JPS63247617A - 光学式スケ−ル - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は光学式スケールに関し、特に光学式ロータリー
エンコーダー等の被検物の回転状態を測定する際に該被
検物に装着する光学式スケールに関するものである。

（従来の技術） 従来より電子タイプライタ−等の情報機器に３いて、キ
ャリッジ等の可動部の位置・速度を検出する為に、光学
式エンコーダが多く用いられてきた。このような光学式
エンコーダは、通常可動部に固定され、光学式符号が記
録された光学式スケールに光を投射し、該光学式スケー
ルで変調された光を光電変換することによって前記可動
部の位置情報を符号化した電気信号として取り出すよう
に構成されていた。そして、光学式スケールとしては、 （Ｉ）金属板にエツチングによりスリットを加工したも
の （ＩＩ）ガラス、プラスチック等の透明基板上に銀、銅
、クロム、アルミニウムなどの金属を蒸着し、金属層の
みをエツチング辷よってスリット状に削除したもの 等が用いられていた。

しかし、これらはエツチング可能なスリット幅が構成上
金属の厚みの２倍以上に制限され、微細な符号を記録す
ることが困難であった。また、製作工程が複雑で、しか
もエツチングに高価な感光性樹脂を用いる為、コスト高
になるといった欠点があった。

又、従来の光学式スケールは、例えば第５図に示すよう
な方法で被検物に取り付けられていた。

第５図は従来の光学式スケールを用いて光学式エンコー
ダを構成した一例の概略図であり、図中２１は光源、２
２は金属板をエツチングすることによって光透過部と光
非透過部とを有する標識部を形成した従来の光学式スケ
ール、３０はコリメータレンズ、２３は金属板をエツチ
ングすることにより製作した固定光学格子、２４は受光
素子、２５は波形整形回路であり、受光素子２４からの
信号、例えば正弦波形を波形整形して同図のＳに示した
ような信号波形に整形するものである。２６は本光学式
エンコーダにより位置検出をされるべき被検物の回転軸
、２７は光学式スケール２２を軸２６に取り付けるため
に軸２６に接着されている取付板、２８は光学式スケー
ル２２を取付板２７に固定する際の押え板であり、２９
はその際に用いられるネジである。光源２１．固定光学
格子２３．受光素子２４はプラスチックや金属からなる
ケース（図示せず）に固定され、またケースは回転軸２
６にベアリング等を介して位置決められている。

ここで、光学式スケール２２と固定光学格子２３との隙
間は光学式エンコーダの性能に大きく影響を与えるため
微少であり、かつ、光学式スケール２２は隙間を変化さ
せることなく回転しなければならない。このためには、
取付板２７等に高い部品精度、接着精度が要求され、又
、同時に光学式スケール２２を被検物に回転軸２６に強
固に安定した状態で取り付けることも要求され、これら
のことを満足させようとすると作業工程及び装置全体が
複雑化してくる傾向があった。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は本出願人の先の出願である特願昭６０−１４３
１３０号で提案した光学式スケールを更に改良し、簡単
な組立工程で被検物の回転軸に高錆度にしかも安定的に
取り付けることのできる光学式スケールの提供を目的と
する。

（問題点を解決するための手段） 回転可能な円形状の部材の周縁部に設けた、該部材の回
転状態を検出する為の標識部と、該部材の回転中心に被
検物の回転軸を嵌入する為の内壁に溝部を有した穴部と
を設けたことである。

この他本発明の特徴は実施例において記載されている。

（実施例） 第１図は、本発明の光学式スケールを用いて光学式エン
コーダを構成した一実施例を示す斜視図である。同図に
おいて、１は光源、２はコリメータレンズ、３は本発明
に基づいたロータリー型の光学式スケールで、被検物の
回転軸７に固定され、この駆動に伴なって回転する。光
学式スケール３の周縁部には、光透過部と光非透過部と
が交互に形成された標識部８と回転軸７に嵌入させる為
の回転中心に設けた穴部３２、そして後述するように穴
部３２の内壁には複数の溝部３１とが設けられている。

