JP2016176743A

JP2016176743A - 光学式ロータリーエンコーダ

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Publication number: JP2016176743A
Application number: JP2015055703A
Authority: JP
Inventors: 鈴木　健之; Takeyuki Suzuki; 健之鈴木; 和人海老原; Kazuto Ebihara
Original assignee: Keyence Corp
Current assignee: Keyence Corp
Priority date: 2015-03-19
Filing date: 2015-03-19
Publication date: 2016-10-06
Anticipated expiration: 2035-03-19
Also published as: JP6474289B2

Abstract

【課題】簡易な構成で、光学的干渉を抑制することが可能な光学式ロータリーエンコーダを提供する。
【解決手段】反射部と非反射部とで構成されたスケールを備えるスケールディスクと、発光部と受光部とを備えるセンサとを有しており、センサは、インクリメンタル信号を出力するインクリメンタル信号出力センサ、及び原点位置信号を出力する原点位置信号出力センサである。スケールは、インクリメンタル信号出力センサの検知対象となるインクリメンタルスケール部８１と、原点位置信号検出センサの検知対象となる原点スケール部８４とで構成されており、インクリメンタルスケール部８１の中央と原点スケール部８４とは、スケールディスクの外周部の同一円周上であって、スケールディスクの回転中心の中心角が９０度以上になる位置に配置されている。
【選択図】図８

Description

本発明は、回転角度を検出する光学式ロータリーエンコーダに関する。特に、レーザマーキング装置のガルバノミラーの揺動範囲等の回転角度を検出する光学式ロータリーエンコーダに関する。

レーザマーキング装置は、ヘッド及びコントローラを有するレーザマーカと、ユーザの指示に応じて印字データを生成する印字データ生成装置とで構成される。レーザマーカのヘッド（マーキングヘッド）には、印字データを印字するためにＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の各軸のスキャナに備えるガルバノミラーを精緻に揺動させる必要があり、回転角度を検出する検出手段として光学式のエンコーダを備えている。

例えば特許文献１には、反射部と非反射部とを周方向に交互に配置した円板状のスケールと、一対の発光部と受光部とで構成されたセンサを備える反射型の光学式ロータリーエンコーダが開示されている。特許文献１では、センサの相互干渉を防ぐために、スケールの外周部において、互いに対向する位置にセンサが配置されている。

また、特許文献２には反射型の光学式回転エンコーダが開示されている。特許文献２では、光源と受光素子とを近接して配置しており、乱反射光を受光素子で受光しないよう、スリットが形成されているレチクル基板を備えている。

特開２００１−１８８０１７号公報特表２０１０−５０１８５７号公報

しかし、従来のロータリーエンコーダでは、原点位置を特定するための原点センサは、インクリメンタルセンサが配置されているスケールディスクの外周部よりも内側に配置されているため、原点信号の受光量の立ち上がりが急峻ではないという問題点があった。また、原点センサが、外周部からのインクリメンタル信号の正弦波を受光することにより、光学的な干渉が生じるおそれがあるという問題点もあった。

特許文献２では、上記問題点を解消するべく、光路を制限するレチクル基板を設けている。その分、エンコーダを薄くすることが困難であるとともに、部品点数が増加することによりコスト増の原因にもなる。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、簡易な構成で、光学的干渉を抑制することが可能な光学式ロータリーエンコーダを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために第１発明に係る光学式ロータリーエンコーダは、光学式ロータリーエンコーダにおいて、反射部と非反射部とで構成されたスケールを備えるスケールディスクと、発光部と受光部とを備えるセンサとを有しており、前記センサは、インクリメンタル信号を出力するインクリメンタル信号出力センサ、及び原点位置信号を出力する原点位置信号出力センサであり、前記スケールは、前記インクリメンタル信号出力センサの検知対象となるインクリメンタルスケール部と、前記原点位置信号出力センサの検知対象となる原点スケール部とで構成されており、前記インクリメンタルスケール部の中央と前記原点スケール部とは、前記スケールディスクの外周部の同一円周上であって、前記スケールディスクの回転中心の中心角が９０度以上になる位置に配置されていることを特徴とする。

第１発明では、スケールが、インクリメンタル信号出力センサの検知対象となるインクリメンタルスケール部と、原点位置信号検出センサの検知対象となる原点スケール部とで構成されており、インクリメンタルスケール部の中央と原点スケール部とは、スケールディスクの外周部の同一円周上であって、スケールディスクの回転中心の中心角が９０度以上になる位置に配置されている。これにより、インクリメンタルスケール部の中央と原点スケール部とを離して配置することができ、インクリメンタル信号出力センサと原点位置信号出力センサとの間で光学的干渉が生じることを未然に回避することが可能となる。また、インクリメンタルスケール部と原点スケール部とが、スケールディスクの外周部の同一円周上に配置されていることから、原点位置信号の受光量の立ち上がりが急峻となり、原点位置の検出精度を向上させることが可能となる。

