JPH09287978A - 光学式エンコーダ - Google Patents
光学式エンコーダInfo
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- JPH09287978A JPH09287978A JP12635996A JP12635996A JPH09287978A JP H09287978 A JPH09287978 A JP H09287978A JP 12635996 A JP12635996 A JP 12635996A JP 12635996 A JP12635996 A JP 12635996A JP H09287978 A JPH09287978 A JP H09287978A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高分解能で、移動スリットディスクと固定ス
リットディスクの間のギャップを広くとることができる
光学式エンコーダを提供する。 【解決手段】 ３格子光学系の光学式エンコーダにおい
て、受光素子４Ａ，４Ｂは、光源３から移動スリットデ
ィスク１に垂直な方向に向かう中心線８からの距離を移
動スリットディスク１および固定スリットディスク２の
屈折率の関数として求めた位置に配置してあるものであ
る。
リットディスクの間のギャップを広くとることができる
光学式エンコーダを提供する。 【解決手段】 ３格子光学系の光学式エンコーダにおい
て、受光素子４Ａ，４Ｂは、光源３から移動スリットデ
ィスク１に垂直な方向に向かう中心線８からの距離を移
動スリットディスク１および固定スリットディスク２の
屈折率の関数として求めた位置に配置してあるものであ
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、拡散光源と３格子
光学系を備えた光学式エンコーダに関する。
光学系を備えた光学式エンコーダに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、光源と受光素子との間に３個のス
リットを設けてあるエンコーダの光学系は、３格子シス
テムと呼ばれ、その基本原理は、SPIE Vol.136 1st Eur
opeanCongress on Optics Applied to Metrology (197
7),pp325-332 に示されている。図３は先の論文で開示
された光学システムである。この図において、１１は第
１のスリット、２１は第２のスリット（光源スリッ
ト）、２２は第３のスリット（インデックススリッ
ト）、３０は光源である。第１のスリット１１と光源３
０との間に第２のスリット２１を配置し、第１のスリッ
ト１１と第２のスリット２１との距離をｕ，第１のスリ
ット１１に対して第２のスリット２１と反対位置に第３
のスリット２２を配置し、第１のスリット１１と第３の
スリット２２との距離をｖとする。第１のスリット１１
のスリットピッチをｐ1 、第２のスリットピッチをｐ
2 、第３のスリットピッチをｐ3 とし、ｕ＝ｖとした場
合、 ｐ1 ：ｐ2 ：ｐ3 ＝１：１：１ とすると、検出信号ピッチは光学的に２分割され、ｐ1
／２となり、この光学系は回折効果的システムと呼ばれ
ている。また、ｐ1 ：ｐ2 ：ｐ3 ＝１：２：２ とする
と、検出信号ピッチはｐ1 となり、この光学系は幾何光
学的システムと呼ばれている。この光学系で、ｕ＝ｖの
条件を得るための方法としては、図４に示すように、拡
散光源３を用いて、固定スケール２５上に第２のスリッ
ト２１と第３のスリット２２を配置し、拡散光源３から
出た光が第２のスリット２１を透過し、移動スケール１
３上の第１のスリット１１を反射した光が第３のスリッ
ト２２を透過するような反射型光学系を形成すればよ
く、これも先の論文に開示されている。
リットを設けてあるエンコーダの光学系は、３格子シス
テムと呼ばれ、その基本原理は、SPIE Vol.136 1st Eur
opeanCongress on Optics Applied to Metrology (197
7),pp325-332 に示されている。図３は先の論文で開示
された光学システムである。この図において、１１は第
１のスリット、２１は第２のスリット（光源スリッ
ト）、２２は第３のスリット（インデックススリッ
ト）、３０は光源である。第１のスリット１１と光源３
０との間に第２のスリット２１を配置し、第１のスリッ
ト１１と第２のスリット２１との距離をｕ，第１のスリ
ット１１に対して第２のスリット２１と反対位置に第３
のスリット２２を配置し、第１のスリット１１と第３の
スリット２２との距離をｖとする。第１のスリット１１
のスリットピッチをｐ1 、第２のスリットピッチをｐ
2 、第３のスリットピッチをｐ3 とし、ｕ＝ｖとした場
