KR20060091000A

KR20060091000A - 광학식 인코더

Info

Publication number: KR20060091000A
Application number: KR1020067009664A
Authority: KR
Inventors: 도루 오카; 요이치 오무라; 하지메 나카지마; 마사히코 사카모토; 도시카즈 기타가키
Original assignee: 미쓰비시덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2003-11-20
Filing date: 2004-08-23
Publication date: 2006-08-17
Also published as: DE112004002244T5; US20080277569A1; DE112004002244B4; CN1882823A; US7285769B2; TW200519357A; US7538313B2; KR100867053B1; TWI283294B; CN100535606C; WO2005050141A1; DE112004003077B4; JP4252578B2; JPWO2005050141A1; US20070034786A1

Abstract

광투과부(9)와 광 불투과부(8)가 배치되고, 입력광(4)을 조사함으로써 그 출력 패턴이 광학식 부호로 되는 광학식 스케일(7)과, 광원부와, 수광부를 구비한 광학식 인코더에 있어서, 광 불투과부는, 광원(1)으로부터의 입력광(4)에 대하여 그 광축(6)의 입사각이 임계각 이상으로 되도록 설정되고, 입력광이 입사하는 쪽이 넓어진 ハ의 글자 형상에 대향하는 적어도 1조의 경사면(8a, 8b)으로 이루어지고, 한쪽의 경사면(8a)에 입사한 입사광(4)이 전반사하여 다른 쪽의 경사면(8b)에 입사하고, 다른 쪽의 경사면에서 적어도 일부가 반사되도록 구성되며, 또한, 상기 다른 쪽의 경사면(8b)에서 반사된 반사광(10)이, 광원(1)의 발광부 및 발광부 주위의 반사부(3)에 입사하지 않도록 구성되었다.

이와 같이 구성된 것에 있어서, 광학식 스케일의 광 불투과부로부터 반사된 광선이 다른 트랙 및 자신의 트랙에 재입사함에 의한 오차를 억제할 수 있다.

Description

광학식 인코더{OPTICAL ENCODER}

본 발명은, 광학식 스케일을 구비한 광학식 인코더에 관한 것이며, 특히, 검출 오차의 저감에 관한 것이다.

광학식 인코더는, 일반적으로 광원으로부터 출사된 평행 광속을, 광투과부와 광 불투과부가 교대로 배치된 광학식 스케일에 조사함으로써, 변조 신호로 변환하고, 이 변조 신호를 수광 소자에 의해 전기 신호로 변환하는 것으로 회전축의 회전 각도, 회전 속도나 직선 이동하는 물체의 위치, 속도를 검출하는 것이다.

저가격화, 고밀도화를 목적으로 한 광학식 인코더의 종래예로서, 예컨대 특허 문헌 1을 들 수 있다. 해당 특허 문헌 1에 따르면, 종래 방법에서는, 예컨대 「유리판에 크롬 증착을 실시하여, 크롬층을 에칭에 의해 투명부와 불투명부에 가공하여」 패턴을 작성함으로써 광학식 스케일을 제작하기 때문에, 비용이 비싸게 되는 등의 문제가 있었지만, 이 문제를 해결하기 위해서, 광투과부 사이에, 예를 들면 수지 성형에 의해, 입사 광선에 대하여 입사각이 임계각 이상으로 되는 경사부를 구비함으로써 차광부(광 불투과부)를 마련하는 것이 기재되어 있고, 이 차광 부와 광투과부를 교대로 구비하면, 크롬 증착에 의한 슬릿열과 마찬가지로 광학식 스케일로 되고, 수지 성형에 의한 저비용화가 달성할 수 있도록 기재되어 있다. 해당 특허 문헌 1의 일 실시예를 나타내는 도 2의 설명에서는, 「임계각을 45°이하로 하여, 광학 격자 중 하나의 볼록부를 형성하고 있는, 예를 들면 1Oa, 1Ob와 같은 경사면끼리의 연장상에 있는 각도를 90°로 하고, 예를 들면 10a나 10b와 같은 경사면에 입사하는 광의 입사각을 45°로 하여, 예를 들면 9a나 9b와 같은 평탄면에 입사하는 광의 입사각을 0°로 한다.」, 「경사면(10a)에 입사한 광은 입사각이 45°로 되기 때문에 전반사되어 직각으로 반사되고, 또 하나의 다른 경사면(10b)에 45°의 각도를 이루어 입사하고, 다시 전반사되어 직각으로 반사되는 것의 입사측으로 되돌아간다.」라고 기재되어 있다.

또한, 다른 종래예로서, 특허 문헌 2 및 3을 들 수 있다.

예컨대 특허 문헌 2에는, 폴리카보네이트로 이루어지는 투광성 부재의 표면에, 광투과부와, 입사하는 광선에 대하여 그 입사각이 임계각 이상으로 설정된 경사면으로 이루어지는 광 불투과부를 교대로 형성한 광학식 스케일이 기재되어 있고, 폴리카보네이트를 이용하면 전반사하는 입사각의 범위가 넓기 때문에, 입사광이 광학식 스케일에 비스듬히 입사한 경우에도, 전반사하더라도 오는 방향으로 되돌아갈 가능성이 높고, 미광(迷光)이 발생하기 어렵다라고 기재되어 있다.

또한, 특허 문헌 3에는, 광로 변경 기능은, 가동 코드판의 두께에 대하여 충분히 작은 요철 형상을 포함하고, 해당 요철 형상을 상기 영역의 적어도 한쪽에, 적어도 1개 이상 형성한다고 기재되어 있고, 요철 구조를 복수로 하여 요철 구조의 두께를 억제하고 있다.

특허문헌 1 : 일본 특허 공개 소화 제 60-140119 호 공보(1-2페이지, 1, 2도)

특허문헌 2 : 일본 특허 공개 소화 제 62-5131호 공보(1-3페이지, 1-3, 5도)

특허문헌 3 : 일본 특허 공개 평성 제 11-287671 호 공보(4페이지, 1-3도)

<발명이 해결하고자 하는 과제>

종래의 광학식 인코더는 이상과 같이 구성되어 있기 때문에, 이하와 같은 문제가 있었다.

광학식 스케일의 이웃의 경사면끼리가 90°를 이루는 차광부에 입사한 광이 전반사에 의해 이전의 입사측에 되돌아가는 경우, 반사에 의한 광손실은 이상적으로는 O이며, 반사 방향은 입사광 벡터와 완전히 평행하게 된다. 즉, 이 반사광은 입사광 궤적을 반대 방향으로 따라가, 광원에 도달한다. 단, 상술한 경사면이 형성된 각도는 성형 정밀도 등에 의해, 90°로부터 약간 어긋나고 있는 것이 많기 때문에, 광원에 도달한 반사광 위치는 광원 소자의 전극이나, 다이패드 등 광학적으로 반사막으로 될 수 있는 개소에 입사할 가능성이 크다. 상기 반사막에 스케일 차광부로부터의 반사 광선이 입사하면, 입사 위치로부터 인출된 반사막의 수선(垂線)을 대칭축으로서 또한 반사된다.

통상, 광학식 스케일은 복수의 트랙으로 구성되어 있지만, 광원으로부터 출사된 광속은 렌즈 등에서 대략 평행광으로 변환하여, 상기 복수 트랙을 조사한다. 즉, 광원은 복수 트랙이 차지하는 폭의 대략 중앙에 배치된다.

따라서, 임의의 트랙(가령 제 1 트랙이라고 부른다.)의 스케일 차광부로부터의 반사된 광선은, 상기 반사막에서 또한 반사되어, 상술한 반사막의 수선에 대하여 대칭 위치에 존재하는 별도의 트랙(가령 제 2 트랙이라고 부른다)에 입사한다.

이 대칭 위치에 입사한 광속의 광량은 제 1 트랙의 스케일 패턴에 의존하여 변조되어 있기 때문에, 본래 제 2 트랙의 광학식 스케일에 의해 변조된 투과광을 수광하는 수광 소자에 제 1 트랙에 의한 변조광이 중첩된다. 이때, 제 1 트랙으로부터의 반사광에 의한 변조 신호는, 제 1 트랙을 투과한 투과광에 의한 변조 신호와 반대 위상으로 된다. 상술한 제 1 트랙의 반사광에 의한 변조 신호는 제 2 트랙에 의한 검출에 오차를 초래한다.

상술한 현상은 제 2 트랙의 스케일 차광부로부터의 반사광이라도 마찬가지로 일어나서, 제 1 트랙에 의한 검출에 오차가 발생한다.

또, 트랙이 1개밖에 없는 경우도 마찬가지로, 자신의 트랙으로부터의 반사광이 검출 오차로 되는 경우도 있다.

상술한 바와 같이, 이웃의 경사면끼리가 90°를 이루는 차광부를 갖춘 광학식 스케일의 경우, 광학식 스케일에 입사한 광선 중 차광부에 입사한 광은 입사 방향과 역방향으로 진행하는 반사광으로 되어, 이 입사 방향과 반사 방향은 거의 평행하게 된다.

이것은, 입사광의 광축이 광학식 스케일에 대해서 대략 수직인 경우, 유리 등의 투명 기판 상에, 크롬 증착과 에칭 가공 등에 의해 형성된 투명부(광투과부에 상당한다.)와 불투명부(차광부에 상당한다.)를 가지는 광학식 스케일에 대하여도 동일한 것이라 말할 수 있다. 즉, 임의의 트랙에 입사한 광선의 일부는 크롬 등이 증착된 차광부에서 반사하여, 발광점 주위의 전극 또는 다이패드에 입사, 반사함으로써, 상술한 종래 예와 동일, 다른 트랙에 입사하여 검출 오차가 발생할 가능성이 있다.

또, 상기 특허 문헌 1 내지 3 중 어디에도, 상술한 바와 같이, 차광부(광 불투과부)로부터의 반사광이 오차를 발생시키는 것에 관해서는 기재도 시사도 없다.

본 발명은, 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해서 행해진 것으로서, 광학식 스케일의 광 불투과부로부터 반사된 광선이 다른 트랙 및 자신의 트랙에 재입사함에 의한 검출 오차를 억제할 수 있는 광학식 인코더를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.

<과제를 해결하기 위한 수단>

본 발명에 따른 광학식 인코더는, 평탄면으로 이루어지는 광투과부와 경사면으로 이루어지는 광 불투과부가 배치되고, 입력광을 조사함으로써 그 출력 패턴이 광학식 부호로 되는 광학식 스케일과, 상기 입력광을 조사하기 위한 광원을 하나 이상 마련한 광원부와, 상기 출력 패턴을 수광하는 수광 소자를 1개 이상 마련한 수광부를 구비한 광학식 인코더에 있어서, 상기 광 불투과부는, 상기 광원으로부터의 입력광에 대하여 그 광축의 입사각이 임계각 이상으로 되도록 설정되고, 상기 입력광이 입사하는 쪽이 넓어진 ハ의 글자 형상에 대향하는 적어도 1조의 경사면으로 이루어져, 한쪽의 경사면에 입사한 입사광이 전반사하여 다른 쪽의 경사면에 입사하고, 다른 쪽의 경사면에서 적어도 일부가 반사되도록 구성되며, 또한 상기 다른 쪽의 경사면에서 반사된 반사광이, 상기 광원의 발광부 및 발광부 주위의 반사부에 입사하지 않도록 구성된 것이다.

또한, 광투과부와 광 불투과부가 배치되어, 입력광을 조사함으로써 그 출력 패턴이 광학식 부호로 되는 광학식 스케일과, 상기 입력광을 조사하기 위한 광원을 하나 이상 마련한 광원부와, 상기 출력 패턴을 수광하는 수광 소자를 하나 이상 마련한 수광부를 구비한 광학식 인코더에 있어서, 상기 광원의 발광부 주위의 반사부를 반사 방지막으로 덮은 것이다.

또한, 광투과부와 광 불투과부가 배치되어, 입력광을 조사함으로써 그 출력 패턴이 광학식 부호로 되는 광학식 스케일과, 상기 입력광을 조사하기 위한 광원을 하나 이상 마련한 광원부와, 상기 출력 패턴을 수광하는 수광 소자를 하나 이상 마련한 수광부를 구비한 광학식 인코더에 있어서, 상기 광원은, 기판상의 다이패드에 접합되어 있고, 상기 다이패드의 면적을 당해 다이패드 및 상기 광원과의 접촉 면적과 거의 같게 한 것이다.

