JP2008292455A - 検出器レンズ付きの光学式エンコーダ - Google Patents

Abstract

【課題】光学式エンコーダがプリンタの内部環境のように煙霧質の汚染にさらされると、いくらかの煙霧質粒子がコリメートレンズ、符号化素子及び検出器モジュールの表面に付着する。これは検出器チップ上のパワーの伝達と符号スケールパターンのコントラストレベルを低下させる。その結果、エンコーダの性能低下を招く。
【解決手段】透過型の光学式符号化システム１００の光学式エンコーダ１０６は、エミッタ１２０、検出器１３０、及び検出器レンズ１３６を含む。エミッタは、光源１２２及びコリメートレンズ１２４を含む。検出器は、エミッタからの光を検出する複数の光センサ１３２を含む。検出器レンズは、光を複数の光センサの方へ向けるように複数の光センサに対して位置決めされる。光学式エンコーダの実施形態は、実効的な感知領域を増大させ、検出器へのパワー伝達を増大させ、エンコーダの寿命を延ばす。
【選択図】図２

Description

光学式エンコーダは、例えばクランクシャフトのようなシャフトの動作の監視に用いられる。光学式エンコーダは、シャフトの動作をシャフトの位置及び／又は回転数について監視することができる。光学式エンコーダは、典型的にはシャフトに取り付けられた符号ホイールを用いて、シャフトと符号ホイールが回転するにつれて光を変調する。透過型の符号ホイールにおいて、光は符号ホイール上のトラックの透過部分を通過するにつれて変調される。透過部分は、非透過部分によって分離されている。反射型の符号ホイールにおいて、光は符号ホイール上のトラックの反射部分から反射されるにつれて変調される。反射部分は、非反射部分によって分離されている。符号ホイールの回転に応答して光が変調されると、変調された光を受信する光センサアレイから電気信号の流れが発生する。電気信号は、例えばシャフトの位置及び／又は回転数を決定するのに用いられる。

図１は、従来の透過型の光学式エンコーダシステム１０を表す。光学式エンコーダシステム１０は、エンコーダ１２と透過型の符号ホイール１４を含む。エンコーダ１２は、光源１６、コリメートレンズ２０及びフラットパッケージの検出器１８を含む。光源１６とコリメートレンズ２０を合わせて、エミッタともいう。光源１６が放射した光はコリメートレンズ２０により平行にされ、符号ホイール１４の透過部分を通過するにつれて変調される。検出器１８は、変調された光を検出するフォトダイオードのアレイのような光センサアレイを含む。典型的には、光センサは符号化素子の分解能に等しい分解能を有する。従来の透過型の光学式エンコーダは、検出器１８にレンズを有さない点に注意すべきである。

光学式エンコーダがプリンタの内部環境のように煙霧質の汚染にさらされると、いくらかの煙霧質粒子がコリメートレンズ、符号化素子及び検出器モジュールの表面に付着する。同様に、光学式エンコーダの特定の実施に依存して、ほこり、ちり、塗料などのようなその他の環境汚染物質が光検出器の表面に付着することがある。これらの付着した煙霧質粒子及び他の汚染物質が、平行にされた光をいくらか散乱及び／又は吸収するため、光が減衰して検出器に到達する。これは検出器チップ上のパワーの伝達と符号スケールパターンのコントラストレベルを低下させる。その結果、エンコーダの性能低下を招く。

装置の実施形態が記述される。１つの実施形態において、そのシステムは透過型の光学式符号化システムの光学式エンコーダである。光学式エンコーダは、エミッタ、検出器及び検出器レンズを含む。エミッタは、光源とコリメートレンズを含む。検出器は、光源からの光を検出する複数の光センサを含む。検出器レンズは、複数の光センサに対して、光を複数の光センサに向けるように配置される。光学式エンコーダの実施形態によれば、実効的な感知領域が増大し、検出器へのパワーの伝達が増大し、エンコーダの寿命が延びる。

装置の他の実施形態も記述される。１つの実施形態において、装置は、光信号を放射する手段と、光信号を変調する手段と、変調された光信号を検出する手段と、光センサアレイの感知領域より大きい実効的な感知領域を提供する手段を含む。装置の他の実施形態も記述される。

