JPS63136721A - アブソリユ−ト型光学式ロ−タリイ・エンコ−ダのための回転板 - 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】 発明の背景 技術分野 この発明は、絶対角度を検出できるアブソリュート型の
光学式ロータリイ・エンコーダにおいて用いられる回転
板に関する。

従来技術とその問題点 第１図は従来のアブソリュート型光学式ロータリィ・エ
ンコーダの構成の概要を示している。回転軸２に回転板
１がその中心で固定されている。

回転板１には記録帯があり、この記録帯において絶対角
度位置情報パターンが設けられている。この情報パター
ンは光を透過させる部分（透光部）と遮断する部分（遮
光部）とからなる。たとえば、第１図の回転板１上に黒
く塗りつぶした部分が透孔であってこの部分を光が通過
できるものとする。絶対角度位置情報パターンは、一定
の角度範囲（ピッチＰ）ごとに設けられており、径方向
に配列された透光部と遮光部とから構成されている。こ
れらの透光部と遮光部の位置２組合せによって絶対角度
位置情報が表わされる。

すなわち９回転板１の記録帯においてその内側から径方
向に第１トラツクから第８トラツクが円周状に設けられ
ていると考え、第１トラツクの情報を最上位桁（ＭＳＤ
）、第８トラツクの情報を最下位桁（Ｌ　Ｓ　Ｄ）とす
ると絶対角度位置情報は８ビツト・データで表わされる
。これらの各トラックに光を照射するために８個の発光
素子３が設けられており、各発光素子３からの光はスリ
ット板５のスリット５ａを通って回転板１に当る。他方
９回転板１を挟んで発光素子３と反対側には受光素子４
が配列されている。光が照射された場所が透光部であれ
ばその光は透光部を通って対応する受光素子４に受光さ
れ、遮光部の場合には対応する受光素子に光は到達しな
い。このことによって９回転板１の絶対角度位置を表わ
す８ビツトのパラレル信号が受光素子４から得られる。

このような従来のロータリイ・エンコーダにおいては、
投射光がスリット板５のスリット５ａおよび回転板１の
透光部（これはスリットと同じようなものである）を通
って受光素子４に達する構成となっているために、これ
らのスリットの幅を狭くすると光の回折効果が生じ、受
光素子に光信号が得られなくなるという問題が生じる。

スリットの幅の大きさに制限が加えられるということは
。

上記のピッチＰを一定値以下に小さくすることができな
いことを意味するので高分解能が得られないという問題
がある。高分解能を得ようとすると回転板の径を大きく
せざるを得す、したがってエンコーダ全体が大型化する
。また１回転板は蒸着、エツチング等の工程を経て作製
されるためにその作製プロセスが複雑であるという問題
もある。

発明の概要 発明の目的 この発明は、従来のものに比べてより高い分解能を得る
ことができるとともに作製が比較的容易なアブソリュー
ト型光学式ロータリィ・エンコーダのための回転板を提
供することを目的とする。

発明の構成と効果 この発明による回転板は、所定の角度範囲ごとに絶対角
度位置情報パターンが周方向にそって設けられており、
各絶対角度位置情報パターンは径方向に配列された複数
の光回折要素から構成され、位置情報が光回折要素の存
在の有無と位置とによって表わされる。そのような回転
板である。

この発明は、光の回折効果を積極的に利用しており、光
を回折させるための光回折要素は微細バタ、−ンよりな
るから、上記のピッチを小さくとることが可能となり、
したがって回転板を小さくすることができるとともに高
い分解能が達成できる。また、光回折要素をもつ回転板
はプラスチ・ツク成形によって容易に作製することがで
きる。

実施例の説明 第２図はアブソリュート型光学式ロータリィ・エンコー
ダの構成の概要を、第３図は同エンコーダで用いられる
回転板の一部の平面を、第４図は第３図のＩＶ−ＩＶ線
にそう断面図であって絶対位置情報の検出原理をそれぞ
れ示している。

第２図および第３図を参照して１回転板１１はその中心
において回転軸（図示路）に固定されている。回転板１
１の外周部には記録帯Ｂがあり、この記録帯Ｂにこの実
施例では８本の同心円状のトラックが設けられている。

