JP2009236854A - 光学式エンコーダ - Google Patents

Abstract

【課題】ヘッド内部の迷光等の影響を受けにくい、小型化・薄型化に向いたエンコーダを提供する。
【解決手段】変位検出される一方の部材に取り付けられたスケールと、一方の部材に対して相対移動する他方の部材に取り付けられ、かつ、スケールに対向して配置された検出ヘッドと、を備え、スケールには、相対移動する方向に対して所定の光学パタンが設けられており、検出ヘッドは、スケールに所定の光を照射する発光部と、発光部からスケールに照射されて光学パタンを経た光を受光する受光面を備え、その受光面上に形成される光分布を検出する光検出部と、発光部とスケールとの間の光路上に配置される第１光透過部材と、スケールと光検出部との間の光路上に配置される第２光透過部材と、を備えており、第１光透過部材の表面と第２光透過部材の表面との間に介在する、信号検出に寄与しない迷光を低減する迷光低減機能要素を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学式エンコーダに関するものである。

近年、エンコーダの小型化・薄型化が進んできている。普及品では一辺が１０ｍｍ〜２０ｍｍある検出ヘッドのサイズに対して、数ｍｍ角のサイズの物も市場に出始めてきている。こうした小型化の流れの中で、パッケージングにおいても小型化を意識した形状・形態となっていくと考えられる。例えば、従来の金属やセラミクスを用いたパッケージではより厚みを薄くし、さらに、従来のパッケージを樹脂モールド等のパッケージング技術を用いたもので置き換えるようになっていくと考えられる。

検出ヘッドのサイズが小さくなるとヘッド内部の発光部と受光部の間隔も近くなる。そのため、検出ヘッド内部での迷光などによって、発光部から出射されてヘッド内部を経由して受光部へ入る光量の検出光量に占める割合が大きくなる可能性が高くなる。

エンコーダヘッド上部は素子保護の為にガラス板で覆ったり、透明樹脂で封止することが多い。このような場合、光源から出た光がヘッド上部の内面で反射して受光部へ入る可能性がある。特に、ヘッドを小さくするためにヘッドの厚みを薄くするとヘッド内面での反射角が大きくなり、反射角が全反射角を超えると受光部へ入る光量が急激に増える。
また、ヘッド内部を多重反射するなどした光についても、小型化により従来よりも多くの光量が受光部へ入りやすくなる。

これらの内部反射光等の迷光は位置検出信号を生成する際のノイズ成分となる。迷光によるノイズ成分は位置信号のＳＮ比を極端に劣化させる原因となりうる。位置信号の振幅等の出力レベルを保つために所定の信号増幅を行うと大きなノイズ成分の影響で信号レベルが飽和してしまう可能性がある。

もし、ノイズ成分による信号飽和を避けようとすると、ノイズ成分を除去する処理を余分に追加する必要が生じたり、ノイズ成分除去処理に起因する信号劣化の対策をしなければならなくなる可能性も出てくる。

こうした小型化・薄型化を意識した光学式エンコーダの従来例として、特許文献１（特開２００５−１５６５４９号公報）に示す光学式エンコーダが挙げられる。図１５に示すように発光素子４０２と光電変換素子アレイ４０３、４０４をヘッド部４１４側に有する反射型の光学式エンコーダであり、発光素子４０２と光電変換素子アレイ４０３、４０４とが透明光学部材４０５に覆われており、この透明光学部材４０５がそのままパッケージング部材となっている。発光素子４０２と光電変換素子アレイ４０３、４０４は、基板４０１上に配置され、ヘッド部４１４は、スケール円板４３０上のパタン４２０、４２１に対向配置されている。この従来例においては、以下のような条件が加えられている。即ち、発光素子４０２から光電変換素子アレイ４０３、４０４の受光面の一番遠いところまでの距離をＤ、発光素子４０２発光面と光電変換素子アレイ４０３、４０４の受光面から、透明光学部材表面までの距離をＧ、透明光学部材４０５の表面内部で反射率が１０％となる角度をθとすると、以下の式（Ａ）が成り立つように厚みＧを設定する。
Ｇ≧Ｄ／（２・ｔａｎθ） ・・・（Ａ）

ヘッド部４１４に発光素子４０２と光電変換素子アレイ４０３、４０４を透明光学部材４０５でモールドするなどして小型化を図った際に、保護部材である透明光学部材４０５の厚みを薄くすると発光素子４０２からの出た光が透明光学部材４０５の内面で反射した反射光が光電変換素子アレイ４０３、４０４に入り、信号のＳＮ比が劣化してしまう。そのため、透明光学部材４０５の厚みを一定値以上にして透明光学部材４０５への内部からの反射率が１０％以下となるようにしたものである。

このように、特許文献１に示すエンコーダでは透明光学部材４０５の厚みを大きく取ることで内部反射光の問題を回避しようとしている。

特開２００５−１５６５４９号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示されたエンコーダにおいては、ヘッド部４１４のサイズに対する樹脂の厚みの比を一定以上にするため、薄型化を満足しない可能性がある。また、透明光学部材４０５の厚みを大きく取ることで検出系のワーキングディスタンスを大きく取る必要が生じ、設計の自由度が損なわれる可能性がでてくる。

さらに検出ヘッドのパッケージングにモールド樹脂を採用した場合、モールド樹脂では温度変化による熱膨張・収縮や硬度の大きな変化がある。パッケージングにモールド樹脂を採用した例を図１６に示す。図１６においては、スケール５３０に対向するように、ヘッド部５１４が配置されている。ヘッド部５１４においては、基板５０１上にＬＥＤ光源５０２、受光素子５０３、及び、ＬＥＤ光源５０２のための電極５４０、５４１が配置されるとともに、受光素子５０３及びＬＥＤ光源５０２と、スケール５３０との間にはガラス部材５５０が配置されている。ＬＥＤ光源５０２上の電極５４０と基板５０１上の電極５４１は、配線ワイヤ５４２によって電気的に接続されている。基板５０１上に配置された部材、及び、さらに積層された部材は、モールド樹脂５０５によって覆われている。図１６に示す例においてモールド樹脂５０５の樹脂厚を大きくすると、図１６に示すように、配線ワイヤ５４２の断線、モールド樹脂５０５でのクラック５６０の発生、ガラス部材５５０での割れ５６１の発生などの問題が生じやすくなる。そのため、信頼性を確保することが困難になったり、設計・製造上の対策にコストがかかったりするようになる可能性が出てくる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ヘッド内部の迷光等の影響を受けにくい、小型化・薄型化に向いたエンコーダを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の光学式エンコーダは、変位検出される一方の部材に取り付けられたスケールと、一方の部材に対して相対移動する他方の部材に取り付けられ、かつ、スケールに対向して配置された検出ヘッドと、を備えた光学式エンコーダであって、スケールには、相対移動する方向に対して所定の光学パタンが設けられており、検出ヘッドは、スケールに所定の光を照射する発光部と、発光部からスケールに照射されて光学パタンを経た光を受光する受光面を備え、その受光面上に形成される光分布を検出する光検出部と、発光部とスケールとの間の光路上に配置される第１光透過部材と、スケールと光検出部との間の光路上に配置される第２光透過部材と、を備えており、第１光透過部材の表面と第２光透過部材の表面との間に介在する、信号検出に寄与しない迷光を低減する迷光低減機能要素を備えることを特徴とする。

