JP2005106604A - Optical encoder and optical device - Google Patents

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英男 前田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To heighten detection accuracy of an optical encoder for introducing light from a light source into an optical sensor through the first scale and the second scale, and detecting the position of one movable scale based on the light receiving quantity of the optical sensor fluctuating following the movement. <P>SOLUTION: A lens 25 for imaging light from the first scale 23 on the second scale 24 is provided between the first movable scale 23 and the second fixed scale 24, to thereby clarify the boundary between a bright part and a dark part formed on the second scale 24. The lens 25 can be integrated with the second scale 24, and the first scale 23 can be fixed and the second scale 24 can be movable. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、可動部材の位置を光を用いて検出する光学式エンコーダ、および光学式エンコーダを備える光学装置に関する。   The present invention relates to an optical encoder that detects the position of a movable member using light, and an optical device including the optical encoder.

光源と光センサの間に、光を透過させる透過部と光を反射する反射部が交互に設けられた2つのスケールを対向させて配置し、一方のスケールを透過部と反射部の配列方向に可動として、光センサの受光量が可動スケールの移動によって変動することを利用して、可動スケールの位置を検出する光学式エンコーダが、種々の装置で利用されている。可動スケールは位置を検出すべき可動部材に取り付けられる。   Between the light source and the optical sensor, two scales in which a transmission part that transmits light and a reflection part that reflects light are alternately arranged are arranged to face each other, and one scale is arranged in the arrangement direction of the transmission part and the reflection part. An optical encoder that detects the position of the movable scale by utilizing the fact that the amount of light received by the optical sensor varies as the movable scale moves is used in various devices. The movable scale is attached to a movable member whose position is to be detected.

スケールに設けられる反射部は、反射率の高い金属の膜で構成されてきた。金属膜で反射部を構成する場合、フォトリソグラフィの技術を利用することが可能であり、これにより透過部と反射部の配列ピッチを小さくすることができて、精度の高い光学式エンコーダが得られる。ただし、スケールの量産性はあまり高くない。   The reflection part provided in the scale has been comprised with the metal film | membrane with a high reflectance. When the reflective portion is formed of a metal film, it is possible to use a photolithography technique, whereby the arrangement pitch between the transmissive portion and the reflective portion can be reduced, and a highly accurate optical encoder can be obtained. . However, scale productivity is not so high.

近年では、スケールを透明樹脂で作製し、その表面に斜面を有する溝や畝を設けて、その斜面での全反射を利用する反射部も提案されている(例えば、特開平3−197819号参照)。このようなスケールは成形によって製造することが可能であり、量産性が高い。   In recent years, a reflection part has also been proposed in which a scale is made of a transparent resin, a groove or a ridge having an inclined surface is provided on the surface thereof, and total reflection on the inclined surface is used (see, for example, JP-A-3-197819). ). Such a scale can be manufactured by molding and has high mass productivity.

表面に溝を形成したスケールを備える光学式エンコーダの例を図28に示す。この光学式エンコーダは、光を発する光源51と、光を検出する光センサ52と、可動スケール53と、固定スケール54より成り、可動スケール53と固定スケール54の下面には斜面を有する溝が設けられている。可動スケール53の溝の配列方向と、固定スケール54の溝の配列方向は平行であり、可動スケール53は溝の配列方向に移動する(矢印Mで示す)。   An example of an optical encoder provided with a scale having grooves formed on the surface is shown in FIG. This optical encoder includes a light source 51 that emits light, an optical sensor 52 that detects light, a movable scale 53, and a fixed scale 54. A groove having a slope is provided on the lower surface of the movable scale 53 and the fixed scale 54. It has been. The arrangement direction of the grooves of the movable scale 53 and the arrangement direction of the grooves of the fixed scale 54 are parallel, and the movable scale 53 moves in the groove arrangement direction (indicated by an arrow M).

光源51が発した光は固定スケール54の内部に入り、その一部は、下面の平坦な部位に入射してこれを透過し、残りは、溝の斜面に入射して全反射され、さらに隣の斜面に入射して全反射される。すなわち、下面の平坦な部位が透過部、溝が反射部となる。   The light emitted from the light source 51 enters the inside of the fixed scale 54, a part of which enters the flat part of the lower surface and passes through, and the rest enters the inclined surface of the groove and is totally reflected. It is incident on the slope and totally reflected. That is, the flat part of the lower surface is the transmission part, and the groove is the reflection part.

