(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１領域及び第２領域を通過する移動坂と、該移動板の一面側で第１領域に対面配置した光源と、該移動板の一面側で第２領域に対面配置した受光素子と、該移動板の他面側で第１領域と第２領域の間に介在する投影手段とを備えた光学式エンコーダであって、
前記移動板は周方向にスリットを配列して回転変位する円盤であり、該スリットは該第１領域及び第２領域を結ぶ移動方向に沿って一定のピッチで配列され、
前記光源は第１領域を通過するスリットを照明してスリット物像を形成し、
前記投影手段は第１領域に照らし出された該スリット物像を反転したスリット実像に等倍変換して第２領域に投影する等倍反転光学系からなり、第１領域に対面するコリメータレンズと、第２領域に対面する結像レンズと、両レンズ間の光路を折り曲げて像回転を行う互いに直角を成す２枚のミラーとを含み、
前記受光素子は第２領域を通過するスリットをマスクとして反対方向に移動する該スリット実像を受光し該円盤の回転変位を検出し、
前記コリメータレンズ及び結像レンズの光軸の夫々と、該円盤の回転中心と各光軸が円盤に交わる交点を結ぶ各直線とが夫々直交するように、前記投影手段が該円盤の径方向に対して傾いて配されていることを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項２】
前記投影手段は、互いに直角を成す２枚のミラーを構成する全反射面と、該コリメータレンズが配された入射面と、該結像レンズが配された出射面とを備えた一体化プリズムであることを特徴とする請求項１記載の光学式エンコーダ。
【請求項３】
前記コリメータレンズと前記結像レンズは１枚のコリメータ／結像レンズで兼用され、該入射面と該出射面を兼ねた入出射面に配されていることを特徴とする請求項２記載の光学式エンコーダ。
【請求項４】
前記円盤は一定のピッチで配列したスリットの列に沿って一対の平行トラックを有し一方のトラックに属するスリットの部分は他方のトラックに属するスリットの部分に対し１／８ピッチだけ空間位相が実効的にずれていると共に、前記受光素子は一対の平行トラックに対応して一対の受光領域を備えており該円盤の回転変位量に加え変位方向の検出を行なうことを特徴とする請求項１記載の光学式エンコーダ。
【請求項５】
前記円盤は一定のピッチで配列したスリットの列からなる主トラックに加え第１領域と第２領域の距離に対応した間隔で配置した一対の基準スリットパタンからなる副トラックを有し、前記受光素子は主トラックと副トラックに夫々割り当てられた受光領域を有し該円盤の回転変位に加えその基準位置を検出することを特徴とする請求項１記載の光学式エンコーダ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は発光素子と受光素子とスリットを有する移動板とからなる光学式エンコーダに関する。より詳しくは、光学的な手段を用いてエンコーダの小型化及びエンコーダ出力の高分解能化を図る技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１０は、従来の光学式エンコーダの一例を示す模式的な斜視図である。回転変位する円盤からなる移動板１０１には、その周方向に沿って所定のピッチ（周期）でスリット１０２が形成されている。移動板１０１の一面側には光源となる発光素子１０３が固定配置されている。発光素子１０３と移動板１０１の間にはレンズ１０４が介在しており、光源からの発散光を平行光に変換する。尚、レンズ１０４は必ずしも必要なものではない。移動板１０１の他面側には固定マスク１０５を介して受光素子１０６が配置されている。この構造では、発光素子１０３と受光素子１０６が対面配置し、両者の間に移動板１０１と固定マスク１０５が介在している。