JPH01240821A - ロータリエンコーダ - 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〕 この発明は、ロータリエンコーダに関するものである。

〔従来の技術〕

ロークリエンコーダは、機械装置の回転運動する部分の
変位や速度を検出するために用いるもので、特に機械装
置の高精度化、高い信頼性が要求されている今日、ロー
タリエンコーダ自体の高精度化、耐久性が望まれる。従
来のロータリエンコーダとして、ポテンショメータ方式
と回転円板スリット方式がある。

第７図（ａ）は、ポテンショメータ方式ロータリエンコ
ーダの基本構成を示すものである。巻線素子１上を刷子
２が摺動することにより、端子０〜０間に加えられた電
圧が回転角に比例して分圧され端子■につながる。従っ
て、端子０〜０間の電圧に対する■〜■間の出力電圧を
％で表わすことにより回転角度を検出することができる
。

第７図（ｂ）は、回転円板スリット方式ロークリエンコ
ーダの基本構成を示すものである。この方式では、光源
３、受光素子４、これらの間に設けられた回転スリット
板５及び固定スリット板６により構成される。光源３は
例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）で構成され、受光素子
４は例えばフォトダイオード（Ｐ　Ｄ）で構成され、こ
れらの間には固定スリット板５ａ、回転スリット板５及
び固定スリット板６ｂとが設けられている。この回転ス
リット板５は所定の軸（図示せず）を中心に回転し、回
転スリット板５に形成された各スリットが図中の矢印方
向に移動するようになっている。

上記装置によれば、光源３からの光は回転スリット板５
の回転に応じた時間間隔で受光素子４に与えられる。従
って、受光素子４から出力される受光量信号（電気信号
）は第７図（ｂ）に示すようなパルス波形となる。その
結果、回転スリット板５の回転角度を検出することがで
きる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、ポテンショメータ方式ロータリエンコー
ダには接触部分があるので、巻線素子１と刷子２との物
理的接触による摩耗があり、寿命が短く耐久性が悪いと
いう欠点があった。さらに、摩耗が進むに連れて誤差が
生じ、信頼性が悪くなるという欠点があった。

また、回転円板スリット方式ロータリエンコーダは回転
スリット板５の製造コスト、製品コストが高く、ロータ
リエンコーダ自体が高価になるという欠点があった。ま
た、角度分解能は円周上のスリット数に依存する。

そこでこの発明は、ロークリエンコーダの耐久性及び信
頼性の向上、さらに製品価格の低廉化を目的とするもの
である。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を達成するため、この発明は回転軸に固定され
第１面側から光を受ける回転偏光子と、回転偏光子の第
２面側に当該回転偏光子とほぼ平行に固設された固定偏
光子と、回転偏光子の第２面に前記固定偏光子を挾んで
配設された受光素子とを備えることを特徴とする。

また、回転偏光子の第１面に当該回転偏光子を照射する
少なくとも一つの光源を配設してもよい。

さらに、この固定偏光子は互いに偏光角が交差する少な
くとも２つの固定偏光子を含み、受光素子は少なくとも
２つの固定偏光子のそれぞれに対応して配設される少な
くとも２つの受光素子を含んで構成してもよい。

この場合、回転偏光子の第１面に当該回転偏光子を照射
する少なくとも２つの光源を配設し、固定偏光子を互い
に偏光角が直交するように構成し、少なくとも２つの受
光素子の出力波形を加算し光源に帰還させてもよい。

また、固定偏光子には１８０度の円弧状スリットが形成
され、円弧状スリットに対応する回転偏光子の第２面側
にはスリット検知用受光素子が配設されていてもよい。

この場合、円弧状スリットの代わりに円弧状光阻止部材
を配設し、円弧状光阻止部材に対応する回転偏光子の第
２面側に先駆止部材検知用受光素子を配設してもよい。

〔作用〕

この発明は、以上のように構成されているので、物理的
に接触する部分がなく摩耗がない。従って、製品寿命が
長くなると共に、長期的な信頼性に優れ故障が少ない。

さらに、スリットを円板に形成する必要がないので製造
が容易になる。

また、光源の変動に対処することが容易であり、測定ミ
スを極力防止することができる。

さらに、部品点数が少なく受動素子をまとめて配置する
ことができ、装置をコンパクトにすることができる。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例に係るロータリエンコーダを
添付図面に基づき説明する。なお、説明において同一要
素には同一符号を用い、重複する説明は省略する。

