(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータと、タイミングディスクが固定されるモータシャフトと、光信号を生成するための信号供給源と、ビーム経路に導入されるビーム偏向およびビーム形成を目的とするプリズム部材と、光信号を形成するためのビームマスクと、信号受信器を備える導体プレートとから構成されるエンコーダアセンブリであって、
当該プリズム部材は、底部の一部にわたって広がり形成されたスペース部を導体プレートに差し込み接続される実質的に屋根形構造であり、入射ビームおよび射出ビームは該屋根形構造の内側面で反射され、
当該プリズム部材の底部において、入射光ビームの領域である当該スペース部に集光光学系が設けられ、射出光ビームの領域に当該ビームマスクが設けられるものであり、
当該ビームマスクは、回折構造および干渉構造を有するピット構造およびランド構造から構成されるコードバーを備えるものであり、
当該モータシャフトは、該プリズム部材の当該ビームマスクと該導体プレート間に該タイミングディスクが位置するように該導体プレートに通されることを特徴とするエンコーダアセンブリ。
【請求項２】
前記回折構造は、二次元サブミクロン格子構造の形態で設けられていることを特徴とする請求項１記載のエンコーダアセンブリ。
【請求項３】
前記ビームマスクは、マスク保持手段に一体的に組み込まれていることを特徴とする請求項１または２記載のエンコーダアセンブリ。
【請求項４】
前記ビームマスクは、ポリカーボネート品であって、コードビーム間の領域は透明であり、ピット構造およびランド構造は、以下の関数、
Ｄ＝Ｌ／２（ｎ−ｌ）
（式中、ｎ＝１．５、Ｌ＝光信号の波長）を満たす厚さの差Ｄを備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のエンコーダアセンブリ。
【請求項５】
前記マスク保持手段および信号供給源はプリズム部材と一体化されており、ビーム入射の領域において、導体プレートとプリズムの間でぴったり合う接続部を備える結合面が設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載のエンコーダアセンブリ。
【請求項６】
前記導体プレートには、プリズム部材が配設される結合面が設けられていることを特徴とする請求項５記載のエンコーダアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タイミングディスクがそれに固定されているモータシャフトを備えるモータと、光信号の信号供給源と、光信号を形成するためのビームマスクとから構成されるエンコーダアセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
冒頭に述べた形式のエンコーダアセンブリは、あらゆる種類の移動プロセスを測定するのに役立ち、測定された信号は、機械部品の制御またはその位置の決定に使用されるために適する。急速な移動プロセスの測定精度は、厳格な要求条件を満たさなければならない。さらに、光信号は完全に平行な形で拡がり、回転方向が変化してもいかなる測定誤差も生じないことが保証されなければならない。
【０００３】
エンコーダは、量産品の形で大量に生産される。そのコストは大部分が生産および構成部品を調整するために必要な手段によって決定される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、冒頭に述べた形式のエンコーダアセンブリを、測定精度を改善すると共に、生産コストを低減させるような形態でさらに開発することである。本発明によれば、その目的は以下の方策によって達成される。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
１．モータと、タイミングディスクが固定されるモータシャフトと、光信号を生成するための信号供給源と、ビーム経路に導入されるビーム偏向およびビーム形成を目的とするプリズム部材と、光信号を形成するためのビームマスクと、信号受信器を備える導体プレートとから構成されるエンコーダアセンブリであって、当該プリズム部材は、底部の一部にわたって広がり形成されたスペース部を導体プレートに差し込み接続される実質的に屋根形構造であり、入射ビームおよび射出ビームは該屋根形構造の内側面で反射され、当該プリズム部材の底部において、入射光ビームの領域である当該スペース部に集光光学系が設けられ、射出光ビームの領域に当該ビームマスクが設けられるものであり、当該ビームマスクは、回折構造および干渉構造よりなるピット（pit）構造およびランド(land)構造から構成されるコードバーを備えるものであり、当該モータシャフトは、該プリズム部材の当該ビームマスクと該導体プレート間に該タイミングディスクが位置するように該導体プレートに通されるものである。
２．回折構造は、好ましくは二次元サブミクロン格子構造よりなる。
３．生産コストを低減するために、ビームマスクはマスク保持手段と一体的に組み込まれたものである。
４．マスク保持手段は、位置決め精度を高めるために、モータシャフトが嵌る内径と、ミクロ干渉構造および巨視構造を備えるマスク領域を有する。
５．ビームマスクの摩耗作用はポリカーボネートを使用することによって改善でき、コードビーム間の領域は透明であり、ピット構造およびランド構造は、次ぎの関数、Ｄ＝Ｌ／２（ｎ−ｌ）
（式中、ｎ＝１．５、Ｌ＝光信号の波長）を満たす厚さの差Ｄを有する。
６．ビーム偏向およびビーム形成を目的とするプリズム部材がビーム経路に導入される場合、信号供給源および信号受信器はタイミングディスクの一面に配設され得る。
７．プリズム部材が実質的に屋根形の基本構造よりなり、入射ビームおよび射出ビームが内側屋根面で反射されることにより、光信号の特に有利な平行度が達成される。
８．特に単純に設計された信号供給源を使用できるように、入射光ビームの領域において、集光光学系をプリズム部材の底部に組み込む必要がある。射出光ビームの領域では、回折構造および干渉構造がプリズム部材に形成することができ、それによっていかなる調整問題も生じないことを保証する。
