JP2003315102A - 光エンコーダデバイス - Google Patents
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
- G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
- G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
- G01D5/347—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells using displacement encoding scales
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 光エンコーダデバイスの製造に必要な部品お
よび処理を簡単化する。 【解決手段】 コードホイール／コードストリップなど
の光符号化要素用の光スルービームソリューションと光
エミッタ及び光検出器の両方を有する単一の非折り畳み
型共通基板の両方を可能にする。光符号化要素用の光ス
ルービームソリューションは優れた性能を有していると
共に、単一の非折り畳み型共通基板により、本発明によ
る光エンコーダデバイスは単純な製造作業とわずかなプ
ロセス段階によって製造することができる。本発明の更
なる利点は、アライメント及び相互固定作業を要する部
品点数が従来技術に比べて少ないことである。そして、
本発明の更なる利点は、このような製造作業の単純化、
プロセス段階の減少、及び部品点数の減少により、生産
コストが削減されることである。
よび処理を簡単化する。 【解決手段】 コードホイール／コードストリップなど
の光符号化要素用の光スルービームソリューションと光
エミッタ及び光検出器の両方を有する単一の非折り畳み
型共通基板の両方を可能にする。光符号化要素用の光ス
ルービームソリューションは優れた性能を有していると
共に、単一の非折り畳み型共通基板により、本発明によ
る光エンコーダデバイスは単純な製造作業とわずかなプ
ロセス段階によって製造することができる。本発明の更
なる利点は、アライメント及び相互固定作業を要する部
品点数が従来技術に比べて少ないことである。そして、
本発明の更なる利点は、このような製造作業の単純化、
プロセス段階の減少、及び部品点数の減少により、生産
コストが削減されることである。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は光エンコーダデバイ
スに関し、更に詳しくは光エンコーダデバイスの詳細設
計に関する。 【０００２】 【従来の技術】エンコーダは、閉ループシステムにフィ
ードバックを供給するデバイスである。エンコーダをコ
ードホイール又はコードストリップと共に使用すること
により、信号を解釈して位置、速度、加速度などの情報
の取得が可能になる。尚、コードホイールは、通常、例
えば、プリンタや複写機内のペーパーフィーダドラムな
どの回転動作の検出に使用され、コードストリップは、
例えば、プリンタの印刷ヘッドなどの線形動作の検出に
使用される。 【０００３】普通、コードホイール又はコードストリッ
プの動作は、光エミッタと光検出器を利用して光学的に
検出する。従って、エンコーダは、普通、光エンコーダ
である。光エミッタは、コードホイール／コードストリ
ップに向かう光放出方向に光を放出する。コードホイー
ル／コードストリップは、スロットとバーの規則的なパ
ターンを有しており、光放出方向に対するこのスロット
及びバーの位置に従い、コードホイール／コードストリ
ップが光の通過を交互に許容したり妨げたりする。一
方、光検出器は、光エミッタの光放出方向から見たとき
に、コードホイール／コードストリップの背後に位置し
ており、光エミッタから放出されコードホイール／コー
ドストリップを通過した光に基づいて光信号を検出す
る。この検出光信号は４部分からなるか或いは正弦曲線
を描き、この光信号の周波数からコードホイール／コー
ドストリップの動作に関する明白な情報を取得すること
ができる。 【０００４】このような光エンコーダの光エミッタ及び
光検出器の特殊な配列により、光エンコーダを収容する
光エンコーダハウジングの形状は通常Ｃ字形になってお
り、このようなＣ字形の光エンコーダハウジングを有す
る光エンコーダはＣ字形の光エンコーダデバイスを形成
することになる。そして、コードホイール／コードスト
リップが、このＣ字形光エンコーダデバイスの自由領域
（凹部）を通過し、コードホイール／コードストリップ
内に形成されたスロットとバーを光エンコーダが検出で
きるように動作する。図２Ａ及び図２Ｃ、並びに図２Ｂ
及び図２Ｄは、それぞれコードホイール２０２とコード
ストリップ２０３を有するこの種のＣ字形光エンコーダ
デバイス２０１の断面図と平面図である。コードホイー
ル２０２とコードストリップ２０３には、コードホイー
ル２０２又はコードストリップ２０３の動作がそれぞれ
明白に検出できるように配列したスロット２０４（及び
スロット２０４間のバー）の規則的なパターンが設けら
れている。従って、コードホイール２０２又はコードス
トリップ２０３は、コードホイール２０２又はコードス
トリップ２０３を使用する実質的にＣ字形の光エンコー
ダデバイス２０１の自由領域２０５をそれぞれ通過し、
コードホイール２０２が矢印２０６によって示された方
向に中心軸Ｃを中心に回転するか、或いはコードストリ
ップ２０３が矢印２０７で示された方向に直線的に移動
すると、スロット２０４（及びスロット２０４間のバ
ー）により、光エンコーダの光検出器内に交互に変化す
る光信号が生成され、これにより、コードホイール２０
２又はコードストリップ２０３の動作に関する明白な情
報を取得することができる。 【０００５】通常、Ｃ字形光エンコーダデバイス２０１
は、例えば、プリンタや複写機などの装置内部に配置さ
れるプリント回路基板（ＰＣＢ）上に取り付けられ、こ
の基板によって光エンコーダは装置の制御ユニットに電
気的に接続されている。そして、Ｃ字形光エンコーダデ
バイス２０１自体は、光エミッタ２０８と光検出器２０
９を主要コンポーネントとして有している。光エミッタ
２０８は発光ダイオードなどであり、光検出器２０９
は、普通、フォトダイオードのアレイである。これらの
光エミッタ２０８及び光検出器２０９は、光エミッタ２
０８が放出し光検出器２０９が検出する光の経路２１１
がまっすぐになるよう、Ｃ字形光エンコーダデバイス２
０１の内部に配列されている。光エミッタ２０８から放
出され、光路２１１に沿って伝播する光は、まず、光エ
ミッタ２０８に隣接する光学レンズ２１０によって平行
光に平行化された後に、自由領域２０５、更に部分的に
コードホイール２０２又はコードストリップ２０３を通
過した後に、光エミッタ２０８の反対側に位置している
光検出器２０９によって最終的に検出される。コードホ
イール２０２又はコードストリップ２０３を中心とした
光エミッタ２０８及び光検出器２０９のこのような対向
配列により、コードホイール２０２又はコードストリッ
プ２０３用の特殊な光スルービームソリューションが提
供され、この光スルービームソリューションにより、コ
ードホイール２０２又はコードストリップ２０３の動作
を検出する優れた性能が提供されるのである。 【０００６】しかしながら、従来技術によって提供され
