図1は、実施例1にかかる光学式エンコー� �100の斜視構成を示している。図2は、光学式� ��ンコーダ100の断面構成を示している。また� ��以下、すべての実施例において図1、図2に� �すxyz直交座標系を用いる。

 図1において、光学式エンコーダ100は、大 きく分けて、基板110、ベアチップであるベア LED120、ピッチp1の第1格子131を有する光透過基 板130、4つの受光部を有する光検出器140、ピ� �チp3の第3格子151を有する光透過基板150、光� �過樹脂160、ピッチp2の第2格子171を有するス� �ール170、の7つの部分からなる。

 基板110、基板110上に配置されたベアLED120� ��ベアLED120上にx方向、および、y方向にはみ� �して配置された光透過基板130、基板110上に� �置された光検出器140、光検出器140上に配置� �れた光透過基板150は検出ヘッドとして一体� �構成されている。そして、検出ヘッド上部� �屈折率n2の光透過樹脂160で埋め込まれている 。

 本エンコーダ100は、大きく分けて基板110� ��に形成された検出ヘッドとスケール170で構� ��される。検出ヘッドとスケール170の間には� ��折率n1=1の大気が介在する。

 第1格子131と第2格子171と第3格子151は、そ� ��ぞれ図中x方向の向きに互いに平行に配置さ れている。光透過樹脂160上部の面については 、少なくとも光源であるベアLED120からの光が 、スケール170で反射されて光検出器140に入射 する際に通過する部分は平坦であり、3つの� �子131、171、151と平行に形成されている。

 スケール170は、第2格子171が、第1格子131� �第3格子151に平行になる状態でx方向にのみ相 対的に変位が可能となっている。

 基板110、ベアLED120、光透過基板130、光検� ��器140、光透過基板150は平行平板状になって� ��る。これらの厚み公差は±20μm程度以下とな るように構成されている。そして、これらの 部材は、図1、図2に示すように基板110の上に� ��次直接貼り付けられている。これらの部材� ��接着固定に用いる接着剤の厚みムラについ� ��も、±10μm程度以下となっている。また、光 透過樹脂160の上面もほぼ平坦な形状となって いる。

 光透過基板130において、第1格子131は光透 過基板130の片側の面ほぼ全面にパターニング されている。そして、第1格子131が光透過基� �130のLED側の面になるように配置されている� �

 光透過基板150において、第3格子151は光透 過基板150の片側の面をほぼ4等分する形で4つ� ��格子群から成る。ここで、各格子群のスケ� ��ル移動方向の有効幅W3は、光透過基板150の� �ケール移動方向の幅の約1/2となっている。� �して、第3格子151が光透過基板150の光検出器� ��の面になるように配置されている。

 電気的な配線については、LED120と光検出� ��140が基板110と電気的に接続されており、LED1 20と光検出器140の動作を可能としている。基� ��110上には複数の電極111があり、LED120と光検� ��器140上の電極パッドと所定の組合せに対し� ��金ワイヤで電気的に接続し、LED120の裏面と� ��導電ペーストやはんだにより電気的に接続� ��ている。また、光検出器140の裏面とも必要� ��応じて電気的に接続する。なお、光検出器1 40に関連する電極や配線等は図示を省略して� ��る。ベアLED120の上面、及び下面に電極が形� ��されている。上面の電極と基板110上の電極� ��導電ワイヤ180にて接続する。下面の電極と� ��板110の電極間は導電ペーストにて接続して� ��る。光検出器140と基板110との間にも導電ワ� ��ヤでの接続である。ここでは詳細は省略す� ��。

 各格子のピッチp1、p2、p3については以下の� ��係が成り立つ。
 p1=p3=2×p2
 第3格子151は4つの格子群からなる。各格子� �はピッチp3であるが、格子群ごとにp3/4だけ� �相が異なるよう配置されている。

 光検出器140には4つの図示しない受光部が ある。各受光部は第3格子の各格子群に対応� �る面に形成されている。

 光透過樹脂160の表面には光吸収パタンか� ��成る光学パタン161と162とがヘッド中央部と� ��れ以外の外周部に形成されている。

 ヘッド中央部には、光学パタン161が配置� ��れている。光学パタン161は、少なくとも、� ��源の光が光透過樹脂(光透過部材)160の内部� �射により受光部へ入射するのを防止するた� �の反射防止機能を有している。ヘッド中央� �以外の外周部には、反射防止、または、透� �防止を目的とした光学パタン162が配置され� �いる。

 光学パタン161は、光の伝播を抑制するた� ��の光伝播抑制パタンに対応する。なお、「� ��の伝播」とは、「光の反射及び/または透過 」をいう。また、「伝播を抑制する」とは、 「反射及び/または透過を、防止または低減� �る」ことをいう。また、光学パタンは部材(� ��こでは光透過樹脂)の表面に形成された微視 的な構造(光透過樹脂からなる構造、または� �他部材による構造)を指す。

 図2の例では、光学パタン161と162は共に光 吸収パタンから構成されている。光学パタン 161、162は、反射光と透過光を共に低減する効 果を有している。なお、本実施例では、光学 パタン161と162に光吸収パタンを用いたが、互 いに異なる機能・タイプの光学パタンを配置 してもよい。

