CN100523739C - 光学式编码器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供光学式编码器，该光学式编码器具备光源、用于把来自光源的光变换成周期性光量分布的第1刻度板、用于对来自第1刻度板的光周期性地进行空间调制的第2刻度板、具有使来自第2刻度板的光通过的开口的第3刻度板、用于感光来自第3刻度板的光的感光元件，测定第1以及第2刻度板的相对移动距离，特征是具备把来自光源的光变换成大致平行的光的透镜以及在第1刻度板上在上述周期方向把光聚光或者漫射并生成周期性的光量分布的光学元件阵列。

Description

光学式编码器
技术领域
本发明涉及光学地检测格栅刻度盘之间的相对移动量的光学式编码器。
背景技术
作为光学式编码器的一种，已知使用了三片格栅刻度板的光学式编码器。该光学式编码器沿着光行进方向依次配置三片刻度板，设定成使各刻度板的主面相互平行，设置在刻度板上的格栅的排列方向一致。另外，在第1片刻度板的前部设置空间可干涉性低的光源。在第3片刻度板的后部设置把光量变换成电信号的感光元件。
非专利文献1中公开了其动作。光源如果照射第1片刻度板，则生成空间可干涉性低、具有以某个周期排列的多缝隙状的光量分布的二次光源。第2片刻度板起到具有某种光传递函数(OTF)的空间频率滤波器的作用，在二次光源的光量分布中仅抽取出特定的空间频率分量，成像到第3片刻度板上。透射了设置在第3片刻度板上的格栅的光透射部分的光由感光元件变换成电信号。如果沿着格栅排列方向相对移动第1片刻度板或者第2片刻度板，则可以得到与该相对位置相关的输出信号。
例如，由第1片刻度板生成的二次光源的光量分布成具有某种周期P的正弦波形，并且设置在第2片刻度板上的格栅的光传递函数包括与周期P相对应的空间频率，在该情况下，在第3片刻度板上成像具有周期P的正弦波形的光量分布的图像。
这时，第2片刻度板的光传递函数依赖于第2片光刻度板的格栅的周期、格栅的开口形状、格栅自身的形状(在相位格栅的情况下)、第2片刻度板与第1片刻度板以及第3片刻度板的各间隔。一般选择在第3片刻度板上成像的光量分布的对比度为良好的条件，设计光学式编码器。
在专利文献1中记载的光学式编码器是三片刻度板都具有矩形开口的振幅格栅，第1片刻度板与第2片刻度板的间隔、第2片刻度板与第3片刻度板的间隔相互相等，以第2片刻度板的格栅周期为P，第1片以及第3片刻度板的格栅周期设定为相当于2倍的2P。
在专利文献2中记载的光学式编码器使用在第1片刻度板上根据光干涉现象生成明暗图案的相位格栅。
在专利文献1、专利文献2中记载的光学式编码器中，第3片刻度板及配置在其后部的感光元件也可以置换为具有与第3片刻度板格栅的开口部分尺寸相同尺寸的感光单元的感光元件阵列，兼有上述两个部件的功能。
专利文献1：特开昭63-153408号公报
专利文献2：特开平10-2761号公报
非专利文献1：K.Hane and C.P.Grover，“Imaging withrectaugular transmission gratings”，J.Opt.Soc Am.A4，No4，706-711，1987
图24表示专利文献1或者非专利文献1那样的第1片、第2片刻度板都使用振幅格栅的现有技术的光学式编码器的概略结构图。(a)是正面图，(b)是侧面图。例如，把从LED那样的空间可干涉性低的光源101出射的漫射光102照射到第1片刻度板103上。在第1片刻度板103上具备例如周期P的振幅格栅。光线依次通过了第2片刻度板104、第3片刻度板105以后，入射到感光元件106。
在第1片刻度板103具备的振幅格栅上生成的二次光源的光量分布中，只有用作空间频率滤波器的第2片刻度板104所传递的频率分量传递到第3片刻度板105上成像。如果沿着格栅排列方向(X方向)相对移动第1片刻度板103和第2片刻度板104，则第3片刻度板105上的图像也移动，可由感光元件106获得与2片刻度板的相对移动量相关的输出信号。
由于第1片、第2片刻度板都使用振幅格栅，因此到达第3片刻度板105或者感光元件106的光的光量大致依赖于上述振幅格栅的开口比率。例如，在第1片、第2片刻度板的格栅的开口宽度与格栅周期的比都是1:2(占空比50％)的情况下，到达第3片刻度板105的光的光量成为小于等于照射了第1片刻度板的光量的25％。另外，由于在第1片刻度板上照射漫射光(即，没有进行准直处理的光)102，因此不能够使光有效地入射到感光元件106。其结果，由感光元件106检测出的光量减少，检测分辨率、检测精度等光学式编码器的特性有可能恶化。
另外，如图24(b)所示，由于漫射光102也在与刻度图案的排列方向垂直的方向(Y方向)上漫射，因此不能够把来自光源101的光线有效地传递到感光元件。
进而，在使用具有多个刻度图案(径迹)的刻度板的情况下，通过了第1片或者第2片刻度板的某条径迹的光线入射到与第2片或者第3片刻度板所对应的径迹不同的径迹，有可能发生检测误差。
在专利文献2中，特点是在第1片刻度板中使用透明的相位格栅，通过来自各格栅的衍射光相互干涉，生成某个周期的明暗图案，而基于相位格栅的明暗图案分布由于利用衍射、干涉现象，因此极大地依赖于相位格栅周期、相位格栅形状、光源的波长，设计余量、工作精度、部件管理等诸多项目受到制约。另外，与专利文献1相同，由于在第1片刻度板上照射漫射光，因此不能够使光有效地入射到感光元件。进而，由于漫射光源的位置、放射特性的分散性，基于第1片刻度板的明暗图案的位置、周期、变形等变化，光学式编码器的特性有可能恶化。
发明内容
本发明的目的是增加由感光元件感光的光量，提高检测分辨率、检测精度等光学编码器的特性。进而，本发明的目的是提供制造分散性的影响小的光学式编码器。进而，本发明的目的是提供即使在使用了具有多个刻度图案的刻度板的情况下、检测误差也很少的光学式编码器。
本发明是为了达到上述的目的而完成的。本发明的光学式编码器测定第1以及第2刻度板的相对移动距离，特征是包括，光源；把来自光源的光变换成大致平行的光的透镜；具备把经过了透镜的来自光源的光在预定的周期方向聚光或者漫射、生成周期性的光量分布的光学元件阵列的第1刻度板；对来自第1刻度板的光周期性地进行空间调制的第2刻度板；具有使来自第2刻度板的光通过的开口的第3刻度板；以及感光来自第3刻度板的光的感光元件。
另外，本发明的光学式编码器也可测定第1以及第2刻度板的相对移动距离，特征是包括，光源；把来自光源的光仅沿着与预定的周期方向垂直的方向聚光、把光变成平行光的圆柱透镜；把经过了圆柱透镜的来自光源的光在上述周期方向变换成周期性的光量分布的第1刻度板；对来自第1刻度板的光周期性地进行空间调制的第2刻度板；具有使来自第2刻度板的光通过的开口的第3刻度板；以及感光来自第3刻度板的光的感光元件。
进而，本发明的光学式编码器也可测定第1以及第2刻度板的相对移动距离，特征是包括，光源；把来自光源的光变换成大致平行的光的透镜；具备把经过了透镜的来自光源的光变换成周期性的光量分布的振幅格栅以及使光仅在一个方向散射或者折射的光学元件的第1刻度板；对来自第1刻度板的光周期性地进行空间调制的第2刻度板；具有使来自第2刻度板的光通过的开口的第3刻度板；以及感光来自第3刻度板的光的感光元件。
依据本发明，能够提供明暗图案分布不过于依赖形状误差、光源的波长、光源的位置等，对于占空比50％的振幅格栅，透射或者反射大约2倍的光量，把大约2倍的光量传输到感光元件的设置于第1片刻度板上的明暗图案生成单元。另外，在第1片刻度板中，能够控制刻度图案的排列方向的漫射角度，能够使来自光源的光有效地入射到感光元件。另外，使光线不会在与刻度图案的排列方向垂直的方向漫射，能够把来自光源的光线有效地传递到感光元件。
附图说明
图1表示本发明实施形态1的光学式编码器中的第1片刻度板、第2片刻度板、感光元件阵列基板，(a)是正面图，(b)是侧面图，(c)是A面上的光量分布。
图2表示本发明实施形态2的光学式编码器中的第1片刻度板、第2片刻度板、感光元件阵列基板，(a)是正面图，(b)是侧面图。
图3表示本发明实施形态3的光学式编码器中的第1片刻度板、第2片刻度板、感光元件阵列基板，(a)是正面图，(b)是侧面图。
图4表示本发明实施形态4的光学式编码器中的第1片刻度板、第2片刻度板、感光元件阵列基板，(a)是正面图，(b)是侧面图。
图5表示本发明实施形态5的光学式编码器中的第1片刻度板、第2片刻度板、感光元件阵列基板，(a)是正面图，(b)是侧面图。
图6表示本发明实施形态6的光学式编码器中的第1片刻度板、第2片刻度板、感光元件阵列基板，(a)是正面图，(b)是侧面图。
图7表示本发明实施形态7的光学式编码器中的第1片刻度板、第2片刻度板、感光元件阵列基板，(a)是正面图，(b)是侧面图。
图8表示本发明实施形态8的光学式编码器中的第1片刻度板、第2片刻度板、感光元件阵列基板，(a)是正面图，(b)是侧面图。
图9表示本发明实施形态9的光学式编码器中的第1片刻度板、第2片刻度板、感光元件阵列基板，(a)是正面图，(b)是侧面图。
图10表示本发明实施形态10的光学式编码器中的第1片刻度板、第2片刻度板、感光元件阵列基板，(a)是正面图，(b)是侧面图。
图11表示本发明实施形态11的光学式编码器中的第1片刻度板、第2片刻度板、感光元件阵列基板，(a)是正面图，(b)是侧面图。
图12表示本发明实基板施形态12的光学式编码器中的第1片刻度板、第2片刻度板、感光元件阵列，(a)是正面图，(b)是侧面图。
图13表示本发明实施形态13的光学式编码器中的第1片刻度板、第2片刻度板、感光元件阵列基板，(a)是正面图，(b)是侧面图。
图14表示本发明实施形态14的光学式编码器中的第1片刻度板、第2片刻度板、感光元件阵列基板。
图15表示本发明实施形态15的光学式编码器中的第1片刻度板、第2片刻度板、感光元件阵列基板。
图16表示本发明实施形态16的光学式编码器中的第1片刻度板、第2片刻度板、感光元件阵列基板，(a)是正面图，(b)是侧面图。
