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CN116507885A - 编码器 - Google Patents

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CN116507885A
CN116507885A CN202180073201.2A CN202180073201A CN116507885A CN 116507885 A CN116507885 A CN 116507885A CN 202180073201 A CN202180073201 A CN 202180073201A CN 116507885 A CN116507885 A CN 116507885A
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CN
China
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light
reflection
encoder
structures
light receiving
Prior art date
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Application number
CN202180073201.2A
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English (en)
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永井秀一
白石大
麻生淳也
古贺稔浩
片山琢磨
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Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Original Assignee
Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
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Publication date
Application filed by Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd filed Critical Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
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Abstract

提供一种即使不进行微细化也能够进行高位置分辨率化、从而能够以高的灵敏度检测旋转角等的编码器。编码器具备：旋转板(2)，其具有重复地形成的多个反射构造(10)、以及包括光反射部(21)的码(20)；照射部(4)，其向多个反射构造(10)照射光；以及受光部(5)，其接收被多个反射构造(10)反射的光，其中，多个反射构造(10)中的各个反射构造(10)具有凸状的表面，多个反射构造(10)中的各个反射构造(10)的宽度是光反射部(21)的宽度的整数倍。

Description

编码器
技术领域
本公开涉及一种编码器，尤其涉及一种光学式的编码器。
背景技术
在嵌入于机床或机器人等的伺服马达中，使用编码器以检测伺服马达的旋转角度。作为编码器，已知有机械式编码器、磁式的编码器以及光学式的编码器等。另外，编码器不仅已知有用于检测旋转角等旋转位移的旋转型的编码器(回转式编码器(rotaryencoder))，还已知有用于检测直线位移的直行型的编码器(线性编码器(linearencoder))。
这些编码器具有将位移作为绝对值来检测的绝对(absolute)型的编码器和将位移作为相对值来检测的增量(incremental)型的编码器。例如，回转式编码器具有检测绝对角度的绝对型的编码器和检测相对角度的增量型的编码器。
以往，作为绝对型或增量型的光学式的回转式编码器，已知有光透射型的编码器(例如专利文献1)。在光透射型的回转式编码器中，通过向以规定的图案设置有由狭缝等构成的多个光透射部的旋转板照射光、并接收透过了该光透射部的光，来检测进行旋转的马达等的旋转角。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2004-251772号公报
发明内容
发明要解决的问题
近年，由于编码器的小型化和高位置分辨率化的需求而对光反射型的编码器进行着研究。以往，作为光反射型的回转式编码器，已知有一种具有以规定的图案形成有光反射部(光反射区域)和非光反射部的旋转板的光反射型的回转式编码器。
在通过微细化来对这样的结构的光反射型的回转式编码器进行高位置分辨率化的情况下，例如为了获得2倍的位置精度，能够考虑将形成于旋转板的光反射部和非光反射部各自的尺寸(沿旋转方向的尺寸)变为一半。
然而，若将光反射部和非光反射部各自的尺寸变为一半，则由受光元件接收的反射光的光量会变为一半。其结果，会产生旋转角的检测灵敏度(S/N比)变差或无法检测旋转角的情况。
另外，当对光反射部和非光反射部进行微细化时，对光反射部和非光反射部的位置或形状要求更高的精度。因此，对光反射部以及非光反射部进行微细化是有极限的。而且，高精度地形成进行了微细化的光反射部有时还需要高级的制造技术。
本公开是为了解决这样的问题而完成的，其目的在于提供一种即使不进行微细化也能够进行高位置分辨率化、从而能够以高的灵敏度检测旋转角等的编码器。
