(57)【要約】【課題】回転スリットの偏芯による出力位相変動が少なく且つ光の利用効率が高い光学式エンコーダを提供する。【解決手段】光学式エンコーダの回転板１はその周方向に沿ってスリット１１が形成されており、回転に伴なって発光素子３からの光を断続して透過する。固定板２は開口２１Ａ，２１Ｂを有しており、回転板１を透過した光を断続の位相が互いにずれた少なくとも二本の光束に分離する。受光素子４Ａ，４Ｂは該光束をそれぞれ受光して、該断続に応じた周期を有し且つ互いに位相のずれた少なくとも二個の電気信号を出力する。導光部材５Ａ，５Ｂは、近接した該光束の間隔を拡大しながら固定板２から受光素子４Ａ，４Ｂに導光し、以って拡大された間隔で受光素子４Ａ，４Ｂを配置可能にする。導光部材５Ａ，５Ｂは光束を取り込む入射面５１Ａ，５１Ｂが凸型の曲面からなり光束を束ねて効率よく出射面５２Ａ，５２Ｂに導く。【選択図】      図１
2004191087.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに平行配置された回転板及び固定板と、これらを間にして互いに対向配置された発光素子及び受光素子とを備え、
前記回転板はその周方向に沿って所定の間隔でスリットが形成されており、回転に伴なって該発光素子からの光を断続して透過し、
前記固定板は開口を有しており、該断続して回転板を透過した光を該断続の位相が互いにずれた少なくとも二本の光束に分離し、
前記受光素子は少なくとも二個配されており、該光束をそれぞれ受光して、該断続に応じた周期を有し且つ互いに位相のずれた少なくとも二個の電気信号を出力する光学式エンコーダにおいて、
該固定板と該受光素子との間に配された導光部材を有しており、互いに近接した該光束の間隔を拡大しながら該光束を該固定板から対応する該受光素子に導光し、以って該光束の分離間隔に比べて拡大された間隔で該受光素子を配置可能にするとともに、
前記導光部材は、該光束を取り込む入射面と該光束を各受光素子に送り出す出射面とを含み、少なくとも前記入射面は凸型の曲面からなり該光束を束ねて効率よく該出射面に導くことを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項２】
前記出射面も凸型の曲面からなり該光束を束ねて各受光素子に送り出すことを特徴とする請求項１記載の光学式エンコーダ。
【請求項３】
前記固定板は周方向に配列し且つ径方向に分かれた二列の開口群を有しており、これら二列の開口群が該断続して回転板を透過した光を該断続の位相が互いにずれた少なくとも二本の光束に分離することを特徴とする請求項１記載の光学式エンコーダ。
【請求項４】
前記固定板は周方向に配列し且つ周方向に分かれた二列の開口群を有しており、これら二列の開口群が該断続して回転板を透過した光を該断続の位相が互いにずれた少なくとも二本の光束に分離することを特徴とする請求項１記載の光学式エンコーダ。
【請求項５】
前記受光素子は二個とも該回転板の外形内に配して小型化を図ったことを特徴とする請求項１記載の光学式エンコーダ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は発光素子と受光素子を組み合わせた光学式エンコーダに関する。より詳しくは、受光素子側に導光部材（ライトガイド）を用いた光学式エンコーダに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、光学式エンコーダは回転板と固定板が近接して平行に配置され、これらを挟む形で発光素子と受光素子が対向している。発光素子と受光素子を結ぶ光軸は、回転板の回転軸に対して平行な方向に配置されている。回転板は回転軸を中心として回転する一方、固定板は回転軸を保持するボディに固定されている。回転板の外周付近には所定本数のスリットが等間隔で放射状に形成されている。