(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動部材から反射された変調光を検出するための光学式エンコーダにおいて、検出手段が、
前記可動部材を照射するための光出力部を有する発光装置と、
前記可動部材から反射された変調光を検出するための少なくとも一つの光検出器と、
前記発光装置と光検出器とを封入する透過性媒体と、
前記発光装置、前記可動部材及び前記光検出器の間に画定された光路内において前記媒体上に設けられたレンズ表面とからなり、前記光検出器の領域の各サイクルの幅が、前記可動部材上の反射性領域及び非反射性領域の各サイクルの幅を検出用レンズの倍率で割ったものの２倍である
ことからなる、光学式エンコーダ。
【請求項２】
可動部材から反射される変調光を検出するための光学式エンコーダにおいて、検出手段が、
前記可動部材を照射するための光出力部を有する発光装置と、
前記可動部材から反射された変調光を検出するための少なくとも一つの光検出器と、
前記発光装置と光検出器とを封入する透過性媒体と、
前記発光装置、前記可動部材及び前記光検出器の間に画定された光路内において前記媒体上に設けられたレンズ表面とからなり、該レンズ表面が、前記発光装置が前記可動部材を照射する前に、前記発光装置から出力された光を集束させるための発光用レンズから構成され、該発光用レンズが、前記発光装置と前記可動部材の間の光路内に配置され、かつ、前記媒体の屈折率に等しいか、またはそれより大きな倍率を有することからなる、光学式エンコーダ。
【請求項３】
前記発光用レンズが凸球面状表面を有する、請求項２の光学式エンコーダ。
【請求項４】
前記発光用レンズが面取りされている、請求項２の光学式エンコーダ。
【請求項５】
可動部材から反射される変調光を検出するための光学式エンコーダにおいて、検出手段が、
前記可動部材を照射するための光出力部を有する発光装置と、
前記可動部材から反射された変調光を検出するための少なくとも一つの光検出器と、
前記発光装置と光検出器とを封入する透過性媒体と、
前記発光装置、前記可動部材及び前記光検出器の間に画定された光路内において前記媒体上に設けられたレンズ表面とからなり、該レンズ表面が、前記変調光が前記光検出器によって検出される前に前記変調光を集束させるための検出用レンズから構成され、該検出用レンズが、前記可動部材と前記検出器の間の光路内に配置され、かつ、前記媒体の屈折率に等しいか、またはそれより大きい倍率を有することからなる、光学式エンコーダ。
【請求項６】
前記検出用レンズが凸球面状表面を有する、請求項５の光学式エンコーダ。
【請求項７】
前記検出用レンズが面取りされる、請求項５の光学式エンコーダ。
【請求項８】
可動部材から反射される変調光を検出するための光学式エンコーダにおいて、検出手段が、
前記可動部材を照射するための光出力部を有する発光装置と、
前記可動部材から反射された変調光を検出するための少なくとも一つの光検出器と、
前記発光装置と光検出器とを封入する透過性媒体と、
前記発光装置、前記可動部材及び前記光検出器の間に画定された光路内において前記媒体上に設けられたレンズ表面であって、第１及び第２の凸球面状表面から構成されるレンズ表面と、
前記発光装置と前記可動部材の間に発光用レンズを形成する前記第１の凸球面状表面であって、前記発光装置は、該発光装置と前記第１の凸球面状表面の正面との距離が、前記発光用レンズの球面の中心と該第１の凸球面状表面との距離よりも大きな位置に配置される、第１の凸球面状表面と、
前記可動部材と前記光検出器との間に検出用レンズを形成する前記第２の凸球面状表面であって、前記光検出器は、該光検出器と前記第２の凸球面状表面の正面との距離が、前記検出用レンズの球面の中心と前記第２の凸球面状表面との距離よりも大きな位置に配置される、第２の凸球面状表面
から構成され、前記発光用レンズが、前記媒体の屈折率に等しいか、またはそれより大きな倍率を有することからなる、光学式エンコーダ。
【請求項９】
光学式エンコーダであって、
光路に沿って光を放射するための発光装置と、
