(57)【要約】光学式エンコーダは、発光素子３からの出射光を受光する受光素子５ａ，５ｂへの光の経路に設けられると共に、移動可能な軸２に連結固定されたスケール板１０１と、スケール板１０１には、発光素子３から出射した光を反射する第１の反射部４ｂ，１４ｂを有し、光を透過する多数のスリット状の第１の透過部４ａ，１４ａを所定の間隔で有すると共に、表側に設けられた第１のパターン４，１４と、第１のパターン４，１４に対向して裏側に設けられると共に、発光素子３から出射された光を反射する第２の反射部１０４ｂ，１１４ｂを有し、第１の透過部４ａ，１４ａを通過した光を透過する第２の透過部１０４ａ，１１４ａを有すると共に、裏側に設けられた第２のパターン１０４，１１４とを備えたものである。
2002023130.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を出射する発光素子と、
この発光素子から出射した光を所定の距離を隔てて受けると共に、該光量に基づいて信号を出力する受光素子と、
上記発光素子からの出射光を受光する受光素子への光の経路に設けられると共に、移動可能な可動部に連結固定された少なくとも一つの板状のスケール部材とを備え、
該スケール部材には、上記発光素子から出射した光を反射する第１の反射部を有し、該第１の反射部内において、上記光を透過する多数のスリット状の第１の透過部を所定の間隔で有すると共に、表側に設けられた第１のパターン層と、
該第１のパターン層に対向して裏側に設けられると共に、上記発光素子から出射された光を反射する第２の反射部を有し、該第２の反射部内において、上記第１の透過部を通過した光を透過する第２の透過部を有すると共に、裏側に設けられた第２のパターン層と、
を有することを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項２】
上記第１のパターン層は、表面に設けられると共に、互いに並設された内側パターンと外側パターンとを有しており、
上記第２のパターン層は、裏面に設けられ、
上記第２の透過部は、上記第１の透過部と同一の形状であると共に、上記第１の透過部と対向して設けられている、
ことを特徴とする請求の範囲１に記載の光学式エンコーダ。
【請求項３】
上記スケール部材は、少なくとも第１及び第２のスケール板から成り、
上記第１のスケール板には、上記第１のパターン層が設けられており、
上記第２のスケール板には、上記第２のパターン層が設けられており、
上記第１のスケール板と上記第２のスケール板とを平行に並べた、
ことを特徴とする請求の範囲１に記載の光学式エンコーダ。
【請求項４】
上記第１のスケール板と上記第２のスケール板とを接着剤を介して接合した、
ことを特徴とする請求の範囲３に記載の光学式エンコーダ。
【請求項５】
上記第２の透過部は、トラック状に連続して設けられており、
上記第１のパターン層は複数有している、
ことを特徴とする請求の範囲１又は４に記載の光学式エンコーダ。
【請求項６】
上記発光素子から出射された光を反射する上記第１、第２の反射部のうち、少なくとも第２の反射部の代わりに、上記発光素子から出射された光を吸収する光吸収部を設けた、
ことを特徴とする請求の範囲１又は２に記載の光学式エンコーダ。
【発明の詳細な説明】
技術分野
この発明は、サーボシステムなどの位置検出器に用いる光学式エンコーダの改良に関するものである。
背景技術
従来の光学式エンコーダを第８図によって説明する。第８図は、従来の光学式エンコーダの側面図である。第８図において、光学式エンコーダは検出対象のモータの軸２に固着されると共に、ガラス等により形成されたスケール円板１と、スケール円板１に対向して設けられた発光ダイオード３と、発光ダイオード３から出射した光をスケール円板１を介して受光部５ａ、５ｂで受光されるフォトダイオード５とを備えている。
