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、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、スケール２と平行に配設され、スケール２にて反射される光を受光する受光素子３２、スケール２にて反射される光を受光素子３２に伝達するスケール側レンズ３３、及びスケール２にて反射される光を導光するスケール用プリズム３４を有するヘッド３とを備える。光源３１から出射される光の光軸Ｌｓｒｃは、目盛り２１の直交方向では、スケール側レンズ３３の光軸Ｌｓに対して傾斜している。スケール用プリズム３４は、目盛り２１の直交方向では、スケール２にて反射される光の光軸をスケール側レンズ３３の光軸Ｌｓと一致させる。
【解決手段】光学式エンコーダ１は、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、スケール２と平行に配設され、スケール２にて反射される光を受光する受光素子３２、スケール２にて反射される光を受光素子３２に伝達するスケール側レンズ３３、及びスケール２にて反射される光を導光するスケール用プリズム３４を有するヘッド３とを備える。光源３１から出射される光の光軸Ｌｓｒｃは、目盛り２１の直交方向では、スケール側レンズ３３の光軸Ｌｓに対して傾斜している。スケール用プリズム３４は、目盛り２１の直交方向では、スケール２にて反射される光の光軸をスケール側レンズ３３の光軸Ｌｓと一致させる。
【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と、前記スケール、及び前記スケール側レンズの間に配設され、前記スケールにて反射される光を導光するスケール用導光手段とを備え、前記光源から出射される光の光軸は、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に対して傾斜し、前記スケール用導光手段は、前記スケールにて反射される光の光軸を前記スケール側レンズの光軸と一致させることを特徴とする。
【０００８】
このような構成によれば、光源から出射される光の光軸は、目盛りの読取方向と直交する直交方向では、スケール側レンズの光軸に対して傾斜し、スケール用導光手段は、スケールにて反射される光の光軸をスケール側レンズの光軸と一致させるので、光源から出射される光は、スケールに対して斜めから入射し、スケールにて反射される光は、スケール用導光手段、及びスケール側レンズを介して受光素子に伝達される。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。
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ので、光学式エンコーダを小型化することができる。
【０００９】
本発明では、前記ヘッドは、前記光源から出射される光の光路後段に配設され、前記光源から出射される光を導光する光源用導光手段を備え、前記光源用導光手段は、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から出射される光の光軸を前記スケール側レンズの光軸に対して傾斜させることが好ましい。
【００１０】
このような構成によれば、光源の光軸がスケール側レンズの光軸に対して平行となるように光源を配設することができるので、光学式エンコーダの組み立てを容易にすることができる。
【００１１】
本発明では、前記スケール用導光手段、及び前記光源用導光手段は、１つのプリズムとされることが好ましい。
このような構成によれば、光学式エンコーダの部品点数を削減することができ、光学式エンコーダの製造コストを削減することができる。
【００１２】
本発明では、前記ヘッドは、前記光源、及び前記光源用導光手段の間に配設され、前記スケール側レンズと同一の焦点距離の光源側レンズを備えることが好ましい。
【００１３】
このような構成によれば、スケール側レンズ、及び光源側レンズの焦点距離は同一であるので、受光素子、及び光源を同一の平面内に配設することができる。したがって、受光素子、及び光源を１つの基板に実装することができるので、光学式エンコーダの組み立てを容易にすることができる。
【００１４】
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ることが好ましい。
【００１５】
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。
【００１６】
本発明では、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ていることが好ましい。
【００１７】
このような構成によれば、アパーチャと、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。
【００１８】
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。
【００１９】
このような構成によれば、光学式エンコーダは、像（受光素子）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を大きくすることができる。
【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、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。
【００２１】
本発明では、前記ヘッドは、前記光源から出射される光の光路後段に配設される光源側レンズを備え、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、前記光源側レンズと、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、光源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】
【００２２】
