(57)【要約】【課題】両側テレセントリック光学系を用いた光電式エンコーダを、部品点数を増やすことなく小型に構成する。【解決手段】メインスケール２０、２２と受光素子３４の間に、アパーチャ７０、８０と、該アパーチャ７０、８０に焦点が来るように、その両面に配設されたレンズでなる両側テレセントリック光学系５０が挿入された光電式エンコーダであって、同じボールレンズ６０に光を２回通すことにより、前記両側テレセントリック光学系５０を１つのボールレンズ６０で実現する。【選択図】図７
2006250808.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
メインスケールと受光素子の間に、アパーチャと、該アパーチャに焦点が来るように、その両側に配設されたレンズでなる両側テレセントリック光学系が挿入された光電式エンコーダであって、
同じボールレンズに光を２回通すことにより、前記両側テレセントリック光学系を一つのボールレンズで実現したことを特徴とする光電式エンコーダ。
【請求項２】
光源と、
該光源からの照明光が入射されるスケールと、
該スケールで変調され、前記ボールレンズを透過した光を反射する第１のミラーと、
該第１のミラーで反射された光の中心部を反射するアパーチャミラーと、
該アパーチャミラーで反射された光を反射する第２のミラーと、
該第２のミラーで反射された、前記ボールレンズを再び透過した光を受光する受光素子と、
を備え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】
光源と、
該光源からの照明光が入射されるスケールと、
該スケールで変調され、前記ボールレンズを透過した光を反射する第１のミラーと、
該第１のミラーで反射された光の中心部を通過するアパーチャと、
該アパーチャを通過した光を反射する第２のミラーと、
該第２のミラーで反射され、前記ボールレンズを再び透過した光を受光する受光素子と、
を備え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４】
前記スケールが反射型とされ、前記光源が該スケールの表面に照明光を入射するようにされていることを特徴とする請求項２又は３に記載の光電式エンコーダ。
【請求項５】
前記スケールが透過型とされ、前記光源が該スケールの裏面から照明光を入射するようにされていることを特徴とする請求項２又は３に記載の光電式エンコーダ。
【請求項６】
前記ボールレンズの中心を通る光軸が菱形を形成するように、前記第１、第２のミラー及びアパーチャミラーを配置したことを特徴とする請求項２、４、５のいずれかに記載の光電式エンコーダ。
【請求項７】
前記ボールレンズの中心を通る光軸が直交するように、前記第１、第２のミラー及びアパーチャミラーを配置したことを特徴とする請求項２、４、５のいずれかに記載の光電式エンコーダ。
【請求項８】
前記ボールレンズの中心を通る光軸が二等辺三角形を形成するように、前記第１及び第２のミラーを配置し、前記アパーチャを、該二等辺三角形の底辺の中心に配置したことを特徴とする請求項３乃至５のいずれかに記載の光電式エンコーダ。
【請求項９】
前記ボールレンズの中心を通る光軸が直交するように、前記第１及び第２のミラーを配置したことを特徴とする請求項８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、メインスケールと受光素子の間に、アパーチャと、該アパーチャに焦点が来るように、その両側に配設されたレンズでなる両側テレセントリック光学系が挿入された光電式エンコーダに関する。
【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４２、及び、テレセントリック光学絞りとしてのアパーチャ４４からなるレンズ光学系（テレセントリック光学系）４０を挿入して、図２に示す如く、レンズ４２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。図１において、１０は光源、ｆはレンズ４２の焦点距離である。
【０００３】
このテレセントリック光学系４０を用いた光電式エンコーダでは、メインスケール２０上の像をレンズ光学系（４２、４４）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４４をレンズ４２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４２間の距離（ギャップ）が変動しても、レンズ４２とアパーチャ４４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