前記光路内に配置された可動部材であって、該可動部材の運動に応答して前記発光装置からの光を変調するための交互に配置された反射性領域と非反射性領域を有する、可動部材と、
前記変調光を検出するために、前記光路内に配置された少なくとも一つの光検出器と、
前記可動部材の運動に応答して変調されていない光が、前記光検出器に到達するのを阻止するための、前記発光装置を覆う発光用レンズと、
前記可動部材からの変調光を前記光検出器に集束させるための検出用レンズ
からなり、
前記光検出器の領域の各サイクルの幅が、前記可動部材上の反射性及び非反射性領域の各サイクルの幅を前記検出用レンズの倍率で割ったものの２倍であることからなる、光学式エンコーダ。
【請求項１０】
前記発光用レンズと検出用レンズが界浸レンズである、請求項９の光学式エンコーダ。
【請求項１１】
光学式エンコーダであって、
交互に配置された反射性領域と非反射性領域を有する可動コード部材と、
プラットフォームと、
前記コード部材上の反射性領域を照射するための、前記プラットフォーム上に配置された発光装置と、
前記反射性領域から反射された光を受け取るための、前記プラットフォーム上に配置された光検出器であって、前記発光装置と光検出器が、前記コード部材の同じ側に配置されることからなる、光検出器と、
前記発光装置と前記光検出器を埋め込む透明性の封入部材と、
前記発光装置、前記コード部材及び前記光検出器の間の光路内において、前記封入部材上に設けられた凸状表面であって、前記封入部材の屈折率に等しいか、またはそれより大きい倍率を有する凸状表面
からなる、光学式エンコーダ。
【請求項１２】
前記凸状表面が、前記発光装置と前記コード部材の間の第１の凸状表面と、前記コード部材と前記光検出器の間の第２の凸状表面とからなる、請求項１１の光学式エンコーダ。
【請求項１３】
内部反射された光が前記光検出器を照射しないように、前記第１及び第２の凸状レンズ表面が構成される、請求項１２の光学式エンコーダ。
【請求項１４】
前記凸状表面が、球面を構成する湾曲部を有しており、前記発光装置が、前記球面に対して、該発光装置によって放射され、内反射された光が前記光検出器に照射しないような位置に配置され、前記凸状表面が、前記封入部の屈折率に等しい倍率を有する、請求項１１の光学式エンコーダ。
【請求項１５】
前記凸状表面が、発光用レンズと検出用レンズからなり、前記発光用レンズが、前記発光装置と前記コード部材の間に画定された第１の光路において半球状の形態を有しており、前記検出用レンズが、前記コード部材と前記光検出器の間に画定された第２の光路において半球状の形態を有する、請求項１１の光学式エンコーダ。
【請求項１６】
前記凸状表面が、発光用レンズと検出用レンズからなり、前記発光用レンズが、前記発光装置と前記コード部材の間に画定された第１の光路において１／２半球状の形態を有しており、前記検出用レンズが、前記コード部材と前記光検出器の間に画定された第２の光路において３／４半球状の形態を有する、請求項１１の光学式エンコーダ。
【請求項１７】
前記発光用レンズ及び検出用レンズの表面がそれぞれ球面の少なくとも一部をなし、前記発光装置が、該発光装置と前記発光用レンズの凸状表面の正面との距離が、前記発光用レンズの球面の中心と前記発光用レンズの凸状表面との距離よりも大きな位置に配置され、前記光検出器が、該光検出器と前記検出用レンズの凸状表面の正面との距離が、前記検出用レンズの球面の中心と前記検出用レンズの凸状表面との距離よりも大きな位置に配置される、請求項１５の光学式エンコーダ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、一般に光学式エンコーダに関し、特に、軸の角位置または軸の角変位を示す電気信号を生成する光学式軸角エンコーダの一部として使用する反射型センサの光学に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インクリメンタル光学式軸角エンコーダは、軸の位置を分析するか、または軸の回転を測定するのに使用されている。模範的な軸角エンコーダには、たとえば米国特許の第４４５１７３１号および第４６９１１０１号が知られている。このようなエンコーダには、光ビームを放射する光源、軸の回転に応じて光のビームを変調するエンコーダ・ホイール、および変調光を受光し、かつ光検出素子で受光した光量を示す電気信号を発生する光検出アセンブリが含まれる。
