(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物に対して一体的に移動可能であるとともに、複数のスリット列がそれぞれ間隔を空けて形成された可動スリット部品と、
前記複数のスリット列に向かって光を発生する発光部と、
前記複数のスリット列を通過する前記発光部からの光を検出するように、前記複数のスリット列に対応して設けられる複数の受光部と、
を備える光学式エンコーダであって、
前記複数の受光部のうちの少なくとも１つの受光部の、前記発光部からの光の光軸に対して内側に位置する内方縁及び前記光軸に対して外側に位置する外方縁の少なくとも一方が、該少なくとも１つの受光部に対応するスリット列の縁部に比べて、前記光軸に対して遠位に位置し、
前記少なくとも１つの受光部が、該少なくとも１つの受光部に対応するスリット列の両側に隣接して延在していて光を通過させない１対の遮光部のうちの、前記スリット列の内側に位置する遮光部の内方縁、及び前記スリット列の外側に位置する遮光部の外方縁からそれぞれ前記光軸に対して平行な線を伸ばして画定される範囲の内側に設けられる、光学式エンコーダ。
【請求項２】
前記光軸に対して直交する方向における前記少なくとも１つの受光部の幅及び該少なくとも１つの受光部に対応するスリット列の幅が等しくなるようにした、請求項１に記載の光学式エンコーダ。
【請求項３】
測定対象物に対して一体的に移動可能であるとともに、複数のスリット列がそれぞれ間隔を空けて形成された可動スリット部品と、
前記複数のスリット列に向かって光を発生する発光部と、
前記複数のスリット列を通過する前記発光部からの光を検出するように、前記複数のスリット列に対応して設けられる複数の受光部と、
を備える光学式エンコーダであって、
前記複数の受光部のうちの少なくとも１つの受光部の、前記発光部からの光の光軸に対して内側に位置する内方縁及び前記光軸に対して外側に位置する外方縁の少なくとも一方が、該少なくとも１つの受光部に対応するスリット列の縁部に比べて、前記光軸に対して遠位に位置し、
前記光軸に対して直交する方向における前記少なくとも１つの受光部の幅が、該少なくとも１つの受光部に対応するスリット列の幅よりも大きいようにするとともに、
前記少なくとも１つの受光部の前記内方縁と、前記少なくとも１つの受光部に対応するスリット列の縁部とが、前記光軸から等しい距離に在る、光学式エンコーダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学式エンコーダに関する。
【背景技術】
【０００２】
光学式エンコーダは、可動体の動作に関する情報、例えば移動方向、位置、速度などを取得するのに使用される。例えば、回転体とともに使用される公知の光学式エンコーダは、回転体とともに回転する回転スリットを通過した光を受光部において検出することによって、回転体の回転動作に関する情報を取得する。
【０００３】
従来の光学式エンコーダにおいて、受光部は、回転スリットに対して整列するように設けられる。すなわち、検出信号の出力レベルを増大させるために、回転スリットを通過して直進する光が受光部に到達するように、受光部及び回転スリットは、縁部が互いに一直線上に並ぶように整列されている。
【０００４】
特許文献１には、点光源から発せられる光が広がりながら受光素子列まで達することを考慮して、受光素子列の配列長を、回転スリット板に形成されたスリット列のピッチの長さよりも長くした回転角度検出装置が開示されている。この関連技術は、不感帯領域が発生するのを防止して、回転角度の検出精度を向上させることを意図している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６２−００７１７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、複数のスリット列をそれぞれ通過した光を互いに独立して検出するように構成された光学式エンコーダにおいて、隣接する別のスリット列を通過した光によってクロストークが生じる場合がある。図５は、関連技術に係るエンコーダにおけるスリット列及び受光部の位置関係を表している。回転板１００には、５つのスリット列１０１〜１０５が互いに間隔を空けて形成されている。回転板１００に対向するように設けられた光検出器２００は、スリット列１０１〜１０５にそれぞれ対応するように受光部２０１〜２０５を備えている。
