WO2022097399A1 - エンコーダ - Google Patents

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WO2022097399A1
WO2022097399A1 PCT/JP2021/036540 JP2021036540W WO2022097399A1 WO 2022097399 A1 WO2022097399 A1 WO 2022097399A1 JP 2021036540 W JP2021036540 W JP 2021036540W WO 2022097399 A1 WO2022097399 A1 WO 2022097399A1
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light
encoder
reflection
light receiving
structures
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PCT/JP2021/036540
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秀一 永井
大 白石
淳也 麻生
稔浩 古賀
琢磨 片山
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パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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Publication date
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Priority to US18/044,215 priority patent/US11982550B2/en
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    • G—PHYSICS
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    • G01D5/34707—Scales; Discs, e.g. fixation, fabrication, compensation
    • G01D5/34715—Scale reading or illumination devices

Definitions

  • This disclosure relates to an encoder, and particularly to an optical encoder.
  • Servo motors built into machine tools, robots, etc. use encoders to detect the rotation angle of the servo motors.
  • a mechanical encoder, a magnetic encoder, an optical encoder and the like are known.
  • the encoder not only a rotary encoder (rotary encoder) that detects a rotational displacement such as a rotation angle, but also a linear encoder (linear encoder) that detects a linear displacement is known.
  • encoders include an absolute type encoder that detects displacement as an absolute value and an incremental type encoder that detects displacement as a relative value.
  • a rotary encoder includes an absolute encoder that detects an absolute angle and an incremental encoder that detects a relative angle.
  • a light transmission type encoder is known as an absolute type or incremental type optical rotary encoder (for example, Patent Document 1).
  • a motor that rotates by irradiating a rotating plate provided with a plurality of light-transmitting portions composed of slits or the like with light in a predetermined pattern and receiving the light transmitted through the light-transmitting portion. Etc. are detected.
  • a light reflection type encoder has been studied due to the demand for miniaturization and high position resolution of the encoder.
  • a light reflection type rotary encoder one having a rotating plate in which a light reflecting portion (light reflecting region) and a non-light reflecting portion are formed in a predetermined pattern is known.
  • the light-reflecting rotary encoder having such a configuration is miniaturized to have high position resolution, for example, in order to obtain twice the position accuracy, a light-reflecting portion and a non-light-reflecting portion formed on a rotating plate are formed. It is conceivable to halve each size (size along the direction of rotation) of.
  • the light reflecting portion and the non-light reflecting portion are miniaturized, higher accuracy is required for the position or shape of the light reflecting portion and the non-light reflecting portion. Therefore, there is a limit to miniaturizing the light reflecting portion and the non-light reflecting portion. Moreover, in order to accurately form the miniaturized light reflecting portion, advanced manufacturing technology may be required.
  • the present disclosure has been made to solve such a problem, and to provide an encoder capable of achieving high position resolution without miniaturization and detecting the rotation angle and the like with high sensitivity. With the goal.
  • one aspect of the encoder includes a substrate, an irradiation unit, and a light receiving unit.
  • the substrate rotates or moves linearly.
  • the substrate has a plurality of repeatedly formed reflective structures and a cord including a light reflecting portion or a light transmitting portion.
  • the irradiation unit irradiates a plurality of reflection structures with light.
  • the light receiving unit receives light reflected by a plurality of reflection structures.
  • Each of the plurality of reflective structures has a convex or concave surface.
  • the width of each of the plurality of reflective structures is an integral multiple of the width of the light reflecting portion or the light transmitting portion.
  • the encoder according to the present disclosure can achieve high position resolution without miniaturization, and can detect the angle of rotation and the like with high sensitivity.
  • FIG. 3 is a partially enlarged cross-sectional view of an encoder cut along a plane perpendicular to the paper surface through the line IIIA-IIIA of FIG.
  • FIG. 3 is a partially enlarged cross-sectional view of an encoder cut along a plane perpendicular to the paper surface through the line IIIB-IIIB of FIG.
  • FIG. It is a figure for demonstrating the operation of the light reflection type encoder of the 1st comparative example.
  • FIG. It is a figure for demonstrating the operation of the light reflection type encoder of the 2nd comparative example. It is a figure for demonstrating operation of the encoder which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is a partially enlarged sectional view of the encoder which concerns on the 1st modification of Embodiment 1.
  • FIG. It is a partially enlarged sectional view of the encoder which concerns on the 1st modification of Embodiment 1.
  • FIG. It is a figure for demonstrating operation of the encoder which concerns on the 1st modification of Embodiment 1.
  • FIG. It is an enlarged figure which shows the irradiation part and one reflection structure in the encoder which concerns on the 1st modification of Embodiment 1.
  • FIG. It is an enlarged figure which shows the irradiation part and one reflection structure in the encoder which concerns on the 2nd modification of Embodiment 1.
  • FIG. It is a partially enlarged sectional view of the encoder which concerns on Embodiment 2.
  • FIG. It is a partially enlarged sectional view of the encoder which concerns on Embodiment 2.
  • FIG. It is a partially enlarged sectional view of the encoder which concerns on the modification of Embodiment 2.
  • FIG. 1 is a top view of the rotary plate 2 in the encoder 1 according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the encoder 1 taken along the line II-II of FIG. 1 and cut along a plane perpendicular to the paper surface.
  • FIG. 3A is a partially enlarged view of the encoder 1 cut along the line IIIA-IIIA of FIG. 1 along a plane perpendicular to the paper surface.
  • FIG. 3B is a partially enlarged view of the encoder 1 cut along the line IIIB-IIIB of FIG. 1 on a plane perpendicular to the paper surface.
  • the non-light reflecting portion 22 is hatched for convenience.
  • the encoder 1 shown in FIGS. 1 and 2 is an optical rotary encoder.
  • the encoder 1 in the present embodiment is a reflection type rotary encoder.
  • the encoder 1 is used in combination with a motor such as a servo motor, for example. In this case, the encoder 1 detects, for example, the rotation angle or the rotation speed of the rotation shaft of the motor.
  • the encoder 1 includes a rotating plate 2, a fixing unit 3, an irradiation unit 4, a light receiving unit 5, and a processing unit 6.
  • the rotating plate 2 is a rotating substrate.
  • the rotation direction of the rotary plate 2 is both clockwise and counterclockwise, but is not limited to this.
  • the rotation direction of the rotating plate 2 may be only one of clockwise and counterclockwise.
  • the rotary plate 2 is made of metal, for example, but may be made of resin, glass, ceramic, or the like. Further, the rotating plate 2 has a circular flat plate shape as an example.
  • a rotating shaft 7 is attached to the central portion of the rotating plate 2. By rotating the rotating shaft 7, the rotating plate 2 rotates with the rotating shaft 7 as the center of rotation. The rotational operation of the rotating shaft 7 is synchronized with the rotational operation of the rotating device.
  • the rotary shaft 7 is the rotary shaft itself of a motor such as a servo motor.
  • the rotating plate 2 has a plurality of reflective structures 10 repeatedly formed.
  • the plurality of reflection structures 10 are light reflectors that reflect the light emitted from the irradiation unit 4, and are formed in a predetermined first pattern.
  • the plurality of reflective structures 10 are provided in a row along the circumferential direction of the rotating plate 2. As shown in FIG. 2, the plurality of reflective structures 10 are provided on the main surface of the rotating plate 2 facing the fixed portion 3.
  • a plurality of reflection structures 10 are provided over the entire circumference of the rotating plate 2. Further, the plurality of reflective structures 10 are formed at the radialmost ends of the rotating plate 2. Therefore, the plurality of reflection structures 10 are formed on the outermost track of the rotating plate 2.
  • Each of the plurality of reflective structures 10 has the same shape and the same size. Further, in all of the plurality of reflection structures 10, the intervals between the two adjacent reflection structures 10 are all the same. That is, the plurality of reflective structures 10 are formed at equal intervals (same pitch) on the entire circumference of the rotating plate 2.
  • each of the plurality of reflective structures 10 has a convex surface.
  • the cross-sectional shape of each reflection structure 10 is semi-circular.
  • each reflection structure 10 is a semicircular column whose axis is the radial direction of the rotating plate 2. Therefore, the surface (light reflecting surface) of each reflecting structure 10 is a cylindrical surface that is convex upward.
  • the plurality of reflective structures 10 have a shape in which irregularities are repeated along the circumferential direction of the rotating plate 2 as a whole.
  • the surface of each reflective structure 10 may be a hemispherical spherical surface instead of a cylindrical surface, but in order to accurately detect the reflected light from the reflective structure 10, it is preferable that the surface is a cylindrical surface.
  • each of the plurality of reflective structures 10 has a convex portion 11 and a light reflecting layer 12 formed on the convex portion 11.
  • the light reflecting layer 12 is formed on the surface of the convex portion 11 and is the uppermost layer of the reflecting structure 10. Therefore, the surface of each reflection structure 10 is the surface of the light reflection layer 12.
  • the convex portion 11 is a semicircular column whose axis is the radial direction of the rotating plate 2.
  • the convex portion 11 is made of, for example, a resin material.
  • the convex portion 11 may be either a light transmitting resin material such as a transparent resin material or an opaque resin material.
  • the convex portion 11 can be manufactured by the same method as that of the microlens array.
  • the material of the convex portion 11 is not limited to the resin material, and may be made of a metal material or the like.
  • the light reflecting layer 12 is, for example, a light reflecting film having a light reflecting characteristic having a high reflectance with respect to the light emitted from the irradiation unit 4.
  • the surface (light-reflecting surface) of the light-reflecting layer 12 is a cylindrical surface that is convex upward.
  • the light reflecting layer 12 can be formed by sputtering, vapor deposition, or the like.
  • the light reflecting layer 12 is a metal film made of a metal material. In this case, the metal film may be composed of a single metal or an alloy.
  • the light reflecting layer 12 is a light reflecting film having a constant thickness.
  • the light reflecting layer 12 is a single-layer film composed of one light reflecting film, but is not limited to this.
  • the light reflecting layer 12 may be a laminated film in which a plurality of light reflecting films are laminated. Further, the light reflecting layer 12 is not limited to the metal film.
  • the light reflecting layer 12 may be a resin film made of a resin material, an oxide film, or the like.
  • the light reflecting layer 12 is, for example, a white resin film made of white resin. In this case, the white resin film can be formed by a coating method.
  • the light reflecting layer 12 is an oxide film
  • the light reflecting layer 12 is, for example, a dielectric multilayer film.
  • the plurality of reflective structures 10 are integrally formed.
  • the plurality of convex portions 11 are all integrally formed, and are one concave-convex structure in which unevenness is repeated along the circumferential direction of the rotating plate 2.
  • the plurality of light reflecting layers 12 are all integrally formed as one continuous light reflecting film having a constant thickness on the uneven structure composed of the plurality of reflecting structures 10.
  • the rotating plate 2 has a cord 20 including one or more light reflecting portions 21.
  • the code 20 is a position detection code for detecting the rotation position of the rotating plate 2.
  • the code 20 is an M code (M-sequence code) having a predetermined number of bits.
  • the code 20 is not limited to the M code, but may be a Gray code, a binary code, a BCD (Binary-Coded Decimal) code, or the like.
  • the light reflecting unit 21 in the code 20 is a light reflecting body that reflects the light emitted from the irradiation unit 4.
  • the code 20 further has a non-light reflecting unit 22 that does not reflect the light emitted from the irradiation unit 4.
  • the non-light reflecting unit 22 is, for example, a light absorber that absorbs light.
  • the code 20 is composed of a plurality of light reflecting units 21 and a plurality of non-light reflecting units 22. Specifically, the code 20 is composed of five light reflecting units 21 and six non-light reflecting units 22.
  • the cord 20 is provided on the main surface of the rotating plate 2 facing the fixed portion 3 in a predetermined second pattern. Specifically, the light reflecting portion 21 and the non-light reflecting portion 22 constituting the cord 20 are provided on the main surface of the rotating plate 2 on the fixed portion 3 side in a predetermined order and in a predetermined number.
  • the cord 20 is provided along the circumferential direction of the rotating plate 2.