また、第２発明に係る光学式ロータリーエンコーダは、第１発明において、前記スケールは、前記反射部と前記非反射部とが同一円周上で交互に形成され、前記スケールは、前記反射部と前記非反射部との境界を前記原点スケール部とし、前記原点スケール部と前記インクリメンタルスケール部との間は、前記反射部又は前記非反射部のいずれかが連続して形成されていることが好ましい。

第２発明では、スケールが、反射部と非反射部とが同一円周上に交互に形成されており、スケールは、反射部と非反射部との境界を原点スケール部とし、原点スケール部とインクリメンタルスケール部との間は、反射部又は非反射部のいずれかが連続して形成されているので、原点位置信号の受光量の立ち上がりが急峻となり、原点位置の検出精度を向上させることが可能となる。

また、第３発明に係る光学式ロータリーエンコーダは、第２発明において、前記スケールは、前記反射部と前記非反射部とが同一円周上で交互に形成され、前記スケールの前記インクリメンタルスケール部と前記原点スケール部とを除く部分は、前記反射部又は前記非反射部のいずれかとなるよう形成されていることが好ましい。

第３発明では、スケールは、スケールは、反射部と非反射部とが同一円周上で交互に形成され、スケールのインクリメンタルスケール部と原点スケール部とを除く部分は、反射部又は非反射部のいずれかとなるよう形成されているので、原点位置信号の受光量の立ち上がりが急峻となり、原点位置の検出精度を向上させることが可能となる。

また、第４発明に係る光学式ロータリーエンコーダは、第１乃至第３発明のいずれか１つにおいて、前記インクリメンタル信号出力センサと前記原点位置信号出力センサとが、前記スケールディスクの回転中心の中心角が９０度になる位置に配置されている場合、前記インクリメンタルスケール部の中央と前記原点スケール部とは、前記スケールディスクの回転中心の中心角が９０度になる位置に配置されていることが好ましい。

第４発明では、インクリメンタル信号出力センサと原点位置信号出力センサとが、スケールディスクの回転中心の中心角が９０度になる位置に配置されている場合、インクリメンタルスケール部の中央と原点スケール部とは、スケールディスクの回転中心の中心角が９０度になる位置に配置され、インクリメンタルスケール部の中央と原点スケール部とを離して配置することができ、インクリメンタル信号出力センサと原点位置信号出力センサとの間で光学的干渉が生じることを未然に回避することが可能となる。また、原点位置信号の受光量の立ち上がりが急峻となり、原点位置の検出精度を向上させることが可能となる。

また、第５発明に係る光学式ロータリーエンコーダは、第１乃至第３発明のいずれか１つにおいて、前記インクリメンタル信号出力センサと前記原点位置信号出力センサとが、前記スケールディスクの回転中心の中心角が１８０度になる位置に配置されている場合、前記インクリメンタルスケール部の中央と前記原点スケール部とは、前記スケールディスクの回転中心の中心角が１８０度になる位置に配置されていることが好ましい。

第５発明では、インクリメンタル信号出力センサと原点位置信号出力センサとが、スケールディスクの回転中心の中心角が１８０度になる位置に配置されている場合、インクリメンタルスケール部の中央と原点スケール部とは、スケールディスクの回転中心の中心角が１８０度になる位置に配置されているので、インクリメンタルスケール部の中央と原点スケール部とを離して配置することができ、インクリメンタル信号出力センサと原点位置信号出力センサとの間で光学的干渉が生じることを未然に回避することが可能となる。また、原点位置信号の受光量の立ち上がりが急峻となり、原点位置の検出精度を向上させることが可能となる。

また、第６発明に係る光学式ロータリーエンコーダは、第１又は第２発明において、前記インクリメンタルスケール部は、第１のインクリメンタルスケール部と第２のインクリメンタルスケール部とを有し、前記原点スケール部は、第１の原点スケール部と第２の原点スケール部とを有し、前記第１のインクリメンタルスケール部の中央と前記第１の原点スケール部とは、前記スケールディスクの回転中心の中心角が９０度になる位置に配置され、前記第１の原点スケール部と前記第２のインクリメンタルスケール部とは、前記スケールディスクの回転中心の中心角が９０度になる位置に配置され、前記第２のインクリメンタルスケール部の中央と前記第２の原点スケール部とは、前記スケールディスクの回転中心の中心角が９０度になる位置に配置されていることが好ましい。

第６発明では、第１のインクリメンタルスケール部の中央と第１の原点スケール部とは、スケールディスクの回転中心の中心角が９０度になる位置に配置され、第１の原点スケール部と第２のインクリメンタルスケール部とは、スケールディスクの回転中心の中心角が９０度になる位置に配置され、第２のインクリメンタルスケール部の中央と第２の原点スケール部とは、スケールディスクの回転中心の中心角が９０度になる位置に配置されているので、スケールディスクの回転中心の中心角の９０度ごとに原点位置信号出力センサとインクリメンタル信号出力センサとを交互に配置することができ、原点位置信号を確実に検出することが可能となる。

