光学式エンコーダ
【課題】樹脂封止されたエンコーダの迷光によるエンコーダ信号の劣化や外部への影響を低減することができる光学式エンコーダを提供すること。
【解決手段】相対的に移動する固定体と移動体のいずれか一方に取り付けられた検出ヘッドと、検出ヘッドに対向して、固定体と移動体の他方に取り付けられ、所定ピッチの光学パタンを有する第２格子７１が設けられたスケール７とを備えた光学式エンコーダであって、検出ヘッドは、スケール７に所定の光を照射するＬＥＤ２と、ＬＥＤ２からの光を透過する光透過部材３と、光検出素子が所定のピッチで複数形成された光検出部４とを有し、光透過部材３には、所定ピッチの光学パタンを有する第１格子３１と、ＬＥＤ２からスケール７の第２格子７１へ至る光を絞るための開口絞り３２と、が形成されており、ＬＥＤ２からの光を光透過部材３を介してスケール７に照射した後、スケール７の第２格子７１により反射または回折した光が光検出部４の光検出素子上に形成するイメージの動きを検出する。
【解決手段】相対的に移動する固定体と移動体のいずれか一方に取り付けられた検出ヘッドと、検出ヘッドに対向して、固定体と移動体の他方に取り付けられ、所定ピッチの光学パタンを有する第２格子７１が設けられたスケール７とを備えた光学式エンコーダであって、検出ヘッドは、スケール７に所定の光を照射するＬＥＤ２と、ＬＥＤ２からの光を透過する光透過部材３と、光検出素子が所定のピッチで複数形成された光検出部４とを有し、光透過部材３には、所定ピッチの光学パタンを有する第１格子３１と、ＬＥＤ２からスケール７の第２格子７１へ至る光を絞るための開口絞り３２と、が形成されており、ＬＥＤ２からの光を光透過部材３を介してスケール７に照射した後、スケール７の第２格子７１により反射または回折した光が光検出部４の光検出素子上に形成するイメージの動きを検出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学式エンコーダに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、光学式エンコーダのヘッド形状に関して、カンパッケージタイプの光源や受光素子をベアチップタイプや面実装タイプの物に置き換えたり、クリアモールド樹脂で封止したりするなど、エンコーダの小型化、低コスト化が進んでいる。
【０００３】
この際、クリアモールド樹脂のような光透過性部材で発光素子を覆うように封止したり、さらには、発光素子と受光素子も一体に封止したりすることが行われている。
【０００４】
例えば、図１０に示す特開平６−２２１８７４の例では、発光素子８と光検出素子１２がエポキシ樹脂等でできた透明カプセル２で覆われており、透明カプセル２の表面には、２重レンズ４０、４２が形成されている。発光素子８からの光は反射領域３０と非反射領域３２とを有するコードホイール３４に直接照射され、その反射光が光検出素子１２により検出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−２２１８７４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
クリアモールド樹脂のような光透過性部材で発光素子を覆うように封止すると、発光素子から出た光の内、検出に寄与しない光が光透過性部材表面から外へ漏れたり、光透過性部材の表面内部で反射してエンコーダヘッド内に照射されたり、最終的に外部への漏れ光となる。こうした樹脂内部での反射光や漏れ光は、迷光として発光素子やその周囲に実装する部材へ照射されたり、受光素子へ検出すべきでない光となって入射したり、外部へ放射されたりする。
【０００７】
特に、クリアモールド樹脂のような光透過性部材で発光素子と受光素子を一体で覆うように封止すると、発光素子から出た光の一部が光透過性部材の表面内部で反射して受光素子へ直接入射するようになる。
【０００８】
特開平６−２２１８７４では、２重レンズ４０と４２を含む表面、特に２重レンズ４０と４２で挟まれた部分で、発光素子から出た光が内部反射して光検出素子１２へ入射する可能性がある。
【０００９】
こうした光透過性部材内部での反射光や漏れ光といった迷光が発光素子やその周囲に実装する部材へ照射されたり、受光素子へ検出すべきでない光となって入射したりすることで、発光や受光や信号処理等に問題が生じる可能性がある。
【００１０】
この内、受光素子へ入った光は信号のＳＮ比を劣化し、検出されるエンコーダ信号が劣化してしまう。特に、発光素子と受光素子を一体に光透過性部材、例えば、樹脂、で封止して、樹脂内面での反射光が直接受光部に入る光路ができると信号のＳＮ比を劣化させる要因となりうる。樹脂厚が薄く、内部反射光の樹脂内部表面への入射角が大きく、全反射角に近い、または、それ以上の角度であると、光は樹脂表面でほとんど透過せず、反射するため、内部反射光の検出レベルが極めて大きくなり、精度の良いエンコーダ信号検出が困難となる。
【００１１】
また、外部への漏れ光も周囲に不要な光を発散したり、光学機器等に悪影響を与えたりする。
【００１２】
本発明は、このような課題に着目してなされたものであり、樹脂封止されたエンコーダの迷光によるエンコーダ信号の劣化や外部への影響を低減することができる光学式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】
【００１３】
上記の目的を達成するために、本発明の第１の態様に係る光学式エンコーダは、相対的に移動する固定体と移動体のいずれか一方に取り付けられた検出ヘッドと、前記検出ヘッドに対向して、前記固定体と移動体の他方に取り付けられ、所定ピッチの光学パタンを有する第２格子が設けられたスケールとを備えた光学式エンコーダであって、前記検出ヘッドは、前記スケールに所定の光を照射する発光部と、前記発光部からの光を透過する光透過部材と、光検出素子が所定のピッチで複数形成された光検出部とを有し、前記光透過部材には、所定ピッチの光学パタンを有する第１格子と、前記発光部から前記スケールの第２格子へ至る光を絞るための開口絞りとが形成されており、前記発光部からの光を前記光透過部材を介して前記スケールに照射した後、前記スケールの第２格子により反射または回折した光が前記光検出部の光検出素子上に形成するイメージの動きを検出する。
【００１４】
また、本発明の第２の態様に係る光学式エンコーダは、相対的に移動する固定体と移動体のいずれか一方に取り付けられた検出ヘッドと、前記検出ヘッドに対向して、前記固定体と移動体の他方に取り付けられ、所定ピッチの光学パタンを有する第２格子が設けられたスケールとを備えた光学式エンコーダであって、前記検出ヘッドは、前記スケールに所定の光を照射する発光部と、前記発光部からの光を透過する光透過部材と、所定ピッチの光学パタンを有する第３格子が形成された光検出部とを有し、前記光透過部材には、所定ピッチの光学パタンを有する第１格子と、前記発光部から前記スケールの第２格子へ至る光を絞るための開口絞りとが形成されており、前記発光部からの光を前記光透過部材を介して前記スケールに照射した後、前記スケールの第２格子により反射または回折した光が前記光検出部の第３格子上に形成するイメージの動きを検出する。
【００１５】
また、本発明の第３の態様に係る光学式エンコーダは、第１または第２の態様において、前記第１格子は、前記光透過部材の発光部側と前記スケール側のいずれか一方の面に形成され、前記開口絞りのパタンは、前記光透過部材の他方の面に形成される。
【００１６】
また、本発明の第４の態様に係る光学式エンコーダは、第１または第２の態様において、前記第１格子は、前記光透過部材の発光部側の面に形成され、前記開口絞りのパタンは、前記光透過部材の前記スケール側の面に形成される。
【００１７】
また、本発明の第５の態様に係る光学式エンコーダは、第１または第２の態様において、前記第１格子のパタンは、前記開口絞りを兼ねる。
【００１８】
また、本発明の第６の態様に係る光学式エンコーダは、第５の態様において、前記第１格子のパタンは、前記光透過部材の発光部側と前記スケール側のいずれか一方の面に前記開口絞りを兼ねて形成され、前記光透過部材の他方の面に第２の開口絞りのパタンが形成される。
【００１９】
また、本発明の第７の態様に係る光学式エンコーダは、第１または第２の態様において、前記光透過部材を、前記発光部の前記スケール側の面に直接実装する。
【００２０】
また、本発明の第８の態様に係る光学式エンコーダは、第１または第２の態様において、前記光透過部材を、前記光検出部の前記スケール側の面に直接実装する。
【００２１】
また、本発明の第９の態様に係る光学式エンコーダは、第１または第２の態様において、前記開口絞りのパタンは円形または少なくとも一部が円弧状である。
【００２２】
また、本発明の第１０の態様に係る光学式エンコーダは、第１または第２の態様において、前記光透過部材の側面の少なくとも一部に光伝達抑制部を有する。
【００２３】
また、本発明の第１１の態様に係る光学式エンコーダは、第１または第２の態様において、前記開口絞りのパタンは、前記光透過部材の前記スケール側の面に形成される。
【００２４】
また、本発明の第１２の態様に係る光学式エンコーダは、第１または第２の態様において、前記開口絞りのパタンは、前記光透過部材の発光部側の面に形成される。
【００２５】
また、本発明の第１３の態様に係る光学式エンコーダは、第１または第２の態様において、前記光学式エンコーダは反射型である。
【００２６】
また、本発明の第１４の態様に係る光学式エンコーダは、第１または第２の態様において、前記発光部と、前記光検出部の前記スケール側の面とが、それぞれ第２の光透過部材により全体的かつ一体的に覆われる。
【００２７】
また、本発明の第１５の態様に係る光学式エンコーダは、第１または第２の態様において、前記発光部と、前記光検出部の前記スケール側の面とは、それぞれ第２の光透過部材により全体的かつ一体的に覆われるとともに、前記第２の光透過部材の上面は略平坦であり、屈折率を前記第２の光透過部材に換算した距離について、前記発光部から前記第２の光透過部材の表面までの換算距離をｔ１、前記光検出部から前記第２の光透過部材の表面までの換算距離をｔ２、前記発光部上の位置と、前記光検出部上の位置との間で最も遠くなる位置間の距離のうち前記スケールの表面に平行な方向の成分をＬ、 外界の屈折率をｎ１、前記光透過部材の屈折率をｎ２とそれぞれしたときに、ＡｒｃＴａｎ［Ｌ／（ｔ１＋ｔ２）］≧ＡｒｃＳｉｎ（ｎ１／ｎ２）を満足する。
【００２８】
また、本発明の第１６の態様に係る光学式エンコーダは、第１または第２の態様において、前記光透過部材が、前記光検出部側へ延びている。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、樹脂封止されたエンコーダの迷光によるエンコーダ信号の劣化や外部への影響を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態に係る光学式エンコーダの斜視図である。
【図２】図２は、本発明の第１実施形態に係る光学式エンコーダの断面図である。
【図３】図３は、開口絞りの開口形状の変形例を示す図である。
【図４】図４は、第１実施形態の第３変形例に係る光透過部材の構成を示す図である。
【図５】図５は、第１実施形態の第４変形例に係る光透過部材の構成を示す図である。
【図６】図６は、第１実施形態の第５変形例に係る光透過部材の構成を示す図である。
【図７】図７は、本発明の第２実施形態に係る光学式エンコーダの斜視図である。
【図８】図８は、本発明の第２実施形態に係る光学式エンコーダの断面図である。
【図９】図９は、第２実施形態の変形例に係る光学式エンコーダの構成を示す図である。
【図１０】図１０は、従来例に係る光学式エンコーダの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
（第１実施形態）
以下に、本発明にかかる光学式エンコーダの第１実施形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。例えば、以下の実施形態においては、検出ヘッドとリニアタイプのスケールとの組合せを例に挙げているが、円盤状のスケールや円筒側面に形成されたスケール等にも適用可能である。リニアタイプのスケールを用いない場合には、変位検出に関わる光源からの光が照射されるスケール上の光学パタン部分を微視的に平板であり、かつ、光学パタンは微視的に所定のピッチを持つものと考え、この所定のピッチを持つ光学パタンを有する平板、または、仮想的にこの平板を拡張したものに対して、本発明が適用可能である。