スケール円板１は、リング状の外側パターン４及び内側パターン１４とを備え、外側パターン４には、光を反射させる反射部４ｂと、光を透過するスリット部４ａとが周期的に繰り返して形成されており、内側パターン１４には、同様に反射部１４ｂと、スリット部１４ａとが周期的に繰り返して形成されている。
次に、上記のように構成された光学式エンコーダの動作を第８図よって説明する。モータの軸２が回転すると、スケール円板１が回転し、発光ダイオード３から出射した光は、パターン４（１４）のスリット部４ａ（１４ａ）を介してフォトダイオード５の受光部５ａ（５ｂ）で受光される。受光部５ａ（５ｂ）から出力される信号は、パターン４（１４）のスリット部４ａ（１４ａ）に比例して矩形波状となる。
受光部５ｂから出力される信号は、パターン４とパターン１４の位相がπ／２ずれているので、受光部５ａから出力される信号に対して位相がπ／２ずれて生成されるものである。
しかしながら、第８図及び第９図に示すように発光ダイオード３から出射した光は発光ダイオード３の中心軸から平行に発生する平行光Ｐｓばかりではなく、該中心軸に対し数度程度ずれた斜め光ＰＬ１〜ＰＬ４も含んでおり、特に、発光ダイオード３の端の光ほど斜め光ＰＬ１〜ＰＬ４が発生し易い。かかる斜め光ＰＬ１〜ＰＬ４は、以下に示すようにフォトダイオード５の出力信号に歪みを与えていた。
該出力信号の歪みは、第８図に示すように、異なる隣接するパターン４，１４のスリット部４ａ，１４ａを透過する斜め光ＰＬ１，ＰＬ２に起因するものと、第９図に示すように同一のパターン４（１４）の隣接したスリット部４ａ（１４ａ）からの斜め光ＰＬ３，ＰＬ４に起因するものとの二種類が存在する。
前者については、スリット部４ａ，１４ａの相互の干渉によるものである。すなわち、発光ダイオード３から出射した平行光Ｐｓがスケール円板１のスリット部４ａ（１４ａ）からスケール円板１を透過して受光部５ａ（５ｂ）にて受光され、斜め光ＰＬ２（ＰＬ１）が隣接するスリット部１４ａ（４ａ）からスケール円板１を透過して受光部５ａ（５ｂ）にて受光される。
よって、フォトダイオード５からの出力信号はパターン４のスリット部４ａ，パターン１４のスリット部１４ａに完全に比例した信号でなく、隣どうしのスリット部１４ａ（４ａ）からの斜め光ＰＬ２（ＰＬ１）の影響を受けて、歪んだ矩形波となるのである。
後者については第９図に示すように、同一パターン４の隣どうしのスリット部４ａの干渉によるものである。すなわち、同一パターン４の隣どうしのスリット部４ａの位相差は２πであり、受光部５ａの中心線がパターン４に対し、位相差ｘであったとすると、発光ダイオード３から出射された平行光Ｐｓの位相差はｘとなり、スリット部４ａからスケール円板１を透過して受光部５ａに受光される。
斜め光ＰＬ３（ＰＬ４）の位相差はｙとなり、スリット部４ａからスケール円板１を透過して受光部５ａに受光される。
よって、受光部５ａは位相差ｘ，位相差ｙの双方の光が受光されるので、フォトダイオード５の出力信号は、位相差ｙの信号成分も含む歪んだ信号となる。
したがって、光学式エンコーダは斜め光ＰＬ１〜ＰＬ４の影響を受けにくくするために、パターン４とパターン１４との間隔、スリット部４ａ，１４ａの繰り返し周期の間隔を広くしており、小型で高分解能の性能を有するものが製作できないという問題があった。
発明の開示
この発明は上記問題点を解決するためになされたもので、パターンなどの間隔を狭くしても、発光素子から生じる斜め光の影響を受けにくい光学式エンコーダを提供することを目的とする。
