光電式エンコーダ

【課題】小型化及びスケール上視野の拡大を図りつつ、像のパターンや形状を維持する。
【解決手段】メインスケール２０と受光素子３４の間に、レンズアレイ４６が挿入された光学系を持つ光電式エンコーダにおいて、前記レンズアレイ４６により分割・反転された像を、電気的又は光学的に再反転させる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電式エンコーダに係る。特に、メインスケールと受光素子の間に、レンズとアパーチャが挿入されたテレセントリック光学系を持つ光電式エンコーダの改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載されているように、図１に示す如く、メインスケール２０と、受光部３０を構成する例えば受光素子アレイ３４の間に、レンズ４２、及び、テレセントリック光学絞りとしてのアパーチャ４４からなるレンズ光学系（テレセントリック光学系）４０を挿入して、図２に示す如く、レンズ４２とメインスケール２０のスケール２１及び受光素子アレイ３４上の受光素子３５間の距離ａ、ｂを調整することにより、倍率設定ができるようにされた光電式エンコーダが考えられている。図１において、１０は光源、ｆはレンズ４２の焦点距離である。
【０００３】
このテレセントリック光学系４０を用いた光電式エンコーダでは、メインスケール２０上の像をレンズ光学系（４２、４４）を通して受光素子アレイ３４上に投影させる。ここで、アパーチャ４４をレンズ４２の焦点位置に配置することで、メインスケール２０とレンズ４２間の距離（ギャップ）が変動しても、レンズ４２とアパーチャ４４と受光素子アレイ３４の位置関係が変動しなければ、受光素子アレイ３４上に結像される像の倍率変動を抑えることができる。特に、前記レンズ４２として、図３（光路図）及び図４（斜視図）に示す如く、レンズアレイ４６を用いた場合には、小型化、及び、スケール上視野（ＦＯＶ）の拡大を図ることができる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２６４２９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このようなレンズアレイ４６で光電式エンコーダを構成した場合、図３及び図５に示す如く、一つのレンズ光学系毎に、像が分割され、反転してしまうという問題点を有していた。
【０００６】
この問題点は、特に、像のパターンだけでなく、正確な形状を再現する必要があるアブソリュート型で大きな問題となる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたもので、像のパターンを維持することが可能なインクリメンタル型光電式エンコーダを提供することを第１の課題とする。
【０００８】
本発明は、又、像のパターンだけでなく、形状も維持することが可能な光電式エンコーダを提供することを第２の課題とする。
【０００９】
本発明は、メインスケールと受光素子の間に、レンズアレイを持つインクリメンタル型の光電式エンコーダにおいて、各レンズの配設ピッチを、メインスケールの周期の自然数倍と一致させることにより、前記第１の課題を解決したものである。
【００１０】
本発明は、又、メインスケールと受光素子の間に、レンズアレイを持つ光電式エンコーダにおいて、前記受光素子アレイの出力の接続を入換えて、前記レンズアレイにより分割・反転された像を電気的に再反転することにより、前記第２の課題を解決したものである。
【００１１】
本発明は、又、メインスケールと受光素子の間に、第１のレンズアレイを持つ光電式エンコーダにおいて、各レンズの配設ピッチが前記第１レンズアレイと同じ第２のレンズアレイと、該第２のレンズアレイを出た光を光学的に再反転させるための第３のレンズアレイとを設けることにより、同じく前記第２の課題を解決したものである。
【００１２】
又、前記第３のレンズアレイの各レンズの焦点距離を、前記第１、第２のレンズアレイの各レンズの焦点距離より小として、光学全長を短くしたものである。
【００１３】
本発明は、又、メインスケールと受光素子の間に、レンズアレイを持つ光電式エンコーダにおいて、レンズの配設ピッチが前記第１レンズアレイと同じ第２のレンズアレイと、配設ピッチが前記第１レンズアレイの各レンズと同じ複数の小ミラーとを備え、前記第１レンズアレイにより分割・反転された像を該小ミラーにより光学的に再反転することにより、前記第２の課題を解決したものである。
【００１４】
