JP2004061495A - 光電式ロータリーエンコーダ - Google Patents
光電式ロータリーエンコーダ Download PDFInfo
- Publication number
- JP2004061495A JP2004061495A JP2003149576A JP2003149576A JP2004061495A JP 2004061495 A JP2004061495 A JP 2004061495A JP 2003149576 A JP2003149576 A JP 2003149576A JP 2003149576 A JP2003149576 A JP 2003149576A JP 2004061495 A JP2004061495 A JP 2004061495A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- rotary encoder
- photoelectric rotary
- optical element
- optical
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Optical Transform (AREA)
- Photo Coupler, Interrupter, Optical-To-Optical Conversion Devices (AREA)
Abstract
【解決手段】投光素子から発生した光線を折り返し光学部材によって光線の投光方向と逆方向に折り返し、折り返した光線を検出パターン部を有する円板を介して、投光素子と同じ基板上に配設された受光素子で受光し、この受光信号に基づいて円板の回転変位を検出する光電式ロータリーエンコーダにおいて、前記投光素子からの光線の迷光成分を、その側面部を介して外部に逃がす光学エレメントを前記投光素子および受光素子が配設された基板の前方側に配設し、この光学エレメントで前記基板を覆って光学エレメントおよび基板を一体化する。
【選択図】 図2
Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、回転体の回転角、回転速度等を検出する光電式ロータリーエンコーダに関し、特に装置を小型化し、組立精度を向上させた光電式ロータリーエンコーダを提供することに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
光電式ロータリーエンコーダは、回転体の回転角、回転数、回転速度等をディジタル量として検出するために用いられるセンサの一種である。特に、モータの位置、速度を検出して制御部に情報を伝達するセンサとして、ロボット、工作機械などの各種産業機械の分野での幅広い利用が期待されている。
【0003】
従来の折返し型ロータリーエンコーダは、円板を挟んで、投光部と受光部を一方のサイドに配置し、投光部からの出射光を受光部へ戻す折り返し部を他方のサイドに配置し、折り返し部を経由せずに投光部から漏れてくる迷光を除去するための遮光板を備えることを特徴としている。このような折返し型ロータリーエンコーダは、例えば、特許文献1に示されている。
【0004】
【特許文献1】
米国特許第4,152,589号明細書(第1図)
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術に示される折返し型ロータリーエンコーダにあっては、投光部と受光部とを一方のサイドに近接して配置させているため、投光部から直接受光部に漏れる迷光を発生させないように投光部のビームを広げることができず、したがって投光部と折り返し部との距離を小さくすることに限界があり、装置の小型化に対する制約があった。また、折り返し部を経由せずに投光部から漏れてくる迷光を除去するための遮光板(従来技術ではステータが該当)が必要となり、部品点数が増えるという欠点を有していた。さらに、投光部と受光部が部品レベルで別々であるため、投光部、受光部、折り返し部の間のアライメント精度が厳しいという欠点も存在していた。
【0006】
この発明は上記に鑑みてなされたもので、投光部から漏れる迷光を除去することができ、部品点数の限定かつ実装精度の向上による設計の容易性を確保した光電式ロータリーエンコーダを得ることを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明にかかる光電式ロータリーエンコーダは、投光素子から発生した光線を折り返し光学部材によって光線の投光方向と逆方向に折り返し、折り返した光線を検出パターン部を有する円板を介して、投光素子と同じ基板上に配設された受光素子で受光し、この受光信号に基づいて円板の回転変位を検出する光電式ロータリーエンコーダにおいて、前記投光素子からの光線の迷光成分を、その側面部を介して外部に逃がす光学エレメントを前記投光素子および受光素子が配設された基板の前方側に配設し、これらの光学エレメントおよび基板を一体化することを特徴とする。
【0008】
この発明によれば、光学エレメントは、投光素子および受光素子が配設された基板の前方に、光学エレメントと基板の位置関係が変化しないように機械的に固定される形で一体化される。そして、基板と一体化された光学エレメントによって、投光素子からの光線の迷光成分が、この光学エレメントの側面部を介して外部に逃がされる。
【0009】
つぎの発明にかかる光電式ロータリーエンコーダは、上記の発明において、前記光学エレメントは、裏面側の前記投光素子と対向する部位に円筒形の凹部が形成されることを特徴とする。
【0010】
この発明によれば、光学エレメントの裏面側の投光素子と対向する部位に形成された円筒形の凹部によって、投光素子から受光素子に向かう光線の迷光成分が光学エレメントの側面部を介して外部に逃がされる。
【0011】
つぎの発明にかかる光電式ロータリーエンコーダは、上記の発明において、前記光学エレメントは、表面側の前記凹部が形成される部位に前記凹部を介して入射された光線を集光する前記凹部の径より径が大きな第1のレンズ形状部が形成されることを特徴とする。
【0012】
