JPWO2011114938A1 - 光学式エンコーダ - Google Patents
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Abstract
光学式エンコーダは、投光部（１０）、スケール（１２）及び受光部（１４）を備える。上記スケールは、光透過可能な導光部（２４）を有し、上記投光部が投光した光の少なくとも一部を、その厚み方向に垂直な方向へ上記導光部を通して導光する導光機能を有する。上記受光部（１４）は、上記スケールにより導光した光を受光し、上記スケールに対して相対的に移動する。
Description
本発明は、変位センサなどに用いられる光学式エンコーダに関する。
タルボットエンコーダや三重格子エンコーダは、小型で比較的単純な構成により位置や角度を検出できる検出器として知られている。
例えば、三重格子エンコーダは、特許文献１（ＦＩＧ．１及びＦＩＧ．２）に開示されているように、光源、透過型の光源用スケール、メインスケール、及び受光素子のフォトダイオードアレイから構成される。メインスケールは、光源、光源用スケール、及びフォトダイオードアレイに対して、相対的に変位する測定対象に設置されている。また、光源用スケール及びフォトダイオードアレイと、メインスケールとの間には、一定の間隔が、干渉パターンが結合する位置として、設けられている。
光源から出射した光は、光源用スケールを通り、メインスケールで反射される。反射された光は、フォトダイオードアレイ面で干渉パターンを結合する。光源、光源用スケール及びフォトダイオードアレイと、メインスケールとが相対的に移動する。この移動に伴って、フォトダイオードアレイに結合した干渉パターンが変化する。よって、干渉パターンの変化から、相対位置が検出されることができる。これにより、高分解能な変位測定が行われる。
タルボットエンコーダや三重格子エンコーダは、他の方式エンコーダと比較して、精度が良い等の利点がある。ただし、光源からの光をスケールで反射または透過し、干渉パターンが結像する位置で受光する必要がある。そのため、光源等の、光の出射点、または、出射領域を含む投光部と、スケールと、受光素子等の、光の受光領域を含む受光部とは、それぞれの配置が限定されてしまう。すなわち、タルボットエンコーダや三重格子エンコーダは、投光部、スケール及び受光部の配置の自由度が低くなるという課題がある。
このように、投光部、スケール及び受光部の配置の自由度が低いと、例えば、スケールと投光部及び受光部との間隔を狭くすることができない。そのため、さらなるエンコーダの薄型化ができないという課題につながる。
本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、投光部、スケール及び受光部の配置の自由度が高い光学式エンコーダを提供することを目的とする。
本発明の光学式エンコーダの一態様は、
投光部と、受光部と、上記投光部と受光部との間に配置されるスケールと、を有する光学式エンコーダにおいて、
上記スケールは、光透過可能な導光部を有し、上記投光部が投光した光の少なくとも一部を、その厚み方向に垂直な方向へ上記導光部を通して導光する導光機能を有し、
上記受光部は、上記スケールにより導光した光を受光し、上記スケールに対して相対的に移動する、
ことを特徴とする。
投光部と、受光部と、上記投光部と受光部との間に配置されるスケールと、を有する光学式エンコーダにおいて、
上記スケールは、光透過可能な導光部を有し、上記投光部が投光した光の少なくとも一部を、その厚み方向に垂直な方向へ上記導光部を通して導光する導光機能を有し、
上記受光部は、上記スケールにより導光した光を受光し、上記スケールに対して相対的に移動する、
ことを特徴とする。
本発明によれば、スケールに導光機能を持たせることで、投光部、スケール、受光部の配置の自由度が高い光学式エンコーダを提供することができる。
以下、本発明を実施するための形態を図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
図１に示すように、本発明の第１実施形態に係る光学式エンコーダは、投光部１０、上記投光部１０に対して相対的に変位するスケール１２、及び上記投光部１０から投光され上記スケール１２を経由した光を検出するための受光部１４、から構成される。上記投光部１０と上記受光部１４とは、ヘッド１６上に配される。ここで、図示しないが、相対移動する固定体と移動体とが存在する。上記ヘッド１６は、その固定体に設置され、また、上記スケール１２は、その移動体に設置されている。
図１に示すように、本発明の第１実施形態に係る光学式エンコーダは、投光部１０、上記投光部１０に対して相対的に変位するスケール１２、及び上記投光部１０から投光され上記スケール１２を経由した光を検出するための受光部１４、から構成される。上記投光部１０と上記受光部１４とは、ヘッド１６上に配される。ここで、図示しないが、相対移動する固定体と移動体とが存在する。上記ヘッド１６は、その固定体に設置され、また、上記スケール１２は、その移動体に設置されている。
上記投光部１０は、発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザダイオード（ＬＤ）等の発光素子からなる光源自体であっても良いし、あるいは、該光源からの光を光ファイバー等を使い該光源と異なる位置から光を出射する箇所であっても良い。本第１実施形態では、上記投光部１０は、ＬＥＤやＬＤ等の発光素子であるものとする。上記投光部１０は、その投光面と、上記スケール１２が備える光入射部１８とが接する、または近接するように、設置されている。なお、図１では、説明のために、上記投光部１０の上記投光面と上記スケール１２とを離して図示している。上記投光部１０は、上記スケール１２の上記光入射部１８に向かって投光する。
尚、本実施例では、上記投光部１０から発光される光は、発散光としている。
尚、本実施例では、上記投光部１０から発光される光は、発散光としている。
上記受光部１４は、フォトダイオード（ＰＤ）自体であっても良いし、あるいは、光ファイバー等を使い該ＰＤと異なる位置で受光する箇所であっても良い。本第１実施形態では、上記受光部１４は、ＰＤであるものとする。上記受光部１４は、図２に示すように、受光素子としてのＰＤアレイ２０を備える。このＰＤアレイ２０は、該ＰＤアレイ２０の受光面と上記スケール１２の光出射部２２とが接するまたは近接するように、設置されている。なお、図１では、説明のために、上記受光部１４（上記ＰＤアレイ２０）の受光面と上記スケール１２とを離して図示している。また、上記受光部１４は、上記スケール１２に対して上記投光部１０と同じ側で、かつ、相対位置の測定方向に垂直な及び上記スケール１２の厚み方向に垂直な方向に、上記投光部１０と所定の間隔に離れた位置にある。上記ＰＤアレイ２０は、例えば矩形状の４つのフォトダイオードＡ、Ｂ、ＡＢ、ＢＢが複数組み合わされている。これらフォトダイオードＡ、Ｂ、ＡＢ、ＢＢはそれぞれ、上記スケール１２の周期Ｃの１／４（Ｃ／４）ずつ、すなわち９０°ずつ、ずらして櫛歯状に配置されている。
