(57)【要約】【課題】分解能を向上することができるエンコーダを提供する。【解決手段】エンコーダ１０は、一方向に沿ってスリット２０が並べられたパターン１８が形成されたディスク１２と、ディスク１２のパターン１８に向かって光を照射する発光素子１４と、発光素子１４から照射されてスリット２０を経由して届いた光を受光し、スリット２０が並べられる方向に沿って並べられた複数の受光素子２４と、発光素子１４から照射されてスリット２０を経由して届いた光により結像された像を拡大して受光素子２４側に伝達し、スリット２０のピッチＰ１、Ｐ２、および、受光素子２４のピッチＰ３、Ｐ４に応じて、少なくとも複数の受光素子２４が並べられた方向に拡大する拡大率が設定された光学素子２６と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方向に沿ってスリットが並べられたパターンが形成されたディスクと、
前記ディスクの前記パターンに向かって光を照射する発光素子と、
前記発光素子から照射されて前記スリットを経由して届いた前記光を受光し、前記スリットが並べられる方向に沿って並べられた複数の受光素子と、
前記発光素子から照射されて前記スリットを経由して届いた前記光により結像された像を拡大して前記受光素子側に伝達し、前記スリットのピッチ、および、前記受光素子のピッチに応じて、少なくとも複数の前記受光素子が並べられた方向に拡大する拡大率が設定された光学素子と、
を有する、エンコーダ。
【請求項２】
請求項１に記載のエンコーダであって、
前記光学素子はファイバオプティクプレートである、エンコーダ。
【請求項３】
請求項１に記載のエンコーダであって、
前記光学素子はレンズである、エンコーダ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のエンコーダであって、
前記パターンは、少なくともインクリメントパターンを含む、エンコーダ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のエンコーダであって、
前記パターンは、少なくともアブソリュートパターンを含む、エンコーダ。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載のエンコーダであって、
前記スリットは、前記発光素子から照射された前記光を反射する反射スリットである、エンコーダ。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれか１項に記載のエンコーダであって、
前記スリットは、前記発光素子から照射された前記光を透過させる透過スリットである、エンコーダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学式のエンコーダに関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、ディスクに所定のピッチで設けられたスリットの反射光を受光する受光素子を複数有する光学式のエンコーダが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−０９０３０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１の技術のエンコーダでは、スリットのピッチが狭く形成され、また、スリットのピッチに対応して受光素子のピッチが狭く形成されるほど、分解能を高めることができる。しかし、受光素子の製造上、受光素子のピッチは一定距離以上確保する必要があり、分解能の向上を阻む要因となっていた。
【０００５】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、分解能を向上することができる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】
本発明の態様は、エンコーダは、一方向に沿ってスリットが並べられたパターンが形成されたディスクと、前記ディスクの前記パターンに向かって光を照射する発光素子と、前記発光素子から照射されて前記スリットを経由して届いた前記光を受光し、前記スリットが並べられる方向に沿って並べられた複数の受光素子と、前記発光素子から照射されて前記スリットを経由して届いた前記光により結像された像を拡大して前記受光素子側に伝達し、前記スリットのピッチ、および、前記受光素子のピッチに応じて、少なくとも複数の前記受光素子が並べられた方向に拡大する拡大率が設定された光学素子と、を有する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、エンコーダの分解能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】エンコーダの模式図である。
【図２】ディスクを回転軸方向から見た模式図である。
【図３】ディスクのパターンの拡大模式図である。
【図４】光学ユニットの模式図である。
