光学式アブソリュート形ロータリエンコーダ
【課題】小型かつ簡易な構造で、回転位置の絶対値を精度良く検出することができる光学式アブソリュート形ロータリエンコーダを提供する。
【解決手段】透光部と遮光部との組合せで１つの絶対値を表すアブソリュートパターンを有する光学スケール４と、光学スケール４の一方の側に配置され、該光学スケール４に光を照射する発光部２ａ〜２ｅと、光学スケール４に対し発光部２ａ〜２ｅと同じ側に配置され、該光学スケール４の透光部を通過した光を受け入れる受光部３と、発光部２ａ〜２ｅから照射されて該透光部を通過した光を受光部３に導く導光手段５とを備える。光学スケール４と発光部２ａ〜２ｅとは相対的な回転運動を生ずる関係に配置され、且つ両者の相対的な回転運動の中心軸線上に受光部３が配置される。
【解決手段】透光部と遮光部との組合せで１つの絶対値を表すアブソリュートパターンを有する光学スケール４と、光学スケール４の一方の側に配置され、該光学スケール４に光を照射する発光部２ａ〜２ｅと、光学スケール４に対し発光部２ａ〜２ｅと同じ側に配置され、該光学スケール４の透光部を通過した光を受け入れる受光部３と、発光部２ａ〜２ｅから照射されて該透光部を通過した光を受光部３に導く導光手段５とを備える。光学スケール４と発光部２ａ〜２ｅとは相対的な回転運動を生ずる関係に配置され、且つ両者の相対的な回転運動の中心軸線上に受光部３が配置される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転位置を絶対位置として検出する光学式のアブソリュート形ロータリエンコーダに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の光学式によるアブソリュート形のロータリエンコーダの例として、発光素子からの透過光に基づいて回転位置の絶対値を検出する光学式アブソリュート形ロータリエンコーダが用いられている（例えば、特許文献１参照）。このロータリエンコーダには、図１０に示すように、発光素子１０２と、発光素子１０２を駆動する駆動回路１０１と、発光素子１０２からの出射光を平行光にするコリメータレンズ１０３と、回転位置情報が純２進コード又はグレイコード等の符号コードパターンのスリットとして複数のトラックの記録面に分けて記録された回転ディスク１０４とが備えられている。
【０００３】
図１１に示すように、回転ディスク１０４は、５つのトラック１０４ａ〜１０４ｅから構成される光学的記録面を有する。最外側トラック１０４ａには、回転位置情報のＬＳＢ（最下位ビット）信号を表すスリットが記録され、内側のトラックほど上位のビット信号を表すスリットが記録され、最内側トラック１０４ｅにはＭＳＢ（最上位ビット）信号を表すスリットが記録されている。
【０００４】
さらに、このロータリエンコーダには、回転ディスク１０４の回転中心に結合し、図示しない外部からの回転力を回転ディスク１０４に伝達する回転シャフト１０５と、回転ディスク１０４の各トラック１０４ａ〜１０４ｅのスリットを通ってきた透過光を各々光電変換する受光素子１０６ａ〜１０６ｅと、各受光素子１０６ａ〜１０６ｅの出力信号から回転位置の絶対値を検出するデコーダ回路１０７とを備えている。
【０００５】
このロータリエンコーダでは、発光素子１０２から出射された光がコリメータレンズ１０３により平行光にされて、回転ディスク１０４の半径方向に線状に照射される。そして、このロータリエンコーダでは、回転ディスク１０４の各トラック１０４ａ〜１０４ｅのスリットを通ってきた透過光を受光素子１０６ａ〜１０６ｅで光電変換し、デコーダ回路１０７で透過光の有無を検出して回転位置の絶対値が得られる。
【特許文献１】特開平６−３４７２９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダでは、回転ディスク１０４の両側に、発光素子１０２と受光素子１０６ａ〜１０６ｅとをそれぞれ配置しなければならない。このため、回転ディスク１０４の一方の側に、発光素子とその駆動回路等の電気的回路や光学系部品を配置し、回転ディスク１０４の他方の側に、受光素子とその駆動回路やデコーダ回路等の電気的回路や光学系部品を配置することとなる。従って、電気的接続や光学的配置等の構造が複雑になってしまい、ロータリエンコーダを小型化することが困難である。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑み、小型かつ簡易な構造で、回転位置の絶対値を精度良く検出することができる光学式アブソリュート形ロータリエンコーダを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダは、透光部と遮光部との組合せで１つの絶対値を表すアブソリュートパターンを有する光学スケールと、光学スケールに対し一方の側に配置され、該光学スケールに光を照射する発光部と、光学スケールに対し発光部と同じ側に配置され、該光学スケールの透光部を透過した光を受け入れる受光部と、発光部から照射されて透光部を通過した光を受光部に導く導光手段とを備え、光学スケールと発光部とは相対的な回転運動を生ずる関係に配置され、且つ両者の相対的な回転運動の中心軸線上に受光部が配置されることを特徴とする。
【０００９】
本発明の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダによれば、光学スケールの受光部に対する回転位置に対応して、この回転位置の絶対値が、光学スケールの受光部に対向した部分の透光部と遮光部との連続した組合せで表されている。よって、この光学スケールの透光部を通過した光に基づいて、回転位置の絶対値が検出される。このとき、発光部と受光部とが光学スケールの同じ側に配置されているので、発光部と受光部とをその駆動回路等と共に同一の回路基板上に実装することができる。そして、発光部から照射されて光学スケールの透光部を通過した光を、導光手段により受光部へ効率良く導光することができる。従って、小型かつ簡易な構造の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダで、回転位置の絶対値を精度良く検出することができる。
【００１０】
なお、発光部は、例えば複数の発光素子（発光ダイオード、レーザダイオード等）で構成され、受光部は、例えば１つの受光素子（フォトダイオード等）で構成される。
【００１１】
また、光学スケールは、例えば円盤形状であり中心軸線周りに回転可能に設けられる。また、導光手段は、例えば回転体形状であり、その回転軸線が光学スケールの回転軸線と共通となるように配置する。
【００１２】
また、本発明の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダにおいて、導光手段は、入射された光を全反射するように、該入射された光に対して所定角度で形成された第１の反射面と、該第１の反射面で反射された光を受光部に集光するように反射する曲面形状で形成された第２の反射面とを備えることが好ましい。
【００１３】
この場合、発光部から光学ディスクに入射された光が第１の反射面により全反射され、この第１の反射面で全反射された光が第２の反射面により受光部に集光されるので、発光部から入射された光の損失を防止しつつ、入射された光を受光部に効率良く導光することができる。
【００１４】
なお、導光手段を形成する材料としては、例えばアクリル等の、空気に比べて屈折率の大きい材料を用いる。これにより、入射角が所定の臨界角より大きい場合に全反射となる。
【００１５】
また、本発明の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダにおいて、第１の反射面の所定角度は４５°であることが好ましい。
【００１６】
この場合、発光部から導光手段に入射された光は、該入射された光に対して９０°の方向に全反射されるので、入射された光を光学スケールの回転軸線に向かって効率良く導光することができる。
【００１７】
また、本発明の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダにおいて、第２の反射面の曲面形状は、受光部に対して焦点を有する放物面形状であることが好ましい。
【００１８】
