JP5198434B2 - 光学式エンコーダ - Google Patents

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学式エンコーダに関する。
【背景技術】
【０００２】
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程度の寸法を有する検出ヘッドのサイズに対して、数ｍｍ角のサイズのエンコーダ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。
【０００３】
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。
【０００４】
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、例えば特許文献１に示すエンコーダが挙げられる。図１５は、従来例のエンコーダの断面構成を示している。
【０００５】
発光素子４２と光電変換素子アレイ４３、４４を検出ヘッド側に有する反射型の光学式エンコーダである。発光素子４２と光電変換素子アレイ４３、４４とは、透明光学部材４５に覆われている。透明光学部材４５は、そのままパッケージング部材となっている。
【０００６】
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、
発光部４２から光電変換素子アレイ４３、４４の受光面の一番遠いところまでの距離をＤ、
発光部４２の発光面と光電変換素子アレイ４３、４４の受光面から透明光学部材４５の表面までの距離をＧ、
透明光学部材４５の表面内部で反射率が１０％となる角度をθとそれぞれすると、以下の式が成り立つように厚みＧを設定する。
Ｇ≧Ｄ／（２・ｔａｎθ）
【０００７】
検出ヘッドに発光素子である発光部４２と受光素子である光電変換素子アレイ４３、４４を透明光学部材４５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４５の厚みを薄くすると、発光部４２から出射し透明光学部材４５の内面で反射した反射光が光電変換素子アレイ４３、４４に入射する。このため、信号のＳＮ比が劣化してしまう。そのため、透明光学部材４５の厚みを一定値以上にして透明光学部材４５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。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００５−１５６５４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
検出ヘッド（以下、適宜「ヘッド」という。）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、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。
【００１０】
ヘッド上部がガラス板で保護されている場合、またはヘッド上部が透明樹脂で封止されている場合などは、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。
【００１１】
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、発光部からの光がヘッド内部で反射して直接受光部へ入る光路について、ヘッド内面での反射角が大きくなる。このため、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も受光部へ入ってくる。
【００１２】
一方、信号検出に直接関係のない光がヘッドの外部へ出射されること、または信号検出に直接関係のない光が外部からヘッド内部へ入り込んで来ることも、信号検出に関係の無い光の検出量を増やす要因、外部へ漏れ光を放出する要因になる。
【００１３】
これらの光は、位置検出信号生成部においてノイズ信号となり、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従来通りの信号増幅を行うと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。
【００１４】
これを避けるために、ノイズ成分を除去する増幅回路を余分に追加すると増幅回路でのオフセットが積算されてセンサとしてのオフセットが大きくなるなど、使いにくくなってしまう。
［００１５］
また、エンコーダの外部環境が光に敏感な場合には、漏れ光が放出されることが問題となる可能性がある。この場合、漏れ光対策を講じる必要が生じる可能性がある。
［００１６］
上述の特許文献１に示すエンコーダでは透明光学部材の厚みを大きく取ることで、このような問題を回避しようとしている。しかし、必ずしも小型化を満足しないものとなる。また、透明光学部材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（作動距離）を大きく取る必要が生じる。このため、設計の自由度が損なわれる可能性がでてくる。
［００１７］
さらに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。そのため、樹脂モールドのパッケージングを採用した場合に、サイズを大きくすることで配線ワイヤの断線やクラック発生などの問題が生じやすくなる。このため、信頼性を確保することが困難になったり、コストがかかったりするようになる可能性が出てくる。
［００１８］
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ヘッド内部の迷光や外部からの光や外部への漏れ光等、直接信号検出に関係の無い光の影響を受けにくい、または、外部への影響を抑える小型薄型のエンコーダを提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
【００１９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明によれば、
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、
前記検出ヘッドには、
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により反射し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、
前記発光部と前記光検出部の前記スケール側の面上に配置された光透過部材と、が設けられており、
前記光透過部材の、前記スケールに対向する表面の少なくとも一部には、光の伝播を抑制するための光伝播抑制パタンが配置されており、
前記光伝播抑制パタンは少なくとも反射による光の伝播を抑制するパタンであって、
