JPS60140119A - 光学式エンコ−ダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 用した光学式エンコーダに関する。

従来、この種の光学式エンコーダの光学式符号記録部は
、（］）金属板にエツチングによりスリットを加工した
もの、（２）アクリル仮に写真乳剤を塗布し白／黒のパ
ターンを焼付けて４に用するもの、（３ンガラス板にク
ロム蒸着を施し、クロム層をエツチングにて透明部と不
透明部に加工して使用するもの、（４）ガラス板に写真
乳剤を塗布し、白／黒のパターンを焼付けて使用するも
の等が知られている。

しかし、（１）のものではエツチング可能な開口幅は金
属板の厚みの２倍迄とされ高精度のものは無理であり、
（２）のものでは経年変化し易（　、（３）のものでは
工程が複雑でコスト高となり、（４）のものでは加工困
難なためコスト高となる欠点があった。

本発明は上記の点に鑑み提案されたものであり、高分解
能で、製造工程が簡単で、低価格でしかも経年変化しに
くい光学式エンコーダを提供することを目的とする。

即ち、本発明は多数のスリット状の光透過部を有する光
学式符号記録部を少なくとも１つ備えた光学式エンコー
ダに於て、前記光学式符号記録部の内の少なくとも１つ
に於て、前記光透過部間に位置し且つ光源部から入射す
る光線に対しその入射角が臨界角以上に設定した少なく
とも１つの傾斜面からなり、光を透過させない多数の遮
光部を備えたことにより上記目的を達成することができ
た。

以下、本発明に係る光学式エンコーダの実施例を図面に
従って説明する。

第１図は本発明に係る光学式エンコーダの全体を示す斜
視図である。図に於て、１は光源、２はコリメータレン
ズ、６は回転ディスクで、下面の周囲に後述の多数の光
学格子を設けた光学格子部６ａを有している。４は固定
光学格子で、下面に光学格子部６ａと同形状の多数の光
学格子を設けており、光学格子部６ａと同方向に相対応
して配置されている。５は受光素子、６は波形整形回路
で、受光素子５からの信号を波形整形して図の右側に示
したような信号波形に整形するものである。

第２図は上記光学格子の基本的原理の一実施例を示す原
理図である。この光学格子は入射光に対し臨界角より小
さな角度をなす、たとえば９ａ、９ｂのような平担面と
入射光に対し臨界角以上の角度をなして傾斜しているた
とえば１０ａ　、１０ｂのような傾斜面とが交互に配置
されて形成されている。

たとえば、ここで臨界角を４５°以下とし、光学格子の
内ある１つの凸部を形成しているたとえば１０ａ、１Ｑ
ｂのような傾斜面同士の延長上がなす角度を９０°とし
、たとえば１０ａや１０ｂのような傾斜面に入射する光
の入射角を４５°とし、たとえば９ａや９ｂのような平
担面に入射する光の入射角なＯｏとする。又、たとえば
１０ａ、１０ｂのような傾斜面の夫々の幅とたとえば９
ａ　、９ｂのような平担面の夫々の幅とは同一とする。

図を見て明らかなように、傾斜面１０ａに入射した光は
入射角が４５°となるので全反射されて直角に反射され
、もう１つの他の傾斜面１０ｂに４５°の角度をなして
入射し、再び全反射されて直角に反射されてもとの入射
側に戻る。又、傾斜部１０ｂに入射した光についても上
記と同様に入射側に戻る。ところが、平担面９ａ　、９
ｂに入射する光はそのまま透過してしまう。このことは
平担面のみがスリットの役割を果す。従って、この光学
格子は丁度スリット幅とスリット間の遮光部の幅とが同
一となり、スリットと遮光部が同一ピッチで配列された
ものと同じとなる。第６図は第２図に示した原格子４と
受光素子５とを切断した時の断面を示す説明図である。