また、上記投光部１０の上記投光面と上記受光部１４の上記受光面とは、同一平面上にくるように配置されている。
上記スケール１２は、ガラス等の透明な板状の部材で作られる。上記スケール１２は、図示しない上記移動体上に、上記投光部１０の上記投光面及び上記受光部１４の上記受光面と平行に設置されている。上記スケール１２は、光が入射するスケール表面を指す光入射部１８、光を出射するスケール表面を指す光出射部２２、及び光入射部１８から入った光が上記光出射部２２に導光されるまでの範囲にある物質及び空間を指す導光部２４、の少なくとも３つの部分からなる。また、上記光出射部２２には、スケール側透過スリット２６が設けられている。
上記スケール１２の、上記投光部１０に対向する面は、上記投光部１０と接する、または、上記投光部１０に近接するように配置される。上記光入射部１８は、この、上記スケール１２の、上記投光部１０に対向する面に設けられる。上記光入射部１８は、上記投光部１０と上記スケール１２の相対位置を変化させた場合に、上記スケール１２の表面上において、上記投光部１０からの光が入射することを想定している範囲全体を指すものとする。従って、上記光入射部１８は、相対位置の測定方向に測定範囲とほぼ同等の長さを有している。上記投光部１０が投光した光は、この光入射部１８から上記スケール１２内部に入射される。ただし、実使用において、上記光入射部１８に光が入射しない箇所があってもよい。
上記光入射部１８では、上記投光部１０からの光の一部が、再び上記光入射部１８から出てしまう。これは、上記投光部１０からの光の一部が、該光入射部１８以外に向かったり、上記スケール１２表面で反射して入射しなかったり、入射した光が上記スケール１２の該光入射部１８の面と逆の面で反射したりする、などの現象が発生するからである。このような現象の発生により、入射効率が悪くなることがある。そこで、本実施形態では、上記投光部１０からの光の多くが上記光入射部１８に投光されるように、上記投光部１０と上記光入射部１８とを接するまたは近接するように配置する。さらに、入射効率を高めるために、上記スケール１２表面には、図３に示すように、反射防止膜２８を形成することが望ましい。
なお、入射効率を高めるためには、上記のような反射防止膜２８を形成する以外の方法もある。
例えば、図４に示すように、上記投光部１０と上記スケール１２の上記光入射部１８との間に、上記投光部１０及び上記スケール１２の屈折率と同等な屈折率のマッチング部材であるマッチングオイル３０を塗っても良い。このような構成とすることにより、上記スケール１２表面の屈折率差による反射を低減することができる。
例えば、図４に示すように、上記投光部１０と上記スケール１２の上記光入射部１８との間に、上記投光部１０及び上記スケール１２の屈折率と同等な屈折率のマッチング部材であるマッチングオイル３０を塗っても良い。このような構成とすることにより、上記スケール１２表面の屈折率差による反射を低減することができる。
このように、上記反射防止膜２８や上記マッチングオイル３０を配置することにより、上記スケール１２表面で反射する光を低減し、入射する光を増やすことができる。
あるいは、図５に示すように、上記スケール１２表面の上記光入射部１８を粗面加工して荒れ面３２としても良い。上記光入射部１８を荒らすことで、上記スケール１２内部に入射した光は拡散する。これにより、上記光入射部１８から入って上記スケール１２の該光入射部１８の面と逆の面で反射され、再び上記光入射部１８から出て行く光を減らし、上記光出射部２２の方向へ向かう光を増やすことができる。なお、上記スケール１２表面が平坦であると入射光の入射角度が大きい場合には反射し易いが、上記スケール１２表面の上記光入射部１８を荒らすことで、こうした場合の反射を低減することができる。
以上のように、上記投光部１０と上記スケール１２の上記光入射部１８とを接するまたは近接に配置する、上記光入射部１８に上記反射防止膜２８を形成する又は上記マッチングオイル３０を塗る、上記光入射部１８に粗面加工をする、等を実施する。こうすることにより、上記光入射部１８は、上記投光部１０からの光を上記受光部１４に効率良く伝達する光伝達効率向上機能の一つである、光の入射効率を向上する機能を有するものとなる。
上記スケール１２の上記光入射部１８及び上記光出射部２２以外のガラス表面には、図３に示すように、上記スケール１２の内側に向けてアルミニウム膜等の反射率が高い反射部材３４が設けられて、上記導光部２４が構成されている。なお、上記導光部２４とは、上記光入射部１８から入った光が、上記光出射部２２に導光されるまでの範囲にある物質及び空間を指すものとする。本第１実施例では、上記導光部２４は、上記光入射部１８から入った光が、上記光出射部２２に導光されるまでのスケール内部を指す。上記光入射部１８から上記スケール１２内に入射した光は、このスケール１２の表面に設けられた上記反射部材３４によって、上記スケール１２内部で反射しながら少なくとも一部は上記光出射部２２に導光される。ここで、通常の光学設計とは異なり、上記光入射部１８から上記光出射部２２までの間には具体的な光路は想定されていない、もしくは、複数の光路が同時に存在することを想定している。そのため、上記スケール１２内部での反射は、主に、１回反射を含む多重反射を想定している。多重反射は、１回以上で特定回数の反射のみが起きる場合と、１回以上で反射回数が異なる反射が同時に起きる場合を想定している。検出に寄与する反射としては、特定回数の反射、例えば、１回反射、の比重が大きくても構わない。また、上記導光部２４による光の伝達距離が長くなるほど具体的な光路を想定せず、決められた上記光入射部１８から上記光出射部２２までの間を光が伝達可能な構成・配置を狙った設計を行うものとする。
尚、上記反射部材３４は、反射率が一定となるように、ガラス表面に均質に設けられ、また、上記光入射部１８から上記光出射部２２の方向に、平行平板となるように、設けられている。
さらには、導光効率を高めるために、図６に示すように、上記光入射部１８に回折格子３６を設けても良い。上記光入射部１８の上記回折格子３６の間隔によって上記スケール１２内部に入射する光の屈折角を決めることができる。適切な格子間隔を選ぶことで、上記光入射部１８から上記光出射部２２へ効率良く導光する光路に設計することが可能となる。尚、図６において、Ｌ０は０次光を、Ｌ１は＋１次光を、Ｌ２は＋２次光を、それぞれ示している。
以上のように、上記スケール１２表面に反射率の高い上記反射部材３４を設ける、上記光入射部１８に上記回折格子３６を設け光路を設計する、等により、上記スケール１２は、光伝達効率向上機能の一つである、導光効率を向上する機能を有する。
また、図７に示すように、上記スケール１２と空気の屈折率差で起きる全反射３８によって、上記スケール１２内部を導光させるようにしても良い。