【００３２】
以下、第１実施形態の光学式エンコーダについて説明する。
【００３３】
［構成］
図１は光学式エンコーダ（以下、単にエンコーダと呼ぶ）の斜視図であり、図２は光学式エンコーダの断面図である。また、以下、全ての実施形態において図中に示すようにｘｙｚの直交座標系を設定するものとする。図１において、エンコーダは、大きく分けて基板１と、ベアチップであるベアＬＥＤ（以下、単にＬＥＤと呼ぶ）２と、光透過部材３と、ピッチｐが３／４のＰＤアレイ４１を有する光検出器４と、光透過性樹脂６と、ピッチｐ２の第２格子７１を有するスケール７と、の６つの部分からなる。図１において、光透過部材３は発光部としてのＬＥＤ２のスケール７側の面に直接実装されている。
【００３４】
基板１と、基板１上に配置されたＬＥＤ２と、ＬＥＤ２上にｘ、ｙ方向にはみ出して配置された光透過部材３と、基板１上に配置された光検出器４とは検出ヘッドとして一体に構成されている。この検出ヘッドの上部は屈折率ｎの光透過性樹脂６により全体的かつ一体的に覆われている、すなわち光透過性樹脂６内に埋め込まれている。
【００３５】
光透過部材３は、ＬＥＤ２側の面にはピッチｐ１の第１格子３１を有し、スケール７側の面には半径がＲの円形の開口絞り３２を有する。また、光透過部材３の光検出器４側の側面は光伝達抑制部材により遮光されている。開口絞り３２の半径Ｒは幾つかの条件によって決められる。１つ目の条件は、ＬＥＤ２から出て光透過性樹脂６の内部表面で反射して光検出器４に直接入射する光を遮ることを可能とすることである。２つ目の条件は、光透過性樹脂６の内部表面への入射角が概ね全反射角で入射して反射する光を遮ることを可能とすることである。３つ目の条件は、エンコーダ信号の検出に全く、または、ほとんど寄与しない光を遮ることを可能とすることである。これらの条件の内、１つの目の直接入射光を遮ることが最も優先されるべき条件であるが、その上で、条件を組み合わせて開口形状を決定すればよい。なお、開口絞り３２がエンコーダ信号の検出に寄与する信号までも遮る可能性がある場合には、エンコーダ信号の信号強度やＳＮ比に基づいて開口形状を決定すればよい。
【００３６】
図３の（Ａ）は、開口絞り３２の開口形状の変形例を示している。ＬＥＤ２に近い左側は円弧状のままになっている。一方、開口形状の右側は、検出に寄与しない光を遮断するようにコの字状になっている。コの字の縦の直線部分は、ＰＤアレイ４１の受光面まで届かない光を遮断するように形成されている。また、コの字の上下の直線部分は、ＰＤアレイ４１のＸ方向の脇へそれてしまう光を遮断するように形成されている。
【００３７】
また、上記したように、光透過部材３の光検出器４側の側面は遮光されているが、これは開口絞り３２によって遮ることのできない光や開口絞り３２で反射して戻る光を遮光するためのものであり、上記１〜３の条件のうち、必要と思われる条件を満たしていれば必ずしも必要はない。もしくは、さらに他の側面も遮光してもよい。
【００３８】
ＰＤアレイ４１はピッチｐ３の第３格子と受光素子を組み合わせたものであり、本実施形態では９０°位相差の４信号を得るために各信号用のＰＤアレイ要素のピッチがｐ３となるように、出力が４つのＰＤアレイ要素ごとに電気的に接続されている。
【００３９】
また、第１格子３１と第２格子とＰＤアレイ４１の受光面は図中ｘ方向の向きに互いに平行に配置されている。樹脂上部の面については、少なくともＬＥＤ２からの光がスケール７で反射されて光検出器４に入射する際に通過する部分は平坦で３つの格子と平行に形成されている。スケール７は第２格子７１が第１格子３１とＰＤアレイ４１の受光面に平行になるようにｘ方向にのみ相対的に変位が可能となっている。
【００４０】
さらに、基板１と、ＬＥＤ２と、光透過部材３と、光検出器４とは平行平板状になっている。これらの厚み公差は±２０μｍ程度以下となっており、図１、図２に示すように基板１の上に順次直接貼り付けられている。これらの部材の接着固定に用いる接着剤の厚みムラについても、±１０μｍ程度以下となっている。また、光透過性樹脂６の上面もほぼ平坦な形状となっている。
【００４１】
光透過部材３において、第１格子３１は光透過部材３の片側の面ほぼ全面にパターニングされている。すなわち、図１では、光透過部材３のＬＥＤ２側の面に第１格子３１が形成されるとともに、光透過部材３のスケール７側の面に開口絞り３２が形成されている。なお、光透過部材３のスケール７側の面に第１格子を形成し、光透過部材３のＬＥＤ２側の面に開口絞りを形成するようにしても良い。
【００４２】
電気的な配線に関して、ＬＥＤ２と光検出器４とが基板１と電気的に接続されており、ＬＥＤ２と光検出器４の動作を可能としている。ＬＥＤ２の上面及び下面に電極１３、１１が形成されており、上面の電極１３と基板１上の電極１１を導電ワイヤ８にて接続し、下面の電極１１と基板１の電極間は導電ペーストにて接続している。光検出器４と基板１との間にも導電ワイヤでの接続があるが、ここでは詳細は省略する。
【００４３】
（原理説明）
ここで、３重格子型エンコーダの動作について式を参照して説明する。ＰＤアレイは３重格子型エンコーダにおける第３格子と受光素子とを一体化したものであり、以下では適宜ＰＤアレイの受光面を第３格子とよぶ。
【００４４】
第１格子と第２格子の光学的な距離をｚ１、第２格子と第３格子の光学的な距離をｚ２、第１格子のピッチをｐ１、第２格子のピッチをｐ２、第３格子のピッチをｐ３、光源の波長をλとしたときの以下の条件式（式１、式２）を満たすときに第３格子上にピッチｐ３ｉの周期を持つ干渉パタンが形成されることが知られている。なお、ここで用いている「光学的な距離」の定義については、後述する式４、式５に示す。
【数１】
【００４５】
干渉パタンのピッチｐ３ｉは以下の通りである。
【数２】
【００４６】
第３格子のピッチｐ３を干渉パタンのピッチｐ３ｉに合致させれば、最適な信号検出が行える。
【数３】
【００４７】
本実施形態では、式１〜式３を満足し、エンコーダ信号が得られるように部材寸法の決定や部材の配置が行われている。なお、ここで表記されている距離は全て光学的な距離である。光路が全て大気中の場合にはそのまま実際の距離を用いて良いが、通常、検出ヘッドはパッケージに入れられることが多く、ガラスや光透過樹脂の中を光が通ることがある。この場合、光学的な距離とは、光路の構成する空間、または、物質ごとに実際の長さを個々の屈折率で割ったものの総和とする。
【００４８】
即ち、第１格子、第２格子間のｉ（自然数）番目の物質、または、空間の屈折率ｎｉ、厚みｔｉとし、第２格子、第３格子間のｊ（自然数）番目の物質の屈折率ｎｊ、厚みｔｊとしたときに、第１格子、第２格子間の光学的な距離をΣｔｉ／ｎｉ、第２格子・第３格子間の光学的な距離をΣｔｊ／ｎｊとする。
【数４】
【００４９】
ここで、第１格子、第２格子間、および、第２格子、第３格子（ＰＤアレイの受光面）間に介在する物質、または、空間の厚みと屈折率を説明する。
【００５０】
第１格子、第２格子間においては、光透過基板の屈折率がｎ１、厚みがｔ１、光透過樹脂の屈折率がｎ２、厚みがｔ２、ヘッド−スケール間の空気の屈折率がｎ３、厚みがｔ３である。
【００５１】
第２格子、第３格子間においては、ヘッド−スケール間の空気の屈折率がｎ３、厚みがｔ３、光透過樹脂の屈折率がｎ２、厚みがｔ５である。
【００５２】
光透過基板の屈折率は約１．５、光透過樹脂の屈折率は約１．５、空気の屈折率はほぼ１である。光透過基板、光透過樹脂の屈折率は、比較的入手しやすい部材の屈折率を適用しているが、これ以外の値をとっても良い。
【００５３】
以上の設定において、各格子間の光学的な距離ｚ１とｚ２は、式４、式５を用いてｚ１とｚ２は以下のように表される。
【００５４】
ｚ１＝ｔ１／ｎ１＋ｔ２／ｎ２＋ｔ３／ｎ３
ｚ２＝ｔ５／ｎ２＋ｔ３／ｎ３
本実施例では、以下の式が成り立つような構成となっている。
【００５５】
ｚ１＝ｚ２ （式６）
ｐ１＝ｐ３ （式７）
式２・式３・式６・式７より、各格子のピッチについては以下の関係が成り立つ。
【００５６】
ｐ１＝ｐ３＝２×ｐ２
（以上、原理説明）
次に、エンコーダヘッドの厚みについて説明する。ＬＥＤ２の発光面から光透過性樹脂６表面間においては、光透過部材３の屈折率がｎ１、厚みがｔ１、光透過性樹脂６の屈折率がｎ２、厚みがｔ２である。光透過性樹脂６表面からＰＤアレイ４１間においては、光透過性樹脂６の屈折率がｎ２、厚みがｔ５である。なお、ヘッド−スケール間の空気の屈折率はｎ３である。
【００５７】
屈折率を光透過性樹脂６に換算して、ＬＥＤ２の発光面から光透過性樹脂６表面間の距離ｄ１と光透過性樹脂６表面からＰＤアレイ４１間の距離ｄ２を以下のように定義する。
【００５８】
ｄ１＝ｔ１・ｎ２／ｎ１＋ｔ２ （式８）
ｄ２＝ｔ５ （式９）
また、光源としてのＬＥＤ２からＰＤアレイ４１の光が入射する部分までのスケール７に平行な方向の距離をＬとする。すると、光透過性樹脂６表面での反射角θは、以下の式で表される。
【００５９】
ｔａｎθ＝Ｌ／（ｄ１＋ｄ２） （式１０）
また、光透過性樹脂６表面での全反射角θｃは以下の式で表される。
【００６０】
ｓｉｎθｃ＝ｎ３／ｎ２ （式１１）
本実施形態では、樹脂厚を小型化のために薄くしている。そのため、少なくとも、ＰＤアレイ４１の受光エリア内で発光部から一番遠くなる位置でのＬ、即ち、一番大きくなるＬに対して、以下の式１２が成り立つように設定されている。即ち、光透過性樹脂６表面で内部反射すると仮定すると、少なくとも反射光の一部が全反射光となってＰＤアレイ４１の受光エリアに到達するような構造となっている。
【００６１】
θ＞θｃ （式１２）
以上の式８〜式１２より、以下の式１３が成り立つ。
【００６２】
ａｒｃｔａｎ［Ｌ／（ｄ１＋ｄ２）］＞ａｒｃｓｉｎ（ｎ３／ｎ２） （式１３）
なお、この発明の実施の形態の各構成要素については、各種の変形、置き換えが可能である。光源にはＬＥＤの例を示したが、面発光レーザ等、回折イメージが形成可能なものであれば、ベアチップタイプでもモールドタイプでもカン封止したタイプでもよい。第１格子を有する光透過部材３の素材としてガラスが一般的であるが、ＰＥＴやポリイミド等の樹脂を用いてもよい。第３格子は検出位相の異なる４つの種類のアレイ要素を組み合わせて受光部に用いた例を示したが、必要とする出力信号数によって、２つ、または、１つの種類のアレイ要素を用いたタイプであってもよい。
【００６３】
本実施形態の構成は相対移動量を検出するものであるが、検出ヘッドおよびスケール上に基準位置検出用の部材、特に、光源・検出部・光学パタンなどを追加して配置することも可能である。
【００６４】
さらに、本実施形態の第１から第３までの格子、または、この一部を複数配置することで、同一方向の変位を複数の検出系で検出、または、直交する複数の方向の変位を同時に検出する構成にすることも可能である。
【００６５】
［作用］
以下に、上記した構成の作用を説明する。光源であるＬＥＤ２から光が出射され、この光は光透過部材３に形成された第１格子３１を通り、スケール７上の第２回折格子７１に照射される。さらに光は第２回折格子７１で反射、回折され、ＰＤアレイ４１（第３格子）上に第２回折格子７１の回折イメージが形成される。この回折イメージは第２回折格子７１を２倍に拡大した像であり、回折イメージの光はＰＤアレイ４１を通して光検出器４で検出される。スケール７が 検出ヘッドに対してｘ方向に相対移動すると、この回折イメージが第３格子上でｘ方向に移動するため、光検出器４からは周期的な疑似正弦波信号が得られる。
【００６６】
光検出器４からは９０°位相差の４つの信号が得られる。必要に応じて２組の１８０°位相差の信号ごとに差分を取り、９０°位相差の２信号が得ることができる。ＬＥＤ２から出射され、光透過部材３の第１格子３１を経た後、光透過部材３の上面に到達する光は開口絞り３２によって、光検出器４へ内部反射光は直接入らない。また、開口絞り３２の形状によっては、光透過性樹脂６の表面での全反射光、もしくは、全反射に近い光をほほ遮ることが出来たり、エンコーダ信号の検出に寄与しない光を遮ることが出来たりする。
【００６７】
特に、開口絞り３２の形状を円形、もしくは、一部を円弧状とすることで、絞られた光に関して、光透過性樹脂６へ到達する光の入射角を一定値以下に制限できる。
【００６８】
