光電式エンコーダ
【課題】検出器に設けられたレンズアレイの線膨張係数が検出器の受光部とスケールのうちのいずれかと異なっても、動作温度範囲を拡大しつつ、スケールに対する検出器の位置を正確に求めることが可能となる。
【解決手段】第１レンズアレイ１１４、第２レンズアレイ１２２がスケール１０２と受光部１２４とは異なる線膨張係数αＬＡを備え、第１レンズアレイ１１４、第２レンズアレイ１２２の特定の一箇所Ｘｓｔで第１レンズアレイ１１４、第２レンズアレイ１２２と受光部１２４とが一体的に固定され、周期信号Ｆｉから求められる位相信号φｉはそれぞれ、異なる線膨張係数αＬＡに起因する位相ずれが解消されるように補正され、更に、補正された補正位相信号Ｃφｉを平均して平均位相信号φａｖが求められ、スケール１０２に対する検出器１１０の位置が求められる。
【解決手段】第１レンズアレイ１１４、第２レンズアレイ１２２がスケール１０２と受光部１２４とは異なる線膨張係数αＬＡを備え、第１レンズアレイ１１４、第２レンズアレイ１２２の特定の一箇所Ｘｓｔで第１レンズアレイ１１４、第２レンズアレイ１２２と受光部１２４とが一体的に固定され、周期信号Ｆｉから求められる位相信号φｉはそれぞれ、異なる線膨張係数αＬＡに起因する位相ずれが解消されるように補正され、更に、補正された補正位相信号Ｃφｉを平均して平均位相信号φａｖが求められ、スケール１０２に対する検出器１１０の位置が求められる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測長方向に等間隔に光学格子が形成されたスケールと、該スケールに対して相対変位する検出器と、を備える光電式エンコーダに係り、特に検出器に設けられたレンズアレイの線膨張係数が検出器の受光部とスケールのうちのいずれかと異なり動作温度が大きく変動しても、正確にスケールに対する検出器の位置が求められる光電式エンコーダに関する。
【背景技術】
【０００２】
測長方向に等間隔に光学格子が形成されたスケールと、該スケールに対して相対変位する検出器と、該検出器の受光部に該スケールの像を結像させるレンズアレイを備える光電式エンコーダが提案されている（たとえば特許文献１、２）。図１８、図１９（Ａ）それぞれに、特許文献１、２におけるスケール２、５２とレンズアレイ１４、６４と受光部上のスケールの像Ｉｍｇとの関係が示されている。特許文献１、２では、レンズアレイ１４、６４を用いることで、検出器の大きさを増大させずに、スケール２、５２の検出範囲を広げることを可能としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２６４２９５号公報
【特許文献２】特開２００５−５２２６８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、エンコーダの低コスト化のために、例えばレンズアレイをガラスからプラスチックに変更した場合には、従来スケールがガラスであることから少なくともレンズアレイとスケールとの線膨張係数が大きく異なることとなる。このため、たとえ初期状態でスケールと検出器とを精度調整しておいても、光電式エンコーダの動作温度Ｔｐが精度調整時の温度Ｔａから変化すると、レンズアレイのそれぞれのレンズ部で構成される検出器の光学系の光軸中心が動いてしまうこととなる。即ち、検出器による検出位置に誤差が生じてしまうおそれがある。
【０００５】
特に、特許文献２のエンコーダについて図１９（Ｂ）を用いて説明すると、レンズアレイ６４のレンズ部６４Ａの光軸中心Ｏ１を基準にした際に、動作温度Ｔｐが精度調整時の温度Ｔａから変化することでレンズ部６４Ｂの光軸中心Ｏ２が精度調整時の位置から距離ｄｘ外側へ変化することとなる。このため、レンズ部６４Ａによるスケールの像Ｉｍｇ１を基準に考えると、レンズ部６４Ｂによるスケールの像Ｉｍｇ２が測長方向（Ｘ方向）にずれてしまう。即ち、特許文献２では、レンズアレイ６４をスケール５２と異なる線膨張係数とすると、動作温度Ｔｐが変動した場合には特にレンズ部６４Ａによるスケール５２の像Ｉｍｇ１とレンズ部６４Ｂによるスケール５２の像Ｉｍｇ２とで連続性が保てず、大きな位置検出誤差を生じさせるおそれが出てきてしまう。
【０００６】
本発明は、前記問題点を解消するべくなされたもので、検出器に設けられたレンズアレイの線膨張係数が検出器の受光部とスケールのうちのいずれかと異なっても、動作温度範囲を拡大しつつ、スケールに対する検出器の位置を正確に求めることが可能な光電式エンコーダを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願の請求項１に係る発明は、測長方向に等間隔に光学格子が形成されたスケールと、該スケールに対して相対変位する検出器と、を備え、該検出器に、数ｎ（ｎ≧２）のレンズ部を前記測長方向に備えるとともに前記スケールの像を結像させるレンズアレイと、該レンズ部毎に結像された該スケールの像をそれぞれ受光する数ｎの受光素子を備えるとともに該受光素子毎に前記光学格子の周期に従う周期信号Ｆｉ（ｉ＝１、・・・、ｎ）を出力する受光部と、を有する光電式エンコーダにおいて、前記レンズアレイが少なくとも前記スケールと前記受光部のうちのいずれか一方とは異なる線膨張係数αＬＡを備え、前記測長方向における該レンズアレイの特定の一箇所で該レンズアレイと該受光部とが一体的に固定され、前記受光素子毎の前記周期信号Ｆｉから求められる位相信号φｉはそれぞれ、前記スケール及び検出器の動作温度Ｔｐと、前記特定の一箇所から前記各レンズ部のそれぞれの光軸中心までの距離Ｌｉとを用いて、前記異なる線膨張係数αＬＡに起因する位相ずれが解消されるように補正され、更に、前記受光素子毎に得られる補正された補正位相信号Ｃφｉを平均して平均位相信号φａｖが求められ、該平均位相信号φａｖにより前記スケールに対する前記検出器の位置が求められたことにより、前記課題を解決したものである。
【０００８】
本願の請求項２に係る発明は、前記特定の一箇所から前記各レンズ部のそれぞれの光軸中心までの距離Ｌｉと、前記レンズアレイ、スケール、及び受光部の線膨張係数αＬＡ、αＳ、αＤと、前記動作温度Ｔｐと前記スケールに対する前記検出器の精度調整時の該スケール及び検出器の周囲の温度Ｔａとの温度差δＴと、から該各レンズ部における前記検出部上の前記スケールの像の移動量ｄｘｉを式（１）で求め、該移動量ｄｘｉに対して前記周期信号Ｆｉの周期Ｐから式（２）で移動位相δφｉを求め、更に、前記特定の一箇所に対する前記各レンズ部のそれぞれの光軸中心の位置に従い、前記位相信号φｉに該移動位相δφｉを加算もしくは減算することで、前記受光素子毎の前記位相信号φｉをそれぞれ、前記異なる線膨張係数αＬＡに起因する位相ずれが解消されるように補正したものである。
ｄｘｉ＝（２αＬＡ−αＳ−αＤ）＊Ｌｉ＊δＴ （１）
δφｉ＝２πｄｘｉ／Ｐ （２）
【０００９】
本願の請求項３に係る発明は、前記特定の一箇所を、前記測長方向で、いずれかの前記レンズ部の光軸中心と一致させるようにしたものである。
【００１０】
本願の請求項４に係る発明は、前記特定の一箇所を、前記測長方向で、前記レンズアレイの中心位置とするようにしたものである。
【００１１】
本願の請求項５に係る発明は、前記レンズアレイを前記レンズ部の数ｎを３とするようにしたものである。
【００１２】
本願の請求項６に係る発明は、前記スケールの素材をガラスとし、前記レンズアレイの素材をプラスチックとし、そして前記受光部の素材をシリコンとしたものである。
【００１３】
本願の請求項７に係る発明は、前記検出器に、前記レンズアレイの焦点位置に絞り板の開口を備える片側テレセントリック光学系を設けたものである。
【００１４】
本願の請求項８に係る発明は、前記検出器に、前記レンズアレイを２つ前記光軸方向に直列に備えるとともに該レンズアレイの間の焦点位置に絞り板の開口を備える両側テレセントリック光学系を設けたものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、検出器に設けられたレンズアレイの線膨張係数が検出器の受光部とスケールのうちのいずれかと異なっても、動作温度範囲を拡大しつつ、スケールに対する検出器の位置を正確に求めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る光電式エンコーダの一例の概略を示す斜視図
【図２】同じく光電式エンコーダの信号処理部を含む模式図
【図３】同じくスケール部分の模式図
【図４】同じく各レンズ部によるスケールの像の位置変化を示す模式図
【図５】同じく各レンズ部によるスケールの像の位置変化を示す模式図
【図６】同じく各レンズ部によるスケールの像の位置変化を示す模式図
【図７】本発明の第２実施形態に係る光電式エンコーダの各レンズ部によるスケールの像の位置変化を示す模式図
【図８】同じく各レンズ部によるスケールの像の位置変化を示す模式図
【図９】同じく各レンズ部によるスケールの像の位置変化を示す模式図
【図１０】本発明の第３実施形態に係る光電式エンコーダの各レンズ部によるスケールの像の位置変化を示す模式図
【図１１】同じく各レンズ部によるスケールの像の位置変化を示す模式図
【図１２】同じく各レンズ部によるスケールの像の位置変化を示す模式図
【図１３】本発明の第４実施形態に係る光電式エンコーダの各レンズ部によるスケールの像の位置変化を示す模式図
【図１４】同じく各レンズ部によるスケールの像の位置変化を示す模式図
【図１５】同じく各レンズ部によるスケールの像の位置変化を示す模式図
【図１６】本発明の第５実施形態に係る光電式エンコーダの信号処理部を含む模式図