또한, 광투과부와 광 불투과부가 배치된 하나 이상의 트랙을 갖고, 입력광을 조사함으로써 그 출력 패턴이 광학식 부호로 되는 광학식 스케일과, 상기 입력광을 조사하기 위한 광원을 하나 이상 마련한 광원부와, 상기 출력 패턴을 수광하는 수광 소자를 하나 이상 마련한 수광부를 구비한 광학식 인코더에 있어서, 상기 광원의 광축을 대칭축으로서, 상기 광원으로부터의 입력광의 조사 영역 내의 상기 광 불투과부와 대칭인 위치에는 상기 광학식 스케일의 트랙이 없는 부분이 배치되도록 구성되어 있는 것이다.

<발명의 효과>

본 발명에 따르면, 광 불투과부는, 광원으로부터의 입력광에 대하여 그 광축의 입사각이 임계각 이상으로 되도록 설정되고, 상기 입력광이 입사하는 쪽이 넓어진 ハ의 글자 형상에 대향하는 적어도 1조의 경사면으로 이루어져, 한쪽의 경사면에 입사한 입사광이 전반사하여 다른 쪽의 경사면에 입사하고, 다른 쪽의 경사면에서 적어도 일부가 반사되도록 구성되며, 또한 상기 다른 쪽의 경사면에서 반사된 반사광이, 상기 광원의 발광부 및 발광부 주위의 반사부에 입사하지 않도록 구성되었기 때문에, 광학식 스케일상의, 임의의 트랙의 광 불투과부로부터의 반사광이 광원의 발광부 주위의 반사부에 입사하지 않고 흡수 또는 산란하기 때문에, 다른 트랙 및 자신의 트랙의 어느 것에도 거의 재입사하지 않는다. 이 결과, 광 불투과부에서 반사된 광선이 다른 트랙 또는 자신의 트랙에 재입사함에 의한 오차를 억제할 수 있다.

또한, 광원의 발광부 주위의 반사부를 반사 방지막으로 덮었기 때문에, 광학식 스케일상의, 임의의 트랙의 광 불투과부로부터의 반사광이 광원의 발광부 주위의 반사부에 입사했다고 해도, 반사 방지막에서 흡수되기 때문에, 다른 트랙 및 자신의 트랙 중 어느 것에도 거의 재입사하지 않는다. 이 결과, 광 불투과부로부터 반사된 광선이 다른 트랙 또는 자신의 트랙에 재입사함에 의한 오차를 억제할 수 있다.

또한, 광원은, 기판상의 다이패드에 접합되어 있고, 상기 다이패드의 면적을 당해 다이패드와 상기 광원과의 접촉 면적과 거의 같게 했기 때문에, 광학식 스케일상의, 임의의 트랙의 광 불투과부로부터의 반사광이 광원의 발광부 주위의 반사부인 다이패드에 입사하는 확률이 낮게 되고, 다른 트랙 및 자신의 트랙의 어느 것에도 거의 재입사하지 않는다. 이 결과, 광 불투과부로부터 반사된 광선이 다른 트랙 또는 자신의 트랙에 재입사함에 의한 오차를 억제할 수 있다.

또한, 광원의 광축을 대칭축으로 하여, 광원으로부터의 입력광의 조사 영역 내의 광 불투과부와 대칭인 위치에는 광학식 스케일의 트랙이 없는 부분이 배치되도록 구성되어 있기 때문에, 광원으로부터의 입력광이 광 불투과부에서 반사하여 반사광으로 되어, 광원의 발광부 주위의 반사부에서 재차 반사하여 광학식 스케일에 재차 입사했다고 해도, 다른 트랙 및 자신의 트랙의 어느 것에도 거의 재입사하지 않는다. 이 결과, 광 불투과부로부터 반사된 광선이 다른 트랙 또는 자신의 트랙에 재입사함에 의한 오차를 억제할 수 있다.

도 1은 종래의 광학식 인코더의 대표적인 구성을 나타내며, 도 1(a)은 각 트랙을 포함하는 면에서 자른 광학식 인코더의 단면도, 도 1(b)은 광원부의 평면도, 도 1(c)은 도 1(a)의 단면에 직교하는 면에서 자른 광학식 스케일의 단면도,

도 2는 본 발명의 실시예 1에 의한 광학식 인코더의 구성을 나타내며, 도 2(a)는 전체의 단면도, 도 2(b)는 도 2(a)의 일부를 확대하여 나타내는 단면도,

도 3은 본 발명의 실시예 1에 의한 광학식 인코더의 구성을 나타내며, 도 3(a)은 수광부로부터 본 평면도, 도 3(b)은 도 3(a)의 일부를 확대하여 나타내는 평면도,

도 4는 본 발명의 실시예 1에 의한 광학식 인코더의 다른 구성을 나타내며, 도 4(a)는 수광부로부터 본 평면도, 도 4(b)는 도 4(a)의 일부를 확대하여 나타내는 평면도,

도 5는 본 발명의 실시예 1에 의한 광학식 인코더의 또 다른 구성을 나타내며, 도 5(a)는 수광부로부터 본 평면도, 도 5(b)는 도 5(a)의 일부를 확대하여 나타내는 평면도,

도 6은 본 발명의 실시예 2에 의한 광학식 인코더의 구성을 나타내며, 도 6(a)은 전체의 단면도, 도 6(b)은 도 6(a)의 일부를 확대하여 나타내는 단면도,

도 7은 본 발명의 실시예 3에 의한 광학식 인코더의 구성을 나타내며, 도 7(a)은 전체의 단면도, 도 7(b)은 도 7(a)의 일부를 확대하여 나타내는 단면도,

도 8은 본 발명의 실시예 4에 의한 광학식 인코더의 구성을 나타내는 단면도,

도 9는 본 발명의 실시예 5에 의한 광학식 인코더의 구성을 나타내며, 도 9(a)는 전체의 단면도, 도 9(b)는 도 9(a)의 일부를 확대하여 나타내는 단면도,

도 10은 본 발명의 실시예 6에 의한 광학식 인코더의 구성을 나타내며, 도 10(a)은 전체의 단면도, 도 10(b)은 도 10(a)의 일부를 확대하여 나타내는 단면도,

도 11은 본 발명의 실시예 8에 의한 광학식 인코더의 요부를 나타내는 평면도,

도 12는 본 발명의 실시예 9에 의한 광학식 인코더의 요부를 나타내는 평면도,

도 13은 본 발명의 실시예 1O에 의한 광학식 인코더의 구성을 나타내는 단면도,

도 14는 본 발명의 실시예 10에 의한 광학식 인코더의 구성을 나타내며, 도 14(a)는 수광부로부터 본 평면도, 도 14(b)는 도 14(a)의 일부를 확대하여 나타내는 평면도이다.

부호의 설명

1, 101 : 광원 2, 116 : 기판

3, 110 : 다이패드 4, 103 : 입력광

5, 104 : 렌즈 6 : 광원(1)으로부터의 출사광의 광축

7 : 광학식 스케일 8, 12, 107 : V 돌기

13 : 사다리꼴 형상 돌기 8a, 8b, 12a, 12b, 13a, 13b : 경사면

9 : 평탄부 10, 108 : 반사광

11 : 수광부 11a : 수광 소자

14, l5, 113, 117 : 트랙 19, 109 : 전극

20, 102 : 발광점 21 : 금속 와이어

22 : 반사 방지막

<실시예 1>

실시예에 대하여 설명하기 전에, 우선, 특허 문헌 1 내지 3에 표시된 종래의 광학식 인코더에 있어서, 광학식 스케일의 광 불투과부로부터 반사된 광선이 다른 트랙 및 자신의 트랙에 재입사함으로써 오차가 발생하는 것에 관해서 도면을 기초로 설명한다. 도 1은 상기 종래의 광학식 인코더의 대표적인 구성을 나타내며, 보다 구체적으로는, 도 1(a)은 각 트랙을 포함하는 면에서 자른 광학식 인코더의 단면도, 도 1(b)은 광원부를 광학식 스케일의 측으로부터 본 평면도, 도 1(c)은 도 1(a)의 단면에 직교하는 면에서 자른 광학식 스케일의 단면도이다.

도 1(a), 도 1(b)과 같이 기판(116) 상에 구비된, 예컨대 LED와 같은 발광 소자(광원)(101)의 발광점(102)으로부터 출사한 광선(103)은 렌즈(104)에 의해 평행광으로 되어, 광학식 스케일(105)의 광투과부와 차광부(광 불투과부)로 구성되는 트랙(106)에 입사한다. 도 1(c)에 도시하는 바와 같이, 트랙(106)은 V 돌기(107)(광 불투과부로 되는 경사면에 상당한다.)와 평탄부(광투과부로 되는 평탄면에 상당한다.)로 구성되어 있고, V 돌기(107)의 꼭지각의 설계값은 90°으로 되어 있다. 광학식 스케일(105)의 굴절율은, 공기 등 외주부의 굴절율차에 의해 결정되는 임계각이 45°이하로 되도록 선택되어 있다.

트랙(106)에 입사한 광선(입력광)(103) 중 V 돌기(107)에 입사한 광은, V 돌기의 사면(경사면)에 입사각 45°으로 입사하기 때문에, V 돌기(107)의 사면에서 2회 전반사하여, 입사 방향과 역방향으로 진행하는 반사광(108)으로 된다. 반사광(108)은 렌즈(104)에 의해 굴절하여, 다시 발광 소자(101)에 되돌아간다.

통상, 제조 오차에 의해 V 돌기(107)의 꼭지각의 각도는 설계값인 90°로부터 약간 어긋나 있는 것, 또는, 광선(103)의 V 돌기(107)로의 입사각이 45°로부터 약간 어긋나 있는 것이 많고, 그 때문에, 반사광(108)의 일부 또는 대부분은 발광점(102)에는 되돌아가지 않고, 그 주위의 전극(109) 또는 다이패드(110)에 입사한다. 여기서는, 반사광(108)이 전극(109)에 입사한 경우에 대하여 기술하지만, 다이패드(110)에 입사한 경우도 마찬가지의 현상이 일어난다. 또, 도 l에서는, 이해하기 쉽도록, 전극(109) 및 다이패드(110)에는 해칭(hatching)을 실시하여 나타내고 있다.

전극(109)의 재료로서는 일반적으로 금속이 이용되며 그 반사율은 높기 때문에, 반사광(108)은 전극(109)으로의 입사 지점으로부터 연장하는 전극(109)의 수선(111)을 대칭축으로 하여, 다시 반사한다. 그 후, 렌즈(104)에 입사, 굴절되어, 트랙(106)과는 별도의 트랙(112)에 입사한다. 트랙(112)도 광투과부와 차광부로 구성되어 있기 때문에, 반사광(108)의 일부는 트랙(112)의 광투과부를 통과하여, 광학식 스케일(105)의 광원(1)과 반대측(도 1에서는 광학식 스케일(105)의 위쪽)에 마련된 수광 소자(113)에 의해 수광된다.

트랙(106)을 통과하는 광은 광투과부와 차광부의 배열 패턴에 의해, 임의의 강도 변조를 받은 변조 신호로 되도록 설계되어 있다. 한편, 반사광(108)은 상술한 변조 신호와 반대 위상의 변조를 받는 것으로 된다. 따라서, 수광 소자(113)에는, 발광 소자(101)로부터 출사하여, 렌즈(104)에 의해 평행광으로 되어, 트랙(112)의 광투과부를 통과하여 직접 입사하는 광선(114)과, 트랙(106)에 의해 변조되어, 트랙(106)의 투과광과는 반대 위상의 반사광(108) 중 트랙(112)의 광투과부를 통과한 광선(115)의 양자가 입사한다. 또한, 광학식 스케일(105)이 도 1(a)에 있어서 지면과 수직인 방향으로 이동하면, 수광 소자(113)는 트랙(112)의 광투과부의 배열 패턴을 반영한 본래 검출해야 할 출력과 트랙(106)의 차광부의 배열 패턴을 반영한 출력이 중첩된 신호를 출력하기 때문에, 검출 오차가 발생한다.

