JP2003322549A - 投影型エンコーダおよび発光ダイオードランプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光源であるＬＥＤランプからの射出光の利用
効率の高い３枚格子の理論による投影型エンコーダを実
現すること。 【解決手段】 投影型リニアエンコーダ１の移動格子板
６には、ＬＥＤランプ２に対峙した中央部分に透過格子
群３が一定のピッチで形成され、この上下にホトダイオ
ード群４が同一方向に配列されている。ＬＥＤレンズ２
３のレンズ面は上下に配列した２つの凸レンズ面２３
３、２３４から形成されており、各凸レンズ面２３３、
２３４はホトダイオード群４の配列方向に長い横長とさ
れ当該方向のレンズ面曲率は直交方向のレンズ面曲率よ
りも小さい。ＬＥＤレンズの側面部分２３２は発散光を
全反射可能な傾斜角度に定められている。このＬＥＤレ
ンズ２３を備えたＬＥＤランプ２は効率良く発散光を射
出光として前方に射出でき、反射格子６で反射された射
出光は上下のホトダイオード群４の位置に横長の最大光
量分布領域を形成する。よってホトダイオード群４によ
る受光量を増加でき精度の高い検出を行うことが可能に
なる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は透過格子および受光
素子が形成された半導体基板などの基板を用いた３枚格
子の理論に基づく投影型エンコーダに関し、特に、その
光源として用いる発光ダイオードからの射出光を効率良
く利用可能な投影型エンコーダに関するものである。ま
た、この投影型エンコーダの光源として用いるのに適し
た発光ダイオードランプに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】本発明者等は先に、３枚格子の理論に基
づく投影型エンコーダを提案している（下記の特許文献
参照）。図８にはかかる投影型エンコーダの検出部分の
一般的な構成を示してある。この図に示すように、投影
型エンコーダ１００は、光源としての発光ダイオードラ
ンプ（ＬＥＤランプ）１０２と、一定のピッチで透過格
子１０３および受光素子１０４が作り込まれている半導
体基板からなる移動板１０５と、一定のピッチで反射格
子１０６が形成されている反射格子板１０７とを備えて
おり、ＬＥＤランプ１０２と反射格子板１０７の間に移
動板１０５が配置された構成となっている。

【０００３】移動板１０５においては、ＬＥＤランプ１
０２に対峙する位置に横方向に一定のピッチで透過格子
１０３が形成され、この透過格子１０３の上下に受光素
子１０４が配列されている。すなわち、一定のピッチで
上側ホトダイオード群１０４および下側ホトダイオード
群１０４が配列されている。

【０００４】この構成の投影型エンコーダでは、移動板
１０５を測定対象物と一体化させて、ＬＥＤランプ１０
２からの射出光の光軸に直交する方向に沿って、透過格
子１０３およびホトダイオード群１０４の配列方向に移
動させる。ＬＥＤランプ１０２からの射出光は、まず、
移動板１０５の背面を照射し、当該移動板１０５に形成
されている透過格子１０３を通過して反射格子板１０７
の表面を格子縞状に照射する。反射格子板１０７にも一
定のピッチで反射格子１０６が形成されているので、当
該反射格子板１０７を照射した光のうちの各反射格子１
０６に照射した成分のみが反射される。反射格子像は再
び移動板１０５を照射し、一定のピッチおよび一定幅で
形成されている縦縞状のホトダイオード群１０４によっ
て受光される。

【０００５】移動板１０５に形成された縦縞状の透過格
子１０３とホトダイオード群１０４とが２枚の格子板と
して機能する。従って、反射格子１０６を用いた３枚格
子の理論に基づき、ホトダイオード群１０４の受光量
は、反射格子板１０７と移動板１０５の相対移動に対応
して正弦波状に変化する。よって、ホトダイオード群１
０４の光電流に基づき相対移動速度に対応したパルス信
号を得ることができ、当該パルス信号のパルスレートに
基づき相対移動速度を演算できる。

【０００６】また、９０度位相の異なるＡ相信号および
Ｂ相信号が得られるように、ホトダイオード群１０４を
配列しておけば、これらの２相の信号に基づき、移動板
１０５の移動方向も判別できる。