【図１７】本発明の第６実施形態に係る光電式エンコーダの概略図
【図１８】従来例に係る光電式エンコーダの概略図
【図１９】従来例に係る光電式エンコーダの概略図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の実施形態の一例について詳細に説明する。
【００１８】
最初に、本発明の第１実施形態に係わる光電式エンコーダの構成について図１〜図３を用いて以下に説明する。
【００１９】
本実施形態の光電式エンコーダ１００は、図１、図２に示す如く、スケール１０２と、スケール１０２に対して相対変位する検出器１１０と、を備えている。なお、検出器１１０には、信号処理部１２６が接続されている。
【００２０】
前記スケール１０２は、図３に一部を示す如く、測長方向（Ｘ方向）に等間隔（周期Ｐｒ）に光学格子１０６が形成されたインクリメンタルトラックを有する。スケール１０２は、透過型のスケールであり、ガラスを基材１０４としている。ここで基材１０４としてソーダライムガラス（別称青板ガラス）を用いた場合、スケール１０２の線膨張係数αＳは、約８＊１０−６／℃である。スケール１０２の表面には、遮光用の金属膜が形成されて、光学格子１０６の部分のみが透明とされている。なお、スケール１０２には、インクリメンタルトラックの測長範囲外で検出器１１０により検出可能な図示せぬ原点マークが形成されている。
【００２１】
前記検出器１１０は、図１、図２に示す如く、光源１１２と第１レンズアレイ１１４と絞り板１１６と第２レンズアレイ１２２と受光部１２４とを有する。
【００２２】
光源１１２は、図２に示す如く、スケール１０２の背面に配置され、スケール１０２の透過光を受光部１２４に入射させるようにしている。光源１１２は、例えばＬＥＤであり、前記第１レンズアレイ１１４、第２レンズアレイ１２２の後述するレンズ部１１４Ａ〜１１４Ｃ、１２２Ａ〜１２２Ｃの数ｎと同数（ｎ＝３）のＬＥＤ１１２Ａ〜１１２Ｃで構成されている。このため、検出器１１０の光源１１２が収納される部分を薄型にすることができる。
【００２３】
第１レンズアレイ１１４は、図２に示す如く、Ｙ方向で、スケール１０２から焦点距離ｆ離れて配置されている。第１レンズアレイ１１４は、等間隔Ｌ０で数ｎ（ｎ＝３）のレンズ部１１４Ａ〜１１４Ｃを測長方向（Ｘ方向）に備えている。
【００２４】
絞り板１１６は、図２に示す如く、Ｙ方向で、第１レンズアレイ１１４から焦点距離ｆ離れて配置されている。絞り板１１６は、遮光性の高い材料からできており、第１レンズアレイ１１４の各レンズ部１１４Ａ〜１１４Ｃの光軸中心Ｏ１〜Ｏ３に相当する部分に等間隔Ｌ０で開口１２０Ａ〜１２０Ｃが設けてある。
【００２５】
第２レンズアレイ１２２は、図２に示す如く、Ｙ方向で、絞り板１１６から焦点距離ｆ離れて配置されている。第２レンズアレイ１２２も第１レンズアレイ１１４と同じく、等間隔Ｌ０で数ｎ（ｎ＝３）のレンズ部１２２Ａ〜１２２Ｃを測長方向（Ｘ方向）に備えている。なお、本実施形態では、レンズ部１１４Ａ〜１１４Ｃとレンズ部１２２Ａ〜１２２Ｃの焦点距離ｆは同一とされている。なお、第１レンズアレイ１１４と第２レンズアレイ１２２とは、ポリカーボネート（プラスチック）が素材となっており、その線膨張係数αＬＡは約７０＊１０−６／℃である。
【００２６】
受光部１２４は、図２に示す如く、Ｙ方向で、第２レンズアレイ１２２から焦点距離ｆ離れて配置されている。受光部１２４には、３つの受光素子アレイ１２４Ａ〜１２４Ｃ（受光素子）が設けられている。そして、光源１１２Ａ〜１１２Ｃとレンズ部１１４Ａ〜１１４Ｃと開口１２０Ａ〜１２０Ｃとレンズ部１２２Ａ〜１２２Ｃと受光素子アレイ１２４Ａ〜１２４Ｃとはそれぞれ、光軸中心Ｏ１〜Ｏ３上に配置されている。即ち、３つの受光素子アレイ１２４Ａ〜１２４Ｃは、第１レンズアレイ１１４のレンズ部１１４Ａ〜１１４Ｃと第２レンズアレイ１２２のレンズ部１２２Ａ〜１２２Ｃとで結像されたスケール１０２の像を、それぞれ受光する。そして、受光素子アレイ１２４Ａ〜１２４Ｃはそれぞれ、光学格子１０６の周期Ｐｒに従う周期信号Ｆｉ（ｉ＝１、２、３）を出力する。具体的には、周期信号Ｆｉはそれぞれ、正弦波及び余弦波の２相アナログ信号とされている。このように、検出器１１０には、第１レンズアレイ１１４、第２レンズアレイ１２２を光軸方向Ｏ１〜Ｏ３に直列に備えるとともに第１レンズアレイ１１４と第２レンズアレイ１２２の間の焦点位置ｆに絞り板１１６の開口１２０Ａ〜１２０Ｃを備える両側テレセントリック光学系が設けられている。なお、受光部１２４は、シリコンが素材として用いられており、その線膨張係数αＤは、約２．６＊１０−６／℃である。
【００２７】
検出器１１０は、図示せぬケーシングで一体化されている。その際に、測長方向（Ｘ方向）で光軸中心Ｏ２の位置で、第１レンズアレイ１１４と第２レンズアレイ１２２と受光部１２４とが一体的に固定されている（図２）。即ち、第１レンズアレイ１１４と第２レンズアレイ１２２の特定の一箇所Ｘｓｔが、測長方向（Ｘ方向）で、レンズ部１１４Ｂ、１２２Ｂの光軸中心Ｏ２と一致されている。同時に、測長方向（Ｘ方向）で、光軸中心Ｏ２が第１レンズアレイ１１４と第２レンズアレイ１２２の中心位置でもある。即ち、第１レンズアレイ１１４と第２レンズアレイ１２２の特定の一箇所Ｘｓｔが、測長方向（Ｘ方向）で、第１レンズアレイ１１４と第２レンズアレイ１２２の中心位置とされている。なお、当該一体的に固定する方法としては、ねじ止め、エポキシ系接着剤、若しくは溶着などで実現することができる。一体的に固定された位置以外は、動作温度Ｔｐの変化で第１レンズアレイ１１４及び第２レンズアレイ１２２と受光部１２４とが特定の一箇所Ｘｓｔを中心に、互いに膨張・収縮可能なように、弾性接着剤等で貼り付けられている。なお、絞り板１１６の開口１２０Ａ〜１２０Ｃの動作温度Ｔｐの上昇による位置変動は、スケール１０２の像ＩｍｇＡ〜ＩｍｇＣの位置に大きな影響を与えないので、特定の一箇所Ｘｓｔにこだわらずに検出器１１０に固定される。
【００２８】
前記信号処理部１２６は、図２に示す如く、増幅回路１２８Ａ〜１２８Ｃと、内挿回路１３０Ａ〜１３０Ｃと、温度センサ１３２と、各種記憶部１３４〜１４０と、演算回路１４２と、位相演算回路１４４と、位相平均回路１４６とを有する。
【００２９】
増幅回路１２８Ａ〜１２８Ｃは、図２に示す如く、受光素子アレイ１２４Ａ〜１２４Ｃから出力された、光学格子１０６の周期Ｐｒに従う周期信号Ｆｉ（２相アナログ信号）のフィルタリングを行い、増幅する。内挿回路１３０Ａ〜１３０Ｃは、増幅された２相アナログ信号から、逆正接演算（ａｒｃｔａｎ演算）を行い、周期信号Ｆｉの周期Ｐよりも細かい位相信号φ１〜φ３を求める。
【００３０】
一方、検出器１１０には、図２に示す如く、温度センサ１３２が設けられており、スケール１０２に対する検出器１１０の精度調整時のスケール１０２及び検出器１１０の周囲の温度Ｔａから、スケール１０２及び検出器１１０の動作温度Ｔｐへ変化した際の温度差δＴを出力する。各種記憶部１３４〜１４０において、αＳ記憶部１３４はスケール１０２の線膨張長係数αＳ（８＊１０−６／℃）を、αＬＡ記憶部１３６は第１レンズアレイ１１４、第２レンズアレイ１２２の線膨張長係数αＬＡ（７０＊１０−６／℃）を、αＤ記憶部１３８は受光部１２４の線膨張係数αＤ（２．６＊１０−６／℃）を、Ｌｉ記憶部１４０は特定の一箇所Ｘｓｔから各レンズ部１１４Ａ〜１１４Ｃ（１２２Ａ〜１２２Ｃ）のそれぞれの光軸中心Ｏ１〜Ｏ３までの距離Ｌｉ（ｉ＝１、２、３）を、それぞれ記憶している。なお、特定の一箇所Ｘｓｔは光軸中心Ｏ２と同一とされていることから、特定の一箇所Ｘｓｔから光軸中心Ｏ１までの距離Ｌ１と特定の一箇所Ｘｓｔから光軸中心Ｏ３までの距離Ｌ３は、共に光軸中心間距離Ｌ０で等しくされている。
【００３１】
演算回路１４２は、温度センサ１３２の出力と各種記憶部１３４〜１４０の出力と、から各レンズ部１１４Ａ〜１１４Ｃ（１２２Ａ〜１２２Ｃ）における受光部１２４上のスケール１０２の像Ｉｍｇの移動量ｄｘｉを式（１）により求める（なお、ｄｘ２はゼロとなる）。
ｄｘｉ＝（２αＬＡ−αＳ−αＤ）＊Ｌｉ＊δＴ （１）
【００３２】
ここで、スケール１０２、第１レンズアレイ１１４、第２レンズアレイ１２２、及び受光部１２４の線膨張係数の違いによるスケール１０２の像Ｉｍｇの移動について、図４〜図６を用いて詳細に説明する。なお、図４〜図６では、スケール１０２及び受光部１２４とは大きく線膨張係数αＬＡの異なる第１レンズアレイ１１４、第２レンズアレイ１２２による変化のみを表現している。
【００３３】
第１レンズアレイ１１４、第２レンズアレイ１２２、および受光部１２４は、測長方向（Ｘ方向）で、光軸中心Ｏ２の一箇所で一体的に固定されている（光軸中心Ｏ２と特定の一箇所Ｘｓｔが一致）。そして、光電式エンコーダ１００を構成した際には、前述の如くスケール１０２に対する検出器１１０の精度調整が行われる。即ち、このときのスケール１０２及び検出器１１０の周囲の温度Ｔａにおける、各レンズ部１１４Ａ〜１１４Ｃ、１２２Ａ〜１２２Ｃによるスケール１０２の像ＩｍｇＡ〜ＩｍｇＣの位置が受光部１２４上での基準となる。このとき、図４（Ａ）のリサージュ図形ＬＳＪに示す如く、スケール１０２の像ＩｍｇＡ〜ＩｍｇＣの位相ずれはほとんど生じていない状態となる。
【００３４】
