JP2015232463A

JP2015232463A - 反射型の光学式エンコーダ

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Publication number: JP2015232463A
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Inventors: 顕庸坂田; Akinobu Sakata
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Abstract

【課題】発光素子の配置の自由度を向上させる反射型の光学式エンコーダを提供する。【解決手段】光学式エンコーダＥのコード板１の第１の主面１１には、回転軸線ＲＡの周りに環状に延在し、発光器２が発射した光線をコード板１の内部に透過させる非平面状の入射部１３が設けられ、第２の主面１２には、コード板１の内部を進む光線を全反射させる平面状の一次反射部１４が設けられ、第１の主面１１には、入射部１３とは異なる位置で回転軸線ＲＡの周りに環状に延在し、一次反射部１４で全反射した光線の透過と不透過をコード板１の回転位置に応じて切り替えるコードパターン部１５がさらに設けられる。コードパターン部１５は、全反射した光線を透過させる非平面状の出射部１５１と、全反射した光線を再び全反射させる平面状の二次反射部１５２と、を有し、二次反射部１５２と出射部１５１は回転軸線のＲＡの周りで円周方向に交互に配置される。【選択図】図２

Description

本発明は、回転式のコード板に向かって光線を発射したときの反射光に基づいて被回転体の回転位置を検出する光学式エンコーダに関する。

産業機械の分野では、電動機又は電動機によって駆動される被駆動機器の位置を検出するセンサとして、種々のエンコーダが使用されている。特に、回転モータの駆動軸の回転位置を検出する目的のために光学式エンコーダが広く採用されている。一般に、光学式エンコーダは、回転式のコード板に向かって光線を発射したときの透過光に基づいて被回転体の回転位置を検出する透過型と、回転式のコード板に向かって光線を発射したときの反射光に基づいて被回転体の回転位置を検出する反射型と、に分類される。ここで、透過型のエンコーダは、発光素子と受光素子がコード板を挟むように回転軸線に沿って配置された構造を有するのに対して、反射型のエンコーダは、発光素子と受光素子がコード板の同一の主面に対向するように配置された構造を有する。従って、反射型のエンコーダには、透過型のエンコーダと比較して、回転軸線の方向の寸法を容易に小型化できるという利点がある。

これに関連して、特許文献１には、透明なプラスチック材料から形成されたコード板を備える反射型のエンコードが提案されており、特許文献２には、ポリエーテルイミド、ポリエーテルスルホン、又はポリフェニルサルホン等の有色樹脂材料から形成されたコード板を備える反射型のエンコーダが提案されている。これら樹脂材料をコード板の材料として採用すると、射出成形等の樹脂成形技術によって複雑なコードパターンを有するコード板を容易かつ安価に製造できるようになる。

より具体的に、特許文献１に記載のコード板は、発光素子に対向する第１の主面とは反対側の第２の主面に形成されたＶ字状の溝部と平面部からなるコードパターンを有しており、これら溝部と平面部によって光線の透過と反射を切り替えるようになっている。ここで、第２の主面の平面部で光線を全反射させるためには、当該平面部に対する光線の入射角を所定の臨界角以上にする必要があるものの、第１の主面における光線の屈折によって、当該平面部に対する光線の入射角は、第１の主面に対する光線の入射角よりも小さくなる。従って、特許文献１に記載のコード板を採用する場合には、第１の主面に対する光線の入射角を十分に大きく設定する必要があるので、結果的に、コード板に対する発光素子の配置の自由度が低下しうる。

また、特許文献２に記載のコード板は、発光素子に対向する第１の主面とは反対側の第２の主面に形成された三角形断面の突起部と平面部からなるコードパターンを有しており、これら突起部と平面部によって光線の全反射と透過を切り替えるようになっている。ここで、特許文献２に記載のコード板は、第１の主面に垂直に入射した光線を、第２の主面の突起部で第１の主面に垂直に反射させている。しかし、このような反射光線の経路上に受光素子を配置すると、発光素子から第１の主面に向かう光線の一部が受光素子によって遮断される虞がある。

