JP2008241454A - 光学式エンコーダ - Google Patents

Abstract

【課題】組立て調整を容易とすることが可能な光学式エンコーダを提供する。
【解決手段】本発明に係る光学式エンコーダ１の一実施形態は、光を出射する発光素子１０と、略等間隔に配置された複数のスリットＳ１を有し、回転又は直線的に移動可能な可動スリット板３０と、発光素子１０からの光を受けて第１の分割光と第２の分割光とに分割し、これらの第１の分割光と第２の分割光とを可動スリット板３０におけるスリットＳ１の回転経路上又は直線経路上に向けてそれぞれ照射する多焦点レンズ２０と、可動スリット板３０を通過した第１の分割光に応じて第１の電気信号を生成する第１の受光素子４１と、第１の電気信号の位相と異なる位相である第２の電気信号であって、可動スリット板３０を通過した第２の分割光に応じて第２の電気信号を生成する第２の受光素子４２とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学式エンコーダに関するものである。

回転量や直線的移動量を検出するための光学式エンコーダが知られている。特許文献１には、回転量を検出する光学式エンコーダが記載されている。この光学式エンコーダは、回転軸に取り付けられた回転スリット板と固定スリット板とを通過した光を受光素子で検出し、回転スリット板のスリットと固定スリット板のスリットとの重なり度合いに応じて受光素子から出力された正弦波信号又は余弦波信号によって、回転量を検出している。
特開平９−１８９５７２号公報

特許文献１に記載の光学式エンコーダでは、分解能が高くなるほど、回転スリット板や固定スリット板のスリット幅及びスリット間隔が狭くなり、回転スリット板において、光が通過しているスリットの隣のスリットを光が通過し、これが迷光（漏れ光）となって、受光素子による光検出精度に悪影響を与えていた。そこで、回転スリット板と固定スリット板との間隔を出来るだけ、例えばスリットの１ピッチ分にまで狭くする必要があった。そのため、回転スリット板と固定スリット板との間隔調整が難しく、このことが、光学式エンコーダの組立て調整を難しくしていた。

そこで、本発明は、組立て調整を容易とすることが可能な光学式エンコーダを提供することを目的としている。

本発明の光学式エンコーダは、光を出射する発光素子と、略等間隔に配置された複数のスリットを有し、回転又は直線的に移動可能な可動スリット板と、発光素子からの光を受けて第１の分割光と第２の分割光とに分割し、これらの第１の分割光と第２の分割光とを可動スリット板におけるスリットの回転経路上又は直線経路上に向けてそれぞれ照射する多焦点レンズと、可動スリット板を通過した第１の分割光に応じて第１の電気信号を生成する第１の受光素子と、第１の電気信号の位相と異なる位相である第２の電気信号であって、可動スリット板を通過した第２の分割光に応じて第２の電気信号を生成する第２の受光素子とを備える。

この光学式エンコーダでは、多焦点レンズが、発光素子からの光を第１の分割光と第２の分割光とに分割し、これらの第１の分割光と第２の分割光とを可動スリット板におけるスリットの回転経路上又は移動経路上に向けてそれぞれ照射するので、可動スリット板が回転又は移動すると、可動スリット板を通過する第１の分割光の光量及び第２の分割光の光量がそれぞれ変化する。すると、第１の受光素子によって第１の電気信号が生成され、第２の受光素子によって第１の電気信号の位相と異なる位相である第２の電気信号が生成される。

この光学式エンコーダによれば、従来の固定スリット板に代えて多焦点レンズを用いているので、多焦点レンズの焦点距離を長くすることができ、多焦点レンズと可動スリット板との間隔を狭める必要がなくなる。したがって、この光学式エンコーダによれば、多焦点レンズと可動スリット板との組立て調整、特に間隔調整を容易とすることができる。

上記した第１及び第２の分割光は楕円形をなし、その短辺の長さが可動スリット板におけるスリットの幅と略同一であることが好ましい。

この構成によれば、可動スリット板のスリットの一部に遮光物（ゴミなど）が挟まっても、遮光物に起因する検出感度の低下を抑制することができる。

本発明によれば、組立て調整を容易とすることができる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。

図１に示すように、光学式エンコーダ１は、発光素子１０と、多焦点レンズ２０と、回転スリット板（可動スリット板）３０と、第１〜第３の受光素子４１〜４３とを備えている。

発光素子１０は、多焦点レンズ２０へ光を出射する。発光素子１０には、例えば、レーザーダイオードやライトエミッティングダイオードなどが用いられる。

多焦点レンズ２０は、図２に示すように、互いに屈折率が異なる第１〜第３の領域２１〜２３を有している。この多焦点レンズ２０は、発光素子１０からの光を第１〜第３の領域２１〜２３で受け、一入力光を第１の分割光Ｐ１と、第２の分割光Ｐ２と、第３の分割光Ｐ３と三つに分割して出力するものである。多焦点レンズ２０に対して発光素子１０と反対側には、回転スリット板３０が配置されている。

