光学式エンコーダ
【課題】受光素子に十分な光量を確保させることができ、小型化することができる光学式エンコーダの提供。
【解決手段】光学式エンコーダ１は、目盛り２１を有するスケール２と、スケール２に光を出射する光源３１、光源３１から出射される光をスケール２に伝達するスケール側レンズ３２、及びスケール側レンズ３２を介してスケール２にて反射される光を受光する受光素子３３を有するヘッド３とを備える。光源３１は、スケール側レンズ３２、及び受光素子３３の間に配設されるとともに、光源３１と、スケール側レンズ３２との間の距離は、スケール側レンズ３２の焦点距離ｆｓとされている。光源３１の光軸Ｌｓｒｃは、目盛り２１の読取方向では、スケール側レンズ３２の光軸Ｌｓと一致し、目盛り２１の直交方向では、スケール側レンズ３２の光軸Ｌｓから所定距離Ｄだけ離間している。
【解決手段】光学式エンコーダ１は、目盛り２１を有するスケール２と、スケール２に光を出射する光源３１、光源３１から出射される光をスケール２に伝達するスケール側レンズ３２、及びスケール側レンズ３２を介してスケール２にて反射される光を受光する受光素子３３を有するヘッド３とを備える。光源３１は、スケール側レンズ３２、及び受光素子３３の間に配設されるとともに、光源３１と、スケール側レンズ３２との間の距離は、スケール側レンズ３２の焦点距離ｆｓとされている。光源３１の光軸Ｌｓｒｃは、目盛り２１の読取方向では、スケール側レンズ３２の光軸Ｌｓと一致し、目盛り２１の直交方向では、スケール側レンズ３２の光軸Ｌｓから所定距離Ｄだけ離間している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学式エンコーダに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、格子状の目盛りを有するスケールと、このスケールに光を出射する光源、及びスケールにて反射される光を受光する受光素子を有するヘッドとを備え、受光素子にて受光される光に基づいて、スケールに対するヘッドの位置を測定する光学式エンコーダが知られている（例えば、特許文献１，２参照）。
特許文献１に記載の光学式エンコーダは、目盛り板（スケール）と、発光ダイオード（光源）、対物レンズ、及び受光部（受光素子）を有する反射型光学読取器（ヘッド）とを備えている。また、反射型光学読取器は、発光ダイオードと、対物レンズとの間に配設されるハーフミラーを備え、発光ダイオードから出射され、対物レンズを介して目盛り板に向かう光の光路と、目盛り板にて反射され、対物レンズを介して受光部に向かう光の光路とを分離している。
【０００３】
しかしながら、特許文献１に記載の光学式エンコーダでは、受光部は、ハーフミラーを介した光を受光することになるので、十分な光量を確保することができないという問題がある。また、十分な光量を確保するために、発光ダイオードから出射される光の光量を大きくすると、発光ダイオードの消費電力が大きくなり、ひいては発光ダイオードの寿命が短くなるという問題がある。
これに対して、特許文献２に記載の光電式エンコーダ（光学式エンコーダ）は、スケールと、光源、レンズ、及び受光素子とを備えている。また、光電式エンコーダは、スケール、レンズ、及び受光素子をシャインプルーフの関係となるように配設することによって、光源から出射され、スケールに向かう光の光路と、スケールにて反射され、レンズを介して受光素子に向かう光の光路とを分離するとともに、受光素子に十分な光量を確保させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−３０７４４０号公報
【特許文献２】特開２００６−２８４５６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献２に記載の光電式エンコーダでは、スケール、及び受光素子を平行に配設することができないので、光電式エンコーダが大型化するという問題がある。
また、特許文献２の第５実施形態に記載の光電式エンコーダでは、スケール、及び受光素子の間に４つのレンズを配設することによって、スケール、及び受光素子を平行に配設している。しかしながら、この光電式エンコーダでは、スケール、及び受光素子の間に４つのレンズを配設するので、光電式エンコーダが大型化するという問題がある。
【０００６】
本発明の目的は、受光素子に十分な光量を確保させることができ、小型化することができる光学式エンコーダを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の光学式エンコーダは、格子状の目盛りを有するスケールと、前記スケールに光を出射する光源、及び前記スケールと平行に配設され、前記スケールにて反射される光を受光する受光素子を有するヘッドとを備え、前記受光素子にて受光される光に基づいて、前記スケールに対する前記ヘッドの位置を測定する光学式エンコーダであって、前記ヘッドは、前記光源から出射される光を前記スケールに伝達するとともに、前記スケールにて反射される光を前記受光素子に伝達するスケール側レンズを備え、前記光源は、前記スケール側レンズ、及び前記受光素子の間に配設されるとともに、前記光源と、前記スケール側レンズとの間の距離は、前記スケール側レンズの焦点距離とされ、前記光源の光軸は、前記目盛りの読取方向では、前記スケール側レンズの光軸と一致し、前記目盛りの読取方向と直交する直交方向では、前記スケール側レンズの光軸から所定距離だけ離間していることを特徴とする。
【０００８】
このような構成によれば、光源の光軸は、目盛りの読取方向と直交する直交方向（以下、目盛りの直交方向とする）では、スケール側レンズの光軸から所定距離だけ離間しているので、光源から出射される光のうち、目盛りの直交方向における光源側の光は、目盛りの直交方向における光源側のスケール側レンズを介してスケールに伝達される。そして、この光は、スケールにて反射され、目盛りの直交方向における光源とは反対側のスケール側レンズを介して受光素子に受光される。したがって、本発明によれば、光源から出射され、スケールに向かう光の光路と、スケールにて反射され、スケール側レンズを介して受光素子に向かう光の光路とをハーフミラーを用いることなく分離することができるので、受光素子に十分な光量を確保させることができる。
【０００９】
また、スケール、及び受光素子は、平行に配設され、スケール、及び受光素子の間には、１つのスケール側レンズを配設している。そして、光源は、スケール側レンズ、及び受光素子の間に配設されるので、光学式エンコーダを小型化することができる。
さらに、光源と、スケール側レンズとの間の距離は、スケール側レンズの焦点距離とされているので、光学式エンコーダは、目盛りの読取方向では、物体（スケール）側テレセントリック光学系を構成することができ、焦点深度を大きくすることができる。したがって、スケール、及びヘッドの間隔の許容量を大きくすることができる。
【００１０】
本発明では、前記所定距離は、前記目盛りの読取方向と直交する直交方向における前記光源の幅の１／２以上であることが好ましい。
【００１１】
ここで、目盛りの直交方向における光源の光軸と、スケール側レンズの光軸との間の所定距離を、目盛りの直交方向における光源の幅の１／２未満とすると、目盛りの直交方向では、光源の一部は、スケール側レンズの光軸からはみ出すことになり、受光素子にて受光されなくなるので、光源から出射される光の利用効率は低下する。
これに対して、本発明によれば、目盛りの直交方向における光源の光軸と、スケール側レンズの光軸との間の所定距離は、目盛りの直交方向における光源の幅（開口数）の１／２以上であるので、光源から出射される光の利用効率を向上させることができる。
【００１２】
本発明では、前記ヘッドは、前記スケールにて反射され、前記スケール側レンズを介した光を通過させるアパーチャを備え、前記アパーチャと、前記スケール側レンズとの間の距離は、前記スケール側レンズの焦点距離とされ、前記目盛りの読取方向と直交する平面内では、前記アパーチャの光軸と、前記光源の光軸とは、前記スケール側レンズの光軸を中心とした線対称の関係であることが好ましい。