さらに、光透過部材３の光検出器４側の側面が遮光されていることによって、光透過部材３の側面を通って光検出器４へ直接入る内部反射光を遮ることが出来る。側面遮光をさらに全周に設けたり、特定の部分に設けたりすることで、光透過性樹脂６内部での迷光、さらには、特定の方向への迷光を低減することができる。
【００６９】
［効果］
上記した第１実施形態では、開口絞り３２によって光透過性樹脂６内部での反射光が光検出器４への直接入射しないようにしている。このことにより、検出されるエンコーダ信号におけるノイズ成分を低減できる。このことがＳＮ比向上につながり、安定した信号検出が可能となる。
【００７０】
第１格子３１を形成している光透過部材３に開口絞り３２を設けているため、余分な部材を設ける必要がなく効率的である。特に、光源としてのＬＥＤ２から光検出器４に至る光路において、光が拡がる前のＬＥＤ２に近い部材（ここでは光透過部材３）に開口絞り３２を設けることで、開口絞り３２の形成に必要なエリアが小さくて済み、小型化にも有利である。
【００７１】
光透過部材３を光源であるＬＥＤ２の表面に直接実装することで、開口絞り３２の形成に必要なエリアがより小さくて済み、光透過部材３のサイズも小さくてよくなる。また、ＬＥＤ２との間に何も介在せず、実装時の位置ずれも小さくでき、開口絞り３２も第１格子３１も機能を発揮しやすい。
【００７２】
以下に、光透過部材３のＬＥＤ２側に第１格子３１、スケール７側に開口絞り３２を設けた場合の効果について説明する。第１格子３１から第２格子７１までの光学的な距離と、第２格子７１から第３格子までの距離が等しいことから、光透過部材３のスケール７側に第１格子３１を設けた場合と比較して光透過部材３の厚みの分だけＰＤアレイ４１の高さを低くでき、全体の厚みを薄くできると共に、段差が小さいことから光検出器４からのワイヤ配線が容易となる。
【００７３】
また、第１格子３１を光源としてのＬＥＤ２に近いところに配置出来るので、第１格子３１の形成に必要な面積が小さくて済み、光透過部材３の小型化につながる。
【００７４】
一方、開口絞り３２を光透過部材３の上面であるスケール７側に配置することで、光透過部材３の光源（ＬＥＤ２）側に開口絞り３２を配置した場合と比較して、光透過部材３の実装ずれによる開口絞り３２の位置の変動によって、開口絞り３２の機能の変動が少ないという利点がある。例えば、開口絞り３２が光検出器４側へ近づくように移動すると、内部反射光がＰＤアレイ４１に入りやすくなり、開口絞り３２が光検出器４側から遠ざかるように移動すると、エンコーダ信号検出に必要な光までも遮ってしまい信号レベルの低下を招きやすい。開口絞り３２を光透過部材３の上面であるスケール７側に配置すると、光源としてのＬＥＤ２から遠い位置では光が拡がっているため、開口絞り３２の同じ位置変動量に対する影響が少なくて済む。なお、第１格子３１は光透過部材３のＬＥＤ２側全面にあり、位置変動の影響は受けにくい構造である。
【００７５】
また、開口絞り３２の形状を円形、もしくは、一部を円弧状とすることで、絞られた光に関して、光透過性樹脂６へ到達する光の入射角を一定値以下に制限できる。そのため、光透過性樹脂６表面での反射によって光検出器４へ直接入る内部反射光を含む光透過性樹脂６内部での迷光がＳＮ比を劣化させたり、エンコーダ検出ヘッド外部へ漏れたりすることを抑制できる。
【００７６】
開口絞り３２の形状をエンコーダ信号の検出に全くまたはほとんど寄与しない光を遮るようにして設定している場合には、特に外部への迷光を抑制できる。
【００７７】
光透過部材３の側面に遮光を施すことで、開口絞り３２の効果と相まって迷光防止の効果をより向上させている。
【００７８】
本実施形態のエンコーダは反射型であるが、反射型のエンコーダはスケール７の片側に発光部と受光部を配置できるため、透過型に比べて薄型化が可能である。開口絞り３２を用いることで、光透過性樹脂６表面で反射する内部反射光やその他の迷光の影響を防止、または、低減出来るため、例えば光透過性樹脂６の厚みをより薄くできる可能性があり、薄型化・小型化にとって有利な形態である。
【００７９】
なお、本実施形態では、エンコーダヘッドの光学部材・電気配線を樹脂で封止している。樹脂封止は、樹脂封止がない場合に比べて信頼性の点で向上することは勿論であるが、低コスト・量産性に向いた材料である。開口絞り３２による迷光防止によって安定した出力を得ることが可能となる。特に、樹脂封止した反射型エンコーダでは内部反射光が直接受光部に入るという問題が起こりやすいが、開口絞り３２が有効な解決手段と成りうる。そのため、樹脂封止と開口絞りの組合せは低コスト・量産性にとって有利な形態であると言える。
【００８０】
さらに、樹脂封止と開口絞り３２の組合せによって、樹脂厚みを薄くすることが可能である。樹脂が厚いと製造時・使用時の温度変化によって大きな内部応力が働き、基板の反り、樹脂クラック、実装部品の歪みなどが生じる。そのため、反りによる製造時のハンドリングのしにくさやエンコーダを組み込む際の位置や姿勢のずれが生じたり、エンコーダの特性や信頼性に悪影響を与えたりする可能性がある。開口絞りを用いて樹脂厚の薄型化を図ることで、こうした問題にも対応しうる。本実施形態では、ＰＤアレイ４１の受光エリア内で発光部から一番遠くなる位置でのＬ、即ち、一番大きくなるＬに対して、θ＞θｃとなるように設定されている。そのため、光透過部材３の開口絞り３２と、光透過部材３のＰＤアレイ４１側側面の遮光が無ければ、光透過性樹脂６表面での全反射光が少なくともＰＤアレイ４１の一部に入射する構造となっている。しかし、開口絞り３２と側面遮光により、全反射光の影響を受けない、または、少なくとも全反射光の影響が抑制されている。このことにより、薄型にも関わらず、安定した検出が可能となっている。
【００８１】
（第１実施形態の第１変形例）
［構成］
以下に、上記した第１実施形態の第１変形例について説明する。図３の（Ｂ）は、第１変形例に係る光透過部材３の構成を示している。この部品以外の構成は、第１実施形態と同じである。第１変形例では、光透過部材３のＬＥＤ２側の面に配置された第１格子３１のパタンが開口絞り３２−１の機能を兼ねており、光透過部材３のスケール７側の面には何もパターニングはされていない。また、光検出器４側の側面は遮光されている。
【００８２】
開口絞り３２の形状は、半径Ｒの円形である。Ｒのサイズは第１実施形態とは大きさが異なるが、設定の方法は第１実施形態と同様に上記１〜３の条件に基づいて決定される。開口絞り３２の形状は円形のみならず、第１実施形態と同様に種々の変更が可能である。
【００８３】
［作用・効果］
基本的には第１実施形態と同様である。第１格子３１のパタンと開口絞り３２−１のパタンとを一体化していることにより、スケール７側の面へのパターニングが不要となる。また、光透過部材３のＬＥＤ２側の面に開口絞り３２のパタンを配置することで、開口絞り３２のパタンがよりＬＥＤ２に近づく。そのため、開口絞り３２−１のパタンのサイズを最も小さくすることが可能である。特に、実装精度が高い場合には有効である。
【００８４】
（第１実施形態の第２変形例）
［構成］
以下に、上記した第１実施形態の第２変形例について説明する。図３の（Ｃ）は、第２変形例に係る光透過部材３の構成を示している。この部品以外の構成は、第１実施形態と同じである。図３の（Ｃ）では、光透過部材３のＬＥＤ２側の面に配置された第１格子３１のパタンに開口絞り３２−１の機能を付加するとともに、光透過部材３のスケール７側の面にも２つ目の開口絞り３２−２を配置している。なお、光透過部材３のスケール７側の面に開口絞りの機能をもつ第１格子のパタンを配置し、光透過部材３のＬＥＤ２側の面に２つ目の開口絞りを配置するようにしてもよい。
【００８５】
また、光検出器４側の側面は遮光されている。ＬＥＤ２側の開口絞り３２−１の形状は半径Ｒ１の円形であり、スケール７側の開口絞り３２−２の形状は、半径Ｒ２の円形である。Ｒ２のサイズの設定方法は第１実施形態と同様に、上記１〜３の条件に基づいて決定されている。半径Ｒ１はＬＥＤ２側にあるために小さいが、Ｒ１の設定はＲ２と同様に設定した場合よりも緩い、即ち、やや大きいものとなっている。
【００８６】
開口絞り３２−１、３２−２の形状は円形のみならず、第１実施形態と同様に種々の変更が可能である。
【００８７】
［作用・効果］
基本的には第１実施形態と同様であるが、２つの開口絞り３２−１、３２−２を用いることによって、次のような作用・効果がある。まず、１つ目の開口絞り３２−１で光源であるＬＥＤ２から不要な光を大まかに遮る。さらに２つ目の開口絞り３２−２でさらに迷光の原因となりうる光を遮断する。これにより、より発光部（ＬＥＤ２）に近い部分で迷光となりうる光を取り除くため、迷光がより発生しにくくなる。特に、実装精度を考慮しなければならない際には、効果的である。
【００８８】
また、光源としてのＬＥＤ２の光出射窓が大きい場合には、二重に開口絞り３２−１、３２−２を設けないと光透過性樹脂６の表面への入射角を抑えることは困難であり、開口絞り１つでは、絞りの効果が少ないことがありうる。従って、光源としてのＬＥＤ２の光出射窓が大きい場合にも二重の開口絞り３２−１、３２−２によって効果的に迷光を低減できる。
【００８９】
また、第１格子３１や開口絞り３２−１、３２−２のパタンが反射率の高いＣｒ等の部材で出来ている場合には、第１格子３１を兼ねた開口絞り３２−１で迷光となりうる光を低減しておかないと、開口絞り３２−２のパタンの下側で反射した光が第１格子３１側へ戻ってしまい、迷光の原因となったり、第１格子３１で反射されて本来の検出光路を通ってＰＤアレイ４１で検出されるとエンコーダ信号を打ち消す成分となったりしうる。このように、二重の開口絞り３２−１、３２−２を、反射率の高い材料を用いて光透過部材３の上下の面にパターニングする場合にも開口絞りへ到達する不要な光を低減することで有効に機能する。
【００９０】
以上の迷光低減効果により、エンコーダ信号のＳＮ比が良好で安定した信号検出が可能となる。
【００９１】
（第１実施形態の第３変形例）
［構成］
図４は、第３変形例に係る光透過部材３の構成を示している。この部品と光源以外の構成は、第１実施形態の第２変形例と同じである。
【００９２】
図４の構成では、光透過部材３を光検出器４側すなわちＰＤアレイ４１側へ長く張り出して配置している。また、光源に面実装タイプのモールドＬＥＤを採用している。２つの開口絞り３２−１、３２−２の形状は半径Ｒ１とＲ２の円形であり、Ｒ１とＲ２の決定方法は、第２変形例と同様である。開口絞り３２−１、３２−２の形状は円形のみならず、第１実施形態と同様に種々の変更が可能である。
【００９３】
［作用・効果］
基本的には第１実施形態の第２変形例と同様である。光透過部材３をＰＤアレイ４１側へ長く張り出すことで、開口絞りの位置をＰＤアレイ４１に近い部分に配置することが可能となり、検出に必要な光を遮らずに済む。また、張り出した部分に遮光効果があって、その部分が長いため、ＬＥＤ２の側面から出てくる光を効果的に遮断できる。同様にスケール７に平行な方向に延長することでも迷光となりうる光を遮断できる。
【００９４】
２つの開口絞り３２−１、３２−２を用いることによって、次のような作用・効果がある。１つ目の開口絞り３２−１で光源であるＬＥＤ２から不要な光を大まかに遮る。さらに２つ目の開口絞り３２−２でさらに迷光の原因となりうる光を遮断する。これにより、より発光部（ＬＥＤ２）に近い部分で迷光となりうる光を取り除くため、迷光がより発生しにくくなる。特に、実装精度を考慮しなければならない際には、効果的である。
【００９５】
また、光源としてのＬＥＤ２の光出射窓が大きい場合には、二重に開口絞り３２−１、３２−２を設けないと光透過性樹脂６の表面への入射角を抑えることは困難であり、開口絞り１つでは、絞りの効果が少ないことがありうる。従って、光源の光出射窓が大きい場合にも二重の開口絞り３２−１、３２−２によって効果的に迷光を低減できる。
【００９６】
以上の迷光低減効果により、エンコーダ信号のＳＮ比が良好で安定した信号検出が可能となる。
【００９７】
（第１実施形態の第４変形例）
［構成］
図５は、第４変形例に係る光透過部材３の構成を示している。この部品以外の構成は、第１実施形態の第３変形例と同じである。
【００９８】
図５の構成では、光透過部材３を延長してＰＤアレイ４１を覆うようにＰＤアレイ４１に対する開口絞り３３を設けて配置している。開口絞り３２と開口絞り３３の部分には僅かな段差があり、光透過部材３はＬＥＤ２に実装されている。光透過部材３と光透過性樹脂６の屈折率が共にほぼ１．５としていることから、屈折率を光透過性樹脂６に換算した場合の換算距離ｄ１とｄ２はほぼ等しくなっている。なお、光学設計によっては段差を無くしＬＥＤ２を光検出器４より若干高くしても良い。
