DE112004002244T5

DE112004002244T5 - Optischer Codierer

Info

Publication number: DE112004002244T5
Application number: DE112004002244T
Authority: DE
Inventors: Toru Oka; Hajime Nakajima; Yoichi Ohmura; Masahiko Sakamoto; Toshikazu Kitagaki
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-11-20
Filing date: 2004-08-23
Publication date: 2006-09-14
Anticipated expiration: 2024-08-24
Also published as: US20080277569A1; US7285769B2; KR100867053B1; CN1882823A; JP4252578B2; US20070034786A1; US7538313B2; KR20060091000A; TWI283294B; TW200519357A; JPWO2005050141A1; DE112004003077B4; CN100535606C; WO2005050141A1; DE112004002244B4

Abstract

Optischer Codierer, aufweisend:
eine optische Skala (7, 105), auf der ein lichtdurchlässiger Abschnitt aus einer ebenen Oberfläche und ein lichtundurchlässiger Abschnitt, der aus geneigten Oberflächen (8a, 8b, 12a, 12b, 13b, 13c) gebildet ist, angeordnet sind und bei dem ein Ausgangsmuster, das durch Emittieren des einfallenden Lichts (4, 103, 114) erhalten wird, als optischer Code fungiert;
einen Lichtquellenabschnitt (1), der mindestens eine Lichtquelle (1, 101) zum Emittieren des einfallenden Lichts (4, 103, 114) enthält; und
einen Lichtdetektionsabschnitt (11), der mindestens ein Lichtdetektionselement (112, 113, 117) zum Detektieren des Ausgangsmusters enthält,
wobei der lichtundurchlässige Abschnitt aus mindestens einem Paar geneigter Oberflächen (8a, 8b, 12a, 12b, 13a, 13b) besteht, die einander auf eine solche Weise gegenüberliegen, dass ihr Abstand voneinander in Richtung der Seite, wo das einfallende Licht (4, 103, 114) eintritt, größer wird und so eingestellt sind, dass der Einfallswinkel der optischen Achse des einfallenden Lichts (4,...

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen optischen Codierer, der eine optische Skala aufweist, und insbesondere die Verringerung des Detektionsfehlers.
Hintergrundtechnik
Ein optischer Codieren detektiert im Allgemeinen den Rotationswinkel einer Rotationsachse, die Rotationsgeschwindigkeit und die Position sowie die Geschwindigkeit eines sich linear bewegenden Objektes, indem er parallele Lichtstrahlen von einer Lichtquelle zu einer optischen Skala aussendet, die lichtdurchlässige und nicht lichtdurchlässige Abschnitte hat, die abwechselnd angeordnet sind und mit einem Lichtdetektionselement das Licht in ein Modulationssignal und weiter das Modulationssignal in ein elektrisches Signal wandelt.
Ein beispielhafter optischer Codieren der Hintergrundtechnik, mit dem der Zweck niedrigerer Kosten und höherer Präzision verfolgt wird, ist z. B. in Patentdokument 1 offenbart. Im Patentdokument 1 ist beschrieben, dass die herkömmliche Technik mit dem Problem hoher Kosten behaftet ist, da die optische Skala mittels Strukturbildung "durch Chromaufdampfen auf eine Glasplatte und Ätzen der Chromschicht, um einen durchlässigen und einen nicht durchlässigen Abschnitt zu bilden", und um dieses Problem zu lösen, wird ein lichtabschirmender Abschnitt (ein lichtundurchlässiger Abschnitt) bereitgestellt, indem zusätzlich ein geneigter Abschnitt zwischen lichtdurchlässigen Abschnitten z. B. durch Harzformen gebildet wird, so dass der Einfallswinkel eines einfallenden Lichtstrahls nicht kleiner ist als der kritische Winkel, und die lichtabschirmenden und die lichtdurchlässigen Abschnitte sind abwechselnd angeordnet, so dass sie eine optische Skala wie eine durch Chromaufdampfen erzeugte Schlitzreihe bilden, womit geringere Kosten durch die Harzformung erzielt werden. In der Beschreibung der 2, die eine bevorzugte Ausführungsform des Patentdokuments 1 zeigt, wird erörtert, dass "es so eingestellt ist, dass der kritische Winkel 45° oder kleiner ist, wobei der Winkel, der durch die Verlängerungen geneigter Oberflächen wie 10a und 10b gebildet wird, die einen konvexen Abschnitt des optischen Gitters bilden, 90° ist, der Einfallswinkel des in die geneigten Oberflächen 10a und 10b eintretenden Lichts 45° ist und der Einfallswinkel des in die ebenen Oberflächen wie 9a und 9b eintretenden Lichts 0° ist" und "das auf der geneigten Oberfläche 10a einfallende Licht, das einen Einfallswinkel von 45° hat, vollständig um 90° reflektiert wird, so dass es in die andere geneigte Oberfläche 10b unter einem Winkel von 45° eintritt und von dieser vollständig um 90° zur Einfallsseite zurück reflektiert wird."
Die Patentdokumente 2 und 3 zählen zu weiteren Fällen der Hintergrundtechnik.
Das Patentdokument 2 z. B. zeigt eine optische Skala, bei der lichtdurchlässige Abschnitte und lichtundurchlässige Abschnitte, von denen ein jeder aus geneigten Oberflächen besteht, die so eingestellt sind, dass der Einfallswinkel des einfallenden Lichts nicht kleiner ist als der kritische Winkel, abwechselnd auf einer Oberfläche eines lichtdurchlässigen Elements aus Polycarbonat angeordnet sind, und in diesem Dokument wird erläutert, dass deshalb, weil der Bereich des Einfallswinkels der Gesamtreflexion bei Verwendung eines Polycarbonats selbst dann groß ist, wenn das einfallende Licht schräg in die optische Skala eintritt, eine hohe Wahrscheinlichkeit besteht, dass das Licht vollständig wieder zur vorherigen Seite reflektiert wird und deshalb kaum Streulicht verursachen dürfte.
In Patentdokument 3 wird beschrieben, dass eine Änderungsfunktion des optischen Wegs eine Form mit Erhebungen oder Vertiefungen hat, die im Vergleich zur Dicke eine beweglichen Codeplatte hinreichend kleiner sind, und mindestens eine Form mit Erhebungen oder Vertiefungen in mindestens einer der vorgenannten Zonen ausgebildet ist und eine Mehrzahl Strukturen mit Erhebungen und Vertiefungen bereitstellt, die die Dicke der Strukturen mit Erhebungen oder Vertiefungen unterdrücken.

Patentdokument 1: Japanische offengelegte Patentanmeldung, Gazette Nr. 60-140119 (S. 1 bis 2; 1 und 2)
Patentdokument 2: Japanische offengelegte Patentanmeldung, Gazette Nr. 62-5131 (S. 1 bis 3; 1 bis 3 und 5)
Patentdokument 3: Japanische offengelegte Patentanmeldung, Gazette Nr. 11-287671 (S. 4; 1 bis 3).

Offenbarung der Erfindung
Durch die Erfindung zu lösendes Problem
Da der optische Codierer der Hintergrundtechnik wie oben konstruiert ist, besteht das folgende Problem.
In dem Fall, in dem Licht, das in den lichtabschirmenden Abschnitt der optischen Skala eintritt, in dem benachbarte geneigte Oberflächen einen Winkel von 90° bilden, vollständig reflektiert wird und zur Einfallsseite zurückkehrt, sollte der durch die Reflexion verursachte Lichtverlust idealerweise null und die Reflexionsrichtung vollkommen parallel zu einem Vektor des einfallenden Lichts sein. Mit anderen Worten, dieses reflektierte Licht verfolgt umgekehrt eine Ortskurve des einfallenden Lichts und erreicht die Lichtquelle. Da jedoch der von den oben beschriebenen geneigten Oberflächen gebildete Winkel in vielen Fällen in Abhängigkeit von der Präzision der Formgebung geringfügig ungleich 90° ist, besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass das die Lichtquelle erreichende reflektierte Licht in einen Abschnitt eintritt, der optisch als Reflexionsfilm wie eine Elektrode oder ein Chip-Anschlussfeld eines Lichtquellenelements fungieren kann. Wenn ein reflektierter Lichtstrahl vom lichtabschirmenden Abschnitt in der optischen Skala in den Reflexionsfilm eintritt, wird das reflektierte Licht mit der Senkrechten des Reflexionsfilms, die von der Einfallsposition als Symmetrieachse gezogen ist, weiter reflektiert.
Normalerweise besteht eine optische Skala aus einer Mehrzahl Rillen und Lichtstrahlen, die von der Lichtquelle emittiert werden; diese werden von einer Linse oder dgl. in im Wesentlichen parallele Lichtstrahlen umgewandelt und auf eine Mehrzahl Pfade angewendet. Mit anderen Worten, die Lichtquelle ist im Wesentlichen in der Mitte der Ausdehnung platziert, die von der Mehrzahl der Pfade eingenommen wird.
Deshalb wird der Lichtstrahl, der am lichtabschirmenden Abschnitt der Skala in einer Rille reflektiert wird (vorläufig als "erste Rille" bezeichnet), weiter am Reflexionsfilm reflektiert und tritt in eine andere Rille ein (vorläufig als "zweite Rille" bezeichnet), die sich in einer Position befindet, die bezüglich der Senkrechten des Reflexionsfilms symmetrisch ist.
Da die Lichtmenge des in der symmetrischen Position einfallenden Strahls in Abhängigkeit von der Skalenstruktur der ersten Rille moduliert wird, wird das in der ersten Rille modulierte Licht einem Lichtdetektionselement überlagert, das ursprünglich ein Durchlasslicht empfängt, das von der optischen Skala in der zweiten Rille moduliert worden ist. Zu diesem Zeitpunkt ist ein Modulationssignal des reflektierten Lichts von der ersten Rille eine Gegenphase eines Modulationssignals des Durchlasslichts durch die erste Rille. Das Modulationssignal des reflektierten Lichts von der ersten Rille verursacht einen Detektionsfehler in der zweiten Rille.
Das gleiche Phänomen wie oben tritt beim reflektierten Licht vom lichtabschirmenden Abschnitt der Skala in der zweiten Rille auf und verursacht einen Detektionsfehler in der ersten Rille.
Selbst dann, wenn es nur eine Rille gibt, verursacht das von der Rille reflektierte Licht manchmal gleichermaßen einen Detektionsfehler.
Wie oben erläutert wird bei der optischen Skala, die einen lichtabschirmenden Abschnitt aufweist, in dem benachbarte geneigte Oberflächen einen Winkel von 90° bilden, ein Teil der in die optische Skala eintretenden Lichtstrahlen, die in den lichtabschirmenden Abschnitt eintreten, reflektiertes Licht werden, das einen Weg umgekehrt zur Einfallsrichtung zurücklegt, und die Einfallsrichtung und die Reflexionsrichtung sind nahezu parallel zueinander.
Wenn die optische Achse des einfallenden Lichts nahezu senkrecht zur optischen Skala verläuft, gilt das Gleiche für eine optische Skala mit einem lichtdurchlässigen Abschnitt (der dem Lichtdurchlassabschnitt entspricht) und einem lichtundurchlässigen Abschnitt (der dem lichtabschirmenden Abschnitt entspricht), die auf einem transparenten Substrat wie Glas durch Chromaufdampfen und Ätzen gebildet sind. Mit anderen Worten, wenn ein Teil der auf einer Rille einfallenden Lichtstrahlen am lichtabschirmenden Abschnitt, der durch Aufdampfen von Chrom aus der Dampfphase gebildet worden ist, reflektiert wird, um in eine Elektrode oder ein Chip-Anschlussfeld um den Lichtemissionspunkt einzutreten und von dabei weiter reflektiert wird, besteht die Möglichkeit, dass das Licht in eine andere Rille eintritt, wodurch es einen Detektionsfehler wie im obigen Fall der Hintergrundtechnik verursacht.
Weder offenbaren die Patentdokumente 1 bis 3 noch legen sie nahe, dass das reflektierte Licht vom lichtabschirmenden Abschnitt (lichtundurchlässiger Abschnitt) einen wie oben beschriebenen Fehler verursachen könnte.
Die vorliegende Erfindung beabsichtigt, das obige, übliche Problem zu lösen, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen optischen Codieren bereitzustellen, der in der Lage ist, einen Detektionsfehler zu unterdrücken, der durch den Wiedereintritt eines an einem lichtundurchlässigen Abschnitt einer optischen Skala reflektierten Lichtstrahls in eine andere Rille oder eine ursprüngliche Rille verursacht wird.
Mittel zur Lösung des Problems
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält ein optischer Codieren eine optische Skala, auf der ein lichtdurchlässiger Abschnitt aus einer ebenen Oberfläche und ein lichtundurchlässiger Abschnitt, der aus geneigten Oberflächen gebildet ist, angeordnet sind und bei dem ein Ausgangsmuster, das durch Emittieren des einfallenden Lichts erhalten wird, als optischer Code fungiert, einen Lichtquellenabschnitt, der mindestens eine Lichtquelle zum Emittieren des einfallenden Lichts enthält, und einen Lichtdetektionsabschnitt, der mindestens ein Lichtdetektionselement zum Detektieren des Ausgangsmusters enthält, wobei im optischen Codieren der lichtundurchlässige Abschnitt aus mindestens einem Paar geneigter Oberflächen besteht, die einander auf eine solche Weise gegenüberliegen, dass ihr Abstand voneinander in Richtung der Seite, wo das einfallende Licht eintritt, größer wird und so eingestellt sind, dass der Einfallswinkel der optischen Achse des einfallenden Lichts von der Lichtquelle nicht kleiner ist als der kritische Einfallswinkel, und der lichtundurchlässige Abschnitt so aufgebaut ist, dass das einfallende Licht, das in eine der geneigten Oberflächen eintritt, vollkommen an dieser reflektiert wird, um in die andere geneigte Oberfläche einzutreten, und wobei dann zumindest ein Teil des einfallenden Lichts an der anderen geneigten Oberfläche reflektiert wird und das reflektierte Licht, das an der anderen geneigten Oberfläche reflektiert wird, nicht in den lichtemittierenden Abschnitt der Lichtquelle und einen reflektierenden Abschnitt um den lichtemittierenden Abschnitt eintritt.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält ein optischer Codierer eine optische Skala, auf der ein lichtdurchlässiger Abschnitt und ein lichtundurchlässiger Abschnitt angeordnet sind und bei dem ein Ausgangsmuster, das durch Emittieren des einfallenden Lichts erhalten wird, als optischer Code fungiert, einen Lichtquellenabschnitt, der mindestens eine Lichtquelle zum Emittieren des einfallenden Lichts enthält, und einen Lichtdetektionsabschnitt, der mindestens ein Lichtdetektionselement zum Detektieren des Ausgangsmusters enthält, wobei im optischen Codierer ein reflektierender Abschnitt um einen lichtemittierenden Abschnitt in der Lichtquelle mit einem Antireflexionsfilm bedeckt ist.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält ein optischer Codierer eine optische Skala, auf der ein lichtdurchlässiger Abschnitt und ein lichtundurchlässiger Abschnitt angeordnet sind und bei dem ein Ausgangsmuster, das durch Emittieren des einfallenden Lichts erhalten wird, als optischer Code fungiert, einen Lichtquellenabschnitt, der mindestens eine Lichtquelle zum Emittieren des einfallenden Lichts enthält, und einen Lichtdetektionsabschnitt, der mindestens ein Lichtdetektionselement zum Empfangen des Ausgangsmusters enthält, wobei im optischen Codierer die Lichtquelle auf einem Chip-Anschlussfeld auf einem Substrat angeschlossen ist und die Fläche des Chip-Anschlussfeldes nahezu gleich ist der Kontaktfläche zwischen dem Chip-Anschlussfeld und der Lichtquelle.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält ein optischer Codierer eine optische Skala mit mindestens einer Rille, auf der ein lichtdurchlässiger und ein lichtundurchlässiger Abschnitt angeordnet sind, wobei ein Ausgangsmuster, das durch Emittieren des einfallenden Lichts erhalten wird, als optischer Code fungiert, und einen Lichtdetektionsabschnitt, der mindestens ein Lichtdetektionselement zum Empfangen des Ausgangsmusters enthält, und wobei im optischen Codierer ein Abschnitt der optischen Skala, der keine Rille hat, in einer Position symmetrisch zum lichtundurchlässigen Abschnitt innerhalb einer Bestrahlungszone des einfallenden Lichts von der Lichtquelle bezüglich der optischen Achse der Lichtquelle als Symmetrieachse platziert ist.
