專利名稱：光學式旋轉編碼器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及檢測旋轉軸的旋轉角度和速度的光學式旋轉編碼器。
背景技術：
在光學式旋轉編碼器中，有由具備反射式的光學型板或者衍射光柵型板的旋轉刻度盤，配置在旋轉刻度盤的旋轉軸的大致延長線(旋轉中心線)上的面發(fā)光型的光源，形成在搭載了光源的基板上并且具有在以光源為中心的圓周上按照預定角度間隔排列的感光元件組的光檢測器構成的設備(例如，參照專利文獻1)。
另外，還有對于旋轉刻度盤在與光源相反一側以旋轉中心線為中心遍及整個圓周配置感光元件組的設備(例如，參照專利文獻2)，或者在旋轉中心線上配置光源，通過由旋轉刻度盤內的2個位置具備的45°斜面折返光，光束的主軸對于狹縫(光學型板)垂直入射的設備(例如，參照專利文獻3)。
另外，已知對于刻度板在一側設置發(fā)光元件以及感光元件，在相反一側設置反射鏡，反射鏡使來自發(fā)光元件的光朝向感光元件成為平行光束那樣反射的光學式線性編碼器(例如，參照專利文獻4)。另外，已知在旋轉刻度盤上形成反射面，把從光源出射的光平行地反射到旋轉刻度盤的旋轉中心線的光學式旋轉編碼器(例如，參照專利文獻5)。
專利文獻1特開2002-48602號公報專利文獻2特開昭58-147654號公報專利文獻3特開平9-196703號公報專利文獻4特開昭64-74412號公報專利文獻5美國專利申請公開2002/0038848號在專利文獻1所示的光學式旋轉編碼器中，從光源發(fā)射光束的主軸垂直入射到旋轉刻度盤，另外，入射到旋轉刻度盤的半徑r1的光線照射到感光元件組上的半徑r2的位置。這時，半徑r1與r2滿足r2＝r1(z1+z2)/z1(1)的關系。這里，z1是光源與旋轉刻度盤的間隔，z2是旋轉刻度盤與光檢測器的間隔。光源的厚度由于相對光源與旋轉刻度盤的間隔充分薄，因此如果近似為z1＝z2，則上式成為r2＝2×r1 (2)一般在光學式旋轉編碼器中，如果要高分辨率，則必須增加旋轉刻度盤每一次旋轉的狹縫數。這時，如果狹縫數相同而要小型化，則需要減小周期，該狹縫的狹窄周期的界限與旋轉刻度盤的小型化，即編碼器自身的小型化和高分辨率的界限相關聯。在專利文獻1所示的光學式旋轉編碼器的情況下如式(2)所示，感光元件組的徑向長度一定成為光學型板徑向長度的2倍。即，為了實現小型化、高分辨率，即使把光學型板周期狹窄到界線以內，編碼器自身的大小仍然依賴于具有光學型板的2倍徑向長度的感光元件組的大小，不能夠實現充分的小型、高分辨率。
另外，根據由旋轉刻度盤反射后入射到光檢測器的光束不是平行光束，光檢測器與旋轉刻度盤的間隔變動的情況下，由于旋轉刻度盤上的照射分布發(fā)生很大變化，因此由感光元件組檢測出的光量變動產生檢測誤差。
進而，由于旋轉刻度盤是反射式，因此在產生了旋轉刻度盤的傾斜的情況下，感光元件組上的刻度盤圖像變動，發(fā)生檢測誤差。
另外，在專利文獻3所示的光學式旋轉編碼器中，具有以下的這些問題，即，雖然從光源向旋轉刻度盤的入射光使用平行光束，但是由于由旋轉刻度盤內的2個位置具備的45°斜面折返光，照射到光學型板上，因此根據旋轉軸的姿勢變動，向光學型板照射分布發(fā)生很大變化產生檢測誤差，另外，照射到光學型板上的光束的寬度由于成為入射到旋轉刻度盤的平行光束直徑的大約1/2，因此限制了所形成的光學型板區(qū)域。從而，在進行小型化時，由于降低檢測光量，因此在高分辨率方面存在限制等。

發(fā)明內容
本發(fā)明是為解決上述問題而產生的，目的在于提供小型、高分辨率，而且即使在由于旋轉軸的姿勢變動等產生了旋轉刻度盤的傾斜的情況下也難以發(fā)生檢測誤差的光學式旋轉編碼器。
為了達到上述目的，本發(fā)明的光學式旋轉編碼器的一個形態(tài)的特征是具備設置在旋轉軸的旋轉中心線附近的光源；在旋轉中心線周圍可旋轉地安裝在旋轉軸上，具有沿著圓周方向交互形成的透光部分以及遮光部分的旋轉刻度盤；與旋轉刻度盤隔開間隔配置，反射來自光源的光使得成為在包括上述旋轉中心線的剖面內寬度幾乎不變化的平行光束，由此使得平行光束入射到旋轉刻度盤的透光部分，使透過了透光部分的光朝向光源的周圍的反射體；感光透過了透過部分的光的感光元件。
如果依據本發(fā)明的一個形態(tài)，則通過把旋轉刻度盤夾在中間，在光源以及感光元件的相反一側配置把來自光源的光反射成平行光束的反射體，能夠以平行光束照射由沿著圓周方向交互形成的透光部分以及遮光部分構成的光學型板的整個圓周，因此即使把編碼器做得很小(減小感光元件的徑向長度)也能夠高度地保證分辨率。特別是如果使平行光束與旋轉軸幾乎平行則能夠進一步小型化。另外，當存在旋轉軸的姿勢變動時，由于光學型板是透射式，連接到旋轉軸上的旋轉刻度盤與反射鏡是不同的構件，因此光源與反射體的相對相位關系不改變，以及用平行光束照射光學型板，從而能夠抑制由旋轉軸的姿勢變動引起的感光元件上的照射分布變動，能夠減小檢測誤差。


圖1(a)是包括本發(fā)明實施形態(tài)1的光學式旋轉編碼器的旋轉軸的旋轉中心線的概略剖面圖。(b)是圖1(a)的凹面反射鏡的俯視圖。
圖2(a)是在圖1的編碼器的組裝中使用的夾具的斜視圖，(b)、(c)、(d)是示出組裝工藝一例的側面圖，(e)示出沿著圖2(d)IIe-IIe線的剖面圖。
圖3(a)是包括本發(fā)明實施形態(tài)2的光學式旋轉編碼器的旋轉軸的旋轉中心線的概略剖面圖。(b)是圖3(a)的凹面反射鏡的俯視圖。
圖4(a)、(b)、(c)是示出圖3的編碼器的組裝工藝一例的側面圖，(d)示出沿著圖4(c)的IVd-IVd線的剖面圖。
圖5(a)、(b)、(c)是示出圖3的編碼器的組裝工藝的另一例的側面圖，(d)是沿著圖5(c)的Vd-Vd線的剖面圖。
圖6(a)、(b)分別是本發(fā)明實施形態(tài)3的光學式旋轉編碼器中的感光元件的俯視圖以及放大圖。
圖7(a)、(b)分別是本發(fā)明實施形態(tài)4的光學式旋轉編碼器中的旋轉刻度盤的俯視圖以及放大圖。
圖8是本發(fā)明實施形態(tài)5的光學式旋轉編碼器中的旋轉刻度盤的剖面圖。
圖9(a)是包括本發(fā)明實施形態(tài)6的光學式旋轉編碼器的旋轉軸的旋轉中心線的概略剖面圖。(b)是圖9(a)的保持構件的部分剖面圖。
圖10是包括本發(fā)明實施形態(tài)7的光學式旋轉編碼器的旋轉軸的旋轉中心線的概略剖面圖。
