JPH0253728B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、例えば工作機械の回転テーブルの
回動角度の検出、あるいは往復動テーブルの直線
移動距離の検出等に利用される光電式透過型エン
コーダに関する。

従来の技術 第２図は、直線移動距離の検出に利用されるも
のの従来技術の原理を説明するためのものであ
る。これは細巾の板状体の、微小一定距離ごとに
スリツト状の透光部１１，１１，……と非透光部
１２，１２，……を等間隔で同じ巾に交互に形成
した第１の透光体１０と、上記と同じように透光
部２１，２１，……と非透光部２２，２２，……
が交互に形成された第２の透光体２０とを間隔を
有して重合状態にし、その第１、第２の透光体１
０，２０を挟んで投光部１と受光部２を対向させ
たものであり、その投光部１は上記透光部１１の
ピツチの複数倍の巾を有していてその巾全面に投
光要素をもち、かつ投光は平行光であり、また受
光部２は上記投光部１と同じ巾で、その巾全面に
受光要素をもつている。これは投光部１から発光
させた略平行光を第１の透光体１０の透光部１
１，１１，……を介して第２の透光体２０に照射
し、その照射光のうち透光部２１，２１，……を
通過した光を受光部２で受け、その受光量に対し
た電圧を発生させるようにしたものである。尚、
通常は透光体１０または２０のいずれか一方を静
止させ、他方を被検出対象と一体化させるが、両
者を異なる移動体に結合して相対移動量を検出す
ることもあり、その場合には、投・受光部１，２
もいずれか一方と結合することになる。以上のも
のにおいては、透光体１０と投光体２０とがその
ピツチ（透光部１１，１１，……または２１，２
１………の配列間隔）分だけ相対移動するごと
に、透光部１１，１１，……と透光部２１，２
１，……の重合面積が周期的に変化し、その結
果、透光部１から受光部２に達する光量が周期的
に変わり、受光部２からは周期的に変化する交番
電圧信号が取り出される。したがつて、この交番
電圧信号の周期数を測定することにより透光体１
０と投光体２０の相対移動量が求められる。尚、
上記は直線移動距離の検出用のものであるが、回
動角度の検出用は、透光体１０、、投光体２０の
いずれか一方または両方を円板の周辺に形成する
点が異なるだけで、他は何等異なる点はない。

発明が解決しようとする課題 ところで、この種のものの検出分解能は、透光
部１１，１１，……と透光部２１，２１，……の
ピツチにより決定されることになり、結局、高分
解能のものを形成するには、それだけピツチを小
さくしなければならず、製作および価格のいずれ
の面でも制約がある。

本発明は、高分解能の光電式透過型エンコーダ
を実現するに際してピツチの微小化を解決しよう
とするものである。

課題を解決するための手段 本発明は、透光部と非透光部が交互に形成され
てなる三つの透光体を有し、その第２の透光体を
挟んで第１、第３の透光体を対向配置し、第２の
透光体とその両外側の第１、第３の透光体の対の
一方または双方を他方に対して上記対向方向とは
直交方向に移動自在に支承し、第１乃至第３の透
光体を挟んで投光部と受光部を配設し、上記第
１、第３の透光体の透光部と非透光部の巾は同一
とし、上記第２の透光体の透光部の配列ピツチは
上記第１、第３の透光部の配列ピツチと同一に
し、かつ透光部の巾は非透光部の巾より小とし、
投光部、受光部はその巾が上記透光部ピツチの複
数倍であつてそれぞれその巾全面に投光要素、受
光要素をもち、かつその投光部の投光は散乱光で
あることを特徴とする光電式透過型エンコーダで
ある。