【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】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５】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６】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７】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８】本発明の第６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】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。
【図１１】本発明の第８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】
【００２３】
〔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、スケール２と平行に配設され、スケール２にて反射される光を受光する受光素子３２、スケール２にて反射される光を受光素子３２に伝達するスケール側レンズ３３、及びスケール２、及びスケール側レンズ３３の間に配設され、スケール２にて反射される光を導光するスケール用プリズム３４を有するヘッド３とを備える。この光学式エンコーダ１は、受光素子３２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。
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。
【００２４】
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３３の光軸Ｌｓに対して光源３１の光軸Ｌｓｒｃを傾斜させるように配設されている。具体的に、光源３１から出射される光の光軸Ｌｓｒｃは、目盛り２１の読取方向では、スケール側レンズの３３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３３の光軸Ｌｓに対して傾斜している（図１参照）。
【００２５】
スケール用導光手段としてのスケール用プリズム３４は、断面を直角三角形とする三角柱状に形成されたプリズムであり、目盛り２１の直交方向では、入射する光を屈折させることでスケール２にて反射される光の光軸をスケール側レンズ３３の光軸Ｌｓと一致させる（図１参照）。
なお、図１，２では、受光素子３２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。
光源３１から出射される光は、スケール２に対して斜めから入射し、スケール２にて反射される光は、スケール用プリズム３４、及びスケール側レンズ３３を介して受光素子３２に伝達される。
【００２６】
このような本実施形態によれば以下の効果がある。
（１）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３３を介して受光素子３２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３２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３２は、平行に配設され、スケール２、及び受光素子３２の間には、１つのスケール側レンズ３３を配設しているので、光学式エンコーダ１を小型化することができる。
【００２７】
〔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。
前記第１実施形態では、光学式エンコーダ１は、光源３１、受光素子３２、スケール側レンズ３３、及びスケール用プリズム３４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に示すように、光源３１Ａ、受光素子３２、スケール側レンズ３３、及びスケール用プリズム３４の他、光源３１Ａから出射される光の光路後段に配設され、光源３１Ａから出射される光を導光する光源用プリズム３５を有するヘッド３Ａを備えている点で異なる。
【００２８】
光源３１Ａは、スケール側レンズ３３の光軸Ｌｓに対して光源３１の光軸Ｌｓｒｃを平行とするように配設されている。具体的に、光源３１Ａの光軸Ｌｓｒｃは、目盛り２１の読取方向では、スケール側レンズの３３の光軸Ｌｓと一致し（図示略）、目盛り２１の直交方向では、スケール側レンズ３３の光軸Ｌｓと平行とされている（図３参照）。
光源用導光手段としての光源用プリズム３５は、スケール用プリズム３４と同一の形状のプリズムであり、目盛り２１の読取方向と直交する平面（紙面）内では、光源用プリズム３５と、スケール用プリズム３４とは、Ｚ軸を中心とした線対称の関係である。この光源用プリズム３５は、目盛り２１の直交方向では、出射する光を屈折させることで光源３１Ａから出射される光の光軸Ｌｓｒｃをスケール側レンズ３３の光軸Ｌｓに対して傾斜させる。
なお、光源３１Ａと、光源用プリズム３５との間の距離は、スケール側レンズ３３と、スケール用プリズム３４との間の距離と同一に設定されている。
【００２９】
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。
（３）光源３１Ａの光軸Ｌｓｒｃがスケール側レンズ３３の光軸Ｌｓに対して平行となるように光源３１Ａを配設することができるので、光学式エンコーダ１Ａの組み立てを容易にすることができる。
【００３０】
〔第３実施形態〕
以下、本発明の第３実施形態を図面に基づいて説明する。
図４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。
前記第２実施形態では、光学式エンコーダ１Ａは、ヘッド３Ａを備え、ヘッド３Ａを構成するスケール用導光手段、及び光源用導光手段は、スケール用プリズム３４、及び光源用プリズム３５の２つのプリズム３４，３５とされていた。これに対して、本実施形態では、光学式エンコーダ１Ｂは、ヘッド３Ｂを備え、ヘッド３Ｂを構成するスケール用導光手段、及び光源用導光手段は、断面を二等辺三角形とする三角柱状に形成された１つのプリズム３６とされている点で異なる。
【００３１】
