JPH1123322A

JPH1123322A - 光学式エンコーダ

Info

Publication number: JPH1123322A
Application number: JP9182763A
Authority: JP
Inventors: Masanori Tanaka; 正宣田中; Tatsumaro Yamashita; 龍麿山下; Shoichi Kyotani; 昇一京谷
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 1997-07-08
Filing date: 1997-07-08
Publication date: 1999-01-29
Also published as: DE69818160T2; DE69818160D1; EP0890842A1; US6127677A; EP0890842B1

Abstract

(57)【要約】【課題】従来のエンコーダは、回転板のスリットどう
しの一部の重なり具合のみから信号検出を行なうもので
あったため、検出レベルが低くノイズを多く含み精度的
に高いものではなかった。【解決手段】発光素子１７から出射された光が第１の
反射曲面２０によって光の進行方向をほぼ垂直に拡散的
に反射され、ローター１３の端面に周設された反射面１
３ｄにより軸線Ｏと平行な方向に反射された後、ロータ
ー１３の外縁の円筒部１３Ａに沿ってステーター側に供
給される。ステーター１４では、反射面１４ｃによって
再び軸方向に集光された後、第２の反射曲面２２による
反射を受けて受光素子で受光される。この際、ローター
１３の端面のスリット１３ｃ全体とステーター１４の縁
部のスリット１４ｂ全体を通過した光を収束させた後に
ＦＧ１８で検出を行なうため、検出時の信号レベルが高
められ検出精度が向上されるとともに安価なものとする
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光学式エンコーダ
に係り、特に小型で製造コストを抑えることができ、且
つ検出精度を向上させた光学式エンコーダに関する。

【０００２】

【従来の技術】図８は、従来のロータリーエンコーダを
示す斜視図である。図８に示すロータリーエンコーダ１
は、例えばキャプスタンを使用しないテープ記録／再生
装置で使用され、テープの走行に従ってロータリーエン
コーダの回転軸２が回転されるように構成されている。
ロータリーエンコーダ１は、回転軸２に固定されたロー
ター３と、前記ローター３に部分的に対面するステータ
ー４によって構成される。ローター３には、その円周上
にバーコードのように光の通過領域と遮断領域とを交互
に周設したスリット６がパターン形成されている。また
ステーター４は、扇状の一部にスリット５が形成された
ものである。スリット６は、ローター３が回転したとき
に、ステーター４に形成されたスリット５と重合するこ
とができるようにパターン形成されている。

【０００３】発光素子７として例えば発光ダイオード
（ＬＥＤ）などが使用され、受光素子８としてホトダイ
オード（ＰＤ）などが使用される。発光素子７から出射
された光は、上記ローター３とステーター４とに形成さ
れたスリット５，６を通過し、受光素子８によって検出
されて電気的な信号（エンベローブ信号）に変換され
る。このエンベローブ信号を図示しない電気的手段によ
って処理することにより、ローターの回転速度や位相の
ずれなどを検出することが可能である。よって、テープ
記録／再生装置の走行時の速度やワウフラッターなどを
制御できるものとなっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来のロータリー
エンコーダ１では、スリット５，６のパターンどうしの
重なり具合の情報（エンベローブ信号）は、ローター３
に形成されたスリット６全体のうちの一部のみを検出し
たものであるため、信号レベルが低くノイズが多く含ま
れ精度的に高いものではなかった。またノイズを抑え、
高い出力レベルを得るためには高価な直線光源が必要と
なる。さらに光源と受光素子の中心との位置ずれ、ある
いはスリット５，６どうしの位置ずれは、エンコーダ１
自身の性能に大きく寄与するため、例えばエンコーダ１
自身がワウフラッターの発生源となり、光エンコーダと
しての性能に欠陥を有することとなる。その一方、この
性能をあまり深く追求しすぎると高度な組立技術が要求
され、製造時に簡単に組み立てることができないといっ
た問題も生じる。

【０００５】例えば、回転軸２、ローター３およびスリ
ットパターンの同心がそれぞれ径方向に５μｍずれて組
み立てられた場合には、その偏心により極めて微弱なエ
ンベローブ信号しか出力されないことが確認されてい
る。この微弱な信号は、ノイズ信号を多く含むため以後
の電気的な処理を施す上で大きな弊害となる。よって、
確実なエンベローブ信号を得るためには、２つのスリッ
トパターンの精度、およびこの２つのスリットパターン
が形成されるローターおよび回転軸との同心精度（同軸
度）をいかに正確に設定できるかが問題となっていた。

