JPS62128615A - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光学式エンコーダ、特に光学格子を利用し、光
源となる発光素子の光出力を一定に保つための光量検出
手段を備えた光学式エンコーダに関するものである。

〔従来の技術〕

従来、この種の光学式透過型エンコーダは、その光学信
号記録部として、 （１１金属板にエツチングによりスリットを加工したも
の （２）　　アクリル板等に写真乳剤を塗布した白／黒の
パターンを焼付けて使用するもの （３）　　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
ーンを焼き付けて使用するもの 等が知られている。しかし、ｆｉｌ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やず＜
　、（３１，＋４１のものでは製造工程が複雑なためコ
ストが高くなる問題点があった。そこでこのような問題
を解決した光学式エンコーダが特願昭５８−２５０５５
１号で提案されている。

一方、このような光学式エンコーダは、エンコーダに使
用する発光素子の周囲温度変化による発光出力（光強度
および光量）の変化および経年出力変化等をフィードバ
ックして補償するのが一般的である。このような光量検
出のために従来では回転ディスク等の表面をクロム蒸着
等により反射面とし、発光素子からの光を該反射面で反
射させ、フィードバック用受光素子に入射させるなどの
方法がとられていた。しかし、この方法ではさらに光学
式エンコーダのコストが高くなる問題点があった。

〔発明の目的〕

本発明は、上記問題点を解決し、安価な光学式エンコー
ダを提供することを目的とする。

〔発明の概要〕

以上のような目的は、光透過部と入射する光線に対しそ
の入射角が臨界角以上に設定された傾斜面から成る光非
透過部とが交互に形成された符号部を少なくとも１つ備
えた光学符号体と、前記符号部に光を照射する発光素子
と、前記符号部によって変調された信号光を受光する為
の検出用受光素子とから成る光学式エンコーダにおいて
、更に前記発光素子の発光出力を検出するためのフィー
ドハック用受光素子を有し、前記光学符号体に符号部と
は別に前記発光素子から入射する光線の一部を全反射し
て常に前記フィードバック用受光素子に導く、その入射
角が臨界角以上に設定された全反射面が設けられたこと
を特徴とする光学式エンコーダにより達成される。

〔実施例〕

以下、本発明に係る光学式エンコーダの実施例を図面に
基づき説明する。

第１図は本発明に係るロータリー型光学式エンコーダの
全体を示す斜視図である。

同図において、１は光源、２はコリメータレンズ、３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３ａと全反射面３ｂを有している。４
は固定光学格子で、下面に光学格子部３ａと同形状の多
数の光学格子を設けており、光学格子部３ａと同方向に
相対応して配設されている。５は受光素子、６は信号処
理回路で、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。

７は光源１の光のフィードバック用受光素子であり、８
は回転軸である。

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のような平坦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、　１０ｂ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のような平坦面に入
射する光の入射角をＯ″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９ａ。

９ｂのような平坦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、平坦面９ａ、９ｂ
に入射する光はそのまま透過してしまう。このことは平
坦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ンチで配列されたも
のと同じとなる。

第３図は第２図に示した原理の光学格子を用いた時の第
１図に示した回転ディスク３の外周に沿って光学格子部
３ａと固定光学格子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。同図において、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図および第３図を参照して動作説明をする。

光源ｌ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３の上方から入射する。上述のように上
方から入射した光は光学格子部３ａの光学格子により、
その平坦面で回転ディスク３を透過し、又その傾斜面で
は２回合反射されて回転ディスク３を透過しないので、
回転ディスク３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３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３ａ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３ａの光学格子とは
等ピンチ、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ン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３図
のように一致した時、即ち、位相が０もしくは１７２周
期ズレした時（但し、第３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。即し、それら平
坦面同士は重なりあうので光学格子部３ａ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１７４もしくは３／４周期ズした時には光学
格子同士の傾斜面と平坦面とが夫々対応して位置づけら
れるので、光学格子部３ａを透過する光は全て固定光学
格子４の傾斜面で２回合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３ａ
の光学格子の平坦面と固定格子４の光学格子の平坦面と
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、この信号は信号処理回路
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周期すると信号処理回路６から出
力される信号は２周期する。また回転ディスク３の回転
方向は図中の矢印方向でなく逆方向であっても良い。

本発明の光学式エンコーダにおいては、以上、述べてき
たようにして回転モータの回転位置や速度を光信号のパ
ルスとして検出しているが、さらに光出力を一定に保つ
ための光量モニタ用の光信号検出反射面も前記光学信号
記録部材料と同一のものを使用して一体化している。

以下、どうして一体化できるのか第４図を用いて説明す
る。

第４図（Ａ）は本発明のロータリー型光学式エンコーダ
の正面部分断面図、第４図（Ｂ）は本エンコーダに使用
する回転ディスクの平面図、第４図（Ｃ）は固定光学格
子の平面図である。

