JPS63188718A

JPS63188718A - 絶対形ロ−タリエンコ−ダ

Info

Publication number: JPS63188718A
Application number: JP2096387A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Matsui; 勉松井
Original assignee: NEC Home Electronics Ltd; Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Home Electronics Ltd; NEC Corp
Priority date: 1987-01-31
Filing date: 1987-01-31
Publication date: 1988-08-04

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、光学的な絶対形ロータリエンコーダに関し、
特に分解能の向上が容易で、コンパクト化と低コスト化
を実現するものである。

（従来の技術）絶対形ロータリエンコーダは、回転の有無にかかわらず
回転角度に応じた絶対位置の信号をフードでパラレルに
得るようにエンコーダで、例えば自動車ハンドルの回転
角度や光デイスク装置における光ヘッドの位置検出等に
用いられている。

第５図は、従来の典型的な絶対形ロータリエンコーダを
示す。この図において、位置検出の目的となる可動体、
例えばハンドル（図示せず）に結合された軸１００に回
転ディスク１０２が一体に取り付けられている。この回
転ディスク１０２は透明体であり、その表面に設定され
た径の異なる８本の環状トランクｔ　ｒ　１．ｔ　ｒ２
．・・・・ｔｒ８にはそれぞれ一定のピンチで遮光部と
透明部とが交互に配列されている。

ディスク１０２の手前の側には、８個のフォトダイオー
ドｐｄｌ、ｐｄ２．・・・・ｐｄ８が、ディスク１０２
のトラックｔｒ１．＋ｔｒ２＋・・・・ｔｒ８にそれぞ
れ対向してディスク半径方向に一列に配置されている。

ディスク１０２の向こう（反対側）には、８個の発光ダ
イオードＨＤＩ、ＨＤ２．・・・・ＨＤ８が遮光板１０
４のスリツトＳ　Ｌ　Ｉ、Ｓ　Ｄ２．・・・・ＳＤ８を
介してやはりディスク１０２のトランクｔ　ｒｌ、ｔ　
ｒ２゜・・・・ｔｒ８にそれぞれ対向してディスク半径
方向に一列に配置されている。

したがって、例えば発光ダイオードＨＤＩより発せられ
た光は対応スリットＳＬＩを通ってディスク１０２のト
ラックｔ　’ｒ　ｌに入射し、その入射した箇所が透明
部分であればそこを透過して対応フォトダイオードｐｄ
ｌに入射し、フォトダイオードｐｄｌより“１”の出力
信号が得られる。また、光が入射したトラックｔｒｉの
部分が遮光部分であればフォトダイオードｐｄｌには光
が入射せず、フォトダイオードｐｄｌより“０”の出力
信号が得られる。

第６図は、ディスク１０２の回転角に対するフォトダイ
オードｐｄｌ−Ｔ）ｄ４の出力信号の波形を示す。ディ
スク回転角が００　（ゼロ位置）のときｐｄｌ−ｐｄ４
はｒｏ、ｏ、ｏ、ｏ　Ｊになり、またディスク回転角が
θ１．θ２のときｐｄｌ〜ｐｄ４はｒＯ，０，Ｉ、Ｉ　
Ｊ　、ｒｌ、１，０．ｌ　Ｊになる。このようにゼロ位
置を座標原点にした回転角度がディジタル信号の形で表
される。分解能（ディスク１回転当たりの分割数）は、
フォトダイオードＩ）ｄの総数（総出力ビット数）ある
いはトランクｔｒの総数で決まり、第５図の場合は８ビ
ツトなので３６０”／２’（約１．４°）である。

（発明が解決しようきする問題点）上述のように、絶対形ロータリエンコーダは、ゼロ位置
を座標原点にして任意の回転角度をディジタル表示する
ので、カウンタは不要で常に回転位置の確認が可能であ
り、例えば光デイスク装置において光ヘッドを途中の位
置が読めなくなる程の高速送りする場合や、自動車ハン
ドルを何回転も回す場合等にはインクリメンタル形のロ
ータリエンコーダよりも有利とされている。

しかしながら、反面、分解能を上げるにはトラックｔｒ
の本数を増やさなければならず、そうするとディスク１
０２の径が大きくなってエンコーダサイズがかさばると
いう欠点がある。例えば、第５図のような８トラツク（
８ビツト）型のディスク１０２の場合、直径が大体１０
ｃｍから１２０ｍもあり、これでは光デイスク装置等の
ように比較的小形の機器本体においてコンパクト化のボ
トルネックとなりかねない。