당연한 것이지만, 트랙(112)의 차광부로부터의 반사광도 전극(109) 또는 다이패드(110)를 경유하여 트랙(106)에 입사하기 때문에, 수광 소자(117)의 출력에도 검출 오차가 포함된다.

도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예 1에 의한 광학식 인코더의 구성을 나타내며, 도 2(a)는 전체의 단면도, 도 2(b)는 도 2(a)의 V 돌기 부근(원으로 둘러싼 부분)을 확대하여 나타내는 단면도, 도 3(a)은 수광부로부터 본 평면도, 도 3(b)은 도 3(a)의 일부(원으로 둘러싼 부분)를 확대하여 나타내는 평면도이다. 또, 도 2는 도 3(b)의 A-A 선에서의 단면을 나타내고 있다.

예컨대, LED와 같은 광원(1)은, 기판(2)에 마련된 다이패드(3) 상에 배치되어 있다. 다이패드(3)의 재료로서는, 전극과 마찬가지로, 일반적으로 금속이 이용되며 그 반사율은 높다. 또한, 기판(2)은 광을 흡수 또는 산란시켜, 정반사하는 광이 극단적으로 적어지는 표면을 갖추고 있다. 광원(1)으로부터 출사(조사)된 광선(입력광)(4)은, 렌즈(5)에 의해 그 광축(6)에 대하여 대략 평행광으로 되도록 굴절한다. 광선(4)은 렌즈(5)에서 굴절된 후, 광학식 스케일(7)에 입사한다.

도 3에 도시하는 바와 같이, 광학식 스케일(7)은, 복수의 트랙(14, 15)(도 3에서는, 해칭을 실시하여 나타내고 있다.)으로 구성되어 있고, 각 트랙(14, 15)에는 주기 P, 폭 P/2으로 V 돌기(8)가 나란히 서 있다. 도 3에서는, 일예로서 리니어 식의 스케일을 나타내고 있다. 광학식 스케일(7)은 광원(1), 다이패드(3) 및 렌즈(5)에 대하여, 상대적으로 도 3(a) 중의 화살표 방향으로 이동한다.

광학식 스케일(7)은 V 돌기(8)(입력광(4)의 입사하는 측이 넓어진 ハ의 글자 형상에 대향하는 적어도 1조의 경사면으로 이루어지는 광 불투과부에 상당한다.)와 평탄부(9)(평탄면으로 이루어지는 광투과부에 상당한다.)로 구성되어 있고, V 돌기(8)의 경사면(8a, 8b)의 경사각은, 도 2(b)에 도시하는 바와 같이, 평탄부(9)(평탄면)에 대하여 (45 - α)°로 되어 있다. 단, α는 0 < α < 45의 수치를 가진다. 또한, 경사면(8a, 8b)이 이루는 각도가 (90 + 2α)°즉, (90 + γ)°으로 되어 있다. 단, 0 < γ < 90이다.

또, 광학식 스케일(7)의 굴절율은, 공기 등 외주부와의 굴절율차에 의해 결정되는 임계각 θc이 (45 - α)° 미만으로 되도록 선택되어 있다. 즉, 광 불투과부는, 광원(1)으로부터의 입력광(4)에 대하여 그 광축(6)의 입사각이 임계각 이상으로 되도록 설정되어, 입력광(4)의 입사하는 측(도 2에 있어서는 하측)이 넓어진 ハ의 글자 형상에 대향하는 적어도 1조의 경사면(8a, 8b)으로 이루어진다. 따라 서, V 돌기(8)에 입사한 광선(4)은 전반사되기 때문에, 수광 소자(11a)에는 입사하지 않고, 평탄부(9)에 입사, 투과한 광선만이 수광부(11)의 수광 소자(11a)에 입사하여, 검출된다.

또 여기서, 평탄부(9)와 V 돌기(8)의 폭의 비율은 특히 한정되지 않고, 때로는 평탄부(9)의 폭이 O으로 되는 경우도 있다. 또한 수광 소자(11a)는 단일 소자에 한정하지 않고, 복수의 소자로 이루어진 경우도 있다.

도 2에서는, 광축(6)의 좌측을 진행하는 광선(4)이 V 돌기(8)의 우측 사면(우측의 경사면)(8a)에 입사하는 경우를 나타내고 있다. 광선(4)의 진행 방향이 광축(6)에 평행한 경우, 입사각은 (45 - α)°이기 때문에 전반사에 의해 반사하여, 좌측 사면(좌측의 경사면)(8b)에 입사한다. 좌측 사면(8b)으로의 입사각은 (45 + 3α)°로 되기 때문에, 여기서도 전반사에 의해 반사되어 반사광(10)으로 된다. 이때, 반사광(10)의 진행 방향과 광축(6)이 이루는 각도는 4α로 된다. 경사면(8a, 8b)이 이루는 각도가 (90 + 2α)° 즉 90°으로부터 어긋나 있기 때문에 반사광(10)은 입사광(4)과 평행하게는 되지 않는다.

반사광(10)은 광학식 스케일(7)과 외주부와의 경계에서 굴절하여, 광축(6)과 이루는 각도가 O으로 된 후, 렌즈(5)에 의해 굴절되어, 광원부(기판(2))에 도달하지만, 본 실시예에 의한 광학식 스케일에서는, 반사광(10)의 기판(2)으로의 입사 위치가 다이패드(3)의 외측으로 되도록(광원(1)의 발광부 및 발광부 주위의 예컨대 다이패드(3)나 전극 등의 반사부에 입사하지 않는다), 즉

로 되도록 상술한 α을 설정한다. 여기서, x는 반사광(10)의 기판(2) 상에서의 입사 위치와 광원(1)의 발광점과의 거리, w는 다이패드(3)의 끝으로부터 광원(1)의 발광점까지의 거리이다.

또, 본 실시예에서는, 기판(2)은, 광을 흡수 또는 산란시켜, 정반사하는 광이 극단적으로 적어지는 표면을 갖추고 있는 것으로 했지만, 다이패드(3)와 마찬가지로정반사하는 비율이 높은 경우에는, 상기 w는 정반사율이 높은 영역의 끝으로부터 광원(1)의 발광점까지의 거리로 치환하면 좋다.

본 실시예의 경우, x는 아래와 같이 기재할 수 있다.

[수학식 1]

여기서, f는 렌즈(5)의 촛점 거리, h는 광원(1)의 두께, a는 광선(4)의 광학식 스케일(7)으로의 입사 위치와 광축(6)과의 거리, L은 렌즈 주면과 광학식 스케일(7)의 하면과의 거리, n은 광학식 스케일(7)의 굴절율을 나타낸다. 또한, 여기서는, 광선(4)과 반사광(10)의 좌측 사면(8b)에서의 반사점과의 거리 s, 반사광(10)의 좌측 사면(8b)에서의 반사점과 반사광(10)이 광학식 스케일(7)의 하면과 교차하는 점과의 거리 s2, 및 렌즈(5)의 수차는, 어느 것도 무시할 수 있는 정도로 충분히 작다고 가정하고 있다. 또한, 광학식 스케일(7)의 외부는 굴절율 1의 공기로 하고 있다.

tanθ= θ, sinθ=θ, sin(4α)= 4α로 기재할 수 있을 때, (1)식, (2)식, (3)식에 의해,

[수학식 2]

로 나타낼 수 있다. 예컨대, w= 0.5 mm, f= 5 mm, h= O.25 mm, a= 2 mm, L= 5 mm, n= 1.5의 경우, (4)식을 계산하면,

로 산출된다.

또, 본 실시예에서는, 광학식 스케일(7)에 대한 광선(4)의 입사 위치를 나타내는 모든 a 또는 대부분의 a의 값에 대하여, (4)식이 만족되도록 α이 설정된다. a가 -2 mm로부터 +2 mm까지의 값을 취하면, a = +2 mm일 때에 (4)식의 우변은 최대값으로 된다. 단, a에 관해서는 도 2의 좌측 방향을 +로 하고 있지만, 그 밖의 변수는 스칼라량(방향을 가지지 않는 양의 값)이다. 본 실시예에서는 상술의 1.15(deg) 이상의 α를 설정한다.

또한, 상술한 바와 같이 광학식 스케일(7)의 임계각 θc이 (45 - α)° 미만으로 된다(θc < 45 - α).

즉,

n= 1.5에 의해,

α < 3.19(deg)를 만족하고 있다.

또, 본 실시예에 있어서는, (2)식 및 (4)식에서 각각 x 및 α을 표시하고 있지만, 광학계의 구성이 변하면 식도 변할 가능성이 있는 것은 당연하다.

또한, 상술한 α의 값은, 광학식 스케일(7)의 임계각 θc에 상관없이 3°이하가 좋다. 왜냐하면, 우측 사면(8a)에서 반사한 광선(4)이 좌측 사면(8b)에 입사하지 않고서 예기하지 않는 방향으로 진행하여, 미광으로 되는 확률을 작게 하기 위해서이다.

이상과 같이, 본 실시예에 의하면, 한쪽의 경사면(8a)에 입사한 입사광(4)이 전반사하여 다른 쪽의 경사면(8b)에 입사하고, 다른 쪽의 경사면(8b)에서 전반사되도록 구성되고, 또한 다른 쪽의 경사면(8b)에서 반사된 반사광(10)이, 광원(1)의 발광부 및 발광부 주위의 반사부(광원(1)(발광 소자)의 전극이나 다이패드(3) 등의 반사부)에 입사하지 않도록 구성되어 있고, 광학식 스케일(7) 상의 임의의 트랙(예컨대 트랙(14))의 광 불투과부(V 돌기(8))로부터 반사된 광선(10)은, 광원(1)의 전극이나 다이패드(3) 등의 반사부에 입사하지 않고 흡수 또는 산란하기 때문에, 다른 트랙(예컨대 트랙(15)) 및 자신의 트랙(예컨대 트랙(14))의 어느 것에도 거의 입사하지 않는다. 이 결과, 광 불투과부(V 돌기(8))로부터 반사된 광선이 다른 트랙 또는 자신의 트랙에 재입사함에 의한 검출 오차를 억제할 수 있다.

또, 상기에서는, 한쪽의 경사면(8a)에 입사한 입사광(4)이 전반사하여 다른 쪽의 경사면(8b)에 입사하고, 다른 쪽의 경사면(8b)에서 전반사되도록 구성된 경우에 대하여 설명했다. 이러한 구성에 의해, 상기 효과에 더하여, 광 불투과부(경사 면(8a, 8b))에서는 입력광이 확실히 전반사되어 수광 소자(11a) 배치측으로 새는 일이 없기 때문에, 오차 요인으로 되는 미광을 억제할 수 있다고 하는 효과도 얻어진다. 그러나, 다른 쪽의 경사면(8b)에서 전반사되는 경우에 한정되지 않고, 다른 쪽의 경사면(8b)에서 적어도 일부가 반사되는 경우에 관해서도 마찬가지로, 다른 쪽의 경사면(8b)에서 반사된 반사광(10)이, 광원(1)의 발광부 및 발광부 주위의 반사부(광원(1)(발광 소자)의 전극이나 다이패드(3) 등의 반사부)에 입사하지 않도록 구성함으로써, 광 불투과부(V 돌기(8))로부터 반사된 광선에 의한 검출 오차를 억제할 수 있다.

또, 광선(4)이 광축(6)에 대하여

만큼 기울어 광학식 스케일(7)에 입사하는 경우, 즉, 평탄면(평탄부(9))의 수선과 광원(1)으로부터의 입력광(4)의 광축(6)이 이루는 각도가

인 경우는, (3)식을 다음과 같이 변형하여도 좋다. 단,

에 있어서는 도 2에 있어서의 광축(6)을 기준으로 하여 반시계 회전을 정으로 하고, 기타는 (3)식의 경우와 마찬가지로 스칼라량이다. 물론, 하기식은,

을 영으로 함으로써, 광선(4)이 광축(6)과 평행하게 입사하는 경우에도 적용할 수 있다.

또한, 광선(4)의 입사 위치를 나타내는 모든 a 또는 대부분의 a의 값에 있어서, α는,

로 설정하면 좋다.

