(57)【要約】【課題】移動体の変位に依存せずに移動体の移動情報を検出する。【解決手段】反射形エンコーダ１１は、発光チップ１５と受光チップ１７との２層構造を有し、受光チップ１７のフォトダイオード１７a,１７bと１７cとの間に貫通穴２０を形成し、受光側フレーム１８の貫通穴２０に対向する位置に貫通穴２１を形成している。移動体１２には、２つの反射面１３a,１３bを有するプリズム１３と、２つの反射面１４a,１４bを有するプリズム１４とを形成し、反射面１４bは、移動体１２の移動方向に一定のピッチＰで且つＰ/２幅で複数配列している。そして、移動体１２の移動に伴って、反射面１４bからの反射光がフォトダイオード１７a,１７bに入射される状態と、反射面１４bによって光が反射されない状態との繰り返しにより、フォトダイオード１７a,１７bで変調光を検出することによって、移動体１２の変位状態を表す移動情報を得る。【選択図】図２
2009063457.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子を含む発光チップと、
一方向に移動すると共に、上記発光素子から出射された光を反射させる移動体と、
上記発光素子から出射された光の上記移動体での反射光を受光する受光部を含む受光チップと
を備え、
上記移動体には、
入射された光を上記受光部に向かって反射させる第１反射面と、上記発光素子からの出射光を上記第１反射面に向かって反射させる第２反射面とが、上記一方向に一様に延在してなる第１プリズムと、
上記一方向に所定のピッチで配列されると共に、入射された光を上記受光部に向かって反射させる複数の第３反射面と、上記一方向に延在すると共に、上記発光素子からの出射光を上記第３反射面に向かって反射させる第４反射面と、を含む第２プリズムと
が形成されており、
上記受光部は、
上記第１プリズムの上記第１反射面からの反射光を受光する第１受光部と、
上記第２プリズムの上記第３反射面からの反射光を受光する第２受光部と
を有する
ことを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項２】
請求項１に記載の光学式エンコーダにおいて、
上記第２受光部は、上記一方向に沿って平行に配列された複数の受光素子を有する
ことを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項３】
請求項２に記載の光学式エンコーダにおいて、
上記第２受光部を構成する複数の受光素子は、上記移動体の第２プリズムにおける上記複数の第３反射面の配列ピッチの１/４のピッチで上記一方向に配列されている
ことを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項４】
請求項１に記載の光学式エンコーダにおいて、
上記発光チップと受光チップとは、所定の形状を有する樹脂によって一体に封止されており、
上記樹脂における上記移動体側の面には、上記発光素子からの出射光を平行光化するレンズをが形成されている
ことを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項５】
請求項１に記載の光学式エンコーダにおいて、
上記受光チップと上記発光チップとは、
上記受光チップの受光面と上記発光チップの光出射面とを上記移動体の方向に向けると共に、上記受光チップを上記発光チップよりも上記移動体側に位置して２層構造に配置され、且つ、レンズ付の透光性樹脂で一体にモールドされており、
上記受光チップは、上記発光チップからの出射光を遮らないように配置されている
ことを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項６】
請求項５に記載の光学式エンコーダにおいて、
上記受光チップはフレーム上に搭載されており、
上記フレームにおける上記発光素子の光軸が通過する位置には貫通穴を設け、この貫通穴を上記透光性樹脂に設けられた上記レンズの絞りとして用いる
ことを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項７】
請求項１あるいは請求項５に記載の光学式エンコーダにおいて、
上記移動体に形成された上記第１プリズムと上記第２プリズムとは、上記発光素子の光軸に対して対象の位置に、互いに平行に配置されている
ことを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項８】
請求項１あるいは請求項５に記載の光学式エンコーダにおいて、
上記移動体に形成された上記第１プリズムと上記第２プリズムとは、上記移動体の厚み方向に層状に配置されている
ことを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項９】
請求項１あるいは請求項５に記載の光学式エンコーダを用いたことを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光学式エンコーダおよびそれを用いた電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光学式エンコーダとして、特開２０００‐２２７３４６号公報(特許文献１)に開示されたようなものがある。上記特許文献１に開示された光学式エンコーダの概略を図１２に示す。
【０００３】
