(57)【要約】【課題】小型かつ簡易な構造で、回転位置の絶対値を精度良く検出することができる光学式アブソリュート形ロータリエンコーダを提供する。【解決手段】１つのトラック４ａに形成された透光部と遮光部との組合せで１つの絶対値を表すアブソリュートパターンを有する光学スケール４と、光学スケール４に光を照射する発光部２ａ〜２ｅと、発光部２ａ〜２ｅから照射されて光学スケール４の透光部を通過した光を受け入れる受光部３とを備える。光学スケール４と発光部２ａ〜２ｅとは相対的な回転運動を生ずる関係にあり、発光部２ａ〜２ｅは複数の発光素子からなり、該複数の発光素子は該回転運動の周に沿って等間隔で配置される。【選択図】図２
2008128904.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つのトラックに形成された透光部と遮光部との組合せで１つの絶対値を表すアブソリュートパターンを有する光学スケールと、
前記光学スケールに光を照射する発光部と、
前記発光部から照射されて前記光学スケールの透光部を通過した光を受け入れる受光部とを備え、
前記光学スケールと前記発光部とは相対的な回転運動を生ずる関係にあり、該発光部は複数の発光素子からなり、該複数の発光素子は該回転運動の周に沿って等間隔で配置されることを特徴とする光学式アブソリュート形ロータリエンコーダ。
【請求項２】
請求項１記載の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダにおいて、
前記発光部は、前記光学スケールに対し一方の側に配置され、
前記受光部は、前記光学スケールに対し前記発光部と同じ側に、前記回転運動の中心軸線上に配置され、
前記発光部から照射されて前記透光部を通過した光を前記受光部に導く導光手段を備えることを特徴とする光学式アブソリュート形ロータリエンコーダ。
【請求項３】
１つのトラックに形成された透光部と遮光部との組合せで１つの絶対値を表すアブソリュートパターンを有する光学スケールと、
前記光学スケールに対し一方の側に配置され、該光学スケールに光を照射する発光部と、
前記光学スケールに対し該発光部と同じ側に配置され、該光学スケールの透光部を通過した光を受け入れる受光部と、
前記発光部から照射されて前記透光部を通過した光を前記受光部に導く導光手段とを備え、
前記光学スケールと前記発光部とは相対的な回転運動を生ずる関係にあり、該回転運動の周に沿って該発光部が配置され、該回転運動の中心軸線上には前記受光部が配置されることを特徴とする光学式アブソリュート形ロータリエンコーダ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか記載の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダにおいて、
前記光学スケールの有するアブソリュートパターンは、隣り合う絶対値を表す符号の違いが１ビットであることを特徴とする光学式アブソリュート形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、回転位置を絶対位置として検出する光学式のアブソリュート形ロータリエンコーダに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の光学式によるアブソリュート形のロータリエンコーダの例として、発光素子からの透過光に基づいて回転位置の絶対値を検出する光学式アブソリュート形ロータリエンコーダが用いられている（例えば、特許文献１参照）。このロータリエンコーダには、図９に示すように、１つの発光素子１０２と、発光素子１０２を駆動する駆動回路１０１と、発光素子１０２からの出射光を平行光にするコリメータレンズ１０３と、回転位置情報が純２進コード又はグレイコード等の符号パターンのスリットとして複数のトラックの記録面に分けて記録された回転ディスク１０４とが備えられている。
【０００３】
図１０に示すように、回転ディスク１０４は、５つのトラック１０４ａ〜１０４ｅから構成される光学的記録面を有する。最外側トラック１０４ａには、回転位置情報のＬＳＢ（最下位ビット）信号を表すスリットが記録され、内側のトラックほど上位のビット信号を表すスリットが記録され、最内側トラック１０４ｅにはＭＳＢ（最上位ビット）信号を表すスリットが記録されている。
【０００４】