 光学パタン161は、光源であるベアLED120か� ��スケール171のパタンを経て受光部である光� ��出器140に至る光路と、光透過樹脂160の表面� ��が、光の行き(発光部からスケール表面へ至 る光路)と帰り(スケール表面から受光部へ至� ��光路)について交差する2つの部分の間に挟� �る形で形成されている。

 次に、光透過樹脂160の内部での内部反射� ��について説明する。図2において、ベアLED120 から出射し、光透過樹脂160の内部で反射し、 さらに、光検出器140へ到達する光路を示して いる。

 この光路は、光学パタン161が存在しない� ��合のものである。ベアLED120の光出射部から� ��検出器140の受光面までの水平方向(図中Zに� �直な方向)の距離をL、ベアLED120の光出射部か ら光透過樹脂160表面までのZ方向距離をt1、光 透過樹脂160表面から光検出器140の受光面まで のZ方向距離をt2、光透過樹脂160表面での反射 角をθとすると、以下の式が成り立つ。

 L=(t1+t2)・tanθ   ・・・(式1)
 ここで、光透過基板130と光透過基板150と光� ��過樹脂160の屈折率は全てnであり、t1とt2とL� ��少なくとも以下の式を満たすように配置さ� ��ている。

 ArcTan[L/(t1+t2)]≧ArcSin(n1/n2) ・・・(式2)

 ArcSin(n1/n2)は光透過樹脂160の全反射角であ る。従って、光学パタン161が形成されていな い場合には、光源から光学パタンで反射して 受光部である光検出器140へ至る光路において 、少なくとも光透過樹脂160の表面の一部にお いて全反射するような厚みになっている。

 なお、ここでは、単純化のために光透過� ��板130と光透過基板150と光透過樹脂160の屈折� ��を共通としたが、個々に異なる場合でも適� ��可能である。光透過樹脂160から空気への界� ��における反射角が、光学パタン161が形成さ� ��ていないと仮定した場合にθである。

 このため、光出射部から出射されて、光� ��過樹脂160の上面で反射して受光面へ至る全� ��の光路の内、少なくとも一部の光路におい� ��、反射角度θが光路全反射角ArcSin(n1/n2)を上� ��るように構成・配置すれば良い。

 具体的な距離Lの計算には、途中にi番目� �介在する部材の屈折率と厚みをni、tiとする� ��きに、σ(ti・n/ni)のように屈折率がnの光透� �樹脂160に換算してt1とt2を求めればよい。

 なお、式2が成立すれば十分であるわけで はない。光透過樹脂160の厚みが極端に薄く、 距離Lが相対的に長いと、ベアLED120から出射� �て光透過樹脂160の内部で反射して光検出器14 0へと到達する光路が存在しないことがあり� �る。

 本実施例においては、少なくともベアLED1 20から出射して光透過樹脂160の内部で反射し� ��光検出器140へと到達する光が存在するもの� ��する。即ち、光透過樹脂160の表面からスケ� ��ル170の光学パタン面までの距離をtaとする� �、以下の式が成り立つ光路が存在するもの� �する。

ArcTan[L/(t1+t2+ta×2/n)]≧ArcSin(n1/n2)  ・・・(� �3)

 光学パタン161の主な目的には、反射防止� ��透過防止の2つがある。反射防止を目的とす る光学パタンには以下のタイプが挙げられる 。低反射な光透過パタン、光吸収パタン、乱 反射パタン、反射方向曲げパタン、などであ る。

 低反射な光透過パタンには多層膜の屈折� ��差よる反射防止膜、また反射方向曲げパタ� ��には回折パタンなどが挙げられる。さらに� ��光学パタンの製法・構造としては、パタン� ��写技術、例えば印刷やフォトリソグラフィ� ��よるパターニング、凹凸によるパターニン� ��、機械加工によるパターニング、光学的パ� ��ンを有する部材の貼付によりパターニング� ��どが挙げられる。

 光学パタン161としては、上述した構成以� ��のタイプでも、反射防止効果があり、採用� ��能なものであればよい。また、反射防止は� ��全に反射を防止するものでなくとも、反射� ��を低減するものであればよい。また、反射� ��止以外の機能を併せ持つパタンでもよい。

 また、透過光防止を目的とする光学パタ� ��には、高反射パタン、光吸収パタンなどが� ��る。特定の方向への透過光を防止・低減す� ��という点からは、乱反射パタン、透過方向� ��げパタンも有効である。

 図2に示す例では、上述のように反射防止 の目的で光学パタンに光吸収パタンを採用し ている。また、これに限られず、他の変形例 をとることもできる。例えば、図3に示すよ� �に、光学パタン161として、乱反射パタンを� �いることもできる。さらに、図4に示すよう� ��、光学パタン161として、受光エリアより遠� ��に集光する同心の楕円状パタンを用いるこ� ��もできる。加えて、図5に示すように、光学 パタン161として、凸状の突起パタンを用いる こともできる。

 光学パタン161を形成する領域は、光透過� ��脂160の表面で、ベアLED120の発光部からスケ� ��ル表面へ至る光路とスケール170の表面から� ��光面に至る光路と交差する2部分の中間部分 である。

