(57)【要約】【課題】  品質の高い反射型エンコーダを提供する。【解決手段】  エンコーダは、第１ピッチで配列される複数のパターンを有するスケール板と、前記スケール板に対向して配置され、前記複数のパターンの配列方向に沿って、前記第１ピッチの約２倍の第２ピッチで配置される複数の発光部と、前記複数の発光部からそれぞれ照射され、前記スケール板を反射または透過した光線を受光する複数の受光素子とを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１ピッチで配列される複数のパターンを有するスケール板と、
前記スケール板に対向して配置され、前記複数のパターンの配列方向に沿って、前記第１ピッチの約２倍の第２ピッチで配置される複数の発光部と、
前記複数の発光部からそれぞれ照射され、前記スケール板を反射または透過した光線を受光する複数の受光素子と
を含む、エンコーダ。
【請求項２】
前記複数の受光素子のそれぞれは、複数の前記光線を受光する請求項１記載のエンコーダ。
【請求項３】
前記複数の発光部と前記スケール板とが対向する方向において、前記受光素子の受光面と前記発光部の発光面との間の距離をＡ、前記受光素子の受光面と前記スケール板との間の距離をＢとすると、
前記第２ピッチは、前記第１ピッチの２Ｂ／（Ｂ−Ａ）倍である、請求項１または２記載のエンコーダ。
【請求項４】
前記複数の受光素子が配置される第３ピッチは、前記第２ピッチに等しい、請求項１乃至３のいずれか一項記載のエンコーダ。
【請求項５】
前記複数の発光部は、
光源と、
前記光源の発光面側に配置され、前記第２ピッチで設けられた複数の透過部を有する遮光部と
によって構成される、請求項１乃至４のいずれか一項記載のエンコーダ。
【請求項６】
前記複数の発光部は、前記第２ピッチで設けられる独立した複数の光源である、請求項１乃至４のいずれか一項記載のエンコーダ。
【請求項７】
前記複数の発光部は、独立した複数の光源と、前記複数の光源の発光面にそれぞれ配置される複数の遮光部であって、各光源の光を透過する透過部を有する複数の遮光部とによって構成され、
前記複数の遮光部の透過部は、前記第２ピッチで設けられる、請求項１乃至４のいずれか一項記載のエンコーダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンコーダに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ディスクに形成された反射スリットに光を照射する点光源、及び、前記点光源から照射され前記反射スリットで反射された光を受光する受光素子を備えた第１基板と、前記第１基板が搭載された第２基板と、前記第１基板と前記第２基板とを電気的に接続する、光沢を備えた接続部と、前記点光源及び前記受光素子を露出させるように前記接続部を被覆する被覆材と、を有する、エンコーダがある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１３０３９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、エンコーダの高分解能化が進むと、点光源から照射される光をディスクで反射する反射部同士の間隔が狭くなり、受光素子で受光する光のＳ／Ｎ(Signal to Noise)比が低下する。Ｓ／Ｎ比を向上させるための対策としては、点光源として用いるＬＥＤ(Light Emitting Diode:)のサイズを小さくすることが考えられるが、小さな領域にＬＥＤの発光エネルギが集中することになり、ＬＥＤの寿命が短くなるため、長期にわたって品質を保つことが困難になるという課題がある。
