JPH0727574A

JPH0727574A - ロータリエンコーダ

Info

Publication number: JPH0727574A
Application number: JP16828993A
Authority: JP
Inventors: Mitsuyuki Taniguchi; 満幸谷口; Masato Aochi; 正人青地
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 1993-07-08
Filing date: 1993-07-08
Publication date: 1995-01-27
Anticipated expiration: 2019-02-09
Also published as: JP3494674B2

Abstract

(57)【要約】【目的】回転軸の回転角度等を検出するロータリエン
コーダにおいて、低コストであり、より確実な参照信号
を得られるようにする。【構成】受光領域４０全体は、信号光の光束よりも充
分狭い範囲で形成されている。周期信号光受光領域４１
には、例えば５個の受光パターン４１ａ〜４１ｅが設け
られている。受光パターン４１ａ〜４１ｅは、回転コー
ド板のスリットとほぼ同じピッチで形成されている。一
方、参照信号光受光領域４２は、周方向の幅Ｗが各受光
パターン４１ａ〜４１ｅの幅の２倍となるように形成さ
れている。また、参照信号光受光領域４２は、周方向に
距離Ｓだけ連続的にずれるように形成されている。この
周方向のずれ量Ｓは、少なくとも受光パターン４１ａ〜
４１ｅの半ピッチ分あることが望ましい。ここでは１ピ
ッチ分の距離にしてある。

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度等を検
出するロータリエンコーダに関し、特に発光素子からの
信号光を周期信号光として受光するロータリエンコーダ
に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ロータリエンコーダは、ＬＥＤ
等の発光素子からの信号光を、回転コード板に形成され
た、信号光の幅よりも充分にピッチの狭い多数のスリッ
トを通過させ、その通過した信号光をさらに固定コード
板を通して受光素子で受光するようにしている。この場
合、信号光は、回転コード板および固定コード板によっ
て、周期的に強弱のある光として受光素子で受光され
る。このようなロータリエンコーダでは、受光した信号
光をその強度に応じた電気信号に変換し、さらにそれを
一定値を持つ参照信号を使用してパルス信号に変換して
出力するようにしている。

【０００３】従来、この参照信号の供給方式としては、
電気的に一定電圧値を生成し、これを参照信号とする方
式がある。また、別の方式として、互いに半周期位相の
ずれた２種類のスリットを固定コード板に形成して受光
素子側で半周期位相のずれた２種類の信号光を受光でき
るようにし、これらの２種類の信号光の和を参照信号と
するものがある。さらに、別の方式として、一周に亘っ
て繰り抜かれたスリットを回転コード板に形成し、この
スリットを介して一定値の信号を受光して参照信号とす
る方式がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、電気的に参照
信号を得る方式は、例えば発光素子からの光量が変化す
ると、受光素子で受光した信号と参照信号との関係が変
化するため、生成されるパルス信号に誤差が生じたり、
信号光の検出が不可能になったりするという問題点があ
った。

【０００５】一方、２種類の信号光の和を取る方式で
は、電気的に和を取るための演算回路が必要になり、装
置の大型化やコスト高を招いていた。また、一周に亘っ
て繰り抜かれたスリットを形成する方式では、ガラス製
のコード板であれば、印刷によってスリットを形成する
ことができるので、一回転に亘ってパターンの空いた部
分を設けることができるが、金属製の場合には不可能で
ある。ガラス製のコード板は高価であるので、金属製の
コード板による解決策が必要とされている。

【０００６】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
のであり、低コストであり、より確実な参照信号を得る
ことのできるロータリエンコーダを提供することを目的
とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明では上記課題を解
決するために、回転軸の回転角度等を検出するロータリ
エンコーダにおいて、一定の光量の信号光を出力する発
光素子と、前記回転軸に取り付けられ、前記信号光の光
束の幅よりも充分狭いピッチの複数のスリットが周状に
形成される回転コード板と、前記信号光の光束の幅より
も狭い範囲で、前記回転コード板に形成されたスリット
とほぼ同じピッチで形成された複数の受光素子からなる
周期信号光受光領域と、前記スリットのピッチの整数倍
の幅でかつ周方向に連続的にずれた形状を有する受光素
子からなる参照信号光受光領域と、を有するとともに、
前記回転コード板のスリットを挟んで前記発光素子と対
向する位置に設けられる受光部と、を有することを特徴
とするロータリエンコーダが提供される。

