エンコーダ用検出部およびエンコーダ
【課題】様々な環境下において使用でき常に安定した検出動作を行うことができるエンコーダ用検出部およびエンコーダを提供する。
【解決手段】検出部１２のケース１２０２内に、第１、第２の目盛板４４、４６を設ける。ケース１２０２内外にわたって設けられた第２の光ファイバ４８によって第１、第２の可動スリット５６、５８を介して第１、第２、第３の反射板５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃに互いに波長成分が異なる第１、第２、第３の光を照射させる。第１、第２、第３の反射板５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃで反射された各反射光をケース１２０２内外にわたって設けられた第２の光ファイバ４８によってケース１２０２の外に導く。
【解決手段】検出部１２のケース１２０２内に、第１、第２の目盛板４４、４６を設ける。ケース１２０２内外にわたって設けられた第２の光ファイバ４８によって第１、第２の可動スリット５６、５８を介して第１、第２、第３の反射板５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃに互いに波長成分が異なる第１、第２、第３の光を照射させる。第１、第２、第３の反射板５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃで反射された各反射光をケース１２０２内外にわたって設けられた第２の光ファイバ４８によってケース１２０２の外に導く。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はエンコーダ用検出部およびエンコーダに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、モータの駆動軸の回転量を検出するエンコーダとしてロータリーエンコーダが用いられており、この種のエンコーダは、ケースと、このケースの内部に収容された目盛板、発光ダイオード、受光素子などを備えている。
そして、目盛板は、複数のスリットが形成され前記駆動軸の回転に連動して回転され、発光ダイオードはこの目盛板に臨ませて配置されて目盛板に光を照射させ、受光素子は、前記目盛板に臨ませて配置され前記発光ダイオードから発せられ前記スリットを通過した光を受光し、前記受光素子から出力される検出信号に基づいて回転量を検出するようにしている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−１２６５９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような従来のエンコーダでは、エンコーダのケースの外部に設けられた電源と前記発光ダイオードを電源供給用のケーブルで接続するとともに、外部に設けられた信号処理回路と受光素子を検出信号伝達用のケーブルで接続している。
したがって、電源供給用のケーブルと発光ダイオードとの接続箇所、あるいは、信号伝達用のケーブルと受光素子との接続箇所には電気信号が現れていることから、引火性を有する塗料やガソリンなどを扱う防爆環境下で使用する上で不利があった。
また、放射線が発生する環境下では、放射線が発光ダイオードや受光素子にダメージを与えるため耐久性を確保する上で不利があった。
また、高電圧や高磁場が発生する環境下では、電圧や磁場が信号伝達用のケーブルで伝達される検出信号に影響を与えるため、回転量の検出を確実に行う上で不利があった。
また、エンコーダを構成する発光ダイオード、受光素子および目盛板が収容されたケースと、電源および検出回路とが離れた箇所に設置され、電源供給用のケーブルと検出信号伝達用のケーブルとが長くなると、それらケーブルを伝送される検出信号が外部からの電磁波ノイズの影響を受けやすくなり、検出回路によって検出される回転量に誤差が生じるおそれがある。
このような問題は、ロータリーエンコーダのみならず、同様の検出原理を用いるリニアエンコーダなどの他のエンコーダにおいても同様に発生している。
本発明はこのような事情に鑑みなされたもので、その目的は、様々な環境下において使用でき常に安定した検出動作を行うことができるエンコーダ用検出部およびエンコーダを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述の目的を達成するため、本発明のエンコーダ用検出部は、ケースと、互いに波長成分が異なる第１、第２、第３の光を前記ケースの内外に導く光ファイバと、前記ケースに回転可能に設けられた回転軸と、前記回転軸に連結され前記ケース内に配設された第１の板体に、前記回転軸の周方向に沿って複数の第１可動スリットが一定のピッチＰで形成された第１の目盛板と、前記回転軸の軸方向に間隔をおいて前記回転軸に連結され前記ケース内に配設された第２の板体に、前記回転軸の周方向の１箇所に１つの第２可動スリットが形成された第２の目盛板と、前記ケース内で、前記第１の目盛板と前記第２の目盛板との間に設けられ、前記第１可動スリットの移動軌跡上に対向して配置され前記第１の光と同じ波長成分の光のみを反射する第１の反射板と、前記ケース内で、前記第１の目盛板と前記第２の目盛板との間で前記第１の反射板との間に前記回転軸の周方向に隙間Ｇを空けて設けられ、前記第１可動スリットの移動軌跡上に対向して配置され前記第２の光と同じ波長成分の光のみを反射する第２の反射板と、前記ケース内で、前記第２の目盛板の前記第１、第２の反射板と反対側に設けられ、前記第２可動スリットの移動軌跡上に対向して配置され前記第３の光と同じ波長成分の光のみを反射する第３の反射板とを備え、前記光ファイバの先端は、前記第１の目盛板が前記第１、第２反射板に対向する面と反対の面に臨むように配置され、前記回転軸の周方向において、前記隙間Ｇは前記ピッチＰの１／４であることを特徴とする。
また本発明のエンコーダは、互いに波長成分が異なる第１、第２、第３の光を出射する光源と、ケースと、前記光源から出射された第１、第２、第３の光を前記ケースの内外に導く光ファイバと、前記ケースに回転可能に設けられた回転軸と、前記回転軸に連結され前記ケース内に配設された第１の板体に、前記回転軸の周方向に沿って複数の第１可動スリットが一定のピッチＰで形成された第１の目盛板と、前記回転軸の軸方向に間隔をおいて前記回転軸に連結され前記ケース内に配設された第２の板体に、前記回転軸の周方向の１箇所に１つの第２可動スリットが形成された第２の目盛板と、前記ケース内で、前記第１の目盛板と前記第２の目盛板との間に設けられ、前記第１可動スリットの移動軌跡上に対向して配置され前記第１の光と同じ波長成分の光のみを反射する第１の反射板と、前記ケース内で、前記第１の目盛板と前記第２の目盛板との間で前記第１の反射板との間に前記回転軸の周方向に隙間Ｇを空けて設けられ、前記第１可動スリットの移動軌跡上に対向して配置され前記第２の光と同じ波長成分の光のみを反射する第２の反射板と、前記ケース内で、前記第２の目盛板の前記第１、第２の反射板と反対側に設けられ、前記第２可動スリットの移動軌跡上に対向して配置され前記第３の光と同じ波長成分の光のみを反射する第３の反射板と、前記光ファイバから出射される前記反射光を前記互いに異なる波長成分を有する第１、第２、第３の反射光に分離する光分波器と、前記光分波器によって分離された前記第１、第２、第３の反射光をそれぞれ受光する第１、第２、第３の受光素子とを備え、前記光ファイバの先端は、前記第１の目盛板が前記第１、第２反射板に対向する面と反対の面に臨むように配置され、前記回転軸の周方向において、前記隙間Ｇは前記ピッチＰの１／４であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、ケースの内部に発光素子および受光素子が設けられておらず電気信号が現れることがないので、ケースを防爆環境下、放射線が発生する環境下、高電圧や高磁場が発生する環境下などに設置して使用でき、常に安定した検出動作を行う上で有利となる。
また、光を伝送する光ファイバが長くなったとしても、光ファイバを伝送される光は、外部からの電磁波ノイズの影響を受けることがなく、正確な検出量を得る上で有利となる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施の形態のエンコーダ１０の構成を示す説明図である。
【図２】図１のＸＸ断面図である。
【図３】第１の目盛板４４の平面図である。
【図４】第２の目盛板４６の平面図である。
【図５】（Ａ）乃至（Ｄ）は、第１、第２の反射板５０Ａ、５０Ｃと、第１の可動スリット５６との位置関係を示す動作説明図である。
【図６】（Ａ）乃至（Ｃ）は検出信号ＳＡ、ＳＢ、ＳＣの波形図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
次に本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は実施の形態のエンコーダ１０の構成を示す説明図、図２は図１のＸＸ断面図、図３は第１の目盛板４４の平面図、図４は第２の目盛板４６の平面図である。