ている光エンコーダデバイスは、多数の部品を使用し大
規模なプロセスによって製造されており、生産コストが
大きい。 【０００７】図３Ａは、従来技術による第１タイプの光
エンコーダデバイス３０１の断面を示している。この第
１タイプの光エンコーダデバイス３０１は、リードフレ
ーム３０２上に配列された光エミッタ２０８と光検出器
２０９を有している。そして、リードフレーム３０２
は、ハウジング材料３０４内に埋め込まれていると共に
電気回路（図示されていない）を有しており、この回路
によって光エミッタ２０８及び光検出器２０９が電気的
に接続されている。尚、通常、光エミッタ２０８と光検
出器２０９は、それぞれカプセル３０３によって覆われ
ている。この光エンコーダデバイス３０１を製造するに
は、まず、光エミッタ２０８と光検出器２０９を単一の
平らな共通リードフレーム３０２上に配置した後に、カ
プセル３０３で覆う。その後、光エミッタ２０８、光検
出器２０９、及びカプセル３０３を有する平らな共通リ
ードフレーム３０２を光学的に透明なハウジング材料３
０４で覆う。更に、光学レンズ２１０を光エミッタ２０
８の直接上方と一部ハウジング材料３０４内にかけて提
供する。そして、光検出器２０９の直接上方と一部ハウ
ジング材料３０４内にかけて窓３０５を設ける。 【０００８】これらの光学レンズ２１０及び窓３０５
は、光がハウジング材料３０４の所定の位置で表面を介
して十分に光伝播するように提供されるものである。更
に、光学レンズ２１０は、光エミッタ２０８が放出した
光を平行光ビームに平行化するために提供される。これ
ら光学レンズ２１０及び窓３０５を製造した後に、この
中間デバイスを光エミッタ要素３０６と光検出器要素３
０７に分割する。そして、図３Ａの矢印３０８で示すよ
うに、光エミッタ２０８が光学レンズ２１０と共に光検
出器２０９及び窓３０５の反対側に位置してＣ字形の光
エンコーダを形成するよう、光エミッタ要素３０６を光
検出器要素３０７の上方に配置する。そして最後に、光
エミッタ要素３０６を取付金具（図示していない）によ
って光検出器要素３０７に固定する。従って、光エミッ
タ２０８が放出した光は、光学レンズ２１０によって平
行化され、光エミッタ２０８と光検出器２０９の間の自
由領域２０５を通過し、更に窓３０５を通過した後に、
光検出器２０９によって検出される。即ち、この第１タ
イプの光エンコーダデバイス３０１は、光エミッタ要素
３０６及び光検出器要素３０７を有する折り重ね型のデ
バイスになっている。 【０００９】図３Ｂは、従来技術による第２タイプの光
エンコーダデバイス３１０の断面を示している。前述の
第１タイプの光エンコーダデバイス３０１とは対照的
に、この第２タイプの光エンコーダデバイス３１０は製
造方法が異なり、自由領域（凹部）２０５を有するＣ字
形のエンコーダハウジング３１１を有している。このエ
ンコーダハウジング３１１は、光学的に透明な材料と光
学レンズ２１０を有している。光エミッタ要素３１２と
光検出器要素３１３は、別々に製造された後に、光エミ
ッタ２０８が光学レンズ２１０に隣接するよう、エンコ
ーダハウジング３１１内に形成された個別の凹部に挿入
されている。光エミッタ要素３１２と光検出器要素３１
３は、それぞれリードフレーム３１４を有しており、こ
れらのリードフレーム上にそれぞれ光エミッタ２０８及
び光検出器２０９がハウジングと共に取り付けられてい
る。これらのリードフレーム３１４は、光エミッタ２０
８及び光検出器２０９をそれぞれ電気的に接続するため
の電気回路（図示していない）を有している。従って、
この第２タイプの光エンコーダデバイス３１０は、個別
に製造された要素を有する組み立て型のデバイスになっ
ている。 【００１０】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の従来技術による第１タイプの光エンコーダデバイス３
０１及び第２タイプの光エンコーダデバイス３１０に
は、いくつかの欠点が存在しており、その１つが製造に
多数の部品と大規模な処理方法が必要とされることであ
り、この結果、生産コストが高くなる。 【００１１】従って、従来技術に伴うこれらの欠点のい
くつか或いはそのすべてを克服することが本発明の目的
である。 【００１２】 【課題を解決するための手段】本発明の主要な態様によ
る光エンコーダデバイスは、特定の光放出方向に光を放
出する光エミッタと、光エミッタが放出した光を光放出
方向とは異なる特定の光検出方向で検出する光検出器
と、光エミッタが放出した光を光検出器が検出できるよ
う、光エミッタと光検出器間の光路を制御する光学要素
と、光符号化ユニットの交互に変化する複数の透明及び
不透明の符号化要素が光路に影響を与えるよう、交互に
変化する複数の透明及び不透明の符号化要素を有する可
動光符号化ユニットを収容するための光エンコーダデバ
イス内の自由領域とを有している。 【００１３】尚、本発明の文脈における光とは、どのよ
うな波長の電磁放射であってもよく、具体的には、例え
ば、可視光、紫外線放射、及び／又は赤外線放射であっ
てよい。 【００１４】従来の技術と比較した場合の本発明の１つ
の利点は、本発明による光エンコーダデバイスの場合、
コードホイール／コードストリップなどの光符号化要素
用の光スルービームソリューションと光エミッタ及び光
検出器の両方を有する単一の非折り畳み型共通基板の両
方を可能にしていることである。光符号化要素用の光ス
ルービームソリューションは優れた性能を有していると
共に、単一の非折り畳み型共通基板により、本発明によ
る光エンコーダデバイスは単純な製造作業とわずかなプ
ロセス段階によって製造することができる。本発明の更
なる利点は、アライメント及び相互固定作業を要する部
品点数が従来技術に比べて少ないことである。そして、
本発明の更なる利点は、このような製造作業の単純化、
プロセス段階の減少、及び部品点数の減少により、生産
コストが削減されることである。 【００１５】本発明の前述及びその他の目的、特徴、及
び利点は、添付の図面と共に以下の説明及び添付の請求
項を参照することにより明らかになるであろう。尚、添
付の図面においては、同様の部品又は要素は、同様の参
照符号によって示されている。 【００１６】 【発明の実施の形態】以下に、添付の図面を参照して本
発明の好ましい実施例について説明する。尚、添付の図
面においては、同様の部品又は要素は同様の参照符号に
よって示されている。 【００１７】図１は、本発明の第１の好ましい実施例に
よる光エンコーダデバイス１００の断面を示している。 【００１８】この光エンコーダデバイス１００の形状は
実質的にＣ字形であり、電気回路１０２、光エミッタ１
０３、光検出器１０４、及び光学要素１０９を備える基
板１０１を有している。光エミッタ１０３及び光検出器
１０４は、電気回路１０２に電気的に接続されており、
基板１０１の平らな内側面Ｓ上に互いに隣接して取り付
けられ、それぞれカプセル１０５によって覆われてい
る。本発明によれば、通常、基板１０１は、例えば、リ
ードフレーム、インサートモールド成形リードフレー
ム、プリント回路基板（ＰＣＢ）、セラミック基板、又
はマイクロインターコネクトデバイス（ＭＩＤ）であっ
てよい。尚、本発明のこの実施例においては、基板１０
１としてインサートモールド成形リードフレームを使用
する光エンコーダデバイス１００について説明する。光
