(57)【要約】【課題】組立て調整が容易であり、且つ分解能を向上することが可能な光学式エンコーダを提供する。【解決手段】本発明に係る光学式エンコーダ１の一実施形態は、回転軸２５に取り付けられた回転偏光板２０と、回転偏光板２０に対向して設けられた第１の固定偏光板３１と、第１の固定偏光板３１と同一平面上に回転偏光板２０に対向して設けられており、第１の固定偏光板３１の偏光面に対して４５度異なる偏光面を有する第２の固定偏光板３２と、回転偏光板２０に光を照射する光源１０と、回転偏光板２０と第１の固定偏光板３１とを通過した光源１０からの光に応じた第１の電気信号を生成する第１の受光素子４１と、回転偏光板２０と第２の固定偏光板３２とを通過した光源１０からの光に応じた第２の電気信号を生成する第２の受光素子４２と、第１の電気信号と第２の電気信号とを多分割する多分割回路５０とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸に取り付けられた回転偏光板と、
前記回転偏光板に対向して設けられた第１の固定偏光板と、
前記第１の固定偏光板と同一平面上に前記回転偏光板に対向して設けられており、前記第１の固定偏光板の偏光面に対して４５度異なる偏光面を有する第２の固定偏光板と、
前記回転偏光板に光を照射する光源と、
前記回転偏光板と前記第１の固定偏光板とを通過した前記光源からの光を受けて、この光に応じた第１の電気信号を生成する第１の受光素子と、
前記回転偏光板と前記第２の固定偏光板とを通過した前記光源からの光を受けて、この光に応じた第２の電気信号を生成する第２の受光素子と、
前記第１の電気信号と前記第２の電気信号とを受けて、前記第１の電気信号と前記第２の電気信号とを多分割する多分割回路とを備える、光学式エンコーダ。
【請求項２】
前記第１の固定偏光板及び前記第２の固定偏光板のうち少なくとも何れか一方の偏光面の前記平面上の角度を調整する角度調整機構を更に備える請求項１に記載の光学式エンコーダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学式エンコーダに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、回転量（回転変位量）を検出する光学式エンコーダが記載されている。この種の光学式エンコーダは、回転軸に取り付けられた回転スリット板と固定スリット板とを通過した光を受光素子で検出し、回転スリット板のスリットと固定スリット板のスリットとの重なり度合いに応じて受光素子から出力された正弦波信号又は余弦波信号によって、回転量を検出する。
【０００３】
また、特許文献２には、正弦波信号と余弦波信号とを用いて、これらの信号を４分割する多分割回路が記載されている。
【特許文献１】特開平９−１８９５７２号公報
【特許文献２】特開２００５−１２７７６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の光学式エンコーダにおいて、分解能を上げるためには、回転スリット板のスリット数を増やすこと、すなわち、回転スリット板や固定スリット板のスリット幅及びスリット間隔を狭くすることが考えられるが、物理的な限界がある。また、特許文献１に記載の光学式エンコーダに特許文献２に記載の多分割回路を用いて、受光素子から出力された正弦波信号及び余弦波信号を多分割することが考えられる。
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載のエンコーダでは、回転スリット板及び固定スリット板のスリット形状誤差や取付誤差などに起因して、正弦波信号や余弦波信号が歪んでしまうことがある。そのために、特許文献１に記載の光学式エンコーダに特許文献２に記載の多分割回路を用いたとしても、適切に分割することができず、分解能を上げることが困難であった。
【０００６】
