(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
単一の投光素子から投射された光を、その光軸を挟んで固定スリット板に形成されたスリットと回転スリット円板に形成された同心円状のスリットとに透過し、複数の受光素子で受光して目標の位相差の有する多相のパルス信号を出力するロータリエンコーダにおいて、
目標の位相差の有する多相のパルス信号が得られるように、前記投光素子の発散角度と前記固定スリット板及び前記回転スリット円板の間隔とに基づいてズレ量を算出し、このズレ量を考慮して前記固定スリット板のスリット位置をオフセット補正をしたことを特徴とするロータリエンコーダ。
【請求項２】
単一の投光素子から投射された光を、その光軸を挟んで固定スリット板に形成された２組のスリット群と回転スリット円板に形成された同心円状のスリット群とに透過し、２つの受光素子で受光して目標の２５％位相差の有する２相のパルス信号を出力するロータリエンコーダにおいて、
目標の２５％位相差の有する２相のパルス信号が得られるように、前記投光素子の発散角度と前記固定スリット板及び前記回転スリット円板の間隔とに基づいてズレ量を算出し、このズレ量を考慮して前記固定スリット板を光軸方向に移動してオフセット補正をしたことを特徴とするロータリエンコーダ。
【請求項３】
前記投光素子から投射される光の発散角度は平均発散角度であることを特徴とする請求項２記載のロータリエンコーダ。
【請求項４】
前記固定スリット板に形成されたスリット毎にそれぞれオフセット補正をしたことを特徴とする請求項２記載のロータリエンコーダ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
光電式のロータリエンコーダには、被検回転体の回転角がデジタルの絶対値でパルス出力されるアブソリュート（absolute）型と、被検回転体の予め定められた基準の位置（原点）からの回転角や回転量がパルス出力されるインクリメンタル型（incremental ）がある。
本発明はインクリメンタル型のロータリエンコーダに係り、さらに詳しくは回転するスリット円板と固定スリット板に形成された各スリットの透過光で多相のパルス信号を出力させるロータリエンコーダに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の２相出力のインクリメンタル型ロータリエンコーダの原理的な構成が図６に示され、その出力波形が図７に示されている。
図６と図７において、Ｓ1 とＳ2 は共に等しい幅と間隔で交互的な明暗（透過と遮蔽）のスリット群ｓ1 とｓ2 （総称）を設けた回転スリツト板と固定スリット板、Ｌa ，Ｌb は投光素子、Ｐa ，Ｐb は受光素子である。投光素子Ｌa ，Ｌb には電気信号を光信号に変換する赤外発光ダイオードの如き電気−光変換素子が用いられ、受光素子Ｐa ，Ｐb には光信号を電気信号に変換するフォトダイオードやフォトトランジスタ等の光−電気変換素子が適用される。
【０００３】
受光素子Ｐa とＰb は、回転スリツト板Ｓ1 と固定スリット板Ｓ2 を介して投光素子Ｌa とＬb にほぼ同一光軸上で対向している。固定スリット板Ｓ2 上で投光素子Ｌb に対向する複数のスリットｓ2bは、受光素子Ｐa の出力に対して受光素子Ｐb の出力に位相差△Ｆを与える位置に形成されている。  そして、回転スリット円板Ｓ1 が矢印方向に回転すると、投光素子Ｌa からの投射光束は固定スリット板Ｓ2 と回転スリット板Ｓ1 に設けられた光軸付近を通過する複数のスリットｓ2aとｓ1a（共に詳しい図示を省略）を透過して受光素子Ｐa に受光されるようになっている。
【０００４】
同様にして、固定スリット板Ｓ2 と回転スリット板Ｓ1 上の光軸付近の複数のスリットｓ2bとｓ1bを透過した投光素子Ｌb からの投射光束が、受光素子Ｐa への受光に対し位相差△Ｆが与えられて受光素子Ｐb に受光される。図７（ａ）のＡ相とＢ相は受光素子Ｐa とＰb の出力波形、図７（ｂ）のＡ相とＢ相は上記（ａ）の整形後のパルス波形である。普通、Ａ相とＢ相の出力パルスの位相差△Ｆは、出力パルスのカウントが均一になるように波形の一周期Ｆ（３６０°）に対する百分率の２５％（９０゜）に設定される。
【０００５】