１１はフランジ部で光学式スケール３を回転軸７に嵌入
する際の双方の接合面を増大させている。

４は透明部材から成る固定光学格子で、５は前記透明光
学路Ｙ−４を透過した光を電気信号に変換する受光素子
、６は波形整形回路で、受光素子５からの出力信号を波
形整形して同図の右側にＳで示したような信号波形に整
形するものである。

第２図（Ａ）、（Ｂ）は、航記光学式スケール３の構成
を示す概略図であり、同図（Ａ）は下面から見た図、同
図（Ｂ）は同図（Ａ）のＡＡ’における略断面図である
。光学式スケール３はガラス、プラスチック等の透過性
部材を用いて、凸状の標識部８とフランジ部１１とが一
体に成形されて成る。またこの標識部８には、光透過部
９と光非透過部ｌＯとが交互に規則正しく形成され、該
標識部８により第１図にように照射された光を変調する
。

第３図は、第２図（Ａ）におけるＢＢ’の１部断面図で
ある。館述の光透過部９は、入射光Ｌ１に対し、その入
射角が臨界角より小さな角度をなす、例えば９ａのよう
な平坦面から成る。また、光非透過部１０は、入射光Ｌ
２に対し、その入射角が臨界角以上の角度となるように
傾斜している傾斜面１０ａ及び１０ｂから成る。例えば
、傾斜面１０ａと１０ｂのなす角度を９０°とし、傾斜
面１０ａと１０ｂとを合わせた水平方向の幅Ｗ＋（入射
光の光軸に垂直な面への傾斜面の投影像の幅を示す）と
平坦面９ａ夫々の幅Ｗ２とを同一とする。すると同図か
ら明らかなように、傾斜部１０ａに入射した光は入射角
が４５°となるので全反射されて直角に反射され、もう
１つの他の傾斜部Ｊｏｂに４５°の角度をなして入射し
、再び全反射されて直角に反射されてもとの入射側に戻
る。又、傾斜部１０ｂに入射した光についても上記と同
様に入射側に戻る。ところが、平坦面９ａに入射する光
はそのまま透過してしまう。このことは平坦面のみが開
口のスリットの役割を果たすことを意味する。従って、
この光学式スケール３は丁度スリットと遮光部が同一幅
、等ピッチで配列されたものと同じとなる。又、眞述の
固定光学格子４にも光学式スケール３と同様の凹凸が形
成されている。

次に、本発明の光学式スケールを用いた光学式エンコー
ダの動作を第１図及び第４図（八）　、　（Ｂ）を用い
て説明する。第４図（八）　、　（Ｂ）は光学式スケー
ル３．固定光学格子４及び受光素子５の略断面図で５間
図（Ａ）が光学式スケール３と固定光学格子４とに形成
された標識の位相が一致した状態、同図（Ｂ）が１／２
周期位相がずれた状態を示す。

第１図において、光源ｌからの光はコリメータレンズ２
により平行光とされ光学式スケール３の上方から入射す
る。上述のように上方から入射した光はその平坦面で光
学式スケール３を透過する。又、その傾斜面では２回全
反射されて光学式スケール３を透過しない。従って、光
学式スケール３を透過した光により規則的な光の明暗分
布を生じる。ここで光学式スケール３はその回転軸７と
共に図示矢印方向に回転し、その明暗分布も同方向に移
動する。ここで、固定光学格子４と光学式スケールとに
形成された符号は同一、即ち、固定光学格子４の明暗分
布と、入射する光の明暗分布とは等ピッチとなっている
ので、双方の凹凸の位相が第４図（Ａ）の如く一致した
時には、光学式スケール３を透過した光は全て固定光学
格子４を透過するので受光素子５へ入射する光量は最大
となる。又、凹凸の位相が第４図（Ｂ）のように１／２
周期ズした時には光学格子同士の傾斜面と平坦面とが夫
々対応した位置となるので、光学式スケール３を透過す
る光は全て固定光学格子４の傾斜面で２回全反射されて
入射側に戻り、受光素子５へ入射する光量は最小となる
。

そして、この光量が最大になるときと最小になるときと
の間には、光学式スケール３の平坦面と固定光学格子４
の平坦面とが部分的に一致し、その一致した部分の面積
の割合に応じた光量を受光素子５は受光する。従って、
受光素子５からの出力信号は正弦波状となり、この出力
信号は波形整形回路６により第１図のＳのようなパルス
状の信号に整形される。