 このうち、検出信号のAC成分(振幅成分)に 影響を与えず、内部反射によるDC成分に影響� ��与える部分全てに光学パタン161が配置され� ��いることが望ましい。また、光透過樹脂160� ��表面上において、AC成分に影響する部分と� �部反射によるDC成分に影響を与える部分とが 交差する場合もある。

 このため、製造上・特性上の理由に基づ� ��て、DC成分に影響を与える部分全てと比較� �てエリアを若干小さくする構成、または大� �くする構成のいずれでもよい。また、反射� �止の効果が場所により変化しても構わない� �

 光学パタン162は、図1、図2に示すように� �光透過樹脂160の上面の、検出信号形成に寄� �する部分の外側に形成されている。ここで� �光透過樹脂160の側面にも光学パタン162を設� �ても良い。光学パタン162のタイプや製造方� �・構造については、光学パタン161と同様で� �る。

 なお、迷光防止の観点からは、光学パタ� ��162は、低反射な光透過パタン、または光吸� ��パタンが望ましい。特に、光吸収による温� ��上昇の問題が無ければ、周囲に余分な光を� ��さない光吸収パタンが良い。一方、外光や� ��出光の影響防止には光透過防止パタンが望� ��しい。

 次に、信号検出に寄与する光路について� ��2を用いて説明する。ベアLED120の発光部から 光透過樹脂160の表面への入射角をθ2、出射角 をθ1、スケール171を経て光透過樹脂160の表面 への入射角をθ1、出射角をθ2、光透過樹脂160 表面とスケール間の距離をG、光透過樹脂160� �部からスケール170に向かう光の反射率が10%� �なるときの入射角θ2をθ2a、θ2=θ2aの時のθ1� �θ1aとする。さらに、Lの最小値をLmin、Lの最� ��値をLmaxとする。このとき、以下の式が成り 立つ。

 sinθ1=n・sinθ2  ・・・(式4)
 式4は、光透過樹脂160の表面での入射・出射 光についてのスネルの法則に基づくものであ る。

 次に、ベアLED120の発光部から出た光が、� ��ケール170を経て光検出器140の受光面に到達� ��るための条件を掲げる。

 Lmin<2G・tanθ1a+(t1+t2)・tanθ2a  ・・・(式5)
 Lmax<2G・tanθ1a+(t1+t2)・tanθ2a  ・・・(式6)

 式5において、Lの最小値であるLminは、ベ� ��LED120の発光部と光検出器140の受光面との間� ��最も近い点同士の距離の水平方向成分であ� ��。Lの最大値であるLmaxは、ベアLED120の発光� �と光検出器140の受光面との間の最も遠い点� �士の距離の水平方向成分である。

 式5は、光透過樹脂160内部からスケール170 に向かう光の反射率が10%以下となる光路を通 る光が、光検出器140の受光面に到達するため の条件である。また、式6は、光透過樹脂160� �部からスケール170に向かう光の反射率が10%� �下になる光路を通る光が、光検出器140の受� �面に到達するための条件である。

 光透過樹脂160内部からスケール170に向か� ��光の反射率が10%を超えると、反射率が急激� ��変化しやすくなる。そして、透過光に基づ� ��検出信号の信号振幅が大きく変化、特に、� ��少しやすくなる。

 安定した検出信号を得るために光透過樹� ��160内部からスケール170に向かう光の反射率� ��10%以下という条件を用いる。この10%という� ��字は、適用するエンコーダによっては、多� ��小さく、または、大きくしても構わない。

 少なくとも式5を満たさなければ、光透過 樹脂160内部からスケール170に向かう光の反射 率が10%以下となる信号を全く検出できない。 また、式6を満たせば、光検出器140の受光面� �検出する光は、光透過樹脂160内部からスケ� �ル170に透過する際の反射率が全て10%以下と� �る。本実施例では、式5と式6を共に満足する ものとする。

 なお、この発明の実施の形態の各構成要� ��については、各種の変形、置き換えが可能� ��ある。光源にはベアLEDの例を示したが、面� ��光レーザ等、回折イメージが形成可能なベ� ��チップタイプのものであればよい。

 第1格子131を有する光透過基板(光透過部� �)130の素材としてガラスが一般的であるが、P ETやポリイミド等の樹脂や金属薄膜を用いて� ��よい。また、第3格子151は検出位相の異なる 4つの格子群に個別に受光部を用いた例を示� �たが、2群、または、1群の格子群を用いたタ イプであってもよい。

 また、光透過基板130の第1格子131のパター ニングエリアの周辺部に光が通らないような 遮光部を設けても良い。

 本実施例における光学パタン部材は限ら� ��た例であり、光源から出射されて光透過樹� ��160上部で内部反射して光検出器140に入射す� ��光を低減すること、光検出器へ入射する外� ��や外部への漏れ光を低減すること等の構成� ��あれば、どのような構成でもよい。また、� ��の製造方法も問わない。

 例えば、上述の構成の物を複数配置した� ��、組み合わせて配置してもよい。また、図5 に示すように、光学パタン161の形状を上に凸 のレンズ状やシリンドリカルレンズ状にして もよいし、逆V字型の断面形状にしてもよい� �

 本実施例の構成は相対移動量を検出する� ��のであるが、検出ヘッドおよびスケール上� ��基準位置検出用の部材、特に、光源・検出� ��・光学パタンなどを追加して配置すること� ��可能である。

