JP2011089993A

JP2011089993A - 光学エンコーダ装置

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Publication number: JP2011089993A
Application number: JP2010239291A
Authority: JP
Inventors: Yves Villaret; イヴ，ヴィラレット
Original assignee: Yaskawa Europe Technology Ltd
Current assignee: Yaskawa Europe Technology Ltd
Priority date: 2003-01-16
Filing date: 2010-10-26
Publication date: 2011-05-06
Also published as: JP4671360B2; US7348543B2; WO2004063671A2; US20060108516A1; EP1588129A2; JP2006515426A; WO2004063671A3

Abstract

【課題】機械的な寸法誤差や光学ディスクの光学パターンの不規則性による精度低下を低減し、精度向上を実現する。
【解決手段】光学ディスクが、透過領域及び非透過領域を交互にそれぞれ備えた１対の同心円環状のパターンを有する。各光線は、光ファイバーを介し、円筒形状（ＣＯＧ）をそれぞれ有し同心にて配置された１対のＯＧの１つに入力され、光学ディスクを通って伝搬され、反射領域及び非反射領域の２つの同心円環状パターンを備えたミラーにより反射される。そして、ＣＯＧは、光線を電子インターフェースに戻るよう導き、該電子インターフェースは、光信号を、位置情報を生成する電子信号に変換する。ディスクを通じて、当該光学ディスクの略大きな領域に到達する光の強度を平均化するので、非常に高い精度を得ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気モーターやその他の回転装置のために一般的に使用される、光学エンコーダに関する。

このような光学エンコーダの例は、Ｂｅｃｃｈｉらによる米国特許第４,２６８,７４７号（１９８１）、及び、Ｂｒｅｓｌｏｗによる米国特許第４,４１０,７９８号（１９８３）の中に見出すことができる。

光学エンコーダは、それが発明されて以来ずっと、ロボット、自動機械、及びその他の装置において、ロータリシャフトの位置制御用の位置フィードバック装置として広く使用されている。

公知のエンコーダは、モータシャフトに固定され、交互に繰り返す光学特性を持つ領域パターン（例えば、透過領域及び不透過領域を持つスロット）を有する回転する光学ディスクを用いる。このディスクは、光出射器及と光センサーとの間において、光線の光路に配置される。光センサーは、その振幅がシャフトの位置にしたがって周期的に変化する電気信号を生成する。この電気信号の周期の数を電子回路を用いてカウントし、これによって、初期位置に対するシャフトの瞬間的な相対位置に関する情報が得られる。

回転方向を検出するために、一対の光が使用される。その場合、第２ビームの光路は、第１電気信号と同様の信号であるとともに第１電気信号の周期の４分の１のだけ角度位置偏差をもつ第２電気信号を生成するような位置に、配置される。以下、このような２つの信号を直交位相と言う。

上述の方法の改良策としては、光学特性が交互に繰り返されるいくつかの領域をカバーする光を用いつつ、回転する光学ディスクと光センサーとの間に固定マスクを配置する手法がある。マスクは、光学ディスクのパターンと同じパターンを備え、かつ、光センサーの少なくとも表面を覆う。マスクパターンとディスクパターンとが一致するときは必ず最大光量の光が伝達されるが、一方、マスクパターンとディスクパターンとが反対位相にあるときは光の透過量は最小になる。したがって、センサーに伝達される光量、及び、該センサーによって発生される電気信号の振幅は、角度位置の周期関数となる。

米国特許第４２６８７４７号米国特許第４４１０７９８号

位置フィードバック装置の精度及び解像度の改良が要請されている。

精度を制限する第１要因は、機械的な寸法誤差に由来する、回転する光学ディスクの僅かな偏心運動である。２つのビームは、シャフトの一方側においてディスク上の定められた位置で光学ディスクに当たるので、シャフトの側方移動は、光検出器に達する光量に影響を及ぼし、位置情報に誤差を生じる。このような側方移動は、シャフトを保持するロールベアリング又は光学ディスク装置における寸法誤差によってもたらされる可能性がある。

第２要因は、回転ディスク上のパターンの精度である。パターンにおける不規則性は不均一な周期を招き、これによって光学ディスクはシャフトの角度位置を示すことができなくなる。２つのビームは、シャフトの一方側においてディスク上の定められた位置で光学ディスクに当たるので、ディスクパターンの不規則性は、光検出器に達する光量に影響を与え、位置情報に誤差を導く。