発光素子１０３と受光素子１０６が移動板１０１を境にして両側に分かれている為、光軸方向のコンパクト化に限界がある。発光素子１０３から放射した光源光は回転変位するスリット１０２と固定マスク１０５とにより断続的に透過／遮断され、受光素子１０６の受光量が周期的に変化する。受光素子１０６はこの受光量変化に応じて電気信号を出力し移動板１０１の変位を検出している。この構成では、スリット１０２と固定マスク１０５の間隔を小さくし、光源光を平行ビームにしないと、高分解能な出力は得られない。この方式では、スリット１０２の配列ピッチを精々１００μｍ程度にまで微細化するのが限界であった。
【０００３】
以上の欠点を改良した光学式エンコーダが特開平８−１８４４６５号公報に開示されており、図１１にその概要を示す。図示するように、この光学式エンコーダは移動板１とＬＥＤ等の発光素子からなる光源２とフォトトランジスタアレイ等からなる受光素子３と投影手段４とを備えている。図示の例では、移動板１は回転変位する円盤からなり、第１領域Ａ及び第２領域Ｂを通過するように組み込まれている。光源２は移動板１の下面側で第１領域Ａに対面配置している。受光素子３も移動板１の下面側で第２領域Ｂに対面配置している。投影手段４は移動板１の上面側で第１領域Ａと第２領域Ｂの間に介在している。移動板１は第１領域Ａ及び第２領域Ｂを結ぶ移動方向（周方向）に沿って一定のピッチＰで配列したスリット５を有する。光源２は第１領域Ａを通過するスリット５を照明してスリット物像を形成する。投影手段４は第１領域Ａに照し出されたスリット物像を反転したスリット実像に等倍変換して第２領域Ｂに投影する。受光素子３は第２領域Ｂを通過するスリット５をマスクとして、反対方向に移動する該スリット実像を受光し、移動板１の回転変位を検出する。
【０００４】
図１２は、図１１に示した光学式エンコーダの側面形状を表わしている。光源２と受光素子３は移動板１の同一面側に配され、投影手段４は移動板１の反対面側に配されている。これにより、光学式エンコーダの実装構造をコンパクト化できる。投影手段４は第１領域Ａに対面する対物レンズ６ａと第２領域Ｂに対面する結像レンズ７ｂとを含み、等倍反転光学系を構成する。この投影手段４は、更に台形プリズム８０を含んでおり、対物レンズ６ａ及び結像レンズ７ｂと共に一体成形されている。対物レンズ６ａは台形プリズム８０の入射面に配され、結像レンズ７ｂは台形プリズム８０の出射面に配されている。
【０００５】
光源２は移動板１に形成されたスリット５を照射し、第１領域Ａにスリット物像９を照し出す。このスリット物像９は対物レンズ６ａを介して台形プリズム８０の第１全反射面（ミラー）Ｍａにより反射され、光路の中間に位置する焦平面１１に結像する。この結像は台形プリズム８０の第２全反射面Ｍｂにより反射され結像レンズ７ｂを介して第２領域Ｂにスリット実像１３を投影する。対物レンズ６ａと結像レンズ７ｂは台形プリズム８０を介して光学的には同一の光軸１４上にあり、その中間点に焦平面１１を持つ等倍反転光学系である。受光素子３は移動板１に形成されたスリット５そのものをマスクとして、このスリット実像１３を受光する。この時、スリット実像１３は対物レンズ６ａにより一度結像されている為、台形プリズム８０の中間に位置する焦平面１１に関しスリット物像９と面対称となる。従って、スリット実像１３は第２領域Ｂにおいてスリット５そのものと裏向きに重なる。又、スリット実像１３の移動方向はスリット５そのものの移動方向に対し反対方向となる。従って、受光素子３に入射する光量はスリット実像１３に対しスリット５自身がマスクとなる為、移動板１の回転変位に伴って周期的に増減する。