 さらに、本実施例の第1から第3までの格� �、または、この一部を複数配置することで� �同一方向の変位を複数の検出系で検出、ま� �は、直交する複数の方向の変位を同時に検� �する構成にすることも可能である。

 次に、本発明の作用について説明する。� ��源であるベアLED120から光が出射される。こ� ��光は光透過基板130に形成された第1格子131を 通る。そして、スケール170上の第2回折格子17 1に照射される。

 さらに、光は第2格子171で反射、回折される 。光透過基板150に形成された第3格子151上に� �2格子171の回折イメージが形成される。回折� ��メージは、第2格子171を2倍に拡大した像で� �り、第3格子151を通った回折イメージの光は� ��検出器140の受光部で検出される。スケール1 70が検出ヘッドに対してx方向に相対移動する と、回折イメージが第3格子151上でx方向に移� ��する。このため、光検出器140から周期的な� ��似正弦波信号が得られる。
 即ち、前記光検出部は、前記相対移動方向� ��対して第3のピッチp3を有する所定の光学格� ��機能を有し、前記相対移動に基づいて前記� ��2格子が所定倍率で拡大されて結像した拡大 投影イメージの動きを検出し、前記スケール の相対変位量に応じた周期信号を出力するよ うに構成されている。

 光検出器140からは90°位相差の4つの信号� �得られる。必要に応じて2組の180°位相差の� �号ごとに差分を取り、90°位相差の2信号が得 ることができる。式5と式6を満足しているた� ��、光検出器140の受光面で検出する光は、光� ��過樹脂160内部からスケール170に透過する際� ��反射率が全て10%以下となっている。このた� ��、安定した検出信号レベルを得ることが可� ��である。

 次に、図2~図5の実施例での光学パタンご� ��の作用を説明する。図2の例では、光学パタ ンに光吸収パタンを採用している。このため 、光透過樹脂160内部の反射光が吸収される。 また、内部から外部、および、外部から外部 への透過光も吸収される。

 図3の例では乱反射パタンにより光透過樹 脂160内部の反射光が散乱する。また、外部の 特定のエリアでは、そのエリアからの外光や 、そのエリアへの漏れ光を低減することが可 能である。

 図4の例では受光エリアより遠くに集光す る同心の楕円状パタンにより、光透過樹脂160 内部の反射光を、受光エリアを外れた位置へ 導くことができる。また、外部の特定のエリ アでは、そのエリアからの外光を、受光エリ アを外れた位置へ光を導くこと、そのエリア への漏れ光をそらすことが可能である。

 図5の例では凸状の突起パタンに届いた光 の大半が、突起パタン内部で反射を繰り返す こと、または樹脂外部へ透過することとなる 。これらの作用により、光透過樹脂160内部で 反射して光検出器140の受光面に届く光が低減 される。また、外部の特定のエリアでは、そ のエリアからの外光や、そのエリアへの漏れ 光を低減することが可能である。

 上述したような異なる位相差の信号間の� ��分を取る前の、光検出器140から得られる90° 位相差の4つの信号の1つについて、光学パタ� ��161の作用を図6に示す。2つの疑似正弦波VA1� �VA2が示されている。2つの信号は、振幅が等� ��く、DC成分DC1、DC2が異なる。

 2つの疑似正弦波のうち、DC成分DC1が大き� ��、破線で示す疑似正弦波VA1は光学パタン161� ��形成されていないときの信号である。これ� ��対して、DC成分DC2が小さい、実線で示す疑� �正弦波VA2が光学パタン161が形成されている� �きの信号である。

 このように、光学パタンの有無によって� ��出信号に差が出る理由を説明する。光学パ� ��ン161が形成されていない場合、スケール171� ��存在しない状態でも光透過樹脂160内部での� ��部反射によるDC成分が発生する。

 スケール170を所定の位置に配置すること� ��、検出対象である、相対変位に基づき周期� ��に変化するAC成分とそれ以外のDC成分がさら に信号に追加される。一方、光学パタン161が 適切に配置された場合、スケール170が無い状 態でも光透過樹脂160内部での内部反射による DC成分が低減する。そのため、検出信号に占� ��るDC成分の割合が大きく低下することにな� �。同様に光学パタン162についても光透過樹� �160内部での迷光を防止する役割を果たす。

 なお、図6では、見やすくするためにDC成� ��に対する信号振幅の割合が比較的大きい例� ��示している。信号振幅0.2p-p(peak to peak)に対 して、光学パタン161が形成されていない時の DC成分DC1の信号=1、光学パタン161が形成され� �いる時のDC成分DC2の信号=0.5となっている。� �際には光透過樹脂160内部の全反射光の影響� �、DC成分の割合が10倍以上になることもある� ��

 次に、本発明の効果について説明する。� ��出ヘッドを小さくするために検出ヘッドの� ��みを薄くすると、発光部からの光が検出ヘ� ��ド内部で反射して直接受光部へ入る光路に� ��いて、検出ヘッド内面での反射角が大きく� ��る。そして、反射角が全反射角を超えると� ��光部へ入る光量が急激に増える。

 本実施例においても、このような構成を� ��いており、式1~式6を満足している。さらに� ��光学パタン161を光源からスケール170の光学� ��タンを経て受光部に至る光路と光透過樹脂1 60の表面が、光の行きと帰りに交差する2つの 部分の間に配置すると共に、光学パタン162を 光透過樹脂160の上面外周部に配置している。

