JPS6058403B2 - 光エンコ−ダ用光学装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は複数の光コード・トラックを形成した回転コー
ド・ディスク等の可動コード部材を備え、コード部材の
位置ないし動きに従う光変調を．行う光エンコーダに関
する。

この種の光エンコーダは可動コード部材上の複数のコー
ド・トラックを照射し、対応する電気信号に変換するた
めの複数チャンネルの光検出器に、コード・トラックか
らの変調光を向ける光学装置を備えている。本発明の目
的はこの種の光エンコーダ用の新規で改良された光学装
置を提供することである。さらに本発明の目的は各種部
品を光学装置に組立てるのが簡単であり、組立後におい
てめんどうで困難な調整の必要なしに正しい関係を自動
的に・保つ新規で改良された光学装置を提供すことであ
る。上記およびその他の目的を達成するため、本発明に
よれば、複数チャンネルの光コード部材、前記コード部
材からの変調光を受光する複数チャンネルの光検出器、
前記コード部材に光を照射する光源、前記コード部材上
に光線を集光させる対物レンズ、前記対物レンズを受け
る座を備えたハウジング、前記対物レンズの軸方向の開
孔を形成した開孔板、及び前記対物レンズが前記開孔板
と座間で挾持されるよう前記ハウジング上で前記開孔板
を支持する支持機構（保持機構）とから成る光エンコー
ダ用光学装置が提供される。

前記対物レンズは、円筒形、半円筒形、あるいは二重レ
ンズ、三重レンズ形式のいずれでもよい。

前記支持機構、対物レンズが開孔板と座間て挟持される
よう開孔板を支持するフランジ部材をハウジングに形成
することにより構成できる。

開孔板は可撓性で弾性質のものでよく、フランジ部材に
より、開孔板が対物レンズと係合し、対物レンズを座に
対し弾性的に押しつけるよう、たわめられた状態に保持
される。前記座は前記対物レンズ（特に円筒形の場合）
を受け、位置ぎめする溝をハウジング内に形成すること
で構成できる。

前記支持機構は、ハウジング内に形成され、前記開孔板
を摺動可能に受け、保持するありつぎ溝を備えてもよい
。

光源と対物レンズ間には平行な光束をつくるコリメート
・レンズを配置することができる。

コリメート・レンズはほぼ球面の曲面形状を有する少な
くともひとつの光学素子（レンズ）で構成してもよい。
コリメート●レンズは単レンズ、二重レンズ、三重レン
ズのいずれでもよい。コリメート・レンズは非球面形の
光学素子（レンズ）でもよい。前記支持部材は開孔板を
ハウジング上に支持するための接合剤を含んでもよい。

光源は好ましくは線パターンの光を発生する発光ダイオ
ードを含んでもよい。

一実施例においては、開孔板は対物レンズと一体に形成
される。

光学装置のハウジングには横方向に延びたありつぎ溝を
形成でき、このありつぎ溝内に、コード部材に供給する
光を修正する光変更装置を設置できる。

光変更装置は、ありつぎの溝内に嵌入される光格子、又
は対物レンズと開孔板で構成される。以下、図面を参照
して本発明の実施例を説明する。

第１図と第２図には本発明の実施例である光学装置１２
を備えた光エンコーダ１０が示されている。光エンコー
ダ１０は主ハウジング（主枠）２０内において軸受１６
と１８により支持される回転シャフト１４を含む。エン
コーダ１０の役目はシャフト１４の位置ないし動きを高
精度で表示することである。したがつて光エンコーダ１
０は例えばテレメータシステムで使用することにより、
シャフト１４と結合している任意の回転又は直線運動物
体の位置又は動きを電気的に監視することができる。光
エンコーダ１０は可動コード部材、図示の例では、機械
入力シャフト１４に回転可能に取り付けられた光コード
ディスク２２を有する。