本発明の光学式スケールは、例えば第２図の如きスケー
ルと同一形状のマスク型を加工し、ここからＮｉ電鋳等
によって反転型をとり、次にこれを成形用金型として、
プラスチック等の材料に凹凸を転写することによって作
製される。従って、被検物（実施例では回転軸７）にス
ケールを取り付ける為の接合部たるフランジ部１１も、
高精度にしかも簡単に形成される。又、第１図において
、光学式スケール３を回転軸７に取り付ける場合には、
まず光学式スケール３と固定光学格子４間の受光素子５
に形容を与えない部分に、隙間ｌに相当する厚さのスペ
ーサーをはさみ、次に光学式スケール３を押さえて回転
させながらフランジ部１１と回転軸７との間及び溝部３
１に接着剤を流し込む。そして、接着剤が完全に乾燥し
た後、スペーサーを引きぬく。この作業によって光学式
スケール３と固定光学格子４との隙間は正しくスペーサ
ーの厚み！に調整され、又回転させながら接着されるの
で隙間の変化はほとんどない。

特に本実施例ではフランジ部１１に設けた穴部３２と回
転軸７との取付精度を高める為に、双方の嵌合がきつく
なるようにしている。この為穴部３２と回転軸７との隙
間は全んどなくなるが、穴部３２の内壁に複数の溝部３
１を設け、該構部３１に接着剤を流し込むようにして、
これによりフランジ部１１の接着強度を高めている。

尚、本実施例において穴部３２の内壁に設ける溝部３１
は回転軸７の回転軸方向に平行に又は非平行に複数個設
けても良く、又、内壁に添って螺施状や８次状に設けて
も良い。

又、本実施例においては溝部３１をフランジ部１１の穴
部３２の代わりに回転軸７の外周に若しくは双方に設け
ても良い。

尚、光学式スケール３と固定光学格子４との間に設ける
スペーサーとしては、ウレタンシート等を使用すると、
光学式スケールに傷が付きにくく好都合である。又、ス
ペーサーをはさみ込む場所として、光学式スケール３の
標識部８の更に外周に平坦な部分を設け、これに対向す
る固定光学格子４の部分も平坦に形成して、これらの平
坦部を基準にすると、より作業が容易となる。

本発明は、以上の実施例に限らず、紳々の応用が可能で
ある。例えば光学式エンコーダに用いる場合、透過光で
はなく、反射光を検出するようにしてもかまわない。

（発明の効果） 本発明によれば光学式スケールの回転軸取付は用穴部の
内壁に溝部を一体成形して設けることにより、被検物の
回転軸への取付けを容易にし、しかも取付は強度を高め
た高精度の光学式スケールを達成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光学式スケールを用いて光学式エンコ
ーダを構成した例を示す斜視図、第２図（Δ）　、　（
Ｂ）は夫々本発明の光学式スケールの一実施例を示す概
略図、第３図は第２図の光学式スケールの部分断面図、
第４図（八）　、　（Ｂ）は夫々第１図の光学式エンコ
ーダの動作を説明する要部断面図、第５図は従来の光学
式スケールを用いた光学式エンコーダの構成例を示す斜
視図である。 ３−−−−−−光学式スケール、８−−−−−標識部、
９・・・・・・光透過部　　　　９　ａ−＝平坦面、１
０−・・光非透過部、 １０ａ、１０ｂ　−傾斜部、　　　１１−・・フランジ
部、３２−・・穴部、　　　　　　３１・・・溝部。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）回転可能な円形状の部材の周縁部に設けた、該部
   材の回転状態を検出する為の標識部と、該部材の回転中
   心に被検物の回転軸を嵌入する為の内壁に溝部を有した
   穴部とを設けたことを特徴とする光学式スケール。
2. （２）前記部材を透光性部材より構成すると共に、前記
   標識部を光透過部と入射光線に対し、その入射角が臨界
   角以上となるように設定した傾斜面から成る光非透過部
   とを交互に設けて構成したことを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の光学式スケール。