  • the plurality of light reflecting portions 21 and the plurality of non-light reflecting portions 22 constituting the cord 20 are provided in a row along the circumferential direction of the rotating plate 2.
  • Each of the light reflecting unit 21 and the non-light reflecting unit 22 is a unit code pattern (single region) of the code 20, and is the minimum unit for the light receiving unit 5 to read when detecting the position of the rotating plate 2.
  • the cord 20 is provided in a part of the area of the rotating plate 2.
  • the code 20 is provided side by side with the plurality of reflection structures 10. That is, the light reflecting portion 21 and the non-light reflecting portion 22 are provided side by side with the plurality of reflecting structures 10.
  • the cord 20 is provided inside the plurality of reflection structures 10.
  • the cord 20 is formed on the second track from the outermost circumference of the rotating plate 2.
  • Each of the plurality of light reflecting portions 21 has the same shape and the same size. Further, each of the plurality of non-light reflecting portions 22 has the same shape and the same size. Further, one light reflecting unit 21 and one non-light reflecting unit 22 have the same shape and the same size. Further, in all the light reflecting parts 21 and all the non-light reflecting parts 22 constituting the code 20, the distance between the two adjacent light reflecting parts 21, the distance between the two adjacent non-light reflecting parts 22, and the adjacent parts are adjacent to each other. The distances between the light reflecting portion 21 and the non-light reflecting portion 22 are all the same. That is, the light reflecting portion 21 and the non-light reflecting portion 22 constituting the cord 20 are all formed at equal intervals (same pitch).
  • Each of the light reflecting portion 21 and the non-light reflecting portion 22 is composed of, for example, a thin film having a flat surface.
  • the thickness of the light reflecting portion 21 and the thickness of the non-light reflecting portion 22 are the same, but are not limited to this.
  • the light reflecting unit 21 is, for example, a light reflecting film having high reflectance and light reflecting property, and can be formed by sputtering, vapor deposition, or the like.
  • the light reflecting portion 21 is a metal film made of a metal material.
  • the metal film may be composed of a single metal or an alloy.
  • the light reflecting unit 21 is not limited to a single layer, and may be a laminated film in which a plurality of light reflecting films are laminated. Further, the light reflecting portion 21 is not limited to the metal film, and may be a resin film made of a resin material, an oxide film, or the like, similarly to the light reflecting layer 12 of the reflective structure 10.
  • the non-light reflecting unit 22 is, for example, a light absorbing film that absorbs light.
  • a light absorbing film for example, a black resin film can be used, but the light absorption film is not limited to this.
  • each of the plurality of reflection structures 10 is an integral multiple of the width (width in the column direction) of the light reflecting portion 21 of the code 20.
  • each of the plurality of reflection structures 10 and the light reflection unit 21 have a one-to-one correspondence, and the width of each of the plurality of reflection structures 10 is one times the width of the light reflection unit 21.
  • one reflective structure 10 arranged in the radial direction of the rotating plate 2 and one light reflecting portion 21 have the same width.
  • the "width" is a width in units of an angle along the column direction (direction along the circumference of the rotating plate 2).
  • one reflective structure 10 and one non-light reflecting portion 22 arranged in the radial direction of the rotating plate 2 have the same width as each other.
  • one reflection structure 10 and one unit code pattern of the code 20 have a one-to-one correspondence
  • one reflection structure 10 and the unit code pattern of the code 20 have a one-to-one correspondence. Have the same width.
  • the upper limit of the width of each of the plurality of reflection structures 10 is the total number (maximum number) of the unit code patterns of the code 20.
  • the upper limit of the width of each of the plurality of reflection structures 10 is the total value of 14 unit code patterns of the code 20. ..
  • the rotation angle of the rotating plate 2 and the like can be calculated by using the light reflected by the plurality of reflection structures 10 and the light reflected by the code 20. In this case, it is not necessary to use all the light reflecting units 21 and all the non-light reflecting units 22 constituting the code 20.
  • the rotating plate 2 can be used by using a total of seven light reflecting units 21 and a non-light reflecting unit 22 (that is, by using seven unit code patterns). The rotation angle and the like can be calculated.
  • the fixing portion 3 is arranged so as to face the rotating plate 2.
  • the fixing portion 3 is a member that does not rotate even if the rotating plate 2 rotates.
  • the fixing portion 3 is a circular flat plate-shaped substrate.
  • the fixing portion 3 is, for example, a wiring board such as FR-4 (Flame Retardant Type 4), and is arranged in parallel with the rotating plate 2 at a position separated from the rotating plate 2 by a predetermined distance.
  • the fixing portion 3 may be arranged so that the center of the fixing portion 3 coincides with the axis of the rotating shaft 7.
  • the fixing portion 3 is fixed to, for example, an encoder 1 or a case (not shown) constituting a part of the motor.
  • the fixed portion 3 is provided with an irradiation unit 4, a light receiving unit 5, and a processing unit 6.
  • the irradiation unit 4, the light receiving unit 5, and the processing unit 6 are mounted as electronic components on the fixing unit 3 which is a wiring board.
  • the irradiation unit 4 and the light receiving unit 5 are mounted on, for example, a surface of the fixing unit 3 facing the rotating plate 2.
  • the irradiation unit 4 and the light receiving unit 5 may be integrated as a light source module.
  • the processing unit 6 is mounted on a surface of the fixing unit 3 opposite to the surface facing the rotating plate 2.
  • electronic components other than the irradiation unit 4, the light receiving unit 5, and the processing unit 6 may be mounted on the fixing unit 3.
  • the irradiation unit 4 is a light source that irradiates light toward the rotating plate 2. Specifically, the irradiation unit 4 irradiates the plurality of reflection structures 10 and the cord 20 with light. In this case, the irradiation unit 4 irradiates a part of the area of the rotating plate 2 with light. Therefore, the light emitted from the irradiation unit 4 irradiates a part of all the reflection structures 10.
  • the irradiation unit 4 is composed of, for example, a light emitting element such as an LED (Light Emitting Diode).
  • the light emitted from the irradiation unit 4 is visible light such as white light, but the light is not limited to this.
  • the light emitted from the irradiation unit 4 may be, for example, infrared light.
  • the encoder 1 has a light collecting member 4a that collects the light emitted from the irradiation unit 4 toward each of the plurality of reflection structures 10.
  • the light collecting member 4a is a convex lens.
  • the light collecting member 4a is provided, for example, on the emission surface of the irradiation unit 4.
  • the irradiation unit 4 and the light collecting member 4a may be configured as an integrated light source module. In this way, by using the light collecting member 4a, the light emitted from the irradiation unit 4 can be collected by the light collecting member 4a and irradiated to the reflection structure 10.
  • the position of the focal point of the light collecting member 4a is preferably on the light receiving surface of the light receiving unit 5 (light receiving element).
  • the light receiving unit 5 receives the light reflected by the plurality of reflection structures 10.
  • the light receiving unit 5 is composed of, for example, a light receiving element such as a PD (Photodiode).
  • the light receiving unit 5 has a plurality of light receiving elements. That is, the light reflected by the plurality of reflection structures 10 is received by the plurality of light receiving elements.
  • the plurality of light receiving elements are arranged in a row and mounted on the fixed portion 3, for example.
  • the plurality of light receiving elements may be integrated as a light receiving module.
  • the light receiving unit 5 receives the light reflected by the code 20.
  • the light receiving unit 5 has a light receiving element (first light receiving element) that receives the light reflected by the reflection structure 10 and a light receiving element (second light receiving element) that receives the light reflected by the code 20. You may.
  • the light receiving unit 5 does not have to be composed of a plurality of light receiving elements as long as each of the plurality of reflection structures 10 and the unit code pattern of the code 20 can be individually received.
  • the light receiving unit 5 may be configured by an image pickup element or the like having a light receiving surface capable of simultaneously receiving light reflected by a plurality of reflection structures 10.
  • the processing unit 6 shown in FIG. 2 is electrically connected to the light receiving unit 5.
  • the processing unit 6 calculates information regarding a change in the position of the rotating plate 2 based on the light receiving positions of the plurality of light receiving elements in the light receiving unit 5. For example, the processing unit 6 calculates the rotation angle, rotation speed, rotation position, rotation speed, and the like of the rotation plate 2 as information regarding the change in the position of the rotation plate 2.
  • the processing unit 6 is, for example, an IC (integrated circuit) package or the like.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the operation of the encoder 1 according to the first embodiment.
  • FIG. 4 only a part of the rotating plate 2 is shown.
  • eight light receiving elements 5a to 5h are shown as the light receiving unit 5.
  • the irradiation unit 4 irradiates the light ⁇ toward the rotating rotating plate 2
  • the light ⁇ emitted from the irradiation unit 4 is sequentially reflected by the plurality of reflection structures 10 arranged in the rotation direction and received by the light receiving unit 5.
  • the surface of the reflection structure 10a is a convex reflection surface, so that the rotating plate 2 rotates.
  • the relative position of the reflection structure 10a with respect to the irradiation unit 4 changes.
  • the light ⁇ emitted from the irradiation unit 4 and reaching the reflection structure 10a is reflected at a reflection angle according to the curvature of the reflection surface of the reflection structure 10a, and is sequentially reflected by the eight light receiving elements 5a to 5h of the light receiving unit 5. It will be incident.
  • the reflective structure is formed by the rotation of the rotating plate 2 as shown by the black block arrow in FIG. Even if the position of 10a is slightly changed, the position of the light ⁇ that is reflected by the reflection structure 10a and reaches the light receiving portion 5 can be greatly changed as shown by the white block arrow in FIG.
  • the change in the position of the reflected light received by the light receiving unit 5 can be changed in the range of several times to 100 times with respect to the change in the position of the reflection structure 10a (rotating plate 2).
  • the position of the reflective structure 10a (rotating plate 2) is changed by 10 ⁇ m
  • the position of the reflected light received by the light receiving unit 5 can be changed by about 0.49 mm.
  • the light ⁇ irradiated from the irradiation unit 4 and reflected by the reflection structure 10 is incident on only one light receiving element of the light receiving unit 5.
  • the light ⁇ emitted from the irradiation unit 4 is condensed by the light collecting member 4a, so that the light ⁇ reflected by the reflection structure 10 is applied to only one light receiving element of the light receiving unit 5. It is incident.
  • the light ⁇ received by the light receiving unit 5 (light receiving elements 5a to 5h) is input to the processing unit 6 as an electric signal.
  • the width of each of the plurality of reflection structures 10 is an integral multiple (1 times in the present embodiment) of the width of the unit code pattern of the code 20.
  • the processing unit 6 can calculate the rotation angle and the like of the rotating plate 2 based on the electric signal from the light receiving unit 5.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the operation of the light reflection type encoder 1X of the first comparative example.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining the operation of the light reflection type encoder 1Y of the second comparative example.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining the operation of the encoder 1 according to the first embodiment.
  • the encoder 1X which is a light-reflecting rotary encoder of the first comparative example
  • the light-reflecting unit 21X and the non-light-reflecting unit 22X rotate in a predetermined pattern as incrementals for generating an analog position signal. It is formed on the plate 2X.
  • the light reflection type encoder 1X of the first comparative example the light ⁇ emitted from the irradiation unit 4X is divided by the plurality of light reflection units 21X and incident on the light receiving unit 5X. Therefore, the light amount (light intensity) of the light ⁇ received by each light receiving element of the light receiving unit 5X is reduced according to the number of divisions of the plurality of light reflecting units 21X. For example, in the case of seven patterns as shown in FIG. 5, the amount of light ⁇ received by each light receiving element of the light receiving unit 5X is 1/7. That is, the detection sensitivity (S / N ratio) such as the angle of rotation is 1/7.
  • the light reflection type encoder 1Y of the second comparative example shown in FIG. 6 is used.
  • the sizes of the light reflecting portion 21Y and the non-light reflecting portion 22Y formed on the rotating plate 2Y are set to the light reflecting portion 21X and the non-light in the light reflecting type encoder 1X of the first comparative example shown in FIG. It needs to be halved for each size of the reflector 22X.