方法の実施形態も記述される。１つの実施形態において、その方法は透過型の光学式符号化システム用の光学式エンコーダを製造する方法である。その方法は、光信号を発生するエミッタを設けること、光信号を変調するよう構成されている符号化素子をエミッタに対して結合すること、変調された光信号を検出するよう構成されている検出器を符号化素子に隣接してエミッタの反対側に取り付けること、および検出器の感知領域より大きい実効的な感知領域を提供するよう構成されている検出器レンズを符号化素子と検出器との間に取り付けることを含む。方法の他の実施形態も記述される。

本発明の実施形態の他の態様及び利点は、添付図面に関連して本発明の原理の実施例によって説明される以下の詳細な記載から明らかになる。

記載を通して、同様の参照番号を同様の要素の識別に用いることができる。

（詳細な説明）
図２は、透過型の光学式符号化システム１００の一実施形態の概略回路図を表す。図示された透過型の光学式符号化システム１００は、符号ホイール１０４、エンコーダ１０６、デコーダ１０８及びマイクロプロセッサ１１０を含む。符号ホイール１０４については以下で図３を参照してより詳しく説明するが、図２に示した透過型の光学式エンコーダシステム１００の動作に即して、ここで簡単に説明する。

一般的に、符号ホイール１０４は透過部分１４２と非透過部分１４４のトラック１４０を含む。エンコーダ１０６内のエミッタ１２０が、符号ホイールのトラック１４０に入射する光（すなわち光信号）を生成する。符号ホイール１０４が例えばモーターシャフト（図示せず）によって回転されると、入射光はトラック１４０の透過部分１４２によって符号ホイール１０４を通過させられるが、トラック１４０の非透過部分１４４によって通過させられない。このようにして、光は変調されたパターン（すなわち、オン−オフ−オン−オフ…）でトラック１４０を通過させられる。エンコーダ１０６中の検出器１３０が変調された光信号を検出すると共に、その応答として１つ以上の周期的チャネル信号（例えばＣＨ_AとＣＨ_B）を発生する。一実施形態において、次にこれらのチャネル信号はデコーダ１０８に送られ、デコーダ１０８は計数信号を発生してマイクロプロセッサ１１０に送る。マイクロプロセッサ１１０は計数信号を用いて、符号ホイール１０４が連結される例えばモーターシャフト又は他の可動部品の動作を評価する。他の実施形態は、当分野で知られているように、マルチトラック、絶対位置符号ホイールのような他のタイプの符号ホイール１０４を実装してもよい。

一実施形態において、エンコーダ１０６はエミッタ１２０と検出器１３０を含む。エミッタ１２０は、発光ダイオード（ＬＥＤ）のような光源１２２を含む。便宜上、光源１２２はＬＥＤとして本明細書で記述するが、他の光源又は複数光源を実装してもよい。一実施形態において、ＬＥＤ１２２は電流制限抵抗Ｒ_Lを通して駆動信号Ｖ_LEDにより駆動される。このような駆動回路の詳細は周知である。エミッタ１２０のいくつかの実施形態は、投射された光を特定の経路又はパターンに向けるためにＬＥＤ１２２と整列されたコリメートレンズ１２４を含んでもよい。例えば、コリメートレンズ１２４は光線を符号ホイールのトラック１４０上にほぼ平行に向けることができる。

一実施形態において、検出器１３０はフォトダイオードのような１つ以上の光センサ１３２を含む。光センサ１３２は、例えば集積回路（ＩＣ）中に実装することができる。便宜上、光センサ１３２はフォトダイオードとして本明細書で記述するが、他のタイプの光センサ１３２を実装してもよい。一実施形態において、フォトダイオード１３２は、送信光の特定のパターン又は波長を検出するよう一意的に構成される。いくつかの実施形態において、いくつかのフォトダイオード１３２を、位置トラック及び指標トラック又は位置及び指標の結合トラックを含む複数のトラック１４０からの変調された光信号を検出するのに用いることができる。また、フォトダイオード１３２を符号ホイール１０４の半径及びデザインに対応するパターンで配列してもよい。フォトダイオード１３２のさまざまなパターンを、本明細書では光センサアレイと呼ぶ。