合、 ｐ1 ：ｐ2 ：ｐ3 ＝１：１：１ とすると、検出信号ピッチは光学的に２分割され、ｐ1
／２となり、この光学系は回折効果的システムと呼ばれ
ている。また、ｐ1 ：ｐ2 ：ｐ3 ＝１：２：２ とする
と、検出信号ピッチはｐ1 となり、この光学系は幾何光
学的システムと呼ばれている。この光学系で、ｕ＝ｖの
条件を得るための方法としては、図４に示すように、拡
散光源３を用いて、固定スケール２５上に第２のスリッ
ト２１と第３のスリット２２を配置し、拡散光源３から
出た光が第２のスリット２１を透過し、移動スケール１
３上の第１のスリット１１を反射した光が第３のスリッ
ト２２を透過するような反射型光学系を形成すればよ
く、これも先の論文に開示されている。
【０００３】次に、図２に基づいてロータリエンコーダ
に適用する反射型の３格子光学系の従来例を説明する。
図において、１は移動スリットディスク、２は固定スリ
ットディスク、３は光源、４Ａ，４Ｂは受光素子であ
る。移動スリットディスク１は回転体６に結合したシャ
フト５に取りつけられている。この移動スリットディス
ク１と対向した位置に光源３と受光素子４Ａ，４Ｂを固
定し、移動スリットディスク１と光源３、受光素子４
Ａ，４Ｂとの間に固定スリットディスク２を固定してあ
る。移動スリットディスク１と対向した位置に光源３と
受光素子４Ａ，４Ｂを固定し、移動スリットディスク１
と光源３、受光素子４Ａ，４Ｂとの間に固定スリットデ
ィスク２を固定する。移動スリットディスク１上には回
転スリットである第１のスリット１１がクロム蒸着等に
より形成されている。また、固定スリットディスク２上
には光源スリットである第２のスリット２１と、インデ
ックススリットである第３のスリット２２Ａ，２２Ｂが
第のスリット２１と同様にクロム蒸着等により形成され
ている。
に適用する反射型の３格子光学系の従来例を説明する。
図において、１は移動スリットディスク、２は固定スリ
ットディスク、３は光源、４Ａ，４Ｂは受光素子であ
る。移動スリットディスク１は回転体６に結合したシャ
フト５に取りつけられている。この移動スリットディス
ク１と対向した位置に光源３と受光素子４Ａ，４Ｂを固
定し、移動スリットディスク１と光源３、受光素子４
Ａ，４Ｂとの間に固定スリットディスク２を固定してあ
る。移動スリットディスク１と対向した位置に光源３と
受光素子４Ａ，４Ｂを固定し、移動スリットディスク１
と光源３、受光素子４Ａ，４Ｂとの間に固定スリットデ
ィスク２を固定する。移動スリットディスク１上には回
転スリットである第１のスリット１１がクロム蒸着等に
より形成されている。また、固定スリットディスク２上
には光源スリットである第２のスリット２１と、インデ
ックススリットである第３のスリット２２Ａ，２２Ｂが
第のスリット２１と同様にクロム蒸着等により形成され
ている。
【０００４】次に動作について説明する。光源３は拡散
光を出射する点光源であり、この光源３から出射された
光線７は固定スリットディスク２上の第２のスリット２
１を透過する。この第２のスリット２１は光源スリット
で、線光源列を形成する働きをする。この第２のスリッ
ト２１を透過した光線７は移動スリットディスク１上の
第１のスリット１１に当たり、反射して第３のスリット
２２Ａ，２２Ｂを透過する。ここで、第３のスリット２
２Ａ，２２Ｂはインデックススリットの動作を行い、検
出信号の位相差が９０°になるように形成されている。
この第３のスリット２２Ａ，２２Ｂを透過した光線７は
それぞれ受光素子４Ａ，４Ｂに入射し、入射した光線７
の光量変化を電気信号に変換する。図２は反射型の３格
子光学系のエンコーダを示しているが、第１のスリット
１１、第２のスリット２１、第３のスリット２２、光源
３の位置関係が複雑になるので、位置関係を簡単にする
ために、原理が同じである図５に示す透過型の３格子光
学系で説明する。第１のスリット１１、第２のスリット
２１、第３のスリット２２を平行に配置し、光源３から
第２のスリット２１を光軸方向距離Ｌ1 上に配置し、こ
の第２のスリット２１の中心点Ｏ0 から半径ｒL の円周
上に形成する。つぎに、第１のスリット１１を第２のス
リット２１から光軸方向距離Ｌ2 上に配置し、光源３か
ら光線７１が移動スリットディスク１上の第１のスリッ
ト１１に垂直に交わる点と回転スリット中心点Ｏ1 との
距離をｒR とし、この中心点Ｏ1 から半径ｒR の円周上
に回転スリットを形成する。また、第３のスリット２２
Ａ，２２Ｂを第２のスリット２１と同じ平面上に配置す
るため、第１のスリット１１から距離Ｌ2 上に配置し、
この第３のスリット２２Ａ，２２Ｂの中心点Ｏ2 から半
径ｒI の円周上に形成する。
光を出射する点光源であり、この光源３から出射された
光線７は固定スリットディスク２上の第２のスリット２
１を透過する。この第２のスリット２１は光源スリット
で、線光源列を形成する働きをする。この第２のスリッ
