JP2005156549A - 光学式エンコーダ - Google Patents

Abstract

【課題】 発光素子や受光素子を保護する透明光学部材を有する光学式エンコーダにおいて、透明光学部材からの反射光の影響を低減することができる光学式エンコーダの提供。
【解決手段】 アブソリュートパターン１００およびインクリメンタルパターン１０１と対向するようにセンサ光学部４が設けられ、ＬＥＤ４０２の光をそれらのパターン１００，１０１で反射して受光素子アレイ４０３，４０４により受光する。ＬＥＤ４０２および受光素子アレイ４０３，４０４は基板４０１上に形成されており、それらの表面は透明光学部材４０５によって覆われている。透明光学部材４０５の厚さＧを式「Ｇ≧（Ｄ／２）／tanθ_０」が満足されるように設定することにより、表面４０５ａで反射されて受光素子アレイ４０３，４０４に入射する反射光の影響を低減することができる。ただし、θ_０は反射率が１０％となる入射角を表す。
【選択図】 図３

Description

本発明は、光学式エンコーダに関する。

光学式エンコーダにおいては、刻線が形成された刻線円板と、刻線円板を挟むように対向配置された光源および受光素子アレイを備えている（例えば、特許文献１参照）。刻線円板は例えばモータ回転軸等に固定され、光源および受光素子に対して相対的に回転する。光源としては、ＬＥＤ等で発生した光をコリメートレンズで平行光にして出射するものが用いられる。

特開２０００−１４６６２３号公報

ところで、光学式エンコーダに用いられるＬＥＤ素子やセンサは、酸化防止や機械的保護のためにＬＥＤ素子やセンサが透明部材によりパッケージされていたり、ＬＥＤ素子の出射面やセンサの受光面が透明部材により覆われている。そのため、透明部材の表面で反射した光がセンサ面に入射し、その反射光がノイズとしてセンサ信号に乗ってしまうという問題があった。特に、アブソリュートエンコーダにおいてはセンサの各セグメントから出力される信号をそれぞれ独立して利用するため、各セグメントから出力された信号の差分を利用するインクリメンタルエンコーダよりも反射光の影響を受けやすい。

請求項１の発明による光学式エンコーダは、インクリメンタルパターンが形成された反射スケールと、インクリメンタルパターンに向けて光を出射する発光素子と、インクリメンタルパターンからの反射光を検出する光電変換素子アレイと、光電変換素子アレイの受光面および発光素子の光出射面を一体に覆ってそれらを周囲環境から保護する透明光学部材とを備え、受光面の領域中で発光素子から最も遠い位置までの距離をＤとし、発光素子から出射された光が透明光学部材の表面で反射されたときの反射率が１０％となる反射角をθとした場合に、式「Ｇ≧（Ｄ／２）／tanθ」を満足するように透明光学部材の厚さＧを設定したことを特徴とする。
請求項２の発明による光学式エンコーダは、シリアルアブソリュートパターンおよびインクリメンタルパターンが並設された反射スケールと、シリアルアブソリュートパターンからの反射光を検出する第１の光電変換素子アレイと、第１の光電変換素子アレイと並列に形成され、インクリメンタルパターンからの反射光を検出する第２の光電変換素子アレイと、第１の光電変換素子アレイと第２の光電変換素子アレイとの間に配置され、反射スケールに向けて光を出射する発光素子と、第１および第２の光電変換素子アレイの受光面および発光素子の光出射面を一体に覆ってそれらを周囲環境から保護する透明光学部材とを備え、受光面の領域中で発光素子から最も遠い位置までの距離をＤとし、発光素子から出射された光が透明光学部材の表面で反射されたときの反射率が１０％となる反射角をθとした場合に、式「Ｇ≧（Ｄ／２）／tanθ」を満足するように透明光学部材の厚さＧを設定したことを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項２に記載の光学式エンコーダにおいて、第１の光電変換素子アレイと第２の光電変換素子アレイと発光素子とを、反射スケールと対向配置された半導体基板に形成したものである。
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の光学式エンコーダにおいて、透明光学部材は、発光素子からパターンに入射する光およびパターンで反射されて受光面に入射する光が通過するエリアを有する面と、発光素子の光軸方向に沿った側面とを有し、側面の面形状を、側面で反射された光の受光面への入射を低減する形状としたものである。
請求項５の発明は、請求項４に記載の光学式エンコーダにおいて、側面の面形状を、前記発光素子の出射位置を中心とする球面としたものである。
請求項６の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の光学式エンコーダにおいて、透明光学部材は、発光素子からパターンに入射する光およびパターンで反射されて受光面に入射する光が通過する面を除く面の少なくとも１部の面に、光学透明部材とほぼ同一の屈折率を有する光吸収膜が形成されて成るものである。
請求項７の発明は、請求項１〜６のいずれかに記載の光学式エンコーダにおいて、発光素子が面発光型ＬＥＤチップであり、面発光型ＬＥＤチップのチップ側方への側面光放出を阻止する阻止手段を設けたものである。
請求項８の発明は、請求項１〜７に記載の光学式エンコーダに搭載されるセンサ素子に関するものであって、光電変換素子アレイおよび発光素子が設けられた半導体基板と、光電変換素子アレイの受光面および発光素子の光出射面を一体に覆ってそれらを周囲環境から保護する透明光学部材とを備え、受光面の領域中で発光素子から最も遠い位置までの距離をＤとし、発光素子から出射された光が透明光学部材の表面で反射されたときの反射率が１０％となる反射角をθとした場合に、式「Ｇ≧（Ｄ／２）／tanθ」を満足するように透明光学部材の厚さＧを設定したことを特徴とする。