固定スケール54の下面の透過部からの光は、可動スケール53の内部に入り、その下面に入射する。可動スケール53の下面には、固定スケール54の下面の透過部と反射部に対応する明部と暗部が生じる。可動スケール53の下面に明部を形成した光の一部は、平坦な透過部を透過して光センサ52に入射し、残りは斜面の反射部で全反射される。光センサ52に入射する光の量は、固定スケール54に対する可動スケール53の相対位置に依存し、可動スケール53の移動に応じて周期的に変動する。したがって、光センサ52の受光量の変動に基づいて可動スケール53の位置を検出することができる。   The light from the transmission part on the lower surface of the fixed scale 54 enters the movable scale 53 and enters the lower surface thereof. On the lower surface of the movable scale 53, a bright portion and a dark portion corresponding to the transmission portion and the reflection portion on the lower surface of the fixed scale 54 are generated. A part of the light forming the bright part on the lower surface of the movable scale 53 is transmitted through the flat transmission part and enters the optical sensor 52, and the rest is totally reflected by the reflection part of the slope. The amount of light incident on the optical sensor 52 depends on the relative position of the movable scale 53 with respect to the fixed scale 54, and varies periodically according to the movement of the movable scale 53. Therefore, the position of the movable scale 53 can be detected based on the variation in the amount of light received by the optical sensor 52.

なお、図28に示した光学式エンコーダでは、光源51が発する発散光を平行光に近づけて固定スケール54に導くレンズ55と、可動レンズ53からの平行光に近い光を集光して光センサ52に導くレンズ56が備えられている。   In the optical encoder shown in FIG. 28, an optical sensor that condenses the light near the parallel light from the lens 55 that guides the diverging light emitted from the light source 51 close to the parallel light to the fixed scale 54 and the movable lens 53. A lens 56 leading to 52 is provided.

可動スケール53と固定スケール54を入れ替えて、可動スケール53からの光を固定スケール54に導く設定とすることも可能である。また、特開平3−197819号には、可動スケール53の溝を設けた面と固定スケール54の溝を設けた面を対向させた配置も開示されている。
特開平3−197819号公報
It is also possible to replace the movable scale 53 and the fixed scale 54 so that the light from the movable scale 53 is guided to the fixed scale 54. Japanese Patent Laid-Open No. 3-197819 also discloses an arrangement in which the surface of the movable scale 53 provided with the grooves and the surface of the fixed scale 54 provided with the grooves are opposed to each other.
Japanese Unexamined Patent Publication No. 3-197819

従来の光学式エンコーダでは、一方のスケールからの光をそのまま他方のスケールに入射させているため、後者の上での明部と暗部の境界が不明瞭になりがちである。このため、光センサの受光量の変動も不明瞭になり易く、固定スケールおよび可動スケールの透過部と反射部の配列ピッチがある程度以上大きくなければ、位置の検出が困難になる。したがって、金属膜の反射部を有するスケールの、透過部と反射部の配列ピッチをきわめて小さくすることができるという利点を十分に生かすことができない。   In the conventional optical encoder, since the light from one scale is directly incident on the other scale, the boundary between the bright part and the dark part on the latter tends to be unclear. For this reason, fluctuations in the amount of light received by the optical sensor are also obscured, and it is difficult to detect the position unless the arrangement pitch of the transmitting and reflecting parts of the fixed scale and the movable scale is larger than a certain degree. Therefore, the advantage that the arrangement pitch of the transmission part and the reflection part of the scale having the reflection part of the metal film can be made extremely small cannot be fully utilized.

表面に溝や畝を有する樹脂製のスケールは、前述のように、成形によって作製することが可能であり、量産性が高いという特長を有する。ところが、溝や畝の幅が小さくなると、成形では、平面と平面が交差するエッジ部が曲面となって、設計どおりの形状を現出することができなくなる。溝や畝の形状が設計どおりでなくなると、全反射が不十分になって、可動スケールの移動によって変動する光センサの受光量の幅が狭くなり、受光量の変動の検出が困難になる。このため、成形によって製造するスケールの溝や畝の配列ピッチには下限が存在する。   As described above, the resin scale having grooves and wrinkles on the surface can be produced by molding, and has a feature of high mass productivity. However, when the width of the groove or ridge is reduced, in the molding, the edge portion where the plane intersects the plane becomes a curved surface, and the shape as designed cannot appear. If the shape of the groove or ridge is not as designed, total reflection becomes insufficient, the width of the received light amount of the optical sensor that varies due to the movement of the movable scale becomes narrow, and it becomes difficult to detect the variation in the received light amount. For this reason, there is a lower limit to the pitch of the scale grooves and ridges produced by molding.

