JP2005315863A - 光学式ロータリーエンコーダ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 光学スリットからなる回転角度検出用トラックを有する回転スリット板と、前記光学スリットに光を照射する光源と、前記光学スリットへの前記光源からの光の照射位置に対応して配置され、前記光源からの光を前記光学スリットを介して受光する回転角度検出用受光素子31と、前記光学スリットへの前記光源からの光の照射位置に対応して配置され、前記光源からの光を前記光学スリットを介して受光する位置モニタ用受光素子21a〜21dとを備え、前記位置モニタ用受光素子の角度幅が、前記光学スリットを介した前記光源からの光の、前記位置モニタ用受光素子の表面での強度分布の角度周期の整数倍である。
【選択図】 図3
Description
したがって、回転スリット板の外形を大きくすることなく、しかも、回転角度検出中も回転スリット板の位置をモニタすることができる光学式ロータリーエンコーダを得ることができる。
本実施の形態では、4つの回転角度検出用領域22a〜22dに配置された回転角度検出用受光素子31と、2つの光量モニタ用受光素子23a,23bと、4つの位置モニタ用受光素子21a〜21dとが同一平面上で同一円周上に配置され、受光素子トラックを構成している。
受光素子群2の構成としては、回転角度検出用受光素子31が回転角度検出用領域22a〜22d内に光学スリット(光透過部51)の角度周期(ピッチ)Pに対応して一定の角度周期(ピッチ)P’で配置されている。言い換えれば、回転角度検出用受光素子31の表面には光学スリットの角度周期に対応した周期的な光強度分布が形成され、その光強度分布の角度周期P’に応じて回転角度検出用受光素子31が配置される。なお、本実施の形態では回転スリット板4に照射される光が平行光であり、4つの回転角度検出用領域22a〜22dはそれぞれ同一円周上に配置されている。
W1’>W2
となるように設定することで、組立て・調整時等の誤差があった際にも、回転角度検出用受光素子31の信号強度が落ちないようにすることができる。
また、回転スリット板4に照射される光が平行光の場合はR1=R1’である。
P’×(整数)
としている。言い換えれば、光量モニタ用受光素子23a,23bの角度幅(円周方向の角度幅であり、一例として図3(b)にWθで示す。)が、光学スリット(光透過部51)を介した光源1からの光の、光量モニタ用受光素子23a,23bの表面での強度分布の角度周期の整数倍であり、位置モニタ用受光素子21a〜21dの角度幅(円周方向の角度幅)が、光学スリット(光透過部51)を介した光源1からの光の、位置モニタ用受光素子21a〜21dの表面での強度分布の角度周期の整数倍である。
図4で、破線および実線はそれぞれ半径R1=R1’=20mmおよび半径R1=R1’=3mmの場合の光量モニタ用受光素子23aからのモニタ信号を示す。このように、回転スリット板4の回転角度検出用トラックの中心線12の径、すなわち、回転スリット板4全体の径が小さくなると、偏芯や調整誤差があった際の光量モニタ信号の正弦波変動は非常に大きくなる。
W1’>W3
である。このように、光量モニタ用受光素子23a,23bの半径方向の両端が共に、光学スリット(光透過部51)を通過した光源1からの光の、光量モニタ用受光素子23a,23bの配置表面での照射領域(図3に網掛けで示す。)の半径方向の幅の範囲よりも内側にあるように構成することで、組立て・調整時等の誤差があった際にも回転角度検出用トラック5の光透過部51間および光透過部51の半径方向両端部にある光非透過部52による影響を受けることなく一定強度のモニタ信号を検出することができる。
ただし、組立て・調整時等の誤差により生じる、回転スリット板の回転軸10と回転角度検出用トラックパターンの中心点11とのずれ(偏芯)、および回転角度検出用トラックパターンの中心点11と受光素子トラックパターンの中心点20との位置ずれ等によるトータルの誤差量εが、
ε>(W1’−W3)/2
である場合には、上記回転角度検出用トラック5にある光非透過部52による影響を受けてしまう。したがって、照射領域内に光量モニタ用受光素子23a,23bが常に存在するためには、組立て・調整時等の上記誤差量εを、
ε≦(W1’−W3)/2
の範囲内に収めるようにすることが望ましい。
よって、同一円周上の4箇所に配置された位置モニタ用受光素子21a〜21dからの出力の和が最大になるように位置調整を行えば、精度良く回転スリット板4(回転角度検出用トラック5)と受光部3(受光素子トラック)との位置を調整することができる。
具体的には、例えば、図3の各位置モニタ用受光素子21a〜21dからの信号のうち、位置モニタ用受光素子21bと21dの信号強度が位置モニタ用受光素子21aと21cの信号強度と比較して落ちている場合には、回転スリット板4が受光部3に対してX方向にずれていることが判る。このようにして、少しずつX方向およびY方向について調整を行い、各位置モニタ用受光素子21a〜21dからの信号出力が最大かつ等しくなれば回転スリット板4と受光部3の位置調整が完了となる。