【００９９】
［作用・効果］
基本的には第１実施形態の第３変形例と同様である。また、張り出した部分に遮光効果があって、ＬＥＤ２の側面から出てくる光が内部反射して直接ＰＤアレイ４１に入射しないように遮断することができる。また、ＰＤアレイ４１の周囲に入射した光がＰＤ構造によって吸収され、暗電流が発生してＰＤアレイ４１へ流れ込んでしまい、ノイズ成分となったり、９０°位相差信号ごとのオフセット成分が発生したりする可能性があるが、ＰＤアレイ４１の周囲を遮光することにより、これらのノイズ成分・オフセット成分の発生を抑制できる。以上の迷光低減効果により、エンコーダ信号のＳＮ比が良好で安定した信号検出が可能となる。
【０１００】
（第１実施形態の第５変形例）
図６は、第５変形例に係る光透過部材３の構成を示している。第１実施形態の第２変形例において、光透過部材３を光検出器４のスケール７側の面、具体的には光検出器４のＰＤアレイ４１の面に貼り付けて（直接実装）、ＬＥＤ２側へ延長したものである。即ち、第１格子３１を形成した光透過部材３を光検出器４のＰＤアレイ４１の面に貼り付けている。また、ＰＤアレイ４１に対する開口絞り３３を設けて配置している。
【０１０１】
［作用・効果］
基本的には第１実施形態の第３変形例と同様である。また、張り出した部分に遮光効果があって、ＬＥＤ２の側面から出てくる光が内部反射して直接ＰＤアレイ４１に入射しないように遮断することができる。
【０１０２】
また、ＰＤアレイ４１の周囲に入射した光がＰＤ構造によって吸収され、暗電流が発生してＰＤアレイ４１部分へ流れ込んでしまい、ノイズ成分となったり、９０°位相差信号ごとのオフセット成分が発生したりする可能性があるが、ＰＤアレイ４１の周囲を遮光することにより、これらのノイズ成分・オフセット成分の発生を抑制できる。以上の迷光低減効果により、エンコーダ信号のＳＮ比が良好で安定した信号検出が可能となる。
【０１０３】
また、第１格子３１を形成した光透過部材３を光検出器４のＰＤアレイ４１の面に貼り付けている。これにより、第１格子３１と第３格子であるＰＤアレイ４１面とを独立してくみ上げる場合と比較して、第１格子３１と第３格子の高さの段差がより小さく抑えることが可能となる。その結果、第１格子３１から第２格子７１までの距離と第２格子７１から第３格子までの距離の差がより小さく抑えられる。そのため、第３格子上に形成される第２格子７１の拡大イメージの拡大倍率がより２倍に近くなり、拡大倍率のずれによる検出信号レベルの低下が抑えられる。また、検出ヘッドとスケール７間のギャップ変動による拡大倍率のずれがより少なく抑えられるため、ギャップ変動にも強いエンコーダとなる。
【０１０４】
（第２実施形態）
図７は、本発明の第２実施形態に係る光学式エンコーダの斜視図であり、図８はその断面図である。第２実施形態は、第１実施形態の第３変形例において、ＰＤアレイ４１を有する光検出器４を、４つの受光部を有する光検出器４とピッチｐ３の第３格子５１を有する光透過基板５で置き換えたものである。
【０１０５】
第１格子３１と第２格子７１と第３格子５１は図中ｘ方向の向きに互いに平行に配置されている。樹脂上部の面については、少なくとも光源としてのＬＥＤ２からの光がスケール７で反射されて光検出器に入射する際に通過する部分は平坦で３つの格子３１、５１、７１と平行に形成されている。スケール７は第２格子７１が第１格子３１と第３格子５１に平行になる状態でｘ方向にのみ相対的に変位が可能となっている。
【０１０６】
基板１、ベアＬＥＤ２、光透過部材３、光検出器４、光透過基板５は平行平板状になっている。これらの厚み公差は±２０μｍ程度以下となっており、図７、図８に示すように基板１の上に順次直接貼り付けられている。これらの部材の接着固定に用いる接着剤の厚みムラについても、±１０μｍ程度以下となっている。また、光透過性樹脂６の上面もほぼ平坦な形状となっている。
【０１０７】
光透過基板５において、第３格子５１は光透過基板５の片側の面をほぼ４等分する形で４つの格子群から成る。各格子群のピッチはすべてｐ３であり、それぞれｐ３／４だけずれた配置となっている。各格子群のスケール７の移動方向の有効幅Ｗ３は、光透過基板５のスケール移動方向の幅の約１／２となっている。第３格子５１が光透過基板５の光検出器４側の面になるように配置されている。４つの格子群と光検出器４の４つの受光部が１対１で対応するような構造となっている。光検出器４において、各格子群に対応する受光部から位相がｐ３／４ずつ異なる４つの位相の異なる信号を生成する。
【０１０８】
エンコーダヘッドの厚みについて説明する。ＬＥＤ２の発光面から光透過性樹脂６表面間においては、光透過部材３の屈折率がｎ１、厚みがｔ１、光透過性樹脂６の屈折率がｎ２、厚みがｔ２である。光透過性樹脂６表面から光検出器４の受光面の間においては、光透過性樹脂６の屈折率がｎ２、厚みがｔ５、光透過基板５の屈折率がｎ４、厚みがｔ４、である。なお、ヘッドとスケール７間の空気の屈折率はｎ３である。
【０１０９】
屈折率を光透過性樹脂に換算して、ＬＥＤ２の発光面から光透過性樹脂６表面間の距離ｄ１と光透過性樹脂６表面からＰＤアレイ４１間の距離ｄ２を以下のように定義する。
【０１１０】
ｄ１＝ｔ１・ｎ２／ｎ１＋ｔ２
ｄ２＝ｔ４・ｎ２／ｎ４＋ｔ５
ここで、本実施形態では、光透過部材３と光透過基板５の材質と厚みは等しく、設定されている。従って、ｔ１＝ｔ４であり、かつ、ｔ２＝ｔ５となる。
【０１１１】
従って、ｄ１とｄ２は以下のようになる。
【０１１２】
ｄ１＝ｄ２＝ｔ１・ｎ２／ｎ１＋ｔ２
なお、この実施形態においては、第１実施形態と同様に各種の変形、置き換えが可能である。
【０１１３】
［作用・効果］
第１実施形態の第３変形例と同様の作用、効果が得られる。ＰＤアレイの代わりに４つの受光部を有する光検出器４と第３格子５１を有する光透過基板５を用いることで、比較的複雑なＰＤアレイの設計・製作を行わずに３重格子エンコーダを実現できる。
【０１１４】
また、光透過部材３と光透過基板５の材質と厚みが等しいことから、ＬＥＤ２と光検出器４の厚みを揃えることで、ｄ１とｄ２を精度良く合わせることが可能となる。これにより、拡大倍率のずれによる検出信号レベルの低下が抑えられる。また、検出ヘッドとスケール７間のギャップ変動による拡大倍率のずれが少なく抑えられるため、ギャップ変動にも強いエンコーダとなる。
【０１１５】
（第２実施形態の変形例）
［構成］
図９は、第２実施形態の変形例に係る光学式エンコーダの構成を示す図である。図９では、光透過基板５を光透過部材３に一体化して配置している。光透過部材３は、第２格子７１に平行になるように配置され、ＬＥＤ２、または光検出器４との間に隙間が生じた場合には、その隙間を接着剤が充填するようになっている。そのため、第１格子３１と第３格子５１の高さ方向の段差を小さく抑えられる。
【０１１６】
［作用・効果］
基本的には第２実施形態と同様である。第１格子３１と第３格子５１の高さ方向の段差が第２実施形態の場合よりもより小さくすることが出来る。そのため、拡大倍率のずれによる検出信号レベルの低下をより抑えられる。また、検出ヘッドとスケール７間のギャップ変動による拡大倍率のずれがより少なく抑えられるため、ギャップ変動にも強いエンコーダとなる。
【符号の説明】
【０１１７】
１ 基板
２ ＬＥＤ
３ 光透過部材
４ 光検出器
５ 光透過基板
６ 光透過性樹脂
７ スケール
８ 導電ワイヤ
３１ 第１格子
３２ 開口絞り
４１ ＰＤアレイ
５１ 第３格子
７１ 第２格子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学式エンコーダに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、光学式エンコーダのヘッド形状に関して、カンパッケージタイプの光源や受光素子をベアチップタイプや面実装タイプの物に置き換えたり、クリアモールド樹脂で封止したりするなど、エンコーダの小型化、低コスト化が進んでいる。
【０００３】
この際、クリアモールド樹脂のような光透過性部材で発光素子を覆うように封止したり、さらには、発光素子と受光素子も一体に封止したりすることが行われている。
【０００４】
例えば、図１０に示す特開平６−２２１８７４の例では、発光素子８と光検出素子１２がエポキシ樹脂等でできた透明カプセル２で覆われており、透明カプセル２の表面には、２重レンズ４０、４２が形成されている。発光素子８からの光は反射領域３０と非反射領域３２とを有するコードホイール３４に直接照射され、その反射光が光検出素子１２により検出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−２２１８７４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
クリアモールド樹脂のような光透過性部材で発光素子を覆うように封止すると、発光素子から出た光の内、検出に寄与しない光が光透過性部材表面から外へ漏れたり、光透過性部材の表面内部で反射してエンコーダヘッド内に照射されたり、最終的に外部への漏れ光となる。こうした樹脂内部での反射光や漏れ光は、迷光として発光素子やその周囲に実装する部材へ照射されたり、受光素子へ検出すべきでない光となって入射したり、外部へ放射されたりする。
【０００７】
特に、クリアモールド樹脂のような光透過性部材で発光素子と受光素子を一体で覆うように封止すると、発光素子から出た光の一部が光透過性部材の表面内部で反射して受光素子へ直接入射するようになる。
【０００８】
特開平６−２２１８７４では、２重レンズ４０と４２を含む表面、特に２重レンズ４０と４２で挟まれた部分で、発光素子から出た光が内部反射して光検出素子１２へ入射する可能性がある。
【０００９】
こうした光透過性部材内部での反射光や漏れ光といった迷光が発光素子やその周囲に実装する部材へ照射されたり、受光素子へ検出すべきでない光となって入射したりすることで、発光や受光や信号処理等に問題が生じる可能性がある。
【００１０】
この内、受光素子へ入った光は信号のＳＮ比を劣化し、検出されるエンコーダ信号が劣化してしまう。特に、発光素子と受光素子を一体に光透過性部材、例えば、樹脂、で封止して、樹脂内面での反射光が直接受光部に入る光路ができると信号のＳＮ比を劣化させる要因となりうる。樹脂厚が薄く、内部反射光の樹脂内部表面への入射角が大きく、全反射角に近い、または、それ以上の角度であると、光は樹脂表面でほとんど透過せず、反射するため、内部反射光の検出レベルが極めて大きくなり、精度の良いエンコーダ信号検出が困難となる。
【００１１】
また、外部への漏れ光も周囲に不要な光を発散したり、光学機器等に悪影響を与えたりする。
【００１２】
本発明は、このような課題に着目してなされたものであり、樹脂封止されたエンコーダの迷光によるエンコーダ信号の劣化や外部への影響を低減することができる光学式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】
【００１３】
上記の目的を達成するために、本発明の第１の態様に係る光学式エンコーダは、相対的に移動する固定体と移動体のいずれか一方に取り付けられた検出ヘッドと、前記検出ヘッドに対向して、前記固定体と移動体の他方に取り付けられ、所定ピッチの光学パタンを有する第２格子が設けられたスケールとを備えた光学式エンコーダであって、前記検出ヘッドは、前記スケールに所定の光を照射する発光部と、前記発光部からの光を透過する光透過部材と、光検出素子が所定のピッチで複数形成された光検出部とを有し、前記光透過部材には、所定ピッチの光学パタンを有する第１格子と、前記発光部から前記スケールの第２格子へ至る光を絞るための開口絞りとが形成されており、前記発光部からの光を前記光透過部材を介して前記スケールに照射した後、前記スケールの第２格子により反射または回折した光が前記光検出部の光検出素子上に形成するイメージの動きを検出する。
【００１４】