さらに、このロータリエンコーダには、回転ディスク１０４の回転中心に結合し、図示しない外部からの回転力を回転ディスク１０４に伝達する回転シャフト１０５と、回転ディスク１０４の各トラック１０４ａ〜１０４ｅのスリットを通ってきた透過光を各々光電変換する５つの受光素子１０６ａ〜１０６ｅと、各受光素子１０６ａ〜１０６ｅの出力信号から回転位置の絶対値を検出するデコーダ回路１０７とが備えられている。
【０００５】
このロータリエンコーダでは、発光素子１０２から出射された光がコリメータレンズ１０３により平行光にされて、回転ディスク１０４の半径方向に線状に照射される。そして、このロータリエンコーダでは、回転ディスク１０４の各トラック１０４ａ〜１０４ｅのスリットを通ってきた透過光を受光素子１０６ａ〜１０６ｅで光電変換し、デコーダ回路１０７で透過光の有無を検出して回転位置の絶対値が得られる。
【０００６】
上述のロータリエンコーダの回転ディスク１０４に記録されたアブソリュートパターンは、ｎ個のトラックからｎビットの値を得る、多トラック型のものである。これに対して、より小型化が可能な、１つのトラックでｎビットの値が得られる１トラック型のアブソリュートパターンを有する光学式アブソリュート形ロータリエンコーダが提案されている（例えば、特許文献２，３参照）。この１トラック型のアブソリュートパターンでは、Ｍ系列という符号配列の規則に従ってスリットが記録されており、１つのトラック上の連続するｎ個の符号の示す値が、すべての位置において異なるようになっている。よって、アブソリュートパターンの示す値と回転位置とを予め記憶させておき、スリットを通ってきた透過光に基づいて回転位置の絶対値を求めることが出来る。
【０００７】
このＭ系列は、シフトレジスタ符号発生器と原始多項式により生成される。例えばｎ＝５ビットの場合の原始多項式は、以下の式（１）で表される。
【０００８】
【数１】
2008128904.tif 000003
【０００９】
このとき、シフトレジスタ符号発生器で、式（１）に基づいて定められる位置のレジスタからの値を排他的論理和ゲートを通してＭ系列が生成される。この生成されるＭ系列の符号パターンは以下のようになる。
【００１０】
【数２】
2008128904.tif 000004
【００１１】
このように、連続する５つのビットを取り出したとき、取り出した場所によって５ビットの符号は一意的に決定するので、取り出した５ビットの符号によって絶対位置を検出することが可能となる。
【００１２】
図１１に、上記のｎ＝５ビットの場合におけるＭ系列アブソリュートパターンを記録した1つのトラック１１１ａを有する回転ディスク１１１を示す。この回転ディスク１１１を備える光学式アブソリュート形ロータリエンコーダでは、回転ディスク１１１の一方の側に配置された１つの発光素子から出射された光が、回転ディスク１１１の円周に沿って線を描くように照射される。そして、このロータリエンコーダでは、回転ディスク１１１のトラック１１１ａのスリットを通ってきた透過光を、回転ディスク１１１の他方の側に配置された５つの受光素子１１２ａ〜１１２ｅで光電変換し、デコーダ回路で透過光の有無を検出して回転位置の絶対値が得られる。図１１に、５つの受光素子１１２ａ〜１１２ｅの位置を破線でそれぞれ示す。このロータリエンコーダは、上述した多トラック型のものに比べると、１つのトラックのみで回転位置の絶対値を検出できることから、回転ディスク１１１の小型化が容易となっている。
【特許文献１】特開平６−３４７２９２号公報
【特許文献２】特許第３０９３９２４号公報
【特許文献３】特開２０００−１４６６２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、上記の特許文献２，３のような手法を用いた光学式アブソリュート形ロータリエンコーダでは、１トラック上の連続するｎ個の符号の示す値が、すべての位置において異なるようなＭ系列の符号パターンであるため、隣り合う絶対位置情報の変化点において、符号パターンの変化するビット数が複雑となる。すなわち、変化点において複数のビットが変化し、この変化のタイミングがばらつくために、回転位置と異なる符号パターンが出現する。このため、回転途中において絶対位置情報の読み取りエラーを起こす可能性がある。したがって、回転位置の中間を検出するために、機械的構造や余分なトラック等の、読み取りエラー防止のための機構が必要となってしまう。
【００１４】
さらに、上述のような光学式アブソリュート形ロータリエンコーダでは、「多トラック型」か「１トラック型」かを問わず、回転ディスクの両側に、発光素子と受光素子とをそれぞれ配置しなければならない。このため、回転ディスクの一方の側に、発光素子とその駆動回路等の電気的回路や光学系部品を配置し、回転ディスクの他方の側に、受光素子とその駆動回路やデコーダ回路等の電気的回路や光学系部品を配置することとなる。従って、電気的接続や光学的配置等の構造が複雑になってしまい、ロータリエンコーダを小型化することが困難である。
