JPS633221A - 光電式ロ−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】 〈産業上の利用分野〉 本発明は発光・受光素子を用いて回転体の回転速度２回
転方向等の回転情報を検出する光電式ロータリーエンコ
ーダに関するものである。

〈従来の技術〉 従来より七−夕等の回転体の速度や方向を検出する装置
として、−定ピツチでスリットが穿設された回転体を発
光素子及び受光素子間に配置して、これら素子間の光路
を遮断するよう上記回転体を回転させることにより受光
素子で検出される光信号に基づいて回転情報を形成する
光電式ロータリーエンコーダが開発されている。

第８図は従来の光電式ロータリーエンコーダの一定拡大
図であり、発光側より見た受光素子と回転体に穿設され
たスリットとの関係を示している。

第８図のように、回転体１２の円周に沿って一定ピッチ
Ｐで穿設されたスリット１１．・・・に対し、４個の受
光素子Ｐｄｔ−Ｐｄ４が設けられている。

４個の受光素子Ｐｄ＋−Ｐｄ４はスリット１１゜・・・
の配列方向に１４　ビ・チの間隔で配置され、同−半導
体基板上に各々電気的に絶縁された状態で作製されてい
る。

回転体１２がいずれかの方向に回転するとき、スリット
１１を通過して各受光素子Ｐｄ＋〜Ｐｄ、ｉに光が照射
されると、これらの受光素子Ｐ　ｄ　１〜Ｐｄ４は互い
にン４ピッチずつずれた位置関係にあるため、お互いの
間の入射光に対する受光状態も−ピッチずれた変化を示
し、例えば受光素子Ｐｄ１と受光素子Ｐｄｚでは９０°
、受光素子Ｐｄ３とでは１８０°の位相差が生じる。

すなわち、従来はスリット通過光を検出するための受光
素子Ｐ　ｄ　１〜Ｐｄ４群をスリット１１の配列方向と
同方向に配置し、各素子Ｐｄ＋〜Ｐｄ４をスリット１１
のピンチＰに対して一ピンチずつずれた位置関係とし、
素子間の出力信号を比較−して回転体１２の回転情報を
得るものであった。

〈発明が解決しようとする問題点〉 ところが上記従来の構造では、回転体１２のスＩＪ　ｙ
　）の１ピンチ中に４個の受光素子Ｐ　ｄ　＋−Ｐ　ｄ
４を配置しなければならない為、光学的なＳハ（光路が
検出物によって遮断されないときの光電流の値をＳ、検
出物によって遮断されたときの光電流をＮと定義したと
きの比）を考慮すれば、１ピンチは０６８ｍｍ程度が限
界となっていた。また受光素子Ｐｄ＋”Ｐｄ４の配列を
一定ピッチとした場合、分解能を高める為には回転体１
２の径を太きくしなければならなかった。

従って上記構造の光電ロータリーエンコーダにおいて、
高分解能化を図ると同時に小型化、低価格化全実現する
ことは非常に困難であった。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、簡単な構
造で高分解能化が図れ同時に小型化、低価格化を実現す
ることができる光電式ロータＩＪ　−エンコーダを提供
することを目的としている。

く問題点を解決するための手段〉 本発明は、相対向させて配置された発光素子と受光素子
間にスリットが穿設された回転体を通過させて回転情報
を検出する光電式ロータリーエンコーダにおいて、回転
方向に一定ピッチで穿設された放射状の回転体°スリッ
トと、該回転体スリットと同一ピッチで穿設され且つ前
記回転体スリットとモアレ縞を形成するよう回転体スリ
ットに対し角度を持たせて配置さｈた放射状の固定スリ
ットと、これら両スリットを通して発光素子よりの放射
光を検出する複数個の電気的に独立した受光素子とを備
え、該受光素子は前記回転体スリットと固定スリットの
重ね合せにより発生するモアレ縞のピッチと合致するよ
うに配置され、前記モアレ縞の移動を読み取って回転情
報を形成するよう構成したものである。