前記発光部から前記光透過部材の表面の前記光伝播抑制パタンを経て前記光検出部へ至る光の経路について、前記光の経路を通る光の少なくとも一部が前記光透過部材の表面に入射する角度が前記光伝播抑制パタンが存在しない場合に、前記光透過部材から外界への界面での全反射臨界角よりも大きくなることを特徴とする光学式エンコーダを提供できる。
【００２０】
また、本発明の好ましい態様によれば、
前記発光部と前記光検出部の前記スケール側の面はそれぞれ前記光透過部材により全体的かつ一体的に覆われるとともに、前記光透過部材の上面は略平坦であり、
前記発光部から前記光透過部材の表面までの距離をｔ１、
前記光検出部から前記光透過部材の表面までの距離をｔ２、
前記発光部上の位置と前記光検出部上の位置との間で最も遠くなる位置間の距離のうち前記スケールの表面に平行な方向の成分をＬ、
外界の屈折率をｎ１、
前記光透過部材の屈折率をｎ２とそれぞれしたとき、
ＡｒｃＴａｎ［Ｌ／（ｔ１＋ｔ２）］≧ＡｒｃＳｉｎ（ｎ１／ｎ２）
を満足することが望ましい。
［００２９］
【図面の簡単な説明】
［００３０］
［図１］本発明の実施例１に係る光学式エンコーダの斜視構成を示す図である。
［図２］実施例１に係る光学式エンコーダの断面構成を示す図である。
［図３］実施例１の変形例に係る光学式エンコーダの断面構成を示す図である。
［図４］実施例１の他の変形例に係る光学式エンコーダの断面構成を示す図である。
［図５］実施例１のさらに他の変形例に係る光学式エンコーダの断面構成を示す図である。
［図６］光学パタンとＤＣ成分との関係を示す図である。
【図７】本発明の実施例２に係る光学式エンコーダの斜視構成を示す図である。
【図８】実施例２に係る光学式エンコーダの断面構成を示す図である。
【図９】本発明の実施例３に係る光学式エンコーダの斜視構成を示す図である。
【図１０】実施例３に係る光学式エンコーダの断面構成を示す図である。
【図１１】実施例３の変形例に係る光学式エンコーダの斜視構成を示す図である。
【図１２】実施例３の他の変形例に係る光学式エンコーダの斜視構成を示す図である。
【図１３】本発明の実施例４に係る光学式エンコーダの斜視構成を示す図である。
【図１４】実施例４に係る光学式エンコーダの断面構成を示す図である。
【図１５】従来技術の光学式エンコーダの断面構成を示す図である。
【図１６】本発明の実施例５に係る光学式エンコーダの斜視構成を示す図である。
【図１７】実施例５に係る光学式エンコーダの断面構成を示す図である。
【図１８】実施例３の別の変形例に係る光学式エンコーダの斜視構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３１】
１００ 光学式エンコーダ
１１０ 基板
１２０ ベアＬＥＤ
１３０ 光透過基板
１３１ 第１格子
１４０ 光検出器
１４１ ＰＤアレイ
１５０ 光透過基板
１５１ 第３格子
１６０ 光透過樹脂
１６１ 光学パタン
１６２ 光学パタン
１７０ スケール
１７１ 第２格子
１８０ 導電ワイヤ
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下に、本発明にかかる光学式エンコーダの実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。例えば、以下の実施例においては、検出ヘッドとリニアタイプのスケールとの組合せを例に挙げているが、円盤状のスケールや円筒側面に形成されたスケール等にも適用可能である。リニアタイプのスケールではない場合には、変位検出に関わる光源からの光が照射されるスケール上の光学パタン部分を微視的に平板であり、かつ、光学パタンは微視的に所定のピッチを持つものと考え、この所定のピッチを持つ光学パタンを有する平板、または、仮想的にこの平板を拡張したものに対して、本発明が適用可能である。
【実施例１】
【００３３】
図１は、実施例１にかかる光学式エンコーダ１００の斜視構成を示している。図２は、光学式エンコーダ１００の断面構成を示している。また、以下、すべての実施例において図１、図２に示すｘｙｚ直交座標系を用いる。
【００３４】
図１において、光学式エンコーダ１００は、大きく分けて、基板１１０、ベアチップであるベアＬＥＤ１２０、ピッチｐ１の第１格子１３１を有する光透過基板１３０、４つの受光部を有する光検出器１４０、ピッチｐ３の第３格子１５１を有する光透過基板１５０、光透過樹脂１６０、ピッチｐ２の第２格子１７１を有するスケール１７０、の７つの部分からなる。
【００３５】
基板１１０、基板１１０上に配置されたベアＬＥＤ１２０、ベアＬＥＤ１２０上にｘ方向、および、ｙ方向にはみ出して配置された光透過基板１３０、基板１１０上に配置された光検出器１４０、光検出器１４０上に配置された光透過基板１５０は検出ヘッドとして一体に構成されている。そして、検出ヘッド上部は屈折率ｎ２の光透過樹脂１６０で埋め込まれている。
【００３６】
本エンコーダ１００は、大きく分けて基板１１０上に形成された検出ヘッドとスケール１７０で構成される。検出ヘッドとスケール１７０の間には屈折率ｎ１＝１の大気が介在する。
【００３７】
第１格子１３１と第２格子１７１と第３格子１５１は、それぞれ図中ｘ方向の向きに互いに平行に配置されている。光透過樹脂１６０上部の面については、少なくとも光源であるベアＬＥＤ１２０からの光が、スケール１７０で反射されて光検出器１４０に入射する際に通過する部分は平坦であり、３つの格子１３１、１７１、１５１と平行に形成されている。
【００３８】
スケール１７０は、第２格子１７１が、第１格子１３１と第３格子１５１に平行になる状態でｘ方向にのみ相対的に変位が可能となっている。
【００３９】
基板１１０、ベアＬＥＤ１２０、光透過基板１３０、光検出器１４０、光透過基板１５０は平行平板状になっている。これらの厚み公差は±２０μｍ程度以下となるように構成されている。そして、これらの部材は、図１、図２に示すように基板１１０の上に順次直接貼り付けられている。これらの部材の接着固定に用いる接着剤の厚みムラについても、±１０μｍ程度以下となっている。また、光透過樹脂１６０の上面もほぼ平坦な形状となっている。
【００４０】
光透過基板１３０において、第１格子１３１は光透過基板１３０の片側の面ほぼ全面にパターニングされている。そして、第１格子１３１が光透過基板１３０のＬＥＤ側の面になるように配置されている。
【００４１】
光透過基板１５０において、第３格子１５１は光透過基板１５０の片側の面をほぼ４等分する形で４つの格子群から成る。ここで、各格子群のスケール移動方向の有効幅Ｗ３は、光透過基板１５０のスケール移動方向の幅の約１／２となっている。そして、第３格子１５１が光透過基板１５０の光検出器側の面になるように配置されている。
【００４２】