また、第７発明に係る光学式ロータリーエンコーダは、第１乃至第６発明のいずれか１つにおいて、前記センサは、前記発光部と前記受光部とが、前記スケールディスクの外周部の同一円周上に隣接して配置されていることが好ましい。

第７発明では、センサは、発光部と受光部とが、スケールディスクの外周部の同一円周上に隣接して配置されているので、原点位置信号の受光量の立ち上がりが急峻となり、原点位置の検出精度を向上させることが可能となる。

本発明によれば、インクリメンタルスケール部の中央と原点スケール部とを離して配置することができ、インクリメンタル信号出力センサと原点位置信号出力センサとの間で光学的干渉が生じることを未然に回避することが可能となる。また、インクリメンタルスケール部と原点スケール部とが、スケールディスクの外周部の同一円周上に配置されていることから、原点位置信号の受光量の立ち上がりが急峻となり、原点位置の検出精度を向上させることが可能となる。

本発明の実施の形態に係るレーザマーキング装置の構成を模式的に示すブロック図である。本発明の実施の形態に係るレーザマーキング装置の、固体レーザマーカを用いる場合の構成を示すブロック図である。本発明の実施の形態に係る光学式ロータリーエンコーダの構成を示す二面図である。本発明の実施の形態に係る光学式ロータリーエンコーダの角度検出原理の説明図である。本発明の実施の形態に係る光学式ロータリーエンコーダの原点センサ及びインクリメンタルセンサの配置例を示す模式図である。本発明の実施の形態に係る光学式ロータリーエンコーダの原点センサの受光感度の例示図である。本発明の実施の形態に係る光学式ロータリーエンコーダのインクリメンタルセンサの受光感度の例示図である。本発明の実施の形態に係る光学式ロータリーエンコーダのスケールの構成を示す模式図である。本発明の実施の形態に係る光学式ロータリーエンコーダの原点センサ及びインクリメンタルセンサの他の配置例を示す模式図である。本発明の実施の形態に係る光学式ロータリーエンコーダのスケールの他の構成を示す模式図である。本発明の実施の形態に係る光学式ロータリーエンコーダの原点センサ及びインクリメンタルセンサの他の配置例を示す模式図である。本発明の実施の形態に係る光学式ロータリーエンコーダのスケールの他の構成を示す模式図である。

以下、本発明の実施の形態に係る光学式ロータリーエンコーダについて、図面に基づいて具体的に説明する。以下の実施の形態では、レーザマーキング装置のガルバノミラーの回転角度を検出する光学式ロータリーエンコーダについて説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係るレーザマーキング装置の構成を模式的に示すブロック図である。図１に示すように、本実施の形態に係るレーザマーキング装置１０は、マーキングヘッド１と、マーキングヘッド１の動作を制御するコントローラ２と、コントローラ２とデータ通信することが可能に接続されている印字データ生成装置３とで構成されている。印字データ生成装置３は、コントローラ２に対して印字データを展開データとして送信する。印字データ生成装置３は、展開データを生成するプログラムをインストールしたコンピュータ、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）等で構成されることが好ましい。

コントローラ２には、必要に応じて各種外部機器４が接続される。外部機器４としては、例えばライン上に搬送されるワークＷの種別、位置等を確認するイメージセンサ等の画像認識装置４０１、ワークＷとマーキングヘッド１との距離に関する情報を取得する変位計等の距離測定装置４０２、所定のシーケンスに従って機器の制御を行うＰＬＣ４０３、ワークＷの通過を検出するＰＤセンサ、その他各種のセンサ等を例示的に挙げることができる。

レーザマーキング装置１０は、ワークＷの表面に印字する印字パターンを設定し、ワークＷの表面に印字する。図２は、本発明の実施の形態に係るレーザマーキング装置１０の、固体レーザマーカを用いる場合の構成を示すブロック図である。なお、印字とは、文字、記号、図形等のマーキングを意味しており、具体的には、ひらがな、カタカナ、漢字、アルファベット、数字、記号、絵文字、アイコン、ロゴ、バーコード、二次元コード等のグラフィックを含む。また、レーザマーキング装置１０として固体レーザマーカを用いることに限定されるものではなく、例えばファイバレーザマーカを用いても良い。

レーザマーキング装置１０は、コントローラ２（レーザ光発生部２００及びレーザ光制御部２０１を含む）とマーキングヘッド１（レーザ出力部２０２）とを含み、レーザ出力部２０２に含まれるレーザ発振部２０４のレーザ媒質２０６で発振されたレーザビームＬｂをワークＷの表面で二次元状に走査させることでワークＷの表面に印字する。印字動作を制御する印字信号は、レーザビームＬｂのオンオフ信号であり、１パルスが発振されるレーザビームＬｂの１パルスに対応するＰＷＭ信号である。ＰＷＭ信号は、周波数に応じたデューティ比に基づいてレーザ強度を規定することができる。変形例として、周波数に基づいた走査速度によってレーザ強度を規定しても良い。

