JPH0627654B2

JPH0627654B2 - 移動体の位置や速度を光学的に検出する装置

Info

Publication number: JPH0627654B2
Application number: JP63222377A
Authority: JP
Inventors: 繁光山田; 斌宇野; 信吾常吉; 勉藤本
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1988-09-07
Filing date: 1988-09-07
Publication date: 1994-04-13
Anticipated expiration: 2009-04-13
Also published as: JPH0271118A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、速度や位置制御用モータ等に使用される移動
体あるいは回転体の検出装置に係り、特に、光学的に検
出するために好適な形状と製造方法および、装置に関す
る。

〔従来の技術〕

従来知られている移動体の位置や速度を検出する方法と
しては、大別すると磁気式エンコーダによる方法と、光
学エンコーダによる方法がある。本発明は、光学エンコ
ーダ法に関係する。

光学エンコーダ法は、投，受光部と計測用円板で構成さ
れる。計測用円板は、薄いＳＵＳ材が使用され、精密プ
レス打抜き、あるいはエツチングによつて製作されるの
が一般的であり、実開昭63−33409号公報記載のものも
これに相当する。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術においても、回転角度計測用円板のスリツ
ト幅やピツチが広い（大きい）場合は、プレス打抜きが
容易であり、量産性も高く、コストの面でも問題はな
い。しかし、同円板のスリツト幅や、ピツチがせまくな
ると、高精度な精密プレス金型が必要となり、さらにせ
まくなると、化学的なエツチング加工に頼らざるを得
ず、量産性は極端に低下する。

従つて、当然、コスト高になるという問題があつた。

本発明の目的は、回転角度計測用円板をプラスチツク化
すると同時に、スリツト部にレンズ効果をもたせ、安価
で高精度な円板を得るための、製品形状と製造方法を確
立することにより、最適な回転角度計測装置を提供する
ことにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、計測用円板の素材を安価なプラスチツクス
化すること、成形を自動化すること、スリツト部にレン
ズ効果を持たせてピツチ精度を良くすること、光の透過
と、遮光を明確にすることなどにより、達成される。

具体的な１つの構成としては、投光器と、これに光学的
に対向させた受光器と、この投光器から発せられた光路
内に移動自在に置かれた移動体とから成り、この移動体
に交互に光を透過させる透光部分と光を遮ぎる遮光部分
を設け、透光部分を透過した光を前記受光器にて受け、
この受光器からの出力信号にて移動体の位置や速度を検
出するものにおいて、前記移動体をプラスチツク製として、その両面（入出射
面）あるいはいずれか一方面に規則的なピツチで曲面
と、この曲面よりも充分に幅の狭い平面を交互に形成
し、この曲面部によつて集光された光を受光器で受け、
これを電気信号に変換し、平面部で遮光したことを特徴
とする移動体の位置や速度を光学的に検出するようにし
たものである。

〔作用〕

まず、移動体である計測用円板の素材は、SUS 材に代つ
てプラスチツク材（アクリル等）にして、円板と、取付
用のボスの一体化を図る。素材は透明な材料の場合は、
遮光を目的とした溝を膜を形成し、不透明な材料の場合
は、透過用のスリツトを設ける。

また、光の入，出射面は、平面だけではなく、入射した
光を所望の位置に集光させるに適した形状に成形をする
ことで、回転角度の計測精度を向上させることができ
る。

円板の形状精度を向上させるために、低圧，低歪予備成
形を前提とした加圧成形を採用した。

この成形方法は、高圧加圧時の素材の流れる距離が短
く、回転軸に対して放射状となり、精密成形に適してい
る。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を、第１図〜第１３図により説明
する。本発明は回転あるいは直線いずれの移動体にも適
用されるが、実施例では便宜上回転の例について説明す
る。