【００１５】
本発明は、上記事情に鑑み、小型かつ簡易な構造で、回転位置の絶対値を精度良く検出することができる光学式アブソリュート形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】
【００１６】
本発明の第１態様の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダは、１つのトラックに形成された透光部と遮光部との組合せで１つの絶対値を表すアブソリュートパターンを有する光学スケールと、前記光学スケールに光を照射する発光部と、前記発光部から照射されて前記光学スケールの透光部を通過した光を受け入れる受光部とを備え、前記光学スケールと前記発光部とは相対的な回転運動を生ずる関係にあり、該発光部は複数の発光素子からなり、該複数の発光素子は該回転運動の周に沿って等間隔で配置されることを特徴とする。
【００１７】
第１態様の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダによれば、受光部に対する光学スケールの回転位置に対応して、この回転位置の絶対値が、光学スケールにおいて発光部に対向した部分の透光部と遮光部との連続した組合せで表されている。よって、この光学スケールの透光部を通過した光に基づいて、回転位置の絶対値が検出される。
【００１８】
このとき、発光部の複数の発光素子は、回転運動の周に沿って円周を等分する等間隔で配置される。よって、アブソリュートパターンとして所定の符号パターンを用いた際に、隣り合う回転位置を表す符号の違いが１ビットとなるように、光学スケールの透光部と遮光部とを形成することが可能となる。つまり、回転するステップの前後においてビットの変化が常に１ビットとなる光学スケールを形成することが可能となる。よって、回転位置の中間での読み取りエラーの発生を低減し、１つのトラックで精度良く回転位置の絶対値を検出することができる。
【００１９】
従って、小型かつ簡易な構造の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダで、回転位置の絶対値を精度良く検出することができる。
【００２０】
また、第１態様の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダにおいて、前記発光部は、前記光学スケールに対し一方の側に配置され、前記受光部は、前記光学スケールに対し前記発光部と同じ側に、前記回転運動の中心軸線上に配置され、前記発光部から照射されて前記透光部を通過した光を前記受光部に導く導光手段を備えることが好ましい。この場合、発光部と受光部とが光学スケールの同じ側に配置されているので、発光部と受光部とをその駆動回路等と共に同一の回路基板上に実装することができる。そして、発光部から照射されて光学スケールの透光部を通過した光を、導光手段により受光部へ効率良く導光することができる。よって、上記光学式アブソリュート形ロータリエンコーダを、より小型で簡易な構造とすることができる。
【００２１】
次に、本発明の第２態様の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダは、１つのトラックに形成された透光部と遮光部との組合せで１つの絶対値を表すアブソリュートパターンを有する光学スケールと、前記光学スケールに対し一方の側に配置され、該光学スケールに光を照射する発光部と、前記光学スケールに対し該発光部と同じ側に配置され、該光学スケールの透光部を通過した光を受け入れる受光部と、前記発光部から照射されて前記透光部を通過した光を前記受光部に導く導光手段とを備え、前記光学スケールと前記発光部とは相対的な回転運動を生ずる関係にあり、該回転運動の周に沿って該発光部が配置され、該回転運動の中心軸線上には前記受光部が配置されることを特徴とする。
【００２２】
第２態様の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダによれば、第１態様と同様に、受光部に対する光学スケールの回転位置に対応して、この回転位置の絶対値が、光学スケールにおいて発光部に対向した部分の透光部と遮光部との連続した組合せで表されている。よって、この光学スケールの透光部を通過した光に基づいて、回転位置の絶対値が検出される。