回転スリット板３０は、円板形状をなしており、例えばサーボモータなどの回転軸３５に取り付けられている。回転スリット板３０の縁部には、外周に沿って多数のＡＢ相用スリットＳ１が形成されている。また、回転スリット板３０には、ＡＢ相用スリットＳ１よりも回転軸３５側に位置するＺ相用スリットＳ２が一つ形成されている。回転スリット板３０に対して多焦点レンズ２０と反対側には、第１〜第３の受光素子４１〜４３が配置されている。

第１の受光素子４１は、多焦点レンズ２０の第１の領域２１から出射された第１の分割光Ｐ１が回転スリット板３０のＡＢ相用スリットＳ１を通過した光を受け、この第１の分割光Ｐ１の光量に応じたＡ相出力信号（第１の電気信号）を生成する。また、第２の受光素子４２は、多焦点レンズ２０の第２の領域２２から出射された第２の分割光Ｐ２が回転スリット板３０のＡＢ相用スリットＳ１を通過した光を受け、この第２の分割光Ｐ２の光量に応じたＢ相出力信号（第２の電気信号）を生成する。

また、第３の受光素子４３は、多焦点レンズ２０の第３の領域２３から出射された第３の分割光Ｐ３が回転スリット板３０のＺ相用スリットＳ２を通過した光を受け、この第３の分割光Ｐ３の光量に応じたＺ相出力信号を生成する。第１〜第３の受光素子４１〜４３としては、例えば、フォトダイオードなどが用いられる。

次に、多焦点レンズ２０及び回転スリット板３０について詳細に説明する。

図１に示すように、多焦点レンズ２０から出射される第１及び第２の分割光Ｐ１，Ｐ２は、回転スリット板３０におけるＡＢ相用スリットＳ１の回転経路上に向けられている。また、多焦点レンズ２０から出射される第３の分割光Ｐ３は、回転スリット板３０におけるＺ相用スリットＳ２の回転経路上に向けられている。

図３に示すように、多焦点レンズ２０から出射される第１及び第２の分割光Ｐ１，Ｐ２は、それぞれ、楕円形状をなしており、その短辺の長さＡ１は、回転スリット板３０の平面上においてＡＢ相用スリットＳ１のスリット幅Ｗ１と略同一である。なお、第１及び第２の分割光Ｐ１，Ｐ２それぞれの長辺の長さＢ１は、回転スリット板３０の平面上においてＡＢ相用スリットＳ１のスリット長Ｌ１と略同一であることが好ましい。

同様に、多焦点レンズ２０から出射される第３の分割光Ｐ３は、楕円形状をなしており、その短辺の長さＡ２は、回転スリット板３０の平面上においてＺ相用スリットＳ２のスリット幅Ｗ２と略同一である。なお、第３の分割光Ｐ３の長辺の長さＢ２は、回転スリット板３０の平面上においてＺ相用スリットＳ２のスリット長Ｌ２と略同一であることが好ましい。

また、第１及び第２の分割光Ｐ１，Ｐ２は、第１の分割光Ｐ１がＡＢ相用スリットＳ１を全透過する場合に、第２の分割光Ｐ２が他のＡＢ相用スリットＳ１を半透過するように、多焦点レンズ２０から出射されている。これによって、第１の分割光Ｐ１の光量に応じたＡ相出力信号と第２の分割光Ｐ２の光量に応じたＢ相出力信号とは、９０度位相がずれることとなる。

ＡＢ相用スリットＳ１は、回転スリット板３０の外周に沿って等間隔に多数配置されている。また、Ｚ相用スリットＳ２のスリット幅Ｗ２は、ＡＢ相用スリットＳ１のスリット幅Ｗ１の２倍である。

この光学式エンコーダ１では、回転軸３５が回転することによって回転スリット板３０が回転すると、回転スリット板３０のＡＢ相用スリットＳ１を通過する第１の分割光Ｐ１の光量及び第２の分割光Ｐ２の光量がそれぞれ変化する。すると、第１の受光素子４１によって、Ａ相出力信号として例えば正弦波信号が生成され、第２の受光素子４２によって、Ｂ相出力信号として例えば余弦波信号が生成される。

また、この光学式エンコーダ１では、回転スリット板３０が回転すると、回転スリット板３０のＺ相用スリットＳ２を通過する第３の分割光Ｐ３の光量が変化する。すると、第３の受光素子４３によって、Ｚ相出力信号としてパルス信号が生成される。このＺ相出力信号は、回転スリット板３０が１回転するごとに１回だけ出力される。

ところで、回転スリット板と固定スリット板とを用いた従来の光学式エンコーダでは、分解能が高くなるほど、回転スリット板や固定スリット板のスリット幅及びスリット間隔が狭くなり、回転スリット板において、光が通過しているスリットの隣のスリットを光が通過し、これが迷光（漏れ光）となって、受光素子による光検出精度に悪影響を与えていた。そこで、回転スリット板と固定スリット板との間隔を出来るだけ、例えばスリットの１ピッチ分にまで狭くする必要があった。そのため、回転スリット板と固定スリット板との間隔調整が難しく、このことが、光学式エンコーダの組立て調整を難しくしていた。また、回転スリット板と固定スリット板との間隔が狭いので、振動や衝撃に対する耐力が低かった。