【０００９】
図１に示すように、本実施の形態では、エンコーダ１０はモータ２の回転量を検出するロータリーエンコーダである。
エンコーダ１０は、検出部１２と、電装部１４とを備えている。
検出部１２は、モータ２に近接して配置されている。
電装部１４は、検出部１２から離間した箇所に配設されている。
検出部１２は、１本の第１の光ファイバ１６を介して電装部１４に接続されている。
【００１０】
（電装部１４）
電装部１４はケース１４０２を備えている。
ケース１４０２には、第１乃至第３の発光素子２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃと、電源２２と、光合波器２４と、光アイソレータ２６と、光分波器２８と、第１乃至第３の受光素子３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃと、検出回路３２などが収容されている。
また、ケース１４０２にはその外面に臨ませて電装部側光コネクタ３４が設けられ、第１の光ファイバ１６と電装部１４との接続は、第１の光ファイバ１６の一端が電装部側光コネクタ３４に連結されることでなされている。
第１乃至第３の発光素子２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃは、互いに異なる波長成分を有する第１、第２、第３の光を出射する。
本実施の形態では、第１乃至第３の発光素子２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃは発光ダイオードで構成されている。
例えば、第１の発光素子２０Ａから出射される第１の光は赤色光、第２の発光素子２０Ｂから出射される第２の光は緑色光、第３の発光素子２０Ｃから出射される第３の光は青色光である。
【００１１】
電源２２は、第１乃至第３の発光素子２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃに駆動電流（電源）を供給して発光させるものである。
【００１２】
光合波器２４は、第１乃至第３の発光素子２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃから出射される互いに波長が異なる第１、第２、第３の光を合成し、合成した光を光アイソレータ２６に導くものである。
本実施の形態では、光合波器２４は第１乃至第３の発光素子２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃから出射された赤、緑、青の各色の光を合成し白色光を光アイソレータ２６に導く。
したがって、本実施の形態では、互いに波長成分が異なる第１、第２、第３の光を出射する光源が、第１乃至第３の発光素子２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃと光合波器２４によって構成されている。
【００１３】
光アイソレータ２６は、光合波器２４からの光を電装部側光コネクタ３４、第１の光ファイバ１６を介して検出部１２に導くとともに、検出部１２から第１の光ファイバ１６、電装部側光コネクタ３４を介して導かれた光を光分波器２８に導くものである。
【００１４】
光分波器２８は、光アイソレーター２６を介して導かれた光を、互いに異なる波長成分を有する第１乃至第３の光の３つの光に分離するように構成されている。
【００１５】
第１、第２、第３の受光素子３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃは、光分波器２８によって分離された第１、第２、第３の光をそれぞれ受光して検出信号を生成するものである。
本実施の形態では、各受光素子３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃはフォトダイオードで構成されている。
【００１６】
検出回路３２は、第１乃至第３の受光素子３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃから出力される第１、第２、第３の検出信号ＳＡ、ＳＢ，ＳＣ（図６）に基づいてモータ２の回転量に対応したデジタル信号を生成する。
【００１７】
なお、図１において符号３６は光合波器２４と光アイソレータ２６を接続する光ファイバ、符号３８は光アイソレータ２６と光分波器２８を接続する光ファイバ、符号４０は光アイソレータ２６と電装部側光コネクタ３４を接続する光ファイバを示す。
【００１８】
（検出部１２）
検出部１２はケース１２０２を備えている。
ケース１２０２には、回転軸４２と、第１の目盛板４４と、第２の目盛板４６と、第２の光ファイバ４８と、第１、第２、第３の反射板５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃなどが収容されている。
また、ケース１２０２にはその外面に臨ませて検出部側光コネクタ５２が設けられ、第１の光ファイバ１６と検出部１２との接続は、第１の光ファイバ１６の他端が検出部側光コネクタ５２に連結されることでなされている。
【００１９】
回転軸４２は、ケース１２０２内に設けられた軸受け部５４によって回転可能に支持されている。
本実施の形態では、検出部１２は、モータ２の回転量を検出するものであり、したがって、回転軸４２の一端はモータ２の駆動軸に一体回転可能に連結され、回転軸４２の他端に第１、第２の目盛板４４、４６が軸方向に間隔をおいて取り付けられている。
【００２０】
第１の目盛板４４は、図３に示すように、円板状の板体４４０２を有し、板体４４０２の回転中心は回転軸４２の中心軸と一致している。
板体４４０２に回転軸４２の周方向に沿って複数の第１の可動スリット５６が形成されている。
複数の第１可動スリット５６は光を透過し、それら第１可動スリット５６を除く板体４４０２の部分は光を透過しないように構成されている。
第１可動スリット５６は、回転軸４２の周方向に沿った幅と、回転軸４２の半径方向に沿った長さとを有する略矩形状を呈している。
複数の第１の可動スリット５６は、回転軸４２の周方向全周にわたって周方向に一定の間隔をおいて設けられている。
すなわち、第１の可動スリット５６の隣り合うスリットの間の間隔（角度）、すなわち、ピッチＰは一定となっている。
【００２１】
第２の目盛板４６は、図４に示すように、円板状の板体４６０２を有し、板体４６０２の回転中心は回転軸４２の中心軸と一致している。
板体４６０２に回転軸４２の周方向の１箇所に１つの第２の可動スリット５８が形成されている。
第２の可動スリット５８は光を透過し、第２の可動スリット５８を除く板体４６０２の部分は光を透過しないように構成されている。
第２の可動スリット５８は、第２の可動スリット５８は第１の可動スリット５６と同形同大の略矩形状を呈し、したがって、回転軸４２の周方向に沿った幅と、回転軸４２の半径方向に沿った長さとを有している。
第２の可動スリット５８の回転軸４２の半径方向における位置は、第１の可動スリット５６の回転軸４２の半径方向における位置と合致し、かつ、図２に示すように、第２の可動スリット５８の回転軸４２の周方向における位置は、複数の第１の可動スリット５６のうちの１つの第１の可動スリット５６の回転軸４２の周方向における位置と合致している。
したがって、１つの第１可動スリット５６と第２の可動スリット５８とを介して光が通過可能となっている。
【００２２】
第２の光ファイバ４８は、その一端が検出部側光コネクタ５２に接続され、他端に入出射面４８０２が設けられている。
第２の光ファイバ４８は、光入出射面４８０２を、第１の目盛板４４の第１可動スリット５６に臨ませた状態でケース１２０２内に不図示の取り付け部材を用いて取着されている。
光入出射面４８０２は、第１、第２、第３の光を、第１の可動スリット５６を介して第１、第２の反射板５０Ａ、５０Ｂに照射してその反射光を取り込むと共に、第２の可動スリット５８を介して第３の反射板５０Ｃに照射してその反射光を取り込むものである。
第２の光ファイバ４８は、光入出射面４８０２から取り込んだ第１、第２、第３の反射板５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃで反射された反射光を第１の光ファイバ１６を介して電装部１４へ導く。
したがって、本実施の形態では、第２の光ファイバ４８は、互いに波長成分が異なる第１、第２、第３の光をケース１２０２の内外に導く光ファイバを構成している。
【００２３】
第１、第２の反射板５０Ａ、５０Ｂはケース１２０２内に不図示の取り付け部材を用いて取着されている。
第１、第２の反射板５０Ａ、５０Ｂは、第１の目盛板４４と第２の目盛板４６との間に設けられ、第１可動スリット５６の移動軌跡上に対向して配置されている。
したがって、第１、第２の反射板５０Ａ、５０Ｂは、第１の目盛板４４を挟んで第２の光ファイバ４８の光入出射面４８０２と反対側に設けられ、言い換えると、第２の光ファイバ４８の先端は、第１の目盛板４４が第１、第２反射板５０Ａ，５０Ｂに対向する面と反対の面に臨むように配置されている。
また、第１、第２の反射板５０Ａ、５０Ｂは、回転軸４２と直交する平面上に配置されている。