光コードディスク２２は任意の公知の適当な構造のもの
でよく、好ましくはコードディスクの位置ないし動きに
従う光変調を行う複数の光コードトラック形２４を有す
る複数トラックである。この種の光コードディスクは当
業者には周知である。代表的なコードディスクはディジ
タル形で、ガラス等の透明材料からつくられ、ディスク
上には、明部と暗部を交互に配設した形式のコードトラ
ックが複数個同心円状に形成されていて、ディスク回転
時にこれらのトラックにより光変調が行なわれるように
なつている。同心円状に配置されているトラックのセグ
メントの数は２進コードに従いトラックごとに違つてい
る。例えば一番内側のトラックのセグメント数が２で外
側にいくにつれ順次、４，８，１６，３２というように
増加する。コードディスクは光透過形か又は光反射形で
ある。この種の光コードディスクの例が、同一出願人に
係る米国特許第３６２８０７４号（発明者ブリーン、ス
テイードル、１９７１年１１月２日付与）及び米国特許
第３７１０３７５号（発明者ブリーン、１９７３年１月
９日付与）に示されている。

第１図と第２図に示すように、光エンコーダ１０の光学
装置１２はコードトラック２４からの変調光を対応する
複数の電気信号に変換する複数チャンネルの光検出器２
６を含む。

第１図に示すように複数のチャンネルの光検出器２６は
コードトラック２４で変調した光を受光するため光コー
ドディスクの左側に近接して置かれる。光検出器２６は
任意の公知又は適当な構造のものが使用できる。例えば
、光検出器２６は光を電信号に変調変換する光感知形の
シリコン接合等を利用した複数の光電素子で構成できる
。光学装置１２はコードディスク２２上のコードトラッ
ク２４に照射するための光を発生する光源２８を備える
。

好ましくは、光源２８は線パターンの光を発生するよう
に構成する。図示の光源２８は直線状の発光部材３０を
有する発光ダイオード形式である。第６図と第７図に示
すように複数のリード線３２を通して、直線部材（バー
）３０の長さ方向に沿う各位置に電流を供給する。さら
に、光学装置１２は、光源２８とコードディスク２２間
に配置されるコリメート・レンズ３４（収束レンズ）を
含む。このレンズ３４は平行光束をつくる作用をする。
即ちレンズ３４は光源２８からの発散光束を受け、これ
をほぼ平行な光束にしてコードディスク２２に送る。第
１図ではレンズ３４として球状にカーブした凸面を有す
る二重凸レンズを使用している。しかし、ひとつ以上の
レンズ要素から成る任意の又は適当なタイプのものであ
つてもよい。コリメート●レンズの変形例を第１２図、
第１３図及び第１４図に示す。第１２図は３つのレンズ
要素から成る三重レンズ３４ａを、第１３図は２つのレ
ンズ要素から成る色消し二重レンズ３４ｂを、第１４図
は非球面レンズ３４ｃを示す。これらのコリメート・レ
ンズは例示にすぎず、これらに制限されるものではない
。コリメート・レンズを使用した方が一般によい結果が
得られるがコリメート・レンズなしに済ませることも可
能である。第１図に示すように、コリメート・レンズ３
４は光エンコーダ１０の主（外）ハウジング２０内に支
持されるレンズ・ハウジング３６内に設置、支持される
。

図示のように、レンズ・ハウジング３６はレンズ３４を
受け、位置ぎめする円形の座３８を含む。レンズ・ハウ
ジング３６内に設けた保持用リング４０によりレンズ３
４は座３８上に押えられる。光源２８はレンズ・ハウジ
ング３６の筒状体４２内に収納、支持される。こうして
、光源は収束（コリメート）レンズ３４の光軸に沿うよ
うに位置ぎめされ、支持される。第１図に示すように、
光学装置１２はさらに、コードディスク２２のコードト
ラック上に光線を集光させる対物レンズ４４を含む。

対物レンズ４４もレンズハウジング３６内に配置され、
コリメート・レンズ３４とコードディスク２２間の適当
な位置にしく位置ぎめされる。対物レンズ４４はコード
ディスク２２に近接しており、コリメート・レンズ３４
の光軸と一致している。第１図に示す、対物レンズ４４
はほぼ円筒形で、具体的には、光源２８の発光直線部材
３０と平行な軸を有する透明な円筒体てある。