移動板３の表側に、移動方向に沿って一定のピッチで配列された複数のシリンドリカルレンズ４が形成されている。一方、移動板３の裏側には、移動方向に連続した山型プリズム５Ａ,５Ｂが形成されている。発光素子１Ａ,１Ｂは、移動板３の変位に伴って通過するシリンドリカルレンズ４を介して強度変調された光束を、山型プリズム５Ａ,５Ｂの入射反射面５ＡＳ,５ＢＳに入射する。受光素子２Ａ,２Ｂは、移動板３における山型プリズム５Ａ,５Ｂの出射反射面５ＡＴ,５ＢＴから出射された光束を、同様に移動板３の変位に伴って通過するシリンドリカルレンズ４を介して受光して、移動板３の移動量を表わす検出信号を出力する。移動板３は、幅方向(移動方向に直交する方向)に分かれ且つ移動方向に伸びた二本のトラック(図示せず)を有している。そして、山型プリズム５Ａ,５Ｂは、上記二本のトラックに対応して二列に形成されている。また、受光素子２Ａ,２Ｂは、上記二本のトラックに対応して、上記幅方向に分かれて二個配置されており、上記二本のトラックから別々に出射された光束を受光して、移動板３の移動量に加えて移動方向も表わす検出信号の出力を可能にしている。
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に開示された従来の光学式エンコーダには、以下のような問題がある。すなわち、図１２に示す構成の場合には、発光素子１Ａ,１Ｂの温度特性あるいは経年変化による発光出力の低下という現象に対して、受光素子２Ａ,２Ｂの出力変動という支障が考えられる。
【０００５】
上記発光素子１Ａ,１Ｂは化合物半導体であり、環境の温度変化に対し発光出力が変化する。また、長時間の使用による発光出力の低下も考慮しなければならない。しかしながら、上記特許文献１に開示された従来の光学式エンコーダの構成においては、上記変動が考慮されていない閾値で受光素子２Ａ,２Ｂからの出力が処理されて、２相の位相関係が得られている。したがって、発光素子１Ａ,１Ｂの出力変動によって、２相の位相関係が崩れるという障害に至り易い。
【０００６】
また、上記２個の受光素子２Ａ,２Ｂは、移動板３の移動方向に対して垂直方向に配置されているため、受光素子２Ａ,２Ｂの検出部と移動板３のシリンドリカルレンズ４および山型プリズム５Ａ,５Ｂとの配置において角度ずれが生じた場合、２個の受光素子２Ａ,２Ｂからの位相差関係に変動が生じやすい。このことを、図１３を参照して簡潔に説明する。
【０００７】
上記移動板３の移動方向を検出する場合において、上記受光素子２Ａと受光素子２Ｂとの出力から位相差を得るためには、図１２に示すように、受光素子２Ａと受光素子２Ｂとの位置を移動板３の移動方向に「((１/４)＋ｎ)×Ｐ」だけ離す必要がある。ここで、Ｐは変調ピッチを表し、図１２に示す例ではシリンドリカルレンズ４の配列ピッチである。また、「ｎ」は正の整数である。
【０００８】
図１３Ａにおいて、図１３Ａ(a)の状態で移動板３と受光素子２Ａ,２Ｂとの配置関係に角度ずれθが生じた場合に、移動板３の移動方向における受光素子２Ａ,２Ｂのピッチ(受光ピッチ)Ｌは、図１３Ａ(b)に示すように、Δｌ＝Ｌ(１−cos(α＋θ))だけ変動する。ここで、αは受光素子２Ａ,２Ｂの基準位置(図１３Ａ(a))における受光中心間を結ぶ直線と移動方向とが成す初期角度を表わす。このα成分が、角度ずれに対する受光素子２Ａ,２Ｂピッチの変動を大きくする要因となっている。つまり、図１３Ａ(a)に示す基準位置において受光素子２Ａ,２Ｂが移動板３の移動方向と平行に配置されていれば、初期角度αは「０」となるため、角度ずれθが生じた場合の移動板３の移動方向への受光ピッチＬの変動Δｌは「Ｌ(１−cosθ)」と小さくなる。したがって、上記特許文献１に開示された従来の光学式エンコーダの場合には、上記基準位置において、上記初期角度αをなるべく小さく抑えなければならないため、受光素子２Ａと受光素子２Ｂとの配置に高い精度が要求されるのである。
【０００９】
また、上記特許文献１に開示された従来の光学式エンコーダにおいては、移動板３の表裏に、互いに異なるピッチでシリンドリカルレンズ４と山型プリズム５Ａ,５Ｂとを形成する必要がある。したがって、移動板３を成形する金型が複雑となり、イニシャルコストが高くなるという問題もある。
【特許文献１】特開２０００‐２２７３４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
そこで、この発明の課題は、移動体の変位に依存せずに上記移動体の移動情報を検出できる光学式エンコーダ、および、それを用いた電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、この発明の光学式エンコーダは、
発光素子を含む発光チップと、
一方向に移動すると共に、上記発光素子から出射された光を反射させる移動体と、
上記発光素子から出射された光の上記移動体での反射光を受光する受光部を含む受光チップと
を備え、
上記移動体には、
入射された光を上記受光部に向かって反射させる第１反射面と、上記発光素子からの出射光を上記第１反射面に向かって反射させる第２反射面とが、上記一方向に一様に延在してなる第１プリズムと、
上記一方向に所定のピッチで配列されると共に、入射された光を上記受光部に向かって反射させる複数の第３反射面と、上記一方向に延在すると共に、上記発光素子からの出射光を上記第３反射面に向かって反射させる第４反射面と、を含む第２プリズムと
が形成されており、
上記受光部は、
上記第１プリズムの上記第１反射面からの反射光を受光する第１受光部と、
上記第２プリズムの上記第３反射面からの反射光を受光する第２受光部と
