JPWO2002023130A1 - Optical encoder - Google Patents

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JPWO2002023130A1
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Abstract

光学式エンコーダは、発光素子３からの出射光を受光する受光素子５ａ，５ｂへの光の経路に設けられると共に、移動可能な軸２に連結固定されたスケール板１０１と、スケール板１０１には、発光素子３から出射した光を反射する第１の反射部４ｂ，１４ｂを有し、光を透過する多数のスリット状の第１の透過部４ａ，１４ａを所定の間隔で有すると共に、表側に設けられた第１のパターン４，１４と、第１のパターン４，１４に対向して裏側に設けられると共に、発光素子３から出射された光を反射する第２の反射部１０４ｂ，１１４ｂを有し、第１の透過部４ａ，１４ａを通過した光を透過する第２の透過部１０４ａ，１１４ａを有すると共に、裏側に設けられた第２のパターン１０４，１１４とを備えたものである。The optical encoder is provided on a light path to light receiving elements 5 a and 5 b for receiving light emitted from the light emitting element 3, and has a scale plate 101 fixedly connected to the movable shaft 2 and a scale plate 101. , Having first reflecting portions 4b and 14b for reflecting the light emitted from the light emitting element 3, and having a plurality of slit-shaped first transmitting portions 4a and 14a for transmitting the light at a predetermined interval and having a front side. There are provided first patterns 4 and 14, and second reflecting portions 104 b and 114 b provided on the back side facing the first patterns 4 and 14 and reflecting light emitted from the light emitting element 3. In addition, it has second transmission portions 104a and 114a that transmit light that has passed through the first transmission portions 4a and 14a, and has second patterns 104 and 114 provided on the back side.

Description

技術分野
この発明は、サーボシステムなどの位置検出器に用いる光学式エンコーダの改良に関するものである。
背景技術
従来の光学式エンコーダを第８図によって説明する。第８図は、従来の光学式エンコーダの側面図である。第８図において、光学式エンコーダは検出対象のモータの軸２に固着されると共に、ガラス等により形成されたスケール円板１と、スケール円板１に対向して設けられた発光ダイオード３と、発光ダイオード３から出射した光をスケール円板１を介して受光部５ａ、５ｂで受光されるフォトダイオード５とを備えている。
スケール円板１は、リング状の外側パターン４及び内側パターン１４とを備え、外側パターン４には、光を反射させる反射部４ｂと、光を透過するスリット部４ａとが周期的に繰り返して形成されており、内側パターン１４には、同様に反射部１４ｂと、スリット部１４ａとが周期的に繰り返して形成されている。
次に、上記のように構成された光学式エンコーダの動作を第８図よって説明する。モータの軸２が回転すると、スケール円板１が回転し、発光ダイオード３から出射した光は、パターン４（１４）のスリット部４ａ（１４ａ）を介してフォトダイオード５の受光部５ａ（５ｂ）で受光される。受光部５ａ（５ｂ）から出力される信号は、パターン４（１４）のスリット部４ａ（１４ａ）に比例して矩形波状となる。
受光部５ｂから出力される信号は、パターン４とパターン１４の位相がπ／２ずれているので、受光部５ａから出力される信号に対して位相がπ／２ずれて生成されるものである。
しかしながら、第８図及び第９図に示すように発光ダイオード３から出射した光は発光ダイオード３の中心軸から平行に発生する平行光Ｐｓばかりではなく、該中心軸に対し数度程度ずれた斜め光ＰＬ１〜ＰＬ４も含んでおり、特に、発光ダイオード３の端の光ほど斜め光ＰＬ１〜ＰＬ４が発生し易い。かかる斜め光ＰＬ１〜ＰＬ４は、以下に示すようにフォトダイオード５の出力信号に歪みを与えていた。
該出力信号の歪みは、第８図に示すように、異なる隣接するパターン４，１４のスリット部４ａ，１４ａを透過する斜め光ＰＬ１，ＰＬ２に起因するものと、第９図に示すように同一のパターン４（１４）の隣接したスリット部４ａ（１４ａ）からの斜め光ＰＬ３，ＰＬ４に起因するものとの二種類が存在する。
前者については、スリット部４ａ，１４ａの相互の干渉によるものである。すなわち、発光ダイオード３から出射した平行光Ｐｓがスケール円板１のスリット部４ａ（１４ａ）からスケール円板１を透過して受光部５ａ（５ｂ）にて受光され、斜め光ＰＬ２（ＰＬ１）が隣接するスリット部１４ａ（４ａ）からスケール円板１を透過して受光部５ａ（５ｂ）にて受光される。