しかも、スリット５のピッチＰの半分でスリット５自身とスリット実像１３が相対的に反対方向に動く為、結局スリットピッチの２倍の分解能のエンコーダ出力が得られる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図１３に示すように、上述した光学構成では対物レンズ６ａの光軸１４ａが２回の全反射で結像レンズ７ｂの光軸１４ｂと重なる。この光学系は中間の焦平面１１を対称面とする対称構造を有している。この結果、第１領域Ａに照し出された物像Ｒは２回の結像を繰り返した後裏向きになって第２領域Ｂに投影され、物像Ｒを移動方向に沿ってひっくり返した実像が得られる。図１４は、図１３に示した構造の模式的な幾何光学図である。前述したように、この従来例では全光路長の間に２回結像を行なう為、対物レンズ６ａや結像レンズ７ｂのパワーを大きくしなければならない。その結果レンズの曲率半径を小さくしなければならず、収差が大きくなり有効径も小さくなるので実像が暗くなってしまう。又、全反射面への光線が収束しているので入射角の小さい部分が発生し、全反射させるには台形プリズム８０の光学材料を高屈折率にしなければならず、特殊で高価なガラス材料を用いる必要が生じる。これらの欠点を回避する為には、移動板１と対物レンズ６ａとの距離を大きくしてパワーを弱めればよい。しかしながら、こうすると対物レンズ６ａに入射する光束の立体角が小さくなり、やはり実像が暗くなってしまうという悪循環が発生する。
【０００７】
図１５は、対物レンズ６ａに代えてパワーを弱めたコリメータレンズ６を用いた場合の幾何光学図である。入射側にコリメータレンズ６を用いると、台形プリズム８０内ではほぼ平行光になっている為、図１４に比べて入射角の小さい部分が発生し難い。しかしながら、このままでは像反転が行なわれない。そこで、本発明は図１５に示した幾何光学系を採用しつつ像反転の可能な光学式エンコーダを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述した本発明の目的を達成する為に以下の手段を講じた。即ち、本発明にかかる光学式エンコーダは基本的な構成として、第１領域及び第２領域を通過する移動坂と、該移動板の一面側で第１領域に対面配置した光源と、該移動板の一面側で第２領域に対面配置した受光素子と、該移動板の他面側で第１領域と第２領域の間に介在する投影手段とを備えている。前記移動板は周方向にスリットを配列して回転変位する円盤であり、該スリットは該第１領域及び第２領域を結ぶ移動方向に沿って一定のピッチで配列している。前記光源は第１領域を通過するスリットを照明してスリット物像を形成する。前記投影手段は第１領域に照らし出された該スリット物像を反転したスリット実像に等倍変換して第２領域に投影する等倍反転光学系からなる。この光学系は第１領域に対面するコリメータレンズと、第２領域に対面する結像レンズと、両レンズ間の光路を折り曲げて像回転を行う互いに直角を成す２枚のミラーとを含む。前記受光素子は第２領域を通過するスリットをマスクとして反対方向に移動する該スリット実像を受光し該円盤の回転変位を検出する。前記コリメータレンズ及び結像レンズの光軸の夫々と、該円盤の回転中心と各光軸が円盤に交わる交点を結ぶ各直線とが夫々直交するように、前記投影手段が該円盤の径方向に対して傾いて配されている。
具体的には、前記投影手段は、互いに直角を成す２枚のミラーを構成する全反射面と、該コリメータレンズが配された入射面と、該結像レンズが配された出射面とを備えた一体化プリズムである。或いは、前記コリメータレンズと前記結像レンズは１枚のコリメータ／結像レンズで兼用され、該入射面と該出射面を兼ねた入出射面に配されたものであってもよい。
【０００９】
