(57)【要約】【課題】光学式エンコーダに用いる、小型化可能な光結合装置を提供すること。【解決手段】光源から放射状に光を発する発光素子と、この発光素子から発した光を遮断する光遮断部と前記光を通過させる光透過部を所定のピッチＰで有し前記光の方向に対して垂直方向に運動するスケールと、このスケールを介して前記光を受ける複数の受光素子から成る受光素子アレイと、位相の異なる２つの出力信号を得る出力回路を有する光結合装置であって、前記出力回路から得られる出力信号が互いにほぼ９０°異なるように、前記受光素子の並置されるピッチを修正して配置される。【選択図】　図９
2004109040.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から放射状に光を発する発光素子と、この発光素子から発した光を遮断する光遮断部と前記光を通過させる光透過部を所定のピッチＰで有し前記光の方向に対して相対的に垂直方向に運動するスケールと、このスケールを介して前記光を受ける複数の受光素子から成る受光素子アレイと、位相の異なる２つの出力信号を得る出力回路を有する光結合装置であって、
前記出力回路から得られる出力信号が互いにほぼ９０°異なるように、前記受光素子の並置されるピッチを修正して配置されることを特徴とする光結合装置。
【請求項２】
光源から放射状に光を発する発光素子と、この発光素子から発した光を遮断する光遮断部と前記光を通過させる光透過部を所定のピッチＰで有し前記光の方向に対して相対的に垂直方向に運動するスケールと、このスケールを介して前記光を受ける複数の受光素子から成る受光素子アレイとを有し、ほぼ９０°位相の異なる出力信号を得る光結合装置であって、
前記光源から前記受光素子までの距離をＬ１、前記光源から前記スケールまでの距離をＬ２、前記発光源から発する光の半値角をθ、前記発光源から放射され前記受光素子に到達するエリアの有効幅をＳ、前記スケールの材料の屈折率をλｓ、前記受光素子前面の材料の屈折率をλｅとしたとき、次の条件を満すことを特徴とする光結合装置。
θ＝ｔａｎ−１（Ｐ／Ｎ）／Ｌ２）
Ｓ＝２×Ｌ１×ｔａｎθ
Ｐｄ（ＰＤピッチ）＝Ｋ×２×Ｓ／Ｎ
Ｋ＝λｓ／λｅ
０．８＜Ｋ＜１．２
但し、ＮはＰ（スケールピッチ）に相当する前記受光素子アレイを構成する前記受光素子の数であり、Ｐｄ（ＰＤピッチ）は配列される受光素子のピッチである。
【請求項３】
前記発光素子は、集光レンズ機能を有するよう光源を一体成形して成ることを特徴とする請求項２記載の光結合装置。
【請求項４】
前記発光素子は、集光レンズ機能を有せず、光を放射する発光面に対して平面の構造を有するパッケージを一体成形して成ることを特徴とする請求項２記載の光結合装置。
【請求項５】
前記フォトダイオードアレイを複数個有することを特徴とする請求項２記載の光結合装置。
【請求項６】
前記発光素子を有する発光部の外側に、発光素子の位置を決めるガイドピンを有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１に記載の光結合装置。
【請求項７】
前記発光素子を有する発光部及び前記受光素子を有する受光部を内蔵する外囲器の外側にこの光結合装置を固定するねじ止め穴を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１に記載の光結合装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリンタ、複写機などの可動部の位置・角度・速度を制御する光エンコーダに用いる光結合装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プリンタ、コピー機、プロッタ、ハードディスクなどの可動部分の位置・角度・速度を光学的に制御する装置として光学式エンコーダが知られている。この種の光学式エンコーダに用いる光結合装置の外形は、図１（ａ）（ｂ）に示すような形状をしている。図１（ａ）はこの光学式エンコーダの正面図、図１（ｂ）は側面図である。１１は外囲器であり、この中の発光部１２と受光部１３との間に矢印１４の方向に往復運動可能なリニアスケール１５が配置された構造になっている。リニアスケール１５は、図１（ｃ）に示すように、ピッチＰで光遮断部１６ａと光透過部１６ｂを交互に有する構造を有している。
