JP2002323347A

JP2002323347A - 反射スケールおよびそれを用いた変位検出装置

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Publication number: JP2002323347A
Application number: JP2002041739A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Igaki; 正彦井垣; Akio Atsuta; 暁生熱田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2001-02-20
Filing date: 2002-02-19
Publication date: 2002-11-08
Anticipated expiration: 2022-02-19
Also published as: JP4280447B2; EP1235054A3; US6975408B2; EP1235054B1; US20020122186A1; EP1235054A2

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、光学的に相対位置を検出する変位
測定装置で、光量使用効率を向上させ且つ機械的変動に
も強い検出系を実現する。【解決手段】具体的には光源手段と、該光源手段から
の発散性光束を反射させる反射手段と、該反射手段殻の
反射光束を受光する受光手段とを具備した光センサにお
いて、該反射手段は、該光源手段からの発散性光束を２
回以上の反射を繰り返して複数の波面に分割し、該分割
した各光束を任意の位置に重ね合わせる光学特性を備え
たものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は反射体及びそれを用
いた変位測定装置に関し、反射体は物体の有無や、物体
の変化を検出する為に用いられる光源と受光手段を有す
るフォトリフレクタ（フォトセンサ）や反射式のエンコ
ーダあるいは、光学式計測機器等の装置に用いられる反
射標識部材（反射ターゲット部材）、反射式光学目盛
り、反射式光学スケールとして用いるのに好適なもので
ある。また，その反射体を採用した光学スケールを用い
て、特に移動量や移動速度等の変位情報を検出するよう
にしたリニアエンコーダやロータリーエンコーダ等の変
位測定装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の各種の反射光を利用したフォトセ
ンサ及びそれを用いたエンコーダを図４５から図４８を
用いて説明する。

【０００３】図４５は、反射型のフォトセンサ（フォト
リフレクタ）の概略図である。図４６はレンズ付のフォ
トリフレクタである。図４７は、図４６のレンズ付フォ
トリフレクタの特性を示している。図４８は反射式のエ
ンコーダの概略図である。図４７中のＰＳはフォトセン
サを示している。

【０００４】図４６において１００は基板、１０１は光
源部（ＬＥＤ）、１０２は受光部（フォトダイオードあ
るいはフォトトランジスタ）、１０３、１０４はレン
ズ、１０５は移動情報を検出する為の検知物体、もしく
は変位計測対象体（反射物体）、１０５ａはアルミ反射
膜、１０５ｃは非反射部、１０５ｂは基板である。

【０００５】図４６に示される反射センサＰＳは、測定
・観測対象物（反射物体）１０５に光源１０１からの光
束を照射し、反射物体１０５からの光束を受光手段１０
２で検出することによって反射物体１０５の有無、また
は、反射率の差、反射と非反射（もしくは吸収）の差を
判定・測定する。必要に応じて測定・観測対象物１０５
に専用の反射ターゲットが装着され、該反射ターゲット
からの反射光を検出する。

【０００６】図４８は、移動物体１０５の移動情報をよ
り高精度・高分解能で検知することを可能とする構成で
ある。反射部１０５ａと非反射部１０５ｃより成る反射
スリットが細かいピッチで周期的に配列される反射式ス
ケール１０５ｄからの光を受光手段１０２で検知して反
射スリットの明暗の数を計数して移動物体１０５の変位
を計測する、いわゆる反射光学式のエンコーダなどが用
いられている。

【０００７】以上、測定や観測対象となる物体１０５に
対して、光源１０１からの光束を照射して、その物体１
０５に装着された反射性ターゲット、反射スケール等の
反射スケール１０５ｄからの反射光束を受光手段１０２
にて受光して、物体の有無や移動状態を検出する為の各
種センサや装置が数多く存在している。

【０００８】上記の反射式センサ、反射式の光学的な計
測装置等で光源からの光束を照射するための反射ターゲ
ット、反射スケールを有した反射体１０５は、反射体か
らの反射光の有無、該反射体上の反射率の差、または、
該反射体上の反射と非反射（もしくは吸収）の差、等を
利用している。

【０００９】一般的には、反射体の構成としては、測定
・観測対象となる所望の反射部位にアルミ反射膜や金属
反射部材を使用、または反射部位の表面を鏡面とし、一
方、非反射部位の表面を荒らして拡散面とするなどして
いる。

【００１０】尚、図４７（Ｂ）はフォトセンサＰＳと反
射体１０５との間の距離と受光素子からの出力電流との
関係を示し、図４７（Ｃ）は反射体１０５のエッジの移
動距離と受光素子からの出力電流との関係を示してい
る。

【００１１】物体上の測定や観測対象物となる所望の反
射部位にアルミ反射膜を施し、反射率を高めた反射体
は、反射部位と非反射部位の反射光強度差が十分に取れ
るため移動情報の検出には有効な手段である。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来例に
示したように反射体として基板にアルミの蒸着膜を設け
ることは製造が難しく、又、信頼性の面では、高温高湿
度の環境下になるとアルミ膜の剥離が生じやすくなり、
信頼性が低くなるという欠点を有している。

【００１３】また、アルミ反射膜は反射体としては高い
反射率が期待でき、非反射部との十分な反射率差が得ら
れるが、図４６における従来の反射型のフォトセンサと
の組み合わせでは、光源１０１から発生する発散光束を
反射させて、光源側に戻すとき十分な光束を受光素子１
０２へ導くことができず、絶対的な光量が不足する傾向
がある。これに対して光源１０１の発光強度を上げる
（強化する）ことでこの問題を回避しようとすると光源
の消費電力が増大してくるという問題が生じてくる。

【００１４】図４６のフォトセンサＰＳではこうした問
題を解決するために、反射体１０５への単位面積あたり
の光照射強度を高めるために光源１０１側にレンズ１０
３を設け、一方、反射体１０５からの広い面積の反射光
束を小さな受光面に導くために受光部１０２側にもレン
ズ１０４を設けられている。

【００１５】しかしながら、こうした発光部１０１と受
光部１０２に各々レンズを設けた反射型のセンサでは、
発光素子１０１、レンズ１０３，１０４、反射体１０５
・受光素子１０２の位置により幾何光学的に決定される
理想的な位置関係を保ってフォトセンサＰＳを組み立て
る必要性があり、また、反射体１０５とフォトセンサＰ
Ｓの組み合わせにおいても、発光、受光間での高い光伝
達効率を得るためには、反射体１０５の反射姿勢（反射
角度、センサとの距離など）を所定の位置関係に高精度
に保つ必要がある。また、レンズを設けているためにフ
ォトセンサＰＳ自体の厚みが増し、装置の小型化・薄型
化の妨げとなっている。