圖11是包括本發(fā)明實施形態(tài)8的光學式旋轉編碼器的旋轉軸的旋轉中心線的概略剖面圖。
圖12是包括本發(fā)明實施形態(tài)9的光學式旋轉編碼器的旋轉軸的旋轉中心線的概略剖面圖。
圖13是本發(fā)明實施形態(tài)10的光學式旋轉編碼器中的旋轉刻度盤的斜視圖。
圖14是本發(fā)明實施形態(tài)10的光學式旋轉編碼器中的旋轉刻度盤的俯視圖。
圖15是包括本發(fā)明實施形態(tài)11的光學式旋轉編碼器的旋轉軸的旋轉中心線的概略剖面圖。
圖16是包括本發(fā)明實施形態(tài)12的光學式旋轉編碼器的旋轉軸的旋轉中心線的概略剖面圖。
圖17是包括本發(fā)明實施形態(tài)13的光學式旋轉編碼器的旋轉軸的旋轉中心線的概略剖面圖。
具體實施例方式
以下，參照

本發(fā)明的實施形態(tài)。另外，在本申請說明書中，適宜地使用表示方向的術語(例如，「上」、「下」、「右」、「左」以及包括這些術語的其它術語)，但這僅是表示在說明中使用的附圖中的方向，并不應該用這些術語限定地解釋本發(fā)明。
實施形態(tài)1圖1示出本發(fā)明實施形態(tài)1的光學式旋轉編碼器。用符號2示出整體的編碼器具備搭載在基板6上的中央部分的面發(fā)光型的光源4，在其周圍，與基板6整體地形成感光元件組8。光源4配置在電機13等設備的旋轉軸12的旋轉中心線10的延長線上，感光元件組8例如在后面的實施形態(tài)3中說明的那樣，以把光源4處于中心的角度，周期性地遍布整個圓周排列感光單元。作為面發(fā)光型光源4考慮發(fā)光二極管(LED)或者面發(fā)光型半導體激光器，作為感光元件組8考慮光電二極管陣列。
在旋轉軸12上，與基板6隔開間隔，安裝圓柱形旋轉刻度盤14。旋轉刻度盤14具備由透射光的材料例如PMMA樹脂形成的，在與基板6相對的表面14a上使用鍍鉻等，例如像在后述的實施形態(tài)4中說明的那樣，沿著圓周方向由交互形成的透光部分(狹縫開口列)以及遮光部分構成的透射式的光學型板16。光學型板16的半徑方向的寬度最好比感光元件組8的半徑方向的寬度大。用粘接劑等把旋轉刻度盤14固定在旋轉軸12上。
進而，在旋轉刻度盤14的下方，作為具備在與旋轉刻度盤14的上表面14a相反一側的下表面相對的球面形反射面18a的反射體，設置凹面反射鏡18。凹面反射鏡18具有用于貫通旋轉軸12的貫通孔18b。凹面反射鏡18固定在電機13的外殼部分19上。光源4配置在球面形反射面的18a的焦點上。
當以上那樣構成的編碼器2的動作時，從光源4發(fā)射的光線中，透過由旋轉刻度盤14上的光學型板16包圍的表面14a部分入射到凹面反射鏡18的光線20由凹面反射鏡18反射的同時，被反射的幾乎全部光線變換為相互平行的光束，即，幾乎既不發(fā)散也不收斂，寬度幾乎不變化的平行光束22。平行光束22成為與中心線10大致平行。在配置于中心線10上的光源4能夠假定為點光源時，如果光源4配置在反射面18a的焦點位置則可以得到完全的平行光束。但是，實際上光源并不是點而是具有某種大小，因此難以得到完全的平行光束，而本發(fā)明的情況下，即使不能夠得到完全的平行光束，但透過旋轉刻度盤14的光束只要是大致平行光束即可，在本發(fā)明中所說的平行光束指的就是這種大致平行的光束。
另外，采用球面形的反射面18a的曲線半徑與焦點f的關系可以寫為r＝2×f其中，由于旋轉刻度盤14使用具有某種折射率的透明的介質體，例如PMMA那樣的樹脂，因此實際上當光入射到旋轉刻度盤14上時以及出射時，由于在分界面中的入射角度為0以外的光折射，因此實際的r與f的關系需要考慮該折射，即所謂的光學距離。另外，該現象由于在本發(fā)明中不帶來本質的影響，因此為了理解本發(fā)明的要點，在圖1中進行簡化，忽視光的折射記述光線。在圖1以外的附圖中也相同。
平行光束22通過旋轉刻度盤14照射光學型板16，其結果透過了光學型板16的光入射到設置在光源4周圍的感光元件組8。入射光具有與光學型板16相對應的斷續(xù)(在光學型板中沒有衍射)或者正弦波形(在光學型板中有衍射)的強度分布，該入射光由感光元件組8變換為電信號，由此，檢測旋轉刻度盤14即旋轉軸12的旋轉角度和速度。
另外，如圖所示，在旋轉軸12的上端作為光吸收材料設置吸收層24。從而，從光源4發(fā)射的光線中，不朝向凹面反射鏡18而朝向旋轉軸12端部的光線26入射到吸收層24。這樣光線26成為不會成為檢測誤差的光。換言之，吸收層24起到去除能夠引起檢測誤差的光，即返回光(返回到光源4的光)以及雜散光(由凹面反射鏡18以外的部件反射后入射到感光元件組8的光)的誤差要因光去除單元的作用。代替把吸收層24設置在旋轉軸12上，也可以設置在旋轉軸12的延長線上。
由于這樣在旋轉刻度盤14的下方配置凹面反射鏡18能夠得到平行光束22，因此能夠用平行光束22照射光學型板16的整個圓周，能夠提供小型而且高分辨率的光學式旋轉編碼器。另外，即使在有旋轉軸12的姿勢變動的情況下，通過光學型板16是透射式以及(由于連接在旋轉軸12上的旋轉刻度盤14與凹面反射鏡18是不同的單體)光源4與凹面反射鏡18的相對位置關系不改變，用平行光束22照射光學型板16，能夠抑制由旋轉軸12的姿勢變動引起的感光元件組8上的照射分布變動，能夠提供檢測誤差小的光學式旋轉編碼器。另外，通過不使用復雜的光學系統(tǒng)以及可以使光源4和凹面反射鏡18的光軸與旋轉中心線10一致，能夠去除制造上的制約和尺寸上的制約，能夠實現小型化。另外，由于用于相對光學型板16配置在光源4的相反一側的凹面反射鏡18 1次反射來自光源4的發(fā)射光后成為平行光束，因此與專利文獻3中公開的使用2次反射得到入射到光學型板上的平行光束的情況相比較，由于能夠較大地設定光學型板16對于旋轉刻度盤14的直徑的寬度，因此能夠實現高分辨率。
進而，由于遍及整個圓周形成感光元件組8，因此能夠降低由軸振動、軸偏心、傾斜、狹縫開口的寬度精度等引起的誤差，即使小型化也能夠確保感光面積，因此能夠實現高精度的檢測，進而實現高分辨率。其中，遍及整個圓周形成感光元件組8并不是必要條件，只要配置在從光學型板16出射的光入射的至少一個位置即可。這種情況下，凹面反射鏡18的反射面只要在用于照射感光元件組8的位置具有必要的面積即可，并不一定需要把整個面作為反射面。反射面以外還可以配置吸收膜。
另外，在凹面反射鏡18中可以使用在具有與球面形反射面18a同等曲率半徑的菲涅耳透鏡的透鏡面上鍍鋁或金等的反射鏡，或者反射型衍射光學元件。通過這樣做，能夠減薄凹面反射鏡18的高度。