フォトダイオード１３２によって生成された電気信号は、チャネル信号ＣＨ_A及びＣＨ_Bを発生する信号処理回路１３４によって処理される。信号処理回路１３４は、また、他のチャネル信号、相補的チャネル信号又は符号ホイール１０４の回転位置若しくは回転数を決定するのに用いることのできる指標信号を含む他の信号を発生することができる。

一実施形態において、検出器１３０はまたチャネル信号の発生を容易にする１つ以上の比較器（図示せず）を含む。例えば、フォトダイオード１３２からのアナログ信号（及びその相補信号）は、比較器によってトランジスタ−トランジスタ論理（ＴＴＬ）互換のディジタル出力信号に変換されることができる。一実施形態において、これらの出力チャネル信号は変調された光信号についての計数及び方位情報を指示することができる。

さらに、エンコーダ１０６は変調された光信号をフォトダイオード１３２へ向ける検出器レンズ１３６を含む。一実施形態において、検出器レンズ１３６は、より好適に光を取り出し検出器１３０上への十分なパワー伝達を確実にするため、検出器１３０の前に取り付けられる。検出器レンズ１３６のさまざまな実施形態が、以下に述べるように実現可能である。検出器レンズ１３６のいくつかの実施形態は、検出器レンズ１３６を含まない従来のエンコーダに比べて有利である。例えば、検出器レンズ１３６のいくつかの実施形態は、検出器１３０におけるパワーの伝達を増大させる。また、いくつかの実施形態は、検出器１３０における符号スケールパターンの画像のコントラストレベルを改善する。さらに、いくつかの実施形態は、プリンタ内部のインク煙霧質のような汚染を伴う応用において、エンコーダ１０６の寿命を延ばす。なぜならば、検出器レンズ１３６のより大きな表面積を有するエンコーダ１０６の性能は、汚染粒子にそれほど影響されないからである。言い換えれば、いくつかの実施形態はより大きな実効的な感知領域を可能にする。このより大きな実効的な感知領域は検出器１３０におけるパワーの伝達を増大させるので、エンコーダ１０６の寿命を延ばし、煙霧質汚染のような汚染に対する強固さを改善する。

エミッタ、検出器及び光学式エンコーダのさらなる詳細については、一般的に、本明細書に参照により組み込まれる、米国特許第４，４５１，７３１、４，６９１，１０１及び５，２４１，１７２号を参照することができる。

図３は、符号ホイール１０４の一実施形態の部分的な概要図を表す。特に、図３は円形の符号ホイール１０４をディスクの形状で説明している。いくつかの実施形態では、符号ホイール１０４はディスクよりむしろリングの形状であってよい。示された符号ホイール１０４は、符号ホイール１０４と同心円をなす円形のトラックであってよいトラック１４０を含む。一実施形態において、トラック１４０は符号ホイール１０４の全周にわたって連続して反復するパターンを含む。図示されたパターンは、交互に並んだ透過部分１４２と非透過部分１４４を含むが、他のパターンが実施されてもよい。一実施形態において、透過部分１４２は符号ホイール１０４の透明部分であるか、又はその代わりに符号ホイール１０４中の空所（例えば穴）である。非透過部分１４４は、例えば符号ホイール１０４中の不透明部分であるか、又はその代わりに符号ホイール１０４中の反射部分である。一実施形態において、非透過部分１４４に対応する表面領域は、吸収性の材料で被覆される。

また、いくつかの実施形態において、円形の符号ホイール１０４は非円形の符号化素子によって置換され得ることに注意すべきである。例えば、符号ストリップ１７０のような直線状の符号化素子を用いてもよい（図５及び付随する記述を参照）。他の実施形態において、米国特許第５，０１７，７７６号に記載されたように、円形の符号化素子１０４はらせん形のバーパターンと共に実現されてもよい。これに代わって、他の光変調パターンがさまざまな形状の符号化素子上に実現されてもよい。

上述したように、符号ホイール１０４が回転、したがってトラック１４０が回転することにより、検出器１３０において、送られた光信号が変調され、符号ホイール１０４の位置変化が計測される。符号ホイール１０４の他の実施形態は、当分野で知られているように、付加的位置トラックや指標トラックのような他のトラックを含むことができる。