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。
（４）光学式エンコーダ１Ｂの部品点数を削減することができ、光学式エンコーダ１Ｂの製造コストを削減することができる。
【００３２】
〔第４実施形態〕
以下、本発明の第４実施形態を図面に基づいて説明する。
図５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、光源３１Ａ、受光素子３２、スケール側レンズ３３、及びプリズム３６を有するヘッド３Ｂ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１Ｃは、光源３１Ｃ、受光素子３２、スケール側レンズ３３、及びプリズム３６の他、光源３１Ｃ、及びプリズム３６の間に配設され、スケール側レンズ３３と同一の焦点距離の光源側レンズ３７を有するヘッド３Ｃを備えている点で異なる。
また、受光素子３２、及び光源３１Ｃは、１つの基板Ｐに実装され、光源３１Ｃと、光源用プリズム３５との間の距離は、光源用プリズム３５の焦点距離に設定されている。
【００３３】
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。
（５）受光素子３２、及び光源３１Ｃを１つの基板Ｐに実装することができるので、光学式エンコーダ１Ｃの組み立てを容易にすることができる。
【００３４】
〔第５実施形態〕
以下、本発明の第５実施形態を図面に基づいて説明する。
図６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。図７は、光学式エンコーダ１Ｄ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４実施形態では、光学式エンコーダ１Ｃは、光源３１Ｃ、受光素子３２、スケール側レンズ３３、プリズム３６、及び光源側レンズ３７を有するヘッド３Ｃ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１Ｄは、図６，７に示すように、光源３１Ｃ、受光素子３２、スケール側レンズ３３、プリズム３６、及び光源側レンズ３７の他、アパーチャ３８を有するヘッド３Ｄを備えている点で異なる。
【００３５】
アパーチャ３８は、スケール２にて反射され、スケール側レンズ３３を介した光を通過させるものであり、アパーチャ３８と、スケール側レンズ３３との間の距離は、スケール側レンズ３３の焦点距離ｆｓとされている。
ここで、目盛り２１の直交方向におけるアパーチャ３８の幅Ｗａｙは（図６参照）、目盛り２１の直交方向における光源３１Ｃの幅をＷｓｒｃｙとすると、光源３１Ｃの位置決め誤差をδだけ許容するように、以下の式（１）に示すように設定する。
【００３６】
【数１】
【００３７】
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３１Ｃ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３１Ｃから出射される光をアパーチャ３８にて制限することができる。したがって、光源３１Ｃの位置ずれの影響によって、光学式エンコーダ１Ｄ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。
【００３８】
また、アパーチャ３８と、スケール側レンズ３３との間の距離は、スケール側レンズ３３の焦点距離ｆｓとされているので、光学式エンコーダ１Ｄは、目盛り２１の読取方向では、図７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３８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３３までの距離をＤｓとし（図示略）、スケール側レンズ３３から受光素子３２までの距離をＤｐとすると（図示略）、スケール側レンズ３３の開口数ＮＡは、以下の式（２）で表すことができる。
【００３９】
【数２】
【００４０】
また、光源３１Ｃ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１Ｄの焦点深度ＤＯＦは、以下の式（３）で表すことができる。
【００４１】
【数３】
【００４２】
したがって、アパーチャ３８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。
【００４３】
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。
（６）光学式エンコーダ１Ｄは、スケール２にて反射され、スケール側レンズ３３を介した光を通過させるアパーチャ３８を備えるので、アパーチャ３８の幅や位置を設計することで光源３１Ｃ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。
【００４４】
（７）アパーチャ３８の設計や位置決めは、光源３１Ｃ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１Ｄ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。
（８）アパーチャ３８と、スケール側レンズ３３との間の距離は、スケール側レンズ３３の焦点距離ｆｓとされているので、光学式エンコーダ１Ｄ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３Ｄの間隔の許容量を大きくすることができる。
【００４５】
〔第６実施形態〕
図８は、本発明の第６実施形態に係る光学式エンコーダ１Ｅを目盛り２１の読取方向に沿って見た模式図である。図９は、光学式エンコーダ１Ｅ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５実施形態では、光学式エンコーダ１Ｄは、光源３１Ｃ、受光素子３２、スケール側レンズ３３、プリズム３６、及び光源側レンズ３７、及びアパーチャ３８を有するヘッド３Ｄ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８，９に示すように、光源３１Ｃ、受光素子３２、スケール側レンズ３３、プリズム３６、及び光源側レンズ３７、及びアパーチャ３８の他、受光素子側レンズ３９を有するヘッド３Ｅを備えている点で異なる。