【００１３】
ここで、光源の幅や位置を設計することのみで本発明の光学式エンコーダを構成すると、光源の位置ずれの影響によって、光学式エンコーダの光学系の性能が変化してしまう場合があるという問題がある。
本発明によれば、光学式エンコーダは、スケールにて反射され、スケール側レンズを介した光を通過させるアパーチャを備えるので、アパーチャの幅や位置を設計することで光源の幅や位置を設計する場合と同様の光学系を構成することができる。また、アパーチャの設計や位置決めは、光源の設計や位置決めと比較して容易であるので、光学式エンコーダの光学系の性能が変化してしまうことを抑制することができる。
【００１４】
本発明では、前記ヘッドは、前記アパーチャと、前記受光素子との間に配設される受光素子側レンズを備え、前記アパーチャと、前記受光素子側レンズとの間の距離は、前記受光素子側レンズの焦点距離とされ、前記受光素子側レンズの光軸は、前記スケール側レンズの光軸と一致していることが好ましい。
このような構成によれば、光学式エンコーダは、目盛りの読取方向では、両側テレセントリック光学系を構成することができ、焦点深度を大きくすることができる。したがって、受光素子、及び受光素子側レンズの間隔の許容量も大きくすることができる。
【００１５】
本発明では、前記ヘッドは、前記アパーチャと、前記受光素子との間に配設される受光素子側レンズを備え、前記アパーチャと、前記受光素子側レンズとの間の距離は、前記受光素子側レンズの焦点距離とされ、前記受光素子側レンズの光軸は、前記目盛りの読取方向では、前記スケール側レンズの光軸と一致し、前記目盛りの読取方向と直交する直交方向では、前記スケール側レンズの光軸から前記所定距離の２倍の距離だけ離間していることが好ましい。
【００１６】
このような構成によれば、光学式エンコーダは、目盛りの読取方向では、両側テレセントリック光学系を構成することができる。したがって、受光素子、及び受光素子側レンズの間隔の許容量も大きくすることができる。
また、目盛りの直交方向では、スケール側レンズ、及び受光素子側レンズの光軸は、アパーチャの光軸から両側に所定距離だけ離間することになるので、アパーチャを通過する光は、スケール側レンズ、及び受光素子側レンズの同一の形状を有する位置を透過する。したがって、光学式エンコーダは、レンズ収差による影響を低減することができ、適切な測定をすることができる。
【００１７】
本発明では、前記ヘッドは、２つの前記光源と、２つの前記スケール側レンズと、２つの前記アパーチャとを備え、前記目盛りの読取方向と直交する平面内では、前記各光源、前記各スケール側レンズ、及び前記各アパーチャの光軸は、それぞれ受光素子側レンズの光軸を中心とした線対称の関係であることが好ましい。
【００１８】
このような構成によれば、２つの目盛りにて反射される光を１つの受光素子で受光することができる。したがって、例えば、スケール、及びヘッドの移動量を検出するための目盛りと、スケール、及びヘッドの原点を検出するための目盛りとの２つの目盛りを１つの受光素子で受光するように光学式エンコーダを構成することができ、２つの受光素子で受光するように光学式エンコーダを構成する場合と比較して部品点数を削減することができる。
【００１９】
本発明では、前記光源は、光を出射する発光体と、前記発光体から出射される光の光路後段に配設され、前記発光体から出射される光を拡散させる拡散板とを備えることが好ましい。
このような構成によれば、光源の幅は、拡散板の幅に置き換えることができるので、光学式エンコーダの設計を容易にすることができる。
【００２０】
本発明では、前記光源は、光を出射する発光体と、前記発光体から出射される光の光路後段に配設される発光体用レンズとを備え、前記スケール側レンズと、前記発光体用レンズとでケーラー照明を構成することが好ましい。
このような構成によれば、光源から出射され、スケール側レンズを介してスケールに向かう光のむらを低減することができ、適切な測定をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る光学式エンコーダを示す模式図。
【図２】前記実施形態における光学式エンコーダを目盛りの直交方向に沿って見た模式図。
【図３】本発明の第２実施形態に係る光学式エンコーダを目盛りの読取方向に沿って見た模式図。
【図４】前記実施形態における光学式エンコーダを目盛りの直交方向に沿って見た模式図。
【図５】本発明の第３実施形態に係る光学式エンコーダを目盛りの読取方向に沿って見た模式図。
【図６】前記実施形態における光学式エンコーダを目盛りの直交方向に沿って見た模式図。
【図７】本発明の第４実施形態に係る光学式エンコーダを目盛りの読取方向に沿って見た模式図。
【図８】本発明の第５実施形態に係る光学式エンコーダを目盛りの読取方向に沿って見た模式図。
【図９】本発明の第６実施形態に係る光学式エンコーダの光源を示す模式図。
【図１０】本発明の第７実施形態に係る光学式エンコーダの光源を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る光学式エンコーダ１を示す模式図である。なお、図１では、紙面垂直方向の軸をＸ軸とし、左右方向の軸をＹ軸とし、上下方向の軸をＺ軸としている。
光学式エンコーダ１は、図１に示すように、Ｘ軸方向に沿って読み取り可能な格子状の目盛り２１を有するスケール２と、スケール２に光を出射する光源３１、光源３１から出射される光をスケール２に伝達するスケール側レンズ３２、及びスケール２と平行に配設され、スケール側レンズ３２を介してスケール２にて反射される光を受光する受光素子３３を有するヘッド３とを備え、受光素子３３にて受光される光に基づいて、スケール２に対するヘッド３の位置を測定するものである。すなわち、スケール側レンズ３２は、スケール２にて反射される光を受光素子３３に伝達している。
スケール２は、Ｘ軸方向を長手方向とし、Ｙ軸方向を短手方向とする矩形板状に形成されている。なお、図１は、光学式エンコーダ１を目盛り２１の読取方向に沿って見た図である。
【００２３】
図２は、光学式エンコーダ１を目盛り２１の直交方向に沿って見た模式図である。なお、目盛り２１の直交方向は、目盛り２１の読取方向と直交する方向（Ｙ軸方向）である。
光源３１は、図１，２に示すように、スケール側レンズ３２、及び受光素子３３の間に配設されるとともに、光源３１と、スケール側レンズ３２との間の距離は、スケール側レンズ３２の焦点距離ｆｓとされている。
光源３１の光軸Ｌｓｒｃは、目盛り２１の読取方向では、スケール側レンズ３２の光軸Ｌｓと一致し（図２参照）、目盛り２１の直交方向では、スケール側レンズ３２の光軸Ｌｓから所定距離Ｄだけ離間している（図１参照）。ここで、所定距離Ｄは、目盛り２１の直交方向における光源３１の幅Ｗｓｒｃｙ（開口数）の１／２以上に設定されている。
【００２４】
光源３１の光軸Ｌｓｒｃは、目盛り２１の直交方向では、スケール側レンズ３２の光軸Ｌｓから所定距離Ｄだけ離間しているので、光源３１から出射される光のうち、目盛り２１の直交方向における光源３１側の光は、図１に示すように、目盛り２１の直交方向における光源３１側のスケール側レンズ３２を介してスケール２に伝達される。そして、この光は、スケール２にて反射され、目盛り２１の直交方向における光源３１とは反対側のスケール側レンズ３２を介して受光素子３３に受光される。
なお、図１，２では、受光素子３３に受光される光の光路を実線で示し、他の光の光路を省略している。以下の図面においても同様である。
【００２５】
また、光源３１と、スケール側レンズ３２との間の距離は、スケール側レンズ３２の焦点距離ｆｓとされているので、光学式エンコーダ１は、目盛り２１の読取方向では、図２に示すように、物体（スケール２）側テレセントリック光学系を構成することができ、焦点深度を大きくすることができる。
具体的に、目盛り２１の読取方向における光源３１の幅をＷｓｒｃｘとし、スケール２の目盛り２１からスケール側レンズ３２までの距離をＤｓとし（図示略）、スケール側レンズ３２から受光素子３３までの距離をＤｐとすると（図示略）、スケール側レンズ３２の開口数ＮＡは、以下の式（１）で表すことができる。