第３要因は、直交位相にある２つの信号間の位相差の不十分な精度である。この位相差は、２つの受容器における所定の相対位置によって取得されるものであるが、その精度が限定されることとなる。

別の概念では、光学エンコーダの解像度が増大すると、発生する電気信号の周波数も高くなる。このような高い周波数は電線を介し比較的伝達しにくいので、耐ノイズ性の問題が生じる。また、電線をシールドしなければならないことから、高コスト化を招き、システムの信頼性が低下する。

あるエンコーダでは、この困難を、エンコーダとコントローラとの間にシリアル通信ラインを用いることによって解決している。しかしながら、この場合、電気信号をシリアルコードに変換するための電子回路を追加しなければならない。さらに、エンコーダの位置検出と、コントローラの位置情報の読み取りまでの間に遅延が生じる。

公知の光学エンコーダの、もう１つの欠点は、エンコーダそのものの中に電子回路を設けなければならないことである。この電子回路は、最も一般的には、２つの電気信号により矩形パルスを生成するのに使用される。このような電子回路は、電源を必要とし、この結果エンコーダへ電線をさらに追加する必要とする。この場合もまた、ケーブルサイズや導電体の数が増加するので、例えば、工業環境で使用される場合、信頼性の低下を招く。さらに、電子的なインターフェースのコストや、この電子インターフェースのエンコーダの中での組み立てコストは、比較的高い。

したがって、一般的に使用されるエンコーダの上記欠点を克服する光学エンコーダが望まれている。電源を必要とせず、位置情報に遅延が生じない、光学エンコーダが望まれている。さらに、位置信号が、ａ）電気ノイズに対する耐性を持ち、ｂ）回転時のディスクの機械的偏心運動に対する感度が鈍く、ｃ）エンコーダのディスクの取り付け精度の低さや、エンコーダのディスクのパターンの不規則性に対して感度が鈍く、ｄ）ディスクの機械的振動に対して感度が鈍い、光学エンコーダが望まれている。

本発明は、回転する光学ディスク及びミラーを有し、光が電子インターフェースから出射され、その光が、該光学ディスクのロータリシャフトと同方向の軸心線を備えた１つ以上の円筒形の導波管部材に光ファイバーを介して伝達される、光学エンコーダ装置に関する。本発明による、円筒形導波管部材の構成により、導波管部材から出射される光は、回転する光学ディスクの径方向外周部にわたって分布する。光は、光学ディスクを経由して伝搬されミラーに達した後、ミラーによって反射される。その結果、反射された光は、前記光学ディスクを経由して導波管部材に戻され、該導波管部材から光ファイバーへ、さらに遠隔にある前記電子インターフェースに伝達され、該電子インターフェースにおいて位置表示が行われる。

図１は、本発明によるエンコーダ装置の一実施形態の、対称軸を含む断面で２等分した断面図を示す。図２は、円筒形の導波管部材の斜視図及び光線の光路を示す。図３は、回転する光学ディスクを示す。図４は、パターンが付与されたミラーを示す。図５は、光線がエンコーダ装置に入力されるとともに、エンコーダ装置から戻された光線がビームスプリッタによって分離される、実施形態を示す。図６は、回転する光学ディスクと円筒形の導波管部材との間に配置される静止した光学ディスクが、第１実施形態のミラー上のパターンを置き換える第２実施形態の、対称軸を含む断面で２等分した断面図を示す。図７は、回転する光学ディスクとミラーとの間に配置される静止した光学ディスクが、第１実施形態のミラー上のパターンを置き換える第３実施形態の、対称軸を含む断面で２等分した断面図を示す。図８は、ミラーが回転する光学ディスクの背面に直接取り付けられる、図６のエンコーダ装置のさらに他の実施形態の、対称軸を含む断面で２等分した断面図を示す。図９は、新来者反射面がミラーを置き換える他の実施形態の、対称軸を含む断面で２等分した断面図を示す。図１０は、本発明の実施形態の光学エンコーダ装置に適用可能なファイバー束を示す。図１１は、静止された光学ディスクが、円筒形の導波管部材に備えられた特別な形状の端部によって置き換えられる、図６と同様の実施形態の、対称軸を含む断面で２等分した断面図を示す。

