JP2003344111A

JP2003344111A - Encoder device

Info

Publication number: JP2003344111A
Application number: JP2002158860A
Authority: JP
Inventors: Hirohiko Sonoki; 裕彦園木
Original assignee: Nidec Copal Corp
Current assignee: Nidec Precision Corp
Priority date: 2002-05-31
Filing date: 2002-05-31
Publication date: 2003-12-03

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an encoder device with fewer amplitude fluctuation of a signal output from a photodetector capable of measuring an amount of rotation with high accuracy, even when a space between a rotation plate and a fixing plate fluctuates. <P>SOLUTION: On a plate 1F at a center among three plates, a slit 1FS with a pitch P is notched radially with a rotating axis as a center and equally divided by resolution in a range contributing to the output of the photodetector 5 around a point crossing with an optical axis. On a plate 1R at one side, a slit 1RS with a pitch 2P twice as much as that of the slit 1FS on the central plate 1F is notched. On a plate 2 at another side, a slit 2S with a pitch 2P twice as much as that of the slit 1FS on the central plate 1F is notched radially with the rotating axis as the center extending over a circumference thereof. The plate 2 with the slit 2S notched extending over the circumference is rotated with the rotating axis, and the plates 1F, 1R are fixed where the remaining two slits 1FS, 1RS are notched. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【発明の詳細な説明】【０００１】【発明の属する技術分野】本発明は、機械部品の回転移
動量を光学的に検出するロータリー型のエンコーダ装置
に関する。より詳しくは、エンコーダ装置を構成する回
転板及び固定板のスリット構造に関する。【０００２】【従来の技術】従来のエンコーダ装置は、基本的に回転
板と発光素子と受光素子と固定板とからなる。様々な従
来構造が例えば特開平９−１３３５５２号公報、特開平
１１−１８３２０１号公報、特開平１１−２１１５０５
号公報、特開平１１−３２５９７３号公報などに開示さ
れている。回転板は、周方向に沿って所定の配列ピッチ
で配列されたスリットの列が形成されている。発光素子
は、回転板の回転に伴って通過するスリットの列に光束
を入射する。受光素子は、スリットの列から出射した光
束を受光して回転板の回転に応じた電気信号を出力す
る。入射側の固定板は、発光素子と回転板との間に介在
し、光束を選択的に透過する入射スリットを備えてい
る。出射側の固定板は、受光素子と回転板との間に介在
し光束を選択的に透過する出射スリットを備えている。【０００３】【発明が解決しようとする課題】一般に、回転板に形成
されたスリットは透過型又は反射型である。これに対
し、固定板に形成されたスリットは透過型であり、スリ
ット幅は回転板に形成されたスリットの幅と等しいか若
しくは狭めに形成されている。典型的には、回転板に形
成されたスリットは複数本で列を成すのに対し、固定板
に形成されたスリットは一本である。スリットが一本刻
まれた入射側の固定板を回転板と発光素子の間に配置
し、同じくスリットが一本刻まれた出射側の固定板を回
転板と受光素子との間に配置することで、発光素子から
受光素子に向けて有効な一本の光束が形成できる。有効
な光束に対し、回転板に刻まれたスリットの列が透過／
遮断又は反射／吸収を繰り返すことにより、回転板の移
動量を表わす信号が得られる。比較的分解能が低いエン
コーダ装置では、一本のスリットが刻まれた固定板から
得られる光量で、受光素子から十分な信号が得られる。
又、回転板の両側にある一対の入射側固定板及び出射側
固定板が単一の光束を形成する為、回転板の位置が入射
側固定板及び出射側の固定板の間で変位しても、受光素
子の出力は大きく変動することがない。【０００４】しかしながら、エンコーダ装置の分解能が
高くなると、回転板に形成されたスリットの配列ピッチ
及びスリット幅が必然的に細かくなる。これに対応し
て、固定板に形成されるスリットの幅も狭くなり、一本
のスリットのみでは受光素子に対して十分な受光量を保
証することができなくなってしまう。これを補う為、回
転板に形成されたスリットの配列ピッチと同一のピッチ
で、固定板に複数本のスリットを形成している。しかし