電気的な配線については、ＬＥＤ１２０と光検出器１４０が基板１１０と電気的に接続されており、ＬＥＤ１２０と光検出器１４０の動作を可能としている。基板１１０上には複数の電極１１１があり、ＬＥＤ１２０と光検出器１４０上の電極パッドと所定の組合せに対して金ワイヤで電気的に接続し、ＬＥＤ１２０の裏面とは導電ペーストやはんだにより電気的に接続している。また、光検出器１４０の裏面とも必要に応じて電気的に接続する。なお、光検出器１４０に関連する電極や配線等は図示を省略している。ベアＬＥＤ１２０の上面、及び下面に電極が形成されている。上面の電極と基板１１０上の電極を導電ワイヤ１８０にて接続する。下面の電極と基板１１０の電極間は導電ペーストにて接続している。光検出器１４０と基板１１０との間にも導電ワイヤでの接続である。ここでは詳細は省略する。
【００４３】
各格子のピッチｐ１、ｐ２、ｐ３については以下の関係が成り立つ。
ｐ１＝ｐ３＝２×ｐ２
第３格子１５１は４つの格子群からなる。各格子群はピッチｐ３であるが、格子群ごとにｐ３／４だけ位相が異なるよう配置されている。
【００４４】
光検出器１４０には４つの図示しない受光部がある。各受光部は第３格子の各格子群に対応する面に形成されている。
【００４５】
光透過樹脂１６０の表面には光吸収パタンから成る光学パタン１６１と１６２とがヘッド中央部とそれ以外の外周部に形成されている。
【００４６】
ヘッド中央部には、光学パタン１６１が配置されている。光学パタン１６１は、少なくとも、光源の光が光透過樹脂（光透過部材）１６０の内部反射により受光部へ入射するのを防止するための反射防止機能を有している。ヘッド中央部以外の外周部には、反射防止、または、透過防止を目的とした光学パタン１６２が配置されている。
【００４７】
光学パタン１６１は、光の伝播を抑制するための光伝播抑制パタンに対応する。なお、「光の伝播」とは、「光の反射及び／または透過」をいう。また、「伝播を抑制する」とは、「反射及び／または透過を、防止または低減する」ことをいう。また、光学パタンは部材（ここでは光透過樹脂）の表面に形成された微視的な構造（光透過樹脂からなる構造、または、他部材による構造）を指す。
【００４８】
図２の例では、光学パタン１６１と１６２は共に光吸収パタンから構成されている。光学パタン１６１、１６２は、反射光と透過光を共に低減する効果を有している。なお、本実施例では、光学パタン１６１と１６２に光吸収パタンを用いたが、互いに異なる機能・タイプの光学パタンを配置してもよい。
【００４９】
光学パタン１６１は、光源であるベアＬＥＤ１２０からスケール１７１のパタンを経て受光部である光検出器１４０に至る光路と、光透過樹脂１６０の表面とが、光の行き（発光部からスケール表面へ至る光路）と帰り（スケール表面から受光部へ至る光路）について交差する２つの部分の間に挟まる形で形成されている。
【００５０】
次に、光透過樹脂１６０の内部での内部反射光について説明する。図２において、ベアＬＥＤ１２０から出射し、光透過樹脂１６０の内部で反射し、さらに、光検出器１４０へ到達する光路を示している。
【００５１】
この光路は、光学パタン１６１が存在しない場合のものである。ベアＬＥＤ１２０の光出射部から光検出器１４０の受光面までの水平方向（図中Ｚに垂直な方向）の距離をＬ、ベアＬＥＤ１２０の光出射部から光透過樹脂１６０表面までのＺ方向距離をｔ１、光透過樹脂１６０表面から光検出器１４０の受光面までのＺ方向距離をｔ２、光透過樹脂１６０表面での反射角をθとすると、以下の式が成り立つ。
【００５２】
Ｌ＝（ｔ１＋ｔ２）・ｔａｎθ ・・・（式１）
ここで、光透過基板１３０と光透過基板１５０と光透過樹脂１６０の屈折率は全てｎであり、ｔ１とｔ２とＬは少なくとも以下の式を満たすように配置されている。
【００５３】
ＡｒｃＴａｎ［Ｌ／（ｔ１＋ｔ２）］≧ＡｒｃＳｉｎ（ｎ１／ｎ２） ・・・（式２）
【００５４】
ＡｒｃＳｉｎ（ｎ１／ｎ２）は光透過樹脂１６０の全反射角である。従って、光学パタン１６１が形成されていない場合には、光源から光学パタンで反射して受光部である光検出器１４０へ至る光路において、少なくとも光透過樹脂１６０の表面の一部において全反射するような厚みになっている。
【００５５】
なお、ここでは、単純化のために光透過基板１３０と光透過基板１５０と光透過樹脂１６０の屈折率を共通としたが、個々に異なる場合でも適用可能である。光透過樹脂１６０から空気への界面における反射角が、光学パタン１６１が形成されていないと仮定した場合にθである。
【００５６】
このため、光出射部から出射されて、光透過樹脂１６０の上面で反射して受光面へ至る全ての光路の内、少なくとも一部の光路において、反射角度θが光路全反射角ＡｒｃＳｉｎ（ｎ１／ｎ２）を上回るように構成・配置すれば良い。
【００５７】
具体的な距離Ｌの計算には、途中にｉ番目に介在する部材の屈折率と厚みをｎｉ、ｔｉとするときに、Σ（ｔｉ・ｎ／ｎｉ）のように屈折率がｎの光透過樹脂１６０に換算してｔ１とｔ２を求めればよい。
【００５８】
なお、式２が成立すれば十分であるわけではない。光透過樹脂１６０の厚みが極端に薄く、距離Ｌが相対的に長いと、ベアＬＥＤ１２０から出射して光透過樹脂１６０の内部で反射して光検出器１４０へと到達する光路が存在しないことがあり得る。
【００５９】
本実施例においては、少なくともベアＬＥＤ１２０から出射して光透過樹脂１６０の内部で反射して光検出器１４０へと到達する光が存在するものとする。即ち、光透過樹脂１６０の表面からスケール１７０の光学パタン面までの距離をｔａとすると、以下の式が成り立つ光路が存在するものとする。
【００６０】
ＡｒｃＴａｎ［Ｌ／（ｔ１＋ｔ２＋ｔａ×２／ｎ）］≧ＡｒｃＳｉｎ（ｎ１／ｎ２） ・・・（式３）
【００６１】
光学パタン１６１の主な目的には、反射防止と透過防止の２つがある。反射防止を目的とする光学パタンには以下のタイプが挙げられる。低反射な光透過パタン、光吸収パタン、乱反射パタン、反射方向曲げパタン、などである。
【００６２】
低反射な光透過パタンには多層膜の屈折率差よる反射防止膜、また反射方向曲げパタンには回折パタンなどが挙げられる。さらに、光学パタンの製法・構造としては、パタン転写技術、例えば印刷やフォトリソグラフィによるパターニング、凹凸によるパターニング、機械加工によるパターニング、光学的パタンを有する部材の貼付によりパターニングなどが挙げられる。
【００６３】
光学パタン１６１としては、上述した構成以外のタイプでも、反射防止効果があり、採用可能なものであればよい。また、反射防止は完全に反射を防止するものでなくとも、反射率を低減するものであればよい。また、反射防止以外の機能を併せ持つパタンでもよい。
【００６４】
また、透過光防止を目的とする光学パタンには、高反射パタン、光吸収パタンなどがある。特定の方向への透過光を防止・低減するという点からは、乱反射パタン、透過方向曲げパタンも有効である。
【００６５】