【００４６】
受光素子側レンズ３９は、アパーチャ３８と、受光素子３２との間に配設され、アパーチャ３８と、受光素子側レンズ３９との間の距離は、受光素子側レンズ３９の焦点距離ｆｐとされている。
また、受光素子側レンズ３９の光軸Ｌｐは、スケール側レンズ３３の光軸Ｌｓと一致している。
【００４７】
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。
（９）光学式エンコーダ１Ｅは、像（受光素子３２）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３２、及び受光素子側レンズ３９の間隔の許容量を大きくすることができる。
【００４８】
〔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。
前記各実施形態では、光学式エンコーダ１〜１Ｅは、光源３１，３１Ａ，３１Ｃ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、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。
【００４９】
このような本実施形態においても、前記各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３１Ｆ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１Ｆの設計を容易にすることができる。
【００５０】
〔第８実施形態〕
図１１は、本発明の第８実施形態に係る光学式エンコーダ１Ｇの光源３１Ｇを示す模式図である。
前記第４実施形態から前記第６実施形態では、光学式エンコーダ１Ｃ〜１Ｅは、光源３１Ｃ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１Ｇは、図１１に示すように、光源３１Ｇを備え、光源３１Ｇ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、光源側レンズ３７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。
【００５１】
このような本実施形態においても、前記第４実施形態から前記第６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３１Ｇから出射され、光源側レンズ３７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。
【００５２】
〔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、スケール用導光手段、及び光源用導光手段は、プリズムで構成されていたが、他の光学素子で構成されていてもよい。すなわち、スケール用導光手段は、スケールにて反射される光の光軸をスケール側レンズの光軸と一致させる機能を有していればよく、光源用導光手段は、目盛りの読取方向と直交する直交方向における光源から出射される光の光軸をスケール側レンズの光軸に対して傾斜させる機能を有していればよい。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
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】
【００５４】
１〜１Ｇ…光学式エンコーダ
２…スケール
３〜３Ｅ…ヘッド
３１，３１Ａ，３１Ｃ，３１Ｆ，３１Ｇ…光源
３２…受光素子
３３…スケール側レンズ
３４…スケール用プリズム（スケール用導光手段）
３５…光源用プリズム（光源用導光手段）
３６…プリズム（スケール用導光手段、及び光源用導光手段）
３７…光源側レンズ
３８…アパーチャ
３９…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と、前記スケール、及び前記スケール側レンズの間に配設され、前記スケールにて反射される光を導光するスケール用導光手段とを備え、前記光源から出射される光の光軸は、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に対して傾斜し、前記スケール用導光手段は、前記スケールにて反射される光の光軸を前記スケール側レンズの光軸と一致させることを特徴とする。
【０００８】
このような構成によれば、光源から出射される光の光軸は、目盛りの読取方向と直交する直交方向では、スケール側レンズの光軸に対して傾斜し、スケール用導光手段は、スケールにて反射される光の光軸をスケール側レンズの光軸と一致させるので、光源から出射される光は、スケールに対して斜めから入射し、スケールにて反射される光は、スケール用導光手段、及びスケール側レンズを介して受光素子に伝達される。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。
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ので、光学式エンコーダを小型化することができる。
【０００９】
本発明では、前記ヘッドは、前記光源から出射される光の光路後段に配設され、前記光源から出射される光を導光する光源用導光手段を備え、前記光源用導光手段は、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から出射される光の光軸を前記スケール側レンズの光軸に対して傾斜させることが好ましい。
【００１０】
このような構成によれば、光源の光軸がスケール側レンズの光軸に対して平行となるように光源を配設することができるので、光学式エンコーダの組み立てを容易にすることができる。
【００１１】
本発明では、前記スケール用導光手段、及び前記光源用導光手段は、１つのプリズムとされることが好ましい。
このような構成によれば、光学式エンコーダの部品点数を削減することができ、光学式エンコーダの製造コストを削減することができる。
【００１２】
本発明では、前記ヘッドは、前記光源、及び前記光源用導光手段の間に配設され、前記スケール側レンズと同一の焦点距離の光源側レンズを備えることが好ましい。