第１レンズアレイ１１４、第２レンズアレイ１２２の線膨張係数αＬＡは、スケール１０２の線膨張係数αＳ、受光部１２４の線膨張係数αＤと異なり大きい。このため、精度調整後のスケール１０２及び検出器１１０の動作温度Ｔｐが温度Ｔａから上昇する。すると、第１レンズアレイ１１４、第２レンズアレイ１２２が、測長方向（Ｘ方向）にスケール１０２や受光部１２４に比べて大きく伸びることとなる。ここで、光軸中心Ｏ２が固定されているので、光軸中心Ｏ１は、レンズ部１１４Ａ、１２２Ａがスケール１０２や受光部１２４の膨張よりも大きく、光軸中心Ｏ２から移動する。同様に、光軸中心Ｏ３は、レンズ部１１４Ｃ、１２２Ｃがスケール１０２や受光部１２４の膨張よりも大きく、光軸中心Ｏ２から移動する。
【００３５】
即ち、図４（Ｂ）で示す如く、動作温度Ｔｐが温度Ｔａよりも上昇すると、スケール１０２の像ＩｍｇＡ〜ＩｍｇＣは互いに離れるように移動することとなる。このため、精度調整時に比べて、像ＩｍｇＢを基準とするリサージュ図形では、像ＩｍｇＡと像ＩｍｇＣとは位相がずれてくる（位相ずれの発生）。第１レンズアレイ１１４、第２レンズアレイ１２２、スケール１０２、及び受光部１２４の膨張は、精度調整時の温度Ｔａと動作温度Ｔｐとの温度差δＴが大きくなれば、温度差δＴに比例して大きくなる。このため、温度差δＴが大きい状態を示す図５（Ａ）、（Ｂ）では、リサージュ図形ＬＳＪに示す如く、像ＩｍｇＢと像ＩｍｇＡおよび像ＩｍｇＣとの位相が大きくずれていくことなる（位相ずれの拡大）。ここで、スケール１０２と受光部１２４の線膨張係数αＳ、αＤは、第１レンズアレイ１１４、第２レンズアレイ１２２の線膨張係数αＬＡに比べて小さい。このため、結果的に図６に示す如く、大まかにはスケール１０２に対して光軸中心Ｏ１、Ｏ３が移動した分ｄＬの２倍（２ｄＬ）で、スケール１０２の像ＩｍｇＡ、ＩｍｇＣが移動することとなる。即ち、スケール１０２の像Ｉｍｇの移動量ｄｘｉは式（１）で正確に求めることができる。
【００３６】
そして、移動量ｄｘｉに対して周期信号Ｆｉの周期Ｐから式（２）で移動位相δφｉを求める。求められた移動位相δφｉは演算回路１４２から出力される。なお、周期Ｐは、２相アナログ信号でリサージュ図形を構成する時の周期（リサージュ周期）ともいえる。
δφｉ＝２πｄｘｉ／Ｐ （２）
【００３７】
ここで、図２において、レンズ部１１４Ａ〜１１４Ｃとレンズ部１２２Ａ〜１２２Ｃとが同一とされ、距離関係がすべて焦点距離ｆとされている。このため、スケール１０２上の光学格子１０６の周期Ｐｒとスケール１０２の像の周期、即ち周期信号Ｆｉの周期Ｐとは同一とされている。
【００３８】
演算回路１４２から出力された移動位相δφ１は、位相演算回路１４４のうち、位相加算回路１４４Ａで位相信号φ１と加算されることで、位相信号φ１が補正されて、位相ずれが解消される。これは、動作温度Ｔｐの上昇に伴い、第１レンズアレイ１１４、第２レンズアレイ１２２のレンズ部１１４Ａ、１２２Ａの膨張が大きくなり、スケール１０２の像の位置が特定の一箇所Ｘｓｔから紙面左側に離れていくためである（図６）。逆に演算回路１４２から出力された移動位相δφ３（＝δφ１）は、位相演算回路１４４のうち、位相減算回路１４４Ｂで位相信号φ３から減算されることで、位相信号φ３が補正されて、位相ずれが解消される。これは、動作温度Ｔｐの上昇に伴い、第１レンズアレイ１１４、第２レンズアレイ１２２のレンズ部１１４Ｃ、１２２Ｃの膨張が大きくなり、スケール１０２の像の位置が特定の一箇所Ｘｓｔから紙面右側に離れていくためである（図６）。
【００３９】
即ち、特定の一箇所Ｘｓｔに対する各レンズ部１１４Ａ〜１１４Ｃ（１２２Ａ〜１２２Ｃ）のそれぞれの光軸中心Ｏ１〜Ｏ３の位置に従い、位相信号φｉに移動位相δφｉが加算もしくは減算されることで、受光素子アレイ１２４Ａ〜１２４Ｃ毎の位相信号φｉはそれぞれ、異なる線膨張係数αＬＡに起因する位相ずれが解消されるように補正される。言い換えれば、受光素子アレイ１２４Ａ〜１２４Ｃ毎の周期信号Ｆｉから求められる位相信号φｉはそれぞれ、スケール１０２及び検出器１１０の動作温度Ｔｐと、特定の一箇所Ｘｓｔから各レンズ部１１４Ａ〜１１４Ｃ（１２２Ａ〜１２２Ｃ）のそれぞれの光軸中心Ｏ１〜Ｏ３までの距離Ｌｉとを用いて、異なる線膨張係数αＬＡに起因する位相ずれが解消されるように補正される。なお、特定の一箇所Ｘｓｔは光軸中心Ｏ２と同一とされていることから、位相信号φ２を補正する必要がない。
【００４０】
受光素子アレイ１２４Ａ〜１２４Ｃ毎に得られる補正された補正位相信号Ｃφｉは、図２に示す如く、位相平均回路１４６に入力される。位相平均回路１４６は、補正位相信号Ｃφ１、Ｃφ３と位相信号φ２とを平均して、平均位相信号φａｖを求めて出力する。なお、信号処理部１２６には、図示せぬ２相デジタル信号を２相方形波信号として出力する回路と、該２相方形波信号を計数するカウンタ回路が設けられている。このため、スケール１０２上の原点マークから方形波信号をカウントし、それに平均位相信号φａｖの位置情報を加えることで、正確で詳細なスケール１０２に対する検出器１１０の位置が求められる。
【００４１】
このように、本実施形態では、動作温度Ｔｐが上昇して第１レンズアレイ１１４、第２レンズアレイ１２２が膨張しても、得られる位相信号φｉを補正することで位相ずれを解消でき、検出精度を維持することができる。
【００４２】
また、第１レンズアレイ１１４、第２レンズアレイ１２２の素材として線膨張係数の大きいプラスチック（ポリカーボネート）を用いているので、第１レンズアレイ１１４、第２レンズアレイ１２２がガラスであるよりも、検出器１１０のコストを低減することができる。
【００４３】
また、第１レンズアレイ１１４、第２レンズアレイ１２２、及び受光部１２４を特定の一箇所Ｘｓｔで一体的に固定しているので、温度差δＴによる位相補正の計算が容易である。同時に、熱膨張による第１レンズアレイ１１４、第２レンズアレイ１２２、及び受光部１２４の膨張を強制的に抑え込むなどしていない。このため、第１レンズアレイ１１４、第２レンズアレイ１２２、及び受光部１２４に大きなひずみを与えないので、エンコーダの長期的な品質保持が可能である。
【００４４】
また、位相信号φｉの補正は各受光素子アレイ１２４Ａ〜１２４Ｃ毎に行うので、その補正は容易に行うことができる。その際に、特定の一箇所Ｘｓｔは光軸中心Ｏ２と一致している。このため、各光軸中心Ｏ１、Ｏ３までの距離Ｌ１、Ｌ３は距離Ｌ０と同一であり、更に容易に位相信号φｉの補正が可能である。
【００４５】
また、光軸中心Ｏ２は、測長方向（Ｘ方向）で第１レンズアレイ１１４、第２レンズアレイ１２２の中心位置でもあるので、スケール１０２の像Ｉｍｇの移動量が左右均等であり、簡単且つ正確に温度による当該移動量を求めることができる。同時に、仮に温度上昇で第１、第２レンズアレイにそりなどが生じても、端部の一箇所で抑えた際に生じるそりよりも小さくすることができるので、そりなどの影響を低減することができる。また、構成上、第１レンズアレイ１１４、第２レンズアレイ１２２、及び受光部１２４の互いの固定とケーシングへの固定とが精度よく、且つ容易に行うことができる。
【００４６】
また、本実施形態では、検出器１１０に両側テレセントリック光学系を構成しているので、スケール１０２の位置と受光部１２４の位置の両方が光軸方向（Ｙ方向）で多少ずれても、高い検出精度を保持することが可能である。
【００４７】
即ち、本実施形態によれば、検出器１１０に設けられた第１レンズアレイ１１４、第２レンズアレイ１２２の線膨張係数αＬＡが検出器１１０の受光部１２４とスケール１０２のうちのいずれかと異なっても、動作温度範囲を拡大しつつ、スケール１０２に対する検出器１１０の位置を正確に求めることが可能となる。
【００４８】
本発明について第１実施形態を上げて説明したが、本発明は第１実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の要旨を逸脱しない範囲においての改良並びに設計の変更が可能なことはいうまでもない。
【００４９】
第１実施形態においては、絞り板１１６が第１レンズアレイ１１４と第２レンズアレイ１２２との間に配置されていたが、本発明はこれに限定されない。例えば、絞り板のない図７（Ａ）で示される第２実施形態の如くされていてもよい。その場合には、絞り板のない分、部品点数を低減でき、エンコーダを低コストとすることができる。なお、動作温度Ｔｐが温度Ｔａに比べて上昇していく際の、スケール２０２の像ＩｍｇＡ〜ＩｍｇＣの移動の様子を図７〜図９に示す。
【００５０】
また、上記実施形態では、第１レンズアレイと第２レンズアレイの２つが検出器に設けられていたが、本発明はこれに限定されない。例えば、図１０（Ａ）で示される第３実施形態の如く、第１レンズアレイ３１４のみが用いられていてもよい。その場合には、部品点数を更に低減でき、エンコーダを低コストとすることができる。なお、動作温度Ｔｐが温度Ｔａに比べて上昇していく際の、スケール３０２の像ＩｍｇＡ〜ＩｍｇＣの移動の様子を図１０〜図１２に示す。
【００５１】
また、第３実施形態では、第１レンズアレイ３１４のみで検出器の光学系が構成されていたが、本発明はこれに限定されない。例えば、図１３（Ａ）で示される第４実施形態の如く、検出器には、第１レンズアレイ４１４の焦点位置に絞り板４１６の開口を備える片側テレセントリック光学系が設けられていてもよい。その場合には、第３実施形態よりも光軸方向（Ｙ方向）でスケール４０２の位置の配置許容度を向上させながら、第１、第２実施形態よりも部品点数を低減でき、エンコーダを低コストとすることができる。なお、動作温度Ｔｐが温度Ｔａに比べて上昇していく際の、スケール４０２の像ＩｍｇＡ〜ＩｍｇＣの移動の様子を図１３〜図１５に示す。
【００５２】