よって、フォトダイオード５からの出力信号はパターン４のスリット部４ａ，パターン１４のスリット部１４ａに完全に比例した信号でなく、隣どうしのスリット部１４ａ（４ａ）からの斜め光ＰＬ２（ＰＬ１）の影響を受けて、歪んだ矩形波となるのである。
後者については第９図に示すように、同一パターン４の隣どうしのスリット部４ａの干渉によるものである。すなわち、同一パターン４の隣どうしのスリット部４ａの位相差は２πであり、受光部５ａの中心線がパターン４に対し、位相差ｘであったとすると、発光ダイオード３から出射された平行光Ｐｓの位相差はｘとなり、スリット部４ａからスケール円板１を透過して受光部５ａに受光される。
斜め光ＰＬ３（ＰＬ４）の位相差はｙとなり、スリット部４ａからスケール円板１を透過して受光部５ａに受光される。
よって、受光部５ａは位相差ｘ，位相差ｙの双方の光が受光されるので、フォトダイオード５の出力信号は、位相差ｙの信号成分も含む歪んだ信号となる。
したがって、光学式エンコーダは斜め光ＰＬ１〜ＰＬ４の影響を受けにくくするために、パターン４とパターン１４との間隔、スリット部４ａ，１４ａの繰り返し周期の間隔を広くしており、小型で高分解能の性能を有するものが製作できないという問題があった。
発明の開示
この発明は上記問題点を解決するためになされたもので、パターンなどの間隔を狭くしても、発光素子から生じる斜め光の影響を受けにくい光学式エンコーダを提供することを目的とする。
この発明に係る光学式エンコーダは、光を出射する発光素子と、この発光素子から出射した光を所定の距離を隔てて受けると共に、該光量に基づいて信号を出力する受光素子と、上記発光素子からの出射光を受光する受光素子への光の経路に設けられると共に、移動可能な可動部に連結固定された少なくとも一つの板状のスケール部材とを備え、該スケール部材には、上記発光素子から出射した光を反射する第１の反射部を有し、該第１の反射部内において、上記光を透過する多数のスリット状の第１の透過部を所定の間隔で有すると共に、表側に設けられた第１のパターン層と、該第１のパターン層に対向して裏側に設けられると共に、上記発光素子から出射された光を反射する第２の反射部を有し、該第２の反射部内において、第１の透過部を通過した光を透過する第２の透過部を有すると共に、裏側に設けられた第２のパターン層と、を有することを特徴とするものである。
次の発明に係る光学式エンコーダにおける第１のパターン層は、表面に設けられると共に、互いに並設された内側パターンと外側パターンとを有しており、第２のパターン層は、裏面に設けられ、第２の透過部は、第１の透過部と同一の形状であると共に、第１の透過部と対向して設けられている、ことを特徴とするものである。
次の発明に係る光学式エンコーダにおけるスケール部材は、少なくとも第１及び第２のスケール板から成り、上記第１のスケール板には、第１のパターン層が設けられており、上記第２のスケール板には、第２のパターン層が設けられており、上記第１のスケール板と上記第２のスケール板とを平行に並べた、ことを特徴とするものである。
次の発明に係る光学式エンコーダは、第１のスケール板と第２のスケール板とを接着剤を介して接合した、ことを特徴とするものである。
次の発明に係る光学式エンコーダにおける第２の透過部は、トラック状に連続して設けられており、上記第１のパターン層は複数有している、ことを特徴とするものである。
次の発明に係る光学式エンコーダにおける発光素子から出射された光を反射する第２の反射部の代わりに、上記発光素子から出射された光を吸収する光吸収部を設けた、ことを特徴とするものである。
発明を実施するための最良の形態
実施例１．
この発明の一実施例について第１図及び第２図によって説明する。第１図はこの発明の一実施例である光学式エンコーダの側面図、第２図は第１図におけるスケール円板の表面（ａ）、裏面（ｂ）を示す平面図である。従来と同一符号は、同一又は相当部分を示す。
第１図において、光学式エンコーダは検出対象のモータの軸（可動部）２に固着されると共に、ガラス等により形成された板状のスケール部材としてのスケール円板１０１と、スケール円板１０１に対向して設けられた発光素子としての発光ダイオード３と、発光ダイオード３からの出射光をスケール円板１０１上のパターン４，１４，１０４，１１４を透過し、受光部５ａ，５ｂで受光される受光素子としてのフォトダイオード５とを備えている。
第２図において、スケール円板１０１は、表面と裏面に形成されたパターンが全く同一で、スケール円板１０１の表面には、従来と同様なリング状の第１のパターン層としての外側表パターン４及び内側表パターン１４とを有し、外側表パターン４には、光を反射させるクロム蒸着（斜線部）された反射部４ｂ（第１の反射部）が形成されると共に、反射部４ｂ内において、光を透過するスリット部４ａ（第１の透過部）が周期的に繰り返して形成されており、内側表パターン１４には、同様に、反射部１４ｂ（第１の反射部）が形成されると共に、反射部１４ｂ内において、スリット部１４ａ（第１の透過部）が周期的に繰り返して形成されている。
スケール円板１０１の裏面には、外側表パターン４及び内側表パターン１４に対向して形成された第２のパターン層としての外側裏パターン１０４及び内側裏パターン１１４とを備え、外側裏パターン１０４には、クロム蒸着（斜線部）された反射部１０４ｂ（第２の反射部）が形成されると共に、光を反射する反射部１０４ｂ内において、光を透過する第２の透過部としてのスリット部１０４ａが周期的に繰り返して形成されており、内側裏パターン１１４には、同様に、反射部１１４ｂ（第２の反射部）が形成されると共に、反射部１１４ｂ内において、スリット状の透過部１１４ａ（第２の透過部）が周期的に繰り返して形成されている。
ここで、スケール円板１０１の表面と裏面に形成されたパターンが全く同一であるから、スリット部４ａとスリット部１０４ａとは、表面積が同一で、互いに対向した位置に形成されており、スリット部１４ａとスリット部１１４ａとの関係も同一である。