【０００６】本発明は上記従来の課題を解決するための
ものであり、ローターおよびステーターの全周に形成さ
れたスリットの情報を一度に検出することにより、ロー
ターの回転に多少の偏心が生じた場合であっても、これ
らの部品交差を吸収して精度の高い回転速度や位相のず
れなどを検出することのできる光学式のエンコーダを提
供することを目的としている。

【０００７】また、本発明は検出精度の信頼性を向上さ
せるとともに、安価で提供す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している。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の光学式エンコー
ダは、光を透過する第１及び第２の支持体と、前記第１
と第２の支持体との間に回転自在に軸支され且つ外周部
内にて光を透過可能なローターと、前記ローターの回転
軸の軸線上の一方の側に配置された発光素子および他方
の側に配置された受光素子と、前記ローターの外周部の
端面に周設された一定ピッチのスリットおよび前記第２
の支持体側で前記スリットと対向して周設された同じく
一定ピッチのスリットとを有し、前記第１の支持体に
は、前記発光素子から前記軸線に沿って出射された光を
前記軸線を中心とした放射状に反射させてローターの前
記外周部に入射させる第１の反射曲面が形成され、前記
ローターの外周部にはこの外周部に入射した光を前記外
周部の円筒領域内へ案内する導光部が形成され、前記第
２の支持体には、前記外周部内を透過して前記両スリッ
トを通過した光を前記軸線に沿って前記受光素子に与え
る第２の反射曲面とが形成されていることを特徴とする
ものである。

【０００９】上記において、前記第１の反射曲面と前記
第２の反射曲面の少なくとも一方は、発光素子または受
光素子側が最も狭く、開口端にかけて徐々に拡大し、且
つ断面が曲線状に形成されていることが好ましく、ま
た、第２の支持体側に形成されたスリットの半径方向の
寸法よりも、ローター側のスリットの半径方向の寸法の
方が大きいことが好ましい。

【００１０】また、ローターの外周部または支持体側に
は、スリットどうしが対向する部分を外周側から覆う掩
蔽部が突出形成されている構造とすることが可能であ
る。

【００１１】さらに、支持体またはローターの少なくと
も１つを、特定波長の光のみを透過させる透過性合成材
料から形成することができる。

【００１２】さらに、発光素子または受光素子のカバー
と、支持体に形成された前記カバーが嵌合する凹部との
間には、前記支持体の材質よりも屈折率が小さく、且つ
カバーの材質よりも屈折率が大きな光透光性のある接着
剤が介在していることが好ましい。

【００１３】本発明における光学式エンコーダでは、発
光素子から出射された光が第１の支持体に形成された第
１の反射曲面によって、光の進行方向がほぼ垂直に軸線
から離れる方向へ拡散的に反射され、さらにローターの
外周部に形成された導光部により回転軸に平行な円筒状
領域に導かれ、この円筒領域内を透過および反射誘導さ
れる。そして、光はローターの端面に形成されたスリッ
トとステーターの縁部に周設されたスリットを介して第
２の支持体内に入射される。さらに光は、第２の支持体
に形成された第２の反射曲面によって反射された後に受
光素子で受光される。このように、本発明の光学式エン
コーダでは、ローターおよびステーターに形成された全
てのスリットを通過した全ての光を集光し、これを１つ
の受光素子（ＦＧ）で検出する構成であるため、検出時
の信号レベルを高くすることができる。また個々のスリ
ットで生じる誤差を全体的に吸収できるので従来のエン
コーダに比べスリットのパターン精度や組立精度等に依
存せずに検出精度を向上させることが可能となる。よっ
て、拡散光源などの安価な光源を発光素子として利用す
ることも可能となる。さらに、発光素子と受光素子とが
ローターの回転軸の軸線の両側に対向する構造であるた
め、全体の構造が簡単で、小型化が可能である。

【００１４】また第１の反射曲面または第２の反射曲面
は、軸線を通る断面で見たときに、放物曲面状または円
弧曲面状、あるいは非球面状の形状であるため、発光素
子から拡散されて出射された光を軸線に垂直な方向、す
なわち反射を受けた光束が拡散することなくローターの
外周部方向へ放射状に反射されることになる。