【０００３】
このような、光学式エンコーダに用いる従来の光結合装置は図２に示すような構成を有し、図３に示す電気回路により信号を処理する。
【０００４】
即ち、従来の光結合装置は、所定ピッチのリニアスケール１５を挟んで、発光部１２と受光部１３に分けられ、発光部では、１個の発光ダイオード（ＬＥＤ）２１から発した光を外付けレンズ２２により平行光線２３とし、この光線を受光ＩＣ２４で受ける。発光部１２と受光部１３の間隔をＧａｐとし、リニアスケール１５を発光部１２からＺだけ離れた位置に配置する。
【０００５】
受光ＩＣ２４は、フォトダイオード２５が２個１対、４個で１組となったフォトダイオードアレイと、これらのフォトダイオードアレイの２対で得られた信号をＡ相，Ｂ相の信号として処理する信号処理回路２７と、上記出力回路のＡ相，Ｂ相の信号（Ａ，Ｂ）及びその反転信号（ａ，ｂ）を各々比較するＡ相比較回路２８ａ，Ｂ相比較回路２８ｂとから成っている。
【０００６】
そして、受光ＩＣ２４のフォトダイオード２５は、図１（ｃ）に示すリニアスケール１５のピッチＰを１組当りのフォトダイオードの数で割った間隔で配置される。即ち、今の場合、リニアスケール１５の１ピッチの間に４個、半ピッチ間に２個のフォトダイオードが配置される。このようなピッチを有するリニアスケール１５を発光部１２と受光部１３の間で、その垂直方向即ち矢印１４方向に往復運動させることにより、図４に示すように互いに９０度位相の異なるＡ相出力信号４１ａとＢ相出力信号４１ｂを得る。
【０００７】
上記リニアスケール１５の代わりに、図５に示すようなコードホイールを用いることもできる。コードホイールは、円形状にピッチＰで均一に複数の開口部５１を設けた円板５２であり、これらの開口部５１を図１のリニアスケールの位置で回転移動させるようにして、光の透過及び遮断を繰り返すようにすることもできる。
【０００８】
なお、発光ダイオード２１から発する光をそのままリニアスケール１５あるいはコードホイールに入れると、受光ＩＣのフォトダイオードに当たる光がずれて、Ａ相，Ｂ相の出力信号の位相が９０度から外れ、良好な特性を得ることができない。そこで従来の光学式エンコーダでは、外付けレンズ２２を介在させることにより、受光ＩＣに入射する光を平行光線にしなければならなかった。
【０００９】
しかし、外付けレンズを設けると、部品点数が増え、大型化せざるを得ない。また、図１に示すように発光部１２と受光部１３の間隔Ｇａｐを小さくすることも考えられるが、この間隔を狭くすると、機構設計上のマージンが少なくなり好ましくない。
【００１０】
このように、従来の光学式エンコーダは、外付けレンズが必須であることその他の理由で、大型化してしまうという問題点があった。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、従来の光学式エンコーダに用いる光結合装置では、大型化することが避けられないという問題点があった。本発明は、このような従来の光結合装置の問題点に鑑みてなされたもので、小型化可能な光結合装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１によれば、光源から放射状に光を発する発光素子と、この発光素子から発した光を遮断する光遮断部と前記光を通過させる光透過部を所定のピッチＰで有し前記光の方向に対して相対的に垂直方向に運動するスケールと、このスケールを介して前記光を受ける複数の受光素子から成る受光素子アレイと、位相の異なる２つの出力信号を得る出力回路を有する光結合装置であって、前記出力回路から得られる出力信号が互いにほぼ９０°異なるように、前記受光素子の並置されるピッチを修正して配置されることを特徴とする光結合装置を提供する。
