WO2025257922A1 - エンコーダ - Google Patents

エンコーダ

Info

Publication number
WO2025257922A1
WO2025257922A1 PCT/JP2024/021152 JP2024021152W WO2025257922A1 WO 2025257922 A1 WO2025257922 A1 WO 2025257922A1 JP 2024021152 W JP2024021152 W JP 2024021152W WO 2025257922 A1 WO2025257922 A1 WO 2025257922A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
light
laser light
laser
encoder
emitting element
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
PCT/JP2024/021152
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
博史 戸野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fanuc Corp
Original Assignee
Fanuc Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fanuc Corp filed Critical Fanuc Corp
Priority to PCT/JP2024/021152 priority Critical patent/WO2025257922A1/ja
Publication of WO2025257922A1 publication Critical patent/WO2025257922A1/ja
Pending legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
    • G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells

Definitions

  • This disclosure relates to an encoder.
  • Encoders have long been known as devices for detecting the relative position of one member with respect to another.
  • Known types of encoders include rotary encoders, which detect the rotational position around a rotation axis, and linear encoders, which detect the linear relative position of two members.
  • a known type of encoder is an optical encoder that detects the amount of rotational or linear movement of a part by transmitting or blocking light from a light source.
  • Conventional optical encoders include a fixed plate with a slit formed in it.
  • Optical encoders also include a movable plate that moves relative to the fixed plate when the target part moves.
  • the movable plate has a slit formed in it to allow light to pass through. As the slit in the movable plate moves relative to the slit in the fixed plate, the light is blocked or transmitted.
  • a light-receiving element detects this change in light intensity, allowing the amount of movement of the target part fixed to the movable plate to be detected.
  • Optical encoders using conventional technology require a light source, fixed plate, movable plate, and light-receiving member, resulting in a large number of components.
  • the light source may be, for example, an LED (Light Emitting Diode).
  • a lens may be provided to adjust the direction of the light so that the light from the light source is parallel to the direction in which the fixed plate and movable plate face each other.
  • light emitted from a light source generates light components that do not travel in a straight line, even when the direction of travel is adjusted using a lens.
  • the direction of travel of the light is adjusted using a lens, it does not become completely parallel, and the shape of the light that passes through the slit becomes blurred as it moves away from the slit. This can result in a decrease in the detected signal strength.
  • light diffraction at the slit can reduce the light intensity and therefore the signal strength.
  • An encoder comprises a light source including a light-emitting element that emits laser light, a movable plate including an optical action portion that acts on the laser light emitted from the light source, and a light-receiving member including a light-receiving element that detects the laser light arriving from the movable plate.
  • the optical action portion has an opening for transmitting the laser light or a reflecting portion for reflecting the laser light.
  • the light-emitting element includes a semiconductor laser element that has a photonic crystal and is capable of adjusting the parameters of the laser light.
  • the semiconductor laser element is configured to emit laser light so that the width of the laser light irradiated on the movable plate is approximately the same as the width of the optical action portion.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a first encoder according to the embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic plan view of a light source according to the embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic plan view of a rotating plate according to the embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic plan view of a light receiving member according to the embodiment.
  • 3 is an enlarged schematic cross-sectional view of a light source, a rotating plate, and a light receiving member according to the embodiment.
  • FIG. 3A and 3B are schematic diagrams of a light source and a rotating plate according to the embodiment. 10 is another schematic diagram of the light source and the rotating plate according to the embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a first encoder according to the embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic plan view of a light source according to the embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic plan view of a rotating plate according to the embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic plan view of a light receiving member according to
  • FIG. 10 is a schematic plan view illustrating the positional relationship between an irradiation area of a laser beam irradiated onto a rotary plate and an opening.
  • FIG. 10 is a graph showing the signal intensity detected by the light receiving element with respect to the positional relationship between an irradiation area irradiated with laser light and an opening.
  • 10 is a graph illustrating signal intensity relative to the width of the laser light irradiated onto the rotating plate and the width of the opening.
  • 10 is a graph illustrating signal intensity relative to the length of the laser light irradiated onto the rotating plate and the length of the opening.
  • FIG. 2 is a schematic plan view illustrating the dimensions of light-emitting elements and the intervals between the light-emitting elements.
  • FIG. 10 is a schematic plan view illustrating the dimensions of the irradiation areas of the laser light irradiated onto the rotary plate and the intervals between the irradiation areas.
  • FIG. FIG. 10 is a diagram illustrating a coordinate system set for a light emitting element of a light source. 10 is a diagram illustrating a coordinate system set for an irradiation area of a rotating plate irradiated with laser light.
  • FIG. 2 is a schematic plan view of a light receiving member in a first comparative example.
  • FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of a light source and a lens in a second comparative example.
  • FIG. 10 is a graph illustrating the wavelength of the laser light corresponding to each phase signal of the second encoder and the absorption spectrum of the light receiving element in the embodiment.
  • FIG. 10 is a schematic perspective view of a light source, a rotating plate, and a light receiving member of a third encoder in the embodiment.
  • FIG. 10 is a schematic plan view of a light receiving member of a fourth encoder in the embodiment.
  • FIG. 13 is a schematic perspective view of a light source, a rotating plate, and a light receiving member of a fifth encoder in the embodiment.
  • FIG. 13 is a schematic perspective view of a light source of a sixth encoder in the embodiment.
  • FIG. 19 is a schematic perspective view of a light source of the seventh encoder according to the embodiment.
  • FIG. 10 is a schematic perspective view of a light source, a rotating plate, and a light receiving member of a third encoder in the embodiment.
  • FIG. 10 is a schematic plan view of a light receiving member of a fourth
  • FIG. 19 is a schematic plan view of a light source of an eighth encoder according to the embodiment.
  • 13 is a graph of signal strength versus rotor plate displacement in the eighth encoder.
  • FIG. 13 is a schematic plan view of a rotating plate of a ninth encoder according to an embodiment.
  • the encoder according to this embodiment is an optical encoder having a light source that emits light.
  • the light source according to this embodiment includes a light-emitting element that emits laser light.
  • the optical encoder can detect the relative position of one member with respect to another member based on the intensity of light that changes as the light is reflected or transmitted.
  • a rotary encoder for detecting the number of rotations around a rotation axis and the rotation angle within one rotation.
  • a rotary encoder is also called a rotation angle detector.
  • a rotary encoder can be attached to the support shaft of a machine joint or the rotating shaft of a driving device such as a motor or transmission.
  • FIG. 1 shows a schematic cross-sectional view of the first encoder of this embodiment.
  • the first encoder 1 of this embodiment is a transmission-type encoder that uses a light-receiving member 4 to detect laser light 81 that passes through openings 31, 32 formed in the rotating plate 3.
  • the light-receiving member 4 is mounted on a printed circuit board 5.
  • Rotational position information for the shaft 71 is generated from a current value or voltage value that changes depending on the amount of light received by the light-receiving member 4.
  • the first encoder 1 detects the rotational position around the rotation axis RA by transmitting or blocking laser light 81 depending on the rotation of the shaft 71.
  • the rotational position of the shaft 71 includes the number of rotations of the shaft 71 and the rotation angle within one rotation.
  • the components that make up the encoder 1 are arranged inside a housing that includes a bottom plate 73 and a cover member 74.
  • a shaft 71 for detecting the rotational position is supported on the bottom plate 73 via a bearing 72.
  • the encoder 1 includes a light source 2 having a light-emitting element that emits laser light 81.
  • the light source 2 is disposed in a recess 73a formed in the bottom plate 73.
  • the light source 2 is disposed so as to emit light in a direction along the rotation axis RA, as indicated by arrow 90.
  • Encoder 1 includes a rotating plate 3 as a movable plate including an optical action portion that acts on laser light 81 emitted from light source 2.
  • Rotating plate 3 is fixed to shaft 71 so that its maximum area surface is perpendicular to rotation axis RA.
  • Rotating plate 3 rotates together with shaft 71.
  • Encoder 1 includes a light-receiving member 4 having a light-receiving element that detects laser light 81 arriving from rotating plate 3.
  • Light-receiving member 4 is positioned so that it can receive laser light 81 emitted from light source 2.
  • Light-receiving member 4 is positioned on the surface of printed circuit board 5.
  • Printed circuit board 5 is fixed to bottom plate 73 via support member 75.
  • FIG. 2 shows an enlarged schematic plan view of the light source of the first encoder in this embodiment.
  • the light source in this embodiment has multiple light-emitting elements that emit laser light corresponding to multiple phase signals.
  • the direction indicated by arrow 91 corresponds to the radially outward direction of the rotating plate 3.
  • the light source 2 of the first encoder 1 includes multiple light-emitting elements 21a, 22a, 21b, and 22b.
  • the light-emitting elements 21a, 22a, 21b, and 22b are arranged at positions corresponding to openings 31 and 32 of the rotating plate 3, which will be described later.
  • the multiple light-emitting elements 21a, 22a, 21b, and 22b are formed in shapes corresponding to the shapes of openings 31 and 32 of the rotating plate 3.
  • the multiple light-emitting elements 21a and 21b are arranged circumferentially.
  • the multiple light-emitting elements 22b and 22a are arranged circumferentially.
  • the light source 2 also has a light-emitting element 23 and a light-emitting element 24.
  • the light-emitting elements 23 and 24 are arranged at positions corresponding to openings 33 and 34 of the rotating plate 3, which will be described later.
  • the light-emitting elements 21a, 22a, 21b, 22b, 23, and 24 each emit light to generate a predetermined phase signal.
  • each of the light-emitting elements 21a, 22a, 21b, 22b, 23, and 24 is a semiconductor laser element having a photonic crystal.
  • a semiconductor laser element having a photonic crystal has a structure in which a photonic crystal layer is disposed near an active layer for amplifying light, and by changing at least one of the shape of the lattice points of the photonic crystal and the spacing between the lattice points, it is possible to emit any beam pattern.
  • electrons and holes combine to emit light. Light trapped in the active layer then resonates and diffracts in the photonic crystal.
  • the semiconductor laser element of this embodiment includes a surface-emitting laser element that can emit laser light in a single mode with a large cross-sectional area.
  • the laser light emitted from the light-emitting element has a high degree of linearity because the divergence angle of the light can be narrowed.
  • multiple light-emitting elements can be arranged together or dispersed.
  • the semiconductor laser element of this embodiment allows adjustment of the parameters of the laser light.
  • the parameters of the laser light can include at least one of the emission angle, divergence angle, wavelength, and phase of the laser light.
  • the emission angle indicates the angle of the direction of emission relative to the emission surface of the light-emitting element.
  • the divergence angle indicates the angle at which the emitted laser light diverges.
  • the divergence angle indicates the angle at which the laser light diverges relative to the direction perpendicular to the emission surface of the light-emitting element.
  • the semiconductor laser element having the photonic crystal structure of this embodiment can oscillate laser light of any wavelength in any direction and with any shape.
  • Light-emitting elements 21a, 22a, 21b, and 22b of this embodiment emit laser light 81 in a direction perpendicular to the surface of the light-emitting element.
  • the encoder in this embodiment does not have a fixed plate with openings formed therein corresponding to each phase signal.
  • the light-emitting element has the function of generating a light shape at the opening in the fixed plate.
  • the multiple light-emitting elements have shapes corresponding to the light action portions of the multiple phase signals. For example, if the planar shape of the opening is rectangular, the planar shape of the light-emitting element can also be formed rectangular.
  • light-emitting element 21a emits light to generate an A-phase signal of the encoder.
  • Light-emitting element 21b emits light to generate a B-phase signal.
  • the multiple light-emitting elements 21a are arranged at equal intervals (at predetermined central angles).
  • the multiple light-emitting elements 21b are arranged at equal intervals.
  • the multiple light-emitting elements 21a and the multiple light-emitting elements 21b are formed so that their phases are shifted by 90° from each other.
  • light-emitting element 22a emits light to generate an XA-phase signal that is 180° out of phase with the A-phase signal
  • light-emitting element 22b emits light to generate an XB-phase signal that is 180° out of phase with the B-phase signal.
  • Noise can be reduced by performing differential amplification on each A-phase or B-phase signal.
  • Light-emitting element 23 emits light to generate a C-phase signal.
