(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子と、前記発光素子の全発光面に対向する受光面を有する受光素子と、前記受光素子の前記発光素子側に固定され、かつ、受光窓となる複数の固定スリットを形成した固定スリット板と、前記発光素子と前記固定スリット板の間に配置され、かつ、コードパターンとなる複数の回転スリットを形成した回転ディスクとを備え、前記回転スリットを透過、または反射した前記発光素子からの光を前記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、
前記固定スリット板に形成された各々の固定スリットの形状が、透明部と遮光部の境界を定義する４辺のうち、一方の径方向の２辺となる固定スリットの径方向外周側境界と径方向内周側境界は、前記回転ディスクの回転中心を基準にした円弧により形成され、
他方の周方向の２辺となる固定スリットの周方向境界は、前記回転ディスクの回転中心を通る直線に対して傾斜した直線からなる境界線を有するスリット形状で構成したことを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項２】
前記回転ディスクに設けられた回転スリットの透明部と遮光部の境界を定義する４辺のうち、周方向の２辺となる回転スリットの周方向境界を、前記固定スリットの周方向境界の傾斜角度に対して相対的にずらしてあ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】
発光素子と、前記発光素子の全発光面に対向する受光面を有する受光素子と、前記受光素子の前記発光素子側に固定され、かつ、受光窓となる複数の固定スリットを形成した固定スリット板と、前記発光素子と前記固定スリット板の間に配置され、かつ、コードパターンとなる複数の回転スリットを形成した回転ディスクとを備え、前記回転スリットを透過、または反射した前記発光素子からの光を前記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、
前記受光素子に設けられた受光部の形状が、受光部と非受光部の境界を定義する４辺のうち、一方の径方向の２辺となる受光部の径方向外周側境界と径方向内周側境界は、前記回転ディスクの回転中心を基準にした円弧により形成され、
他方の周方向の２辺となる受光部の周方向境界は、前記回転ディスクの回転中心を通る直線に対して傾斜した直線からなる境界線を有する受光素子形状で構成したことを特徴とするエンコーダ。
【請求項４】
前記回転ディスクに設けられた回転スリットの透明部と遮光部の境界を定義する４辺のうち、周方向の２辺となる回転スリットの周方向境界を、前記受光部の周方向境界の傾斜角度に対して相対的にずらして(どちらの方向に)あ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。
【請求項５】
発光素子と、前記発光素子の全発光面に対向する受光面を有する受光素子と、前記受光素子の前記発光素子側に固定され、かつ、受光窓となる複数の固定スリットを形成した固定スリット板と、前記発光素子と前記固定スリット板の間に配置され、かつ、コードパターンとなる複数の回転スリットを形成した回転ディスクとを備え、前記回転スリットを透過、または反射した前記発光素子からの光を前記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、
前記回転ディスクに設けられた回転スリットの形状が、透明部と遮光部の境界を定義する４辺のうち、一方の径方向の２辺となる回転スリットの径方向外周側境界と径方向内周側境界は、前記回転ディスクの回転中心を基準にした円弧により形成され、
他方の周方向の２辺となる回転スリットの周方向境界は、前記回転ディスクの回転中心を通る直線に対して傾斜した直線からなる境界線を有するスリット形状で構成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、例えば、工作機のテーブルあるいはロボット等を駆動するためのサーボモータに取り付けられると共に、回転ディスクに設けたスリットを透過させた光によって回転角度や回転速度を検出する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、工作機のテーブルあるいはロボット等を駆動するためのサーボモータに取付られた光学式エンコーダは、図１のようになっている。図１は、本発明と従来の光学式エンコーダに共通な基本的な構成を示した全体斜視図である。図６は従来の光学式エンコーダによる固定スリットと回転ディスクを重ね合せて正面から見た概略図である。
１はエンコーダ、２は回転シャフト、３は回転ディスク、４は回転ディスク３に形成されたコードパターンとなる回転スリット、４２は回転スリットの透明部、４２Ａは遮光部、４２Ｂは回転ディスク３の遮光部と透明部の境界、５は固定スリット板、６、６２は固定スリット板５に回転スリット４に対応して形成された受光窓を有する固定スリット、７はＬＥＤ等の発光素子、８は受光素子、Ｏ−Ｏは回転シャフト２の軸心、Ｐ−Ｐは発光素子７から受光素子８に通じる光路で構成された光学系である。