ト２１を透過した光線７は移動スリットディスク１上の
第１のスリット１１に当たり、反射して第３のスリット
２２Ａ，２２Ｂを透過する。ここで、第３のスリット２
２Ａ，２２Ｂはインデックススリットの動作を行い、検
出信号の位相差が９０°になるように形成されている。
この第３のスリット２２Ａ，２２Ｂを透過した光線７は
それぞれ受光素子４Ａ，４Ｂに入射し、入射した光線７
の光量変化を電気信号に変換する。図２は反射型の３格
子光学系のエンコーダを示しているが、第１のスリット
１１、第２のスリット２１、第３のスリット２２、光源
３の位置関係が複雑になるので、位置関係を簡単にする
ために、原理が同じである図５に示す透過型の３格子光
学系で説明する。第１のスリット１１、第２のスリット
２１、第３のスリット２２を平行に配置し、光源３から
第２のスリット２１を光軸方向距離Ｌ1 上に配置し、こ
の第２のスリット２１の中心点Ｏ0 から半径ｒL の円周
上に形成する。つぎに、第１のスリット１１を第２のス
リット２１から光軸方向距離Ｌ2 上に配置し、光源３か
ら光線７１が移動スリットディスク１上の第１のスリッ
ト１１に垂直に交わる点と回転スリット中心点Ｏ1 との
距離をｒR とし、この中心点Ｏ1 から半径ｒR の円周上
に回転スリットを形成する。また、第３のスリット２２
Ａ，２２Ｂを第２のスリット２１と同じ平面上に配置す
るため、第１のスリット１１から距離Ｌ2 上に配置し、
この第３のスリット２２Ａ，２２Ｂの中心点Ｏ2 から半
径ｒI の円周上に形成する。
【０００５】この光学系において、第２のスリット２１
と第１のスリット１１のスリットピッチ（格子定数）Ｐ
が同じ場合、回折効果的システムの光学系となり、第３
のスリット２２Ａ，２２Ｂ面上に同じスリットピッチＰ
の像が形成される。第３のスリット２２Ａ，２２Ｂをス
リットピッチＰにすると、第３のスリット２２Ａ，２２
Ｂを透過した光強度は、回転スリット１ピッチの移動で
２周期分の変化をする光強度となる。またこのようなス
リットピッチの関係にすると、第１のスリット１１と第
２、第３のスリット２１、２２Ａ，２２Ｂの間隔を大き
く（例えば数十μｍのスリットピッチで数ｍｍ間隔）と
っても、高いＳ／Ｎ比の出力信号が得られる。このよう
な特性を得るために、第１のスリット１１と第２のスリ
ット２１と第３のスリット２２Ａ，２２Ｂのスリットピ
ッチを等しくすればよいが、図５に示すように、第２の
スリット２１の半径ｒL と、第３のスリット２２Ａ，２
２Ｂの半径ｒI が、 ｒL ＝Ｌ1 ・ｒR ／（Ｌ1 ＋Ｌ2 ）， ｒI ＝（Ｌ1 ＋２Ｌ2 ）ｒR ／（Ｌ1 ＋Ｌ2 ） の関係になるように配置し、このときの第１のスリット
１１の１回転あたりの分割数をＮ、第２のスリット２１
の１回転あたりの分割数をＮL 、第３のスリット２２
Ａ，２２Ｂの１回転あたりの分割数をＮI としたとき、
ＮL ＝（ｒL ／ｒR ）Ｎ、 ＮI ＝（ｒI ／ｒR ）
Ｎ とし、ｒL の中心点Ｏ2 を第１のスリット１１の
中心点Ｏ1 と光源３とを結ぶ直線上の光源３から移動ス
リットディスク１の方向の距離Ｌ1 上に、またｒI の中
心点Ｏ3 を中心点Ｏ1 と光源３とを結ぶ直線上で光線７
１が第１のスリット１１を反射する方向の第１のスリッ
ト１１から距離Ｌ2 上に配置する。このような構成によ
り、光源３と第２スリット２１上の点ａ21とを結ぶ直線
７ａと第１のスリット１１との交点をａ11、直線７ａと
第３のスリット２２ａの交点をａ31とすると、これらの
点を通る各々のスリットの円周上のスリットピッチはす
べて等しくなる。また、光源３と第２のスリット２１上
の点ａ22とを結ぶ直線７ｂと第１のスリット１１との交
点をａ12、この直線７ｂと第３のスリット２２ａの交点
をａ32とすると、これらの点を通る各々のスリットの円
周上のスリットピッチも同様にすべて等しくなる。
と第１のスリット１１のスリットピッチ（格子定数）Ｐ
が同じ場合、回折効果的システムの光学系となり、第３
のスリット２２Ａ，２２Ｂ面上に同じスリットピッチＰ
の像が形成される。第３のスリット２２Ａ，２２Ｂをス
リットピッチＰにすると、第３のスリット２２Ａ，２２
Ｂを透過した光強度は、回転スリット１ピッチの移動で
２周期分の変化をする光強度となる。またこのようなス
リットピッチの関係にすると、第１のスリット１１と第
２、第３のスリット２１、２２Ａ，２２Ｂの間隔を大き
く（例えば数十μｍのスリットピッチで数ｍｍ間隔）と
っても、高いＳ／Ｎ比の出力信号が得られる。このよう
な特性を得るために、第１のスリット１１と第２のスリ
ット２１と第３のスリット２２Ａ，２２Ｂのスリットピ
ッチを等しくすればよいが、図５に示すように、第２の
スリット２１の半径ｒL と、第３のスリット２２Ａ，２
２Ｂの半径ｒI が、 ｒL ＝Ｌ1 ・ｒR ／（Ｌ1 ＋Ｌ2 ）， ｒI ＝（Ｌ1 ＋２Ｌ2 ）ｒR ／（Ｌ1 ＋Ｌ2 ） の関係になるように配置し、このときの第１のスリット
