(57)【要約】【課題】信頼性を向上させることができる位置検出装置およびエンコーダーを提供すること、また、かかるエンコーダーを備えるロボットを提供する。【解決手段】光学スケールと、前記光学スケールに向けて光を射出する光射出部と、前記光学スケールからの前記光の強度に応じた信号を出力する光検出部と、前記光射出部に対して前記光学スケール側に配置された樹脂部と、を備え、前記樹脂部は、光に対して透明であり、且つ、吸水による重量の変化が０．００１％かつ以上０．１％以下である位置検出装置。【選択図】図１
2018072008.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学スケールと、
前記光学スケールに向けて光を射出する光射出部と、
前記光学スケールからの前記光の強度に応じた信号を出力する光検出部と、
前記光射出部に対して前記光学スケール側に配置された樹脂部と、を備え、
前記樹脂部は、光に対して透明であり、且つ吸水による重量の変化が、０．００１％以上、且つ０．１％以下である
ことを特徴とする位置検出装置。
【請求項２】
前記樹脂部は、シリコーン樹脂、ポリエチレン樹脂、アクリル樹脂、またはフェノール樹脂で構成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
【請求項３】
前記光射出部および前記光検出部は、前記光学スケールに対して同じ側に配置される
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の位置検出装置。
【請求項４】
前記光学スケールは、前記光射出部および前記光検出部の載置面と交差する方向に延びる中心軸周りに回転移動可能に配置されている
ことを特徴とする請求項１ないし請求項３に記載の位置検出装置。
【請求項５】
前記光射出部は、面発光レーザーを備えている
ことを特徴とする請求項１ないし請求項４に記載の位置検出装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかの一項に記載の位置検出装置と、
前記光検出部の検出した光の強度に応じた信号から、前記光学スケールの移動状態を判断する演算部と、を備え、
前記光学スケールは、偏光特性を有する偏光部を含んでいる
ことを特徴とするエンコーダー。
【請求項７】
前記偏光部は、複数の金属線を有する
ことを特徴とする請求項６に記載のエンコーダー。
【請求項８】
請求項６または請求項７に記載のエンコーダーを備えることを特徴とするロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置検出装置、エンコーダー、およびロボットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
位置検出装置の一例としての光学式エンコーダーにおいて、光源を覆うように樹脂材料を用いることは一般的に知られている。このような樹脂材料は、例えば、光源に対する静電気からの保護や、応力緩和による長期信頼性の向上を目的としている。
【０００３】
例えば、特許文献１に係るエンコーダーユニットは、光源と、光源から射出された光の所定部分を透過する光源スリットと、光源スリットを透過した光を反射または透過する周期パターンが形成されたスケールと、スケールを経由した光を受光する光検出器と、を有する光学式エンコーダーである。そして、光源と光検出器と光源スリットとは、封止樹脂に封入されており、光源スリットの基材である透明樹脂部材は、弾性部材により構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−３３３６６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に係るエンコーダーユニットにおいて、光源スリットの基材の弾性率は、封止樹脂の弾性率と略等しいか、小さいことを特徴としており、また、光源と光検出器と光源スリットとは封止樹脂に封入されているので、封止樹脂の機械的変化、例えばクラックや破損を低減し、高い信頼性を提供することができる。
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載のエンコーダーユニットでは、封止樹脂に対して耐水性を考慮していないために、大気中の水分もしくは被水による水分が樹脂を透過した場合、透過した水分によって光源の射出口や活性層が酸化され、光源からの射出光量が減少することなどによって検出精度の低下、またはバラツキを生じ、長期信頼性が低下してしまうなどの虞があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
本発明の目的は、光源の射出口や活性層の酸化という課題を解決することを目的としたものであり、耐環境性および長期信頼性を向上させることができる位置検出装置で構成されたエンコーダーを提供すること、また、かかるエンコーダーを備えるロボットを提供することにある。
【０００８】
［適用例１］本適用例に係る位置検出装置は、光学スケールと、前記光学スケールに向けて光を射出する光射出部と、前記光学スケールからの前記光の強度に応じた信号を出力する光検出部と、前記光射出部に対して前記光学スケール側に配置された樹脂部と、を備え、前記樹脂部は、光に対して透明であり、且つ吸水による重量の変化が、０．００１％以上、且つ０．１％以下であることを特徴とする。