図２に示す例では、上述のように反射防止の目的で光学パタンに光吸収パタンを採用している。また、これに限られず、他の変形例をとることもできる。例えば、図３に示すように、光学パタン１６１として、乱反射パタンを用いることもできる。さらに、図４に示すように、光学パタン１６１として、受光エリアより遠くに集光する同心の楕円状パタンを用いることもできる。加えて、図５に示すように、光学パタン１６１として、凸状の突起パタンを用いることもできる。
【００６６】
光学パタン１６１を形成する領域は、光透過樹脂１６０の表面で、ベアＬＥＤ１２０の発光部からスケール表面へ至る光路とスケール１７０の表面から受光面に至る光路と交差する２部分の中間部分である。
【００６７】
このうち、検出信号のＡＣ成分（振幅成分）に影響を与えず、内部反射によるＤＣ成分に影響を与える部分全てに光学パタン１６１が配置されていることが望ましい。また、光透過樹脂１６０の表面上において、ＡＣ成分に影響する部分と内部反射によるＤＣ成分に影響を与える部分とが交差する場合もある。
【００６８】
このため、製造上・特性上の理由に基づいて、ＤＣ成分に影響を与える部分全てと比較してエリアを若干小さくする構成、または大きくする構成のいずれでもよい。また、反射防止の効果が場所により変化しても構わない。
【００６９】
光学パタン１６２は、図１、図２に示すように、光透過樹脂１６０の上面の、検出信号形成に寄与する部分の外側に形成されている。ここで、光透過樹脂１６０の側面にも光学パタン１６２を設けても良い。光学パタン１６２のタイプや製造方法・構造については、光学パタン１６１と同様である。
【００７０】
なお、迷光防止の観点からは、光学パタン１６２は、低反射な光透過パタン、または光吸収パタンが望ましい。特に、光吸収による温度上昇の問題が無ければ、周囲に余分な光を出さない光吸収パタンが良い。一方、外光や放出光の影響防止には光透過防止パタンが望ましい。
【００７１】
次に、信号検出に寄与する光路について図２を用いて説明する。ベアＬＥＤ１２０の発光部から光透過樹脂１６０の表面への入射角をθ２、出射角をθ１、スケール１７１を経て光透過樹脂１６０の表面への入射角をθ１、出射角をθ２、光透過樹脂１６０表面とスケール間の距離をＧ、光透過樹脂１６０内部からスケール１７０に向かう光の反射率が１０％になるときの入射角θ２をθ２ａ、θ２＝θ２ａの時のθ１をθ１ａとする。さらに、Ｌの最小値をＬｍｉｎ、Ｌの最大値をＬｍａｘとする。このとき、以下の式が成り立つ。
【００７２】
ｓｉｎθ１＝ｎ・ｓｉｎθ２ ・・・（式４）
式４は、光透過樹脂１６０の表面での入射・出射光についてのスネルの法則に基づくものである。
【００７３】
次に、ベアＬＥＤ１２０の発光部から出た光が、スケール１７０を経て光検出器１４０の受光面に到達するための条件を掲げる。
【００７４】
Ｌｍｉｎ＜２Ｇ・ｔａｎθ１ａ＋（ｔ１＋ｔ２）・ｔａｎθ２ａ ・・・（式５）
Ｌｍａｘ＜２Ｇ・ｔａｎθ１ａ＋（ｔ１＋ｔ２）・ｔａｎθ２ａ ・・・（式６）
【００７５】
式５において、Ｌの最小値であるＬｍｉｎは、ベアＬＥＤ１２０の発光部と光検出器１４０の受光面との間の最も近い点同士の距離の水平方向成分である。Ｌの最大値であるＬｍａｘは、ベアＬＥＤ１２０の発光部と光検出器１４０の受光面との間の最も遠い点同士の距離の水平方向成分である。
【００７６】
式５は、光透過樹脂１６０内部からスケール１７０に向かう光の反射率が１０％以下となる光路を通る光が、光検出器１４０の受光面に到達するための条件である。また、式６は、光透過樹脂１６０内部からスケール１７０に向かう光の反射率が１０％以下になる光路を通る光が、光検出器１４０の受光面に到達するための条件である。
【００７７】
光透過樹脂１６０内部からスケール１７０に向かう光の反射率が１０％を超えると、反射率が急激に変化しやすくなる。そして、透過光に基づく検出信号の信号振幅が大きく変化、特に、減少しやすくなる。
【００７８】
安定した検出信号を得るために光透過樹脂１６０内部からスケール１７０に向かう光の反射率が１０％以下という条件を用いる。この１０％という数字は、適用するエンコーダによっては、多少小さく、または、大きくしても構わない。
【００７９】
少なくとも式５を満たさなければ、光透過樹脂１６０内部からスケール１７０に向かう光の反射率が１０％以下となる信号を全く検出できない。また、式６を満たせば、光検出器１４０の受光面で検出する光は、光透過樹脂１６０内部からスケール１７０に透過する際の反射率が全て１０％以下となる。本実施例では、式５と式６を共に満足するものとする。
【００８０】
なお、この発明の実施の形態の各構成要素については、各種の変形、置き換えが可能である。光源にはベアＬＥＤの例を示したが、面発光レーザ等、回折イメージが形成可能なベアチップタイプのものであればよい。
【００８１】
第１格子１３１を有する光透過基板（光透過部材）１３０の素材としてガラスが一般的であるが、ＰＥＴやポリイミド等の樹脂や金属薄膜を用いてもよい。また、第３格子１５１は検出位相の異なる４つの格子群に個別に受光部を用いた例を示したが、２群、または、１群の格子群を用いたタイプであってもよい。
【００８２】
また、光透過基板１３０の第１格子１３１のパターニングエリアの周辺部に光が通らないような遮光部を設けても良い。
【００８３】
本実施例における光学パタン部材は限られた例であり、光源から出射されて光透過樹脂１６０上部で内部反射して光検出器１４０に入射する光を低減すること、光検出器へ入射する外光や外部への漏れ光を低減すること等の構成であれば、どのような構成でもよい。また、その製造方法も問わない。
【００８４】
例えば、上述の構成の物を複数配置したり、組み合わせて配置してもよい。また、図５に示すように、光学パタン１６１の形状を上に凸のレンズ状やシリンドリカルレンズ状にしてもよいし、逆Ｖ字型の断面形状にしてもよい。
【００８５】
本実施例の構成は相対移動量を検出するものであるが、検出ヘッドおよびスケール上に基準位置検出用の部材、特に、光源・検出部・光学パタンなどを追加して配置することも可能である。
【００８６】
さらに、本実施例の第１から第３までの格子、または、この一部を複数配置することで、同一方向の変位を複数の検出系で検出、または、直交する複数の方向の変位を同時に検出する構成にすることも可能である。
【００８７】
次に、本発明の作用について説明する。光源であるベアＬＥＤ１２０から光が出射される。この光は光透過基板１３０に形成された第１格子１３１を通る。そして、スケール１７０上の第２回折格子１７１に照射される。
【００８８】
さらに、光は第２格子１７１で反射、回折される。光透過基板１５０に形成された第３格子１５１上に第２格子１７１の回折イメージが形成される。回折イメージは、第２格子１７１を２倍に拡大した像であり、第３格子１５１を通った回折イメージの光は光検出器１４０の受光部で検出される。スケール１７０が検出ヘッドに対してｘ方向に相対移動すると、回折イメージが第３格子１５１上でｘ方向に移動する。このため、光検出器１４０から周期的な疑似正弦波信号が得られる。
