JPH0829202A - ロータリエンコーダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 エネルギ消費を少なくした省エネ動作を行う
ことができるロータリエンコーダを提供する。 【構成】 照射手段30から照射され、光ディスク２から
反射又は透過した光エネルギーから得た情報を演算処理
する演算手段５からロータリエンコーダ１を構成する。
光ディスク上に、反射率等が、光ディスクの１周の間に
増加し続けるように、少なくとも３段階にわたって変化
する環状のパターンを設ける。バッテリ15を電源とする
省エネ動作時、照射手段をパルス駆動させ、環状のパタ
ーンを読み取る。最大の反射率等と最小の反射率等の変
化を検出し、光ディスクが１回転したと判定する。ま
た、最大から最小へ変化したことと、最小から最大へ変
化したことを判別することにより、光ディスクの回転方
向を判定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ロータリエンコーダに
関するものであり、更に詳しくは、光源、光学ヘッドと
光ディスクにより構成されるロータリエンコーダに関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、ロボット，ＮＣ工作機械等のＦＡ
分野で、小型、高分解能なロータリエンコーダが要求さ
れて来ている。従来、高分解能のタイプのロータリエン
コーダとして、例えば特開昭６１−１００６１１号公報
に示されるように、スリットパターンディスクを持った
光学式のものがある。このスリットは、高分解能の位置
検出情報を得るために回転角度を表す目盛りとして光デ
ィスクに刻まれている。発光部から発光された光がこの
ディスクを透過し、受光部でディスクのスリットを通っ
た光を読み取る。

【０００３】この方式であると、検出できるスリットの
大きさに限界があり、高分解能でしかも小型化にするに
は困難がある。そこで、本出願人は、光学ヘッドと光デ
ィスクを使った方式のロータリエンコーダを特願平５−
１１１５３７号として出願した。この発明によれば、上
記した従来技術における問題点を改良し、ロータリエン
コーダを小型化すると共に、修理等でロータリエンコー
ダを組み付ける場合に、スリットパターンディスクと機
械部との原点の位置調整を容易にすることの出来るロー
タリエンコーダを得ることができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この先
願の発明には主電源を切った時にエネルギの消費量を低
減させる省エネ動作の機能がないため、バッテリでバッ
クアップできる時間が短くなると言う問題がある。すな
わち、主電源を切った時でも、ロータリエンコーダが取
り付けられたロボット、ＮＣ工作機械が手などで回され
ることがある。この時、ロータリエンコーダは、バッテ
リのバックアップにより位置検出を行わなければならな
い。そして、上記各従来の技術は、いずれも省エネ動作
の機能がないため、バックアップ中も主電源が生きてい
る場合と同じ大きな電力量を消費し、バッテリでバック
アップできる時間が短くなる。

【０００５】本発明は、エネルギ消費を少なくした省エ
ネ動作を行うことができるロータリエンコーダを提供す
ることを目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、光ディスク、この光ディスクを回転させ
る駆動手段、前記光ディスクに光エネルギーを照射する
光照射手段、前記ディスクから反射され、又は透過した
前記光エネルギーを受光する受光手段、前記受光手段に
接続され、前記受光された光エネルギーから得た情報を
演算処理する演算手段とから構成されたロータリエンコ
ーダにおいて、前記光ディスク上に、反射率又は透過率
が、光ディスクの１周の間に増加し続ける又は１周の間
に減少し続けるように、少なくとも３段階にわたって変
化する環状のパターンを設ける。

【０００７】

【作用】ロータリエンコーダは、省エネ動作時、照射手
段をパルス照射に切り替える。演算手段は前記３段階に
わたって変化する環状のパターンを読み取る。光ディス
クが１回転すると、最大の反射率又は透過率と最小の反
射率又は透過率の間の変化が発生する。ロータリエンコ
ーダは、この変化を検出し、光ディスクが１回転したと
判定する。また、最大から最小へ変化したことと、最小
から最大へ変化したことを判別することにより、光ディ
スクの回転方向を判定する。

【０００８】

【実施例】以下に、本発明のロータリエンコーダを反射
式光ディスクを使った例について図面を参照しながら詳
細に説明する。

【０００９】（実施例１）図２は、ロータリエンコーダ
１の一具体例の構成を示す斜視図であり、図３は断面図
である。図中、２は光ディスクであり、光ディスク自身
の回転角度、回転方向、及び回転数に関する情報を与え
る基礎情報が記録されている。３は光ディスク２を回転
させるモータ等の駆動手段である。

