JP6512639B2 - 光学走査式導光エンコーダ - Google Patents

Description

本発明係は、エンコーダに関し、特に光学走査式導光エンコーダに関する。

現在のコンピュータのモニター（ｍｏｎｉｔｏｒ）上では、処理しようとするデータの位置をマウス（Ｍｏｕｓｅ）を用いてモニター上の特定のデータ位置まで移動させる。一般的に、マウスの主な構造としては、シーケンスロジック信号（例えば１１，１０，００，０１）を出力することができる２組のＸ軸エンコーダ及びＹ軸エンコーダを含む。マウスの底面をテーブル又はその他の平面に押し当てて特定の方向に移動させることで、モニターで処理しようとするデータ位置を相対的に移動させる。マウスでモニター上のデータ位置を移動させる原理は、基本的に、Ｘ軸エンコーダ及びＹ軸エンコーダを同時に操作することで平面上の点の移動を生成することである。換言すれば、Ｘ軸エンコーダ又はＹ軸エンコーダを単独で操作した場合は直線上の点の移動しかできない。エンコーダは、一般的に、発光モジュール（例えば発光ダイオード）、ブレード型バリアホイール及び光センサモジュールから成る。ブレード型バリアホイールは、機械式歯車に似た構造を有する。操作時には、ブレード型バリアホイールが回動することで、発光モジュールから発せられた光がブレード型バリアホイールによって遮蔽されるか又は遮蔽されないようにする。遮蔽された光は光センサモジュールに投射されないため、光センサモジュールによってＯＦＦ（０）の信号が生成される。一方、遮蔽されなかった光は光センサモジュールによって受光されるため、センサによってＯＮ（１）の信号が生成される。上述したＯＦＦ（０）及びＯＮ（１）の信号が順次生成された後、１つのシーケンス信号が形成される。例えば、ブレード型バリアホイールが時計回りに回動した場合、センサによって生成されるシーケンス信号は１１，１０，００，０１，１１，１０，００，０１…の連続した重複信号となり、一方、反時計回りに回動した場合は、０１，００，１０，１１，０１，００，１０，１１，１０…の連続した重複信号となる。これらシーケンス信号は、回路によるエンコードに用いられる。

一般的に、ブレード型バリアホイールに含まれるブレードの数が多いほど、そして２つのセンサの間の距離が短いほど、分解能（ＣＰＲ、Ｃｏｕｎｔ ｐｅｒ Ｒｏｕｎｄ）が高くなる。しかしながら、ブレード型バリアホイールの隣接する２つのブレードの夾角が小さくなると、即ち、ブレードの数が増えると、バリアホイールの外径が大きくなる。バリアホイールの外径を大きくしたくない場合は、ブレードの幅を小さくする必要がある。しかしながら、光の回折現象のために、ブレード幅を小さくするにも限界がある。詳しく述べると、過剰なブレード数を有する場合、光がバリアホイールのブレードを通過する際に回折現象が生じ、光がバリアホイールのブレードによって遮蔽されなくなり、バリアホイールが時計回り又は反時計回りのいずれの方向に回動するかを問わず、２つのセンサによって生じた信号は、すべて連続して重複するＯＮ（１）の信号となり、マウスの摺動する方向の違いによって異なるシーケンス信号を生成することができなくなる問題があった。

図１Ａ及び図１Ｂを用いて説明する。図１Ａは従来技術の導光式エンコーダの配置を示した図であり、図１Ｂは従来技術の導光式エンコーダの導光式バリアホイール１のブレード及び光センサモジュール３の局部を示した図である。光回折の問題を解消するために、従来技術で用いられる技術手段では、連続して配列される複数の球面を出光面とする導光式バリアホイール１を用いることで、射出された光が球面を通過して集束するようにする。図１Ｂに示すように、光センサモジュール３は、同一の縦軸上に設けられた光センサチップＳ１、光センサチップＳ２を含む。導光式バリアホイール１から射出された光は、光センサモジュール３の第１の露出センサ領域３１及び／又は第２の露出センサ領域３２に集束される。具体的に言えば、従来技術における導光式エンコーダの導光式バリアホイール１が第１の位置（１）、第２の位置（２）、第３の位置（３）及び第４の位置（４）まで回動した場合、それぞれ［１，１］、［０，１］、［１，０］及び［０，０］の信号を生成することができる。しかしながら、図１Ｂから分かるように、従来技術の導光式バリアホイール１では、２つのブレードを用いなければ、上述した４つの信号を含む１組のエンコードシーケンスを完了することができない。

このように、上述した従来技術の技術手段では、導光式バリアホイール１の内部の光は球面を通過した後、その幅が、集束によって進行距離に伴って減少する。従って、光センサモジュール３と導光式バリアホイール１との間の距離を正確に制御しなければ、光センサモジュール３が導光式バリアホイール１からの光を受光して信号を生成することができるよう確保することはできない。更に、従来技術において、光センサモジュール３の光センサチップＳ１、光センサチップＳ２は同一の縦軸に沿って設けられている。従って、導光式バリアホイール１に２つのブレードが設けられなければ、１つのエンコードの手順又は［１，１］、［１，０］、［０，１］及び［０，０］のシーケンスを完了することができないため、導光式エンコーダの分解能を著しく向上させることができない問題があった。

従って、バリアホイールの寸法及びブレードの数を増大、増加しない条件において、導光式エンコーダの分解能を如何にして向上させるか、が本技術分野において解決が待たれる課題となっている。

上述した技術的課題を解決するために、本発明は、光学走査式導光エンコーダを提供することを課題とする。１つの実施例において、本発明に係る光学走査式導光エンコーダは、導光式バリアホイール、発光モジュール及び光センサモジュールを含む。光センサモジュールは、導光式バリアホイールに近接する複数のセンサ素子を含む。各センサ素子は、露出センサ領域を有する。複数のセンサ素子の複数の露出センサ領域は、互いに横方向にずれて位置すると共に、互いに平行な複数の異なる水平線に沿ってそれぞれ横方向に延在して設けられる。

