JP7102058B2 - 光電式エンコーダ - Google Patents
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Description
図13に示すように、この光学式変位検出装置で利用される光照射手段100は、LED(Light Emitting Diode)101と、LED101の光軸Lと直交する平面102を有する透明樹脂103と、平面102に対して垂直な垂直面104を有するレンズ体105と、レンズ体105の表面にコーティングされた反射膜106と、垂直面104に貼りつけられた反射板107と、反射膜106によって反射された平行光(実線矢印)を光照射手段100の外部へ出射する出射面108と、を備えて構成されている。また、光照射手段100は、平面102と垂直面104とにより角部200が形成される。光照射手段100は、例えば透明樹脂を金型等に入れて一体に成型されている。
光照射手段100は、レンズ体105について略半球状体をさらに半分にした形にすることで、略半球状体を用いた場合に比べて小型化を図っている。
スケールにて反射することにより生じた迷光は、光電式エンコーダにおける相対移動量の検出において、狭範囲精度を悪化させ、検出効率が低下する原因となる。したがって、光電式エンコーダは、迷光により検出精度および信頼性を十分に保てないという問題がある。
このような本発明によれば、光電式エンコーダは、スケールにて反射することによって生じた迷光が受光手段に入射することを防ぐ反射防止部材を備えるため、光電式エンコーダ内部で生じた迷光が受光手段に入射することを防ぐことができる。また、光電式エンコーダは、迷光が抑制された平行光を用いて測定を実行することができる。
したがって、光電式エンコーダは、迷光を削減して信頼性を保つとともに高精度化を図ることができる。
以下、本発明の第1実施形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明の第1実施形態に係るエンコーダを示す斜視図である。
エンコーダ1は、図1に示すように、平行光を照射する光源装置2と、測定方向に沿って配設された目盛Cを有するスケール3と、光源装置2から照射されスケール3を透過した平行光を受光する受光手段4と、光源装置2および受光手段4を有するとともにスケール3に沿って相対移動する図示しないヘッドと、を備える光電式エンコーダである。
エンコーダ1は、スケール3とヘッドとの相対移動量を検出する。
なお、以下の説明において、スケール3の長手方向であり光源装置2およびヘッド(光源装置2および受光手段4)の移動方向をX方向と記し、X方向に直交するスケール3の幅方向をY方向と記し、X,Y方向に直交する上下方向をZ方向と記す場合がある。
目盛Cは、主にCr(クロム)等の金属にて形成されている。
ARコート30は、ARコート30に入射するとともに光源装置2と対向するスケール3の一面にて反射する反射光を抑制する反射防止部材である。ARコート30の詳細については後述する。
スケール3を透過した平行光は、受光手段4上にスケールパターンと同じ周期の干渉縞を生成する。
基部40は、略矩形状に形成され、スケール3と対向する面に受光部41を配置している。基部40は、受光部41以外に配線等の金属部分を有している。
受光部41は、スケール3を透過して生成された干渉縞を検出し電気信号にする。エンコーダ1は、受光部41による電気信号を演算してスケール3とヘッドとの相対移動量を検出する。
光源装置2は、図2に示すように、光を照射する発光手段5と、発光手段5を内部に収容するとともに発光手段5から照射された光を平行光にする透光部材10と、を備えている。
透光部材10は、発光手段5の光路上に位置し、発光手段5の光軸Lと平行な光軸平面11と、光軸平面11の発光手段5側(-Z方向側)の端部に接続して形成されるとともに、発光手段5の光路上に位置し、発光手段5の光軸Lと直交する直交平面12と、光軸平面11の発光手段5と反対側(+Z方向側)の端部に接続して直交平面12の反対側(+Y方向側)に向かって形成されるとともに、発光手段5からの光を平行光にする放物面13と、光軸平面11と直交平面12と直交して接続することにより形成される角部14と、光源装置2と図示しない電源とをつなぐ電源用のリードフレーム15と、を備えている。
リードフレーム15は、透光部材10内部で発光手段5等を支持固定し、Cu(銅)等の金属素材の薄板をエッチング等により加工することで形成されている。リードフレーム15は、発光手段5に電源を供給している。
ここで、スケール3にて反射することにより生じた迷光の光路を説明する。
実線矢印は、光源装置2のアライメントがズレたことにより生じた傾斜した平行光である。破線矢印は、スケール3にて反射することにより生じた迷光である。また、破線矢印Aは、光源装置2が備える平行光の出射面にて反射する迷光の光路であり、破線矢印Bは、リードフレーム15にて反射する迷光の光路である。
