JP2519757Y2 - 光電式エンコーダ - Google Patents

光電式エンコーダ

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JP2519757Y2
JP2519757Y2 JP1990113063U JP11306390U JP2519757Y2 JP 2519757 Y2 JP2519757 Y2 JP 2519757Y2 JP 1990113063 U JP1990113063 U JP 1990113063U JP 11306390 U JP11306390 U JP 11306390U JP 2519757 Y2 JP2519757 Y2 JP 2519757Y2
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【考案の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本考案はモータ等の回転量を検出する光電式エンコー
ダに関し、特に光電式エンコーダの集光部材の集光効率
の向上、改善に関する。
[従来の技術] 従来の光電式エンコーダは、回転軸に固定された回転
円板に複数個の放射状スリットを環状に配置し、回転円
板に平行に設けられた固定円板の一部に固定スリットを
設け、回転円板と固定円板の両方を挟んで発光素子と受
光素子を配置し、回転円板と固定円板の両スリットを通
過した光を信号として回転軸の回転量を検出していた。
しかし、このようなエンコーダは、固定スリットが円
周上の一部分に設けられているので、回転円板の取付け
時に生じる偏心や回転円板の面フレによって生じる回転
円板と固定スリット間のギャップの変動や回転円板上の
複数個のスリットの形状、角度誤差等によって回転検出
量に誤差が生じるという問題があった。
この問題を解決する手段として、光線を回転円板に環
状に設けられた全スリットに照射する平面光源と、回転
円板の平面光源と反対側の面に対向する固定円板の周辺
に環状に平面光電変換素子とを設けたものが特開昭59−
90060号として開示されている。この手段は、大きな面
積の光電変換素子が必要となり、量産化の場合にコスト
アップになり、また、平面光電変換素子の面積が大きく
なると変換素子の静電容量も大きくなり、素子自身の応
答周波数が低下するため、数MHzの高速応答の光電式エ
ンコーダを製造することが難しいという問題点があっ
た。
この問題点に対して、スリットの工作精度の影響を除
去して測定精度の向上を図るために、入射光、検出光の
光ガイドとして1端を束にして集中した光ファイバの他
端をリング状に配置することにより、変調光の発光強度
を空間的に均一化し、多数のスリットの透過光を集光し
て総合的に用いる案が特開昭59−180426号に開示されて
いる。
[考案が解決しようとする課題] ところが上記の案は、各相ごとに光ファイバの束を必
要とするなど、部品点数やコストが増えるなどの問題点
があった。
本考案の目的は、従来の各案を集光性のある蛍光ファ
イバを用いて改良し、検出光の集光効率をさらに高くし
て、光電変換素子の小型化、小静電容量化、およびコス
トアップと応答周波数の低下という問題点を同時に解決
することができる光電式エンコーダを提供することにあ
る。
[課題を解決するための手段] 本考案の光電式エンコーダは、固定円板の回転円板に
対向する面の裏側に固定円板に平行な平面を有し、か
つ、光検出手段を保持する補助固定円板と、固定円板と
補助固定円板との間にほぼ垂直に立設し、内面に反射塗
料が塗布され、光検出手段の各相間の光を遮光する遮光
壁とを備えており、さらに、補助固定円板表面と蛍光フ
ァイバとの間に凹面の反射鏡を有し、集光部材の各反射
面に反射鏡として反射塗料が塗布されていることを特徴
とする。
[作用] 各固定円板のスリットを通過した平行な照射光線は、
遮光壁により各相間が遮光されて相互間の干渉が防止さ
れ、かつ、遮光壁内面に塗布された反射塗料、および固
定円板表面と蛍光ファイバとの間の凹面鏡により反射さ
れて各相の集光部材に集中的に入射される。集光部材
は、入射された光により2次発光し、各固定円板のスリ
ットごとの発光を集めながら長手方向に伝搬して、末端
部の反射塗料が塗布された反射面で蛍光ファイバに平行
に設けられた光電変換素子に発光出力する。この際、集
光部材から漏洩した光は、凹面の反射鏡により集光部材
に集中して入射される。
[実施例] 次に、本考案の実施例について図面を参照して説明す
る。
第1図は本考案の光電式エンコーダの一実施例の一部
切欠きのある全体斜視図、第2図は第1図に示す固定円
板6の要部拡大図、第3図、第4図は第1図に示す集光
部材7(7A,7B)と光電変換素子8(8A,8B)との接合部
の拡大図、第5図は集光部材7の集光効率を高める凹面
の反射鏡9Aを示す図、第6図は集光部材7の原理説明図
である。
本実施例は、回転方向も検出できる90°の電気的位相
差を有する2相の回転信号を検出する光電式エンコーダ
で、発光素子5、レンズ4、全周反射器3からなる平面
光源と、回転軸1に固定されn個のスリット21を有する
回転円板2と、n個ずつ2組のスリット61A,61Bを有す
る固定円板6と、内面に反射塗料が塗布された遮光壁10
により相互間を遮光された蛍光物質を含む2組の集光性
蛍光ファイバ7A,7Bからなる環状の集光部材7と、集光
部材7の末端の始点部と終点部に面して設けられる光電
変換素子8(8A,8B)と、各蛍光ファイバの始点部と終
点部の近傍の補助固定円板表面に設けられた凹面の反射
鏡9Aとによって構成される。
スリット21は、回転円板2の周辺部を全円周にわたり
環状にピッチpでn等分して設けられた放射状のn個の
スリットである。スリット61A,61Bは、第2図に示すよ
うに、固定円板6周辺部の、スリット21に対応する位置
にピッチpで、スリット21と同一形状のスリットを半径
方向に外側、内側の2段に分け、かつ、円周方向に1/4p
ピッチずらしてそれぞれn個ずつ設けられる。
集光部材7は、吸収した光により2次発光し、自発光
性を有しない蛍光物質を含み、この2次発光の光をその