 光学パタン161と162によって光透過樹脂160� ��部での反射光の影響や外光の影響を低減す� ��ことができる。そのため、S/N比が良い信号� ��得ることが出来る。また、信号処理におい� ��、所望の振幅レベルを有する位置信号を生� ��する際、信号増幅時の信号レベルの飽和と� ��った問題が起きにくくなる。信号増幅時の� ��号レベルの飽和の問題を避けるために、DC� �分除去のための増幅回路を余分に追加する� �とがなければ、増幅回路でのオフセットが� �算されてセンサとしてのオフセットが大き� �なるといった問題も起きなくなる。特に、� �出信号の信号振幅が小さく、信号振幅に対� �るDC成分の割合が大きい場合、信号増幅レベ ルを大きく取ることが出来る。この場合、本 発明の構成は極めて有効である。

 上述した構成により、光学パタン161を配� ��することで、検出ヘッドの薄型化・小型化� ��可能となる。さらに、ワーキングディスタ� ��スの小さいエンコーダの設計も可能となり� ��設計の自由度を大きくできる。

 また、光学パタン161と162によって漏れ光� ��影響を低減することが出来る。そのため、� ��光素子等、外部へ不要な光を放出したくな� ��環境が周囲にある場合、漏れ光対策が不要� ��なり、簡便な対策で済ませられる可能性が� ��る。

 光伝播抑制パタンである光学パタン161と162� ��検出ヘッド上面に形成するため、検出ヘッ� ��製造工程の最後に形成することが可能であ� ��。従って、光学パタン以外の部材の変更無� ��に機能向上を図ることができる。光学パタ� ��の形成はフォトリソグラフィやの凹凸を持� ��た金型の利用等比較的容易で量産に向いた� ��程を利用出来る。また、機能向上等の目的� ��光伝播抑制パタンや適用部分を変更・追加� ��ることも容易である。
 以上のことから、検出ヘッド上面に形成さ� ��た光学パタンにより、安価で量産に向いて� ��て適用・変更が容易でありながら、検出信� ��レベル飽和の回避やSN比の改善や検出ヘッ� �の薄型化・小型化や漏れ光の影響低減が可� �となる。

 光伝播抑制パタンである光学パタン161と1 62が光透過部材の表面のうちエンコーダ信号� ��直接寄与しない部分に配置されているので� ��検出信号を劣化させたり、検出信号のレベ� ��を低下させたりすることが無く、エンコー� ��としての位置検出が可能となる。

 光伝播抑制パタンである光学パタン161が� ��透過部材の表面のうち、前記発光部から前� ��スケール表面へ至る光路の部分と前記スケ� ��ル表面から前記光検出部へ至る光路の部分� ��が、前記光透過部材の表面と交差する2部分 の中間部分に配置されている。この中間部分 で反射して光検出器140で検出される、エンコ ーダ信号に直接関与しないDC成分を低減出来� ��ため、検出信号レベル飽和の回避やSN比の� �善が可能となる。

 本実施例では、前記発光部から前記光透� ��部材の表面の前記光伝播抑制パタンを経て� ��記光検出部へ至る光の経路について、前記� ��の経路を通る光の少なくとも一部が前記光� ��過部材の表面に入射する角度が前記光伝播� ��制パタンが存在しない場合に、前記光透過� ��材から外界への界面での全反射臨界角より� ��大きくなる構成となっている。また、式2を 満足する構成でもある。従って、光伝播抑制 パタンである光学パタン161が無ければ、全反 射光した光が光検出部140に入射し、検出信号 レベル飽和やSN比劣化といった問題が生じう� ��。ベアLED120は光検出器140に最も近い光源で� ��り、この全反射光が発生させるエンコーダ� ��号のDC成分は他の迷光に比べて特に大きな� �のとなりうる。光学パタン161による光伝播� �制により、DC成分が抑えられ、エンコーダ信 号が安定して検出されるようになることで、 検出ヘッドの薄型化・小型化が可能となる。

 基板上に光源であるベアLED120や光検出器1 40や光透過基板130・150といった小型の光学部� ��を直接組み上げた、コンパクトな構成であ� ��ため、DC成分を抑制して安定したエンコー� �信号を得つつ、検出ヘッドの小型化が可能� �なる。

 本実施例は、検出ヘッドの光源側に第1格 子131、光検出器側に第3格子151を有しており� �スケール170上の第2格子171と合わせて、所謂3 重格子エンコーダと呼ばれるものである。3� �格子エンコーダは、現在、エンコーダの代� �的な構造であり、高精度な検出が可能とな� �ている。

 樹脂モールドのパッケージングを採用し� ��センサヘッドは低コストで量産に向いてい� ��。特に、本実施例では、多数個のヘッドを� ��時に樹脂モールドしてから個片に切り出す� ��造方法を採用できる。これによれば、モー� ��ド形成を一括して行う点で量産性に優れて� ��る。

 また、式2に示すように樹脂モールドの厚 みを抑えることで、温度変化時の熱膨張・収 縮、硬度の大きな変化によって生じる配線ワ イヤの断線、クラック発生などの問題を低減 できる。このため、信頼性を確保することが 容易になる。