【０００７】
スリット列１０１〜１０５及び受光部２０１〜２０５は、共通の中心軸線Ａ１〜Ａ５を有しており、同一の範囲にわたって延在している。したがって、図５において点線で示されるように、スリット列１００〜１０５の縁部は、対応する受光部２００〜２０５の縁部に対して整列されている。
【０００８】
図６は、関連技術に係るエンコーダにおいて発光部から発生される光の例を表している。図示されるように、発光部３００から発せられる光は完全な平行光（光軸３１０に対して平行に向けられた光）ではない。光軸３１０に対して傾斜する方向に向けられた光Ｌ１は、回転スリット１０２を通過した後に、該回転スリット１０２に対応する受光部２０２に隣接する別の受光部２０１に到達する。同様に、光軸３１０に対して傾斜する方向に向けられた光Ｌ２は、回転スリット１０４を通過した後に、対応する受光部２０４ではなく、隣接する別の受光部２０５に到達する。
【０００９】
このように、対応する回転スリットとは別の回転スリットを通過した光が受光部に到達した場合、受光部からの出力信号が変化する（以下、単に「光クロストークと称する。）。その結果としてエンコーダの検出精度が低下する。
【００１０】
したがって、光クロストークが発生するのを防止できる光学式エンコーダが求められている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本願の１番目の発明によれば、測定対象物に対して一体的に移動可能であるとともに、複数のスリット列がそれぞれ間隔を空けて形成された可動スリット部品と、前記複数のスリット列に向かって光を発生する発光部と、前記複数のスリット列を通過する前記発光部からの光を検出するように、前記複数のスリット列に対応して設けられる複数の受光部と、を備える光学式エンコーダであって、前記複数の受光部のうちの少なくとも１つの受光部の、前記発光部からの光の光軸に対して内側に位置する内方縁及び前記光軸に対して外側に位置する外方縁の少なくとも一方が、該少なくとも１つの受光部に対応するスリット列の縁部に比べて、前記光軸に対して遠位に位置し、前記少なくとも１つの受光部が、該少なくとも１つの受光部に対応するスリット列の両側に隣接して延在していて光を通過させない１対の遮光部のうちの、前記スリット列の内側に位置する遮光部の内方縁、及び前記スリット列の外側に位置する遮光部の外方縁からそれぞれ前記光軸に対して平行な線を伸ばして画定される範囲の内側に設けられる、光学式エンコーダが提供される。
本願の２番目の発明によれば、１番目の発明において、前記光軸に対して直交する方向における前記少なくとも１つの受光部の幅及び該少なくとも１つの受光部に対応するスリット列の幅が等しい。
本願の３番目の発明によれば、測定対象物に対して一体的に移動可能であるとともに、複数のスリット列がそれぞれ間隔を空けて形成された可動スリット部品と、前記複数のスリット列に向かって光を発生する発光部と、前記複数のスリット列を通過する前記発光部からの光を検出するように、前記複数のスリット列に対応して設けられる複数の受光部と、を備える光学式エンコーダであって、前記複数の受光部のうちの少なくとも１つの受光部の、前記発光部からの光の光軸に対して内側に位置する内方縁及び前記光軸に対して外側に位置する外方縁の少なくとも一方が、該少なくとも１つの受光部に対応するスリット列の縁部に比べて、前記光軸に対して遠位に位置し、前記光軸に対して直交する方向における前記少なくとも１つの受光部の幅が、該少なくとも１つの受光部に対応するスリット列の幅よりも大きいようにするとともに、前記少なくとも１つの受光部の前記内方縁と、前記少なくとも１つの受光部に対応するスリット列の縁部とが、前記光軸から等しい距離に在る。