【００２３】
このとき、発光部と受光部とが光学スケールの同じ側に配置されているので、発光部と受光部とをその駆動回路等と共に同一の回路基板上に実装することができる。そして、回転運動の周に沿って配置された発光部から照射されて光学スケールの透光部を通過した光を、導光手段により受光部へ効率良く導光することができるので、１つのトラックのみで回転位置の絶対値を容易に検出することができる。
【００２４】
従って、小型かつ簡易な構造の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダで、回転位置の絶対値を精度良く検出することができる。
【００２５】
なお、発光部は、例えば複数の発光素子（発光ダイオード、レーザダイオード等）で構成される。また、受光部は、例えば１つの受光素子（フォトダイオード等）で構成される。
【００２６】
また、光学スケールは、例えば円盤形状であり、中心軸線周りに回転可能に設けられる。また、導光手段は、例えば回転体形状であり、その回転軸線が光学スケールの回転軸線と共通となるように配置する。
【００２７】
また、第１態様又は第２態様の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダにおいて、前記光学スケールの有するアブソリュートパターンは、隣り合う絶対値を表す符号の違いが１ビット、つまり回転するステップの前後においてビットの変化が常に１ビットであり、回転位置の中間での読み取りエラーを生じることがない。よって、読み取りエラーを防止するための機構を設けたりすることなく、１つのトラックで精度良く回転位置の絶対値を検出することができる。
【００２８】
また、第１態様又は第２態様の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダにおいて、導光手段は、入射された光を全反射するように、該入射された光に対して所定角度で形成された第１の反射面と、該第１の反射面で反射された光を受光部に集光するように反射する曲面形状で形成された第２の反射面とを備えることが好ましい。この場合、発光部から光学ディスクに入射された光が第１の反射面により全反射され、この第１の反射面で全反射された光が第２の反射面により受光部に集光されるので、発光部から入射された光の損失を防止しつつ、入射された光を受光部に効率良く導光することができる。
【００２９】
導光手段を形成する材料としては、例えばアクリル等の、空気に比べて屈折率の大きい材料を用いる。これにより、入射角が所定の臨界角より大きい場合に全反射となる。
【００３０】
また、導光手段の第１の反射面の所定角度は４５°であることが好ましい。この場合、発光部から導光手段に入射された光は、該入射された光に対して９０°の方向に全反射されるので、入射された光を光学スケールの回転軸線に向かって効率良く導光することができる。
【００３１】
また、導光手段の第２の反射面の曲面形状は、受光部に対して焦点を有する放物面形状であることが好ましい。この場合、第２の反射面が放物面形状であり、第２の反射面に入射された光はその焦点に集光するように反射されるので、第１の反射面で全反射された光を受光部へ効率良く集光することができる。
【００３２】
また、導光手段は、第２の反射面で反射された光を受光部へ出射する、該受光部を中心とする球面形状の出射面を備えることが好ましい。この場合、第２の反射面に入射された光は受光部に集光するように反射されていると共に、出射面は受光部を中心とする球面形状に形成されているので、第２の反射面によって反射された光は、すべて出射面に対して直交するように入射される。よって、第２の反射面で反射された光は、屈折・反射等の出射面の影響を受けずに出射面から出射されるので、入射された光を受光部へ効率良く集光することができる。
【００３３】
また、導光手段は、発光部から照射される光を平行光にして入射する放物面形状の入射面を備えることが好ましい。この場合、導光手段の入射面で、入射された光を平行光にすることができるので、例えば、発光素子がＬＥＤ等でその出力光が放射特性を有する場合に、出力光を平行光にするためのコリメータレンズ等の光学系部品を備えたりすることなく、より簡易な構造で、入射された光を受光部へ効率良く導光することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
［第１実施形態］