  • the light reflecting unit 21Y is emitted from the irradiation unit 4Y, reflected by the plurality of light reflecting units 21Y, and incident on the light receiving unit 5Y.
  • the amount of reflected light is further half that of the light-reflecting type encoder 1X of the first comparative example of FIG.
  • the amount of light ⁇ received by each light receiving element of the light receiving unit 5Y is 1/14. That is, the detection sensitivity (S / N ratio) such as the angle of rotation is 1/14.
  • the light emitted from the irradiation unit is divided by a plurality of light reflection units and received by the light receiving unit, so that the light reflection unit and the non-light reflection unit are received.
  • the finer the size the greater the number of divisions of the light emitted from the irradiation unit.
  • the amount of light received by the light receiving unit becomes small, and the detection sensitivity such as the rotation angle may deteriorate or the rotation angle may not be detected.
  • the miniaturized light reflection unit 21Y and non-light reflection unit 22Y are used as in the encoder 1Y which is the light reflection type rotary encoder of the second comparative example of FIG. 6, the light reflection unit 21Y and the non-light reflection unit 21Y and non-light reflection unit are used. Higher accuracy is required for the position or shape of the portion 22Y. That is, if the accuracy of the positions or shapes of the light reflecting portion 21Y and the non-light reflecting portion 22Y deteriorates, the detection accuracy of the rotation angle of the rotating plate 2 deteriorates. Moreover, in order to accurately form the miniaturized light reflecting portion 21Y, advanced manufacturing techniques may be required. That is, it is difficult to accurately form the miniaturized light reflecting portion 21Y.
  • an encoder 1 having the structures shown in FIGS. 1 to 4 has been obtained.
  • a plurality of reflective structures 10 each having a concave surface and a cord 20 including a light reflecting portion 21 are formed on the rotating plate 2.
  • the width of each of the plurality of reflection structures 10 is an integral multiple of the width of the light reflection unit 21 (unit code pattern).
  • the width of each of the plurality of reflection structures 10 is one times the width of the light reflection unit 21.
  • the displacement of the position of one reflection structure 10 due to the rotation of the rotating plate 2 can be converted by the reflection angle due to the convex reflection surface of the reflection structure 10, so that the amount of movement of one reflection structure 10 ( That is, the amount of movement of the rotating plate 2) can be expanded by the amount of the angle of the reflected light of the reflective structure 10.
  • the position of the reflection structure 10a is slightly changed by the rotation of the rotating plate 2
  • the position where the light ⁇ reflected by the reflection structure 10 reaches the light receiving portion 5 can be greatly changed.
  • the relative position of the rotating plate 2 with respect to the fixed portion 3 is detected not by the light receiving amount of the reflected light but by the light receiving position of the reflected light.
  • the light receiving unit 5 has a plurality of light receiving elements, and the rotation angle (position movement) of the rotating plate 2 is detected by the position of each light receiving element.
  • the light ⁇ emitted from the irradiation unit 4 toward the reflection structure 10 is not divided by the number of unit code patterns of the code 20, and is one light receiving element of the light receiving unit 5. All are incident on. Specifically, the light ⁇ emitted from the irradiation unit 4 is focused on one light receiving element by the light collecting member 4a.
  • the light ⁇ emitted from the irradiation unit 4 toward the reflection structure 10 is focused on the reflection curved surface of the reflection structure 10 of the rotating plate 2, so that the light is emitted from the irradiation unit 4.
  • the light ⁇ has a structure in which only one incident angle exists with respect to the unit code pattern of the code 20. Further, among the light ⁇ emitted from the irradiation unit 4, the light directly directed to the code 20 is reflected by the code 20 and directed to the light receiving unit 5. Therefore, the total amount of light emitted from the irradiation unit 4 can be received by the light receiving unit 5, and high angular resolution can be obtained, so that a large detection sensitivity (S / N ratio) can be obtained.
  • the code 20 has 11 patterns
  • high position resolution can be achieved without miniaturization, and the rotation angle and the like can be detected with high sensitivity.
  • the plurality of reflection structures 10 are provided over the entire circumference of the rotary plate 2 along the rotation direction of the rotary plate 2, and the code 20 is a plurality of reflection structures 10. They are installed side by side.
  • one irradiation unit 4 can irradiate a plurality of reflection structures 10 and cords 20 with light, and the light receiving unit 5 can efficiently receive the reflected light of the plurality of reflection structures 10 and cord 20.
  • each of the plurality of reflection structures 10 has a convex surface, but the present invention is not limited to this.
  • each of the plurality of reflective structures 10A may have a concave surface.
  • 8A and 8B are partially enlarged cross-sectional views of the encoder 1A according to the first modification of the first embodiment. Note that FIGS. 8A and 8B show parts corresponding to FIGS. 3A and 3B showing the configuration of the encoder 1.
  • the surface of each of the plurality of reflection structures 10A is a concave light reflection surface.
  • the surface of each reflective structure 10A is a downwardly convex cylindrical surface.
  • each of the plurality of reflective structures 10A has a recess 11A having a downwardly convex cylindrical surface and a light reflecting layer 12A formed on the surface of the recess 11A.
  • Each recess 11A of the plurality of reflective structures 10A is integral, but is not limited to this.
  • the light reflecting layer 12A of each of the plurality of reflecting structures 10A is integrated, but the present invention is not limited to this.
  • the materials of the concave portion 11A and the light reflecting layer 12A are the same as those of the convex portion 11 and the light reflecting layer 12 of the reflection structure 10 in the encoder 1.
  • the width (width in the column direction) of each of the plurality of reflection structures 10A is the light reflecting portion of the code 20 as in the encoder 1 shown in FIG. It is an integral multiple of the width of 21 (width in the column direction).
  • one reflective structure 10A arranged in the radial direction of the rotating plate 2, one light reflecting portion 21, and one non-light reflecting portion 22 each have the same width.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining the operation of the encoder 1A according to the first modification of the first embodiment.
  • FIG. 9 only a part of the rotating plate 2 is shown.
  • eight light receiving elements 5a to 5h are shown as the light receiving unit 5.
  • the irradiation unit 4 irradiates the light ⁇ toward the rotating rotating plate 2
  • the light ⁇ emitted from the irradiation unit 4 is sequentially reflected by the plurality of reflection structures 10A arranged in the rotation direction and is sequentially reflected by the light receiving unit 5.
  • Receive light At this time, as shown in FIG. 9, when focusing on the reflection structure 10Aa of one of the plurality of reflection structures 10A, the surface of the reflection structure 10Aa is a concave reflection surface, so that the rotating plate 2 rotates.
  • the light ⁇ emitted from the irradiation unit 4 and reaches the reflection structure 10Aa has a reflection angle corresponding to the curvature of the reflection surface of the reflection structure 10Aa. It reflects and sequentially incidents on the eight light receiving elements 5a to 5h of the light receiving unit 5.
  • the reflection structure 10Aa is formed by the rotation of the rotating plate 2 as shown by the black block arrow in FIG. Even if the position is slightly changed, the position of the light ⁇ that is reflected by the reflection structure 10Aa and reaches the light receiving portion 5 can be greatly changed as shown by the white block arrow in FIG.
  • each of the plurality of reflection structures 10A concave as in the encoder 1A in this modification, one light receiving light ⁇ emitted from the irradiation unit 4 is received without using the light collecting member 4a. It can be focused on the element. That is, the same effect as that of the encoder 1 can be obtained without using the light collecting member 4a.
  • the light collecting member 4a may be used in the encoder 1A in the present modification as in the above encoder 1.
  • the light ⁇ emitted from the irradiation unit 4 can be accurately focused on one light receiving element, so that the angle of rotation or the like can be detected with higher sensitivity.
  • FIG. 10 is an enlarged view showing an irradiation unit 4 and one reflection structure 10A in the encoder according to the first modification of the first embodiment.
  • FIG. 11 is an enlarged view showing the irradiation unit 4 and one reflection structure 10A in the encoder according to the second modification of the first embodiment.
  • the light collecting member 4a As shown in FIG. 10, even if the light collecting member 4a is used, the light emitted from the irradiation unit 4 and reflected by the reflection structure 10A cannot be collected by the light receiving unit 5 depending on various design parameters. There is.
  • a convex lens 8 condensing lens
  • the light emitted from the irradiation unit 4 and reflected by each reflection structure 10A can be efficiently collected by the light receiving unit 5, so that the light density in the light receiving unit 5 can be increased. Therefore, the detection sensitivity (S / N ratio) such as the angle of rotation can be further increased.
  • the convex lens 8 is not limited to the case where it is used for the encoder 1A having the concave reflection structure 10A, and may be applied to the encoder 1 of the first embodiment shown in FIGS. 1 to 3B. Further, the convex lens 8 may be applied to the following embodiment 2.
  • FIGS. 12A and 12B are partially enlarged cross-sectional views of the encoder 1B according to the second embodiment. Note that FIGS. 12A and 12B show parts corresponding to FIGS. 3A and 3B showing the configuration of the encoder 1 according to the first embodiment.
  • each of the plurality of reflection structures 10 is composed of the convex portion 11 and the light reflecting layer 12 formed on the convex portion 11, as shown in FIGS. 12A and 12B.
  • each of the plurality of reflection structures 10B is composed of a light reflection layer 12B and a convex lens 11B provided on the light reflection layer 12B. That is, in the present embodiment, the surface of each reflection structure 10B is not the light reflection surface but the surface of the convex lens 11B.
  • the light reflecting surface of each reflecting structure 10B is the surface of the light reflecting layer 12B, that is, the interface between the light reflecting layer 12B and the convex lens 11B.
  • the convex lens 11B is a semicircular column whose axis is the radial direction of the rotating plate 2. Therefore, the surface of the convex lens 11B is a cylindrical surface that is convex upward.
  • the convex lens 11B is made of a transparent material such as a transparent resin material or a transparent glass material.
  • the light reflecting layer 12B is a light reflecting film having the same light reflecting characteristics as the light reflecting layer 12 of the encoder 1 in the first embodiment and made of the same material and having a constant thickness.
  • the surface (light reflecting surface) of the light reflecting layer 12B is a flat surface.
  • each of the plurality of reflective structures 10B configured in this way is a cylindrical surface that is convex upward.
  • the convex lens 11B of each of the plurality of reflection structures 10B is integrated, but the present invention is not limited to this.
  • the light reflecting layer 12B of each of the plurality of reflecting structures 10B is integrated, but the present invention is not limited to this.
  • the materials of the convex lens 11B and the light reflecting layer 12B are the same as those of the convex portion 11 and the light reflecting layer 12 of the reflection structure 10 in the encoder 1 of the first embodiment.
  • the plurality of reflective structures 10B have a shape in which irregularities are repeated along the circumferential direction of the rotating plate 2 as a whole.
  • the width (width in the column direction) of each of the plurality of reflection structures 10B is the same as that of the encoder 1 of the first embodiment. It is an integral multiple of the width (width in the column direction) of the light reflecting portion 21.
  • one reflective structure 10B arranged in the radial direction of the rotating plate 2 one light reflecting portion 21 and one non-light reflecting portion 22 each have the same width.
  • the encoder 1B configured in this way operates in the same manner as the encoder 1 in the first embodiment shown in FIG. That is, even in the present embodiment, when the irradiation unit 4 irradiates the light ⁇ toward the rotating rotating plate 2, the light ⁇ emitted from the irradiation unit 4 is sequentially reflected by the plurality of reflection structures 10B arranged in the rotation direction. Light is received by the light receiving unit 5.
  • each of the plurality of reflection structures 10B is composed of the light reflection layer 12B and the convex lens 11B
  • the light ⁇ emitted from the irradiation unit 4 and incident on the reflection structure 10B is a convex lens. It passes through 11B, is reflected on the surface of the light reflecting layer 12B, passes through the convex lens 11B again, and is emitted to the outside.
  • the light incident on the convex lens 11B and the light emitted from the convex lens 11B are refracted and traveled on the outer surface of the convex lens 11B (the interface between the convex lens 11B and the air layer).