【００２６】
【数１】
【００２７】
また、光源３１から出射される光の波長をλとすると、光学式エンコーダ１の焦点深度ＤＯＦは、以下の式（２）で表すことができる。
【００２８】
【数２】
【００２９】
したがって、光源３１の幅Ｗｓｒｃｘを小さくするに従って焦点深度ＤＯＦを大きくすることができる。
【００３０】
このような本実施形態によれば以下の効果がある。
（１）光学式エンコーダ１は、光源３１から出射され、スケール２に向かう光の光路と、スケール２にて反射され、スケール側レンズ３２を介して受光素子３３に向かう光の光路とをハーフミラーを用いることなく分離することができるので、受光素子３３に十分な光量を確保させることができる。
（２）スケール２、及び受光素子３３は、平行に配設され、スケール２、及び受光素子３３の間には、１つのスケール側レンズ３２を配設している。そして、光源３１は、スケール側レンズ３２、及び受光素子３３の間に配設されるので、光学式エンコーダ１を小型化することができる。
【００３１】
（３）光学式エンコーダ１は、目盛り２１の読取方向では、物体（スケール２）側テレセントリック光学系を構成することができ、焦点深度を大きくすることができる。したがって、スケール２、及びヘッド３の間隔の許容量を大きくすることができる。
（４）目盛り２１の直交方向における光源３１の光軸Ｌｓｒｃと、スケール側レンズ３２の光軸Ｌｓとの間の所定距離Ｄは、目盛り２１の直交方向における光源３１の幅Ｗｓｒｃｙの１／２以上であるので、光源３１から出射される光の利用効率を向上させることができる。
【００３２】
〔第２実施形態〕
以下、本発明の第２実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明では、既に説明した部分については、同一符号を付してその説明を省略する。
図３は、本発明の第２実施形態に係る光学式エンコーダ１Ａを目盛り２１の読取方向に沿って見た模式図である。図４は、光学式エンコーダ１Ａを目盛り２１の直交方向に沿って見た模式図である。
前記第１実施形態では、光学式エンコーダ１は、光源３１、スケール側レンズ３２、及び受光素子３３を有するヘッド３を備えていた。これに対して、本実施形態では、光学式エンコーダ１Ａは、図３，４に示すように、光源３１、スケール側レンズ３２、及び受光素子３３の他、アパーチャ３４を有するヘッド３Ａを備えている点で異なる。
【００３３】
アパーチャ３４は、スケール２にて反射され、スケール側レンズ３２を介した光を通過させるものであり、アパーチャ３４と、スケール側レンズ３２との間の距離は、スケール側レンズ３２の焦点距離ｆｓとされている。
また、目盛り２１の読取方向と直交する平面（紙面）内では、アパーチャ３４の光軸Ｌａと、光源３１の光軸Ｌｓｒｃとは、スケール側レンズ３２の光軸Ｌｓを中心とした線対称の関係である。すなわち、アパーチャ３４の光軸Ｌａは、目盛り２１の読取方向では、スケール側レンズ３２の光軸Ｌｓと一致し（図４参照）、目盛り２１の直交方向では、スケール側レンズ３２の光軸Ｌｓから所定距離Ｄだけ離間している（図３参照）。
【００３４】
ここで、目盛り２１の直交方向におけるアパーチャ３４の幅Ｗａｙは（図３参照）、目盛り２１の直交方向における光源３１の位置決め誤差をδだけ許容するように、以下の式（３）に示すように設定する。
【００３５】
【数３】
【００３６】
このような設定によれば、目盛り２１の直交方向における光源３１の位置決めに誤差を生じた場合であってもδ以下の誤差であれば光源３１から出射される光をアパーチャ３４にて制限することができる。したがって、光源３１の位置ずれの影響によって、光学式エンコーダ１Ａの光学系の性能が変化してしまうことを抑制することができる。
【００３７】
また、アパーチャ３４と、スケール側レンズ３２との間の距離は、スケール側レンズ３２の焦点距離ｆｓとされているので、光学式エンコーダ１Ａは、目盛り２１の読取方向では、図４に示すように、物体（スケール２）側テレセントリック光学系を構成することができ、焦点深度を大きくすることができる。
具体的に、目盛り２１の読取方向におけるアパーチャ３４の幅をＷａｘとし、スケール２の目盛り２１からスケール側レンズ３２までの距離をＤｓとし（図示略）、スケール側レンズ３２から受光素子３３までの距離をＤｐとすると（図示略）、スケール側レンズ３２の開口数ＮＡは、以下の式（４）で表すことができる。
【００３８】
【数４】
【００３９】
また、光源３１から出射される光の波長をλとすると、光学式エンコーダ１Ａの焦点深度ＤＯＦは、以下の式（５）で表すことができる。
【００４０】
【数５】
【００４１】
したがって、アパーチャ３４の幅Ｗａｘを小さくするに従って焦点深度ＤＯＦを大きくすることができる。
【００４２】
このような本実施形態においても、前記第１実施形態と同様の作用、効果を奏することができる他、以下の作用、効果を奏することができる。
（５）光学式エンコーダ１Ａは、スケール２にて反射され、スケール側レンズ３２を介した光を通過させるアパーチャ３４を備えるので、アパーチャ３４の幅や位置を設計することで光源３１の幅や位置を設計する場合と同様の光学系を構成することができる。
（６）アパーチャ３４の設計や位置決めは、光源３１の設計や位置決めと比較して容易であるので、光学式エンコーダ１Ａの光学系の性能が変化してしまうことを抑制することができる。
【００４３】
〔第３実施形態〕
図５は、本発明の第３実施形態に係る光学式エンコーダ１Ｂを目盛り２１の読取方向に沿って見た模式図である。図６は、光学式エンコーダ１Ｂを目盛り２１の直交方向に沿って見た模式図である。
前記第２実施形態では、光学式エンコーダ１Ａは、光源３１、スケール側レンズ３２、受光素子３３、及びアパーチャ３４を有するヘッド３Ａを備えていた。これに対して、本実施形態では、光学式エンコーダ１Ｂは、図５，６に示すように、光源３１、スケール側レンズ３２、受光素子３３、及びアパーチャ３４の他、受光素子側レンズ３５を有するヘッド３Ｂを備えている点で異なる。
【００４４】
受光素子側レンズ３５は、アパーチャ３４と、受光素子３３との間に配設され、アパーチャ３４と、受光素子側レンズ３５との間の距離は、受光素子側レンズ３５の焦点距離ｆｐとされている。
また、受光素子側レンズ３５の光軸Ｌｐは、スケール側レンズ３２の光軸Ｌｓと一致している。
【００４５】
このような本実施形態においても、前記第２実施形態と同様の作用、効果を奏することができる他、以下の作用、効果を奏することができる。
（７）光学式エンコーダ１Ｂは、目盛り２１の読取方向では、両側テレセントリック光学系を構成することができ、焦点深度を大きくすることができる。したがって、受光素子３３、及び受光素子側レンズ３５の間隔の許容量も大きくすることができる。
【００４６】
〔第４実施形態〕
図７は、本発明の第４実施形態に係る光学式エンコーダ１Ｃを目盛り２１の読取方向に沿って見た模式図である。
前記第３実施形態では、光学式エンコーダ１Ｂは、ヘッド３Ｂを備え、ヘッド３Ｂの受光素子側レンズ３５の光軸Ｌｐは、スケール側レンズ３２の光軸Ｌｓと一致していた。これに対して、本実施形態では、光学式エンコーダ１Ｃは、図７に示すように、ヘッド３Ｃを備え、ヘッド３Ｃの受光素子側レンズ３５の光軸Ｌｐは、目盛り２１の読取方向では、スケール側レンズ３２の光軸Ｌｓと一致し、目盛り２１の直交方向では、スケール側レンズ３２の光軸Ｌｓから所定距離Ｄの２倍の距離だけ離間している点で異なる。
【００４７】
このような本実施形態においても、前記第３実施形態と同様の作用、効果を奏することができる他、以下の作用、効果を奏することができる。
（８）目盛り２１の直交方向では、スケール側レンズ３２、及び受光素子側レンズ３５の光軸Ｌｓ，Ｌｐは、アパーチャ３４の光軸Ｌａから両側に所定距離Ｄだけ離間することになるので、アパーチャ３４を通過する光は、スケール側レンズ３２、及び受光素子側レンズ３５の同一の形状を有する位置を透過する。したがって、光学式エンコーダ１Ｃは、レンズ収差による影響を低減することができ、適切な測定をすることができる。