  • the C-phase signal is a phase signal for detecting the magnetic pole position of the motor.
  • Light-emitting element 24 emits light to generate a Z-phase signal for detecting that shaft 71 has made one rotation.
  • each of light-emitting elements 21a, 22a, 21b, 22b, 23, and 24 is configured to emit light of the same wavelength.
  • Figure 3 shows an enlarged schematic plan view of the rotating plate of the first encoder in this embodiment.
  • the first encoder in this embodiment has a rotating plate 3 arranged as a movable plate.
  • Rotating plate 3 has a light-acting portion formed thereon that acts on the laser light.
  • multiple light-acting portions are formed to correspond to multiple phase signals.
  • the rotating plate 3 is formed so that its planar shape is circular. In this example, the rotating plate 3 rotates in the direction indicated by arrow 92. Openings 31, 32, 33, and 34 are formed on the rotating plate 3 as optical action portions to transmit laser light 81 of each phase signal.
  • the multiple openings 31 are formed at equal intervals (at predetermined central angles) along the circumferential direction to form A-phase and B-phase signals.
  • the multiple openings 32 are formed at equal intervals (at predetermined central angles) along the circumferential direction to generate XA-phase and XB-phase signals.
  • Opening 33 is formed to generate a C-phase signal.
  • Opening 34 is formed to generate a Z-phase signal.
  • Figure 4 shows an enlarged schematic plan view of the light-receiving member in this embodiment.
  • the light-receiving member has multiple light-receiving elements that detect laser light corresponding to multiple phase signals.
  • Each light-receiving element is positioned to receive laser light of a predetermined phase signal.
  • each light-receiving element is positioned to correspond to the position of a light-emitting element that emits laser light of a predetermined phase signal.
  • the light-receiving member 4 of the first encoder 1 has multiple light-receiving elements 41a, 42a, 41b, and 42b.
  • Light-receiving element 41a is arranged to receive laser light of the A-phase signal emitted from light-emitting element 21a.
  • Light-receiving element 42a is arranged to receive laser light of the XA-phase signal emitted from light-emitting element 22a.
  • Light-receiving element 41b is arranged to receive laser light of the B-phase signal emitted from light-emitting element 21b.
  • Light-receiving element 42b is arranged to receive laser light of the XB-phase signal emitted from light-emitting element 22b.
  • Light-receiving element 43 is arranged to receive laser light of the C-phase signal emitted from light-emitting element 23.
  • Light-receiving element 44 is arranged to receive laser light of the Z-phase signal emitted from light-emitting element 24.
  • Figure 5 shows an enlarged schematic cross-sectional view of the light source, rotating plate, and light-receiving member in this embodiment.
  • Laser light emitted from the light-emitting element of the light source passes through the opening in the rotating plate and is received and detected by the light-receiving element of the light-receiving unit.
  • two laser beams 81 emitted from light-emitting elements 21a and 22b pass through openings 31 and 32 in the rotating plate 3 and are received by light-receiving elements 41a and 42b.
  • Figure 6 shows a schematic diagram of the light source and rotating plate in this embodiment.
  • the light-emitting elements, openings, and light-receiving elements in this embodiment are arranged in a circumferential direction, but in Figure 6 and subsequent figures, for ease of explanation and understanding, the light-emitting elements, openings, and light-receiving elements are shown as if they are arranged in a straight line.
  • the light source 6 includes a plurality of light-emitting elements 25.
  • the light-emitting elements 25 are configured to emit a beam pattern of laser light 81 with a rectangular cross-sectional shape.
  • Each light-emitting element 25 is configured to emit light toward the rotating plate 7 as indicated by arrow 90.
  • the rotating plate 7 has a plurality of openings 36 formed therein that have a rectangular planar shape.
  • the light-emitting element 25 emits laser light so that the width of the laser light 81 irradiated onto the rotating plate 7 is approximately the same as the width of the openings 36.
  • the light-emitting element 25 adjusts at least one of the emission angle and spread angle of the laser light 81. Furthermore, the light-emitting element 25 adjusts at least one of the emission angle and spread angle so that the pitch of the laser light 81 irradiated onto the rotating plate 7 is approximately the same as the pitch of the openings 36.
  • laser light 81 emitted from the light-emitting element 25 is irradiated onto the rotating plate 7.
  • the shape of the irradiation area of the laser light 81 is approximately the same as the planar shape of the opening 36.
  • the pitch of the irradiation area of the laser light 81 is approximately the same as the pitch between the multiple openings.
  • Figure 6 shows a state in which the irradiation area irradiated with the laser light 81 overlaps with the opening 36. Almost all of the laser light 81 emitted from the light-emitting element 25 passes through the opening 36.
  • Figure 7 shows a schematic diagram of the light source and rotating plate when the rotating plate has moved from the state shown in Figure 6.
  • the rotating plate 7 is moving in the direction in which the openings 36 are aligned, as indicated by arrow 92.
  • the other part of the laser light 81 is blocked by the rotating plate 7.
  • Figure 8 is a schematic plan view showing how laser light emitted from the light source passes through the opening and is blocked by the rotating plate.
  • the light-emitting element 25 included in the light source 6 is fixed in position.
  • the irradiation area 81a of the laser light 81 emitted from the light-emitting element 25 and irradiated onto the rotating plate 7 does not move.
  • the rotating plate 7 rotates in the direction indicated by arrow 92, it transitions through states A, B, and C in this order.
  • State A corresponds to the state shown in Figure 6, in which almost all of the laser light 81 passes through the opening 36.
  • State B corresponds to the state shown in Figure 7, in which only a portion of the laser light irradiated onto the rotating plate 7 passes through the opening 36.
  • state C almost all of the laser light irradiated onto the rotating plate 7 is blocked by the rotating plate 7.
  • Figure 9 shows a graph illustrating the signal strength detected by the light receiving element. Referring to Figures 8 and 9, as the state moves from state A to state C, the amount of light detected by the light receiving element decreases, and therefore the signal strength detected by the light receiving element decreases.
  • the signal strength can be detected as a voltage value or a current value.
  • Figure 10 shows a graph of signal intensity versus the relationship between the width of the irradiation area irradiated with laser light and the width of the opening.
  • the opening 36 has a width WS and a length LS.
  • the multiple openings 36 are formed at a pitch PS.
  • the irradiation area 81a where the laser light 81 is irradiated on the rotating plate 7, has a width WR and a length LR.
  • the multiple irradiation areas 81a are spaced apart at a pitch PR.
  • the width WS of the opening 36 is approximately the same as the width WR of the irradiation area 81a irradiated with laser light.
  • the length LS of the opening 36 is approximately the same as the length LR of the irradiation area 81a irradiated with laser light. Furthermore, the pitch PS of the openings 36 is approximately the same as the pitch PR of the irradiation area 81a irradiated with laser light.
  • the signal strength detected from the light receiving element corresponds to the area of the irradiation region of the laser light passing through the opening 36.
  • the signal strength is strongest in state A, and weakest in state C.
  • the signal strength changes as the rotating plate 7 moves, repeating states A, B, and C shown in Figure 8.
  • the width WS of the opening 36 is constant and the width WR of the irradiation area 81a changes. If the width WR of the irradiation area is greater than the width WS of the opening 36 (WS ⁇ WR), even in state C, some of the laser light passes through the opening 36, increasing the signal strength. As a result, the difference between the maximum and minimum values of the signal strength (amplitude of the signal strength) becomes smaller.
  • the signal strength can be detected using an A/D (Analog/Digital) converter. Then, the displacement (rotational position) can be detected based on the signal strength. As a result, as the difference between the maximum and minimum values of the signal strength becomes smaller, the detection accuracy of the rotational position decreases.
  • the width WR of the irradiation area 81a is smaller than the width WS of the opening 36 (WS > WR)
  • the width WR of the irradiation area 81a irradiated with the laser light 81 be approximately equal to the width WS of the opening 36.
  • Figure 11 shows a graph illustrating the relationship between the length of the irradiation area irradiated with laser light and signal strength.
  • the length LS of the opening 36 is constant and the length LR of the irradiation area 81a varies.
  • the laser light passes through only a portion of the opening 36, resulting in a low signal strength.
  • the length LR of the irradiation area 81a is greater than the length LS of the opening (LS ⁇ LR)
  • the area of the laser light passing through the opening remains the same as when the length LS of the opening 36 is approximately the same as the length LR of the irradiation area 81a, resulting in no change in signal strength.
  • laser light incident on areas of the rotating plate other than the openings is reflected and may be further reflected by other components. This may result in the laser light entering another opening, reducing the signal contrast.
  • the length LR of the irradiation area 81a irradiated with the laser light 81 be approximately the same as the length LS of the opening 36.
  • the shape of the irradiation area irradiated with the laser light and the shape of the opening be approximately the same.
  • the emission angle and spread angle of the laser light is adjusted so that the pitch PR of the irradiation area 81a of the laser light irradiated on the rotating plate 7 is approximately the same as the pitch PS of the openings 36.
  • the light source 6 of this embodiment is formed so that the cross-sectional shape of the laser light 81 at the emission surface of the light source 6 is smaller than the planar shape of the opening 36.
  • the light-emitting element 25 has at least one of the emission angle and divergence angle of the laser light 81 adjusted so that the width of the laser light 81 at the emission surface of the light source 6 is smaller than the width of the opening 36 in the rotating plate 7.
  • the light-emitting element 25 having a photonic crystal controls the beam pattern of the laser light 81 so that the cross-sectional area of the laser light 81 increases with the distance from the light-emitting element 25.
  • the light-emitting element 25 can be made smaller, and therefore the light source 6 can be made smaller. Furthermore, because the light-emitting element of this embodiment is a semiconductor laser element having a photonic crystal, even a small light-emitting element can emit laser light with a high output.
  • Figure 12 is a schematic plan view of multiple light-emitting elements 25.
  • the width a, length b, and spacing d (corresponding to the pitch) of the light-emitting elements 25 are shown.
  • Figure 13 is a schematic plan view of multiple irradiation areas of laser light irradiated onto the rotating plate 7.
  • the width a', length b', and spacing d' of the irradiation areas 81a of the laser light are shown.
  • Figure 14 shows an explanatory diagram when a coordinate system is applied to multiple light-emitting elements.
  • Figure 15 shows an explanatory diagram when a coordinate system is applied to multiple irradiation areas of laser light.
  • Figures 14 and 15 show the first to nth light-emitting elements 25 or irradiation areas 81a.
  • the emission angle ⁇ x of the nth laser light in the x-axis direction is calculated using the following equations (1) and (2).
  • Equation (1) indicates the point where the value of x is (n-1)(a+d)
  • equation (2) indicates the point where the value of x is (n-1)(a+d)+a.
  • Equation (3) indicates the point where the y value is 0
  • equation (4) indicates the point where the y value is b.
  • the light source of this embodiment can be manufactured by manufacturing light-emitting elements to achieve the respective emission angles.
  • the divergence angle of the laser light can be adjusted.
  • Figure 16 shows a schematic plan view of the light-receiving member of the encoder of the first comparative example.
  • a typical encoder has a fixed plate with an opening, but by matching the shape of the light-receiving elements to the shape of the opening in the rotating plate, the fixed plate can be eliminated.
  • Light-receiving elements 61a, 62a, 61b, and 62b are light-receiving elements for receiving laser light of the A-phase signal, XA-phase signal, B-phase signal, and XB-phase signal, respectively. Instead of arranging a fixed plate, light-receiving elements 61a, 62a, 61b, and 62b are shaped to match the shape of the laser light that passes through the opening in the rotating plate.
  • the light-receiving element is smaller than in methods using a fixed plate, resulting in a lower signal strength detected by the light-receiving element. While the rotational position detection accuracy can be improved by increasing the assembly precision when assembling the encoder, this increases manufacturing time and reduces yield. Alternatively, increasing the output of light-emitting elements such as LEDs could be considered to increase signal strength. However, it is difficult to increase the output of the LED alone, and the intensity of the reflected light also increases, which could result in problems such as a decrease in signal contrast.
  • the light-emitting element has the same function as a conventional fixed plate, so there is no need to reduce the area of the light-receiving element, and the light intensity can be increased. As a result, the signal strength (the amplitude of the detected signal) can be increased, improving resolution.
  • the encoder of this embodiment does not require the placement of a fixed plate with an opening, which reduces the number of parts and improves yield. It also helps to reduce manufacturing costs. Furthermore, because the laser light from a surface-emitting laser has a high degree of linearity, a signal of stable intensity can be obtained from the light-receiving element, regardless of the spacing between the light source, movable plate, and light-receiving member. In other words, a signal with high contrast can be obtained. This increases the degree of freedom in encoder design.
  • Figure 17 shows a schematic cross-sectional view of the light source and lens of the encoder of the second comparative example.