ながら、固定板のスリット本数を増やすと、回転板によ
って透過される光量と遮断される光量との比が小さくな
り、コントラストが低下するという不具合がある。回転
板と固定板の間隔が離れるに従い、斜行する入射光を完
全に遮断することができなくなり、遮断状態であっても
受光素子に到達する光量が増える為、透過状態と遮断状
態との間で光のコントラストが低下してしまい、信号出
力の振幅低下を招くという課題がある。【０００５】【課題を解決するための手段】上述した従来の技術の課
題を解決するために以下の手段を講じた。即ち、一対の
受光素子及び発光素子が所定の回転軸と平行な光軸上で
対向配置され、これら受光素子及び発光素子の間にスリ
ットを刻んだ板が３枚配置された、偶数の分解能を有す
る光学式口一タリーエンコーダ装置であって、３枚のう
ち中央に位置する板は、回転軸を中心にして放射状で且
つ光軸と交差する付近で受光素子の出力に寄与する範囲
に、分解能で等分割したピッチのスリットが複数本刻ま
れており、３枚のうち両側に位置する板の一方は、回転
軸を中心に放射状で且つ光軸と交差する付近で受光素子
の出力に寄与する範囲に、中央の板に刻まれたスリット
のピッチの２倍のピッチでスリットが刻まれており、３
枚のうち両側に位置する板の他方は、回転軸を中心に放
射状で且つ全周にわたり、中央の板に刻まれたスリット
のピッチの２倍のピッチでスリットが刻まれており、全
周にわたってスリットが刻まれた板は回転軸と共に回転
し、残る２枚のスリットが刻まれた板は固定されている
ことを特徴とする。【０００６】本発明によれば、入射側に位置する板に形
成された入射スリットの配列ピッチ及び出射側に位置す
る板に形成された出射スリットの配列ピッチを、中央に
位置する板に形成されたスリット列の配列ピッチの２倍
に設定している。これにより、回転板による光束の遮断
もしくは吸収を効果的に行なうことが可能となり、光束
の漏れを抑制している。発光素子から入射した光束を遮
断または吸収すべきタイミングで透過又は反射してしま
う無効な光束が受光素子側に到達しにくくなる。従っ
て、高分解能のロータリーエンコーダ装置においても、
無効な光束の漏れを抑えつつ、３枚の板の間隔を十分に
確保することが可能となる。特に、中央に位置する板を
固定とし、両側に位置する板の片方を回転させること
で、回転板の高さ変動による信号の変動を抑制してい
る。すなわち、回転板の移動に伴い回転板と固定板との
間の間隔が変動した場合でも、受光素子から出力される
信号の振幅変動が起きにくく、精度の高い回転量測定が
可能となる。【０００７】【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施
の形態を詳細に説明する。図１は、本発明に係る光学式
ロータリーエンコーダ装置の実施形態を示す模式的な斜
視図である。図示する様に、本光学式ロータリーエンコ
ーダ装置は、一対の受光素子５及び発光素子６が所定の
回転軸と平行な光軸上で対向配置されており、偶数の分
解能を有する。ここで、分解能とはロータリーエンコー
ダ装置が識別可能な回転位置の総数を意味する。これら
受光素子５及び発光素子６の間にスリットを刻んだ板が
３枚配置されている。３枚のうち中央に位置する板１Ｆ
は、回転軸を中心にして放射状で且つ光軸と交差する付
近で受光素子５の出力に寄与する範囲に、分解能で等分
割したピッチＰのスリット１ＦＳが複数本（図示の例で
は３本）刻まれている。両側に位置する２枚のうち一方
の板１Ｒは、回転軸を中心に放射状で且つ光軸と交差す
る付近で受光素子５の出力に寄与する範囲に、中央の板
１Ｆに刻まれたスリット１ＦＳのピッチＰの２倍のピッ
チ２Ｐでスリット１Ｒが形成されている。両側に位置す
る２枚のうち他方の板２は、回転軸を中心に放射状で且
つ全周に亘り、中央の板１Ｆに刻まれたスリット１ＦＳ
のピッチＰの２倍のピッチ２Ｐでスリット２Ｓが刻まれ
ている。全周に亘ってスリット２Ｓが刻まれた板２は回
転軸と共に回転する一方、残る２枚のスリットが刻まれ
た板１Ｆ，１Ｒは固定されている。以下、本明細書では
回転する板２を回転板と呼ぶことにする。本実施形態で
は、この回転板２に形成されたスリット２Ｓは、発光素
子６に面した入射側に位置するので、入射スリットと呼
ぶ場合がある。又中央に配された板１Ｆは固定されてい
るので以下固定板と呼ぶ場合がある。固定板１Ｆに形成
されているスリット１ＦＳのピッチＰは、前述した様に
３６０度を分解能で等分割した値に相当する。残る板１
Ｒも固定されているので、以下本明細書では固定板と呼
ぶ場合がある。この固定板１Ｒに形成されたスリット１
ＲＳのピッチは、前述した様に固定板１Ｆに形成された
スリット１ＦＳのピッチＰの２倍となっている。固定板
１Ｒに形成されたスリット１ＲＳは受光素子５に対面し
ているので、以降出射スリットと呼ぶ場合がある。受光
素子５は例えばフォトトランジスタからなり、スリット
１ＲＳから出射した光束を受光して、回転板２の移動に
応じた電気信号を出力する。一方発光素子６は例えばＬ
ＥＤからなり、回転板２の回転に伴って通過するスリッ
ト２Ｓの列に光束を入射する。【０００８】なお、回転板２や固定板１Ｆ，１Ｒは金属
や樹脂などを主材とした遮光性の板を用いてエッチング
やプレスによりスリットを刻むことが多いが、透明なガ
ラスや樹脂の板に遮光膜を形成し、スリットを形成する
こともできる。【０００９】図２は、図１に示した光学式ロータリーエ
ンコーダ装置の動作説明に供する模式図である。（Ａ）
は本エンコーダ装置の透過状態を表わし、矢印で示す様
に発光素子から発した光束が回転板２、固定板１Ｆ、固
定板１Ｒを通過して、受光素子に到達する。透過状態で
は、回転板２に形成された入射スリット２Ｓが、中間の
スリット１ＦＳ及び出射スリット１ＲＳに整合してい
る。但し、入射スリット２Ｓ及び出射スリット１ＲＳの
配列ピッチは２Ｐであり、中間スリット１ＦＳの配列ピ
ッチはその半分のＰである。又、回転板２と固定板１Ｒ
の間隔寸法はほぼ２Ｐに等しく、回転板２及び固定板１
Ｒの中間に、他の固定板１Ｆが配されている。図示の透