【０００３】
光が軸回転に応じて変調されている時、光検出アセンブリからの電気信号はそれぞれ波形を生成する。軸の位置はその特殊な波形上の各信号の位置で測定される。すなわち各信号の位相で測定される。したがって光検出素子からの電気信号は、軸回転を示すのに使用できる。さらに個別の光検出素子からの二つ以上の固有の位相信号出力は、回転の方向と大きさの両方を示すのに使用できる。
【０００４】
軸角エンコーダのいくつかは、不透明領域と透明領域が交番するコード・ホイールを備え、そして光源と光検出素子がコード・ホイールの反対面に置かれる。他の軸角エンコーダは、光源と光検出素子がコード・ホイールの同一面に置くことができるように反射領域を備える。
【０００５】
このようなエンコーダの一つは、レーエン（Ｌｏｅｗｅｎ）氏に発行した米国特許第４９５２７９９号に開示され、これによってホイール回りの円周経路を拡張し、複数の反射領域と非反射領域が交番する回転式コード・ホイールを備えた軸角エンコーダが提供される。発光素子がコード・ホイールの反射領域を照射するのに用意され、そして多数の光検出素子がコード・ホイールの反射領域から直接反射された変調光を受光するため、発光素子と同様にコード・ホイール側に配列される。これによってコード・ホイールの位置を示す多数の電気信号が発生される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
反面、前述のエンコーダは比較的に安い費用でかつ比較的に小型であるという従来技術を越えたいくつかの利点があるが、同一基板上に発光素子と光検出素子を備えるこのようなエンコーダは、一定の支障を欠点としている。場合によっては発光素子からの光は、発光素子のカプセルの前面から外れて隣接の光検出素子の上に反射する。これによって不要信号が光検出素子に発生し、エンコーダの全体的な正確度を低下させる。さらにこういった内部反射を克服するには比較的高い発光駆動電流を使用しなくてはならず、このセンサと反射型コード・ホイール間の動作距離は最短に保たなくてはならない。同一基板上に発光素子と光検出素子を配列するという利点を確保すると同時に、上記の不要な影響を除去することが望まれる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
したがって現時点での好適な実施例による本発明が実際に提供する、コード・ホイールの反射領域から反射した変調光を検出するカプセル状の反射型センサを備えた光学式エンコーダがある。このセンサには、コード・ホイールの反射領域と非反射領域を照射する発光素子、およびコード・ホイールから反射した変調光を検出するのに発光素子と同一基板上に配列した少なくとも一つの光検出素子が含まれる。このセンサにはまた、エポキシ樹脂−空気境界面で不所望に反射した光が直接光検出素子に到達するのを妨ぐため、発光素子とコード・ホイール間に適切に配置した界浸レンズが含まれる。このレンズは、光検出素子への像も拡大させるので、より小型で、安価な光検出素子が使用できる。
【０００８】
好適なカプセル状の反射型センサには、発光素子を覆う個別の発光用レンズと光検出素子を覆う検出用レンズが含まれる。発光素子と光検出素子は、発光素子からの光がコード・ホイールの方に発光用レンズで拡大され、集光されるような方法で適切に配置される。さらにコード・ホイールから反射した変調光が光検出素子の方に拡大され、集光される。なお高い正確度を維持する限り、小型で安価な構成部品である、このような二重のレンズ構造が使用できる。
【０００９】
【実施例】
