(57)【要約】【課題】簡単な構成で、物体の相対移動に伴い３種類以上の信号を形成可能とし、コスト的に有利な新規な光学式エンコーダを提供すること。【解決手段】１つの発光体２０から発せられる光を受光可能な第１受光体３１および第２受光体３２が設けられ、発光体２０の光を遮る遮蔽体１０に、第１・第２両受光体３１，３２を非受光状態とする第１の受光状態と、第１・第２両受光体３１，３２を受光状態とする第２の受光状態と、第１受光体３１を受光状態とする一方で、第２受光体３２を非受光状態とする第３の受光状態と、第１受光体３１を非受光状態とする一方で、第２受光体３２を受光状態とする第４の受光状態とを形成可能な受光状態切換部１１が形成されていることを特徴とする光学式エンコーダとした。【選択図】図１
2008089503.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光手段と、
この発光手段から発せられる光を受光可能に配置された受光手段と、
この受光手段と前記発光手段との間に介在されて、前記発光手段から受光手段に入力される光を途中で遮る遮蔽体と、
を備え、前記受光手段の受光状態に応じた信号を出力する光学式エンコーダであって、
前記受光手段として、１つの発光手段から発せられる光を受光可能な第１受光手段および第２受光手段が設けられ、
前記遮蔽体に、前記第１・第２両受光手段を非受光状態とする第１の受光状態と、前記第１・第２両受光手段を受光状態とする第２の受光状態と、前記第１受光手段を受光状態とする一方で、前記第２受光手段を非受光状態とする第３の受光状態と、前記第１受光手段を非受光状態とする一方で、前記第２受光手段を受光状態とする第４の受光状態と、のうちの少なくとも３つの受光状態を形成可能な受光状態切換部が形成されていることを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項２】
前記受光状態切換部が、前記第１・第２両受光手段の前記発光手段方向側を覆って両受光手段を非受光状態とする全遮蔽部と、前記第１・第２両受光手段の前記発光手段方向側を開放して両受光手段を受光状態とする非遮蔽部と、前記第１受光手段の前記発光手段方向側を開放する一方で、前記第２受光手段の前記発光手段方向側を覆い、前記第１受光手段のみを受光状態とする第１半遮蔽部と、前記第１受光手段の前記発光手段方向側を覆う一方で、前記第２受光手段の前記発光手段方向側を開放し、前記第２受光手段のみを受光状態とする第２半遮蔽部と、を備えていることを特徴とする請求項１に記載の光学式エンコーダ。
【請求項３】
前記受光状態切換部の端面に基板表面を対向させて基板が設けられ、
前記第１受光手段および第２受光手段が、前記基板表面側に設置されて前記受光状態切換部の端縁部の両側面に対向して配置され、
前記基板表面において、両受光手段の間の位置に投光用穴が開口され、
前記発光手段が、前記基板裏面に支持された状態で前記投光用穴の奥に配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光学式エンコーダ。
【請求項４】
前記遮蔽体が円盤状に形成され、
前記受光状態切換部が、前記遮蔽体の外周に沿って設けられているとともに、全遮蔽部と、非遮蔽部と、第１半遮蔽部と、第２半遮蔽部と、が一定の順番で繰り返し配置されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の光学式エンコーダ。
【請求項５】
前記遮蔽体が長板状に形成され、
前記受光状態切換部が、前記遮蔽体の長手方向に沿って設けられているとともに、全遮蔽部と、非遮蔽部と、第１半遮蔽部と、第２半遮蔽部と、が順に配置されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の光学式エンコーダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光手段と受光手段とを有し、検出対象物体の機械的変位量に応じた信号を出力する光学式エンコーダに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光学式エンコーダとして、一対の発光手段と受光手段との間に、櫛歯状の切欠を有した遮蔽板を介在させ、遮蔽板が回転するのに伴い、受光部においてＯＮ／ＯＦＦ信号が形成される光学式エンコーダが知られている。
このような光学式エンコーダにおいて、検出対象物体の回転方向も検出可能に、発光手段と受光手段とを位相を異ならせて二対設けたものが知られている。
【０００３】
