(57)【要約】【課題】３格子システムの基本原理を適用した光学式ロータリエンコーダおいて、受光素子に小型のフォトダイオードアレイを適用する。【解決手段】、固定ディスク２に第２のスリット２１と２つの第３のスリット２２Ａおよび２２Ｂを形成し、第３のスリット２２Ａおよび２２Ｂの背面に受光素子４Ａおよび４Ｂを配置する。第２のスリット２１と第３のスリット２２Ａおよび２２Ｂは、相対的に回転する２つの部材の回転中心に対して半径方向の異なる位置に配置する。【選択図】図１
2006058116.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明光を射出する光源と、
相対的に回転する２つの部材の一方の部材に固定され、回転方向に複数の第１のスリットが形成された回転ディスクと、
相対的に回転する前記２つの部材の他方の部材に固定され、前記光源と前記回転ディスクとの間に配置され、それぞれ光源スリット、インデックススリットの役割を果たす複数の第２のスリット、複数の第３のスリットが形成された固定ディスクと、
前記光源から放射された照明光が前記固定ディスク上の第２のスリットを透過し、前記回転ディスクを照射し、前記回転ディスク上の第１のスリットからの反射光を前記第３のスリットを介して検出する受光素子とを備え、
前記受光素子の出力である検出信号の周期的な変動から前記両部材の相対的角度変位を検出する光学式ロータリエンコーダにおいて、
相対的に回転する前記２つの部材の回転中心に対して半径方向の異なる位置に、前記第２のスリットと前記第３のスリットが配置されていることを特徴とする光学式ロータリエンコーダ
【請求項２】
前記照明光の主光線が前記回転ディスクに対して斜めに入射するように前記光源を配置したことを特徴とする請求項１記載の光学式ロータリエンコーダ
【請求項３】
前記第１のスリット、前記第２のスリット、前記第３のスリットがそれぞれ形成された面を第１のスリット面、第２のスリット面、第３のスリット面とし、前記光源から第２のスリット面、第１のスリット面、第３のスリット面の順序に互いに平行に仮想的に配置したとき、
前記光源からの任意の光線が前記第１のスリット面に入射する点と第１のスリットの放射中心との距離をｒＲ、
前記光源からの前記任意の光線が前記第２のスリット面に入射する点と第２のスリットの放射中心との距離をｒＬ、
前記光源からの前記任意の光線が前記第３のスリット面に入射する点と第３のスリットの放射中心との距離をｒＩとすると、
ｒＬ＜ｒＲ＜ｒＩ
の関係が成立することを特徴とする請求項１または２記載の光学式ロータリエンコーダ
【請求項４】
前記光源と前記第２のスリット面間の距離をＬ１、前記第２のスリット面と前記第１のスリット面間の距離および前記第１のスリット面と前記第３のスリット面間の距離をＬ２としたとき、
ｒＬ＝｛Ｌ１／（Ｌ１＋Ｌ２）｝ｒＲ
ｒＩ＝｛（Ｌ１＋２Ｌ２）／（Ｌ１＋Ｌ２）｝ｒＲ
の関係が成立し、
前記第１のスリットの１回転当たりのスリット数、前記第２のスリットの１回転当たりのスリット数、前記第３のスリットの１回転当たりのスリット数をそれぞれＮＲ、ＮＬ、ＮＩとすると、
ＮＬ＝（ｒＬ／ｒＲ）ＮＲ
ＮＩ＝（ｒＩ／ｒＲ）ＮＲ
の関係が成立することを特徴とする請求項１または２記載の光学式ロータリエンコーダ
【請求項５】
前記光源と前記第２のスリット面間の距離をＬ１、前記第２のスリット面と前記第１のスリット面間の距離および前記第１のスリット面と前記第３のスリット面間の距離をＬ２としたとき、
ｒＬ＝｛Ｌ１／（Ｌ１＋Ｌ２）｝ｒＲ
ｒＩ＝｛（Ｌ１＋２Ｌ２）／（Ｌ１＋Ｌ２）｝ｒＲ
の関係が成立し、
前記第１のスリットの１回転当たりのスリット数、前記第２のスリットの１回転当たりのスリット数、前記第３のスリットの１回転当たりのスリット数をそれぞれＮＲ、ＮＬ、ＮＩとすると、
ＮＬ＝（ｒＬ／２ｒＲ）ＮＲ
ＮＩ＝（ｒＩ／２ｒＲ）ＮＲ
の関係が成立することを特徴とする請求項１または２記載の光学式ロータリエンコーダ
【請求項６】