  • the light source 63 of the encoder of the second comparative example is an LED arranged as a light-emitting element.
  • the light that gradually spreads as it moves away from the light source 63 is redirected by the lens 64, as indicated by arrow 93.
  • some of the light emitted from the light source 63 does not travel in the desired direction, as indicated by arrow 94.
  • some light is diffracted at the opening in the rotating plate or the opening in the fixed plate, and does not reach the light receiving element. This may result in a decrease in the intensity of the light detected by the light receiving element.
  • the encoder in this embodiment does not have a lens.
  • the laser light emitted from a semiconductor laser element having a photonic crystal has excellent linearity, so the light intensity at the light receiving element can be increased without the need for a lens. Also, because the laser light emitted is highly parallel, the amount of laser light that does not reach the light receiving element can be reduced, allowing the light source to be made smaller.
  • Figure 18 shows a graph of the wavelength of the laser light emitted from the light source of the second encoder in this embodiment and the light absorption spectrum of the light receiving element used for each phase.
  • the light source of the second encoder emits multiple types of laser light by changing the wavelength of the laser light depending on the type of phase signal.
  • the multiple light-emitting elements 21a, 22a, 21b, and 22b are configured to emit laser light of different wavelengths corresponding to the multiple phase signals.
  • Each of the light-emitting elements 21a, 22a, 21b, and 22b is configured to emit laser light of a wavelength corresponding to a predetermined phase signal.
  • light-emitting elements 21a, 22a corresponding to the A-phase and XA-phase signals are configured to emit light of wavelength ⁇ A .
  • light-emitting elements 21b, 22b corresponding to the B-phase and XB-phase signals are configured to emit laser light of wavelength ⁇ B .
  • Light-emitting element 23 corresponding to the C-phase signal is configured to emit laser light of wavelength ⁇ C .
  • light-emitting element 24 corresponding to the Z-phase signal is configured to emit a signal of wavelength ⁇ Z .
  • the rotating plate of the second encoder has the same configuration as rotating plate 3 of the first encoder.
  • multiple light-receiving elements 41a, 42a, 41b, 42b, 43, and 44 are formed so that they can detect laser light of different wavelengths corresponding to multiple phase signals.
  • Each of the light-receiving elements 41a, 42a, 41b, 42b, 43, and 44 is formed so as to detect laser light of a wavelength corresponding to a predetermined phase signal.
  • the light receiving elements 41a and 42a corresponding to the A-phase and XA-phase signals are configured to detect laser light with a wavelength ⁇ A .
  • the light receiving elements 41b and 42b corresponding to the B -phase and XB-phase signals are configured to detect laser light with a wavelength ⁇ B.
  • the light receiving element 43 corresponding to the C-phase signal is configured to detect laser light with a wavelength ⁇ C .
  • the light receiving element 44 corresponding to the Z-phase signal is configured to detect laser light with a wavelength ⁇ Z .
  • the wavelength of the laser light is predetermined for each phase signal.
  • the light-emitting element and the light-receiving element are configured to oscillate or detect laser light of the respective wavelengths. This allows the encoder to be configured so as not to detect laser light of an unintended wavelength. For example, even if laser light of wavelength ⁇ B for phase B is incident on the light-receiving element 41a that detects laser light of wavelength ⁇ A for phase A, the light-receiving element 41a can detect the laser light corresponding to the phase A signal without detecting the laser light corresponding to the phase B signal. As a result, interference between the phase signals is suppressed, improving detection accuracy.
  • FIG 19 shows a schematic perspective view of the light source, rotating plate, and light receiving member of the third encoder of this embodiment.
  • the third encoder includes a light source 8 including a light-emitting element 26, a rotating plate 10 having an opening 35, and a light-receiving member 9.
  • the planar size of the light-emitting element is formed to be smaller than the planar size of the opening.
  • the planar size of the light-emitting element 26 is approximately the same as the planar size of the opening 35.
  • the light-emitting element 26 emits laser light in a direction perpendicular to the laser light emission surface, as indicated by arrow 90.
  • Figure 20 shows an enlarged schematic plan view of the light receiving member of the fourth encoder in this embodiment.
  • the fourth encoder includes a light receiving member 11 having a plurality of light receiving elements 51a, 52a, 51b, and 52b.
  • the plurality of light receiving elements 51a, 52a, 51b, and 52b have the functions of the light receiving elements 41a, 42a, 41b, and 42b of the first encoder in Figure 4.
  • the multiple light-receiving elements 51a, 52a, 51b, and 52b of the fourth encoder have an elongated shape and are formed to extend in a direction (radial direction) perpendicular to the direction in which the opening of the rotating plate moves. Furthermore, pairs of light-receiving elements 51a, 52a, 51b, and 52b are configured to be repeatedly arranged in the direction in which the opening of the rotating plate moves (circumferential direction).
  • one light-receiving element corresponds to one phase signal, so even a slight deviation in the relative circumferential position between the rotating plate and the light-receiving element may prevent the desired signal strength from being obtained.
  • light-receiving elements corresponding to multiple phase signals are arranged circumferentially, which minimizes the adverse effect on signal strength even if the relative position between the light-receiving element and the rotating plate is shifted circumferentially.
  • the light-receiving member 11 of the fourth encoder is suitable for the case where each light-receiving element receives a laser beam having a wavelength corresponding to the type of phase signal, as in the second encoder of this embodiment.
  • the light-receiving elements 51a and 52a can receive a laser beam having a wavelength ⁇ A of phase A
  • the light-receiving elements 51b and 52b can receive a laser beam having a wavelength ⁇ B of phase B.
  • FIG 21 shows a schematic perspective view of the light source, rotating plate, and light receiving member of a fifth encoder in this embodiment.
  • the fifth encoder is a reflective encoder that reflects laser light.
  • the fifth encoder includes a light source 12, a rotating plate 13 including a reflecting portion 15, and light receiving members 14a and 14b.
  • the reflecting portion 15 that reflects laser light is formed as an optical action portion that acts on the laser light. In other words, the reflecting portion 15 is formed on the rotating plate 13 instead of an opening.
  • the laser light emitted from the light source 12 is reflected by the reflecting portion 15, as shown by arrow 95, and detected by the light receiving members 14a and 14b.
  • the light source and light-receiving member of this embodiment can also be used in a reflective encoder.
  • a reflective encoder For example, it is possible to configure an encoder that does not have a fixed plate or lens.
  • the fifth encoder has two light-receiving members 14a and 14b, but is not limited to this form.
  • the encoder can have any number of light-receiving members.
  • Figure 22 shows a schematic perspective view of the light source of the sixth encoder in this embodiment.
  • the light source of the first encoder has one light-emitting element arranged for each opening of one phase signal, but this is not limited to this form.
  • the light-emitting element 21a corresponding to the opening of one phase signal is made up of multiple light-emitting elements 27.
  • the light-emitting element 22b corresponding to the opening of one phase signal is made up of multiple light-emitting elements 27.
  • a light-emitting element corresponding to the optical action portion of one phase signal may be made up of a set of multiple light-emitting elements.
  • Figure 23 shows a schematic perspective view of the light source of the seventh encoder in this embodiment.
  • the planar shape of the light-emitting element of the first encoder is rectangular, but this is not limited to this shape.
  • the light source 17 of the seventh encoder includes a light-emitting element 28 having a branched shape.
  • the light-emitting element 28 has a straight portion 28a and multiple branch portions 28b branching off from the straight portion 28a.
  • multiple fine light-emitting elements may be integrated to form a light-emitting element of any shape. In this way, any shape can be adopted for the shape of the light-emitting element of the light source.
  • Figure 24 shows a schematic plan view of the light source of the eighth encoder in this embodiment.
  • the light source 18 of the eighth encoder has a plurality of light-emitting elements 29.
  • Each light-emitting element 29 has a planar shape consisting of a series of sectors.
  • the width a of the light-emitting elements 29 in this case can be the maximum length in the direction corresponding to the circumferential direction of the rotating plate (the direction in which the opening moves).
  • the pitch of the light-emitting elements 29 can be the interval at which the width a is repeated.
  • the configuration of the rotating plate and light-receiving elements of the eighth encoder is the same as that of the first encoder in this embodiment.
  • Figure 25 shows a graph of the signal strength detected by the light-receiving element of the eighth encoder.
  • a light-emitting element 29 having a shape formed by connecting two sectors together, it is possible to obtain a curved change in signal strength relative to the displacement (rotational position) of the rotating plate. In particular, it is possible to obtain a signal strength that changes in the shape of a sine wave.
  • Figure 26 shows a schematic plan view of the rotating plate of the ninth encoder in this embodiment.
  • the ninth encoder has a rotating plate 19 as a movable plate.
  • the rotating plate 3 of the first encoder described above has openings 31 corresponding to phases A and B, and openings 32 corresponding to phases XA and XB, but this is not limited to this configuration.
  • the rotating plate 19 of the ninth encoder has an opening 37 whose shape is an integral combination of openings 31 and 32 of the rotating plate 3.
  • the length LS of the opening 37 may be greater than the length LR of the irradiation area.
  • the length LR of the irradiation area is designed according to the shape of the light-receiving elements 41a and 42b.
  • the light emitted by light-emitting elements 21a, 22a, 21b, and 22b is also irradiated onto areas with phases shifted in the circumferential direction according to the respective phase signals, thereby avoiding interference of the laser light. Furthermore, by emitting a beam pattern of laser light for each phase in the radial direction, the irradiation areas are separated, making it possible to avoid interference of the laser light.
  • the encoder in this embodiment is an incremental encoder. That is, the number of rotations of the rotating shaft is detected using a Z-phase signal, and the rotation angle within one rotation can be detected based on changes in the signal, such as increases and decreases in signal strength.
  • the encoder is not limited to this form, and the configuration of this embodiment can also be applied to an absolute encoder.
  • openings corresponding to bit strings are formed in the radial and circumferential directions.
  • a binary or Gray code method can be used as a method for forming openings corresponding to bit strings in the radial direction.
  • an M-sequence method which measures bit strings at multiple consecutive points, can be used as a method for forming openings corresponding to bit strings in the circumferential direction.
  • the encoder of this embodiment does not have a fixed plate with an opening formed therein or a lens that changes the direction of the laser light, but this is not limited to this form. At least one of a fixed member with an opening formed therein and a lens of the optical system may also be provided.
  • the encoder of this embodiment is a rotary encoder in which a rotating plate as a movable plate rotates, but is not limited to this form.
  • the configuration of this embodiment can also be applied to a linear encoder in which a moving plate as a movable plate moves in a predetermined direction.
  • At least one of the embodiments described above makes it possible to provide an encoder with excellent accuracy in detecting the relative position of one member with respect to another, and with a simple structure.
  • a light source including a light emitting element that emits laser light; a movable plate including a light acting portion that acts on the laser light emitted from the light source; a light receiving member including a light receiving element that detects the laser light arriving from the movable plate, the light action portion has an opening for transmitting the laser light or a reflecting portion for reflecting the laser light, the light-emitting element includes a semiconductor laser element having a photonic crystal and capable of adjusting parameters of laser light; The semiconductor laser element is formed to emit laser light so that the width of the laser light irradiated onto the movable plate is approximately the same as the width of the light acting portion.
  • Appendix 3 An encoder as described in Appendix 2, wherein at least one of the emission angle and the divergence angle of the semiconductor laser element is adjusted so that the width of the laser light at the emission surface of the light source is smaller than the width of the light action portion of the movable plate.
  • the light source includes a plurality of light emitting elements; the movable plate includes a plurality of light action parts arranged in a direction in which the light action parts move; An encoder as described in Appendix 2 or 3, wherein the light-emitting element has at least one of an emission angle and a divergence angle adjusted so that the pitch of the laser light irradiated onto the movable plate is approximately the same as the pitch of the light action portion.
  • the light source has a plurality of light-emitting elements that emit laser beams corresponding to the plurality of phase signals;
  • the movable plate has a plurality of light acting portions formed to correspond to a plurality of phase signals;
  • the light receiving member has a plurality of light receiving elements that detect laser light corresponding to the plurality of phase signals;
  • Each light-emitting element is formed to emit a laser beam having a wavelength corresponding to a predetermined phase signal, 2.
  • each light receiving element is configured to detect laser light of a wavelength corresponding to a predetermined phase signal.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optical Transform (AREA)