  • the light ⁇ emitted from the convex lens 11B is incident on the light receiving unit 5 as the reflected light from the reflection structure 10B.
  • the relative position of the reflection structure 10B with respect to the irradiation unit 4 changes due to the rotation of the rotating plate 2, the light emitted from the irradiation unit 4 and reaching the reflection structure 10B is emitted. Reflection is performed at a reflection angle corresponding to the curvature of the reflection surface of the reflection structure 10B, and the light is sequentially incident on a plurality of light receiving elements of the light receiving unit 5.
  • the reflection structure 10B is reflected only by a slight change in the position of the reflection structure 10B due to the rotation of the rotating plate 2.
  • the position of the light reflected by the structure 10B and reaching the light receiving unit 5 can be greatly changed.
  • the relative position of the rotating plate 2 with respect to the fixed portion 3 is detected not by the received amount of the reflected light but by the received position of the reflected light.
  • the light receiving unit 5 has a plurality of light receiving elements, and the rotation angle (position movement) of the rotating plate 2 is detected by the position of each light receiving element.
  • all the light emitted from the irradiation unit 4 is incident on the light receiving element of the light receiving unit 5 without being divided by the number of unit code patterns of the code 20.
  • the total amount of one light ray of the light ⁇ emitted from the irradiation unit 4 can be received by the light receiving unit 5, and high angular resolution can be obtained, so that a large detection sensitivity (S / N ratio) can be obtained. ..
  • each of the plurality of reflection structures 10B is composed of a light reflection layer 12B having a flat surface and a convex lens 11B, but the present invention is not limited to this.
  • each of the plurality of reflection structures 10C is composed of a light reflection layer 12C having a flat surface and a concave lens 11C provided on the light reflection layer 12C. It may have been done.
  • 13A and 13B are partially enlarged cross-sectional views of the encoder 1C according to the modified example of the second embodiment. Note that FIGS. 13A and 13B show parts corresponding to FIGS. 3A and 3B showing the configuration of the encoder 1.
  • each reflection structure 10C is the surface of the concave lens 11C.
  • the surface of the concave lens 11C is a cylindrical surface that is convex downward.
  • the concave lens 11C of each of the plurality of reflection structures 10C is integrated, but the present invention is not limited to this.
  • the material of the concave lens 11C is the same as that of the convex lens 11B of the reflection structure 10B in the encoder 1B described above.
  • the shape and material of the light reflecting layer 12C are the same as those of the light reflecting layer 12B of the reflecting structure 10B in the encoder 1B described above.
  • the width (width in the column direction) of each of the plurality of reflection structures 10C is the light reflecting portion 21 of the code 20 as in the above-mentioned encoder 1B. It is an integral multiple of the width (width in the column direction) of.
  • one reflective structure 10C arranged in the radial direction of the rotating plate 2 one light reflecting portion 21 and one non-light reflecting portion 22 each have the same width.
  • the encoder 1C configured in this way operates in the same manner as the encoder 1B in the second embodiment. That is, even in this modification, when the irradiation unit 4 irradiates the rotating rotating plate 2 with light, the light emitted from the irradiation unit 4 is sequentially reflected by the plurality of reflection structures 10C arranged in the rotation direction and is sequentially reflected by the light receiving unit 5. Receive light.
  • each of the plurality of reflection structures 10C is composed of the light reflection layer 12C and the concave lens 11C
  • the light emitted from the irradiation unit 4 and incident on the reflection structure 10C causes the concave lens 11C. It is transmitted, reflected on the surface of the light reflecting layer 12C, transmitted through the concave lens 11C again, and emitted to the outside.
  • the light incident on the concave lens 11C and the light emitted from the concave lens 11C are refracted on the outer surface of the concave lens 11C (the interface between the concave lens 11C and the air layer) and proceed.
  • the light emitted from the concave lens 11C is incident on the light receiving unit 5 as the reflected light from the reflection structure 10C.
  • the surface of each of the plurality of reflective structures 10C is concave, so that the position of the reflective structure 10C is only slightly changed by the rotation of the rotating plate 2, and the reflective structure 10C is used. It is possible to greatly change the position of the light that is reflected by and reaches the light receiving unit 5.
  • the light emitted from the irradiation unit 4 can be received by one light receiving element without using the light collecting member 4a. Can be focused on. That is, the same effect as that of the encoder 1B of the second embodiment can be obtained without using the light collecting member 4a.
  • the light collecting member 4a may be used in the encoder 1C in the present modification as in the encoder 1B of the second embodiment.
  • the light emitted from the irradiation unit 4 can be accurately focused on one light receiving element, so that the rotation angle and the like can be detected with higher sensitivity.
  • the irradiation unit 4 irradiates light at a light spot (light irradiation region) that straddles the reflection structures 10 to 10C and the code 20, but the present invention is not limited to this.
  • the irradiation unit 4 individually irradiates the reflection structure 10 and the code 20 with light so that the reflection structure 10 and the code 20 have separate light spots. May be good.
  • the irradiation unit 4 has, for example, a first light emitting element that irradiates the reflection structure 10 with light at the first spot SP1 and a second light emitting element that irradiates the code 20 with light at the second spot SP2. You may. In this way, the position resolution of the reflection structure 10 and the code 20 can be improved by irradiating the light so that the reflection structure 10 and the code 20 have different light spots.