Ａ相とＢ相の出力パルスの２５％の位相差△Ｆの設定は、図８に示すように固定スリット板Ｓ2 上の２組のスリットｓ2b，ｓ2aの相対的な位置のズレ量を選定して行われる。即ち、Ａ，Ｂ両相側のスリットｓ2a，ｓ2b間の距離をＤ、スリットの幅をｄとすると、次のような関係に選ばれている。
Ｄ＝ｎｄ±０．２５ｎｄ                              …（１）
ただし、ｎ＝正の整数
このようにして、２組の投，受光素子Ｌa ，Ｐa 及びＬb ，Ｐb を光軸上に対向配置した構成の場合は、Ｂ相の出力に図９に示されたような目的とする２５％の位相差のパルス波形が得られる。なお、（１）式の±は回転スリット板Ｓ1 の正逆回転の方向性を示し、図９のｔは時間軸である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ロータリエンコーダに限らず機器類を構成する部品数を可及的に減らして小型化すれば、コスト低下に寄与し、又これを使用する設備も小さくでき商品の価値が向上する。そこで、部品数を減少して小型化するために、前記従来のロータリエンコーダにおける２つの投光素子Ｌa とＬb を単一の投光素子に減らすことが企画される。この場合、スリット間隔が大きいときは問題がないが、小型化をしスリット間隔が狭くなると後述する投射光束の不平行性に基づいて位相差△Ｆが変動する。
【０００７】
このため、ロータリエンコーダの形状を小型にし、スリット間隔を狭くしようとしても、位相差△Ｆの変動により小型化等の企画の実施が制約されることになる。上記の制約を解除するためには、投光素子Ｌa ，Ｌb の光源を大型にして見掛け上の不平行をゼロにするか、新たに光学系を付設して完全な平行光束を得るように構成することが必要になる。しかしながら、これらの制約の解除対策は、いずれも装置の小型化やローコスト化或いは作業性とは相反することになる等の問題点があった。
【０００８】
本発明は上記のような問題点を解消するために成されたもので、単一の投光素子で構成したにも拘わらず簡単な操作で出力波形間に目的の位相差が得られ、もって部品数が減少して装置の小型化が達成できる多相出力型のロータリエンコーダーを実現することを目的にしたものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るロータリエンコーダは、単一の投光素子から投射された光を、その光軸を挟んで固定スリット板に形成されたスリットと回転スリット円板に形成された同心円状のスリットとに透過し、複数の受光素子で受光して目標の位相差の有する多相のパルス信号を出力するロータリエンコーダにおいて、目標の位相差の有する多相のパルス信号が得られるように、投光素子の発散角度と固定スリット板及び回転スリット円板の間隔とに基づいてズレ量を算出し、このズレ量を考慮して前記固定スリット板のスリット位置をオフセット補正をしたものである。
【００１０】
また、この発明は、単一の投光素子から投射された光を、その光軸を挟んで固定スリット板に形成された２組のスリット群と回転スリット円板に形成された同心円状のスリット群とに透過し、２つの受光素子で受光して目標の２５％位相差の有する２相のパルス信号を出力するロータリエンコーダにおいて、目標の２５％位相差の有する２相のパルス信号が得られるように、投光素子の発散角度と固定スリット板及び回転スリット円板の間隔とに基づいてズレ量を算出し、このズレ量を考慮して前記固定スリット板を光軸方向に移動してオフセット補正をしたものである。
【００１１】
追って詳述するが、本発明においては固定スリット板上の２組のスリット群が、予め投射光束の発散角度に応じてオフセット補正が加えられている。固定スリット板と回転スリット板の間隔及びスリット間隔及び発散角度のそれぞれの値を算出式に代入すると、ズレ量δが求められる。求められたδの値を用いて、固定スリット板上のＡ，Ｂ両相のスリットの位置が簡単に補正される。また、δの値の百分率で、位相差が算出される。この結果、本発明のロータリエンコーダーによれば、Ａ相の波形に対して、理想的な２５％の位相差を持ったＢ相の波形が得られるようになっている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態を、図面を用いて説明する。
実施形態１．