本発明は、回転する光学ディスクとミラーと共通の軸心線を持つ少なくとも１つの導波管部材とを有するとともに、光が前記導波管部材から出射されその出射光が前記光学ディスクの径方向外周部にわたって分布する、光学エンコーダ装置を用いて、回転角度を提示する方法に関する。光は、前記光学ディスクを経由して前記ミラーに伝搬された後、光は前記ミラーによって反射される。その反射光は、逆方向へ戻るようにして、前記光学ディスクを経由して前記導波管部材へと入射される。導波管部材から出射される反射光の量が検出されることで、回転角度を反映するとともに前記回転角度を示す信号が生成される。

別の概念によれば、本発明は、ロータリシャフトに設けられた回転する光学ディスクと、該光学ディスク及びロータリシャフトの回転軸と同軸の上記軸心線を有する円筒形状の導波管部材（ＣＯＧ）と、前記光学ディスクと平行に配置されたミラーとを有し、該光学ディスクがＣＯＧとミラーとの間に位置する、光学エンコーダ装置を提唱する。前記光学エンコーダ装置は、光入射面に位置する第１端部、及び、第２端部を備えた、少なくとも１つの光ファイバーを有している。第１端部を介して、光が前記ＣＯＧの中に入射されるか、若しくは、光が該ＣＯＧから出射される。第２端部は、電子インターフェースに接続される。

さらに別の概念によれば、本発明は、光学エンコーダ装置を用いてロータリシャフトの回転角度を提示する方法を提唱する。この光学エンコーダ装置では、第１導波管部材（ＯＧ）が第２導波管部材（ＯＧ）の中に同軸に設けられる。その際、前記第１導波管部材及び第２導波管部材は、光学ディスクの回転軸と同軸である軸心線を備える。その結果、光は、電子インターフェースから光ファイバーを介して光学ディスクの方向へ出射されると、前記光は、前記導波管部材によって、前記光学ディスクの径方向外周部に、共通の軸心線を持つ２つのビーム形状となって分布する。この本発明の方法によれば、光は、前記光学ディスクを経由してミラーの方向に伝搬され、前記ミラーによって反射される。反射の際、光は、前記光学ディスクを逆方向に通過し、再度前記導波管部材に入射する。その後、これらの導波管部材は、それぞれ、内部に入射された反射光を、前記光ファイバーを介して導き、遠隔にある前記電子インターフェースに戻す。前記電子インターフェースは、光学信号を、光学ディスクが固定されたロータリシャフトの回転角度を表す電気信号に変換する。

本発明の方法及び本発明の装置の効果により、回転する光学ディスクを通過した光の強度が光学ディスクの円周上に平均化される。この平均化特性により、機械的な寸法誤差や光学ディスクの光学パターンの不規則性による精度低下が低減されるので、著しい精度向上を実現することができる。

電子インターフェースは、光学エンコーダ装置が組み込まれる、例えばモーターコントローラーシステム等のシステムの中に、当該システムとは別に組み込むことが可能である。光学エンコーダ内に電源が不要であることは、本発明の方法及び本発明の装置のもう１つの効果である。

角度位置情報に遅延が生じないことは、本発明の装置及び本発明の方法のさらにもう１つの効果である。

位置信号が、ａ）電気ノイズに対する耐性を持つこと、ｂ）光学ディスクの回転時の機械的偏心運動に対して感度が鈍いこと、ｃ）エンコーダの光学ディスクの取り付け精度の低さやエンコーダの光学ディスクの光学パターンの不規則性に対して感度が鈍いこと、そして、ｄ）光学ディスクの機械的振動に対して感度が鈍いこと、は、本発明の装置及び本発明の方法のさらにもう１つの効果である。

以下、本発明を、好適な実施形態を参照しつつ説明する。しかしながら、本発明及び請求項の範囲を逸脱しない範囲内において、その他のバリエーションや変形が可能であることが、理解されるであろう。

図１を参照して、本発明による光学エンコーダ装置の好適な実施形態が、その軸心線１に沿った断面図に示される。この光学エンコーダ装置は、ロータリシャフト３に設けられた、回転する光学ディスク２と、光学ディスク２の背後側に同軸で設けられ、前記光学ディスク２と平行に配置され、前記光学ディスク２に臨む反射面４ａを備えるミラー４と、を有する。この光学エンコーダ装置はさらに、円筒形状を備えた一対の導波管部材を有する。この導波管部材は、以下、円筒形導波管部材（ＣＯＧ）５，６と称される。ＣＯＧ５は、略円環形状の端部５ａと中空部５ｂとを有し、ＣＯＧ６は、略円環形状の端部６ａと中空部６ｂとを有する。ＣＯＧ５は、ＣＯＧ６と同じ形状を有するが、サイズはＣＯＧ６より小さい。ＣＯＧ５は、ＣＯＧ６の中空部６ｂの内部に配置されている。ＣＯＧ５，６の端部５ａ，６ａは、それぞれ、前記ＣＯＧ５，６の軸心線及び前記モータシャフト３の回転軸が、装置の軸心線１と同軸となるように、前記光学ディスク２に臨んでいる。