第１、第２の反射板５０Ａ、５０Ｂは、それぞれ第１可動スリット５６と同形同大の矩形状を呈し、第１、第２の反射板５０Ａ、５０Ｂは、それらの長さ方向が第１可動スリット５６および第２可動スリット５８の長さ方向と平行している。
第１、第２の反射板５０Ａ、５０Ｂは、回転軸４２の周方向において、第２の光ファイバ４８の光入出射面４８０２の中心軸Ｌを挟んで該中心軸Ｌからそれぞれ等しい距離をおいて配置されている。
第２の反射板５０Ｂは、第１の反射板５０Ａとの間に回転軸４２の周方向に隙間Ｇを空けて設けられ、隙間Ｇの寸法ｇは、第１可動スリット５６のピッチＰの１／４となっている。
回転軸４２の軸方向から見て、隙間Ｇと、第２の可動スリット５８の位置とが合致すると、１つの第１可動スリット５６と隙間Ｇと第２の可動スリット５８とを介して光が通過可能となる。
【００２４】
第１の反射板５０Ａは、第１可動スリット５６に臨む反射面５００２Ａを有し、この反射面５００２Ａが第１の光と同じ波長成分の光のみを反射し、かつ、それ以外の波長成分の光、すなわち、第２、第３の光を反射しないように構成されている。
第２の反射板５０Ｂは、第１可動スリット５６に臨む反射面５００２Ｂを有し、この反射面５００２Ｂが第２の光と同じ波長成分の光のみを反射し、かつ、それ以外の波長成分の光、すなわち、第１、第３の光を反射しないように構成されている。
【００２５】
第３の反射板５０Ｃは、ケース１２０２内に不図示の取り付け部材を用いて取着されている。
第３の反射板５０Ｃは、第２の目盛板４６の第１、第２の反射板５０Ａ，５０Ｂと反対側に設けられ、第２可動スリット５８の移動軌跡上に対向して配置されている。
第３の反射板５０Ｃは、回転軸４２と直交する平面上に配置されている。
第３の反射板５０Ｃは、第１可動スリット５８と同形同大の矩形状を呈し、第３の反射板５０Ｃはその長さ方向が第２可動スリット５８の長さ方向と平行している。
【００２６】
第３の反射板５０Ｃは、第２可動スリット５８に臨む反射面５００２Ｃを有し、この反射面５００２Ｃが第３の光と同じ波長成分の光のみを反射し、かつ、それ以外の波長成分の光、すなわち、第１、第２の光を反射しないように構成されている。
【００２７】
（動作）
次に動作について説明する。
図５（Ａ）乃至（Ｄ）は、第１、第２の反射板５０Ａ、５０Ｃと、第１の可動スリット５６との位置関係を示す動作説明図である。
図６（Ａ）乃至（Ｃ）は第１乃至第３の受光素子３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃによって検出された検出信号ＳＡ、ＳＢ、ＳＣの波形図である。
【００２８】
図１に示すように、電源２２から第１乃至第３の発光素子２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃに電流が供給され各発光素子２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃから第１乃至第３の光が光合波器２４に出射される。
第１乃至第３の光は、光合波器２４で合成されて白色の光となり、この光は、光アイソレーター２６、第１の光ファイバ１６を介して第２の光ファイバ４８に伝送され、図２に示すように、光入出射面４８０２から第１、第２の目盛板４４、４６に向けて出射される。
【００２９】
図２、図５に示すように、第１、第２の目盛板４４、４６が矢印Ｆ方向に回転する場合について説明する。
図５（Ａ）に示すように、１つの第１の可動スリット５６が第１の反射面５００２Ａに合致した状態では、隣の第１の可動スリット５６は第２の反射面５００２Ｂに対して周方向において１／２重なった状態となる。
したがって、光入出射面４８０２から出射された光のうち、第１の光は、第１の反射面５００２Ａの面積の全て（１００％）で反射され、第２の光は、第２の反射面５００２Ｂの面積の１／２（５０％）で反射される。
それら反射された第１、第２の光は、光入出射面４８０２から取り込まれ、第２の光ファイバ４８、第１の光ファイバ１６を介して電装部１４へ導かれ、光アイソレータ２６、光分波器２８を介して第１、第２の受光素子３０Ａ、３０Ｂで検出される。
その結果、図６（Ａ）、（Ｂ）に示すように、第１、第２の受光素子３０Ａ、３０Ｂから第１、第２の検出信号ＳＡ、ＳＢが出力される。
なお、図５（Ａ）の状態は、図６の時間ｔ１に対応している。
【００３０】
図５（Ｂ）に示すように、第１、第２の目盛板４４、４６の回転により、１つの第１の可動スリット５６は、第１の反射面５００２Ａに対して周方向において３／４重なった状態となり、隣の第１の可動スリット５６は第２の反射面５００２Ｂに対して周方向において３／４重なった状態となる。
したがって、光入出射面４８０２から出射された光のうち、第１の光は、第１の反射面５００２Ａの面積の３／４（７５％）で反射され、第２の光は、第２の反射面５００２Ｂの面積の３／４（７５％）で反射される。
その結果、図６（Ａ）、（Ｂ）に示すように、第１、第２の検出信号ＳＡ、ＳＢが出力され、図５（Ｂ）の状態は、図６の時間ｔ２に対応している。
【００３１】
図５（Ｃ）に示すように、さらなる第１、第２の目盛板４４、４６の回転により、１つの第１の可動スリット５６は、第１の反射面５００２Ａに対して周方向において完全に外れた状態となり、隣の第１の可動スリット５６は第２の反射面５００２Ｂに対して周方向において１／２重なった状態となる。
したがって、光入出射面４８０２から出射された光のうち、第１の光は、第１の反射面５００２Ａに至らないため反射されず、第２の光は、第２の反射面５００２Ｂの面積の１／２（５０％）で反射される。
その結果、図６（Ａ）、（Ｂ）に示すように、第１、第２の検出信号ＳＡ、ＳＢが出力され、図５（Ｃ）の状態は、図６の時間ｔ３に対応している。
【００３２】
図５（Ｄ）に示すように、さらなる第１、第２の目盛板４４、４６の回転により、１つの第１の可動スリット５６は、第１の反射面５００２Ａに対して１／２重なった状態となり、隣の第１の可動スリット５６は第２の反射面５００２Ｂに対して周方向において完全に外れた状態となる。
したがって、光入出射面４８０２から出射された光のうち、第１の光は、第１の反射面５００２Ａの面積の１／２（５０％）で反射され、第２の光は、第２の反射面５００２Ｂに至らないため反射されない。
その結果、図６（Ａ）、（Ｂ）に示すように、第１、第２の検出信号ＳＡ、ＳＢが出力され、図５（Ｄ）の状態は、図６の時間ｔ４に対応している。
【００３３】
上述のように、第１、第２の反射面５００２Ａ、５００２Ｂで反射される第１、第２の光の光量は、第１、第２の反射面５００２Ａ、５００２Ｂと第１の可動スリット５６とが重なり合った面積に比例して変化し、したがって、第１、第２の受光素子３０Ａ、３０Ｂで検出される第１、第２の検出信号ＳＡ、ＳＢの大きさは、第１、第２の反射面５００２Ａ、５００２Ｂと第１の可動スリット５６とが重なり合った面積に比例して変化する。
この結果、回転軸４２の回転に伴い、第１、第２の検出信号ＳＡ、ＳＢの振幅が正弦波状に変化することになる。
また、第１可動スリット５６の周方向において、第１、第２の反射板５０Ａ、５０Ｂの間に形成される隙間Ｇの寸法ｇを、第１可動スリット５６のピッチＰの１／４としたことによって、第１、第２の検出信号ＳＡ、ＳＢの位相差は９０度となる。
検出回路３２は、このように増減する第１、第２の検出信号ＳＡ、ＳＢに基づいてモータ２の回転量に対応したデジタル信号を生成する。
回転軸４２が正転した場合と、逆転した場合とでは、検出回路３２によって得られるデジタル信号の一方に対する他方のデジタル信号の位相のずれが９０度進み（＋９０度となり）、あるいは、９０度遅れる（−９０度となる）ことになり、検出回路３２では、このような位相の変化に基づいて回転軸４２の正転と反転とを判別し、その判別結果に対応した回転方向判別信号を前記カウンタ回路などに供給する。これにより、前記カウンタ回路によって回転方向に対応した回転量のデータが正しく求められることになる。
【００３４】
また、図２に示すように、回転軸４２の回転に伴い、第２の可動スリット５８が第３の反射板５０Ｃの反射面５００２Ｃと合致すると、光入出射面４８０２から出射された光は、第１、第２の反射板５０Ａ、５０Ｂの隙間Ｇを通過して第３の反射面５００２Ｃに至り、第３の反射面５００２Ｃによって第３の光のみが反射される。
反射された第３の光は、第１、第２の反射板５０Ａ、５０Ｂの隙間を通過して光入出射面４８０２から取り込まれ、第２の光ファイバ４８、第１の光ファイバ１６を介して電装部１４へ導かれ、光アイソレータ２６、光分波器２８を介して第３の受光素子３０Ｃで検出される。
その結果、図６（Ｃ）に示すように、第３の受光素子３０Ｃから第３の検出信号ＳＣが出力される。
検出回路３２は、このような検出信号Ｃに基づいて、第２の目盛板４６、すなわち、回転軸４２の回転角度の基準位置（絶対位置）を検出する。
【００３５】