即ち、前記光検出部は、前記相対移動方向に対して第３のピッチｐ３を有する所定の光学格子機能を有し、前記相対移動に基づいて前記第２格子が所定倍率で拡大されて結像した拡大投影イメージの動きを検出し、前記スケールの相対変位量に応じた周期信号を出力するように構成されている。
【００８９】
光検出器１４０からは９０°位相差の４つの信号が得られる。必要に応じて２組の１８０°位相差の信号ごとに差分を取り、９０°位相差の２信号が得ることができる。式５と式６を満足しているため、光検出器１４０の受光面で検出する光は、光透過樹脂１６０内部からスケール１７０に透過する際の反射率が全て１０％以下となっている。このため、安定した検出信号レベルを得ることが可能である。
【００９０】
次に、図２〜図５の実施例での光学パタンごとの作用を説明する。図２の例では、光学パタンに光吸収パタンを採用している。このため、光透過樹脂１６０内部の反射光が吸収される。また、内部から外部、および、外部から外部への透過光も吸収される。
【００９１】
図３の例では乱反射パタンにより光透過樹脂１６０内部の反射光が散乱する。また、外部の特定のエリアでは、そのエリアからの外光や、そのエリアへの漏れ光を低減することが可能である。
【００９２】
図４の例では受光エリアより遠くに集光する同心の楕円状パタンにより、光透過樹脂１６０内部の反射光を、受光エリアを外れた位置へ導くことができる。また、外部の特定のエリアでは、そのエリアからの外光を、受光エリアを外れた位置へ光を導くこと、そのエリアへの漏れ光をそらすことが可能である。
【００９３】
図５の例では凸状の突起パタンに届いた光の大半が、突起パタン内部で反射を繰り返すこと、または樹脂外部へ透過することとなる。これらの作用により、光透過樹脂１６０内部で反射して光検出器１４０の受光面に届く光が低減される。また、外部の特定のエリアでは、そのエリアからの外光や、そのエリアへの漏れ光を低減することが可能である。
【００９４】
上述したような異なる位相差の信号間の差分を取る前の、光検出器１４０から得られる９０°位相差の４つの信号の１つについて、光学パタン１６１の作用を図６に示す。２つの疑似正弦波ＶＡ１、ＶＡ２が示されている。２つの信号は、振幅が等しく、ＤＣ成分ＤＣ１、ＤＣ２が異なる。
【００９５】
２つの疑似正弦波のうち、ＤＣ成分ＤＣ１が大きい、破線で示す疑似正弦波ＶＡ１は光学パタン１６１が形成されていないときの信号である。これに対して、ＤＣ成分ＤＣ２が小さい、実線で示す疑似正弦波ＶＡ２が光学パタン１６１が形成されているときの信号である。
【００９６】
このように、光学パタンの有無によって検出信号に差が出る理由を説明する。光学パタン１６１が形成されていない場合、スケール１７１が存在しない状態でも光透過樹脂１６０内部での内部反射によるＤＣ成分が発生する。
【００９７】
スケール１７０を所定の位置に配置することで、検出対象である、相対変位に基づき周期的に変化するＡＣ成分とそれ以外のＤＣ成分がさらに信号に追加される。一方、光学パタン１６１が適切に配置された場合、スケール１７０が無い状態でも光透過樹脂１６０内部での内部反射によるＤＣ成分が低減する。そのため、検出信号に占めるＤＣ成分の割合が大きく低下することになる。同様に光学パタン１６２についても光透過樹脂１６０内部での迷光を防止する役割を果たす。
【００９８】
なお、図６では、見やすくするためにＤＣ成分に対する信号振幅の割合が比較的大きい例を示している。信号振幅０．２ｐ−ｐ（ｐｅａｋ ｔｏ ｐｅａｋ）に対して、光学パタン１６１が形成されていない時のＤＣ成分ＤＣ１の信号＝１、光学パタン１６１が形成されている時のＤＣ成分ＤＣ２の信号＝０．５となっている。実際には光透過樹脂１６０内部の全反射光の影響で、ＤＣ成分の割合が１０倍以上になることもある。
【００９９】
次に、本発明の効果について説明する。検出ヘッドを小さくするために検出ヘッドの厚みを薄くすると、発光部からの光が検出ヘッド内部で反射して直接受光部へ入る光路について、検出ヘッド内面での反射角が大きくなる。そして、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。
【０１００】
本実施例においても、このような構成を用いており、式１〜式６を満足している。さらに、光学パタン１６１を光源からスケール１７０の光学パタンを経て受光部に至る光路と光透過樹脂１６０の表面が、光の行きと帰りに交差する２つの部分の間に配置すると共に、光学パタン１６２を光透過樹脂１６０の上面外周部に配置している。
【０１０１】
光学パタン１６１と１６２によって光透過樹脂１６０内部での反射光の影響や外光の影響を低減することができる。そのため、Ｓ／Ｎ比が良い信号を得ることが出来る。また、信号処理において、所望の振幅レベルを有する位置信号を生成する際、信号増幅時の信号レベルの飽和といった問題が起きにくくなる。信号増幅時の信号レベルの飽和の問題を避けるために、ＤＣ成分除去のための増幅回路を余分に追加することがなければ、増幅回路でのオフセットが積算されてセンサとしてのオフセットが大きくなるといった問題も起きなくなる。特に、検出信号の信号振幅が小さく、信号振幅に対するＤＣ成分の割合が大きい場合、信号増幅レベルを大きく取ることが出来る。この場合、本発明の構成は極めて有効である。
【０１０２】
上述した構成により、光学パタン１６１を配置することで、検出ヘッドの薄型化・小型化が可能となる。さらに、ワーキングディスタンスの小さいエンコーダの設計も可能となり、設計の自由度を大きくできる。
【０１０３】
また、光学パタン１６１と１６２によって漏れ光の影響を低減することが出来る。そのため、受光素子等、外部へ不要な光を放出したくない環境が周囲にある場合、漏れ光対策が不要になり、簡便な対策で済ませられる可能性がある。
【０１０４】
光伝播抑制パタンである光学パタン１６１と１６２を検出ヘッド上面に形成するため、検出ヘッド製造工程の最後に形成することが可能である。従って、光学パタン以外の部材の変更無しに機能向上を図ることができる。光学パタンの形成はフォトリソグラフィやの凹凸を持った金型の利用等比較的容易で量産に向いた工程を利用出来る。また、機能向上等の目的で光伝播抑制パタンや適用部分を変更・追加することも容易である。
以上のことから、検出ヘッド上面に形成された光学パタンにより、安価で量産に向いていて適用・変更が容易でありながら、検出信号レベル飽和の回避やＳＮ比の改善や検出ヘッドの薄型化・小型化や漏れ光の影響低減が可能となる。
【０１０５】
光伝播抑制パタンである光学パタン１６１と１６２が光透過部材の表面のうちエンコーダ信号に直接寄与しない部分に配置されているので、検出信号を劣化させたり、検出信号のレベルを低下させたりすることが無く、エンコーダとしての位置検出が可能となる。
【０１０６】