【００１３】
この発明によれば、外付けレンズを用いることなく、小型の光結合装置が得られる。
【００１４】
本発明の請求項２によれば、光源から放射状に光を発する発光素子と、この発光素子から発した光を遮断する光遮断部と前記光を通過させる光透過部を所定のピッチＰで有し前記光の方向に対して相対的に垂直方向に運動するスケールと、このスケールを介して前記光を受ける複数の受光素子から成る受光素子アレイとを有し、ほぼ９０°位相の異なる出力信号を得る光結合装置であって、
前記光源から前記受光素子までの距離をＬ１、前記光源から前記スケールまでの距離をＬ２、前記発光源から発する光の半値角をθ、前記発光源から放射され前記受光素子に到達するエリアの有効幅をＳ、前記スケールの材料の屈折率をλｓ、前記受光素子前面の材料の屈折率をλｅとしたとき、次の条件を満すことを特徴とする光結合装置を提供する。
【００１５】
θ＝ｔａｎ−１（Ｐ／Ｎ）／Ｌ２）
Ｓ＝２×Ｌ１×ｔａｎθ
Ｐｄ（ＰＤピッチ）＝Ｋ×２×Ｓ／Ｎ
Ｋ＝λｓ／λｅ
０．８＜Ｋ＜１．２
但し、ＮはＰ（スケールピッチ）に相当する前記受光素子アレイを構成する前記受光素子の数であり、Ｐｄ（ＰＤピッチ）は配列される受光素子のピッチである。
【００１６】
この請求項２の発明によれば、発光部に外付けレンズを設ける必要がなく、高精度の光学式エンコーダを提供できる。つまり、発光側の配光特性並びに半値角をほとんど考慮せずに、任意の分解能の光学式エンコーダを従来の場合に比して部品点数を削減し、安価に製造が可能である。
【００１７】
本発明の請求項３によれば、前記発光素子は、集光レンズ機能を有するよう光源を一体成形して成ることを特徴とする請求項２記載の光結合装置を提供する。
【００１８】
請求項３の発明によれば、外付けレンズを不要とし、安価に製造でき、パッケージの小型化が実現できる。本半導体結合装置は、発光部と受光部の間隔に可動式のスケールを挿入し、位置検出する。その間隔及び可動部の可動方向に対する垂直方向の上下の位置のばらつきにより、若干の特性変動はあり得るが、発光部と受光部の管￥書くが１ｍｍ以下の場合には問題にならない。そのため小型化の意向に合った光結合装置が提供できる。
【００１９】
本発明の請求項４によれば、前記発光素子は、集光レンズ機能を有せず、光を放射する発光面に対して平面の構造を有するパッケージを一体成形して成ることを特徴とする請求項２記載の光結合装置を提供する。
【００２０】
請求項４の発明によれば、発光側に一体成形してレンズを形成するので、そのレンズの高さの分、発光素子として薄型化でき、光半導体結合装置としては、上記請求項２の場合よりも更に、小型化できる。また、レンズがないため、発光素子の成形金型の下降時間が短縮できることから、金型を含めた設備費用の削減も図れ、更に安価に光結合装置を提供できる。
【００２１】
本発明の請求項５によれば、前記フォトダイオードアレイを複数個有することを特徴とする請求項２記載の光結合装置を提供する。
【００２２】
本発明の請求項６によれば、前記発光素子を有する発光部の外側に、発光素子の位置を決めるガイドピンを有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１に記載の光結合装置を提供する。
【００２３】