【００１５】また、本発明の光学式エンコーダを構成す
る各部材は、加工の容易な光学部材で構成することがで
きる。すなわち、従来のエンコーダのスリットの加工及
び組立て時に要求された高度な加工精度が不要となり製
造コストを低くすることができる。また嵌合的に組立て
られるようにすることにより、必然的に組立精度を向上
させることが可能となり、しかも簡単に組み立てること
ができる。よって、検出精度が高く安価な光学式エンコ
ーダを提供することが可能となる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明について図面を参照
して説明する。図１は、本発明における光学式エンコー
ダの分解斜視図、図２は図１の光学式エンコーダの軸線
を通る面での断面図、図３は一方の回転軸の支持状態を
示す断面図、図４は他方の回転軸の支持状態を示す断面
図である。図１および図２に示す光学式エンコーダ１１
は、支持体１２の中にローター１３および第２の支持体
となるステーター１４の２つの主要部材が装着されて構
成されている。このローター１３とステーター１４は、
共に光を透過させる導光部材、例えばアクリルなどの透
明な素材で形成されている。また支持体１２は、左側の
支持体１２ａと右側の支持体１２ｂとから構成され、右
側の支持体１２ｂは、導光部材で形成された第１の支持
体となっている。そして、第２の支持体であるステータ
ー１４とローター１３は、支持体１２ａと支持体１２ｂ
との間に保持されている。

【００１７】ローター１３は外周部が円筒形状に形成さ
れた円筒部１３Ａで、その内部に回転軸１６が一体に形
成され、支持体１２内に設けられたステーター１４側の
軸受部材１５と支持体１２ｂ側の軸受部材２１とによっ
て回転自在に軸支されている。なお、ローター１３の回
転軸１６は軸線Ｏ（Ｏ1−Ｏ2）上に位置している。

【００１８】図２の右端に示すように、第１の支持体１
２ｂの内部には発光ダイオード（ＬＥＤ）等から構成さ
れる発光素子１７が埋設されており、この発光素子１７
から光が軸線Ｏに沿ってＯ2方向に出射される。第１の
支持体１２ｂの内壁の中央部には、軸線Ｏに一致し且つ
Ｏ2方向に開口する断面ラッパ形状に形成された第１の
反射曲面２０が形成されている。この第１の反射曲面２
０は最奥部が最も狭く形成されており、この最奥部から
開放端にかけて徐々に開口する曲面であり、その曲面は
大きな放物面、あるいは大きな曲率の円弧曲面から形成
されている。この第１の反射曲面２０では、発光素子１
７から出射された光を軸線Ｏに対して直交する方向で、
且つ３６０度の方向に放射状に拡散して反射させること
ができる。ただし第１の反射曲面２０の断面が放物曲面
であるため、発光素子１７から発せられた光が軸線Ｏに
対して拡散する光であっても、第１の反射曲面２０で反
射された光は軸線Ｏ方向に拡散せず、図２で示す断面で
見たときにほぼ平行光となって放射方向へ反射させられ
る。

【００１９】前記第１の反射曲面２０を含む第１の支持
体１２ｂの内壁面１２ｂ1には、略王冠形状の軸受部材
２１が固設されている。そして、軸受部材２１の中央部
にはローター１３の回転軸１６の右端に形成された細軸
１６ｂを挿通するための軸受穴２１ａが穿設されてお
り、この軸受穴２１ａの中心および前記第１の反射曲面
２０の最奥部（最狭部）は共に軸線Ｏ上に位置するもの
となっている。左側の支持体１２ａの内壁面１２ａ1に
は、断面形状が鍋蓋状の前記第２の支持体となるステー
ター１４が固設されており、図示Ｏ2方向に突出した中
央の凸部１４ａが支持体１２ａに設けられた支持孔１２
ａ3に埋設されている。この凸部１４ａの端面には、ホ
トダイオード（ＰＤ）などで構成された第１の受光素子
１８が設けられている。

【００２０】この第１の受光素子１８は、回転速度検出
器（以下、ＦＧ(Frequency Generator)１８という）で
あり、後述するように前記発光素子１７からの出射され
た光を受光することが可能となっている。ステーター１
４の図示右端面の中央には、第１の反射曲面２０と同様
に断面ラッパ形状に切り欠かれた第２の反射曲面２２が
形成されている。また、この第２の反射曲面２２を含む
ステーター１４の右端面には保持部１４ｄが形成され、
この保持部１４ｄにステーター側の軸受部材１５が嵌合
的に固設されている。このステーター側の軸受部材１５
の図示右端面には、上記第１の反射曲面２０や第２の反
射曲面２２と同様なラッパ形状の軸受部１５ａが形成さ
れている。ただし、この軸受部１５ａの最奥部は、図３
に示すように図示Ｏ2方向へ円筒状に切り欠かれており
（以下、筒部１５ｂという）、この筒部１５ｂの中心に
軸線Ｏが位置するものとなっている。また、ステーター
１４の外縁には全周に渡って傾斜する反射面１４ｃが周
設されている。前記ローター１３の回転軸１６の図示左
端の先端部１６ａは、円錐形状（尖鋭な形状）に形成さ
れており、前記ラッパ状の軸受部１５ａの筒部１５ｂに
挿入されている。したがって、図３に示すように筒部１
５ｂの縁部１５ｃにおいて先端部１６ａの外周面（テー
パ面）が当接する、いわゆるピボット軸受が形成されて
いる。