 なお、本実施例においては、光源、およ� ��、受光部にベアチップ部品を用いているこ� ��で、実装面積、及び、厚みを抑えることが� ��きる。さらにベアLEDを用いることで発光部� ��光出射部分の長さを数10μm~200μm程度に小さ� ��することができる。これにより、ベアLEDの� ��に配置する光透過基板130の面積も小さくす� ��ことができる。このため、小型化・薄型化� ��おいて有利である。

 さらに検出ヘッドを樹脂で封止したこと� ��大気圧の影響を受けにくくなり、真空中や� ��圧下での使用が可能となる。

 次に、本発明の実施例2にかかる光学式エ ンコーダについて説明する。実施例1と同一� �部分には同一の符号を付し、重複する説明� �省略する。図7、図8は、それぞれ本実施例の 光学式エンコーダの斜視構成、断面構成を示 している。

 本実施例は、実施例1における光源であるベ アLED120の代わりに面実装タイプのモールドLED 120とし、光検出器140と第3格子151を有する光� �過基板150の代わりにPDアレイ141を有する光検 出器140に置き換えたものである。
 面実装タイプのモールドLED120にすることで� ��配線は基板110上にまとまるため、金線ワイ� ��等による接続は不要となる。

 光透過基板130は第1格子131が光透過基板130 のLED側の面になるように配置されている。同 様に、光検出器140において、PDアレイ141は、� ��検出器140のスケール170側上面に形成されて� ��る。PDアレイ141は、光検出器140の一部のエ� �アを占めている。そして、PDアレイ141におい て、同一形状の受光部がピッチ(p3)/4で並んで おり、4つごとに電気的に接続されている。� �れにより、位相が(p3)/4ずつ異なる4つの位相� ��異なる信号を生成する。各位相群のピッチ� ��すべてp3であり、スケール移動方向の有効� �W3は、PDアレイ141の長さに等しくなっている� ��

 PDアレイ141は光検出器と第3格子を一体化し� ��ものである。この構成においては、上述し� ��ような3重スリットの機能がそのまま成立す る。
 PDアレイを用いた本例においても、前記光� �出部は、前記相対移動方向に対して第3のピ� ��チp3を有する所定の光学格子機能を有し、� �記相対移動に基づいて前記第2格子が所定倍� ��で拡大されて結像した拡大投影イメージの� ��きを検出し、前記スケールの相対変位量に� ��じた周期信号を出力するように構成されて� ��る。

 図8に示すように、光学パタン161には光吸 収部材を用いる。光学パタン161は、光透過樹 脂160に貼り付けられる。ここで、実施例1と� �様に式1~式6の関係が成り立つ。

 本実施例の作用は、基本的には、実施例1 の作用と同様である。本実施例では、光学パ タン161に光吸収部材を採用している。そして 、光学パタン161を光透過樹脂160に貼り付けて いる。このために、反射光が吸収され、光透 過樹脂160内部で反射して光検出器140の受光面 に届く光が低減される。また、透過光も光学 パタン161で吸収される。このため、光検出器 140の受光面に到達する外光が低減され、外部 への漏れ光が低減される。

 本実施例では、ベアLEDに関わる効果以外� ��ついて、実施例1と同様の効果が得られる。 本実施例に特有の効果としては、実施例1に� �ける光検出器140と第3格子を有する光透過基� ��150をPDアレイ141に一体化することで、部材� �数が減り、実装が簡便となる。

 また、半導体プロセスで製造するPDアレ� �の製作精度は第3格子の実装精度に比べて遙� ��に高い。このため、信号の劣化が抑えられ� ��。また、第3格子を有する光透過部材を用い た場合には困難であったが、PDアレイにする� ��とで、4つの位相群を一カ所にまとめること が容易となる。従って、必要な受光面のエリ アが小さく済む。

 このため、受光部が4カ所に分かれている 場合に比べて回転ずれによる位相ずれの影響 が遙かに小さく済む。この結果、回転ズレに 対する実装、および、取付許容度が向上する 。また、必要な受光面のエリアが小さく済む 。このため、よりコンパクトな構成が可能と なる。

 本実施例では、検出ヘッドの光源側に第1 格子131、光検出器140側にPDアレイ141、スケー� ��170上に第2格子171を有している。PDアレイ141� ��3重格子エンコーダにおける第3格子と受光� �子をコンパクトかつ高精度に一体化した構� �をしており、3重格子エンコーダの改良版に� ��置付けられる。3重格子エンコーダと同様に 高精度である。

 本実施例は、3重格子エンコーダに比べ、 4つの位相検出部の配置が重なっているため� �、実装部品の実装回転ずれや使用時のスケ� �ル回転ずれにも強い。

 さらに、PDアレイ141がフォトリソグラフ� �技術を用いて製作されている。このため、PD アレイ141の部分の製造が容易である。しかも 、3重格子エンコーダの複数の受光部に比べ� �各部の寸法や配置が正確である。このため� �検出ヘッド全体としての実装精度が向上す� �こと、ヘッド実装に要求される実装精度が� �まっている場合、他の実装部分の実装精度� �3重格子エンコーダに比べて緩和することが� ��能である。

