(57)【要約】【課題】  光学式ロータリーエンコーダにおいて、小型でも高分解能で、かつ回転軸の姿勢変動等によりロータリースケールの傾きが生じた場合でも検出誤差が発生し難いものを得ることを目的とする。【解決手段】  エンコーダ２は、回転軸１２の回転中心線１０上近傍に設けられた光源４と、回転中心線周りに回転可能に回転軸に取り付けられ、円周方向に交互に形成された透光部および遮光部からなる光学パターン１６を有するロータリースケール１４と、ロータリスケールと間隔をあけて配置され、光源からの光を回転中心線を含む断面内で幅が略変化しない平行光束となるよう反射し、これにより平行光束がロータリースケールの透光部を照射し、透光部を透過した光が光源の周囲へ向かうようにする反射体１８と、透光部を透過した光を受光する受光素子８と、を備える。【選択図】        図１
2004340929.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸の回転中心線上近傍に設けられた光源と、
回転中心線周りに回転可能に回転軸に取り付けられ、円周方向に交互に形成された透光部および遮光部を有するロータリースケールと、
ロータリスケールと間隔をあけて配置され、光源からの光を前記回転中心線を含む断面内で幅が略変化しない平行光束となるよう反射し、これにより平行光束がロータリースケールの透光部を照射し、透光部を透過した光が光源の周囲へ向かうようにする反射体と、
透光部を透過した光を受光する受光素子と、
を備えた光学式ロータリーエンコーダ。
【請求項２】
平行光束が回転軸とほぼ平行であることを特徴とする請求項１記載の光学式ロータリーエンコーダ。
【請求項３】
反射体が凹面ミラーであることを特徴とする請求項１記載の光学式ロータリーエンコーダ。
【請求項４】
反射体が回転軸が貫通する貫通孔を有することを特徴とする請求項１記載の光学式ロータリーエンコーダ。
【請求項５】
反射体は、貫通孔と反射体の外周面とを接続する開口部を回転中心線に沿って有することを特徴とする請求項４記載の光学式ロータリーエンコーダ。
【請求項６】
反射体が回転軸の軸端に設けられたことを特徴とする請求項１に記載の光学式ロータリーエンコーダ。
【請求項７】
反射体は、光源からの光を一回の反射で光源の周囲に向かうようにすることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の光学式ロータリーエンコーダ。
【請求項８】
回転軸の軸端あるいは回転軸の延長線上に光吸収材を備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の光学式ロータリーエンコーダ。
【請求項９】
回転軸の軸端あるいは回転軸の延長線上に、反射光が受光素子に入射しないよう光を反射する反射材を備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の光学式ロータリーエンコーダ。
【請求項１０】
回転軸の回転中心線上近傍に設けられた光源と、
光源からの光を平行光束とする光学手段と、
光学手段からの平行光束を分離させる光束分離光学素子と、
回転中心線周りに回転可能に回転軸に取り付けられ、円周方向に交互に形成された透光部および遮光部を有するロータリースケールと、
ロータリスケールと間隔をあけて配置され、光束分離光学素子で分離された光を前記回転中心線を含む断面内で幅が略変化しない平行光束となるよう反射し、これにより平行光束がロータリースケールの透光部を照射し、透光部を透過した光が光源の周囲へ向かうようにする反射体と、
透光部を透過した光を受光する受光素子と、
を備えた光学式ロータリーエンコーダ。
【請求項１１】
光束分離光学素子が上記光学手段からの平行光束を回折させる回折格子であることを特徴とする請求項１０記載の光学式ロータリーエンコーダ。
【請求項１２】
回折格子が円形回折格子であり、反射体が円錐台形反射面を有することを特徴とする請求項１１記載の光学式ロータリーエンコーダ。
【請求項１３】
回折格子が１次元の周期構造を有する回折格子であり、反射体が平面ミラーであることを特徴とする請求項１１記載の光学式ロータリーエンコーダ。
【請求項１４】
反射体が回折格子と同じピッチで配列された反射式回折格子であることを特徴とする請求項１１記載の光学式ロータリーエンコーダ。
【請求項１５】
反射体が回転軸の軸端に設けられたことを特徴とする請求項１０〜１４のいずれか一つに記載の光学式ロータリーエンコーダ。
【請求項１６】
回転軸の回転中心線上近傍に設けられた光源と、
光源からの光を平行光束とする光学手段と、
光学手段からの平行光束を分離させる光束分離光学素子と、
回転中心線周りに回転可能に回転軸に取り付けられたロータリースケールであって、円周方向に交互に形成された透光部および遮光部と、光束分離光学素子で分離された光を前記回転中心線を含む断面内で幅が略変化しない平行光束となるよう反射し、これにより平行光束がロータリースケールの透光部を照射し、透光部を透過した光が光源の周囲へ向かうようにする反射面と、を有するものと、
透光部を透過した光を受光する受光素子と、
を備えた光学式ロータリーエンコーダ。
【請求項１７】
回転軸の軸端あるいは回転軸の延長線上に光吸収材を備えることを特徴とする請求項１０〜１６のいずれか一つに記載の光学式ロータリーエンコーダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転軸の回転角度、速度を検出する光学式ロータリーエンコーダに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光学式ロータリーエンコーダには、反射式の光学パターンあるいは回折格子パターンを備えたロータリースケールと、ロータリースケールの回転軸の略延長線（回転中心線）上に配置された面発光型の光源と、光源が搭載された基板に形成され、光源を中心とする円周上に一定角度ピッチで並べられた受光素子群を備えた光検出器から構成されたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、ロータリースケールに対し光源と反対側に受光素子群が回転中心線を中心に全周に渡り配置されたものや（例えば、特許文献２参照）、光源が回転中心線上に配置され、ロータリースケール内の２箇所に備えられた４５°斜面にて光を折返すことにより、光ビームの主軸がスリット（光学パターン）に対し、垂直に入射するようにしたものがある（例えば、特許文献３参照）。
【０００４】
なお、スケールに対し片側に発光素子および受光素子、反対側に反射鏡を設け、反射鏡が発光素子からの光を受光素子に向けて平行光束となるよう反射する光学式リニアエンコーダが知られている（例えば、特許文献４参照）。また、ロータリースケールに反射面を形成し、光源から出射した光をロータリースケールの回転中心線に平行に反射する光学式ロータリーエンコーダが知られている（例えば、特許文献５参照）。
【特許文献１】特開２００２−４８６０２号公報
【特許文献２】特開昭５８−１４７６５４号公報
【特許文献３】特開平９−１９６７０３号公報
【特許文献４】特開昭６４−７４４１２号公報
【特許文献５】米国特許出願公開２００２／００３８８４８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に示される光学式ロータリーエンコーダでは、光源から放射される光ビームの主軸はロータリースケールに垂直に入射し、またロータリースケールの半径ｒ１に入射した光線は、受光素子群上の半径ｒ２の位置に照射される。このとき半径ｒ１とｒ２は、
ｒ２＝ｒ１（ｚ１＋ｚ２）／ｚ１        （１）