图17表示本发明实施形态17的光学式编码器中的第1片刻度板、第2片刻度板、感光元件阵列基板。
图18是表示本发明实施形态18的光学式编码器中的第1片刻度板、第2片刻度板、感光元件阵列基板的正面图。
图19是表示本发明实施形态19的光学式编码器中的第1片刻度板、第2片刻度板、感光元件阵列基板的正面图。
图20是表示本发明实施形态20的光学式编码器中的透镜、第1片刻度板、第2片刻度板、感光元件阵列基板的正面图。
图21表示本发明实施形态21的光学式编码器中的第1片刻度板、第2片刻度板、感光元件阵列基板，(a)是正面图，(b)是侧面图。
图22是表示本发明实施形态22的光学式编码器中的第1片刻度板、第2片刻度板、感光元件阵列基板的正面图。
图23是表示本发明实施形态23的光学式编码器中的第1片刻度板、第2片刻度板、感光元件阵列基板的正面图。
图24是现有技术的光学式编码器的概略结构图，(a)是正面图，(b)是侧面图。
符号的说明
2：第1片刻度板
3：圆柱透镜阵列
4：第2片刻度板
6：第3片刻度板(感光元件阵列基板)
7：感光元件(感光单元)
8、9：散射器
10：棱镜阵列
11：光源
12：透镜
13：衍射光学元件阵列
14：光源
16：圆柱透镜
17：第1片刻度板
18：第2片刻度板
19：第3片刻度板(感光元件阵列基板)
20、21：(第1片刻度板的)径迹
22、23：(第2片刻度板的)径迹
24、25：(第3片刻度板的)径迹
26：第1片刻度板
27：散射器
28：第2片刻度板
29：第3片刻度板(感光元件阵列基板)
30、31：(第1片刻度板的)径迹
32、33，(第2片刻度板的)径迹
34、35：(第3片刻度板的)径迹
36：散射器
37：圆柱透镜
38：散射器
39、39’：棱镜阵列
40：反射型刻度板
43、43’棱镜阵列
44：圆柱透镜阵列
45：圆柱透镜阵列
46：光学窗
47：凹型圆柱反射镜阵列
48：凸型圆柱反射镜阵列
49：透镜
50：圆柱透镜阵列
51：反射体
52：第2片刻度板
53：相位格栅
具体实施方式
在使用了三片格栅刻度板的光学式编码器中，由于通常使用振幅格栅(专利文献1、非专利文献1)，因此如上所述，存在入射到感光元件中的光量小的课题，而为了克服这一点，在第1片刻度板上具备圆柱透镜阵列。这一点与在专利文献2中公开的相位格栅不同，是利用一个一个透镜的聚光作用而生成明暗图案的情况。即，与矩阵形地排列了用透镜单体生成的光图案的情况等同。
在本方式的编码器中，最好在第1片刻度板上生成正弦波形的明暗图案，而在用相位格栅生成正弦波形的明暗图案的情况下，根据相位格栅的周期、深度、照射的光的波长，生成明暗图案的(光线的行进方向的)位置、明暗图案的形状或者变形发生很大变化，用于生成所希望的明暗图案的设计余量很小。作为其结果，工作精度、部件管理等被制约的项目很多，使用环境范围减小。
与此不同，在第1片刻度板上具备圆柱透镜阵列的情况下，通过使透镜的曲率和形状变化，能够变更生成明暗图案的(光线的行进方向的)位置和明暗图案的形状，用于生成所希望的明暗图案的设计值不受限定，设计余量大。另外，与相位格栅相比较，光的波长对于明暗图案的影响小。从而，工作精度、部件管理等被制约的项目减少，使用环境范围增大。
在第1片刻度板上照射使LED等可干涉性低的光源成为大致平行的大致平行光，能够由圆柱透镜阵列或者仅在一个方向散射的散射器，仅向刻度图案的排列方向漫射。进而，能够根据圆柱透镜阵列的曲率或者散射器图案控制刻度图案的排列方向中的漫射角度，能够使光更有效地入射到感光元件。
由于使光线不会在与刻度图案的排列方向垂直的方向漫射，能够大致平行地向感光元件传递光线，因此当使用具有多个刻度图案(径迹)的刻度板时，通过了第1片或者第2片刻度板某个径迹的光线入射到与第2片或者第3片刻度板的相对应的径迹不同的径迹上，能够抑制检测误差的发生。
以下，在所有的实施形态中图示了线性的编码器，而当然本发明也能够在旋转形编码器中适用。这种情况下，可以使光的聚光方向、散射方向与成为圆弧形的刻度排列方向一致。另外，代替第3片刻度板和在其后部配置的感光元件而使用感光元件阵列，而也可以在第3片刻度板和在其后部使用感光元件。
实施形态1
图1表示本发明实施形态1的光学式编码器中的第1片刻度板、第2片刻度板、感光元件阵列基板，(a)是正面图，(b)是侧面图，(c)是A面上的光量分布。例如，用透镜等(未图示)把LED那样的空间可干涉性低的光源(未图示)变成大致平行光以后，把大致平行光1照射到第1片刻度板2。在第1片刻度板2上以周期P排列圆柱透镜阵列3。由圆柱透镜阵列3在各个A面上使大致平行光1仅在X方向聚光。从该A面离开某个距离Z的位置上配置第2片刻度板4。在第2片刻度板4上，具备用铬蒸镀等例如以周期P排列了矩形开口5的振幅格栅。进而，在离开了某个距离Z的位置上配置感光元件阵列基板6。在感光元件阵列基板6上，具备例如以周期P排列了矩形的感光单元7的感光元件阵列。上述距离Z的值采用严密地考虑了第2片刻度板4的折射率等的空气换算长度(这一点在后述实施形态中也相同)，例如具有满足以下公式的值。
[数1]
Z = p 2 4 λ
上式中，λ是从光源出射的光线的波长。
由于用从空间可干涉性低的光源生成的大致平行光1照射第1片刻度板2，因此圆柱透镜阵列3的A面上的X方向的各光线宽度成为具有某种宽度，A面上的X方向的光量分布如图1(c)所示，成为具有与圆柱透镜阵列3的排列周期相同的周期P的正弦波形分布。
大致平行光1在X方向聚光的A面的位置依赖于圆柱透镜阵列3的曲率和形状，而如果使A面的位置接近圆柱透镜阵列3，即如果缩短焦距，则能够减小大致平行光1的放射角分散性的影响，能够减小图1(c)所示的光量分布的周期P的分散性等的误差。然而，如果缩短焦距，则朝向第2片刻度板4的光线的发散角增大。因此，最好是设定光线有效地照射在感光元件阵列基板6上的焦距。理想的是，设定成使在第一片刻度板上照射的几乎所有的光线(除去由材料产生的吸收和散射以外)行进到感光元件阵列基板6。
上述正弦波形分布中，只有作为空间频率滤波器的第2片刻度板4所传递的频率分量在感光元件阵列基板6上成像。如果沿着格栅排列方向(X方向)相对移动第1片刻度板2和第2片刻度板4，则感光元件阵列基板6上的图像也移动，可由感光元件阵列基板6得到与2片刻度板的相对移动量有关的某个输出信号。
在实施形态1的光学式编码器中，照射在第1片刻度板2上的光线除去由第1片刻度板2和圆柱透镜阵列3的表面的反射或者在内部的吸收以外几乎能够全部通过，能够增大照射到感光元件阵列基板6上的光量。另外，由于使光线不会在与刻度图案的排列方向垂直的方向(Y方向)漫射，因此能够把来自光源的光线更有效地传递到感光元件，能够进一步增大检测光量。从而，能够提高检测分辨率、检测精度等光学式编码器的特性。
在本实施形态中，把A面与第2刻度板4的间隔、第2片刻度板4与感光元件阵列基板6的间隔分别取为Z，把第1片刻度板2上的圆柱透镜阵列3的排列周期、第2片刻度板4上的格栅周期、感光元件阵列基板6上的感光单元7的排列周期分别取为P，但并不限于这些值。即，只要是图1(c)所示的A面上的光量分布在感光元件阵列基板6上成像的条件即可。
另外，在本实施形态中，在圆柱透镜阵列3中使用了圆柱形的折射透镜，而也可以使用仅在一个方向具有聚光功能的菲涅尔透镜阵列。或者，即使使用具有与圆柱透镜3相同排列周期的等腰三角形的棱镜阵列也能够得到相同的效果。
进而，在本实施形态中，把第2片刻度板4做成透射型的刻度，而也可以是反射型。这种情况下，感光元件阵列基板6对于第2片刻度板4，配置在第1片刻度板2一侧，最好配置在A面上，可以调整大致平行光1的照射方向使得A面上的光量分布成像到感光元件阵列基板6上。
实施形态2
图2表示本发明实施形态2的光学式编码器中的第1片刻度板、第2片刻度板、感光元件阵列基板，(a)是正面图，(b)是侧面图。
在实施形态1中，在第2片刻度板4一例具备第1片刻度板2上的圆柱透镜阵列3，而在本实施形态2中，把圆柱透镜阵列3配置在与第2片刻度板4相反的一侧，即光源一侧。图2中，实际上在圆柱透镜阵列3与第1片刻度板2的边界，在与配置第1片刻度板2的圆柱透镜阵列3的面相反一侧的面上折射光线，而为了模式地记述实施形态省略了上述折射。
与上述实施形态1相同，A面上的X方向的光量分布如图1(c)那样，成为具有与圆柱透镜阵列3的排列周期相同的周期P的正弦波形分布。
上述正弦波形分布中，只有用作空间频率滤波器的第2片刻度板4所传递的频率分量在感光元件阵列基板6上成像。如果沿着格栅排列方向相对移动第1片刻度板2与第2片刻度板4，则感光元件阵列基板6上的图像也移动，可由感光元件阵列基板6得到与2片刻度板的相对移动量相关的输出信号。
在实施形态2的光学式编码器中，照射到第1片刻度板2上的光线除去在第1片刻度板2和圆柱透镜阵列3的表面的反射或者在内部的吸收以外能够几乎全部通过，能够增大照射到感光元件阵列基板6上的光量。另外，由于使光线不会在与刻度图案的排列方向垂直的方向(Y方向)漫射，因此能够把来自光源的光线更有效地传递到感光元件，能够进一步增大检测光量。从而，能够提高检测分辨率、检测精度等光学式编码器的特性。
在本实施形态中，大致平行光1在X方向聚光的A面的位置存在于第1片刻度板2内，而并不限于这种情况，也可以存在于第1片刻度板2以外。另外，在本实施形态中，把A面与第2片刻度板4的间隔、第2片刻度板4与感光元件阵列基板6的间隔分别取为Z，把第1片刻度板2上的圆柱透镜阵列3的排列周期、第2片刻度板4上的格栅周期、感光元件阵列基板6上的感光单元7的排列周期分别取为P，但并不限于这些值。即，只要是图1(c)所示的A面上的光量分布在感光元件阵列基板6上成像的条件即可。
另外，在本实施形态中，在圆柱透镜阵列3中使用了圆柱形的折射透镜，而也可以使用仅在一个方向具有聚光功能的菲涅尔透镜阵列。或者，使用具有与圆柱透镜3相同排列周期的等腰三角形的棱镜阵列也可以得到相同的效果。