【００４８】
〔第５実施形態〕
図８は、本発明の第５実施形態に係る光学式エンコーダ１Ｄを目盛り２１の読取方向に沿って見た模式図である。
前記第４実施形態では、光学式エンコーダ１Ｃは、ヘッド３Ｃを備え、ヘッド３Ｃは、光源３１、スケール側レンズ３２、及びアパーチャ３４を各１つ有していた。これに対して、本実施形態では、光学式エンコーダ１Ｄは、図８に示すように、ヘッド３Ｄを備え、ヘッド３Ｄは、光源３１、スケール側レンズ３２、及びアパーチャ３４を各２つ有している点で異なる。なお、２つのアパーチャ３４は、１つの部材に形成されている。
【００４９】
また、前記第４実施形態では、光学式エンコーダ１Ｃは、格子状の目盛り２１を有するスケール２を備えていた。これに対して、本実施形態では、格子状の２つの目盛り２１を有するスケール２Ｄを備えている点で異なる。
さらに、本実施形態では、目盛り２１の読取方向と直交する平面（紙面）内では、各光源３１、各スケール側レンズ３２、及び各アパーチャ３４の光軸Ｌｓｒｃ，Ｌｓ，Ｌａは、受光素子側レンズ３５の光軸Ｌｐを中心とした線対称の関係である。
【００５０】
このような本実施形態においても、前記第４実施形態と同様の作用、効果を奏することができる他、以下の作用、効果を奏することができる。
（９）光学式エンコーダ１Ｄは、２つの目盛り２１にて反射される光を１つの受光素子３３で受光することができるので、２つの受光素子で受光するように光学式エンコーダを構成する場合と比較して部品点数を削減することができる。
【００５１】
〔第６実施形態〕
図９は、本発明の第６実施形態に係る光学式エンコーダ１Ｅの光源３１Ｅを示す模式図である。
前記各実施形態では、光学式エンコーダ１〜１Ｄは、光源３１を備えていた。これに対して、本実施形態では、光学式エンコーダ１Ｅは、図９に示すように、光源３１Ｅを備え、光源３１Ｅは、光を出射する発光体３１１と、発光体３１１から出射される光の光路後段に配設され、発光体３１１から出射される光を拡散させる拡散板３１２とを備えている点で異なる。
なお、図示は省略するが、拡散板３１２におけるスケール側レンズ３２側（図９中下方側）の面と、スケール側レンズ３２との間の距離は、スケール側レンズ３２の焦点距離ｆｓとされている。
【００５２】
このような本実施形態においても、前記５実施形態と同様の作用、効果を奏することができる他、以下の作用、効果を奏することができる。
（１０）光源３１Ｅの幅は、拡散板３１２の幅に置き換えることができるので、光学式エンコーダ１Ｅの設計を容易にすることができる。
【００５３】
〔第７実施形態〕
図１０は、本発明の第７実施形態に係る光学式エンコーダ１Ｆの光源３１Ｆを示す模式図である。
前記第１実施形態から前記第５実施形態では、光学式エンコーダ１〜１Ｄは、光源３１を備えていた。これに対して、本実施形態では、光学式エンコーダ１Ｆは、図１０に示すように、光源３１Ｆを備え、光源３１Ｆは、光を出射する発光体３１１と、発光体３１１から出射される光の光路後段に配設される発光体用レンズ３１３とを備え、スケール側レンズ３２と、発光体用レンズ３１３とでケーラー照明を構成する点で異なる。
【００５４】
このような本実施形態においても、前記第５実施形態と同様の作用、効果を奏することができる他、以下の作用、効果を奏することができる。
（１１）光源３１Ｆから出射され、スケール側レンズ３２を介してスケール２に向かう光のむらを低減することができ、適切な測定をすることができる。
【００５５】
〔実施形態の変形〕
なお、本発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記各実施形態では、所定距離Ｄは、目盛り２１の直交方向における光源３１，３１Ｅ，３１Ｆの幅Ｗｓｒｃｙの１／２以上としていたが、これ以下であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明は、光学式エンコーダに好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００５７】
１〜１Ｆ…光学式エンコーダ
２，２Ｄ…スケール
３〜３Ｄ…ヘッド
３１，３１Ｅ，３１Ｆ…光源
３２…スケール側レンズ
３３…受光素子
３４…アパーチャ
３５…受光素子側レンズ
３１１…発光体
３１２…拡散板
３１３…発光体用レンズ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学式エンコーダに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、格子状の目盛りを有するスケールと、このスケールに光を出射する光源、及びスケールにて反射される光を受光する受光素子を有するヘッドとを備え、受光素子にて受光される光に基づいて、スケールに対するヘッドの位置を測定する光学式エンコーダが知られている（例えば、特許文献１，２参照）。
特許文献１に記載の光学式エンコーダは、目盛り板（スケール）と、発光ダイオード（光源）、対物レンズ、及び受光部（受光素子）を有する反射型光学読取器（ヘッド）とを備えている。また、反射型光学読取器は、発光ダイオードと、対物レンズとの間に配設されるハーフミラーを備え、発光ダイオードから出射され、対物レンズを介して目盛り板に向かう光の光路と、目盛り板にて反射され、対物レンズを介して受光部に向かう光の光路とを分離している。
【０００３】
しかしながら、特許文献１に記載の光学式エンコーダでは、受光部は、ハーフミラーを介した光を受光することになるので、十分な光量を確保することができないという問題がある。また、十分な光量を確保するために、発光ダイオードから出射される光の光量を大きくすると、発光ダイオードの消費電力が大きくなり、ひいては発光ダイオードの寿命が短くなるという問題がある。
これに対して、特許文献２に記載の光電式エンコーダ（光学式エンコーダ）は、スケールと、光源、レンズ、及び受光素子とを備えている。また、光電式エンコーダは、スケール、レンズ、及び受光素子をシャインプルーフの関係となるように配設することによって、光源から出射され、スケールに向かう光の光路と、スケールにて反射され、レンズを介して受光素子に向かう光の光路とを分離するとともに、受光素子に十分な光量を確保させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−３０７４４０号公報
【特許文献２】特開２００６−２８４５６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献２に記載の光電式エンコーダでは、スケール、及び受光素子を平行に配設することができないので、光電式エンコーダが大型化するという問題がある。
また、特許文献２の第５実施形態に記載の光電式エンコーダでは、スケール、及び受光素子の間に４つのレンズを配設することによって、スケール、及び受光素子を平行に配設している。しかしながら、この光電式エンコーダでは、スケール、及び受光素子の間に４つのレンズを配設するので、光電式エンコーダが大型化するという問題がある。
【０００６】
本発明の目的は、受光素子に十分な光量を確保させることができ、小型化することができる光学式エンコーダを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の光学式エンコーダは、格子状の目盛りを有するスケールと、前記スケールに光を出射する光源、及び前記スケールと平行に配設され、前記スケールにて反射される光を受光する受光素子を有するヘッドとを備え、前記受光素子にて受光される光に基づいて、前記スケールに対する前記ヘッドの位置を測定する光学式エンコーダであって、前記ヘッドは、前記光源から出射される光を前記スケールに伝達するとともに、前記スケールにて反射される光を前記受光素子に伝達するスケール側レンズを備え、前記光源は、前記スケール側レンズ、及び前記受光素子の間に配設されるとともに、前記光源と、前記スケール側レンズとの間の距離は、前記スケール側レンズの焦点距離とされ、前記光源の光軸は、前記目盛りの読取方向では、前記スケール側レンズの光軸と一致し、前記目盛りの読取方向と直交する直交方向では、前記スケール側レンズの光軸から所定距離だけ離間していることを特徴とする。