为了达成上述目的，本公开所涉及的编码器的一个方式具备基板、照射部以及受光部。基板进行旋转或直线移动。另外，基板具有重复地形成的多个反射构造、以及包括光反射部或光透射部的码。照射部向多个反射构造照射光。受光部接收被多个反射构造反射的光。多个反射构造中的各个反射构造具有凸状或凹状的表面。多个反射构造中的各个反射构造的宽度是光反射部或光透射部的宽度的整数倍。
本公开所涉及的编码器即使不进行微细化也能够进行高位置分辨率化，从而能够以高的灵敏度检测旋转角等。
附图说明
图1是实施方式1所涉及的编码器中的旋转板的俯视图。
图2是编码器的沿着图1的II-II线以垂直于纸面的面截取出的截面图。
图3A是编码器的沿着图1的IIIA-IIIA线以垂直于纸面的面截取出的局部放大截面图。
图3B是编码器的沿着图1的IIIB-IIIB线以垂直于纸面的面截取出的局部放大截面图。
图4是用于说明实施方式1所涉及的编码器的动作的图。
图5是用于说明第一比较例的光反射型的编码器的动作的图。
图6是用于说明第二比较例的光反射型的编码器的动作的图。
图7是用于说明实施方式1所涉及的编码器的动作的图。
图8A是实施方式1的第一变形例所涉及的编码器的局部放大截面图。
图8B是实施方式1的第一变形例所涉及的编码器的局部放大截面图。
图9是用于说明实施方式1的第一变形例所涉及的编码器的动作的图。
图10是放大示出实施方式1的第一变形例所涉及的编码器中的照射部和一个反射构造的图。
图11是放大示出实施方式1的第二变形例所涉及的编码器中的照射部和一个反射构造的图。
图12A是实施方式2所涉及的编码器的局部放大截面图。
图12B是实施方式2所涉及的编码器的局部放大截面图。
图13A是实施方式2的变形例所涉及的编码器的局部放大截面图。
图13B是实施方式2的变形例所涉及的编码器的局部放大截面图。
图14是示出一个变形例所涉及的编码器的结构的图。
图15是示出另一个变形例所涉及的编码器的结构的图。
具体实施方式
下面，参照附图来对本公开的实施方式进行说明。此外，在下面说明的实施方式均是表示本公开的一个具体例的实施方式。因而，通过下面的实施方式表示的数值、形状、材料、构成要素、构成要素的配置位置及连接方式等是一例，其主旨不在于对本公开进行限定。因此，对于下面的实施方式中的构成要素中的、在表示本公开的最上位概念的独立权利要求中未记载的构成要素，设为任意的构成要素来进行说明。
此外，各图是示意图，未必是严谨地图示的内容。因而，在各图中比例尺等未必一致。另外，在各图中，对实质上相同的结构标注相同的附图标记，省略或简化重复的说明。
(实施方式1)
首先，使用图1、图2、图3A以及图3B来对实施方式1所涉及的编码器1的结构进行说明。
图1是实施方式1所涉及的编码器1中的旋转板2的俯视图。图2是编码器1的沿着图1的II-II线以垂直于纸面的面截取出的截面图。图3A是编码器1的沿着图1的IIIA-IIIA线以垂直于纸面的面截取出的局部放大图。图3B是编码器1的沿着图1的IIIB-IIIB线以垂直于纸面的面截取出的局部放大图。此外，在图1中，为了易于分辨码20的非光反射部22，简单地对非光反射部22施加了阴影。
图1和图2中示出的编码器1是光学式的回转式编码器。本实施方式中的编码器1是反射型的回转式编码器。编码器1例如与伺服马达等马达组合来使用。在该情况下，编码器1例如用于检测马达的旋转轴的旋转角或旋转数等。
如图1和图2所示，本实施方式所涉及的编码器1具备旋转板2、固定部3、照射部4、受光部5以及处理部6。
旋转板2是旋转的基板。旋转板2的旋转方向有顺时针和逆时针这两个方向，但不限于此。例如，旋转板2的旋转方向也可以只有顺时针和逆时针中的任一方。另外，旋转板2例如是金属制，但也可以是树脂制、玻璃制或陶瓷制等。另外，作为一例，旋转板2是圆形平板状。
如图2所示，在旋转板2的中央部安装有旋转轴7。通过该旋转轴7旋转，旋转板2以旋转轴7为旋转中心进行旋转。旋转轴7的旋转动作与进行旋转的设备的旋转动作同步。旋转轴7例如是伺服马达等马达的旋转轴本身。
如图1所示，旋转板2具有重复地形成的多个反射构造10。多个反射构造10是用于反射从照射部4射出的光的光反射体，是以规定的第一图案形成的。多个反射构造10沿旋转板2的周向呈一列地设置。如图2所示，多个反射构造10设置于旋转板2的与固定部3相对的主面。
如图1所示，多个反射构造10遍布旋转板2的整周地设置。另外，多个反射构造10形成于旋转板2的径向上的最边缘部。因而，多个反射构造10形成于旋转板2的最外周轨道。
多个反射构造10中的各个反射构造10为同一形状和同一尺寸。另外，对于多个反射构造10中的所有反射构造10，相邻的两个反射构造10的间隔全部是相同的。也就是说，多个反射构造10沿旋转板2的整周等间隔(同一间距)地形成。
如图3A和图3B所示，在本实施方式中，多个反射构造10中的各个反射构造10具有凸状的表面。作为一例，各反射构造10的截面形状是半圆形。具体地说，各反射构造10是以旋转板2的径向为轴心的半圆柱状。因而，各反射构造10的表面(光反射面)为呈朝向上方凸状的柱面。像这样，多个反射构造10整体上为沿旋转板2的周向重复产生凹凸的形状。此外，各反射构造10的表面也可以不是柱面而是半球状的球面，但为了高精度地检测来自反射构造10的反射光，柱面更为优选。
如图3A和图3B所示，多个反射构造10中的各个反射构造10具有凸部11和形成在凸部11之上的光反射层12。在本实施方式中，光反射层12形成于凸部11的表面，为反射构造10的最上层。因而，各反射构造10的表面是光反射层12的表面。
在各反射构造10中，凸部11是以旋转板2的径向为轴心的半圆柱状。凸部11例如由树脂材料构成。凸部11也可以是透明树脂材料等透光树脂材料、以及不透明树脂材料中的任一方。凸部11能够通过与微透镜阵列同样的方法来制作。此外，凸部11的材质不限于树脂材料，也可以由金属材料等构成。