さらに、そのように分解能を上げようとするとフォトダ
イオードｐｄだけでなく、発光ダイオードＨＤも増やさ
なければならず、コスト的にも不具合が生じる。

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたもので、分解
能の向上が容易で、コンパクト化と低コスト化を実現す
る絶対形ロークリエンコーダを提供することを目的とす
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に本発明は、径の異なる複数の
環状トラック上にそれぞれ光透過性もしくは光反射性の
部分とそうでない部分とが一定のピッチで交互に配置さ
れたパターンを有する回転ディスクと；ディスクの一方
の側から少なくとも各々のトランクの一部を含む範囲に
わたり光を照射する光源と；トラックより透過光もしく
は反射光の出る側に配置された集光レンズと；それぞれ
のトラックから出た透過光もしくは反射光が集光レンズ
を通って結像する位置に配置された複数の受光素子とを
具備する構成とした。

（作用）光源より発せられた光は、ディスクの各トラックに入射
する。そして、その入射した各トランククの箇所が光透
過性もしくは光反射性の部分であれば、そこから出た透
過光もしくは反射光は集光レンズを通って対応フォトダ
イオードに入射し、電気信号に変換される。しかし、光
の入射した各トランクの箇所が光透過性もしくは光反射
性の部分でなければ、そこから透過光もしくは反射光は
出す、したがって対応フォトダイオードに光が入射せず
、上記と異なった電気信号が出力される。

このように、本発明では、集光レンズを介在させてディ
スクの各トランクパターンをフォトダイオードに結像さ
せるようにしたので、ディスクを小形にしてもトラック
パターンの本数を増やして分解能を上げるこ・とが容易
である。また、フォトダイオードも小形サイズの安価な
ものでよい。さらに、分解能（ビット）を上げても、光
源は同じものでよいので、特にコストアップを招くこと
もない。

（実施例）以下、第１図ないし第４図を参照して本発明の詳細な説
明する。

支ｉ１Ｌ第１図は、本発明の第１の実施例による絶対形ロークリ
エンコーダの構成を示す。回転ディスク１０は、軸１２
に固定され、位置検出の目的となる可動体（図示せず）
に連動するようになっている。このディスク１０は透明
板からなり、その面に設定された径の異なる８本の環状
トラックＴＲ１、ＴＲ２，・・・・ＴＲ８にはそれぞれ
一定のピンチで遮光部と透明部とが交互に配列されてい
る。

ディスク１０の手前の側には、ディスク１０の上半部分
にわたり各トラックＴ、ＲＩ、ＴＲ２，・・・・ＴＲ°
８の一部に一様な白色光を照射するＥＬ（エレクトリッ
ク・ルミネセンス）パネル１４が配置されている。ディ
スク１０の向こう側には集光レンズ１６とフォトダイオ
ードアレイ１８が図示のように配置され、基準線ＰＬ上
の各トラックＴＲ１部分より出た透過光は集光レンズ１
６を通ってフォトダイオードアレイ１８内の対応フォト
ダイオードＰＤｊに結像するようになっている。

第２図は、この絶対形ロータリエンコーダにおける光の
進路を詳細に示す。ＥＬパネル１４から発せられた平行
光はディスク１０の基準線ＰＬ上ノ各トラックＴ　Ｒｊ
（１：ｌ〜８）に入射する。そしてその入射した各トラ
ックＴＲｊの箇所が透明部であればそこを透過し、その
透過光は集光レンズ１６を通って対応フォトダイオード
ＰＤＩに入射する。

図示の状態では、トラックＴ　ＲＩ、Ｔ　Ｒ３，Ｔ　Ｒ
４゜ＴＲ６，ＴＲ８が透明部になっている゛ので、それ
らの透明部から出た透過光（例えばＬＢＩ、ＬＢ３　’
）が集光レンズ１６を通って対応フォトダイオード（例
エバＰ　Ｄ　Ｉ、Ｐ　Ｄ３）に入射し、それらのフォト
ダイオードは“１”の電気信号を出力する。しがし、ト
ラックＴ　Ｒ２，Ｔ　Ｒ５，Ｔ　Ｒ７は遮光部になって
いるので、そこからは透過光が出す、したがって対応フ
ォトダイオードＰ　Ｄ２．Ｐ　Ｄ５．Ｐ　Ｄ７に光が入
射せす、それらの出力電気信号は“０”である。しかし
て、８ビツトのフォトダイオードアレイ１８はｒｌ、Ｑ
＋Ｉ＋０．ｌ、ｌ、０．Ｉ　Ｊ　（Ｄティジタル（号を
位置検出信号として出力することになる。

コノヨウニ、この実施例では、集光レンズ１６を介在さ
せてディスク１０のトランクパターンをフォトタイオー
ドアレイ１８に結像させるようにしたので、トラックパ
ターンおよびフォトダイオードの小形化が可能であり、
例えば、各トラックの幅および各フォトダイオードＰＤ
Ｉのサイズを１０μｍ程度にすることが可能である。そ
の場合ディスク１０の直径がわずか数ｃｍ程になり、光
デイスク装置等の機器本体において小さな設置スペース
に取付け（組込み）可能である。

