(57)【要約】【課題】回転ディスクと受光素子もしくは、固定スリットのラフな位置合わせでも波形に歪みを生じにくくすることによって、逓倍後の分割精度を向上させる光学式エンコーダを提供する。【解決手段】回転ディスクにコードパターンを設け、コードパターンを透過または反射した発光素子からの光を受光素子で受光することにより、回転ディスクの速度、回転位置を検出する光学式エンコーダにおいて、受光素子１の受光部２は、該受光部の回転ディスクの円周方向に沿うピッチ間隔をスリットピッチｐの１／２より小さいピッチで形成すると共に、受光部２と遮光部３の境界を示す周方向に設けた円弧状境界線２ａ、２ｃと径方向に設けた直線状境界線２ｂ、２ｄの夫々の端縁には、この端縁同士を滑らかに繋がる円弧部２ａｂ、２ｂｃ、２ｃｄ、２ａｄを形成する。【選択図】    図１
2004251772.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転ディスクにコードパターンを設け、前記コードパターンを透過または反射した発光素子からの光を受光素子で受光することにより、前記回転ディスクの速度、回転位置を検出する光学式エンコーダにおいて、
前記受光素子の受光部は、該受光部の回転ディスクの円周方向に沿うピッチ間隔をスリットピッチｐの１／２より小さいピッチで形成すると共に、受光部と遮光部の境界を示す周方向に設けた円弧状境界線と径方向に設けた直線状境界線の夫々の端縁には、この端縁同士を滑らかに繋がる円弧部を形成したことを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項２】
前記受光部が１つの受光群を構成することを特徴とする請求項１に記載の光学式エンコーダ。
【請求項３】
回転ディスクにコードパターンを設け、固定スリットを介し、前記コードパターンを透過または反射した発光素子からの光を受光素子で受光することにより、前記回転ディスクの速度、回転位置を検出する光学式エンコーダにおいて、
前記固定スリットに設けられたスリットは、該スリットの回転ディスクの円周方向に沿うピッチ間隔をスリットピッチｐの１／２より小さいピッチで形成すると共に、受光窓と遮光部の境界を示す周方向に設けた円弧状境界線と径方向に設けた直線状境界線の夫々の端縁には、この端縁同士を滑らかに繋がる円弧部を形成したことをことを光学式エンコーダ。
【請求項４】
前記スリットが１つのスリット群を構成することを特徴とする請求項３に記載の光学式エンコーダ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械あるいはロボット等に組み込まれるサーボモータに取付られた光学式エンコーダに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、工作機械あるいはロボット等に組み込まれるサーボモータに取付られた光学式エンコーダは図６のようになっている（例えば、特許文献１を参照）。
図６は一般の光学式エンコーダの基本構成を示した全体斜視図である。
光学式エンコーダ１１はモータの回転シャフト１２にカップリングなどで接続されたガラス等で構成された円板状の回転ディスク１３にコードパターンが設けられており、このコードパターンにＬＥＤ等の発光素子１７からの光を入射し、コードパターンを透過または反射した光を、直接もしくは固定スリット１６のような受光窓を介してフォトダイオード等の受光素子１８で認識する。そして、受光素子１８のアナログ信号を回路基板により増幅、調整された電気信号に変換したのち、逓倍、内挿またはパルス化して上述した回転ディスク１３の回転速度または回転位置を検出するものである。
特に、エンコーダの分解能を高めるために、例えば、特許文献２に開示されているように受光素子１８もしくは固定スリット１６に設けたスリットの周方向幅と回転ディスク１３に設けたスリット１４の周方向幅との間隔（ピッチ）を狭くしたり、開口面積を変化させるなどの対策を講じている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−５６９２号公報（明細書２頁、図１を参照）
【特許文献２】
特開平１１−１８３２０１号公報（明細書３頁、図７を参照）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、図４は特許文献２に開示された図７の右半分の部分を拡大したものに相当し、（ａ）は受光素子と回転ディスクを重ね合わせた場合の平面図、（ｂ）は受光素子のアナログ信号を示した図である。また、図５は図４における受光素子と回転ディスクの位置合わせを正確に行うことができなかった（ラフな）場合であり、（ａ）はその平面図、（ｂ）は受光素子のアナログ信号を示した図である。なお、図において、４は回転ディスク、５は回転ディスク４の透明部、６は回転ディスク４の遮光部、７は受光素子の受光部を示している。なお、図中のＯはディスク回転中心、Ｑは光学基準位置を示している。