上記のように構成された光学式エンコーダにおいて、スケール円板の表裏両面にクロム等を蒸着する方法を第３図によって説明する。第３図は第１図に示すスケール円板の製造工程を示す工程図である。
まず、従来通りの製造方法によって、スリット部４ａとクロムが蒸着された反射部４ｂを有する外側表パターン４と、スリット部１４ａと反射部１４ｂとを有する内側表パターン１４とを有するスケール円板１を得る（第３図（ａ））。
次に、スケール円板１の裏面に露光されたところだけが、残留する液状のレジスト１５０を反射部４ｂ，１４ｂの厚さよりも厚くして一様に塗布する（第３図（ｂ））。
スケール円板１の表面に対向されたレザー光発生装置（図示せず）からビームを照射した後、撮像液にレジスト１５０を浸すことにより、反射部４ｂ，１４ｂに対向する部分のみのレジスト１５０が除去されて凹部１５０ａを形成せしめ、レジスト１５０が硬化する（第３図（ｃ））。
スケール円板１の裏面にレジスト１５０の厚さよりも薄いクロム１６０を蒸着する（第３図（ｄ））。レジスト１５０をシンナーなどの溶剤を用いて除去することによりスリット部１０４ａ，１１４ａを形成すると共に、両面にクロムを蒸着した反射部１０４ｂ，１１４ｂを有する内側裏パターン１１４及び外側裏パターン１０４を備えたスケール円板１０１が形成される（第３図（ｅ））。
次に、上記のように構成された光学式エンコーダの動作について第１図及び第４図によって説明する。第４図は第１図に示す光学式エンコーダにおける同一パターン内のスリット間の斜め光の影響がないことを示す正面断面図である。
第１図に示すように、発光ダイオード３から出射された光の平行光Ｐｓは、スケール円板１０１の外側表パターン４及び内側表パターン１４におけるスリット部４ａ，１４ａに入射してスケール円板１０１の内部を透過し、外側裏パターン１０４及び内側裏パターン１１４におけるスリット部１０４ａ，１１４ａから出射してフォトダイオード５の受光部５ａ，５ｂにて受光される。
一方、発光ダイオード３より出射された斜め光ＰＬ１（ＰＬ２）は、スリット部４ａ（１４ａ）に入射してスケール円板１０１の内部を透過し、中央の反射部１０４ｂ，１１４ｂにより反射され、さらに、中央の反射部４ｂ，１４ｂにより反射されてスリット部１１４ａ（１０４ａ）に入射するが、フォトダイオード５の受光部５ａ（５ｂ）に受光されない。
同様に、第４図に示すように発光ダイオード３から出射された光の平行光Ｐｓは、スケール円板１０１のスリット部４ａに入射してスケール円板１０１の内部を透過し、スリット部１０４ａから出射されてフォトダイオード５の受光部５ａにて受光される。
一方、発光ダイオード３より出射された斜め光ＰＬ３，ＰＬ４は、スリット部４ａに入射してスケール円板１０１の内部を透過し、反射部１０４ｂにより反射され、さらに、反射部４ｂに反射されてスリット部１０４ａに入射するが、フォトダイオード５の受光部５ａに受光されない。
以上のようにフォトダイオード５ａの出力信号は斜め光ＰＬ１〜ＰＬ４の影響を受けることなく、パターン４，１４，１０４，１１４のスリット部４ａ，１４ａ，１０４ａ，１１４ａに比例した歪みの無い矩形波信号を出力することができる。
なお、前記実施例では、スケール円板１０１の裏面に反射部１０４ｂ，１１４ｂを設けたが、反射部１０４ｂ，１１４ｂの代わりに、酸化クロム膜とクロム膜とで形成された出射された光を吸収する光吸収部を設けても良い。
このような光吸収部を設けたスケール円板によれば、第１図において、発光ダイオード３より出射された斜め光ＰＬ１（ＰＬ２）は、スリット部４ａ（１４ａ）に入射してスケール円板１０１の内部を透過し、中央の光吸収部１０４ｂ，１１４ｂにより吸収されてフォトダイオード５の受光部５ａ（５ｂ）に受光されない。
さらに、前記光吸収部に加え、スケール円板１０１の反射部４ｂ，１４ｂの代わりに、表側光吸収部を設けても良い。
実施例２．
この発明の他の実施例を第５図によって説明する。第５図は二つのスケール円板を反射部が表面になるように貼り合せた正面断面図（ａ）、二つのスケール円板を並べて貼り合せた正面断面図（ｂ）である。
実施例１では一つスケール円板１０１の両面にパターン４，１４，１０４，１１４を形成させたが、本実施例では、スケール円板２０１，２０３を二枚用いて、一つのスケール部材２００（２５０）を形成することにより裏面にパターンを形成する工程を不要とするものである。
第５図（ａ）において、スケール部材２００は、パターン２０４，２１４を有するスケール円板２０１と、パターン２０６，２１６を有するスケール円板２０３との平らな面どうしを接着剤２１０を介して接合することにより実施例１に示すスケール円板１０１相当を実現するものである。
また、第５図（ｂ）において、スケール部材２５０は、スケール円板２０１の平面とスケール円板２０３の反射部２０６ｂ，２１６ｂとを接着剤２１０を介して接合することにより実施例１に示すスケール円板１０１相当を実現するものである。
このようにして得られたスケール部材２００，２５０によれば、実施例１のように裏面にパターン１０４，１１４を形成する第３図（ｂ）〜（ｅ）の工程が不要になる。
実施例３．
この発明の他の実施例を第６図によって説明する。第６図は、光学式エンコーダの正面断面図である。
第６図において、スケール部材４００は、片面に反射部２０４ｂ，２０６ｂを有するスケール円板２０１，２０３を反射部２０４ｂ，２０６ｂが外側になるようにモータの軸２の軸方向に僅かな隙間を形成して平行に並べて配置されたエンコーダ３００を得るものである。
このようにして得られたスケール部材４００によれば、実施例１のような裏面にパターン１０４，１１４を形成する第３図（ｂ）〜（ｅ）の工程が不要になると共に、実施例２のようなスケール円板２０１，２０３どうしの接着も不要になるものである。
なお、スケール円板２０１を第６図の一点鎖線に示すように反射部２０４ｂ，２０６ｂが上側になるようモータの軸２に固定しても良い。
実施例４．
この発明の他の実施例を第７図によって説明する。第７図は、スケール円板の平面図である。