レーザ光発生部２００は、レーザ励起光源２０８と集光部２１０とを備え、レーザ励起光源２０８には電源から定圧電源が供給される。レーザ励起光源２０８は、半導体レーザ、ランプ等で構成される。具体的には、レーザ励起光源２０８は、複数の半導体レーザダイオード素子を直線状に並べたレーザダイオードアレイで構成され、各素子からのレーザ発振がライン状に出力され、集光部２１０の入射面に入射される。

レーザ光発生部２００とレーザ出力部２０２とは、光ファイバケーブル２１２によって連結され、レーザ光発生部２００が生成したレーザ励起光は、上述したレーザ媒質２０６に入射される。レーザ媒質２０６は、ロッド状の固体レーザ媒質（例えばＮｄ：ＹＶＯ₄）で構成され、一方の端面からレーザ励起光を入力して励起され、他方の端面からレーザビームＬｂを出射する、いわゆるエンドポンピングによる励起方式が採用されている。レーザ媒質２０６は、固体レーザ媒質に波長変換素子を組み合わせて、出力されるレーザビームＬｂの波長を任意の波長に変換できるようにしても良い。

レーザ媒質２０６は、上述した固体レーザ媒質の代わりに、レーザビームを発振させる共振器で構成することなく、波長変換のみを行う波長変換素子で構成しても良い。この場合、半導体レーザの出力光に対して波長変換を行えば良い。

波長変換素子としては、例えばＫＴＰ（ＫＴｉＰＯ₄）、有機非線形光学材料や他の無機非線形光学材料、例えばＫＮ（ＫＮｂＯ₃）、ＫＡＰ（ＫＡｓＰＯ₄）、ＢＢＯ、ＬＢＯ、バルク型の分極反転素子（ＬｉＮｂＯ₃（ＰｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙＰｏｌｅｄＬｉｔｈｉｕｍＮｉｏｂａｔｅ：ＰＰＬＮ）、ＬｉＴａＯ₃等）が利用できる。また、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｓｍ、Ｎｄ等の希土類をドープしたフッ化物ファイバを用いたアップコンバージョンによるレーザの励起光源用半導体レーザを用いることもできる。

レーザ出力部２０２は、レーザビームＬｂを発振させる上述したレーザ発振部２０４を備えている。レーザ発振部２０４は、上述したレーザ媒質２０６が放出する誘導放出光の光路に沿って所定の距離を隔てて対向配置された出力ミラー及び全反射ミラーと、これらの間に配されたアパーチャ、Ｑスイッチ等を備えている。レーザ媒質２０６が放出する誘導放出光を、出力ミラーと全反射ミラーとの間における多重反射により増幅し、Ｑスイッチの動作により短周期にて通断しつつアパーチャによりモード選別して、出力ミラーを経てレーザビームＬｂを出射する。

レーザ発振部２０４として、ＣＯ₂やヘリウム−ネオン、アルゴン、窒素等の気体を媒質として用いる気体レーザ方式を採用しても良い。例えば炭酸ガスレーザを用いた場合、レーザ発振部２０４は、内蔵電極を含むレーザ発振部２０４の内部に炭酸ガス（ＣＯ₂）が充填され、コントローラ２から与えられる印字信号に基づいて内蔵電極により炭酸ガスを励起してレーザ発振させる。

レーザビーム走査系２２０は、レーザ発振部２０４と光路を一致させたＺ軸スキャナを内蔵するビームエキスパンダ２４２と、Ｘ軸スキャナ２２４と、Ｘ軸スキャナ２２４と直交するよう配置されたＹ軸スキャナ２２６とを備える。レーザビーム走査系２２０は、レーザ発振部２０４から出射されるレーザビームＬｂを、Ｘ軸スキャナ２２４及びＹ軸スキャナ２２６でワークＷの表面上の作業領域で二次元状に走査させる。

Ｘ軸スキャナ２２４及びＹ軸スキャナ２２６は、光を反射する反射面として全反射ミラーであるガルバノミラー２２４ａ、２２６ａ、ガルバノミラー２２４ａ、２２６ａを回動軸に固定して回動するためのガルバノモータ２２４ｂ、２２６ｂと、回動軸の回転位置を検出して位置信号として出力する位置検出部として、それぞれ本発明に係る光学式ロータリーエンコーダ２２４ｃ、２２６ｃを備える。また、Ｘ軸スキャナ２２４、Ｙ軸スキャナ２２６は、スキャナ駆動回路２２８に接続されている。スキャナ駆動回路２２８はコントローラ２に接続されており、コントローラ２から供給される制御信号に基づいてＸ軸スキャナ２２４、Ｙ軸スキャナ２２６を駆動する。

ビームエキスパンダ２４２は、レーザ媒質２０６から出射するレーザビームＬｂのスポット径を調整する。スポット径を調整することで、ワーキングディスタンス（焦点距離）を調整することができる。すなわち、ビームエキスパンダ２４２で入射レンズと出射レンズとの相対距離を変化させることで、レーザビームＬｂのビーム径を拡大／縮小し、焦点位置を変化させることができる。