従来技術において、図４に示すごとく、分解能を高めるために受光素子に設けたスリットの周方向幅と回転ディスクに設けたスリットの周方向幅との間隔を狭くし、さらに図５に示すごとく、必然的に回転ディスクと受光素子の位置合わせ、もしくは回転ディスクと固定スリットの位置合わせが困難になり、正規の位置に正確に合わせることができなかった場合は受光素子のアナログ信号波形に歪みを生じる。このため、このアナログ信号を抵抗ブリッジ逓倍回路によって逓倍しようとした時に、その出力パルスの分割精度は低下するという問題が生じた。また、該アナログ信号をＡ／Ｄ変換器で取込みデジタル領域で逓倍する場合でもその出力データの分割精度は低下するという問題が生じた。
【０００５】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、回転ディスクと受光素子もしくは、固定スリットのラフな位置合わせでも波形に歪みを生じにくくすることによって、逓倍後の分割精度を向上させる光学式エンコーダを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、請求項１の本発明は、回転ディスクにコードパターンを設け、前記コードパターンを透過または反射した発光素子からの光を受光素子で受光することにより、前記回転ディスクの速度、回転位置を検出する光学式エンコーダにおいて、前記受光素子の受光部は、該受光部の回転ディスクの円周方向に沿うピッチ間隔をスリットピッチｐの１／２より小さいピッチで形成すると共に、受光部と遮光部の境界を示す周方向に設けた円弧状境界線と径方向に設けた直線状境界線の夫々の端縁には、この端縁同士を滑らかに繋がる円弧部を形成したものである。
請求項２の本発明は、請求項１に記載の光学式エンコーダにおいて、前記受光部が１つの受光群を構成するものである。
請求項３の本発明は、回転ディスクにコードパターンを設け、固定スリットを介し、前記コードパターンを透過または反射した発光素子からの光を受光素子で受光することにより、前記回転ディスクの速度、回転位置を検出する光学式エンコーダにおいて、前記固定スリットに設けられたスリットは、該スリットの回転ディスクの円周方向に沿うピッチ間隔をスリットピッチｐの１／２より小さいピッチで形成すると共に、受光窓と遮光部の境界を示す周方向に設けた円弧状境界線と径方向に設けた直線状境界線の夫々の端縁には、この端縁同士を滑らかに繋がる円弧部を形成したものである。
請求項４の本発明は、請求項３に記載の光学式エンコーダにおいて、前記スリットが１つのスリット群を構成するものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。
図１は本発明の実施例を示す光学式エンコーダの受光素子の平面図である。なお、本発明の構成要素が従来技術と同じものについては同一符号を付して説明を省略し、異なる点にのみ説明する。
図において、１は受光素子、２は受光部、３は遮光部である。また、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄは受光素子の受光部と遮光部の境界を示す境界線であって、そのうち、２ａは外径側に設けた周方向における円弧状境界線、２ｃは内径側に設けた周方向における円弧状境界線、２ｂ、２ｄは径方向における直線状境界線である。また、２ａｂ、２ｂｃ、２ｃｄ、２ａｄは円弧部である。なお、図中のＣは光学式エンコーダの回転中心を通る直線を表わしている。
本発明が従来技術と異なる点は以下のとおりである。
すなわち、受光素子１の受光部２を、該受光部の回転ディスクの円周方向に沿うピッチ間隔がスリットピッチｐの１／２（図中６／１２ｐで示す）より小さいピッチ（５／１２・ｐ）で形成すると共に、受光部２と遮光部３の境界を示す周方向に設けた円弧状境界線２ａ、２ｃと径方向に設けた直線状境界線２ｂ、２ｄの夫々の端縁には、この端縁同士を滑らかに繋がる円弧部を形成した点である。また、受光部２が１つの受光群を構成したものとなっている。
【０００８】
次に、本実施例の効果を従来例と比較するために、実際に受光素子を製作し効果の確認を行った。その具体例を以下説明する。
図２は図１で示された受光素子と回転ディスクを重ね合わせた場合であって、（ａ）はその平面図、（ｂ）は受光部幅をスリットピッチの５／１２に設定した場合の受光素子のアナログ信号を示した説明図である。
図２（ａ）において、４は回転ディスク、５は透明部、６は遮光部である。５ａは回転ディスクの透明部５と遮光部６の境界を示す。Ｏはディスク回転中心を示す。