また、本発明の第２の態様に係る光学式エンコーダは、相対的に移動する固定体と移動体のいずれか一方に取り付けられた検出ヘッドと、前記検出ヘッドに対向して、前記固定体と移動体の他方に取り付けられ、所定ピッチの光学パタンを有する第２格子が設けられたスケールとを備えた光学式エンコーダであって、前記検出ヘッドは、前記スケールに所定の光を照射する発光部と、前記発光部からの光を透過する光透過部材と、所定ピッチの光学パタンを有する第３格子が形成された光検出部とを有し、前記光透過部材には、所定ピッチの光学パタンを有する第１格子と、前記発光部から前記スケールの第２格子へ至る光を絞るための開口絞りとが形成されており、前記発光部からの光を前記光透過部材を介して前記スケールに照射した後、前記スケールの第２格子により反射または回折した光が前記光検出部の第３格子上に形成するイメージの動きを検出する。
【００１５】
また、本発明の第３の態様に係る光学式エンコーダは、第１または第２の態様において、前記第１格子は、前記光透過部材の発光部側と前記スケール側のいずれか一方の面に形成され、前記開口絞りのパタンは、前記光透過部材の他方の面に形成される。
【００１６】
また、本発明の第４の態様に係る光学式エンコーダは、第１または第２の態様において、前記第１格子は、前記光透過部材の発光部側の面に形成され、前記開口絞りのパタンは、前記光透過部材の前記スケール側の面に形成される。
【００１７】
また、本発明の第５の態様に係る光学式エンコーダは、第１または第２の態様において、前記第１格子のパタンは、前記開口絞りを兼ねる。
【００１８】
また、本発明の第６の態様に係る光学式エンコーダは、第５の態様において、前記第１格子のパタンは、前記光透過部材の発光部側と前記スケール側のいずれか一方の面に前記開口絞りを兼ねて形成され、前記光透過部材の他方の面に第２の開口絞りのパタンが形成される。
【００１９】
また、本発明の第７の態様に係る光学式エンコーダは、第１または第２の態様において、前記光透過部材を、前記発光部の前記スケール側の面に直接実装する。
【００２０】
また、本発明の第８の態様に係る光学式エンコーダは、第１または第２の態様において、前記光透過部材を、前記光検出部の前記スケール側の面に直接実装する。
【００２１】
また、本発明の第９の態様に係る光学式エンコーダは、第１または第２の態様において、前記開口絞りのパタンは円形または少なくとも一部が円弧状である。
【００２２】
また、本発明の第１０の態様に係る光学式エンコーダは、第１または第２の態様において、前記光透過部材の側面の少なくとも一部に光伝達抑制部を有する。
【００２３】
また、本発明の第１１の態様に係る光学式エンコーダは、第１または第２の態様において、前記開口絞りのパタンは、前記光透過部材の前記スケール側の面に形成される。
【００２４】
また、本発明の第１２の態様に係る光学式エンコーダは、第１または第２の態様において、前記開口絞りのパタンは、前記光透過部材の発光部側の面に形成される。
【００２５】
また、本発明の第１３の態様に係る光学式エンコーダは、第１または第２の態様において、前記光学式エンコーダは反射型である。
【００２６】
また、本発明の第１４の態様に係る光学式エンコーダは、第１または第２の態様において、前記発光部と、前記光検出部の前記スケール側の面とが、それぞれ第２の光透過部材により全体的かつ一体的に覆われる。
【００２７】
また、本発明の第１５の態様に係る光学式エンコーダは、第１または第２の態様において、前記発光部と、前記光検出部の前記スケール側の面とは、それぞれ第２の光透過部材により全体的かつ一体的に覆われるとともに、前記第２の光透過部材の上面は略平坦であり、屈折率を前記第２の光透過部材に換算した距離について、前記発光部から前記第２の光透過部材の表面までの換算距離をｔ１、前記光検出部から前記第２の光透過部材の表面までの換算距離をｔ２、前記発光部上の位置と、前記光検出部上の位置との間で最も遠くなる位置間の距離のうち前記スケールの表面に平行な方向の成分をＬ、 外界の屈折率をｎ１、前記光透過部材の屈折率をｎ２とそれぞれしたときに、ＡｒｃＴａｎ［Ｌ／（ｔ１＋ｔ２）］≧ＡｒｃＳｉｎ（ｎ１／ｎ２）を満足する。
【００２８】
また、本発明の第１６の態様に係る光学式エンコーダは、第１または第２の態様において、前記光透過部材が、前記光検出部側へ延びている。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、樹脂封止されたエンコーダの迷光によるエンコーダ信号の劣化や外部への影響を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態に係る光学式エンコーダの斜視図である。
【図２】図２は、本発明の第１実施形態に係る光学式エンコーダの断面図である。
【図３】図３は、開口絞りの開口形状の変形例を示す図である。
【図４】図４は、第１実施形態の第３変形例に係る光透過部材の構成を示す図である。
【図５】図５は、第１実施形態の第４変形例に係る光透過部材の構成を示す図である。
【図６】図６は、第１実施形態の第５変形例に係る光透過部材の構成を示す図である。
【図７】図７は、本発明の第２実施形態に係る光学式エンコーダの斜視図である。
【図８】図８は、本発明の第２実施形態に係る光学式エンコーダの断面図である。
【図９】図９は、第２実施形態の変形例に係る光学式エンコーダの構成を示す図である。
【図１０】図１０は、従来例に係る光学式エンコーダの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
（第１実施形態）
以下に、本発明にかかる光学式エンコーダの第１実施形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。例えば、以下の実施形態においては、検出ヘッドとリニアタイプのスケールとの組合せを例に挙げているが、円盤状のスケールや円筒側面に形成されたスケール等にも適用可能である。リニアタイプのスケールを用いない場合には、変位検出に関わる光源からの光が照射されるスケール上の光学パタン部分を微視的に平板であり、かつ、光学パタンは微視的に所定のピッチを持つものと考え、この所定のピッチを持つ光学パタンを有する平板、または、仮想的にこの平板を拡張したものに対して、本発明が適用可能である。
【００３２】
以下、第１実施形態の光学式エンコーダについて説明する。
【００３３】
［構成］
図１は光学式エンコーダ（以下、単にエンコーダと呼ぶ）の斜視図であり、図２は光学式エンコーダの断面図である。また、以下、全ての実施形態において図中に示すようにｘｙｚの直交座標系を設定するものとする。図１において、エンコーダは、大きく分けて基板１と、ベアチップであるベアＬＥＤ（以下、単にＬＥＤと呼ぶ）２と、光透過部材３と、ピッチｐが３／４のＰＤアレイ４１を有する光検出器４と、光透過性樹脂６と、ピッチｐ２の第２格子７１を有するスケール７と、の６つの部分からなる。図１において、光透過部材３は発光部としてのＬＥＤ２のスケール７側の面に直接実装されている。
【００３４】
基板１と、基板１上に配置されたＬＥＤ２と、ＬＥＤ２上にｘ、ｙ方向にはみ出して配置された光透過部材３と、基板１上に配置された光検出器４とは検出ヘッドとして一体に構成されている。この検出ヘッドの上部は屈折率ｎの光透過性樹脂６により全体的かつ一体的に覆われている、すなわち光透過性樹脂６内に埋め込まれている。
【００３５】
光透過部材３は、ＬＥＤ２側の面にはピッチｐ１の第１格子３１を有し、スケール７側の面には半径がＲの円形の開口絞り３２を有する。また、光透過部材３の光検出器４側の側面は光伝達抑制部材により遮光されている。開口絞り３２の半径Ｒは幾つかの条件によって決められる。１つ目の条件は、ＬＥＤ２から出て光透過性樹脂６の内部表面で反射して光検出器４に直接入射する光を遮ることを可能とすることである。２つ目の条件は、光透過性樹脂６の内部表面への入射角が概ね全反射角で入射して反射する光を遮ることを可能とすることである。３つ目の条件は、エンコーダ信号の検出に全く、または、ほとんど寄与しない光を遮ることを可能とすることである。これらの条件の内、１つの目の直接入射光を遮ることが最も優先されるべき条件であるが、その上で、条件を組み合わせて開口形状を決定すればよい。なお、開口絞り３２がエンコーダ信号の検出に寄与する信号までも遮る可能性がある場合には、エンコーダ信号の信号強度やＳＮ比に基づいて開口形状を決定すればよい。
【００３６】
図３の（Ａ）は、開口絞り３２の開口形状の変形例を示している。ＬＥＤ２に近い左側は円弧状のままになっている。一方、開口形状の右側は、検出に寄与しない光を遮断するようにコの字状になっている。コの字の縦の直線部分は、ＰＤアレイ４１の受光面まで届かない光を遮断するように形成されている。また、コの字の上下の直線部分は、ＰＤアレイ４１のＸ方向の脇へそれてしまう光を遮断するように形成されている。
【００３７】
また、上記したように、光透過部材３の光検出器４側の側面は遮光されているが、これは開口絞り３２によって遮ることのできない光や開口絞り３２で反射して戻る光を遮光するためのものであり、上記１〜３の条件のうち、必要と思われる条件を満たしていれば必ずしも必要はない。もしくは、さらに他の側面も遮光してもよい。
【００３８】
ＰＤアレイ４１はピッチｐ３の第３格子と受光素子を組み合わせたものであり、本実施形態では９０°位相差の４信号を得るために各信号用のＰＤアレイ要素のピッチがｐ３となるように、出力が４つのＰＤアレイ要素ごとに電気的に接続されている。
【００３９】
また、第１格子３１と第２格子とＰＤアレイ４１の受光面は図中ｘ方向の向きに互いに平行に配置されている。樹脂上部の面については、少なくともＬＥＤ２からの光がスケール７で反射されて光検出器４に入射する際に通過する部分は平坦で３つの格子と平行に形成されている。スケール７は第２格子７１が第１格子３１とＰＤアレイ４１の受光面に平行になるようにｘ方向にのみ相対的に変位が可能となっている。
【００４０】
さらに、基板１と、ＬＥＤ２と、光透過部材３と、光検出器４とは平行平板状になっている。これらの厚み公差は±２０μｍ程度以下となっており、図１、図２に示すように基板１の上に順次直接貼り付けられている。これらの部材の接着固定に用いる接着剤の厚みムラについても、±１０μｍ程度以下となっている。また、光透過性樹脂６の上面もほぼ平坦な形状となっている。
【００４１】
光透過部材３において、第１格子３１は光透過部材３の片側の面ほぼ全面にパターニングされている。すなわち、図１では、光透過部材３のＬＥＤ２側の面に第１格子３１が形成されるとともに、光透過部材３のスケール７側の面に開口絞り３２が形成されている。なお、光透過部材３のスケール７側の面に第１格子を形成し、光透過部材３のＬＥＤ２側の面に開口絞りを形成するようにしても良い。
【００４２】
電気的な配線に関して、ＬＥＤ２と光検出器４とが基板１と電気的に接続されており、ＬＥＤ２と光検出器４の動作を可能としている。ＬＥＤ２の上面及び下面に電極１３、１１が形成されており、上面の電極１３と基板１上の電極１１を導電ワイヤ８にて接続し、下面の電極１１と基板１の電極間は導電ペーストにて接続している。光検出器４と基板１との間にも導電ワイヤでの接続があるが、ここでは詳細は省略する。
【００４３】
（原理説明）
ここで、３重格子型エンコーダの動作について式を参照して説明する。ＰＤアレイは３重格子型エンコーダにおける第３格子と受光素子とを一体化したものであり、以下では適宜ＰＤアレイの受光面を第３格子とよぶ。
【００４４】
第１格子と第２格子の光学的な距離をｚ１、第２格子と第３格子の光学的な距離をｚ２、第１格子のピッチをｐ１、第２格子のピッチをｐ２、第３格子のピッチをｐ３、光源の波長をλとしたときの以下の条件式（式１、式２）を満たすときに第３格子上にピッチｐ３ｉの周期を持つ干渉パタンが形成されることが知られている。なお、ここで用いている「光学的な距離」の定義については、後述する式４、式５に示す。
【数１】
【００４５】
干渉パタンのピッチｐ３ｉは以下の通りである。
【数２】
【００４６】
第３格子のピッチｐ３を干渉パタンのピッチｐ３ｉに合致させれば、最適な信号検出が行える。
【数３】
【００４７】
本実施形態では、式１〜式３を満足し、エンコーダ信号が得られるように部材寸法の決定や部材の配置が行われている。なお、ここで表記されている距離は全て光学的な距離である。光路が全て大気中の場合にはそのまま実際の距離を用いて良いが、通常、検出ヘッドはパッケージに入れられることが多く、ガラスや光透過樹脂の中を光が通ることがある。この場合、光学的な距離とは、光路の構成する空間、または、物質ごとに実際の長さを個々の屈折率で割ったものの総和とする。
【００４８】