【０００９】
本適用例によれば、光射出部を、吸水による重量の変化が、０．００１％以上、且つ０．１％以下である樹脂部で覆っているために、大気中の水分もしくは被水による水分が樹脂を透過することがなく、水分によって生じる光射出部の射出口や活性層が酸化されることを防ぐことができる。従って、光射出部からの射出光量の減少を防ぐことができ、これによって光検出部による検出強度を安定させることが可能となり、信頼性の高い位置検出装置を提供することができる。
【００１０】
［適用例２］上記適用例に記載の前記樹脂部は、シリコーン樹脂、ポリエチレン樹脂、アクリル樹脂、またはフェノール樹脂で構成されていることが好ましい。
【００１１】
本適用例によれば、このような樹脂を用いることで、発光素子への水の浸透を十分に抑制することができる。
【００１２】
［適用例３］上記適用例に記載の前記光射出部および前記光検出部は、前記光学スケールに対して同じ側に配置されることが好ましい。
【００１３】
本適用例によれば、光反射型の位置検出装置を実現することができる。
【００１４】
［適用例４］上記適用例に記載の前記光学スケールは、前記光射出部および前記光検出部の載置面と交差する方向に延びる中心軸周りに回転移動可能に配置されていることが好ましい。
【００１５】
本適用例によれば、光学スケールの回転により、反射光の強度変化を実現することができ、回転位置の検出が可能な位置検出装置を実現することができる。
【００１６】
［適用例５］上記適用例に記載の前記光射出部は、面発光レーザーを備えていることが好ましい。
【００１７】
本適用例によれば、光射出部の小型化を図りつつ、直線偏光した光を射出する光射出部を実現することができる。
【００１８】
［適用例６］本適用例に係るエンコーダーは、上記適用例に記載の位置検出装置と、前記光検出部の検出した光の強度に応じた信号から、前記光学スケールの移動状態を判断する演算部と、を備え、前記光学スケールは、偏光特性を有する偏光部を含んでいることを特徴とする。
【００１９】
本適用例によれば、直線偏光した光が偏光部を含む光学スケールから反射されることによって、移動状態に応じた反射光の強度を光検出部が検出することができ、光学スケールの移動状態を判断し、移動量を演算することが可能なエンコーダーを実現することができる。また、光射出部が上述の樹脂部で覆われているため、光射出部からの射出光量の減少を防ぐことができ、検出強度が安定し、信頼性の高いエンコーダーを提供することができる。
【００２０】
［適用例７］上記適用例に記載の前記偏光部は複数の金属線を有することが好ましい。
【００２１】
本適用例によれば、特定方向の偏光特性を有する光を、高効率で反射可能な偏光部を実現することができる。
【００２２】
［適用例８］本発明のロボットは、上記適用例に記載のエンコーダーを備えることを特徴とする。
【００２３】
このようなロボットによれば、耐環境性に優れ、且つ、長期信頼性を有するエンコーダーを備えるため、例えば、このエンコーダーの検出結果を用いて、信頼性の高い動作制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１実施形態に係るエンコーダーを説明する図２のＡ−Ａ線による模式的断面図である。
【図２】図１に示すエンコーダーが備える光学スケールを説明する平面図である。
【図３】図１に示すエンコーダーの光学スケールの回転角度と光検出部の出力（電流値）との関係を示すグラフである。
【図４】図１に示すエンコーダーの変形例１を説明する模式的断面図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係るエンコーダーを示す模式的断面図である。
【図６】図５に示すエンコーダーの変形例２を説明する模式的断面図である。
【図７】本発明の第３実施形態に係るエンコーダーを示す模式的断面図である。
【図８】図７に示すエンコーダーの変形例３を説明する模式的断面図である。
【図９】本発明の第４実施形態に係るエンコーダーを示す図１０のＢ−Ｂ線による模式的断面図である。
【図１０】図９に示すエンコーダーが備える光学スケールを説明する平面図である。
【図１１】本発明のロボットの一例を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の各図においては、各層や各部材を認識可能な程度の大きさにするため、各層や各部材の尺度を実際とは異ならせしめている。
【００２６】
（実施形態１）
図１および図２を参照して、本発明の実施形態１に係るエンコーダー１Ａを説明する。図１は、エンコーダー１Ａを説明する図２のＡ−Ａ線による模式的断面図である。図２は、図１に示すエンコーダー１Ａが備える光学スケール２Ａを説明する平面図である。
【００２７】
図１および図２に示すエンコーダー１Ａは、反射型の光学式のロータリーエンコーダーである。このエンコーダー１Ａは、回動軸Ｊ１１まわりに回転移動可能な光学スケール２Ａ、および光学スケール２Ａに対向して固定設置されるセンサーユニット３Ａを含む位置検出装置５Ａと、センサーユニット３Ａに電気的に接続されている演算部４と、を備えている。なお、回動軸Ｊ１１は、後述する光射出部および光検出部の載置されている基板３１の載置面と交差する方向に延びる仮想の中心軸である。