の関係を満たしている。ここで、ｚ１は光源とロータリースケールの間隔、ｚ２はロータリースケールと光検出器の間隔である。光源の厚さは光源とロータリースケールの間隔に対し十分に薄いので、ｚ１＝ｚ２と近似すると、上式は
ｒ２＝２×ｒ１                        （２）
となる。
【０００６】
一般に光学式ロータリーエンコーダにおいて、高分解能化しようとするとロータリースケールの１回転あたりのスリット数を増やす必要がある。このとき、スリット数は同じにして小型化しようとすると、周期を小さくする必要があり、このスリットの狭周期化の限界がロータリースケールの小型化、つまりはエンコーダ自体の小型化と高分解能化の限界に繋がる。特許文献１に示される光学式ロータリーエンコーダの場合は、式（２）のとおり、受光素子群の径方向長さは必ず光学パターンの径方向長さの２倍になる。つまり、小型、高分解能を実現するため、光学パターン周期を限界まで狭くしたとしても、エンコーダ自体の大きさは光学パターンの２倍の径方向長さを持つ受光素子群の大きさに依存し、十分な小型、高分解能化は不可能である。
【０００７】
また、ロータリースケールで反射し、光検出器に入射する光束が平行光束でないことにより、光検出器とロータリースケールの間隔が変動した場合、ロータリースケール上の照射分布が大きく変わるため、受光素子群で検出される光量が変動し、検出誤差に繋がる。
【０００８】
さらにロータリースケールが反射式であるため、ロータリースケールの傾きが生じた場合、受光素子群上のスケール像が変動し、検出誤差を発生する。
【０００９】
また、特許文献３に示される光学式ロータリーエンコーダにあっては、光源からロータリースケールへの入射光は平行光束を用いているものの、ロータリースケール内の２箇所に備えられた４５°斜面にて光を折返し、光学パターンに照射するため、回転軸の姿勢変動により光学パターンへの照射分布が大きく変わって検出誤差を発生し、また、光学パターンに照射される光束の幅がロータリースケールへ入射される平行光束の径の約１／２となるため、形成する光学パターン領域が限られる。従って、小型化した際に検出光量が低下するため高分解能化に制限がある、などの課題があった。
【００１０】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、小型でも高分解能で、かつ回転軸の姿勢変動等によりロータリースケールの傾きが生じた場合でも検出誤差が発生し難い光学式ロータリー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】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明に係る光学式ロータリーエンコーダの一態様は、回転軸の回転中心線上近傍に設けられた光源と、回転中心線周りに回転可能に回転軸に取り付けられ、円周方向に交互に形成された透光部および遮光部を有するロータリースケールと、ロータリスケールと間隔をあけて配置され、光源からの光を前記回転中心線を含む断面内で幅が略変化しない平行光束となるよう反射し、これにより平行光束がロータリースケールの透光部を照射し、透光部を透過した光が光源の周囲へ向かうようにする反射体と、透光部を透過した光を受光する受光素子と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の一態様によれば、ロータリースケールを挟んで光源および受光素子の反対側に光源からの光を平行光束として反射する反射体を配置することで、円周方向に交互に形成された透光部および遮光部からなる光学パターン全周を平行光束で照射することができるため、エンコーダを小型化（受光素子の径方向長さを小さく）しても分解能を高く保つことができる。特に平行光束を回転軸とほぼ平行にすればさらに小型化が可能である。また、回転軸の姿勢変動があった場合も、光学パターンが透過式であること、回転軸に連結されたロータリースケールと反射体は別体であるため光源と反射体の相対位置関係は変わらないこと、および、光学パターンを平行光束で照射することにより、回転軸の姿勢変動による受光素子上の照射分布変動を抑制することができ、検出誤差を小さくできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照して本発明に係る実施の形態を説明する。なお、本願明細書では、方向を表す用語（例えば、「上」、「下」、「右」、「左」、およびこれらの用語を含む別の用語）を適宜用いるが、説明に用いる図面中の方向を示すだけのものであって、これらの用語によって本発明が限定的に解釈されるべきでない。
【００１４】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１による光学式ロータリーエンコーダを示す。全体を符号２で示すエンコーダは、基板６上の中央に搭載された面発光型の光源４を備え、その周囲に受光素子群８が基板６とモノリシックに形成されている。光源４は、モータ１３などのデバイスの回転軸１２の回転中心線１０の延長線上に配置され、受光素子群８は、例えば後述の実施の形態３で説明するように、光源４を中心にある角度で受光部が周期的に全周に渡り配列されている。面発光型の光源４として発光ダイオード（ＬＥＤ）や面発光型半導体レーザ、受光素子群８としてフォトダイオードアレイが考えられる。
【００１５】
回転軸１２には基板６と間隔をあけて円柱状のロータリースケール１４が取り付けてある。ロータリースケール１４は、光を透過する材料、例えばＰＭＭＡ樹脂で形成されており、基板６に対向する表面１４ａにはクロム蒸着などを使って、例えば後述の実施の形態４で説明するように、円周方向に交互に形成された透光部（スリット開口列）および遮光部で構成される透過式の光学パターン１６が備えられている。光学パターン１６の半径方向の幅は、受光素子群８の半径方向の幅より大きい方が好ましい。ロータリースケール１４は回転軸１２に接着剤などで固定される。
【００１６】
さらにロータリースケール１４の下方には、ロータリースケール１４の上面１４ａとは反対側の下面に対向する球面状反射面１８ａを備えた反射体として凹面ミラー１８が設けてある。凹面ミラー１８は、回転軸１２が貫通するための貫通孔１８ｂを有する。凹面ミラー１８は、モータ１３のハウジング部１９上に固定されている。光源４は、球面状反射面１８ａの焦点に配置されている。
【００１７】
以上のように構成されたエンコーダ２の動作時、光源４から放射された光線のうち、ロータリースケール１４上の光学パターン１６で囲まれた表面１４ａ部分を透過し、凹面ミラー１８に入射する光線２０は、凹面ミラー１８で反射されると同時に反射された光線のほとんど全てが互いに平行な光束、すなわちほとんど発散も収束もせず幅が略変化しない平行光束２２に変換される。平行光束２２は中心線１０に略平行となっている。中心線１０上に配置された光源４が点光源と仮定できるとき、光源４を反射面１８ａの焦点位置に配置すれば完全な平行光束が得られる。しかし、実際には光源は点ではなくある大きさを有しているため、完全な平行光束を得ることは難しいが、本発明の場合、完全な平行光束が得られなくても、ロータリースケール１４を透過する光束が略平行な光束であれば良く、本発明で言う平行光束とはこのような略平行な光束を言うものとする。
【００１８】
なお、球面形状をした反射面１８ａの曲率半径ｒと焦点距離ｆの関係は、
ｒ＝２×ｆ
と書ける。ただし、ロータリースケール１４は、ある屈折率を有する透明な誘電体、例えばＰＭＭＡのような樹脂を用いるため、実際には光がロータリースケール１４に入射するとき、および出射するときに、境界面での入射角が０度以外の光は屈折するため、実際のｒとｆの関係はこの屈折を考慮して、いわゆる光学的距離で考える必要がある。また、この現象は本発明には本質的な影響を及ぼさないから、本発明の要点の理解のため、図１においては簡略化して光の屈折は無視して光線を記載している。図１以外の図においても同様である。
