず、したがって検出信号の振幅は低レベルで推移す
る。その後、回転部材が、全ての移動スリット要素と全
ての受光輪郭形成要素とが完全に重畳する所定の回転位
置に到ると、受光部から出力される信号が急勾配に変化
して最大振幅を呈する。

【００１７】複数の移動スリット要素が、異なる周方向
寸法を有して軸の中心を通る所定の半径線に平行に延び
て１箇所に集結配置される場合は、互いに異なる周方向
寸法を有した１つの移動スリット要素と１つの受光輪郭
形成要素とがまず重畳し、回転部材の回転に従って徐々
に重畳部分が変位する。この間、異なる周方向寸法の要
素同士が重畳するので、各要素の周方向寸法を小さく設
定すれば重畳部分の面積は小さくなり、また大きくは変
化しない。また、移動スリット要素間の光遮断部の周方
向寸法が小さい方の移動スリット要素の周方向寸法以上
であるので、回転部材は小さい方の受光輪郭形成要素が
移動スリット要素間の光遮断部に完全に覆われる位置を
必ず通る。したがって検出信号の振幅は低レベルで推移
する。その後、回転部材が、全ての移動スリット要素と
全ての受光輪郭形成要素とが完全に重畳する所定の回転
位置に到ると、受光部から出力される信号が急勾配に変
化して最大振幅を呈する。

【００１８】複数の移動スリット要素が、軸の中心を通
る所定の半径線に平行に延びて異なる周方向寸法を有し
た複数の移動スリット要素をそれぞれに備える複数のス
リット群を具備して１箇所に集結配置される場合も、同
様に、異なる周方向寸法の要素同士が重畳する間は検出
信号の振幅が低レベルで推移する。その後、回転部材
が、全ての移動スリット要素と全ての受光輪郭形成要素
とが完全に重畳する所定の回転位置に到ると、受光部か
ら出力される信号が急勾配に変化して最大振幅を呈す
る。

【００１９】複数の受光輪郭形成要素が、回転部材の複
数の移動スリット要素の各々と同一の形状及び同一の相
対配置を有する複数の固定スリット要素からなる場合、
受光部は、複数の移動スリット要素と複数の固定スリッ
ト要素とを透過した光を受ける。複数の固定スリット要
素は、光源と受光部との間で回転部材に対向して固定的
に配置された静止部材に担持され、幾つかの移動スリッ
ト要素を同時に透過した光を両スリット要素の重畳部分
の形状に対応して輪郭付けする。それにより受光部は、
回転部材の回転に従って変化する重畳部分の面積に正確
に対応した光を検出する。

【００２０】複数の受光輪郭形成要素が、回転部材の複
数の移動スリット要素の各々と同一の形状及び同一の相
対配置を有する複数の受光素子からなる場合、受光部は
各受光素子によって複数の移動スリット要素を透過した
光を受ける。それにより受光部は、回転部材の回転に従
って変化する重畳部分の面積に正確に対応した光を検出
する。

【００２１】

【実施例】以下、添付図面を参照して、本発明を好適な
実施例に基づきさらに詳細に説明する。各図面におい
て、同一又は類似の構成要素には共通の参照符号を付
す。図１は、本発明の実施例による光学式エンコーダ１
０を示す。図１（ａ）に概略で示すように、光学式エン
コーダ１０は、回転検出の対象となる被検体と共に、又
は一定の連動関係で回転する回転部材である回転円板１
２を備える。回転円板１２は、軸１４を介して図示しな
い適当な軸受手段により回転自在に保持される。軸１４
は例えば電動機の出力軸であってもよく、その場合、光
学式エンコーダ１０を電動機に直接に組み込むことがで
きる。

【００２２】回転円板１２の一方の面から適正距離離れ
た位置には、例えば発光ダイオード等の光源１６が固定
的に配置され、光源１６から光が連続的に回転円板１２
に投射される。回転円板１２の板面には、図１（ｂ）に
示すように、軸１４を中心とする複数（図では２つ）の
同心円経路Ｃ１，Ｃ２上の所定位置に、それぞれ光透過
部として複数のスリット１８，２０が形成される。回転
円板１２の他方の面から適正距離の位置には、例えばフ
ォトダイオード等の複数の受光素子を備えた受光部２２
が固定的に配置される。さらに、回転円板１２と受光部
２２との間には、回転円板１２の複数のスリット１８，
２０と同一の形状及び相対配置を有する複数のスリット
を備えた静止部材２４が配置される。受光部２２は、軸
１４に伴って回転する回転円板１２のスリット群１８，
２０と、固定された静止部材２４のスリット群とを透過
した光源１６からの光を受け、各経路Ｃ１，Ｃ２におけ
るスリット群１８，２０の配置に対応して、複数種類の
電気信号を出力する。

