(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転または直線的に移動可能なコード板と、光の照射によって互いに反対のオン／オフ動作をする第１および第２の受光素子が一体化された検出素子と、前記コード板に形成された多数のスリットを介して前記検出素子に対向配置された発光素子とを備えた光学式エンコーダにおいて、
前記コード板に前記スリットを等ピッチ間隔で配列した第１のトラックと前記スリットを不等ピッチ間隔で配列した第２のトラックとを形成し、前記検出素子の第１および第２の受光素子を結ぶ直線を前記第１のトラックの前記スリットの配列方向に対して直交するように配置すると共に、該検出素子を前記第１のトラックの前記スリットの配列ピッチに対して９０度の位相差をもつように２個配置し、かつ、前記検出素子の第１および第２の受光素子を結ぶ直線を前記第２のトラックの前記スリットの配列方向に対して直交するように配置したことを特徴とする光学式エンコーダ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロータリ型またはリニア型の光学式エンコーダに係り、特に、発光素子から出射された光をコード板の検出パターンを介して受光素子で検出する光学式エンコーダに関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の光学式エンコーダは、Ａ，Ｂ相パターンから回転方向と回転量を検出するインクリメンタルタイプと、回転方向と回転量に加えてＺ相パターンから絶対位置を検出するアブソリュートタイプとに大別され、これら両タイプの光学式エンコーダは用途に応じて使い分けられている。
【０００３】
図７〜図９はインクリメンタルタイプの光学式エンコーダの従来例を示すもので、図７はコード板の平面図、図８は検出部分を示す断面図、図９はＡ，Ｂ相信号の説明図である。これらの図において、符号１で示すコード板は図示せぬ回転軸等に取付けられて回転自在に支承されており、このコード板１の同一トラックＴ上には多数のスリット２が形成されている。検出パターンであるスリット２はＡ，Ｂ相パターンを構成するもので、トラックＴ上に等ピッチ間隔で連続的に形成されている。図８に示すように、これらスリット２を介して第１の発光素子３と第１の受光素子４の組および第２の発光素子５と第２の受光素子６の組がそれぞれ対向配置されている。第１および第２の発光素子３，５はＬＥＤからなり、第１および第２の受光素子４，６はフォトトランジタやフォトダイオード等からなり、これら第１および第２の受光素子４，６はスリット２の配列ピッチに対して９０度の位相差をもつようにトラックＴ方向に沿って位置ずれしている。
【０００４】
このように構成された光学式エンコーダにおいて、コード板１が正逆いずれかの方向へ回転すると、その回転中に、第１の発光素子３から発せられた光がスリット２を透過して第１の受光素子４で受光され、同様に、第２の発光素子５から発せられた光がスリット２を透過して第２の受光素子６で受光される。これら第１および第２の受光素子４，６はスリット２の配列ピッチに対して９０度の位相差をもっているため、図９（ａ），（ｃ）に示すように、両受光素子４，６から位相が９０度ずれた正弦波が出力され、これらを所定のスレッシュホールド電圧を閾値として波形成形することにより、図９（ｂ），（ｄ）に示すように、９０度の位相差を有するＡ相信号とＢ相信号が出力される。したがって、Ａ相信号とＢ相信号からコード板１の回転方向と回転量（角度）が求められ、それによってコード板１が連結された回転体の回転情報を得ることができる。
【０００５】
なお、アブソリュートタイプの光学式エンコーダの場合は、コード１のトラックＴとは異なる別のトラック上にＺ相パターンを構成するスリットを不等ピッチ間隔で間欠的に形成し、これらスリットを介して別の発光素子と受光素子の組を対向配置してある。このものは、コード板１の回転中に、Ａ，Ｂ相信号とＺ相信号が出力されるため、Ａ相信号とＢ相信号からコード板１の回転方向と回転量（角度）が求めると共に、Ｚ相信号からコード板１の絶対位置が求められる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、第１および第２の発光素子３，５として用いられるＬＥＤから出射される光量は常に一定であるわけではなく、個々の素子の製造上のばらつきや環境温度変化あるいは経時変化等によって変動し、同様に、第１および第２の受光素子４，６の感度も個々の素子についてばらつきがあり、さらに、受光素子のスレッシュホールド照度（電圧）も環境温度変化等によって大きく変動する。このため、前述した従来の光学式エンコーダでは、これら種々の要因によって出力信号特性が大きく影響されるという問題が発生する。例えば、第２の発光素子５の光量が第１の発光素子３の光量に対して経時的に低下すると、図９（ｃ），（ｄ）の破線で示すように、第２の受光素子６から出力される信号が第１の受光素子４に対して９０度の位相差をもたなくなってしまい、Ａ相信号とＢ相信号を正確に出力することができなくなる。