第４図（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）において８は回転モータ
の回転軸、３は回転ディスク、３ａは該ディスク３上に
設けられた光学格子部、３ｂは一体化のポイントとなる
全反射面、４は光学格子部３ａと対向して配置された固
定光学格子、１は発光素子、２はコリメータレンズ、５
は受光素子、７は全反射面３ｂを介して発光素子１の光
強度および光量を検出するフィードバック用受光素子で
ある。

本エンコーダにおいては回転ディスク３の光学格子部３
ａとこれに対向して配置されている固定光学格子４を、
発光素子１から発せられた光が通過し、受光素子５によ
って受光され、その光量の変化を電気信号に変換して出
力信号を発生させる。

発光素子１から発せられた光は、アクリル等の透明材料
で作られた回転ディスク３中へ入射し、全反射面３ｂで
反射された後、フィードバック用受光素子７に至る。こ
こで発光素子１から全反射面３ｂへ入射する角度をθ、
とするれば、全反射となる入射角になるように全反射面
３ｂを設定すれば、従来のように回転ディスク３上の一
部を鏡面加工にする必要もなく、発光素子１の光量およ
び光強度を検出できる。例えば、反射面の材料としてア
クリルを選ぶと、全反射を生じる臨界角θ。

は約４２６であるから、第５図に示すようにθ。〈θ、
となるように入射角θ１を設定することで全反射光を得
ることができる。

本発明は第１図および第４図に示した実施例に限らず種
々の変形が可能である。

例えば第４図（Ｂ）において全反射面３ｂは回転ディス
ク３の光学格子部３ａの外側に設けられているが、内側
であっても良く、また全反射面３ｂとフィードバック用
受光素子７の配置も第４図（Ａ）の配置に限るものでは
ない。例えば、光量の減少を抑えることができれば全反
射面を２つ設け、受光素子５の配置に関する自由度を増
すことも可能である。

さらに前記実施例ではロータリー型の光学式エンコーダ
に本発明を適用した場合について説明したが、リニア型
の光学式エンコーダにも適用できることは明らかである
。

第６図は本発明のリニア型の光学式エンコーダの概略構
成図である。

同図において、１１は発光素子、１２はコリメータレン
ズ、１３は光学符号板、１４は固定光学符号板、１５は
受光素子、１６は信号処理回路、１７は発光素子１１の
フィードバック用受光素子、１３ｂは光学符号板１３上
に設けられた全反射面、１３ａは光学符号板１３上の光
学格子部である。

本実施例の場合も前記実施例と同様に全反射面１３ｂは
発光素子１１からの光が入射するときに全反射するよう
に設定されている。全反射面１３ｂで反射した光は光学
符号板１３の上端から出射しフィードバック用受光素子
１７に入射し、発光出力の変化および経年出力変化等を
フィードハ・７りして発光素子１１を補償することがで
きる。

〔発明の効果〕

以上説明したように光量フィードバックのための光をア
クリルなどの透明材料中を通過する全反射光で得ること
は、光学格子の透過と全反射（不透過）によって信号を
得ることと、原理は同じなので、回転ディスク上に光学
格子部と光量フィードバック用反射面を同一材料によっ
て一体成型することが可能となり、部品の寸法精度向上
及びコストダウンに効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のロータリ型光学式エンコーダの概略斜
視図である。 第２図は光学格子の基本的原理を説明するための図、第
３図は回転ディスクの断面図である。 第４図（Ａ）は本発明のロータリ型光学式エンコーダの
正面部分断面図、第４図（Ｂ）は本エンコーダに使用す
る回転スリットディスク平面図、第４図（Ｃ）は固定イ
ンデックススリットの平面図である。 第５図は全反射面での全反射の様子を示す図である。 第６図は本発明のリニア型光学式エンコーダの概略構成
図である。 に発光素子、２：コリメータレンズ、３：回転ディグ、
３ａ：光学格子部、３ｂ：全反射面、４：固定光学格子
、５：受光素子、６：信号処理回路、７：フィードバッ
ク用受光素子、８：回転軸、９ａ、９ｂ；平坦面、１０
ａ、１０ｂ：傾斜面、１１：発光素子、１２：コリメー
トレンズ、１３；光学符号板、１３ａ：光学格子部、１
３ｂ；全反射面、１４：固定光学符号板、１５：受光素
子、１６；信号処理回路、１７；フィードバック用受光
素子。 第４図 （Ｂ） ｑｄ 二 勧　　　　　　　　　　　　　　　　３第５図 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）光透過部と入射する光線に対しその入射角が臨界
   角以上に設定された傾斜面から成る光非透過部とが交互
   に形成された符号部を少なくとも１つ備えた光学符号体
   と、前記符号部に光を照射する発光素子と、前記符号部
   によって変調された信号光を受光する為の検出用受光素
   子とから成る光学式エンコーダにおいて、 更に前記発光素子の発光出力を検出するためのフィード
   バック用受光素子を有し、前記光学符号体に符号部とは
   別に前記発光素子から入射する光線の一部を全反射して
   常に前記フィードバック用受光素子に導く、その入射角
   が臨界角以上に設定された全反射面が設けられたことを
   特徴とする光学式エンコーダ。