【００１０】４は光学ヘッドであり、光ディスク２の表
面に光エネルギーを照射する光照射手段、光ディスク２
から反射された前記光エネルギーを受光する受光手段を
含む。５は演算手段であり、受光ヘッド４と接続され、
受光した光エネルギーから取り出した光ディスク２の回
転角度、回転方向、及び回転数に関する情報を演算処理
する。演算手段５及びその他の回路が回路基板６に実装
される。

【００１１】本発明において使用する光学ヘッド４の構
成の一具体例を図４に示す。光照射手段３０から放射さ
れた光エネルギーは集光光学系５０により所定のサイズ
に集光して、光ディスク２表面に照射させる。集光光学
系５０は、例えば、半導体レーザ等からなる光照射手段
３０からの光エネルギーを受けて、所定の径を持つコリ
メートビームを形成する為の、コリメートレンズ５１と
公知の構成を有する偏光ビームスプリッタ５２と、１／
４波長を有するλ／４板５３と前記コリメートビーム
を、ディスク２の所定の位置に照射する対物レンズ５４
とから構成されており、さらに係る集光光学系５０は、
光ディスク２から反射された光エネルギーを、入射され
るコリメートビームと偏光ビームスプリッタ５２で分離
して、ホトダイオード等から構成される受光手段４０に
入射される様に設けられたプリズム５５とから構成され
ている。対物レンズ５４は、アクチュエータ５６を有し
ている。

【００１２】図１に、本実施例のロータリエンコーダの
回路図を示す。図において、光学ヘッド４には、照射手
段３０、受光手段４０、集光光学系５０、アクチュエー
タ１１が設けられる。また、回路基板６には、演算手段
５の他に、光学ヘッド４のアクチュエータ１１を駆動す
るための駆動制御回路１２、光照射手段３０を連続照射
又はパルス照射させるための連続／パルス照射電源１３
が設けられる。

【００１３】また、光学ヘッド４と回路基板６上の各回
路に対する電源として、ロボット中に設けられた主電源
１４とロータリエンコーダ１のバックアップ用バッテリ
１５を切り換える電源切換回路１６が設けられる。ま
た、この電源切替回路１６からは、電源を切り替えたこ
との信号も、演算手段５等に供給される。光ディスク２
の構成の１例を図５〜図７に示す。

【００１４】図５に示すように、本実施例の光ディスク
２は、外側から第１のトラック７、第２のトラック群
８、第３のトラック９がそれぞれ環状に設けられる。第
１のトラック７は回転角度と回転方向を検出するための
パターンであり、第２のトラック８は複数の同心円状の
絶対番地信号列であり、第３のトラック９は省エネ動作
時の回転方向と回転数を検出するためのトラックであ
る。各トラックの一部Ａを拡大したものを図６に示す。

【００１５】第１のトラック７は、前述の特願平５−１
１１５３７号に詳細に記載されているので、ここでは簡
単な説明に止める。光ディスク２の特定の位置を基準位
置として、光ディスク２の周方向に、同じ長さのピット
７１が３個並べられる。続いて、３種類の長さを互いに
異にするピット７２，７３，７４を準備し、係る３種類
のピット７２，７３，７４をこの順に規則的に反復配列
して環状のパターンを形成する。

【００１６】これらのピットは、反射率の異なる領域を
それぞれ互いに、その形状、寸法、反射率等の少なくと
も何れかを変化させて形成させるものである。第２のト
ラック群８は、絶対角度読み取り用に信号を記録したも
ので、例えば１４本の同心円状のトラック群が設けられ
ており、それぞれのトラックにおいては、各環状部分即
ち、３６０°分を例えば８１９２に分割して、絶対角度
読み取り用に信号が記録されている角度カウント用ピッ
トが設けられているものである。