本発明は、又、メインスケールと受光素子の間に、レンズアレイを持つ光電式エンコーダにおいて、レンズの配設ピッチが前記レンズアレイと同じ第２のレンズアレイと、該第２のレンズアレイを出た光を前記第１第２のレンズアレイに再入射させるためのミラーと、前記第１のレンズアレイと第２のレンズアレイを２回通った光を受光素子方向に取り出すためのハーフミラーとを備え、前記レンズアレイにより分割・反転された像を前記ミラーにより光学的に再反転することにより、前記第２の課題を解決したものである。
【００１５】
又、前記レンズアレイを二次元レンズアレイとして、二次元測定を可能としたものである。
【００１６】
又、各レンズアレイの焦点位置にアパーチャを設けることにより、となりのレンズからの光を遮断することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、レンズアレイの各レンズの配設ピッチを、メインスケールの周期の自然数倍と一致させることにより、インクリメンタル型光電式エンコーダにおける像のパターンを維持することができる。
【００１８】
又、レンズアレイにより反転された像を、電気的又は光学的に再反転させることにより、像の形状も維持することができ、インクリメンタル型だけでなく、アブソリュート型にも使用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００２０】
本発明の第１実施形態は、図６に示す如く、レンズアレイ４６を持つインクリメンタル型の光電式エンコーダにおいて、レンズアレイ４６を構成する各レンズの配設ピッチ（レンズピッチと称する）Ｐｌを、メインスケール２０の周期Ｐｓの自然数倍と一致させたものである。
【００２１】
本実施形態においては、図７に示す如く、個々のレンズ毎に像が分割されて反転しても、パターンは保障されるため、インクリメンタル型として用いる限り、支障は無い。
【００２２】
また、図８に示す変形例のように、レンズアレイ４６を構成する個々のレンズの焦点位置にアパーチャ４４を配設したテレセントリック光学系４０にすることもできる。
【００２３】
次に、図９（光路図）及び図１０（斜視図）を参照して、本発明の第２実施形態を詳細に説明する。
【００２４】
本実施形態は、レンズアレイ４６（第１のレンズアレイとも称する）と同じ第２のレンズアレイ４８を、その焦点が第１のレンズアレイの焦点に来るように逆向きに挿入して、光学系５０としたものである。
【００２５】
本実施形態においては、レンズアレイ４６と４８が同じ物であるため、入側の第１のレンズアレイ４６で発生する収差を出側の第２のレンズアレイ４８でほぼ完全に逆補正することができ、安価であるが収差が大きなレンズアレイを用いた場合でも、収差をほぼ完全にキャンセルして、信号検出効率を大きく改善することができる。
【００２６】
又、図１１と図１２に示す変形例のように、光学系５０を、レンズアレイ４６と４８を構成する個々のレンズの焦点位置にアパーチャ４４を配設した両側テレセントリック光学系５１にすることもできる。
【００２７】
次に、図１３を参照して、本発明の第３実施形態を詳細に説明する。
【００２８】
本実施形態は、レンズアレイ４６を持つアブソリュート型の光電式エンコーダにおいて、受光素子アレイ３４の出力の接続をピクセル単位で入換えることにより、像を電気的に再反転させたものである。
【００２９】
又、図１４に示す変形例のように、レンズアレイ４６を構成する個々のレンズの焦点位置にアパーチャ４４を配設したテレセントリック光学系４０にすることもできる。
【００３０】
次に、図１５を参照して、本発明の第４実施形態を詳細に説明する。
【００３１】
本実施形態は、レンズアレイ４６、４８から成る光学系５０を持つアブソリュート型の光電式エンコーダにおいて、受光素子アレイ３４の出力の接続をピクセル単位で入換えることにより、像を電気的に再反転させたものである。
【００３２】
第３、第４実施形態によれば、光学系を複雑化することなく、アブソリュート型を実現できる。
【００３３】
又、図１６に示す変形例のように、光学系５０を、レンズアレイ４６と４８を構成する個々のレンズの焦点位置にアパーチャ４４を配設した両側テレセントリック光学系５１にすることもできる。
【００３４】
次に、図１７を参照して、本発明の第５実施形態を詳細に説明する。
【００３５】
本実施形態は、レンズアレイ４６、４８から成る光学系５０を持つアブソリュート型の光電式エンコーダにおいて、第１、第２のレンズアレイ４６、４８と同じ第３のレンズアレイ５２を光学系５０の出側に設けて、像を光学的に再反転させたものである。
【００３６】