在本實施形態(tài)中，感光元件組8以整體形成在基板6上，而也可以是搭載在基板6上的混合型。另外，凹面反射鏡18的形狀也可以不是球面，而是用于降低像差的拋物面反射鏡等非球面形。光源4最好搭載在基板6上，但是并不一定僅限于這種形式，也可以搭載在其它的基板上。
以下，參照圖2說明編碼器2的組裝工藝的一個例子。首先，準備具備了隔開間隔經過相互平行的垂直構件30v連接的平坦形的上側支撐構件30u以及下側支撐構件30d的夾具30[圖(a)]。接著，把具備了光源4以及感光元件組8的基板6固定在上側支撐構件30u的下表面上[圖(b)]。下側支撐構件30d的橫剖面是U字形，由此，電機13的外殼部分19嵌合到下側支撐構件30d中。為了該目的，外殼部分19是圓柱形的突起，下側支撐構件30d具有與外殼部分19的外徑大致相等直徑的內壁。另外，在把基板6定位到上側支撐構件30u中的狀態(tài)下，光源4的光軸通過內壁的中心。下側構件30d的厚度比凹面反射鏡18的下表面與相對的電機外殼面之間的間隔小。
另一方面，把凹面反射鏡18固定在電機13的外殼部分19上[圖(c)]使得凹面反射鏡18的光軸與旋轉軸12的旋轉中心線10一致。為了該目的，反射鏡18在底部具有嵌合圓柱形電機外殼部分19的圓柱形的孔[參照圖1(a)]。然后，把旋轉刻度盤14固定在旋轉軸12的端部使得光學型板16的中心位于旋轉中心線10上。為了該目的，旋轉刻度盤14在底部具有嵌合旋轉軸12的圓柱形的孔。通過使旋轉軸12旋轉的同時，使用例如圖像處理確認旋轉刻度盤14是否成為偏心旋轉進行旋轉刻度盤14與旋轉軸12的相對位置的調整。
接著，參照圖(d)、(e)，對于旋轉刻度盤14，凹面反射鏡18以及旋轉軸12(電機13)，沿著橫方向移動安裝了基板6的夾具30，由此，在下側支撐構件30d搭接到外殼部分19的狀態(tài)下定位夾具30。在該狀態(tài)下，光源4與凹面反射鏡18的光軸一致。
這樣，由于用一個部件即外殼部分19定位凹面反射鏡18和夾具30，因此能夠高精度地使光源4以及凹面反射鏡18的光軸一致。
在本實施形態(tài)中，凹面反射鏡18的外周面和貫通孔18b，以及外殼部分19的外周面是圓柱形，但也可以具有其它的形狀。
實施形態(tài)2圖3示出本實施形態(tài)2的光學式旋轉編碼器。在以下的說明中，與實施形態(tài)1相同或者相似的構成元件標注相同的符號或者相同符號上的適當沿字表示。本實施例的編碼器2A與實施形態(tài)1的編碼器2類似，而不同點是凹面反射鏡18A的橫剖面是U字形或者馬蹄形。換言之，凹面反射鏡18A中，形成沿著中心線10延伸而且連接旋轉軸12用的貫通孔18Ab和反射鏡的外周面的開口部分。這一點如在以下說明那樣，能夠更高精度地進行編碼器的組裝。
另外，在本實施形態(tài)中，根據凹面反射鏡18A的反射面18Aa，并沒有在中心線10的周圍遍布整個圓周設置感光元件組8。
以下，參照圖4說明編碼器2A的組裝工藝的一個例子。首先，準備具備了隔開間隔經過相互平行的垂直構件30Av連接的平坦形的上側支撐構件30Au以及下側支撐構件30Ad的夾具30[圖(a)]。接著，如圖(a)所示，把具備了光源4以及感光元件組8的基板6和凹面反射鏡18A分別固定在上側支撐構件30Au的下表面上和下側支撐構件30Ad的上表面上，由此使光源4與凹面反射鏡18A的光軸一致。從光源4照射光，通過把由凹面反射鏡18A反射的光由感光元件組8感光，接著分析來自該元件組的電信號進行基板6與凹面反射鏡18A的相對位置的調整。下側支撐構件30Ad的橫剖面為U字形。電機13的外殼部分19是圓柱形的突起，下側支撐構件30Ad具有與外殼部分19的外徑大致相等直徑的內壁。
另一方面，與實施形態(tài)1相同，把旋轉刻度盤14固定在旋轉軸12的端部[圖(b)]，使得光學型板16的中心位于旋轉中心線10上。
接著，參照圖(c)、(d)，對于旋轉刻度盤14以及旋轉軸12(電機13)，沿著橫方向移動安裝了基板6以及凹面反射鏡18的夾具30A，由此，經過開口部分把旋轉軸12插入到貫通孔18Ab內。其結果，在下側支撐構件30Ad搭接到外殼部分19上的狀態(tài)下定位夾具30A。在該狀態(tài)下，光源4的光軸與旋轉軸12的旋轉中心線10一致。
而在實施形態(tài)1中，具有光源4以及感光元件組8的基板6與凹面反射鏡18的相對位置由于旋轉刻度盤14已經配置在它們之間，因此難以調整。
與此不同，在本實施形態(tài)中，基板6與凹面反射鏡18A的相對位置，以及旋轉刻度盤14與旋轉軸12的相對位置能夠容易地分別調節(jié)，因此能夠更高精度地組裝編碼器。
如圖5所示，也可以把夾具與凹面反射鏡形成為一體。如圖(a)所示，夾具具有(由通過蒸鍍在上表面形成了反射面或者層18Ba的凹形部件構成)從凹面反射鏡18B向上側延伸的一對垂直構件30Bv。組裝時，把具有光源4以及感光元件組8的基板6配置在垂直構件30Bv的上端上使得光源4與凹面反射鏡18B的光軸一致[圖(b)]。接著，把在其上端設置了旋轉刻度盤14的旋轉軸12經過開口部分插入到貫通孔18Bb內[圖(c)、(d)]。
如果依據該變形例，則由于把夾具與凹面反射鏡18B形成為一體，因此能夠高精度地使光源4與凹面反射鏡18B的光軸一致。這一點還具有能夠減少部件數量的效果。另外，也能夠把該變形例適用在本實施形態(tài)1中。
實施形態(tài)3圖6(a)是本發(fā)明實施形態(tài)3的光學式旋轉編碼器中的感光元件組的俯視圖。以光源4為中心在基板6上形成感光元件組8C。如果依據該實施形態(tài)，則感光元件組8C中，如外周一側的放大圖6(b)那樣，以光源4的發(fā)光單元為中心，以角度周期2θ周期性地排列把光信號變換為電信號的感光單元40，感光單元40的開口角度設定為θ。外周一側的感光單元40的位置和寬度如圖6(b)所示，從光源4的發(fā)光單元以半徑R1的位置為中心按照寬度W1形成。感光元件組8C的內周一側也相同，以角度周期2θ排列感光單元40，相互的相位例如錯開90°。
把感光元件組8C的內周一側的感光元件列和外周一側的感光元件列分別稱為軌道，而如本實施形態(tài)這樣也可以不限于2個軌道，應該是具備適合于角度，速度檢測方法，檢測分辨率標準，檢測精度標準的軌道數。進而，關于感光單元40的開口角度與角度周期之比或者形狀、尺寸也應該是進行適合于角度，速度檢測方法，檢測分辨率標準，檢測精度標準的設計。