さらに、発光手段および受光手段が一対のみのコスト的に有利な構成としながら、遮蔽板の切欠の形状を工夫して回転方向により発生するデューティ比を異ならせ、回転方向と回転速度とを検出可能とした光学式エンコーダが知られている（特許文献１）。
【特許文献１】特開平５−１７２５８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述のような光学式エンコーダにあっては、いずれも受光手段が受光か非受光かによりＯＮかＯＦＦの２種類の信号を出力するだけであった。
このため、回転方向や移動量を検出するには、上述のように、位相が異なる発光手段と受光手段とを二対設けたり、発生する信号のデューティ比を検出したりする構成を付加する必要があり、コスト的に不利である。
しかも、発生する信号により移動量を検出するには、２段階以上の検出には、パルス数のカウントが必要になり、その分、構成が複雑になる。
【０００５】
本発明は、上述のような従来の問題に着目して成されたもので、簡単な構成で、物体の相対移動に伴い３種類以上の信号を形成可能とし、コスト的に有利な新規な光学式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】
上述の目的を達成するために本発明は、１つの発光手段から発せられる光を受光可能な第１受光手段および第２受光手段が設けられ、発光手段の光を遮る遮蔽体に、第１・第２両受光手段を非受光状態とする第１の受光状態と、第１・第２両受光手段を受光状態とする第２の受光状態と、第１受光手段を受光状態とする一方で、第２受光手段を非受光状態とする第３の受光状態と、第１受光手段を非受光状態とする一方で、第２受光手段を受光状態とする第４の受光状態と、のうちの少なくとも３つの受光状態を形成可能な受光状態切換部が形成されていることを特徴とする光学式エンコーダとした。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の光学式エンコーダでは、第１受光手段および第２受光手段の受光状態として少なくとも３通りの受光状態を形成できる。
したがって、１つの発光手段と２つの受光手段とを備えた単純でコスト的に有利な構成により、従来の２通りよりも多い、３通り以上の出力状態が形成可能となる。
そして、このような３通りの出力状態の組み合わせにより、移動方向により出力状態を異ならせて移動方向の検出が可能であり、かつ、パルスカウントを行わなくても、少なくとも３段階の変位量の検出が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
この実施の形態の光学式エンコーダは、発光手段と、この発光手段から発せられる光を受光可能に配置された受光手段と、この受光手段と前記発光手段との間に介在されて、前記発光手段から受光手段に入力される光を途中で遮る遮蔽体と、を備え、前記受光手段の受光状態に応じた信号を出力する光学式エンコーダであって、前記受光手段として、１つの発光手段（２０）から発せられる光を受光可能な第１受光手段（３１）および第２受光手段（３２）が設けられ、前記遮蔽体（１０）に、前記第１・第２両受光手段（３１，３２）を非受光状態とする第１の受光状態と、前記第１・第２両受光手段（３１，３２）を受光状態とする第２の受光状態と、前記第１受光手段（３１）を受光状態とする一方で、前記第２受光手段（３２）を非受光状態とする第３の受光状態と、前記第１受光手段（３１）を非受光状態とする一方で、前記第２受光手段（３２）を受光状態とする第４の受光状態と、のうちの少なくとも３つの受光状態を形成可能な受光状態切換部（１１）が形成されていることを特徴とする光学式エンコーダである。
【実施例１】
【０００９】
以下に、図１〜図４に基づいて、この発明の最良の実施の形態の実施例１の光学式エンコーダについて説明する。
【００１０】
この実施例１の光学式エンコーダＡは、回転体の回転方向、回転角度および回転速度を検出する回転センサとして適用した例であって、図１に示すように、遮蔽体１０、発光体（発光手段）２０、第１受光体（第１受光手段）３１、第２受光体（第２受光手段）３２を備えている。
【００１１】
遮蔽体１０は、金属や樹脂などにより円盤状に形成され、車軸などの検出対象となる図外の回転体と同軸に取り付けられており、その外周端部１０ａに、受光状態切換部１１が形成されている。なお、受光状態切換部１１の詳細については後述する。
【００１２】
遮蔽体１０の外周端部に対向して平板状の基板４０が設けられ、この基板４０に、発光体２０と、第１受光体３１および第２受光体３２と、が設けられている。
【００１３】
