(57)【要約】【課題】対向する２つの物体の相対位置の変化を光によって検出するエンコーダ装置の薄型化を図る。【解決手段】エンコーダ装置は、一方の物体に設けられ、反射面（１１）の列を有する反射部（１０）と、他方の物体に設けられ、反射部を照明して反射光を検出する照明検出部（２０）より成る。照明検出部は、発光素子（２１）と、受光素子（２２）と、板状の導光素子（３０）と、遮光面（４１）の列を有する遮光部（４０）を備える。導光素子は反射部に対向して配置され、端面（３３）より与えられる発光素子からの光を、２つの表面で全反射して内部を進行させながら、表面（３２）に設けられた溝（３５）の列によって向きを変えて、反射部側の表面（３１）から出射させる。受光素子は、導光素子を間にして反射部に対向し、導光素子を透過した反射部からの光を検出する。【選択図】　　　図１
2004053333.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する第１の物体と第２の物体の相対位置の変化を検出するエンコーダ装置であって、第１の物体に設けられ、相対位置の変化を検出する方向に一定のピッチで列を成す複数の反射面を有する反射部と、第２の物体に設けられ、反射部を照明して反射部からの反射光を検出する照明検出部より成るものにおいて、
照明検出部が、一方の表面に偏向構造を有し、与えられる光を２つの表面で全反射して内部を進行させながら、偏向構造によって向きを変えて一方の表面より出射させる板状の導光素子と、導光素子に与える光を発する発光素子と、光を受けて受光量を検出する受光素子とを含み、
導光素子の光を出射させる表面が反射部に対向し、発光素子が導光素子にその端面より光を与え、受光素子が導光素子を間にして反射部に対向することを特徴とするエンコーダ装置。
【請求項２】
導光素子の偏向構造が回折格子であることを特徴とする請求項１に記載のエンコーダ装置。
【請求項３】
相対位置の変化を検出する方向について、反射部の反射面の列のピッチが受光素子の大きさの半分以下であり、
導光素子が偏向構造を複数有し、
導光素子の偏向構造が、相対位置の変化を検出する方向に、反射部の反射面と略同じピッチで列を成すことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のエンコーダ装置。
【請求項４】
照明検出部が、導光素子の光を出射させる表面に近接し、相対位置を検出する方向に、反射部の反射面と同じピッチで列を成す複数の遮光面を有する遮光部を含むことを特徴とする請求項３に記載のエンコーダ装置。
【請求項５】
照明検出部が受光素子を２つ含み、
導光素子が偏向構造のピッチが不連続になっている不連続部位を有して、２つの受光素子が導光素子の不連続部位を挟む２つの部位の一方と他方を間にして反射部に対向することを特徴とする請求項３に記載のエンコーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２つの物体の相対位置の変化を光を用いて検出するエンコーダ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
直線運動や回転運動をする部分を含む多くの機器に、２つの物体の相対位置の変化を光を用いて検出するエンコーダ装置が備えられている。従来のエンコーダ装置の構成を図１４に示す。このエンコーダ装置は、ピッチが一定の反射面７１の列を有する反射部７０と、これを照明して反射光を検出する照明検出部８０より成る。反射部７０は、反射面７１の列の方向が相対位置の変化の方向（矢印Ａで示す）に一致するように一方の物体に設けられ、照明検出部８０は、反射部７０に対向するように他方の物体に設けられる。
【０００３】
照明検出部８０は、照明光を発する発光素子８１、反射部７０からの反射光を受けて受光量を検出する受光素子８２、および、ピッチが一定の遮光面９１の列を有する遮光部９０より成る。装置の小型化のために、発光素子８１としては発光ダイオードを用い、受光素子８２としてはフォトダイオードを用いるのが一般的である。発光素子８１および受光素子８２は開口を有する筐体８５に収容され、遮光部９０は筐体８５の開口に取り付けられる。筐体８５は、遮光部９０が反射部７０と平行になり、かつ反射部７０に近接するように配置される。反射部７０の反射面７１と遮光部９０の遮光面９１の列方向の大きさは、共に列のピッチの略１／２である。