９．統合度を高め生産コストを低減するために、マスク保持手段および信号供給源を備えるマスクがプリズム部材に一体化される。この目的で、ビーム入射の領域には、エネルギーを供給する働きをする導体プレートとプリズムの間でぴったり合う接続部を備える結合面が設けられている。
１０．導体プレートは、信号供給源およびビーム受光器を備えるプリズム部材が単純な差込式接続によって配設され得る少なくとも１つの結合面を備える。
１１．好ましい実施形態において、マスク保持手段は、ビーム供給源、プリズム部材およびビーム受光器のための共通統合面が精密射出成形部品の形態で設けられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明をいくつかの実施形態に関連して説明する。
【０００７】
エンコーダアセンブリのタイミングディスクのコードが一連の線またはバーから構成されることは周知である。通常、高透過／反射の線が、低透過／反射の線と交番しており、その結果、送信器によって放出され、プロセスにおいて変化する光学的構造／特性を有する信号が、ジェネレータ素子において修正される。信号処理段階において、修正された信号から、位置および長さを決定する目的の情報を得ることができる。
【０００８】
本発明の好ましい実施の形態によれば、次元（the dimensions）は、光回折二次元サブミクロン格子構造によりつくられる（built up）。透過光源または反射光源の位相は三次元で決定される。いくつかの部分波の干渉によって、それらの位相位置で変更された光波を強めるかまたは弱めることが可能である。結果として得られる信号は、信号処理装置において、位置または経路を決定するための制御信号として使用される。
【０００９】
本発明のタイミングディスクは、吸収体パターンによる従来の膜技術に従って製造され、マスクは透過干渉回折アセンブリの技術に従って製造される。これらの技術を組み合わせることによって、センサマスクを使用する際に、異なる形式の機能素子の統合を実現することが可能になる。
【００１０】
図１は、マスク保持手段の表面にミクロ構造およびマクロ構造を備えるマスク領域を示す。マスク保持手段１は、マスク領域２と調整領域３に分けられる。後者は例えば、エンコーダのモータシャフト（図示せず）が嵌められる内径３が挙げられる。形成部４、５は、マスク保持手段のためのさらなる位置決め可能手段である。
【００１１】
図２は、プリズム部材におけるビーム経路を示す。ビームの入射端の領域には、平行度を高めるか、またはビーム焦点合わせを実現する働きをする集光光学系６を配設することが可能である。プリズム部材が屋根形基本構造よりなるので、入射ビームまたは射出ビームは内側屋根面７、８で反射され、結果的に、入射方向と平行にビームマスク９の領域内においてプリズム部材から出る。
【００１２】
ビームマスクの設計は、ピット構造およびランド構造、およびその大きさが特許請求の範囲第５項に示された式に従って計算されるそれらの厚さの差Ｄに基づいている。また、ビームマスクの材料は例えば、屈折率ｎ＝１．５を有するポリカーボネートよりなり、その結果、従来の材料に比べて摩耗作用が著しく改善される。比較試験によれば、本発明の材料よりなるビームマスクの耐用年数は従来の装置に比べて５倍増大することが示された。
【００１３】
図３に図示したような本発明に従った完全なエンコーダアセンブリは、以下の要素よりなる。
−モータシャフト１１を備えるモータ１０
−ハブ１３を備えるタイミングディスク１２
−信号受信器１５を備える導体プレート１４
−信号供給源１７およびビームマスク１８を備えるプリズム部材１６。
【００１４】
以下のことが図から確認できる。本発明のエンコーダアセンブリの全部の構成部品は完全に統合されており、その結果、それらは単純な差込式接続によって相互に対して位置決めされ得る。これは生産コストの低減をもたらし、生産精度は１０倍増大する。
【００１５】
図４は、マスク、プリズム、信号供給源および信号形成部の完全な統合を再び例証している。プリズム部材１８は、マスク２０と一体化されているマスク保持手段１９が設けられている。
【００１６】
プリズム部材１８の底部の一部にわたって広がり、形成されたスペース部２１には、信号供給源のための凹部が形成されている。例えば集光光学系２３のための別の凹部をビーム経路に設けることができる。
【００１７】
プリズム部材１８を導体プレート上に配置するために、好ましくは、固定ジャーナル２４、２５が使用される。このようにして、単純な差込式接続を使用することによって、タイミングディスクまたはタイミングルーラといった光信号ジェネレータまたはジェネレータ素子の迅速かつ正確な配置を達成することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】ピット構造およびランド構造よりなるビームマスクを備えるマスク保持手段を示す。
【図２】ビーム偏向およびビーム形成の目的のプリズム部材の基本設計を示す。
【図３】完全なエンコーダシステムを分解図で示す。
【図４】統合・結合面を備えるプリズム部材を示す。
【符号の説明】
【００１９】
１  マスク保持手段
２  マスク領域
３  調整領域（モータシャフトが嵌められる内径）
４、５  形成部
６  集光光学系
７、８  内側屋根面
９  ビームマスク
１０  モータ
１１  モータシャフト
１２  タイミングディスク
１３  ハブ
１４  導体プレート
１５  信号受信器
１６  プリズム部材
１７  信号供給源
１８  ビームマスク
１８  プリズム部材
１９  マスク保持手段
２０  マスク
２１  スペース部
２３  集光光学系
２４、２５  固定ジャーナル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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