【００２１】また、回転軸１６の右端は、回転軸１６の
直径に対して極端に細く絞られ、その先端に軸受部１６
ｃが形成されている。そして、回転軸１６と軸受部１６
ｃとの間は更い細軸部１６ｂが形成されている。この回
転軸１６は、ばね受部材２３に形成された保持穴２３ａ
に挿通されている。また細軸部１６ｂは挿通孔２３ｂ内
に遊嵌されているため、回転軸１６は保持穴２３ａによ
るガイドを受けず保持穴２３ａによってのみ軸方向に摺
動自在にガイドされる。よって、保持穴２３ａと挿通孔
２３ｂによる２重のガイドを回避できるため、回転時に
おける互いの干渉が防止されている。また軸受部１６ｃ
は、ばね受部材２３の中心に穿設された挿通孔２３ｂを
通り、軸受部材２１に形成された軸受穴２１ａに支持さ
れており、径方向に対する位置決めはこの軸受部１６ｃ
および軸受穴２１ａによって行なわれる。すなわちロー
ター１３は、上述した図示左端側の軸受部材１５に形成
された軸受部１５ａの筒部１５ｂに挿入された回転軸１
６の先端部１６ａと、右端側の軸受部材２１に形成され
た軸受穴２１ａに挿入された軸受部１６ｃとによって軸
支されている。よって、筒部１５ｂと軸受穴２１ａと
を軸線Ｏの中心に位置させることにより、回転軸１６は
軸線Ｏと一致したものとすることができる。

【００２２】また、このばね受部材２３の右端面の挿通
孔２３ｂの周囲は、図４に示すようにＯ1方向に少し突
出し、軸受部材２１と例えば３点で接触する半球状の突
出部２３ｃが周設されている。またばね受部材２３と対
向する軸受部材２１の軸受穴２１ａの周囲は、少しＯ2
方向に突出した環状突出部２１ｂが形成されている。一
方、ばね受部材２３の左端（Ｏ２）側には、例えば保持
穴２３ａの周囲に爪部２３ｅが３ツ羽状に形成されてお
り、他方ローター１３側にはこの爪部２３ｅと噛合する
３ツ羽状の爪部１３ｈが周設されている（図１又は図２
参照）。ローター１３が回転すると互いの爪部１３ｈお
よび爪部２３ｅどうしが当接するため、ローター１３と
ばね受部材２３とが一体となって回転することが可能と
なっている。この際、先に述べたように環状突出部２１
ｂに対して３点の突出部２３ｃがそれぞれ当接すること
となるため、軸受部材２１とばね受部材２３との間の回
転時の摺動抵抗が減じられ、ローター１３のトルクロス
を抑えられている。

【００２３】このように回転軸１６を筒部１５ｂ（ピボ
ット軸受）と軸受穴２１ａとで支持する構造とすること
により、例えば両端をピボット軸受とする場合に比べ、
ローター１３の回転軸１６がラジカル方向へ外れる場合
の耐久力を向上させることができる。例えば、ローター
１３の円筒部１３Ａの外周部にテープＴを圧接させてテ
ープ速度を図る場合などにおいて、テープＴの挙動（特
にスピード変化によるテープ張力変動）に対する耐久力
が強化されるため、速度検出精度を向上させることがで
きる。

【００２４】また、ローター１３の支持部１３ａとばね
受部材２３との間には、回転軸１６の回りにコイルスプ
リングなどで形成されたばね部材２４が外挿されてい
る。ばね部材２４のＯ1側の端部は、ばね受部材２３の
受け部２３ｄに圧接するものとなっており、また他方の
Ｏ2側の端部はローター１３の支持部１３ａに圧接す
る。よって、ばね部材２４の反発力により、ローター１
３全体が図示Ｏ2方向に付勢させると同時に、ばね受部
材２３がＯ1方向に付勢されている。よって、ばね受部
材２３と軸受部材２１とは、前記環状突出部２１ｂと突
出部２３ｃどうしが当接することとなる。これによりロ
ーター１３に軸線Ｏ方向のがたつきが発生するのが防止
される。また、ばね作用によるスラスト押さえ方向の自
由度は、回転軸１６をガイドするばね受部材２３によっ
て確保される。これにより、スリット１３ｃと１４ｂと
の間の距離は、全周に渡って一定に維持されることとな
るため、ＦＧ１８から検出される出力信号の安定化を図
ることができる。