１１の１回転あたりの分割数をＮ、第２のスリット２１
の１回転あたりの分割数をＮL 、第３のスリット２２
Ａ，２２Ｂの１回転あたりの分割数をＮI としたとき、
ＮL ＝（ｒL ／ｒR ）Ｎ、 ＮI ＝（ｒI ／ｒR ）
Ｎ とし、ｒL の中心点Ｏ2 を第１のスリット１１の
中心点Ｏ1 と光源３とを結ぶ直線上の光源３から移動ス
リットディスク１の方向の距離Ｌ1 上に、またｒI の中
心点Ｏ3 を中心点Ｏ1 と光源３とを結ぶ直線上で光線７
１が第１のスリット１１を反射する方向の第１のスリッ
ト１１から距離Ｌ2 上に配置する。このような構成によ
り、光源３と第２スリット２１上の点ａ21とを結ぶ直線
７ａと第１のスリット１１との交点をａ11、直線７ａと
第３のスリット２２ａの交点をａ31とすると、これらの
点を通る各々のスリットの円周上のスリットピッチはす
べて等しくなる。また、光源３と第２のスリット２１上
の点ａ22とを結ぶ直線７ｂと第１のスリット１１との交
点をａ12、この直線７ｂと第３のスリット２２ａの交点
をａ32とすると、これらの点を通る各々のスリットの円
周上のスリットピッチも同様にすべて等しくなる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来技
術では、移動または移動スリットディスク、固定スリッ
トディスクに厚みのあるガラス等の材料を用いた場合の
屈折率の影響を無視しており、これにより、移動または
移動スリットディスク上の第１のスリット、光源スリッ
トである第２のスリット、インデックススリットである
第３のスリットの設計光路上と屈折率の影響を受けた実
際の光路が一致せず、図６に示すように、Ｓ／Ｎ比のピ
ーク点が、移動スリットと固定スリットとの位置調整、
すなわちアライメントにより各相で異なり、最適なアラ
イメント設定が得られないという問題があった。本発明
は、３格子光学系にスリットディスクの屈折率の影響を
考慮することで、より高分解能で、移動スリットディス
クと固定ディスクの間のギャップを広くとることができ
る光学式エンコーダを提供することを目的とするもので
ある。
術では、移動または移動スリットディスク、固定スリッ
トディスクに厚みのあるガラス等の材料を用いた場合の
屈折率の影響を無視しており、これにより、移動または
移動スリットディスク上の第１のスリット、光源スリッ
トである第２のスリット、インデックススリットである
第３のスリットの設計光路上と屈折率の影響を受けた実
際の光路が一致せず、図６に示すように、Ｓ／Ｎ比のピ
ーク点が、移動スリットと固定スリットとの位置調整、
すなわちアライメントにより各相で異なり、最適なアラ
イメント設定が得られないという問題があった。本発明
は、３格子光学系にスリットディスクの屈折率の影響を
考慮することで、より高分解能で、移動スリットディス
クと固定ディスクの間のギャップを広くとることができ
る光学式エンコーダを提供することを目的とするもので
ある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、相対的に移動する一方の部材に固定され
た移動スリットディスクと、前記移動スリットディスク
の移動方向に配列された複数の格子を持つ反射型の第１
のスリットと、前記移動スリットディスク面に対して垂
直方向から拡散光を射出する光源と、相対的に移動する
他方の部材に固定され、前記光源と前記移動スリットデ
ィスクとの間に空隙を介して前記移動スリットディスク
に対して平行に配置された固定スリットディスクと、前
記第１のスリットに対向するように前記固定スリットデ
ィスク上に形成され、前記拡散光を透過する第２のスリ
ットおよび前記第１のスリットで反射された反射光を透
過する第３のスリットと、前記第３のスリットを透過し
た透過光を検出する受光素子とを備えた光学式エンコー
ダにおいて、前記受光素子は、前記光源から前記移動ス
リットディスクに垂直な方向に向かう中心線からの距離
を前記移動スリットディスクおよび前記固定スリットデ
ィスクの屈折率の関数として求めた位置に配置してある
ものである。
め、本発明は、相対的に移動する一方の部材に固定され
た移動スリットディスクと、前記移動スリットディスク
の移動方向に配列された複数の格子を持つ反射型の第１
のスリットと、前記移動スリットディスク面に対して垂
直方向から拡散光を射出する光源と、相対的に移動する
他方の部材に固定され、前記光源と前記移動スリットデ
ィスクとの間に空隙を介して前記移動スリットディスク
に対して平行に配置された固定スリットディスクと、前
記第１のスリットに対向するように前記固定スリットデ
ィスク上に形成され、前記拡散光を透過する第２のスリ
ットおよび前記第１のスリットで反射された反射光を透