Abstract

エンコーダは、１つの実施の形態では、レーザ光を発振する発光素子を含む光源と、光源から出射されたレーザ光を透過する開口部を含む回転板と、回転板から到達するレーザ光を検出する受光素子を含む受光部材とを備える。発光素子は、フォトニック結晶を有し、レーザ光のパラメータを調整可能な半導体レーザ素子を含む。半導体レーザ素子は、可動板に照射されたレーザ光の幅が光作用部の幅と略同じになるようにレーザ光を出射するように形成されている。

Description

エンコーダ
　本開示は、エンコーダに関する。
　従来から、１つの部材に対する他の部材の相対的な位置を検出するための装置としてエンコーダが知られている。エンコーダとしては、回転軸の周りの回転位置を検出するためのロータリーエンコーダおよび２つの部材の直線的な相対位置を検出するためのリニアエンコーダが知られている。
　エンコーダには、光源からの光を透過したり遮断したりすることにより部材の回転移動量または直線移動量を検出する光学式エンコーダが知られている。従来の技術における光学式エンコーダは、スリットが形成された固定板を備える。光学式エンコーダは、対象部材が動くと固定板に対して相対的に動く可動板を備える。可動板には、光を透過するためのスリットが形成されている。固定板のスリットに対して可動板のスリットが移動することにより、光が遮断されたり透過されたりする。この時の光の強度の変化を受光部材が検出することにより、可動板に固定された対象部材の移動量を検出することができる。
特開平９－２５７５１８号公報 特開２０１１－１８５８０６号公報 特開平６－１８２９２号公報
　従来の技術における光学式のエンコーダでは、光源、固定板、可動板、および受光部材が必要であり、部品点数が多いという問題がある。更に、光源には、例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）が使用される。このような場合に、光源の光の進行方向を固定板と可動板とが対向する方向に平行になるように調整するために、光の向きを調整するためのレンズが配置される場合がある。
　ここで、従来の技術による光源から出射された光は、レンズにて進行方向を調整しても直進しない光の成分が生じる。すなわち、レンズにて光の進行方向を調整しても、完全な平行光にはならないために、スリットから遠ざかるにつれて、スリットを通った光の形状がぼやけてしまう。この結果、検出される信号強度は低下する場合がある。または、スリットにて光が回折することにより、光の強度が低下して信号強度が低下する場合がある。
　信号強度の低下を抑制するためには、光源、固定板、可動板、および受光部材の部材同士の間隔を狭くすることが好ましい。このために、それぞれの部品を配置する位置に制約があるという問題がある。
　本開示の一態様のエンコーダは、レーザ光を発振する発光素子を含む光源と、光源から出射されたレーザ光に作用する光作用部を含む可動板と、可動板から到達するレーザ光を検出する受光素子を含む受光部材とを備える。光作用部は、レーザ光を透過するための開口部またはレーザ光を反射するための反射部を有する。発光素子は、フォトニック結晶を有し、レーザ光のパラメータを調整可能な半導体レーザ素子を含む。半導体レーザ素子は、可動板に照射されたレーザ光の幅が光作用部の幅と略同じになるようにレーザ光を出射するように形成されている。
実施の形態における第１のエンコーダの概略断面図である。 実施の形態における光源の概略平面図である。 実施の形態における回転板の概略平面図である。 実施の形態における受光部材の概略平面図である。 実施の形態における光源、回転板、および受光部材の拡大概略断面図である。 実施の形態における光源および回転板の模式図である。 実施の形態における光源および回転板の他の模式図である。 回転板に照射されたレーザ光の照射領域と開口部との位置関係を説明する概略平面図である。 レーザ光が照射される照射領域と開口部との位置関係に対して受光素子にて検出される信号強度を示すグラフである。 回転板に照射されるレーザ光の幅および開口部の幅に対する信号強度を説明するグラフである。 回転板に照射されるレーザ光の長さおよび開口部の長さに対する信号強度を説明するグラフである。 発光素子の寸法と発光素子同士の間隔を説明する概略平面図である。 回転板に照射されるレーザ光の照射領域の寸法と照射領域同士の間隔を説明する概略平面図である。 光源の発光素子に対して座標系を設定したときの図である。 回転板に照射されるレーザ光の照射領域に対して座標系を設定したときの図である。 第１の比較例における受光部材の概略平面図である。 第２の比較例における光源およびレンズの概略断面図である。 実施の形態における第２のエンコーダのそれぞれの相信号に対応するレーザ光の波長と受光素子の吸収スペクトルとを説明するグラフである。 実施の形態における第３のエンコーダの光源、回転板、および受光部材の概略斜視図である。 実施の形態における第４のエンコーダの受光部材の概略平面図である。 実施の形態における第５のエンコーダの光源、回転板、および受光部材の概略斜視図である。 実施の形態における第６のエンコーダの光源の概略斜視図である。 実施の形態における第７のエンコーダの光源の概略斜視図である。 実施の形態における第８のエンコーダの光源の概略平面図である。 第８のエンコーダにおける回転板の変位に対する信号強度のグラフである。 実施の形態における第９のエンコーダの回転板の概略平面図である。
　図１から図２６を参照して、実施の形態におけるエンコーダについて説明する。本実施の形態におけるエンコーダは、光を出射する光源を有する光学式のエンコーダである。本実施の形態における光源は、レーザ光を発振する発光素子を含む。光学式のエンコーダは、光を反射したり透過したりすることにより変化する光の強度に基づいて一方の部材に対する他方の部材の相対的な位置を検出することができる。
　本実施の形態においては、回転軸の周りの回転数および１回転内の回転角度を検出するためのロータリーエンコーダについて説明する。ロータリーエンコーダは、回転角検出器とも称される。ロータリーエンコーダは、機械の関節部の支持軸または、モータおよび変速機等の駆動機の回転シャフト等に取り付けられることができる。
　図１に、本実施の形態における第１のエンコーダの概略断面図を示す。本実施の形態の第１のエンコーダ１は、回転板３に形成された開口部３１，３２を透過するレーザ光８１を受光部材４にて検出する透過型のエンコーダである。受光部材４は、プリント基板５上に実装されている。受光部材４で受光した光量に応じて変化する電流値または電圧値から、シャフト７１の回転位置情報を生成する。第１のエンコーダ１では、シャフト７１の回転に応じてレーザ光８１を透過したり遮断したりすることにより、回転軸ＲＡの周りの回転位置を検出する。シャフト７１の回転位置には、シャフト７１の回転数および１回転内の回転角度が含まれる。
　エンコーダ１を構成する部品は、底板７３および蓋部材７４を含む筐体の内部に配置されている。回転位置を検出するためのシャフト７１は、ベアリング７２を介して底板７３に支持されている。
　本実施の形態におけるエンコーダ１は、レーザ光８１を発振する発光素子を有する光源２を備える。光源２は、底板７３に形成された凹部７３ａに配置されている。本実施の形態において、光源２は、矢印９０に示すように回転軸ＲＡに沿った方向に光を出射するように配置されている。
　エンコーダ１は、光源２から出射されたレーザ光８１に作用する光作用部を含む可動板としての回転板３を含む。回転板３は、面積が最大となる面積最大面が回転軸ＲＡに対して垂直になるようにシャフト７１に固定されている。回転板３は、シャフト７１と共に回転する。エンコーダ１は、回転板３から到達するレーザ光８１を検出する受光素子を有する受光部材４を備える。受光部材４は、光源２から発振されるレーザ光８１を受光できるように配置されている。受光部材４は、プリント基板５の表面に配置されている。プリント基板５は、支持部材７５を介して底板７３に固定されている。
　図２に、本実施の形態における第１のエンコーダの光源の拡大概略平面図を示す。本実施の形態の光源は、複数の相信号に対応するレーザ光を発振する複数の発光素子を有する。矢印９１に示す方向が、回転板３の径方向の外側に対応する。第１のエンコーダ１の光源２は、複数の発光素子２１ａ，２２ａ，２１ｂ，２２ｂを含む。発光素子２１ａ，２２ａ，２１ｂ，２２ｂは、後述する回転板３の開口部３１，３２に対応する位置に配置されている。また、複数の発光素子２１ａ，２２ａ，２１ｂ，２２ｂは、回転板３の開口部３１，３２の形状に対応する形状に形成されている。複数の発光素子２１ａ，２１ｂは円周に沿って配置されている。複数の発光素子２２ｂ，２２ａは、円周に沿って配置されている。
　また、光源２は、発光素子２３および発光素子２４を有する。発光素子２３，２４は、後述する回転板３の開口部３３，３４に対応する位置に配置されている。それぞれの発光素子２１ａ，２２ａ，２１ｂ，２２ｂ，２３，２４は、予め定められた相信号を生成するための光を出射する。
　本実施の形態におけるそれぞれの発光素子２１ａ，２２ａ，２１ｂ，２２ｂ，２３，２４は、フォトニック結晶を有する半導体レーザ素子である。フォトニック結晶を有する半導体レーザ素子は、例えば、光を増幅するための活性層の近傍にフォトニック結晶の層を配置した構造を有し、フォトニック結晶の格子点の位置の形状および格子点同士の間隔のうち少なくとも一方を変化させることで、任意のビームパターンを出射させることが可能である。レーザ素子は、電子と正孔とが結合して光を放出する。そして、活性層に閉じ込められた光がフォトニック結晶において共振および回折する。
　本実施の形態の半導体レーザ素子は、大きな断面積にて単一のモードのレーザ光の発振することができる面発光レーザ素子を含む。発光素子から発振されたレーザ光は、光の拡がり角を狭くすることができるために高い直進性を有する。または、複数の発光素子を集めたり分散して配置したりすることができる。