【００１２】
これら及び他の本発明の目的、特徴及び利点は、添付図面に示される本発明の例示的な実施形態に係る詳細な説明を参照することによって、より明らかになるであろう。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る光学式エンコーダによれば、発光部から発生される光の広がりに対応するように、受光部の内方縁及び外方縁のいずれか一方が、対応するスリット列の縁部に比べて、光軸に対して遠方の位置に設けられる。それにより、別のスリット列を通過した光によって光クロストークが発生するのを防止できるようになる。したがって、エンコーダの検出精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】一実施形態に係る光学式エンコーダを示す概略図である。
【図２Ａ】回転板の一部を示す上面図である。
【図２Ｂ】図２Ａの線２Ｂに沿って見た部分断面図である。
【図３Ａ】スリット列及び受光部の位置関係を表す図である。
【図３Ｂ】スリット列及び受光部の位置関係を表す図である。
【図３Ｃ】スリット列及び受光部の位置関係を表す図である。
【図４】一実施形態に係るエンコーダにおいて発光部から発生される光の例を表す図である。
【図５】関連技術に係るエンコーダにおける回転板及び受光部の位置関係を表す図である。
【図６】関連技術に係るエンコーダにおいて発光部から発生される光の例を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図示される実施形態の構成要素は、本発明の理解を助けるために寸法が適宜変更されている。また、同一又は対応する構成要素には、同一の参照符号が使用される。
【００１６】
図１は、一実施形態に係る光学式エンコーダを示す概略図である。光学式エンコーダ１０は、回転軸３０の回転動作に関する情報、例えば回転方向、回転角度位置及び回転速度などを取得するのに使用されるロータリエンコーダである。光学式エンコーダ１０は、回転板２０と、ハウジング部品４０と、発光部５０と、光検出器６０と、を備えている。
【００１７】
回転軸３０は、回転軸線Ｏの回りに回転可能な概ね円柱状の部材であり、本実施形態における光学式エンコーダ１０の測定対象物である。回転軸３０は、例えば電動機（図示せず）の出力軸であってもよいし、又は出力軸に直接的若しくは間接的に連結された他の軸であってもよい。回転軸３０の外周には、回転板２０が取付けられており、回転板２０は、回転軸３０とともに回転できるようになっている。回転板２０は、後述するように、発光部５０から発生される光を通過する透光部と、光を遮断する遮光部と、を備えている。
【００１８】
ハウジング部品４０は、回転軸３０及び回転板２０の回転動作から独立して固定された部品である。ハウジング部品４０の内周には軸受４４が設けられており、軸受４４は回転軸３０を回転可能に支持している。ハウジング部品４０には、回転板２０とは反対側に窪んだ凹部４２が形成されており、発光部５０が収容されるようになっている。
【００１９】
発光部５０は、予め定められた方向（光軸Ｘの方向）に光を発生するように構成されている。発光部５０は、光検出器６０に向かって光を発生するように、ハウジング部品４０の凹部４２に設けられている。発光部５０は、例えば発光ダイオードである。発光部５０は、発生される光を平行光に変換するレンズを備えていてもよい。
【００２０】
光検出器６０は、発光部５０に対向するように、回転板２０の、発光部５０とは反対側に設けられている。光検出器６０は、回転板２０の透光部を通過する発光部５０からの光を検出して、電気信号として出力するように構成される。例えば、光検出器６０は、互いに独立して光を検出可能な複数のフォトダイオードを備えている。