如本實施形態(tài)這樣，由于遍及整個圓周配置感光元件組，因此能夠降低由軸振動、軸的偏心、傾斜、狹縫開口的寬度精度等引起的誤差。另外，由于即使小型化也能夠確保感光面積，因此能夠實現高精度的檢測，實現高分辨率。其中，遍及整個圓周形成各軌道的感光元件組8C并不是必要條件，可以配置在從光學型板16(圖1)出射的光入射的至少一個位置。理想的是，可以把2個或者3個以上的具有同相位周期的感光元件組8C以光源4為中心按照大致均等間隔配置。另外，還可以在同一個軌道中具備相位周期不同的感光元件組。
實施形態(tài)4圖7(a)是本發(fā)明實施形態(tài)4的光學式旋轉編碼器中的旋轉刻度盤14的俯視圖。在透明的旋轉刻度盤14的一方表面上形成光學型板16D。如果依據該實施形態(tài)，則光學型板16D中如外周一側的放大圖7(b)那樣，在例如鍍鉻膜44上以旋轉刻度盤14的中心為中心沿著圓周方向遍及整個圓周形成狹縫開口42。
這里，示出與在實施形態(tài)3中所述的感光元件組8C的組合相適宜的光學型板16D的一個例子。狹縫開口42以旋轉刻度盤14的中心為中心，以角度周期2θ周期性地排列，狹縫開口42的開口角度設定為θ。外周一側的光學型板16D的位置和寬度如圖7(b)所示，以從旋轉刻度盤14的中心半徑R1的位置為中心按照寬度W2形成，與圖6中的W1的關系設定如下。
W2＞W1光學型板16D的內周一側也相同，按照周期角度2θ遍及整個圓周排列狹縫開口42，相互的相位例如錯開90°。
把光學型板16D的內周一側的狹縫列和外周一側的狹縫列分別稱為軌道，而如本實施形態(tài)這樣也可以不限于2個軌道，應該是具備適合于角度，速度檢測方法，檢測分辨率標準，檢測精度標準的軌道數。進而，關于狹縫開口42的開口角度與角度周期之比或者形狀、尺寸也應該是進行適合于角度，速度檢測方法，檢測分辨率標準，檢測精度標準的設計。
這樣，通過使狹縫開口42的半徑方向的寬度W2大于感光單元40的半徑方向的寬度W1，即使旋轉刻度盤14對于感光元件組8C沿著半徑方向相對移動，只要狹縫開口42的最外周部分或者最內周部分沒有橫穿過存在感光單元40的寬度W1的區(qū)域，則就能夠抑制照射感光單元40的光線的照射分布變化。其中，W2＞W1不是必要條件，在其它的條件下也能夠實現本發(fā)明。
在本實施形態(tài)中，光學型板16D是振幅光柵，而也可以是相位光柵。例如，在剖面是矩形波形，凹部和凸部的振幅相同，凹部和凸部中的光路長度差是透射光的波長的1/2的情況下，光學型板16D的角度周期可以取為感光元件組8C的角度周期的2倍。這是因為例如按照角度周期4θ排列的上述相位光柵型板的菲涅耳折射像在從光源型板16D移動了適當距離的位置成為角度周期2θ。
實施形態(tài)5圖8是本發(fā)明實施形態(tài)5的光學式旋轉編碼器中的旋轉刻度盤14E的剖面圖。該旋轉編碼器的旋轉刻度盤14E代替設置實施形態(tài)4那樣的鍍鉻膜44，具有沿著與基板6[圖1(a)]相對的平坦面14Ea周期性地配置的多個V突起46。也可以代替該突起46使用V槽。相鄰的V突起46之間的平坦的區(qū)域48構成狹縫開口(透光部分)。在該實施形態(tài)中，在旋轉刻度盤14E中使用了折射率1.49的PMMA，如圖8那樣，設置具有與狹縫開口48相同的寬度，頂角為90°的V突起46。平行光束22向V突起46的斜面以大約45°的入射角入射，而由于PMMA的臨界角是42°，因此平行光束22通過全反射，不朝向上方即感光元件組8而被遮光。從而，只有從狹縫開口48出射的光入射到感光元件組8。
這樣，即使不設置鍍鉻膜44也能夠形成狹縫開口，能夠降低旋轉刻度盤的制造成本。
實施形態(tài)6圖9(a)是包括本發(fā)明實施形態(tài)6光學式旋轉編碼器2F的旋轉軸的旋轉中心線的概略剖面圖。結構、動作和功能除去旋轉刻度盤14F的保持單元以外與實施形態(tài)1相同。旋轉刻度盤14F的材料例如是PMMA那樣的樹脂，在成型時插入保持構件50，即通過所謂的插入成型，旋轉刻度盤14F與例如用金屬等反射光的材料形成的保持構件50成為一體。在保持構件50中，在旋轉刻度盤14F內的側面部分中，如圖9(b)所示，為了使與旋轉刻度盤14F的粘接性良好，具備止動部分50a。保持構件50用粘接劑或者螺旋夾等固定在旋轉軸12上。
保持構件50例如是金屬，由于止動部分50a表面反射光，因此從光源4發(fā)射的光線中，不朝向凹面反射鏡18而入射到止動部分50a的光線26被止動部分50a表面反射，由于從旋轉刻度盤14F的側面或者與光學型板16相反一側的面出射，因此不會入射到感光元件組8。
這樣，通過插入成型，能夠提高旋轉刻度盤14F與保持構件的粘接強度，能夠使保持構件50較細。通過使保持固件50較細，即使旋轉刻度盤14F的直徑與實施形態(tài)1的旋轉刻度盤14相同，也能夠增加凹面反射鏡18的反射面18a的面積，因此能夠擴展光學型板16以及感光元件組8的寬度。從而，由于即使小型化也能夠確保感光面積和軌道數，因此能夠實現高精度的檢測以及高分辨率。另外，通過把保持固件50側面具備的止動部分50a的傾斜設定為適當角度，能夠抑制產生檢測誤差的雜散光。即，止動部分50a成為誤差要因光去除單元。
實施形態(tài)7圖10是包括本發(fā)明實施形態(tài)7的光學式旋轉編碼器20的旋轉軸的旋轉中心線的概略剖面圖。面發(fā)光型的光源4與實施形態(tài)1相同，搭載在整體地形成了感光元件組8的基板6上。在旋轉刻度盤14的一方表面上具備由使用鍍鉻等沿著圓周方向形成的狹縫開口列構成的透射式的光學型板16。在旋轉軸12G的球面形端面中作為反射體具備具有球面形表面18Ga的凹面反射鏡18G。其中，反射面18G形成為圓環(huán)形，在由凹面反射鏡18G的反射面包圍的中央部分中，具備作為去除返回光以及雜散光的誤差要因光去除單元的吸收層24G。旋轉刻度盤14用粘接劑等固定在圓柱形的襯套52上，進而，用粘接劑或者螺旋夾等固定襯套52和旋轉軸12G。
在本實施形態(tài)中的光學式旋轉編碼器2G的動作中，從光源4發(fā)射的光線中，入射到凹面反射鏡18G的光線20由凹面反射鏡18G反射的同時變換為寬度幾乎不變化的平行光束22，透過光學型板16，入射到感光元件組8。入射光具有與光學型板16相對應的斷續(xù)或者正弦波形的強度分布。