過状態では、発光素子と受光素子を結ぶ光軸に平行な光
束が透過するのに加え、光軸から斜行する光束も透過す
る。従って、透過状態における受光素子の受光量は平行
光と斜行光が加わる為、出射信号の振幅は大きくなり、
コントラスト比の観点からは有利である。【００１０】（Ｂ）は、図１に示したエンコーダ装置の
遮断状態を模式的に表わしており、（Ａ）に示した透過
状態と対応する部分には対応する参照番号を付してあ
る。（Ａ）に示した透過状態から回転板２がＰだけ移動
すると、（Ｂ）の遮断状態に至る。この時、入射スリッ
ト２Ｓを透過した平行光は、固定板１Ｒによって完全に
遮断される。又、入射スリット２Ｓ及び中間スリット１
ＦＳを透過した斜行光は出射スリット１ＲＳを通過する
ことなく出射側の固定板１Ｒで完全に遮断される。従っ
て、遮断状態で光束の漏れはほとんどなく、透過状態と
遮断状態における受光量の比（コントラスト比）は極め
て高くなる。これは、入射スリット２Ｓ及び出射スリッ
ト１ＲＳの配列ピッチを、中間スリット１ＦＳの配列ピ
ッチの２倍に設定した為である。【００１１】図３は、光学式ロータリーエンコーダ装置
の従来例を表わしており、図２と対応する部分には対応
する参照番号を付して理解を容易にしている。図示する
様に、この従来例では、入射スリット１ＦＳ及び出射ス
リット１ＲＳの配列ピッチは、回転スリット２Ｓの配列
ピッチと同じくＰとなっている。（Ａ）に示した透過状
態では、平行光が入射スリット１ＦＳ、回転スリット２
Ｓ、出射スリット１ＲＳを順に透過して、受光素子側に
到達している。これに対し（Ｂ）は遮断状態を表わして
いる。図示しないが、発光素子からの平行光は入射スリ
ット１ＦＳを通過した後回転板２で遮断される為、発光
素子には到達しない。しかしながら、入射スリット１Ｆ
Ｓを通過した斜行光の一部は、回転スリット２Ｓ及び出
射スリット１ＲＳを通過して、発光素子側に到達してし
まい、光束の漏れが生じている。この分、遮断状態が完
全な暗ではなくやや明となる為、コントラスト比が悪化
する。これは、入射スリット１ＦＳ及び出射スリット１
ＲＳの配列ピッチを回転スリット２Ｓの配列ピッチと同
一に設定した為である。【００１２】図４は、光学式ロータリーエンコーダ装置
の参考例を示す模式的な斜視図である。この参考例は、
同一出願人の先願（特願２０００−３７４０１６）に係
る発明である。理解を容易にする為、図１に示した本発
明の実施形態と対応する部分には対応する参照番号を付
してある。異なる点は、入射側に位置する板１Ｆが本発
明の様に回転板ではなく固定板となっていることであ
る。その代わり、中央に配された板２が回転板となって
いる。両側の固定板１Ｆ，１Ｒで中央の回転板２を挟む
通常の構造である。但しスリットピッチに関しては、本
願発明と参考例は同一であり、中間スリット２Ｓのピッ
チがＰであるのに対し、両側の入射スリット１ＦＳ及び
出射スリット１ＲＳのピッチが２倍の２Ｐとなってい
る。この関係は、図１に示した本願発明の実施形態と同
様である。【００１３】図５は、図４に示した参考例に係るエンコ
ーダ装置の動作説明に供する模式図である。（Ａ）はエ
ンコーダ装置の透過状態を表わし、矢印で示す様に発光
素子から発した光束が入射側固定板１Ｆ、回転板２、出
射側固定板１Ｒを通過して、受光素子に到達する。透過
状態では、回転板に形成されたスリット２Ｓが、入射ス
リット１ＦＳ及び出射スリット１ＲＳに整合している。
但し、入射スリット１ＦＳ及び出射スリット１ＲＳの配
列ピッチは２Ｐであり、回転スリット２Ｓの配列ピッチ
はその半分のＰである。又、入射側固定板１Ｆと出射側
固定板１Ｒの間隔寸法はほぼ２Ｐに等しく、両固定板１
Ｆ，１Ｒの丁度中間に、回転板２が配されている。図示
の透過状態では、発光素子と受光素子を結ぶ光軸に平行
な光束が透過するのに加え、光軸から斜行する光束も透
過する。従って、透過状態における受光素子の受光量は
平行光と斜行光が加わる為、出力信号の振幅は大きくな
り、コントラスト比の観点からは有利である。【００１４】（Ｂ）は、図１に示したエンコーダ装置の
遮断状態を模式的に表わしており、（Ａ）に示した透過
状態と対応する部分には対応する参照番号を付してあ
る。（Ａ）に示した透過状態から回転板２がＰ／２だけ
移動すると、（Ｂ）の遮断状態に至る。この時、図示し
ないが、入射スリット１ＦＳを透過した平行光は、回転
板２によって完全に遮断される。又図示する様に、入射
スリット１ＦＳ及び回転スリット２Ｓを透過した斜行光
は出射スリット１ＲＳを通過することなく出射側の固定
板１Ｒで完全に遮断される。従って、遮断状態で光束の
漏れはほとんどなく、透過状態と遮断状態における受光
量の比（コントラスト比）は極めて高くなる。これは、
入射スリット１ＦＳ及び出射スリット１ＲＳの配列ピッ
チを、回転スリット２Ｓの配列ピッチの二倍に設定した
為である。【００１５】図６は、同じく図４に示した参考例に係る
エンコーダ装置の動作説明に供する模式図である。図５
に示した模式図と異なる点は、回転板２の位置が、入射
側の固定板１Ｆと出射側の固定板１Ｒの丁度中間ではな
く、回転板２が上下変動で入射側の固定板１Ｆに近寄っ
た状態を表わしている。図示の例では、入射側の固定板
１Ｆと出射側の固定板１Ｒの間隔を１とすると、回転板
２はほぼ３／４の高さ位置にある。この時（Ａ）に示し
た透過状態では、平行光が入射スリット１ＦＳ、回転ス
リット２Ｓ及び出射スリット１ＲＳを通過して、受光素
子側に到達する。一方（Ｂ）に示した遮断状態では、図
５の（Ｂ）に示した遮断状態と異なり、発光素子から放
射された斜行光の一部が入射スリット１ＦＳ、回転スリ
ット２Ｓ及び出射スリット１ＲＳを通過し、受光素子に
到達してしまう。尚（Ａ）に示す様に、遮断状態では図
５の（Ａ）と異なり、斜行光は出射側の固定板１Ｒで遮
断され、発光素子には到達しない。以上の様に、回転板
２の高さ位置が丁度中間から偏ると、光の漏れが生じる
為、図５に示した回転板が丁度中間に位置する時に比
べ、コントラスト比は低くなる傾向にある。【００１６】図７は、参考例において回転板の高さ位置
とコントラストとの関係を示すグラフである。回転板高