【０００５】
そこで、品質の高い反射型エンコーダを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施の形態のエンコーダは、第１ピッチで配列される複数のパターンを有するスケール板と、前記スケール板に対向して配置され、前記複数のパターンの配列方向に沿って、前記第１ピッチの約２倍の第２ピッチで配置される複数の発光部と、前記複数の発光部からそれぞれ照射され、前記スケール板を反射または透過した光線を受光する複数の受光素子とを含む。
【発明の効果】
【０００７】
品質の高い反射型エンコーダを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態の反射型エンコーダ１００を示す図である。
【図２】基板１０１と光学モジュール１２０を示す図である。
【図３】基板１０１、スケール板１１０、及び光学モジュール１２０の位置関係を示す図である。
【図４】反射型エンコーダ１００の光路を透過型に置き換えた光路を示す図である。
【図５】実施の形態の変形例の反射型エンコーダ１００Ｍを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明のエンコーダを適用した実施の形態について説明する。
【００１０】
＜実施の形態＞
図１は、実施の形態の反射型エンコーダ１００を示す図である。図１（Ａ）〜（Ｃ）では、ＸＹＺ座標系を用いて説明する。以下では、ＸＹ面視することを平面視と称す。
【００１１】
図１（Ａ）には、反射型エンコーダ１００の一部分を平面視で透過的に示す。図１（Ｂ）には、反射型エンコーダ１００をＸＺ面視した側面の構成を示す。図１（Ｃ）には、反射型エンコーダ１００をＹＺ面視した側面の構成を示す。
【００１２】
反射型エンコーダ１００は、基板１０１、スケール板１１０、及び光学モジュール１２０を含む。以下では、図１に加えて図２も用いて説明する。図２は、基板１０１と光学モジュール１２０を示す図である。
【００１３】
基板１０１は、平面視で円形の配線基板である。基板１０１としては、例えば、ＦＲ−４(Flame Retardant type 4)規格の配線基板を用いることができる。基板１０１には、光学モジュール１２０の他に、光学モジュール１２０に接続される回路を構成する電子部品等が実装される。
【００１４】
スケール板１１０は、一例として、金属製又はガラス製の円板状の部材であり、中心に回転軸を有し、ＸＹ面内で回転軸を中心に回転する。このため、平面視で円形のスケール板１１０の回転方向と周方向は等しい。
【００１５】
例えば、金属製のスケール板１１０は、基板１０１に平行である。スケール板１１０のＺ軸負方向側の面には、外周に沿って反射部１１１が設けられている。反射部１１１は、インクリメンタルパターン用の反射部である。反射部１１１は、一例として、反射部同士の間に光を反射しない（あるいは反射部１１２より反射率の低い）非反射部１１１Ａを設けることによって作製されている。非反射部１１１Ａは、例えば、光を吸収する吸光材を塗布することによって作製される。
【００１６】
スケール板１１０は、光学モジュール１２０の遮光部１２２の透過部１２２Ａ、１２２Ｂ、１２２Ｃを介してから照射される光（以下、「光線」という）を光学モジュール１２０の受光素子１２３に反射する。スケール板１１０は、反射部材の一例であり、反射部１１１は、反射パターンの一例である。
【００１７】
また、スケール板１１０がガラス製の場合は、非反射部１１１Ａは、例えば、光を透過する領域であり、反射部１１１としての金属層が設けられていない領域である。