過する第３のスリットと、前記第３のスリットを透過し
た透過光を検出する受光素子とを備えた光学式エンコー
ダにおいて、前記受光素子は、前記光源から前記移動ス
リットディスクに垂直な方向に向かう中心線からの距離
を前記移動スリットディスクおよび前記固定スリットデ
ィスクの屈折率の関数として求めた位置に配置してある
ものである。
【０００８】また、前記受光素子は、x 0 を前記光源か
ら前記中心線に対して角度θの広がり角をもつ光線が前
記第２のスリット面に入射する点Ｑ0 と前記第２のスリ
ット面上で前記中心線が交わる点Ｏ0 との間の距離、x
1 を前記固定スリットディスク２から出た前記中心線に
対して角度θの広がり角をもつ光線が前記固定スリット
ディスクを透過して前記第１のスリットと交わる点Ｑ1
と前記第１のスリット面上で前記中心線が交わる点Ｏ1
との間の距離、x 2 を前記移動スリットディスク１から
出た前記中心線に対して角度θの広がり角をもつ光線が
前記移動スリットディスクを透過し、前記第１のスリッ
トを反射して前記第２のスリットと交わる点Ｑ2 と前記
第２のスリット面上で前記中心線が交わる点Ｏ2 との間
の距離、ｘ3 を前記固定スリットディスク２から出た前
記中心線に対して角度θの広がり角をもつ光線が前記受
光素子面上で交わる点Ｑ3 と前記受光素子面が前記中心
線と交わる点Ｏ3 との間の距離、Ｌ1 を光源と第２のス
リット間距離、Ｌ2 を第１のスリットと第２のスリット
間距離、Ｌ3 を第３のスリットと受光素子面間距離、d
1 を固定スリットディスク厚、d 2 を移動スリットディ
スク厚、θを光源からの光線が各スリット面に垂直に入
射する線に対するＱ 0点を通る光線の広がり角、n 1 を
固定スリットディスクの屈折率、n 2 を移動スリットデ
ィスクの屈折率としたとき、前記中心線から前記受光素
子の配置されている位置までの距離ｘ3 が、
ら前記中心線に対して角度θの広がり角をもつ光線が前
記第２のスリット面に入射する点Ｑ0 と前記第２のスリ
ット面上で前記中心線が交わる点Ｏ0 との間の距離、x
1 を前記固定スリットディスク２から出た前記中心線に
対して角度θの広がり角をもつ光線が前記固定スリット
ディスクを透過して前記第１のスリットと交わる点Ｑ1
と前記第１のスリット面上で前記中心線が交わる点Ｏ1
との間の距離、x 2 を前記移動スリットディスク１から
出た前記中心線に対して角度θの広がり角をもつ光線が
前記移動スリットディスクを透過し、前記第１のスリッ
トを反射して前記第２のスリットと交わる点Ｑ2 と前記
第２のスリット面上で前記中心線が交わる点Ｏ2 との間
の距離、ｘ3 を前記固定スリットディスク２から出た前
記中心線に対して角度θの広がり角をもつ光線が前記受
光素子面上で交わる点Ｑ3 と前記受光素子面が前記中心
線と交わる点Ｏ3 との間の距離、Ｌ1 を光源と第２のス
リット間距離、Ｌ2 を第１のスリットと第２のスリット
間距離、Ｌ3 を第３のスリットと受光素子面間距離、d
1 を固定スリットディスク厚、d 2 を移動スリットディ
スク厚、θを光源からの光線が各スリット面に垂直に入
射する線に対するＱ 0点を通る光線の広がり角、n 1 を
固定スリットディスクの屈折率、n 2 を移動スリットデ
ィスクの屈折率としたとき、前記中心線から前記受光素
子の配置されている位置までの距離ｘ3 が、
【０００９】
【数２】
【００１０】で表される位置に配置されているものであ
る。
る。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示す実施例に
ついて説明する。図１は本発明の実施例の構成を説明す
る説明図である。なお、図１は説明し易いように透過型
３格子光学系で示してあるが、実際には従来例で説明し
た図２と同様の配置になっており、回転体の回転角を検
出するロータリエンコーダに適用したときの構成を示し
ている。図において、１は光反射型の厚さｄ2 のガラス
板からなる移動スリットディスクで、回転体６に結合し
たシャフト５に取り付けられている。２は厚さｄ1 のガ
ラス板からなる固定スリットディスク、３は光源、４
Ａ、４Ｂは受光素子で、移動スリットディスク１と対向
した位置に光源３と受光素子４Ａ、４Ｂを固定し、移動
スリットディスク１と光源３および受光素子４Ａ、４Ｂ
との間に固定スリットディスク２を固定してある。移動
スリットディスク１上には移動スリットである第１のス
リット１１がクロム蒸着等により形成されている。また
固定スリットディスク２上には光源スリットである第２
のスリット２１とインデックススリットである第３のス
リット２２（２２Ａ、２２Ｂ）が第１のスリットと同様
にクロム蒸着等により形成されている。
ついて説明する。図１は本発明の実施例の構成を説明す
る説明図である。なお、図１は説明し易いように透過型
３格子光学系で示してあるが、実際には従来例で説明し