【０００７】この構成の投影型エンコーダにおいては、
透過格子および受光素子を半導体製造技術により製作し
ているので、微小ピッチの格子を製造することができ、
高分解能のエンコーダを実現できる。また、一定ピッチ
で縦縞状に形成された受光素子が格子として機能し、し
かも、当該格子自体がレンズ効果を持つので、レンズ光
学系を用いる必要が無く、装置の小型化を達成できる。
さらには、３枚格子の理論により、反射格子と透過格子
の隙間の広狭および、当該隙間の変動が分解能に悪影響
を及ぼすことがないので、これらが形成されている部材
の取り付け精度を確保するための調整作業を簡略化で
き、また、取り付け場所の制約が少なくなる。これに加
えて、反射格子と透過格子の間隔を広くできるので、例
えば反射格子の側を保護ケース等に収納して耐環境性を
高めることも可能となる等の利点がある。

【０００８】

【特許文献】特開２０００−３２１０９７号公報

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図８に
示す構成の投影型エンコーダにおいては、ＬＥＤランプ
１０２からの射出光の利用効率が悪いという問題点があ
る。すなわち、一般的に使用される市販のＬＥＤランプ
１０２は、図９に示すように、半導体基板上に作り込ま
れたチップＬＥＤ１２１と、これを覆っているほぼ半球
状の凸レンズ面１２２を備えたレンズ１２３とから構成
されている。チップＬＥＤ１２１は所定の発散角で発光
するので、所定の広がりのある配光特性Ｄを示す。

【００１０】上述のように、移動板１０５には、ＬＥＤ
ランプ１０２に対峙する位置に透過格子１０３が形成さ
れ、その上下にホトダイオード群１０４が配列されてい
る。従って、ＬＥＤランプ１０２からの射出光における
中心光軸Ｌ近傍の光量分布が最大の光束部分が利用され
ず、その外周側部分の光束部分のみが反射されてホトダ
イオード群１０４によって受光される。一般に、ＬＥＤ
ランプ１０２から透過格子１０３を通過して反射格子１
０６に向かう透過光の光量はＬＥＤランプ１０２の射出
光の光量の約５０％であり、反射格子１０６で反射して
ホトダイオード群１０４において受光される光量はＬＥ
Ｄランプ１０２の射出光の光量の３０％程度と少ない。

【００１１】ＬＥＤ１０２の出力を増加させることな
く、ホトダイオード１０４の出力を高めるためには、Ｌ
ＥＤランプ１０２の射出光の利用効率を高める必要があ
る。

【００１２】本発明の課題は、この点に鑑みて、ホトダ
イオード群での受光量が増加するようにＬＥＤランプ射
出光の利用効率を高めることのできる投影型エンコーダ
を提案することにある。また、本発明はかかる投影型エ
ンコーダの光源として用いる発光ダイオードランプを提
案することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明は、光源と、一定のピッチで配列された所
定形状の反射格子と、一定のピッチで配列された所定形
状の透過格子と、前記光源から出射され前記透過格子を
透過して前記反射格子で反射された反射光像を受光する
受光素子とを有し、前記受光素子から得られる検出信号
に基づき、少なくとも、前記反射格子および前記透過格
子の相対移動位置を検出する投影型エンコーダであっ
て、前記受光素子は、前記光源からの射出光の中心光軸
に対して上下あるいは左右にずれた位置に配列された第
１の受光素子あるいは受光素子群および第２の受光素子
あるいは受光素子群を含み、前記光源は、発光ダイオー
ドおよび当該発光ダイオードの発散光を前方に射出する
ためのレンズとを備えた発光ダイオードランプであり、
前記レンズにおける射出側レンズ面は、射出光を前記第
１および第２の受光素子あるいは受光素子群に集光でき
るように、第１および第２の凸レンズ面を並べた輪郭形
状をしていることを特徴としている。

【００１４】本発明では、発光ダイオードランプからの
射出光は、反射格子により反射されない中心光軸近傍の
光量が低減され、その周囲に二つの最大光量分布領域が
現れる光量分布になる。この結果、反射格子で反射され
て第１および第２の受光素子あるいは受光素子群で受光
される光量を増加させることができる。