この発明によれば、円筒形の凹部が形成される表面側部位に形成された、この円筒形の凹部の径より径が大きな第1のレンズ形状部によって、入射された光線が集光される。
【0013】
つぎの発明にかかる光電式ロータリーエンコーダは、上記の発明において、前記光学エレメントは、光線を集光する第2のレンズ形状部が前記凹部の底面に形成されることを特徴とする。
【0014】
この発明によれば、光学エレメントの円筒形の凹部が形成される表面側部位に形成された、この円筒形の凹部の径より径が大きな第1のレンズ形状部と、光学エレメントの円筒形の凹部の底面に形成された第2のレンズ形状部とによって、ビーム光の平行度がさらに向上される。
【0015】
つぎの発明にかかる光電式ロータリーエンコーダは、上記の発明において、前記光学エレメントは、ビーム成形を行うための遮光パターンが前記凹部の底面に形成されることを特徴とする。
【0016】
この発明によれば、光学エレメントの円筒形の凹部の底面に形成された遮光パターンによって、ビーム成形が行われる。
【0017】
つぎの発明にかかる光電式ロータリーエンコーダは、上記の発明において、前記光学エレメントは、裏面側の前記受光素子と対向する部位に、V溝間にスリットが形成された固定スリット部材を備えることを特徴とする。
【0018】
この発明によれば、光学エレメントの裏面側の受光素子と対向する部位に形成されたV溝の固定スリット部材によって、遮光、回折等のビーム成形が行われる。
【0019】
つぎの発明にかかる光電式ロータリーエンコーダは、上記の発明において、前記折り返し光学部材は、その入射面に、光線を集光する第3のレンズ形状部を備えることを特徴とする。
【0020】
この発明によれば、折り返し光学部材の入射面に備えられた第3のレンズ形状部によって、光線が集光される。
【0021】
つぎの発明にかかる光電式ロータリーエンコーダは、上記の発明において、前記折り返し光学部材は、その出射面に、ビーム成形を行うための遮光パターンが形成されることを特徴とする。
【0022】
この発明によれば、折り返し光学部材の出射面に備えられた遮光パターンによって、ビーム成形が行われる。
【0023】
つぎの発明にかかる光電式ロータリーエンコーダは、上記の発明において、前記基板に凹部を形成し、この凹部の底面に前記投光素子を配設したことを特徴とする。
【0024】
この発明によれば、基板に凹部を形成し、この凹部の底面に投光素子を配設することによって、投光素子から受光素子に向かう光線の迷光成分が遮光される。
【0025】
つぎの発明にかかる光電式ロータリーエンコーダは、投光素子から発生した光線を折り返し光学部材によって光線の投光方向と逆方向に折り返し、折り返した光線を折り返し光学部材の表面に形成した位相格子によって2つに分岐し、分岐した光線を検出パターン部を有する円板を介して、投光素子と同じ基板上に配設された2つの受光素子で受光し、これらの受光信号に基づいて円板の回転変位を検出する光電式ロータリーエンコーダにおいて、前記投光素子からの光線の迷光成分を、その側面部を介して外部に逃がす光学エレメントを前記投光素子および受光素子が配設された基板の前方側に配設し、これらの光学エレメントおよび基板を一体化することを特徴とする。
【0026】
この発明によれば、光学エレメントは、投光素子および受光素子が配設された基板の前方に、光学エレメントと基板の位置関係が変化しないように機械的に固定される形で一体化される。そして、基板と一体化された光学エレメントによって、投光素子からの光線の迷光成分が、この光学エレメントの側面部を介して外部に逃がされる。
【0027】
つぎの発明にかかる光電式ロータリーエンコーダは、上記の発明において、前記光学エレメントは、裏面側の前記投光素子と対向する部位に円筒形の凹部が形成され、表面側の前記凹部が形成される部位に前記凹部を介して入射された光線を集光する、前記凹部の径より径が大きな第1のレンズ形状部が形成されることを特徴とする。
【0028】
この発明によれば、光学エレメントの裏面側の投光素子と対向する部位に形成された円筒形の凹部によって、投光素子から受光素子に向かう光線の迷光成分が光学エレメントの側面部を介して外部に逃がされる。また、円筒形の凹部が形成される表面側部位に形成された、この円筒形の凹部の径より径が大きな第1のレンズ形状部によって、入射された光線が集光される。
【0029】
つぎの発明にかかる光電式ロータリーエンコーダは、投光素子から発生した光線を折り返し光学部材によって光線の投光方向と逆方向に折り返し、折り返した光線を検出パターン部を有する円板を介して、投光素子と同じ基板上に配設された受光素子で受光し、この受光信号に基づいて円板の回転変位を検出する光電式ロータリーエンコーダにおいて、前記基板に2つの凹部を形成し、これら各凹部の底面に前記投光素子および受光素子を配設することを特徴とする。
【0030】
この発明によれば、基板に形成された各凹部によって、投光素子から受光素子に向かう光線の迷光成分が遮光される。
【0031】
つぎの発明にかかる光電式ロータリーエンコーダは、前記光学エレメントとして、屈折率1.58のポリカーボネートを用いたことを特徴とする。
【0032】
この発明によれば、光学エレメントを屈折率1.58のポリカーボネートで構成し、この光学エレメントが有する形状とポリカーボネートと空気との屈折率差とを利用することによって、投光素子から受光素子に向かう光線の迷光成分が光学エレメントの側面部を介して外部に逃がされる。
【0033】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる光電式ロータリーエンコーダの好適な実施の形態を詳細に説明する。
【0034】
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1である光電式ロータリーエンコーダの主要部を模式的に示した構成図である。同図において、1は投受光モジュールであり、基板13に投光素子11と受光素子12が実装され、光学エレメント14が投光素子11と受光素子12を覆うように基板13に取り付けられている。また、光学エレメント14の表面には、周囲との屈折差を利用した第1レンズ21が、また、裏面には、第1レンズ21より外径が小さくかつ開口面26と側面27を持つ円筒形空洞部25が設けられている。なお、基板13と光学エレメント14とは、両者の位置関係が変化しないように機械的に固定される形で一体化されている。