【００２１】
光学式エンコーダ１０は、発光部５０から発生されるとともに、回転板２０の透光部を通過して光検出器６０に到達した光を検出し、それにより回転軸３０の回転動作に関する情報を取得する。光学式エンコーダ１０が動作する原理は周知であるので、本明細書においては詳細な説明を省略する。
【００２２】
図２Ａ及び図２Ｂを参照して、回転板２０の構成例を詳述する。図２Ａは、回転板２０の一部を示す上面図である。図２Ｂは、図２Ａの線２Ｂに沿って見た部分断面図である。回転板２０には、回転板２０を回転軸線Ｏに対して平行な方向に貫通する複数のスリット列２４ａ〜２４ｅから構成されている。スリット列２４ａ〜２４ｅは、回転軸線Ｏから互いに等しい距離にある複数のスリットからそれぞれ構成されている。すなわち、各々のスリット列２４ａ〜２４ｅを構成するスリットは、回転軸線Ｏを中心とする円周上に整列するように形成されている。或いは、スリット列２４ａ〜２４ｅのうちの少なくとも１つが単数のスリットから形成されていてもよい。各スリット列２４ａ〜２４ｅは、発光部５０から光検出器６０に向かう光を通過させる透光部として作用する。
【００２３】
スリット列２４ａ〜２４ｅは、回転軸３０の回転動作に関する情報を取得するためにそれぞれ設けられている。スリット列２４ａ〜２４ｅは、それぞれ異なる内容の情報を取得できるように、ピッチ及び寸法の少なくとも一方が互いに相違している。便宜上、以下の実施形態の説明において、回転軸線Ｏの近傍に位置するスリット列から外側に向かって設けられるスリット列２４ａ〜２４ｅを、「第１のスリット列」、「第２のスリット列」、「第３のスリット列」、「第４のスリット列」、「第５のスリット列」、とそれぞれ称することとする。
【００２４】
図２Ｂを参照すれば、スリット列２４ａ〜２４ｅのうちの隣接する任意の２つのスリット列の間には、光を遮断する作用を有する遮光部２２ａｂ、２２ｂｃ、２２ｃｄ、２２ｄｅが形成される。また、第１のスリット列２４ａの内側には、遮光部２２ａが形成されるとともに、第５のスリット列２４ｅの外側には、遮光部２２ｅが形成されている。
【００２５】
ところで、図６を参照して前述したように、複数のスリット列を通過する光をそれぞれ独立して検出するように構成されたエンコーダにおいて、隣接するスリット列を通過した光を誤検出する光クロストークが発生することがある。そこで、本実施形態においては、発光部から発生される光の広がりを考慮して、光検出器の受光部（光を検出可能な有効領域）が、対応するスリット列よりも光軸から離れた位置に設けられている。すなわち、光軸に対して平行な方向に延在する受光部の中心軸線が、対応するスリット列の中心軸線よりも光軸から離れた位置に在るように、光検出器が構成される。
【００２６】
図３Ａは、一実施形態に係るエンコーダにおける回転板及び受光部の位置関係を表している。図３Ａに示されるように、本実施形態に係るエンコーダは、受光部６０ａ、６０ｂ、６０ｄ、６０ｅの中心軸線Ａ１’、Ａ２’、Ａ４’、Ａ５’が、対応するスリット列２４ａ、２４ｂ、２４ｄ、２４ｅの中心軸線Ａ１、Ａ２、Ａ４、Ａ５よりも光軸Ｘから離れた位置に在るように、光検出器６０が構成される。なお、第３のスリット列２４ｃの中心軸線Ａ３は、光軸Ｘと概ね一致している。このように、光軸Ｘにまたがって延在する第３のスリット列２４ｃに対応する受光部６０ｃにおいては、光クロストークが発生しにくい。したがって、第３のスリット列２４ｃ及び対応する受光部６０ｃは、互いに整列していてもよい。このように、本発明に係るエンコーダは、一部の受光部、特に光軸Ｘの近傍に設けられる受光部は、対応するスリット列に対して整列されていてもよい。図示された実施形態では、第３のスリット列２４ｃ及び対応する受光部６０ｃは、同一の幅を有しているものの、受光部６０ｃの幅が第３のスリット列２４ｃの幅よりも大きくなるように寸法決めされてもよい。この場合、受光部６０ｃは、光軸Ｘに対して広がる光をより多く検出できるようになるので、検出信号の出力レベルが増大する。