以下、本明細書では回転板に形成されたスリットを回転スリットと呼ぶ場合がある。又、回転スリットの本数は分解能に対応している為、本明細書では回転スリットの本数を分解能Ｐとして表わす場合がある。一方、固定板にも一本又は複数本のスリットが、回転スリットと同ピッチでほぼ同形状に形成されている。以下、本明細書では固定板に形成されたスリットを固定スリットと呼ぶ。場合によっては、回転板側に形成されたスリットから区別する為、固定スリットを開口と呼ぶこともある。回転スリットや固定スリットは、金属や樹脂など遮光性の材料をくり抜いて形成する。あるいは、透光性のガラスや樹脂の片面に遮光膜を成膜した材料を用い、この遮光膜を選択的にエッチングしてスリットを形成する場合もある。この様にして形成されるスリットの幅寸法はスリットピッチの約半分である。以上の構成により、回転板が回転すると、回転スリットと固定スリットの相対位置が変化し、発光素子から放射された光が遮光及び透光を繰り返して断続する光束となり、受光素子に入射する。受光素子は、断続する光束を周期的な電気信号に変換して出力する。電気信号の周期又は周波数により、回転板の回転数を検出することができる。
【０００３】
【特許文献１】特開平０８−００５４０７号公報
【特許文献２】特開平０９−１９６７０３号公報
【特許文献３】特開平１０−３３２４３２号公報
【先行出願１】特願２００２−１５０２６８号
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
光学式エンコーダでは、断続する位相が互いにずれた複数の光束を生成し、受光素子から対応する互いに位相のずれた電気信号を出力する場合がある。例えば、回転数に加えて回転方向を検出する場合、互いに位相が例えば９０度ずれた二個の電気信号を出力する。二相の電気信号の相対的な位相関係に基づいて、回転板の回転方向を検出することができる。位相の異なる電気信号を出力させる場合、周方向に沿って並んだ回転スリットの列（以下本明細書ではトラックと呼ぶ場合がある）に対して複数の固定スリットを所定の角度間隔（ｎ×Ａｐ＋Ａｆ）だけずらして配置する。ここで、ｎは０から分解能Ｐの間の正整数、Ａｐは回転スリットの角度間隔、Ａｆは必要とする位相差分に相当する角度差である。この場合、ｎ＝０の時複数の固定スリットは最も近接的に配置され、ｎ＝Ｐ／２の場合複数の固定スリットは径方向に離間して最も離れた位置に配される。あるいは、固定板に径方向に離間した二列の固定スリットを配置する。この場合、二列の固定スリット間の角度的なずれがＡｆとなる。あるいは逆に、回転板に同心状のトラックを二本設け、且つ各トラックに形成される回転スリットの位置を相対的にＡｆ分ずらす構造としてもよい。この場合には、各トラックに対応する固定スリットは、互いにｎ×Ａｐ分ずらせばよい。この場合も、ｎ＝０の時複数の固定スリットは最も近接的に配置され、ｎ＝Ｐ／２の場合複数の固定スリットは径方向に離間して最も離れた位置に配される。
【０００５】
理想的には回転板が回転軸に対して無偏芯で取り付けられる。しかしながら、実際には様々な誤差要因により、回転板は回転軸に対して多少の偏芯がある。従って、回転板に形成された回転スリットの列からなる円形トラックも、回転軸に対して偏芯がある。この偏芯があると、複数の電気信号の間に現われる位相差が、回転板の回転に伴って設定位相差からずれ、いわゆる位相変動が生じる。回転スリットの偏芯による各受光素子出力の位相変動は、ｎ＝Ｐ／２で最大となり、ｎ＝０又はＰで最小となる。又、回転スリットあるいは固定スリットが径方向に離間して二列設けられている場合、径方向の間隔が小さい程、位相変動も少なくなる。要するに、複数の受光素子の配置間隔は狭い程、出力電気信号の位相変動は小さくなる。複数の受光素子の間隔を狭める手段として、例えば同一のチップ上に複数の受光領域を集積形成する方法が挙げられる。