図に於て、光学格子部３ａと固定光学格子４との光学格
子間の位相同士は一致している状態を示している。

次に、第１図乃至第６図を参照して動作説明をする。光
源１からの光はコリメータレンズ２により平行光とされ
回転ディスク乙の上方から入射する。」−述のように上
方から入射した光は光学格子部６ａの光学格子により、
その平担面で回転ディスク６を透過し、又その傾斜面で
は２回全反射されて回転ディスク６を透過しないので、
回転ディスク６を透過した光により規則的な光の明暗分
布を生じる。ここで回転ディスク６はその回転軸と共に
図示矢印方向に回転するとその光学格子部６ａも同方向
に回転移動し、その明暗分布も同方向に移動する。固定
光学格子４の光学格子と光学格子部６ａの光学格子とは
等ピッチ、即ち固定光学格子４の光学格子と入射する光
の明暗分布とは等ピッチとなっているので、受光素子５
へ入射する光量は、両光学格子の位相がたとえば第６図
の如く一致した時、即ち、位相がＯもしくはＡ周期ズし
た時（但し、第６図は位相０の状態）、両光学格子の平
坦面同士は対応して一致する。即ち、それら平坦面同士
は重なりあうので光学格子部６ａを透過した光は全て固
定光学格子４を透過するので最大となり、又、その位相
がＩＡもしくはＶ４周期ズした時には光学格子同士の傾
斜面と平担面とが夫々対応して位置づけられるので、光
学格子部６ａを透過する光は全て固定光学格子４の傾斜
面で２回全反射されて入射側に戻り最小となる。

この光量の最大と最小との間の時には、光学格子部６ａ
の光学格子の平担面と固定光学格子４の光学格子の平担
面とが部分的に一致し、その一致した部分の面積の割合
に応じた光量を受光素子５は受光する。従って、受光素
子５からの信号は正弦波状となり、この信号は波形整形
回路６により図のようなパルス状の信号に整形される。

なお、光学格子部３ａが１周期すると波形整形回路６か
ら出力される信号は２周期する。また、回転ディスク乙
の回転方向は図示矢印方向でなく逆であってもよい。

第４図は本発明の他の一実施例を示す要部の説明図であ
る。固定光学格子４は光学格子４ａと４ｂとから構成さ
れ、光学格子４ａと４ｂとの位相のズレは１／８周期で
ある。光学格子４ａ下には受光素子５が設けられ、光学
格子４ｂ下には受光素子７が設けられている。丁度、光
学格子部６ａの光学格子と光学格子４ａとの位相がＯも
しくは】Ａ周期ズしている時（但し、第４図では位相の
ズレは０）、両光学格子間の平担面は対応して一致する
ので受光素子５が受光する光量は最大となる。

又、この時、光学格子部６ａの光学格子と光学格子４ｂ
との位相のズレは、Ａ周期もしくはｈ周期ズしているの
で、両光学格子間の平坦面同士が重なりあっているのは
半分であるので、従って、受光素子７が受光する光量は
最大時の半分となる。

光学格子部６ａの光学格子と光学格子４ａとの位相のズ
レが１／４周期もしくはＶ４周期の時、前述のように受
光素子５が受光する光量は最小となる。

この時、光学格子部６ａの光学格子と光学格子４ｂとの
位相のズレはＡ周期もしくはＡ周期となるので、この時
も、位相のズレが１４周期及び％周期と同様に受光素子
７が受光する光量は最大時の半分となる。

ものである。

なお、受光素子７の配置は第１図に一点鎖線で示した位
置となり、これからの信号は波形整形回路８により図の
如くパルス状に波形整形される。

この、両受光素子５，７により夫々受光され、波形整形
回路６，８により夫々波形整形された信号の位相のズレ
は第１図に示した如＜”ｙＡ周期位相がダレる。この信
号は周知の信号処理回路により信号処理されてどれだけ
変位したかがわかる。

第５図は本発明の他の一実施例の説明図である。

上記実施例ではいずれも光学格子部３ａの光学格子と固
定光学格子４の光学格子の向きを同方向としたが、本実
施例の場合、両光学格子を互いに逆向きにして対向させ
た。この場合、両光学格子間の位相のズレが１／４周期
もしくはＶ４周期ズしていても図の如く光学格子部６ａ
の光学格子の平担面を透過した光は固定光学格子４の光
学格子の傾斜面から入射して、固定光学格子４を透過し
て゛受光素子５に入射する部分の光と、傾斜面により反
射されて受光素子５に入射しない部分の光とにわかれる
。従って、本実施例の場合、受光素子５が受光する最大
光量と最小光量との差が少なくなるけれども所望のパル
スをうろことはできる。勿論、受光素子５が最大光量を
受光する時は、両光学格子の平担面が完全に重なりあっ
た時である。なお、本実施例の場合、固定光学格子４の
光学格子の傾斜面は臨界角に設定しなくともよいし、む
しろ、入射光線に対して入射角度が大きくなるように傾
斜している方がよい。なぜならば、入射角度が大きい程
、入射光線が反射される度合いが大きいからである。