固定スケールと可動スケールの一方として金属膜の反射部を有するものを用い、他方として成形によって製造した溝や畝を有するものを用いることも可能である。しかし、そのような構成の光学式エンコーダでは、検出精度が成形によって製造したスケールの溝や畝の配列ピッチで規定されてしまい、金属膜の反射部を有するスケールの比較的高い精度が生かされない。   It is also possible to use one having a reflective part of a metal film as one of the fixed scale and the movable scale and the other having a groove or a ridge produced by molding. However, in the optical encoder having such a configuration, the detection accuracy is defined by the arrangement pitch of the scale grooves and ridges manufactured by molding, and the relatively high accuracy of the scale having the reflective portion of the metal film cannot be utilized.

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、一方のスケールによって他方のスケール上に形成される明部と暗部の境界が明瞭な、検出精度の高い光学式エンコーダを提供することを目的とする。また、そのような光学式エンコーダを備え、可動部材の位置を精度よく検出することが可能な光学装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such problems, and provides an optical encoder with high detection accuracy in which the boundary between a bright part and a dark part formed on one scale by one scale is clear. With the goal. It is another object of the present invention to provide an optical device that includes such an optical encoder and can accurately detect the position of a movable member.

上記目的を達成するために、本発明では、光を発する光源、光源からの光を所定方向に進行させる離間して配列された複数の導光部を有する第1のスケール、第1のスケールの導光部からの光を所定方向に進行させる離間して配列された複数の導光部を有する第2のスケール、および、第2のスケールの導光部からの光を受けて受光量を検出する光センサを備え、第1のスケールおよび第2のスケールの一方がその導光部の配列方向に可動で、そのスケールの移動による光センサの受光量の変化に基づいて、そのスケールの位置を検出する光学式エンコーダにおいて、第1のスケールと第2のスケールとの間に、第1のスケールの導光部からの光を第2のスケール上に結像させる結像光学系を備える構成とする。   In order to achieve the above object, in the present invention, a light source that emits light, a first scale having a plurality of light guides arranged in a spaced manner to allow light from the light source to travel in a predetermined direction, A second scale having a plurality of light guides arranged to be spaced apart to advance light from the light guide part in a predetermined direction, and detecting the amount of light received by receiving light from the light guide part of the second scale And one of the first scale and the second scale is movable in the arrangement direction of the light guides, and the position of the scale is determined based on the change in the amount of light received by the optical sensor due to the movement of the scale. A configuration in which an optical optical system for detection includes an imaging optical system that forms an image of light from the light guide of the first scale on the second scale between the first scale and the second scale. To do.

この光学式エンコーダは、第1のスケールと第2のスケールの間に結像光学系を備えており、これによって第1のスケールの導光部からの光を第2のスケール上に結像させる。したがって、第2のスケール上には、第1のスケールの導光部に対応する明部と、第1のスケールの導光部と導光部の間に対応する暗部より成る像が明瞭に形成されることになり、第2スケール上の明部と暗部の境界は明瞭である。このため、第1のスケールや第2のスケールの導光部の配列ピッチが小さくても、光センサが検出する受光量は可動のスケール(第1のスケールまたは第2のスケール)の移動に応じて明瞭に変動し、第1のスケールや第2のスケールの導光部の配列ピッチによって規定される検出精度を確保することができる。   The optical encoder includes an imaging optical system between the first scale and the second scale, thereby imaging light from the light guide portion of the first scale on the second scale. . Therefore, an image composed of a bright portion corresponding to the light guide portion of the first scale and a dark portion corresponding to the space between the light guide portion and the light guide portion of the first scale is clearly formed on the second scale. As a result, the boundary between the bright part and the dark part on the second scale is clear. For this reason, even if the arrangement pitch of the light guides of the first scale and the second scale is small, the amount of received light detected by the optical sensor corresponds to the movement of the movable scale (first scale or second scale). It is possible to ensure the detection accuracy defined by the arrangement pitch of the light guides of the first scale and the second scale.

なお、第1のスケールおよび第2のスケールの導光部は、光を透過させるものであっても反射するものであってもよい。第1のスケールおよび第2のスケールの導光部と導光部の間の部位も、光を反射するものであっても光を透過させるものであってもよい。   Note that the light guides of the first scale and the second scale may transmit light or reflect light. The part between the light guide part and the light guide part of the first scale and the second scale may also reflect light or transmit light.