本発明の光学式エンコーダにおいて、第１光透過部材の表面と第２光透過部材の表面の内の少なくとも１つの表面が迷光低減機能要素であり、迷光低減機能要素としての前記界面の光学的機能により迷光を低減することが好ましい。

本発明の光学式エンコーダにおいて、迷光低減機能要素は、第１光透過部材と第２光透過部材の間に配置された部材とし、迷光低減機能要素としての部材の光学的機能により迷光を低減することが望ましい。

本発明の光学式エンコーダにおいて、第１光透過部材の表面と第２光透過部材の表面の内の少なくとも１つの表面と、第１と第２光透過部材の間に配置された部材又は空間と、が迷光低減機能要素であり、迷光低減機能要素としての表面の光学的機能と、迷光低減機能要素としての部材又は空間の構造、配置と、により迷光を低減することができる。

本発明の光学式エンコーダにおいて、第１光透過部材と第２光透過部材の間には部材が配置され、部材が迷光低減機能要素であり、光透過部材としての部材の光学的機能と配置との組合せにより迷光を低減することが好ましい。

本発明の光学式エンコーダにおいて、迷光低減機能要素は、変位検出に全く寄与しない部分にのみ配置、または形成されているとよい。

本発明の光学式エンコーダにおいて、第１光透過部材と第２光透過部材の表面は信号検出に関与する光が経由する部分を含む１つ以上の面と、それ以外の信号検出に関与しない１つ以上の面と、を有し、迷光低減機能要素は、第１光透過部材と第２光透過部材の少なくとも一方の信号検出に関与しない面に配置、または形成されていることが好ましい。

本発明の光学式エンコーダにおいて、第１光透過部材と第２光透過部材を除いて、検出ヘッド内において、少なくとも発光部と光検出部と配線部材とが迷光低減機能要素からはみ出さないことが望ましい。

本発明の光学式エンコーダにおいて、第１光透過部材と第２光透過部材は実装前に予め形状が決まっているとよい。

本発明の光学式エンコーダにおいて、第１光透過部材と第２光透過部材は実装時に塑性変形しない材質からなることが好ましい。

本発明の光学式エンコーダにおいて、第１光透過部材と第２光透過部材は実装時に溶融しない材質からなることが望ましい。

本発明の光学式エンコーダにおいて、第１光透過部材と第２光透過部材は実装時に位置調整可能であるとよい。

本発明の光学式エンコーダにおいて、第１光透過部材と第２光透過部材は実装時にハンドリング可能であることが好ましい。

本発明の光学式エンコーダにおいて、第１光透過部材は発光部のスケールに対向する面に、第２光透過部材は光検出部のスケールに対向する面に、それぞれ積層されているとよい。

本発明にかかる光学式エンコーダは、信号検出に寄与しない迷光を低減する迷光低減機能要素を備えることにより、ヘッド内部の迷光等の影響を受けにくくなり、これにより小型化・薄型化に向いたエンコーダを実現できるという効果を奏する。

以下に、本発明にかかる光学式エンコーダの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る光学式エンコーダの概略構成を示す斜視図であり、図２は、スケールの移動方向であるｘ方向直交断面図である。図２は図１のＩI−ＩＩ線における断面図である。なお、以下の説明では、図面に示すｚ方向を上下方向、ｘ方向をスケール長手方向、ｙ方向をｚ方向及びｘ方向に垂直な方向とする。
以下の実施の形態、および、その変形例においては、反射型のエンコーダの例について説明する。

まず、光学式エンコーダ１の構成について説明する。
光学式エンコーダ１は、センサヘッド２と、センサヘッド２に対向して配置されたスケール９とから構成されている。センサヘッド２には、配線基板３上に光源４と、ｘ方向にピッチｐ３を有する受光素子アレイから成る受光領域６ｒを内部に有した光検出器６と、を別体で配置している。

光源４は、例えば、面実装用のチップタイプのモールドＬＥＤであり、モールドＬＥＤの出射面４ａとして機能しているモールド樹脂上面は平坦になっている。
光源４の出射面４ａには第１光透過部材５が光透過性接着剤３ａで貼り付けられている。第１光透過部材５の光源４側の底面には、ｘ方向にピッチｐ１を有する光学パタンである第１格子５ｇが形成されている。なお、第１格子５ｇに必要な領域以外の部分には遮光パタンを形成してもよい。

光検出器６の受光素子アレイの受光面６ａ上には、第２光透過部材７が、光透過性接着剤で貼り付けられている。第２光透過部材７の受光素子アレイの受光面に対向する面上には、受光部分を除き、遮光パタンが形成されている。

第１光透過部材５と第２光透過部材７はガラスの平行平板から加工して切り出した部材を用いており、上面と下面が平坦な研磨面となった直方体形状を有している。第１光透過部材５、または、第２光透過部材７の側面は、特に光学的な処理を施していなくても良いが、光を遮断、または、減衰させたり、透過光を散乱させたり、光検出器側へとは異なる特定の方向へ光を逸らす等、迷光低減機能を有するものであってもよい。ここでは、第１光透過部材５、または、第２光透過部材７の側面には遮光パタンが形成されているものとする。

第１光透過部材５と第２光透過部材７は、上面、光源４と接する底面、及び、光検出器６に接した部分を除いて、共にセンサヘッド保護用の樹脂材８で囲まれている。第１光透過部材５、第２光透過部材７、遮光パタンを構成する光遮光部材、及び光透過性接着剤の材質の熱的特性は、光検出器６を構成するＳｉ系半導体材料と同じ特性を有する部材を用いることが好ましい。

また、スケール９は、センサヘッド２と相対的に変位する光学パタンである第２格子９ｇを有している。第２格子９ｇは、スケール９とセンサヘッド２とが相対的に移動するｘ方向に対して所定のピッチｐ２で形成された光学パタンである。

次に光学系の配置について説明する。
図２に示すように、第１光透過部材５上の第１格子５ｇからスケール９上の第２格子９ｇまでの光学的距離をｚ１、スケール９上の第２格子９ｇから光検出器６の受光面６ａまでの光学距離をｚ２、光源の発光波長をλとすると、次式（１）

１／ｚ１＋１／ｚ２＝λ／（ｎｐ２^２）・・・（１）

を満足する自然数ｎが存在するように、光源４、スケール９、光検出器６を配置した構成とすることで、スケール９の回折拡大イメージパタンが受光素子アレイ上に転写されたイメージを現すことができ、所定の位置に光検出器６を配置すれば、スケール９の変位量を検出可能であることが知られている。ここで、式（１）において、第１格子５ｇと第２格子９ｇとの間のｉ（自然数）番目の物質、または、空間の屈折率をｎｉ、厚みをｔｉとし、第２格子８１と受光面６ａとの間のｊ（自然数）番目の物質、または、空間の屈折率をｎｊ、厚みをｔｊとし、第１格子５ｇ、第２格子９ｇとの間の光学距離をｚ１＝Σｔｉ／ｎｉ、第２格子９ｇと受光面６ａとの間の光学距離をｚ２＝Σｔｊ／ｎｊと定義する。

本構成では、構成の小型化のためにｎ＝１を満たすｚ１とｚ２を採用しており、式（１）を満たすｚ１とｚ２の組み合わせにおいて、値の最も小さいものとしている。さらに、式（１）において、ｚ１＝ｚ２を満たす配置構成を取っている。このとき、拡大倍率は２倍となり、ｐ１＝ｐ３＝２ｐ２となる。