この場合、第２の反射面が放物面形状であり、第２の反射面に入射された光はその焦点に集光するように反射されるので、第１の反射面で全反射された光を受光部へ効率良く集光することができる。
【００１９】
また、本発明の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダにおいて、導光手段は、第２の反射面で反射された光を受光部へ出射する該受光部を中心とした球面形状の出射面を備えることが好ましい。
【００２０】
この場合、第２の反射面に入射された光は受光部に集光するように反射されていると共に、出射面は受光部を中心とする球面形状に形成されているので、第２の反射面によって反射された光は、すべて出射面に対して９０°の角度で入射される。よって、第２の反射面で反射された光は、屈折・反射等の出射面の影響を受けずに出射面から出射されるので、入射された光を受光部へ効率良く集光することができる。
【００２１】
また、本発明の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダにおいて、導光手段は、発光部から照射される光を平行光にして入射する放物面形状の入射面を備えることが好ましい。
【００２２】
この場合、導光手段の入射面で、入射された光を平行光にすることができるので、例えば、発光素子がＬＥＤ等でその出力光が放射特性を有する場合に、出力光を平行光にするためのコリメータレンズ等の光学系部品を備えたりすることなく、より簡易な構造で、入射された光を受光部へ効率良く導光することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
［第１実施形態］
図１に示すように、第１実施形態の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダは、アブソリュートパターンを有する回転ディスク４と、回転ディスク４に光を照射する複数の（本実施形態では５つの）発光素子２ａ〜２ｅと、発光素子２ａ〜２ｅから照射されて回転ディスク４を通過した光を受光する１つの受光素子３と、回転ディスク４を通過した光を受光素子３に導光する回転導光ディスク５とを備えている。なお、５つの発光素子２ａ〜２ｅ、１つの受光素子３が、それぞれ本発明の発光部、受光部に相当する。また、図１は本実施形態の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダの横断面図である。
【００２４】
図２には、図１の回転ディスク４のI−I線端面図を示す。回転ディスク（光学スケール）４は、その中心部に貫通孔が形成された円盤形状で、その表面が光学的記録面となっている。この光学的記録面は、複数の（本実施形態では５つの）同心円周状のトラック（信号が記録される所定幅の帯状の部分）４ａ〜４ｅから構成されている。回転ディスク４の５つのトラック４ａ〜４ｅには、それぞれ、光が通過するスリット（透光部）が部分的に形成されている。また、回転ディスク４のスリット以外の部分（遮光部）は、光を遮光するように形成されている。図１，図２においてスリット部分を斜線で示す。このように、信号がスリットとして回転ディスク４に記録されている。
【００２５】
この回転ディスク４の５つのトラック４ａ〜４ｅのスリットにより、アブソリュートパターン（絶対値コードパターンともいう。）が構成されている。アブソリュートパターンは、１つの絶対値を示す所定のビット数の信号（本実施形態では５ビットの信号）を純２進コード又はグレイコード等の符号コードで表すコードパターンである。例えばスリットを「１」、遮光部を「０」として、回転ディスク４の半径方向における５つのトラック４ａ〜４ｅのスリットと遮光部との連続した組合せにより、回転位置情報に対応した１つの絶対値を示す５ビットの信号が表される。具体的には、最外側トラック４ａには、回転位置情報のＬＳＢ（最下位ビット）信号を表すスリットが形成され、内側のトラックほど上位のビット信号を表すスリットが形成され、最内側トラック４ｅにはＭＳＢ（最上位ビット）信号を表すスリットが形成されている。
【００２６】
５つの発光素子２ａ〜２ｅ（例えばＬＥＤ）と１つの受光素子３（例えばフォトダイオード）とは、いずれも、回転ディスク４の一方の側に配置された回路基板１上に実装されている。５つの発光素子２ａ〜２ｅは、５つのトラック４ａ〜４ｅにそれぞれ対向して、回転ディスク４の半径方向に並んで配置されている。また、受光素子３（例えばフォトダイオード）は、回転ディスク４の回転軸線１７上に配置されている。
【００２７】
なお、図示は省略するが、光学式アブソリュート形ロータリエンコーダには、発光素子２ａ〜２ｅを駆動する駆動回路や、受光素子３を駆動する駆動回路や、受光素子３の出力信号から回転位置の絶対値を検出するデコーダ回路も備えられている。そして、これらの電気的回路も回路基板１上に実装されている。
【００２８】
回転導光ディスク（導光手段）５は回転体形状であり、その回転軸線が回転ディスク４の回転軸線１７と共通となっている。この回転導光ディスク５の中心部には、図示しない外部からの回転力を回転導光ディスク５に伝達する回転シャフト６が連結されており、回転導光ディスク５は回転シャフト６を回転軸として回転する。このとき、回転ディスク４は、例えば回転導光ディスク５の後述の入射面１２上に直接形成されるか、又は別体で形成されて回転導光ディスク５と連結される等して、回転導光ディスク５と一体的に回転するように設けられている。また、回路基板１は固定されている。よって、回転ディスク４と発光素子２ａ〜２ｅとは、相対的な回転運動を生ずる関係に配置されている。そして、回転軸線１７は、回転ディスク４と発光素子２ａ〜２ｅとの相対的な回転運動の中心軸線に相当する。これにより、回転ディスク４が回転すると、この回転位置の絶対値が、発光素子２ａ〜２ｅの上部のトラック４ａ〜４ｅのスリットと遮光部との連続した組合せで表される。
【００２９】
このとき、図２に示すスリットを有する回転ディスク４で表される回転位置のアブソリュートパターンは、純２進コードとなる。また、回転ディスク４の代わりに、図３に示すように、回転位置のアブソリュートパターンがグレイコードとして表される回転ディスク４０を用いてもよい。この回転ディスク４０は、図２の回転ディスク４と同様に、同心円周状のトラック４０ａ〜４０ｅで構成された光学的記録面を有する。この５つのトラック４０ａ〜４０ｅに形成されたスリットにより、回転位置のアブソリュートパターンがグレイコードとして表される。図４の表に、２種の回転ディスク４，４０でそれぞれ表される回転位置のアブソリュートパターン（純２進コード，グレイコード）を、スリットを「１」、遮光部を「０」として表現した場合の信号を示す。この信号により、１回転を３２分割して回転位置の絶対値が示される。
【００３０】
また、回転導光ディスク５は、回転ディスク４の各トラック４ａ〜４ｅのスリットを通過した光を、受光素子３へ導光する光学的な導光構造を有する。図１では、３つの発光素子２ｂ，２ｄ，２ｅの上部のトラック４ｂ，４ｄ，４ｅにそれぞれスリットが形成されており、破線の矢印で示すように、これらのスリットを通過した光が回転導光ディスク５に入射されて、受光素子３へ導光されている。
【００３１】
図５は図１と同様の横断面図で、回転導光ディスク５の導光構造について詳細に示した図である。図５では、５つの発光素子２ａ〜２ｅからそれぞれ照射された光が回転導光ディスク５に入射されて導光されている場合の光線軌跡を点線で示す。回転導光ディスク５は、発光素子２ａ〜２ｅから照射された光が入射される入射面１２と、この入射面１２から入射された光が反射される第１の反射面１３と、この第１の反射面１３で反射された光が受光素子３に集光されるように反射される第２の反射面１４と、この第２の反射面１４で反射された光が出射される出射面１５とを備えている。
【００３２】
この回転導光ディスク５は、その回転軸線１７に対して回転対称な構造を有している。図６（ａ）は、回転導光ディスク５を斜め下側から見た斜視図、図６（ｂ）は、回転導光ディスク５を斜め上側から見た斜視図である。図６（ａ）（ｂ）に示すように、入射面１２、第１の反射面１３、第２の反射面１４、出射面１５は、それぞれ回転対称な面となっている。
【００３３】