进而，本实施形态中，使第2片刻度板4成为透射型的刻度，而也可以是反射型。这种情况下，感光元件阵列基板6对于第2片刻度板4、配置在第1片刻度板2一侧，最好配置在A面上。
实施形态3
图3表示本发明实施形态3的光学式编码器中的第1片刻度板、第2片刻度板、感光元件阵列基板，(a)是正面图，(b)是侧面图。
实施形态3是与上述实施形态2几乎相同的结构，而在与第1片刻度板2上的圆柱透镜阵列3相反的一侧具备仅在X方向使光散射的散射器8。大致平行光1由圆柱透镜阵列3分别聚光到A面即散射器8上，生成正弦波形的二次光源。A面上的二次光源由散射器8散射的同时，向第2片刻度板4传输。
上述二次光源的正弦波形分布中，只有用作空间频率滤波器的第2片刻度板4所传递的频率分量在感光元件阵列基板6上成像。如果沿着格栅排列方向相对移动第1片刻度板2和第2片刻度板4，则感光元件阵列基板6上的图像也移动，可由感光元件阵列基板6得到与2片刻度板的相对移动量相关的输出信号。
在实施形态3的光学式编码器中，照射到第1片刻度板2上的光线除去在圆柱透镜阵列3和散射器8的表面的反射或者在内部的吸收以外几乎能够全部通过，能够增大照射到感光元件阵列基板6上的光量。另外，由于使光线不会沿着与刻度图案的排列方向垂直的方向漫射，因此能够把来自光源的光线更有效地传递到感光元件，能够进一步增大检测光量。
另外，通过散射器8能够使二次光源的相关性充分降低，能够在感光元件阵列基板6上成像由光线之间的干涉产生的噪声更少的光量分布。从而，能够提高检测分辨率、检测精度等光学式编码器的特性。
在本实施形态中，大致平行光1由圆柱透镜阵列3聚光到A面上，即散射器8上，而A面与散射器8的面并不需要完全一致，即使稍有偏移也可以得到同样的效果。另外，在本实施形态中，把第1片刻度板2与散射器8构成为一体，而也可以是各自独立的单体。另外，在本实施形态中，把A面与第2片刻度板4的间隔、第2片刻度板4与感光元件阵列基板6的间隔分别取为Z，把第1片刻度板2上的圆柱透镜阵列3的排列周期、第2片刻度板4上的格栅周期、感光元件阵列基板6上的感光单元7的排列周期分别取为P，但并不限于这种情况。即，只要是图1(c)所示的A面上的光量分布在感光元件阵列基板6上成像的条件即可。
另外，在本实施形态中，在圆柱透镜阵列3中使用了圆柱形的折射透镜，而也可以使用仅在一个方向具有聚光功能的菲涅尔透镜阵列。或者，使用具有与圆柱透镜3相同排列周期的等腰三角形的棱镜阵列也可以得到相同的效果。
进而，本实施形态中，使第2片刻度板4成为透射型的刻度，而也可以是反射型。这种情况下，感光元件阵列基板6对于第2片刻度板4配置在第1片刻度板2一侧，最好配置在A面上。
实施形态4
图4表示本发明实施形态4的光学式编码器中的第1片刻度板、第2片刻度板、感光元件阵列基板，(a)是正面图，(b)是侧面图。
实施形态4与上述实施形态3几乎相同，而在与第1片刻度板2上的圆柱透镜阵列3相反的一侧具备使光仅在X方向散射，其散射角度根据X方向的位置变化的散射器9。即，该散射器9设定成使在第1片刻度板2中央散射角度大，在X方向外侧散射角度比中央减小。这样的散射器9由CGH(计算机生成全息图)等实现。
与实施形态3相同，在A面上生成的正弦波形光量分布中，只有用作空间频率滤波器的第2片刻度板4所传递的频率分量在感光元件阵列基板6上成像。如果沿着格栅排列方向相对移动第1片刻度板2和第2片刻度板4，则感光元件阵列基板6上的图像也移动，从感光元件阵列基板6可以得到与2片刻度板的相对移动量相关的输出信号。
在实施形态4的光学式编码器中，照射到第1片刻度板2的光线除去在圆柱透镜阵列3和散射器9的表面的反射或者在内部的吸收以外几乎能够全部通过，能够增大照射到感光元件阵列基板6上的光量。另外，由于使光线不会沿着与刻度图案的排列方向垂直的方向漫射，因此能够把来自光源的光线更有效地传递到感光元件，能够进一步增大检测光量。另外，能够由散射器9使二次光源的相关性充分降低，能够在感光元件阵列基板6上成像由光线之间的干涉产生的噪声更少的光量分布。
进而，通过根据X方向的位置使基于散射器9的光线的散射角度变化，能够使光线仅照射到感光元件阵列基板6上存在检测单元7的区域附近，能够更有效地把来自光源的光线照射感光元件上，能够进一步增大检测光量。从而，能够提高检测分辨率、检测精度等光学式编码器的特性。
在本实施形态中，大致平行光1由圆柱透镜阵列3聚光到A面上，即散射器9上，而A面与散射器9的面并不需要完全一致，即使稍有偏移也可以得到同样的效果。另外，在本实施形态中，把第1片刻度板2与散射器9构成为一体，而也可以是各自独立的单体。另外，在本实施形态中，把A面与第2片刻度板4的间隔、第2片刻度板4与感光元件阵列基板6的间隔分别取为Z，把第1片刻度板2上的圆柱透镜阵列3的排列周期、第2片刻度板4上的格栅周期、感光元件阵列基板6上的感光单元7的排列周期分别取为P，但并不限于这种情况。即，只要是图1(c)所示的A面上的光量分布在感光元件阵列基板6上成像的条件即可。
另外，在本实施形态中，在圆柱透镜阵列3中使用了圆柱形的折射透镜，而也可以使用仅在一个方向具有聚光功能的菲涅尔透镜阵列。或者，即使使用具有与圆柱透镜3相同排列周期的等腰三角形的棱镜阵列也可以得到相同的效果。
进而，本实施形态中，使第2片刻度板4成为透射型的刻度，而也可以是反射型。这种情况下，感光元件阵列基板6对于第2片刻度板4、配置在第1片刻度板2一侧，最好配置在A面上。
实施形态5
图5表示本发明实施形态5的光学式编码器中的第1片刻度板、第2片刻度板、感光元件阵列基板，(a)是正面图，(b)是侧面图。
实施形态5是与上述实施形态4几乎相同的结构，而在与第1片刻度板2上的圆柱透镜阵列3相反的一侧配置使光仅在X方向折射，其倾斜角度根据X方向的位置变化的棱镜阵列10。即，该棱镜阵列10设定成使在第1片刻度板2中央倾斜角度小，在X方向外侧倾斜角度比中央大。如图5(a)所示，由在第1片刻度板2的右侧所具备的棱镜阵列10，使由圆柱透镜阵列3聚光了的光线向图面左上方发散，朝向感光元件阵列基板6上存在检测单元7的区域整体行进。通过左侧所具备的棱镜阵列10，把由圆柱透镜阵列3聚光了的光线向图面右上方发散，朝向感光元件阵列基板6上存在检测单元7的区域整体行进。在棱镜阵列10中央，由圆柱透镜阵列3聚光了的光线向图面上侧发散，朝向感光元件阵列基板6上存在检测单元7的区域整体行进。
与实施形态4相同，在A面上生成的正弦波形光量分布中，只有用作空间频率滤波器的第2片刻度板4所传递的频率分量在感光元件阵列基板6上成像。如果沿着格栅排列方向相对移动第1片刻度板2和第2片刻度板4，则感光元件阵列基板6上的图像也移动，可由感光元件阵列基板6得到与2片刻度板的相对移动量相关的输出信号。
在实施形态5的光学式编码器中，照射到第1片刻度板2的光线除去在圆柱透镜阵列3和棱镜阵列10的表面的反射或者在内部的吸收以外几乎能够全部通过，能够增大照射到感光元件阵列基板6上的光量。另外，由于使光线不会沿着与刻度图案的排列方向垂直的方向漫射，因此能够把来自光源的光线更有效地传递到感光元件，能够进一步增大检测光量。另外，通过根据X方向的位置使基于棱镜阵列10的光线的折射角度变化，使光线仅能够照射到感光元件阵列基板6上存在检测单元7的区域附近，能够把来自光源的光线更有效地照射到感光元件上，使检测光量进一步增大。从而，能够提高检测分辨率、检测精度等光学式编码器的特性。
在本实施形态中，大致平行光1由圆柱透镜阵列3聚光到A面上，即棱镜阵列10上，而A面与棱镜阵列10的面并不需要完全一致，即使稍有偏移也可以得到同样的效果。另外，在本实施形态中，把第1片刻度板2与棱镜阵列10构成为一体，而也可以是各自独立的单体。另外，代替上述棱镜阵列10，也可以使用与上述相同光线的散射方向根据X方向的位置变化的散射器。另外，在本实施形态中，把A面与第2片刻度板4的间隔、第2片刻度板4与感光元件阵列基板6的间隔分别取为Z，把第1片刻度板2上的圆柱透镜阵列3的排列周期、第2片刻度板4上的格栅周期、感光元件阵列基板6上的感光单元7的排列周期分别取为P，但并不限于这种情况。即，只要是图1(c)所示的A面上的光量分布在感光元件阵列基板6上成像的条件即可。另外，在本实施形态中，在圆柱透镜阵列3中使用了圆柱形的折射透镜，而也可以使用仅在一个方向具有聚光功能的菲涅尔透镜阵列。或者，使用具有与圆柱透镜3相同排列周期的等腰三角形的棱镜阵列也可以得到相同的效果。
进而，本实施形态中，使第2片刻度板4成为透射型的刻度，而也可以是反射型。这种情况下，感光元件阵列基板6对于第2片刻度板4、配置在第1片刻度板2一侧，最好配置在A面上。
实施形态6
图6表示本发明实施形态6的光学式编码器中的第1片刻度板、第2片刻度板、感光元件阵列基板，(a)是正面图，(b)是侧面图。
实施形态6是与上述实施形态1几乎相同的结构，而在与第1片刻度板2上的圆柱透镜阵列3相反的一侧一体地具备使来自光源11的光线成为大致平行的透镜12。
与上述实施形态1相同，在A面上生成的正弦波形光量分布中，只有用作空间频率滤波器的第2片刻度板4所传递的频率分量在感光元件阵列基板6上成像。如果沿着格栅排列方向相对移动第1片刻度板2和第2片刻度板4，则感光元件阵列基板6上的图像也移动，可由感光元件阵列基板6得到与2片刻度板的相对移动量相关的输出信号。
在实施形态6的光学式编码器中，照射到第1片刻度板2上的光线除去在透镜12和圆柱透镜阵列3的表面的反射或者在内部的吸收以外几乎能够全部通过，能够增大照射到感光元件阵列基板6上的光量。另外，由于使光线不会沿着与刻度图案的排列方向垂直的方向漫射，因此能够把来自光源的光线更有效地传递到感光元件，能够进一步增大检测光量。从而，能够提高检测分辨率、检测精度等光学式编码器的特性。
另外，由于透镜12与第1片刻度板2成形为一体，因此能够使光源、透镜部分减薄。进而，能够减少部件数量，能够降低制造成本。