図4に示すように、反射防止部材であるARコート30は、透明な薄膜である。スケール3に入射した光は、屈折してスケール3内を進行する透過光と、光源装置2と対向するスケール3の一面にて反射する反射光と、に分割される。ARコート30は、光源装置2と対向するスケール3の一面に薄膜を作ることで、ARコート30に入射するとともにスケール3の一面にて反射した反射光を光の干渉により打ち消すことができる。したがって、ARコート30は、スケール3の一面にて反射した反射光(迷光)を光源装置2に向かって出射させないため、迷光を抑制することができる。
(1)エンコーダ1は、スケール3にて反射することによって生じた迷光が受光手段4に入射することを防ぐ反射防止部材であるARコート30を備えるため、エンコーダ1内部で生じた迷光が受光手段4に入射することを防ぐことができる。また、エンコーダ1は、迷光が抑制された平行光を用いて測定を実行することができる。
したがって、エンコーダ1は、迷光を削減して信頼性を保つとともに高精度化を図ることができる。
以下、本発明の第2実施形態を図面に基づいて説明する。
なお、以下の説明では、既に説明した部分については、同一符号を付してその説明を省略する。
ここで、スケール3にて反射することにより生じた図3とは異なる迷光の光路を説明する。実線矢印は、光源装置2のアライメントがズレたことにより生じた傾斜した平行光である。破線矢印は、スケール3へ入射し目盛Cが設けられたスケール3の一面にて反射することにより生じた迷光である。また、破線矢印Aは、光源装置2が備える平行光の出射面にて反射する迷光の光路であり、破線矢印Bは、リードフレーム15にて反射する迷光の光路である。
前記第1実施形態の光源装置2が有するリードフレーム15は、Cu等の金属素材で形成されていた。これに対して、本実施形態では、図6に示すように、光源装置2Aが有するリードフレーム15Aは、反射防止部材6を備えている点で前記第1実施形態と異なる。
具体的には、リードフレーム15Aの備える反射防止部材6は、黒色等の絶縁被覆や、光を吸収する黒色等の塗料等である。
前記第1実施形態のスケール3が有する目盛Cは、Cu等の金属素材で形成されていた。これに対して、本実施形態では、図7に示すように、スケール3Aが有する目盛C2は、光源装置2Aと対向する一面および受光手段4と対向する一面に反射防止部材7を備えている点で前記第1実施形態と異なる。具体的には、目盛C2が備える反射防止部材7は、CrO(酸化クロム)や、黒色等の塗料等である。なお、反射防止部材7は、目盛C2の光源装置2Aと対向する一面にのみ備えられていてもよい。
(3)エンコーダ1Aは、スケール3Aにて反射することによって生じた迷光が受光手段4に入射することを防ぐ反射防止部材6,7を備えるため、エンコーダ1A内部で生じた迷光が受光手段4に入射することを防ぐことができる。また、エンコーダ1Aは、迷光が抑制された平行光を用いて測定を実行することができる。
したがって、エンコーダ1Aは、迷光を削減して信頼性を保つとともに高精度化を図ることができる。
(4)リードフレーム15Aは、反射防止部材6を備えているため、スケール3Aにて反射することによって生じる迷光がリードフレーム15Aに反射して受光手段4に入射することを防ぐことができる。
(5)目盛C2は、反射防止部材7を備えているため、目盛C2が配設されたスケール3Aの一面に反射することによって迷光が生じることを防ぐことができる。
以下、本発明の第3実施形態を図面に基づいて説明する。
なお、以下の説明では、既に説明した部分については、同一符号を付してその説明を省略する。
ここで、スケール3にて反射することにより生じた図3および図5とは異なる迷光の光路を説明する。実線矢印は、光源装置2のアライメントがズレたことにより生じた傾斜した平行光である。また、破線矢印は、受光手段4の基部40の金属部分にて反射した光を、さらにスケール3にて反射することによって生じた迷光である。
図8に示すように、傾斜した平行光(実線矢印)は、スケール3を透過し、受光手段4の基部40が有する図示しない金属部分にて反射することがある。この迷光は、受光手段4と対向するスケール3の一面に向かって反射し、さらにスケール3にて反射することにより迷光(破線矢印)となって受光手段4に向かって入射する。受光手段4に入射した迷光は、受光部41が検出する干渉縞の狭範囲精度を悪化させ、検出効率を低下させる。
前記第2実施形態のエンコーダ1Aの受光手段4は、反射防止部材を備えていなかった。これに対して、本実施形態のエンコーダ1Bの受光手段4Bの基部40Bは、図9に示すように、受光部41以外の位置に反射防止部材8を備えている点で前記第1実施形態および前記第2実施形態と異なる。
具体的には、反射防止部材8は、黒色等の塗料や、黒色等のゴムや樹脂等の絶縁素材である。なお、反射防止部材8は、ARコートであってもよい。
図10に示すように、スケール3Aを透過した迷光は、受光手段4Bの基部40Bが備える反射防止部材8により吸収される。したがって、反射防止部材8は、受光手段4Bと対向するスケール3Aの一面に向かって反射し、さらにスケール3Aにて反射することにより迷光が生じることを防ぐことができる。
