(57)【要約】【課題】光学式エンコーダのＳＮ比を向上する。【解決手段】  レンズ７２４は、ＬＥＤ７２１から出射された光を上方に向かう平行光に変換する。第１絞７２２はＬＥＤ７２１の発光部７２１１からの直接光のみを透過するように配置される。第２絞７２３は、ＬＥＤ７２１の発光部７２１１からの直接光のうちの、レンズ７２４において有効に平行光に変換される光成分のみが、レンズ７２４に到達するように配置される。平行光マスク７２５には、４つの四角形状の貫通孔７１が設けられ、レンズ７２４で変換された平行光のうち、フォトダイオードアレイ７３２の４つのフォトダイオードの受光面に向かう光成分のみを透過する。そして、送光部７２から出射された平行光は、第１スリット５を透過した後、第２スリット７３１を透過しフォトダイオードアレイ７３２の４つのフォトダイオードの受光面に到達する。【選択図】図２
2011123020.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出ユニットと、
前記検出ユニットに対して相対的に第１の方向に移動する、スリット面と垂直な方向が前記第１の方向と垂直な第２の方向となる第１スリットとを備え、
前記検出ユニットは、平行光を前記第２の方向に出射する送光部と、受光部とを有し、
前記受光部は、
前記第１スリットと前記第２の方向に見て重なる位置に配置された、相互に位相の異なる複数の第２スリットと、
前記第２スリットの各々に対応して設けられた複数の光電素子とを有し、
前記複数の光電素子の受光面は、前記送光部との間に前記第１スリットと前記第２スリットとが位置するように配置され、かつ、前記各光電素子の受光面は、前記対応する第２スリットと、前記第２の方向に見て重なる位置に配置されており、
前記送光部は、
光源と、
前記光源からの光を平行光に変換するレンズと、
前記レンズが変換した平行光のうち、前記各光電素子の受光面方向に進む成分のみを透過するマスクとを有することを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項２】
請求項１記載の光学式エンコーダであって、
前記送光部は、前記光源と前記レンズとの間に配置された、前記光源からの光のうち、前記光源からの直接光であって、前記レンズによって前記平行光に変換される光成分のみを透過させて前記レンズに入射する絞を備えていることを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項３】
請求項１または２記載の光学式エンコーダであって、
前記複数の光電素子の受光面と、前記複数の第２スリットは、ｎ及びｍを２以上の正数として、ｎ行ｍ列の格子状に配列されており、
前記マスクは、前記ｎ行ｍ列の格子状に配列された開口を有する遮光体であることを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項４】
請求項１、２または３記載の光学式エンコーダと、
フレームと、前記第１の方向に移動可能に前記フレームに支持されたシャフトとを有し、
前記検出ユニットは前記フレームに固定され、前記第１スリットは前記シャフトに固定されていることを特徴とするリニアゲージ。
【請求項５】
請求項１、２または３記載の光学式エンコーダと、
フレームと、前記第１の方向に移動可能に前記フレームに支持されたシャフトとを有し、
前記検出ユニットは前記シャフト固定され、前記第１スリットは前記フレームに固定されていることを特徴とするリニアゲージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被計測物の直動方向の変位を測定するリニアゲージ等に用いられる光学式エンコーダに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光学式エンコーダとしては、被計測物の移動に伴い移動する第１のスリットと、第１のスリットと平行に配置した、相互に位相の異なる複数の第２のスリットを設け、送光光学系で生成した光を各スリットに垂直な方向から照射し、各第２スリットに各々対応して設けた複数の光電素子で、当該光電素子に対応する第２スリットと第１スリットとを透過した光を電気信号に変換する光学式エンコーダが知られている（たとえば、特許文献１、２）。
