WO2007132602A1 - 光学式エンコーダ及びエンコーダ付モータ - Google Patents

Abstract

　小型で、Ｓ／Ｎの良い検出信号が得られる光学式エンコーダ装置を提供する。 　回転ディスク（２）の表面に透過型の符号パターン４を形成し、回転ディスク（２）の裏面に反射部５を形成する。光源１から出射した光は、一旦回転ディスク（２）の中を通過して回転ディスク（２）の反射部（５）で反射する。反射部（５）で反射した光は回転ディスク（２）表面のスケール（４）を透過して受光素子アレイ（３）に入射する。受光素子アレイ（３）では受光した光量を電気信号に変換する。受光素子アレイ（３）から出力された電気信号は、図示しない信号処理回路により位置信号に変換される。

Description

明 細 書

光学式エンコーダ及びエンコーダ付モータ

技術分野

[0001] 本発明は、産業用機器の位置検出用センサとして使用される光学式エンコーダに 関する。

背景技術

[0002] 従来、移動スケールに対して移動スケールの同一面側に光源と受光素子アレイを 配置した反射型エンコーダが開示されている (例えば、特許文献 1参照)。

反射型エンコーダは、移動スケールの同一面側に光源と受光素子アレイを配置す るため、光源と受光素子アレイを、移動スケールを挟んで一列に配置する透過型ェ ンコーダに比べて薄型化に適するという利点があった。

[0003] 図 3は、従来の反射型ロータリエンコーダの側断面図である。

図において、 1は光源、 2は移動スケールである回転ディスク、 3は受光素子アレイ、 4は回転ディスク 2の光源 1及び受光素子アレイ 3と対向した側の表面に形成された 符号パターン、 6は回転軸、 7はプリント基板、 8は半導体センサ基板である。

光源 1と受光素子アレイ 3は図示しないモータフレームに取り付けられ、回転ディス ク 2はモータフレーム（図示せず）に対して相対変位する回転軸 6に取り付けられてい る。

[0004] 光源 1には通常 LEDが用いられる。

受光素子アレイ 3は、フォトダイオードやフォトトランジスタ等の光電変換素子力もな り、符号パターン 4のピッチに応じて区分された複数の受光素子が配置されたもので ある。

符号パターン 4は、インクリメンタル信号用の等ピッチ繰り返しパターン、またはアブ ソリュート信号用の M系列パターンであり、移動スケール表面に反射率の高い金属 薄膜が形成されている。

[0005] 次に、動作について説明する。

図 3において、光源 1から出射した光は、回転ディスク 2の表面に形成された符号パ ターン 4で反射して受光素子アレイ 3に入射する。受光素子アレイ 3は符号パターン 4 で変調された光信号を電気信号に変換する。受光素子アレイ 3から出力された電気 信号は、図示しない信号処理回路により位置信号に変換される。

特許文献 1 :特開 2005— 121593号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0006] し力しながら、従来の反射型エンコーダは、回転ディスクと受光素子間のギャップを 小さくしょうとすると、光線の入射角が大きくなり、ギャップ変動が生じると符号パター ンの像が受光アレイの位置からずれやすぐ検出信号の変動が生じてしまうので、ギ ヤップを小さくすることが困難であった。

このように従来の反射型エンコーダは回転ディスクの表面と受光素子アレイ間のギ ヤップを小さくすることができず、従って、受光素子アレイ上に生じる符号パターンの 像のコントラストが低ぐ得られる信号の SZNが悪いという問題や、装置を薄型化で きないという問題があった。

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、小型で、 SZNの良い検出信 号が得られる光学式エンコーダ装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0007] 上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したものである。

請求項 1に記載の発明は、相対変位する一方の部材に固定された光源及び受光 素子アレイと、他方の部材に固定された移動スケールを備え、前記 2つの部材の相 対的変位を検出する光学式エンコーダにお 、て、前記移動スケールは光透過性の 素材で形成され、前記移動スケールの表面に符号パターンが形成され、前記移動ス ケールの裏面に反射部が形成されて 、ることを特徴として！/、る。