しかしながら、複数の受光領域を１チップ上に集積形成した場合、受光素子が高価なものになってしまう。逆に、１チップ当たり１受光領域を有する安価な汎用品を使用した場合、各チップを近接配置することができず位相変動が著しくなり高分解能化が困難である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述した従来の技術の課題に鑑み、本発明は回転スリットの偏芯による出力位相変動が少ない低価格高分解能の光学式エンコーダを提供することを主たる目的とする。加えて発光素子から受光素子へ導かれる光束の利用効率の改善を従たる目的とする。係る目的を達成するために以下の手段を講じた。すなわち、互いに平行配置された回転板及び固定板と、これらを間にして互いに対向配置された発光素子及び受光素子とを備え、前記回転板はその周方向に沿って所定の間隔でスリットが形成されており、回転に伴なって該発光素子からの光を断続して透過し、前記固定板は開口を有しており、該断続して回転板を透過した光を該断続の位相が互いにずれた少なくとも二本の光束に分離し、前記受光素子は少なくとも二個配されており、該光束をそれぞれ受光して、該断続に応じた周期を有し且つ互いに位相のずれた少なくとも二個の電気信号を出力する光学式エンコーダにおいて、該固定板と該受光素子との間に配された導光部材を有しており、互いに近接した該光束の間隔を拡大しながら該光束を該固定板から対応する該受光素子に導光し、以って該光束の分離間隔に比べて拡大された間隔で該受光素子を配置可能にするとともに、前記導光部材は該光束を取り込む入射面と該光束を各受光素子に送り出す出射面とを含み、少なくとも前記入射面は凸型の曲面からなり該光束を束ねて効率よく該出射面に導くことを特徴とする。好ましくは前記出射面も凸型の曲面からなり該光束を束ねて各受光素子に送り出す。また前記固定板は周方向に配列し且つ径方向に分かれた二列の開口群を有しており、これら二列の開口群が該断続して回転板を透過した光を該断続の位相が互いにずれた少なくとも二本の光束に分離する。あるいは前記固定板は周方向に配列し且つ周方向に分かれた二列の開口群を有しており、これら二列の開口群が該断続して回転板を透過した光を該断続の位相が互いにずれた少なくとも二本の光束に分離する。好ましくは前記受光素子は二個とも該回転板の外形内に配して小型化を図る。
【０００７】
本発明の主たる特徴によれば、小型の光学式ロータリエンコーダにおいて、固定スリットと受光素子の間に導光部材（ライトガイド）が配されている。ライトガイドは位相の異なる複数の光束を狭い領域で受光した後、これより広い領域に離して配置された複数の受光素子に向けて光束を導く構造となっている。各出力相の固定スリット（開口）はなるべく狭い領域に配する一方、広い領域に間隔を取って低価格受光素子を配置する。狭い領域に配された固定スリットと広い領域に配された受光素子の間にライトガイドを挿入し、光束を受光素子まで導く。例えばライトガイドは、入射した光束が全反射を繰り返して出射する様な形状並びに構造を有している。異なる空間位相を持つ複数の固定スリットが近接して配置され、これから離間配置された受光素子まで、受光量をなるべく損なわずに光束を導くライトガイドを用いることで、出力信号波形の位相差精度がよく、低価格の光学式ロータリエンコーダを得ることができる。
【０００８】