【００１６】本発明は、測定、観測対象となる反射体に
設ける反射素子を適切に構成することにより、フォトセ
ンサにレンズを用いなくても高い光伝達効率が得られ、
又、反射体とフォトセンサ間の相対的な位置ずれに対し
ても感度の鈍い系となり、反射体の有無や移動状態を高
精度に検出することができる反射体及びそれを用いたエ
ンコーダ等の光学装置の提供を目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明の反射スケール
は、照明手段と、該照明手段からの発散性光束を反射さ
せる反射スケールと、該反射スケールからの反射光束を
受光する受光手段とを具備した変位検出装置に採用され
る反射スケールであって、該照明手段からの発散性光束
を少なくとも２回の反射によって前記照明手段と異なる
方向に導光する光学機能を有していることを特徴とす
る。

【００１８】本発明の変位検出装置は、発光光源から発
する光束を相対移動する被測定物に照射する照明手段
と、前記被測定物に構成され且つ前記照明手段によって
照射される光束を少なくとも２回の反射によって前記照
明手段と異なる方向に導光する反射スケールと、前記反
射スケールによって反射された光束光量を検出する受光
手段とを備えたことを特徴とする。

【００１９】本発明の反射スケールまたは変位検出装置
において、第１の前記反射スケールは、前記照明手段か
ら照射される発散光束を、複数光束に波面分割した後、
前記所定の位置で前記波面分割された複数の光束を重ね
合わせる光学機能を有することを特徴とする。

【００２０】本発明の反射スケールまたは変位検出装置
において、第２の前記反射スケールは、前記照明手段か
ら照射される発散光束を、複数光束に波面分割し、前記
受光手段の検出面上に前記波面分割された複数の光束を
重ね合わせる光学機能を有することを特徴とする。

【００２１】本発明の反射スケールまたは変位検出装置
において、第３の前記反射スケールは、２つの反射面を
所定の角度で対抗配置して構成したルーフ型の反射素子
であることを特徴とする。

【００２２】

【発明の実施の形態】図１は本発明の１次元収束性のあ
る反射体（反射素子）の実施形態１の要部斜視図であ
る。

【００２３】本実施形態の反射体は例えば測定、観測対
象となる物体に対して、光源からの光束を照射するフォ
トリフレクタ用の反射標識ターゲットやエンコーダ用の
スケールとして用いることができる。図中、３は本発明
の１次元収束性の反射手段ＯＥが含まれる反射体（反射
スケール）である。本実施形態において反射手段ＯＥは
斜視図のほぼ中央に位置する複数のＶ字型溝群（ＯＥ）
を指す。３ａ，３ｂはＶ字型溝を構成する２つの傾斜面
である。この反射素子ＯＥが形成された反射体３の基板
は、透光性部材ＴＴ１からなり、ポリメチルメタクリレ
ート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ＰＣＰ
Ｄ系の透明耐熱樹脂（熱変形温度１７０℃の耐熱性）等
の透光性樹脂の基板より成る。

【００２４】本発明の反射体は２つの反射面３ａ，３ｂ
を所定の角度（８５°、９５°）で対向配置したルーフ
ミラーを複数個、一次元方向に配列した反射手段（マイ
クロルーフミラーアレイ）を透明基板（透光性樹脂）の
面に設けて構成している。

【００２５】このときルーフミラー面としては、透光性
樹脂の内部全反射による光学作用を用いてもよく、金属
鏡面反射面を用いてもよい。

【００２６】本発明の反射体としては、エンコーダの原
点信号用の標識部や、モーター制御用エンコーダのコミ
ュテーション信号発生用の標識部として用いることがで
きる。

【００２７】また、本反射体をフレネルゾーンプレート
の反射面として用い、それをエンコーダスケールとして
用いることができる。

【００２８】まず本発明の反射体の光学作用を従来の反
射体と対比して説明する。

【００２９】図４８は従来の反射体１０５の説明図であ
る。

【００３０】図４８は光源１０１からの発散光束が反射
体１０５ｄに入射し、平面より成る反射面１０５ａで反
射して、光束の広がり角度が維持されたまま受光部１０
２側へ導かれる様子を示している。

【００３１】図３８（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は反射体３
に１つのルーフミラーを用いた場合の光路図である。

【００３２】図３８は２つの反射面３ａ，３ｂを所定の
角度で対向配置したルーフミラーの１個で光束を反射さ
せるように配置した場合を示している。

【００３３】図３８（Ａ）では光源１から全方向に放射
された光束が先の図４７で示したのとほぼ同等の広がり
角度を持って受光部２側へ導かれる。

【００３４】２つの反射面３ａ，３ｂで分割された光源
１からの発散光束は重なり合うことなく受光部２側へ進
行する。

【００３５】図３８（Ｂ），（Ｃ）は光源１からの放射
された発散光束が２つの光束に分割されることを示して
いる。

【００３６】図３８（Ｂ），（Ｃ）では光源１から片方
に放射された光束がルーフミラーを構成する２つの斜面
３ａ，３ｂで発散光束は分割分離されている。

【００３７】例えば図３８（Ｂ）では光源１から右側に
放射された光束が受光部２側で左方に導光されている。

【００３８】ルーフミラーにより分割、分離後の光束は
重なることなく受光部２側へ進んでいる。

【００３９】図３９は本発明による反射体３の光学作用
の説明図である。

【００４０】２つの反射面３ａ，３ｂを所定の角度で対
向配置したルーフミラーを複数個、一次元方向に配列し
た反射手段ＯＥを透明基板３ｅの一面に設けている。

【００４１】光源１からの発散光束は反射体３の反射手
段ＯＥで反射した後、任意の位置（受光部２又はその近
傍）で互いに重なっている。

【００４２】光源１からの発散光束は受光部３の面内に
略収まり、光源１から広がり角度を持って発光した光束
は受光面２に略収まり、受光部２面上の光束の光線密度
を上げている。

【００４３】図４０（Ａ）から（Ｄ）は光源１から種々
の方向に発散した光束が反射体３に入射し、複数のルー
フミラーによって複数の光束に分割されルーフミラーで
反射した後に、各ルーフミラーで反射した光束が任意の
位置（受光部２又はその近傍）で互いに重なり合う状態
を示している。

【００４４】いずれの場合も反射体３からの反射光は受
光部２又はその近傍で光束が互いに重なり合っている。

【００４５】各ルーフミラーの傾斜面ごとの光束が分割
分離するが図４０（Ａ）と（Ｄ）の反射光束は受光面２
上で重なり合い、又、図４０（Ｂ）と（Ｃ）の反射光束
は受光面２上の同じ領域で重なり合っている。

【００４６】図４１（Ａ），（Ｂ）は反射体３の基板と
なる透光性部材材質の屈折率の違いによる光線作用の違
いを説明する為の図である。

【００４７】図４１（Ａ）は透光性部材３ｅの材質の屈
折率が１．６９の場合、図４１（Ｂ）は屈折率が１．５
３の場合である。

【００４８】材質の屈折率が高いと臨界角が小さくなり
全反射するための光線入射角度が緩和される。本実施例
の反射体では高屈折率の透光性部材を用いており（屈折
率１．６５以上）これにより光の利用効率を高めてい
る。

【００４９】図４２、図４３は反射手段を構成するルー
フミラーの数による反射光束の集光状態を示した図であ
る。

【００５０】図４２（Ａ）〜（Ｃ）においてルーフミラ
ーの数が増すごとに傾斜面１面当りの反射面が光源１を
見込む角度（θｒ）は小さくなり分割された光束の１光
束の光量は減少するが、同時に受光面２へ導かれるため
反射光束の受光面上の照射領域も小さくなる。

