具有導光路徑的透射型光學編碼器的制造方法
【專利摘要】本發明提供一種具有導光路徑的透射型光學編碼器。其能夠將編碼器的光學系統收納在緊湊的空間內，從而能夠實現小型化。該透射型光學編碼器包括：發光元件；受光元件；旋轉盤，其形成有狹縫且能夠與檢測對象物一起旋轉；以及導光路徑，其具有朝向發光元件的入口和朝向受光元件的出口。發光元件和受光元件相對于旋轉盤配置在同一側。導光路徑相對于旋轉盤的旋轉動作獨立地被固定。
【專利說明】具有導光路徑的透射型光學編碼器
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及一種透射型光學編碼器。
【背景技術】
[0002]通常的透射型光學編碼器包括發光元件、受光元件以及旋轉盤，該旋轉盤具有以規定間距排列的狹縫。在透射型光學編碼器中，自發光元件發出來的光照射到旋轉盤上，由此，通過穿過狹縫的光和被未形成狹縫的部分遮斷的光而生成明暗的圖案。并且，由受光元件檢測旋轉盤旋轉時的明暗的圖案的變化。由此，能夠獲得與旋轉盤相連動的檢測對象的角度位置及旋轉速度。
[0003]在這樣的光學編碼器中，采用了這樣的結構:發光元件和受光元件相對于旋轉盤設于彼此相反的一側，旋轉盤位于發光元件和受光元件之間。在該情況下，因發光元件和受光元件以及它們的安裝零件等而存在光學系統所占的空間大型化的傾向。
[0004]相對于此，提出了一種具有這樣結構的光學編碼器:發光兀件和受光兀件相對于旋轉盤設于同一側。例如JP — A — 8 — 184465公開了這樣一種光學編碼器,其包括:移動板，其具有沿著周向以恒定間距排列的狹縫；發光元件，其以面對移動板的方式設于第I區域；受光元件，其以面對移動板的方式設于第2區域；以及投影部件，其在第I區域與第2區域之間相對于移動板設于與發光元件和受光元件相反的一側。
[0005]而且，JP-A- 2008 一 82958公開了這樣一種光學編碼器，其包括:旋轉盤，其形成有多個軌道(卜9 〃々)，該軌道具有狹縫；發光元件，其以朝向各軌道的方式配置；受光元件，其相對于旋轉盤與發光元件設置在同一側且設于旋轉盤的旋轉軸線上；以及旋轉導光盤，其與旋轉盤一體地旋轉。
[0006]而且，JP-A- 5 - 141960公開了這樣一種光學旋轉角度檢測裝置，其包括導光部件，該導光部件為一端朝向光源且另一端朝向光位置檢測元件的光纖。光纖被與旋轉軸相連結的轉動構件支承并與旋轉軸一起旋轉。
[0007]但是，在JP-A- 8 - 184465所述的光學編碼器中，投影部件形成了等倍反轉光學系統。因此，光學系統的結構變得復雜，并且為了保證充分的檢測精度而需要將光學系統的各零件準確地定位。因而，編碼器的制造成本增加。而且，要求光學系統的各零件的位置關系不會發生變化，因此，編碼器的用途自然會被限制。
[0008]而且，在JP — A — 2008 — 82958和JP — A — 5 — 141960所述的光學編碼器中，用于將發光元件和受光元件之間光學性地連接起來的導光部件會與機械性地旋轉的旋轉部相連動。特別是在為了檢測使用于工業用設備的電動機的動作而使用編碼器的情況下，會因高速動作的電動機而引起比較大的機械性振動。而且，該振動會經由連結部而傳遞到導光部件。因此，導光部件與受光元件之間的間隙發生變動，由此，可能會有損編碼器的檢測精度。
[0009]因而，期望一種不會有損檢測精度且小型的透射型光學編碼器。
【發明內容】
[0010]采用本發明的第I技術方案，提供一種透射型光學編碼器，其包括:發光元件；受光元件；旋轉盤，其形成有狹縫且能夠與檢測對象物一起旋轉；以及導光路徑，其具有朝向上述發光元件的入口和朝向上述受光元件的出口，其中，上述發光元件和上述受光元件相對于上述旋轉盤配置在同一側，上述導光路徑相對于上述旋轉盤的旋轉動作獨立地被固定。
[0011]采用本發明的第2技術方案，根據第I技術方案所述的透射型光學編碼器，其中，上述導光路徑形成為使進入該導光路徑的內部的光進行全反射。