特開平１１−２８７６７１号公報特許第３７３０２３２号明細書

コード板に対する発光素子の配置の自由度を向上させることができる反射型の光学式エンコーダが求められている。

本発明の第１の態様によれば、第１の主面と、第１の主面の反対側を向いた第２の主面と、を有する回転式のコード板と、第１の主面に向かって光線を発射する発光器と、コード板によって反射された光線を受光する受光器と、を備える光学式エンコーダであって、第１の主面には、コード板の回転軸線の周りに環状に延在し、発光器から発射された光線をコード板の内部に透過させる非平面状の入射部が設けられ、第２の主面には、コード板の内部を進む光線を全反射させる平面状の一次反射部が設けられ、第１の主面には、入射部とは異なる位置でコード板の回転軸線の周りに環状に延在し、一次反射部で全反射した光線の透過と不透過をコード板の回転位置に応じて切り替えるコードパターン部がさらに設けられ、コードパターン部は、一次反射部で全反射した光線を受光器に向かって透過させる非平面状の出射部と、一次反射部で全反射した光線を再び全反射させる平面状の二次反射部と、を有し、二次反射部と出射部がコード板の回転軸線の周りで円周方向に交互に配置される、光学式エンコーダが提供される。
本発明の第２の態様によれば、第１の態様において、入射部が、第１の主面に形成された１つ又は２つ以上の環状突起の形態を有する、光学式エンコーダが提供される。
本発明の第３の態様によれば、第２の態様において、回転軸線を含む平面に沿った環状突起の断面が三角形である、光学式エンコーダが提供される。
本発明の第４の態様によれば、第２の態様において、回転軸線を含む平面に沿った環状突起の断面が、第１の主面から突き出た凸曲線状の外形を含む、光学式エンコーダが提供される。
本発明の第５の態様によれば、第１の態様において、入射部が、第１の主面に形成された１つ又は２つ以上の環状溝の形態を有し、回転軸線を含む平面に沿った環状溝の断面が三角形である、光学式エンコーダが提供される。
本発明の第６の態様によれば、第１〜第５の態様のいずれか１つにおいて、コード板が樹脂材料から形成される、光学式エンコーダが提供される。

本発明の第１の態様によれば、コード板の第１の主面に設けられた非平面状の入射部が、発光器から発射された光線をコード板の内部に透過させ、コード板の第２の主面に設けられた平面状の一次反射部が、コード板の内部に透過する光線をコードパターン部に向かって全反射させる。従って、第１の態様によれば、発光器に対する入射部の境界面の向きを適切に設定しておくことで、第１の主面の法線に対する光線の傾斜角が比較的小さい場合であっても、第２の主面に対する光線の入射角を臨界角以上の大きさにすることができる。その結果、第１の態様によれば、光線の傾斜角が比較的小さい場合であっても、コード板の内部に透過する光線を第２の主面で全反射させることができるので、コード板に対する発光器の配置の自由度を向上させることができる。
本発明の第２の態様によれば、非平面状の入射部が簡素な構造を有するので、コード板全体の製造が容易になりうる。
本発明の第３の態様によれば、環状突起の三角形断面の頂角を適切な大きさに設定することで、光線の傾斜角が比較的小さい場合であっても、コード板の内部に透過する光線を第２の主面で全反射させることができる。
本発明の第４の態様によれば、環状突起の断面に含まれる凸曲線状の外形を適切に設定することで、光線の傾斜角が比較的小さい場合であっても、コード板の内部に透過する光線を第２の主面で全反射させることができる。
本発明の第５の態様によれば、非平面状の入射部が簡素な構造を有するので、コード板全体の製造が容易になりうる。また、第５の態様によれば、環状溝の三角形断面の頂角を適切な大きさに設定することで、光線の傾斜角が比較的小さい場合であっても、コード板の内部に透過する光線を第２の主面で全反射させることができる。
本発明の第６の態様によれば、入射部及び出射部が複雑な形状を有する場合であっても、射出成形等の樹脂成形技術を用いてコード板を安価かつ容易に製造できる。