即ち、第１格子、第２格子間のｉ（自然数）番目の物質、または、空間の屈折率ｎｉ、厚みｔｉとし、第２格子、第３格子間のｊ（自然数）番目の物質の屈折率ｎｊ、厚みｔｊとしたときに、第１格子、第２格子間の光学的な距離をΣｔｉ／ｎｉ、第２格子・第３格子間の光学的な距離をΣｔｊ／ｎｊとする。
【数４】
【００４９】
ここで、第１格子、第２格子間、および、第２格子、第３格子（ＰＤアレイの受光面）間に介在する物質、または、空間の厚みと屈折率を説明する。
【００５０】
第１格子、第２格子間においては、光透過基板の屈折率がｎ１、厚みがｔ１、光透過樹脂の屈折率がｎ２、厚みがｔ２、ヘッド−スケール間の空気の屈折率がｎ３、厚みがｔ３である。
【００５１】
第２格子、第３格子間においては、ヘッド−スケール間の空気の屈折率がｎ３、厚みがｔ３、光透過樹脂の屈折率がｎ２、厚みがｔ５である。
【００５２】
光透過基板の屈折率は約１．５、光透過樹脂の屈折率は約１．５、空気の屈折率はほぼ１である。光透過基板、光透過樹脂の屈折率は、比較的入手しやすい部材の屈折率を適用しているが、これ以外の値をとっても良い。
【００５３】
以上の設定において、各格子間の光学的な距離ｚ１とｚ２は、式４、式５を用いてｚ１とｚ２は以下のように表される。
【００５４】
ｚ１＝ｔ１／ｎ１＋ｔ２／ｎ２＋ｔ３／ｎ３
ｚ２＝ｔ５／ｎ２＋ｔ３／ｎ３
本実施例では、以下の式が成り立つような構成となっている。
【００５５】
ｚ１＝ｚ２ （式６）
ｐ１＝ｐ３ （式７）
式２・式３・式６・式７より、各格子のピッチについては以下の関係が成り立つ。
【００５６】
ｐ１＝ｐ３＝２×ｐ２
（以上、原理説明）
次に、エンコーダヘッドの厚みについて説明する。ＬＥＤ２の発光面から光透過性樹脂６表面間においては、光透過部材３の屈折率がｎ１、厚みがｔ１、光透過性樹脂６の屈折率がｎ２、厚みがｔ２である。光透過性樹脂６表面からＰＤアレイ４１間においては、光透過性樹脂６の屈折率がｎ２、厚みがｔ５である。なお、ヘッド−スケール間の空気の屈折率はｎ３である。
【００５７】
屈折率を光透過性樹脂６に換算して、ＬＥＤ２の発光面から光透過性樹脂６表面間の距離ｄ１と光透過性樹脂６表面からＰＤアレイ４１間の距離ｄ２を以下のように定義する。
【００５８】
ｄ１＝ｔ１・ｎ２／ｎ１＋ｔ２ （式８）
ｄ２＝ｔ５ （式９）
また、光源としてのＬＥＤ２からＰＤアレイ４１の光が入射する部分までのスケール７に平行な方向の距離をＬとする。すると、光透過性樹脂６表面での反射角θは、以下の式で表される。
【００５９】
ｔａｎθ＝Ｌ／（ｄ１＋ｄ２） （式１０）
また、光透過性樹脂６表面での全反射角θｃは以下の式で表される。
【００６０】
ｓｉｎθｃ＝ｎ３／ｎ２ （式１１）
本実施形態では、樹脂厚を小型化のために薄くしている。そのため、少なくとも、ＰＤアレイ４１の受光エリア内で発光部から一番遠くなる位置でのＬ、即ち、一番大きくなるＬに対して、以下の式１２が成り立つように設定されている。即ち、光透過性樹脂６表面で内部反射すると仮定すると、少なくとも反射光の一部が全反射光となってＰＤアレイ４１の受光エリアに到達するような構造となっている。
【００６１】
θ＞θｃ （式１２）
以上の式８〜式１２より、以下の式１３が成り立つ。
【００６２】
ａｒｃｔａｎ［Ｌ／（ｄ１＋ｄ２）］＞ａｒｃｓｉｎ（ｎ３／ｎ２） （式１３）
なお、この発明の実施の形態の各構成要素については、各種の変形、置き換えが可能である。光源にはＬＥＤの例を示したが、面発光レーザ等、回折イメージが形成可能なものであれば、ベアチップタイプでもモールドタイプでもカン封止したタイプでもよい。第１格子を有する光透過部材３の素材としてガラスが一般的であるが、ＰＥＴやポリイミド等の樹脂を用いてもよい。第３格子は検出位相の異なる４つの種類のアレイ要素を組み合わせて受光部に用いた例を示したが、必要とする出力信号数によって、２つ、または、１つの種類のアレイ要素を用いたタイプであってもよい。
【００６３】
本実施形態の構成は相対移動量を検出するものであるが、検出ヘッドおよびスケール上に基準位置検出用の部材、特に、光源・検出部・光学パタンなどを追加して配置することも可能である。
【００６４】
さらに、本実施形態の第１から第３までの格子、または、この一部を複数配置することで、同一方向の変位を複数の検出系で検出、または、直交する複数の方向の変位を同時に検出する構成にすることも可能である。
【００６５】
［作用］
以下に、上記した構成の作用を説明する。光源であるＬＥＤ２から光が出射され、この光は光透過部材３に形成された第１格子３１を通り、スケール７上の第２回折格子７１に照射される。さらに光は第２回折格子７１で反射、回折され、ＰＤアレイ４１（第３格子）上に第２回折格子７１の回折イメージが形成される。この回折イメージは第２回折格子７１を２倍に拡大した像であり、回折イメージの光はＰＤアレイ４１を通して光検出器４で検出される。スケール７が 検出ヘッドに対してｘ方向に相対移動すると、この回折イメージが第３格子上でｘ方向に移動するため、光検出器４からは周期的な疑似正弦波信号が得られる。
【００６６】
光検出器４からは９０°位相差の４つの信号が得られる。必要に応じて２組の１８０°位相差の信号ごとに差分を取り、９０°位相差の２信号が得ることができる。ＬＥＤ２から出射され、光透過部材３の第１格子３１を経た後、光透過部材３の上面に到達する光は開口絞り３２によって、光検出器４へ内部反射光は直接入らない。また、開口絞り３２の形状によっては、光透過性樹脂６の表面での全反射光、もしくは、全反射に近い光をほほ遮ることが出来たり、エンコーダ信号の検出に寄与しない光を遮ることが出来たりする。
【００６７】
特に、開口絞り３２の形状を円形、もしくは、一部を円弧状とすることで、絞られた光に関して、光透過性樹脂６へ到達する光の入射角を一定値以下に制限できる。
【００６８】
さらに、光透過部材３の光検出器４側の側面が遮光されていることによって、光透過部材３の側面を通って光検出器４へ直接入る内部反射光を遮ることが出来る。側面遮光をさらに全周に設けたり、特定の部分に設けたりすることで、光透過性樹脂６内部での迷光、さらには、特定の方向への迷光を低減することができる。
【００６９】
［効果］
上記した第１実施形態では、開口絞り３２によって光透過性樹脂６内部での反射光が光検出器４への直接入射しないようにしている。このことにより、検出されるエンコーダ信号におけるノイズ成分を低減できる。このことがＳＮ比向上につながり、安定した信号検出が可能となる。
【００７０】
第１格子３１を形成している光透過部材３に開口絞り３２を設けているため、余分な部材を設ける必要がなく効率的である。特に、光源としてのＬＥＤ２から光検出器４に至る光路において、光が拡がる前のＬＥＤ２に近い部材（ここでは光透過部材３）に開口絞り３２を設けることで、開口絞り３２の形成に必要なエリアが小さくて済み、小型化にも有利である。
【００７１】
光透過部材３を光源であるＬＥＤ２の表面に直接実装することで、開口絞り３２の形成に必要なエリアがより小さくて済み、光透過部材３のサイズも小さくてよくなる。また、ＬＥＤ２との間に何も介在せず、実装時の位置ずれも小さくでき、開口絞り３２も第１格子３１も機能を発揮しやすい。
【００７２】
以下に、光透過部材３のＬＥＤ２側に第１格子３１、スケール７側に開口絞り３２を設けた場合の効果について説明する。第１格子３１から第２格子７１までの光学的な距離と、第２格子７１から第３格子までの距離が等しいことから、光透過部材３のスケール７側に第１格子３１を設けた場合と比較して光透過部材３の厚みの分だけＰＤアレイ４１の高さを低くでき、全体の厚みを薄くできると共に、段差が小さいことから光検出器４からのワイヤ配線が容易となる。
【００７３】
また、第１格子３１を光源としてのＬＥＤ２に近いところに配置出来るので、第１格子３１の形成に必要な面積が小さくて済み、光透過部材３の小型化につながる。
【００７４】
一方、開口絞り３２を光透過部材３の上面であるスケール７側に配置することで、光透過部材３の光源（ＬＥＤ２）側に開口絞り３２を配置した場合と比較して、光透過部材３の実装ずれによる開口絞り３２の位置の変動によって、開口絞り３２の機能の変動が少ないという利点がある。例えば、開口絞り３２が光検出器４側へ近づくように移動すると、内部反射光がＰＤアレイ４１に入りやすくなり、開口絞り３２が光検出器４側から遠ざかるように移動すると、エンコーダ信号検出に必要な光までも遮ってしまい信号レベルの低下を招きやすい。開口絞り３２を光透過部材３の上面であるスケール７側に配置すると、光源としてのＬＥＤ２から遠い位置では光が拡がっているため、開口絞り３２の同じ位置変動量に対する影響が少なくて済む。なお、第１格子３１は光透過部材３のＬＥＤ２側全面にあり、位置変動の影響は受けにくい構造である。
【００７５】
また、開口絞り３２の形状を円形、もしくは、一部を円弧状とすることで、絞られた光に関して、光透過性樹脂６へ到達する光の入射角を一定値以下に制限できる。そのため、光透過性樹脂６表面での反射によって光検出器４へ直接入る内部反射光を含む光透過性樹脂６内部での迷光がＳＮ比を劣化させたり、エンコーダ検出ヘッド外部へ漏れたりすることを抑制できる。
【００７６】
開口絞り３２の形状をエンコーダ信号の検出に全くまたはほとんど寄与しない光を遮るようにして設定している場合には、特に外部への迷光を抑制できる。
【００７７】
光透過部材３の側面に遮光を施すことで、開口絞り３２の効果と相まって迷光防止の効果をより向上させている。
【００７８】
本実施形態のエンコーダは反射型であるが、反射型のエンコーダはスケール７の片側に発光部と受光部を配置できるため、透過型に比べて薄型化が可能である。開口絞り３２を用いることで、光透過性樹脂６表面で反射する内部反射光やその他の迷光の影響を防止、または、低減出来るため、例えば光透過性樹脂６の厚みをより薄くできる可能性があり、薄型化・小型化にとって有利な形態である。
【００７９】
なお、本実施形態では、エンコーダヘッドの光学部材・電気配線を樹脂で封止している。樹脂封止は、樹脂封止がない場合に比べて信頼性の点で向上することは勿論であるが、低コスト・量産性に向いた材料である。開口絞り３２による迷光防止によって安定した出力を得ることが可能となる。特に、樹脂封止した反射型エンコーダでは内部反射光が直接受光部に入るという問題が起こりやすいが、開口絞り３２が有効な解決手段と成りうる。そのため、樹脂封止と開口絞りの組合せは低コスト・量産性にとって有利な形態であると言える。
【００８０】
さらに、樹脂封止と開口絞り３２の組合せによって、樹脂厚みを薄くすることが可能である。樹脂が厚いと製造時・使用時の温度変化によって大きな内部応力が働き、基板の反り、樹脂クラック、実装部品の歪みなどが生じる。そのため、反りによる製造時のハンドリングのしにくさやエンコーダを組み込む際の位置や姿勢のずれが生じたり、エンコーダの特性や信頼性に悪影響を与えたりする可能性がある。開口絞りを用いて樹脂厚の薄型化を図ることで、こうした問題にも対応しうる。本実施形態では、ＰＤアレイ４１の受光エリア内で発光部から一番遠くなる位置でのＬ、即ち、一番大きくなるＬに対して、θ＞θｃとなるように設定されている。そのため、光透過部材３の開口絞り３２と、光透過部材３のＰＤアレイ４１側側面の遮光が無ければ、光透過性樹脂６表面での全反射光が少なくともＰＤアレイ４１の一部に入射する構造となっている。しかし、開口絞り３２と側面遮光により、全反射光の影響を受けない、または、少なくとも全反射光の影響が抑制されている。このことにより、薄型にも関わらず、安定した検出が可能となっている。
【００８１】
（第１実施形態の第１変形例）
［構成］
以下に、上記した第１実施形態の第１変形例について説明する。図３の（Ｂ）は、第１変形例に係る光透過部材３の構成を示している。この部品以外の構成は、第１実施形態と同じである。第１変形例では、光透過部材３のＬＥＤ２側の面に配置された第１格子３１のパタンが開口絞り３２−１の機能を兼ねており、光透過部材３のスケール７側の面には何もパターニングはされていない。また、光検出器４側の側面は遮光されている。
【００８２】
開口絞り３２の形状は、半径Ｒの円形である。Ｒのサイズは第１実施形態とは大きさが異なるが、設定の方法は第１実施形態と同様に上記１〜３の条件に基づいて決定される。開口絞り３２の形状は円形のみならず、第１実施形態と同様に種々の変更が可能である。
【００８３】
［作用・効果］