本発明の従たる特徴によれば、小型の光学式ロータリエンコーダにおいて、導光部材は光束を取り込む入射面と光束を各受光素子に送り出す出射面とを含む透明部品からなり、入射面及び出射面以外は全反射面を構成している。ここで、少なくとも入射面は凸型の曲面からなり光束を束ねて効率よく出射面に導く。導光部材（ライトガイド）の入射面の形状を凸型のレンズ形状とすることで、発光素子から出射した拡散光束がライトガイドに入射する際、凸レンズ面で屈折し、ほぼ平行光となる様にする。これにより、入射面と出射面の間に介在する反射面に対する光束の入射角が全反射を決める臨界角より浅くなり、確実に全反射を繰り返すことで出射面に効率よく導かれる。又、ライトガイドの出射面も凸型の曲面とすることで、全反射を繰り返した後の光束を集めて各受光素子に送り出すことができる。ライトガイドから出射した光束が受光素子に到達する前に拡散して受光量が低下する様な場合、この様に出射面の形状も凸型のレンズ形状とすることにより、確実に受光素子の位置で光束を集光することが可能になる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明に係る光学式エンコーダの第一実施形態を示す模式的な斜視図である。図示する様に、本光学式エンコーダは互いに平行配置された回転板１及び固定板２と、これらを間にして互いに対向配置された発光素子３及び受光素子４Ａ，４Ｂとを備えている。回転板１は、その周方向に沿って所定の角度間隔Ａｐで回転スリット１１が形成されている。回転スリット１１の本数は分解能Ｐで表わされる。係る構成により、回転板１は回転軸１２を中心として回転し、発光素子３から放射される光を回転スリット１１で断続して透過する。
【００１０】
一方、固定板２は開口を有しており、断続して回転板１を透過した光を該断続の位相が互いにずれた少なくとも二本の光束に分離する。本実施形態では固定板２の開口は固定スリット２１Ａの群及び固定スリット２１Ｂの群からなり、互いに位相がずれた二本の光束に分離している。即ち固定板２は周方向に配列し且つ径方向に分かれた二列の開口群を有しており、これら二列の開口群が断続して回転板１を透過した光を断続の位相が互いにずれた少なくとも二本の光束に分離する。尚、本実施形態では各固定スリットの角度間隔は回転スリット１１の角度間隔と同一である。固定スリット２１Ａの群と固定スリット２１Ｂの群は、空間位相が互いに角度間隔Ａｆだけずれている。これら固定スリット２１Ａの群及び固定スリット２１Ｂの群と対応する様に、受光素子４Ａ及び４Ｂが二個配されており、上述した二本の光束をそれぞれ受光して、断続に応じた周期を有し且つ互いに位相が電気角でＡｆ分ずれた二相の電気信号を出力する。
【００１１】
本発明の主たる特徴事項として、固定板２と受光素子４Ａ，４Ｂとの間に導光部材が配されている。本実施形態では、この導光部材は二個のライトガイド５Ａ，５Ｂで構成されている。一対のライトガイド５Ａ，５Ｂは、互いに近接した二本の光束の間隔を拡大しながら二本の光束を固定板２から対応する二個の受光素子４Ａ，４Ｂに導光している。係る構成により、二本の光束の分離間隔（固定スリット２１Ａの群と固定スリット２１Ｂの群との間の径方向配列間隔）に比べて拡大された間隔で二個の受光素子４Ａ，４Ｂを配置可能である。
【００１２】
本発明の従たる特徴事項として、ライトガイド５Ａは光束を取り込む入射面５１Ａと光束を受光素子４Ａに送り出す出射面５２Ａとを含む透明な成形品からなり、入射面５１Ａ及び出射面５２Ａ以外は全反射面を構成している。入射面５１Ａは凸型の曲面からなり光束を束ねて効率よく出射面５２Ａの方に導く。ライトガイド５Ｂもライトガイド５Ａと同様の構成となっており、入射面５１Ｂは凸型のレンズ曲面に加工されている。ライトガイド５Ａ，５Ｂでは、入射面５１Ａ，５１Ｂから透明樹脂内に入射した光束は反射面へ向かうが、反射面への入射角が全反射を決める臨界角より浅ければ全反射し、効率よく出射面５２Ａ，５２Ｂに到達する。従って、ライトガイド５Ａ，５Ｂへ入射した光束が反射面へ入射する角度の制御が重要である。そこで本発明では、ライトガイド５Ａ，５Ｂの入射面５１Ａ，５１Ｂの形状をそれぞれ凸型のレンズ形状にして、発光素子３から放射した拡散光束がライトガイド５Ａ，５Ｂに入射する際、凸レンズ面で屈折しほぼ平行光となる様にする。これにより反射面への入射角がほぼ臨界角より浅くなり、ライトガイド内で全反射を繰り返した後効率よく出射面５２Ａ，５２Ｂから出射する。