上記スケール１２の上記受光部１４側の面には、上記光入射部１８と異なる位置に、上記光出射部２２が相対位置の測定方向に測定範囲とほぼ同等の長さで設けられている。上記光出射部２２には、上記スケール側透過スリット２６が設けられている。上記スケール側透過スリット２６は、光透過部４０と遮光部４２とにより、上記固定体と上記移動体の相対移動する方向に対して、上記ＰＤアレイ２０と同じ一定の周期を持った矩形状のパターンを形成している。なお、上記光出射部２２とは、上記スケール１２と上記受光部１４の相対位置を変化させた場合に、上記遮光部４２で遮光される部分を含めた、上記スケール１２からの光を上記受光部１４へ向けて出射することを想定している範囲全体を指すものとする。このとき、上記光出射部２２に導光された光は、上記光出射部２２から上記スケール側透過スリット２６を通して上記受光部１４へ出射される。ただし、実使用において、上記光出射部２２から光が出射しない箇所があってもよい。
上記光出射部２２では、上記光出射部２２から出射した光の一部が上記受光部１４以外に向かったり、上記導光部２４で導光された光の一部が上記スケール１２の面で反射して出射しなかったりすることで、出射効率が悪くなることがある。そこで、上記光出射部２２からの光の多くが上記受光部１４に出射されるように、上記光出射部２２と上記受光部１４とを接するまたは近接するように配置する。さらに、出射効率を高めるために、本実施形態では、図３に示すように、上記スケール１２表面に上記反射防止膜２８を形成するようにしている。
なお、出射効率を高めるためには、上記のような反射防止膜２８を形成する以外の方法もある。
例えば、図４に示すように、上記光出射部２２と上記受光部１４の上記受光素子との間に、上記スケール１２及び上記受光素子の屈折率と同等な屈折率のマッチング部材である上記マッチングオイル３０を塗っても良い。このような構成とすることにより、上記スケール１２表面の屈折率差による反射を低減することができる。
例えば、図４に示すように、上記光出射部２２と上記受光部１４の上記受光素子との間に、上記スケール１２及び上記受光素子の屈折率と同等な屈折率のマッチング部材である上記マッチングオイル３０を塗っても良い。このような構成とすることにより、上記スケール１２表面の屈折率差による反射を低減することができる。
このように、上記反射防止膜２８や上記マッチングオイル３０を配置することにより、上記スケール１２の面で反射する光を低減し、出射する光を増やすことができる。
また、上記スケール１２表面が平坦であると、上記光出射部２２へ向かう光の角度が大きい場合には反射し易い。そこで、図５に示すように、上記スケール１２表面の上記光入射部１８を粗面加工して上記荒れ面３２とする。このような構成とすることで、上記光出射部２２へ向かう光の角度が大きい場合の反射を低減することができる。
以上のように、上記光出射部２２と上記受光部１４とを接するまたは近接に配置する、上記光出射部２２に上記反射防止膜２８を形成する又は上記マッチングオイル３０を塗る、上記光出射部２２に粗面加工をする、等を実施する。こうすることにより、上記光出射部２２は、上記投光部１０からの光を上記受光部１４に効率良く伝達する光伝達効率向上機能の一つである、光の出射効率を向上する機能を有するものとなる。
こうした光伝達効率向上等によって所望の検出光量が確保出来さえすれば、上記光入射部１８や上記光出射部２２の配置を自由に決められ、配置の変更も容易である。決められた光路を用いる従来の光学設計に比べて、光学配置上の設計自由度が向上することになる。
上記投光部１０は、上記スケール１２の上記光入射部１８に向かって投光する。上記光入射部１８は、上記投光部１０からの光を入射する。上記導光部２４は、それが有する反射面（上記反射部材３４）による１回反射または多重反射で、少なくとも一部の光を上記光出射部２２に導光する。上記光出射部２２は、上記導光部２４が導光した光を上記受光部１４へ出射する。上記受光部１４は、上記光出射部２２が出射した光を受光する。以上の構成により、上記投光部１０からの光の軸は、上記スケール１２を介すことで移動が可能となる。
ここで、上記移動体に設置されている上記スケール側透過スリット２６が、上記固定体に設置されている上記ＰＤアレイ２０に対して相対移動すると、上記ＰＤアレイ２０が検出する光量が変動する。上記ＰＤアレイ２０のフォトダイオードＡ、Ｂ、ＡＢ、ＢＢから、図８に示すように、互いに９０°位相が異なる擬似正弦波信号が得られる。なお、図８では、その内の互いに９０°異なる２つの信号（Ａ相信号ＳＡ及びＢ相信号ＳＢ）を図示している。この擬似正弦波信号の変化から、上記固定体と上記移動体の相対移動量と、変位方向の検出が可能になる。
または、上記受光部１４は、図９に示すように、第１乃至第４の受光素子（ＰＤ）４４，４６，４８，５０と、１枚の部材に設けられた第１乃至第４のヘッド側透過スリット５２，５４，５６，５８との組合せでも良い。上記第１乃至第４のヘッド側透過スリット５２〜５８は、それぞれ上記第１乃至第４の受光素子４４〜５０の受光面に設置される。なお、図９では、説明のために、上記第１乃至第４の受光素子４４〜５０と上記第１乃至第４のヘッド側透過スリット５２〜５８とを離して図示している。上記第１乃至第４のヘッド側透過スリット５２〜５８は、上記スケール側透過スリット２６と同じ間隔、同じ方向に、矩形状の上記遮光部４２と上記光透過部４０で作られ、それぞれ９０°ずつ位相が異なっている。上記第１乃至第４の受光素子４４〜５０が受光する光量は、上記スケール１２の上記スケール側透過スリット２６と上記第１乃至第４のヘッド側透過スリット５２〜５８との位置関係で変化し、図８に示すように、上記第１乃至第４の受光素子４４〜５０から互いに９０°位相が異なる擬似正弦波信号が得られる。なお、図８では、その内の互いに９０°異なる２つの信号（Ａ相信号ＳＡ及びＢ相信号ＳＢ）を図示している。この擬似正弦波信号の変化から、上記固定体と上記移動体の相対移動量と、変位方向の検出が可能になる。
以上のような本発明の第１実施形態に係る光学式エンコーダによれば、上記スケール１２が上記光入射部１８、上記導光部２４及び上記光出射部２２を有する。このような構成とすることで、上記投光部１０が投光し上記光入射部１８に入射した光は、上記スケール１２を介して光の軸が移動し、上記光出射部２２から出射することができる。これにより、従来のように投光部から投光した光がスケールで反射し、結合する位置に受光部がくるように、スケールに対して投光部及び受光部を配置する必要が無くなる。すなわち、本実施形態では、上記投光部１０及び上記受光部１４の位置は、上記スケール１２が導光可能な範囲で任意に決めることができるので、設計の自由度を高めることができる。
また、上記光源及び上記受光素子と上記スケール１２とが接するまたは近接するように、上記投光部１０と、光を上記光入射部１８から上記光出射部２２へ導光する上記スケール１２と、上記受光部１４と、を構成にすることで、薄型のエンコーダを実現できる。
また、上記光入射部１８から上記光出射部２２までの間には具体的な光路は想定されていない、もしくは、複数の光路が同時に存在することを想定していることにより、上記スケール１２、上記投光部１０及び上記受光部１４の位置関係の設定の自由度が向上する。さらに、位置関係が設計値よりずれても、具体的な光路を想定した場合よりも上記受光部１４が受光する光量の変化が小さく、安定した出力が得られる。
