光学エンコーダ
光ビームが光導波路(OG)により回転型光学ディスクの周辺の上に拡散される回転角度を測定するための光学エンコーダ・アセンブリ及び方法である。好適な実施形態において、回転型光学ディスクが、交互になっている透過セクション及び非透過セクションを有する1対の同心に配置された円形パターンを有する。各ビームが、光ファイバを介して、それぞれ円筒形状(COG)を有する1対の同心に配置されたOGの1つに入力され、そして光学ディスクを通って伝搬され、反射セクション及び非反射セクションの2つの同心に配置された円形パターンを有するミラーにより反射される。次いで、COGは、光ビーム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。光学ディスクを介して光学ディスクの相当大きい部分上に行く光の強度を平均化するため、非常に高い精度を得ることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
[背景]
本発明は、電気モータ又は他の回転する装置でよく用いられている光学エンコーダに関する。そのような光学エンコーダの例は、Becchi他による米国特許No.4,268,747(1981)及びBreslowによる米国特許No.4,410,798(1983)に見つけることができる。
【0002】
それらの発明以来、光学エンコーダは、ロボット、自動機械及び他のアセンブリにおいてロータリ・シャフト位置制御のための位置フィードバック装置として広く用いられてきた。
【0003】
既知のエンコーダは、モータ・シャフトに固定された回転型光学ディスクであって、交互になっている光学的特性のセクションのパターン(例えば、透過セクション及び非透過セクションを有するスロット)を有する上記の回転型光学ディスクを用いる。当該ディスクは、光ビームの経路上で光放出器と光センサとの間に配置される。次いで、光センサは、その振幅がシャフト位置に従って周期的に変化する電子信号を生成する。次いで、電子回路を用いて、電子信号の周期数をカウントし、初期の位置に対する瞬時シャフト位置についての情報を提供する。
【0004】
1対の光ビームを用いて、回転の方向を感知し、そこにおいて、第2のビームの経路が、第1の電子信号に類似しているが、しかし第1の電子信号の周期の4分の1だけ角度位置が偏移した第2の電子信号を生成するように位置決めされる。そのような2つの電子信号は、以降直交していると呼ぶ。
【0005】
上記の方法の改善は、交互になっている光学的特性を有するセクションの幾つかをカバーする光ビームを用いる一方、固定のマスクを回転型光学ディスクと光センサとの間に配置することから成る。マスクは、ディスク・パターンと同一のパターンを有し、光センサの少なくとも表面を覆う。マスク及びディスクのパターンが一致するときはいつも、最大の光が透過されるのに対して、ディスク及びマスクのパターンが反対の相であるときは、光透過度は最小である。従って、センサまで透過される光量、及びセンサにより生成される電子信号の振幅が、角度位置の周期関数となる。
【0006】
位置フィードバック装置の精度及び解像度を改善する継続した動向が存在する。
精度を制限する第1の要因は、幾らかの機械的公差に起因した回転型光学ディスクの小さい偏心運動である。2つのビームがその光学ディスク上の定義された位置においてシャフトの一方の側上で当該光学ディスクを横切るので、シャフトの横方向の運動が、光検出器に到達する光量に影響を与え、従って位置情報における誤差を生成する。そのような横方向の運動は、シャフトを保持するロール・ベアリングにおける交差又は光学ディスク・アセンブリにおける公差により生じる可能性がある。
【0007】
第2の要因は、回転するディスク上のパターンの精度である。そのパターンの不規則さが不均等な周期を発生し、それにより光学ディスクがシャフトの角度位置を示し損なう。2つのビームが光学ディスク上の定義された位置においてシャフトの一方の側上で当該光学ディスクを横切るので、ディスク・パターンの不規則さが、光検出器に到達する光量に影響を及ぼし、従って、誤差を位置情報に導入する。
【0008】
第3の要因は、直交した2つの信号間の位相差の不十分な精度であり、この位相差は2つのレセプター(受信器)(receptor)の所定の相対位置決めにより得られ、その精度が制限される。
【0009】
別の局面においては、光学エンコーダの解像度が増大する場合、発生される電気信号の周波数もまた増大する。そのような高い周波数は、ワイヤを介して伝送することが一層困難となり、雑音排除性の問題が生じる。従って、ワイヤを遮蔽しなければならず、その結果コストがより高くなり、またシステムの信頼性が低下する。
【0010】
一部のエンコーダにおいては、この困難は、シリアル通信線をエンコーダと制御器との間に用いることにより克服される。しかしながら、この場合、電子回路を追加して、電子信号をシリアル・コードに変換しなければならない。また、遅延が、エンコーダ位置検出と制御器により読み取られる実際の情報との間に導入される。
【0011】
既知の光学エンコーダの更に別の欠点は、エンコーダ自体の内部に電子回路を必要とすることである。この電子回路は、2つの電気信号を方形波パルスに整形するため一般的に用いられている。そのような電気回路は、電源を、従ってエンコーダへの追加のワイヤを必要とする。再び、ケーブル・サイズ及び導体の数が増大し、その結果、例えば産業環境において用いるとき信頼性が低下することをもたらす。その上、電子インターフェースのコスト、及び当該インターフェースをエンコーダ内に組み立てるコストは、比較的高い。
【0012】
従って、通常用いられているエンコーダの欠点を克服する光学エンコーダを設計することが望ましい。電源を必要とせず、また遅延が位置情報に導入されない光学エンコーダを有することが望ましい。更に、位置信号がa)電気雑音に対して不感受であり、b)回転中のディスクの機械的偏心運動に敏感でなく、c)エンコーダ・ディスクの取り付けの不正確さ又はエンコーダ・ディスク・パターンの不規則さに敏感でなく、d)ディスクの機械的振動に敏感でない光学エンコーダを有することが望ましい。
【0013】
[発明の概要]
本発明は、回転型光学ディスク及びミラーを備える光学エンコーダであって、光ビームが、電子インターフェースから放出され、且つ光ファイバにより、上記回転型光学ディスクの回転軸と同じ向きを有する対称軸を有する1又はそれにより多い円筒形光導波路に伝達される上記光学エンコーダに関する。円筒形光導波路の発明の設計に起因して、円筒形光導波路から放出された光ビームが、回転型光学ディスクの周辺の上に分散される。光ビームは、回転型光学ディスクを通ってミラーに伝搬され、次いで当該ミラーにより反射され、それによりそれらの光ビームは、上記回転型光学ディスクを戻るよう通って円筒形光導波路に伝搬され、そして当該円筒形光導波路から光ファイバに伝搬され、上記離れた電子表面に伝達され、そこで、位置の指示が生成される。
【0014】
[好適な実施形態の詳細な説明]
本発明は、共通の対称軸を有する回転型光学ディスク、ミラー及び少なくとも1つの光導波路を備える光学エンコーダを用いて回転角度を示す方法であって、光ビームが上記光導波路から放出され、それによりそれらの光ビームが上記回転型光学ディスクの周辺の上に分散される上記方法に関する。光のビームは、上記回転型光学ディスクを通って上記ミラー上へ伝搬し、そしてそれらの光ビームは、上記ミラーにより反射され、それによりそれらの光ビームは、回転型光学ディスクを戻るよう通って上記光導波路に伝搬される。光導波路から出る反射された光の量が測定され、そして信号は、回転角度に応じて生成され、上記回転角度を示す。
【0015】
別の局面に従って、本発明は、ロータリ・シャフトに取り付けられた回転型光学ディスクと、回転型光学ディスク及びロータリ・シャフトの回転軸と同じ向きを有する対称軸を有する円筒形光導波路(COG)と、上記回転型光学ディスクがCOGとミラーとの間に位置されるように上記回転型光学ディスクに対して平行に配設されたミラーとを備える光学エンコーダ・アセンブリであって、上記光学エンコーダ・アセンブリが更に、光が上記COGの中に放出され又はそれから受け取られる光入口表面に第1の端部を有する少なくとも1つの光ファイバと電子インターフェースに接続されている第2の端部とを備える上記光学エンコーダ・アセンブリを提案する。
【0016】
更に別の局面に従って、本発明は、第1及び第2の光導波路(OG)が回転型光学ディスクの回転軸と同じ向きを有する共通の対称軸を有するように放射形対称の第2のOG内に設置されている放射形対称の第1のOGを有する光学エンコーダ・アセンブリを用いてロータリ・シャフトの回転角度を示す方法であって、光ビームが回転型光学ディスクの方向に電子インターフェースから光ファイバを介して放出され、そして上記光ビームが共通の放射形対称の中心を有する2つのビームの形で上記回転型光学ディスクの周辺上に上記OGにより拡散される、上記方法を提案する。本発明の方法に従って、上記ビームからの光線は、上記光学ディスクを通ってミラーの方向に伝搬され、そしてそれらの光線は、上記ミラーにより反射され、それによりそれらの光線は、上記光学ディスクを逆方向に通過して、上記OGに再入射する。次いで、OGのそれぞれは、それに受け取られた反射された光線を上記光ファイバにより上記の離れた電子インターフェースに戻るよう導く。従って、上記の離れた電子インターフェースは、光信号を、回転型光学ディスクが固定されているシャフトの回転角度を示す電子信号に変換する。
【0017】
本発明の方法及びアセンブリの利点に従って、回転型光学ディスクを通って当該光学ディスクの周辺上へ行く光の強度が平均化されるため、非常に高い精度を得ることができ、この平均化特性は、機械的公差、及び回転型光学ディスク・パターンの不規則性に起因した不正確さを低減する。
【0018】
本発明の方法及びアセンブリの別の利点は、モータ制御器システムのように、光学エンコーダ・アセンブリが実装されるシステム内に他とは別に統合化されることができ、そして電源を光学エンコーダ内に必要としないことである。
本発明のアセンブリ及び方法の更なる利点は、遅延が角度位置情報に導入されないことである。
【0019】
本発明のアセンブリ及び方法の更に別の利点は、位置信号がa)電子雑音に対して不感受であり、b)回転中のディスクの機械的偏心運動に敏感でなく、c)エンコーダ・ディスクの取り付けの不正確さ又はエンコーダ・ディスク・パターンの不規則さに敏感でなく、d)ディスクの機械的振動に敏感でないことである。