【０００８】
このような構成によれば、光源の光軸は、目盛りの読取方向と直交する直交方向（以下、目盛りの直交方向とする）では、スケール側レンズの光軸から所定距離だけ離間しているので、光源から出射される光のうち、目盛りの直交方向における光源側の光は、目盛りの直交方向における光源側のスケール側レンズを介してスケールに伝達される。そして、この光は、スケールにて反射され、目盛りの直交方向における光源とは反対側のスケール側レンズを介して受光素子に受光される。したがって、本発明によれば、光源から出射され、スケールに向かう光の光路と、スケールにて反射され、スケール側レンズを介して受光素子に向かう光の光路とをハーフミラーを用いることなく分離することができるので、受光素子に十分な光量を確保させることができる。
【０００９】
また、スケール、及び受光素子は、平行に配設され、スケール、及び受光素子の間には、１つのスケール側レンズを配設している。そして、光源は、スケール側レンズ、及び受光素子の間に配設されるので、光学式エンコーダを小型化することができる。
さらに、光源と、スケール側レンズとの間の距離は、スケール側レンズの焦点距離とされているので、光学式エンコーダは、目盛りの読取方向では、物体（スケール）側テレセントリック光学系を構成することができ、焦点深度を大きくすることができる。したがって、スケール、及びヘッドの間隔の許容量を大きくすることができる。
【００１０】
本発明では、前記所定距離は、前記目盛りの読取方向と直交する直交方向における前記光源の幅の１／２以上であることが好ましい。
【００１１】
ここで、目盛りの直交方向における光源の光軸と、スケール側レンズの光軸との間の所定距離を、目盛りの直交方向における光源の幅の１／２未満とすると、目盛りの直交方向では、光源の一部は、スケール側レンズの光軸からはみ出すことになり、受光素子にて受光されなくなるので、光源から出射される光の利用効率は低下する。
これに対して、本発明によれば、目盛りの直交方向における光源の光軸と、スケール側レンズの光軸との間の所定距離は、目盛りの直交方向における光源の幅（開口数）の１／２以上であるので、光源から出射される光の利用効率を向上させることができる。
【００１２】
本発明では、前記ヘッドは、前記スケールにて反射され、前記スケール側レンズを介した光を通過させるアパーチャを備え、前記アパーチャと、前記スケール側レンズとの間の距離は、前記スケール側レンズの焦点距離とされ、前記目盛りの読取方向と直交する平面内では、前記アパーチャの光軸と、前記光源の光軸とは、前記スケール側レンズの光軸を中心とした線対称の関係であることが好ましい。
【００１３】
ここで、光源の幅や位置を設計することのみで本発明の光学式エンコーダを構成すると、光源の位置ずれの影響によって、光学式エンコーダの光学系の性能が変化してしまう場合があるという問題がある。
本発明によれば、光学式エンコーダは、スケールにて反射され、スケール側レンズを介した光を通過させるアパーチャを備えるので、アパーチャの幅や位置を設計することで光源の幅や位置を設計する場合と同様の光学系を構成することができる。また、アパーチャの設計や位置決めは、光源の設計や位置決めと比較して容易であるので、光学式エンコーダの光学系の性能が変化してしまうことを抑制することができる。
【００１４】
本発明では、前記ヘッドは、前記アパーチャと、前記受光素子との間に配設される受光素子側レンズを備え、前記アパーチャと、前記受光素子側レンズとの間の距離は、前記受光素子側レンズの焦点距離とされ、前記受光素子側レンズの光軸は、前記スケール側レンズの光軸と一致していることが好ましい。
このような構成によれば、光学式エンコーダは、目盛りの読取方向では、両側テレセントリック光学系を構成することができ、焦点深度を大きくすることができる。したがって、受光素子、及び受光素子側レンズの間隔の許容量も大きくすることができる。
【００１５】
本発明では、前記ヘッドは、前記アパーチャと、前記受光素子との間に配設される受光素子側レンズを備え、前記アパーチャと、前記受光素子側レンズとの間の距離は、前記受光素子側レンズの焦点距離とされ、前記受光素子側レンズの光軸は、前記目盛りの読取方向では、前記スケール側レンズの光軸と一致し、前記目盛りの読取方向と直交する直交方向では、前記スケール側レンズの光軸から前記所定距離の２倍の距離だけ離間していることが好ましい。
【００１６】
このような構成によれば、光学式エンコーダは、目盛りの読取方向では、両側テレセントリック光学系を構成することができる。したがって、受光素子、及び受光素子側レンズの間隔の許容量も大きくすることができる。
また、目盛りの直交方向では、スケール側レンズ、及び受光素子側レンズの光軸は、アパーチャの光軸から両側に所定距離だけ離間することになるので、アパーチャを通過する光は、スケール側レンズ、及び受光素子側レンズの同一の形状を有する位置を透過する。したがって、光学式エンコーダは、レンズ収差による影響を低減することができ、適切な測定をすることができる。
【００１７】
本発明では、前記ヘッドは、２つの前記光源と、２つの前記スケール側レンズと、２つの前記アパーチャとを備え、前記目盛りの読取方向と直交する平面内では、前記各光源、前記各スケール側レンズ、及び前記各アパーチャの光軸は、それぞれ受光素子側レンズの光軸を中心とした線対称の関係であることが好ましい。
【００１８】
このような構成によれば、２つの目盛りにて反射される光を１つの受光素子で受光することができる。したがって、例えば、スケール、及びヘッドの移動量を検出するための目盛りと、スケール、及びヘッドの原点を検出するための目盛りとの２つの目盛りを１つの受光素子で受光するように光学式エンコーダを構成することができ、２つの受光素子で受光するように光学式エンコーダを構成する場合と比較して部品点数を削減することができる。
【００１９】
本発明では、前記光源は、光を出射する発光体と、前記発光体から出射される光の光路後段に配設され、前記発光体から出射される光を拡散させる拡散板とを備えることが好ましい。
このような構成によれば、光源の幅は、拡散板の幅に置き換えることができるので、光学式エンコーダの設計を容易にすることができる。
【００２０】
本発明では、前記光源は、光を出射する発光体と、前記発光体から出射される光の光路後段に配設される発光体用レンズとを備え、前記スケール側レンズと、前記発光体用レンズとでケーラー照明を構成することが好ましい。
このような構成によれば、光源から出射され、スケール側レンズを介してスケールに向かう光のむらを低減することができ、適切な測定をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る光学式エンコーダを示す模式図。
【図２】前記実施形態における光学式エンコーダを目盛りの直交方向に沿って見た模式図。
【図３】本発明の第２実施形態に係る光学式エンコーダを目盛りの読取方向に沿って見た模式図。
【図４】前記実施形態における光学式エンコーダを目盛りの直交方向に沿って見た模式図。
【図５】本発明の第３実施形態に係る光学式エンコーダを目盛りの読取方向に沿って見た模式図。
【図６】前記実施形態における光学式エンコーダを目盛りの直交方向に沿って見た模式図。
【図７】本発明の第４実施形態に係る光学式エンコーダを目盛りの読取方向に沿って見た模式図。
【図８】本発明の第５実施形態に係る光学式エンコーダを目盛りの読取方向に沿って見た模式図。
【図９】本発明の第６実施形態に係る光学式エンコーダの光源を示す模式図。
【図１０】本発明の第７実施形態に係る光学式エンコーダの光源を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る光学式エンコーダ１を示す模式図である。なお、図１では、紙面垂直方向の軸をＸ軸とし、左右方向の軸をＹ軸とし、上下方向の軸をＺ軸としている。