エミッタ１０３は、参照符号Ｅで示される光放出方向を
備えている。一方、光検出器１０４は、参照符号Ｄで示
す光検出方向を備えており、この方向は光エミッタ１０
３の光放出方向Ｅとは異なる。本発明の第１の好ましい
実施例によれば、光エミッタ１０３と光検出器１０４
は、光放出方向Ｅ及び光検出方向Ｄが少なくとも実質的
に逆平行になるよう、配列される。リードフレーム１０
１は、空隙１０６を含み、光エミッタ１０３の上方の実
質的に光放出方向Ｅに光学レンズ１０７を有している。
この光学レンズ１０７は、リードフレーム１０１に装着
することができる。光エミッタ１０３が放出した光は、
この光学レンズ１０７によって平行光ビームに平行化さ
れ、光エミッタ１０３並びに光検出器１０４の上方に位
置する光学要素１０９内に光放出方向Ｅで入射する。そ
して、この光エミッタ１０３から放出され光学要素１０
９に入射した光は、光学要素１０９内の光路１０８に沿
って光検出器１０４に向かって伝播する。 【００１９】本発明によれば、光学要素１０９は、光学
要素１０９内で内部反射するようになっている。従っ
て、光学要素１０９は、光学的に透明な材料と共に互い
に対向する平らな第１面１１０と平らな第２面１１１を
有している。これらの第１面１１０及び第２面１１１
は、光学要素１０９内において光エミッタ１０３及び光
検出器１０４の反対側に配列されており、光学要素１０
９と接する隣接媒体とのインターフェイスを形成してい
る。 【００２０】光は、高密度媒体から高密度媒体及び低密
度媒体間のインターフェイスに入射すると、通常、その
インターフェイスと垂直をなす面から離れる方向に屈折
する（スネルの法則）。そして、入射する光の方向とイ
ンターフェイスと垂直をなす面の間の角度が臨界値より
も大きくなると、光はインターフェイスにおいてすべて
反射され、高密度媒体から出なくなる。これは全内部反
射として知られているが、第１面１１０と第２面１１１
は、それぞれ光放出方向Ｅと所定の角度を有しており、
これらの所定の角度は、光学要素１０９と隣接媒体間の
インターフェイスの臨界角よりも大きくなっている。本
発明によれば、光学要素１０９はエポキシ樹脂で構成さ
れており、隣接する媒体は空気である。従って、第１面
１１０と第２面１１１の臨界角は約４１°である。従っ
て、第１面１１０及び第２面１１１により、光エミッタ
１０３及び光検出器１０４間の光路１０８が制御されて
いる。 【００２１】第１面１１０及び第２面１１１に入射する
光を完全に反射させるべく、光学要素１０９の第１面１
１０及び／又は第２面１１１を反射性材料でコーティン
グしてもよい。このようなコーティングは、光エンコー
ダデバイス１００の製造公差と光エミッタ１０３の動作
時の光放出方向Ｅの変動に対する光学要素１０９の安定
性を向上させるのに有用であり、この結果、第１面１１
０及び第２面１１１のそれぞれにおける望ましくない光
の損失を防止できる。 【００２２】この本発明の第１の好ましい実施例によれ
ば、第１面１１０は、光エミッタ１０３の光放出方向Ｅ
に対して少なくとも実質的に−４５°の第１角度を有
し、第２面１１１は、光エミッタ１０３の光放出方向Ｅ
に対して少なくとも実質的に＋４５°の第２角度を有し
ている。光エミッタ１０３の上方の光学要素１０９に入
射し光路１０８に沿って伝播する光は、第１面１１０に
入射し、この第１面１１０で全反射して第２面１１１に
向かう。そして、第２面１１１まで伝播した後に、この
第２面１１１において全反射され、今度は光検出器１０
４に向かう。従って、これらの第１面１１０及び第２面
１１１により、光路１０８の形状は実質的にＵ字形にな
っている。 【００２３】本発明によれば、光エミッタ１０３は発光
ダイオードであり、光検出器１０４はフォトダイオード
のアレイを有している。そして、光エミッタ１０３は、
点光源、スリット光源、面光源、又は立体光源として光
を放出することができる。この光エンコーダデバイス１
００は、交互に変化する複数の透明及び不透明の符号化
要素を有する可動光符号化ユニット１１２を収容する自
由領域１１３を更に有している。本発明によれば、光符
号化ユニット１１２は、コードホイール／コードストリ
ップであって規則的なスロット及びバーのパターン（図
示していない）を有しており、この光符号化ユニット１
１２は、この規則的なパターンが光路１０８に影響を与
えるように配列されている。そして、自由領域１１３内
のこの光符号化ユニット１１２の動作によって発生した
検出光の変動に基づいて光検出器１０４が生成した電気
信号を処理するべく、信号プロセッサ（図示していな
い）が光検出器１０４に電気的に接続されている。尚、
本発明のこの第１の好ましい実施例によれば、自由領域
１１３は、光学要素１０９内の第１面１１０と第２面１
１１の間に位置している。 【００２４】光学要素１０９は一体で形成されており、
従って、光エンコーダデバイス１００の製造に必要な部
品点数は、従来技術に比べ、少なくなっている。 【００２５】図４は、本発明の第２の好ましい実施例に
よる光エンコーダデバイス４００の断面を示している。
以下、図１で既知の部品に関する説明は省略する。 【００２６】この本発明の第２の好ましい実施例による
光エンコーダデバイス４００と本発明の第１の好ましい
実施例による光エンコーダデバイス１００の唯一の違い
は、自由領域１１３が光学要素１０９内の第２面１１１
と光検出器１０４の間に位置していることである。この
ように自由領域１１３を光検出器１０４の近くに配置す
ることにより、光符号化ユニット１１２と光検出器１０
４間の残りの光路１０８が短くなり、光符号化ユニット
１１２によって発生する光の回折が減少すると共に光符
号化ユニット１１２の動作に対する応答時間が短縮され
るという利点がもたらされる。 【００２７】図５は、本発明の第３の好ましい実施例に
よる光エンコーダデバイス５００の断面を示している。
以下、図１又は図４で既知の部品に関する説明は省略す
る。 【００２８】本発明による第１及び第２の好ましい実施
例による光エンコーダデバイス１００及び４００とは対
照的に、この本発明の第３の好ましい実施例による光エ
ンコーダデバイス５００は基板５０１を有しており、こ
の基板は、光学要素１０９内の平らではない第１面５０
２及び平らな第２面１１１の反対側に埋め込まれてい
る。本発明の第１及び第２の好ましい実施例と同様に、
この基板５０１は、例えば、リードフレーム、インサー
トモールド成形リードフレーム、プリント回路基板（Ｐ
ＣＢ）、セラミック基板、又はマイクロインターコネク
トデバイス（ＭＩＤ）であってよい。本実施例は、基板
５０１としてインサートモールド成形リードフレームを
使用するものについて説明する。このインサートモール
ド成形リードフレーム５０１は、光学要素１０９の光学
的な底面を形成しており、リードフレーム５０１には、
事前に光エミッタ１０３と光検出器１０４が装着されて
いる。この光エンコーダデバイス５００は、光学要素１
０９の第１面５０２が３次元の放物面になっているた
め、光学レンズを有していない。即ち、この第１面５０
２は、光エミッタ１０３から光放出方向Ｅで入射する光
に対して全反射ミラー並びにコリメータとして機能する
のである。従って、第１面５０２で全反射した光は、第
２面１１１に入射する前に平行光ビームになる。前述の
ように、これらの第１面５０２及び／又は第２面１１１
を反射性材料でコーティングし、光エンコーダデバイス