【0020】
本発明が、好適な実施形態に関して以下で説明されるであろう。しかしながら、本発明の範囲及び特許請求の範囲内に依然留まる他の変形及び変更を行い得ることが理解されるであろう。
【0021】
図1を参照すると、本発明に従った光学エンコーダ・アセンブリの好適な実施形態が、その対称軸1に沿った中央断面図で示されている。光学エンコーダ・アセンブリは、ロータリ・シャフト3に取り付けられている回転型光学ディスク2と、この回転型光学ディスク2の背後に当該回転型光学ディスク2と平行に整列されているミラー4とを備え、そのミラー4の反射表面4aは回転型光学ディスク2に面している。光学エンコーダ・アセンブリは更に、円筒形状を有する1対の光導波路(なお、以下では円筒形光導波路(COG)5及び6と記す。)を備え、COG5は、端末周辺リム5a及び中空の内側ボリューム(volume)5bを有し、そしてCOG6は、端末周辺リム6a及び中空の内側ボリューム6bを有する。COG5は、COG6と同じ形状を有するが、しかしCOG5のサイズはCOG6より小さい。COG5は、COG6の中空の内側ボリューム6b内に配設され、COG5及び6の端末周辺リム5a及び6bは、COG5及び6及びモータ・シャフト3の対称軸がアセンブリ対称軸1と整合されるように上記回転型光学ディスク2にそれぞれ対面している。
【0022】
図2で最良に分かるように、即ち、全体的にAで示された図1の好適な実施形態に従ったCOGの斜視図で最良に分かるように、COG(A)は、対称軸(X)と透過性の包囲壁(W)とを有する中空の構造である。好適な実施形態に従って、COG(A)は、中空の内側ボリューム8を有する中空の円筒形部分7を備え、上記透過性包囲壁は、上記中空の円筒形部分7の第1の端部に端末周辺リム9を有する。中空のじょうご形状部分10は、中空の円筒形部分7の第2の端部から離れるよう上記端末周辺リム9まで延在し、中空のじょうご形状部分10は、中空の内側ボリューム10b及び端部部分11を有する。光ファイバ12は、COGを光入口表面13で上記端部部分11内にいれる。
【0023】
本発明が、好適な実施形態に関して以下で説明されるであろう。しかしながら、本発明の範囲及び特許請求の範囲内に依然留まる他の変形及び変更を行い得ることが理解されるであろう。
【0024】
図1を参照すると、本発明に従った光学エンコーダ・アセンブリの好適な実施形態が、その対称軸1に沿った中央断面図で示されている。光学エンコーダ・アセンブリは、ロータリ・シャフト3に取り付けられている回転型光学ディスク2と、この回転型光学ディスク2の背後に当該回転型光学ディスク2と平行に整列されているミラー4とを備え、そのミラー4の反射表面4aは回転型光学ディスク2に面している。光学エンコーダ・アセンブリは更に、円筒形状を有する1対の光導波路(なお、以下では円筒形光導波路(COG)5及び6と記す。)を備え、COG5は、端末周辺リム5a及び中空の内側ボリューム5bを有し、そしてCOG6は、端末周辺リム6a及び中空の内側ボリューム6bを有する。COG5は、COG6と同じ形状を有するが、しかしCOG5のサイズはCOG6より小さい。COG5は、COG6の中空の内側ボリューム6b内に配設され、COG5及び6の端末周辺リム5a及び6bは、COG5及び6及びモータ・シャフト3の対称軸がアセンブリ対称軸1と整合されるように上記回転型光学ディスク2にそれぞれ対面している。
【0025】
図2で最良に分かるように、即ち、全体的にAで示された図1の好適な実施形態に従ったCOGの斜視図で最良に分かるように、COG(A)は、対称軸(X)と透過性包囲壁(W)とを有する中空の構造である。好適な実施形態に従って、COG(A)は、中空の内側ボリューム8を有する中空の円筒形部分7を備え、上記透過性包囲壁は、上記中空の円筒形部分7の第1の端部に端末周辺リム9を有する。中空のじょうご形状部分10は、中空の円筒形部分7の第2の端部から離れるよう上記端末周辺リム9まで延在し、中空のじょうご形状部分10は、中空の内側ボリューム10b及び端部部分11を有する。光ファイバ12は、光線を上記端部部分11の光入口表面13を介してCOGに導入し、それにより光ファイバ12は、上記光入口表面13でCOGの上記対称軸(X)と整列されている。
【0026】
COGは、光ファイバと同じ原理により挙動する。COGの形状及び材料は、光ファイバ12を介してCOG(A)に入る光線が常に全反射最小角度より小さい入射角度で透過性包囲壁(W)の内側表面又は外側表面に遭遇するように設計される。その結果として、及び図2に示されるように、光ファイバ12を介してCOG(A)に導入される光線15、16は、上記透過性包囲壁(W)の内側ボリュームの中に反射されて、当該光線15、16がCOGボリュームに出力されるCOG(A)の上記端末周辺リム9にそれらの光線15、16が到達するまで透過性包囲壁(W)の上記内側ボリューム内に閉じ込められる。上記端末周辺リム9から出る光ビームが円形形状を有することが理解されるであろう。
【0027】
本発明の光導波路は、端末周辺リムが残っている限り非対称な設計を含む異なる設計に従って作られ得ることが理解されるであろう。
【0028】
再び図1を参照すると、COG5及び6のそれぞれが、5d及び6dのそれぞれで示される中空の円筒部分を備え、そして上記COG5及び6のそれぞれは、周辺壁5d及び6dのそれぞれにより包囲され、上記周辺壁5d及び6dは、端末周辺リム5a及び6bのそれぞれで終わる。じょうご形状の中空部分5e及び6eは、上記円筒部分5a及び6aのそれぞれから離れるよう上記端末周辺リム5a及び6aまで延在している。上記じょうご形状の中空部分5e及び6eは、端部部分5f及び6fをそれぞれ有し、そして光ファイバ7a、7bは、上記COG5及び6の上記端部部分5f及び6fに光入口表面5gのそれぞれで接続され、それにより上記光ファイバ7a、7bの中心線は、上記光入口表面5e及び6eのそれぞれで上記COG5及び6の上記対称軸1と整合される。
矢印Rは、光ファイバ7a、7bが通じている電子表面(図示せず)の方向を示している。
【0029】
図1の構成において、上記周辺壁の内側ボリューム5b及び6b内の光ファイバ7a及び7bのそれぞれから到来するいずれの光線を閉じ込めるCOG5及び6の周辺壁5d及び6dの構造及び構成物に起因して、光の2つの同心の円形ビームがCOG5及び6により光学ディスク2の方向に放出される。
【0030】
回転型光学ディスク2の拡大図が図3に示されている。回転型光学ディスク2は、吸収性材料から作られている。回転型光学ディスク2上で、交互になっている透過窓21及び吸収セクション22の2つの同心の円形パターン19及び20が設けられている。好適な実施形態に従って、回転型光学ディスク2上の2つの同心の円形パターン19及び20は、固定の角度オフセットを有するよう設計されている。他のパターンを用いてもよく、本発明もこの好適な実施形態も例示としてのみである図3に示されるパターンに限定されるものではないことが理解されるであろう。
【0031】
再び図1を参照すると、本発明の方法に従って、図1のCOG5及び6の端末周辺リム5a及び6aのそれぞれから出る光線はそれぞれ、回転型光学ディスク2に向けて指向される。COG5及び6のそれぞれのサイズは、COG5が入力の光ビームを、回転型光学ディスク2上に設けられた2つの円形同心パターンの内側上の第1の円形ビームの中に拡散する一方、COG6は、その入力の光ビームを、回転型光学ディスク2上に設けられた2つの円形同心パターンの外側上の第2の円形ビームの中に拡散する。
【0032】
回転型光学ディスク2上の交互になっている透過窓21及び吸収セクション22のパターンに起因して、COG5及び6のそれぞれの上記端末周辺リム5a及び6aから出る円形ビームのそれぞれの光線は、一部は上記回転型光学ディスク2の吸収セクション22で吸収され、そして一部は透過窓21を通ってミラー4へ伝達される。
【0033】
図4、即ち、図3に示される光学ディスクと一緒に図1の光学エンコーダ・アセンブリのミラー4として適用されるのに適したミラーの拡大図で最良に分かるように、ミラー4は、回転型光学ディスク2に面している反射表面4aを有する。反射表面4a上に、吸収セクション4bの2つの同心の円形パターン23及び24が、回転型光学ディスク2のそれに類似した幾何学的構成を有して、設けられる。しかしながら、他のパターンを用いてもよく、そして本発明も、また図1及び図6から図9に示される好適な実施形態も例示としてのみである図4に示されるパターンに限定されるものでないことが理解されるであろう。
【0034】
再び図1を参照すると、上記COG5及び6の上記端末周辺リム5a及び6cの1つから出て回転型光学ディスク2上の透過窓21を通って伝搬される光のビームの光線が、反射特性を有するミラー4のセクションに遭遇するときはいつも、上記光線は、回転型光学ディスク2の方へ戻るよう反射され、そして回転型光学ディスク2上の透過窓21を通って、そしてそれら光線は、COG5及び6のそれぞれの端末周辺リム5a及び6aに帰り着く。次いで、反射された光線は、上記端末周辺リム5a及び6aを通ってCOG5及び6に再び入り、COG光入口表面5e及び6eのそれぞれに戻るよう導かれ、そこではそれらの光線は、光ファイバ7a及び7bにより収集され、そして回転角度及びロータリ・シャフトの方向を示す信号を生成する離れた電子表面に伝えられる。
【0035】
本発明の方法及びアセンブリに従って、COG5及び6のそれぞれの端末周辺リム5a及び6aに戻された反射光の量は、ミラー4に対するCOG5及び6の位置に依存する。回転型光学ディスク2が、ミラー4の吸収セクション4bが回転型光学ディスク2の透過セクション21と一致する位置にあるときはいつも、最小の光が、反射される。回転型光学ディスク2が、ミラー4の反射セクション24aが回転型光学ディスク2の透過セクション21と一致する位置にあるときはいつも、最大量の光が、反射される。回転型光学ディスク2及びミラー4の同心のパターンは、ミラー4から回転型光学ディスク2を介して端末周辺リム5a及び6aに戻るよう反射される光の量が1対の別々の光信号を生じるように設計される。なお、上記光信号のそれぞれは、モータ・シャフト3の回転角度の周期関数である。
【0036】
好適な実施形態に従って、回転型光学ディスク2及びミラー4上の同心のパターンは、固定の角度オフセットを有するよう設計され、それにより同じ角度周期形式を有する上記1対の光信号は、角度周期位相差の4分の1を与える。
【0037】
