JPS6020006Y2 - 光学式シヤフトエンコ−ダ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は光学式シャフトエンコーダに係り、特に固定
ディスクに鏡面の不透明部分を設けてこれにより１８０
°位相の異る受光素子を配置して、夫々に誘起する電圧
を合威し、光源の光量変化を補償するようにしものであ
る。

従来の光学式シャフトエンコーダとしては第１図で示す
ようにガラス板でできた回転ディスク１に所要のコード
に応じた明暗のパターン印刷１ａを行い、又固定ディス
ク２には細い明部のスリット２ａ、２’ａを印刷してお
き、一方より光源３の光線をあてて、回転ディスク１と
固定ディスク２の透明部分を通過した光りを受光素子４
，４′で受光して電圧を誘起しこれを外部に取り出すよ
うにしたもので回転角度、移動距離の検出器等に用いて
いる。

この場合光源の光量変化による受光素子の出力電圧の直
流分の変化分による影響をなくすように予め固定ディス
ク２に電気角で互に１８００位相の異なる２つのパター
ンを印刷して夫々のパターンの背後に２個の受光素子４
，４′を配置し１８０°の位相差をもった出力電圧をえ
て差動増巾して光源の光量変化による直流分の変化を０
にするようにしていた。

しかして、このように２つのパターンから１８００位相
の異なる信号を得る場合法のような３つの主要な問題点
がある。

第１に単一の光源で固定ディスクの２つのパターンを照
射する場合、発光ダイオードのように指向性の強い光源
を用いると光源の光束が十分に受光素子に到達しない。

参考として第２図に発光ダイオードの指向特性を示し発
光ダイオードの光軸となす角θにおける相対光量を示す
。

すなわち第１図において発光ダイオードの光量の最強の
場所でなく、光量の弱い位置に受光素子を設置しなけれ
ばならない。

この為発光ダイオードの光束の大部分が固定ディスクに
よって反射され、きわめて効率が悪い。

第２に従来のように固定ディスクの透過光のみを利用す
る場合、固定ディスクによって反射される光束が有効に
利用されない。

第３に従来のように固定ディスクに０６と１８０°の位
相差を持ったパターンを印刷すると印刷による誤差、固
定ディスクと回転ディスクの偏芯によって受光素子２ａ
と受光素子２’ａの出力電圧の位相差が１８０°になら
ない。

このような点を考慮してこの考案では種々検討して前述
の問題点を解決する装置をうるものである。

即ち、この考案は光学式シャフトエンコーダにおいて透
明なガラス円板に黒色の不透明部分でパターンを印刷し
た回転ディスクと、透明なガラス円板に鏡面の不透明部
分で印刷した固定ディスクと、光源と該光源の光線によ
り前記回転ディスクの透明部分を透過し、前記固定ディ
スクの鏡面の不透明部分に反射されて受光し電圧を誘起
するように配置せる第１の受光素子と、前記回転ディス
ク並びに固定ディスクの各透明部分を透過した前記光源
の光線を受光し電圧を誘起するように配置せる第２の受
光素子とを備え、前記第１、第２の受光素子に夫々誘起
する電圧を合皮して光源の光量変化を補償するようにし
たことを特徴とするもので、単一の光源で固定ディスク
の単一のパターンを照射するので発光ダイオードのよう
に指向性の強い光源を用いても、光源の光量の最大の位
置に受光素子を設置できるので光源の光束を有効に利用
することができる。

又、固定ディスクの反射光と透過光の両者を利用するの
で光源の光束が１００％有効に利用できる。

更に固定ディスクは単一のパターンであるので、固定デ
ィスクの印刷誤差や偏芯によって第１の受光素子と第２
の受光素子の出力電圧の位相差が１８０°からずれるこ
とはない。

この考案を図の実施例に従って説明するが便宜上第１図
相当部分は同一符号を用いるものとする。

第３図ａは回転ディスク１の正面図で従来同様透明なガ
ラス円板に黒色の不透明部分１ａでパターンを印刷した
もので１ｂは透明部分となる。

又、図すは固定ディスク５の正面図で透明なガラス円板
に鏡面の不透明部分５ａで印刷したもので５ｂは透明部
分として残る。

かくてこれら回転ディスク１と固定ディスク５・とを第
３図Ｃのように間隔をおいて並列配置し、光源３より照
射せる光線を回転ディスク１の透明部分を透過せしめた
後、固定ディスク５の透明部分５ｂを透過せしめた光線
は第１の受光素子４に受光せしめる一方固定ディスク５
の鏡面の不透明部分５ａで反射せしめた光線は第２の受
光素子４′に受光せしめるように配置したもので、かく
て受光素子で光の強弱を電気信号に交換することができ
る。

又、第４図は回転ディスク１の黒色の不透明部分１ａと
固定ディスク５の鏡面の不透明部分５ａとが上からみて
完全に重なり合った状態で回転ディスク１の透明部分の
断面図で光源３よりの光線；はその一部は回転ディスク
１の黒色の不透明部分１ａに吸収され、他の一部は回転
ディスク１と固定ディスク５の各透明部分１ｂ、５ｂを
透過して第１の受光素子４に達する。