ところで、第３図及び第４図は回転体スリットと固定ス
リットの重ね合せにより発生するモアレ縞の様子を示す
図である。

第３図は等間隔スリットと放射状スリットを組み合せた
場合の例である。

通常、モアレ縞４は重ねられた２つの格子の鈍い交角の
対線を結ぶ線群として現われるが、実際は第３図のよう
に斜線部分に示される不規則な四辺形の集合がモアレ縞
４として見えている。この不規則な四辺形はスリットの
間隔が狭くなるにつれ、左右に隣接する四辺形との間で
面積差が大きくなり、またその形状も変化する。回転情
報を検出するのに十分な光量を得ようとする場合、四辺
形は横方向に複数個得られるようなスリット形状が望ま
しい。

第４図は同一ピンチを有する２つの放射状スリット形状
み合せた場合の例である。

第４図において各々の四角形は、回転スリット中心Ａと
固定スリット中心Ｂを結ぶ線分ＡＢの垂直２等分線を軸
として対称に分布している。また、左右に隣接する四辺
形との面積差及び形状変化が第３図の場合より小さくな
っている。

従って、本発明において回転体スリットと固定スリット
は、いづれも放射状スリットとし、モアレ縞を読み取る
受光素子群の配列方向に対して互いに対称となるような
角度を持って配置されるものとする。

く作　用〉 本発明の光電式ロータリーエンコーダは、回転体スリッ
トと固定スリットの重ね合せにより発生するモアレ縞を
読み取ることによって回転情報が形成され、またモアレ
縞の明暗のピッチは回転スリットと固定スリットの傾角
を変えることにより任意に拡大されるので受光素子のピ
ッチは従来のような高分解能化に対する制約がなくなる
０従って簡単な構成で光電式ロータリーエンコーダの高
分解能化が図れ、同時に小型化、低価格化が実現できる
。

〈実施例〉 以下、図面に従って本発明に係る光電式ロータリーエン
コーダの実施例を詳述する。

第１図は本発明の一実施例の要部を示す図、第２図は第
１図の一定拡大図であり、２つの放射状スリット（回転
体スリット及び固定スリット）によるモアレ縞（四辺形
斜線部）と受光素子との位置関係を示す。

本発明に係る光電式ロータリーエンコーダは、第１図及
び第２図に示す如く、回転方向に穿設された一定ピノチ
の回転体スリット１と、該回転体スリット１に対し角度
θを持たせて配置された固定スリット２と、回転体スリ
ット１及び固定スリット２全通して発光素子（図示せず
）よりの放射光を検出する各々電気的に独立した受光素
子ＰＤｌ〜Ｐ　Ｄ　４　とを備え、受光素子Ｐ　Ｄ　ｌ
−Ｐ　Ｄ　４は、前記角度θを２分する方向に、回転体
スリット１と固定スリット２の重ね合せにより発生する
モアレ縞４のピンチＷと合致するよう配置されている。

本実施例において、回転体スリット１及び固定スリット
２はいづれも放射状スリットで、先に説明した第４図の
ような２つの放射状スリットの組ト間隔（１ピツチ）ω
分だけ回転させると四辺形斜線部分はそれ自体の長さ分
（モアレ縞の１ピツチ）Ｗだけ移動する。この四辺形の
移動を光学的に読み収ることにより回転情報を形成する
ことができる。

一般に、第５図に示すように、同一周期（周期：ω）の
２つのスリット５．６を重ね合せる場合に得られるモア
レ縞周期（実際は四辺形の対角線の長い方の長さＷ）と
の関係は、２つのス’Ｊ　ｙ　）５．６の傾き角をθと
すると、 ω の関係がある。ここで■式の関係の意味は２つの等間隔
のスリット５．６の重ね合せにより生じるモアレ縞７の
進行方向は２つのスリット５，６の傾き角の２等分角線
上であることを意味している。

そこで［Ｆ］の関係を利用して第１図に示すように四辺
形（モアレ縞の暗部または明部の１つ）を配置できるよ
うに回転体スリット１と固定スリット２の位置関係を定
め、また固定スリ７ト２の形状は回転スリット１と等間
隔（ピッチの等しい）スリットヲ用いればよい。

