透過型と反射型のコード板：光はどこを通るのか

透過型コード板は光を通過させるため、光源と受光素子はコード板の両側に分かれて配置されます。反射型コード板は光を反射して戻すため、光源と受光素子は同じ側にあります。光路が異なれば、基材、読取りヘッド、取付けスペース、表面品質に対する要求も異なります。本稿では両者を一つの比較表にまとめて解説します。

同じ光学式エンコーダでも、読取りヘッドがフォークのようにコード板を挟み込むものもあれば、コード板の片側に小さな基板が一枚あるだけのものもあります。違いは光の通り道にあります。一方は光にコード板を通過させ、もう一方はコード板で光を反射させて戻します。

透過型：光がコード板を通り抜ける

透過型では、光源と受光素子がコード板の両側に分かれています。LEDから出た光はコリメートレンズでほぼ平行光となってコード板に当たります。目盛線は光を遮り、線と線の間のスリットは光を通します。コード板を通過した光はさらにインデックススケールを経て受光素子に届きます（図1左）。

この構造で基材に求められる第一の条件は、光を通すことです。最も一般的なのはガラスコード板で、目盛線はガラス上に成膜したクロムです。PCコード板もこの種類に属します。目盛線が「十分に黒いか」は光学濃度で評価し、たとえばOD 3は光を0.1%しか透過しないことを意味します。

光はコード板全体を通過するため、基材の両面の傷、汚れ、気泡はいずれも信号に影響し得ます。したがって両面とも清浄でなければなりません。読取りヘッドはコード板の両側にスペースを必要とし、通常はフォーク形とするか、光源と受光素子をコード板の上下に別々に取り付けます。

反射型：光が戻ってくる

反射型では、光源と受光素子がコード板の同じ側にあり、多くの場合同じ回路基板上に実装されます。光はコード板に斜めに当たり、反射部に当たると正反射して受光素子に戻り、非反射部に当たると吸収または散乱されます（図1右）。

コード板の基材は光を通す必要がありません。ステンレス鋼などの金属が一般的ですが、ガラス上に反射パターンを形成したものもあります。信号の良否を決めるのは、反射部と非反射部の反射率の差です。

興味深い幾何学的関係があります。幾何光学の近似では、点光源と受光素子が同一平面上にある場合、コード板のパターンは受光面上に約2倍に拡大されて反射されます。そのため反射型読取りヘッドでは、受光面上のインデックススケールのピッチはコード板ピッチの約2倍になります。図1右もこの関係に基づいて描いています。

反射型はコード板の表面に対してより厳しくなります。反射面が傾くと、反射光はその2倍の角度だけ偏向します。たとえば0.1°傾けば反射光は0.2°ずれます。表面の指紋や油膜は反射率を直接変化させます。そのため平面度、清浄度、読取りギャップをしっかり管理する必要があります。

二つの構造の比較

それぞれの用途

透過型ガラスコード板は精度が高く、スリット数も多くできるため、高分解能のサーボモータ用エンコーダや角度測定によく使われます。

反射型金属コード板は衝撃・振動に強く、薄型化も可能です。軸方向スペースが限られる装置や振動の大きい装置、またコード板と読取りヘッドを別々に供給しユーザーが組み付けるモジュール型エンコーダに適しています。

これは一般的な組み合わせであり、絶対的な境界ではありません。どちらを選ぶかは分解能、取付けスペース、環境、コストによっても変わるため、設計の初期段階でコード板メーカーおよび読取りヘッドの方式と合わせて決めることをお勧めします。

まとめ

透過型は光にコード板を通過させ、光源と受光素子は両側に分かれ、基材は透光性が必要です。反射型は光を反射して戻し、光源と受光素子は同じ側にあり、構造は薄くなりますが、コード板の表面状態にはより敏感です。光がどこを通るかが分かれば、コード板のどのパラメータを重点的に管理すべきかも分かります。

中国語原文記事の翻訳 (0013). ENC7 コード板メーカー（お問い合わせ） · 技術記事 · https://enc7.com

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