実施例１〜３では、スケール円板１０１又はスケール部材２００，２５０，４００の両面に同一のパターン４，１４，１０４，１１４などが形成されていたが、実施例４における、孔５００ｅを有するスケール円板５００は実施例１〜３と同様なパターン（図示せず）を表面に備え、裏面には、第７図に示すようにリング状の凹部から成るトラック５００ａ，５００ｂと反射部５１０，５２０とを有するものである。
このようにして得られたスケール円板５００によれば、裏面のトラック５００ａ，５００ｂと反射部５１０，５２０の形成が実施例１〜３のパターン１０４，１１４などに比べて簡易になる。
さらに、スケール円板５００は裏面がスケール円板２０１と同様に平らでパターンが形成されておらず、表面が第７図に示すようにトラック５００ａ，５００ｂと反射部５１０，５２０とから成るパターンでも良い。
このようなスケール円板５００と実施例２又は３に示すスケール円板２１０とを接着剤により接合したり、スケール円板２０１とスケール円板５００とを並設してモータの軸２に接合したりしてスケール部材を構成しても良い。
このようにして得られたスケール部材によれば、スケール円板２０１のパターン２０４，２１４とスケール円板５００とのパターンとを一致させる手間がスリット部が存在しない分だけ容易となる。
なお、スケール円板５００又は実施例４のスケール部材によれば、実施例１〜３のように、隣接するスリット部４ａ，１４ａなどを透過した斜め光を反射部により遮断することはできない。
以上記載した実施例１〜４のパターン４，１４などはスケール円板１０１などの表面、裏面に設けられたが、スケール円板１０１などの内部に設けられても良い。
この発明は、以上説明したように構成されているので、以下に示すような効果を奏する。
この発明によれば、第２の透過部は、例えばスリット状、連続したトラック状でも良く、スリット状であれば、第１の透過部からの斜め光を受光素子が受光しにくい。一方、トラック状であれば、第１のパターン層が複数になると、異なるパターンによる第１の透過部からの斜め光を受光素子が受光しにくい。よって、発光素子から出射された平行光のみを受光素子が受けるので、受光素子の出力信号が歪みにくくなり、同一パターンにおけるスリット部間の距離を短くでき、ひいてはエンコーダが小型になるという効果がある。
次の発明によれば、隣接された第１のパターンにおける内側パターンと外側パターンとの第１の透過部から出射される斜め光を第２のパターンの第２の反射部により遮蔽されるので、内側パターンと外側パターンとの距離を短くでき、ひいてはエンコーダが小型になるという効果がある。
次の発明によれば、第１のスケール板に第１のパターン層を設け、第２のスケール板に第２のパターン層を設けたので、第１及び第２のパターン層を有するスケール部材を備える必要がなくなり、スケール部材の製作が容易になるという効果がある。
次の発明によれば、発光素子から受光素子までの距離が短くなり、エンコーダが小型化になるという効果がある。
次の発明によれば、スケール部材の第２のパターン層を簡易に形成できるという効果がある。
しかも、スケール部材を第１及び第２のスケール板で構成する場合には、第１のスケール板に設けられた第１のパターン層と、第２のスケール板に設けられた第２のパターン層を一致させる時に、簡易に一致できるという効果がある。
次の発明によれば、隣接された第１のパターンにおける内側パターンと外側パターンとの第１の透過部から出射される斜め光を第２のパターンの光吸収部により吸収されるので、内側パターンと外側パターンとの距離を短くでき、ひいてはエンコーダが小型になるという効果がある。
産業上の利用可能性
以上のように、この発明に係る光学式エンコーダは、可動部の位置を検出する用途に適している。
【図面の簡単な説明】
第１図はこの発明の一実施例による光学式エンコーダの正面一部断面図である。
第２図は第１図におけるスケール円板の表面（ａ）、裏面（ｂ）を示す平面図である。
第３図は第１図に示すスケール円板の製造工程を示す工程図である。
第４図は第１図に示す光学式エンコーダにおける同一パターン内のスリット間の斜め光の影響がないことを示す正面断面図である。
第５図はこの発明の他の実施例による二つのスケール円板を反射部が表面になるように貼り合せた正面断面図（ａ）、二つのスケール円板を並べて貼り合せた正面断面図（ｂ）である。
第６図はこの発明の他の実施例による光学式エンコーダの正面断面図である。
第７図はこの発明の他の実施例によるスケール円板の平面図である。
第８図は従来の光学式エンコーダの正面一部断面図である。
第９図は従来の光学式エンコーダにおける同一パターン内のスリット間の斜め光の影響を示す正面一部断面図である。TECHNICAL FIELD The present invention relates to an improvement in an optical encoder used for a position detector such as a servo system.
BACKGROUND ART A conventional optical encoder will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a side view of a conventional optical encoder. In FIG. 8, an optical encoder is fixed to a shaft 2 of a motor to be detected, and a scale disk 1 made of glass or the like, and a light emitting diode 3 provided to face the scale disk 1; A photodiode 5 for receiving light emitted from the light emitting diode 3 via the scale disk 1 at the light receiving units 5a and 5b.