【００２３】回転円板１２は、例えば黒色塗膜を被着し
たガラス板からなり、エッチング等の手段によって部分
的に塗膜を剥がすことによって各スリット１８，２０を
形成することができる。或いは、ステンレス等の金属板
からなる回転円板１２に、打ち抜き加工等の機械加工に
よって各スリット１８，２０を形成してもよい。したが
って各図面において、回転円板１２上の各スリット１
８，２０以外の部分は、光遮断部となっている。

【００２４】回転円板１２の経路Ｃ１に設けた複数のス
リット１８は、経路Ｃ１の全周に亙って等間隔に形成さ
れる。軸１４の回転中に、受光部２２は、スリット１８
と静止部材２４の対応のスリット（図示せず）とを透過
した光を２つの受光素子（図示せず）で受けて、スリッ
ト１８の個数に対応した所定周期の２つの信号を所定の
位相差で連続して出力する。各スリット１８は、半径方
向へ延びる略矩形輪郭を有する。このようなスリット１
８に関する構造は、被検体の回転角及び回転方向を検出
するための周知構造であり、これ以上の説明は省略す
る。

【００２５】回転円板１２の経路Ｃ２に設けたスリット
２０は、経路Ｃ２内で、軸１４の中心を通る所定の半径
線に関し異なる角度を呈する方向へ延びて１箇所に集結
配置される一対の移動スリット要素２０ａ，２０ｂから
なる。図２（ａ）に拡大して示すように、各移動スリッ
ト要素２０ａ，２０ｂは、半径線ＲＬに関してそれぞれ
異なる角度α，−αだけ傾斜した略平行四辺形の輪郭を
有し、その１つの頂点Ｖで互いに接触している。なお、
移動スリット要素２０ａ，２０ｂは略同一の面積を有す
る。

【００２６】静止部材２４に設けた対応のスリット２６
は、図１（ｂ）に概略で示すように、一対の移動スリッ
ト要素２０ａ，２０ｂと同一の形状及び相対配置を有す
る一対の固定スリット要素２６ａ，２６ｂからなる。な
お回転円板１２のスリット１８に対応するスリット（図
示せず）及びスリット２０に対応するスリット２６以外
の静止部材２４の部分は、光遮断部となっている。移動
スリット要素２０ａ，２０ｂと固定スリット要素２６
ａ，２６ｂとは、回転円板１２の回転中に所定位置で軸
方向へ整列かつ重畳する。受光部２２は、移動スリット
要素２０ａ，２０ｂと固定スリット要素２６ａ，２６ｂ
とを透過した光を１つの受光素子２８で受け、回転円板
１２の１回転の間に１パルスを生じる原点信号を生成す
るための正弦波状検出信号を出力する。

【００２７】図２（ｂ）に示すように、回転円板１２す
なわち移動スリット要素２０ａ，２０ｂが図示矢印Ｑ方
向に回転するに従って、互いに異なる方向へ延びる１つ
の移動スリット要素２０ａと１つの固定スリット要素２
６ｂとがまず重畳し、回転円板１２の回転に従って、こ
の重畳部分Ｐが変位する。異なる方向へ延びる両スリッ
ト要素２０ａ，２６ｂが重畳している間は、図示のよう
に重畳部分Ｐの面積は比較的小さく、かつその変化量も
少なく、その結果、受光部２２で出力される検出信号の
振幅は低レベルで推移する。その後、所定の回転位置
で、各移動スリット要素２０ａ，２０ｂと各固定スリッ
ト要素２６ａ，２６ｂとが完全に重畳すると、一気に最
大光量が両スリット２０，２６を透過して、受光部２２
から出力される信号が最大振幅を呈する。このようにし
て得られた検出信号を、図２（ｃ）に示す。図示の検出
信号は、最大振幅Ａの前後で急勾配に傾斜する曲線を描
くので、有効出力領域が大きく、波形整形時の基準信号
の変動の影響を受け難い信号となっている。

【００２８】上記のような原点信号出力機構による効果
を明確にするために、比較例として、図１５（ａ）に従
来の略矩形輪郭を有するスリットＳを、図１５（ｂ）に
スリットＳから得られる検出信号を示す。なお、スリッ
トＳと移動スリット要素２０ａ，２０ｂを含むスリット
２０とは略同一面積を有し、したがって両検出信号の最
大振幅Ａは略同一であるとする。図１５（ｂ）の検出信
号において、コンパレータで波形整形する際の基準信号
の変動を許容するパルス信号の立ち上がり位置の誤差範
囲をＤとし、それに対応する有効出力領域をＥとする。
図２（ｃ）の検出信号では、同じ誤差範囲Ｄに対応する
有効出力領域が約２Ｅとなり、本発明の原点信号出力機
構による有効出力領域の増大効果が明確に示される。