５００の製造公差又は光エミッタ１０３の動作における
光放出方向Ｅの変動に対する光学要素１０９の安定性を
向上させ、これにより、第１面５０２又は第２面１１１
における望ましくない光の損失を防止することも可能で
ある。 【００２９】この本発明の第３の好ましい実施例によれ
ば、第２面１１１は、光エミッタ１０３の光放出方向Ｅ
に対して少なくとも実質的に＋４５°の角度を有してい
る。光エミッタ１０３の上方の光学要素１０９に入射し
光路１０８に沿って伝播した光は、第１面５０２に入射
し、この第１面５０２において全反射及び平行化されて
第２面１１１に向かう。そして、第２面１１１に向かっ
て伝播した後に、この第２面１１１において全反射して
光検出器１０４に向かう。従って、これらの第１面５０
２及び第２面１１１により、光路１０８の形状は実質的
にＵ字形になっている。この本発明の第３の好ましい実
施例によれば、自由領域１１３は、本発明の第１の好ま
しい実施例と同様に光学要素１０９内の第１面５０２と
第２面１１１の間に位置している。 【００３０】平らな第１面とコリメータ光学レンズの代
わりに三次元放物面の第１面５０２を使用することによ
り、残りの光路１０８に沿って伝播する光ビームの平行
性が向上し、この結果、光エンコーダデバイス５００の
性能が向上するという利点がもたらされる。 【００３１】図６は、本発明の第４の好ましい実施例に
よる光エンコーダデバイス６００の断面を示している。
以下、図１、図４、又は図５で既知の部品に関する説明
は省略する。 【００３２】この本発明の第４の好ましい実施例による
光エンコーダデバイス６００と本発明の第３の好ましい
実施例による光エンコーダデバイス５００の唯一の違い
は、自由領域１１３が光学要素１０９内の第２面１１１
と光検出器１０４の間に位置していることである。自由
領域１１３を光検出器１０４の近くに配置することによ
り、光符号化ユニット１１２と光検出器１０４間の残り
の光路１０８が短くなり、光符号化ユニット１１２によ
って発生する光の回折が減少すると共に光符号化ユニッ
ト１１２の動作に対する応答時間が短縮されるという利
点がもたらされる。 【００３３】次の表１は、本発明の第３及び第４の好ま
しい実施例による光エンコーダデバイス５００及び６０
０、本発明の第１及び第２の好ましい実施例による光エ
ンコーダデバイス１００及び４００、並びに従来技術に
よる第１及び第２光エンコーダデバイス３０１及び３１
０における各光エンコーダデバイスの製造に必要な部品
点数と種類を比較したものである。 【００３４】 【表１】 【００３５】この表１から、本発明（特に第３及び第４
の好ましい実施例のそれぞれ）により、光エンコーダデ
バイスに必要な部品点数が減少することが明らかであ
る。従って、本発明による光エンコーダデバイスの場
合、製造プロセス及び生産コストが大幅に削減される。 【００３６】この発明は例として次の実施形態を含む。 【００３７】（１）光エンコーダデバイスであって、特
定の光放出方向で光を放出する光エミッタと、前記光エ
ミッタが放出する光を前記光放出方向とは異なる光検出
方向で検出する光検出器と、前記光エミッタが放出した
光を前記光検出器が検出できるよう、前記光エミッタと
前記光検出器間の光路を制御する光学要素と、前記光路
に影響を与える交互に変化する複数の透明及び不透明の
符号化要素を有する可動光符号化ユニットを収容する前
記光エンコーダデバイス内の自由領域と、を有する光エ
ンコーダデバイス。 【００３８】（２）前記光エミッタ及び光検出器は、前
記光放出方向と前記光検出方向が少なくとも実質的に逆
平行になるよう、配列される（１）記載の光エンコーダ
デバイス。 【００３９】（３）前記光学要素は、前記光路の形状が
少なくとも実質的にＵ字形になるように配列される
（２）記載の光エンコーダデバイス。 【００４０】（４）前記光学要素は、該光学要素内で全
内部反射をもたらす（３）記載の光エンコーダデバイ
ス。 【００４１】（５）前記光学要素は、互いに対向する第
１面及び第２面を有し、前記第１及び第２面は前記光エ
ミッタが放出する光を反射すると共に前記光エミッタと
前記光検出器間の光路を制御する（４）記載の光エンコ
ーダデバイス。 【００４２】（６）前記第１及び第２面は平らであり、
前記第１面は前記光放出方向に対して少なくとも実質的
に−４５°の第１角度を有し、前記第２面は前記光放出
方向に対して少なくとも実質的に＋４５°の第２角度を
有する（５）記載の光エンコーダデバイス。 【００４３】（７）前記光エミッタに隣接しており、前
記光路に沿って伝播する前に前記光エミッタが放出する
光を平行光ビームに平行化するレンズを更に有する
（６）記載の光エンコーダデバイス。 【００４４】（８）前記第１面は放物面であって前記第
２面は平らであり、前記第２面は前記光放出方向に対し
て少なくとも実質的に＋４５°の角度を有し、前記第１
面は前記光エミッタが放出する光を平行光ビームに平行
化する（５）記載の光エンコーダデバイス。 【００４５】（９）前記光符号化ユニットを収容する自
由領域は前記光学要素内に収容されている（５）記載の
光エンコーダデバイス。 【００４６】（１０）前記光符号化ユニットを収容する
自由領域は、前記第１及び第２面の間に位置している
（５）記載の光エンコーダデバイス。 【００４７】（１１）前記光符号化ユニットを収容する
自由領域は、前記第２面と前記光検出器の間に位置して
いる（５）記載の光エンコーダデバイス。 【００４８】（１２）前記第１及び第２面の少なくとも
いずれかは反射性材料でコーティングされている（５）
記載の光エンコーダデバイス。 【００４９】（１３）前記光学要素の前記第１及び第２
面は前記光エミッタが放出する光を反射する（５）記載
の光エンコーダデバイス。 【００５０】（１４）前記光符号化ユニットは、コード
ホイール又はコードストリップである（１）記載の光エ
ンコーダデバイス。 【００５１】（１５）前記自由領域内の光路に影響を与
える光符号化ユニットの動作に基づいて前記光検出器が
生成する信号を処理する信号プロセッサを更に有する
（１）記載の光エンコーダデバイス。 【００５２】（１６）前記光エミッタ及び前記光検出器
の少なくともいずれかがカプセルで覆われている（１）
記載の光エンコーダデバイス。 【００５３】（１７）前記光エミッタ及び光検出器は基
板上に配列されている（１）記載の光エンコーダデバイ
ス。 【００５４】（１８）前記光エミッタは発光ダイオード
である（１）記載の光エンコーダデバイス。 【００５５】（１９）前記光検出器はフォトダイオード
のアレイを有する（１）記載の光エンコーダデバイス。 【００５６】（２０）前記光学要素は一体で形成されて
いる（１）記載の光エンコーダデバイス。
スに関し、更に詳しくは光エンコーダデバイスの詳細設
計に関する。 【０００２】 【従来の技術】エンコーダは、閉ループシステムにフィ
ードバックを供給するデバイスである。エンコーダをコ
ードホイール又はコードストリップと共に使用すること
により、信号を解釈して位置、速度、加速度などの情報
の取得が可能になる。尚、コードホイールは、通常、例
えば、プリンタや複写機内のペーパーフィーダドラムな
どの回転動作の検出に使用され、コードストリップは、
例えば、プリンタの印刷ヘッドなどの線形動作の検出に
使用される。 【０００３】普通、コードホイール又はコードストリッ
プの動作は、光エミッタと光検出器を利用して光学的に