【００５１】ルーフミラーの数が増えることで光量の減
少分は打ち消され、トータル光量は変わらず、受光面２
への照射面積が小さくなる効果のみが有効となる。

【００５２】図４３（Ａ）〜（Ｃ）は同一の発散角度を
持って光源１から受光した光束が反射体３に入射して、
しかも光源との距離を同一にした時を示している。図４
３（Ａ）〜Ｃ）において受光面２上へ導かれる光束の光
線密度はルーフミラーのピッチが小さくなるほど高くな
っている。

【００５３】本発明の反射体は以上の原理のもとに発明
が成立っている。

【００５４】次に図１を用いて、本発明の実施形態１の
１次元収束性の反射素子（反射体）の光学作用を説明す
る。

【００５５】フォトセンサを構成する光源からの光束
（不図示）は、図１の反射体３の下方（Ｖ字型溝を設け
た面と対向する面）より反射体３に照射され、透光性部
材ＴＴ１の内部を光束が進行する。そのうち、Ｖ字型溝
部へ到達した光束は、内部全反射の作用により２回の全
反射を繰り返して、再びフォトセンサの光源側の空間へ
戻され、フォトセンサを構成するセンサ受光部へ導かれ
る。なお、図中、Ｓａは反射体３の変位方向を示してい
る。ただし、本発明は、この方向（Ｘ軸方向）にのみ限
定するものではなく、Ｓａと直交する（Ｙ軸方向）、そ
の他、ＸＹ面内に含まれる他の方向で反射体３の移動を
捕らえることが可能である（実施形態２）。

【００５６】図２は、本発明である反射体の第２の実施
形態を説明する要部斜視図である。

【００５７】第２の実施形態は、反射式リニアエンコー
ダ用スケールとしての反射体３の一部に１次元収束性の
反射手段を適用した場合である。この実施形態において
も先の第１の実施形態と同様に、反射体３の反射部分
は、複数の連続したＶ字型溝よりなり、光学的な反射作
用は、前述と同様の透光性部材内部全反射の作用と同じ
である。

【００５８】この複数のＶ字型溝が連続して配列され
た、「Ｖ字型溝群」ＯＥを一体的な光学エレメントとし
ての反射手段としている。

【００５９】本実施形態において、第１の実施形態と異
なる点は、反射体基板面ＴＴ２に沿ってＶ字型溝群ＯＥ
を１個ではなく、複数個、移動方向Ｓａに周期的に並べ
た構成になっている点である。

【００６０】図中Ｌａは不図示の反射式エンコーダにお
ける光源の発光面に立てた法線で、この法線Ｌａは光源
から反射体３に照射される光束の主光線と一致し、その
主光線と反射スケール（反射体３）はほぼ垂直に交わっ
ている。

【００６１】図３は第２の実施形態の反射式リニアエン
コーダ用スケールとしての反射体３を上面（Ｚ軸方向）
から見た図である。

【００６２】本発明の１次元収束性の反射素子ＯＥは、
変位測定方向Ｓａに沿って図中、Ｐ１で示される間隔
（ピッチ）で配列されている。このピッチＰ１は、反射
式リニアエンコーダ用スケールのスケールピッチに相当
し、センサによる直線変位測定の際の測定分解能を決定
する。

【００６３】次に図３のＡＡ断面図、ＢＢ断面図にてこ
の反射体３の特徴を説明する。

【００６４】図４、図５は、それぞれ図３のＡＡ断面お
よびＢＢ断面を表している。

【００６５】３ａ，３ｂは、Ｖ字型溝ＯＥを構成する２
つの傾斜面である。

【００６６】Ｒａは、２つの傾斜面３ａ（３ａ１，３ａ
２・・・），３ｂ（３ｂ１，３ｂ２・・・）のなす角度
（Ｖ字型溝の開き角）で、ＰｍはＶ字型溝の配列ピッチ
ｄは、Ｖ字型の溝深さである。図３のＰ１は１次元収束
性反射素子ＯＥの配列周期（＝エンコーダスケールピッ
チ）上記の形状パラメータに対して、本実施形態での具
体的な設計値例としては、Ｐ１≒１６９μｍＰｍ≒１００〜２００μｍＲａ≒９５° Ｗｒｍａ≒８５μｍｄ２≒Ｐｍ／２＋１０μｍｄ ≒Ｐｍ／２（５０〜１００μｍ）また、図４中、ｎは光源からの主光線Ｌａと平行な直線
をあらわし、本実施形態ではＶ字型溝のなす角を２等分
する。

【００６７】図５において、面３ｃは平面平坦部で、Ｖ
字型溝群の間に存在しており、この部分への裏面ＴＴ２
ｂから照射された光束は、全反射せず透過して、エンコ
ーダ側の受光素子部へ反射導光されることはない。面３
ｃは実質的に入射光束を反射しなければ機能する。

【００６８】図５において、面３ｃと面３ｃとの間の凹
部の斜面３ｄと，面３ｃの法線３ｅとのなす角度Ｒｂは
射出成形技術で反射スケール３を製造する際に必要な金
型の抜き勾配としての角度を設けており、具体的にはＲ
ｂ≒３°〜５°程度である。

【００６９】以上、第１，２の実施形態では複数の連続
したＶ字型溝群による透光性部材の内部全反射の作用を
利用している。このため反射体３は、その基板の表面に
アルミ反射膜などを施さずに、実質的な光束の反射機能
を果たしている。

【００７０】本実施形態の反射体３は内部全反射の作用
を利用した透光性部材に限定されることはなく、たとえ
ば、アルミ等の軟質金属板を用いてＰｘ技術などの安価
な加工方法でＶ字型溝の形状加工して１次元収束性反射
素子を構成してもよい。

【００７１】以下、図６〜図１０において、従来の反射
面として平面よりなり，その面にアルミ反射膜を施した
反射体と本発明の１次元収束性の反射手段を用いた反射
体とを比較することでその特長を説明する。

【００７２】まず、図６は、従来の反射面として平面よ
りなり，その面にアルミ反射膜を用いた反射体３の説明
図であり、フォトセンサＰＳの光源１からの光束が反射
体３の反射面３ａ１を介して受光素子２に導かれるまで
の光路を示している。これは図４７で説明したのと同様
である。

【００７３】図６において、光源１、受光サイズがＰＤ
Ｗｙ×ＰＤＷｘのサイズの受光素子２、およびアルミ反
射膜３ａｌをその表面に施した反射体３より構成され
る。

【００７４】図中、点線は光源、反射体、受光素子の間
の光線を示している。

【００７５】幾何学的な関係からアルミ反射膜３ａ１に
おける有効光束が照射された部分の幅Ｌｗ１はＬｗ１＝
１／２ＰＤＷｙである。いま、受光素子２のサイズを４
００μｍとすると、アルミ反射面上では２００μｍ程度
で、光源１から受光素子２へ到達する光線はごくわずか
である。