また、上記反射部材３４を、反射率が一定となるようにガラス表面に均質に設け、上記光入射部１８から上記光出射部２２の方向に、平行平板となるように設けることで、上記光入射部１８から上記光出射部２２へ、光量が安定して導光できる。
また、電源や信号線などの配線が必要な、上記光源と上記受光素子とは同じ側の上記固定体に設置され、上記移動体には配線の必要が無いため、取り扱いが容易である。
また、上記導光部２４の１回反射による導光は、反射回数が少ないので、反射による光量の低下を抑えることができる。また、多重反射による導光は、上記スケール１２の厚さに対して入射部と出射部の位置が離れていても導光可能となる。
また、上記光出射部２２にスリットが設けられていることから、上記光入射部１８と上記光出射部２２の位置が重なると、上記投光部１０からの光がスリットを通して上記スケール１２の内部に入射することになる。そのため、スリットを通らずに光が入射する場合に比べて、入射する光量が減少したり、伝達される光量が不安定になったりする。そこで、第１実施形態で示したように、上記受光部１４に対して上記投光部１０を測定方向に垂直な方向に配置する。そして、上記光出射部２２に対して上記光入射部１８を測定方向に垂直な方向でスリットの無い箇所に構成する。このような構成とすることで、上記投光部１０からの光は、スリットを通さずに上記スケール１２に入射可能となる。これにより、光量の減少を抑えたり、安定させることができるようになる。
また、上記スケール１２のスリットを通る光は、上記スケール１２の厚さ方向に垂直な成分を持つことでスケール内を伝達していく。そのため、本例のような平行平板状のスケールでは、上記光出射部２２から上記受光部１４に対して斜めに光が照射されることが考えられる。よって、投光部と受光部が測定方向と同じ向きに配置されていると、測定方向に傾いた光が受光部に当たることとなる。そのため、スケールと受光部のギャップの変化により受光部のＰＤアレイが検出する信号の位相がずれ、検出位置に誤差が生じてしまう。そこで、第１実施形態で示したように、上記受光部１４に対して上記投光部１０を測定方向に垂直な方向に配置する。これにより、上記スケール１２と上記受光部１４のギャップが変化しても、上記ＰＤアレイ２０が検出する信号の位相はずれにくくなり、その結果、検出位置に誤差が生じにくくなる。
また、上記投光部１０に対して上記受光部１４を測定方向に垂直な方向に配置することで、上記ＰＤアレイ２０の上の光の強度分布が上記ＰＤアレイ２０の中央をピークに山型となる。よって、上記ＰＤアレイ２０の受光面全体での光の強度分布を比較的均一にするような光源選択やＰＤアレイ形状・配置の設定といった設計を適用し易い。そのため、エンコーダ信号の各相の信号出力レベルをほぼ等しくすることが容易である。さらには、上記スケール１２と上記エンコーダヘッド１６のギャップが変動した場合にも、容易に、エンコーダ信号出力レベルの変動を抑制したり、各相の信号レベルをほぼ等しく保ったりできる。
また、上記投光部１０と上記入射部を接するまたは近接に配置する、上記光入射部１８に上記反射防止膜２８を形成する、上記マッチングオイル３０を塗る、粗面加工をする（上記荒れ面３２とする）、等を実施する。こうすることにより、上記光入射部１８は、上記投光部１０からの光を上記受光部１４に効率良く伝達する光伝達効率向上機能の一つである、光の入射効率を向上する機能を有する。
また、上記光入射部１８と上記光出射部２２以外の上記スケール１２表面に、上記スケール１２内部に向けてアルミニウム膜等の反射率が高い上記反射部材３４を設けたり、上記光入射部１８に上記回折格子３６を設け上記光入射部１８から上記光出射部２２へ効率良く導光する光路に設計したりする。こうすることで、上記スケール１２は、光伝達効率向上機能の一つである、導光効率を向上する機能を有する。
また、上記光出射部２２と上記受光部１４を接するまたは近接に配置する、上記光出射部２２に上記反射防止膜２８を形成する、上記マッチングオイル３０を塗る、粗面加工をする（上記荒れ面３２とする）、等を実施する。こうすることにより、上記光出射部２２は、上記投光部１０からの光を上記受光部１４に効率良く伝達する光伝達効率向上機能の一つである、光の出射効率を向上する機能を有する。
さらに、上記光学式エンコーダは、それら入射効率を向上する機能、導光効率を向上する機能、出射率を向上する機能を有することで、上記投光部１０から投光された光を効率良く上記受光部１４で受光することができる。上記受光部１４の受光量が増えると、変位を検出する信号振幅も大きくなり、信号を分割することでより細かい分解能で検出が可能になる。または、光源の光量を小さくすることができるため、消費電力を小さくすることができる。
なお、上記固定体に上記投光部１０と上記受光部１４からなる上記ヘッド１６を設置し、上記移動体に上記スケール１２を設置した例を説明したが、逆に、上記固定体に上記スケール１２を設置し、上記移動体に上記投光部１０と上記受光部１４からなる上記ヘッド１６を設置しても良いことは勿論である。
また、位相差が９０°異なるＰＤの構成について説明したが、９０°に限定する必要はなく、任意の位相差にしても良い。
また、上記スケール１２のスリットが透過型の構成について説明しているが、透過型に限らず反射型でも良い。
さらに、上記スケール１２のスリットと、上記光入射部１８、上記導光部２４及び上記光出射部２２は一体で無くても良く、上記受光部１４に対して同一の相対移動をする構成であれば、分かれていても良い。
また、上記投光部１０と上記受光部１４が上記ヘッド１６として一体になっている例を説明したが、上記スケール１２が上記固定体か上記移動体のどちらかに設置され、上記受光部１４が上記固定体と上記移動体の上記スケール１２が取り付けられていない方に設置されていれば、上記投光部１０と上記受光部１４は分離していても良い。上記投光部１０は、上記スケール１２の上記光入射部１８に光を入射可能な位置にあれば、独立して位置が変化しても良い。
以下、本第１実施形態の変形例について、上記第１実施形態に係る光学式エンコーダと異なる部分のみを説明する。
［変形例１］
図１０に示すように、上記スケール１２の少なくとも一部に、拡散部材または蛍光部材６０を用いても良い。
図１０に示すように、上記スケール１２の少なくとも一部に、拡散部材または蛍光部材６０を用いても良い。
例えば、上記投光部１０となる光源にレーザー光源を使用すると、光が拡散しないため、効率良く上記光入射部１８に入射させることができる。しかし、入射した光の多くは、反射面で反射して上記光入射部１８から再び出てしまう。そこで、入射した光を拡散部材で拡散、または蛍光部材で蛍光させることで、光の一部が上記光出射部２２へ向かうため、上記スケール１２内部で導光することができる。
［変形例２］