在本实施形态中，在透镜12中使用了平凸透镜，而也可以是起到同样功能的菲涅尔透镜。
另外，在本实施形态中，把A面与第2片刻度板4的间隔、第2片刻度板4与感光元件阵列基板6的间隔分别取为Z，把第1片刻度板2上的圆柱透镜阵列3的排列周期、第2片刻度板4上的格栅周期、感光元件阵列基板6上的感光单元7的排列周期分别取为P，但并不限于这种情况。即，只要是图1(c)所示的A面上的光量分布在感光元件阵列基板6上成像的条件即可。
另外，在本实施形态中，在圆柱透镜阵列3中使用了圆柱形的折射透镜，而也可以使用仅在一个方向具有聚光功能的菲涅尔透镜阵列。或者，即使使用具有与圆柱透镜3相同排列周期的等腰三角形的棱镜阵列也可以得到相同的效果。
进而，本实施形态中，使第2片刻度板4成为透射型的刻度，而也可以是反射型。这种情况下，感光元件阵列基板6对于第2片刻度板4、配置在第1片刻度板2一侧，最好配置在A面上。
实施形态7
图7表示本发明实施形态7的光学式编码器中的第1片刻度板、第2片刻度板、感光元件阵列基板，(a)是正面图，(b)是侧面图。
实施形态7是与上述实施形态1几乎相同的结构，而代替第1片刻度板2上的圆柱透镜阵列3，具备把大致平行光1仅在X方向聚光到各个A面上的衍射光学元件阵列13。
与实施形态1相同，在A面上生成的正弦波形光量分布中，只有用作空间频率滤波器的第2片刻度板4所传递的频率分量在感光元件阵列基板6上成像。如果沿着格栅排列方向相对移动第1片刻度板2和第2片刻度板4，则感光元件阵列基板6上的图像也移动，从感光元件阵列基板6可以得到与2片刻度板的相对移动量相关的输出信号。
衍射光学元件阵列13利用入射到各衍射光学元件的光线的衍射和干涉而聚光，而通过变更各衍射光学元件的形状能够变更A面的位置，与取代衍射光学元件阵列13而设置相位格栅相比较，设计余量高。
在实施形态7的光学式编码器中，照射到第1片刻度板2上的光线除去在第1片刻度板2和衍射光学元件阵列13的表面的反射或者在内部的吸收以外几乎能够全部通过，能够增大照射到感光元件阵列基板6上的光量。另外，由于使光线不会沿着与刻度图案的排列方向垂直的方向漫射，因此能够把来自光源的光线更有效地传递到感光元件，能够进一步增大检测光量。从而，能够提高检测分辨率、检测精度等光学式编码器的特性。
另外，也可以把本实施形态适用在上述实施形态1到实施形态6的光学式编码器中。
另外，在本实施形态中，把A面与第2片刻度板4的间隔、第2片刻度板4与感光元件阵列基板6的间隔分别取为Z，把第1片刻度板2上的衍射光学元件阵列13的排列周期、第2片刻度板4上的格栅周期、感光元件阵列基板6上的感光单元7的排列周期分别取为P，但并不限于这种情况。即，只要是图1(c)所示的A面上的光量分布在感光元件阵列基板6上成像的条件即可。
进而，本实施形态中，使第2片刻度板4成为透射型的刻度，而也可以是反射型。这种情况下，感光元件阵列基板6对于第2片刻度板4、配置在第1片刻度板2一侧，最好配置在A面上。
实施形态8
图8表示本发明实施形态8的光学式编码器中的第1片刻度板、第2片刻度板、感光元件阵列基板，(a)是正面图，(b)是侧面图。
实施形态8的光学式编码器与上述实施形态1到实施形态7不同，在第1片刻度板上使用振幅格栅。
从发光单元的尺寸是X方向长Y方向短的例如LED那样的光源14出射的光线15由仅在Y方向聚光的圆柱透镜16而仅在Y方向成为大致平行。由通过了圆柱透镜16的光线，在第1片刻度板17上的A面上生成二次光源，由第2片刻度板18在感光元件阵列基板19上成像A面上的光量分布。
在本实施形态中，具备2列各刻度板的格栅列(径迹)、感光元件阵列的列。即，在第1片刻度板17中具备径迹20和径迹21。在第2片刻度板18中具备径迹22和径迹23。感光元件阵列基板19也具备相对应的感光元件阵列24、25。即，在第1片刻度板17的径迹20上生成的二次光源的光量分布中，只有用作空间频率滤波器作用的第2片刻度板18上的径迹22的格栅图案所传递的频率分量在感光元件阵列24上成像。同样，在径迹21上生成的二次光源的光量分布中，只有径迹23的格栅图案所传递的频率分量在感光元件阵列25上成像。如果沿着格栅排列方向相对移动第1片刻度板17和第2片刻度板18，则感光元件阵列基板19上的图像也移动，可由感光元件阵列24、感光元件阵列25可以分别得到与2片刻度板的相对移动量相关的输出信号。各径迹的格栅周期与各感光元件阵列的排列周期的组合只要是径迹20和径迹21上的二次光源分布在感光元件阵列24、感光元件阵列25上成像的条件即可，各图像的周期可以不一致。
实施形态8的光学式编码器使用具有多个径迹的刻度板，而能够抑制通过了第1片和第2片刻度板的某个径迹的光线入射到与第2片刻度板或者感光元件阵列基板的相对应的径迹不同的径迹中。从而，可以抑制检测误差的发生。另外，由于使光线不会在与刻度图案的排列方向垂直的方向漫射，因此能够把来自光源的光线更有效地传递到感光元件，能够增大检测光量。从而，能够提高检测分辨率、检测精度等光学式编码器的特性。
在本实施形态中，使用了发光单元的尺寸是X方向长Y方向短的光源，但并不限于这种情况。另外，在圆柱透镜16中使用了圆柱形的折射透镜，而也可以使用仅在一个方向具有聚光功能的菲涅尔透镜。
另外，在本实施形态中，把A面与第2片刻度板18的间隔、第2片刻度板18与感光元件阵列基板19的间隔分别取为Z，但并不限于这种情况。即，只要是A面上的光量分布在感光元件阵列基板19上成像的条件即可。
进而，本实施形态中，使第2片刻度板18成为透射型的刻度，而也可以是反射型。这种情况下，感光元件阵列基板19对于第2片刻度板18、配置在第1片刻度板17一侧，最好配置在A面上。
实施形态9
图9表示本发明实施形态9的光学式编码器中的第1片刻度板、第2片刻度板、感光元件阵列基板，(a)是正面图，(b)是侧面图。
实施形态9是与上述实施形态4几乎相同的结构，而在第1片刻度板26中使用振幅格栅。在与第1片刻度板26上具备的振幅格栅的面相反的一侧，具备使光仅在X方向散射，其散射角度根据X方向的位置变化的散射器27。即，该散射器27设定成使在第1片刻度板26中央散射角度大，在X方向的外侧散射角度比中央小。
另外，与实施形态8相同，在各刻度板和感光元件阵列基板29中具备多个径迹，本实施形态的情况下具备2个径迹。
如果大致平行光1照射到第1片刻度板26上的各径迹30、31，则与实施形态8相同，A面上的各二次光源的光量分布中，只有第2片刻度板28上的各径迹32、33的格栅图案所传递的频率分量在感光元件阵列29上的相对应的各感光阵列34、35上成像。如果沿着格栅排列方向相对移动第1片刻度板26和第2片刻度板28，则感光元件阵列基板29上的图像也移动，可由感光元件阵列29上的各感光阵列34、35分别得到与2片刻度板的相对移动量相关的输出信号。
实施形态9的光学式编码器使用具有多个径迹的刻度板，而能够抑制通过了第1片和第2片刻度板的某个径迹的光线入射到与第2片刻度板或者感光元件阵列基板的相对应的径迹不同的径迹中。从而，可以抑制检测误差的发生。另外，由于使光线不会在与刻度图案的排列方向垂直的方向漫射，因此能够把来自光源的光线更有效地传递到感光元件，能够增大检测光量。另外，能够由散射器27充分降低二次光源的相关性，能够在感光元件阵列基板29上成像由光线之间的干涉产生的噪声少的光量分布。
进而，通过根据X方向的位置使基于散射器27的光线的散射角度变化，能够使光线仅照射到感光元件阵列基板29上存在检测单元7的区域附近，能够更有效地把来自光源的光线照射感光元件上，能够进一步增大检测光量。从而，能够提高检测分辨率、检测精度等光学式编码器的特性。
在本实施形态中，在与具备第1片刻度板26上的振幅格栅的面相反的一侧具备散射器27，但并不限于这种情况，也可以在具备了振幅格栅的面上具备散射器27。例如，也可以在用铬蒸镀形成了振幅格栅以后，用树脂成型技术等在振幅格栅上形成散射器。另外，在本实施形态中，把第1片刻度板26和散射器27做成为一体，而也可以是相互独立的单体。
另外，在本实施形态中，把A面与第2片刻度板28的间隔、第2片刻度板28与感光元件阵列基板29的间隔分别取为Z，但并不限于这种情况。即，只要是A面上的光量分布在感光元件阵列基板29上成像的条件即可。
进而，本实施形态中，使第2片刻度板28成为透射型的刻度，而也可以是反射型。这种情况下，感光元件阵列基板29对于第2片刻度板28、配置在第1片刻度板26一侧，最好配置在A面上。
实施形态10
图10表示本发明实施形态10的光学式编码器中的第1片刻度板、第2片刻度板、感光元件阵列基板，(a)是正面图，(b)是侧面图。
实施形态10是与上述实施形态9几乎相同的结构，而图中，把散射器27与具备了振幅格栅的第1片刻度板26的朝向配置成上下相反。即，在光源一侧配置散射器27，在第2片刻度板28一侧配置振幅格栅。即使是这种配置，也进行与上述实施形态9相同的动作。
实施形态10的编码器也使用具有多个径迹的刻度板，而能够抑制通过了第1片和第2片刻度板的某个径迹的光线入射到与第2片刻度板或者感光元件阵列基板的相对应的径迹不同的径迹中。从而，可以抑制检测误差的发生。另外，由于使光线不会在与刻度图案的排列方向垂直的方向漫射，因此能够把来自光源的光线更有效地传递到感光元件，能够增大检测光量。另外，能够由散射器27充分降低二次光源的相关性，能够在感光元件阵列基板29上成像由光线之间的干涉产生的噪声少的光量分布。
进而，通过根据X方向的位置使基于散射器27的光线的散射角度变化，能够使光线仅照射到感光元件阵列基板29上存在检测单元7的区域附近，能够更有效地把来自光源的光线照射感光元件上，能够进一步增大检测光量。从而，能够提高检测分辨率、检测精度等光学式编码器的特性。
实施形态11
图11表示本发明实施形态11的光学式编码器中的第1片刻度板、第2片刻度板、感光元件阵列基板，(a)是正面图，(b)是侧面图。