そこで、本発明は、組立て調整が容易であり、且つ分解能を向上することが可能な光学式エンコーダを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の光学式エンコーダは、回転軸に取り付けられた回転偏光板と、回転偏光板に対向して設けられた第１の固定偏光板と、第１の固定偏光板と同一平面上に回転偏光板に対向して設けられており、第１の固定偏光板の偏光面に対して４５度異なる偏光面を有する第２の固定偏光板と、回転偏光板に光を照射する光源と、回転偏光板と第１の固定偏光板とを通過した光源からの光を受けて、この光に応じた第１の電気信号を生成する第１の受光素子と、回転偏光板と第２の固定偏光板とを通過した光源からの光を受けて、この光に応じた第２の電気信号を生成する第２の受光素子と、第１の電気信号と第２の電気信号とを受けて、第１の電気信号と第２の電気信号とを多分割する多分割回路とを備える。
【０００８】
この光学式エンコーダでは、第１の固定偏光板の偏光面に対する回転偏光板の偏光面の角度に応じて回転偏光板及び第１の固定偏光板を通過する光量が変化し、回転軸によって回転偏光板が１回転すると、第１の受光素子によって第１の電気信号として例えば２周期分の正弦波信号が生成される。同様に、第２の固定偏光板の偏光面に対する回転偏光板の偏光面の角度に応じて回転偏光板及び第２の固定偏光板を通過する光量が変化し、回転軸によって回転偏光板が１回転すると、第２の受光素子によって第２の電気信号として例えば２周期分の余弦波信号が生成される。
【０００９】
一般に、一つの偏光板では同一平面において偏光面が一様であるので、回転偏光板、第１の固定偏光板及び第２の固定偏光板それぞれの平面において偏光面を一様とすることができる。その結果、従来のスリット板のようにスリット形状誤差や取付誤差などに注意しなくとも、一様な検出特性を得ることができる。したがって、この光学式エンコーダによれば、光源、受光素子、回転偏光板、第１の固定偏光板及び第２の固定偏光板などの光学部品の組立て調整を容易とすることができる。
【００１０】
また、回転偏光板、第１の固定偏光板及び第２の固定偏光板を利用しているので、正弦波信号の歪み及び余弦波信号の歪みを低減することができる。したがって、この光学式エンコーダによれば、多分割回路を用いて正弦波信号及び余弦波信号を適切に分割することができ、分解能を向上することができる。
【００１１】
上記した光学式エンコーダは、第１の固定偏向板及び第２の固定偏光板のうち少なくとも何れか一方の偏光面の平面上の角度を調整する角度調整機構を更に備えることが好ましい。
【００１２】
この構成によれば、角度調整機構によって、第１の固定偏光板の偏光面に対する第２の固定偏光板の偏光面の角度を容易に調整可能であるので、光学部品の組立て調整をより容易とすることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、組立て調整を容易とし、且つ分解能を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１５】
図１に示すように、光学式エンコーダ１は、発光素子（光源）１０と、回転偏光板２０と、第１及び第２の固定偏光板３１，３２と、第１及び第２の受光素子４１，４２と、多分割回路５０とを備えている。
【００１６】
発光素子１０は、回転偏光板２０へ光を照射する。発光素子１０には、例えば、レーザーダイオードやライトエミッティングダイオードなどが用いられる。
【００１７】
回転偏光板２０は偏光子であり、円板形状をなしている。回転偏光板２０は、例えばサーボモータなどの回転軸２５に取り付けられる。回転偏光板２０に対して発光素子１０と反対側には、第１及び第２の固定偏光板３１，３２が配置されている。
【００１８】
第１及び第２の固定偏光板３１，３２は、それぞれ偏光子であり、長方形をなしている。第１及び第２の固定偏光板３１，３２は、同一平面上に、回転偏光板２０に対向して設けられている。第１の固定偏光板３１の偏光面と第２の固定偏光板３２の偏光面とは、４５度異なっている。第１及び第２の固定偏光板３１，３２は、角度調整機構３５に支持されている。