回転導光ディスク５の入射面１２は、回転ディスク４の５つのトラック４ａ〜４ｅを挟んで、５つの発光素子２ａ〜２ｅに対向して配置されている。入射面１２には、発光素子２ａ〜２ｅから照射されてトラック４ａ〜４ｅのスリットを通過した光がそれぞれ入射される。なお、入射面１２には溝部１２ｆ〜１２ｉが形成され、各発光素子２ａ〜２ｅから照射されて各トラック４ａ〜４ｅのスリットを通過して回転導光ディスク５に入射された光を、反射面１３へ向かって効率良く導光する。
【００３４】
第１の反射面１３は、入射された光を全反射するように、該入射された光に対して所定角度で形成されている。具体的には、入射された光に対して４５°の角度で形成されている。これにより、入射した光は第１の反射面１３で入射した光に対して９０°の角度で全反射し、回転軸線１７方向へ導光される。
【００３５】
ここで、図７に示すように、屈折率ｎ１を持った媒質Ｍ１から、屈折率ｎ２を持った媒質Ｍ２に向かって光が入射するとき、境界の法線に対する入射光の入射角をθ１とすると、媒質Ｍ２に入射した光は境界面の法線に対して屈折角θ２で屈折して入射する。このとき、スネルの法則により、
ｎ１・sinθ１＝ｎ２・sinθ２ …（１）
の関係式が成り立つ。なお、境界面で生じる反射光の、境界の法線に対する角度θ３はθ３＝−θ１である。
【００３６】
また、図８に示すように、屈折率の高い媒質Ｍ２（屈折率ｎ２）から屈折率の低い媒質Ｍ１（屈折率ｎ１）へ光が入射する場合（ｎ２＞ｎ１）には、所定の入射角θｃｒを超えると媒質Ｍ１へ向かって光が出ていくことができず全反射が生じる。この全反射が起こる入射角θｃｒを臨界角といい、θｃｒ，ｎ１，ｎ２の間には
sinθｃｒ＝ｎ１／ｎ２ …（２）
の関係式が成り立つ。すなわち、臨界角θｃｒにおいて式（１）より屈折角θｔ＝９０°となっている。なお、反射光の角度θｒは、θｒ＝−θｃｒである。例えば、媒質Ｍ１を空気（ｎ１＝１．０）、媒質Ｍ２をアクリル（ｎ２＝１．４９）とすると、臨界角θｃｒは４２．２°となる。
【００３７】
従って、回転導光ディスク５を形成する材料として、例えば空気に比べて屈折率が大きく、臨界角θｃｒが第１の反射面１３の所定角度（例えば４５°）より小さくなるような材料（例えばアクリル）を用いる。これにより、入射された光が第１の反射面１３で全反射され、回転軸線１７方向へ導光される。
【００３８】
また、第２の反射面１４は、第１の反射面１３で反射された光を受光素子３に集光するように反射する曲面形状で形成されている。具体的には、受光素子３に対して焦点を有する放物面形状で形成されている。また、出射面１５は、受光素子３を中心とする球面形状で形成されている。すなわち、第２の反射面で反射された光は、いずれも、出射面１５に対して９０°の角度で入射する。このとき、屈折率の違う媒質の境界面において、境界面に対して９０°の角度で入射する場合には、式（１）よりそのまま９０°の角度で出射されるので、第２の反射面１４で反射された光は出射面１５の影響を受けずに受光素子３に集光される。
【００３９】
次に、本実施形態の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダの作動について説明する。まず、発光素子２ａ〜２ｅが駆動回路によりそれぞれ駆動され、各発光素子２ａ〜２ｅから出力された光が回転ディスク４の各トラック４ａ〜４ｅに照射される。このとき、回転ディスク４の回転位置に対応して、この回転位置の絶対値が、発光素子２ａ〜２ｅの上部のトラック４ａ〜４ｅのスリットと遮光部との連続した組合せで表されている。そして、発光素子２ａ〜２ｅの上部のトラック４ａ〜４ｅにスリットが形成されている場合には光が通過し、遮光部の場合には光が遮光される。
【００４０】
各トラック４ａ〜４ｅの所定のスリットを通過した光は、回転導光ディスク５の入射面１２に入射される。この入射された光は、第１の反射面１３によって入射された光に対して９０°の方向に全反射され、回転軸線１７方向へ導光される。この第１の反射面１３で反射された光は、第２の反射面１４により受光素子３に集光するように反射され、この反射された光は出射面１５を通って受光素子３に出射される。このとき、第２の反射面１４は受光素子３を焦点とする放物面形状なので、第２の反射面１４で反射された光は効率良く受光素子３に集光される。また、出射面１５は受光素子３を中心とする球面形状なので、第２の反射面１４によって反射された光は、すべて出射面１５に対して９０°の角度で入射され、屈折・反射等の出射面１５の影響を受けずに、出射面１５から出射されて受光素子３に集光される。
【００４１】
受光素子３に集光された光は、受光素子３で受光されて電気信号に変換されて出力される。このとき、受光される光は各トラック４ａ〜４ｅの所定のスリットを通過した光を重ね合わせたものとなる。よって、各発光素子２ａ〜２ｅを異なる駆動信号、例えば時分割で駆動させて、受光素子３の出力信号をデコーダ回路で処理することにより回転位置の絶対値が検出される。
【００４２】
本実施形態によれば、発光部と受光部とを同一の回路基板上に実装できると共に、発光部から照射されて回転ディスクのスリットを通過した光を回転導光ディスクにより受光部へ効率良く導光することができるので、小型かつ簡易な構造の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダで、回転位置の絶対値を精度良く検出することができる。
【００４３】
なお、本実施形態において、例えば各発光素子２ａ〜２ｅから出力された光を平行光にして回転ディスク４の各トラック４ａ〜４ｅに照射するためのコリメータレンズ等の光学系部品を備えるようにしてもよい。この場合、これらの光学系部品も回路基板１上に実装することで、光学式アブソリュート形ロータリエンコーダを小型かつ簡易な構造とすることができる。
【００４４】
また、本実施形態では、回転導光ディスクに連結した回転シャフトを介して、回転ディスクを発光素子に対して回転するものとしたが、他の実施形態として、回転シャフトを回路基板に連結して、発光素子を回転ディスクに対して回転させてもよい。この場合、発光素子と受光素子とがその駆動回路等と共に同一の回路基板１上に実装されているので容易に回転可能である。
【００４５】
また、本実施形態では、回転導光ディスクと回転ディスクとを一体的に回転するものとしたが、他の実施形態として、回転ディスクのみを回転するものとしてもよい。
［第２実施形態］
図９（ａ）には、第２実施形態の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダの回転導光ディスク２２と、発光部２１と、受光部２３との横断面図を示す。本実施形態は、第１実施形態の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダと、回転導光ディスク２２の入射面２２ａの形状が相違するものである。以下の説明では、第１実施形態と同一の構成については、第１実施形態と同一の参照符号を用いて説明を省略する。
【００４６】
本実施形態の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダでは、発光部２１を構成する複数の発光素子として、平行光が出力される発光素子（例えばレーザダイオード等）が用いられる。そして、回転導光ディスク２２の入射面２２ａは、全面が平面形状に形成されている。すなわち、入射面２２ａには、第１実施形態の入射面１２（図５）のように、複数の発光素子２ａ〜２ｅからの入射光を反射面１３へ効率良く導光するための溝部１２ｆ〜１２ｉは形成されていない。他の構成は第１実施形態と同様である。
【００４７】
図９（ａ）に、発光部２１の発光素子から照射された光が、回転導光ディスク２２に入射されて導光されている場合の光線軌跡を点線で示す。この光学式アブソリュート形ロータリエンコーダの作動では、発光部２１の複数の発光素子から平行光が回転ディスク４の対向するトラック４ａ〜４ｅにそれぞれ照射される。そして、各トラック４ａ〜４ｅのスリットを通過した光が入射面２２ａから回転導光ディスク２２に入射される。この入射された光は平行光であるから、第１実施形態のように溝部１２ｆ〜１２ｉがなくとも効率良く第１の反射面１３に導光される。他の作動は第１実施形態と同様である。
【００４８】