【００１９】
平行光束２２は、ロータリースケール１４を通って光学パターン１６を照射し、その結果、光学パターン１６を透過した光は、光源４の周囲に設けられた受光素子群８に入射する。入射光は、光学パターン１６に対応した、断続（光学パターンにおいて回折なし）あるいは正弦波状（光学パターンにおいて回折あり）の強度分布を有し、この入射光は受光素子群８にて電気信号に変換され、これによりロータリースケール１４、つまりは回転軸１２の回転角度、速度が検出される。
【００２０】
なお、図に示すように回転軸１２の上端には光吸収材として吸収層２４が設けてある。したがって、光源４から放射された光線のうち、凹面ミラー１８に向かわず回転軸１２端部に向かう光線２６は吸収層２４に入射する。このように光線２６は検出誤差を起こす光にならない。言い換えれば、吸収層は、検出誤差を起こしうる光、すなわち戻り光（光源４に戻る光）および迷光（凹面ミラー１８以外で反射して受光素子群８に入射する光）を除去する誤差要因光除去手段として機能する。吸収層２４を回転軸１２上に設ける代わりに、回転軸１２の延長線上に設けてもよい。
【００２１】
このようにロータリースケール１４の下方に凹面ミラー１８を配置することで平行光束２２を得るため、光学パターン１６全周を平行光束２２で照射することができ、小型、高分解能な光学式ロータリーエンコーダが提供できる。また回転軸１２の姿勢変動があった場合も、光学パターン１６が透過式であること、（回転軸１２に連結されたロータリースケール１４と凹面ミラー１８とは別体であるため）光源４と凹面ミラー１８の相対位置関係は変わらないこと、光学パターン１６を平行光束２２で照射することにより、回転軸１２の姿勢変動による受光素子群８上の照射分布変動を抑制することができ、検出誤差の小さい光学式ロータリーエンコーダを提供できる。また、複雑な光学系を使用しないことと、光源４および凹面ミラー１８の光軸を回転中心線１０に一致させることができることにより、製造上の制約、寸法上の制約がなくなり、小型化が可能となる。また、光源４からの放射光を光学パターン１６に対し光源４の反対側に配置された凹面ミラー１８にて１回の反射で平行光束にするので、特許文献３で開示されるような反射角４５度の反射を２回用いて光学パターンに入射する平行光束を得るものに比較して、ロータリースケール１４の径に対する光学パターン１６の幅を大きく設定できるため、高分解能化が容易である。
【００２２】
さらに、受光素子群８が全周に渡り形成されるので、軸振れ、軸の偏芯、傾き、スリット開口の幅精度などによる誤差を低減でき、小型化しても受光面積を確保できるので精度の高い検出、さらには高分解能化が可能となる。ただし、受光素子群８を全周に渡り形成することは必須条件ではなく、光学パターン１６から出射した光が入射する少なくとも１箇所に配置されれば良い。好ましくは、複数の受光素子群８を、光源４を中心に略均等角度で配置するのが良い。この場合、凹面ミラー１８の反射面は受光素子群８を照射するための位置に必要な面積を持っていれば良く、必ずしも全面を反射面にする必要はない。反射面以外は吸収膜を配置しても良い。
【００２３】
なお、凹面ミラー１８には球面状反射面１８ａと同等の曲率半径を有したフレネルレンズのレンズ面に、アルミや金などミラー蒸着したもの、あるいは反射型回折光学素子を使用しても良い。このようにすることで、凹面ミラー１８の高さを薄くすることが可能である。
【００２４】
本実施の形態では、受光素子群８は基板６にモノリシックで形成されているが、基板６上に搭載するようなハイブリッド型でも良い。また、凹面ミラー１８の形状は球面でなく、収差低減のため放物面鏡などの非球面形状でも良い。光源４は基板６上に搭載されているのが好ましいが、これに限る必要はなく、別基板に搭載されても良い。
【００２５】
以下、図２を参照してエンコーダ２の組立工程の一例を説明する。まず、間隔をあけて互いに平行に垂直部材３０ｖを介して連結された平坦状の上側支持部材３０ｕおよび下側支持部材３０ｄを備えたホルダ３０［図（ａ）］を用意する。続いて、光源４および受光素子群８を備えた基板６を上側支持部材３０ｕの下面に固定する［図（ｂ）］。下側支持部材３０ｄは、横断面がＵ字状で、これによりモータ１３のハウジング部分１９が下側支持部材３０ｄに嵌合するようになっている。この目的のため、ハウジング部分１９は円柱状の突起であり、下側支持部材３０ｄは、ハウジング部分１９の外径と略等しい径の内壁を有する。また、基板６が上側支持部材３０ｕに位置決めされた状態で、光源４の光軸は内壁の中心を通る。下側部材３０ｄの厚みは、凹面ミラー１８の下面と対向するモータハウジング面との間の間隔よりも小さくしてある。
【００２６】
他方、凹面ミラー１８を、凹面ミラー１８の光軸が回転軸１２の回転中心線１０と一致するよう、モータ１３のハウジング部分１９に固定する［図（ｃ）］。この目的のため、ミラー１８は、底部に、円柱状モータハウジング部分１９が嵌合される円柱状の孔を有する［図１（ａ）参照］。次に、ロータリースケール１４を、光学パターン１６の中心が回転中心線１０上に位置するよう、回転軸１２の端部に固定する。この目的のため、ロータリースケール１４は、底部に、回転軸１２が嵌合される円柱状の孔を有する。ロータリースケール１４と回転軸１２との相対位置の調整は、回転軸１２を回転させながら、ロータリスケール１４が偏心回転していないか否かを例えば画像処理を用いて確認することで行われる。
【００２７】
続いて、図（ｄ），（ｅ）を参照して、基板６を取り付けたホルダ３０をロータリースケール１４、凹面ミラー１８、および回転軸１２（モータ１３）に対し横方向に移動し、これにより、ホルダ３０を、下側支持部材３０ｄがハウジング部分１９に当接した状態で位置決めする。この状態で、光源４と凹面ミラー１８の光軸は一致している。
【００２８】
このように、凹面ミラー１８とホルダ３０を一つの部材すなわちハウジング部分１９で位置決めしているので、光源４および凹面ミラー１８の光軸を高精度に一致させることができる。
【００２９】
本実施形態では、凹面ミラー１８の外周面と貫通孔１８ｂ、およびハウジング部分１９の外周面は円状であるが、他の形状を有してもよい。
【００３０】
実施の形態２．
図３は、本発明の実施の形態２による光学式ロータリエンコーダを示す。以下の説明では、実施の形態１と同一または類似の構成要素は、同一の符号または同一の符号に適当な沿字を付して表す。本実施形態に係るエンコーダ２Ａは、実施の形態１に係るエンコーダ２に類似しているが、凹面ミラー１８Ａの横断面がＵ字状または馬蹄状である点で異なる。言い換えれば、凹面ミラー１８Ａには、中心線１０に沿って伸び且つ回転軸１２用の貫通孔１８Ａｂとミラーの外周面とを接続する開口部が形成されている。これは、以下で説明するように、エンコーダの組立をさらに高精度に行うことを可能にするものである。
【００３１】
なお、本実施形態では、凹面ミラー１８Ａの反射面１８Ａａしたがって受光素子群８は、中心線１０の周りに全周にわたって設けられてはいない。
【００３２】
以下、図４を参照してエンコーダ２Ａの組立工程の一例について説明する。まず、間隔をあけて互いに平行に垂直部材３０Ａｖを介して連結された平坦状の上側支持部材３０Ａｕおよび下側支持部材３０Ａｄを備えたホルダ３０Ａ［図（ａ）］を用意する。続いて、図（ａ）に示すように、光源４および受光素子群８を備えた基板６と凹面ミラー１８Ａとを上側支持部材３０Ａｕの下面と下側部材３０Ａｄの上面とにそれぞれ固定し、これにより光源４と凹面ミラー１８Ａの光軸を一致させる。基板６と凹面ミラー１８Ａとの相対位置の調整は、光源４から光を照射し、凹面ミラー１８Ａで反射した光を受光素子群８で受光し、続いて該素子群からの電気信号を解析することにより行う。下側支持部材３０Ａｄは横断面がＵ字状となっている。モータ１３のハウジング部分１９は円柱状の突起であり、下側支持部材３０Ａｄは、ハウジング部分１９の外径と略等しい径の内壁を有する。