又、図１８に示す変形例のように、光学系５０を、レンズアレイ４６と４８を構成する個々のレンズの焦点位置にアパーチャ４４を配設した両側テレセントリック光学系５１にして、且つ、レンズアレイ５２を構成する個々のレンズの焦点位置にアパーチャ５４を配設することもできる。
【００３７】
次に、図１９を参照して、本発明の第６実施形態を詳細に説明する。
【００３８】
本実施形態は、レンズアレイ４６、４８から成る光学系５０を持つアブソリュート型の光電式エンコーダにおいて、光学系５０と同じ構成の、第３のレンズアレイ５２、及び第４のレンズアレイ５６を含む光学系６０を、その出側に設けて、像を再反転させたものである。
【００３９】
本実施形態においては、入側と出側で同じ光学系を用いているので、部品を共通化できる。
【００４０】
又、図２０に示す変形例のように、光学系５０をレンズアレイ４６と４８を構成する個々のレンズの焦点位置にアパーチャ４４を配設した両側テレセントリック光学系５１にして、且つ、光学系６０をレンズアレイ５２と５６を構成する個々のレンズの焦点位置にアパーチャ５４を配設した両側テレセントリック光学系６１にすることもできる。
【００４１】
次に、図２１を参照して、本発明の第７実施形態を詳細に説明する。
【００４２】
本実施形態は、図１８に示した第５実施形態と同様の光電式エンコーダにおいて、第３のレンズアレイ５２の焦点距離ｆ’を第１、第２のレンズアレイ４６、４８の焦点距離ｆより小として、光学全長を短くし、メインスケール２０と入側レンズアレイ４６間のエアギャップを確保しつつ小型化を可能としたものである。
【００４３】
即ち、メインスケール２０と入側レンズアレイ４６間の距離（エアギャップに相当）＝入側レンズアレイ４６の焦点距離ｆとすると、第５実施形態のように、第１〜第３レンズアレイを同じレンズで構成すると光学全長Ｌ≒８ｆとなるのに対し、本第７実施形態では光学全長Ｌ’＝４ｆ＋４ｆ’＜８ｆとなり、光学全長を短くすることができる。
【００４４】
次に、図２２を参照して、本発明の第８実施形態を詳細に説明する。
【００４５】
本実施形態は、図２０に示した第６実施形態と同様の光電式エンコーダにおいて、第３、第４のレンズアレイ５２、５６の焦点距離ｆ’を第１、第２のレンズアレイ４６、４８の焦点距離ｆより小として、光学全長を短くし、メインスケール２０と入側レンズアレイ４６間のエアギャップを確保しつつ小型化を可能としたものである。
【００４６】
即ち、メインスケール２０と入側レンズアレイ４６間の距離（エアギャップに相当）＝入側レンズアレイ４６の焦点距離ｆとすると、第６実施形態のように、第１〜第４レンズアレイを同じレンズで構成すると光学全長Ｌ≒８ｆとなるのに対し、本第８実施形態では光学全長Ｌ’＝４ｆ＋４ｆ’＜８ｆとなり、光学全長を短くすることができる。
【００４７】
次に、図２３を参照して、本発明の第９実施形態を詳細に説明する。
【００４８】
本実施形態は、レンズアレイ４６、４８から成る光学系５０を持つアブソリュート型の光電式エンコーダにおいて、配設ピッチが前記レンズアレイ４６、４８の各レンズと同じ小ミラー７０を複数設けて、像を光学的に再反転したものである。
【００４９】
又、図２４に示す変形例のように、光学系５０を、レンズアレイ４６と４８を構成する個々のレンズの焦点位置にアパーチャ４４を配設した両側テレセントリック光学系５１にすることもできる。
【００５０】
次に、図２５を参照して、本発明の第１０実施形態を詳細に説明する。
【００５１】
本実施形態は、レンズアレイ４６、４８から成る光学系５０を持つアブソリュート型の光電式エンコーダにおいて、出側のレンズアレイ４８を出た光を前記光学系５０に再入射させるためのミラー８０と、前記光学系５０を２回通った光を受光素子アレイ３４の方向に取り出すためのハーフミラー８２とを備えることにより、像を光学的に再反転させたものである。
【００５２】
又、図２６に示す変形例のように、光学系５０を、レンズアレイ４６と４８を構成する個々のレンズの焦点位置にアパーチャ４４を配設した両側テレセントリック光学系５１にすることもできる。
【００５３】
なお、第３〜第１０実施形態は、アブソリュート型だけでなく、インクリメンタル型にも適用できる。
【００５４】
本発明は、インデックス格子と受光素子が別体とされたもの、両者が一体とされた受光素子アレイを有するもの、どちらにも適用できる。更に、透過型のエンコーダだけでなく、反射型のエンコーダにも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】テレセントリック光学系を用いた光電式エンコーダの要部構成を示す斜視図
【図２】同じく平面図
【図３】従来の問題点を示す光路図