第６図は本発明の光学式エンコーダの要部となる光学格
子の他の一実施例の原理図である。１０ａ＋’１０ｂは
傾斜面で、２つの傾斜面で１つの傾斜部を構成し、この
傾斜部は両側の平担面９ａ。

９ｂから下方に突出している。勿論、傾斜面１０ａ、ｉ
ｏｂに入射した光は２回全反射して入射側に戻り、この
光学格子を透過しない。平担面９　ａ　＋９ｂに入射し
た光はそのま＼この光学格子を透過するので、たとえば
平担面９ａ　、９ｂをスリット、傾斜部を遮光部と考え
ればよい。

第７図は本発明の光学式エンコーダの要部となる光学格
子の他の一実施例の原理図である。１０ａ、１０ｂ、１
０ｃ、１０ｄは傾斜面で、２つの傾斜面で１つの傾斜部
を構成し、たとえば傾斜面１０傾斜面１０ｂに入射した
光はこれと傾斜面１０ｃとにより２回全反射して戻り、
この光学格子を透過しない。平担面９ａ　、９ｂに入射
した光はそのま＼光学格子を透過するので、たとえば平
担面９ａ、９ｂをスリット、傾斜部を遮光部と考えれば
よい。

なお、第５図や第６図に示した光学格子も第１図に示し
た光学式エンコーダに同様に適用可能である。また、光
学格子の組合せは同じ形状のものでなく異なった形状の
ものを組合わせてもよいことは勿論である。なお、第６
図や第７図の光学格子を第４図のような固定光学格子に
適用する場合。

位相のズレをＩＡ偽周期しておけばよいことは明白であ
る。

上記各実施例において、固定光学格子４は第２図のもの
は半周期のもの、第６図及び第７図は１周期のものでも
よいし、固定光学格子４の代りに単一の通常のスリット
におきかえてもよいし、第２図のものでは偽周期もしく
は偽周期、第６図及び第７図のものでは】Ａ周期位相の
ズした２箇の通常のスリットを用いても検出可能である
ことは占うまでもない。

又、」二記各実施例においては透過型光学式エンコーダ
について説明してきたが、たとえば第６図及び第７図に
示したような光学格子を回転ディスクに適用し、この光
学格子の」１方にフォトカプラーを配置して反射型光学
式エンコーダを構成することができる。なお、第６図の
場合、傾斜部を構成している両傾斜面１．０ａｌＯｂの
なす角度を大きくとると、この傾斜部により２回全反射
されて戻る光の方向が、光の入射方向と大きくダレるの
でフォトカプラーを適用し易い。

又、上記各実施例では回転式エンコーダで説明したが、
リニア式エンコーダにも構成可能であることは自明であ
る。

上記光学格子の材料としてはプラスチック、ガラス等が
あげられるが、プラスチックの場合、成形で簡単に安価
に大量に製造できる。また、大面積の回転ディスクにも
光学格子をプラスチック成形により一体的に簡単に作成
することができる。

以上本発明について述べたように、全反射面の傾斜面を
等間隔に配置して等間隔に遮光部を設けるという簡単な
構成で光学式エンコーダを実現できた。しかも、光学格
子をプラスチックで作る場合、安価に、しかも簡単に製
造でき、大面積のものも容易に作れ、経年変化しに＜＜
、長ストロークのものが作れる効果を有するものである
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る光学式エンコーダの実施例の全体
斜視図、第２図は光学式符号記録部の一実施例の原理図
、第６図は第１図の要部の説明図、第４図は本発明の他
の一実施例の要部の説明図、第５図は本発明の他の一実
施例の要部の説明図、第６図及び第７図は本発明の要部
となる光学式符号記録部の他の各原理を示す原理図であ
る。 １は光源、２はコリメータレンズ、６は回転ディスク、
６ａは光学格子部、４は固定光学格子、５は受光素子、
６は波形整形回路、９ａ、９ｂは平担面、１０ａ、１０
ｂ、’１０ｃ、１０ｄは傾斜面である。 第１図 第２図 第３図 第４図 □□□＝又 □□□□□−公イへ 第５図 〕ｂ 第６図 □ 〕ｄ 第７図 ３ ・３ａ ・４ 込

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 多数のスリット状の光透過部を有する光学式符号記録部
   を少なくとも１つ価えた光学式エンコーダに於て、前記
   光学式符号記録部の内の少なくとも１つに於て、前記光
   透過部間に位置し且つ光源部から入射する光線に対しそ
   の入射角が臨界角以上に設定した少なくとも１つの傾斜
   向からなり、光を透過させない多数の遮光部を備えたこ
   とを特徴とする光学式エンコーダ。