【図５】ファイバオプティクプレートによる像の拡大について説明する模式図である。
【図６】受光素子の模式図である。
【図７】エンコーダの模式図である。
【図８】エンコーダの模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
〔第１の実施の形態〕
［エンコーダの概要］
本実施の形態のエンコーダ１０は、絶対角度を検出可能なアブソリュート型のロータリエンコーダである。図１は、エンコーダ１０の模式図である。エンコーダ１０は、モータ等の回転体と一体に回転するディスク１２、ディスク１２に向けて光を照射し、また、ディスク１２の反射光を受光する光学ユニット１５を有している。
【００１０】
［ディスクの構成］
図２は、ディスク１２を回転軸Ｏ方向から見た模式図である。ディスク１２は、円盤状であって、その一方の面にインクリメントパターン１８ａおよびアブソリュートパターン１８ｂが設けられている。インクリメントパターン１８ａおよびアブソリュートパターン１８ｂは、それぞれディスク１２の全周にわたって同心円状に設けられている。
【００１１】
図３は、ディスク１２のインクリメントパターン１８ａおよびアブソリュートパターン１８ｂの拡大模式図である。インクリメントパターン１８ａおよびアブソリュートパターン１８ｂは、実際には円状に形成されているが、図３では直線状となるように模式的に示されている。以下、インクリメントパターン１８ａとアブソリュートパターン１８ｂを区別しないときには、パターン１８と記載することがある。
【００１２】
インクリメントパターン１８ａは、複数のスリット２０ａから構成されている。アブソリュートパターン１８ｂは、複数のスリット２０ｂから構成されている。以下、インクリメントパターン１８ａのスリット２０ａと、アブソリュートパターン１８ｂのスリット２０ｂとを区別しないときには、スリット２０と記載することがある。
【００１３】
スリット２０は反射スリットであり、ディスク１２の表面のうちスリット２０に照射された光は、スリット２０により反射されるが、スリット２０以外の場所に照射された光は吸収される。ディスク１２は、例えば、金属等の光を反射する材料により形成され、スリット２０の箇所を除くディスク１２の表面に反射率の低い材料が塗布されている。
【００１４】
インクリメントパターン１８ａの複数のスリット２０ａは、ディスク１２の周方向に沿って所定のピッチＰ１で並べられている。アブソリュートパターン１８ｂの複数のスリット２０ｂは、所定のピッチＰ２を単位幅として、それぞれ異なる幅に形成され、ディスク１２の周方向に沿って並べられている。アブソリュートパターン１８ｂの各スリット２０ｂは、スリット２０ｂの反射光を受光した後述する９個の受光素子２４０〜２４８の出力信号のパターンが、ディスク１２の１回転内の回転位置において一義的に定まるように、スリット２０ｂの幅、および、位置が設定されている。
【００１５】
［光学ユニットの構成］
図４は、光学ユニット１５の模式図である。光学ユニット１５は、ディスク１２に向かって光を照射する発光素子１４、インクリメントパターン１８ａのスリット２０ａの反射光を受光するインクリメント受光部１６ａ、および、アブソリュートパターン１８ｂのスリット２０ｂの反射光を受光するアブソリュート受光部１６ｂを有している。インクリメント受光部１６ａおよびアブソリュート受光部１６ｂは、円弧状に設けられるが、図４では模式的に直線状に記載されている。
【００１６】
発光素子１４は、例えば、ＬＥＤ等から構成されており、ディスク１２のインクリメントパターン１８ａおよびアブソリュートパターン１８ｂの両方に光を照射する。発光素子１４は、基板２２に実装されている。インクリメント受光部１６ａは、発光素子１４に対して径方向外側に設けられ、アブソリュート受光部１６ｂは、発光素子１４に対して径方向内側に設けられている。
【００１７】
インクリメント受光部１６ａは、基板２２に実装された受光素子２４Ａ、２４Ｂ、２４ＸＡ、２４ＸＢから構成されている。インクリメント受光部１６ａは、４つの受光素子２４Ａ、２４Ｂ、２４ＸＡ、２４ＸＢを１組として、複数組（本実施の形態では８組）から構成されている。アブソリュート受光部１６ｂは、基板２２に実装された複数個（本実施の形態では９個）の受光素子２４０〜２４８から構成されている。受光素子２４Ａ、２４Ｂ、２４ＸＡ、２４ＸＢ、および、受光素子２４０〜２４８は、フォトダイオードであって、受光した光の光量に応じた信号を出力する。以下、受光素子２４Ａ、２４Ｂ、２４ＸＡ、２４ＸＢと、受光素子２４０〜２４８とを特に区別しないときには、受光素子２４と記載することがある。
【００１８】
受光素子２４Ａ、２４Ｂ、２４ＸＡ、２４ＸＢは、インクリメントパターン１８ａのスリット２０ａが並べられる方向に沿って並べられている。受光素子２４Ａ、２４Ｂ、２４ＸＡ、２４ＸＢは所定のピッチＰ３で基板２２に設けられている。
【００１９】