단,

≤ 4α, 즉, α≥

/4

를 만족하는 경우는 (5a)식과 함께, (3a)식을 (2)식과 (1)식에 대입함으로써 얻어지는 조건식과 0 < α < 45를 만족하는 α로 하고,

> 4α, 즉,α<

/4

를 만족하는 경우는 (5a)식과 함께, (3a)식을 후술 (6)식과 (1)식에 대입함으로써 얻어지는 조건식과 0 < α < 45를 만족하는 α로 하면 좋다.

또, 상기에서는, 광축(6)의 좌측을 진행하는 광선(4)이 V 돌기(8)의 우측 사면(8a)에 입사한 경우에 대하여 설명했지만, 광축(6)의 우측을 진행하는 광선(4)이 V 돌기(8)의 좌측 사면(8b)에 입사한 경우에는, 상기와 좌우 대칭인 현상을 나타낸다.

또, 상기에서는 도 3에서 나타낸 바와 같이, 광학식 스케일(7)이 리니어 식인 경우에 대하여 설명했지만, 이것에 한정되는 것이 아니라, 예컨대 도 4나 도 5에서 나타내는 바와 같은 로터리 식인 것도 좋고, 이 경우에도 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.

도 4 및 도 5는 각각 광학식 스케일이 로터리 식인 광학식 인코더의 일례 및 다른 예를 나타내며, (a)는 수광부로부터 본 평면도, (b)는 (a)의 일부(원으로 둘러싼 부분)을 확대하여 나타내는 평면도이다. 또, 도 4 및 도 5에서는, 각 트랙(14, 15)에 해칭을 실시하여 나타내고 있다.

도 4에서는, 각 트랙(14, 15)에는 주기 2φ, 폭 φ에서 V 돌기(8)가 나란히 서 있고, 광학식 스케일(7)은 광원(1), 다이패드(3), 렌즈(5)에 대하여, 상대적으 로 도 4 중의 화살표 방향으로 이동한다(광학식 스케일(7)의 중심축을 회전축으로서 회전한다).

또한, 도 5에서는, 각 트랙(14, 15)에는 V 돌기(8)가 나란히 서 있지만, 도 4에 있어서의 V 돌기(8)는, V 돌기(8)의 정상변이 광학식 스케일(7)의 반경 방향을 따라 연장하고 있었던 것에 비해, 도 5에 있어서의 V 돌기(8)의 정상변은, 광학식 스케일(7)의 반경 방향에 직교하는 방향으로(광학식 스케일(7)의 이동 방향에 대하여 평행하게 되도록) 연장하고 있다. 각 트랙(14, 15) 상에서 5개의 V 돌기(8)가 조를 이루고, 그 조가 주기 2φ, 폭 φ로 나란히 서 있다. 광학식 스케일(7)은 광원(1), 다이패드(3), 렌즈(5)에 대하여, 상대적으로 도 5 중의 화살표 방향으로 이동한다(광학식 스케일(7)의 중심축을 회전축으로 하여 회전한다).

또, 도 5에서는, 5개의 V 돌기(8)가 조를 이루고 있는 경우를 나타냈지만, 이것에 한정되는 것이 아니라, 하나의 조를 구성하는 V 돌기(8)의 수는 몇 개이더라도 좋다.

또한, 도 3에 나타낸 리니어 식의 광학식 스케일(7)에 있어서도, V 돌기(8)는, 그 정상변이 광학식 스케일(7)의 이동 방향에 대하여 평행하게 되도록 배치되어 있더라도 좋다.

또한, 도 3, 도 4, 도 5에서는, 광학식 스케일(7)에 2개의 트랙(14, 15)이 배치되어 있는 경우에 대하여 나타냈지만, 이것에 한정되는 것이 아니라, 트랙의 수는 몇 개이더라도 좋다. 물론, 하나이더라도 좋다.

(실시예 2)

도 6은 본 발명의 실시예 2에 의한 광학식 인코더의 구성을 나타내며, 도 6(a)은 전체의 단면도, 도 6(b)은 도 6(a)의 V 돌기 부근(원으로 둘러싼 부분)을 확대하여 나타내는 단면도이다.

실시예 1에 있어서는, 광축(6)의 좌측을 진행하는 광선(4)이 V 돌기(8)의 우측 사면(8a)에 입사한 경우에 대하여 설명했지만, 본 실시예에서는, 광축(6)의 좌측을 진행하는 광선(4)이 V 돌기(8)의 좌측 사면(8b)에 입사한 경우에 대하여 설명한다. 이것은 광축(6)의 우측을 진행하는 광선(4)이 V 돌기의 우측 사면(8a)에 입사한 경우와 좌우 대칭인 현상을 나타낸다.

실시예 1와 마찬가지로, 광학식 스케일(7)은 V 돌기(8)와 평탄부(9)로 구성되어 있고, V 돌기(8)의 경사면(8a, 8b)의 경사각은 평탄부(9)(평탄면)에 대하여 (45 - α)°로 되어 있다. 단, α는 0 < α < 45의 수치를 가진다. 또한, 경사면(8a, 8b)이 이루는 각도가 (90 + 2α)° 즉, (90 + γ)°으로 되어 있다. 단, 0 < γ < 90이다. 또, 광학식 스케일(7)의 굴절율은, 공기 등 외주부와의 굴절율차에 의해 결정되는 임계각 θc이 (45 - α)° 미만으로 되도록 선택되어 있다.

도 6에 도시하는 바와 같이, 광선(4)의 진행 방향이 광축(6)에 평행한 경우, 입사각은 (45 - α)°이기 때문에 전반사에 의해 반사되어, 우측 사면(8a)에 입사한다. 우측 사면(8a)으로의 입사각은 (45 + 3α)°로 되기 때문에, 여기서도 전반사에 의해 반사되어 반사광(10)으로 된다. 이때, 반사광(10)의 진행 방향과 광축(6)이 이루는 각도는 4α로 된다.

반사광(10)은 광학식 스케일(7)에 의해 굴절하여, 광축(6)과 이루는 각도가 θ로 된 후, 렌즈(5)에 의해 굴절되어, 기판(2)에 도달하지만, 실시예 1과 마찬가지로 반사광(10)의 기판(2)으로의 입사 위치가 다이패드(3)의 외측으로 되도록(광원(1)의 발광부 및 발광부 주위의, 예컨대 다이패드나 전극 등의 반사부에 입사하지 않는다) 상술한 α을 설정하고 있다.

본 실시예의 경우, x는, 반사광(10)의 방향이 광축(6)에 대하여 실시예 1과 반대이기 때문에 아래와 같이 기재할 수 있다.

[수학식 3]

여기서는, 광선(4)과 반사광(10)의 우측 사면(8a)에서의 반사점과의 거리 s, 반사광(10)의 우측 사면(8a)에서의 반사점과 반사광(10)이 광학식 스케일(7)의 하면을 교차하는 점과의 거리 s2, 및 렌즈(5)의 수차는, 어느 것도 무시할 수 있는 정도로 충분히 작은 것으로 가정하고 있다.

tanθ=θ, sinθ=θ, sin(4α)= 4α로 기재할 수 있을 때, (1)식, (3)식, (6)식으로부터,

[수학식 4]

로 나타낼 수 있다.

예컨대, w= 0.5 mm, f= 5 mm, h= 0.25 mm, a= 2 mm, L= 5 mm, n= 1.5인 경우, (7)식을 계산하면,

로 산출된다.

또, 본 실시예에서, 기판(2)은, 광을 흡수 또는 산란시켜, 정반사하는 광이 극단적으로 적어지는 표면을 갖추고 있는 것으로 가정했지만, 다이패드(3)와 마찬가지로 정반사하는 비율이 높은 경우에는, 상기 w는 정반사율이 높은 영역의 끝으로부터 광원(1)의 발광점까지의 거리로 치환하면 좋다.

또, 본 실시예에서는, 광학식 스케일(7)에 대한 광선(4)의 입사 위치를 나타내는 모든 a 또는 대부분의 a의 값에 대하여, (1)식이 만족되도록 α이 설정된다. a가 -2mm로부터 +2mm까지의 값을 취한다고 하면, a = - 2 mm일 때, (7)식의 우변의 값은 최대로 되고, 그 값은 실시예 1과 동일하게

로 된다. 단, a 에 관해서는 도 6의 좌측 방향을 +로 하고 있지만, 그 밖의 변수는 스칼라량(방향을 갖지 않는 양의 값)이다. 즉, 광선(4)이 우측 사면(8a) 및 좌측 사면(8b)의 어느 사면에 입사하더라도, (4)식 또는 (7)식에 있어서의 a를 변화시켰을 때의 우변의 최대값보다도 큰 α을 설정하면 좋다.

또한, α의 값은, (5)식을 만족하도록 설정되어 있고, n= 1.5로부터,

를 만족하고 있다.

또, 본 실시예에 있어서는, (6)식 및 (7)식에서 각각 x 및 α을 표시하고 있지만, 광학계의 구성이 변하면 식도 변할 가능성이 있는 것은 당연하다.

또한, 실시예 1와 마찬가지로, α의 값은, 광학식 스케일(7)의 임계각 θc에 상관없이 3°정도까지가 좋다. 왜냐하면, 좌측 사면(8b)에서 반사된 광선(4)이 우측 사면(8a)에 입사하지 않고서 예기하지 않는 방향으로 진행하여, 미광으로 되는 확률을 작게 하기 위해서이다.

이상과 같이, 본 실시예에 의하면, 한쪽의 경사면(8b)에 입사한 입사광(4)이 전반사하여 다른 쪽의 경사면(8a)에 입사하고, 다른 쪽의 경사면(8a)에서 전반사되도록 구성되고, 또한 다른 쪽의 경사면(8a)에서 반사된 반사광이, 광원(1)의 발광부 및 발광부 주위의 반사부(광원(1)(발광 소자)의 전극이나 다이패드(3) 등의 반사부)에 입사하지 않도록 구성되어 있고, 광학식 스케일(7) 상의, 임의의 트랙의 광 불투과부(V 돌기(8))로부터 반사된 광선(10)은, 광원(1)의 전극이나 다이패드(3) 등의 반사부에 입사하지 않고 흡수 또는 산란하기 때문에, 다른 트랙 및 자신의 트랙의 어느 것에도 거의 입사하지 않는다. 이 결과, 광 불투과부(V 돌기(8))로부터 반사된 광선(10)이 다른 트랙 또는 자신의 트랙에 재입사함에 의한 검출 오차를 억제할 수 있다.

또, 상기에서는, 한쪽의 경사면(8b)에 입사한 입사광(4)이 전반사하여 다른 쪽의 경사면(8a)에 입사하고, 다른 쪽의 경사면(8a)에서 전반사되도록 구성된 경우에 대하여 설명했다. 광 불투과부(경사면(8a, 8b))에서는 입력광이 확실히 전반사되어 수광 소자(11a) 배치측으로 새는 일이 없기 때문에, 오차 요인으로 되는 미광 을 억제할 수 있다고 하는 효과도 얻어진다. 그러나, 다른 쪽의 경사면(8a)에서 전반사되는 경우에 한정되지 않고, 다른 쪽의 경사면(8a)에서 적어도 일부가 반사되는 경우에 관해서도 마찬가지로, 다른 쪽의 경사면(8a)에서 반사된 반사광(10)이, 광원(1)의 발광부 및 발광부 주위의 반사부(광원(1)(발광 소자)의 전극이나 다이패드(3) 등의 반사부)에 입사하지 않도록 구성함으로써, 광 불투과부(V 돌기(8))로부터 반사된 광선(10)에 의한 검출 오차를 억제할 수 있다.

또, 광선(4)이 광축(6)에 대하여

인 경우는, (3)식을 다음과 같이 변형하면 좋다. 단,

에 있어서는 도 6에 있어서의 광축(6)을 기준으로 하여 반시계 회전을 +으로 하고, 그 외는 스칼라량이다.

로 설정하면 좋다.

단,

≥ -4α, 즉,α ≥ -

/4

을 만족하는 경우는 (5b)식과 함께, (3b)식을 (6)식 및 (1)식에 대입함으로써 얻어지는 조건식과 0 < α < 45를 만족하는 α로 하고,

< -4α, 즉,α < -

/4

을 만족하는 경우는 (5b)식과 함께, (3b)식을 상술한 (2)식 및 (1)식에 대입함으로써 얻어지는 조건식과 0 < α < 45를 만족하는 α로 하면 좋다.