Wirkungen der Erfindung
Da bei der vorliegenden Erfindung der lichtundurchlässige Abschnitt aus mindestens einem Paar geneigter Oberflächen besteht, die einander auf eine solche Weise gegenüberliegen, dass ihr Abstand voneinander in Richtung der Seite, wo das einfallende Licht eintritt, größer wird und so eingestellt sind, dass der Einfallswinkel der optischen Achse des einfallenden Lichts von der Lichtquelle nicht kleiner ist als der kritische Einfallswinkel, und der lichtundurchlässige Abschnitt so aufgebaut ist, dass das einfallende Licht, das in eine der geneigten Oberflächen eintritt, vollkommen an dieser reflektiert wird, um in die andere geneigte Oberfläche einzutreten, und wobei dann zumindest ein Teil des einfallenden Lichts an der anderen geneigten Oberfläche reflektiert wird, und wobei das reflektierte Licht, das an der anderen geneigten Oberfläche reflektiert wird, nicht in den lichtemittierenden Abschnitt der Lichtquelle und einen reflektierenden Abschnitt um den lichtemittierenden Abschnitt eintritt, tritt das reflektierte Licht aus dem lichtundurchlässigen Abschnitt in einer Rille auf der optischen Skala nicht in den reflektierenden Abschnitt um den lichtemittierenden Abschnitt in der Lichtquelle ein, sondern wird darin absorbiert oder gestreut, und deshalb tritt das reflektierte Licht kaum erneut in eine andere Rille oder die ursprüngliche Rille ein. Als Ergebnis ist es möglich, einen Fehler zu unterdrücken, der durch den Wiedereintritt des Lichtstrahls, der am lichtundurchlässigen Abschnitt reflektiert wird, in eine andere oder die ursprüngliche Rille verursacht wird.
Da ferner der reflektierende Abschnitt um den lichtemittierenden Abschnitt in der Lichtquelle mit einem Antireflexionsfilm beschichtet ist, wird selbst dann, wenn vom lichtundurchlässigen Abschnitt reflektiertes Licht in einer Rille in der optischen Skala in den reflektierenden Abschnitt um den lichtemittierenden Abschnitt in der Lichtquelle eintritt, das reflektierte Licht vom Antireflexionsfilm absorbiert, und deshalb tritt das reflektierte Licht kaum wieder in eine andere oder die ursprüngliche Rille ein. Als Ergebnis ist es möglich, einen Fehler zu unterdrücken, der durch den Wiedereintritt des Lichtstrahls, der am lichtundurchlässigen Abschnitt reflektiert wird, in eine andere oder die ursprüngliche Rille verursacht wird.
Da ferner die Lichtquelle auf dem Chip-Anschlussfeld auf dem Substrat angeschlossen wird und die Fläche des Chip-Anschlussfeldes nahezu gleich ist der Kontaktfläche zwischen dem Chip- Anschlussfeld und der Lichtquelle, wird die Wahrscheinlichkeit, dass vom lichtundurchlässigen Abschnitt in einer Rille auf der optischen Skala reflektiertes Licht, in das als reflektierenden Abschnitt um den lichtemittierenden Abschnitt in der Lichtquelle dienende Chip-Anschlussfeld eintritt, geringer und das reflektierte Licht tritt kaum wieder an einer anderen oder der ursprünglichen Rille ein. Als Ergebnis ist es möglich, einen Fehler zu unterdrücken, der durch den Wiedereintritt des Lichtstrahls, der am lichtundurchlässigen Abschnitt reflektiert wird, in eine andere oder die ursprüngliche Rille verursacht wird.
Da ferner ein Abschnitt der optischen Skala, der keine Rille hat, in einer Position symmetrisch zum lichtundurchlässigen Abschnitt innerhalb der Bestrahlungszone des einfallenden Lichts von der Lichtquelle bezüglich der optischen Achse der Lichtquelle als Symmetrieachse platziert ist, tritt selbst dann, wenn das einfallende Licht von der Lichtquelle am lichtundurchlässigen Abschnitt reflektiert wird und das reflektierte Licht wird und erneut am reflektierenden Abschnitt um den lichtemittierenden Abschnitt in der Lichtquelle reflektiert wird, um erneut in die optische Skala einzutreten, das reflektierte Licht kaum wieder in eine andere Rille oder die ursprüngliche Rille ein. Als Ergebnis ist es möglich, einen Fehler zu unterdrücken, der durch den Wiedereintritt des Lichtstrahls, der am lichtundurchlässigen Abschnitt reflektiert wird, in eine andere oder ursprüngliche Rille verursacht wird.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 zeigt die typische Konstruktion eines optischen Codierers der Hintergrundtechnik, und 1(a) ist ein Querschnitt des optischen Codierers entlang einer Rillen enthaltenden Ebene; 1(b) ist eine Draufsicht eines Lichtquellenabschnitts, und 1(c) ist ein Querschnitt einer optischen Skala entlang einer Ebene, die senkrecht zum Schnitt von 1(a) gelegt ist;
2 zeigt die Konstruktion eines optischen Codierers gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und 2(a) ist ein Querschnitt durch die Gesamtkonstruktion, und 2(b) ist ein vergrößerter Querschnitt, der einen Teil der Konstruktion von 2(a) zeigt;
3 zeigt den optischen Codierer gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 3(a) ist eine Draufsicht bei Blickrichtung von einem Lichtdetektionsabschnitt aus, und 3(b) ist eine vergrößerte Draufsicht, die einen Teil der Konstruktion von 3(a) zeigt;
4 zeigt eine andere Konstruktion des optischen Codierers gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 4(a) ist eine Draufsicht bei Blickrichtung vom Lichtdetektionsabschnitt aus, und 4(b) ist eine vergrößerte Draufsicht, die einen Teil der Konstruktion von 4(a) zeigt;
5 zeigt eine weitere Konstruktion des optischen Codierers gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 5(a) ist eine Draufsicht bei Blickrichtung vom Lichtdetektionsabschnitt aus, und 5(b) ist eine vergrößerte Draufsicht, die einen Teil der Konstruktion von 5(a) zeigt;
6 zeigt die Konstruktion eines optischen Codierers gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und 6(a) ist ein Querschnitt durch die Gesamtkonstruktion, und 6(b) ist ein vergrößerter Querschnitt, der einen Teil der Konstruktion von 6(a) zeigt;
7 zeigt die Konstruktion eines optischen Codierers gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und 7(a) ist ein Querschnitt durch die Gesamtkonstruktion, und 7(b) ist ein vergrößerter Querschnitt, der einen Teil der Konstruktion von 7(a) zeigt;
8 ist ein Querschnitt, der die Konstruktion eines optischen Codierers gemäß einer vierten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
9 zeigt die Konstruktion eines optischen Codierers gemäß einer fünften bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und 9(a) ist ein Querschnitt durch die Gesamtkonstruktion, und 9(b) ist ein vergrößerter Querschnitt, der einen Teil der Konstriktion von 9(a) zeigt;
10 zeigt die Konstruktion eines optischen Codierers gemäß einer sechsten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und 10(a) ist ein Querschnitt durch die Gesamtkonstruktion, und 10(b) ist ein vergrößerter Querschnitt, der einen Teil der Konstruktion von 10(a) zeigt;
11 ist eine Draufsicht, die einen Hauptteil eines optischen Codierers gemäß einer achten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
12 ist eine Draufsicht, die einen Hauptteil eines optischen Codierers gemäß einer neunten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
13 ist ein Querschnitt, der die Konstruktion eines optischen Codierers gemäß einer zehnten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
14 zeigt die Konstruktion des optischen Codierers gemäß der zehnten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 14(a) ist eine Draufsicht bei Blickrichtung vom Lichtdetektionsabschnitt aus, und 14(b) ist eine vergrößerte Draufsicht, die einen Teil der Konstruktion von 14(a) zeigt.
Bedeutung der Bezugszeichen

1, 101 Lichtquelle; 2, 116 Substrat; 3, 110 Chip-Anschlussfeld; 4, 103 einfallendes Licht; 5, 104 Linse; 6 optische Achse des Ausgangslichts von der Lichtquelle 1; 7, 105 optische Skala; 8, 12, 107 V-förmige Erhebung; 13 trapezförmige Erhebung; 8a, 8b, 12a, 12b, 13a, 13b geneigte Oberfläche; 9 ebener Abschnitt; 10, 108 reflektiertes Licht; 11 Lichtdetektionsabschnitt; 11a, 113, 117 Lichtdetektionselement; 14, 15, 106, 112 Rille; 19, 109 Elektrode; 20, 102 lichtemittierender Punkt; 21 Metalldraht; 22 Antireflexionsfilm; 111 Senkrechte; 115 Lichtstrahl.

Beste Art zur Ausführung der Erfindung
Erste bevorzugte Ausführungsform
Bevor die bevorzugte Ausführungsform erläutert wird, soll zunächst anhand der Figuren auf einen Fehler eingegangen werden, der durch den Wiedereintritt eines vom lichtundurchlässigen Abschnitts in der optischen Skala in eine andere Spur oder die ursprüngliche Rille reflektierten Lichtstrahls beim optischen Codierer der Hintergrundtechnik verursacht wird, wie er in den Patentdokumenten 1 bis 3 beschrieben ist. 1 zeigt eine typische Konstruktion des obigen optischen Codierers der Hintergrundtechnik, wobei im Einzelnen 1(a) ein Querschnitt des optischen Codierers entlang einer Rillen enthaltenden Ebene ist; 1(b) ist eine Draufsicht eines Lichtquellenabschnitts bei Blickrichtung von der Seite der optischen Skala aus, und 1(c) ist ein Querschnitt der optischen Skala entlang einer Ebene, die senkrecht zum Schnitt von 1(a) gelegt ist.
Wie aus den 1(a) und 1(b) ersichtlich ist, wird ein Lichtstrahl 103, der von einem lichtemittierenden Punkt 102 eines lichtemittierenden Elements (Lichtquelle) 101 wie eine LED auf einem Substrat 116 ausgesendet wird, von einer Linse 104 zu einem Bündel paralleler Strahlen gemacht und tritt in einer optischen Skala 105 in eine Rille 106 ein, die aus lichtdurchlässigen Abschnitten und lichtabschirmenden Abschnitten (lichtundurchlässigen Abschnitten) besteht. Wie in 1(c) dargestellt besteht die Rille 106 aus V-förmigen Erhebungen 107 (die als lichtundurchlässige Abschnitte dienenden geneigten Oberflächen entsprechen) und ebenen Abschnitten (die als lichtdurchlässige Abschnitte dienenden ebenen Oberflächen entsprechen), und der Auslegungswert des Scheitelwinkels der V-förmigen Erhebung 107 beträgt 90°. Der Brechungsindex der optischen Skala 105 ist so gewählt, dass der kritische Winkel, der von der Differenz der Brechungsindizes zwischen der optischen Skala und einem Umfangsabschnitt wie Luft abhängt, 45° oder weniger beträgt.
Da ein Teil der in die Rille 106 eintretenden Lichtstrahlen (einfallendes Licht) 103, das in die V-förmige Erhebung 107 eintritt, in die Flanke bzw. Neigung bzw. Schräge (geneigte Oberfläche) der V-förmigen Erhebung unter einem Winkel von 45° eintritt, wird das Licht zwei mal vollständig an der Flanke der V-förmigen Erhebung 107 reflektiert und wird das reflektierte Licht 108, das den umgekehrten Weg zur Einfallsrichtung nimmt. Das reflektierte Licht 108 wird von der Linse 104 so gebrochen, dass es wieder zum lichtemittierenden Element 101 zurückgeht.
Normalerweise ist der Scheitelwinkel der V-förmigen Erhebung 107 geringfügig verschieden vom Auslegungswert 90°, oder der Einfallswinkel des Lichtstrahls 103 in die V-förmige Erhebung 107 ist in vielen Fällen bedingt durch einen Fertigungsfehler geringfügig von 45° verschieden, und deshalb geht ein Teil oder das meiste des reflektierten Lichts 108 nicht zum lichtemittierenden Punkt 102 zurück, sondern tritt in eine Elektrode 109 oder ein diese umgebendes Chip-Anschlussfeld 110 ein. Obwohl hier der Fall erörtert wird, in dem das reflektierte Licht 108 in die Elektrode 109 eintritt, liegt das gleiche Phänomen auch in dem Fall vor, in dem das reflektierte Licht 108 in das Chip-Anschlussfeld 110 eintritt. In 1 sind der Übersichtlichkeit halber die Elektrode 109 und das Chip-Anschlussfeld 110 schraffiert dargestellt.
Da im Allgemeinen ein Metall als Material für die Elektrode 109 verwendet wird und dessen Reflexionsvermögen groß ist, wird das reflektierte Licht 108 erneut reflektiert, wobei die Senkrechte 111 der Elektrode 109 als Symmetrieachse vom Einfallspunkt auf der Elektrode 109 aus verläuft. Danach tritt das reflektierte Licht 108 in die Linse 104 ein und wird von dieser gebrochen und tritt ferner in eine Rille 112, die von der Rille 106 verschieden ist. Da die Rille 112 ebenfalls aus lichtdurchlässigen und lichtabschirmenden Abschnitten besteht, geht ein Teil des reflektierten Lichts 108 durch die lichtdurchlässigen Abschnitte in der Rille 112 hindurch und wird von einem Lichtdetektionselement 113 in der optischen Skala 105 empfangen, das an der Seite (Oberseite der optischen Skala 105 in 1) gegenüber der Lichtquelle 1 vorgesehen ist.
Die Auslegung sieht vor, dass das durch die Rille 106 hindurchgehende Licht über eine bestimmte Intensitätsmodulation in ein Modulationssignal mittels eines Anordnungsmusters der lichtdurchlässigen und der lichtabschirmenden Abschnitte geändert wird. Andererseits wird das reflektierte Licht 108 einer Phasenmodulation unterzogen, die entgegengesetzt dem obigen Modulationssignal ist. Deshalb tritt ein Lichtstrahl 114, der vom lichtemittierenden Element 101 emittiert und von der Linse 104 in ein Bündel paralleler Strahlen geändert wird, um durch den lichtdurchlässigen Abschnitt in der Rille 112 hindurchzugehen, direkt in das Lichtdetektionselement 113 ein, und ein Lichtstrahl 115, der Teil des reflektierten Lichts 108 ist, das in der Rille 106 so moduliert wird, dass seine Phase der Phase des durch die Rille 106 hindurchgehenden Lichts entgegengesetzt ist, tritt ebenfalls in das Lichtdetektionselement 113 ein. Mit anderen Worten, wenn sich die optische Skala 105 in Richtung senkrecht zum Papier in 1(a) bewegt, gibt das Lichtdetektionselement 113 ein Signal aus, in dem ein ursprünglich zu detektierender Ausgang, der ein Anordnungsmuster der lichtdurchlässigen Abschnitte in der Rille 112 reflektiert, und ein Ausgang, der ein Anordnungsmuster der lichtabschirmenden Abschnitte in der Rille 106 reflektiert, einander überlagert sind, und deshalb tritt ein Detektionsfehler auf.
Da das reflektierte Licht vom lichtabschirmenden Abschnitt in der Rille 112 über die Elektrode 109 oder das Chip-Anschlussfeld 110 in die Rille 106 eintritt, enthält jedoch natürlich ein Ausgang vom Lichtdetektionselement 117 einen Detektionsfehler.
Die 2 und 3 zeigen jeweils eine Konstruktion eines optischen Codierers gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 2(a) ist ein Querschnitt, der die Gesamtkonstruktion zeigt, 2(b) ist ein vergrößerter Querschnitt, der die Umgebung der V-förmigen Erhebung (in 2(a) eingekreist) zeigt, 3(a) ist eine Draufsicht bei Blickrichtung von einem Lichtdetektionsabschnitt und 3(b) ist eine vergrößerte Draufsicht, die einen Teil (eingekreist) der in 3(a) dargestellten Konstruktion zeigt. 2 zeigt einen Schnitt entlang der Linie A-A in 3(b).
Eine Lichtquelle 1 wie eine LED ist auf einem Chip-Anschlussfeld 3 auf einem Substrat 2 platziert. Als Material des Chip-Anschlussfeldes 3 wird wie für die Elektrode im Allgemeinen ein Metall verwendet, das einen hohen Reflexionsgrad hat. Das Substrat 2 hat eine Oberfläche, in der Licht absorbiert oder gestreut wird, und normalerweise wird sehr wenig Licht reflektiert. Ein Lichtstrahl (einfallendes Licht) 4, der von der Lichtquelle 1 emittiert wird, wird von einer Linse 5 so gebrochen, dass er nahezu parallel zu einer optischen Achse 6 verläuft. Nach der Brechung durch die Linse 5 tritt der Lichtstrahl 4 in eine optische Skala 7 ein.