照明光を射出する光源と、相対的に回転する２つの部材の一方の部材に固定され、回転方向に複数の第１のスリットが形成された回転ディスクと、相対的に回転する前記２つの部材の他方の部材に固定され、前記光源と前記回転ディスクとの間に間隙を介して配置され、それぞれ光源スリット、インデックススリットの役割を果たす複数の第２のスリット、複数の第３のスリットが形成された固定ディスクと、前記光源から放射された照明光が前記固定ディスク上の第２のスリットを透過し、前記回転ディスクを照射し、前記回転ディスク上の第１のスリットからの反射光を前記第３のスリットを介して検出する受光素子とを備え、前記受光素子の出力である検出信号の周期的な変動から前記両部材の相対的角度変位を検出する光学式ロータリエンコーダにおいて、
前記光源と前記第２のスリット面間の距離をＬ１、前記第２のスリット面と前記第１のスリット面間の距離および前記第１のスリット面と前記第３のスリット面間の距離をＬ２としたとき、
ｒＬ＝｛Ｌ１／（Ｌ１＋Ｌ２）｝ｒＲ
ｒＩ＝｛（Ｌ１＋２Ｌ２）／（Ｌ１＋Ｌ２）｝ｒＲ
の関係が成立し、
前記第１のスリットの１回転当たりのスリット数、前記第２のスリットの１回転当たりのスリット数、前記第３のスリットの１回転当たりのスリット数をそれぞれＮＲ、ＮＬ、ＮＩとすると、
ＮＬ＝（ｒＬ／ｒＲ）ＮＲ
ＮＩ＝（ｒＩ／ｒＲ）ＮＲ
の関係が成立し、
前記回転ディスクと前記固定ディスクを所定の空隙を介して配置したとき、スリット放射状方向に発生する複数の光学伝達関数最大点の光学伝達関数最大点間のピッチの整数倍の幅になるよう有効受光範囲を設定することを特徴とする光学式ロータリエンコーダ
【請求項７】
前記有効受光範囲が受光素子の幅であることを特徴とする請求項６記載の光学式ロータリエンコーダ
【請求項８】
前記有効受光範囲が第３のスリットの長さであることを特徴とする請求項６記載の光学式ロータリエンコーダ
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ等の回転体の速度や位置を検出する光学式ロータリエンコーダに関する。  
【背景技術】
【０００２】
相対的に変位する２つの物体の移動を、第１のスリット、第２のスリット、第３のスリットの３つのスリットにより制限された光の変動から検出する３格子システムと呼ばれる光学系の基本原理が開示されている（例えば非特許文献１参照）。
【０００３】
（従来例１）
また、３格子システムの基本原理を光学式ロータリエンコーダに適用した発明が開示されている。（例えば、特許文献１参照）。
図１３は従来の光学式ロータリエンコーダの構成を示す斜視図である。
図１３において、１は回転ディスクであり、相対変位する２つの部材の１つである回転体６と直結したシャフト５に固定されている。回転ディスク１には放射状の第１のスリット１１が形成されている。
２は固定ディスクであり、相対変位する図示しない２つの部材の他方に固定されている。固定ディスク２には第２のスリット２１と、互いに９０°位相の異なる第３のスリット２２Ａおよび第３のスリット２２Ｂが形成されている。第２のスリット２１の背面に光源３が配置され、第３のスリット２２Ａおよび２２Ｂの背面には受光素子４Ａおよび４Ｂがそれぞれ配置されている。第３のスリット２２は、第２のスリット２１を中心にそのスリット列方向の左右に第３のスリット２２Ａおよび２２Ｂを配置している。
【０００４】
図１４は第１のスリット１１と第２のスリット２１と第３のスリット２２Ａ、２２Ｂと光源３の配置を示す図である。
図１３に示した光学式ロータリエンコーダは、回転ディスク１に当たった光線が反射して固定ディスク２上の第３のスリット２２Ａ、２２Ｂを透過する反射型光学系であるが、図１４では説明を分かりやすくするために透過型光学系で示している。
図１４において、８Ｒは第１のスリット面、８Ｌは第２のスリット面、８Ｉは第３のスリット面で、それぞれ第１のスリット１１、第２のスリット２１、第３のスリット２２Ａおよび２２Ｂがそれぞれ形成されている。
３つのスリットはそれぞれ１Ｏ、２ＯＬ、２ＯＩを中心とした以下の関係式を満たす放射状スリットとなる。
ｒＬ＝｛Ｌ１／（Ｌ１＋Ｌ２）｝ｒＲ                  ・・・（１）                
ｒＩ＝｛（Ｌ１＋２Ｌ２）／（Ｌ１＋Ｌ２）｝ｒＲ        ・・・（２）      
ＮＬ＝（ｒＬ／ｒＲ）ＮＲ                          ・・・（３）  