【００１７】第３のトラック９は省エネ動作時の回転方
向と回転数を検出するためのトラックである。この第３
のトラック９については、その全周を図７に示す。階段
状に３つ（角度１２０°）の異なる反射率レベルを有す
る部分２１，２２，２３から環状のパターンが形成され
る。このようなパターンは円盤状のガラス基板あるいは
プラスチック基板上にＣｒ，Ａｌ，Ａｕ等の金属反射膜
を蒸着し、フォトリソグラフ法でパターンをエッチング
して製作できる。またこの反射率を階段状にするには異
なる金属を蒸着やレーザビーム径よりも幅の小さいスリ
ット等のパターンを印刷することができる。

【００１８】なお、以下の説明においては、３つの反射
率の内、最も反射率の低い部分２１を反射率レベル１、
中間の部分２２を反射率レベル２、最も反射率の高い部
分２３を反射率レベル３と称して説明をする。ロータリ
エンコーダ１の不動作時には、光学ヘッド４は、第３の
トラック９の位置に置かれる。ロータリエンコーダ１が
始動すると、光学ヘッド４のアクチュエータ１１により
コリメートビームを光ディスク２の径方向の外側に移動
させる。この間、第２のトラック群８の１４本のトラッ
クの信号を読み取り、絶対角度を判断する。その後、光
学ヘッド４は第１のトラック７の位置において、光ディ
スク２の回転に伴って変化する検出信号を読み取って、
光ディスク２の回転角度、回転方向を検出する。

【００１９】次に、主電源１４が切られると、電源切替
回路１６は、バッテリ１５側から電力をロータリエンコ
ーダ１に供給し、切り替えたことを表す信号を出力す
る。光学ヘッド４は、駆動制御回路１２の制御により第
３のトラック９の位置に移動させられる。このバックア
ップ時の光ディスク２の回転数及び回転方向を検出する
操作手順を図８のフローチャートを参照しながら説明す
る。

【００２０】図８のフローは主電源ＯＦＦ時にスタート
し、光学ヘッド４から照射するレーザ光を連続照射か
ら、間欠的な照射即ちパルス照射に切り換える（ステッ
プＳ１）。次いで、光学ヘッド４の移動により、ビーム
スポットが第１のトラック７から第３のトラック９に移
動する（ステップＳ２）。光学ヘッド４から集光された
ビームスポットが照射され、第３のトラック９において
３つの異なる反射率を持った反射光が受光手段４０によ
り検出され（ステップＳ３）、演算手段５に導かれる。

【００２１】演算手段５では、３つの異なる反射率を持
ったトラックからの反射光強度を比較することにより、
回転方向を判定し（ステップＳ４）、反射率レベルが
１，２，３，１，２，３と増加で繰り返される場合右回
りと判断し、逆に３，２，１，３，２，１と減少で繰り
返される場合左回りと判断する。次に、反射率１と反射
率３の比較が行われる（ステップＳ５）。光ディスク２
が一周する間に反射率の変わり目が生じる。つまり、最
も高い反射率３と最も低い反射率１との間での変化が生
じる。ここで、反射率１から３へ変化した時、左回りで
１回転したと判定して、−１のカウントを行い（ステッ
プＳ６）、反射率３から１へ変化した時、右回りで１回
転したと判定して、＋１のカウントを行う（ステップＳ
７）。その後は、ステップＳ３へ戻り、同様の処理を反
復継続する。

【００２２】以上説明したように、省エネ動作時には、
ロータリエンコーダ１は、回転数及び回転方向のみの検
出を行う。ここで、省エネ動作が行える理由について説
明をする。本実施例の光ディスク２の第３のトラック９
は、１回転で３段階反射率を変化させる。したがって、
光照射手段３０のパルス周期は、光ディスク２の最大回
転時において１回転に３回発光するように選定される。
例えば光ディスク２の回転数が最大回転数４０００rpm
の場合、光照射手段３０は５msに１回点灯すればよいこ
ととなるので、パルス幅０．３μｓで動作電流５０mAの
レーザを使用すると平均で３μＡの消費電流になる。つ
まり、従来技術のように連続発振であると５０mAの消費
電流が必要であるのに対し、大幅にエネルギ消費を低減
することができる。このように本トラックのパターンを
変更し、このパターンにパルス光を照射することによ
り、通常動作時のように連続照射をする場合に比べて大
幅の省エネ効果がある。