本発明の請求項７によれば、前記発光素子を有する発光部及び前記受光素子を有する受光部を内蔵する外囲器の外側にこの光結合装置を固定するねじ止め穴を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１に記載の光結合装置を提供する。
【００２４】
請求項６または７によれば、取り付け精度が向上し、更なる高精度の位置検出が可能となる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
本発明の特徴の１つは、受光部に用いるフォトダイオードアレイのピッチを修正することにより、光源からの光を外付けレンズを介することなく受光部に放射してもＡ相、Ｂ相の出力信号の位相を互いにほぼ９０度にできるようにした点にある。
【００２６】
まず、本発明の原理を説明する。図６は従来の、発光部に外付けレンズを設けた構成の光学式エンコーダにおいて、発光部と受光部の間隔Ｇａｐを変えた場合の配光特性を示す図である。実線はＧａｐが２．７ｍｍの場合、点線はＧａｐが１．５ｍｍの場合であり、破線はＧａｐが０．５ｍｍの場合の配光特性を示す。この図において、横軸は発光ダイオード（ＬＥＤ）の走査距離（ｍｍ）であり、縦軸は相対短絡電流を表わす。
【００２７】
同図において、ほぼ１〜２．７５ｍｍの範囲にフォトダイオードの受光幅があり、この範囲で相対短絡電流は１に近くなるが、この範囲から外れると、急激に小さくなる。そして、発光部と受光部の間隔Ｇａｐを上記のように変えた場合にも、この配光特性はほとんど変わらない。
【００２８】
一方、外付けレンズを除いて、上記間隔Ｇａｐを２．７ｍｍ、１．５ｍｍ及び０．５ｍｍと変えた場合の配光特性を図７に示す。この配光特性図でも、実線はＧａｐが２．７ｍｍの場合、点線はＧａｐが１．５ｍｍの場合であり、破線はＧａｐが０．５ｍｍの場合を示す。
【００２９】
この場合、発光部は、中央のＡｕ電極部を除く全面発光の発光ダイオードの前面に、エポキシ樹脂で作られ曲率半径０．７５ｍｍの集光レンズを有するよう一体成型した発光素子を用い、この発光素子のレンズトップまでの寸法を３ｍｍ以下になるように設計した。この特性図では、発光部と受光部の間隔Ｇａｐが狭くなるほど、指向性が鋭くなることを示している。これは、発光部から発射される光線が、平行光線か、放射状光線かの違いに基づく。
【００３０】
図８に、リニアスケールとフォトダイオードの受光部の関係を示す。４個のフォトダイオード８１ａ，８１ｂ，８１ｃ，８１ｄで１つのフォトダイオードアレイ８１を構成し、同様な構成のフォトダイオードアレイ８２，８３がその左右に設けられる場合もある。上記フォトダイオード８１ａ，８１ｂ，８１ｃ，８１ｄの受光部は幅Ｗｄで、各々８５ａ，８５ｂ，８５ｃ，８５ｄとする。これらのフォトダイオードは間隔Ｗｅをおいて配列され、そのピッチはＰｄである。即ちＰｄ＝Ｗｄ＋Ｗｅである。上記フォトダイオードの受光部に対して、リニアスケール８６の光遮断部８７ａと光透過部８７ｂは図に示すような関係にあり、矢印８８の方向に往復運動する。
【００３１】
この場合、リニアスケール８６のピッチＰは次のように表わすことができる。
【００３２】
Ｐ＝２５．４／分解能ＬＰＩ（ｍｍ）
ここでＬＰＩとは、１インチ当りのパルス数であり、１５０ＬＰＩとすると、上記ピッチＰ＝２５．４／１５０＝１６９μｍとなる。
【００３３】
この１ピッチの中にフォトダイオード４個１組のフォトダイオードアレイが複数個、配列されている場合に、Ｐ＝１６９μｍを４分割すると、フォトダイオード毎のピッチＰｄが算出される。この場合、Ｐｄ＝４２μｍとなる。
【００３４】
図９に本発明の原理的な構成を、また図１０（ａ）（ｂ）（ｃ）に本発明一実施形態の正面図、側面図、背面図を示す。図１０（ａ）（ｂ）（ｃ）において、発光部９１と受光部９３の間にリニアスケール９５が配置されている。番号１０１１は外囲器を示し、番号１０１２は発光側リード端子、番号１０１３は受光側リード端子である。また、番号１０１４はねじ止め穴であり、番号１０１５は発光部部品の位置決めのためのガイドピンである。