【００１３】
このような構成によれば、スケール側レンズ、及び光源側レンズの焦点距離は同一であるので、受光素子、及び光源を同一の平面内に配設することができる。したがって、受光素子、及び光源を１つの基板に実装することができるので、光学式エンコーダの組み立てを容易にすることができる。
【００１４】
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ることが好ましい。
【００１５】
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。
【００１６】
本発明では、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ていることが好ましい。
【００１７】
このような構成によれば、アパーチャと、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。
【００１８】
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。
【００１９】
このような構成によれば、光学式エンコーダは、像（受光素子）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を大きくすることができる。
【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、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。
【００２１】
本発明では、前記ヘッドは、前記光源から出射される光の光路後段に配設される光源側レンズを備え、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、前記光源側レンズと、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、光源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】
【００２２】
【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】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５】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６】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７】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８】本発明の第６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】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。
【図１１】本発明の第８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】
【００２３】
〔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、スケール２と平行に配設され、スケール２にて反射される光を受光する受光素子３２、スケール２にて反射される光を受光素子３２に伝達するスケール側レンズ３３、及びスケール２、及びスケール側レンズ３３の間に配設され、スケール２にて反射される光を導光するスケール用プリズム３４を有するヘッド３とを備える。この光学式エンコーダ１は、受光素子３２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。
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。
【００２４】
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３３の光軸Ｌｓに対して光源３１の光軸Ｌｓｒｃを傾斜させるように配設されている。具体的に、光源３１から出射される光の光軸Ｌｓｒｃは、目盛り２１の読取方向では、スケール側レンズの３３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３３の光軸Ｌｓに対して傾斜している（図１参照）。
【００２５】
スケール用導光手段としてのスケール用プリズム３４は、断面を直角三角形とする三角柱状に形成されたプリズムであり、目盛り２１の直交方向では、入射する光を屈折させることでスケール２にて反射される光の光軸をスケール側レンズ３３の光軸Ｌｓと一致させる（図１参照）。
なお、図１，２では、受光素子３２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。
光源３１から出射される光は、スケール２に対して斜めから入射し、スケール２にて反射される光は、スケール用プリズム３４、及びスケール側レンズ３３を介して受光素子３２に伝達される。
【００２６】
このような本実施形態によれば以下の効果がある。
（１）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３３を介して受光素子３２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３２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３２は、平行に配設され、スケール２、及び受光素子３２の間には、１つのスケール側レンズ３３を配設しているので、光学式エンコーダ１を小型化することができる。
【００２７】
〔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。
前記第１実施形態では、光学式エンコーダ１は、光源３１、受光素子３２、スケール側レンズ３３、及びスケール用プリズム３４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に示すように、光源３１Ａ、受光素子３２、スケール側レンズ３３、及びスケール用プリズム３４の他、光源３１Ａから出射される光の光路後段に配設され、光源３１Ａから出射される光を導光する光源用プリズム３５を有するヘッド３Ａを備えている点で異なる。