　更に、本実施の形態の半導体レーザ素子は、レーザ光のパラメータの調整が可能である。レーザ光のパラメータとしては、レーザ光の出射角度、拡がり角、波長、および位相のうち少なくとも一つを含むことができる。出射角度とは、発光素子の出射面に対して出射される向きの角度を示す。拡がり角は、出射されたレーザ光の拡がりを示す角度である。例えば、拡がり角は発光素子の出射面に垂直な方向に対してレーザ光が拡がる角度を示す。本実施の形態のフォトニック結晶構造を有する半導体レーザ素子は、任意の方向に、任意の形状で、任意の波長のレーザ光を発振することができる。本実施の形態の発光素子２１ａ，２２ａ，２１ｂ，２２ｂは、発光素子の表面に垂直な方向に沿ってレーザ光８１を出射する。
　本実施の形態におけるエンコーダは、それぞれの相信号に対応する開口部が形成された固定板を備えていない。本実施の形態のエンコーダは、固定板の開口部にて光の形状を生成する機能を発光素子が有する。複数の発光素子は、複数の相信号の光作用部に対応する形状を有する。例えば、開口部の平面形状が四角形の場合には、発光素子の平面形状も四角形に形成することができる。
　本実施の形態では、発光素子２１ａは、エンコーダのＡ相の信号を生成するための光を出射する。発光素子２１ｂは、Ｂ相の信号を生成するための光を出射する。複数の発光素子２１ａは、互いに等間隔ごと（所定の中心角ごと）に配置されている。同様に、複数の発光素子２１ｂは、互いに等間隔ごとに配置されている。ここで、複数の発光素子２１ａと複数の発光素子２１ｂとは、互いに位相が９０°ずれるように形成されている。
　次に、発光素子２２ａは、Ａ相の信号から１８０°にて位相がずれたＸＡ相の信号を生成するための光を出射し、発光素子２２ｂは、Ｂ相の信号から１８０°にて位相がずれたＸＢ相の信号を生成するための光を出射する。それぞれのＡ相信号またはＢ相信号において差動増幅を実施することによりノイズを低減することができる。
　発光素子２３は、Ｃ相の信号を生成するための光を出射する。Ｃ相の信号は、モータの磁極位置を検出するための相信号である。発光素子２４は、シャフト７１が１回転したことを検出するためのＺ相を生成するための光を出射する。第１のエンコーダ１の光源２では、それぞれの発光素子２１ａ，２２ａ，２１ｂ，２２ｂ，２３，２４は、互いに同一の波長の光を発振するように形成されている。
　図３に、本実施の形態における第１のエンコーダの回転板の拡大概略平面図を示す。本実施の形態の第１のエンコーダには動く板である可動板としての回転板３が配置されている。回転板３には、レーザ光に作用する光作用部が形成されている。本実施の形態では、複数の相信号に対応するように複数の光作用部が形成されている。
　回転板３は、平面形状が円になるように形成されている。ここでの例では、矢印９２に示す方向に回転板３が回転する。回転板３には、それぞれの相信号のレーザ光８１を透過するように、光作用部としての開口部３１，３２，３３，３４が形成されている。複数の開口部３１は、Ａ相信号およびＢ相信号を形成するために、周方向に沿って互いに等間隔（所定の中心角ごと）にて形成されている。複数の開口部３２は、ＸＡ相信号およびＸＢ相信号を生成するために、周方向に沿って互いに等間隔（所定の中心角ごと）にて形成されている。開口部３３は、Ｃ相の信号を生成するために形成されている。開口部３４は、Ｚ相の信号を生成するために形成されている。
　図４に、本実施の形態における受光部材の拡大概略平面図を示す。受光部材は、複数の相信号に対応するレーザ光を検出する複数の受光素子を有する。それぞれの受光素子は、予め定められた相信号のレーザ光を受光する位置に配置されている。また、それぞれの受光素子は、予め定められた相信号のレーザ光を発振する発光素子の位置に対応して配置されている。
　第１のエンコーダ１の受光部材４は、複数の受光素子４１ａ，４２ａ，４１ｂ，４２ｂを有する。受光素子４１ａは、発光素子２１ａから発振されるＡ相の信号のレーザ光を受光するように配置されている。受光素子４２ａは、発光素子２２ａから発振されるＸＡ相の信号のレーザ光を受光するように配置されている。受光素子４１ｂは、発光素子２１ｂから発振されるＢ相の信号のレーザ光を受光するように配置されている。受光素子４２ｂは、発光素子２２ｂから発振されるＸＢ相の信号のレーザ光を受光するように配置されている。受光素子４３は、発光素子２３から発振されるＣ相の信号のレーザ光を受光するように配置されている。受光素子４４は、発光素子２４から発振されるＺ相の信号のレーザ光を受光するように配置されている。
　図５に、本実施の形態における、光源、回転板、および受光部材の拡大概略断面図を示す。光源の発光素子から発振されたレーザ光は、回転板の開口部を通って、受光部の受光素子に受光されて検出される。図５に示す例では、発光素子２１ａ，２２ｂから出射された２つのレーザ光８１は、回転板３の開口部３１，３２を通って、受光素子４１ａ，４２ｂにて受光される。
　図６に、本実施の形態における光源および回転板の模式図を示す。本実施の形態の発光素子、開口部、および受光素子は、周方向に並んで配置されているが、図６以降の図においては、説明および理解を容易にするために、発光素子、開口部、および受光素子が直線状に並んでいるように示す。
　図６に示す例では、光源６は、複数の発光素子２５を含む。発光素子２５は、四角形の断面形状のレーザ光８１のビームパターンを出射するように形成されている。それぞれの発光素子２５は、回転板７に向かって矢印９０に示すように、光を出射するように構成されている。回転板７には、平面形状が四角形の複数の開口部３６が形成されている。
　本実施の形態の発光素子２５は、回転板７に照射されたレーザ光８１の幅が開口部３６の幅とほぼ同じになるようにレーザ光を出射する。発光素子２５は、レーザ光８１の出射角度および拡がり角のうち少なくとも一方が調整されている。また、発光素子２５は、回転板７に照射されたレーザ光８１のピッチが、開口部３６のピッチとほぼ同一になるように、出射角度および拡がり角のうち少なくとも一方が調整されている。
　本実施の形態の第１のエンコーダにおいては、発光素子２５から出射されたレーザ光８１が回転板７に照射される。ここでの例では、レーザ光８１の照射領域の形状が開口部３６の平面形状とほぼ同じになる。また、レーザ光８１の照射領域のピッチは、複数の開口部同士のピッチとほぼ同じになる。図６は、レーザ光８１が照射される照射領域が開口部３６と重なっている状態を示している。発光素子２５から出射されたほぼ全てのレーザ光８１が開口部３６を透過する。
　図７に、図６に示す状態から回転板が移動したときの光源および回転板の模式図を示す。ここでの例では、矢印９２に示すように開口部３６が並ぶ方向に回転板７が移動している。レーザ光８１の一部が開口部３６を透過する場合には、レーザ光８１の他の部分は回転板７により遮断される。
　図８に、光源から出射されたレーザ光が開口部を透過したり回転板に遮断されたりする状態を示す概略平面図を示す。図６から図８を参照して、光源６に含まれる発光素子２５は位置が固定されている。発光素子２５から出射されて回転板７に照射されたレーザ光８１の照射領域８１ａは移動しない。これに対して、矢印９２に示す方向に回転板７が回転することにより、状態Ａ、状態Ｂ、および状態Ｃの順に移行する。状態Ａは、図６に示す状態に対応しており、ほぼ全てのレーザ光８１が開口部３６を透過している。状態Ｂは、図７に示す状態に対応しており、回転板７に照射されるレーザ光の一部が開口部３６を透過する状態である。状態Ｃでは、回転板７に照射されるレーザ光のほぼ全てが、回転板７にて遮断される状態である。
　図９に、受光素子にて検出される信号強度を説明するグラフを示す。図８および図９を参照して、状態Ａから状態Ｃに向かうにつれて、受光素子にて検出される光量は少なくなるために、受光素子にて検出される信号強度は小さくなる。信号強度は電圧値または電流値にて検出されることができる。
　図１０に、レーザ光が照射される照射領域の幅と開口部の幅との関係に対する信号強度のグラフを示す。図８を参照して、ここでは開口部３６は、幅ＷＳおよび長さＬＳを有する。複数の開口部３６はピッチＰＳにて形成されている。これに対して、レーザ光８１が回転板７に照射される照射領域８１ａは、幅ＷＲおよび長さＬＲを有する。複数の照射領域８１ａは、ピッチＰＲの間隔を有する。図８に示す例では、開口部３６の幅ＷＳは、レーザ光が照射される照射領域８１ａの幅ＷＲとほぼ同じである。また、開口部３６の長さＬＳは、レーザ光が照射される照射領域８１ａの長さＬＲとほぼ同である。また、開口部３６のピッチＰＳは、レーザ光が照射される照射領域８１ａのピッチＰＲとほぼ同じである。
　図１０を参照して、受光素子から検出される信号強度は、開口部３６を透過するレーザ光の照射領域の面積に対応する。状態Ａでは信号強度が最も強くなり、状態Ｃでは信号強度が最も弱くなる。開口部３６の幅ＷＳが照射領域８１ａの幅ＷＲとほぼ同じである場合（ＷＳ＝ＷＲ）に、回転板７が移動することにより、図８に示す状態Ａ，Ｂ，Ｃを繰り返すように信号強度が変化する。
　ここでは、開口部３６の幅ＷＳが一定であり、照射領域８１ａの幅ＷＲが変化する場合を検討する。照射領域の幅ＷＲが開口部３６の幅ＷＳよりも大きい場合（ＷＳ＜ＷＲ）には、状態Ｃにおいてもレーザ光の一部が開口部３６を透過するために信号強度が大きくなる。このために信号強度の最大値と最小値との差（信号強度の振幅）が小さくなる。信号強度はＡ/Ｄ（Analog/Digital）コンバータを用いて検出されることができる。そして、信号強度に基づいて変位（回転位置）を検出することができる。このために信号強度の最大値と最小値との差が小さくなると、回転位置の検出精度が低下する。
　また、照射領域８１ａの幅ＷＲが開口部３６の幅ＷＳよりも小さい場合（ＷＳ＞ＷＲ）には、開口部の領域内に全ての照射領域が含まれる時期が生じる。すなわち、信号強度が一定になる時期が生じるために、信号強度から変位（回転位置）を正確に検出できない時期が存在する。これらの理由から、精度よく回転位置を検出するためには、レーザ光８１が照射される照射領域８１ａの幅ＷＲは、開口部３６の幅ＷＳとほぼ等しいことが好ましい。