結像光学系による結像倍率は任意に定めてかまわない。結像倍率を1とするときは、第1のスケールと第2のスケールの導光部の配列ピッチを等しくすることになる。結像倍率を1未満とするときは、第2のスケールの導光部の配列ピッチを第1のスケールの導光部の配列ピッチよりも小さくすることになる。この設定は、第1のスケールとして溝や畝を表面に有するものを用い、第2のスケールとして金属膜を導光部と導光部の間に有するものを用いる場合に適する。結像倍率を1を超えるようにするときは、第2のスケールの導光部の配列ピッチを第1のスケールの導光部の配列ピッチよりも大きくすることになる。この設定は、第1のスケールとして金属膜を導光部と導光部の間に有するものを用い、第2のスケールとして溝や畝を表面に有するものを用いる場合に適する。   The imaging magnification by the imaging optical system may be arbitrarily determined. When the imaging magnification is 1, the arrangement pitch of the light guide portions of the first scale and the second scale is made equal. When the imaging magnification is less than 1, the arrangement pitch of the light guides of the second scale is made smaller than the arrangement pitch of the light guides of the first scale. This setting is suitable when a first scale having a groove or a ridge is used and a second scale having a metal film between the light guide and the light guide. When the imaging magnification exceeds 1, the arrangement pitch of the light guides of the second scale is made larger than the arrangement pitch of the light guides of the first scale. This setting is suitable when the first scale having a metal film between the light guide and the light guide is used, and the second scale having a groove or a ridge on the surface.

ここで、第1のスケールおよび第2のスケールのうちの非可動のスケール、光源、ならびに光センサが同一の部材に固定されている構成とするとよい。このようにすると、精度の確保が容易になり、光学式エンコーダを備える装置への組み込みも容易になる。   Here, the non-movable scale of the first scale and the second scale, the light source, and the optical sensor may be configured to be fixed to the same member. In this way, it becomes easy to ensure accuracy, and it is easy to incorporate into an apparatus equipped with an optical encoder.

光源と第1のスケールとの間に、光源からの光の光路を曲げて、光源からの光を第1のスケールに向かわせる偏向光学系を備えるようにしてもよい。このようにすると、光源を第1のスケールに向けて配置する必要がなくなり、構成の制約が少なくなる。   A deflecting optical system for bending the light path of the light from the light source and directing the light from the light source toward the first scale may be provided between the light source and the first scale. If it does in this way, it will become unnecessary to arrange a light source toward the 1st scale, and restrictions on composition will decrease.

結像光学系がフレネルレンズおよび回折レンズのいずれかである構成とするとよい。フレネルレンズは、屈折によって集光作用を生じる素子でありながら薄型であり、回折レンズは、回折によって集光作用を生じるレンズであって同じく薄型であり、いずれも第1のスケールと第2のスケールの間隔の増大を抑えることができる。   The imaging optical system may be configured to be either a Fresnel lens or a diffractive lens. The Fresnel lens is an element that produces a condensing action by refraction but is thin, and the diffractive lens is a lens that produces a condensing action by diffraction and is also thin, both of which are the first scale and the second scale. An increase in the interval can be suppressed.

結像光学系の光学的パワーが、第2のスケールの導光部の配列方向に平行な方向と垂直な方向とで、異なる設定とすることもできる。第2のスケール上の像の明部と暗部は、導光部の配列方向に垂直な境界が明瞭であればよく、配列方向に平行な境界は明瞭でなくてもかまわない。結像光学系のパワーをこの条件に合致するようにすることで、高い検出精度を確保しながら、結像光学系自体の作製を容易にすることができる。   The optical power of the imaging optical system can be set differently in the direction parallel to the direction in which the light guides of the second scale are arranged and in the direction perpendicular thereto. The bright part and the dark part of the image on the second scale need only have a clear boundary perpendicular to the arrangement direction of the light guides, and the boundary parallel to the arrangement direction may not be clear. By making the power of the imaging optical system match this condition, the imaging optical system itself can be easily manufactured while ensuring high detection accuracy.

第1のスケールおよび第2のスケールのうちの非可動のスケールと結像光学系が、同一の透明な部材の対向する表面に設けられている構成とすることもできる。このようにすると、非可動のスケールと結像光学系を成形によって一度に製造することが可能になり、製造効率が向上する。また、第1のスケールと第2のスケールの間隔を小さくすることも容易になる。   The non-movable scale of the first scale and the second scale and the imaging optical system may be provided on the opposing surfaces of the same transparent member. If it does in this way, it becomes possible to manufacture a non-movable scale and an imaging optical system at a time by molding, and manufacturing efficiency improves. In addition, it is easy to reduce the interval between the first scale and the second scale.