【００７６】この反射体３でのフォトセンサＰＳと反射
体３との間のギャップ（距離）と受光部２が受け取る光
量の関係は次式となる。光量＝１／(距離)^２図７は本発明のＶ字型溝反射面（一次元収束性反射手
段）を有する反射体３を用いた場合の光線を示す概略図
である。先の実施形態１、２では透光性部材の内部全反
射を用いたが、ここでは説明を簡略化させるために、同
様の光学特性を示すＶ字型溝を形成した金属反射体を用
いて説明する。図７ではＶ字型溝面は先のアルミ反射膜
と同等の反射率と考え、Ｖ字型の溝の開き角（Ｒａ）を
９５°程度にして同様の光線パスを取るようにしてい
る。

【００７７】図７（Ｂ）の側面からの光線パスは先の図
６（Ｂ）と同様で差がない。

【００７８】しかし、先の図６（Ａ）の光束照射幅がＬ
ｗ１であるのに対して、図７（Ａ）では光束の発散角を
広げて光束照射幅Ｌｗ２としても、Ｖ字型溝面で２回反
射された光は図７のように多くの光線をフォトセンサＰ
Ｓの受光素子２に導いている。

【００７９】光源１の位置と受光素子２の位置が離れて
いるので開き角Ｒａを調整することで目標となる受光位
置に光線を導くことが可能である。ここでは、角度Ｒａ
を９５度前後としているために実際の光線は受光素子２
側だけでなく、受光素子２とは光源１について対称な位
置にも光線は導かれる。（図７（Ｂ）での点線の光線７
１）図８は、本発明の反射体の前述したのと別の効果を説明
する為の図である。いわゆる反射型エンコーダにおける
フォトセンサＰＳと、スケール（反射体）３間のＧＡＰ
（間隔）特性に関する性能であって、図８（Ａ）は、セ
ンサＰＳと反射スケール３を基準位置から遠ざけた場合
の状態を表している。図８（Ｂ）は標準的基準距離の場
合を示している。

【００８０】従来の反射体では、受光素子２で検出され
る光量は実質的に１／(距離)^２の比例関係がある。従っ
て図８（Ａ）と図８（Ｂ）とでは２倍のギャップの差が
あると，図８（Ａ）では受光素子２で検出される光量は
図８（Ｂ）に比べて実質的に光量は２５％程度に落ち込
む。

【００８１】しかし、本発明を用いた反射スケールでは
先の図７および、この図８（Ａ）、図８（Ｂ）から理解
されるように、受光部で検出される光線はギャップ（距
離）変動に依存していない。よって、図７（Ｂ）におい
て受光素子２で検出される光線は１／距離の関係といえ
る。このように本発明ではギャップの変動に対して受光
素子２で検出される光量は鈍感であるの点においても優
れている。

【００８２】図９は、さらに本発明の別の効果を説明す
る為の図である。

【００８３】いわゆる反射型エンコーダのおけるフォト
センサＰＳと反射体３の相対的なあおり（たおれ）特性
に関する性能であって、図９に示されるように本発明の
反射スケール３の倒れ（θ）が変化しても反射体３から
受光部２へ導かれる光線は安定している。

【００８４】以上、本発明のＶ字型溝、又はＶ字型溝群
を有する反射体３を用いた場合にはフォトセンサＰＳの
受光部２へ導かれる絶対的な光量が従来の反射体を用い
た場合に比べて大きくなるという長所が得られる。

【００８５】反射スケールとフォトセンサの距離（ギャ
ップ）が変動しても、受光部で検出される光量の変化が
少なく、検出される光量は（１／距離）の関係式とな
る。

【００８６】フォトセンサと反射体との相対的な倒れ
（θ）に対して鈍感となリ，検出される光量が大きく減
少することがない。

【００８７】次に本発明の他の実施形態を図１０〜図２
０を用いて説明する。

【００８８】ここでも実施形態の説明を簡略化させるた
めに、Ｖ字型溝を形成した金属反射体を例に用いて説明
する。

【００８９】（第３の実施形態）図１０は第３の実施形
態であり、その反射体は第２の実施形態と同様の構成で
あるが、唯一、Ｖ字型溝の２つの傾斜面３ａ，３ｂとの
なす角Ｒａが９０度である点が異なる。

【００９０】この場合、光源１の発光点位置Ｌと受光部
２の受光（集光）点位置Ｐとの距離は、Ｖ字型溝の配列
ピッチＰｍとほぼ等しい値となる。この角度Ｒａ＝９０
度での光学特性は１次元の再帰反射効果と同等となる。

【００９１】この図１０（Ｂ）から理解されるように、
この角度Ｒａ＝９０度の設定では発光点位置Ｌと受光
（集光）点位置Ｐとが近すぎてしまい、Ｖ字型溝のピッ
チＰｍを大きく設定しないと現実には光源１と受光部２
が機械的に干渉してしまう。

【００９２】また、Ｖ字型溝のピッチＰｍをあまり大き
くすると反射体の厚みを増大させてしまうことになりよ
い解決策とはいえない。

【００９３】Ｒａ＝９０度の設定でしかもピッチＰｍを
問題ない寸法に設定した場合に、実現可能はフォトセン
サ側の構成例として、図１２の構成が適用できる。

【００９４】図１２において、反射スケール３は透光性
部材からなり角度Ｒａ＝９０度の設定である。

【００９５】この場合には、受光素子２のシリコンフォ
トダイオードのチップ上にＬＥＤ１のチップを載せて実
装し、上述の問題を回避することが可能である。実装密
度が高い点では好ましい構成ともいえるがＬＥＤ１の発
熱を考慮する必要がある。

【００９６】実装面から考えると角度オフセットを与え
（９０度よりも大きな角度に設定し）図１３のように同
一の実装面にシリコンフォトダイオード２と、ＬＥＤチ
ップ１を並べて実装するのが好ましい。

【００９７】そこで有効な手段としては、この角度Ｒａ
を９０度より大きい角度に設定することがよい。

【００９８】これまでのＶ字型溝の説明の図（図６、図
７、図８、図９）の中でもすでにＲａ＝９５度前後の設
定で説明している。図．１１（Ａ）は角度Ｒａ＝９０度
の場合、図１１（Ｂ）は角度Ｒａ＝９５度の場合の光線
図である。

【００９９】以上のようにＶ字型溝のなす角Ｒａは設計
上の可変パラメータとして重要である。

【０１００】ここでの説明では金属反射部材にＶ字型溝
を施した場合を例に説明した。

【０１０１】ただし、透光性部材を用いた場合には、さ
らに光学的な全反射の条件が加わり、光源からの光線を
受光素子２へ効率よく導く為にはＶ字型溝の配列や配列
ピッチのほか、さらに改善可能な構成要素が適用でき
る。

【０１０２】図１４〜図１６は，本発明における他の実
施形態の説明図である。これらの実施形態では、光源１
（Ｌ）からの光線で反射体３を介した光束をより効率よ
く受光素子２（Ｐ）に導く為のいくつかの例を示してい
る。

