JP2007127532A

JP2007127532A - 光学式エンコーダ

Info

Publication number: JP2007127532A
Application number: JP2005320683A
Authority: JP
Inventors: Yuji Matsuzoe; 雄二松添; Kazuhiro Koizumi; 和裕小泉; Tetsuya Saito; 哲哉斎藤
Original assignee: Fuji Electric Holdings Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2005-11-04
Filing date: 2005-11-04
Publication date: 2007-05-24

Abstract

【課題】受光部の側面に入射する光によって生ずるオフセット変動を最小限に抑えて、位置検出精度向上を図ること。
【解決手段】プリント基板３で使用される配線６０の一部を受光部２の発光部１側の側面に沿って配置して、受光部２の側面から光が入射するのを防止する。これにより、受光部２の側面から光が入射することによる検出信号のオフセット変動が低減し、位置検出誤差が低減し、位置検出精度の向上が図れる。また、プリント基板３で使用される既存の配線６０を用いるので、コストアップを最小限に抑えることができる。また、受光部２をプリント基板３の中央付近に配置する必要がないため、受光部２とスケール１０の間隔Ｌを広くとることによる受光部２の出力信号振幅の低減が起こらず、位置検出精度の向上が図れる。
【選択図】図１

Description

本発明は、直線変位又は回転変位を検出する光学式エンコーダに関する。

図３（ａ）、（ｂ）は、従来の光学式エンコーダの概略構成を示す構成図である。同図に示す光学式エンコーダは、発光部１、受光部２、図示していない電子部品を搭載したプリント基板３、スケール１０から構成される。スケール１０は、同図に示す矢印７及び８方向へ移動可能になっている。発光部１から出射した光は、スケール１０で反射して受光部２へ入射するように受光部２とスケール１０とが対向配置されている。

スケール１０は、図４に示すように長方形をなす透明ガラス板１０１の表面にクロム１０２をガラス板幅方向にスリット状に形成し、透明ガラス板１０１の長手方向には同一形状のクロム１０２を所定周期で配列して構成されている。このように所定周期で配列したクロム１０２が位置情報パターンとなる。

受光部２は、図５に示すようにスケール１０の位置情報パターンの周期と略同一周期Ｗ１００で一方向に配置された感帯部１０３（斜線部）を有する。感帯部１０３の幅Ｗ１０１は感帯部１０３の周期Ｗ１００の１／２又はそれ以下となっている。第１感帯部列１０４と第２感帯部列１０５との間隔Ｗ１０２は電気角で９０°位相がずれるように設定されている。

以上のように構成された光学式リニアエンコーダにおいて、発光部１から出射された光線がスケール１０の位置情報パターンで反射し、この反射光を受光部２の感帯部１０３にて検出する。受光部２からは図６に示す９０°位相がずれた正弦波状の電流信号１０００，１００１が出力される。図７に示すように、電流信号１０００，１００１はＩ／Ｖ変換回路１１１で電圧信号１０１０，１０１１に変換された後、マイクロコンピュータユニット１１２に取り込まれる。そして、マイクロコンピュータユニット１１２において内挿処理することにより高い分解能を有する位置情報を取得している。

ところで、従来の光学式エンコーダにおいては、図８に示すように、発光部１から出射した光の一部（図中符号６で示す）が直接受光部２の側面（発光部２側の側面）に入射し、この入射した光が受光部２内で電気信号に変換されて、例えば図９の信号波形図に示すように、受光部２からの検出信号１０００，１００１にオフセット成分として加えられる。このオフセット成分が加えられた検出信号１０００，１００１はマイクロコンピュータユニット１１２における内挿処理時に位置検出誤差を発生する原因となっている。

この問題に対して、図１０に示すように、受光部２の側面に光が入射しないように、受光部２をプリント基板３の中央付近に配置して、受光部２の側面に入射する光をプリント基板３で遮光する方法がある。しかし、受光部２をプリント基板３の中央付近に配置して、受光部２側面に入射する光をプリント基板３にて遮光する方法においては、受光部２の位置を変えるのみで済むことからコスト面で非常に有利であるが、スケール１０と受光部２との間隔を保ったままでは、図１０に示すように、スケール１０からの反射光の一部が受光部２に入射しないため、十分な信号レベルの検出信号が得られない。この場合、図１１に示すように、受光部２とスケール１０の間隔Ｌを広くとることで、スケール１０からの反射光の全てを受光部２に入射させることができる。しかし、一般にこの間隔Ｌを広くとると、受光部２からの信号の振幅が低減し（即ち信号レベルが低くなる）、位置検出誤差が発生する原因となる問題が生ずる。