【００３５】
ねじ止め穴１０１４によって、基板などにこの光結合装置を用意に固定することができ、ガイドピン１０１５によって発光部と受光部の位置合わせを行うことができる。
【００３６】
発光部９１は集光レンズ機能を有するように一体成形された発光素子９２が配置されてモジュールとなっており、受光部９３はその前面にフォトダイオード９４を配置し、発光部９１と受光部９３の間にリニアスケール９５が配置される。発光部９１と受光部９３の間隔、即ち厳密には発光源９６とフォトダイオードアレイまでの距離をＬ１（＝Ｇａｐ）とする。そしてこの発光源９６からリニアスケール９５までの距離をＬ２、発光源９６からレンズトップまでの距離をＬ３、レンズトップからリニアスケール９５までの距離をＬ４、リニアスケール９５からフォトダイオードアレイまでの距離をＬ５とする。
【００３７】
また、図８に示したと同様に、リニアスケール９５のピッチはＰ、フォトダイオードの受光部のピッチはＰｄとする。また、フォトダイオードアレイを構成するフォトダイオードの数をＮとし、発光素子から受光素子に到達するエリアの有効幅をＳとし、発光素子の半値角をθとする。
【００３８】
このとき、
ｔａｎθ＝（Ｐ／Ｎ）／Ｌ２、即ち
θ＝ｔａｎ−１（（Ｐ／Ｎ）／Ｌ２）　　　　・・・・（１）
Ｓ＝２×Ｌ１×ｔａｎθ　　　　　　　　・・・（２）
Ｐｄ＝Ｋ×２×Ｓ／Ｎ　　　　　　　・・・（３）
ここで、　Ｋ＝λｓ／λｅ　　　　　　　・・・（４）
０．８＜Ｋ＜１．２　　　　　　　　　　・・・（５）
となるようにすればよい。
【００３９】
なお、λｓはリニアスケール９５の実際の屈折率であり、λｅは受光部のフォトダイオード前にある材料の屈折率である。これらの屈折率の比である係数Ｋは理想的には、１であるが、リニアスケールと受光部フォトダイオード前の材質により変わり、通常は上記（５）式の範囲にあればよい。
【００４０】
例えば、図９において、Ｌ１＝３．２ｍｍ、Ｌ２＝２．３５ｍｍ、Ｌ３＝１．５ｍｍ、Ｌ４＝０．８５ｍｍ、とし、リニアスケール９５のピッチＰを０．１６９ｍｍ（即ち１インチ当り１５０パルス）とすると、上記（１）式から
θ＝ｔａｎ−１（（Ｐ／４）／Ｌ２＝０．０１８ラジアン
となり、（２）式から
Ｓ＝２×Ｌ１×ｔａｎθ＝２×３．２×ｔａｎθ＝０．１１５ｍｍ
となる。係数Ｋ＝１とした場合、上記（３）式から、フォトダイオード受光部のピッチＰｄは次のようになる。
【００４１】
Ｐｄ（１５０）＝１×２×０．１１５／４＝０．０５７５ｍｍ＝５７．５μｍ
いま、フォトダイオード受光部のピッチＰｄを約５８μｍ、フォトダイオード間の遮光幅Ｗｅを１５μｍ、受光幅Ｗｄを４３μｍとする。
【００４２】
ところで、例えば４個１組のフォトダイオードから成るフォトダイオードアレイは、光結合装置の大きさや価格の点から、１個であることが最も望ましい。発光側の発光素子の実装精度（通常±０．０５〜０．１ｍｍ）やレンズを含めた一体成形精度により、光軸がずれることがあり、フォトダイオードアレイを複数用いれば、この光軸のずれが生じた場合でも安定して光結合装置全体として機能を満足することができる。また、フォトダイオードアレイを構成するフォトダイオードの数は通常４個用いるが、５個などの場合もある。
【００４３】
ここでは、図１１（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、４個１組のフォトダイオードから成るフォトダイオードアレイを１つ用いる場合（同図（ａ））、このようなフォトダイオードアレイを３つ用いる場合（同図（ｂ））、５つ用いる場合（同図（ｃ））各々について、図３に示した回路により、Ａ相とＢ相の出力信号の位相差を測定した。
【００４４】