Wie aus 3 ersichtlich ist, besteht die optische Skala aus einer Mehrzahl Rillen 14 und 15 (in 3 schraffiert), und in jeder der Rillen 14 und 15 ist eine Mehrzahl V-förmiger Erhebungen 8 mit einer Periode P und einer Breite P/2 ausgerichtet. 3 zeigt als Beispiel eine Skala des linearen Typs. Die optische Skala 7 bewegt sich in einer durch den Pfeil in 3(a) angegebenen Richtung relativ zur Lichtquelle 1, dem Chip-Anschlussfeld 3 und der Linse 5.
Die optische Skala 7 besteht aus V-förmigen Erhebungen 8 (von denen eine jede einem lichtundurchlässigen Abschnitt entspricht, der aus mindestens einem Paar geneigter Oberflächen besteht, die einander auf eine solche Weise gegenüberliegen, dass ihr Abstand voneinander in Richtung der Seite, wo das einfallende Licht 4 eintritt, größer wird) und ebenen Abschnitten 9 (von denen ein jeder einem lichtdurchlässigen Abschnitt gebildet aus einer ebenen Oberfläche entspricht), bei denen der Neigungswinkel der geneigten Oberflächen 8a und 8b der V-förmigen Erhebung 8 (45 – α)° bezüglich des ebenen Abschnitts 9 (ebene Oberfläche) beträgt, wie in 2(b) dargestellt, wobei 0 < α < 45. Ein durch die geneigten Oberflächen 8a und 8b eingeschlossener Winkel beträgt (90 + 2α)°, d. h. (90 + γ)°, wobei 0 < γ < 90.
Der Brechungsindex der optischen Skala 7 ist so gewählt, dass ein kritischer Winkel θc, der von der Differenz der Brechungsindizes zwischen der optischen Skala und einem Umgebungsabschnitt wie Luft abhängt, kleiner ist als (45 – α)°. Mit anderen Worten, der lichtundurchlässige Abschnitt besteht aus mindestens einem Paar geneigter Oberflächen 8a und 8b, die einander auf eine solche Weise gegenüberliegen, dass ihr Abstand voneinander in Richtung der Seite, wo das einfallende Licht 4 eintritt, größer wird (in 2 unten) und so eingestellt ist, dass ein Einfallswinkel der optischen Achse 6 des einfallenden Lichts 4 von der Lichtquelle 1 nicht kleiner ist als der kritische Winkel. Da der in die V-förmige Erhebung 8 eintretende Lichtstrahl 4 vollständig reflektiert wird, tritt der Lichtstrahl 4 deshalb nicht in das Lichtdetektionselement 11a ein, und nur der in den ebenen Abschnitt 9 eintretende und durch diesen hindurchgehende Lichtstrahl tritt in das Lichtdetektionselement 11a im Lichtdetektionsabschnitt 11 ein und wird dort detektiert.
Das Breitenverhältnis zwischen dem ebenen Abschnitt 9 und der V-förmigen Erhebung 8 ist hierin nicht speziell festgelegt, und die Breite des ebenen Abschnitts 9 ist in manchen Fällen null. Das Lichtdetektionselement 11a ist nicht auf ein einziges Element beschränkt, sondern kann auch aus einer Mehrzahl von Elementen bestehen.
2 zeigt einen Fall, in dem der Lichtstrahl 4, der an der linken Seite der optischen Achse 6 verläuft, in die rechte Flanke (die geneigte Oberfläche rechts) 8a der V-förmigen Erhebung 8 eintritt. Wenn die Ausbreitungsrichtung des Lichtstrahls 4 parallel zur optischen Achse 6 verläuft, wird der Lichtstrahl 4 vollständig reflektiert, da der Einfallswinkel (45 – α)° beträgt, und tritt in die linke Flanke (die geneigte Oberfläche links) 8b ein. Da der Einfallswinkel des in die linke geneigte Oberfläche 8b eintretenden Lichts (45 + 3α)° beträgt, wird der Lichtstrahl vollständig reflektiert und wird das reflektierte Licht 10. In diesem Fall beträgt der Winkel zwischen der Richtung des reflektierten Lichts 10 und der optischen Achse 6 4α. Da der von den geneigten Oberflächen 8a und 8b eingeschlossene Winkel (90 + 2α)° beträgt, mit anderen Worten ungleich 90° ist, ist das reflektierte Licht 10 nicht parallel zum einfallenden Licht 4.
Das reflektierte Licht 10 wird an einer Grenze zwischen der optischen Skala 7 und dem Umgebungsabschnitt gebrochen, und nachdem der von der optischen Achse 6 und dem reflektierten Licht 10 gebildete Winkel θ wird, wird das reflektierte Licht 10 von der Linse 5 gebrochen und erreicht den Lichtquellenabschnitt (Substrat 2). Bei der optischen Skala der ersten bevorzugten Ausführungsform ist jedoch α so eingestellt, dass das reflektierte Licht 10 an einer Position außerhalb des Chip-Anschlussfeldes 3 in das Substrat 2 eintreten sollte (das reflektierte Licht 10 sollte nicht in den lichtemittierenden Abschnitt und einen reflektierenden Abschnitt wie das Chip-Anschlussfeld 3 oder die Elektrode um den lichtemittierenden Abschnitt in der Lichtquelle 1 eintreten); mit anderen Worten x > w (1)sollte erfüllt werden, wobei x den Abstand zwischen der Einfallsposition des reflektierten Lichts 10 auf dem Substrat 2 und dem lichtemittierenden Punkt der Lichtquelle 1 angibt und w den Abstand zwischen einem Ende des Chip-Anschlussfeldes 3 und dem lichtemittierenden Punkt der Lichtquelle 1 angibt.
Obwohl bei der ersten bevorzugten Ausführungsform angenommen wird, dass das Substrat 2 eine Oberfläche hat, in der Licht absorbiert oder gestreut wird und in der normalerweise sehr wenig Licht reflektiert wird, stellt dann jedoch, wenn das Substrat 2 einen hohen Anteil normaler Reflexion hat wie das Chip-Anschlussfeld 3, das obige Bezugszeichen w stattdessen den Abstand zwischen einem Ende einer Zone mit einem hohen Anteil normaler Reflexion und dem lichtemittierenden Punkt der Lichtquelle 1 dar.
Bei der ersten bevorzugten Ausführungsform kann x ausgedrückt werden als:
θ = sin–1(n sin (4α)) (3)dabei bedeuten f die Brennweite der Linse 5, h die Dicke der Lichtquelle 1, a den Abstand zwischen der Einfallsposition des Lichtstrahls 4 auf der optischen Skala 7 und der optischen Achse 6, L den Abstand zwischen der Hauptebene der Linse und einer unteren Oberfläche der optischen Skala 7 und n den Brechungsindex der optischen Skala 7. Es wird hier angenommen, dass der Abstand s zwischen dem Lichtstrahl 4 und einem Reflexionspunkt des reflektierten Lichts 10 auf der linken geneigten Oberfläche 8b, der Abstand s2 zwischen dem Reflexionspunkt des reflektierten Lichts 10 auf der linken geneigten Oberfläche 8b und dem Schnittpunkt zwischen dem reflektierten Licht 10 und der unteren Oberfläche der optischen Skala 7 sowie die Aberration der Linse 5 sämtlich vernachlässigbar sind. Ferner wird angenommen, dass sich außerhalb der optischen Skala 7 Luft mit einem Brechungsindex 1 befindet.
Wenn tanθ = θ, sinθ = θ, sin(4α) = 4α, folgt aus den Gleichungen (1), (2) und (3)
Wenn z.B. w = 0,5 mm, f = 5 mm, h = 0,25 mm, a = 2 mm, L = 5 mm und n = 1,5, ergibt Gleichung (4): α > 0,02 (rad) ≙ 1,15 (°).
Bei der ersten bevorzugten Ausführungsform ist α so eingestellt, dass die Gleichung (4) erfüllt wird, bei der a in allen oder den meisten Fällen die Einfallsposition des Lichtstrahls 4 bezüglich der optischen Skala 7 repräsentiert. Wenn a einen Wert im Bereich von –2 mm bis +2 mm annimmt, nimmt die rechte Seite der Gleichung (4) den Maximalwert an, wenn a = +2 mm, wobei angenommen wird, dass die linke Richtung von 2 + (positiv) bezüglich a ist und andere Variable skalar sind (positive Werte ohne Richtung). Bei der ersten bevorzugten Ausführungsform ist α nicht kleiner als 1,15(°) wie oben eingestellt.
Ferner ist der kritische Winkel θc der optischen Skala 7 kleiner als (45 – α)°(θc < 45 – α) wie oben erläutert. Mit anderen Worten, aus α < 45 – θc(°) (5)und n = 1,5, wird α < 3,19(°) erfüllt.
Obwohl x und a bei der ersten bevorzugten Ausführungsform durch die Gleichungen (2) bzw. (4) ausgedrückt werden, ändern sich die Ausdrücke natürlich, wenn der Aufbau des optischen Systems geändert wird.
Vorzugsweise sollte der Wert des obigen Bezugszeichens α 3° oder weniger betragen, ungeachtet des kritischen Winkels θc der optischen Skala 7. Damit soll die Wahrscheinlichkeit verringert werden, dass der an der rechten geneigten Oberfläche 8a reflektierte Lichtstrahl 4 möglicherweise nicht in die linke geneigte Oberfläche 8b eintritt, sondern in eine unerwartete Richtung verläuft und somit Streulicht ist.
Da wie oben erläutert die erste bevorzugte Ausführungsform so aufgebaut ist, dass das einfallende Licht 4, das in die eine geneigte Oberfläche 8a eintritt, daran vollständig reflektiert wird, um in die andere geneigte Oberfläche 8b einzutreten und dann an der anderen geneigten Oberfläche 8b vollständig reflektiert wird, und dass das an der anderen geneigten Oberfläche 8b reflektierte Licht 10 nicht in den lichtemittierenden Abschnitt und den reflektierenden Abschnitt (wie die Elektrode der Lichtquelle 1 (lichtemittierendes Element) oder das Chip-Anschlussfeld 3) um den lichtemittierenden Abschnitt in der Lichtquelle 1 eintritt und dass der am lichtundurchlässigen Abschnitt (V-förmige Erhebung 8) in einer Rille (z. B. Rille 14) auf der optischen Skala 7 reflektierte Lichtstrahl 10 nicht in den reflektierenden Abschnitt wie die Elektrode oder das Chip-Anschlussfeld 3 in der Lichtquelle 1 eintritt, sondern darin absorbiert oder gestreut wird, tritt der Lichtstrahl 10 kaum in die andere Rille (z. B. Rille 15) oder die ursprüngliche Rille (z. B. Rille 14) ein. Als Ergebnis ist es möglich, einen Detektionsfehler zu unterdrücken, der durch den Wiedereintritt des Lichtstrahls, der am lichtundurchlässigen Abschnitt (V-förmige Erhebung 8) reflektiert wird, in eine andere oder die ursprüngliche Rille verursacht wird.
Die obige Beschreibung betrifft den Fall, in dem die Konstruktion vorsieht, dass das in die eine geneigte Oberfläche 8a einfallende Licht vollständig reflektiert wird, um in die andere geneigte Oberfläche 8b einzutreten und an der anderen geneigten Oberfläche 8b vollständig reflektiert wird. Abgesehen vom obigen Effekt erzeugt eine solche Konstruktion den Effekt, dass es deshalb, weil das einfallende Licht sicherlich vollständig am lichtundurchlässigen Abschnitt (die geneigten Oberflächen 8a und 8b) ohne an der Seite, wo sich das Lichtdetektionselement 11a befindet, auszutreten, reflektiert wird, möglich ist, das Streulicht zu unterdrücken, das die Ursache von Fehlern ist. Jedoch nicht nur in dem Fall, in dem das einfallende Licht vollständig an der anderen geneigten Oberfläche 8b reflektiert wird, sondern auch in dem Fall, in dem zumindest ein Teil des einfallenden Lichtes an der anderen geneigten Oberfläche 8b reflektiert wird, ist es auf ähnliche Weise bei der Konstruktion, bei der das reflektierte Licht 10, das an der anderen geneigten Oberfläche 8b reflektiert wird, nicht in den lichtemittierenden Abschnitt und den reflektierenden Abschnitt (Elektrode der Lichtquelle 1 (lichtemittierendes Element) und Chip-Anschlussfeld 3) um den lichtemittierenden Abschnitt in der Lichtquelle 1 eintritt, möglich, einen Detektionsfehler zu unterdrücken, der durch den am lichtundurchlässigen Abschnitt (V-förmige Erhebung 8) reflektierten Lichtstrahl verursacht wird.
In dem Fall, in dem der Lichtstrahl 4 in die optische Skala 7 unter einem Winkel ψ bezüglich der optischen Achse 6 eintritt, mit anderen Worten, in dem Fall, in dem der Winkel, der von der Senkrechten zur ebenen Oberfläche (dem ebenen Abschnitt 9) und der optischen Achse 6 des von der Lichtquelle 1 einfallenden Lichts 4 gebildet wird, ψ ist, ändert sich die Gleichung (3) wie folgt, wobei bezüglich ψ die Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn mit der optischen Achse 6 positiv ist (siehe 2) und die anderen skalar sind wie in Gl. (3). Die folgende Gleichung kann natürlich auf einen Fall angewendet werden, in dem der Lichtstrahl 4 parallel zur optischen Achse 6 eintritt, indem ψ = 0 eingestellt wird. θ = |sin–1 (nsin(4α – ψ))| (3a)
Ferner wird in allen Fällen oder in den meisten Fällen, in denen a die Einfallsposition des Lichtstrahls 4 repräsentiert, α wie folgt eingestellt: (–45 + θc + ψ)/3 < α < 45 – θc + ψ (°) (5a)
Wenn ψ ≤ 4α, mit anderen Worten α ≥ ψ/4 erfüllt wird, ist α so eingestellt, dass die Bestimmungsgleichung, die durch Einsetzen der Gl. (3a) in die Gleichungen (2) und (1) erhalten wird, und 0 < α < 45 sowie Gl. (5a) erfüllt werden.
Wenn ψ > 4α, mit anderen Worten α < ψ/4 erfüllt wird, ist α so eingestellt, dass die Bestimmungsgleichung, die durch Einsetzen der Gl. (3a) in die Gleichungen (6) und (1) erhalten wird, und 0 < α < 45 sowie Gl. (5a) erfüllt werden.
Obwohl die obige Erläuterung auf dem Fall basiert, in dem der Lichtstrahl 4 an der linken Seite der optischen Achse 6 in die rechte geneigte Oberfläche 8a der V-förmigen Erhebung 8 eintritt, stellt sich das Phänomen symmetrisch zu obigem ein, wenn der Lichtstrahl 4 an der rechten Seite der optischen Achse 6 in die linke geneigte Oberfläche 8b der V-förmigen Erhebung 8 eintritt.
Obwohl die obige Erläuterung den Fall betrifft, in dem die optische Skala 7 ein linearer Typ wie in 3 dargestellt ist, ist die optische Skala 7 nicht auf diesen Typ beschränkt, sondern kann ein rotierender Typ sein, wie in den 4 und 5 dargestellt, wobei in diesem Fall der gleiche Effekt erzielt wird.
Die 4 und 5 zeigen Beispiele des optischen Codierers mit einer optischen Skala des rotierenden Typs; die 4(a) und 5(a) sind Draufsichten bei Blickrichtung vom Lichtdetektionsabschnitt aus, und die 4(b) und 5(b) sind vergrößerte Draufsichten, die einen Teil (eingekreist) der in den 4(a) und 5(a) dargestellten Konstruktion zeigen. In den 4 und 5 sind die Rillen 14 und 15 schraffiert dargestellt.
In 4 ist in jeder der Rillen 14 und 15 eine Mehrzahl V-förmiger Erhebungen 8 mit einer Periode von 2Φ und einer Breite Φ angeordnet, und die optische Skala 7 bewegt sich in der durch den Pfeil in 4 angedeuteten Richtung relativ zur Lichtquelle 1, dem Chip-Anschlussfeld 3 und der Linse 5 (Drehung um die Mittelachse der optischen Skala 7 als Rotationsachse).