まず、第１図に速度や位置制御用のモータの回転角度計
測用として使用される、本発明による回転角度計測用円
板の一実施例を示す。

モータのシヤフトに組付けるためのボス１とフランジ２
は、一体化成形されている。フランジ２には、計測レベ
ルに合わせて放射状に配置された凸面を有した細長いレ
ンズ部８が形成されている。このレンズ部８には、複数
のレンズに渡つて照射される光源３があり、出射側に
は、集光部４の光を検知する受光部５が配置されてい
る。

レンズ部８に照射された光源３は、レンズ部８の形状に
依つて集光され、マルチ集光線状となり、その光を受光
部５が検出し、モータの回転速度や位置を制御する。

第２図に、レンズ部８の拡大図を示す。

光源３は（レンズ部８の入射面６と、出射面７を透過す
ることにより集光され、線状の焦点（集光部４）を結
ぶ。出射面７には、各レンズを独立させるためのスリツ
トがあり、光の透過を妨げる為の遮光部９がある。受光
部５は、集光部４を順次検出する。

第３図の実施例は、光源３が平行光、または、平行光に
近い場合のレンズ部８の形状を示す。この場合、入射面
６は、平面であり、出射面７の凸面形状により集光部４
を得て、受光部５が検出をするものである。この場合
も、出射面７側に各レンズを独立させるためのスリツト
があり、光の透過を妨げる為の、遮光部９がある。

第４図の実施例は、一体成形をしたボス１付の透明な円
板の上面または下面に、放射状に、等間隔に設けた溝
に、遮光用の塗料を塗布する、あるいは、その溝部に反
射膜を生成して、遮光部９と、透過部１０を交互に設
け、光学的なスリツトを得た例である。上記遮光部９
は、出射面７側に設けると光の遮光が鋭くなり、検出精
度を向上させることができる。

第５図の実施例は、一体成形をしたボス１付の透明な円
板の上面、または、下面に放射状に等間隔に反射膜や、
乱反射膜１１を形成し、遮光部９，透過部１０を交互に
設けることにより、光学的なスリツトを得た例である。
上記と同様に、遮光部９，乱反射部１１は、出射面７側
に設けると光の遮光が鋭くなり、検出精度を向上させる
ことができる。

第６図の実施例は、平行光、あるいは、平行光に近い光
源３を使つたレンズ部８の形状を示す。入射面６は、平
面であり、等間隔に、放射状に溝部を設けてあり、出射
面７は、凸レンズ面となつていて、光を集光し、集光部
４を得ることができる。この集光部４を、受光部５が検
出する。この形状で、遮光部の幅（Ｄ）は下面レンズ間
の溝幅（ｄ）より等しいか、広くすることで、均一な平
行光を得ることができる。

第７図の実施例は、回転円板（フランジ２）の片面に、
等間隔で、鋭角の陵線を有した三角平面を形成した。

投光部１２から投光された光源３は、高反射部１３の、
ある一点で、受光部５で検出される。その他の点や、低
反射部では、光源３は、受光部５へ入射しない。上記の
中で、高反射部１３と低反射部１４は、絶対条件ではな
く、双方共高反射面でも可である。

第８図の実施例は、フランジ２に遮光塗料の塗布方法で
ある。ボス１端面とフランジ２の間に、塗料留り１６を
設け、その凹部に遮光塗料１５を滴下する。この時、フ
ランジ２は、回転させておくために、滴下された遮光塗
料１５は、遠心力によつて遮光部９へ流入し、塗布を完
了する。

第９図の実施例は、遮光部９および、透過部１０の形状
を示している。計測用円板をモールド成形する場合の金
型の駒の加工を容易に、かつ、精度よく行なうために、
透過部１０の形状は、円板の法線に対して平行にしてあ
る。

駒の加工を、平面研磨等で加工する場合も、砥石の走り
方向も単純となり、高精度加工が容易である。ただし、
遮光部９の形状は扇状となる。

第１０図の実施例は、計測用円板の成形方法について示
した。まず、低圧予備成形をしたブランクを金型内へ供
給し、圧縮成形をする。この方法では、ゲート（素材流
入）跡がなく、素材の流れ１７は、軸中心から放射状と
なり、素材内の背向や内部歪は均一となる。