The scale disk 1 includes a ring-shaped outer pattern 4 and an inner pattern 14, and the outer pattern 4 is formed by periodically and repeatedly forming a reflecting portion 4b for reflecting light and a slit portion 4a for transmitting light. Similarly, in the inner pattern 14, a reflection portion 14b and a slit portion 14a are similarly formed by repeating periodically.
Next, the operation of the optical encoder configured as described above will be described with reference to FIG. When the shaft 2 of the motor rotates, the scale disk 1 rotates, and the light emitted from the light emitting diode 3 passes through the slit 4a (14a) of the pattern 4 (14), and the light receiving portion 5a (5b) of the photodiode 5 Is received at. The signal output from the light receiving section 5a (5b) has a rectangular waveform in proportion to the slit section 4a (14a) of the pattern 4 (14).
Since the phase of the pattern 4 and the pattern 14 is shifted by π / 2, the signal output from the light receiving unit 5b is generated with the phase shifted by π / 2 with respect to the signal output from the light receiving unit 5a. .
However, as shown in FIGS. 8 and 9, the light emitted from the light emitting diode 3 is not only parallel light Ps generated in parallel from the central axis of the light emitting diode 3 but also obliquely shifted by several degrees with respect to the central axis. Lights PL1 to PL4 are also included. In particular, light at the end of the light emitting diode 3 is more likely to generate oblique lights PL1 to PL4. Such oblique lights PL1 to PL4 give distortion to the output signal of the photodiode 5 as described below.
As shown in FIG. 8, the distortion of the output signal is the same as that shown in FIG. 9 due to the oblique light PL1, PL2 transmitted through the slits 4a, 14a of the different adjacent patterns 4, 14. And pattern 4 (14), which is caused by oblique light PL3, PL4 from the adjacent slit portion 4a (14a).
The former is due to mutual interference between the slits 4a and 14a. That is, the parallel light Ps emitted from the light emitting diode 3 is transmitted through the scale disk 1 from the slit portion 4a (14a) of the scale disk 1, is received by the light receiving portion 5a (5b), and the oblique light PL2 (PL1) is generated. The light passes through the scale disk 1 from the adjacent slit portion 14a (4a) and is received by the light receiving portion 5a (5b).
Therefore, the output signal from the photodiode 5 is not a signal completely proportional to the slit 4a of the pattern 4 and the slit 14a of the pattern 14, but the oblique light PL2 (PL1) from the adjacent slit 14a (4a). Under the influence, it becomes a distorted rectangular wave.
The latter is due to the interference of the slits 4a adjacent to the same pattern 4, as shown in FIG. That is, assuming that the phase difference between the slit portions 4a adjacent to the same pattern 4 is 2π and the center line of the light receiving portion 5a is the phase difference x with respect to the pattern 4, the parallel light Ps emitted from the light emitting diode 3 Is x, and the light passes through the scale disk 1 from the slit portion 4a and is received by the light receiving portion 5a.
The phase difference of the oblique light PL3 (PL4) becomes y, which is transmitted through the scale disk 1 from the slit portion 4a and received by the light receiving portion 5a.
Therefore, since the light receiving unit 5a receives both the light having the phase difference x and the light having the phase difference y, the output signal of the photodiode 5 is a distorted signal including the signal component of the phase difference y.
Therefore, in order to make the optical encoder less susceptible to the oblique light PL1 to PL4, the interval between the pattern 4 and the pattern 14 and the interval between the repetition periods of the slit portions 4a and 14a are widened, and the optical encoder is small and has a high resolution. There was a problem that a product having performance could not be manufactured.
DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide an optical encoder which is less susceptible to oblique light generated from a light emitting element even when a space between patterns or the like is reduced. I do.
An optical encoder according to the present invention includes a light-emitting element that emits light, a light-receiving element that receives light emitted from the light-emitting element at a predetermined distance, and outputs a signal based on the light amount; At least one plate-shaped scale member provided in a light path to a light-receiving element that receives light emitted from the light-emitting element, and connected and fixed to a movable movable portion, wherein the scale member includes the light-emitting element. A first reflecting portion for reflecting light emitted from the light source, and in the first reflecting portion, a plurality of slit-shaped first transmitting portions for transmitting the light at predetermined intervals and provided on the front side. A first pattern layer provided on the back side facing the first pattern layer, and a second reflector for reflecting light emitted from the light emitting element, In the department, the first transparent And having a second transmission portion that transmits light passing through the parts, it is characterized in that it has a second pattern layer provided on the back side, a.
The first pattern layer in the optical encoder according to the next invention is provided on the front surface, has an inner pattern and an outer pattern arranged side by side, and the second pattern layer is provided on the back surface. , The second transmitting portion has the same shape as the first transmitting portion, and is provided to face the first transmitting portion.
The scale member in the optical encoder according to the next invention comprises at least first and second scale plates, wherein the first scale plate is provided with a first pattern layer, and the second scale plate is provided with a first pattern layer. The plate is provided with a second pattern layer, and the first scale plate and the second scale plate are arranged in parallel.
An optical encoder according to the next invention is characterized in that the first scale plate and the second scale plate are joined via an adhesive.
In the optical encoder according to the next invention, the second transmission section is provided continuously in a track shape, and has a plurality of the first pattern layers.
In the optical encoder according to the next invention, instead of the second reflecting portion for reflecting the light emitted from the light emitting element, a light absorbing portion for absorbing the light emitted from the light emitting element is provided. Is what you do.