他の実施例において、本発明に係る光学走査式導光エンコーダは、導光式バリアホイール、発光モジュール及び光センサモジュールを含む。導光式バリアホイールは、導光本体と、複数の非球面突出部を有する歯車状構造とを含む。発光モジュールは、導光式バリアホイールに近接する。発光モジュールによって生成された入射光は、光センサモジュールに投射される平行光又は平行光に近い準平行光を形成するように、環状入光面から導光式バリアホイールに進入する。平行光又は準平行光の光の幅は、出光面の幅に等しく、且つ、非球面突出部の頂点曲面の曲率によって調整される。

更に他の実施例において、本発明に係る光学走査式導光エンコーダは、導光式バリアホイール、発光モジュール及び光センサモジュールを含む。導光式バリアホイールは、導光本体と、複数の突出部を有する歯車状構造とを含む。発光モジュールは、導光式バリアホイールに近接する。光センサモジュールは、導光式バリアホイールに近接する。歯車状構造の各突出部の幅は、光センサモジュールの幅に等しい。

本発明に係る光学走査式導光エンコーダは、「各センサ素子が露出センサ領域を有し、複数のセンサ素子の複数の露出センサ領域が、互いに横方向にずれて位置すると共に、互いに平行な複数の異なる水平線に沿ってそれぞれ横方向に延在して設けられる」構成としたことにより、光センサモジュールに投射される平行光又は準平行光と複数のセンサ素子の露出センサ領域とを互いに一致させることができ、導光式バリアホイールの寸法及びブレードの数を増大、増加しない条件において、エンコーダの分解能力を向上させることができる。更に、上述した構成により、本発明における導光式エンコーダは、光の回折現象が生じることを回避することができる。

従来技術の導光式エンコーダの配置を示した図である。 従来技術の導光式エンコーダにおけるエンコードシーケンスの生成を示した図である。 本発明の１つの実施例に係る光学走査式導光エンコーダの配置を示した図である。 本発明の他の実施例に係る光学走査式導光エンコーダの配置を示した図である。 本発明の１つの実施例に係る光学走査式導光エンコーダの導光式バリアホイールの斜視図である。 本発明の１つの実施例に係る光学走査式導光エンコーダの導光式バリアホイールの平面図である。 本発明の１つの実施例に係る光学走査式導光エンコーダの導光式バリアホイールの図５におけるＶＩ−ＶＩ線に沿った断面図である。 図４におけるＡ部分の拡大図である。 従来の導光式エンコーダの歯状構造の局部を示した図である。 本発明の１つの実施例に係る光学走査式導光エンコーダの歯状構造の局部を示した図である。 図７に示す構造の局部断面図である。 図７に示す構造の他の局部断面図である。 本発明の第１の実施例に係る光学走査式導光エンコーダの導光式バリアホイールが第１の位置まで回動した場合の、平行光又は準平行光と光センサモジュールとの間の相互関係を示した局部図である。 本発明の第１の実施例に係る光学走査式導光エンコーダの導光式バリアホイールが第２の位置まで回動した場合の、平行光又は準平行光と光センサモジュールとの間の相互関係を示した局部図である。 本発明の第１の実施例に係る光学走査式導光エンコーダの導光式バリアホイールが第３の位置まで回動した場合の、平行光又は準平行光と光センサモジュールとの間の相互関係を示した局部図である。 本発明の第１の実施例に係る光学走査式導光エンコーダの導光式バリアホイールが第４の位置まで回動した場合の、平行光又は準平行光と光センサモジュールとの間の相互関係を示した局部図である。 本発明の第２の実施例に係る光学走査式導光エンコーダの導光式バリアホイールが第１の位置まで回動した場合の、平行光又は準平行光と光センサモジュールとの間の相互関係を示した局部図である。 本発明の第２の実施例に係る光学走査式導光エンコーダの導光式バリアホイールが第２の位置まで回動した場合の、平行光又は準平行光と光センサモジュールとの間の相互関係を示した局部図である。 本発明の第２の実施例に係る光学走査式導光エンコーダの導光式バリアホイールが第３の位置まで回動した場合の、平行光又は準平行光と光センサモジュールとの間の相互関係を示した局部図である。 本発明の第２の実施例に係る光学走査式導光エンコーダの導光式バリアホイールが第４の位置まで回動した場合の、平行光又は準平行光と光センサモジュールとの間の相互関係を示した局部図である。 本発明の第２の実施例に係る光学走査式導光エンコーダの回折格子及び光センサモジュールが光を受光した後に信号を生成することを示す図である。 本発明の第３の実施例に係る光学走査式導光エンコーダの導光式バリアホイールが第１の位置まで回動した場合の、平行光又は準平行光と光センサモジュールとの間の相互関係を示した局部図である。 図２１で用いた光センサモジュールが光を受光した後に信号を生成することを示す図である。 本発明の第４の実施例に係る光学走査式導光エンコーダの導光式バリアホイールが第１の位置まで回動した場合の、平行光又は準平行光と光センサモジュールとの間の相互関係を示した局部図である。 図２３で用いた光センサモジュールが光を受光した後に信号を生成することを示す図である。

以下、特定の実施例に基づいて発明に係る光学走査式導光エンコーダの実施形態を説明する。当業者であれば、本明細書に開示された内容によって本発明の利点及び効果を理解することができる。本発明は、他の異なる実施例に基づいて実施又は応用することができる。本明細書における細部についても、異なる観点及び応用に基づいて、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において様々な修正や変更を行うことができる。また、本発明の図面は説明しやすくなるように簡単に簡略化したものに過ぎず、実際の寸法に基づいて描画したものではない。以下の実施形態において、本発明の関連する技術内容を更に詳しく述べるが、その内容は本発明の技術範囲を制限するものではない。

まず、図２及び図３を用いて説明する。図２は、本発明の１つの実施例に係る光学走査式導光エンコーダＥの配置を示した図である。図３は、本発明の他の実施例に係る光学走査式導光エンコーダＥの配置を示した図である。光学走査式導光エンコーダＥは、導光式バリアホイール１、発光モジュール２及び光センサモジュール３を含む。例えば、図２に示すように、導光式バリアホイール１、発光モジュール２及び光センサモジュール３は、９０゜の角度をなすように配置されてもよい。換言すれば、導光式バリアホイール１に対して、発光モジュール２及び光センサモジュール３は、互いに９０゜の角度をなすように配置されてもよい。また、図２に示すように、発光モジュール２及び光センサモジュール３は、導光式バリアホイール１の同一側に配置されてもよい。例えば、発光モジュール２及び光センサモジュール３は、同一の搭載物に設けられてもよい。図３に示すように、本発明の実施例に係る光学走査式導光エンコーダＥは、反射鏡５を更に含む。反射鏡５は、導光式バリアホイール１からの平行光又は準平行光Ｐを光センサモジュール３に反射するように、導光式バリアホイール１の一側に設けられる。本発明の実施例に係る光学走査式導光エンコーダＥは、導光式バリアホイール１と光センサモジュール３との間に設けられる回折格子４を更に含んでもよい。回折格子４は、選択的な部材である。