【００２５】また、テープＴの挙動により回転軸１６が
軸線Ｏから外れるような作用を受けた場合であっても、
ローター１３の回転軸１６は、筒部１５ｂの縁部１５ｃ
に対して先端部１６ａの外周面で当接する構造であるた
め、必然的に軸線Ｏに戻されることから安価な自動調整
とすることができ、しかもトルクロスを少なくしかつ組
立性を向上させることが可能となる。一方、右端側では
細軸１６ｂが軸受部材２１の軸受穴２１ａに挿通される
ことによって回転軸１６の中心が軸線Ｏ上に維持されて
いる。よってローター１３と回転軸１６との間の同軸度
を高く維持するように形成しておくことにより、ロータ
ー１３の回転の際に偏心またはワウフラッタが生じにく
くなる。またステーター１４は凸部１４ａが支持孔１２
ａ3に嵌合することにより、ステーターの軸受部材１５
はステーターの保持部１４ｄに嵌合することにより、ま
た軸受部材２１は第１の支持体の支持部１２ｂ2に嵌合
することによりそれぞれ位置決めすることができる。ま
た、これらの各部材は、導光部材で形成することができ
るため、金型の精度を高くすることにより、各部材の加
工精度を高くすることができる。

【００２６】図５（Ａ）はローター１３とステーター１
４のスリットどうしの重なりを示す平面図、（Ｂ）はそ
の断面図、図６はローターの右端面を示し、（Ａ）は通
過帯の一形態を示す断面図、（Ｂ）は他の通過帯の形態
を示す断面図である。図２に示すようにステーター１４
の内壁の縁部には、交互に通過領域と遮断領域とが形成
されたスリット１４ｂが所定のピッチで全周に渡って周
設されている。また図１に示すように、このスリット１
４ｂと回転軸１６と直交する面にて対向するローター１
３の外周部である円筒部１３Ａの端面１３ｂには、ステ
ーター１４と同様のスリット１３ｃが同じピッチで全周
にわたって形成されている。また、ステーター１４に形
成されたスリット１４ｂの数とローター１３に形成され
たスリット１３ｃの数とは、ＦＧ１８の周期とスリット
利用効率との関係から同数に設定している。

【００２７】図５（Ａ）（Ｂ）に示すように、ローター
１３とステーター１４との対向部では、ステーター１４
のスリットの半径方向の長さ寸法Ｌｓに比べてローター
１３のスリットの半径方向の長さ寸法Ｌｒの方が広く
（Ｌｓ＜Ｌｒ）なるように形成されている。よって、例
えばローター１３の回転に、磨耗等に起因する偏心等が
生じるに至った場合であっても、その偏心が許容範囲内
のものであれば、偏心後のローター１３のスリット１３
ｃとステーター１４のスリット１４ｃとの重なりを維持
することができる。よって、ステーター１４側に透過さ
れる光量を常に一定に維持することが可能となるため、
ＦＧ１８から出力される信号レベルを安定させることが
できる。よって、部品加工精度や組立精度をある程度吸
収することができることから、部品組立に要求される精
度を下げても安定させることができるため、安価な光学
式エンコーダとすることが可能である。

【００２８】一方、図２に示すように、円筒部１３Ａの
右端面には、断面が略三角形状に傾斜して切り欠かれた
反射面１３ｄが環状に周設されて導光部が形成されてい
る。ただし、図６（Ａ）に示すように、ローター１３の
右端面の一部が軸方向に切り欠かれず、反射面１３ｄが
形成されない通過帯１３ｅとなっている。あるいは、こ
の通過帯は、図６（Ｂ）に示すように一部がローター１
３の軸方向に完全に貫通されたものであってもよい。図
２の図示Ｙ２方向には、第２の受光素子１９から形成さ
れる回転位相検出器（以下、ＰＧ(Pulse Generator)１
９という）が設けられている。このＰＧ１９は、前記通
過帯１３ｅに対向する位置に設けられており、ローター
１３が回転して通過帯１３ｅとＰＧとが対向する場合に
のみ光がＹ2方向に透過され、ＰＧ１９で光を検知でき
るものとなっている。