図１の好適な実施形態によるＣＯＧの斜視図である図２において概略的に（Ａ）として最もよく示されるように、ＣＯＧ（Ａ）は、軸心線（Ｘ）及び透過性を備えた周壁（Ｗ）を持つ中空構造である。この好適な実施形態によれば、ＣＯＧ（Ａ）は、中空部８を備えた円筒部７を有し、前記周壁は、前記円筒部７の第１端部に、略円環形状の端部９を有する。中空の漏斗形状部１０は、前記円筒部７の第２端部から離れる方向、前記端部９に向かって延び、前記漏斗形状部１０は、中空部１０ｂ及び末端部１１を有する。光ファイバー１２は、本発明の中央線が、以下、好適な実施形態を参照しつつ説明されるように、前記末端部１１内の光入射面１３においてＣＯＧに入る。しかしながら、本発明及び請求項の範囲を逸脱しない範囲内において、その他のバリエーションや変形が可能であることが、理解されるであろう。

図１の好適な実施形態によるＣＯＧの斜視図である図２において概略的に（Ａ）として最もよく示されるように、ＣＯＧ（Ａ）は、軸心線（Ｘ）及び透過性を備えた周壁（Ｗ）を持つ中空構造である。この好適な実施形態によれば、ＣＯＧ（Ａ）は、中空部８を備えた円筒部７を有し、前記周壁は、前記円筒部７の第１端部に、略円環形状の端部９を有する。中空の漏斗形状部１０は、前記円筒部７の第２端部から離れる方向、前記端部９に向かって延び、前記漏斗形状部１０は、中空部１０ｂ及び末端部１１を有する。光ファイバー１２は、当該光ファイバー１２が前記光入射面１３においてＣＯＧの前記軸心線（Ｘ）に同軸となるようにしつつ、光を前記末端部１１内の当該光入射面１３にてＣＯＧ内へ入射する。

ＣＯＧは、光ファイバーと同じ原理によって動作する。ＣＯＧの形状及び材料は、光ファイバー１２を介してＣＯＧ（Ａ）に入射する光が、常に、全反射最小角よりも小さい入射角で透過性の周壁（Ｗ）の内面又は外面に当たるように設定される。そして、図２に例示されるように、光ファイバー１２を介してＣＯＧ（Ａ）に入射された光線１５，１６は、反射されつつ前記周壁（Ｗ）の内部空間へ導入され、該周壁（Ｗ）の前記内部空間の中に閉じ込められた後、該光線はＣＯＧ（Ａ）の、前記端部９に達し、その端部９において該光線１５、１６はＣＯＧから出射される。前記端部９から出射される光は円環形状を呈することが理解されよう。

本発明の導波管部材は、円環形状の端部がある限り、非対称構造を含む異なる構造で製造可能であることが理解されよう。

再び図１を参照すると、ＣＯＧ５，６は、それぞれ、５ｃ，６ｃと表示される中空の円筒部を含み、前記ＣＯＧ５，６は、それぞれ、周壁５ｄ，６ｄによって囲まれ、前記周壁５ｄ，６ｄは、それぞれ、端部５ａ，６ａまで延びる。漏斗形状の中空部５ｅ，６ｅは、それぞれ、前記円筒部５ａ，６ａから、離れる方向へ前記端部５ａ，６ａまで延びる。前記中空部５ｅ，６ｅは、それぞれ、末端部５ｆ，６ｆを有する。光ファイバー７ａ，７ｂは、当該光ファイバー７ａ，７ｂの中央線が前記光入射面５ｅ，６ｅにおいてそれぞれ前記ＣＯＧ５，６の前記軸心線１と同軸となるように、当該光入射面５g，６gにおいて前記ＣＯＧ５，６の前記末端部５ｆ，６ｆにそれぞれ接続される。