を有する
ことを特徴としている。
【００１２】
上記構成によれば、移動体に形成された第１プリズムの第１反射面と第２反射面とは、上記移動体が移動する一方向に一様に延在して形成されている。したがって、上記第１反射面によって反射された光は、上記移動体の変位に依存しない所定の光量を呈する。そのため、上記第１反射面からの反射光を受光する第１受光部の出力変動をモニタすることによって、上記第２プリズムの上記第３反射面からの反射光(変調光)を受光する第２受光部の出力における上記発光素子の出力変動分を補正することができる。
【００１３】
また、１実施の形態の光学式エンコーダでは、
上記第２受光部は、上記一方向に沿って平行に配列された複数の受光素子を有する。
【００１４】
この実施の形態によれば、上記第２プリズムの上記第３反射面からの変調光を検出するための上記第２受光部は、上記移動体の移動方向に沿って平行に配列された複数の受光素子を有している。したがって、上記移動体の延在方向と上記第２受光部を構成する複数の受光素子の配列方向とに角度ずれが生じても、上記第２受光部の出力における位相差ずれを軽減することができる。
【００１５】
また、１実施の形態の光学式エンコーダでは、
上記第２受光部を構成する複数の受光素子は、上記移動体の第２プリズムにおける上記複数の第３反射面の配列ピッチの１/４のピッチで上記一方向に配列されている。
【００１６】
この実施の形態によれば、上記第２受光部の出力における位相差に基づいて、上記移動体の移動方向を検出することができる。
【００１７】
また、１実施の形態の光学式エンコーダでは、
上記発光チップと受光チップとは、所定の形状を有する樹脂によって一体に封止されており、
上記樹脂における上記移動体側の面には、上記発光素子からの出射光を平行光化するレンズをが形成されている。
【００１８】
この実施の形態によれば、上記発光チップと受光チップとを一体に封止する樹脂に形成されたレンズによって、上記発光素子からの出射光が平行光化される。したがって、上記第１プリズムおよび第２プリズムに対する上記発光素子からの入射光分布を均一にすることができる。
【００１９】
また、１実施の形態の光学式エンコーダでは、
上記受光チップと上記発光チップとは、
上記受光チップの受光面と上記発光チップの光出射面とを上記移動体の方向に向けると共に、上記受光チップを上記発光チップよりも上記移動体側に位置して２層構造に配置され、且つ、レンズ付の透光性樹脂で一体にモールドされており、
上記受光チップは、上記発光チップからの出射光を遮らないように配置されている。
【００２０】
この実施の形態によれば、上記発光チップから出射された光は、上記受光チップによって遮光されることなく上記レンズに至るので、上記受光チップにＭＥＭＳ(Micro Electro Mechanical Systems：マイクロマシン)等によって光通過用の貫通穴を形成する必要が無く、上記受光チップの形成が容易になる。
【００２１】
また、１実施の形態の光学式エンコーダでは、
上記受光チップはフレーム上に搭載されており、
上記フレームにおける上記発光素子の光軸が通過する位置には貫通穴を設け、この貫通穴を上記透光性樹脂に設けられた上記レンズの絞りとして用いる。
【００２２】
この実施の形態によれば、上記受光チップが搭載されたフレームに設けられた貫通穴をレンズの絞りとして用いるので、上記発光素子からの出射光の平行光化を精度よく行うことができる。
【００２３】
また、１実施の形態の光学式エンコーダでは、
上記移動体に形成された上記第１プリズムと上記第２プリズムとは、上記発光素子の光軸に対して対象の位置に、互いに平行に配置されている。
【００２４】
この実施の形態によれば、上記移動体に形成された上記第１プリズムと上記第２プリズムとを、上記発光素子の光軸に対して対象の位置に互いに平行に配置するので、上記移動体の厚みを薄くすることができる。
【００２５】
また、１実施の形態の光学式エンコーダでは、
上記移動体に形成された上記第１プリズムと上記第２プリズムとは、上記移動体の厚み方向に層状に配置されている。
【００２６】
この実施の形態によれば、上記移動体に形成された上記第１プリズムと上記第２プリズムとを、上記移動体の厚み方向に層状に配置するので、上記移動体の上記厚み方向に直交する方法への幅を狭くすることができ、上記移動体の小型化を図ることができる。
【００２７】
また、この発明の電子機器は、
この発明の光学式エンコーダを用いたことを特徴としている。
【００２８】
上記構成によれば、上記第２プリズムの上記第３反射面からの反射光(変調光)を受光する第２受光部の出力における上記発光素子の出力変動分を、上記第１プリズムの上記第１反射面からの上記移動体の変位に依存しない反射光を受光する第１受光部の出力によって補正することができる光学式エンコーダを用いることによって、上記移動体の移動情報を正確に得ることができる電子機器を提供することができる。
【発明の効果】
【００２９】
以上より明らかなように、この発明の光学式エンコーダは、移動体に形成された第１プリズムの第１反射面と第２反射面とを、上記移動体が移動する一方向に一様に延在して形成したので、上記第１反射面によって反射された光は、上記移動体の変位に依存しない所定の光量を呈する。したがって、上記第１反射面からの反射光を受光する第１受光部の出力変動をモニタすることによって、上記第２プリズムにおける上記第３反射面からの反射光(変調光)を受光する第２受光部の出力における上記発光素子の出力変動分を補正することができる。