　図１１に、レーザ光が照射される照射領域の長さと信号強度との関係を説明するグラフを示す。ここでは、開口部３６の長さＬＳが一定であり、照射領域８１ａの長さＬＲが変化する場合を検討する。開口部３６の長さＬＳがレーザ光が照射される照射領域８１ａの長さＬＲとほぼ同じ場合（ＬＳ＝ＬＲ）には、開口部３６の全体から光が透過するために信号強度は大きくなる。これに対して、照射領域の長さＬＲが開口部の長さＬＳよりも小さい場合（ＬＳ＞ＬＲ）には、開口部３６の一部のみにレーザ光が透過するために、信号強度が小さくなる。照射領域８１ａの長さＬＲが開口部の長さＬＳよりも大きい場合（ＬＳ＜ＬＲ）には、開口部３６の長さＬＳが照射領域８１ａの長さＬＲとほぼ同じ場合と開口部を通過するレーザ光の面積は変わらないために、信号強度は変化しない。しかしながら、回転板の開口部以外の領域に入射したレーザ光は反射され、他の部材にて更に反射される場合がある。そして、レーザ光が別の開口部に入り込み、信号のコントラストを低下させる可能性がある。このために、信号強度を大きくするためには、レーザ光８１が照射される照射領域８１ａの長さＬＲは、開口部３６の長さＬＳとほぼ同じであることが好ましい。上記の検討から、レーザ光が照射される照射領域の形状と開口部の形状とは、ほぼ同じであることが好ましい。
　また、本実施の形態の発光素子２５は、回転板７に照射されたレーザ光の照射領域８１ａのピッチＰＲが開口部３６のピッチＰＳとほぼ同じになるように、レーザ光の出射角度および拡がり角のうち少なくとも一方が調整されている。この構成を採用することにより、精度よく回転位置を検出することができる。更に、光源を小型化にすることができる。
　図６および図７を参照して、本実施の形態の光源６は、光源６の出射面におけるレーザ光８１の断面形状が、開口部３６の平面形状よりも小さくなるように形成されている。特に、発光素子２５は、光源６の出射面におけるレーザ光８１の幅が、回転板７の開口部３６の幅よりも小さくなるように、レーザ光８１の出射角度および拡がり角のうち少なくとも一方が調整されている。すなわち、フォトニック結晶を有する発光素子２５は、発光素子２５からの距離が遠くなるほど、レーザ光８１の断面積が大きくなるようにレーザ光８１のビームパターンが制御されている。この構成を採用することにより、発光素子２５を小型にできることができるために光源６を小型にすることができる。また、本実施の形態の発光素子は、フォトニック結晶を有する半導体レーザ素子であるために、小さな発光素子でも大きな出力にてレーザ光を発振することができる。
　ここで、図１２から図１５を参照して、発光素子の出射光が満たすべき出射角度について説明する。図１２は、複数の発光素子２５の概略平面図である。発光素子２５の幅ａと、長さｂと、発光素子２５同士の間隔ｄ（ピッチに対応する）とが示されている。図１３は、回転板７に照射されるレーザ光の複数の照射領域の概略平面図である。レーザ光の照射領域８１ａの幅ａ’と、長さｂ’と、照射領域８１ａ同士の間隔ｄ’が示されている。
　図１４に、複数の発光素子に対して座標系を当てはめたときの説明図を示す。図１５に、レーザ光の複数の照射領域に対して座標系を当てはめたときの説明図を示す。図１４および図１５には、１番目からｎ番目の発光素子２５または照射領域８１ａが示されている。図６に示すように光源６と回転板７との距離ｈを用いると、ｎ番目におけるレーザ光のｘ軸方向の出射角度θxは、次の式（１）および式（２）により算出される。式（１）は、ｘの値が(n-1)(a+d)の点を示し、式（２）は、xの値が(n-1)(a+d)+aの点を示している。
　tanθx=h/(x'+(n-1)(a'+d'-a-d)) …（１）
　tanθx=h/(x'+(n-1)(a'+d'-a-d)+a'-a) …（２）
　また、ｎ番目におけるレーザ光のｙ軸方向の出射角度θyは、次の式（３）および式（４）により算出される。式（３）は、yの値が０の点を示し、式（４）は、yの値がbの点を示している。
　tanθy=h/y' …（３）
　tanθy=h/(y'+b'-b) …（４）
　このように、それぞれの出射角度になるように発光素子を製造することにより、本実施の形態における光源を製造することができる。または、レーザ光の拡がり角を調整しても構わない。
　図１６に、第１の比較例のエンコーダの受光部材の概略平面図を示す。一般的なエンコーダは、開口部を有する固定板を備えるが、受光素子の形状を回転板の開口部の形状に対応させることにより、固定板を排除することができる。受光素子６１ａ，６２ａ，６１ｂ，６２ｂは、それぞれがＡ相の信号、ＸＡ相の信号、Ｂ相の信号、ＸＢ相の信号のレーザ光を受信するための受光素子である。受光素子６１ａ，６２ａ，６１ｂ，６２ｂは、固定板を配置する代わりに、回転板の開口部を透過するレーザ光の形状に合わせて形成されている。
　このような受光部材を備えるエンコーダにおいては、固定板を使用する方法に比べて、受光素子が小さくなるために、受光素子にて検出される信号強度が小さくなる。エンコーダを組立てるときの組立て精度を高くすることにより、回転位置の検出精度を高くすることができるが、製造時間が長くなったり歩留まりが悪くなったりする。または、信号強度を大きくするために、ＬＥＤなどの発光素子の出力を大きくすることが考えられる。しかしながらＬＥＤの出力のみを大きくすることは困難であり、反射光の強度も大きくなるために、信号のコントラストが低下するなどの問題が発生する虞れがある。
　これに対して、本実施の形態におけるエンコーダにおいては、発光素子が従来の固定板の機能を備えているために、受光素子の面積を小さくする必要がなくなるため、光の強度を大きくすることができる。この結果、信号強度（検出される信号の振幅）を大きくすることができて分解能が向上する。
　また、本実施の形態におけるエンコーダは、開口部を有する固定板を配置する必要がなく、部品点数が少なくなり、歩留まりが向上する。または、製造費用を抑制したりすることができる。さらに、面発光レーザのレーザ光は直進性が高いために、光源、可動板、および受光部材の部材同士の間隔に依存せずに、受光素子において安定した強度の信号を得ることができる。すなわち、大きなコントラストを有する信号を得ることができる。このために、エンコーダの設計の自由度が向上する。
　図１７に、第２の比較例のエンコーダの光源およびレンズの概略断面図を示す。第２の比較例のエンコーダの光源６３は、発光素子としてＬＥＤが配置されている。第２の比較例においては、光源６３から遠ざかるにつれて除々に広がる光を、矢印９３に示すようにレンズ６４にて向きを変えている。ところが、光源６３から出射された光には、矢印９４に示すように、所望の方向に進行しない光が存在する。または、回転板の開口部または固定板の開口部において光が回折して、受光素子に到達しない光が存在する。このために、受光素子において検出される光の強度が小さくなる場合がある。
　これに対して、本実施の形態におけるエンコーダにはレンズが配置されていない。フォトニック結晶を有する半導体レーザ素子から出射されるレーザ光は、直進性に優れるためにレンズを使用しなくても受光素子における光の強度を高くすることができる。または、平行度の高い光を出射するために受光素子に到達しないレーザ光を少なくすることができて、光源を小型にすることができる。
　図１８に、本実施の形態における第２のエンコーダの光源から発振されるレーザ光の波長と各相に用いる受光素子の光の吸収スペクトルとのグラフを示す。図２および図１８を参照して、第２のエンコーダの光源は、相信号の種類によりレーザ光の波長を変えて複数の種類のレーザ光を発振する。複数の発光素子２１ａ，２２ａ，２１ｂ，２２ｂは、複数の相信号に対応するように互いに異なる波長のレーザ光を発振するように形成されている。それぞれの発光素子２１ａ，２２ａ，２１ｂ，２２ｂは、予め定められた相信号に対応する波長のレーザ光を発振するように形成されている。
　例えば、Ａ相およびＸＡ相の信号に対応する発光素子２１ａ，２２ａは、波長λAの光を出射するように形成されている。また、Ｂ相およびＸＢ相の信号に対応する発光素子２１ｂ，２２ｂは、波長λBのレーザ光を出射するように形成されている。Ｃ相の信号に対応する発光素子２３は、波長λCのレーザ光を出射するように構成されている。また、Ｚ相の信号に対応する発光素子２４は、波長λZの信号を出射するように構成されている。図３を参照して、第２のエンコーダの回転板は、第１のエンコーダの回転板３と同じ構成を有する。
　図４を参照して、第２のエンコーダの受光部材において、複数の受光素子４１ａ，４２ａ，４１ｂ，４２ｂ，４３，４４は、複数の相信号に対応するように互いに異なる波長のレーザ光を検出できるように形成されている。それぞれの受光素子４１ａ，４２ａ，４１ｂ，４２ｂ，４３，４４は、予め定められた相信号に対応する波長のレーザ光を検出するように形成されている。
　より具体的には、Ａ相およびＸＡ相の信号に対応する受光素子４１ａ，４２ａは、波長λAのレーザ光を検出するように形成されている。また、Ｂ相およびＸＢ相の信号に対応する受光素子４１ｂ，４２ｂは、波長λBのレーザ光を検出するように形成されている。また、Ｃ相の信号に対応する受光素子４３は、波長λCのレーザ光を検出するように形成されている。Ｚ相の信号に対応する受光素子４４は、波長λZのレーザ光を検出するように形成されている。
　第２のエンコーダにおいては、それぞれの相信号に対してレーザ光の波長が予め定められている。発光素子および受光素子は、それぞれの波長のレーザ光を発振または検出するように形成されている。このために、意図しない波長のレーザ光は検出しないように構成することができる。例えば、Ａ相の波長λAのレーザ光を検出する受光素子４１ａに、Ｂ相の波長λBのレーザ光が入射した場合にも、受光素子４１ａは、Ｂ相の信号に対応するレーザ光は検出せずに、Ａ相の信号に対応するレーザ光を検出することができる。この結果、それぞれの相信号の干渉を抑制して検出精度が向上する。
　図１９に、本実施の形態における第３のエンコーダの光源、回転板、および受光部材の概略斜視図を示す。第３のエンコーダは、発光素子２６を含む光源８、開口部３５を有する回転板１０、および受光部材９を含む。本実施の形態の第１のエンコーダにおいては、発光素子の平面形状の大きさが開口部の平面形状よりも小さくなるように形成されている。これに対して、第３のエンコーダでは、発光素子２６の平面形状の大きさは、開口部３５の平面形状の大きさとほぼ同じである。発光素子２６は、矢印９０に示すようにレーザ光の出射面に対して垂直の方向にレーザ光を出射している。
　図２０に、本実施の形態における第４のエンコーダの受光部材の拡大概略平面図を示す。第４のエンコーダは、複数の受光素子５１ａ，５２ａ，５１ｂ，５２ｂを有する受光部材１１を備える。複数の受光素子５１ａ，５２ａ，５１ｂ，５２ｂは、図４の第１のエンコーダの受光素子４１ａ，４２ａ，４１ｂ，４２ｂの機能を有する。