实施形态11是与上述实施形态9几乎相同的结构，在形成了振幅格栅的第1片刻度板26上具备使光仅在X方向散射，其散射方向根据X方向的位置变化的散射器36。如图11(a)所示，在第1片刻度板26的右侧所具备的散射器36使来自A面上的二次光源的光线向图面左上方散射，朝向感光元件阵列基板29上存在检测单元7的区域整体行进。另一方面，在第1片刻度板26的左侧所具备的散射器36使来自在左侧生成的二次光源的光线向图面右上方散射，朝向感光元件阵列基板29上存在检测单元7的区域整体行进。进而，散射器36中央使来自A面上的二次光源的光线向图面上方散射，朝向感光元件阵列基板36上存在检测单元7的区域整体行进。这样的散射器36由CGH(计算机生成全息图)等实现。
如果大致平行光1照射到第1片刻度板26上的各径迹30、31，则与实施形态8、9、10相同，A面上的各二次光源的光量分布中，只有第2片刻度板28上的各径迹32、33的格栅图案所传递的频率分量在感光元件阵列29上的相对应的各感光阵列34、35上成像。如果沿着格栅排列方向相对移动第1片刻度板26和第2片刻度板28，则感光元件阵列基板29上的图像也移动，可由感光元件阵列29上的各感光阵列34、35分别得到与2片刻度板的相对移动量相关的输出信号。
实施形态11的光学式编码器使用具有多个径迹的刻度板，而能够抑制通过了第1片和第2片刻度板的某个径迹的光线入射到与第2片刻度板或者感光元件阵列基板的相对应的径迹不同的径迹中。从而，可以抑制检测误差的发生。另外，由于使光线不会在与刻度图案的排列方向垂直的方向漫射，因此能够把来自光源的光线更有效地传递到感光元件，能够增大检测光量。另外，能够由散射器36充分降低二次光源的相关性，能够在感光元件阵列基板29上成像由光线之间的干涉产生的噪声少的光量分布。
进而，通过根据X方向的位置使基于散射器36的光线的散射方向变化，能够使光线仅照射到感光元件阵列基板29上存在检测单元7的区域附近，能够更有效地把来自光源的光线照射感光元件上，能够进一步增大检测光量。从而，能够提高检测分辨率、检测精度等光学式编码器的特性。
在本实施形态中，在与具备第1片刻度板26上的振幅格栅的面相反的一例具备散射器36，但并不限于这种情况，也可以在具备了振幅格栅的面上具备散射器36。另外，在本实施形态中，把第1片刻度板26和散射器36做成为一体，而也可以是相互独立的单体。
另外，在本实施形态中，把A面与第2片刻度板28的间隔、第2片刻度板28与感光元件阵列基板29的间隔分别取为Z，但并不限于这种情况。即，只要是A面上的光量分布在感光元件阵列基板29上成像的条件即可。
进而，本实施形态中，使第2片刻度板28成为透射型的刻度，而也可以是反射型。这种情况下，感光元件阵列基板29对于第2片刻度板28、配置在第1片刻度板26一侧，最好配置在A面上。
实施形态12
图12表示本发明实施形态12的光学式编码器中的第1片刻度板、第2片刻度板、感光元件阵列基板，(a)是正面图，(b)是侧面图。
在第1片刻度板26的光源一侧具备使光仅在X方向聚光的圆柱透镜37。进而，在相反一侧，即第2片刻度板28一侧，具备使光仅在X方向散射，其散射方向、散射角度都不依赖于X方向的位置而恒定的散射器38。圆柱透镜37的焦点位置设定在感光元件阵列基板29附近。
如图12(a)所示，大致平行光1由圆柱透镜37折射，而在第1片刻度板26的右侧向图面左上方折射，在第1片刻度板26的左侧向图面右上方折射。折射了以后，光线通过振幅格栅，由散射器38散射。这时，来自在A面上右侧生成的二次光源的光线向图面左上方散射，朝向感光元件阵列基板29上存在检测单元7的区域整体行进。另一方面，来自在左侧生成的二次光源的光线向图面右上方散射，朝向感光元件阵列基板29上存在检测单元7的区域整体行进。在A面中央，来自二次光源的光线向画面上方散射，朝向感光元件阵列元件基板36上存在检测单元7的区域整体行进。这一点产生与实施形态11相同的效果。
在本实施形态中，与实施形态8、9、10、11相同，A面上的二次光源的光量分布中，只有第2片刻度板28上的各径迹32、33的格栅图案所传递的频率分量在感光元件阵列基板29上的相对应的各感光元件阵列34、35上成像。如果沿着格栅排列方向相对移动第1片刻度板26和第2片刻度板28，则感光元件阵列基板29上的图像也移动，可由感光阵列元件基板29上的各感光元件阵列34、35得到与2片刻度板的相对移动量相关的输出信号。
实施形态12的光学式编码器使用具有多个径迹的刻度板，而能够抑制通过了第1片和第2片刻度板的某个径迹的光线入射到与第2片刻度板或者感光元件阵列基板的相对应的径迹不同的径迹中。从而，可以抑制检测误差的发生。另外，由于使光线不会在与刻度图案的排列方向垂直的方向漫射，因此能够把来自光源的光线更有效地传递到感光元件，能够增大检测光量。另外，能够由散射器38充分降低二次光源的相关性，能够在感光元件阵列基板29上成像由光线之间的干涉产生的噪声少的光量分布。
进而，通过根据X方向的位置使基于散射器38的光线的散射方向变化，能够使光线仅照射到感光元件阵列基板29上存在检测单元7的区域附近，能够更有效地把来自光源的光线照射感光元件上，能够进一步增大检测光量。从而，能够提高检测分辨率、检测精度等光学式编码器的特性。
在本实施形态中，把第1片刻度板26和圆柱透镜37、散射器38做成为一体，而也可以是相互独立的单体。另外，在圆柱透镜37中使用了圆柱形的折射透镜，而也可以使用仅在一个方向具有聚光功能的菲涅尔透镜。
另外，在本实施形态中，把A面与第2片刻度板28的间隔、第2片刻度板28与感光元件阵列基板29的间隔分别取为Z，但并不限于这种情况。即，只要是A面上的光量分布在感光元件阵列基板29上成像的条件即可。
进而，本实施形态中，使第2片刻度板28成为透射型的刻度，而也可以是反射型。这种情况下，感光元件阵列基板29对于第2片刻度板28、配置在第1片刻度板26一侧，最好配置在A面上。
实施形态13
图13表示本发明实施形态13的光学式编码器中的第1片刻度板、第2片刻度板、感光元件阵列基板。在实施形态13中，在第2片刻度板中适用反射型刻度板。
(a)和(c)是正面图，而在(c)中表示的形态是把在(a)中表示的形态进一步改良了的形态。(b)是(a)情况下的第1片刻度板附近的放大图。(d)是(c)情况下的第1片刻度板附近的放大图。
首先，说明在(a)以及(b)中表示的形态。
在第1片刻度板2的光源一侧具备仅在X方向折射光的棱镜阵列39’，在相反一侧的出射一侧，具备仅在X方向把光聚光的圆柱透镜阵列3。在第1片刻度板2的图面上方配置反射型刻度板40，在第1片刻度板2的X方向左侧具备感光元件阵列基板6。
大致平行光1由棱镜阵列39’折射，朝向图面左方向。这里，与实施形态1到实施形态6相同，由圆柱透镜阵列3仅在X方向把各大致平行光束聚光，生成具有与圆柱透镜阵列3的排列周期大致相同周期、光量是正弦波分布的二次光源41。然后，从上述根据大致平行光束发生的二次光源41出射的光线向左方向行进，在由反射型刻度板40反射了以后，入射到感光元件阵列基板6。这时，棱镜阵列39’的倾斜角设定成使感光元件阵列基板6的感光量成为最佳。
上述正弦波形分布中，只有用作空间频率滤波器的反射型刻度板40所传递的频率分量在感光元件阵列基板6上成像。如果沿着格栅排列方向相对移动第1片刻度板2和反射型刻度板4，则感光元件阵列基板6上的图像也移动，可由感光元件阵列基板6得到与2片刻度板的相对移动量相关的输出信号。
在实施形态13的光学式编码器中，照射到第1片刻度板2上的光线除去由棱镜阵列39’和圆柱透镜阵列3的表面的反射或者在内部的吸收以外几乎能够全部通过，能够加大照射到感光元件阵列6上的光量。另外，由于使光线不会在与刻度图案的排列方向垂直的方向漫射，因此能够把来自光源的光线有效地传递到感光元件，能够进一步增大检测光量。进而，由于能够由棱镜阵列39’控制大致平行光1的行进方向，因此能够使光线仅照射感光元件阵列基板6上存在检测单元的区域附近，能够把来自光源的光线更有效地照射到感光元件，能够进一步增大检测光量。从而，能够提高检测分辨率、检测精度等光学式编码器的特性。
在本实施形态中使用了棱镜阵列39’，而即使是单个的棱镜也可以得到同样的效果。另外，棱镜阵列39’的周期与圆柱透镜阵列3的周期无关，可以是任意的值，可以决定成使二次光源41的光量分布成为所希望的分布。另外，在本实施形态中，把棱镜阵列39’与第1片刻度板2做成为一体，而也可以是相互独立的单体。进而，在本实施形态中，在圆柱透镜阵列3中使用了圆柱形的折射透镜，而也可以使用仅在一个方向具有聚光特性的菲涅尔透镜。
下面，说明在(c)以及(d)中表示的形态。
与在(a)、(b)中表示的形态相同，在第1片刻度板2的光源一侧具备仅在X方向折射光的棱镜阵列39。该棱镜阵列39把大致平行光1折射，分开成朝向图面左右方向的两个大致平行光束。这里，与实施形态1到实施形态6相同，由圆柱透镜阵列3仅在X方向把各大致平行光束聚光，生成具有与圆柱透镜阵列3的排列周期大致相同周期、光量是正弦波分布的二次光源41、42。然后，从上述根据大致平行光束发生的二次光源41、42出射的光线分别向左右方向行进，在由反射型刻度板40反射了以后，入射到图面左右的感光元件阵列基板6。这时，棱镜阵列39的2种倾斜角设定成使感光元件阵列基板6的感光量成为最佳。
上述正弦波形分布中，只有用作空间频率滤波器的反射型刻度板40所传递的频率分量在感光元件阵列基板6上成像。如果沿着格栅排列方向相对移动第1片刻度板2和反射型刻度板40，则感光元件阵列基板6上的图像也移动，可由感光元件阵列基板6得到与2片刻度板的相对移动量相关的输出信号。
在(c)(d)中表示的形态能够得到与在(a)(b)中表示的形态几乎相同的效果。感光元件阵列基板6的每单位面积中得到的光量在(c)(d)的情况下确实地成为(a)(b)情况下的一半。然而，由于在(c)(d)中表示的形态具备对称性，因此包含在由左右感光元件阵列的每一个检测出的信号中的误差可以说能够由另一方感光元阵列的信号去除。