本発明によれば、透明光学部材の表面で反射され受光素子アレイに入射する反射光は、表面での反射率が１０％以下の反射光であるため、パターンからの光を検出する際の反射光の影響を低減することができ、安定した検出信号を得ることができる。

以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。図１は本発明による光学式エンコーダの概略構成を示したものであり、アブソリュートエンコーダの断面図である。また、図２は、図１のスケール円板１を中心とする概略斜視図である。スケール円板１は回転検出を行う対象物に取り付けられるものであり、例えば、モータ軸の回転軸端部に固定されてモータ軸とともに回転する。スケール円板１には、図２に示すようにアブソリュートパターン１００およびインクリメンタルパターン１０１が同心円状に形成されている。

図１のスケール円板１と対向する位置にはプリント配線基板３が配設されており、そのプリント配線基板３のアブソリュートパターン１００およびインクリメンタルパターン１０１と対向する位置にはセンサ光学部４が搭載されている。センサ光学部４に設けられた基板４０１には、ＬＥＤ４０２および受光素子アレイ４０３，４０４が設けられている。基板４０１は、ＬＥＤ４０２および受光素子アレイ４０３，４０４の酸化防止や機械的保護のために透明光学部材４０５によりモールドされている。透明光学部材には樹脂等が用いられる。

図２に示すように、各受光素子アレイ４０３，４０４は、光電変換素子をスケール円板１の周方向に一列に配設したものである。なお、図示していないが、プリント配線基板３には、受光素子アレイ４０３，４０４の出力信号を処理する処理回路やＬＥＤ４０２の発光を制御する発光制御回路等が設けられている。アブソリュートパターン１００およびインクリメンタルパターン１０１は、ＬＥＤ４０２からの発散光を反射する反射パターンａ，ｂを円周上に複数設けることにより形成される。本実施の形態では、スケール円板１の表面にクロム等を蒸着することにより反射パターンａ，ｂを形成している。

インクリメンタルパターン１０１は、反射パターンｂとパターンニングが施されない領域ｄとを交互に配設したものである。一方、アブソリュートパターン１００の場合には、例えばＭ系列パターンによって反射パターンａとパターンニングが施されない領域ｃとが配列される。Ｎ次のＭ系列は２^Ｎ−１個の０または１の符号により形成され、例えば、符号０を反射パターンａに対応させ、符号１を領域ｃに対応させる。２^Ｎ個の符号列にするため０が（Ｎ−１）個連続するパターンの頭に０を付与する。Ｍ系列では、符号の並びの中から連続したＮ個の符号を取り出した場合、その取り出す位置によって符号の並び方が全て異なる。よって、Ｎ個の連続した反射パターンａと領域ｃとを検出することにより、スケール円板１の回転位置の絶対位置を求めることができる。