【００１９】
角度調整機構３５は、第１の固定偏光板３１の偏光面と第２の固定偏光板３２の偏光面との同一平面上の角度を調整する。角度調整機構３５の詳細は後述する。第１及び第２の固定偏光板３１，３２に対して回転偏光板２０と反対側には、第１及び第２の受光素子４１，４２が配置されている。
【００２０】
第１の受光素子４１は、回転偏光板２０と第１の固定偏光板３１とを通過した発光素子１０からの光を受け、例えば、この光に応じた正弦波信号（第１の電気信号）ｓｉｎθを生成する。また、第２の受光素子４２は、回転偏光板２０と第２の固定偏光板３２とを通過した発光素子１０からの光を受け、例えば、この光に応じた余弦波信号（第２の電気信号）ｃｏｓθを生成する。第１及び第２の受光素子４１，４２としては、例えば、フォトダイオードなどが用いられる。第１及び第２の受光素子４１，４２は、多分割回路５０に電気的に接続されている。
【００２１】
多分割回路５０は、第１及び第２の受光素子４１，４２からの正弦波信号ｓｉｎθ、余弦波信号ｃｏｓθをそれぞれ入力端子５０ａ，５０ｂに受け、これらの正弦波信号ｓｉｎθと余弦波信号ｃｏｓθとを４分割したＡ相出力信号Ａｏｕｔ、Ｂ相出力信号Ｂｏｕｔをそれぞれ出力端子５０ｃ，５０ｄへ出力する。図２に示すように、多分割回路５０は、八つの抵抗素子５１〜５８と、反転アンプ５９と、八つの比較器６１〜６８と、六つのＥＸＯＲ７１〜７６とを有している。
【００２２】
抵抗素子５１〜５４は、入力端子５０ａ，５０ｂの間に直列に順に接続されており、抵抗素子５５〜５８は、入力端子５０ｂと反転アンプ５９を介した入力端子５０ａとの間に直列に順に接続されている。入力端子５０ａ及び抵抗素子５１〜５４のそれぞれの間の３つのノードは、それぞれ、比較器６１〜６４のマイナス入力端子に接続されており、入力端子５０ｂ及び抵抗素子５５〜５８のそれぞれの間の３つのノードは、それぞれ、比較器６５〜６８のマイナス入力端子に接続されている。比較器６１〜６８のプラス入力端子には、基準電圧Ｖｒｅｆが入力される。
【００２３】
比較器６１，６３の出力端子は、ＥＸＯＲ７１の二つの入力端子にそれぞれ接続されており、比較器６２，６４の出力端子は、ＥＸＯＲ７２の二つの入力端子にそれぞれ接続されている。また、比較器６５，６７の出力端子は、ＥＸＯＲ７３の二つの入力端子にそれぞれ接続されており、比較器６６，６８の出力端子は、ＥＸＯＲ７４の二つの入力端子にそれぞれ接続されている。ＥＸＯＲ７１，７３の出力端子は、ＥＸＯＲ７５の二つの入力端子にそれぞれ接続されており、ＥＸＯＲ７２，７４の出力端子は、ＥＸＯＲ７６の二つの入力端子にそれぞれ接続されている。ＥＸＯＲ７５，７６の出力端子は、それぞれ、出力端子５０ｃ，５０ｄに接続されている。
【００２４】
抵抗素子５１〜５４の抵抗値Ｒ１：Ｒ２：Ｒ３：Ｒ４の比と抵抗素子５５〜５８の抵抗値Ｒ５：Ｒ６：Ｒ７：Ｒ８の比とは、それぞれ、
１：１／√２：１／√２：１
の比率に設定されており、抵抗素子５１〜５８は、正弦波信号ｓｉｎθ及び余弦波信号ｃｏｓθにおける位相１８０度を８分割する。
【００２５】
次に、角度調整機構３５について詳細に説明する。図３及び図４に示すように、角度調整機構３５は、枠体３６とネジ３７ａ〜３７ｃとを有している。枠体３６の内面３６ａには溝３６ｂが形成されており、この溝３６ｂ内には第１及び第２の固定偏光板３１，３２の縁部が嵌め込まれている。したがって、角度調整機構３５の枠体３６によって、第１及び第２の固定偏光板３１，３２の脱落が防止されている。
【００２６】
枠体３６における第１及び第２の固定偏光板３１，３２の縁部を覆う上下の部分３６ｃ，３６ｄには、外面３６ｅから溝３６ｂまで貫通するネジ孔３６ｆが形成されている。下側部分３６ｃにおける二つのネジ孔３６ｆは、それぞれ、第１及び第２の固定偏光板３１，３２の縁部の中央に対応する位置に設けられている。上側部分３６ｄにおける四つのネジ孔３６ｆは、第１の固定偏光板３１の縁部の中央に対して対称な二つの位置と第２の固定偏光板３２の縁部の中央に対して対称な二つの位置とにそれぞれ設けられている。これらのネジ孔３６ｆには、ネジ３７ａ〜３７ｃがねじ込まれている。