その結果を従来の、外付けレンズを用いる場合と比較して、図１２に示す。即ち、同図（ａ）は、１個のフォトダイオードアレイを用いた場合、同図（ｂ）は３個のフォトダイオードアレイを用いた場合、同図（ｃ）は５個のフォトダイオードアレイを用いた場合であり、左側に従来の場合を、右側に本発明の実施形態による場合の、Ａ相出力信号（実線）とＢ相出力信号（点線）の関係を示した。
【００４５】
本発明の実施形態による場合も従来構成の場合も、発光源からフォトダイオードアレイまでの距離Ｌ１は１．７μｍとし、本発明の実施形態では上述のように、フォトダイオードの受光幅Ｗｄを４３μｍ、遮光幅Ｗｅを１５μｍ、従来構成では、各々３２μｍ、１０μｍとした。
【００４６】
この測定結果は、フォトダイオードアレイが１つの場合、図１２（ａ）に示すように、本発明の実施形態では、Ａ相出力信号のデューティ比が６０％、Ｂ相出力信号のデューティ比が７０％となり、互いの出力信号の位相差は８０°となった。これに対して１つのフォトダイオードアレイを用いた従来構成の場合には、Ａ相出力信号のデューティ比は６０％、Ｂ相出力信号のデューティ比は６５％で、互いの出力信号の位相差は６０°となった。
【００４７】
また、フォトダイオードアレイが３つの場合、図１２（ｂ）に示すように、本発明の実施形態では、Ａ相出力信号のデューティ比が６０％、Ｂ相出力信号のデューティ比が７０％となり、互いの出力信号の位相差は９０°となった。これに対して２つのフォトダイオードアレイを用いた従来構成の場合には、Ａ相出力信号のデューティ比は５０％、Ｂ相出力信号のデューティ比は５５％で、互いの出力信号の位相差は６５°となった。
【００４８】
更に、フォトダイオードアレイを５つに増やした場合、図１２（ｃ）に示すように、本発明の実施形態では、Ａ相出力信号のデューティ比が５０％、Ｂ相出力信号のデューティ比が５０％となり、互いの出力信号の位相差は９０°となった。これに対して２つのフォトダイオードアレイを用いた従来構成の場合には、パルス現象あるいは異常波形が観測され、Ａ相出力信号Ｂ相出力信号ともデューティ比及び、互いの出力信号の位相差は測定できなかった。
【００４９】
このように、従来の構成に比して本発明の実施形態の光学式エンコーダでは、Ａ相とＢ相の出力信号波形を互いに９０°に近くすることができ、フォトダイオードアレイの個数を増やすと更に９０°に近づけられることがわかる。
【００５０】
したがって本発明によれば、Ａ相、Ｂ相の出力信号のデューティ比を高精度に検出し、互いの位相を９０°近くにでき、フォトダイオードアレイの個数を増やすと、更に高精度に検出することができる。
【００５１】
次に本発明の他の実施形態について説明する。１インチ当り１８０パルスとし、その他の条件を上記の場合と同じにした場合の、フォトダイオード受光部のピッチＰｄ（１８０）を求めてみる。
【００５２】
図９に示すリニアスケール９５のピッチＰは、Ｐ＝２５．４／１８０＝１４１μｍ　となる。
【００５３】
ところで、上述の実施形態ではＫ＝１としたが、ある配光特性を有する発光部からの光線は、実際には用いられるリニアスケールの屈折率及び厚さによって、広がったり狭くなったりする。例えばリニアスケールとしてエポキシ樹脂を用いた場合λｅ＝１．５４であり、これに対してリニアスケールの実際の屈折率λｓが１．５４より小さいと発光部からの光線は広がり、１．５４より大きい場合には、光線は狭まることになる。
【００５４】
一般的には、１．５４より屈折率の小さい材料がリニアスケールとして用いられる。例えばアクリルの屈折率は１．４〜１．５である。
【００５５】
ここで、リニアスケールの材質と係数Ｋの設定について説明する。係数Ｋは理想的には、１であるが、実際には個々の条件によって大きく変わる。係数Ｋを変える要因の１つがリニアスケールの材質である。
【００５６】