次いで、図４乃至図６も用いて説明する。図４は、本発明の実施例に係る光学走査式導光エンコーダＥの導光式バリアホイール１の斜視図である。図５は、本発明の実施例に係る光学走査式導光エンコーダＥの導光式バリアホイール１の平面図である。図６は、本発明の実施例に係る光学走査式導光エンコーダＥの導光式バリアホイール１の図５におけるＶＩ−ＶＩ線に沿った断面図である。

導光式バリアホイール１は、導光材料から成る。例えば、導光式バリアホイール１は、ガラス、アクリル又はポリカーボネート（ＰＣ）、又はそれらの材料の任意の組み合わせから成る。しかしながら、本発明の導光式バリアホイール１の材料は、それらに限定されない。導光式バリアホイール１は、導光本体１０１及び歯車状構造１０２を含む。導光本体１０１は、環状入光面１１及び環状入光面１１に対応する環状反射面１２を有する。歯車状構造１０２は、円心がなく主軸を有すると共に順次連続する複数の非球面１３０から成る環状出光面１３を有する。また、歯車状構造１０２は、複数の非球面突出部１０２０が、円状に１周するように順次接続されることで構成される。本発明において、非球面突出部は球面突出部によって置き換えてもよい。具体的に言えば、環状入光面１１は、導光式バリアホイール１の外縁に沿って導光式バリアホイール１の発光モジュール２に面した表面に設けられる。環状入光面１１は、発光モジュール２によって生成された入射光Ｌを集束するための凸レンズ構造であってもよい。環状反射面１２は、発光モジュール２によって生成されると共に環状入光面１１を通って集束した入射光Ｌを反射させることで、環状出光面１３に向かう反射光Ｒを生成するのに用いられる。更に言えば、環状反射面１２は、導光式バリアホイール１の軸心Ｘに対して傾斜した斜面である。例えば、その傾斜角度は約４５度である。図５に示すように、環状反射面１２は、導光式バリアホイール１の表面において三角形の断面を有する凹溝を形成することで形成されると共に、凹溝の深さは導光式バリアホイール１の中心から外側に向けて漸次減少する。

次いで、図４の内容に、図７乃至図１１を合わせて用いることで説明する。図７は、図４におけるＡ部分の拡大図である。図８は、従来のエンコーダの歯状構造の局部を示した図である。図９は、本発明の１つの実施例に係る光学走査式導光エンコーダの歯状構造の局部を示した図である、図１０は、図７に示す構造の局部断面図である。図１１は、図７に示す構造の他の局部断面図である。

図７に示すように、環状出光面１３は、順次連続した複数の非球面１３０によって構成される。非球面１３０は、２つの反射面１３ａ及び２つの反射面１３ａの間に接続された出光面１３ｂから成る。反射面１３ａは、反射平面であってもよく、出光面１３ｂは、非球面の出光面、例えば双曲面、放物面又は楕円面の出光面であってもよい。

次いで、図８及び図９を用いて説明する。図８に示すように、従来の導光式エンコーダでは、通常、球心を有する球面構造Ｓを用いることでエンコーダにおけるブレード型バリアホイールの出光面を構成し、光を球面構造Ｓから射出させると共にセンサに投射させていた。しかしながら、球面自体に集束する機能を有しているため、球面構造Ｓから射出された光は集束されて、異なる位置の光には異なる幅があった。

図９に示すように、従来の球面構造との相違点は、本発明では、非球面構造Ａは球心を有しておらず、主軸を有する点である。非球面構造Ａ、例えば放物面から射出された光は、平行光又は平行光に近い準平行光となる。本発明の実施例では、非球面構造Ａとして例えば双曲面又は放物面を用いることで出光面１３ｂを構成する。このように、非球面１３０を用いて環状出光面１３を構成することにより、環状出光面１３から導光式バリアホイール１を離れた光が安定した幅Ｗを有することを確保することができる。従って、この安定した幅Ｗを有する平行光又は準平行光と、特定の幅及び排列方式を有する光センサ素子又は光露出センサ領域とを互いに一致させることで、高い分解能を有するエンコーダ信号を生成する効果が得られる。具体的に言えば、本発明においては、導光式バリアホイール１から離れた光が安定した幅Ｗを有しているため、光センサモジュール３の光センサ素子の露出センサ領域の寸法及び配列方式を制御し、導光式バリアホイール１の非球面１３０の寸法を制御することによって、光学走査式導光エンコーダＥの分解能を効果的に向上させることができる。上述した環状出光面１３と光センサモジュール３における光センサ素子の露出センサ領域との組み合わせの詳細については、以下において詳述する。

図１０に示すように、各非球面１３０は、順次連続した第１の表面ａ₁、第２の表面ａ₂、第３の表面ａ₃及び第４の表面ａ₄によって構成される。第１の表面ａ₁及び第４の表面ａ₄は反射面１３ａである。第１の表面ａ₁と第４の表面ａ₄との間に接続された第２の表面ａ₂及び第３の表面ａ₃によって出光面１３ｂが構成される。本発明において、反射面１３ａに投射された反射光Ｒの入射角が反射角に等しいため、反射光Ｒは反射されて単層の導光式バリアホイール１の内部に向かう。従って、出光面１３ｂ（第２の表面ａ₂及び第３の表面ａ₃）は環状出光面１３において反射光Ｒが通過することができる部分であり、反射光Ｒは出光面１３ｂを通過して平行光又は準平行光Ｐとなる。一方、若し反射光Ｒが環状出光面１３における反射面１３ａ（第１の表面ａ₁又は第４の表面ａ₄）に向かった場合、反射光Ｒは導光式バリアホイール１を直接通過して射出されることができない。