【００３０】
また、この発明の電子機器は、この発明の光学式エンコーダを用いているので、上記移動体の移動情報を正確に得ることができる電子機器を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００３２】
・第１実施の形態
図１は、本実施の形態の光学式エンコーダにおける検出系の平面一部破断図である。本光学式エンコーダは、反射形エンコーダ１１と移動体１２とから概略構成されている。
【００３３】
上記移動体１２は、白抜きの矢印で示される移動方向に沿って移動する。図１においては、移動体１２の下側に反射形エンコーダ１１が配置されているため、反射形エンコーダ１１が見えるように、移動体１２の一部を破断して示している。
【００３４】
図２は、本光学式エンコーダの縦断面を示し、図１のＡ‐Ａ'矢視断面図に相当する。但し、図２(a)は、図１において、移動体１２におけるｂ‐ｂ'の位置が反射形エンコーダ１１におけるａ‐ａ'の位置にある場合の断面を表しており、移動体１２に関しては図１のＢ‐Ｂ'矢視断面が現れている。これに対して、図２(b)は、図１において、移動体１２におけるｃ‐ｃ'の位置が反射形エンコーダ１１におけるａ‐ａ'の位置にある場合の断面を表しており、移動体１２に関しては図１のＣ‐Ｃ'矢視断面が現れている。また、図３は、反射形エンコーダ１１の平面図である。
【００３５】
図１および図２(a)において、上記移動体１２には、２つの反射面１３a,１３bを有するプリズム１３と、２つの反射面１４a,１４bを有するプリズム１４とが並行して形成されている。そのうち、プリズム１４の反射面１４bは、反射形エンコーダ１１からの照射光より信号情報を得るため、移動体１２の移動方向に一定のピッチＰで且つＰ/２幅で複数配列されて、反射形エンコーダ１１からの出射光を反射形エンコーダ１１における受光素子に向かって反射させる。そして、プリズム１４の反射面１４aは反射形エンコーダ１１からの照射光を反射面１４b側へ導く。また、プリズム１３の反射面１３bは、反射形エンコーダ１１における発光素子の出力状態をモニタするために、反射形エンコーダ１１からの照射光を反射形エンコーダ１１におけるモニタ用の受光素子に向かって反射させる。そして、プリズム１３の反射面１３aは反射形エンコーダ１１からの照射光を反射面１３b側へ導く。
【００３６】
ところで、上述したように、上記プリズム１４の複数の反射面１４bは、移動体１２の移動方向に一定のピッチＰで且つＰ/２幅で複数配列されている。したがって、２つの反射面１４bの間には、一定のピッチＰで且つＰ/２幅で反射面１４bが形成されていない領域が形成される。したがって、図２(b)に示すように、反射面１４bが形成されていない領域におけるプリズム１４には反射面１４bがないことになる。
【００３７】
上記反射形エンコーダ１１は、図１および図２において、例えばレーザ素子が搭載されて成る発光チップ１５は、発光側フレーム１６の先端部に搭載されている。この発光側フレーム１６は、中央部に屈曲部１６aが設けられており、屈曲部１６aよりも先端側と屈曲部１６aよりも基端側とは上記先端側の方が低く且つ互いに平行な平面を構成している。また、受光チップ１７は、受光側フレーム１８の先端部に搭載されている。そして、発光側フレーム１６における屈曲部１６aよりも基端側は受光側フレーム１８と同一平面上に在り、屈曲部１６aよりも先端側は受光側フレーム１８と所定の間隔を有するように、発光側フレーム１６の上記先端部と受光側フレーム１８の先端部とが配置され、一つに金型によって可視光カット透光性樹脂１９で一体にモールドされてモールドパッケージを構成している。
【００３８】
その際に、上記発光チップ１５の光放出面と受光チップ１７上の受光素子であるフォトダイオード１７a〜１７cとは、移動体１２側に向くように配置されている。但し、フォトダイオード１７a,１７bは移動情報検出用のフォトダイオードであり、フォトダイオード１７cはモニタ用のフォトダイオードである。こうして、発光側フレーム１６に屈曲部１６aを設けることによって、発光チップ１５と受光チップ１７とが２層に配置された２層構造の反射形エンコーダを形成している。したがって、移動体１２の片面側に対して検出系を設けることができるのである。尚、上記２つの移動情報検出用のフォトダイオード１７a,１７bは、移動体１２の移動方向に並設されている。
【００３９】
また、上記発光チップ１５と受光チップ１７との２層構造において、移動体１２に対して発光チップ１５よりも受光チップ１７の方がより近い位置に配置されている。したがって、発光チップ１５からの放出光のうちの信号光に寄与しない放出光Ｘは、受光チップ１２７搭載している受光側フレーム１８の裏面で反射され、フォトダイオード１７a〜１７c側に回り込むことが防止される。こうして、発光チップ１５からの照射光が受光チップ１７に直接的に入射されることがない検出系を構成することができるのである。
【００４０】
さらに、上記受光チップ１７には、上記ＭＥＭＳ等によって貫通穴２０が形成されている。この貫通穴２０は、受光チップ１７に所定の間隔を設けて設けられたフォトダイオード１７a,１７bとフォトダイオード１７cとの間に形成されている。さらに、受光側フレーム１８における受光チップ１７の貫通穴２０の位置には、貫通穴２０の径より大径の貫通穴２１が形成されている。そして、受光側フレーム１８に対して所定の間隔を有して下側にある発光側フレーム１６に搭載された発光チップ１５は、その光出射点の位置が受光側フレーム１８の貫通穴２１の直下に位置するように配置されている。