【０００７】
そこで、このような問題を解消するために、従来より差動出力タイプの受光素子を用いた光学式エンコーダが提案されている。この差動出力タイプの受光素子は、図１０に示すように、４個の受光素子７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂを基台９上に一体的に配置し、各受光素子７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂが対応するスリットの配列方向に対して平行となるようにレイアウトしたものである。受光素子７ａ，７ｂはスリットの配列ピッチに対して１８０度の位相差をもつように位置ずれしており、同様に、受光素子８ａ，８ｂもスリットの配列ピッチに対して１８０度の位相差をもつように位置ずれし、かつ、受光素子７ａ，７ｂと受光素子８ａ，８ｂは相互に９０度の位相差をもっている。したがって、コード板の回転中に、受光素子７ａ，７ｂから図１１（ａ）に示すような１８０度の位相差をもつ正弦波が出力されると共に、受光素子８ａ，８ｂから図１１（ｂ）に示すような１８０度の位相差をもつ正弦波が出力され、これら正弦波のクロスポイントで矩形波を生成することにより、図１１（ｃ），（ｄ）に示すような９０度の位相差を有するＡ相信号とＢ相信号が出力される。
【０００８】
このような差動出力タイプの受光素子を用いた光学式エンコーダによれば、ＬＥＤから出射される光量がばらついたとしても、そのばらつきは受光素子７ａ，７ｂ間と受光素子８ａ，８ｂ間でそれぞれキャンセルされるため、図１１（ａ），（ｂ）に示したクロスポイントはほとんど変動せず、Ａ相信号とＢ相信号を正確に検出できるという利点がある。しかしながら、各受光素子７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂが対応するスリットの配列ピッチに対して所定の位相差をもつように基台９上にレイアウトされているため、分解能に応じて決定されるスリットの配列ピッチに対して使用できる受光素子が限定されてしまい、設計上の自由度が極めて小さいという問題がある。また、スリットの配列ピッチに対して所定の位相差をもつ受光素子７ａ，７ｂと受光素子８ａ，８ｂからそれぞれ出力される正弦波のクロスポイントで矩形波を生成するため、スリットが等ピッチ間隔で配列されているＡ，Ｂ相パターンには対応できるが、スリットが不等ピッチ間隔で配列されているＺ相パターンには全く対応できない。つまり、適用範囲がインクリメンタルタイプに限定され、アブソリュートタイプの光学式エンコーダには適用できないという問題もある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ライトオンとライトオフというように互いに反対のオン／オフ動作をする第１および第２の受光素子を用い、これら両受光素子を結ぶ直線がコード板に等ピッチ間隔で形成された第１のトラックと不等ピッチ間隔で形成された第２のトラックの各スリットの配列方向に対して直交するように配置すると共に、このような検出素子を第１のトラックのスリットの配列ピッチに対して９０度の位相差をもつように２個配置することとする。このような検出素子を用いると、コード板の移動に伴って常に第１および第２の受光素子から互いに反対の波形が出力されるため、これら波形のクロスポイントで矩形波を生成することにより、発光素子からの光量のばらつきや変化に左右されない安定したＡ，Ｂ相信号とＺ相信号を出力することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の光学式エンコーダでは、回転または直線的に移動可能なコード板と、光の照射によって互いに反対のオン／オフ動作をする第１および第２の受光素子が一体化された検出素子と、前記コード板に形成された多数のスリットを介して前記検出素子に対向配置された発光素子とを備えた光学式エンコーダにおいて、前記コード板に前記スリットを等ピッチ間隔で配列した第１のトラックと前記スリットを不等ピッチ間隔で配列した第２のトラックとを形成し、前記検出素子の第１および第２の受光素子を結ぶ直線を前記第１のトラックの前記スリットの配列方向に対して直交するように配置すると共に、該検出素子を前記第１のトラックの前記スリットの配列ピッチに対して９０度の位相差をもつように２個配置し、かつ、前記検出素子の第１および第２の受光素子を結ぶ直線を前記第２のトラックの前記スリットの配列方向に対して直交するように配置した。