図１は本発明の実施形態１の要部の模式図、図２は本発明の実施形態１の構成を示す断面図である。本発明の実施形態でも２相式の光電式ロータリエンコーダを例示したが、構成部材の大部分に前述と異なる数字符号を用いて少し詳しく説明する。
【００１３】
図１と図２において、１は光電式のロータリエンコーダ、２はハウジングの本体である。３は被検回転体が取り付けられる回転シャフト、４は軸受けである。回転シャフト３は軸受け４により、本体２に回転可能に軸受けされている。５はプリント基板、６は基板５に取付けられ前面にレンズ６０を設けた単一の投光素子である。投光素子６には、後で説明するような発散角度を持つ赤外発光ダイオードの如き電気−光変換素子が用いられている。
【００１４】
７は固定スリット板、８は回転スリット板である。固定スリット板７は本体２に固定され、回転スリット板８は回転シャフト３に取り付けられている。７１と７２は固定スリット板７に設けられた２組の固定スリット群、８０はスリット群で回転スリット板８の周辺部の全周において、放射方向に微少幅の多数の溝を同心円状にして形成されている。固定スリット板７は僅かな間隔を空けて回転スリツト板８の手前に平行して設けられ、スリット群８０に対向する同一形状の２組の固定スリット群７１と７２を投光素子６の光軸Ｏ−Ｏを中心にして距離Ｄを隔てて両側に設けている。
【００１５】
９は受光板、１１は受光板９を取り付けた円形のプリント基板、１２は円形基板１１を固定して本体２に連結したスタッドである。受光板９の受光部にはフォトダイオードやフォトトランジスタ等が用いられ、固定スリット板７上の２組の固定スリット群７１，７２に対向して投射光束を受光する受光素子９１，９２が設けられている。スリット群７１，８１と７２，８２により、それぞれＡ相側とＢ相側のスリットを構成する。そして、上記固定スリット板７に設けられたスリット群７１，７２は、次に説明する算出式で算出された補正値を用いてそれぞれ光軸Ｏ−Ｏ側に変位させるようなオフセット補正が成されている。
【００１６】
一般に、この種の装置に使用される赤外発光ダイオード（ＬＥＤ）の投射光束の光束は完全な平行光線となるのが良いのだが、実際には、投射方向に向かって僅かな角度ωで立体角状に発散する光束（ωを仮に発散角度と呼ぶ）になっている。このため、図３に示すように、２５（％）に設定された位相差に対してズレδが発生する。ここで、図示のように固定スリット板７と回転スリット板８の間隔をＭ（μｍ）、発散角度をω（°）とすると、２５（％）に設定された位相差に対するズレδ（μｍ）は次式により求められる。
δ＝２Ｍｔａｎ（ω／２）                            …（２）
また、スリット間隔をＮ（μｍ）とすると、位相差△Ｆが次の（３）から算出される。
△Ｆ＝δ／Ｎ（％）                                  …（３）
【００１７】
再び図２に戻り、１４は円形基板１１の実相面に実装されたＩＣやソケット等の電子部品、１５はカバー、１６はシールドケーブルである。また、１７は回転シャフト３の周りに形成されたオイルシール、１８はＯリングである。
【００１８】
このような構成の本発明のロータリーエンコーダ１において、被検回転体が矢印のように時計方向に回転すると、回転シャフト３を介して回転スリット板８が回転シャフト３を中心に一体に回転する。投光素子６から投射された光束の一部は、先ず固定スリット板７上の２組の固定スリット群７１，７２を透過する。固定スリット群７１，７２を透過して２方向に向かった透過光束は、更に直進して多数のスリット群８０のうちのほぼ距離Ｄを隔てて設けられた回転スリット板７上のスリット群８１と８２を透過する。
【００１９】
そして、回転スリット板７の裏側に対向して配置された受光板９の受光素子９１と９２に受光され、前記のように受光量が電気信号に変換されてからパルス整形される。本発明においては前述のように、固定スリット板７上の固定スリット群７１，７２が、予め発散角度ωに応じてオフセット補正が加えられている。この結果、Ａ相の波形に対して、２５％の目的の位相差を持ったＢ相の波形が得られるようになっている。
【００２０】
オフセット補正前後の投光素子６とスリット群７１，７２，８０との相対的な関係が、図３と図４に示されている。また、このときの整形波形が、図５の（ａ），（ｂ）に示されている。