しかし、対物レンズ４４として他の各種形態が考えられ
る。変形例を第９図、第１０図及び第１１図に示す。第
９図は３つのレンズ要素から成る三重対物レンズ４４ａ
を示す。一般にレンズ要素は曲面が円筒状の１つ又は２
つの光面を有する。第１０図はほぼ円筒状の曲面の光を
有する２つのレンズ要素から成る二重レンズ形式の対物
レンズ４４ｂを示す。

第１１図に示す変形例の対物レンズ４４ｃはほぼ半円筒
形である。

第９〜第１１図の詳細については後述する。第１図及び
第３〜第５図に示すように、光学装置には、対物レンズ
４４とコードディスク２２間に配置される開孔板４６（
開孔部材）を含む。開孔板４６はコードディスク２２と
近接配置される。図示の開孔板４６には対物レンズ４４
と一致し、その円筒軸と平行な開孔スリット４８が形成
されている。開孔スリット４８はコードディスク２２上
に集光される光線を規定する機能をもつ。対物レンズ４
４と開孔板４６は、光学装置の他の部品と正確な関係に
保つよう位置がきめられる。第３図〜第５図に示すよう
にレンズ・ハウジング３６は対物レンズ４４を受けかつ
位置ぎめし座５２が形成されているリング状の前部５０
を有する。図示の対物レンズ４４は円筒棒状体である。
座５２はレンズ・ハウジング３６の前部５０に形成され
た直線状の溝を形態をとる。溝ないし座５２は断面がＶ
字形で円筒レンズ４４を正確１１２こ位置ぎめする。溝
５２はコリメート・レンズ３４の光軸と直角てあり、光
源２８の直線発光部材３０と平行である。第４図と第５
図に示すように溝（座）５２はコリメート●レンズ３４
の前方において、レンズ●ハウジング３６の前部５０を
横切つて延びる横壁部５４の前面すなわち外面に形成さ
れている。

溝（座）５２の後（底）部は壁５４を通るスロットと連
通しており、収束レンズ３４より対物レンズ４４に光が
送られるようにしている。スロット５６は開孔板４６に
形成した開孔スリットと平行である。対物レンズ４４は
開孔板４６と座５２の間に保持される。

第３〜第５図に示す開孔板４６は薄くて、可撓性と弾性
を有し、好ましくは薄い金属プレートないし薄板の形態
である。もつとも、状況”により開孔板は必ずしも可撓
性と弾性を有する必要はない。第３〜第５図に示す構成
においては、開孔板４６は対物レンズ４４を座５２に押
しつけるための弾性はね部材として用いられる。

即ち、開孔板４６は、本例では円筒形の対物レンズと係
合するように、レンズハウジング３６の前面５０内に取
り付けられる。第５図に示すように開孔板４６は曲線状
にたわめられ、これにより、開孔板４６は円筒レンズ４
４を座５２に押しつける。開孔板４６は、レンズ・ハウ
ジング３６の前方部５０に形成したフランジ部により上
記曲線状のたわめられた状態に固定、保持される。図で
はフランジ部は開孔板４６の側辺部を覆い、かつ円筒レ
ンズ４４の座５２と平行に延びる１対のフランジ５８で
構成される。図示のフランジ５８はレンズ・ハウジング
３６の前方部５０に形成したありつぎ溝６０によりつく
られる。ありつぎ溝６０は円筒レンズ４４を受ける座（
溝）５２と平行である。第３〜第５図に示すように、開
孔板４６はレンズ・ハウジング３６の前方部５０に容易
に取り付けることができる。