作 用 投光部からは散乱光が第１の透光体上に放射さ
れ、その透光部を通過した光が第２の透光体上に
放射され、その透光部を通過し、続いて第３の透
光体上に達し最後にその透光部を通貨した光が受
光部に導入される。したがつて、散乱光の入射角
と第１〜第３の透光体の透光部を結ぶ空間が大き
いほど透過光量は大となり、その光路中にいずれ
かの非透過部が位置した場合にはそこで遮光され
ることになる。すなわち、第２の透光体の透光部
と第１、第３の透光体の透光部が完全に対向した
場合をみると、第２の透光体の透光部の法線（そ
の透光部中央と直交する線）に対する透光部から
の放射光の放射角度が大きいと、放射光は第１の
透光体の非透光部により遮られて第２の透光体の
透光部に達しにくくなるが、その角度の大きい投
光点からの小さな放射角度の放射光はその手前の
第１の透光体の透光部を介して第２の透光体の手
前の透光部に達し、その後第３の透光体の透光部
を介して受光部の受光面に達するので、受光部全
体では各投光点からの放射光のうち受光部の受光
面達する光量は大となる。次に、1/2ピツチずれ
た場合は、上記と逆に法線に対する放射角度が小
さいと、第１の透光体の非透光部に遮られるが、
放射角度の大きな投光点からの放射光は第１の透
光体の手前の透光部を介して第２の透光体の透光
部に達し、その透過光はその次の第３の透光体の
透光部を介して受光部の受光面に達するので、上
記と同様受光部全体では各投光点からの放射光の
うち受光部の受光面に達する光量は大となる。次
に、1/4と3/4ピツチずれた場合をみると、法線に
対する放射角度が小さい場合は、第１の透光体の
非透光部に遮られて放射光の一部しか第２の透光
体の透光部に達しないことになり、また放射角度
が大となると、第２の透光体の透光部を透過して
も第３の透光体の非透光部で遮られるため、結局
受光部全体では各投光点からの放射光のうち受光
部の受光面に達する光量は上記の場合に比べて小
となる。このようにして最終的に受光部に達する
光量の大きさは、第１、第３の透光体の透光部と
第２の透光体の透光部との対向位置関係に応じて
変わり、両者の透光部の完全対向状態およびその
配列ピツチの1/2ずれた状態で最大、配列ピツチ
の1/4、および3/4ずれた状態で最小となり、その
最大、最小間は単調に変化する。この結果、受光
部には、第１、第３の透光体と第２の透光体が相
対的に１ピツチ移動するごとに２周期の周期的変
化を生ずる交番電圧が発生する。

以上は、第１、第３の透光体の透光部位置を完
全に一致させて対向させた場合であるが、第１、
第３の透光体の透光部位置をずらして対向させて
も、前記と同様であり（但し、最大となる位置は
異なる）、第１、第３の透光体と第２の透光体が
相対的に１ピツチ移動するごとに２周期の周期的
変化を生ずる交番電圧が発生する。

実施例 第１図は本発明の直線移動距離検出用のものに
ついての実施例であり、前記第２図と同番号を付
した透光体１０は、第２図と同様のものであり、
同じ幅の透光部１１，１１，……と非透光部１２
が交互に形成されている。その第１の透光体１０
と対向して配設されたのが第２の透光体２０′で
あり、透光部２１′，２１′，……と非透光部２
２′，２２′，……とが交互に形成され、その透光
部２１′，……の配列ピツチは前記透光体１０の
透光部１１，……のピツチと等しく、その巾は非
透光部２２′……の巾より小となり、図では透光
部２１′はピツチの50％より小さい例えば25％、
すなわち透光部２１′は非透光部２２′の1/3の大
きさに形成されている。その第２の透光体２０′
の反対側の面と対向して配設されたのが第１の透
光体１０と全く同一構造の第３の透光体３０であ
り、透光部３１と非透光部３２が等間隔で交互に
形成されている。そして、第１、第３の透光体１
０，３０の外側には散乱光を発光する投光部１′
と受光部２が配設され両者は対向している。

以上のものにおいては、投光器１′から放射さ
れた散乱光は第１の透光体１０に達し、そのうち
透光部１１，，１１，……を通過した光が第２の
透光体２０′上に放射され、続いてその透光部２
１′，２１′，……を通過した光が第３の透光体３
０に放射され、最後にその透光部３１，３１，…
…を通過した光が受光部２に達する。このとき、
受光部２に達する光量は、第１、第３の透光体１
０，３０の透光部１１，１１，……，３１，３
１，……と第２の透光体２０′の透光部２１′，２
１′……との対向位置関係に応じ変化する。

第３〜６図は、上記の透光部１１，１１，……
３１，３１，……と透光部２１′，２１′，……と
の対向位置関係とそのときに一つの透光部１１を
通過した光のうち何％が受光部２に達するかを投
光点を横軸にモデル化して示したものであり、こ
こには投光部１′と第１の透光体１０間および受
光部２と第３の透光部３０間、の各間隔をそれぞ
れ透光部２１′，２１′，……（透光部１１，１
１，……）の配列ピツチと同じとし、第１、第
２、第３の透光体１０，２０′，３０の各間隔を
１／２ピツチとしてある。第３図の状態は透光部１
１，１１，……と透光部２１′，２１′，……が1/
２ピツチ、すなわち透光部１１の中心に対して第
２の透光体の透光部２１′の中心位置が透光部１
１間距離の1/2だけずれて対向し、第４図は第３
図の状態から透光体２０′が1/4ピツチ分左方にず
れ、第５図は第３図の状態から透光体２０′が左
方に1/2ピツチずれて透光部１１，１１，……と
透光部２１′が完全に対向し、第６図は第３図の
状態から透光体２０′が左方に3/4ピツチずれた状
態を示している。そして矢印付の線により囲まれ
た面積は投光体１′のある１点からの散乱光のう
ち透光体１０の中央部の一つの透光部１１を通過
する光線を示し、その中のハツチング部分は第
２、第３の透光部２１′，３１を通過する光量を
示し、各図の下側は、上記透光部１１を通過する
全光量に対し、受光部２に達した光量の割合を百
分率で示したものである。