これらのトラックには内側のものから１．２，３．・・
・、８の順にトラックＮｏ、が割当てられている。回転
板１１は一定角度（ピッチＰ）ごとに分割されて゛おり
２分割された各部分に記録帯Ｂ内において絶対角度位置
情報パターンＰ　が記録されている。この情報パターン
Ｐ　は径方向にそって配列された８個の存在するまたは
存在しない回折格子要素Ｇ（単に回折格子をＧで示すこ
ともある）から構成されて・いる。すなわち、ピッチＰ
の間隔と各トラックとで囲まれた小区画内に１つの回折
格子要素Ｇが記録されうる。絶対角度位置情報はこれら
の回折格子要素Ｇの有無と有の場合のその位置とによっ
て表わされる。たとえば回折格子要素Ｇ無が１．有が０
を表わすとすれば、トラックＮ０１１の位置をＭＳＤ、
トラックＮ０１８の位置をＬＳＤとして絶対角度位置情
報は８ビツトのバイナリイ・コードで表わされる。この
ような多数の絶対角度位置情報パターンＰ　がピッチＰ
で回転板１１の周方向に並んでいる。

この実施例では回折格子Ｇの方向（すなわち回折格子を
構成する凸条、凹溝の長手方向）は円周方向に形成され
ている。このような方向性をもつ回折格子パターンは、
光ディスクのカッティング技術等によって比較的容易に
作製できるという特徴をもつ。

投光光学系は発光素子としてのレーザ・ダイオード１３
２発散するレーザ光を平行光に変換するコリメータ・レ
ンズ１５．およびこの平行光を回転板１１上にその径方
向に一直線状に集光するシリンドリカル集光レンズ１７
から構成されている。この集光レンズ１７によって集光
された一条の光りは。

記録帯Ｂの径方向全体を照明する長さをもちかつピッチ
Ｐよりも小さな幅に集光されている。

受光光学系は１回転板１１からの反射光を受光するため
のもので、上述の集光レンズ１７．このレンズ１７によ
って平行化された反射光を偏向させるビーム・スプリッ
タ１６および少なくともトラック数８に等しい数の受光
素子を含む受光装置１４から構成されている。受光装置
１４は配列型の受光素子群またはイメージ・センサ等に
よって構成されよう。この受光装置１４によって、各ト
ラックからの反射光がそれぞれ区別された状態で受光さ
れる。

たとえば８個の受光素子を含む受光装置１４の場合には
、これらの受光素子が各トラックにそれぞれ対応してい
る。

このような光学系の構成によると、上述した従来のロー
タリイ・エンコーダに比べて、投光素子が１個ですむ、
スリット板が不要となる等の特徴がある。

第４図（Ａ）に示すように、入射光り、（上述の光Ｌ）
が入射した回転板１１上の位置に回折格子が存在しない
場合には、この入射光り、は回転板１■で反射する（反
射光Ｌ　）。この反射光Ｌ　は上ｒ 述の受光光学系において対応する位置の受光素子によっ
て受光される。

第４図（Ｂ）に示すように９回折格子Ｇが存在する場合
には、入射光り、はほとんど回折されて（回折光Ｌｄ）
、上記受光光学系の対応する受光素子には受光されない
。回折格子Ｇの深さは光の波長をλとしてλ／４程度が
よい。この場合には主に１次回折光が発生して反射光は
殆んど零となる。もちろん多次回折光を生じさせる回折
格子を形成してもよい。

なお、第２図に示すように入射光Ｌ　（Ｌ、　）は記録
帯Ｂの幅量上の幅をもつが第４図ではより分りやすくす
るために入射光Ｌ１の幅が狭く描かれている。

回転板１１を透明体で形成し、受光光学系を回転板１１
を挟んで投光光学系と反対側に配置すれば。

回折格子が存在しないところでは対応する受光素子によ
って透過光が受光され１回折格子が存在するところでは
受光されないので、同じように回折格子の有無と位置と
を検出できる。この場合。