【０００８】

【作用】発光素子から出力された一定の光量の信号光
は、回転軸に取り付けられている回転コード板に周状に
形成された、信号光の光束の幅よりも充分狭いピッチの
複数のスリットを通過し、回転コード板のスリットを挟
んで発光素子と対向する位置に設けられる受光部に照射
される。受光部には、周期信号光受光領域と、参照信号
光受光領域とが、信号光の光束の幅よりも狭い範囲で設
けられている。

【０００９】周期信号光受光領域では、回転コード板に
形成されたスリットとほぼ同じピッチで形成された複数
の受光素子が設けられているので、回転スリットを通過
した信号光が、回転軸の回転速度に応じた周期信号光と
して受光される。

【００１０】一方、参照信号光受光領域は、スリットの
ピッチの整数倍の幅でかつ周方向に連続的にずれた形状
の受光素子からなるので、回転コード板が回転しても常
に一定の光量の参照信号光が照射されるとともに、信号
値のリップルが相殺される。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図２は本実施例のロータリエンコーダの主要部
の構成を示す図である。回転軸１には、回転コード板２
が固定されている。この回転コード板２は金属板からな
り、その板面には周状に複数のスリット２０が形成され
ている。スリット２０は、発光ダイオード（ＬＥＤ）３
から出力される信号光３ａの光束（数ｍｍ）の幅よりも
充分に狭いピッチ（数百μｍ）で形成されている。

【００１２】発光ダイオード（ＬＥＤ）３は、図示され
ていないケース等に固定されており、その信号光３ａ
が、回転軸とほぼ平行に直進し、かつスリット２０を通
過するような位置に設けられている。また、信号光３ａ
は一定の光量である。受光部４は、ＬＥＤ３と同様、図
示されていないケース等に固定されており、その受光領
域４０にＬＥＤ３の信号光３ａがスリット２０を介して
照射される位置に設けられている。

【００１３】図１は受光部４の受光領域４０の構成を示
す図である。受光領域４０は、主に、周期信号光受光領
域４１と、参照信号光受光領域４２とから構成されてい
る。ここでは、図面下方向を回転軸１側として示してあ
る。また、実際には受光領域４０全体は周に沿って湾曲
しているが、ここでは説明を簡単にするため、直線的に
表示してある。受光領域４０全体は、ＬＥＤ３の信号光
３ａの光束よりも充分狭い範囲で形成されている。周期
信号光受光領域４１および参照信号光受光領域４２は、
受光素子を材料としてパターン形成されている。

【００１４】周期信号光受光領域４１には、例えば５個
の受光パターン４１ａ〜４１ｅが設けられている。受光
パターン４１ａ〜４１ｅは、回転コード板２のスリット
２０とほぼ同じピッチで形成されている。一方、参照信
号光受光領域４２は、周方向の幅Ｗが各受光パターン４
１ａ〜４１ｅの幅の２倍となるように形成されている。
また、参照信号光受光領域４２は、周方向に距離Ｓだけ
連続的にずれるように形成されている。すなわち、参照
信号光受光領域４２は、マクロレベルではほぼ菱形に形
成されている。また、周方向のずれ量Ｓは、スリット２
０および受光パターン４１ａ〜４１ｅのピッチの整数倍
である。ここでは１ピッチ分の距離にしてある。