以下、エンコーダー１Ａの各部について詳述する。
【００２８】
図２に示す光学スケール２Ａは、基板２１と、基板２１のセンサーユニット３Ａに対向する面側に設けられている偏光部２２と、を有する。光学スケール２Ａは、円板状をなし、その中央部には、厚さ方向に貫通している孔２１１が設けられている。この光学スケール２Ａは、回動軸Ｊ１１まわりに矢印Ｅ１の方向に回動する部材（図示せず）に取り付けられる。
【００２９】
このような光学スケール２Ａによれば、光学スケールの回転により、反射光の強度変化を実現することができ、回転位置の検出を可能とすることができる。
【００３０】
基板２１は、後述する第１の光射出部３２Ａからの光ＬＬ１に対する透過性を有する。基板２１の構成材料としては、特に限定されないが、例えば、ガラス材料、樹脂材料等が挙げられる。
【００３１】
偏光部２２は、選択的にＰ偏光の光を透過し、Ｓ偏光の光を反射する偏光特性を有する。この偏光部２２は、例えば、第１の光射出部３２Ａからの光ＬＬ１に対する反射性を有する複数のワイヤーが、互いに間隔を隔てて並行に配置されている構成の偏光パターンを有する。
この偏光パターン（複数のワイヤー）の構成材料としては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）、金（Ａｕ）、鉄（Ｆｅ）、白金（Ｐｔ）またはこれらの合金等の金属材料が挙げられる。すなわち、偏光部２２が直線状に延びている複数の金属線を有する。このような偏光部２２は、例えば、公知の成膜方法を用いて形成してもよいし、シート状または板状の部材をエッチング等により加工して形成してもよい。
【００３２】
このような偏光部２２によれば、特定方向の偏光特性を有する光を、高効率で反射可能な偏光部を実現することができる。
【００３３】
なお、上述では、偏光部２２の偏光パターンの構成材料として、金属材料を用いる例を示したが、これに限らない。偏光部２２の他の構成材料としては、有機材料を用いてもよい。構成材料としては、例えば、ヨウ素が挙げられる。ヨウ素を用いた例としては、例えばポリビニルアルコールを主体とした基材にヨウ素の分子を吸着させて、延伸させることで引き延ばした方向に配向し、偏光特性を生じさせることができる。
【００３４】
図１に示すセンサーユニット３Ａは、基板３１と、基板３１の光学スケール２Ａ側の面である載置面に設けられている光射出部としての第１の光射出部３２Ａおよび第２の光射出部３２Ｂと、光検出部としての第１の光検出部３３Ａおよび第２の光検出部３３Ｂと、第１の光射出部３２Ａおよび第２の光射出部３２Ｂの光学スケール２Ａ側を覆う樹脂部３４Ａと、を有する。
【００３５】
このようなセンサーユニット３Ａによれば、反射型のエンコーダーを実現することができる。
【００３６】
基板３１は、回動軸Ｊ１１まわりに回動しない部材（図示せず）に取り付けられる。基板３１は、例えば、配線基板であり、第１の光射出部３２Ａおよび第２の光射出部３２Ｂと、第１の光検出部３３Ａおよび第２の光検出部３３Ｂとを支持するとともに、これらと電気的に接続されている。そして、基板３１は、演算部４に図示しない配線を介して電気的に接続されている。
【００３７】
第１の光射出部３２Ａおよび第２の光射出部３２Ｂは、発光素子で構成されている。発光素子は、例えば、面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting Laser）である。この発光素子は、所望方向に直線偏光した光を安定して出力する構成を有するものが好ましい。
【００３８】
このような第１の光射出部３２Ａおよび第２の光射出部３２Ｂによれば、第１の光射出部３２Ａおよび第２の光射出部３２Ｂの小型化を図りつつ、直線偏光した光を射出することができる。
【００３９】
第１の光検出部３３Ａおよび第２の光検出部３３Ｂは、受光素子で構成されている。第１の光検出部３３Ａおよび第２の光検出部３３Ｂは、第１の光射出部３２Ａおよび第２の光射出部３２Ｂに対して回動軸Ｊ１１側に配置される。受光素子は、例えば、フォトダイオードである。そして、受光素子は、偏光部２２で反射した反射光ＬＬ２の強度に応じた電流を検出信号として出力する機能を有する。
【００４０】
なお、センサーユニット３Ａは、光射出部および光検出部をそれぞれ２個ずつ備える。具体的に、光射出部は、第１の光射出部３２Ａと、基板３１に対して平行な平面で第１の光射出部３２Ａを４５°回転して配置した第２の光射出部３２Ｂと、を有する。光検出部は、第１の光検出部３３Ａおよび第２の光検出部３３Ｂを有する。第１の光検出部３３Ａおよび第２の光検出部３３Ｂは、それぞれ、第１の光射出部３２Ａおよび第２の光射出部３２Ｂから射出された光ＬＬ１の反射光ＬＬ２の検出のために基板３１の光学スケール２Ａ側の面に備えられる。光検出部は、第１の光射出部３２Ａから射出された光を用いて第１の光検出部３３Ａより出力されるＡ相アブソリュート信号と、第２の光射出部３２Ｂから射出された光を用いて第２の光検出部３３Ｂより出力されるB相アブソリュート信号と、を検出信号として出力する。
【００４１】
