JP5832562B2 - 樹脂製コード板を有する反射型光学式エンコーダ - Google Patents

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Description

本発明は、樹脂製のコード板を有する反射型光学式エンコーダに関する。
光学式エンコーダは、モータの回転軸等に結合され、該回転軸の回転位置及び速度を検出する場合に広く使用されている。このような光学式エンコーダの例として、特許文献１には、樹脂製のコード板の一方の面側に発光部を配置し、他方の面側に受光部を配置して、該コード板を透過した発光部からの光を受光部で受光するように構成された光学式エンコーダが記載されている。
特許文献１に記載のエンコーダは、発光部及び受光部がコード板に関して互いに反対側に配置されるので、エンコーダの軸方向寸法が大きくなる傾向がある。そこで、例えば特許文献２の図１２〜図１５には、発光部及び受光部をコード板の同一面側に配置し、該コード板で反射された発光部からの光を受光部で受光するように構成された光学式エンコーダが記載されている。
特開２００４−３２５２３１号公報 特開平１１−２８７６７１号公報
特許文献１に記載のエンコーダのように、発光部及び受光部がコード板に関して互いに反対側に配置された場合は、エンコーダの軸方向寸法が大きくなるという課題がある。
そこで本発明は、軸方向について小型化が図られた安価な反射型光学式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、本願第１の発明は、樹脂材料からなり、第１の主面、及び前記第１の主面と反対側の第２の主面を有するコード板と、前記コード板の前記第１の主面側に配置された発光部と、前記コード板の前記第１の主面側に配置された受光部と、を具備する反射型光学式エンコーダであって、前記コード板の前記第１の主面は、凹凸形状の入射部と、凹凸形状の出射部とを有し、前記コード板の前記第２の主面は、光を透過するＶ字形状、三角形状又は曲面からなる透過部と、光を全反射する平面からなる全反射部とを含むコードパターン部を有することを特徴とする、反射型光学式エンコーダを提供する。
第２の発明は、第１の発明において、前記入射部の凹凸形状がＶ字形状又は三角形状であることを特徴とする、反射型光学式エンコーダを提供する。
第３の発明は、第１の発明において、前記入射部の凹凸形状が曲面形状であることを特徴とする、反射型光学式エンコーダを提供する。
第４の発明は、第１〜第３のいずれか１つの発明において、前記出射部の凹凸形状がＶ字形状又は三角形状であることを特徴とする、反射型光学式エンコーダを提供する。
第５の発明は、第１〜第３のいずれか１つの発明において、前記出射部の凹凸形状が曲面形状であることを特徴とする、反射型光学式エンコーダを提供する。
本発明に係る反射型光学式エンコーダでは、安価な樹脂製コード板を使用し、かつ発光部と受光部とを近接配置することができるので、軸方向について小型化が図られた安価なエンコーダが提供される。
本発明に係る反射型光学式エンコーダの要部の基本構成を示す図である。 本発明に係る反射型光学式エンコーダの要部の基本構成を示す図である。 入射部が１つのＶ字形状からなり、出射部が複数の三角形状からなり、さらに発光部が平行光源である場合を示す図である。 入射部が１つのＶ字形状からなり、出射部が複数の三角形状からなり、さらに発光部が点光源である場合を示す図である。 入射部が１つの三角形状からなり、出射部が複数の三角形状からなり、さらに発光部が平行光源である場合を示す図である。 入射部が１つの三角形状からなり、出射部が複数の三角形状からなり、さらに発光部が点光源である場合を示す図である。 入射部が複数のＶ字形状からなり、出射部が複数の三角形状からなり、さらに発光部が平行光源である場合を示す図である。 入射部が複数のＶ字形状からなり、出射部が複数の三角形状からなり、さらに発光部が点光源である場合を示す図である。 入射部が複数のＶ字形状からなり、出射部が複数の三角形状からなり、さらに発光部が平行光源である場合を示す図である。 入射部が複数の三角形状からなり、出射部が複数の三角形状からなり、さらに発光部が平行光源である場合を示す図である。 入射部が複数の三角形状からなり、出射部が複数の三角形状からなり、さらに発光部が点光源である場合を示す図である。 