【０００４】
発光素子８１が発する光は、遮光部９０の２つの遮光面９１の間隙を通って、反射部７０に入射する。その入射部位に反射面７１が位置していれば光は反射され、入射部位に２つの反射面７１の間隙が位置していれば光は吸収されるか透過する。反射面７１によって反射された光は、反射部７０に向かった時と同じ遮光部９０の間隙を通って受光素子８２に入射する。矢印Ａ方向の相対位置の変化により、反射部７０の入射部位には反射面７１と２つの反射面７１の間隙とが交互に位置し、これにより受光素子８２によって検出される受光量が周期的に変化する。受光量が変化することにより２つの物体の相対位置に変化が生じたことが判り、受光量の変化の周期と反射面７１のピッチより、相対位置の変化量が判る。
【０００５】
反射面７１および遮光面９１の列のピッチは、相対位置の変化の方向についての受光素子８２の大きさの数分の１程度である。また、発光素子８１が発する光は発散光である。したがって、発光素子８１からの光は、遮光部９０の複数の間隙を通って、反射部７０の複数の反射面７１に入射し、受光素子８２は、複数の反射面７１からの光を受ける。反射面７１および遮光面９１の列のピッチと受光素子８２の大きさをこのような関係にすることで、受光素子８２の受光量の変化幅を大きくして相対位置の変化の検出を容易にすることと、受光量の変化の周期を小さくして相対位置の検出精度（分解能）を高めることの両立が可能になる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のエンコーダ装置においては、発光素子８１と受光素子８２が並べて配置されており、発光素子８１からの光は反射部７０に対して斜めに入射することになる。反射面７１に入射した光は入射角と同じ反射角で反射されるため、反射面７１からの反射光には、遮光部９０の間隙を通過するものだけでなく、遮光面９１に入射して遮られるものも存在する。遮光面９１によって遮られる光が多いと、受光素子８２の受光量の変化幅が小さくなり、変化の検出が難しくなるという不都合をもたらす。
【０００７】
これを避けるためには、発光素子８１および受光素子８２から遮光部９０までの距離Ｄを大きくして、反射部７０への光の入射角と反射部７０から光の反射角を小さくする必要があり、したがって、照明検出部８０の薄型化には限界がある。このため、従来の構成では、小型化、薄型化の要請に応えることができなくなっている。
【０００８】
また、反射面７１からの反射光は、発散光であるから、受光素子８２が設けられている平面上で遮光部９０の間隙以上に広がるが、受光素子８２の両端に対向する反射面７１からの反射光の広がりは、受光量の変化に鈍化をもたらして、受光量の変化の検出を困難にする。反射面７１からの反射光の広がりは距離Ｄにおおよそ比例するから、距離Ｄが大きい従来のエンコーダ装置では、検出する相対位置の分解能にも限界がある。
【０００９】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので、薄型のエンコーダ装置、特に、薄型でありながら高い分解能で相対位置を検出し得るエンコーダ装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、対向する第１の物体と第２の物体の相対位置の変化を検出するエンコーダ装置であって、第１の物体に設けられ、相対位置の変化を検出する方向に一定のピッチで列を成す複数の反射面を有する反射部と、第２の物体に設けられ、反射部を照明して反射部からの反射光を検出する照明検出部より成るものにおいて、照明検出部が、一方の表面に偏向構造を有し、与えられる光を２つの表面で全反射して内部を進行させながら、偏向構造によって向きを変えて一方の表面より出射させる板状の導光素子と、導光素子に与える光を発する発光素子と、光を受けて受光量を検出する受光素子とを含み、導光素子の光を出射させる表面が反射部に対向し、発光素子が導光素子にその端面より光を与え、受光素子が導光素子を間にして反射部に対向する構成とする。