【００１８】
すべての反射部１１１の周方向における幅は等しく、スケール板１１０の周方向における反射部１１１と非反射部１１１Ａとの幅は等しい。反射部１１１は、周方向に等間隔（等ピッチ）で設けられている。
【００１９】
光学モジュール１２０は、ベース部１２０Ａ、ＬＥＤ１２１、遮光部１２２、及び受光素子１２３を有する。光学モジュール１２０は、基板１０１のＺ軸正方向側の表面に実装され、スケール板１１０に対向している。ベース部１２０Ａは、平面視で矩形状で平板状の基板である。ベース部１２０ＡのＺ軸正方向側の面には、ＬＥＤ１２１と受光素子１２３が配置されている。
【００２０】
ＬＥＤ１２１は、平面視で遮光部１２２と略等しいサイズを有し、発光面がＺ軸正方向側を向いている。すなわち、ＬＥＤ１２１は、スケール板１１０のＺ軸負方向側の面と対向している。ＬＥＤ１２１は、ランバート型である。ＬＥＤ１２１の発光面は、遮光部１２２によって覆われている。
【００２１】
遮光部１２２は、ＬＥＤ１２１の発光面側に配置されたメタルマスク部材であり、メタルマスク部材に設けられた孔あるいはスリットを形成することにより、透過部１２２Ａ、１２２Ｂ、１２２Ｃを構成している。本実施例では、複数の発光部は、光源としてのＬＥＤ１２１と、透過部１２２Ａ、１２２Ｂ、１２２Ｃが形成された遮光部１２２とから構成される。  遮光部１２２は、平面視でＬＥＤ１２１の発光面を覆い、透過部１２２Ａ、１２２Ｂ、１２２Ｃの部分のみ光を透過させる。このため、ＬＥＤ１２１が発光すると、透過部１２２Ａ、１２２Ｂ、１２２Ｃのみから光が出射する。
【００２２】
透過部１２２Ａ、１２２Ｂ、１２２Ｃの口径（開口径）は、一例として、３０μｍ〜１００μｍである。ＬＥＤ１２１の発光面のサイズは、一例として、Ｘ軸方向が１００μｍ〜５００μｍ、Ｙ軸方向が５０μｍ〜１２０μｍである。
【００２３】
ここで、図１（Ａ）には、スケール板１１０の中心を通り、スケール板１１０の径方向に伸びる直線Ｃを示す。透過部１２２Ｂは、直線Ｃ上に位置し、スケール板１１０の中心は、直線Ｃ上で透過部１２２ＢよりもＹ軸負方向側に位置する。
【００２４】
透過部１２２Ａ、１２２Ｂ、１２２Ｃは、スケール板１１０の回転方向に沿って、等ピッチで配列されている。透過部１２２Ａ、１２２Ｂ、１２２Ｃのピッチとは、スケール板１１０の回転方向において隣り合う透過部１２２Ａ、１２２Ｂ、１２２Ｃの中心同士の間隔である。なお、透過部１２２Ａ、１２２Ｂ、１２２Ｃを配置するピッチについては後述する。
【００２５】
受光素子１２３は、インクリメンタルパターン用の受光素子であり、例えば、フォトダイオード（Photo Diode: PD）を用いることができる。Ａ相及びＢ相の正弦波を生成する受光素子１２３は、スケール板１１０の回転方向に沿って、等ピッチで扇形に配列されている。受光素子１２３のピッチとは、隣り合う受光素子１２３同士のスケール板１１０の回転方向における中心同士の間隔である。
【００２６】
図１（Ａ）では、説明の便宜上、直線Ｃよりも右側に位置する１個の反射部１１１と直線Ｃよりも左側に位置する７個の反射部１１１とに反時計回りに順番に−１〜７の番号を割り振る。また、直線Ｃよりも左側に位置する７個の受光素子１２３に反時計回りに順番に１〜７の番号を割り振る。１番の反射部１１１の周方向における端辺は、図１（Ａ）に示すように直線Ｃと重なっている。
【００２７】
この状態では、ランバート型のＬＥＤ１２１から透過部１２２Ｂを経て出射される光は、１番〜７番の反射部１１１で反射される反射光は、１番〜７番の受光素子１２３でそれぞれ受光される。なお、ランバート型のＬＥＤ１２１から透過部１２２Ｂを経て出射される光は、直線Ｃを通るＹＺ平面に対して対称に、直線Ｃより右側の７個の受光素子１２３によっても同様に受光されるが、ここでは直線Ｃより左側の１番〜７番の受光素子１２３について説明する。