【0035】
さらに、図1において、5は折り返し部であり、第1レンズ21によって集光された投光素子11からの出射光であるビーム101を反射させる反射面22と、この反射面22によって反射されたビーム102を投受光モジュール1に向かって反射する反射面23とを備えている。ここで、反射面22はビーム101の入射角が45度となるように配置され、ビーム101を反射面23へ全反射させる。反射面23も同様に入射角が45度となるように配置され、ビーム102を全反射させる。したがって、これらの反射面22および反射面23によって反射されたビーム103は、ビーム101の到来方向に向かって反射されることになる。第1レンズ21によって集光されたビーム101が平行光であれば、反射面23によって反射されるビーム103も平行光となる。また、6は円板であり、この円板6は回転角度等を検出するための特長化された検出パターン部24を有している。折り返し部5からの入射されたビーム103が、回転する円板6に照射されると、円板6上の検出パターン部24がビーム103を変調し、この変調されたビーム103が光学エレメント14を介して投受光モジュール1の受光素子12で受光され、回転角度、回転速度、回転数等の必要な情報を抽出することができる。
【0036】
図2は、図1の投受光モジュールにおいて、ビームの迷光成分が反射を繰り返しながら投受光モジュールの外に逃げていく様子を模式的に示した説明図である。同図において、屈折率1.58(d線における数値)のポリカーボネートにて構成した光学エレメント14の開口面26が、投光素子11の45度方向と一致するように配置され、第1レンズ21の径を図2に示すように円筒形空洞部25より若干大きく設計している。このような設計にすれば、投光素子11からの出射光のうち光軸とのなす角が45度以下の成分は、円筒形空洞部25の開口面26から第1レンズ21を通過して図示しない折り返し部の方へ向かう。一方、投光素子11からの出射光のうち光軸とのなす角が45度以上の成分は、円筒形空洞部25の側面27で屈折し、側面27と直角に配置された光学エレメント14の上面と下面との間を全反射を繰り返し、投受光モジュール1の外部に抜けていく。
【0037】
例えば、ビーム104は、光軸とのなす角が45度以下の成分であり、第1レンズ21へ入射し、折り返し部5の方に向かう。また、ビーム105は、光軸とのなす角が45度以上の成分であり、円筒形空洞部25の側面27から第1レンズ21を通過せずに光学エレメント14の外部に向かう。このビーム105は、折り返し部5に向かうことはない。さらに、光軸とのなす角が50度で受光素子12側へ向かうビーム106を考える。このビーム106は、側面27から見れば入射角が40度であり、入射面で屈折し、その屈折角は約24度となる。このビーム106は、光学エレメント14の下面に入射角約66度で入射するが、屈折率1.58のポリカーボネートで構成された光学エレメント14の下面での臨界角は39.3度であるから、全反射される。同様に、光学エレメント14の上面でも全反射され、光学エレメント14の側面から抜けることになり、受光素子12には到達することはない。このようにして、投光素子11から受光素子12に向かう迷光成分が除去されることになる。
【0038】
また、光学エレメント14に第1レンズ21を形成し、光学エレメント14と投光素子11と受光素子12とを一体化構成としたので、従来技術に比べエンコーダサイズを大幅に小さくすることができる。また、投光素子11と受光素子12とを一体化したので、両者を一体で動かしながら光軸調整ができ、組み立て調整を簡略化かつ容易にすることができる。なお、この実施の形態1では、反射面22および反射面23を全反射面としたが、全反射面だけでなくミラー等による反射面としても同様の構成ができる。
【0039】
このように、実施の形態1によれば、光学エレメントと基板とを、両者の位置関係が変化しないように機械的に固定する形で一体化し、この光学エレメントに第1レンズを形成したので、光ビームを容易に成形することができ、また、この第1レンズより外径が小さくかつ開口面と側面を持つ円筒形空洞部を形成したので、レンズを経由せずに受光素子側へ向かう迷光成分を、周囲との屈折率差を利用して全反射により光学エレメントの内部に閉じ込めながら投受光モジュールの外へ逃がし、受光素子への入射を防ぐことができる光電式ロータリーエンコーダを得ることができる。また、光学エレメントと投光素子と受光素子とを一体化し、光学エレメントに第1レンズを形成したので、より小型化した投受光モジュールを有し、投・受光素子間の調整の簡略化による設計の容易性を確保した光電式ロータリーエンコーダを得ることができる。
【0040】
なお、実施の形態1では、周囲との屈折率差を利用して迷光成分を除去するために光学エレメントに設けた空洞部の形状を円筒形状としたが、この形状は、円筒形に限定されるものではなく、迷光成分を全反射により光学エレメントの内部に閉じ込めながら投受光モジュールの外へ逃がすことができる構造であればどんな形状でもよく、同様の効果が得られる。
【0041】
実施の形態2.
図3は、この発明の実施の形態2である光電式ロータリーエンコーダの投受光モジュールを模式的に示した構成図である。図2の実施の形態1と比較して、投光素子11だけを光学エレメント17で覆い、シリコン部28で受光素子12を封止している。なお、折り返し部5、円板6等の構成については図1と同様であるため、図示していない。この構成によれば、光学エレメントの形状をより小さくできるため投受光モジュール1をさらに小型化できるという利点を有している。
【0042】
このように、実施の形態2によれば、投光素子を光学エレメントで覆い、シリコンで受光素子を封止したので、さらに小型化した光電式ロータリーエンコーダを得ることができる。
【0043】
実施の形態3.