本発明の１つの実施形態の光学式エンコーダの断面図である。図１中のコード板におけるコードパターン部の近傍を拡大して示す第１の部分拡大図である。図１中のコード板におけるコードパターン部の近傍を拡大して示す第２の部分拡大図である。本実施形態の光学式エンコーダのコード板における出射部の第１の変形例を示す、図２と同様の部分拡大図である。本実施形態の光学式エンコーダのコード板における出射部の第２の変形例を示す、図２と同様の部分拡大図である。本実施形態の光学式エンコーダのコード板における出射部の第３の変形例を示す、図２と同様の部分拡大図である。本実施形態の光学式エンコーダのコード板における出射部の第４の変形例を示す、図２と同様の部分拡大図である。本実施形態の光学式エンコーダのコード板における出射部の第５の変形例を示す、図２と同様の部分拡大図である。本実施形態の光学式エンコーダのコード板における入射部の第１の変形例を示す、図２と同様の部分拡大図である。本実施形態の光学式エンコーダのコード板における入射部の第２の変形例を示す、図２と同様の部分拡大図である。本実施形態の光学式エンコーダのコード板における入射部の第３の変形例を示す、図２と同様の部分拡大図である。本実施形態の光学式エンコーダのコード板における入射部の第４の変形例を示す、図２と同様の部分拡大図である。本実施形態の光学式エンコーダのコード板における入射部の第５の変形例を示す、図２と同様の部分拡大図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。各図面において、同様の構成要素には同様の符号が付与されている。なお、以下の記載は、特許請求の範囲に記載される発明の技術的範囲や用語の意義等を限定するものではない。

図１〜図１３を参照して、本発明の１つの実施形態の光学式エンコーダについて説明する。本実施形態の光学式エンコーダは、回転モータの駆動軸又は被回転体に連結された回転シャフトの回転位置を検出する光学式センサである。特に、本実施形態の光学式エンコーダは、発光素子と受光素子がコード板の同一の主面と対向するように配置された反射型の光学式エンコーダである。図１は、本実施形態の例示的な光学式エンコーダＥの回転軸線ＲＡを含む平面に沿った断面図である。

図１のように、本例の光学式エンコーダＥは、回転モータの駆動軸又は回転モータによって回転駆動される被回転体（図示しない）に連結された柱状の回転シャフトＲＳと、回転シャフトＲＳの先端部に連結された円盤状のコード板１と、コード板１に向かって光線を発射する発光器２と、コード板１で反射した光線を受光する受光器３と、を備えている。より具体的に、本例のコード板１は、回転シャフトＲＳの先端面と同一の方向を向いた第１の主面１１と、第１の主面１１とは反対の方向を向いた第２の主面１２と、を有し、回転シャフトＲＳと一緒に回転軸線ＲＡの周りで回転する。以下の説明では、回転軸線ＲＡの延在方向を軸線方向と称し、回転軸線ＲＡに垂直な方向を半径方向と称することがある。本例のコード板１は種々の樹脂材料から形成されうる。また、本例の光学式エンコーダＥは、第１の主面１１から所定の距離だけ離間して配置される平板状のプリント板ＰＢを備えており、本例の発光器２及び受光器３の各々は、第１の主面１１と対向するプリント板ＰＢの平面に取り付けられている。そして、本例の発光器２は赤色ＬＥＤ（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ）又は赤外ＬＥＤ等の発光素子を備えており、本例の受光器３はフォトダイオード又はフォトトランジスタ等の受光素子を備えている。これら発光素子及び受光素子はプリント板ＰＢの回路網に接続されている。

ここで、光学式エンコーダＥが回転シャフトＲＳの回転位置を検出する原理について説明する。先ず、光学式エンコーダＥの発光器２が、コード板１の第１の主面１１に向かって所定の入射角の光線を発射すると、光学式エンコーダＥのコード板１が、第１の主面１１から入射した光線を第２の主面１２で全反射させる。図１のように、第１の主面１１には、回転軸線ＲＡの周りに環状に延在するコードパターン部１５が形成されており、このコードパターン部１５は、第２の主面１２で全反射した光線の透過と不透過をコード板の回転位置に応じて切り替えるようになっている。すなわち、コードパターン部１５によって、第２の主面１２で全反射した光線が、コード板１の回転位置に応じた明暗パターンに変換される。そして、光学式エンコーダＥの受光器３が、コードパターン部１５から出力された明暗パターンを電気信号に変換して出力する。このようにして出力された電気信号に基づいて、コード板１に連結された回転シャフトＲＳの回転位置が検出される。