図6は本発明の実施の形態2による光学式ロータリーエンコーダの構成を示し、より具体的には受光素子の平面図である。他の構成は実施の形態1と同様であるので、以下では主に、実施の形態1との相違点について説明する。
実施の形態1では光量モニタ素子23a,23bが回転角度検出用受光素子31と同一の円周上に等間隔に2箇所配置され、位置モニタ用受光素子21a〜21dは回転角度検出用受光素子31と同一の円周上に等間隔に4箇所配置されているが、本実施の形態では、光量モニタ用受光素子23a〜23dおよび位置モニタ用受光素子21a〜21dがともに回転角度検出用受光素子31と同一の円周上に4箇所配置されている。また、光量モニタ用受光素子、および位置モニタ用受光素子は各々が等間隔ではなく、例えば光量モニタ用受光素子23aと23c、および23bと23dは受光素子トラックパターンの中心点20を挟んで180度対向の位置に配置されているが、23aと23b、およびは23bと23dは90度間隔ではなく、mを整数として(m+1/2)P’の間隔を空けて配置されている。すなわち、23aと23b、およびは23bと23dは(奇数/2)P’の間隔で配置されている。また、位置モニタ用受光素子も同様に、21aと21c、および21bと21dは受光素子トラックパターンの中心点20を挟んで180度対向の位置に配置されているが、21aと21b、およびは21bと21dは90度間隔ではなく、nを整数として(n+1/2)P’の間隔を空けて配置されている。すなわち、21aと21b、およびは21bと21dは(奇数/2)P’の間隔で配置されている。
P’×(整数)
とすることにより、正弦波変動のないモニタ信号を得ることができ、また、回転スリット板4と受光部3が正しく組みつけられてない場合においても、実施の形態1で示したように正弦波変動を抑えたモニタ信号を得ることができる。
図9は本発明の実施の形態3による光学式ロータリーエンコーダの構成を示し、より具体的には、受光素子群の平面図である。他の構成は実施の形態1と同様であるので、以下では主に、実施の形態1との相違点について説明する。
実施の形態1では光量モニタ用受光素子23a,23bの半径方向の両端が共に、光学スリットを介した光源1からの光の、光量モニタ用受光素子23a,23bの表面での分布における半径方向の幅の範囲よりも内側(W1’>W3)とした場合について説明したが、本実施の形態では、光量モニタ用受光素子23a,23bの半径方向の両端が共に、光学スリットを介した光源1からの光の、光量モニタ用受光素子23a,23bの表面での分布における半径方向の幅の範囲よりも外側(W1’<W3)としている。
例えば図9では、
W4>W1’
であり、かつ各位置モニタ用受光素子21a〜21dの内周側が、光学スリット(光透過部51)を介した光源1からの光の、位置モニタ用受光素子21a〜21d表面での照射領域(図9に網掛けで示す。)における内周25(図9に破線で示す円)と合致するように設けられている。すなわち、各位置モニタ用受光素子21a〜21dはそれぞれ同一円周上にあるが、位置モニタ用受光素子21a〜21dと回転角度検出用受光素子(回転角度検出用領域22a〜22d)とは同一円周上にない。
この場合は、例えば光量モニタ用受光素子23a,23bからの信号強度と位置モニタ用受光素子21a〜21dからの信号強度との比がある設定値になるように調整を行うことで、外周26および内周25の何れかと一致する配置のものに比べて、感度はやや落ちるが、実施の形態1とほぼ同様の効果を得ることができる。
図11および図12は本発明の実施の形態4による光学式ロータリーエンコーダの構成を示し、図11は全体の斜視図、図12は受光素子群の平面図である。他の構成は実施の形態1と同様であるので、以下では主に、実施の形態1との相違点について説明する。
回転スリット板4の光学スリットに照射する光線は光学スリットの全周に照射されなくてもよい。例えば、図11のように複数箇所(図11では4箇所)に配置した光源1a〜1dからの光8a〜8dをそれぞれ回転スリット板4に設けた光学スリットの一部に照射し、その透過光を受光部3上に設けた受光素子群2により検出してもよく、実施の形態1と同様の効果が得られる。
図13は本発明の実施の形態5による光学式ロータリーエンコーダの構成を示し、より具体的には、受光素子群の平面図である。他の構成は実施の形態1と同様であるので、以下では主に、実施の形態1との相違点について説明する。
本実施の形態では、回転角度検出用受光素子(図13では回転角度検出用受光素子が配置された回転角度検出用領域22a〜22cを示している。)と、位置モニタ用受光素子21a〜21cと、光量モニタ用受光素子23a〜23cとを有する受光素子ユニット2a〜2cが、光学スリットへの光源からの光の照射位置に対応して円周上の複数箇所(図13では等間隔に3箇所)に配置されている。各回転角度検出用受光素子(回転角度検出用領域22a〜22c)は、同一円周上に等間隔に(回転角度検出用領域22a〜22cが配置された円周の中心点20を中心として角度120度の位置に)3箇所配置されている。また、各位置モニタ用受光素子21a〜21cは同一円周上に等間隔に(位置モニタ用受光素子21a〜21cが配置された円周の中心点20を中心として角度120度の位置に)3箇所配置されている。また、各光量モニタ用受光素子23a〜23cは同一円周上に等間隔に(光量モニタ用受光素子23a〜23cが配置された円周の中心点20を中心として角度120度の位置に)3箇所配置されている。