從光源4發(fā)射的光線中，不朝向凹面反射鏡18G而入射到吸收層24G的光線26由于被吸收層24G吸收，因此不會成為引起檢測誤差的光。
這樣，通過在旋轉軸12G的軸端具有凹面反射鏡18G，能夠降低制造成本，降低組裝成本。另外，與實施形態(tài)1、6相同，能夠用平行光束22照射光學型板16的整個圓周，能夠提供小型、高分辨率的光學式旋轉編碼器2G。另外，通過不使用復雜的光學系統(tǒng)，能夠使光源4以及凹面反射鏡18G的光軸與旋轉中心線一致，因此能夠不存在制造上的制約和尺寸上的制約，能夠實現小型化。另外，由于用相對光學型板16配置在光源4的相反一側的凹面反射鏡18G 1次反射來自光源4的發(fā)射光后成為平行光束，因此相對于旋轉刻度盤14的直徑能夠較大地設定光學型板16的寬度。
進而，由于能夠遍及整個圓周配置感光元件組8，因此能夠降低由軸的偏心、傾斜、狹縫開口的寬度精度等引起的誤差，另外，由于即使小型化也能夠確保感光面積，因此能夠實現高精度的檢測，實現高分辨率。其中，遍及整個圓周形成感光元件組8并不是必要條件，可以配置在從光學型板16出射的光入射的至少一個位置。這種情況下，凹面反射鏡18G的反射面可以在用于照射感光元件組8的位置具有必要的面積，不一定需要把整個面都作為反射面。除去反射面以外也可以配置吸收膜。
另外，在凹面反射鏡18G中還可以在具有與球面形反射面18G同等曲率半徑的菲涅耳透鏡面上，使用鍍鋁或者金等的反射鏡，或者反射型衍射光學元件。通過這樣做，能夠減薄凹面反射鏡18G的高度。
另外，凹面反射鏡18G的反射面18Ga的形狀可以不是球面而是用于降低像差的非球面形狀。雖然光源4最好搭載在基板6上，但并不是限于這種形式，也可以搭載在其它的基板上。
實施形態(tài)8圖11是包括本發(fā)明實施形態(tài)8的光學式旋轉編碼器2H的旋轉軸的旋轉中心線的概略剖面圖。面發(fā)光型的光源4與實施形態(tài)1相同，搭載在整體地形成了感光元件組8的基板6上。在光源4與旋轉刻度盤14H之間，配置使來自光源4的出射光成為平行光束58的透鏡56。在旋轉刻度盤14H的一方表面上具備由使用鍍鉻等沿著圓周方向形成的狹縫開口列構成的透射式的光學型板16。另外，在用光學型板16包圍的表面部分中，具備同心圓形而且以均勻的間隔刻出的圓形衍射光柵54。在該圓形衍射光柵54中可以考慮振幅光柵或者相位光柵。旋轉刻度盤14H用粘接劑等固定在旋轉軸12上。進而，設置在旋轉刻度盤14H下方的反射鏡18H具有圓錐臺形的反射面18Ha。
在以上那樣構成的編碼器2H的動作中，從光源4發(fā)射的光線用透鏡56變換為平行光束58以后，入射到旋轉刻度盤14H上的圓形衍射光柵54上。平行光束58由衍射光柵54圓環(huán)形地放射成為光線62，由作為反射體的反射鏡18H反射了以后成為寬度幾乎不變化的平行光束64。平行光束64通過旋轉刻度盤14H照射光學型板16，其結果，透過了光學型板16的光入射到感光元件組8。入射光具有與光學型板16相對應的斷續(xù)或者正弦波形的強度分布，該入射光由感光元件組8變換為電信號，由此檢測旋轉刻度盤14H即旋轉軸12的旋轉角度和速度。
這樣，通過具備透鏡56和圓形衍射光柵54，即使旋轉刻度盤14H與透鏡56之間的距離，反射鏡18H與透鏡56之間的距離發(fā)生變化，平行光束64的平行度也不變化，能夠抑制檢測誤差。另外，與實施形態(tài)1、6、7相同，能夠用平行光束64照射光學型板16的整個圓周，能夠提供小型、高分辨率的光學式旋轉編碼器。另外，通過使光學系統(tǒng)以及光源4的光軸與旋轉中心線一致，能夠去除尺寸上的制約，能夠實現小型化。另外，即使在具有旋轉軸12的姿勢變動的情況下，根據光學型板16是透射式，(由于連接到旋轉軸12上的旋轉刻度盤14H與反射鏡18H是不同的單體)光源4與反射鏡18H的相對位置關系不發(fā)生變化，以及能夠用平行光束64照射光學型板16，能夠抑制由旋轉軸12的姿勢變動引起的感光元件組8上的照射分布變動，能夠提供檢測誤差小的光學式旋轉編碼器。另外，由于用圓形衍射光柵54使平行光束58偏轉，因此能夠使平行光束58的直徑與平行光束64的光束寬度幾乎相同，對于旋轉刻度盤14H的直徑能夠較大地設定光學型板16的寬度。
進而，由于遍布整個圓周配置感光元件組8，因此能夠降低由軸的偏心、傾斜、狹縫開口的寬度精度等產生的誤差，由于即使小型化也能夠確保感光面積，因此能夠實現高精度的檢測以及高分辨率。其中，遍及整個圓周形成感光元件組8并不是必要的，只要配置在從光學型板16出射的光入射的至少一個位置即可。這種情況下，反射鏡18H的反射面18Ha可以在用于照射感光元件組8的位置具有必要的面積，并不一定需要使整個面都成為反射面。除去反射面以外也可以配置吸收膜。
光源4最好搭載在基板6上，但是并不限于這種形式，也可以搭載在其它的基板上。另外，圓形衍射光柵54既可以是與旋轉刻度盤14H不同的單體，也可以配置在透鏡56與旋轉刻度盤14H之間。在本實施形態(tài)中，使用圓形衍射光柵54分離了來自透鏡56的平行光束58，而代替這種方法，也可以使用具有(包括旋轉中心線的平面的剖面為三角形的)圓錐形的棱鏡的折射型光學元件。這種情況下，既可以把折射型光學元件形成在旋轉刻度盤14上，也可以是與旋轉刻度盤14H不同的單體。
實施形態(tài)9圖12是包括本發(fā)明實施形態(tài)9的光學式旋轉編碼器2I的旋轉軸的旋轉中心線的概略剖面圖。面發(fā)光型的光源4與實施形態(tài)1相同，搭載在整體地形成了感光元件組8的基板6上。在旋轉刻度盤14I的一方表面上具備由使用鍍鉻等沿著圓周方向形成的狹縫開口列構成的透射式的光學型板16。另外，在用光學型板16包圍的表面部分中，具備同心圓形而且以均勻的間隔刻出的圓形衍射光柵54。在該圓形衍射光柵54中可以考慮振幅光柵或者相位光柵。在旋轉刻度盤14I的另一方表面上，具備圓錐臺形的反射面60，而也可以通過在樹脂成型了的旋轉刻度盤14H上例如通過鍍鋁獲得。其中，光能夠通過用反射面60包圍的旋轉刻度盤14I的下面部分。旋轉刻度盤14I用粘接劑等固定在襯套52I上，進而，襯套52I和旋轉軸12I用粘接劑或者螺旋夾固定。另外，在旋轉軸12I的端面上形成吸收層24I。
本實施形態(tài)的光學式旋轉編碼器的動作與實施形態(tài)8相同，用透鏡56變換為平行光束58以后，入射到旋轉刻度盤14I上的圓形衍射光柵54，由圓形衍射光柵54圓環(huán)形地放射成為光線62。光線62在由圓錐臺形反射面60反射了以后，成為寬度幾乎不變化的平行光束64，透過光學型板16，入射到感光元件組8。入射光具有與光學型板16相對應的斷續(xù)或者正弦波形的強度分布。