本実施形態によれば、第１実施形態と同様に、発光部と受光部とを同一の回路基板上に実装できると共に、発光部から照射されて回転ディスクのスリットを通過した光を回転導光ディスクにより受光部へ効率良く導光することができるので、小型かつ簡易な構造の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダで、回転位置の絶対値を精度良く検出することができる。さらに、本実施形態によれば、回転導光ディスクの入射面の全面が平面形状であるので、例えばレーザダイオード等の平行光が出力される発光素子を用いる場合に、より簡易な構造で、入射された光を受光部へ効率良く導光することができる。
［第３実施形態］
図９（ｂ）には、第３実施形態の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダの回転導光ディスク２５と、発光部２４と、受光部２６との横断面図を示す。本実施形態は、第１実施形態の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダと、回転導光ディスク２５の入射面２５ａの形状が相違するものである。以下の説明では、第１実施形態と同一の構成については、第１実施形態と同一の参照符号を用いて説明を省略する。
【００４９】
本実施形態の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダでは、発光部２４を構成する複数の発光素子として、出力光が放射特性を有する発光素子（例えばＬＥＤ等）が用いられる。そして、回転導光ディスク２５の入射面２５ａは、発光部２４の発光素子から照射された光を平行光にするような曲面形状（例えば、放物面レンズ形状）に形成されている。なお、入射面２５ａには、第１実施形態の入射面１２のように、複数の発光素子２ａ〜２ｅからの入射光を反射面１３へ効率良く導光するための溝部１２ｆ〜１２ｉは形成されていない。他の構成は第１実施形態と同様である。
【００５０】
図９（ｂ）に、発光部２４の発光素子から照射された光が、回転導光ディスク２５に入射されて導光されている場合の光線軌跡を点線で示す。この光学式アブソリュート形ロータリエンコーダの作動では、発光部２４の複数の発光素子から放射特性を有する出力光が回転ディスク４の対向するトラック４ａ〜４ｅにそれぞれ照射される。そして、各トラック４ａ〜４ｅのスリットを通過した光が入射面２５ａから回転導光ディスク２５に入射される。このとき、入射された光は入射面２５ａで平行光にされるので、第１実施形態のように溝部１２ｆ〜１２ｉがなくとも効率良く第１の反射面１３に導光される。他の作動は第１実施形態と同様である。
【００５１】
本実施形態によれば、第１実施形態と同様に、発光部と受光部とを同一の回路基板上に実装できると共に、発光部から照射されて回転ディスクのスリットを通過した光を回転導光ディスクにより受光部へ効率良く導光することができるので、小型かつ簡易な構造の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダで、回転位置の絶対値を精度良く検出することができる。さらに、本実施形態によれば、回転導光ディスクの入射面で、入射された光を平行光にすることができるので、例えば、発光素子がＬＥＤ等でその出力光が放射特性を有する場合に、出力光を平行光にするためのコリメータレンズ等の光学系部品を備えたり、回転導光ディスクの入射面に入射光を反射面１３へ効率良く導光する溝部を設けたりすることなく、より簡易な構造で、入射された光を受光部へ効率良く導光することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の第１実施形態における光学式アブソリュート形ロータリエンコーダの構成を示す説明図。
【図２】図１の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダの回転ディスクのI−I線端面図。
【図３】図１の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダの他の回転ディスクの端面図。
【図４】図２及び図３の回転ディスクのアブソリュートパターンを示す説明図。
【図５】図１の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダの回転導光ディスクの構成を示す説明図。
【図６】図１の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダの回転導光ディスクの斜視図。
【図７】図１の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダの作動を示す説明図。
【図８】図１の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダの作動を示す説明図。
【図９】図１の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダの他の実施形態の構成を示す説明図。
【図１０】従来の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダの構成を示す説明図。
【図１１】図１０の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダの回転ディスクのII−II線端面図。
【符号の説明】
【００５３】
１…回路基板、２ａ〜２ｅ…発光素子、３…受光素子、４，４０…回転ディスク、４ａ〜４ｅ，４０ａ〜４０ｅ…トラック、５…回転導光ディスク、６…回転シャフト、１２…入射面、１２ｆ〜１２ｉ…溝部、１３…第１の反射面、１４…第２の反射面、１５…出射面、１７…回転軸線、２１…発光部（レーザダイオード）、２２…回転導光ディスク、２２ａ…入射面、２３…受光部、２４…発光部（ＬＥＤ）、２５…回転導光ディスク、２５ａ…入射面、２６…受光部、
１０１…駆動回路、１０２…発光素子、１０３…コリメータレンズ、１０４…回転ディスク、１０４ａ〜１０４ｅ…トラック、１０５…回転シャフト、１０６ａ〜１０６ｅ…受光素子、１０７…デコーダ回路。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転位置を絶対位置として検出する光学式のアブソリュート形ロータリエンコーダに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の光学式によるアブソリュート形のロータリエンコーダの例として、発光素子からの透過光に基づいて回転位置の絶対値を検出する光学式アブソリュート形ロータリエンコーダが用いられている（例えば、特許文献１参照）。このロータリエンコーダには、図１０に示すように、発光素子１０２と、発光素子１０２を駆動する駆動回路１０１と、発光素子１０２からの出射光を平行光にするコリメータレンズ１０３と、回転位置情報が純２進コード又はグレイコード等の符号コードパターンのスリットとして複数のトラックの記録面に分けて記録された回転ディスク１０４とが備えられている。
【０００３】
図１１に示すように、回転ディスク１０４は、５つのトラック１０４ａ〜１０４ｅから構成される光学的記録面を有する。最外側トラック１０４ａには、回転位置情報のＬＳＢ（最下位ビット）信号を表すスリットが記録され、内側のトラックほど上位のビット信号を表すスリットが記録され、最内側トラック１０４ｅにはＭＳＢ（最上位ビット）信号を表すスリットが記録されている。
【０００４】
さらに、このロータリエンコーダには、回転ディスク１０４の回転中心に結合し、図示しない外部からの回転力を回転ディスク１０４に伝達する回転シャフト１０５と、回転ディスク１０４の各トラック１０４ａ〜１０４ｅのスリットを通ってきた透過光を各々光電変換する受光素子１０６ａ〜１０６ｅと、各受光素子１０６ａ〜１０６ｅの出力信号から回転位置の絶対値を検出するデコーダ回路１０７とを備えている。
【０００５】
このロータリエンコーダでは、発光素子１０２から出射された光がコリメータレンズ１０３により平行光にされて、回転ディスク１０４の半径方向に線状に照射される。そして、このロータリエンコーダでは、回転ディスク１０４の各トラック１０４ａ〜１０４ｅのスリットを通ってきた透過光を受光素子１０６ａ〜１０６ｅで光電変換し、デコーダ回路１０７で透過光の有無を検出して回転位置の絶対値が得られる。