光反射层12例如是针对从照射部4射出的光具有高反射率的光反射特性的光反射膜。光反射层12的表面(光反射面)为呈朝向上方凸状的柱面。光反射层12能够通过溅镀或蒸镀等形成。作为一例，光反射层12是由金属材料构成的金属膜。在该情况下，金属膜既可以由单种金属构成，也可以由合金构成。光反射层12是厚度固定的光反射膜。
此外，光反射层12是由一个光反射膜构成的单层膜，但不限于此。例如，光反射层12也可以是由多个光反射膜层叠得到的层叠膜。另外，光反射层12不限于金属膜。例如，光反射层12也可以是氧化膜或由树脂材料构成的树脂膜等。在光反射层12是树脂膜的情况下，光反射层12例如是由白色树脂构成的白色树脂膜。在该情况下，白色树脂膜能够通过涂布法形成。另外，在光反射层12是氧化膜的情况下，光反射层12例如是电介质多层膜。
在本实施方式中，多个反射构造10一体地形成。具体地说，多个凸部11全部一体地形成，是沿旋转板2的周向重复产生凹凸的一个凹凸构造体。同样地，多个光反射层12作为整体为一体的厚度固定的连续的一个光反射膜而形成在由多个反射构造10构成的凹凸构造体之上。
如图1所示，旋转板2具有包括一个以上的光反射部21的码20。码20是用于检测旋转板2的旋转位置的位置检测用码。在本实施方式中，码20是规定位数的最大长度序列码(M-sequence code)。此外，码20不限于最大长度序列码，也可以是格雷码、二进制码或BCD(Binary-Coded Decimal：二进码十进数)码等。
码20中的光反射部21是反射从照射部4射出的光的光反射体。在本实施方式中，码20还具有不反射从照射部4射出的光的非光反射部22。非光反射部22例如是吸收光的光吸收体。码20由多个光反射部21和多个非光反射部22构成。具体地说，码20由5个光反射部21和6个非光反射部22构成。
码20以规定的第二图案设置在旋转板2的与固定部3相对的主面。具体地说，构成码20的光反射部21和非光反射部22以规定的顺序和规定的数量设置于旋转板2的靠固定部3侧的主面。
码20沿旋转板2的周向设置。具体地说，构成码20的多个光反射部21和多个非光反射部22沿旋转板2的周向设置为一列。光反射部21和非光反射部22各自是码20的单位码图案(单区域)，是在检测旋转板2的位置时供受光部5读取的最小单位。
在本实施方式中，码20设置于旋转板2的一部分区域。具体地说，码20与多个反射构造10并列地设置。也就是说，光反射部21及非光反射部22与多个反射构造10并列地设置。另外，码20设置于多个反射构造10的内侧。具体地说，码20形成于从旋转板2的最外周起的第二个轨道。
多个光反射部21中的各个光反射部21为同一形状及同一尺寸。另外，多个非光反射部22中的各个非光反射部22为同一形状及同一尺寸。并且，一个光反射部21与一个非光反射部22为同一形状及同一尺寸。另外，对于构成码20的所有的光反射部21和所有的非光反射部22，相邻的两个光反射部21的间隔、相邻的两个非光反射部22的间隔、以及相邻的光反射部21与非光反射部22的间隔全部相同。也就是说，构成码20的光反射部21和非光反射部22全部等间隔(同一间距)地形成。
光反射部21和非光反射部22各自例如由表面平坦的薄膜构成。光反射部21的厚度与非光反射部22的厚度相同，但不限于此。
光反射部21例如是具有高反射率的光反射性的光反射膜，能够通过溅镀或蒸镀等形成。作为一例，光反射部21是由金属材料构成的金属膜。在该情况下，金属膜既可以由单种金属构成，也可以由合金构成。
此外，光反射部21不限于单层，也可以是由多个光反射膜层叠得到的层叠膜。另外，光反射部21不限于金属膜，也可以与反射构造10的光反射层12同样是氧化膜或由树脂材料构成的树脂膜等。
非光反射部22例如是吸收光的光吸收膜。作为光吸收膜，例如能够使用黑色的树脂膜，但不限于此。
如图1和图3B所示，多个反射构造10中的各个反射构造10的宽度(列方向上的宽度)为码20的光反射部21的宽度(列方向上的宽度)的整数倍。在本实施方式中，多个反射构造10中的各个反射构造10与光反射部21一一对应，多个反射构造10中的各个反射构造10的宽度为光反射部21的宽度的1倍。具体地说，沿旋转板2的径向排列的一个反射构造10与一个光反射部21为相同宽度。此外，在此“宽度”是沿着列方向(沿着旋转板2的圆周的方向)的、以角度为单位的宽度。同样地，对于沿旋转板2的径向排列的一个反射构造10与一个非光反射部22而言，也为彼此相同的宽度。像这样，在本实施方式中的编码器1中，一个反射构造10与码20的一个单位码图案一一对应，一个反射构造10与码20的单位码图案为相同宽度。
此外，多个反射构造10中的各个反射构造10的宽度的上限是码20的单位码图案的总计数量(最大数量)。例如，在本实施方式中，码20的单位码图案的数量是14，因此多个反射构造10中的各个反射构造10的宽度的上限为对码20的14个单位码图案进行总计得到的值。
在本实施方式中的编码器1中，能够通过使用由多个反射构造10反射的光和由码20反射的光来计算旋转板2的旋转角等。在该情况下，也可以不使用构成码20的所有的光反射部21和所有的非光反射部22。例如，在码20是7位的最大长度序列码的情况下，能够通过使用总计7个光反射部21和非光反射部22(也就是说，通过使用7个单位码图案)来计算旋转板2的旋转角等。
如图1和图2所示，固定部3与旋转板2相对地配置。固定部3是即使旋转板2旋转也不发生旋转的构件。在本实施方式中，固定部3是圆形平板状的基板。固定部3例如是FR-4(Flame Retardant Type 4：阻燃四型)等布线基板，在与旋转板2离开规定的距离的位置与旋转板2平行地配置。在该情况下，固定部3优选以固定部3的中心与旋转轴7的轴心一致的方式配置。固定部3例如被固定于构成编码器1或马达的一部分的壳体(未图示)。