これは、円筒レンズ４４を座（溝）５２内に位置ぎめし
、次に開孔板４６をたわめて曲線形にし、開孔板４６が
円筒レンズ４４の前面と係合するように開孔板をありつ
ぎ溝６０に摺りこませることによりなされる。開孔板４
６の縁部はありつぎ溝６０に形成されたフランジ５８の
裏側で保持される。こうして、開孔スリット４８は自動
的に円筒状の対物レンズ４４と整列し、対物レンズの方
は座（溝）５２内に押し込められる、その結果、円筒状
対物レンズはコリメート・レンズ３４と光源２８に対し
正確な位置に自動的に位置ぎめされる。

円筒状対物レンズ４４と開孔スリット４８は光源２８の
発光直線部材３０と平行になるよう配置される。光学装
置１２全体は非常に簡単に組み立てることができ、かつ
高精度を確保するものであり、各種部品は互に高精度を
以つて位置ぎめられる。

光学装置１２はめんどうで困難な調整を一切必要としな
い。第８図は変形例としての光学装置６２を示し、ここ
では、第１〜７図に示す円筒状の対物レンズ４４と開孔
板４６の代りに、図示のごとき円筒レンズ６４と開孔板
６６を使用している。

本例では開孔板６０は円筒状レンズ６４と一体につくら
れている。図示のように、開孔板６６は円筒状レンズ６
４に埋め込まれた開孔スリット６８と円筒レンズ６４間
の整列関係は高精度に保たれる。第８図の光学装置では
、コリメート・レンズ３４は前述したものと同様の形態
であるが、対物レンズ６４と開孔板６６を支持するため
変更してある前方部７２を有するレンズ・ハウジング７
０に取り付けられる。図かられかるように、対物レンズ
６４は円筒状の集光要素の形式であり、前方ハウジング
部７２を横切つて延び、ねじ７６等によりハウジング部
７２に固定された支持、取付プレート７４に支持されて
いる。開孔板６６は取付プレート７４の前側に取りつけ
られ、ねじ７６により前方ハウジング部７２に固定され
る。第８図の構成も、コリメート・レンズ３４と対物レ
ンズ６４間の所望の位置関係を正確に確保、維持すると
ともに、開孔スリット６８が円筒状の対物レンズ６４と
整列するように開孔板の位置を正確に保つものである。

取付プレート７４と円筒レンズ６４はガラス又は透明な
プラスチック樹脂材から一体形成できる。前述したよう
に第９図は前面８６に三重対物レンズ４４ａ受け用の座
８４を形成してあるレンズ・ハウジング（レンズホルダ
ー）８２内に設けられる三重対物レンズ４４ａを使用す
るタイプの光学装置８０を示す。

座８４は溝形式でその中に三重レンズ４４ａが開孔板８
８により保持される。図示のレンズ・ハウジン々゛８２
は開孔板８８を三重レンズ４４ａの前面に対して押しつ
けるフランジ部を備えており、図示のフランジ部は第５
図のフランジ５８と同様な１対のフランジ９０から成る
。図示の開孔板８８は曲線状にたわめられている。これ
は好ましいものではあるが、開孔板４６の場合のように
必ずしも曲線状にたわめられる必要はない。開孔板８８
は弾性質であるのが好ましいが三重装置４４ａを座８４
に押しつけるほどの弾性は必ずしも必要ない。第９図の
三重レンズ４４ａは光源２８からの光を光線に集光して
コードディスク２２上に照射する。

開孔板８８のスリットにより狭られた光線の生成が容易
になる。前述したように、第１０図は二重対物レンズ４
４ｂを利用するタイプの光学装置を示してあり、二重対
物レンズ４４ｂはレンズハウジング９６の前方部１００
に形成された座（溝）９８に受けられ、位置ぎめされる
。

光学装置９４はさらに二重レンズ４４ｂを座９８に対し
保持する開孔板１０２を含む。本例ては、開孔板１０２
は平らてあり、開孔板１０２とレンズ・ハウジング９６
の対応する前面間に塗つた接合剤等の接着手段によりレ
ンズ●ハウジングに固定される。前述と同様に、二重対
物レンズ４４ｂは光源２８からの光を集めコードディス
ク上に光線を集光する。