【特許文献１】特開平６−３４７２９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダでは、回転ディスク１０４の両側に、発光素子１０２と受光素子１０６ａ〜１０６ｅとをそれぞれ配置しなければならない。このため、回転ディスク１０４の一方の側に、発光素子とその駆動回路等の電気的回路や光学系部品を配置し、回転ディスク１０４の他方の側に、受光素子とその駆動回路やデコーダ回路等の電気的回路や光学系部品を配置することとなる。従って、電気的接続や光学的配置等の構造が複雑になってしまい、ロータリエンコーダを小型化することが困難である。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑み、小型かつ簡易な構造で、回転位置の絶対値を精度良く検出することができる光学式アブソリュート形ロータリエンコーダを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダは、透光部と遮光部との組合せで１つの絶対値を表すアブソリュートパターンを有する光学スケールと、光学スケールに対し一方の側に配置され、該光学スケールに光を照射する発光部と、光学スケールに対し発光部と同じ側に配置され、該光学スケールの透光部を透過した光を受け入れる受光部と、発光部から照射されて透光部を通過した光を受光部に導く導光手段とを備え、光学スケールと発光部とは相対的な回転運動を生ずる関係に配置され、且つ両者の相対的な回転運動の中心軸線上に受光部が配置されることを特徴とする。
【０００９】
本発明の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダによれば、光学スケールの受光部に対する回転位置に対応して、この回転位置の絶対値が、光学スケールの受光部に対向した部分の透光部と遮光部との連続した組合せで表されている。よって、この光学スケールの透光部を通過した光に基づいて、回転位置の絶対値が検出される。このとき、発光部と受光部とが光学スケールの同じ側に配置されているので、発光部と受光部とをその駆動回路等と共に同一の回路基板上に実装することができる。そして、発光部から照射されて光学スケールの透光部を通過した光を、導光手段により受光部へ効率良く導光することができる。従って、小型かつ簡易な構造の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダで、回転位置の絶対値を精度良く検出することができる。
【００１０】
なお、発光部は、例えば複数の発光素子（発光ダイオード、レーザダイオード等）で構成され、受光部は、例えば１つの受光素子（フォトダイオード等）で構成される。
【００１１】
また、光学スケールは、例えば円盤形状であり中心軸線周りに回転可能に設けられる。また、導光手段は、例えば回転体形状であり、その回転軸線が光学スケールの回転軸線と共通となるように配置する。
【００１２】
また、本発明の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダにおいて、導光手段は、入射された光を全反射するように、該入射された光に対して所定角度で形成された第１の反射面と、該第１の反射面で反射された光を受光部に集光するように反射する曲面形状で形成された第２の反射面とを備えることが好ましい。
【００１３】
この場合、発光部から光学ディスクに入射された光が第１の反射面により全反射され、この第１の反射面で全反射された光が第２の反射面により受光部に集光されるので、発光部から入射された光の損失を防止しつつ、入射された光を受光部に効率良く導光することができる。
【００１４】
なお、導光手段を形成する材料としては、例えばアクリル等の、空気に比べて屈折率の大きい材料を用いる。これにより、入射角が所定の臨界角より大きい場合に全反射となる。
【００１５】
また、本発明の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダにおいて、第１の反射面の所定角度は４５°であることが好ましい。
【００１６】
この場合、発光部から導光手段に入射された光は、該入射された光に対して９０°の方向に全反射されるので、入射された光を光学スケールの回転軸線に向かって効率良く導光することができる。
【００１７】
また、本発明の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダにおいて、第２の反射面の曲面形状は、受光部に対して焦点を有する放物面形状であることが好ましい。
【００１８】
この場合、第２の反射面が放物面形状であり、第２の反射面に入射された光はその焦点に集光するように反射されるので、第１の反射面で全反射された光を受光部へ効率良く集光することができる。
【００１９】
また、本発明の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダにおいて、導光手段は、第２の反射面で反射された光を受光部へ出射する該受光部を中心とした球面形状の出射面を備えることが好ましい。
【００２０】
この場合、第２の反射面に入射された光は受光部に集光するように反射されていると共に、出射面は受光部を中心とする球面形状に形成されているので、第２の反射面によって反射された光は、すべて出射面に対して９０°の角度で入射される。よって、第２の反射面で反射された光は、屈折・反射等の出射面の影響を受けずに出射面から出射されるので、入射された光を受光部へ効率良く集光することができる。
【００２１】
また、本発明の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダにおいて、導光手段は、発光部から照射される光を平行光にして入射する放物面形状の入射面を備えることが好ましい。
【００２２】
この場合、導光手段の入射面で、入射された光を平行光にすることができるので、例えば、発光素子がＬＥＤ等でその出力光が放射特性を有する場合に、出力光を平行光にするためのコリメータレンズ等の光学系部品を備えたりすることなく、より簡易な構造で、入射された光を受光部へ効率良く導光することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
［第１実施形態］
図１に示すように、第１実施形態の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダは、アブソリュートパターンを有する回転ディスク４と、回転ディスク４に光を照射する複数の（本実施形態では５つの）発光素子２ａ〜２ｅと、発光素子２ａ〜２ｅから照射されて回転ディスク４を通過した光を受光する１つの受光素子３と、回転ディスク４を通過した光を受光素子３に導光する回転導光ディスク５とを備えている。なお、５つの発光素子２ａ〜２ｅ、１つの受光素子３が、それぞれ本発明の発光部、受光部に相当する。また、図１は本実施形態の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダの横断面図である。
【００２４】
図２には、図１の回転ディスク４のI−I線端面図を示す。回転ディスク（光学スケール）４は、その中心部に貫通孔が形成された円盤形状で、その表面が光学的記録面となっている。この光学的記録面は、複数の（本実施形態では５つの）同心円周状のトラック（信号が記録される所定幅の帯状の部分）４ａ〜４ｅから構成されている。回転ディスク４の５つのトラック４ａ〜４ｅには、それぞれ、光が通過するスリット（透光部）が部分的に形成されている。また、回転ディスク４のスリット以外の部分（遮光部）は、光を遮光するように形成されている。図１，図２においてスリット部分を斜線で示す。このように、信号がスリットとして回転ディスク４に記録されている。
【００２５】
この回転ディスク４の５つのトラック４ａ〜４ｅのスリットにより、アブソリュートパターン（絶対値コードパターンともいう。）が構成されている。アブソリュートパターンは、１つの絶対値を示す所定のビット数の信号（本実施形態では５ビットの信号）を純２進コード又はグレイコード等の符号コードで表すコードパターンである。例えばスリットを「１」、遮光部を「０」として、回転ディスク４の半径方向における５つのトラック４ａ〜４ｅのスリットと遮光部との連続した組合せにより、回転位置情報に対応した１つの絶対値を示す５ビットの信号が表される。具体的には、最外側トラック４ａには、回転位置情報のＬＳＢ（最下位ビット）信号を表すスリットが形成され、内側のトラックほど上位のビット信号を表すスリットが形成され、最内側トラック４ｅにはＭＳＢ（最上位ビット）信号を表すスリットが形成されている。