第６図は実際のマスク８に形成された固定スリット２の
形状と回転体スリットとその中心位置の関係を示した図
である。

第６図においてｘ−ｘ’軸とＹ−Ｙ’軸の交点は受光部
中心（４個のホトダイオードの中心）であって、固定ス
リット２及び回転体スリット１′の中心である。Ａ点は
回転体スリット１の回転軸の位置を示し、またＢ点は固
定スリット２の仮想中心点である。固定スリット２のピ
ンチをψ（ｄｅｇ）リット１と固定スリット２との受光
部中心（４ケのホトダイオードの中心）での傾°角をθ
とすると■式より また 、　　θ ｄ＝Ｒｓ１ｎ　− となる。

なお、第１図の実施例において、受光素子ＰＤ１〜ＰＤ
＜は１つのモアレ（又は１つの固定スリット）のみに対
応するよう配置したものであるが、第７図のように左右
のものを含め複数のモアレ（又は複数の固定スリット）
に跨がるような形状。

大きさとしてもよい。第７図において中心のモアレ４ａ
は、第１図のモアレ４に相当するものであるＯ このような構成とすれば、受光素子ＰＤ１〜ＰＤ４に対
する固定スリット１．・・・の位置決めは、第１図の場
合はど高い精度を必要としないので、位置決めが簡単で
、さらに受光面積が大きいことにより出力アップが図れ
るものである。

