(57)【要約】  メインスケールと受光素子の間に、第１のレンズと、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、前記アパーチャと受光素子の間に、少なくとも第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、信号検出効率を改善すると共に、組立許容範囲を拡大する。
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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、第１のレンズと、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、
前記アパーチャと受光素子の間に、少なくとも第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たことを特徴とする光電式エンコーダ。
【請求項２】
前記第２のレンズが、第１のレンズと同じ物を逆向きにしたものであ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。
【請求項３】
前記第１のレンズ又は第２のレンズの少なくともいずれか一方が、ボールレンズである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】
前記第１のレンズ又は第２のレンズの少なくともいずれか一方が、ＧＲＩＮレンズである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５】
前記第１のレンズ又は第２のレンズの少なくともいずれか一方が、ドラムレンズである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６】
前記第２のレンズと受光素子の間に、更に、第２のアパーチャ、及び、その両側に配設された第３、第４のレンズを含む第２の両側テレセントリック光学系を１つ以上挿入した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】
前記アパーチャが、測定軸と垂直な方向に長いスリットであ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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電式エンコーダに係り、特に、メインスケールと受光素子の間に、レンズと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】
特開２００４−２６４２９５号公報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】
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。【０００５】
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。【０００６】
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み合わせ（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。
【発明の開示】
【０００７】
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、信号検出効率を改善すると共に、組立許容範囲を拡大して、調整工数を低減することを課題とする。
【０００８】
本発明は、メインスケールと受光素子の間に、第１のレンズと、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、前記アパーチャと受光素子の間に、少なくとも第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することにより、前記課題を解決したものである。
【０００９】
又、前記第２のレンズを、第１のレンズと同じ物を逆向きにしたものとして、第１のレンズで発生する収差を第２のレンズで逆補正することにより、収差をほぼ完全にキャンセルできるようにしたものである。
【００１０】
又、前記第１のレンズ又は第２のレンズの少なくともいずれか一方を、歪曲収差は大きいが安価な、球状のボールレンズ、光線をレンズ媒質内で放物線状に屈折させる、屈折率分布型のＧＲＩＮレンズ（セルフォックレンズとも称する）、又は、ドラムレンズとして、小型で安価に構成できるようにしたものである。
【００１１】
又、前記第２のレンズと受光素子の間に、更に、第２のアパーチャ、及び、その両側に配設された第３、第４のレンズを含む第２の両側テレセントリック光学系を１つ以上挿入したものである。
【００１２】
又、前記アパーチャを、測定軸と垂直な方向に長いスリットとして、受光素子に到達する光量を増やし、光源を低電力化して、その信頼性を高めたものである。
【００１３】
本発明によれば、第１のレンズで発生する収差を第２のレンズで逆補正することができるので、収差を低減し、信号検出効率を改善することができる。
【００１４】
又、第２のレンズと受光素子のギャップが変化しても、光学倍率を一定に保てるため、ギャップ方向の組立許容範囲を拡大して、調整工数を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【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である。
【図２】同じく平面図である。
【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である。
【図４】同じく信号強度変動の例を示す線図である。
【図５】本発明の第１実施形態の要部構成を示す斜視図である。
【図６】同じく光路図である。
【図７】本発明の第２実施形態の要部構成を示す光路図である。
【図８】本発明の第３実施形態の要部構成を示す光路図である。
【図９】本発明の第４実施形態の要部構成を示す光路図である。
【図１０】本発明の第５実施形態の要部構成を示す光路図である。
【図１１】本発明の第６実施形態の要部構成を示す光路図である。
【図１２】本発明の第７実施形態の要部構成を示す光路図である。
【図１３】本発明の第８実施形態の要部構成を示す斜視図である。
【図１４】本発明の第９実施形態の要部構成を示す光路図である。
【図１５】同じく作用を示す線図である。
【図１６】本発明の第１０実施形態の要部構成を示す光路図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
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。【００１７】
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、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としたものである。図において、ｆは、レンズ４２、５２の焦点距離である。【００１８】
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。【００１９】
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。【００２０】