【００３３】
他方、実施の形態１と同様に、ロータリースケール１４を、光学パターン１６の中心が回転中心線１０上に位置するよう、回転軸１２の端部に固定する［図（ｂ）］。
【００３４】
続いて、図（ｃ），（ｄ）を参照して、基板６および凹面ミラー１８Ａを取り付けたホルダ３０Ａをロータリースケール１４および回転軸１２（モータ１３）に対し横方向に移動し、これにより、回転軸１２を開口部を介して貫通孔１８Ａｂ内に挿入する。その結果、ホルダ３０Ａは、下側支持部材３０Ａｄがハウジング部分１９に当接した状態で位置決めされる。この状態で、光源４の光軸は回転軸１２の回転中心線１０に一致している。
【００３５】
ところで、実施の形態１では、光源４および受光素子群８を有する基板６と凹面ミラー１８との相対位置は、ロータリースケール１４が既にそれらの間に配置されているので調整が困難である。
【００３６】
これに対し、本実施形態では、基板６と凹面ミラー１８Ａとの相対位置、および、ロータリースケール１４と回転軸１２との相対位置は、個別にしたがって簡易に調節できるため、より高精度にエンコーダを組み立てることができる。
【００３７】
図５に示すように、ホルダを凹面ミラーと一体成形してもよい。図（ａ）に示すように、ホルダは、（蒸着により上面に反射面または層１８Ｂａが形成された凹状部材からなる）凹面ミラー１８Ｂから上側に伸びた一対の垂直部材３０Ｂｖを有する。組立時、光源４および受光素子群８を有する基板６を、光源４と凹面ミラー１８Ｂの光軸が一致するよう垂直部材３０Ｂｖの上端上に配置する［図（ｂ）］。続いて、上端にロータリースケール１４が設けられた回転軸１２を、開口部を介して貫通孔１８Ｂｂ内に挿入する［図（ｃ），（ｄ）］。
【００３８】
この変形例では、ホルダを凹面ミラー１８Ｂと一体成形しているので、光源４と凹面ミラー１８Ｂの光軸を高精度で一致させることができる。これは、部品点数を削減できる効果も有する。なお、この変形例を実施の形態１に適用することもできる。
【００３９】
実施の形態３．
図６（ａ）は本発明の実施の形態３による光学式ロータリーエンコーダのうち、受光素子群の上面図である。光源４を中心に受光素子群８Ｃが基板６上に形成されている。この実施の形態によれば、受光素子群８Ｃのうち外周側の拡大図６（ｂ）のように光信号を電気信号に変換する受光部４０が、光源４の発光部を中心に角度周期２θで周期的に配列され、受光部４０の開口角度はθに設定されている。外周側の受光部４０の位置と幅は図６（ｂ）に示すように、光源４の発光部から半径Ｒ１の位置を中心に幅Ｗ１で形成されている。受光素子群８Ｃの内周側も同様に角度周期２θで受光部４０が配列されるが、互いの位相は例えば９０°ずらされている。
【００４０】
受光素子群８Ｃの内周側の受光素子列、外周側の受光素子列それぞれをトラックと呼ぶが、この実施の形態のように２トラックに限らずともよく、角度、速度検出方法、検出分解能仕様、検出精度仕様に適したトラック数を備えるべきである。さらに、受光部４０の開口角度と角度周期の比や、形状、寸法についても角度、速度検出方法、検出分解能仕様、検出精度仕様に適した設計を行うべきである。
【００４１】
本実施の形態のように、受光素子群が全周に渡り配置されるので、軸振れ、軸の偏芯、傾き、スリット開口の幅精度などによる誤差を低減できる。また、小型化しても受光面積を確保できるので精度の高い検出、さらには高分解能化が可能となる。ただし、各トラックの受光素子群８Ｃを全周に渡り形成することは必須条件ではなく、光学パターン１６（図１）から出射した光が入射する少なくとも１箇所に配置されれば良い。好ましくは、２ないしは３以上の同位相周期を持つ受光素子群８Ｃを、光源４を中心に略均等間隔で配置するのが良い。また、位相周期の異なる受光素子群を同一トラックに備えることも可能である。
【００４２】
実施の形態４．
図７（ａ）は本発明の実施の形態４による光学式ロータリーエンコーダのうち、ロータリースケール１４の上面図である。透明なロータリースケール１４の一方の表面に光学パターン１６Ｄが形成されている。この実施の形態によれば、光学パターン１６Ｄのうち外周側の拡大図７（ｂ）のようにスリット開口４２が、例えばクロム蒸着膜４４上にロータリースケール１４の中心を中心に円周方向に沿って全周に渡って形成されている。
【００４３】
ここでは実施の形態３で述べた受光素子群８Ｃとの組合せに適当な光学パターン１６Ｄの一例を示す。スリット開口４２はロータリースケール１４の中心を中心に角度周期２θで周期的に配列され、スリット開口４２の開口角度はθに設定されている。外周側の光学パターン１６Ｄの位置と幅は図７（ｂ）に示すように、ロータリースケール１４の中心から、半径Ｒ１の位置を中心に幅Ｗ２で形成されており、図６におけるＷ１との関係は次のように設定する。
Ｗ２＞Ｗ１
光学パターン１６Ｄの内周側も同様に角度周期２θでスリット開口４２が全周に渡り配列されるが、互いの位相は例えば９０°ずらされている。
【００４４】
光学パターン１６Ｄの内周側のスリット列、外周側のスリット列それぞれをトラックと呼ぶが、この実施の形態のように２トラックに限らずともよく、角度、速度検出方法、検出分解能仕様、検出精度仕様に適したトラック数を備えるべきである。さらに、スリット開口４２の開口角度と角度周期の比や、形状、寸法についても角度、速度検出方法、検出分解能仕様、検出精度仕様に適した設計を行うべきである。
【００４５】
このようにスリット開口４２の半径方向の幅Ｗ２を、受光部４０の半径方向の幅Ｗ１より大きくすることで、ロータリースケール１４が受光素子群８Ｃに対して、半径方向に相対移動しても、受光部４０が存在する幅Ｗ１の領域をスリット開口４２の最外周部あるいは最内周部が横切らない限り、受光部４０を照射する光線の照射分布変化を抑制することができる。ただし、Ｗ２＞Ｗ１は必須条件ではなく、それ以外でも本発明を実現することは可能である。
【００４６】
本実施の形態において、光学パターン１６Ｄは振幅格子であるが、位相格子であっても良い。例えば断面が矩形波形状で、凹部、凸部の幅が等しく、凹部、凸部における光路長差が透過する光の波長の１／２の場合、光学パターン１６Ｄの角度周期は受光素子群８Ｃの角度周期の２倍とすれば良い。なぜならば、例えば角度周期４θで配列された上述位相格子パターンのフレネル回折像は、光学パターン１６Ｄから適当な距離を離した位置で角度周期２θとなるからである。
【００４７】
実施の形態５．
図８はこの発明の実施の形態５による光学式ロータリーエンコーダのうち、ロータリースケール１４Ｅの断面図である。このエンコーダのロータリースケール１４Ｅは、実施の形態４のようなクロム蒸着膜４４を設ける代わりに、基板６［図１（ａ）］に対向する平坦面１４Ｅａに沿って周期的に配置された複数のＶ突起４６を有する。Ｖ突起４６の代わりにＶ溝を用いてもよい。隣接するＶ突起４６の間の平坦な領域４８がスリット開口（透光部）を構成する。この実施の形態では、ロータリースケール１４Ｅに屈折率１．４９のＰＭＭＡを用い、図８のようにスリット開口４８と同じ幅を持ち、頂角が９０°のＶ突起４６を設ける。平行光束２２はＶ突起４６の斜面におよそ４５°の入射角を持って入射するが、ＰＭＭＡの臨界角が４２°であるので平行光束２２は全反射により、上方つまり受光素子群８には向かわず遮光される。従って、スリット開口４８から出射した光のみが受光素子群８に入射する。
【００４８】
このようにクロム蒸着膜４４を設けずともスリット開口を形成することが可能であり、ロータリースケールの製造コストを低減することができる。