樹脂部３４Ａは、光透過性を有し（透明）、第１の光射出部３２Ａおよび第２の光射出部３２Ｂから射出された光ＬＬ１に対する透過率が、１０％以上であり、且つ、第１の光射出部３２Ａおよび第２の光射出部３２Ｂから射出された光ＬＬ１が樹脂部３４Ａを透過した際の直線偏光の角度変化が、０°以上、且つ、１０°以下である。また、吸水による樹脂部３４Ａの重量の変化が、０．００１％以上、且つ、０．１％以下である。具体的な樹脂部３４Ａの材料としては、シリコーン樹脂、ポリエチレン樹脂、アクリル樹脂、またはフェノール樹脂が挙げられる。このような樹脂を用いることで、第１の光射出部３２Ａおよび第２の光射出部３２Ｂを構成する発光素子への水の浸透を十分に抑制することができる。
【００４２】
図１に示す演算部４は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、およびＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）を含んで構成され、第１の光検出部３３Ａおよび第２の光検出部３３Ｂからの信号を用いて、光学スケール２Ａの回動状態を判断する機能を有する。この回動状態としては、例えば、回動位置、回動角度、回動速度、回動方向等が挙げられる。
【００４３】
ここで、図３を参照して、エンコーダー１Ａの作用を説明する。図３は、光学スケール２Ａの回転角度と光検出部の出力（電流値）との関係を示すグラフである。なお、以下のエンコーダー１Ａの作用の説明では、光射出部として第１の光射出部３２Ａを例示し、光検出部として第１の光検出部３３Ａを例示して説明するが、第２の光射出部３２Ｂおよび第２の光検出部３３Ｂにおいても同様な作用を有する。
【００４４】
このエンコーダー１Ａでは、第１の光射出部３２Ａから射出された光ＬＬ１が、樹脂部３４Ａを透過して、光学スケール２Ａの偏光部２２に照射される。前述したように、第１の光射出部３２Ａから射出される光ＬＬ１は、一方向に直線偏光されている。そして、光ＬＬ１が照射される偏光部２２は、選択的にＰ偏光の光を透過し、Ｓ偏光の光を反射する偏光特性を有する。
【００４５】
このような偏光特性を偏光部２２が有しているため、例えば、光学スケール２Ａが矢印Ｅ１の方向に回動した場合、光学スケール２Ａの回動角度に応じて、偏光部２２に照射された光ＬＬ１に対する、偏光部２２での反射率が変化し、反射光ＬＬ２の強度が変化する。そして、第１の光検出部３３Ａが反射光ＬＬ２を受光すると、第１の光検出部３３Ａから出力される信号（Ａ相アブソリュート信号）の電流値（ＰＤ電流値）は、光学スケール２Ａの回動角度（回転角度）に応じて、図３に示すように、正弦波に沿って変化する。
【００４６】
そして、演算部４は、第１の光検出部３３Ａから出力されたＡ相アブソリュート信号および第２の光検出部３３Ｂから出力されたＢ相アブソリュート信号を用いて、回動角度３６０°範囲内での光学スケール２Ａの回動状態を判断することが可能となる。
【００４７】
このような、エンコーダー１Ａによれば、第１の光射出部３２Ａおよび第２の光射出部３２Ｂが、吸水による重量の変化が、０．００１％以上、且つ、０．１％以下の優れた耐水性を有する樹脂部３４Ａで覆われているために、大気中の水分もしくは被水による水分が樹脂部３４Ａを透過することを防ぐことができる。これにより、樹脂部３４Ａを透過した水分によって生じる第１の光射出部３２Ａおよび第２の光射出部３２Ｂを構成する発光素子の射出口や活性層が酸化されることを防ぐことができる。従って、第１の光射出部３２Ａおよび第２の光射出部３２Ｂからの射出光量の減少などのバラつきを防ぐことができ、これによって第１の光検出部３３Ａおよび第２の光検出部３３Ｂによる検出強度を安定させることが可能となり、信頼性の高い位置検出装置５Ａを得ることができる。
【００４８】
（変形例１）
図４を参照して、上述の実施形態１に係るエンコーダー１Ａを構成する位置検出装置５Ａの変形例１を説明する。図４は、エンコーダー１Ｂ、およびエンコーダー１Ｂを構成する位置検出装置５Ｂを説明する模式的断面図である。なお、変形例１に係る以下の説明では、上述の実施形態１と異なる構成を中心に説明する。また、上述の実施形態１と同様な形態や構成については、同符号を付している。また、図４では、第２の光射出部３２Ｂおよび第２の光検出部３３Ｂを省略し、第１の光射出部３２Ａおよび第１の光検出部３３Ａを例示している。
【００４９】
図４に示すように、変形例１に係るエンコーダー１Ｂは、回動軸Ｊ１１まわりに矢印Ｅ１の方向に回動する光学スケール２Ａ、および光学スケール２Ａに対向して固定設置されるセンサーユニット３Ｂを含む位置検出装置５Ｂと、センサーユニット３Ｂに電気的に接続されている演算部４と、を備えている。なお、光学スケール２Ａおよび演算部４は、前述した実施形態１と同様の構成であるので説明を省略する。
【００５０】
変形例１に係る位置検出装置５Ｂは、光射出部を構成する第１の光射出部３２Ａおよび第２の光射出部３２Ｂの光学スケール２Ａ側と、第１の光検出部３３Ａおよび第２の光検出部３３Ｂの光学スケール２Ａ側と、を覆う構成の樹脂部３４Ｂを備えている。樹脂部３４Ｂは、実施形態１と同様な特性を有する樹脂を用いて構成されている。このような樹脂部３４Ｂを備えた位置検出装置５Ｂにおいても、実施形態１の位置検出装置５Ａと同様の効果を有している。
【００５１】