【００１３】
ライトガイド５Ａ，５Ｂの形状を詳細に説明すると、入射面５１Ａ，５１Ｂは曲面であり、入射光束を屈折させライトガイド内での光束がほぼ平行光になる様にしている。本実施形態では、ライトガイド５Ａ，５Ｂの厚さ（エンコーダ半径方向）が薄く、周方向の幅は厚みと比べて広く取ってある。従って、発光素子３から出射される光束の拡散角度は厚さ方向が狭く、周方向が広い。そこで、ライトガイド５Ａ，５Ｂの入射面５１Ａ，５１Ｂの形状は、光束の拡散角が広い周方向のみが凸型のレンズ形状となる円柱型である。他の入射面の形状として凸型の球面形状や同じく凸型の非球面形状を採用することも可能である。
【００１４】
一般にエンコーダの受光素子４Ａ，４Ｂを搭載する基板は回転板１１の外径と同程度の形状にするので、エンコーダの製品としての外形は回転板１の外径によって決まる。しかし、小型エンコーダの場合は、受光素子４Ａ，４Ｂの位置が回転板１の外径から外側に突出する可能性がある。この場合、当然受光素子４Ａ，４Ｂを搭載する基板も突出するので、エンコーダの最終的な製品としての外形は受光素子４Ａ，４Ｂの配置に依存し、従来は回転板１の外径より大幅に大きくなるか、円形以外の異形状となっていた。そこで、本発明では偏平形状のライトガイド５Ａ，５Ｂを図１の様に周方向に離間して配置することで、受光素子４Ａ，４Ｂを回転板１の外径内に収納している。これにより、受光素子４Ａ，４Ｂを固定スリット２１Ａ，２１Ｂの配置によらず、回転板１の外形とほぼ同形状の基板に実装可能とし、エンコーダの小型化を図っている。本実施形態の様に固定スリット２１Ａの列及び固定スリット２１Ｂの列を径方向に離間して並べた場合でも、ライトガイド５Ａ，５Ｂを介して受光素子４Ａ，４Ｂを周方向に沿って配置可能とすることで、受光素子４Ａ，４Ｂが回転板１の外径内に収まり、エンコーダの小型化が実現できた。従来の様に、固定スリット２１Ａの列及び固定スリット２１Ｂの列が径方向に離間している場合において、受光素子４Ａ，４Ｂもこれに合わせて径方向に離間配置した場合、片方が回転板１の外径から突出し、エンコーダの小型化が困難であった。
【００１５】
図２は本発明に係る光学式エンコーダの第二実施形態を示す模式的な斜視図である。図示する様に、本光学式エンコーダは互いに平行配置された回転板１及び固定板２と、これらを間にして互いに対向配置された発光素子３及び受光素子４Ａ，４Ｂとを備えている。回転板１は、その周方向に沿って所定の角度間隔Ａｐで回転スリット１１が形成されている。回転スリット１１の本数は分解能Ｐで表わされる。係る構成により、回転板１は回転軸１２を中心として回転し、発光素子３から放射される光を回転スリット１１で断続して透過する。
【００１６】
一方、固定板２は開口を有しており、断続して回転板１を透過した光を該断続の位相が互いにずれた少なくとも二本の光束に分離する。本実施形態では固定板２の開口は固定スリット２１Ａ及び固定スリット２１Ｂからなり、互いに位相がずれた二本の光束に分離している。尚、本実施形態では各固定スリット２１Ａ，２１Ｂは、それぞれ二本のスリットからなる。二本のスリットの角度間隔は回転スリット１１の角度間隔と同一である。固定スリット２１Ａの群と固定スリット２１Ｂの群は、互いにｎ×Ａｐ＋Ａｆだけ離れている。これらと対応する様に、受光素子４Ａ，４Ｂが二個配されており、上述した二本の光束をそれぞれ受光して、該断続に応じた周期を有し且つ互いに位相のずれた二相の電気信号を出力する。
【００１７】