【００２９】図３は、本発明の他の実施例による光学式
エンコーダ３０を示す。図３（ａ）に示すように、光学
式エンコーダ３０は、図１の光学式エンコーダ１０の構
造を簡略化して、静止部材２４を省略したものである。
したがって、光源１６から放射され、回転円板１２の移
動スリット要素２０ａ，２０ｂを透過した光を正確に検
出するために、受光部３２は、移動スリット要素２０
ａ，２０ｂと略同一の形状及び相対配置を有する例えば
フォトダイオード等の一対の受光素子３２ａ，３２ｂを
備える（図３（ｂ））。

【００３０】受光素子３２ａ，３２ｂは、回転円板１２
の回転中に所定位置で、移動スリット要素２０ａ，２０
ｂと相互に軸方向へ整列かつ重畳して、移動スリット要
素２０ａ，２０ｂを透過した光を受け、それにより受光
部３２が原点信号を生成するための正弦波状検出信号を
出力する。このとき、前述の移動スリット要素２０ａ，
２０ｂと固定スリット要素２６ａ，２６ｂとの関係と同
様に、回転円板１２が回転するに従って、互いに異なる
方向へ延びる１つの移動スリット要素２０ａと１つの受
光素子３２ｂとがまず重畳し、低レベルで推移する検出
信号を出力する。その後、所定の回転位置で、移動スリ
ット要素２０ａ，２０ｂと受光素子３２ａ，３２ｂとが
完全に重畳すると、一気に最大光量が受光素子３２ａ，
３２ｂによって検出され、受光部３２から出力される信
号が最大振幅を呈する。このようにして得られた検出信
号は、図２（ｃ）に示す信号と略同一であり、やはり有
効出力領域が大きく、波形整形時の基準信号の変動の影
響を受け難い信号となる。

【００３１】図４〜図７は、図１及び図３の各実施例に
おいて回転円板１２の経路Ｃ２に設けられたスリット２
０の、多様な変形例を示す。なお、静止部材２４の固定
スリット要素２６ａ，２６ｂ、又は受光部３２の受光素
子３２ａ，３２ｂは、以下に示すスリット２０の変形例
のそれぞれに対応する形状に変形される。図４（ａ）に
示すスリット３４は、経路Ｃ２内で、半径線ＲＬに関し
てそれぞれ異なる角度α，−αだけ傾斜して延びる略平
行四辺形輪郭の一対の移動スリット要素３４ａ，３４ｂ
と、それら移動スリット要素３４ａ，３４ｂの間で半径
方向へ延びる略矩形輪郭の移動スリット要素３４ｃとか
らなる。各移動スリット要素３４ａ，３４ｂ，３４ｃ
は、頂点Ｖ１，Ｖ２でそれぞれに接触する。なお、移動
スリット要素３４ａ，３４ｂ，３４ｃは略同一の面積を
有する。スリット３４の総面積を図１５（ａ）のスリッ
トＳの面積の１．５倍とした場合の、スリット３４から
得られる検出信号を図４（ｂ）に示す。この検出信号で
は、最大振幅が１．５Ａであり、しかもパルス信号の立
ち上がり位置の許容誤差範囲Ｄに対応する有効出力領域
が約２．３Ｅとなる。

【００３２】図５（ａ）に示すスリット３６は、経路Ｃ
２内で、半径線ＲＬに関してそれぞれ異なる角度α１，
α２だけ傾斜した略平行四辺形輪郭の一対の移動スリッ
ト要素３６ａ，３６ｂからなる。移動スリット要素３６
ａ，３６ｂは相互に接触しないが、経路Ｃ２内で１箇所
に集結配置される。なお、移動スリット要素３６ａ，３
６ｂは略同一の面積を有する。スリット３６の総面積を
図１５（ａ）のスリットＳの面積に等しくした場合の、
スリット３６から得られる検出信号を図５（ｂ）に示
す。この検出信号では、最大振幅がＡであり、パルス信
号の立ち上がり位置の許容誤差範囲Ｄに対応する有効出
力領域が約２Ｅとなる。