図4は、この発明の実施の形態3である光電式ロータリーエンコーダの投受光モジュールを模式的に示した構成図である。図1の実施の形態1において、光学エレメント14の受光素子12と対向する部分に、折り返し部側からの入射光の入射角が45度になるようなV溝にて作成した固定スリット51を設け、入射光を選択的に遮光させている。なお、折り返し部5、円板6等の構成については図1と同様であるため、図示していない。
【0044】
例えば、屈折率1.58のポリカーボネートにて光学エレメント14を成形した場合、臨界角は39.3度となるので、固定スリット51のV溝部に入射した平行光は全て全反射し、遮光される。この構成によれば、光学エレメントにV溝の加工を施すだけで簡単に遮光スリットを形成することが可能である。また、V溝の大きさと配列周期を小さくすれば、振幅格子型の回折格子を構成することもできる。また、V溝の間隔を狭くして、入射光を完全に遮光することも可能である。
【0045】
このように、実施の形態3によれば、光学エレメント上の受光素子と対向する部分に、V溝の固定スリット51を設ける構成としたので、簡単な加工により、遮光スリット、振幅格子型の回折格子等を形成した、光電式ロータリーエンコーダを得ることができる。
【0046】
実施の形態4.
図5は、この発明の実施の形態4である光電式ロータリーエンコーダの投受光モジュールを模式的に示した構成図である。図1の実施の形態1において、光学エレメント14の第1レンズ21の裏面に、裏面レンズ29を設けている。なお、図2と同様に、折り返し部5、円板6等の構成については図1と同様であるため、図示していない。
【0047】
この構成によれば、1枚のレンズで構成する場合に比べて、光学エレメントからの出射光の平行度を向上させることができるとともに、光学エレメントの複数の面に、レンズだけでなく凹凸、V溝等による回折格子を構成することも可能であり光学的な機能・性能を向上させることも可能である。
【0048】
このように、実施の形態4によれば、光学エレメント14の第1レンズ21の裏面に、裏面レンズ29を設ける構成としたので、光学エレメントからの出射光の平行度をさらに向上させるとともに光学的な機能・性能を向上させた光電式ロータリーエンコーダを得ることができる。
【0049】
実施の形態5.
図6は、この発明の実施の形態5である光電式ロータリーエンコーダの主要部を模式的に示した構成図である。図1の実施の形態1と比較して、折り返し部5に第2レンズ30を設けた点が相違する。その他については、実施の形態1と同様であり、同一部分には同一符号を付して示している。実施の形態1と同様に、投光素子11から出射され、第1レンズ21および第2レンズ30の2枚のレンズにて集光されたビーム102が、折り返し部5の反射面22と反射面23で全反射され、回転する円板6上の検出パターン部24によってビーム103が変調され、光学エレメント14を介して投受光モジュール1の受光素子12で受光される。
【0050】
この構成によれば、複数枚のレンズで構成できるので、レンズ間の距離を調整することで、照射径の拡大や平行度の向上などの光学性能を向上することができる。また、複数枚のレンズを組み合わせることで、各レンズの曲率も緩和できるため、第1レンズ21の実装精度、折り返し部5の組み立て精度とのトレードオフが可能となり、設計の容易性を確保することができる。
【0051】
このように、実施の形態5によれば、折り返し部5に第2レンズ30を設ける構成としたので、照射径の拡大や平行度の向上などの光学性能を向上させ、かつ、構成部分間の組み立て精度とのトレードオフによる設計の容易性を確保した、光電式ロータリーエンコーダを得ることができる。
【0052】
実施の形態6.
図7は、この発明の実施の形態6である光電式ロータリーエンコーダの主要部を模式的に示した構成図である。図1の実施の形態1と比較して、投受光モジュール1の受光素子として、第1の受光素子18および第2の受光素子19を有している点、折り返し部5のビーム入射面上および出射面上にそれぞれ光学距離差λ/2の凹凸面による第1の位相格子31および第2の位相格子32を有している点が相違する。また、図8(a)は図7の矢印Aから折り返し部5を見た側面図であり、図8(b)は図7の矢印Bから折り返し部5を見た側面図を示している。なお、図7および図8ともに、実施の形態1と同一部分には同一符号を付して示している。
【0053】
図8(a)、(b)において、第1レンズ21から出射され、折り返し部5の位相格子31に入射されたビーム101は、回折により、+1つぎのビーム111と−1つぎのビーム112に分岐される。ビーム111とビーム112に関し、図7における紙面平面上の入射角が45度となるように反射面22を構成し、全反射により両ビームを反射面23へ反射させ、反射面23でも同様に入射角が45度となるように構成し、これらのビーム111とビーム112を全反射させる。折り返し部5の位相格子32は、ビーム111の−1次光であるビーム113と、ビーム112の+1次光であるビーム114を円板6へ偏向させ、円板6の回転角度を検出するために特長化された検出パターン部24を照射する。この検出パターン部24によりビーム113とビーム114は変調され、それぞれ第1の受光素子18および第2の受光素子19にて受光される。
【0054】
この構成によれば、ビーム101が位相格子31を照射さえしていれば、ビーム101を均等に分割することができるので、投光素子11と折り返し部5の光学アライメントが容易になるとともに、組み立て精度を向上させることができる。また、2枚の位相格子31と位相格子32との間の光学距離が、折り返し部5の形状にて制御できることから、2枚の格子間距離の管理も容易になる。さらに、位相格子の代わりに、V溝による固定スリットを設け、選択的なビームの遮光、V溝の振幅型の回折格子によるビームの回折や分岐等の機能を付加することも可能である。
【0055】
このように、実施の形態6によれば、投受光モジュールに第1の受光素子18および第2の受光素子19と、折り返し部5に第1の位相格子31および第2の位相格子32とを設ける構成としたので、光学アライメントの容易性と、組み立て精度とを向上させた光電式ロータリーエンコーダを得ることができる。また、ビームの選択的な遮光、回折、複数への分岐等を可能とする多機能な光電式ロータリーエンコーダを得ることができる。
【0056】
実施の形態7.