また請求項 2に記載の発明は、相対変位する一方の部材に固定された光源、固定 スリット及び受光素子と、他方の部材に固定された移動スケールを備え、前記 2つの 部材の相対的変位を検出する光学式エンコーダにお 、て、前記移動スケールは光 透過性の素材で形成され、前記移動スケールの表面に符号パターンが形成され、前 記移動スケールの裏面に反射部が形成されて 、ることを特徴として 、る。 また請求項 3に記載の発明は、エンコーダ付モータが請求項 1又は請求項 2に記載 の光学式エンコーダを備えたことを特徴として 、る。

発明の効果

[0008] 請求項 1または請求項 2に記載の発明によると、移動スケールの表面に符号パター ンを形成し、移動スケールの裏面に反射部を形成したので、受光素子アレイ又は受 光素子への入射角を大きくすることなぐ移動スケールと受光素子アレイ又は受光素 子間のギャップを小さくできる。従って、小型で、 SZNの良い光学式エンコーダ装置 が得られる。

請求項 3に記載の発明によると、エンコーダ付モータが請求項 1又は請求項 2に記 載の光学式エンコーダを備えているので、小型のエンコーダ付モータが実現できる。 図面の簡単な説明

[0009] [図 1]本発明の第 1実施例を示す反射型ロータリエンコーダの側断面図

[図 2]本発明の第 2実施例を示す反射型ロータリエンコーダの側断面図

[図 3]従来の反射型ロータリエンコーダの側断面図

符号の説明

[0010] 1 光源

2 回転ディスク

3 受光素子アレイ

31 固定スリット

32 受光素子

4 符号パターン

5 反射部

6 回転軸

7 プリント基板

8 半導体センサ基板

発明を実施するための最良の形態

[0011] 以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。 実施例 1

[0012] 図 1は、本発明の第 1実施例を示す反射型ロータリエンコーダの側断面図である。

図において、 1は光源、 2は移動スケールである回転ディスク、 3は受光素子アレイ である。

光源 1には LEDや半導体レーザを用いることができる。指向性を高めるためにコリメ ータレンズゃシリドリカルレンズ等の光学部品を出射部に加えても良い。また、後述の ように受光素子アレイへの光線の入射角が大きくならな 、ので、平行光だけでなく拡 散光を用いても充分な光強度が得られる指向角内に受光素子アレイを配置すること が可能である。

受光素子アレイ 3は、フォトダイオードやフォトトランジスタ等の光電変換素子力もな り、符号パターン 4のピッチに応じて区分された複数の受光素子が配置されたもので ある。

符号パターン 4は、回転ディスク 2の表面に形成されており、インクリメンタル信号用 の等ピッチ繰り返しパターン、アブソリュート信号用の M系列パターン等の回転位置 情報を検出するためのパターンが形成されている。符号パターン 4は、透過型パター ンとして使用するため、光を反射する必要はなぐ光の透過を遮断できる金属、また は榭脂薄膜を形成すればょ ヽ。

5は反射部で、反射部 5は回転ディスク 2の裏面に形成されており、アルミやクロム 等の金属薄膜を蒸着することにより容易に形成できる。

6は回転軸、 7は信号処理回路が搭載されたプリント基板、 8は半導体センサ基板 で光源及び受光素子アレイが設けられて 、る。

本発明が従来技術と異なる部分は、回転ディスク 2の裏面に反射部を備えた部分 である。

[0013] 次に、動作について説明する。

図 1において、光源 1から出射した光は、ー且回転ディスク 2の中を通過して回転デ イスク 2の反射部 5で反射する。反射部 5で反射した光は回転ディスク 2の表面に形成 された符号パターン 4を透過して受光素子アレイ 3に入射する。受光素子アレイ 3で は受光した光量を電気信号に変換する。受光素子アレイ 3から出力された電気信号 は、図示しない信号処理回路により位置信号に変換される。

[0014] このように、本実施例では回転ディスクの中を通過する光路が形成されるので、受 光素子アレイへの入射角を大きくすること無ぐ回転ディスクと光源および受光素子ァ レイ間のギャップを小さくすることができる。したがって、エンコーダ装置の薄型化が 行える。