すなわち、投光部の投光要素からは種々の放射
角度にわたつて光が反射されている（散乱光）。
いま、投光部の投光要素の任意に選んだ一つにつ
いてみると、その散乱光のうちで上記透光部１１
を通過する光量は、透光部２１′の位置と無関係
に一定である。ここでは、その通過光量（第３乃
至６図の矢印付実線で囲まれた部分）を100％と
おく。次に、この通過光量は、第２の投光体２
０′に達するが、その光路上に透光部２１′がある
と、その部分の光路の光のみがそこを通過する
（第３，５のハツチング部分）ことになる。そし
て、その通過光は第３の透光体３０に向い、その
光路に透光部３１があればそこを通過して受光部
２の受光要素に達し（第３，５図の状態）、非透
光部３２があればそこで遮断される（第４図の状
態）。第３乃至６図の下段は、投光部１′の各位置
ごとにそこの投光要素から放射され、透光部１１
を通過した光量（100％）のうち受光部２に戻つ
た光量の割合を各投光要素位置を横軸にとつて示
しており、例えば第３図において、投光部１′の
投光位置から垂下した線（図示されていない）と
交叉する位置の割合が、その位置から放射され、
透光部１１，２１′，３１を通過して受光部２に
達した光量であり、図にはその割合が25％の場合
が示されている。同様にその位置からわずかに右
方の第３図の中央付近に位置する投光要素につい
てみると、この放射光の光路上には透光部２１′
がなく、その結果反射光量もないため０％として
示される。そして、受光部２にはこれら各々の位
置から放射された光が上記のような割合で戻るこ
とになり、全体についてみると、そこに戻る光量
は、結局第３乃至６図の各図において各下段に示
した割合を加算した値に対応したものとなる。

以下、上記の第３図を例にとり、投光要素の位
置と透光部１１，２１′，３１を通過した光量の
うち受光部２に達する光量の割合の関係、すなわ
ち、第３図下段の割合が得られる根拠を第７乃至
１７図を参照して図式的に説明する。第７乃至１
７図において、第３図と同番号を付した投光部
１′、受光部１１，２１′，３１は第３図と同様の
ものであり、同様に配置されている。第７乃至１
７図は、左端の透光部１１の左端を基準にそれぞ
れ1/4ピツチ単位で投光要素位置が右方に変わつ
た場合、すなわち基準位置から０、1/4、1/2、…
…7/4ピツチの位置にある投光要素から放射され、
左方から２番目の透光部１１を通過した通過光と
透光部２１′の通過光（ハツチング）の関係を順
次示している。第７乃至９図に示す投光要素位置
が０、1/4、1/2ピツチ位置では、その通過光範囲
内に透光部２１′全部が位置し、その通過光全部
が受光部２に達するのでその到達光量は大きく、
33.3％である。次に、第１０図の3/4ピツチの状
態では、その通過光範囲内に透光部２１′全部が
位置するが、その通過光の一部は非透光部で遮ら
れる（図の塗り潰し部）ので受光部２への到達光
量は上記より減少し、25％となる。次に第１１乃
至１３図の１、5/4、3/2ピツチにおいては、その
通過光範囲内に透光部２１′の一部しか位置しな
いか、全く位置せず、かつ一部位置した場合もそ
の通過光は非透光部３２によつて遮られてしま
い、０％となる。次に、第１４乃至１７図の7/4、
２、9/4、5/2ピツチの状態は、上記第１２図の5/
４ピツチの位置を中心に上記１０乃至７図と対称
の関係にあり、それぞれ25％、33.3％……とな
る。これをプロツトしたのが第３図の下段であ
る。

尚、これは、一つの透光部１１の通過光につい
ての結果であるが、各透光部１１についても同様
であり、複数の透光部１１については、上記一つ
の透光部１１において得られるパターンが位置関
係がずれて加え合わされたものとなる。