続いて、本例のコード板１の詳細な構造について説明する。図２は、図１の光学式エンコーダＥの一部を拡大して示す部分拡大図である。図２のように、本例の受光器３は、半径方向に並べて配置された複数の受光素子３１，３１を備え、それら複数の受光素子３１，３１で受光した明暗パターンに基づき複数の相の波形を出力する。特に、本例の受光器３は、半径方向に並べて配置された一対の受光素子３１，３１を備え、それら一対の受光素子３１，３１で受光した明暗パターンに基づき２相の波形を出力する。以下では、半径方向の外側に位置する受光素子３１をＡ相の受光素子３１と称し、半径方向の内側に位置する受光素子３１をＢ相の受光素子３１と称することがある。同様に、Ａ相の受光素子３１が出力する波形をＡ相の波形と称し、Ｂ相の受光素子３１が出力する波形をＢ相の波形と称すことがある。

図２のように、本例のコード板１の第１の主面１１には、回転軸線ＲＡの周りで環状に延在する入射部１３が設けられている。そして、本例の入射部１３は、発光器２から発射された光線をコード板１の内部に透過させる非平面状の境界面を有している。特に、本例の入射部１３は、第１の主面１１に形成された凹凸面状の境界面を有している。より具体的に、本例の入射部１３は、半径方向に並べて配置された複数の環状突起の形態を有しており、これら環状突起の各々は、回転軸線ＲＡを含む平面に沿った三角形の断面を有している。図２のように、発光器２から発射された光線は概ねゼロの入射角で入射部１３の境界面に到達するので、コード板１の内部に透過する光線は殆ど屈折せずに第２の主面１２に向かう。入射部１３でコード板１の内部に透過して第２の主面１２に向かう光線の軌跡が図中の矢印Ａ２１で表されている。なお、本実施形態の光学式エンコーダＥにおいて、コード板１の入射部１３の形態は図２の例のみに限定されず、コード板１の入射部１３は、発光器２から発射された光線を透過させる任意の非平面状の形態を有しうる。コード板１の入射部１３の変形例についてはさらに後述する（図９〜図１３参照）。

また、本例のコード板１の第２の主面１２には、回転軸線ＲＡの周りで環状に延在する一次反射部１４が設けられている。図２のように、本例の一次反射部１４は、コード板１の内部に透過した光線を全反射させる平面状の境界面を有している。ここで、一次反射部１４に到達する光線の入射角θ₁は、コード板１を構成する樹脂材料の屈折率ｎ₁と空気の屈折率ｎ₂によって与えられる臨界角θ_c以上の大きさにされる。すなわち、本例ではθ₁≧θ_cの関係が満足されるように発光器２から発射される光線の向きが決定される。なお、臨界角θ_cは下記の数式（１）から求められる。

また、本例のコード板１の第１の主面１１には、回転軸線ＲＡの周りに環状に延在する複数のコードパターン部１５，１５がさらに設けられている。特に、本例のコード板１の第１の主面１１には、一対のコードパターン部１５，１５がさらに設けられている。図２のように、一対のコードパターン部１５，１５は入射部１３とは異なる半径方向の位置に設けられる。より具体的には、一対のコードパターン部１５，１５の両方が入射部１３よりも半径方向の外側に設けられている。ただし、一対のコードパターン部１５，１５は、入射部１３よりも半径方向の内側に設けられてもよい。図２の例において、一対のコードパターン部１５，１５の各々は半径方向に並べて配置されており、それらのうち半径方向の外側に位置するコードパターン部１５は、一次反射部１４で全反射してＡ相の受光素子３１に向かう光線の透過と不透過をコード板１の回転位置に応じて切り替える。そのため、図２の例で半径方向の外側に位置するコードパターン部１５を以下ではＡ相のコードパターン部１５と称することがある。一次反射部１４で全反射してＡ相のコードパターン部１５に向かう光線の軌跡が図中の矢印Ａ２２で表されている。同様に、図２の例で半径方向の内側に位置するコードパターン部１５は、一次反射部１４で全反射してＢ相の受光素子３１に向かう光線の透過と不透過をコード板１の回転位置に応じて切り替える。そのため、図２の例で半径方向の内側に位置するコードパターン部１５を以下ではＢ相のコードパターン部１５と称することがある。一次反射部１４で全反射してＢ相のコードパターン部１５に向かう光線の軌跡が図２中の矢印Ａ２３で表されている。