  • the code 20 is not limited to, although the code 20 is formed by forming one or more light reflecting portions 21 and one or more non-light reflecting portions 22 in a row.
  • the code 20A in the code 20A, one or more light reflecting portions 21 and one or more non-light reflecting portions 22 may be formed in a plurality of rows (three rows in FIG. 15). In this case, as shown in FIG.
  • the irradiation unit 4 may irradiate light with a light spot SP that straddles the reflection structure 10 and the unit code pattern of a plurality of rows of the code 20A, but the reflection structure 10 Light may be individually irradiated to the unit code pattern of a plurality of rows of the code 20A.
  • a Gray code or the like can be used as the code 20A in a plurality of columns. Further, in the present specification, the method of designating the absolute position by using an M code, a Gray code, or the like has been described, but other methods may be used.
  • the rotary encoder has been described as an example, but the present invention is not limited to this.
  • the technique of the present disclosure can also be applied to a linear encoder.
  • a substrate that moves linearly is used instead of the rotating plate 2, and the reflective structure 10 and the cord 20 are formed on this substrate.
  • the code 20 is composed of the light reflecting unit 21 and the non-light reflecting unit 22, but is not limited to this.
  • the code 20 may be composed of a light transmitting portion that transmits light and a non-light transmitting portion that does not transmit light.
  • the width of each of the plurality of reflection structures 10 is an integral multiple (for example, 1) of the width of the light transmitting portion or the width of the non-light transmitting portion in the code 20.
  • the encoder may or may not have a power supply circuit, a battery, or the like. If the encoder does not have a battery, the encoder may be a batteryless encoder having a power generation element.
  • the encoder according to the present disclosure is useful for devices and devices that rotate or move linearly, such as motors.

Landscapes

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Abstract

微細化しなくても高位置分解能化することができ、高い感度で回転角等を検出することができるエンコーダを提供する。エンコーダは、繰り返して形成された複数の反射構造（１０）と、光反射部（２１）を含むコード（２０）とを有する回転板（２）と、複数の反射構造（１０）に光を照射する照射部（４）と、複数の反射構造（１０）で反射した光を受光する受光部（５）と、を備え、複数の反射構造（１０）の各々は、凸状の表面を有し、複数の反射構造（１０）の各々の幅は、光反射部（２１）の幅の整数倍である。

Description

エンコーダ
　本開示は、エンコーダに関し、特に、光学式のエンコーダに関する。
　工作機械又はロボット等に組み込まれるサーボモータでは、サーボモータの回転角度を検出するためにエンコーダが用いられている。エンコーダとしては、機械式エンコーダ、磁気式のエンコーダ及び光学式のエンコーダ等が知られている。また、エンコーダには、回転角等の回転変位を検出する回転型のエンコーダ（ロータリーエンコーダ）だけではなく、直線変位を検出する直進型のエンコーダ（リニアエンコーダ）も知られている。
　これらのエンコーダには、変位を絶対値として検出するアブソリュート型のエンコーダと、変位を相対値として検出するインクリメンタル型のエンコーダがある。例えば、ロータリーエンコーダでは、絶対角度を検出するアブソリュート型のエンコーダと、相対角度を検出するインクリメンタル型のエンコーダがある。
　従来、アブソリュート型又はインクリメンタル型の光学式のロータリーエンコーダとして、光透過型のエンコーダが知られている（例えば、特許文献１）。光透過型のロータリーエンコーダでは、スリット等からなる複数の光透過部が所定のパターンで設けられた回転板に光を照射し、その光透過部を透過した光を受光することで、回転するモータ等の回転角を検出している。
特開２００４－２５１７７２号公報
　近年、エンコーダの小型化及び高位置分解能化の要求により、光反射型のエンコーダが検討されている。従来、光反射型のロータリーエンコーダとして、光反射部（光反射領域）と非光反射部とが所定のパターンで形成された回転板を有するものが知られている。
　このような構成の光反射型のロータリーエンコーダを微細化によって高位置分解能化する場合、例えば２倍の位置精度を得ようとするには、回転板に形成された光反射部及び非光反射部の各々のサイズ（回転方向に沿ったサイズ）を半分にすることが考えられる。
　しかしながら、光反射部及び非光反射部の各々のサイズを半分にすると、受光素子で受光する反射光の光量が半分になってしまう。この結果、回転角の検出感度（Ｓ／Ｎ比）が悪くなったり回転角を検出できない場合が生じたりする。
　また、光反射部及び非光反射部を微細化すると、光反射部及び非光反射部の位置又は形状について、より高い精度が要求される。このため、光反射部及び非光反射部を微細化するには限界がある。しかも、微細化した光反射部を精度よく形成するには、高度な製造技術が必要になることもある。
　本開示は、このような課題を解決するためになされたものであり、微細化しなくても高位置分解能化することができ、高い感度で回転角等を検出することができるエンコーダを提供することを目的とする。
　上記目的を達成するために、本開示に係るエンコーダの一態様は、基板と、照射部と、受光部と、を備える。基板は、回転する又は直線的に移動する。また、基板は、繰り返して形成された複数の反射構造と、光反射部又は光透過部を含むコードとを有する。照射部は、複数の反射構造に光を照射する。受光部は、複数の反射構造で反射した光を受光する。複数の反射構造の各々は、凸状又は凹状の表面を有する。複数の反射構造の各々の幅は、光反射部又は光透過部の幅の整数倍である。
　本開示に係るエンコーダは、微細化しなくても高位置分解能化することができ、高い感度で回転角等を検出することができる。
実施の形態１に係るエンコーダにおける回転板の上面図である。 図１のII－II線を通り紙面に垂直な面で切ったエンコーダの断面図である。 図１のIIIA－IIIA線を通り紙面に垂直な面で切ったエンコーダの部分拡大断面図である。 図１のIIIB-IIIB線を通り紙面に垂直な面で切ったエンコーダの部分拡大断面図である。 実施の形態１に係るエンコーダの動作を説明するための図である。 第一比較例の光反射型のエンコーダの動作を説明するための図である。 第二比較例の光反射型のエンコーダの動作を説明するための図である。 実施の形態１に係るエンコーダの動作を説明するための図である。 実施の形態１の第一変形例に係るエンコーダの部分拡大断面図である。 実施の形態１の第一変形例に係るエンコーダの部分拡大断面図である。 実施の形態１の第一変形例に係るエンコーダの動作を説明するための図である。 実施の形態１の第一変形例に係るエンコーダにおける照射部と１つの反射構造とを拡大して示す図である。 実施の形態１の第二変形例に係るエンコーダにおける照射部と１つの反射構造とを拡大して示す図である。 実施の形態２に係るエンコーダの部分拡大断面図である。 実施の形態２に係るエンコーダの部分拡大断面図である。 実施の形態２の変形例に係るエンコーダの部分拡大断面図である。 実施の形態２の変形例に係るエンコーダの部分拡大断面図である。 一変形例に係るエンコーダの構成を示す図である。 別の変形例に係るエンコーダの構成を示す図である。
　以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本開示の一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される、数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態等は、一例であって本開示を限定する主旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本開示の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
　なお、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。したがって、各図において縮尺などは必ずしも一致していない。また、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。
　（実施の形態１）
　まず、実施の形態１に係るエンコーダ１の構成について、図１、図２、図３Ａ及び図３Ｂを用いて説明する。
　図１は、実施の形態１に係るエンコーダ１における回転板２の上面図である。図２は、エンコーダ１の、図１のII－II線を通り紙面に垂直な面で切った断面図である。図３Ａは、図１のIIIA－IIIA線を通り紙面に垂直な面で切ったエンコーダ１の部分拡大図である。図３Ｂは、図１のIIIB-IIIB線を通り紙面に垂直な面で切ったエンコーダ１の部分拡大図である。なお、図１では、コード２０の非光反射部２２を分かりやすくするために、便宜的に非光反射部２２にハッチングを施している。
　図１及び図２に示されるエンコーダ１は、光学式のロータリーエンコーダである。本実施の形態におけるエンコーダ１は、反射型のロータリーエンコーダである。エンコーダ１は、例えば、サーボモータ等のモータと組み合わせて用いられる。この場合、エンコーダ１は、例えばモータの回転軸の回転角又は回転数等を検出する。
　図１及び図２に示すように、本実施の形態に係るエンコーダ１は、回転板２と、固定部３と、照射部４と、受光部５と、処理部６とを備える。
　回転板２は、回転する基板である。回転板２の回転方向は、時計回り及び反時計回りの両方であるが、これに限らない。例えば、回転板２の回転方向は、時計回り及び反時計回りのいずれか一方のみであってもよい。また、回転板２は、例えば金属製であるが、樹脂製、ガラス製又はセラミック製等であってもよい。また、回転板２は、一例として、円形平板状である。
　図２に示すように、回転板２の中央部には、回転軸７が取り付けられている。この回転軸７が回転することで、回転板２は、回転軸７を回転中心として回転する。回転軸７の回転動作は、回転する機器の回転動作に同期している。回転軸７は、例えばサーボモータ等のモータの回転軸そのものである。
　図１に示すように、回転板２は、繰り返して形成された複数の反射構造１０を有する。複数の反射構造１０は、照射部４から出射する光を反射する光反射体であり、所定の第１パターンで形成されている。複数の反射構造１０は、回転板２の周方向に沿って一列に設けられている。図２に示すように、複数の反射構造１０は、回転板２の固定部３に対向する主面に設けられている。
　図１に示すように、複数の反射構造１０は、回転板２の全周にわたって設けられている。また、複数の反射構造１０は、回転板２の径方向の最端部に形成されている。したがって、複数の反射構造１０は、回転板２の最外周トラックに形成されている。
　複数の反射構造１０の各々は、同一形状及び同一サイズである。また、複数の反射構造１０の全てにおいて、隣り合う２つの反射構造１０の間隔は、全て同じになっている。つまり、複数の反射構造１０は、回転板２の全周において等間隔（同一ピッチ）で形成されている。