【００２９】上記のように構成される光学式エンコーダ
の動作原理について説明する。この光学式エンコーダで
は、図１および図２に示すように磁気記録テープＴにロ
ーター１３の円筒部１３Ａの外周面を圧接してローター
１３を回転させる構成である。テープＴが移送される
と、その送り力によってテープ張力が円筒部１３Ａとテ
ープ接面間に摩擦抵抗を生じさせる。このときローター
１３とテープＴの接点における相対速度を０に保たれ、
テープＴの移送が確実にローター１３の回転に変換され
る。

【００３０】図２に示されるように、第１の支持体１２
ｂでは、発光素子１７から出射された光は、支持体内に
形成された第１の反射曲面２０に向けて軸線Ｏに沿って
照射される。上述したように、第１の反射曲面２０は、
大きな曲率の放物面又は円弧曲面、あるいは非球面から
形成されているため、この反射曲面では発光素子１７か
ら出射された拡散光を、軸線Ｏに対して直交する３６０
度の方向へ、すなわちローター１３の右端面に環状に周
設された反射面１３ｄ（導光部）の方向へ放射方向へ拡
散させ、且つ軸線Ｏ方向へ拡散しないように反射させる
ことができる。

【００３１】第１の反射曲面２０によって反射された光
は、導光部材から形成された第１の支持体１２ｂ内を軸
線Ｏから離れる方向へ透過され、ローター１３に周設さ
れた反射面１３ｄ（導光部）に到達する。ローター１３
の反射面１３ｄでは、この光が反射されてローター１３
内の前記円筒部１３Ａの内部に入射される。この際、光
は反射面１３ｄにより軸線Ｏと平行となる方向に反射さ
れるため、円筒部１３Ａ内をＯ2方向へ直進し、又は円
筒部１３内を反射誘導されてローター１３の左端面に形
成されたスリット１３ｃに与えられる。そして、このス
リット１３ｃが形成されたローター１３の左端面から外
部に一度出射されるが、ローター１３の左端面に対向し
て設けられているステーター１４の内部に再び入射され
る。この際、上述したステーター１４の内壁の縁部に周
設されたスリット１４ｂを介して光が入射され、ステー
ターの外縁に形成された上記反射面１４ｃに入射され
る。そして、光はこの反射面１４ｃによって軸線Ｏ方向
に集光されるが、支持体１２ａに形成された第２の反射
曲面２２で反射される。この際、第２の反射曲面はラッ
パ状に形成されているため、反射光をほぼ一点に集光す
るのでＦＧ１８の受光部では収束した光を効率よく受光
することができる。

【００３２】また、第１の反射曲面２０で反射された光
は、ローター１３の反射面１３ｄの方向に進行するが、
上述したようにローター１３の反射面１３ｄには、通過
帯１３ｅが形成されているため、ＰＧ１９ではローター
１３が回転した際にこの通過帯と対向した場合にのみ光
を受光することができる。すなわち、ＰＧ１９では、ロ
ーターの１回転ごとに光が受光されるため、ＰＧ１９か
らはローター１３の回転ごとに光の検出信号を送信する
ことができる。よって、この光検出信号を検知して図示
しない基準クロックと照合することにより、ローター１
３の回転位相のずれ等を検出することが可能である。

【００３３】また、上述したローター１３の左端面に周
設されたスリット１３ｃの通過領域を通過した光のみが
出射され、さらに左端側のステーター１４に周設された
スリット１４ｂの通過領域を介して入射される。またロ
ーター１３側のスリット１３ｃのみが回転し支持体側の
スリット１４ｂは固定される構成である。よって、ロー
ター１３が回転すると、通過領域（遮断領域）どうしが
重なり合う場合（図５（Ａ）参照）と、通過領域と遮断
領域とが重なり合う場合とが交互に繰り返される。例え
ば、ローター１３の回転中に図５（Ａ）に示したように
スリットの通過領域（遮断領域）どうしが重なり合う瞬
間では、ローター１３から支持体１２ａへ各通過領域を
介して光が導かれるため，ＦＧ１８での検出光量は最大
となる。一方、通過領域と遮断領域とが完全に重なり合
う瞬間では、全てが遮断領域となることから、受光部へ
収束できない程の屈折入射（散乱光）となり受光部への
光遮断効果によってＦＧ１８での検出光量は最少とな
る。