また、上記実施形態では、レンズ部と受光素子アレイとが共に３つであったが、本発明はこれに限定されず、２つ以上であればよい。例えば、第１実施形態に比べてレンズ部と受光素子アレイがそれぞれ１つ増えた図１６で示される第５実施形態の如くであってもよい。
【００５３】
第５実施形態では、第１レンズアレイ５１４、第２レンズアレイ５２２の中心位置が特定の一箇所Ｘｓｔとされている。しかし、レンズ部５１４Ａ〜５１４Ｄ（５２２Ａ〜５２２Ｄ）が４つあることから、特定の一箇所Ｘｓｔは、レンズ部５１４Ｂ、５１４Ｃ（５２２Ｂ、５２２Ｃ）の中間の位置とされている。このため、いずれの光軸中心Ｏ１〜Ｏ４も、動作温度Ｔｐの変化によりスケール５０２の像ＩｍｇＡ〜ＩｍｇＤの移動が生じる。したがって、特定の一箇所Ｘｓｔからの距離が近い光軸中心Ｏ２、Ｏ３は、Ｌｉ記憶部５４０Ｂに記憶された距離０．５Ｌ０を用いて移動位相δφ２が求められる。また、特定の一箇所Ｘｓｔからの距離が遠い光軸中心Ｏ１、Ｏ４は、Ｌｉ記憶部５４０Ａに記憶された距離１．５Ｌ０を用いて移動位相δφ１が求められる。
【００５４】
このように、レンズ部の数に限られることなく、本発明では、位相信号φｉの補正で位相ずれが解消でき、安定してスケールに対する検出器の位置を正確に求めることができる。
【００５５】
また、上記実施形態では、透過型の光電式エンコーダであったが、本発明はこれに限定されない。例えば、図１７で示す第６実施形態の如く、反射型の光電式エンコーダ６００が構成されてもよい。なお、図１７で、紙面奥行き方向が測長方向とされ、その方向に複数のレンズ部が設けられている。また、図１７では、検出器に両側テレセントリック光学系が構成されているが、本発明はレンズアレイが用いられていれば特にテレセントリック光学系に限定されない。
【００５６】
また、上記実施形態においては、式（１）、式（２）を用いて位相信号φｉがそれぞれ補正されて位相ずれが解消されていたが、本発明はこれに限定されない。本発明は、式（１）、式（２）に限らず、受光素子アレイ毎の周期信号Ｆｉから求められる位相信号φｉがそれぞれ、スケール及び検出器の動作温度Ｔｐと、特定の一箇所Ｘｓｔから各レンズ部のそれぞれの光軸中心までの距離Ｌｉとを用いて、異なる線膨張係数αＬＡに起因する位相ずれが解消されるように補正されていればよい。
【００５７】
また、上記実施形態においては、特定の一箇所Ｘｓｔは、測長方向（Ｘ方向）で、レンズアレイの中心位置とされて、且つレンズ部とレンズ部の中間位置若しくは光軸中心と一致していたが、本発明はこれに限定されない。例えば、レンズアレイの端部を特定の一箇所Ｘｓｔとして、検出器のケーシングにレンズアレイと受光部とを一体的に固定してもよい。
【００５８】
また、上記実施形態においては、スケールの素材はガラスとされ、レンズアレイの素材はプラスチックとされ、そして受光部の素材はシリコンとされ、それぞれの線膨張係数αＬＡ、αＳ、αＤはそれぞれ異なっていたが、本発明はこれに限定されない。例えば、レンズアレイが少なくともスケールと受光部のうちのいずれか一方とは異なる線膨張係数αＬＡを備えていればよい。即ち、レンズアレイを設計上の都合や低コスト化のために線膨張係数の大小にこだわらず、自在にスケール、レンズアレイ、及び受光部の素材を選択することが可能である。
【００５９】
また、上記実施形態においては、動作温度Ｔｐが温度Ｔａよりも上昇するとして説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、動作温度Ｔｐが温度Ｔａよりも低下するような場合であってもよい。その際には、レンズアレイは収縮することとなるので、上述の説明において、その温度差の符号を逆にすればよい。
【００６０】
また、上記実施形態においては、検出器に温度センサが設けられていたが本発明はこれに限定されない。例えば、温度をエンコーダ外部で検出して、その温度を用いてもよい。あるいは、たとえば、エンコーダに設けられた高温警報用の温度センサの出力を用いてもよいし、別に温度センサを設けてもよい。
【００６１】
また、上記実施形態においては、受光素子として受光素子アレイを用いたが本発明はこれに限定されない。例えば、インデックススケールとアレイを構成しない受光センサとの組み合わせで受光素子を構成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明の光電子式エンコーダは、レンズアレイの線膨張係数を、低コスト化のために受光部若しくはスケールの線膨張係数と異ならせても、位置検出の精度を保ちながらエンコーダの動作温度範囲を拡大できるので、位置検出が必要とされるさまざま分野に適用が可能である。
【符号の説明】
【００６３】
１００、５００、６００…光電式エンコーダ
２、５２、１０２、２０２、３０２、４０２、５０２、６０２…スケール
１４、 ６４、１１４、２１４、３１４、４１４、５１４、６１４…第１レンズアレイ
１６、１１６、４１６、５１６、６１６…絞り板
２４、１２４、２２４、３２４、４２４、５２４、６２４…受光部
１０４、１１８、５１８…基材
１０６…光学格子
１１０、５１０…検出器
１１２、５１２…光源
６４Ａ、６４Ｂ、１１４Ａ〜１１４Ｃ、１２２Ａ〜１２２Ｃ、５１４Ａ〜５１４Ｄ、５２２Ａ〜５２２Ｄ…レンズ部
１２０Ａ〜１２０Ｃ、５２０Ａ〜５２０Ｄ…開口
１２２、２２２、５２２、６２２…第２レンズアレイ
１２４Ａ〜１２４Ｃ、５２４Ａ〜５２４Ｄ…受光素子アレイ
１２６、５２６…信号処理部
１２８Ａ〜１２８Ｃ、５２８Ａ〜５２８Ｄ…増幅回路
１３０Ａ〜１３０Ｃ、５３０Ａ〜５３０Ｄ…内挿回路
１３２、５３２…温度センサ
１３４、５３４…αＳ記憶部
１３６、５３６…αＬＡ記憶部
１３８、５３８…αＤ記憶部
１４０、５４０Ａ、５４０Ｂ…Ｌｉ記憶部
１４２、５４２Ａ、５４２Ｂ…演算回路
１４４…位相演算回路
１４４Ａ、５４４Ａ、５４４Ｂ…位相加算回路
１４４Ｂ、５４４Ｃ、５４４Ｄ…位相減算回路
１４６、５４６…位相平均回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測長方向に等間隔に光学格子が形成されたスケールと、該スケールに対して相対変位する検出器と、を備える光電式エンコーダに係り、特に検出器に設けられたレンズアレイの線膨張係数が検出器の受光部とスケールのうちのいずれかと異なり動作温度が大きく変動しても、正確にスケールに対する検出器の位置が求められる光電式エンコーダに関する。
【背景技術】
【０００２】
測長方向に等間隔に光学格子が形成されたスケールと、該スケールに対して相対変位する検出器と、該検出器の受光部に該スケールの像を結像させるレンズアレイを備える光電式エンコーダが提案されている（たとえば特許文献１、２）。図１８、図１９（Ａ）それぞれに、特許文献１、２におけるスケール２、５２とレンズアレイ１４、６４と受光部上のスケールの像Ｉｍｇとの関係が示されている。特許文献１、２では、レンズアレイ１４、６４を用いることで、検出器の大きさを増大させずに、スケール２、５２の検出範囲を広げることを可能としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２６４２９５号公報
【特許文献２】特開２００５−５２２６８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、エンコーダの低コスト化のために、例えばレンズアレイをガラスからプラスチックに変更した場合には、従来スケールがガラスであることから少なくともレンズアレイとスケールとの線膨張係数が大きく異なることとなる。このため、たとえ初期状態でスケールと検出器とを精度調整しておいても、光電式エンコーダの動作温度Ｔｐが精度調整時の温度Ｔａから変化すると、レンズアレイのそれぞれのレンズ部で構成される検出器の光学系の光軸中心が動いてしまうこととなる。即ち、検出器による検出位置に誤差が生じてしまうおそれがある。
【０００５】
特に、特許文献２のエンコーダについて図１９（Ｂ）を用いて説明すると、レンズアレイ６４のレンズ部６４Ａの光軸中心Ｏ１を基準にした際に、動作温度Ｔｐが精度調整時の温度Ｔａから変化することでレンズ部６４Ｂの光軸中心Ｏ２が精度調整時の位置から距離ｄｘ外側へ変化することとなる。このため、レンズ部６４Ａによるスケールの像Ｉｍｇ１を基準に考えると、レンズ部６４Ｂによるスケールの像Ｉｍｇ２が測長方向（Ｘ方向）にずれてしまう。即ち、特許文献２では、レンズアレイ６４をスケール５２と異なる線膨張係数とすると、動作温度Ｔｐが変動した場合には特にレンズ部６４Ａによるスケール５２の像Ｉｍｇ１とレンズ部６４Ｂによるスケール５２の像Ｉｍｇ２とで連続性が保てず、大きな位置検出誤差を生じさせるおそれが出てきてしまう。
【０００６】
本発明は、前記問題点を解消するべくなされたもので、検出器に設けられたレンズアレイの線膨張係数が検出器の受光部とスケールのうちのいずれかと異なっても、動作温度範囲を拡大しつつ、スケールに対する検出器の位置を正確に求めることが可能な光電式エンコーダを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願の請求項１に係る発明は、測長方向に等間隔に光学格子が形成されたスケールと、該スケールに対して相対変位する検出器と、を備え、該検出器に、数ｎ（ｎ≧２）のレンズ部を前記測長方向に備えるとともに前記スケールの像を結像させるレンズアレイと、該レンズ部毎に結像された該スケールの像をそれぞれ受光する数ｎの受光素子を備えるとともに該受光素子毎に前記光学格子の周期に従う周期信号Ｆｉ（ｉ＝１、・・・、ｎ）を出力する受光部と、を有する光電式エンコーダにおいて、前記レンズアレイが少なくとも前記スケールと前記受光部のうちのいずれか一方とは異なる線膨張係数αＬＡを備え、前記測長方向における該レンズアレイの特定の一箇所で該レンズアレイと該受光部とが一体的に固定され、前記受光素子毎の前記周期信号Ｆｉから求められる位相信号φｉはそれぞれ、前記スケール及び検出器の動作温度Ｔｐと、前記特定の一箇所から前記各レンズ部のそれぞれの光軸中心までの距離Ｌｉとを用いて、前記異なる線膨張係数αＬＡに起因する位相ずれが解消されるように補正され、更に、前記受光素子毎に得られる補正された補正位相信号Ｃφｉを平均して平均位相信号φａｖが求められ、該平均位相信号φａｖにより前記スケールに対する前記検出器の位置が求められたことにより、前記課題を解決したものである。