一方、特許文献１では別の方法で発光部からの光が受光部２に迷光となって入射するのを防止している。例えば、図１２，１３に示すように、上面に位置情報パターン７１の形成された透明基板からなるスケール７１と、下面に受光面７３が形成された受光部７４とを離間して対向配置し、スケール７１の上面であって受光部７４の光源側側面に隣接して遮光物７５を配置している。これにより、スケール７１の上方に配置した発光部７６から出射した光線が位置情報パターン７１へ向かわずに迷光となって受光部７４側へ向かったとしても遮光物７５で遮光することができる。特許文献１には、受光部７４の側面に遮光物７５を配設する以外にも、上面に受光素子が形成される透明基板の下面に反射防止膜、光吸収体を配設したり、溝部を形成して迷光を遮断する構成が開示されている。
特開２００４−０４５３６７号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の方法は、受光部の側面に遮光膜や遮光物を配設したり、上面に受光素子が形成される透明基板の下面に反射防止膜、光吸収体を配設したり、溝部を形成したりしているが、反射を防止する部材を追加したり精度の高い加工を必要としたりすることから、コストアップになる問題が生ずる。

本発明は、以上のような実情に鑑みてなされたもので、受光部とスケールの間隔を保ったまま、受光部側面に入射する光の影響を排除でき、しかもそれを最小限のコストで実現できる光学式エンコーダを提供することを目的とする。

本発明の光学式エンコーダは、照射光を出射する発光部と、前記発光部から照射光が入射するスケールと、前記スケールからの光を受光する受光部と、前記受光部から出力された検出信号を処理して絶対位置情報を得る回路が実装されたプリント基板と、を具備する光学式エンコーダにおいて、前記プリント基板で使用される配線の一部を前記受光部の前記発光部側の側面に沿って配設したことを特徴とする。

このように構成された光学式エンコーダによれば、受光部の側面への光の入射を阻止でき、受光部の側面へ光が入射することによる検出信号のオフセット変動を低減できる。したがって、検出信号に基づいて位置検出する際の位置検出誤差が低減し、位置検出精度が向上する。また、プリント基板で使用される既存の配線を用いることで、コストアップを最小限に抑えることができる。また、受光部をプリント基板の中央付近に配置する必要がないことから、受光部とスケールの間隔を広くとることによる受光部の出力信号振幅の低減が起こらず、位置検出精度の向上が図れる。

また本発明の光学式エンコーダは、照射光を出射する発光部と、位置情報パターンが形成され前記発光部から照射光が入射する回転板と、前記回転板からの光を受光する受光部と、前記受光部から出力された検出信号を処理して前記回転板の回転方向の変位を検出する回路が実装されたプリント基板と、を具備する光学式エンコーダにおいて、前記プリント基板で使用される配線の一部を前記受光部の前記発光部側の側面に沿って配設したことを特徴とする。

このように構成された光学式エンコーダによれば、上記エンコーダと同様に、位置検出誤差が低減し、位置検出精度が向上する。また、プリント基板で使用される既存の配線を用いることで、コストアップを最小限に抑えることができる。また、受光部をプリント基板の中央付近に配置する必要がないことから、受光部とスケールの間隔を広くとることによる受光部の出力信号振幅の低減が起こらず、位置検出精度の向上が図れる。

可動部を有する搬送装置に、該可動部の直線方向または回転方向の変位を検出するために上記記載の光学式エンコーダを組み込んだ構成とすることができる。

本発明によれば、受光部とスケールの間隔を保ったまま、受光部側面に入射する光の影響を排除でき、しかもそれを最小限のコストで実現することができる。

以下、本発明の一実施の形態について図面を参照しながら具体的に説明する。
図１（ａ）、（ｂ）は、本発明の一実施の形態に係る光学式エンコーダの概略構成を示す構成図である。なお、図１（ａ）、（ｂ）において前述した図３と共通する部分には同一の符号を付けている。また、スケール１０の構造は図４に示す通りであり、受光部２の構造は図５に示す通りである。

図１（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施の形態に係る光学式エンコーダは、プリント基板３に受光部２を含む回路を実装した際に使用される配線の一部（これを配線６０と呼ぶ）を受光部２の発光部１側の側面に沿って配置したものである。配線としては、受光部２を作り込んでいる基板から引き出されプリント基板３に接続される配線を用いることができる。例えば、受光部に形成されたＩ／Ｖ変換回路１１１（図７参照）とプリント基板３との間の配線の一部を利用でき、この部分を配線６０として受光部２の発光部１側の側面に引き回すようにすれば良い。その他、プリント基板３上の配線で利用可能なものがあれば、それを使用すれば良い。要は、新たな部材を用意するのではなく、既存のもので利用できるものがあれば、それを使用する。また、配線６０は、導体そのものもあれば、絶縁材で被覆されたものもあり、いずれも使用可能である。なお、プリント基板３上の配線以外に、プリント基板３と外部機器を接続する配線を利用することも勿論可能である。

プリント基板３で使用される既存の配線６０を受光部２の側面に入射する光の遮断用として使用することで、この配線６０を受光部２の側面へ引き回す工程を必要とするものの、遮光するための部材を製造する工程と、製造した遮光部材を受光部２の側面に取り付ける工程を必要としたり、透明基板に溝を形成する工程を必要としたりする従来技術と比べて大幅なコストダウンが図れる。また、受光部２をプリント基板３の中央付近に配置する必要がないため、受光部２とスケール１０の間隔Ｌを広くとる必要もない。これにより、受光部２とスケール１０の間隔Ｌを広くとることによる受光部２の出力信号振幅の低減が起こらず、位置検出精度の向上が図れる。