【００３３】図６（ａ）に示すスリット３８は、経路Ｃ
２内で、半径線ＲＬに関してそれぞれ異なる角度β，
γ，−β，−γだけ傾斜した略平行四辺形輪郭の４つの
移動スリット要素３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄから
なる。各移動スリット要素３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３
８ｄはそれぞれ頂点Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３で接触する。な
お、移動スリット要素３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄ
は略同一の面積を有する。スリット３８の総面積を図１
５（ａ）のスリットＳの面積の１．５倍とした場合の、
スリット３８から得られる検出信号を図６（ｂ）に示
す。この検出信号では、最大振幅が１．５Ａであり、パ
ルス信号の立ち上がり位置の許容誤差範囲Ｄに対応する
有効出力領域が約２．３Ｅとなる。

【００３４】図７（ａ）に示すスリット４０は、経路Ｃ
２内で、半径線ＲＬに関してそれぞれ異なる角度α，−
αだけ傾斜して相互に交差する略平行四辺形輪郭の一対
の移動スリット要素４０ａ，４０ｂからなる。各移動ス
リット要素４０ａ，４０ｂの寸法を、図２の移動スリッ
ト要素２０ａ，２０ｂと略同一とした場合の、スリット
４０から得られる検出信号を図７（ｂ）に示す。この検
出信号では、最大振幅Ａ′がＡより僅かに小さくなるも
のの、パルス信号の立ち上がり位置の許容誤差範囲Ｄに
対応する有効出力領域は約１．６Ｅとなる。

【００３５】回転円板１２の経路Ｃ２の移動スリット要
素は、上記の各変形例以外にもさらに多様な形状及び配
置を有することができる。しかしながら、所定の半径線
に関する各移動スリット要素の傾斜角度を必要以上に大
きくすると、光源１６からの光量が各移動スリット要素
の全体に行き渡らない危惧が生じる。その点、図７に示
すような交差配置のスリットは、各移動スリット要素を
１箇所に集中させやすいので、そのような不具合が生じ
難いという利点がある。

【００３６】図８は、本発明のさらに他の実施例による
光学式エンコーダ４２を示す。図８（ａ）に概略で示す
ように、光学式エンコーダ４２は、図１の光学式エンコ
ーダ１０に類似した構成を有するものであり、軸１４に
固定される回転円板４４と、回転円板４４の一方の面か
ら適正距離離れた位置に配置される光源１６と、回転円
板４４の他方の面から適正距離離れた位置に配置される
受光部２２と、回転円板４４と受光部２２との間に配置
される静止部材４６とを備える。

【００３７】回転円板４４の板面には、図８（ｂ）に示
すように、軸１４を中心とする複数（図では２つ）の同
心円経路Ｃ１，Ｃ２上の所定位置に、それぞれ光透過部
として複数のスリット１８，４８が形成される。回転円
板４４上の各スリット１８，４８以外の部分は、光遮断
部となっている。静止部材４６は、回転円板４４の複数
のスリット１８，４８と同一の形状及び相対配置を有す
る複数のスリットを備える。受光部２２は、軸１４に伴
って回転する回転円板４４のスリット群１８，４８と、
固定された静止部材４６のスリット群とを透過した光源
１６からの光を受け、各経路Ｃ１，Ｃ２におけるスリッ
ト群１８，４８の配置に対応して、複数種類の電気信号
を出力する。

【００３８】回転円板４４の経路Ｃ２に設けたスリット
４８は、経路Ｃ２内で、軸１４の中心を通る所定の半径
線に略平行に延びる異なる周方向寸法を有した一対の移
動スリット要素４８ａ，４８ｂからなる。図９（ａ）に
拡大して示すように、各移動スリット要素４８ａ，４８
ｂは、それぞれ所定の半径線ＲＬ₁ ，ＲＬ₂ に略平行に
延びる略矩形の輪郭を有し、両移動スリット要素４８
ａ，４８ｂの間の光遮断部５０の周方向最小寸法が、小
さい方の移動スリット要素４８ａの周方向寸法より大き
くなるように１箇所に集結配置される。大きい方の移動
スリット要素４８ｂは、小さい方の移動スリット要素４
８ａの約２倍の周方向寸法を有する。

【００３９】静止部材４６に設けた対応のスリット５２
は、図８（ｂ）に示すように、一対の移動スリット要素
４８ａ，４８ｂと同一の形状及び相対配置を有する一対
の固定スリット要素５２ａ，５２ｂからなる。なお回転
円板４４のスリット１８に対応するスリット（図示せ
ず）及びスリット４８に対応するスリット５２以外の静
止部材４６の部分は、光遮断部となっている。移動スリ
ット要素４８ａ，４８ｂと固定スリット要素５２ａ，５
２ｂとは、回転円板４４の回転中に所定位置で軸方向へ
整列かつ重畳する。受光部２２は、移動スリット要素４
８ａ，４８ｂと固定スリット要素５２ａ，５２ｂとを透
過した光を１つの受光素子２８で受け、回転円板４４の
１回転の間に１パルスを生じる原点信号を生成するため
の正弦波状検出信号を出力する。