つづいて、光検出器６の構成を説明する。
図３は、光検出器６上に形成されている受光領域６ｒの受光素子アレイの構成を拡大して示す平面図である。矩形状の４つのフォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３、ＰＤ４の組み合わせを１組として、この組み合わせが複数配置されて構成されている。４つ置きにＰＤ出力を結合して４信号を出力するようになっている。４つの電気信号は４つの電極パッドＡ１、Ｂ１、Ａ２、Ｂ２より出力する。接続された４つ置きのＰＤのピッチはｐ３であり、隣り合うＰＤとはｐ３／４だけずれて配置されている。

次に、光源４と第１光透過部材５の光学的な配置について説明する。
光源４の光出射部から出射した光が、第１光透過部材５内を伝播し、外界（一般に空気）との界面において、外界の媒質の屈折率をｎ１、第１光透過部材５の屈折率をｎ２、第２光透過部材７の屈折率をｎ３、外界に伝播する屈折光の屈折角度θ１、界面の法線となす角度をθ２、ｎ３＝ｎ２、とする。
このとき、スネルの法則により、以下の式（２）が成り立つ。
なお、一般的な説明を行っているが、本実施の形態においては外界の媒質は空気を想定しており、ｎ１＝１である。

ｎ１・ｓｉｎθ１＝ｎ２・ｓｉｎθ２・・・（２）

第１光透過部材５は、光透過樹脂またはガラスなど光検出器６や図示しないが信号処理回路等を構成するＳｉ半導体と熱的特性が同じまたは近い材質で構成されており、ｎ２＞ｎ１である。光ビームが、第１光透過部材の表面で全反射する臨界角度θｃとすると、次の式（３）が成り立つ。

θｃ＝ｓｉｎ^―１ （ｎ１／ｎ２）・・・（３）

光源４の出射部内の任意の１点と光検出器６の受光領域内の任意の１点を取り、各点の位置を変化させた場合に、光源４の出射部内の１点から光検出器６の受光領域内の１点までの距離のスケールに平行な成分が取りうる最大値をＤ、最小値をｄとする。また、光源４から第１光透過部材５の表面までの厚さをＧ、前記第１光透過部材５の表面からスケール９の第２格子までの距離をＧ０、スケール９の第２格子９ｇから第２光透過部材７の表面までの距離をＧ０’、前記第２光透過部材７の表面から光検出器６までの厚さをＧ’とする。
このとき、第１の実施の形態に係るセンサヘッド２は次の式（４）を満足する構成となっている。

（Ｇ＋Ｇ’） ＜Ｄ／ ｔａｎθｃ・・・（４）

この式（４）を満たすＤは、第１光透過部材５が広い領域に形成されていた場合、樹脂と外界との界面において、光源４から出射する光のうち、入射した光が全反射し、その反射光が受光部に直接入射するような第１光透過部材５の厚みである。第１光透過部材５と第２光透過部材７との間が連結された（従来の）構成の場合には、内部反射光が直接受光領域に入射されて、図４に示すように検出信号に占めるＤＣ成分が上昇する。ここで、図４は、光検出器６における検出信号を示すグラフであって、縦軸に検知した変位信号（単位ボルト）を、横軸に時間（単位秒）を、それぞれとったものである。

式（４）の内容は、必ずしもＧ＝Ｇ’、Ｇ０＝Ｇ０’でない場合を想定している。Ｇ＝Ｇ’、かつ、Ｇ０＝Ｇ０’である場合、式（４）は以下の式（５）に置き換えられる。

Ｇ ＜（Ｄ／２）／ ｔａｎθｃ・・・（５）

樹脂材８はセンサヘッド２内の部材の保護を目的としたものであり、樹脂材８には透明なクリアモールド樹脂を用いている。従って、部材の保護の観点からすると、内部の電気配線部や電極の周囲のみを保護するようにしてもよい。また、場合によっては樹脂材８を全て除去してしまっても構わない。

樹脂材８は、光検出器６の電極３ｂ及び電極ボンディングワイヤ３ｃを埋め込んでいる。本構成において、電極ボンディングワイヤ３ｃは、樹脂材８で埋め込まれる部材のうちで、第１光透過部材５と第２光透過部材７と樹脂材８とを除くと最も高い位置までくる部材であり、この最も高くにある部材が完全に樹脂材８で埋め込まれている。
なお、図１、図２において第１光透過部材５と第２光透過部材７の上面は樹脂材８よりも高くなっているが、樹脂材８は光透過性であるため、信頼性向上の観点からは、第１光透過部材５と第２光透過部材７を樹脂材８で完全に埋め込んでしまっても構わない。なお、第１光透過部材５と第２光透過部材７を樹脂材８で完全に埋め込む場合、内部反射光の影響を別途考慮する必要がある。

第１の実施の形態においては、センサヘッド２内の光源４側に第１格子５ｇを配置し、光源４と、受光領域６ｒを内部に有した光検出器６と、を別体で配置するなどしているが、発光部と受光部を有する反射型のセンサヘッド構成を有していれば、どのようなエンコーダでも式（２）〜（５）を適用することが可能であり、第１の実施の形態を含めた本発明の迷光防止の作用や効果が当てはまる。

樹脂材８には透明樹脂を用いているが、センサヘッド２内の部材の保護効果を有する部材であれば、色や素材を限定するものではない。また、複数の素材を組み合わせたり、複数層にしても構わない。

第１光透過部材５と第２光透過部材７の側面は、第１光透過部材５の側面から出て第２光透過部材７の側面へ到達する光を遮断、または、低減するように形状、及び、表面の微視的な形状である表面状態を設定し、さらに側面形状と配置の組合せを併用して設定するとよい。具体的には、光を発散させるような表面状態・表面形状としたり、光検出器６の受光領域６ｒから光を逸らすような表面形状と配置の組合せとしたりしてもよい。

第１の実施の形態に係る光学式エンコーダ１では、式（４）を満足するようにセンサヘッド２の厚みを薄くしているが、迷光を低減することができれば、このように薄くしなくても構わない。

光学式エンコーダ１は式（１）を満足するタイプであるが、センサヘッド２に発光部（光源４）と受光部（光検出器６）を有する構成で有れば、センサヘッド２内の迷光防止機能は、必ずしもエンコーダの検出原理には限定されない。例えば、光干渉を用いない、反射強度のみを検出するタイプや特定の次数の回折光のみを用いたタイプでもよい。

以上の構成を備えた光学式エンコーダ１は、以下のように作用する。
式（１）の条件を満たすように光検出器６が配置されているため、光源４から出射された光がスケール９上の第２格子９ｇにより反射、または、回折され、第２格子９ｇのパタンの拡大された明暗像が受光領域６ｒ上に形成される。センサヘッド２とスケール９の相対移動に応じてこの拡大像パタンが動き、その動きを光検出部で検出する。

また、式（１）において、ｚ１＝ｚ２を満たす配置構成であり、受光領域６ｒ上にはスケールピッチの２倍のピッチを持つ明暗の回折パタンが形成される。スケール９がセンサヘッド２に対して相対移動すると、４つの電極パッドＡ１、Ｂ１、Ａ２、Ｂ２から出力される信号は、互いに１／４周期だけ位相が異なる擬似正弦波信号が得られる。