光伝播抑制パタンである光学パタン１６１が光透過部材の表面のうち、前記発光部から前記スケール表面へ至る光路の部分と前記スケール表面から前記光検出部へ至る光路の部分とが、前記光透過部材の表面と交差する２部分の中間部分に配置されている。この中間部分で反射して光検出器１４０で検出される、エンコーダ信号に直接関与しないＤＣ成分を低減出来るため、検出信号レベル飽和の回避やＳＮ比の改善が可能となる。
【０１０７】
本実施例では、前記発光部から前記光透過部材の表面の前記光伝播抑制パタンを経て前記光検出部へ至る光の経路について、前記光の経路を通る光の少なくとも一部が前記光透過部材の表面に入射する角度が前記光伝播抑制パタンが存在しない場合に、前記光透過部材から外界への界面での全反射臨界角よりも大きくなる構成となっている。また、式２を満足する構成でもある。従って、光伝播抑制パタンである光学パタン１６１が無ければ、全反射光した光が光検出部１４０に入射し、検出信号レベル飽和やＳＮ比劣化といった問題が生じうる。ベアＬＥＤ１２０は光検出器１４０に最も近い光源であり、この全反射光が発生させるエンコーダ信号のＤＣ成分は他の迷光に比べて特に大きなものとなりうる。光学パタン１６１による光伝播抑制により、ＤＣ成分が抑えられ、エンコーダ信号が安定して検出されるようになることで、検出ヘッドの薄型化・小型化が可能となる。
【０１０８】
基板上に光源であるベアＬＥＤ１２０や光検出器１４０や光透過基板１３０・１５０といった小型の光学部品を直接組み上げた、コンパクトな構成であるため、ＤＣ成分を抑制して安定したエンコーダ信号を得つつ、検出ヘッドの小型化が可能となる。
【０１０９】
本実施例は、検出ヘッドの光源側に第１格子１３１、光検出器側に第３格子１５１を有しており、スケール１７０上の第２格子１７１と合わせて、所謂３重格子エンコーダと呼ばれるものである。３重格子エンコーダは、現在、エンコーダの代表的な構造であり、高精度な検出が可能となっている。
【０１１０】
樹脂モールドのパッケージングを採用したセンサヘッドは低コストで量産に向いている。特に、本実施例では、多数個のヘッドを同時に樹脂モールドしてから個片に切り出す製造方法を採用できる。これによれば、モールド形成を一括して行う点で量産性に優れている。
【０１１１】
また、式２に示すように樹脂モールドの厚みを抑えることで、温度変化時の熱膨張・収縮、硬度の大きな変化によって生じる配線ワイヤの断線、クラック発生などの問題を低減できる。このため、信頼性を確保することが容易になる。
【０１１２】
なお、本実施例においては、光源、および、受光部にベアチップ部品を用いていることで、実装面積、及び、厚みを抑えることができる。さらにベアＬＥＤを用いることで発光部の光出射部分の長さを数１０μｍ〜２００μｍ程度に小さくすることができる。これにより、ベアＬＥＤの上に配置する光透過基板１３０の面積も小さくすることができる。このため、小型化・薄型化において有利である。
【０１１３】
さらに検出ヘッドを樹脂で封止したことで大気圧の影響を受けにくくなり、真空中や高圧下での使用が可能となる。
【実施例２】
【０１１４】
次に、本発明の実施例２にかかる光学式エンコーダについて説明する。実施例１と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。図７、図８は、それぞれ本実施例の光学式エンコーダの斜視構成、断面構成を示している。
【０１１５】
本実施例は、実施例１における光源であるベアＬＥＤ１２０の代わりに面実装タイプのモールドＬＥＤ１２０とし、光検出器１４０と第３格子１５１を有する光透過基板１５０の代わりにＰＤアレイ１４１を有する光検出器１４０に置き換えたものである。
面実装タイプのモールドＬＥＤ１２０にすることで、配線は基板１１０上にまとまるため、金線ワイヤ等による接続は不要となる。
【０１１６】
光透過基板１３０は第１格子１３１が光透過基板１３０のＬＥＤ側の面になるように配置されている。同様に、光検出器１４０において、ＰＤアレイ１４１は、光検出器１４０のスケール１７０側上面に形成されている。ＰＤアレイ１４１は、光検出器１４０の一部のエリアを占めている。そして、ＰＤアレイ１４１において、同一形状の受光部がピッチ（ｐ３）／４で並んでおり、４つごとに電気的に接続されている。これにより、位相が（ｐ３）／４ずつ異なる４つの位相の異なる信号を生成する。各位相群のピッチはすべてｐ３であり、スケール移動方向の有効幅Ｗ３は、ＰＤアレイ１４１の長さに等しくなっている。
【０１１７】
ＰＤアレイ１４１は光検出器と第３格子を一体化したものである。この構成においては、上述したような３重スリットの機能がそのまま成立する。
ＰＤアレイを用いた本例においても、前記光検出部は、前記相対移動方向に対して第３のピッチｐ３を有する所定の光学格子機能を有し、前記相対移動に基づいて前記第２格子が所定倍率で拡大されて結像した拡大投影イメージの動きを検出し、前記スケールの相対変位量に応じた周期信号を出力するように構成されている。
【０１１８】
図８に示すように、光学パタン１６１には光吸収部材を用いる。光学パタン１６１は、光透過樹脂１６０に貼り付けられる。ここで、実施例１と同様に式１〜式６の関係が成り立つ。
【０１１９】
本実施例の作用は、基本的には、実施例１の作用と同様である。本実施例では、光学パタン１６１に光吸収部材を採用している。そして、光学パタン１６１を光透過樹脂１６０に貼り付けている。このために、反射光が吸収され、光透過樹脂１６０内部で反射して光検出器１４０の受光面に届く光が低減される。また、透過光も光学パタン１６１で吸収される。このため、光検出器１４０の受光面に到達する外光が低減され、外部への漏れ光が低減される。
【０１２０】
本実施例では、ベアＬＥＤに関わる効果以外について、実施例１と同様の効果が得られる。本実施例に特有の効果としては、実施例１における光検出器１４０と第３格子を有する光透過基板１５０をＰＤアレイ１４１に一体化することで、部材点数が減り、実装が簡便となる。
【０１２１】
また、半導体プロセスで製造するＰＤアレイの製作精度は第３格子の実装精度に比べて遙かに高い。このため、信号の劣化が抑えられる。また、第３格子を有する光透過部材を用いた場合には困難であったが、ＰＤアレイにすることで、４つの位相群を一カ所にまとめることが容易となる。従って、必要な受光面のエリアが小さく済む。
【０１２２】
このため、受光部が４カ所に分かれている場合に比べて回転ずれによる位相ずれの影響が遙かに小さく済む。この結果、回転ズレに対する実装、および、取付許容度が向上する。また、必要な受光面のエリアが小さく済む。このため、よりコンパクトな構成が可能となる。
【０１２３】
本実施例では、検出ヘッドの光源側に第１格子１３１、光検出器１４０側にＰＤアレイ１４１、スケール１７０上に第２格子１７１を有している。ＰＤアレイ１４１は３重格子エンコーダにおける第３格子と受光素子をコンパクトかつ高精度に一体化した構造をしており、３重格子エンコーダの改良版に位置付けられる。３重格子エンコーダと同様に高精度である。
【０１２４】