前と同様に、開孔板１０２にスリットを形成することに
より絞りのよい光線を得ることができる。第１１図は半
円筒状の対物レンズ４４ｃを利用するタイプの光学装置
を示し、対物レンズ４４ｃはレンズハウジング１１２の
前方部１１６に形成された座（溝）１１４に受けられ、
位置ぎめされる。

座（溝）１１４はほぼ■字形の溝形式である。開孔板１
１８は、レンズ４４ｃの前方に取り付けられ、レンズを
座に対して有効に保持する。第１１図の光学装置１１０
においては、開孔板１１８は平らで、開孔板１１８とレ
ンズ・ハウジング１１６の対応する前面間に塗られる接
合剤等の接着手段によリレンえ・ハウジング１１６に固
定される。半円筒状の対物レンズ４４ｃは光源２８から
の光をコードディスク２２上に集光する。

前と同様、開孔板１１８にスリットを形成することによ
り絞りのよい光線がコードディスク２２上に照射”され
る。第１５図と第１６図は第５図のレンズ・ハウジング
５０と同一のハウジングを使用可能な光学装置１２４を
示している。

ただし、第１５図では、第５図の対物レンズ４４と開孔
板４６に代えて適当なコードパターン１２８を形成して
ある格子板（グレーティング）１２６を使用している。
この種の格子板は当業者には公知である。図示の格子板
１２６はガラス等の透明材質で、ありつぎ溝６０に嵌合
する形状の透明板である。したがつて、格子板１２６は
張り出したフランジ５８により保持される。第１５図と
第１６図に示すように格子板１２６は、フランジ５８の
下に摺動可能に収められる傾斜側面１３０を有する。格
子板１２６は接合剤１３２等の接着手段によりありつぎ
溝に固定される。第５図と第１５図のレンズ・ハウジン
グは、第１５図の格子板１２６と、第５図の対物レンズ
４４と開孔板４６のどちら（いずれとも光変更装置であ
る）でも支持、収容でき、汎用構造であるという利点が
ある。

以上詳述したところから明らかなように、本願の発明は
次のような特有の効果を奏する。

１対物レンズを座と開孔板との間に保持するように開孔
板が保持されるので、開孔板に対物レーンズとの間に正
しい関係を確立・維持することができる。

しかも、円筒面を有する対物レンズと開孔板の直線状ス
リットとを精確な正しい関係に、即ち対物レンズの円筒
をなす集光面の円筒軸に対して直線状スリットを平行に
維持する；ことが保証される。そのうえ、そのための構
成は安価且つ単純なものであるうえ調整無用である。２
光源からの線状光はコリメート・レンズによつて拡大さ
れるが、この拡大された線状光は対ｊ物レンズに沿つて
、したがつて開孔板の直線状スリットに沿つて一様に分
布することとなると共に、対物レンズの収束作用により
、平行な線状光はきわめて巾の狭い線状光となつて光コ
ード部材上に集光されることになる。