【００４１】
また、上記反射形エンコーダ１１を構成する可視光カット透光性樹脂１９の移動体１２との対向面には、受光チップ１７の貫通穴２０に対向する位置に、レンズ２２が形成されている。
【００４２】
上記構成の反射形エンコーダ１１において、発光チップ１５から放出された光Ｙ1は、受光側フレーム１８の貫通穴２１および受光チップ１７の貫通穴２０を通過した後、レンズ２２によって平行光化されて反射形エンコーダ１１から出射され、移動体１２の反射面１３a,１４aを照射する。
【００４３】
このうち、上記プリズム１３の反射面１３aを照射する光は、反射面１３aによって反射面１３bに向かって反射され、反射面１３bによって再度反射されて、光路Ｙ2を経て反射形エンコーダ１１の移動体１２との対向面を通過してモニタ用のフォトダイオード１７cに入射する。この光路Ｙ2を通る光が反射する反射面１３a,１３bは、移動体１２の移動方向に沿って一様な平面形状をなしている。したがって、反射面１３a,１３bが上記移動方向に移動したり、反射形エンコーダ１１のレンズ２２形成面に対する反射面１３a,１３bの上記移動方向への角度が変化したりしても、反射形エンコーダ１１のフォトダイオード１７cには移動体１２の移動状態に依存しない一定の光が入射される。このように、フォトダイオード１７cに入射される光は移動体１２の移動には依存しないため、モニタ用のフォトダイオード１７cで光路Ｙ2を通る光の光量をモニタすることによって、発光チップ１５の出力状態を安定して検出することができるのである。
【００４４】
これに対し、上記反射形エンコーダ１１におけるプリズム１４の反射面１４aを照射する光は、反射面１４aによって、移動体１２の移動方向と直交する方向であって、移動体１２の反射形エンコーダ１１との対向面に平行な方向に向かって反射される。そのため、移動体１２におけるｂ‐ｂ'の位置が反射形エンコーダ１１におけるａ‐ａ'の位置にある場合には、移動体１２の移動方向に一定のピッチＰで且つＰ/２幅で複数配列されたプリズム１４の反射面１４bがフォトダイオード１７a,１７b上に位置しており、図２(a)に示す状態となる。したがって、反射面１４aによって反射された光は、反射面１４bによって再度反射されて、光路Ｙ3を経て反射形エンコーダ１１の移動体１２との対向面を通過して移動情報検出用のフォトダイオード１７a,１７bに入射する。
【００４５】
一方、上記移動体１２におけるｃ‐ｃ'の位置が反射形エンコーダ１１におけるａ‐ａ'の位置にある場合は、プリズム１４の反射面１４bと反射面１４bとの間の反射面１４bがない領域がフォトダイオード１７a,１７b上に位置しており、図２(b)に示す状態となる。したがって、反射面１４aによって、移動体１２の移動方向と直交する方向であって、移動体１２の反射形エンコーダ１１との対向面に平行な方向に向かって反射された光は、そのまま移動体１２内を光路Ｙ4に沿って進むことになる。そのため、反射形エンコーダ１１における移動情報検出用のフォトダイオード１７aと移動情報検出用のフォトダイオード１７bとの何れにも、発光チップ１５からの光は入射されない状態となる。
【００４６】
本実施の形態においては、上記移動体１２の上記移動方向への移動に伴う図２(a)の状態と図２(b)の状態との繰り返しにより、反射形エンコーダ１１の移動情報検出用のフォトダイオード１７a,１７bが上述の変調光を検出することによって、移動体１２の変位状態を表す移動情報を得るのである。
【００４７】
ところで、図３に示すように、上記反射形エンコーダ１１において、移動体１２の移動情報を得るためのフォトダイオード１７a,１７bは、移動体１２に一定ピッチで配置されている複数の反射面１４bの配列ピッチＰの１/４の間隔で配置されている。したがって、移動体１２の変位によって、フォトダイオード１７aとフォトダイオード１７bとの検出信号により、Ｐ/４ピッチの位相差を得ることができる。そして、この位相差によって、移動体１２の移動方向を検出することができるのである。さらに、フォトダイオード１７a,１７bは、移動体１２の移動方向に配置されており、幾何的な移動体１２とのθずれに対しても、位相関係が崩れ難い構成となっている。
【００４８】
図４は、本光学式エンコーダにおける出力信号形成部のブロック図である。図４から分かるように、移動情報検出用のフォトダイオード１７a,１７bからの出力信号は、移動体１２の移動状態に依存することなく発光チップ１５の出射光量を検出するフォトダイオード１７cからの出力信号と比較されることによって、２相の最終出力Ａch,Ｂchが生成される。
【００４９】
このように、本実施の形態においては、上記移動情報検出用のフォトダイオード１７a,１７bからの出力信号を、モニタ用のフォトダイオード１７cからの出力信号と比較するようにしている。したがって、反射形エンコーダ１１の発光素子である上記レーザ素子の出力が温度特性変化あるいは経年変化によって変動しても、モニタ用のフォトダイオード１７cで得られたモニタ信号と比較されるため、最終出力のＤuty比が安定し、位相ずれを抑制することができるのである。
【００５０】
また、上記２つの移動情報検出用のフォトダイオード１７a,１７bは、唯１つの発光チップ１５からの出射光を検出すると共に、同じ受光チップ１７上に、移動体１２の反射面１４a,１４bの延在方向でもある移動方向に配列されている。したがって、反射形エンコーダ１１のレンズ２２形成面に対する反射面１４a,１４bの上記移動方向への角度が変化（図１３Ａ(b)および図１３Ｂ(b)におけるθに相当)しても、上記最終出力Ａch,Ｂchにおける位相差にずれが生じにくいのである。