ここで、このような光学式エンコーダを用いることにより、各光電素子で変換した電気信号に基づいて、第１スリットしたがって被計測物の移動速度や移動方向や、これらに基づく変位を測定することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実開平０１-１８０６１５号公報
【特許文献２】特開２００３-２３２６５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した光学式エンコーダによれば、周辺構造物により散乱、反射等した不要光成分が、各スリットや各光電素子に混入してしまうことを充分に抑止することができなかった。そして、このことが光学式エンコーダのＳＮ比を劣化させ、ひいては、測定精度を低下させる要因となっていた。
【０００５】
そこで、本発明は、よりＳＮ比に優れた光学式エンコーダを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題達成のために、本発明は、検出ユニットと、前記検出ユニットに対して相対的に第１の方向に移動する、スリット面と垂直な方向が前記第１の方向と垂直な第２の方向となる第１スリットとを備えた光学式エンコーダを提供する。ここで、前記検出ユニットは、平行光を前記第２の方向に出射する送光部と、受光部とを有し、前記受光部は、前記第１スリットと前記第２の方向に見て重なる位置に配置された、相互に位相の異なる複数の第２スリットと、前記第２スリットの各々に対応して設けられた複数の光電素子とを備えている。また、前記複数の光電素子の受光面は、前記送光部との間に前記第１スリットと前記第２スリットとが位置するように配置され、かつ、前記各光電素子の受光面は、前記対応する第２スリットと、前記第２の方向に見て重なる位置に配置されている。そして、前記送光部は、光源と、前記光源からの光を平行光に変換するレンズと、前記レンズが変換した平行光のうち、前記各光電素子の受光面方向に進む成分のみを透過するマスクとを備えている。
【０００７】
このような光学式エンコーダによれば、前記マスクによって、前記光源と前記レンズを用いて生成した平行光のうちの、前記各光電素子の受光面に向かう平行光成分のみを前記送光部から出射して、当該平行光成分が、前記第１スリットと前記第２スリットを透過して前記各光電素子の受光面に到達するようにしたので、各所における散乱、反射、回折等による前記第２スリットを通過しない、もしくは、前記対応する第２スリット以外の前記第２スリットを通過した光成分の、前記各光電素子の受光面への混入の影響を排除して、光学式エンコーダのＳＮ比を向上することができるようになる。
【０００８】
ここで、このような光学式エンコーダは、前記送光部に、前記光源と前記レンズとの間に配置された、前記光源からの光のうち、前記光源からの直接光であって、前記レンズによって前記平行光に変換される光成分のみを透過させて前記レンズに入射する絞を設けるようにしてもよい。
【０００９】
このようにすることにより、精度良く正しい平行光をレンズにおいて生成できるようになるので、さらに、不要光の光電素子の受光面への混入を抑制してＳ/Ｎ比を向上することができる。
なお、このような光学式エンコーダにおいて、前記複数の光電素子の受光面と、前記複数の第２スリットは、ｎ及びｍを２以上の正数として、ｎ行ｍ列の格子状に配列されているものとすると共に、前記マスクを、前記ｎ行ｍ列の格子状に配列された開口を有する遮光体としても良い。
ここで、本発明は、併せて、以上のような光学式エンコーダを用いたリニアゲージも提供する。
すなわち、本発明は、フレームと、前記第１の方向に移動可能に前記フレームに支持されたシャフトとを備え、前記検出ユニットは前記フレームに固定され、前記第１スリットは前記シャフトに固定されているリニアゲージも提供する。
また、本発明は、光学式エンコーダと、フレームと、前記第１の方向に移動可能に前記フレームに支持されたシャフトとを備え、前記検出ユニットは前記シャフト固定され、前記第１スリットは前記フレームに固定されリニアゲージも提供する。
【発明の効果】
【００１０】