検出信号について、図４と図５を用いて説明する。
図４と図５では、縦軸が電圧、横軸が位置となっている。光学式エンコーダ１のセンサヘッド２とスケール９が一定の速度で相対的に移動している場合、横軸は時間と見なしても良い。図４は、互いに１／４周期だけ位相が異なる４つの電極パッドから出力される信号の１つの波形を表している。この図の例では、迷光が大きいためにＤＣ成分が大きくなり、そのため、検出信号が飽和している。図５は、互いに１／４周期だけ位相が異なる４つの電極パッドから出力される信号を表す。この図の例では、迷光による検出信号の飽和の影響は出ていない。電流電圧変換後に検出信号に含まれるＤＣ成分や同相ノイズを除去したり、さらにゲインを掛けるために、センサヘッド２は、互いに１／４周期だけ位相が異なる４つの信号の内、互いに逆相となる２組の信号の差をとり、２つの９０°位相差の擬似正弦波信号である、Ａ相信号とＢ相信号を得る。

これらの擬似正弦波信号をセンサヘッド２の内部、または、外部において、２値化して変位検出する、または、内挿処理回路で信号処理し、さらに高分解能で変位量を検出できる。図４のように飽和した信号を用いると、差分信号であるＡＢ相信号にも飽和の影響が現れ、正弦波からの歪みが大きくなる。特に、ＤＣ成分が極めて大きくなり、図４の信号が常に飽和した状態となると、ＡＢ相信号の振幅が０となってしまう。逆に迷光の影響が少なく、ＤＣ成分が小さければ、図５に示すように安定した波形が得られ、差分信号であるＡＢ相信号も所望の値の振幅を有する。

第１光透過部材５の側面から出て第２光透過部材７の側面へ到達する光を遮断、または、低減するような第１光透過部材５、または、第２光透過部材７の側面の形状や表面形状となっている。すなわち、第１光透過部材５の表面又は第２光透過部材７の表面が迷光低減機能要素としての形状を備えている。このため、第１光透過部材５、または、第２光透過部材７の側面を通過する光の光量は低減され、光検出器６の受光領域６ｒの方向へ向かう光の光量も低減される。

具体的には、光源４の光出射部と光検出器６の受光部が共通の光透過性部材に接しておらず、別体の第１光透過部材５と第２光透過部材７に面している。すなわち、迷光低減機能要素として、第１光透過部材５の表面、第２光透過部材７の表面、及び、第１光透過部材５と第２光透過部材７との間の樹脂材８又は空間が形成されている。このため、迷光低減機能要素としての、第１光透過部材５の上面内部で反射して光検出器６へ向かう迷光の光量は大幅に減少する。

また、光源４の出射面４ａと光検出器６の受光面６ａの高さを合わせている。このような構成では、第１光透過部材５の側面から出る光は基本的には斜め上に向かうことから、この斜め上向きの光が第２光透過部材７の側面へ入ったとしても、光検出器６の受光面６ａに向かうことがない。

また、第１光透過部材５と第２光透過部材７は直方体の形状を有したガラスで出来ており、屈折率は約１．５である。一方、センサヘッド２の周囲は屈折率１の大気など第１光透過部材５よりも屈折率の低い物質又は空間となっている。この場合、第１光透過部材５の側面のような平らな面から、屈折率の低い物質又は空間へ出る光は出射角が入射角よりも大きくなり、発散光となる。そのため、第１光透過部材５の側面から出て第２光透過部材７へ到達する光の光量は、第１光透過部材５と第２光透過部材７とが一体化している場合に比べて小さくなる。すなわち、信号検出に寄与しない迷光が第２光透過部材７に入る量を低減することができる。
第１光透過部材５、または、第２光透過部材７の側面に特に光学的な処理を施していなくても上記作用を実現できるが、さらに、していない。

上述のような構成、作用を有する光学式エンコーダ１では、次の効果を奏する。
従来の光学式エンコーダのように光透過部材がセンサヘッドのスケール側の面全体に拡がっており、その表面で反射した光が光検出器上の受光領域に直接入射される場合を考えると、各相の信号は、図４に示されるように、ＤＣ成分レベルが増大し、各相の信号振幅がＤＣ成分の大きさに比べて相対的に小さくなる。このため、信号の飽和傾向が強くなり、実際に信号が飽和すると変位量検出に誤動作が生じる。また、実際に信号が飽和していなくても、ＤＣ成分レベルが大きいために信号増幅に制限が生じることで、検出したい擬似正弦波信号のレベルやそのＳＮ比が低下してしまう可能性がある。

これに対して、第１の実施の形態に係る光学式エンコーダ１では、光透過部材を別体の第１光透過部材５と第２光透過部材７を互いに離間させて配置しているため、第１光透過部材５のスケール側の面での反射光が第１光透過部材５内部では光検出器６へ入ることはない。また、センサヘッド２内において２つの光透過部材の間を伝達する光の光量を低減するように第１光透過部材５や第２光透過部材７の側面が配置されており、途中の部材や空間を経て光検出器６へ入射する光の光量も低減される。

このように構成したことから、光透過部材がセンサヘッドのスケール側の面全体に拡がっていて、その表面で反射した光が光検出器上の受光領域に直接入射される、従来の場合と比較すると、ＤＣ成分が低減される。これにより、信号飽和の可能性が低減し、より大きなゲインで信号増幅することが可能となる。その結果、ＤＣ成分レベルが低い場合に本来得られるべき、所望の検出信号レベルや問題無いＳＮ比を得ることが可能となる。

次に、第１光透過部材５及び第２光透過部材７の側面は、迷光低減機能要素として、第１光透過部材５の側面から出て第２光透過部材の側面へ到達する光を遮断、または、低減するような形状や表面状態となっていることが好ましい。これにより、第１光透過部材５、または、第２光透過部材７の側面を通過する光の光量は低減され、また、光検出器６の受光領域６ｒへ向かう光の光量が低減される。その結果、光検出器６が検出する信号について高いＳＮ比を得ることが可能となる。

第１光透過部材５及び第２光透過部材７は、迷光低減機能要素として、第１光透過部材５の側面から出て第２光透過部材の側面へ到達する光を遮断、または、低減するような、側面の形状と配置の組合せになっていることが好ましい。これにより、第１光透過部材５、または、第２光透過部材７の側面を通過する光の光量が低減され、光検出器６の受光領域６ｒへ向かう光の光量が低減される。その結果、光検出器６が検出する信号について高いＳＮ比を得ることが可能となる。

つづいて、第１光透過部材５の側面から出て第２光透過部材７の側面へ到達する光の光量を十分低減させるための、第１光透過部材５、または、第２光透過部材７の側面の形状と配置の組合せになっていることについて、以下に具体的に示す。

第１光透過部材５は、直方体の形状を有しており、側面には特に光学的な処理は施していない。

光源４の出射面４ａと光検出器６の受光面６ａが共通の光透過性部材に接しておらず、別体の第１光透過部材５と第２光透過部材７に面している。そのため、第１光透過部材５の上面の面積は絞られており、第１光透過部材５の上面内部で反射して光検出器６へ向かう迷光の光量は大幅に減少する。また、光源４の出射面４ａと光検出器６の受光面６ａの高さを合わせているため、第１光透過部材５の上面を経ずに側面から出る光は基本的には斜め上に向かう。この斜め上方向への光が第２光透過部材７の側面へ入ることはあっても、直接光検出器６の受光面６ａへは向かわない。

また、第１光透過部材５と第２光透過部材７はガラスで出来ており、屈折率は約１．５である。一方、センサヘッド２の周囲は屈折率１の大気など第１光透過部材５よりも屈折率の低い物質又は空間となっている。この場合、第１光透過部材５の側面のような平らな面から、屈折率の低い物質又は空間へ出る光は出射角が入射角よりも大きくなり、発散光となる。そのため、第１光透過部材５の側面から出て第２光透過部材７へ到達する光の光量は、第１光透過部材５と第２光透過部材７とが一体化している場合に比べて小さくなる。以上のことから、第１光透過部材５の側面から出て第２光透過部材７の側面へ向かう光を低減する作用やそれに伴う効果を有する。