た図２と同様の配置になっており、回転体の回転角を検
出するロータリエンコーダに適用したときの構成を示し
ている。図において、１は光反射型の厚さｄ2 のガラス
板からなる移動スリットディスクで、回転体６に結合し
たシャフト５に取り付けられている。２は厚さｄ1 のガ
ラス板からなる固定スリットディスク、３は光源、４
Ａ、４Ｂは受光素子で、移動スリットディスク１と対向
した位置に光源３と受光素子４Ａ、４Ｂを固定し、移動
スリットディスク１と光源３および受光素子４Ａ、４Ｂ
との間に固定スリットディスク２を固定してある。移動
スリットディスク１上には移動スリットである第１のス
リット１１がクロム蒸着等により形成されている。また
固定スリットディスク２上には光源スリットである第２
のスリット２１とインデックススリットである第３のス
リット２２（２２Ａ、２２Ｂ）が第１のスリットと同様
にクロム蒸着等により形成されている。
【００１２】次にこの実施例の動作について説明する。
光源３は拡散光源であり、この光源３から出射された光
線７は固定スリットディスク２上の第２のスリット２１
を透過する。この第２のスリット２１は光源スリットで
線光源列を形成する働きをする。この第２スリット２１
を透過した光線７は固定スリットディスク２によって屈
折して出射し、移動スリットディスク１に入射した後、
移動スリットディスク１によって屈折して、移動スリッ
トディスク１上の第１のスリット１１に当たり、反射す
る。反射した光線７は再び移動スリットディスク１で屈
折して固定スリットディスク２に入射し、固定ディスク
２で屈折して第３のスリット２２（２２Ａ、２２Ｂ）を
透過する。ここで、第３のスリット２２（２２Ａ、２２
Ｂ）はインデックススリットの動作を行い、２２Ａと２
２Ｂは検出信号の位相差が９０゜になるように形成され
ている。この第３のスリット２２Ａ、２２Ｂを透過した
光線７はそれぞれ受光素子４Ａ、４Ｂに入射し、入射し
た光線７の光量変化を電気信号に変換する。
光源３は拡散光源であり、この光源３から出射された光
線７は固定スリットディスク２上の第２のスリット２１
を透過する。この第２のスリット２１は光源スリットで
線光源列を形成する働きをする。この第２スリット２１
を透過した光線７は固定スリットディスク２によって屈
折して出射し、移動スリットディスク１に入射した後、
移動スリットディスク１によって屈折して、移動スリッ
トディスク１上の第１のスリット１１に当たり、反射す
る。反射した光線７は再び移動スリットディスク１で屈
折して固定スリットディスク２に入射し、固定ディスク
２で屈折して第３のスリット２２（２２Ａ、２２Ｂ）を
透過する。ここで、第３のスリット２２（２２Ａ、２２
Ｂ）はインデックススリットの動作を行い、２２Ａと２
２Ｂは検出信号の位相差が９０゜になるように形成され
ている。この第３のスリット２２Ａ、２２Ｂを透過した
光線７はそれぞれ受光素子４Ａ、４Ｂに入射し、入射し
た光線７の光量変化を電気信号に変換する。
【００１３】次に、第１のスリット１１、第２のスリッ
ト２１、第３のスリット２２、光源３、受光素子４Ａ，
４Ｂの配置方法を説明する。まず、第１のスリット１
１、第２のスリット２１、第３のスリット２２を平行に
配置し、光源３から第１のスリット１１、第２のスリッ
ト２１、第３のスリット２２の中心を結ぶ中心線８はそ
れぞれのスリットに対して垂直になるようにしてある。
第２のスリット２１を光源３から距離Ｌ1 上に配置し、
この第２のスリット２１上の光線７と交わる点Ｑ0 と中
心線８との間の距離をx 0 とし、中心線８と光線７の間
の角度をθとする。つぎに第１のスリット１１を第２の
スリット２１から距離Ｌ2 上に配置し、前記点Ｑ0 を透
過した光線７が移動スリットディスク１上の第１のスリ
ット１１と交わる点Ｑ1 と中心線８との間の距離をx 1
とする。また第３のスリット２２Ａ、２２Ｂを第２のス
リット２１と同じ平面上に配置するため、第１のスリッ
ト１１から距離Ｌ2 上に配置し、点Ｑ1 を反射した光線
７がこの第３のスリット２２Ａ、２２Ｂと交わる点Ｑ2
と中心線８との距離をx 2 とする。さらに点Ｑ2 を透過
した光線７が第３のスリット２２Ａ、２２Ｂから距離Ｌ
3 の位置にある受光素子４Ａ、４Ｂに入射する点Ｑ3 と
中心線８との距離をx 3 とする。
ト２１、第３のスリット２２、光源３、受光素子４Ａ，
４Ｂの配置方法を説明する。まず、第１のスリット１
１、第２のスリット２１、第３のスリット２２を平行に
配置し、光源３から第１のスリット１１、第２のスリッ
ト２１、第３のスリット２２の中心を結ぶ中心線８はそ
れぞれのスリットに対して垂直になるようにしてある。
第２のスリット２１を光源３から距離Ｌ1 上に配置し、
この第２のスリット２１上の光線７と交わる点Ｑ0 と中
心線８との間の距離をx 0 とし、中心線８と光線７の間