図5は、光源から放出されたビームを光ファイバに指向させ、そして反射された光を、光検出器を用いて本発明のエンコーダから離れている電子表面に案内する1つの方法を示す。図5の実施形態においては、これは、ビーム分割の周知の技術により行われる。図5に見られるように、ビーム・スプリッタ25を用いて、光源27から放出されたビーム26を光ファイバ28に向けて伝搬させるのを可能にし、当該光ファイバ28は、上記ビーム26を光導波路に伝える(図5に図示せず)。光導波路から戻る反射された光ビームが上記光ファイバ28を通って上記ビーム・スプリッタ25まで伝搬され、それにより上記ビーム・スプリッタ25が参照番号29で示された上記光ビームを光検出器30に指向させる。次いで、上記反射された光ビーム29は、光検出器30により電子信号31に変換され、そして上記電子信号31は、既知の技術に従って電子インターフェース32に送られる。図1の好適な実施形態において、2つのビームが、2つの光導波路から反射され、そして2つの電子信号が、電子インターフェース32に送られ、それにより電子インターフェース32を用いて、既知のようにこれらの信号を位置情報に変換し得ることが理解されるであろう。
【0038】
図6は、本発明の光学エンコーダの対称軸1に沿った垂直断面図で示されたその光学エンコーダの別の実施形態を示し、そこにおいて、図1及び図6の実施形態に共通である本発明の光学エンコーダの構成要素は、同じ参照番号により示されている。
【0039】
図6の実施形態において、パターン形成された静止光学ディスク34が、COG5及び6の端末周辺リム5a及び6aと回転型光学ディスク2との間に配設され、それにより上記パターン形成された静止光学ディスク34は、同じ対称軸1を有し、且つ回転型光学ディスク2と同じ垂直平面に存在する。図1のパターン形成されたミラー4の代わりに、図6の実施形態においては、非反射セクションのパターン無しの反射表面35aを有する平坦なミラー35を用い、上記平坦なミラー35が対称軸1に沿って上記回転型光学ディスク2と平行に整列され、そして反射表面35aを有する上記平坦なミラー35が上記静止光学ディスク34及び上記回転型光学ディスク2に対面していることが、図6の実施形態の更なる特徴である。
【0040】
図7は、図6の実施形態に類似する本発明の光学エンコーダの更に別の実施形態を示す。図7において、同じ参照番号を用いて、図6及び図7に共通である構成要素を示す。図7の実施形態においては、回転型光学ディスク2が、COG5及び6と上記固定の光学ディスク34との間に配置される。
ミラー35が固定され、且つ光学ディスク34が回転する、図7の実施形態の別の変形を行ってもよいことが当業者に理解されるであろう。
【0041】
図6及び図7の実施形態において、回転型光学ディスク2及びパターン形成された静止光学ディスク34の後ろに位置された光源を、COG5及び6の端末周辺リムから放出される光ビームの代わりに用い得ることが理解されるであろう。この場合、COG5及び6はただ、回転型光学ディスク2及びパターン形成された静止光学ディスク34を通る光を上記COG5及び6のそれぞれの光入口表面5e及び6eへ案内するよう働く。
【0042】
図6及び図7の実施形態において、回転型光学ディスク2及びパターン形成された静止光学ディスク34の後ろに位置された光センサ手段を用いて、上記光学ディスク2及び34を通った光の量を直接検知し得ることが更に理解されるであろう。
【0043】
図8は、図6の本発明の光学エンコーダに類似する本発明の光学エンコーダの実施形態を示し、当該実施形態においては、光学エンコーダが、静止光学ディスク34と、一体化された回転要素36とを備え、上記一体化された回転要素36は、交互になっている反射特性及び吸収特性を有するセクションを有する単一のディスクを達成するように、ミラー36a及び光学ディスク36bを備える。上記一体化された回転要素は、シャフト3に固定され、そして静止光学ディスク34の垂直平面に対して平行である垂直平面に存在する。ミラー36a及び光学ディスク36bがシャフトXに別々に固定される、好適な実施形態の別の変形を用い得ることが理解されるであろう。図6及び図8の実施形態に共通である本発明の光学エンコーダの構成要素は、同じ参照番号により示されている。
【0044】
図9は、ミラーが逆の反射表面(retro−reflective surface)により置き換えられている、図6の本発明の光学エンコーダに類似する本発明の光学エンコーダの実施形態を示す。当業者は、本発明の光学エンコーダにおいて、正確に平行であり且つそれらの入射方向に対して反対である方向に入射光線を反射させる特徴を有するような逆の反射表面を適用する利点を知るであろう。図9の特定の実施形態において、逆の反射表面は、ディスクの背面上に、透過性材料の2つの環状のV字形状の突起37a及び37bの形で実現される。上記V字形状の突起37a及び37bのそれぞれの角度37a.1及び37b.1が90°であり、それによりCOGを出る光線がCOGに戻されるであろう。これらの2つのV字形状の突起が、図8に示されるミラーに有利に取って代わる。
【0045】
本発明の光学エンコーダ・アセンブリの異なる実施形態に適用されるべきいずれのミラー及び反射表面が、逆の反射表面により置き換えられ得ることが理解されるであろう。
図10において、図1の光ファイバ7a及び7bのような単一の光ファイバの代わりに1束の光ファイバ38を用いる更に別の実施形態が示されている。図10は、上記束38に備えられた複数の光ファイバf1−f7の斜視図を示すCOG39の端部部分39の一部分の中心セクションを示す。図10に見られるように、上記光ファイバf1−f7は、上記COG39の開口端部39aに光入口表面40で入り、そこにおいて、光ファイバf1が、光をCOG39へ放出するため用いられ、一方、光ファイバf2−f7が、光学エンコーダ・システムにより戻された光を受け取るため用いられる。光ファイバf1−f7の束が、図1及び図6から図9の実施形態のような光学エンコーダ・アセンブリに適用されるとき図5に示されるビーム分割技術に有利に取って代わる。再び図10を参照すると、光放出ファイバf1が、光源(図示せず)に結合され、一方、光受信ファイバf2−f7が、これも図示されない光センサに結合される。この実施形態のため用いられる光ファイバの数、並びに光受信又は光放出のため用いられるファイバの数は、変わり得て、そして光ファイバは、2又はそれより多い束で構成され得る。
【0046】
図11において、静止光学ディスク34に取って代わるように、図6に示される実施形態のような光学エンコーダ・アセンブリに適用される特別に設計されているCOG40が示されている。図4において、COG40の周辺壁のセクションのみが、線AとA1との間で水平に延在し且つ端部部分40aと端末周辺リム41との間で垂直に延在するよう示されている。COG40の端末周辺リム41が、交互になっている放出/受け取りセクション41aと非放出/受け取りセクション41bに分割されており、そこにおいて、放出/受け取りセクション41aは、回転型光学ディスク2に平行である端末表面41a.1を有し、そして非放出セクション41bは、回転型光学ディスク2を用いて角度を与える端末表面41b.1を有し、それにより非放出セクション41bから出る光線が破線42により示されるように偏向されそして失われる一方、放出セクション41aから出る光線は、破線43により示されるように回転型光学ディスク2に到達する。暗い範囲42a及び明るい範囲42bが回転型光学ディスク2の交互になっている光吸収範囲及び透過性範囲のそれぞれを示すことが理解されるであろう。本発明のこの実施形態は、静止光学ディスクが排除され、そしてCOG40の端末周辺リム41が回転型光学ディスク2に一層近い位置に設置されることができるという有利を有する。その結果として、反射された光線の損失が減少し、効率が改善され、即ち、入射光線に対する反射光線の比が増大されることが理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0047】
【図1】図1は、本発明に従ったエンコーダ・アセンブリの一実施形態の中央断面図を示す。
【図2】図2は、円筒形光導波路の斜視図、及び光線の経路を示す。
【図3】図3は、回転型光学ディスクを示す。
【図4】図4は、パターン形成されたミラーを示す。
【図5】図5は、光ビームがエンコーダに入力し、そしてエンコーダにより戻される光ビームがビーム・スプリッタにより分離される一実施形態を示す。
【図6】図6は、回転型光学ディスクと円筒形光導波路との間に配置された静止光学ディスクが第1の実施形態のミラー上のパターンに取って代わる第2の実施形態の中央断面図を示す。
【図7】図7は、回転型光学ディスクとミラーとの間に配置された静止光学ディスクがパターンを第1の実施形態のミラー上に置く第3の実施形態の中央断面図を示す。
【図8】図8は、ミラーが回転型光学ディスクの背面に直接取り付けられている、図6のエンコーダ・アセンブリの別の実施形態を示す。
【図9】図9は、「コーナ反射器表面」がミラーに取って変わる別の実施形態の中央断面図を示す。
【図10】図10は、本発明の一実施形態に従った、光学エンコーダ・アセンブリに適用されるべき光ファイバの束を示す。
【図11】図11は、固定の光学ディスクが、特別設計の円筒形光導波路端末周辺リムにより取り替えられている、図6におけるような実施形態の中央断面図を示す。
【技術分野】
【0001】
[背景]
本発明は、電気モータ又は他の回転する装置でよく用いられている光学エンコーダに関する。そのような光学エンコーダの例は、Becchi他による米国特許No.4,268,747(1981)及びBreslowによる米国特許No.4,410,798(1983)に見つけることができる。
【0002】
それらの発明以来、光学エンコーダは、ロボット、自動機械及び他のアセンブリにおいてロータリ・シャフト位置制御のための位置フィードバック装置として広く用いられてきた。
【0003】
既知のエンコーダは、モータ・シャフトに固定された回転型光学ディスクであって、交互になっている光学的特性のセクションのパターン(例えば、透過セクション及び非透過セクションを有するスロット)を有する上記の回転型光学ディスクを用いる。当該ディスクは、光ビームの経路上で光放出器と光センサとの間に配置される。次いで、光センサは、その振幅がシャフト位置に従って周期的に変化する電子信号を生成する。次いで、電子回路を用いて、電子信号の周期数をカウントし、初期の位置に対する瞬時シャフト位置についての情報を提供する。
【0004】