【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４０を用いた光電式エンコーダにおいても、受光素子３５のギャップ方向ミスアライメントによって、図３に示す如く、レンズ４２とメインスケール２０の距離ａと、レンズ４２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に示す如く、信号強度の急激な低下につながる。
【０００６】
又、レンズの歪曲収差（ディストーション）やコマ収差により、周辺部の信号検出効率が低下してしまう。
【０００７】
更に、光学系を小型化する場合には、焦点距離の小さい（汎用レンズの場合には径の小さい）レンズを用いなければならないが、収差を小さく保とうとする場合には、（１）非球面レンズを用いるか、（２）複数枚のレンズを組合せ（調整して）用いる必要があり、コストアップ及び調整工数増加につながる等の問題点を有していた。
【０００８】
そこで、性能を確保するために、図５（斜視図）及び図６（光路図）に示す如く、アパーチャ４４の反対側に、第１のレンズ４２と同じレンズ５２を、その焦点がアパーチャ４４に来るように逆向きに挿入して、両側テレセントリック光学系５０とすることが考えられる。
【０００９】
この場合には、第１のレンズ４２で発生する収差を第２のレンズ５２でほぼ完全に逆補正することができ、収差をほぼ完全にキャンセルして、信号検出効率を改善することができる。
【００１０】
又、第２のレンズ５２の焦点がアパーチャ４４に来るように挿入されているので、図６に示す如く、第２のレンズ５２を出た光は平行光となり、第２のレンズ５２と受光面３１とのギャップが変化しても光学倍率を一定（１倍）に保てるため、ギャップ方向の組立許容範囲を広くすることができ、調整工数を低減することができる。
【００１１】
しかしながら、このような両側テレセントリック光学系５０を用いた場合には、レンズが２枚必要となるため、小型化に不利なだけでなく、部品のコストアップを生じるという問題点を有していた。
【００１２】
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、部品を共有することで、部品点数を増やすことなく、両側テレセントリック光学系を用いた光電式エンコーダを小型化することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、メインスケールと受光素子の間に、アパーチャと、該アパーチャに焦点が来るように、その両側に配設されたレンズでなる両側テレセントリック光学系が挿入された光電式エンコーダであって、同じボールレンズに光を２回通すことにより、前記両側テレセントリック光学系を一つのボールレンズで実現して、前記課題を解決したものである。
【００１４】
又、光源と、該光源からの照明光が入射されるスケールと、該スケールで変調され、前記ボールレンズを透過した光を反射する第１のミラーと、該第１のミラーで反射された光の中心部を反射するアパーチャミラーと、該アパーチャミラーで反射された光を反射する第２のミラーと、該第２のミラーで反射された、前記ボールレンズを再び透過した光を受光する受光素子とを備えることにより、全体として製造容易としたものである。
【００１５】
あるいは、光源と、該光源からの照明光が入射されるスケールと、該スケールで変調され、前記ボールレンズを透過した光を反射する第１のミラーと、該第１のミラーで反射された光の中心部を通過するアパーチャと、該アパーチャを通過した光を反射する第２のミラーと、該第２のミラーで反射され、前記ボールレンズを再び透過した光を受光する受光素子とを備えることにより、構成を単純化したものである。
【００１６】
又、前記スケールを反射型とし、前記光源が該スケールの表面に照明光を入射するようにして、反射型の光電式エンコーダを構成したものである。
【００１７】
あるいは、前記スケールを透過型とし、前記光源が該スケールの裏面から照明光を入射するようにして、透過型の光電式エンコーダを構成したものである。
【００１８】
又、前記ボールレンズの中心を通る光軸が菱形を形成するように、前記第１、第２のミラー及びアパーチャミラーを配置したものである。
【００１９】
あるいは、前記ボールレンズの中心を通る光軸が直交するように、前記第１、第２のミラー及びアパーチャミラーを配置して、光学系の高さを低くすると共に、組立てを容易としたものである。
【００２０】
又、前記ボールレンズの中心を通る光軸が二等辺三角形を形成するように、前記第１及び第２のミラーを配置し、前記アパーチャを、該二等辺三角形の底辺の中心に配置するようにしたものである。
【００２１】