従って第２の受光素子４′には達する光線がなく、出力
電圧は最小で°あるが、第１の受光素子４には最大の出
力電圧かえられる。

次に第５図は回転ディスク１の透明部分１ｂと固定ディ
スク５の鏡面の不透明部分５ａとが完全に重り合った場
合の回転ディスク１の透明部分の断面図で、光源３から
投射された光線の一部は回転ディスク１の黒色の不透明
部分１ａに吸収され他の一部は回転ディスク１の透明部
分１ｂを透過し固定ディスク５の鏡面の不透明部分５ａ
で反射される。

従って光源３からの投射光線は第１の受光素子４には達
せず、受光素子４の出力電圧は最小であるが第２の受光
素子４′には最大の出力電圧かえられる。

以上より第１、第２の受光素子４，４′の出力電圧波形
Ａ、 Ｂは第６図のように時間横軸に対して夫々えられ
る。

かくて第６図の波形を差動増巾することにより後述する
ように光源や受光素子の温度による特性の変化や経年変
化を補償しうるので第６図において、第１の受光素子４
の出力電圧Ｖａは一般に次式（１）で示される。

Ｖａ＝ｖｓｉｎ ωｔ＋Ｄ （１）
また第２の受光素子４′の出力電圧ｖｂはＶａに対して
電気角で１８０°位相差を持っているので次式（２）％
式％ （２） こ）で■は受光素子の出力電圧の振巾、ωは受光素子の
出力電圧の角速度、ｔは時間、Ｄは受光素子の出力電圧
の直流成分とする。

次に光量が周囲温度や経年変化で一定の値だけ変化した
とき受光素子の出力振巾がＶ′、受光素子４，４′の出
力電圧の直流成分が（Ｄ−ＡＤ）変化したとすると、前
述の式＜１Ｍ２）をへて、Ｖａ＝＝Ｖ’ ｓｉｎ ω
ｔ 十（Ｄ−ＡＤ） （１）’Ｖｂ＝ −Ｖ’
ｓｉｎ ωｔ 十（Ｄ−ＡＤ） （２）’かくて
Ｖａ、 Ｖｂを増巾ゲインＧの差動増巾器で増巾した出
力電圧Ｖｏは、次式（３）で示される。

Ｖｏ＝＝に （Ｖａ −Ｖｂ） ＝２Ｖ’ ｓｉｎ
６） ｔ（３１式（３）は光源の光量変化による受光素
子の出力電圧の直流分の変化分による影響が差動増巾器
の出力に電圧に現われないことを示している。

したがって第６図のように電気角で互に１８００の位相
差を持った第１１第２の受光素子４，４′の出力電圧を
差動増巾すると光源の光量変化による直流分の変化を零
にすることができる。

以上の利点は光ファイバを用いて半導体レーザーの光線
で受光素子を照射することにより有効となる。

又光源としてレーザ光線は指向性が強いので有望である
が、従来のように固定ディスクに印刷した０°と１８０
°のパターンを同時に照射することはできないが、この
考案では直ちに採用できる。

また発光ダイオードの光線を光ファイバで受光素子を照
射する場合、従来のように固定ディスクに印刷した０°
と１８０°のパターンを別々に照射すると発光ダイオー
ドの光線の半分ずつでそれぞれの受光素子を照射しなけ
ればならなかったが、この考案では発光ダイオードの全
光線で０゜と１８０°の受光素子を照射することができ
る等、非常に実用的効果をなす。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来周知のシャフトエンコーダの説明用簡略図
、第２図は受光素子の特性線図、第３図ａ、ｂはこの考
案の回転ディスク１、固定ディスク５の一部正面図、第
３図Ｃ並びに第４図、第５図はこの考案のシャフトエン
コーダの説明用簡略側面図、第６図は第１、第２の受光
素子４，４′の時間に対する出力電圧線図である。 図で１は回転ディスク、１ａは不透明部分、１ｂは透明
部分、４，４′は第１、第２の受光素子、５は固定ディ
スク、５ａは鏡面の不透明部分。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 光学式シャフトエンコーダにおいて透明なガラス円板に
   黒色の不透明部分でパターンを印刷した回転ディスクと
   、透明なガラス円板に鏡面の不透明部分で印刷した固定
   ディスクと、光源と該光源の光線により前記回転ディス
   クの透明部分を透過し、前記固定ディスクの鏡面の不透
   明部分に反射されて受光し電圧を誘起するように配置せ
   る第１の受光電子と、前記回転ディスク並びに固定ディ
   スクの各透明部分を透過した前記光源の光線を受光し電
   圧を誘起するように配置せる第２の受光素子とを備え、
   前記第１、第２の受光素子に夫々誘起する電圧を合威し
   て光源の光量変化を補償するようにしたことを特徴とす
   る光学式シャフトエンコーダ。