発光部から、ある角度θで発射された光は、発光部と受光部の間隔Ｇａｐを経て受光部に到達する。即ち光線は必ず、発光部→空気→リニアスケール→空気→受光部、の経路で受光部に届く。この場合、リニアスケールを介し前後に空気層があるので空気層による光線変化は互いに打ち消されるため、無視することができる。
【００５７】
しかし、中央に配置されているリニアスケールの材質並びに厚さによって光線の方向が変化することを十分に考慮する必要がある。つまり、受光部のフォトダイオードアレイのピッチを決めるには、リニアスケールの材質、即ち屈折率が重要な要素である。
【００５８】
ここでは、リニアスケール材質の屈折率λｓ＝１．４とし、受光部のエポキシ樹脂による光線の屈折を考慮する。リニアスケールの厚さｔ＝０．１ｍｍ、受光部のエポキシ樹脂の屈折率λｅ＝１．５４、その厚さｔｅ＝０．３ｍｍとする。ここでは、リニアスケール及び受光部パッケージは平らな面となっているので、特にその厚さは無視できる。
【００５９】
図１３において、屈折率ｎ１の物質Ａから屈折率ｎ２の物質Ｂに角度ａで入射し角度ｂで出射したとすると、スネルの法則により、ｎ１×（ｓｉｎ　ａ）＝ｎ２×（ｓｉｎ　ｂ）　となる。
【００６０】
したがって、物質Ａをリニアスケール、物質Ｂをエポキシ樹脂とすれば、（ｓｉｎ　ａ）／（ｓｉｎ　ｂ）＝ｎ２／ｎ１＝λｓ／λｅ＝１．４／１．５４＝０．９１　、即ち上記（４）式による係数Ｋ＝０．９１となる。
【００６１】
他の条件を上述の実施形態の場合と同じように、Ｌ１＝３．２ｍｍ、Ｌ２＝２．３５ｍｍ、Ｌ３＝１．５ｍｍ、Ｌ４＝０．８５ｍｍ、とする。リニアスケールのピッチＰ＝０．１４１ｍｍであるから、上記（１）式より、θは　　θ＝ｔａｎ−１（（Ｐ／４）／Ｌ２）＝０．０１５　ラジアン　となる。
【００６２】
また、（２）式より、Ｓ＝２×Ｌ１×ｔａｎθ＝０．０９６ｍｍ　となる。
【００６３】
ところで上記係数Ｋ＝１とすると、この場合のフォトダイオードのピッチは　１×２×０．０９６／４＝０．０４８ｍｍ　となる。
【００６４】
しかし、上述のようにリニアスケール及びエポキシ樹脂の屈折率を考慮し、Ｋ＝０．９１とすれば（３）式より、フォトダイオードアレイのピッチＰｄ（１８０）＝０．９１×２×０．０９６／４＝０．０４３７＝４３．７μｍ　となる。
【００６５】
これに対して、従来のように外付けレンズを用い、発行側から平行光線を照射した場合であって、リニアスケールのピッチＰ＝０．１６９ｍｍ（１インチ当り１５０パルス）とした場合のフォトダイオードのピッチＰｄ’（１５０）を求める。１個のフォトダイオードアレイを構成するフォトダイオードが４個とすると、Ｐｄ’（１５０）は次のようになる。
【００６６】
Ｐｄ’（１５０）＝Ｐ／４＝０．１６９／４＝０．０４２３ｍｍ＝４２．３μｍ
したがって、Ｐｄ’（１５０）≒Ｐｄ（１８０）　となり、従来構成における１インチ当り１５０パルスの場合のフォトダイオードのピッチは、本発明の実施形態における１インチ当り１８０パルスのフォトダイオードのピッチと同じになる。
【００６７】
換言すれば、受光部のフォトダイオードのピッチを修正することにより、発光部から発射される光線は平行光線でなくても、光学式エンコーダとして正常な動作をさせることができる。
【００６８】
次に、本発明の更に他の実施形態について説明する１インチ当り３００パルスの場合には、Ｋ＝１とすると、受光部のフォトダイオードのピッチＰｄ（３００）＝２９μｍとなり、この値がフォトダイオードのピッチの設計値となる。
【００６９】
一方、上述のようにＫ＝０．９１とすると、フォトダイオードのピッチＰｄ（３００）＝２６．４μｍ　となる。
【００７０】
これに対して、従来の図１に示すような構成で、即ち発光部に外付けレンズを用いる場合の受光部のフォトダイオードのピッチＰｄ’（３００）＝２１．１μｍとなる。
【００７１】