(6)エンコーダ1Bは、スケール3Aにて反射することによって生じた迷光が受光手段4Bに入射することを防ぐ反射防止部材8を備えるため、エンコーダ1B内部で生じた迷光が受光手段4Bに入射することを防ぐことができる。また、エンコーダ1Bは、迷光が抑制された平行光を用いて測定を実行することができる。
したがって、エンコーダ1Bは、迷光を削減して信頼性を保つとともに高精度化を図ることができる。
以下、本発明の第4実施形態を図面に基づいて説明する。
なお、以下の説明では、既に説明した部分については、同一符号を付してその説明を省略する。
ここで、スケール3にて反射することにより生じた図3、図5、及び図8とは異なる迷光の光路を説明する。実線矢印は、光源装置2のアライメントがズレたことにより生じた傾斜した平行光である。また、破線矢印は、受光手段4の受光部41にて反射した光を、さらにスケール3にて反射することによって生じた迷光である。
前記第1実施形態から前記第3実施形態までの前記各実施形態におけるエンコーダ1,1A~1Bのスケール3,3Aは、光源装置2,2Aと対向する+Z方向側(光源装置2,2A側)の一面に反射防止部材であるARコート30を備えていた。
本実施形態のエンコーダ1Cのスケール3Cは、図12に示すように、受光手段4Bと対向する-Z方向側(受光手段4B側)の一面に反射防止部材であるARコート31をさらに備えている点で前記各実施形態と異なる。
(8)スケール3Cの受光手段4B側の一面におけるARコート31は、スケール3Cを透過した光の出射を妨げず、ARコート31に入射するとともに受光手段4B側のスケール3Cの一面にて反射する反射光を抑制するため、スケール3Cにて反射することによって生じる迷光が受光手段4Bに入射することを防ぐことができる。
なお、本発明は、前記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記第1実施形態では、スケール3は反射防止部材であるARコート30を備え、前記第2実施形態では、目盛C2およびリードフレーム15Aは反射防止部材6,7を備え、前記第3実施形態では、受光手段4Bの基部40Bは、反射防止部材8を備えていたが、エンコーダ内の別の部位に反射防止部材が設けられていてもよい。
すなわち、エンコーダは、スケールにて反射することにより生じた迷光が受光手段に入射することを防ぐ反射防止部材を備えていればよい。
前記各実施形態では、スケール3,3A,3Cは、受光手段4,4Bと対向する面に目盛C,C2を備えていたが、受光手段4,4Bと対向する面に目盛C,C2を備えていなくてもよい。すなわち、スケールは目盛を備えていればよく、光源装置と対向する面や、スケールの内部等に目盛を備えていてもよい。
2,2A 光源装置
3,3A,3C スケール
4,4B 受光手段
5 発光手段
6,7,8 反射防止部材
15,15A リードフレーム
30,31 ARコート(反射防止部材)
40,40B 基部
41 受光部
C,C2 目盛
Claims (3)
- 光を照射する光源装置と、測定方向に沿って配設された目盛と前記目盛が配設された板状の透光素材とを有するスケールと、前記光源装置から照射され前記スケールを透過した光を受光する受光手段と、を備える光電式エンコーダであって、
前記スケールにて反射することにより生じた迷光が前記受光手段に入射することを防ぐ反射防止部材を備え、
前記スケールの前記透光素材は、
一面に前記反射防止部材を備え、
前記目盛は、
透過部および非透過部により形成され、
前記非透過部は、前記反射防止部材を備え、
前記透光素材が備える前記反射防止部材は、
前記透光素材の一面にて反射する反射光を抑制する透明な薄膜であるARコート(Anti - Reflective coating)であり、
前記透光素材の前記一面は、前記スケールにおける前記光源装置側の一面であり、
前記透光素材は、
前記光源装置側の一面とは反対側である前記受光手段側の一面に前記反射防止部材をさらに備え、
前記受光手段側の一面における前記反射防止部材は、
前記透光素材を透過した光の出射を妨げず、前記ARコートに入射するとともに前記受光手段側の前記透光素材の一面にて反射する反射光を抑制する透明な薄膜であるARコートであり、
前記非透過部は、
前記透光素材における前記光源装置側の一面、および前記透光素材における前記受光手段側の一面の少なくとも一方の一面における前記ARコートの上に設けられてい ることを特徴とする光電式エンコーダ。 - 請求項1に記載された光電式エンコーダにおいて、
前記光源装置は、
電源を供給するリードフレームを備え、
前記リードフレームは、
前記反射防止部材を備えることを特徴とする光電式エンコーダ。 - 請求項1または請求項2に記載された光電式エンコーダにおいて、
前記受光手段は、
基礎となる基部と、
前記基部に配置されるとともに受光した前記光を電気信号にする受光部と、を備え、
前記基部は、
前記受光部以外の位置に前記反射防止部材を備えることを特徴とする光電式エンコーダ。
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