図１を参照すると、本発明による模範的な単一レンズ・カプセル状の反射型センサは、透明カプセル２、プラットフォーム４、発光素子８、光検出素子１２、および凸曲面レンズ６を含んだ一体構造である。このカプセルはエポキシ樹脂のようなどれでも適合する材料から成っている。それは発光素子からの光のために透明である。カプセル内に収納されたプラットフォームは、発光素子と光検出素子を下から支える。それらは、その内容がこれによって引用によって編入されているところのレーエン氏に発行した米国特許第４５９２７９９号に開示されたそれらと実質的に同様である。
【００１０】
模範的な実施例では、発光素子８は発光ダイオード（ＬＥＤ）である。ＬＥＤは発光ライン１６から本質的に単色光を放射する普通のＬＥＤである。ラインは理想的には伸長点光源である。しかし、図示したように、ラインは実際の実施例では必然的にある程度の幅がある。模範的な実施例では、ＬＥＤの発光ラインは幅が約６４μｍ、長さが３２０μｍである。
【００１１】
光検出素子１２はＬＥＤに隣接するよう配列された４個の伸長光検出素子  ｗ，ｘ，ｙ，ｚ  を収納する。光検出素子領域のそれぞれ、および一番外の光検出素子の外面間  ｘ，ｚ  には、光検出素子の所におよび光検出素子の間に洩れ電流を最小限にするため普通の絶縁層または障壁に短絡させたダミー・ドープ領域１４がある。光検出素子はセンサによって蓄積されたデータを処理する電気回路（図示せず）に接続される。ＬＥＤ、光検出素子配列、および回路のより詳細な説明に対しては、レーエン氏の米国特許第４５９２７９９号を参照されたい。
【００１２】
凸曲面レンズ６は透明カプセルの正面上の凸曲面である。模範的な実施例では、レンズはＬＥＤと光検出素子の両方を覆っている。この模範的な実施例では、レンズは球面レンズである。しかし、非球面レンズを使用することもある。レンズは、空気よりも屈折率が大きいカプセルと屈折率が１である空気間の境界面である。以下でより詳細に説明したように、レンズはＬＥＤから放射された光を拡大し、集光する働きをする。
【００１３】
図２を参照すると、単一レンズ・カプセル状の反射型センサは、レーエン氏に発行した米国特許第４５９２７９９号に記載のエンコーダのような反射型軸角エンコーダと併用して使用される。レーエン氏は、ホイール回りを拡張して交番する反射領域３０と非反射領域３２を持つ回転式のコード・ホイール３４を備えた軸角エンコーダを開示している。非反射領域は、実際上コード・ホイールを貫く透過窓にすることもある。ＬＥＤからの光は、光路に沿ってホイールの方へ進み、ホイールを直接照射する。光はホイールの反射領域によって光検出素子配列の方へ再反射され、ホイールが回転している時、コード・ホイールによって変調される。光検出素子はホイールの反射領域から直接反射した変調光を受光するのにＬＥＤと同様のホイール側に配列される。
【００１４】
図５は本発明に使用できる型式の単一球面の界浸レンズを示している。対象物、すなわちＬＥＤおよび（または）光検出素子は、半径ｒのレンズ正面背後から距離ｂの位置で、屈折率Ｎ（エポキシ樹脂のＮは約１．５５）のカプセル媒体内に界浸される。
【００１５】
基本光学の原理に従って、レンズの焦点距離は下記の方程式によって算出される。
【００１６】
ｆ  ＝  Ｎｒ  ／（Ｎ−１）
レンズの倍率は次によって算出される。
【００１７】
Ｍ  ＝  ｆ  ／（ｆ−ｂ）＝  ｒＮ  ／｛ｒＮ−（Ｎ−１）ｂ｝
半径ｒのレンズを屈折率  Ｎ  の媒体に界浸させると、レンズの倍率は対象物をレンズから離したり、近づけたりすることで簡単に変更できることは明白であろう。単一レンズ・カプセル状のセンサに対して、Ｍ  はむしろ  Ｎ  と等しいことが好ましい。
【００１８】
対象物の像の位置は下記の式から算出される距離  ｄ  を隔てた位置にある。
【００１９】
ｄ  ＝  Ｍｂ  ／  Ｎ
ＬＥＤの虚像は、たとえばレンズを通してコード・ホイールからＬＥＤを見た場合に見える像である。
【００２０】
ＬＥＤは本質的にランベルト型発光器である。ＬＥＤの発光ライン１６は通常は均一な明るさであるが、投影された輝度は  ｃｏｓΘ  に従って減少する。ここでのΘ  は視界方向とＬＥＤ表面への法線との角度である。より明確には、ランベルト型発光器の場合、輝度は  Ｉ  ＝  Ｉｏ  バー  ｃｏｓ  Θ  で表され、ここでのバー  ｃｏｓΘは立体角を渡るコサイン（余弦）の平均であり、Ｉｏ  はＬＥＤの表面における光の輝度である。たとえば  Θ  ＝  ６０°である場合は、ＬＥＤの輝度は  Ｉｏ  の  ５０％に低下する。