第１１図の実施例は、計測用円板を、遮光素材１８を使
つて成形をした例であり、光を通過させるためのスリツ
ト１９を、放射状に等間隔を設けてある。

第１２図の実施例は、計測用円板の集光部４と受光部５
の検出感度を調整する目的で、レンズ部８と受光部５と
の間隔を調整するように、構成した例である。この場
合、光源３と、入射面６と出射面７と、遮光部９は同一
である。

第１３図の実施例は、フランジ２の面に、適当な回折格
子２０を設けることにより、光源３の回折光を発生さ
せ、回折０次光２１や、回折±１次光２２などの多次光
を検出することにより、微細な回転角を検出，計数する
ようにした例である。

第１４図の実施例は、フランジ２の、遮光部９と透過部
１０が交互に通過するところに、受光部５を設け、その
中に、正確に形成された複数の受光素子パターン２３が
ある。透過部１０を透過、あるいは、集光された光を順
次検出することで、微細な計数、あるいは、透過部のピ
ツチを大きくとることが可能である。この例で受光素子
パターン２３をδずらしたので、分解能（最小検出ピツ
チ）はδである。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、第１に移動体をプ
ラスチツク製として、その両面（入出射面）あるいはい
ずれか一方面に規則的なピツチで曲面と、この曲面より
も充分に幅の狭い平面を交互に形成し、この曲面部によ
つて集光された光を受光器で受け、これを電気信号に変
換し、平面部で遮光したので、正確な検出と分解能を高
めることができ、又、プラチツクでエツチング等の超精
密加工を不要としたので加工が極めて簡単になる効果が
ある。

更に、溝部（平面部）に塗料を塗布したので、更に、透
過部と遮光部の境界を明確に区別でき、光の干渉がなく
正確に検出でき、誤動作を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の、計測用円板の斜視図、第２
図は同レンズ部の拡大斜視図、第３図は同側面図、第４
図，第５図は同平面図および、断面側面図、第６図は同
側面図、第７図は同側面図、第８図は同斜視図、第９図
は同平面図、第１０図，第１１図は同斜視図、第１２図
は同側面図、第１３図は同側面図、第１４図は同平面図
である。１……ボス、２……フランジ、３……光源、４……集光
部、５……受光部、６……入射面、７……出射面、８…
…レンズ部、９……遮光部、１０……透過部、１１……
乱反射部、１２……投光部、１３……高反射部、１４…
…低反射部、１５……遮光塗料、１６……塗料留り、１
７……素材の流れ、１８……遮光素材、１９……スリツ
ト、２０……回折格子、２１……回折０次光、２２……
回折±１次光、２３……受光素子パターン。

フロントページの続き (72)発明者藤本勉茨城県日立市東多賀町１丁目１番１号株式会社日立製作所多賀工場内 (56)参考文献実開昭57−26008（ＪＰ，Ｕ) 特公昭49−534（ＪＰ，Ｂ１) 特公昭51−3191（ＪＰ，Ｂ１)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】投光器１２と、受光器５と、投光器１２と
受光器５との間に移動自在に置かれる移動体とを有する
移動体の位置や速度を光学的に検出する装置において、前記移動体は多数のレンズ部８を設けるとともにプラス
チックで形成し、レンズ部８の入射面６を平面状に、出
射面７を凸レンズ面状に形成し、各レンズ部８は放射状
に、かつ等間隔で配置し、隣接するレンズ部８の間に
は、出射面側に溝幅（ｄ）の溝部を、入射面側に溝幅
（Ｄ）を有する溝状の遮光部９をそれぞれ設けるととも
に（Ｄ）≧（ｄ）としたことを特徴とする移動体の位置
や速度を光学的に検出する装置。