【００１１】
このエンコーダ装置は、発光素子と受光素子に加えて板状の導光素子を照明検出部に有しており、導光素子は反射部に対向し、受光素子は導光素子を介して反射部に対向する。発光素子が発した光は、端面より導光素子の内部に入り、偏向構造によって向きを変えられて反射部側の表面より出射して、反射部を照明する照明光となる。受光素子は、反射部の反射面で反射され、導光素子を透過した光を検出する。導光素子は薄く、また、導光素子と受光素子を近接させることが可能であり、したがって、薄型のエンコーダ装置となる。
【００１２】
導光素子の偏向構造は、単なる反射面としてもよいし、回折格子としてもよい。偏向構造を回折格子とすると、その凹凸は光の波長程度の大きさであって導光素子の厚さには影響しないから、導光素子を薄くすることがきわめて容易になる。偏向構造は反射部側の表面に設けることもできるし、その反対側の表面に設けることもできる。回折格子は、反射部側の表面に設けるときは回折光を透過させる設定とすればよく、反対側の表面に設けるときは回折光を反射する設定とすればよい。
【００１３】
相対位置の変化を検出する方向について、反射部の反射面の列のピッチが受光素子の大きさの半分以下であり、導光素子が偏向構造を複数有し、導光素子の偏向構造が、相対位置の変化を検出する方向に、反射部の反射面と略同じピッチで列を成すようにするとよい。このようにすると、反射部の複数の反射面からの光が受光素子に入射して、受光量の変化幅が大きくなる上、受光量の変化の周期が、受光素子の大きさではなく反射面の列のピッチで定まって、小さくなる。したがって、相対位置の変化を確実に、かつ高い分解能で検出することが可能である。しかも、導光素子が薄いため、受光素子が位置する平面上における反射面からの光の広がりは僅かになり、反射面の列のピッチで定まる高い分解能を容易に実現することができる。
【００１４】
ここで、照明検出部が、導光素子の光を出射させる表面に近接し、相対位置を検出する方向に、反射部の反射面と同じピッチで列を成す複数の遮光面を有する遮光部を含むようにしてもよい。反射部から導光素子に至る光路を規制することができて、発光素子が発する光の発散の度合いが大きいときでも、受光素子に入射する光の量の変化が明確になり、確実に相対位置の変化を検出することができる。
【００１５】
また、照明検出部が受光素子を２つ含み、導光素子が偏向構造のピッチが不連続になっている不連続部位を有して、２つの受光素子が導光素子の不連続部位を挟む２つの部位の一方と他方を間にして反射部に対向するようにしてもよい。このようにすると、２つの受光素子で検出される受光量の変化に位相差を生じさせることができて、その位相差から相対位置の変化の方向を知ることが可能になる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。第１の実施形態のエンコーダ装置１の構成を図１に示す。エンコーダ装置１は、第１の物体に設けられる反射部１０と、第２の物体に設けられる照明検出部２０より成る。第１の物体と第２の物体は、いずれか一方が移動するものでも、双方が移動するものでもよい。
【００１７】
反射部１０は、一定のピッチで列を成す複数の反射面１１を有する。反射面１１は、高い反射率を有する材料、例えばアルミニウムで作製されており、光を吸収しまたは透過させる薄い基板１２の表面に設けられている。個々の反射面１１は反射面１１の列に対して垂直方向に長い帯状であり、その幅は反射面１１の列のピッチの略１／２に設定されている。
【００１８】
反射部１０は、反射面１１の列の方向が第１の物体と第２の物体の相対位置が変化する方向（矢印Ａで示す）に一致するように、第１の物体に取り付けられる。第１の物体と第２の物体の相対位置が直線に沿って変化するときは、反射面１１の列は直線状とし、一方の物体が回動するときのように相対位置が円周に沿って変化するときは、反射面１１の列は円状とする。なお、反射面１１を第１の物体の表面に直接設けて、基板１２を省略してもよい。