【００２７】
図３Ａにおいて、スリット列２４ａ〜２４ｅと受光部６０ａ〜６０ｅとの位置関係を強調するため、回転板２０の各スリット列２４ａ〜２４ｅの内方縁（光軸Ｘに対して近位の縁部）及び外方縁（光軸Ｘに対して遠位の縁部）と、各スリット列２４ａ〜２４ｅに対応する受光部６０の内方縁及び外方縁との間が点線でそれぞれ接続されている。例えば、第１のスリット列２４ａに対応する受光部６０ａの外方縁６０ａ１は、第１のスリット列２４ａの外方縁２４ａ１よりも、光軸Ｘの外側に位置している。また、受光部６０ａの内方縁６０ａ２は、第１のスリット列２４ａの内方縁２４ａ２よりも、光軸Ｘの外側に位置している。また、光軸Ｘに対して直交する方向における受光部６０ａの幅は、第１のスリット列２４ａの幅よりも大きくなるように寸法決めされている。
【００２８】
本実施形態によれば、スリット列及び受光部の位置関係及び幅比は、光クロストークが発生しないように適宜変更される。例えば、一実施形態によれば、受光部の内方縁及び外方縁の一方のみが、対応するスリット列よりも光軸Ｘから離間した位置に配置されるように受光部が構成されてもよい。また、一実施形態によれば、受光部が、対応するスリット列の両側に隣接する遮光部によって画定される範囲内に設けられるように受光部が構成されてもよい。この場合、スリット列の内側に位置する遮光部の内方縁及び外側に位置する遮光部の外方縁からそれぞれ光軸に対して平行な線を伸ばして画定される範囲内に受光部が配置されるようになる。
【００２９】
また、一実施形態によれば、少なくとも１つのスリット列の幅と対応する受光部の幅を等しくするとともに、受光部がスリット列よりも光軸Ｘから離れた位置に配置されるように受光部が構成されてもよい（図３Ａの第２のスリット列２４ｂ及び対応する受光部６０ｂ参照）。また、別の実施形態によれば、受光部の幅が対応するスリット列の幅よりも大きくなるように寸法決めされるとともに、受光部の内方縁とスリット列の内方縁が互いに整列されるように構成されてもよい（図３Ａの第４のスリット列２４ｄ及び対応する受光部６０ｄ参照）。
【００３０】
図３Ｂ及び図３Ｃは、別の実施形態におけるスリット列及び受光部の位置関係を表している。図３Ｂ及び図３Ｃに示される実施形態においては、スリット列２４の中心軸線Ａ６と、対応する受光部６０ｆの中心軸線Ａ６’とが同一直線上に整列するように配列される。図３Ｂに示されるように、受光部６０ｆの外方縁６０ｆ１は、スリット列２４ｆの外方縁２４ｆ１よりも、光軸Ｘから離れた位置に配置される。他方、受光部６０ｆの内方縁６０ｆ２は、スリット列２４ｆの内方縁２４ｆ２よりも、光軸Ｘに近い位置に配置されている。スリット列２４ｆ及び受光部６０ｆがこのような位置関係を有する場合、スリット列２４ｆの両側に位置する遮光部の範囲を大きくすることによって、光クロストークの発生を防止できる。他方、受光部６０ｆがスリット列２４ｆよりも大きい幅にわたって設けられるので、受光部６０ｆの検出信号の出力レベルを増大できる。
【００３１】
図３Ｃを参照すれば、受光部６０ｆの外方縁６０ｆ１は、スリット列２４ｆの外方縁２４ｆ１よりも、光軸Ｘに近い位置に配置される。他方、受光部６０ｆの内方縁６０ｆ２は、スリット列２４ｆの内方縁２４ｆ２よりも、光軸Ｘから離れた位置に配置されている。スリット列２４ｆ及び受光部６０ｆがこのような位置関係を有する場合、図３Ｂの場合とは異なり、遮光部の範囲を変更しなくても、光クロストークの発生を防止できる。
【００３２】