矢印Ｒは、光ファイバー７ａ，７ｂが導く電子インターフェース（図示せず）の方向を示す。

ＣＯＧ５，６の周壁５ｂ，６ｂは、それぞれ、前記周壁５ｂ，６ｂの内部空間の中に、光ファイバー７ａ，７ｂから入射する全ての光線を封じ込める構造及び構成を備えており、これによって、図１の配置では、ＣＯＧ５，６によって、２つの同心円状の光線が、光学ディスク２の方向へ出射されることが理解されよう。

図３に、回転する光学ディスク２の拡大図を示す。光学ディスク２は、吸収性材料から製造される。この光学ディスク上には、透過窓２１及び吸収領域２２を交互に繰り返す２つの同心円パターン１９，２０が設けられる。この好適な実施形態によれば、光学ディスク２における２つの同心円パターン１９，２０は、所定の角度偏差を持つように設定される。しかしながら、他のパターンを使用することも可能であること、及び、本発明やこの好適な実施形態が図３において一例として示されるパターンのみに限定されるものではないこと、が理解されよう。

再び図１を参照すると、本発明の方法によれば、図１のＣＯＧ５，６の端部５ｃ，６ｃそれぞれから出射される光線は、光学ディスク２の方向へ向けられる。各ＣＯＧ５，６のサイズは、ＣＯＧ５が入力光線を径方向に拡げ光学ディスク２に設けた２つの同心円パターンのうち径方向内周側の第１円環状ビームとし、ＣＯＧ６が入力光線を径方向に拡げ光学ディスク２に設けた２つの同心円パターンのうち径方向外周側の第２円環状ビームとするように、選択される。

光学ディスク２には、交互に繰り返す透過窓２０及び吸収領域２１から成るパターンがあることから、前記ＣＯＧ５，６の前記端部５ｃ，６ｃから出射される各円環状ビームの光は、それぞれ、前記光学ディスク２の吸収領域２１において部分的に吸収されるとともに一部は透過窓２１を経由してミラー４に伝達される。

図４は、図１の光学エンコーダ装置において、図３に示す光学ディスクと共にミラー４として運用するのに好適なミラーの拡大図である。その図４において最もよく示されるように、ミラー４は、光学ディスク２に対面する反射面４ａを有する。この反射面４ａでは、光学ディスク２のパターンと同じ幾何学的配置を備えた、吸収領域４ｂからなる２つの同心円パターン２３，２４が設けられる。しかしながら、他のパターンを使用することも可能であること、及び、本発明や図１及び図６〜９に示される実施形態が図４において一例として示されるパターンのみに限定されるものではないこと、が理解されよう。

再び図１を参照すると、前記ＣＯＧ５，６の前記端部５ｃ，６ｃのいずれか一方から出射された光線は、光学ディスク２上の透過窓２１を通じて伝搬され、ミラー４の反射特性を備えた領域に至ると、その光線は反射されて光学ディスク２へと戻され、該光学ディスク上の透過窓２１を通じて、再び、ＣＯＧ５，６の端部５ｃ，６ｃにそれぞれ達する。そして、この反射光線は、前記端部５ｃ，６ｃより再びＣＯＧ５，６へ入射し、それぞれ元の方向へＣＯＧの光入射面５ｅ，６ｅに導かれる。この光入射面５ｅ，６ｅで、光線は、光ファイバー７ａ，７ｂによってそれぞれ収集され、遠隔の上記電子インターフェースへと伝搬され、該電子インターフェースが、ロータリシャフトの回転角度及び回転方向を表す信号を生成する。

本発明の方法及び装置によれば、それぞれ、ＣＯＧ５，６の端部５ｃ，６ｃに戻される反射光の量は、回転する光学ディスク２の、ミラー４に対する相対的位置に依存する。光学ディスク２が、ミラー４の吸収領域２３が光学ディスク２の透過セクション２１に一致するような位置にあるときは、必ず、最小光量が反射される。光学ディスク２が、ミラー４の反射領域２４ａが、光学ディスク２の透過セクション２１に一致するような位置にあるときは、必ず、最大光量が反射される。光学ディスク２及びミラー４の同心円パターンは、ミラー４によって反射され光学ディスク２を経由して端部５ｃ，６ｃに向けて戻される光量が、モータシャフト３の回転角度の周期関数である１対の別々の光学信号をそれぞれ発生するように、設定される。

この好適な実施形態によれば、光学ディスク２及びミラー４上の同心円パターンは、所定の角度偏差を持つように設定される。その結果、前記一対の光学信号は、同じ角度周期形状を持ちつつ１/４の角度周期の位相差をもつ。