[0012]采用本發明的第3技術方案，根據第I技術方案所述的透射型光學編碼器，其中，上述導光路徑具有由鏡面形成的內部構造，形成為使進入該導光路徑的內部的光進行鏡面反射。
[0013]采用本發明的第4技術方案，根據第I技術方案至第3技術方案中的任一技術方案所述的透射型光學編碼器，其中，該透射型光學編碼器還包括光學元件，該光學元件設于上述導光路徑的上述入口和上述出口中的至少任一者，用于使穿過的光的朝向發生變化。
[0014]米用本發明的第5技術方案,根據第I技術方案至第4技術方案中的任一技術方案所述的透射型光學編碼器，其中，上述導光路徑在上述入口和上述出口中的至少任一者處具有擴大部，該擴大部用于逐漸擴大該導光路徑的截面積。
[0015]采用本發明，提供一種編碼器，其能夠將編碼器的光學系統收納在緊湊的空間內，從而能夠實現小型化。而且，能夠以較簡易的結構做成導光路徑，因此能夠提供廉價的編碼器。而且，通過使導光路徑成為與編碼器的旋轉部分相獨立的結構，能夠防止可能因外來因素使編碼器的檢測精度降低的情況。
[0016]可根據附圖所示的本發明的例示性的實施方式的詳細說明進一步明確上述內容及其他本發明的目的、特征和優點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1是表示本發明的第I實施方式的光學編碼器的圖。
[0018]圖2是表示本發明的第I實施方式的變形例的光學編碼器的圖。
[0019]圖3是表示本發明的第2實施方式的光學編碼器的圖。
[0020]圖4是表示本發明的第3實施方式的光學編碼器的圖。
[0021]圖5是表示本發明的第4實施方式的光學編碼器的圖。
【具體實施方式】
[0022]以下，參照附圖對本發明的實施方式進行說明。為了幫助理解本發明，適當地變更了附圖所示的實施方式的結構要素的比例。
[0023]圖1是表示本發明的第I實施方式的光學編碼器10的圖。透射型光學編碼器(以下僅稱作“編碼器”)10包括:外殼12 ;旋轉軸14，其能夠繞著旋轉軸線O旋轉；旋轉盤16，其與旋轉軸14 一體地旋轉；發光元件18 ;受光元件20 ;以及導光路徑22。
[0024]編碼器10的外殼12包括第I外殼零件24和第2外殼零件26，該第I外殼零件24相對于旋轉盤16大致平行地延伸，該第2外殼零件26以自第I外殼零件24豎起的方式設置而形成外殼12的周壁。在外殼12的與第I外殼零件24相對的面上形成有開口部28。外殼12的開口部28被安裝有發光元件18和受光元件20的印刷電路板30閉塞。
[0025]旋轉軸14與未圖示的旋轉體相連結并與旋轉體一同繞著旋轉軸線O旋轉。在此，旋轉體為應利用編碼器10檢測與其旋轉運動相關的信息、即角度位置、旋轉速度等的檢測對象。旋轉體例如可以是用于將被供給的電轉換成旋轉動力的電動機。在旋轉軸14的一端連結有旋轉盤16。旋轉盤16是具有多個狹縫(未圖示)的圓盤狀的構件，其中，該多個狹縫在周向上空開間隔地形成。因而，旋轉盤16形成為能夠連同旋轉軸14與旋轉體一起旋轉。
[0026]發光元件18為具有公知形態的發光元件、例如發光二極管、激光二極管等。在一實施方式中，發光兀件18也可以包括透鏡32,該透鏡32用于將自發光兀件18發出的光轉換成近似平行光。自發光元件18發出來的光如后述那樣地經由導光路徑22而照射到旋轉盤16上。
[0027]導光路徑22通過第I外殼構件24的內部，并發揮了光學性連接發光元件18與受光元件20之間的作用。導光路徑22例如由聚碳酸酯、丙烯酸樹脂等塑料制的導光構件、或者光纖等形成。導光路徑22在其一端具有入口 22a，并且，在另一端具有出口 22b。導光路徑22被第I外殼構件24固定為具有大致U字狀的形態。如附圖所示，導光路徑22的入口22a朝向發光元件18，導光路徑22的出口 22b隔著旋轉盤16朝向受光元件20。而且，附圖中施加了剖面線的部位表示的是進入各構件之間的光。