入射部が複数の三角形状からなり、出射部が複数の三角形状からなり、さらに発光部が平行光源である場合を示す図である。 入射部が１つの曲面形状からなり、出射部が複数の三角形状からなり、さらに発光部が平行光源である場合を示す図である。 入射部が１つの曲面形状からなり、出射部が複数の三角形状からなり、さらに発光部が点光源である場合を示す図である。 入射部が複数の曲面形状からなり、出射部が複数の三角形状からなり、さらに発光部が平行光源である場合を示す図である。 入射部が複数の曲面形状からなり、出射部が複数の三角形状からなり、さらに発光部が点光源である場合を示す図である。 入射部が複数のＶ字形状からなり、出射部が１つのＶ字形状からなり、さらに発光部が平行光源である場合を示す図である。 入射部が複数のＶ字形状からなり、出射部が１つの三角形状からなり、さらに発光部が平行光源である場合を示す図である。 入射部が複数のＶ字形状からなり、出射部が複数のＶ字形状からなり、さらに発光部が平行光源である場合を示す図である。 入射部が複数のＶ字形状からなり、出射部が複数の三角形状からなり、さらに発光部が平行光源である場合を示す図である。 入射部が複数のＶ字形状からなり、出射部が複数のＶ字形状からなり、さらに発光部が平行光源である場合を示す図である。 入射部が複数のＶ字形状からなり、出射部が１つの曲面形状からなり、さらに発光部が平行光源である場合を示す図である。 入射部が複数のＶ字形状からなり、出射部が複数の曲面形状からなり、さらに発光部が平行光源である場合を示す図である。
図１ａ及び図１ｂは、本発明に係る反射型光学式エンコーダ１０の要部の概略基本構成を示す軸方向断面図である。エンコーダ１０は、モータの回転軸等の回転体（図示せず）に固定された略円板形状のコード板１２と、コード板１２の第１の主面１４側に配置された発光部１６と、コード板１２の第１の主面１４側（すなわち発光部１６と同一面側）に配置された受光部１８とを具備する。図示するように、発光部１６及び受光部１８は、コード板１２の第１の主面１４に対向して離隔配置されたプリント板２０上に配置することができる。
コード板１２は透光性の樹脂から作製され、その第１の主面１４には、凹凸形状を有し、発光部１６からの光が入射する入射部２２と、凹凸形状を有し、受光部１８に向かう光が出射する出射部２４とが形成される。またコード板１２の第１の主面１４と反対側の第２の主面２６には、光を透過する凹凸形状（すなわちＶ字形状、三角形状又は曲面）からなる透過部２８と、光を全反射する平面からなる全反射部３０とが形成され、透過部２８及び全反射部３０がコードパターン部３２を形成する。つまりエンコーダ１０では、発光部１６からの光が入射部２２に入射し、コード板１２内を進行して、該光の一部が透過部２８から出射する一方、残りの光が全反射部３０で反射されて再度コード板１２内を進行し、出射部２４から出射されて、受光部１８に至る。
また受光部１８は、Ａ相部３４及びＢ相部３６を有し、図１ａの状態では、全反射部３０で反射されて出射部２４から出射された光はＡ相部３４に受光される。すなわち、図１ａの状態では、Ａ相部３４が「明」となりかつＢ相部３６が「暗」となる。一方、図１ｂの状態では、全反射部３０で反射されて出射部２４から出射された光はＢ相部３６に受光され、すなわち図１ｂの例では、Ａ相部３４が「暗」となりかつＢ相部３６が「明」となる。このようにコード板１２の回転に伴い、Ａ相部３４とＢ相部３６とで「明」と「暗」が交番的に繰り返されてパルス状の信号波形が得られ、コード板１２が固定された回転体の回転角度位置・回転速度が測定可能となる。このようなエンコーダの基本機能については後述する実施形態も同様であるので、以降はＡ相部３４が「明」となる状態についてのみ説明する。
本発明に係るエンコーダ１０は、入射部２２及び出射部２４の双方が、光を透過し又は屈折させる凹凸形状を有する。入射部２２及び出射部２４に凹凸形状を設けることにより、発光部１６から入射部２２に入射した光が全反射部３０に向かう角度と、全反射部３０において全反射され、出射部２４から出射して受光部１８に向かう角度とを適切に調整することができる。また、発光部と受光部が予めパッケージ化されたコンパクトかつ低価格なものも使用可能である。
入射部２２、出射部２４及び透過部２８が有する凹凸形状の具体例としては、Ｖ字形状、三角形状又は曲面形状のものが適用可能である。以下、その実施形態について説明する。