図１は、第１実施形態の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダの横断面図である。図１，図２に示すように、本実施形態の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダは、アブソリュートパターンを有する光学スケールの一例の回転ディスク４と、回転ディスク４に光を照射する複数の（本実施形態では５つの）発光素子２ａ〜２ｅと、発光素子２ａ〜２ｅから照射されて回転ディスク４を通過した光を受光する１つの受光素子３と、回転ディスク４を通過した光を受光素子３に導光する導光手段の一例の回転導光ディスク５とを備えている。なお、５つの発光素子２ａ〜２ｅ、１つの受光素子３が、それぞれ本発明の発光部、受光部に相当する。
【００３５】
図２は、図１の回転ディスク４のI−I線端面図を示す。回転ディスク４は、その中心部に貫通孔が形成された円盤形状で、その表面が光学的記録面となっている。この光学的記録面は、１つの円周に沿ったトラック（信号が記録される所定幅の帯状の部分）４ａから構成されている。回転ディスク４のトラック４ａには、光が通過するスリット（透光部）が部分的に形成されている。また、回転ディスク４のスリット以外の部分（遮光部）は、光を遮光するように形成されている。図１，図２においてスリット部分を斜線で示す。このように、信号がスリットとして回転ディスク４に記録されている。
【００３６】
この回転ディスク４の１トラック４ａのスリットにより、アブソリュートパターン（絶対値符号パターンともいう。）が構成されている。アブソリュートパターンは、１つの絶対値を示す所定のビット数の信号（本実施形態では５ビットの信号）を表す符合パターンである。例えばスリットを「１」、遮光部を「０」として、回転ディスク４の円周方向における１つのトラック４ａの発光素子２ａ〜２ｅに対向した５つの位置における、スリットと遮光部との連続した組合せにより、回転位置情報に対応した１つの絶対値を示す５ビットの信号が表される。
【００３７】
５つの発光素子２ａ〜２ｅ（例えばＬＥＤ）と１つの受光素子３（例えばフォトダイオード）とは、いずれも、回転ディスク４の一方の側に配置された回路基板１上に実装されている。５つの発光素子２ａ〜２ｅは、１つのトラック４ａにそれぞれ対向して、回転ディスク４の円周に沿って等間隔で配置されている。また、受光素子３（例えばフォトダイオード）は、回転ディスク４の回転軸線１７上に配置されている。
【００３８】
なお、図示は省略するが、光学式アブソリュート形ロータリエンコーダには、発光素子２ａ〜２ｅを駆動する駆動回路や、受光素子３を駆動する駆動回路や、受光素子３の出力信号から回転位置の絶対値を検出するデコーダ回路も備えられている。そして、これらの電気的回路も回路基板１上に実装されている。
【００３９】
回転導光ディスク５は、中心軸線の周りに回転する回転体であり、その中心軸線が回転ディスク４の回転軸線１７と共通となっている。この回転導光ディスク５の中心部には、図示しない外部からの回転力を回転導光ディスク５に伝達する回転シャフト６が連結されており、回転導光ディスク５は回転シャフト６を回転軸として回転する。このとき、回転ディスク４は、例えば回転導光ディスク５の後述の入射面１２上に直接形成されるか、又は別体で形成されて回転導光ディスク５と連結されること等により、回転導光ディスク５と一体的に回転するように設けられている。また、回路基板１は固定されている。よって、回転ディスク４と発光素子２ａ〜２ｅとは、相対的な回転運動を生ずる関係に配置されている。そして、回転軸線１７は、回転ディスク４と発光素子２ａ〜２ｅとの相対的な回転運動の中心軸線に相当する。これにより、回転ディスク４が回転すると、この回転位置の絶対値が、発光素子２ａ〜２ｅの上部のトラック４ａのスリットと遮光部との連続した組合せで表される。
【００４０】
図３の表に、図２の回転ディスク４で表される回転位置と、各回転位置において５つの発光素子２ａ〜２ｅによって得られる、スリットを「１」、遮光部を「０」として表現した場合の符号パターン（５ビットの信号）を示す。この５ビットの信号により、１回転を３０分割して回転位置の絶対値が示される。
【００４１】
図３に示すように、隣り合う回転位置を表す符号の違いは１ビットとなっている。例えば、回転位置が「０」の場合、符号パターンは「01110」となり、回転位置が「１」の場合、符号パターンは「01100」となる。そして、回転ディスク４が回転して回転位置情報が変化するとき、符号パターンは１つのビットのみが変化する。例えば、回転ディスク４が回転して回転位置が「０」から「１」へと変化するとき、符号パターンは「01110」から「01100」へと変化して、発光素子２ｄの１ビットのみが変化する。したがって、回転位置の中間での読み取りエラーは生じない。