【００４０】図９（ｂ）に示すように、回転円板４４す
なわち移動スリット要素４８ａ，４８ｂが図示矢印Ｑ方
向に回転するに従って、互いに異なる周方向寸法を有し
た１つの移動スリット要素４８ａと１つの固定スリット
要素５２ｂとがまず重畳し、回転円板４４の回転に従っ
てこの重畳部分Ｐが徐々に変位する。異なる周方向寸法
の両スリット要素４８ａ，５２ｂのみが重畳する間は、
重畳部分Ｐの最大面積は小寸法の移動スリット要素４８
ａの面積となる。さらに回転円板４４が回転すると、移
動スリット要素４８ａと固定スリット要素５２ｂとが重
畳状態から徐々に相互離間される一方で、同一形状の移
動スリット要素４８ｂと固定スリット要素５２ｂとが重
畳し始める。

【００４１】このとき、両移動スリット要素４８ａ，４
８ｂの間の光遮断部５０の周方向寸法が小さい方の移動
スリット要素４８ａの周方向寸法より大きい、すなわち
両固定スリット要素５２ａ，５２ｂの間の光遮断部の周
方向寸法が小さい方の固定スリット要素５２ａの周方向
寸法より大きいので、回転円板４４は小さい方の移動ス
リット要素４８ａが固定スリット要素５２ａ，５２ｂ間
の光遮断部に完全に重畳する位置を必ず通る（図９
（ｂ））。したがってこの間、検出信号の振幅は完全重
畳時の最大振幅に比べて低レベルで推移する。その後、
回転円板４４が、各移動スリット要素４８ａ，４８ｂと
各固定スリット要素５２ａ，５２ｂとが完全に重畳する
所定の回転位置に到ると、一気に最大光量が両スリット
４８，５２を透過して、受光部から出力される信号が急
勾配に変化して最大振幅を呈する。

【００４２】スリット４８の総面積を図１５（ａ）のス
リットＳの面積に等しくした場合の、スリット４８から
得られる検出信号を、図９（ｃ）に示す。図示の検出信
号は、最大振幅Ａの前後で急勾配に傾斜する曲線を描く
ので、パルス信号の立ち上がり位置の許容誤差範囲Ｄに
対応する有効出力領域が約１．５Ｅに拡大され、波形整
形時の基準信号の変動の影響を受け難い信号となってい
る。

【００４３】上記実施例による原点信号出力機構では、
一対の移動スリット要素４８ａ，４８ｂが相互に異なる
周方向寸法を有し、かつ両移動スリット要素４８ａ，４
８ｂの間の光遮断部５０の周方向最小寸法が、小さい方
の移動スリット要素４８ａの周方向寸法以上であること
によって、上記のような極めて有利な検出信号を出力で
きる。この効果をさらに明確にするために、比較例とし
て図１０（ａ）に、所定の半径線ＲＬ₁ ，ＲＬ₂ に略平
行に延びる略矩形輪郭を有した同一寸法の移動スリット
要素５４ａ，５４ｂを示す。これらの移動スリット要素
５４ａ，５４ｂの間の光遮断部５６の周方向最大寸法
は、移動スリット要素５４ａ，５４ｂの周方向寸法より
小さくなっている。図１０（ｂ）は、移動スリット要素
５４ａ，５４ｂから得られる検出信号を示す。なお、移
動スリット要素５４ａ，５４ｂの総面積は図１５（ａ）
のスリットＳの面積に等しい。図１０（ｂ）の検出信号
では、最大振幅Ａの前後で急勾配に傾斜する曲線が描か
れるが、そのさらに前後で信号がＡ／２のピークを形成
しているので、実際の有効出力領域はほぼＥのままであ
って改善されない。