図２ａ及び図２ｂは、入射部２２が１つのＶ字形状（Ｖ溝）からなり、出射部２４が複数の三角形状からなる場合を示す。一方、図２ｃ及び図２ｄは、入射部２２が１つの三角形状（プリズム）からなり、出射部２４が複数の三角形状からなる場合を示す。また、図２ａ及び図２ｃは、発光部１６が平行光を発光するタイプのもの（平行光源）である場合を示し、図２ｂ及び図２ｄは、発光部１６が放射光を発光するタイプのもの（点光源）である場合を示している。なお本願明細書では、第１の主面１４又は第２の主面２６から凹むように形成され、軸方向断面視でＶ字形状を有するものを「Ｖ字形状」と称し、第１の主面１４又は第２の主面２６から突出するように形成され、軸方向断面視で三角形状を有するものを「三角形状」と称するものとする。
図２ａ及び図２ｃの実施形態では、発光部１６からの平行光は入射部２２で偏向せずに（つまり入射部２２を構成する傾斜面に垂直に入射して）透過部２８及び全反射部３０に向かい、全反射部３０で反射された光は、出射部２４で発光部１６側に屈折して受光部１８に受光される。一方、図２ｂ及び図２ｄの実施形態では、発光部１６からの放射光はその少なくとも一部が入射部２２で屈折して透過部２８及び全反射部３０に向かい、全反射部３０で反射された光は、出射部２４で発光部１６側に屈折して受光部１８に受光される。つまり図２ａ〜図２ｄのいずれの場合も、発光部１６からの光は入射部２２で屈折又は（偏向せずに）透過され、全反射部３０に適切な角度で入射して全反射されるように、入射部２２にＶ字形状又は三角形状の凹凸形状が設けられる。これにより、入射部２２から全反射部３０に向かう光の入射角が好適に調整される。なお発光部１６からの光が放射光及び平行光のいずれの場合であっても、入射部２２の形状（Ｖ字形状又は三角形状を構成する傾斜面の角度等）を適切に選択することで、全反射部３０に入射する光の入射角を調整することができる。また出射部２４が凹凸形状（三角形状）を有することにより、出射部２４から受光部１８に向かう光の出射角が好適に調整される。
図３ａ〜図３ｃは、入射部２２が複数のＶ字形状（Ｖ溝）からなり、出射部２４が複数の三角形状からなる場合を示す。また、図３ａ及び図３ｃは、発光部１６が平行光源である場合を示し、図３ｂは、発光部１６が点光源である場合を示している。
図３ａの実施形態では、図２ａの実施形態と同様に、発光部１６からの平行光は入射部２２で偏向せずに（つまり入射部２２を構成する傾斜面に垂直に入射して）透過部２８及び全反射部３０に向かい、全反射部３０で反射された光は、出射部２４で発光部１６側に屈折して受光部１８に受光される。図３ｂの実施形態では、図２ｂの実施形態と同様に、発光部１６からの放射光はその少なくとも一部が入射部２２で屈折して透過部２８及び全反射部３０に向かい、全反射部３０で反射された光は、出射部２４で発光部１６側に屈折して受光部１８に受光される。また図３ｃの実施形態では、発光部１６からの放射光は入射部２２で受光部１８側に屈折して透過部２８及び全反射部３０に向かい、全反射部３０で反射された光は、出射部２４で発光部１６側に屈折して受光部１８に受光される。つまり図３ａ〜図３ｃのいずれの場合も、発光部１６からの光は入射部２２で屈折又は（偏向せずに）透過され、全反射部３０に適切な角度で入射して全反射されるように、入射部２２にＶ字形状又は三角形状の凹凸形状が設けられる。これにより、入射部２２から全反射部３０に向かう光の入射角が好適に調整される。なお発光部１６からの光が放射光及び平行光のいずれの場合であっても、入射部２２の形状（Ｖ字形状又は三角形状を構成する傾斜面の角度等）を適切に選択することで、全反射部３０に入射する光の入射角を調整することができる。また出射部２４が凹凸形状（三角形状）を有することにより、出射部２４から受光部１８に向かう光の出射角が好適に調整される。
図４ａ〜図４ｃは、入射部２２が複数の三角形状からなり、出射部２４が複数の三角形状からなる場合を示す。また、図４ａ及び図４ｃは、発光部１６が平行光源である場合を示し、図４ｂは、発光部１６が点光源である場合を示している。