　図３Ａ及び図３Ｂに示すように、本実施の形態において、複数の反射構造１０の各々は、凸状の表面を有する。一例として、各反射構造１０の断面形状は、半円形である。具体的には、各反射構造１０は、回転板２の径方向を軸心とする半円柱状である。したがって、各反射構造１０の表面（光反射面）は、上に向かって凸状のシリンドリカル面になっている。このように、複数の反射構造１０は、全体として、回転板２の周方向に沿って凹凸が繰り返す形状になっている。なお、各反射構造１０の表面は、シリンドリカル面ではなく、半球状の球面であってもよいが、反射構造１０からの反射光を精度よく検出するには、シリンドリカル面である方がよい。
　図３Ａ及び図３Ｂに示すように、複数の反射構造１０の各々は、凸部１１と、凸部１１の上に形成された光反射層１２とを有する。本実施の形態において、光反射層１２は、凸部１１の表面に形成されており、反射構造１０の最上層になっている。したがって、各反射構造１０の表面は、光反射層１２の表面である。
　各反射構造１０において、凸部１１は、回転板２の径方向を軸心とする半円柱状である。凸部１１は、例えば樹脂材料によって構成されている。凸部１１は、透明樹脂材料等の光透過樹脂材料、及び不透明樹脂材料のいずれであってもよい。凸部１１は、マイクロレンズアレイと同様の方法で作製することができる。なお、凸部１１の材質は、樹脂材料に限るものではなく、金属材料等によって構成されていてもよい。
　光反射層１２は、例えば、照射部４から出射する光に対して高反射率の光反射特性を有する光反射膜である。光反射層１２の表面（光反射面）は、上に向かって凸状のシリンドリカル面になっている。光反射層１２は、スパッタ又は蒸着等によって形成することができる。一例として、光反射層１２は、金属材料によって構成された金属膜である。この場合、金属膜は、単体の金属によって構成されていてもよいし、合金によって構成されていてもよい。光反射層１２は、厚さが一定の光反射膜である。
　なお、光反射層１２は、１つの光反射膜からなる単層膜であるが、これに限らない。例えば、光反射層１２は、複数の光反射膜が積層された積層膜であってもよい。また、光反射層１２は、金属膜に限らない。例えば、光反射層１２は、樹脂材料によって構成された樹脂膜、又は酸化膜等であってもよい。光反射層１２が樹脂膜である場合、光反射層１２は、例えば白色樹脂によって構成された白色樹脂膜である。この場合、白色樹脂膜は、塗布法によって形成することができる。また、光反射層１２が酸化膜である場合、光反射層１２は、例えば誘電体多層膜である。
　本実施の形態において、複数の反射構造１０は、一体に形成されている。具体的には、複数の凸部１１は、全て一体に形成されており、回転板２の周方向に沿って凹凸が繰り返す一つの凹凸構造体である。同様に、複数の光反射層１２は、全て一体となって厚さが一定の連続する一つの光反射膜として、複数の反射構造１０からなる凹凸構造体の上に形成されている。
　図１に示すように、回転板２は、１つ以上の光反射部２１を含むコード２０を有する。コード２０は、回転板２の回転位置を検出するための位置検出用コードである。本実施の形態において、コード２０は、所定のビット数のＭコード（Ｍ系列コード）である。なお、コード２０は、Ｍコードに限るものではなく、グレイコード、２進コード又はＢＣＤ（Binary-Coded Decimal）コード等であってもよい。
　コード２０における光反射部２１は、照射部４から出射する光を反射する光反射体である。本実施の形態において、コード２０は、さらに、照射部４から出射する光を反射しない非光反射部２２を有する。非光反射部２２は、例えば、光を吸収する光吸収体である。コード２０は、複数の光反射部２１と複数の非光反射部２２とによって構成されている。具体的には、コード２０は、５つの光反射部２１と６つの非光反射部２２とによって構成されている。
　コード２０は、回転板２の固定部３と対向する主面に所定の第２パターンで設けられている。具体的には、コード２０を構成する光反射部２１と非光反射部２２とが、回転板２の固定部３側の主面に所定の順序及び所定の数で設けられている。
　コード２０は、回転板２の周方向に沿って設けられている。具体的には、コード２０を構成する複数の光反射部２１と複数の非光反射部２２とは、回転板２の周方向に沿って一列に設けられている。光反射部２１及び非光反射部２２の各々はコード２０の単位コードパターン（単領域）であって、回転板２の位置を検出する際に受光部５が読み取るための最小単位である。
　本実施の形態において、コード２０は、回転板２の一部の領域に設けられている。具体的には、コード２０は、複数の反射構造１０と並んで設けられている。つまり、光反射部２１と非光反射部２２とは、複数の反射構造１０と並んで設けられている。また、コード２０は、複数の反射構造１０の内側に設けられている。具体的には、コード２０は、回転板２の最外周から２番目のトラックに形成されている。
　複数の光反射部２１の各々は、同一形状及び同一サイズである。また、複数の非光反射部２２の各々は、同一形状及び同一サイズである。さらに、１つの光反射部２１と１つの非光反射部２２とは、同一形状及び同一サイズである。また、コード２０を構成する全ての光反射部２１と全ての非光反射部２２において、隣り合う２つの光反射部２１の間隔、隣り合う２つの非光反射部２２の間隔、及び、隣り合う光反射部２１と非光反射部２２との間隔は、全て同じになっている。つまり、コード２０を構成する光反射部２１及び非光反射部２２は、全て等間隔（同一ピッチ）で形成されている。
　光反射部２１及び非光反射部２２の各々は、例えば、表面が平坦な薄膜によって構成されている。光反射部２１の厚さと非光反射部２２の厚さとは同じであるが、これに限らない。
　光反射部２１は、例えば、高反射率の光反射性を有する光反射膜であり、スパッタ又は蒸着等によって形成することができる。一例として、光反射部２１は、金属材料によって構成された金属膜である。この場合、金属膜は、単体の金属によって構成されていてもよいし、合金によって構成されていてもよい。
　なお、光反射部２１は、単層に限らず、複数の光反射膜が積層された積層膜であってもよい。また、光反射部２１は、金属膜に限らず、反射構造１０の光反射層１２と同様に、樹脂材料によって構成された樹脂膜、又は酸化膜等であってもよい。
　非光反射部２２は、例えば、光を吸収する光吸収膜である。光吸収膜としては、例えば黒色の樹脂膜を用いることができるが、これに限るものではない。
　図１及び図３Ｂに示すように、複数の反射構造１０の各々の幅（列方向の幅）は、コード２０の光反射部２１の幅（列方向の幅）の整数倍になっている。本実施の形態において、複数の反射構造１０の各々と光反射部２１とは一対一に対応しており、複数の反射構造１０の各々の幅は、光反射部２１の幅の１倍になっている。具体的には、回転板２の径方向に並ぶ１つの反射構造１０と１つの光反射部２１とが同じ幅になっている。なお、ここで「幅」とは、列方向（回転板２の円周に沿う方向）に沿った、角度を単位とする幅のことである。同様に、回転板２の径方向に並ぶ１つの反射構造１０と１つの非光反射部２２とについても、互いに同じ幅になっている。このように、本実施の形態におけるエンコーダ１では、１つの反射構造１０とコード２０の１つの単位コードパターンとが一対一に対応しており、１つの反射構造１０とコード２０の単位コードパターンとが同じ幅になっている。
　なお、複数の反射構造１０の各々の幅の上限は、コード２０の単位コードパターンの合計数（最大数）である。例えば、本実施の形態では、コード２０の単位コードパターンの数が１４であるので、複数の反射構造１０の各々の幅の上限は、コード２０の単位コードパターンの１４個を合計した値となる。
　本実施の形態におけるエンコーダ１では、複数の反射構造１０で反射した光とコード２０で反射した光とを用いることで、回転板２の回転角等を算出することができる。この場合、コード２０を構成する全ての光反射部２１と全ての非光反射部２２とを用いなくてもよい。例えば、コード２０が７ビットのＭコードである場合、光反射部２１と非光反射部２２とを合計で７つ用いることで（つまり、７つの単位コードパターンを用いることで）、回転板２の回転角等を算出することができる。
　図１及び図２に示すように、回転板２に対向して固定部３が配置されている。固定部３は、回転板２が回転しても回転しない部材である。本実施の形態において、固定部３は、円形平板状の基板である。固定部３は、例えばＦＲ－４（Flame Retardant Type 4）等の配線基板であり、回転板２と所定の距離を離した位置で回転板２と平行に配置される。この場合、固定部３は、固定部３の中心が回転軸７の軸心と一致するように配置されているとよい。固定部３は、例えばエンコーダ１又はモータの一部を構成するケース（不図示）に固定される。
　固定部３には、照射部４、受光部５及び処理部６が設けられている。例えば、照射部４、受光部５及び処理部６は、電子部品として、配線基板である固定部３に実装される。照射部４及び受光部５は、例えば、固定部３の回転板２に対向する面に実装される。この場合、照射部４及び受光部５は、光源モジュールとして一体になっていてもよい。また、処理部６は、固定部３の回転板２に対向する面とは反対側の面に実装される。なお、固定部３には、照射部４、受光部５及び処理部６以外の電子部品等が実装されていてもよい。
　照射部４は、回転板２に向けて光を照射する光源である。具体的には、照射部４は、複数の反射構造１０とコード２０とに光を照射する。この場合、照射部４は、回転板２の一部の領域に光を照射する。したがって、照射部４から出射した光は、全ての反射構造１０のうちの一部に照射される。照射部４は、例えば、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ　Ｅｍｉｔｔｉｎｇ　Ｄｉｏｄｅ）等の発光素子によって構成されている。照射部４から照射される光は、白色光等の可視光であるが、これに限らない。照射部４から照射される光は、例えば、赤外光であってもよい。
　図３Ａ及び図３Ｂに示すように、本実施の形態において、エンコーダ１は、照射部４から出射した光を複数の反射構造１０の各々に向けて集光させる集光部材４ａを有する。一例として、集光部材４ａは、凸レンズである。集光部材４ａは、例えば、照射部４の出射面に設けられる。この場合、照射部４と集光部材４ａとは一体の光源モジュールとして構成されていてもよい。このように、集光部材４ａを用いることで、照射部４から出射する光を集光部材４ａによって集光させて反射構造１０に照射させることができる。なお、集光部材４ａの焦点の位置は、受光部５（受光素子）の受光面にあるとよい。
　受光部５は、複数の反射構造１０で反射した光を受光する。受光部５は、例えば、ＰＤ（Ｐｈｏｔｏ　Ｄｉｏｄｅ）等の受光素子によって構成されている。本実施の形態において、受光部５は、複数の受光素子を有する。つまり、複数の反射構造１０で反射した光は、複数の受光素子によって受光される。複数の受光素子は、例えば、一列に配列されて固定部３に実装されている。複数の受光素子は、受光モジュールとして一体になっていてもよい。
　また、受光部５は、コード２０で反射した光を受光する。この場合、受光部５は、反射構造１０で反射した光を受光する受光素子（第１受光素子）と、コード２０で反射した光を受光する受光素子（第２受光素子）とを有していてもよい。
　なお、受光部５は、複数の反射構造１０の各々とコード２０の単位コードパターンとを個別に受光することができれば、複数の受光素子によって構成されていなくてもよい。例えば、受光部５は、複数の反射構造１０で反射した光を同時に受光できる受光面を有する撮像素子等によって構成されていてもよい。
　図２に示される処理部６は、受光部５に電気的に接続されている。処理部６は、受光部５における複数の受光素子の受光位置に基づいて回転板２の位置の変化に関する情報を算出する。例えば、処理部６は、回転板２の位置の変化に関する情報として、回転板２の回転角、回転数、回転位置及び回転速度等を算出する。処理部６は、例えば、ＩＣ（集積回路）パッケージ等である。
　次に、本実施の形態に係るエンコーダ１の動作について、図４を用いて説明する。図４は、実施の形態１に係るエンコーダ１の動作を説明するための図である。なお、図４において、回転板２は、一部のみが示されている。また、図４では、受光部５として、８つの受光素子５ａ～５ｈが図示されている。
　回転する回転板２に向けて照射部４が光αを照射すると、照射部４から出射した光αは、回転方向に並ぶ複数の反射構造１０で順次反射して受光部５に受光する。このとき、図４に示すように、複数の反射構造１０のうちの１つの反射構造１０ａに注目すると、反射構造１０ａの表面が凸状の反射面になっているので、回転板２が回転することで照射部４に対する反射構造１０ａの相対的な位置が変わっていく。すると、照射部４から出射して反射構造１０ａに到達した光αは、反射構造１０ａの反射面の曲率に応じた反射角度で反射して、受光部５の８つの受光素子５ａ～５ｈに順次入射していく。
　具体的には、図４の黒ブロック矢印で示されるように回転板２が回転して反射構造１０ａの位置が図４の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の順に移動していくと、反射構造１０ａで反射して受光部５に入射する光αの位置は、図４の白ブロック矢印で示されるように移動していく。つまり、照射部４から出射して反射構造１０ａで反射した光αは、反射構造１０ａが図４の（ａ）の位置では受光素子５ｂに入射し、反射構造１０ａが図４の（ｂ）の位置では受光素子５ｄに入射し、反射構造１０ａが図４の（ｃ）の位置では受光素子５ｆに入射する。
　このように、本実施の形態におけるエンコーダ１では、複数の反射構造１０の各々の表面が凸状になっているので、図４の黒ブロック矢印で示されるように回転板２の回転により反射構造１０ａの位置が少し変化しただけで、図４の白ブロック矢印で示されるように反射構造１０ａで反射して受光部５に到達する光αの位置を大きく変化させることができる。例えば、反射構造１０ａ（回転板２）の位置の変化に対して、受光部５で受光する反射光の位置の変化は、数倍から1００倍程度の範囲で変化させることができる。一例として、反射構造１０ａ（回転板２）の位置を１０μｍ変化させたときに、受光部５で受光する反射光の位置を約０．４９ｍｍ変化させることができる。
　しかも、本実施の形態におけるエンコーダ１では、照射部４から照射されて反射構造１０で反射した光αを受光部５の１つの受光素子のみに入射させている。具体的には、本実施の形態では、集光部材４ａによって照射部４から出射した光αを集光させることで、反射構造１０で反射した光αを受光部５の１つの受光素子のみに入射させている。