　第４のエンコーダの複数の受光素子５１ａ，５２ａ，５１ｂ，５２ｂは、細長い形状を有し、回転板の開口部が移動する方向に垂直な方向（半径方向）に延びるように形成されている。また、受光素子５１ａ，５２ａ，５１ｂ，５２ｂの組が、回転板の開口部が移動する方向（周方向）に繰り返して並ぶように構成されている。
　第１のエンコーダの受光部材においては、１個の受光素子が１つの相信号に対応しているために、回転板と受光素子との周方向の相対位置が僅かにずれると、所望の信号強度が得られない場合がある。これに対して第４のエンコーダの受光部材では、複数の相信号に対応する受光素子を周方向に並べて配置することにより、受光部材と回転板との相対位置が周方向にずれたとしても、信号強度への悪影響を小さくすることができる。
　第４のエンコーダの受光部材１１は、本実施の形態の第２のエンコーダのように、それぞれの受光素子が、相信号の種類に応じた波長のレーザ光を受光する場合に好適である。例えば、受光素子５１ａ，５２ａはＡ相の波長λAのレーザ光を受光し、受光素子５１ｂ，５２ｂはＢ相の波長λBのレーザ光を受光することができる。
　図２１に、本実施の形態における第５のエンコーダの光源、回転板、および受光部材の概略斜視図を示す。第５のエンコーダは、レーザ光を反射する反射型のエンコーダである。第５のエンコーダは、光源１２と、反射部１５を含む回転板１３と、受光部材１４ａ，１４ｂとを備える。第５のエンコーダにおいては、レーザ光に作用する光作用部としてレーザ光を反射する反射部１５が形成されている。すなわち、回転板１３には、開口部の代わりに反射部１５が形成されている。光源１２から発振されたレーザ光は、矢印９５に示すように、反射部１５で反射されて受光部材１４ａ，１４ｂにて検出される。
　反射型のエンコーダにおいても、本実施の形態における光源および受光部材を採用することができる。そして、例えば、固定板およびレンズを有しないエンコーダを構成することができる。第５のエンコーダは、２つの受光部材１４ａ，１４ｂを備えるが、この形態に限られない。エンコーダは、任意の個数の受光部材を配置することができる。
　図２２に、本実施の形態における第６のエンコーダの光源の概略斜視図を示す。本実施の形態における第１のエンコーダの光源は、１つの相信号の開口部に対して１つの発光素子が配置されているが、この形態に限られない。第６のエンコーダの光源１６は、１つの相信号の開口部に対応する発光素子２１ａが複数の発光素子２７から構成されている。同様に、１つの相信号の開口部に対応する発光素子２２ｂは複数の発光素子２７から構成されている。このように、複数の発光素子の組により、１つの相信号の光作用部に対応する発光素子が構成されていても構わない。
　図２３に、本実施の形態における第７のエンコーダの光源の概略斜視図を示す。第１のエンコーダの発光素子の平面形状は長方形であるが、この形態に限られない。第７のエンコーダの光源１７は、分岐した形状を有する発光素子２８を含む。発光素子２８は、直線部２８ａと、直線部２８ａから枝分かれした複数の分岐部２８ｂを有する。または、複数の微細な発光素子を集積化して任意の形状の発光素子を形成しても構わない。このように、光源の発光素子の形状は、任意の形状を採用することができる。
　図２４に、本実施の形態における第８のエンコーダの光源の概略平面図を示す。第８のエンコーダの光源１８は、複数の発光素子２９を有する。それぞれの発光素子２９は、扇形が複数連なる平面形状を有する。このときの発光素子２９の幅ａは、回転板の周方向（開口部が移動する方向）に対応する方向の長さのうち最大の長さを採用することができる。発光素子２９のピッチは、幅ａが繰り返される間隔を採用することができる。また、第８のエンコーダの回転板および受光素子の構成は、本実施の形態の第１のエンコーダと同様である。
　図２５に、第８のエンコーダの受光部材により検出される信号強度のグラフを示す。図２４および図２５を参照して、扇形を互いに連結した形状を有する発光素子２９を採用することにより、回転板の変位（回転位置）に対する信号強度の変化を曲線状にすることができる。特に、正弦波の形状にて変化する信号強度を得ることができる。
　なお、発光素子の平面形状を四角形にして、回転板の開口部の形状を複数のひし形が連結された形状にすることによっても、図２５に示すような正弦波の形状を有する信号強度を得ることができる。
　図２６に、本実施の形態における第９のエンコーダの回転板の概略平面図を示す。図３および図２６を参照して、第９のエンコーダは、可動板としての回転板１９を備える。前述の第１のエンコーダの回転板３には、Ａ相およびＢ相に対応する開口部３１と、ＸＡ相およびＸＢ相に対応する開口部３２とが形成されているが、この形態に限られない。第９のエンコーダの回転板１９には、回転板３の開口部３１と開口部３２とが一体化された形状を有する開口部３７が形成されている。このように、回転板の１つの開口部から複数の相信号の生成を行う場合に、開口部３７の長さＬＳが照射領域の長さＬＲよりも大きくてもよい。この場合に、照射領域の長さＬＲは、受光素子４１ａ，４２ｂの形状に応じて設計される。
　第９のエンコーダにおいても、発光素子２１ａ，２２ａ，２１ｂ，２２ｂが出射する光は、それぞれの相信号に応じて周方向に位相をずらした領域に照射されるために、レーザ光の干渉を回避することができる。また、径方向においても各相ごとにレーザ光のビームパターンを出射することにより、照射領域が分離されて、レーザ光の干渉を回避することができる。
　本実施の形態におけるエンコーダは、インクリメンタル方式のエンコーダである。すなわち、Ｚ相の信号により回転軸の回転数を検出し、信号強度が大きくなったり小さくなったりする信号の変化に基づいて１回転内の回転角度を検出することができる。エンコーダとしては、この形態に限られず、アブソリュート方式のエンコーダにも本実施の形態の構成を適用することができる。アブソリュート方式のエンコーダは、径方向および周方向に沿ってビット列に対応する開口部が形成される。例えば、径方向にビット列に対応する開口部を形成する方式としてバイナリー方式またはグレイコード方式を採用することができる。また、周方向に沿ってビット列に対応する開口部を形成する方式として、連続する複数の点のビット列を測定するＭ系列の方式などを採用することができる。
　本実施の形態のエンコーダは、開口部が形成された固定板およびレーザ光の向きを変えるレンズを有しないが、この形態に限られない。開口部が形成された固定部材および光学系のレンズのうち少なくとも一方が配置されていても構わない。
　本実施の形態のエンコーダは、可動板としての回転板が回転するロータリーエンコーダであるが、この形態に限られない。可動板としての移動板が所定の方向に移動するリニアエンコーダにも、本実施の形態における構成を適用することができる。
　上記の通りに説明した少なくとも一つの実施の形態によれば、１つの部材に対する他の部材の相対的な位置を検出する精度に優れ、構造が簡易なエンコーダを提供することができる。
　本開示について詳述したが、本開示は上述した個々の実施形態に限定されるものではない。これらの実施形態は、本開示の要旨を逸脱しない範囲で、または、請求の範囲に記載された内容とその均等物から導き出される本開示の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の追加、置き換え、変更、部分的削除等が可能である。また、これらの実施形態は、組み合わせて実施することもできる。例えば、上述した実施形態において、各動作の順序や各処理の順序は、一例として示したものであり、これらに限定されるものではない。また、上述した実施形態の説明に数値又は数式が用いられている場合も同様である。
　上記の実施の形態および変形例に関して以下の付記を開示する。
　（付記１）
　レーザ光を発振する発光素子を含む光源と、
　光源から出射されたレーザ光に作用する光作用部を含む可動板と、
　可動板から到達するレーザ光を検出する受光素子を含む受光部材と、を備え、
　光作用部は、レーザ光を透過するための開口部またはレーザ光を反射するための反射部を有し、
　発光素子は、フォトニック結晶を有し、レーザ光のパラメータを調整可能な半導体レーザ素子を含み、
　半導体レーザ素子は、可動板に照射されたレーザ光の幅が光作用部の幅と略同じになるようにレーザ光を出射するように形成されている、エンコーダ。
　（付記２）
　レーザ光のパラメータは、出射角度、拡がり角、波長、および位相のうち、少なくとも一つを含む、付記１に記載のエンコーダ。
　（付記３）
　半導体レーザ素子は、光源の出射面におけるレーザ光の幅が可動板の光作用部の幅よりも小さくなるように、出射角度および拡がり角のうち少なくとも一方が調整されている、付記２に記載のエンコーダ。
　（付記４）
　光源は、複数の発光素子を含み、
　可動板は、光作用部が移動する方向に並んだ複数の光作用部を含み、
　発光素子は、可動板に照射されたレーザ光のピッチが光作用部のピッチと略同じになるように、出射角度および拡がり角のうち少なくとも一方が調整されている、付記２または３に記載のエンコーダ。
　（付記５）
　光源は、複数の相信号に対応するレーザ光を発振する複数の発光素子を有し、
　可動板は、複数の相信号に対応するように形成された複数の光作用部を有し、
　受光部材は、複数の相信号に対応するレーザ光を検出する複数の受光素子を有し、
　それぞれの発光素子は、予め定められた相信号に対応する波長のレーザ光を発振するように形成されており、
　それぞれの受光素子は、予め定められた相信号に対応する波長のレーザ光を検出するように形成されている、付記１に記載のエンコーダ。
　１　エンコーダ
　２，６，８，１２，１６，１７，１８　光源
　３，７，１０，１３，１９　回転板
　４，９，１１，１４ａ，１４ｂ　受光部材
　１５　反射部
　２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂ，２３，２４，２５，２６，２７，２８，２９　発光素子
　３１，３２，３３，３４，３５，３６、３７　開口部
　４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂ，４３，４４，５１ａ，５１ｂ，５２ａ，５２ｂ　受光素子
　８１　レーザ光
　８１ａ　照射領域
　ＲＡ　回転軸
　ＷＳ　幅
　ＬＳ　長さ
　ＰＳ　ピッチ
　ＷＲ　幅
　ＬＲ　長さ
　ＰＲ　ピッチ