【００４２】
また、回転導光ディスク５は、回転ディスク４のトラック４ａのスリットを通過した光を、受光素子３へ導光する光学的な導光構造を有する。図１では、発光素子２ｃの上部のトラック４ａにスリットが形成されており、破線の矢印で示すように、このスリットを通過した光が回転導光ディスク５に入射されて、受光素子３へ導光されている。
【００４３】
図４は図１と同様の横断面図で、回転導光ディスク５の導光構造について詳細に示した図である。図４では、発光素子２ｃから照射された光が回転導光ディスク５に入射されて導光されている場合の光線軌跡を破線で示す。発光素子２ａ，２ｂ，２ｄ，２ｅについての光線軌跡も同様である。回転導光ディスク５は、発光素子２ａ〜２ｅから照射された光が入射される入射面１２と、この入射面１２から入射された光が反射される第１の反射面１３と、この第１の反射面１３で反射された光が受光素子３に集光されるように反射される第２の反射面１４と、この第２の反射面１４で反射された光が出射される出射面１５とを備えている。
【００４４】
この回転導光ディスク５は、その回転軸線１７に対して回転対称な構造を有している。図５（ａ）は、回転導光ディスク５を斜め下側から見た斜視図、図５（ｂ）は、回転導光ディスク５を斜め上側から見た斜視図である。図５（ａ）（ｂ）に示すように、入射面１２、第１の反射面１３、第２の反射面１４、出射面１５は、それぞれ回転対称な面となっている。
【００４５】
回転導光ディスク５の入射面１２は、回転ディスク４の１つのトラック４ａを挟んで、５つの発光素子２ａ〜２ｅに対向して配置されている。入射面１２には、発光素子２ａ〜２ｅから照射されてトラック４ａのスリットを通過した光がそれぞれ入射される。
【００４６】
第１の反射面１３は、入射された光を全反射するように、該入射された光に対して所定角度で形成されている。具体的には、入射された光に対して４５°の角度で形成されている。これにより、入射した光は第１の反射面１３で入射した光に対して９０°の角度で全反射し、回転軸線１７方向へ導光される。
【００４７】
ここで、図６に示すように、屈折率ｎ１を持った媒質Ｍ１から、屈折率ｎ２を持った媒質Ｍ２に向かって光が入射するとき、境界の法線に対する入射光の入射角をθ１とすると、媒質Ｍ２に入射した光は境界面の法線に対して屈折角θ２で屈折して入射する。このとき、スネルの法則により、次式が成り立つ。
【００４８】
ｎ１・sinθ１＝ｎ２・sinθ２  …（２）
なお、境界面で生じる反射光の反射角をθ３とするとθ３＝θ１である。
【００４９】
また、図７に示すように、屈折率の高い媒質Ｍ２（屈折率ｎ２）から屈折率の低い媒質Ｍ１（屈折率ｎ１）へ光が入射する場合（ｎ２＞ｎ１）には、所定の入射角θｃｒを超えると媒質Ｍ１へ向かって光が出ていくことができず全反射が生じる。この全反射が起こる入射角θｃｒを臨界角といい、θｃｒ，ｎ１，ｎ２の間には
sinθｃｒ＝ｎ１／ｎ２  …（３）
の関係式が成り立つ。すなわち、臨界角θｃｒにおいて式（２）より屈折角θｔ＝９０°となっている。なお、反射光の角度θｒは、θｒ＝−θｃｒである。例えば、媒質Ｍ１を空気（ｎ１＝１．０）、媒質Ｍ２をアクリル（ｎ２＝１．４９）とすると、臨界角θｃｒは４２．２°となる。
【００５０】
従って、回転導光ディスク５を形成する材料として、例えば空気に比べて屈折率が大きく、臨界角θｃｒが第１の反射面１３の所定角度（例えば４５°）より小さくなるような材料（例えばアクリル）を用いる。これにより、入射された光が第１の反射面１３で全反射され、回転軸線１７方向へ導光される。
【００５１】
また、第２の反射面１４は、第１の反射面１３で反射された光を受光素子３に集光するように反射する曲面形状で形成されている。具体的には、受光素子３に対して焦点を有する放物面形状で形成されている。また、出射面１５は、受光素子３を中心とする球面形状で形成されている。すなわち、第２の反射面で反射された光は、いずれも、出射面１５に対して９０°の角度で入射する。このとき、屈折率の違う媒質の境界面において、境界面に対して９０°の角度で入射する場合には、式（２）よりそのまま９０°の角度で出射されるので、第２の反射面１４で反射された光は出射面１５の影響を受けずに受光素子３に集光される。
【００５２】