在固定部3设置有照射部4、受光部5以及处理部6。例如，照射部4、受光部5和处理部6作为电子部件而安装于作为布线基板的固定部3。照射部4和受光部5例如安装于固定部3的与旋转板2相对的面。在该情况下，照射部4和受光部5也可以作为光源模组而成为一体。另外，处理部6安装于固定部3的同与旋转板2相对的面相反一侧的面。此外，在固定部3也可以安装除照射部4、受光部5以及处理部6以外的电子部件等。
照射部4是朝向旋转板2照射光的光源。具体地说，照射部4向多个反射构造10和码20照射光。在该情况下，照射部4向旋转板2的一部分区域照射光。因而，从照射部4射出的光向所有反射构造10中的一部分照射。照射部4例如由LED(Light Emitting Diode：发光二极管)等发光元件构成。从照射部4照射的光是白色光等可见光，但不限于此。从照射部4照射的光例如也可以是红外光。
如图3A和图3B所示，在本实施方式中，编码器1具有使从照射部4射出的光朝向多个反射构造10中的各个反射构造10会聚的聚光构件4a。作为一例，聚光构件4a是凸透镜。聚光构件4a例如设置于照射部4的射出面。在该情况下，照射部4与聚光构件4a也可以构成为一体的光源模组。像这样，通过使用聚光构件4a，能够通过聚光构件4a使从照射部4射出的光会聚并向反射构造10照射。此外，聚光构件4a的焦点的位置优选位于受光部5(受光元件)的受光面。
受光部5接收被多个反射构造10反射的光。受光部5例如由PD(Photo Diode：光电二极管)等受光元件构成。在本实施方式中，受光部5具有多个受光元件。也就是说，被多个反射构造10反射的光由多个受光元件接收。多个受光元件例如呈一列地配置，且安装于固定部3。多个受光元件也可以作为受光模组而成为一体。
另外，受光部5接收被码20反射的光。在该情况下，受光部5也可以具有接收被反射构造10反射的光的受光元件(第一受光元件)和接收被码20反射的光的受光元件(第二受光元件)。
此外，受光部5如果能够单独地接收码20的单位码图案和多个反射构造10中的各个反射构造10的光，则可以不由多个受光元件构成。例如，受光部5也可以由具有能够同时接收被多个反射构造10反射的光的受光面的摄像元件等构成。
图2示出的处理部6与受光部5电连接。处理部6基于受光部5中的多个受光元件的受光位置来计算与旋转板2的位置的变化有关的信息。例如，处理部6计算旋转板2的旋转角、旋转数、旋转位置以及旋转速度等作为与旋转板2的位置的变化有关的信息。处理部6例如是IC(集成电路)封装等。
接着，使用图4来对本实施方式所涉及的编码器1的动作进行说明。图4是用于说明实施方式1所涉及的编码器1的动作的图。此外，在图4中，仅示出旋转板2的一部分。另外，在图4中，图示了8个受光元件5a～5h作为受光部5。
当照射部4朝向进行旋转的旋转板2照射光α时，从照射部4射出的光α被沿旋转方向排列的多个反射构造10依次反射而被受光部5接收。此时，如图4所示，当着眼于多个反射构造10中的一个反射构造10a时，反射构造10a的表面为凸状的反射面，因此通过旋转板2旋转而反射构造10a相对于照射部4的相对位置不断变化。于是，从照射部4射出并到达反射构造10a的光α以与反射构造10a的反射面的曲率相应的反射角度反射并依次入射到受光部5的8个受光元件5a～5h。
具体地说，当如图4的黑色块箭头所示那样旋转板2旋转而反射构造10a的位置按图4的(a)、(b)、(c)的顺序移动时，被反射构造10a反射而入射到受光部5的光α的位置如图4的白色块箭头所示那样移动。也就是说，从照射部4射出后被反射构造10a反射的光α在反射构造10a处于图4的(a)的位置时入射到受光元件5b，在反射构造10a处于图4的(b)的位置时入射到受光元件5d，在反射构造10a处于图4的(c)的位置时入射到受光元件5f。
像这样，在本实施方式中的编码器1中，多个反射构造10中的各个反射构造10的表面为凸状，因此仅通过反射构造10a的位置如图4的黑色块箭头所示那样基于旋转板2的旋转而略微变化，就能够如图4的白色块箭头所示那样使被反射构造10a反射而到达受光部5的光α的位置大幅变化。例如，相对于反射构造10a(旋转板2)的位置的变化而言，被受光部5接收的反射光的位置的变化能够在几倍至100倍左右的范围内变化。作为一例，在使反射构造10a(旋转板2)的位置变化10μm时，能够使被受光部5接收的反射光的位置变化约0.49mm。
而且，在本实施方式中的编码器1中，使从照射部4照射出的被反射构造10反射的光α只入射到受光部5的一个受光元件。具体地说，在本实施方式中，通过聚光构件4a使从照射部4射出的光α会聚，从而使被反射构造10反射的光α只入射到受光部5的一个受光元件。
然后，由受光部5(受光元件5a～5h)接收到的光α作为电信号而被输入到处理部6。此时，在本实施方式中的编码器1中，多个反射构造10中的各个反射构造10的宽度为码20的单位码图案的宽度的整数倍(在本实施方式中为1倍)。由此，处理部6能够基于来自受光部5的电信号来计算旋转板2的旋转角等。
接着，使用图5、图6、图7，针对本实施方式所涉及的编码器1的效果，一边与比较例的编码器1X和1Y比较一边进行说明。图5是用于说明作为第一比较例的光反射型的编码器1X的动作的图。图6是用于说明作为第二比较例的光反射型的编码器1Y的动作的图。图7是用于说明实施方式1所涉及的编码器1的动作的图。
如图5所示，在作为第一比较例的光反射型的回转式编码器的编码器1X中，作为用于生成模拟位置信号的增量器，光反射部21X和非光反射部22X以规定的图案形成于旋转板2X。在该第一比较例的光反射型的编码器1X中，从照射部4X射出的光α被多个光反射部21X分割而入射到受光部5X。因此，由受光部5X的各受光元件接收的光α的光量(光强度)会与多个光反射部21X的分割数相应地减少。例如，在像图5那样是7个图案的情况下，由受光部5X的各受光元件接收的光α的光量变为1/7。也就是说，旋转角等的检测灵敏度(S/N比)变为1/7。