【００４４】図１１〜図１３は、図８の実施例において
回転円板４４の経路Ｃ２に設けられたスリット４８の、
多様な変形例を示す。なお、静止部材４６の固定スリッ
ト要素５２ａ，５２ｂは、以下に示すスリット４８の変
形例のそれぞれに対応する形状に変形される。図１１
（ａ）に示すスリット５８は、経路Ｃ２内で、所定の半
径線ＲＬ₁ ，ＲＬ₂ に略平行に延びる異なる周方向寸法
を有した一対の移動スリット要素５８ａ，５８ｂからな
る第１スリット群と、所定の半径線ＲＬ₃ ，ＲＬ₄ に略
平行に延びる異なる周方向寸法を有した一対の移動スリ
ット要素５８ｃ，５８ｄからなる第２スリット群とを備
える。移動スリット要素５８ａと移動スリット要素５８
ｃ、及び移動スリット要素５８ｂと移動スリット要素５
８ｄは、それぞれ同一の周方向寸法を有する。また、大
きい方の移動スリット要素５８ｂ，５８ｄは、小さい方
の移動スリット要素５８ａ，５８ｃの約２倍の周方向寸
法を有する。

【００４５】各スリット群における両移動スリット要素
５８ａ，５８ｂ及び両移動スリット要素５８ｃ，５８ｄ
の間の光遮断部６０は、小さい方の移動スリット要素５
８ａ，５８ｃに略等しい周方向寸法を有する。また、両
スリット群の間、すなわち移動スリット要素５８ｂと移
動スリット要素５８ｃとの間の光遮断部６２の周方向寸
法は、小さい方の移動スリット要素５８ａ，５８ｃの周
方向寸法より大きくなっている。スリット５８の総面積
を図１５（ａ）のスリットＳの面積に等しくした場合
の、スリット５８から得られる検出信号を図１１（ｂ）
に示す。この検出信号では、最大振幅がＡであり、パル
ス信号の立ち上がり位置の許容誤差範囲Ｄに対応する有
効出力領域が約１．６Ｅとなる。

【００４６】図１２（ａ）に示すスリット６４は、経路
Ｃ２内で、所定の半径線ＲＬ₁ ，ＲＬ₂ に略平行に延び
る異なる周方向寸法を有した一対の移動スリット要素６
４ａ，６４ｂからなる第１スリット群と、所定の半径線
ＲＬ₃ ，ＲＬ₄ に略平行に延びる異なる周方向寸法を有
した一対の移動スリット要素６４ｃ，６４ｄからなる第
２スリット群とを備える。移動スリット要素６４ａと移
動スリット要素６４ｃ、及び移動スリット要素６４ｂと
移動スリット要素６４ｄは、それぞれ同一の周方向寸法
を有する。また、大きい方の移動スリット要素６４ｂ，
６４ｄは、小さい方の移動スリット要素６４ａ，６４ｃ
の約２倍の周方向寸法を有する。

【００４７】各移動スリット要素の間の光遮断部６６
は、小さい方の移動スリット要素６４ａ，６４ｃに略等
しい周方向寸法を有する。スリット６４の総面積を図１
５（ａ）のスリットＳの面積に等しくした場合の、スリ
ット６４から得られる検出信号を図１２（ｂ）に示す。
この場合、両スリット群の間、すなわち移動スリット要
素６４ｂと移動スリット要素６４ｃとの間の光遮断部６
６が、移動スリット要素６４ａ，６４ｃに略等しい周方
向寸法を有するので、図１１のスリット５８よりは有効
出力領域の拡大効果が乏しい。したがって検出信号は、
最大振幅がＡであり、パルス信号の立ち上がり位置の許
容誤差範囲Ｄに対応する有効出力領域が約１．２Ｅとな
る。

【００４８】図１３（ａ）に示すスリット６８は、経路
Ｃ２内で、所定の半径線ＲＬ₁ ，ＲＬ₂ に略平行に延び
る異なる周方向寸法を有した一対の移動スリット要素６
８ａ，６８ｂからなる第１スリット群と、所定の半径線
ＲＬ₃ ，ＲＬ₄ に略平行に延びる異なる周方向寸法を有
した一対の移動スリット要素６８ｃ，６８ｄからなる第
２スリット群とを備える。移動スリット要素６８ａと移
動スリット要素６８ｄ、及び移動スリット要素６８ｂと
移動スリット要素６８ｃは、それぞれ同一の周方向寸法
を有する。また、大きい方の移動スリット要素６８ａ，
６８ｄは、小さい方の移動スリット要素６８ｂ，６８ｃ
の約２倍の周方向寸法を有する。