さ位置は、入射側の固定板と出射側の固定板との間を八
等分し、各等分を数値０〜８で表わしてある。又、コン
トラストは透過状態と遮断状態における受光量の比を表
わしており、相対メモリとして１．０をコントラスト最
大とし、０．０をコントラスト最小としている。又、図
７のグラフは、パラメータとして入射スリット及び出射
スリットの配列ピッチを取ってあり、１Ｐ及び２Ｐの場
合をグラフ化している。図示する様に、固定板に形成さ
れたスリットの配列ピッチが１Ｐの場合、回転板が入射
側もしくは出射側の固定板に近接するとコントラストが
高くなる。しかし、回転板を固定板から離すに従いコン
トラストは低下し、入射側の固定板と出射側の固定板の
丁度中間で、コントラストは最小となってしまう。従っ
て、固定スリットの配列ピッチを１Ｐとした場合、回転
板は可能な限り固定板に近接配置することが好ましいこ
とになるが、あまり近づけると回転板と固定板が接触し
てしまう。又、回転板の上下変動によっても固定板に接
触する恐れがあり、位置合わせが非常に難しい。これに
対し、固定スリットの配列ピッチが２Ｐの場合、回転板
が固定板に近接している場合及び回転板が一対の固定板
の丁度中間にある場合にコントラストがよくなる。しか
し、回転板が一対の固定板の間隔の１／４又は３／４の
位置にある場合は、コントラストが低下する。この点
は、図６で説明した通りである。【００１７】以上説明した様に、図４に示した参考例で
は、回転板の回転に伴い、固定板と回転板の相対間隔が
変化すると出力振幅が変化する。回転板と固定板の間隔
が変化する場合、両固定板の間隔が大きい程出力振幅の
変動が小さくなる。しかし、両固定板の間隔が大きくな
ると実質的に受発光素子間隔も大きくなり出力振幅は小
さくなる。この点に鑑み、本発明は回転板と固定板の間
隔に関する組付け精度及び回転軸に対する回転板の垂直
度の影響で回転に伴って発生する回転板と固定板の間隔
変化による、信号振幅変動の抑制を可能にしており、以
下に説明する。【００１８】図４に示した参考例では、受光素子及び発
光素子の両側に２倍ピッチのスリットが形成された固定
板を配し、両固定板の間隔の中間で回転板を回転させて
いる。これに対し、図１に示した本発明のエンコーダ装
置では、参考例の回転板（分解能に応じた所定ピッチＰ
のスリットが形成されている）を固定板とし、２倍ピッ
チのスリットが形成されたいずれか一方の板を、代わり
に回転板としている。要するに、２倍ピッチのスリット
が形成された板が、１倍ピッチのスリットが形成された
板を両側から挟む構造は変わらないが、参考例では１倍
ピッチスリットが形成された板が回転しているのに対
し、本発明では２倍ピッチのスリットが形成された板が
回転している。これにより、参考例に比較し回転板の回
転に伴う面振れの影響を受けにくい光学式ロータリーエ
ンコーダ装置が得られる。以下この点につき、定量的な
説明を加える。【００１９】上述した様に、ロータリーエンコーダの回
転板は、そのものの歪や回転軸への組付けの傾きによ
り、回転に伴って面の高さが変動する。理想的に回転板
の高さ変動がない場合、発光素子側２倍ピッチスリット
と受光素子側２倍ピッチスリットの間隔をＷとして、１
倍ピッチスリットの高さＨは、受光素子側の２倍ピッチ
スリットを基準とした場合、Ｈ＝Ｗ／２であり、比率Ｈ
／Ｗは以下となる。Ｈ／Ｗ＝（Ｗ／２）／Ｗ＝１／２参考例の構造で回転板の高さが±ｄＷ／２変動した場
合、Ｈｍａｘ／Ｗ及びＨｍｉｎ／ＷはＨｍａｘ／Ｗ＝（Ｗ／２＋ｄＷ／２）／ＷＨｍｉｎ／Ｗ＝（Ｗ／２−ｄＷ／２）／Ｗとなり、比率の変化ｄＲは以下となる。ｄＲ＝Ｈｍａｘ／Ｗ−Ｈｍｉｎ／Ｗ＝ｄＷ／Ｗ・・・式１【００２０】本発明では２倍ピッチスリットの一方が回
転するので、例えば発光素子側の２倍ピッチスリットが
回転した場合、Ｈ＝Ｗ／２で一定なので、Ｈ／Ｗｍａｘ
及びＨ／ＷｍｉｎはＨ／Ｗｍａｘ＝（Ｗ／２）／（Ｗ−ｄＷ／２）Ｈ／Ｗｍｉｎ＝（Ｗ／２）／（Ｗ＋ｄＷ／２）となり、比率の変化ｄＲは以下となる。ｄＲ＝Ｈ／Ｗｍｉｎ−Ｈ／Ｗｍａｘ＝（ｄＷ／Ｗ）／
（２−ｄＷ²／Ｗ²／２）ここで、ｄＷがＷよりも無視できる程度に小さければ、
ｄＷ²／Ｗ²＝０と考えて、以下の式が得られる。ｄＲ＝（ｄＷ／Ｗ）／２・・・式２式１及び式２から明らかな様に、本発明により回転板の
高さ変動による比率の変化は参考例に比べ約１／２に抑
制される。【００２１】【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば高分
解能の光学式ロータリーエンコーダ装置においても、コ
ントラストの良い出力が得られる。又、組立が容易で且
つ回転板の平面度や面振れなどの影響を受けにくい光学
式ロータリーエンコーダ装置が得られる。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION [0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a rotary encoder device for optically detecting a rotational movement amount of a mechanical part. More specifically, it relates to a slit structure of a rotating plate and a fixed plate constituting an encoder device. [0002] A conventional encoder device basically comprises a rotating plate, a light emitting element, a light receiving element and a fixed plate. Various conventional structures are disclosed in, for example, JP-A-9-133552, JP-A-11-183201, and JP-A-11-212505.
And Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-325973. The rotating plate has a row of slits arranged at a predetermined arrangement pitch along the circumferential direction. The light-emitting element makes a light beam incident on a row of slits that pass with the rotation of the rotating plate. The light receiving element receives the light beam emitted from the row of slits and outputs an electric signal according to the rotation of the rotating plate. The fixed plate on the incident side is provided between the light emitting element and the rotating plate and has an incident slit for selectively transmitting a light beam. The emission-side fixed plate includes an emission slit that is interposed between the light receiving element and the rotating plate and selectively transmits a light beam. [0003] Generally, a slit formed in a rotating plate is of a transmission type or a reflection type. On the other hand, the slit formed in the fixed plate is of a transmission type, and the slit width is equal to or smaller than the width of the slit formed in the rotating plate. Typically, a plurality of slits are formed in the rotating plate in a row, while a single slit is formed in the fixed plate. The incident side fixed plate with one slit is placed between the rotating plate and the light emitting element, and the emitting side fixed plate also with one slit is placed between the rotating plate and the light receiving element. Thus, an effective light beam can be formed from the light emitting element to the light receiving element. The rows of slits cut on the rotating plate transmit /
By repeating blocking or reflection / absorption, a signal representing the amount of movement of the rotating plate is obtained. In an encoder device having a relatively low resolution, a sufficient signal can be obtained from the light receiving element with the amount of light obtained from the fixed plate having one slit.
In addition, even if the position of the rotary plate is displaced between the incident-side fixed plate and the output-side fixed plate, a pair of the incident-side fixed plate and the output-side fixed plate on both sides of the rotary plate form a single light flux. The output of the light receiving element does not fluctuate greatly. [0004] However, when the resolution of the encoder device is increased, the arrangement pitch and slit width of the slits formed on the rotating plate are necessarily reduced. Correspondingly, the width of the slit formed in the fixed plate becomes narrower, and it becomes impossible to guarantee a sufficient light receiving amount for the light receiving element with only one slit. To compensate for this, a plurality of slits are formed in the fixed plate at the same pitch as the arrangement pitch of the slits formed in the rotating plate. However, when the number of slits in the fixed plate is increased, the ratio between the amount of light transmitted by the rotating plate and the amount of light blocked by the rotary plate is reduced, resulting in a problem that the contrast is reduced. As the distance between the rotating plate and the fixed plate increases, it becomes impossible to completely block the obliquely incident light, and the amount of light reaching the light receiving element increases even in the blocking state. Therefore, there is a problem that the light contrast is reduced and the amplitude of the signal output is reduced. [0005] To solve the above-mentioned problems of the prior art, the following means have been taken. That is, a pair of light receiving elements and a light emitting element are arranged facing each other on an optical axis parallel to a predetermined rotation axis, and three plates with slits are arranged between the light receiving element and the light emitting element. An optical mono-tally encoder device having a plate located at the center of the three plates has a resolution within a range contributing to the output of the light receiving element in the vicinity of the rotation axis and radially and intersecting the optical axis. A plurality of slits having a pitch equally divided by the above are engraved, and one of the plates located on both sides of the three contributes to the output of the light receiving element in the vicinity radially around the rotation axis and near the optical axis. In the range, the slit is cut at a pitch twice as large as the pitch of the slit cut on the center plate.
The other of the plates located on both sides of the sheet is radially centered on the rotation axis and over the entire circumference, slits are carved at twice the pitch of the slit carved on the central plate, and over the entire circumference The plate on which the slit is cut rotates with the rotation shaft, and the plate on which the remaining two slits are cut is fixed. According to the present invention, the arrangement pitch of the entrance slits formed on the plate located on the entrance side and the arrangement pitch of the exit slits formed on the plate located on the exit side are formed on the plate located at the center. It is set to twice the arrangement pitch of the slit rows. This makes it possible to effectively block or absorb the light beam by the rotating plate, thereby suppressing light beam leakage. It becomes difficult for an invalid light beam, which is transmitted or reflected at a timing at which the light beam incident from the light emitting element should be blocked or absorbed, to reach the light receiving element side. Therefore, even in a high-resolution rotary encoder device,
It is possible to sufficiently secure the interval between the three plates while suppressing the leakage of the invalid light flux. In particular, the plate located at the center is fixed, and one of the plates located on both sides is rotated to suppress signal fluctuation due to height fluctuation of the rotating plate. That is, even when the distance between the rotating plate and the fixed plate fluctuates due to the movement of the rotating plate, the amplitude of the signal output from the light receiving element hardly fluctuates, and the rotation amount can be measured with high accuracy. Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic perspective view showing an embodiment of the optical rotary encoder device according to the present invention. As shown in the figure, in the present optical rotary encoder device, a pair of light receiving elements 5 and light emitting elements 6 are arranged to face each other on an optical axis parallel to a predetermined rotation axis, and have an even resolution. Here, the resolution means the total number of rotational positions that can be identified by the rotary encoder device. Three plates having slits are arranged between the light receiving element 5 and the light emitting element 6. Plate 1F located at the center of the three
Is a plurality of slits 1FS (three in the illustrated example) having a pitch P equally divided with a resolution within a range contributing to the output of the light receiving element 5 in a vicinity radially intersecting the optical axis with respect to the rotation axis. Carved. One of the two plates 1R located on both sides is a slit 1FS cut in the central plate 1F in a range radially centering on the rotation axis and contributing to the output of the light receiving element 5 near the intersection with the optical axis. The slits 1R are formed at a pitch 2P that is twice as large as the pitch P. The other plate 2 of the two plates located on both sides is a slit 1FS cut in the center plate 1F radially around the rotation axis and over the entire circumference.