【０００８】
本願の請求項２に係る発明は、前記特定の一箇所から前記各レンズ部のそれぞれの光軸中心までの距離Ｌｉと、前記レンズアレイ、スケール、及び受光部の線膨張係数αＬＡ、αＳ、αＤと、前記動作温度Ｔｐと前記スケールに対する前記検出器の精度調整時の該スケール及び検出器の周囲の温度Ｔａとの温度差δＴと、から該各レンズ部における前記検出部上の前記スケールの像の移動量ｄｘｉを式（１）で求め、該移動量ｄｘｉに対して前記周期信号Ｆｉの周期Ｐから式（２）で移動位相δφｉを求め、更に、前記特定の一箇所に対する前記各レンズ部のそれぞれの光軸中心の位置に従い、前記位相信号φｉに該移動位相δφｉを加算もしくは減算することで、前記受光素子毎の前記位相信号φｉをそれぞれ、前記異なる線膨張係数αＬＡに起因する位相ずれが解消されるように補正したものである。
ｄｘｉ＝（２αＬＡ−αＳ−αＤ）＊Ｌｉ＊δＴ （１）
δφｉ＝２πｄｘｉ／Ｐ （２）
【０００９】
本願の請求項３に係る発明は、前記特定の一箇所を、前記測長方向で、いずれかの前記レンズ部の光軸中心と一致させるようにしたものである。
【００１０】
本願の請求項４に係る発明は、前記特定の一箇所を、前記測長方向で、前記レンズアレイの中心位置とするようにしたものである。
【００１１】
本願の請求項５に係る発明は、前記レンズアレイを前記レンズ部の数ｎを３とするようにしたものである。
【００１２】
本願の請求項６に係る発明は、前記スケールの素材をガラスとし、前記レンズアレイの素材をプラスチックとし、そして前記受光部の素材をシリコンとしたものである。
【００１３】
本願の請求項７に係る発明は、前記検出器に、前記レンズアレイの焦点位置に絞り板の開口を備える片側テレセントリック光学系を設けたものである。
【００１４】
本願の請求項８に係る発明は、前記検出器に、前記レンズアレイを２つ前記光軸方向に直列に備えるとともに該レンズアレイの間の焦点位置に絞り板の開口を備える両側テレセントリック光学系を設けたものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、検出器に設けられたレンズアレイの線膨張係数が検出器の受光部とスケールのうちのいずれかと異なっても、動作温度範囲を拡大しつつ、スケールに対する検出器の位置を正確に求めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る光電式エンコーダの一例の概略を示す斜視図
【図２】同じく光電式エンコーダの信号処理部を含む模式図
【図３】同じくスケール部分の模式図
【図４】同じく各レンズ部によるスケールの像の位置変化を示す模式図
【図５】同じく各レンズ部によるスケールの像の位置変化を示す模式図
【図６】同じく各レンズ部によるスケールの像の位置変化を示す模式図
【図７】本発明の第２実施形態に係る光電式エンコーダの各レンズ部によるスケールの像の位置変化を示す模式図
【図８】同じく各レンズ部によるスケールの像の位置変化を示す模式図
【図９】同じく各レンズ部によるスケールの像の位置変化を示す模式図
【図１０】本発明の第３実施形態に係る光電式エンコーダの各レンズ部によるスケールの像の位置変化を示す模式図
【図１１】同じく各レンズ部によるスケールの像の位置変化を示す模式図
【図１２】同じく各レンズ部によるスケールの像の位置変化を示す模式図
【図１３】本発明の第４実施形態に係る光電式エンコーダの各レンズ部によるスケールの像の位置変化を示す模式図
【図１４】同じく各レンズ部によるスケールの像の位置変化を示す模式図
【図１５】同じく各レンズ部によるスケールの像の位置変化を示す模式図
【図１６】本発明の第５実施形態に係る光電式エンコーダの信号処理部を含む模式図
【図１７】本発明の第６実施形態に係る光電式エンコーダの概略図
【図１８】従来例に係る光電式エンコーダの概略図
【図１９】従来例に係る光電式エンコーダの概略図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の実施形態の一例について詳細に説明する。
【００１８】
最初に、本発明の第１実施形態に係わる光電式エンコーダの構成について図１〜図３を用いて以下に説明する。
【００１９】
本実施形態の光電式エンコーダ１００は、図１、図２に示す如く、スケール１０２と、スケール１０２に対して相対変位する検出器１１０と、を備えている。なお、検出器１１０には、信号処理部１２６が接続されている。
【００２０】
前記スケール１０２は、図３に一部を示す如く、測長方向（Ｘ方向）に等間隔（周期Ｐｒ）に光学格子１０６が形成されたインクリメンタルトラックを有する。スケール１０２は、透過型のスケールであり、ガラスを基材１０４としている。ここで基材１０４としてソーダライムガラス（別称青板ガラス）を用いた場合、スケール１０２の線膨張係数αＳは、約８＊１０−６／℃である。スケール１０２の表面には、遮光用の金属膜が形成されて、光学格子１０６の部分のみが透明とされている。なお、スケール１０２には、インクリメンタルトラックの測長範囲外で検出器１１０により検出可能な図示せぬ原点マークが形成されている。
【００２１】
前記検出器１１０は、図１、図２に示す如く、光源１１２と第１レンズアレイ１１４と絞り板１１６と第２レンズアレイ１２２と受光部１２４とを有する。
【００２２】
光源１１２は、図２に示す如く、スケール１０２の背面に配置され、スケール１０２の透過光を受光部１２４に入射させるようにしている。光源１１２は、例えばＬＥＤであり、前記第１レンズアレイ１１４、第２レンズアレイ１２２の後述するレンズ部１１４Ａ〜１１４Ｃ、１２２Ａ〜１２２Ｃの数ｎと同数（ｎ＝３）のＬＥＤ１１２Ａ〜１１２Ｃで構成されている。このため、検出器１１０の光源１１２が収納される部分を薄型にすることができる。
【００２３】
第１レンズアレイ１１４は、図２に示す如く、Ｙ方向で、スケール１０２から焦点距離ｆ離れて配置されている。第１レンズアレイ１１４は、等間隔Ｌ０で数ｎ（ｎ＝３）のレンズ部１１４Ａ〜１１４Ｃを測長方向（Ｘ方向）に備えている。
【００２４】
絞り板１１６は、図２に示す如く、Ｙ方向で、第１レンズアレイ１１４から焦点距離ｆ離れて配置されている。絞り板１１６は、遮光性の高い材料からできており、第１レンズアレイ１１４の各レンズ部１１４Ａ〜１１４Ｃの光軸中心Ｏ１〜Ｏ３に相当する部分に等間隔Ｌ０で開口１２０Ａ〜１２０Ｃが設けてある。
【００２５】
第２レンズアレイ１２２は、図２に示す如く、Ｙ方向で、絞り板１１６から焦点距離ｆ離れて配置されている。第２レンズアレイ１２２も第１レンズアレイ１１４と同じく、等間隔Ｌ０で数ｎ（ｎ＝３）のレンズ部１２２Ａ〜１２２Ｃを測長方向（Ｘ方向）に備えている。なお、本実施形態では、レンズ部１１４Ａ〜１１４Ｃとレンズ部１２２Ａ〜１２２Ｃの焦点距離ｆは同一とされている。なお、第１レンズアレイ１１４と第２レンズアレイ１２２とは、ポリカーボネート（プラスチック）が素材となっており、その線膨張係数αＬＡは約７０＊１０−６／℃である。
【００２６】
受光部１２４は、図２に示す如く、Ｙ方向で、第２レンズアレイ１２２から焦点距離ｆ離れて配置されている。受光部１２４には、３つの受光素子アレイ１２４Ａ〜１２４Ｃ（受光素子）が設けられている。そして、光源１１２Ａ〜１１２Ｃとレンズ部１１４Ａ〜１１４Ｃと開口１２０Ａ〜１２０Ｃとレンズ部１２２Ａ〜１２２Ｃと受光素子アレイ１２４Ａ〜１２４Ｃとはそれぞれ、光軸中心Ｏ１〜Ｏ３上に配置されている。即ち、３つの受光素子アレイ１２４Ａ〜１２４Ｃは、第１レンズアレイ１１４のレンズ部１１４Ａ〜１１４Ｃと第２レンズアレイ１２２のレンズ部１２２Ａ〜１２２Ｃとで結像されたスケール１０２の像を、それぞれ受光する。そして、受光素子アレイ１２４Ａ〜１２４Ｃはそれぞれ、光学格子１０６の周期Ｐｒに従う周期信号Ｆｉ（ｉ＝１、２、３）を出力する。具体的には、周期信号Ｆｉはそれぞれ、正弦波及び余弦波の２相アナログ信号とされている。このように、検出器１１０には、第１レンズアレイ１１４、第２レンズアレイ１２２を光軸方向Ｏ１〜Ｏ３に直列に備えるとともに第１レンズアレイ１１４と第２レンズアレイ１２２の間の焦点位置ｆに絞り板１１６の開口１２０Ａ〜１２０Ｃを備える両側テレセントリック光学系が設けられている。なお、受光部１２４は、シリコンが素材として用いられており、その線膨張係数αＤは、約２．６＊１０−６／℃である。
【００２７】