[0028]自發光元件18發出來的光自導光路徑22的入口 22a進入導光路徑22的內部。在一實施方式中，導光路徑22也可以具有由鏡面構成的內部構造。在該情況下，自入口 22a入射進來的光會在導光路徑22內部一邊反復地進行鏡面反射一邊前進，因此自出口 22b射出平行性較高的光。
[0029]自導光路徑22的出口22b出來的光會朝向旋轉盤16的規定的區域。光穿過形成在旋轉盤16上的狹縫，其一部分光穿過旋轉盤16。而且，照射到未形成狹縫的部位的光被旋轉盤16遮斷。這樣，通過旋轉盤16形成明暗的圖案。而且，利用受光元件20檢測該明暗的圖案。
[0030]受光元件20為具有公知形態的受光元件、例如光電二極管、光電晶體管等。使用受光元件20的目的在于:檢測因旋轉盤16而生成的明暗的圖案，從而檢測旋轉體(例如電動機)的旋轉運動的狀況。即，當旋轉體旋轉時，旋轉盤16與其相連動地旋轉。由此,因旋轉盤16而生成的明暗圖案發生變化。受光元件20根據該明暗圖案的變化來輸出電信號。自受光元件20輸出的電信號能夠被未圖示的處理裝置轉換為顯示旋轉體的角度位置及旋轉速度等的信息。而且，發光元件18和受光元件20均可以為將多個發光元件及受光元件排列成矩陣狀而得到的集合體。
[0031]在本實施方式中，發光兀件18和受光兀件20均相對于旋轉盤16設置在同一側。在附圖所不的實施方式中，發光兀件18和受光兀件20均相對于旋轉盤16設于與第I外殼零件24相反的一側。而且，如附圖所示，發光元件18和受光元件20彼此分離地安裝于二者共用的印刷電路板30。采用這樣的結構，根據需要也能夠將用于將印刷電路板30與外部的電源之間連接起來的未圖示的導線共用化。通過這樣地將光學系統的零件的一部分共用化，能夠將光學系統收納在緊湊的空間內。因而，能夠使編碼器10小型化。
[0032]而且，導光路徑22設于與編碼器10的結構零件中的旋轉部分、即旋轉軸14及旋轉盤16的旋轉運動相獨立地固定的外殼12。由此，在旋轉盤16旋轉的過程中，由發光元件18、導光路徑22及受光元件20構成的光學系統保持靜止。這樣，在本實施方式中，光學系統與旋轉部分旋轉時所能產生的機械性振動實質上隔離。由此，能夠防止因可能由外部因素產生的振動而使編碼器10的檢測精度降低的情況。
[0033]接著，對本發明的其他實施方式進行說明。在以下的說明內容中，適當地省略對與已述內容重復的事項的說明。而且，對相同或相應的結構要素使用相同的附圖標記。
[0034]圖2是表示本發明的第I實施方式的光學編碼器10的變形例的圖。在本變形例的編碼器10’中，發光元件18和受光元件20的位置相互調換。由此，在編碼器10’中，導光路徑22的入口 22a和出口 22b相互調換。S卩，發光元件18朝向旋轉盤16的局部區域地安裝于印刷電路板30。而且，受光元件20安裝于共用的印刷電路板30的遠離發光元件18的位置。除了光前進的朝向相反以外，編碼器10’能夠以與上述的第I實施方式的編碼器10同樣的方式工作，并能夠發揮同樣的優點。
[0035]圖3是表示本發明的第2實施方式的編碼器40的圖。在本實施方式的編碼器40中，導光路徑42的內部構造具有規定的曲率，以使得自入口 42a進入的光進行全反射。在該情況下，自入口 42a入射進來的光在導光路徑42內部一邊重復地進行全反射一邊前進，因此，能夠自出口 42b射出平行性較高的光。
[0036]圖4是表示本發明的第3實施方式的編碼器50的圖。在本實施方式的編碼器50中，透鏡52設于導光路徑22的入口 22a，透鏡54設于出口 22b。透鏡52、54是發揮以下作用的光學元件:調整穿過它們的光的朝向，以生成平行光。通過這樣地在導光路徑22的入口 22a和出口 22b設置透鏡52、54，從而將穿過這些透鏡52、54的光變成平行光。而且，也可以僅在導光路徑22的入口 22a和出口 22b中的任一者設置這樣的透鏡。
[0037]圖5是表示本發明的第4實施方式的編碼器60的圖。在本實施方式的編碼器60中，在導光路徑62的入口 62a和出口 62b形成有呈喇叭型形狀的擴大部64、66，以擴大導光路徑62的截面積(沿著與光軸正交的方向剖切的截面的面積)。擴大部64、66使導光路徑62的截面積隨著朝向入口 62a或出口 62b去而逐漸擴大。