本実施の形態によれば、検出部１２のケース１２０２内に、第１、第２の目盛板４４、４６を設け、ケース１２０２内外にわたって設けられた第２の光ファイバ４８によって第１、第２の可動スリット５６、５８を介して第１、第２、第３の反射板５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃに互いに波長成分が異なる第１、第２、第３の光を照射させ、第１、第２、第３の反射板５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃで反射された各反射光をケース１２０２内外にわたって設けられた第２の光ファイバ４８によってケース１２０２の外に導くことができる。
したがって、ケース１２０２の内部には、第１、第２の目盛板４４、４６と第２の光ファイバ４８のみが設けられているため、ケース１２０２の内部に電気信号が現れることがないので、ケース１２０２を防爆環境下に設置し、かつ、第１の光ファイバ１６に光を入射する第１乃至第３の発光素子２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃと、第１の光ファイバ１６を介して光を受光する第１乃至第３の受光素子３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃとを防爆環境ではない環境下に設置すれば、防爆環境下においてエンコーダ１０を使用することが可能となる。
【００３６】
また、第１、第２の目盛板４４、４６と第２の光ファイバ４８のみが収容されたケース１２０２を放射線が発生する環境下に設置し、かつ、第１乃至第３の発光素子２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃと、第１乃至第３の受光素子３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃを放射線が発生しない環境下に設置すれば、放射線が発光ダイオードや受光素子にダメージを与えることがなく、エンコーダ１０の耐久性を確保する上で有利となる。
また、第１、第２の目盛板４４、４６と第２の光ファイバ４８のみが収容されたケース１２０２を高電圧や高磁場が発生する環境下に設置し、かつ、第１乃至第３の発光素子２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃと、第１乃至第３の受光素子３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃを高電圧や高磁場が発生しない環境下に設置すれば、電圧や磁場が第１乃至第３の受光素子３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃから出力される検出信号に影響を与えることがないため、回転量の検出を確実に行うことができ常に安定した検出動作を行う上で有利となる。
また、検出部１２と電装部１４とが離れた箇所に設置され、第１の光ファイバ１６が長くなったとしても、第１の光ファイバ１６を伝送される光は、外部からの電磁波ノイズの影響を受けることがなく、検出回路３２によって正確な回転量（検出量）を検出する上で有利となる。
すなわち、本実施の形態によれば、温度変化や振動、衝撃などの影響を受けることなく検出信号を得ることができ、したがって、正確な回転量（検出量）を検出する上で有利となる。
【００３７】
また、本実施の形態では、第１乃至第３の発光素子２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃから出射される互いに異なる波長成分を有する第１乃至第３の光を光合波器２４によって合成して、第１、第２の可動スリット５８、５８を介して第１、第２、第３の反射板５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃに照射させ、それら反射板５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃで反射された光を光分波器２８によって第１、第２、第３の光に分離して第１乃至第３の受光素子３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃに導くようにしたので、検出部１２と電装部１４との間で光を伝送する第１の光ファイバ１６が１本で済むため、構成の簡素化、光ファイバの引き回し作業の簡素化を図る上で有利となる。
【００３８】
なお、本実施の形態では、検出部１２のケース１２０２に設けた検出部側光コネクタ５２と、電装部１４のケース１４０２に設けた電装部側光コネクタ３４とを第１の光ファイバ１６で接続した場合について説明した。
しかしながら、検出部１２と電装部１４との間で第１、第２、第３の光およびそれらの反射光を伝送する構成は任意であり、例えば、検出部１２のケース１２０２から第２の光ファイバ１６をケース１２０２の外方に導出させ、第２の光ファイバ１６の端部を電装部側光コネクタ３４に接続してもよい。あるいは、ケース１２０２の外方に導出させた第２の光ファイバ１６の中間箇所にコネクタを設け、それらコネクタを用いて検出部１２と電装部１４とを切り離しできるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００３９】
１０……エンコーダ、１２０２……ケース、２８……光分波器、３０Ａ……第１の受光素子、３０Ｂ……第２の受光素子、３０Ｃ……第３の受光素子、４２……回転軸、４４……第１の目盛板、４４０２……第１の板体、４６……第２の目盛板、４６０２……第２の板体、４８……第２の光ファイバ、４８０２……光入出射面、５０Ａ……第１の反射板、５０Ｂ……第２の反射板、５０Ｃ……第３の反射板、５６……第１可動スリット、５８……第２可動スリット。
【技術分野】
【０００１】
本発明はエンコーダ用検出部およびエンコーダに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、モータの駆動軸の回転量を検出するエンコーダとしてロータリーエンコーダが用いられており、この種のエンコーダは、ケースと、このケースの内部に収容された目盛板、発光ダイオード、受光素子などを備えている。
そして、目盛板は、複数のスリットが形成され前記駆動軸の回転に連動して回転され、発光ダイオードはこの目盛板に臨ませて配置されて目盛板に光を照射させ、受光素子は、前記目盛板に臨ませて配置され前記発光ダイオードから発せられ前記スリットを通過した光を受光し、前記受光素子から出力される検出信号に基づいて回転量を検出するようにしている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−１２６５９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような従来のエンコーダでは、エンコーダのケースの外部に設けられた電源と前記発光ダイオードを電源供給用のケーブルで接続するとともに、外部に設けられた信号処理回路と受光素子を検出信号伝達用のケーブルで接続している。
したがって、電源供給用のケーブルと発光ダイオードとの接続箇所、あるいは、信号伝達用のケーブルと受光素子との接続箇所には電気信号が現れていることから、引火性を有する塗料やガソリンなどを扱う防爆環境下で使用する上で不利があった。
また、放射線が発生する環境下では、放射線が発光ダイオードや受光素子にダメージを与えるため耐久性を確保する上で不利があった。
また、高電圧や高磁場が発生する環境下では、電圧や磁場が信号伝達用のケーブルで伝達される検出信号に影響を与えるため、回転量の検出を確実に行う上で不利があった。
また、エンコーダを構成する発光ダイオード、受光素子および目盛板が収容されたケースと、電源および検出回路とが離れた箇所に設置され、電源供給用のケーブルと検出信号伝達用のケーブルとが長くなると、それらケーブルを伝送される検出信号が外部からの電磁波ノイズの影響を受けやすくなり、検出回路によって検出される回転量に誤差が生じるおそれがある。
このような問題は、ロータリーエンコーダのみならず、同様の検出原理を用いるリニアエンコーダなどの他のエンコーダにおいても同様に発生している。
本発明はこのような事情に鑑みなされたもので、その目的は、様々な環境下において使用でき常に安定した検出動作を行うことができるエンコーダ用検出部およびエンコーダを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述の目的を達成するため、本発明のエンコーダ用検出部は、ケースと、互いに波長成分が異なる第１、第２、第３の光を前記ケースの内外に導く光ファイバと、前記ケースに回転可能に設けられた回転軸と、前記回転軸に連結され前記ケース内に配設された第１の板体に、前記回転軸の周方向に沿って複数の第１可動スリットが一定のピッチＰで形成された第１の目盛板と、前記回転軸の軸方向に間隔をおいて前記回転軸に連結され前記ケース内に配設された第２の板体に、前記回転軸の周方向の１箇所に１つの第２可動スリットが形成された第２の目盛板と、前記ケース内で、前記第１の目盛板と前記第２の目盛板との間に設けられ、前記第１可動スリットの移動軌跡上に対向して配置され前記第１の光と同じ波長成分の光のみを反射する第１の反射板と、前記ケース内で、前記第１の目盛板と前記第２の目盛板との間で前記第１の反射板との間に前記回転軸の周方向に隙間Ｇを空けて設けられ、前記第１可動スリットの移動軌跡上に対向して配置され前記第２の光と同じ波長成分の光のみを反射する第２の反射板と、前記ケース内で、前記第２の目盛板の前記第１、第２の反射板と反対側に設けられ、前記第２可動スリットの移動軌跡上に対向して配置され前記第３の光と同じ波長成分の光のみを反射する第３の反射板とを備え、前記光ファイバの先端は、前記第１の目盛板が前記第１、第２反射板に対向する面と反対の面に臨むように配置され、前記回転軸の周方向において、前記隙間Ｇは前記ピッチＰの１／４であることを特徴とする。