在(c)(b)中表示的形态中使用了棱镜阵列39，而即使是单个棱镜也可以得到相同的效果。
实施形态14
图14表示本发明实施形态14的光学式编码器中的第1片刻度板、第2片刻度板、感光元件阵列基板。在实施形态14中，在第2片刻度板中使用反射型刻度板。
(a)和(c)是正面图，(b)和(d)分别是与(a)和(c)相对应的侧面图。在(c)(d)中表示的形态是把在(a)(b)中表示的形态进一步改良了的形态。
首先，说明在(a)(b)中表示的形态。
实施形态14是与上述实施形态13几乎相同的结构，而在第1片刻度板2的光源一侧具备不是在X方向而是仅在Y方向(的左方)折射光的棱镜阵列43’，在第1片刻度板2的Y方向左侧具备感光元件阵列基板6。
大致平行光1由棱镜阵列43’折射，成为大致平行光束。从由大致平行光束发生的二次光源出射的光线向被折射了的方向行进，在由反射型刻度板40反射了以后，入射到感光元件阵列基板6。这时，棱镜阵列43’的倾斜角设定成使感光元件阵列基板6的感光量成为最佳。与实施形态13不同点在于由棱镜阵列43’折射大致平行光1的方向。
上述二次光源的正弦波形分布中，只有用作空间频率滤波器的反射型刻度板40所传递的频率分量在感光元件阵列基板6上成像。如果沿着格栅排列方向相对移动第1片刻度板2和反射型刻度板40，则感光元件阵列基板6上的图像也移动，可由感光元件阵列基板6得到与2片刻度板的相对移动量相关的输出信号。
在实施形态14的光学式编码器中，照射到第1片刻度板2上的光线除去由棱镜阵列43’和圆柱透镜阵列3的表面的反射或者在内部的吸收以外几乎能够全部通过，能够加大照射到感光元件阵列6上的光量。进而，由于能够由棱镜阵列43’控制大致平行光1的行进方向，因此能够使光线仅照射到感光元件阵列基板6上存在检测单元的区域附近，能够使来自光源的光线更有效地照射到感光元件，能够进一步增大检测光量。从而，能够提高检测分辨率、检测精度等光学式编码器的特性。
在本实施形态中使用了棱镜阵列43’，而即使是单个的棱镜也可以得到同样的效果。另外，棱镜阵列43’的周期与圆柱透镜阵列3的周期无关，可以是任意的值，只要决定成使二次光源的光量分布成为所希望的分布即可。另外，在本实施形态中，把棱镜阵列43’与第1片刻度板2做成为一体，而也可以是相互独立的单体。进而，在本实施形态中，在圆柱透镜阵列3中使用了圆柱形的折射透镜，而也可以使用仅在一个方向具有聚光特性的菲涅尔透镜阵列。
下面，说明在(c)(d)中表示的形态。
与在(c)、(d)中表示的形态相同，在第1片刻度板2的光源一侧具备不是在X方向而是仅在Y方向折射光的棱镜阵列43。这里，感光元件阵列基板6具备在第1片刻度板2的Y方向的两侧。即，棱镜阵列43折射大致平行光1，分开成2个大致平行光束。
从根据这2个大致平行光束发生的二次光源出射的光线分别向被折射的方向行进，在由反射型刻度板40反射了以后，入射到(在Y方向分开为2个位置)感光元件阵列基板6。这时，棱镜阵列43的倾斜角设定成使感光元件阵列基板6的感光量成为最佳。
上述二次光源的正弦波形分布中，只有用作空间频率滤波器的反射型刻度板40所传递的频率分量在感光元件阵列基板6上成像。如果沿着格栅排列方向相对移动第1片刻度板2和反射型刻度板40，则感光元件阵列基板6上的图像也移动，可由感光元件阵列基板6得到与2片刻度板的相对移动量相关的输出信号。
在(c)(d)中表示的形态能够得到与在(a)(b)中表示的形态几乎相同的效果。感光元件阵列基板6的每单位面积中得到的光量在(d)的情况下确实地成为(b)情况下的一半。然而，由于在(c)(d)中表示的形态具备对称性，因此包含在由左右感光元件阵列的每一个检测出的信号中的误差可以说能够由另一方感光元阵列的信号去除。
在本实施形态中使用了棱镜阵列43，而即使是单个棱镜也可以得到相同的效果。
实施形态15
图15表示本发明实施形态15的光学式编码器中的第1片刻度板、第2片刻度板、感光元件阵列基板。在实施形态15中，在第2片刻度板中适用反射型刻度板。
(a)和(b)每一个都是正面图，在(b)中表示的形态是把在(a)中表示的形态进一步改良了的形态。
首先，说明在(a)中表示的形态。
实施形态15是与上述实施形态13几乎相同的结构，而在第1片刻度板26中具备仅在X方向折射光的棱镜阵列39’和振幅格栅。大致平行光1由棱镜阵列39’折射，成为朝向图面左方向的大致平行光束。从根据其大致平行光束发生的二次光源出射的光线向被折射了的方向(图面左方向)行进，在由反射型刻度板40反射了以后，入射到感光元件阵列基板29。这时，棱镜阵列39’的倾斜角设定成使感光元件阵列基板29的感光量成为最佳。
上述二次光源的正弦波形分布中，只有用作空间频率滤波器的反射型刻度板40所传递的频率分量在感光元件阵列基板29上成像。如果沿着格栅排列方向相对移动第1片刻度板26和反射型刻度板40，则感光元件阵列基板29上的图像也移动，可由感光元件阵列基板29得到与2片刻度板的相对移动量相关的输出信号。
在实施形态15的光学式编码器中，由于使光线不会在与刻度图案的排列方向垂直的方向漫射，因此能够把来自光源的光线更有效地传递到感光元件，能够增大检测光量。进而，由于能够由棱镜阵列39’控制大致平行光1的行进方向，因此能够使光线仅照射到感光元件阵列基板29上存在检测单元的区域附近，能够把来自光源的光线更有效地照射到感光元件，能够进一步增大检测光量。从而，能够提高检测分辨率、检测精度等光学式编码器的特性。
在本实施形态中使用了棱镜阵列39’，而即使是单个的棱镜也可以得到同样的效果。另外，棱镜阵列39’的周期与第1片刻度板26上的振幅格栅的周期无关，可以是任意的值，只要决定成使二次光源的光量分布成为所希望的分布即可。另外，在本实施形态中，把棱镜阵列39’与第1片刻度板26做成为一体，而也可以是相互独立的单体。
另外，在本实施形态中，由棱镜阵列39’使大致平行光1向X方向折射，而也可以与实施形态14相同，使大致平行光向Y方向折射，在第1片刻度板26的Y方向附近配置感光元件阵列基板29。另外，在本实施形态中，在光线入射一侧配置了棱镜阵列39’，而也可以配置在光线出射一侧。另外，在本实施形态中，把棱镜阵列39’配置在与第1片刻度板26中具备的振幅格栅相反的一侧，而也可以配置在同一个面上。
下面，说明在(b)中表示的形态。
与在(a)中表示的形态相同，在第1片刻度板26中具备使光仅向X方向折射的棱镜阵列39和振幅格栅。该棱镜阵列39折射大致平行光1，分开成朝向图面左右方向的2个大致平行光束。从根据2个大致平行光束生成的各二次光源出射的光线分别向被折射的方向(图面左右方向)行进，在由反射型刻度板40反射了以后，入射到图面左右的感光元件阵列基板29。这时，棱镜阵列39的倾斜角设定成使感光元件阵列基板29的感光量成为最佳。
上述二次光源的正弦波形分布中，只有用作空间频率滤波器的反射型刻度板40所传递的频率分量在感光元件阵列基板29上成像。如果沿着格栅排列方向相对移动第1片刻度板26和反射型刻度板40，则感光元件阵列基板29上的图像也移动，可由感光元件阵列基板29得到与2片刻度板的相对移动量相关的输出信号。
在(b)中表示的形态能够得到与在(a)中表示的形态几乎相同的效果。感光元件阵列基板29的每单位面积中得到的光量在(b)的情况下确实地成为(a)情况下的一半。然而，由于在(b)中表示的形态具备对称性，因此包含在由左右感光元件阵列的每一个检测出的信号中的误差可以说能够由另一方感光元件阵列的信号去除。
在(b)表示的形态中也使用了棱镜阵列39，而即使是单个棱镜也可以得到相同的效果。另外，由棱镜阵列39使大致平行光1向X方向折射，而与实施形态14相同，也可以使大致平行光向Y方向折射，在第1片刻度板26的Y方向附近配置感光元件阵列基板29。
实施形态16
图16表示本发明实施形态16的光学式编码器中的第1片刻度板、第2片刻度板、感光元件阵列基板。(a)是正面图，(b)是侧面图。
在实施形态2中，把第1片刻度板2上的圆柱透镜阵列3做成凸透镜阵列，而在本实施形态中，配置成为凹透镜阵列的圆柱透镜阵列44。实际上，使光线在与圆柱透镜阵列44和第1片刻度板2的边界，与第1片刻度板2的配置圆柱透镜阵列44的面相反一侧的面折射，而为了模式地记述实施形态，在图16中省略上述折射。
在实施形态16中，与上述实施形态2相同，生成具有正弦波形分布的二次光源，而由于圆柱透镜阵列44是凹透镜阵列，因此在第1片刻度板2的光线入射一侧的A面上假想生成二次光源。
上述正弦波形分布中，只有用作空间频率滤波器的第2片刻度板4所传递的频率分量在感光元件阵列基板6上成像。如果沿着格栅排列方向相对移动第1片刻度板2和第2片刻度板4，则感光元件阵列基板6上的图像也移动，可由感光元件阵列基板6得到与2片刻度板的相对移动量相关的输出信号。
在实施形态16的光学式编码器中，照射到第1片刻度板2上的光线除去由第1片刻度板2和圆柱透镜阵列44的表面的反射或者内部的吸收以外几乎能够全部通过，能够加大照射到感光元件阵列6上的光量。另外，由于使光线不会在与刻度图案的排列方向垂直的方向漫射，因此能够把来自光源的光线更有效地传递到感光元件，能够进一步增大检测光量。从而，能够提高检测分辨率、检测精度等光学式编码器的特性。
进而，由于在第1片刻度板2的光线入射一侧生成具有正弦波形分布的二次光源，因此能够增加设计自由度。
另外，在本实施形态中，把A面与第2片刻度板4的间隔、第2片刻度板4与感光元件阵列基板6的间隔分别取为Z，把第1片刻度板2上的圆柱透镜阵列44的排列周期、第2片刻度板4上的格栅周期、感光元件阵列基板6上的感光单元7的排列周期分别取为P，但并不限于这种情况。即，只要是图1(c)所示的A面上的光量分布在感光元件阵列基板6上成像的条件即可。
另外，在本实施形态中，在圆柱透镜阵列44中使用了圆筒形的折射透镜，而也可以使用仅在一个方向具有散射功能的菲涅尔透镜阵列。或者即使使用具有与圆柱透镜44相同排列周期的等腰三角形的棱镜阵列也可以得到相同的效果。进而，在本实施形态中，使第2片刻度板4成为透射型的刻度板，而也可以是反射型。这种情况下，感光元件阵列基板6对于第2片刻度板4，配置在第1片刻度板2一侧，最好配置在A面上。
