JPH0262126A - エンコーダ - 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〕 本発明は光学式エンコーダに関し、特に小型で高精度の
エンコーダに関する。

〔発明の概要〕

光回帰性ビーズ又はロッドを、回転もしくは平行移動す
る被測定物かそれと相対する固定部に目盛状に設け、該
目盛に対向する側から光ビームを投射し、前記目盛状に
設けた光回帰性ビーズ又はロッドからの反射光から得ら
れる反射パルス数又はコードなどの情報から前記被測定
物の回転角や回転数、移動距離、変位量などを計量する
エンコーダ。

〔従来の技術〕

ビデオテープレコーダ、ビデオディスク装置、プリンタ
などの記録再生装置においては、例えばモータの速度制
御、記録再生ヘッドの位置検出、テープテンション検出
用の角度センサなどに用いるために、高精度、低価格、
高信頼性のエンコーダが求められている。ここで、エン
コーダとは回転又は平行移動する被測定物の回転角、回
転数、位置、移動距離、変位量などの情報をパルス数や
ディジタルコードなどの電気信号として出力する装置で
ある。

従来、前記エンコーダとして、安価に得られる磁気式の
パルスジェネレータなどが比較的多く用いられているが
、−層高精度にするために磁気式のみならず光学式のエ
ンコーダを用いることが検討されている。

しかしながら、磁気式の場合においても、光学式の場合
においても、高精度化するためには大型化と高価格化が
避けられない問題であった。

磁気式においては、高精度にするために例えば回転板に
設ける磁極の数を増やせば着磁強度が下がり感度不足と
なり外来ノイズに弱くなる問題があり、この問題の解決
のためにはマルチギャップヘッドを用いるなどの対策が
必要で高価格化と大型化が避けられない本質的な問題が
ある。

光学式においては、発光素子と受光素子と、光の透過又
は反射の強弱によって符号化するためのコード板とを有
して構成するのが一般的であるが、高精度にするために
前記コード板の反射部（明部）と非反射部（暗部）とか
らなる明暗の数を増やすためには、コード板を大型にす
るか、受光素子を小さくかつ発光強度を大きくする必要
がある。

しかし、いずれも物理的な制約のもとて受光素子が感応
出来るようにする必要があり、例えば円板状のコード板
１回転当たりに得られるパルス数はやはり限界がある。

この問題を解決するためにレーザー光と回折格子とを用
いる例があるが、構造が極めて複雑になっている。この
ため、光学式においても高精度化のためには高価格化と
大型化とが避けられない問題となっている。

また、従来の技術は感度や応答速度が不十分である問題
もあり、さらに光学式では前記コード板がガラスのため
重く衝撃に弱いという問題もかかえていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明では、従来技術で述べた諸問題を解決して、高精
度、高速応答、高感度の光学式エンコーダを安価かつ小
型に実現することを課題とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明においては、発光素子と該発光素子から出力した
光が物体に入射して反射された反射光を検出する受光素
子とを有する光送受手段と、光の反射の強弱によって情
報を符号化するためのコード体とを有し、該コード体が
入射光線をほぼその入射方向に反射する光回帰性反射体
を用いて構成したことを特徴とするエンコーダとする。

〔作用〕

本発明者は、入射光線をほぼその入射方向に反射する光
回帰性反射体を用いてバーコードを構成する技術を、先
に特願昭６３−３９９８５号に提案した。

該提案によれば、ガラスピーズやフライアイレンズなど
入射光線をほぼその入射方向に反射する性質を有する光
回帰性反射体を用いてバーコードを構成することにより
、そのバーコードを読み取るためのバーコードリーグへ
の戻り光を格段に（従来比約１０００倍）多くして、バ
ーコードリーグの光電検出器を安価にできると共に、そ
のバーコードを付した物体がバーコードリーグに対して
遠方に配置され、かつ高速に移動していても確実にその
バーコードが読み取れるようにしたものである。

前記特願昭６３−３９９８５号のバーコードでは、ガラ
スピーズなどの光回帰性反射体を設けた部分を反射部（
明部）、光回帰性反射体を設けてない部分を非反射部（
暗部）としている。

本発明においては、この技術を光学式エンコーダの前記
コード体に用い、目盛、バーコード、エリアコードなど
の反射部に光回帰性反射体を用いている。光学式エンコ
ーダの受光素子への戻り光が格段に多くなるということ
は、例えば目盛のピッチが同じであれば回転などの移動
を高速にしても受光素子の出力が十分に得られるという
ことであり、逆に同じ移動速度であれば目盛のピッチを
細かく出来ることで、例えば１回転当たりのパルス数を
多くすることが出来、高精度にすることが出来る。