The slit 2S is carved at a pitch 2P twice as large as the pitch P of FIG. The plate 2 on which the slit 2S is engraved over the entire circumference rotates with the rotation axis, while the plates 1F and 1R on which the remaining two slits are engraved are fixed. Hereinafter, the rotating plate 2 is referred to as a rotating plate in this specification. In the present embodiment, since the slit 2S formed in the rotating plate 2 is located on the incident side facing the light emitting element 6, it may be referred to as an entrance slit. Further, since the plate 1F disposed at the center is fixed, it may be hereinafter referred to as a fixed plate. The pitch P of the slits 1FS formed in the fixed plate 1F corresponds to a value obtained by equally dividing 360 degrees with the resolution as described above. Remaining board 1
Since R is also fixed, it may be hereinafter referred to as a fixing plate in this specification. The slit 1 formed in this fixing plate 1R
The pitch of the RS is twice the pitch P of the slit 1FS formed in the fixed plate 1F as described above. Since the slit 1RS formed in the fixed plate 1R faces the light receiving element 5, it may be hereinafter referred to as an emission slit. The light receiving element 5 includes, for example, a phototransistor, receives a light beam emitted from the slit 1RS, and outputs an electric signal according to the movement of the rotating plate 2. On the other hand, the light emitting element 6 is, for example, L
The luminous flux is incident on a row of slits 2 </ b> S made of an ED and passing with the rotation of the rotating plate 2. The rotary plate 2 and the fixed plates 1F and 1R are often cut out by etching or pressing using a light-shielding plate mainly made of metal, resin, or the like. Alternatively, a light-shielding film may be formed to form a slit. FIG. 2 is a schematic view for explaining the operation of the optical rotary encoder device shown in FIG. (A)
Indicates a transmission state of the encoder device, and a light beam emitted from the light emitting element passes through the rotary plate 2, the fixed plate 1F, and the fixed plate 1R and reaches the light receiving element as shown by an arrow. In the transmission state, the entrance slit 2S formed in the rotating plate 2 is aligned with the intermediate slit 1FS and the exit slit 1RS. However, the arrangement pitch of the entrance slit 2S and the exit slit 1RS is 2P, and the arrangement pitch of the intermediate slits 1FS is P, which is half of that. Also, the rotating plate 2 and the fixed plate 1R
Of the rotation plate 2 and the fixed plate 1
Another fixing plate 1F is arranged in the middle of R. In the illustrated transmission state, in addition to transmitting a light beam parallel to the optical axis connecting the light emitting element and the light receiving element, a light beam oblique from the optical axis is also transmitted. Therefore, the amount of light received by the light receiving element in the transmission state is increased by the parallel light and the oblique light, so that the amplitude of the output signal increases,
This is advantageous from the viewpoint of the contrast ratio. FIG. 2B schematically shows a cut-off state of the encoder device shown in FIG. 1, and portions corresponding to the transmission state shown in FIG. 1A are denoted by corresponding reference numerals. When the rotating plate 2 moves by P from the transmission state shown in (A), the state shown in (B) is reached. At this time, the parallel light transmitted through the entrance slit 2S is completely blocked by the fixed plate 1R. Also, the entrance slit 2S and the intermediate slit 1
The oblique light transmitted through the FS is completely blocked by the fixed plate 1R on the output side without passing through the output slit 1RS. Accordingly, there is almost no leakage of the light beam in the cutoff state, and the ratio (contrast ratio) of the amount of received light in the transmission state and the cutoff state becomes extremely high. This is because the arrangement pitch of the entrance slit 2S and the exit slit 1RS is set to twice the arrangement pitch of the intermediate slits 1FS. FIG. 3 shows a conventional example of an optical rotary encoder device. Parts corresponding to those in FIG. 2 are denoted by corresponding reference numerals to facilitate understanding. As shown in the figure, in this conventional example, the arrangement pitch of the entrance slit 1FS and the exit slit 1RS is P, which is the same as the arrangement pitch of the rotary slit 2S. In the transmission state shown in (A), the parallel light passes through the entrance slit 1FS and the rotary slit 2
S, the light sequentially passes through the exit slit 1RS and reaches the light receiving element side. On the other hand, (B) shows a cutoff state. Although not shown, the parallel light from the light emitting element does not reach the light emitting element because it is blocked by the rotating plate 2 after passing through the entrance slit 1FS. However, the entrance slit 1F
Part of the oblique light passing through S passes through the rotation slit 2S and the emission slit 1RS, reaches the light emitting element side, and leaks a light beam. As a result, the light-blocking state is not completely dark but rather light, so that the contrast ratio deteriorates. This is because the entrance slit 1FS and the exit slit 1
This is because the arrangement pitch of the RS is set to be the same as the arrangement pitch of the rotary slit 2S. FIG. 4 is a schematic perspective view showing a reference example of the optical rotary encoder device. This reference example
This is an invention according to a prior application (Japanese Patent Application No. 2000-374016) of the same applicant. To facilitate understanding, parts corresponding to the embodiment of the present invention shown in FIG. 1 are denoted by corresponding reference numerals. The difference is that the plate 1F located on the incident side is not a rotating plate but a fixed plate as in the present invention. Instead, the plate 2 arranged in the center is a rotating plate. This is a normal structure in which the center rotating plate 2 is sandwiched between the fixed plates 1F and 1R on both sides. However, regarding the slit pitch, the present invention and the reference example are the same, and the pitch of the entrance slit 1FS and the exit slit 1RS on both sides is 2P, while the pitch of the intermediate slit 2S is P. This relationship is similar to that of the embodiment of the present invention shown in FIG. FIG. 5 is a schematic diagram for explaining the operation of the encoder device according to the reference example shown in FIG. (A) shows a transmission state of the encoder device, and a light beam emitted from the light emitting element passes through the incident-side fixed plate 1F, the rotating plate 2, and the emission-side fixed plate 1R and reaches the light receiving element as indicated by an arrow. In the transmission state, the slit 2S formed in the rotating plate is aligned with the entrance slit 1FS and the exit slit 1RS.