【０１０３】（第４の実施形態）図１４（Ａ）は第４の
実施形態で、比較の為の基本形としての構成（Ｒａ＝９
５°設定）を設定した図である。光源１と受光素子２の
位置を離すことができ、この方法で適宜、投・受光位置
を配置できる。

【０１０４】（第５の実施形態）図１４（Ｂ）は、シリ
ンドリカル（円筒面または楕円円筒面の一部の）面ＣＬ
に沿ってＶ字型の溝を配列している。透光性部材を用い
た場合には有効で、全反射の条件に対して制約を受けや
すい図１４（Ａ）の構成に対して、Ｖ字型溝の面への光
線の入射角度許容範囲が広く取れ、光量が安定する。

【０１０５】（第６の実施形態）図１４（Ｃ）は第５の
実施形態であり、図１４（Ｂ）でのそれぞれのＶ字型溝
の方向（一点鎖線の角度方向）を維持しつつ、Ｖ字型溝
を直線状に配置した例である。図１４（Ｂ）では湾曲し
た分反射体の厚さが厚くなるがこの例ではその点を改善
している。

【０１０６】（第７の実施形態）本発明の概念は、Ｖ字
型溝のみならず、以下の第７の実施形態である図１５
（Ａ）、もしくはその変形例としての第８の実施形態図
１５（Ｂ）も適用できる。

【０１０７】図１５（Ａ）は第６の実施形態で、シリン
ドリカル面ＣＬにアルミ蒸着等の反射膜を形成してなる
１次元収束性反射素子の例である。これまでのＶ字型溝
のタイプと同様に従来の技術課題を解決可能である。

【０１０８】（第８の実施形態）図１５（Ｂ）は第８の
実施形態で、この例では厚みが増す問題点を回避する為
にシリンドリカル面ＣＬを分割して異なる曲率の局面を
組み合わせて成り立っている。分割したシリンドリカル
面ＣＬには反射膜を施している。

【０１０９】図１５（Ａ），（Ｂ）をある厚みの中にこ
の１次元収束性反射素子の閉じ込めることを条件として
比較する。これらの実施形態では同じ厚みｔにおいて、
光源からの光束を広い受光部へ導くことが可能な範囲は
シリンドリカル曲面を分割した図１５（Ｂ）では≒１０
°に反射光束が広がる。こうした変形で光量の利用効率
はさらに向上する。

【０１１０】（第９の実施形態）図１６（Ａ）は第９の
実施形態で、反射体として反射型のフレネルゾーンプレ
ートを用いた場合である。ここでは、反射部３０５
（Ａ）位にＶ字型溝の内部全反射の作用をもちいて反射
面を形成している。

【０１１１】（第１０の実施形態）図１６（Ｂ）は第１
０の実施形態で、先の図１４（Ｂ）の構成をさらに改良
して分割したシリンドリカル面ＣＬにはアルミ反射膜を
施さずにＶ字型溝の内部全反射の作用を用いて同様に反
射面を形成している。

【０１１２】図１７は、先に説明した図１４（ｃ）の１
次元収束性反射素子を有する反射体３をリニアエンコー
ダ用の反射スケールとして適用した構成である。図にお
いて１はフォトセンサＰＳの光源、２ａはフォトセンサ
ＰＳで構成された受光手段である。

【０１１３】（第１１の実施形態）図１８、図１９は第
１１の実施形態で、透光性部材ＴＴ１にＶ字型溝群ＯＥ
を周期的に設けた反射型リニアエンコーダの反射スケー
ル３の図で第２の実施形態の構成において、透明基板の
裏面にシリンドリカル面ＣＬを一体的に又は独立して設
けて光の利用効率を高めている。

【０１１４】そのＹＺ断面、ＸＺ断面を図１９（Ａ），
（Ｂ）に示す。光源からの発散光束はシリンドリカル面
ＣＬでほぼ平行光束へ変換され、Ｖ字型溝面での２回の
内部全反射を繰り返し再びシリンドリカル面ＣＬを通過
する際に収束光束に変換され受光部（不図示）へ導かれ
る。

【０１１５】図２０は、これまで説明してきた本発明の
１次元収束性反射素子を有した反射体を、例えばエンコ
ーダ等に用いた場合のフォトセンサと反射体間の距離と
フォトセンサの受光部が光を検出したときに発生する光
電流の値との関係を従来の反射板（平板へアルミ蒸着し
た反射体）を用いた場合と比較して示した説明図であ
る。本発明の１次元収束性反射素子を用いた場合には、
受光可能な絶対光量が増し、その結果多くの光電流が得
られる。この結果光電流ピークが増大する。

【０１１６】一方、距離特性においても従来の１／(距
離)^２に対して、本発明では１／距離の特性となるため
優れた特性が得られる。

【０１１７】なお、本発明はリニア型エンコーダを例に
説明してきたが反射型のロータリーエンコーダ用のスケ
ールとしても同様に適用可能である。

【０１１８】（第１２の実施形態）図２１は第１２の実
施形態で、２次元光束収束性のある反射体（反射素子）
の実施形態の要部斜視図である。

【０１１９】本実施形態は、前述のＶ字型溝面による第
一の反射作用に加え、そのＶ字型溝を円筒側面上に配置
したことによる第二の反射作用を備えた点に特徴があ
る。

【０１２０】以下、図４４を用いて説明する。

【０１２１】図４４（Ａ）のＳＥＣは前述の第一の基本
的な反射作用を説明するために用いた主要断面の形状を
示している。この平面ＳＥＣを回転軸Ｒｏの周りに回転
させると図４４（Ｂ）に示されるように円筒体側面に複
数のＶ溝形状が得られる。この円筒体側面表面に形成さ
れたＶ溝の一部を反射標識体とすることが本発明の「第
二の反射作用」の特徴で、このような複数の曲面により
反射要素ＯＥを構成するルーフミラー、もしくはルーフ
プリズムが形成される。（ここでの説明の図の場合では
２つの円錐面の一部を組み合わせて反射要素ＯＥが形成
されている。）図４４（Ｃ）、（Ｄ）は上記の反射要素
ＯＥを複数個、Ｙ軸方向へ配列した反射標識部の例で図
２１と同様のものである。

【０１２２】図４４（Ｃ）、（Ｄ）でのＲｏは先に説明
したＶ溝形状の回転対称軸である。また、ＣＣはその回
転対称軸上の任意の点である。点ＦＰはこのポイントに
光源を配置し、この反射体に発散光束を照射した場合の
集光位置をあらわしている。

【０１２３】図中３は透光性の部材であるため、ＦＰと
ＣＣ位置に一致しない。

【０１２４】しかし、３の反射体が図１の（Ｂ）のよう
に直接光源からの光束を受けるような反射体ではＦＰ＝
ＣＣとなる。

【０１２５】第一の反射作用は、複数の反射面３ａ，３
ｂで形成された反射要素ＯＥをＹ軸方向に複数、配列し
た反射体、言い換えれば、マイクロルーフミラー、もし
くはルーフプリズムを配列した「ＭＲＡ」反射体、この
「ＭＲＡ」反射体により光源からの発散光束を収束性と
することが第一の反射作用である。