図３は、図２と同様の部分拡大図であり、図２におけるコード板１が所定の角度だけ回転した後の状態を示している。図３では、第１の主面１１でコード板１の内部に透過して第２の主面１２に向かう光線の軌跡が矢印Ａ３１で表されている。同様に、一次反射部１４で全反射してＡ相のコードパターン部１５に向かう光線の軌跡が図３中の矢印Ａ３２で表されており、一次反射部１４で全反射してＢ相のコードパターン部１５に向かう光線の軌跡が図３中の矢印Ａ３３で表されている。図２及び図３から分かるように、Ａ相のコードパターン部１５は、一次反射部１４で全反射した光線をＡ相の受光器３に向かって透過させる非平面状の出射部１５１と、一次反射部１４で全反射した光線を再び全反射させる平面状の二次反射部１５２と、から構成されている。Ａ相のコードパターン部１５の二次反射部１５２で全反射した光線の軌跡が図３中の矢印Ａ３４で表されている。そして、Ａ相のコードパターン部１５の出射部１５１と二次反射部１５２は回転軸線ＲＡの周りで円周方向に沿って交互に配置されている。これによりＡ相の受光素子３１に向かう光線の透過と不透過がコード板１の回転位置に応じて切り替えられる。

図２及び図３から分かるように、Ｂ相のコードパターン部１５は、Ａ相のコードパターン部１５と同様に、一次反射部１４で全反射した光線をＢ相の受光器３に向かって透過させる非平面状の出射部１５１と、一次反射部１４で全反射した光線を再び全反射させる平面状の二次反射部１５２と、から構成されている。Ｂ相のコードパターン部１５の二次反射部１５２で全反射した光線の軌跡が図２中の矢印Ａ２４で表されている。そして、Ｂ相のコードパターン部１５の出射部１５１と二次反射部１５２は回転軸線ＲＡの周りで円周方向に沿って交互に配置されている。図２及び図３の各々から分かるように、Ａ相のコードパターン部１５の出射部１５１及び二次反射部１５２は、Ｂ相のコードパターン部１５の出射部１５１及び二次反射部１５２に対して、回転軸線ＲＡの周りで所定の角度位置だけずらして配置されている。これにより、本例の光学式エンコーダＥは、Ａ相の波形とＢ相の波形の位置関係に基づき回転シャフトＲＳの回転方向を検出できる。

引き続き図２及び図３を参照すると、個々の出射部１５１は、第１の主面１１に形成された凹凸面状の境界面を有している。より具体的に、個々の出射部１５１は、半径方向に並べて配置された複数の突起の形態を有している。これら突起の各々は、回転軸線ＲＡを含む平面に沿った三角形の断面を有している。出射部１５１の境界面に到達する光線の入射角は概ねゼロであるので、出射部１５１から出射する光線は殆ど屈折せずにＡ相又はＢ相の受光素子３１に向かう。このような三角形断面を有する複数の突起を出射部１５１として採用すると、出射部１５１の軸線方向の寸法を小型化できるので、光学式エンコーダＥ全体の軸線方向の寸法を小型化できる。なお、本実施形態の光学式エンコーダＥにおいて、コード板１の出射部１５１の形態は図２及び図３の例のみに限定されず、コード板１の出射部１５１は、一次反射部１４で全反射した光線を透過させる任意の非平面状の形態を有しうる。図４〜図８を参照してコード板１の出射部１５１の変形例について説明する。

図４は、本実施形態の光学式エンコーダＥのコード板１における出射部１５１の第１の変形例を示す、図２と同様の部分拡大図である。図４のように、本例の出射部１５１の各々は、コード板１の第１の主面１１に形成された単一の凹溝の形態を有しており、この単一の凹溝は、回転軸線ＲＡを含む平面に沿った三角形の断面を有している。図４のように、一次反射部１４で全反射した光線は、概ねゼロの入射角で出射部１５１の境界面に到達するので、出射部１５１から出射する光線は、殆ど屈折せずに受光素子３１に向かう。本例によると出射部１５１の構造が簡素化されるので、コード板１全体の製造が容易になりうる。