 また、光源に面実装タイプのモールドLED120� ��置き換えることで、電極配線が基板110にま� ��まり、金線ワイヤ等が不要となり、シンプ� ��な構成となる。
 モールドLEDは信頼性が高く、ハンドリング� ��容易であるという利点もある。

 次に、本発明の実施例3にかかる光学式エ ンコーダについて説明する。実施例1、2と同� ��の部分には同一の符号を付し、重複する説� ��は省略する。図9、図10は、それぞれ本実施� ��の光学式エンコーダの斜視構成、断面構成� ��示している。

 本実施例では、実施例2における光源の代 わりに、スケール170方向の有効幅がW1で円形� ��光出射窓121を持つ面発光レーザ120を用いて� ��る。また、光透過基板130を無くしたもので� ��る。面発光レーザ120の線状の出射部が第1格 子を兼ねている。光源の有効幅W1は、W1<p3/2 とする。

 これ以外の構成については、実施例2と共 通である。なお、本実施例において、光源に 線状の面発光レーザ120を用いているが、図11� ��示すような、出射窓の形が楕円形や線状の� ��射窓を持つLEDや面発光レーザを用いていて� ��よい。

 本実施例では、図10に示すように、光学� �タン161として、光透過樹脂160にV溝を設けて� ��る。ここで、実施例2と同様に式1~式6の関係 が成り立つ。

 また、光源の光出射窓の有効幅が大きく� ��るような場合には、光源の光出射窓の有効� ��を抑えるために、部材が増えるが、図12に� �すように第1格子131を有する光透過基板130を� ��源上に実装してもよい。

 なお、本実施例における光学パタンは、� ��述の構成に限られない。光源から出射され� ��光透過樹脂160上部で内部反射して光検出器� ��入射する光を低減すること、光検出器へ入� ��する外光や外部への漏れ光を低減すること� ��の目的にかなうものであれば、どのような� ��成でもよい。また、その製造方法も問わな� ��。

 例えば、同一機能の光学パタンを複数配� ��すること、異なる機能の光学パタンを組み� ��わせて配置することでもよい。また、図10� �光学パタン161の形状を下に凹のレンズ状や� �リンドリカルレンズ状にしてもよい。

本実施例では、実施例2と同様に光検出器� �PDアレイを用いているが、図18に示すように� ��実施例1のような第3格子を有する光透過基� �と4つの受光部を有する光検出器に置き換え� ��もよい。

 本実施例の作用は、実施例2の作用と共通 である。本実施例では、光学パタン161にV溝� �採用している。光透過樹脂160表面のV溝に届� ��た光は、そこから外部へ透過したり、受光� ��とは異なる方向へ反射される。そのため、� ��射光が吸収され、光透過樹脂160内部で反射� ��て光検出器140の受光面に届く光が低減され� ��。

 また、透過光も光学パタン161で吸収され� ��ため、光検出器140の受光面に届く外光が低� ��されたり、外部への漏れ光が低減される。

 本実施例においては、実施例2と同様の効 果が得られる。さらに、光透過基板130が不要 となることから、構成が単純となる。導線ワ イヤ8と光透過基板130の実装時の干渉がなく� �るため、実装が容易となる。

 本実施例は、点光源を用いた、いわゆるタ� ��ボット干渉を利用したエンコーダである。
本例においても、前記光検出部は、前記相対 移動方向に対して第3のピッチp3を有する所定 の光学格子機能を有し、前記相対移動に基づ いて前記第2格子が所定倍率で拡大されて結� �した拡大投影イメージの動きを検出し、前� �スケールの相対変位量に応じた周期信号を� �力するように構成されている。
 3重格子エンコーダと同様に高精度な位置検 出が可能である。しかも、3重格子エンコー� �と比べて第1格子を必要としないため、部材� ��数が減り、第1格子の位置や角度等の配置、 特に回転ずれを抑える必要が無くなるため、 製造が容易となり、歩留まり向上が期待出来 る。
 また、図18に示すように、光検出器であるPD アレイを実施例1のような第3格子を有する光� ��過基板と4つの受光部を有する光検出器に置 き換えても同様な効果を発揮出来る。

 次に、本発明の実施例4にかかる光学式エ ンコーダについて説明する。実施例1~3と同一 の部分には同一の符号を付し、重複する説明 は省略する。図13、図14は、それぞれ本実施� �の光学式エンコーダの斜視構成、断面構成� �示している。

 本実施例では、実施例2における共通基板 である基板110を箱状の形状のものを用いてい る。また、モールド樹脂の代わりに、ガラス で構成されている平行平板である光透過基板 130を面実装タイプのモールドLED120と光検出器 140との上に接着している。

 平行平板である光透過基板130の、面実装� ��イプのモールドLED120の光出射部上部には第1 格子131が形成されている。さらに、平行平板 である光透過基板130の下面は、第1格子131と� �検出器の受光領域周辺を除き、遮光されて� �る。

 なお、図13において、理解の容易のため� �、箱状の共通基板である基板110の側面部の� �載は省略し、平行平板である光透過基板130� �設けられたパタンについては、モールドLED12 0の光出射部上部の第1格子131パタンのみ表示� ��ている。