光学式エンコーダ１は、図１に示すように、Ｘ軸方向に沿って読み取り可能な格子状の目盛り２１を有するスケール２と、スケール２に光を出射する光源３１、光源３１から出射される光をスケール２に伝達するスケール側レンズ３２、及びスケール２と平行に配設され、スケール側レンズ３２を介してスケール２にて反射される光を受光する受光素子３３を有するヘッド３とを備え、受光素子３３にて受光される光に基づいて、スケール２に対するヘッド３の位置を測定するものである。すなわち、スケール側レンズ３２は、スケール２にて反射される光を受光素子３３に伝達している。
スケール２は、Ｘ軸方向を長手方向とし、Ｙ軸方向を短手方向とする矩形板状に形成されている。なお、図１は、光学式エンコーダ１を目盛り２１の読取方向に沿って見た図である。
【００２３】
図２は、光学式エンコーダ１を目盛り２１の直交方向に沿って見た模式図である。なお、目盛り２１の直交方向は、目盛り２１の読取方向と直交する方向（Ｙ軸方向）である。
光源３１は、図１，２に示すように、スケール側レンズ３２、及び受光素子３３の間に配設されるとともに、光源３１と、スケール側レンズ３２との間の距離は、スケール側レンズ３２の焦点距離ｆｓとされている。
光源３１の光軸Ｌｓｒｃは、目盛り２１の読取方向では、スケール側レンズ３２の光軸Ｌｓと一致し（図２参照）、目盛り２１の直交方向では、スケール側レンズ３２の光軸Ｌｓから所定距離Ｄだけ離間している（図１参照）。ここで、所定距離Ｄは、目盛り２１の直交方向における光源３１の幅Ｗｓｒｃｙ（開口数）の１／２以上に設定されている。
【００２４】
光源３１の光軸Ｌｓｒｃは、目盛り２１の直交方向では、スケール側レンズ３２の光軸Ｌｓから所定距離Ｄだけ離間しているので、光源３１から出射される光のうち、目盛り２１の直交方向における光源３１側の光は、図１に示すように、目盛り２１の直交方向における光源３１側のスケール側レンズ３２を介してスケール２に伝達される。そして、この光は、スケール２にて反射され、目盛り２１の直交方向における光源３１とは反対側のスケール側レンズ３２を介して受光素子３３に受光される。
なお、図１，２では、受光素子３３に受光される光の光路を実線で示し、他の光の光路を省略している。以下の図面においても同様である。
【００２５】
また、光源３１と、スケール側レンズ３２との間の距離は、スケール側レンズ３２の焦点距離ｆｓとされているので、光学式エンコーダ１は、目盛り２１の読取方向では、図２に示すように、物体（スケール２）側テレセントリック光学系を構成することができ、焦点深度を大きくすることができる。
具体的に、目盛り２１の読取方向における光源３１の幅をＷｓｒｃｘとし、スケール２の目盛り２１からスケール側レンズ３２までの距離をＤｓとし（図示略）、スケール側レンズ３２から受光素子３３までの距離をＤｐとすると（図示略）、スケール側レンズ３２の開口数ＮＡは、以下の式（１）で表すことができる。
【００２６】
【数１】
【００２７】
また、光源３１から出射される光の波長をλとすると、光学式エンコーダ１の焦点深度ＤＯＦは、以下の式（２）で表すことができる。
【００２８】
【数２】
【００２９】
したがって、光源３１の幅Ｗｓｒｃｘを小さくするに従って焦点深度ＤＯＦを大きくすることができる。
【００３０】
このような本実施形態によれば以下の効果がある。
（１）光学式エンコーダ１は、光源３１から出射され、スケール２に向かう光の光路と、スケール２にて反射され、スケール側レンズ３２を介して受光素子３３に向かう光の光路とをハーフミラーを用いることなく分離することができるので、受光素子３３に十分な光量を確保させることができる。
（２）スケール２、及び受光素子３３は、平行に配設され、スケール２、及び受光素子３３の間には、１つのスケール側レンズ３２を配設している。そして、光源３１は、スケール側レンズ３２、及び受光素子３３の間に配設されるので、光学式エンコーダ１を小型化することができる。
【００３１】
（３）光学式エンコーダ１は、目盛り２１の読取方向では、物体（スケール２）側テレセントリック光学系を構成することができ、焦点深度を大きくすることができる。したがって、スケール２、及びヘッド３の間隔の許容量を大きくすることができる。
（４）目盛り２１の直交方向における光源３１の光軸Ｌｓｒｃと、スケール側レンズ３２の光軸Ｌｓとの間の所定距離Ｄは、目盛り２１の直交方向における光源３１の幅Ｗｓｒｃｙの１／２以上であるので、光源３１から出射される光の利用効率を向上させることができる。
【００３２】
〔第２実施形態〕
以下、本発明の第２実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明では、既に説明した部分については、同一符号を付してその説明を省略する。
図３は、本発明の第２実施形態に係る光学式エンコーダ１Ａを目盛り２１の読取方向に沿って見た模式図である。図４は、光学式エンコーダ１Ａを目盛り２１の直交方向に沿って見た模式図である。
前記第１実施形態では、光学式エンコーダ１は、光源３１、スケール側レンズ３２、及び受光素子３３を有するヘッド３を備えていた。これに対して、本実施形態では、光学式エンコーダ１Ａは、図３，４に示すように、光源３１、スケール側レンズ３２、及び受光素子３３の他、アパーチャ３４を有するヘッド３Ａを備えている点で異なる。
【００３３】
アパーチャ３４は、スケール２にて反射され、スケール側レンズ３２を介した光を通過させるものであり、アパーチャ３４と、スケール側レンズ３２との間の距離は、スケール側レンズ３２の焦点距離ｆｓとされている。
また、目盛り２１の読取方向と直交する平面（紙面）内では、アパーチャ３４の光軸Ｌａと、光源３１の光軸Ｌｓｒｃとは、スケール側レンズ３２の光軸Ｌｓを中心とした線対称の関係である。すなわち、アパーチャ３４の光軸Ｌａは、目盛り２１の読取方向では、スケール側レンズ３２の光軸Ｌｓと一致し（図４参照）、目盛り２１の直交方向では、スケール側レンズ３２の光軸Ｌｓから所定距離Ｄだけ離間している（図３参照）。
【００３４】
ここで、目盛り２１の直交方向におけるアパーチャ３４の幅Ｗａｙは（図３参照）、目盛り２１の直交方向における光源３１の位置決め誤差をδだけ許容するように、以下の式（３）に示すように設定する。
【００３５】
【数３】
【００３６】
このような設定によれば、目盛り２１の直交方向における光源３１の位置決めに誤差を生じた場合であってもδ以下の誤差であれば光源３１から出射される光をアパーチャ３４にて制限することができる。したがって、光源３１の位置ずれの影響によって、光学式エンコーダ１Ａの光学系の性能が変化してしまうことを抑制することができる。
【００３７】
また、アパーチャ３４と、スケール側レンズ３２との間の距離は、スケール側レンズ３２の焦点距離ｆｓとされているので、光学式エンコーダ１Ａは、目盛り２１の読取方向では、図４に示すように、物体（スケール２）側テレセントリック光学系を構成することができ、焦点深度を大きくすることができる。
具体的に、目盛り２１の読取方向におけるアパーチャ３４の幅をＷａｘとし、スケール２の目盛り２１からスケール側レンズ３２までの距離をＤｓとし（図示略）、スケール側レンズ３２から受光素子３３までの距離をＤｐとすると（図示略）、スケール側レンズ３２の開口数ＮＡは、以下の式（４）で表すことができる。
【００３８】
【数４】
【００３９】
また、光源３１から出射される光の波長をλとすると、光学式エンコーダ１Ａの焦点深度ＤＯＦは、以下の式（５）で表すことができる。
【００４０】
【数５】
【００４１】
したがって、アパーチャ３４の幅Ｗａｘを小さくするに従って焦点深度ＤＯＦを大きくすることができる。
【００４２】
このような本実施形態においても、前記第１実施形態と同様の作用、効果を奏することができる他、以下の作用、効果を奏することができる。
（５）光学式エンコーダ１Ａは、スケール２にて反射され、スケール側レンズ３２を介した光を通過させるアパーチャ３４を備えるので、アパーチャ３４の幅や位置を設計することで光源３１の幅や位置を設計する場合と同様の光学系を構成することができる。
（６）アパーチャ３４の設計や位置決めは、光源３１の設計や位置決めと比較して容易であるので、光学式エンコーダ１Ａの光学系の性能が変化してしまうことを抑制することができる。