【００１１】
前記検出素子はＡ，Ｂ，Ｚ相検出用としてそれぞれ決められたメカ的な位置関係にレイアウトされていれば、インクリメンタルタイプの光学式エンコーダのみならずアブソリュートタイプの光学式エンコーダにも適用することができる。例えば、コード板に検出パターンとしての多数のスリットを等ピッチ間隔で配列したインクリメンタルタイプの場合は、２個の検出素子をスリットの配列ピッチに対して９０度の位相差をもつような機械的位置に位置決めすれば、両検出素子から９０度の位相差をもつＡ，Ｂ相信号を検出することができる。また、コード板にＡ，Ｂ相パターンとは別に不規則なスリットを不等ピッチ間隔で配列したアブソリュートタイプの場合は、該検出パターンの配列方向にも前記検出素子を配置すれば、各検出素子からＡ，Ｂ相信号とＺ相信号をそれぞれ検出することができる。当然ながら、ＡまたはＢ相信号とＺ相信号の位相差関係も必要な機械的位置への位置決めにより決定される。
【００１２】
【実施例】
実施例について図面を参照して説明すると、図１は実施例に係るアブソリュートタイプの光学式エンコーダに備えられるコード板の平面図、図２は該光学式エンコーダに備えられる検出素子の説明図、図３は該光学式エンコーダの検出部分の断面図、図４は図２の検出素子から出力されるＡ（Ｂ）相信号の説明図、図５は図２の検出素子から出力されるＺ相信号の説明図、図６はＡ，Ｂ相信号とＺ相信号の位置関係を示す説明図である。
【００１３】
図１に示すように、回転自在に支承されたコード板１０の異なるトラックＴ１，Ｔ２上にはそれぞれ検出パターンとしてスリット１１，１２が形成されている。スリット１１はＡ，Ｂ相パターンを構成するもので、トラックＴ１上に等ピッチ間隔で連続的に形成されている。一方、スリット１２はＺ相パターンを構成するもので、トラックＴ２上に不等ピッチ間隔で不規則に形成されている。
【００１４】
図２に示すように、検出素子１３はフォトトランジタやフォトダイオード等からなる第１および第２の受光素子１４，１５を有し、これら両受光素子１４，１５は合成樹脂等からなる基台１６上に一体的に配置されている。第１の受光素子１４は光の照射によってオン動作するライトオン（またはダークオフ）と称せられる素子で、第２の受光素子１５は光の照射によってオフ動作するライトオフ（またはダークオン）と称せられる素子であるが、これとは逆に、第１の受光素子１４がライトオフの素子で、第２の受光素子１５がライトオンの素子であっても良い。
【００１５】
図３に示すように、トラックＴ１に沿って２個の検出素子１３（以下、必要に応じて符号１３ａ，１３ｂを付す）が配置されており、これら検出素子１３ａ，１３ｂは図示せぬ位置決め部材によってスリット１１の配列ピッチに対して９０度の位相差をもつような機械的位置に位置決めされている。その際、両検出素子１３ａ，１３ｂの第１および第２の受光素子１４，１５を結ぶ直線はスリット１１の配列方向に対して直交しており、これら検出素子１３ａ，１３ｂに対向してＬＥＤからなる発光素子１７がコード板１０を介してそれぞれ配置されている。図示省略してあるが、コード板１０のトラックＴ２を介して別の検出素子１３と発光素子１７の組が対向配置されており、この検出素子１３の第１および第２の受光素子１４，１５を結ぶ直線もスリット１２の配列方向に対して直交している。
【００１６】
このように構成された光学式エンコーダにおいて、コード板１０が正逆いずれかの方向へ回転すると、一方の発光素子１７から出射されてスリット１１を透過した光がこれに対向する検出素子１３ａの第１および第２の受光素子１４，１５で受光され、他方の発光素子１７から出射されてスリット１１を透過した光がこれに対向する検出素子１３ｂの第１および第２の受光素子１４，１５で受光される。ここで、両検出素子１３ａ，１３ｂの第１の受光素子１４はライトオン、第２の受光素子１５はライトオフの素子であるから、両検出素子１３ａ，１３ｂの第１および第２の受光素子１４，１５から図４（ａ）に示すような１８０度の位相差をもつ正弦波がそれぞれ出力され、これら正弦波のクロスポイントで矩形波を生成することにより、図４（ｂ）に示すようなスリット１１の配列ピッチに応じた矩形波が出力される。同様に、コード板１０の回転中に、別の発光素子１７から出射されて不等ピッチのスリット１２を透過した光がこれに対向する検出素子１３の第１および第２の受光素子１４，１５で受光されるため、これら第１および第２の受光素子１４，１５から図５（ａ）に示すような互いに反対の波形が出力され、これら波形のクロスポイントで矩形波を生成することにより、図５（ｂ）に示すようなスリット１２の配列ピッチに応じた矩形波が出力される。