また、第１の表面ａ₁、第２の表面ａ₂、第３の表面ａ₃及び第４の表面ａ₄は、同一の垂直投影面積を有してもよい。換言すれば、図１０に示すように、第１の表面ａ₁、第２の表面ａ₂、第３の表面ａ₃及び第４の表面ａ₄は、同一の投影幅ｄを有してもよい。この時、出光面１３ｂの第２の表面ａ₂及び第３の表面ａ₃の投影幅は、全投影幅の２分の１を占める。しかしながら、第１の表面ａ₁、第２の表面ａ₂、第３の表面ａ₃及び第４の表面ａ₄の配置は、必要に応じて調整することができる。出光面１３ｂの曲率を調整することで、導光式バリアホイール１から離れる平行光又は準平行光Ｐの幅を調整することができる。換言すれば、平行光又は準平行光Ｐの光の幅は、非球面突出部１０２０の頂点曲面における曲率によって調整することができる。

図１１を用いて説明する。図１１は、非球面１３０に向かう反射光Ｒの想定される出光の経路を示す。反射光Ｒは、反射面１３ａ（図１０に示す第１の表面ａ₁に対応する）に向かって反射され、次いで出光面１３ｂ（図１０に示す第２の表面ａ₂及び第３の表面ａ₃に対応する）に向かい、出光面１３ｂを介して自非球面１３０から平行光又は準平行光Ｐとして射出される。

上述した構成により、本発明の実施例において、反射光Ｒは、導光式バリアホイール１が回動することで、対応する非球面１３０の他の部分（反射面１３ａ）によって反射され、又は、対応する非球面１３０のある部分（出光面１３ｂ）を貫通して平行光又は準平行光Ｐとなって回折格子４を通り、光センサモジュール３に投射され、これによって高分解能を有する、回路によるエンコーダ信号が生成される。

次いで、再度図２及び図３を用いて説明する。発光モジュール２は、環状入光面１１の下方に設けられ、環状入光面１１に向かう入射光Ｌを生成するのに用いられる。例えば、発光モジュール２は、少なくとも１つの発光ダイオードであってよい。しかしながら、発光モジュール２の具体的な実施形態はこれに限定されない。

図２に示すように、光センサモジュール３は、環状出光面１３の近傍に設けられ、環状出光面１３の非球面１３０における出光面１３ｂを通って射出された平行光又は準平行光Ｐを受光するのに用いられる。又は、図３に示すように、光センサモジュール３は、導光式バリアホイール１の環状入光面１１の一側に設けられ、反射鏡５による屈折を利用して、環状出光面１３の非球面１３０における出光面１３ｂから射出された平行光又は準平行光Ｐを受光するようにしてもよい。

光センサモジュール３の実施形態は、回折格子４が存在するか否かに基づいて変化する。例えば、光学走査式導光エンコーダＥが回折格子４を含まない場合、光センサモジュール３は、非球面１３０から射出された平行光又は準平行光Ｐを受光するための複数のセンサ素子を含む。具体的に言えば、光センサモジュール３のセンサ素子は、特定の寸法を有すると共に、特定の方式に基づいて光センサモジュール３の表面に配列され、導光式バリアホイール１の非球面１３０に合わせて信号を生成するのに用いられる。回折格子４がない実施例において、複数のセンサ素子は、互いに横方向にずれて位置すると共に、互いに平行な複数の異なる水平線に沿ってそれぞれ横方向に延在して設けられる。

一方、光学走査式導光エンコーダＥが回折格子４を含む場合、回折格子４は導光式バリアホイール１と光センサモジュール３との間に設けられると共に、複数のスリット状の開口を含む。この時、光センサモジュール３は、長尺状の複数のセンサ素子によって構成されると共に、スリット状の開口は、光センサモジュール３が複数の露出センサ領域を有するように、センサ素子の特定の領域を露出させるのに用いられる。

光学走査式導光エンコーダＥの分解能を向上させる技術的効果を得るために、導光式バリアホイール１の非球面突出部１０２０の幅及びその出光面１３ｂの幅と互いに組み合わせられるように、前述した複数のセンサ素子及びセンサ素子の露出センサ領域の幅を制御しなければならない。これにより、本発明の実施例に係る光学走査式導光エンコーダＥでは、単一の非球面突出部１０２０のみを用いるだけで、光センサモジュール３が１つの完全なエンコードシーケンスを生成することができる（例えば、一度に１つの非球面突出部によって［０，０］、［０，１］、［１，０］及び［１，１］の信号を生成する）。上述した制御の詳しい手段及びパラメータについては、以下の具体的な実施形態において詳述する。

本発明において、光センサモジュール３に含まれるセンサ素子及び露出センサ領域の数は、必要に応じて調整することができる。例えば、図１２乃至図１５に示すように、光センサモジュール３は、非球面１３０から射出された平行光又は準平行光Ｐを受光するための第１のセンサ素子３１’及び第２のセンサ素子３２’を含む。第１のセンサ素子３１’及び第２のセンサ素子３２’は、互いに平行に設けられた。平行光又は準平行光Ｐを受光した状態に基づいて、光センサモジュール３は、［０，０］、［０，１］、［１，１］及び［１，０］の信号を生成することができる。換言すれば、２つのセンサ素子を用いて２²個の信号を生成することができる。また、図２１及び図２３に示すように、光センサモジュール３は、３つ又は４つのセンサ素子を含んでもよい。上述したセンサ素子は、それぞれ回折格子４の開口から露出された１つ又は複数の露出センサ領域を有する。

更に言えば、発光モジュール２によって生成された入射光Ｌが環状入光面１１から導光式バリアホイール１に進入した場合、入射光Ｌが環状反射面１２によって反射されることで反射光Ｒが形成される。反射光Ｒは、導光式バリアホイール１が回動することにより、対応する非球面１３０の一部分（即ち出光面１３ｂ）を通ることで平行光又は準平行光Ｐとなるか、又は、対応する非球面１３０の他の部分（即ち反射面１３ａ）によって反射される。従って、導光式バリアホイール１から射出された平行光又は準平行光Ｐは、光センサモジュール３によって受光することができ、これにより回路によるエンコードに用いられるシーケンス信号が生成される。