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiment 1
One embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a side view of an optical encoder according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a plan view showing a front surface (a) and a back surface (b) of the scale disk in FIG. The same reference numerals as those in the related art indicate the same or corresponding parts.
In FIG. 1, an optical encoder is fixed to a shaft (movable portion) 2 of a motor to be detected, and a scale disk 101 as a plate-like scale member formed of glass or the like. A light emitting diode 3 as a light emitting element provided opposite thereto, and light emitted from the light emitting diode 3 passes through the patterns 4, 14, 104, and 114 on the scale disk 101 and is received by the light receiving units 5a and 5b. A photodiode 5 serving as a light receiving element.
In FIG. 2, the scale disk 101 has exactly the same pattern formed on the front surface and the back surface, and the surface of the scale disk 101 has an outer surface pattern as a ring-shaped first pattern layer similar to the conventional one. The outer surface pattern 4 includes a reflector 4b (first reflector) formed by chrome deposition (hatched portion) for reflecting light, and the inner surface pattern 14 is formed inside the reflector 4b. , A slit portion 4a (first transmission portion) for transmitting light is formed periodically and repeatedly, and a reflection portion 14b (first reflection portion) is similarly formed in the inner front pattern 14. In addition, the slits 14a (first transmission parts) are formed periodically and repeatedly in the reflection part 14b.
The back surface of the scale disk 101 includes an outer back pattern 104 and an inner back pattern 114 as a second pattern layer formed to face the outer front pattern 4 and the inner front pattern 14. Is formed with a reflecting portion 104b (second reflecting portion) on which chrome is deposited (hatched portion), and a slit portion 104a as a second transmitting portion that transmits light in the reflecting portion 104b that reflects light. Are repeatedly formed periodically, and the inner back pattern 114 is similarly formed with a reflecting portion 114b (second reflecting portion), and within the reflecting portion 114b, a slit-shaped transmitting portion 114a ( 2nd transmission part) is formed repeatedly periodically.
Here, since the patterns formed on the front surface and the back surface of the scale disk 101 are completely the same, the slit portion 4a and the slit portion 104a have the same surface area and are formed at positions facing each other. The relationship between 14a and the slit portion 114a is also the same.
A method of depositing chromium or the like on the front and back surfaces of the scale disk in the optical encoder configured as described above will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a process chart showing a manufacturing process of the scale disk shown in FIG.
First, according to a conventional manufacturing method, a scale disk 1 having an outer surface pattern 4 having a slit portion 4a and a reflecting portion 4b on which chromium is deposited, and an inner surface pattern 14 having a slit portion 14a and a reflecting portion 14b. (FIG. 3 (a)).
Next, only the exposed portions of the back surface of the scale disk 1 are coated with the remaining liquid resist 150 thicker than the thicknesses of the reflecting portions 4b and 14b (FIG. 3 (b)).
After irradiating a beam from a laser light generator (not shown) facing the surface of the scale disk 1, the resist 150 is immersed in the imaging liquid, so that only the portion of the resist 150 facing the reflecting portions 4b and 14b is exposed. The resist 150 is removed to form the recess 150a, and the resist 150 is hardened (FIG. 3C).
A chrome 160 thinner than the thickness of the resist 150 is deposited on the back surface of the scale disk 1 (FIG. 3D). By removing the resist 150 using a solvent such as thinner, the slit portions 104a and 114a are formed, and the scale is provided with the inner back pattern 114 and the outer back pattern 104 having the reflecting portions 104b and 114b on both surfaces of which chromium is deposited. The disk 101 is formed (FIG. 3E).
Next, the operation of the optical encoder configured as described above will be described with reference to FIGS. FIG. 4 is a front sectional view showing that there is no influence of oblique light between slits in the same pattern in the optical encoder shown in FIG.
As shown in FIG. 1, the parallel light Ps of the light emitted from the light emitting diode 3 is incident on the slit portions 4a and 14a in the outer surface pattern 4 and the inner surface pattern 14 of the scale disk 101, and enters the scale disk 101. Through the slits 104a and 114a in the outer back pattern 104 and the inner back pattern 114, and is received by the light receiving units 5a and 5b of the photodiode 5.
On the other hand, the oblique light PL1 (PL2) emitted from the light emitting diode 3 enters the slit 4a (14a), passes through the inside of the scale disk 101, is reflected by the central reflectors 104b, 114b, and furthermore. The light is reflected by the central reflecting portions 4b and 14b and enters the slit portion 114a (104a), but is not received by the light receiving portion 5a (5b) of the photodiode 5.
Similarly, as shown in FIG. 4, the parallel light Ps of the light emitted from the light emitting diode 3 enters the slit portion 4a of the scale disk 101, passes through the inside of the scale disk 101, and passes through the slit portion 104a. The light is emitted and received by the light receiving section 5a of the photodiode 5.
On the other hand, the oblique lights PL3 and PL4 emitted from the light emitting diode 3 enter the slit portion 4a, pass through the inside of the scale disk 101, are reflected by the reflecting portion 104b, are further reflected by the reflecting portion 4b, and are slit. The light enters the portion 104a but is not received by the light receiving portion 5a of the photodiode 5.
As described above, the output signal of the photodiode 5a is not affected by the oblique lights PL1 to PL4 and has no distortion in proportion to the slits 4a, 14a, 104a, 114a of the patterns 4, 14, 104, 114 without distortion. Can be output.