ＮＩ＝（ｒＩ／ｒＲ）ＮＲ                          ・・・（４）  
または、
ＮＬ＝（ｒＬ／２ｒＲ）ＮＲ                        ・・・（５）  
ＮＩ＝（ｒＩ／２ｒＲ）ＮＲ                        ・・・（６）  
ただし、
Ｌ１：光源と第２のスリット面８Ｌ間の距離、
Ｌ２：第２のスリット面８Ｌと第１のスリット面８Ｒ間の距離および第１のスリット面８Ｒと第３のスリット面８Ｉ間の距離
ｒＲ：光源３からの光線が第１のスリット面８Ｒに垂直に入射する点と、第１のスリット１１の放射中心１Ｏとの距離
ｒＬ：光源３からの光線が第２のスリット面８Ｌに垂直に入射する点と、第２のスリット２１の放射中心２ＯＬとの距離
ｒＩ：光源３からの光線が第３のスリット面８Ｉに垂直に入射する点と、第３のスリット２２の放射中心２ＯＩとの距離
ＮＲ：第１のスリットの１回転当たりのスリット数
ＮＬ：第２のスリットの１回転当たりのスリット数
ＮＩ：第３のスリットの１回転当たりのスリット数
【０００５】
次に動作について説明する。
光源３から射出された照明光は、第２のスリット２１を透過し、回転ディスク１上の第１のスリット１１で反射し、第３のスリット２２Ａおよび２２Ｂをその一部が透過する。その光量を受光素子４Ａおよび４Ｂで検出し、その受光量の変動から２つの部材の相対的角度変位を検出している。
（１）、（２）の関係式は、光源の拡がりを考慮して第２のスリットおよび第３のスリットの放射状半径を導出したものである。
（３）、（４）の関係式を適用することにより、光源３からの任意の光線の光路上の第１のスリット１１のスリットピッチと第２のスリット２１のスリットピッチと第３のスリット２２のスリットピッチの比が１：１：１となる回折効果的システムの光学系が実現できる。
また、（５）、（６）の関係式を適用することにより、光源３からの任意の光線の光路上の第１のスリット１１のスリットピッチと第２のスリット２１のスリットピッチと第３のスリット２２のスリットピッチの比が２：１：２となる幾何光学的システムの光学系が実現できる。
【０００６】
（従来例２）
また、光学伝達関数（以下ＯＴＦと記す）を用い、インコーヒーレント光が２枚のスリットを通過したときの像強度の解析が行われており、２枚のスリットの間隔に応じて周期的にＯＴＦが変化することが記されている。また、スリットピッチがこのＯＴＦの変化の周期に影響することが述べられている。（例えば、非特許文献２参照）。
図１５は像強度の解析に用いたスリットの構成図である。
図１６はスリット間距離Ｌ２とＯＴＦとの関係の解析結果を示すグラフで、特に、Ｚ１＝Ｚ２＝Ｌ２、ｐ／（２ε）＝４、Ｇ１のスリットピッチ＝Ｇ２のスリットピッチの場合の解析結果を示す。この場合、像面上には回折効果的システムの像が生成され、図１６に示すように、ＯＴＦはスリット間距離Ｌ２がｐ２／λの整数倍で最大値となる。
従って、スリット間距離Ｌ２をｐ２／λの整数倍に設定することによって、Ｓ／Ｎの良い検出信号が得られる。
ここで、
Ｚ１＝スリットＧ1、Ｇ２間の距離
Ｚ２＝スリットＧ２と像面間の距離
ｐ＝スリットＧ２のスリットピッチ
２ε＝スリットＧ２のスリット幅
λ＝インコーヒーレント光の波長
である。
【特許文献１】特開平９−１３３５５２号公報（図１）
【非特許文献１】SPIC Vol.136 1st European Congress on Optics Applied to Metrology (1977), pp.325-332
【非特許文献２】精密工学学会誌  Vol.62,No.7,1996  P945  Fig2(b)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の光学式ロータリエンコーダは、第２のスリットを中心にその左右に第３のスリットを横並びするように配置しているので、第３のスリットに対応した位置に少なくとも２つの受光素子基板を配置するか、２つの受光素子を搭載する大きな基板が必要であった。例えば、受光素子をフォトダイオードで構成した場合、フォトダイオードチップを搭載したプリント基板を２つ配置するか、２つのフォトダイオードを搭載した大きなプリント基板が必要であった。したがって、装置構成が複雑になるとともに小型化ができなかった。