そのうえ、開孔板の直線状スリットも、光コード部材に
集光する線状光を鋭くし狭くするのに寄与する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示すエンコーダの第２図の線
１−１に沿う断面図、第２図は第１図の線２−２に沿う
断面図、第３図は第１図の線３一３に沿うレンズハウジ
ングと開孔板の立面図、第４図は第３図の線４−４に沿
う断面図、第５図は第３図の線５−５に沿う一部を断面
で示す平面図、第６図は第１図の線６−６に沿う光源の
立面図、第７図は第６図の線７−７に沿う断面図、第８
図は第５図とは別の構造に示す図、第９図は三重対物レ
ンズを用いる光学装置の断面図、第１０図は二重対物レ
ンズを用いる光学装置の断面図、第１１図は半円筒状対
物レンズを用いる光学装置の断面図、第１２図、第１３
図及び第１４図は、それぞれ三重形、色消し二重形、非
球面形のレンズの断面図、第１５図は第１図から第８図
までの対物レンズと開孔板の代わりに格子板を用いた構
造の断面図、第１６図は第１５図の格子板の透視図であ
る。 １２，６２，８０，９４，１１０：光学装置、２０：主
ハウジング、３６：レンズ・ハウジング、２２：コード
デイスク（光コード部材）、２４：光コードトラック、
２６：光検出器、２８：光源、３４：コリメート・レン
ズ、４４，４４ａ，４４ｂ，４４ｃ：対物レンズ、４６
，８８，１０２，１１８：開孔板、５８，９０：フラン
ジ、６０：ありつぎ溝、５２，８４：対物レンズ用溝。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 回転移動または回転位置に対応したディジタル信号
   を供給する光エンコーダ用光学装置において、回転可能
   な複数トラック形光コード部材と、前記光コード部材に
   よつて変調された光を受信するための複数のチャンネル
   形光検出器２６と、レンズハウジング３６、５０、７０
   、８２、９６と、前記光コード部材を照射するために線
   状光を発生するように前記ハウジングの一端に配された
   光源と、前記光源からの光を平行にするために前記ハウ
   ジングに設けられたコリメート・レンズ３４、３４ａ、
   ３４ｂ、３４ｃと、線状光を前記光コード部材上に集光
   するために前記コリメート・レンズと前記光コード部材
   との間に配置された円筒形曲面の集光面を有する対物レ
   ンズ４４、４４ａ、４４ｂ、４４ｃと、前記集光面が前
   記線状光と平行な円筒軸を有することと、前記ハウジン
   グが前記対物レンズを受けるための座５２、７２、８４
   、９８、１１４を具備することと、前記対物レンズの前
   記集光面の前記円筒軸と平行である直線状スリット４８
   の形状をした開孔を具備する開孔板４６、６６、８８、
   １０２、１１８と、前記対物レンズを前記開孔板と前記
   座との間に保持するように前記開孔板を前記ハウジング
   上に保持するための保持手段６０、７６、９０、１００
   と、から成ることを特徴とする光学装置。 ２ 前記保持手段が、前記対物レンズ４４、４４ａを前
   記開孔板４６、８８と前記座との間に保持するように前
   記開孔板を保持するための前記ハウジング上のフランジ
   手段５８、９０から成ることを特徴とする、特許請求の
   範囲の第１項に記載された光学装置。 ３ 前記開孔板４６、８８が可撓性で弾力性を有し、前
   記保持手段が、前記開孔板が前記対物レンズ４４、４４
   ａと連携して該対物レンズを前記座に対して弾性的に押
   圧するように該開孔板を屈曲状態で保持するための前記
   ハウジング上のフランジ手段５８、９０から成ることを
   特徴とする、特許請求の範囲の第１項に記載された光学
   装置。 ４ 前記対物レンズ４４が円筒棒状体であり、前記座５
   ２が該円筒棒状体を受けて位置決めするための前記ハウ
   ジング３６、５０における溝の形をしていることを特徴
   とする、特許請求の範囲の第３項に記載された光学装置
   。 ５ 前記対物レンズ４４が円筒部材の形をしており、前
   記座が該対物レンズを受けて位置決めするための前記ハ
   ウジング３６、５０における溝５２を有し、前記開孔板
   ４６が可撓性で弾力性を有し、前記保持手段が、該開孔
   板４６が該対物レンズと連携して該対物レンズを該溝に
   対して弾性的に押圧するように該開孔板を屈曲状態で滑
   動自在に受け且つ保持するための前記ハウジング３６、
   ５０におけるありつぎ溝６０を有することを特徴とする
   、特許請求の範囲の第３項に記載された光学装置。 ６ 前記保持手段が、前記開孔板を前記ハウジング上に
   保持するための接着手段を有することを特徴とする、特
   許請求の範囲の第１項に記載された光学装置。 ７ 前記開孔板が前記対物レンズの一部分となつている
   ことを特徴とする、特許請求の範囲の第１項に記載され
   た光学装置。 ８ 前記対物レンズが取付け部と集光部とを有し、該取
   付け部が前記ハウジング上に取付けられ、前記開孔板が
   該集光部に形成されていることを特徴とする、特許請求
   の範囲の第７項に記載された光学装置。