【００５１】
・第２実施の形態
図５は、本実施の形態の光学式エンコーダにおける検出系の平面一部破断図である。本光学式エンコーダも、上記第１実施の形態の場合と同様に、反射形エンコーダ１１と移動体１２とから概略構成されている。以下、上記第１実施の形態の場合と同じ部材には同じ番号を付して、詳細な説明は省略する。
【００５２】
図６は、本光学式エンコーダの縦断面を示し、図５のＤ‐Ｄ'矢視断面図に相当する。但し、図６(a)は、図５において、移動体１２におけるｅ‐ｅ'の位置が反射形エンコーダ１１におけるｄ‐ｄ'の位置にある場合の断面を表しており、移動体１２に関しては図５のＥ‐Ｅ'矢視断面が現れている。これに対して、図６(b)は、図５において、移動体１２におけるｆ‐ｆ'の位置が反射形エンコーダ１１におけるｄ‐ｄ'の位置にある場合の断面を表しており、移動体１２に関しては図５のＦ‐Ｆ'矢視断面が現れている。また、図７は、反射形エンコーダ１１の平面図である。
【００５３】
本実施の形態においては、上記移動体１２には、３つの反射面２５a,２５b,２５cを有する唯１つのプリズム２５が形成されている。そのうち、反射面２５cは、反射形エンコーダ１１からの照射光より信号情報を得るために、移動体１２の移動方向に一定のピッチＰで且つＰ/２幅で複数配列されて、反射形エンコーダ１１からの照射光を反射形エンコーダ１１における受光素子に向かって反射させる。そして、反射面２５aは反射形エンコーダ１１からの照射光を反射面２５c側へ導く。また、反射面２５bは、反射形エンコーダ１１における発光素子の出力状態をモニタするために、反射形エンコーダ１１からの照射光を反射形エンコーダ１１におけるモニタ用の受光素子に向かって反射させる。そして、反射面２５aは反射形エンコーダ１１からの照射光を反射面２５b側へ導く。
【００５４】
また、本実施の形態の場合も、２つの反射面２５cの間には、一定のピッチＰで且つＰ/２幅で反射面２５cが形成されていない領域が設けられている。
【００５５】
上記反射形エンコーダ１１の基本構成は、上記第１実施の形態の場合と同様である。但し、本実施の形態の場合には、移動体１２における唯１つのプリズム２５の反射面２５aに、反射形エンコーダ１１の発光チップ１５からの光を入射させるため、発光側フレーム１６に搭載された発光チップ１５と受光側フレーム１８の貫通穴２８と受光チップ１７の貫通穴２７とレンズ２９とが、反射面２５aの直下に位置するように配置されている。
【００５６】
したがって、本実施の形態の場合には、受光チップ１７の貫通穴２７は、受光チップ１７の一端側に形成されている。また、移動情報検出用のフォトダイオード２６a,２６bは受光チップ１７の他端側であって、反射面２５cの直下の位置に形成されている。また、モニタ用のフォトダイオード２６cは受光チップ１７の中央部であって、反射面２５bの直下の位置に形成されている。
【００５７】
上記構成の反射形エンコーダ１１において、発光チップ１５から放出された光Ｙ5は、受光側フレーム１８の貫通穴２８および受光チップ１７の貫通穴２７を通過した後、レンズ２９によって平行光化されて反射形エンコーダ１１から出射され、移動体１２の反射面２５aを照射する。こうして、反射面２５aを照射する光は反射面２５aによって反射面２５b側に向かって反射され、そのうちの一部は、反射面２５bによって再度反射されて、光路Ｙ6を経て反射形エンコーダ１１のモニタ用のフォトダイオード２６cに入射する。この場合にも、上記第１実施の形態の場合と同様に、フォトダイオード２６cには移動体１２の移動状態に依存しない一定の光が入射される。
【００５８】
また、上記移動体１２におけるｅ‐ｅ'の位置が反射形エンコーダ１１におけるｄ‐ｄ'の位置にある場合には、移動体１２の移動方向に一定のピッチＰで且つＰ/２幅で複数配列された反射面２５cがフォトダイオード２６a,２６b上に位置しており、図６(a)に示す状態となる。したがって、反射面２５aによって反射面２５b側に向かって反射された光のうちの他の一部は、反射面２５cによって再度反射されて、光路Ｙ7を経て移動情報検出用のフォトダイオード２６a,２６bに入射する。
【００５９】
これに対し、上記移動体１２におけるｆ‐ｆ'の位置が反射形エンコーダ１１におけるｄ‐ｄ'の位置にある場合は、反射面２５cと反射面２５cとの間の領域がフォトダイオード２６a,２６b上に位置しており、図６(b)に示す状態となる。したがって、反射面２５aによって反射面２５b側に向かって反射された光のうちの他の一部は、そのまま移動体１２内を光路Ｙ8に沿って進むことになる。そのため、反射形エンコーダ１１における移動情報検出用のフォトダイオード２６aと移動情報検出用のフォトダイオード２６bとの何れにも、発光チップ１５からの光は入射されないのである。
【００６０】
本実施の形態においても、上記移動体１２の上記移動方向への移動に伴う図６(a)の状態と図６(b)の状態との繰り返しにより、反射形エンコーダ１１の移動情報検出用のフォトダイオード２６a,２６bが上述の変調光を検出することによって、移動体１２の変位状態を表す移動情報を得るのである。
【００６１】