発光体２０は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）などの電流を流すと発光するもので、基板４０において、受光状態切換部１１に対向する位置で貫通して形成された投光用穴４０ａに設置されている。すなわち、基板４０の裏面である基板裏面４０ｃ（基板４０において受光状態切換部１１に対向する側の面を基板表面４０ｂとする）に、支持板４１が取り付けられている。そして、発光体２０は、支持板４１に支持されて、投光用穴４０ａ内に配置されている。
【００１４】
両受光体３１，３２は、フォトトランジスタなどのように、光の入射および遮光に応じて、出力のオン／オフが切り換わるものである。これら受光体３１，３２は、発光体２０の光を受光可能な位置において、受光状態切換部１１を挟んでその両側に配置されている。
【００１５】
受光状態切換部１１は、図２に示すように、遮蔽体１０の外周の全周に亘って形成されており、時計回り方向（ＣＷ方向）に、第１半遮蔽部１１ａ、第２半遮蔽部１１ｂ、非遮蔽部１１ｃ、全遮蔽部１１ｄの順で、この組み合わせが４組で一周するように形成されている。
【００１６】
第１半遮蔽部１１ａは、図１（ａ）に示すように、三角形の断面形状で、かつ、傾斜面１１ｅを第１受光体３１に向ける一方、側面１１ｆで第２受光体３２を覆うように形成された部分である。したがって、第１半遮蔽部１１ａでは、発光体２０の発光時には、その光が直接および傾斜面１１ｅで反射して第１受光体３１が受光状態となる一方で、第２受光体３２への光を側面１１ｆで遮って非受光状態となる。なお、この受光状態は特許請求の範囲の第３の受光状態に相当する。
この場合、第１受光体がＯＮ、第２受光体がＯＦＦとなり（図３参照）、この状態を（１）出力状態と称する。
【００１７】
第２半遮蔽部１１ｂは、図１（ｂ）に示すように、第１半遮蔽部１１ａと対称的な三角形の断面形状で、傾斜面１１ｇを第２受光体３２に向ける一方、側面１１ｈで第１受光体３１を覆うように形成された部分である。したがって、第２半遮蔽部１１ｂでは、発光体２０の発光時には、その光が直接および傾斜面１１ｇで反射されて第２受光体３２が受光状態となる一方で、第１受光体３１への光を側面１１ｈで遮って非受光状態となる。なお、この受光状態は、特許請求の範囲の第４の受光状態に相当する。
この場合、第１受光体３１がＯＦＦ、第２受光体３２がＯＮとなり（図３参照）、この状態を（２）出力状態と称する。
【００１８】
非遮蔽部１１ｃは、図１（ｃ）に示すように、受光状態切換部１１の断面を完全に切り欠かれた部分であり、発光体２０の発光時に、両受光体３１，３２を受光状態とする。なお、この受光状態は特許請求の範囲の第２の受光状態に相当する。
この場合、第１受光体３１がＯＮ、第２受光体３２がＯＮとなり（図３参照）、この状態を（３）出力状態と称する。
【００１９】
全遮蔽部１１ｄは、図１（ｄ）に示すように、側面１１ｆ，１１ｈが両受光対３１，３２を覆う長方形断面形状に形成された部分である。したがって、発光体２０の発光時に、光を両側面１１ｆ，１１ｈで遮って両受光体３１，３２を非受光状態とする。なお、この受光状態は特許請求の範囲の第１の受光状態に相当する。
この場合、第１受光体３１がＯＦＦ、第２受光体３２がＯＦＦとなり（図３参照）、この状態を（４）出力状態と称する。
【００２０】
次に、実施例１の作用を説明する。
発光体２０を発光させた状態で、遮蔽体１０が、図２において、時計回り方向（ＣＷ方向）に回転した場合、（１）出力状態、（２）出力状態、（３）出力状態、（４）出力状態の順で、両受光体３１，３２の出力状態が変化する。なお、図においてそれぞれ（）で囲んだ数字の表示が、上記出力状態に対応している
一方、遮蔽体１０が、図２において、反時計回り方向（ＣＣＷ方向）に回転した場合、（１）出力状態、（４）出力状態、（３）出力状態、（２）出力状態の順で、両受光体３１，３２の出力状態が変化する。
また、遮蔽体１０の回転方向にかかわらず、出力状態の変化速度により検出対象物体の回転速度を求めることができる。
したがって、実施例１の光学式エンコーダＡでは、検出対象物体の回転方向および回転速度を検出することができる。
【００２１】
以上説明したように、実施例１の光学式エンコーダＡでは、１つの発光体２０と第１・第２の一対の受光体３１，３２とを備えた構成であって、発光手段と受光手段とをそれぞれ二対設けた構成よりも簡単な構成でありながら、検出対象物体の回転方向および回転速度を検出することができる。
【００２２】
しかも、実施例１の光学式エンコーダＡでは、遮蔽体１０の回転に応じて、出力状態が４通りに変化するようにした。このため、回動角度を求めるのにあたり、出力が２通りにしか変化しない従来の技術と比較して、出力切換回数をカウントしなくても、回動角度を検出することが可能となる。
【００２３】