In the above embodiment, the reflecting portions 104b and 114b are provided on the back surface of the scale disk 101. However, instead of the reflecting portions 104b and 114b, the emitted light formed by the chromium oxide film and the chromium film is absorbed. A light absorbing portion may be provided.
According to the scale disk provided with such a light absorbing portion, in FIG. 1, the oblique light PL1 (PL2) emitted from the light emitting diode 3 is incident on the slit portion 4a (14a) to enter the scale disk 101. And is absorbed by the central light absorbing portions 104b and 114b and is not received by the light receiving portion 5a (5b) of the photodiode 5.
Further, in addition to the light absorbing portion, a front side light absorbing portion may be provided instead of the reflecting portions 4b and 14b of the scale disk 101.
Embodiment 2. FIG.
Another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a front cross-sectional view (a) in which two scale disks are stuck together so that the reflecting portion is on the surface, and a front cross-sectional view (b) in which the two scale disks are stuck together.
In the first embodiment, the patterns 4, 14, 104, and 114 are formed on both surfaces of one scale disk 101. In the present embodiment, however, two scale disks 201 and 203 are used to form one scale member 200 ( By forming step 250), the step of forming a pattern on the back surface becomes unnecessary.
In FIG. 5A, a scale member 200 joins flat surfaces of a scale disk 201 having patterns 204 and 214 and a scale disk 203 having patterns 206 and 216 via an adhesive 210. This realizes a scale disk 101 equivalent to the first embodiment.
In FIG. 5B, the scale member 250 is formed by bonding the plane of the scale disk 201 and the reflection portions 206b and 216b of the scale disk 203 via the adhesive 210, thereby forming the scale member according to the first embodiment. This realizes a disk 101 equivalent.
According to the scale members 200 and 250 obtained as described above, the steps of FIGS. 3B to 3E for forming the patterns 104 and 114 on the back surface as in the first embodiment become unnecessary.
Embodiment 3 FIG.
Another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a front sectional view of the optical encoder.
In FIG. 6, the scale member 400 forms a slight gap in the axial direction of the motor shaft 2 such that the scale disks 201 and 203 having the reflection portions 204b and 206b on one surface are located outside the reflection portions 204b and 206b. Thus, the encoders 300 arranged in parallel are obtained.
According to the scale member 400 thus obtained, the steps of FIGS. 3 (b) to 3 (e) for forming the patterns 104 and 114 on the back surface as in the first embodiment become unnecessary, and the second embodiment is performed. It is unnecessary to bond the scale disks 201 and 203 as described above.
The scale disk 201 may be fixed to the motor shaft 2 so that the reflection portions 204b and 206b are on the upper side as shown by the dashed line in FIG.
Embodiment 4. FIG.
Another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a plan view of the scale disk.
In the first to third embodiments, the same pattern 4, 14, 104, 114 or the like is formed on both sides of the scale disk 101 or the scale members 200, 250, 400. However, in the fourth embodiment, the scale having the hole 500e is used. The disk 500 has the same pattern (not shown) on the front surface as in the first to third embodiments, and has tracks 500a and 500b formed of ring-shaped concave portions and reflection portions 510 and 520 on the rear surface as shown in FIG. And
According to the scale disk 500 obtained in this way, the formation of the tracks 500a and 500b on the back surface and the reflection portions 510 and 520 becomes simpler than the patterns 104 and 114 of the first to third embodiments.
Further, the scale disk 500 has a flat back surface similar to the scale disk 201 and is not formed with a pattern, and the surface of the scale disk 500 includes tracks 500a and 500b and reflection portions 510 and 520 as shown in FIG. good.
Such a scale disk 500 and the scale disk 210 shown in the second or third embodiment are joined by an adhesive, or the scale disk 201 and the scale disk 500 are juxtaposed and joined to the motor shaft 2. Alternatively, a scale member may be configured.
According to the scale member obtained in this manner, the effort of matching the patterns 204 and 214 of the scale disk 201 with the pattern of the scale disk 500 becomes easier because the slit portion does not exist.
According to the scale disk 500 or the scale member of the fourth embodiment, as in the first to third embodiments, the oblique light transmitted through the adjacent slit portions 4a and 14a cannot be blocked by the reflection portion.
The patterns 4, 14 and the like in the first to fourth embodiments described above are provided on the front surface and the back surface of the scale disk 101 or the like, but may be provided inside the scale disk 101 or the like.
Since the present invention is configured as described above, it has the following effects.
According to the present invention, the second transmitting portion may have, for example, a slit shape or a continuous track shape. If the second transmitting portion has the slit shape, it is difficult for the light receiving element to receive oblique light from the first transmitting portion. On the other hand, in the case of a track shape, when the first pattern layer is plural, it is difficult for the light receiving element to receive oblique light from the first transmitting portion in different patterns. Therefore, since the light receiving element receives only the parallel light emitted from the light emitting element, the output signal of the light receiving element is less likely to be distorted, the distance between the slits in the same pattern can be reduced, and the encoder can be downsized. .
According to the next invention, the oblique light emitted from the first transmission portion of the inner pattern and the outer pattern in the adjacent first pattern is shielded by the second reflection portion of the second pattern. There is an effect that the distance between the inner pattern and the outer pattern can be shortened, and the encoder can be reduced in size.
According to the next invention, since the first pattern layer is provided on the first scale plate and the second pattern layer is provided on the second scale plate, the scale member having the first and second pattern layers can be used. There is no need to provide, and there is an effect that the production of the scale member is facilitated.