さて、第４乃至第６図には、その上段にある一
点の投光要素からの放射光に対する通過光の状態
を、またその各図の下段には、上記第７乃至１７
図に示したのと同様の図式解析により求めた投光
要素の位置と透光部１１を通過した光量のうち受
光部２に達する光量の割合を示している。第４図
および第６図の1/4と3/4ピツチずれた場合をみる
と、放射角度が小さい場合は、非透光部２２′に
遮られて放射光の一部しか通過しないこと、また
放射角度が大になると、透光部１１により通過光
が遮られたり、通過しても非透光部３２で遮られ
ることから、結局受光部全体では各投光点からの
放射光のうち受光部の受光面に達する光量は第５
図および第３図の場合に比べて小となる。結局こ
のパターンの面積が、受光部２全体に戻つてくる
光量と対応関係を有しており、したがつて、受光
部２に達する光量は、第５，３図の状態、すなわ
ち透光部１１と透光部２１′の完全重合状態およ
び1/2ピツチずれた状態おいて最大、第４，６図
状態、すなわち、両透光部１１，２１′がそれぞ
れ1/4、3/4ピツチずれた状態で最小となり、その
最大と最小、最小と最大の間に単調に変化する。

この結果、受光部２からは、導入される光量に
対応した電圧信号、すなわち第１、第３の透光体
１０，３０と第２の透光体２０′とが相対的に1/2
ピツチ移動するごとに周期的に変化する交番電圧
信号が発生することになり、結局、従来技術のも
のに比べて２倍の分解能を有する交番電圧信号と
なる。

尚、上記実施例においては、投・受光部１′，
２と透光体１０，３０の間、透光体１０，２０′，
３０の各間隔をそれぞれ透光部ピツチと同じおよ
び1/2倍とした場合であるが、これに限定される
ものではなく、適宜に選定しても同様であり、ま
た、第２の透光体の透光部２１′，２１′，……の
ピツチに占める割合も50％より小さい適宜の割合
としてよい。すなわち、第１８図は投光体１′と
透光体１０間、透光体１０と透光体２０′間、透
光体２０′と透光体３０間の各間隔を共に透光部
ピツチとした場合の透光部１１を通過した光量の
うち受光部２に達する光量の割合を、それぞれ透
光部１１と透光部２１′の完全重合状態、1/4ピツ
チ、1/2ピツチ、3/4ピツチについて示したもので
あり、第３乃至第６図の場合と同様に１ピツチ間
に２回の光量変化が生じる。また、第１９図は、
透光部２１′の巾をピツチの50％とした場合の透
光部１１を通過した光量のうち受光部１′に達す
る光量の割合を、それぞれ透光部１１と透光部２
１′の完全重合状態、1/4ピツチ、1/2ピツチ、3/4
ピツチについて示したものであり、これにおいて
も１ピツチ間に２回の光量変化が生じる。

発明の効果 本発明は、第１、第３の透光体の間に位置させ
た第２の透光体の透光部をそのピツチの50％より
小とし、かつ投光部の光源を散乱光源とすること
により従来技術の２倍の分解能を有する出力を取
り出すようにしたものであり、高分解能化が制作
面、経済面のいずれの面でも容易となり、高分解
能な回動角、距離の検出が容易に実現される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す正面図、第２図
は従来技術を示す正面図、第３〜６図は本発明の
動作説明図、第７〜１７図は第３図の下段に示さ
れる受光部に達する光量の割合を説明するための
解析図、第１８図、第１９図はそれぞれ三つの透
光体の間隔が第３乃至６図と異なる条件下、第２
の透光体が異なる条件下における受光部に達する
光量の割合を示す線図である。 １′：投光部、２：受光部、１０，２０，３
０：透光体、１１，２１′，３１：透光部、１２，
２２′，３２：非透光部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 透光部と非透光部が交互に形成されてなる三
   つの透光体を有し、その第２の透光体を挟んで第
   １、第３の透光体を対向配置し、第２の透光体と
   その両外側の第１、第３の透光体の対の一方また
   は双方を他方に対して上記対向方向とは直交方向
   に移動自在に支承し、第１乃至第３の透光体を挟
   んで投光部と受光部を配設し、上記第１、第３の
   透光体の透光部と非透光部の巾は同一とし、上記
   第２の透光体の透光部の配列ピツチは上記第１、
   第３の透光部の配列ピツチと同一にし、かつ透光
   部の巾は非透光部の巾より小とし、投光部、受光
   部はその巾が上記透光部ピツチの複数倍であつて
   それぞれその巾全面に投光要素、受光要素をも
   ち、かつその投光部の投光は散乱光であることを
   特徴とする光電式透過型エンコーダ。