図５は、光源から出射された光を光ファイバーの中に向けて進入させるとともに、反射光を本発明のエンコーダから離れて配置され光検出器を用いた電子インターフェースへ導く、手法の１つを示す。図５の実施形態では、これを、よく知られたビームスプリッティング技術を用いて行う。図５に示されるように、ビームスプリッタ２５は、光源２７から出射された光２６が光ファイバー２８に向くように使用され、光ファイバー２８は、前記光２６を図５では示されない導波管部材に導く。さらに図５では、導波管部材から戻った反射光が、前記光ファイバー２８を経由して前記ビームスプリッタ２５に伝搬され、前記ビームスプリッタ２５が、２９で表される前記光を光検出器３０に振り向けている。次に、前記反射光２９は、光検出器３０によって電気信号３１に変換され、前記電気信号３１は、公知の技術によって電子インターフェース３２に送られる。図１の好適な実施形態では、２つの光線が２つの導波管部材から反射されて２つの電気信号が電子インターフェース３２に送られ、該電子インターフェース３２が、よく知られているようにこれらの信号を位置情報に変換するために使用可能であることが理解されよう。

図６は、本発明の光学エンコーダ装置の他の実施形態を、その軸心線１に沿った縦断面において示す。図６において、本発明の光学エンコーダ装置のうち、図１及び図６の実施形態に共通する構成要素は、同一の符号で表している。

図６の実施形態では、光学パターンを備え静止した光学ディスク３４が、光学ディスク２と同一の軸心線１を有しかつ光学ディスク２と同様に軸心線１に対し垂直な平面に位置するように、ＣＯＧ５，６の端部５ｃ，６ｃと回転する光学ディスク２との間に配置されている。

図６の実施形態のもう１つの特徴は、図１の光学パターンを備えたミラー４の代わりに、非反射領域のパターンのない反射面３５ａを備えたプレーンミラー３５が使用され、前記プレーンミラー３５が軸心線１に沿って前記光学ディスク２と同軸に構成され、前記プレーンミラー３５が前記光学ディスク３４及び前記光学ディスク２へと臨む反射面３５ａを有すること、である。

図７は、図６の実施形態と同様、本発明の光学エンコーダ装置のさらに他の実施形態を示す。図７において、図６及び図７に共通する構成要素には同一の符号を用いている。図７の実施形態では、回転する光学ディスク２が、前記ＣＯＧ５，６と、前記静止した光学ディスク３４との間に設けられる。

当該技術分野における当業者であれば、ミラー３５が固定され光学ディスク３４が回転する、図７の実施形態のさらなる変形例が可能であることが理解されよう。

図６及び図７の実施形態では、ＣＯＧ５，６の端部から出射される光に代えて、光学ディスク２及び光学ディスク３４の背後に設けた光源を使用可能であることが理解されよう。この場合、ＣＯＧ５，６は、光学ディスク２及び光学ディスク３４を経由した光を、それぞれ、前記ＣＯＧ５，６の光入射面５ｅ，６ｅに向けてガイドする機能のみを果たす。

さらに、図６及び図７の実施形態では、前記光学ディスク２及び光学ディスク３４を介した光量を直接検出するために、光学ディスク２及び光学ディスク３４の背後に設けた光センサー手段を使用可能であることが理解されよう。

図８は、図６の実施形態と同様、静止した光学ディスク３４と一体化された回転体３６とを含む本発明の光学エンコーダ装置のさらに他の実施形態を示している。前記回転体は、反射特性及び吸収特性を交互に繰り返す領域を備えた単一のディスクが実現されるように、ミラー３６ａ及び光学ディスク３６ｂを備えている。前記回転体は、ロータリシャフト３に固定され、光学ディスク３４に垂直な面に対して平行な垂直面内に位置している。この好適な実施形態の別の変形例、すなわち、ミラー３６ａ及び光学ディスク３６ｂが、別々にシャフトＸに固定される態様も使用が可能であることが理解されよう。本発明の光学エンコーダ装置の構成要素のうち、図６及び図８の実施形態と共通のものは、同一の符号で表している。