光学式エンコーダ１の信号検出に用いられる光は第１光透過部材５と第２光透過部材７の上下の面を通過する。少なくとも、この部分を通らない光は光学式エンコーダ１が本来検出すべき信号とはならないよう設計・配置されている。一方、センサヘッド２内において２つの光透過部材の間を伝達する光の光量を低減するように、第１光透過部材５や第２光透過部材７の側面が配置されている。これらの迷光低減機能要素は、第１光透過部材５と第２光透過部材７の上下の面を通過する光を低減させることはない。従って、迷光によるＤＣ成分のみを低減するようになっている。このことから、検出すべき信号は維持したまま、ＳＮ比の改善が可能となる。

第１光透過部材５と第２光透過部材７を上下の平面と４つの側面からなる直方体型に形成すると、第１光透過部材５と第２光透過部材７の上下の平面を通過する光がエンコーダの信号検出に用いられ、迷光低減機能要素として、上下以外の側面が配置・形成している。

このように、信号検出用の上下の面と迷光低減に用いる側面とが分離されているため、迷光低減機能要素の配置・形成位置が明確となる。そのため、配置・形成が容易となると共に、検査時等における確認が容易となる。

部材を実装してから形状や表面状態を加工すると、一連の実装工程との兼ね合いで、加工方法や加工出来る形状や形状精度に制約が出来やすい。これに対して、第１光透過部材５と第２光透過部材７はガラスの平行平板から切り出し、必要に応じて表面の処理をしたものであり、光源４及び光検出器６上への実装前に予め形状が決まっている。そのため、事前に必要十分な加工によって、所望の形状や形状精度としておくことが可能である。特に、第１光透過部材５と第２光透過部材７の上面と下面が平行平板ガラスの研磨面となっており、樹脂だけを用いた場合や光路上に樹脂が介在する場合と比べて表面の光学特性が良好であり、高精度な信号検出が可能となる。

第１光透過部材５と第２光透過部材７はガラスで出来ており、実装時の環境では塑性変形が起こらない。特に樹脂材８で封止する際に必要な２００℃前後の温度では溶融は起こらない。そのため、事前に加工した形状や表面状態を維持することが可能となる。

また、第１光透過部材５と第２光透過部材７はガラスで出来ており、上下の面は平行平板の一部となっている。そのため、平行平板となった上下の面や側面を保持して実装時にハンドリングすることも可能である。このことにより、所望の配置に持っていき実装することが可能となる。

さらに、同じ理由により、センサヘッド２内での位置調整も実装時に可能となる。そのため、高精度な位置決めと形状や形状精度の組合せにより、理想的な設計に近い信号検出効率や迷光低減効果が期待出来る。

第１光透過部材５は光源４のスケール９に対向する面に直接積層され、第２光透過部材７は光検出器６のスケール９に対向する面に直接積層されている。そのため、信号検出と迷光低減を行いつつ、センサヘッド２を特に厚み方向にコンパクトにまとめることが可能となる。

光源４に面実装用のチップタイプのモールドＬＥＤを用いることで、ＬＥＤ上面にワイヤ配線をする必要がなく、第１格子５ｇを有する第１光透過部材５を実装することが容易となる。さらに、モールドＬＥＤは封止されているため、ベアＬＥＤ等に比べると汎用性・信頼性が高い。そのため、取扱いも容易でエンコーダの実装が容易となるメリットがある。

また、光検出器６に受光素子アレイを用いているが、受光素子アレイでは、検出エリア内の信号効率が高く、所定の検出信号を得るのにコンパクトな構成が可能となる。

センサヘッド２内において、第１光透過部材５と第２光透過部材７以外の部材は全て樹脂材８に覆われており、光源４と光検出器６と電極ボンディングワイヤ３ｃが樹脂材８からはみ出さないように実装されている。そのため、樹脂材８が保護部材として機能しており、封止による信頼性向上が図られている。

以下、第１の実施の形態の変形例１について、図６を参照しつつ説明する。
図６は、本発明の第１の実施の形態の変形例１に係る光学式エンコーダ１１の構成を示す斜視図である。図６においては、第１の実施の形態に係る光学式エンコーダ１における部材と同じ部材については同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。

変形例１では、第１の実施の形態における樹脂材８を光遮光部材１８に、第１光透過部材５を円筒状の第１光透過部材１５に置き換えたものである。第１光透過部材１５は、円筒形状を有しており、第１の実施の形態の第１格子５ｇと同様の第１格子１５ｇを備え、側面には特に光学的な処理は施していない。

光遮光部材１８による迷光低減効果が有るため、第１光透過部材１５の側面と第２光透過部材７の側面には、第１光透過部材１５の側面から出る全ての方向へ向かう光を低減したり、第２光透過部材７の側面から入る光を低減したりする構成・作用やそれに伴う効果は必ずしも必要ない。上記変更点以外の構成・作用・効果は第１の実施の形態と同様である。

また、第１光透過部材１５の側面から出て第２光透過部材７の側面へ到達する光を遮断するように光遮光部材１８が第１光透過部材１５と第２光透過部材７の側面の大半を埋め尽くすように配置されている。

また、光遮光部材１８が完全には不透明でなくて光がある程度透過する場合、もしくは、埋め込んだ光遮光部材１８から上に出た第１光透過部材１５と第２光透過部材７の側面を通して光検出部へ到達する光の経路が存在しうる場合、第１光透過部材１５の側面から出て第２光透過部材７の側面へ到達する光を遮断、または、低減するような第１光透過部材１５、または、第２光透過部材７の側面の形状や表面の微視的な形状である表面状態や側面形状と配置の組合せを併用してもよい。具体的には、光を発散させるような表面状態・表面形状としたり、光検出器６の受光領域６ｒから光を逸らすような表面形状と配置の組合せとしたりしてもよい。

図６に示すように、光遮光部材１８が第１光透過部材１５の側面から出る光と第２光透過部材７の側面へ到達する光とを遮断するため、第１光透過部材表面での内部反射光を含めて、光源４から出てセンサヘッド２の内部を伝達する迷光は光検出器６で検出されにくくなる。

従って、上記２つの理由により、光検出器６で検出する信号について高いＳ／Ｎ比を確保できる。
さらに、光源４から出射される光の内、第１光透過部材１５のサイド領域を介して外部へ出射する漏れ光も遮蔽することができる。

センサヘッド２内において、第１光透過部材１５と第２光透過部材７以外の部材は全て光遮光部材１８に覆われており、光源４と光検出器６と電極ボンディングワイヤ３ｃとが光遮光部材１８からはみ出さないように実装されている。そのため、迷光低減機能要素である光遮光部材１８が保護部材として機能をしており、封止による信頼性向上が図られている。

変形例１では、第１光透過部材１５の側面に特別な光学的な処理を施していないが、第１光透過部材１５と第２光透過部材７の形状に伝達する光の低減機能を持たせてもよいし、これらの表面に光散乱効果や特定の方向に光を誘導させるようにしてもよい。

次に、第１の実施の形態の変形例２について、図７を参照しつつ説明する。
図７は、本発明の第１の実施の形態の変形例２に係る光学式エンコーダ２１の構成を示す斜視図である。図７においては、第１の実施の形態に係る光学式エンコーダ１、又は、変形例１に係る光学式エンコーダ１１における部材と同じ部材については同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。