検出する。従って、エンコーダは、普通、光エンコーダ
である。光エミッタは、コードホイール／コードストリ
ップに向かう光放出方向に光を放出する。コードホイー
ル／コードストリップは、スロットとバーの規則的なパ
ターンを有しており、光放出方向に対するこのスロット
及びバーの位置に従い、コードホイール／コードストリ
ップが光の通過を交互に許容したり妨げたりする。一
方、光検出器は、光エミッタの光放出方向から見たとき
に、コードホイール／コードストリップの背後に位置し
ており、光エミッタから放出されコードホイール／コー
ドストリップを通過した光に基づいて光信号を検出す
る。この検出光信号は４部分からなるか或いは正弦曲線
を描き、この光信号の周波数からコードホイール／コー
ドストリップの動作に関する明白な情報を取得すること
ができる。 【０００４】このような光エンコーダの光エミッタ及び
光検出器の特殊な配列により、光エンコーダを収容する
光エンコーダハウジングの形状は通常Ｃ字形になってお
り、このようなＣ字形の光エンコーダハウジングを有す
る光エンコーダはＣ字形の光エンコーダデバイスを形成
することになる。そして、コードホイール／コードスト
リップが、このＣ字形光エンコーダデバイスの自由領域
（凹部）を通過し、コードホイール／コードストリップ
内に形成されたスロットとバーを光エンコーダが検出で
きるように動作する。図２Ａ及び図２Ｃ、並びに図２Ｂ
及び図２Ｄは、それぞれコードホイール２０２とコード
ストリップ２０３を有するこの種のＣ字形光エンコーダ
デバイス２０１の断面図と平面図である。コードホイー
ル２０２とコードストリップ２０３には、コードホイー
ル２０２又はコードストリップ２０３の動作がそれぞれ
明白に検出できるように配列したスロット２０４（及び
スロット２０４間のバー）の規則的なパターンが設けら
れている。従って、コードホイール２０２又はコードス
トリップ２０３は、コードホイール２０２又はコードス
トリップ２０３を使用する実質的にＣ字形の光エンコー
ダデバイス２０１の自由領域２０５をそれぞれ通過し、
コードホイール２０２が矢印２０６によって示された方
向に中心軸Ｃを中心に回転するか、或いはコードストリ
ップ２０３が矢印２０７で示された方向に直線的に移動
すると、スロット２０４（及びスロット２０４間のバ
ー）により、光エンコーダの光検出器内に交互に変化す
る光信号が生成され、これにより、コードホイール２０
２又はコードストリップ２０３の動作に関する明白な情
報を取得することができる。 【０００５】通常、Ｃ字形光エンコーダデバイス２０１
は、例えば、プリンタや複写機などの装置内部に配置さ
れるプリント回路基板（ＰＣＢ）上に取り付けられ、こ
の基板によって光エンコーダは装置の制御ユニットに電
気的に接続されている。そして、Ｃ字形光エンコーダデ
バイス２０１自体は、光エミッタ２０８と光検出器２０
９を主要コンポーネントとして有している。光エミッタ
２０８は発光ダイオードなどであり、光検出器２０９
は、普通、フォトダイオードのアレイである。これらの
光エミッタ２０８及び光検出器２０９は、光エミッタ２
０８が放出し光検出器２０９が検出する光の経路２１１
がまっすぐになるよう、Ｃ字形光エンコーダデバイス２
０１の内部に配列されている。光エミッタ２０８から放
出され、光路２１１に沿って伝播する光は、まず、光エ
ミッタ２０８に隣接する光学レンズ２１０によって平行
光に平行化された後に、自由領域２０５、更に部分的に
コードホイール２０２又はコードストリップ２０３を通
過した後に、光エミッタ２０８の反対側に位置している
光検出器２０９によって最終的に検出される。コードホ
イール２０２又はコードストリップ２０３を中心とした
光エミッタ２０８及び光検出器２０９のこのような対向
配列により、コードホイール２０２又はコードストリッ
プ２０３用の特殊な光スルービームソリューションが提
供され、この光スルービームソリューションにより、コ
ードホイール２０２又はコードストリップ２０３の動作
を検出する優れた性能が提供されるのである。 【０００６】しかしながら、従来技術によって提供され
ている光エンコーダデバイスは、多数の部品を使用し大
規模なプロセスによって製造されており、生産コストが
大きい。 【０００７】図３Ａは、従来技術による第１タイプの光
エンコーダデバイス３０１の断面を示している。この第
１タイプの光エンコーダデバイス３０１は、リードフレ
ーム３０２上に配列された光エミッタ２０８と光検出器
２０９を有している。そして、リードフレーム３０２
は、ハウジング材料３０４内に埋め込まれていると共に
電気回路（図示されていない）を有しており、この回路
によって光エミッタ２０８及び光検出器２０９が電気的
に接続されている。尚、通常、光エミッタ２０８と光検
出器２０９は、それぞれカプセル３０３によって覆われ
ている。この光エンコーダデバイス３０１を製造するに
は、まず、光エミッタ２０８と光検出器２０９を単一の
平らな共通リードフレーム３０２上に配置した後に、カ
プセル３０３で覆う。その後、光エミッタ２０８、光検
出器２０９、及びカプセル３０３を有する平らな共通リ
ードフレーム３０２を光学的に透明なハウジング材料３
０４で覆う。更に、光学レンズ２１０を光エミッタ２０
８の直接上方と一部ハウジング材料３０４内にかけて提
供する。そして、光検出器２０９の直接上方と一部ハウ
ジング材料３０４内にかけて窓３０５を設ける。 【０００８】これらの光学レンズ２１０及び窓３０５
は、光がハウジング材料３０４の所定の位置で表面を介
して十分に光伝播するように提供されるものである。更
に、光学レンズ２１０は、光エミッタ２０８が放出した
光を平行光ビームに平行化するために提供される。これ
ら光学レンズ２１０及び窓３０５を製造した後に、この
中間デバイスを光エミッタ要素３０６と光検出器要素３
０７に分割する。そして、図３Ａの矢印３０８で示すよ
うに、光エミッタ２０８が光学レンズ２１０と共に光検
出器２０９及び窓３０５の反対側に位置してＣ字形の光
エンコーダを形成するよう、光エミッタ要素３０６を光
検出器要素３０７の上方に配置する。そして最後に、光
エミッタ要素３０６を取付金具（図示していない）によ
って光検出器要素３０７に固定する。従って、光エミッ
タ２０８が放出した光は、光学レンズ２１０によって平
行化され、光エミッタ２０８と光検出器２０９の間の自
由領域２０５を通過し、更に窓３０５を通過した後に、
光検出器２０９によって検出される。即ち、この第１タ
イプの光エンコーダデバイス３０１は、光エミッタ要素
３０６及び光検出器要素３０７を有する折り重ね型のデ
バイスになっている。 【０００９】図３Ｂは、従来技術による第２タイプの光
エンコーダデバイス３１０の断面を示している。前述の
第１タイプの光エンコーダデバイス３０１とは対照的
に、この第２タイプの光エンコーダデバイス３１０は製
造方法が異なり、自由領域（凹部）２０５を有するＣ字
形のエンコーダハウジング３１１を有している。このエ
ンコーダハウジング３１１は、光学的に透明な材料と光
学レンズ２１０を有している。光エミッタ要素３１２と
光検出器要素３１３は、別々に製造された後に、光エミ
ッタ２０８が光学レンズ２１０に隣接するよう、エンコ
ーダハウジング３１１内に形成された個別の凹部に挿入
されている。光エミッタ要素３１２と光検出器要素３１
３は、それぞれリードフレーム３１４を有しており、こ
