JPS62113014A - 光学式ロ−タリ・エンコ−ダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の要約 回転ディスクの一部に対面させて固定マスク（固定スリ
ット）を配置し、固定マスクを通（７て回転ディスクに
投光器からの光を投射する。回転ディスクには斜面によ
り構成される全反射面を一部ピッチで設けておき、これ
らの全反射面で投射光を１８０°偏向させる。固定マス
クと投光器との間にはハーフ・ミラーを配置し、全反射
面で反射した光をハーフ・ミラーでさらにほぼ直角に偏
向させて受光器で受光する。このことにより１回転ディ
スクの一方側に投光器、受光器、固定マスクおよびハー
フ・ミラーを配置することか可能となる。

［技術分野］ この発明は１回転量に関する量を検出する回転トランス
デユーサの一種である光学式ロータリ・エンコーダに関
する。

［従来技術］ 第７図は従来のロータリ・エンコーダの構成の一部を示
している。このロータリ・エンコーダは１回転軸７０に
固定された回転ディスク（回転スリット）６０と、この
回転ディスク６０の周辺の一部に対面する位置に固定さ
れた固定マスク（固定スリット）６５とを備えている。

高分解能の回転量情報を得るために１回転ディスク６０
の周辺には、放射状の光透過部６１と遮光部６２とが周
方向に一部ピッチで交互に設けられている。同じように
固定マスク６５にも、同ピッチで光透過部６６と遮光部
６７とが設けられている。一般に光ディスク６０の光透
過部６１と遮光部６２とは、ガラス製の光デイスク６０
表面にクロムをスリット・パターンに蒸着することによ
り形成され（厚さは数千オングストローム程度）、クロ
ムが蒸着された部分が遮光部６２．クロムが蒸着されず
に窓として残された部分が光の透過部６１となる。固定
マスク６５も同じようにつくられる。

回転ディスク６０と固定マスク６５とが対面して重なっ
ている部分の両側には、投光器（たとえば。

発光ダイオードとコリメート−レンズとからなる）７５
と受光器（たとえば、フォトダイオードと集光レンズと
からなる）７６とが配置されている。

回転ディスク６０の回転にともなって、第８図（Ａ）に
示すように１回転ディスク６０の光透過部６１と固定マ
スク６５の光透過部６６とが対面したときには、投光器
７５から出射した光はこれらの光透過部８１．８６を透
過して受光器７６に受光される。

第８図（［３）に示すように１回転ディスク６０の光透
過部６１と固定マスク６５の遮光部６７とか対面しかつ
回転ディスク６０の遮光部６２と固定マスク６５の光透
過部６６とが対面したときには、投光器７５から発射さ
れた光は途中で遮断され受光器７６には達しない。

以上のようにして、受光器７６には断続した光が受光さ
れ、この断続の繰返し周波数が回転ディスク６０の回転
数に比例することによって回転ディスク６０の回転量を
表わす信号が受光器７６から得られる。

ところで回転ディスク６０はガラスによってつくられて
いるので１回転ディスク６０を回転軸７０に固定するた
めの孔６３の形成工程と１回転ディスク６０に遮光部６
２と光透過部６１とを形成するためのクロムの蒸着工程
とは別個に行なわれる。したがっ＝　　３　− て、一般には円環状に配列されたスリット・パターン（
光透過部６１と遮光部８２のパターン）の中心と、孔６
３の中心とは必ずしも一致しない。

そこで従来は１回転軸７０の外径よりも大きい内径をも
つ孔６３を回転ディスク６０にあけておき、軸７０の中
心とスリット・パターンの中心との芯合せを行なってい
た。この芯合せ作業は、軸７ｏに固定された受部祠７１
と押さえ部材７２との間に回転ディスク６０を挟んで固
定するときに行なわれる。回転ディスク６０を回転させ
ながら回転ディスク６０を微小な距離だけ変位させるこ
とにより行なうこの芯合せ作業は、多大な労力と長い時
間を要していた。

また、第７図および第８図から明らかなように、従来の
光学式ロータリ・エンコーダにおいては２回転ディスク
６０の両側に投、受光器１５．’１Ｂを配置せざるを得
ないから、投射光の検知スペースを広くとらざるを得す
、このことがロータリ・エンコーダの小型化を阻止して
いた。さらに、投９受光信号のための配線も長くとらざ
るを得す、そのためにノイズがのりやすいという問題も
あった。

［発明の目的］ この発明は１回転軸に対する回転ディスクの芯合せ作業
を軽減ないしは不要とするとともに、小型化を図ること
が可能となりさらに耐ノイズ性も向上する光学式ローク
リ・エンコーダを提供するものである。