また、光回帰性反射体は台紙などに目盛状、バーコード
状に取付けられるので、前記コード体は小さく軽量かつ
フレキシブルに構成して被測定物に取付けることが出来
る。しかも、光透過式コード板のように発光素子と受光
素子とをコード板の両側に配置する必要がない。従って
、小型に簡易にエンコーダを構成することが出来る。

〔実施例〕

第１図は実施例１を示す概念図である。

光送受手段上Ａと回転板２Ａの側面円周上に配したコー
ド体３Ａとからなり、回転板２Ａは回転軸２１に従って
回転しうる構造となっている。

光送受手段上Ａは発光素子（例えば半導体レーザダイオ
ード）１１、偏光板１２、ハーフミラ−（又多よ半透過
プリズム）１３、対物レンズ１４、偏光Ｆｉ１５、受光
素子（例えばＰＩＮダイオード）１６などから構成され
、例えばディジタルオーディオディスクに用いられる光
ピツクアップ装置からフォーカス装置とトラッキング装
置とを除いたものに相当する。コード体３Ａにはガラス
ピーズ３２を用いた光回帰性反射バー３１を用いて目盛
を設けである。この目盛の作成技術は特願昭６３〜３９
９８５号に提案したバーコードの作成技術による。第３
図に光回帰性反射体の原理説明に供する線図を示しであ
る。入射光線２はガラス球（ビーズ）に入射するとガラ
ス球の屈折率ｎによって屈折し、ガラス球の反対側（反
射体。鏡をつけてもよい）で反射されて反射光線１ｒと
なって入射光線２と略平行な光線が出力する。入射光線
の波長がわかれば、ガラス球の直径φと屈折率ｎとを選
択することによってほぼ入射方向へ正確に反射させるこ
とが出来る。

このような光回帰性反射体を並べた反射バー３１は光回
帰性がない反射体の場合に比べて約１０００倍（特願昭
６３−３９９８５号）の強さの反射をする反射部（明部
）が得られる。従って、光回帰性反射体を並べてない非
反射部（暗部）に比べて充分高いコントラストのある信
号を光送受手段上人の受光素子１６で取り出すことが出
来る。

ところで、ガラスピーズ３２の光回帰の性質は、回帰方
向の精度を正確に要求しなければ、基本的にその球径に
依存しないので、光の波長が問題となる約７μｍまで球
径を小さく出来る。従って、ガラスピーズ列による目盛
を構成した場合、例えば１０μｍピッチの目盛を打つこ
とが出来る。例えば回転板２Ａが３０ｍｎ＋φとして１
０μｍピッチとすると約９４００ピツチ／回転となり、
光送受手段上Ａの受光素子１６の出力する信号周波数で
５ＭＨｚ程度（３万回転／分以上）の高精度の出力が得
られる。

なお、ガラスピーズ３２による光回帰面は直径φが小さ
くなる場合は必ずしも真円でない微小粒体の場合や発砲
された泡の状態などでも光送受手段上Ａでピックアップ
出来る方向への回帰が可能となり、厚紙などのシートに
印刷技術で取付けることも出来るようになる。もちろん
、フライアイレンズ形のコード体を円盤や円筒にプラス
チックのモールドやプレスで作ることも出来る。

従って、実施例１のコード体３Ａは極めて安価な製法を
用いて作ることが出来る。

なお、光送受手段上Ａにおいて、発光素子１１に偏平な
強度分布の光を出力する性質を持つ半導体レーザダイオ
ードを用いて光の放射角の大きい方向を反射バー３１の
ガラスピーズ３２が密接して並ぶガラスピーズ列の方向
になるように配置することによってガラスピーズ列の方
向に合わせた偏平な光ビームを反射バー３１に入射させ
ることが出来る。

かかる場合、例えば振動で光スポットが動いたり、ガラ
スピーズ３２の密接する方向のガラスピーズの配列に不
規則性がある（反射バー３１のピッチ間誤差が生じる）
場合にも良好に反射バー３１からの反射光１ｒを読み取
ることが出来る。同様の理由で、実施例１の場合、ガラ
スピーズ３２を用いるよりも円柱形の光回帰性ロンドを
用いる方がより安定した信号出力を得ることが出来る。