【００２８】
実施の形態の反射型エンコーダ１００では、透過部１２２Ｃを経て出射される光のうち、１番〜６番の反射部１１１で反射される反射光が、１番〜６番の受光素子１２３でそれぞれ受光されるように、透過部１２２Ｂ及び１２２Ｃのピッチを設定する。
【００２９】
また、透過部１２２Ａを経て出射される光のうちの２番〜７番の反射部１１１で反射される反射光が、２番〜７番の受光素子１２３でそれぞれ受光されるように、透過部１２２Ａ及び１２２Ｂのピッチを設定する。
【００３０】
このように、１番〜７番の受光素子１２３に少なくとも２本以上の光路を経て反射光が到達するようにして、各受光素子１２３における受光量を増大させる。
【００３１】
このような受光量の増大を実現する透過部１２２Ａ、１２２Ｂ、１２２Ｃのピッチは、スケール板１１０の反射部１１１のピッチの約２倍である。
【００３２】
ここで、図３を用いて約２倍の意味について説明する。図３は、基板１０１、スケール板１１０、及び光学モジュール１２０の位置関係を示す図である。図３には、スケール板１１０の中心軸側からスケール板１１０の周方向に沿って径方向外側を見た場合の２番目の反射部１１１（２）、３番目の反射部１１１（３）、透過部１２２Ａ、１２２Ｂ、２番目の受光素子１２３（２）、３番目の受光素子１２３（３）の位置関係を示す。また、図３では、光の径方向の変位を考えずに、周方向に沿った平面上で取り扱う。
【００３３】
また、反射部１１１のピッチをＰ１、透過部１２２Ａ及び１２２ＢのピッチをＰ２、受光素子１２３のピッチをＰ３とする。なお、透過部１２２Ａ、１２２Ｂを点光源として取り扱う。ピッチＰ１は第１ピッチの一例であり、ピッチＰ２は第２ピッチの一例であり、ピッチＰ３は第３ピッチの一例である。
【００３４】
光学モジュール１２０のベース部１２０Ａは、基板１０１の表面に取り付けられており、ベース部１２０ＡのＺ軸正方向側の面には、ＬＥＤ１２１と受光素子１２３が設けられている。
【００３５】
ＬＥＤ１２１の発光面は、受光素子１２３の受光面よりも距離Ａだけ高い位置にある。すなわち、ＬＥＤ１２１の発光面のＺ軸方向における位置と、受光素子１２３の受光面のＺ軸方向における位置との差はＡである。また、受光素子１２３の受光面のＺ軸方向における位置と、スケール板１１０の反射部１１１の反射面のＺ軸方向における位置との差をＢとする。
【００３６】
ここでは、透過部１２２Ｂから出射され、２番の反射部１１１（２）で反射されて２番の受光素子１２３（２）に入射する光線と、透過部１２２Ｂから出射され、３番の反射部１１１（３）で反射されて３番の受光素子１２３（３）に入射する光線と、透過部１２２Ａから出射され、２番の反射部１１１（２）で反射されて３番の受光素子１２３（３）に入射する光線とについて考える。
【００３７】
反射型エンコーダ１００の光線は、透過型のエンコーダの光線を反射部１１１で折り曲げたものであるため、反射型エンコーダ１００の光線を透過型のエンコーダの光線に置き換えると、図４のようになる。図４は、反射型エンコーダ１００の光線を透過型に置き換えた光線を示す図である。
【００３８】
図４において、反射部１１１をスリット又は透過部として取り扱えば、仮想的な２番目及び３番目の受光素子１２３Ａ（２）及び１２３Ａ（３）は、光学モジュール１２０のベース部１２０ＡのＺ軸正方向側の面からＺ軸方向に２Ｂの位置にあることになる。
【００３９】