实施形态17
图17表示本发明实施形态17的光学式编码器中的第1片刻度板、第2片刻度板、感光元件阵列基板。在实施形态17中，在第2片刻度板中适用反射型刻度板。
图17中，在第1片刻度板2上具备仅在X方向把光聚光的圆柱透镜阵列45。在第1片刻度板2的光线出射一侧配置反射型刻度板40，在第1片刻度板2的X方向附近的A面上具备感光元件阵列基板6。
圆柱透镜阵列45的各透镜焦点位置存在于向图面右方向折射的入射光线在A面上交叉的位置，具有与圆柱透镜阵列45的排列周期几乎相同的周期。在这些透镜焦点位置上生成光量是正弦波形分布的二次光源。
从上述二次光源出射的光线向图面右方向行进，在由反射型刻度板40反射了以后，入射到感光元件阵列基板6。这时，圆柱透镜阵列45的光线行进方向(虚线箭头)的斜率设定成使感光元件阵列基板6的感光量成为最佳。
上述正弦波形分布中，只有用作空间频率滤波器的反射型刻度板40所传递的频率分量在感光元件阵列基板6上成像。如果沿着格栅排列方向相对移动第1片刻度板2和反射型刻度板40，则感光元件阵列基板6上的图像也移动，可由感光元件阵列基板6得到与2片刻度板的相对移动量相关的输出信号。
在实施形态17的光学式编码器中，照射到第1片刻度板2上的光线除去由圆柱透镜阵列45的表面的反射或者在内部的吸收以外几乎能够全部通过，能够加大照射到感光元件阵列6上的光量。另外，由于使光线不会在与刻度图案的排列方向垂直的方向漫射，因此能够把来自光源的光线更有效地传递到感光元件，能够进一步增大检测光量。进而，由于能够由圆柱透镜阵列45的形状而控制光线行进方向，因此能够使光线仅照射到感光元件阵列基板6上存在检测单元的区域附近，能够把来自光源的光线更有效地照射到感光元件，能够进一步增大检测光量。从而，能够提高检测分辨率、检测精度等光学式编码器的特性。
在本实施形态中，使A面与反射型刻度板40的间隔、反射型刻度板40与感光元件阵列基板6的间隔相等，使第1片刻度板2上的圆柱透镜阵列45的排列周期、反射型刻度板40上的格栅周期、感光元件阵列基板6上的感光元件的排列周期相等，但并不限于这种情况。即，只要是图1(c)所示的A面上的光量分布在感光元件阵列基板6上成像的条件即可。
另外，在本实施形态中，在圆柱透镜阵列45中使用了圆柱形的折射透镜，而也可以使用仅在一个方向具有聚光功能的菲涅尔透镜阵列。或者使用具有与圆柱透镜阵列45相同排列周期的三角形的棱镜阵列也可以得到相同的效果。
实施形态18
图18是表示本发明实施形态18的光学式编码器中的第1片刻度板、第2片刻度板、感光元件阵列基板的正面图。在实施形态18中，在第1片刻度板中适用反射型刻度。
图18中，在第1片刻度板2上具备仅在X方向把光聚光的凹型圆柱反射镜阵列47。在第1片刻度板2的光线出射一侧配置第2片刻度板4，进而，在光线行进方向一侧具备感光元件阵列基板6。作为入射光的大致平行光1从第2片刻度板4上所具备的光学窗46入射。
大致平行光1通过光学窗46以后，照射凹型圆柱反射镜阵列47。在各凹面反射镜的焦点位置A面上，生成具有与凹型圆柱反射镜阵列47的排列周期大致相同的周期、光量是正弦波形分布的二次光源。
从上述二次光源出射的光线向图面左下方向行进，在通过了第2片刻度板4以后，入射到感光元件阵列基板6。这时，凹型圆柱反射镜阵列47的焦距、来自凹型圆柱反射镜阵列47的反射光线行进方向(虚线箭头)的斜率设定成使照射到凹型圆柱反射镜阵列47上的几乎所有光线行进到感光元件阵列基板6上。
上述正弦波形光量分布中，只有用作空间频率滤波器的第2片刻度板4所传递的频率分量在感光元件阵列基板6上成像。如果沿着格栅排列方向相对移动第1片刻度板2和第2片刻度板4，则感光元件阵列基板6上的图像也移动，可由感光元件阵列基板6得到与2片刻度板的相对移动量相关的输出信号。
在实施形态18的光学式编码器中，照射到第1片刻度板2上的光线除去由凹型圆柱反射镜阵列47进行的吸收或者散射以外几乎能够全部被单向反射，能够加大照射到感光元件阵列6上的光量。另外，由于使光线不会在与刻度图案的排列方向垂直的方向漫射，因此能够把来自光源的光线更有效地传递到感光元件，能够进一步增大检测光量。从而，能够提高检测分辨率、检测精度等光学式编码器的特性。
在图18表示的实施形态中，使A面与第2片刻度板4的间隔、第2片刻度板4与感光元件阵列基板6的间隔相等，使第1片刻度板2上的凹型圆柱反射镜阵列47的排列周期、第2片刻度板4的格栅周期、感光元件阵列基板6上的感光元件7的排列周期相等，但并不限于这种情况。即，只要是A面上的光量分布在感光元件阵列基板6上作为具有与感光元件7的排列周期相同周期的图像而成像的条件即可。
另外，在本实施形态中，在凹型圆柱反射镜阵列47中使用了圆柱形的凹面反射镜阵列，而也可以使用具有仅在X方向具有聚光功能的菲涅尔透镜构造的反射镜阵列或者反射型衍射光学元件阵列。或者即使使用具有与凹型圆柱反射镜阵列47相同排列周期的三角形的反射镜阵列也可以得到相同的效果。
另外，在图18中记述了光学窗46，而即使没有光学窗也可以进行与上述相同的动作。
实施形态19
图19是表示本发明实施形态19的光学式编码器中的第1片刻度板、第2片刻度板、感光元件阵列基板的正面图。
在实施形态18中，把第1片刻度板2上的光学元件阵列做成凹型圆柱反射镜阵列47，而在本实施形态中配置凸型圆柱反射镜阵列48。
在本实施形态中与上述实施形态18相同，生成具有正弦波形分布的二次光源，而由于圆柱反射镜阵列是凸型，因此在与第1片刻度板2的光线入射一侧相反的一侧(图19的上侧)的A面上假想生成二次光源。
这时，凸型圆柱反射镜阵列48的焦距、来自凸型圆柱反射镜阵列48的反射光线行进方向(虚线箭头)的斜率设定成使照射到凸型圆柱反射镜阵列48上的几乎所有光线行进到感光元件阵列基板6上。
上述正弦波形分布中，只有用作空间频率滤波器的第2片刻度板4所传递的频率分量在感光元件阵列基板6上成像。如果沿着格栅排列方向相对移动第1片刻度板2和第2片刻度板4，则感光元件阵列基板6上的图像也移动，可由感光元件阵列基板6得到与2片刻度板的相对移动量相关的输出信号。
在实施形态19的光学式编码器中，照射到第1片刻度板2上的光线除去由凸型圆柱反射镜阵列48进行的吸收或者散射以外能够几乎全部被单向反射，能够加大照射到感光元件阵列6上的光量。另外，由于使光线不会在与刻度图案的排列方向垂直的方向漫射，因此能够把来自光源的光线更有效地传递到感光元件，能够进一步增大检测光量。从而，能够提高检测分辨率、检测精度等光学式编码器的特性。
在图19表示的实施形态中，使A面与第2片刻度板4的间隔、第2片刻度板4与感光元件阵列基板6的间隔相等，使第1片刻度板2上的凸型圆柱反射镜阵列48的排列周期、第2片刻度板4的格栅周期、感光元件阵列基板6上的感光元件7的排列周期相等，但并不限于这种情况。即，只要是A面上的光量分布在感光元件阵列基板6上作为具有与感光元件7的排列周期相同周期的图像而成像的条件即可。
另外，在本实施形态中，在凸型圆柱反射镜阵列48中使用了圆柱形的凸面反射镜阵列，而也可以使用具有仅在X方向具有聚光功能的菲涅尔透镜构造的反射镜阵列或者反射型衍射光学元件阵列。或者即使使用具有与凸型圆柱反射镜阵列48相同排列周期的三角形的反射镜阵列也可以得到相同的效果。
另外，在图19中记述了光学窗46，而即使没有光学窗也能够进行与上述相同的动作。
实施形态20
图20是表示本发明实施形态20的光学式编码器中的透镜、第1片刻度板、第2片刻度板、感光元件阵列基板的正面图。在本实施形态中，在第1片刻度板中适用反射型刻度。
本实施形态中的光学式编码器进行与上述实施形态18同样的动作，而在光学窗46上具备把从光源11出射的光线变成大致平行光的透镜49。
从光源11出射的光线由透镜49变成大致平行光1，而由于有意识地使光源11的出射光轴与透镜49的中心轴偏移，因此大致平行光1向图面左上方向行进，照射凹型圆柱反射镜阵列47。在各凹面反射镜的焦点位置A面上，生成具有与凹型圆柱反射镜阵列47的排列周期几乎相同的周期、光量是正弦波形分布的二次光源。
上述正弦波形光量分布中，只有用作空间频率滤波器的第2片刻度板4所传递的频率分量在感光元件阵列基板6上成像。如果沿着格栅排列方向相对移动第1片刻度板2和第2片刻度板4，则感光元件阵列基板6上的图像也移动，可由感光元件阵列基板6得到与2片刻度板的相对移动量相关的输出信号。
在本实施形态的光学式编码器中，照射到第1片刻度板2上的光线除去由凹型圆柱反射镜阵列47进行的吸收或者散射以外能够几乎全部被单向反射，能够加大照射到感光元件阵列6上的光量。另外，由于使光线不会在与刻度图案的排列方向垂直的方向漫射，因此能够把来自光源的光线更有效地传递到感光元件，能够进一步增大检测光量。从而，能够提高检测分辨率、检测精度等光学式编码器的特性。
另外，由于透镜49与光学窗46成型为一体，因此能够使光源和透镜部分薄型化。进而，能够减少部件数量，能够降低制造成本。
在图20表示的形态中，把透镜49配置在光学窗46上的光源11一侧，而即使配置在第1片刻度板2一侧(图面的上侧)也可以得到同样的效果。
另外，在本实施形态中，在透镜49中使用了平凸透镜，而也可以是起到同样作用的菲涅尔透镜或者衍射格栅型透镜。
实施形态21
图21表示本发明实施形态21的光学式编码器中的第1片刻度板、第2片刻度板、感光元件阵列基板。在实施形态21中，在第1片刻度板中适用反射型刻度。(a)是正面图，(b)是侧面图。
实施形态21是与上述实施形态18几乎相同的结构，而大致平行光1对于第1片刻度板2，不是偏向X方向入射，而是偏向Y方向入射。