図４は、図３Ａに示される実施形態において、スリット列を通過して受光部に到達する光を表している。破線Ｌ１は、第２のスリット列２４ｂを通過する光を示している。破線Ｌ２は、第４のスリット列２４ｄを通過する光を表している。本実施形態によれば、受光部６０ｂ及び受光部６０ｄが、光軸Ｘに対して、それぞれ対応する第２のスリット列２４ｂ、第４のスリット列２４ｄよりも離れた位置に設けられている。したがって、図４に示されるように、光軸Ｘに対して傾斜する光Ｌ１、Ｌ２は、隣接する受光部の間に形成される不感帯領域７０ａｂ、７０ｄｅに到達するようになる。すなわち、受光部６０ａ、６０ｅに到達するのを防止できる。結果的に、光クロストークが発生するのを防止できる。
【００３３】
本実施形態に係る光学式エンコーダによれば、光クロストークを防止できるので、動作に関する情報の検出精度を向上できる。また、対応するスリット列よりも大きい幅を有する受光部を設ければ、光検出器の有効領域が増大するので、検出信号の出力レベルを増大できる。さらに、本実施形態によれば、非平行光による影響を低減できるので、より理想的な平行光に近づけるためにコリメータレンズ又は光ファイバなどの高価な追加の光学要素を設ける必要がなくなり、安価な光学式エンコーダを提供できる。さらにまた、受光部によって検出される情報の信頼性が向上するので、エンコーダの組立て後の調整工程が簡素化され、生産性が向上する。このような調整工程は、受光部の出力信号が最大化又は適正化されるように、受光部及びスリットの位置を調整する目的で行われる。光クロストークに起因してエンコーダの検出精度が低下した場合、調整工程に要する時間が長期化したり、或いは出力信号が規定値を満足せずにエンコーダが不良品であると誤判定されることがある。換言すれば、本実施形態に係るエンコーダによれば、検出情報の信頼性が高くなるので、調整工程を短時間で完了できるようになるとともに、品質検査を適切に行えるようになる。
【００３４】
なお、回転体の回転動作に関する情報を検出するロータリエンコーダを例として本発明の実施形態を説明したものの、本発明は、直線的動作に関する情報を検出するリニアスケールにも同様に適用できる。
【００３５】
以上、本発明の種々の実施形態について説明したが、当業者であれば、他の実施形態によっても本発明の意図する作用効果を実現できることを認識するであろう。特に、本発明の範囲を逸脱することなく、前述した実施形態の構成要素を削除又は置換することができるし、或いは公知の手段をさらに付加することができる。また、本明細書において明示的又は暗示的に開示される複数の実施形態の特徴を任意に組合せることによっても本発明を実施できることは当業者に自明である。
【符号の説明】
【００３６】
１０    光学式エンコーダ
２０    回転板（可動スリット部品）
２２ａ、２２ａｂ、２２ｂｃ、２２ｃｄ、２２ｄｅ、２２ｅ    遮光部
２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ、２４ｅ、２４ｆ    スリット列
３０    回転軸（測定対象物）
４０    ハウジング部品
５０    発光部
６０    光検出器
６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、６０ｄ、６０ｅ、６０ｆ    受光部
７０ａ、７０ａｂ、７０ｂｃ、７０ｃｄ、７０ｄｅ、７０ｅ    不感帯領域
Ｏ    回転軸線
Ｘ    光軸
Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５、Ａ６    （スリット列の）中心軸線
Ａ１’、Ａ２’、Ａ３’、Ａ４’、Ａ５’、Ａ６’    （受光部の）中心軸線
【図１】
0006054995.tif 000002
【図２Ａ】
0006054995.tif 000003
【図２Ｂ】
0006054995.tif 000004
【図３Ａ】
0006054995.tif 000005
【図３Ｂ】
0006054995.tif 000006
【図３Ｃ】
0006054995.tif 000007
【図４】
0006054995.tif 000008
【図５】
0006054995.tif 000009
【図６】
0006054995.tif 000010