另外，從光源4發(fā)射的光線中，不朝向圓錐臺形反射面60而通過由反射面60包圍的旋轉刻度盤14I的下面部分的光線66由于被作為去除返回光以及雜散光的誤差要因光去除單元的吸收層24I吸收，因此不存在引起檢測誤差的雜散光。
通過這樣把光學型板16和反射面60形成為單一的部件，即形成在旋轉刻度盤14I上，能夠降低制造成本，降低組裝成本，能夠提高光學型板16與反射面60的同軸度。另外，通過具備透鏡56和圓形衍射光柵54，即使旋轉刻度盤14I(反射面60)與透鏡56之間的距離發(fā)生變化，平行光束64的平行度也不變化，能夠抑制檢測誤差。進而，與實施形態(tài)1或者6至8相同，能夠用平行光束64照射光學型板16的整個圓周，能夠提供與這些實施形態(tài)相同效果的即小型、高分辨率的光學式旋轉編碼器。另外，由于用圓形衍射光柵54使平行光束58偏轉，因此能夠把平行光束58的直徑與平行光束64的光束寬度取為幾乎相同，對于旋轉刻度盤14I的直徑能夠較大地設定光學型板16的寬度。
另外，圓形衍射光柵54既可以是與旋轉刻度盤14I不同的單體，也可以配置在透鏡56與旋轉刻度盤14I之間。在本實施形態(tài)中，使用圓形衍射光柵54分離了來自透鏡56的平行光束，而代替這種方法，也可以使用圓錐棱鏡等折射型光學元件。這種情況下，既可以把折射型光學元件形成在旋轉刻度盤14I上，也可以是與旋轉刻度盤14I不同的單體。
另外，與實施形態(tài)7相同，還可以代替把圓錐臺形反射面設置在旋轉刻度盤14I上而設置在旋轉軸12I的軸端。
實施形態(tài)10圖13是本發(fā)明實施形態(tài)10的光學式旋轉編碼器中的旋轉刻度盤的概略斜視圖。另外，圖14是實施形態(tài)10的旋轉刻度盤的俯視圖。本實施形態(tài)10的刻在旋轉刻度盤上的光學型板，衍射光柵以及反射面以外的結構與實施形態(tài)9相同，包括旋轉軸的旋轉中心線以及包括圖13中所示的旋轉刻度盤14J的XII-XII線的剖面圖與圖12相同。衍射光柵54與實施形態(tài)9不同，是一維排列的振幅光柵或者相位光柵。光學型板16Ja、16Jb、16Jc、16Jd在相對射光柵54J的間距方向位于相反一側的照射區(qū)70和72內例如用鍍鉻膜形成，并且按照某個角度周期排列的多個狹縫開口列構成。設置在同一軌道上的光學型板16Ja與16Jb，光學型板16Jc與16Jd的相互相位分別一致，光學型板16Ja與16Jc例如錯開90°。反射面由設置在旋轉刻度盤14J背面的一對平坦的反射面73、74構成，把從衍射光柵54J出射的±1次衍射光75反射為平行于旋轉軸12I的旋轉中心線的平行光束76。
以下，參照圖12至圖14說明實施形態(tài)10的光學式旋轉編碼器的動作。從透鏡56出射，入射到旋轉刻度盤14J表面的衍射光柵54J的平行光束被衍射，其中，±1次衍射光75分別由設置在旋轉刻度盤14J背面的平面反射鏡73、74反射了以后，成為平行于旋轉軸的旋轉中心線的平行光束76，入射到照射區(qū)70和72。透過了光學型板的光具有與光學型板16Ja～16Jb相對應的斷續(xù)或者正弦波形的強度分布，與旋轉刻度盤14J的旋轉一起，例如在與圖6所示的感光元件組8C相同的感光元件組上移動。該光由按照與光學型板16Ja～16Jd相同的角度周期遍及整個圓周排列的感光單元所構成的感光元件組變換為電信號，由此檢測旋轉刻度盤14J即旋轉軸12I的旋轉角度和速度。
通過這樣在旋轉刻度盤14J的中央部分具備一維排列的衍射光柵54J，即使光源4的光軸與旋轉刻度盤14J的旋轉軸偏移，也能夠抑制平行光束76的照射區(qū)70和72中的光量分布變動。通過具備透鏡56和衍射光柵54J，即使旋轉刻度盤14J(反射面73、74)與透鏡56之間的距離發(fā)生變化，平行光束76的平行度也不變化，能夠抑制檢測誤差。另外，與實施形態(tài)1或6至9相同，能夠用寬度幾乎不變化的平行光束76照射光學型板16Ja～16Jd，能夠提供小型、高分辨率的光學式旋轉編碼器。另外，通過能夠使光學系統(tǒng)以及光源4的光軸與旋轉中心線一致，能夠去除尺寸上的制約，實現小型化。另外，由于用衍射光柵54J使平行光束偏轉，因此能夠使該平行光束直徑與平行光束76的光束寬度幾乎相同，對于旋轉刻度盤14J的尺寸能夠較大地設定光學型板16Ja～16Jd的寬度。
感光元件組8可以與圖6所示的相同，而在使用了本實施形態(tài)10的旋轉刻度盤的情況下，需要遍布整個圓周設置感光元件。
另外，位于生成了光學型板16Ja～16Jb和衍射光柵54J的面與反射面73、74之間的一對側面如圖13所示并不需要是平坦形，也可以是圓弧形。換言之，可以從圓柱形的塊切割生成旋轉刻度盤。另外，在本實施形態(tài)中，使用衍射光柵54J分離了來自透鏡56的平行光束58，而代替記錄方法，也可以使用(包括旋轉中心線的平面的剖面為三角形的)三角柱棱鏡等折射型光學元件。這種情況下，既可以把折射型光學元件形成在旋轉刻度盤14J上，也可以是與旋轉刻度盤14J不同的單體。
另外，也可以在實施形態(tài)8(圖11)中，把圓形衍射光柵54置換為配置在旋轉刻度盤14H與透鏡56之間的一維排列的衍射光柵(即，衍射光柵與旋轉刻度盤14H同時不旋轉)的同時，可以把具有圓錐臺形的反射面18Ha的反射鏡18H置換為一對平面反射鏡。這種情況下，從旋轉刻度盤14H出射的光由于入射到基板6上的分離的2個區(qū)域，因此可以僅在這些區(qū)域上配置感光元件8。
實施形態(tài)11圖15是包括本發(fā)明實施形態(tài)11的光學式旋轉編碼器2K的旋轉軸的旋轉中心線的概略圖。本實施形態(tài)的旋轉編碼器2K的動作與實施形態(tài)8基本相同，而代替實施形態(tài)8中的具有圓錐臺形反射面的反射鏡18H，在旋軸12K的端面設置平面反射鏡18K。旋轉刻度盤14K用粘接劑等固定在襯套52K上，進而襯套52K和旋轉軸12K用粘接劑或者螺旋夾固定。