また、大きい検出信号を得るには主光線あるいは主光線近傍の光線を利用する必要があるが、主光線を回転ディスクに対して垂直に入射しているので、第１のスリットからの主光線近傍の反射光は第２のスリット方向に反射され、第３のスリット方向には反射しないため、検出信号に寄与しない。従って、受光素子に入射する光量が小さく、検出信号が小さいという問題点があった。
また、２枚のスリットの間隔に応じて周期的にＯＴＦが変化するので、回転ディスクと固定ディスク間の間隔の変動が発生した場合、検出信号の大きさが変化するという問題があった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、受光素子部を小型にでき、検出信号が大きく、回転ディスクと固定ディスク間の変動による検出信号への影響の小さい光学式ロータリエンコーダを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記問題を解決するため、光学式ロータリエンコーダは、次のように構成したものである。
請求項１に記載の発明は、照明光を射出する光源と、相対的に回転する２つの部材の一方の部材に固定され、回転方向に複数の第１のスリットが形成された回転ディスクと、相対的に回転する前記２つの部材の他方の部材に固定され、前記光源と前記回転ディスクとの間に配置され、それぞれ光源スリット、インデックススリットの役割を果たす複数の第２のスリット、複数の第３のスリットが形成された固定ディスクと、前記光源から放射された照明光が前記固定ディスク上の第２のスリットを透過し、前記回転ディスクを照射し、前記回転ディスク上の第１のスリットからの反射光を前記第３のスリットを介して検出する受光素子とを備え、前記受光素子の出力である検出信号の周期的な変動から前記両部材の相対的角度変位を検出する光学式ロータリエンコーダにおいて、相対的に回転する前記２つの部材の回転中心に対して半径方向の異なる位置に、前記第２のスリットと前記第３のスリットを配置したものである。
また、請求項２に記載の発明は、前記照明光の主光線が前期回転ディスクに対して斜めに入射するように前記光源を配置したものである。
また、請求項３に記載の発明は、前記第１のスリット、前記第２のスリット、前記第３のスリットがそれぞれ形成された面を第１のスリット面、第２のスリット面、第３のスリット面とし、前記光源から第２のスリット面、第１のスリット面、第３のスリット面の順序に互いに平行に仮想的に配置したとき、
前記光源からの任意の光線が前記第１のスリット面に入射する点と第１のスリットの放射中心との距離をｒＲ、
前記光源からの前記任意の光線が前記第２のスリット面に入射する点と第２のスリットの放射中心との距離をｒＬ、
前記光源からの前記任意の光線が前記第３のスリット面に入射する点と第３のスリットの放射中心との距離をｒＩとすると、
ｒＬ＜ｒＲ＜ｒＩ
の関係が成立するようにしたものである。
また、請求項４に記載の発明は、前記光源と前記第２のスリット面間の距離をＬ１、前記第２のスリット面と前記第１のスリット面間の距離および前記第１のスリット面と前記第３のスリット面間の距離をＬ２としたとき、
ｒＬ＝｛Ｌ１／（Ｌ１＋Ｌ２）｝ｒＲ
ｒＩ＝｛（Ｌ１＋２Ｌ２）／（Ｌ１＋Ｌ２）｝ｒＲ
の関係が成立し、
前記第１のスリットの１回転当たりのスリット数、前記第２のスリットの１回転当たりのスリット数、前記第３のスリットの１回転当たりのスリット数をそれぞれＮＲ、ＮＬ、ＮＩとすると、
ＮＬ＝（ｒＬ／ｒＲ）ＮＲ
ＮＩ＝（ｒＩ／ｒＲ）ＮＲ
の関係が成立するようにしたものである。
また、請求項５に記載の発明は、前記光源と前記第２のスリット面間の距離をＬ１、前記第２のスリット面と前記第１のスリット面間の距離および前記第１のスリット面と前記第３のスリット面間の距離をＬ２としたとき、
ｒＬ＝｛Ｌ１／（Ｌ１＋Ｌ２）｝ｒＲ
ｒＩ＝｛（Ｌ１＋２Ｌ２）／（Ｌ１＋Ｌ２）｝ｒＲ
の関係が成立し、
前記第１のスリットの１回転当たりのスリット数、前記第２のスリットの１回転当たりのスリット数、前記第３のスリットの１回転当たりのスリット数をそれぞれＮＲ、ＮＬ、ＮＩとすると、