【００１５】図３は本実施例のロータリエンコーダの動
作を説明する図であり、（Ａ）は回転コード板のスリッ
ト２０と、周期信号光受光領域４１の受光パターン４１
ａ〜４１ｅとが完全に重なったときの状態を示す図、
（Ｂ）は（Ａ）の状態から回転コード板２が４分の１ピ
ッチだけ回転したときの状態を示す図、（Ｃ）はさらに
（Ｂ）の状態から４分の１ピッチだけ回転したときの状
態を示す図である。なお、ここでは、回転コード板２
は、図中左方向に回転するものとする。また、各図中の
斜線部分は、周期信号光受光領域４１の各受光素子４１
ａ〜４１ｅおよび参照信号光受光領域４２が、回転コー
ド板２の各スリット２０ａ〜２０ｇと重なっている領域
を示している。さらに、説明を簡単にするため、全体を
直線的に表示してある。

【００１６】図（Ａ）のように、スリット２０と受光パ
ターン４１ａ〜４１ｅとが完全に重なったときには、周
期信号光受光領域４１は信号光３ａを最大量受光する。
このとき、参照信号光受光領域４２では、２つの部分で
信号光３ａを受光しているが、全受光量としては、受光
パターン４１ａ〜４１ｅの１個分の量を受光している。

【００１７】一方、図（Ｂ）においては、周期信号光受
光領域４１は最大値の半分の量の信号光３ａを受光す
る。このときも、参照信号光受光領域４２では、全体で
受光パターン４１ａ〜４１ｅの１個分の量を受光してい
る。さらに、図（Ｃ）においては、周期信号光受光領域
４１の受光量は零となる。しかし、このときでも、参照
信号光受光領域４２では、図（Ａ），（Ｂ）と同様に受
光パターン４１ａ〜４１ｅ１個分の量を受光している。
以後はこれらのパターンが繰り返される。

【００１８】このように、周期信号光受光領域４１で
は、回転コード板２の回転に伴って、周期的に受光量が
増減される一方、参照信号光受光領域４２では、常に一
定の光量が受光される。各信号光が受光されることによ
り、周期信号光受光領域４１および参照信号光受光領域
４２では、それぞれ受光量に応じた値の電圧が発生す
る。ここでは、周期信号光受光領域４１で発生した電圧
を周期信号と呼び、参照信号光受光領域４２で発生した
電圧を参照信号と呼ぶ。

【００１９】このような構成のロータリエンコーダに
は、図示されていない出力回路が設けられている。この
出力回路は、周期信号光受光領域４１で得られた周期信
号を参照信号光受光領域４２で得られた参照信号でパル
ス化し、コード信号として出力する。

【００２０】図４は各信号の変化を示すタイムチャート
である。図に示すように、周期信号光受光領域４１で得
られた周期信号は、参照信号の値によって、その波形の
頂上部分がカットされる。これによりパルス化信号が生
成される。パルス化信号は、最終的に正確なパルス形状
に生成されて、コード信号として出力される。

【００２１】このように、本実施例では、幅Ｗがスリッ
ト２０の１ピッチ分ある参照信号光受光領域４２を受光
部４に形成するようにしたので、従来のように、回転コ
ード板２側に１周に亘って繰り抜いたスリットを形成し
たり、特別な回路を設けることなく、一定値の参照信号
を常に正確に得ることができる。したがって、回転コー
ド板２に金属板を使用することができ、コストも低減で
きる。

【００２２】ところで、通常、受光素子は、その半導体
の側面に不感体を有しており、側面から侵入した光も吸
収する性質がある。このため、スリット２０を通過した
光が回折して受光パターン４１ａ〜４１ｅの側面に侵入
すると、微量ながらも計算値よりも多く受光することに
なる。参照信号光受光領域４２を単純にスリット２０の
１ピッチ分の大きさにした場合には、この回折の影響を
受ける状態とそうでない状態とが交互にあり、その結
果、参照信号にリップルが生じることになる。参照信号
にリップルがあると、最終的に出力されるコード信号に
もリップルが含まれてしまい、精密なデータを得ること
ができなくなる。

【００２３】そこで、本実施例では、図２，３に示した
ように参照信号光受光領域４２を周方向にずれた形状に
した。このため、光の回折の影響を受けるタイミングが
平均化され、リップルの発生を防止することができる。
したがって、より正確な参照信号を得ることが可能とな
る。