【００２８】
光源３１Ａは、スケール側レンズ３３の光軸Ｌｓに対して光源３１の光軸Ｌｓｒｃを平行とするように配設されている。具体的に、光源３１Ａの光軸Ｌｓｒｃは、目盛り２１の読取方向では、スケール側レンズの３３の光軸Ｌｓと一致し（図示略）、目盛り２１の直交方向では、スケール側レンズ３３の光軸Ｌｓと平行とされている（図３参照）。
光源用導光手段としての光源用プリズム３５は、スケール用プリズム３４と同一の形状のプリズムであり、目盛り２１の読取方向と直交する平面（紙面）内では、光源用プリズム３５と、スケール用プリズム３４とは、Ｚ軸を中心とした線対称の関係である。この光源用プリズム３５は、目盛り２１の直交方向では、出射する光を屈折させることで光源３１Ａから出射される光の光軸Ｌｓｒｃをスケール側レンズ３３の光軸Ｌｓに対して傾斜させる。
なお、光源３１Ａと、光源用プリズム３５との間の距離は、スケール側レンズ３３と、スケール用プリズム３４との間の距離と同一に設定されている。
【００２９】
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。
（３）光源３１Ａの光軸Ｌｓｒｃがスケール側レンズ３３の光軸Ｌｓに対して平行となるように光源３１Ａを配設することができるので、光学式エンコーダ１Ａの組み立てを容易にすることができる。
【００３０】
〔第３実施形態〕
以下、本発明の第３実施形態を図面に基づいて説明する。
図４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。
前記第２実施形態では、光学式エンコーダ１Ａは、ヘッド３Ａを備え、ヘッド３Ａを構成するスケール用導光手段、及び光源用導光手段は、スケール用プリズム３４、及び光源用プリズム３５の２つのプリズム３４，３５とされていた。これに対して、本実施形態では、光学式エンコーダ１Ｂは、ヘッド３Ｂを備え、ヘッド３Ｂを構成するスケール用導光手段、及び光源用導光手段は、断面を二等辺三角形とする三角柱状に形成された１つのプリズム３６とされている点で異なる。
【００３１】
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。
（４）光学式エンコーダ１Ｂの部品点数を削減することができ、光学式エンコーダ１Ｂの製造コストを削減することができる。
【００３２】
〔第４実施形態〕
以下、本発明の第４実施形態を図面に基づいて説明する。
図５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、光源３１Ａ、受光素子３２、スケール側レンズ３３、及びプリズム３６を有するヘッド３Ｂ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１Ｃは、光源３１Ｃ、受光素子３２、スケール側レンズ３３、及びプリズム３６の他、光源３１Ｃ、及びプリズム３６の間に配設され、スケール側レンズ３３と同一の焦点距離の光源側レンズ３７を有するヘッド３Ｃを備えている点で異なる。
また、受光素子３２、及び光源３１Ｃは、１つの基板Ｐに実装され、光源３１Ｃと、光源用プリズム３５との間の距離は、光源用プリズム３５の焦点距離に設定されている。
【００３３】
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。
（５）受光素子３２、及び光源３１Ｃを１つの基板Ｐに実装することができるので、光学式エンコーダ１Ｃの組み立てを容易にすることができる。
【００３４】
〔第５実施形態〕
以下、本発明の第５実施形態を図面に基づいて説明する。
図６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。図７は、光学式エンコーダ１Ｄ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４実施形態では、光学式エンコーダ１Ｃは、光源３１Ｃ、受光素子３２、スケール側レンズ３３、プリズム３６、及び光源側レンズ３７を有するヘッド３Ｃ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１Ｄは、図６，７に示すように、光源３１Ｃ、受光素子３２、スケール側レンズ３３、プリズム３６、及び光源側レンズ３７の他、アパーチャ３８を有するヘッド３Ｄを備えている点で異なる。
【００３５】
アパーチャ３８は、スケール２にて反射され、スケール側レンズ３３を介した光を通過させるものであり、アパーチャ３８と、スケール側レンズ３３との間の距離は、スケール側レンズ３３の焦点距離ｆｓとされている。
ここで、目盛り２１の直交方向におけるアパーチャ３８の幅Ｗａｙは（図６参照）、目盛り２１の直交方向における光源３１Ｃの幅をＷｓｒｃｙとすると、光源３１Ｃの位置決め誤差をδだけ許容するように、以下の式（１）に示すように設定する。
【００３６】
【数１】
【００３７】
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３１Ｃ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３１Ｃから出射される光をアパーチャ３８にて制限することができる。したがって、光源３１Ｃの位置ずれの影響によって、光学式エンコーダ１Ｄ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。
【００３８】
また、アパーチャ３８と、スケール側レンズ３３との間の距離は、スケール側レンズ３３の焦点距離ｆｓとされているので、光学式エンコーダ１Ｄは、目盛り２１の読取方向では、図７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３８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３３までの距離をＤｓとし（図示略）、スケール側レンズ３３から受光素子３２までの距離をＤｐとすると（図示略）、スケール側レンズ３３の開口数ＮＡは、以下の式（２）で表すことができる。