因みに、発散角度をωを７（°）とし、固定スリット板７と回転スリット板８の間隔をＭ（μｍ）及びスリット間隔をＮ（μｍ）をそれぞれ６０及び４０として、前記（２）式に代入すると、
0003635440.tif 000002
δの値を（３）式に代入して、次のように位相差△Ｆの波長に対するパーセントの値が算出される。
0003635440.tif 000003
【００２１】
角度の補正量に対する位相差（百分率）の関係を求めた実測結果によれば、次表のような値が得られた。
0003635440.tif 000004
上記の表に示すように補正を行わなかったときの位相差８（％）が、補正値７．０を与えることにより、（５）式の１８（％）がくわえられて２６（％）となり、目標の２５（％）に近い位相差を設定することができる。
【００２２】
なお、上述の本発明の実施形態では７゜の発散角度のＬＥＤを用いて２相式のロータリエンコーダの場合を例示して説明したが、７゜以外で３相以上の場合にも本発明を適用することができる。回転スリット板と固定スリット板との配置関係が、投光側に固定スリット板を配置したが、投光側に回転スリット板を配置した場合にも本発明を適用することができる。さらに、実施形態１の要部を示した図１で各１個の代表的な固定スリット７１と７２を示して補正した場合で説明したが、複数のスリット群のスリットそれぞれについてオフセット補正するようにしてもよい。個別的なオフセット補正を実施すれば、一層正確な位相差を求めることができる。
【００２３】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、目標の位相差の有する多相のパルス信号が得られるように、投光素子の発散角度と固定スリット板及び回転スリット円板の間隔とに基づいてズレ量を算出し、このズレ量を考慮して前記固定スリット板のスリット位置をオフセット補正をしたので、投光素子が単一であっても簡単な操作で出力波形間に目標の位相差が得られ、もって部品数が減少して装置の小型化を達成できる多相出力型のロータリエンコーダーを提供することができる。
【００２４】
また、本発明によれば、目標の２５％位相差の有する２相のパルス信号が得られるように、投光素子の発散角度と固定スリット板及び回転スリット円板の間隔とに基づいてズレ量を算出し、このズレ量を考慮して前記固定スリット板を光軸方向に移動してオフセット補正をしたので、投光素子が単一であっても簡単な操作で出力波形間に目標の２５％位相差が得られ、もって部品数が減少して装置の小型化を達成できる多相出力型のロータリエンコーダーを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１の要部の模式図である。
【図２】本発明の実施形態１の構成を示す断面図である。
【図３】本発明の実施形態１の補正前の動作を示す説明図である。
【図４】本発明の実施形態１の補正後の動作を示す説明図である。
【図５】補正前後の出力波形を示す説明図である。
【図６】従来のロータリエンコーダの構成を示す斜視図である。
【図７】従来のロータリエンコーダの出力波形を示す説明図である。
【図８】従来のロータリエンコーダのスリットの配置を示す平面図である。
【図９】目的の位相差の出力波形を示す平面図である。
【符号の説明】
１  ロータリエンコーダ
２  ハウジングの本体
３  回転シャフト
６  投光素子
７  固定スリット板
８  回転スリット板
９  受光板
６０  レンズ
７１  固定スリット群
７２  固定スリット群
８０  スリット群
８１  スリット群
８２  スリット群
９１  受光素子
９２  受光素子
ｄ  スリットの幅
Ｄ  固定スリット相互の距離
Ｍ  回転スリット板と固定スリット板の間隔
Ｎ  スリット間隔（波長、一周期）
Ｏ−Ｏ  光軸
ω  発散角度
【図１】
0003635440.tif 000005
【図２】
0003635440.tif 000006
【図３】
0003635440.tif 000007
【図４】
0003635440.tif 000008
【図５】
0003635440.tif 000009
【図６】
0003635440.tif 000010
【図７】
0003635440.tif 000011
【図８】
0003635440.tif 000012
【図９】
0003635440.tif 000013