図示された実施形態において、透過トラック部分１４２と非透過トラック部分１４４は円周上の同一寸法を有する（幅寸法とも呼ぶ）。言い換えれば、中間の非透過トラック部分１４４は、透過トラック部分１４２と同じ幅寸法を有する。符号ホイール１０４の分解能は、トラック部分１４４と１４２の幅寸法（スパン「ｘ」で示すように）の関数である。一実施形態において、非透過トラック部分１４４の幅寸法は、連続して送信された光パルス間の検出可能なギャップを生成するのに必要な領域の大きさの関数である。透過及び非透過トラック部分１４４と１４２の半径方向又は高さの寸法（スパン「ｙ」で示すように）は、十分な大きさの光電流を発生するのに必要な領域の大きさの関数である（例えば光電流が必要になればなるほど必要な領域はより大きくなり、したがってより大きな値の「ｙ」が必要である。なぜなら領域は「ｘ」×「ｙ」に等しいからである）。典型的には、寸法「ｙ」はフォトダイオード１３２の高さよりも実質的に大きくなる。

図４は、符号ホイールトラック１４０に対する光センサアレイ１５０の一実施形態の概略配置を表す。光センサアレイ１５０は、フォトダイオードアレイとも呼ばれる。符号ホイールトラック１４０はフォトダイオードアレイ１５０上に重畳されて図示され、符号ホイールトラック１４０の部分との関係における個別のフォトダイオードアレイ素子（すなわち、フォトダイオード１３２）の例示的寸法を表す。フォトダイオードアレイ１５０は円形符号ホイールトラック１４０に対応するが、他の実施形態では直線状の符号ストリップ１７０の直線トラック１７６に対して整列したフォトダイオードアレイ１５０を実施してもよい。

図示されたフォトダイオードアレイ１５０は、Ａ信号を発生するＡ信号フォトダイオード１５２と、Ｂ信号を発生するＢ信号フォトダイオード１５４と、Ａ／信号を発生するＡ／信号フォトダイオード１５６と、Ｂ／信号を発生するＢ／信号フォトダイオード１５８を含むいくつかの個別フォトダイオードを含む。説明しておくと、「Ａ／」は「Ａバー」と読み、「Ｂ／」は「Ｂバー」と読む。位置フォトダイオード１５２、１５４、１５６及び１５８と、位置フォトダイオード１５２、１５４、１５６及び１５８によって発生される対応する電気信号の名称は、当分野で周知である。位置フォトダイオード１５２、１５４、１５６及び１５８の円周上の寸法（幅寸法とも呼ばれ、スパン「ｗ」で示す）は、対応する符号ホイールトラック１４０の位置トラック部分１４２と１４４の幅寸法に関係する。図４に示す実施形態において、各位置フォトダイオード１５２、１５４、１５６及び１５８は、対応する位置トラック１４０の透過及び非透過トラック部分１４２及び１４４の幅の半分に等しい幅を有する（すなわち、「ｗ」は「ｘ／２」に等しい）。当分野で知られているように、光センサアレイ１５０の他の実施形態は他の光センサ１３２を含んでもよい。

図５は、直線状の符号ストリップ１７０の一実施形態の概略図である。符号ストリップ１７０の機能性は、符号ストリップ１７０を実質的に直線的方向における動作の監視に用いてもよいという点を除き、上述した符号ホイール１０４の機能性に本質的に類似している。符号ストリップ１７０は、位置部分である透過部分１７２と非透過部分１７４を含む。一実施形態において、位置トラック部分１７２と１７４はそれぞれ近似的に同じ幅寸法を有する（「Ｘ」で示す）。同様に、位置トラック部分１７２と１７４は近似的に同じ高さ寸法を有する（「Ｙ」で示す）。直線状の符号ストリップ１７０の他の実施形態は、当分野で知られているように他のトラック部分を含んでもよい。