【００４９】各スリット群における両移動スリット要素
６８ａ，６８ｂ及び両移動スリット要素６８ｃ，６８ｄ
の間の光遮断部７０は、小さい方の移動スリット要素６
８ｂ，６８ｃに略等しい周方向寸法を有する。また、両
スリット群の間、すなわち移動スリット要素６８ｂと移
動スリット要素６８ｃとの間の光遮断部７２の周方向寸
法は、小さい方の移動スリット要素６８ｂ，６８ｃの周
方向寸法より大きくなっている。このようなスリット６
８の構成は、図１１（ａ）のスリット５８の第１スリッ
ト群における移動スリット要素５８ａ，５８ｂの配置を
逆にしたものである。スリット６８の総面積を図１５
（ａ）のスリットＳの面積に等しくした場合の、スリッ
ト６８から得られる検出信号を図１３（ｂ）に示す。こ
の検出信号では、最大振幅がＡであり、パルス信号の立
ち上がり位置の許容誤差範囲Ｄに対応する有効出力領域
が約１．６Ｅとなる。図１１（ｂ）の検出信号に比べ
て、最大振幅Ａの前後でのピークが際立った形状となっ
ているが、同等の有効出力領域拡大効果が得られる。

【００５０】なお、図９（ａ）及び図１１（ａ）〜図１
３（ａ）に示す移動スリット要素を備えた回転円板４４
は、図３（ａ）に示すような静止部材４６を省略した簡
易形の光学式エンコーダに適用することもできる。その
場合、受光部２２には、各移動スリット要素と略同一の
形状及び相対配置を有する複数の受光素子が配置され
る。そのような構成においても、図９（ｃ）及び図１１
（ｃ）〜図１３（ｃ）に示す信号と略同一の検出信号が
得られる。

【００５１】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、光学式エンコーダの原点（Ｚ相）信号出力機
構において、コンパレータで整形されたパルス信号の位
置精度の劣化を防止しつつ、受光部から出力される正弦
波状検出信号の有効出力領域を増加させることが可能と
なる。したがって、温度変化等の外的要因による精度劣
化を生じ難い光学式エンコーダが提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による光学式エンコーダの図
で、（ａ）主要構造の概略側面図、及び（ｂ）説明のた
め静止部材と受光部とを並置して示す回転円板の部分正
面図、である。

【図２】図１の光学式エンコーダにおける原点信号出力
機構の図で、（ａ）回転円板のスリットの拡大図、
（ｂ）回転円板と静止部材との各スリットの重畳作用を
説明する図、及び（ｃ）受光部から出力される検出信号
波形図、である。

【図３】本発明の他の実施例による光学式エンコーダの
図で、（ａ）主要構造の概略側面図、及び（ｂ）説明の
ため受光部を並置して示す回転円板の部分正面図、であ
る。

【図４】図２の原点信号出力機構の変形例の図で、
（ａ）回転円板のスリットの拡大図、及び（ｂ）受光部
から出力される検出信号波形図、である。

【図５】図２の原点信号出力機構の他の変形例の図で、
（ａ）回転円板のスリットの拡大図、及び（ｂ）受光部
から出力される検出信号波形図、である。

【図６】図２の原点信号出力機構のさらに他の変形例の
図で、（ａ）回転円板のスリットの拡大図、及び（ｂ）
受光部から出力される検出信号波形図、である。

【図７】図２の原点信号出力機構のもう１つの変形例の
図で、（ａ）回転円板のスリットの拡大図、及び（ｂ）
受光部から出力される検出信号波形図、である。

【図８】本発明のさらに他の実施例による光学式エンコ
ーダの図で、（ａ）主要構造の概略側面図、及び（ｂ）
説明のため静止部材と受光部とを並置して示す回転円板
の部分正面図、である。

【図９】図８の光学式エンコーダにおける原点信号出力
機構の図で、（ａ）回転円板のスリットの拡大図、
（ｂ）回転円板と静止部材との各スリットの重畳作用を
説明する図、及び（ｃ）受光部から出力される検出信号
波形図、である。