このような構成のエンコーダ１において、モータの回転シャフト２が回転すると、ガラス等で構成された回転ディスク３が回転シャフト２と一体に回転する。この回転ディスク３に形成された回転スリット４にＬＥＤ等の発光素子７からの光を入射すると、回転スリット４を透過または反射した光を、直接もしくは固定スリット６を介してフォトダイオード等の受光素子８で認識する。そして、受光素子８のアナログ信号を図示しない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３の回転速度または回転位置を検出するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来技術においては、分解能を高めるために固定スリット６あるいは回転スリット４、受光素子４のスリットの間隔（ピッチ）を狭くすると、光の回折現象によって検出される正弦波状の信号に含まれる高次の周波数成分が大きくなり、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を使った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が低下したり、また、前記アナログ信号をＡ／Ｄ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が低下するという問題があった。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、受光素子のアナログ信号を電気信号に変換する際に、基本波以外の高調波成分を除去することができ、逓倍後の分割精度を向上させ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する。
【０００４】
【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、発光素子と、前記発光素子の全発光面に対向する受光面を有する受光素子と、前記受光素子の前記発光素子側に固定され、かつ、受光窓となる複数の固定スリットを形成した固定スリット板と、前記発光素子と前記固定スリット板の間に配置され、かつ、コードパターンとなる複数の回転スリットを形成した回転ディスクとを備え、前記回転スリットを透過、または反射した前記発光素子からの光を前記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、前記固定スリット板に形成された各々の固定スリットの形状が、透明部と遮光部の境界を定義する４辺のうち、一方の径方向の２辺となる固定スリットの径方向外周側境界と径方向内周側境界は、前記回転ディスクの回転中心を基準にした円弧により形成され、他方の周方向の２辺となる固定スリットの周方向境界は、前記回転ディスクの回転中心を通る直線に対して傾斜した直線からなる境界線を有するスリット形状で構成したものである。請求項２の本発明は、請求項１記載の光学式エンコーダにおいて、前記回転ディスクに設けられた回転スリットの透明部と遮光部の境界を定義する４辺のうち、周方向の２辺となる回転スリットの周方向境界を、前記固定スリットの周方向境界の傾斜角度に対して相対的にずらしたものである。請求項３の本発明は、発光素子と、前記発光素子の全発光面に対向する受光面を有する受光素子と、前記受光素子の前記発光素子側に固定され、かつ、受光窓となる複数の固定スリットを形成した固定スリット板と、前記発光素子と前記固定スリット板の間に配置され、かつ、コードパターンとなる複数の回転スリットを形成した回転ディスクとを備え、前記回転スリットを透過、または反射した前記発光素子からの光を前記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、前記受光素子に設けられた受光部の形状が、受光部と非受光部の境界を定義する４辺のうち、一方の径方向の２辺となる受光部の径方向外周側境界と径方向内周側境界は、前記回転ディスクの回転中心を基準にした円弧により形成され、他方の周方向の２辺となる受光部の周方向境界は、前記回転ディスクの回転中心を通る直線に対して傾斜した直線からなる境界線を有する受光素子形状で構成したものである。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、前記回転ディスクに設けられた回転スリットの透明部と遮光部の境界を定義する４辺のうち、周方向の２辺となる回転スリットの周方向境界を、前記受光部の周方向境界の傾斜角度に対して相対的にずらしたものである。請求項５の本発明は、発光素子と、前記発光素子の全発光面に対向する受光面を有する受光素子と、前記受光素子の前記発光素子側に固定され、かつ、受光窓となる複数の固定スリットを形成した固定スリット板と、前記発光素子と前記固定スリット板の間に配置され、かつ、コードパターンとなる複数の回転スリットを形成した回転ディスクとを備え、前記回転スリットを透過、または反射した前記発光素子からの光を前記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、前記回転ディスクに設けられた回転スリットの形状が、透明部と遮光部の境界を定義する４辺のうち、一方の径方向の２辺となる回転スリットの径方向外周側境界と径方向内周側境界は、前記回転ディスクの回転中心を基準にした円弧により形成され、他方の周方向の２辺となる回転スリットの周方向境界は、前記回転ディスクの回転中心を通る直線に対して傾斜した直線からなる境界線を有するスリット形状で構成したものである。