ここで、透過部１２２Ｂから出射され、２番の反射部１１１（２）で反射されて２番の受光素子１２３（２）に入射する光線について、点光源である透過部１２２Ｂから出射され、２番の反射部１１１（２）で反射される光線の像（図４では透過する際の光の像）の幅をＷ１、２番の受光素子１２３Ａ（２）に入射する光の像の幅をＷ２とすると、Ｗ１、Ｗ２、Ａ、Ｂの間には、次の比例式（１）が成立する。
【００４０】
（Ｂ−Ａ）：Ｗ１＝（Ｂ＋Ｂ）：Ｗ２      （１）
従って、Ｗ２＝（２ＢＷ１）／（Ｂ−Ａ）となる。すなわち、光の像の比Ｗ２／Ｗ１は、２Ｂ／（Ｂ−Ａ）である。なお、ＬＥＤ１２１の発光面のＺ軸方向の位置が受光素子１２３の位置と等しい場合には、Ａ＝０になるので、光の像の比Ｗ２／Ｗ１は、２となり、２倍の像が得られることになる。これは、反射型エンコーダ１００が２倍光学系であることを表す。
【００４１】
ここで、一例として、Ａ＝０．２５ｍｍ、Ｂ＝３．６ｍｍの場合には、比Ｗ２／Ｗ１は、約２．１５である。
【００４２】
なお、ここでは、透過部１２２Ｂから出射され、２番の反射部１１１（２）で反射されて２番の受光素子１２３（２）に入射する光線について比例式を求めたが、透過部１２２Ｂから出射され、３番の反射部１１１（３）で反射されて３番の受光素子１２３（３）に入射する光線と、透過部１２２Ａから出射され、３番の反射部１１１（３）の左側に位置する不図示の４番目の反射部で反射されて３番の受光素子１２３（３）に入射する光線とについても同様である。
【００４３】
以上より、透過部１２２Ａ及び１２２ＢのピッチＰ２が、受光素子１２３のピッチＰ３と等しければ、透過部１２２Ａから出射され、４番の反射部で反射される光線は、３番の受光素子１２３（３）に入射することになる。
【００４４】
換言すれば、透過部１２２Ａ及び１２２ＢのピッチＰ２が、反射部１１１のピッチＰ１の２Ｂ／（Ｂ−Ａ）倍であれば、透過部１２２Ａから出射され、４番の反射部で反射される光線は、３番の受光素子１２３（３）に入射することになる。
【００４５】
ここで、透過部１２２Ａ、１２２Ｂ、１２２ＣのピッチＰ２が、反射部１１１のピッチＰ１の約２倍であることは、ピッチＰ２が、ピッチＰ１の２Ｂ／（Ｂ−Ａ）倍であることであり、Ａ＝０であれば、ピッチＰ２がピッチＰ１の２倍であり、Ａ＞０であれば、ピッチＰ２は、ピッチＰ１の２倍よりも少し大きくなる。
【００４６】
これは、透過部１２２Ａを経て出射される光線のうちの２，３番及び５番〜７番の反射部１１１で反射される反射光が、２，３番及び５番〜７番の受光素子１２３についても同様である。
【００４７】
また、透過部１２２Ａ、１２２Ｂ、及び１２２Ｃは、スケール板１１０の周方向において等ピッチで配置されるため、透過部１２２Ｃを経て出射される光線のうち、１番〜６番の反射部１１１で反射される反射光が、１番〜６番の受光素子１２３でそれぞれ受光されることにおいても同様である。
【００４８】
従って、１番〜７番の受光素子１２３のうち、両端の１番及び７番以外の２番〜６番の受光素子１２３には、常に３個の透過部１２２Ａ、１２２Ｂ、及び１２２Ｃを経て出射される光線が到達する。
【００４９】
また、１番の受光素子１２３には、常に２個の透過部１２２Ｂ及び１２２Ｃを経て出射される光線が到達し、７番の受光素子１２３には、常に２個の透過部１２２Ａ及び１２２Ｂを経て出射される光線が到達する。すなわち、複数の受光素子１２３のそれぞれは、異なる発光部から照射される２つ以上の光線を受光することになる。
【００５０】
以上、１番〜７番の受光素子１２３に少なくとも２本以上の光線が到達するようにして、各受光素子１２３における受光量を増大させることができ、この結果、受光素子１２３で受光する光のＳ／Ｎ比を増大させることができる。