 平行平板である光透過基板130は共通基板� ��ある基板110の底面にほぼ平行に配置されて� ��る。そして、面実装タイプのモールドLED120� ��光検出器140の上に隙間が出来ないように、� ��着剤の量を増やしたり、光透過性の樹脂や� ��着剤で隙間を埋めるようにして構成されて� ��る。

 共通基板である基板110と平行平板である� ��透過基板130の間で、LED120や光検出器140が存� ��しない部分は空気や不活性ガスを充填にす� ��こと、真空にすること、樹脂を充填するこ� ��のいずれでもよい。樹脂を充填する場合、� ��路に影響を与えなければ光透過率の低い、� ��たは、不透明な樹脂を用いても良い。

 図14に示すように、光学パタン161として� �平行平板である光透過基板130の上側の表面� �体に反射防止膜を設ける。反射防止膜の反� �防止効果は、平行平板である光透過基板130� �上面で、ベアLED120の発光部からスケール表� �へ至る光路とスケール表面から受光面に至� �光路と交差する2部分の中間部分で特に効果� ��出るように成膜されている。

 実施例2と同様に、光透過性樹脂の代わり に平行平板に置き換えた構成について式1~式6 の関係が成り立つ。

 本実施例のバリエーションとして、PDア� �イ141を有する光検出器140を光検出器140に置� �換えて、かつ、平行平板である光透過基板13 0に第3格子151を追加したものとしてもよい。� ��た、平行平板である光透過基板130を光源側� ��PDアレイ側の2つに分離してもよい。

 本実施例の作用は、実施例2の作用と共通 である。本実施例では、光学パタン161として 平行平板である光透過基板130上面に反射防止 膜を採用している。光透過樹脂160表面に届い た光は、そこから大半が外部へ透過していく 。そのために反射光が吸収され、光透過樹脂 160内部で反射して光検出器140の受光面に届く 光が低減される。また、透過光も光学パタン 161で吸収されるため、光検出器140の受光面に 届く外光が低減されたり、外部への漏れ光が 低減される。

 また、本実施例においては、実施例2と同様 の効果が得られる。さらに、本実施例におい ては、樹脂の代わりに平行平板である光透過 基板130を用いることで、検出ヘッドからスケ ール170に向かう界面の面精度・平坦度が向上 する。このため、より高精度の検出が可能と なる。また、平行平板である光透過基板130が ガラスでできているために、表面が傷つきに くく、温度変化によるクラック等も発生しに くくなる。
 さらに、実装時に変形しないガラス平行平� ��である光透過基板130の面実装タイプのモー� ��ドLED120側の面に第1格子131が形成されている 。ガラス平行平板で検出ヘッドが封止される と共に、封止用の光透過基板130に光学格子と しての機能を持たせることが出来、部材点数 を削減することが可能となる。

 本発明の実施例5にかかる光学式エンコーダ について説明する。
 実施例1~4と同一の部分には同一の符号を付� ��、重複する説明は省略する。図16、図17は、 それぞれ本実施例の光学式エンコーダの斜視 構成、断面構成を示している。
 本実施例は、実施例1において、樹脂160上面 の光学パタンを無くし、その上に光学パタン を有するガラス平行平板である光透過基板190 を実装した形態となっている。
 平行平板である光透過基板190は共通基板で� ��る基板110の底面にほぼ平行に配置されてい� ��。樹脂160と光透過基板190の間に隙間がない� ��に実装されている。

 図17に示すように、光学パタン191として� �平行平板である光透過基板190の上側の表面� �体に反射防止膜を設ける。反射防止膜の反� �防止効果は、平行平板である光透過基板130� �上面で、ベアLED120の発光部からスケール表� �へ至る光路とスケール表面から受光面に至� �光路と交差する2部分の中間部分で特に効果� ��出るように成膜されている。

 実施例2と同様に、光透過性樹脂の代わりに 平行平板に置き換えた構成について式1~式6の 関係が成り立つ。
 本実施例のバリエーションとして、光検出� ��140と第3格子151を有する光透過基板150をPDア� ��イ141を有する光検出器140に置き換えたもの� ��してもよい。また、平行平板である光透過� ��板190を光源側とPDアレイ側の2つに分離して� ��よい。

 本実施例の作用は、実施例1の作用と共通 である。本実施例では、光学パタン191として 平行平板である光透過基板190上面に反射防止 膜を採用している。光透過基板190表面に届い た光は、そこから大半が外部へ透過していく 。そのために光学パタン191が無い場合と比較 して反射光が減少し、光透過基板190内部で反 射して光検出器140の受光面に届く光が低減さ れる。

 さらに、本実施例においては、樹脂160の� ��部に平行平板である光透過基板190を用いる� ��とで、検出ヘッドからスケール170に向かう� ��面の面精度・平坦度が向上する。このため� ��より高精度の検出が可能となる。また、平� ��平板である光透過基板190がガラスでできて� ��るために、表面が樹脂に比べて傷つきにく� ��、温度変化によるクラック等も発生しにく� ��なる。

 さらに、検出ヘッドをまず樹脂で覆って� ��る。そのため、側面部の保護も含めて内部� ��部材保護の点で有利である。また、内部に� ��気の入る部分が無くなることで圧力変動に� ��くなる。例えば、ガラスである光透過基板1 90の変形・破損が起こりにくくなり、真空対� ��等にも有利となる。

 本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で� ��々な変形例をとることができる。