第１図（ａ）は、この発明に係るロータリエンコーダの
第１の実施例を示すものである。この実施例は、基本的
に回転偏光子７、光源８、固定偏光子９及び受光素子１
０を備えて構成されている。

回転偏光子７及び固定偏光子９には、所定の偏光角度で
偏光面が形成されている。回転偏光子７は、回転角度を
測定する回転軸１１に固定されている。

光？Ｉｉ、８は、この回転偏光子７を回転軸と平行する
方向から照射できる位置に配置されている。一方、固定
偏光子９は、回転偏光子７を介して上記光源８と対向す
る位置に配置されている。受光素子１０は、上記光源８
からの照射光を上記固定偏光子９を介して受光できる位
置に配置されている。

その為、光源８からの光は、回転偏光子７及び固定偏光
子９を通過して受光素子１０に入射する。

従って、回転偏光子７が回転軸１１と共に回転すると、
受光素子１０では図で示すように、２周期分の出力波形
が検出される。回転偏光子７の偏光角と固定偏光子の偏
光角が一致するときに出力波形は最大値になる。この出
力波形に基づき、回転軸１１の回転角度を検出すること
ができる。なお、この実施例ではスリットのない回転偏
光子７を使用しているが、受光素子１０で検出される２
周期分の出力波形を区別するため、スリットを形成して
もよい。また、光源、固定偏光子および受光素子の数、
位置、形状などは、この実施例のものに限定されるもの
ではなく、多種多様のものが考えられる。

第１図（ｂ）は、この実施例の変形例を示すものである
。第１図の実施例と異なるのは、回転偏光子１２に１８
０度の円弧状スリット１２ａを形設しており、その両側
に光源１３と受光素子１４を配置している点である。受
光素子１４では、図で示すように、１８０度間出力波形
が検出されるので、−の出力波形と他の出力波形とを区
別することができる。その為、電気的な信号処理が簡単
化する。この実施例では、１８０度の円弧状スリット１
２ａを形設しているが、スリットの代わりに光吸収膜あ
るいは光反射膜を形成してもよい。

重要なことは、１８０度の範囲で光量的な差異を設ける
点である。

第２図は、この発明に係るロータリエンコーダの第２の
実施例を示すものである。第１の実施例と異なるのは、
受光素子で出力される２周期分の出力波形を回転軸の回
転数と対応させる為に、回転軸１１に第１の歯車１５を
取り付け、さらに第２の歯車１６を取り付けた第２の回
転軸１７に回転偏光子７を固定している点である。第１
の歯車１５と第２の歯車１６とのギア比は１対２であり
、回転軸１１の回転角は１／２で伝達される。従って、
回転軸１１が１回転すると、回転偏光子７（第２の回転
軸１７）は１／２回転し、受光素子４には１周期分の出
力波形が検出される。その為、この出力値を測定するこ
とにより回転角を検出することができる。

第３図は、この発明に係るロータリエンコーダの第３の
実施例を示すものである。第１の実施例と異なるのは、
複数の光源、固定偏光子及び受光素子を設けている点で
ある。第２の光源１８及び第２の固定偏光子１９は、回
転偏光子７を介して配置されており、第２の受光素子２
０は第２の光源１８からの照射光を第２の固定偏光子１
９を介して受光できる位置に配置されている。この場合
、第２の固定偏光子１９は、当該偏光角が第１の固定偏
光子９の偏光角と直交するように配置している。その為
、それぞれの受光素子１０．２０からは、図で示すよう
に９０度位相のずれた出力波形が得られる。このように
、２種類の光源８．１８を使用することにより、一つの
光源の光量が変動したときに、その異常を検知すること
ができる。

さらに、複数の受光素子４．１４で出力波形を検出する
ことにより、信頼性を一層高めることができる。

第４図（ａ）は、この発明に係るロータリエンコーダの
第４の実施例を示すものである。この実施例は、基本的
に回転偏光子１２、第１の光源８、第２の光源１８、第
１の固定偏光子９、第２の固定偏光子１つ、第１の受光
素子１０、第２の受光素子２０、第３の光源１３、第３
の受光素子１４を含んで構成される。回転偏光子１２は
、同図（ｂ）で示すように、一定方向の偏光角度を有す
る偏光面が形成された円板で構成されており、１８０度
の円弧状スリブ）１２ａが中央付近に形成されている。