具体的には、回動角度が９０度の範囲内であれば、単純に、出力が（１）出力状態、（２）出力状態、（３）出力状態、（４）出力状態のいずれであるか判断するだけで４段階の角度を判別できる。
【００２４】
さらに、実施例１では、発光体２０および両受光体３１，３２を配置するのにあたり、これらを１枚の基板４０に配置しながら、発光体２０は、投光用穴４０ａの内部に設け、両受光体３１，３２は、基板表面４０ｂに設けた構成とした。
このため、基板４０と遮蔽体１０との間隔を狭くして、必要な設置スペースのコンパクト化を達成しながらも、発光体２０と両受光体３１，３２との距離を離して配置することができ、両者の間隔が近い場合よりも両受光体３１，３２における受光量を確保して、誤検出の発生を抑制可能となり、しかも、基板４０を受光状態切換部１１から離した場合と比較して、両受光体３１，３２を基板４０の近くに配置できることから、両受光体３１，３２の設置の手間やコストを抑えることが可能となる。
【００２５】
さらに、第１半遮蔽部１１ａおよび第２半遮蔽部１１ｂを三角断面形状に形成し、発光体２０の光が傾斜面１１ｅ，１１ｇにおいて両受光部３１，３２の方向へ反射するようにしたため、両受光部３１，３２への入光量を確保でき、これにより誤検出を抑制することができる。
【実施例２】
【００２６】
次に、図４に基づいてこの発明の実施の形態の実施例２の光学式エンコーダＢについて説明する。なお、この実施例２は、実施例１の変形例であるため、その相違点についてのみ説明し、実施例１と同様の構成および作用効果については説明を省略する。
【００２７】
本実施例２の光学式エンコーダＢは、図外の検出対象物体の直線的な変位量を検出するリニアエンコーダとして用いた例であって、例えば、スライド式スイッチのポジションを検出するのに用いた例である。
【００２８】
遮蔽体２１０は、図４において、左右方向にスライドする図示を省略した検出対象物体と共に図中左右方向にスライド可能に支持されており、スライド方向に長い長方形の板状に形成されている。
そして、この遮蔽体２１０の下面に、遮蔽体２１０の長手方向（図中矢印ＦＲ方向）に沿って実施例１と同様の、第１半遮蔽部２１１ａ、第２半遮蔽部２１１ｂ、非遮蔽部２１１ｃ、全遮蔽部２１１ｄが、順に形成されている。
なお、遮蔽体２１０には、スライド操作用の取手２１２が一体に形成されている。
【００２９】
また、実施例１と同様の発光体２０および両受光体３１，３２を備えた信号形成ユニット２００が設けられている。なお、図では、信号形成ユニット２００を、上方から視た状態を示しており、発光体２０は、遮蔽体２１０の下側に隠れているため、図示を省略している。
【００３０】
次に、実施例２の作用を説明する。
信号形成ユニット２００の位置に遮蔽体２１０の全遮蔽部２１１ｄが配置された図４（ａ）に示す状態では、信号形成ユニット２００の出力が、（４）出力状態となる。
信号形成ユニット２００の位置に、遮蔽体２１０の非遮蔽部２１１ｃが配置された図４（ｂ）に示す状態では、信号形成ユニット２００の出力が、（３）出力状態となる。
信号形成ユニット２００の位置に、遮蔽体２１０の第２半遮蔽部２１１ｂが配置された図４（ｃ）に示す状態では、信号形成ユニット２００の出力が、（２）出力状態となる。
信号形成ユニット２００の位置に、遮蔽体２１０の第１半遮蔽部２１１ａが配置された図４（ｄ）に示す状態では、信号形成ユニット２００の出力が、（１）出力状態となる。
なお、図４において、（）付きの数字の表示が、上記出力状態に対応している。
【００３１】
このように、図外の検出対象物体のスライドに伴う遮蔽体２１０のスライドにより、実施例２の光学式エンコーダＢの出力が、上述のように変化することで、図外の検出対象物体の位置を検出することができる。
【００３２】
すなわち、従来のＯＮ／ＯＦＦの２通りの出力変化しかしないものでは、上述のような３段階を超えるスライド量の検出には、パルス数をカウントする必要があるのに対し、本実施例２では、出力状態の変化のみで４段階のスライド量を検出することができる。
したがって、簡単な構成で、４段階のスライド量の検出が可能となるという効果が得られる。
【００３３】
以上、図面を参照して、本発明の実施の形態および実施例１，２を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態および実施例１，２に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。
【００３４】
例えば、実施例１，２では、第１の受光状態で形成される（４）出力状態、第２の受光状態で形成される（３）出力状態、第３の受光状態で形成される（１）出力状態、第４の受光状態で形成される（２）出力状態、の４通りの受光状態および出力状態を形成可能な車両用の光学式エンコーダＡ，Ｂを示したが、これら４通りの状態の少なくとも３通りの状態を形成するものでもよい。この場合も、２通りの出力状態しか形成できない従来技術に比べて、出力形態数が多く、所期の効果を発揮できる。