1対の光ビームを用いて、回転の方向を感知し、そこにおいて、第2のビームの経路が、第1の電子信号に類似しているが、しかし第1の電子信号の周期の4分の1だけ角度位置が偏移した第2の電子信号を生成するように位置決めされる。そのような2つの電子信号は、以降直交していると呼ぶ。
【0005】
上記の方法の改善は、交互になっている光学的特性を有するセクションの幾つかをカバーする光ビームを用いる一方、固定のマスクを回転型光学ディスクと光センサとの間に配置することから成る。マスクは、ディスク・パターンと同一のパターンを有し、光センサの少なくとも表面を覆う。マスク及びディスクのパターンが一致するときはいつも、最大の光が透過されるのに対して、ディスク及びマスクのパターンが反対の相であるときは、光透過度は最小である。従って、センサまで透過される光量、及びセンサにより生成される電子信号の振幅が、角度位置の周期関数となる。
【0006】
位置フィードバック装置の精度及び解像度を改善する継続した動向が存在する。
精度を制限する第1の要因は、幾らかの機械的公差に起因した回転型光学ディスクの小さい偏心運動である。2つのビームがその光学ディスク上の定義された位置においてシャフトの一方の側上で当該光学ディスクを横切るので、シャフトの横方向の運動が、光検出器に到達する光量に影響を与え、従って位置情報における誤差を生成する。そのような横方向の運動は、シャフトを保持するロール・ベアリングにおける交差又は光学ディスク・アセンブリにおける公差により生じる可能性がある。
【0007】
第2の要因は、回転するディスク上のパターンの精度である。そのパターンの不規則さが不均等な周期を発生し、それにより光学ディスクがシャフトの角度位置を示し損なう。2つのビームが光学ディスク上の定義された位置においてシャフトの一方の側上で当該光学ディスクを横切るので、ディスク・パターンの不規則さが、光検出器に到達する光量に影響を及ぼし、従って、誤差を位置情報に導入する。
【0008】
第3の要因は、直交した2つの信号間の位相差の不十分な精度であり、この位相差は2つのレセプター(受信器)(receptor)の所定の相対位置決めにより得られ、その精度が制限される。
【0009】
別の局面においては、光学エンコーダの解像度が増大する場合、発生される電気信号の周波数もまた増大する。そのような高い周波数は、ワイヤを介して伝送することが一層困難となり、雑音排除性の問題が生じる。従って、ワイヤを遮蔽しなければならず、その結果コストがより高くなり、またシステムの信頼性が低下する。
【0010】
一部のエンコーダにおいては、この困難は、シリアル通信線をエンコーダと制御器との間に用いることにより克服される。しかしながら、この場合、電子回路を追加して、電子信号をシリアル・コードに変換しなければならない。また、遅延が、エンコーダ位置検出と制御器により読み取られる実際の情報との間に導入される。
【0011】
既知の光学エンコーダの更に別の欠点は、エンコーダ自体の内部に電子回路を必要とすることである。この電子回路は、2つの電気信号を方形波パルスに整形するため一般的に用いられている。そのような電気回路は、電源を、従ってエンコーダへの追加のワイヤを必要とする。再び、ケーブル・サイズ及び導体の数が増大し、その結果、例えば産業環境において用いるとき信頼性が低下することをもたらす。その上、電子インターフェースのコスト、及び当該インターフェースをエンコーダ内に組み立てるコストは、比較的高い。
【0012】
従って、通常用いられているエンコーダの欠点を克服する光学エンコーダを設計することが望ましい。電源を必要とせず、また遅延が位置情報に導入されない光学エンコーダを有することが望ましい。更に、位置信号がa)電気雑音に対して不感受であり、b)回転中のディスクの機械的偏心運動に敏感でなく、c)エンコーダ・ディスクの取り付けの不正確さ又はエンコーダ・ディスク・パターンの不規則さに敏感でなく、d)ディスクの機械的振動に敏感でない光学エンコーダを有することが望ましい。
【0013】
[発明の概要]
本発明は、回転型光学ディスク及びミラーを備える光学エンコーダであって、光ビームが、電子インターフェースから放出され、且つ光ファイバにより、上記回転型光学ディスクの回転軸と同じ向きを有する対称軸を有する1又はそれにより多い円筒形光導波路に伝達される上記光学エンコーダに関する。円筒形光導波路の発明の設計に起因して、円筒形光導波路から放出された光ビームが、回転型光学ディスクの周辺の上に分散される。光ビームは、回転型光学ディスクを通ってミラーに伝搬され、次いで当該ミラーにより反射され、それによりそれらの光ビームは、上記回転型光学ディスクを戻るよう通って円筒形光導波路に伝搬され、そして当該円筒形光導波路から光ファイバに伝搬され、上記離れた電子表面に伝達され、そこで、位置の指示が生成される。
【0014】
[好適な実施形態の詳細な説明]
本発明は、共通の対称軸を有する回転型光学ディスク、ミラー及び少なくとも1つの光導波路を備える光学エンコーダを用いて回転角度を示す方法であって、光ビームが上記光導波路から放出され、それによりそれらの光ビームが上記回転型光学ディスクの周辺の上に分散される上記方法に関する。光のビームは、上記回転型光学ディスクを通って上記ミラー上へ伝搬し、そしてそれらの光ビームは、上記ミラーにより反射され、それによりそれらの光ビームは、回転型光学ディスクを戻るよう通って上記光導波路に伝搬される。光導波路から出る反射された光の量が測定され、そして信号は、回転角度に応じて生成され、上記回転角度を示す。
【0015】
別の局面に従って、本発明は、ロータリ・シャフトに取り付けられた回転型光学ディスクと、回転型光学ディスク及びロータリ・シャフトの回転軸と同じ向きを有する対称軸を有する円筒形光導波路(COG)と、上記回転型光学ディスクがCOGとミラーとの間に位置されるように上記回転型光学ディスクに対して平行に配設されたミラーとを備える光学エンコーダ・アセンブリであって、上記光学エンコーダ・アセンブリが更に、光が上記COGの中に放出され又はそれから受け取られる光入口表面に第1の端部を有する少なくとも1つの光ファイバと電子インターフェースに接続されている第2の端部とを備える上記光学エンコーダ・アセンブリを提案する。
【0016】
更に別の局面に従って、本発明は、第1及び第2の光導波路(OG)が回転型光学ディスクの回転軸と同じ向きを有する共通の対称軸を有するように放射形対称の第2のOG内に設置されている放射形対称の第1のOGを有する光学エンコーダ・アセンブリを用いてロータリ・シャフトの回転角度を示す方法であって、光ビームが回転型光学ディスクの方向に電子インターフェースから光ファイバを介して放出され、そして上記光ビームが共通の放射形対称の中心を有する2つのビームの形で上記回転型光学ディスクの周辺上に上記OGにより拡散される、上記方法を提案する。本発明の方法に従って、上記ビームからの光線は、上記光学ディスクを通ってミラーの方向に伝搬され、そしてそれらの光線は、上記ミラーにより反射され、それによりそれらの光線は、上記光学ディスクを逆方向に通過して、上記OGに再入射する。次いで、OGのそれぞれは、それに受け取られた反射された光線を上記光ファイバにより上記の離れた電子インターフェースに戻るよう導く。従って、上記の離れた電子インターフェースは、光信号を、回転型光学ディスクが固定されているシャフトの回転角度を示す電子信号に変換する。
【0017】
本発明の方法及びアセンブリの利点に従って、回転型光学ディスクを通って当該光学ディスクの周辺上へ行く光の強度が平均化されるため、非常に高い精度を得ることができ、この平均化特性は、機械的公差、及び回転型光学ディスク・パターンの不規則性に起因した不正確さを低減する。
【0018】
本発明の方法及びアセンブリの別の利点は、モータ制御器システムのように、光学エンコーダ・アセンブリが実装されるシステム内に他とは別に統合化されることができ、そして電源を光学エンコーダ内に必要としないことである。
本発明のアセンブリ及び方法の更なる利点は、遅延が角度位置情報に導入されないことである。
【0019】
本発明のアセンブリ及び方法の更に別の利点は、位置信号がa)電子雑音に対して不感受であり、b)回転中のディスクの機械的偏心運動に敏感でなく、c)エンコーダ・ディスクの取り付けの不正確さ又はエンコーダ・ディスク・パターンの不規則さに敏感でなく、d)ディスクの機械的振動に敏感でないことである。
【0020】
本発明が、好適な実施形態に関して以下で説明されるであろう。しかしながら、本発明の範囲及び特許請求の範囲内に依然留まる他の変形及び変更を行い得ることが理解されるであろう。
【0021】
図1を参照すると、本発明に従った光学エンコーダ・アセンブリの好適な実施形態が、その対称軸1に沿った中央断面図で示されている。光学エンコーダ・アセンブリは、ロータリ・シャフト3に取り付けられている回転型光学ディスク2と、この回転型光学ディスク2の背後に当該回転型光学ディスク2と平行に整列されているミラー4とを備え、そのミラー4の反射表面4aは回転型光学ディスク2に面している。光学エンコーダ・アセンブリは更に、円筒形状を有する1対の光導波路(なお、以下では円筒形光導波路(COG)5及び6と記す。)を備え、COG5は、端末周辺リム5a及び中空の内側ボリューム(volume)5bを有し、そしてCOG6は、端末周辺リム6a及び中空の内側ボリューム6bを有する。COG5は、COG6と同じ形状を有するが、しかしCOG5のサイズはCOG6より小さい。COG5は、COG6の中空の内側ボリューム6b内に配設され、COG5及び6の端末周辺リム5a及び6bは、COG5及び6及びモータ・シャフト3の対称軸がアセンブリ対称軸1と整合されるように上記回転型光学ディスク2にそれぞれ対面している。
【0022】
図2で最良に分かるように、即ち、全体的にAで示された図1の好適な実施形態に従ったCOGの斜視図で最良に分かるように、COG(A)は、対称軸(X)と透過性の包囲壁(W)とを有する中空の構造である。好適な実施形態に従って、COG(A)は、中空の内側ボリューム8を有する中空の円筒形部分7を備え、上記透過性包囲壁は、上記中空の円筒形部分7の第1の端部に端末周辺リム9を有する。中空のじょうご形状部分10は、中空の円筒形部分7の第2の端部から離れるよう上記端末周辺リム9まで延在し、中空のじょうご形状部分10は、中空の内側ボリューム10b及び端部部分11を有する。光ファイバ12は、COGを光入口表面13で上記端部部分11内にいれる。
【0023】
本発明が、好適な実施形態に関して以下で説明されるであろう。しかしながら、本発明の範囲及び特許請求の範囲内に依然留まる他の変形及び変更を行い得ることが理解されるであろう。