또, 실시예 1 및 2에 있어서, 광선(4)이 광축(6)에 대하여

만큼 기울어 광학식 스케일(7)에 입사한 경우에, 광선(4)이 우측 사면(8a) 및 좌측 사면(8b)에 입사했을 때의 α 설정 범위를 각각 나타냈지만, 실제로 설계할 때는, 실시예 1 및 2에서 나타낸 양쪽의 설정 범위 조건을 만족하는 α를 설정하면 좋다.

또, 광학식 스케일(7)이, 예컨대 도 3에서 나타낸 바와 같은 리니어 식, 또는, 예컨대 도 4나 도 5에서 나타내는 바와 같은 로터리 식의 어떤 것이더라도 좋은 것은 말할 필요도 없다.

(실시예 3)

도 7은 본 발명의 실시예 3에 의한 광학식 인코더의 구성을 나타내며, 도 7(a)은 전체의 단면도, 도 7(b)은 도 7(a)의 V 돌기 부근(원으로 둘러싼 부분)을 확대하여 나타내는 단면도이다. 실시예 1, 2와 마찬가지로, 광학식 스케일(7)은 V 돌기(12)와 평탄부(9)로 구성되어 있지만, 실시예 1, 2와는 달리, V 돌기(12)의 경사면(12a, 12b)의 경사각은 평탄부(9)(평탄면)에 대하여 (45 + α)°로 되어 있다. 단, α는 0 < α < 45의 수치를 가진다. 또한, 경사면(12a, 12b)이 이루는 각도가 (90 - 2α)° 즉, (90 - γ)°으로 되어 있다. 단, 0 < γ < 90이다.

또, 광학식 스케일(7)의 굴절율은, 공기 등 외주부와의 굴절율차에 의해 결 정되는 임계각 θc이 (45 - 3α)° 미만으로 되도록 선택되어 있다. 따라서, V 돌기(12)에 입사한 광선(4)은 반사되기 때문에, 수광 소자(11)에는 입사하지 않고, 평탄부(9)에 입사, 투과한 광선만이 수광 소자(11)에 입사하여, 검출된다.

도 7에서는, 광축(6)의 좌측을 진행하는 광선(4)이 V 돌기(12)의 우측 사면(우측의 경사면)(12a)에 입사하는 경우를 나타내고 있다. 광선(4)의 진행 방향이 광축(6)에 평행한 경우, 입사각은 (45 + α)°이기 때문에 전반사에 의해 반사하여, 좌측 사면(좌측의 경사면)(12b)에 입사한다. 좌측 사면(12b)으로의 입사각은 (45 - 3α)°로 되기 때문에, 여기서도 전반사에 의해 반사되어 반사광(10)으로 된다. 이때 반사광(10)의 진행 방향과 광축(6)이 이루는 각도는 4α로 된다. 경사면(12a, 12b)이 이루는 각도가 (90 - 2α)° 즉 90°으로부터 어긋나 있기 때문에 반사광(10)은 입사광(4)과 평행으로는 되지 않는다.

반사광(10)은 광학식 스케일(7)과 외주부와의 경계에서 굴절하여, 광축(6)과 이루는 각도가 θ로 된 후, 렌즈(5)에 의해 굴절되어, 기판(2)에 도달하지만, 본 실시예에서는, 반사광(10)의 기판(2)으로의 입사 위치가 다이패드(3)의 외측으로 되도록(광원(1)의 발광부 및 발광부 주위의 예컨대 다이패드나 전극 등의 반사부에 입사하지 않는다), 즉

가 되도록 상술한α을 설정한다. 여기서, x는 반사광(10)의 기판(2) 상에서의 입사 위치와 광원(1)의 발광점과의 거리, w는 다이패드(3)의 끝으로부터 광원(1)의 발광점까지의 거리이다.

본 실시예의 경우의 x는 실시예 2와 같이 아래와 같이 기재할 수 있다.

[수학식 5]

여기서, f는 렌즈(5)의 촛점 거리, h는 광원(1)의 두께, a는 광선(4)의 광학식 스케일(7)로의 입사 위치와 광축(6)과의 거리, L은 렌즈 주면과 광학식 스케일(7)의 하면과의 거리, n은 광학식 스케일(7)의 굴절율을 나타낸다. 여기서는, 광선(4)과 반사광(10)의 좌측 사면(12b)에서의 반사점과의 거리 s, 반사광(10)의 좌측 사면(12b)에서의 반사점과 반사광(10)이 광학식 스케일(7)의 하면을 교차하는 점과의 거리 s2, 및 렌즈(5)의 수차는, 어느 것도 무시할 수 있을 정도로 충분히 작다고 가정하고 있다. 또한, 광학식 스케일(7)의 외부는 굴절율 1의 공기로 하고 있다.

tanθ = 0, sinθ = θ, sin(4α)= 4α로 쓸 때, (1)식, (3)식, (6)식으로부터,

[수학식 6]

로 나타낼 수 있다.

예컨대, w = O.5 mm, f = 5 mm, h = 0.25 mm, a = -2∼+ 2 mm, L = 5 mm, n = 1.7의 경우, (7)식을 계산하면, a = -2 mm일 때 우변의 값은 최대로 되고,

로 산출되어, 이 조건을 만족하는 α를 설정한다. 단, a 에 관해서는 도 7의 좌측 방향을 +로 하고 있지만, 그 밖의 변수는 스칼라량(방향을 갖지 않는 양의 값)이다. 여기서는, 광학식 스케일(7)의 굴절율 n이, 실시예 1 및 2와 달리, 1.7로 되어 있다.

또, 본 실시예에서도, 기판(2)은, 광을 흡수 또는 산란시켜, 정반사하는 광이 극단적으로 적어지는 표면을 갖추고 있는 것으로 가정했지만, 다이패드(3)와 마찬가지로 정반사하는 비율이 높은 경우는, 상기 w는 정반사율이 높은 영역의 끝으로부터 광원(1)의 발광점까지의 거리로 치환하면 좋다.

또한, 상술한 바와 같이 스케일(7)의 임계각 θc이 (45 - 3α)° 미만으로 된다(θc < 45 - 3α).

즉,

n = 1.7로부터,

를 만족하고 있다.

이상과 같이, 본 실시예에 따르면, 한쪽의 경사면(12a)에 입사한 입사광(4) 이 전반사하여 다른 쪽의 경사면(12b)에 입사하고, 다른 쪽의 경사면(12b)에서 전반사되도록 구성되며, 또한 다른 쪽의 경사면(12b)에서 반사된 반사광(10)이, 광원(1)의 발광부 및 발광부 주위의 반사부(광원(1)(발광 소자)의 전극이나 다이패드(3) 등의 반사부)에 입사하지 않도록 구성되어 있고, 광학식 스케일 중, 임의의 트랙의 광 불투과부(V 돌기(12))로부터 반사된 광선(10)은, 광원(1)의 전극이나 다이패드(3) 등의 반사부에 입사하지 않고 흡수 또는 산란하기 때문에, 다른 트랙 및 자신의 트랙의 어느 것에도 거의 입사하지 않는다. 이 결과, 광 불투과부(V 돌기(12))로부터 반사된 광선이 다른 트랙 또는 자신의 트랙에 재입사함에 의한 검출 오차를 억제할 수 있다.

또, 상기에서는, 한쪽의 경사면(12a)에 입사한 입사광(4)이 전반사하여 다른 쪽의 경사면(12b)에 입사하고, 다른 쪽의 경사면(12b)에서 전반사되도록 구성된 경우에 대해서 설명했다. 광 불투과부(경사면(12a, 12b))에서는 입력광이 확실히 전반사되어 수광 소자(11a) 배치측으로 새는 일이 없기 때문에, 오차 요인으로 되는 미광을 억제할 수 있다고 하는 효과도 얻어진다. 그러나, 다른 쪽의 경사면(12b)에서 전반사되는 경우에 한정되지 않고, 다른 쪽의 경사면(12b)에서 적어도 일부가 반사되는 경우에 관해서도 마찬가지로, 다른 쪽의 경사면(12b)에서 반사된 반사광(10)이, 광원(1)의 발광부 및 발광부 주위의 반사부(광원(1)(발광 소자)의 전극이나 다이패드(3) 등의 반사부)에 입사하지 않도록 구성함으로써, 광 불투과부(V 돌기(12))로부터 반사된 광선에 의한 검출 오차를 억제할 수 있다.

또, 광선(4)이 광축(6)에 대해서

만큼 외측으로 기울어 광학식 스케일(7) 에 입사하는 경우, 즉, 평탄면(평탄부(9))의 수선과 광원(1)으로부터의 입력광(4)의 광축(6)이 이루는 각도가

인 경우는, 실시예 2와 마찬가지로 (3)식을 다음과 같이 변형하면 좋다. 단,

에 있어서는 도 7에 있어서의 광축(6)을 기준으로 하여 반시계 회전을 양으로 하고, 기타는 (3)식의 경우와 마찬가지로 스칼라량이다.

로 설정하면 좋다.

단,

≥ -4α, 즉,α ≥ -

/4

을 만족하는 경우는 (5c)식과 함께, (3b)식을 (6)식 및 (1)식에 대입함으로써 얻어지는 조건식과 0 < α < 45를 만족하는 α로 하고,

< -4α, 즉,α < -

/4

을 만족하는 경우는 (5c)식과 함께, (3b)식을 상술한 (2)식 및 (1)식에 대입함으로써 얻어지는 조건식과 0 < α < 45를 만족하는 α로 하면 좋다.

또, 상기에서는, 광축(6)의 좌측을 진행하는 광선(4)이 V 돌기(12)의 우측 사면(12a)에 입사한 경우에 대하여 설명했지만, 광축(6)의 우측을 진행하는 광선(4)이 V 돌기(12)의 좌측 사면(12b)에 입사한 경우에는, 상기와 좌우 대칭인 현상을 나타낸다.

또한, 광축(6)의 좌측을 진행하는 광선(4)이 V 돌기(12)의 좌측 사면(12b)에 입사한 경우,

0 < α < 45, 또한 (1)식, (2)식, (3a)식으로부터 얻어지는 조건식 및 이하의 (5d)식을 만족하면 좋다.

단, 이것은

≤ 4α, 즉,α ≥

/4

의 경우의 조건이다.

> 4α, 즉,α <

/4

인 경우는,

0 < α < 45, 또한 (1)식, (6)식, (3a)식으로부터 얻어지는 조건식 및 (5d)식을 만족하면 좋다.

또, 본 실시예에 있어서, 광선(4)이 광축(6)에 대하여

만큼 기울어 광학식 스케일(7)에 입사한 경우에, 광선(4)이 우측 사면(8a) 및 좌측 사면(8b)에 입사했을 때의 α 설정 범위를 각각 나타냈지만, 실제로 설계할 때는, 본 실시예에서 나타낸 양쪽의 설정 범위 조건을 만족하는 α를 설정하면 좋다.

또, 광학식 스케일(7)이, 예컨대 도 3에 나타낸 바와 같은 리니어 식, 또는 예컨대 도 4나 도 5에 나타낸 바와 같은 로터리 식 중 어느 것이더라도 좋은 것은 말할 필요도 없다.

(실시예 4)

도 8은 본 발명의 실시예 4에 의한 광학식 인코더의 구성을 나타내는 단면도이다. 실시예 1 및 2와 마찬가지로, 광학식 스케일(7)은 V 돌기(8)와 평탄부(9)로 구성되어 있고, V 돌기(8)의 경사면(8a, 8b)의 경사각은 평탄부(9)(평탄면)에 대하여 (45 - α)°로 되어 있다. 단, α는 0 < α < 45의 수치를 가진다. 또한, 경사면(8a, 8b)이 이루는 각도가 (90 + 2α)°즉, (90 + γ)°으로 되어 있다. 단, 0 < γ < 90이다.

본 실시예에서는, 광축(6)의 좌측을 진행하는 광선(4)이 좌측 사면(8b)에 입사한 경우를 나타낸다.

또, 광학식 스케일(7)의 굴절율은, 공기 등 외주부와의 굴절율차에 의해 결정되는 임계각 θc이 (45 - α)° 미만으로 되도록 선택되어 있다.