【００２７】
角度調整機構３５では、上側の一方のネジ３７ａをねじ込むことによって第１又は第２の固定偏光板３１，３２を反時計周りに回転させることができ、上側の他方のネジ３７ｂをねじ込むことによって第１又は第２の固定偏光板３１，３２を時計回りに回転させることができる。このようにして、角度調整機構３５は、第１の固定偏光板３１の偏光面と第２の固定偏光板３２との同一平面上の角度を調整する。なお、角度調整機構３５は、一方のネジ３７ａ（又は３７ｂ）をねじ込むときには、他方のネジ３７ｂ（又は３７ａ），３７ｃを回すことによって第１又は第２の固定偏光板３１，３２に無理な負荷をかけることが回避される。
【００２８】
次に、光学式エンコーダ１の動作を説明する。第１の固定偏光板３１の偏光面に対する回転偏光板２０の偏光面の角度に応じて回転偏光板２０及び第１の固定偏光板３１を通過する光量が変化する。同様に、第２の固定偏光板３２の偏光面に対する回転偏光板２０の偏光面の角度に応じて回転偏光板２０及び第２の固定偏光板３２を通過する光量が変化する。
【００２９】
回転軸２５が回転することによって回転偏光板２０が１回転すると、第１の受光素子４１によって２周期分の正弦波信号ｓｉｎθが生成され、第２の受光素子４２によって２周期分の余弦波信号ｃｏｓθが生成される。
【００３０】
これらの正弦波信号ｓｉｎθ及び余弦波信号ｃｏｓθは、多分割回路５０によって４分割される。図２及び図５に示すように、比較器６１によって正弦波信号ｓｉｎθをディジタル化したディジタル信号Ｓ１が生成され、比較器６２，６３，６４によってそれぞれディジタル信号Ｓ１をＴ／１６（２２．５度）、Ｔ／８（４５度）、３Ｔ／１６（６７．５度）だけ遅延させたディジタル信号Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４が生成される。なお、Ｔは、正弦波信号ｓｉｎθ及び余弦波信号ｃｏｓθの周期である。同様に、比較器６５によって余弦波信号ｃｏｓθをディジタル化したディジタル信号Ｓ５が生成され、比較器６６，６７，６８によってそれぞれディジタル信号Ｓ５をＴ／１６（２２．５度）、Ｔ／８（４５度）、３Ｔ／１６（６７．５度）だけ遅延させたディジタル信号Ｓ６、Ｓ７、Ｓ８が生成される。
【００３１】
ＥＸＯＲ７１，７２，７３，７４では、それぞれ、信号Ｓ１と信号Ｓ３との位相差に応じたパルス幅を有する信号Ｓ９、信号Ｓ２と信号Ｓ４との位相差に応じたパルス幅を有する信号Ｓ１０、信号Ｓ５と信号Ｓ７との位相差に応じたパルス幅を有する信号Ｓ１１、信号Ｓ６と信号Ｓ８との位相差に応じたパルス幅を有する信号Ｓ１２が生成される。すると、ＥＸＯＲ７５によって、信号Ｓ９と信号Ｓ１１とが合成されてＡ相出力信号Ａｏｕｔが生成され、ＥＸＯＲ７６によって、信号Ｓ１０と信号Ｓ１２とが合成されて、Ａ相出力信号Ａｏｕｔに対して９０度位相がずれたＢ相出力信号Ｂｏｕｔが生成される。
【００３２】
このように、光学式エンコーダ１によれば、多分割回路５０を用いることによって分解能を４倍に向上することができる。この光学式エンコーダ１によれば、回転偏光板２０、第１及び第２の固定偏光板３１，３２を利用しているので、正弦波信号ｓｉｎθの歪み及び余弦波信号ｃｏｓθの歪みを低減することができる。したがって、光学式エンコーダ１によれば、多分割回路５０を用いて正弦波信号ｓｉｎθ及び余弦波信号ｃｏｓθを適切に分割することができ、分解能を向上することができる。
【００３３】
一般に、偏光板では同一平面における位置に依存することなく偏光面が一様であるので、回転偏光板２０、第１及び第２の固定偏光板３１，３２それぞれの平面において偏光面を一様とすることができる。その結果、従来のスリット板のようにスリット形状誤差や取付誤差などに注意しなくとも、一様な検出特性を得ることができる。したがって、光学式エンコーダ１によれば、発光素子１０、第１及び第２の受光素子４１，４２、回転偏光板２０、第１及び第２の固定偏光板３１，３２などの光学部品の組立て調整を容易とすることができる。