基本的には第１実施形態と同様である。第１格子３１のパタンと開口絞り３２−１のパタンとを一体化していることにより、スケール７側の面へのパターニングが不要となる。また、光透過部材３のＬＥＤ２側の面に開口絞り３２のパタンを配置することで、開口絞り３２のパタンがよりＬＥＤ２に近づく。そのため、開口絞り３２−１のパタンのサイズを最も小さくすることが可能である。特に、実装精度が高い場合には有効である。
【００８４】
（第１実施形態の第２変形例）
［構成］
以下に、上記した第１実施形態の第２変形例について説明する。図３の（Ｃ）は、第２変形例に係る光透過部材３の構成を示している。この部品以外の構成は、第１実施形態と同じである。図３の（Ｃ）では、光透過部材３のＬＥＤ２側の面に配置された第１格子３１のパタンに開口絞り３２−１の機能を付加するとともに、光透過部材３のスケール７側の面にも２つ目の開口絞り３２−２を配置している。なお、光透過部材３のスケール７側の面に開口絞りの機能をもつ第１格子のパタンを配置し、光透過部材３のＬＥＤ２側の面に２つ目の開口絞りを配置するようにしてもよい。
【００８５】
また、光検出器４側の側面は遮光されている。ＬＥＤ２側の開口絞り３２−１の形状は半径Ｒ１の円形であり、スケール７側の開口絞り３２−２の形状は、半径Ｒ２の円形である。Ｒ２のサイズの設定方法は第１実施形態と同様に、上記１〜３の条件に基づいて決定されている。半径Ｒ１はＬＥＤ２側にあるために小さいが、Ｒ１の設定はＲ２と同様に設定した場合よりも緩い、即ち、やや大きいものとなっている。
【００８６】
開口絞り３２−１、３２−２の形状は円形のみならず、第１実施形態と同様に種々の変更が可能である。
【００８７】
［作用・効果］
基本的には第１実施形態と同様であるが、２つの開口絞り３２−１、３２−２を用いることによって、次のような作用・効果がある。まず、１つ目の開口絞り３２−１で光源であるＬＥＤ２から不要な光を大まかに遮る。さらに２つ目の開口絞り３２−２でさらに迷光の原因となりうる光を遮断する。これにより、より発光部（ＬＥＤ２）に近い部分で迷光となりうる光を取り除くため、迷光がより発生しにくくなる。特に、実装精度を考慮しなければならない際には、効果的である。
【００８８】
また、光源としてのＬＥＤ２の光出射窓が大きい場合には、二重に開口絞り３２−１、３２−２を設けないと光透過性樹脂６の表面への入射角を抑えることは困難であり、開口絞り１つでは、絞りの効果が少ないことがありうる。従って、光源としてのＬＥＤ２の光出射窓が大きい場合にも二重の開口絞り３２−１、３２−２によって効果的に迷光を低減できる。
【００８９】
また、第１格子３１や開口絞り３２−１、３２−２のパタンが反射率の高いＣｒ等の部材で出来ている場合には、第１格子３１を兼ねた開口絞り３２−１で迷光となりうる光を低減しておかないと、開口絞り３２−２のパタンの下側で反射した光が第１格子３１側へ戻ってしまい、迷光の原因となったり、第１格子３１で反射されて本来の検出光路を通ってＰＤアレイ４１で検出されるとエンコーダ信号を打ち消す成分となったりしうる。このように、二重の開口絞り３２−１、３２−２を、反射率の高い材料を用いて光透過部材３の上下の面にパターニングする場合にも開口絞りへ到達する不要な光を低減することで有効に機能する。
【００９０】
以上の迷光低減効果により、エンコーダ信号のＳＮ比が良好で安定した信号検出が可能となる。
【００９１】
（第１実施形態の第３変形例）
［構成］
図４は、第３変形例に係る光透過部材３の構成を示している。この部品と光源以外の構成は、第１実施形態の第２変形例と同じである。
【００９２】
図４の構成では、光透過部材３を光検出器４側すなわちＰＤアレイ４１側へ長く張り出して配置している。また、光源に面実装タイプのモールドＬＥＤを採用している。２つの開口絞り３２−１、３２−２の形状は半径Ｒ１とＲ２の円形であり、Ｒ１とＲ２の決定方法は、第２変形例と同様である。開口絞り３２−１、３２−２の形状は円形のみならず、第１実施形態と同様に種々の変更が可能である。
【００９３】
［作用・効果］
基本的には第１実施形態の第２変形例と同様である。光透過部材３をＰＤアレイ４１側へ長く張り出すことで、開口絞りの位置をＰＤアレイ４１に近い部分に配置することが可能となり、検出に必要な光を遮らずに済む。また、張り出した部分に遮光効果があって、その部分が長いため、ＬＥＤ２の側面から出てくる光を効果的に遮断できる。同様にスケール７に平行な方向に延長することでも迷光となりうる光を遮断できる。
【００９４】
２つの開口絞り３２−１、３２−２を用いることによって、次のような作用・効果がある。１つ目の開口絞り３２−１で光源であるＬＥＤ２から不要な光を大まかに遮る。さらに２つ目の開口絞り３２−２でさらに迷光の原因となりうる光を遮断する。これにより、より発光部（ＬＥＤ２）に近い部分で迷光となりうる光を取り除くため、迷光がより発生しにくくなる。特に、実装精度を考慮しなければならない際には、効果的である。
【００９５】
また、光源としてのＬＥＤ２の光出射窓が大きい場合には、二重に開口絞り３２−１、３２−２を設けないと光透過性樹脂６の表面への入射角を抑えることは困難であり、開口絞り１つでは、絞りの効果が少ないことがありうる。従って、光源の光出射窓が大きい場合にも二重の開口絞り３２−１、３２−２によって効果的に迷光を低減できる。
【００９６】
以上の迷光低減効果により、エンコーダ信号のＳＮ比が良好で安定した信号検出が可能となる。
【００９７】
（第１実施形態の第４変形例）
［構成］
図５は、第４変形例に係る光透過部材３の構成を示している。この部品以外の構成は、第１実施形態の第３変形例と同じである。
【００９８】
図５の構成では、光透過部材３を延長してＰＤアレイ４１を覆うようにＰＤアレイ４１に対する開口絞り３３を設けて配置している。開口絞り３２と開口絞り３３の部分には僅かな段差があり、光透過部材３はＬＥＤ２に実装されている。光透過部材３と光透過性樹脂６の屈折率が共にほぼ１．５としていることから、屈折率を光透過性樹脂６に換算した場合の換算距離ｄ１とｄ２はほぼ等しくなっている。なお、光学設計によっては段差を無くしＬＥＤ２を光検出器４より若干高くしても良い。
【００９９】
［作用・効果］
基本的には第１実施形態の第３変形例と同様である。また、張り出した部分に遮光効果があって、ＬＥＤ２の側面から出てくる光が内部反射して直接ＰＤアレイ４１に入射しないように遮断することができる。また、ＰＤアレイ４１の周囲に入射した光がＰＤ構造によって吸収され、暗電流が発生してＰＤアレイ４１へ流れ込んでしまい、ノイズ成分となったり、９０°位相差信号ごとのオフセット成分が発生したりする可能性があるが、ＰＤアレイ４１の周囲を遮光することにより、これらのノイズ成分・オフセット成分の発生を抑制できる。以上の迷光低減効果により、エンコーダ信号のＳＮ比が良好で安定した信号検出が可能となる。
【０１００】
（第１実施形態の第５変形例）
図６は、第５変形例に係る光透過部材３の構成を示している。第１実施形態の第２変形例において、光透過部材３を光検出器４のスケール７側の面、具体的には光検出器４のＰＤアレイ４１の面に貼り付けて（直接実装）、ＬＥＤ２側へ延長したものである。即ち、第１格子３１を形成した光透過部材３を光検出器４のＰＤアレイ４１の面に貼り付けている。また、ＰＤアレイ４１に対する開口絞り３３を設けて配置している。
【０１０１】
［作用・効果］
基本的には第１実施形態の第３変形例と同様である。また、張り出した部分に遮光効果があって、ＬＥＤ２の側面から出てくる光が内部反射して直接ＰＤアレイ４１に入射しないように遮断することができる。
【０１０２】
また、ＰＤアレイ４１の周囲に入射した光がＰＤ構造によって吸収され、暗電流が発生してＰＤアレイ４１部分へ流れ込んでしまい、ノイズ成分となったり、９０°位相差信号ごとのオフセット成分が発生したりする可能性があるが、ＰＤアレイ４１の周囲を遮光することにより、これらのノイズ成分・オフセット成分の発生を抑制できる。以上の迷光低減効果により、エンコーダ信号のＳＮ比が良好で安定した信号検出が可能となる。
【０１０３】
また、第１格子３１を形成した光透過部材３を光検出器４のＰＤアレイ４１の面に貼り付けている。これにより、第１格子３１と第３格子であるＰＤアレイ４１面とを独立してくみ上げる場合と比較して、第１格子３１と第３格子の高さの段差がより小さく抑えることが可能となる。その結果、第１格子３１から第２格子７１までの距離と第２格子７１から第３格子までの距離の差がより小さく抑えられる。そのため、第３格子上に形成される第２格子７１の拡大イメージの拡大倍率がより２倍に近くなり、拡大倍率のずれによる検出信号レベルの低下が抑えられる。また、検出ヘッドとスケール７間のギャップ変動による拡大倍率のずれがより少なく抑えられるため、ギャップ変動にも強いエンコーダとなる。
【０１０４】
（第２実施形態）
図７は、本発明の第２実施形態に係る光学式エンコーダの斜視図であり、図８はその断面図である。第２実施形態は、第１実施形態の第３変形例において、ＰＤアレイ４１を有する光検出器４を、４つの受光部を有する光検出器４とピッチｐ３の第３格子５１を有する光透過基板５で置き換えたものである。
【０１０５】
第１格子３１と第２格子７１と第３格子５１は図中ｘ方向の向きに互いに平行に配置されている。樹脂上部の面については、少なくとも光源としてのＬＥＤ２からの光がスケール７で反射されて光検出器に入射する際に通過する部分は平坦で３つの格子３１、５１、７１と平行に形成されている。スケール７は第２格子７１が第１格子３１と第３格子５１に平行になる状態でｘ方向にのみ相対的に変位が可能となっている。
【０１０６】
基板１、ベアＬＥＤ２、光透過部材３、光検出器４、光透過基板５は平行平板状になっている。これらの厚み公差は±２０μｍ程度以下となっており、図７、図８に示すように基板１の上に順次直接貼り付けられている。これらの部材の接着固定に用いる接着剤の厚みムラについても、±１０μｍ程度以下となっている。また、光透過性樹脂６の上面もほぼ平坦な形状となっている。
【０１０７】
光透過基板５において、第３格子５１は光透過基板５の片側の面をほぼ４等分する形で４つの格子群から成る。各格子群のピッチはすべてｐ３であり、それぞれｐ３／４だけずれた配置となっている。各格子群のスケール７の移動方向の有効幅Ｗ３は、光透過基板５のスケール移動方向の幅の約１／２となっている。第３格子５１が光透過基板５の光検出器４側の面になるように配置されている。４つの格子群と光検出器４の４つの受光部が１対１で対応するような構造となっている。光検出器４において、各格子群に対応する受光部から位相がｐ３／４ずつ異なる４つの位相の異なる信号を生成する。
【０１０８】
エンコーダヘッドの厚みについて説明する。ＬＥＤ２の発光面から光透過性樹脂６表面間においては、光透過部材３の屈折率がｎ１、厚みがｔ１、光透過性樹脂６の屈折率がｎ２、厚みがｔ２である。光透過性樹脂６表面から光検出器４の受光面の間においては、光透過性樹脂６の屈折率がｎ２、厚みがｔ５、光透過基板５の屈折率がｎ４、厚みがｔ４、である。なお、ヘッドとスケール７間の空気の屈折率はｎ３である。
【０１０９】
屈折率を光透過性樹脂に換算して、ＬＥＤ２の発光面から光透過性樹脂６表面間の距離ｄ１と光透過性樹脂６表面からＰＤアレイ４１間の距離ｄ２を以下のように定義する。
【０１１０】
ｄ１＝ｔ１・ｎ２／ｎ１＋ｔ２
ｄ２＝ｔ４・ｎ２／ｎ４＋ｔ５
ここで、本実施形態では、光透過部材３と光透過基板５の材質と厚みは等しく、設定されている。従って、ｔ１＝ｔ４であり、かつ、ｔ２＝ｔ５となる。
【０１１１】
従って、ｄ１とｄ２は以下のようになる。
【０１１２】
ｄ１＝ｄ２＝ｔ１・ｎ２／ｎ１＋ｔ２
なお、この実施形態においては、第１実施形態と同様に各種の変形、置き換えが可能である。
【０１１３】
［作用・効果］
第１実施形態の第３変形例と同様の作用、効果が得られる。ＰＤアレイの代わりに４つの受光部を有する光検出器４と第３格子５１を有する光透過基板５を用いることで、比較的複雑なＰＤアレイの設計・製作を行わずに３重格子エンコーダを実現できる。
【０１１４】
また、光透過部材３と光透過基板５の材質と厚みが等しいことから、ＬＥＤ２と光検出器４の厚みを揃えることで、ｄ１とｄ２を精度良く合わせることが可能となる。これにより、拡大倍率のずれによる検出信号レベルの低下が抑えられる。また、検出ヘッドとスケール７間のギャップ変動による拡大倍率のずれが少なく抑えられるため、ギャップ変動にも強いエンコーダとなる。
【０１１５】