検出器１１０は、図示せぬケーシングで一体化されている。その際に、測長方向（Ｘ方向）で光軸中心Ｏ２の位置で、第１レンズアレイ１１４と第２レンズアレイ１２２と受光部１２４とが一体的に固定されている（図２）。即ち、第１レンズアレイ１１４と第２レンズアレイ１２２の特定の一箇所Ｘｓｔが、測長方向（Ｘ方向）で、レンズ部１１４Ｂ、１２２Ｂの光軸中心Ｏ２と一致されている。同時に、測長方向（Ｘ方向）で、光軸中心Ｏ２が第１レンズアレイ１１４と第２レンズアレイ１２２の中心位置でもある。即ち、第１レンズアレイ１１４と第２レンズアレイ１２２の特定の一箇所Ｘｓｔが、測長方向（Ｘ方向）で、第１レンズアレイ１１４と第２レンズアレイ１２２の中心位置とされている。なお、当該一体的に固定する方法としては、ねじ止め、エポキシ系接着剤、若しくは溶着などで実現することができる。一体的に固定された位置以外は、動作温度Ｔｐの変化で第１レンズアレイ１１４及び第２レンズアレイ１２２と受光部１２４とが特定の一箇所Ｘｓｔを中心に、互いに膨張・収縮可能なように、弾性接着剤等で貼り付けられている。なお、絞り板１１６の開口１２０Ａ〜１２０Ｃの動作温度Ｔｐの上昇による位置変動は、スケール１０２の像ＩｍｇＡ〜ＩｍｇＣの位置に大きな影響を与えないので、特定の一箇所Ｘｓｔにこだわらずに検出器１１０に固定される。
【００２８】
前記信号処理部１２６は、図２に示す如く、増幅回路１２８Ａ〜１２８Ｃと、内挿回路１３０Ａ〜１３０Ｃと、温度センサ１３２と、各種記憶部１３４〜１４０と、演算回路１４２と、位相演算回路１４４と、位相平均回路１４６とを有する。
【００２９】
増幅回路１２８Ａ〜１２８Ｃは、図２に示す如く、受光素子アレイ１２４Ａ〜１２４Ｃから出力された、光学格子１０６の周期Ｐｒに従う周期信号Ｆｉ（２相アナログ信号）のフィルタリングを行い、増幅する。内挿回路１３０Ａ〜１３０Ｃは、増幅された２相アナログ信号から、逆正接演算（ａｒｃｔａｎ演算）を行い、周期信号Ｆｉの周期Ｐよりも細かい位相信号φ１〜φ３を求める。
【００３０】
一方、検出器１１０には、図２に示す如く、温度センサ１３２が設けられており、スケール１０２に対する検出器１１０の精度調整時のスケール１０２及び検出器１１０の周囲の温度Ｔａから、スケール１０２及び検出器１１０の動作温度Ｔｐへ変化した際の温度差δＴを出力する。各種記憶部１３４〜１４０において、αＳ記憶部１３４はスケール１０２の線膨張長係数αＳ（８＊１０−６／℃）を、αＬＡ記憶部１３６は第１レンズアレイ１１４、第２レンズアレイ１２２の線膨張長係数αＬＡ（７０＊１０−６／℃）を、αＤ記憶部１３８は受光部１２４の線膨張係数αＤ（２．６＊１０−６／℃）を、Ｌｉ記憶部１４０は特定の一箇所Ｘｓｔから各レンズ部１１４Ａ〜１１４Ｃ（１２２Ａ〜１２２Ｃ）のそれぞれの光軸中心Ｏ１〜Ｏ３までの距離Ｌｉ（ｉ＝１、２、３）を、それぞれ記憶している。なお、特定の一箇所Ｘｓｔは光軸中心Ｏ２と同一とされていることから、特定の一箇所Ｘｓｔから光軸中心Ｏ１までの距離Ｌ１と特定の一箇所Ｘｓｔから光軸中心Ｏ３までの距離Ｌ３は、共に光軸中心間距離Ｌ０で等しくされている。
【００３１】
演算回路１４２は、温度センサ１３２の出力と各種記憶部１３４〜１４０の出力と、から各レンズ部１１４Ａ〜１１４Ｃ（１２２Ａ〜１２２Ｃ）における受光部１２４上のスケール１０２の像Ｉｍｇの移動量ｄｘｉを式（１）により求める（なお、ｄｘ２はゼロとなる）。
ｄｘｉ＝（２αＬＡ−αＳ−αＤ）＊Ｌｉ＊δＴ （１）
【００３２】
ここで、スケール１０２、第１レンズアレイ１１４、第２レンズアレイ１２２、及び受光部１２４の線膨張係数の違いによるスケール１０２の像Ｉｍｇの移動について、図４〜図６を用いて詳細に説明する。なお、図４〜図６では、スケール１０２及び受光部１２４とは大きく線膨張係数αＬＡの異なる第１レンズアレイ１１４、第２レンズアレイ１２２による変化のみを表現している。
【００３３】
第１レンズアレイ１１４、第２レンズアレイ１２２、および受光部１２４は、測長方向（Ｘ方向）で、光軸中心Ｏ２の一箇所で一体的に固定されている（光軸中心Ｏ２と特定の一箇所Ｘｓｔが一致）。そして、光電式エンコーダ１００を構成した際には、前述の如くスケール１０２に対する検出器１１０の精度調整が行われる。即ち、このときのスケール１０２及び検出器１１０の周囲の温度Ｔａにおける、各レンズ部１１４Ａ〜１１４Ｃ、１２２Ａ〜１２２Ｃによるスケール１０２の像ＩｍｇＡ〜ＩｍｇＣの位置が受光部１２４上での基準となる。このとき、図４（Ａ）のリサージュ図形ＬＳＪに示す如く、スケール１０２の像ＩｍｇＡ〜ＩｍｇＣの位相ずれはほとんど生じていない状態となる。
【００３４】
第１レンズアレイ１１４、第２レンズアレイ１２２の線膨張係数αＬＡは、スケール１０２の線膨張係数αＳ、受光部１２４の線膨張係数αＤと異なり大きい。このため、精度調整後のスケール１０２及び検出器１１０の動作温度Ｔｐが温度Ｔａから上昇する。すると、第１レンズアレイ１１４、第２レンズアレイ１２２が、測長方向（Ｘ方向）にスケール１０２や受光部１２４に比べて大きく伸びることとなる。ここで、光軸中心Ｏ２が固定されているので、光軸中心Ｏ１は、レンズ部１１４Ａ、１２２Ａがスケール１０２や受光部１２４の膨張よりも大きく、光軸中心Ｏ２から移動する。同様に、光軸中心Ｏ３は、レンズ部１１４Ｃ、１２２Ｃがスケール１０２や受光部１２４の膨張よりも大きく、光軸中心Ｏ２から移動する。
【００３５】
即ち、図４（Ｂ）で示す如く、動作温度Ｔｐが温度Ｔａよりも上昇すると、スケール１０２の像ＩｍｇＡ〜ＩｍｇＣは互いに離れるように移動することとなる。このため、精度調整時に比べて、像ＩｍｇＢを基準とするリサージュ図形では、像ＩｍｇＡと像ＩｍｇＣとは位相がずれてくる（位相ずれの発生）。第１レンズアレイ１１４、第２レンズアレイ１２２、スケール１０２、及び受光部１２４の膨張は、精度調整時の温度Ｔａと動作温度Ｔｐとの温度差δＴが大きくなれば、温度差δＴに比例して大きくなる。このため、温度差δＴが大きい状態を示す図５（Ａ）、（Ｂ）では、リサージュ図形ＬＳＪに示す如く、像ＩｍｇＢと像ＩｍｇＡおよび像ＩｍｇＣとの位相が大きくずれていくことなる（位相ずれの拡大）。ここで、スケール１０２と受光部１２４の線膨張係数αＳ、αＤは、第１レンズアレイ１１４、第２レンズアレイ１２２の線膨張係数αＬＡに比べて小さい。このため、結果的に図６に示す如く、大まかにはスケール１０２に対して光軸中心Ｏ１、Ｏ３が移動した分ｄＬの２倍（２ｄＬ）で、スケール１０２の像ＩｍｇＡ、ＩｍｇＣが移動することとなる。即ち、スケール１０２の像Ｉｍｇの移動量ｄｘｉは式（１）で正確に求めることができる。
【００３６】
そして、移動量ｄｘｉに対して周期信号Ｆｉの周期Ｐから式（２）で移動位相δφｉを求める。求められた移動位相δφｉは演算回路１４２から出力される。なお、周期Ｐは、２相アナログ信号でリサージュ図形を構成する時の周期（リサージュ周期）ともいえる。
δφｉ＝２πｄｘｉ／Ｐ （２）
【００３７】
ここで、図２において、レンズ部１１４Ａ〜１１４Ｃとレンズ部１２２Ａ〜１２２Ｃとが同一とされ、距離関係がすべて焦点距離ｆとされている。このため、スケール１０２上の光学格子１０６の周期Ｐｒとスケール１０２の像の周期、即ち周期信号Ｆｉの周期Ｐとは同一とされている。
【００３８】
演算回路１４２から出力された移動位相δφ１は、位相演算回路１４４のうち、位相加算回路１４４Ａで位相信号φ１と加算されることで、位相信号φ１が補正されて、位相ずれが解消される。これは、動作温度Ｔｐの上昇に伴い、第１レンズアレイ１１４、第２レンズアレイ１２２のレンズ部１１４Ａ、１２２Ａの膨張が大きくなり、スケール１０２の像の位置が特定の一箇所Ｘｓｔから紙面左側に離れていくためである（図６）。逆に演算回路１４２から出力された移動位相δφ３（＝δφ１）は、位相演算回路１４４のうち、位相減算回路１４４Ｂで位相信号φ３から減算されることで、位相信号φ３が補正されて、位相ずれが解消される。これは、動作温度Ｔｐの上昇に伴い、第１レンズアレイ１１４、第２レンズアレイ１２２のレンズ部１１４Ｃ、１２２Ｃの膨張が大きくなり、スケール１０２の像の位置が特定の一箇所Ｘｓｔから紙面右側に離れていくためである（図６）。
【００３９】
即ち、特定の一箇所Ｘｓｔに対する各レンズ部１１４Ａ〜１１４Ｃ（１２２Ａ〜１２２Ｃ）のそれぞれの光軸中心Ｏ１〜Ｏ３の位置に従い、位相信号φｉに移動位相δφｉが加算もしくは減算されることで、受光素子アレイ１２４Ａ〜１２４Ｃ毎の位相信号φｉはそれぞれ、異なる線膨張係数αＬＡに起因する位相ずれが解消されるように補正される。言い換えれば、受光素子アレイ１２４Ａ〜１２４Ｃ毎の周期信号Ｆｉから求められる位相信号φｉはそれぞれ、スケール１０２及び検出器１１０の動作温度Ｔｐと、特定の一箇所Ｘｓｔから各レンズ部１１４Ａ〜１１４Ｃ（１２２Ａ〜１２２Ｃ）のそれぞれの光軸中心Ｏ１〜Ｏ３までの距離Ｌｉとを用いて、異なる線膨張係数αＬＡに起因する位相ずれが解消されるように補正される。なお、特定の一箇所Ｘｓｔは光軸中心Ｏ２と同一とされていることから、位相信号φ２を補正する必要がない。
【００４０】
受光素子アレイ１２４Ａ〜１２４Ｃ毎に得られる補正された補正位相信号Ｃφｉは、図２に示す如く、位相平均回路１４６に入力される。位相平均回路１４６は、補正位相信号Ｃφ１、Ｃφ３と位相信号φ２とを平均して、平均位相信号φａｖを求めて出力する。なお、信号処理部１２６には、図示せぬ２相デジタル信号を２相方形波信号として出力する回路と、該２相方形波信号を計数するカウンタ回路が設けられている。このため、スケール１０２上の原点マークから方形波信号をカウントし、それに平均位相信号φａｖの位置情報を加えることで、正確で詳細なスケール１０２に対する検出器１１０の位置が求められる。
【００４１】
このように、本実施形態では、動作温度Ｔｐが上昇して第１レンズアレイ１１４、第２レンズアレイ１２２が膨張しても、得られる位相信号φｉを補正することで位相ずれを解消でき、検出精度を維持することができる。
【００４２】