あるいは、前記ボールレンズの中心を通る光軸が直交するように、前記第１及び第２のミラーを配置して、光学系の高さを低くすると共に、組立てを容易としたものである。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、ボールレンズを用いて、両側テレセントリック光学系の１つ目のレンズと２つ目のレンズを共用したので、部品点数を増やさずに、高性能の両側テレセントリック光学系を用いた光電式エンコーダを小型化することが可能となる。
【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７（Ａ）に示す如く、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）１２及びコリメータレンズ１４を用いて構成される光源１０と、該光源１０からの照明光が斜め方向から入射される反射型のスケール２２と、該スケール２２で反射され、ボールレンズ６０を透過した光を反射する第１のミラー６２と、該第１のミラー６２で反射された光の中心部を反射するアパーチャミラー７０と、該アパーチャミラー７０で反射された光を反射する第２のミラー６４と、該第２のミラー６４で反射され、前記ボールレンズ６０を再び透過した光を受光する受光素子３４とを備えている。
【００２５】
前記アパーチャミラー７０は、図８に示す如く、透明ガラス７２の表面に、例えば円形のアパーチャ部分７４が蒸着されたものとされている。
【００２６】
ここで、図７（Ｂ）に示す如く、前記ボールレンズ６０の中心を通る光軸が菱形を形成するように、前記ミラー６２、６４、及び、アパーチャミラー７０が配置されている。
【００２７】
なお、第１実施形態においては、反射型スケール２２を用いて、光源１０を受光素子３４と対向する位置に配置していたが、図９に示す第２実施形態のように、透過型スケール２０を用いて、該スケール２０の反対側に光源１０を配置し、スケール２０の裏面から照明光を入射するようにして、透過型の光電式エンコーダを構成することもできる。
【００２８】
次に、図１０を参照して、透過型の光電式エンコーダに用いるのに好適な、本発明の第３実施形態を詳細に説明する。
【００２９】
本実施形態は、図９に示した第２実施形態と同様の透過型の光電式エンコーダにおいて、図１０（Ａ）に示す如く、受光素子３４をスケール２０に対して垂直に配置すると共に、図１０（Ｂ）に示す如く、スケール２０の表面に対して、ミラー６２、６４の角度を４５°、アパーチャミラー７０の角度を１３５°として、ボールレンズ６０の中心を通る光軸が直交するようにしたものである。
【００３０】
本実施形態においては、受光素子３４とスケール２０が垂直であるので、組立が容易であると共に、スケール２０の上側の光学系の高さｈを小さくすることができる。
【００３１】
次に、図１１を参照して、反射型の光電式エンコーダに用いるのに好適な、本発明の第４実施形態を詳細に説明する。
【００３２】
本実施形態は、図７に示した第１実施形態と同様の反射型の光電式エンコーダにおいて、図１１（Ａ）に示す如く、光源１０からの照明光が４５°の斜め方向から反射型スケール２２に入射するようにすると共に、図１１（Ｂ）に示す如く、スケール２２の表面に対して、ミラー６２、６４の角度を９０°方向、受光素子３４の角度を４５°方向、アパーチャミラー７０をスケール２０に対して平行としたものである。
【００３３】
本実施形態においては、光学系の高さｈが小さな反射型の光電式エンコーダを構成できる。
【００３４】
前記第１乃至第４実施形態においては、アパーチャとしてアパーチャミラー７０を用いているので、全体として製造が容易である。
【００３５】
次に、アパーチャミラー７０の代わりにアパーチャ８０を用いた本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００３６】
本発明の第５実施形態は、図１２（Ａ）に示す如く、第１実施形態と同様の光源１０と、該光源１０からの照明光が入射される反射型のスケール２２と、該スケール２２で反射され、ボールレンズ６０を透過した光を反射する第１のミラー６２と、該第１のミラー６２で反射された光の中心部を通過するアパーチャ８０と、該アパーチャ８０を通過した光を反射する第２のミラー６４と、該第２のミラー６４で反射され、前記ボールレンズ６０を再び透過した光を受光する受光素子３４とを備えている。
【００３７】
ここで、前記ミラー６２、６４は、図１２（Ｂ）に示す如く、ボールレンズ６０の中心を通る光軸が二等辺三角形を形成するように配置され、アパーチャ８０は、その底辺の中心に配置されている。
【００３８】
なお、第５実施形態においては、反射型スケール２２を用いて、光源１０を受光素子３４と対向する位置に配置していたが、図１３に示す第６実施形態のように、透過型スケール２０を用いて、該スケール２０の反対側に光源１０を配置し、スケール２０の裏面から照明光を入射するようにして、透過型の光電式エンコーダを構成することもできる。