なお、本発明において、平行光線を用いないので、発光部と受光部の間で光線と垂直の方向に往復運動するリニアスケールの運動方向に対して、その垂直方向の位置ずれ、ばらつき、ふらつきにより、デューティ比や位相差の変動が発生することもあるが、発光部と受光部の間隔Ｇａｐが１ｍｍ以下である通常の小型の光学式エンコーダでは、実用的に問題とならない。
【００７２】
ところで、図１０に示すような本発明の実施形態で、位置決めのガイドピン１０１５を設けておくことにより、発光部と受光部の位置を容易に合わせることができる。また、位置決めの穴１０１４が設けられているので、本発明による光結合装置を容易に基板などに固定することができる。
【００７３】
なお、上記実施形態では、発光部と受光部の間にリニアスケールを設けた場合について説明したが、本発明では、リニアスケールの代わりに、円板状のコードホイールを用いることもでき、本発明では両者を含めて、スケールという。また、このスケールを往復運動又はあるいは回転させて動かすだけでなく発光部と受光部の方を移動させてもよく、両者が光の方向と垂直な方向に相対的に運動していればよい。
【００７４】
また、上記実施形態では、光を受ける素子としてフォトダイオードの場合について説明したが、光を検出できればフォトダイオード以外の素子を用いることもでき、本発明では一般に受光素子という。
【００７５】
本発明で用いる発光素子は、集光レンズ機能を有するように発光源と一体成形したものでもよく、また集光レンズ機能を有しないＬＥＤ発光面に対して平面状のフラットパッケージを一体成形したものを用いることもできる。
【００７６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、小型化可能な光結合装置を得ることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】光エンコーダに用いる光結合装置の構成を示す図。
【図２】従来の光結合装置の構造を説明するための図。
【図３】光結合装置における信号処理を説明するための図。
【図４】光結合装置の出力信号であるＡ相出力とＢ相出力の位相関係を説明するための図。
【図５】光結合装置に用いるコードホイールの外形を示す図。
【図６】従来の場合の配光特性を示す図。
【図７】本発明の場合における配光特性を示す図。
【図８】本発明において、リニアスケールと、フォトダイオードの受光幅の関係を説明するための図。
【図９】本発明の原理を説明するための図。
【図１０】本発明の一実施形態の外形を示す図。
【図１１】本発明において、受光部のフォトダイオードアレイを説明するための図。
【図１２】本発明の一実施形態の出力特性を従来構成の場合と比較して示す図。
【図１３】本発明において、屈折率の関係を説明するための図。
【符号の説明】
１１，１０１１・・・外囲器、１２，９１・・・発光部、１３，９３・・・受光部、１５，９５・・・リニアスケール、２４・・・受光ＩＣ、２５，９４・・・フォトダイオード、５２・・・コードホイール、８１，８２，８３・・・フォトダイオードアレイ。
【図１】
2004109040.tif 000003
【図２】
2004109040.tif 000004
【図３】
2004109040.tif 000005
【図４】
2004109040.tif 000006
【図５】
2004109040.tif 000007
【図６】
2004109040.tif 000008
【図７】
2004109040.tif 000009
【図８】
2004109040.tif 000010
【図９】
2004109040.tif 000011
【図１０】
2004109040.tif 000012
【図１１】
2004109040.tif 000013
【図１２】
2004109040.tif 000014
【図１３】
2004109040.tif 000015