また、第１レンズアレイ１１４、第２レンズアレイ１２２の素材として線膨張係数の大きいプラスチック（ポリカーボネート）を用いているので、第１レンズアレイ１１４、第２レンズアレイ１２２がガラスであるよりも、検出器１１０のコストを低減することができる。
【００４３】
また、第１レンズアレイ１１４、第２レンズアレイ１２２、及び受光部１２４を特定の一箇所Ｘｓｔで一体的に固定しているので、温度差δＴによる位相補正の計算が容易である。同時に、熱膨張による第１レンズアレイ１１４、第２レンズアレイ１２２、及び受光部１２４の膨張を強制的に抑え込むなどしていない。このため、第１レンズアレイ１１４、第２レンズアレイ１２２、及び受光部１２４に大きなひずみを与えないので、エンコーダの長期的な品質保持が可能である。
【００４４】
また、位相信号φｉの補正は各受光素子アレイ１２４Ａ〜１２４Ｃ毎に行うので、その補正は容易に行うことができる。その際に、特定の一箇所Ｘｓｔは光軸中心Ｏ２と一致している。このため、各光軸中心Ｏ１、Ｏ３までの距離Ｌ１、Ｌ３は距離Ｌ０と同一であり、更に容易に位相信号φｉの補正が可能である。
【００４５】
また、光軸中心Ｏ２は、測長方向（Ｘ方向）で第１レンズアレイ１１４、第２レンズアレイ１２２の中心位置でもあるので、スケール１０２の像Ｉｍｇの移動量が左右均等であり、簡単且つ正確に温度による当該移動量を求めることができる。同時に、仮に温度上昇で第１、第２レンズアレイにそりなどが生じても、端部の一箇所で抑えた際に生じるそりよりも小さくすることができるので、そりなどの影響を低減することができる。また、構成上、第１レンズアレイ１１４、第２レンズアレイ１２２、及び受光部１２４の互いの固定とケーシングへの固定とが精度よく、且つ容易に行うことができる。
【００４６】
また、本実施形態では、検出器１１０に両側テレセントリック光学系を構成しているので、スケール１０２の位置と受光部１２４の位置の両方が光軸方向（Ｙ方向）で多少ずれても、高い検出精度を保持することが可能である。
【００４７】
即ち、本実施形態によれば、検出器１１０に設けられた第１レンズアレイ１１４、第２レンズアレイ１２２の線膨張係数αＬＡが検出器１１０の受光部１２４とスケール１０２のうちのいずれかと異なっても、動作温度範囲を拡大しつつ、スケール１０２に対する検出器１１０の位置を正確に求めることが可能となる。
【００４８】
本発明について第１実施形態を上げて説明したが、本発明は第１実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の要旨を逸脱しない範囲においての改良並びに設計の変更が可能なことはいうまでもない。
【００４９】
第１実施形態においては、絞り板１１６が第１レンズアレイ１１４と第２レンズアレイ１２２との間に配置されていたが、本発明はこれに限定されない。例えば、絞り板のない図７（Ａ）で示される第２実施形態の如くされていてもよい。その場合には、絞り板のない分、部品点数を低減でき、エンコーダを低コストとすることができる。なお、動作温度Ｔｐが温度Ｔａに比べて上昇していく際の、スケール２０２の像ＩｍｇＡ〜ＩｍｇＣの移動の様子を図７〜図９に示す。
【００５０】
また、上記実施形態では、第１レンズアレイと第２レンズアレイの２つが検出器に設けられていたが、本発明はこれに限定されない。例えば、図１０（Ａ）で示される第３実施形態の如く、第１レンズアレイ３１４のみが用いられていてもよい。その場合には、部品点数を更に低減でき、エンコーダを低コストとすることができる。なお、動作温度Ｔｐが温度Ｔａに比べて上昇していく際の、スケール３０２の像ＩｍｇＡ〜ＩｍｇＣの移動の様子を図１０〜図１２に示す。
【００５１】
また、第３実施形態では、第１レンズアレイ３１４のみで検出器の光学系が構成されていたが、本発明はこれに限定されない。例えば、図１３（Ａ）で示される第４実施形態の如く、検出器には、第１レンズアレイ４１４の焦点位置に絞り板４１６の開口を備える片側テレセントリック光学系が設けられていてもよい。その場合には、第３実施形態よりも光軸方向（Ｙ方向）でスケール４０２の位置の配置許容度を向上させながら、第１、第２実施形態よりも部品点数を低減でき、エンコーダを低コストとすることができる。なお、動作温度Ｔｐが温度Ｔａに比べて上昇していく際の、スケール４０２の像ＩｍｇＡ〜ＩｍｇＣの移動の様子を図１３〜図１５に示す。
【００５２】
また、上記実施形態では、レンズ部と受光素子アレイとが共に３つであったが、本発明はこれに限定されず、２つ以上であればよい。例えば、第１実施形態に比べてレンズ部と受光素子アレイがそれぞれ１つ増えた図１６で示される第５実施形態の如くであってもよい。
【００５３】
第５実施形態では、第１レンズアレイ５１４、第２レンズアレイ５２２の中心位置が特定の一箇所Ｘｓｔとされている。しかし、レンズ部５１４Ａ〜５１４Ｄ（５２２Ａ〜５２２Ｄ）が４つあることから、特定の一箇所Ｘｓｔは、レンズ部５１４Ｂ、５１４Ｃ（５２２Ｂ、５２２Ｃ）の中間の位置とされている。このため、いずれの光軸中心Ｏ１〜Ｏ４も、動作温度Ｔｐの変化によりスケール５０２の像ＩｍｇＡ〜ＩｍｇＤの移動が生じる。したがって、特定の一箇所Ｘｓｔからの距離が近い光軸中心Ｏ２、Ｏ３は、Ｌｉ記憶部５４０Ｂに記憶された距離０．５Ｌ０を用いて移動位相δφ２が求められる。また、特定の一箇所Ｘｓｔからの距離が遠い光軸中心Ｏ１、Ｏ４は、Ｌｉ記憶部５４０Ａに記憶された距離１．５Ｌ０を用いて移動位相δφ１が求められる。
【００５４】
このように、レンズ部の数に限られることなく、本発明では、位相信号φｉの補正で位相ずれが解消でき、安定してスケールに対する検出器の位置を正確に求めることができる。
【００５５】
また、上記実施形態では、透過型の光電式エンコーダであったが、本発明はこれに限定されない。例えば、図１７で示す第６実施形態の如く、反射型の光電式エンコーダ６００が構成されてもよい。なお、図１７で、紙面奥行き方向が測長方向とされ、その方向に複数のレンズ部が設けられている。また、図１７では、検出器に両側テレセントリック光学系が構成されているが、本発明はレンズアレイが用いられていれば特にテレセントリック光学系に限定されない。
【００５６】
また、上記実施形態においては、式（１）、式（２）を用いて位相信号φｉがそれぞれ補正されて位相ずれが解消されていたが、本発明はこれに限定されない。本発明は、式（１）、式（２）に限らず、受光素子アレイ毎の周期信号Ｆｉから求められる位相信号φｉがそれぞれ、スケール及び検出器の動作温度Ｔｐと、特定の一箇所Ｘｓｔから各レンズ部のそれぞれの光軸中心までの距離Ｌｉとを用いて、異なる線膨張係数αＬＡに起因する位相ずれが解消されるように補正されていればよい。
【００５７】
また、上記実施形態においては、特定の一箇所Ｘｓｔは、測長方向（Ｘ方向）で、レンズアレイの中心位置とされて、且つレンズ部とレンズ部の中間位置若しくは光軸中心と一致していたが、本発明はこれに限定されない。例えば、レンズアレイの端部を特定の一箇所Ｘｓｔとして、検出器のケーシングにレンズアレイと受光部とを一体的に固定してもよい。
【００５８】
また、上記実施形態においては、スケールの素材はガラスとされ、レンズアレイの素材はプラスチックとされ、そして受光部の素材はシリコンとされ、それぞれの線膨張係数αＬＡ、αＳ、αＤはそれぞれ異なっていたが、本発明はこれに限定されない。例えば、レンズアレイが少なくともスケールと受光部のうちのいずれか一方とは異なる線膨張係数αＬＡを備えていればよい。即ち、レンズアレイを設計上の都合や低コスト化のために線膨張係数の大小にこだわらず、自在にスケール、レンズアレイ、及び受光部の素材を選択することが可能である。
【００５９】
また、上記実施形態においては、動作温度Ｔｐが温度Ｔａよりも上昇するとして説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、動作温度Ｔｐが温度Ｔａよりも低下するような場合であってもよい。その際には、レンズアレイは収縮することとなるので、上述の説明において、その温度差の符号を逆にすればよい。
【００６０】
また、上記実施形態においては、検出器に温度センサが設けられていたが本発明はこれに限定されない。例えば、温度をエンコーダ外部で検出して、その温度を用いてもよい。あるいは、たとえば、エンコーダに設けられた高温警報用の温度センサの出力を用いてもよいし、別に温度センサを設けてもよい。
【００６１】
また、上記実施形態においては、受光素子として受光素子アレイを用いたが本発明はこれに限定されない。例えば、インデックススケールとアレイを構成しない受光センサとの組み合わせで受光素子を構成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明の光電子式エンコーダは、レンズアレイの線膨張係数を、低コスト化のために受光部若しくはスケールの線膨張係数と異ならせても、位置検出の精度を保ちながらエンコーダの動作温度範囲を拡大できるので、位置検出が必要とされるさまざま分野に適用が可能である。
【符号の説明】
【００６３】
１００、５００、６００…光電式エンコーダ
２、５２、１０２、２０２、３０２、４０２、５０２、６０２…スケール
１４、 ６４、１１４、２１４、３１４、４１４、５１４、６１４…第１レンズアレイ
１６、１１６、４１６、５１６、６１６…絞り板
２４、１２４、２２４、３２４、４２４、５２４、６２４…受光部
１０４、１１８、５１８…基材
１０６…光学格子
１１０、５１０…検出器
１１２、５１２…光源
６４Ａ、６４Ｂ、１１４Ａ〜１１４Ｃ、１２２Ａ〜１２２Ｃ、５１４Ａ〜５１４Ｄ、５２２Ａ〜５２２Ｄ…レンズ部