또한, 본 실시예에서는, 광선(4)의 광학식 스케일(7)로의 입사 위치 a의 얻는 모든 범위에서, 반사광(10)이 렌즈(5)의 유효 직경 D 내에 입사하지 않는 α가 설정되어 있다.

즉,

가 되도록 상술한 α을 설정한다. 단, a에 관하여 도 8의 좌측 방향을 +로 하고 있다.

여기서는, 광선(4)과 반사광(10)의 우측 사면(8a)에서의 반사점과의 거리 s, 및 반사광(10)의 우측 사면(8a)에서의 반사점과 반사광(10)이 광학식 스케일(7)의 하면을 교차하는 점과의 거리 s2는, 어느 것을 무시할 수 있는 정도로 충분히 작다고 가정하고 있다.

또한, tanθ=θ, sinθ=θ, sin(4α)= 4α로 쓸 수 있을 때, (3)식, (9)식으로부터,

로 나타낼 수 있다.

예컨대, a = -D/2∼ +D/2, D = 2mm, n = 1.5, L = 10mm이라고 하면, α은

을 만족하도록 설정된다.

또한, (5)식을 만족하도록 α의 값은 설정되어 있다.

n= 1.5로부터,

을 만족하고 있다.

또, 본 실시예에 있어서는, (10)식에서 α를 표시하고 있지만, 광학계의 구성이 변하면 식도 변할 가능성이 있는 것은 당연하다.

또한, 실시예 1 및 2과 마찬가지로, α의 값은, 광학식 스케일(7)의 임계각 θc에 상관없이 3°정도까지가 좋다. 왜냐하면, 좌측 사면(8b)에서 반사한 광선(4)이 우측 사면(8a)에 입사하지 않고 예기하지 않는 방향으로 진행하여, 미광이 되는 확률을 작게 하기 위해서이다.

이상과 같이, 본 실시예에 의하면, 한쪽의 경사면(8b)에 입사한 입사광(4)이 전반사하여 다른 쪽의 경사면(8a)에 입사하고, 다른 쪽의 경사면(8a)에서 전반사되도록 구성되며, 또한 다른 쪽의 경사면(8a)에서 반사된 반사광(10)이, 광원(1)의 발광부 및 발광부 주위의 반사부(광원(1)(발광 소자)의 전극이나 다이패드(3) 등의 반사부)에 입사하지 않도록 구성되어 있고, 광학식 스케일 중 임의의 트랙의 광 불투과부(V 돌기(8))로부터 반사된 광선(10)은, 광원(1)의 전극이나 다이패드(3) 등의 반사부에 입사하지 않고, 다른 트랙 및 자신의 트랙의 어느 것에도 거의 입사하지 않는다. 이 결과, 광 불투과부(V 돌기(8))로부터 반사된 광선(10)이 다른 트랙 또는 자신의 트랙에 재입사함에 의한 검출 오차를 억제할 수 있다.

또, 상기에서는, 한쪽의 경사면(8b)에 입사한 입사광(4)이 전반사하여 다른 쪽의 경사면(8a)에 입사하고, 다른 쪽의 경사면(8a)에서 전반사되도록 구성된 경우에 대하여 설명했다. 광 불투과부(경사면(8a, 8b)에서는 입력광이 확실히 전반사되어 수광 소자(11a) 배치측으로 새는 일이 없기 때문에, 오차 요인으로 되는 미광을 억제할 수 있다고 하는 효과도 얻어진다. 그러나, 다른 쪽의 경사면(8a)에서 전반사되는 경우에 한정되지 않고, 다른 쪽의 경사면(8a)에서 적어도 일부가 반사되는 경우에 관해서도 마찬가지로, 다른 쪽의 경사면(8a)에서 반사된 반사광(10)이, 광원(1)의 발광부 및 발광부 주위의 반사부(광원(1)(발광 소자)의 전극이나 다이패드(3) 등의 반사부)에 입사하지 않도록 구성함으로써, 광 불투과부(V 돌기(8))로부터 반사된 광선에 의한 검출 오차를 억제할 수 있다.

또, 광선(4)이 광축(6)에 대하여

만큼 외측으로 기울어 광학식 스케일(7)에 입사하는 경우, 즉, 평탄면(평탄부(9))의 수선과 광원(1)으로부터의 입력광(4) 의 광축(6)이 이루는 각도가

인 경우는, 실시예 2와 마찬가지로, (3)식을 다음과 같이 변형하면 좋다. 단,

에 있어서는 반시계 회전을 양으로 하고, 기타는 스칼라량이다.

로 설정하면 좋다.

단,

≥ -4α, 즉,α≥ -

/4을 만족하는 경우는 (5b)식과 함께, (3b)식을 (9)식에 대입함으로써 얻어지는 조건식과 0 < α < 45를 만족하는 α로 하고,

< -4α, 즉,α < -

/4일 때는 (5b)식과 함께, (3b)식을 이하의 (9b)식에 대입함으로써 얻어지는 조건식과 0 < α < 45를 만족하는 α로 하면 좋다.

또, 상기 실시예 4에서는, 광축(6)의 좌측을 진행하는 광선(4)이 V 돌기(8)의 좌측 사면(8b)에 입사한 경우에 대하여 설명했지만, 광축(6)의 우측을 진행하는 광선(4)이 V 돌기(8)의 우측 사면(8a)에 입사한 경우에는 상기와 좌우 대칭인 현상을 나타낸다.

또한, 광축(6)의 좌측을 진행하는 광선(4)이 V 돌기(8)의 우측 사면(8a)에 입사한 경우,

0 < α < 45, 또한 (3a)식, (9b)식으로부터 얻어지는 조건식 및 (5a)식을 만족하면 좋다.

단, 이것은

≤ 4α, 즉,α ≥

/4의 경우의 조건이다.

> 4α, 즉,α <

/4

의 경우는, 0 < α < 45, 또한 (3a)식, (9)식으로부터 얻어지는 조건식 및 (5a)식을 만족하면 좋다.

또한, 상기 실시예 4에서는, V 돌기(8)의 경사면(8a, 8b)의 경사각은 평탄부(9)(평탄면)에 대하여 (45 - α)°로 되어 있는 경우에 대하여 설명했지만, V 돌기(8)의 경사면(8a, 8b)의 경사각이 평탄부(9)(평탄면)에 대하여 (45 + α)°로 되어 있는 경우에도, 마찬가지의 방법으로 광선(4)의 광학식 스케일(7)로의 입사 위치 a를 얻는 모든 범위에서, 반사광(10)이 렌즈(5)의 유효 직경 D 내에 입사하지 않는 α로 설정하면 좋다.

또, 본 실시예에 있어서, 광선(4)이 광축(6)에 대하여

만큼 기울어 광학식 스케일(7)에 입사한 경우에, 광선(4)이 우측 사면(8a) 및 좌측 사면(8b)에 입사했을 때의 α 설정 범위를 각각 나타냈지만, 실제로 설계할 때는, 본 실시예에 나타낸 양쪽의 설정 범위 조건을 만족하는 α를 설정하면 좋다.

또, 광학식 스케일(7)이, 예컨대 도 3에 나타낸 바와 같은 리니어 식, 또는, 예컨대 도 4나 도 5에 나타낸 바와 같은 로터리 식 중 어느 것이더라도 좋은 것은 말할 것도 없다.

(실시예 5)

도 9는 본 발명의 실시예 5에 의한 광학식 인코더의 구성을 나타내며, 도 9(a)는 전체의 단면도, 도 9(b)는 도 9(a)의 사다리꼴 형상 돌기 부근(원으로 둘러싼 부분)을 확대하여 나타내는 단면도이다.

실시예 1, 2, 3 및 4에 있어서는, V 돌기(8) 또는 V 돌기(12)를 이용하여, 그 경사면(8a, 8b 또는 12a, 12b)에 의해서 광선(4)을 반사시키고 있었지만, 본 실시예에서는 사다리꼴 형상 돌기(13)를 이용하여, 그 경사면(13a, 13b)에 의해 광선(4)을 반사시키고 있다.

본 실시예의 경우도, 실시예 1, 2, 3 및 4와 마찬가지로, 경사면(13a, 13b)의 경사 각도를 평탄부(평탄면)(9)에 대하여 (45 - α)° 또는(45 + α)°로 하고, α를 실시예 1, 2, 3 및 4와 마찬가지로 설정함으로써, 반사광(10)이 광원(1)의 전극이나 다이패드(3)의 반사막에 입사하지 않는다. 이 경우도, 경사면(13a, 13b)이 이루는 각도는 (90 + 2α)° 또는 (90 - 2α)°, 즉 (90 + γ)° 또는 (90 - γ)° 로 되어 있다. 단, 0 < γ < 90이다.

또, 도 9에 있어서는, 대표로서 경사 각도를 평탄부(9)(평탄면)에 대하여 (45 - α)°로 하고, 광축(6)의 좌측을 진행하는 광선(4)이 사다리꼴 형상 돌기(13)의 우측 사면(13a)에 입사한 경우를 나타내고 있다.

이상과 같이, 본 실시예에 의하면, 한쪽의 경사면(13a)(또는 경사면(13b))에 입사한 입사광(4)이 전반사하여 다른 쪽의 경사면(13b)(또는 경사면(13a))에 입사하고, 다른 쪽의 경사면(13b)(또는 경사면(13a))에서 전반사되도록 구성되며, 또한 다른 쪽의 경사면(13b)(또는 경사면(13a))에서 반사된 반사광(10)이, 광원(1)의 발광부 및 발광부 주위의 반사부(광원(1)(발광 소자)의 전극이나 다이패드(3) 등의 반사부)에 입사하지 않도록 구성되어 있고, 광학식 스케일(7) 상의, 임의의 트랙의 광 불투과부(사다리꼴 형상 돌기(13)의 경사면(13a, 13b)으로부터 반사된 광선(10)은, 광원(1)의 전극이나 다이패드(3) 등의 반사부에 입사하지 않고 흡수 또는 산란하기 때문에, 다른 트랙 및 자신의 트랙의 어느 것에도 거의 입사하지 않는다. 이 결과, 광 불투과부(사다리꼴 형상 돌기(13)의 경사면(13a, 13b)으로부터 반사된 광선(10)이 다른 트랙 또는 자신의 트랙에 재입사함에 의한 검출 오차를 억제할 수 있다.

또, 상기에서는, 한쪽의 경사면(13a)(또는 경사면(13b))에 입사한 입사광(4)이 전반사하여 다른 쪽의 경사면(13b)(또는 경사면(13a))에 입사하고, 다른 쪽의 경사면(13b)(또는 경사면(13a))에서 전반사되도록 구성된 경우에 대하여 설명했다. 광 불투과부(경사면(13a, 13b))에서는 입력광이 확실히 전반사되어 수광 소자(11a) 배치측으로 새는 일이 없기 때문에, 오차 요인으로 되는 미광을 억제할 수 있다고 하는 효과도 얻어진다. 그러나, 다른 쪽의 경사면(13b)(또는 경사면(13a))에서 전반사되는 경우에 한정되지 않고, 다른 쪽의 경사면(13b)(또는 경사면(13a))에서 적어도 일부가 반사되는 경우에 관해서도 마찬가지로, 다른 쪽의 경사면(13b)(또는 경사면(13a))에서 반사된 반사광(10)이, 광원(1)의 발광부 및 발광부 주위의 반사부(광원(1)(발광 소자)의 전극이나 다이패드(3) 등의 반사부)에 입사하지 않도록 구성함으로써, 광 불투과부(사다리꼴 형상 돌기(13)의 경사면(13a, 13b)으로부터 반사된 광선(10)에 의한 검출 오차를 억제할 수 있다.

또, 광선(4)이 광축(6)에 대하여

만큼 외측으로 기울어 광학식 스케일(7)에 입사하는 경우, 즉, 평탄면(평탄부(9))의 수선과 광원(1)으로부터의 입력광(4)의 광축(6)이 이루는 각도가

인 경우는, 실시예 1, 2, 3 및 4와 마찬가지로 (3)식을 (3a)식 또는 (3b)식과 같이, (5)식을 (5a)식, (5b)식, (5c)식 또는 (5d)식과 같이, 각각 변형하면 좋다.