ビームエキスパンダ２４２、Ｘ軸スキャナ２２４、Ｙ軸スキャナ２２６の動作を制御することにより、ワーキングディスタンスを調整しながらレーザビームＬｂをワークＷの表面で二次元状に走査することができる。したがって、ワークＷの表面に対して焦点距離を合わせた状態で高精度に且つ最小スポットで印字することができる。

図３は、本発明の実施の形態に係る光学式ロータリーエンコーダ２２４ｃ、２２６ｃの構成を示す二面図である。図３（ａ）は、光学式ロータリーエンコーダ２２４ｃ、２２６ｃの構成を示す平面図を、図３（ｂ）は、光学式ロータリーエンコーダ２２４ｃ、２２６ｃの構成を示す、スケールディスクの回転中心軸を含む面での模式断面図を、それぞれ示している。図３では、図２に示すガルバノモータ２２４ｂ、２２６ｂと一体化している状態を図示しており、ガルバノモータ２２４ｂ、２２６ｂ自体の記載は省略している。

光学式ロータリーエンコーダ２２４ｃ、２２６ｃは、ガルバノミラー２２４ａ、２２６ａを回転させるモータ装置の回転情報を検出するために取り付けられている。つまり、光学式ロータリーエンコーダ２２４ｃ、２２６ｃで検出された信号に基づいてガルバノモータ２２４ｂ、２２６ｂの回転を制御する。

ロータリーエンコーダの原点位置信号を出力する原点センサ（原点位置信号出力センサ）３０１及びインクリメンタル信号を出力するインクリメンタルセンサ（インクリメンタル信号出力センサ）３０２、回路素子、コネクタ等が実装されたプリント基板３０３は、モータの筐体に固定されている。ガルバノモータ２２４ｂ、２２６ｂの回転軸３０５には、プリント基板３０３の下方にスケールディスク３０４が固定されている。ガルバノモータ２２４ｂ、２２６ｂを駆動して回転軸３０５が回転した場合、スケールディスク３０４が回転する。原点センサ３０１は、発光部と受光部とが外周方向に並んで配置されており、インクリメンタルセンサ３０２も、発光部と受光部とが外周方向に並んで配置されていてもよい。

スケールディスク３０４の原点センサ３０１及びインクリメンタルセンサ３０２と対向する側の面には、円板状の部材に放射状のスリットパターンが形成されている。図４は、本発明の実施の形態に係る光学式ロータリーエンコーダ２２４ｃ、２２６ｃの角度検出原理の説明図である。

図４に示すように、原点センサ３０１及びインクリメンタルセンサ３０２は、プリント基板３０３に固定されており、発光素子（発光部）５０１から光を出射する。発光素子５０１としては、例えばＬＥＤを用いる。出射された光は、原点センサ３０１及びインクリメンタルセンサ３０２と対向する位置に回転することが可能に設けられているスケールディスク３０４で反射され、受光素子（受光部）５０２が反射された光を受光する。受光素子５０２としては、例えばフォトダイオードを用いる。

スケールディスク３０４は円板状であり、原点センサ３０１及びインクリメンタルセンサ３０２に対向している側の面に、反射部５０３と非反射部５０４とが交互に配置されている。ガルバノモータ２２４ｂ、２２６ｂを駆動して回転軸３０５が回転した場合、スケールディスク３０４が回転し、受光素子５０２での受光信号に応じて、回転角度を検出することができる。

すなわち、発光素子５０１から出射された光はスケールディスク３０４に照射される。照射された面が反射部５０３である場合、光束が反射して受光素子５０２に入射される。また、照射された面が非反射部５０４である場合、光束は反射されず受光素子５０２には入射しない。光束が入射した場合、フォトダイオードに流れる電流が電圧に変換され、内蔵されているコンパレータ等によりデジタル信号が出力される。出力されるデジタル信号は、スケールディスク３０４が回転している場合にはパルス信号となり、その周波数はスケールディスク３０４の回転速度に比例する。したがって、出力されるパルス信号に基づいて、スケールディスク３０４の回転状態を把握することが可能となる。なお、フォトダイオードの出力信号は、アナログ信号であっても良い。

図５は、本発明の実施の形態に係る光学式ロータリーエンコーダ２２４ｃ、２２６ｃの原点センサ３０１及びインクリメンタルセンサ３０２の配置例を示す模式図である。図５は、プリント基板３０３上での原点センサ３０１及びインクリメンタルセンサ３０２の配置例を示しており、図５（ａ）は、原点センサ３０１及びインクリメンタルセンサ３０２が配置されたプリント基板３０３の平面図を、図５（ｂ）は、原点センサ３０１及びインクリメンタルセンサ３０２が配置されたプリント基板３０３の側面図を、それぞれ示している。