この発明に係る光学式エンコーダは、光を出射する発光素子と、この発光素子から出射した光を所定の距離を隔てて受けると共に、該光量に基づいて信号を出力する受光素子と、上記発光素子からの出射光を受光する受光素子への光の経路に設けられると共に、移動可能な可動部に連結固定された少なくとも一つの板状のスケール部材とを備え、該スケール部材には、上記発光素子から出射した光を反射する第１の反射部を有し、該第１の反射部内において、上記光を透過する多数のスリット状の第１の透過部を所定の間隔で有すると共に、表側に設けられた第１のパターン層と、該第１のパターン層に対向して裏側に設けられると共に、上記発光素子から出射された光を反射する第２の反射部を有し、該第２の反射部内において、第１の透過部を通過した光を透過する第２の透過部を有すると共に、裏側に設けられた第２のパターン層と、を有することを特徴とするものである。
次の発明に係る光学式エンコーダにおける第１のパターン層は、表面に設けられると共に、互いに並設された内側パターンと外側パターンとを有しており、第２のパターン層は、裏面に設けられ、第２の透過部は、第１の透過部と同一の形状であると共に、第１の透過部と対向して設けられている、ことを特徴とするものである。
次の発明に係る光学式エンコーダにおけるスケール部材は、少なくとも第１及び第２のスケール板から成り、上記第１のスケール板には、第１のパターン層が設けられており、上記第２のスケール板には、第２のパターン層が設けられており、上記第１のスケール板と上記第２のスケール板とを平行に並べた、ことを特徴とするものである。
次の発明に係る光学式エンコーダは、第１のスケール板と第２のスケール板とを接着剤を介して接合した、ことを特徴とするものである。
次の発明に係る光学式エンコーダにおける第２の透過部は、トラック状に連続して設けられており、上記第１のパターン層は複数有している、ことを特徴とするものである。
次の発明に係る光学式エンコーダにおける発光素子から出射された光を反射する第２の反射部の代わりに、上記発光素子から出射された光を吸収する光吸収部を設けた、ことを特徴とするものである。
発明を実施するための最良の形態
実施例１．
この発明の一実施例について第１図及び第２図によって説明する。第１図はこの発明の一実施例である光学式エンコーダの側面図、第２図は第１図におけるスケール円板の表面（ａ）、裏面（ｂ）を示す平面図である。従来と同一符号は、同一又は相当部分を示す。
第１図において、光学式エンコーダは検出対象のモータの軸（可動部）２に固着されると共に、ガラス等により形成された板状のスケール部材としてのスケール円板１０１と、スケール円板１０１に対向して設けられた発光素子としての発光ダイオード３と、発光ダイオード３からの出射光をスケール円板１０１上のパターン４，１４，１０４，１１４を透過し、受光部５ａ，５ｂで受光される受光素子としてのフォトダイオード５とを備えている。
第２図において、スケール円板１０１は、表面と裏面に形成されたパターンが全く同一で、スケール円板１０１の表面には、従来と同様なリング状の第１のパターン層としての外側表パターン４及び内側表パターン１４とを有し、外側表パターン４には、光を反射させるクロム蒸着（斜線部）された反射部４ｂ（第１の反射部）が形成されると共に、反射部４ｂ内において、光を透過するスリット部４ａ（第１の透過部）が周期的に繰り返して形成されており、内側表パターン１４には、同様に、反射部１４ｂ（第１の反射部）が形成されると共に、反射部１４ｂ内において、スリット部１４ａ（第１の透過部）が周期的に繰り返して形成されている。
スケール円板１０１の裏面には、外側表パターン４及び内側表パターン１４に対向して形成された第２のパターン層としての外側裏パターン１０４及び内側裏パターン１１４とを備え、外側裏パターン１０４には、クロム蒸着（斜線部）された反射部１０４ｂ（第２の反射部）が形成されると共に、光を反射する反射部１０４ｂ内において、光を透過する第２の透過部としてのスリット部１０４ａが周期的に繰り返して形成されており、内側裏パターン１１４には、同様に、反射部１１４ｂ（第２の反射部）が形成されると共に、反射部１１４ｂ内において、スリット状の透過部１１４ａ（第２の透過部）が周期的に繰り返して形成されている。
