JPS61167815A

JPS61167815A - 光学式ロ−タリエンコ−ダ

Info

Publication number: JPS61167815A
Application number: JP666785A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Otsuka; 義則大塚; Minoru Nishida; 実西田; Michitaka Katada; 満孝堅田
Original assignee: Nippon Soken Inc
Current assignee: Soken Inc
Priority date: 1985-01-19
Filing date: 1985-01-19
Publication date: 1986-07-29

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】〔産業上の利用分野〕本発明は回転軸の回転角の検出に用いる装置に係り、よ
り詳しくは、回転軸の回転に同期してパルス信号の様な
電気信号を出力する光学式ロータリエンコーダに関する
０本発明のロータリエンコーダは、例えば、内燃機関の
クランク軸に同期して所定のパルス信号を発生させるた
めに利用することができ、かかるパルス信号は点火時期
制御装置においてクランク軸の回転角を検出して点火時
期を制御するために用いることができる。

〔従来技術と問題点〕

従来この種の装置として第６図から第８図に示すものが
知られている０図において、１は内燃機関（図示せず）
の回転に同期して回転するシャフト、２は第１のスリッ
ト群８（第７図参照）を有する金属製の回転円板で、上
記シャフト１に固定され、これと一体筒に回転するもの
である。３は発光素子、４は回転円板２に設けられたス
リット群８により断続される発光素子３からの光を電気
信号に変換する受光素子、５は発光素子３に給電すると
ともに、受光素子４に発生する電気信号を波形整形して
矩形波に変換する信号処理回路、６は発光素子３側に設
けられたスリット板、７は発光素子４側に設けられたス
リット板である。

上記回転円板２に形成された第１のスリット群８は、第
７図に示すように、回転円板２の周方向に沿って多数形
成されたスリット８ａからなっている。また、この第１
のスリット群８に対向して、上記スリット板６およびス
リット板７には、第８図に示すように、上記第１のスリ
ット８ａと同一形状の第２のスリット１０ａ、１１ａか
らなる第２のスリット群１０　、１１がそれぞれ形成さ
れている。

上記構成の作動について説明するに、信号処理回路５か
ら発光素子３へ通電することにより発光する発光素子３
の光は、スリット板６の第２のスリット群１０、回転円
板２の第１のスリット群８およびスリット板７の第２の
スリット群１１を介して受光素子４により受光される。

その際、発光　　　　　　１素子３からの光は回転円板
２の回転角に応じて遮断されるので、受光素子４からの
電気信号は断続信号波となり、信号処理回路５により処
理されて整形されたパルス波となる。これをカウンタで
カウントすることにより、シャフトの回転角度を検出す
ることができる。

ところで、上記装置の分解能、即ち検出可能な最小回転
角は上記各スリット８ａ、１０ａ、ｌｌａの幅で決定さ
れる。従来のスリットは、放電加工等の手段でスリット
部を打ち抜いて製造されるため、上記の最小回転角はス
リットの機械加工精度に依存する。このため、検出可能
最小回転角を小さくして分解能を向上させようとすると
回転円板２の径は大きくなり、反対に径方向に小型化を
図ると、最小回転角が悪化するという問題点があった。

また、回転スリット８の外に、固定スリット１０　、１
１が必要であるため、軸方向に小型化することも困難で
あった。

〔発明の目的〕

本発明は上記問題点を解決することを目的とするもので
、小型で分解能が高く容易に製造することの可能な光学
式ロータリエンコーダを提供することを目的とするもの
である。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明は、フォトリソグラフ
ィー技術を利用してスリット群を形成することにより、
スリットの幅および相互間隔を著しく短縮しようという
ものである。このため、本発明のロータリエンコーダに
おいては、回転円板はガラスの様な光透過性材料で形成
される。この回転円板の少なくとも一面には金属等の非
透過性被膜を予め形成した後でフォトリソグラフィー技
術を用いて光透過領域と非透過領域との反覆から成るパ
ターンが形成され、これによりスリット群が構成される
。このパターンはフォトリソグラフィー技術により形成
されるので、従来の様に機械加工により、スリットを形
成するのに較べ著しくスリット幅および間隔を小さくす
ることができると共に精度を向上させることができる。

受光素子の受光面にも同様なパターンが形成され、この
パターンは受光面と一体的に形成される。従って、ロー
タリエンコーダの軸方向寸法が小型化されると共にＳ／
Ｎ比が向上する。