ＬＥＤ４０２から出射された光Ｌ１は透明光学部材４０５を透過して、アブソリュートパターン１００およびインクリメンタルパターン１０１のそれぞれに照射される。光Ｌ１はそれぞれアブソリュートパターン１００およびインクリメンタルパターン１０１により反射され、アブソリュートパターン１００で反射された光Ｌ１は受光素子アレイ４０３に入射し、インクリメンタルパターン１０１で反射された光Ｌ１は受光素子アレイ４０４に入射する。

ＬＥＤ４０２からは発散光が出射されるので、受光素子アレイ４０３，４０４にはそれぞれアブソリュートパターン１００およびインクリメンタルパターン１０１の拡大像が反射投影される。そのため、受光素子アレイ４０３，４０４の大きさおよび位置は、反射投影されるアブソリュートパターン１００およびインクリメンタルパターン１０１の拡大像に対応するように設定されている。

すなわち、受光素子アレイ４０３を構成する各光電変換素子の大きさは反射パターンａおよび領域ｃの像の大きさに応じて形成され、受光素子アレイ４０４を構成する各光電変換素子の大きさは反射パターンｂおよび領域ｄの像の大きさに応じて形成されている。本実施の形態では、図１に示すようにＬＥＤ４０２の出射面と受光素子アレイ４０３，４０４の受光面とを同一平面上に配設した場合には、拡大像の倍率は２倍になる。

ＬＥＤ４０２から出射される光は発散光であるため、照射領域の中心部分では光量がほぼ均一であるが周辺部では光量が低下する。そのため、ＬＥＤ４０２を受光素子アレイ４０３と受光素子アレイ４０４との間に配置し、アブソリュートパターン１００とインクリメンタルパターン１０１とがほぼ同一条件で照明されるようにする。好ましくは、円周パターンの径方向に関しては受光素子アレイ４０３および受光素子アレイ４０４の中間位置で、円周パターンの周方向に関しても受光素子アレイ４０３，４０４の周方向中間位置に配置するのが良い。

インクリメンタルパターン１０１を検出するための受光素子アレイ４０４は、スケール円板１の回転方向が判別できるように０度、９０度、１８０度および２７０度の４位相の信号を出力する。そして、０度信号と１８０度信号との差動、および９０度信号と２７０度信号の差動をそれぞれ演算することにより、回転の方向判別を行っている。また、アブソリュートパターン１００を検出するための受光素子アレイ４０３については、上述したようにＮ次のＭ系列の場合には、反射パターンａおよび領域ｃからなる連続するＮ個のパターンを検出するために、０度、９０度の２位相の受光素子が交互に一列に２Ｎ個設けられている。そして、インクリメンタル出力より作られた制御信号にて、０度または９０度が選択され、アブソリュートパターンの変化部が排除される。選択されたＮ個の受光素子の検出信号はラインセンサのように時系列的に順次読み込まれて処理される。

図３はセンサ光学部４とアブソリュートパターン１００およびインクリメンタルパターン１０１の部分を示す拡大図である。Ｌ２〜Ｌ３は透明光学部材４０５の表面（透明光学部材４０５と大気との間の界面）４０５ａで反射される反射光の光路を示したものである。反射光Ｌ２はパターン１００，１０１のＬＥＤ４０２に近い縁に入射するものであり、反射光Ｌ３はパターン１００，１０１のＬＥＤ４０２から遠い縁に入射するものである。すなわち、パターン１００，１０１には表面４０５ａに入射角度θ_２〜θ_３で入射した光の反射光が入射する。

なお、本実施の形態では説明を簡単にするために、パターン１００，１０１はＬＥＤ４０２を挟んで対称な位置に配置され、パターン幅（図３の横方向寸法）も等しいとして説明する。反射光Ｌ４は表面４０５ａに対する入射角が臨界角を超えるものであって、表面４０５ａで全反射される。そのため、図４に示すように受光素子アレイ４０３，４０４表面から透明光学部材４０５の表面４０５ａまでの厚さＧが薄い場合には、この全反射光Ｌ４が受光素子アレイ４０３，４０４に入射することになる。その結果、受光素子アレイ４０３，４０４から出力される信号には、反射光Ｌ２〜Ｌ４の寄与による成分がノイズとして含まれることになる。