ここで、スケール円板１０１の表面と裏面に形成されたパターンが全く同一であるから、スリット部４ａとスリット部１０４ａとは、表面積が同一で、互いに対向した位置に形成されており、スリット部１４ａとスリット部１１４ａとの関係も同一である。
上記のように構成された光学式エンコーダにおいて、スケール円板の表裏両面にクロム等を蒸着する方法を第３図によって説明する。第３図は第１図に示すスケール円板の製造工程を示す工程図である。
まず、従来通りの製造方法によって、スリット部４ａとクロムが蒸着された反射部４ｂを有する外側表パターン４と、スリット部１４ａと反射部１４ｂとを有する内側表パターン１４とを有するスケール円板１を得る（第３図（ａ））。
次に、スケール円板１の裏面に露光されたところだけが、残留する液状のレジスト１５０を反射部４ｂ，１４ｂの厚さよりも厚くして一様に塗布する（第３図（ｂ））。
スケール円板１の表面に対向されたレザー光発生装置（図示せず）からビームを照射した後、撮像液にレジスト１５０を浸すことにより、反射部４ｂ，１４ｂに対向する部分のみのレジスト１５０が除去されて凹部１５０ａを形成せしめ、レジスト１５０が硬化する（第３図（ｃ））。
スケール円板１の裏面にレジスト１５０の厚さよりも薄いクロム１６０を蒸着する（第３図（ｄ））。レジスト１５０をシンナーなどの溶剤を用いて除去することによりスリット部１０４ａ，１１４ａを形成すると共に、両面にクロムを蒸着した反射部１０４ｂ，１１４ｂを有する内側裏パターン１１４及び外側裏パターン１０４を備えたスケール円板１０１が形成される（第３図（ｅ））。
次に、上記のように構成された光学式エンコーダの動作について第１図及び第４図によって説明する。第４図は第１図に示す光学式エンコーダにおける同一パターン内のスリット間の斜め光の影響がないことを示す正面断面図である。
第１図に示すように、発光ダイオード３から出射された光の平行光Ｐｓは、スケール円板１０１の外側表パターン４及び内側表パターン１４におけるスリット部４ａ，１４ａに入射してスケール円板１０１の内部を透過し、外側裏パターン１０４及び内側裏パターン１１４におけるスリット部１０４ａ，１１４ａから出射してフォトダイオード５の受光部５ａ，５ｂにて受光される。
一方、発光ダイオード３より出射された斜め光ＰＬ１（ＰＬ２）は、スリット部４ａ（１４ａ）に入射してスケール円板１０１の内部を透過し、中央の反射部１０４ｂ，１１４ｂにより反射され、さらに、中央の反射部４ｂ，１４ｂにより反射されてスリット部１１４ａ（１０４ａ）に入射するが、フォトダイオード５の受光部５ａ（５ｂ）に受光されない。
同様に、第４図に示すように発光ダイオード３から出射された光の平行光Ｐｓは、スケール円板１０１のスリット部４ａに入射してスケール円板１０１の内部を透過し、スリット部１０４ａから出射されてフォトダイオード５の受光部５ａにて受光される。
一方、発光ダイオード３より出射された斜め光ＰＬ３，ＰＬ４は、スリット部４ａに入射してスケール円板１０１の内部を透過し、反射部１０４ｂにより反射され、さらに、反射部４ｂに反射されてスリット部１０４ａに入射するが、フォトダイオード５の受光部５ａに受光されない。
以上のようにフォトダイオード５ａの出力信号は斜め光ＰＬ１〜ＰＬ４の影響を受けることなく、パターン４，１４，１０４，１１４のスリット部４ａ，１４ａ，１０４ａ，１１４ａに比例した歪みの無い矩形波信号を出力することができる。
なお、前記実施例では、スケール円板１０１の裏面に反射部１０４ｂ，１１４ｂを設けたが、反射部１０４ｂ，１１４ｂの代わりに、酸化クロム膜とクロム膜とで形成された出射された光を吸収する光吸収部を設けても良い。