図１１に示すように、上記投光部１０と上記受光部１４の位置は、上記スケール１２を挟むように配置しても良い。この時、上記スケール１２の上記光入射部１８は、上記投光部１０が配置される側の面にあり、上記光出射部２２は、上記受光部１４が配置される側の面にある。
図１１に示すように、上記投光部１０と上記受光部１４の位置は、上記スケール１２を挟むように配置しても良い。この時、上記スケール１２の上記光入射部１８は、上記投光部１０が配置される側の面にあり、上記光出射部２２は、上記受光部１４が配置される側の面にある。
すなわち、投光部と受光部がスケールを挟んだ構成において、従来では投光部から出射した光の軸と同じ位置か、少なくとも投光部の光の軸付近で受光可能な位置に、受光部を設置する必要がある。これに対して、本変形例２では、上記スケール１２内部で導光させることで、上記投光部１０が投光し上記光入射部１８に入射した光の軸を異なる位置に移動し、上記光出射部２２から出射することが可能となる。よって、移動した光の軸上に上記受光部１４を配置できる。すなわち、上記スケール１２に対する上記投光部１０と上記受光部１４の配置に設計の自由度を増すことができる。また、上記スケール１２に対する投光部１０と上記受光部１４の配置に設計の自由度が増すことで、光学式エンコーダの薄型化を実現できる。
［変形例３］
図１２に示すように、上記光入射部１８からの光を上記光出射部２２の方向に向かうようにスケール１２の反射面（上記反射部材３４）に角度を設ける。本変形例３の光路も、通常の光学設計とは異なり、上記光入射部１８から上記光出射部２２までの間には具体的な光路は想定されていない、もしくは、複数の光路が同時に存在することを想定している。そのため、上記スケール１２内部での反射は、主に、１回反射を含む多重反射を想定している。多重反射は、１回以上で特定回数の反射のみが起きる場合と、１回以上で反射回数や反射する位置が異なる反射が同時に起きる場合を想定している。検出に寄与する反射としては、特定回数の反射、例えば、１回反射、の比重が大きくても構わない。
これにより、上記光入射部１８からの光を上記光出射部２２へより効率よく導光できる。
図１２に示すように、上記光入射部１８からの光を上記光出射部２２の方向に向かうようにスケール１２の反射面（上記反射部材３４）に角度を設ける。本変形例３の光路も、通常の光学設計とは異なり、上記光入射部１８から上記光出射部２２までの間には具体的な光路は想定されていない、もしくは、複数の光路が同時に存在することを想定している。そのため、上記スケール１２内部での反射は、主に、１回反射を含む多重反射を想定している。多重反射は、１回以上で特定回数の反射のみが起きる場合と、１回以上で反射回数や反射する位置が異なる反射が同時に起きる場合を想定している。検出に寄与する反射としては、特定回数の反射、例えば、１回反射、の比重が大きくても構わない。
これにより、上記光入射部１８からの光を上記光出射部２２へより効率よく導光できる。
また、上記光入射部１８から上記光出射部２２までの間には具体的な光路は想定されていない、もしくは、複数の光路が同時に存在することを想定していることにより、上記スケール１２、上記投光部１０及び上記受光部１４の位置関係が設計値よりずれても、具体的な光路を想定した場合よりも上記受光部１４が受光する光量の変化が小さく、安定した出力が得られる。
尚、図１２では、平面の反射面に角度を設けているが、効率よく導光することができれば、曲面やその他の形状の反射面でもかまわない。例えば、図１３のように、スケール断面を楕円の長軸で切断した形状とし、楕円の焦点に上記光入射部１８と上記光出射部２２を設けても良い。これにより、上記光入射部１８に入射した光は、上記スケール１２の上記反射部材３４で反射し上記光出射部２２に集光するため、入射した光の大半が上記光出射部２２へ向かい、導光効率を高めることができる。さらに、１回だけの反射で集光させることから、上記反射部材３４の反射率が低い場合にも極端な減衰を抑えて導光することができる。また、図１４のように、上記光入射部１８に入射した光の一部を上記光入射部１８から上記光出射部２２の方向と平行な方向に反射するように、第１の反射曲面６２を設け、その平行に導光された光を上記光出射部２２へ集光するように、第２の反射曲面６４を設けても良い。これにより、一部の光は反射回数を減らすことができ、導光効率を高めることができる。
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係る光学式エンコーダを、図１５を参照して説明する。
次に、本発明の第２実施形態に係る光学式エンコーダを、図１５を参照して説明する。
本第２実施形態に係る光学式エンコーダは、上記第１実施形態に係る光学式エンコーダと次の内容が異なる。すなわち、本実施形態では、光源６６が上記スケール１２から離れた位置にある。上記光源６６からの光は、投光部導光部材６８で導光して、上記投光部１０から上記スケール１２に向けて投光される。上記スケール１２のパターンは、上記光入射部１８を挟んで２列（第１のスケール側透過スリット７０、第２のスケール側透過スリット７２）設けられている。受光部は、それら２列のスケール側透過スリット７０，７２に対してそれぞれ１つずつ設けられている。すなわち、上記第１のスケール側透過スリット７０に対応して第１の受光部７４が設けられ、上記第２のスケール側透過スリット７２に対応して第２の受光部７６が設けられている。そして、上記第１の受光部７４で受光した光は、第１の受光部導光部材７８を通して、上記スケール１２から離れた位置にある第１の受光素子８０に導光され、該第１の受光素子８０によって受光される。同様に、第２の受光部７６で受光した光は、第２の受光部導光部材８２を通して、上記スケール１２から離れた位置にある第２の受光素子８４に導光され、該第２の受光素子８４によって受光される。
以下、詳細に、第１実施形態に係る光学式エンコーダと異なる箇所のみ説明する。
本実施形態においては、上記スケール１２から離れた場所にＬＥＤやＬＤ等の上記光源６６が設けられている。上記光源６６の出射部に光ファイバーである上記投光部導光部材６８の端部が接続されている。上記投光部導光部材６８の他方の端部は、上記投光部１０に接続されている。上記投光部１０は、上記固定体（図示せず）に設置され、上記スケール１２の上記光入射部１８に接する、または近接している。なお、図１５では、説明のために、上記投光部１０の投光面と上記スケール１２とを離して図示している。上記投光部１０は、上記光源６６から上記投光部導光部材６８で導光された光を、反射部材等により上記スケール１２方向に出射する。このように、上記光源６６からの光を光ファイバーで導光することにより、上記投光部１０に対する上記光源６６の位置が変化したり、上記光源６６と上記投光部１０の間の経路が湾曲等の変化が起きたりする場合でも、導光可能となる。