【０００５】
【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。
［第１の実施例］
図２は本発明の第１の実施例による光学式エンコーダの固定スリットを正面から見た概略図である。なお、本発明が従来と同じ構成要素については、同じ符号を付してその説明を省略し、異なる点のみ説明する。
図において、６１Ａ、６１Ｂ、６１Ｃ、６１Ｄは固定スリット６１の遮光部と透明部の境界であって、６１Ａは固定スリットの外周側径方向境界線、６１Ｃは同じく固定スリットの内周側径方向境界線、６１Ｂおよび６１Ｄは固定スリットの周方向境界線、６１Ｅおよび６１Ｆは回転ディスク３の回転中心を通る直線、ＬＰは固定スリットの傾斜を定義する円弧、ＳＰは光学式エンコーダのスリットピッチ、θｓは固定スリットの周方向境界線の傾きを示している。
本発明が従来と異なる構成は、以下のとおりである。
すなわち、固定スリット板５に形成された各々の固定スリット６１の形状が、透明部と遮光部の境界を定義する４辺のうち、一方の径方向の２辺となる固定スリット６１の径方向外周側境界６１Ａと径方向内周側境界６１Ｃは、回転ディスク３の回転中心を基準にした円弧により形成してあり、また、他方の周方向の２辺となる固定スリット６１の周方向境界６１Ｂ、６１Ｄは、回転ディスク３の回転中心を通る直線とのなす角度をθｓとすると、０＜θｓ＜９０°の角度の範囲で傾斜している。
次に、光学式エンコーダの動作を図３乃至図５を用いて説明する。
図３は図２で示された固定スリットと回転ディスクを重ね合わせて正面から見た概略図、図４は本発明の動作を説明するのに必要な固定スリットの配置図、図５は受光素子のアナログ信号を電気信号に変換する際の波形を示したものであって、（ａ）は基本波、（ｂ）は３次高調波（ｃ）合成波である。
図３において、４１は回転ディスクに設けた回転スリットの透明部、４１Ａは回転ディスクに設けた回転スリットの遮光部、４１Ｂは透明部４１と遮光部４１Ａの境界を示している。ここでは、便宜上、スリットピッチＳＰを電気角３６０°として、図２に示される円弧ＬＰとの角度比を用いて前記傾きθSの大きさを表わすことにする。つまり円弧ＬＰがスリットピッチＳＰの１／６の長さであれば、電気角は３６０÷６＝６０°となり、固定スリットの周方向境界線６１Ｂと６１Ｄは、回転ディスクの回転中心を通る直線６１Ｅと６１Ｆ、言い換えれば従来の固定スリットの周方向境界線と６０°の傾きをなすものと定義する。このような条件の下で、回転ディスクが回転することにより、固定スリットを通過する光に３次の高調波が含まれるとして、基本波、３次高調波をそれぞれ、
【０００６】
【数１】
0004697359.tif 000002
【０００７】
と表わせば、固定スリットを通過した光による出力Ｐは、
【０００８】
【数２】
0004697359.tif 000003
【０００９】
となる。
次に、図４において、円弧ＬＰとスリットピッチＳＰの角度比が１：６で固定スリットの周方向境界線の傾きθｓが６０°で定義される固定スリット６１があり、固定スリット６１のパターンを上下２等分したユニット（６１Ｕ，６１Ｌ）を考える。
２つの固定スリット６１Ｕ，６１Ｌは６０°位相差があるため、固定スリット６１全体の出力は、前記出力Ｐの半分が６０°の位相差を伴って加えられているのと同じものとなる。スリット６１Ｕの出力をＰ２、スリット６１Ｌの出力をＰ３とすると、図５より、
【００１０】
【数３】
0004697359.tif 000004
【００１１】
となって、３次の高調波を打ち消すことができる。
他の次数（５，７．．．次）についても同様であり、傾きθｓをそれぞれ、１８０／５＝３６°、１８０／７＝２５．７°に設定すればそれぞれの高調波を打ち消すことができる。
また、９次高調波は３次高調波の奇数倍なのでわざわざ、２０°に設定しなくても、前記傾きθSを６０°に設定すれば３次、９次、１５次．．．の高調波を打ち消すことができる。
加えて、傾きθSを変化させて取出せる波形をシミュレートすると、前記傾きを１ｒａｄ（＝５７．３°）に設定すれば、基本波以外の高調波を効果的に取り除けることがわかる。
したがって、光学式エンコーダの固定スリット板に形成された各々の固定スリットにおける透明部と遮光部の境界を定義する４辺のうち、周方向の２辺となる固定スリットの周方向境界と前記回転ディスクの回転中心を通る直線とのなす角度をθｓとした場合に、０＜θｓ＜９０°の角度の範囲で固定スリットの周方向境界を傾斜させる構成にしたので、受光素子のアナログ信号を電気信号に変換する際に、基本波以外の高調波成分を含まない良好な波形を取出すことができ、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ができる。
［第２の実施例］
第２の実施例が第１の実施例と異なる点は、図２、３で示される固定スリット６１を回転ディスクの回転中心を通る直線６１Ｅ、６１Ｆに対して傾斜させる構成に加えて、直接図示しないが、回転ディスクにおける回転スリット４の透明部４１と遮光部４１Ａの境界を定義する４辺のうち、周方向の２辺となる回転スリットの周方向境界（４１Ｂ）を、固定スリット６１の周方向境界６１Ｂ、６１Ｄの傾斜角度に対して相対的にずらすようにした点である。なお、動作については、第１の実施例と基本的に同じなので省説明を省略する。