〈発明の効果〉 以上述べてきたように本発明によれば、光電式ロータリ
ーエンコーダに使用されている受光素子と処理回路とを
同一半導体基板上に設けた０ＰＩＣ（光集積回路）素子
を使用することにより、すなわち０ＰＩＣの受光素子の
ピッチにモアレ縞のピッチを合わせるように上記の式に
おける傾角θを定めた設計を行なうことによりエンコー
ダの高分解能化、小型化及び低廉化が同時にしかも容易
に実現される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の要部を示す図、第２図は第
１図の一定拡大図、第３図及び第４図はそれぞれ異なる
回転体スリットと固定スリットの重ね合せにより発生す
るモアレ縞の様子を示す図、第５図は同一周期の２つの
スリットと、モアレ縞の関係を示す図、第６図は固定ス
’Ｊ　ｙ　）の形状例を示す図、第７図は本発明の他の
実施例の要部を示す図、第８図は従来例の一定拡大図で
ある。 １：回転体スリット、　　２：固定スリット。 ＰＤＩ〜ＰＤ４　　：受光素子、　３：回転体。 ４：モアレ縞。 代理人　弁理士　杉　山　毅　至（他１名）第１図 第２図 第θ図 第５図 ど 第６図 第７図 手続補正書 φ （特許庁　　　　　　　　殿） １、事件の表示 特願昭６１−１４７５８３ ２、発明の名称 光電式ロータリーエンコーダ ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住　所　ロ５４５大阪市阿倍野区長池呵２２番２７　′
ｌ；。 名　称　（５０４）シャープ株式会社 代表者　辻　　　晴　雄 ４、代理人 住　所　ロ５４５大阪市阿倍野区長池町２２番２２号７
、補正の内容 （１）明細書の特許請求の範囲の記載を別紙のとおり補
正します。 （２）■　明細書筒（９）頁８行目の「２等分角線上」
の記載を、「２等分線上」と補正します。 ■　明細書筒αυ頁６行目と７行目の間に、下記の文章
を挿入して補正します。 「尚、本発明は０ＰＩＣ化受光素子を採用して、第９図
に示す回路構成としてもよい。例えば、第９図のものは
、赤外発光ダイオードＧＰ、４つのホトダイオードＰＤ
Ｉ−ＰＤ４と信号処理回路を持つ０ＰＩＣ化受光素子及
びモアレ縞を応用するためのピッチでスリ７トを形成し
た固定マスク８で構成している。適用した０ＰＩＣ化受
光素子は、４つのホトダイオードＰＤＩ〜ＰＤ４からな
る受光部と、受光部により検出された光信号を増幅する
増幅回路と、増幅信号を比較しデジタル波形に変換する
波形整形回路及び出力回路を備えている。 、１、 上記構成にあって、各；；トダイオードＰＤＩ−ＰＤ４
かも出力された光電流は、第９図に示す信号処理回路の
演算増幅器ＡＭＦ！Ｉ〜ＡＭＰ、４の各入力端子に与え
られて増幅され、各演算増幅器ＡＭＰ、Ｉ　〜ＡＭＰ、
４の出力”　Ａ　＋　ｖＢ　ｒＶλ、ｖ７３は、位相が
反転した関係にある出力ＶＡと７人及びｖＢとｖＢが夫
々対になって比較器Ｃｏｍｐ、ｌ　、或いはＣｎｍｐ、
　２　Ｋ与えられ、各入力信号のレベルが比較される。 比較器Ｃｏｍｐ、　Ｉでは例えば出力ＶＡが基準信号と
して出力Ｖλとの間が比較され、出力Ｖ入が高い状態で
高レベルの比較器出力が導出され、出力Ｖλが出力ＶＡ
より低くなった状態で低レベルの比較器出力が導出され
、結局”Ａ＋Ｖλ、ＶＢ、ｖｎに対応して出力ＶＯＡ　
（Ａ出力）及びＶＯＢ（Ｂ出力）が形成され、９０°位
相差のある２つの信号が得られる。これらの出力信号■
ＯＡ、■ＱＢから回転体の回転情報が得られる。 上記構造の光電式ロータリーエンコーダは、１出力に対
し２つのホトダイオードを持つ光学的プンシュプル方式
の採用により、温度上昇に起因する発光ダイオードの出
力低下、及び発光ダイオードの経時変化に対する補正機
能を持たせている。またＯＰ、ＩＣ化素子の採用により
、小型化、＠量化が容易である。さらに、固定マスクと
同一ピッチのスリットを持つ回転体と組み合せてモアレ
縞の応用により高分解能化が達成できる。」 ■　明細書第αυ頁８行目の「・・・によれば、光電式
」の記載を、「・・・Ｋよれば、−般に光電式」と補正
します。 ■　明細書第０υ頁１１行目乃至！２２行目「すなわち
」の記載を、「また」と補正します。 （３）明細書第＠頁５行目の「・・・の−部拡大図」の
記載の次に、「、第９図は本発明の実施例の基本構成図
」を挿入して補正します。 （４）図面第９図を追加します。 以　　上 ２、特許請求の範囲 １．相対向させて配置された発光素子と受光素子間にス
リットが穿設された回転体を通過させて回転情報を検出
するロータリーエンコーダにおいて、回転方向に一定ピ
ノチで穿設された放射状の回転体スリットと、該回転体
スリットと同一ピンチで穿設され且つ前記回転体スリッ
トとモアレ縞を構成するよう回転体スリットに対し角度
を持たせて配置された放射状の固定スリットと、これら
両スリットを通して発光素子よりの放射光を検出する複
数個の電気的に独立した受光素子とを備え、該発光素子
は前記回転体ス’Ｊ　７　トと固定ス＋）　ｙトの重ね
合せにより発生するモアレ縞のピッチと合致するよう配
置され、前記モアレ縞の移動を読み取って回転情報を形
成することを特徴とする光電式ロータリーエンコーダ。 第９図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、相対向させて配置された発光素子と受光素子間にス
   リットが穿設された回転体を通過させて回転情報を検出
   するロータリーエンコーダにおいて、回転方向に一定ピ
   ッチで穿設された放射状の回転体スリットと、該回転体
   スリットと同一ピッチで穿設され且つ前記回転体スリッ
   トとモアレ縞成するよう回転体スリットに対し角度を持
   たせて配置された放射状の固定スリットと、これら両ス
   リットを通して発光素子よりの放射光を検出する複数個
   の電気的に独立した受光素子とを備え、該発光素子は前
   記回転体スリットと固定スリットの重ね合せにより発生
   するモアレ縞のピッチと合致するよう配置され、前記モ
   アレ縞の移動を読み取って回転情報を形成することを特
   徴とする光電式ロータリーエンコーダ。