（実施形態２）
図５を参照して、実施形態２に係るエンコーダー１Ｃを構成する位置検出装置５Ｃを説明する。図５は、エンコーダー１Ｃおよび、エンコーダー１Ｃを構成する位置検出装置５Ｃを説明する模式的断面図である。なお、実施形態２に係る以下の説明では、上述の実施形態１と異なる構成を中心に説明する。また、上述の実施形態１と同様な形態や構成については、同符号を付している。
【００５２】
図５に示すように、実施形態２に係るエンコーダー１Ｃは、回動軸Ｊ１１まわりに矢印Ｅ１の方向に回動する光学スケール２Ａ、および光学スケール２Ａに対向して固定設置されるセンサーユニット３Ｃを含む位置検出装置５Ｃと、センサーユニット３Ｃに電気的に接続されている演算部４と、を備えている。なお、光学スケール２Ａおよび演算部４は、前述した実施形態１と同様の構成であるので説明を省略する。
【００５３】
実施形態２に係る位置検出装置５Ｃは、発光素子として発光ダイオードを採用した光射出部３５を備えている。そして、光射出部３５は、実施形態１と同様に、光射出部３５の光学スケール２Ａ側が、樹脂部３４Ａによって覆われている。なお、光射出部３５は、第１実施形態と同様に、２個設けられる。
【００５４】
光検出部は、第１実施形態と同様に、第１の光検出部３３Ａおよび第２の光検出部３３Ｂが設けられている。以下の説明では、第１の光検出部３３Ａを例示して説明する。本実施形態のように、光射出部３５が発光ダイオードである場合は、図５に示すように、第１の光検出部３３Ａの受光面側に偏光素子３６を設けることが好ましい。この偏光素子３６は、光学スケール２Ａの回動に対して非回転となるように固定配置され、特定方向の偏光成分のみを透過させる。このように、第１の光検出部３３Ａと偏光部２２との間に偏光素子３６を設けることにより、光ＬＬ１が無偏光であっても、前述した実施形態１と同様に、光射出部３５から射出され、光学スケール２Ａから反射された反射光ＬＬ２を、第１の光検出部３３Ａが検出した信号の電流値は、光学スケール２Ａの回動角度に応じて、正弦波に沿って変化する。なお、偏光素子３６は、光射出部３５と偏光部２２との間に設けてもよい。
【００５５】
実施形態２に係る位置検出装置５Ｃを備えたエンコーダー１Ｃによれば、実施形態１のエンコーダー１Ａと同様の効果を得ることができる。
【００５６】
（変形例２）
図６を参照して、上述の実施形態２に係るエンコーダー１Ｃを構成する位置検出装置５Ｃの変形例２を説明する。図６は、変形例２に係るエンコーダー１Ｄ、およびエンコーダー１Ｄを構成する位置検出装置５Ｄを説明する模式的断面図である。なお、変形例２に係る以下の説明では、上述の実施形態２と異なる構成を中心に説明する。また、上述の実施形態２と同様な形態や構成については、同符号を付している。また、図６では、一方の光射出部３５および第１の光検出部３３Ａを例示している。
【００５７】
図６に示すように、変形例２に係るエンコーダー１Ｄは、回動軸Ｊ１１まわりに矢印Ｅ１の方向に回動する光学スケール２Ａ、および光学スケール２Ａに対向して固定設置されるセンサーユニット３Ｄを含む位置検出装置５Ｄと、センサーユニット３Ｄに電気的に接続されている演算部４と、を備えている。なお、光学スケール２Ａおよび演算部４は、前述した実施形態２と同様の構成であるので説明を省略する。
【００５８】
変形例２に係る位置検出装置５Ｄは、光射出部３５の光学スケール２Ａ側と、第１の光検出部３３Ａの光学スケール２Ａ側と、を覆う構成の樹脂部３４Ｂを備えている。樹脂部３４Ｂは、実施形態１と同様な特性を有する樹脂を用いて構成されている。このような樹脂部３４Ｂを備えた位置検出装置５Ｄにおいても、実施形態１の位置検出装置５Ａと同様の効果を有している。
【００５９】
（実施形態３）
図７を参照して、本発明の実施形態３に係るエンコーダー１Ｅを構成する位置検出装置５Ｅを説明する。図７は、エンコーダー１Ｅ、およびエンコーダー１Ｅを構成する位置検出装置５Ｅを説明する模式的断面図である。なお、実施形態３に係る以下の説明では、上述の実施形態１と異なる構成を中心に説明する。また、上述の実施形態１と同様な形態や構成については、同符号を付している。また、図７では、第２の光射出部３２Ｂおよび第２の光検出部３３Ｂを省略し、第１の光射出部３２Ａおよび第１の光検出部３３Ａを例示している。
【００６０】
図７に示すように、実施形態３に係るエンコーダー１Ｅは、回動軸Ｊ１１まわりに矢印Ｅ１の方向に回動する光学スケール２Ａ、および光学スケール２Ａに対向して固定設置されるセンサーユニット３Ｅを含む位置検出装置５Ｅと、センサーユニット３Ｅに電気的に接続されている演算部４と、を備えている。なお、光学スケール２Ａおよび演算部４は、前述した実施形態１と同様の構成であるので説明を省略する。
【００６１】
実施形態２に係る位置検出装置５Ｅを構成するセンサーユニット３Ｅは、基板３１と、基板３１の光学スケール２Ａ側の面に設けられている第１の光射出部３２Ａ（第２の光射出部３２Ｂ）および第１の光検出部３３Ａ（第２の光検出部３３Ｂ）と、第１の光射出部３２Ａの光学スケール２Ａ側を覆う樹脂部３４Ａと、樹脂部３４Ａと光学スケール２Ａとの間に設けられているレンズ３７と、を有する。なお、基板３１、第１の光射出部３２Ａ（第２の光射出部３２Ｂ）、第１の光検出部３３Ａ（第２の光検出部３３Ｂ）、および樹脂部３４Ａは、実施形態１と同様の構成である。