また本発明のエンコーダは、互いに波長成分が異なる第１、第２、第３の光を出射する光源と、ケースと、前記光源から出射された第１、第２、第３の光を前記ケースの内外に導く光ファイバと、前記ケースに回転可能に設けられた回転軸と、前記回転軸に連結され前記ケース内に配設された第１の板体に、前記回転軸の周方向に沿って複数の第１可動スリットが一定のピッチＰで形成された第１の目盛板と、前記回転軸の軸方向に間隔をおいて前記回転軸に連結され前記ケース内に配設された第２の板体に、前記回転軸の周方向の１箇所に１つの第２可動スリットが形成された第２の目盛板と、前記ケース内で、前記第１の目盛板と前記第２の目盛板との間に設けられ、前記第１可動スリットの移動軌跡上に対向して配置され前記第１の光と同じ波長成分の光のみを反射する第１の反射板と、前記ケース内で、前記第１の目盛板と前記第２の目盛板との間で前記第１の反射板との間に前記回転軸の周方向に隙間Ｇを空けて設けられ、前記第１可動スリットの移動軌跡上に対向して配置され前記第２の光と同じ波長成分の光のみを反射する第２の反射板と、前記ケース内で、前記第２の目盛板の前記第１、第２の反射板と反対側に設けられ、前記第２可動スリットの移動軌跡上に対向して配置され前記第３の光と同じ波長成分の光のみを反射する第３の反射板と、前記光ファイバから出射される前記反射光を前記互いに異なる波長成分を有する第１、第２、第３の反射光に分離する光分波器と、前記光分波器によって分離された前記第１、第２、第３の反射光をそれぞれ受光する第１、第２、第３の受光素子とを備え、前記光ファイバの先端は、前記第１の目盛板が前記第１、第２反射板に対向する面と反対の面に臨むように配置され、前記回転軸の周方向において、前記隙間Ｇは前記ピッチＰの１／４であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、ケースの内部に発光素子および受光素子が設けられておらず電気信号が現れることがないので、ケースを防爆環境下、放射線が発生する環境下、高電圧や高磁場が発生する環境下などに設置して使用でき、常に安定した検出動作を行う上で有利となる。
また、光を伝送する光ファイバが長くなったとしても、光ファイバを伝送される光は、外部からの電磁波ノイズの影響を受けることがなく、正確な検出量を得る上で有利となる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施の形態のエンコーダ１０の構成を示す説明図である。
【図２】図１のＸＸ断面図である。
【図３】第１の目盛板４４の平面図である。
【図４】第２の目盛板４６の平面図である。
【図５】（Ａ）乃至（Ｄ）は、第１、第２の反射板５０Ａ、５０Ｃと、第１の可動スリット５６との位置関係を示す動作説明図である。
【図６】（Ａ）乃至（Ｃ）は検出信号ＳＡ、ＳＢ、ＳＣの波形図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
次に本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は実施の形態のエンコーダ１０の構成を示す説明図、図２は図１のＸＸ断面図、図３は第１の目盛板４４の平面図、図４は第２の目盛板４６の平面図である。
【０００９】
図１に示すように、本実施の形態では、エンコーダ１０はモータ２の回転量を検出するロータリーエンコーダである。
エンコーダ１０は、検出部１２と、電装部１４とを備えている。
検出部１２は、モータ２に近接して配置されている。
電装部１４は、検出部１２から離間した箇所に配設されている。
検出部１２は、１本の第１の光ファイバ１６を介して電装部１４に接続されている。
【００１０】
（電装部１４）
電装部１４はケース１４０２を備えている。
ケース１４０２には、第１乃至第３の発光素子２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃと、電源２２と、光合波器２４と、光アイソレータ２６と、光分波器２８と、第１乃至第３の受光素子３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃと、検出回路３２などが収容されている。
また、ケース１４０２にはその外面に臨ませて電装部側光コネクタ３４が設けられ、第１の光ファイバ１６と電装部１４との接続は、第１の光ファイバ１６の一端が電装部側光コネクタ３４に連結されることでなされている。
第１乃至第３の発光素子２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃは、互いに異なる波長成分を有する第１、第２、第３の光を出射する。
本実施の形態では、第１乃至第３の発光素子２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃは発光ダイオードで構成されている。
例えば、第１の発光素子２０Ａから出射される第１の光は赤色光、第２の発光素子２０Ｂから出射される第２の光は緑色光、第３の発光素子２０Ｃから出射される第３の光は青色光である。
【００１１】
電源２２は、第１乃至第３の発光素子２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃに駆動電流（電源）を供給して発光させるものである。
【００１２】
光合波器２４は、第１乃至第３の発光素子２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃから出射される互いに波長が異なる第１、第２、第３の光を合成し、合成した光を光アイソレータ２６に導くものである。
本実施の形態では、光合波器２４は第１乃至第３の発光素子２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃから出射された赤、緑、青の各色の光を合成し白色光を光アイソレータ２６に導く。
したがって、本実施の形態では、互いに波長成分が異なる第１、第２、第３の光を出射する光源が、第１乃至第３の発光素子２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃと光合波器２４によって構成されている。
【００１３】
光アイソレータ２６は、光合波器２４からの光を電装部側光コネクタ３４、第１の光ファイバ１６を介して検出部１２に導くとともに、検出部１２から第１の光ファイバ１６、電装部側光コネクタ３４を介して導かれた光を光分波器２８に導くものである。
【００１４】
光分波器２８は、光アイソレーター２６を介して導かれた光を、互いに異なる波長成分を有する第１乃至第３の光の３つの光に分離するように構成されている。
【００１５】
第１、第２、第３の受光素子３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃは、光分波器２８によって分離された第１、第２、第３の光をそれぞれ受光して検出信号を生成するものである。
本実施の形態では、各受光素子３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃはフォトダイオードで構成されている。
【００１６】
検出回路３２は、第１乃至第３の受光素子３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃから出力される第１、第２、第３の検出信号ＳＡ、ＳＢ，ＳＣ（図６）に基づいてモータ２の回転量に対応したデジタル信号を生成する。
【００１７】
なお、図１において符号３６は光合波器２４と光アイソレータ２６を接続する光ファイバ、符号３８は光アイソレータ２６と光分波器２８を接続する光ファイバ、符号４０は光アイソレータ２６と電装部側光コネクタ３４を接続する光ファイバを示す。
【００１８】
（検出部１２）
検出部１２はケース１２０２を備えている。
ケース１２０２には、回転軸４２と、第１の目盛板４４と、第２の目盛板４６と、第２の光ファイバ４８と、第１、第２、第３の反射板５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃなどが収容されている。
また、ケース１２０２にはその外面に臨ませて検出部側光コネクタ５２が設けられ、第１の光ファイバ１６と検出部１２との接続は、第１の光ファイバ１６の他端が検出部側光コネクタ５２に連結されることでなされている。
【００１９】
回転軸４２は、ケース１２０２内に設けられた軸受け部５４によって回転可能に支持されている。