の角度をθとする。つぎに第１のスリット１１を第２の
スリット２１から距離Ｌ2 上に配置し、前記点Ｑ0 を透
過した光線７が移動スリットディスク１上の第１のスリ
ット１１と交わる点Ｑ1 と中心線８との間の距離をx 1
とする。また第３のスリット２２Ａ、２２Ｂを第２のス
リット２１と同じ平面上に配置するため、第１のスリッ
ト１１から距離Ｌ2 上に配置し、点Ｑ1 を反射した光線
７がこの第３のスリット２２Ａ、２２Ｂと交わる点Ｑ2
と中心線８との距離をx 2 とする。さらに点Ｑ2 を透過
した光線７が第３のスリット２２Ａ、２２Ｂから距離Ｌ
3 の位置にある受光素子４Ａ、４Ｂに入射する点Ｑ3 と
中心線８との距離をx 3 とする。
【００１４】光線７が点Ｑ0 、Ｑ1 、Ｑ2 、Ｑ3 を通る
場合、x 0 、x 1 、x 2 、x 3 を固定スリットディスク
２の屈折率n 1 、移動スリットディスク１の屈折率n 2
の影響を考慮した次の数式３、４、５、６の関係になる
ように光線７の光路上に第２のスリット２１、第１のス
リット１１、第３のスリット２２Ａ、２２Ｂ、受光素子
４Ａ、４Ｂを配置する。ただし、d 1 は固定スリットデ
ィスク厚、d 2 は移動スリットディスク厚、θは光源か
らの光線が各スリット面に垂直に入射する線に対する光
線の広がり角とする。
場合、x 0 、x 1 、x 2 、x 3 を固定スリットディスク
２の屈折率n 1 、移動スリットディスク１の屈折率n 2
の影響を考慮した次の数式３、４、５、６の関係になる
ように光線７の光路上に第２のスリット２１、第１のス
リット１１、第３のスリット２２Ａ、２２Ｂ、受光素子
４Ａ、４Ｂを配置する。ただし、d 1 は固定スリットデ
ィスク厚、d 2 は移動スリットディスク厚、θは光源か
らの光線が各スリット面に垂直に入射する線に対する光
線の広がり角とする。
【００１５】
【数３】
【００１６】
【数４】
【００１７】
【数５】
【００１８】
【数６】
【００１９】このような構成により、受光素子４Ａ，４
Ｂは光源３からの光線が固定スリットディスク２と移動
スリットディスク１で屈折して通る光路上の位置である
中心線８から直角方向にｘ3 の距離の位置に固定してあ
る。これにより、従来例のように、図１に点線で示した
屈折を考慮しないときの光線上に受光素子を配置したと
きに比べて、光線７が固定スリットディスク２と移動ス
リットディスク１で屈折しても、正確に光線７を受光す
ることができる。なお、上記実施例ではロータリエンコ
ーダに適用した場合について説明したが、リニアエンコ
ーダに適用した場合についても同様の効果が得られる。
Ｂは光源３からの光線が固定スリットディスク２と移動
スリットディスク１で屈折して通る光路上の位置である
中心線８から直角方向にｘ3 の距離の位置に固定してあ
る。これにより、従来例のように、図１に点線で示した
屈折を考慮しないときの光線上に受光素子を配置したと
きに比べて、光線７が固定スリットディスク２と移動ス
リットディスク１で屈折しても、正確に光線７を受光す
ることができる。なお、上記実施例ではロータリエンコ
ーダに適用した場合について説明したが、リニアエンコ
ーダに適用した場合についても同様の効果が得られる。
【００２０】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、光
線が固定スリットディスクと移動スリットディスクで屈
折しても、正確に光線を受光することができる位置に受
光素子を設けてあるので、高分解能で、移動スリットデ
ィスクと固定ディスクの間のギャップを広くとっても高
いＳ／Ｎ比の信号を検出できる光学式エンコーダを提供
できる効果がある。
線が固定スリットディスクと移動スリットディスクで屈
折しても、正確に光線を受光することができる位置に受
光素子を設けてあるので、高分解能で、移動スリットデ
ィスクと固定ディスクの間のギャップを広くとっても高
いＳ／Ｎ比の信号を検出できる光学式エンコーダを提供
できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例の構成を示す説明図である。
【図２】 光学式エンコーダを示す斜視図である。
【図３】 従来例の３格子エンコーダの基本原理を示す
説明図である。
説明図である。
【図４】 従来例の反射型光学系を示す説明図である。
【図５】 従来例の３格子光学系の構成を示す説明図で
ある。
ある。
【図６】 従来例の３格子光学系のアライメントに対す
るＳ／Ｎ比を示すグラフである。
るＳ／Ｎ比を示すグラフである。
１：移動スリットディスク、１１：第１のスリット、
２：固定スリットディスク、２１：第２のスリット、２
２Ａ，２２Ｂ：第３のスリット、３：光源、４Ａ，４
Ｂ：受光素子、５：シャフト、６：回転体、７：光線、
８：中心線
２：固定スリットディスク、２１：第２のスリット、２