以下、本発明の実施例における光学走査式導光エンコーダＥを用いてシーケンス信号を生成する作動方式を詳しく説明する。

＜第１の実施例＞
図１２乃至図１５を用いて説明する。図１２乃至図１５は、それぞれ本発明の第１の実施例に係る光学走査式導光エンコーダＥの導光式バリアホイール１が第１の位置、第２の位置、第３の位置及び第４の位置まで回動した場合における平行光又は準平行光Ｐと光センサモジュール３との間の相互関係を示した局部図である。

具体的に言えば、図１２に示すように、光センサモジュール３は、長尺状の第１のセンサ素子３１’及び第２のセンサ素子３２’を含む。２つのセンサ素子は、同一の幅Ｄ１を有すると共に、それらの両端は、光センサモジュール３が同様に幅Ｄ１を有するように、それぞれ互いに揃えられている。光センサモジュール３と導光式バリアホイール１との間には幅がＤ１よりも大きい回折格子４が更に設けられる。回折格子４は、第１のセンサ素子３１’及び第２のセンサ素子３２’における特定の領域を遮蔽すると共に第１のセンサ素子３１’及び第２のセンサ素子３２’における遮蔽されていない他の領域を露出させる。回折格子４に含まれる第１の開口４１及び第２の開口４２は、それぞれ第１のセンサ素子３１’の第１の露出センサ領域３１及び第２のセンサ素子３２’の第２の露出センサ領域３２を露出させる。本実施例において、第１の開口４１及び第２の開口４２は、Ｄ１の１／４の幅を有する。従って、それら開口から露出された第１の露出センサ領域３１及び第２の露出センサ領域３２は、同様にＤ１の１／４の幅を有する。第１の露出センサ領域３１及び第２の露出センサ領域３２は、互いに横方向にずれて位置すると共に、互いに平行な異なる水平線Ｈ１及びＨ２に沿ってそれぞれ横方向に延在して設けられる。

本発明の実施例において、非球面突出部１０２０の幅は、光センサモジュール３の幅Ｄ１と同一である。従って、導光式バリアホイール１の各非球面１３０は、第１のセンサ素子３１’及び第２のセンサ素子３２’によって構成された光センサモジュール３に順次対応することができる。これにより、単一の非球面１３０のみによって１組の完全なエンコードシーケンスを生成できる効果を達成することができる。また、第１の実施例において、出光面１３ｂから射出された平行光又は準平行光Ｐの幅Ｗ１は、光センサモジュール３の幅Ｄ１の２分の１以上であり、即ちＷ１。ル１／２Ｄ１である。図１１乃至図１５は、Ｗ１＝１／２Ｄ１の割合に基づいて描画したものである。これにより、非球面１３の出光面１３ｂが導光式バリアホイール１の回動に伴って第１の光露出センサ領域３１及び第２の光露出センサ領域３２に対応する位置まで回動した場合（即ち、図１４に示す状態）、平行光又は準平行光Ｐは、第１の光センサモジュール３１及び第２の光センサモジュール３２の両方に同時に投射されることができる。以下、図１２乃至図１５を用いて、導光式バリアホイール１が異なる位置まで回動した場合に信号を生成する方法について詳しく説明する。

まず、図１２に示すように、導光式バリアホイール１は第１の位置に位置している。この時、光センサモジュール３の第１の露出センサ領域３１及び第２の光露出センサ領域３２は、それぞれ導光式バリアホイール１の１つの非球面１３０の第４の表面ａ₄及びその次の非球面１３０の第１の表面ａ₁に対応する。第１の表面ａ₁及び第４の表面ａ₄はいずれも反射面１３ａである。第１の表面ａ₁及び第４の表面ａ₄に向かった反射光Ｒは反射面１３ａによって反射されるため、第４の表面ａ₄及び第１の表面ａ₁にそれぞれ対応する第１の露出センサ領域３１及び第２の露出センサ領域３２は、光信号を受信しておらず、光センサモジュール３は［０，０］の信号を生成する。

次いで、図１３に示すように、導光式バリアホイール１は第２の位置まで回転する。光センサモジュール３の第１の露出センサ領域３１及び第２の光露出センサ領域３２は、それぞれ導光式バリアホイール１の１つの非球面１３０の第１の表面ａ₁及び第２の表面ａ₂に対応する。第１の表面ａ₁は反射面１３ａである。従って、第１の表面ａ₁に向かった反射光Ｒは、反射されて導光式バリアホイール１の内部に向かい、直接反射面１３ａを介して導光式バリアホイール１から離れることはできない。一方、第２の表面ａ₂に向かった反射光Ｒは、非球面１３０を通過して平行光又は準平行光Ｐとなると共に、第２の表面ａ₂に対応する第２の露出センサ領域３２に向かう。これにより、光センサモジュール３は［０，１］の信号を生成する。また、反射光Ｒは第３の表面ａ₃をも通過して平行光又は準平行光Ｐとなり、非球面１３０から射出されるが、第３の表面ａ₃は光センサモジュール３のどの露出センサ領域にも対応していないため、回折格子４によって阻止される。従って、この部分の平行光又は準平行光Ｐが光センサモジュールによって生成された信号に影響を及ぼすことはない。

次いで、図１４に示すように、導光式バリアホイール１は引き続き第３の位置まで回転する。光センサモジュール３の第１の露出センサ領域３１及び第２の光露出センサ領域３２は、それぞれ導光式バリアホイール１の１つの非球面１３０の第２の表面ａ₂及び第３の表面ａ₃に対応する。反射光Ｒは、非球面１３０に向かうと共に、第２の表面ａ₂及び第３の表面ａ₃によって構成される出光面１３ｂを通過して平行光又は準平行光Ｐとなり、導光式バリアホイール１から離れる。導光式バリアホイール１から離れた平行光又は準平行光Ｐは、同時に光センサモジュール３の第１の露出センサ領域３１及び第２の光露出センサ領域３２に向かう。これにより、光センサモジュール３は［１，１］の信号を生成する。