【００５１】
このようなＳ／Ｎ比の増大は、複数の光源として高出力で発光領域が小さく寿命が短いＬＥＤを用いることなく、発光面積が比較的大きく、寿命の長いＬＥＤ１２１の発光面に遮光部１２２を設けることで実現することができる。透過部１２２Ａ、１２２Ｂ、１２２Ｃの口径を小さくすることにより、光径の小さい複数の光源を得ることができる。
【００５２】
従って、実施の形態によれば、品質の高い反射型エンコーダ１００を提供することができる。
【００５３】
なお、以上では、反射型エンコーダ１００が３個の光源を有する形態について説明したが、光源は複数あればよく、３個に限られない。光源の数は２個であってもよく、４個以上であってもよい。
【００５４】
また、以上では、複数の光源を実現するために、透過部１２２Ａ、１２２Ｂ、１２２Ｃを有する遮光部１２２を１個のＬＥＤ１２１の発光面に設ける形態について説明したが、図５に示すように発光面積が比較的大きく寿命が長い３個の独立したＬＥＤの発光面のそれぞれに、１個の透過部を有する遮光部をそれぞれ設けて、各光源から照射される光線の光径を小さくしてもよい。
【００５５】
図５は、実施の形態の変形例の反射型エンコーダ１００Ｍを示す図である。反射型エンコーダ１００Ｍは、図１に示す反射型エンコーダ１００の光学モジュール１２０の代わりに光学モジュール１２０Ｍを含む。光学モジュール１２０Ｍは、図１に示す光学モジュール１２０のＬＥＤ１２１及び遮光部１２２の代わりに、３個のＬＥＤ１２１Ｍ１、１２１Ｍ２、１２１Ｍ３と、遮光部１２２Ｍ１、１２２Ｍ２、１２２Ｍ３とを有する。
【００５６】
ＬＥＤ１２１Ｍ１、１２１Ｍ２、１２１Ｍ３及び遮光部１２２Ｍ１、１２２Ｍ２、１２２Ｍ３をピッチＰ２で設けてもよいし、ＬＥＤ１２１Ｍ１、１２１Ｍ２、１２１Ｍ３は、ピッチＰ２からずれていても、遮光部１２２Ｍ１、１２２Ｍ２、１２２Ｍ３がピッチＰ２で設けられていればよい。
【００５７】
また、複数のＬＥＤ１２１Ｍ１、１２１Ｍ２、１２１Ｍ３を用いる場合に、遮光部１２２Ｍ１、１２２Ｍ２、１２２Ｍ３の透過部１２２ＭＡ、１２２ＭＢ、１２２ＭＣで光径を絞らなくても、十分な寿命が確保できる場合には、透過部１２２ＭＡ、１２２ＭＢ、１２２ＭＣを有する遮光部を設けなくてもよい。この場合には、複数のＬＥＤ１２１Ｍ１、１２１Ｍ２、１２１Ｍ３をピッチＰ２で設ければよい。
【００５８】
また、以上では、反射型エンコーダ１００がロータリ型の反射型エンコーダである形態について説明したが、反射型エンコーダ１００は、リニア型の反射型エンコーダであってもよい。リニア型の場合は、透過部１２２Ａ、１２２Ｂ、１２２Ｃを反射部１１１の配列方向に沿って直線的に配置すればよい。
【００５９】
また、以上では、反射型のエンコーダである形態について説明したが、透過型のエンコーダであってもよい。なお、透過型の場合には光源は平行光になる。
【００６０】
以上、本発明の例示的な実施の形態の反射型エンコーダについて説明したが、本発明は、具体的に開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。
【符号の説明】
【００６１】
１００  反射型エンコーダ
１１０  スケール板
１１１  反射部
１２０  光学モジュール
１２１  ＬＥＤ
１２２  遮光部
１２２Ａ、１２２Ｂ、１２２Ｃ  透過部
１２３  受光素子
【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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