ＮＬ＝（ｒＬ／２ｒＲ）ＮＲ
ＮＩ＝（ｒＩ／２ｒＲ）ＮＲ
の関係が成立するようにしたものである。
また、請求項６に記載の発明は、照明光を射出する光源と、相対的に回転する２つの部材の一方の部材に固定され、回転方向に複数の第１のスリットが形成された回転ディスクと、相対的に回転する前記２つの部材の他方の部材に固定され、前記光源と前記回転ディスクとの間に間隙を介して配置され、それぞれ光源スリット、インデックススリットの役割を果たす複数の第２のスリット、複数の第３のスリットが形成された固定ディスクと、前記光源から放射された照明光が前記固定ディスク上の第２のスリットを透過し、前記回転ディスクを照射し、前記回転ディスク上の第１のスリットからの反射光を前記第３のスリットを介して検出する受光素子とを備え、前記受光素子の出力である検出信号の周期的な変動から前記両部材の相対的角度変位を検出する光学式ロータリエンコーダにおいて、
前記光源と前記第２のスリット面間の距離をＬ１、前記第２のスリット面と前記第１のスリット面間の距離および前記第１のスリット面と前記第３のスリット面間の距離をＬ２としたとき、
ｒＬ＝｛Ｌ１／（Ｌ１＋Ｌ２）｝ｒＲ
ｒＩ＝｛（Ｌ１＋２Ｌ２）／（Ｌ１＋Ｌ２）｝ｒＲ
の関係が成立し、
前記第１のスリットの１回転当たりのスリット数、前記第２のスリットの１回転当たりのスリット数、前記第３のスリットの１回転当たりのスリット数をそれぞれＮＲ、ＮＬ、ＮＩとすると、
ＮＬ＝（ｒＬ／ｒＲ）ＮＲ
ＮＩ＝（ｒＩ／ｒＲ）ＮＲ
の関係が成立し、
前記回転ディスクと前記固定ディスクを所定の空隙を介して配置したとき、スリット放射状方向に発生する複数の光学伝達関数最大点の光学伝達関数最大点間のピッチの整数倍の幅になるよう有効受光範囲を設定するようにしたものである。
また、請求項７に記載の発明は、前記有効受光範囲が受光素子の幅であるようにしたものである。
また、請求項８に記載の発明は、前記有効受光範囲が第３のスリットの長さであるようにしたものである。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１に記載の光学式ロータリエンコーダによると、相対的に回転する２つの部材の回転中心に対して半径方向の異なる位置に、第２のスリットと第３のスリットが配置したので、第３のスリットを１箇所に集中して配置でき、この第３のスリットに対応して配置される受光素子を１箇所に集中して配置することができる。従って、受光素子を形成する基板を小さくすることができる。例えば受光素子がフォトダイオードの場合、１つの小さなウエハチップ上に複数のフォトダイオードを形成したでできたフォトダイオードアレイを使用できる。
また、請求項２に記載の発明によると、回転ディスクに対して、照明光の主光線が回転ディスクに対して斜めに入射するようにしたので、放射強度の強い主光線付近の光線を第３のスリットに入射するようにすることができる。従って、受光素子に入射する光量を大きくすることができ、大きい検出信号が得られる。
また、請求項３に記載の発明によると、照明光の拡がりによる第２のスリットと第３のスリットの像の拡大を考慮しているので、像周期と第３のスリットのスリットピッチが広い範囲で一致し、Ｓ／Ｎの大きな信号が得られる。
また、請求項４に記載の発明によると、任意の光線の光路上における第２のスリットと、第１のスリットと、第３のスリットのスリットピッチがそれぞれ１：１：１となる回折効果的システムの光学系を構成しているので、Ｓ／Ｎの大きな回折効果的システムの光学系の検出信号が得られる。
また、請求項５に記載の発明によると、任意の光線の光路上における第２のスリットと、第１のスリットと、第３のスリットのスリットピッチがそれぞれ２：１：２となる幾何光学的システムの光学系を構成しているので、Ｓ／Ｎの大きな幾何光学的システムの光学系の検出信号が得られる。
【００１０】
請求項６記載の発明によると、スリット放射状方向に発生する複数の光学伝達関数最大点の光学伝達関数最大点間のピッチの整数倍の幅になるよう有効受光範囲を設定したので、ギャップ変動に対して振幅変動の小さい検出信号が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１は、本発明の第１の実施例を示す光学式ロータリエンコーダの斜視図である。