【図４】同じく斜視図
【図５】同じく平面図
【図６】本発明の第１実施形態の要部構成を示す光路図
【図７】本発明の原理を示す図
【図８】第１実施形態の変形例を示す図
【図９】本発明の第２実施形態の要部構成を示す光路図
【図１０】同じく斜視図
【図１１】第２実施形態の変形例を示す図
【図１２】同じく斜視図
【図１３】本発明の第３実施形態の要部構成を示す光路図
【図１４】第３実施形態の変形例を示す図
【図１５】本発明の第４実施形態の要部構成を示す光路図
【図１６】第４実施形態の変形例を示す図
【図１７】本発明の第５実施形態の要部構成を示す光路図
【図１８】第５実施形態の変形例を示す図
【図１９】本発明の第６実施形態の要部構成を示す光路図
【図２０】第６実施形態の変形例を示す図
【図２１】本発明の第７実施形態の要部構成を示す光路図
【図２２】本発明の第８実施形態の要部構成を示す光路図
【図２３】本発明の第９実施形態の要部構成を示す光路図
【図２４】第９実施形態の変形例を示す図
【図２５】本発明の第１０実施形態の要部構成を示す光路図
【図２６】第１０実施形態の変形例を示す図
【符号の説明】
【００５６】
１０…光源
２０…メインスケール
３０…受光部
３１…受光面
３４…受光素子アレイ
４０…テレセントリック光学系
４４、５４…アパーチャ
４６、４８、５２、５６…レンズアレイ
５０、６０…光学系
５１、６１…両側テレセントリック光学系
７０…小ミラー
８０…ミラー
８２…ハーフミラー

【特許請求の範囲】
【請求項１】
メインスケールと受光素子の間に第１のレンズアレイが挿入された光学系を持つインクリメンタル型の光電式エンコーダにおいて、
各レンズの配設ピッチを、メインスケールの周期の自然数倍と一致させたことを特徴とする光電式エンコーダ。
【請求項２】
メインスケールと受光素子の間に第１のレンズアレイが挿入された光学系を持つ光電式エンコーダにおいて、
各レンズの配設ピッチが前記第１のレンズアレイと同じ第２のレンズアレイと、
該第２のレンズアレイを出た光を光学的に再反転させるための第３のレンズアレイと、
を設けたことを特徴とする光電式エンコーダ。
【請求項３】
前記第３のレンズアレイの出側に第４のレンズアレイが設けられていることを特徴とする請求項２に記載の光電式エンコーダ。
【請求項４】
前記第１のレンズアレイ及び第２のレンズアレイで構成される光学系と、前記第３のレンズアレイ及び第４のレンズアレイで構成される光学系が同じ構成であることを特徴とする請求項３に記載の光電式エンコーダ。
【請求項５】
前記第３のレンズアレイの各レンズ焦点距離が、前記第１、第２のレンズアレイの各レンズの焦点距離より小であることを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載の光電式エンコーダ。
【請求項６】
メインスケールと受光素子の間に第１のレンズアレイが挿入された光学系を持つ光電式エンコーダにおいて、
前記受光素子アレイの出力の接続を入換えて、前記第１のレンズアレイにより分割・反転された像を電気的に再反転させたことを特徴とする光電式エンコーダ。
【請求項７】
メインスケールと受光素子の間に第１のレンズアレイが挿入された光学系を持つ光電式エンコーダにおいて、
レンズの配設ピッチが前記第１のレンズアレイと同じ第２のレンズアレイと、
配設ピッチが前記レンズアレイの各レンズと同じ複数の小ミラーとを備え、
前記第１のレンズアレイにより分割・反転された像を該小ミラーにより光学的に再反転させたことを特徴とする光電式エンコーダ。
【請求項８】
メインスケールと受光素子の間に第１のレンズアレイが挿入された光学系を持つ光電式エンコーダにおいて、
レンズの配設ピッチが前記第１のレンズアレイと同じ第２のレンズアレイと、
該第２のレンズアレイを出た光を前記第２のレンズアレイに再入射させるためのミラーと、
前記第２のレンズアレイを２回通った光を受光素子方向に取り出すためのハーフミラーとを備え、
前記第１のレンズアレイにより分割・反転された像を前記ミラーにより光学的に再反転させたことを特徴とする光電式エンコーダ。
【請求項９】
前記レンズアレイを構成するレンズのうちの、少なくとも一つのレンズの焦点位置に、アパーチャを更に備えたことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の光電式エンコーダ。
【請求項１０】
前記レンズアレイが二次元レンズアレイであることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の光電式エンコーダ。

【図１】