図６は、光源１２２がコリメートレンズ１２４中に包み込まれ、検出器１３０が検出器レンズ１３６中に包み込まれている光学式エンコーダ１８０の一実施形態の概略図を表す。レンズ１２４及び１３６の形成に用いることのできるカプセル材料の一例はエポキシであるが、他のタイプのカプセル材料を用いてもよい。いくつかの実施形態では、コリメートレンズ１２４と検出器レンズ１３６は同じ材料で作製されてもよいが、異なるカプセル材料を用いてもよい。図示された実施形態では、光源１２２が、コリメートレンズ１２４のカプセル材料を通って伝播し屈折して平行光線になる光信号を発生する。平行光線は符号ホイール１０４上に入射し、符号ホイール１０４の回転につれて符号ホイールトラック１４０の１つ以上の透過部分１４２を通過する。次に透過部分１４２を通過する光は検出器レンズ１３６に入射し、検出器１３０の光センサアレイ１５０に向けられる。上述したように、検出器１３０をこのように包み込むことによって検出器の感知領域を効果的に増大させると共に、表面汚染物質の負の効果を最小化するのに役立つ。

図７は、光源１２２がエアギャップ１９２によってコリメートレンズ１２４から分離され、検出器１３０が別のエアギャップ１９４によって検出器レンズ１３６から分離される光学式エンコーダ１９０の別の実施形態の概略図を表す。この図示された実施形態はエアギャップ１９２と１９４がエミッタ１２０と検出器１３０双方を有するが、他の実施形態ではエミッタ１２０又は検出器１３０のどちらかに単一のエアギャップを有してもよい。言い換えれば、いくつかの実施形態は光源１２２とコリメートレンズ１２４の間にエアギャップ１９２を有するが、検出器１３０は検出器レンズ１３６によって包み込まれている。その代わりに、いくつかの実施形態は検出器１３０と検出器レンズ１３６の間にエアギャップ１９４を有するが、光源１２２（又は全エミッタ１２０）はコリメートレンズ１２４によって包み込まれている。

光学式エンコーダ１９０が光源１２２とコリメートレンズ１２４の間にエアギャップ１９２を含む場合、光源１２２が汚染物質から効果的に保護されるように、光学式エンコーダ１９０の筐体（図示せず）又は他の取り付け構造が光源１２２とコリメートレンズ１２４を収容してもよい点に注意すべきである。例えば、光源１２２はコリメートレンズ１２４によって二次的にカバーされる凹部に取り付けられてもよい。その代わりに、コリメートレンズ１２４が、光源１２２を収容するキャビティ付きで設計されて、光源１２２の上に取り付けられてもよい。別の実施形態において、コリメートレンズ１２４は光源１２２の上に直接取り付けられてもよい。

同様に、光学式エンコーダ１９０が検出器１３０と検出器レンズ１３６の間にエアギャップ１９４を含む場合、検出器レンズ１３６は検出器１３０を収容する筐体（図示せず）の凹部の上に取り付けられてもよい。その代わりに、検出器レンズ１３６が検出器レンズ１３６の裏側に検出器１３０を収容する凹部を有してもよい。もう一つの実施形態において、検出器レンズ１３６はフラットパッケージの検出器１３０の上に直接取り付けられてもよい。

図８Ａは、円柱形の検出器レンズ２００の一実施形態の断面図を表す。図８Ｂは、図８Ａの円柱形検出器レンズ２００の斜視図である。一実施形態において、円柱形検出器レンズ２００は光センサアレイ１５０の表面積より実質的に大きく、また、そのように円柱形検出器レンズ２００が設計される。

図８Ｃは、光センサアレイ１５０と符号ホイールトラック１４０に対して配向された円柱形検出器レンズ２００の一実施形態の概略配置を表す。一実施形態において、円柱形検出器レンズ２００は光学式エンコーダ１０６の他の構成要素に対して、光センサアレイ１５０に重ねた矢印が示すように円柱形レンズの表面の外形を含む断面（図８Ａ参照）がエンコーダ１０６の走査方向に垂直であるように向けられている。言い換えれば、円柱形検出器レンズ２００は円柱形断面が符号化素子１０４の動作の走査方向に対してほぼ垂直であるように向けられ、それによって円柱形検出器レンズ２００は検出器１３０の本来の分解能を維持する。光センサアレイ１５０の高さ方向には倍率因子があるが、光センサアレイ１５０の幅方向には倍率因子がない。