変形例２では、第１の実施の形態における光検出器６と第２光透過部材７に代えて、以下に述べる光検出器２６と第２光透過部材２７を用いる。また、変形例１に係る第１光透過部材１５及び光遮光部材１８を用いている。

光検出器２６は４つの受光部を有する。第２光透過部材２７の光検出器２６側の面には４つの受光部に対応したピッチｐ３の第３格子２７ｇが形成されている。第３格子２７ｇは、光透過基板２７の光検出器２６側の面をほぼ４等分する形で４つの格子群から成る。各格子群は、隣り合う格子群に対してｐ３／４だけ位相が異なるよう配置されている。光検出器２６の各受光部から検出される信号は、互いに１／４周期だけ位相が異なる４つの擬似正弦波信号が得られる。なお、光検出器２６の構造と第２光透過部材２７以外の構成・作用・効果は第１の実施の形態又は変形例１に係る光学式エンコーダ１と同様である。

変形例２に係る光学式エンコーダ２１においては、検出側のｐ３のピッチを有する第３格子２７ｇが第２光透過部材２７に形成されている。そのため、光検出器２６の受光部形状は単純な構造であり、製造が容易である。さらに、第３格子２７ｇのピッチや配置の変更などの設計変更は、第２光透過部材２７のみの変更で対応可能であり、設計の汎用性が高い構成となっている。

つづいて、第１の実施の形態の変形例３について、図８を参照しつつ説明する。
図８は、本発明の第１の実施の形態の変形例３に係る光学式エンコーダ３１の構成を示すｘ方向直交断面図であり、図２に対応する図である。図８においては、第１の実施の形態に係る光学式エンコーダ１、又は、変形例１、２に係る光学式エンコーダ１１、２１における部材と同じ部材については同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。

変形例３は、第１の実施の形態における樹脂材８に代えて光遮光部材１８を用いるとともに、第１光透過部材５及び光源４と、第２光透過部材７及び６と、の間隙にのみ迷光低減機能要素としてのポッティング３８を施している。

光透過部材５と第２光透過部材７の側面で光遮光部材１８に接していない領域や光遮光部材１８のスケール側は、光透過性に関係なく、樹脂等で充填してもよい。なお、光遮光部材１８の配置される部分以外の構成・作用・効果は第１の実施の形態と同様である。

変形例３においては、ポッティング３８により光遮光部材１８の配置部分を限定することで光遮光部材１８の使用量を低減することができる。そのため、第１光透過部材１５と第２光透過部材７の周囲のうち、光遮光部材１８が使われていない部分については、そのままにするか、他の部材で封止するなど設計の自由度が高まる。

なお、図８に示す変形例３においては、第１光透過部材５と第２光透過部材７の間隙を埋めるように樹脂等を成分とする光遮光部材１８を配置しているが、これに代えて、第１光透過部材１５と第２光透過部材７の中間部に、例えば、迷光低減機能を有する衝立状の迷光低減部材（迷光低減機能要素）を配置しても構わない。

また、迷光低減部材は不透明な部材でもよいし、光源４側の面が光吸収体であったり、反射面であったりしても構わないし、透過光を光検出器６の受光領域６ｒとは異なる方向へ逸らす機能を有していても構わない。

迷光低減部材の側面形状は、光検出器６の受光領域６ｒに光が直接入射させない限り、どのようなものでも構わない。また、迷光低減部材の側面から反射光が発生する場合、側面形状により、万遍なく反射光を発散させたり、所定の方向、例えば、光源４などへは行かないようにさせたりしても構わない。

具体的には、上記条件を満たせば、平面状・円筒面状・球面状であったり、Ｚ軸上方から見て波状であったりしても良い。

ここで、迷光低減部材の作用と効果について説明する。
第１光透過部材５と第２光透過部材７の中間部に配置した迷光低減部材の光源４側の側面に、光源４から出射した光が直接、または、第１光透過部材５を経て入射する。この入射光は、迷光低減部材の光源側の側面の形状を含めた光学特性と配置により、光検出器６の受光領域６ｒへ到達しないようになっている。その結果、光検出器６における検知信号について高いＳＮ比を得ることが可能となる。
上記変更点以外の構成・作用・効果は第１の実施の形態又は変形例１、２と同様である。

次に、第１の実施の形態の変形例４について、図９、図１０を参照しつつ説明する。図９、図１０は、本発明の第１の実施の形態の変形例４に係る光学式エンコーダ４１の構成を示すｘ方向直交断面図であり、図２に対応する図である。図９は、迷光低減機能要素としての光遮光部材１８を加工する前の状態を示し、図１０は、光遮光部材１８を加工した後の状態を示す図である。図９、図１０においては、第１の実施の形態に係る光学式エンコーダ１、又は、変形例１、２、３に係る光学式エンコーダ１１、２１、３１における部材と同じ部材については同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。

変形例４に係る光学式エンコーダ４１の実装の手順は以下の通りである。配線基板３上に光源４と光検出器６と光源４上の第１光透過部材５と光検出器６上の第２光透過部材７、および、配線等を実装する。その後に、配線基板３上の部材を図１０に示すように光遮光部材１８で埋め込む。埋め込みにはモールド等の製法を用いる。その後、光遮光部材１８の上面を研磨して第１光透過部材５と第２光透過部材７の上面を揃える。

第１光透過部材５と第２光透過部材７の上面の高さは埋め込み前に揃えておいてもよいし、研磨時に高さを研磨によって揃えても良い。また、研磨の際、光遮光部材１８のみを研磨して、第１光透過部材５と第２光透過部材７の表面は加工されないようにしても良い。なお、製造方法以外の構成・作用・効果は第１の実施の形態、又は変形例１〜３と同様である。

このような加工方法を取ることで、光遮光部材１８の埋め込みの際に、第１光透過部材５と第２光透過部材７上部に光遮光部材１８がかからないよう配慮する必要が無くなり、実装が容易となる。
また、加工により上面の高さを揃えたり、その高さを調整することが出来るようになり、製造時の汎用性が向上する。

次に第１の実施の形態の変形例５について、図１１を参照しつつ説明する。図１１は、本発明の第１の実施の形態の変形例５に係る光学式エンコーダ５１の構成を示すｘ方向断面図であり、図２に対応する図である。図１１においては、第１の実施の形態に係る光学式エンコーダ１、又は、変形例１、２、３、４に係る光学式エンコーダ１１、２１、３１、４１における部材と同じ部材については同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。

変形例５では、第１の実施の形態における光源４に代えてベアチップ光源５４を用いるとともに、第１光透過部材５の第１格子５ｇを除去している。

変形例５に係る光学式エンコーダ５１は、いわゆる、タルボット干渉を利用したエンコーダである。ベアチップ光源５４の光出射部５４ａは、スケール９の長手方向（ｘ方向）の幅が十分小さい、点光源、または、線状光源であり、第１光透過部材５に第１格子は形成されていない。これに対して、ベアチップ光源５４の光出射部のスケール長手方向の幅が大きい場合には、第１光透過部材５に第１格子を形成すれば、第１の実施の形態同様に機能させることが可能である。

光出射部５４ａが所望の形状を有するベアチップ光源５４の光出射面に、電極ボンディングワイヤ３ｄの領域を避けて、第１光透過部材５を光透過性接着剤で貼り付ける。さらに、光遮光部材１８で、電極ボンディングワイヤ３ｄを埋め込み、第１光透過部材５、第２光透過部材７、夫々を取り囲んで充填して、本変形例のセンサヘッドを構成している。