【0024】
図1を参照すると、本発明に従った光学エンコーダ・アセンブリの好適な実施形態が、その対称軸1に沿った中央断面図で示されている。光学エンコーダ・アセンブリは、ロータリ・シャフト3に取り付けられている回転型光学ディスク2と、この回転型光学ディスク2の背後に当該回転型光学ディスク2と平行に整列されているミラー4とを備え、そのミラー4の反射表面4aは回転型光学ディスク2に面している。光学エンコーダ・アセンブリは更に、円筒形状を有する1対の光導波路(なお、以下では円筒形光導波路(COG)5及び6と記す。)を備え、COG5は、端末周辺リム5a及び中空の内側ボリューム5bを有し、そしてCOG6は、端末周辺リム6a及び中空の内側ボリューム6bを有する。COG5は、COG6と同じ形状を有するが、しかしCOG5のサイズはCOG6より小さい。COG5は、COG6の中空の内側ボリューム6b内に配設され、COG5及び6の端末周辺リム5a及び6bは、COG5及び6及びモータ・シャフト3の対称軸がアセンブリ対称軸1と整合されるように上記回転型光学ディスク2にそれぞれ対面している。
【0025】
図2で最良に分かるように、即ち、全体的にAで示された図1の好適な実施形態に従ったCOGの斜視図で最良に分かるように、COG(A)は、対称軸(X)と透過性包囲壁(W)とを有する中空の構造である。好適な実施形態に従って、COG(A)は、中空の内側ボリューム8を有する中空の円筒形部分7を備え、上記透過性包囲壁は、上記中空の円筒形部分7の第1の端部に端末周辺リム9を有する。中空のじょうご形状部分10は、中空の円筒形部分7の第2の端部から離れるよう上記端末周辺リム9まで延在し、中空のじょうご形状部分10は、中空の内側ボリューム10b及び端部部分11を有する。光ファイバ12は、光線を上記端部部分11の光入口表面13を介してCOGに導入し、それにより光ファイバ12は、上記光入口表面13でCOGの上記対称軸(X)と整列されている。
【0026】
COGは、光ファイバと同じ原理により挙動する。COGの形状及び材料は、光ファイバ12を介してCOG(A)に入る光線が常に全反射最小角度より小さい入射角度で透過性包囲壁(W)の内側表面又は外側表面に遭遇するように設計される。その結果として、及び図2に示されるように、光ファイバ12を介してCOG(A)に導入される光線15、16は、上記透過性包囲壁(W)の内側ボリュームの中に反射されて、当該光線15、16がCOGボリュームに出力されるCOG(A)の上記端末周辺リム9にそれらの光線15、16が到達するまで透過性包囲壁(W)の上記内側ボリューム内に閉じ込められる。上記端末周辺リム9から出る光ビームが円形形状を有することが理解されるであろう。
【0027】
本発明の光導波路は、端末周辺リムが残っている限り非対称な設計を含む異なる設計に従って作られ得ることが理解されるであろう。
【0028】
再び図1を参照すると、COG5及び6のそれぞれが、5d及び6dのそれぞれで示される中空の円筒部分を備え、そして上記COG5及び6のそれぞれは、周辺壁5d及び6dのそれぞれにより包囲され、上記周辺壁5d及び6dは、端末周辺リム5a及び6bのそれぞれで終わる。じょうご形状の中空部分5e及び6eは、上記円筒部分5a及び6aのそれぞれから離れるよう上記端末周辺リム5a及び6aまで延在している。上記じょうご形状の中空部分5e及び6eは、端部部分5f及び6fをそれぞれ有し、そして光ファイバ7a、7bは、上記COG5及び6の上記端部部分5f及び6fに光入口表面5gのそれぞれで接続され、それにより上記光ファイバ7a、7bの中心線は、上記光入口表面5e及び6eのそれぞれで上記COG5及び6の上記対称軸1と整合される。
矢印Rは、光ファイバ7a、7bが通じている電子表面(図示せず)の方向を示している。
【0029】
図1の構成において、上記周辺壁の内側ボリューム5b及び6b内の光ファイバ7a及び7bのそれぞれから到来するいずれの光線を閉じ込めるCOG5及び6の周辺壁5d及び6dの構造及び構成物に起因して、光の2つの同心の円形ビームがCOG5及び6により光学ディスク2の方向に放出される。
【0030】
回転型光学ディスク2の拡大図が図3に示されている。回転型光学ディスク2は、吸収性材料から作られている。回転型光学ディスク2上で、交互になっている透過窓21及び吸収セクション22の2つの同心の円形パターン19及び20が設けられている。好適な実施形態に従って、回転型光学ディスク2上の2つの同心の円形パターン19及び20は、固定の角度オフセットを有するよう設計されている。他のパターンを用いてもよく、本発明もこの好適な実施形態も例示としてのみである図3に示されるパターンに限定されるものではないことが理解されるであろう。
【0031】
再び図1を参照すると、本発明の方法に従って、図1のCOG5及び6の端末周辺リム5a及び6aのそれぞれから出る光線はそれぞれ、回転型光学ディスク2に向けて指向される。COG5及び6のそれぞれのサイズは、COG5が入力の光ビームを、回転型光学ディスク2上に設けられた2つの円形同心パターンの内側上の第1の円形ビームの中に拡散する一方、COG6は、その入力の光ビームを、回転型光学ディスク2上に設けられた2つの円形同心パターンの外側上の第2の円形ビームの中に拡散する。
【0032】
回転型光学ディスク2上の交互になっている透過窓21及び吸収セクション22のパターンに起因して、COG5及び6のそれぞれの上記端末周辺リム5a及び6aから出る円形ビームのそれぞれの光線は、一部は上記回転型光学ディスク2の吸収セクション22で吸収され、そして一部は透過窓21を通ってミラー4へ伝達される。
【0033】
図4、即ち、図3に示される光学ディスクと一緒に図1の光学エンコーダ・アセンブリのミラー4として適用されるのに適したミラーの拡大図で最良に分かるように、ミラー4は、回転型光学ディスク2に面している反射表面4aを有する。反射表面4a上に、吸収セクション4bの2つの同心の円形パターン23及び24が、回転型光学ディスク2のそれに類似した幾何学的構成を有して、設けられる。しかしながら、他のパターンを用いてもよく、そして本発明も、また図1及び図6から図9に示される好適な実施形態も例示としてのみである図4に示されるパターンに限定されるものでないことが理解されるであろう。
【0034】
再び図1を参照すると、上記COG5及び6の上記端末周辺リム5a及び6cの1つから出て回転型光学ディスク2上の透過窓21を通って伝搬される光のビームの光線が、反射特性を有するミラー4のセクションに遭遇するときはいつも、上記光線は、回転型光学ディスク2の方へ戻るよう反射され、そして回転型光学ディスク2上の透過窓21を通って、そしてそれら光線は、COG5及び6のそれぞれの端末周辺リム5a及び6aに帰り着く。次いで、反射された光線は、上記端末周辺リム5a及び6aを通ってCOG5及び6に再び入り、COG光入口表面5e及び6eのそれぞれに戻るよう導かれ、そこではそれらの光線は、光ファイバ7a及び7bにより収集され、そして回転角度及びロータリ・シャフトの方向を示す信号を生成する離れた電子表面に伝えられる。
【0035】
本発明の方法及びアセンブリに従って、COG5及び6のそれぞれの端末周辺リム5a及び6aに戻された反射光の量は、ミラー4に対するCOG5及び6の位置に依存する。回転型光学ディスク2が、ミラー4の吸収セクション4bが回転型光学ディスク2の透過セクション21と一致する位置にあるときはいつも、最小の光が、反射される。回転型光学ディスク2が、ミラー4の反射セクション24aが回転型光学ディスク2の透過セクション21と一致する位置にあるときはいつも、最大量の光が、反射される。回転型光学ディスク2及びミラー4の同心のパターンは、ミラー4から回転型光学ディスク2を介して端末周辺リム5a及び6aに戻るよう反射される光の量が1対の別々の光信号を生じるように設計される。なお、上記光信号のそれぞれは、モータ・シャフト3の回転角度の周期関数である。
【0036】
好適な実施形態に従って、回転型光学ディスク2及びミラー4上の同心のパターンは、固定の角度オフセットを有するよう設計され、それにより同じ角度周期形式を有する上記1対の光信号は、角度周期位相差の4分の1を与える。
【0037】
図5は、光源から放出されたビームを光ファイバに指向させ、そして反射された光を、光検出器を用いて本発明のエンコーダから離れている電子表面に案内する1つの方法を示す。図5の実施形態においては、これは、ビーム分割の周知の技術により行われる。図5に見られるように、ビーム・スプリッタ25を用いて、光源27から放出されたビーム26を光ファイバ28に向けて伝搬させるのを可能にし、当該光ファイバ28は、上記ビーム26を光導波路に伝える(図5に図示せず)。光導波路から戻る反射された光ビームが上記光ファイバ28を通って上記ビーム・スプリッタ25まで伝搬され、それにより上記ビーム・スプリッタ25が参照番号29で示された上記光ビームを光検出器30に指向させる。次いで、上記反射された光ビーム29は、光検出器30により電子信号31に変換され、そして上記電子信号31は、既知の技術に従って電子インターフェース32に送られる。図1の好適な実施形態において、2つのビームが、2つの光導波路から反射され、そして2つの電子信号が、電子インターフェース32に送られ、それにより電子インターフェース32を用いて、既知のようにこれらの信号を位置情報に変換し得ることが理解されるであろう。
【0038】
図6は、本発明の光学エンコーダの対称軸1に沿った垂直断面図で示されたその光学エンコーダの別の実施形態を示し、そこにおいて、図1及び図6の実施形態に共通である本発明の光学エンコーダの構成要素は、同じ参照番号により示されている。
【0039】
図6の実施形態において、パターン形成された静止光学ディスク34が、COG5及び6の端末周辺リム5a及び6aと回転型光学ディスク2との間に配設され、それにより上記パターン形成された静止光学ディスク34は、同じ対称軸1を有し、且つ回転型光学ディスク2と同じ垂直平面に存在する。図1のパターン形成されたミラー4の代わりに、図6の実施形態においては、非反射セクションのパターン無しの反射表面35aを有する平坦なミラー35を用い、上記平坦なミラー35が対称軸1に沿って上記回転型光学ディスク2と平行に整列され、そして反射表面35aを有する上記平坦なミラー35が上記静止光学ディスク34及び上記回転型光学ディスク2に対面していることが、図6の実施形態の更なる特徴である。
【0040】