かかる場合の光回帰性ロンドの取付けにおいて、第２図
の実施例２のようにすることが出来る。実施例２におい
ては、特に回転板２Ａを高速回転した場合の遠心力によ
る光回帰性ロンドの脱落防止と、反射バーのピッチ間誤
差を少なくすることを目的として構成しており、回転板
２Ａの側面円周部にスリット３３を設けて、その内側に
光回帰性ロッド３４を配している。

次に、第４図に示す実施例３の概念図に基づいて、回転
板２Ｂの平面部にコード体３Ｂを配した場合について説
明する。

実施例３においてはコード体３Ｂとして目盛、バーコー
ドなどを複数列、例えば４列設け、該４列のバーコード
等からの反射光を受光する受光素子１６ａ、１６ｂ、１
６ｃ、１６ｄを設け、それぞれの信号の出力により、例
えば４桁の符号を取り出せるようにしている。この場合
、回転板２Ｂ上の位置を絶対値で表示することも可能と
なる。また、光送受手段ＩＢとして複数の光ビームを出
力し、それぞれの反射光を受光出来る構成のものを用い
れば、バーコードだけでなくエリアコードを用いること
も可能である。

前記複数の光ビームを出力し、それぞれの反射光を受光
出来る光ピツクアップユニットは、例えばディジタルオ
ーディオディスクの光ピツクアップなどにみられる技術
を用いて構成出来る。

次に、第５図の実施例４について説明する。

光回帰性反射体を用いたコード体はシート状にして粘着
面によって任意の対象物に取付けることが出来る。従っ
て、第５図の実施例４のように被工作物に直接コード体
３Ｄをはりつけることにより機械的な結合による誤差（
歯車のバックラッシュや弾性変形など）を−掃した回転
検出等が出来る。特にコード体３Ｄが軽量であるので、
例えば回転加速度の制御など質量の付加による慣性増加
が回転制御の障害となるような場合に有効である。

さらにコード体３Ｄの近傍において光ファイバーを用い
た光送受手段を用いれば、狭い場所に取付可能なエンコ
ーダが得られる。

以上において、回転体にコード体を設け、光送受手段を
固定した場合を例に説明したが、コード体が直線状の物
体に取付られて、光送受手段又はその一部（対物レンズ
と光ファイバーなど）がコード体に平行に移動する場合
や、逆にコード体が平行移動する場合にも適用出来るこ
とはいうまでもない。

また、特願昭６３−３９９８５号に提案したシャッタ付
バーコードを用いて、コード書き換え可能とすることも
出来る。

〔発明の効果〕

本発明の実施により、光回帰性反射体を必要な間隔で設
けたコード体を被測定物の平面又は曲面に配置し、前記
コード体に対向する位置から光ビームを投射し、前記光
回帰性反射体からの反射光から得られる反射パルス数又
はコードなどの情報を得て、被測定物の移動量、回転数
、回転角、振動、加速度などの物理量を検出出来る光学
式エンコーダが得られる。

かかるエンコーダは特に低価格で小型・軽量に構成出来
、かつ高精度、高感度、高速応答可能であり、ビデオテ
ープレコーダ、フロッピーディスクドライブ装置などの
電子機器を高精度化しようとする場合に応用範囲が広い
。

また、かかるエンコーダが高解像度を有し、前記コード
体を被測定物に随時取付可能であることから、数値制御
式１作機械やロボットなどを用いたファクトリ−オート
メーションにも適している。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例１の概念図、第２図は実施例２のコード
体の概念図、第３図は光回帰性反射体の原理説明に供す
る線図、第４図は実施例３の概念図、第５図は実施例４
の概念図である。 土Ａ、土Ｂ−光送受手段 ２Ａ、−？−Ｂ・・−回転板 ユＡ、３Ｂ、ユＣ，３Ｄ−・コード体 ３１・−・−・−・−・−・・・−光回帰性反射バー３
２−・−・−・　　ガラスピーズ ３３−・−・−・・・−・・・−スリット３４−・・・
・−・・・・−・・・光回帰性ロンド実施例１の昶斧頭
週 第１図 実ｊｉ！Ｊ例２のコード４本のａ８−口筒２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 発光素子と該発光素子から出力した光が物体に入射して
   反射された反射光を検出する受光素子とを有する光送受
   手段と、 光の反射の強弱によって情報を符号化するためのコード
   体とを有し、 該コード体が入射光線をほぼその入射方向に反射する光
   回帰性反射体を用いて構成されたことを特徴とするエン
   コーダ。