本発明の主たる特徴事項として、固定板２と受光素子４Ａ，４Ｂとの間に導光部材が配されている。本実施形態では、この導光部材は二個のライトガイド５Ａ，５Ｂで構成されている。一対のライトガイド５Ａ，５Ｂは、互いに近接した二本の光束の間隔を拡大しながら二本の光束を固定板２から対応する二個の受光素子４Ａ，４Ｂに導光している。係る構成により、二本の光束の分離間隔（ｎ×Ａｐ＋Ａｆ）に比べて拡大された間隔で二個の受光素子４Ａ，４Ｂを配置可能である。本実施形態では、ライトガイド５Ａは対応する固定スリット２１Ａを通過した光束を取り込む入射面５１Ａと、この取り込んだ光束を対応する受光素子４Ａに送り出す出射面５２Ａとを含む透明な成形品からなり、入射面５１Ａ及び出射面５２Ａ以外の側面は、全て反射面を構成している。同様に、ライトガイド５Ｂも、入射面５１Ｂ及び出射面５２Ｂを除き、反射面で囲まれた成形品からなる。
【００１８】
本発明の従たる特徴事項として、ライトガイド５Ａの入射面５１Ａは円筒レンズの形状に加工されており、発光素子３から放射された拡散光束を平行化して、ライトガイド５Ａ内に取り込んでいる。これにより、光束はライトガイド５Ａの全反射面でほぼ全量が全反射され、効率よく出射面５２Ａに導かれる。同様に、ライトガイド５Ｂの入射面５１Ｂも凸型の円筒レンズ形状に加工されており、発光素子３から放射した拡散光束を平行化して取り込んでいる。
【００１９】
以上の様に、回転板１と平行に固定板２が組み付けられている。固定板２には二箇所に固定スリット２１Ａ，２１Ｂの群が形成されている。二つの固定スリット２１Ａ，２１Ｂは、前述した様にｎ×Ａｐ＋Ａｆの角度間隔だけ互いに離れている。又、発光素子３と受光素子４Ａ，４Ｂは、回転板１と固定板２を挟む形で対向して組み付けられている。換言すると、発光素子３と受光素子４Ａ，４Ｂを結ぶ光軸３１は、回転軸１２と平行に設定されている。ここで、一対の受光素子４Ａ，４Ｂの配置間隔は、固定スリット２１Ａ，２１Ｂの配置間隔ｎ×Ａｐ＋Ａｆよりも拡大している。受光素子４Ａ，４Ｂと固定板２との間にライトガイド５Ａ，５Ｂを設け、各固定スリット２１Ａ，２１Ｂを通過した光束が光量の損失なく、対応する受光素子４Ａ，４Ｂに入射する。ライトガイド５Ａ，５Ｂは無色透明な主にＰＣやＰＭＭＡ樹脂の成形品であり、凸形の入射面から入射した光が樹脂内部で全反射を繰り返しながら出射面まで導かれ、対応する受光素子４Ａ，４Ｂに向かって光束を出射する。発光素子３は複数でもよいが、固定板２が近接しているので、単一として低価格化が可能である。図示の実施形態は受光素子が二個で二相の電気信号を得る場合であるが、三相以上の場合も同様な原理で各位相の変動を抑えることができる。例えば四相の場合、対応する固定スリットも四個必要になるが、この時には配置間隔を狭める為、四個の固定スリットを田の字状に配置することが好ましい。尚、図示の実施形態では固定板２がライトガイド５Ａ，５Ｂ側に配置されているが、これに代えて固定板２を発光素子３側に配置してもよい。あるいは、固定板２は回転板を上下から挟む様に、受光素子及び発光素子の両側に設けてもよい。
【００２０】
図３は先行出願１に記載された光学式エンコーダの参考例を示す模式的な斜視図である。理解を容易にする為、図２に示した本発明に係る光学式エンコーダの第二実施形態と対応する部分には対応する参照番号を付してある。異なる点は、第二実施形態のライトガイドの入射面が凸面形状を有していたのに対し、本参考例のライトガイド５Ａ，５Ｂは入射面５１Ａ，５１Ｂが平面形状となっていることである。従って、ライトガイド５Ａ，５Ｂは発光素子３から放射した拡散光束を平行化することなくそのまま取り込むことになる。
【００２１】
図４は図３に示した参考例にかかる光学式エンコーダの模式的な幾何光学図である。説明を容易にし且つ図示を簡単にする為、回転板及び固定板を省略し、仮想の発光素子３Ａ，３Ｂで各ライトガイド５Ａ，５Ｂに向かう二本の拡散光束を表わしている。発光素子３Ａ，３Ｂからの光線を直接ライトガイド５Ａ，５Ｂへ入射させ、受光素子４Ａ，４Ｂまで追跡した。参考例に係るライトガイド５Ａ，５Ｂの入射面５１Ａ，５１Ｂは平面であり、光束が入射時に屈折して拡散角度がある程度狭められるものの、ライトガイド５Ａ，５Ｂ内で反射を繰り返す内に、全反射条件を決める臨界角より垂直に近い入射角成分が増え、ライトガイド５Ａ，５Ｂの外へ出射してしまう光線もあり、導光効率が不十分である。