Claims (5)

  1. 　レーザ光を発振する発光素子を含む光源と、
    　前記光源から出射されたレーザ光に作用する光作用部を含む可動板と、
    　前記可動板から到達するレーザ光を検出する受光素子を含む受光部材と、を備え、
    　前記光作用部は、レーザ光を透過するための開口部またはレーザ光を反射するための反射部を有し、
    　前記発光素子は、フォトニック結晶を有し、レーザ光のパラメータを調整可能な半導体レーザ素子を含み、
    　前記半導体レーザ素子は、前記可動板に照射されたレーザ光の幅が前記光作用部の幅と略同じになるようにレーザ光を出射するように形成されている、エンコーダ。
  2. 　レーザ光のパラメータは、出射角度、拡がり角、波長、および位相のうち、少なくとも一つを含む、請求項１に記載のエンコーダ。
  3. 　前記半導体レーザ素子は、前記光源の出射面におけるレーザ光の幅が前記可動板の前記光作用部の幅よりも小さくなるように、出射角度および拡がり角のうち少なくとも一方が調整されている、請求項２に記載のエンコーダ。
  4. 　前記光源は、複数の前記発光素子を含み、
    　前記可動板は、前記光作用部が移動する方向に並んだ複数の前記光作用部を含み、
    　前記発光素子は、前記可動板に照射されたレーザ光のピッチが前記光作用部のピッチと略同じになるように、出射角度および拡がり角のうち少なくとも一方が調整されている、請求項２または３に記載のエンコーダ。
  5. 　前記光源は、複数の相信号に対応するレーザ光を発振する複数の前記発光素子を有し、
    　前記可動板は、複数の相信号に対応するように形成された複数の前記光作用部を有し、
    　前記受光部材は、複数の相信号に対応するレーザ光を検出する複数の前記受光素子を有し、
    　それぞれの前記発光素子は、予め定められた相信号に対応する波長のレーザ光を発振するように形成されており、
    　それぞれの前記受光素子は、予め定められた相信号に対応する波長のレーザ光を検出するように形成されている、請求項１に記載のエンコーダ。
PCT/JP2024/021152 2024-06-11 2024-06-11 エンコーダ Pending WO2025257922A1 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2024/021152 WO2025257922A1 (ja) 2024-06-11 2024-06-11 エンコーダ

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2024/021152 WO2025257922A1 (ja) 2024-06-11 2024-06-11 エンコーダ

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2025257922A1 true WO2025257922A1 (ja) 2025-12-18

Family

ID=98050330

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2024/021152 Pending WO2025257922A1 (ja) 2024-06-11 2024-06-11 エンコーダ

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2025257922A1 (ja)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08254440A (ja) * 1995-03-17 1996-10-01 Olympus Optical Co Ltd 光学式エンコーダ
JP2011018798A (ja) * 2009-07-09 2011-01-27 Sumitomo Electric Ind Ltd レーザモジュール、バーコードスキャナーおよび光電センサー
JP2013120801A (ja) * 2011-12-06 2013-06-17 Kyoto Univ 半導体レーザ素子及びレーザビーム偏向装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08254440A (ja) * 1995-03-17 1996-10-01 Olympus Optical Co Ltd 光学式エンコーダ
JP2011018798A (ja) * 2009-07-09 2011-01-27 Sumitomo Electric Ind Ltd レーザモジュール、バーコードスキャナーおよび光電センサー
JP2013120801A (ja) * 2011-12-06 2013-06-17 Kyoto Univ 半導体レーザ素子及びレーザビーム偏向装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4918593B2 (ja) 共用レチクル基板を有する複数のサブエンコーダを利用する光学式回転エンコーダ
US6713756B2 (en) Optical encoder and optical rotary encoder
US8445835B2 (en) Encoder, servo unit and encoder manufacturing method
US7064842B1 (en) Optical displacement sensor and optical encoder
JP5545366B2 (ja) ロータリエンコーダ、ロータリモータ及びロータリモータシステム
JP6128328B2 (ja) エンコーダ、エンコーダ付きモータ、サーボシステム
KR20110031117A (ko) 리니어 인코더, 리니어 모터 시스템 및 리니어 인코더의 제조 방법
JP6924419B2 (ja) エンコーダ、サーボモータ、サーボシステム
JP6842680B2 (ja) エンコーダ、サーボモータ、サーボシステム
KR20110031118A (ko) 로터리 인코더, 로터리 모터, 로터리 모터 시스템, 디스크 및 로터리 인코더의 제조 방법
JP5999584B2 (ja) エンコーダ、エンコーダ付きモータ、サーボシステム
US20070272840A1 (en) Optical rotary encoder
JP4981203B2 (ja) 光学式エンコーダー
EP3037787A1 (en) Encoder and motor with encoder
JP5943238B2 (ja) エンコーダ、エンコーダ付きモータ、サーボシステム
JP2021524015A (ja) 格子ディスク及びフィードバックシステム
US9121732B2 (en) Encoder, servomotor, and motor unit
WO2025257922A1 (ja) エンコーダ
JP7544452B2 (ja) 光学エンコーダ
JP2001343256A (ja) 光学式エンコーダ
JP2002139353A (ja) 光学式ロータリエンコーダ
HK40059999A (en) Optical encoder
HK40059999B (en) Optical encoder

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 24943286

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1