近年，由于编码器的小型化和高位置分辨率化的需求而对光反射型的编码器进行着研究。在此，在通过对图5所示的构造的光反射型的编码器1X进行微细化来试图实现高位置分辨率化的情况下，能够考虑减小形成于旋转板2X的各个光反射部21X和各个非光反射部22X的尺寸。
例如，在要获得相对于图5所示的第一比较例的光反射型的编码器1X而言的2倍的位置精度的情况下，需要像图6所示的第二比较例的光反射型的编码器1Y那样，将形成于旋转板2Y的光反射部21Y和非光反射部22Y各自的尺寸设为图5所示的第一比较例的光反射型的编码器1X中的光反射部21X和非光反射部22X各自的尺寸的一半。
然而，如图6所示，在尺寸已变为一半的光反射部21Y和非光反射部22Y中，从照射部4Y射出的被多个光反射部21Y反射而向受光部5Y入射的反射光的光量会变为图5的第一比较例的光反射型的编码器1X的再一半。例如，在图6中是14个图案，因此由受光部5Y的各受光元件接收的光α的光量变为1/14。也就是说，旋转角等的检测灵敏度(S/N比)变为1/14。
像这样，在迄今为止的光反射型的回转式编码器的构造中，利用多个光反射部将从照射部射出的光分割并使受光部接收该分割后的光，因此使光反射部和非光反射部越微细化，则从照射部射出的光的分割数越多。其结果，由受光部接收的光的光量变小，发生旋转角等的检测灵敏度变差、或者无法检测旋转角的情况。
而且，在像图6的作为第二比较例的光反射型的回转式编码器的编码器1Y那样使用进行了微细化的光反射部21Y和非光反射部22Y的情况下，会对光反射部21Y和非光反射部22Y的位置或形状要求更高的精度。也就是说，当光反射部21Y和非光反射部22Y的位置或形状的精度变差时，旋转板2的旋转角的检测精度降低。而且，高精度地形成进行了微细化的光反射部21Y有时还需要高级的制造技术。也就是说，难以高精度地形成进行了微细化的光反射部21Y。
本申请发明者们针对这样的课题精心研究的结果，最后得出了图1～图4所示的构造的编码器1。具体地说，在本实施方式所涉及的编码器1中，如图7所示，各自具有凹状的表面的多个反射构造10和包括光反射部21的码20形成于旋转板2，并且多个反射构造10中的各个反射构造10的宽度为光反射部21(单位码图案)的宽度的整数倍。具体地说，多个反射构造10中的各个反射构造10的宽度为光反射部21的宽度的1倍。
根据该结构，能够通过反射构造10的凸状的反射面的反射角度来将由旋转板2的旋转产生的一个反射构造10的位置的位移进行转换，因此能够使一个反射构造10的移动量(也就是旋转板2的移动量)放大与反射构造10的反射光的角度量相应的量。由此，仅通过反射构造10a的位置基于旋转板2的旋转而略微变化，就能够使被反射构造10反射的光α到达受光部5的位置大幅变化。像这样，在本实施方式中，不是根据反射光的受光量而是根据反射光的受光位置来检测旋转板2相对于固定部3的相对位置。具体地说，在本实施方式中，受光部5具有多个受光元件，根据各受光元件的位置来检测旋转板2的旋转角(位置移动)。
而且，在本实施方式中的编码器1中，从照射部4射出的光α中的去向反射构造10的光不被按码20的单位码图案的数量进行分割，而是全部入射到受光部5的一个受光元件。具体地说，通过聚光构件4a使从照射部4射出的光α会聚于一个受光元件。
像这样，在本实施方式中，从照射部4射出的光α中的去向反射构造10的光会聚于旋转板2的反射构造10的反射曲面，因此成为从照射部4射出的光α针对码20的单位码图案只存在一个入射角的构造。另外，从照射部4射出的光α中的直接去向码20的光被码20反射而去向受光部5。因而，能够由受光部5接收从照射部4射出的光的全部光量，并且能够获得高的角度分辨率，因此能够获得高的检测灵敏度(S/N比)。例如，在像图5那样码20是7个图案的情况下，由受光部5的各受光元件接收的光的光量变为7/7。也就是说，旋转角等的检测灵敏度(S/N比)变为7/7＝1。另外，在像图6那样码20是14个图案的情况下，由受光部5的各受光元件接收的光的光量变为14/14。也就是说，旋转角等的检测灵敏度(S/N比)变为14/14＝1。另外，如图1所示，在码20是11个图案的情况下，由受光部5的各受光元件接收的光的光量变为11/11。也就是说，旋转角等的检测灵敏度变为11/11＝1。
像上面说明的那样，根据本实施方式所涉及的编码器1，即使不进行微细化也能够进行高位置分辨率化，从而能够以高的灵敏度检测旋转角等。
另外，在本实施方式所涉及的编码器1中，多个反射构造10沿旋转板2的旋转方向遍布旋转板2的整周地设置，码20与多个反射构造10并列地设置。
根据该结构，能够高精度地检测旋转角等。另外，能够通过一个照射部4向多个反射构造10和码20照射光，并且能够通过受光部5高效率地接收多个反射构造10和码20的反射光。
(实施方式1的第一变形例)
此外，在图1～图4所示的编码器1中，多个反射构造10中的各个反射构造10具有凸状的表面，但不限于此。
例如，像图8A和图8B所示的编码器1A那样，多个反射构造10A中的各个反射构造10A也可以具有凹状的表面。图8A和图8B是实施方式1的第一变形例所涉及的编码器1A的局部放大截面图。此外，图8A和图8B示出与示出上述的编码器1的结构的图3A和图3B对应的部分。
如图8A和图8B所示，在本变形例所涉及的编码器1A中，多个反射构造10A中的各个反射构造10A的表面为凹状的光反射面。作为一例，各反射构造10A的表面为呈朝向下方凸状的柱面。
具体地说，多个反射构造10A中的各个反射构造10A具有形成于凹部11A的表面的光反射层12A、以及具有呈朝向下方凸状的柱面的凹部11A。多个反射构造10A中的各个反射构造10A的凹部11A为一体，但不限于此。另外，多个反射构造10A中的各个反射构造10A的光反射层12A为一体，但不限于此。另外，凹部11A的材料与上述的编码器1中的反射构造10的凸部11的材料相同，光反射层12A的材料与上述的编码器1中的反射构造10的光反射层12的材料相同。