次に、本実施形態の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダの作動について説明する。まず、発光素子２ａ〜２ｅが駆動回路によりそれぞれ駆動され、各発光素子２ａ〜２ｅから出力された光が回転ディスク４のトラック４ａに照射される。このとき、回転ディスク４の回転位置に対応して、この回転位置の絶対値が、発光素子２ａ〜２ｅの上部のトラック４ａのスリットと遮光部との連続した組合せで表されている。そして、発光素子２ａ〜２ｅの上部のトラック４ａにスリットが形成されている場合には光が通過し、遮光部の場合には光が遮光される。
【００５３】
トラック４ａの所定のスリットを通過した光は、回転導光ディスク５の入射面１２に入射される。この入射された光は、第１の反射面１３によって入射された光に対して９０°の方向に全反射され、回転軸線１７方向へ導光される。この第１の反射面１３で反射された光は、第２の反射面１４により受光素子３に集光するように反射され、この反射された光は出射面１５を通って受光素子３に出射される。このとき、第２の反射面１４は受光素子３を焦点とする放物面形状なので、第２の反射面１４で反射された光は効率良く受光素子３に集光される。また、出射面１５は受光素子３を中心とする球面形状なので、第２の反射面１４によって反射された光は、すべて出射面１５に対して９０°の角度で入射され、屈折・反射等の出射面１５の影響を受けずに、出射面１５から出射されて受光素子３に集光される。
【００５４】
受光素子３に集光された光は、受光素子３で受光されて電気信号に変換されて出力される。このとき、受光される光はトラック４ａの所定のスリットを通過した光を重ね合わせたものとなる。よって、各発光素子２ａ〜２ｅを異なる駆動信号、例えば時分割で駆動させて、受光素子３の出力信号をデコーダ回路で処理することにより回転位置の絶対値が検出される。
【００５５】
本実施形態によれば、隣り合う回転位置を表す符号の違いが１ビットであるので、回転位置の中間での読み取りエラーを防止するための機構を設けたりすることなく、１つのトラックで精度良く回転位置の絶対値を検出することができる。さらに、本実施形態によれば、発光部と受光部とを同一の回路基板上に実装できると共に、発光部から照射されて回転ディスクのスリットを通過した光を回転導光ディスクにより受光部へ効率良く導光することができる。よって、小型かつ簡易な構造の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダで、回転位置の絶対値を精度良く検出することができる。
【００５６】
なお、本実施形態において、例えば各発光素子２ａ〜２ｅから出力された光を平行光にして回転ディスク４のトラック４ａに照射するためのコリメータレンズ等の光学系部品を備えるようにしてもよい。この場合、これらの光学系部品も回路基板１上に実装することで、光学式アブソリュート形ロータリエンコーダを小型かつ簡易な構造とすることができる。
【００５７】
また、本実施形態では、回転導光ディスクに連結した回転シャフトを介して、回転ディスクを発光素子に対して回転するものとしたが、他の実施形態として、回転シャフトを回路基板に連結して、発光素子を回転ディスクに対して回転させてもよい。この場合、発光素子と受光素子とがその駆動回路等と共に同一の回路基板１上に実装されているので容易に回転可能である。
【００５８】
また、本実施形態では、回転導光ディスクと回転ディスクとを一体的に回転するものとしたが、他の実施形態として、回転ディスクのみを回転するものとしてもよい。
【００５９】
また、本実施形態では、５つの発光素子２ａ〜２ｅは等間隔で配置されるものとしたが、他の実施形態として、５つの発光素子２ａ〜２ｅを等間隔でない所定の間隔をとって配置してもよい。
［第２実施形態］
図８は、第２実施形態の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダの回転導光ディスク２２と、発光部２１と、受光部２３との横断面を示す。本実施形態は、第１実施形態の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダと、回転導光ディスク２２の入射面２４の形状が相違するものである。以下の説明では、第１実施形態と同一の構成については、第１実施形態と同一の参照符号を用いて説明を省略する。
【００６０】
本実施形態の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダでは、発光部２１を構成する複数の発光素子として、出力光が放射特性を有する発光素子（例えばＬＥＤ等）が用いられる。そして、回転導光ディスク２２の入射面２４は、発光部２１の発光素子から照射された光を平行光にするような曲面形状（例えば、放物面レンズ形状）に形成されている。他の構成は第１実施形態と同様である。