【図１０】比較例による原点信号出力機構の図で、
（ａ）回転円板のスリットの拡大図、及び（ｂ）受光部
から出力される検出信号波形図、である。

【図１１】図９の原点信号出力機構の変形例の図で、
（ａ）回転円板のスリットの拡大図、及び（ｂ）受光部
から出力される検出信号波形図、である。

【図１２】図９の原点信号出力機構の他の変形例の図
で、（ａ）回転円板のスリットの拡大図、及び（ｂ）受
光部から出力される検出信号波形図、である。

【図１３】図９の原点信号出力機構のさらに他の変形例
の図で、（ａ）回転円板のスリットの拡大図、及び
（ｂ）受光部から出力される検出信号波形図、である。

【図１４】光学式エンコーダの検出信号の波形整形過程
を示す図である。

【図１５】従来の光学式エンコーダにおける原点信号出
力機構の図で、（ａ）回転円板のスリットの拡大図、及
び（ｂ）受光部から出力される検出信号波形図、であ
る。

【符号の説明】

１０，３０，４２…光学式エンコーダ １２，４４…回転円板 １４…軸 １６…光源 １８，２０，２６，３４，３６，３８，４０，４８，５
２，５８，６４，６８…スリット ２０ａ，２０ｂ，３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３６ａ，３
６ｂ，３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄ，４０ａ，４０
ｂ，４８ａ，４８ｂ，５８ａ，５８ｂ，５８ｃ，５８
ｄ，６４ａ，６４ｂ，６４ｃ，６４ｄ，６８ａ，６８
ｂ，６８ｃ，６８ｄ…移動スリット要素 ２２，３２…受光部 ２４，４６…静止部材 ２６ａ，２６ｂ，５２ａ，５２ｂ…固定スリット要素 ２８，３２ａ，３２ｂ…受光素子 ５０，６０，６２，６６，７０，７２…光遮断部

フロントページの続き (72)発明者 田辺 由仁 山梨県南都留郡忍野村忍草字古馬場3580番 地 ファナック株式会社内 (72)発明者 青地 正人 山梨県南都留郡忍野村忍草字古馬場3580番 地 ファナック株式会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軸に連結される回転部材の、軸を中心と
   する複数の同心円経路上の所定位置に光透過部と光遮断
   部とを交互に設け、光源から放射された光を、軸に伴っ
   て回転する該回転部材の該光透過部により断続的に透過
   して受光部で受け、該複数の経路上の該光透過部の配置
   に対応して該受光部から出力される複数種類の電気信号
   を処理することにより軸の回転を検出する光学式エンコ
   ーダにおいて、 前記回転部材の１つの前記経路内で、前記光透過部は、
   前記光遮断部を介して１箇所に集結配置される形状の異
   なる複数の移動スリット要素からなり、 前記受光部は、前記複数の移動スリット要素と同一の形
   状及び相対配置を有して固定的に配置される複数の受光
   輪郭形成要素を具備し、前記回転部材の所定の回転位置
   で該複数の受光輪郭形成要素と前記複数の移動スリット
   要素とが軸方向へ重畳し、 以て前記受光部が、該回転部材の前記複数の移動スリッ
   ト要素を透過しかつ該受光部の前記複数の受光輪郭形成
   要素によって輪郭付けされた光を受けて、前記複数種類
   の電気信号のうち、該回転部材の１回転の間に１パルス
   を生じる信号を出力することを特徴とする光学式エンコ
   ーダ。
2. 【請求項２】 前記複数の移動スリット要素は、軸の中
   心を通る所定の半径線に関し異なる角度を呈する方向へ
   延びて１箇所に集結配置される請求項１に記載の光学式
   エンコーダ。
3. 【請求項３】 前記複数の移動スリット要素は、軸の中
   心を通る所定の半径線に略平行に延びて異なる周方向寸
   法を有し、異形状の該移動スリット要素間の前記光遮断
   部の周方向寸法が小さい方の該移動スリット要素の周方
   向寸法以上となるように１箇所に集結配置される請求項
   １に記載の光学式エンコーダ。
4. 【請求項４】 前記複数の移動スリット要素は、軸の中
   心を通る所定の半径線に略平行に延びて異なる周方向寸
   法を有した複数の該移動スリット要素をそれぞれに備え
   る複数のスリット群を具備し、該複数のスリット群の間
   の前記光遮断部の周方向寸法が最小寸法の該移動スリッ
   ト要素の周方向寸法以上となるように１箇所に集結配置
   される請求項１に記載の光学式エンコーダ。
5. 【請求項５】 前記受光部の前記複数の受光輪郭形成要
   素は、前記回転部材の前記複数の移動スリット要素と同
   一の形状及び相対配置を有する複数の固定スリット要素
   からなり、該複数の固定スリット要素を備えた静止部材
   が、該移動スリット要素の各々と該固定スリット要素の
   各々とが軸方向へ重畳可能なように、前記光源と前記受
   光部との間で前記回転部材に対向して固定的に配置さ
   れ、該受光部は、前記複数の移動スリット要素と前記複
   数の固定スリット要素とを透過した光を受ける請求項１
   〜４のいずれか１つに記載の光学式エンコーダ。
6. 【請求項６】 前記受光部の前記複数の受光輪郭形成要
   素は、前記回転部材の前記複数の移動スリット要素と同
   一の形状及び相対配置を有して、該移動スリット要素と
   相互に軸方向へ重畳可能に固定的に配置される複数の受
   光素子からなり、該受光素子の各々が前記複数の移動ス
   リット要素を透過した光を受ける請求項１〜４のいずれ
   か１つに記載の光学式エンコーダ。