在编码器1A中，除此以外的结构与上述的编码器1的结构是同样的。因而，如图8B所示，在本变形例中的编码器1A中，与图3所示的编码器1同样，多个反射构造10A中的各个反射构造10A的宽度(列方向上的宽度)为码20的光反射部21的宽度(列方向上的宽度)的整数倍。具体地说，沿旋转板2的径向排列的一个反射构造10A与一个光反射部21及一个非光反射部22中的各部为相同宽度。
像这样构成的编码器1A如图9所示那样动作。图9是用于说明实施方式1的第一变形例所涉及的编码器1A的动作的图。此外，在图9中，仅示出旋转板2的一部分。另外，在图9中，图示了8个受光元件5a～5h作为受光部5。
在本变形例中也是，当照射部4朝向进行旋转的旋转板2照射光α时，从照射部4射出的光α被沿旋转方向排列的多个反射构造10A依次反射而被受光部5接收。此时，如图9所示，当着眼于多个反射构造10A中的一个反射构造10Aa时，反射构造10Aa的表面为凹状的反射面，因此当通过旋转板2旋转而反射构造10Aa相对于照射部4的相对位置不断变化时，从照射部4射出并到达反射构造10Aa的光α以与反射构造10Aa的反射面的曲率相应的反射角度反射并依次入射到受光部5的8个受光元件5a～5h。
具体地说，当如图9的黑色块箭头所示那样旋转板2旋转而反射构造10Aa的位置按图9的(a)、(b)、(c)的顺序移动时，被反射构造10Aa反射而入射到受光部5的光α的位置如图9的白色块箭头所示那样移动。也就是说，从照射部4射出的被反射构造10Aa反射的光α在反射构造10Aa处于图9的(a)的位置时入射到受光元件5f，在反射构造10Aa处于图9的(b)的位置时入射到受光元件5d，在反射构造10Aa处于图9的(c)的位置时入射到受光元件5b。
像这样，在本变形例中的编码器1A中，多个反射构造10A中的各个反射构造10A的表面为凹状，因此仅通过反射构造10Aa的位置如图9的黑色块箭头所示那样基于旋转板2的旋转而略微变化，就能够如图9的白色块箭头所示那样使被反射构造10Aa反射并到达受光部5的光α的位置大幅变化。
而且，在本变形例中的编码器1A中也是，从照射部4射出的光α不被按码20的单位码图案的数量进行分割，而是全部入射到受光部5的一个受光元件。由此，能够通过受光部5接收从照射部4射出的光的全部光量，因此能够获得高的检测灵敏度(S/N比)。
因而，在本变形例所涉及的编码器1A中，也与上述的编码器1同样，即使不进行微细化也能够进行高位置分辨率化，从而能够以高的灵敏度检测旋转角等。
而且，通过像本变形例中的编码器1A那样将多个反射构造10A中的各个反射构造10A的表面设为凹状，即使不使用聚光构件4a也能够使从照射部4射出的光α会聚于一个受光元件。也就是说，即使不使用聚光构件4a也能够获得与上述的编码器1同样的效果。
此外，如图8A和图8B所示，在本变形例中的编码器1A中，也可以与上述的编码器1同样地使用聚光构件4a。由此，能够使从照射部4射出的光α高精度地会聚于一个受光元件，因此能够以更高的灵敏度检测旋转角等。
(实施方式1的第二变形例)
图10是放大示出实施方式1的第一变形例所涉及的编码器中的照射部4和一个反射构造10A的图。图11是放大示出实施方式1的第二变形例所涉及的编码器中的照射部4和一个反射构造10A的图。
如图10所示，即使使用聚光构件4a，也根据各种设计参数而存在无法使从照射部4射出的被反射构造10A反射的光会聚于受光部5的情况。
因此，如图11所示，优选配置使被反射构造10A反射的光朝向受光部5会聚的凸透镜8(聚光透镜)。由此，能够使从照射部4射出的被各反射构造10A反射的光高效地会聚于受光部5，因此能够提高受光部5处的光密度。因而，能够进一步提高旋转角等的检测灵敏度(S/N比)。
此外，凸透镜8不限于使用具有凹状的反射构造10A的编码器1A的情况，也可以应用于图1～图3B所示的实施方式1的编码器1。另外，凸透镜8也可以应用于下面的实施方式2。
(实施方式2)
接着，使用图12A和图12B来对实施方式2所涉及的编码器1B进行说明。图12A和图12B是实施方式2所涉及的编码器1B的局部放大截面图。此外，图12A和图12B示出与示出上述实施方式1所涉及的编码器1的结构的图3A和图3B对应的部分。
在上述实施方式1中的编码器1中，多个反射构造10中的各个反射构造10由凸部11和形成在凸部11之上的光反射层12构成，但如图12A和图12B所示，在本实施方式中的编码器1B中，多个反射构造10B中的各个反射构造10B由光反射层12B和设置在光反射层12B之上的凸透镜11B构成。也就是说，在本实施方式中，各反射构造10B的表面不为光反射面，而为凸透镜11B的表面。此外，各反射构造10B的光反射面是光反射层12B的表面，也就是光反射层12B与凸透镜11B之间的界面。
凸透镜11B是以旋转板2的径向为轴心的半圆柱状。因而，凸透镜11B的表面为呈朝向上方凸状的柱面。凸透镜11B例如由透明树脂材料或透明玻璃材料等透明材料构成。
光反射层12B是具有与上述实施方式1中的编码器1的光反射层12同样的光反射特性且由与该光反射层12同样的材料构成的厚度固定的光反射膜。此外，在本实施方式中，光反射层12B的表面(光反射面)是平坦面。
像这样构成的多个反射构造10B中的各个反射构造10B的表面为呈朝向上方凸状的柱面。此外，多个反射构造10B中的各个反射构造10B的凸透镜11B为一体，但不限于此。另外，多个反射构造10B中的各个反射构造10B的光反射层12B为一体，但不限于此。另外，凸透镜11B的材料与上述实施方式1的编码器1中的反射构造10的凸部11的材料相同，光反射层12B的材料与上述实施方式1的编码器1中的反射构造10的光反射层12的材料相同。而且，在本实施方式中，多个反射构造10B也整体上呈沿旋转板2的周向重复产生凹凸的形状。