れらのリードフレーム上にそれぞれ光エミッタ２０８及
び光検出器２０９がハウジングと共に取り付けられてい
る。これらのリードフレーム３１４は、光エミッタ２０
８及び光検出器２０９をそれぞれ電気的に接続するため
の電気回路（図示していない）を有している。従って、
この第２タイプの光エンコーダデバイス３１０は、個別
に製造された要素を有する組み立て型のデバイスになっ
ている。 【００１０】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の従来技術による第１タイプの光エンコーダデバイス３
０１及び第２タイプの光エンコーダデバイス３１０に
は、いくつかの欠点が存在しており、その１つが製造に
多数の部品と大規模な処理方法が必要とされることであ
り、この結果、生産コストが高くなる。 【００１１】従って、従来技術に伴うこれらの欠点のい
くつか或いはそのすべてを克服することが本発明の目的
である。 【００１２】 【課題を解決するための手段】本発明の主要な態様によ
る光エンコーダデバイスは、特定の光放出方向に光を放
出する光エミッタと、光エミッタが放出した光を光放出
方向とは異なる特定の光検出方向で検出する光検出器
と、光エミッタが放出した光を光検出器が検出できるよ
う、光エミッタと光検出器間の光路を制御する光学要素
と、光符号化ユニットの交互に変化する複数の透明及び
不透明の符号化要素が光路に影響を与えるよう、交互に
変化する複数の透明及び不透明の符号化要素を有する可
動光符号化ユニットを収容するための光エンコーダデバ
イス内の自由領域とを有している。 【００１３】尚、本発明の文脈における光とは、どのよ
うな波長の電磁放射であってもよく、具体的には、例え
ば、可視光、紫外線放射、及び／又は赤外線放射であっ
てよい。 【００１４】従来の技術と比較した場合の本発明の１つ
の利点は、本発明による光エンコーダデバイスの場合、
コードホイール／コードストリップなどの光符号化要素
用の光スルービームソリューションと光エミッタ及び光
検出器の両方を有する単一の非折り畳み型共通基板の両
方を可能にしていることである。光符号化要素用の光ス
ルービームソリューションは優れた性能を有していると
共に、単一の非折り畳み型共通基板により、本発明によ
る光エンコーダデバイスは単純な製造作業とわずかなプ
ロセス段階によって製造することができる。本発明の更
なる利点は、アライメント及び相互固定作業を要する部
品点数が従来技術に比べて少ないことである。そして、
本発明の更なる利点は、このような製造作業の単純化、
プロセス段階の減少、及び部品点数の減少により、生産
コストが削減されることである。 【００１５】本発明の前述及びその他の目的、特徴、及
び利点は、添付の図面と共に以下の説明及び添付の請求
項を参照することにより明らかになるであろう。尚、添
付の図面においては、同様の部品又は要素は、同様の参
照符号によって示されている。 【００１６】 【発明の実施の形態】以下に、添付の図面を参照して本
発明の好ましい実施例について説明する。尚、添付の図
面においては、同様の部品又は要素は同様の参照符号に
よって示されている。 【００１７】図１は、本発明の第１の好ましい実施例に
よる光エンコーダデバイス１００の断面を示している。 【００１８】この光エンコーダデバイス１００の形状は
実質的にＣ字形であり、電気回路１０２、光エミッタ１
０３、光検出器１０４、及び光学要素１０９を備える基
板１０１を有している。光エミッタ１０３及び光検出器
１０４は、電気回路１０２に電気的に接続されており、
基板１０１の平らな内側面Ｓ上に互いに隣接して取り付
けられ、それぞれカプセル１０５によって覆われてい
る。本発明によれば、通常、基板１０１は、例えば、リ
ードフレーム、インサートモールド成形リードフレー
ム、プリント回路基板（ＰＣＢ）、セラミック基板、又
はマイクロインターコネクトデバイス（ＭＩＤ）であっ
てよい。尚、本発明のこの実施例においては、基板１０
１としてインサートモールド成形リードフレームを使用
する光エンコーダデバイス１００について説明する。光
エミッタ１０３は、参照符号Ｅで示される光放出方向を
備えている。一方、光検出器１０４は、参照符号Ｄで示
す光検出方向を備えており、この方向は光エミッタ１０
３の光放出方向Ｅとは異なる。本発明の第１の好ましい
実施例によれば、光エミッタ１０３と光検出器１０４
は、光放出方向Ｅ及び光検出方向Ｄが少なくとも実質的
に逆平行になるよう、配列される。リードフレーム１０
１は、空隙１０６を含み、光エミッタ１０３の上方の実
質的に光放出方向Ｅに光学レンズ１０７を有している。
この光学レンズ１０７は、リードフレーム１０１に装着
することができる。光エミッタ１０３が放出した光は、
この光学レンズ１０７によって平行光ビームに平行化さ
れ、光エミッタ１０３並びに光検出器１０４の上方に位
置する光学要素１０９内に光放出方向Ｅで入射する。そ
して、この光エミッタ１０３から放出され光学要素１０
９に入射した光は、光学要素１０９内の光路１０８に沿
って光検出器１０４に向かって伝播する。 【００１９】本発明によれば、光学要素１０９は、光学
要素１０９内で内部反射するようになっている。従っ
て、光学要素１０９は、光学的に透明な材料と共に互い
に対向する平らな第１面１１０と平らな第２面１１１を
有している。これらの第１面１１０及び第２面１１１
は、光学要素１０９内において光エミッタ１０３及び光
検出器１０４の反対側に配列されており、光学要素１０
９と接する隣接媒体とのインターフェイスを形成してい
る。 【００２０】光は、高密度媒体から高密度媒体及び低密
度媒体間のインターフェイスに入射すると、通常、その
インターフェイスと垂直をなす面から離れる方向に屈折
する（スネルの法則）。そして、入射する光の方向とイ
ンターフェイスと垂直をなす面の間の角度が臨界値より
も大きくなると、光はインターフェイスにおいてすべて
反射され、高密度媒体から出なくなる。これは全内部反
射として知られているが、第１面１１０と第２面１１１
は、それぞれ光放出方向Ｅと所定の角度を有しており、
これらの所定の角度は、光学要素１０９と隣接媒体間の
インターフェイスの臨界角よりも大きくなっている。本
発明によれば、光学要素１０９はエポキシ樹脂で構成さ
れており、隣接する媒体は空気である。従って、第１面
１１０と第２面１１１の臨界角は約４１°である。従っ
て、第１面１１０及び第２面１１１により、光エミッタ
１０３及び光検出器１０４間の光路１０８が制御されて
いる。 【００２１】第１面１１０及び第２面１１１に入射する
光を完全に反射させるべく、光学要素１０９の第１面１
１０及び／又は第２面１１１を反射性材料でコーティン
グしてもよい。このようなコーティングは、光エンコー
ダデバイス１００の製造公差と光エミッタ１０３の動作
時の光放出方向Ｅの変動に対する光学要素１０９の安定
性を向上させるのに有用であり、この結果、第１面１１
０及び第２面１１１のそれぞれにおける望ましくない光
の損失を防止できる。 【００２２】この本発明の第１の好ましい実施例によれ
ば、第１面１１０は、光エミッタ１０３の光放出方向Ｅ
に対して少なくとも実質的に−４５°の第１角度を有
し、第２面１１１は、光エミッタ１０３の光放出方向Ｅ
に対して少なくとも実質的に＋４５°の第２角度を有し
ている。光エミッタ１０３の上方の光学要素１０９に入