【００２４】なお、本実施例では、受光部４に周期信号
光領域４１および参照信号光受光領域４２を形成するよ
うにしたが、回転コード板２と受光部４との間に固定コ
ード板を設け、この固定コード板に周期信号光領域４１
および参照信号光受光領域４２に対応するスリットを形
成するようにしても、同様の効果を得ることができる。

【００２５】また、本実施例では、参照信号光受光領域
４２の幅Ｗをスリット２０等の１ピッチ分にしたが、必
要とする参照信号の値に応じてそれ以上の整数倍の幅に
してもよい。また、その数も１個に限られない。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように本発明では、回転コ
ード板のスリットのピッチの整数倍の幅でかつ周方向に
連続的にずれた形状の受光素子からなる参照信号光受光
領域を形成したので、回転コード板が回転しても常に一
定の光量の参照信号光が照射されるとともに、信号値の
リップルが相殺される。

【００２７】このため、従来のように、回転コード板側
に１周に亘って繰り抜いたスリットを形成したり、特別
な回路を設けることなく、常に正確な参照信号を得るこ
とができる。したがって、回転コード板に金属板を使用
することができ、コストも低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】受光部の受光領域の構成を示す図である。

【図２】本実施例のロータリエンコーダの主要部の構成
を示す図である。

【図３】ロータリエンコーダの動作を説明する図であ
り、（Ａ）は回転コード板のスリットと、周期信号光受
光領域の受光パターンとが完全に重なったときの状態を
示す図、（Ｂ）は（Ａ）の状態から回転コード板が４分
の１ピッチだけ回転したときの状態を示す図、（Ｃ）は
さらに（Ｂ）の状態から４分の１ピッチだけ回転したと
きの状態を示す図である。

【図４】各信号の変化を示すタイムチャートである。

【符号の説明】

１回転軸２回転コード板３ＬＥＤ３ａ信号光４受光部２０スリット４０受光領域４１周期信号光受光領域４２参照信号光受光領域

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転軸の回転角度等を検出するロータリ
エンコーダにおいて、一定の光量の信号光を出力する発光素子と、前記回転軸に取り付けられ、前記信号光の光束の幅より
も充分狭いピッチの複数のスリットが周状に形成される
回転コード板と、前記信号光の光束の幅よりも狭い範囲で、前記回転コー
ド板に形成されたスリットとほぼ同じピッチで形成され
た複数の受光素子からなる周期信号光受光領域と、前記
スリットのピッチの整数倍の幅でかつ周方向に連続的に
ずれた形状を有する受光素子からなる参照信号光受光領
域と、を有するとともに、前記回転コード板のスリット
を挟んで前記発光素子と対向する位置に設けられる受光
部と、を有することを特徴とするロータリエンコーダ。
【請求項２】前記参照信号光受光領域の周方向のずれ
量は、前記スリットのピッチの整数倍であることを特徴
とする請求項１記載のロータリエンコーダ。
【請求項３】回転軸の回転角度等を検出するロータリ
エンコーダにおいて、一定の光量の信号光を出力する発光素子と、前記回転軸に取り付けられ、前記信号光の光束の幅より
も充分にピッチの狭い複数のスリットが周状に形成され
る回転コード板と、前記信号光の光束の幅よりも狭い範囲で、前記回転コー
ド板に形成されたスリットとほぼ同じピッチで形成され
た複数のスリットからなる周期信号光通過スリット領域
と、前記スリットのピッチの整数倍の幅でかつ周方向に
連続的にずれた形状を有する参照信号通過スリット領域
と、を有するとともに、前記回転コード板のスリットを
挟んで前記発光素子と対向するように設けられる固定コ
ード板と、前記周期信号光通過スリット領域を通過した前記信号光
を周期信号光として受光する周期信号光受光領域と、前
記参照信号通過スリット領域を通過した前記信号光を前
記参照信号光として受光する参照信号光受光領域と、を
有する受光部と、を有することを特徴とするロータリエンコーダ。
【請求項４】前記参照信号通過スリット領域の周方向
のずれ量は、前記スリットのピッチの整数倍であること
を特徴とする請求項３記載のロータリエンコーダ。