図7は、図6の実施形態に類似する本発明の光学エンコーダの更に別の実施形態を示す。図7において、同じ参照番号を用いて、図6及び図7に共通である構成要素を示す。図7の実施形態においては、回転型光学ディスク2が、COG5及び6と上記固定の光学ディスク34との間に配置される。
ミラー35が固定され、且つ光学ディスク34が回転する、図7の実施形態の別の変形を行ってもよいことが当業者に理解されるであろう。
【0041】
図6及び図7の実施形態において、回転型光学ディスク2及びパターン形成された静止光学ディスク34の後ろに位置された光源を、COG5及び6の端末周辺リムから放出される光ビームの代わりに用い得ることが理解されるであろう。この場合、COG5及び6はただ、回転型光学ディスク2及びパターン形成された静止光学ディスク34を通る光を上記COG5及び6のそれぞれの光入口表面5e及び6eへ案内するよう働く。
【0042】
図6及び図7の実施形態において、回転型光学ディスク2及びパターン形成された静止光学ディスク34の後ろに位置された光センサ手段を用いて、上記光学ディスク2及び34を通った光の量を直接検知し得ることが更に理解されるであろう。
【0043】
図8は、図6の本発明の光学エンコーダに類似する本発明の光学エンコーダの実施形態を示し、当該実施形態においては、光学エンコーダが、静止光学ディスク34と、一体化された回転要素36とを備え、上記一体化された回転要素36は、交互になっている反射特性及び吸収特性を有するセクションを有する単一のディスクを達成するように、ミラー36a及び光学ディスク36bを備える。上記一体化された回転要素は、シャフト3に固定され、そして静止光学ディスク34の垂直平面に対して平行である垂直平面に存在する。ミラー36a及び光学ディスク36bがシャフトXに別々に固定される、好適な実施形態の別の変形を用い得ることが理解されるであろう。図6及び図8の実施形態に共通である本発明の光学エンコーダの構成要素は、同じ参照番号により示されている。
【0044】
図9は、ミラーが逆の反射表面(retro−reflective surface)により置き換えられている、図6の本発明の光学エンコーダに類似する本発明の光学エンコーダの実施形態を示す。当業者は、本発明の光学エンコーダにおいて、正確に平行であり且つそれらの入射方向に対して反対である方向に入射光線を反射させる特徴を有するような逆の反射表面を適用する利点を知るであろう。図9の特定の実施形態において、逆の反射表面は、ディスクの背面上に、透過性材料の2つの環状のV字形状の突起37a及び37bの形で実現される。上記V字形状の突起37a及び37bのそれぞれの角度37a.1及び37b.1が90°であり、それによりCOGを出る光線がCOGに戻されるであろう。これらの2つのV字形状の突起が、図8に示されるミラーに有利に取って代わる。
【0045】
本発明の光学エンコーダ・アセンブリの異なる実施形態に適用されるべきいずれのミラー及び反射表面が、逆の反射表面により置き換えられ得ることが理解されるであろう。
図10において、図1の光ファイバ7a及び7bのような単一の光ファイバの代わりに1束の光ファイバ38を用いる更に別の実施形態が示されている。図10は、上記束38に備えられた複数の光ファイバf1−f7の斜視図を示すCOG39の端部部分39の一部分の中心セクションを示す。図10に見られるように、上記光ファイバf1−f7は、上記COG39の開口端部39aに光入口表面40で入り、そこにおいて、光ファイバf1が、光をCOG39へ放出するため用いられ、一方、光ファイバf2−f7が、光学エンコーダ・システムにより戻された光を受け取るため用いられる。光ファイバf1−f7の束が、図1及び図6から図9の実施形態のような光学エンコーダ・アセンブリに適用されるとき図5に示されるビーム分割技術に有利に取って代わる。再び図10を参照すると、光放出ファイバf1が、光源(図示せず)に結合され、一方、光受信ファイバf2−f7が、これも図示されない光センサに結合される。この実施形態のため用いられる光ファイバの数、並びに光受信又は光放出のため用いられるファイバの数は、変わり得て、そして光ファイバは、2又はそれより多い束で構成され得る。
【0046】
図11において、静止光学ディスク34に取って代わるように、図6に示される実施形態のような光学エンコーダ・アセンブリに適用される特別に設計されているCOG40が示されている。図4において、COG40の周辺壁のセクションのみが、線AとA1との間で水平に延在し且つ端部部分40aと端末周辺リム41との間で垂直に延在するよう示されている。COG40の端末周辺リム41が、交互になっている放出/受け取りセクション41aと非放出/受け取りセクション41bに分割されており、そこにおいて、放出/受け取りセクション41aは、回転型光学ディスク2に平行である端末表面41a.1を有し、そして非放出セクション41bは、回転型光学ディスク2を用いて角度を与える端末表面41b.1を有し、それにより非放出セクション41bから出る光線が破線42により示されるように偏向されそして失われる一方、放出セクション41aから出る光線は、破線43により示されるように回転型光学ディスク2に到達する。暗い範囲42a及び明るい範囲42bが回転型光学ディスク2の交互になっている光吸収範囲及び透過性範囲のそれぞれを示すことが理解されるであろう。本発明のこの実施形態は、静止光学ディスクが排除され、そしてCOG40の端末周辺リム41が回転型光学ディスク2に一層近い位置に設置されることができるという有利を有する。その結果として、反射された光線の損失が減少し、効率が改善され、即ち、入射光線に対する反射光線の比が増大されることが理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0047】
【図1】図1は、本発明に従ったエンコーダ・アセンブリの一実施形態の中央断面図を示す。
【図2】図2は、円筒形光導波路の斜視図、及び光線の経路を示す。
【図3】図3は、回転型光学ディスクを示す。
【図4】図4は、パターン形成されたミラーを示す。
【図5】図5は、光ビームがエンコーダに入力し、そしてエンコーダにより戻される光ビームがビーム・スプリッタにより分離される一実施形態を示す。
【図6】図6は、回転型光学ディスクと円筒形光導波路との間に配置された静止光学ディスクが第1の実施形態のミラー上のパターンに取って代わる第2の実施形態の中央断面図を示す。
【図7】図7は、回転型光学ディスクとミラーとの間に配置された静止光学ディスクがパターンを第1の実施形態のミラー上に置く第3の実施形態の中央断面図を示す。
【図8】図8は、ミラーが回転型光学ディスクの背面に直接取り付けられている、図6のエンコーダ・アセンブリの別の実施形態を示す。
【図9】図9は、「コーナ反射器表面」がミラーに取って変わる別の実施形態の中央断面図を示す。
【図10】図10は、本発明の一実施形態に従った、光学エンコーダ・アセンブリに適用されるべき光ファイバの束を示す。
【図11】図11は、固定の光学ディスクが、特別設計の円筒形光導波路端末周辺リムにより取り替えられている、図6におけるような実施形態の中央断面図を示す。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
光学エンコーダ・アセンブリにより回転角度を測定する方法であって、前記光学エンコーダ・アセンブリが、透過セクション及び吸収セクションのパターンを備える回転型光学ディスクと、パターン形成されたミラーと、1又はそれより多い光導波手段とを備える、前記方法において、
光源から放出された光ビームが、前記光導波手段により前記回転型光学ディスクの実質的部分の上に分散され、
前記光ビームの光線が、前記光学ディスクの透過セクションを通って伝搬されて、前記ミラーに入射するようになり、
前記ミラーにより反射され、前記回転型光学ディスクを戻るよう通って前記光導波手段に伝搬された光の量が測定され、
それにより、信号が、回転角度に応じて生成され、且つ当該回転角度を示す、光学エンコーダ・アセンブリにより回転角度を測定する方法。
【請求項2】
透過セクション及び吸収セクションの前記パターンが、円形パターンであり、
前記光導波手段は、光線をそれ自体内に閉じ込めるよう光学的に設計されている透過性周辺壁を有する円筒形光導波路であり、それにより前記光ビームが、前記周辺壁を通るよう走行して、前記円筒形光導波路から前記透過性周辺壁の端部における端末周辺リムを介して放出され、且つ前記円形パターン上に重なる光の円として前記光学ディスクの周辺の上に分散される
請求項1記載の光学エンコーダ・アセンブリにより回転角度を測定する方法。
【請求項3】
第1の円筒形光導波路を備え、
前記第1の円筒形光導波路は、当該第1の円筒形光導波路及び第2の円筒形光導波路が共通の対称軸を有するように前記第2の円筒形光導波路の中空内部空間内に設置され、
前記円筒形光導波路のそれぞれが、それ自体内に光線を閉じ込めるよう光学的に設計されている周辺壁を有し、それにより、光源から放出された1対の光ビームが、前記第1及び第2の光導波路のそれぞれの周辺壁を通るよう走行して、前記円筒形光導波路からそれらの各端末周辺リムを介して放出され且つ前記回転型光学ディスクの周辺の上に分散され、
それにより、光の2つの同心円が、前記回転型光学ディスク上に設けられた吸収セクション及び透過セクションの2つの同心パターンであり、
前記光の同心円からの光線は、前記光学ディスクの前記透過セクションを通って伝搬されて、前記ミラー上に入射するようになり、
前記ミラーにより反射され、前記回転型光学ディスクを戻るよう通って前記光導波路のそれぞれの中に伝搬され、
それにより、信号が、回転角度に応じて生成され、且つ前記回転角度並びに回転の方向を示す
請求項1記載の光学エンコーダ・アセンブリにより回転角度を測定する方法。
【請求項4】
前記パターンが反射セクション及び吸収セクションから成り、
前記反射セクションに入射した光線のみが、前記光導波手段に戻され、それにより前記光導波手段により出力される光の量が、前記回転型光学ディスク及び静止光ミラーの相対位置に依存する
請求項1記載の光学エンコーダ・アセンブリにより回転角度を測定する方法。
【請求項5】
前記パターンが、前記光学ディスク上の透過セクション及び吸収セクションの円形パターンの半径方向位置と同じ半径方向位置に配設されている反射セクション及び吸収セクションの円形パターンであり、それにより、前記反射セクションに入射した光線のみが、前記光導波手段に戻され、それにより前記光導波手段により出力される光の量が、前記回転型光学ディスク及び静止型光ミラーの相対的角度位置に依存する請求項1記載の光学エンコーダ・アセンブリにより回転角度を測定する方法。