【００１５】ここで、発光ダイオードの発散光のうちレ
ンズ前面から射出されない周辺光成分を有効利用するた
めには、レンズの側面部分を、前記発光ダイオードの発
散光が臨界角よりも大きな角度で入射可能な傾斜角度に
設定することが望ましい。この構成によれば、発散光の
周辺光成分はレンズ側面で全反射され、凸レンズ面とさ
れているその射出側レンズ面を介して、射出光として前
方に射出される。よって、周辺光成分を有効利用できる
ので、その分、第１および第２の受光素子あるいは受光
素子群での受光量を増加できる。

【００１６】また、前記第１および第２の受光素子群
は、その配列方向の長さが、直交する方向の長さよりも
長いので、配列方向の両端部分に位置している受光素子
にも充分に反射光を当てることができるようにするため
には、レンズの配光特性を、第１および第２の受光素子
群の配列方向に沿って長い横長の状態にすることが望ま
しい。このためには、前記第１および第２の凸レンズ面
を、前記第１および第２の受光素子群の配列方向に沿っ
た長さがこれに直交する方向の長さよりも長くなるよう
にし、当該配列方向の凸レンズ面曲率を小さくすること
が望ましい。

【００１７】次に、前記第１の受光素子群が、位相が９
０度ずれたＡ相信号およびＢ相信号を生成するための受
光素子群を含むものである場合には、Ａ相およびＢ相の
リサージュ波形をより真円に近いものとするために、拡
散光を用いることが望ましい。よって、これらを照明す
る前記第１の凸レンズ面は、前記第１の受光素子群の配
列方向および当該配列方向に直交する方向に拡散する拡
散光を生成する配光特性を備えていることが望ましい。

【００１８】これに対して、前記第２の受光素子あるい
は受光素子群が、前記反射格子および前記透過格子の相
対移動位置を検出するための基準となる原点位置を検出
するために用いるＺ相信号を生成するためのものである
場合には、前記第２の凸レンズ面は、前記第１の受光素
子の幅方向あるいは前記第１の受光素子群の配列方向に
は平行光を生成し、これに直交する方向には拡散光を生
成する配光特性を備えていることが望ましい。このよう
な光を用いると、拡散光を用いる場合に比べて、前記第
２の受光素子から比較的急峻な波形の信号を得ることが
できる。この結果、原点位置を精度良く検出可能にな
る。また、配光特性の異なるＡＢ相用の光源およびＺ相
用の光源を配置する場合には、設置スペースが増加する
という弊害、双方の光源ランプの寿命にばらつきができ
るという弊害、双方の光源ランプの温度特性などにばら
つきができるという弊害がある。よって、本発明のよう
に、レンズのレンズ面形状を工夫した場合の方が有利で
ある。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下に、図面を参照して、本発明
を適用した３枚格子の理論に基づく投影型リニアエンコ
ーダの実施例を説明する。

【００２０】図１は本例の投影型リニアエンコーダを示
す概略構成図である。この図に示すように、投影型リニ
アエンコーダ１は、光源としてのＬＥＤランプ２と、透
過格子３およびホトダイオード群４を備えた移動板５
と、反射格子６が表面に形成されている反射格子板７
と、制御回路８から基本的に構成されている。移動板５
は複合板であり、透過格子３が形成されているガラス基
板９と、ホトダイオード群４が作り込まれているＰＤア
レイチップ１１と、ホトダイオード群４が作り込まれて
いるＰＤアレイチップ１２から構成されている。

【００２１】ＬＥＤランプ２からの射出光は、移動板５
の透過格子３を透過して、反射格子板７の反射格子６を
照射する。この反射格子６で反射された反射光像がホト
ダイオード群４で受光され、各ホトダイオード群４の検
出信号が制御回路部８に供給される。

【００２２】制御回路部８は、ホトダイオード群４の検
出信号に基づき１／４λだけ位相のずれたＡ相信号およ
びＢ相信号を形成する信号処理部９と、これらＡ相およ
びＢ相信号に基づき移動板５の移動速度、移動方向等の
移動情報を演算するための演算部１０と、演算結果を表
示する表示部１１と、ＬＥＤランプ２の駆動をフィード
バック制御するランプ駆動部１２とを備えている。