本実施例は、３重格子エンコーダに比べ、４つの位相検出部の配置が重なっているために、実装部品の実装回転ずれや使用時のスケール回転ずれにも強い。
【０１２５】
さらに、ＰＤアレイ１４１がフォトリソグラフィ技術を用いて製作されている。このため、ＰＤアレイ１４１の部分の製造が容易である。しかも、３重格子エンコーダの複数の受光部に比べて各部の寸法や配置が正確である。このため、検出ヘッド全体としての実装精度が向上すること、ヘッド実装に要求される実装精度が決まっている場合、他の実装部分の実装精度を３重格子エンコーダに比べて緩和することが可能である。
【０１２６】
また、光源に面実装タイプのモールドＬＥＤ１２０に置き換えることで、電極配線が基板１１０にまとまり、金線ワイヤ等が不要となり、シンプルな構成となる。
モールドＬＥＤは信頼性が高く、ハンドリングも容易であるという利点もある。
【実施例３】
【０１２７】
次に、本発明の実施例３にかかる光学式エンコーダについて説明する。実施例１、２と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。図９、図１０は、それぞれ本実施例の光学式エンコーダの斜視構成、断面構成を示している。
【０１２８】
本実施例では、実施例２における光源の代わりに、スケール１７０方向の有効幅がＷ１で円形の光出射窓１２１を持つ面発光レーザ１２０を用いている。また、光透過基板１３０を無くしたものである。面発光レーザ１２０の線状の出射部が第１格子を兼ねている。光源の有効幅Ｗ１は、Ｗ１＜ｐ３／２とする。
【０１２９】
これ以外の構成については、実施例２と共通である。なお、本実施例において、光源に線状の面発光レーザ１２０を用いているが、図１１に示すような、出射窓の形が楕円形や線状の出射窓を持つＬＥＤや面発光レーザを用いていてもよい。
【０１３０】
本実施例では、図１０に示すように、光学パタン１６１として、光透過樹脂１６０にＶ溝を設けている。ここで、実施例２と同様に式１〜式６の関係が成り立つ。
【０１３１】
また、光源の光出射窓の有効幅が大きくなるような場合には、光源の光出射窓の有効幅を抑えるために、部材が増えるが、図１２に示すように第１格子１３１を有する光透過基板１３０を光源上に実装してもよい。
【０１３２】
なお、本実施例における光学パタンは、上述の構成に限られない。光源から出射されて光透過樹脂１６０上部で内部反射して光検出器に入射する光を低減すること、光検出器へ入射する外光や外部への漏れ光を低減すること等の目的にかなうものであれば、どのような構成でもよい。また、その製造方法も問わない。
【０１３３】
例えば、同一機能の光学パタンを複数配置すること、異なる機能の光学パタンを組み合わせて配置することでもよい。また、図１０の光学パタン１６１の形状を下に凹のレンズ状やシリンドリカルレンズ状にしてもよい。
【０１３４】
本実施例では、実施例２と同様に光検出器にＰＤアレイを用いているが、図１８に示すように、実施例１のような第３格子を有する光透過基板と４つの受光部を有する光検出器に置き換えてもよい。
【０１３５】
本実施例の作用は、実施例２の作用と共通である。本実施例では、光学パタン１６１にＶ溝を採用している。光透過樹脂１６０表面のＶ溝に届いた光は、そこから外部へ透過したり、受光部とは異なる方向へ反射される。そのため、反射光が吸収され、光透過樹脂１６０内部で反射して光検出器１４０の受光面に届く光が低減される。
【０１３６】
また、透過光も光学パタン１６１で吸収されるため、光検出器１４０の受光面に届く外光が低減されたり、外部への漏れ光が低減される。
【０１３７】
本実施例においては、実施例２と同様の効果が得られる。さらに、光透過基板１３０が不要となることから、構成が単純となる。導線ワイヤ８と光透過基板１３０の実装時の干渉がなくなるため、実装が容易となる。
【０１３８】
本実施例は、点光源を用いた、いわゆるタルボット干渉を利用したエンコーダである。
本例においても、前記光検出部は、前記相対移動方向に対して第３のピッチｐ３を有する所定の光学格子機能を有し、前記相対移動に基づいて前記第２格子が所定倍率で拡大されて結像した拡大投影イメージの動きを検出し、前記スケールの相対変位量に応じた周期信号を出力するように構成されている。
３重格子エンコーダと同様に高精度な位置検出が可能である。しかも、３重格子エンコーダと比べて第１格子を必要としないため、部材点数が減り、第１格子の位置や角度等の配置、特に回転ずれを抑える必要が無くなるため、製造が容易となり、歩留まり向上が期待出来る。
また、図１８に示すように、光検出器であるＰＤアレイを実施例１のような第３格子を有する光透過基板と４つの受光部を有する光検出器に置き換えても同様な効果を発揮出来る。
【実施例４】
【０１３９】
次に、本発明の実施例４にかかる光学式エンコーダについて説明する。実施例１〜３と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。図１３、図１４は、それぞれ本実施例の光学式エンコーダの斜視構成、断面構成を示している。
【０１４０】
本実施例では、実施例２における共通基板である基板１１０を箱状の形状のものを用いている。また、モールド樹脂の代わりに、ガラスで構成されている平行平板である光透過基板１３０を面実装タイプのモールドＬＥＤ１２０と光検出器１４０との上に接着している。
【０１４１】
平行平板である光透過基板１３０の、面実装タイプのモールドＬＥＤ１２０の光出射部上部には第１格子１３１が形成されている。さらに、平行平板である光透過基板１３０の下面は、第１格子１３１と光検出器の受光領域周辺を除き、遮光されている。
【０１４２】
なお、図１３において、理解の容易のために、箱状の共通基板である基板１１０の側面部の記載は省略し、平行平板である光透過基板１３０に設けられたパタンについては、モールドＬＥＤ１２０の光出射部上部の第１格子１３１パタンのみ表示している。
【０１４３】
平行平板である光透過基板１３０は共通基板である基板１１０の底面にほぼ平行に配置されている。そして、面実装タイプのモールドＬＥＤ１２０と光検出器１４０の上に隙間が出来ないように、接着剤の量を増やしたり、光透過性の樹脂や接着剤で隙間を埋めるようにして構成されている。
【０１４４】
共通基板である基板１１０と平行平板である光透過基板１３０の間で、ＬＥＤ１２０や光検出器１４０が存在しない部分は空気や不活性ガスを充填にすること、真空にすること、樹脂を充填することのいずれでもよい。樹脂を充填する場合、光路に影響を与えなければ光透過率の低い、または、不透明な樹脂を用いても良い。
【０１４５】
図１４に示すように、光学パタン１６１として、平行平板である光透過基板１３０の上側の表面全体に反射防止膜を設ける。反射防止膜の反射防止効果は、平行平板である光透過基板１３０の上面で、ベアＬＥＤ１２０の発光部からスケール表面へ至る光路とスケール表面から受光面に至る光路と交差する２部分の中間部分で特に効果が出るように成膜されている。