図５に示すように、本実施の形態では、原点センサ３０１とインクリメンタルセンサ３０２とは、スケールディスク３０４のスケールが形成されている位置と対向する位置、すなわち円板状のプリント基板３０３の同一円周上であって、スケールディスク３０４の回転中心における中心角が９０度となる位置に配置されている。原点センサ３０１とインクリメンタルセンサ３０２とが隣接して配置されていないので、原点センサ３０１とインクリメンタルセンサ３０２との間に光学的干渉が生じることを未然に回避することが可能となる。

また、原点センサ３０１及びインクリメンタルセンサ３０２は、図４における発光素子５０１と受光素子５０２とが、同一円周上に隣接して配置されている。これにより、原点位置信号の受光量の立ち上がりが急峻となり、原点位置の検出精度を向上させることが可能となる。

図６は、本発明の実施の形態に係る光学式ロータリーエンコーダ２２４ｃ、２２６ｃの原点センサ３０１の受光感度の例示図である。図６に示すように、従来の原点センサ３０１の受光信号６１では、受光の立ち上がりが比較的緩やかであり、しかも隣接するインクリメンタル信号が重畳することにより、受光光量が安定せず、立ち上がり部分、すなわち原点位置信号を検知しづらいおそれがあった。

本実施の形態に係る原点センサ３０１の受光信号６２では、受光の立ち上がりが急峻となり、しかも隣接するインクリメンタル信号が重畳されにくいので、受光光量が安定し、立ち上がり部分、すなわち原点位置信号を確実に検知することが可能となる。

インクリメンタルセンサ３０２についても、同様の効果を奏することができる。図７は、本発明の実施の形態に係る光学式ロータリーエンコーダ２２４ｃ、２２６ｃのインクリメンタルセンサ３０２の受光感度の例示図である。図７に示すように、従来のインクリメンタルセンサ３０２の受光信号７１では、隣接する原点位置信号が重畳することにより、受光光量が大きくなり、インクリメンタル信号を検知しづらいおそれがあった。

それに対して、本実施の形態に係るインクリメンタルセンサ３０２の受光信号７２では、隣接する原点位置信号が重畳されにくいので、インクリメンタル信号として正常な正弦波を検知することができる。したがって、回転数を正しく把握することが可能となる。

スケールディスク３０４の原点センサ３０１及びインクリメンタルセンサ３０２と対向している側の面には、スケールが設けられている。スケールは、インクリメンタルセンサ３０２の検知対象となるインクリメンタルスケール部と、原点センサ３０１の検知対象となる原点スケール部とで構成されている。

図８は、本発明の実施の形態に係る光学式ロータリーエンコーダ２２４ｃ、２２６ｃのスケールの構成を示す模式図である。図８に示すように、インクリメンタルスケール部８１と、原点スケール部８４とは、スケールディスク３０４の外周部の同一円周上に配置されている。図８ではインクリメンタルスケール部８１は左右対称の形状をしており、それぞれスケールディスク３０４の回転中心の中心角が９０度になる位置に配置されている。

図８では、原点スケール部８４を、反射部８２と非反射部８３との境界としている。原点位置信号の立ち上がりを確実に検出することができるからである。もちろん、スケールディスク３０４の外周部では、原点センサ３０１及びインクリメンタルセンサ３０２がスケールディスク３０４と対向するように配置されているので、同一円周上で反射部８２と非反射部８３とが隣接するように配置されていれば原点スケール部８４として機能する。

インクリメンタルスケール部８１は、反射部８２と非反射部８３とが同一円周上で交互に形成されている。図８の例では、インクリメンタルスケール部８１の中央と原点スケール部８４とが、スケールディスク３０４の回転中心の中心角が９０度になる位置に配置されている。原点スケール部８４とインクリメンタルスケール部８１との間は、反射部８２又は非反射部８３のいずれかが連続して形成されている。つまり、原点スケール部８４の周囲では、原点位置信号以外の出力信号は検出されることがないので、確実に原点位置信号を検知することができる。スケールの配置は、これらの条件を満たしていれば、図８の例の限定されるものではない。図８に示すように、外周部に設けられたインクリメンタルスケール部８１の内周側は、図８において左側では反射部８２、右側では非反射部８３としてある。

また、原点センサ３０１及びインクリメンタルセンサ３０２を、スケールディスク３０４の回転中心の中心角が９０度になる位置に、それぞれ２個ずつ配置しても良い。図９は、本発明の実施の形態に係る光学式ロータリーエンコーダ２２４ｃ、２２６ｃの原点センサ３０１及びインクリメンタルセンサ３０２の他の配置例を示す模式図である。図９は、プリント基板３０３上での原点センサ３０１及びインクリメンタルセンサ３０２の配置例を示しており、図９（ａ）は、原点センサ３０１及びインクリメンタルセンサ３０２が配置されたプリント基板３０３の平面図を、図９（ｂ）は、原点センサ３０１及びインクリメンタルセンサ３０２が配置されたプリント基板３０３の側面図を、それぞれ示している。