最後に、図１５に示すように、導光式バリアホイール１は引き続き第４の位置まで回転する。この時、光センサモジュール３の第１の露出センサ領域３１及び第２の光露出センサ領域３２は、それぞれ導光式バリアホイール１の１つの非球面１３０の第３の表面ａ₃及び第４の表面ａ₄に対応する。第３の表面ａ₃に向かった反射光Ｒは、第３の表面ａ₃を通過して平行光又は準平行光Ｐとなり、第１の露出センサ領域３１によって受光される。しかしながら、第４の表面ａ₄は反射面１３ａである。第４の表面ａ₄に直接的に向かった反射光Ｒは第４の表面ａ₄によって反射され、第４の表面ａ₄から導光式バリアホイール１を離れることができない。従って、この時、第４の表面ａ₄に対応する第２の露出センサ領域３２は平行光又は準平行光Ｐを受光することがない。これにより、導光式バリアホイール１が第４の位置に位置する時、光センサモジュール３は［１，０］の信号を生成する。

このように、上述した導光式バリアホイール１が各位置まで回動した場合、導光式バリアホイール１の非球面１３０における反射面１３ａ及び出光面１３ｂに関する構成に加え、光センサモジュール３における第１の露出センサ領域３１及び第２の露出センサ領域３２及び非球面１３０の寸法構成により、単一の非球面１３０を用いて２²＝４個の検出信号を生成することができるため、導光式エンコーダＥの分解能を大幅に増加させることができる。

＜第２の実施例＞
次いで、図１６乃至図２０を用いて説明する。図１６乃至図１９は、それぞれ本発明の第２の実施例に係る光学走査式導光エンコーダＥの導光式バリアホイール１が、異なる位置、即ち第１の位置（１）から第４の位置（４）にある場合における平行光又は準平行光Ｐと光センサモジュール３との間の相互関係を示した局部図である。図２０は、本実施例における光センサモジュール３が光を受光した後に信号を生成することを示す図である。

図１６乃至図１９において、光センサモジュール３の第１のセンサ素子３１’及び第２のセンサ素子３２’は、回折格子４の第１の開口４１及び第２の開口４２からそれぞれ第１の露出センサ領域３１及び第２の露出センサ領域３２として露出される。第１の露出センサ領域３１及び第２の露出センサ領域３２は、複数のエンコーダ領域に切り分けられ、平行光又は準平行光Ｐの幅Ｗ２はエンコーダ領域の幅以下である。図１６に示すように、第１の露出センサ領域３１及び第２の露出センサ領域３２はそれぞれ幅がＤ２の１／４である２つのエンコーダ領域を含む。

換言すれば、第２の実施例において、出光面１３ｂから射出された平行光又は準平行光Ｐの幅Ｗ２は、第１のセンサ素子３１’及び第２のセンサ素子３２’によって構成される光センサモジュール３の幅Ｄ２の４分の１以下であり、即ちＷ２。リ１／４Ｄ２である。図１６乃至図１９は、Ｗ２＝１／４Ｄ２の割合に基づいて描画したものである。また、本実施例における第１の露出センサ領域３１及び第２の露出センサ領域３２の幅は、平行光又は準平行光Ｐの幅Ｗ２の２倍である。即ち、第１の露出センサ領域３１及び第２の露出センサ領域３２は、それぞれＤ２の１／２の幅を有する。更に、第１の露出センサ領域３１及び第２の露出センサ領域３２は、互いにずれて位置する。即ち、第１の露出センサ領域３１及び第２の露出センサ領域３２は、異なる水平線Ｈ１及びＨ２の方向にＤ２の１／４の幅だけ互いにずれて位置する。

まず、図１６に示すように、導光式バリアホイール１は、第１の位置（１）に位置している。この時、第１の光露出センサ領域３１及び第２の光露出センサ領域３２は両方とも、平行光又は準平行光Ｐが射出された出光面１３ｂとしての第２の表面ａ₂及び第３の表面ａ₃に対応していない。従って、図２０に併せて示すように、第１の位置（１）にある場合、光センサモジュール３は、光信号を受信せず、［０，０］の信号の信号を生成する。

次いで、図１７に示すように、導光式バリアホイール１が第２の位置（２）まで回転した場合、第１の光露出センサ領域３１は、導光式バリアホイールにおける反射面１３ａである第１の表面ａ₁及びその１つ前の非球面１３０の第４の表面ａ₄に対応する。従って、光信号を受信しない。また、導光式バリアホイール１の第２の表面ａ₂及び第３の表面ａ₃から射出された平行光又は準平行光Ｐは、光センサモジュール３に向かうと共に、第２のスリット４２から露出された第２の光露出センサ領域３２の一部分に投射される。従って、図２０に併せて示すように、導光式バリアホイール１が第２の位置（２）に位置する時、光センサモジュール３は［０，１］の信号を生成する。

次いで、図１８に示すように、導光式バリアホイール１は、第３の位置（３）まで回転する。導光式バリアホイール１の第２の表面ａ₂及び第３の表面ａ₃から射出された平行光又は準平行光Ｐは、光センサモジュール３に向かうと共に、第１のスリット４１から露出された第１の光露出センサ領域３１及び第２のスリット４２から露出された第２の光露出センサ領域３２の一部分に投射される。従って、図２０に併せて示すように、導光式バリアホイール１が第３の位置（３）に位置する時、光センサモジュール３は、［１，１］の信号を生成する。

最後に、図１９に示すように、導光式バリアホイール１は引き続き第４の位置（４）まで回転する。この時、導光式バリアホイール１の第２の表面ａ₂及び第３の表面ａ₃から射出された平行光又は準平行光Ｐは、光センサモジュール３に向かうと共に、第１のスリット４１から露出された第１の光露出センサ領域３１の一部分に投射される。この時、第２の光露出センサ領域３２は、導光式バリアホイールにおける反射面１３ａである第４の表面ａ₄及び次の非球面１３０の第１の表面ａ₁に対応する。従って、光信号を受信しない。従って、図２０に併せて示すように、導光式バリアホイール１が第４の位置（４）に位置する時、光センサモジュール３は［１，０］の信号を生成する。

このように、上述した導光式バリアホイール１が各位置まで回動した場合、導光式バリアホイール１の非球面１３０における反射面１３ａ及び出光面１３ｂに関する構成に加え、光センサモジュール３における第１の露出センサ領域３１及び第２の露出センサ領域３２により、２²＝４個の検出信号を同時に生成することができる。具体的に言えば、平行光又は準平行光Ｐの幅Ｗ２を第１のセンサ素子３１’及び第２のセンサ素子３２’によって構成される光センサモジュール３の幅Ｄ２（非球面突出部１０２０の幅でもある）の４分の１以下に調整することにより（Ｗ２。リ１／４Ｄ２）、導光式エンコーダＥの分解能を増加させることができる。