第２光透過部材７は、光検出器６に対してベアチップ光源５４の方向に張り出して貼り付け実装されているため、スケール９からの反射光を有効に受光でき、検出信号レベルを確保できる。一方、ベアチップ光源５４と第２光透過部材７との間は迷光低減機能要素としての光遮光部材１８で夫々の側面が覆われているので、光源からの漏れ光や第１光透過部材５の表面からの反射光を吸収し、検出信号のノイズ成分を抑制できる。さらに、ベアチップ光源５４が点、または、線状の光源であり、第１格子の位置や向きを合わせる必要が無く、実装が容易でありながら、良好な信号検出が可能となる。
上記変更点以外の構成・作用・効果は第１の実施の形態又は変形例１〜４と同様である。

つづいて、第１の実施の形態の変形例６について、図１２を参照しつつ説明する。図１２は、本発明の第１の実施の形態の変形例６に係る光学式エンコーダ６１の構成を示すｘ方向直交断面図であり、図２に対応する図である。図１２においては、第１の実施の形態に係る光学式エンコーダ１、又は、変形例１〜５に係る光学式エンコーダ１１、２１、３１、４１、５１における部材と同じ部材については同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。

変形例６では、迷光低減機能要素としての光遮光部材６８を第１光透過部材５の側面にのみ配置している。第１光透過部材５のｚ方向直交断面形状は任意でよく、例えば、四角でも丸でもよい。

変形例６において光透過部材の光遮光部材６８に接していない領域は、光透過性に関係なく樹脂等で充填してもよい。
光遮光部材６８の配置以外の構成・作用・効果は第１の実施の形態、又は、変形例１〜５と同様である。

変形例６においては、光遮光部材６８の配置部分を限定することで光遮光部材６８の使用量を最低限に留めることができる。そのため、光遮光部材６８が使われていない第１光透過部材５と第２光透過部材７の周囲の部分ついては、そのままにするか、他の部材で封止するなど設計の自由度が高まる。また、製造も容易である。

例えば、第１光透過部材５をセンサヘッド２に実装する前に、その側面に光遮光部材６８をつけておくことが可能である。さらには、長い棒状の光透過部材の側面に光遮光部材６８をつけておき、そこから第１光透過部材５を切り出していくことも可能である。こうした製法により、量産性を向上させることができる。

ここで、図１３を参照しつつ、光遮光部材が覆う部分についての変形例６のバリエーションについて説明する。図１３（ａ）は光源４と光遮光部材６９との関係を示す平面図、図１３（ｂ）は（ａ）の側面図である。図１３に示すように、光遮光部材６９は、ｚ方向直交断面が四角い第１光透過部材５の側面のうち光検出器６側の側面のみを覆っている。このように光源４と光検出器６の間の面を遮光することでＳＮ比向上の観点から大きな効果が得られる一方、第１光透過部材５の一側面のみに光遮光部材１８を形成していることから、製造が容易となる。

次に第２の実施の形態について、図１４を参照しつつ説明する。図１４は、本発明の第２の実施の形態に係る光学式エンコーダ１０１の構成を示すｘ方向直交断面であって、図２に対応する図である。光学式エンコーダ１０１は、第１の実施の形態に係る光学式エンコーダ１と同様に、センサヘッド２と、センサヘッド２に対向して配置されたスケール９とから構成されている。センサヘッド２には、配線基板３上に光源４と、受光素子アレイから成る受光領域６ｒを内部に有した光検出器６とを別体で配置している。

光源４は、面実装用のチップタイプのモールドＬＥＤであり、上面は平坦になっている。
光源４の出射面に対向する面には第１光透過部材１０５が光透過性接着剤で貼り付けられている。第１光透過部材１０５においては、スケール９側の面が凸レンズ状形状となっており、凸レンズ状形状は出射光が平行光となるように設計製作されている。第１光透過部材１０５の光源４側の面の信号検出に必要な領域以外の部分には遮光パタンを形成してもよい。スケール９側の面は凸レンズ状形状となっており、光源４から出た光がスケール９を経て光検出器６に入射する光路が少なくとも１つは存在するよう設計されている。

一方、光検出器６の受光素子アレイはピッチｐ３で構成され、その受光面に対向する面上には、第２光透過部材７が、光透過性接着剤で貼り付けられている。第２光透過部材７の受光素子アレイの受光面に対向する面上には、受光部部分を除き、遮光パタンが形成されている。

第１光透過部材１０５はガラス、または、プラスティックでできたレンズであり、第２光透過部材７はガラスの平行平板から加工して切り出した部材を用いており、上面と下面が平坦な研磨面となっている。

第１光透過部材１０５と第２光透過部材７は、上面と底面のうち、光源４、または、光検出器６に接した部分を除いて、迷光低減機能要素としての光遮蔽部材１０８で囲まれている。第１光透過部材１０５、第２光透過部材７、光遮蔽部材１０８、及び光透過性の接着剤の材質の熱的特性は、光検出器を構成するＳｉ系半導体材料と同じ特性を有する部材を用いる。

また、スケール９は、センサヘッド２と相対的に変位する光学パタンである第２格子９ｇを有している。第２格子９ｇは、スケール９とセンサヘッド２とが相対的に移動する方向に対して所定のピッチｐ２で形成された光学パタンである。

光検出器６については、第１の実施の形態に係る光検出器６と同様であるためその説明は省略する。

第２の実施の形態においては、スケール９の第２格子９ｇのピッチｐ２と光検出器６の受光素子アレイのピッチｐ３を等しくしており、センサヘッド２とスケール９を合わせた光学的な配置は、第１の実施の形態の式（４）、および、式（５）を満足する構成となっている。

次に、第２の実施の形態に係る光学式エンコーダ１０１の作用について説明する。
発光部４から出射された光が第１光透過部材１０５から平行ビームとなって出射され、スケール９上の第２格子９ｇにより反射され、第２格子９ｇのパタンの明暗像が受光領域６ｒ上に形成される。センサヘッド２とスケール９の相対移動に応じてこの像パタンが動き、その動きを光検出部６で検出する。

受光領域６ｒ上にはスケールピッチと等倍のピッチを持つ明暗の回折パタンが形成される。スケール９がセンサヘッド２に対して相対移動すると、４つの電極パッドＡ１、Ｂ１、Ａ２、Ｂ２（図３）から出力される信号は、互いに１／４周期だけ位相が異なる擬似正弦波信号が得られる。

ここで、電流電圧変換後に検出信号に含まれるノイズを除去するために、センサヘッド２は、図５に示すように、互いに逆相の信号の差をとり、それぞれ、Ａ相、Ｂ相として擬似正弦波信号を得る。この擬似正弦波信号をセンサヘッド内部、または、外部において、２値化して変位検出する、または、内挿処理回路で信号処理し、さらに高分解能な変位量を検出できる。

図１４に示すように、第１光透過部材１０５および第２光透過部材７を光遮光部材１０８で夫々を取り囲むことで、第１光透過部材１０５の表面の反射光を遮光できる。さらに、光源４からおよび第１光透過部材１０５のサイド領域を介した漏れ光も遮蔽することができる。

