(57)【要約】【課題】光学系を大型化することなく、組立許容度を向上して使い勝手を向上する。【解決手段】テレセントリック光学系（レンズ４０、アパーチャ４２）を用いた光電式エンコーダにおいて、受光素子３５上の光学格子（インデックス格子３２）又は受光素子アレイ３４の受光素子３５を、異なるピッチＰa1、Ｐa2、Ｐa3、Ｐa4・・・で複数配設する。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
テレセントリック光学系を用いた光電式エンコーダにおいて、
受光素子上の光学格子又は受光素子アレイの受光素子を、異なるピッチで複数配設したことを特徴とする光電式エンコーダ。
【請求項２】
ピッチの異なる光学格子又は受光素子を、均等に配置したことを特徴とする請求項１に
記載の光電式エンコーダ。
【請求項３】
ピッチの異なる光学格子又は受光素子を、二次元的に配置したことを特徴とする請求項１又は２に記載の光電式エンコーダ。
【請求項４】
ピッチの異なる光学格子又は受光素子を、左右対称に配置したことを特徴とする請求項１乃３のいずれかに記載の光電式エンコーダ。
【請求項５】
ピッチの異なる光学格子又は受光素子を、上下対称に配置したことを特徴とする請求項１乃４のいずれかに記載の光電式エンコーダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、メインスケールとデテクタが別体とされたセパレート型光電式エンコーダに用いるのに好適な、テレセントリック光学系を用いた光電式エンコーダの改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載されているように、図１に示す如く、メインスケール２０と、受光部３０を構成する例えば受光素子アレイ３４の間に、レンズ４０、及び、必要に応じてテレセントリック光学絞りとしてのアパーチャ４２からなるレンズ光学系（テレセントリック光学系）を挿入して、図２に示す如く、レンズ４０とメインスケール２０のスケール２１及び受光素子アレイ３４上の受光素子３５間の距離ａ、ｂを調整することにより、倍率設定ができるようにされた光電式エンコーダが考えられている。
【０００３】
このテレセントリック光学系を用いた光電式エンコーダでは、メインスケール２０の像をレンズ光学系（４０、４２）を通して受光素子アレイ３４上に投影させる。ここで、アパーチャ４２をレンズ４０の焦点位置に配置することで、メインスケール２０とレンズ４０間の距離（ギャップ）が変動しても、レンズ４０とアパーチャ４２と受光素子アレイ３４の位置関係が変動しなければ、受光素子アレイ３４上に結像される像の倍率変動を抑えることができる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２６４２９５号公報
【特許文献２】特表２００４−５０１３５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このようなテレセントリック光学系を用いた光電式エンコーダにおいても、図３に示す如く、受光素子３５のギャップ方向ミスアライメントによって、レンズ４０とメインスケール２０の距離ａと、レンズ４０と受光素子３５間の距離ｂの関係が変わると、受光面３１に形成される像の倍率が急激に変化してしまい、図４に破線Ａで示す如く、信号強度の急激な低下につながるという問題点を有していた。
【０００６】
図５に、受光部３０の受光素面３１上に生じたスケール像の明暗パターン（フリンジと称する）Ｆと、受光素子アレイ３４上に形成された受光素子３５（例えばフォトダイオードＰＤ）の位置関係の一例を示す。ここでは、明暗パターンＦの１周期Ｐｆに対して、４つのＰＤを配置している。それぞれのＰＤの配設位置は、一番左に配置されたＰＤからの距離Ｌａ、Ｌｂ、Ｌａｂ、Ｌｂｂによって規定されている。ここで、ＰＤを複数配置する場合には、係数Ｎａ、Ｎｂ、Ｎａｂ、Ｎｂｂに適当な整数、及び、ｎに１を代入して、配設位置を算出する。
【０００７】
図６に、受光素子アレイ３４とフリンジ位相の関係を示す。ベストアライメント時には、フリンジ周期Ｐｆと受光素子アレイ３４の周期Ｐａは等しい。しかしながら、図３に示したように倍率変動が発生すると、フリンジの倍率が変動する。このとき、Ｐｆ≠Ｐａとなり、位相の違う周期のフリンジは直流成分として作用するため、信号検出効率が低下してしまう。
【０００８】
図７に、メインスケール２０により受光面３１上に生じた明暗パターンＦから、位相差を生成しながら変位を検出するための、受光部３０上に形成された光学格子であるインデックス格子３２とＰＤ３５の位置関係の例を示す。
【０００９】
明暗パターンＦに対して、インデックス格子３２とＰＤ３５を、異なる位相位置に配置して検出することにより、各ＰＤ３５からの電気信号は、位置に対して位相差を持つことができる。
【００１０】
ここで、各相のインデックス格子３２は、各相のＰＤ３５の受光範囲を覆うように直上に配置されている。又、開口部以外の光がＰＤ３５の受光範囲に入らないようにするため、遮光部はＰＤ３５の端まで備えられている。
【００１１】
各相のインデックス格子３２の配設位置は、受光面上の基準位置から、各相のインデックス格子３２の開口部集合の端部との間の距離Ｌａ、Ｌｂ、Ｌａｂ、Ｌｂｂによって規定されている。
【００１２】
受光面上の基準位置は、受光部の機械的原点、機械的端面や設計上の原点など、設計上の必要に応じて定めることができる。又、各ＰＤ３５はインデックス格子３２の開口部中心を基準に配置される。
【００１３】
図８には、図６のインデックス格子の開口部に直接ＰＤ３５を配置した受光素子アレイ３４の例を示す。
【００１４】
図６に述べたとおり、図７及び図８のような構成の場合にも、倍率変動が発生すると、フリンジの倍率が変動する。このとき、Ｐｆ≠Ｐａとなり、位相の違う周期のフリンジは直流成分として作用するため、信号検出効率が低下してしまう。
【００１５】