そこで、本実施の形態では、透明光学部材４０５の厚さＧを所定範囲の厚さに設定することにより、上述したような反射光Ｌ２〜Ｌ４の影響を低減するようにした。図５のように透明光学部材４０５から空気中に出射する光Ｌ１０に関して、入射角θ_５と屈折角θ_６との間には次式（１）で示すような関係が成り立つ。式（１）においてｎ_１は透明光学部材４０５の屈折率、ｎ_２は空気の屈折率である。
ｎ_１×sinθ_５＝ｎ_２×sinθ_６ …（１）

また、透明光学部材４０５の表面４０５ａにおける反射率は、光Ｌ１０の入射角θ_５によって変化する。反射率は光の偏光状態により異なるので、Ｐ偏光反射率をＲｐ、Ｓ偏光反射率をＲｓとする。光源としてＬＥＤ４０２を用いた場合、ＬＥＤ光は非偏光であるので、その場合の反射率ＲはＰ偏光反射率ＲｐとＳ偏光反射率Ｒｓとの平均値となり、次式（２）のように表される。なお、式（２）中の角度θ_６は式（１）の関係が成り立つことから、式（３）により与えられる。
Ｒ＝（Ｒｐ＋Ｒｓ）／２
＝｛tan^２（θ_５−θ_６）／tan^２（θ_５＋θ_６）
＋sin^２（θ_５−θ_６）／sin^２（θ_５＋θ_６）｝／２ …（２）
θ_６＝sin^−１{(ｎ_１／ｎ_２)×sinθ_５} …（３）

図６はｎ_１＝１．５の場合の反射率Ｒ、Ｒｐ、Ｒｓを示したものであり、これは透明光学部材４０５を光学ガラスとした場合に対応している。ｎ_１＝１．５の場合には、光Ｌ１０が全反射される臨界角θｃは約４１．８（deg）である。図６からも分かるように、臨界角θｃに近づくと反射率Ｒ、Ｒｐ、Ｒｓが急激に大きくなる。そのため、アブソリュートパターン１００およびインクリメンタルパターン１０１からの反射光を精度良く検出するためには、表面４０５ａからの反射光において入射角θ_５が臨界角θｃ近辺であるものや臨界角θｃよりも大きなものが受光素子アレイ４０３，４０４に入射するのを避けなければならない。

光学式エンコーダの場合には、反射率Ｒが１０％以下となるような反射光のみが受光素子アレイ４０３，４０４に入射するように構成する必要がある。図６の角度θ_０は反射率Ｒが１０％となる入射角θ_５を示しており、受光素子アレイ４０３，４０４に入射する光の入射角がθ_０以下となるようにすれば良い。さらに、臨界角θｃに対して、入射角θ_５が２θｃ／３よりも小さな反射光のみが入射するように構成するのが好ましい。以下では、入射角θ_５をθ_０よりも小さく構成する場合について説明する。

図３のＬ３は、受光素子アレイ４０３の縁に入射する反射光の内で、ＬＥＤ４０２の光軸から最も遠い位置に入射するものの光路を示したものである。本実施の形態では、この反射光Ｌ３の入射角θ_３がθ_３＜θ_０となるようにセンサ光学部４を構成するようにした。すなわち、次式（４）を満足するように図３の寸法Ｄ，Ｇを設定した。図３において、寸法ＤはＬＥＤ４０２の光軸から反射光Ｌ３の入射位置までの水平距離である。このように寸法Ｄ，Ｇを設定することにより、受光素子アレイ４０３に入射する反射光Ｌ３の入射角θ_３はθ_３＜θ_０となり、その反射光Ｌ３の反射率Ｒは１０％よりも小さくなる。
Ｇ≧（Ｄ／２）／tanθ_０ …（４）