In 5 ist in jeder der Rillen 14 und 15 eine Mehrzahl V-förmiger Erhebungen 8 angeordnet, und während sich die Spitzen der V-förmigen Erhebungen 8 in 4 entlang der Richtung des Radius der optischen Skala 7 erstrecken, erstrecken sich die Spitzen der V-förmigen Erhebungen 8 in 5 entlang einer Richtung senkrecht zur radialen Richtung der optischen Skala 7 (parallel zur Bewegungsrichtung der optischen Skala 7). In jeder der Rillen 14 und 15 sind Gruppen mit einer Periode von 2φ und einer Breite φ angeordnet, die jeweils aus fünf V-förmigen Erhebungen 8 bestehen. Die optische Skala 7 bewegt sich in der durch den Pfeil in 5 angedeuteten Richtung relativ zur Lichtquelle 1, dem Chip-Anschlussfeld 3 und der Linse 5 (Drehung um die Mittelachse der optischen Skala 7 als Rotationsachse).
Obwohl 5 den Fall darstellt, in dem fünf V-förmige Erhebungen 8 eine Gruppe bilden, ist die Gruppe nicht darauf beschränkt, sondern kann aus jeder beliebigen Anzahl V-förmiger Erhebungen 8 bestehen.
Außerdem können die V-förmigen Erhebungen 8 in der linearen optischen Skala 7 von 3 so angeordnet sein, dass ihre Spitzen parallel zur Bewegungsrichtung der optischen Skala 7 liegen.
Obwohl die 3, 4 und 5 den Fall zeigen, in dem zwei Rillen 14 und 15 angeordnet sind, ist die Anordnung der Rillen nicht darauf beschränkt, sondern es kann jede beliebige Anzahl Rillen angeordnet sein. Die Anzahl der Rillen kann natürlich auch eins sein.
Zweite bevorzugte Ausführungsform
6 zeigt die Konstruktion eines optischen Codierers gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und 6(a) ist ein Querschnitt durch die Gesamtkonstruktion, und 6(b) ist ein vergrößerter Querschnitt, der die Umgebung der V-förmigen Erhebung (eingekreist) der Konstruktion von 6(a) zeigt.
Während bei der ersten bevorzugten Ausführungsform der Fall besprochen worden ist, in dem der Lichtstrahl 4 an der linken Seite der optischen Achse 6 in die rechte geneigte Oberfläche 8a der V-förmigen Erhebung 8 eintritt, wird bei der zweiten bevorzugten Ausführungsform der Fall beschrieben, in dem der Lichtstrahl 4 an der linken Seite der optischen Achse 6 in die linke geneigte Oberfläche 8b der V-förmigen Erhebung 8 eintritt. Dieser Fall zeigt das symmetrische Phänomen zu dem Fall, in dem der Lichtstrahl 4 an der rechten Seite der optischen Achse 6 in die rechte geneigte Oberfläche 8a der V-förmigen Erhebung eintritt.
Wie bei der ersten bevorzugten Ausführungsform besteht die optische Skala 7 aus den V-förmigen Erhebungen 8 und den ebenen Abschnitten 9, bei denen der Neigungswinkel der geneigten Oberflächen 8a und 8b der V-förmigen Erhebung 8 (45 – α)° bezüglich des ebenen Abschnitts 9 (ebene Oberfläche) beträgt, wobei 0 < α < 45. Der durch die geneigten Oberflächen 8a und 8b eingeschlossene Winkel beträgt (90 + 2α)°, d. h. (90 + γ)°, wobei 0 < γ < 90. Der Brechungsindex der optischen Skala 7 ist so gewählt, dass der kritische Winkel θc, der von der Differenz der Brechungsindizes zwischen der optischen Skala und einem Umgebungsabschnitt wie Luft abhängt, kleiner ist als (45 – α)°.
Da, wenn wie in 6 dargestellt die Ausbreitungsrichtung des Lichtstrahls 4 parallel zur optischen Achse 6 ist, der Einfallswinkel (45 – α)° beträgt, wird der Lichtstrahl 4 vollständig reflektiert und tritt in die rechte geneigte Oberfläche 8a ein. Da der Einfallswinkel des Lichtstrahls 4 auf der rechten geneigten Oberfläche 8a (45 + 3α)° beträgt, wird der Lichtstrahl 4 außerdem an dieser vollständig reflektiert und wird das reflektierte Licht 10. Zu diesem Zeitpunkt beträgt der Winkel, der von der Ausbreitungsrichtung des reflektierten Lichts 10 und der optischen Achse 6 gebildet wird, 4α°.
Das reflektierte Licht 10 wird an der unteren Oberfläche der optischen Skala 7 gebrochen, und nachdem der von der optischen Achse 6 und dem reflektierten Licht 10 gebildete Winkel θ wird, wird das reflektierte Licht 10 von der Linse 5 gebrochen und erreicht das Substrat 2, aber wie bei der ersten bevorzugten Ausführungsform ist α so eingestellt, dass das reflektierte Licht 10 in das Substrat 2 an einer Position außerhalb des Chip-Anschlussfeldes 3 eintreten sollte (das reflektierte Licht 10 sollte nicht in den lichtemittierenden Abschnitt und den reflektierenden Abschnitt wie das Chip-Anschlussfeld 3 oder die Elektrode um den lichtemittierenden Abschnitt in der Lichtquelle 1 eintreten).
Da bei der zweiten bevorzugten Ausführungsform die Richtung des reflektierten Lichts 10 bezüglich der optischen Achse 6 entgegengesetzt zu der bei der ersten bevorzugten Ausführungsform ist, kann x wie folgt ausgedrückt werden:
Hierbei wird angenommen, dass der Abstand s zwischen dem Lichtstrahl 4 und einem Reflexionspunkt des reflektierten Lichts 10 auf der rechten geneigten Oberfläche 8a, der Abstand s2 zwischen dem Reflexionspunkt des reflektierten Lichts 10 auf der rechten geneigten Oberfläche 8a und dem Schnittpunkt zwischen dem reflektierten Licht 10 und der unteren Oberfläche der optischen Skala 7 sowie die Aberration der Linse 5 sämtlich vernachlässigbar sind.
Wenn tanθ = θ, sinθ = θ, sin(4α) = 4α, folgt aus den Gleichungen (1), (3) und (6)
Wenn z.B. w = 0,5 mm, f = 5 mm, h = 0,25 mm, a = 2 mm, L = 5 mm und n = 1,5, ergibt Gleichung (7): α > 0,013 (rad) ≙ 0,76 (°).
Obwohl bei der zweiten bevorzugten Ausführungsform ebenfalls angenommen wird, dass das Substrat 2 eine Oberfläche hat, in der Licht absorbiert oder gestreut wird und in der normalerweise sehr wenig Licht reflektiert wird, stellt jedoch dann, wenn das Substrat 2 einen hohen Anteil normaler Reflexion hat wie das Chip-Anschlussfeld 3, das obige Bezugszeichen w stattdessen den Abstand zwischen einem Ende einer Zone mit einem hohen Anteil normaler Reflexion und dem lichtemittierenden Punkt der Lichtquelle 1 dar.
Bei der zweiten bevorzugten Ausführungsform ist α so eingestellt, dass Gl. (1) in allen oder in den meisten Fällen für a erfüllt werden sollte, das die Einfallsposition des Lichtstrahls 4 bezüglich der optischen Skala 7 repräsentiert. Wenn a einen Wert im Bereich von –2 mm bis +2 mm annimmt, wird der Wert auf der rechten Seite der Gl. (7) ein Maximum, wenn a = –2 mm, und wie bei der ersten bevorzugten Ausführungsform beträgt der Wert: α > 0,02 (rad) ≙ 1,15(°),wobei angenommen wird, dass die linke Richtung von 6 + (positiv) bezüglich a ist und andere Variable skalar sind (positive Werte ohne Richtung). Mit anderen Worten, wenn der Lichtstrahl 4 entweder in die rechte geneigte Oberfläche 8a oder in die linke geneigte Oberfläche 8b eintritt, kann α größer eingestellt werden als der Maximalwert auf der rechten Seite von Gl. (4) oder (7), wenn a geändert wird.
Ferner ist α so eingestellt, dass Gl. (5) erfüllt wird, und aus n = 1,5 erfüllt α: α < 3,19(°).
Obwohl x und a bei der zweiten bevorzugten Ausführungsform durch die Gleichungen (6) bzw. (7) ausgedrückt werden, ändern sich die Ausdrücke natürlich, wenn der Aufbau des optischen Systems geändert wird.
Wie bei der ersten bevorzugten Ausführungsform sollte der Wert des obigen Bezugszeichens α vorzugsweise ca. 3° oder weniger betragen, ungeachtet des kritischen Winkels θc der optischen Skala 7. Damit soll die Wahrscheinlichkeit verringert werden, dass der an der linken geneigten Oberfläche 8b reflektierte Lichtstrahl 4 möglicherweise nicht in die rechte geneigte Oberfläche 8a eintritt, sondern in eine unerwartete Richtung verläuft und somit Streulicht ist.
Da wie oben erläutert die zweite bevorzugte Ausführungsform so aufgebaut ist, dass das einfallende Licht 4, das in die eine geneigte Oberfläche 8b eintritt, daran vollständig reflektiert wird, um in die andere geneigte Oberfläche 8a einzutreten und dann an der anderen geneigten Oberfläche 8a vollständig reflektiert wird und dass das an der anderen geneigten Oberfläche 8a reflektierte Licht nicht in den lichtemittierenden Abschnitt und den reflektierenden Abschnitt (wie die Elektrode der Lichtquelle 1 (lichtemittierendes Element) oder das Chip-Anschlussfeld 3) um den lichtemittierenden Abschnitt in der Lichtquelle 1 eintritt und dass der am lichtundurchlässigen Abschnitt (V-förmige Erhebung 8) in einer Rille auf der optischen Skala 7 reflektierte Lichtstrahl 10 nicht in den reflektierenden Abschnitt wie die Elektrode oder das Chip-Anschlussfeld 3 in der Lichtquelle 1 eintritt, sondern darin absorbiert oder gestreut wird, tritt der Lichtstrahl 10 kaum in die andere Rille oder die ursprüngliche Rille ein. Als Ergebnis ist es möglich, einen Detektionsfehler zu unterdrücken, der durch den Wiedereintritt des Lichtstrahls 10, der am lichtundurchlässigen Abschnitt (V-förmige Erhebung 8) reflektiert wird, in eine andere oder die ursprüngliche Rille verursacht wird.
Die obige Beschreibung betrifft den Fall, in dem die Konstruktion vorsieht, dass das in die eine geneigte Oberfläche 8b einfallende Licht 4 vollständig reflektiert wird, um in die andere geneigte Oberfläche 8a einzutreten und an der anderen geneigten Oberfläche 8a vollständig reflektiert wird. Da das einfallende Licht sicherlich vollständig am lichtundurchlässigen Abschnitt (die geneigten Oberflächen 8a und 8b) ohne an der Seite, wo sich das Lichtdetektionselement 11a befindet, auszutreten, reflektiert wird, erzeugt dies auch den Effekt der Unterdrückung des Streulichts, das die Ursache von Fehlern ist. Nicht nur in dem Fall, in dem das einfallende Licht vollständig an der anderen geneigten Oberfläche 8a reflektiert wird, sondern auch in dem Fall, in dem zumindest ein Teil des einfallenden Lichtes an der anderen geneigten Oberfläche 8a reflektiert wird, ist es auf ähnliche Weise bei der Konstruktion, bei der das reflektierte Licht 10, das an der anderen geneigten Oberfläche 8a reflektiert wird, nicht in den lichtemittierenden Abschnitt und den reflektierenden Abschnitt (Elektrode der Lichtquelle 1 (lichtemittierendes Element) und Chip-Anschlussfeld 3) um den lichtemittierenden Abschnitt in der Lichtquelle 1 eintritt, möglich, einen Detektionsfehler zu unterdrücken, der durch den am lichtundurchlässigen Abschnitt (V-förmige Erhebung 8) reflektierten Lichtstrahl 10 verursacht wird.
In dem Fall, in dem der Lichtstrahl 4 in die optische Skala 7 unter einem Winkel ψ bezüglich der optischen Achse 6 eintritt, mit anderen Worten, in dem Fall, in dem der Winkel, der von der Senkrechten zur ebenen Oberfläche (dem ebenen Abschnitt 9) und der optischen Achse 6 des von der Lichtquelle 1 einfallenden Lichts 4 gebildet wird, ψ ist, ändert sich die Gleichung (3) wie folgt, wobei bezüglich ψ die Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn mit der optischen Achse 6 positiv ist wie in 6 dargestellt und die anderen skalar sind. θ = |sin–1 (nsin(4α + ψ))| (3b)
Ferner wird in allen Fällen oder in den meisten Fällen, in denen a die Einfallsposition des Lichtstrahls 4 repräsentiert, α wie folgt eingestellt: (–45 + θc –ψ)/3 < α < 45 – θc –ψ (°) (5b)
Wenn ψ ≥ –4α, mit anderen Worten α ≥ –ψ/4 erfüllt wird, ist α so eingestellt, dass die Bestimmungsgleichung, die durch Einsetzen der Gl. (3b) in die Gleichungen (6) und (1) erhalten wird, und 0 < α < 45 sowie Gl. (5b) erfüllt werden.
Wenn ψ > –4α, mit anderen Worten α < –ψ/4, erfüllt wird, ist α so eingestellt, dass die Bestimmungsgleichung, die durch Einsetzen der Gl. (3b) in die Gleichungen (2) und (1) erhalten wird, und 0 < α < 45 sowie Gl. (5b) erfüllt werden.
Obwohl die erste und zweite bevorzugte Ausführungsform die entsprechenden Bereiche der Auslegungswerte von α in dem Fall zeigen, in dem der Lichtstrahl 4 in die optische Skala 7 unter einem Neigungswinkel ψ bezüglich der optischen Achse 6 eintritt und der Lichtstrahl 4 in die rechte geneigte Oberfläche 8a und die linke geneigte Oberfläche 8b eintritt, muss in einer tatsächlichen Ausführung α nur so eingestellt werden, dass beide Bestimmungsbereiche der bei der ersten und zweiten bevorzugten Ausführungsform angegebenen Auslegungswerte erfüllt sind.
Natürlich kann die optische Skala 7 entweder ein linearer Typ wie z. B. in 3 dargestellt oder ein rotierender Typ, wie er z. B. in den 4 und 5 dargestellt ist, sein.
Dritte bevorzugte Ausführungsform
7 zeigt die Konstruktion eines optischen Codierers gemäß der dritten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und 7(a) ist ein Querschnitt durch die Gesamtkonstruktion, und 7(b) ist ein vergrößerter Querschnitt, der die Umgebung der V-förmigen Erhebung (eingekreist) der Konstruktion von 7(a) zeigt.
Während die optische Skala 7 aus den V-förmigen Erhebungen 12 und den ebenen Abschnitten 9 wie bei der ersten und zweiten bevorzugten Ausführungsform besteht, beträgt anders als bei der ersten und zweiten Ausführungsform der Neigungswinkel der geneigten Oberflächen 12a und 12b der V-förmigen Erhebung 12 (45 + α)° bezüglich des ebenen Abschnitts 9 (ebene Oberfläche), wobei 0 < α < 45. Ferner beträgt der durch die geneigten Oberflächen 12a und 12b eingeschlossene Winkel (90 – 2α)°, d. h. (90 – γ)°, wobei 0 < γ < 90.
Der Brechungsindex der optischen Skala 7 ist so gewählt, dass der kritische Winkel θc, der von der Differenz der Brechungsindizes zwischen der optischen Skala und einem Umgebungsabschnitt wie Luft abhängt, kleiner ist als (45 – 3α)°. Da der in die V-förmige Erhebung 12 eintretende Lichtstrahl 4 an dieser reflektiert wird, tritt der Lichtstrahl 4 deshalb nicht in das Lichtdetektionselement 11 ein, sondern nur der in den ebenen Abschnitt 9 eintretende und durch diesen hindurchgehende Lichtstrahl 4 tritt in das Lichtdetektionselement 11 ein, um detektiert zu werden.
7 zeigt den Fall, in dem der Lichtstrahl 4, der an der linken Seite der optischen Achse 6 verläuft, in die rechte Flanke (die geneigte Oberfläche rechts) 12a der V-förmigen Erhebung 12 eintritt. Wenn die Richtung des Lichtstrahls 4 parallel zur optischen Achse 6 verläuft, wird der Lichtstrahl 4 vollständig reflektiert, da der Einfallswinkel (45 + α)° beträgt und tritt in die linke Flanke (die geneigte Oberfläche links) 12b ein. Da der Einfallswinkel des in die linke geneigte Oberfläche 12b eintretenden Lichts (45 – 3α)° beträgt, wird der Lichtstrahl vollständig reflektiert und wird das reflektierte Licht 10. In diesem Fall beträgt der Winkel zwischen der Ausbreitungsrichtung des reflektierten Lichts 10 und der optischen Achse 6 4α. Da der von den geneigten Oberflächen 12a und 12b eingeschlossene Winkel (90 – 2α)° beträgt, mit anderen Worten ungleich 90° ist, ist das reflektierte Licht 10 nicht parallel zum einfallenden Licht 4.