[0038]在自發光元件18發出的光的平行性不高的情況下，隨著發光元件18與導光路徑62之間的間隙變大，未入射到導光路徑62中而泄漏到外部的光的量也增大。相對于此，通過在導光路徑62的入口 62a形成擴大部64，從而將更大量的光可靠地導入導光路徑62的內部。
[0039]而且，在受光元件20的受光部的有效面積大于自導光路徑62射出的光的寬度的情況下，可能發生受光元件20無法在其有效面積中的充足的范圍內受光。相對于此，通過在導光路徑62的出口 62b形成擴大部66，能夠相對于受光元件20將光照射在更廣的范圍內。這樣，通過設置擴大部64、66能夠防止光學系統的光損失。另外，也可以僅在導光路徑62的入口 62a和出口 62b中的任一者設置這樣的擴大部。
[0040]采用本發明，提供一種編碼器，其能夠將編碼器的光學系統收納在緊湊的空間內，從而能夠實現小型化。而且，能夠以較簡易的結構做成導光路徑，因此能夠提供廉價的編碼器。而且，通過使導光路徑成為與編碼器的旋轉部分相獨立的結構，能夠防止可能因外來因素使編碼器的檢測精度降低的情況。
[0041]以上，對本發明的各種實施方式和變形例進行了說明，但本領域的技術人員可以明確的是，通過其他實施方式及變形例也能夠發揮本發明所謀求的作用效果。特別是，可以在不超出本發明范圍的前提下刪除以及置換上述的實施方式及變形例的結構要素，也可繼續追加公知的部件。而且，本領域的技術人員可以明確的是，通過將本說明書中的明示性或暗示性地公開的多個實施方式的特征任意地組合起來也能夠實施本發明。
[0042]例如，參照圖2，對將發光元件18和受光元件20的配置方式進行調換的變形例進行了說明，但是，針對其他實施方式也能夠同樣地應用這樣的變更。而且，也可以將參照圖4進行說明的透鏡52、54和圖5所示的擴大部64、66組合起來使用。
【權利要求】
1.一種透射型光學編碼器(10、10’、40、50、60),其包括:發光兀件(18);受光兀件(20);旋轉盤(16)，其形成有狹縫且能夠與檢測對象物一起旋轉；以及導光路徑(22、42、62)，其具有朝向上述發光元件(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， 上述發光兀件(18)和上述受光兀件(20)相對于上述旋轉盤(16)配置在同一側， 上述導光路徑(22、42、62)相對于上述旋轉盤(16)的旋轉動作獨立地被固定。
2.根據權利要求1所述的透射型光學編碼器(40)，其特征在于， 上述導光路徑(42)形成為使進入該導光路徑(42)的內部的光進行全反射。
3.根據權利要求1所述的透射型光學編碼器(10、10’、50、60)，其特征在于， 上述導光路徑(22、62)具有由鏡面形成的內部構造，形成為使進入該導光路徑(22、62)的內部的光進行鏡面反射。
4.根據權利要求1?3中任一項所述的透射型光學編碼器(50)，其特征在于， 該透射型光學編碼器(50)還包括光學兀件(52、54),該光學兀件(52、54)設于上述導光路徑(22)的上述入口(22a)和上述出口(22b)中的至少任一者，用于使穿過的光的朝向發生變化。
5.根據權利要求1?4中任一項所述的透射型光學編碼器(60)，其特征在于， 上述導光路徑￠2)在上述入口(62a)和上述出口 ^2b)中的至少任一者處具有該導光路徑￠2)的截面積逐漸擴大的擴大部出4、66)。
【文檔編號】G01D5/347GK104515536SQ201410469355
【公開日】2015年4月15日 申請日期:2014年9月15日 優先權日:2013年10月2日
【發明者】坂田顯庸 申請人:發那科株式會社
專業數控銑床產品供應商
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