此外，在编码器1B中，除此以外的结构与上述实施方式1的编码器1的结构是同样的。因而，如图12B所示，在本实施方式中的编码器1B中，与上述实施方式1中的编码器1同样地，多个反射构造10B中的各个反射构造10B的宽度(列方向上的宽度)为码20的光反射部21的宽度(列方向上的宽度)的整数倍。具体地说，在本实施方式中也是，沿旋转板2的径向排列的一个反射构造10B与一个光反射部21及一个非光反射部22中的各部为相同宽度。
像这样构成的编码器1B与如图4所示的上述实施方式1中的编码器1同样地动作。也就是说，在本实施方式中也是，当照射部4朝向进行旋转的旋转板2照射光α时，从照射部4射出的光α被沿旋转方向排列的多个反射构造10B依次反射而被受光部5接收。
在该情况下，在本实施方式中，多个反射构造10B中的各个反射构造10B由光反射层12B和凸透镜11B构成，因此从照射部4射出并入射到反射构造10B的光α透过凸透镜11B，在光反射层12B的表面反射，再次透过凸透镜11B后向外部射出。此时，入射到凸透镜11B的光和从凸透镜11B射出的光在凸透镜11B的外表面(凸透镜11B与空气层之间的界面)处折射后进行行进。从凸透镜11B射出的光α作为来自反射构造10B的反射光而入射到受光部5。
而且，在本实施方式中也是，当通过旋转板2旋转而反射构造10B相对于照射部4的相对位置不断变化时，从照射部4射出并到达反射构造10B的光以与反射构造10B的反射面的曲率相应的反射角度反射并依次入射到受光部5的多个受光元件。
像这样，在本实施方式中的编码器1B中也是，多个反射构造10B中的各个反射构造10B的表面为凸状，因此仅通过反射构造10B的位置基于旋转板2的旋转而略微变化，就能够使被反射构造10B反射并到达受光部5的光的位置大幅变化。像这样，在本实施方式中也是，不是根据反射光的受光量而是根据反射光的受光位置来检测旋转板2相对于固定部3的相对位置。具体地说，在本实施方式中也是，受光部5具有多个受光元件，根据各受光元件的位置来检测旋转板2的旋转角(位置移动)。
而且，在本实施方式中的编码器1B中也是，从照射部4射出的光不被按码20的单位码图案的数量进行分割，而是全部入射到受光部5的受光元件。由此，能够通过受光部5接收从照射部4射出的光α的一束光线的全部光量，并且能够获得高的角度分辨率，因此能够获得高的检测灵敏度(S/N比)。
因而，在本实施方式所涉及的编码器1B中，也与上述实施方式1中的编码器1同样地，即使不进行微细化也能够进行高位置分辨率化，从而能够以高的灵敏度检测旋转角等。
(实施方式2的变形例)
此外，在图12A和图12B所示的编码器1B中，多个反射构造10B中的各个反射构造10B由凸透镜11B和表面平坦的光反射层12B构成，但不限于此。
例如，也可以像图13A和图13B所示的编码器1C那样，多个反射构造10C中的各个反射构造10C由表面平坦的光反射层12C和设置在光反射层12C之上的凹透镜11C构成。图13A和图13B是实施方式2的变形例所涉及的编码器1C的局部放大截面图。此外，图13A和图13B示出与示出上述的编码器1的结构的图3A和图3B对应的部分。
在图13A和图13B所示的编码器1C中，各个反射构造10C的表面为凹透镜11C的表面。具体地说，凹透镜11C的表面为呈朝向下方凸状的柱面。此外，多个反射构造10C中的各个反射构造10C的凹透镜11C为一体，但不限于此。另外，凹透镜11C的材料与上述的编码器1B中的反射构造10B的凸透镜11B相同。另外，光反射层12C的形状及材料与上述的编码器1B中的反射构造10B的光反射层12B的形状及材料相同。
在编码器1C中，除此以外的结构与上述的编码器1B的结构是同样的。因而，如图13B所示，在本实施方式中的编码器1C中，与上述的编码器1B同样地，多个反射构造10C中的各个反射构造10C的宽度(列方向上的宽度)为码20的光反射部21的宽度(列方向上的宽度)的整数倍。具体地说，在本实施方式中也是，沿旋转板2的径向排列的一个反射构造10C与一个光反射部21及一个非光反射部22中的各部为相同宽度。
像这样构成的编码器1C与上述实施方式2中的编码器1B同样地动作。也就是说，在本变形例中也是，当照射部4朝向进行旋转的旋转板2照射光时，从照射部4射出的光被沿旋转方向排列的多个反射构造10C依次反射而被受光部5接收。
在该情况下，在本变形例中，多个反射构造10C中的各个反射构造10C由光反射层12C和凹透镜11C构成，因此从照射部4射出并入射到反射构造10C的光透过凹透镜11C后在光反射层12C的表面反射，再次透过凹透镜11C后向外部射出。此时，入射到凹透镜11C的光和从凹透镜11C射出的光在凹透镜11C的外表面(凹透镜11C与空气层之间的界面)处折射后进行行进。从凹透镜11C射出的光作为来自反射构造10C的反射光而入射到受光部5。
而且，在本变形例中也是，当通过旋转板2旋转而反射构造10C相对于照射部4的相对位置不断变化时，从照射部4射出并到达反射构造10C的光以与反射构造10C的反射面的曲率相应的反射角度反射并依次入射到受光部5的多个受光元件。
像这样，在本变形例中的编码器1C中也是，多个反射构造10C中的各个反射构造10C的表面为凹状，因此仅通过反射构造10C的位置基于旋转板2的旋转略微变化，就能够使被反射构造10C反射并到达受光部5的光的位置大幅变化。
而且，在本变形例中的编码器1C中也是，从照射部4射出的光不被按码20的单位码图案的数量进行分割，而是全部入射到受光部5的受光元件。由此，能够通过受光部5接收从照射部4射出的光的一束光线的全部光量，并且能够获得高的角度分辨率，因此能够获得高的检测灵敏度(S/N比)。
因而，在本变形例所涉及的编码器1C中，也与上述实施方式1中的编码器1同样地，即使不进行微细化也能够进行高位置分辨率化，从而能够以高的灵敏度检测旋转角等。