【００２３】図２は移動板５を示す斜視図であり、図３
はＰＤアレイチップ１１、１２に形成されているホトダ
イオード群４と透過格子３の配置関係を示す説明図であ
る。これらの図を参照して説明すると、移動板５を構成
しているガラス基板９は使用波長（ＬＥＤランプ２の射
出光の波長）に対して透明であり、その反射格子板７に
対峙している表面１３には無反射コーティング（反射防
止膜）１４が施されている。ガラス基板９の裏面１５に
は細長い長方形状の領域にアルミニウムやクロムなどの
金属薄膜からなる遮光膜１６が積層されており、この遮
光膜１６を格子状にエッチングすることにより多数の透
過格子３が形成されている。本例では、各透過格子３は
移動板５の移動方向に直交する方向に細長い長方形をし
ており、移動板５の移動方向に向けて一定のピッチＰで
配列されている。

【００２４】ガラス基板９の裏面１５における透過格子
３の上側部分にはＰＤアレイチップ１１が貼り付けられ
ており、透過格子３の下側にはＰＤアレイチップ１２が
貼り付けられている。これらのＰＤアレイチップ１１、
１２は同一構造であるので上側のＰＤアレイチップ１１
についてのみ説明する。ＰＤアレイチップ１１は、横長
の長方形の半導体基板２０に、４組のホトダイオード３
１Ａ、３１Ａ’、３１Ｂ、３１Ｂ’が作り込まれた構成
となっている。各ホトダイオードは面状ホトダイオード
であり、これらのホトダイオードの受光面が対峙してい
るガラス基板裏面１５の部分には、アルミニウム、クロ
ムなどの金属薄膜からなる遮光膜１７Ａが積層されてお
り、この遮光膜１７Ａを格子状にエッチングすることに
より一定のピッチＰで移動板５の移動方向に配列された
多数の一定幅の縦長格子窓が形成されている。

【００２５】ここで、ホトダイオード３１Ａの受光部分
を規定している遮光膜１７Ａに形成した格子窓３３に対
して、ホトダイオード３１Ａ’の受光部分を規定してい
る遮光膜１７Ａに形成した格子窓３３は、１／２ピッチ
位相がずれた位置関係にある。また、同様な構成によ
り、ホトダイオード３１Ｂの受光面（格子窓）３３は、
ホトダイオード３１Ａ’の受光面（格子窓）３３に対し
て１／４ピッチ位相がずれた位置関係にある。さらに、
ホトダイオード３１Ｂ’の受光面（格子窓）３３は、ホ
トダイオード３１Ｂの受光面（格子窓）３３に対して１
／２ピッチ位相がずれた位置関係にある。

【００２６】このように４組のホトダイオード３１Ａ、
３１Ａ’、３１Ｂ、３１Ｂ’の受光位置を規定すること
により、例えば、ホトダイオード３１Ａの検出信号に基
づきＡ相信号が得られ、ホトダイオード３１Ａ’の検出
信号に基づき位相が１８０度ずれたＡ相の反転信号が得
られ、ホトダイオード３１Ｂの検出信号に基づきＡ相信
号とは位相が９０度ずれたＢ相信号が得られ、ホトダイ
オード３１Ｂ’の検出信号に基づきＢ相の反転信号が得
られる。Ａ相およびその反転信号からこれらの差動信号
を生成し、Ｂ相およびその反転信号からこれらの差動信
号を生成し、これらの差動信号に基づき、移動板５の移
動方向および移動速度を検出できる。

【００２７】なお、ＰＤアレイチップ１２が貼り付けら
れているガラス基板裏面１５の部分においても同一構成
の遮光膜１７Ｂが形成されている。

【００２８】このように構成された本例の投影型リニア
エンコーダ１では、移動板５を測定対象物（図示せず）
と一体化させて、光軸Ｌに直交する平面内において、透
過格子３およびホトダイオード３２の配列方向に移動さ
せる。ＬＥＤランプ２からの出射光は、まず、移動板５
の背面を照射し、当該移動板５に形成されている透過格
子３を透過して固定した位置に配置されている反射格子
板７を格子縞状に照射する。反射格子板７にも一定ピッ
チで同一幅の反射格子６が形成されているので、当該反
射格子板７を照射した光のうち各反射格子６に照射した
成分のみが反射される。反射格子像は再び移動板５を照
射し、ホトダイオード群４によって受光される。

