(57)【要約】【課題】アパーチャ径を小さくすることなく、エアギャップ許容範囲を広げて、光源寿命を短くすることなく、調整を容易とする。【解決手段】メインスケール２０と受光素子３４の間に、レンズ４２と、その焦点位置に配設されたアパーチャ４４が挿入されたテレセントリック光学系４０を持つ光電式エンコーダにおいて、前記レンズ４２、メインスケール２０及び受光素子３４の少なくともいずれか一つを、アパーチャ４４と受光素子３４中心を結ぶ軸に対して傾ける。【選択図】図５
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【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、レンズと、その焦点位置に配設されたアパーチャが挿入されたテレセントリック光学系を持つ光電式エンコーダにおいて、
前記レンズ、メインスケール及び受光素子の少なくともいずれか一つを、アパーチャと受光素子中心を結ぶ軸に対して傾けたことを特徴とする光電式エンコーダ。
【請求項２】
前記アパーチャと受光素子の間に、第２のレンズを、その焦点がアパーチャに来るように挿入して、両側テレセントリック光学系とし、
第１のレンズ、メインスケール、受光素子及び第２のレンズの少なくともいずれか一つを、アパーチャと受光素子中心を結ぶ軸に対して傾け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。
【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、レンズと、その焦点位置に配設されたアパーチャが挿入されたテレセントリック光学系を持つ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に破線Ａで示す如く、信号強度の急激な低下につながる。
【０００６】
ここで、エアギャップ許容範囲に相当する焦点深度ＤＯＦは、メインスケール２０の周期ｐ、光源１０の波長λ、スケール２０上のトラックの高さと受光素子３４上の像の高さの比である光学倍率Ｍ、カットオフ高調波の次数ｎ（カットオフ周波数ｆｃ＝ｎ／（Ｍ×ｐ））により、次式で決定されるため、ある条件の中で、エアギャップ許容範囲のみを広げることは困難であった。
【０００７】
ＤＯＦ＝２Ｍ2ｐ2／（ｎ2λ）            …（１）
【０００８】
これは、開口数ＮＡ（＝λ×（ｆｃ／２））を用いると、次のように表わせる。
【０００９】
ＤＯＦ＝λ／（２ＮＡ2）
【００１０】
なお、アパーチャ４４の開口径を小さくすることにより、開口数ＮＡを小さしくて、焦点深度ＤＯＦを深くすることも可能であるが、受光素子３４に到達する光量が小さくなるため、光源１０の発光強度を高める必要があり、光源の寿命が短くなるという問題がある。
【００１１】
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、アパーチャ径を小さくすることなくエアギャップ許容範囲を拡大して、光源寿命を短くすることなく調整を容易とすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、メインスケールと受光素子の間に、レンズと、その焦点位置に配設されたアパーチャが挿入されたテレセントリック光学系を持つ光電式エンコーダにおいて、前記レンズ、メインスケール及び受光素子の少なくともいずれか一つを、アパーチャと受光素子中心を結ぶ軸に対して傾けることにより、前記課題を解決したものである。
【００１３】
又、前記アパーチャと受光素子の間に、第２のレンズを、その焦点がアパーチャに来るように挿入して、両側テレセントリック光学系とし、第１のレンズ、メインスケール、受光素子及び第２のレンズの少なくともいずれか一つを、アパーチャと受光素子中心を結ぶ軸に対して傾けたものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、図５に例示する如く、エアギャップが変化しても、スケール２０上のトラック２１の高さ方向（図の上下方向）のいずれかの位置でピントが合うため、図４に実線Ｂで示す如く、エアギャップ許容範囲を拡大して、光源寿命を短くすることなく、調整を容易とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
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。
【００１６】
本発明の第１実施形態は、図１に示したようなテレセントリック光学系４０を持つ光電式エンコーダにおいて、図５に示す如く、スケール２０と受光素子３４を結ぶ光軸に対して、レンズ４２を傾けたものである。
【００１７】
これにより、スケール２０の位置が変化してスケール２０とレンズ４２間のエアギャップが変化しても、スケールトラック２１の高さ方向のいずれかの位置でピントが合うようになる。
【００１８】
次に、図６を参照して、本発明の第２実施形態を詳細に説明する。
【００１９】
本実施形態は、図５に示した第１実施形態と同様の光電式エンコーダにおいて、更に、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、スケールトラック２１の高さと受光素子３４上の像の高さが同じ、光学倍率が１倍の両側テレセントリック光学系５０としたものである。
【００２０】
本実施形態においては、入側の第１のレンズ４２と出側の第２のレンズ５２が同じ物であるため、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、信号検出効率を大きく改善することができる。
【００２１】
なお、第２のレンズ５２を第１のレンズ４２とは材質（屈折率）や形状（曲率）が異なる物として、入側と出側の光学倍率を１以外に変えることもできる。
【００２２】
前記本実施形態においては、第１のレンズ４２と第２のレンズ５２が共に同じ角度だけ光軸に対して傾けられていたが、例えば第２のレンズ５２を、受光素子３４側のエアギャップの許容範囲（工場内で調整するため、スケール側より狭くできる）に合わせて、違う（小さい）角度だけ傾けたり、あるいは、第１のレンズ４２又は第２のレンズ５２のいずれか一方のみを傾けることも可能である。
【００２３】
又、本発明の適用対象は、図６に示したような、第１のレンズ４２、アパーチャ４４及び第２のレンズ５２が別体の両側テレセントリック光学系５０を持つ光電式エンコーダに限定されず、図７に示す第３実施形態のように、これらが一体化されたレンズシステム６０を持つ光電式エンコーダにも同様に適用できる。
【００２４】
更に、図８に示すテレセントリック光学系４０を持つ第４実施形態のように、スケールトラック２１のみを傾けたり、図９に示す両側テレセントリック光学系５０を持つ第５実施形態のように、スケールトラック２１及び受光素子３４を傾けることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
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】
【００２６】
【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の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】本発明の第１実施形態の要部構成を示す断面図
【図６】本発明の第２実施形態の要部構成を示す断面図
【図７】本発明の第３実施形態の要部構成を示す断面図
【図８】本発明の第４実施形態の要部構成を示す断面図
【図９】本発明の第５実施形態の要部構成を示す断面図
【符号の説明】
【００２７】
１０…光源
２０…メインスケール
２１…トラック
３４…受光素子アレイ
４０…テレセントリック光学系
４２、５２…レンズ
４４…アパーチャ
５０…両側テレセントリック光学系
【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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