【００１９】
照明検出部２０は反射部１０を照明して反射光を検出する。照明検出部２０は、発光素子２１、受光素子２２、導光素子３０、および遮光部４０を有する。発光素子２１は反射部１０を照明するための光を発し、受光素子２２は反射部１０からの反射光を受けて受光量を検出する。エンコーダ装置１の小型軽量化のために、発光素子２１としては発光ダイオードを用いており、受光素子２２としてはフォトダイオードを用いている。
【００２０】
導光素子３０は板状であり、ガラス等の透明な光学材料で作製されている。導光素子３０の一方の表面３１は平面であり、他方の表面３２は巨視的に見て表面３１に平行な平面である。ただし、表面３２には、複数の溝３５が反射部１０の反射面１１の列と同じピッチで列を成すように形成されている。
【００２１】
導光素子３０は、溝３５の列の方向に対して垂直な２つの端面３３、３４を有しており、発光素子２１は一方の端面３３に対向して配置されている。発光素子２１が発した光は端面３３を透過して導光素子３０の内部に入り、２つの表面３１、３２で全反射されて他方の端面３４に向かって進行する。導光素子３０の内部を進行する間に、光の一部は表面３２の溝３５に入射する。
【００２２】
溝３５は光の向きを変える偏向構造として機能する。溝３５を拡大して図２に示す。溝３５は、端面３３側の表面３５ａと端面３４側の表面３５ｂを有し、表面３５ｂが表面３２全体に対して略垂直な鋸歯状である。端面３３側の表面３５ａが表面３２全体に対して成す角Φは、３５°〜５５°の範囲内に設定されている。この表面３５ａは入射した光を表面３２全体に対して垂直に近い方向に反射する。発光素子２１が発する光は発散光であり、導光素子３０の２つの表面３１、３２や溝３５の表面３５ａに対する光の入射角には広がりがあるが、角Φを上記のように設定したことで、表面３５ａによる反射光の中心の光線は表面３１、３２に対して略垂直になる。溝３５の表面３５ａで反射された光は、表面３１を透過する。
【００２３】
このような構成により、導光素子３０は、発光素子２１からの光を内部を進行させながら、一部ずつ表面３１より出射させていく。導光素子３０は、溝３５の深さの２倍程度の厚さを有していればよく、１ｍｍ程度またはそれ以下の厚さに作製することができる。
【００２４】
遮光部４０は、反射部１０の反射面１１と同じピッチで列を成す複数の遮光面４１より成る。遮光面４１は導光素子３０の表面３１に設けられている。遮光面４１の幅は遮光面４１の列のピッチの略１／２である。遮光部４０は、導光素子３０の溝３５の表面３５ａが遮光面４１の間隙の中央に対向するように設けられている。なお、遮光面４１を導光素子３０の表面３１に直接設けることに代えて、透明な基板の表面に設けて、これを遮光部４０とすることもできる。
【００２５】
導光素子３０は、遮光部４０が設けられている表面３１が反射部１０に対向するように配置されている。また、受光素子２２は、導光素子３０を間にして、反射部１０に対向するように配置されている。反射部１０、受光素子２２、導光素子３０、および遮光部４０は全て平行である。
【００２６】
発光素子２１が発した光は導光素子３０の内部を進行する間に、溝３５の表面３５ａによって反射され、表面３１のうち遮光面４１の間隙の部位を通って略垂直に出射して、反射部１０を照明する照明光となる。この光は反射部４０に略垂直に入射する。その入射部位に反射面１１が位置していれば光は反射され、入射部位に反射面１１の間隙が位置していれば光は吸収されるか透過する。反射面１１によって反射された光は、反射部１０に向かった時と同じ遮光部４０の間隙を通って導光素子３０に略垂直に入射し、導光素子３０を透過して受光素子２２に入射する。
【００２７】
第１の物体と第２の物体の矢印Ａ方向の相対位置の変化により、反射部１０の入射部位には反射面１１と２つの反射面１１の間隙とが交互に位置し、これにより受光素子２２によって検出される受光量が周期的に変化する。受光量が変化することにより２つの物体の相対位置に変化が生じたことが判り、受光量の変化の周期と反射面１１のピッチより、相対位置の変化量が判る。