【００３４】
また、光学式エンコーダ１によれば、角度調整機構３５によって、第１の固定偏光板３１の偏光面に対する第２の固定偏光板３２の偏光面の角度を容易に調整可能であるので、光学部品の組立て調整をより容易とすることができる。
【００３５】
このように、光学式エンコーダ１によれば、光学部品の組立て調整を容易とすることができるので、小型で、簡単な構造で、且つ安価な高精度（高パルス）エンコーダを実現することができる。
【００３６】
なお、本発明は上記した本実施形態に限定されることなく種々の変形が可能である。例えば、光学式エンコーダ１は、角度調整機構３５に代えて、図６及び図７に示すような角度調整機構３５Ａを備えていてもよい。この場合、光学式エンコーダ１は、第１及び第２の固定偏光板３１，３２に代えて円板状の第１及び第２の固定偏光板３１Ａ，３２Ａを備える。
【００３７】
角度調整機構３５Ａは、二つの支持体３８と枠体３９とを有する。支持体３８は、断面コの字状の環状体であり、それぞれ第１及び第２の固定偏光板３１Ａ，３２Ａの縁部に固定されている。更に、支持体３８には、側面３８ａから突出する摘み部３８ｂが設けられている。
【００３８】
枠体３９は、長方形をなす平板であり、その平面に円形の二つの開口部３９ａを有する。これらの開口部３９ａを形成する内面３９ｂにはそれぞれ案内溝３９ｃが形成されている。一方の案内溝３９ｃ内には一方の支持体３８が収容され、他方の案内溝３９ｃ内には他方の支持体３８が収容されている。このようにして、第１及び第２の固定偏光板３１Ａ，３２Ａは、枠体３９からの脱落が防止されている。
【００３９】
更に、枠体３９には、摘み部３８ｂが覗き出る円弧状のスリット３９ｄが形成されている。したがって、摘み部３８ｂを移動させることで、案内溝３９ｃに沿って第１又は第２の固定偏光板３１Ａ，３２Ａを回転させることができる。このようにして、角度調整機構３５Ａは、第１の固定偏光板３１Ａの偏光面と第２の固定偏光板３２Ａの偏光面との同一平面上の角度を調整することができる。
【００４０】
なお、角度調整機構３５において、第１の固定偏光板３１及び第２の固定偏光板３２の両方の偏光面の角度を調整できる角度調整機構が用いられたが、第１の固定偏光板３１及び第２の固定偏光板３２のうち何れか一方のみの偏光面の角度を調整できる角度調整機構が用いられてもよい。同様に、角度調整機構３５Ａにおいて、第１の固定偏光板３１Ａ及び第２の固定偏光板３２Ａのうち何れか一方のみの偏光面の角度を調整できる角度調整機構が用いられてもよい。
【００４１】
また、本実施形態では、光源としてＬＤやＬＥＤなどの発光素子１０が用いられたが、光源には、このような半導体素子に限らず光を出力する様々な光源が適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明に係る光学式エンコーダの実施形態を示す斜視図である。
【図２】多分割回路を示す回路図である。
【図３】第１及び第２の固定偏光板を示す正面図である。
【図４】図３のIV−IV線における断面図である。
【図５】図２に示した多分割回路における各部信号波形のタイミングチャートである。
【図６】第１及び第２の固定偏光板の変形例を示す正面図である。
【図７】図６のVII−VII線における断面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１…光学式エンコーダ、１０…発光素子（光源）、２０…回転偏光板、２５…回転軸、３１，３２…第１及び第２の固定偏光板、３５…角度調整機構、４１，４２…第１及び第２の受光素子、５０…多分割回路。
【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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