【００４３】
〔第３実施形態〕
図５は、本発明の第３実施形態に係る光学式エンコーダ１Ｂを目盛り２１の読取方向に沿って見た模式図である。図６は、光学式エンコーダ１Ｂを目盛り２１の直交方向に沿って見た模式図である。
前記第２実施形態では、光学式エンコーダ１Ａは、光源３１、スケール側レンズ３２、受光素子３３、及びアパーチャ３４を有するヘッド３Ａを備えていた。これに対して、本実施形態では、光学式エンコーダ１Ｂは、図５，６に示すように、光源３１、スケール側レンズ３２、受光素子３３、及びアパーチャ３４の他、受光素子側レンズ３５を有するヘッド３Ｂを備えている点で異なる。
【００４４】
受光素子側レンズ３５は、アパーチャ３４と、受光素子３３との間に配設され、アパーチャ３４と、受光素子側レンズ３５との間の距離は、受光素子側レンズ３５の焦点距離ｆｐとされている。
また、受光素子側レンズ３５の光軸Ｌｐは、スケール側レンズ３２の光軸Ｌｓと一致している。
【００４５】
このような本実施形態においても、前記第２実施形態と同様の作用、効果を奏することができる他、以下の作用、効果を奏することができる。
（７）光学式エンコーダ１Ｂは、目盛り２１の読取方向では、両側テレセントリック光学系を構成することができ、焦点深度を大きくすることができる。したがって、受光素子３３、及び受光素子側レンズ３５の間隔の許容量も大きくすることができる。
【００４６】
〔第４実施形態〕
図７は、本発明の第４実施形態に係る光学式エンコーダ１Ｃを目盛り２１の読取方向に沿って見た模式図である。
前記第３実施形態では、光学式エンコーダ１Ｂは、ヘッド３Ｂを備え、ヘッド３Ｂの受光素子側レンズ３５の光軸Ｌｐは、スケール側レンズ３２の光軸Ｌｓと一致していた。これに対して、本実施形態では、光学式エンコーダ１Ｃは、図７に示すように、ヘッド３Ｃを備え、ヘッド３Ｃの受光素子側レンズ３５の光軸Ｌｐは、目盛り２１の読取方向では、スケール側レンズ３２の光軸Ｌｓと一致し、目盛り２１の直交方向では、スケール側レンズ３２の光軸Ｌｓから所定距離Ｄの２倍の距離だけ離間している点で異なる。
【００４７】
このような本実施形態においても、前記第３実施形態と同様の作用、効果を奏することができる他、以下の作用、効果を奏することができる。
（８）目盛り２１の直交方向では、スケール側レンズ３２、及び受光素子側レンズ３５の光軸Ｌｓ，Ｌｐは、アパーチャ３４の光軸Ｌａから両側に所定距離Ｄだけ離間することになるので、アパーチャ３４を通過する光は、スケール側レンズ３２、及び受光素子側レンズ３５の同一の形状を有する位置を透過する。したがって、光学式エンコーダ１Ｃは、レンズ収差による影響を低減することができ、適切な測定をすることができる。
【００４８】
〔第５実施形態〕
図８は、本発明の第５実施形態に係る光学式エンコーダ１Ｄを目盛り２１の読取方向に沿って見た模式図である。
前記第４実施形態では、光学式エンコーダ１Ｃは、ヘッド３Ｃを備え、ヘッド３Ｃは、光源３１、スケール側レンズ３２、及びアパーチャ３４を各１つ有していた。これに対して、本実施形態では、光学式エンコーダ１Ｄは、図８に示すように、ヘッド３Ｄを備え、ヘッド３Ｄは、光源３１、スケール側レンズ３２、及びアパーチャ３４を各２つ有している点で異なる。なお、２つのアパーチャ３４は、１つの部材に形成されている。
【００４９】
また、前記第４実施形態では、光学式エンコーダ１Ｃは、格子状の目盛り２１を有するスケール２を備えていた。これに対して、本実施形態では、格子状の２つの目盛り２１を有するスケール２Ｄを備えている点で異なる。
さらに、本実施形態では、目盛り２１の読取方向と直交する平面（紙面）内では、各光源３１、各スケール側レンズ３２、及び各アパーチャ３４の光軸Ｌｓｒｃ，Ｌｓ，Ｌａは、受光素子側レンズ３５の光軸Ｌｐを中心とした線対称の関係である。
【００５０】
このような本実施形態においても、前記第４実施形態と同様の作用、効果を奏することができる他、以下の作用、効果を奏することができる。
（９）光学式エンコーダ１Ｄは、２つの目盛り２１にて反射される光を１つの受光素子３３で受光することができるので、２つの受光素子で受光するように光学式エンコーダを構成する場合と比較して部品点数を削減することができる。
【００５１】
〔第６実施形態〕
図９は、本発明の第６実施形態に係る光学式エンコーダ１Ｅの光源３１Ｅを示す模式図である。
前記各実施形態では、光学式エンコーダ１〜１Ｄは、光源３１を備えていた。これに対して、本実施形態では、光学式エンコーダ１Ｅは、図９に示すように、光源３１Ｅを備え、光源３１Ｅは、光を出射する発光体３１１と、発光体３１１から出射される光の光路後段に配設され、発光体３１１から出射される光を拡散させる拡散板３１２とを備えている点で異なる。
なお、図示は省略するが、拡散板３１２におけるスケール側レンズ３２側（図９中下方側）の面と、スケール側レンズ３２との間の距離は、スケール側レンズ３２の焦点距離ｆｓとされている。
【００５２】
このような本実施形態においても、前記５実施形態と同様の作用、効果を奏することができる他、以下の作用、効果を奏することができる。
（１０）光源３１Ｅの幅は、拡散板３１２の幅に置き換えることができるので、光学式エンコーダ１Ｅの設計を容易にすることができる。
【００５３】
〔第７実施形態〕
図１０は、本発明の第７実施形態に係る光学式エンコーダ１Ｆの光源３１Ｆを示す模式図である。
前記第１実施形態から前記第５実施形態では、光学式エンコーダ１〜１Ｄは、光源３１を備えていた。これに対して、本実施形態では、光学式エンコーダ１Ｆは、図１０に示すように、光源３１Ｆを備え、光源３１Ｆは、光を出射する発光体３１１と、発光体３１１から出射される光の光路後段に配設される発光体用レンズ３１３とを備え、スケール側レンズ３２と、発光体用レンズ３１３とでケーラー照明を構成する点で異なる。
【００５４】
このような本実施形態においても、前記第５実施形態と同様の作用、効果を奏することができる他、以下の作用、効果を奏することができる。
（１１）光源３１Ｆから出射され、スケール側レンズ３２を介してスケール２に向かう光のむらを低減することができ、適切な測定をすることができる。
【００５５】
〔実施形態の変形〕
なお、本発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記各実施形態では、所定距離Ｄは、目盛り２１の直交方向における光源３１，３１Ｅ，３１Ｆの幅Ｗｓｒｃｙの１／２以上としていたが、これ以下であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明は、光学式エンコーダに好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００５７】
１〜１Ｆ…光学式エンコーダ
２，２Ｄ…スケール
３〜３Ｄ…ヘッド
３１，３１Ｅ，３１Ｆ…光源
３２…スケール側レンズ
３３…受光素子
３４…アパーチャ
３５…受光素子側レンズ
３１１…発光体
３１２…拡散板
３１３…発光体用レンズ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
格子状の目盛りを有するスケールと、前記スケールに光を出射する光源、及び前記スケールと平行に配設され、前記スケールにて反射される光を受光する受光素子を有するヘッドとを備え、前記受光素子にて受光される光に基づいて、前記スケールに対する前記ヘッドの位置を測定する光学式エンコーダであって、
前記ヘッドは、
前記光源から出射される光を前記スケールに伝達するとともに、前記スケールにて反射される光を前記受光素子に伝達するスケール側レンズを備え、
前記光源は、前記スケール側レンズ、及び前記受光素子の間に配設されるとともに、前記光源と、前記スケール側レンズとの間の距離は、前記スケール側レンズの焦点距離とされ、
前記光源の光軸は、前記目盛りの読取方向では、前記スケール側レンズの光軸と一致し、前記目盛りの読取方向と直交する直交方向では、前記スケール側レンズの光軸から所定距離だけ離間してい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、