このような光吸収部を設けたスケール円板によれば、第１図において、発光ダイオード３より出射された斜め光ＰＬ１（ＰＬ２）は、スリット部４ａ（１４ａ）に入射してスケール円板１０１の内部を透過し、中央の光吸収部１０４ｂ，１１４ｂにより吸収されてフォトダイオード５の受光部５ａ（５ｂ）に受光されない。
さらに、前記光吸収部に加え、スケール円板１０１の反射部４ｂ，１４ｂの代わりに、表側光吸収部を設けても良い。
実施例２．
この発明の他の実施例を第５図によって説明する。第５図は二つのスケール円板を反射部が表面になるように貼り合せた正面断面図（ａ）、二つのスケール円板を並べて貼り合せた正面断面図（ｂ）である。
実施例１では一つスケール円板１０１の両面にパターン４，１４，１０４，１１４を形成させたが、本実施例では、スケール円板２０１，２０３を二枚用いて、一つのスケール部材２００（２５０）を形成することにより裏面にパターンを形成する工程を不要とするものである。
第５図（ａ）において、スケール部材２００は、パターン２０４，２１４を有するスケール円板２０１と、パターン２０６，２１６を有するスケール円板２０３との平らな面どうしを接着剤２１０を介して接合することにより実施例１に示すスケール円板１０１相当を実現するものである。
また、第５図（ｂ）において、スケール部材２５０は、スケール円板２０１の平面とスケール円板２０３の反射部２０６ｂ，２１６ｂとを接着剤２１０を介して接合することにより実施例１に示すスケール円板１０１相当を実現するものである。
このようにして得られたスケール部材２００，２５０によれば、実施例１のように裏面にパターン１０４，１１４を形成する第３図（ｂ）〜（ｅ）の工程が不要になる。
実施例３．
この発明の他の実施例を第６図によって説明する。第６図は、光学式エンコーダの正面断面図である。
第６図において、スケール部材４００は、片面に反射部２０４ｂ，２０６ｂを有するスケール円板２０１，２０３を反射部２０４ｂ，２０６ｂが外側になるようにモータの軸２の軸方向に僅かな隙間を形成して平行に並べて配置されたエンコーダ３００を得るものである。
このようにして得られたスケール部材４００によれば、実施例１のような裏面にパターン１０４，１１４を形成する第３図（ｂ）〜（ｅ）の工程が不要になると共に、実施例２のようなスケール円板２０１，２０３どうしの接着も不要になるものである。
なお、スケール円板２０１を第６図の一点鎖線に示すように反射部２０４ｂ，２０６ｂが上側になるようモータの軸２に固定しても良い。
実施例４．
この発明の他の実施例を第７図によって説明する。第７図は、スケール円板の平面図である。
実施例１〜３では、スケール円板１０１又はスケール部材２００，２５０，４００の両面に同一のパターン４，１４，１０４，１１４などが形成されていたが、実施例４における、孔５００ｅを有するスケール円板５００は実施例１〜３と同様なパターン（図示せず）を表面に備え、裏面には、第７図に示すようにリング状の凹部から成るトラック５００ａ，５００ｂと反射部５１０，５２０とを有するものである。
このようにして得られたスケール円板５００によれば、裏面のトラック５００ａ，５００ｂと反射部５１０，５２０の形成が実施例１〜３のパターン１０４，１１４などに比べて簡易になる。
さらに、スケール円板５００は裏面がスケール円板２０１と同様に平らでパターンが形成されておらず、表面が第７図に示すようにトラック５００ａ，５００ｂと反射部５１０，５２０とから成るパターンでも良い。
このようなスケール円板５００と実施例２又は３に示すスケール円板２１０とを接着剤により接合したり、スケール円板２０１とスケール円板５００とを並設してモータの軸２に接合したりしてスケール部材を構成しても良い。
このようにして得られたスケール部材によれば、スケール円板２０１のパターン２０４，２１４とスケール円板５００とのパターンとを一致させる手間がスリット部が存在しない分だけ容易となる。