Das reflektierte Licht 10 wird an einer Grenze zwischen der optischen Skala 7 und dem Umgebungsabschnitt gebrochen, und nachdem der von der optischen Achse 6 und dem reflektierten Licht 10 gebildete Winkel θ wird, wird das reflektierte Licht 10 von der Linse 5 gebrochen und erreicht das Substrat 2. Bei der dritten bevorzugten Ausführungsform ist jedoch α so eingestellt, dass das reflektierte Licht 10 an einer Position außerhalb des Chip-Anschlussfeldes 3 in das Substrat 2 eintreten sollte (das reflektierte Licht 10 sollte nicht in den lichtemittierenden Abschnitt und den reflektierenden Abschnitt wie das Chip-Anschlussfeld 3 oder die Elektrode um den lichtemittierenden Abschnitt in der Lichtquelle 1 eintreten), mit anderen Worten x > w (1)sollte erfüllt werden, wobei x den Abstand zwischen der Einfallsposition des reflektierten Lichts 10 auf dem Substrat 2 und dem lichtemittierenden Punkt der Lichtquelle 1 angibt und w den Abstand zwischen einem Ende des Chip-Anschlussfeldes 3 und dem lichtemittierenden Punkt der Lichtquelle 1 angibt.
Wie bei der zweiten bevorzugten Ausführungsform kann x bei der dritten bevorzugten Ausführungsform ausgedrückt werden als:
θ = sin–1 (n sin(4α)) (3) dabei bedeuten f die Brennweite der Linse 5, h die Dicke der Lichtquelle 1, a den Abstand zwischen der Einfallsposition des Lichtstrahls 4 auf der optischen Skala 7 und der optischen Achse 6, L den Abstand zwischen der Hauptebene der Linse und einer unteren Oberfläche der optischen Skala 7 und n den Brechungsindex der optischen Skala 7. Es wird hier angenommen, dass der Abstand s zwischen dem Lichtstrahl 4 und einem Reflexionspunkt des reflektierten Lichts 10 auf der linken geneigten Oberfläche 12b, der Abstand s2 zwischen dem Reflexionspunkt des reflektierten Lichts 10 auf der linken geneigten Oberfläche 12b und dem Schnittpunkt zwischen dem reflektierten Licht 10 und der unteren Oberfläche der optischen Skala 7 sowie die Aberration der Linse 5 sämtlich vernachlässigbar sind. Ferner wird angenommen, dass sich außerhalb der optischen Skala 7 Luft mit einem Brechungsindex von 1 befindet.
Wenn tanθ = θ, sinθ = θ, sin(4α) = 4α, folgt aus den Gleichungen (1), (3) und (6)
Wenn z.B. w = 0,5 mm, f = 5 mm, h = 0,25 mm, a = –2 bis +2 mm, L = 5 mm und n = 1,7, ergibt Gleichung (7): α > 0,018 (rad) ≙ 1,01 (°),wobei der Wert auf der rechten Seite der Gleichung (7) den Maximalwert annimmt, wenn a = –2 mm und α so eingestellt ist, dass diese Bedingung erfüllt ist. Es wird angenommen, dass die linke Richtung von 7 + (positiv) bezüglich a ist und andere Variable skalar sind (positive Werte ohne Richtung). Anders als bei der ersten und zweiten bevorzugten Ausführungsform beträgt der Brechungsindex n der optischen Skala 7 hier 1,7.
Obwohl bei der dritten bevorzugten Ausführungsform ebenfalls angenommen wird, dass das Substrat 2 eine Oberfläche hat, in der Licht absorbiert oder gestreut wird und in der normalerweise sehr wenig Licht reflektiert wird, stellt dann, wenn das Substrat 2 einen hohen Anteil normaler Reflexion hat wie das Chip-Anschlussfeld 3, das obige Bezugszeichen w stattdessen den Abstand zwischen einem Ende einer Zone mit einem hohen Anteil normaler Reflexion und dem lichtemittierenden Punkt der Lichtquelle 1 dar.
Ferner ist der kritische Winkel θc der optischen Skala 7 kleiner als (45 – 3α)° (θc < 45 – 3α) wie oben erläutert. Mit anderen Worten, aus α < (45 – θc)/3° (8)und n = 1,7, wird α < 2,99° erfüllt.
Obwohl x und a bei der dritten bevorzugten Ausführungsform durch die Gleichungen (6) bzw. (7) ausgedrückt werden, ändern sich die Ausdrücke natürlich, wenn der Aufbau des optischen Systems geändert wird.
Da wie oben erläutert die dritte bevorzugte Ausführungsform so aufgebaut ist, dass das einfallende Licht 4, das in die eine geneigte Oberfläche 12a eintritt, daran vollständig reflektiert wird, um in die andere geneigte Oberfläche 12b einzutreten und dann an der anderen geneigten Oberfläche 12b vollständig reflektiert wird, und dass das an der anderen geneigten Oberfläche 12b reflektierte Licht 10 nicht in den lichtemittierenden Abschnitt und den reflektierenden Abschnitt (wie die Elektrode der Lichtquelle 1 (lichtemittierendes Element) oder das Chip-Anschlussfeld 3) um den lichtemittierenden Abschnitt in der Lichtquelle 1 eintritt, und dass der am lichtundurchlässigen Abschnitt (V-förmige Erhebung 12) in einer Rille auf der optischen Skala 7 reflektierte Lichtstrahl 10 nicht in den reflektierenden Abschnitt wie die Elektrode oder das Chip-Anschlussfeld 3 in der Lichtquelle 1 eintritt, sondern darin absorbiert oder gestreut wird, tritt der Lichtstrahl 10 kaum in die andere Rille oder die ursprüngliche Rille ein. Als Ergebnis ist es möglich, einen Detektionsfehler zu unterdrücken, der durch den Wiedereintritt des Lichtstrahls, der am lichtundurchlässigen Abschnitt (V-förmige Erhebung 12) reflektiert wird, in eine andere oder die ursprüngliche Rille verursacht wird.
Die obige Beschreibung betrifft den Fall, in dem die Konstruktion vorsieht, dass das in die eine geneigte Oberfläche 12a einfallende Licht 4 vollständig reflektiert wird, um in die andere geneigte Oberfläche 12b einzutreten und an der anderen geneigten Oberfläche 12b vollständig reflektiert wird. Da das einfallende Licht sicherlich vollständig am lichtundurchlässigen Abschnitt (die geneigten Oberflächen 12a und 12b) ohne an der Seite, wo sich das Lichtdetektionselement 11a befindet, auszutreten, reflektiert wird, erzeugt dies auch den Effekt, dass das Streulicht, das die Ursache von Fehlern ist, unterdrückt wird. Nicht nur in dem Fall, in dem das einfallende Licht vollständig an der anderen geneigten Oberfläche 12b reflektiert wird, sondern auch in dem Fall, in dem zumindest ein Teil des einfallenden Lichtes an der anderen geneigten Oberfläche 12b reflektiert wird, ist es jedoch auf ähnliche Weise bei der Konstruktion, bei der das reflektierte Licht 10, das an der anderen geneigten Oberfläche 12b reflektiert wird, nicht in den lichtemittierenden Abschnitt und den reflektierenden Abschnitt (Elektrode der Lichtquelle 1 (lichtemittierendes Element) und Chip-Anschlussfeld 3) um den lichtemittierenden Abschnitt in der Lichtquelle 1 eintritt, möglich, einen Detektionsfehler zu unterdrücken, der durch den am lichtundurchlässigen Abschnitt (V-förmige Erhebung 12) reflektierten Lichtstrahl verursacht wird.
In dem Fall, in dem der Lichtstrahl 4 in die optische Skala 7 nach außen geneigt unter einem Winkel ψ bezüglich der optischen Achse 6 eintritt, mit anderen Worten, in dem Fall, in dem der Winkel, der von der Senkrechten zur ebenen Oberfläche (dem ebenen Abschnitt 9) und der optischen Achse 6 des von der Lichtquelle 1 einfallenden Lichts 4 gebildet wird, ψ ist, ändert sich die Gleichung (3) wie bei der zweiten bevorzugten Ausführungsform wie folgt, wobei bezüglich ψ die Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn mit der optischen Achse 6 positiv ist (siehe 7) und die anderen skalar sind wie in Gl. (3). θ = |sin–1 (nsin(4α –ψ))| (3b)
Ferner wird in allen Fällen oder in den meisten Fällen, in denen a die Einfallsposition des Lichtstrahls 4 repräsentiert, α wie folgt eingestellt: –45 + θc – ψ < α < (45 – θc –ψ)/3 (°). (5c)
Wenn ψ ≥ –4α, mit anderen Worten α ≥ –ψ/4 erfüllt wird, ist α so eingestellt, dass die Bestimmungsgleichung, die durch Einsetzen der Gl. (3b) in die Gleichungen (6) und (1) erhalten wird, und 0 < α < 45 sowie Gl. (5c) erfüllt werden.
Wenn ψ < –4α, mit anderen Worten α < –ψ/4 erfüllt wird, ist α so eingestellt, dass die Bestimmungsgleichung, die durch Einsetzen der Gl. (3b) in die Gleichungen (2) und (1) erhalten wird, und 0 < α < 45 sowie Gl. (5c) erfüllt werden.
Obwohl die obige Erläuterung auf dem Fall basiert, in dem der Lichtstrahl 4 an der linken Seite der optischen Achse 6 in die rechte geneigte Oberfläche 12a der V-förmigen Erhebung 12 eintritt, stellt sich das Phänomen symmetrisch zu obigem ein, wenn der Lichtstrahl 4 an der rechten Seite der optischen Achse 6 in die linke geneigte Oberfläche 12b der V-förmigen Erhebung 12 eintritt.
Wenn der an der linke Seite der optischen Achse 6 verlaufende Lichtstrahl 4 in die linke geneigte Oberfläche 12b der V-förmigen Erhebung 12 eintritt, ist ferner α so eingestellt, dass 0 < α < 45°, d. h. die aus den Gleichungen (1), (2) und (3a) erhaltene Bestimmungsgleichung sowie die Gl. (5d) sollten erfüllt sein. –45 + θc + ψ < α < (45 – θc + ψ)/3(°), (5d)wobei ψ ≤ 4α, mit anderen Worten, α ≥ ψ/4 ist erfüllt.
Wenn ψ > 4α, mit anderen Worten, α < ψ/4 erfüllt ist, ist α so eingestellt, dass 0 < α < 45, d. h. die Bestimmungsgleichung, die aus den Gleichungen (1), (6) und (3a) erhalten wird, und die Gl. (5d) sollten erfüllt werden.
Obwohl die dritte bevorzugte Ausführungsform die entsprechenden Bereiche der Auslegungswerte von α in dem Fall zeigen, in dem der Lichtstrahl 4 in die optische Skala 7 unter einem Neigungswinkel ψ bezüglich der optischen Achse 6 eintritt und der Lichtstrahl 4 in die rechte geneigte Oberfläche 12a und die linke geneigte Oberfläche 12b eintritt, muss in einer tatsächlichen Ausführung α nur so eingestellt werden, dass beide Bestimmungsbereiche der bei der dritten bevorzugten Ausführungsform angegebenen Auslegungswerte erfüllt sind.
Natürlich kann die optische Skala 7 entweder ein linearer Typ wie z. B. in 3 dargestellt oder ein rotierender Typ, wie er z. B. in den 4 und 5 dargestellt ist, sein.
Vierte bevorzugte Ausführungsform
8 ist ein Querschnitt, der die Konstruktion eines optischen Codierers gemäß der vierten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie bei der ersten und zweiten bevorzugten Ausführungsform besteht die optische Skala 7 aus den V-förmigen Erhebungen 8 und den ebenen Abschnitten 9, bei denen der Neigungswinkel der geneigten Oberflächen 8a und 8b der V-förmigen Erhebung 8 (45 – α)° bezüglich des ebenen Abschnitts 9 (ebene Oberfläche) beträgt, wobei 0 < α < 45. Der durch die geneigten Oberflächen 8a und 8b eingeschlossene Winkel beträgt (90 + 2α)°, d. h. (90 + γ)°, wobei 0 < γ < 90.
Die vierte bevorzugte Ausführungsform zeigt den Fall, bei dem der Lichtstrahl 4 an der linken Seite der optischen Achse 6 in die linke geneigte Oberfläche 8b eintritt.
Der Brechungsindex der optischen Skala 7 ist so gewählt, dass der kritische Winkel θc, der von der Differenz der Brechungsindizes zwischen der optischen Skala 7 und einem Umgebungsabschnitt wie Luft abhängt, kleiner ist als (45 – α)°.
Ferner ist bei der vierten bevorzugten Ausführungsform α so eingestellt, dass das reflektierte Licht 10 innerhalb eines Bereichs der Einfallsposition a des Lichtstrahls 4 auf der optischen Skala 7 an keiner Stelle innerhalb des effektiven Durchmessers D der Linse 5 eintritt.
α ist speziell so eingestellt, dass a – Ltanθ < –D/2 (9)erfüllt wird, wobei angenommen ist, dass die linke Richtung von 8 + (positiv) bezüglich a ist.
Hierbei wird angenommen, dass sowohl der Abstand s zwischen dem Lichtstrahl 4 und dem Reflexionspunkt des reflektierten Lichts 10 auf der rechten geneigten Oberfläche 8a als auch der Abstand s2 zwischen dem Reflexionspunkt des reflektierten Lichts 10 auf der rechten geneigten Oberfläche 8a und dem Schnittpunkt zwischen dem reflektierten Licht 10 und der unteren Oberfläche der optischen Skala 7 vernachlässigbar sind.
Wenn tanθ = θ, sinθ = θ, sin(4α) = 4α, folgt aus den Gleichungen (3) und (9) α > (2α + D)/8nL (rad) (10)
Wenn z. B. a = –D/2 bis +D/2, D = 2 mm, n = 1,5 und L = 10 mm, ist α so eingestellt, dass α > 0,03 (rad) ≙ 1,91 (°)erfüllt ist.
Ferner ist α so eingestellt, dass Gl. (5) ebenfalls erfüllt ist. Aus n = 1,5 ist α so eingestellt, dass: α > 3,19(°)erfüllt.
Obwohl α bei der vierten bevorzugten Ausführungsform durch die Gleichung (10) ausgedrückt wird, ändert sich der Ausdruck natürlich, wenn der Aufbau des optischen Systems geändert wird.
Wie bei der ersten und zweiten bevorzugten Ausführungsform sollte der Wert des obigen Bezugszeichens α vorzugsweise ca. 3° oder weniger betragen, ungeachtet des kritischen Winkels θc der optischen Skala 7. Damit soll die Wahrscheinlichkeit verringert werden, dass der an der linken geneigten Oberfläche 8b reflektierte Lichtstrahl 4 möglicherweise nicht in die rechte geneigte Oberfläche 8a eintritt, sondern in eine unerwartete Richtung verläuft und somit Streulicht ist.
Da wie oben erläutert die vierte bevorzugte Ausführungsform so aufgebaut ist, dass das einfallende Licht 4, das in die eine geneigte Oberfläche 8b eintritt, daran vollständig reflektiert wird, um in die andere geneigte Oberfläche 8a einzutreten und dann an der anderen geneigten Oberfläche 8a vollständig reflektiert wird und dass das an der anderen geneigten Oberfläche 8a reflektierte Licht nicht in den lichtemittierenden Abschnitt und den reflektierenden Abschnitt (wie die Elektrode oder die Lichtquelle 1 (lichtemittierendes Element) oder das Chip-Anschlussfeld 3) um den lichtemittierenden Abschnitt in der Lichtquelle 1 eintritt, und dass der am lichtundurchlässigen Abschnitt (V-förmige Erhebung 8) in einer Rille auf der optischen Skala 7 reflektierte Lichtstrahl 10 nicht in den reflektierenden Abschnitt wie die Elektrode oder das Chip-Anschlussfeld 3 in der Lichtquelle 1 eintritt, tritt der Lichtstrahl 10 kaum in die andere Rille oder die ursprüngliche Rille ein. Als Ergebnis ist es möglich, einen Detektionsfehler zu unterdrücken, der durch den Wiedereintritt des Lichtstrahls 10, der am lichtundurchlässigen Abschnitt (V-förmige Erhebung 8) reflektiert wird, in eine andere oder die ursprüngliche Rille verursacht wird.