【００４９】
実施の形態６．
図９（ａ）は本発明の実施の形態６による光学式ロータリーエンコーダ２Ｆの回転軸の回転中心線を含む概略断面図である。構成、動作、機能は、ロータリースケール１４Ｆの保持部を除いて実施の形態１と同じである。ロータリースケール１４Ｆの材料は例えばＰＭＭＡのような樹脂であり、保持部材５０が成形時に挿入される、いわゆるインサート成形にて、ロータリースケール１４Ｆと例えば金属など光を反射する材料で形成された保持部材５０が一体となる。保持部材５０のうち、ロータリースケール１４Ｆ内の側面部分には、図９（ｂ）に示すようにロータリースケール１４Ｆとの接着性を良くするために反し止め５０ａが備えられている。保持部材５０は回転軸１２に接着剤あるいはネジ止めなどで固定される。
【００５０】
保持部材５０が例えば金属であり反し止め５０ａ表面が光を反射するため、光源４から放射された光線のうち、凹面ミラー１８に向かわず、反し止め５０ａに入射する光線２６は反し止め５０ａ表面で反射され、ロータリースケール１４Ｆの側面、あるいは光学パターン１６とは反対の面から放出されるため、受光素子群８には入射しない。
【００５１】
このようにインサート成形により、ロータリースケール１４Ｆと保持部材の接着強度を向上することができ、保持部材５０を細くできる。保持部材５０を細くすることで、ロータリースケール１４Ｆの直径が実施の形態１のロータリースケール１４と同じでも、凹面ミラー１８の反射面１８ａの面積を増やすことができるため、光学パターン１６、受光素子群８の幅を広げることが可能となる。従って、小型化しても受光面積、トラック数を確保できるので、精度の高い検出、さらには高分解能化が可能となる。また、保持部材５０側面に備えられた反し止め５０ａの傾斜を適当な角度に設定することで、検出誤差を起こす迷光を抑制できる。すなわち、反し止め５０ａが誤差要因光除去手段となる。
【００５２】
実施の形態７．
図１０は本発明の実施の形態７による光学式ロータリーエンコーダ２Ｇの回転軸の回転中心線を含む概略断面図である。面発光型の光源４が、実施の形態１と同様に受光素子群８がモノリシックに形成された基板６上に搭載されている。ロータリースケール１４の一方の表面にはクロム蒸着などを使って円周方向に形成されたスリット開口列で構成される透過式の光学パターン１６が備えられている。回転軸１２Ｇの球面状端面には球面状表面１８Ｇａを持った凹面ミラー１８Ｇが反射体として備えられている。ただし、反射面１８Ｇａは円環状に形成され、凹面ミラー１８Ｇの反射面に囲まれた中央部には、戻り光および迷光を除去する誤差要因光除去手段としての吸収層２４Ｇが備えられている。ロータリースケール１４は円筒状のアダプター５２に接着剤などで固定されており、さらにアダプター５２と回転軸１２Ｇが接着剤やネジ止めなどで固定されている。
【００５３】
本実施の形態における光学式ロータリーエンコーダ２Ｇの動作において、光源４から放射された光線のうち、凹面ミラー１８Ｇに入射する光線２０は、凹面ミラー１８Ｇで反射されると同時に幅が略変化しない平行光束２２に変換され、光学パターン１６を透過し、受光素子群８に入射する。入射光は、光学パターン１６に対応する断続あるいは正弦波状の強度分布を有する。
【００５４】
光源４から放射された光線のうち、凹面ミラー１８Ｇに向かわず、吸収層２４Ｇに入射する光線２６は、吸収層２４Ｇで吸収されるため、検出誤差を起こす光にはならない。
【００５５】
このように回転軸１２Ｇの軸端に凹面ミラー１８Ｇを備えることで、製造コスト低減、組立てコスト低減が可能となる。また、実施の形態１、６と同様に光学パターン１６全周を平行光束２２で照射することができ、小型、高分解能な光学式ロータリーエンコーダ２Ｇが提供できる。また、複雑な光学系を使用しないことと、光源４および凹面ミラー１８Ｇの光軸を回転中心線に一致させることができることにより、製造上の制約、寸法上の制約がなくなり、小型化が可能となる。また、光源４からの放射光を光学パターン１６に対し光源４の反対側に配置された凹面ミラー１８Ｇにて１回の反射で平行光束にするので、ロータリースケール１４の径に対する光学パターン１６幅を大きく設定できる。
【００５６】
さらに受光素子群８を全周に渡り配置することができるので、軸の偏芯、傾き、スリット開口の幅精度などによる誤差を低減でき、小型化しても受光面積を確保できるので精度の高い検出、高分解能化が可能となる。但し、受光素子群８を全周に渡り形成することは必須ではなく、光学パターン１６から出射した光が入射する少なくとも１箇所に配置されれば良い。好ましくは、複数の受光素子群８を、光源４を中心に略均等角度で配置するのが良い。この場合、凹面ミラー１８Ｇの反射面は受光素子群８を照射するための位置に必要な面積を持っていれば良く、必ずしも全面を反射面にする必要はない。反射面以外は吸収膜を配置しても良い。
【００５７】
なお、凹面ミラー１８Ｇには、球面状反射面１８Ｇａと同等の曲率半径を有したフレネルレンズ面に、アルミや金などミラー蒸着したもの、あるいは反射型回折光学素子を使用しても良い。このようにすることで、凹面ミラー１８Ｇの高さを薄くすることが可能である。
【００５８】
また、凹面ミラー１８Ｇの反射面１８Ｇａの形状は球面でなく、収差低減のため非球面形状でも良い。光源４は基板６上に搭載されているのが好ましいが、これに限る必要はなく、別基板に搭載されても良い。
【００５９】
実施の形態８．
図１１は本発明の実施の形態８による光学式ロータリーエンコーダ２Ｈの回転軸の回転中心線を含む概略断面図である。面発光型の光源４が、実施の形態１と同様に受光素子群８がモノリシックに形成された基板６上に搭載されている。光源４とロータリースケール１４Ｈの間には、光源４からの出射光を平行光束５８とするようなレンズ５６が配置されている。ロータリースケール１４Ｈの一方の表面にはクロム蒸着などを使って円周方向に形成されたスリット開口列で構成される透過式の光学パターン１６が備えられている。また、光学パターン１６で囲まれた表面部分には、同心円状、かつ均一ピッチで刻まれた円形回折格子５４が備えられている。この円形回折格子５４には振幅格子や位相格子が考えられる。ロータリースケール１４Ｈは回転軸１２に接着剤などで固定される。さらに、ロータリースケール１４Ｈの下方に設けられるミラー１８Ｈは、円錐台形状の反射面１８Ｈａを有する。
【００６０】
以上のように構成されたエンコーダ２Ｈの動作において、光源４から放射された光線はレンズ５６で平行光束５８に変換された後、ロータリースケール１４Ｈ上の円形回折格子５４に入射する。平行光束５８は円形回折格子５４により円環状に放射され光線６２となって、反射体であるミラー１８Ｈで反射されたあと幅が略変化しない平行光束６４となる。平行光束６４は、ロータリースケール１４Ｈを通って光学パターン１６を照射し、その結果、光学パターン１６を透過した光は受光素子群８に入射する。入射光は、光学パターン１６に対応した、断続あるいは正弦波状の強度分布を有し、この入射光は受光素子群８にて電気信号に変換され、これによりロータリースケール１４Ｈ、つまりは回転軸１２の回転角度、速度が検出される。
【００６１】