射し光路１０８に沿って伝播する光は、第１面１１０に
入射し、この第１面１１０で全反射して第２面１１１に
向かう。そして、第２面１１１まで伝播した後に、この
第２面１１１において全反射され、今度は光検出器１０
４に向かう。従って、これらの第１面１１０及び第２面
１１１により、光路１０８の形状は実質的にＵ字形にな
っている。 【００２３】本発明によれば、光エミッタ１０３は発光
ダイオードであり、光検出器１０４はフォトダイオード
のアレイを有している。そして、光エミッタ１０３は、
点光源、スリット光源、面光源、又は立体光源として光
を放出することができる。この光エンコーダデバイス１
００は、交互に変化する複数の透明及び不透明の符号化
要素を有する可動光符号化ユニット１１２を収容する自
由領域１１３を更に有している。本発明によれば、光符
号化ユニット１１２は、コードホイール／コードストリ
ップであって規則的なスロット及びバーのパターン（図
示していない）を有しており、この光符号化ユニット１
１２は、この規則的なパターンが光路１０８に影響を与
えるように配列されている。そして、自由領域１１３内
のこの光符号化ユニット１１２の動作によって発生した
検出光の変動に基づいて光検出器１０４が生成した電気
信号を処理するべく、信号プロセッサ（図示していな
い）が光検出器１０４に電気的に接続されている。尚、
本発明のこの第１の好ましい実施例によれば、自由領域
１１３は、光学要素１０９内の第１面１１０と第２面１
１１の間に位置している。 【００２４】光学要素１０９は一体で形成されており、
従って、光エンコーダデバイス１００の製造に必要な部
品点数は、従来技術に比べ、少なくなっている。 【００２５】図４は、本発明の第２の好ましい実施例に
よる光エンコーダデバイス４００の断面を示している。
以下、図１で既知の部品に関する説明は省略する。 【００２６】この本発明の第２の好ましい実施例による
光エンコーダデバイス４００と本発明の第１の好ましい
実施例による光エンコーダデバイス１００の唯一の違い
は、自由領域１１３が光学要素１０９内の第２面１１１
と光検出器１０４の間に位置していることである。この
ように自由領域１１３を光検出器１０４の近くに配置す
ることにより、光符号化ユニット１１２と光検出器１０
４間の残りの光路１０８が短くなり、光符号化ユニット
１１２によって発生する光の回折が減少すると共に光符
号化ユニット１１２の動作に対する応答時間が短縮され
るという利点がもたらされる。 【００２７】図５は、本発明の第３の好ましい実施例に
よる光エンコーダデバイス５００の断面を示している。
以下、図１又は図４で既知の部品に関する説明は省略す
る。 【００２８】本発明による第１及び第２の好ましい実施
例による光エンコーダデバイス１００及び４００とは対
照的に、この本発明の第３の好ましい実施例による光エ
ンコーダデバイス５００は基板５０１を有しており、こ
の基板は、光学要素１０９内の平らではない第１面５０
２及び平らな第２面１１１の反対側に埋め込まれてい
る。本発明の第１及び第２の好ましい実施例と同様に、
この基板５０１は、例えば、リードフレーム、インサー
トモールド成形リードフレーム、プリント回路基板（Ｐ
ＣＢ）、セラミック基板、又はマイクロインターコネク
トデバイス（ＭＩＤ）であってよい。本実施例は、基板
５０１としてインサートモールド成形リードフレームを
使用するものについて説明する。このインサートモール
ド成形リードフレーム５０１は、光学要素１０９の光学
的な底面を形成しており、リードフレーム５０１には、
事前に光エミッタ１０３と光検出器１０４が装着されて
いる。この光エンコーダデバイス５００は、光学要素１
０９の第１面５０２が３次元の放物面になっているた
め、光学レンズを有していない。即ち、この第１面５０
２は、光エミッタ１０３から光放出方向Ｅで入射する光
に対して全反射ミラー並びにコリメータとして機能する
のである。従って、第１面５０２で全反射した光は、第
２面１１１に入射する前に平行光ビームになる。前述の
ように、これらの第１面５０２及び／又は第２面１１１
を反射性材料でコーティングし、光エンコーダデバイス
５００の製造公差又は光エミッタ１０３の動作における
光放出方向Ｅの変動に対する光学要素１０９の安定性を
向上させ、これにより、第１面５０２又は第２面１１１
における望ましくない光の損失を防止することも可能で
ある。 【００２９】この本発明の第３の好ましい実施例によれ
ば、第２面１１１は、光エミッタ１０３の光放出方向Ｅ
に対して少なくとも実質的に＋４５°の角度を有してい
る。光エミッタ１０３の上方の光学要素１０９に入射し
光路１０８に沿って伝播した光は、第１面５０２に入射
し、この第１面５０２において全反射及び平行化されて
第２面１１１に向かう。そして、第２面１１１に向かっ
て伝播した後に、この第２面１１１において全反射して
光検出器１０４に向かう。従って、これらの第１面５０
２及び第２面１１１により、光路１０８の形状は実質的
にＵ字形になっている。この本発明の第３の好ましい実
施例によれば、自由領域１１３は、本発明の第１の好ま
しい実施例と同様に光学要素１０９内の第１面５０２と
第２面１１１の間に位置している。 【００３０】平らな第１面とコリメータ光学レンズの代
わりに三次元放物面の第１面５０２を使用することによ
り、残りの光路１０８に沿って伝播する光ビームの平行
性が向上し、この結果、光エンコーダデバイス５００の
性能が向上するという利点がもたらされる。 【００３１】図６は、本発明の第４の好ましい実施例に
よる光エンコーダデバイス６００の断面を示している。
以下、図１、図４、又は図５で既知の部品に関する説明
は省略する。 【００３２】この本発明の第４の好ましい実施例による
光エンコーダデバイス６００と本発明の第３の好ましい
実施例による光エンコーダデバイス５００の唯一の違い
は、自由領域１１３が光学要素１０９内の第２面１１１
と光検出器１０４の間に位置していることである。自由
領域１１３を光検出器１０４の近くに配置することによ
り、光符号化ユニット１１２と光検出器１０４間の残り
の光路１０８が短くなり、光符号化ユニット１１２によ
って発生する光の回折が減少すると共に光符号化ユニッ
ト１１２の動作に対する応答時間が短縮されるという利
点がもたらされる。 【００３３】次の表１は、本発明の第３及び第４の好ま
しい実施例による光エンコーダデバイス５００及び６０
０、本発明の第１及び第２の好ましい実施例による光エ
ンコーダデバイス１００及び４００、並びに従来技術に
よる第１及び第２光エンコーダデバイス３０１及び３１
０における各光エンコーダデバイスの製造に必要な部品
点数と種類を比較したものである。 【００３４】 【表１】 【００３５】この表１から、本発明（特に第３及び第４
の好ましい実施例のそれぞれ）により、光エンコーダデ
バイスに必要な部品点数が減少することが明らかであ
る。従って、本発明による光エンコーダデバイスの場
合、製造プロセス及び生産コストが大幅に削減される。 【００３６】この発明は例として次の実施形態を含む。 【００３７】（１）光エンコーダデバイスであって、特
定の光放出方向で光を放出する光エミッタと、前記光エ
ミッタが放出する光を前記光放出方向とは異なる光検出
方向で検出する光検出器と、前記光エミッタが放出した
光を前記光検出器が検出できるよう、前記光エミッタと
前記光検出器間の光路を制御する光学要素と、前記光路