１２０Ａ〜１２０Ｃ、５２０Ａ〜５２０Ｄ…開口
１２２、２２２、５２２、６２２…第２レンズアレイ
１２４Ａ〜１２４Ｃ、５２４Ａ〜５２４Ｄ…受光素子アレイ
１２６、５２６…信号処理部
１２８Ａ〜１２８Ｃ、５２８Ａ〜５２８Ｄ…増幅回路
１３０Ａ〜１３０Ｃ、５３０Ａ〜５３０Ｄ…内挿回路
１３２、５３２…温度センサ
１３４、５３４…αＳ記憶部
１３６、５３６…αＬＡ記憶部
１３８、５３８…αＤ記憶部
１４０、５４０Ａ、５４０Ｂ…Ｌｉ記憶部
１４２、５４２Ａ、５４２Ｂ…演算回路
１４４…位相演算回路
１４４Ａ、５４４Ａ、５４４Ｂ…位相加算回路
１４４Ｂ、５４４Ｃ、５４４Ｄ…位相減算回路
１４６、５４６…位相平均回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測長方向に等間隔に光学格子が形成されたスケールと、該スケールに対して相対変位する検出器と、を備え、
該検出器に、数ｎ（ｎ≧２）のレンズ部を前記測長方向に備えるとともに前記スケールの像を結像させるレンズアレイと、該レンズ部毎に結像された該スケールの像をそれぞれ受光する数ｎの受光素子を備えるとともに該受光素子毎に前記光学格子の周期に従う周期信号Ｆｉ（ｉ＝１、・・・、ｎ）を出力する受光部と、を有する光電式エンコーダにおいて、
前記レンズアレイが少なくとも前記スケールと前記受光部のうちのいずれか一方とは異なる線膨張係数αＬＡを備え、
前記測長方向における該レンズアレイの特定の一箇所で該レンズアレイと該受光部とが一体的に固定され、
前記受光素子毎の前記周期信号Ｆｉから求められる位相信号φｉはそれぞれ、前記スケール及び検出器の動作温度Ｔｐと、前記特定の一箇所から前記各レンズ部のそれぞれの光軸中心までの距離Ｌｉとを用いて、前記異なる線膨張係数αＬＡに起因する位相ずれが解消されるように補正され、更に、
前記受光素子毎に得られる補正された補正位相信号Ｃφｉを平均して平均位相信号φａｖが求められ、該平均位相信号φａｖにより前記スケールに対する前記検出器の位置が求められることを特徴とする光電式エンコーダ。
【請求項２】
前記特定の一箇所から前記各レンズ部のそれぞれの光軸中心までの距離Ｌｉと、前記レンズアレイ、スケール、及び受光部の線膨張係数αＬＡ、αＳ、αＤと、前記動作温度Ｔｐと前記スケールに対する前記検出器の精度調整時の該スケール及び検出器の周囲の温度Ｔａとの温度差δＴと、から該各レンズ部における前記検出部上の前記スケールの像の移動量ｄｘｉが式（１）で求められ、
該移動量ｄｘｉに対して前記周期信号Ｆｉの周期Ｐから式（２）で移動位相δφｉが求められ、
更に、前記特定の一箇所に対する前記各レンズ部のそれぞれの光軸中心の位置に従い、前記位相信号φｉに該移動位相δφｉが加算もしくは減算されることで、前記受光素子毎の前記位相信号φｉはそれぞれ、前記異なる線膨張係数αＬＡに起因する位相ずれが解消されるように補正されることを特徴とする請求項１に記載の光電式エンコーダ。
ｄｘｉ＝（２αＬＡ−αＳ−αＤ）＊Ｌｉ＊δＴ （１）
δφｉ＝２πｄｘｉ／Ｐ （２）
【請求項３】
前記特定の一箇所は、前記測長方向で、いずれかの前記レンズ部の光軸中心と一致されていることを特徴とする請求項１または２に記載の光電式エンコーダ。
【請求項４】
前記特定の一箇所は、前記測長方向で、前記レンズアレイの中心位置とされていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の光電式エンコーダ。
【請求項５】
前記レンズアレイは前記レンズ部の数ｎが３とされていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の光電式エンコーダ。
【請求項６】
前記スケールの素材はガラスとされ、前記レンズアレイの素材はプラスチックとされ、そして前記受光部の素材はシリコンとされていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の光電式エンコーダ。
【請求項７】
前記検出器には、前記レンズアレイの焦点位置に絞り板の開口を備える片側テレセントリック光学系が設けられていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の光電式エンコーダ。
【請求項８】
前記検出器には、前記レンズアレイを２つ前記光軸方向に直列に備えるとともに該レンズアレイの間の焦点位置に絞り板の開口を備える両側テレセントリック光学系が設けられていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の光電式エンコーダ。
【請求項１】
測長方向に等間隔に光学格子が形成されたスケールと、該スケールに対して相対変位する検出器と、を備え、
該検出器に、数ｎ（ｎ≧２）のレンズ部を前記測長方向に備えるとともに前記スケールの像を結像させるレンズアレイと、該レンズ部毎に結像された該スケールの像をそれぞれ受光する数ｎの受光素子を備えるとともに該受光素子毎に前記光学格子の周期に従う周期信号Ｆｉ（ｉ＝１、・・・、ｎ）を出力する受光部と、を有する光電式エンコーダにおいて、
前記レンズアレイが少なくとも前記スケールと前記受光部のうちのいずれか一方とは異なる線膨張係数αＬＡを備え、
前記測長方向における該レンズアレイの特定の一箇所で該レンズアレイと該受光部とが一体的に固定され、
前記受光素子毎の前記周期信号Ｆｉから求められる位相信号φｉはそれぞれ、前記スケール及び検出器の動作温度Ｔｐと、前記特定の一箇所から前記各レンズ部のそれぞれの光軸中心までの距離Ｌｉとを用いて、前記異なる線膨張係数αＬＡに起因する位相ずれが解消されるように補正され、更に、
前記受光素子毎に得られる補正された補正位相信号Ｃφｉを平均して平均位相信号φａｖが求められ、該平均位相信号φａｖにより前記スケールに対する前記検出器の位置が求められることを特徴とする光電式エンコーダ。
【請求項２】
前記特定の一箇所から前記各レンズ部のそれぞれの光軸中心までの距離Ｌｉと、前記レンズアレイ、スケール、及び受光部の線膨張係数αＬＡ、αＳ、αＤと、前記動作温度Ｔｐと前記スケールに対する前記検出器の精度調整時の該スケール及び検出器の周囲の温度Ｔａとの温度差δＴと、から該各レンズ部における前記検出部上の前記スケールの像の移動量ｄｘｉが式（１）で求められ、
該移動量ｄｘｉに対して前記周期信号Ｆｉの周期Ｐから式（２）で移動位相δφｉが求められ、
更に、前記特定の一箇所に対する前記各レンズ部のそれぞれの光軸中心の位置に従い、前記位相信号φｉに該移動位相δφｉが加算もしくは減算されることで、前記受光素子毎の前記位相信号φｉはそれぞれ、前記異なる線膨張係数αＬＡに起因する位相ずれが解消されるように補正されることを特徴とする請求項１に記載の光電式エンコーダ。
ｄｘｉ＝（２αＬＡ−αＳ−αＤ）＊Ｌｉ＊δＴ （１）
δφｉ＝２πｄｘｉ／Ｐ （２）
【請求項３】
前記特定の一箇所は、前記測長方向で、いずれかの前記レンズ部の光軸中心と一致されていることを特徴とする請求項１または２に記載の光電式エンコーダ。
【請求項４】
前記特定の一箇所は、前記測長方向で、前記レンズアレイの中心位置とされていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の光電式エンコーダ。
【請求項５】
前記レンズアレイは前記レンズ部の数ｎが３とされていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の光電式エンコーダ。
【請求項６】
前記スケールの素材はガラスとされ、前記レンズアレイの素材はプラスチックとされ、そして前記受光部の素材はシリコンとされていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の光電式エンコーダ。
【請求項７】
前記検出器には、前記レンズアレイの焦点位置に絞り板の開口を備える片側テレセントリック光学系が設けられていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の光電式エンコーダ。
【請求項８】
前記検出器には、前記レンズアレイを２つ前記光軸方向に直列に備えるとともに該レンズアレイの間の焦点位置に絞り板の開口を備える両側テレセントリック光学系が設けられていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の光電式エンコーダ。
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図１】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図１】
【公開番号】特開２０１２−３２２９５（Ｐ２０１２−３２２９５Ａ）
【公開日】平成２４年２月１６日（２０１２．２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１７２６６７（Ｐ２０１０−１７２６６７）
【出願日】平成２２年７月３０日（２０１０．７．３０）
【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１６日（２０１２．２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月３０日（２０１０．７．３０）
【出願人】（０００１３７６９４）株式会社ミツトヨ (979)
【Ｆターム（参考）】
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