　そして、受光部５（受光素子５ａ～５ｈ）で受光された光αは、電気信号として処理部６に入力される。このとき、本実施の形態におけるエンコーダ１では、複数の反射構造１０の各々の幅がコード２０の単位コードパターンの幅の整数倍（本実施の形態では１倍）になっている。これにより、処理部６は、受光部５からの電気信号に基づいて回転板２の回転角等を算出することができる。
　次に、図５、図６、図７を用いて、本実施の形態に係るエンコーダ１の効果について、比較例のエンコーダ１Ｘ及び１Ｙと比較しながら説明する。図５は、第一比較例の光反射型のエンコーダ１Ｘの動作を説明するための図である。図６は、第二比較例の光反射型のエンコーダ１Ｙの動作を説明するための図である。図７は、実施の形態１に係るエンコーダ１の動作を説明するための図である。
　図５に示すように、第一比較例の光反射型のロータリーエンコーダであるエンコーダ１Ｘでは、アナログ位置信号を生成するインクリメンタリとして光反射部２１Ｘと非光反射部２２Ｘとが所定のパターンで回転板２Ｘに形成されている。この第一比較例の光反射型のエンコーダ１Ｘでは、照射部４Ｘから出射した光αが複数の光反射部２１Ｘで分割されて受光部５Ｘに入射している。このため、受光部５Ｘの各受光素子で受光する光αの光量（光強度）は、複数の光反射部２１Ｘの分割数に応じて減量することになる。例えば、図５のように７個のパターンである場合、受光部５Ｘの各受光素子で受光する光αの光量は、１／７となる。つまり、回転角等の検出感度（Ｓ／Ｎ比）は、１／７となる。
　近年、エンコーダの小型化及び高位置分解能化の要求により、光反射型のエンコーダが検討されている。ここで、図５に示される構造の光反射型のエンコーダ１Ｘを微細化によって高位置分解能化しようとする場合、回転板２Ｘに形成された各々の光反射部２１Ｘ及び各々の非光反射部２２Ｘのサイズを小さくすることが考えられる。
　例えば、図５に示される第一比較例の光反射型のエンコーダ１Ｘに対して２倍の位置精度を得ようとする場合、図６に示される第二比較例の光反射型のエンコーダ１Ｙのように、回転板２Ｙに形成された光反射部２１Ｙ及び非光反射部２２Ｙの各々のサイズを、図５に示される第一比較例の光反射型のエンコーダ１Ｘにおける光反射部２１Ｘ及び非光反射部２２Ｘの各々のサイズに対して半分にする必要がある。
　しかしながら、図６に示すように、サイズが半分になった光反射部２１Ｙ及び非光反射部２２Ｙでは、照射部４Ｙから出射して複数の光反射部２１Ｙで反射して受光部５Ｙに入射する反射光の光量は、図５の第一比較例の光反射型のエンコーダ１Ｘのさらに半分になってしまう。例えば、図６では、１４個のパターンであるので、受光部５Ｙの各受光素子で受光する光αの光量は、１／１４となる。つまり、回転角等の検出感度（Ｓ／Ｎ比）は、１／１４となる。
　このように、これまでの光反射型のロータリーエンコーダの構造では、照射部から出射した光を複数の光反射部で分割して受光部に受光させているので、光反射部及び非光反射部を微細化すればするほど、照射部から出射した光の分割数が多くなる。この結果、受光部で受光する光の光量が小さくなってしまい、回転角等の検出感度が悪くなったり回転角を検出できない場合が生じたりする。
　しかも、図６の第二比較例の光反射型のロータリーエンコーダであるエンコーダ１Ｙのように微細化した光反射部２１Ｙ及び非光反射部２２Ｙを用いる場合には、光反射部２１Ｙ及び非光反射部２２Ｙの位置又は形状について、より高い精度が要求されることになる。つまり、光反射部２１Ｙ及び非光反射部２２Ｙの位置又は形状の精度が悪くなると、回転板２の回転角の検出精度が低下してしまう。しかも、微細化した光反射部２１Ｙを精度よく形成するには、高度な製造技術が必要になることもある。つまり、微細化した光反射部２１Ｙを精度よく形成することは難しい。
　このような課題に対して、本願発明者らが鋭意検討した結果、図１～図４に示される構造のエンコーダ１を得るに至った。具体的には、本実施の形態に係るエンコーダ１では、図７に示すように、各々が凹状の表面を有する複数の反射構造１０と光反射部２１を含むコード２０とが回転板２に形成されており、さらに、複数の反射構造１０の各々の幅が光反射部２１（単位コードパターン）の幅の整数倍になっている。具体的には、複数の反射構造１０の各々の幅は、光反射部２１の幅の１倍になっている。
　この構成により、回転板２の回転による１つの反射構造１０の位置の変位を、反射構造１０の凸状の反射面による反射角度で変換することができるので、１つの反射構造１０の移動量（つまり回転板２の移動量）を反射構造１０の反射光の角度量分だけ拡大させることができる。これにより、回転板２の回転により反射構造１０ａの位置が少し変化しただけで、反射構造１０で反射する光αが受光部５に到達する位置を大きく変化させることができる。このように、本実施の形態では、反射光の受光量ではなく、反射光の受光位置によって固定部３に対する回転板２の相対的な位置を検出している。具体的には、本実施の形態では、受光部５は複数の受光素子を有しており、各受光素子の位置によって回転板２の回転角（位置移動）を検出している。
　しかも、本実施の形態におけるエンコーダ１では、照射部４から出射した光αのうち反射構造１０に向かう光をコード２０の単位コードパターンの数で分割されることなく受光部５の１つの受光素子に全て入射される。具体的には、照射部４から出射した光αを集光部材４ａによって１つの受光素子に集光させている。
　このように、本実施の形態では、照射部４から出射した光αのうち反射構造１０に向かう光が回転板２の反射構造１０の反射曲面に集光されるので、照射部４から出射した光αについて、コード２０の単位コードパターンに対して入射角が１つしか存在しない構造になっている。また、照射部４から出射した光αのうちコード２０に直接向かう光はコード２０にて反射されて受光部５へ向かう。したがって、照射部４から出射した光の全光量を受光部５で受光することができるとともに高い角度分解能を得ることができるので、大きな検出感度（Ｓ／Ｎ比）を得ることができる。例えば、コード２０が図５のように７個のパターンである場合、受光部５の各受光素子で受光する光の光量は、７／７となる。つまり、回転角等の検出感度（Ｓ／Ｎ比）は、７／７＝１となる。また、コード２０が図６のように１４個のパターンである場合、受光部５の各受光素子で受光する光の光量は、１４／１４となる。つまり、回転角等の検出感度（Ｓ／Ｎ比）は、１４／１４＝１となる。また、図１に示されるように、コード２０が１１個のパターンである場合、受光部５の各受光素子で受光する光の光量は、１１／１１となる。つまり、回転角等の検出感度は、１１／１１＝１となる。
　以上説明したように、本実施の形態に係るエンコーダ１によれば、微細化しなくても高位置分解能化することができ、高い感度で回転角等を検出することができる。
　また、本実施の形態に係るエンコーダ１において、複数の反射構造１０は、回転板２の回転方向に沿って回転板２の全周にわたって設けられており、コード２０は、複数の反射構造１０と並んで設けられている。
　この構成により、精度よく回転角等を検出することができる。また、１つの照射部４で複数の反射構造１０及びコード２０に光を照射することができるとともに、複数の反射構造１０及びコード２０の反射光を受光部５で効率良く受光することができる。
　（実施の形態１の第一変形例）
　なお、図１～図４に示されるエンコーダ１では、複数の反射構造１０の各々は、凸状の表面を有していたが、これに限らない。
　例えば、図８Ａ及び図８Ｂに示されるエンコーダ１Ａのように、複数の反射構造１０Ａの各々は、凹状の表面を有していてもよい。図８Ａ及び図８Ｂは、実施の形態１の第一変形例に係るエンコーダ１Ａの部分拡大断面図である。なお、図８Ａ及び図８Ｂは、上記のエンコーダ１の構成を示す図３Ａ及び図３Ｂに対応する部分を示している。
　図８Ａ及び図８Ｂに示すように、本変形例に係るエンコーダ１Ａでは、複数の反射構造１０Ａの各々の表面が凹状の光反射面になっている。一例として、各反射構造１０Ａの表面は、下に向かって凸状のシリンドリカル面になっている。
　具体的には、複数の反射構造１０Ａの各々は、下に向かって凸状のシリンドリカル面を有する凹部１１Ａと、凹部１１Ａの表面に形成された光反射層１２Ａとを有する。複数の反射構造１０Ａの各々の凹部１１Ａは一体であるが、これに限らない。また、複数の反射構造１０Ａの各々の光反射層１２Ａは一体であるが、これに限らない。また、凹部１１Ａ及び光反射層１２Ａの材料は、上記のエンコーダ１における反射構造１０の凸部１１及び光反射層１２と同様である。
　エンコーダ１Ａにおいて、これら以外の構成は、上記のエンコーダ１の構成と同様である。したがって、図８Ｂに示すように、本変形例におけるエンコーダ１Ａでは、図３に示すエンコーダ１と同様に、複数の反射構造１０Ａの各々の幅（列方向の幅）は、コード２０の光反射部２１の幅（列方向の幅）の整数倍になっている。具体的には、回転板２の径方向に並ぶ１つの反射構造１０Ａと１つの光反射部２１及び１つの非光反射部２２の各々とが同じ幅になっている。
　このように構成されるエンコーダ１Ａは、図９に示されるように動作する。図９は、実施の形態１の第一変形例に係るエンコーダ１Ａの動作を説明するための図である。なお、図９において、回転板２は、一部のみが示されている。また、図９では、受光部５として、８つの受光素子５ａ～５ｈが図示されている。
　本変形例でも、回転する回転板２に向けて照射部４が光αを照射すると、照射部４から出射した光αは、回転方向に並ぶ複数の反射構造１０Ａで順次反射して受光部５に受光する。このとき、図９に示すように、複数の反射構造１０Ａのうちの１つの反射構造１０Ａａに注目すると、反射構造１０Ａａの表面が凹状の反射面になっているので、回転板２が回転することで照射部４に対する反射構造１０Ａａの相対的な位置が変わっていくと、照射部４から出射して反射構造１０Ａａに到達した光αは、反射構造１０Ａａの反射面の曲率に応じた反射角度で反射して、受光部５の８つの受光素子５ａ～５ｈに順次入射していく。
　具体的には、図９の黒ブロック矢印で示されるように回転板２が回転して反射構造１０Ａａの位置が図９の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の順に移動していくと、反射構造１０Ａａで反射して受光部５に入射する光αの位置は、図９の白ブロック矢印で示されるように移動していく。つまり、照射部４から出射して反射構造１０Ａａで反射した光αは、反射構造１０Ａａが図９の（ａ）の位置では受光素子５ｆに入射し、反射構造１０Ａａが図９の（ｂ）の位置では受光素子５ｄに入射し、反射構造１０Ａａが図９の（ｃ）の位置では受光素子５ｂに入射する。
　このように、本変形例におけるエンコーダ１Ａでは、複数の反射構造１０Ａの各々の表面が凹状になっているので、図９の黒ブロック矢印で示されるように回転板２の回転により反射構造１０Ａａの位置が少し変化しただけで、図９の白ブロック矢印で示されるように反射構造１０Ａａで反射して受光部５に到達する光αの位置を大きく変化させることができる。
　しかも、本変形例におけるエンコーダ１Ａでも、照射部４から出射した光αをコード２０の単位コードパターンの数で分割することなく受光部５の１つの受光素子に全て入射させている。これにより、照射部４から出射した光の全光量を受光部５で受光することができるので、大きな検出感度（Ｓ／Ｎ比）を得ることができる。
　したがって、本変形例に係るエンコーダ１Ａでも、上記のエンコーダ１と同様に、微細化しなくても高位置分解能化することができ、高い感度で回転角等を検出することができる。
　しかも、本変形例におけるエンコーダ１Ａのように、複数の反射構造１０Ａの各々の表面を凹状にすることで、集光部材４ａを用いなくても、照射部４から出射した光αを１つの受光素子に集光させることができる。つまり、集光部材４ａを用いなくても、上記のエンコーダ１と同様の効果を得ることができる。
　なお、図８Ａ及び図８Ｂに示すように、本変形例におけるエンコーダ１Ａにおいても、上記のエンコーダ１と同様に、集光部材４ａを用いてもよい。これにより、照射部４から出射した光αを１つの受光素子に精度よく集光させることができるので、より高い感度で回転角等を検出することができる。
　（実施の形態１の第二変形例）
　図１０は、実施の形態１の第一変形例に係るエンコーダにおける照射部４と１つの反射構造１０Ａとを拡大して示す図である。図１１は、実施の形態１の第二変形例に係るエンコーダにおける照射部４と１つの反射構造１０Ａとを拡大して示す図である。
　図１０に示すように、集光部材４ａを用いたとしても、種々の設計パラメータによっては、照射部４から出射して反射構造１０Ａで反射した光を受光部５で集光させることができない場合がある。
　そこで、図１１に示すように、反射構造１０Ａで反射した光を受光部５に向けて集光させる凸レンズ８（集光レンズ）を配置するとよい。これにより、照射部４から出射して各反射構造１０Ａで反射した光を受光部５で効率良く集光させることができるので、受光部５での光密度を高めることができる。したがって、回転角等の検出感度（Ｓ／Ｎ比）をより高くすることができる。
　なお、凸レンズ８は、凹状の反射構造１０Ａを有するエンコーダ１Ａに用いる場合に限らず、図１～図３Ｂに示される実施の形態１のエンコーダ１に適用してもよい。また、凸レンズ８は、以下の実施の形態２に適用してもよい。
　（実施の形態２）
　次に、実施の形態２に係るエンコーダ１Ｂについて、図１２Ａ及び図１２Ｂを用いて説明する。図１２Ａ及び図１２Ｂは、実施の形態２に係るエンコーダ１Ｂの部分拡大断面図である。なお、図１２Ａ及び図１２Ｂは、上記実施の形態１に係るエンコーダ１の構成を示す図３Ａ及び図３Ｂに対応する部分を示している。
　上記実施の形態１におけるエンコーダ１では、複数の反射構造１０の各々は、凸部１１と凸部１１の上に形成された光反射層１２とによって構成されていたが、図１２Ａ及び図１２Ｂに示すように、本実施の形態におけるエンコーダ１Ｂでは、複数の反射構造１０Ｂの各々は、光反射層１２Ｂと、光反射層１２Ｂの上に設けられた凸レンズ１１Ｂとによって構成されている。つまり、本実施の形態において、各反射構造１０Ｂの表面は、光反射面ではなく、凸レンズ１１Ｂの表面になっている。なお、各反射構造１０Ｂの光反射面は、光反射層１２Ｂの表面、つまり光反射層１２Ｂと凸レンズ１１Ｂとの界面である。
　凸レンズ１１Ｂは、回転板２の径方向を軸心とする半円柱状である。したがって、凸レンズ１１Ｂの表面は、上に向かって凸状のシリンドリカル面になっている。凸レンズ１１Ｂは、例えば透明樹脂材料又は透明ガラス材料等の透明材料によって構成されている。
　光反射層１２Ｂは、上記実施の形態１におけるエンコーダ１の光反射層１２と同様の光反射特性及び同様の材料によって構成された厚さが一定の光反射膜である。なお、本実施の形態において、光反射層１２Ｂの表面（光反射面）は、平坦面である。