以上のように、本発明によれば、よりＳＮ比に優れた光学式エンコーダを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係るリニアゲージの構造を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係るリニアゲージの検出ユニットの構成を示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係るリニアゲージの他の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態を、被計測物の直動方向の変位を測定するリニアゲージへの適用を例にとり説明する。
図１ａ１-ａ５に、リニアゲージの構造を示す。
前後左右上下方向を図１ａ１、ａ２に示すように定義するものとして、図１ａ１はリニアゲージの上面を、図１ａ２はリニアゲージの右側面を、図１ａ３はリニアゲージを右後上方の視点より見たようすを、図１ａ４はリニアゲージを左前上方の視点より見たようすを、図１ａ５はリニアゲージを右前上方の視点より見たようすを表している。
【００１３】
さて、図示するようにリニアゲージは、フレーム１、軸方向に移動可能にフレーム１に軸受されたシャフト２、シャフト２の一端に固定された測定子３、シャフト２の他端に固定されたホルダ４、ホルダ４に固定された第１スリット５、一端がフレーム１に他端がホルダ４に固定された、ホルダ４を測定子３の方向に付勢するバネ６、検出ユニット７とを備えている。
【００１４】
なお、リニアゲージには、実際には、図１ａ５に破線で示すようにカバー８で覆われる。
ここで、検出ユニット７には前後方向に貫通した貫通孔７１が設けられており、第１スリット５は、この貫通孔７１に挿入されている。
そして、このような構成において、図１ｂ１、ｂ２に示すように、測定子３が被計測物に当接された状態で、シャフト２がフレーム１に対して前後に移動すると、シャフト２にホルダ４を介して固定された第１スリット５が前後に移動することになる。
次に、図２に、検出ユニット７の構成を示す。
図２ａに模式的に示すように、検出ユニット７は、第１スリット５が前後方向に挿入されている貫通孔７１の下方に設けられた送光部７２と、貫通孔７１の上方に設けられた受光部７３とを有する。
そして、送光部７２は、下から順に、光源であるＬＥＤ７２１、第１絞７２２、第２絞７２３、レンズ７２４、平行光マスク７２５を有している。
そして、受光部７３は、下から順に、第２スリット７３１と、フォトダイオードアレイ７３２とを備えている。
ここで、フォトダイオードアレイ７３２の下面には、図２ｂ１に示すように、Ａ、Ｂ、invＡ、invＢの４つのフォトダイオードの受光面が形成されており、この４つのフォトダイオードの受光面は２行２列の格子状に配置されている。
また、第２スリット７３１には、図２ｂ２に示すように、９０°スリット領域、１８０°スリット領域、２７０°スリット領域、３６０°スリット領域の４つのスリット領域が２行２列の格子状に設けられており、各スリット領域には各々前後方向に並んだ同ピッチのスリットが設けられている。ここで、３６０°スリット領域のスリットに対して９０°スリット領域のスリットは位相が９０°異なり、３６０°スリット領域のスリットに対して１８０°スリット領域のスリットは位相が１８０°異なり、３６０°スリット領域のスリットに対して２７０°スリット領域のスリットは位相が２７０°異なる。
【００１５】
そして、９０°スリット領域が、フォトダイオードアレイ７３２のＡのフォトダイオードを覆い、２７０°スリット領域が、フォトダイオードアレイ７３２のinvＡのフォトダイオードを覆い、１８０°スリット領域が、フォトダイオードアレイ７３２のＢのフォトダイオードを覆い、３６０°スリット領域が、フォトダイオードアレイ７３２のinvＢのフォトダイオードを覆うように、第２スリット７３１は、フォトダイオードアレイ７３２の下方に重ねて配置される。
【００１６】
なお、貫通孔７１に挿入されている第１スリット５には、図２ｂ３に示すように、第２スリット７３１と同ピッチのスリットが前後方向に形成されている
一方、送光部７２において、レンズ７２４は、ＬＥＤ７２１から出射された光を上方に向かう平行光に変換する。第１絞７２２は、図２ｂ６に示すように、円形の小孔が設けられた遮光板であり、できるだけ、ＬＥＤ７２１の内部の反射板などにおいて生じる反射光を遮断してＬＥＤ７２１の発光部７２１１からの直接光のみを透過するように、ＬＥＤ７２１の上側近傍の位置に配置される。また、第２絞７２３は、図２ｂ５に示すように、レンズ７２４の径より小さな径の円形の貫通孔７１が設けられた遮光板であり、ＬＥＤ７２１の発光部７２１１からの直接光のうちの、レンズ７２４において有効に平行光に変換される光成分のみが、レンズ７２４に到達するように、第１絞７２２とレンズ７２４との間の位置に配置される。