末端まで伝搬する蛍光ファイバで、例えば、「光ファイ
バセンサ」(特開平2−47502号)などに開示されて公
知のものである。蛍光ファイバ7A,7Bは、光源からの光
をスリット21とスリット61A,61Bとを通過して受光する
ように、固定円板6の光源に対向する面の裏面側に設け
られるもので、第1図では補助固定円板60の上に取付け
るように示したが、固定円板6の裏面に取付けてもよ
い。また、第1図には省略したが、第3図と第5図に示
すように、並置した2本以上の蛍光ファイバの間には、
隣接蛍光ファイバからの漏洩光を遮断する遮光壁10を設
けてその内面に反射塗料を塗布し、かつ、スリット61A,
61Bに面する部分以外の蛍光ファイバ表面に遮光性の塗
装を施す。さらに、第4図(a)、(b)に示すよう
に、各蛍光ファイバ7A,7Bの末端の始点部と終点部は、
蛍光ファイバ7A,7Bの軸心に対して45°の角度の平面を
もち、反射鏡9として反射塗料が塗布された反射面7C,7
Dを有し、ファイバ内を伝搬されてきた集光光線の進路
を90°変更して光電変換素子8の受光面に向けて出射す
る。さらに第5図に示すように、各蛍光ファイバ7から
の漏洩光を再入射させて2次発光の効率を高めるため反
射面7C,7Dの近傍以外は、補助固定円板60上に凹面の反
射鏡9Aを設ける。
光電変換素子8は、フォトダイオード、アモルファス
シリコン製などの高感度、速応答性の光電変換素子で、
第3図に示すように、各蛍光ファイバ7A,7Bの始点部と
終点部に接してその受光面を蛍光ファイバの軸心に平行
にして補助固定円板60上に取付けられる。この方法によ
り蛍光ファイバの端部にそれぞれ光電変換素子を設けた
場合に比べてその数を半減でき、従来補助固定円板60の
上に垂直に立設されていた光電変換素子8を補助固定円
板60の面に平行に取付けているので、空間占有効果を高
めることができる。
この軸心に対して45°の角度をもつ各蛍光ファイバ7
A,7Bの末端に反射鏡9として反射塗料を塗布することに
より、容易に反射面を製作することが可能であり、コス
トダウンになる。ただし、光電変換素子8を補助固定円
板60上に設ける場合は、その受光面には直接スリット通
過光等の蛍光ファイバ7内経由以外の光が入射しないよ
うに遮光手段を設けている。
本実施例では、集光部材7として各スリット61A,61B
の群ごとに断面が円形の蛍光ファイバ7A,7Bを1本ずつ
配置するように示したが、各スリット61A,61Bの放射方
向の長さに応じて複数本ずつの蛍光ファイバを束にして
並べ、総合した断面形状が必ずしも円形にならなくとも
差し支えない。
次に、本実施例の動作について説明する。
黄色の可視光線(波長585nm)を発光するLEDの発光素
子5の光は、レンズ4によって平行光束L1として回転軸
1に平行に全周反射器3の内側反射面31に照射され、そ
の反射光L2は回転軸1に対して45°の角度で互いに対向
する外側反対面32でさらに反射されて、再び回転軸1に
平行な環状光束L3となって回転円板2に設けられたn個
のスリット21に一様に照射される。スリット21を通過し
て各スリット61A,61Bに達する光線は、回転円板2の回
転に伴って各スリット群61A,61Bごとに、回転軸1の回
転速度のn倍の周期で全スリットが同時に断続される。
しかも両群の間には1/4pピッチのずれがあるので、両ス
リット群61A,61Bを通過する光線の断続周期には1/4周期
(すなわち電気的位相差90°)の位相差を生じる。
各スリット61A,61Bを通過した断続光線は、各スリッ
ト群ごとに設けられた蛍光ファイバ7A,7Bの側面に1/4周
期の位相差をもつ同一周波数の断続光として入射され、
各入射部分ごと、すなわち固定円板6の円周にわたるス
リット群61Aおよび61Bに対応する全位置で第6図に示す
ように2次発光が行なわれる。この2次発光による光の
うち、臨界角以内で芯と鞘の境界面に入射する光は、芯
内を伝搬して両末端面に全て集中され、各蛍光ファイバ
7A,7Bごとに並列接続された光電変換素子8Aと8Bに投射
される。光電変換素子8Aと8Bは、各蛍光ファイバ7A,7B
ごとの両端面の発光量をそれぞれ平均化して電気信号に
変換する。さらにこの電気信号は、不図示の変換装置に
よって近似正弦波に変換され、増幅されて不図示の比較
器に入り、90度の位相差をもつ2つの矩形波信号に変換
される。
[考案の効果] 以上説明したように本考案の光電式エンコーダは、光
検出手段を保持する補助固定円板と、固定円板と補助固
定円板との間にほぼ垂直に立設し、内面に反射塗料が塗
布され、光検出手段の各相間の光を遮光する遮光壁とを
固定円板に備え、かつ、補助固定円板表面と蛍光ファイ
バとの間に凹面の反射鏡を有し、集光部材の末端の傾斜
した各反射面には反射鏡として反射塗料が塗布されるこ
とにより、各固定円板のスリットを通過した照射光線の
各相間が、遮光壁により遮光されて相互間の干渉が防止
され、かつ、集光部材から漏洩した光は、遮光壁内面に
塗布された反射塗料と補助固定円板表面と蛍光ファイバ
との間の凹面の反射鏡とにより反射されて各相の集光部
材に集中的に入射されるので、 各相間の相互漏洩を減少し、遮光の効果を高めるとと
もに、蛍光ファイバへの集光効率を向上できる効果があ
り、光電変換素子の大型化、および応答周波数の低下を
防止し、光電式エンコーダの製造コストの減少と計測性
能の向上に大きな効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本考案の光電式エンコーダの1実施例の一部切
欠きを有する全体斜視図、第2図は固定円板6の要部拡
大図、第3図および第4図は集光部材7と光電変換素子
8との接合部の拡大図、第5図は凹面の反射鏡の設置
図、第6図は集光部材7の原理説明図である。 1……回転軸 2……回転円板、21……スリット 3……全周反射器 31……内側反射面、32……外側反射面 4……レンズ 5……発光素子 6……固定円板、60……補助固定円板 61,61A,61B……スリット 7,7A,7B……集光部材、蛍光ファイバ 7C,7D……反射面 8,8A,8B……光電変換素子 9,9A……反射鏡 10……遮光壁