なお、本実施の形態では、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、配線６０の長さを受光部２の側面の長さと略同じにしているが、受光部２の受光セルアレイの位置に見合う長さにするようにしても良い。

図２は本実施の形態に係る光学式エンコーダにおける受光部２の各受光セルから出力された検出信号を示す波形図である。配線６０の一部を配置することによって、受光部２の側面へは光が入射することがないので、受光部２からの検出信号１０００，１００１にオフセット成分として加わることがない。これにより、位置検出誤差が低減し、位置検出精度の向上が図れる。

このように、本実施の形態に係る光学式エンコーダによれば、プリント基板３で使用される配線６０の一部を受光部２の発光部１側の側面に沿って配置して、受光部２の側面から光が入射するのを防止するようにしたので、受光部２の側面から光が入射することによる検出信号のオフセット変動が無くなり、内挿処理による位置検出誤差が低減して、位置検出精度が向上する。また、プリント基板３で使用される既存の配線６０を用いるので、コストアップを最小限に抑えることができる。さらに、受光部２をプリント基板３の中央付近に配置する必要がないため、受光部２とスケール１０の間隔Ｌを広くとる必要がない。これにより、受光部２とスケール１０の間隔Ｌを広くとることによる受光部２の出力信号振幅の低減が起こらず、位置検出精度の向上が図れる。

以上説明した本実施の形態に係る光学式エンコーダを用いて高精度な位置決め・速度制御を実現する半導体検査装置、製造装置、工作機械その他の搬送装置を構成することが可能である。搬送装置に備えた可動部の変位を本実施の形態に係る光学式エンコーダで検出する。これらの搬送装置を従来の光学式エンコーダを使用した場合よりも、高分解能制御が可能となり、コストも低く抑えることができる。

また、本発明は光学式リニアエンコーダに限定するものではなく、電気角を検出するようにした光学式ロータリエンコーダにも勿論適用可能である。反射型の光学式リニアエンコーダは、発光素子と受光素子を一体に取り付けた検出部とスケールとを相対的に移動させる構成であるのに対し、反射型の光学式ロータリエンコーダは、位置情報パターンが形成されたスリット円板を回転させる点で相違するものの下位信号は電気角θを用いるなどその原理は同じである。本発明を適用した光学式ロータリエンコーダでも高分解能化を実現できる。

本発明の光学式エンコーダは、半導体装置、製造装置、工作機械等において直線位置又は回転角度の変位量を計測するセンサとして適用可能である。

一実施の形態に係る光学式リニアエンコーダが備える発光部と受光部の概略構成図一実施の形態に係る光学式リニアエンコーダにおける位置検出信号の波形図従来の光学式リニアエンコーダの発光部及び受光部の概略構成図従来の光学式リニアエンコーダが備えるスケールの概略構成図従来の光学式リニアエンコーダが備える受光部の概略構成図従来の光学式エンコーダにおける位置検出信号の波形図従来の光学式エンコーダにおける受光部及びその周辺部品の回路構成図従来の光学式リニアエンコーダにおける問題点を説明するための図従来の光学式リニアエンコーダにおけるオフセットが上がった位置検出信号の波形図従来の光学式リニアエンコーダにおいて受光部をプリント基板の中央付近に配置させたときの問題点を説明するための図従来の光学式リニアエンコーダにおいてスケールと受光部との間隔を広くしたときの問題点を説明するための図迷光遮断機能を備えた従来の光学式エンコーダの斜視図迷光遮断機能を備えた従来の光学式エンコーダの断面構造を示す図

符号の説明

１発光部
２受光部
３プリント基板
１０スケール
６０配線

Claims

照射光を出射する発光部と、位置情報パターンが形成され前記発光部から照射光が入射するスケールと、前記スケールからの光を受光する受光部と、前記受光部から出力された検出信号を処理してスケール長手方向の変位を検出する回路が実装されたプリント基板と、を具備する光学式エンコーダにおいて、
前記プリント基板で使用される配線の一部を前記受光部の前記発光部側の側面に沿って配設したことを特徴とする光学式エンコーダ。
照射光を出射する発光部と、位置情報パターンが形成され前記発光部から照射光が入射する回転板と、前記回転板からの光を受光する受光部と、前記受光部から出力された検出信号を処理して前記回転板の回転方向の変位を検出する回路が実装されたプリント基板と、を具備する光学式エンコーダにおいて、
前記プリント基板で使用される配線の一部を前記受光部の前記発光部側の側面に沿って配設したことを特徴とする光学式エンコーダ。
可動部を有し、該可動部の直線方向または回転方向の変位を検出するために請求項１又は請求項２記載の光学式エンコーダを組み込んだことを特徴とする搬送装置。