２Ａ，２２Ｂ：第３のスリット、３：光源、４Ａ，４
Ｂ：受光素子、５：シャフト、６：回転体、７：光線、
８：中心線
Claims (2)
- 【請求項１】 相対的に移動する一方の部材に固定され
た移動スリットディスクと、前記移動スリットディスク
の移動方向に配列された複数の格子を持つ反射型の第１
のスリットと、前記移動スリットディスク面に対して垂
直方向から拡散光を射出する光源と、相対的に移動する
他方の部材に固定され、前記光源と前記移動スリットデ
ィスクとの間に空隙を介して前記移動スリットディスク
に対して平行に配置された固定スリットディスクと、前
記第１のスリットに対向するように前記固定スリットデ
ィスク上に形成され、前記拡散光を透過する第２のスリ
ットおよび前記第１のスリットで反射された反射光を透
過する第３のスリットと、前記第３のスリットを透過し
た透過光を検出する受光素子とを備えた光学式エンコー
ダにおいて、前記受光素子は、前記光源から前記移動ス
リットディスクに垂直な方向に向かう中心線からの距離
を前記移動スリットディスクおよび前記固定スリットデ
ィスクの屈折率の関数として求めた位置に配置してある
ことを特徴とする光学式エンコーダ。 - 【請求項２】 前記受光素子は、x 0 を前記光源から前
記中心線に対して角度θの広がり角をもつ光線が前記第
２のスリット面に入射する点Ｑ0 と前記第２のスリット
面上で前記中心線が交わる点Ｏ0 との間の距離、 x 1 を前記固定スリットディスク２から出た前記中心線
に対して角度θの広がり角をもつ光線が前記固定スリッ
トディスクを透過して前記第１のスリットと交わる点Ｑ
1 と前記第１のスリット面上で前記中心線が交わる点Ｏ
1 との間の距離、 x 2 を前記移動スリットディスク１から出た前記中心線
に対して角度θの広がり角をもつ光線が前記移動スリッ
トディスクを透過し、前記第１のスリットを反射して前
記第２のスリットと交わる点Ｑ2 と前記第２のスリット
面上で前記中心線が交わる点Ｏ2 との間の距離、 ｘ3 を前記固定スリットディスク２から出た前記中心線
に対して角度θの広がり角をもつ光線が前記受光素子面
上で交わる点Ｑ3 と前記受光素子面が前記中心線と交わ
る点Ｏ3 との間の距離、 Ｌ1 を光源と第２のスリット間距離、Ｌ2 を第１のスリ
ットと第２のスリット間距離、Ｌ3 を第３のスリットと
受光素子面間距離、d 1 を固定スリットディスク厚、d
2 を移動スリットディスク厚、θを光源からの光線が各
スリット面に垂直に入射する線に対するＱ 0点を通る光
線の広がり角、n 1 を固定スリットディスクの屈折率、
n 2 を移動スリットディスクの屈折率としたとき、前記
中心線から前記受光素子の配置されている位置までの距
離ｘ3 が、 【数１】 で表される位置に配置されている請求項１記載の光学式
エンコーダ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12635996A JPH09287978A (ja) | 1996-04-22 | 1996-04-22 | 光学式エンコーダ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12635996A JPH09287978A (ja) | 1996-04-22 | 1996-04-22 | 光学式エンコーダ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09287978A true JPH09287978A (ja) | 1997-11-04 |
Family
ID=14933240
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12635996A Pending JPH09287978A (ja) | 1996-04-22 | 1996-04-22 | 光学式エンコーダ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09287978A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008064705A (ja) * | 2006-09-11 | 2008-03-21 | Olympus Corp | 光学式エンコーダ |
-
1996
- 1996-04-22 JP JP12635996A patent/JPH09287978A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008064705A (ja) * | 2006-09-11 | 2008-03-21 | Olympus Corp | 光学式エンコーダ |
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