【００２９】このように、移動板５に形成された縦縞状
の透過格子３とホトダイオード群４とが２枚の格子板と
して機能する。従って、反射格子６を用いた３枚格子の
理論に基づき、ホトダイオード群４においては、固定側
の反射格子６と移動側の透過格子３の相対移動に対応し
て受光量が正弦波状に変化する。よって、ホトダイオー
ド群４の光電流に基づき相対移動速度に対応したパルス
信号を得ることができ、当該パルス信号のパルスレート
に基づき相対移動速度を演算できる。

【００３０】（ＬＥＤランプのレンズの形状）図４はＬ
ＥＤランプ２の構造および形状を模式的に示す説明図で
ある。本例のＬＥＤランプ２は、図４（ｅ）に示すよう
に、チップ型ＬＥＤ２０と、ＬＥＤレンズ２３から構成
されている。チップ型ＬＥＤ２０は、図４（ａ）、
（ｂ）に示すように、半導体基板２０ａと、この上に搭
載された発光チップ２０ｂと、この発光チップ２０ｂを
保護している樹脂製の保護層２０ｃと、半導体基板２０
ａの裏面に形成された電極２０ｄを備えている。このチ
ップ型ＬＥＤ２０の保護層２０ｃの平坦な表面に、図４
（ｃ）、（ｄ）に示す形状のＬＥＤレンズ２３が積層接
着されている。

【００３１】次に、図５および図６を参照して、本例の
ＬＥＤランプ２のレンズ形状を詳細に説明する。ＬＥＤ
レンズ２３は、ＬＥＤチップ２０ｂの発光点２０ｅから
の発散光を前方に射出するためのものであり、角錐台状
に前方に突出しているレンズ側面部分２３２と、このレ
ンズ側面部分２３２の前端に形成された一対の凸レンズ
面２３３、２３４とを備えている。一対の凸レンズ面２
３３、２３４によってＬＥＤレンズ２３の射出側レンズ
面が規定されている。

【００３２】これらの凸レンズ面２３３、２３４は、透
過格子群の配列方向、すなわちホトダイオード群の配列
方向に直交する方向に並んでいる。また、それぞれが当
該配列方向に沿って長いレンズ面とされている。さらに
は、図６（ｂ）、（ｃ）に示すように、当該配列方向に
直交する方向で切断した場合の凸レンズ面の曲率に比べ
て、これに直交する配列方向に沿って切断した場合の凸
レンズ面の曲率が小さくなっている。

【００３３】図５に示すように、このように２つの凸レ
ンズ面２３３、２３４が形成されているＬＥＤランプ２
からの射出光は、最大光量分布が２箇所に存在する配光
特性を示す。このように射出光の中心軸線近傍の光量を
低減させることにより、反射格子６で反射されてホトダ
イオード群４で受光される受光量を高めることができ
る。

【００３４】また、図６に示すように、各凸レンズ面２
３３、２３４はホトダイオード群４の配列方向に長い横
長の形状であり、しかもこの方向の曲率は直交する方向
に比べて小さいので、横長の楕円形状あるいは長円状の
光量分布を示す。従って、ホトダイオード群４の配列方
向の両端部分の受光面部分においても充分な光量の反射
光を受光でき、ホトダイオード群の配列方向の受光量分
布が均一化されると共に、ホトダイオード群の受光光量
も増加する。

【００３５】さらに、本例では、図５に示すように、Ｌ
ＥＤランプ２の側面部分２３２に入射する発散光の入射
角が臨界角θよりも大きくなるように、当該側面部分２
３２の傾斜角度を定めている。この結果、ＬＥＤランプ
２のレンズ面を介して前方に射出されない発散光の光量
を低減できる。この結果、透過格子群３を透過して反射
格子群６に到る射出光の透過光量を増加できる。