［発明の構成と効果］ この発明による光学式ロータリ・エンコーダは２周辺に
そって一部ピッチで放射状の光の透過部または吸収部と
反射部とが交互に設けられ１回転軸に固定された回転デ
ィスクと２回転ディスクのそれらと同ピッチで光の透過
部と遮光部とが交互に設けられ１回転ディスクの周辺の
一部と対向する位置に固定された固定マスクと、固定マ
スクに光を投射する投光器と、固定マスクと投光器との
間に斜めに設けられたハーフ会ミラーと、ハーフ・ミラ
ーからの反射光を受光する受光器とを備え１回転ディス
クの反射部が傾斜した全反射面により構成されているこ
とを特徴とする。

光の反射部を斜面、たとえばＶ溝または横断面二角形状
の凸条により形成したので１回転ディスクをプラスティ
ック成形することかでき、このプラスティック成形時に
全反射面と中心の孔とを一体につくることができる。し
たがって、高精度の全反射面の形成が可能であるととも
に、環状に配列された全反射面の中心と中心孔の中心と
を高精度に一致さぜることができる。中心孔の内ｉ￥を
回転軸の外ｉ１よりもやや小さ］１に作製しておくこと
により１回転ディスクを軸に圧入ずれば、芯合せ作業を
行なうことなく回転ディスクの回転軸への固定を行なう
ことができ、しかも回転中心と全反射面の中心とを一致
さけることができる。

また、固定マスク、投光器、受光器およびハーフ・ミラ
ーを回転ディスクの一方側に集めて配置すること力萌ｉ
Ｊ能となるので、スペースの利用効率を高めることがで
き、これによってロータリ・エンコーダそれ自体の小型
化の達成が容易となる。

さらに、投光器、受光器ともに集中して配置されるので
、とくに受光器の配線を短くすることかでき、耐ノイズ
性が向上する。

［実施例の説明］ 第１図は光学式ロータリ管エンコーダ１の全体的な構成
を示している。

支持ブロック２の中心には円形孔３があけられこの円形
孔３内に軸受５を介して回転軸４０が回転自在に受けら
れている。回転軸４０はその先端部に一体的に形成され
たフランジ４１を有し、このフランジ４１の先端側に２
回転ディスク１０が固定されている。回転軸４０の外端
側にはねじ４２が切られ、ここに締イ：１けナツト４３
がはめられている。フランジ４１とナツト４３とによっ
て軸受５の内輪を強く挟み込むことにより、軸４０はし
っかりと軸受５の内輪に固定されている。

回転ディスクＩＯの周辺の一部に対面するように固定マ
スク２０が設けられ、この固定マスク２０は。

回転ディスクＩＯを覆うように支持ブロック２に被せら
れたカバー４の内面に固定されている。この固定マスク
２０に向って光を投射するように投光器３１が設けられ
ている。投光器３１と固定マスク２０との間にはハーフ
・ミラー２５が斜めに設けられている。後述するように
、ハーフ・ミラー２５て反射する光を受光する位置に受
光器３５が設けられている。投光器８１は、第５図およ
び第６図に拡大して示されているように１発光素子たと
えば発光ダイオード３２とコリメート中レンズ３３とか
ら構成されている。受光器３５は、受光素子たとえばフ
ォトダイオード３６と集光レンズ３７とを含んでいる。

さらに第１図において、カバー４内にはプリント配線基
板９が固定されている。投光器３１はこのプリント基板
９に、受光器３５はプリント基板９に固定された取付片
９ａにそれぞれ固定されている。プリント基板９には、
第４図に示す信号処理回路が組立てられ、その動作電力
がケーブル８により供給されるとともに、出力信号がこ
のケーブルにより外部に取出される。

このように２回転ディスクｌＯの一方側に、固定マスク
２０．ハーフ・ミラー２５．投光器３１および受光器３
５を集中的に配置することができるので、内−８一 部空間を有効に利用することがｉｉＪ能となる。また、
受光器３５の受光信号を信号処理回路まで伝達する配線
も短くすることができるので耐ノイズ性が向上する。

投光器３１．受光器３５．ハーフ・ミラー２５．固定マ
スク２０を、支持ブロック２側に配置してもよい。この
場合に、支持ブロック２に凹所等を形成してこの凹所内
に投光器３１．受光器３５．ハーフ・ミラー２５．固定
マスク２０等を配置すると、一層の小型化を達成できる
。

第２図、第５図および第６図を参照して、回転ディスク
１０の周辺には、放射状にのびる多数のＶ溝１１が円環
状に一部ピッチで配列されている。この■溝１１は、投
光器３１から投０・ｊされる光を全反射させることによ
り、投射方向と直交する方向に偏向させるものであり、
隣接する２つのＶ７Ｍ１１が協同することにより、投射
光を１８０°偏向させることが可能となる。したがって
、■溝１１の部分が光の反射部となる。Ｖ溝１１の間が
光の透過部１２である。

回転ディスクｌＯの中心には円形孔１４があけられ、そ
の周囲にボス１３が形成されている。孔１４の内径は回
転軸４０の外径よりもわずかに小さく形成され、この孔
１４に軸１０を圧入することにより２回転ディスク１０
が軸４０に固定される。必要ならば。