本実施形態においては、上記スケール１２から離れた場所にＬＥＤやＬＤ等の上記光源６６が設けられている。上記光源６６の出射部に光ファイバーである上記投光部導光部材６８の端部が接続されている。上記投光部導光部材６８の他方の端部は、上記投光部１０に接続されている。上記投光部１０は、上記固定体（図示せず）に設置され、上記スケール１２の上記光入射部１８に接する、または近接している。なお、図１５では、説明のために、上記投光部１０の投光面と上記スケール１２とを離して図示している。上記投光部１０は、上記光源６６から上記投光部導光部材６８で導光された光を、反射部材等により上記スケール１２方向に出射する。このように、上記光源６６からの光を光ファイバーで導光することにより、上記投光部１０に対する上記光源６６の位置が変化したり、上記光源６６と上記投光部１０の間の経路が湾曲等の変化が起きたりする場合でも、導光可能となる。
上記スケール１２のスケール側透過スリットは、上記光入射部１８を挟んで上記第１のスケール側透過スリット７０と上記第２のスケール側透過スリット７２との２列が設けられている。上記光入射部１８から入射した光は、上記導光部２４により上記第１のスケール側透過スリット７０と上記第２のスケール側透過スリット７２へそれぞれ少なくとも一部の光が導光され、それぞれの上記光出射部２２から出射される。
上記第１の受光部７４と上記第２の受光部７６は、上記固定体（図示せず）に設置されている。上記第１の受光部７４と上記第２の受光部７６は、それぞれ上記第１のスケール側透過スリット７０と上記第２のスケール側透過スリット７２に接する、または近接している。上記第１及び第２の受光部７４，７６の光を受光する面にはそれぞれ上記第１及び第２のスケール側透過スリット７０，７２と同じ間隔、同じ方向に、遮光部と光透過部による矩形状の上記第１及び第２のヘッド側透過スリット５０，５２が設けられている。上記第１のヘッド側透過スリット５０と上記第２のヘッド側透過スリット５２とは、互いに１／４周期すなわち９０°ずれて配置される。
また、上記第１及び第２の受光部７４，７６にはそれぞれ光ファイバーで構成される上記第１及び第２の受光部導光部材７８，８２の端部が接続されている。上記第１及び第２の受光部７４，７６は、上記スケール１２からの光を反射部材等によりそれぞれ上記第１及び第２の受光部導光部材７８，８２に入射させる。上記第１及び第２の受光部導光部材７８，８２の他方の端部は、上記スケール１２から離れた場所に設置されているＰＤ等の上記第１及び第２の受光素子８０，８４の受光面に接続されている。これにより、上記第１及び第２の受光部導光部材７８，８２で導光された光は、それぞれ上記第１及び第２の受光素子８０，８４で受光される。このように、上記第１及び第２の受光部７４，７６からの光を光ファイバーで導光することにより、上記第１及び第２の受光部７４，７６に対する上記第１及び第２の受光素子８０，８４の位置が変化したり、上記第１及び第２の受光部７４，７６と上記第１及び第２の受光素子８０，８４との間の経路が湾曲等の変化が起きたりする場合でも、導光可能となる。
上記第１及び第２の受光素子８０，８４が受光する光量は、上記スケール１２の上記第１及び第２のスケール側透過スリット７０，７２と上記第１及び第２の受光部７４，７６のスリットの位置関係で変化し、擬似正弦波が得られる。また、上記第１及び第２の受光部７４，７６のパターンは互いに９０°ずれているため、擬似正弦波も互いに９０°ずれた信号が得られる（図８）。この擬似正弦波信号の変化から、上記固定体と上記移動体の相対移動量と、変位方向の検出が可能になる。
なお、上記ヘッド側透過スリット５０，５２と上記スケール側透過スリット７０，７２はそれぞれ、上記投光部１０の投光面と上記スケール１２の上記光入射部１８に設けても良い。
また、上記固定体に上記投光部１０と上記受光部７４，７６からなる上記ヘッド１６を設置し、上記移動体に上記スケール１２を設置した例を説明したが、上記固定体に上記スケール１２を設置し、上記移動体に上記投光部１０と上記受光部７４，７６からなる上記ヘッド１６を設置しても良い。
また、位相差が９０°異なるスリットの構成について説明したが、９０°に限定する必要はなく、任意の位相差にしても良い。
なお、上記スケール１２の上記スリット７０，７２が透過型の構成について説明しているが、透過型に限らず反射型でも良いことは勿論である。
また、上記スケール側透過スリット７０，７２と、上記光入射部１８、上記導光部２４及び上記光出射部２２は一体で無くても良く、上記受光部１４に対して同一の相対移動をする構成であれば、分かれていても良い。
さらに、上記投光部１０と上記受光部７４，７６が上記ヘッド１６として一体になっている例を説明したが、上記スケール１２が上記固定体か上記移動体のどちらかに設置され、上記受光部７４，７６が上記固定体と上記移動体の上記スケール１２が取り付けられていない方に設置されていれば、上記投光部１０と上記受光部７４，７６は分離していても良い。上記投光部１０は、上記スケール１２の上記光入射部１８に光を入射可能な位置にあれば、独立して位置が変化しても良い。
以上のような本発明の第２実施形態に係る光学式エンコーダによれば、上記光源６６からの光を上記投光部導光部材６８で導光して上記投光部１０から投光し、上記受光部７４，７６が受光した光を上記受光部導光部材７８，８２で導光して上記受光素子８０，８４が受光する。このような構成により、測定箇所となる上記固定体と上記移動体の周辺で電磁ノイズが発生しても、上記固定体と上記移動体では、光のみで検出を行っているため、電磁ノイズの影響をほとんど受けることなく測定が可能となる。
また、上記光源６６からの光を上記投光部導光部材６８で導光して上記投光部１０から投光する構成と、上記受光部７４，７６が受光した光を上記受光部導光部材７８，８２で導光して上記受光素子８０，８４が受光する構成の一方または両方の構成により、測定箇所の電子部品を減らすまたは搭載しないことになる。これにより、測定箇所での電子部品による発熱を減らすことができ、周囲への発熱による影響を軽減できる。
以下、本第２実施形態の変形例について、上記第２実施形態に係る光学式エンコーダと異なる部分のみを説明する。
［変形例］
上記投光部１０及び上記光入射部１８は、上記スケール１２側面に構成しても良い。図１６は、上記光源６６からの光を光ファイバーで構成される上記投光部導光部材６８で上記スケール１２側面に入射している例である。上記投光部導光部材６８の上記スケール１２に接続されている端部が上記投光部１０となり、該投光部１０が接続されている上記スケール１２側面が上記光入射部１８となる。光ファイバーへの光の入射効率を高めたり、ファイバー内で安定した導光を行うには、上記光源６６をレーザー光にすることが極めて有効である。上記光源６６からの光を光ファイバーで導光することにより、上記投光部１０に対する上記光源６６の位置が変化したり、上記光源６６と投光部１０との間の経路が湾曲等の変化が起きたりする場合でも、導光可能となる。また、光ファイバーにより上記光源６６と上記スケール１２が直接接続されるため、途中の光の漏れが極めて少なくなり、入射効率が向上する。もちろん、上記投光部導光部材６８としては、光を上記光源６６から上記スケール１２まで導光できれば、光ファイバー以外の導光部材を用いても良い。