【００２６】
５つの発光素子２ａ〜２ｅ（例えばＬＥＤ）と１つの受光素子３（例えばフォトダイオード）とは、いずれも、回転ディスク４の一方の側に配置された回路基板１上に実装されている。５つの発光素子２ａ〜２ｅは、５つのトラック４ａ〜４ｅにそれぞれ対向して、回転ディスク４の半径方向に並んで配置されている。また、受光素子３（例えばフォトダイオード）は、回転ディスク４の回転軸線１７上に配置されている。
【００２７】
なお、図示は省略するが、光学式アブソリュート形ロータリエンコーダには、発光素子２ａ〜２ｅを駆動する駆動回路や、受光素子３を駆動する駆動回路や、受光素子３の出力信号から回転位置の絶対値を検出するデコーダ回路も備えられている。そして、これらの電気的回路も回路基板１上に実装されている。
【００２８】
回転導光ディスク（導光手段）５は回転体形状であり、その回転軸線が回転ディスク４の回転軸線１７と共通となっている。この回転導光ディスク５の中心部には、図示しない外部からの回転力を回転導光ディスク５に伝達する回転シャフト６が連結されており、回転導光ディスク５は回転シャフト６を回転軸として回転する。このとき、回転ディスク４は、例えば回転導光ディスク５の後述の入射面１２上に直接形成されるか、又は別体で形成されて回転導光ディスク５と連結される等して、回転導光ディスク５と一体的に回転するように設けられている。また、回路基板１は固定されている。よって、回転ディスク４と発光素子２ａ〜２ｅとは、相対的な回転運動を生ずる関係に配置されている。そして、回転軸線１７は、回転ディスク４と発光素子２ａ〜２ｅとの相対的な回転運動の中心軸線に相当する。これにより、回転ディスク４が回転すると、この回転位置の絶対値が、発光素子２ａ〜２ｅの上部のトラック４ａ〜４ｅのスリットと遮光部との連続した組合せで表される。
【００２９】
このとき、図２に示すスリットを有する回転ディスク４で表される回転位置のアブソリュートパターンは、純２進コードとなる。また、回転ディスク４の代わりに、図３に示すように、回転位置のアブソリュートパターンがグレイコードとして表される回転ディスク４０を用いてもよい。この回転ディスク４０は、図２の回転ディスク４と同様に、同心円周状のトラック４０ａ〜４０ｅで構成された光学的記録面を有する。この５つのトラック４０ａ〜４０ｅに形成されたスリットにより、回転位置のアブソリュートパターンがグレイコードとして表される。図４の表に、２種の回転ディスク４，４０でそれぞれ表される回転位置のアブソリュートパターン（純２進コード，グレイコード）を、スリットを「１」、遮光部を「０」として表現した場合の信号を示す。この信号により、１回転を３２分割して回転位置の絶対値が示される。
【００３０】
また、回転導光ディスク５は、回転ディスク４の各トラック４ａ〜４ｅのスリットを通過した光を、受光素子３へ導光する光学的な導光構造を有する。図１では、３つの発光素子２ｂ，２ｄ，２ｅの上部のトラック４ｂ，４ｄ，４ｅにそれぞれスリットが形成されており、破線の矢印で示すように、これらのスリットを通過した光が回転導光ディスク５に入射されて、受光素子３へ導光されている。
【００３１】
図５は図１と同様の横断面図で、回転導光ディスク５の導光構造について詳細に示した図である。図５では、５つの発光素子２ａ〜２ｅからそれぞれ照射された光が回転導光ディスク５に入射されて導光されている場合の光線軌跡を点線で示す。回転導光ディスク５は、発光素子２ａ〜２ｅから照射された光が入射される入射面１２と、この入射面１２から入射された光が反射される第１の反射面１３と、この第１の反射面１３で反射された光が受光素子３に集光されるように反射される第２の反射面１４と、この第２の反射面１４で反射された光が出射される出射面１５とを備えている。
【００３２】
この回転導光ディスク５は、その回転軸線１７に対して回転対称な構造を有している。図６（ａ）は、回転導光ディスク５を斜め下側から見た斜視図、図６（ｂ）は、回転導光ディスク５を斜め上側から見た斜視図である。図６（ａ）（ｂ）に示すように、入射面１２、第１の反射面１３、第２の反射面１４、出射面１５は、それぞれ回転対称な面となっている。
【００３３】
回転導光ディスク５の入射面１２は、回転ディスク４の５つのトラック４ａ〜４ｅを挟んで、５つの発光素子２ａ〜２ｅに対向して配置されている。入射面１２には、発光素子２ａ〜２ｅから照射されてトラック４ａ〜４ｅのスリットを通過した光がそれぞれ入射される。なお、入射面１２には溝部１２ｆ〜１２ｉが形成され、各発光素子２ａ〜２ｅから照射されて各トラック４ａ〜４ｅのスリットを通過して回転導光ディスク５に入射された光を、反射面１３へ向かって効率良く導光する。
【００３４】
第１の反射面１３は、入射された光を全反射するように、該入射された光に対して所定角度で形成されている。具体的には、入射された光に対して４５°の角度で形成されている。これにより、入射した光は第１の反射面１３で入射した光に対して９０°の角度で全反射し、回転軸線１７方向へ導光される。
【００３５】
ここで、図７に示すように、屈折率ｎ１を持った媒質Ｍ１から、屈折率ｎ２を持った媒質Ｍ２に向かって光が入射するとき、境界の法線に対する入射光の入射角をθ１とすると、媒質Ｍ２に入射した光は境界面の法線に対して屈折角θ２で屈折して入射する。このとき、スネルの法則により、
ｎ１・sinθ１＝ｎ２・sinθ２ …（１）
の関係式が成り立つ。なお、境界面で生じる反射光の、境界の法線に対する角度θ３はθ３＝−θ１である。
【００３６】
また、図８に示すように、屈折率の高い媒質Ｍ２（屈折率ｎ２）から屈折率の低い媒質Ｍ１（屈折率ｎ１）へ光が入射する場合（ｎ２＞ｎ１）には、所定の入射角θｃｒを超えると媒質Ｍ１へ向かって光が出ていくことができず全反射が生じる。この全反射が起こる入射角θｃｒを臨界角といい、θｃｒ，ｎ１，ｎ２の間には
sinθｃｒ＝ｎ１／ｎ２ …（２）
の関係式が成り立つ。すなわち、臨界角θｃｒにおいて式（１）より屈折角θｔ＝９０°となっている。なお、反射光の角度θｒは、θｒ＝−θｃｒである。例えば、媒質Ｍ１を空気（ｎ１＝１．０）、媒質Ｍ２をアクリル（ｎ２＝１．４９）とすると、臨界角θｃｒは４２．２°となる。
【００３７】
従って、回転導光ディスク５を形成する材料として、例えば空気に比べて屈折率が大きく、臨界角θｃｒが第１の反射面１３の所定角度（例えば４５°）より小さくなるような材料（例えばアクリル）を用いる。これにより、入射された光が第１の反射面１３で全反射され、回転軸線１７方向へ導光される。
【００３８】
また、第２の反射面１４は、第１の反射面１３で反射された光を受光素子３に集光するように反射する曲面形状で形成されている。具体的には、受光素子３に対して焦点を有する放物面形状で形成されている。また、出射面１５は、受光素子３を中心とする球面形状で形成されている。すなわち、第２の反射面で反射された光は、いずれも、出射面１５に対して９０°の角度で入射する。このとき、屈折率の違う媒質の境界面において、境界面に対して９０°の角度で入射する場合には、式（１）よりそのまま９０°の角度で出射されるので、第２の反射面１４で反射された光は出射面１５の影響を受けずに受光素子３に集光される。
【００３９】
次に、本実施形態の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダの作動について説明する。まず、発光素子２ａ〜２ｅが駆動回路によりそれぞれ駆動され、各発光素子２ａ〜２ｅから出力された光が回転ディスク４の各トラック４ａ〜４ｅに照射される。このとき、回転ディスク４の回転位置に対応して、この回転位置の絶対値が、発光素子２ａ〜２ｅの上部のトラック４ａ〜４ｅのスリットと遮光部との連続した組合せで表されている。そして、発光素子２ａ〜２ｅの上部のトラック４ａ〜４ｅにスリットが形成されている場合には光が通過し、遮光部の場合には光が遮光される。
【００４０】