回転ディスクＩＯのボス１３を軸４０のフランジ４１に
ボルト等により固定するとよい。

回転ディスクＩＯは、透明プラスチックによって一体成
形される。すなわち、その周辺のＶＩ４１１゜孔１４．
ボス１３が一体的に成形される。したがって、その型さ
え高精度に作製しておけば、形成された回転ディスクＩ
Ｏも高精度のものとなり、孔１４の中心と１円環状に配
列されたＶ溝１１の配列中心とを厳密に一致させること
が可能である。このことにより１回転ディスク１０の孔
１４を回転軸４０に圧入するだけで、芯合せをすること
なく１回転軸４０の中心とＶ　：／ｒ、１１の上記中心
とが一致するようになる。

第３図、第５図および第６図を参照して、固定マスク２
０」二には、■溝１１のピッチと同じピッチで１回転デ
ィスクｌＯの径方向にのびる光の透過部２１と遮光部２
２とが形成されている。これらの透過部２Ｉと遮光部２
２は、従来例と同じようにクロムをスリット・パターン
に蒸着することによりつくられる。

回転ディスク１０のｖＲｌｌのピッチ、固定マスク２０
上の各部２１．２２のピッチは、細かければ細かいほと
高分解能の回転量検出が可能となる。たとえば、■溝１
１のピッチを１０μｍ程度に細かくつくることが現在の
プラスチック成形技術で可能である。

第４図は、プリント基板９」−に組立てられた処理回路
の例を示している。受光素子３６から出力される受光信
号は時間的に波状に変化している。この信号は増幅回路
５１で増幅されたのち、所定のスレシホールドｔレベル
をもつ１と較回路５２においてこのスレシホールド・レ
ベルと比較され、波形整形されたパルス状の信号に変換
される。この信号によって制御される出力回路５３のト
ランジスタ等のスイッチング素子からは、第４図に示す
ように、同じくパルス状ないしは方形波状の出力信号が
得られる。この出力信号の周波数（パルスの繰返し周波
数）は回転ディスク１０の回転数に比例している。

第５図および第６図を参照して１回転ディスク１０が回
転することにより１回転ディスク１ｏの光透過部Ｉ２と
固定マスク２０の光透過部２１が対向したときには（第
５図）、投光器３１から投射されかつハーフ・ミラー２
５を通過した光のうち光透過部２１に向う光は、この光
透過部２Ｉを通過し、さらに回転ディスク１０の光透過
部１２を通過する。したがって１回転ディスクＩＯから
の反射光はほとんどなく、受光部３５は反射光を受光し
ない。

回転ディスク１０のＶ溝１１が固定マスク２０の光透過
部２１と一致した場合には（第６図）、投射光はハーフ
ψミラー２５．透過部２１を通過してＶ溝１１に達する
。そして、Ｖ溝Ｊ１の斜面で全反射して進行方向がほぼ
９０°偏向され、さらに隣接するＶ溝１１の斜面で全反
射し、結局ハーフΦミラー２５の方向に戻る。この光の
一部はハーフ・ミラー２５でさら＝　　１２　− に９０″偏向され、受光器３５に達し、受光される。

したがって、上述したように、受光素子３６がらは。

回転ディスクＩＯの回転にともなって波状に変化する受
光信号が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、光学式ロークリ・エンコーダの全体を示す断
面図である。 ２第２図は１回転ディスクを示す平面図と一部の周方向
にそう概念的な断面図である。 第３図は固定マスクを示す平面図である。 第４図は信号処理回路を示すブロック図である。 第５図および第６図は、光学式エンコーダの動作を示す
ためのものであり、それぞれ回転ディスクの周方向にそ
う断面をみた図面である。 第７図は２従来の光学式エンコーダを示すもので（Ａ）
は断面図、（Ｂ）は正面図である。 第８図は、従来の光学式エンコーダの動作を示すもので
、　（Ａ）（Ｂ）ともに回転ディスクの周方向にそう断
面をみたものである。 ｌＯ・・・回転ディスク、１１・・・Ｖ溝（全反射面）
。 １２・・・光の透過部、２０・・・固定マスク。 ２１・・・光の透過部、２２・・・遮光部。 ２５・・・ハーフ争ミラー。 ３１・・・投光器、３２・・・発光素子。 ２５・・・受光器、３６・・・受光素子。 以　　１−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 周辺にそって一定ピッチで放射状の光の透過部または吸
   収部と反射部とが交互に設けられ、回転軸に固定された
   回転ディスクと、回転ディスクのそれらと同ピッチで光
   の透過部と遮光部とが交互に設けられ、回転ディスクの
   周辺の一部と対向する位置に固定された固定マスクと、
   固定マスクに光を投射する投光器と、固定マスクと投光
   器との間に斜めに設けられたハーフ・ミラーと、ハーフ
   ・ミラーからの反射光を受光する受光器とを備え、回転
   ディスクの反射部が傾斜した全反射面により構成されて
   いる光学式ロータリ・エンコーダ。