具有导光路径的透射型光学编码器的制造方法
【专利摘要】本发明提供一种具有导光路径的透射型光学编码器。其能够将编码器的光学系统收纳在紧凑的空间内，从而能够实现小型化。该透射型光学编码器包括：发光元件；受光元件；旋转盘，其形成有狭缝且能够与检测对象物一起旋转；以及导光路径，其具有朝向发光元件的入口和朝向受光元件的出口。发光元件和受光元件相对于旋转盘配置在同一侧。导光路径相对于旋转盘的旋转动作独立地被固定。
【专利说明】具有导光路径的透射型光学编码器
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种透射型光学编码器。
【背景技术】
[0002]通常的透射型光学编码器包括发光元件、受光元件以及旋转盘，该旋转盘具有以规定间距排列的狭缝。在透射型光学编码器中，自发光元件发出来的光照射到旋转盘上，由此，通过穿过狭缝的光和被未形成狭缝的部分遮断的光而生成明暗的图案。并且，由受光元件检测旋转盘旋转时的明暗的图案的变化。由此，能够获得与旋转盘相连动的检测对象的角度位置及旋转速度。
[0003]在这样的光学编码器中，采用了这样的结构:发光元件和受光元件相对于旋转盘设于彼此相反的一侧，旋转盘位于发光元件和受光元件之间。在该情况下，因发光元件和受光元件以及它们的安装零件等而存在光学系统所占的空间大型化的倾向。
[0004]相对于此，提出了一种具有这样结构的光学编码器:发光兀件和受光兀件相对于旋转盘设于同一侧。例如JP — A — 8 — 184465公开了这样一种光学编码器,其包括:移动板，其具有沿着周向以恒定间距排列的狭缝；发光元件，其以面对移动板的方式设于第I区域；受光元件，其以面对移动板的方式设于第2区域；以及投影部件，其在第I区域与第2区域之间相对于移动板设于与发光元件和受光元件相反的一侧。
[0005]而且，JP-A- 2008 一 82958公开了这样一种光学编码器，其包括:旋转盘，其形成有多个轨道(卜9 〃々)，该轨道具有狭缝；发光元件，其以朝向各轨道的方式配置；受光元件，其相对于旋转盘与发光元件设置在同一侧且设于旋转盘的旋转轴线上；以及旋转导光盘，其与旋转盘一体地旋转。
[0006]而且，JP-A- 5 - 141960公开了这样一种光学旋转角度检测装置，其包括导光部件，该导光部件为一端朝向光源且另一端朝向光位置检测元件的光纤。光纤被与旋转轴相连结的转动构件支承并与旋转轴一起旋转。
[0007]但是，在JP-A- 8 - 184465所述的光学编码器中，投影部件形成了等倍反转光学系统。因此，光学系统的结构变得复杂，并且为了保证充分的检测精度而需要将光学系统的各零件准确地定位。因而，编码器的制造成本增加。而且，要求光学系统的各零件的位置关系不会发生变化，因此，编码器的用途自然会被限制。
[0008]而且，在JP — A — 2008 — 82958和JP — A — 5 — 141960所述的光学编码器中，用于将发光元件和受光元件之间光学性地连接起来的导光部件会与机械性地旋转的旋转部相连动。特别是在为了检测使用于工业用设备的电动机的动作而使用编码器的情况下，会因高速动作的电动机而引起比较大的机械性振动。而且，该振动会经由连结部而传递到导光部件。因此，导光部件与受光元件之间的间隙发生变动，由此，可能会有损编码器的检测精度。
[0009]因而，期望一种不会有损检测精度且小型的透射型光学编码器。
【发明内容】
[0010]采用本发明的第I技术方案，提供一种透射型光学编码器，其包括:发光元件；受光元件；旋转盘，其形成有狭缝且能够与检测对象物一起旋转；以及导光路径，其具有朝向上述发光元件的入口和朝向上述受光元件的出口，其中，上述发光元件和上述受光元件相对于上述旋转盘配置在同一侧，上述导光路径相对于上述旋转盘的旋转动作独立地被固定。
[0011]采用本发明的第2技术方案，根据第I技术方案所述的透射型光学编码器，其中，上述导光路径形成为使进入该导光路径的内部的光进行全反射。