図４ａの実施形態では、図２ａ及び図３ａの実施形態と同様に、発光部１６からの平行光は入射部２２で偏向せずに透過部２８及び全反射部３０に向かい、全反射部３０で反射された光は、出射部２４で屈折して受光部１８に受光される。図４ｂの実施形態では、図２ｂ及び図３ｂの実施形態と同様に、発光部１６からの放射光はその少なくとも一部が入射部２２で屈折して透過部２８及び全反射部３０に向かい、全反射部３０で反射された光は、出射部２４で発光部１６側に屈折して受光部１８に受光される。また図４ｃの実施形態では、発光部１６からの放射光は入射部２２で受光部１８側に屈折して透過部２８及び全反射部３０に向かい、全反射部３０で反射された光は、出射部２４で発光部１６側に屈折して受光部１８に受光される。つまり図４ａ〜図４ｃのいずれの場合も、発光部１６からの光は入射部２２で屈折又は（偏向せずに）透過され、全反射部３０に適切な角度で入射して全反射されるように、入射部２２にＶ字形状又は三角形状の凹凸形状が設けられる。これにより、入射部２２から全反射部３０に向かう光の入射角が好適に調整される。なお発光部１６からの光が放射光及び平行光のいずれの場合であっても、入射部２２の形状（Ｖ字形状又は三角形状を構成する傾斜面の角度等）を適切に選択することで、全反射部３０に入射する光の入射角を調整することができる。また出射部２４が凹凸形状（三角形状）を有することにより、出射部２４から受光部１８に向かう光の出射角が好適に調整される。
図５ａ及び図５ｂは、入射部２２が１つの曲面（レンズ）形状からなり、出射部２４が複数の三角形状からなる場合を示す。また、図５ａは、発光部１６が平行光源である場合を示し、図５ｂは、発光部１６が点光源である場合を示している。
図５ａ及び図５ｂの実施形態では、図３ｃ及び図４ｃの実施形態と同様に、発光部１６からの平行光又は放射光は入射部２２で屈折して透過部２８及び全反射部３０に向かい、全反射部３０で反射された光は、出射部２４で屈折して受光部１８に受光される。つまり図５ａ及び図５ｂのいずれの場合も、発光部１６からの光は入射部２２で屈折され、全反射部３０に適切な角度で入射して全反射されるように、入射部２２にＶ字形状又は三角形状の凹凸形状が設けられる。これにより、入射部２２から全反射部３０に向かう光の入射角が好適に調整される。なお発光部１６からの光が放射光及び平行光のいずれの場合であっても、入射部２２の曲面形状を適切に選択することで、全反射部３０に入射する光の入射角を調整することができる。また出射部２４が凹凸形状（三角形状）を有することにより、出射部２４から受光部１８に向かう光の出射角が好適に調整される。このように、入射部２２に凹凸形状に１つの曲面形状を使用した場合でも、Ｖ字形状又は三角形状を使用した場合と同等の作用効果を得ることができる。
図６ａ及び図６ｂは、入射部２２が複数の曲面（レンズ）形状からなり、出射部２４が複数の三角形状からなる場合を示す。また、図６ａは、発光部１６が平行光源である場合を示し、図６ｂは、発光部１６が点光源である場合を示している。
図６ａ及び図６ｂの実施形態では、図５ａ及び図５ｂの実施形態と同様に、発光部１６からの平行光又は放射光は入射部２２で屈折して透過部２８及び全反射部３０に向かい、全反射部３０で反射された光は、出射部２４で屈折して受光部１８に受光される。つまり図６ａ及び図６ｂのいずれの場合も、発光部１６からの光は入射部２２で屈折され、全反射部３０に適切な角度で入射して全反射されるように、入射部２２にＶ字形状又は三角形状の凹凸形状が設けられる。これにより、入射部２２から全反射部３０に向かう光の入射角が好適に調整される。なお発光部１６からの光が放射光及び平行光のいずれの場合であっても、入射部２２の曲面形状を適切に選択することで、全反射部３０に入射する光の入射角を調整することができる。また出射部２４が凹凸形状（三角形状）を有することにより、出射部２４から受光部１８に向かう光の出射角が好適に調整される。このように、入射部２２に凹凸形状に複数の曲面形状を使用した場合でも、Ｖ字形状又は三角形状を使用した場合と同等の作用効果を得ることができる。
図７ａは、入射部２２が複数のＶ字形状からなり、出射部２４が１つのＶ字形状からなる場合を示す。一方図７ｂは、入射部２２が複数のＶ字形状からなり、出射部２４が１つの三角形状からなる場合を示す。なおいずれの場合も、発光部１６は平行光源である。
図７ａ及び図７ｂの実施形態では、図３ａの実施形態と同様に、発光部１６からの平行光は入射部２２で偏向せずに透過部２８及び全反射部３０に向かい、全反射部３０で反射された光は、出射部２４で屈折して受光部１８に受光される。つまり図７ａ及び図７ｂのいずれの場合も、出射部２４の形状（Ｖ字形状又は三角形状を構成する傾斜面の角度等）を適切に選択することで、全反射部３０から出射部２４を出て受光部１８に向かう光の出射角を好適に調整することができる。