【０１２６】第二の反射作用は、上記反射要素ＯＥを形
成する反射面を曲面とし、これらの曲面の光学作用によ
り、第一の反射作用と異なる成分について集光性作用が
得られるような曲面を構成した点にある。注）ＭＲＡ；
ＭｉｃｒｏＲｏｏｆｍｉｒｒｏｒ（Ｐｒｉｓｕｍ）
Ａｒｒａｙよって、本反射体では光源からの発散性光束
を２つの異なる反射収束作用、反射集光作用を用いてい
ることが特徴である。

【０１２７】この反射体は、従来知られている反射凹面
ミラーとは異なる反射性能特性を示し、反射膜等を用い
ずに２次元の収束性の反射素子が実現可能である。

【０１２８】次に図２１を用いて、本発明の第１２の実
施形態である２次元収束性の反射素子（反射体）の光学
作用を説明する。

【０１２９】フォトセンサを構成するセンサ光源からの
光束（不図示）は、図２１の反射体３の下方（Ｖ字型溝
を設けた面と対向する面）より反射体３に照射され、透
光性部材ＴＴ１の内部を光束が進行する。そのうち、Ｖ
字型溝部へ到達した光束は、内部全反射の作用により２
回の全反射を繰り返して、再びフォトセンサの光源１０
１側の空間へ戻され、フォトセンサを構成するセンサ受
光部へ導かれる。なお、図中、Ｓａは反射体３の変位方
向を示している。ただし、本実施形態は、この方向（Ｘ
軸方向）にのみ限定するものではなく、Ｓａと直交する
（Ｙ軸方向）、その他、ＸＹ面内に含まれる他の方向で
反射体３の移動を捕らえることが可能である。

【０１３０】（第１３の実施形態）図２２は第１３の実
施形態で、反射体の要部斜視図である。

【０１３１】第１２の実施形態は、反射式リニアエンコ
ーダ用スケールとしての反射体３の一部２次元収束性の
反射手段を適用した場合である。この実施形態において
も先の実施形態１と同様に、反射体３の反射部分は、複
数の連続したＶ字型溝よりなり、光学的な反射作用は、
前述と同様の透光性部材内部全反射の作用と同じであ
る。

【０１３２】この複数のＶ字型溝が連続して配列され
た、「Ｖ字型溝群」ＯＥを一体的な光学エレメントとし
ての反射手段としている。

【０１３３】本実施形態において、実施形態１と異なる
点は、反射体基板面ＴＴ２に沿ってＶ字型溝群ＯＥを１
個ではなく、複数個、移動方向Ｓａに周期的に並べた構
成になっている点である。

【０１３４】図中Ｌａは不図示の反射式エンコーダにお
ける光源の発光面に立てた法線で、この法線Ｌａは光源
から反射体３に照射される光束の主光線と一致し、その
主光線と反射スケール（反射体３）はほぼ垂直に交わっ
ている。

【０１３５】図２３は第１２の実施形態の反射式リニア
エンコーダ用スケールとしての反射体３を上面（Ｚ軸方
向）から見た図である。

【０１３６】本実施形態の１次元収束性の反射素子ＯＥ
は、変位測定方向Ｓａに沿って図中、Ｐ１で示される間
隔（ピッチ）で配列されている。このピッチＰ１は、反
射式リニアエンコーダ用スケールのスケールピッチに相
当し、センサによる直線変位測定の際の測定分解能を決
定する。

【０１３７】さらに図２３図中のＡ−Ａ断面図、Ｂ−Ｂ
断面図にてこの反射体３の特長を図２４、図２５で説明
する。

【０１３８】図２４、図２５は、それぞれ図３のＡＡ断
面およびＢＢ断面を表している。前実施形態と共通する
記号および形状パラメータの説明は省略する。

【０１３９】図２５において、Ｖ字型溝群は隙間なく配
列されているが不図示の面３ｃ（平面平坦部）が、Ｖ字
型溝群の間に存在してもよい、この部分への裏面ＴＴ２
ｂから照射された光束は、全反射せず透過して、エンコ
ーダ側の受光素子部へ入射しない。

【０１４０】本実施形態の反射体３は内部全反射の作用
を利用した透光性部材に限定されることはなく、たとえ
ば、アルミ等の軟質金属板を用いてＰｘ技術などの安価
な加工方法でＶ字型溝の形状加工して２次元収束性反射
素子を構成してもよい。

【０１４１】以下、図２６〜図３０において、従来の反
射面として平面よりなり，その面にアルミ反射膜を施し
た反射体と本発明の２次元収束性の反射手段を用いた反
射体とを比較することでその特長を説明する。

【０１４２】まず、図２６は、従来の反射面として平面
よりなり，その面にアルミ反射膜を用いた反射体３の説
明図であり、フォトセンサＰＳの光源１からの光束が反
射体３の反射面３ａ１を介して受光素子２に導かれるま
での光路を示している。図．２６において、光源１、受
光サイズがＰＤＷｙ×ＰＤＷｘのサイズの受光素子２、
およびアルミ反射膜３ａｌをその表面に施した反射体３
より構成される。図中、点線は光源、反射体、受光素子
の間の光線を示している。幾何学的な関係からアルミ反
射膜３ａ１における有効光束が照射された部分の幅Ｌｗ
１はＬｗ１＝１／２ＰＤＷｙである。いま、受光素子２
のサイズを４００μｍとすると、アルミ反射面上では２
００μｍ程度で、光源１から受光素子２へ到達する光線
はごくわずかである。

【０１４３】この反射体３でのフォトセンサＰＳと反射
体３との間のギャップ（距離）と受光素子２が受光する
光量の関係は次式となる。光量＝１／(距離)^２図２７は本発明のＶ字型溝反射面（一次元収束性反射手
段）を有する反射体３を用いた場合の光線を示す概略図
である。先の第１２の実施形態では透光性部材の内部全
反射を用いたが、ここでは説明を簡略化させるために、
同様の光学特性を示すＶ字型溝を形成した金属反射体を
用いて説明する。図２７ではＶ字型溝面は先のアルミ反
射膜と同等の反射率と考え、Ｖ字型の溝の開き角（Ｒ
ａ）を９５°程度にして同様の光線パスを取るようにし
ている。図２７（Ｂ）の側面からの光線パスは先の図．
２６（Ｂ）と同様で差がない。

【０１４４】しかし、図２７（Ａ）では、先の図．２６
（Ａ）のＬｗ１の幅が幅Ｌｗｚと広がり多くの光線をフ
ォトセンサＰＳの受光素子２に導いている。

【０１４５】光源１の位置と受光素子２の位置が離れて
いるので開き角Ｒａを調整することで目標となる受光位
置に光線を導くことが可能である。ここでは、角度Ｒａ
を９５°前後としているために実際の光線は受光素子２
側だけでなく、受光素子２とは光源１について対称な位
置にも光線は導かれる。（図７（Ａ）での点線の光線７
１）図２８は本発明の第１２の実施形態２と同様なＶ字型溝
群が多数配列された反射体３をエンコーダ用反射スケー
ルとして用いた場合の概略図である。同図はフォトセン
サＰＳの発光素子１から反射体３を介して受光素子２ま
で導かれる概略の光線の様子をあらわしている。以下、
先の図２７と同様であるので説明を省く。