【００２１】
ＬＥＤから放射された光がレンズの方に発散すると、レンズはコード・ホイールの方に光を拡大させ、集光させる働きをする。実際上、レンズは光が光路に沿ってコード・ホイールの方に進む時に発散光を集光させている。容易に理解されるように、このようなレンズ配置によって著しい利点が得られる。レンズは出力されたＬＥＤからの輝度を  Ｍ２  だけ増強し、ここでの  Ｍ  はレンズの倍率である。倍率を使うことで、軸角エンコーダで使用する拡大されない出力と比較して駆動電流がより小さいＬＥＤが、同様の全体的な結果を達成するのに使用できる。このレンズを使用することによってより小型で安価なＬＥＤが使用できる。さらに軸角エンコーダの全体的な正確度を犠牲にすることなく、コード・ホイール上の反射領域と光検出素子の間の有効距離を増大することができる。
【００２２】
さらにレーエン氏の発明では従来技術と比較して多くの利点が得られるものの、この発明には、ＬＥＤからの光がＬＥＤのカプセルの正面から光検出素子の上に内反射することがあるという欠点がある。これによって光検出素子に高いバイアス電流または暗電流が生じ、これがエンコーダの全体的な正確度を制限する。
【００２３】
本発明によって、カプセル内の内反射はレンズの使用により大幅に低減される。この単一レンズの実施例では、ＬＥＤはレンズの頂点に置かれる。このような配置によって、内反射するＬＥＤから放射された光はＬＥＤの方に再反射し、光検出素子を照射しない。これは、ＬＥＤカプセルの表面からの内反射が光検出素子の方に反射して、光検出素子の出力信号を歪ませる可能性があるレーエン氏の特許と比較すると重要な進歩である。この点が１５年以上に亘る反射型軸角エンコーダの問題点であり、これまでに何らかの解決方法が提案されたことは知られていない。
【００２４】
検出回路は照射された領域と照射されない領域との差を測定するために配置されている。したがってコード・ホイール反射からの照射を増大し、またはコード・ホイール上の反射領域以外の光源からの照射を低減し、またはその両方によって信号強度の増強が得られる。
【００２５】
レーエン氏の特許に開示されているように、コード・ホイールの反射領域から反射した変調光は入射角にて反射し、ほぼ同じ距離を光検出素子の方に戻る。したがって光は光路を辿って光検出素子の方に発散し、光検出素子１２上の照射領域（参照符号２０で示す）の幅は反射領域の幅をレンズの倍率で割った値の２倍になる。このようにレーエン氏の特許と同じ態様でエンコードするには、たとえば４個の光検出素子の全サイクルの幅はコード・ホイール上のサイクルを光検出素子のレンズ倍率で割った値の２倍の幅でなければならない。（レーエン氏の特許に記載されているように、コード・ホイール上の１サイクルは一つの反射および非反射領域の幅と等しい。）凸曲面レンズ６によって光が焦点を結ぶことによって、各個の光検出素子領域はレーエン氏の特許で使用される光検出素子よりも大幅に小さくて済む。各光検出素子はレーエン氏の特許に開示されている光検出素子よりも  １  ／  Ｍ  の大きさの領域２０を有していればよい。
【００２６】
放射面での照射の基本パターンが図２に破線３６によって概略的に示されている。照射は点光源から照射するものと想定してある。（線光源は実際には点光源の列である。）レーエン氏の特許では、光検出素子の周期は光が２倍遠くまで拡散するので、コード・ホイール周期の２倍である。本発明の場合は、光検出素子の物理的周期は、実際には検出素子が  Ｍ  倍拡大されているので、コード・ホイール周期の  ２  ／  Ｍ  倍でなければならないことが理解されよう。
【００２７】
図３および図４を参照すると、本発明の別の実施例による二重レンズ・カプセル状の反射型センサが図示されている。二重レンズ・センサの構成と動作は、これが個別の発光用凸曲面レンズ４０と検出用凸曲面レンズ４２を収納している点を除いて、前述の単一レンズ・センサの場合とほぼ同様である。別の実施例でも同一性があるので、同一の部品を示すには同一の参照符号を付してある。