【００３６】本例のＬＥＤランプ２を用いた場合には、
上記のように、ＬＥＤ射出光の利用効率を高めることが
できる。本発明者等の実験によれば、ホトダイオード群
４による受光量をＬＥＤランプ２の射出光量の５０％程
度まで増加できることが確認された。

【００３７】従って、本例の投影型リニアエンコーダに
おいては、ＬＥＤランプ２の出力を高めることなく、ホ
トダイオード群４の受光量を増加させてＳ／Ｎ比の高い
検出信号を得ることができる。よって、精度の高い投影
型リニアエンコーダを実現できる。

【００３８】（その他の実施の形態）次に、上記の例で
は、Ａ相信号およびＢ相信号を得るようにしているが、
これに加えて、移動板５の原点位置を表すＺ相信号を得
ることができるように構成することもできる。この構成
によれば、移動板の原点位置に基づき、移動板の絶対位
置を検出可能である。

【００３９】この構成の場合には、例えば、図７
（ａ）、（ｂ）に示すように、ガラス基板９に形成した
透過格子３の下側に、Ｚ相用の透過格子３Ｚを形成す
る。また、ガラス基板９における透過格子３の上側に、
例えば図２に示すようにＡ、Ａ’、Ｂ、Ｂ’相用のホト
ダイオードが作り込まれているＰＤアレイチップ１１を
貼り付ける。さらに、ガラス基板９における透過格子３
Ｚの下側に、Ｚ相検出信号を発生させるためのホトダイ
オード群３１Ｚが作り込まれたＰＤアレイチップ１２Ｚ
を貼り付ける。また、反射格子板７には、Ａ、Ｂ相用の
反射格子６の他に、その下側に、Ｚ相用の反射格子６Ｚ
を形成する。これ以外の構成は図１に示す場合と同様で
あるので、図７においては対応する部位には同一の符号
を付してある。

【００４０】ここで、この場合に用いるのに適した光
は、Ａ、Ｂ相用には縦（ホトダイオードの配列方向に直
交する方向）および横（ホトダイオードの配列方向）と
もに拡散光であることが望ましい。これに対して、Ｚ相
用には縦方向には拡散光であり、横方向には平行光であ
ることが望ましい。

【００４１】そのために、Ａ、Ｂ相用のＬＥＤ光源と、
Ｚ相用のＬＥＤ光源を配置することも考えられる。しか
し、複数の光源を配置すると、その分、設置スペースが
必要となるので、装置の大型化、高コスト化を招いてし
まう。また、各光源間において寿命のばらつき、温度特
性などのばらつきが生ずる可能性もある。

【００４２】よって、この場合においても、図７（ｂ）
に示すように、単一のＬＥＤランプ２Ａを用いると共
に、そのレンズ２３Ａのレンズ面に上下２つの凸レンズ
面２３ａ、２３ｂを形成し、それぞれの凸レンズ面形状
を工夫することにより、上側の凸レンズ面２３ａからは
Ａ、Ｂ相に適した光を照射でき、下側の凸レンズ面２３
ｂからはＺ相に適した光を照射できるようにすることが
望ましい。

【００４３】すなわち、図７（ｃ）に示すように、上側
の凸レンズ面２３ａを介して射出してＡ、Ｂ相用の透過
格子３を透過した光Ｌ１は、縦方向および横方向共に拡
散光であるので、縦横に拡大した状態で反射格子板７の
反射格子６を照射する。また、反射格子６の反射光も縦
横に拡大してＡ、Ｂ相用のホトダイオード３１Ａ、３１
Ｂなどを照射する。

【００４４】これに対して、下側の凸レンズ面２３ｂを
介して射出してＺ相用の透過格子３Ｚを透過した光Ｌ２
は、縦方向には拡散光であり、横方向には平行光である
ので、縦方向にのみ広がって反射格子板７のＺ相用の反
射格子６Ｚを照射する。また、反射格子６Ｚの反射光も
縦方向にのみ拡大して、Ｚ相用のホトダイオード３１Ｚ
を照射する。