なお、前記第１、第２のレンズ４２、５２としては、図６に示したように平凸レンズを外向きに用いるだけでなく、図７に示す第２実施形態のように、平凸レンズを内向きに用いたり、あるいは図８に示す第３実施形態のように、両凸レンズを用いたり、あるいは図９に示す第４実施形態のように、ボールレンズを用いて小型化及び低コスト化を図ったり、あるいは図１０に示す第５実施形態のように、ＧＲＩＮレンズを用いて小型化、低コスト化を図ったり、あるいは図１１に示す第６実施形態のようにドラムレンズを用いて小型化、低コスト化を図ることができる。【００２１】
又、図１２に示す第７実施形態のように、第２のレンズ５４を第１のレンズ４２とは異なる物として、入側と出側の光学倍率を１倍以外に変えることもできる。図において、Ｆは、第２のレンズ５４の焦点距離である。【００２２】
この場合、収差は取り切れない恐れがあるが、ギャップ方向の組立許容範囲は拡大する。【００２３】
又、アパーチャの形状を、円形ではなく、図１３に示す第８実施形態のように、測定軸と垂直な方向に長いスリット４６として、受光面３１に到達する光量を増やし、光源１０を低電力化して、その信頼性を高めることもできる。あるいは、アパ−チャ形状は、楕円形状や長穴形状でもよい。【００２４】
更に、両側テレセントリック系５０のアパーチャの数を、図１４に示す第９実施形態のように、測定軸方向に増やして、図１５に示す如く、像の重ね合わせによりスケール上視野（ＦＯＢ）を拡大し、平均化効果により、汚れやうねりに対してロバストとすると共に、受光面３１に到達する光量を増やして、光源１０を低電力化し、その信頼性を高めることもできる。【００２５】
又、追加するレンズの数は１つに限定されず、図１６に示す第１０実施形態のように、レンズ６２、６４、アパーチャ６６からなる両側テレセントリック系６０を、もう１組追加することもできる。ここで、レンズ６２、６４は、レンズ４２、５２と同じでも違っていても良い。又、追加する両側テレセントリック系の数も１組に限定されず、２組以上追加しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
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、どちらにも適用可能できる。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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【手続補正書】
【提出日】平成18年1月12日(2006.1.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】請求の範囲
【請求項１】メインスケールと受光素子の間に、第１のレンズと、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透過型の光電式エンコーダにおいて、
前記アパーチャと受光素子の間に、少なくとも第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たことを特徴とする光電式エンコーダ。
【請求項２】前記第２のレンズが、第１のレンズと同じ物を逆向きにしたものであ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。
【請求項３】（削除）
【請求項４】（削除）
【請求項５】（削除）
【請求項６】メインスケールと受光素子の間に、第１のレンズと、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、
前記アパーチャと受光素子の間に、少なくとも第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すると共に、前記第２のレンズと受光素子の間に、更に、第２のアパーチャ、及び、その両側に配設された第３、第４のレンズを含む第２の両側テレセントリック光学系を１つ以上挿入したことを特徴とする光電式エンコーダ。
【請求項７】（削除）
【請求項８】メインスケールと受光素子の間に、２つのレンズと、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２つのレンズを、光軸に対して垂直な中心面の前後が対称な同じレンズとしたことを特徴とする光電式エンコーダ。
【請求項９】前記２つのレンズが、ボールレンズであることを特徴とする請求項８に記載の光電式エンコーダ。
【請求項１０】前記２つのレンズが、ＧＲＩＮレンズであることを特徴とする請求項８に記載の光電式エンコーダ。
【請求項１１】前記２つのレンズが、ドラムレンズであることを特徴とする請求項８に記載の光電式エンコーダ。
【請求項１２】アパーチャが、測定軸と垂直な方向に長いスリットであることを特徴とする請求項１、２、６、８乃至１１のいずれかに記載の光電式エンコーダ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
［０００６］
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み合わせ（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。
［発明の開示］
［０００７］
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、信号検出効率を改善すると共に、組立許容範囲を拡大して、調整工数を低減することを課題とする。
［０００８］
本発明は、メインスケールと受光素子の間に、第１のレンズと、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透過型の光電式エンコーダにおいて、前記アパーチャと受光素子の間に、少なくとも第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することにより、前記課題を解決したものである。
［０００９］
又、前記第２のレンズを、第１のレンズと同じ物を逆向きにしたものとして、第１のレンズで発生する収差を第２のレンズで逆補正することにより、収差をほぼ完全にキャンセルできるようにしたものである。
本発明は、又、メインスケールと受光素子の間に、第１のレンズと、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、前記アパーチャと受光素子の間に、少なくとも第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すると共に、前記第２のレンズと受光素子の間に、更に、第２のアパーチャ、及び、その両側に配設された第３、第４のレンズを含む第２の両側テレセントリック光学系を１つ以上挿入したものである。
本発明は、又、メインスケールと受光素子の間に、２つのレンズと、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２つのレンズを、光軸に対して垂直な中心面の前後が対称な同じレンズとしたものである。
［００１０］
又、前記２つのレンズを、歪曲収差は大きいが安価な、球状のボールレンズ、光線をレンズ媒質内で放物線状に屈折させる、屈折率分布型のＧＲＩＮレンズ（セルフォックレンズとも称する）、又は、ドラムレンズとして、小型で安価に構成できるようにしたものである。
［００１１］
［００１２］
又、前記アパーチャを、測定軸と垂直な方向に長いスリットとして、受光素子に到達する光量を増やし、光源を低電力化して、その信頼性を高めたものである。
［００１３］
本発明によれば、第１のレンズで発生する収差を第２のレンズで逆補正することができるので、収差を低減し、信号検出効率を改善することができる。
［００１４］
又、第２のレンズと受光素子のギャップが変化しても、光学倍率を一定に保てるため、ギャップ方向の組立許容範囲を拡大して、調整工数を低減することができる。
【国際調査報告】
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