However, the arrangement pitch of the entrance slit 1FS and the exit slit 1RS is 2P, and the arrangement pitch of the rotary slit 2S is P, which is half of that. The distance between the incident side fixed plate 1F and the output side fixed plate 1R is substantially equal to 2P.
The rotary plate 2 is arranged just in the middle between F and 1R. In the illustrated transmission state, in addition to transmitting a light beam parallel to the optical axis connecting the light emitting element and the light receiving element, a light beam oblique from the optical axis is also transmitted. Accordingly, since the amount of light received by the light receiving element in the transmission state includes the parallel light and the skew light, the amplitude of the output signal increases, which is advantageous from the viewpoint of the contrast ratio. FIG. 2B schematically shows a cut-off state of the encoder device shown in FIG. 1, and portions corresponding to the transmission state shown in FIG. 1A are denoted by corresponding reference numerals. When the rotary plate 2 moves by P / 2 from the transmission state shown in (A), the state shown in (B) is reached. At this time, although not shown, the parallel light transmitted through the entrance slit 1FS is completely blocked by the rotating plate 2. As shown in the figure, the oblique light transmitted through the entrance slit 1FS and the rotation slit 2S is completely blocked by the stationary plate 1R on the exit side without passing through the exit slit 1RS. Accordingly, there is almost no leakage of the light beam in the cutoff state, and the ratio (contrast ratio) of the amount of received light in the transmission state and the cutoff state becomes extremely high. this is,
This is because the arrangement pitch of the entrance slit 1FS and the exit slit 1RS is set to twice the arrangement pitch of the rotary slit 2S. FIG. 6 is a schematic diagram for explaining the operation of the encoder device according to the reference example also shown in FIG. FIG.
Is that the position of the rotating plate 2 is not exactly between the fixed plate 1F on the incident side and the fixed plate 1R on the emitting side, but the rotating plate 2 moves up and down to the fixed plate 1F on the incident side. It represents the approaching state. In the illustrated example, assuming that the distance between the fixed plate 1F on the incident side and the fixed plate 1R on the output side is 1, the rotating plate 2 is located at a height of about ／. At this time, in the transmission state shown in (A), the parallel light passes through the entrance slit 1FS, the rotation slit 2S, and the exit slit 1RS, and reaches the light receiving element side. On the other hand, in the cut-off state shown in FIG. 5B, unlike the cut-off state shown in FIG. 5B, a part of the oblique light emitted from the light emitting element passes through the entrance slit 1FS, the rotating slit 2S, and the exit slit 1RS. It passes and reaches the light receiving element. As shown in FIG. 5A, in the cutoff state, unlike FIG. 5A, the oblique light is blocked by the fixed plate 1R on the emission side and does not reach the light emitting element. As described above, when the height of the rotating plate 2 is shifted from the middle, light leakage occurs. Therefore, the contrast ratio tends to be lower than when the rotating plate shown in FIG. 5 is located at the middle. . FIG. 7 is a graph showing the relationship between the height position of the rotating plate and the contrast in the reference example. The rotary plate height position is divided into eight equal parts between the fixed plate on the incident side and the fixed plate on the output side, and each equal part is represented by numerical values 0 to 8. The contrast represents the ratio of the amount of received light in the transmission state and the light reception amount in the cutoff state, and 1.0 is set as the maximum contrast and 0.0 is set as the minimum contrast as a relative memory. Further, the graph of FIG. 7 takes the arrangement pitch of the entrance slit and the exit slit as a parameter and graphs the case of 1P and 2P. As shown in the drawing, when the arrangement pitch of the slits formed in the fixed plate is 1P, the contrast increases when the rotating plate is close to the fixed plate on the incident side or the output side. However, the contrast decreases as the rotating plate is moved away from the fixed plate, and the contrast becomes minimum just in the middle between the fixed plate on the incident side and the fixed plate on the output side. Therefore, when the arrangement pitch of the fixed slits is 1P, it is preferable that the rotating plate be disposed as close to the fixed plate as possible. However, if the distance is too close, the rotating plate comes into contact with the fixed plate. In addition, there is a possibility that the rotating plate may come into contact with the fixed plate due to the vertical movement, and it is very difficult to perform positioning. On the other hand, when the arrangement pitch of the fixed slits is 2P, when the rotating plate is close to the fixed plate and when the rotating plate is located exactly in the middle of the pair of fixed plates, the contrast is improved. However, when the rotating plate is located at a position 1/4 or 3/4 of the distance between the pair of fixed plates, the contrast is reduced. This is as described in FIG. As described above, in the reference example shown in FIG. 4, when the relative distance between the fixed plate and the rotary plate changes with the rotation of the rotary plate, the output amplitude changes. When the distance between the rotating plate and the fixed plate changes, the larger the distance between the fixed plates, the smaller the fluctuation in the output amplitude. However, when the distance between the two fixing plates increases, the distance between the light receiving and emitting elements substantially increases, and the output amplitude decreases. In view of this point, the present invention relates to a signal amplitude variation due to a change in the distance between the rotating plate and the fixed plate caused by rotation due to the assembling accuracy of the distance between the rotating plate and the fixed plate and the perpendicularity of the rotating plate to the rotation axis. Can be suppressed, and will be described below. In the reference example shown in FIG. 4, a fixed plate having slits of double pitch is formed on both sides of the light receiving element and the light emitting element, and the rotary plate is rotated at an intermediate position between the fixed plates. . On the other hand, in the encoder device of the present invention shown in FIG. 1, the rotating plate (the predetermined pitch P depending on the resolution) of the reference example is used.