【００２８】
光は反射部１０に略垂直に入射して略垂直に反射されるので、反射部１０によって反射された光のうち遮光部４０の遮光面４１によって遮られるものは少ない。また、反射部１０の反射面１１、導光素子３０の溝３５、および遮光部４０の遮光面４１の列のピッチは、相対位置の変化の方向についての受光素子２２の大きさの数分の１程度であり、受光素子２２には複数の反射面１１からの光が入射する。したがって、受光素子２２によって検出される受光量の変化幅は大きく、相対位置の変化の検出は容易であり、また、検出される受光量の変化の周期は小さく、相対位置の検出精度（分解能）も高い。さらに、導光素子３０が薄いため、受光素子２２が位置する平面上における反射面１１からの光の広がりはごく僅かに抑えられ、反射面１１の列のピッチで定まる高い分解能が確実に実現される。
【００２９】
なお、遮光部４０の遮光面４１は、光を遮る性質を有するアルミニウム、クロム、酸化クロム等の材料で作製すればよい。ただし、分解能を特に高くするために、反射面１１、溝３５および遮光面４１の列のピッチを特に小さくする場合は、遮光面４１の反射率が高いと、溝３５の表面３５ａからの光が遮光面４１に入射して反射される可能性が生じ、遮光面４１によって反射された光は受光素子２２に入射して、検出される受光量の変化幅を減少させることになる。この点を考慮すると、遮光面４１は反射率の低い（吸収率の高い）材料で作製するのが望ましい。例えば、クロムが適する。
【００３０】
前述のように導光素子３０は薄く、また、受光素子２２は導光素子３０の表面３２から僅かに離間しているに過ぎないので、照明検出部２０は全体として薄い。したがって、相対位置の検出のために必要な第１の物体と第２の物体の離間距離は小さくてよく、エンコーダ装置１は小型化が必要な機器に好適である。
【００３１】
図示しないが、照明検出部２０は、開口を有する薄い筐体を有しており、発光素子２１および受光素子２２は筐体に収容され、導光素子３０は筐体の開口に取り付けられている。また、照明検出部２０は、発光素子２１や受光素子２２に電力を供給する電源回路、および受光素子２２の出力信号を増幅して信号強度の変化を検出する信号処理回路を備えている。これらの回路は筐体に取り付けられており、照明検出部２０は全体が１つのユニットとなっている。
【００３２】
第２の実施形態のエンコーダ装置２の照明検出部２０を図３に示す。このエンコーダ装置２は、導光素子３０の表面３２を変更して、前述の溝３５の表面３５ｂをなくし、表面３５ａと表面３５ａの間を傾斜した表面３５ｃとしたものである。表面３２は、２つの表面３５ａ、３５ｃより成るプリズム状の凸部の繰り返しとなっており、巨視的に見て表面３１と平行である。表面３５ａが導光素子３０の内部を進行する光の向きを変えて表面３１より略垂直に出射する照明光とするのは、エンコーダ装置１と同様である。
【００３３】
第３の実施形態のエンコーダ装置３の照明検出部２０を図４に示す。本実施形態のエンコーダ装置３は、導光素子３０の表面３２をさらに変更して、表面３５ｃの傾斜を小さくし、溝３５の表面３５ｂの一部を残したものである。光の向きを大きく変える表面３５ａに対する光の入射角は比較的小さく、表面３５ａを透過する光も生じるが、第１の実施形態や本実施形態では、表面３５ａを透過した光を表面３５ｂから導光素子３０に再入射させることができて、光の利用効率が高い。
【００３４】
再入射した光の進行方向は、表面３５ｂの傾斜角によって調節することができる。ここでは、導光素子３０の内部を進行する光が、傾斜した表面３５ｃで全反射されるごとに、表面３１、３２に対して平行に近づいていくことを考慮して、これを補償すべく表面３５ｂをやや傾斜させている。したがって、溝３５はＶ字状となっている。
【００３５】