【請求項6】
前記ミラーが、反射セクション及び吸収セクションの2つの同心の円形パターンを有し、
前記同心の円形パターンが、前記ミラー上で、前記光学ディスク上の透過セクション及び吸収セクションの2つの同心の円形パターンの半径方向位置と同じ半径方向位置に配設され、
それにより、前記反射セクションに入射した光線のみが、前記第1及び第2の光導波手段に戻され、それにより前記光導波手段のそれぞれにより出力される光の量が、前記回転型光学ディスク及び静止光ミラーの相対的角度位置に依存する
請求項3記載の光学エンコーダ・アセンブリにより回転角度を測定する方法。
【請求項7】
前記円筒形光導波路から出る光ビームが、最初に、前記円筒形光導波路と前記回転型光学ディスクとの間に配設された静止光学ディスクを通り、次いで前記回転型光学ディスクを通って伝搬し、
平坦なミラーを用いて、入射光線を前記円筒形光導波路に戻るよう反射させる
請求項3記載の光学エンコーダ・アセンブリにより回転角度を測定する方法。
【請求項8】
前記円筒形光導波路から出る光ビームが、最初に、静止光学ディスクを通り、次いで前記回転型光学ディスクを通って伝搬され、
前記回転型光学ディスクが、入射光線を前記円筒形光導波路に戻るよう反射する平坦なミラーの表面に取り付けられる
請求項3記載の光学エンコーダ・アセンブリにより回転角度を測定する方法。
【請求項9】
1束の光ファイバを用い、それにより1つの光ファイバが光を前記光導波路に放出し、且つ他の光ファイバが前記光導波路から放出された光を収集する
請求項1記載の光学エンコーダ・アセンブリにより回転角度を測定する方法。
【請求項10】
a.ロータリ・シャフトと、
b.前記ロータリ・シャフトの中心に取り付けられ、且つ前記ロータリ・シャフトに対して垂直に傾けられている回転型光学ディスクであって、交互になっている光吸収性表面と光透過性表面のパターンを有する回転型光学ディスクと、
c.前記回転型光学ディスクの前面に対面している光導波路であって、光線を前記光学ディスクの方向に放出し、且つ光線を前記光学ディスクの方向から受け取る光導波路と、
d.前記光学ディスクの背後で前記光導波手段に対して離れて配設され且つ前記回転型光学ディスクに対して平行に傾けられ、それによりミラーの反射面が前記回転型光学ディスクの背面に対面している前記ミラーと
を備え、
前記ロータリ・シャフト、回転型光学ディスク、光導波路及びミラーが共通の対称軸を有する、ロータリ・シャフトの角度位置を示す光学エンコーダ・アセンブリ。
【請求項11】
前記光導波手段に光入口表面で入る光ファイバであって、光源から放出された光ビームを前記光導波路に導き、且つ前記光導波路によって出力された光ビームを前記光導波路から電子表面に導く前記光ファイバを更に備え、
前記光ファイバの中心線が、前記光入口表面において前記対称軸と整合されている
請求項10記載のロータリ・シャフトの角度位置を示す光学エンコーダ・アセンブリ。
【請求項12】
前記回転型光学ディスク上の透過セクション及び吸収セクションの前記パターンが、円形パターンであり、
前記光導波手段が、端末周辺リムを有する円筒形光導波路である
請求項10記載のロータリ・シャフトの角度位置を示す光学エンコーダ・アセンブリ。
【請求項13】
前記光学エンコーダが1束の光ファイバを備える請求項10記載のロータリ・シャフトの角度位置を示す光学エンコーダ・アセンブリ。
【請求項14】
前記回転型光学ディスク上の透過セクション及び吸収セクションの前記パターンが、交互になっている吸収セクション及び透過セクションの2つの同心円から成り、
前記光学エンコーダ・アセンブリは、第1の円筒形光導波路及び第2の円筒形光導波路が共通の対称軸を有するよう前記第2の円筒形光導波路の中空の内側空間内に設置されている前記第1の円筒形光導波路を備え、
前記円筒形光導波路のそれぞれが、前記回転型光学ディスクに対面している端末周辺リムで終わる周辺壁を有する
請求項10記載のロータリ・シャフトの角度位置を示す光学エンコーダ・アセンブリ。
【請求項15】
前記ミラーが、反射セクション及び吸収セクションのパターンを有する静止ミラーである請求項10記載のロータリ・シャフトの角度位置を示す光学エンコーダ・アセンブリ。
【請求項16】
前記ミラーが、前記光学ディスク上の透過セクション及び吸収セクションの円形パターンと同じ幾何学的位置に配設されている反射セクション及び吸収セクションの円形パターンを有する請求項10記載のロータリ・シャフトの角度位置を示す光学エンコーダ・アセンブリ。
【請求項17】
前記ミラーが、反射セクション及び吸収セクションの2つの同心の円形パターンを有し、
前記同心の円形パターンが、前記光学ディスク上の透過セクション及び吸収セクションの2つの同心の円形パターンと同じ幾何学的位置に配設されている
請求項10記載のロータリ・シャフトの角度位置を示す光学エンコーダ・アセンブリ。
【請求項18】
前記ミラーが逆の反射表面を有する請求項10記載のロータリ・シャフトの角度位置を示す光学エンコーダ・アセンブリ。
【請求項19】
前記ディスクの周辺の周りに延在する2つの環状のV字形状突起から成る逆の反射表面が、前記ディスクの背面上に設けられる請求項10記載のロータリ・シャフトの角度位置を示す光学エンコーダ・アセンブリ。
【請求項20】
静止光学ディスクが、円筒形光導波路及び前記回転型光学ディスクとの間に配設され、
平坦なミラーを用いて、入射光線を前記円筒形光導波路に戻るよう反射させる
請求項10記載のロータリ・シャフトの角度位置を示す光学エンコーダ・アセンブリ。
【請求項21】
1つ又はそれより多い光源が、前記回転型光学ディスク及び前記パターン形成された静止光学ディスクの後ろに位置され、
光が、前記回転型光学ディスク及び前記パターン形成された静止光学ディスクの方向から円筒形光導波路を通って前記円筒形光導波路の光入口表面に進む
請求項18記載のロータリ・シャフトの角度位置を示す光学エンコーダ・アセンブリ。
【請求項22】
前記回転型光学ディスクが、入射光線を前記円筒形光導波路に戻るよう反射する前記平坦なミラーの表面に取り付けられる請求項20記載のロータリ・シャフトの角度位置を示す光学エンコーダ・アセンブリ。
【請求項23】
光導波路が中空の内側空間を有するように透過性包囲壁により包囲された中空本体から成る光導波路であって、
前記透過性包囲壁が、前記光導波路の中に放出された光線を閉じ込めるよう光学的に設計され、
前記透過性包囲壁が、前記光導波路の第1の端部で光ビームを受け取り又は放出する円形の端末周辺リムと、前記光導波路の第2の端部で光ビームを受け取り又は放出する光入口表面とを有する
ことを特徴とする光導波路。
【請求項24】
前記光入口表面が、光ビームを1又はそれより多い光ファイバを介して受け取り、それにより、前記光ファイバの中心線が、前記光入口表面で円筒形光導波路の対称軸と整合されている請求項23記載の光導波路。
【請求項25】
中空のじょうご形セクションの中に延在する中空の円筒形セクションから成る円筒形光導波路であって、
前記セクションは、前記円筒形光導波路が中空の内側空間を有するように透過性包囲壁により包囲されており、
前記透過性包囲壁が、前記円筒形光導波路に放出された光線を閉じ込めるよう光学的に設計され、
前記透過性包囲壁が、端末周辺リムを前記円筒形光導波路の第1の端部に、且つ光入口表面を前記円筒形光導波路の第2の端部に有する
ことを特徴とする円筒形光導波路。
【請求項26】
前記光入口表面が、光ビームを1又はそれより多い光ファイバを介して受け取り、それにより前記光ファイバの中心線が、前記光入口表面で前記円筒形光導波路の対称軸と整合している請求項25記載の円筒形光導波路。
【請求項27】
交互になっている放出/受け取りセクション及び非放出/非受け取りセクションが、前記端末周辺リム上に設けられている請求項23記載の円筒形光導波路。
【請求項28】
前記放出/受け取りセクションが、真っ直ぐの周辺部を有するセクションであり、
前記非放出/非受け取りセクションが、光線の反射を前記周辺部を通させる適切な角度に傾けられている周辺部を有する
請求項27記載の円筒形光導波路。
【請求項1】
光学エンコーダ・アセンブリにより回転角度を測定する方法であって、前記光学エンコーダ・アセンブリが、透過セクション及び吸収セクションのパターンを備える回転型光学ディスクと、パターン形成されたミラーと、1又はそれより多い光導波手段とを備える、前記方法において、
光源から放出された光ビームが、前記光導波手段により前記回転型光学ディスクの実質的部分の上に分散され、
前記光ビームの光線が、前記光学ディスクの透過セクションを通って伝搬されて、前記ミラーに入射するようになり、
前記ミラーにより反射され、前記回転型光学ディスクを戻るよう通って前記光導波手段に伝搬された光の量が測定され、
それにより、信号が、回転角度に応じて生成され、且つ当該回転角度を示す、光学エンコーダ・アセンブリにより回転角度を測定する方法。
【請求項2】
透過セクション及び吸収セクションの前記パターンが、円形パターンであり、
前記光導波手段は、光線をそれ自体内に閉じ込めるよう光学的に設計されている透過性周辺壁を有する円筒形光導波路であり、それにより前記光ビームが、前記周辺壁を通るよう走行して、前記円筒形光導波路から前記透過性周辺壁の端部における端末周辺リムを介して放出され、且つ前記円形パターン上に重なる光の円として前記光学ディスクの周辺の上に分散される
請求項1記載の光学エンコーダ・アセンブリにより回転角度を測定する方法。
【請求項3】
第1の円筒形光導波路を備え、
前記第1の円筒形光導波路は、当該第1の円筒形光導波路及び第2の円筒形光導波路が共通の対称軸を有するように前記第2の円筒形光導波路の中空内部空間内に設置され、
前記円筒形光導波路のそれぞれが、それ自体内に光線を閉じ込めるよう光学的に設計されている周辺壁を有し、それにより、光源から放出された1対の光ビームが、前記第1及び第2の光導波路のそれぞれの周辺壁を通るよう走行して、前記円筒形光導波路からそれらの各端末周辺リムを介して放出され且つ前記回転型光学ディスクの周辺の上に分散され、
それにより、光の2つの同心円が、前記回転型光学ディスク上に設けられた吸収セクション及び透過セクションの2つの同心パターンであり、
前記光の同心円からの光線は、前記光学ディスクの前記透過セクションを通って伝搬されて、前記ミラー上に入射するようになり、
前記ミラーにより反射され、前記回転型光学ディスクを戻るよう通って前記光導波路のそれぞれの中に伝搬され、