ビーム“・スプリッタ１６は不要となる。

以上のようにして９回折格子の無いところでは受光装置
１４の対応する受光素子に反射光（または透過光）が受
光され１回折格子が存在すると対応受光素子に光が受光
されないので、各トラックに対応する８ビツトのパラレ
ルな検出信号が受光装置１４から出力され、しかもこの
検出信号は回転板１１の回転にともなって各ピッチごと
に変化する絶対角度位置情報を表わすことになる。検出
信号を波形整形回路を通したのちに得られる信号の波形
の−例が第５図に示されている。

第６図は光学系の他の例を示している。ビーム・スプリ
ッタ１６が偏向ビーム・スプリッタで構成され、このビ
ーム・スプリッタ１６と集光レンズ１７との間にｌ／４
波長板１８が設けられている。このことによって１回転
板１１からの反射光が発光素子としてのレーザ・ダイオ
ード１３に戻ることが防止され、レーザ・ダイオード１
３の安定な発振動作が確保される。

第７図に示す光学系においては、ビーム・スプリッタ１
Ｇと受光装置１４との間にシリンドリカル集光レンズ１
９が配置され１反射光は集光されて受光装置１４の各受
光素子に受光される。このことにより、受光装置１４の
受光効率を向上させることができる。このように、光学
系は、必要に応じて種々変形することが可能である。

第８図は回転板の変形例を示している。第２図に示す回
転板１１においては、隣接するトラック間にスペースが
存在せず、トラックは径方向に連続的に設けられている
。これに対して、第８図に示す回転板１１では、隣接す
るトラック間に環状のスペースＳが設けられている。こ
のスペースＳは反射面としておいてもよいし、受光され
る反射光を無くするために回折格子を設けてもよい。こ
のように、トラック間にスペースを設けることによって
、各トラックからの反射光信号を受光装置１４の受光面
上で明確に区別できるようになり、情報の正確な読取り
が保証される。また２回転板１１が多少偏芯していても
情報の読取りエラーが起こる可能性が減少する。

第９図から第１１図はさらに他の実施例を示している。

第９図はアブソリュート型光学式ロータリィ・エンコー
ダの構成を、第１０図はその回転板の平面を、第１１図
は第１０図のＸＩ−ＸＩ線にそう拡大断面をそれぞれ示
している。

第２図および第３図に示された回転板１１では。

回折格子の方向が円周方向を向いている。したがって、
第４図（Ｂ）に最もよく示されているように、１次およ
びそれ以上の多次の回折光は径方向に出射することにな
る。この径方向に向う回折光は１反射光と同じ半径方向
でかっ回転板にほぼ垂直な面内を集光レンズ１７に向っ
て進んでいくので、これがコリメートされかつビーム・
スプリッタ１６を経て受光装置１４に向ったとすると、
あたかも別のトラックからの反射光が対応する受光素子
に受光されたかのような受光信号が得られる可能性があ
る。そうすると１回転板１１上に記録された情報とは異
なる情報を表わす検出信号が得られてしまうという問題
が生じる。

第９図および第１０図に示す実施例では２回折光による
エラーの発生を極力避けるような構造の回転板が採用さ
れている。すなわち、すべての回折格子Ｇの方向が径方
向を向いている。このことによって、第１１図（Ｂ）に
最もよく示されているように１回折格子Ｇからの回折光
り、は周方向に向って斜め上方に出射するので、第９図
に示されるように集光レンズ１７に入射する割合が非常
に少なくなるか殆んど零となる。このことによって１回
折光が受光装置１４に受光されることが防止されるので
、エラーのない正確な絶対角度位置情報の検出が可能と
なる。第１１図（Ａ）に示されているように１回折格子
の存在しないところでは入射光り。

は反射光Ｌ　となって受光装置１４に受光されるのはい
うまでもない。

このように回折格子の向きは必要に応じて任意に設定す
ることが可能である。

第３図に拡大して示された回転板では回折格子の方向が
周方向であるから、公知の光ディスクの作製のために用
いられるカッティング・マシンを利用することによって
比較的容易に絶対角度位置情報パターンＰ　を作製する
ことができるが２回折光が受光装置１４にノイズとして
受光される可能性が高い。これに対して第１０図に拡大
して示された回転板では回折格子が径方向であるから１
回折光がノイズとなる可能性は低いが９作製が難しいと
いう問題がある。