本実施の形態では、検出部１２は、モータ２の回転量を検出するものであり、したがって、回転軸４２の一端はモータ２の駆動軸に一体回転可能に連結され、回転軸４２の他端に第１、第２の目盛板４４、４６が軸方向に間隔をおいて取り付けられている。
【００２０】
第１の目盛板４４は、図３に示すように、円板状の板体４４０２を有し、板体４４０２の回転中心は回転軸４２の中心軸と一致している。
板体４４０２に回転軸４２の周方向に沿って複数の第１の可動スリット５６が形成されている。
複数の第１可動スリット５６は光を透過し、それら第１可動スリット５６を除く板体４４０２の部分は光を透過しないように構成されている。
第１可動スリット５６は、回転軸４２の周方向に沿った幅と、回転軸４２の半径方向に沿った長さとを有する略矩形状を呈している。
複数の第１の可動スリット５６は、回転軸４２の周方向全周にわたって周方向に一定の間隔をおいて設けられている。
すなわち、第１の可動スリット５６の隣り合うスリットの間の間隔（角度）、すなわち、ピッチＰは一定となっている。
【００２１】
第２の目盛板４６は、図４に示すように、円板状の板体４６０２を有し、板体４６０２の回転中心は回転軸４２の中心軸と一致している。
板体４６０２に回転軸４２の周方向の１箇所に１つの第２の可動スリット５８が形成されている。
第２の可動スリット５８は光を透過し、第２の可動スリット５８を除く板体４６０２の部分は光を透過しないように構成されている。
第２の可動スリット５８は、第２の可動スリット５８は第１の可動スリット５６と同形同大の略矩形状を呈し、したがって、回転軸４２の周方向に沿った幅と、回転軸４２の半径方向に沿った長さとを有している。
第２の可動スリット５８の回転軸４２の半径方向における位置は、第１の可動スリット５６の回転軸４２の半径方向における位置と合致し、かつ、図２に示すように、第２の可動スリット５８の回転軸４２の周方向における位置は、複数の第１の可動スリット５６のうちの１つの第１の可動スリット５６の回転軸４２の周方向における位置と合致している。
したがって、１つの第１可動スリット５６と第２の可動スリット５８とを介して光が通過可能となっている。
【００２２】
第２の光ファイバ４８は、その一端が検出部側光コネクタ５２に接続され、他端に入出射面４８０２が設けられている。
第２の光ファイバ４８は、光入出射面４８０２を、第１の目盛板４４の第１可動スリット５６に臨ませた状態でケース１２０２内に不図示の取り付け部材を用いて取着されている。
光入出射面４８０２は、第１、第２、第３の光を、第１の可動スリット５６を介して第１、第２の反射板５０Ａ、５０Ｂに照射してその反射光を取り込むと共に、第２の可動スリット５８を介して第３の反射板５０Ｃに照射してその反射光を取り込むものである。
第２の光ファイバ４８は、光入出射面４８０２から取り込んだ第１、第２、第３の反射板５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃで反射された反射光を第１の光ファイバ１６を介して電装部１４へ導く。
したがって、本実施の形態では、第２の光ファイバ４８は、互いに波長成分が異なる第１、第２、第３の光をケース１２０２の内外に導く光ファイバを構成している。
【００２３】
第１、第２の反射板５０Ａ、５０Ｂはケース１２０２内に不図示の取り付け部材を用いて取着されている。
第１、第２の反射板５０Ａ、５０Ｂは、第１の目盛板４４と第２の目盛板４６との間に設けられ、第１可動スリット５６の移動軌跡上に対向して配置されている。
したがって、第１、第２の反射板５０Ａ、５０Ｂは、第１の目盛板４４を挟んで第２の光ファイバ４８の光入出射面４８０２と反対側に設けられ、言い換えると、第２の光ファイバ４８の先端は、第１の目盛板４４が第１、第２反射板５０Ａ，５０Ｂに対向する面と反対の面に臨むように配置されている。
また、第１、第２の反射板５０Ａ、５０Ｂは、回転軸４２と直交する平面上に配置されている。
第１、第２の反射板５０Ａ、５０Ｂは、それぞれ第１可動スリット５６と同形同大の矩形状を呈し、第１、第２の反射板５０Ａ、５０Ｂは、それらの長さ方向が第１可動スリット５６および第２可動スリット５８の長さ方向と平行している。
第１、第２の反射板５０Ａ、５０Ｂは、回転軸４２の周方向において、第２の光ファイバ４８の光入出射面４８０２の中心軸Ｌを挟んで該中心軸Ｌからそれぞれ等しい距離をおいて配置されている。
第２の反射板５０Ｂは、第１の反射板５０Ａとの間に回転軸４２の周方向に隙間Ｇを空けて設けられ、隙間Ｇの寸法ｇは、第１可動スリット５６のピッチＰの１／４となっている。
回転軸４２の軸方向から見て、隙間Ｇと、第２の可動スリット５８の位置とが合致すると、１つの第１可動スリット５６と隙間Ｇと第２の可動スリット５８とを介して光が通過可能となる。
【００２４】
第１の反射板５０Ａは、第１可動スリット５６に臨む反射面５００２Ａを有し、この反射面５００２Ａが第１の光と同じ波長成分の光のみを反射し、かつ、それ以外の波長成分の光、すなわち、第２、第３の光を反射しないように構成されている。
第２の反射板５０Ｂは、第１可動スリット５６に臨む反射面５００２Ｂを有し、この反射面５００２Ｂが第２の光と同じ波長成分の光のみを反射し、かつ、それ以外の波長成分の光、すなわち、第１、第３の光を反射しないように構成されている。
【００２５】
第３の反射板５０Ｃは、ケース１２０２内に不図示の取り付け部材を用いて取着されている。
第３の反射板５０Ｃは、第２の目盛板４６の第１、第２の反射板５０Ａ，５０Ｂと反対側に設けられ、第２可動スリット５８の移動軌跡上に対向して配置されている。
第３の反射板５０Ｃは、回転軸４２と直交する平面上に配置されている。
第３の反射板５０Ｃは、第１可動スリット５８と同形同大の矩形状を呈し、第３の反射板５０Ｃはその長さ方向が第２可動スリット５８の長さ方向と平行している。
【００２６】
第３の反射板５０Ｃは、第２可動スリット５８に臨む反射面５００２Ｃを有し、この反射面５００２Ｃが第３の光と同じ波長成分の光のみを反射し、かつ、それ以外の波長成分の光、すなわち、第１、第２の光を反射しないように構成されている。
【００２７】
（動作）
次に動作について説明する。
図５（Ａ）乃至（Ｄ）は、第１、第２の反射板５０Ａ、５０Ｃと、第１の可動スリット５６との位置関係を示す動作説明図である。
図６（Ａ）乃至（Ｃ）は第１乃至第３の受光素子３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃによって検出された検出信号ＳＡ、ＳＢ、ＳＣの波形図である。
【００２８】
図１に示すように、電源２２から第１乃至第３の発光素子２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃに電流が供給され各発光素子２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃから第１乃至第３の光が光合波器２４に出射される。
第１乃至第３の光は、光合波器２４で合成されて白色の光となり、この光は、光アイソレーター２６、第１の光ファイバ１６を介して第２の光ファイバ４８に伝送され、図２に示すように、光入出射面４８０２から第１、第２の目盛板４４、４６に向けて出射される。
【００２９】
図２、図５に示すように、第１、第２の目盛板４４、４６が矢印Ｆ方向に回転する場合について説明する。
図５（Ａ）に示すように、１つの第１の可動スリット５６が第１の反射面５００２Ａに合致した状態では、隣の第１の可動スリット５６は第２の反射面５００２Ｂに対して周方向において１／２重なった状態となる。
したがって、光入出射面４８０２から出射された光のうち、第１の光は、第１の反射面５００２Ａの面積の全て（１００％）で反射され、第２の光は、第２の反射面５００２Ｂの面積の１／２（５０％）で反射される。
それら反射された第１、第２の光は、光入出射面４８０２から取り込まれ、第２の光ファイバ４８、第１の光ファイバ１６を介して電装部１４へ導かれ、光アイソレータ２６、光分波器２８を介して第１、第２の受光素子３０Ａ、３０Ｂで検出される。
その結果、図６（Ａ）、（Ｂ）に示すように、第１、第２の受光素子３０Ａ、３０Ｂから第１、第２の検出信号ＳＡ、ＳＢが出力される。
なお、図５（Ａ）の状態は、図６の時間ｔ１に対応している。
【００３０】
図５（Ｂ）に示すように、第１、第２の目盛板４４、４６の回転により、１つの第１の可動スリット５６は、第１の反射面５００２Ａに対して周方向において３／４重なった状態となり、隣の第１の可動スリット５６は第２の反射面５００２Ｂに対して周方向において３／４重なった状態となる。
したがって、光入出射面４８０２から出射された光のうち、第１の光は、第１の反射面５００２Ａの面積の３／４（７５％）で反射され、第２の光は、第２の反射面５００２Ｂの面積の３／４（７５％）で反射される。
その結果、図６（Ａ）、（Ｂ）に示すように、第１、第２の検出信号ＳＡ、ＳＢが出力され、図５（Ｂ）の状態は、図６の時間ｔ２に対応している。
【００３１】
図５（Ｃ）に示すように、さらなる第１、第２の目盛板４４、４６の回転により、１つの第１の可動スリット５６は、第１の反射面５００２Ａに対して周方向において完全に外れた状態となり、隣の第１の可動スリット５６は第２の反射面５００２Ｂに対して周方向において１／２重なった状態となる。