【００３９】
次に、図１４を参照して、透過型に用いるのに好適な、本発明の第７実施形態を詳細に説明する。
【００４０】
本実施形態は、図１３に示した第６実施形態と同様の透過型の光電式エンコーダにおいて、図１４（Ａ）に示す如く、受光素子３４をスケール２０に垂直に配置すると共に、図１４（Ｂ）に示す如く、スケール２０の表面に対して、第１及び第２のミラー６２、６４の角度を２２．５°、６７．５°として、ミラー間角度を４５°とし、アパーチャ８０の角度を４５°として、ボールレンズ６０の中心を通る光軸が直交するようにしたものである。
【００４１】
本実施形態においては、スケール２０上側の光学系の高さｈを小さくすることができる。更に、スケール２０と受光素子３４が直交しているので、組立も容易である。
【００４２】
次に、図１５を参照して、反射型に用いるのに好適な、本発明の第８実施形態を詳細に説明する。
【００４３】
本実施形態は、図１２に示した第５実施形態と同様の反射型の光電式エンコーダにおいて、図１５（Ａ）に示す如く、光源１０からの照明光が反射型スケール２２の表面に４５°方向から入射すると共に、図１５（Ｂ）に示す如く、スケール２２の表面に対して、ミラー６２、６４の角度を６７．５°、１１２．５°として、ミラー間角度を４５°とし、アパーチャ８０の角度をスケール２２の表面に垂直な９０°として、ボールレンズ６０の中心を通る光軸が直交するようにしたものである。
【００４４】
本実施形態においても、光学系の高さｈを小さくすることができる。
【００４５】
なお、前記実施形態においては、いずれも、アパーチャ部分７４又はアパーチャ８０の形状が円形とされていたが、アパーチャ部分７４又はアパーチャ８０の形状は円形に限定されず、スケール２０又は２２に形成された各盛縞と同じ方向（図の左右方向）に長いスリット形状、長円形状、又は、楕円形状とすることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
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。光源もＬＥＤを用いたものに限定されず、レーザダイオード等を用いても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【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要部構成を示す斜視図
【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】両側テレセントリック光学系を用いた光電式エンコーダの要部構成を示す斜視図
【図６】同じく光路図
【図７】本発明の第１実施形態の要部構成を示す（Ａ）断面図及び（Ｂ）先路図
【図８】第１実施形態で用いられているアパーチャミラーを示す正面図
【図９】本発明の第２実施形態の要部構成を示す断面図
【図１０】本発明の第３実施形態の要部構成を示す（Ａ）断面図及び（Ｂ）先路図
【図１１】本発明の第４実施形態の要部構成を示す（Ａ）断面図及び（Ｂ）光路図
【図１２】本発明の第５実施形態の要部構成を示す（Ａ）断面図及び（Ｂ）光路図
【図１３】本発明の第６実施形態の要部構成を示す断面図
【図１４】本発明の第７実施形態の要部構成を示す（Ａ）断面図及び（Ｂ）光路図
【図１５】本発明の第８実施形態の要部構成を示す（Ａ）断面図及び（Ｂ）光路図
【符号の説明】
【００４８】
１０…光源
１２…ＬＥＤ
１４…コリメータレンズ
２０…透過型スケール
２２…反射型スケール
３４…受光素子アレイ
５０…両側テレセントリック光学系
６０…ボールレンズ
６２、６４…ミラー
７０…アパーチャミラー
８０…アパーチャ
【図１】
2006250808.tif 000003
【図２】
2006250808.tif 000004
【図３】
2006250808.tif 000005
【図４】
2006250808.tif 000006
【図５】
2006250808.tif 000007
【図６】
2006250808.tif 000008
【図７】
2006250808.tif 000009
【図８】
2006250808.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2006250808.tif 000012
【図１１】
2006250808.tif 000013
【図１２】
2006250808.tif 000014
【図１３】
2006250808.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
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