【００１７】
そして、平行光マスク７２５は、図２ｂ４に示すように、２行２列の格子状に配置され４つの四角形状の孔が設けられた遮光板であり、レンズ７２４で変換された平行光のうち、フォトダイオードアレイ７３２の４つのフォトダイオードの受光面に向かう光成分のみを透過するように、レンズ７２４と貫通孔７１の間に配置されている。すなわち、平行光マスク７２５は、垂直方向に見て、４つの四角形状の貫通孔７１の各々が、フォトダイオードアレイ７３２の４つのフォトダイオードの受光面の各々と、ちょうど重なるように形成されている。
【００１８】
そして、このような検出ユニット７の構成において、送光部７２から上方に出射された平行光は、貫通孔７１に挿入されている第１スリット５を透過した後、第２スリット７３１を透過しフォトダイオードアレイ７３２の４つのフォトダイオードの受光面に到達し、電気信号に変換される。
【００１９】
ここで、第１スリット５が前後方向に移動している場合、第１スリット５と第２スリット７３１の各スリット領域のスリットの作用により、フォトダイオードアレイ７３２のＡ、Ｂ、invＡ、invＢの４つのフォトダイオードでは、第１スリット５の移動速度に応じた周期の正弦波の電気信号が得られる。また、第２スリット７３１の各スリット領域のスリットの位相差に応じて、Ａ、Ｂ、invＡ、invＢの４つのフォトダイオードで得られる正弦波の信号の位相は、当該順序で順次９０°ずつずれることになる。また、これにより、（Ａ-invＡ）により生成したＡ相信号と、（Ｂ-invＢ）により生成したＢ相信号には、９０°の位相差が生じる。
【００２０】
そこで、このようなＡ相信号とＢ相信号とより、第１スリット５したがってシャフト２、測定子３、測定子３が当接している被計測物の移動速度や移動方向や、これらに基づく変位を測定することができる。
以上、本発明の実施形態について説明した。
以上のように、本実施形態によれば、第１絞７２２、第２絞７２３によって、ＬＥＤ７２１の発光部７２１１からの直接光のみをレンズ７２４で変換して正しい平行光を生成できるようにすると共に、平行光マスク７２５によって、生成した平行光のうちの、フォトダイオードアレイ７３２の各フォトダイオードの受光面に向かう平行光成分のみを送光部７２から出射して、当該平行光成分が第１スリット５と第２スリット７３１を透過してフォトダイオードアレイ７３２の各フォトダイオードの受光面に到達するようにしたので、各所における散乱、反射、回折等による、各フォトダイオードの受光面への、第２スリット７３１を通過していない、または、第２スリット７３１の対応するスリット領域以外のスリット領域を通過した光成分の混入の影響を排除できる。よって、リニアゲージのＳＮ比を向上することができるようになる。
【００２１】
以上、本発明の実施形態について説明した。
なお、以上で示した実施形態は、図３ａ、ｂに示すように第１スリット５をフレーム１に固定し、シャフト２に連結した検出ユニット７を移動するように構成したリニアゲージにおいても同様に適用することができる。
また、以上の実施形態では、リニアゲージへの適用を例にとり説明したが、以上で示した第１スリット５と、検出ユニット７からなる光学式エンコーダは、第１スリット５を被計測物と共に回転させるロータリエンコーダなどの、移動速度や移動方向を計測する任意の装置に同様に適用することができる。
【符号の説明】
【００２２】
１…フレーム、２…シャフト、３…測定子、４…ホルダ、５…第１スリット、６…バネ、７…検出ユニット、８…カバー、７１…貫通孔、７２…送光部、７３…受光部、７２１…ＬＥＤ、７２２…第１絞、７２３…第２絞、７２４…レンズ、７２５…平行光マスク、７３１…第２スリット、７３２…フォトダイオードアレイ、７２１１…発光部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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