Is formed as a fixed plate, and one of the plates having a double pitch slit is used as a rotating plate instead. In short, the structure in which the double-pitch slit is formed and the structure in which the single-pitch slit is sandwiched from both sides remains the same, but in the reference example, the single-pitch slit formed plate rotates. On the other hand, in the present invention, the plate on which the double pitch slits are formed is rotating. As a result, an optical rotary encoder device that is less susceptible to surface runout due to rotation of the rotating plate than the reference example can be obtained. Hereinafter, a quantitative explanation will be added to this point. As described above, the height of the surface of the rotary plate of the rotary encoder fluctuates with the rotation due to the distortion of the rotary encoder itself and the inclination of the assembly to the rotary shaft. If the height of the rotating plate does not fluctuate ideally, the distance between the double pitch slit on the light emitting element side and the double pitch slit on the light receiving element side is W, and 1
The height H of the double pitch slit is H = W / 2 based on the double pitch slit on the light receiving element side, and the ratio H
/ W is as follows. H / W = (W / 2) / W = 1/2 When the height of the rotating plate fluctuates ± dW / 2 in the structure of the reference example, Hmax / W and Hmin / W are Hmax / W = (W / 2 + dW). / 2) / W Hmin / W = (W / 2−dW / 2) / W, and the ratio change dR is as follows. dR = Hmax / W-Hmin / W = dW / W (1) In the present invention, since one of the double pitch slits rotates, for example, when the double pitch slit on the light emitting element side rotates, H = W / 2, so H / Wmax
And H / Wmin are H / Wmax = (W / 2) / (W−dW / 2) H / Wmin = (W / 2) / (W + dW / 2), and the ratio change dR is as follows. dR = H / Wmin-H / Wmax = (dW / W) /
^{^{(2-dW 2 / W 2}} /2) where, smaller to the extent that dW can be ignored than the W,
Assuming that dW ² / W ² = 0, the following equation is obtained. dR = (dW / W) / 2 Equation 2 As is apparent from Equations 1 and 2, the change in the ratio due to the height fluctuation of the rotating plate is suppressed to about 1/2 compared to the reference example by the present invention. You. As described above, according to the present invention, a high-resolution output can be obtained even in a high-resolution optical rotary encoder device. Also, an optical rotary encoder device that is easy to assemble and is less susceptible to the effects of the flatness and surface runout of the rotating plate can be obtained.

【図面の簡単な説明】【図１】本発明に係る光学式ロータリーエンコーダ装置
の実施形態を示す斜視図である。【図２】図１に示したエンコーダ装置の動作説明に供す
る模式図である。【図３】エンコーダ装置の従来例を示す模式図である。【図４】光学式ロータリーエンコーダ装置の参考例を示
す斜視図である。【図５】図４に示したエンコーダ装置の動作説明に供す
る模式図である。【図６】図４に示したエンコーダ装置の動作説明に供す
る模式図である。【図７】参考例における回転板高さ位置とコントラスト
との関係を示すグラフである。【符号の説明】１Ｆ・・・固定板、１Ｒ・・・固定板、１ＦＳ・・・ス
リット、１ＲＳ・・・スリット、２・・・回転板、２Ｓ
・・・スリット、５・・・受光素子、６・・・発光素子BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of an optical rotary encoder device according to the present invention. FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the operation of the encoder device shown in FIG. 1; FIG. 3 is a schematic diagram showing a conventional example of an encoder device. FIG. 4 is a perspective view showing a reference example of the optical rotary encoder device. FIG. 5 is a schematic diagram for explaining the operation of the encoder device shown in FIG. 4; FIG. 6 is a schematic diagram for explaining the operation of the encoder device shown in FIG. 4; FIG. 7 is a graph showing the relationship between the height of the rotating plate and the contrast in the reference example. [Description of Signs] 1F: fixed plate, 1R: fixed plate, 1FS: slit, 1RS: slit, 2: rotating plate, 2S
... Slit, 5 ... Light receiving element, 6 ... Light emitting element

Claims

【特許請求の範囲】【請求項１】一対の受光素子及び発光素子が所定の回
転軸と平行な光軸上で対向配置され、これら受光素子及
び発光素子の間にスリットを刻んだ板が３枚配置され
た、偶数の分解能を有する光学式口一タリーエンコーダ
装置であって、３枚のうち中央に位置する板は、回転軸を中心にして放
射状で且つ光軸と交差する付近で受光素子の出力に寄与
する範囲に、分解能で等分割したピッチのスリットが複
数本刻まれており、３枚のうち両側に位置する板の一方は、回転軸を中心に
放射状で且つ光軸と交差する付近で受光素子の出力に寄
与する範囲に、中央の板に刻まれたスリットのピッチの
２倍のピッチでスリットが刻まれており、３枚のうち両側に位置する板の他方は、回転軸を中心に
放射状で且つ全周にわたり、中央の板に刻まれたスリッ
トのピッチの２倍のピッチでスリットが刻まれており、全周にわたってスリットが刻まれた板は回転軸と共に回
転し、残る２枚のスリットが刻まれた板は固定されてい
ることを特徴とする光学式口一タリーエンコーダ装置。Claims 1. A pair of light receiving elements and a light emitting element are opposed to each other on an optical axis parallel to a predetermined rotation axis, and a plate having a slit between the light receiving element and the light emitting element has a thickness of 3 mm. An optical mono-tally encoder device having an even number of resolutions, wherein a plate located at the center of the three is a light-receiving element in the vicinity of being radially centered on the rotation axis and intersecting the optical axis. In the range contributing to the output of the above, a plurality of slits having a pitch equally divided with the resolution are cut, and one of the plates located on both sides of the three is radially centered on the rotation axis and intersects the optical axis. Slits are cut at a pitch twice the pitch of the slit cut in the center plate in a range that contributes to the output of the light receiving element in the vicinity. The other of the plates located on both sides of the three plates is a rotating shaft. Radially around the center The slits are carved at twice the pitch of the slits carved on the board. The board on which the slits are carved around the entire circumference rotates with the rotation shaft, and the board with the remaining two slits is fixed. An optical mono-tally encoder device.