上記投光部１０及び上記光入射部１８は、上記スケール１２側面に構成しても良い。図１６は、上記光源６６からの光を光ファイバーで構成される上記投光部導光部材６８で上記スケール１２側面に入射している例である。上記投光部導光部材６８の上記スケール１２に接続されている端部が上記投光部１０となり、該投光部１０が接続されている上記スケール１２側面が上記光入射部１８となる。光ファイバーへの光の入射効率を高めたり、ファイバー内で安定した導光を行うには、上記光源６６をレーザー光にすることが極めて有効である。上記光源６６からの光を光ファイバーで導光することにより、上記投光部１０に対する上記光源６６の位置が変化したり、上記光源６６と投光部１０との間の経路が湾曲等の変化が起きたりする場合でも、導光可能となる。また、光ファイバーにより上記光源６６と上記スケール１２が直接接続されるため、途中の光の漏れが極めて少なくなり、入射効率が向上する。もちろん、上記投光部導光部材６８としては、光を上記光源６６から上記スケール１２まで導光できれば、光ファイバー以外の導光部材を用いても良い。
この時、上記スケール１２の少なくとも一部に、上記の拡散部材または蛍光部材６０を用いることにより光を拡散させ、拡散した光の一部が上記光出射部２２に向かうようにしても良い。例えば、上記投光部１０からの光がレーザー光である場合、上記スケール１２内部でも光が直進し、上記光出射部２２から出射する光が少なくなることが考えられる。そこで、拡散部材で拡散、または蛍光部材で蛍光することで、光の一部を上記光出射部２２から出射させることができる。また、特に蛍光部材を用いる場合には、レーザー光と組み合わせることで、蛍光発光の効率を向上することができる。
なお、上記では光ファイバーを用いた例を示したが、上記光源６６から上記スケール１２までの経路が例えば直線に限定されていれば、上記光源６６からの光を導光部材を用いずに上記スケール１２側面に直接、または、レンズ等の光学系を介して投光しても良い。あるいは、光ファイバーが直接上記スケール１２に接続されずに、光ファイバーの上記スケール１２側端部を上記投光部１０として、該投光部１０から出た光が上記スケール１２側面に直接、または、レンズ等の光学系を介して、投光するような構成としても良い。この時、上記投光部１０は、上記スケール１２の上記光入射部１８に光を入射可能な位置にあれば、独立して位置が変化しても良い。
このような変形例によれば、上記スケール１２に直接光を入射することで、上記ヘッド１６に上記投光部１０を設ける必要が無く、上記ヘッド１６の小型化が可能となる。
以上、実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能なことは勿論である。
（付記）
前記の具体的実施形態から、特許請求の範囲に記載した発明に加えて、以下のような構成の発明を抽出することができる。
前記の具体的実施形態から、特許請求の範囲に記載した発明に加えて、以下のような構成の発明を抽出することができる。
（１） 上記光の入射効率を向上する機能は、上記スケール表面の上記光入射部を荒らすことで達成されることを特徴とする請求項５に記載の光学式エンコーダ。
（２） 上記光の入射効率を向上する機能は、上記投光部と上記光入射部との間に、上記投光部及び上記スケールの屈折率と同等な屈折率であるマッチング部材（３０）を具備することで達成されることを特徴とする請求項５に記載の光学式エンコーダ。
（３） 上記導光効率を向上する機能は、上記導光部のスケール表面に反射部材（３４）を設けることで達成されることを特徴とする請求項５に記載の光学式エンコーダ。
（４） 上記導光効率を向上する機能は、上記光入射部に回折格子（３６）を設けることで達成されることを特徴とする請求項５に記載の光学式エンコーダ。
（５） 上記光の出射効率を向上する機能は、上記スケール表面の上記光出射部を荒らすことで達成されることを特徴とする請求項５に記載の光学式エンコーダ。
（６） 上記光の出射効率を向上する機能は、上記受光部と上記光出射部との間に、上記受光部及び上記スケールの屈折率と同等な屈折率であるマッチング部材（３０）を具備することで達成されることを特徴とする請求項５に記載の光学式エンコーダ。
（７） 上記光の出射効率を向上する機能は、上記光出射部に回折格子を設けることで達成されることを特徴とする請求項５に記載の光学式エンコーダ。
（８） 投光部（１０）と受光部（１４；７４，７６）とヘッド側透過スリット（５２〜５８）を有するヘッド部（１６）と、上記ヘッド部に対して相対的に変位するスケール（１２）と、を有し、
上記スケールは、上記投光部からの光を入射する光入射部（１８）と、上記光入射部からの光を出射する光出射部（２２）と、導光機能を持つ導光部（２４）と、スケール側透過スリット（２６）と、を有し、
上記投光部から投光され上記導光部を経由して上記受光部が検出した光に基づいて、上記ヘッド部と上記スケールとの相対的な変位に応じた周期信号を出力する光学式エンコーダにおいて、
上記投光部は、投光面が上記光入射部に接するまたは近接して配置され、
上記受光部は、上記スケールに対して上記投光部と同じ側で、相対位置の測定方向及び上記スケールの厚み方向に対し垂直な方向に、上記投光部と所定の間隔に離れた位置にあり、かつ、上記受光部の受光面は、上記光出射部に接するまたは近接して配置され、
上記投光部の投光面と上記受光部の受光面は、同一平面上に配置され、
上記スケールは、板状で、
上記光入射部及び上記光出射部は、相対位置の測定方向に少なくとも測定範囲と同等の長さを有し、
上記導光部は、少なくとも上記光入射部と上記光出射部との間において、上記ヘッド部に対する面と、上記ヘッド部と逆の面に反射面を有し、
上記スケールは、上記投光部の投光面及び上記受光部の受光面と平行に配置され、
上記ヘッド側透過スリット及び上記スケール側透過スリットは、光を透過する矩形状の面と遮光する矩形状の面で測定方向に、上記ヘッド側透過スリットと上記スケール側透過スリットで同じ一定周期をもち、
上記ヘッド側透過スリットと上記スケール側透過スリットは、それぞれ、
上記投光部と上記光入射部の対向する面に形成され、または、上記投光部と上記光入射部に隣接乃至は近くに配置され、
もしくは、
上記受光部と上記光出射部の対向する面に形成され、または、上記受光部と上記光出射部に隣接乃至は近くに配置され、
上記投光部は、上記スケールの上記光入射部に向かって投光し、
上記光入射部は、上記投光部からの光を入射し、
上記導光部が有する反射面により多重反射で少なくとも一部の光を上記光出射部に導光し、
上記光出射部は、上記導光部が導光した光を上記受光部へ出射し、
上記受光部は、上記光出射部が出射した光を受光し、
上記光入射部と上記投光部の間または、上記光出射部と上記受光部の間で、上記ヘッド側透過スリットと上記スケール側透過スリットとの相対的な位置が変化することで、上記光出射部から出射した、上記ヘッド側透過スリットと上記スケール側透過スリットを通って上記受光部が検出する光量が変動し、該光量の変動に基づき上記ヘッド部と上記スケールとの相対的な変位に応じた周期信号を出力することを特徴とする光学式エンコーダ。