また、本実施の形態の場合にも、図７に示すように、上記反射形エンコーダ１１において、移動体１２の移動情報を得るためのフォトダイオード２６a,２６bは、移動体１２に一定ピッチで配置されている複数の反射面２５cの配列ピッチＰの１/４の間隔で配置されている。したがって、移動体１２の変位によって、フォトダイオード２６aとフォトダイオード２６bとの検出信号により、Ｐ/４ピッチの位相差を得ることができる。そして、この位相差によって、移動体１２の移動方向を検出することができるのである。さらに、フォトダイオード２６a,２６bは、移動体１２の移動方向に配置されており、幾何的な移動体１２とのθずれに対しても、位相関係が崩れ難い構成となっている。
【００６２】
本実施の形態の場合でも、上記第１実施の形態の場合と同様に、図４に示す出力信号形成部を用いることによって、安定している２相の最終出力Ａch,Ｂchを生成することができるのである。
【００６３】
尚、本実施の形態においては、上記移動体１２には３つの反射面２５a,２５b,２５cを有する唯１つのプリズム２５が形成されているとして説明しているが、上記第１実施の形態における第１プリズム１３と第２プリズム１４とを移動体１２の厚み方向に積層したと見なすことも可能である。したがって、本実施の形態によれば、第１プリズム１３と第２プリズム１４とを互いに平行に配置している上記第１実施の形態に比して、移動体１２の幅を狭くすることができ、移動体１２の小型化を図ることができるのである。
【００６４】
・第３実施の形態
上記第１実施の形態および上記第２実施の形態においては、受光素子が搭載された受光チップ１７に上記ＭＥＭＳ等によって形成された貫通穴２０,２７を、発光チップ１５からの照射光Ｙ1の絞り穴として利用する構成になっている。しかしながら、受光側フレーム１８の貫通穴２１,２８を極小径化することによって、受光側フレーム１８の貫通穴を絞り穴として利用することが可能になり、受光チップ１７に貫通穴を設けななくとも上記第１,第２実施の形態の場合と同等の検出系を構成することが可能になる。本実施の形態は、上記第１実施の形態の光学式エンコーダにおいて、受光チップに貫通穴を設けない光学式エンコーダに関する。
【００６５】
図８は、本実施の形態の光学式エンコーダにおける縦断面図である。また、図９は、本光学式エンコーダにおける反射形エンコーダ１１の平面図である。尚、図８は、図９におけるＧ‐Ｇ'矢視断面図に相当する。
【００６６】
本実施の形態における移動体１２と反射形エンコーダ１１における発光チップ１５,発光側フレーム１６,可視光カット透光性樹脂１９およびレンズ２２とは、上記第１実施の形態における移動体１２と発光チップ１５,発光側フレーム１６,可視光カット透光性樹脂１９およびレンズ２２と全く同じ構成であり、上記第１実施の形態の場合と同じ番号を付して説明を省略する。
【００６７】
本実施の形態においては、受光側フレーム１８における発光側フレーム１６の先端部に搭載された発光チップ１５の対向位置に、上記第１実施の形態における受光チップ１７の貫通穴２０と略同程度の穴径を有する貫通穴３１を形成している。また、本実施の形態における受光チップは、移動情報検出用のフォトダイオード３２a,３２bが形成された第１受光チップ３２とモニタ用のフォトダイオード３３aが形成された第２受光チップ３３とで構成されている。そして、第１受光チップ３２と第２受光チップ３３とは、受光側フレーム１８に形成された貫通穴３１を挟んで互いに反対側に配置されている。
【００６８】
そして、上記発光チップ１５から放出された光Ｙ1は、受光側フレーム１８の貫通穴３１を通過し、第１受光チップ３２と第２受光チップ３３との間を通過した後、レンズ２２によって平行光化される。こうして、平行光化された光のうち、移動体１２のプリズム１３で反射された光は、光路Ｙ2を通って第２受光チップ３３のモニタ用のフォトダイオード３３aに入射するようになっている。一方、移動体１２の反射面１４bが反射形エンコーダ１１のｇ‐ｇ'の位置にある場合には、レンズ２２によって平行光化された光のうち、移動体１２のプリズム１４で反射された光は、光路Ｙ3を通って第１受光チップ３２の移動情報検出用のフォトダイオード３２a,３２bに入射するようになっている。
【００６９】
以上のごとく、本実施の形態においては、上記受光側フレーム１８に、上記第１実施の形態における受光チップ１７の貫通穴２０と略同程度の穴径を有する貫通穴３１を形成して、この貫通穴３１を発光チップ１５からの照射光Ｙ1の絞りとして利用する。そして、受光チップを、移動情報検出用のフォトダイオード３２a,３２bが形成された第１受光チップ３２とモニタ用のフォトダイオード３３aが形成された第２受光チップ３３とで構成し、第１受光チップ３２と第２受光チップ３３とを受光側フレーム１８の貫通穴３１を挟んで互いに反対側に形成している。
【００７０】
したがって、本実施の形態では、上記ＭＥＭＳ等によって受光チップに絞り用の貫通穴を形成する必要が無く、受光チップの形成が簡単になり、上記第１実施の形態による光学式エンコーダに対してコストダウンを図ることができるのである。
【００７１】
・第４実施の形態
本実施の形態は、上記第２実施の形態の光学式エンコーダにおいて、受光チップに貫通穴を設けない光学式エンコーダに関する。
【００７２】
図１０は、本実施の形態の光学式エンコーダにおける縦断面図である。図１１は、本光学式エンコーダにおける反射形エンコーダ１１の平面図である。尚、図１０は、図１１におけるＨ‐Ｈ'矢視断面図に相当する。
【００７３】