【００２２】
図５は図２に示した本発明にかかる光学式エンコーダの第二実施形態の模式的な幾何光学図である。理解を容易にする為、図４に示した参考例に係る光学式エンコーダの幾何光学図と対応する部分には対応する参照番号を付してある。図示する様に、各ライトガイド５Ａ，５Ｂは入射面５１Ａ，５１Ｂを凸レンズ形状とすることにより、入射時の屈折で拡散光束がほぼ平行となり、ライトガイド５Ａ，５Ｂ内で全反射を繰り返し、光線が効率よく出射面５２Ａ，５２Ｂから対応する受光素子４Ａ，４Ｂに向けて出射する。
【００２３】
図６は本発明に係る光学式エンコーダの第三実施形態を示す模式的な斜視図である。理解を容易にする為、図２に示した第二実施形態と対応する部分には対応する参照番号を付してある。第二実施形態では各ライトガイドの出射面の形状は平面になっているが、本実施形態では各ライトガイド５Ａ，５Ｂの出射面５２Ａ，５２Ｂを凸型の曲面形状としている。出射面５２Ａ，５２Ｂの大きさに対して受光素子４Ａ，４Ｂの大きさが相当小さい場合などは、出射面５２Ａ，５２Ｂも入射面５１Ａ，５１Ｂと同様に凸型のレンズ形状にして、出射後の光束を受光素子４Ａ，４Ｂの位置に集光させると良い。ライトガイド５Ａ，５Ｂから出射した光束が受光素子４Ａ，４Ｂに到達する前に拡散して受光量が低下する様な場合は、本実施形態の様に出射面５２Ａ，５２Ｂの形状も凸型のレンズ形状とすることで、光源光の利用効率を一層改善することができる。
【００２４】
本発明の理解を容易にする為、回転板の偏芯と電気信号の位相変動との関係を簡潔に説明する。図７は、一対の受光素子１，２が回転板の周方向に沿って離間配置された場合を表わしている。ここで受光素子１と受光素子２の間隔をｄｓで表わし、回転軸から各受光素子１，２までの距離をｒｓで表わしてある。図示する様に、回転板が偏芯していると、回転に伴い回転板の中心位置が円軌道上を移動する。回転板の中心から見て、受光素子１から受光素子２までの角度は、回転板の中心が受光素子１と受光素子２の中間位置に最も近づいた時θ１となって最大となり、最も遠ざかった時にθ２となって最小となる。又、１ピッチ当たりの角度は２π／Ｐなので、各受光素子から出力される電気信号の位相変動は、（θ１−θ２）／（２π／Ｐ）×１００（％）で表わされる。従って、θ１−θ２が小さい程位相変動が小さくなる。θ１−θ２を小さくする為には、回転板の偏芯φを小さくするとともに、ｒｓを大きくする一方ｄｓを小さくする必要がある。本発明では、一対の受光素子１，２の間隔ｄｓを小さくする為、ライトガイドを用いている。
【００２５】
図８は、一対の受光素子１，２が径方向に配置されている場合を表わしている。理解を容易にする為、図７と対応する部分には対応する参照符号を付してある。回転板の中心から見て、受光素子１から受光素子２までの角度は、回転板の中心が受光素子１と受光素子２が並んだラインと垂直方向へ最も離れたポイント付近にある時、最大となる。この場合も、図から明らかな様にθ１−θ２が小さい程位相変動が小さくなる。θ１−θ２を小さくする為には、回転スリットの偏芯φを小さくするとともに、ｒｓを大きくする一方ｄｓを小さくする必要がある。本発明によって解決しようとする課題は、ｄｓを如何に小さくするかである。
【００２６】