【００３９】
【数２】
【００４０】
また、光源３１Ｃ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１Ｄの焦点深度ＤＯＦは、以下の式（３）で表すことができる。
【００４１】
【数３】
【００４２】
したがって、アパーチャ３８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。
【００４３】
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。
（６）光学式エンコーダ１Ｄは、スケール２にて反射され、スケール側レンズ３３を介した光を通過させるアパーチャ３８を備えるので、アパーチャ３８の幅や位置を設計することで光源３１Ｃ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。
【００４４】
（７）アパーチャ３８の設計や位置決めは、光源３１Ｃ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１Ｄ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。
（８）アパーチャ３８と、スケール側レンズ３３との間の距離は、スケール側レンズ３３の焦点距離ｆｓとされているので、光学式エンコーダ１Ｄ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３Ｄの間隔の許容量を大きくすることができる。
【００４５】
〔第６実施形態〕
図８は、本発明の第６実施形態に係る光学式エンコーダ１Ｅを目盛り２１の読取方向に沿って見た模式図である。図９は、光学式エンコーダ１Ｅ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５実施形態では、光学式エンコーダ１Ｄは、光源３１Ｃ、受光素子３２、スケール側レンズ３３、プリズム３６、及び光源側レンズ３７、及びアパーチャ３８を有するヘッド３Ｄ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８，９に示すように、光源３１Ｃ、受光素子３２、スケール側レンズ３３、プリズム３６、及び光源側レンズ３７、及びアパーチャ３８の他、受光素子側レンズ３９を有するヘッド３Ｅを備えている点で異なる。
【００４６】
受光素子側レンズ３９は、アパーチャ３８と、受光素子３２との間に配設され、アパーチャ３８と、受光素子側レンズ３９との間の距離は、受光素子側レンズ３９の焦点距離ｆｐとされている。
また、受光素子側レンズ３９の光軸Ｌｐは、スケール側レンズ３３の光軸Ｌｓと一致している。
【００４７】
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。
（９）光学式エンコーダ１Ｅは、像（受光素子３２）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３２、及び受光素子側レンズ３９の間隔の許容量を大きくすることができる。
【００４８】
〔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。
前記各実施形態では、光学式エンコーダ１〜１Ｅは、光源３１，３１Ａ，３１Ｃ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、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。
【００４９】
このような本実施形態においても、前記各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３１Ｆ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１Ｆの設計を容易にすることができる。
【００５０】
〔第８実施形態〕
図１１は、本発明の第８実施形態に係る光学式エンコーダ１Ｇの光源３１Ｇを示す模式図である。
前記第４実施形態から前記第６実施形態では、光学式エンコーダ１Ｃ〜１Ｅは、光源３１Ｃ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１Ｇは、図１１に示すように、光源３１Ｇを備え、光源３１Ｇ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、光源側レンズ３７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。
【００５１】
このような本実施形態においても、前記第４実施形態から前記第６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３１Ｇから出射され、光源側レンズ３７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。
【００５２】
〔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、スケール用導光手段、及び光源用導光手段は、プリズムで構成されていたが、他の光学素子で構成されていてもよい。すなわち、スケール用導光手段は、スケールにて反射される光の光軸をスケール側レンズの光軸と一致させる機能を有していればよく、光源用導光手段は、目盛りの読取方向と直交する直交方向における光源から出射される光の光軸をスケール側レンズの光軸に対して傾斜させる機能を有していればよい。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
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】
【００５４】
１〜１Ｇ…光学式エンコーダ
２…スケール
３〜３Ｅ…ヘッド
３１，３１Ａ，３１Ｃ，３１Ｆ，３１Ｇ…光源
３２…受光素子
３３…スケール側レンズ
３４…スケール用プリズム（スケール用導光手段）
３５…光源用プリズム（光源用導光手段）
３６…プリズム（スケール用導光手段、及び光源用導光手段）
３７…光源側レンズ
３８…アパーチャ