また、回転ディスクと受光素子アレイ間のギャップを小さくできるので、回折の影響を 受けにくぐ受光素子アレイ上に生じる符号パターンの像のコントラストが高い。従つ て、得られる信号の SZNが高 ヽと!、う利点がある。

実施例 2

[0015] 図 2は、本発明の第 2実施例を示す反射型ロータリエンコーダの側断面図である。

図において、 31は、符号パターン 4のピッチに応じて区分されたスリットが形成され ている固定スリットで、図示しない固定部材によってプリント基板 7に固定されている。 また、 32は受光素子で、受光素子 32は、フォトダイオードやフォトトランジスタ等の光 電変換素子からなる。

本実施例が第 1実施例と異なる点は、受光素子アレイ 3の代わりに、固定スリット 31 と受光素子 32を備えた点である。

[0016] 次に、動作について説明する。

光源 1から出射した光は、ー且回転ディスク 2の中を通過して回転ディスク 2の反射 部 5で反射する。反射部 5で反射した光は回転ディスク 2表面のスケール 4と固定スリ ット 31を透過して、受光素子 32に入射する。受光素子 32では受光した光量を電気 信号に変換する。図示しない電気回路により位置信号が検出される。受光素子 32か ら出力された電気信号は、信号処理回路（図示せず）により位置信号に変換される。

[0017] このように、本実施例では第 1実施例と同様に回転ディスクの中を通過する光路が 形成されるので、受光素子への入射角を大きくすること無ぐ回転ディスクと光源およ び固定スリット間のギャップを小さくすることができる。したがって、エンコーダ装置の 薄型化が行える。

また、回転ディスクと固定スリット間のギャップを小さくできるので、回折の影響を受 けにくく、固定スリット上に生じる符号パターンの像のコントラストが高い。従って、得ら れる信号の SZNが高 、と!/、う利点がある。

[0018] なお、本発明は、インクリメンタルエンコーダの他に、 M系列パターンを用いたアブ ソリュートエンコーダ、ピッチ数の異なる複数のトラックを組み合わせてトラック間の位 相差から絶対位置を検出するバーニア方式のアブソリュートエンコーダ、グレーコー ド方式のアブソリュートエンコーダ等のアブソリュートエンコーダにも適用できる。 また、回転ディスク上に複数列のトラックが形成されている場合、特定のトラックに対 して、回転ディスクの裏面に形成した反射部からの反射光を利用する本発明の光学 系を適用しても良い。例えば、回転ディスク上にアブソリュート信号用のトラックとイン タリメンタル信号用トラックが形成されている場合、アブソリユート信号用のトラックに対 して本発明の光学系を適用し、インクリメンタル信号用トラックに対してインクリメンタ ル信号用トラックからの反射光を検出する従来の光学系を適用しても良い。

産業上の利用可能性

[0019] 上記のように本発明は、産業用機器の位置検出用センサとして使用される光学式 インクリメンタルエンコーダ及び光学式アブソリュートエンコーダに適用できる。実施 例では、回転型のエンコーダのみ記述したが、リニアタイプのエンコーダにも同様に 適用できる。

Claims

請求の範囲

[1] 相対変位する一方の部材に固定された光源及び受光素子アレイと、他方の部材に 固定された移動スケールを備え、前記 2つの部材の相対的変位を検出する光学式ェ ンコーダにおいて、

前記移動スケールは光透過性の素材で形成され、前記移動スケールの表面に符 号パターンが形成され、前記移動スケールの裏面に反射部が形成されて 、ることを 特徴とする光学式エンコーダ。

[2] 相対変位する一方の部材に固定された光源、固定スリット及び受光素子と、他方の 部材に固定された移動スケールを備え、前記 2つの部材の相対的変位を検出する光 学式エンコーダにお 、て、

前記移動スケールは光透過性の素材で形成され、前記移動スケールの表面に符 号パターンが形成され、前記移動スケールの裏面に反射部が形成されて 、ることを 特徴とする光学式エンコーダ。

[3] エンコーダを搭載したエンコーダ付モータにおいて、請求項 1又は請求項 2に記載 の光学式エンコーダを備えたことを特徴とするエンコーダ付モータ。