또, 광학식 스케일(7)이, 예컨대 도 3에서 나타낸 바와 같은 리니어 식, 또는, 예컨대 도 4나 도 5에서 나타낸 바와 같은 로터리 식 중 어느 것이더라도 좋은 것은 말할 필요도 없다.

(실시예 6)

도 10은 본 발명의 실시예 6에 의한 광학식 인코더의 구성을 나타내며, 도 10(a)은 전체의 단면도, 도 10(b)은 도 10(a)의 사다리꼴 형상 돌기 부근(원으로 둘러싼 부분)을 확대하여 나타내는 단면도이다.

실시예 5에 있어서는, 광학식 스케일(7)은, 사다리꼴 형상 돌기(13)와 평탄부(9)가 교대로 나란하게 구성되어 있었다. 이것에 대하여, 본 실시예에서는, 평탄부(9)가 없이 사다리꼴 형상 돌기(13)가 연속하여 나란히 서 있고, 사다리꼴의 상저(上底)부(평탄면)(13c)가 광투과부로 되어 있다.

본 실시예에 있어서도, 실시예 5와 마찬가지로, 경사면(13a, 13b)의 경사 각도를 상저부(평탄면)(13c)에 대하여 (45 - α)° 또는 (45 + α)°으로 하고, α를 실시예 1, 2, 3 및 4와 마찬가지로 설정함으로써, 반사광(10)이 광원(1)의 전극이나 다이패드(3)의 반사막에 입사하지 않는다. 이 경우도, 경사면(13a, 13b)이 이루는 각도는 (90 + 2α)° 또는 (90 - 2α)°, 즉 (90 + γ)° 또는 (90 - γ)°으로 되어 있다. 단, 0 < γ < 90이다.

또, 도 10에 있어서는, 대표로서 경사 각도를 (45 - α)°로 하여, 광축(6)의 좌측을 진행하는 광선(4)이 사다리꼴 형상 돌기(13)의 우측 사면(13a)에 입사한 경우를 나타내고 있다.

이상과 같이, 본 실시예에 의하면, 한쪽의 경사면(13a)(또는 경사면(13b))에 입사한 입사광(4)이 전반사하여 다른 쪽의 경사면(13b)(또는 경사면(13a))에 입사하고, 다른 쪽의 경사면(13b)(또는 경사면(13a))에서 전반사되도록 구성되며, 또한 다른 쪽의 경사면(13b)(또는 경사면(13a))에서 반사된 반사광(10)이, 광원(1)의 발광부 및 발광부 주위의 반사부(광원(1)(발광 소자)의 전극이나 다이패드(3) 등의 반사부)에 입사하지 않도록 구성되어 있고, 광학식 스케일(7) 상의, 임의의 트랙의 광 불투과부(사다리꼴 형상 돌기(13)의 경사면(13a, 13b))로부터 반사된 광선(10)은, 광원(1)의 전극이나 다이패드(3) 등의 반사부에 입사하지 않고 흡수 또는 산란하기 때문에, 다른 트랙 및 자신의 트랙의 어느 것에도 거의 입사하지 않는다. 이 결과, 광 불투과부(사다리꼴 형상 돌기(13)의 경사면(13a, 13b))로부터 반사된 광선(10)이 다른 트랙 또는 자신의 트랙에 재입사함에 의한 검출 오차를 억제할 수 있다.

또, 상기에서는, 한쪽의 경사면(13a)(또는 경사면(13b))에 입사한 입사광(4) 이 전반사하여 다른 쪽의 경사면(13b)(또는 경사면(13a))에 입사하고, 다른 쪽의 경사면(13b)(또는 경사면(13a))에서 전반사되도록 구성된 경우에 대하여 설명했다. 광 불투과부(경사면(13a, 13b))에서는 입력광이 확실히 전반사되어 수광 소자(11a) 배치측으로 새는 일이 없기 때문에, 오차 요인으로 되는 미광을 억제할 수 있다고 하는 효과도 얻어진다. 그러나, 다른 쪽의 경사면(13b)(또는 경사면(13a))에서 전반사되는 경우에 한정되지 않고, 다른 쪽의 경사면(13b)(또는 경사면(13a))에서 적어도 일부가 반사되는 경우에 관해서도 마찬가지로, 다른 쪽의 경사면(13b)(또는 경사면(13a))에서 반사된 반사광(10)이, 광원(1)의 발광부 및 발광부 주위의 반사부(광원(1)(발광 소자)의 전극이나 다이패드(3) 등의 반사부)에 입사하지 않도록 구성함으로써, 광 불투과부(사다리꼴 형상 돌기(13)의 경사면(13a, 13b))로부터 반사된 광선(10)에 의한 검출 오차를 억제할 수 있다.

또, 광선(4)이 광축(6)에 대하여

만큼 외측으로 기울어 광학식 스케일(7)에 입사하는 경우, 즉, 평탄면(상저부(13c))의 수선과 광원(1)으로부터의 입력광(4)의 광축(6)이 이루는 각도가

(실시예 7)

상기 각 실시예에서는, 입력광이 입사하는 쪽이 넓어진 ハ의 글자 형상에 대향하는 적어도 1조의 경사면으로 이루어지는 광 불투과부를 갖춘 광학식 스케일에 있어서, 2개의 경사면의 경사각은 동일한 경우에 대하여 설명했다. 그러나, 2개의 경사면의 경사각이 다르더라도 좋다.

이하에서는, 실시예 1에서 나타낸 광학식 인코더에 있어서, 2개의 경사면(8a, 8b)의 경사각이 다른 경우에 대하여 설명하지만, 실시예 2 내지 6에서 나타낸 임의의 광학식 인코더에 있어서도 마찬가지이다.

도 2에 있어서, 평탄부(9)(평탄면)에 대한 경사 각도가, 예컨대 한쪽의 경사면(8a)은 (45 - α)°, 다른 쪽의 경사면(8b)은 (45 - β)°인 경우이다. 단,

이며, 광학식 스케일(7)의 굴절율은, 공기 등 외주부의 굴절율차에 의해 결정되는 임계각 θc이

로 되도록 선택되어 있다.

또한, 경사면(8a, 8b)이 이루는 각도가 (90 + α + β)°즉, (90 + γ)°로 되어 있다. 단, 0 < γ < 90이다.

V 돌기(8)내에서 2회 반사한 반사광(10)은, 입사광(4)의 광축(6)과 이루는 각도가 θ로 된 후, 다시 렌즈(5)에 의해 굴절되어, 광원부(기판(2))에 도달하지만, 본 실시예에 의한 광학식 인코더에서는, 반사광(10)의 기판(2)에의 입사 위치가 다이패드(3)의 외측으로 되도록(광원(1)의 발광부 및 발광부 주위의, 예컨대 다이패드(3)나 전극 등의 반사부에 입사하지 않는다), 즉

가 되도록 상술한 α 및 β을 설정하고 있다. 여기서, x는 반사광(10)의 기판(2) 상에서의 입사 위치와 광원(1)의 발광점과의 거리, w는 다이패드(3)의 끝으로부터 광원(1)의 발광점까지의 거리이다.

따라서, 실시예 1과 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.

또, 본 실시예에서는, 기판(2)은, 광을 흡수 또는 산란시켜, 정반사하는 광이 극단적으로 적어지는 표면을 갖추고 있다고 했지만, 다이패드(3)와 마찬가지로 정반사하는 비율이 높은 경우는, 상기 w는 정반사율이 높은 영역의 끝으로부터 광원(1)의 발광점까지의 거리로 치환하면 좋다.

또한, 평탄면(평탄부(9))의 수선과 광원(1)으로부터의 입력광(4)의 광축(6)이 이루는 각도가

인 경우도, 상세한 설명은 생략하지만, 2개의 경사면(8a, 8b)의 경사각이 다르더라도 실시예 1과 마찬가지의 효과를 얻을 수 있는 것은 명백하다.

또한, 경사면(8a, 8b)이 이루는 각도가 (90 + γ)°로 되어 있으면, 즉 90°가 어긋나면, 반사광(10)은 입사광(4)과 평행으로는 되지 않기 때문에, 경사면(8a, 8b) 중 적어도 한쪽의 경사면(예컨대 경사면(8a))은 평탄면에 대하여 (45 - α)° 또는 (45 + α)°경사져 있고, 다른 쪽의 경사면(예컨대 경사면(8b))은 평탄면에 대하여 45°경사져 있는 경우, 또는, 한쪽의 경사면(예컨대 경사면(8a))은 평탄면에 대하여 (45 - α)°경사져 있고, 다른 쪽의 경사면(예컨대 경사면(8b))은 평탄면에 대하여 (45 + β)°경사져 있는 경우에 있어서도, α 및 β의 값을 적당히 설정함으로써, 한쪽의 경사면(경사면(8a, 8b) 중 어느 것이더라도 좋다.)에 입사한 입사광이 전반사하여 다른 쪽의 경사면에 입사하고, 다른 쪽의 경사면에서 적어도 일부가 반사되고, 또한 다른 쪽의 경사면에서 반사된 반사광(10)이, 광원(1)의 발광부 및 발광부 주위의 반사부(광원(1)(발광 소자)의 전극이나 다이패드(3) 등의 반사부)에 입사하지 않도록 구성할 수 있다.

(실시예 8)

도 11은 본 발명의 실시예 8에 의한 광학식 인코더의 요부를 나타내며, 보다 구체적으로는 광원부를 광학식 스케일측으로부터 본 평면도이다.

일반적으로, LED나 면 발광형의 레이저 다이오드 등의 광원(1) 상에는 전극(19)이 구비되고, 금속 와이어(21)에 의해 구동 전류가 공급되어, 발광점(20)으로부터 광이 출사된다. 또한, 광원(1)은 기판(2) 상의 다이패드(3)에 배치된다.

실시예 1에서도 설명했지만, 전극(19) 및 다이패드(3)의 재료로서는 일반적으로 금속이 이용되고 그 반사율은 높기 때문에, 전극(19) 및 다이패드(3) 상에서 광학식 스케일(7)로부터의 반사광(10)이 다시 반사하며, 이것은 종래와 같은 문제를 야기한다.

본 실시예에서는, 전극(19) 및 다이패드(3)상에, 반사율을 저하시키는, 예컨 대 흑색의 레지스트막와 같은 반사 방지막(22)(도 11에서는, 이해하기 쉽도록, 격자 형상의 망 치기를 실시하여 나타내고 있다.)을 구비하고 있다. 단, 전극(19)의 금속 와이어(21)와의 접합부 근방에는, 전기적 도통을 유지하기 위해서, 반사 방지막(22)을 갖추고 있지 않다.

예컨대, 다이싱(dicing) 전의 복수의 LED를 형성한 웨이퍼 상의 발광점을 제외한 부분에 흑색 레지스트를 스핀 코트 등으로 도포한 후, 소망하는 반사 방지막과 같은 위치, 같은 크기의 노광 광선에 대한 차광부를 가진 마스크를 배치하고, 상기 웨이퍼를 노광하여, 현상함으로써 소망하는 위치 및 소망하는 크기의 흑색 레지스트를 반사 방지막(22)으로서 구비할 수 있다. 마찬가지로, 기판(2) 상에도 반사 방지막(22)을 갖추는 것이 가능해진다.

또, 이러한 반사 방지막(22)은, 예컨대, 전극(19)이 형성된 광원(1)이 기판(2)의 다이패드(3) 상에 접합되고, 전극(19)에 금속 와이어(21)가 접합된 후에 구비하는 것도 가능하다. 예컨대, 수작업 또는 로봇 등으로 반사 방지막(22)으로 되는 흑색 잉크 등을 도포하면 좋다. 또, 이 경우, 전기 절연성의 반사 방지막(22)을 이용하면 전극(19)의 금속 와이어(21)와의 접합부 근방도 반사 방지막(22)으로 피복할 수 있다.