この様に回転円板をガラス等の透過性材料で形成しかつ
スリットの幅および間隔を微小にした場合には、回転円
板と空気との界面において回転円板への光線の入射時に
生ずる散乱光は回転円板内で回折して受光素子に入射し
、ノイズ信号の原因となる。また、回転円板内に入った
光線が前記界面で回転円板内に反射される場合にも同様
の問題が生ずる。そこで、本発明の好ましい実施態様に
おいては、回転円板の表面には反射防止層を設ける。

〔実施例〕

以下本発明の好ましい実施例を第１図から第５図を参照
して説明する。全体の構成を第１図に示す。図中におい
て第６図と同一の参照番号は同一機能部品を表わす、第
６図の従来構成と異なる点は、固定スリット板６．７が
ないこと、および、回転円板２は光透過性材料で構成さ
れ、従来のスリット群８の代わりに光透過領域と非透過
領域のパターンニングが施されている点にある。

回転円板２の詳細について、第２図に平面図を、第３図
に拡大断面図を示す。第２図および第３図を参照して、
回転円板２の製作手順を以下に述べる。

回転円板２はガラス又はアクリル樹脂等の透明材料から
なる。回転円板２の片面もしくは両面（この実施例では
両面）にフォトレジストを塗付し、パターンに合せて露
光して、非透過領域のレジストを除去する。次に適当な
エツチング液にて非透過領域の材料をエツチングし、回
転円板２の表面に凹部２１を形成する。次に反射防止膜
２２を回転円板２の両面に蒸着する。回転円板２の屈折
率をｎｌ、空気の屈折率をｎｏ、反射防止膜の屈折率を
ｎ、その膜厚をｄ、発光素子３の発射光線の波長をλと
すると、反射防止膜２２の屈折率ｎはｎ〜Ｔ７τＴ７と
なり、その膜厚ｄがｄ＝λ／　４　ｎの時に反射率は零
となる。例えば、回転円板２をガラスで構成する場合に
は、ｎｓ”１．５であり、反射率が零となる反射防止膜
２２の屈折率ｎは、ｎ＝１．２２となるが、このような
低い屈折率の膜で機械的強度の十分な膜はない、そこで
、実際には、光学薄膜材料として周知のＭｇＦｌ（ｎ＝
１．３８）等を用い、膜厚ｄをｄ＝λ／　４　ｎとして
蒸着する。これによって反射率を４％から半分以下に抑
えることが可能となる。

次に、アルミニウム等の非透過材料を一様に蒸着し、レ
ジスト塗付、露光、エツチングの工程を繰り返して、上
記回転円板２の表面の凹部２１部にのみ、非透過材料層
２３を残す。

以上の工程で、透明材料で構成された回転円板２の表面
に、透過領域２４と非透過領域２３との規則的反覆パタ
ーンニング２５が形成される。

次に受光素子４１の構成について、第４図に平面図、第
５図に断面図を示す、受光素子４１は例えばＰＩＮ型フ
ォトダイオードであって、高抵抗（例え慕抵抗率５００
Ω・１以上）を有する半導体基板４１ａの一方の面に高
いキャリア濃度（例えば１　ｘｌＱＩＩ　ａｔｏｍ／−
以上）のＮ型半導体層４１ｂを形成し、また、Ｎ型半導
体層４１ｂとは反対の面には高いキャリア濃度（例えば
Ｉ　ＸＩＯ”　ａｔｏ−／ｃ１１以上）のＰ型半導体領
域４１ｃを形成して成る。さらに、半導体領域４１ｃを
形成する面上に、絶縁性を有する反射防止膜４１ｄが形
成され、その反射防止膜４１ｄの外周に沿って窓を開け
、電極４１ｅが半導体層４１ｃと接触する。また、反射
防止膜４１ｄ上で、電極４１ａの存在しない部分には、
前記回転円板２に施したのと同様の透過領域と非透過領
域とのパターンニングを有する非透過材料層によりスリ
ット４１ｆが形成されている。このスリット４１ｆをも
った非透過材料層は電極４１ｅと一体に形成することも
可能であり、クロムまたはニッケルの様な金属で形成す
ることが可能である。また、半導体基板４１ａのスリッ
ト４１ｆを有する面とは反対の面上には電極４１ｇが設
けられている。各スリンｌ−４１ｆは回転円板２の透過
領域２４と同一の形状および寸法を有する。