図9は、この発明の実施の形態7である光電式ロータリーエンコーダの主要部を模式的に示した構成図である。図1の実施の形態1と比較して、光学エレメント14の内側の面に、第1レンズ21より径の小さい円形クロムパターン33を施したところが相違している。その他については、実施の形態1と同様であり、同一部分には同一符号を付して示している。また、図10は円形クロムパターンを投光素子側から見た図である。同図において、33は光学エレメントに施した円形クロムパターンを、34は円形クロムパターン33の内側エッジを示している。
【0057】
この構成によれば、光学エレメント14に円形クロムパターン33を設けることで、容易に円形クロムパターン33の内側エッジ34により円形のビーム成形を行うことができる。また、円形以外のクロムパターンを用いることも可能であり、所望のビーム成形を行うことも可能となる。さらに、ビーム成形以外にも迷光の除去などにも適用することが可能であり、クロムパターンにて受光素子12上の光学エレメント14の表面に、固定スリットを設け、選択的に遮光を行うこともできる。
【0058】
このように、実施の形態7によれば、光学エレメント14の内側の面に、第1レンズより径の小さい円形クロムパターン33を施す構成としたので、ビームの成形、ビームの選択的な遮光、迷光の除去を可能とする多機能な光電式ロータリーエンコーダを得ることができる。
【0059】
実施の形態8.
図11は、この発明の実施の形態8である光電式ロータリーエンコーダの主要部を模式的に示した構成図である。図1の実施の形態1と比較して、折り返し部5の円板6に向かう出射面にクロムパターン35による固定スリットを設けたことが相違する点である。その他については、実施の形態1と同様であり、同一部分には同一符号を付して示している。
【0060】
この構成によれば、投受光モジュールだけでなく、折り返し部5でもクロムパターン35によって、固定スリットを構成できる。クロムパターン35の形状は固定スリットに限らず、例えば回折格子を形成し、光を回折させたりビームを分岐させることも可能である。また、円形のクロムパターンを構成すれば、平行光のビーム形状を簡単に円形へ成形することもできる。
【0061】
このように、実施の形態8によれば、折り返し部の出射面にクロムパターンによる固定スリットを施す構成としたので、ビームの成形、ビームの分岐等を可能とする多機能な光電式ロータリーエンコーダを得ることができる。
【0062】
実施の形態9.
図12は、この発明の実施の形態9である光電式ロータリーエンコーダの投受光モジュールを模式的に示した構成図である。図1の実施の形態1と比較して、基板41に投光素子11と受光素子12を実装し、第1レンズ21を有する光学エレメント15を取り付け、基板41には、投光素子11と受光素子12との間に遮光部を設けている点が相違しているが、特に光学エレメント15が円筒形空洞部を有さない点が大きく相違している。その他については、実施の形態1と同様であり、同一部分には同一符号を付して示している。なお、図2と同様に、折り返し部5、円板6等の構成については図1と同様であるため、図示していない。
【0063】
この構成によれば、例えばビーム121のような第1レンズ21を経由せずに投光素子11から受光素子12へ向かう迷光成分を、基板41の形状にて簡単に遮光することができる。このため、実施の形態1等で示したように、光学エレメント内に円筒形空洞部を設ける必要がない。
【0064】
このように、実施の形態9によれば、投光素子と受光素子を実装した基板の投光素子と受光素子との間に遮光部を設けるように構成したので、投光素子から受光素子へ向かう迷光成分を除去した光電式ロータリーエンコーダを得ることができる。また、光学エレメント15内に円筒形空洞部を設ける必要がないので、光学エレメントの設計を容易にすることができる。
【0065】
実施の形態10.
図13は、この発明の実施の形態10である光電式ロータリーエンコーダの投受光モジュールを模式的に示した構成図である。図1の実施の形態1と比較して、基板42の投光素子11と受光素子12との間に段差を設け、受光素子12の実装位置を投光素子11より若干円板6へ近づけている点が相違するところである。その他については、実施の形態1と同様であり、同一部分には同一符号を付して示している。
【0066】
この構成によれば、例えばビーム122のような投光素子11から受光素子12へ向かう迷光成分を、基板42の位置、深さ、形状を調整することにより簡単に遮光することができる。また、ビーム123のような投光素子11から受光素子12へ向かう迷光成分を、光学エレメント14内の円筒形空洞部25の側面に入射させ、光学エレメント14の内部に閉じ込めながら投受光モジュールの外へ逃がすことができる。さらに、光学特性上重要な円板6上の検出パターン部24と受光素子12との距離を、基板42の形状にて調整することも可能である。
【0067】
このように、実施の形態10によれば、投光素子と受光素子との間に段差を設け、受光素子の実装位置を投光素子より若干円板へ近づけるように構成したので、レンズを経由せずに投光素子から受光素子へ向かう迷光成分を遮光または投受光モジュールの外へ逃がすことができ、円板上の検出パターン部と受光素子との距離を任意に調整できる光電式ロータリーエンコーダを得ることができる。
【0068】
実施の形態11.