Die obige Beschreibung betrifft den Fall, in dem die Konstruktion vorsieht, dass das in die eine geneigte Oberfläche 8b einfallende Licht vollständig reflektiert wird, um in die andere geneigte Oberfläche 8a einzutreten und an der anderen geneigten Oberfläche 8a vollständig reflektiert wird. Da das einfallende Licht sicherlich vollständig am lichtundurchlässigen Abschnitt (die geneigten Oberflächen 8a und 8b) ohne an der Seite, wo sich das Lichtdetektionselement 11a befindet, auszutreten, reflektiert wird, erzeugt dies auch den Effekt der Unterdrückung des Streulichts, das die Ursache von Fehlern ist. Nicht nur in dem Fall, in dem das einfallende Licht vollständig an der anderen geneigten Oberfläche 8a reflektiert wird, sondern auch in dem Fall, in dem zumindest ein Teil des einfallenden Lichtes an der anderen geneigten Oberfläche 8a reflektiert wird, ist es auf ähnliche Weise bei der Konstruktion, bei der das reflektierte Licht 10, das an der anderen geneigten Oberfläche 8a reflektiert wird, nicht in den lichtemittierenden Abschnitt und den reflektierenden Abschnitt (Elektrode der Lichtquelle 1 (lichtemittierendes Element) und Chip-Anschlussfeld 3) um den lichtemittierenden Abschnitt in der Lichtquelle 1 eintritt, möglich, einen Detektionsfehler zu unterdrücken, der durch den am lichtundurchlässigen Abschnitt (V-förmige Erhebung 8) reflektierten Lichtstrahl 10 verursacht wird.
In dem Fall, in dem der Lichtstrahl 4 in die optische Skala 7 nach außen geneigt unter einem Winkel ψ bezüglich der optischen Achse 6 eintritt, mit anderen Worten, in dem Fall, in dem der Winkel, der von der Senkrechten zur ebenen Oberfläche (dem ebenen Abschnitt 9) und der optischen Achse 6 des einfallenden Lichts 4 von der Lichtquelle 1 gebildet wird, ψ ist, ändert sich die Gleichung (3) wie bei der zweiten bevorzugten Ausführungsform wie folgt, wobei bezüglich ψ die Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn positiv ist und die anderen skalar sind. θ = |sin–1 (nsin(4α + ψ))| (3b)
Ferner braucht in allen Fällen oder in den meisten Fällen, in denen a die Einfallsposition des Lichtstrahls 4 repräsentiert, α nur wie folgt eingestellt zu werden: (–45 + θc –ψ)/3 < α < 45 – θc – ψ (°). (5b)
Wenn ψ ≥ –4α, mit anderen Worten α ≥ –ψ/4 erfüllt wird, ist α so eingestellt, dass die Bestimmungsgleichung, die durch Einsetzen der Gl. (3b) in die Gleichung (9) erhalten wird, und 0 < α < 45 sowie Gl. (5b) erfüllt werden.
Wenn ψ < –4α, mit anderen Worten α < –ψ/4, erfüllt wird, ist α so eingestellt, dass die Bestimmungsgleichung, die durch Einsetzen der Gl. (3b) in die Gleichung (9b) erhalten wird, und 0 < α < 45 sowie Gl. (5b) erfüllt werden. a + Ltanθ > D/2 (9b)
Obwohl die obige Erläuterung der vierten bevorzugten Ausführungsform auf dem Fall basiert, in dem der Lichtstrahl 4 an der linken Seite der optischen Achse 6 in die linke geneigte Oberfläche 8b der V-förmigen Erhebung 8 eintritt, stellt sich das Phänomen symmetrisch zu obigem ein, wenn der Lichtstrahl 4 an der rechten Seite der optischen Achse 6 in die rechte geneigte Oberfläche 8a der V-förmigen Erhebung 8 eintritt.
Wenn an der linken Seite der optischen Achse 6 verlaufende Lichtstrahl 4 in die rechte geneigte Oberfläche 8a der V-förmigen Erhebung 8 eintritt ist ferner, α so eingestellt, dass 0 < α < 45, d. h. die Bestimmungsgleichung, die aus den Gleichungen (3a) und (9b) erhalten wird, sowie die Gl. (5a) sollten erfüllt sein, wobei ψ ≤ 4α, mit anderen Worten, α ≥ ψ/4 erfüllt ist.
Wenn ψ > 4α, mit anderen Worten, α < ψ/4 erfüllt ist, ist α so eingestellt, dass 0 < α < 45, d. h. die Bestimmungsgleichung, die aus den Gleichungen (3a) und (9) erhalten wird, sowie Gl. (5a) sollten erfüllt werden.
Obwohl ferner die obige Erläuterung der vierten bevorzugten Ausführungsform auf dem Fall basiert, in dem der Neigungswinkel der geneigten Oberflächen 8a und 8b der V-förmigen Erhebung 8 (45 – α)° bezüglich dem ebenen Abschnitt 9 (ebene Oberfläche) beträgt, ist α auch dann, wenn der Neigungswinkel der geneigten Oberflächen 8a und 8b der V-förmigen Erhebung 8 (45 + α)° bezüglich des ebenen Abschnitts 9 (ebene Oberfläche) beträgt, gleichermaßen so eingestellt, dass das reflektierte Licht 10 an keiner Stelle innerhalb des effektiven Durchmessers D der Linse 5 innerhalb des Bereichs der Einfallsposition a des Lichtstrahls 4 auf der optischen Skala 7 eintritt.
Obwohl die vierte bevorzugte Ausführungsform die entsprechenden Bereiche der Auslegungswerte von αin dem Fall zeigt, in dem der Lichtstrahl 4 in die optische Skala 7 unter einem Neigungswinkel ψ bezüglich der optischen Achse 6 eintritt und der Lichtstrahl 4 in die rechte geneigte Oberfläche 8a und die linke geneigte Oberfläche 8b eintritt, muss in einer tatsächlichen Ausführung α so eingestellt werden, dass beide Bestimmungsbereiche der bei der vierten bevorzugten Ausführungsform angegebenen Auslegungswerte erfüllt sind.
Natürlich kann die optische Skala 7 entweder ein linearer Typ wie z. B. in 3 dargestellt sein oder ein rotierender Typ wie er z. B. in den 4 und 5 dargestellt ist.
Fünfte bevorzugte Ausführungsform
9 zeigt die Konstruktion eines optischen Codierers gemäß der fünften bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und 9(a) ist ein Querschnitt durch die Gesamtkonstruktion, und 9(b) ist ein vergrößerter Querschnitt, der die Umgebung einer trapezförmigen Erhebung (eingekreist) der Konstruktion von 9(a) zeigt.
Während bei der ersten, zweiten, dritten und vierten bevorzugten Ausführungsform die V-föxmigen Erhebungen 8 oder die V-förmigen Erhebungen 12 verwendet werden und der Lichtstrahl 4 an den geneigten Oberflächen 8a und 8b oder 12a und 12b reflektiert wird, werden in der fünften bevorzugten Ausführungsform trapezförmige Erhebungen 13 verwendet, und der Lichtstrahl 4 wird an geneigten Oberflächen 13a und 13b derselben reflektiert.
Wie bei der ersten, zweiten, dritten und vierten bevorzugten Ausführungsform beträgt auch bei der fünften bevorzugten Ausführungsform der Neigungswinkel der geneigten Oberflächen 13a und 13b (45 – α)° oder (45 + α)° bezüglich des ebenen Abschnitts 9 (ebene Oberfläche) und α ist auf die gleiche Weise wie bei der ersten, zweiten, dritten und vierten bevorzugten Ausführungsform eingestellt, weshalb das reflektierte Licht 10 nicht in den Reflexionsfilm wie die Elektrode oder das Chip-Anschlussfeld 3 der Lichtquelle 1 eintritt. Auch in diesem Fall beträgt der durch die geneigten Oberflächen 13a und 13b eingeschlossene Winkel (90 + 2α)° oder (90 – 2α)°, d. h. (90 + γ)° oder (90 – γ)°, wobei 0 < γ < 90.
9 zeigt einen Fall als typisches Beispiel, bei dem der Neigungswinkel bezüglich des ebenen Abschnitts 9 (ebene Oberfläche) (45 – α)° beträgt und der Lichtstrahl 4, der an der linken Seite der optischen Achse 6 verläuft, in die rechte geneigte Oberfläche 13a der trapezförmigen Erhebung 13 eintritt.
Da wie oben erläutert die fünfte bevorzugte Ausführungsform so aufgebaut ist, dass das einfallende Licht 4, das in die eine geneigte Oberfläche 13a (oder in die geneigte Oberfläche 13b) eintritt, daran vollständig reflektiert wird, um in die andere geneigte Oberfläche 13b (oder in die geneigte Oberfläche 13a) einzutreten und dann an der anderen geneigten Oberfläche 13b (oder der geneigten Oberfläche 13a) vollständig reflektiert wird und dass das an der anderen geneigten Oberfläche 13b (oder an der geneigten Oberfläche 13a) reflektierte Licht 10 nicht in den lichtemittierenden Abschnitt und den reflektierenden Abschnitt (wie die Elektrode oder der Lichtquelle 1 (lichtemittierendes Element) oder das Chip-Anschlussfeld 3) um den lichtemittierenden Abschnitt in der Lichtquelle 1 eintritt, und dass der am lichtundurchlässigen Abschnitt (geneigte Oberfläche 13a oder 13b der trapezförmigen Erhebung 13) in einer Rille auf der optischen Skala 7 reflektierte Lichtstrahl 10 nicht in den reflektierenden Abschnitt wie die Elektrode oder das Chip-Anschlussfeld 3 in der Lichtquelle 1 eintritt, sondern darin absorbiert oder gestreut wird, tritt der Lichtstrahl 10 kaum in die andere Rille oder die ursprüngliche Rille ein. Als Ergebnis ist es möglich, einen Detektionsfehler zu unterdrücken, der durch den Wiedereintritt des Lichtstrahls 10, der am lichtundurchlässigen Abschnitt (geneigte Oberfläche 13a oder 13b der trapezförmigen Erhebung 13) reflektiert wird, in eine andere oder die ursprüngliche Rille verursacht wird.
Die obige Beschreibung betrifft den Fall, in dem die Konstriktion vorsieht, dass das in die eine geneigte Oberfläche 13a (oder die geneigte Oberfläche 13b) einfallende Licht 4 vollständig reflektiert wird, um in die andere geneigte Oberfläche 13b (oder die geneigte Oberfläche 13a) einzutreten und an der anderen geneigten Oberfläche 13b (oder der geneigten Oberfläche 13a) vollständig reflektiert wird. Da das einfallende Licht sicherlich vollständig am lichtundurchlässigen Abschnitt (die geneigten Oberflächen 13a und 13b) ohne an der Seite, wo sich das Lichtdetektionselement 11a befindet, auszutreten, reflektiert wird, erzeugt dies ebenfalls den Effekt, dass das Streulicht, das die Ursache von Fehlern ist, unterdrückt wird. Nicht nur in dem Fall, in dem das einfallende Licht vollständig an der anderen geneigten Oberfläche 13b (oder der geneigten Oberfläche 13a) reflektiert wird, sondern auch in dem Fall, in dem zumindest ein Teil des einfallenden Lichtes an der anderen geneigten Oberfläche 13b (oder der geneigten Oberfläche 13a) reflektiert wird, ist es auf ähnliche Weise bei der Konstruktion, bei der das reflektierte Licht 10, das an der anderen geneigten Oberfläche 13b (oder der geneigten Oberfläche 13a) reflektiert wird, nicht in den lichtemittierenden Abschnitt und den reflektierenden Abschnitt (Elektrode der Lichtquelle 1 (lichtemittierendes Element) und Chip-Anschlussfeld 3) um den lichtemittierenden Abschnitt in der Lichtquelle 1 eintritt, möglich, einen Detektionsfehler zu unterdrücken, der durch den am lichtundurchlässigen Abschnitt (geneigte Oberfläche 13a oder 13b der trapezförmigen Erhebung 13) reflektierten Lichtstrahl 10 verursacht wird.
In dem Fall, in dem der Lichtstrahl 4 in die optische Skala 7 nach außen geneigt unter einem Winkel ψ bezüglich der optischen Achse 6 eintritt, mit anderen Worten, in dem Fall, in dem der Winkel, der von der Senkrechten zur ebenen Oberfläche (dem ebenen Abschnitt 9) und der optischen Achse 6 des einfallenden Lichts 4 von der Lichtquelle 1 gebildet wird, ψ ist, ändert sich die Gleichung (3) zu Gl. (3a) oder (3b) und die Gl. (5) ändert sich zu Gl. (5a), (5b), (5c) oder (5d) wie bei der ersten, zweiten, dritten und vierten bevorzugten Ausführungsform.
Natürlich kann die optische Skala 7 entweder ein linearer Typ wie z. B. in 3 dargestellt oder ein rotierender Typ, wie er z. B. in den 4 und 5 dargestellt ist, sein.
Sechste bevorzugte Ausführungsform
10 zeigt die Konstruktion eines optischen Codierers gemäß der sechsten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und 10(a) ist ein Querschnitt durch die Gesamtkonstruktion, und 10(b) ist ein vergrößerter Querschnitt, der die Umgebung der trapezförmigen Erhebung (eingekreist) der Konstruktion von 10(a) zeigt.
Während die optische Skala 7 bei der fünften bevorzugten Ausführungsform aus den trapezförmigen Erhebungen 13 und den ebenen Abschnitten 9, die abwechselnd angeordnet sind, besteht, ist bei der sechsten bevorzugten Ausführungsform kein ebener Abschnitt 9 vorgesehen und die trapezförmigen Abschnitte 13 sind kontinuierlich angeordnet, wobei eine obere Basis (ebene Oberfläche) 13c als lichtdurchlässiger Abschnitt fungiert.
Wie bei der fünften bevorzugten Ausführungsform beträgt bei der sechsten bevorzugten Ausführungsform der Neigungswinkel der geneigten Oberflächen 13a und 13b (45 – α)° oder (45 + α)° bezüglich der oberen Basis (ebene Oberfläche) 13c und α ist auf die gleiche Weise wie bei der ersten, zweiten, dritten und vierten bevorzugten Ausführungsform eingestellt, weshalb das reflektierte Licht 10 nicht in den Reflexionsfilm wie die Elektrode oder das Chip-Anschlussfeld 3 der Lichtquelle 1 eintritt. Auch in diesem Fall beträgt der durch die geneigten Oberflächen 13a und 13b eingeschlossene Winkel (90 + 2α)° oder (90 – 2α)°, d. h. (90 + γ)° oder (90 – γ)°, wobei 0 < γ < 90.
10 zeigt einen Fall als typisches Beispiel, bei dem der Neigungswinkel (45 – α)° beträgt und der Lichtstrahl 4, der an der linken Seite der optischen Achse 6 verläuft, in die rechte geneigte Oberfläche 13a der trapezförmigen Erhebung 13 eintritt.
Da wie oben erläutert die sechste bevorzugte Ausführungsform so aufgebaut ist, dass das einfallende Licht 4, das in die eine geneigte Oberfläche 13a (oder die geneigte Oberfläche 13b) eintritt, daran vollständig reflektiert wird, um in die andere geneigte Oberfläche 13b (oder die geneigte Oberfläche 13a) einzutreten und dann an der anderen geneigten Oberfläche 13b (oder der geneigten Oberfläche 13a) vollständig reflektiert wird und dass das an der anderen geneigten Oberfläche 13b (oder der geneigten Oberfläche 13a) reflektierte Licht 10 nicht in den lichtemittierenden Abschnitt und den reflektierenden Abschnitt (wie die Elektrode der Lichtquelle 1 (lichtemittierendes Element) oder das Chip-Anschlussfeld 3) um den lichtemittierenden Abschnitt in der Lichtquelle 1 eintritt, und dass der am lichtundurchlässigen Abschnitt (geneigte Oberfläche 13a oder 13b der trapezförmigen Erhebung 13) in einer Rille auf der optischen Skala 7 reflektierte Lichtstrahl 10 nicht in den reflektierenden Abschnitt wie die Elektrode oder das Chip-Anschlussfeld 3 in der Lichtquelle 1 eintritt, sondern darin absorbiert oder gestreut wird, tritt der Lichtstrahl 10 kaum in die andere Rille oder die ursprüngliche Rille ein. Als Ergebnis ist es möglich, einen Detektionsfehler zu unterdrücken, der durch den Wiedereintritt des Lichtstrahls 10, der am lichtundurchlässigen Abschnitt (geneigte Oberfläche 13a oder 13b der trapezförmigen Erhebung 13) reflektiert wird, in eine andere oder die ursprüngliche Rille verursacht wird.