光センサアレイ１５０の高さ方向に倍率因子を導入することにより、円柱形検出器レンズ２００はレンズ表面の外形を含む方向における実効的な感知領域を拡大する。しかし、この倍率因子は矢印で示されたようなエンコーダの走査方向における平行にされたビームの質には影響しない。したがって、光センサアレイ１５０の幅方向には符号スケールの分解能と検出器１３０の光センサ分解能との間の倍率因子がない。

さらに、円柱形検出器レンズ２００によって与えられたより大きい実効的な感知領域は検出器１３０上へのパワー伝達を増し、したがってエンコーダ１０６の寿命を延ばす。エンコーダ１０６はまた、インクの煙霧質のような汚染に対してより強固になる。

図９Ａは、円柱形フレネル検出器レンズ２０２の一実施形態の断面図を表す。図９Ｂは、図９Ａの円柱形フレネル検出器レンズ２０２の斜視図を示す。図示された円柱形フレネル検出器レンズ２０２は、上述した円柱形検出器レンズ２００と実質的に同じように機能する。しかし、円柱形フレネル検出器レンズ２０２の実施形態では、図８Ａの円柱形検出器レンズ２００よりも低姿勢の外形を有することができる。このより低姿勢の外形によって製造コストを低減させ、又は非フレネル円柱形検出器レンズを用いる実施形態よりも薄いエンコーダ１０６の実施形態を可能にすることができる。円柱形フレネル検出器レンズ２０２について特定のレンズパターンが示されているが、他の実施形態においてフレネルゾーン数がより多いか少ない他のレンズパターンを実現してもよい。さらに、他の実施形態は、１つ以上の方向において円柱形フレネル検出器レンズ２０２の指向性又は倍率を強める非円柱形の素子を含んでもよい。

図１０Ａは、球形検出器レンズ２０４の一実施形態の断面図を示す。図１０Ｂは、図１０Ａの球形検出器レンズ２０４の斜視図を示す。球形検出器レンズ２０４のいくつかの実施形態は例えば円柱形検出器レンズ２００と同様に機能するが、球形検出器レンズ２０４と円柱形検出器レンズ２００の間にはいくつか相異もある。球形検出器レンズ２０４の全方向性の形状から、倍率因子は球形検出器レンズ２０４と単一方向よりも全方向に関連付けられる。したがって、球形検出器レンズ２０４は、走査動作の方向を含めて、検出器チップ１３０の光センサアレイ１５０上への符号スケール画像の縮小を特徴とする。したがって、より小さい集積回路（ＩＣ）サイズを用いてもよく、より低コストでより小さなエンコーダパッケージを設計できる。

さらに、球形検出器レンズ２０４のいくつかの実施形態は球形又は少なくとも部分的に非球形の表面外形を含んでもよい。円柱形検出器レンズ２００のように、球形検出器レンズ２０４もより大きな実効的な感知領域を可能にして検出器１３０におけるパワー伝達を増加させる。これはエンコーダ１０６の寿命を延ばし、エンコーダ１０６は煙霧質及び他の汚染物質に対してより強固になる。

図１１Ａは、球形フレネル検出器レンズ２０６の一実施形態の断面図を示す。図１１Ｂは、図１１Ａの球形フレネル検出器レンズ２０６の斜視図を示す。図示された球形フレネル検出器レンズ２０６は、上述した球形検出器レンズ２０４と実質的に同じように機能する。しかし、球形フレネル検出器レンズ２０６の実施形態は図１０Ａの球形検出器レンズ２０４よりも低姿勢の外形を有することができる。このより低姿勢の外形により生成コストを低減し、又は非フレネル球形検出器レンズを用いる実施形態よりも薄いエンコーダ１０６の実施形態を可能にすることができる。球形フレネル検出器レンズ２０６に対して特定のレンズパターンが示されているが、他の実施形態はフレネルゾーンの数がより多いか少ない他のレンズパターンを実施してもよい。さらに、他の実施形態は１つ以上の方向において球形フレネル検出器レンズ２０６の指向性又は倍率を高める非球形の素子を含んでもよい。