[0012]采用本发明的第3技术方案，根据第I技术方案所述的透射型光学编码器，其中，上述导光路径具有由镜面形成的内部构造，形成为使进入该导光路径的内部的光进行镜面反射。
[0013]采用本发明的第4技术方案，根据第I技术方案至第3技术方案中的任一技术方案所述的透射型光学编码器，其中，该透射型光学编码器还包括光学元件，该光学元件设于上述导光路径的上述入口和上述出口中的至少任一者，用于使穿过的光的朝向发生变化。
[0014]米用本发明的第5技术方案,根据第I技术方案至第4技术方案中的任一技术方案所述的透射型光学编码器，其中，上述导光路径在上述入口和上述出口中的至少任一者处具有扩大部，该扩大部用于逐渐扩大该导光路径的截面积。
[0015]采用本发明，提供一种编码器，其能够将编码器的光学系统收纳在紧凑的空间内，从而能够实现小型化。而且，能够以较简易的结构做成导光路径，因此能够提供廉价的编码器。而且，通过使导光路径成为与编码器的旋转部分相独立的结构，能够防止可能因外来因素使编码器的检测精度降低的情况。
[0016]可根据附图所示的本发明的例示性的实施方式的详细说明进一步明确上述内容及其他本发明的目的、特征和优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是表示本发明的第I实施方式的光学编码器的图。
[0018]图2是表示本发明的第I实施方式的变形例的光学编码器的图。
[0019]图3是表示本发明的第2实施方式的光学编码器的图。
[0020]图4是表示本发明的第3实施方式的光学编码器的图。
[0021]图5是表示本发明的第4实施方式的光学编码器的图。
【具体实施方式】
[0022]以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。为了帮助理解本发明，适当地变更了附图所示的实施方式的结构要素的比例。
[0023]图1是表示本发明的第I实施方式的光学编码器10的图。透射型光学编码器(以下仅称作“编码器”)10包括:外壳12 ;旋转轴14，其能够绕着旋转轴线O旋转；旋转盘16，其与旋转轴14 一体地旋转；发光元件18 ;受光元件20 ;以及导光路径22。
[0024]编码器10的外壳12包括第I外壳零件24和第2外壳零件26，该第I外壳零件24相对于旋转盘16大致平行地延伸，该第2外壳零件26以自第I外壳零件24竖起的方式设置而形成外壳12的周壁。在外壳12的与第I外壳零件24相对的面上形成有开口部28。外壳12的开口部28被安装有发光元件18和受光元件20的印刷电路板30闭塞。
[0025]旋转轴14与未图示的旋转体相连结并与旋转体一同绕着旋转轴线O旋转。在此，旋转体为应利用编码器10检测与其旋转运动相关的信息、即角度位置、旋转速度等的检测对象。旋转体例如可以是用于将被供给的电转换成旋转动力的电动机。在旋转轴14的一端连结有旋转盘16。旋转盘16是具有多个狭缝(未图示)的圆盘状的构件，其中，该多个狭缝在周向上空开间隔地形成。因而，旋转盘16形成为能够连同旋转轴14与旋转体一起旋转。
[0026]发光元件18为具有公知形态的发光元件、例如发光二极管、激光二极管等。在一实施方式中，发光兀件18也可以包括透镜32,该透镜32用于将自发光兀件18发出的光转换成近似平行光。自发光元件18发出来的光如后述那样地经由导光路径22而照射到旋转盘16上。
[0027]导光路径22通过第I外壳构件24的内部，并发挥了光学性连接发光元件18与受光元件20之间的作用。导光路径22例如由聚碳酸酯、丙烯酸树脂等塑料制的导光构件、或者光纤等形成。导光路径22在其一端具有入口 22a，并且，在另一端具有出口 22b。导光路径22被第I外壳构件24固定为具有大致U字状的形态。如附图所示，导光路径22的入口22a朝向发光元件18，导光路径22的出口 22b隔着旋转盘16朝向受光元件20。而且，附图中施加了剖面线的部位表示的是进入各构件之间的光。