第４の実施形態のエンコーダ装置４の構成を図５に示す。上記第１〜第３の実施形態においては、光を単に反射する表面３５ａを偏向構造として用いたが、本実施形態のエンコーダ装置４では、表面３２に複数の回折格子３７を形成し、これを偏向構造として用いる。回折格子３７は、入射した光を反射しつつ回折させる反射型である。回折格子３７は、反射部１０の反射面１１および遮光部４０の遮光面４１と同じピッチで列を成すように形成されているが、多少異なるピッチとしてもよい。
【００３６】
回折格子３７の設定について、図６を参照して説明する。図６に示すように、回折格子３７の凹凸のピッチをΛ、光の波長をλ、回折格子３７への光の入射角をθ１、回折格子３７による光の回折角をθ２、導光素子３０の屈折率をｎで表すと、式１が成り立つ。
ｓｉｎ（θ１）＋ｓｉｎ（θ２）＝λ／（Λ・ｎ）　…　式１
【００３７】
ここで、例えば、λ＝０．５５μｍ、θ１＝８０°、θ２＝０°、ｎ＝１．５とする。この設定では、式１より、凹凸のピッチはΛ＝０．３７μｍとなる。これは、ステッパーを露光系に採用したフォトリソグラフィーで容易に作製することができる大きさである。
【００３８】
回折格子３７の凹凸の高低差は光の波長程度またはそれ以下であり、ある程度の機械的強度をもたせるために必要な導光素子３０の厚さに比べれば無視し得る。したがって、偏向構造として回折格子３７を用いる本実施形態では、偏向構造として傾斜した表面３５ａを用いる上記の各実施形態よりも、導光素子３０をさらに薄くすることが可能である。
【００３９】
第５の実施形態のエンコーダ装置５の構成を図７に示す。本実施形態のエンコーダ装置５は、第１の実施形態のエンコーダ装置１の変形例であり、導光素子３０の反射部１０側の表面３１に複数の溝３６を形成するとともに、遮光部４０を省略したものである。溝３６は、反射部１０の反射面１１の列と同じピッチで列を成すように形成されている。
【００４０】
溝３６を拡大して図８に示す。溝３６は、端面３３側の表面３６ａと端面３４側の表面３６ｂを有し、表面３６ａが表面３１全体に対して略垂直な鋸歯状である。端面３４側の表面３６ｂが表面３１全体に対して成す角Φは、第１の実施形態の表面３５ａと同様、３５°〜５５°の範囲内に設定されている。表面３６ａは入射した光を透過させ、表面３６ｂは表面３６ａを透過した光を表面３１全体に対して垂直に近い方向に反射する。表面３６ｂに対する光の入射角には広がりがあるが、角Φを上記のように設定したことで、表面３６ｂによる反射光の中心の光線は表面３１に対して略垂直になる。
【００４１】
第６の実施形態のエンコーダ装置６の構成を図９に示す。本実施形態のエンコーダ装置６は、導光素子３０の表面３１に回折格子３８を形成して、これを偏向構造としたものである。上記の第５の実施形態のエンコーダ装置５と同様に、遮光部４０は省略している。回折格子３８は、入射した光を透過させつつ回折させる透過型である。回折格子３８は、反射部１０の反射面１１と同じピッチで列を成すように形成されているが、多少異なるピッチとしてもよい。
【００４２】
回折格子３８の設定について、図１０を参照して説明する。図１０に示すように、回折格子３８の凹凸のピッチをΛ、光の波長をλ、回折格子３８への光の入射角をθ１、回折格子３８による光の回折角をθ２、導光素子３０の屈折率をｎで表すと、式２が成り立つ。
ｎ・ｓｉｎ（θ１）＋ｓｉｎ（θ２）＝λ／Λ　　　…　式２
【００４３】
ここで、例えば、λ＝０．５５μｍ、θ１＝８０°、θ２＝０°、ｎ＝１．５とする。この設定では、式２より、凹凸のピッチはΛ＝０．３７μｍとなり、ステッパーを露光系に採用したフォトリソグラフィーで容易に作製することができる。
【００４４】
第５、第６の実施形態のように遮光部４０を省略することは、第１〜第４の実施形態のように偏向構造を導光素子３０の表面３２に設ける構成においても採用することができる。ただし、発光素子２１として、発する光の発散の度合いが比較的大きいものを用いる場合には、受光素子２２が位置する平面上での光の広がりを抑えるために、遮光部４０を備えることが好ましい。
【００４５】