【００４５】このような配光特性が得られるように、発
光ダイオードランプ２Ａのレンズ２３Ａのレンズ面２３
ａ、２３ｂを規定することにより、単一の光源によって
異なる配光特性の光を照射できる。また、精度良く、各
相の検出信号を生成することができる。

【００４６】次に、上記の各例では、反射格子が形成さ
れている反射格子板を固定側としてあるが、当該反射格
子板の側を移動側とし、移動板の側を固定側としてもよ
い。

【００４７】また、移動板が、ガラス基板にＰＤ基板を
積層した複合構造となっているが、半導体基板に透過格
子およびホトダイオードを作り込む構成とすることも可
能である。

【００４８】次に、上記の例はリニアエンコーダに関す
るものであるが、ロータリーエンコーダに対しても本発
明を同様に適用可能である。この場合には、光透過格子
とホトダイオードを、円周方向に向けて一定の角度間隔
で形成すればよい。

【００４９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、３枚格
子の理論に基づき、反射格子と透過格子を用いてこれら
の相対移動に関する情報を検出可能な反射格子像を受光
素子で受光させるようにした投影型エンコーダにおい
て、光源であるＬＥＤランプのレンズ面形状を２つの凸
レンズ面から形成し、最大光量分布が２箇所に現れるよ
うにＬＥＤランプ射出光の配光特性を設定している。こ
の構成によれば、ＬＥＤランプの対峙位置の上下あるい
は左右にずれた位置に配列されている受光素子群による
受光量を増加させることができるので、射出光の利用効
率を高めることができる。

【００５０】また、本発明では、ＬＥＤレンズ側面部分
でＬＥＤ発散光が全反射するように当該レンズ側面部分
の傾斜角度を定めてあるので、射出光として前方に射出
されて透過格子を介して反射格子を照射する透過光の光
量を増加できる。この構成によっても、受光素子群によ
る受光量を増加させることができるので、ＬＥＤ射出光
の利用効率を高めることができる。

【００５１】さらに、本発明では、ＬＥＤレンズ面に形
成されている２つの凸レンズ面を、受光素子群の配列方
向に長くすると共に、当該配列方向の凸面の曲率を直交
方向の曲率よりも小さくしてある。この構成によれば、
ＬＥＤ射出光の光量分布を二列に配列された受光素子群
に沿って延びる横長の楕円状あるいは長円状の分布にで
きるので、配列方向の両端部分に位置する受光素子にお
ける受光量を充分なものとすることができるので、全体
として受光量の均一化および受光量の増加を図ることが
できる。よって、ＬＥＤ射出光の利用効率を高めること
ができる。

【００５２】一方、本発明では、ＬＥＤレンズ面を工夫
することにより、Ａ、Ｂ相用に適した配光特性の光と、
Ｚ相用に適した配光特性の光を、単一の光源から射出す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した投影型リニアエンコーダの一
例を示す概略構成図、および移動板および反射格子板を
示す構成図である。

【図２】図１の移動板を示す斜視図である。

【図３】図１の移動板のＰＤアレイチップに形成されて
いるホトダイオード群と透過格子の配置関係を示す説明
図である。

【図４】図１のＬＥＤランプの構造、形状を模式的に示
す説明図である。

【図５】図１のＬＥＤランプの配光特性を示す説明図で
ある。

【図６】（ａ）は図１のＬＥＤランプのレンズ形状およ
び光量分布状態を示す説明図であり、（ｂ）はＬＥＤレ
ンズを矢印Ｂの方向から見た場合の側面図であり、
（ｃ）は矢印Ａの方向から見た場合のＬＥＤレンズの側
面図である。

【図７】原点信号を生成する投影型エンコーダに本発明
を適用した場合を示す図であり、（ａ）はその移動板を
示す説明図、（ｂ）はその概略構成図であり、（ｃ）は
レンズを介して射出される光の配光特性を示す説明図で
ある。

