(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学格子が形成された第１の部材と、枠体に支持されて前記第１の部材に対して所定ギャップをもって相対移動可能に対向配置された光学格子が形成された第２の部材と、前記枠体に支持されて前記第１の部材の光学格子に光を照射する光照射手段と、前記枠体に支持されて前記第１の部材の光学格子の透過又は反射光パターンの前記第２の部材の光学格子により変調された透過光パターンを検出する受光手段とを備えた光学式エンコーダにおいて、
前記第２の部材を前記枠体に弾性的に支持すると共に、
前記第１の部材と第２の部材の間のギャップを光ピンセット効果により自動調整するギャップ調整手段を備えた
ことを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項２】
前記ギャップ調整手段は、前記枠体の前記第１の部材の両サイドに沿ってそれぞれ設けられたレーザ光源と、前記第１の部材の両サイドに一体形成された前記レーザ光源からのレーザ光を前記第２の部材に集光させるための集光手段と、前記第２の部材の前記レーザ光の集光位置に光ピンセット効果によりトラップされるように設けられた被トラップ部とを備えて構成した
ことを特徴とする請求項１記載の光学式エンコーダ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光学式エンコーダに係り、特に相対移動する部材間のギャップ調整機構の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
リニアスケール等に利用される光学式エンコーダは、それぞれ光学格子が形成されたメインスケールとインデックススケールを所定ギャップを保って相対移動できるように構成され、光源と受光素子はインデックススケールと一体に組み込まれる。メインスケールとインデックススケール間のギャップは、特に光学格子ピッチが微細になったときに、回折等による影響を受けないようにするために正確に設定することが要求される。従って、光学式エンコーダの組立時にはアライメント調整作業が不可欠となっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、従来、高精度の光学式エンコーダを得ようとすると、組立時にアライメント調整が必要であり、また調整不備があった場合、組立後のアライメント再調整は難しいから、ユーザにとっては不便であった。更に組立時に調整を行ったとしても、使用中に振動やメインスケールのうねり等に起因したギャップ変動に基づく測定誤差が発生するという問題がある。
【０００４】
この発明は、上記事情を考慮してなされたもので、組立時のアライメント調整を必要とせず、組立後も自動的にギャップ調整が行われるようにして、組立工数の削減と高精度化を可能とした光学式エンコーダを提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明は、光学格子が形成された第１の部材と、枠体に支持されて前記第１の部材に対して所定ギャップをもって相対移動可能に対向配置された光学格子が形成された第２の部材と、前記枠体に支持されて前記第１の部材の光学格子に光を照射する光照射手段と、前記枠体に支持されて前記第１の部材の光学格子の透過又は反射光パターンの前記第２の部材の光学格子により変調された透過光パターンを検出する受光手段とを備えた光学式エンコーダにおいて、前記第２の部材を前記枠体に弾性的に支持すると共に、前記第１の部材と第２の部材の間のギャップを光ピンセット効果により自動調整するギャップ調整手段を備えたことを特徴とする。
前記ギャップ調整手段は例えば、前記枠体の前記第１の部材の両サイドに沿ってそれぞれ設けられたレーザ光源と、前記第１の部材の両サイドに一体形成された前記レーザ光源からのレーザ光を前記第２の部材に集光させるための集光手段と、前記第２の部材の前記レーザ光の集光位置に光ピンセット効果によりトラップされるように設けられた被トラップ部とを備えて構成する。
【０００６】
この発明による光学式エンコーダにおいては、第１の部材（例えばメインスケール）と第２の部材（例えばインデックススケール）との間のギャップが、光ピンセット効果により自動的に調整されるようにしている。光ピンセット技術は、ある物体に光を強く集光照射したとき、その物体の屈折率が周辺媒質より少し大きい場合に、その物体に集光点に引きつける力（光圧）が作用することを利用して物体をトラップする技術として知られている（例えば、電気学会論文誌Ｅ，１１６巻１号（平成８年）参照）。
即ちこの発明においては、インデックススケールを枠体に固定せず弾性的に支持した状態として、メインスケールに一体に形成した集光手段によりレーザ光をインデックススケールに集光させて、インデックススケールにトラップ力を作用させる。インデックススケールを十分軽量なものとすれば、このトラップ力によって、インデックススケールがメインスケールに自動的に倣うようにすることが可能であり、これにより自動的なギャップ調整が行われる。
従ってこの発明によれば、従来のような組立時のアライメント調整が不要となるだけでなく、使用時にメインスケールの振動やうねり等があっても、その影響を低減して高精度の測定が可能となる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の実施例を説明する。
図１はこの発明の一実施例による光学式エンコーダをスケール長手方向からみた断面図であり、図２はその要部の分解斜視図である。この実施例は、透過型の光学式エンコーダを示しており、その要部を構成するのが、第１の部材としての透過型のメインスケール１と、これに対して所定ギャップを保って相対移動する第２の部材としての透過型のインデックススケール２である。
メインスケール１はガラス等の透明基板を用いて作られて、図２に示すようにその表面に光透過部と不透過部を所定ピッチで配列した光学格子１１が形成されている。インデックススケール２は同様に透明基板を用いて作られて、その表面に光透過部と不透過部を所定ピッチで配列した光学格子２１が形成されている。
【０００８】