図14は、この発明の実施の形態11である光電式ロータリーエンコーダの主要部を模式的に示した構成図である。図1の実施の形態1と比較して、光学エレメント14の表面の第1レンズを削除し、折り返し部5に第2レンズ30を設けている点が相違するところである。その他については、実施の形態1と同様であり、同一部分には同一符号を付して示している。
【0069】
このように、実施の形態11によれば、光学エレメント14の表面を平面とし、折り返し部5に第2レンズ30を設ける構成としたので、照射径の拡大や平行度の向上等の光学性能を向上させ、かつ、構成部分間の組み立て精度とのトレードオフによる設計の容易性を確保した、光電式ロータリーエンコーダを得ることができる。
【0070】
なお、実施の形態11では、光学エレメント14の表面部を平面とし、折り返し部5に第2レンズ30を設ける構成としたが、レンズを設ける個所は折り返し部5に限定されるものではなく、例えば光学エレメント14の円筒形空洞部25の開口面26等に設けても同様の効果が得られる。
【0071】
また、実施の形態11では、光学エレメント14の表面部を平面とし、折り返し部5に第2レンズ30を設ける構成としたが、この光学エレメント14の表面部を平面とし、折り返し部5に第2レンズ30を設ける構成を実施の形態3、7、8〜10の何れか一つに適用することもでき、この場合も実施の形態11と同様の効果が得られる。
【0072】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、投光素子および受光素子が配設された基板の前方に、この基板を覆うように配設かつ一体化された光学エレメントによって、投光素子からの光線の迷光成分を、この光学エレメントの側面部を介して外部に逃がすことができる構成としたので、不要なビーム光を遮光板を必要とすることなく除去することができ、部品点数を削減した光電式ロータリーエンコーダを得ることができる。また、投光素子と受光素子とが同一基板に実装されることにより小型化した投受光モジュールを有し、投・受光素子間の調整の簡略化による設計の容易性を確保した光電式ロータリーエンコーダを得ることができる。
【0073】
つぎの発明によれば、光学エレメントの裏面側の投光素子と対向する部位に形成された円筒形の凹部によって、投光素子から受光素子に向かう光線の迷光成分が光学エレメントの側面部を介して外部に逃がされる構成としたので、不要なビーム光を遮光するための遮光板を必要とすることなく迷光成分を除去することができ、部品点数を削減した光電式ロータリーエンコーダを得ることができる。
【0074】
つぎの発明によれば、円筒形の凹部が形成される表面側部位に形成された、この円筒形の凹部の径より径が大きな第1のレンズ形状部によって、入射された光線が集光される構成としたので、不要なビーム光の遮光板を必要とすることなく除去することができ、部品点数を削減した光電式ロータリーエンコーダを得ることができる。
【0075】
つぎの発明によれば、光学エレメントの円筒形の凹部が形成される表面側部位に形成された、この円筒形の凹部の径より径が大きな第1のレンズ形状部と、光学エレメントの円筒形の凹部の底面に形成された第2のレンズ形状部とによってビーム光の平行度をさらに向上させるとともに、光学的な機能・性能を向上させた光電式ロータリーエンコーダを得ることができる。
【0076】
つぎの発明によれば、光学エレメントの円筒形の凹部の底面に形成された遮光パターンによって、ビーム成形が行われる構成としたので、ビームの成形、ビームの選択的な遮光、迷光の除去を可能とする多機能な光電式ロータリーエンコーダを得ることができる。
【0077】
つぎの発明によれば、光学エレメントの裏面側の受光素子と対向する部位に形成されたV溝の固定スリット部材によって、簡単な加工により、ビーム光の遮光、回折等を行うことができる光電式ロータリーエンコーダを得ることができる。
【0078】
つぎの発明によれば、折り返し光学部材の入射面に備えられた第3のレンズ形状部によって、光線が集光されるので、照射径の拡大や平行度の向上などの光学性能を向上させ、かつ、構成部分間の組み立て精度とのトレードオフによる設計の容易性を確保した、光電式ロータリーエンコーダを得ることができる。
【0079】
つぎの発明によれば、折り返し光学部材の出射面に備えられた遮光パターンによってビーム成形が行われる構成としたので、ビームの成形、ビームの分岐等を可能とする多機能な光電式ロータリーエンコーダを得ることができる。
【0080】
つぎの発明によれば、基板に凹部を形成し、この凹部の底面に投光素子を配設することによって、投光素子から受光素子に向かう光線の迷光成分が光学エレメントの側面部を介して外部に逃がされる構成としたので、不要なビーム光の遮光板を必要とすることなく除去することができ、部品点数を削減した光電式ロータリーエンコーダを得ることができる。
【0081】
つぎの発明によれば、投光素子および受光素子が配設された基板の前方に、この基板を覆うように配設かつ一体化された光学エレメントによって、投光素子からの光線の迷光成分を、この光学エレメントの側面部を介して外部に逃がすことができる構成としたので、不要なビーム光を遮光板を必要とすることなく除去することができ、部品点数を削減した光電式ロータリーエンコーダを得ることができる。また、投光素子と受光素子とが同一基板に実装されることにより小型化した投受光モジュールを有し、投・受光素子間の調整の簡略化による設計の容易性を確保した光電式ロータリーエンコーダを得ることができる。
【0082】
つぎの発明によれば、光学エレメントの裏面側の投光素子と対向する部位に形成された円筒形の凹部によって、投光素子から受光素子に向かう光線の迷光成分が光学エレメントの側面部を介して外部に逃がされ、また、円筒形の凹部が形成される表面側部位に形成された、この円筒形の凹部の径より径が大きな第1のレンズ形状部によって、入射された光線が集光される構成としたので、不要なビーム光を遮光板を必要とすることなく除去することができ、部品点数を削減した光電式ロータリーエンコーダを得ることができる。
【0083】
つぎの発明によれば、基板に形成された各凹部によって投光素子から受光素子に向かう光線の迷光成分が遮光される構成としたので、不要なビーム光を遮光板を必要とすることなく除去することができ、部品点数を削減した光電式ロータリーエンコーダを得ることができる。また、投光素子と受光素子とが同一基板に実装されることにより、小型化した投受光モジュールを有し、投・受光素子間の調整の簡略化による設計の容易性を確保した光電式ロータリーエンコーダを得ることができる。
【0084】
つぎの発明によれば、光学エレメントを屈折率1.58のポリカーボネートで構成し、この光学エレメントが有する形状とポリカーボネートと空気との屈折率差とを利用することによって、投光素子から受光素子に向かう光線の迷光成分を光学エレメントの側面部を介して外部に逃がすことができる構成としたので、不要なビーム光を遮光板を必要とすることなく除去することができ、部品点数を削減した光電式ロータリーエンコーダを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の形態1である光電式ロータリーエンコーダの主要部を模式的に示した構成図である。
【図2】図1の投受光モジュールにおいて、ビームの迷光成分が反射を繰り返しながら投受光モジュールの外に逃げていく様子を模式的に示した説明図である。