図１において、１は回転ディスクであり、相対変位する２つの部材の１つである回転体６と直結したシャフト５に固定され、回転ディスク１には放射状の第１のスリット１１が形成されている。２は固定ディスクであり、相対変位する２つの部材の他方（図示せず）に固定され、固定ディスク２には第２のスリット２１と２つの第３のスリット２２Ａおよび２２Ｂが形成されている。第３のスリット２２Ａ、２２Ｂは検出信号の位相差が９０°になるように形成されている。第２のスリット２１の背面に光源３が、第３のスリット２２Ａ、２２Ｂの背面には受光素子４Ａ、４Ｂが配置されている。また、４０は受光素子を搭載する受光素子基板であり、プリント基板あるいはウエハチップからなる。
本発明が従来技術１と異なる点は、第２のスリット２１と第３のスリット２２Ａおよび２２Ｂが、相対的に回転する前記２つの部材の回転中心に対して半径方向に異なる位置に配置されている点である。
なお、動作については従来例１と同様である。
【００１３】
このように第２のスリットと第３のスリットを回転中心に対して半径方向に異なる位置に配置したので、第３のスリットを固定ディスクの１箇所に集中して配置することができ、この背面に配置される受光素子を１箇所に集中して配置することができる。従って、受光素子基板を小さくすることができる。例えば受光素子がフォトダイオードの場合、１つの小さなウエハチップ上に複数のフォトダイオードを形成したフォトダイオードアレイを使用できる。
【実施例２】
【００１４】
図２は本発明の第２の実施例を示す固定ディスク上のスリット配置を示す平面図である。
本発明が第１の実施例と異なる点は第１の実施例では固定ディスク２上に２つの第３のスリット２２Ａおよび２２Ｂを形成しているが、図２では差動検出ができるように４つの第３のスリットを設けた点である。
図２（ａ）は、４つの第３のスリットを横一列に配置したもので、図２（ｂ）は、第３のスリットを田型に配置したもので、また、図２（ｃ）は第２のスリットを挟み、その上下にそれぞれ２つの第３のスリットを配置したものである。第３のスリット２２Ａと２２Ｃはお互いに１８０°位相差を持ち、また、２２Ｂと２２Ｄはお互いに１８０°位相差を持つように形成されている。第３のスリット２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄの背面にはそれぞれ図示しない受光素子４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄが配置され、受光素子４Ａと４Ｃで、また、受光素子４Ｂと４Ｄ差動検出が出来るように構成されている。
【００１５】
このように第２のスリットと第３のスリットを回転中心に対して半径方向に異なる位置に配置したので、図２（ａ）または図２（ｂ）に示すように、第３のスリットを固定ディスクの１箇所に集中して配置することができる。従って、この背面に配置される受光素子を１箇所に集中して配置することができ、受光素子基板４０を小さくすることができる。
また、図２（ｃ）のスリット構成においても、受光素子基板は２枚になるが、それぞれの基板を小さくすることができる。
従って、例えば受光素子がフォトダイオードの場合、小さなウエハチップ上に複数のフォトダイオードを形成したフォトダイオードアレイを使用できる。
【００１６】
なお、図１において、第２のスリット２１と第３のスリット２２Ａ、２２Ｂを同一の基板（固定ディスク２）上に形成したが、別々の基板に作成してもかまわない。例えば、固定ディスク上に第３のスリット２２Ａ、２２Ｂのみを形成し、光源の射出面に第２のスリット２１を形成しても良い。
また、受光素子４Ａ、４Ｂ自体をスリット形状にマスクあるいはパターン形成し、第３のスリットの機能を兼ねさせることも可能である。
【実施例３】
【００１７】
図３は、本発明の第３の実施例を示す光学式ロータリエンコーダの斜視図である。
本発明が実施例１と異なる部分は、光源３の主光線が、回転ディスクおよび固定ディスクに対して斜めに入射するよう光源３を配置した点である。