各トラック４ａ〜４ｅの所定のスリットを通過した光は、回転導光ディスク５の入射面１２に入射される。この入射された光は、第１の反射面１３によって入射された光に対して９０°の方向に全反射され、回転軸線１７方向へ導光される。この第１の反射面１３で反射された光は、第２の反射面１４により受光素子３に集光するように反射され、この反射された光は出射面１５を通って受光素子３に出射される。このとき、第２の反射面１４は受光素子３を焦点とする放物面形状なので、第２の反射面１４で反射された光は効率良く受光素子３に集光される。また、出射面１５は受光素子３を中心とする球面形状なので、第２の反射面１４によって反射された光は、すべて出射面１５に対して９０°の角度で入射され、屈折・反射等の出射面１５の影響を受けずに、出射面１５から出射されて受光素子３に集光される。
【００４１】
受光素子３に集光された光は、受光素子３で受光されて電気信号に変換されて出力される。このとき、受光される光は各トラック４ａ〜４ｅの所定のスリットを通過した光を重ね合わせたものとなる。よって、各発光素子２ａ〜２ｅを異なる駆動信号、例えば時分割で駆動させて、受光素子３の出力信号をデコーダ回路で処理することにより回転位置の絶対値が検出される。
【００４２】
本実施形態によれば、発光部と受光部とを同一の回路基板上に実装できると共に、発光部から照射されて回転ディスクのスリットを通過した光を回転導光ディスクにより受光部へ効率良く導光することができるので、小型かつ簡易な構造の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダで、回転位置の絶対値を精度良く検出することができる。
【００４３】
なお、本実施形態において、例えば各発光素子２ａ〜２ｅから出力された光を平行光にして回転ディスク４の各トラック４ａ〜４ｅに照射するためのコリメータレンズ等の光学系部品を備えるようにしてもよい。この場合、これらの光学系部品も回路基板１上に実装することで、光学式アブソリュート形ロータリエンコーダを小型かつ簡易な構造とすることができる。
【００４４】
また、本実施形態では、回転導光ディスクに連結した回転シャフトを介して、回転ディスクを発光素子に対して回転するものとしたが、他の実施形態として、回転シャフトを回路基板に連結して、発光素子を回転ディスクに対して回転させてもよい。この場合、発光素子と受光素子とがその駆動回路等と共に同一の回路基板１上に実装されているので容易に回転可能である。
【００４５】
また、本実施形態では、回転導光ディスクと回転ディスクとを一体的に回転するものとしたが、他の実施形態として、回転ディスクのみを回転するものとしてもよい。
［第２実施形態］
図９（ａ）には、第２実施形態の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダの回転導光ディスク２２と、発光部２１と、受光部２３との横断面図を示す。本実施形態は、第１実施形態の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダと、回転導光ディスク２２の入射面２２ａの形状が相違するものである。以下の説明では、第１実施形態と同一の構成については、第１実施形態と同一の参照符号を用いて説明を省略する。
【００４６】
本実施形態の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダでは、発光部２１を構成する複数の発光素子として、平行光が出力される発光素子（例えばレーザダイオード等）が用いられる。そして、回転導光ディスク２２の入射面２２ａは、全面が平面形状に形成されている。すなわち、入射面２２ａには、第１実施形態の入射面１２（図５）のように、複数の発光素子２ａ〜２ｅからの入射光を反射面１３へ効率良く導光するための溝部１２ｆ〜１２ｉは形成されていない。他の構成は第１実施形態と同様である。
【００４７】
図９（ａ）に、発光部２１の発光素子から照射された光が、回転導光ディスク２２に入射されて導光されている場合の光線軌跡を点線で示す。この光学式アブソリュート形ロータリエンコーダの作動では、発光部２１の複数の発光素子から平行光が回転ディスク４の対向するトラック４ａ〜４ｅにそれぞれ照射される。そして、各トラック４ａ〜４ｅのスリットを通過した光が入射面２２ａから回転導光ディスク２２に入射される。この入射された光は平行光であるから、第１実施形態のように溝部１２ｆ〜１２ｉがなくとも効率良く第１の反射面１３に導光される。他の作動は第１実施形態と同様である。
【００４８】
本実施形態によれば、第１実施形態と同様に、発光部と受光部とを同一の回路基板上に実装できると共に、発光部から照射されて回転ディスクのスリットを通過した光を回転導光ディスクにより受光部へ効率良く導光することができるので、小型かつ簡易な構造の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダで、回転位置の絶対値を精度良く検出することができる。さらに、本実施形態によれば、回転導光ディスクの入射面の全面が平面形状であるので、例えばレーザダイオード等の平行光が出力される発光素子を用いる場合に、より簡易な構造で、入射された光を受光部へ効率良く導光することができる。
［第３実施形態］
図９（ｂ）には、第３実施形態の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダの回転導光ディスク２５と、発光部２４と、受光部２６との横断面図を示す。本実施形態は、第１実施形態の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダと、回転導光ディスク２５の入射面２５ａの形状が相違するものである。以下の説明では、第１実施形態と同一の構成については、第１実施形態と同一の参照符号を用いて説明を省略する。
【００４９】
本実施形態の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダでは、発光部２４を構成する複数の発光素子として、出力光が放射特性を有する発光素子（例えばＬＥＤ等）が用いられる。そして、回転導光ディスク２５の入射面２５ａは、発光部２４の発光素子から照射された光を平行光にするような曲面形状（例えば、放物面レンズ形状）に形成されている。なお、入射面２５ａには、第１実施形態の入射面１２のように、複数の発光素子２ａ〜２ｅからの入射光を反射面１３へ効率良く導光するための溝部１２ｆ〜１２ｉは形成されていない。他の構成は第１実施形態と同様である。
【００５０】
図９（ｂ）に、発光部２４の発光素子から照射された光が、回転導光ディスク２５に入射されて導光されている場合の光線軌跡を点線で示す。この光学式アブソリュート形ロータリエンコーダの作動では、発光部２４の複数の発光素子から放射特性を有する出力光が回転ディスク４の対向するトラック４ａ〜４ｅにそれぞれ照射される。そして、各トラック４ａ〜４ｅのスリットを通過した光が入射面２５ａから回転導光ディスク２５に入射される。このとき、入射された光は入射面２５ａで平行光にされるので、第１実施形態のように溝部１２ｆ〜１２ｉがなくとも効率良く第１の反射面１３に導光される。他の作動は第１実施形態と同様である。
【００５１】
本実施形態によれば、第１実施形態と同様に、発光部と受光部とを同一の回路基板上に実装できると共に、発光部から照射されて回転ディスクのスリットを通過した光を回転導光ディスクにより受光部へ効率良く導光することができるので、小型かつ簡易な構造の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダで、回転位置の絶対値を精度良く検出することができる。さらに、本実施形態によれば、回転導光ディスクの入射面で、入射された光を平行光にすることができるので、例えば、発光素子がＬＥＤ等でその出力光が放射特性を有する場合に、出力光を平行光にするためのコリメータレンズ等の光学系部品を備えたり、回転導光ディスクの入射面に入射光を反射面１３へ効率良く導光する溝部を設けたりすることなく、より簡易な構造で、入射された光を受光部へ効率良く導光することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の第１実施形態における光学式アブソリュート形ロータリエンコーダの構成を示す説明図。
【図２】図１の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダの回転ディスクのI−I線端面図。
【図３】図１の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダの他の回転ディスクの端面図。