（第２実施形態の変形例）
［構成］
図９は、第２実施形態の変形例に係る光学式エンコーダの構成を示す図である。図９では、光透過基板５を光透過部材３に一体化して配置している。光透過部材３は、第２格子７１に平行になるように配置され、ＬＥＤ２、または光検出器４との間に隙間が生じた場合には、その隙間を接着剤が充填するようになっている。そのため、第１格子３１と第３格子５１の高さ方向の段差を小さく抑えられる。
【０１１６】
［作用・効果］
基本的には第２実施形態と同様である。第１格子３１と第３格子５１の高さ方向の段差が第２実施形態の場合よりもより小さくすることが出来る。そのため、拡大倍率のずれによる検出信号レベルの低下をより抑えられる。また、検出ヘッドとスケール７間のギャップ変動による拡大倍率のずれがより少なく抑えられるため、ギャップ変動にも強いエンコーダとなる。
【符号の説明】
【０１１７】
１ 基板
２ ＬＥＤ
３ 光透過部材
４ 光検出器
５ 光透過基板
６ 光透過性樹脂
７ スケール
８ 導電ワイヤ
３１ 第１格子
３２ 開口絞り
４１ ＰＤアレイ
５１ 第３格子
７１ 第２格子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
相対的に移動する固定体と移動体のいずれか一方に取り付けられた検出ヘッドと、前記検出ヘッドに対向して、前記固定体と移動体の他方に取り付けられ、所定ピッチの光学パタンを有する第２格子が設けられたスケールとを備えた光学式エンコーダであって、
前記検出ヘッドは、前記スケールに所定の光を照射する発光部と、前記発光部からの光を透過する光透過部材と、光検出素子が所定のピッチで複数形成された光検出部とを有し、
前記光透過部材には、所定ピッチの光学パタンを有する第１格子と、前記発光部から前記スケールの第２格子へ至る光を絞るための開口絞りとが形成されており、
前記発光部からの光を前記光透過部材を介して前記スケールに照射した後、前記スケールの第２格子により反射または回折した光が前記光検出部の光検出素子上に形成するイメージの動きを検出することを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項２】
相対的に移動する固定体と移動体のいずれか一方に取り付けられた検出ヘッドと、前記検出ヘッドに対向して、前記固定体と移動体の他方に取り付けられ、所定ピッチの光学パタンを有する第２格子が設けられたスケールとを備えた光学式エンコーダであって、
前記検出ヘッドは、前記スケールに所定の光を照射する発光部と、前記発光部からの光を透過する光透過部材と、所定ピッチの光学パタンを有する第３格子が形成された光検出部とを有し、
前記光透過部材には、所定ピッチの光学パタンを有する第１格子と、前記発光部から前記スケールの第２格子へ至る光を絞るための開口絞りとが形成されており、
前記発光部からの光を前記光透過部材を介して前記スケールに照射した後、前記スケールの第２格子により反射または回折した光が前記光検出部の第３格子上に形成するイメージの動きを検出することを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項３】
前記第１格子は、前記光透過部材の発光部側と前記スケール側のいずれか一方の面に形成され、前記開口絞りのパタンは、前記光透過部材の他方の面に形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の光学式エンコーダ。
【請求項４】
前記第１格子は、前記光透過部材の発光部側の面に形成され、前記開口絞りのパタンは、前記光透過部材の前記スケール側の面に形成されることを特徴とする請求項３に記載の光学式エンコーダ。
【請求項５】
前記第１格子のパタンは、前記開口絞りを兼ねることを特徴とする請求項１または２に記載の光学式エンコーダ。
【請求項６】
前記第１格子のパタンは、前記光透過部材の発光部側と前記スケール側のいずれか一方の面に前記開口絞りを兼ねて形成され、前記光透過部材の他方の面に第２の開口絞りのパタンが形成されることを特徴とする請求項５に記載の光学式エンコーダ。
【請求項７】
前記光透過部材を、前記発光部の前記スケール側の面に直接実装することを特徴とする請求項第１または２に記載の光学式エンコーダ。
【請求項８】
前記光透過部材を、前記光検出部の前記スケール側の面に直接実装したことを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項９】
前記開口絞りのパタンは円形または少なくとも一部が円弧状であることを特徴とする請求項第１または２に記載の光学式エンコーダ。
【請求項１０】
前記光透過部材の側面の少なくとも一部に光伝達抑制部を有することを特徴とする請求項第１または２に記載の光学式エンコーダ。
【請求項１１】
前記開口絞りのパタンは、前記光透過部材の前記スケール側の面に形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の光学式エンコーダ。
【請求項１２】
前記開口絞りのパタンは、前記光透過部材の発光部側の面に形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の光学式エンコーダ。
【請求項１３】
前記光学式エンコーダは反射型であることを特徴とする請求項１または２に記載の光学式エンコーダ。
【請求項１４】
前記発光部と、前記光検出部の前記スケール側の面とは、それぞれ第２の光透過部材により全体的かつ一体的に覆われることを特徴とする請求項１または２に記載の光学式エンコーダ。
【請求項１５】
前記発光部と、前記光検出部の前記スケール側の面とは、それぞれ第２の光透過部材により全体的かつ一体的に覆われるとともに、前記第２の光透過部材の上面は略平坦であり、
屈折率を前記第２の光透過部材に換算した距離について、前記発光部から前記第２の光透過部材の表面までの換算距離をｔ１、前記光検出部から前記第２の光透過部材の表面までの換算距離をｔ２、前記発光部上の位置と、前記光検出部上の位置との間で最も遠くなる位置間の距離のうち前記スケールの表面に平行な方向の成分をＬ、外界の屈折率をｎ１、前記光透過部材の屈折率をｎ２とそれぞれしたときに、
ＡｒｃＴａｎ［Ｌ／（ｔ１＋ｔ２）］≧ＡｒｃＳｉｎ（ｎ１／ｎ２）
を満足することを特徴とする請求項１または２に記載の光学式エンコーダ。
【請求項１６】
前記光透過部材は、前記光検出部側へ延びていることを特徴とする請求項１または２に記載の光学式エンコーダ。
【請求項１】
相対的に移動する固定体と移動体のいずれか一方に取り付けられた検出ヘッドと、前記検出ヘッドに対向して、前記固定体と移動体の他方に取り付けられ、所定ピッチの光学パタンを有する第２格子が設けられたスケールとを備えた光学式エンコーダであって、
前記検出ヘッドは、前記スケールに所定の光を照射する発光部と、前記発光部からの光を透過する光透過部材と、光検出素子が所定のピッチで複数形成された光検出部とを有し、
前記光透過部材には、所定ピッチの光学パタンを有する第１格子と、前記発光部から前記スケールの第２格子へ至る光を絞るための開口絞りとが形成されており、
前記発光部からの光を前記光透過部材を介して前記スケールに照射した後、前記スケールの第２格子により反射または回折した光が前記光検出部の光検出素子上に形成するイメージの動きを検出することを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項２】
相対的に移動する固定体と移動体のいずれか一方に取り付けられた検出ヘッドと、前記検出ヘッドに対向して、前記固定体と移動体の他方に取り付けられ、所定ピッチの光学パタンを有する第２格子が設けられたスケールとを備えた光学式エンコーダであって、
前記検出ヘッドは、前記スケールに所定の光を照射する発光部と、前記発光部からの光を透過する光透過部材と、所定ピッチの光学パタンを有する第３格子が形成された光検出部とを有し、
前記光透過部材には、所定ピッチの光学パタンを有する第１格子と、前記発光部から前記スケールの第２格子へ至る光を絞るための開口絞りとが形成されており、
前記発光部からの光を前記光透過部材を介して前記スケールに照射した後、前記スケールの第２格子により反射または回折した光が前記光検出部の第３格子上に形成するイメージの動きを検出することを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項３】
前記第１格子は、前記光透過部材の発光部側と前記スケール側のいずれか一方の面に形成され、前記開口絞りのパタンは、前記光透過部材の他方の面に形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の光学式エンコーダ。
【請求項４】
前記第１格子は、前記光透過部材の発光部側の面に形成され、前記開口絞りのパタンは、前記光透過部材の前記スケール側の面に形成されることを特徴とする請求項３に記載の光学式エンコーダ。
【請求項５】
前記第１格子のパタンは、前記開口絞りを兼ねることを特徴とする請求項１または２に記載の光学式エンコーダ。
【請求項６】
前記第１格子のパタンは、前記光透過部材の発光部側と前記スケール側のいずれか一方の面に前記開口絞りを兼ねて形成され、前記光透過部材の他方の面に第２の開口絞りのパタンが形成されることを特徴とする請求項５に記載の光学式エンコーダ。
【請求項７】
前記光透過部材を、前記発光部の前記スケール側の面に直接実装することを特徴とする請求項第１または２に記載の光学式エンコーダ。
【請求項８】
前記光透過部材を、前記光検出部の前記スケール側の面に直接実装したことを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項９】
前記開口絞りのパタンは円形または少なくとも一部が円弧状であることを特徴とする請求項第１または２に記載の光学式エンコーダ。
【請求項１０】
前記光透過部材の側面の少なくとも一部に光伝達抑制部を有することを特徴とする請求項第１または２に記載の光学式エンコーダ。
【請求項１１】
前記開口絞りのパタンは、前記光透過部材の前記スケール側の面に形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の光学式エンコーダ。
【請求項１２】
前記開口絞りのパタンは、前記光透過部材の発光部側の面に形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の光学式エンコーダ。
【請求項１３】
前記光学式エンコーダは反射型であることを特徴とする請求項１または２に記載の光学式エンコーダ。
【請求項１４】
前記発光部と、前記光検出部の前記スケール側の面とは、それぞれ第２の光透過部材により全体的かつ一体的に覆われることを特徴とする請求項１または２に記載の光学式エンコーダ。
【請求項１５】
前記発光部と、前記光検出部の前記スケール側の面とは、それぞれ第２の光透過部材により全体的かつ一体的に覆われるとともに、前記第２の光透過部材の上面は略平坦であり、
屈折率を前記第２の光透過部材に換算した距離について、前記発光部から前記第２の光透過部材の表面までの換算距離をｔ１、前記光検出部から前記第２の光透過部材の表面までの換算距離をｔ２、前記発光部上の位置と、前記光検出部上の位置との間で最も遠くなる位置間の距離のうち前記スケールの表面に平行な方向の成分をＬ、外界の屈折率をｎ１、前記光透過部材の屈折率をｎ２とそれぞれしたときに、
ＡｒｃＴａｎ［Ｌ／（ｔ１＋ｔ２）］≧ＡｒｃＳｉｎ（ｎ１／ｎ２）
を満足することを特徴とする請求項１または２に記載の光学式エンコーダ。
【請求項１６】
前記光透過部材は、前記光検出部側へ延びていることを特徴とする請求項１または２に記載の光学式エンコーダ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−２３０４０９（Ｐ２０１０−２３０４０９Ａ）
【公開日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−７６８１９（Ｐ２００９−７６８１９）
【出願日】平成２１年３月２６日（２００９．３．２６）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月２６日（２００９．３．２６）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]