この回転偏光子１２は、回転角度を検出する回転軸１１
に固定されている。従って、上記円弧状スリット１２ａ
は回転軸に対して、直交する方向に配設されている。第
１の光源８は、例えばＬＥＤなどの発光素子で構成され
、回転軸１１と平行する方向から回転偏光子１２を照射
する。第１の固定偏光子９及び第２の固定偏光子１９は
、一定の偏光角度を有する偏光面が形成された平板で構
成され、第１の光源８及び第２の光［１８から回転偏光
子７を通過した照射光をそれぞれ受光できる位置に配置
されている。第１の固定偏光子９及び第２の固定偏光子
１９は、偏光角度がそれぞれ９０度ずれるように配置さ
れている。

第１の受光素子１０は、例えばフォトダイオードで構成
され、第１の固定偏光素子３からの通過光を受光する位
置に配置されている。第２の受光素子２０は、例えばフ
ォトダイオードで構成され、第２の固定偏光素子１９か
らの通過光を受光する位置に配置されている。第３の光
源１３は、例えば発光ダイオードなどの発光素子で構成
されており、円弧状スリット１２ａの回転軌道上に配置
されている。従って、回転軸１１が回転することにより
、第２の光？ｆｉ、１３からの照射光が円弧状スリット
１２ａを通過するようになっている。第３の受光素子１
４は、例えばフォトダイオードで構成され、この通過光
を受光できる位置に配置されている。この実施例におけ
る第１の受光素子１０、第２の受光素子２０及び第３の
受光素子１４の配置は、第４図（ｂ）で示されたように
なる。回転軸１１の回転角度は、基本的に第１の受光素
子１０から得られる出力波形に基づき検出される。

以下、この実施例の作用を第５図に基づき説明する。説
明において、第１の受光素子１０に入力される出力波形
をＡ１第２の受光素子２０に入力される出力波形を８１
第３の受光素子１４に人力される出力波形をＣで表わす
。

第１の受光素子１０及び第２の受光素子２０から得られ
る出力波形Ａ、Ｂは加算され、合成波りが得られる。こ
の実施例によれば、回転偏光子１２と第１の固定偏光子
９の偏光面が、回転軸１１の回転角が０度でそれぞれ直
交するように設定しているので、第１の受光素子１０で
は第５図（ａ）に示すような信号波形Ａが得られる。一
方、第２の受光素子２０では信号波形Ａと９０度位相の
異なる出力波形Ｂが得ら、れる（同図（ｂ））。

同図（ｃ）は、これらの信号波形を加算した合成波りを
示すものである。この合成波りは、第１の光源８及び第
２の光源１８に帰還され、光量の変動に対処することが
できる。例えば、この合成波をトランジスタのベース端
子に接続し、光量が減衰した時には増幅された出力電圧
を光源に入力させる。この場合には、光源の光量が変動
した時あるいは、回転偏光子１２が汚れていた時にその
異常を検知することができる。さらに、回転偏光子を交
換した後、新しい回転偏光子における光の透過量に差が
あった場合にも検知することができる。

また、円弧状スリット１２ａと、その回転軌道を介して
配置された第３の光源１３と第３の受光素子１４により
、出力波形Ｃが得られる。円弧状スリット１２ａのスリ
ットは、１８０度の円弧で構成されており、第３の光源
１３からの照射光が通過するように構成されているので
、第３の受光素子１４は回転軸１１が１８０度回転する
間出力波形を検知する。この出力波形Ｃの有無により、
−の周期と他の周期とを識別することができる。

この実施例においては、１８０〜３６０度の間で信号波
形Ｃを出力するので、例えばピーク値を出力したときに
信号波形Ｃが検出されていれば、回転角は２７０度と判
断することができる。

なお、この実施例における光源は、発光ダイオードに限
定されるものではなく、単に光を発するものであればよ
い。また、受光素子もフォトダイオードに限定されるも
のではなく、光量を電気信号に変換できるものであれば
よい。例えば、フォトトランジスタでもよい。

この実施例では、受光素子と固定偏光子を別個に構成し
ているが、固定偏光子と受光素子を一体としてもよい。

一体化することにより、装置をコンパクトにすることが
できる。さらに、円弧状スリット１２ａの位置、形状、
幅は、この実施例のものに限定されず多種多様の変形が
可能である。

重要なことは、２つの周期を区別するため、１８０度の
範囲で光学的差異を設けている点である。従って、この
実施例における光源、受光素子の位置は単なる一例で、
円弧状スリットの位置、形状、幅などに依存するもので
ある。