本発明の一態様によれば、前記円盤は一定のピッチで配列したスリットの列に沿って一対の平行トラックを有している。一方のトラックに属するスリットの部分は他方のトラックに属するスリットの部分に対し１／８ピッチだけ空間位相が実効的にずれている。これに応じて、前記受光素子は一対の平行トラックに対応して一対の受光領域を備えており、該円盤の回転変位量に加え変位方向の検出を可能にしている。他の態様によれば、前記円盤は一定のピッチで配列したスリットの列からなる主トラックに加え、第１領域と第２領域の距離に対応した間隔で配置した一対の基準スリットパタンからなる副トラックを有している。これに応じて、前記受光素子は主トラックと副トラックに夫々割り当てられた受光領域を有し、該円盤の回転変位に加えその基準位置を検出可能にしている。
【００１０】
本発明では、受光素子と光源を構成する発光素子とは移動板に対して同一面側に配置されている。受光素子と発光素子を光学的に接続する投影手段は移動板の反対面側に配置されている。従って、極めてコンパクトな光学式エンコーダの実装構造が可能になる。投影手段は等倍反転光学系からなり、発光素子によって照明されたスリット物像を反転したスリット実像に等倍変換して受光素子側に投影する。受光素子はスリットをマスクとして反対方向に移動するスリット実像を受光することにより、移動板の変位を検出する。移動板に形成されたスリット自体をマスクとして用いる為、固定マスク等を別部品として設ける必要がない。スリットそのものとスリット実像は互いに反対方向に移動する為、実効的なスリットピッチが１／２となり、図１０に示した従来例に比較し２倍の分解能が達成できる。特に、等倍反転光学系は第１領域に対面するコリメータレンズと第２領域に対面する結像レンズと両レンズ間の光路を折り曲げて像回転を行なう互いに直角を成す２枚のミラーとを含んでいる。本光学系は倍率が１であると共に、例えばプリズムの互いに直角を成す２枚の全反射面を組み合わせて光路を折り曲げ像反転を実現している。コリメータレンズとミラーを組み合わせた構成である為、光源光の利用効率が高く高出力化が図れると共に、収差が少ない為高精度化が可能である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の最良な実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明にかかる光学式エンコーダの第１実施形態を示す模式的な斜視図である。図示するように、光学式エンコーダは移動板１とＬＥＤ等の発光素子からなる光源２とフォトトランジスタアレイ等からなる受光素子３と投影手段４とを備えている。本例では移動板１は回転変位する円盤からなり、第１領域Ａ及び第２領域Ｂを通過するように組み込まれている。光源２は移動板１の下面側で第１領域Ａに対面配置している。受光素子３も移動板１の下面側で第２領域Ｂに対面配置している。投影手段４は移動板１の上面側で第１領域Ａと第２領域Ｂの間に介在している。移動板１は第１領域Ａ及び第２領域Ｂを結ぶ移動方向（本例では円盤の周方向）に沿って一定のピッチＰで配列したスリット５を有する。光源２は第１領域Ａを通過するスリット５を照明してスリット物像を形成する。投影手段４は第１領域Ａに照し出されたスリット物像を反転したスリット実像に等倍変換して第２領域Ｂに投影する。受光素子３は第２領域Ｂを通過するスリット５をマスクとして、反対方向に移動するスリット実像を受光し、移動板１の回転変位を検出する。上述した投影手段４は等倍反転光学系であり、第１領域Ａに対面するコリメータレンズ６と第２領域Ｂに対面する結像レンズ７と、両レンズ６，７の光路を折り曲げて像回転を行なう２枚のミラーＭ１，Ｍ２とを含んでいる。一対のミラーＭ１，Ｍ２は互いに直角を成している。本投影手段４は一体化プリズム８からなり、２枚のミラーＭ１，Ｍ２を構成する全反射面と、コリメータレンズ６が配された入射面と、結像レンズ７が配された出射面とを備えている。
【００１２】