Die obige Beschreibung betrifft den Fall, in dem die Konstruktion vorsieht, dass das in die eine geneigte Oberfläche 13a (oder die geneigte Oberfläche 13b) einfallende Licht 4 vollständig reflektiert wird, um in die andere geneigte Oberfläche 13b (oder die geneigte Oberfläche 13a) einzutreten und an der anderen geneigten Oberfläche 13b (oder der geneigten Oberfläche 13a) vollständig reflektiert wird. Da das einfallende Licht sicherlich vollständig am lichtundurchlässigen Abschnitt (die geneigten Oberflächen 13a und 13b) ohne an der Seite, wo sich das Lichtdetektionselement 11a befindet, auszutreten, reflektiert wird, erzeugt dies ebenfalls den Effekt, dass das Streulicht, das die Ursache von Fehlern ist, unterdrückt wird. Nicht nur in dem Fall, in dem das einfallende Licht vollständig an der anderen geneigten Oberfläche 13b (oder der geneigten Oberfläche 13a) reflektiert wird, sondern auch in dem Fall, in dem zumindest ein Teil des einfallenden Lichtes an der anderen geneigten Oberfläche 13b (oder der geneigten Oberfläche 13a) reflektiert wird, ist es auf ähnliche Weise bei der Konstruktion, bei der das reflektierte Licht 10, das an der anderen geneigten Oberfläche 13b (oder der geneigten Oberfläche 13a) reflektiert wird, nicht in den lichtemittierenden Abschnitt und den reflektierenden Abschnitt (Elektrode der Lichtquelle 1 (lichtemittierendes Element) und Chip-Anschlussfeld 3) um den lichtemittierenden Abschnitt in der Lichtquelle 1 eintritt, möglich, einen Detektionsfehler zu unterdrücken, der durch den am lichtundurchlässigen Abschnitt (geneigte Oberfläche 13a oder 13b der trapezförmigen Erhebung 13) reflektierten Lichtstrahl 10 verursacht wird.
In dem Fall, in dem der Lichtstrahl 4 in die optische Skala 7 nach außen geneigt unter einem Winkel ψ bezüglich der optischen Achse 6 eintritt, mit anderen Worten, in dem Fall, in dem der Winkel, der von der Senkrechten zur ebenen Oberfläche (der oberen Basis 13c) und der optischen Achse 6 einfallenden Lichts 4 des von der Lichtquelle 1 gebildet wird, ψ ist, ändert sich die Gleichung (3) zu Gl. (3a) oder (3b) und die Gl. (5) ändert sich zu Gl. (5a), (5b), (5c) oder (5d) wie bei der ersten, zweiten, dritten und vierten bevorzugten Ausführungsform.
Natürlich kann die optische Skala 7 entweder ein linearer Typ wie z. B. in 3 dargestellt oder ein rotierender Typ, wie er z. B. in den 4 und 5 dargestellt ist, sein.
Siebte bevorzugte Ausführungsform
Bei den obigen bevorzugten Ausführungsformen hat sich die Beschreibung auf den Fall bezogen, in dem die Neigungswinkel der beiden geneigten Oberflächen in der optischen Skala gleich sind, die den lichtundurchlässigen Abschnitt bestehend aus mindestens einem Paar geneigter Oberflächen aufweist, die einander auf eine solche Weise gegenüberliegen, dass ihr Abstand voneinander zu der Seite, an der das einfallende Licht eintritt, größer wird. Die Neigungswinkel der beiden geneigten Oberflächen können jedoch verschieden voneinander sein.
Im Folgenden wird der Fall erörtert, bei dem die Neigungswinkel der beiden geneigten Oberflächen 8a und 8b in der optischen Skala der ersten bevorzugten Ausführungsform voneinander verschieden sind, wobei dies gleichermaßen auf jeden optischen Codierer der zweiten bis sechsten bevorzugten Ausführungsform zutrifft.
In 2 beträgt z. B. der Neigungswinkel der einen geneigten Oberfläche 8a bezüglich des ebenen Abschnitts 9 (ebene Oberfläche) (45 – α)° und der der anderen geneigten Oberfläche 8b (45 – β)°, wobei α ≠ β 0 < α < 45 0 < β < 45und der Brechungsindex der optischen Skala 7 ist so gewählt, dass der kritische Winkel θc, der von der Differenz der Brechungsindizes zwischen dieser und einem Umgebungsabschnitt wie Luft abhängt, beträgt: θc < 45 – α θc < 45 – β.
Der von den geneigten Oberflächen 8a und 8b gebildete Winkel beträgt (90 + α + β)°, d. h. (90 + γ)°, wobei 0 < γ < 90.
Das reflektierte Licht 10 wird in der V-förmigen Erhebung 8 zweimal reflektiert, und nachdem der von der optischen Achse 6 des einfallenden Lichts 4 und dem reflektierten Licht 10 gebildete Winkel θ wird, wird das reflektierte Licht 10 von der Linse 5 erneut gebrochen und erreicht den Lichtquellenabschnitt (Substrat 2). Beim optischen Codierer der siebten bevorzugten Ausführungsform sind α und β jedoch so eingestellt, dass das reflektierte Licht 10 an einer Position außerhalb des Chip-Anschlussfeldes 3 in das Substrat 2 eintreten sollte (das reflektierte Licht 10 sollte nicht in den lichtemittierenden Abschnitt und den reflektierenden Abschnitt wie das Chip-Anschlussfeld 3 oder die Elektrode um den lichtemittierenden Abschnitt in der Lichtquelle 1 eintreten); mit anderen Worten x > w (1) sollte erfüllt werden, wobei x den Abstand zwischen der Einfallsposition des reflektierten Lichts 10 auf dem Substrat 2 und dem lichtemittierenden Punkt der Lichtquelle 1 angibt und w den Abstand zwischen einem Ende des Chip-Anschlussfeldes 3 und dem lichtemittierenden Punkt der Lichtquelle 1 angibt.
Die siebte bevorzugte Ausführungsform kann deshalb den gleichen Effekt erzielen, wie die erste bevorzugte Ausführungsform.
Obwohl bei der siebten bevorzugten Ausführungsform angenommen wird, dass das Substrat 2 eine Oberfläche hat, in der Licht absorbiert oder gestreut wird und in der normalerweise sehr wenig Licht reflektiert wird, stellt jedoch dann, wenn das Substrat 2 einen hohen Anteil normaler Reflexion hat wie das Chip-Anschlussfeld 3, das obige Bezugszeichen w stattdessen den Abstand zwischen einem Ende einer Zone mit einem hohen Anteil normaler Reflexion und dem lichtemittierenden Punkt der Lichtquelle 1 dar.
Auch in dem Fall, in dem der Winkel, der von der Senkrechten zur ebenen Oberfläche (ebener Abschnitt 9) und der optischen Achse 6 des einfallenden Lichts 4 von der Lichtquelle 1 ψ ist, ist es offensichtlich, dass der gleiche Effekt wie bei der ersten bevorzugten Ausführungsform erzielt werden kann, selbst wenn die Neigungswinkel der beiden geneigten Oberflächen 8a und 8b voneinander verschieden sind, obwohl auf eine detaillierte Erläuterung verzichtet wird.
Da das reflektierte Licht 10 nicht parallel zum einfallenden Licht 4 ist, kann ferner, wenn der von den geneigten Oberflächen 8a und 8b gebildete Winkel (90 + γ)° beträgt, mit anderen Worten ungleich 90° ist, in dem Fall, in dem mindestens eine der geneigten Oberflächen 8a und 8b (z. B. die geneigte Oberfläche 8a) unter einem Winkel von (45 – α)° oder (45 + α)° bezüglich der ebenen Oberfläche geneigt ist, und die andere geneigte Oberfläche (z. B. die geneigte Oberfläche 8b) unter einem Winkel von 45° bezüglich der ebenen Oberfläche geneigt ist, oder auch in dem Fall, in dem die eine geneigte Oberfläche (z. B. die geneigte Oberfläche 8a) unter einem Winkel von (45 – α)° bezüglich der ebenen Oberfläche und die andere geneigte Oberfläche (z. B. die geneigte Oberfläche 8b) unter einem Winkel von (45 + β)° bezüglich der ebenen Oberfläche geneigt ist, durch geeignetes Einstellen der Werte von α und β eine derartige Konstruktion erzielt werden, bei der das einfallende Licht, das in eine der geneigten Oberflächen (eine beliebige der geneigten Oberflächen 8a und 8b) eintritt, an dieser vollkommen reflektiert wird, um in die andere geneigte Oberfläche einzutreten, und zumindest ein Teil des Lichtes wird an der anderen geneigten Oberfläche reflektiert und das an der anderen geneigten Oberfläche reflektierte Licht 10 tritt nicht in den lichtemittierenden Abschnitt und den reflektierenden Abschnitt (Elektrode der Lichtquelle 1 (lichtemittierendes Element) oder das Chip-Anschlussfeld 3) um den lichtemittierenden Abschnitt in der Lichtquelle 1 ein.
Achte bevorzugte Ausführungsform
11 zeigt einen Hauptteil eines optischen Codierers gemäß der achten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und genauer eine Draufsicht, bei der der Lichtquellenabschnitt von der Seite der optischen Skala aus betrachtet wird.
Im Allgemeinen ist eine Elektrode 19 an einer Lichtquelle 1 wie eine LED oder eine oberflächenemittierende Laserdiode vorgesehen und wird über einen Metalldraht 21 mit einem Treiberstrom versorgt, und ein lichtemittierender Punkt 20 emittiert Licht. Die Lichtquelle 1 ist auf dem Chip-Anschlussfeld 3 auf dem Substrat 2 platziert.
Da im Allgemeinen ein Metall als Material der Elektrode 19 und des Chip-Anschlussfeldes 3 verwendet wird, das einen hohen Reflexionsgrad hat, wie bei der ersten bevorzugten Ausführungsform erläutert worden ist, wird das von der optischen Skala 7 reflektierte Licht 10 erneut an der Elektrode 19 oder dem Chip-Anschlussfeld 3 reflektiert, wodurch das Problem der Hintergrundtechnik verursacht wird.
Bei der achten bevorzugten Ausführungsform ist ein Antireflexionsfilm 22 (in 11 ist der Übersichtlichkeit halber ein Gitternetz dargestellt) wie ein schwarzer Resist-Film bzw. Schutz-Film, der zur Reflexminderung dient, auf der Elektrode 19 und dem Chip-Anschlussfeld 3 vorgesehen. Der Antireflexionsfilm 22 ist jedoch nicht in der Nähe eines Verbindungsabschnitts zwischen der Elektrode 19 und dem Metalldraht 21 vorgesehen, um die elektrische Leitfähigkeit aufrechtzuerhalten.
Der schwarze Resist-Film kann als der Antireflexionsfilm 22 mit einer gewünschten Größe an einer gewünschten Position ausgebildet werden, indem z. B. ein schwarzes Resist durch einen Schleuderbeschichtungsprozess oder dgl. auf einen Wafer vor dem Zerlegen in Scheiben bzw. Dicing aufgebracht wird, auf dem eine Mehrzahl LED's anders als der lichtemittierenden Punkt ausgeformt werden, indem eine Maske mit einem lichtabschirmenden Abschnitt gegen die Strahlen des Belichtungslichts mit der gleichen Größe an derselben Position wie der gewünschte Antireflexionsfilm angeordnet wird, der Wafer belichtet und entwickelt wird. Der Antireflexionsfilm 22 kann gleichermaßen auch auf dem Substrat 2 ausgebildet werden.
Ein solcher Antireflexionsfilm 22 kann z. B. ausgebildet werden, nachdem die mit der Elektrode 19 versehene Lichtquelle 1 auf dem Chip-Anschlussfeld 3 auf dem Substrat 2 angeschlossen und der Metalldraht 21 mit der Elektrode 19 verbunden worden sind. So braucht beispielsweise nur schwarze Tusche oder dgl., mit der der Antireflexionsfilm 22 gebildet werden soll, von Hand oder mittels eines Roboters aufgebracht zu werden. Wenn ferner in diesem Fall der Antireflexionsfilm 22 mit der elektrischen Isoliereigenschaft verwendet wird, kann auch der Abschnitt in der Nähe des Verbindungsabschnitts zwischen der Elektrode 19 und dem Metalldraht 21 mit dem Antireflexionsfilm 22 versehen werden.
Da wie oben erläutert bei der achten bevorzugten Ausführungsform zumindest ein Teil des reflektierenden Abschnitts (die Elektrode 19 der Lichtquelle 1 und das Chip-Anschlussfeld 3) um den lichtemittierenden Abschnitt der Lichtquelle 1 mit dem Antireflexionsfilm beschichtet ist, wird selbst dann, wenn das reflektierte Licht, das am lichtundurchlässigen Abschnitt in einer Rille auf der optischen Skala reflektiert wird, in den reflektierenden Abschnitt (die Elektrode 19 und das Chip-Anschlussfeld 3 der Lichtquelle 1) um den lichtemittierenden Abschnitt der Lichtquelle 1 eintritt, der größte Teil des reflektierten Lichts vom Antireflexionsfilm 22 absorbiert, und das reflektierte Licht tritt kaum in die andere Rille oder die ursprüngliche Spur ein. Als Ergebnis ist es möglich, einen Detektionsfehler zu unterdrücken, der durch den Wiedereintritt des Lichtstrahls, der am lichtundurchlässigen Abschnitt reflektiert wird, in eine andere oder die ursprüngliche Rille verursacht wird.
Der Antireflexionsfilm 22 auf dem Chip-Anschlussfeld 3 kann nicht nur das Chip-Anschlussfeld 3, sondern auch das gesamte Substrat 2 abdecken.
Natürlich kann die optische Skala 7 entweder ein linearer Typ wie z. B. in 3 dargestellt oder ein rotierender Typ, wie er z. B. in den 4 und 5 dargestellt ist, sein.
Die achte bevorzugte Ausführungsform kann allein oder zusammen mit einer Ausführungsform der ersten bis siebten Ausführungsform gleichzeitig verwirklicht werden.
Wenn die achte bevorzugte Ausführungsform allein verwirklicht wird, kann sie nicht nur in dem Fall angewendet werden, in dem der lichtundurchlässige Abschnitt aus den geneigten Oberflächen besteht, sondern auch in dem Fall, in dem der lichtundurchlässige Abschnitt aus einem lichtundurchlässigen Abschnitt wie eine Chromschicht, die auf einem transparenten Substrat wie Glas gebildet wird, und dies kann Fehler unterdrücken, die durch den Wiedereintritt eines Lichtstrals, der am lichtundurchlässigen Abschnitt wie z. B. eine Chromschicht in eine andere Rille oder die ursprüngliche Rille reflektiert wird, verursacht werden. Zur Herstellung der optischen Skala mit dem lichtundurchlässigen Abschnitt, der aus dem undurchsichtigen Abschnitt gebildet wird, kann ein Verfahren, bei dem ein Schlitz durch Ätzen einer Metallplatte oder dgl. gebildet wird, angewendet werden.
Neunte bevorzugte Ausführungsform
12 zeigt einen Hauptteil eines optischen Codierers gemäß der neunten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und genauer eine Draufsicht, bei der der Lichtquellenabschnitt von der Seite der optischen Skala aus betrachtet wird.
Im Allgemeinen hat die Elektrode 19 an der Lichtquelle 1 wie eine LED oder eine oberflächenemittierende Laserdiode eine Fläche, die hinreichend größer ist als eine Kontaktfläche zwischen der Elektrode und dem Metalldraht 21, und das Chip-Anschlussfeld 3 hat eine Fläche, die um ein Mehrfaches größer ist als eine Kontaktfläche zwischen ihm und der Lichtquelle 1.
Bei der neunten bevorzugten Ausführungsform werden die Flächen der Elektrode 19 und des Chip-Anschlussfeldes 3 so klein wie möglich ausgeführt, damit sie ungefähr gleich groß werden wie die erforderlichen Kontaktflächen mit dem Metalldraht 21 bzw. der Lichtquelle 1, wodurch die Fläche des reflektierenden Abschnitts verringert wird.
Dadurch wird die Wahrscheinlichkeit, dass der vom lichtundurchlässigen Abschnitt reflektierte Lichtstrahl in einer Rille auf der optischen Skala in den reflektierenden Abschnitt wie die Elektrode 19 oder das Chip-Anschlussfeld 3 der Lichtquelle 1 (um den lichtemittierenden Abschnitt der Lichtquelle 1) eintritt, geringer und das reflektierte Licht tritt kaum wieder an einer anderen oder der ursprünglichen Rille ein. Als Ergebnis ist es möglich, einen Detektionsfehler zu unterdrücken, der durch den Wiedereintritt des Lichtstrahls, der am lichtundurchlässigen Abschnitt reflektiert wird, in eine andere oder die ursprüngliche Rille verursacht wird.