図１に示すように、メインスケール１に光を照射するＬＥＤ３と、メインスケール１及びインデックススケール２を透過して変調された光を検出する受光素子４は、インデックススケール２と共に枠体５に一体に取り付けられて、メインスケール１はこれらに対して図１の紙面に垂直な方向に相対移動できるように保持される。メインスケール１の保持構造は図では省略しているが、枠体５内部に摺動可能に組み込まれる。或いは、メインスケール１を枠体５の外側と摺動可能な部材に取り付けて、枠体５から取り外し可能としたセパレート型としてもよい。
【０００９】
この実施例では、インデックススケール２を光ピンセット効果によりトラップしてメインスケール１との間のギャップを自動調整できるようにする。そのために、インデックススケール２は、極めて軽量の材料で且つ薄く加工されたものとして、これを例えば４隅でバネ６により枠体５に弾性的に支持する。そして光ピンセットは、インデックススケール２の光学格子２１の両サイドに２本ずつ被トラップ部となるアライメント格子９（９ａ〜９ｄ）を設け、枠体５のメインスケール１の照明光源であるＬＥＤ３の外側にアライメント格子９にそれぞれ対向するようにレーザダイオード（ＬＤ）７（７ａ〜７ｄ）を設け、メインスケール１の両サイドには一体にＬＤ７からのレーザ光をアライメント格子９に集光するための集光レンズ８（８ａ，８ｂ）を形成して、構成されている。ＬＤ７は、それぞれアライメント格子９と並行する形でメインスケール１の両サイドに沿った細長いスリット状発光面７１（７１ａ〜７１ｄ）を持つものとする。
【００１０】
集光レンズ８は、図２に示すように、メインスケール１の長手方向には凸面を持たず、長手方向と直交する幅方向にのみ凸面を持つようにしたシリンドリカルレンズである。これによりＬＤ７からのレーザ光１０（１０ａ〜１０ｄ）を、図１に示すように、幅方向にのみ集光するようになっている。
光ピンセットによりトラップされるアライメント格子９は、図３に拡大斜視図とそのＡ−Ａ′断面を示したように、スケール移動方向に細長いスリット３１を形成し、このスリット３１をその長手方向に横切るように透明な線条体３２をかけ渡して構成されている。図では線条体３２を円柱としているが、円柱である必要はない。具体的にこの線条体３２は例えば、インデックススケール２の透明基板をエッチング加工して作ることができる。この線条体３２にレーザ光１０が集光されることになる。
【００１１】
図４は、４個のアライメント格子９ａ〜９ｄのそれぞれの線条体３２ａ〜３２ｄにレーザ光１０ａ〜１０ｄが集光される様子を模式的に示し、図５はそのひとつの線条体３２の断面での集光の様子を示している。
この実施例の場合、図５に示したように、レーザ光１０を集光レンズ８により線条体３２に集光することにより、この線条体３２にはこれを集光点にトラップしようとする力Ｆが、レーザ光１０のスケール長手方向の幅の範囲で作用する。線条体３２はインデックススケール２に一体に形成されているから、トラップ力Ｆはインデックススケール２に作用することになる。
【００１２】
この実施例の場合、インデックススケール２の両サイド２箇所ずつ計４箇所で光ピンセットによるトラップ力が作用することになり、インデックススケール２はバネ６により枠体５に弾性支持されているから、その弾性力とつり合う位置にインデックススケール２は保持されることになる。即ちインデックススケール２のトラップされる位置は、集光レンズ８が設けられたメインスケール１から一定距離の位置になる。そのトラップ位置は、ＬＤ７の波長や集光レンズ８の焦点距離等により決定され、これらを選択することにより、メインスケール１とインデックススケール２間の最適ギャップ距離を設定できることになる。
【００１３】
以上のようにこの実施例においては、インデックススケール２は、４点で弾性的に支持して、ピッチ，ヨー，ロール方向の自由度を持たせた状態で光ピンセット効果を利用してメインスケール１から一定距離に保持されるようにしている。即ち、メインスケール１とインデックススケール２間のギャップ距離は自動的に調整される。従って、組立時のアライメント調整工程は不要となり、また使用中のメインスケールの振動やうねりに対しても自動的にインデックススケールが倣うことになり、高精度の測定が可能になる。
【００１４】
なおこの発明は上記実施例に限られない。例えば実施例では透過型の光学式エンコーダを説明したが、反射型の光学式エンコーダにも同様にこの発明を適用することが可能である。また反射型とした場合、集光手段として、シリンドリカルレンズに代わって、シリンドリカルミラーを用いることができる。インデックススケールは、シリコンウェーハを必要な厚さ，形状にエッチング加工して作ることができる他、１０〜１００μm 程度の厚さの高分子フィルムを用いて、この上に１μm 程度の金属膜を形成してこれをエッチング加工して作ることができる。
【００１５】
【発明の効果】
以上述べたようにこの発明によれば、メインスケールとインデックススケール間のギャップを光ピンセット効果を利用して自動調整できるようにして、光学式エンコーダの組立工数を削減することができ、またスケールのうねり等の影響を自動的に補償して高精度測定を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の一実施例による光学式エンコーダの断面構造を示す図である。
【図２】  同実施例の光学式エンコーダの要部の分解斜視図である。
【図３】  同実施例のアライメント格子の構造を示す図である。
【図４】  同実施例のレーザ光集光の様子を示すずである。
【図５】  同実施例の光ピンセット効果を説明するための図である。
【符号の説明】
１…メインスケール、２…インデックススケール、３…ＬＥＤ、４…受光素子、５…枠体、６…バネ、７（７ａ〜７ｄ）…ＬＤ、８（８ａ，８ｂ）…集光レンズ、９（９ａ…９ｄ）…アライメント格子、１０（１０ａ〜１０ｄ）…レーザ光。
【図１】
0003684034.tif 000002
【図３】
0003684034.tif 000003
【図２】
0003684034.tif 000004
【図４】
0003684034.tif 000005
【図５】
0003684034.tif 000006