なお、図４のコード板１の入射部１３は、図２及び図３のコード板１の入射部１３と同様に、半径方向に並べて配置された複数の環状突起の形態を有しており、これら環状突起の各々は、回転軸線ＲＡを含む平面に沿った三角形の断面を有している。ただし、本例では発光器２から発射された光線が入射部１３の境界面に斜めに入射するので、コード板１の内部に透過する光線は入射部１３で屈折して第２の主面１２に向かう。図４のように、入射部１３における光線の屈折によって、第２の主面１２に対する光線の入射角θ₁が第１の主面１１の法線に対する光線の傾斜角θ₀よりも大きくなる（すなわちθ₁＞θ₀になる）。従って、上記の傾斜角θ₀が比較的小さい場合であっても、第２の主面１２に対する入射角θ₁を臨界角θ_c以上の大きさにすることができる。このように、本例では環状突起の三角形断面の頂角を適切な大きさに設定することで、上記の傾斜角θ₀が比較的小さい場合であっても、コード板１の内部に透過する光線を第２の主面１２で全反射させることができる。このことは後述する図５〜図８の例においても同様である。

図５は、本実施形態の光学式エンコーダＥのコード板１における出射部１５１の第２の変形例を示す、図２と同様の部分拡大図である。図５のように、本例の出射部１５１の各々は、第１の主面１１に形成された単一の突起の形態を有しており、この単一の突起は、回転軸線ＲＡを含む平面に沿った三角形の断面を有している。図５のように、一次反射部１４で全反射した光線は、概ねゼロの入射角で出射部１５１の境界面に到達するので、出射部１５１から出射する光線は、殆ど屈折することなく受光素子３１に向かう。本例によると出射部１５１の構造が簡素化されるので、コード板１全体の製造が容易になりうる。

図６は、本実施形態の光学式エンコーダＥのコード板１における出射部１５１の第３の変形例を示す、図２と同様の部分拡大図である。図６のように、本例の出射部１５１の各々は、半径方向に並べて配置された複数の凹溝の形態を有しており、これら複数の凹溝の各々は、回転軸線ＲＡを含む平面に沿った三角形の断面を有している。図６のように、一次反射部１４で全反射した光線は、概ねゼロの入射角で出射部１５１の境界面に到達するので、出射部１５１から出射する光線は、殆ど屈折することなく受光素子３１に向かう。本例によると出射部１５１の構造が簡素化されるので、コード板１全体の製造が容易になりうる。さらに、本例によるとコードパターン部１５の軸線方向の寸法が小型化されるので、光学式エンコーダＥ全体の軸線方向の寸法が小型化されうる。

図７は、本実施形態の光学式エンコーダＥのコード板１における出射部１５１の第４の変形例を示す、図２と同様の部分拡大図である。図７のように、本例の出射部１５１の各々は、第１の主面１１に形成された単一の突起の形態を有している。そして、この単一の突起の回転軸線ＲＡを含む平面に沿った断面は、第１の主面１１から突き出た凸曲線状の外形を有している。このような形態の出射部１５１は、一次反射部１４で全反射した光線を屈折させる平凸レンズの機能を発揮しうる。従って、本例の出射部１５１によると、コード板１から出射する光線の進行方向を凸曲線状の外形に応じて調節できるので、コード板１に対する受光器３の配置の自由度が向上しうる。さらに、本例によると出射部１５１の構造が簡素化されるので、コード板１全体の製造が容易になりうる。

図８は、本実施形態の光学式エンコーダＥのコード板１における出射部１５１の第５の変形例を示す、図２と同様の部分拡大図である。図８のように、本例の出射部１５１の各々は、半径方向に並べて配置された複数の突起の形態を有している。そして、これら突起の各々の回転軸線ＲＡを含む平面に沿った断面は、第１の主面１１から突き出た凸曲線状の外形を有している。このような形態の出射部１５１は、一次反射部１４で全反射した光線を屈折させる平凸レンズの機能を発揮しうる。従って、本例の出射部１５１によると、コード板１から出射する光線の進行方向を凸曲線状の外形に応じて調節できるので、コード板１に対する受光器３の配置の自由度が向上しうる。また、本例によると出射部１５１の構造が簡素化されるので、コード板１全体の製造が容易になりうる。さらに、本例によるとコードパターン部１５の軸線方向の寸法が小型化されるので、光学式エンコーダＥ全体の軸線方向の寸法が小型化されうる。