【０１４６】この場合にも図２６に示すように、従来の
アルミ反射膜を施した反射体１０５と比較して、反射体
３からのより多くの光線が受光素子２に導かれる。

【０１４７】本発明の反射スケール（反射体）は、従来
アルミ等の反射膜を設けた反射スケールより反射体から
の光をより効率的に受光部に導くことができる。

【０１４８】図２９は、本発明の反射体の前述したのと
別の効果を説明する為の図である。いわゆる反射型エン
コーダにおけるフォトセンサＰＳと、スケール（反射
体）３間のＧＡＰ（間隔）特性に関する性能であって、
図２９（Ａ）は、センサＰＳと反射スケール３を基準位
置から遠ざけた場合の状態を表している。図２９（Ｂ）
は標準的基準距離の場合を示している。受光効率につい
ては、本出願第１の実施形態と同様である。

【０１４９】図３０は、さらに本発明の別の効果を説明
する為の図である。

【０１５０】いわゆる反射型エンコーダのおけるフォト
センサＰＳと反射体３の相対的なあおり（たおれ）特性
に関する性能であって、図３０に示されるように本発明
の反射スケール３の倒れ（θ）が変化しても反射体３か
ら受光部２へ導かれる光線は安定している。

【０１５１】以上、本発明のＶ字型溝、又はＶ字型溝群
を有する反射体３を用いた場合にはフォトセンサＰＳの
受光部２へ導かれる絶対的な光量が従来の反射体を用い
た場合に比べて大きくなるという長所が得られる。

【０１５２】（第１４の実施形態）図３１は第１４の実
施形態で、稜線が円弧をなすＶ字型溝、又はＶ字型溝群
が移動方向に複数配列された場合の光線光束が複数の位
置（Ｐ１〜Ｐ４）に集光している状態を説明した図であ
る。

【０１５３】第１の実施形態でのＶ字型溝、又はＶ字型
溝群が平面状に構成しているために、実質的な非反射領
域を設けなくてはならないのに対し、本第１４の実施形
態はほぼ全光束を利用可能にして、使用効率を向上させ
ている。なお、Ｖ字型溝、又はＶ字型溝群の角度を変化
させると図３２のように反射光束の集光位置Ｐを発光位
置から離すことができる。これにより適宜、図３３や図
３４のように光源１と受光素子２の位置を設定すること
ができる。

【０１５４】本第１４の実施形態に前述の第４〜第１０
の実施形態による発明を組み合わせても良い。

【０１５５】（第１５の実施形態）図３５、３６、３７
は第１４の実施形態で、先に説明した図２１（Ａ）の１
次元収束性反射素子を有する反射体３の発明に第４の実
施形態である図１４（Ｂ）を組み合わせた２次元収束性
反射素子３で構成されたリニアエンコーダ用の反射スケ
ールである。実質的にＶ字型溝群の有する稜線によって
形成される包絡面が球面の一部をなした理想的な形態で
ある。

【０１５６】さらに、図３６は当該図３５の構成を複数
配列した実用的なリニアエンコーダ用の反射スケールで
ある。本実施形態は、図２１の第１３の実施形態および
図３１の第１４の実施形態による効果と図１４（Ｂ）の
第５の実施形態による効果とを備えたものである。図３
７でわかるように下面ＴＴ１方向から入射した光源光束
からの発散光束は本実施形態において、適度に収束して
受光素子２の検出面上に集光し、受光効率を向上させて
いる。

【０１５７】なお、上記の全実施態様において各反射
面、反射素子、反射素子の配列群間の接合部は実質的非
反射にすることが望ましい。

【０１５８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば測
定、観測対象となる反射体に設ける反射素子を適切に構
成することにより、フォトセンサにレンズを用いなくて
も高い光伝達効率が得られ，又、反射体とフォトセンサ
間の相対的な位置ずれに対しても感度の鈍い特性とな
り、反射体の有無や移動状態を高精度に検出することが
できる反射体及びそれを用いたエンコーダ等の変位検出
装置を達成することができる。

【０１５９】この他本発明によれば，反射体を光学セン
サ用の標識部材、光学スケールとして用いることで、発
光、受光間で高い光伝達効率が得られ、また、反射体、
センサ間の相対的な位置ずれに対しても感度の鈍い特性
にすることができ、レンズが不要なためセンサの小型
化、薄型化が可能となる。又、反射膜等を施すことなく
インジェクションＭｏやプレス技術で製造可能なため加
工コストもかからずローコスト化に有効となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による１次元収束性反射素子の第１の実
施形態を示す斜視図