【００３５】
また、実施例１，２では、遮蔽体１０，２１０の端面に対向する方向に発光体２０を設け、遮蔽体１０，２１０の両側面方向に第１受光体３１および第２受光体３２を設けた例を示したが、これに限定されるものではない。
【００３６】
例えば、図１の第１受光体３１の位置と発光体２０の位置とを入れ替えて配置しても、実施例１と同様の発光状態切換部１１により３通りの出力状態が形成可能である。また、この第１受光体３１の位置と発光体２０の位置とを入れ替えた配置でも、実施例１の第２半遮蔽部１１ｂの位置に、図５に示すように発光体２０の光を第２受光体３２へ導く導光穴５１１を形成することで、４通りの出力状態が形成可能である。
【００３７】
あるいは、図６に示すように、遮蔽体６１０の受光状態切換部６１１を挟み、その一方の側部に発光体２０を設けるとともに、もう一方の側部に第１受光体３１および第２受光体３２を設けることも可能である。
この場合、受光状態切換部６１１の第１半遮蔽部６１１ａは、同図（ａ）に示すように第１受光体３１のみに導光可能な導光孔６１１ｅを備えた構成とし、第２半遮蔽部６１１ｂは、同図（ｂ）に示すように第２受光体３２のみに導光可能な導光孔６１１ｆを備えた構成とし、非遮蔽部６１１ｃは、同図（ｃ）に示すように両受光体３１，３２に導光可能な導光孔６１１ｇを備えた構成とし、全遮蔽部６１１ｄは、同図（ｄ）に示すように両受光体３１，３２への入光を遮断する形状とすることで、実施例１と同様の作用効果を得ることができる。
【００３８】
また、非遮蔽部１１ｃは、実施例１，２では、受光状態切換部１１を全体に切欠した形状に形成したが、例えば、図７に示す非遮蔽部７１１ｃのようなＶ字状の断面形状のような他の形状に形成することもできる。
【００３９】
また、実施例１では、第１半遮蔽部１１ａおよび第２半遮蔽部１１ｂを、傾斜面１１ｅ，１１ｇを有した形状とし、発光体２０の光が、傾斜面１１ｅ，１１ｇで反射して両受光部３１，３２へ入射されやすい形状に形成した例を示したが、両半遮蔽部１１ａ，１１ｂの形状はこれに限定されず、例えば、図８に示すような形状としても、所期の作用は得られる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の最良の実施の形態の実施例１の光学式エンコーダＡを示す断面図であり、（ａ）は第３の受光状態が形成された（１）出力状態を示し、（ｂ）は第４の受光状態が形成された（２）出力状態を示し、（ｃ）は第２の受光状態が形成された（３）出力状態を示し、（ｄ）は第１の受光状態が形成された（４）出力状態を示している。
【図２】実施例１の光学式エンコーダＡに用いた遮蔽体１０を示す側面図である。
【図３】実施例１の光学式エンコーダＡの作動状態の説明図である。
【図４】実施例２の光学式エンコーダＢの説明図であり、（ａ）は第１の受光状態が形成された（４）出力状態を示し、（ｂ）は第２の受光状態が形成された（３）出力状態を示し、（ｃ）は第４の受光状態が形成された（２）出力状態を示し、（ｄ）は第３の受光状態が形成された（１）出力状態を示している。
【図５】本発明の実施の形態の他の例の要部を示す断面図である。
【図６】本発明の実施の形態の他の例の要部を示す断面図であって、（ａ）は第３の受光状態が形成された状態を示し、（ｂ）は第４の受光状態が形成された状態を示し、（ｃ）は第２の受光状態が形成された状態を示し、（ｄ）は第１の受光状態が形成された状態を示している。
【図７】本発明の実施の形態の他の例の要部を示す断面図である。
【図８】本発明の実施の形態の他の例の要部を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１０   遮蔽体
１１   発光状態切換部
１１ａ 第１半遮蔽部
１１ｂ 第２半遮蔽部
１１ｃ 非遮蔽部
１１ｄ 全遮蔽部
２０   発光体（発光手段）
３１   第１受光体（受光手段）
３２   第２受光体（受光手段）
４０   基板
４０ａ 投光用穴
４０ｂ 基板表面
４０ｃ 基板裏面
【図１】
2008089503.tif 000003
【図２】
2008089503.tif 000004
【図３】
2008089503.tif 000005
【図４】
2008089503.tif 000006
【図５】
2008089503.tif 000007
【図６】
2008089503.tif 000008
【図７】
2008089503.tif 000009
【図８】
2008089503.tif 000010