与实施形态18相同，在凹型圆柱反射镜阵列47的焦点位置A面上生成光量是正弦波形分布的二次光源。从该二次光源出射的光线向图21(b)的左下方向行进，通过了第2片刻度板4以后，入射到感光元件阵列基板6。这时，凹型圆柱反射镜阵列47的焦距、来自凹型圆柱反射镜阵列47的反射光线行进方向(虚线箭头)的斜率、第2片刻度板4和感光元件阵列基板6在XY平面中的位置决定成使照射到凹型圆柱反射镜阵列47的几乎所有的光线行进到感光元件阵列基板6。
上述正弦波形光量分布中，只有用作空间频率滤波器的第2片刻度板4所传递的频率分量在感光元件阵列基板6上成像。如果沿着格栅排列方向相对移动第1片刻度板2和第2片刻度板4，则感光元件阵列基板6上的图像也移动，可由感光元件阵列基板6得到与2片刻度板的相对移动量相关的输出信号。
在实施形态21的光学式编码器中，照射到第1片刻度板2上的光线除去由凹型圆柱反射镜阵列47进行的吸收或者散射以外能够几乎全部被单向反射，能够加大照射到感光元件阵列6上的光量。另外，由于使光线不会在与刻度图案的排列方向垂直的方向漫射，因此能够把来自光源的光线更有效地传递到感光元件，能够进一步增大检测光量。从而，能够提高检测分辨率、检测精度等光学式编码器的特性。
在实施形态21中，大致平行光1对于第1片刻度板2、偏向Y方向入射，在实施形态18中偏向X方向入射，但并不限于这些情况，也可以偏向X、Y的两个方向入射。但需要设定第2片刻度板4、感光元件阵列基板6的位置以使感光元件阵列基板6的感光量成为最佳。
实施形态22
图22是表示本发明实施形态22的光学式编码器中的第1片刻度板、第2片刻度板、感光元件阵列基板的正面图。在实施形态22中，在第1片刻度板中适用反射型刻度板。(a)是正面图，(b)是(a)的第1片刻度板附近的放大图。
在图22中，在第1片刻度板2上具备仅在X方向把光聚光的圆柱透镜阵列50和反射体51。在第1片刻度板2的光线出射一侧配置第2片刻度板4，进而，在光线行进方向一例具备感光元件阵列基板6。作为入射光的大致平行光1从第2片刻度板4上所具备的光学窗46入射。
大致平行光1通过了光学窗46以后，照射圆柱透镜阵列50。照射的光线由各圆柱透镜聚焦的同时由反射器51反射，再次由圆柱透镜聚光，朝向第2片刻度板4。在焦点位置A面上生成具有与圆柱透镜阵列50的排列周期几乎相同的周期、光量是正弦波形分布的二次光源。
从上述二次光源出射的光线向图面左下方向行进，在通过了第2片刻度板4以后，入射到感光元件阵列基板6。这时，圆柱透镜阵列50的焦距、来自圆柱透镜阵列50的反射光线行进方向(虚线箭头)的斜率设定成使照射到圆柱透镜阵列50上的几乎全部的光线行进到感光元件阵列基板6上。
上述正弦波形光量分布中，只有用作空间频率滤波器的第2片刻度板4所传递的频率分量在感光元件阵列基板6上成像。如果沿着格栅排列方向相对移动第1片刻度板2和第2片刻度板4，则感光元件阵列基板6上的图像也移动，可由感光元件阵列基板6得到与2片刻度板的相对移动量相关的输出信号。
在实施形态22的光学式编码器中，照射到第1片刻度板2上的光线除去由圆柱透镜阵列50和反射体51进行的吸收或者散射以外能够几乎全部行进到感光元件阵列基板6上，能够加大照射到感光元件阵列6上的光量。另外，由于使光线不会在与刻度图案的排列方向垂直的方向漫射，因此能够把来自光源的光线更有效地传递到感光元件，能够进一步增大检测光量。从而，能够提高检测分辨率、检测精度等光学式编码器的特性。
另外，在本实施形态中，在圆柱透镜阵列50中使用圆柱形的折射透镜阵列，而也可以使用仅在X方向具有把光聚光功能的菲涅尔透镜阵列或者射型衍射光学元件阵列。
实施形态23
图23是表示本发明实施形态23的光学式编码器中的第1片刻度板、第2片刻度板、感光元件阵列基板的正面图。在实施形态23中，在第1片刻度板中适用反射型刻度。
本实施形态是与实施形态18几乎相同的结构，但在第2片刻度板52上具备的不是振幅格栅而是具有矩形剖面的相位格栅53。如果在相位格栅中也适当地设定排列周期、阶差、各刻度板间隔，则与振幅格栅相同，起到具有某个光学传递函数(OTF)的空间频率滤波器的作用。本实施形态的情况下，相位格栅53的排列周期是与凹型圆柱反射镜阵列47的排列周期、感光元件阵列基板6上的感光元件7的排列周期相同的P。另外，其阶差d取满足以下公式的值。
[数2]
d = λ 2 ( n - 1 )
上式中，λ是从光源出射的光线的波长，n是相位格栅53的折射率。
进而，凹型圆柱反射镜阵列47的各凹面反射镜的焦点位置A面与第2片刻度板52的间隔Z1、第2片刻度板52与感光元件阵列基板6的间隔Z2相等，具有上述(数1)中记载的值。
在凹型圆柱反射镜阵列47的焦点位置A面上生成的正弦波形光量分布中，只有用作空间频率滤波器的第2片刻度板52所传递的频率分量在感光元件阵列基板6上成像。如果沿着格栅排列方向相对移动第1片刻度板2和第2片刻度板52，则感光元件阵列基板6上的图像也移动，可由感光元件阵列基板6得到与2片刻度板的相对移动量相关的输出信号。
在实施形态23的光学式编码器中，照射到第1片刻度板2上的光线除去由凹型圆柱反射镜阵列47进行的吸收或者散射以外能够几乎全部单向反射，能够加大照射到感光元件阵列6上的光量。另外，由于使光线不会在与刻度图案的排列方向垂直的方向漫射，因此能够把来自光源的光线更有效地传递到感光元件，能够进一步增大检测光量。进而，由于在第2片刻度板52上具备相位格栅53而不是具备具有遮光部分的振幅格栅，因此除去材料的吸收或者散射以外能够透射几乎全部的光线，增大检测光量。例如，如果与在第1片刻度板、第2片刻度板中都使用了占空比50％的振幅格栅的情况相比较，则能够期待大约4倍的检测光量。从而，能够提高检测分辨率、检测精度等光学式编码器的特性。
在本实施形态中，使A面与第2片刻度板52的间隔、第2片刻度板52与感光元件阵列基板6的间隔相等，使凹型圆柱反射镜阵列47的排列周期、相位格栅53的排列周期、感光元件阵列基板6上的感光元件7的排列周期相等，但并不限于这些情况。即，只要是A面上的光量分布在感光元件阵列基板6上成像的条件即可。
另外，在本实施形态中，在相位格栅53中使用了具有矩形剖面的矩形相位格栅，但并不限于这种情况，只要是具有正弦波形剖面的正弦波相位格栅等，A面上的光量分布在感光元件阵列基板6上成像的条件即可。

Claims (16)

1.一种光学式编码器，该光学式编码器测定第1以及第2刻度板的相对移动距离，其特征在于包括，
光源；
把来自光源的光变换成平行的光的透镜；
具备把经过了透镜的来自光源的光在预定的周期方向聚光或者漫射、生成周期性的光量分布，并在光源和第2刻度板之间生成其聚光点或假想聚光点的光学元件阵列的第1刻度板；
对来自第1刻度板的光周期性地进行空间调制，并具有使来自第1刻度板的光通过或反射的开口的第2刻度板；
具有使来自第2刻度板的光通过的开口的第3刻度板；以及
感光来自第3刻度板的光的感光元件。
2.根据权利要求1所述的光学式编码器，其特征在于，
上述光学元件阵列是仅在上述周期方向把光聚光或者漫射的圆柱透镜阵列。
3.根据权利要求1所述的光学式编码器，其特征在于，
上述光学元件阵列是仅在上述周期方向把光聚光或者漫射的圆柱反射镜阵列。
4.根据权利要求1所述的光学式编码器，其特征在于，
上述光学元件阵列设置于第1刻度板的光线入射一侧，在相反的一侧设置了使光在上述周期方向散射的散射器。
5.根据权利要求4所述的光学式编码器，其特征在于，
散射器的光散射角度根据上述周期方向的位置而变化。
6.根据权利要求4所述的光学式编码器，其特征在于，
散射器的光散射方向根据上述周期方向的位置而变化。
7.根据权利要求1所述的光学式编码器，其特征在于，
在与设置了上述光学元件阵列的第1刻度板上的面相反的一侧设置了使光仅在一个方向折射的棱镜。
8.根据权利要求7所述的光学式编码器，其特征在于，
上述光学元件阵列设置于第1刻度板的光线入射一侧，在相反的一侧设置了使光在上述周期方向折射、其折射方向根据上述周期方向的位置而变化的棱镜阵列。
9.根据权利要求1所述的光学式编码器，其特征在于，
在第1刻度板的光线入射一侧设置了把来自上述光源的光变换成平行的光的透镜，在相反的一侧设置了上述光学元件阵列。
10.一种光学式编码器，该光学式编码器测定第1以及第2刻度板的相对移动距离，其特征在于包括，
光源；
仅在与预定的周期方向垂直的方向把来自光源的光聚光、变换成平行光的圆柱透镜；
把经过了圆柱透镜的来自光源的光在上述周期方向变换成周期性的光量分布，并在光源和第2刻度板之间生成聚光点或假想聚光点的第1刻度板；
对来自第1刻度板的光周期性地进行空间调制，并具有使来自第1刻度板的光通过或反射的开口的第2刻度板；
具有使来自第2刻度板的光通过的开口的第3刻度板；以及
感光来自第3刻度板的光的感光元件。
11.一种光学式编码器，该光学式编码器测定第1以及第2刻度板的相对移动距离，其特征在于包括，
光源；
把来自光源的光变换成平行的光的透镜；
具备把经过了透镜的来自光源的光变换成周期性的光量分布，并在光源和第2刻度板之间生成聚光点或假想聚光点的振幅格栅以及使光仅在一个方向散射或者折射的光学元件的第1刻度板；
对来自第1刻度板的光周期性地进行空间调制，并具有使来自第1刻度板的光通过或反射的开口的第2刻度板；
具有使来自第2刻度板的光的开口的第3刻度板；以及
感光来自第3刻度板的光的感光元件。
12.根据权利要求11所述的光学式编码器，其特征在于，
上述光学元件是使光仅在上述周期方向散射的散射器。
13.根据权利要求12所述的光学式编码器，其特征在于，
散射器的散射角度根据上述周期方向的位置而变化。
14.根据权利要求12所述的光学式编码器，其特征在于，
散射器的散射方向根据上述周期方向的位置而变化。
15.根据权利要求12所述的光学式编码器，其特征在于，
上述散射器设置于第1刻度板的光线出射一侧，在相反的一侧设置了仅在上述周期方向把光聚光的圆柱透镜。
16.根据权利要求11所述的光学式编码器，其特征在于，
上述光学元件是使光仅在一个方向折射的棱镜。
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