【００６２】
レンズ３７は、第１の光射出部３２Ａから射出された光ＬＬ３や光学スケール２Ａを構成する偏光部２２から反射された反射光ＬＬ４を絞る機能を有する。レンズ３７の形状としては、例えば、半球レンズ、超半球レンズ、または非球面レンズなどが挙げられる。また、レンズ３７は、上述したレンズをアレイ化したレンズでも良い。レンズ３７の材料としては、ガラス、ポリカーボネート、シクロオレフィン、または光学用ポリエステルなどが挙げられる。図７のように、レンズ３７を配置することにより、第１の光射出部３２Ａから射出された光ＬＬ３がレンズ３７によって絞られて偏光部２２に照射される。さらに、偏光部２２（光学スケール２Ａ）から反射された反射光ＬＬ４は、第１の光検出部３３Ａの光学スケール２Ａ側において集光される。従って、振動および熱膨張などにより光学スケール２Ａが変形するなどにより、反射光ＬＬ４の強度が変化した場合でも、絞られた光が第１の光検出部３３Ａ（第２の光検出部３３Ｂ）に入射されるため、第１の光検出部３３Ａ（第２の光検出部３３Ｂ）から出力される信号の電流値は安定する。
【００６３】
このような実施形態３に係る位置検出装置５Ｅを備えたエンコーダー１Ｅによれば、実施形態１のエンコーダー１Ａと同様の効果に加えて、第１の光検出部３３Ａおよび第２の光検出部３３Ｂから出力される信号の電流値の安定化によって、位置検出精度をより向上させることができる。
【００６４】
（変形例３）
図８を参照して、上述の実施形態３に係るエンコーダー１Ｅを構成する位置検出装置５Ｅの変形例３を説明する。図８は、変形例３に係るエンコーダー１Ｆ、およびエンコーダー１Ｆを構成する位置検出装置５Ｆを説明する模式的断面図である。なお、変形例３に係る以下の説明では、上述の実施形態３と異なる構成を中心に説明する。また、上述の実施形態３と同様な形態や構成については、同符号を付している。また、図８では、第１の光射出部３２Ａおよび第１の光検出部３３Ａを例示している。
【００６５】
図８に示すように、変形例３に係るエンコーダー１Ｆは、回動軸Ｊ１１まわりに矢印Ｅ１の方向に回動する光学スケール２Ａ、および光学スケール２Ａに対向して固定設置されるセンサーユニット３Ｆを含む位置検出装置５Ｆと、センサーユニット３Ｆに電気的に接続されている演算部４と、を備えている。なお、光学スケール２Ａおよび演算部４は、前述した実施形態３と同様の構成であるので説明を省略する。
【００６６】
変形例３に係る位置検出装置５Ｆは、第１の光射出部３２Ａの光学スケール２Ａ側と、第１の光検出部３３Ａの光学スケール２Ａ側と、を覆う構成の樹脂部３４Ｂを備えている。樹脂部３４Ｂは、実施形態１と同様な特性を有する樹脂を用いて構成されている。そして、位置検出装置５Ｆは、樹脂部３４Ｂと光学スケール２Ａとの間に設けられているレンズ３７を有している。このような樹脂部３４Ｂを備えた位置検出装置５Ｆにおいても、実施形態１の位置検出装置５Ａと同様の効果を有している。
【００６７】
（実施形態４）
図９および図１０を参照して、実施形態４に係るエンコーダー１Ｇを構成する位置検出装置５Ｇを説明する。図９は、エンコーダー１Ｇおよび、エンコーダー１Ｇを構成する位置検出装置５Ｇを説明する図１０のＢ−Ｂ線による模式的断面図である。図１０は、図９に示す位置検出装置５Ｇが備える光学スケール２Ｂを説明する平面図である。なお、実施形態４に係る以下の説明では、上述の実施形態１と異なる構成を中心に説明する。また、上述の実施形態１と同様な形態や構成については、同符号を付している。
【００６８】
図９および図１０に示すように、実施形態４に係るエンコーダー１Ｇは、矢印Ｅ２の方向に移動する光学スケール２Ｂ、および光学スケール２Ｂに対向して固定設置されるセンサーユニット３Ａを含む位置検出装置５Ｇと、センサーユニット３Ａに電気的に接続されている演算部４と、を備えている。なお、センサーユニット３Ａおよび演算部４は、前述した実施形態１と同様の構成であるので説明を省略する。
【００６９】
図９および図１０に示す光学スケール２Ｂは、基板２３と、基板２３のセンサーユニット３Ａに対向する面側に設けられている偏光部２４と、を有する。さらに、基板２３は、第１の光射出部３２Ａおよび第２の光射出部３２Ｂからの光ＬＬ１に対する透過性を有する。基板２３の構成材料としては、特に限定されないが、例えば、ガラス材料、樹脂材料等が挙げられる。
【００７０】
偏光部２４は、選択的にＰ偏光の光を透過し、Ｓ偏光の光を反射する偏光特性を有する。この偏光部２４は、例えば、第１の光射出部３２Ａおよび第２の光射出部３２Ｂからの光ＬＬ１に対する反射性を有する複数のワイヤーＷ１〜Ｗｎが、互いに間隔を隔てて配置されている構成の偏光パターンを有する。また、ワイヤーＷ１〜Ｗｎは、ワイヤーＷ１〜Ｗｎのそれぞれと辺Ｓ１とのなす角度が、ワイヤーＷ１〜Ｗｎのそれぞれと辺Ｓ１からの距離が大きくなるに従って大きくなるように、並べて配置されている。もしくは、ワイヤーＷ１〜Ｗｎは、各ワイヤーと辺Ｓ１とのなす角度が、ワイヤーＷ１〜Ｗｎのそれぞれと辺Ｓ１からの距離が大きくなるに従って小さくなるように、並べて配置されてもよい。
【００７１】