３９…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と、
前記スケール、及び前記スケール側レンズの間に配設され、前記スケールにて反射される光を導光するスケール用導光手段とを備え、
前記光源から出射される光の光軸は、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に対して傾斜し、
前記スケール用導光手段は、前記スケールにて反射される光の光軸を前記スケール側レンズの光軸と一致させ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、
前記ヘッドは、
前記光源から出射される光の光路後段に配設され、前記光源から出射される光を導光する光源用導光手段を備え、
前記光源用導光手段は、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から出射される光の光軸を前記スケール側レンズの光軸に対して傾斜させ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、
前記スケール用導光手段、及び前記光源用導光手段は、１つのプリズムとされることを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載の光学式エンコーダにおいて、
前記ヘッドは、
前記光源、及び前記光源用導光手段の間に配設され、前記スケール側レンズと同一の焦点距離の光源側レンズを備え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から請求項４のいずれか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て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５または請求項６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８】
請求項１から請求項７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９】
請求項１から請求項７のいずれかに記載の光学式エンコーダにおいて、
前記ヘッドは、
前記光源から出射される光の光路後段に配設される光源側レンズを備え、
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、
前記光源側レンズと、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と、
前記スケール、及び前記スケール側レンズの間に配設され、前記スケールにて反射される光を導光するスケール用導光手段とを備え、
前記光源から出射される光の光軸は、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に対して傾斜し、
前記スケール用導光手段は、前記スケールにて反射される光の光軸を前記スケール側レンズの光軸と一致させ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、
前記ヘッドは、
前記光源から出射される光の光路後段に配設され、前記光源から出射される光を導光する光源用導光手段を備え、
前記光源用導光手段は、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から出射される光の光軸を前記スケール側レンズの光軸に対して傾斜させ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、
前記スケール用導光手段、及び前記光源用導光手段は、１つのプリズムとされることを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載の光学式エンコーダにおいて、
前記ヘッドは、
前記光源、及び前記光源用導光手段の間に配設され、前記スケール側レンズと同一の焦点距離の光源側レンズを備え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から請求項４のいずれか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て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５または請求項６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８】
請求項１から請求項７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９】
請求項１から請求項７のいずれかに記載の光学式エンコーダにおいて、
前記ヘッドは、
前記光源から出射される光の光路後段に配設される光源側レンズを備え、
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、
前記光源側レンズと、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１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−３７２６５（Ｐ２０１２−３７２６５Ａ）
【公開日】平成２４年２月２３日（２０１２．２．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１７５１９３（Ｐ２０１０−１７５１９３）
【出願日】平成２２年８月４日（２０１０．８．４）
【出願人】（０００１３７６９４）株式会社ミツトヨ (979)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月２３日（２０１２．２．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月４日（２０１０．８．４）
【出願人】（０００１３７６９４）株式会社ミツトヨ (979)
【Ｆターム（参考）】
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