図１２は、透過型の光学式符号化システム１００用の光学式エンコーダ１０６の製造方法２１０の一実施形態の概略フローチャート図を示す。特に図２の光学式符号化システム１００に参照されるが、方法２１０のいくつかの実施形態は上述したように他の光学式符号化システムと結び付けて実施することができる。

ブロック２１２において、エミッタ１２０が設けられる。エミッタ１２０は、光信号を発生するように構成される。エミッタ１２０の一例はコリメートレンズ１２４に結合されたＬＥＤであるが、光源１２２の他のタイプが実装されてもよい。ブロック２１４において、符号ホイール１０４又は符号ストリップ１７０のような符号化素子がエミッタ１２０に結合される。符号化素子はエミッタ１２０に結合されているが、そのような結合はエミッタ１２０と符号化素子が直接物理的に接触しない間接的なものでもよい。符号化素子がエミッタ１２０に対して、エミッタ１２０からの光信号が符号化素子の少なくとも一部に入射するように位置すれば十分である。

ブロック２１６において、検出器１３０が符号化素子に隣接してエミッタ１２０の反対側に取り付けられる。言い換えれば、検出器１３０は符号化素子の一方の側に取り付けられ、エミッタ１２０は符号化素子の別の側に取り付けられる。この構成により、透過型の符号ホイール１０４のような透過型符号化素子の使用を容易にする。ブロック２１８において、検出器レンズ１３６が符号化素子と検出器１３０の間に取り付けられる。検出器レンズ１３６は、光学式符号化システム１００の構成に依存して異なる形状を有することができる。例えば、いくつかの実施形態は円柱形検出器レンズ２００を用いる。光学式符号化システム１００の他の実施形態は、球形検出器レンズ２０４を用いる。その代わりに、他の実施形態は上述したようにフレネルレンズ、非球形レンズ、又は他のタイプの検出器レンズ１３６を用いてもよい。ブロック２１６と２１８は、例えば検出器レンズ１３６が検出器１３０を包み込んで同時に光学式符号化システム１００に両方が取り付けられるように、並行して実行されてもよいことに注意すべきである。次いで、図示された方法２１０は終了する。

本明細書で方法の動作を特定の順序で示しかつ述べたが、各方法の動作の順序は、ある動作が逆の順序で実行されたり、ある動作が少なくとも部分的に他の動作と同時に実行されたりするように変えられてもよい。別の実施形態では、個別の動作の命令又は部分動作が断続的な及び／又は交互に入れ換わる方法で実現されてもよい。

本発明の具体的な実施形態が述べられかつ説明されたが、本発明は述べられかつ説明された具体的な形式又は部品の配置に限定されない。本発明の範囲は、本明細書に添付の特許請求の範囲及びそれらの均等物によって定義される。

従来の透過型の光学式エンコーダシステムを説明する図である。 透過型の光学式符号化システムの一実施形態の概略回路図である。 符号ホイールの一実施形態の部分的な概略図である。 符号ホイールトラックに対する光センサアレイの一実施形態の概略配置を示す図である。 直線状の符号ストリップの一実施形態の概略図である。 光源がコリメートレンズに包み込まれ、かつ、検出器が検出器レンズに包み込まれる光学式エンコーダの一実施形態の概略図である。 光源がエアギャップによってコリメートレンズから分離され、かつ、検出器が別のエアギャップによって検出器レンズから分離される光学式エンコーダの一実施形態の概略図である。 円柱形検出器レンズの一実施形態の断面図である。 図８Ａの円柱形検出器レンズの斜視図である。 符号ホイールトラック及び光センサアレイに対して配向された円柱形検出器レンズの一実施形態の概略配置を示す図である。 円柱形フレネル検出器レンズの一実施形態の断面図である。 図９Ａの円柱形フレネル検出器レンズの斜視図である。 球形検出器レンズの一実施形態の断面図である。 図１０Ａの球形検出器レンズの斜視図である。 球形フレネル検出器レンズの一実施形態の断面図である。 図１１Ａの球形フレネル検出器レンズの斜視図である。 透過型の光学式符号化システム用の光学式エンコーダの製造方法の一実施形態の概略フローチャート図である。

符号の説明

１００：透過型の光学式符号化システム
１０４：符号ホイール
１０６：エンコーダ
１０８：デコーダ
１１０：マイクロプロセッサ
１２０：エミッタ
１２２：光源
１２４：コリメートレンズ
１３０：検出器
１３２：光センサ
１３４：信号処理回路
１３６：検出器レンズ