それにより、信号が、回転角度に応じて生成され、且つ前記回転角度並びに回転の方向を示す
請求項1記載の光学エンコーダ・アセンブリにより回転角度を測定する方法。
【請求項4】
前記パターンが反射セクション及び吸収セクションから成り、
前記反射セクションに入射した光線のみが、前記光導波手段に戻され、それにより前記光導波手段により出力される光の量が、前記回転型光学ディスク及び静止光ミラーの相対位置に依存する
請求項1記載の光学エンコーダ・アセンブリにより回転角度を測定する方法。
【請求項5】
前記パターンが、前記光学ディスク上の透過セクション及び吸収セクションの円形パターンの半径方向位置と同じ半径方向位置に配設されている反射セクション及び吸収セクションの円形パターンであり、それにより、前記反射セクションに入射した光線のみが、前記光導波手段に戻され、それにより前記光導波手段により出力される光の量が、前記回転型光学ディスク及び静止型光ミラーの相対的角度位置に依存する請求項1記載の光学エンコーダ・アセンブリにより回転角度を測定する方法。
【請求項6】
前記ミラーが、反射セクション及び吸収セクションの2つの同心の円形パターンを有し、
前記同心の円形パターンが、前記ミラー上で、前記光学ディスク上の透過セクション及び吸収セクションの2つの同心の円形パターンの半径方向位置と同じ半径方向位置に配設され、
それにより、前記反射セクションに入射した光線のみが、前記第1及び第2の光導波手段に戻され、それにより前記光導波手段のそれぞれにより出力される光の量が、前記回転型光学ディスク及び静止光ミラーの相対的角度位置に依存する
請求項3記載の光学エンコーダ・アセンブリにより回転角度を測定する方法。
【請求項7】
前記円筒形光導波路から出る光ビームが、最初に、前記円筒形光導波路と前記回転型光学ディスクとの間に配設された静止光学ディスクを通り、次いで前記回転型光学ディスクを通って伝搬し、
平坦なミラーを用いて、入射光線を前記円筒形光導波路に戻るよう反射させる
請求項3記載の光学エンコーダ・アセンブリにより回転角度を測定する方法。
【請求項8】
前記円筒形光導波路から出る光ビームが、最初に、静止光学ディスクを通り、次いで前記回転型光学ディスクを通って伝搬され、
前記回転型光学ディスクが、入射光線を前記円筒形光導波路に戻るよう反射する平坦なミラーの表面に取り付けられる
請求項3記載の光学エンコーダ・アセンブリにより回転角度を測定する方法。
【請求項9】
1束の光ファイバを用い、それにより1つの光ファイバが光を前記光導波路に放出し、且つ他の光ファイバが前記光導波路から放出された光を収集する
請求項1記載の光学エンコーダ・アセンブリにより回転角度を測定する方法。
【請求項10】
a.ロータリ・シャフトと、
b.前記ロータリ・シャフトの中心に取り付けられ、且つ前記ロータリ・シャフトに対して垂直に傾けられている回転型光学ディスクであって、交互になっている光吸収性表面と光透過性表面のパターンを有する回転型光学ディスクと、
c.前記回転型光学ディスクの前面に対面している光導波路であって、光線を前記光学ディスクの方向に放出し、且つ光線を前記光学ディスクの方向から受け取る光導波路と、
d.前記光学ディスクの背後で前記光導波手段に対して離れて配設され且つ前記回転型光学ディスクに対して平行に傾けられ、それによりミラーの反射面が前記回転型光学ディスクの背面に対面している前記ミラーと
を備え、
前記ロータリ・シャフト、回転型光学ディスク、光導波路及びミラーが共通の対称軸を有する、ロータリ・シャフトの角度位置を示す光学エンコーダ・アセンブリ。
【請求項11】
前記光導波手段に光入口表面で入る光ファイバであって、光源から放出された光ビームを前記光導波路に導き、且つ前記光導波路によって出力された光ビームを前記光導波路から電子表面に導く前記光ファイバを更に備え、
前記光ファイバの中心線が、前記光入口表面において前記対称軸と整合されている
請求項10記載のロータリ・シャフトの角度位置を示す光学エンコーダ・アセンブリ。
【請求項12】
前記回転型光学ディスク上の透過セクション及び吸収セクションの前記パターンが、円形パターンであり、
前記光導波手段が、端末周辺リムを有する円筒形光導波路である
請求項10記載のロータリ・シャフトの角度位置を示す光学エンコーダ・アセンブリ。
【請求項13】
前記光学エンコーダが1束の光ファイバを備える請求項10記載のロータリ・シャフトの角度位置を示す光学エンコーダ・アセンブリ。
【請求項14】
前記回転型光学ディスク上の透過セクション及び吸収セクションの前記パターンが、交互になっている吸収セクション及び透過セクションの2つの同心円から成り、
前記光学エンコーダ・アセンブリは、第1の円筒形光導波路及び第2の円筒形光導波路が共通の対称軸を有するよう前記第2の円筒形光導波路の中空の内側空間内に設置されている前記第1の円筒形光導波路を備え、
前記円筒形光導波路のそれぞれが、前記回転型光学ディスクに対面している端末周辺リムで終わる周辺壁を有する
請求項10記載のロータリ・シャフトの角度位置を示す光学エンコーダ・アセンブリ。
【請求項15】
前記ミラーが、反射セクション及び吸収セクションのパターンを有する静止ミラーである請求項10記載のロータリ・シャフトの角度位置を示す光学エンコーダ・アセンブリ。
【請求項16】
前記ミラーが、前記光学ディスク上の透過セクション及び吸収セクションの円形パターンと同じ幾何学的位置に配設されている反射セクション及び吸収セクションの円形パターンを有する請求項10記載のロータリ・シャフトの角度位置を示す光学エンコーダ・アセンブリ。
【請求項17】
前記ミラーが、反射セクション及び吸収セクションの2つの同心の円形パターンを有し、
前記同心の円形パターンが、前記光学ディスク上の透過セクション及び吸収セクションの2つの同心の円形パターンと同じ幾何学的位置に配設されている
請求項10記載のロータリ・シャフトの角度位置を示す光学エンコーダ・アセンブリ。
【請求項18】
前記ミラーが逆の反射表面を有する請求項10記載のロータリ・シャフトの角度位置を示す光学エンコーダ・アセンブリ。
【請求項19】
前記ディスクの周辺の周りに延在する2つの環状のV字形状突起から成る逆の反射表面が、前記ディスクの背面上に設けられる請求項10記載のロータリ・シャフトの角度位置を示す光学エンコーダ・アセンブリ。
【請求項20】
静止光学ディスクが、円筒形光導波路及び前記回転型光学ディスクとの間に配設され、
平坦なミラーを用いて、入射光線を前記円筒形光導波路に戻るよう反射させる
請求項10記載のロータリ・シャフトの角度位置を示す光学エンコーダ・アセンブリ。
【請求項21】
1つ又はそれより多い光源が、前記回転型光学ディスク及び前記パターン形成された静止光学ディスクの後ろに位置され、
光が、前記回転型光学ディスク及び前記パターン形成された静止光学ディスクの方向から円筒形光導波路を通って前記円筒形光導波路の光入口表面に進む
請求項18記載のロータリ・シャフトの角度位置を示す光学エンコーダ・アセンブリ。
【請求項22】
前記回転型光学ディスクが、入射光線を前記円筒形光導波路に戻るよう反射する前記平坦なミラーの表面に取り付けられる請求項20記載のロータリ・シャフトの角度位置を示す光学エンコーダ・アセンブリ。
【請求項23】
光導波路が中空の内側空間を有するように透過性包囲壁により包囲された中空本体から成る光導波路であって、
前記透過性包囲壁が、前記光導波路の中に放出された光線を閉じ込めるよう光学的に設計され、
前記透過性包囲壁が、前記光導波路の第1の端部で光ビームを受け取り又は放出する円形の端末周辺リムと、前記光導波路の第2の端部で光ビームを受け取り又は放出する光入口表面とを有する
ことを特徴とする光導波路。
【請求項24】
前記光入口表面が、光ビームを1又はそれより多い光ファイバを介して受け取り、それにより、前記光ファイバの中心線が、前記光入口表面で円筒形光導波路の対称軸と整合されている請求項23記載の光導波路。
【請求項25】
中空のじょうご形セクションの中に延在する中空の円筒形セクションから成る円筒形光導波路であって、
前記セクションは、前記円筒形光導波路が中空の内側空間を有するように透過性包囲壁により包囲されており、
前記透過性包囲壁が、前記円筒形光導波路に放出された光線を閉じ込めるよう光学的に設計され、
前記透過性包囲壁が、端末周辺リムを前記円筒形光導波路の第1の端部に、且つ光入口表面を前記円筒形光導波路の第2の端部に有する
ことを特徴とする円筒形光導波路。
【請求項26】
前記光入口表面が、光ビームを1又はそれより多い光ファイバを介して受け取り、それにより前記光ファイバの中心線が、前記光入口表面で前記円筒形光導波路の対称軸と整合している請求項25記載の円筒形光導波路。
【請求項27】
交互になっている放出/受け取りセクション及び非放出/非受け取りセクションが、前記端末周辺リム上に設けられている請求項23記載の円筒形光導波路。
【請求項28】
前記放出/受け取りセクションが、真っ直ぐの周辺部を有するセクションであり、
前記非放出/非受け取りセクションが、光線の反射を前記周辺部を通させる適切な角度に傾けられている周辺部を有する
請求項27記載の円筒形光導波路。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【公表番号】特表2006−515426(P2006−515426A)
【公表日】平成18年5月25日(2006.5.25)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−500375(P2006−500375)
【出願日】平成16年1月15日(2004.1.15)
【国際出願番号】PCT/IL2004/000042
【国際公開番号】WO2004/063671
【国際公開日】平成16年7月29日(2004.7.29)
【出願人】(505269490)ヤスカワ・エシェド・テクノロジーズ・リミテッド (1)
【Fターム(参考)】
【公表日】平成18年5月25日(2006.5.25)
【国際特許分類】
【出願日】平成16年1月15日(2004.1.15)
【国際出願番号】PCT/IL2004/000042
【国際公開番号】WO2004/063671
【国際公開日】平成16年7月29日(2004.7.29)
【出願人】(505269490)ヤスカワ・エシェド・テクノロジーズ・リミテッド (1)
【Fターム(参考)】
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