ただし、円周上の接近した複数箇所に配置するよりは、例えば図13に示した120度間隔の3箇所のように、円周上に等間隔で配置するほうが回転スリット板4(回転角度検出用トラック5)と受光部3(受光素子トラック)とのあらゆる方向のずれを容易に精度良く検知できる。
図14は本発明の実施の形態6による光学式ロータリーエンコーダの全体構成を示す断面図である。実施の形態1では、図1のように透過式の光学スリットを用いた折り返し型の光学系を有する場合について説明したが、本実施の形態では、反射式の光学スリットを用い、光源1から出た光8を回転スリット板4上の反射部53で反射し、その反射光201を受光素子群2で受光して光電変換するような折り返し型の光学系としている。
このような光学系を有する光学式ロータリーエンコーダにおいても、回転角度検出用受光素子、位置モニタ用受光素子、および光量モニタ用受光素子を、上記各実施の形態と同様に配置することにより、同様の効果が得られる。
Claims (8)
- 光学スリットからなる回転角度検出用トラックを有する回転スリット板と、
前記光学スリットに光を照射する光源と、
前記光学スリットへの前記光源からの光の照射位置に対応して配置され、前記光源からの光を前記光学スリットを介して受光する回転角度検出用受光素子と、
前記光学スリットへの前記光源からの光の照射位置に対応して配置され、前記光源からの光を前記光学スリットを介して受光する位置モニタ用受光素子とを備え、
前記位置モニタ用受光素子の角度幅が、前記光学スリットを介した前記光源からの光の、前記位置モニタ用受光素子の表面での強度分布の角度周期の整数倍である
ことを特徴とする光学式ロータリーエンコーダ。 - 前記位置モニタ用受光素子は、前記光学スリットへの前記光源からの光の照射位置に対応して円周上の複数箇所に配置されていることを特徴とする請求項1記載の光学式ロータリーエンコーダ。
- 2つの前記位置モニタ用受光素子が、前記光学スリットへの前記光源からの光の照射位置に対応して円周上に配置されると共に、前記位置モニタ用受光素子は前記円周の中心点を中心として角度180度の位置に配置されていることを特徴とする請求項1記載の光学式ロータリーエンコーダ。
- 2つの前記位置モニタ用受光素子が、前記光学スリットへの前記光源からの光の照射位置に対応して円周上に配置されると共に、前記光学スリットを介した前記光源からの光の、前記位置モニタ用受光素子の表面での強度分布の角度周期の(奇数/2)の間隔で配置されていることを特徴とする請求項1記載の光学式ロータリーエンコーダ。
- 2組の前記位置モニタ用受光素子が、前記光学スリットへの前記光源からの光の照射位置に対応して円周上に配置されると共に、各組の位置モニタ用受光素子は、2つの位置モニタ用受光素子が前記円周の中心点を中心として角度180度の位置に配置され、かつ2組の位置モニタ用受光素子は、前記光学スリットを介した前記光源からの光の、前記位置モニタ用受光素子の表面での強度分布の角度周期の(奇数/2)の間隔で配置されていることを特徴とする請求項1記載の光学式ロータリーエンコーダ。
- 前記位置モニタ用受光素子の半径方向の幅が、前記光学スリットを介した前記光源からの光の、前記位置モニタ用受光素子の表面での照射領域における半径方向の幅と同じであることを特徴とする請求項1記載の光学式ロータリーエンコーダ。
- 前記光学スリットへの前記光源からの光の照射位置に対応して円周上の複数箇所に配置され、前記光源からの光を前記光学スリットを介して受光する光量モニタ用受光素子を備え、
前記光量モニタ用受光素子の角度幅が、前記光学スリットを介した前記光源からの光の、前記光量モニタ用受光素子の表面での強度分布の角度周期の整数倍である
ことを特徴とする請求項1記載の光学式ロータリーエンコーダ。 - 前記回転角度検出用受光素子と、前記位置モニタ用受光素子と、前記光量モニタ用受光素子とを有する受光素子ユニットが、前記光学スリットへの前記光源からの光の照射位置に対応して円周上の複数箇所に配置されていることを特徴とする請求項7記載の光学式ロータリーエンコーダ。
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CN102121833A (zh) * | 2009-12-24 | 2011-07-13 | 佳能株式会社 | 旋转编码器 |
JP2016061600A (ja) * | 2014-09-16 | 2016-04-25 | 株式会社安川電機 | エンコーダ及びエンコーダの発光量調整方法 |
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