　このように構成された複数の反射構造１０Ｂの各々の表面は、上に向かって凸状のシリンドリカル面になっている。なお、複数の反射構造１０Ｂの各々の凸レンズ１１Ｂは一体であるが、これに限らない。また、複数の反射構造１０Ｂの各々の光反射層１２Ｂは一体であるが、これに限らない。また、凸レンズ１１Ｂ及び光反射層１２Ｂの材料は、上記実施の形態１のエンコーダ１における反射構造１０の凸部１１及び光反射層１２とそれぞれ同様である。そして、本実施の形態においても、複数の反射構造１０Ｂは、全体として、回転板２の周方向に沿って凹凸が繰り返す形状になっている。
　なお、エンコーダ１Ｂにおいて、これら以外の構成は、上記実施の形態１のエンコーダ１の構成と同様である。したがって、図１２Ｂに示すように、本実施の形態におけるエンコーダ１Ｂでは、上記実施の形態１におけるエンコーダ１と同様に、複数の反射構造１０Ｂの各々の幅（列方向の幅）は、コード２０の光反射部２１の幅（列方向の幅）の整数倍になっている。具体的には、本実施の形態でも、回転板２の径方向に並ぶ１つの反射構造１０Ｂと１つの光反射部２１及び１つの非光反射部２２の各々とが同じ幅になっている。
　このように構成されるエンコーダ１Ｂは、図４に示される上記実施の形態１におけるエンコーダ１と同様に動作する。つまり、本実施の形態でも、回転する回転板２に向けて照射部４が光αを照射すると、照射部４から出射した光αは、回転方向に並ぶ複数の反射構造１０Ｂで順次反射して受光部５に受光する。
　この場合、本実施の形態では、複数の反射構造１０Ｂの各々が光反射層１２Ｂと凸レンズ１１Ｂとによって構成されているので、照射部４から出射して反射構造１０Ｂに入射した光αは、凸レンズ１１Ｂを透過して光反射層１２Ｂの表面で反射して再び凸レンズ１１Ｂを透過して外部に出射する。このとき、凸レンズ１１Ｂに入射する光及び凸レンズ１１Ｂから出射する光は、凸レンズ１１Ｂの外表面（凸レンズ１１Ｂと空気層との界面）において屈折して進行する。凸レンズ１１Ｂから出射した光αについては、反射構造１０Ｂからの反射光として受光部５に入射する。
　そして、本実施の形態でも、回転板２が回転することで照射部４に対する反射構造１０Ｂの相対的な位置が変わっていくと、照射部４から出射して反射構造１０Ｂに到達した光は、反射構造１０Ｂの反射面の曲率に応じた反射角度で反射して、受光部５の複数の受光素子に順次入射していく。
　このように、本実施の形態におけるエンコーダ１Ｂでも、複数の反射構造１０Ｂの各々の表面が凸状になっているので、回転板２の回転により反射構造１０Ｂの位置が少し変化しただけで、反射構造１０Ｂで反射して受光部５に到達する光の位置を大きく変化させることができる。このように、本実施の形態でも、反射光の受光量ではなく、反射光の受光位置によって固定部３に対する回転板２の相対的な位置を検出している。具体的には、本実施の形態でも、受光部５は複数の受光素子を有しており、各受光素子の位置によって回転板２の回転角（位置移動）を検出している。
　しかも、本実施の形態におけるエンコーダ１Ｂでも、照射部４から出射した光をコード２０の単位コードパターンの数で分割することなく受光部５の受光素子に全て入射させている。これにより、照射部４から出射した光αの１つの光線の全光量を受光部５で受光できるとともに高い角度分解能を得ることができるので、大きな検出感度（Ｓ／Ｎ比）を得ることができる。
　したがって、本実施の形態に係るエンコーダ１Ｂでも、上記実施の形態１におけるエンコーダ１と同様に、微細化しなくても高位置分解能化することができ、高い感度で回転角等を検出することができる。
　（実施の形態２の変形例）
　なお、図１２Ａ及び図１２Ｂに示されるエンコーダ１Ｂでは、複数の反射構造１０Ｂの各々は、表面が平坦な光反射層１２Ｂと凸レンズ１１Ｂとによって構成されていたが、これに限らない。
　例えば、図１３Ａ及び図１３Ｂに示されるエンコーダ１Ｃのように、複数の反射構造１０Ｃの各々は、表面が平坦な光反射層１２Ｃと、光反射層１２Ｃの上に設けられた凹レンズ１１Ｃとによって構成されていてもよい。図１３Ａ及び図１３Ｂは、実施の形態２の変形例に係るエンコーダ１Ｃの部分拡大断面図である。なお、図１３Ａ及び図１３Ｂは、上記のエンコーダ１の構成を示す図３Ａ及び図３Ｂに対応する部分を示している。
　図１３Ａ及び図１３Ｂに示されるエンコーダ１Ｃでは、各々の反射構造１０Ｃの表面は、凹レンズ１１Ｃの表面になっている。具体的には、凹レンズ１１Ｃの表面は、下に向かって凸状のシリンドリカル面になっている。なお、複数の反射構造１０Ｃの各々の凹レンズ１１Ｃは一体であるが、これに限らない。また、凹レンズ１１Ｃの材料は、上記のエンコーダ１Ｂにおける反射構造１０Ｂの凸レンズ１１Ｂと同様である。また、光反射層１２Ｃの形状及び材料は、上記のエンコーダ１Ｂにおける反射構造１０Ｂの光反射層１２Ｂと同じである。
　エンコーダ１Ｃにおいて、これら以外の構成は、上記のエンコーダ１Ｂの構成と同様である。したがって、図１３Ｂに示すように、本実施の形態におけるエンコーダ１Ｃでは、上記のエンコーダ１Ｂと同様に、複数の反射構造１０Ｃの各々の幅（列方向の幅）は、コード２０の光反射部２１の幅（列方向の幅）の整数倍になっている。具体的には、本実施の形態でも、回転板２の径方向に並ぶ１つの反射構造１０Ｃと１つの光反射部２１及び１つの非光反射部２２の各々とが同じ幅になっている。
　このように構成されるエンコーダ１Ｃは、上記実施の形態２におけるエンコーダ１Ｂと同様に動作する。つまり、本変形例でも、回転する回転板２に向けて照射部４が光を照射すると、照射部４から出射した光は、回転方向に並ぶ複数の反射構造１０Ｃで順次反射して受光部５に受光する。
　この場合、本変形例では、複数の反射構造１０Ｃの各々が光反射層１２Ｃと凹レンズ１１Ｃとによって構成されているので、照射部４から出射して反射構造１０Ｃに入射した光は、凹レンズ１１Ｃを透過して光反射層１２Ｃの表面で反射して再び凹レンズ１１Ｃを透過して外部に出射する。このとき、凹レンズ１１Ｃに入射する光及び凹レンズ１１Ｃから出射する光は、凹レンズ１１Ｃの外表面（凹レンズ１１Ｃと空気層との界面）において屈折して進行する。凹レンズ１１Ｃから出射した光については、反射構造１０Ｃからの反射光として受光部５に入射する。
　そして、本変形例でも、回転板２が回転することで照射部４に対する反射構造１０Ｃの相対的な位置が変わっていくと、照射部４から出射して反射構造１０Ｃに到達した光は、反射構造１０Ｃの反射面の曲率に応じた反射角度で反射して、受光部５の複数の受光素子に順次入射していく。
　このように、本変形例におけるエンコーダ１Ｃでも、複数の反射構造１０Ｃの各々の表面が凹状になっているので、回転板２の回転により反射構造１０Ｃの位置が少し変化しただけで、反射構造１０Ｃで反射して受光部５に到達する光の位置を大きく変化させることができる。
　しかも、本変形例におけるエンコーダ１Ｃでも、照射部４から出射した光をコード２０の単位コードパターンの数で分割することなく受光部５の受光素子に全て入射させている。これにより、照射部４から出射した光の１つの光線の全光量を受光部５で受光できるとともに高い角度分解能を得ることができるので、大きな検出感度（Ｓ／Ｎ比）を得ることができる。
　したがって、本変形例に係るエンコーダ１Ｃでも、上記実施の形態１におけるエンコーダ１と同様に、微細化しなくても高位置分解能化することができ、高い感度で回転角等を検出することができる。
　しかも、本変形例におけるエンコーダ１Ｃのように、複数の反射構造１０Ｃの各々の表面を凹状にすることで、集光部材４ａを用いなくても、照射部４から出射した光を１つの受光素子に集光させることができる。つまり、集光部材４ａを用いなくても、上記実施の形態２のエンコーダ１Ｂと同様の効果を得ることができる。
　なお、図１３Ａ及び図１３Ｂに示すように、本変形例におけるエンコーダ１Ｃにおいても、上記実施の形態２のエンコーダ１Ｂと同様に、集光部材４ａを用いてもよい。これにより、照射部４から出射した光を１つの受光素子に精度よく集光させることができるので、より高い感度で回転角等を検出することができる。
　（変形例）
　以上、本開示に係るエンコーダについて、実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、上記実施の形態に限定されるものではない。
　例えば、上記実施の形態１、２では、照射部４は、反射構造１０～１０Ｃとコード２０とにまたがるような光スポット（光照射領域）で光を照射したが、これに限らない。具体的には、図１４に示すように、照射部４は、反射構造１０とコード２０とに別々の光スポットとなるように、反射構造１０とコード２０とにそれぞれ個別に光を照射してもよい。この場合、照射部４は、例えば、第１スポットＳＰ１で反射構造１０に光を照射する第１発光素子と、第２スポットＳＰ２でコード２０に光を照射する第２発光素子とを有していてもよい。このように、反射構造１０とコード２０とで別々の光スポットとなるように光を照射することで、反射構造１０及びコード２０の位置分解能を高めることができる。
　また、上記実施の形態１、２において、コード２０は、１つ以上の光反射部２１と１つ以上の非光反射部２２とが一列で形成されていたが、これに限らない。例えば、図１５に示すように、コード２０Ａは、１つ以上の光反射部２１と１つ以上の非光反射部２２とが複数列（図１５では３列）で形成されていてもよい。この場合、照射部４は、図１５に示すように、反射構造１０とコード２０Ａの複数列の単位コードパターンとにまたがるような光スポットＳＰで光を照射してもよいが、反射構造１０とコード２０Ａの複数列の単位コードパターンとに個別に光を照射してもよい。なお、複数列のコード２０Ａとしては、グレイコード等を用いることができる。また、本明細書では、Ｍコードやグレイコード等を用いて絶対位置を指定する方法で説明したが、その他の方法であってもよい。
　また、上記実施の形態１、２では、ロータリーエンコーダを例にとって説明したが、これに限らない。本開示の技術は、リニアエンコーダにも適用することができる。この場合、回転板２ではなく、直線的に移動する基板が用いられ、この基板に、反射構造１０及びコード２０が形成される。
　また、上記実施の形態１、２において、コード２０は、光反射部２１と非光反射部２２とによって構成されていたが、これに限らない。例えば、コード２０は、光を透過する光透過部と光を透過しない非光透過部とによって構成されていてもよい。この場合、複数の反射構造１０の各々の幅は、コード２０における光透過部の幅又は非光透過部の幅の整数倍（例えば１倍）である。
　また、上記実施の形態１、２において、エンコーダは、電源回路又はバッテリー等を有していてもよいし、バッテリーを有していなくてもよい。なお、バッテリーを有していない場合、エンコーダは、発電素子を有するバッテリーレスエンコーダであってもよい。
　なお、その他、上記の各実施の形態に対して当業者が思い付く各種変形を施して得られる形態や、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本開示に含まれる。
　本開示に係るエンコーダは、モータ等の回転又は直線移動する機器や装置等に有用である。
　１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｘ、１Ｙ　エンコーダ
　２、２Ｘ、２Ｙ　回転板
　３　固定部
　４、４Ｘ、４Ｙ　照射部
　４ａ　集光部材
　５、５Ｘ、５Ｙ　受光部
　５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆ、５ｇ、５ｈ　受光素子
　６　処理部
　７　回転軸
　８　凸レンズ
　１０、１０ａ、１０Ａ、１０Ａａ、１０Ｂ、１０Ｃ　反射構造
　１１　凸部
　１１Ａ　凹部
　１１Ｂ　凸レンズ
　１１Ｃ　凹レンズ
　１２、１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ　光反射層
　２０、２０Ａ　コード
　２１、２１Ｘ、２１Ｙ　光反射部
　２２、２２Ｘ、２２Ｙ　非光反射部
　α　光

Claims (14)

  1. 　回転する又は直線的に移動する基板であって、繰り返して形成された複数の反射構造と、光反射部又は光透過部を含むコードとを有する基板と、
    　前記複数の反射構造に光を照射する照射部と、
    　前記複数の反射構造で反射した光を受光する受光部と、を備え、
    　前記複数の反射構造の各々は、凸状又は凹状の表面を有し、
    　前記複数の反射構造の各々の幅は、前記光反射部又は前記光透過部の幅の整数倍である、
    　エンコーダ。
  2. 　前記複数の反射構造の各々の幅は、前記光反射部又は前記光透過部の幅の１倍である、
    　請求項１に記載のエンコーダ。
  3. 　前記表面は、凸状又は凹状の光反射面である、
    　請求項１又は２に記載のエンコーダ。
  4. 　前記複数の反射構造の各々は、光反射層と、前記光反射層の上に設けられた凸レンズ又は凹レンズであり、
    　前記表面は、前記凸レンズ又は前記凹レンズの表面である、
    　請求項１又は２に記載のエンコーダ。
  5. 　前記照射部から出射した光を前記複数の反射構造の各々に向けて集光させる集光部材をさらに有する、
    　請求項１～４のいずれか１項に記載のエンコーダ。
  6. 　前記集光部材は、凸レンズである、
    　請求項５に記載のエンコーダ。
  7. 　前記複数の反射構造で反射した光を前記受光部に向けて集光させるレンズをさらに備える、
    　請求項１～６のいずれか１項に記載のエンコーダ。
  8. 　前記受光部は、複数の受光素子を有する、
    　請求項１～７のいずれか１項に記載のエンコーダ。
  9. 　前記受光部に接続された処理部をさらに備え、
    　前記処理部は、前記複数の受光素子の受光位置に基づいて前記基板の位置の変化に関する情報を算出する、
    　請求項８に記載のエンコーダ。
  10. 　前記コードは、Ｍコードである、
    　請求項１～９のいずれか１項に記載のエンコーダ。
  11. 　前記基板は、回転板である、
    　請求項１～１０のいずれか１項に記載のエンコーダ。
  12. 　前記コードは、前記回転板の周方向に沿って設けられている、
    　請求項１１に記載のエンコーダ。
  13. 　前記複数の反射構造は、前記回転板の回転方向に沿って前記回転板の全周にわたって設けられており、
    　　前記コードは、前記複数の反射構造と並んで設けられている
    　　請求項１２に記載のエンコーダ。
  14. 　　前記コードは、前記複数の反射構造からみて前記回転板の中心に近い位置に設けられている、
    　　請求項１２又は１３に記載のエンコーダ。
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