【００２８】
２個のレンズを使用する場合、発光と検出用により大きい口径のレンズが提供される。そのため、カプセルの屈折率を超えてより高い倍率を実現できる。試験の結果、球面レンズを使用した場合、約  ２．６  倍の倍率が実際的であることが判明している。この倍率を超えると、歪みが生じ、センサの正確度が低下する。しかし、非球面レンズではより高い倍率を実現できる。
【００２９】
二重レンズ・カプセル状のセンサのこの実施例では、発光用凸曲面レンズ４０は半球レンズの半分から成り、検出用凸曲面レンズ４２は半球レンズの  ３  ／  ４  から成っている。両方のレンズはむしろ同じ曲率半径を有していることが好ましい。レンズの切頭部は検出素子への不要な二次反射を防止するために使用される。これは内部光線５６によって概略的に図示されており、そのいずれも光検出素子に反射されることがない。さらに、レンズはカプセルの上面の平坦部からの反射を防止するために、発光素子および検出素子に充分近い位置にある。
【００３０】
二重レンズ・カプセル状のセンサの別の実施例が図７に示されている。別の実施例は相互に類似しているので、同様の部品を示すために同一の参照符号を付してある。この実施例が図３および図４に示した実施例と異なる点は、発光用凸曲面レンズ４０と検出用凸曲面レンズ４２が各々、平面図でみると前述の実施例のように切頭体ではなく、円形であることである。この図面はさらに破線４４および４６でＬＥＤと光検出素子のそれぞれの虚像を示している。これらの線はカプセル状のセンサをコード・ホイールから見た場合の見掛け像の位置である。
【００３１】
図４および図７を参照すると、二重レンズ・カプセル状のセンサの実施例はレーエン氏の特許に開示され、図２を参照して前述したコード・ホイールと実質的に同一のコード・ホイール３４の実施例と組み合わせて図示されている。単一レンズ・センサの場合と同様に、発光用凸曲面レンズはＬＥＤからの光を拡大し、それによってコード・ホイールの方に集光するために有用である。検出用凸曲面レンズはさらにコード・ホイールからの反射光を光検出素子配列の方に集光するのに有用である。それによって、レンズを有していないか、単一のレンズしか有していないセンサと同じ正確度を実現するためにより安価で小型の光検出素子を使用できるという利点が得られる。
【００３２】
光検出素子での信号は光検出素子が対する立体角と  Ｉｏ  ｃｏｓΘ  との積によって表され、ここではｃｏｓΘは立体角を亘るコサイン（余弦）の平均である。立体角は、Ｍ２  ＡＤ  ｃｏｓΘ  ／｛２  （  ｓ  ＋  ｄ  ）２  ｝によって算出され、ここに  ＡＤは未拡大の検出領域であり、Ｍは光検出素子１２のレンズ倍率であり、ｓ  はレンズからコード・ホイールまでの間隔であり、ｄ  はレンズの背後の光検出素子の虚像の距離である。発光素子からの光軸上の輝度レベルは  Ｉｏ  Ｍ２  によって表され、ここに  Ｉｏ  は未拡大の輝度であり、Ｍ  は発光器の倍率である。そこで全体の相対信号が次の方程式によって表される。
【００３３】
ＳＲ  ＝  Ｍ２  Ｉｏ  Ｍ２  ／｛  ４  （  ｓ  ＋  ｄ  ）２  ｝＝  ＡＤ  ／  ４［Ｍ２  ／｛  ｓ  ＋  Ｍｂ  ／  Ｎ  ｝］２
上述のように、一個のレンズにおける信号強度の利得は  Ｍ２  に比例する。注目すべき点は、２個のレンズの場合の信号利得は  Ｍ４  に比例する。このような輝度の利得によって前述の多くの利点が得られることが理解されよう。
【００３４】
二重レンズ・カプセル状センサの実施例の寸法を図６を参照して記載する。発光用レンズの半径 ｒE と検出用レンズの半径 ｒD は各々 0.645mm である。レンズ球面の中心間の距離 DL は 1.40mm である。ＬＥＤから発光用凸曲面レンズのオフ・センタ距離は 0.10mm である。同様に、光検出素子12から検出用凸曲面レンズ球面の中心までのオフ・センタ距離 DDOC は 0.10mm である。ＬＥＤの実施例の幅 WE は 0.06mm である。光検出アレイの実施例の幅 WD は 0.25mm である。ＬＥＤと光検出素子との距離 DED は 1.60mm である。ＬＥＤと発光用凸曲面レンズの正面との距離 bE は 1.20mm である。光検出素子と検出用凸曲面レンズの距離 bD は 1.12mm である。ＬＥＤと光検出素子配列の配置は、不要な内反射が光検出素子に到達することを防止するような配置にされている。