次に、図９〜図１４を参照して、本実施形態の光学式エンコーダＥにおけるコード板１の入射部１３の変形例について説明する。図９は、本実施形態の光学式エンコーダＥのコード板１における入射部１３の第１の変形例を示す、図２と同様の部分拡大図である。図９のように、本例の入射部１３は、コード板１の第１の主面１１に形成された単一の凹溝の形態を有しており、この単一の凹溝は、回転軸線ＲＡを含む平面に沿った三角形の断面を有している。図９のように、発光器２から発射された光線は、概ねゼロの入射角で入射部１３の境界面に到達するので、コード板１の内部に透過する光線は、殆ど屈折せずに第２の主面１２の一次反射部１４に向かう。本例によると入射部１３の構造が簡素化されるので、コード板１全体の製造が容易になりうる。

図１０は、本実施形態の光学式エンコーダＥのコード板１における入射部１３の第２の変形例を示す、図２と同様の部分拡大図である。図１０のように、本例の入射部１３は、第１の主面１１に形成された単一の突起の形態を有しており、この単一の突起は、回転軸線ＲＡを含む平面に沿った三角形の断面を有している。図１０のように、発光器２から発射された光線は、概ねゼロの入射角で入射部１３の境界面に到達するので、コード板１の内部に透過する光線は、殆ど屈折せずに第２の主面１２の一次反射部１４に向かう。本例によると入射部１３の構造が簡素化されるので、コード板１全体の製造が容易になりうる。

図１１は、本実施形態の光学式エンコーダＥのコード板１における入射部１３の第３の変形例を示す、図２と同様の部分拡大図である。図１１のように、本例の入射部１３は、半径方向に並べて配置された複数の環状溝の形態を有しており、これら環状溝の各々は、回転軸線ＲＡを含む平面に沿った三角形の断面を有している。図１１のように、発光器２から発射された光線は、概ねゼロの入射角で入射部１３の境界面に到達するので、コード板１の内部に透過する光線は、殆ど屈折せずに第２の主面１２の一次反射部１４に向かう。本例によると入射部１３の構造が簡素化されるので、コード板１全体の製造が容易になりうる。さらに、本例によるとコードパターン部１５の軸線方向の寸法が小型化されるので、光学式エンコーダＥ全体の軸線方向の寸法が小型化されうる。

図１２は、本実施形態の光学式エンコーダＥのコード板１における入射部１３の第４の変形例を示す、図２と同様の部分拡大図である。図１２のように、本例の入射部１３は、第１の主面１１に形成された単一の環状突起の形態を有している。そして、この単一の環状突起の回転軸線ＲＡを含む平面に沿った断面は、第１の主面１１から突き出た凸曲線状の外形を有している。このような形態の入射部１３は、発光器２から発射された光線を屈折させる平凸レンズの機能を発揮しうる。図１２のように、入射部１３における光線の屈折によって、第２の主面１２に対する光線の入射角θ₁が第１の主面１１の法線に対する光線の傾斜角θ₀よりも大きくなる（すなわちθ₁＞θ₀になる）。従って、上記の傾斜角θ₀が比較的小さい場合であっても、第２の主面１２に対する入射角θ₁を臨界角θ_c以上の大きさにすることができる。このように、本例では環状突起の断面に含まれる凸曲線状の外形を適切に設定することで、上記の傾斜角θ₀が比較的小さい場合であっても、コード板１の内部に透過する光線を第２の主面１２で全反射させることができる。さらに、本例によると入射部１３の構造が簡素化されるので、コード板１全体の製造が容易になりうる。

図１３は、本実施形態の光学式エンコーダＥのコード板１における入射部１３の第５の変形例を示す、図２と同様の部分拡大図である。図１３のように、本例の入射部１３は、半径方向に並べて配置された複数の環状突起の形態を有している。そして、これら環状突起の各々の、回転軸線ＲＡを含む平面に沿った断面は、第１の主面１１から突き出た凸曲線状の外形を有している。このような形態の入射部１３は、発光器２から発射された光線を屈折させる平凸レンズの機能を発揮しうる。図１３のように、入射部１３における光線の屈折によって、第２の主面１２に対する光線の入射角θ₁が、第１の主面１１の法線に対する光線の傾斜角θ₀よりも大きくなる（すなわちθ₁＞θ₀になる）。従って、上記の傾斜角θ₀が比較的小さい場合であっても、第２の主面１２に対する入射角θ₁を臨界角θ_c以上の大きさにすることができる。このように、本例では環状突起の断面に含まれる凸曲線状の外形を適切に設定することで、光線の傾斜角度θ₀が比較的小さい場合であっても、コード板１の内部に透過する光線を第２の主面１２で全反射させることができる。また、本例によると入射部１３の構造が簡素化されるので、コード板１全体の製造が容易になりうる。さらに、本例によるとコードパターン部１５の軸線方向の寸法が小型化されるので、光学式エンコーダＥ全体の軸線方向の寸法が小型化されうる。