図４は本発明の第３実施例における第１のスリット１１と第２のスリット２１と第３のスリット２２Ａ、２２Ｂと光源３との配置を示す図である。従来例１に示した（１）〜（４）式は本実施例にも適用され、回折効果的システムの光学系を形成している。
図５は光源３の指向特性を示すグラフである。指向角と放射強度との関係を示しており、放射強度は、最も放射強度の強い主光線に対する相対出力を表している。指向角が１０度以内であれば主光線の放射強度の９０％の出力が得られるが、指向角が広がると急速に放射強度が減衰する。
図６は各スリット面上の主光線近傍の照射範囲を示す斜視図で、斜線の部分は指向角１０度で照射される範囲を示す。図６（ａ）は従来例１の場合で、図６（ｂ）は本実施例の場合である。従来例１の場合、第３のスリット２２Ａ、２２Ｂの一部が指向角１０度以内に入らない部分が発生するが、本実施例では完全に１０度以内に入っていることが分かる。
【００１８】
このように、本実施例では光源の主光線が、回転ディスクおよび固定ディスクに対して斜めに入射するよう光源を取り付け、かつ実施例１のように第２のスリットと第３のスリットが、相対的に回転する２つの部材の回転中心に対して半径方向に異なる位置に配置したので、第３のスリットを一箇所に集中させることができ、受光素子を小さい範囲に集中して配置できる。従って、強度の強い主光線近傍の光線を利用でき、大きい検出信号が得られる回折効果的システムの光学式ロータリエンコーダを実現できる。
【実施例４】
【００１９】
図７は、本発明の第４の実施例を示す第１のスリット１１と第２のスリット２１と第３のスリット２２Ａ、２２Ｂと光源３との配置を示す図である。
本実施例が第３実施例と異なる点は、第３実施例では回折光学的システムを構成するため各スリットの本数を従来例１に示した（３）、（４）式の関係が成り立つよう形成していたが、本実施例では幾何光学的システムを構成するため（５）、（６）式の関係が成り立つように形成した点である。
本実施例においても、第３の実施例と同様に第３のスリットを一箇所に集中させることができ、受光素子を小さい範囲に集中して配置できる。従って、強度の強い主光線近傍の光線を利用でき、大きい検出信号が得られる幾何効果的システムの光学式ロータリエンコーダを実現できる。
【実施例５】
【００２０】
図８は、本発明の第５の実施例を示す第１のスリット１１と第２のスリット２１と第３のスリット２２Ａ、２２Ｂと光源３との配置を示す図である。
本実施例では３つのスリット形状を
ｒＬ＜ｒＲ＜ｒＩ                    ・・・（７）  
の関係が成り立つように形成している。
３つのスリットの形状の理想的な関係は、（１）および（２）式の関係である。しかしながら、実際には製作上の誤差があり、厳密に（１）および（２）式の関係を実現することは難しい。
そのような場合でも、（７）式の関係が成り立つように、３つのスリット形状を形成することにより、光源の拡がりによる第３のスリット上の像ピッチのズレ量を緩和でき、各スリットを同一半径で形成した場合よりＳＮ比を改善できる。
【実施例６】
【００２１】
図９は本発明の第６の実施例を示す光学式ロータリエンコーダの側面図である。
図において光線ｒ１および光線ｒ２は光線が検出信号として寄与する放射状のスリットのスリット長さ方向の有効受光範囲を示している。図９（ａ）は有効受光範囲が受光素子の配置と大きさによって決まる例を示しており、光線ｒ１は受光素子の外側の端に到達する光線で、光線ｒ２は内側の端に到達する光線である。また、図９（ｂ）は有効受光範囲が第３のスリット２２の配置と放射状方向の長さによって決まる例を示しており、光線ｒ１は第３のスリット２２の外側の端に到達する光線で、光線ｒ２は内側の端に到達する光線である。
図１０は第３のスリット面上のＯＴＦ最大点の移動を示すグラフで、横軸はディスク間距離Ｌ２で縦軸は第３のスリット面上のスリット放射状方向の位置である。
図において１０１は第３のスリット面上の有効受光範囲の最も外側の位置で、１０２は有効受光範囲の最も内側の位置である。１０１から１０２までが第３のスリット面上の有効受光範囲の幅で、本実施例ではＯＴＦ最大点のピッチの３ピッチ分の幅に設定している。また、ｋはディスク間距離Ｌ２がゼロから周期的に発生するＯＴＦ最大点の番数を表している。各番数のＯＴＦ最大点はディスク間距離Ｌ２が小さくなるとスリット内側の方に徐々に移動し、ＯＴＦ最大点の軌跡は斜めの直線となる。