Claims (20)

1. 透過型の光学式符号化システムの光学式エンコーダであって、
   光源とコリメートレンズとを有するエミッタと、
   前記エミッタの光源からの光を検出する複数の光センサを有する検出器と、
   前記検出器の複数の光センサに対して位置決めされ、光を前記複数の光センサに向けるように構成された検出器レンズと、
   を備えている、光学式エンコーダ。
2. 前記エミッタと前記検出器との間に配置された符号化素子をさらに備え、該符号化素子は、前記エミッタに対する該符号化素子の移動にしたがって光を変調するよう構成されている、請求項１に記載の光学式エンコーダ。
3. 前記エミッタが、前記光源と前記コリメートレンズとの間にエアギャップをさらに備えている、請求項１に記載の光学式エンコーダ。
4. 前記検出器と前記検出器レンズとの間にエアギャップをさらに備えている、請求項１に記載の光学式エンコーダ。
5. 前記検出器レンズが前記検出器を包み込む、請求項１に記載の光学式エンコーダ。
6. 前記検出器レンズが円柱形検出器レンズを備え、該円柱形検出器レンズは、前記検出器の分解能を維持するように、円柱形の断面が符号化素子の移動の走査方向に対して実質的に垂直に向けられる、請求項１に記載の光学式エンコーダ。
7. 前記検出器レンズが球形検出器レンズを備えている、請求項１に記載の光学式エンコーダ。
8. 前記検出器レンズがフレネルレンズを備えている、請求項１に記載の光学式エンコーダ。
9. 前記検出器レンズが非球形検出器レンズを備えている、請求項１に記載の光学式エンコーダ。
10. 前記検出器の複数の光センサが、符号化素子の符号スケール分解能と異なるアレイ分解能によって特徴付けられた光センサアレイに配列され、前記アレイ分解能と前記符号スケール分解能とは前記検出器レンズの倍率因子によって関係付けられる、請求項１に記載の光学式エンコーダ。
11. 前記検出器レンズが、前記検出器への汚染物質の付着を防止するよう前記検出器に対して取り付けられる、請求項１に記載の光学式エンコーダ。
12. 透過型の光学式符号化システムの光学式エンコーダであって、
    光信号を放射する手段と、
    前記光信号を変調する手段と、
    前記変調された光信号を検出する手段と、
    光センサアレイの感知領域より大きい実効的な感知領域を提供する手段と、
    を備えている、光学式エンコーダ。
13. 前記変調された光信号の前記光センサアレイへのパワー伝達を増大させる手段をさらに備えている、請求項１２に記載の光学式エンコーダ。
14. 前記光信号を平行にする手段をさらに備えている、請求項１２に記載の光学式エンコーダ。
15. 前記変調された光信号の前記光センサアレイにおける画像のコントラストレベルを改善する手段をさらに備えている、請求項１２に記載の光学式エンコーダ。
16. 前記光センサアレイへの汚染物質の付着を防止する手段をさらに備えている、請求項１２に記載の光学式エンコーダ。
17. 前記光センサアレイのアレイ分解能と符号化素子の移動の走査方向における該符号化素子の符号スケール分解能との間の倍率の相違を補償する手段をさらに備えている、請求項１２に記載の光学式エンコーダ。
18. 透過型の光学式符号化システムの光学式エンコーダの製造方法であって、
    光信号を発生するエミッタを設けるステップと、
    前記光信号を変調するように構成された符号化素子を前記エミッタに対して結合するステップと、
    前記変調された光信号を検出するように構成された検出器を前記符号化素子に隣接して前記エミッタの反対側に取り付けるステップと、
    前記検出器の感知領域より大きい実効的な感知領域を提供するよう構成された検出器レンズを前記符号化素子と前記検出器との間に取り付けるステップと、
    を含む、方法。
19. 前記検出器レンズが円柱形、球形、又は非球形検出器レンズである、請求項１８に記載の方法。
20. 前記検出器を前記検出器レンズ中に包み込むステップをさらに含む、請求項１８に記載の方法。

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