本実施の形態における移動体１２と反射形エンコーダ１１における発光チップ１５,発光側フレーム１６,可視光カット透光性樹脂１９およびレンズ２９とは、上記第２実施の形態における移動体１２と発光チップ１５,発光側フレーム１６,可視光カット透光性樹脂１９およびレンズ２９と全く同じ構成であり、上記第２実施の形態の場合と同じ番号を付して説明を省略する。
【００７４】
本実施の形態においては、受光側フレーム１８における発光側フレーム１６の先端部に搭載された発光チップ１５の対向位置に、上記第２実施の形態における受光チップ１７の貫通穴２７と略同程度の穴径を有する貫通穴３５を形成している。また、本実施の形態における受光チップ３６には、移動情報検出用のフォトダイオード３６a,３６bとモニタ用のフォトダイオード３６cが形成されており、絞り用の貫通穴は形成されていない。そして、上記第２実施の形態における受光チップ１７における貫通穴２７が形成されている領域に相当する領域が除去されて、上記第２実施の形態における受光チップ１７の略半分の長さになっている。この受光チップ３６は、発光チップ１５に対する移動情報検出用のフォトダイオード３６a,３６bとモニタ用のフォトダイオード３６cとの位置関係が、上記第２実施の形態における発光チップ１５に対する移動情報検出用のフォトダイオード２６a,２６bとモニタ用のフォトダイオード２６cとの位置関係と同じになるように配置されている。
【００７５】
そして、上記発光チップ１５から放出された光Ｙ5は、受光側フレーム１８の貫通穴３５を通過し、受光チップ３６の横を通過した後、レンズ２９によって平行光化される。こうして、平行光化された光のうち、移動体１２の反射面２５aと反射面２５bとで反射された光は、光路Ｙ6を通って受光チップ３６のモニタ用のフォトダイオード３６cに入射するようになっている。一方、移動体１２の反射面２５cが反射形エンコーダ１１のｈ‐ｈ'の位置にある場合には、レンズ２２によって平行光化された光のうち、移動体１２の反射面２５aと反射面２５cとで反射された光は、光路Ｙ7を通って受光チップ３６の移動情報検出用のフォトダイオード３６a,３６bに入射するようになっている。
【００７６】
以上のごとく、本実施の形態においては、上記受光側フレーム１８に、上記第２実施の形態における受光チップ１７の貫通穴２７と略同程度の穴径を有する貫通穴３５を形成して、この貫通穴３５を発光チップ１５からの照射光Ｙ1の絞りとして利用する。そして、受光チップ３６には、移動情報検出用のフォトダイオード３６a,３６bとモニタ用のフォトダイオード３６cのみを形成し、上記第２実施の形態の受光チップ１７における貫通穴２７が形成されている領域に相当する領域を除去し、この受光チップ３６を、受光側フレーム１８の貫通穴３５を通過した光が受光チップ３６の領域外を通過するように配置している。
【００７７】
したがって、本実施の形態では、上記ＭＥＭＳ等によって受光チップに絞り用の貫通穴を形成する必要が無く、受光チップの形成が簡単になり、上記第２実施の形態による光学式エンコーダに対してコストダウンを図ることができるのである。
【００７８】
尚、上記各実施の形態においては、上記移動体１２は、一方向に直線状に延在して上記一方向に直線的に移動するように構成されている。しかしながら、この発明はこれに限定されるものではなく、一方向に環状に延在して上記一方向に回転する移動体を用いて、この移動体の回転速度と回転方向とを得る場合にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】この発明の光学式エンコーダにおける検出系の平面一部破断図である。
【図２】図１に示す光学式エンコーダの縦断面図である。
【図３】図１における反射形エンコーダの平面図である。
【図４】図１に示す光学式エンコーダにおける出力信号形成部のブロック図である。
【図５】図１とは異なる光学式エンコーダにおける検出系の平面一部破断図である。
【図６】図５に示す光学式エンコーダの縦断面図である。
【図７】図５における反射形エンコーダの平面図である。
【図８】図１および図５とは異なる光学式エンコーダの縦断面図である。
【図９】図８における反射形エンコーダの平面図である。
【図１０】図１,図５および図８とは異なる光学式エンコーダの縦断面図である。
【図１１】図１０における反射形エンコーダの平面図である。
【図１２】従来の光学式エンコーダの概略を示す図である。
【図１３】図１２に示す光学式エンコーダに角度ずれが生じた場合に２個の受光素子からの位相差関係に変動が生じ易いことの説明図である。
【符号の説明】
【００８０】
１１…反射形エンコーダ、
１２…移動体、
１３,１４,２５…プリズム、
１３a,１３b,１４a,１４b,２５a,２５b,２５c…反射面、
１５…発光チップ、
１６…発光側フレーム、
１６a…屈曲部、
１７,３６…受光チップ、
１７a,１７b,２６a,２６b,３２a,３２b,３６a,３６b
…移動情報検出用フォトダイオード、
１７c,２６c,３３a,３６c…モニタ用フォトダイオード、
１８…受光側フレーム、
１９…可視光カット透光性樹脂、
２０,２７…受光チップの貫通穴、
２１,２８,３１,３５…受光側フレームの貫通穴、
２２,２９…レンズ、
３２…第１受光チップ、
３３…第２受光チップ。
【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】
2009063457.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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