이상과 같이, 본 실시예에 의하면, 광원(1)의 발광부 주위의 반사부(광원(1)의 전극(19)이나 다이패드(3) 등의 반사부)의 적어도 일부를 반사 방지막으로 덮기 때문에, 광학식 스케일 상의 임의의 트랙의 광 불투과부로부터의 반사광이 광원(1)의 발광부 주위의 반사부(광원(1)의 전극(19)이나 다이패드(3) 등의 반사부)에 입 사했다고 해도, 대부분이 반사 방지막(22)에서 흡수되기 때문에, 다른 트랙 및 자신의 트랙의 어느 것에도 거의 재입사하지 않는다. 이 결과, 광 불투과부로부터 반사된 광선이 다른 트랙 또는 자신의 트랙에 재입사함에 의한 검출 오차를 억제할 수 있다.

또, 다이패드 상의 반사 방지막(22)은 다이패드(3)상 뿐만 아니라, 기판(2)상 전부를 덮더라도 좋다.

또, 본 실시예는 단독으로 실시되더라도 좋고, 실시예 1 내지 7 중 어느 것과 동시에 실시되더라도 좋다.

또, 본 실시예가 단독으로 실시되는 경우에는, 광 불투과부가 경사면으로 이루어진 경우에 한정되지 않고, 예컨대 유리 등의 투명한 기판에 마련한 크롬층 등의 불투명부에 의해 광 불투과부를 구성한 경우에도 적용할 수 있어, 크롬층 등의 불투명부로부터 반사된 광선이 다른 트랙 또는 자신의 트랙에 재입사함에 의한 오차를 억제할 수 있다. 또, 광 불투과부가 불투명부로 이루어지는 광학식 스케일의 제작 방법으로서, 금속판에 에칭을 행함으로써 슬릿을 가공하는 방법 등도 있다.

(실시예 9)

도 12는 본 발명의 실시예 9에 의한 광학식 인코더의 요부를 나타내며, 보다 구체적으로는 광원부를 광학식 스케일측으로부터 본 평면도이다.

일반적으로, LED나 면 발광형의 레이저 다이오드 등의 광원(1) 상의 전극(19)은 금속 와이어(21)와의 접촉 면적보다 충분히 큰 면적을 가지고 있고, 또한 다이패드(3)의 면적도 광원(1)과의 접촉 면적의 수배의 면적을 가지고 있다.

본 실시예에서는, 전극(19) 및 다이패드(3)의 면적을, 각각 필요로 하는 금속 와이어(21) 및 광원(1)과의 접촉 면적과 동등 정도로 매우 작게 하여, 반사부의 면적을 작게 하고 있다.

따라서, 광학식 스케일 상의, 임의의 트랙의 광 불투과부로부터 반사된 광선이 광원(1)의 전극(19)이나 다이패드(3) 등의 반사부(광원(1)의 발광부 주위의 반사부)에 입사하는 확률이 낮게 되어, 다른 트랙 및 자신의 트랙의 어느 것에도 거의 입사하지 않는다. 이 결과, 광 불투과부로부터 반사된 광선이 다른 트랙 또는 자신의 트랙에 재입사함에 의한 검출 오차를 억제할 수 있다.

또, 다이패드(3)의 면적은, 광원(1)의 다이패드(3)와 접촉하는 면의 면적보다 커지도록 광원(1)의 다이패드(3)와 접촉하는 면의 외주로부터 균등하게 크게 하는 것이 바람직하다. 그 크기는, 광원(1)의 다이패드(3)와 접촉하는 면의 외주로부터 100μm 이내, 바람직하게는 50μm 이내, 더욱 바람직하게는 10μm 이내로 한다.

단, 다이패드(3)의 면적을 광원(1)의 다이패드(3)와 접촉하는 면의 면적과 동일 또는 그것보다 작게 하더라도 좋다.

또한, 전극(19)에 있어서는, 구체적 수치는 들기 어렵지만, 예컨대 도 12에 나타낸 바와 같이, 광원(1)의 전면에 마련하는 것은 아니며 발광점(20)의 한 쪽에만 마련한다.

단, 전극(19) 및 다이패드(3)의 양쪽의 면적을 매우 작게 하지 않더라도, 적어도 한쪽, 예컨대 다이패드(3)의 면적을 광원(1)과의 접촉 면적과 거의 같게 하여도 그대로의 효과는 얻어진다.

또, 본 실시예는 단독으로 실시되어도 좋고, 실시예 1 내지 8 중 어느 것과 동시에 실시되더라도 좋다.

또, 본 실시예가 실시예 1 내지 7 중 어느 것과 동시에 실시되지 않는 경우에는, 광 불투과부가 경사면으로 이루어지는 경우에 한정되지 않고, 예컨대 유리판 등의 투명 기판에 마련한 크롬층 등의 불투명부에 의해 광 불투과부를 구성한 경우에도 적용할 수 있고, 크롬층 등의 불투명부로부터 반사된 광선이 다른 트랙 또는 자신의 트랙에 재입사함에 의한 오차를 억제할 수 있다.

(실시예 10)

도 13 및 도 14는 본 발명의 실시예 10에 의한 광학식 인코더의 구성을 나타내며, 도 13은 단면도, 도 14(a)는 수광부로부터 본 평면도, 도 14(b)는 도 14(a)의 일부(원으로 둘러싼 부분)를 확대하여 나타내는 평면도이다.

본 실시예에서는, 광원(1)의 광축(6)을 대칭축으로 하여, 광원(1)으로부터의 광선(입력광)에 의한 조사 영역 내의 광 불투과부(예컨대 V 돌기(8))와 대칭인 위치에는 광학식 스케일(7)의 트랙이 없는 부분이 배치되도록 구성되어 있다.

광원(1)으로부터 출사한 광선(23)은 트랙(14)의 광 불투과부에서 반사하여 반사광(24)으로 되고, 광원(1)의 발광부 주위의 반사부(예컨대, 광원(1) 상의 전극(도시하지 않음))에서 다시 반사하여, 재차 광학식 스케일(7)에 입사하지만, 반사광(24)이 입사하는 위치에는 트랙이 배치되어 있지 않고, 오차 요인으로는 되지 않는다. 다른 트랙(15)에 있어서도 마찬가지로, 광원(1)으로부터 출사한 광선(25)은 트랙(15)의 광 불투과부에서 반사하여, 반사광(26)으로 되어 광원(1)의 발광부 주위의 반사부(예컨대, 광원(1) 상의 전극)에서 다시 반사하고, 광학식 스케일(7)에 입사하지만, 반사광(26)이 입사하는 위치에는 트랙이 배치되어 있지 않고, 오차 요인으로 되지 않는다.

이와 같이, 본 실시예에 의하면, 광원(1)의 광축(6)을 대칭축으로 하여, 광원(1)으로부터의 광선에 의한 조사 영역 내의 광 불투과부와 대칭인 위치에는 광학식 스케일(7)의 트랙(14, 15)이 없는 부분이 배치되도록 구성되어 있기 때문에, 광학식 스케일(7) 상의, 임의의 트랙(예컨대 트랙(14))의 광 불투과부로부터 반사된 광선(24)이 광원(1)의 발광부 주위의 반사부(전극이나 다이패드(3) 등의 반사부)에서 재차 반사하여, 재차 광학식 스케일에 입사했다고 해도, 다른 트랙(예컨대 트랙(15)) 및 자신의 트랙(예컨대 트랙(14))의 어느 것도 거의 입사하지 않는다. 이 결과, 광 불투과부로부터 반사된 광선(24, 26)이 다른 트랙 또는 자신의 트랙에 재 입사함에 의한 검출 오차를 억제할 수 있다.

또, 도 14에서는, 광학식 스케일(7)이 로터리 식이며, 더구나, V 돌기(8)의 정상변이 광학식 스케일(7)의 반경 방향에 따라 연장하고 있는 경우를 나타내고 있지만, 이것에 한정되는 것이 아니며, 예컨대 도 5에 나타낸 바와 같이, V 돌기(8)의 정상변이 광학식 스케일(7)의 이동 방향에 대하여 평행하게 되도록 연장하고 있더라도 좋고, 또한, 예컨대 도 3에 나타낸 바와 같이 리니어 식이더라도 좋은 것은 말할 필요도 없다.

또, 본 실시예는 단독으로 실시되더라도 좋고, 실시예 1 내지 9 중의 적어도 어느 하나와 동시에 실시되더라도 좋다.

또, 본 실시예가 실시예 1 내지 7 중의 어느 하나와 동시에 실시되지 않는 경우에는, 광 불투과부가 경사면으로 이루어지는 경우에 한정되지 않고, 예컨대 유리판 등의 투명 기판에 마련한 크롬층 등의 불투명부에 의해 광 불투과부를 구성한 경우에도 적용할 수 있어, 크롬층 등의 불투명부로부터 반사된 광선이 다른 트랙 또는 자신의 트랙에 재입사함에 의한 오차를 억제할 수 있다.

Claims

평탄면으로 이루어지는 광투과부와 경사면으로 이루어지는 광 불투과부가 배치되고, 입력광을 조사함으로써 그 출력 패턴이 광학식 부호로 되는 광학식 스케일과, 상기 입력광을 조사하기 위한 광원을 하나 이상 마련한 광원부와, 상기 출력 패턴을 수광하는 수광 소자를 하나 이상 마련한 수광부를 구비한 광학식 인코더에 있어서,

상기 광 불투과부는, 상기 광원으로부터의 입력광에 대하여 그 광축의 입사각이 임계각 이상으로 되도록 설정되고, 상기 입력광이 입사하는 쪽이 넓어진 ハ의 글자 형상에 대향하는 적어도 1조의 경사면으로 이루어지고, 한쪽의 경사면에 입사한 입사광이 전반사하여 다른 쪽의 경사면에 입사하고, 다른 쪽의 경사면에서 적어도 일부가 반사되도록 구성되며, 또한, 상기 다른 쪽의 경사면에서 반사된 반사광이, 상기 광원의 발광부 및 발광부 주위의 반사부에 입사하지 않도록 구성된 것을 특징으로 하는 광학식 인코더.
제 1 항에 있어서,

상기 1조의 경사면이 이루는 각도가 (90 + γ)도 또는 (90 - γ)도이며, 0 < γ < 90인 것을 특징으로 하는 광학식 인코더.
제 2 항에 있어서,

상기 1조의 경사면 중 적어도 한쪽의 경사면은 평탄면에 대하여 (45 - α)도 또는 (45 + α)도 경사져 있고, 0 < α < 45인 것을 특징으로 하는 광학식 인코더.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

광 불투과부는, 한쪽의 경사면에 입사한 입사광이 전반사하여 다른 쪽의 경사면에 입사하고, 다른 쪽의 경사면에서 전반사되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 광학식 인코더.
광투과부와 광 불투과부가 배치되고, 입력광을 조사함으로써 그 출력 패턴이 광학식 부호로 되는 광학식 스케일과, 상기 입력광을 조사하기 위한 광원을 하나 이상 마련한 광원부와, 상기 출력 패턴을 수광하는 수광 소자를 하나 이상 마련한 수광부를 구비한 광학식 인코더에 있어서,

상기 광원의 발광부 주위의 반사부를 반사 방지막으로 덮은 것을 특징으로 하는 광학식 인코더.
광투과부와 광 불투과부가 배치되고, 입력광을 조사함으로써 그 출력 패턴이 광학식 부호로 되는 광학식 스케일과, 상기 입력광을 조사하기 위한 광원을 하나 이상 마련한 광원부와, 상기 출력 패턴을 수광하는 수광 소자를 하나 이상 마련한 수광부를 구비한 광학식 인코더에 있어서,

상기 광원은, 기판 상의 다이패드에 접합되어 있고, 상기 다이패드의 면적을 당해 다이패드와 상기 광원과의 접촉 면적과 거의 같게 한 것을 특징으로 하는 광학식 인코더.
광투과부와 광 불투과부가 배치된 하나 이상의 트랙을 갖고, 입력광을 조사함으로써 그 출력 패턴이 광학식 부호로 되는 광학식 스케일과, 상기 입력광을 조사하기 위한 광원을 하나 이상 마련한 광원부와, 상기 출력 패턴을 수광하는 수광 소자를 하나 이상 마련한 수광부를 구비한 광학식 인코더에 있어서,

상기 광원의 광축을 대칭축으로 하여, 상기 광원으로부터의 입력광의 조사 영역 내의 상기 광 불투과부와 대칭인 위치에는 상기 광학식 스케일의 트랙이 없는 부분이 배치되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 광학식 인코더.