【００６１】
図８に、発光部２１の発光素子から照射された光が、回転導光ディスク２２に入射されて導光されている場合の光線軌跡を破線で示す。この光学式アブソリュート形ロータリエンコーダの作動では、発光部２１の複数の発光素子から放射特性を有する出力光が回転ディスク４の対向する１つのトラック４ａにそれぞれ照射される。そして、トラック４ａのスリットを通過した光が入射面２４から回転導光ディスク２２に入射される。このとき、入射された光は入射面２４で平行光にされるので、効率良く第１の反射面１３に導光される。他の作動は第１実施形態と同様である。
【００６２】
本実施形態によれば、第１実施形態と同様に、隣り合う回転位置を表す符号の違いが１ビットであるので、１つのトラックで精度良く回転位置の絶対値を検出することができる。また、発光部と受光部とを同一の回路基板上に実装できると共に、発光部から照射されて回転ディスクのスリットを通過した光を回転導光ディスクにより受光部へ効率良く導光することができる。よって、小型かつ簡易な構造の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダで、回転位置の絶対値を精度良く検出することができる。
【００６３】
さらに、本実施形態によれば、回転導光ディスクの入射面で、入射された光を平行光にすることができるので、例えば、発光素子がＬＥＤ等でその出力光が放射特性を有する場合に、出力光を平行光にするためのコリメータレンズ等の光学系部品を備えたりすることなく、より簡易な構造で、入射された光を受光部へ効率良く導光することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の第１実施形態における光学式アブソリュート形ロータリエンコーダの構成を示す説明図。
【図２】図１の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダの回転ディスク及び発光素子のI−I線端面図。
【図３】図２の回転ディスクのアブソリュートパターンを示す説明図。
【図４】図１の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダの回転導光ディスクの構成を示す説明図。
【図５】図１の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダの回転導光ディスクの斜視図。
【図６】図１の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダの作動を示す説明図。
【図７】図１の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダの作動を示す説明図。
【図８】本発明の第２実施形態における光学式アブソリュート形ロータリエンコーダの構成を示す説明図。
【図９】従来の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダの構成を示す説明図。
【図１０】図９の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダの回転ディスクのIX−IX線端面図。
【図１１】従来の他の光学式アブソリュート形ロータリエンコーダの回転ディスク及び受光素子の端面図。
【符号の説明】
【００６５】
１…回路基板、２ａ〜２ｅ…発光素子、３…受光素子、４…回転ディスク、４ａ…トラック、５…回転導光ディスク、６…回転シャフト、１２…入射面、１３…第１の反射面、１４…第２の反射面、１５…出射面、１７…回転軸線、
２１…発光部（ＬＥＤ）、２２…回転導光ディスク、２３…受光部、２４…入射面。
【図１】
2008128904.tif 000005
【図２】
2008128904.tif 000006
【図３】
2008128904.tif 000007
【図４】
2008128904.tif 000008
【図５】
2008128904.tif 000009
【図６】
2008128904.tif 000010
【図７】
2008128904.tif 000011
【図８】
2008128904.tif 000012
【図９】
2008128904.tif 000013
【図１０】
2008128904.tif 000014
【図１１】
2008128904.tif 000015