【００３５】
上記のような構成によって、ＬＥＤの虚像  ＤＥ  は発光用凸曲面レンズの正面から  ３．５３ｍｍ  離れた位置にあり、光検出素子の虚像  ｄＤ  は検出用凸曲面レンズの正面から  ２．９１ｍｍ  離れた位置にある。コード・ホイールはそれに応じて位置合わせされる必要がある。実際には、上記の寸法のセンサの場合、センサ上方からのコード・ホイールの最適な位置  ｓ  は  １ｍｍ  ないし  ３ｍｍ  の間にある。このような距離の範囲は、発光素子および光検出素子を界浸レンズ内に埋設したことによる拡大効果のために、コード・ホイール位置についてかなりの許容範囲を実現できることを示している。さらに、上記の寸法によって、カプセル状の反射型センサ全体を従来形の表面実装パッケージ内に収納できることも理解されよう。
以下に、本発明の光学式エンコーダの例示的な１実施態様を示す。
可動部材から反射された変調光を検出するための光学式エンコーダであって、その検出手段が、可動部材を照射するための光出力部を有する発光装置と、可動部材から反射された変調光を検出する少なくとも一つの光検出器と、発光装置と光検出器とをカプセル封入する透過性媒体と、発光装置と可動部材と光検出器との間の光路内で透明性媒体上に設けられたレンズとを備えることを特徴とする光学式エンコーダ。尚、本明細書においては、可動部材の１例としてコード・ホイールを例にとって説明した。
【００３６】
【発明の効果】
本発明は上述のように、カプセル状の反射型センサのいくつかの典型的な実施例だけを図示し、説明してきたが、専門家には多くの修正と変更が可能であることが明確であろう。たとえば、発光素子または光検出素子、またはその両方を覆う単一のレンズを使用することもある。同様に、異なるコード・ホイールで最適な結果を達成するために種々の形状と倍率のレンズを使用できる。コード・ホイールはセンサから種々の距離だけ移動できる。任意の特定の実施例で、センサ全体、または光検出素子の大きさは変更できる。実施例は回転の軸角エンコーダに関連するものであるが、たとえば線形位置エンコーダにも同じ原理を適用できることは明白である。したがって、添付の特許請求項の範囲内で、本発明は特に記載した以外の態様でも実施できることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一つの実施例による単一レンズ・カプセル状の反射型センサの上面図である。
【図２】図１に示した反射型センサの半略断面図であり、模範的なコード・ホイールから反射した光線も示している。
【図３】本発明の別の実施例による二重レンズ・カプセル状の反射型センサの上面図である。
【図４】図３に示した反射型センサの半略断面図であり、内反射と模範的なコード・ホイールから反射した光線も示している。
【図５】模範的な球面レンズの概略図である。
【図６】模範的な二重レンズ・カプセル状の反射型センサの寸法を示す概略図である。
【図７】反射型軸角エンコーダの別の実施例の半略断面図である。
【符号の説明】
２  透明カプセル
４  プラットフォーム
６  凸曲面レンズ
８  発光素子
１２  光検出素子
１４  ダミー・ドープ領域
１６  発光ライン
ｗ  隣接光検出素子
ｘ  隣接光検出素子
ｙ  隣接光検出素子
ｚ  隣接光検出素子
【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】
0003557234.tif 000006
【図６】
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【図７】
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