このようにレンズ５６、円形回折格子５４を備えることで、ロータリースケール１４Ｈとレンズ５６間の距離、ミラー１８Ｈとレンズ５６間の距離が変化しても平行光束６４の平行度は変化せず、検出誤差を抑制することができる。また、実施の形態１、６、７と同様に光学パターン１６全周を平行光束６４で照射でき、小型、高分解能な光学式ロータリーエンコーダが提供できる。また、光学系および光源４の光軸を回転中心線に一致させることができることにより、寸法上の制約がなくなり、小型化が可能となる。また、回転軸１２の姿勢変動があった場合も、光学パターン１６が透過式であること、（回転軸１２に連結されたロータリースケール１４Ｈとミラー１８Ｈとは別体であるため）光源４とミラー１８Ｈの相対位置関係は変わらないこと、光学パターン１６を平行光束６４で照射することにより、回転軸１２の姿勢変動による受光素子群８上の照射分布変動を抑制することができ、検出誤差の小さい光学式ロータリーエンコーダを提供できる。また、平行光束５８を円形回折格子５４にて偏向させるので、平行光束５８の径と平行光束６４の光束幅をほぼ同じにすることができ、ロータリースケール１４Ｈの径に対する光学パターン１６の幅を大きく設定できる。
【００６２】
さらに受光素子群８を全周に渡り配置することができるので、軸の偏芯、傾き、スリット開口の幅精度などによる誤差を低減でき、小型化しても受光面積を確保できるので精度の高い検出、高分解能化が可能となる。但し、受光素子群８を全周に渡り形成することは必須ではなく、光学パターン１６から出射した光が入射する少なくとも１箇所に配置されれば良い。好ましくは、複数の受光素子群８を、光源４を中心に略均等角度で配置するのが良い。この場合、ミラー１８Ｈの反射面１８Ｈａは受光素子群８を照射するための位置に必要な面積を持っていれば良く、必ずしも全面を反射面にする必要はない。反射面以外は吸収膜を配置しても良い。
【００６３】
光源４は基板６上に搭載されているのが好ましいが、これに限る必要はなく、別基板に搭載されても良い。また、円形回折格子５４はロータリースケール１４Ｈと別体でも良く、レンズ５６とロータリースケール１４Ｈの間に配置しても良い。本実施形態では、レンズ５６からの平行光束５８を円形回折格子５４を用いて分離したが、代わりに、（回転中心線を含む平面による断面が三角形の）円錐形状を有するプリズムなどの屈折型光学素子を用いてもよい。この場合、屈折型光学素子をロータリースケール１４Ｈに形成してもよいし、ロータリースケール１４Ｈと別体でもよい。
【００６４】
実施の形態９．
図１２は本発明の実施の形態９による光学式ロータリーエンコーダ２Ｉの回転軸の回転中心線を含む概略断面図である。面発光型の光源４が、実施の形態１と同様に受光素子群８がモノリシックに形成された基板６上に搭載されている。ロータリースケール１４Ｉの一方の表面にはクロム蒸着などを使って円周方向に形成されたスリット開口列で構成される透過式の光学パターン１６が備えられている。また、光学パターン１６で囲まれた表面部分には、同心円状、かつ均一ピッチで刻まれた円形回折格子５４が備えられている。この円形回折格子５４には振幅格子や位相格子が考えられる。ロータリースケール１４Ｉの他方の表面には、円錐台形状の反射面６０が備えられているが、樹脂成形されたロータリスケール１４Ｈに例えばアルミ蒸着することで得られる。ただし、光は反射面６０で囲まれたロータリスケール１４Ｉの下面部分を通過することができる。ロータリースケール１４Ｉはアダプター５２Ｉに接着剤などで固定されており、さらにアダプター５２と回転軸１２Ｉが接着剤やネジ止めで固定されている。また、回転軸１２Ｉの端面には吸収層２４Ｉが形成されている。
【００６５】
本実施の形態における光学式ロータリーエンコーダの動作は実施の形態８と同様にレンズ５６で平行光束５８に変換された後、ロータリースケール１４Ｉ上の円形回折格子５４に入射し、円形回折格子５４により円環状に放射され光線６２となる。光線６２は円錐台形状反射面６０で反射したあと、幅が略変化しない平行光束６４となり、光学パターン１６を透過し、受光素子群８に入射する。入射光は、光学パターン１６に対応した、断続あるいは正弦波状の強度分布を有する。
【００６６】
なお、光源４から放射された光線のうち、円錐台形状反射面６０に向かわず反射面６０で囲まれたロータリスケール１４Ｉの下面部分を通過する光線６６は、戻り光および迷光を除去する誤差要因光除去手段としての吸収層２４Ｉで吸収されるため、検出誤差を起こす迷光にはならない。
【００６７】
このように光学パターン１６と反射面６０を単一の部材すなわちロータリースケール１４Ｉに形成することにより、製造コスト低減、組立てコスト低減、光学パターン１６と反射面６０の同軸度向上が可能となる。また、レンズ５６、円形回折格子５４を備えることで、ロータリースケール１４Ｉ（反射面６０）とレンズ５６間の距離が変化しても平行光束６４の平行度は変化せず、検出誤差を抑制することができる。さらに、実施の形態１や６乃至８と同様に光学パターン１６全周を平行光束６４で照射することができ、これらの実施の形態と同様の効果、すなわち小型、高分解能な光学式ロータリエンコーダが提供できる。また、平行光束５８を円形回折格子５４にて偏向させるので、平行光束５８の径と平行光束６４の光束幅をほぼ同じにすることができ、ロータリースケール１４Ｉの径に対する光学パターン１６の幅を大きく設定できる。
【００６８】
円形回折格子５４はロータリースケール１４Ｉと別体でも良く、レンズ５６とロータリースケール１４Ｉの間に配置しても良い。本実施形態では、レンズ５６からの平行光束を円形回折格子５４を用いて分離したが、代わりに、円錐プリズムなどの屈折型光学素子を用いてもよい。この場合、屈折型光学素子をロータリースケール１４Ｉに形成してもよいし、ロータリースケール１４Ｉと別体でもよい。
また、実施の形態７と同様、円錐台形状反射面をロータリースケール１４Ｉ上に設ける代わりに回転軸１２Ｉの軸端に設けても良い。
【００６９】
実施の形態１０．
図１３は、本発明の実施の形態１０による光学式ロータリーエンコーダのうち、ロータリースケールの概略斜視図である。また、図１４は実施の形態１０によるロータリースケールの上面図である。本実施の形態１０は、ロータリースケール上に刻まれる光学パターン、回折格子、および反射面以外の構成は実施の形態９と同じであり、回転軸の回転中心線を含み図１３で示すロータリースケール１４ＪのＸＩＩ−ＸＩＩ線を含む断面図は図１２と同じになる。回折格子５４Ｊは実施の形態９と異なり、１次元に配列された振幅格子あるいは位相格子である。光学パターン１６Ｊａ，１６Ｊｂ，１６Ｊｃ，１６Ｊｄは、回折格子５４Ｊのピッチ方向に関して反対側に位置する照射領域７０と７２内に例えばクロム蒸着膜により形成され、ある角度周期で複数個配列されたスリット開口列から構成されている。同一トラックに設けられた光学パターン１６Ｊａと１６Ｊｂ、光学パターン１６Ｊｃと１６Ｊｄの互いの位相はそれぞれ一致しており、光学パターン１６Ｊａと１６Ｊｃは例えば９０°ずらされている。反射面は、ロータリースケール１４Ｊの裏面に設けられた一対の平坦な反射面７３，７４から構成され、回折格子５４Ｊから出射された±１次回折光７５を、回転軸１２Ｉの回転中心線に平行な平行光束７６として反射するようになっている。
【００７０】
以下、実施の形態１０による光学式ロータリーエンコーダの動作を、図１２乃至１４を参照して説明する。レンズ５６から出射し、ロータリースケール１４Ｊ表面の回折格子５４Ｊに入射する平行光束は回折されて、そのうち±１次回折光７５はロータリースケール１４Ｊの裏面に設けられた平面ミラー７３，７４でそれぞれ反射された後、回転軸の回転中心線に平行な平行光束７６となって照射領域７０と７２に入射する。光学パターンを透過した光は、光学パターン１６Ｊａ〜１６Ｊｄに対応した断続あるいは正弦波状の強度分布を持ち、ロータリースケール１４Ｊの回転と共に例えば図６で示される受光素子群８Ｃと同じような受光素子群上を移動する。この光は、光学パターン１６Ｊａ〜１６Ｊｄと同じ角度周期で全周に渡り配列された受光部で構成される受光素子群にて電気信号に変換され、これによりロータリースケール１４Ｊ、つまりは回転軸１２Ｉの回転角度、速度が検出される。
【００７１】