なお、スケール円板５００又は実施例４のスケール部材によれば、実施例１〜３のように、隣接するスリット部４ａ，１４ａなどを透過した斜め光を反射部により遮断することはできない。
以上記載した実施例１〜４のパターン４，１４などはスケール円板１０１などの表面、裏面に設けられたが、スケール円板１０１などの内部に設けられても良い。
この発明は、以上説明したように構成されているので、以下に示すような効果を奏する。
この発明によれば、第２の透過部は、例えばスリット状、連続したトラック状でも良く、スリット状であれば、第１の透過部からの斜め光を受光素子が受光しにくい。一方、トラック状であれば、第１のパターン層が複数になると、異なるパターンによる第１の透過部からの斜め光を受光素子が受光しにくい。よって、発光素子から出射された平行光のみを受光素子が受けるので、受光素子の出力信号が歪みにくくなり、同一パターンにおけるスリット部間の距離を短くでき、ひいてはエンコーダが小型になるという効果がある。
次の発明によれば、隣接された第１のパターンにおける内側パターンと外側パターンとの第１の透過部から出射される斜め光を第２のパターンの第２の反射部により遮蔽されるので、内側パターンと外側パターンとの距離を短くでき、ひいてはエンコーダが小型になるという効果がある。
次の発明によれば、第１のスケール板に第１のパターン層を設け、第２のスケール板に第２のパターン層を設けたので、第１及び第２のパターン層を有するスケール部材を備える必要がなくなり、スケール部材の製作が容易になるという効果がある。
次の発明によれば、発光素子から受光素子までの距離が短くなり、エンコーダが小型化になるという効果がある。
次の発明によれば、スケール部材の第２のパターン層を簡易に形成できるという効果がある。
しかも、スケール部材を第１及び第２のスケール板で構成する場合には、第１のスケール板に設けられた第１のパターン層と、第２のスケール板に設けられた第２のパターン層を一致させる時に、簡易に一致できるという効果がある。
次の発明によれば、隣接された第１のパターンにおける内側パターンと外側パターンとの第１の透過部から出射される斜め光を第２のパターンの光吸収部により吸収されるので、内側パターンと外側パターンとの距離を短くでき、ひいてはエンコーダが小型になるという効果がある。
産業上の利用可能性
以上のように、この発明に係る光学式エンコーダは、可動部の位置を検出する用途に適している。
【図面の簡単な説明】
第１図はこの発明の一実施例による光学式エンコーダの正面一部断面図である。
第２図は第１図におけるスケール円板の表面（ａ）、裏面（ｂ）を示す平面図である。
第３図は第１図に示すスケール円板の製造工程を示す工程図である。
第４図は第１図に示す光学式エンコーダにおける同一パターン内のスリット間の斜め光の影響がないことを示す正面断面図である。
第５図はこの発明の他の実施例による二つのスケール円板を反射部が表面になるように貼り合せた正面断面図（ａ）、二つのスケール円板を並べて貼り合せた正面断面図（ｂ）である。
第６図はこの発明の他の実施例による光学式エンコーダの正面断面図である。
第７図はこの発明の他の実施例によるスケール円板の平面図である。
第８図は従来の光学式エンコーダの正面一部断面図である。
第９図は従来の光学式エンコーダにおける同一パターン内のスリット間の斜め光の影響を示す正面一部断面図である。
【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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【図９】
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【国際調査報告】
2002023130.tif 000012
2002023130.tif 000013
2002023130.tif 000014