図９は、図６の実施形態と同様、ミラーが逆方向反射面によって置換される、本発明の光学エンコーダ装置の実施形態を示す。当業者であれば、本発明の光学エンコーダ装置に、逆方向反射面、すなわち、入射光をその入射方向に対し正確に平行かつ反対となる方向に反射する特性を有する面、を適用することの効果を認識するであろう。図９により特定されるこの実施形態では、逆方向反射面は、透過性の材料により構成された２つの円環状のＶ字形状の突起３７ａ，３７ｂの形で光学ディスクの後面に提供される。前記Ｖ字形状の突起３７ａ，３７ｂのそれぞれの角度３７ａ.１，３７ｂ.１は、ＣＯＧから出射された光線を該ＣＯＧに戻すように、それぞれ９０度となっている。好適には、これら２つのＶ字形状の突起は、図８に示すミラーを置き換え可能である。

本発明の光学エンコーダ装置の上記種々の実施形態において適用されるいずれのミラー及び反射面も、逆方向反射面によって置き換え可能であることが理解されよう。

図１０では、図１の光ファイバー７ａ，７ｂ等の光ファイバーに代えて光ファイバー３８の束を使用する、さらに他の実施形態が示される。

図１０に、前記束３８に備えられる複数の光ファイバーｆ１〜ｆ７の斜視図を示しつつ、ＣＯＧ３９に備えられた端部３９ａの対称軸を含む断面で２等分した断面図を示す。図１０に示されるように、前記光ファイバーｆ１〜ｆ７は、光入射面４０において前記ＣＯＧ３９の開口した端部３９ａに挿入される。その端部３９ａでは、光をＣＯＧ３９に出射するために光ファイバーｆ１が使用される一方、光学エンコーダ装置によって戻されて出射される光を受け取るために、光ファイバーｆ２〜ｆ７が使用される。好適には、光ファイバーｆ１〜ｆ７の束は、図１及び図６〜図９の実施形態等の光学エンコーダ装置に適用されて、図５に示したビームスプリッティング技術を置き換える。再び図１０を参照すると、光を出射するファイバーｆ１は、図示しない光源に接続され、一方、光を受け取って入射するファイバーｆ２〜ｆ７は、同様に図示しない光センサーに接続される。本実施形態のために使用される光ファイバーの数は、入射用又は出射用に使用される前述の光ファイバーの数と同様、変化させてもよいこと、及び、光ファイバーを２つ以上の束にして配置してもよいこと、が理解されよう。

図１１には、静止した光学ディスク３４を置き換えるために、図６に示す実施形態等の光学エンコーダ装置に適用される、特別な形状のＣＯＧ４０が示される。図４では、ＣＯＧ４０の周壁の１つの領域、すなわち、水平方向に直線ＡとＡ１の間に延び、垂直方向に端部４０ａと端部４１の間に延びる領域が示される。ＣＯＧ４０の端部４１は、交互に繰り返す、出射／入射領域４１ａと非・出射／入射領域４１ｂとに分割される。出射／入射領域４１ａは、光学ディスク２に対して平行な端面４１ａ．１を有し、非発光領域４１ｂは、光学ディスク２に対しある角度をなす端面４１ｂ．１を有し、これによって、非発光領域４１ｂから出射される光線は、破線４２によって示されるように偏向されて消失する。一方、発光領域４１ａから出射される光線は、破線４３によって示されるように光学ディスク２に達する。暗領域４２ａ及び明領域４２ｂは、上記光学ディスク２において交互に繰り返される光吸収領域及び光透過領域をそれぞれ示していることが理解されよう。本発明のこの実施形態は、静止した光学ディスクを省略でき、かつ、ＣＯＧ４０の端部４１を、回転する光学ディスク２に対しより近い位置に設置可能であるという効果を奏する。さらに、反射光の結果的損失が減らされ効率が向上すること、すなわち、反射光の入射光に対する比率が増大することが理解されよう。