【０１４６】
実施例２と同様に、光透過性樹脂の代わりに平行平板に置き換えた構成について式１〜式６の関係が成り立つ。
【０１４７】
本実施例のバリエーションとして、ＰＤアレイ１４１を有する光検出器１４０を光検出器１４０に置き換えて、かつ、平行平板である光透過基板１３０に第３格子１５１を追加したものとしてもよい。また、平行平板である光透過基板１３０を光源側とＰＤアレイ側の２つに分離してもよい。
【０１４８】
本実施例の作用は、実施例２の作用と共通である。本実施例では、光学パタン１６１として平行平板である光透過基板１３０上面に反射防止膜を採用している。光透過樹脂１６０表面に届いた光は、そこから大半が外部へ透過していく。そのために反射光が吸収され、光透過樹脂１６０内部で反射して光検出器１４０の受光面に届く光が低減される。また、透過光も光学パタン１６１で吸収されるため、光検出器１４０の受光面に届く外光が低減されたり、外部への漏れ光が低減される。
【０１４９】
また、本実施例においては、実施例２と同様の効果が得られる。さらに、本実施例においては、樹脂の代わりに平行平板である光透過基板１３０を用いることで、検出ヘッドからスケール１７０に向かう界面の面精度・平坦度が向上する。このため、より高精度の検出が可能となる。また、平行平板である光透過基板１３０がガラスでできているために、表面が傷つきにくく、温度変化によるクラック等も発生しにくくなる。
さらに、実装時に変形しないガラス平行平板である光透過基板１３０の面実装タイプのモールドＬＥＤ１２０側の面に第１格子１３１が形成されている。ガラス平行平板で検出ヘッドが封止されると共に、封止用の光透過基板１３０に光学格子としての機能を持たせることが出来、部材点数を削減することが可能となる。
【実施例５】
【０１５０】
本発明の実施例５にかかる光学式エンコーダについて説明する。
実施例１〜４と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。図１６、図１７は、それぞれ本実施例の光学式エンコーダの斜視構成、断面構成を示している。
本実施例は、実施例１において、樹脂１６０上面の光学パタンを無くし、その上に光学パタンを有するガラス平行平板である光透過基板１９０を実装した形態となっている。
平行平板である光透過基板１９０は共通基板である基板１１０の底面にほぼ平行に配置されている。樹脂１６０と光透過基板１９０の間に隙間がない様に実装されている。
【０１５１】
図１７に示すように、光学パタン１９１として、平行平板である光透過基板１９０の上側の表面全体に反射防止膜を設ける。反射防止膜の反射防止効果は、平行平板である光透過基板１３０の上面で、ベアＬＥＤ１２０の発光部からスケール表面へ至る光路とスケール表面から受光面に至る光路と交差する２部分の中間部分で特に効果が出るように成膜されている。
【０１５２】
実施例２と同様に、光透過性樹脂の代わりに平行平板に置き換えた構成について式１〜式６の関係が成り立つ。
本実施例のバリエーションとして、光検出器１４０と第３格子１５１を有する光透過基板１５０をＰＤアレイ１４１を有する光検出器１４０に置き換えたものとしてもよい。また、平行平板である光透過基板１９０を光源側とＰＤアレイ側の２つに分離してもよい。
【０１５３】
本実施例の作用は、実施例１の作用と共通である。本実施例では、光学パタン１９１として平行平板である光透過基板１９０上面に反射防止膜を採用している。光透過基板１９０表面に届いた光は、そこから大半が外部へ透過していく。そのために光学パタン１９１が無い場合と比較して反射光が減少し、光透過基板１９０内部で反射して光検出器１４０の受光面に届く光が低減される。
【０１５４】
さらに、本実施例においては、樹脂１６０の上部に平行平板である光透過基板１９０を用いることで、検出ヘッドからスケール１７０に向かう界面の面精度・平坦度が向上する。このため、より高精度の検出が可能となる。また、平行平板である光透過基板１９０がガラスでできているために、表面が樹脂に比べて傷つきにくく、温度変化によるクラック等も発生しにくくなる。
【０１５５】
さらに、検出ヘッドをまず樹脂で覆っている。そのため、側面部の保護も含めて内部の部材保護の点で有利である。また、内部に空気の入る部分が無くなることで圧力変動に強くなる。例えば、ガラスである光透過基板１９０の変形・破損が起こりにくくなり、真空対応等にも有利となる。
【０１５６】
本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変形例をとることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１５７】
以上のように、本発明に係る光学式エンコーダは、特に、３重スリット方式や点光源・線光源を用いたタルボット干渉方式の光学式エンコーダに有用である。

Claims (2)

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、
   前記検出ヘッドには、
   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により反射し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、
   前記発光部と前記光検出部の前記スケール側の面上に配置された光透過部材と、が設けられており、
   前記光透過部材の、前記スケールに対向する表面の少なくとも一部には、光の伝播を抑制するための光伝播抑制パタンが配置されており、
   前記光伝播抑制パタンは少なくとも反射による光の伝播を抑制するパタンであって、
   前記発光部から前記光透過部材の表面の前記光伝播抑制パタンを経て前記光検出部へ至る光の経路について、前記光の経路を通る光の少なくとも一部が前記光透過部材の表面に入射する角度が前記光伝播抑制パタンが存在しない場合に、前記光透過部材から外界への界面での全反射臨界角よりも大きくなることを特徴とする光学式エンコーダ。
2. 前記発光部と前記光検出部の前記スケール側の面はそれぞれ前記光透過部材により全体的かつ一体的に覆われるとともに、前記光透過部材の上面は略平坦であり、
   前記発光部から前記光透過部材の表面までの距離をｔ１、
   前記光検出部から前記光透過部材の表面までの距離をｔ２、
   前記発光部上の位置と前記光検出部上の位置との間で最も遠くなる位置間の距離のうち前記スケールの表面に平行な方向の成分をＬ、
   外界の屈折率をｎ１、
   前記光透過部材の屈折率をｎ２とそれぞれしたとき、
   ＡｒｃＴａｎ［Ｌ／（ｔ１＋ｔ２）］≧ＡｒｃＳｉｎ（ｎ１／ｎ２）
   を満足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。

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