【００３４】このようにして検出されたＦＧ１８からの
光検出信号は、エンベローブ信号（包絡線）となる。こ
の信号の瞬時周波数はローター１３の瞬時角速度に比例
する。したがって、ＦＧ１８からの信号を電気的に処理
することにより、回転速度を検出することができる。ま
た、上記のように本発明の光学式エンコーダ１１では、
スリット１３ｃ又は１４ｂの全周における通過又は不通
過の全情報を総合的に取得することができ、しかもこの
情報を収束させて１つのＦＧで一度に検出することがで
きるため、従来に比べ検出精度を数段向上させることが
できる。および、スリットの部品誤差、スリットパター
ンの同心（同軸度の）ずれの影響を吸収できる。

【００３５】また、図２に示すよに、ローター１３の円
筒部１３Ａの左端面は、ステーター１４のスリット１４
ｂが形成された面よりもＯ2方向に入り込み、スリット
どうしが互いに対向する部分を包囲して隠す掩蔽部１３
Ｂが形成されている。一方、ローターの右端側では、第
１の支持体１２ｂの内壁面からＯ2方向に突出して形成
される軸受部材２１用の支持部１２ｂ2に対し、円筒部
１３Ａの右端部（反射面１３ｄを有する部分）そのもの
がＯ1方向に突出され、左端側同様の掩蔽部が形成され
ている。よって、記録テープＴに付着している磁粉など
がローター１３とステーター１４との間、またはロータ
ー１３と第１の支持体１２ｂとの間の隙間（ギャップ）
部分に進入するのを防止することができる。よって、ロ
ーター１３のスムースな回転を維持することが可能とな
り、また前記隙間を透過する光の光量を減少させること
がない。

【００３６】また、上記において、ローター１３とステ
ーター１４さらには第１の支持体１２ｂの少なくとも一
方を特定波長以外を不透過とする物質を混入した透光性
の合成材料により形成するのが好ましい。これにより、
可視光領域の光を遮断することが可能とすることができ
る。よって、受光素子（ＦＧ１８又はＰＧ１９）では、
ローター１３又はステーター１４によって選択された波
長以外の光が発光素子１７で受光されることがなくなる
ため、外乱光の影響を防止することができエンベローブ
信号におけるノイズの発生を抑えることが可能となる。

【００３７】図７は、支持体と発光素子又は受光素子と
を示す断面図である。図７に示すように発光素子１７
は、軸線Ｏ上の第１の支持体１２ｂ内に形成された凹部
１２ｂ3内に発光素子１７の光源を覆うカバー１７ｂま
たは発光素子の前方に位置するレンズが遊嵌されて固定
されるが、このカバー１７ｂと凹部１２ｂ3の内面との
間にカバーまたはレンズの材質の屈折率よりも大きく、
且つ支持体の材質の屈折率よりも小さな屈折率を有する
光透過性の接着剤２６を封入して接合することが好まし
い。この接着剤２６は、空気よりも屈折率が大きくなる
ため、発光素子１７の光源１７ａからの光を集光させた
状態で出射させることが可能となるため、発光素子１７
の光の利用効率を向上させることができる。

【００３８】同様に、受光素子（ＦＧ８及びＰＧ１９）
でも、ステーター１４若しくは第１の支持体１２ｂの材
料の屈折率よりも小さく、且つ受光素子のカバーまたは
レンズよりも屈折率の大きな屈折率からなる光透過性の
接着剤を封入して接合することが好ましい。このような
接着剤を使用することにより、受光素子１８，１９内の
受光部への集光効率が上がるため、受光素子１８，１９
の性能を向上させることが可能となる。すなわち、接着
剤の屈折率を利用することにより、出射時には光をより
軸線に平行に近く集光させて出射させるとともに、受光
時にはより集光させて受光することにより、光の利用効
率を向上させることができるため光学式エンコーダの検
出精度を向上させることが可能となる。

【００３９】このように、受光素子側で受光される光量
を増大させることが可能となるため、受光素子から出力
されるエンベローブ信号の検出信号レベルも増大させる
ことが可能となる。よって、ノイズの影響を受けにくい
検出精度の高い光学式エンコーダを提供することが可能
となる。なお、第１の支持体からローターの導光部まで
および第１、第２の支持体内の光路については、上記実
施の形態に限られるものではなく種々変形が可能であ
る。