【図3】この発明の実施の形態2である光電式ロータリーエンコーダの投受光モジュールを模式的に示した構成図である。
【図4】この発明の実施の形態3である光電式ロータリーエンコーダの投受光モジュールを模式的に示した構成図である。
【図5】この発明の実施の形態4である光電式ロータリーエンコーダの投受光モジュールを模式的に示した構成図である。
【図6】この発明の実施の形態5である光電式ロータリーエンコーダの主要部を模式的に示した構成図である。
【図7】この発明の実施の形態6である光電式ロータリーエンコーダの主要部を模式的に示した構成図である。
【図8】(a)は図7の矢印Aから折り返し部を見た側面図であり、図8(b)は図7の矢印Bから折り返し部を見た側面図を示している。
【図9】この発明の実施の形態7である光電式ロータリーエンコーダの主要部を模式的に示した構成図である。
【図10】円形クロムパターンを投光素子側から見た図である。
【図11】この発明の実施の形態8である光電式ロータリーエンコーダの主要部を模式的に示した構成図である。
【図12】この発明の実施の形態9である光電式ロータリーエンコーダの投受光モジュールを模式的に示した構成図である。
【図13】この発明の実施の形態10である光電式ロータリーエンコーダの投受光モジュールを模式的に示した構成図である。
【図14】この発明の実施の形態11である光電式ロータリーエンコーダの主要部を模式的に示した構成図である。
【符号の説明】
1 投受光モジュール、5 折り返し部、6 円板、11 投光素子、12,18,19 受光素子、13,41,42 基板、14,15,17 光学エレメント、21,30 レンズ、22,23 反射面、24 検出パターン部、25 円筒形空洞部、26 開口面、27 側面、28 シリコン部、29 裏面レンズ、31,32 位相格子、33 円形クロムパターン、34 内側エッジ、35 クロムパターン、51 固定スリット、101,102,103,104,105,106,111,112,113,114,120,121,122,123 ビーム。
Claims (13)
- 投光素子から発生した光線を折り返し光学部材によって光線の投光方向と逆方向に折り返し、折り返した光線を検出パターン部を有する円板を介して、投光素子と同じ基板上に配設された受光素子で受光し、この受光信号に基づいて円板の回転変位を検出する光電式ロータリーエンコーダにおいて、
前記投光素子からの光線の迷光成分を、その側面部を介して外部に逃がす光学エレメントを前記投光素子および受光素子が配設された基板の前方側に配設し、これらの光学エレメントおよび基板を一体化することを特徴とする光電式ロータリーエンコーダ。 - 前記光学エレメントは、裏面側の前記投光素子と対向する部位に凹部が形成されることを特徴とする請求項1に記載の光電式ロータリーエンコーダ。
- 前記光学エレメントは、表面側の前記凹部が形成される部位に前記凹部を介して入射された光線を集光する前記凹部の径より径が大きな第1のレンズ形状部が形成されることを特徴とする請求項2に記載の光電式ロータリーエンコーダ。
- 前記光学エレメントは、光線を集光する第2のレンズ形状部が前記凹部の底面に形成されることを特徴とする請求項3に記載の光電式ロータリーエンコーダ。
- 前記光学エレメントは、ビーム成形を行うための遮光パターンが前記凹部の底面に形成されることを特徴とする請求項2または3に記載の光電式ロータリーエンコーダ。
- 前記光学エレメントは、裏面側の前記受光素子と対向する部位に、V溝間にスリットが形成された固定スリット部材を備えることを特徴とする請求項2または3に記載の光電式ロータリーエンコーダ。
- 前記折り返し光学部材は、その入射面に、光線を集光する第3のレンズ形状部を備えることを特徴とする請求項3に記載の光電式ロータリーエンコーダ。
- 前記折り返し光学部材は、その出射面に、ビーム成形を行うための遮光パターンが形成されることを特徴とする請求項2または3に記載の光電式ロータリーエンコーダ。
- 前記基板に凹部を形成し、この凹部の底面に前記投光素子を配設したことを特徴とする請求項1〜3の何れか一つに記載の光電式ロータリーエンコーダ。
- 投光素子から発生した光線を折り返し光学部材によって光線の投光方向と逆方向に折り返し、折り返した光線を折り返し光学部材の表面に形成した位相格子によって2つ以上に分岐し、分岐した光線を検出パターン部を有する円板を介して、投光素子と同じ基板上に配設された2つの受光素子で受光し、これらの受光信号に基づいて円板の回転変位を検出する光電式ロータリーエンコーダにおいて、
前記投光素子からの光線の迷光成分を、その側面部を介して外部に逃がす光学エレメントを前記投光素子および受光素子が配設された基板の前方側に配設し、これらの光学エレメントおよび基板を一体化することを特徴とする光電式ロータリーエンコーダ。 - 前記光学エレメントは、裏面側の前記投光素子と対向する部位に円筒形の凹部が形成され、表面側の前記凹部が形成される部位に前記凹部を介して入射された光線を集光する、前記凹部の径より径が大きな第1のレンズ形状部が形成されることを特徴とする請求項10に記載の光電式ロータリーエンコーダ。
- 投光素子から発生した光線を折り返し光学部材によって光線の投光方向と逆方向に折り返し、折り返した光線を検出パターン部を有する円板を介して、投光素子と同じ基板上に配設された受光素子で受光し、この受光信号に基づいて円板の回転変位を検出する光電式ロータリーエンコーダにおいて、前記基板に2つの凹部を形成し、これら各凹部の底面に前記投光素子および受光素子を配設することを特徴とする光電式ロータリーエンコーダ。
- 前記光学エレメントとして、屈折率1.58のポリカーボネートを用いたことを特徴とする請求項1〜12の何れか一つに記載の光電式ロータリーエンコーダ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003149576A JP4101700B2 (ja) | 2002-06-03 | 2003-05-27 | 光電式ロータリーエンコーダ |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002161317 | 2002-06-03 | ||
JP2003149576A JP4101700B2 (ja) | 2002-06-03 | 2003-05-27 | 光電式ロータリーエンコーダ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2004061495A true JP2004061495A (ja) | 2004-02-26 |
JP4101700B2 JP4101700B2 (ja) | 2008-06-18 |
Family
ID=31949237
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003149576A Expired - Lifetime JP4101700B2 (ja) | 2002-06-03 | 2003-05-27 | 光電式ロータリーエンコーダ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4101700B2 (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007278927A (ja) * | 2006-04-10 | 2007-10-25 | Mitsubishi Electric Corp | 光学式エンコーダ |