上記スケールは、上記投光部からの光を入射する光入射部（１８）と、上記光入射部からの光を出射する光出射部（２２）と、導光機能を持つ導光部（２４）と、スケール側透過スリット（２６）と、を有し、
上記投光部から投光され上記導光部を経由して上記受光部が検出した光に基づいて、上記ヘッド部と上記スケールとの相対的な変位に応じた周期信号を出力する光学式エンコーダにおいて、
上記投光部は、投光面が上記光入射部に接するまたは近接して配置され、
上記受光部は、上記スケールに対して上記投光部と同じ側で、相対位置の測定方向及び上記スケールの厚み方向に対し垂直な方向に、上記投光部と所定の間隔に離れた位置にあり、かつ、上記受光部の受光面は、上記光出射部に接するまたは近接して配置され、
上記投光部の投光面と上記受光部の受光面は、同一平面上に配置され、
上記スケールは、板状で、
上記光入射部及び上記光出射部は、相対位置の測定方向に少なくとも測定範囲と同等の長さを有し、
上記導光部は、少なくとも上記光入射部と上記光出射部との間において、上記ヘッド部に対する面と、上記ヘッド部と逆の面に反射面を有し、
上記スケールは、上記投光部の投光面及び上記受光部の受光面と平行に配置され、
上記ヘッド側透過スリット及び上記スケール側透過スリットは、光を透過する矩形状の面と遮光する矩形状の面で測定方向に、上記ヘッド側透過スリットと上記スケール側透過スリットで同じ一定周期をもち、
上記ヘッド側透過スリットと上記スケール側透過スリットは、それぞれ、
上記投光部と上記光入射部の対向する面に形成され、または、上記投光部と上記光入射部に隣接乃至は近くに配置され、
もしくは、
上記受光部と上記光出射部の対向する面に形成され、または、上記受光部と上記光出射部に隣接乃至は近くに配置され、
上記投光部は、上記スケールの上記光入射部に向かって投光し、
上記光入射部は、上記投光部からの光を入射し、
上記導光部が有する反射面により多重反射で少なくとも一部の光を上記光出射部に導光し、
上記光出射部は、上記導光部が導光した光を上記受光部へ出射し、
上記受光部は、上記光出射部が出射した光を受光し、
上記光入射部と上記投光部の間または、上記光出射部と上記受光部の間で、上記ヘッド側透過スリットと上記スケール側透過スリットとの相対的な位置が変化することで、上記光出射部から出射した、上記ヘッド側透過スリットと上記スケール側透過スリットを通って上記受光部が検出する光量が変動し、該光量の変動に基づき上記ヘッド部と上記スケールとの相対的な変位に応じた周期信号を出力することを特徴とする光学式エンコーダ。
Claims (14)
- 投光部と、受光部と、上記投光部と受光部との間に配置されるスケールと、を有する光学式エンコーダにおいて、
上記スケール（１２）は、光透過可能な導光部（２４）を有し、上記投光部（１０）が投光した光の少なくとも一部を、その厚み方向に垂直な方向へ上記導光部を通して導光する導光機能を有し、
上記受光部（１４；７４，７６）は、上記スケールにより導光した光を受光し、上記スケールに対して相対的に移動する、
ことを特徴とする光学式エンコーダ。 - 上記スケールは、上記導光機能により、上記投光部が投光した光の光軸を移動する機能を有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。
- 上記投光部から出射した光を上記受光部に効率良く伝達させる、光伝達効率向上機能を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の光学式エンコーダ。
- 上記スケールは、
上記投光部からの光が当該スケール内部に入射可能な光入射部（１８）と、
入射した光を当該スケールから上記受光部の方向へ出射するための光出射部（２２）と、
上記光入射部に入射した光の少なくとも一部を、当該スケールの厚み方向に垂直な方向へ導光し、上記光出射部に導光する上記導光部と、
を有することを特徴とする請求項３に記載の光学式エンコーダ。 - 上記光伝達効率向上機能として、
上記投光部と上記光入射部との間に、上記スケール内部への光の入射効率を向上する機能と、
上記導光部が導光効率を向上する機能と、
上記光出射部と上記受光部との間に、上記スケール外部への光の出射効率を向上する機能と、
の少なくとも一つを有することを特徴とする請求項４に記載の光学式エンコーダ。 - 上記導光部は、上記スケール内面による反射、導光部内に存在する部材によって生じる拡散、蛍光、の少なくとも一つによって導光することを特徴とする請求項４に記載の光学式エンコーダ。
- 一方の端部が上記投光部に接続され、他方の端部が光源（６６）に接続された投光部導光部材（６８）を更に具備し、
上記光源が発光した光が上記投光部導光部材で導光されて、上記投光部から投光されることを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の光学式エンコーダ。 - 一方の端部が上記受光部（７４，７６）に接続され、他方の端部が受光素子（８０，８４）に接続された受光部導光部材（７８，８２）を更に具備し、
上記受光部が受光した光が上記受光部導光部材で導光されて、上記受光素子で受光されることを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の光学式エンコーダ。 - 一方の端部が上記投光部に接続され、他方の端部が光源（６６）に接続された投光部導光部材（６８）と、
一方の端部が上記受光部（７４，７６）に接続され、他方の端部が受光素子（８０，８４）に接続された受光部導光部材（７８，８２）と、
を更に具備し、
上記光源が発光した光が上記投光部導光部材で導光されて、上記投光部から投光され、
上記受光部が受光した光が上記受光部導光部材で導光されて、上記受光素子で受光されることを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の光学式エンコーダ。 - 上記投光部及び上記受光部は、上記スケールに接するまたは近接して配置されていることを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の光学式エンコーダ。
- 上記投光部は、上記スケールの側面から光を入射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。
- 上記スケールは、均質な反射面を有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。
- 上記反射面は、平行平板であることを特徴とする、請求項１２に記載の光学式エンコーダ。
- 上記反射面の少なくとも一部分または一面は、上記発光部からの光の進行方向に対して、上記導光部の導光効率を向上させるような平坦な面または曲面を有することを特徴とする、請求項１２に記載の光学式エンコーダ。
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