しかしながら、この光学式エンコーダ１によれば、従来の固定スリット板に代えて多焦点レンズ２０を用いているので、多焦点レンズ２０の焦点距離を長くすることができ、多焦点レンズ２０と回転スリット板３０との間隔を狭める必要がなくなる。したがって、この光学式エンコーダ１によれば、多焦点レンズ２０と回転スリット板３０との組立て調整、特に間隔調整を容易とすることができる。更に、振動や衝撃に対する耐力を向上することができる。

更に、この光学式エンコーダ１によれば、多焦点レンズ２０からの第１〜第３の分割光Ｐ１〜Ｐ３がそれぞれ楕円形状をなしているので、回転スリット板３０のＡＢ相用スリットＳ１又はＺ相用スリットＳ２の一部に遮光物（ゴミなど）が挟まっても、光が全て遮られることがない。したがって、回転スリット板３０のＡＢ相用スリットＳ１又はＺ相用スリットＳ２に発生する遮光物に起因する検出感度の低下を低減することができる。

更に、この光学式エンコーダ１によれば、第１及び第２の分割光Ｐ１，Ｐ２それぞれの長辺の長さＢ１がＡＢ相用スリットＳ１のスリット長Ｌ１と略同一であるので、ＡＢ相用スリットＳ１に発生する遮光物に起因する検出感度の低下を好適に低減することができ、更に、長辺方向の端部が遮光されることによる検出感度の低下をも低減することができる。

同様に、第３の分割光Ｐ３の長辺の長さＢ２がＺ相用スリットＳ２のスリット長Ｌ２と略同一であるので、Ｚ相用スリットＳ２に発生する遮光物に起因する検出感度の低下を好適に低減することができ、更に、長辺方向の端部が遮光されることによる検出感度の低下をも低減することができる。

なお、本発明は上記した本実施形態に限定されることなく種々の変形が可能である。

本実施形態では、回転量を検出する光学式エンコーダを例示したが、本発明は直線移動量（スライド移動量）を検出する光学式エンコーダにも適用可能である。この場合、光学式エンコーダは、回転スリット板３０に代えて、直線移動（スライド）軸に取り付けられた直線移動板（スライド板）を備える。この直線移動板は、帯状をなし、略等間隔に形成されたスリットを有する。そして、多焦点レンズは、直線移動板におけるスリットの直線移動経路上に向けて分割光を照射する。

また、本実施形態では、第１〜第３の領域２１〜２３が扇状に配置された多焦点レンズ２０が用いられたが、多焦点レンズ２０の形状は本実施形態に限られるものではない。例えば、第１〜第３の領域２１〜２３が一列に配置された多焦点レンズが用いられてもよいし、出力相の違いに対応して配置された多焦点レンズが用いられてもよい。

また、本実施形態では、Ａ相出力、Ｂ相出力及びＺ相出力の３相出力の光学式エンコーダ１を例示したが、本発明は、Ｚ相出力を有さない２相出力の光学式エンコーダに適用されてもよいし、４相出力以上の光学式エンコーダに適用されてもよい。この場合、出力相の数に応じた数の分割光を出力可能な多焦点レンズが用いられる。

本発明に係る光学式エンコーダの実施形態を示す斜視図である。 図１における多焦点レンズを示す概略図である。 図１における可動スリット板の一部を拡大して示す図である。

符号の説明

１…光学式エンコーダ、１０…発光素子、２０…多焦点レンズ、３０…回転スリット板（可動スリット板）、３５…回転軸、４１〜４３…第１〜第３の受光素子、Ｐ１〜Ｐ２…第１〜第３の分割光、Ｓ１…ＡＢ相用スリット、Ｓ２…Ｚ相用スリット。

Claims (2)

1. 光を出射する発光素子と、
   略等間隔に配置された複数のスリットを有し、回転又は直線的に移動可能な可動スリット板と、
   前記発光素子からの光を受けて第１の分割光と第２の分割光とに分割し、これらの第１の分割光と第２の分割光とを前記可動スリット板における前記スリットの回転経路上又は直線経路上に向けてそれぞれ照射する多焦点レンズと、
   前記可動スリット板を通過した前記第１の分割光に応じて第１の電気信号を生成する第１の受光素子と、
   前記第１の電気信号の位相と異なる位相である第２の電気信号であって、前記可動スリット板を通過した前記第２の分割光に応じて前記第２の電気信号を生成する第２の受光素子とを備える、光学式エンコーダ。
2. 前記第１及び第２の分割光は楕円形をなし、その短辺の長さが前記可動スリット板における前記スリットの幅と略同一である請求項１に記載の光学式エンコーダ。

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