したがって、光入出射面４８０２から出射された光のうち、第１の光は、第１の反射面５００２Ａに至らないため反射されず、第２の光は、第２の反射面５００２Ｂの面積の１／２（５０％）で反射される。
その結果、図６（Ａ）、（Ｂ）に示すように、第１、第２の検出信号ＳＡ、ＳＢが出力され、図５（Ｃ）の状態は、図６の時間ｔ３に対応している。
【００３２】
図５（Ｄ）に示すように、さらなる第１、第２の目盛板４４、４６の回転により、１つの第１の可動スリット５６は、第１の反射面５００２Ａに対して１／２重なった状態となり、隣の第１の可動スリット５６は第２の反射面５００２Ｂに対して周方向において完全に外れた状態となる。
したがって、光入出射面４８０２から出射された光のうち、第１の光は、第１の反射面５００２Ａの面積の１／２（５０％）で反射され、第２の光は、第２の反射面５００２Ｂに至らないため反射されない。
その結果、図６（Ａ）、（Ｂ）に示すように、第１、第２の検出信号ＳＡ、ＳＢが出力され、図５（Ｄ）の状態は、図６の時間ｔ４に対応している。
【００３３】
上述のように、第１、第２の反射面５００２Ａ、５００２Ｂで反射される第１、第２の光の光量は、第１、第２の反射面５００２Ａ、５００２Ｂと第１の可動スリット５６とが重なり合った面積に比例して変化し、したがって、第１、第２の受光素子３０Ａ、３０Ｂで検出される第１、第２の検出信号ＳＡ、ＳＢの大きさは、第１、第２の反射面５００２Ａ、５００２Ｂと第１の可動スリット５６とが重なり合った面積に比例して変化する。
この結果、回転軸４２の回転に伴い、第１、第２の検出信号ＳＡ、ＳＢの振幅が正弦波状に変化することになる。
また、第１可動スリット５６の周方向において、第１、第２の反射板５０Ａ、５０Ｂの間に形成される隙間Ｇの寸法ｇを、第１可動スリット５６のピッチＰの１／４としたことによって、第１、第２の検出信号ＳＡ、ＳＢの位相差は９０度となる。
検出回路３２は、このように増減する第１、第２の検出信号ＳＡ、ＳＢに基づいてモータ２の回転量に対応したデジタル信号を生成する。
回転軸４２が正転した場合と、逆転した場合とでは、検出回路３２によって得られるデジタル信号の一方に対する他方のデジタル信号の位相のずれが９０度進み（＋９０度となり）、あるいは、９０度遅れる（−９０度となる）ことになり、検出回路３２では、このような位相の変化に基づいて回転軸４２の正転と反転とを判別し、その判別結果に対応した回転方向判別信号を前記カウンタ回路などに供給する。これにより、前記カウンタ回路によって回転方向に対応した回転量のデータが正しく求められることになる。
【００３４】
また、図２に示すように、回転軸４２の回転に伴い、第２の可動スリット５８が第３の反射板５０Ｃの反射面５００２Ｃと合致すると、光入出射面４８０２から出射された光は、第１、第２の反射板５０Ａ、５０Ｂの隙間Ｇを通過して第３の反射面５００２Ｃに至り、第３の反射面５００２Ｃによって第３の光のみが反射される。
反射された第３の光は、第１、第２の反射板５０Ａ、５０Ｂの隙間を通過して光入出射面４８０２から取り込まれ、第２の光ファイバ４８、第１の光ファイバ１６を介して電装部１４へ導かれ、光アイソレータ２６、光分波器２８を介して第３の受光素子３０Ｃで検出される。
その結果、図６（Ｃ）に示すように、第３の受光素子３０Ｃから第３の検出信号ＳＣが出力される。
検出回路３２は、このような検出信号Ｃに基づいて、第２の目盛板４６、すなわち、回転軸４２の回転角度の基準位置（絶対位置）を検出する。
【００３５】
本実施の形態によれば、検出部１２のケース１２０２内に、第１、第２の目盛板４４、４６を設け、ケース１２０２内外にわたって設けられた第２の光ファイバ４８によって第１、第２の可動スリット５６、５８を介して第１、第２、第３の反射板５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃに互いに波長成分が異なる第１、第２、第３の光を照射させ、第１、第２、第３の反射板５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃで反射された各反射光をケース１２０２内外にわたって設けられた第２の光ファイバ４８によってケース１２０２の外に導くことができる。
したがって、ケース１２０２の内部には、第１、第２の目盛板４４、４６と第２の光ファイバ４８のみが設けられているため、ケース１２０２の内部に電気信号が現れることがないので、ケース１２０２を防爆環境下に設置し、かつ、第１の光ファイバ１６に光を入射する第１乃至第３の発光素子２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃと、第１の光ファイバ１６を介して光を受光する第１乃至第３の受光素子３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃとを防爆環境ではない環境下に設置すれば、防爆環境下においてエンコーダ１０を使用することが可能となる。
【００３６】
また、第１、第２の目盛板４４、４６と第２の光ファイバ４８のみが収容されたケース１２０２を放射線が発生する環境下に設置し、かつ、第１乃至第３の発光素子２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃと、第１乃至第３の受光素子３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃを放射線が発生しない環境下に設置すれば、放射線が発光ダイオードや受光素子にダメージを与えることがなく、エンコーダ１０の耐久性を確保する上で有利となる。
また、第１、第２の目盛板４４、４６と第２の光ファイバ４８のみが収容されたケース１２０２を高電圧や高磁場が発生する環境下に設置し、かつ、第１乃至第３の発光素子２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃと、第１乃至第３の受光素子３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃを高電圧や高磁場が発生しない環境下に設置すれば、電圧や磁場が第１乃至第３の受光素子３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃから出力される検出信号に影響を与えることがないため、回転量の検出を確実に行うことができ常に安定した検出動作を行う上で有利となる。
また、検出部１２と電装部１４とが離れた箇所に設置され、第１の光ファイバ１６が長くなったとしても、第１の光ファイバ１６を伝送される光は、外部からの電磁波ノイズの影響を受けることがなく、検出回路３２によって正確な回転量（検出量）を検出する上で有利となる。
すなわち、本実施の形態によれば、温度変化や振動、衝撃などの影響を受けることなく検出信号を得ることができ、したがって、正確な回転量（検出量）を検出する上で有利となる。
【００３７】
また、本実施の形態では、第１乃至第３の発光素子２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃから出射される互いに異なる波長成分を有する第１乃至第３の光を光合波器２４によって合成して、第１、第２の可動スリット５８、５８を介して第１、第２、第３の反射板５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃに照射させ、それら反射板５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃで反射された光を光分波器２８によって第１、第２、第３の光に分離して第１乃至第３の受光素子３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃに導くようにしたので、検出部１２と電装部１４との間で光を伝送する第１の光ファイバ１６が１本で済むため、構成の簡素化、光ファイバの引き回し作業の簡素化を図る上で有利となる。
【００３８】
なお、本実施の形態では、検出部１２のケース１２０２に設けた検出部側光コネクタ５２と、電装部１４のケース１４０２に設けた電装部側光コネクタ３４とを第１の光ファイバ１６で接続した場合について説明した。
しかしながら、検出部１２と電装部１４との間で第１、第２、第３の光およびそれらの反射光を伝送する構成は任意であり、例えば、検出部１２のケース１２０２から第２の光ファイバ１６をケース１２０２の外方に導出させ、第２の光ファイバ１６の端部を電装部側光コネクタ３４に接続してもよい。あるいは、ケース１２０２の外方に導出させた第２の光ファイバ１６の中間箇所にコネクタを設け、それらコネクタを用いて検出部１２と電装部１４とを切り離しできるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００３９】