なお、本実施の形態では、ＬＥＤ４０２に対して２つの受光素子アレイ４０３，４０４が設けられているので、上述したＤとしては、受光素子アレイ４０３，４０４の縁であってＬＥＤ４０２から最も遠い位置までの距離を表している。上述した説明では、透明光学部材４０５の表面４０５ａの内の受光素子アレイ４０３，４０４と対向する面で反射された光について考えたが、透明光学部材４０５の側面４０５ｂで反射された光についても考慮する必要がある。

図７に示すセンサ光学部４は、そのような側面反射を考慮したものである。透明光学部材４０５の厚さＧは、上述した式（４）にしたがって設定されている。よって、透明光学部材４０５の表面４０５ａで反射されて受光素子アレイ４０３，４０４に入射する反射光は、表面４０５ａにおける反射率が１０％より小さくなっている。

一方、透明光学部材４０５の側面４０５ｂは、ＬＥＤ４０２の出射位置を中心とする球面の一部を形成している。そのため、ＬＥＤ４０２から出射された光Ｌ８は側面４０５ｂに対して垂直に入射し、側面４０５ｂで反射される光は非常に微量となる。また、表面４０５ａからの反射光が側面４０５ｂに入射した場合も、球面形状とすることにより側面４０５ｂで反射された光の受光素子アレイ４０３，４０４への入射を回避することができる。その結果、反射光の影響が抑えられた安定した検出信号を得ることができる。

さらに、図１５に示すように、透明光学部材４０５の球面形状側面４０５ｂの表面に、透明光学部材４０５とほぼ同一の屈折率を有する光吸収膜４０５ｃを形成することにより、ＬＥＤ４０２から側面４０５ｂに向かう光Ｌ８や表面４０５ａからの反射光が側面４０５ｂで反射されるのを抑えることができる。すなわち、透明光学部材４０５と光吸収膜４０５ｃとは屈折率がほぼ同一なので、透明光学部材４０５の内部側から透明光学部材４０５と光吸収膜４０５ｃとの境界面に入射した光は、ほぼ反射されることなく光吸収膜４０５ｃ内へと進行し、光吸収膜４０５ｃに吸収される。逆に、不図示のエンコーダ構造部品からの反射光Ｌ２０が透明光学部材４０５の側面に入射した場合には、反射光Ｌ２０は光吸収膜４０５ｃにより吸収され、透明光学部材４０５内への入射が防止される。その結果、信号劣化の防止効果をより向上させることができる。

また、透明光学部材４０５の側面を球面形状とした場合に限らず、図８に示した円錐面４０５ｂや、図１に示す透明光学部材４０５の側面の場合であっても、光吸収膜４０５ｃを形成することにより、側面における内面反射や側面からの光の入射を低減することができる。なお、光吸収膜４０５ｃとしては、例えば透明光学部材４０５を透明エポキシ樹脂とした場合、エポキシ系黒色塗料等が用いられる。

なお、図７に示すセンサ光学部４では、透明光学部材４０５の側面４０５ｂを球面状としたが、図８に示すように側面４０５ｂを円錐面で構成しても側面反射光の影響を低減することができる。

《必要照明エリアの説明》
ところで、パターン１００，１０１で反射された光が確実に受光素子アレイ４０３，４０４に入射するためには、表面４０５ａの大きさを必要照明エリア以上とすることが必要である。ここで、必要照明エリアとは、ＬＥＤ４０２からパターン１００，１０１に入射する光およびパターン１００，１０１で反射されて受光素子アレイ４０３，４０４に入射する光が通過する領域のことである。

図９は必要照明エリアを説明する図であり、図７の一部を拡大したものである。図９において、Ｇ_１は透明光学部材４０５の厚さである。また、Ｇ_２は光学部材４０５の表面４０５ａとパターン１０１の表面との距離であり、すなわち、表面４０５ａとスケール円板１（図７参照）とのギャップ寸法である。

厚さＧ_１および距離Ｄは、上述した式（４）を満足するように設定されている。そのため、表面４０５ａからの高反射率の光が、受光素子アレイ４０３，４０３に直接入射することはない。Ｌ１０は、インクリメンタルパターン１０１の右端で反射されて受光素子アレイ４０４の右端に入射する光を示したものである。そのため、円形状の表面４０５ａの半径ｒ’は、少なくとも光Ｌ１０が表面４０５ａに入射する位置とＬＥＤ４０２の光軸Ｊとの距離ｒ以上必要となる。