図２（ｂ）に示すように、５／１２のスリット幅また、スリット幅、径方向と周方向の境界を滑らかな曲線で形成している為、アナログ信号は正弦波に近くなることがわかった。
【０００９】
また、図３は図１で示した受光素子と回転ディスクを重ね合わせた場合に、位置合わせを正確に行うことができなかった場合、すなわち、ディスク回転中心Ｏと光学基準位置Ｑがずれた場合を想定したものであって、（ａ）はその平面図、（ｂ）は受光素子のアナログ信号を示した図である。
図に示すように、受光部幅がスリットピッチの６／１２（＝１／２）に対し１／１２の隙間があるため、スリットの位置合わせが多少ラフでも正規の位置を想定した場合のアナログ信号に比べて波形の歪みは生じにくくなることがわかった。
【００１０】
したがって、本発明の実施例は、光学式エンコーダにおいて、受光素子１の受光部２の形状を、該受光部２の回転ディスクの円周方向に沿うピッチ間隔がスリットピッチｐの１／２より小さいピッチで形成すると共に、受光部２と遮光部３の境界を示す周方向に設けた円弧状境界線２ａ、２ｃと径方向に設けた直線状境界線２ｂ、２ｄの夫々の端縁には、この端縁同士を滑らかに繋がる円弧部を形成したので、スリットの位置合わせが多少ラフでも、受光素子のアナログ信号の波形に歪みを生じにくくし、正弦波に近づけることができ、しかも逓倍後の分割精度を向上できるという効果がある。
【００１１】
なお、本実施例では、回転ディスク、発光素子、受光素子からなるエンコーダの例について述べたが、図示しないが、回転ディスクと受光素子の間に固定スリットを設けた構成にしても本発明を実施することが可能である。すなわち、回転ディスクと受光素子の間に固定スリットを設けた構成においては、固定スリットに設けられたスリットは、該スリットの回転ディスクの円周方向に沿うピッチ間隔をスリットピッチｐの１／２より小さいピッチで形成すると共に、受光窓と遮光部の境界を示す周方向に設けた円弧状境界線と径方向に設けた直線状境界線の夫々の端縁には、この端縁同士を滑らかに繋がる円弧部を形成する構成となる。
また、リニアモータ用の光学式エンコーダに関しては、上記に述べたエンコーダの径を無限大にしたものと考えることができるので説明は省略する。
【００１２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、光学式エンコーダにおいて、固定スリットの受光窓、または受光素子の受光部形状を、スリットピッチの１／２に対して小さいピッチで周方向の円弧状境界線および径方向の直線状境界線の各辺を形成し、径方向の２辺と周方向の２辺の間を滑らかな円弧部で繋いだので、スリットの位置合わせが多少ラフでも、受光素子のアナログ信号の波形に歪みを生じにくくし、正弦波に近づけることができ、しかも逓倍後の分割精度を向上できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す光学式エンコーダにおける受光素子の平面図である。
【図２】図１で示した受光素子と回転ディスクを重ね合わせた場合であり、（ａ）はその平面図、（ｂ）は受光部幅をスリットピッチの５／１２に設定した場合の受光素子のアナログ信号を示した動作説明図である。
【図３】図１で示した受光素子と回転ディスクを重ね合わせた場合に、位置合わせを正確に行うことができなかった場合、すなわち、ディスク回転中心Ｏと光学基準位置Ｑがずれた場合を想定したものであって、（ａ）はその平面図、（ｂ）は受光素子のアナログ信号を示した動作説明図である。
【図４】特許文献２に開示された図７の右半分の部分を拡大したものに相当し、（ａ）は受光素子と回転ディスクを重ね合わせた場合の平面図、（ｂ）は受光素子のアナログ信号を示した図である。
【図５】図４における受光素子と回転ディスクの位置合わせを正確に行うことができなかった場合であり、（ａ）はその平面図、（ｂ）は受光素子のアナログ信号を示した図である。
【図６】一般の光学式エンコーダの基本構成を示した全体斜視図である。
【符号の説明】
１  受光素子
２  受光部
２ａ  円弧状境界線（外径側周方向）
２ｂ  直線状境界線（径方向）
２ｃ  円弧状境界線（内径側周方向）
２ｄ  直線状境界線（径方向）
２ａｂ、２ｂｃ、２ｃｄ、２ａｄ  円弧部
３  遮光部
４  回転ディスク
５  透明部
６  遮光部
Ｃ  光学式エンコーダの回転中心を通る直線
Ｏ  ディスク回転中心
Ｑ  受光部の光学基準
【図１】
2004251772.tif 000003
【図２】
2004251772.tif 000004
【図３】
2004251772.tif 000005
【図４】
2004251772.tif 000006
【図５】
2004251772.tif 000007
【図６】
2004251772.tif 000008