＜第３の実施例＞
次いで、図２１及び図２２を用いて、本発明の第３の実施例に係る光学走査式導光エンコーダＥによってエンコーダ信号を生成することを例示する。具体的に言えば、図２１は、本発明の第３の実施例に係る光学走査式導光エンコーダＥの導光式バリアホイール１が第１の位置（１）にある場合における平行光又は準平行光Ｐ及び光センサモジュール３との間の相互関係を示した局部図である。図２２は、図２１で用いた光センサモジュール３が光を受光した後に信号を生成することを示す図である。

前述した実施例との相違点は、本実施例においては、光センサモジュール３が、第１のセンサ素子３１’、第２のセンサ素子３２’、第３のセンサ素子３３’及び第４のセンサ素子３４’によって構成されると共に、それらが同一の幅Ｄ３を有することである。回折格子４の第１の開口４１、第２の開口４２、第３の開口４３及び第４の開口４４を介して、互いに位置がずれた第１の露出センサ領域３１、第２の露出センサ領域３２、第３の露出センサ領域３３及び第４の露出センサ領域３４がそれぞれ露出されることができる。第１の露出センサ領域３１、第２の露出センサ領域３２、第３の露出センサ領域３３及び第４の露出センサ領域３４は、複数のエンコーダ領域に切り分けられ、平行光又は準平行光Ｐの幅Ｗ３はエンコーダ領域の幅以下である。図２１に示すように、上述した露出センサ領域は、それぞれ幅がＤ３の１／８である４つのエンコーダ領域を含む。

換言すれば、本実施例において、第１の露出センサ領域３１、第２の露出センサ領域３２、第３の露出センサ領域３３及び第４の露出センサ領域３４の幅は、Ｄ３の１／２である。また、第１の露出センサ領域３１、第２の露出センサ領域３２、第３の露出センサ領域３３及び第４の露出センサ領域３４は、異なる水平線Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３及びＨ４の方向にＤ３の１／８の幅だけ互いにずれて位置する。

非球面１３０から射出された平行光又は準平行光Ｐの幅Ｗ３は、光センサモジュールの幅Ｄ３の８分の１以下、即ちＷ３。リ１／８Ｄ３である。図２１は、Ｗ３＝１／８Ｄ３の割合に基づいて描画したものである。前述した実施例との共通点は、非球面突出部１０２０の幅と光センサモジュール３の幅Ｄ３とが同じであることである。例えば、図２１に示す状態において、平行光又は準平行光Ｐが光センサモジュール３に投射されると共に、光センサモジュール３が［０，０，０，０］の信号を生成する。第３の実施例において、光センサモジュール３が導光式バリアホイール１の回動位置に基づいて生成した信号を図２２に示す。従って、本実施例において、光学走査式導光エンコーダＥは、２³＝８種類の信号を生成することができる。

＜第４の実施例＞
最後に、図２３及び図２４を用いて説明する。図２３は、本発明の更に他の実施例に係る光学走査式導光エンコーダＥの導光式バリアホイールが第１の回動角度にある場合、反射光及び光センサモジュールとの間の相互関係を示した局部図である。図２４は、図２３で用いた光センサモジュールが光を受光した後に信号を生成することを示す図である。

図２３に示すように、本実施例において、光学走査式導光エンコーダＥの光センサモジュール３は、平行に配列されると共に長尺状である第１のセンサ素子３１’、第２のセンサ素子３２’及び第３のセンサ素子３３’を含む。上述したセンサ素子によって構成される光センサモジュール３の幅はＤ４である。回折格子４の第１の開口４１ａ〜４１ｄには第１のセンサ素子３１’の特定の領域が露出されて第１の露出センサ領域３１ａ〜３１ｄが形成され、第２の開口４２ａ、４２ｂには第２のセンサ素子３２’の特定の領域が露出されて第２の露出センサ領域３２ａ、３２ｂが形成され、第３の開口４３には第３のセンサ素子３３’の特定の領域が露出されて第３の露出センサ領域３３が形成される。各露出センサ領域の寸法（比例）は図面に例示される。

具体的に言えば、第１の露出センサ領域３１ａ〜３１ｄ、第２の露出センサ領域３２ａ、３２ｂ及び第３の露出センサ領域３３は、複数のエンコーダ領域に切り分けられ、平行光又は準平行光Ｐの幅Ｗ４はエンコーダ領域の幅以下である。図２３に示すように、第１の露出センサ領域３１ａ〜３１ｄはそれぞれ幅がＤ４の１／８であるエンコーダ領域を１つずつ有する。第２の露出センサ領域３２ａ、３２ｂはそれぞれ幅がＤ４の１／８であるエンコーダ領域を２つずつ有する。第３の露出センサ領域３３は幅がＤ４の１／８であるエンコーダ領域を４つ有する。

本実施例において、平行光又は準平行光Ｐの幅Ｗ４は、光センサモジュール３の幅Ｄ４の８分の１であり、即ちＷ４。リ１／８Ｄ４である。先の実施例と同様、非球面突出部１０２０の幅は、光センサモジュール３の幅Ｄ４と同じである。例えば、図２３に示す状態において、平行光又は準平行光Ｐが光センサモジュール３に投射されると共に、光センサモジュール３が［０，０，０］の信号を生成する。第４の実施例において、光センサモジュール３が導光式バリアホイール１の回動位置に基づいて生成した信号を図２４に示す。本実施例において、光学走査式導光エンコーダＥは、２³＝８種類の信号を生成することができる。

＜実施例の効果＞
このように、本発明の効果としては、本発明の実施例に係る光学走査式導光エンコーダＥでは、「各センサ素子が露出センサ領域を有し、複数のセンサ素子の複数の露出センサ領域が、互いに横方向にずれて位置すると共に、互いに平行な複数の異なる水平線に沿ってそれぞれ横方向に延在して設けられる」構成としたことにより、光センサモジュール３に投射される平行光又は準平行光Ｐと複数のセンサ素子の露出センサ領域とを互いに一致させることができ、導光式バリアホイール１の寸法及び非球面突出部１０２０の数を増大、増加しない条件において、導光式エンコーダＥの分解能を向上させることができる。また、本発明の実施例に係る光学走査式導光エンコーダＥは、非球面突出部１０２０の頂点曲面の曲率を調整することにより、平行光又は準平行光Ｐの光の幅を調整することができ、又は、歯車状構造１０２の各非球面突出部１０２０の幅を光センサモジュール３の幅と等しくすることにより、所要の分解能を達成することができる。