実際には、取り付け許容値や、スケール円板１回転時におけるギャップ寸法Ｇ_２の変動に対する安全係数α＝１．１〜１．３を乗じた値α×ｒを、必要照明エリアの半径ｒ’とする。上述したように、透明光学部材４０５の屈折率をｎ_１、空気の屈折率をｎ_２とすれば、次式（５），（６）が成り立つので、この２つの式からｒ’は式（７）により算出することができる。
ｎ_１×sinθ_９＝ｎ_２×sinθ_１０ …（５）
Ｄ／２＝Ｇ_１×tanθ_９＋Ｇ２tanθ_１０ …（６）
ｒ’＝α×ｒ＝α（Ｄ−Ｇ_１×tanθ_９） …（７）

次に、図１０〜図１３を参照して、センサ光学部４の形成方法について説明する。まず、図１０（ａ）に示すように、異方性エッチングにより基板（シリコン基板）４０１上に凹部６０２を形成する。なお、エッチング加工に代えてレーザビーム加工により筒状の凹部を形成してもよい。次いで、半導体製造プロセスにより、基板４０１上に複数のフォトダイオードから成る受光素子アレイ４０３，４０４を形成する（図１０（ｂ）参照）。その際に、ＬＥＤ４０２の電極が接続される配線パターン６０３を形成する。

その後、基板４０１の凹部６０２に、ＬＥＤ４０２が形成されたチップ６０４を導電性接着剤により固着し、ワイヤボンディングにより配線６０５を施す（図１１参照）。本実施の形態では。シリコン基板６０１に凹部６０２を形成してから受光素子アレイ４０３，４０４を形成したが、逆に、受光素子アレイ４０３，４０４を形成してから凹部６０２を形成しても良い。なお、凹部６０２の深さは、ＬＥＤ４０２と受光素子アレイ４０３，４０４とが同一平面となるように設定される。導電性接着剤としては、例えば銀ペーストなどが用いられる。

次いで、ＬＥＤ４０２および受光素子アレイ４０３，４０４が形成された基板４０１をを、一枚の大きなプリント配線基板４０７の各領域４０７ａ〜４０７ｑにそれぞれ実装する。基板４０１が実装された各領域４０７ａ〜４０７ｑは全て同一構造を有しており、それぞれがセンサ光学部４を構成している。プリント配線基板４０７に基板４０１を実装したならば、プリント配線基板４０７の基板４０１が実装された面をエポキシ樹脂等の透明光学部材４０５によりモールドする（図１３（ａ）参照）。

図１３（ａ）において６０６はモールド用の型であるが、球面状の側面４０５ｂを有する透明光学部材４０５（図７参照）を形成する場合には、図１３（ｂ）に示すような型６０７を用いてモールドを行えば良い。その後、ダイシングソー等によりプリント配線基板４０７切断して各領域４０７ａ〜４０７ｑ毎に分割することにより、センサ光学部４が形成される。

なお、図１に示したセンサ光学部４では基板４０１上にＬＥＤ４０２を配設したが、図１４に示すように基板４０１に貫通孔４０１ａを形成して、基板４０１が実装されるプリント配線基板４０７上にＬＥＤ４０２が形成されたチップ６０４を実装するようにしても良い。６０８は導電性部材であり、ＬＥＤ４０２と受光素子アレイ４０３，４０４とが同一平面上となるように設けられた台である。

［変形例］
ところで、ＬＥＤ４０２のチップは、図１６に示すような構造となっている。図１６はＬＥＤ４０２の斜視図であり、チップ上にはＬＥＤ光Ｌ２１が出射される発光窓４０２ａが形成されている。面発光型のＬＥＤ４０２では、活性層４０２ｂで発生した光は発光窓４０２ａから活性層４０２ｂに対して垂直方向に出射される。しかし、活性層４０２ｂが導波路となり、発生した光の一部がチップ側面から側面光４０２ｃとして出射される。この側面から出射された側面光４０２ｃは受光素子アレイ４０３，４０４が形成された基板４０１（図１５参照）の内部に入射し、ノイズ成分として悪影響を与えることになる。