Claims (1)

    (57)【実用新案登録請求の範囲】
  1. 【請求項1】回転軸に固定され円外周部に一定のピッチ
    で配設されたスリットを少なくとも2相有する回転円板
    と、前記回転円板のスリットに対向する位置に前記回転
    円板のスリットのピッチと同じピッチで設けられたスリ
    ットを有する固定円板と、前記固定円板の反回転円板側
    で前記固定円板のスリットに対向した位置に設けられ、
    始点部と終点部を有し集光性のある少なくとも2個の環
    状の蛍光ファイバからなり、かつ、前記始点部と終点部
    に前記蛍光ファイバの長手方向に対して一定の角度をも
    つ反射面を有する集光部材、および前記蛍光ファイバの
    長手方向とほぼ平行に設けられた光電変換素子をもつた
    光検出手段とを備え、前記回転円板のスリットに平面光
    源の平行光線を一斉に照射し、前記回転円板のスリット
    から前記固定円板のスリットを通過した光を前記光検出
    手段によって検出し、これを光電変換して前記回転軸の
    回転量を計測する光電式エンコーダにおいて、 前記固定円板は、前記回転円板に対向する面の裏面側に
    該固定円板に平行な平面を有し、かつ、前記光検出手段
    を保持する補助固定円板と、前記固定円板と前記補助固
    定円板との間にほぼ垂直に立設し、内面に反射塗料が塗
    布され、前記光検出手段の各相間の光を遮光する遮光壁
    とを備え、 前記補助固定円板表面と前記蛍光ファイバとの間に凹面
    の反射鏡を有し、 前記集光部材の各反射面に反射鏡として反射塗料が塗布
    されていることを特徴とする光電式エンコーダ。
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JPS58153173A (ja) * 1982-03-08 1983-09-12 Matsushita Electric Ind Co Ltd 光学式回転検出装置
JPS59180426A (ja) * 1983-03-31 1984-10-13 Agency Of Ind Science & Technol 変調光式ロ−タリ−エンコ−ダ
JP2559818B2 (ja) * 1988-08-10 1996-12-04 旭化成工業株式会社 光ファイバセンサおよびその使用方法

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