以上のように、本実施形態の光学式エンコーダＥによれば、コード板１の第１の主面１１に設けられた非平面状の入射部１３が、発光器２から発射された光線をコード板１の内部に透過させ、コード板１の第２の主面１２に設けられた平面状の一次反射部１４が、コード板１の内部に透過する光線をコードパターン部１５に向かって全反射させる。従って、本実施形態の光学式エンコーダＥによれば、第１の主面１１の法線に対する光線の傾斜角θ₀が比較的小さい場合であっても、発光器２に対する入射部１３の境界面の向きを適切に設定しておくことで、第２の主面１２に対する光線の入射角θ₁を臨界角θ_c以上の大きさにすることができる。その結果、本実施形態の光学式エンコーダＥによれば、光線の傾斜角θ₀が比較的小さい場合であっても、コード板１の内部に透過する光線を第２の主面１２で全反射させることができるので（図４、図１２、及び図１３等を参照）、コード板１に対する発光器２の配置の自由度を向上させることができる。

本発明は、上記の実施形態のみに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内で種々改変されうる。従って、本発明の光学式エンコーダＥにおけるコード板１の入射部１３が、半径方向に並べて配置された複数の環状突起の形態を有する場合であっても、それら環状突起の断面形状は、図２〜図８及び図１３等に示す断面形状のみに限定されない。例えば、本発明の光学式エンコーダＥにおけるコード板１の入射部１３は、平凸レンズにおける曲面状の外縁部分を複数の領域に分割し、それら複数の領域を半径方向に並べて配置した断面形状、すなわち、フレネルレンズ状の断面形状を有してもよい。また、上記の実施形態に記載した各部の寸法、形状、及び材質等は一例にすぎず、本発明の効果を達成するために多様な寸法、形状、及び材質等が採用されうる。

１コード板
１１第１の主面
１２第２の主面
１３入射部
１４一次反射部
１５コードパターン部
１５１出射部
１５２二次反射部
２発光器
３受光器
３１受光素子
Ｅ光学式エンコーダ
ＰＢプリント板
ＲＡ回転軸線
ＲＳ回転シャフト

Claims

第１の主面と、前記第１の主面の反対側を向いた第２の主面と、を有する回転式のコード板と、
前記第１の主面に向かって光線を発射する発光器と、
前記コード板によって反射された光線を受光する受光器と、を備える光学式エンコーダであって、
前記第１の主面には、前記コード板の回転軸線の周りに環状に延在し、前記発光器から発射された光線を前記コード板の内部に透過させる非平面状の入射部が設けられ、
前記第２の主面には、前記コード板の内部を進む光線を全反射させる平面状の一次反射部が設けられ、
前記第１の主面には、前記入射部とは異なる位置で前記コード板の回転軸線の周りに環状に延在し、前記一次反射部で全反射した光線の透過と不透過を前記コード板の回転位置に応じて切り替えるコードパターン部がさらに設けられ、
前記コードパターン部は、前記一次反射部で全反射した光線を前記受光器に向かって透過させる非平面状の出射部と、前記一次反射部で全反射した光線を再び全反射させる平面状の二次反射部と、を有し、前記二次反射部と前記出射部が前記コード板の回転軸線の周りで円周方向に交互に配置される、光学式エンコーダ。
前記入射部が、前記第１の主面に形成された１つ又は２つ以上の環状突起の形態を有する、請求項１に記載の光学式エンコーダ。
前記回転軸線を含む平面に沿った前記環状突起の断面が三角形である、請求項２に記載の光学式エンコーダ。
前記回転軸線を含む平面に沿った前記環状突起の断面が、前記第１の主面から突き出た凸曲線状の外形を含む、請求項２に記載の光学式エンコーダ。
前記入射部が、前記第１の主面に形成された１つ又は２つ以上の環状溝の形態を有し、前記回転軸線を含む平面に沿った前記環状溝の断面が三角形である、請求項１に記載の光学式エンコーダ。
前記コード板が樹脂材料から形成される、請求項１〜５のいずれか１つに記載の光学式エンコーダ。