【００２３】〔実施例２〕本願発明の第２の実施例につ
いて図９を用いて説明する。図９のフローチャートは、
前記実施例１とは回転数をカウントする部分が異なる。
図９のステップＳ１から３までは、前記実施例１の図８
のフローチャートと同様である。図９においては、回転
方向と回転数のカウントを１つのステップ（ステップＳ
１１）で行う。反射率レベルが３から１に変化すれば右
回りと判断し＋１カウントする（ステップＳ１３）。逆
に反射率レベルが１から３に変化すれば左回りと判断し
−１カウントする（ステップＳ１２）。

【００２４】〔実施例３〕前記実施例１においては、第
３のトラック９の反射率を３つの段階的に変化するよう
にしているが、この第３のトラック９は種々の形態で実
現することができる。例えば、４段階以上に、さらには
徐々に反射率が変化するようにすることができる。徐々
に反射率が変化する場合、環状パターンは反射膜を蒸着
することにより形成することができる。また、４段階以
上とする場合、ラインアンドスペース、またはライン、
またはスペースの周方向の幅が徐々に変化するようにパ
ターンを形成することができる。さらに、ドットのよう
にし、そのドットの占める面積比を変化させながら環状
に形成する。

【００２５】そしてこのトラックからの反射光を比較
し、回転方向と回転数のカウントを行うには、図９のフ
ローチャートに従った動作を行わせれば良い。例えば反
射率が最も高いレベルから最も低いレベルに変化すれば
右回りと判断し＋１カウントする。逆に反射率が最も低
いレベルから最も高いレベルに変化すれば左回りと判断
し−１カウントする。

【００２６】以上、本発明の実施例について説明をして
きたが、本発明は、特許請求の範囲に記載された範囲内
において種々変更が可能である。例えば、上記の説明で
は、光ディスクは反射式光ディスクを使用しているが、
スリットを使用した透過式光ディスクを使用して本発明
を実現することもできる。

【００２７】

【発明の効果】本発明によれば、エネルギ消費を少なく
した省エネ動作を行うことができるロータリエンコーダ
を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のロータリエンコーダの実施例の回路
図。

【図２】本発明のロータリエンコーダの実施例の斜視
図。

【図３】図２のロータリエンコーダの断面図。

【図４】図１のロータリエンコーダにおける光学ヘッド
の構成を説明する図。

【図５】図１の光ディスクのトラックの構成を説明する
斜視図。

【図６】図５のトラックの一部を拡大した図。

【図７】図５の第３のトラックを説明するための図。

【図８】本発明の実施例１の動作を説明するためのフロ
ーチャート。

【図９】本発明の実施例２の動作を説明するためのフロ
ーチャート。

【符号の説明】

１…ロータリエンコーダ ２…光ディスク ３…駆動手段 ４…光学ヘッド ５…演算制御手段 ６…回路基板 ７，８，９…トラック １１…アクチュエータ １２…駆動制御回路 １３…連続／パルス照射電源 １４…主電源 １５…バッテリ １６…電源切換回路 ３０…光照射手段 ４０…受光手段 ５０…集光光学系

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０１Ｄ 5/34

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光ディスク、この光ディスクを回転させ
   る駆動手段、前記ディスクに光エネルギーを照射する光
   照射手段、前記光ディスクから反射され、又は透過した
   前記光エネルギーを受光する受光手段、前記受光手段に
   接続され、前記受光された光エネルギーから得た情報を
   演算処理する演算手段とから構成されたロータリエンコ
   ーダにおいて、前記光ディスク上に、反射率又は透過率
   が、光ディスクの１周の間に増加し続ける又は１周の間
   に減少し続けるように、少なくとも３段階にわたって変
   化する環状のパターンを設けたことを特徴とするロータ
   リエンコーダ。
2. 【請求項２】 前記環状のパターンは、反射率又は透過
   率が階段状に変化するものであることを特徴とする請求
   項１記載のロータリエンコーダ。
3. 【請求項３】 前記環状のパターンは、反射率又は透過
   率が連続的に変化するものであることを特徴とする請求
   項１記載のロータリエンコーダ。
4. 【請求項４】 前記環状のパターンは、反射率の異なる
   金属で形成されていることを特徴とする請求項１記載の
   ロータリエンコーダ。
5. 【請求項５】 前記環状のパターンは、照射される光の
   スポット径と比較して小さなスリット又は格子又はドッ
   トにより形成されることを特徴とする請求項１記載のロ
   ータリエンコーダ。