而且，通过像本变形例中的编码器1C那样将多个反射构造10C中的各个反射构造10C的表面设为凹状，即使不使用聚光构件4a，也能够使从照射部4射出的光会聚于一个受光元件。也就是说，即使不使用聚光构件4a，也能够获得与上述实施方式2的编码器1B同样的效果。
此外，如图13A和图13B所示，在本变形例中的编码器1C中，也可以与上述实施方式2的编码器1B同样地使用聚光构件4a。由此，能够使从照射部4射出的光高精度地会聚于一个受光元件，因此能够以更高的灵敏度检测旋转角等。
(变形例)
以上，基于实施方式对本公开所涉及的编码器进行了说明，但本公开不限定于上述实施方式。
例如，在上述实施方式1、2中，照射部4以跨反射构造10～10C和码20那样的光斑(光照射区域)的方式照射光，但不限于此。具体地说，如图14所示，照射部4也可以向反射构造10和码20分别单独地照射光，使得在反射构造10和码20处形成独立的光斑。在该情况下，照射部4例如也可以具有以第一斑点SP1向反射构造10照射光的第一发光元件和以第二斑点SP2向码20照射光的第二发光元件。像这样，通过以在反射构造10和码20处形成独立的光斑的方式照射光，能够提高反射构造10和码20的位置分辨率。
另外，在上述实施方式1、2中，码20由一个以上的光反射部21和一个以上的非光反射部22呈一列地形成，但不限于此。例如，也可以如图15所示，码20A由一个以上的光反射部21和一个以上的非光反射部22呈多列(在图15中为3列)地形成。在该情况下，照射部4可以如图15所示那样以跨反射构造10和码20A的多列单位码图案那样的光斑SP的方式照射光，但也可以向反射构造10和码20A的多列单位码图案单独地照射光。此外，作为多列码20A，能够使用格雷码等。另外，在本说明书中，通过使用最大长度序列码、格雷码等指定绝对位置的方法进行了说明，但也可以是其它方法。
另外，在上述实施方式1、2中，取回转式编码器为例进行了说明，但不限于此。本公开的技术还能够应用于线性编码器。在该情况下，不使用旋转板2，而是使用直线移动的基板，在该基板形成有反射构造10以及码20。
另外，在上述实施方式1、2中，码20由光反射部21和非光反射部22构成，但不限于此。例如，码20也可以由使光透过的光透射部和不使光透过的非光透射部构成。在该情况下，多个反射构造10中的各个反射构造10的宽度是码20中的光透射部的宽度或非光透射部的宽度的整数倍(例如1倍)。
另外，在上述实施方式1、2中，编码器也可以具有电源电路或电池等，也可以不具有电池。此外，在不具有电池的情况下，编码器也可以是具有发电元件的无电池编码器。
此外，针对上述的各实施方式实施本领域技术人员想到的各种变形而得到的其它方式、在不脱离本公开的主旨的范围内通过使各实施方式中的构成要素和功能任意组合而实现的其它方式也包括于本公开。
产业上的可利用性
本公开所涉及的编码器对于马达等旋转或直线移动的设备、装置等是有用的。
附图标记说明
1、1A、1B、1C、1X、1Y：编码器；2、2X、2Y：旋转板；3：固定部；4、4X、4Y：照射部；4a：聚光构件；5、5X、5Y：受光部；5a、5b、5c、5d、5e、5f、5g、5h：受光元件；6：处理部；7：旋转轴；8：凸透镜；10、10a、10A、10Aa、10B、10C：反射构造；11：凸部；11A：凹部；11B：凸透镜；11C：凹透镜；12、12A、12B、12C：光反射层；20、20A：码；21、21X、21Y：光反射部；22、22X、22Y：非光反射部；α：光。

Claims (14)

1.一种编码器，具备：
进行旋转或直线移动的基板，所述基板具有重复地形成的多个反射构造、以及包括光反射部或光透射部的码；
照射部，其向所述多个反射构造照射光；以及
受光部，其接收被所述多个反射构造反射的光，
其中，所述多个反射构造中的各个反射构造具有凸状或凹状的表面，
所述多个反射构造中的各个反射构造的宽度是所述光反射部或所述光透射部的宽度的整数倍。
2.根据权利要求1所述的编码器，其中，
所述多个反射构造中的各个反射构造的宽度是所述光反射部或所述光透射部的宽度的1倍。
3.根据权利要求1或2所述的编码器，其中，
所述表面是凸状或凹状的光反射面。
4.根据权利要求1或2所述的编码器，其中，
所述多个反射构造中的各个反射构造是光反射层、以及设置在所述光反射层之上的凸透镜或凹透镜，
所述表面是所述凸透镜或所述凹透镜的表面。
5.根据权利要求1～4中的任一项所述的编码器，其中，
还具有聚光构件，所述聚光构件使从所述照射部射出的光朝向所述多个反射构造中的各个反射构造会聚。
6.根据权利要求5所述的编码器，其中，
所述聚光构件是凸透镜。
7.根据权利要求1～6中的任一项所述的编码器，其中，
还具备使被所述多个反射构造反射的光朝向所述受光部会聚的透镜。
8.根据权利要求1～7中的任一项所述的编码器，其中，
所述受光部具有多个受光元件。
9.根据权利要求8所述的编码器，其中，
还具备处理部，所述处理部与所述受光部连接，
所述处理部基于所述多个受光元件的受光位置来计算与所述基板的位置的变化有关的信息。
10.根据权利要求1～9中的任一项所述的编码器，其中，
所述码是最大长度序列码。
11.根据权利要求1～10中的任一项所述的编码器，其中，
所述基板是旋转板。
12.根据权利要求11所述的编码器，其中，
所述码沿所述旋转板的周向设置。
13.根据权利要求12所述的编码器，其中，
所述多个反射构造沿所述旋转板的旋转方向遍布所述旋转板的整周地设置，
所述码与所述多个反射构造并列地设置。
14.根据权利要求12或13所述的编码器，其中，
在从所述多个反射构造观察时，所述码设置在靠近所述旋转板的中心的位置。
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