在編碼器2K的動作中，從光源4出射的光由透鏡56變換為平行光束58以后，入射到旋轉刻度盤14上的圓形衍射光柵54，由圓形衍射光柵54圓環(huán)形地放射成為光線62。光線62由平面反射鏡18K反射的光的整體成為反圓環(huán)形地放大了的圓環(huán)形的光束80，而在包括旋轉軸的旋轉中心線的剖面圖的圖15中，即在包括旋轉軸的旋轉中心線的剖面內成為寬度幾乎不變化的平行光束80a、80b。光束80通過旋轉刻度盤14K照射光學型板16，其結果透過了光學型板16的光入射到感光元件組8。入射光具有與光學型板16相對應的斷續(xù)或者正弦波形的強度分布。
這樣，通過具備透鏡56和圓形衍射光柵54，即使旋轉刻度盤14K與透鏡56之間的距離發(fā)生變化，也能夠抑制照射到光學型板16上的光束80的光量分布的變化，能夠抑制檢測誤差。
另外，在以圖15的剖面圖觀看的情況下，由于沿著左右兩個方向行進的平行光束80a、80b的光線每一條都平行，因此光學型板16的半徑方向的寬度與感光元件組8的半徑方向的寬度可以幾乎相同。可以設計成使得加長圓形衍射光柵54與平面反射鏡18K之間的距離，減小圓形衍射光柵54的衍射角度，平行光束80a、80b對于旋轉軸12K的傾斜減小，其結果，由于減小來自感光元件組8的外周一側的旋轉中心線的距離，因此能夠提供小型、高分辨率的光學式旋轉編碼器。
進而，與實施形態(tài)1或6至10相同，通過能夠使光學系統(tǒng)以及光源4的光軸與旋轉中心線一致，能夠去除尺寸上的制約，實現小型化。另外，由于用圓形衍射光柵54使平行光束58偏轉，因此能夠使平行光束58的直徑與平行光束80a、80b的光束寬度幾乎相同，對于旋轉刻度盤14K的直徑能夠較大地設定光學型板16的寬度。
圓形衍射光柵54既可以是與旋轉刻度盤14K不同的單體，也可以配置在透鏡56與旋轉刻度盤14K之間。另外，可以把圓形衍射光柵54置換為實施形態(tài)10那樣的一維排列的衍射光柵54J，這種情況下，可以使用實施形態(tài)10中記述的旋轉刻度盤14J和感光元件組8。進而，在本實施形態(tài)中，使用圓形衍射光柵54分離了來自透鏡56的平行光束58，而代替這種方法，也可以使用圓錐棱鏡等折射型光學元件。這種情況下，既可以把折射型光學元件形成在旋轉刻度盤14K上，也可以是與旋轉刻度盤14K不同的單體。
實施形態(tài)12圖16是包括本發(fā)明實施形態(tài)12的光學式旋轉編碼器2L的旋轉軸的旋轉中心線的概略剖面圖。在旋轉刻度盤14L的一方表面14La上形成圓形衍射光柵54和光學型板16，在另一方表面上具備反射膜84。旋轉刻度盤14L用粘接劑等固定在襯套52L上，進而襯套52L和旋轉軸12L用粘接劑或者螺旋夾固定。
編碼器2L的動作與實施形態(tài)11相同，從光源4出射的光由透鏡56變換為平行光束58以后，入射到圓形衍射光柵54，由圓形衍射光柵54圓環(huán)形地放射成為光線62。光線62由反射膜84反射了的光束86與實施形態(tài)11相同，在包括旋轉軸的旋轉中心的剖面內各個光束內的光成為平行的平行光束86a、86b。光86通過旋轉刻度盤14L照射光學型板16，其結果，透過了光學型板16的光入射到感光元件組8。入射的光具有與光學型板16相對應的斷續(xù)或者正弦波形的強度分布。
這樣通過使旋轉刻度盤14L與反射膜84成為一體，能夠降低制造成本，降低組裝成本。通過具備透鏡56和圓形衍射光柵54，即使旋轉刻度盤14L與透鏡56之間的距離發(fā)生變化，也能夠抑制照射光學型板16上的平行光束86a、86b的光量分布的變化，能夠抑制檢測誤差。
另外，在以圖16的剖面圖觀看的情況下，由于沿著左右兩方向行進的平行光束86a、86b分別是平行光束，因此光學型板16的半徑方向的寬度與感光元件組8的半徑方向的寬度可以幾乎相同?？梢赃M行設計使得加長圓形衍射光柵54與反射膜84之間的距離，減小圓形衍射光柵54的衍射角度，減小平行光束86a、86b對于旋轉軸12L的斜率，其結果由于減小感光元件組8的寬度，因此能夠提供小型、高分辨率的光學式旋轉編碼器。
進而，與實施形態(tài)1或6至11相同，通過能夠使光學系統(tǒng)以及光源4的光軸與旋轉中心線一致，能夠去除尺寸上的制約，能夠實現小型化。另外，由于用圓形衍射光柵54使平行光束58偏轉，因此能夠使平行光束58的直徑與平行光束86a、86b的光束寬度幾乎相同，對于旋轉刻度盤14L的直徑能夠較大地設定光學型板16的寬度。
圓形衍射光柵54既可以是與旋轉刻度盤14L不同的單體，也可以設置在透鏡56與旋轉刻度盤14L之間。另外，還可以把圓形衍射光柵54置換為實施形態(tài)10那樣的一維排列的衍射光柵54J，這種情況下，可以使用實施形態(tài)10中記述的旋轉刻度盤14J和感光元件組8。另外，在本實施形態(tài)中，使用圓形衍射光柵54分離了來自透鏡56的平行光束58，而代替這種方法，也可以使用圓錐棱鏡等折射型光學元件。這種情況下，既可以把折射型光學元件形成在旋轉刻度盤14L上，也可以是與旋轉刻度盤14L不同的單體。
另外，在實施形態(tài)11以及實施形態(tài)12，即圖15以及圖16中，光束80a，80b或者光束86a，86b并不相互平行，各個光束內的光，即光束80a內，80b內以及86a內，86b內的光是相互平行的，光束80a，80b、86a以及86b的寬度被反射了以后也幾乎不發(fā)生變化。本發(fā)明申請中的「進行反射使得在包括旋轉中心線的剖面內成為寬度幾乎不變化的平行光束」除去實施形態(tài)1至10所示的以外，還包括像實施形態(tài)11以及實施形態(tài)12，即圖15以及圖16那樣，在反射了以后光束的寬度幾乎不變化的情況。
實施形態(tài)13圖17是包括本發(fā)明實施形態(tài)13的光學式旋轉編碼器2M的旋轉軸的旋轉中心線的概略剖面圖。在旋轉刻度盤14M的一方表面上形成圓形衍射光柵54和光學型板16，在另一方表面上形成例如銅焊的光柵等同心圓形地按照與圓形衍射光柵54相同的間距排列反射式衍射光柵90。旋轉刻度盤14M用粘接劑等固定在襯套52M上，進而襯套52M和旋轉軸12M用粘接劑或者螺旋夾固定。
在編碼器2M的動作中，與實施形態(tài)12相同，從光源4出射的光由透鏡56變換為平行光束58以后，入射到圓形衍射光柵54，由圓形衍射光柵54圓環(huán)形地放射成為光線62。光線62由反射式衍射光柵90反射、衍射，成為平行光束92，入射到感光元件組8。入射光具有與光學型板16相對應的斷續(xù)或者正弦波形的強度分布。