以上は本発明の好ましい実施例に過ぎず、本発明の範囲を限定するものではない。本発明の明細書及び図面の内容に基づいてなされた等価の技術的変更は、すべて本発明の保護範囲に含まれる。

Ｅ 光学走査式導光エンコーダ
１ 導光式バリアホイール
１０１ 導光本体
１０２ 歯車状構造
１０２０ 非球面突出部
１１ 環状入光面
１２ 環状反射面
１３ 環状出光面
１３０ 非球面
１３ａ 反射面
１３ｂ 出光面
２ 発光モジュール
３ 光センサモジュール
３１’ 第１のセンサ素子
３２’ 第２のセンサ素子
３３’ 第３のセンサ素子
３４’ 第４のセンサ素子
３１，３１ａ〜３１ｄ 第１の露出センサ領域
３２，３２ａ，３２ｂ 第２の露出センサ領域
３３ 第３の露出センサ領域
３４ 第４の露出センサ領域
４ 回折格子
４１，４１ａ〜４１ｄ 第１の開口
４２，４２ａ，４２ｂ 第２の開口
４３ 第３の開口
４４ 第４の開口
５ 反射鏡
Ｓ１，Ｓ２ 光センサチップ
ａ₁ 第１の表面
ａ₂ 第２の表面
ａ₃ 第３の表面
ａ₄ 第４の表面
ｄ 投影幅
Ａ 非球面構造
Ｓ 球面構造
Ｌ 入射光
Ｒ 反射光
Ｐ 平行光又は準平行光
Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３，Ｈ４ 水平線
Ｗ，Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４，Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４ 幅
Ｘ 軸心

Claims (15)

1. 環状入光面と、前記環状入光面に対応する環状反射面と、主軸を有すると共に順次連続する複数の非球面から成る環状出光面とを有する導光式バリアホイールと、
   前記導光式バリアホイールに近接する発光モジュールと、
   前記導光式バリアホイールに近接する複数のセンサ素子を含み、各前記センサ素子が露出センサ領域を有し、複数の前記センサ素子の複数の露出センサ領域が、互いに横方向にずれて位置すると共に、互いに平行な複数の異なる水平線に沿ってそれぞれ横方向に延在して設けられる、光センサモジュールと、
   を含むことを特徴とする光学走査式導光エンコーダ。
2. 前記導光式バリアホイールと前記光センサモジュールとの間に設けられ、複数の前記露出センサ領域をそれぞれ露出させる複数のスリットを含む回折格子を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の光学走査式導光エンコーダ。
3. 前記導光式バリアホイールは、環状入光面及び前記環状入光面に対応する環状反射面を有する導光本体と、主軸を有すると共に順次連続する複数の非球面から成る環状出光面を有する歯車状構造とを含み、
   前記歯車状構造は、複数の非球面突出部が円状に１周するように順次接続されることで構成される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の光学走査式導光エンコーダ。
4. 前記発光モジュールによって生成された入射光は、前記環状入光面から前記導光式バリアホイールに進入し、前記入射光が前記環状反射面によって反射されることで反射光が形成され、前記反射光が前記環状出光面を通過することで前記光センサモジュールに投射される平行光又は平行光に近い準平行光が形成されることを特徴とする請求項３に記載の光学走査式導光エンコーダ。
5. 前記反射光は、前記導光式バリアホイールの回動を介して、対応する前記非球面の一部分を通り、又は、対応する前記非球面のその他の部分によって反射されることを特徴とする請求項４に記載の光学走査式導光エンコーダ。
6. 前記導光式バリアホイールの前記非球面は、２つの反射面及び２つの前記反射面の間に接続された出光面によって構成されることを特徴とする請求項５に記載の光学走査式導光エンコーダ。
7. 前記反射光の一部分は、前記導光式バリアホイールの回動を介して、対応する前記出光面を通過することを特徴とする請求項６に記載の光学走査式導光エンコーダ。
8. 前記反射光の一部分は、前記反射面によって反射されることを特徴とする請求項６に記載の光学走査式導光エンコーダ。
9. 前記平行光又は前記準平行光の光の幅は、前記出光面の幅に等しいことを特徴とする請求項６に記載の光学走査式導光エンコーダ。
10. 前記平行光又は前記準平行光の光の幅は、前記非球面突出部の頂点曲面の曲率によって調整されることを特徴とする請求項６に記載の光学走査式導光エンコーダ。
11. 各前記センサ素子の前記露出センサ領域は、複数のエンコーダ領域に切り分けられ、前記平行光又は前記準平行光の光の幅は、前記エンコーダ領域の幅以下であることを特徴とする請求項１０に記載の光学走査式導光エンコーダ。
12. 前記歯車状構造の各前記非球面突出部の幅は、前記光センサモジュールの幅に等しいことを特徴とする請求項３に記載の光学走査式導光エンコーダ。
13. 導光本体と、複数の非球面突出部を有する歯車状構造とを含む導光式バリアホイールと、
    前記導光式バリアホイールに近接する発光モジュールと、
    前記導光式バリアホイールに近接する光センサモジュールと、
    を含み、
    前記発光モジュールによって生成された入射光が前記導光式バリアホイールを通過することで、前記光センサモジュールに投射される平行光又は平行光に近い準平行光が形成され、
    前記平行光又は前記準平行光の光の幅は、前記複数の非球面突出部の出光面の幅に等しく、前記非球面突出部の頂点曲率によって調整される、
    ことを特徴とする光学走査式導光エンコーダ。
14. 導光本体と、複数の突出部を有する歯車状構造とを含む導光式バリアホイールと、
    前記導光式バリアホイールに近接する発光モジュールと、
    前記導光式バリアホイールに近接する光センサモジュールと、
    を含み、
    前記歯車状構造の各前記突出部の幅は、前記光センサモジュールの幅に等しい、
    ことを特徴とする光学走査式導光エンコーダ。
15. 前記突出部は、非球面突出部であることを特徴とする請求項１４に記載の光学走査式導光エンコーダ。
    

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