【図８】投影型エンコーダの検出部分の構成を示す説明
図である。

【図９】図８のＬＥＤランプの射出光の配光分布を示す
説明図である。

【符号の説明】

１ 投影型リニアエンコーダ ２、２Ａ ＬＥＤランプ ２０ チップ型ＬＥＤ ２０ａ 半導体基板 ２０ｂ ＬＥＤチップ ２０ｃ 保護膜 ２０ｄ 発光点 ２３、２３Ａ ＬＥＤレンズ ２３２ 側面部分 ２３ａ、２３ｂ、２３３、２３４ 凸レンズ面 ３、３Ｚ 透過格子 ４ ホトダイオード群 ５ 移動板 ６ 反射格子 ７ 反射格子板 ８ 制御回路部 ９ ガラス基板 １１、１２ ＰＤアレイチップ １２Ｚ Ｚ相用ホトダイオード １３ ガラス基板の表面 １４ 反射防止膜 １５ ガラス基板の裏面 １６、１７Ａ、１７Ｂ 遮光膜 ２０ 半導体基板 ３１Ａ、３１Ａ’３１Ｂ、３１Ｂ’、３１Ｚ ホトダイ
オード ３３ 格子窓（ホトダイオードの受光面に対応する部
分）

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１５年３月３日（２００３．３．３）

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図７

【補正方法】変更

【補正内容】

【図７】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 見田村 宗雄 長野県南安曇郡穂高町大字牧1856−１ 株 式会社ハーモニック・ドライブ・システム ズ穂高工場内 Ｆターム(参考） 2F103 BA27 CA02 EA02 EA15 EB06 EB12 EB15 EB32 EC01 5F089 BA02 BB03 BC02 BC15 BC22 CA03 GA10

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源と、一定のピッチで配列された所定
   形状の反射格子と、一定のピッチで配列された所定形状
   の透過格子と、前記光源から出射され前記透過格子を透
   過して前記反射格子で反射された反射光像を受光する受
   光素子とを有し、前記受光素子から得られる検出信号に
   基づき、少なくとも、前記反射格子および前記透過格子
   の相対移動位置を検出する投影型エンコーダであって、 前記受光素子は、前記光源からの射出光の中心光軸に対
   して上下あるいは左右にずれた位置に配列された第１の
   受光素子あるいは受光素子群および第２の受光素子ある
   いは受光素子群を含み、 前記光源は、発光ダイオードおよび当該発光ダイオード
   の発散光を前方に射出するためのレンズとを備えた発光
   ダイオードランプであり、 前記レンズにおける射出側レンズ面は、射出光を前記第
   １および第２の受光素子あるいは受光素子群に集光でき
   るように、第１および第２の凸レンズ面を並べた輪郭形
   状をしていることを特徴とする投影型エンコーダ。
2. 【請求項２】 請求項１において、 前記レンズの側面部分は、前記発光ダイオードの射出光
   が臨界角よりも大きな角度で入射可能な傾斜角度に設定
   されていることを特徴とする投影型エンコーダ。
3. 【請求項３】 請求項１または２において、 前記第１および第２の凸レンズ面は、前記第１および第
   ２の受光素子群の配列方向の長さがこれに直交する方向
   の長さよりも長く、当該配列方向の凸レンズ面曲率がこ
   れに直交する方向の曲率よりも小さいことを特徴とする
   投影型エンコーダ。
4. 【請求項４】 請求項１、２または３において、 前記第１の受光素子群は、位相が９０度ずれたＡ相信号
   およびＢ相信号を生成するための受光素子群を含むもの
   であり、 前記第１の凸レンズ面は、前記第１の受光素子群の配列
   方向および当該配列方向に直交する方向に拡散する拡散
   光を生成する配光特性を備えていることを特徴とする投
   影型エンコーダ。
5. 【請求項５】 請求項１、２、３または４において、 前記第２の受光素子あるいは受光素子群は、前記反射格
   子および前記透過格子の相対移動位置を検出するための
   基準となる原点位置を検出するために用いるＺ相信号を
   生成するためのものであり、 前記第２の凸レンズ面は、前記第１の受光素子の幅方向
   あるいは前記第１の受光素子群の配列方向には平行光を
   生成し、これに直交する方向には拡散光を生成する配光
   特性を備えていることを特徴とする投影型エンコーダ。
6. 【請求項６】 請求項１ないし５のうちのいずれかの項
   に記載の投影型エンコーダの光源として使用する前記発
   光ダイオードランプ。