According to the next invention, there is an effect that the distance from the light emitting element to the light receiving element is shortened, and the encoder is downsized.
According to the next invention, there is an effect that the second pattern layer of the scale member can be easily formed.
In addition, when the scale member is composed of the first and second scale plates, the first pattern layer provided on the first scale plate and the second pattern layer provided on the second scale plate are provided. There is an effect that when they are matched, they can be easily matched.
According to the next invention, the oblique light emitted from the first transmitting portion between the inner pattern and the outer pattern in the adjacent first pattern is absorbed by the light absorbing portion of the second pattern. And the outer pattern can be shortened, and as a result, the encoder can be downsized.
INDUSTRIAL APPLICABILITY As described above, the optical encoder according to the present invention is suitable for use in detecting the position of a movable part.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partial front sectional view of an optical encoder according to one embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a plan view showing the front surface (a) and the back surface (b) of the scale disk in FIG.
FIG. 3 is a process chart showing a manufacturing process of the scale disk shown in FIG.
FIG. 4 is a front sectional view showing that there is no influence of oblique light between slits in the same pattern in the optical encoder shown in FIG.
FIG. 5 is a front cross-sectional view (a) in which two scale disks according to another embodiment of the present invention are stuck together so that a reflection portion is on the surface, and a front cross-sectional view in which two scale disks are stuck together ( b).
FIG. 6 is a front sectional view of an optical encoder according to another embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a plan view of a scale disk according to another embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a partial front sectional view of a conventional optical encoder.
FIG. 9 is a partial front sectional view showing the effect of oblique light between slits in the same pattern in a conventional optical encoder.

Claims (6)

光を出射する発光素子と、
この発光素子から出射した光を所定の距離を隔てて受けると共に、該光量に基づいて信号を出力する受光素子と、
上記発光素子からの出射光を受光する受光素子への光の経路に設けられると共に、移動可能な可動部に連結固定された少なくとも一つの板状のスケール部材とを備え、
該スケール部材には、上記発光素子から出射した光を反射する第１の反射部を有し、該第１の反射部内において、上記光を透過する多数のスリット状の第１の透過部を所定の間隔で有すると共に、表側に設けられた第１のパターン層と、
該第１のパターン層に対向して裏側に設けられると共に、上記発光素子から出射された光を反射する第２の反射部を有し、該第２の反射部内において、上記第１の透過部を通過した光を透過する第２の透過部を有すると共に、裏側に設けられた第２のパターン層と、
を有することを特徴とする光学式エンコーダ。A light emitting element for emitting light,
A light receiving element that receives light emitted from the light emitting element at a predetermined distance and outputs a signal based on the light amount,
Along with a light path to a light-receiving element that receives light emitted from the light-emitting element, at least one plate-shaped scale member connected and fixed to a movable movable portion,
The scale member has a first reflecting portion for reflecting light emitted from the light emitting element, and a plurality of slit-shaped first transmitting portions for transmitting the light are provided in the first reflecting portion. And a first pattern layer provided on the front side,
A second reflection portion provided on the back side facing the first pattern layer and reflecting light emitted from the light emitting element, wherein the first transmission portion is provided in the second reflection portion; A second pattern layer provided on the back side, having a second transmitting portion for transmitting light passing through
An optical encoder comprising: 上記第１のパターン層は、表面に設けられると共に、互いに並設された内側パターンと外側パターンとを有しており、
上記第２のパターン層は、裏面に設けられ、
上記第２の透過部は、上記第１の透過部と同一の形状であると共に、上記第１の透過部と対向して設けられている、
ことを特徴とする請求の範囲１に記載の光学式エンコーダ。The first pattern layer is provided on the surface, and has an inner pattern and an outer pattern arranged side by side,
The second pattern layer is provided on a back surface,
The second transmission section has the same shape as the first transmission section, and is provided to face the first transmission section.
The optical encoder according to claim 1, wherein: 上記スケール部材は、少なくとも第１及び第２のスケール板から成り、
上記第１のスケール板には、上記第１のパターン層が設けられており、
上記第２のスケール板には、上記第２のパターン層が設けられており、
上記第１のスケール板と上記第２のスケール板とを平行に並べた、
ことを特徴とする請求の範囲１に記載の光学式エンコーダ。The scale member includes at least first and second scale plates,
The first scale plate is provided with the first pattern layer,
The second scale plate is provided with the second pattern layer,
Wherein the first scale plate and the second scale plate are arranged in parallel,
The optical encoder according to claim 1, wherein: 上記第１のスケール板と上記第２のスケール板とを接着剤を介して接合した、
ことを特徴とする請求の範囲３に記載の光学式エンコーダ。The first scale plate and the second scale plate were joined via an adhesive,
The optical encoder according to claim 3, wherein: 上記第２の透過部は、トラック状に連続して設けられており、
上記第１のパターン層は複数有している、
ことを特徴とする請求の範囲１又は４に記載の光学式エンコーダ。The second transmission section is provided continuously in a track shape,
The first pattern layer has a plurality of layers,
The optical encoder according to claim 1 or 4, wherein: 上記発光素子から出射された光を反射する上記第１、第２の反射部のうち、少なくとも第２の反射部の代わりに、上記発光素子から出射された光を吸収する光吸収部を設けた、
ことを特徴とする請求の範囲１又は２に記載の光学式エンコーダ。Of the first and second reflectors that reflect light emitted from the light emitting element, a light absorbing part that absorbs light emitted from the light emitting element is provided instead of at least the second reflector. ,
The optical encoder according to claim 1 or 2, wherein:
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