このように１次元に配列された回折格子５４Ｊをロータリースケール１４Ｊの中央部に備えることで、光源４の光軸とロータリースケール１４Ｊの回転軸がずれても平行光束７６の照射領域７０と７２での光量分布変動を抑制することが可能となる。レンズ５６、回折格子５４Ｊを備えることで、ロータリースケール１４Ｊ（反射面７３，７４）とレンズ５６間の距離が変化しても平行光束７６の平行度は変化せず、検出誤差を抑制することができる。また、実施の形態１や６乃至９と同様に光学パターン１６Ｊａ〜１６Ｊｄを幅が略変化しない平行光束７６で照射することができ、小型、高分解能な光学式ロータリーエンコーダが提供できる。また、光学系および光源４の光軸を回転中心線に一致させることができることにより、寸法上の制約がなくなり、小型化が可能となる。また、平行光束を回折格子５４Ｊにて偏向させるので、該平行光束径と平行光束７６の光束幅をほぼ同じにすることができ、ロータリースケール１４Ｊの大きさに対する光学パターン１６Ｊａ〜１６Ｊｄの幅を大きく設定できる。
【００７２】
受光素子群８は図６に示したものと同様のもので良いが、本実施の形態１０によるロータリースケールを用いる場合は、受光素子が全周にわたって設けられている必要がある。
なお、光学パターン１６Ｊａ〜１６Ｊｄと回折格子５４Ｊを形成した面と反射面７３，７４との間にある一対の側面は、図１３のように平坦状である必要はなく円弧状であってもよい。言い換えれば、円柱状のブロックからロータリスケールを切り出して作成してもよい。また、本実施形態では、レンズ５６からの平行光束５８を回折格子５４Ｊを用いて分離したが、代わりに、（回転中心線を含む平面による断面が三角形の）三角柱プリズムなどの屈折型光学素子を用いてもよい。この場合、屈折型光学素子をロータリースケール１４Ｊに形成してもよいし、ロータリースケール１４Ｊと別体でもよい。
【００７３】
実施の形態１１．
図１５は本発明の実施の形態１１による光学式ロータリーエンコーダ２Ｋの回転軸の回転中心線を含む概略断面図である。本実施の形態によるロータリーエンコーダ２Ｋの動作は実施の形態８とほぼ同じであるが、実施の形態８における円錐台形状反射面を有するミラー１８Ｈの代わりに、回転軸１２Ｋの端面に平面ミラー１８Ｋが設けてある。ロータリースケール１４Ｋはアダプター５２Ｋに接着剤などで固定されており、さらにアダプター５２Ｋと回転軸１２Ｋが接着剤やネジ止めで固定されている。
【００７４】
エンコーダ２Ｋの動作において、光源４から出射した光はレンズ５６で平行光束５８に変換された後、ロータリースケール１４Ｋ上の円形回折格子５４に入射し、円形回折格子５４により円環状に放射され光線６２となる。光線６２が平面ミラー１８Ｋで反射された光の全体は、逆円錐状に拡大する円環状の光束８０となるが、回転軸の回転中心線を含む断面図である図１５において、すなわち回転軸の回転中心線を含む断面内では幅が略変化しない平行光束８０ａ，８０ｂとなる。光束８０は、ロータリースケール１４Ｋを通って光学パターン１６を照射し、その結果、光学パターン１６を透過した光は受光素子群８に入射する。入射光は、光学パターン１６に対応した断続あるいは正弦波状の強度分布を有する。
【００７５】
このようにレンズ５６、円形回折格子５４を備えることで、ロータリースケール１４Ｋとレンズ５６間の距離間の距離が変化しても光学パターン１６上を照射する光束８０の光量分布の変化を抑制することができ、検出誤差を抑えることができる。
【００７６】
また、図１５のような断面図で見た場合、左右両方向に進む平行光束８０ａ，８０ｂは光線各々が平行であるので、光学パターン１６の半径方向の幅と受光素子群８の半径方向の幅はほぼ同じで良い。円形回折格子５４と平面ミラー１８Ｋ間の距離を長くし、円形回折格子５４による回折角度を小さくするよう設計すれば、平行光束８０ａ，８０ｂの回転軸１２Ｋに対する傾きは小さくなり、結果として受光素子群８の外周側の回転中心線からの距離が小さくなるため、小型、高分解能な光学式ロータリーエンコーダが提供できる。
【００７７】
さらに、実施の形態１や６乃至１０と同様に光学系および光源４の光軸を回転中心線に一致させることができることにより、寸法上の制約がなくなり、小型化が可能となる。また、平行光束５８を円形回折格子５４にて偏向させるので、該平行光束５８の径と平行光束８０ａ，８０ｂの光束幅をほぼ同じにすることができ、ロータリースケール１４Ｋの径に対する光学パターン１６の幅を大きく設定できる。
【００７８】
円形回折格子５４はロータリースケール１４Ｋと別体でも良く、レンズ５６とロータリースケール１４Ｋの間に配置しても良い。また、円形回折格子５４を実施の形態１０のように１次元に配列された回折格子５４Ｊに置き換えても良く、この場合は実施の形態１０に記載したロータリースケール１４Ｊと受光素子群８を用いれば良い。さらに、本実施形態では、レンズ５６からの平行光束５８を円形回折格子５４を用いて分離したが、代わりに、円錐プリズムなどの屈折型光学素子を用いてもよい。この場合、屈折型光学素子をロータリースケール１４Ｋに形成してもよいし、ロータリースケール１４Ｋと別体でもよい。
【００７９】
実施の形態１２．
図１６は本発明の実施の形態１２による光学式ロータリーエンコーダ２Ｌの回転軸の回転中心線を含む概略断面図である。ロータリースケール１４Ｌの一方の表面１４Ｌａには円形回折格子５４、光学パターン１６が形成されており、他方の表面には反射膜８４が備えられている。ロータリースケール１４Ｌはアダプター５２Ｌに接着剤などで固定されており、さらにアダプター５２Ｌと回転軸１２Ｌが接着剤やネジ止めで固定されている。
【００８０】
エンコーダ２Ｌの動作は実施の形態１１と同様で、光源４から出射した光はレンズ５６で平行光束５８に変換された後、円形回折格子５４に入射し、円形回折格子５４により円環状に放射され光線６２となる。光線６２が反射膜８４で反射された光束８６は、実施の形態１１と同じように回転軸の回転中心線を含む断面内でそれぞれの光束内の光が平行な平行光束８６ａ、８６ｂとなる。光束８６は、ロータリースケール１４Ｌを通って光学パターン１６を照射し、その結果、光学パターン１６を透過した光は受光素子群８に入射する。入射光は、光学パターン１６に対応した断続あるいは正弦波状の強度分布を有する。
【００８１】
このようにロータリースケール１４Ｌと反射膜８４を一体にすることができ、製造コスト低減、組立てコスト低減が可能となる。レンズ５６、円形回折格子５４を備えることで、ロータリースケール１４Ｌとレンズ５６間の距離間の距離が変化しても光学パターン１６上を照射する平行光束８６ａ、８６ｂの光量分布の変化を抑制することができ、検出誤差を抑えることができる。
【００８２】
また、図１６のような断面図で見た場合、左右両方向に進む平行光束８６ａ、８６ｂは各々平行光束であるので、光学パターン１６の半径方向の幅と受光素子群８の半径方向の幅はほぼ同じで良い。円形回折格子５４と反射膜８４間の距離を長くし、円形回折格子５４による回折角度を小さくするよう設計すれば、平行光束８６ａ，８６ｂの回転軸１２Ｌに対する傾きは小さくなり、結果として受光素子群８の幅が小さくなるため、小型、高分解能な光学式ロータリーエンコーダが提供できる。
【００８３】
さらに実施の形態１や６乃至１１と同様に光学系および光源４の光軸を回転中心線に一致させることができることにより、寸法上の制約がなくなり、小型化が可能となる。また、平行光束５８を円形回折格子５４にて偏向させるので、平行光束５８の径と平行光束８６ａ、８６ｂの光束幅をほぼ同じにすることができ、ロータリースケール１４Ｌの径に対する光学パターン１６の幅を大きく設定できる。
【００８４】