なお、この実施例では、ディスク１０のトラックＴＲを
８本とし、それに対応してフォトダイオードＰＤを８個
にして８ビツトのディジタル位置検出信号を得るように
したが、理解されるようにそれ以上、例えばトラックＴ
Ｒ，フォトダイオードＰＤを１０本（個）、１６本（個
）等に増やして１０ビツト、１６ビツトの分解能に上げ
ることは容易であり、その際にディスクの径が特に増大
することもない。また、コスト的には、フォトダイオー
ドＰＤがいくつか増えるだけで、光源１４は同じもので
よいので、特別なアップを招くこともない。

支り九と第３図は、第２の実施例による絶対形ロークリエンコー
ダを示す。この実施例では、反射タイプの回転ディスク
３０が使用され、それに関連して光源のランプ３２．３
４はディスク３０に対して集光レンズ１６．フォトダイ
オードアレイ１８と同じ側に配置されている。光拡散板
３６は、ランプ３２．３４からの光を拡散してディスク
３０にほぼ一様な平行光を照射するように作用する。デ
ィスク３ｏの各トラックＴＲｌ−ＴＲ８上のパターンは
、光反射部・と光吸収部とが一定のピンチで交互に配列
されたものになっている。

第４図は、この絶対形ロータリエンコーダにおける光の
進路を示す。ランプ３２．３４から発せられた光は拡散
板３６を介してディスク３０の基準線ＰＬ上の各トラッ
クＴ　Ｒ１（１＝１〜８）に入射する。そして、その光
が入射した各トランクＴＲＩの箇所が反射部であればそ
こで反射し、その反射光の一部は集光レンズ１θを通っ
て対応フォトダイオードＰＤＩに入射する。

図示の状態では、トラックＴＲ１，ＴＲ３，ＴＲ８が反
射部になっているので、それらの反射部から出た反射光
（例えばＬＢ３）が集光レンズ１６を通って対応フォト
ダイオード（例えばＰＤ３）に入射し、それらのフォト
ダイオードは“１”の電気信号を出力する。しかし、他
のトラックＴＲ２，ＴＲ２４〜ＴＲ７は吸収部になって
いるので、そこからは反射光が出す、したがって対応フ
ォトダイオードＰＤ２．ＰＤ４〜ＰＤ７に光が入射せす
、それらの出力電気信号は“０”である。しかして、こ
の場合、８ビツトのフォトダイオードアレイ１８はｒｌ
、０，０，０，０．ｌ、０．Ｉ　Ｊのディジタル信号を
位置検出信号として出力することになる。

このように、この実施例でも、トラックパターンより出
た光を集光レンズ１６を介在させてフォトダイオードア
レイ１８に結像させるようにしたので、第１の実施例と
同様な効果が得られる。

（発明の効果）以上のように、本発明によれば、集光レンズを介在させ
てディスクの各トランクパターンをフォトダイオードに
結像させるようにしたので、小形のディスクを用いても
トラックの本数を増やして分解能の向上を容易に実現で
きる。また、部品点数の削減と小形化も図られ、コ・ン
パクトで低コストなエンコーダが得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１の実施例による絶対形ロータリ
エンコーダの構成を示す斜視図、第２図は、第１図のエ
ンコーダの作用を説明するための図、第３図は、本発明の第２の実施例による絶対形ロータリ
エンコーダの構成を示す斜視図、第４図は、第３図のエ
ンコーダの作用を説明するための図、第５図は、従来の典型的な絶対形ロータリエンコーダの
構成を示す斜視図、および第６図は、第５図のエンコーダで得られるディジタルの
位置検出信号の波形を示す図である。１０・・・・回転ディスク、１２・・・・軸、１４・・
・・ＥＬパネル、１６・・・・集光レンズ、１８・・・
・フォトダイオードアレイ、ＰＤＩ−ＰＤ８・・・・フ
ォトダイオード、３０・・・・回転ディスク、３２．３
４・・・・ランプ、３６・・・・光拡散板。

Claims

【特許請求の範囲】径の異なる複数の環状トラック上にそれぞれ光透過性も
しくは光反射性の部分とそうでない部分とが一定のピッ
チで交互に配置されたパターンを有する回転ディスクと
、前記ディスクの一方の側から少なくとも各々の前記トラ
ックの一部を含む範囲にわたり光を照射する光源と、前記トラックより透過光もしくは反射光の出る側に配置
された集光レンズと、それぞれの前記トラックから出た透過光もしくは反射光
が前記集光レンズを通って結像する位置に配置された複
数の受光素子と、を具備することを特徴とする絶対形ロータリエンコーダ
。