このような光学スケール２Ｂによれば、対向して固定設置されるセンサーユニット３Ａに対して水平方向に移動することにより、反射光の強度変化が実現することができ、移動位置の検出を可能とすることができる。
【００７２】
この偏光パターンの構成材料としては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）、金（Ａｕ）、鉄（Ｆｅ）、白金（Ｐｔ）またはこれらの合金等の金属材料が挙げられる。すなわち、偏光部２４が直線状に延びている複数の金属線を有する。このような偏光部２４は、例えば、公知の成膜方法を用いて形成してもよいし、シート状または板状の部材をエッチング等により加工して形成してもよい。
【００７３】
このエンコーダー１Ｇでは、第１の光射出部３２Ａおよび第２の光射出部３２Ｂから射出された光ＬＬ１が、樹脂部３４Ａを透過して、光学スケール２Ｂの偏光部２４に照射される。前述したように、第１の光射出部３２Ａおよび第２の光射出部３２Ｂから射出される光ＬＬ１は、一方向に直線偏光されている。そして、光ＬＬ１が照射される偏光部２４は、選択的にＰ偏光の光を透過し、Ｓ偏光の光を反射する偏光特性を有している。
【００７４】
このような偏光特性を偏光部２４が有しているため、光学スケール２Ｂの移動距離に応じて、偏光部２４に照射された光ＬＬ１に対する偏光部２４での反射率が変化し、反射された反射光ＬＬ２の強度が変化する。そして、第１の光検出部３３Ａおよび第２の光検出部３３Ｂが反射光ＬＬ２を受光すると、第１の光検出部３３Ａからの信号（Ａ相アブソリュート信号）の電流値（ＰＤ電流値）は、光学スケール２Ｂの移動位置に応じて変化する。
【００７５】
そして、演算部４は、第１の光検出部３３Ａから出力されたＡ相アブソリュート信号、および第２の光検出部３３Ｂから出力されたＢ相アブソリュート信号を用いて、光学スケール２Ｂの移動状態を判断することが可能となる。この移動状態としては、例えば、移動位置、移動速度、移動方向等が挙げられる。
【００７６】
このような実施形態４に係る位置検出装置５Ｇを備えたエンコーダー１Ｇによれば、実施形態１のエンコーダー１Ａと同様の効果に加えて、光学スケール２Ｂの水平方向の位置検出を行うことができる。
【００７７】
（ロボット）
図１１は、本発明のロボットの一例を示す側面図である。なお、以下では、説明の便宜上、図１１中の上側を「上」、下側を「下」と言う。また、図１１中の基台側を「基端」、その反対側（ハンド側）を「先端」と言う。また、図１１の上下方向を「鉛直方向」とし、左右方向を「水平方向」とする。また、以下の説明では、上述したエンコーダー１Ａを例示して説明する。
【００７８】
図１１に示すロボット１００は、いわゆる水平多関節ロボット（スカラロボット）であり、例えば、精密機器等を製造する製造工程等で用いられ、精密機器や部品等の把持や搬送等を行うことができる。
【００７９】
図１１に示すように、ロボット１００は、基台１１０と、第１アーム１２０と、第２アーム１３０と、作業ヘッド１４０と、エンドエフェクター１５０と、配線引き回し部１６０と、を有している。以下、ロボット１００の各部を順次簡単に説明する。
【００８０】
基台１１０は、例えば、図示しない床面にボルト等によって固定されている。基台１１０の上端部には、第１アーム１２０が連結している。第１アーム１２０は、基台１１０に対して鉛直方向に沿う第１軸である回動軸Ｊ１まわりに回動可能となっている。
【００８１】
基台１１０内には、第１アーム１２０を回動させる駆動力を発生させる第１モーター１１１と、第１モーター１１１の駆動力を減速する第１減速機１１２とが設置されている。第１減速機１１２の入力軸は、第１モーター１１１の回転軸に連結され、第１減速機１１２の出力軸は、第１アーム１２０に連結されている。そのため、第１モーター１１１が駆動し、その駆動力が第１減速機１１２を介して第１アーム１２０に伝達されると、第１アーム１２０が基台１１０に対して回動軸Ｊ１まわりに水平面内で回動する。
【００８２】
また、基台１１０および第１アーム１２０には、基台１１０に対する第１アーム１２０の回動状態を検出する第１エンコーダーであるエンコーダー１Ａが設けられている。具体的には、例えば、前述した光学スケール２Ａが第１減速機１１２の出力軸または第１アーム１２０に取り付けられ、センサーユニット３Ａが基台１１０またはこれに固定された部材に取り付けられている。なお、エンコーダー１Ａに代えて、前述したエンコーダー１Ｂ〜１Ｄを設けてもよい。
【００８３】
第１アーム１２０の先端部には、第２アーム１３０が連結している。第２アーム１３０は、第１アーム１２０に対して鉛直方向に沿う第２軸Ｊ２まわりに回動可能となっている。図示しないが、第２アーム１３０内には、第２アーム１３０を回動させる駆動力を発生させる第２モーターと、第２モーターの駆動力を減速する第２減速機とが設置されている。そして、第２モーターの駆動力が第２減速機を介して第２アーム１３０に伝達されることにより、第２アーム１３０が第１アーム１２０に対して第２軸Ｊ２まわりに水平面内で回動する。また、図示しないが、第２モーターには、第１アーム１２０に対する第２アーム１３０の回動状態を検出する第２エンコーダーが設けられている。
【００８４】