受光素子２４Ａ、２４Ｂ、２４ＸＡ、２４ＸＢは、ディスク１２の回転角度の変化に対して正弦波の信号を出力する。受光素子２４Ｂは、受光素子２４Ａから出力される信号に対して位相が電気角でπ／２［ｒａｄ］遅れた信号を出力する。受光素子２４ＸＡは、受光素子２４Ａから出力される信号に対して位相が電気角でπ［ｒａｄ］遅れた信号を出力する。受光素子２４ＸＢは、受光素子２４Ｂから出力される信号に対して位相が電気角でπ［ｒａｄ］遅れた信号を出力する。
【００２０】
受光素子２４０〜２４８は、アブソリュートパターン１８ｂのスリット２０ｂが並べられる方向に沿って並べられている。受光素子２４０〜２４８は、所定のピッチＰ４で基板２２に設けられている。
【００２１】
受光素子２４０〜２４８は、ディスク１２の回転角度の変化に対して矩形波の信号を出力する。受光素子２４０〜２４８のそれぞれから出力される信号の組み合わせにより、ディスク１２の１回転内の回転位置を求めることができる。
【００２２】
［ファイバオプティクプレート（ＦＯＰ）の構成］
図１に示されるように、インクリメント受光部１６ａのディスク１２側にはファイバオプティクプレート２６ａ（以下、ＦＯＰ２６ａと記載する。）が設けられている。また、アブソリュート受光部１６ｂのディスク１２側にも同様にファイバオプティクプレート２６ｂ（以下、ＦＯＰ２６ｂと記載する。）が設けられている。以下、ＦＯＰ２６ａとＦＯＰ２６ｂとを特に区別しないときには、ＦＯＰ２６と記載する。なお、ＦＯＰ２６は光学素子を構成する。
【００２３】
ＦＯＰ２６は、光ファイバを束ねて構成されている。ＦＯＰ２６は、熱処理が行われることにより、一方の面から他方の面に向かって面積が拡大するようにテーパ状に形成されている。これにより、ＦＯＰ２６は、一方の面に入力された像を拡大して他方の面に出力することができる。
【００２４】
図５はＦＯＰ２６ａによる像の拡大について説明する模式図である。発光素子１４からインクリメントパターン１８ａに向かって照射された光は、スリット２０ａにおいて反射される。スリット２０ａの反射光により、ＦＯＰ２６ａのディスク１２側の面に像が結像される。ＦＯＰ２６ａのディスク１２側の面に結像された像（反射像２８）は、ＦＯＰ２６ａにより拡大されて、ＦＯＰ２６ａのインクリメント受光部１６ａ側の面から出力され、インクリメント受光部１６ａ上に像（拡大像３０）が表示される。
【００２５】
ＦＯＰ２６ａは、反射像２８に対して拡大像３０が、少なくともインクリメント受光部１６ａの受光素子２４Ａ、２４Ｂ、２４ＸＡ、２４ＸＢが並べられている方向に拡大するように形成されている。また、ＦＯＰ２６ａによる像の拡大率は、インクリメントパターン１８ａのスリット２０ａのピッチＰ１と、受光素子２４Ａ、２４Ｂ、２４ＸＡ、２４ＸＢのピッチＰ３に応じて設定される。
【００２６】
上記では、インクリメント受光部１６ａに設けられるＦＯＰ２６ａによる像の拡大について説明したが、アブソリュート受光部１６ｂに設けられるＦＯＰ２６ｂにおいても同様である。ＦＯＰ２６ｂによる像の拡大率は、アブソリュートパターン１８ｂのスリット２０ｂのピッチＰ２と、受光素子２４０〜２４８のピッチＰ４に応じて設定される。
【００２７】
［作用効果］
エンコーダ１０の分解能を高めるためには、インクリメントパターン１８ａのスリット２０ａのピッチＰ１、アブソリュートパターン１８ｂのスリット２０ｂのピッチＰ２を狭く形成する必要がある。インクリメントパターン１８ａのスリット２０ａのピッチＰ１、アブソリュートパターン１８ｂのスリット２０ｂのピッチＰ２を狭く形成すると、それに合わせて、インクリメント受光部１６ａの受光素子２４Ａ、２４Ｂ、２４ＸＡ、２４ＸＢのピッチＰ３、アブソリュート受光部１６ｂの受光素子２４０〜２４８のピッチＰ４も狭く形成する必要がある。
【００２８】
図６は受光素子２４の模式図である。前述のように、受光素子２４はフォトダイオードであり、フォトダイオードはＰ層とＮ層とからなる。受光素子２４が受光すると、Ｐ層に正孔が移動し、Ｎ層に自由電子が移動する。受光素子２４間のピッチが狭すぎると、隣接する受光素子２４のＮ層に自由電子が移動し、受光していない隣接する受光素子２４において信号が出力されるクロストークが生じるおそれがある。クロストークを抑制するためには、受光素子２４のピッチを確保する必要がある。
【００２９】
そこで、本実施の形態では、発光素子１４から照射されてスリット２０の反射光により結像された像を拡大して受光素子２４側に伝達するＦＯＰ２６を設けた。さらに、スリット２０のピッチＰ１、Ｐ２、および、受光素子２４のピッチＰ３、Ｐ４に応じて、少なくとも複数の受光素子２４が並べられた方向に拡大するようにＦＯＰ２６の拡大率を設定するようにした。これにより、エンコーダ１０の分解能を高めるために、スリット２０のピッチＰ１、Ｐ２を狭くしたとしても、受光素子２４のピッチＰ３、Ｐ４を確保することができ、クロストークの発生を抑制することができる。
【００３０】
〔変形例１〕
第１の実施の形態では、ＦＯＰ２６により、発光素子１４から照射されてスリット２０の反射光により結像された像を拡大して受光素子２４側に伝達するようにしたが、ＦＯＰ２６に代えて、レンズ３２を用いて像を拡大するようにしてもよい。なお、レンズ３２は光学素子を構成する。