【００２２】
次にディスク間距離Ｌ２の変化によってＯＴＦの平均値が変化しないことを説明する。
図１０において、ディスク間距離Ｌ２がｌａのときは、第３のスリット面上の外側の端１０１がｋ番目のＯＴＦの最大点に、内側の端１０２がｋ＋３番目のＯＴＦの最大点となり、この間にｋ＋１番目とｋ＋２番目のＯＴＦ最大点を含んでいる。
図１１はこのとき（ディスク間距離Ｌ２＝ｌａのとき）の第３のスリット面上のＯＴＦ最大点の状態を示す図である。ＯＴＦ最大点となる位置を点線で示した。
図１２は第３のスリット面上のスリット放射状方向の位置とＯＴＦとの関係を示す図で、横軸は第３のスリット面上の放射状方向の位置、縦軸はＯＴＦである。図１２（ａ）はＬ２＝ｌａの場合で、図１２（ｂ）はL２＝ｌｂの場合の図である。
Ｌ２＝ｌａの場合は、図１１（ａ）に示すように、第３のスリット面上の外側の端１０１はｋ番目のＯＴＦ最大点になり、内側の端１０２はｋ＋３番目のＯＴＦ最大点になる。それぞれＯＴＦが有効な値を持つ幅の１／２が有効受光範囲に入っている。Ｌ２＝ｌｂになると、図１２（ｂ）に示すように、ｋ＋３番目のＯＴＦの山は有効受光範囲外になるが、ｋ番目のＯＴＦの山が完全に有効受光範囲に入るため第３のスリット面上のＯＴＦの平均値は変わらない。
【００２３】
このように本実施例ではディスク間距離Ｌ２の変動に対してＯＴＦがほとんど変化しないのでディスク間距離Ｌ２の変動に影響されない安定した検出信号が得られる。
また、ディスク間距離Ｌ２を予めｌｂに設定すると、有効受光範囲の端点におけるＯＴＦがゼロとなるため、有効受光範囲の幅に多少の誤差があってもディスク間距離Ｌ２の変動に影響されない安定した検出信号が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１の実施例を示す光学式ロータリエンコーダの斜視図
【図２】本発明の第２の実施例を示す固定ディスク上のスリット配置を示す平面図
【図３】本発明の第３の実施例を示す光学式ロータリエンコーダの斜視図
【図４】本発明の第３実施例における第１のスリット１１と第２のスリット２１と第３のスリット２２Ａ、２２Ｂと光源３との配置を示す図
【図５】光源３の指向特性を示すグラフ
【図６】第３のスリット面上の放射強度を示す図
【図７】本発明の第３の実施例を示す第１のスリット１１と第２のスリット２１と第３のスリット２２Ａ、２２Ｂと光源３との配置を示す図
【図８】本発明の第５の実施例を示す第１のスリット１１と第２のスリット２１と第３のスリット２２Ａ、２２Ｂと光源３との配置を示す図
【図９】本発明の第６の実施例を示す光学式ロータリエンコーダの側面図
【図１０】第３のスリット面上のＯＴＦ最大点の移動を示すグラフ
【図１１】第３のスリット面上のＯＴＦ最大点の状態を示す図
【図１２】第３のスリット面上のスリット放射状方向の位置とＯＴＦとの関係を示す図
【図１３】従来の光学式ロータリエンコーダの構成を示す斜視図
【図１４】従来の光学式ロータリエンコーダの第１のスリット１１と第２のスリット２１と第３のスリット２２Ａ、２２Ｂと光源３との配置を示す図
【図１５】像強度の解析に用いたスリットの配置図
【図１６】スリット間距離Ｌ２とＯＴＦとの関係の解析結果を示すグラフ
【符号の説明】
【００２５】
１  回転ディスク
１１  第１のスリット
１Ｏ  第１のスリット１１の中心点
２  固定ディスク
２１  第２のスリット
２２  第３のスリット
２２Ａ、２２Ｂ  第３のスリット
２ＯＬ  第２のスリット２１の中心点
２ＯＩ  第３のスリット２２Ａ、２２Ｂの中心点
３  光源
４Ａ、４Ｂ  受光素子
４０  受光素子基板
５  シャフト
６  回転体
８Ｒ  第１のスリット面
８Ｌ  第２のスリット面
８I  第３のスリット面
【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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【図１６】
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