【００１７】
したがって、トラックＴ１に沿って配置された２個の検出素子１３ａ，１３ｂのうち、例えば一方の検出素子１３ａをＡ相検出、他方の検出素子１３ｂをＢ相検出として用い、トラックＴ２に沿って配置された別の検出素子１３をＺ相検出として用いれば、図６に示すように、両検出素子１３ａ，１３ｂのそれぞれの第１および第２の受光素子１４，１５から９０度の位相差を有するＡ，Ｂ相信号が出力され、残りの検出素子１３の第１および第２の受光素子１４，１５からＺ相信号が出力される。これらＡ，Ｂ，Ｚ相信号はいずれも検出素子１３の第１および第２の受光素子１４，１５から出力されるものであるから、対応する発光素子（ＬＥＤ）１７から出射される光量がばらついたとしても、そのばらつきはライトオンの第１の受光素子１４とライトオフの第２の受光素子１５間でキャンセルされ、両素子１４，１５から出力される波形のクロスポイントはほとんど変動しない。また、各検出素子１３の第１および第２の受光素子１４，１５は対応するスリット１１，１２の配列方向に対して直交するように配置されているため、等ピッチ間隔で連続的に配列されたスリット１１に対しては、２個の検出素子１３ａ，１３ｂをスリット１１の配列ピッチに対して９０度の位相差をもつような機械的位置に位置決めするだけでＡ，Ｂ相信号を検出することができ、不等ピッチ間隔で不規則に配列されたスリット１２に対しても、同一構成の検出素子１３からＺ相信号を検出することができる。
【００２０】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したような形態で実施され、以下に記載されるような効果を奏する。
【００２１】
回転または直線的に移動可能なコード板と、光の照射によって互いに反対のオン／オフ動作をする第１および第２の受光素子が一体化された検出素子と、前記コード板に形成された多数のスリットを介して前記検出素子に対向配置された発光素子とを備えた光学式エンコーダにおいて、前記コード板に前記スリットを等ピッチ間隔で配列した第１のトラックと前記スリットを不等ピッチ間隔で配列した第２のトラックとを形成し、前記検出素子の第１および第２の受光素子を結ぶ直線を前記第１のトラックの前記スリットの配列方向に対して直交するように配置すると共に、該検出素子を前記第１のトラックの前記スリットの配列ピッチに対して９０度の位相差をもつように２個配置し、かつ、前記検出素子の第１および第２の受光素子を結ぶ直線を前記第２のトラックの前記スリットの配列方向に対して直交するように配置すると、コード板の移動に伴って常に第１および第２の受光素子から互いに反対の波形が出力されるため、これら波形のクロスポイントで矩形波を生成することにより、発光素子からの光量のばらつきや変化に左右されない安定したＡ，Ｂ相信号とＺ相信号を出力することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例に係るアブソリュートタイプの光学式エンコーダに備えられるコード板の平面図である。
【図２】該光学式エンコーダに備えられる検出素子の説明図である。
【図３】該光学式エンコーダの検出部分の断面図である。
【図４】図２の検出素子から出力されるＡ（Ｂ）相信号の説明図である。
【図５】図２の検出素子から出力されるＺ相信号の説明図である。
【図６】Ａ，Ｂ相信号とＺ相信号の位置関係を示す説明図である。
【図７】従来のインクリメンタルタイプの光学式エンコーダに備えられるコード板の平面図である。
【図８】該光学式エンコーダの検出部分の断面図である。
【図９】図８の検出素子から出力されるＡ，Ｂ相信号の説明図である。
【図１０】従来の差動出力タイプの受光素子を示す説明図である。
【図１１】図１０の受光素子から出力されるＡ，Ｂ相信号の説明図である。
【符号の説明】
１０  コード板
１１，１２  スリット
１３（１３ａ，１３ｂ）  検出素子
１４  第１の受光素子
１５  第２の受光素子
１６  基台
１７  発光素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
0003605270.tif 000010
【図１０】
0003605270.tif 000011
【図１１】
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