第２アーム１３０の先端部には、作業ヘッド１４０が配置されている。作業ヘッド１４０は、第２アーム１３０の先端部に同軸的に配置されたスプラインナットおよびボールネジナット（ともに図示せず）に挿通されたスプラインシャフト１４１を有している。スプラインシャフト１４１は、第２アーム１３０に対して、その軸まわりに回転可能であり、かつ、上下方向に移動（昇降）可能となっている。
【００８５】
図示しないが、第２アーム１３０内には、回転モーターおよび昇降モーターが配置されている。回転モーターの駆動力は、図示しない駆動力伝達機構によってスプラインナットに伝達され、スプラインナットが正逆回転すると、スプラインシャフト１４１が鉛直方向に沿う軸Ｊ３まわりに正逆回転する。また、図示しないが、回転モーターには、第２アーム１３０に対するスプラインシャフト１４１の回動状態を検出する第３エンコーダーが設けられている。
【００８６】
一方、昇降モーターの駆動力は、図示しない駆動力伝達機構によってボールネジナットに伝達され、ボールネジナットが正逆回転すると、スプラインシャフト１４１が上下に移動する。昇降モーターには、第２アーム１３０に対するスプラインシャフト１４１の移動量を検出する第４エンコーダーが設けられている。
【００８７】
スプラインシャフト１４１の先端部（下端部）には、エンドエフェクター１５０が連結されている。エンドエフェクター１５０としては、特に限定されず、例えば、被搬送物を把持するもの、被加工物を加工するもの等が挙げられる。
【００８８】
第２アーム１３０内に配置された各電子部品（例えば、第２モーター、回転モーター、昇降モーター、第２〜第４エンコーダー等）に接続される複数の配線は、第２アーム１３０と基台１１０とを連結する管状の配線引き回し部１６０内を通って基台１１０内まで引き回されている。さらに、かかる複数の配線は、基台１１０内でまとめられることによって、第１モーター１１１およびエンコーダー１Ａに接続される配線とともに、基台１１０の外部に設置され、ロボット１００を統括制御する図示しない制御装置まで引き回される。
【００８９】
以上説明したようなロボット１００は、耐環境性に優れ、且つ、長期信頼性を有するエンコーダー１Ａを備えるため、例えば、このエンコーダー１Ａの検出結果を用いて、信頼性の高い動作制御を行うことができる。
【００９０】
以上、本発明の光学スケール、エンコーダーおよびロボットを図示の好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、他の任意の構成物が付加されていてもよい。
【００９１】
また、エンコーダーの設置箇所は、基台と第１アームとの関節部に限定されず、相対的に回動する任意の２つのアームの関節部であってもよい。また、エンコーダーの設置箇所は、ロボットが有する関節部に限定されない。
【００９２】
また、前述した実施形態では、ロボットアームの数は、１つであったが、ロボットアームの数は、これに限定されず、例えば、２つ以上でもよい。すなわち、本発明のロボットは、例えば、双腕ロボット等の複数腕ロボットであってもよい。
【００９３】
また、前述した実施形態では、ロボットが有するアームの数は、２つであったが、アームの数は、これに限定されず、例えば、１つまたは３つ以上でもよい。
【００９４】
また、前述した実施形態では、本発明のロボットの設置箇所は、床面に限定されず、例えば、天井面や側壁面等でもよい。また、本発明のロボットは、建物等の構造物に固定設置されるものに限定されず、例えば、脚部を有する脚式歩行（走行）ロボットであってもよい。
【００９５】
また、前述した実施形態では、本発明のロボットの一例として、水平多関節ロボットを例に説明したが、本発明のロボットは、相対的に回動する２つの部材を有すれば、垂直多関節ロボット等の他の形式のロボットであってもよい。
【符号の説明】
【００９６】
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ，１Ｇ…エンコーダー、２Ａ…光学スケール、２Ｂ…光学スケール、２１…基板、２２…偏光部、２３…基板、２４…偏光部、３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅ，３Ｆ…センサーユニット、３１…基板、３２Ａ…第１の光射出部、３２Ｂ…第２の光射出部、３３Ａ…第１の光検出部、３３Ｂ…第２の光検出部、３４Ａ…樹脂部、３４Ｂ…樹脂部、３５…光射出部、３６…偏光素子、３７…レンズ、４…演算部、５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ，５Ｅ，５Ｆ…位置検出装置、５Ｇ…位置検出装置、１００…ロボット、１１０…基台、１１１…第１モーター、１１２…第１減速機、１２０…第１アーム、１３０…第２アーム、１４０…作業ヘッド、１４１…スプラインシャフト、１５０…エンドエフェクター、１６０…配線引き回し部、２１１…孔、Ｅ１…矢印、Ｅ２…矢印、Ｊ１…回動軸、Ｊ２…第２軸、Ｊ３…第３軸、ＬＬ１…光、ＬＬ２…反射光、ＬＬ３…光、ＬＬ４…反射光、Ｗ…ワイヤー。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2018072008.tif 000011
【図１０】
2018072008.tif 000012
【図１１】
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