これにより、受光素子のアナログ信号を電気信号に変換する際に、基本波以外の高調波成分を含まない正弦波に近づけることができ、逓倍後の分割精度を向上できる。
［第３の実施例］
第３の実施例が第１の実施例と異なる点は、図２で示される固定スリット６１を回転ディスクの回転中心を通る直線６１Ｅ、６１Ｆに対して傾斜させる構成に替えて、直接図示しないが、受光素子８に設けられた受光部と非受光部の境界を定義する４辺のうち、一方の径方向の２辺となる受光部の径方向外周側境界と径方向内周側境界は、回転ディスク３の回転中心を基準にした円弧により形成し、他方の周方向の２辺となる受光部の周方向境界は、回転ディスクの回転中心を通る直線６１Ｅ、６１Ｆとのなす角度をθｓとした場合に、０＜θｓ＜９０°の角度の範囲で受光部の周方向境界を傾斜させるようにした点である。また、このような構成において、同じく図示しないが、回転ディスクに設けられた回転スリットの透明部と遮光部の境界を定義する４辺のうち、周方向の２辺となる回転スリットの周方向境界を、受光部の周方向境界の傾斜角度に対して相対的にずらしても良い。なお、動作については、第１の実施例と基本的に同じなので省説明を省略する。
同様に、受光素子のアナログ信号を正弦波に近づけることができ、逓倍後の分割精度を向上できる。
［第４の実施例］
第４の実施例が第１の実施例と異なる点は、図３で示される固定スリット６１を回転ディスク３の回転中心を通る直線に対して傾斜させる構成に替えて、直接図示しないが、回転ディスク３に設けられた回転スリットの透明部４１と遮光部４１Ａの境界を定義する４辺のうち、一方の径方向の２辺となる回転スリットの径方向外周側境界と径方向内周側境界は、回転ディスク３の回転中心を基準にした円弧により形成し、他方の周方向の２辺となる回転スリット４１の周方向境界は、回転ディスク３の回転中心を通る直線とのなす角度をθｓとした場合に、０＜θｓ＜９０°の角度の範囲で回転スリット３の周方向境界を傾斜させるようにした点である。なお、動作については、第１の実施例と基本的に同じなので省説明を省略する。
同様に、受光素子のアナログ信号を正弦波に近づけることができ、逓倍後の分割精度を向上できる。
なお、本発明の光学式エンコーダは、回転型のもので説明したが、リニアの光学式エンコーダに適用しても差し支えず、上記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、光学式エンコーダの固定スリット板に形成された各々の固定スリットにおける透明部と遮光部の境界を定義する４辺のうち、周方向の２辺となる固定スリットの周方向境界と前記回転ディスクの回転中心を通る直線とのなす角度をθｓとした場合に、０＜θｓ＜９０°の角度の範囲で固定スリットの周方向境界を傾斜させる構成にしたので、受光素子のアナログ信号を電気信号に変換する際に、基本波以外の高調波成分を含まない良好な波形を取出すことができ、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できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明と従来の光学式エンコーダに共通な基本的な構成を示した全体斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施例を示す固定スリットを正面から見た概略図である。
【図３】図２で示された固定スリットと回転ディスクを重ね合せて正面から見た概略図である。
【図４】本発明の動作を説明するのに必要な固定スリットの配置図である。
【図５】受光素子のアナログ信号を電気信号に変換する際の波形を示したものであって、（ａ）は基本波、（ｂ）は３次高調波（ｃ）は合成波である。
【図６】従来の光学式エンコーダによる固定スリットと回転ディスクを重ね合せて正面から見た概略図である。
【符号の説明】
１  エンコーダ
２  回転シャフト
３  回転ディスク
４  回転スリット
４１  回転スリットの透明部
４１Ａ  回転スリットの遮光部
４１Ｂ  回転ディスクの遮光部と透明部の境界
５  固定スリット板
６  固定スリット
６１  固定スリット
６１Ａ  スリットの外周側径方向境界線
６１Ｂ  固定スリットの周方向境界線
６１Ｃ  固定スリットの内周側径方向境界線
６１Ｄ  固定スリットの周方向境界線
６１Ｅ  回転ディスクの回転中心を通る直線
６１Ｆ  回転ディスクの回転中心を通る直線
６１Ｕ  ２分割された透明部の外周側
６１Ｌ  ２分割された透明部の内周側
７  発光素子
８  受光素子
ＬＰ  スリットの傾きを定義する円弧
ＳＰ  エンコーダのスリットピッチ
θｓ  固定スリットの周方向境界線の傾き
【図１】
0004697359.tif 000005
【図２】
0004697359.tif 000006
【図３】
0004697359.tif 000007
【図４】
0004697359.tif 000008
【図５】
0004697359.tif 000009
【図６】
0004697359.tif 000010