図２は、図１に示した光学式エンコーダにおける像形成の原理を説明したものである。（ａ）は一体化プリズム８を直上から見た平面図であり、（ｂ）は一体化プリズム８を回転円盤の周方向から見た側面図であり、（ｃ）は同じく一体化プリズム８を回転円盤の径方向から見た側面図である。各図に示した光線は全て子午光束である。図示するように、光源２と受光素子３は移動板１の同一面側に配され、投影手段４は移動板１の反対面側に配されている。これにより、光学式エンコーダの実装構造をコンパクト化できる。前述したように、投影手段４は第１領域Ａに対面するコリメータレンズ６と第２領域Ｂに対面する結像レンズ７とを含み、倍率１の等倍反転光学系である。この投影手段４は一体化プリズム８からなり、コリメータレンズ６及び結像レンズ７と共に光学プラスチック等で一体成形される。コリメータレンズ６は一体化プリズム８の入射面１０に配され、結像レンズ７は同じく一体化プリズム８の出射面１２に配されている。
【００１３】
ＬＥＤ等の発光素子からなる光源２は移動板１に形成されたスリット５を照射し、第１領域Ａにスリット物像９を照し出す。このスリット物像９はコリメータレンズ６を介して一体化プリズム８の全反射面からなる互いに直角を成す２枚のミラーＭ１，Ｍ２により結像レンズ７側に転送される。この後結像レンズ７を介して第２領域Ｂ上にスリット実像１３が投影される。コリメータレンズ６の光軸１４ａと結像レンズ７の光軸１４ｂは一体化プリズム８を介して同軸となっており、両レンズ間に像転送用のミラーＭ１，Ｍ２が介在している。（ｃ）に示すように、本発明ではスリット物像９がコリメータレンズ６及び結像レンズ７により１回だけ結像され、スリット物像１３を生成している。径方向から見た場合、光源２から発した光束はミラーＭ１及びＭ２により反射されて受光素子３に達する。ミラーＭ１，Ｍ２の法線ベクトルはスリット移動方向（周方向）成分をもたない為、径方向から見た場合、スリット実像９は反転してスリット物像１３となる。一方、（ｂ）に示すように、周方向から見た場合、光源２から発した光束は互いに直交するミラーＭ１，Ｍ２により２回反射された後受光素子側に到達する。このように、スリット物像は直交する２枚のミラーＭ１，Ｍ２で像反転を受ける為、結果的にスリット実像は周方向から見た場合正立像となる。従って、（ａ）に模式的に示したように、物像Ｒは径方向を対称軸として等倍反転された実像に変換される。尚、本発明に用いるコリメータレンズ６や結像レンズ７は球面レンズに限られるものではなく非球面レンズを用いても良いことは勿論である。
【００１４】
（ｃ）に示すように、光源２で第１領域Ａ上に照し出されたスリット物像９は、投影手段４を介して第２領域Ｂ上にスリット物像１３として投影される。受光素子３は、移動板１に形成されたスリット５そのものをマスクとしてこのスリット実像１３を受光する。この時、スリット実像１３はスリット物像９に対して等倍反転されている。従って、スリット実像１３は第２領域Ｂにおいてスリット５そのものと裏向きに重なる。又、スリット実像１３の移動方向は矢印で示すようにスリット５そのものの移動方向に対し反対方向となる。従って、受光素子３に入射する光量はスリット実像１３に対しスリット５自身がマスクとなる為、移動板１の回転変位に伴って周期的に増減する。しかも、スリット５のピッチＰの半分でスリット５自身とスリット実像１３が相対的に反対方向に動く為、結局スリットピッチの２倍の分解能のエンコーダ出力が得られる。本発明ではコリメータレンズ６と結像レンズ７を組み合わせた１回の結像により像反転を実現している。この為、光源光の利用効率が高く高出力化が図れると共に、収差が少い為高精度化が可能である。これに対し、図１１及び図１２に示した従来例では、全光路長の間に２回結像を行なう為、対物レンズ６ａや結像レンズ７ｂのパワーを大きくしなければならない。その結果レンズの曲率半径を小さくしなければならず、収差が大きくなり有効径も小さくなるので実像が暗くなってしまう。又、全反射面への光線が収束しているので入射角の小さい部分が発生し、全反射させるには台形プリズム８０の光学材料を高屈折率にしなければならない。