Claims

回転可能に配置されたロータリシャフトと、
軸方向一方側から他方側へ向かうにつれて径方向に拡開する形状を備えた、略漏斗形状の少なくとも１つの導波管部材と、
前記導波管部材より前記軸方向他方側に位置するように前記ロータリシャフトに設けられ、径方向外周部の所定領域に少なくとも１つの所定の光学パターンを備えた、光学ディスクと、
を有するエンコーダ装置であって、
前記導波管部材は、
前記軸方向一方側の端部の近傍部位でかつ径方向中心部に設けられ、光源からの光が入射されるとともに光を光学検出手段へと出射する、入出射面と、
前記軸方向他方側の端部に周方向全周にわたって設けられ、光を前記光学ディスクの前記光学パターンへと出射し、かつ、前記光学パターンにより生成され当該光学パターンの態様を反映した反射光が入射される、略円環形状の入出射口と、
前記軸方向一方側の端部の近傍部分でかつ径方向中心部における前記入出射面と前記軸方向で対向する面において前記入出射面側へ突出するように設けられ、当該入出射面から入射した光を径方向外周側へと反射する、入射光用反射部と、
前記入射光用反射部により径方向外周側へ反射された光を前記軸方向他方側かつ径方向外周側の前記入出射口へと導き、かつ、前記入出射口から入射された前記反射光を前記軸方向一方側かつ径方向内周側へと導く、光導波路と、
前記軸方向一方側の端部の近傍部分でかつ径方向中心部における前記入出射面と前記軸方向で対向する面において前記入出射面側へ突出するように設けられ、前記光導波路によって導かれた前記反射光を、前記光検出手段へと出射する前記入出射面側へと反射する、出射光用反射部と、
を有し、
前記ロータリシャフト、前記導波管部材の前記入出射面、及び前記光学ディスクは、共通の軸心線を備えている、
ことを特徴とする光学エンコーダ装置。
請求項１記載の光学エンコーダ装置において、
前記入出射面は、
径方向中心部に位置し、前記入射光用反射部へと導かれる光が入射される第１の面領域と、
前記第１の面領域の径方向外周側に位置し、前記出射光用反射部から導かれた光を出射する第２の面領域と
を備える
ことを特徴とする光学エンコーダ装置。
請求項２記載の光学エンコーダ装置において、
前記光学ディスクの前記光学パターンは、
前記入射光用反射部で反射されて前記入出射口から出射された光が入射されるとともに、当該入射方向と平行でかつ反対の方向に光を反射して前記入出射口へ入射させその入射した光を前記出射光用反射部へ導くための、横断面Ｖ字形状の反射面を備える
ことを特徴とする光学エンコーダ装置。
請求項１〜３のいずれか１項記載の光学エンコーダ装置において、
前記入射光用反射部及び前記出射光用反射部は、
前記導波管部材において前記軸方向に沿って前記入出射面と反対側の面から該入出射面に向けて略円錐形状の１つの窪みが穿設されることにより、前記光導波路内に突出するように設けられていることを特徴とする光学エンコーダ装置。
請求項３又は請求項４記載の光学エンコーダ装置において、
前記軸心線を含む断面における、当該軸心線と前記入射光用反射部とが交差する傾斜角度は、当該軸心線と前記出射光用反射部とが交差する傾斜角度よりも小さくなっていることを特徴とする光学エンコーダ装置。
請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の光学エンコーダ装置において、
前記少なくとも１つの導波管部材は、
径方向内周側に位置する第１導波管部材と、前記第１導波管部材の径方向外周側に位置する第２導波管部材と、を含み、
前記光学ディスクの前記少なくとも１つの光学パターンは、
前記第１導波管部材に対応して径方向内周側に設けられた第１光学パターンと、前記第２導波管部材に対応して前記第１光学パターンの径方向外周側に設けられた第２光学パターンと、を含み、
前記第１導波管部材は、
光源からの光を入射するとともに光を光学検出手段へと出射するための、第１入出射面と、
光を前記光学ディスクの前記第１光学パターンへと出射し、かつ、前記第１光学パターンにより生成され当該第１光学パターンの態様を反映した反射光を入射するための、略円環形状の第１入出射口と、
前記第１入出射面から入射した光を径方向外周側へと反射するための第１入射光用反射部と、
前記第１入射光用反射部により反射された光を前記第１入出射口へと導き、かつ、前記第１入出射口から入射された前記反射光を導く、第１光導波路と、
前記第１光導波路によって導かれた前記反射光を前記第１入出射面側へと反射するための第１出射光用反射部と、
を有し、
前記第２導波管部材は、
光源からの光を入射するとともに光を光学検出手段へと出射するための、第２入出射面と、
光を前記光学ディスクの前記第２光学パターンへと出射し、かつ、前記第２光学パターンにより生成され当該第２光学パターンの態様を反映した反射光を入射するための、略円環形状の第２入出射口と、
前記第２入出射面から入射した光を径方向外周側へと反射するための第２入射光用反射部と、
前記第２入射光用反射部により反射された光を前記第２入出射口へと導き、かつ、前記第２入出射口から入射された前記反射光を導く、第２光導波路と、
前記第２光導波路によって導かれた前記反射光を前記第２入出射面側へと反射するための第２出射光用反射部と、
を有する、
ことを特徴とする光学エンコーダ装置。