代替實施形態(tài)12中的反射膜84，通過設置反射式衍射光柵90，與實施形態(tài)1或6至9相同，通過用平行光束92照射光學型板16的整個圓周，能夠提供小型、高分辨率的光學式旋轉編碼器。另外，通過把反射式衍射光柵90設置在旋轉刻度盤14M上，能夠降低制造成本，降低組裝成本。另外，由于由圓形衍射光柵54進而由反射式衍射光柵90使平行光束58偏轉，因此能夠使平行光束58的直徑與平行光束92的光束寬度幾乎相同，對于旋轉刻度盤14M的直徑能夠較大地設定光學型板16的寬度。
圓形衍射光柵54既可以是與旋轉刻度盤14M不同的單體，也可以配置在透鏡56與旋刻度盤14M之間。另外，在本實施形態(tài)中，使用圓形衍射光柵54分離了來自透鏡56的平行光束58，而代替幾種方法，也可以使用圓錐棱鏡等折射型光學元件。這種情況下，既可以把折射型光學元件形成在旋轉刻度盤14M上，也可以是與旋轉刻度盤14M不同的單體。
另外，與本實施形態(tài)相同，通過把實施形態(tài)11中的平面反射鏡18K置換為反射式旋轉光柵90，也能夠得到與本實施形態(tài)相同的效果。
另外，代替圖17的圓形衍射光柵54，與實施形態(tài)10的衍射光柵54J相同，可以做成一維排列的振幅光柵或者相位光柵，代替反射式衍射光柵90，可以做成一維排列的反射型的振幅光柵或者相位光柵。這種情況下，可以使用實施形態(tài)10中記述的旋轉刻度盤14J和感光元件組8。
通過在旋轉刻度盤14M的中央部分具備這樣一維排列的衍射光柵，即使光源4的光軸與旋轉刻度盤14M的旋轉軸偏移也能夠抑制平行光束92在光學型板16上的光量分布變動。
權利要求
1.一種光學式旋轉編碼器，其特征在于具備設置在旋轉軸的旋轉中心線附近的光源；能夠在旋轉中心線周圍旋轉地設置在旋轉軸上，具有沿著圓周方向交互形成的透光部分以及遮光部分的旋轉刻度盤；與旋轉刻度盤隔開間隔配置，對來自光源的光進行反射使得成為在包括上述旋轉中心線在內的剖面內寬度幾乎不變化的平行光束，由此平行光束照射旋轉刻度盤的透光部分，并且使透過了透光部分的光朝向光源周圍的反射體；感光透過了透光部分的光的感光元件。
2.根據權利要求1所述的光學式旋轉編碼器，其特征在于平均光束與旋轉軸幾乎平行。
3.根據權利要求1所述的光學式旋轉編碼器，其特征在于反射體是凹面反射鏡。
4.根據權利要求1所述的光學式旋轉編碼器，其特征在于反射體具有貫通旋轉軸的貫通孔。
5.根據權利要求4所述的光學式旋轉編碼器，其特征在于反射體沿著旋轉中心線具有把貫通孔與反射體的外周面連接在一起的開口部分。
6.根據權利要求1所述的光學式旋轉編碼器，其特征在于反射體設置在旋轉軸的軸端上。
7.根據權利要求1～6的任一項中所述的光學式旋轉編碼器，其特征在于反射體通過一次反射使來自光源的光朝向光源的周圍。
8.根據權利要求1～7的任一項中所述的光學式旋轉編碼器，其特征在于在旋轉軸的軸端或者旋轉軸的延長線上具備光吸收構件。
9.根據權利要求1～7的任一項中所述的光學式旋編碼器，其特征在于在旋轉軸的軸端或者旋轉軸的延長線上具備反射光使得反射光不會入射到感光元件中的反射構件。
10.一種光學式旋轉編碼器，其特征在于具備設置在旋轉軸的旋轉中心線附近的光源；使來自光源的光成為平行光束的光學單元；使來自光學單元的平行光束分離的光束分離光學元件；能夠在旋轉中心線周圍旋轉地設置在旋轉軸上，具有沿著圓周方向交互形成的透光部分以及遮光部分的旋轉刻度盤；與旋轉刻度盤隔開間隔配置，對用光束分離光學元件分離了的光進行反射使得成為在包括上述旋轉中心線在內的剖面內寬度幾乎不變化的平行光束，由此平行光束照射旋轉刻度盤的透光部分，并且使透過了透光部分的光朝向光源周圍的反射體；感光透過了透光部分的光的感光元件。
11.根據權利要求10所述的光學式旋轉編碼器，其特征在于光束分離光學元件是使來自上述光學單元的平行光束衍射的衍射光柵。
12.根據權利要求11所述的光學式旋轉編碼器，其特征在于衍射光柵是圓形衍射光柵，反射體具有圓錐臺形反射面。
13.根據權利要求11所述的光學式旋轉編碼器，其特征在于衍射光柵是具有一維周期構造的衍射光柵，反射體是平面反射鏡。
14.根據權利要求11所述的光學式旋轉編碼器，其特征在于反射體是按照與衍射光柵相同的間隔排列的反射式衍射光柵。
15.根據權利要求10～14的任一項中所述的光學式旋轉編碼器，其特征在于反射體設置在旋轉軸的軸端。
16.一種光學式旋轉編碼器，其特征在于具備設置在旋轉軸的旋轉中心線附近的光源；使來自光源的光成為平行光束的光學單元；使來自光學單元的平行光束分離的光束分離光學元件；能夠在旋轉中心線周圍旋轉地設置在旋轉軸上的旋轉刻度盤，該旋轉刻度盤具有沿著圓周方向交互形成的透光部分以及遮光部分；以及把用光束分離光學元件分離了的光進行反射使得成為在包括上述旋轉中心線在內的剖面內寬度幾乎不變化的平行光束，由此平行光束照射旋轉刻度盤的透光部分，并且使透過了透光部分的光朝向光源周圍的反射面；感光透過了透光部分的光的感光元件。
17.根據權利要求16所述的光學式旋轉編碼器，其特征在于光束分離光學元件是使來自上述光學單元的平行光束衍射的衍射光柵。
18.根據權利要求17所述的光學式旋轉編碼器，其特征在于衍射光柵是圓形衍射光柵，反射面是圓錐臺形。
19.根據權利要求17所述的光學式旋轉編碼器，其特征在于衍射光柵是具有一維周期構造的衍射光柵，反射面是平坦形。
20.根據權利要求17所述的光學式旋轉編碼器，其特征在于反射面是按照與衍射光柵相同的間隔排列的反射式衍射光柵的反射面。
21.根據權利要求10～20的任一項中所述的光學式旋轉編碼器，其特征在于在旋轉軸的軸端或者旋轉軸的延長線上具備光吸收構件。
全文摘要
本發(fā)明提供一種小型、高分辨率，而且即使在由旋轉軸的姿勢變動等產生了旋轉刻度盤的傾斜的情況下也難以發(fā)生檢測誤差的編碼器，該編碼器(2)具備設置在旋轉軸(12)的旋轉中心線(10)附近的光源(4)；能夠在旋轉中心線周圍旋轉地安裝在旋轉軸上，具有由沿著圓周方向交互形成的透光部分以及遮光部分構成的光學型板(16)的旋轉刻度盤(14)；與旋轉刻度盤隔開間隔配置，把來自光源的光進行反射使得在包括旋轉中心線的剖面內成為寬度幾乎不變化的平行光束，由此平行光束照射旋轉刻度盤的透光部分，使得透過了透光部分的光朝向光源周圍的反射體(18)；感光通過了透光部分的光的感光元件(8)。
文檔編號G01D5/347GK1540292SQ20041003691
公開日2004年10月27日 申請日期2004年4月21日 優(yōu)先權日2003年4月21日
發(fā)明者岡徹, 大村陽一, 徹, 一 申請人:三菱電機株式會社