[0028]自发光元件18发出来的光自导光路径22的入口 22a进入导光路径22的内部。在一实施方式中，导光路径22也可以具有由镜面构成的内部构造。在该情况下，自入口 22a入射进来的光会在导光路径22内部一边反复地进行镜面反射一边前进，因此自出口 22b射出平行性较高的光。
[0029]自导光路径22的出口22b出来的光会朝向旋转盘16的规定的区域。光穿过形成在旋转盘16上的狭缝，其一部分光穿过旋转盘16。而且，照射到未形成狭缝的部位的光被旋转盘16遮断。这样，通过旋转盘16形成明暗的图案。而且，利用受光元件20检测该明暗的图案。
[0030]受光元件20为具有公知形态的受光元件、例如光电二极管、光电晶体管等。使用受光元件20的目的在于:检测因旋转盘16而生成的明暗的图案，从而检测旋转体(例如电动机)的旋转运动的状况。即，当旋转体旋转时，旋转盘16与其相连动地旋转。由此,因旋转盘16而生成的明暗图案发生变化。受光元件20根据该明暗图案的变化来输出电信号。自受光元件20输出的电信号能够被未图示的处理装置转换为显示旋转体的角度位置及旋转速度等的信息。而且，发光元件18和受光元件20均可以为将多个发光元件及受光元件排列成矩阵状而得到的集合体。
[0031]在本实施方式中，发光兀件18和受光兀件20均相对于旋转盘16设置在同一侧。在附图所不的实施方式中，发光兀件18和受光兀件20均相对于旋转盘16设于与第I外壳零件24相反的一侧。而且，如附图所示，发光元件18和受光元件20彼此分离地安装于二者共用的印刷电路板30。采用这样的结构，根据需要也能够将用于将印刷电路板30与外部的电源之间连接起来的未图示的导线共用化。通过这样地将光学系统的零件的一部分共用化，能够将光学系统收纳在紧凑的空间内。因而，能够使编码器10小型化。
[0032]而且，导光路径22设于与编码器10的结构零件中的旋转部分、即旋转轴14及旋转盘16的旋转运动相独立地固定的外壳12。由此，在旋转盘16旋转的过程中，由发光元件18、导光路径22及受光元件20构成的光学系统保持静止。这样，在本实施方式中，光学系统与旋转部分旋转时所能产生的机械性振动实质上隔离。由此，能够防止因可能由外部因素产生的振动而使编码器10的检测精度降低的情况。
[0033]接着，对本发明的其他实施方式进行说明。在以下的说明内容中，适当地省略对与已述内容重复的事项的说明。而且，对相同或相应的结构要素使用相同的附图标记。
[0034]图2是表示本发明的第I实施方式的光学编码器10的变形例的图。在本变形例的编码器10’中，发光元件18和受光元件20的位置相互调换。由此，在编码器10’中，导光路径22的入口 22a和出口 22b相互调换。S卩，发光元件18朝向旋转盘16的局部区域地安装于印刷电路板30。而且，受光元件20安装于共用的印刷电路板30的远离发光元件18的位置。除了光前进的朝向相反以外，编码器10’能够以与上述的第I实施方式的编码器10同样的方式工作，并能够发挥同样的优点。
[0035]图3是表示本发明的第2实施方式的编码器40的图。在本实施方式的编码器40中，导光路径42的内部构造具有规定的曲率，以使得自入口 42a进入的光进行全反射。在该情况下，自入口 42a入射进来的光在导光路径42内部一边重复地进行全反射一边前进，因此，能够自出口 42b射出平行性较高的光。
[0036]图4是表示本发明的第3实施方式的编码器50的图。在本实施方式的编码器50中，透镜52设于导光路径22的入口 22a，透镜54设于出口 22b。透镜52、54是发挥以下作用的光学元件:调整穿过它们的光的朝向，以生成平行光。通过这样地在导光路径22的入口 22a和出口 22b设置透镜52、54，从而将穿过这些透镜52、54的光变成平行光。而且，也可以仅在导光路径22的入口 22a和出口 22b中的任一者设置这样的透镜。