円形回折格子５４はロータリースケール１４Ｌと別体でも良く、レンズ５６とロータリースケール１４Ｌの間に配置しても良い。また、円形回折格子５４を実施の形態１０のように１次元に配列された回折格子５４Ｊに置き換えても良く、この場合は実施の形態１０に記載したロータリースケール１４Ｊと受光素子群８を用いれば良い。また、本実施形態では、レンズ５６からの平行光束５８を円形回折格子５４を用いて分離したが、代わりに、円錐プリズムなどの屈折型光学素子を用いてもよい。この場合、屈折型光学素子をロータリースケール１４Ｌに形成してもよいし、ロータリースケール１４Ｌと別体でもよい。
【００８５】
なお、実施の形態１１および実施の形態１２、すなわち図１５および図１６では、光束８０ａ、８０ｂや光束８６ａ、８６ｂは互いに平行ではないが、それぞれの光束内の光、すなわち光束８０ａ内、８０ｂ内、および８６ａ内、８６ｂ内の光は互いに平行であり、光束８０ａ、８０ｂ、８６ａおよび８６ｂの幅は反射された後もほとんど変化しない。本願の請求項における「回転中心線を含む断面内で幅が略変化しない平行光束となるよう反射する」とは、実施の形態１乃至１０までに示されたものの他、実施の形態１１および実施の形態１２、すなわち図１５および図１６のように、反射された後、光束の幅が略変化しないものを全て含むものとする。
【００８６】
実施の形態１３．
図１７は本発明の実施の形態１３による光学式ロータリーエンコーダ２Ｍの回転軸の回転中心線を含む概略断面図である。ロータリースケール１４Ｍの一方の表面には円形回折格子５４、光学パターン１６が形成されており、他方の表面には例えばブレーズド格子など同心円状に円形回折格子５４と同じピッチで配列された反射式回折格子９０が形成されている。ロータリースケール１４Ｍはアダプター５２Ｍに接着剤などで固定されており、さらにアダプター５２Ｍと回転軸１２Ｍが接着剤やネジ止めで固定されている。
【００８７】
エンコーダ２Ｍの動作において、実施の形態１２と同様に光源４から出射した光はレンズ５６で平行光束５８に変換された後、円形回折格子５４に入射し、円形回折格子５４により円環状に放射され光線６２となる。光線６２は反射式回折格子９０で反射、回折され平行光束９２に変換され、受光素子群８に入射する。入射光は、光学パターン１６に対応した断続あるいは正弦波状の強度分布を有する。
【００８８】
実施の形態１２における反射膜８４の代わりに反射式回折格子９０を設けることで、実施の形態１や６乃至９と同様に光学パターン１６全周を平行光束９２で照射することができ、小型、高分解能な光学式ロータリーエンコーダが提供できる。また、反射式回折格子９０をロータリースケール１４Ｍに設けることで、製造コスト低減、組立てコスト低減が可能となる。また、平行光束５８を円形回折格子５４さらに反射型回折格子９０にて偏向させるので、平行光束５８の径と平行光束９２の光束幅をほぼ同じにすることができ、ロータリースケール１４Ｍの径に対する光学パターン１６の幅を大きく設定できる。
【００８９】
円形回折格子５４はロータリースケール１４Ｍと別体でも良く、レンズ５６とロータリースケール１４Ｍの間に配置しても良い。また、本実施形態では、レンズ５６からの平行光束５８を円形回折格子５４を用いて分離したが、代わりに、円錐プリズムなどの屈折型光学素子を用いてもよい。この場合、屈折型光学素子をロータリースケール１４Ｍに形成してもよいし、ロータリースケール１４Ｍと別体でもよい。
なお、実施の形態１１における平面ミラー１８Ｋを本実施の形態と同様に反射式回折格子９０に置き換えることで、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００９０】
また、図１７の円形回折格子５４の代わりに実施の形態１０の回折格子５４Ｊと同様に、１次元に配列された振幅格子あるいは位相格子とし、反射式回折格子９０の代わりに１次元に配列された反射型の振幅格子あるいは位相格子としても良い。この場合は実施の形態１０に記載したロータリースケール１４Ｊと受光素子群８を用いれば良い。
【００９１】
このように１次元に配列された回折格子をロータリースケール１４Ｍの中央部に備えることで、光源４の光軸とロータリースケール１４Ｍの回転軸がずれても平行光束９２の光学パターン１６上の光量分布変動を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】（ａ）本発明の実施の形態１による光学式ロータリーエンコーダの回転軸の回転中心線を含む概略断面図である。（ｂ）図１（ａ）の凹面ミラーの上面図である。
【図２】（ａ）図１のエンコーダの組立に用いるホルダの斜視図、（ｂ），（ｃ），（ｄ）は組立工程の一例を示す側面図、（ｅ）は、図２（ｄ）のＩＩｅ-ＩＩｅ線に沿った断面図を示す。
【図３】（ａ）本発明の実施の形態２による光学式ロータリーエンコーダの回転軸の回転中心線を含む概略断面図である。（ｂ）図３（ａ）の凹面ミラーの上面図である。
【図４】（ａ），（ｂ），（ｃ）は図３のエンコーダの組立工程の一例を示す側面図、（ｄ）は、図４（ｃ）のＩＶｄ-ＩＶｄ線に沿った断面図を示す。
【図５】（ａ），（ｂ），（ｃ）は図３のエンコーダの組立工程の別を示す側面図、（ｄ）は、図５（ｃ）のＶｄ-Ｖｄ線に沿った断面図を示す。
【図６】（ａ），（ｂ）はそれぞれ本発明の実施の形態３による光学式ロータリーエンコーダのうち、受光素子の上面図および拡大図である。
【図７】（ａ），（ｂ）はそれぞれ本発明の実施の形態４による光学式ロータリーエンコーダのうち、ロータリースケールの上面図および拡大図である。
【図８】本発明の実施の形態５による光学式ロータリーエンコーダのうち、ロータリースケールの断面図である
【図９】（ａ）本発明の実施の形態６による光学式ロータリーエンコーダの回転軸の回転中心線を含む概略断面図である。（ｂ）図９（ａ）の保持部材の部分断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態７による光学式ロータリーエンコーダの回転軸の回転中心線を含む概略断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態８による光学式ロータリーエンコーダの回転軸の回転中心線を含む概略断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態９による光学式ロータリーエンコーダの回転軸の回転中心線を含む概略断面図である。
【図１３】本発明の実施の形態１０による光学式ロータリーエンコーダのうち、ロータリースケールの斜視図である。
【図１４】本発明の実施の形態１０による光学式ロータリーエンコーダのうち、ロータリースケールの上面図である。
【図１５】本発明の実施の形態１１による光学式ロータリーエンコーダの回転軸の回転中心線を含む概略断面図である。
【図１６】本発明の実施の形態１２による光学式ロータリーエンコーダの回転軸の回転中心線を含む概略断面図である。
【図１７】本発明の実施の形態１３による光学式ロータリーエンコーダの回転軸の回転中心線を含む概略断面図である。
【符号の説明】
【００９３】
２  光学式ロータリーエンコーダ
４  光源
８  受光素子
１２  回転軸
１４  ロータリースケール
１６  光学パターン
１８  凹面ミラー（反射体）
２２  平行光束
【図１】
2004340929.tif 000003
【図２】
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【図３】
2004340929.tif 000005
【図４】
2004340929.tif 000006
【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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【図１７】
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