そこで、図１７に示すような遮光部材４０２ｄをＬＥＤ４０２チップの側面に形成し、側面から出射される側面光４０２ｃを遮光するようにした。なお、遮光部材４０２ｄは、少なくとも側面光４０２ｃが出射される側面光出射部である活性層４０２ｂ部分を含むように形成される。遮光部材４０２ｄとしては、例えば、遮光用接着剤をチップ側面に塗布する方法がある。なお、図１７では、分かりやすいように４面あるチップ側面の１面だけに遮光部材４０２ｄを形成したが、実際には４面全部に形成される。このように遮光部材４０２ｄを形成することにより、側面光４０２ｃが遮光されて基板４０１内に入射するのを防止することができ、ノイズ成分の低減を図ることができる。

また、図１７の遮光部４０２ｄに代えて、発光窓４０２ａとチップ側面との間に溝４０２ｅを形成するようにしても良い。溝４０２ｅの表面に活性層４０２ｂが露出するように、溝４０２ｅの深さは基板表面から活性層４０２ｂまでの距離よりも深く設定されている。側面光４０２ｃは溝表面に露出した活性層４０２ｂから溝４０２ｅ内に出射されて、溝４０２ｅの斜面４０２ｆで図示上方に反射される。その結果、側面光４０２ｃが基板４０１内に入射するのを防止でき、ノイズ成分の低減を図ることができる。

上述した実施の形態では、アブソリュートパターン１００とインクリメンタルパターン１０１とを備えた光学式エンコーダを例に説明したが、本発明は、さらに多数のパターン列を備えた光学式エンコーダやインクリメンタルパターン１０１だけを備えた光学式エンコーダにも適用することができる。

以上説明した実施の形態と特許請求の範囲の要素との対応において、基板４０１は半導体基板を、ＬＥＤ４０２は発光素子を、受光素子アレイ４０３は第１の光電変換素子アレイを、受光素子アレイ４０４は第２の光電変換素子アレイを、遮光部材４０２ｄおよび溝４０２ｅの斜面４０２ｆは阻止手段をそれぞれ構成する。また、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。

本発明による光学式エンコーダの概略構成を示す断面図である。 図１のスケール円板１を中心とする概略斜視図である。 センサ光学部４とアブソリュートパターン１００およびインクリメンタルパターン１０１の部分を示す拡大図である。 反射光Ｌ４の影響を説明する図である。 透明光学部材４０５の表面４０５ａを出射する光の屈折を説明する図である。 反射率Ｒ、Ｒｐ、Ｒｓの一例を示す図である。 透明光学部材４０５の側面４０５ａを球面形状としたセンサ光学部４を示す図である。 側面４０５ｂを円錐面で構成して場合のセンサ光学部４を示す図である。 必要照明エリアを説明する図である。 センサ光学部４の形成方法を説明する図であり、（ａ）は基板４０１に形成された凹部６０２を示す図で、（ｂ）は基板４０１に形成された受光素子アレイ４０３，４０４を示す図である。 センサ光学部４の形成方法を説明する図であり、図１０に続く工程を説明する図である。 プリント配線基板４０７に実装された複数の基板４０１を示す図である。 モールド工程を説明する図であり、（ａ）は図１に示すセンサ光学部４に関するものであり、（ｂ）は図７に示すセンサ光学部４に関するものである。 センサ光学部４の変形例を示す図である。 透明光学部材４０５に形成された光吸収膜４０５ｃを説明する図である。 ＬＥＤチップの斜視図である。 遮光部材４０２ｄが形成されたＬＥＤチップの斜視図である。 溝４０２ｅが形成されたＬＥＤチップの斜視図である。

符号の説明

１ スケール円板
３，４０７ プリント配線基板
４ センサ光学部
１００ アブソリュートパターン
１０１ インクリメンタルパターン
４０１ 基板
４０２ ＬＥＤ
４０２ａ 発光窓
４０２ｂ 活性層
４０２ｄ 遮光部材
４０２ｃ 側面光
４０２ｅ 溝
４０２ｆ 斜面
４０３，４０４ 受光素子アレイ
４０５ 透明光学部材
４０５ａ 表面
４０５ｂ 側面
４０５ｃ 光吸収膜