Ferner wird vorzugsweise die Fläche des Chip-Anschlussfeldes 3 vom Umfang der Kontaktfläche der Lichtquelle 1 mit dem Chip-Anschlussfeld 3 aus gleichmäßig größer, so dass sie größer ist als die Kontaktfläche der Lichtquelle 1 mit dem Chip-Anschlussfeld 3. Die Größe liegt innerhalb von 100 μm vom Umfang der Kontaktfläche der Lichtquelle 1 mit dem Chip-Anschlussfeld 3, vorzugsweise innerhalb von 50 μm und mehr bevorzugt innerhalb von 10 μm.
Die Fläche des Chip-Anschlussfeldes 3 kann jedoch auch gleich der Kontaktfläche der Lichtquelle 1 mit dem Chip-Anschlussfeld 3 oder kleiner als diese sein.
Bezüglich der Elektrode 19 lässt sich zwar ein spezifischer Wert schwer definieren, aber sie kann nur an einer Seite des lichtemittierenden Punktes 20, nicht vollständig auf der Lichtquelle 1 vorgesehen werden, wie es in 12 dargestellt ist.
Sowohl die Flächen der Elektrode 19 als auch die des Chip-Anschlussfeldes 3 brauchen nicht so klein wie möglich gemacht zu werden, und es lässt sich ein brauchbarer Effekt erzielen, indem zumindest eine der beiden verringert wird, z. B. indem nur die Fläche des Chip-Anschlussfeldes 3 nahezu gleich groß wie die Kontaktfläche mit der Lichtquelle 1 gemacht wird.
Natürlich kann die optische Skala 7 entweder ein linearer Typ wie z. B. in 3 dargestellt oder ein rotierender Typ, wie er z. B. in den 4 und 5 dargestellt ist, sein.
Die neunte bevorzugte Ausführungsform kann allein oder zusammen mit einer Ausführungsform der ersten bis achten bevorzugten Ausführungsform gleichzeitig verwirklicht werden.
Wenn die neunte bevorzugte Ausführungsform nicht zusammen mit einer der ersten bis siebten bevorzugten Ausführungsform gleichzeitig verwirklicht wird, kann sie nicht nur in dem Fall angewendet werden, in dem der lichtundurchlässige Abschnitt aus den geneigten Oberflächen besteht, sondern auch in dem Fall, in dem der lichtundurchlässige Abschnitt aus einem lichtundurchlässigen Abschnitt wie eine Chromschicht, die auf einem transparenten Substrat wie Glas gebildet wird, und dies kann Fehler unterdrücken, die durch den Wiedereintritt eines Lichtstrahls, der am lichtundurchlässigen Abschnitt wie z. B. eine Chromschicht in eine andere Rille oder die ursprüngliche Rille reflektiert wird, verursacht werden.
Zehnte bevorzugte Ausführungsform
Die 13 und 14 zeigen jeweils die Konstruktion eines optischen Codierers gemäß der zehnten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und 13 ist ein Querschnitt, 14(a) ist eine Draufsicht bei Blickrichtung vom Lichtdetektionsabschnitt aus, und 14(b) ist eine vergrößerte Draufsicht, die einen Teil (eingekreist) der Konstruktion von 14(a) zeigt.
Die zehnte bevorzugte Ausführungsform ist so aufgebaut, dass ein Abschnitt der optischen Skala 7, der keine Rille hat, in einer Position symmetrisch zum lichtundurchlässigen Abschnitt (z. B. V-förmige Erhebung 8) innerhalb einer Bestrahlungszone des Lichtstrahls (einfallendes Licht) von der Lichtquelle 1 bezüglich der optischen Achse 6 der Lichtquelle 1 als Symmetrieachse platziert ist.
Ein von der Lichtquelle 1 emittierter Lichtstrahl 23 wird am lichtundurchlässigen Abschnitt in einer Rille 14 reflektiert, um das reflektierte Licht 24 zu werden und erneut am reflektierenden Abschnitt (z. B. eine Elektrode (nicht dargestellt) auf der Lichtquelle 1) um den lichtemittierenden Abschnitt in der Lichtquelle 1 reflektiert zu werden, um erneut in die optische Skala 7 einzutreten, wobei jedoch die Position, an der das reflektierte Licht 24 eintritt, keine Rille hat, weshalb der Wiedereintritt keinen Fehler verursacht. Außerdem wird in gleicher Weise in einer anderen Rille 15 ein von der Lichtquelle 1 emittierter Lichtstrahl 25 am lichtundurchlässigen Abschnitt in der Rille 15 reflektiert, um das reflektierte Licht 26 zu werden und erneut am reflektierenden Abschnitt (z. B. die Elektrode auf der Lichtquelle 1) um den lichtemittierenden Abschnitt in der Lichtquelle 1 reflektiert zu werden, um erneut in die optische Skala 7 einzutreten, wobei jedoch die Position, an der das reflektierte Licht 26 eintritt, keine Rille hat, weshalb der Wiedereintritt keinen Fehler verursacht.
Da die zehnte bevorzugte Ausführungsform so aufgebaut ist, dass ein Abschnitt der optischen Skala 7, der die Rille 14 oder 15 nicht hat, an einer Position symmetrisch zum lichtundurchlässigen Abschnitt in der Bestrahlungszone des Lichtstrahls von der Lichtquelle 1 bezüglich der optischen Achse 6 der Lichtquelle 1 als Symmetrieachse platziert ist, tritt also selbst dann, wenn der am lichtundurchlässigen Abschnitt in einer Rille (z. B. die Rille 14) auf der optischen Skala 7 reflektierte Lichtstrahl 24 erneut am reflektierenden Abschnitt (z. B. die Elektrode und das Chip-Anschlussfeld 3) um den lichtemittierenden Abschnitt in der Lichtquelle 1 reflektiert wird, um wieder in die optische Skala einzutreten, der Lichtstrahl kaum in die andere Rille (z. B. die Rille 15) oder die ursprüngliche Rille (z. B. die Rille 14) ein. Als Ergebnis ist es möglich, einen Detektionsfehler zu unterdrücken, der durch den Wiedereintritt der Lichtstrahlen 24 und 26, die am lichtundurchlässigen Abschnitt reflektiert werden, in eine andere oder die ursprüngliche Rille verursacht wird.
Obwohl 14 den Fall zeigt, in dem die optische Skala 7 ein rotierender Typ ist und sich die Spitze der V-förmigen Erhebung 8 entlang der Richtung des Radius der optischen Skala 7 erstreckt, ist die zehnte bevorzugte Ausführungsform nicht auf diesen Fall beschränkt, sondern kann auch den Fall umfassen, bei dem sich die Spitze der V-förmigen Erhebung 8 parallel zur Bewegungsrichtung der optischen Skala 7 erstreckt, wie dies z. B. in 5 dargestellt ist. Außerdem kann die optische Skala 7 natürlich auch ein linearer Typ sein, wie z. B. in 3 dargestellt.
Die zehnte bevorzugte Ausführungsform kann allein oder zusammen mit einer der ersten bis neunten Ausführungsform gleichzeitig verwirklicht werden.
Wenn die zehnte bevorzugte Ausführungsform nicht zusammen mit einer der ersten bis siebten Ausführungsform gleichzeitig verwirklicht wird, kann sie nicht nur in dem Fall angewendet werden, in dem der lichtundurchlässige Abschnitt aus den geneigten Oberflächen besteht, sondern auch in dem Fall, in dem der lichtundurchlässige Abschnitt aus einem lichtundurchlässigen Abschnitt wie eine Chromschicht, die auf einem transparenten Substrat wie Glas gebildet wird, und dies kann Fehler unterdrücken, die durch den Wiedereintritt eines Lichtstrahls, der am lichtundurchlässigen Abschnitt wie z. B. eine Chromschicht in eine andere Rille oder die ursprüngliche Rille reflektiert wird, verursacht werden.
ZUSAMMENFASSUNG
Bei einem optischer Codierer, der eine optische Skala (7, 105), auf der ein lichtdurchlässiger Abschnitt (9) und ein lichtundurchlässiger Abschnitt angeordnet sind und bei dem ein Ausgangsmuster, das durch Emittieren des einfallenden Lichts (3, 103, 114) erhalten wird, als optischer Code fungiert, einen Lichtquellenabschnitt und einen Lichtdetektionsabschnitt (11) aufweist, wobei der lichtundurchlässige Abschnitt aus mindestens einem Paar geneigter Oberflächen (8a, 8b, 12a, 12b, 13a, 13b) besteht, die einander auf eine solche Weise gegenüberliegen, dass ihr Abstand voneinander in Richtung der Seite, wo das einfallende Licht (4, 103, 114) eintritt, größer wird und so eingestellt sind, dass der Einfallswinkel der optischen Achse (6) des einfallenden Lichts (4, 103, 114) von der Lichtquelle (1, 101) nicht kleiner ist als der kritische Einfallswinkel, und der lichtundurchlässige Abschnitt so aufgebaut ist, dass das einfallende Licht (4, 103, 114), das in eine der geneigten Oberflächen (8a, 8b, 12a, 12b, 13a, 13b) eintritt, vollkommen an dieser reflektiert wird, um in die andere geneigte Oberfläche (8a, 8b, 12a, 12b, 13a, 13b) einzutreten, und wobei dann zumindest ein Teil des einfallenden Lichts (4, 103, 114) an der anderen geneigten Oberfläche (8a, 8b, 12a, 12b, 13a, 13b) reflektiert wird und das reflektierte Licht (10, 108), das an der anderen geneigten Oberfläche (8a, 8b, 12a, 12b, 13a, 13b) reflektiert wird, nicht in einen lichtemittierenden Abschnitt der Lichtquelle (1, 101) und einen reflektierenden Abschnitt um den lichtemittierenden Abschnitt eintritt.
Mit einer solchen Konstruktion ist es möglich, einen Fehler zu unterdrücken, der durch den Wiedereintritt des Lichtstrahls, der am lichtundurchlässigen Abschnitt der optischen Skala (7, 105) reflektiert wird, in eine andere oder die ursprüngliche Rille (14, 15, 106, 112), verursacht wird.

Claims

Optischer Codierer, aufweisend: eine optische Skala (7, 105), auf der ein lichtdurchlässiger Abschnitt aus einer ebenen Oberfläche und ein lichtundurchlässiger Abschnitt, der aus geneigten Oberflächen (8a, 8b, 12a, 12b, 13b, 13c) gebildet ist, angeordnet sind und bei dem ein Ausgangsmuster, das durch Emittieren des einfallenden Lichts (4, 103, 114) erhalten wird, als optischer Code fungiert; einen Lichtquellenabschnitt (1), der mindestens eine Lichtquelle (1, 101) zum Emittieren des einfallenden Lichts (4, 103, 114) enthält; und einen Lichtdetektionsabschnitt (11), der mindestens ein Lichtdetektionselement (112, 113, 117) zum Detektieren des Ausgangsmusters enthält, wobei der lichtundurchlässige Abschnitt aus mindestens einem Paar geneigter Oberflächen (8a, 8b, 12a, 12b, 13a, 13b) besteht, die einander auf eine solche Weise gegenüberliegen, dass ihr Abstand voneinander in Richtung der Seite, wo das einfallende Licht (4, 103, 114) eintritt, größer wird und so eingestellt sind, dass der Einfallswinkel der optischen Achse des einfallenden Lichts (4, 103, 114) von der Lichtquelle (1, 101) nicht kleiner ist als der kritische Einfallswinkel, und der lichtundurchlässige Abschnitt so aufgebaut ist, dass das einfallende Licht (4, 103, 114), das in eine der geneigten Oberflächen (8a, 8b, 12a, 12b, 13a, 13b) eintritt, vollkommen an dieser reflektiert wird, um in die andere geneigte Oberfläche (8a, 8b, 12a, 12b, 13a, 13c) einzutreten, und wobei dann zumindest ein Teil des einfallenden Lichts (4, 103, 114) an der anderen geneigten Oberfläche 8a, 8b, 12a, 12b, 13a, 13b) reflektiert wird und das reflektierte Licht (10, 108), das an der anderen geneigten Oberfläche (8a, 8b, 12a, 12b, 13a, 13b) reflektiert wird, nicht in einen lichtemittierenden Abschnitt der Lichtquelle (1, 101) und einen reflektierenden Abschnitt um den lichtemittierenden Abschnitt eintritt.
Optischer Codierer nach Anspruch 1, bei dem der Winkel, der von einem Paar geneigter Oberflächen (8a, 8b, 12a, 12b, 13a, 13b) gebildet wird, (90 + γ)° oder (90 – γ)° beträgt, wobei 0 < γ < 90.
Optischer Codierer nach Anspruch 2, bei dem mindestens eine Oberfläche des einen Paares geneigter Oberflächen (8a, 8b, 12a, 12b, 13a, 13b) bezüglich der ebenen Oberfläche unter (45 – α)° oder (45 + α)° geneigt ist, wobei 0 < α < 45.
Optischer Codierer nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem der lichtundurchlässige Abschnitt so aufgebaut ist, dass das einfallende Licht (4, 103, 114), das in eine der geneigten Oberflächen (8a, 8b, 12a, 12b, 13a, 13b) eintritt, vollständig reflektiert wird, um in die andere geneigte Oberfläche (8a, 8b, 12a, 12b, 13a, 13b) einzutreten und dann an der anderen geneigten Oberfläche (8a, 8b, 12a, 12b, 13a, 13b) vollständig reflektiert wird.
Optischer Codierer, aufweisend: eine optische Skala (7, 105), auf der ein lichtdurchlässiger Abschnitt und ein lichtundurchlässiger Abschnitt angeordnet sind und bei dem ein Ausgangsmuster, das durch Emittieren des einfallenden Lichts (4, 103, 114) erhalten wird, als optischer Code fungiert; einen Lichtquellenabschnitt, der mindestens eine Lichtquelle (1, 101) zum Emittieren des einfallenden Lichts (4, 103, 114) enthält; und einen Lichtdetektionsabschnitt (11), der mindestens ein Lichtdetektionselement (112, 113, 117) zum Detektieren des Ausgangsmusters enthält, wobei ein reflektierender Abschnitt um einen lichtemittierenden Abschnitt der Lichtquelle (1, 101) mit einem Antireflexionsfilm (22) bedeckt ist.
Optischer Codierer, aufweisend: eine optische Skala (7, 105), auf der ein lichtdurchlässiger Abschnitt und ein lichtundurchlässiger Abschnitt angeordnet sind und bei dem ein Ausgangsmuster, das durch Emittieren des einfallenden Lichts (4, 103, 114) erhalten wird, als optischer Code fungiert; einen Lichtquellenabschnitt, der mindestens eine Lichtquelle (1, 101) zum Emittieren des einfallenden Lichts (4, 103, 114) enthält; und einen Lichtdetektionsabschnitt (11), der mindestens ein Lichtdetektionselement (112, 113, 117) zum Detektieren des Ausgangsmusters enthält, wobei die Lichtquelle (1, 101) auf einem Chip-Anschlussfeld (3, 110) auf einem Substrat angeschlossen ist und eine Fläche des Chip-Anschlussfeldes (3, 110) nahezu gleich ist einer Kontaktfläche zwischen dem Chip-Anschlussfeld (3, 110) und der Lichtquelle (1, 101).
Optischer Codierer, aufweisend: eine optische Skala (7) mit mindestens einer Rille (14, 15, 106, 112), in der ein lichtdurchlässiger Abschnitt und ein lichtundurchlässiger Abschnitt angeordnet sind und bei dem ein Ausgangsmuster, das durch Emittieren des einfallenden Lichts (4, 103, 114) erhalten wird, als optischer Code fungiert; einen Lichtquellenabschnitt, der mindestens eine Lichtquelle (1, 101) zum Emittieren des einfallenden Lichts (4, 103, 114) enthält; und einen Lichtdetektionsabschnitt (11), der mindestens ein Lichtdetektionselement (112, 113, 117) zum Detektieren des Ausgangsmusters enthält, wobei ein Abschnitt der optischen Skala (7, 105), der keine Rille (14, 15, 106, 112) hat, an einer Position symmetrisch zum lichtundurchlässigen Abschnitt in der Bestrahlungszone des einfallenden Lichts (4, 103, 114) von der Lichtquelle (1, 101) bezüglich der optischen Achse (6) der Lichtquelle (1, 101) als Symmetrieachse platziert ist.