第７の実施形態のエンコーダ装置７の照明検出部２０を図１１に示す。本実施形態のエンコーダ装置７は、導光素子３０の端面３４に対向する反射部５０を備えたものである。導光素子３０は、第１の実施形態のエンコーダ装置１と同様に、表面３２に溝３５を有する。端面３３から入射して導光素子３０の内部を進行する発光素子２１からの光には、途中で出射することなく、端面３４に達するものもあるが、反射部５０を備えることで、そのような光を失うことなく反射部１０の照明に利用することが可能になる。
【００４６】
溝３５の２つの表面３５ａ、３５ｂは共に、表面３２に対する角度を３５゜〜５５゜の範囲内に設定されており、表面３５ａが発光素子２１からの直接の光を反射し、表面３５ｂが反射部５０によって反射された光を反射して、表面３１から略垂直に出射する照明光を生じさせる。なお、反射部５０は、導光素子３０と別体としてもよいし、導光素子３０の端面３４に直接設けてもよい。
【００４７】
第８の実施形態のエンコーダ装置８の構成を図１２に示す。本実施形態のエンコーダ装置８は、受光素子２２を２つ備える。導光素子３０は、第１の実施形態のエンコーダ装置１のものと同様に、偏向構造として表面３２に溝３５を有するが、溝３５の列はピッチが不連続な部位Ｂを有する。この部位Ｂのピッチは他の部位のピッチよりも１／４だけ大きく設定されている。遮光部４０も、溝３５の列に対応して、遮光面４１の列のピッチが不連続な部位を有する。反射部１０の反射面１１の列にはピッチが不連続な部位は存在しない。
【００４８】
２つの受光素子２２のうち、一方は、溝３５および遮光面４１の列のピッチが不連続な部位Ｂよりも端面３３側に位置し、他方は、部位Ｂよりも端面３４側に位置する。２つの受光素子２２の受光量は、図１３に示すように、第１の物体と第２の物体の相対位置の変化に応じて同じ周期τで変化するが、それらの周期τには（１／４）τの位相差が生じる。また、その位相差の符号は、相対位置が１方向に変化するかその逆方向に変化するかによって変わる。したがって、２つの受光素子２２の出力信号に現れる位相差から、第１の物体と第２の物体の相対位置の変化の方向を知ることができる。
【００４９】
なお、ここでは、溝３５および遮光面４１の列の不連続な部位Ｂの他の部位とのピッチの差を１／４にしているが、１／２の整数倍を除く他の値としてもよい。
【００５０】
上記の各実施形態においては、相対位置の変化を高い分解能で検出するために反射部１０の反射面１１の列のピッチを受光素子２２の大きさの数分の１に設定したが、あまり高い分解能が必要でない場合は、反射部１０の反射面１１の列のピッチを受光素子２２の大きさと同程度にすることができる。その場合、遮光部４０は不要である。また、導光素子３０の偏向構造は、少なくとも１つあればよくなるが、受光素子の受光量を多くするために、複数設けるのが望ましい。
【００５１】
導光素子３０の材料としては、ガラスのほかに、樹脂を用いることができる。樹脂を用いれば、射出成形やコンプレッション成形によって作製することが可能であり、製造効率が向上する。材料は、透明性、屈折率等の光学的特性を考慮して選択すればよく、例えば、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、メチルメタクリレートと他のメタクリレートまたはアクリレートとの共重合体、ポリカーボネート（ＰＣ）、シクロオレフィンポリマーが適する。
【００５２】
特に、シクロオレフィンポリマーは、比重が１．０と他の樹脂に比べて小さく（例えばＰＭＭＡは比重１．２）、屈折率も１．５３と他の樹脂に比べて大きく（例えばＰＭＭＡは屈折率１．４９）、したがって光閉じ込め効果が高いので、軽量化および薄型化の点で好ましい。しかも、固化前の流動性が高いので射出成形に適しており、吸湿性が低く高湿条件下でも変形し難いので、薄型とする導光素子に好適である。
【００５３】
【発明の効果】