に影響を与える交互に変化する複数の透明及び不透明の
符号化要素を有する可動光符号化ユニットを収容する前
記光エンコーダデバイス内の自由領域と、を有する光エ
ンコーダデバイス。 【００３８】（２）前記光エミッタ及び光検出器は、前
記光放出方向と前記光検出方向が少なくとも実質的に逆
平行になるよう、配列される（１）記載の光エンコーダ
デバイス。 【００３９】（３）前記光学要素は、前記光路の形状が
少なくとも実質的にＵ字形になるように配列される
（２）記載の光エンコーダデバイス。 【００４０】（４）前記光学要素は、該光学要素内で全
内部反射をもたらす（３）記載の光エンコーダデバイ
ス。 【００４１】（５）前記光学要素は、互いに対向する第
１面及び第２面を有し、前記第１及び第２面は前記光エ
ミッタが放出する光を反射すると共に前記光エミッタと
前記光検出器間の光路を制御する（４）記載の光エンコ
ーダデバイス。 【００４２】（６）前記第１及び第２面は平らであり、
前記第１面は前記光放出方向に対して少なくとも実質的
に−４５°の第１角度を有し、前記第２面は前記光放出
方向に対して少なくとも実質的に＋４５°の第２角度を
有する（５）記載の光エンコーダデバイス。 【００４３】（７）前記光エミッタに隣接しており、前
記光路に沿って伝播する前に前記光エミッタが放出する
光を平行光ビームに平行化するレンズを更に有する
（６）記載の光エンコーダデバイス。 【００４４】（８）前記第１面は放物面であって前記第
２面は平らであり、前記第２面は前記光放出方向に対し
て少なくとも実質的に＋４５°の角度を有し、前記第１
面は前記光エミッタが放出する光を平行光ビームに平行
化する（５）記載の光エンコーダデバイス。 【００４５】（９）前記光符号化ユニットを収容する自
由領域は前記光学要素内に収容されている（５）記載の
光エンコーダデバイス。 【００４６】（１０）前記光符号化ユニットを収容する
自由領域は、前記第１及び第２面の間に位置している
（５）記載の光エンコーダデバイス。 【００４７】（１１）前記光符号化ユニットを収容する
自由領域は、前記第２面と前記光検出器の間に位置して
いる（５）記載の光エンコーダデバイス。 【００４８】（１２）前記第１及び第２面の少なくとも
いずれかは反射性材料でコーティングされている（５）
記載の光エンコーダデバイス。 【００４９】（１３）前記光学要素の前記第１及び第２
面は前記光エミッタが放出する光を反射する（５）記載
の光エンコーダデバイス。 【００５０】（１４）前記光符号化ユニットは、コード
ホイール又はコードストリップである（１）記載の光エ
ンコーダデバイス。 【００５１】（１５）前記自由領域内の光路に影響を与
える光符号化ユニットの動作に基づいて前記光検出器が
生成する信号を処理する信号プロセッサを更に有する
（１）記載の光エンコーダデバイス。 【００５２】（１６）前記光エミッタ及び前記光検出器
の少なくともいずれかがカプセルで覆われている（１）
記載の光エンコーダデバイス。 【００５３】（１７）前記光エミッタ及び光検出器は基
板上に配列されている（１）記載の光エンコーダデバイ
ス。 【００５４】（１８）前記光エミッタは発光ダイオード
である（１）記載の光エンコーダデバイス。 【００５５】（１９）前記光検出器はフォトダイオード
のアレイを有する（１）記載の光エンコーダデバイス。 【００５６】（２０）前記光学要素は一体で形成されて
いる（１）記載の光エンコーダデバイス。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の好ましい実施例による光エンコ
ーダデバイスの断面 【図２Ａ】従来技術による光エンコーダデバイスの概略
断面図 【図２Ｂ】従来技術による光エンコーダデバイスの概略
平面図 【図２Ｃ】従来技術による光エンコーダデバイスの概略
断面図 【図２Ｄ】従来技術による光エンコーダデバイスの概略
平面図 【図３Ａ】従来技術による第１タイプの光エンコーダデ
バイスの断面 【図３Ｂ】従来技術による第２タイプの光エンコーダデ
バイスの断面 【図４】本発明の第２の好ましい実施例による光エンコ
ーダデバイスの断面 【図５】本発明の第３の好ましい実施例による光エンコ
ーダデバイスの断面 【図６】本発明の第４の好ましい実施例による光エンコ
ーダデバイスの断面 【符号の説明】 １００、２０１、３０１、３１０、４００、５００、６
００ 光エンコーダデバイス １０３、２０８ 光エミッタ １０４、２０８ 光検出器 １０７、２１０ レンズ １０９ 光学要素 １１０、５０２ 第１面 １１１ 第２面 １１２、２０２、２０３ 可動光符号化ユニット １１３、２０５ 自由領域 Ｄ 光検出方向 Ｅ 光放出方向
ーダデバイスの断面 【図２Ａ】従来技術による光エンコーダデバイスの概略
断面図 【図２Ｂ】従来技術による光エンコーダデバイスの概略
平面図 【図２Ｃ】従来技術による光エンコーダデバイスの概略
断面図 【図２Ｄ】従来技術による光エンコーダデバイスの概略
平面図 【図３Ａ】従来技術による第１タイプの光エンコーダデ
バイスの断面 【図３Ｂ】従来技術による第２タイプの光エンコーダデ
バイスの断面 【図４】本発明の第２の好ましい実施例による光エンコ
ーダデバイスの断面 【図５】本発明の第３の好ましい実施例による光エンコ
ーダデバイスの断面 【図６】本発明の第４の好ましい実施例による光エンコ
ーダデバイスの断面 【符号の説明】 １００、２０１、３０１、３１０、４００、５００、６
００ 光エンコーダデバイス １０３、２０８ 光エミッタ １０４、２０８ 光検出器 １０７、２１０ レンズ １０９ 光学要素 １１０、５０２ 第１面 １１１ 第２面 １１２、２０２、２０３ 可動光符号化ユニット １１３、２０５ 自由領域 Ｄ 光検出方向 Ｅ 光放出方向
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 チョン・チー・キョン
マレイシア13700ペナン、ペライ、セベラ
ン・ジャヤ、ティンカト・シアカプ 11、
37
(72)発明者 チン・イー・ローン
マレイシア31500ペラク、ラハト、タマ
ン・ピンジ・メワー、ペルシャラン・ザリ
ブ ４、３
Ｆターム(参考） 2F103 BA43 CA02 EA12 EB21 EB33
EC00 GA02
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】光エンコーダデバイスであって、特定の光
放出方向で光を放出する光エミッタと、前記光エミッタ
が放出する光を前記光放出方向とは異なる光検出方向で
検出する光検出器と、前記光エミッタが放出した光を前
記光検出器が検出できるよう、前記光エミッタと前記光
検出器間の光路を制御する光学要素と、前記光路に影響
を与える交互に変化する複数の透明及び不透明の符号化
要素を有する可動光符号化ユニットを収容する前記光エ
ンコーダデバイス内の自由領域と、を有する光エンコー
ダデバイス。
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|---|---|---|---|
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| MY20021344 | 2002-04-11 |
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