Claims (8)

1. インクリメンタルパターンが形成された反射スケールと、
   前記インクリメンタルパターンに向けて光を出射する発光素子と、
   前記インクリメンタルパターンからの反射光を検出する光電変換素子アレイと、
   前記光電変換素子アレイの受光面および前記発光素子の光出射面を一体に覆ってそれらを周囲環境から保護する透明光学部材とを備え、
   前記受光面の領域中で前記発光素子から最も遠い位置までの距離をＤとし、前記発光素子から出射された光が前記透明光学部材の表面で反射されたときの反射率が１０％となる反射角をθとした場合に、式「Ｇ≧（Ｄ／２）／tanθ」を満足するように前記透明光学部材の厚さＧを設定したことを特徴とする光学式エンコーダ。
2. シリアルアブソリュートパターンおよびインクリメンタルパターンが並設された反射スケールと、
   前記シリアルアブソリュートパターンからの反射光を検出する第１の光電変換素子アレイと、
   前記第１の光電変換素子アレイと並列に形成され、前記インクリメンタルパターンからの反射光を検出する第２の光電変換素子アレイと、
   前記第１の光電変換素子アレイと前記第２の光電変換素子アレイとの間に配置され、前記反射スケールに向けて光を出射する発光素子と、
   前記第１および第２の光電変換素子アレイの受光面および前記発光素子の光出射面を一体に覆ってそれらを周囲環境から保護する透明光学部材とを備え、
   前記受光面の領域中で前記発光素子から最も遠い位置までの距離をＤとし、前記発光素子から出射された光が前記透明光学部材の表面で反射されたときの反射率が１０％となる反射角をθとした場合に、式「Ｇ≧（Ｄ／２）／tanθ」を満足するように前記透明光学部材の厚さＧを設定したことを特徴とする光学式エンコーダ。
3. 請求項２に記載の光学式エンコーダにおいて、
   前記第１の光電変換素子アレイと前記第２の光電変換素子アレイと前記発光素子とを、前記反射スケールと対向配置された半導体基板に形成したことを特徴とする光学式エンコーダ。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の光学式エンコーダにおいて、
   前記透明光学部材は、前記発光素子から前記パターンに入射する光および前記パターンで反射されて前記受光面に入射する光が通過するエリアを有する面と、前記発光素子の光軸方向に沿った側面とを有し、
   前記側面の面形状を、前記側面で反射された光の前記受光面への入射を低減する形状としたことを特徴とする光学式エンコーダ。
5. 請求項４に記載の光学式エンコーダにおいて、
   前記側面の面形状を、前記発光素子の出射位置を中心とする球面としたことを特徴とする光学式エンコーダ。
6. 請求項１〜３のいずれかに記載の光学式エンコーダにおいて、
   前記透明光学部材は、前記発光素子から前記パターンに入射する光および前記パターンで反射されて前記受光面に入射する光が通過する面を除く面の少なくとも１部の面に、前記光学透明部材とほぼ同一の屈折率を有する光吸収膜が形成されていることを特徴とする光学式エンコーダ。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の光学式エンコーダにおいて、
   前記発光素子は面発光型ＬＥＤチップであり、
   前記面発光型ＬＥＤチップのチップ側方への側面光放出を阻止する阻止手段を設けたことを特徴とする光学式エンコーダ。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載の光学式エンコーダに搭載されるセンサ素子であって、
   前記光電変換素子アレイおよび前記発光素子が設けられた半導体基板と、
   前記光電変換素子アレイの受光面および前記発光素子の光出射面を一体に覆ってそれらを周囲環境から保護する透明光学部材とを備え、
   前記受光面の領域中で前記発光素子から最も遠い位置までの距離をＤとし、前記発光素子から出射された光が前記透明光学部材の表面で反射されたときの反射率が１０％となる反射角をθとした場合に、式「Ｇ≧（Ｄ／２）／tanθ」を満足するように前記透明光学部材の厚さＧを設定したことを特徴とするセンサ素子。

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