【００３１】
図７は、エンコーダ１０の模式図である。図７に示されるように、インクリメント受光部１６ａのディスク１２側にはレンズ３２ａが設けられている。また、アブソリュート受光部１６ｂのディスク１２側にも同様にレンズ３２ｂが設けられている。
【００３２】
レンズ３２ａによる像の拡大率は、インクリメントパターン１８ａのスリット２０ａのピッチＰ１と、受光素子２４Ａ、２４Ｂ、２４ＸＡ、２４ＸＢのピッチＰ３に応じて設定される。レンズ３２ｂによる像の拡大率は、アブソリュートパターン１８ｂのスリット２０ｂのピッチＰ２と、受光素子２４０〜２４８のピッチＰ４に応じて設定される。
【００３３】
〔変形例２〕
第１の実施の形態では、スリット２０を反射スリットとしたが、反射スリットに代えて、光を透過する透過スリットを用いるようにしてもよい。
【００３４】
図８は、エンコーダ１０の模式図である。図８に示されるように、スリット２０に透過スリットが用いられた場合には、発光素子１４は、インクリメント受光部１６ａおよびアブソリュート受光部１６ｂに対してディスク１２を挟んで反対側に設けられる。
【００３５】
〔変形例３〕
第１の実施の形態のエンコーダ１０は、アブソリュート型のロータリエンコーダであるが、エンコーダ１０はインクリメント型のロータリエンコーダであってもよい。エンコーダ１０がインクリメント型のロータリエンコーダである場合には、ディスク１２にアブソリュートパターン１８ｂが設けられる必要はなく、また、アブソリュート受光部１６ｂも設けられる必要はない。
【００３６】
〔変形例４〕
第１の実施の形態のエンコーダ１０は、ロータリエンコーダであったが、リニアエンコーダであってもよい。
【００３７】
〔実施の形態から得られる技術的思想〕
上記実施の形態から把握しうる技術的思想について、以下に記載する。
【００３８】
エンコーダ（１０）は、一方向に沿ってスリット（２０）が並べられたパターン（１８）が形成されたディスク（１２）と、前記ディスクの前記パターンに向かって光を照射する発光素子（１４）と、前記発光素子から照射されて前記スリットを経由して届いた前記光を受光し、前記スリットが並べられる方向に沿って並べられた複数の受光素子（２４）と、前記発光素子から照射されて前記スリットを経由して届いた前記光により結像された像を拡大して前記受光素子側に伝達し、前記スリットのピッチ（Ｐ１）、および、前記受光素子のピッチ（Ｐ３）に応じて、少なくとも複数の前記受光素子が並べられた方向に拡大する拡大率が設定された光学素子（２６）と、を有する。これにより、エンコーダの分解能を高めるために、スリットのピッチを狭くしたとしても、受光素子のピッチを確保することができ、クロストークの発生を抑制することができる。
【００３９】
上記のエンコーダであって、前記光学素子はファイバオプティクプレート（２６）であってもよい。これにより、発光素子から照射されてスリットを経由して届いた光により結像された像を拡大することができる。
【００４０】
上記のエンコーダであって、前記光学素子はレンズ（３２）であってもよい。これにより、発光素子から照射されてスリットを経由して届いた光により結像された像を拡大することができる。
【００４１】
上記のエンコーダであって、前記パターンは、少なくともインクリメントパターン（１８ａ）を含んでもよい。これにより、インクリメントパターンのピッチを狭くして、エンコーダの分解能を高めることができる。
【００４２】
上記のエンコーダであって、前記パターンは、少なくともアブソリュートパターン（１８ｂ）を含んでもよい。これにより、アブソリュートパターンのピッチを狭くして、エンコーダの分解能を高めることができる。
【００４３】
上記のエンコーダであって、前記スリットは、前記発光素子から照射された前記光を反射する反射スリットであってもよい。これにより、反射スリットのピッチを狭くして、エンコーダの分解能を高めることができる。
【００４４】
上記のエンコーダであって、前記スリットは、前記発光素子から照射された前記光を透過させる透過スリットであってもよい。これにより、透過スリットのピッチを狭くして、エンコーダの分解能を高めることができる。
【符号の説明】
【００４５】
１０…エンコーダ                        １２…ディスク
１４…発光素子                          １８…パターン
１８ａ…インクリメントパターン          １８ｂ…アブソリュートパターン
２０…スリット                          ２４…受光素子
２６…ファイバオプティクプレート（光学素子）
３２…レンズ（光学素子）
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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