前記所定距離は、前記目盛りの読取方向と直交する直交方向における前記光源の幅の１／２以上であ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、
前記ヘッドは、
前記スケールにて反射され、前記スケール側レンズを介した光を通過させるアパーチャを備え、
前記アパーチャと、前記スケール側レンズとの間の距離は、前記スケール側レンズの焦点距離とされ、
前記目盛りの読取方向と直交する平面内では、前記アパーチャの光軸と、前記光源の光軸とは、前記スケール側レンズの光軸を中心とした線対称の関係であることを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項４】
請求項３に記載の光学式エンコーダにおいて、
前記ヘッドは、
前記アパーチャと、前記受光素子との間に配設される受光素子側レンズを備え、
前記アパーチャと、前記受光素子側レンズとの間の距離は、前記受光素子側レンズの焦点距離とされ、
前記受光素子側レンズの光軸は、前記スケール側レンズの光軸と一致し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３に記載の光学式エンコーダにおいて、
前記ヘッドは、
前記アパーチャと、前記受光素子との間に配設される受光素子側レンズを備え、
前記アパーチャと、前記受光素子側レンズとの間の距離は、前記受光素子側レンズの焦点距離とされ、
前記受光素子側レンズの光軸は、前記目盛りの読取方向では、前記スケール側レンズの光軸と一致し、前記目盛りの読取方向と直交する直交方向では、前記スケール側レンズの光軸から前記所定距離の２倍の距離だけ離間し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、
前記ヘッドは、
２つの前記光源と、２つの前記スケール側レンズと、２つの前記アパーチャとを備え、
前記目盛りの読取方向と直交する平面内では、前記各光源、前記各スケール側レンズ、及び前記各アパーチャの光軸は、それぞれ受光素子側レンズの光軸を中心とした線対称の関係であ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から請求項６のいずれかに記載の光学式エンコーダにおいて、
前記光源は、
光を出射する発光体と、
前記発光体から出射される光の光路後段に配設され、前記発光体から出射される光を拡散させる拡散板とを備え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から請求項６のいずれかに記載の光学式エンコーダにおいて、
前記光源は、
光を出射する発光体と、
前記発光体から出射される光の光路後段に配設される発光体用レンズとを備え、
前記スケール側レンズと、前記発光体用レンズとでケーラー照明を構成することを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項１】
格子状の目盛りを有するスケールと、前記スケールに光を出射する光源、及び前記スケールと平行に配設され、前記スケールにて反射される光を受光する受光素子を有するヘッドとを備え、前記受光素子にて受光される光に基づいて、前記スケールに対する前記ヘッドの位置を測定する光学式エンコーダであって、
前記ヘッドは、
前記光源から出射される光を前記スケールに伝達するとともに、前記スケールにて反射される光を前記受光素子に伝達するスケール側レンズを備え、
前記光源は、前記スケール側レンズ、及び前記受光素子の間に配設されるとともに、前記光源と、前記スケール側レンズとの間の距離は、前記スケール側レンズの焦点距離とされ、
前記光源の光軸は、前記目盛りの読取方向では、前記スケール側レンズの光軸と一致し、前記目盛りの読取方向と直交する直交方向では、前記スケール側レンズの光軸から所定距離だけ離間してい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、
前記所定距離は、前記目盛りの読取方向と直交する直交方向における前記光源の幅の１／２以上であ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、
前記ヘッドは、
前記スケールにて反射され、前記スケール側レンズを介した光を通過させるアパーチャを備え、
前記アパーチャと、前記スケール側レンズとの間の距離は、前記スケール側レンズの焦点距離とされ、
前記目盛りの読取方向と直交する平面内では、前記アパーチャの光軸と、前記光源の光軸とは、前記スケール側レンズの光軸を中心とした線対称の関係であることを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項４】
請求項３に記載の光学式エンコーダにおいて、
前記ヘッドは、
前記アパーチャと、前記受光素子との間に配設される受光素子側レンズを備え、
前記アパーチャと、前記受光素子側レンズとの間の距離は、前記受光素子側レンズの焦点距離とされ、
前記受光素子側レンズの光軸は、前記スケール側レンズの光軸と一致し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３に記載の光学式エンコーダにおいて、
前記ヘッドは、
前記アパーチャと、前記受光素子との間に配設される受光素子側レンズを備え、
前記アパーチャと、前記受光素子側レンズとの間の距離は、前記受光素子側レンズの焦点距離とされ、
前記受光素子側レンズの光軸は、前記目盛りの読取方向では、前記スケール側レンズの光軸と一致し、前記目盛りの読取方向と直交する直交方向では、前記スケール側レンズの光軸から前記所定距離の２倍の距離だけ離間し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、
前記ヘッドは、
２つの前記光源と、２つの前記スケール側レンズと、２つの前記アパーチャとを備え、
前記目盛りの読取方向と直交する平面内では、前記各光源、前記各スケール側レンズ、及び前記各アパーチャの光軸は、それぞれ受光素子側レンズの光軸を中心とした線対称の関係であ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から請求項６のいずれかに記載の光学式エンコーダにおいて、
前記光源は、
光を出射する発光体と、
前記発光体から出射される光の光路後段に配設され、前記発光体から出射される光を拡散させる拡散板とを備え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から請求項６のいずれかに記載の光学式エンコーダにおいて、
前記光源は、
光を出射する発光体と、
前記発光体から出射される光の光路後段に配設される発光体用レンズとを備え、
前記スケール側レンズと、前記発光体用レンズとでケーラー照明を構成することを特徴とする光学式エンコーダ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１１−２０９２８６（Ｐ２０１１−２０９２８６Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７３１５０（Ｐ２０１１−７３１５０）
【出願日】平成２３年３月２９日（２０１１．３．２９）
【分割の表示】特願２０１０−７４８４７（Ｐ２０１０−７４８４７）の分割
【原出願日】平成２２年３月２９日（２０１０．３．２９）
【出願人】（０００１３７６９４）株式会社ミツトヨ (979)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２９日（２０１１．３．２９）
【分割の表示】特願２０１０−７４８４７（Ｐ２０１０−７４８４７）の分割
【原出願日】平成２２年３月２９日（２０１０．３．２９）
【出願人】（０００１３７６９４）株式会社ミツトヨ (979)
【Ｆターム（参考）】
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