【００１５】
図３は、本発明にかかる光学式エンコーダの第２実施形態を示す模式図である。基本的な構成は図１に示した第１実施形態と同様であり、対応する部分には対応する参照番号を付して理解を容易にしている。本実施形態では、移動板１が回転変位ではなく直線変位を行なっている。図示するように、移動板１は第１領域Ａ及び第２領域Ｂを直線的に通過する。光源２は移動板１の一面側で第１領域Ａに対面配置している。受光素子３は同じく移動板１の一面側で第２領域Ｂに対面配置している。投影手段４は移動板１の他面側で第１領域Ａと第２領域Ｂの間に介在する。移動板１は第１領域Ａ及び第２領域Ｂを結ぶ直線移動方向に沿って、一定のピッチで配列したスリットを有している。本実施形態では、移動板１の移動量ばかりでなく移動方向も検出する為、スリットは２本のトラックに分かれて配列している。一方のスリット５Ａと他方のスリット５Ｂは互いに位相が４５°シフトしており、移動方向の検出を可能にしている。本実施形態では、コリメータレンズと結像レンズは１枚のコリメータ／結像レンズ６７で兼用され、投影手段４の入射面と出射面を兼ねた入出射面に配されている。互いに直角を成す２枚のミラーＭ１，Ｍ２はコリメータ／結像レンズ６７とは別体に設けられている。
【００１６】
図４は、図３に示した光学式エンコーダの幾何光学図である。（ａ）は移動板１の移動方向から見た光学図であり、（ｂ）は移動板１の移動方向と直角な方向から見た光学図である。（ａ）に示すように、移動方向から見た場合、スリット物像９はレンズ６７によりコリメートされた後ミラーＭ１，Ｍ２により２回反射され、再びレンズ６７によりスリット実像１３として結像される。従って、スリット実像１３はスリット物像９に対して正転像となる。一方、（ｂ）に示すように、移動板１と直交する方向から見た場合、スリット物像９はレンズ６７を介してコリメートされた後、ミラーＭ１及びＭ２により反射され、再びレンズ６７を通ってスリット実像１３となる。この場合にはスリット実像１３はスリット物像９に対して反転関係になる。
【００１７】
図５は、図１に示した光学式エンコーダを一体化プリズム８の直上から見た状態を模式的に表わしている。一体化プリズム８の入射光軸１４ａ及び出射光軸１４ｂは共に回転円盤の周方向外側に向って傾斜している。即ち、コリメータレンズの光軸１４ａ及び結像レンズの光軸１４ｂが回転円盤の平面に対して直交しておらず傾いている。入射光軸１４ａと回転円盤の交点をＰａとする。同様に、出射光軸１４ｂと回転円盤の交点をＰｂとする。又、Ｐａと回転円盤の回転中心Ｏを結ぶ直線をＲａとし、ＰｂとＯを結ぶ直線をＲｂとする。これらの直線Ｒａ，Ｒｂは径方向に沿って放射状に延びている。ところで、結像レンズに対してピントが合っている回転円盤上の領域は合焦線Ｆとして表わされる。この合焦線Ｆは出射光軸１４ｂと直交している。しかしながら、合焦線Ｆは放射線Ｒｂに対して傾いている。この放射線Ｒｂに沿ってスリットが配置されている。スリット実像がＰｂを通る場合ピントのずれは生じない。しかしながら、スリット実像が交点Ｐｂより径方向内側の点Ｐ１及び径方向外側の点Ｐ２を通る場合にはピントのずれが大きくなり、対策が必要なこともある。例えば、円盤の回転量に加え回転方向や基準位置を検出する場合、スリットは同心円状に複数個のトラックとして設ける必要がある。この場合、中間のトラックはＰａやＰｂを通ることになるが、内側のトラックはＰ１を通り、外側のトラックはＰ２を通る。このままでは、内側のトラックや外側のトラックに対してピントずれが大きくなってしまう。
【００１８】