１０……エンコーダ、１２０２……ケース、２８……光分波器、３０Ａ……第１の受光素子、３０Ｂ……第２の受光素子、３０Ｃ……第３の受光素子、４２……回転軸、４４……第１の目盛板、４４０２……第１の板体、４６……第２の目盛板、４６０２……第２の板体、４８……第２の光ファイバ、４８０２……光入出射面、５０Ａ……第１の反射板、５０Ｂ……第２の反射板、５０Ｃ……第３の反射板、５６……第１可動スリット、５８……第２可動スリット。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケースと、
互いに波長成分が異なる第１、第２、第３の光を前記ケースの内外に導く光ファイバと、
前記ケースに回転可能に設けられた回転軸と、
前記回転軸に連結され前記ケース内に配設された第１の板体に、前記回転軸の周方向に沿って複数の第１可動スリットが一定のピッチＰで形成された第１の目盛板と、
前記回転軸の軸方向に間隔をおいて前記回転軸に連結され前記ケース内に配設された第２の板体に、前記回転軸の周方向の１箇所に１つの第２可動スリットが形成された第２の目盛板と、
前記ケース内で、前記第１の目盛板と前記第２の目盛板との間に設けられ、前記第１可動スリットの移動軌跡上に対向して配置され前記第１の光と同じ波長成分の光のみを反射する第１の反射板と、
前記ケース内で、前記第１の目盛板と前記第２の目盛板との間で前記第１の反射板との間に前記回転軸の周方向に隙間Ｇを空けて設けられ、前記第１可動スリットの移動軌跡上に対向して配置され前記第２の光と同じ波長成分の光のみを反射する第２の反射板と、
前記ケース内で、前記第２の目盛板の前記第１、第２の反射板と反対側に設けられ、前記第２可動スリットの移動軌跡上に対向して配置され前記第３の光と同じ波長成分の光のみを反射する第３の反射板とを備え、
前記光ファイバの先端は、前記第１の目盛板が前記第１、第２反射板に対向する面と反対の面に臨むように配置され、
前記回転軸の周方向において、前記隙間Ｇは前記ピッチＰの１／４である、
ことを特徴とするエンコーダ用検出部。
【請求項２】
前記第２の可動スリットの前記回転軸の半径方向における位置は、前記第１の可動スリットの前記回転軸の半径方向における位置と合致し、かつ、前記第２の可動スリットの前記回転軸の周方向における位置は、前記複数の第１の可動スリットのうちの１つの第１の可動スリットの前記回転軸の周方向における位置と合致している、
ことを特徴とする請求項１記載のエンコーダ用検出部。
【請求項３】
互いに波長成分が異なる第１、第２、第３の光を出射する光源と、
ケースと、
前記光源から出射された第１、第２、第３の光を前記ケースの内外に導く光ファイバと、
前記ケースに回転可能に設けられた回転軸と、
前記回転軸に連結され前記ケース内に配設された第１の板体に、前記回転軸の周方向に沿って複数の第１可動スリットが一定のピッチＰで形成された第１の目盛板と、
前記回転軸の軸方向に間隔をおいて前記回転軸に連結され前記ケース内に配設された第２の板体に、前記回転軸の周方向の１箇所に１つの第２可動スリットが形成された第２の目盛板と、
前記ケース内で、前記第１の目盛板と前記第２の目盛板との間に設けられ、前記第１可動スリットの移動軌跡上に対向して配置され前記第１の光と同じ波長成分の光のみを反射する第１の反射板と、
前記ケース内で、前記第１の目盛板と前記第２の目盛板との間で前記第１の反射板との間に前記回転軸の周方向に隙間Ｇを空けて設けられ、前記第１可動スリットの移動軌跡上に対向して配置され前記第２の光と同じ波長成分の光のみを反射する第２の反射板と、
前記ケース内で、前記第２の目盛板の前記第１、第２の反射板と反対側に設けられ、前記第２可動スリットの移動軌跡上に対向して配置され前記第３の光と同じ波長成分の光のみを反射する第３の反射板と、
前記光ファイバから出射される前記反射光を前記互いに異なる波長成分を有する第１、第２、第３の反射光に分離する光分波器と、
前記光分波器によって分離された前記第１、第２、第３の反射光をそれぞれ受光する第１、第２、第３の受光素子とを備え、
前記光ファイバの先端は、前記第１の目盛板が前記第１、第２反射板に対向する面と反対の面に臨むように配置され、
前記回転軸の周方向において、前記隙間Ｇは前記ピッチＰの１／４である、
ことを特徴とするエンコーダ。
【請求項４】
前記光源は、前記第１、第２、第３の光を発する第１、第２、第３の発光素子と、前記第１、第２、第３の発光素子から発せられた前記第１、第２、第３の光を合成する光合波器とを有する、
ことを特徴とする請求項３記載のエンコーダ。
【請求項１】
ケースと、
互いに波長成分が異なる第１、第２、第３の光を前記ケースの内外に導く光ファイバと、
前記ケースに回転可能に設けられた回転軸と、
前記回転軸に連結され前記ケース内に配設された第１の板体に、前記回転軸の周方向に沿って複数の第１可動スリットが一定のピッチＰで形成された第１の目盛板と、
前記回転軸の軸方向に間隔をおいて前記回転軸に連結され前記ケース内に配設された第２の板体に、前記回転軸の周方向の１箇所に１つの第２可動スリットが形成された第２の目盛板と、
前記ケース内で、前記第１の目盛板と前記第２の目盛板との間に設けられ、前記第１可動スリットの移動軌跡上に対向して配置され前記第１の光と同じ波長成分の光のみを反射する第１の反射板と、
前記ケース内で、前記第１の目盛板と前記第２の目盛板との間で前記第１の反射板との間に前記回転軸の周方向に隙間Ｇを空けて設けられ、前記第１可動スリットの移動軌跡上に対向して配置され前記第２の光と同じ波長成分の光のみを反射する第２の反射板と、
前記ケース内で、前記第２の目盛板の前記第１、第２の反射板と反対側に設けられ、前記第２可動スリットの移動軌跡上に対向して配置され前記第３の光と同じ波長成分の光のみを反射する第３の反射板とを備え、
前記光ファイバの先端は、前記第１の目盛板が前記第１、第２反射板に対向する面と反対の面に臨むように配置され、
前記回転軸の周方向において、前記隙間Ｇは前記ピッチＰの１／４である、
ことを特徴とするエンコーダ用検出部。
【請求項２】
前記第２の可動スリットの前記回転軸の半径方向における位置は、前記第１の可動スリットの前記回転軸の半径方向における位置と合致し、かつ、前記第２の可動スリットの前記回転軸の周方向における位置は、前記複数の第１の可動スリットのうちの１つの第１の可動スリットの前記回転軸の周方向における位置と合致している、
ことを特徴とする請求項１記載のエンコーダ用検出部。
【請求項３】
互いに波長成分が異なる第１、第２、第３の光を出射する光源と、
ケースと、
前記光源から出射された第１、第２、第３の光を前記ケースの内外に導く光ファイバと、
前記ケースに回転可能に設けられた回転軸と、
前記回転軸に連結され前記ケース内に配設された第１の板体に、前記回転軸の周方向に沿って複数の第１可動スリットが一定のピッチＰで形成された第１の目盛板と、
前記回転軸の軸方向に間隔をおいて前記回転軸に連結され前記ケース内に配設された第２の板体に、前記回転軸の周方向の１箇所に１つの第２可動スリットが形成された第２の目盛板と、
前記ケース内で、前記第１の目盛板と前記第２の目盛板との間に設けられ、前記第１可動スリットの移動軌跡上に対向して配置され前記第１の光と同じ波長成分の光のみを反射する第１の反射板と、
前記ケース内で、前記第１の目盛板と前記第２の目盛板との間で前記第１の反射板との間に前記回転軸の周方向に隙間Ｇを空けて設けられ、前記第１可動スリットの移動軌跡上に対向して配置され前記第２の光と同じ波長成分の光のみを反射する第２の反射板と、
前記ケース内で、前記第２の目盛板の前記第１、第２の反射板と反対側に設けられ、前記第２可動スリットの移動軌跡上に対向して配置され前記第３の光と同じ波長成分の光のみを反射する第３の反射板と、
前記光ファイバから出射される前記反射光を前記互いに異なる波長成分を有する第１、第２、第３の反射光に分離する光分波器と、
前記光分波器によって分離された前記第１、第２、第３の反射光をそれぞれ受光する第１、第２、第３の受光素子とを備え、
前記光ファイバの先端は、前記第１の目盛板が前記第１、第２反射板に対向する面と反対の面に臨むように配置され、
前記回転軸の周方向において、前記隙間Ｇは前記ピッチＰの１／４である、
ことを特徴とするエンコーダ。
【請求項４】
前記光源は、前記第１、第２、第３の光を発する第１、第２、第３の発光素子と、前記第１、第２、第３の発光素子から発せられた前記第１、第２、第３の光を合成する光合波器とを有する、
ことを特徴とする請求項３記載のエンコーダ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−２８１６８０（Ｐ２０１０−２８１６８０Ａ）
【公開日】平成２２年１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１３５１６３（Ｐ２００９−１３５１６３）
【出願日】平成２１年６月４日（２００９．６．４）
【出願人】（０００１５５７２４）株式会社雄島試作研究所 (34)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月４日（２００９．６．４）
【出願人】（０００１５５７２４）株式会社雄島試作研究所 (34)
【Ｆターム（参考）】
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