JP2010510683A (ja) * | 2006-11-21 | 2010-04-02 | サントル ナシオナル ドゥ ラ ルシェルシェサイアンティフィク(セエヌエールエス) | 集積モノリシック干渉検出装置 |
JP2010230409A (ja) * | 2009-03-26 | 2010-10-14 | Olympus Corp | 光学式エンコーダ |
JP2013036999A (ja) * | 2011-08-08 | 2013-02-21 | Avago Technologies Ecbu Ip (Singapore) Pte Ltd | 改良された光学反射エンコーダ |
JP6639750B1 (ja) * | 2019-04-11 | 2020-02-05 | 三菱電機株式会社 | エンコーダ |
-
2003
- 2003-05-27 JP JP2003149576A patent/JP4101700B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007278927A (ja) * | 2006-04-10 | 2007-10-25 | Mitsubishi Electric Corp | 光学式エンコーダ |
JP2010510683A (ja) * | 2006-11-21 | 2010-04-02 | サントル ナシオナル ドゥ ラ ルシェルシェサイアンティフィク(セエヌエールエス) | 集積モノリシック干渉検出装置 |
JP2010230409A (ja) * | 2009-03-26 | 2010-10-14 | Olympus Corp | 光学式エンコーダ |
JP2013036999A (ja) * | 2011-08-08 | 2013-02-21 | Avago Technologies Ecbu Ip (Singapore) Pte Ltd | 改良された光学反射エンコーダ |
JP6639750B1 (ja) * | 2019-04-11 | 2020-02-05 | 三菱電機株式会社 | エンコーダ |
WO2020208773A1 (ja) * | 2019-04-11 | 2020-10-15 | 三菱電機株式会社 | エンコーダ |
TWI718040B (zh) * | 2019-04-11 | 2021-02-01 | 日商三菱電機股份有限公司 | 編碼器 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP4101700B2 (ja) | 2008-06-18 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7034282B2 (en) | Optical rotary encoder | |
JP3254737B2 (ja) | エンコーダー | |
EP0603905B1 (en) | Displacement detection apparatus | |
JP2862417B2 (ja) | 変位測定装置及び方法 | |
EP0889303B1 (en) | Displacement information detecting apparatus | |
US6972402B2 (en) | Photoelectric rotary encoder | |
WO2006006342A1 (ja) | 光学式エンコーダ | |
US5747797A (en) | Rotation information detecting apparatus and scale for use in the same | |
JP4726168B2 (ja) | 光学スケール及び光学式エンコーダ | |
JPH08178702A (ja) | 光学式センサ | |
JP4101700B2 (ja) | 光電式ロータリーエンコーダ | |
JP2941953B2 (ja) | 基準位置の検出方法および回転検出計 | |
JP3205680B2 (ja) | 反射型光学式エンコーダ | |
JPS626126A (ja) | 光スペクトル分析用センサ | |
JPS6363919A (ja) | 位置検出装置 | |
JPH05256666A (ja) | ロータリーエンコーダー | |
JP2002277286A (ja) | 回転変位量を検出する装置、及び、ディスク | |
JP3604574B2 (ja) | 光学式エンコーダ | |
JP4136059B2 (ja) | 変位情報検出装置 | |
JPS59224516A (ja) | 光学式エンコ−ダ | |
JP3679604B2 (ja) | 変位情報検出装置 | |
JPH1123321A (ja) | 光学スケール及びそれを用いた変位情報測定装置 | |
JP2004125554A (ja) | ミラー角度検出装置 | |
JP4323579B2 (ja) | 変位情報検出装置 | |
JP2001004411A (ja) | 光学式エンコーダ |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20041201 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20060403 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20071211 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080212 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20080318 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20080319 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110328 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4101700 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110328 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120328 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130328 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130328 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140328 Year of fee payment: 6 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
EXPY | Cancellation because of completion of term |