そこで、図６に上述した点を改良した第３実施形態を示す。（ａ）は模式的な斜視図であり、（ｂ）は周方向から見た側面図である。図示するように、移動板１は回転中心Ｏを中心として回転変位する円盤であり、図示しないがその周方向に沿ってスリットが配列されている。入射光軸１４ａは放射線Ｒａと交点Ｐａで直角に交わっている。又、出射光軸１４ｂも放射線Ｒｂと交点Ｐｂで直角に交わっている。即ち、コリメータレンズ及び結像レンズの光軸１４ａ，１４ｂの夫々と、円盤の回転中心Ｏと各光軸１４ａ，１４ｂが円盤に交わる交点Ｐａ，Ｐｂを結ぶ各直線Ｒａ，Ｒｂとが夫々直交するように、一体化プリズム８が円盤の径方向に対して傾いて配されている。（ｂ）に示すように、一体化プリズム８の中心線Ｃは移動板１の法線Ｎに対して９０°ではなく、θの角度をもって傾いている。尚、図では一体化プリズム８の中心線Ｃと円盤との交点をＥで表わしている。この交点ＥはＰａとＰｂを結ぶ線分Ｄの丁度中点となっている。このように、本実施形態では出射光軸１４ｂと対応する放射線Ｒｂが交点Ｐｂで直交している。従って、図５に示した合焦線Ｆが図６の場合Ｒｂ上に位置することになる。この為、スリット実像はＲｂに沿ってピントの合った状態で投影される。この部分にはＲｂに沿ってスリット自体が位置している。スリット実像はピントが合った状態でスリット自体に重なる為、高精度の変位検出が可能になる。
【００１９】
図７を参照して、図６に示した傾きθの計算方法を示す。一体化プリズムの中心を８ｃで表わす。８ｃと前述した点Ｅを結ぶ中心線Ｃの長さをｃとする。又、８ｃから下ろした垂線Ｎと円盤との交点をＦで表わす。ＦとＥとの距離をｘで表わす。一対の交点Ｐａ及びＰｂを結ぶ線分Ｄの長さをｄで表わす。各放射線Ｒａ及びＲｂの長さをｒで表わす。ＲａとＯ及びＥを結ぶ直線との成す角をφで表わす。以上のような設定で、予めｒ，ｄ及びｃの寸法が与えられいた場合に、傾きθは以下により算出できる。尚、ｒ，ｄ，ｃは本光学式エンコーダの設計に基づいて予め決められる量である。先ず、φ＝ｓｉｎ-1（（ｄ／２）／ｒ）である。次に、ｘ＝（ｄ／２）ｔａｎφを計算する。最後に、θ＝ｃｏｓ-1（ｘ／ｃ）を計算することで、傾きθが求められる。このθだけ、一体化プリズムを円盤に対して傾ければよい。
【００２０】
光学式エンコーダでは、移動板の変位量に加えて変位方向を検出したい場合が多い。この時には、互いに位相が９０°ずれた一対のエンコーダ出力が必要になる。両出力の相対的な位相関係に従って変位方向が検出できる。図８は、変位方向の検出を可能にしたスリット構造及び受光素子構造の例を二通り示している。（ａ）の例では、移動板１は一定のピッチＰで配列したスリット５の列に沿って一対の平行トラック２１，２２を有している。径方向外側のトラック２１に属するスリット５の部分は、内側のトラック２２に属するスリット５の部分に対し１／８ピッチだけ空間位相が実効的にずれている。従って、外側のトラック２１でスリット５自身とスリット実像１３が重なった状態にある時、内側のトラック２２ではスリット５自身とスリット実像１３が１／４ピッチ分だけシフトしている。これに対応して、受光素子３は外側の受光領域２３と内側の受光領域２４とを備えている。これにより受光素子３は位相が互いに９０°ずれた一対の電気信号を出力することになり、移動板１の変位方向を検出できる。
【００２１】
（ｂ）の例では、移動板１の径方向に対して、スリット５が若干傾斜した状態で形成されており、内側のトラックに属するスリット５の部分が、外側のトラックに属するスリット５の部分に対し、１／８ピッチだけ空間位相が実効的にずれるようにしている。この結果、外側のトラックでスリット５自身とスリット実像１３が一致した状態にある時、内側のトラックではスリット５自身とスリット実像１３とが実効的に１／４ピッチだけシフトすることになる。
【００２２】