第１２図はさらに他のアブソリュート型光学式口−タリ
イ・エンコーダの例を、第１３図はこのロータリイ・エ
ンコーダで用いられる回転板の例をそれぞれ示している
。第１２図において第２図。

第９図等に示すものと同一物には同一符号が付けられて
いる。ここで用いられている回転板１１においては、絶
対角度位置情報パターンＰ　は１回折格子要素Ｇに代え
て、ランダム光回折要素Ｇａの集合から構成されている
。このランダム光回折要素Ｇ　は、第１４図および第１
５図に拡大して示されているように、多数の小さなピッ
トｇから構成されている。これらのピットは第１４図（
Ａ）に示されるように円形であっても、第１４図（Ｂ）
に示されるように正方形であってもよく、その他楕円、
少し横長または縦長の矩形、三角形、六角形等々任意の
形をとりうる。要は、はとんど指向性をもたずに多方向
に出射し、あたかも散乱光のようにみなせるよう１５１
次または多次回折光を発生させるものであればよい。ピ
ットｇの深さはλ／４程度がよい。

このようなランダム光回折要素Ｇ　の位置組合せから構
成される絶対角度位置情報パターンが形成された回転板
１１を用いると、第１２図に示されているように回折光
Ｌｄはほぼ散乱光となり、この回折光は殆んど方向性を
もたないから、集光レンズＩ７およびビーム・スプリッ
タ１６を通して受光装置１４に入射する回折光の量は非
常に少なくなるとともに、受光装置１４を構成するすべ
ての受光素子にほぼ均等に入射するので、たとえ回折光
が入射しても検出信号に悪影響を与えることはなく、正
確な角度検出が可能となる。また、これらのピットは同
心円状にそってカッティングしていくことが可能である
からその作製も比較的容易となる。

この発明における光回折要素は、上述の回折格子Ｇとこ
のランダム光回折要素Ｇ　の両方を含む概念である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のアブソリュート型ロータリイ・エンコー
ダの構成を示している。 第２図はアブソリュート型光学式ロータリイ・エンコー
ダの構成を示す斜視図、第３図は回転板の一部を拡大し
て示す平面図、第４図（Ａ）　（１３）は情報検出の原
理を説明するために第３図のＩＶ−ＩＶ線にそって切断
したものに相当するものであって。 （Ａ）は回折格子が存在しない場合、（Ｂ）は存在する
場合をそれぞれ示す断面図、第５図は得られる検出信号
の一部を示す波形図である。 第６図および第７図は光学系の他の例をそれぞれ示す斜
視図、第８図は回転板の他の例を示す斜視図である。 第９図は他のアブソリュート型光学式ロータリイ・エン
コーダの構成を示す斜視図、第１０図は回転板の一部を
拡大して示す平面図、第１１図（Ａ）　（Ｂ）は第１０
図のＸＩ−ＸＩ線にそって切断したものに相当する断面
図である。 第１２図はさらに他のアブソリュート型光学式ロータリ
イ・エンコーダの構成を示す斜視図、第１３図はそこで
用いられる回転板の一部を拡大して示す平面図、第１４
図（Ａ）、　（Ｂ）はピットの例を示す拡大平面図、第
１５図はピットを示す拡大断面図である。 １１・・・回転板。 Ｇ・・・回折格子要素（光回折要素）。 Ｇ　・・・ランダム光回折要素（光回折要素）。 Ｐ・・・ピッチ。 Ｐ　・・・絶対角度位置情報パターン。 以　　上 特許出願人　　立石電機株式会社 代　理　人　　弁理士　牛久健司 （外１名） 第３図 第４図 （Ａ） （Ｂ） 第１０図 第１１図 （Ａ） （Ｂ） 第１３図 第１４図 （Ａ）　　　　　　　　　　（Ｂ） ○○○○○　　ロロロロロ ○○○○○　　ロロロロロ ○○○○○　　ロロロロロ 第１５図 ス１４

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 所定の角度範囲ごとに絶対角度位置情報パターンが周方
   向にそって設けられており、各絶対角度位置情報パター
   ンは径方向に配列された複数の光回折要素から構成され
   、位置情報が光回折要素の存在の有無と位置とによって
   表わされる、アブソリュート型光学式ロータリィ・エン
   コーダのための回転板。