第２の実施の形態に係る光学式エンコーダ１０１は、次の効果を奏する。
基本的には、第１の実施の形態と迷光低減に関して同様の効果を持つ。さらに、第１光透過部材１０５の出射部が凸レンズ形状となっているために、上面での内部反射光が発生しにくい構造である。そのため、検出信号に占めるＤＣ成分が低減できる。さらに、出射光が平行ビーム化するように第１光透過部材１０５の出射部を凸レンズ形状に設計しているために、出射光が拡散せず、検出信号レベルが向上出来る。以上の２点から、ＳＮ比の向上が図られる。また、出射光が平行ビームであるため、センサヘッドとスケールのギャップが変動しても検出信号レベルが安定である。

以上のように、本発明にかかる光学式エンコーダは、レンズその他の移動物体の移動情報検出に有用である。

本発明の第１の実施の形態に係る光学式エンコーダの概略構成を示す斜視図である。 本発明の第１の実施の形態に係るスケールの移動方向に直交する断面図であり、図１のＩI−ＩＩ線における断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る光検出器上に形成されている受光領域の受光素子アレイの構成を拡大して示す平面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る光検出器における検出信号を示すグラフであって、縦軸に検知した変位信号（単位ボルト）を、横軸に位置を、それぞれとったものである。 本発明の第１の実施の形態に係る光検出器における検出信号を示すグラフであって、縦軸に検知した変位信号（単位ボルト）を、横軸に位置を、それぞれとったものである。 本発明の第１の実施の形態の変形例１に係る光学式エンコーダの構成を示す斜視図である。 本発明の第１の実施の形態の変形例２に係る光学式エンコーダの構成を示す斜視図である。 本発明の第１の実施の形態の変形例３に係る光学式エンコーダの構成を示すｘ方向直交断面図であり、図２に対応する図である。 本発明の第１の実施の形態の変形例４に係る光学式エンコーダの構成を示すｘ方向直交断面図であり、光遮光部材を加工する前の状態を示す図である。 本発明の第１の実施の形態の変形例４に係る光学式エンコーダの構成を示すｘ方向直交断面図であり、光遮光部材を加工した後の状態を示す図である。 本発明の第１の実施の形態の変形例５に係る光学式エンコーダの構成を示すｘ方向断面図であり、図２に対応する図である。 本発明の第１の実施の形態の変形例６に係る光学式エンコーダの構成を示すｘ方向直交断面図であり、図２に対応する図である。 （ａ）は光源と光遮光部材との関係を示す平面図、（ｂ）は（ａ）の側面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る光学式エンコーダの構成を示すｘ方向直交断面であって、図２に対応する図である。 従来のエンコーダの構成を示す概念図である。 従来のエンコーダの構成を示す、スケール移動方向に直交する断面図である。

符号の説明

１ 光学式エンコーダ
２ センサヘッド
３ 配線基板
３ｃ 電極ボンディングワイヤ
３ｄ 電極ボンディングワイヤ
４ 光源
４ａ 出射面
５ 第１光透過部材
５ｇ 第１格子
６ 光検出器
６ａ 受光面
６ｒ 受光領域
７ 第２光透過部材
８ 樹脂材
９ スケール
９ｇ 第２格子
１１ 光学式エンコーダ
１５ 第１光透過部材
１５ｇ 第１格子
１８ 光遮光部材
２１ 光学式エンコーダ
２６ 光検出器
２７ 第２光透過部材
２７ｇ 第３格子
３１ 光学式エンコーダ
３８ ポッティング
４１ 光学式エンコーダ
５１ 光学式エンコーダ
５４ ベアチップ光源
５４ａ 光出射部
６１ 光学式エンコーダ
６８ 光遮光部材
６９ 光遮光部材
８１ 第２格子
１０１ 光学式エンコーダ
１０５ 第１光透過部材
１０８ 光遮蔽部材

Claims (14)

1. 変位検出される一方の部材に取り付けられたスケールと、前記一方の部材に対して相対移動する他方の部材に取り付けられ、かつ、前記スケールに対向して配置された検出ヘッドと、を備えた光学式エンコーダであって、
   前記スケールには、相対移動する方向に対して所定の光学パタンが設けられており、
   前記検出ヘッドは、
   前記スケールに所定の光を照射する発光部と、
   前記発光部から前記スケールに照射されて前記光学パタンを経た光を受光する受光面を備え、その受光面上に形成される光分布を検出する光検出部と、
   前記発光部と前記スケールとの間の光路上に配置される第１光透過部材と、
   前記スケールと前記光検出部との間の光路上に配置される第２光透過部材と、を備えており、
   前記第１光透過部材の表面と前記第２光透過部材の表面との間に介在する、信号検出に寄与しない迷光を低減する迷光低減機能要素を備えることを特徴とする光学式エンコーダ。
2. 前記第１光透過部材の表面と前記第２光透過部材の表面の内の少なくとも１つの表面が前記迷光低減機能要素であり、前記迷光低減機能要素としての前記界面の光学的機能により迷光を低減することを特徴とする請求項１に記載の光学式エンコーダ。
3. 前記迷光低減機能要素は、前記第１光透過部材と前記第２光透過部材の間に配置された部材であり、
   前記迷光低減機能要素としての部材の光学的機能により迷光を低減することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光学式エンコーダ。
4. 前記第１光透過部材の表面と前記第２光透過部材の表面の内の少なくとも１つの表面と、前記第１と第２光透過部材の間に配置された部材又は空間と、が前記迷光低減機能要素であり、
   前記迷光低減機能要素としての前記表面の光学的機能と、前記迷光低減機能要素としての前記部材又は空間の構造、配置と、により迷光を低減することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の光学式エンコーダ。
5. 前記第１光透過部材と前記第２光透過部材の間には部材が配置され、前記部材が前記迷光低減機能要素であり、
   前記光透過部材としての部材の光学的機能と配置との組合せにより迷光を低減することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の光学式エンコーダ。
6. 前記迷光低減機能要素は、変位検出に全く寄与しない部分にのみ配置、または形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光学式エンコーダ。
7. 前記第１光透過部材と前記第２光透過部材の表面は信号検出に関与する光が経由する部分を含む１つ以上の面と、それ以外の信号検出に関与しない１つ以上の面と、を有し、
   前記迷光低減機能要素は、前記第１光透過部材と第２光透過部材の少なくとも一方の前記信号検出に関与しない面に配置、または形成されていることを特徴とする請求項２に記載の光学式エンコーダ。
8. 前記第１光透過部材と前記第２光透過部材を除いて、前記検出ヘッド内において、少なくとも前記発光部と前記光検出部と配線部材とが前記迷光低減機能要素からはみ出さないことを特徴とする請求項３に記載の光学式エンコーダ。
9. 前記第１光透過部材と前記第２光透過部材は、実装前に予め形状が決まっていることを特徴とする請求項１に記載の光学式エンコーダ。
10. 前記第１光透過部材と前記第２光透過部材は実装時に塑性変形しない材質からなることを特徴とする請求項１に記載の光学式エンコーダ。
11. 前記第１光透過部材と前記第２光透過部材は実装時に溶融しない材質からなることを特徴とする請求項１に記載の光学式エンコーダ。
12. 前記第１光透過部材と前記第２光透過部材は実装時に位置調整可能であることを特徴とする請求項１０に記載の光学式エンコーダ。
13. 前記第１光透過部材と第２光透過部材は実装時にハンドリング可能であることを特徴とする請求項１に記載の光学式エンコーダ。
14. 前記第１光透過部材は発光部のスケールに対向する面に、第２光透過部材は光検出部のスケールに対向する面に、それぞれ積層されていることを特徴とする請求項１に記載の光学式エンコーダ。

Images