【図２】本発明による１次元収束性反射素子の第２の実
施形態で、リニアエンコーダ用スケールとして用いたと
きの斜視図

【図３】図２のリニアエンコーダ用スケールを光源光軸
方向からみた上面図

【図４】図２のリニアエンコーダ用スケールのＡ−Ａ断
面図（図３の矢視ＡＡ）

【図５】図２のリニアエンコーダ用スケールのＢ−Ｂ断
面図（図３の矢視ＢＢ）

【図６】従来のアルミ反射膜を設けた反射体の反射光の
光路図

【図７】図１に示したＶ溝を設けた反射ターゲットによ
る反射光光路図

【図８】本発明の反射スケールのＧＡＰ特性をあらわす
図

【図９】本発明の反射スケールの倒れ特性をあらわす図

【図１０】本発明の反射スケールの反射光路を表す図

【図１１】本発明の反射スケールの反射光路での収束光
束位置のオフセットありとなしの図

【図１２】本発明の反射スケールの反射光路を表すオフ
セットなしでの図

【図１３】本発明の反射スケールの反射光路を表すオフ
セットありでの図

【図１４】本発明の反射スケールの実施形態を示す図

【図１５】本発明の反射スケールのその他の実施形態を
示す図

【図１６】本発明の反射スケールのその他の実施形態を
示す図

【図１７】本発明の反射スケールの光量の利用効率を説
明する為の図

【図１８】本発明の反射スケールのその他の実施形態を
示す図

【図１９】本発明の反射スケールのその他の実施形態を
示す図

【図２０】本発明の反射スケールのその他の実施形態を
示す斜視図

【図２１】本発明による１次元収束性反射素子の第１２
の実施形態を示す斜視図

【図２２】本発明の１次元収束性反射素子の第１３の実
施形態で、リニアエンコーダ用スケールとして用いたと
きの斜視図

【図２３】図２２のリニアエンコーダ用スケールを光源
光軸方向からみた上面図

【図２４】図２３のリニアエンコーダ用スケールのＡ−
Ａ断面図

【図２５】図２３のリニアエンコーダ用スケールのＢ−
Ｂ断面図

【図２６】従来のアルミ反射膜を設けた反射体の反射光
の光路図

【図２７】図２１に示したＶ溝を設けた反射ターゲット
による反射光光路図

【図２８】図２２に示したリニアエンコーダ用の反射ス
ケールでの反射光光路図

【図２９】本発明の反射スケールのＧＡＰ特性をあらわ
す図

【図３０】本発明の反射スケールの倒れ特性をあらわす
図

【図３１】本発明の反射スケールの反射光路を表す図

【図３２】本発明の反射スケールの反射光路で収束光束
位置のオフセット有無の図

【図３３】本発明の反射スケールの反射光路を表すオフ
セット無しの場合の実施図

【図３４】本発明の反射スケールの反射光路を表すオフ
セット有りの場合の実施図

【図３５】本発明の反射スケールのその他の実施形態を
示す図

【図３６】本発明の反射スケールのその他の実施形態を
示す図

【図３７】図３６の反射スケールの実施形態を示す斜視
図

【図３８】本発明の反射体の光路を示す説明図

【図３９】本発明の反射体の光路を示す概略図

【図４０】本発明の反射体の光路を示す概略図

【図４１】本発明の反射体の光路を示す概略図

【図４２】本発明の反射体の光路を示す概略図

【図４３】本発明の反射体の光路を示す概略図

【図４４】２次元光束収束性のある反射体（反射素子）
の説明図

【図４５】従来の反射センサ、フォトリフレクタ

【図４６】従来のレンズ付反射センサ、フォトリフレク
タ

【図４７】従来の反射センサ、フォトリフレクタ図１２
の特性

【図４８】従来のレンズ反射エンコーダ

【符号の説明】

１光源１ａ発光エリアａ１ｂ発光エリアｂ２受光素子２ａ１，２ｂ１，２ｃ１，２ｄ１フォトダイオード２ａ２，２ｂ２，２ｃ２，２ｄ２フォトダイオード２ａ３，２ｂ３，２ｃ３，２ｄ３フォトダイオード３反射スケール３ａ１，３ｂ１，３ａ２，３ｂ２Ｖ溝を形成する斜面３ｃ１，３ｃ２平坦面３ａｌアルミ反射膜Ｐ１スケールピッチＰ２フォトダイオードセグメントピッチ、およびＬＥ
Ｄ発光エリアピッチＰｍＶ溝のピッチＲａＶ溝の角度Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３フォトダイオードのセグメントｄＶ溝の深さｄ２３ｃ面からＶ溝底部までの深さＬ光源ポイントＰ受光ポイントＬａ光源から立てた法線Ｓａセンサと反射体の相対変位方向ＷｒｍａＶ溝群の相対変位方向（Ｘ軸方向）の幅１００基板１０１光源１０２受光部１０３、１０４レンズ１０５反射スケール１０５ａ反射部分１０５ｂ反射スケール基板１０５ｃ非反射部分

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2F065 AA02 FF15 GG07 JJ18 LL11 LL18 2F103 BA01 BA05 BA13 BA27 BA43 CA03 DA01 DA12 EA05 EA15 EA19 EA20 EA21 EB06 EB12 EB27 EB32

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】照明手段と、該照明手段からの発散性光
束を反射させる反射スケールと、該反射スケールからの
反射光束を受光する受光手段とを具備した変位検出装置
に採用される反射スケールであって、該照明手段からの発散性光束を少なくとも２回の反射に
よって前記照明手段と異なる方向に導光する光学機能を
有していることを特徴とする反射スケール。
【請求項２】発光光源から発する光束を相対移動する
被測定物に照射する照明手段と、前記被測定物に構成さ
れ且つ前記照明手段によって照射される光束を少なくと
も２回の反射によって前記照明手段と異なる方向に導光
する反射スケールと、前記反射スケールによって反射さ
れた光束光量を検出する受光手段とを備えたことを特徴
とする変位検出装置。
【請求項３】前記反射スケールは、前記照明手段から
照射される発散光束を、複数光束に波面分割した後、前
記所定の位置で前記波面分割された複数の光束を重ね合
わせる光学機能を有することを特徴とする請求項１の反
射スケールまたは請求項２の変位検出装置。
【請求項４】前記反射スケールは、前記照明手段から
照射される発散光束を、複数光束に波面分割し、前記受
光手段の検出面上に前記波面分割された複数の光束を重
ね合わせる光学機能を有することを特徴とする請求項１
の反射スケールまたは請求項２の変位検出装置。
【請求項５】前記反射スケールは、２つの反射面を所
定の角度で対抗配置して構成したルーフ型の反射素子で
あることを特徴とする請求項１の反射スケールまたは請
求項２の変位検出装置。
【請求項６】前記反射スケールは前記ルーフ型の反射
素子を所定の方向に複数配列させていることを特徴とす
る請求項５の反射スケールまたは変位検出装置。
【請求項７】前記反射スケールは前記ルーフ型の反射
素子の各面が接合して形成される稜線が円弧または楕円
の一部を構成していることを特徴とする請求項５の反射
スケールまたは変位検出装置。
【請求項８】前記反射スケールは前記ルーフ型の反射
素子の各面が接合して形成される稜線が構成する包絡面
が球面の一部を構成していることを特徴とする請求項５
の反射スケールまたは変位検出装置。
【請求項９】前記ルーフ型の反射素子を所定の方向に
複数配列した前記反射スケールは金属反射面で形成さ
れ、その反射領域は表面反射型のミラーであることを特
徴とする請求項６から８のいずれか一項の反射スケール
または変位検出装置。
【請求項１０】前記ルーフ型の反射素子を所定の方向
に複数配列した前記反射スケールは全反射面で形成さ
れ、その反射領域は内面反射型のミラーであることを特
徴とする請求項６から８のいずれか一項の反射スケール
または変位検出装置。
【請求項１１】前記ルーフ型の反射素子を所定の方向
に複数配列した前記反射スケールは光透過性材質で形成
された内面反射型のミラーであって、前記光束入および
出射面側に円筒面を有していることを特徴とする請求項
１０の反射スケールまたは変位検出装置。
【請求項１２】前記ルーフ型の反射素子を所定の方向
に複数配列した前記反射スケールはその反射面のなす角
度が全て同一であることを特徴とする請求項６から８の
いずれか一項の反射スケールまたは変位検出装置。
【請求項１３】前記ルーフ型の反射素子を所定の方向
に複数配列した前記反射スケールはその反射面のなす角
度が反射スケール内前記ルーフ型反射素子配列方向にお
ける中央部から周辺に向かって連続的に増減しているこ
とを特徴とする請求項６から８のいずれか一項の反射ス
ケールまたは変位検出装置。
【請求項１４】前記反射スケールは前記ルーフ型の反
射素子が移動方向に複数個に不連続に配列されているこ
とを特徴とする請求項６から８のいずれか一項の反射ス
ケールまたは変位検出装置。
【請求項１５】前記反射スケールは前記ルーフ型の反
射素子が移動方向に複数個に不連続に配列されており、
不連続部は実質的な非反射特性を有することを特徴とす
る請求項１４の反射スケールまたは変位検出装置。