図９に示すように、本実施の形態では、原点センサ３０１とインクリメンタルセンサ３０２とは、スケールディスク３０４のスケールが形成されている位置と対向する位置、すなわち円板状のプリント基板３０３の同一円周上であって、スケールディスク３０４の回転中心における中心角が互いに９０度となる位置に交互に配置されている。原点センサ３０１とインクリメンタルセンサ３０２とが隣接して配置されていないので、原点センサ３０１とインクリメンタルセンサ３０２との間に光学的干渉が生じることを未然に回避することが可能となる。原点センサ３０１とインクリメンタルセンサ３０２とは、円周方向には９０度隔ててはいるものの、隣接して配置されている。半径方向には隣接して配置されていないので、原点センサ３０１とインクリメンタルセンサ３０２との間で光学的干渉は少ない。

また、原点センサ３０１及びインクリメンタルセンサ３０２は、図４における発光素子５０１と受光素子５０２とが、スケールディスク３０４の外周部の同一円周上に隣接して配置されている。これにより、原点位置信号の受光量の立ち上がりが急峻となり、原点位置の検出精度を向上させることが可能となる。原点センサ３０１を、インクリメンタルセンサ３０２と同じように外周部に配置することで、受光量の立ち上がりを急峻にしている。

図１０は、本発明の実施の形態に係る光学式ロータリーエンコーダ２２４ｃ、２２６ｃのスケールの他の構成を示す模式図である。図１０に示すように、インクリメンタルスケール部８１と、原点スケール部８４とは、スケールディスク３０４の外周部の同一円周上に配置されている。図１０でもインクリメンタルスケール部８１は左右対称の形状をしており、それぞれスケールディスク３０４の回転中心の中心角が９０度になる位置に配置されている。

例えば図１０では、原点スケール部８４を反射部として設けている。インクリメンタルスケール部８１は、反射部と非反射部とが同一円周上で交互に形成されている。インクリメンタルスケール部８１の中央と原点スケール部８４とが、スケールディスク３０４の回転中心の中心角が９０度になる位置に配置されている。

原点スケール部８４とインクリメンタルスケール部８１との間は、非反射部８３が連続して形成されている。つまり、原点スケール部８４の周囲では原点位置信号以外の出力信号は検出されることがないので、確実に原点位置信号を検知することができる。

さらに、原点センサ３０１及びインクリメンタルセンサ３０２を、スケールディスク３０４の回転中心を挟んで互いに対向する位置、すなわちスケールディスク３０４の回転中心の中心角が１８０度になる位置に１個ずつ配置しても良い。図１１は、本発明の実施の形態に係る光学式ロータリーエンコーダ２２４ｃ、２２６ｃの原点センサ３０１及びインクリメンタルセンサ３０２の他の配置例を示す模式図である。図１１は、プリント基板３０３上での原点センサ３０１及びインクリメンタルセンサ３０２の配置例を示しており、図１１（ａ）は、原点センサ３０１及びインクリメンタルセンサ３０２が配置されたプリント基板３０３の平面図を、図１１（ｂ）は、原点センサ３０１及びインクリメンタルセンサ３０２が配置されたプリント基板３０３の側面図を、それぞれ示している。

図１１に示すように、本実施の形態では、原点センサ３０１とインクリメンタルセンサ３０２とは、スケールディスク３０４の外周部において回転中心を挟んで互いに対向する位置、すなわち円板状のプリント基板３０３の同一円周上であって、スケールディスク３０４の回転中心における中心角が１８０度となる位置に配置されている。原点センサ３０１とインクリメンタルセンサ３０２とが大きく離隔して配置されているので、原点センサ３０１とインクリメンタルセンサ３０２との間に光学的干渉が生じることを未然に回避することが可能となる。

図１２は、本発明の実施の形態に係る光学式ロータリーエンコーダ２２４ｃ、２２６ｃのスケールの他の構成を示す模式図である。図１２（ａ）に示すように、インクリメンタルスケール部８１と、原点スケール部８４とは、スケールディスク３０４の外周部の同一円周上に配置されている。図１２（ａ）では、インクリメンタルスケール部８１は、左右いずれか一方において、スケールディスク３０４の回転中心の中心角が１８０度になる位置に配置されている。

図１２（ａ）では、原点スケール部８４を、反射部８２と非反射部８３との境界としている。原点位置信号の立ち上がりを確実に検知することができるからである。もちろん、スケールディスク３０４の外周部では、原点センサ３０１及びインクリメンタルセンサ３０２がスケールディスク３０４と対向するように配置されているので、同一円周上で反射部８２と非反射部８３とが隣接するように配置されていれば原点スケール部８４として機能する。

インクリメンタルスケール部８１は、反射部８２と非反射部８３とが同一円周上で交互に形成されている。図１２（ａ）の例では、インクリメンタルスケール部８１の中央と原点スケール部８４とが、スケールディスク３０４の回転中心の中心角が１８０度になる位置に配置されている。そして、原点スケール部８４を境界として、反射部８２又は非反射部８３のいずれかが連続して形成されている。