〔発明の効果〕

このような回転円板２と受光素子４１を用いた第１図の
構成を有するロータリエン、コーグは、基本釣に、第６
図を参照に上述した従来のものと同様に、回転軸の回転
に同期して電気信号を出力する。しかも、スリット板７
に対応するスリット４１ｆを受光素子４１上に直接にパ
ターンニングできるため、部品点数を低減できる。さら
に、スリン）４１ｆと電極４１６を共通に形成すれば加
工も簡単となる。また、最も顕著な効果は、回転円板２
にはフォトリソグラフィーの技術を使用して透過・非透
過のパターンニングが形成されるので、微細な（例えば
スリット幅０．１ｍ）スリットを容易に形成できるとい
うことである。従って、高分解能を有し、小型、軽量か
つ高精度のロータリエンコーダを得ることができる。

このように回転円板２をガラス等で形成し、微細なスリ
ットを介して発光素子からの光線を通過させると、回折
による光のまわり込みおよびスリットからの乱反射の影
響により、回転円板２のパターンが受光素子４１のパタ
ーンに対しオフセットした時にも受光素子の出力は完全
に零とならない。しかし、本発明の好ましい実施簡様に
おいては発光素子の発光波長に適合した無反射処理層２
２　、４１　ｄを施しであるため、上述の影響を低減で
きる。また、第３図の断面構成で無反射処理層２２及び
非透過材料層２３の積層順位を逆としても同等の効果が
得られる。

さらに、非透過材料層２３を回転円板２の凹部２１に設
ける場合には、外部との接触を低減できる。このため、
回転円板２としてガラス等高硬度透明材料を使用しても
、接触時に発生する非透明材料層２３のはがれ等、傷を
防止することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係るロータリエンコーダの側
面図、第２図は第１図の実施例の回転円板の平面図、第
３図は第２図のｍ−ｍ矢視拡大断面図、第４図は第１図
の実施例の受光素子の拡大平面図、第５図は第４図のＶ
−Ｖ矢視断面図、第６図から第８図は従来のロータリエ
ンコーダを示し、第６図は側面図、第７図は回転円板の
平面図、第８図はスリット板の平面図である。ｌ・・・回転軸、２・・・回転円板、２１・・・凹部、
２２・・・反射防止膜、　　２３・・・非透過領域、２
４・・・透過領域（スリット）、２５・・・反覆パターン、　　３・・・発光素子、４１
・・・受光素子、　　　４１ａ・・・半導体基板、４１
ｂ、４１ｃ・・・半導体層、４１ｄ・・・反射防止膜、
４１ｅ、４１ｇ・・・電極、　　４１ｆ・・・スリット
、５・・・信号処理回路。

Claims

【特許請求の範囲】１、測定光路の一端に配置された発光素子と、前記測定
光路の他端に配置された光電式受光素子と、回転軸に同
期して前記測定光路を横切って回転する回転円板とを備
え、前記回転軸の回転に同期した電気信号を出力する光
学式ロータリエンコーダにおいて、前記回転円板は光透過性材料から成り、前記回転円板の
少なくとも一面には光透過領域と非透過領域とが円周方
向にかつ微小間隙をもって交互に反覆するパターンを測
定光路を横切って形成し、前記受光素子の受光面には回
転円板の前記パターンの少なくとも一部にほぼ整合する
光透過領域と非透過領域との反覆パターンを設けたこと
を特徴とする光学式ロータリエンコーダ。２、前記回転円板および受光素子の非透過領域は回転円
板および受光素子の表面に設けた非透過性材料層から成
り、前記光透過領域は前記非透過性材料層の欠損部から
成る特許請求の範囲第１項記載の光学式ロータリエンコ
ーダ。３、前記非透過材料層は回転円板および受光素子の表面
に蒸着されている特許請求の範囲第２項記載の光学式ロ
ータリエンコーダ。４、前記非透過性材料層の下層または上層において回転
円板および受光素子の少なくとも一方の表面には発光素
子から発光される光線の波長に適合する反射防止層を設
けたことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の光学
式ロータリエンコーダ。５、前記非透過性材料層は回転円板の表面に形成した凹
部に配置されており、非透過性材料層の外側面が回転円
板の表面より内側に位置している特許請求の範囲第２項
記載の光学式ロータリエンコーダ。６、前記回転円板は硬質ガラスから成る特許請求の範囲
第１項から第５項までのいずれかに記載の光学式ロータ
リエンコーダ。