その課題を解決する手段として、受光域を分割した受光素子（例えばフォトダイオードアレイ）を使用する手法が考えられる。この手法を図９の参考図に示す。（Ａ）に示す様に、受光素子４を構成するフォトダイオードアレイは、受光領域１〜４がワンチップ上に集積形成され、ベアチップのまま光学式エンコーダの回路基板に実装して使用される。図示のフォトダイオードアレイは、径方向外側のトラックに対して受光域１，受光域２を配置し、径方向内側のトラックに対して受光域３，受光域４を配置した例である。周方向に沿って離間した受光域１及び受光域２は、例えば１８０度位相がずれている。同様に周方向に沿って離間した受光域３及び受光域４も、位相が互いに１８０度ずれている。又、径方向に沿って互いに離間した受光域１及び受光域４は、例えば位相が互いに９０度ずれている。同様に受光域２と受光域３も位相が９０度ずれている。しかしながら、この様に四つの受光域がコンパクトに実装されたフォトダイオードアレイは高価な為、低価格のエンコーダに組み込むことが困難である。場合によっては、フォトダイオードアレイに代えて、個々のダイオードチップにリードを配線し、樹脂の一体成形によりパッケージにされたものを回路基板に実装して使用することもある。しかしながら、このパッケージ部品も、単体のチップ部品に比べて高価である。
【００２７】
（Ｂ）は本発明に従って、ライトガイドを用い各受光域１〜４の拡大配置を可能とした構成を模式的に表わしている。（Ａ）の参考例と（Ｂ）の実施例を比較すれば明らかな様に、ライトガイドを用いることで、互いに隣り合う受光域の配置間隔を、径方向及び周方向共に拡大することができる。この結果、価格的に高価なフォトダイオードアレイに代えて、単体のフォトチップ４１〜４４を例えば図の様に田の字状に配置することができる。ワンチップの受光素子４１，４２，４３，４４はそれぞれ低価格の汎用フォトトランジスタを用いることができる。また、田の字状の配置にこだわらず、ライトガイドを用いることにより種々の配置が可能である事は勿論である。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明した様に、本発明の主たる特徴によれば、複数の固定スリット群を近接配置した場合でも、ライトガイドを用いることで受光素子は間隔を開けて配置でき、低価格な汎用のフォトトランジスタチップが使用できるので、回転スリットの偏芯による位相精度の悪化を抑制した低価格高分解能の光学式エンコーダが得られる。又、本発明の従たる特徴によれば、ライトガイドの少なくとも入射面を凸レンズ形状とすることで、発光素子から受光素子までの導光効率を改善することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光学式エンコーダの第一実施形態を示す模式的な斜視図である。
【図２】本発明に係る光学式エンコーダの第二実施形態を示す模式的な斜視図である。
【図３】先行出願に係る光学式エンコーダの参考例を示す模式的な斜視図である。
【図４】光学式エンコーダの参考例の模式的な幾何光学図である。
【図５】光学式エンコーダの第二実施形態の模式的な幾何光学図である。
【図６】本発明に係る光学式エンコーダの第三実施形態を示す模式的な斜視図である。
【図７】回転板の偏芯と位相変動との関係を示す模式図である。
【図８】回転板の偏芯と位相変動との関係を示す模式図である。
【図９】受光素子のレイアウトの参考例及び実施例を示す模式的な平面図である。
【符号の説明】
１・・・回転板、２・・・固定板、３・・・発光素子、４Ａ・・・受光素子、４Ｂ・・・受光素子、５Ａ・・・ライトガイド、５Ｂ・・・ライトガイド、１１・・・回転スリット、１２・・・回転軸、２１Ａ・・・固定スリット、２１Ｂ・・・固定スリット、３１・・・光軸、５１Ａ・・・入射面、５１Ｂ・・・入射面、５２Ａ・・・出射面、５２Ｂ・・・出射面
【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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