【００４０】さらに上記の実施形態では、スリットを回
転軸に直交する面内に対向して配置しているが、これに
限られるものではなく回転軸に平行な面内に対向させて
配置するようにしても良い。また、テープ走行時の走行
ラインを安定化し、再現性や信頼性を向上させるため
に、支持体１２にテープ当接部を設け、ローター１３と
テープＴとの接触量を調整（ラップコントロール）する
ことが好ましい。例えば、ロータ１３の支持長のほぼ真
中付近の振れ精度が安定したところがテープの走行ライ
ンとなるように、ロータ１３又は支持体１２にテープガ
イドを設け、これにテープＴが当接するようにすればよ
い。あるいは、支持体１２にテープの幅方向の両端（長
手方向に延びるエッジ部）の一方と当接し、テープ走行
ラインを片寄せる傾斜部又は凹状の曲面を形成したもの
であっても良い。

【００４１】

【発明の効果】以上詳述した本発明によれば、組み立て
工程を容易とすることができ、しかもローターの軸合わ
せ等の調整を不要とすることができるため、製造コスト
を低下させることができる。

【００４２】また、受光素子における受光時の光量が増
大されることから、受光素子から出力される信号レベル
が増大されてノイズの影響を受けにくくなるため、検出
精度を向上させることが可能となる。また発光素子の利
用効率と受光効率が良くなるため、例えば面登光型の安
価なＬＥＤや感度の低く受光中心が不明瞭なＰＴＲを利
用することができる。

【００４３】特に、発光素子と受光素子が、ローターの
回転軸の軸線上にて、前記回転軸の両側に位置している
ため、全体の構造が小型で且つ構造が簡単になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における光学式エンコーダの分解斜視
図、

【図２】図１の光学式エンコーダの軸線Ｏを通る面での
断面図、

【図３】回転軸の一端の支持構造を示す断面図、

【図４】回転軸の他端の支持構造を示す断面図、

【図５】（Ａ）はスリットどうしの対向状態を示す図、
（Ｂ）その断面図、

【図６】（Ａ）はローターの通過帯の一形態を示す断面
図、（Ｂ）は他の通過帯の形態を示す断面図、

【図７】支持体と発光素子又は受光素子とを示す断面
図、

【図８】従来のロータリーエンコーダを示す斜視図、

【符号の説明】

１１光学式エンコーダ１２支持体１２ｂ第１の支持体１３ローター１３ｃスリット１４ステーター（第２の支持体）１４ｂスリット１５ステーター側の軸受部材１６回転軸１７発光素子１８受光素子（ＦＧ）１９受光素子（ＰＧ）２０第１の反射曲面２１軸受部材２２第２の反射曲面２３ばね受部材２４ばね部材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光を透過する第１及び第２の支持体と、
前記第１と第２の支持体との間に回転自在に軸支され且
つ外周部内にて光を透過可能なローターと、前記ロータ
ーの回転軸の軸線上の一方の側に配置された発光素子お
よび他方の側に配置された受光素子と、前記ローターの
外周部の端面に周設された一定ピッチのスリットおよび
前記第２の支持体側で前記スリットと対向して周設され
た同じく一定ピッチのスリットとを有し、前記第１の支
持体には、前記発光素子から前記軸線に沿って出射され
た光を前記軸線を中心とした放射状に反射させてロータ
ーの前記外周部に入射させる第１の反射曲面が形成さ
れ、前記ローターの外周部にはこの外周部に入射した光
を前記外周部の円筒領域内へ案内する導光部が形成さ
れ、前記第２の支持体には、前記外周部内を透過して前
記両スリットを通過した光を前記軸線に沿って前記受光
素子に与える第２の反射曲面とが形成されていることを
特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項２】前記第１の反射曲面と前記第２の反射曲
面の少なくとも一方は、発光素子または受光素子側が最
も狭く、開口端にかけて徐々に拡大し、且つ断面が曲線
状に形成されている請求項１記載の光学式エンコーダ。
【請求項３】第２の支持体側に形成されたスリットの
半径方向の寸法よりも、ローター側のスリットの半径方
向の寸法の方が大きい請求項１または２記載の光学式エ
ンコーダ。
【請求項４】ローターの外周部または支持体側には、
スリットどうしが対向する部分を外周側から覆う掩蔽部
が突出形成されている請求項１ないし３のいずれかに記
載の光学式エンコーダ。
【請求項５】支持体またはローターの少なくとも１つ
は、特定波長の光のみを透過させる透過性合成材料から
形成されている請求項１ないし４のいずれかに記載の光
学式エンコーダ。
【請求項６】発光素子または受光素子のカバーと、支
持体に形成された前記カバーが嵌合する凹部との間に
は、前記支持体の材質よりも屈折率が小さく、且つカバ
ーの材質よりも屈折率が大きな光透光性のある接着剤が
介在している請求項１ないし５のいずれかに記載の光学
式エンコーダ。