[0037]图5是表示本发明的第4实施方式的编码器60的图。在本实施方式的编码器60中，在导光路径62的入口 62a和出口 62b形成有呈喇叭型形状的扩大部64、66，以扩大导光路径62的截面积(沿着与光轴正交的方向剖切的截面的面积)。扩大部64、66使导光路径62的截面积随着朝向入口 62a或出口 62b去而逐渐扩大。
[0038]在自发光元件18发出的光的平行性不高的情况下，随着发光元件18与导光路径62之间的间隙变大，未入射到导光路径62中而泄漏到外部的光的量也增大。相对于此，通过在导光路径62的入口 62a形成扩大部64，从而将更大量的光可靠地导入导光路径62的内部。
[0039]而且，在受光元件20的受光部的有效面积大于自导光路径62射出的光的宽度的情况下，可能发生受光元件20无法在其有效面积中的充足的范围内受光。相对于此，通过在导光路径62的出口 62b形成扩大部66，能够相对于受光元件20将光照射在更广的范围内。这样，通过设置扩大部64、66能够防止光学系统的光损失。另外，也可以仅在导光路径62的入口 62a和出口 62b中的任一者设置这样的扩大部。
[0040]采用本发明，提供一种编码器，其能够将编码器的光学系统收纳在紧凑的空间内，从而能够实现小型化。而且，能够以较简易的结构做成导光路径，因此能够提供廉价的编码器。而且，通过使导光路径成为与编码器的旋转部分相独立的结构，能够防止可能因外来因素使编码器的检测精度降低的情况。
[0041]以上，对本发明的各种实施方式和变形例进行了说明，但本领域的技术人员可以明确的是，通过其他实施方式及变形例也能够发挥本发明所谋求的作用效果。特别是，可以在不超出本发明范围的前提下删除以及置换上述的实施方式及变形例的结构要素，也可继续追加公知的部件。而且，本领域的技术人员可以明确的是，通过将本说明书中的明示性或暗示性地公开的多个实施方式的特征任意地组合起来也能够实施本发明。
[0042]例如，参照图2，对将发光元件18和受光元件20的配置方式进行调换的变形例进行了说明，但是，针对其他实施方式也能够同样地应用这样的变更。而且，也可以将参照图4进行说明的透镜52、54和图5所示的扩大部64、66组合起来使用。
【权利要求】
1.一种透射型光学编码器(10、10’、40、50、60),其包括:发光兀件(18);受光兀件(20);旋转盘(16)，其形成有狭缝且能够与检测对象物一起旋转；以及导光路径(22、42、62)，其具有朝向上述发光元件(18)的入口(22a、42a、62a)和朝向上述受光元件(20)的出口(22b、42b、62b)，其特征在于， 上述发光兀件(18)和上述受光兀件(20)相对于上述旋转盘(16)配置在同一侧， 上述导光路径(22、42、62)相对于上述旋转盘(16)的旋转动作独立地被固定。
2.根据权利要求1所述的透射型光学编码器(40)，其特征在于， 上述导光路径(42)形成为使进入该导光路径(42)的内部的光进行全反射。
3.根据权利要求1所述的透射型光学编码器(10、10’、50、60)，其特征在于， 上述导光路径(22、62)具有由镜面形成的内部构造，形成为使进入该导光路径(22、62)的内部的光进行镜面反射。
4.根据权利要求1?3中任一项所述的透射型光学编码器(50)，其特征在于， 该透射型光学编码器(50)还包括光学兀件(52、54),该光学兀件(52、54)设于上述导光路径(22)的上述入口(22a)和上述出口(22b)中的至少任一者，用于使穿过的光的朝向发生变化。
5.根据权利要求1?4中任一项所述的透射型光学编码器(60)，其特征在于， 上述导光路径￠2)在上述入口(62a)和上述出口 ^2b)中的至少任一者处具有该导光路径￠2)的截面积逐渐扩大的扩大部出4、66)。
【文档编号】G01D5/347GK104515536SQ201410469355
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2014年9月15日 优先权日:2013年10月2日
【发明者】坂田显庸 申请人:发那科株式会社