このような問題点を解消するべく、焦点距離の長いレンズを使用し、図３に示したａとｂの絶対値を大きくすることで、距離に対する影響度を小さくすることが考えられるが、光学系の全長が長くなり、小型化が困難になる。
【００１６】
なお、特許文献２には、本発明と同様に受光素子を細分化した例が記載されているが、その配設ピッチは一定であり、既に説明したと同様の問題点を有する。
【００１７】
本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたもので、光学系を大型化することなく、組立許容度を向上して、使い勝手を向上することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は、テレセントリック光学系を用いた光電式エンコーダにおいて、受光素子上の光学格子又は受光素子アレイの受光素子を、異なるピッチで複数配設することにより、前記課題を解決したものである。
【００１９】
又、ピッチの異なる光学格子又は受光素子を、均等に配置して、一層均一な出力が得られるようにしたものである。
【００２０】
又、ピッチの異なる光学格子又は受光素子を、二次元的に配置したものである。
【００２１】
又、ピッチの異なる光学格子又は受光素子を、左右対称及び／又は上下対称に配置したものである。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、明暗パターンＦのピッチが、受光素子ギャップ方向のミスアライメントにより変動しても、いずれかの受光素子で倍率が合うため、図４に実線Ｂで示す如く、受光素子ギャップ方向ミスアライメントに対する信号強度変動が小さく緩やかになる。従って、光学系を大型化することなく、組立許容度を向上して、使い勝手を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００２４】
本発明の第１実施形態は、図９に示す如く、受光素子３５の配設ピッチＰａ（ｎ）を、明暗パターンＦのピッチＰｆに対し、信号検出効率に大きな影響が無い範囲で少しずつずらして、ランダムに決定したものである。
【００２５】
これにより、明暗パターンＦのピッチＰｆが、受光素子ギャップ方向ミスアライメントにより変動しても、いずれかの受光素子で倍率が合うため、信号強度が急激に低下することはない。
【００２６】
次に、受光素子を位相毎にグループ化した本発明の第２実施形態の受光部のみを模式的に図１０に示す。
【００２７】
ここで、Ａ〜ＢＢのそれぞれの基準位置は、Ｌａ〜Ｌｂｂで表わされる所定の位相差で配置されている。Ａ〜ＢＢの配列を、１つのグループＬとしたとき、同一グループ内の受光素子ピッチＰａ（ｎ）及び、各相の受光部本数ｎは同じとされている。
【００２８】
このように、受光素子ピッチＰａ（ｎ）の異なるグループを隣り合わせて配置し、これを、受光素子全域の中心に対して対称に並べることにより、明暗パターンＦのピッチＰｆが、受光素子ギャップ方向ミスアライメントにより変動しても、いずれかの受光素子のグループで倍率が合うため、信号強度の急激な低下を抑えることができる。
【００２９】
次に受光部を２次元的に配置した本発明の第３実施形態の受光部のみを模式的に図１１に示す。
【００３０】
このような２次元配置の場合にも、Ａ〜ＢＢの配列を、１つのグループＬとし、同一グループ内の受光部ピッチＰａ（ｎ）及び、各相の受光部本数ｍを同じに設定し、且つ、受光素子ピッチＰａ（ｎ）の異なるグループを隣り合わせて配置し、これを、受光素子全域の中心に対して対称に並べることで、信号強度の急激な変化を抑えることができる。
【００３１】
本実施形態においては、光源中心から遠ざかる程、光量が減少し、しかも、遠ざかる程、その減少が急峻になる現象に合わせて、上下方向は、受光素子のサイズ（高さ）を、中心部を大きく、上下に行くほど小さく、且つ、上下で位相を変えて対応し、左右方向は、ピッチを小さくしていくようにして対応しているので、各組の４相の受光素子間で出力信号レベルを揃えて、一層均一な出力を得ることができる。
【００３２】
なお、前記実施形態においては、いずれも、Ａ、Ｂ、ＡＢ、ＢＢの４相を１グループとして配置していたが、相数は４に限定されない。又、各相毎に独立させ、各相毎にピッチを変えて配置することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明は、インデックス格子と受光素子が別体とされたもの、両者が一体とされた受光素子アレイを有するもの、どちらにも適用できる。更に、透過型のエンコーダだけでなく、反射型のエンコーダにも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】テレセントリック光学系を用いた光電式エンコーダの構成を示す斜視図
【図２】同じく平面図
【図３】同じく受光素子のギャップ方向ミスアライメントによる倍率変動を説明するための光路図
【図４】同じく信号強度変動の例を示す線図
【図５】受光面上に生じた明暗パターンと受光素子の位置関係の例を示す断面図
【図６】同じく明暗パターンと受光素子アレイの関係の例を示す図
【図７】受光面上に生じた明暗パターンとインデックス格子及び受光素子の位置関係の例を示す断面図
【図８】図７でインデックス格子開口部に直接受光素子を配置した受光素子アレイの例を示す断面図
【図９】本発明の第１実施形態の受光素子アレイを示す平面図
【図１０】同じく第２実施形態の受光素子アレイを示す平面図
【図１１】同じく第３実施形態の受光部を示す平面図
【符号の説明】
【００３５】
１０…光源
２０…メインスケール
３０…受光部
３１…受光面
３２…インデックス格子
３４…受光素子アレイ
３５…受光素子（フォトダイオードＰＤ）
４０…レンズ
４２…アパーチャ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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