図８ａは、入射部２２が複数のＶ字形状からなり、出射部２４が複数のＶ字形状からなる場合を示す。一方図８ｂは、入射部２２が複数のＶ字形状からなり、出射部２４が複数の三角形状からなる場合を示す。なおいずれの場合も、発光部１６は平行光源である。
図８ａ及び図８ｂの実施形態では、発光部１６からの平行光は入射部２２で偏向せずに透過部２８及び全反射部３０に向かい、全反射部３０で反射された光は、出射部２４で偏向せずに受光部１８に受光される。
図９は、入射部２２が複数のＶ字形状からなり、出射部２４が複数のＶ字形状からなり、発光部１６が平行光源である場合を示す。
図９の実施形態では、図３ａ、図４ａ及び図７ａの実施形態と同様に、発光部１６からの平行光は入射部２２で偏向せずに透過部２８及び全反射部３０に向かい、全反射部３０で反射された光は、出射部２４で屈折して受光部１８に受光される。つまり図９の場合も、出射部２４の形状（Ｖ字形状を構成する傾斜面の角度等）を適切に選択することで、全反射部３０から出射部２４を出て受光部１８に向かう光の出射角を好適に調整することができる。
図１０ａは、入射部２２が複数のＶ字形状からなり、出射部２４が１つの曲面形状からなる場合を示す。一方図１０ｂは、入射部２２が複数のＶ字形状からなり、出射部２４が複数の曲面形状からなる場合を示す。いずれの場合も、発光部１６は平行光源である。
図１０ａ及び図１０ｂの実施形態では、図３ａ、図４ａ、図７ａ及び図９の実施形態と同様に、発光部１６からの平行光は入射部２２で偏向せずに透過部２８及び全反射部３０に向かい、全反射部３０で反射された光は、出射部２４で屈折して受光部１８に受光される。つまり図１０ａ及び図１０ｂの場合も、出射部２４の曲面形状を適切に選択することで、全反射部３０から出射部２４を出て受光部１８に向かう光の出射角を好適に調整することができる。
なお上述の実施形態ではいずれも、コード板１２の第２の主面２６に形成された透過部２８は複数の三角形状として図示されているが、透過部２８は入射部２２からの光をコード板１２の第２の主面２６側に透過するものであればどのような形状でもよく、例えば、上述した入射部２２及び出射部２４が具備するようなＶ字形状、三角形状又は曲面形状を有することができる。
１０ エンコーダ
１２ コード板
１４ 第１の主面
１６ 発光部
１８ 受光部
２０ プリント板
２２ 入射部
２４ 出射部
２６ 第２の主面
２８ 透過部
３０ 全反射部
３２ コードパターン部
３４ Ａ相部
３６ Ｂ相部

Claims (5)

  1. 透光性の樹脂材料からなり、第１の主面、及び前記第１の主面と反対側の第２の主面を有するコード板と、
    前記コード板の前記第１の主面側に配置された発光部と、
    前記コード板の前記第１の主面側に配置された受光部と、を具備する反射型光学式エンコーダであって、
    前記コード板の前記第１の主面は、凹凸形状の入射部と、凹凸形状の出射部とを有し、
    前記コード板の前記第２の主面は、光を透過するＶ字形状、三角形状又は曲面からなる透過部と、光を全反射する平面からなる全反射部とを含むコードパターン部を有し、
    前記第１の主面の前記入射部は、前記入射部に入射した光の一部分が前記全反射部で全反射され、前記入射部に入射した光の残りの部分が前記透過部で透過されるように、前記全反射部に向かう光の角度を調整するように構成されていることを特徴とする、反射型光学式エンコーダ。
  2. 前記入射部の凹凸形状がＶ字形状又は三角形状であることを特徴とする、請求項１に記載の反射型光学式エンコーダ。
  3. 前記入射部の凹凸形状が曲面形状であることを特徴とする、請求項１に記載の反射型光学式エンコーダ。
  4. 前記出射部の凹凸形状がＶ字形状又は三角形状であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の反射型光学式エンコーダ。
  5. 前記出射部の凹凸形状が曲面形状であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の反射型光学式エンコーダ。
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