対向する第１の物体と第２の物体の相対位置の変化を検出するエンコーダ装置であって、第１の物体に設けられ、相対位置の変化を検出する方向に一定のピッチで列を成す複数の反射面を有する反射部と、第２の物体に設けられ、反射部を照明して反射部からの反射光を検出する照明検出部より成るものにおいて、本発明のように、照明検出部が、一方の表面に偏向構造を有し、与えられる光を２つの表面で全反射して内部を進行させながら、偏向構造によって向きを変えて一方の表面より出射させる板状の導光素子と、導光素子に与える光を発する発光素子と、光を受けて受光量を検出する受光素子とを含み、導光素子の光を出射させる表面が反射部に対向し、発光素子が導光素子にその端面より光を与え、受光素子が導光素子を間にして反射部に対向する構成とすると、薄い導光素子を反射部に近接させ、受光素子を導光素子に近接させることが可能になり、薄型のエンコーダ装置となる。
【００５４】
導光素子の偏向構造を回折格子とすると、導光素子を薄くすることがきわめて容易になる。
【００５５】
相対位置の変化を検出する方向について、反射部の反射面の列のピッチが受光素子の大きさの半分以下であり、導光素子が偏向構造を複数有し、導光素子の偏向構造が、相対位置の変化を検出する方向に、反射部の反射面と略同じピッチで列を成すようにすると、反射部の複数の反射面からの光が受光素子に入射して、受光量の変化幅が大きくなる上、受光量の変化の周期が、受光素子の大きさではなく反射面の列のピッチで定まって、小さくなる。したがって、相対位置の変化を確実に、かつ高い分解能で検出することができる。しかも、導光素子が薄いため、受光素子が位置する平面上における反射面からの光の広がりは僅かになり、反射面の列のピッチで定まる高い分解能を容易に実現すること可能である。
【００５６】
さらに、照明検出部が、導光素子の光を出射させる表面に近接し、相対位置を検出する方向に、反射部の反射面と同じピッチで列を成す複数の遮光面を有する遮光部を含むようにすると、反射部から導光素子に至る光路を規制することができて、発光素子が発する光の発散の度合いが大きいときでも、受光素子に入射する光の量の変化が明確になり、確実に相対位置の変化を検出することができる。
【００５７】
照明検出部が受光素子を２つ含み、導光素子が偏向構造のピッチが不連続になっている不連続部位を有して、２つの受光素子が導光素子の不連続部位を挟む２つの部位の一方と他方を間にして反射部に対向するようにすると、２つの受光素子で検出される受光量の変化に位相差を生じさせることができて、相対位置の変化の速度だけでなく、相対位置の変化の方向も知ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態のエンコーダ装置の模式的断面図。
【図２】第１の実施形態のエンコーダ装置の導光素子に設けられた溝の模式的断面図。
【図３】第２の実施形態のエンコーダ装置の照明検出部の模式的断面図。
【図４】第３の実施形態のエンコーダ装置の照明検出部の模式的断面図。
【図５】第４の実施形態のエンコーダ装置の模式的断面図。
【図６】第４の実施形態のエンコーダ装置の導光素子に設けられた回折格子の模式的断面図。
【図７】第５の実施形態のエンコーダ装置の模式的断面図。
【図８】第５の実施形態のエンコーダ装置の導光素子に設けられた溝の模式的断面図。
【図９】第６の実施形態のエンコーダ装置の模式的断面図。
【図１０】第６の実施形態のエンコーダ装置の導光素子に設けられた回折格子の模式的断面図。
【図１１】第７の実施形態のエンコーダ装置の照明検出部の模式的断面図。
【図１２】第８の実施形態のエンコーダ装置の模式的断面図。
【図１３】第８の実施形態のエンコーダ装置における相対位置の変化と２つの受光素子の受光量との関係を示す図。
【図１４】従来のエンコーダ装置の模式的断面図。
【符号の説明】
１〜８　エンコーダ装置
１０　　　反射部
１１　　　反射面
２０　　　照明検出部
２１　　　発光素子
２２　　　受光素子
３０　　　導光素子
３１、３２　導光素子表面
３３、３４　導光素子端面
３５、３６　溝
３５ａ、３５ｂ、３６ａ、３６ｂ　溝表面
３７、３８　回折格子
４０　　　遮光部
４１　　　遮光面
５０　　　反射部
【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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