【図４】図２及び図３の回転ディスクのアブソリュートパターンを示す説明図。
【図５】図１の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダの回転導光ディスクの構成を示す説明図。
【図６】図１の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダの回転導光ディスクの斜視図。
【図７】図１の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダの作動を示す説明図。
【図８】図１の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダの作動を示す説明図。
【図９】図１の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダの他の実施形態の構成を示す説明図。
【図１０】従来の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダの構成を示す説明図。
【図１１】図１０の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダの回転ディスクのII−II線端面図。
【符号の説明】
【００５３】
１…回路基板、２ａ〜２ｅ…発光素子、３…受光素子、４，４０…回転ディスク、４ａ〜４ｅ，４０ａ〜４０ｅ…トラック、５…回転導光ディスク、６…回転シャフト、１２…入射面、１２ｆ〜１２ｉ…溝部、１３…第１の反射面、１４…第２の反射面、１５…出射面、１７…回転軸線、２１…発光部（レーザダイオード）、２２…回転導光ディスク、２２ａ…入射面、２３…受光部、２４…発光部（ＬＥＤ）、２５…回転導光ディスク、２５ａ…入射面、２６…受光部、
１０１…駆動回路、１０２…発光素子、１０３…コリメータレンズ、１０４…回転ディスク、１０４ａ〜１０４ｅ…トラック、１０５…回転シャフト、１０６ａ〜１０６ｅ…受光素子、１０７…デコーダ回路。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光部と遮光部との組合せで１つの絶対値を表すアブソリュートパターンを有する光学スケールと、
前記光学スケールに対し一方の側に配置され、該光学スケールに光を照射する発光部と、
前記光学スケールに対し該発光部と同じ側に配置され、該光学スケールの透光部を透過した光を受け入れる受光部と、
前記発光部から照射されて前記透光部を通過した光を前記受光部に導く導光手段とを備え、
前記光学スケールと前記発光部とは相対的な回転運動を生ずる関係に配置され、且つ両者の相対的な回転運動の中心軸線上に前記受光部が配置されることを特徴とする光学式アブソリュート形ロータリエンコーダ。
【請求項２】
請求項１記載の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダにおいて、前記導光手段は、入射された光を全反射するように、該入射された光に対して所定角度で形成された第１の反射面と、該第１の反射面で反射された光を前記受光部に集光するように反射する曲面形状で形成された第２の反射面とを備えることを特徴とする光学式アブソリュート形ロータリエンコーダ。
【請求項３】
請求項２記載の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダにおいて、前記第１の反射面の所定角度は４５°であることを特徴とする光学式アブソリュート形ロータリエンコーダ。
【請求項４】
請求項２又は３記載の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダにおいて、前記第２の反射面の曲面形状は、前記受光部に対して焦点を有する放物面形状であることを特徴とする光学式アブソリュート形ロータリエンコーダ。
【請求項５】
請求項２〜４のいずれか記載の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダにおいて、前記導光手段は、前記第２の反射面で反射された光を前記受光部へ出射する該受光部を中心とした球面形状の出射面を備えることを特徴とする光学式アブソリュート形ロータリエンコーダ。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか記載の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダにおいて、前記導光手段は、前記発光部から照射される光を平行光にして入射する放物面形状の入射面を備えることを特徴とする光学式アブソリュート形ロータリエンコーダ。
【請求項１】
透光部と遮光部との組合せで１つの絶対値を表すアブソリュートパターンを有する光学スケールと、
前記光学スケールに対し一方の側に配置され、該光学スケールに光を照射する発光部と、
前記光学スケールに対し該発光部と同じ側に配置され、該光学スケールの透光部を透過した光を受け入れる受光部と、
前記発光部から照射されて前記透光部を通過した光を前記受光部に導く導光手段とを備え、
前記光学スケールと前記発光部とは相対的な回転運動を生ずる関係に配置され、且つ両者の相対的な回転運動の中心軸線上に前記受光部が配置されることを特徴とする光学式アブソリュート形ロータリエンコーダ。
【請求項２】
請求項１記載の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダにおいて、前記導光手段は、入射された光を全反射するように、該入射された光に対して所定角度で形成された第１の反射面と、該第１の反射面で反射された光を前記受光部に集光するように反射する曲面形状で形成された第２の反射面とを備えることを特徴とする光学式アブソリュート形ロータリエンコーダ。
【請求項３】
請求項２記載の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダにおいて、前記第１の反射面の所定角度は４５°であることを特徴とする光学式アブソリュート形ロータリエンコーダ。
【請求項４】
請求項２又は３記載の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダにおいて、前記第２の反射面の曲面形状は、前記受光部に対して焦点を有する放物面形状であることを特徴とする光学式アブソリュート形ロータリエンコーダ。
【請求項５】
請求項２〜４のいずれか記載の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダにおいて、前記導光手段は、前記第２の反射面で反射された光を前記受光部へ出射する該受光部を中心とした球面形状の出射面を備えることを特徴とする光学式アブソリュート形ロータリエンコーダ。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか記載の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダにおいて、前記導光手段は、前記発光部から照射される光を平行光にして入射する放物面形状の入射面を備えることを特徴とする光学式アブソリュート形ロータリエンコーダ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００８−８２９５８（Ｐ２００８−８２９５８Ａ）
【公開日】平成２０年４月１０日（２００８．４．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２６５２５９（Ｐ２００６−２６５２５９）
【出願日】平成１８年９月２８日（２００６．９．２８）
【出願人】（０００００２３０３）スタンレー電気株式会社 (2,684)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年４月１０日（２００８．４．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年９月２８日（２００６．９．２８）
【出願人】（０００００２３０３）スタンレー電気株式会社 (2,684)
【Ｆターム（参考）】
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