光学式エンコーダでは、移動板の変位量及び変位方向に加えて、その基準位置を検出したい場合が多い。図９は、基準位置検出を可能にしたスリット構成を表わしている。図示するように、移動板１は一定のピッチで配列したスリット５の列からなる主トラックに加え、第１領域Ａと第２領域Ｂの距離に対応した間隔で配置した一対の基準スリットパタン２５ａ，２５ｂからなる副トラックを有している。これに対応して、受光素子は主トラックと副トラックに夫々割り当てられた受光領域を有し、移動板１の変位に加えその基準位置を検出する。具体的には、一対の基準スリットパタン２５ａ，２５ｂは各々単スリットからなり、主トラック側のスリット５の列に対し内側に配置されている。両スリットパタン２５ａ，２５ｂの角度間隔αは、第１領域Ａ及び第２領域Ｂ間の角度間隔と等しい。今移動板１が時計方向に回転変位していると、一方の基準スリットパタン２５ａが第２領域Ｂに到達した時、他方のスリットパタン２５ｂが第１領域Ａに達し、その実像が第２領域Ｂに投影される。従って、受光素子は基準スリットパタン２５ｂの実像が基準スリットパタン２５ａ自身に重なった時、移動板１の基準位置を表わす検出信号を出力することになる。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、受光素子と光源が移動板の一面側に配置し、両者を光学的に連結する投影手段が移動板の他面側に配置されている。投影手段は光源によって照し出されたスリット物像を反転したスリット実像に等倍変換して受光素子に投影する。受光素子はスリット自身をマスクとして反対方向に移動するスリット実像を受光し移動板の変位を検出している。投影手段は等倍反転光学系からなり、コリメータレンズと結像レンズと両レンズ間の光路を折り曲げて像回転を行なう互いに直角を成す２枚のミラーとで構成されている。例えば、この投影手段は一体化プリズムからなり、互いに直角を成す２枚のミラーを構成する全反射面とコリメータレンズとが配された入射面と結像レンズが配された出射面とを備えている。この構成はコリメータレンズを用いている為、光源光の利用効率が改善でき高出力のエンコーダが得られる。又、この等倍反転光学系は収差が少い為高精度なエンコーダが得られる。更に、プリズムの光学材料は低屈折率でも十分であり、ガラスより安価な樹脂成形品を一体化プリズムに用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる光学式エンコーダの第１実施形態を示す斜視図である。
【図２】第１実施形態の動作説明図である。
【図３】本発明にかかる光学式エンコーダの第２実施形態を示す斜視図である。
【図４】第２実施形態の動作説明図である。
【図５】図１に示した第１実施形態の模式的な平面図である。
【図６】本発明にかかる光学式エンコーダの第３実施形態を示す斜視図及び側面図である。
【図７】図６に示した第３実施形態の幾何説明図である。
【図８】変位方向検出を可能とするスリットパタンの例を示す模式的な平面図である。
【図９】基準位置検出を可能とするスリットパタンの例を示す模式的な平面図である。
【図１０】従来の光学式エンコーダの一例を示す斜視図である。
【図１１】従来の光学式エンコーダの他の例を示す斜視図である。
【図１２】図１１に示した従来例の側面図である。
【図１３】図１１に示した従来例の説明図である。
【図１４】同じく図１１に示した従来例の説明図である。
【図１５】本発明が解決すべき課題を示す模式図である。
【符号の説明】
１…移動板、２…光源、３…受光素子、４…投影手段、５…スリット、６…コリメータレンズ、７…結像レンズ、８…一体化プリズム、９…スリット物像、１３…スリット実像、Ｍ１…ミラー、Ｍ２…ミラー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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