また、図１２（ｂ）に示すように、原点スケール部８４を反射部８２として設けても良い。この場合、インクリメンタルスケール部８１は、図１２（ａ）と同様に、反射部（原点スケール部８４）８２と非反射部８３とが同一円周上で交互に形成されている。そして、インクリメンタルスケール部８１の中央と原点スケール部８４とが、スケールディスク３０４の回転中心の中心角が１８０度になる位置に配置されている。

原点スケール部８４とインクリメンタルスケール部８１との間は、非反射部８３が連続して形成されている。つまり、原点スケール部８４の周囲では原点位置信号以外の出力信号が検出されることがないので、確実に原点位置信号を検知することができる。

以上のように本実施の形態によれば、インクリメンタルスケール部８１の中央と原点スケール部８４とを離して配置することができ、インクリメンタルセンサ３０２と原点センサ３０１との間で光学的干渉が生じることを未然に回避することが可能となる。また、インクリメンタルスケール部８１と原点スケール部８４とが、スケールディスク３０４の外周部の同一円周上に配置されており、しかもスケールディスク３０４の回転中心の中心角が９０度以上になる位置に配置されていることから、原点位置信号の受光量の立ち上がりが急峻となり、原点位置の検出精度を向上させることが可能となる。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲内であれば多種の変更、改良等が可能である。例えば原点センサ３０１とインクリメンタルセンサ３０２との位置関係は、同一円周上で離隔していれば良いので、インクリメンタルスケール部８１の中央と原点スケール部８４とが、スケールディスク３０４の回転中心の中心角が９０度以上１８０度以下となる位置に配置されていれば、特に限定されるものではない。

１マーキングヘッド
２コントローラ
３印字データ生成装置
４外部機器
１０レーザマーキング装置
８１インクリメンタルスケール部
８４原点スケール部
２２４ｃ、２２６ｃ光学式ロータリーエンコーダ
３０１原点センサ（原点位置信号出力センサ）
３０２インクリメンタルセンサ（インクリメンタル信号出力センサ）
３０４スケールディスク
５０１発光素子（発光部）
５０２受光素子（受光部）

Claims

光学式ロータリーエンコーダにおいて、
反射部と非反射部とで構成されたスケールを備えるスケールディスクと、
発光部と受光部とを備えるセンサと
を有しており、
前記センサは、インクリメンタル信号を出力するインクリメンタル信号出力センサ、及び原点位置信号を出力する原点位置信号出力センサであり、
前記スケールは、前記インクリメンタル信号出力センサの検知対象となるインクリメンタルスケール部と、前記原点位置信号出力センサの検知対象となる原点スケール部とで構成されており、
前記インクリメンタルスケール部の中央と前記原点スケール部とは、前記スケールディスクの外周部の同一円周上であって、前記スケールディスクの回転中心の中心角が９０度以上になる位置に配置されていることを特徴とする光学式ロータリーエンコーダ。
前記スケールは、前記反射部と前記非反射部とが同一円周上で交互に形成され、
前記スケールは、前記反射部と前記非反射部との境界を前記原点スケール部とし、
前記原点スケール部と前記インクリメンタルスケール部との間は、前記反射部又は前記非反射部のいずれかが連続して形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光学式ロータリーエンコーダ。
前記スケールは、前記反射部と前記非反射部とが同一円周上で交互に形成され、
前記スケールの前記インクリメンタルスケール部と前記原点スケール部とを除く部分は、前記反射部又は前記非反射部のいずれかとなるよう形成されていることを特徴とする請求項２に記載の光学式ロータリーエンコーダ。
前記インクリメンタル信号出力センサと前記原点位置信号出力センサとが、前記スケールディスクの回転中心の中心角が９０度になる位置に配置されている場合、前記インクリメンタルスケール部の中央と前記原点スケール部とは、前記スケールディスクの回転中心の中心角が９０度になる位置に配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光学式ロータリーエンコーダ。
前記インクリメンタル信号出力センサと前記原点位置信号出力センサとが、前記スケールディスクの回転中心の中心角が１８０度になる位置に配置されている場合、前記インクリメンタルスケール部の中央と前記原点スケール部とは、前記スケールディスクの回転中心の中心角が１８０度になる位置に配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光学式ロータリーエンコーダ。
前記インクリメンタルスケール部は、第１のインクリメンタルスケール部と第２のインクリメンタルスケール部とを有し、
前記原点スケール部は、第１の原点スケール部と第２の原点スケール部とを有し、
前記第１のインクリメンタルスケール部の中央と前記第１の原点スケール部とは、前記スケールディスクの回転中心の中心角が９０度になる位置に配置され、
前記第１の原点スケール部と前記第２のインクリメンタルスケール部とは、前記スケールディスクの回転中心の中心角が９０度になる位置に配置され、
前記第２のインクリメンタルスケール部の中央と前記第２の原点スケール部とは、前記スケールディスクの回転中心の中心角が９０度になる位置に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学式ロータリーエンコーダ。
前記センサは、前記発光部と前記受光部とが、前記スケールディスクの外周部の同一円周上に隣接して配置されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の光学式ロータリーエンコーダ。