第６図は、この発明に係るロータリエンコーダの第５の
実施例を示すものである。第４の実施例と異なるのは、
第３の受光素子１４を第２の受光素子２０に並設してお
り、第１の光源８の光を受光できるように構成している
点である。従って、第４図における第２の光＠１８及び
第３の光源１３は不要であり、円弧状スリットの位置も
周辺部近傍に設けられている。この実施例における第１
の受光素子１０、第２の受光素子２０及び第３の受光素
子１４の配置は、第６図（ｂ）で示されたようになる。

この実施例によれば、光源を一つにすることができ、装
置の小型化が図れ、製造コスト及び製品コストを一層安
価にすることができる。この実施例において、例えば固
定偏光子を組み込んだ受光素子を使用することにより、
装置を一層コンパクトにすることができる。

〔発明の効果〕

この発明は、以上説明したように構成されているので、
ロー・タリエンコーダに物理的接触部分がなく、寿命が
長く耐久性が向上する。

また、光源の変動に容易に対処することができるので、
測定ミスを防止でき、信頼性の向上が図れる。

さらに、個々の部品を集中させることができるので、装
置を小型にすることが容易である。また、光源と固定偏
光子と受光素子をユニット化することもでき、部品点数
を少なくすることができる。

従って、装置の製造が容易になり、製造コストの低廉化
が図れる。

【図面の簡単な説明】 第１図は、この発明に係るロータリエンコーダの第１の
実施例を示す図、第２図は、この発明に係るロータリエ
ンコーダの第２の実施例を示す図、第３図は、この発明
に係るロータリエンコーダの第３の実施例を示す図、第
４図は、この発明に係るロータリエンコーダの第４の実
施例を示す図、第５図は、回転角と受光素子の出力波形
を示す図、第６図は、この発明に係るロータリエンコー
ダの第５の実施例を示す図、第７図は、従来技術に係る
ロータリエンコーダの基本構成を示す図である。 １・・・巻線素子 ２・・・刷子 ３・・・光源 ４・・・受光素子 ５・・・回転スリット板 ６・・・固定スリット板 ７．１２．２１・・・回転偏光子 ８・・・第１の光源 ９・・・第１の固定偏光子 １０・・・第１の受光素子 １１・・・回転軸 ］３・・・第３の光源 １４・・・第３の受光素子 コ−５・・・第１の歯車 １６・・・第２の歯車 １７・・・第２の回転軸 １８・・・第２の光源 〕９・・・第２の固定偏光子 ２０・・・第２の受光素子 特許出願人　　浜松ホトニクス株式会社代理人弁理士　
　　長谷用　　芳　　樹間　　　　　　　　　　山　　
　　川　　　　行　　　　−回転角と出力 第５図 第１の実施例 ロータリエンコー ヌ 変形仔１ｊ （ｂ） ダ 第２の実施例 第２図 第３の実施イ列 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、回転軸に固定され第１面側から光を受ける回転偏光
   子と、 前記回転偏光子の第２面側に当該回転偏光子とほぼ平行
   に固設された固定偏光子と、 前記回転偏光子の第２面に前記固定偏光子を挾んで配設
   された受光素子とを備えることを特徴とするロータリエ
   ンコーダ。 ２、前記回転偏光子の第１面に、当該回転偏光子を照射
   する少なくとも一つの光源が配設されている請求項１記
   載のロータリエンコーダ。 ３、前記固定偏光子は互いに偏光角が交差する少なくと
   も２つの固定偏光子を含み、 前記受光素子は前記少なくとも２つの固定偏光子のそれ
   ぞれに対応して配設される少なくとも２つの受光素子を
   含むところの請求項１記載のロータリエンコーダ。 ４、前記回転偏光子の第１面に、当該回転偏光子を照射
   する少なくとも一つの光源が配設されており、 前記固定偏光子は互いに偏光角が直交する少なくとも２
   つの固定偏光子を含み、 前記受光素子は前記少なくとも２つの固定偏光子のそれ
   ぞれに対応して配設される少なくとも２つの受光素子を
   含み、 前記少なくとも２つの受光素子の出力波形を加算し前記
   光源に帰還させるところの請求項３記載のロータリエン
   コーダ。 ５、前記固定偏光子には１８０度の円弧状スリットが形
   成され、 前記円弧状スリットに対応する前記回転偏光子の第２面
   側にはスリット検知用受光素子が配設されているところ
   の請求項１記載のロータリエンコーダ。 ６、前記回転偏光子には１８０度の円弧状光阻止部材が
   配設され、 前記円弧状光阻止部材に対応する前記回転偏光子の第２
   面側には光阻止部材検知用受光素子が配設されていると
   ころの請求項１記載のロータリエンコーダ。