前記目的を達成するために、本発明ではまた、可動の光学部材を含む光学装置において、上記のいずれかの光学式エンコーダを、第1のスケールおよび第2のスケールのうちの可動のスケールが可動の光学部材に取り付けられた形態で備え、光学式エンコーダによって可動の光学部材の位置を検出するようにする。   In order to achieve the above object, according to the present invention, in the optical device including the movable optical member, any one of the above-described optical encoders is movable between the first scale and the second scale. The position of the movable optical member is detected by an optical encoder.

本発明の光学式エンコーダでは、第2のスケール上で、第1のスケールの導光部に対応する明部と、導光部と導光部の間に対応する暗部との境界を明瞭にすることが可能であり、第1のスケールや第2のスケールの導光部の配列ピッチによって規定される検出精度を確保することができる。また、結像光学系の結像倍率次第で、第1のスケールと第2のスケールの導光部の配列ピッチを違えることも可能であり、第1のスケールと第2のスケールとして製造方法の異なるものを採用することも可能になる。第1のスケールと第2のスケールの少なくとも一方に、表面に溝や畝を有する樹脂製のもの採用することもでき、成形による製造が可能になって量産性も高まる。   In the optical encoder of the present invention, on the second scale, the boundary between the bright part corresponding to the light guide part of the first scale and the dark part corresponding to the space between the light guide part and the light guide part is clarified. The detection accuracy defined by the arrangement pitch of the light guides of the first scale and the second scale can be ensured. Further, the arrangement pitch of the light guide portions of the first scale and the second scale can be different depending on the imaging magnification of the imaging optical system, and the manufacturing method can be used as the first scale and the second scale. It is possible to adopt a different one. At least one of the first scale and the second scale can be made of a resin having grooves or wrinkles on the surface, which can be manufactured by molding, and mass productivity is increased.

本発明の光学装置は、光学式エンコーダの上記効果により、可動部材の位置を高い精度で検出することができる上、小型化、低コスト化が容易である。例えば、撮像光学系に含まれる可動レンズの位置を光学式エンコーダで検出する撮像装置とすれば、撮像機能を有する携帯式電話機の撮像手段として好適である。   The optical device of the present invention can detect the position of the movable member with high accuracy and can be easily reduced in size and cost due to the above-described effects of the optical encoder. For example, an imaging device that detects the position of a movable lens included in an imaging optical system with an optical encoder is suitable as an imaging means for a portable telephone having an imaging function.

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。第1の実施形態の光学式エンコーダ1の構成を図1、図2に示す。図1は異なる縦断面を組み合わせて表した断面図、図2は斜視図である。光学式エンコーダ1は、光を発する光源21、光を受けて受光量を検出する光センサ22、第1のスケール23、第2のスケール24、およびレンズ25より成る。光源21は、例えば発光ダイオード(LED)であり、光センサ22は、例えばフォトダイオード(PD)である。光源21と光センサ22は、同一の基板20上に設けられている。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The configuration of the optical encoder 1 of the first embodiment is shown in FIGS. FIG. 1 is a cross-sectional view in which different vertical cross sections are combined, and FIG. 2 is a perspective view. The optical encoder 1 includes a light source 21 that emits light, an optical sensor 22 that receives light and detects the amount of received light, a first scale 23, a second scale 24, and a lens 25. The light source 21 is, for example, a light emitting diode (LED), and the optical sensor 22 is, for example, a photodiode (PD). The light source 21 and the optical sensor 22 are provided on the same substrate 20.

第2のスケール24は第1のスケール23と光センサ22との間に位置する。第1のスケール23の光源21から遠い側の表面23aには、2つの斜面から成る溝23cが複数形成されており、第2のスケール24の光センサ22に近い側の表面24aにも、2つの斜面から成る溝24cが複数形成されている。   The second scale 24 is located between the first scale 23 and the optical sensor 22. A plurality of grooves 23c having two inclined surfaces are formed on the surface 23a of the first scale 23 on the side far from the light source 21, and the surface 24a on the side of the second scale 24 near the photosensor 22 also has 2 A plurality of grooves 24c each having one inclined surface are formed.

第1のスケール23の溝23cが形成されていない表面23bは平面であり、表面23aの溝23cと溝23cの間の部位は、表面23bと平行である。同様に、第2のスケール24の溝24cが形成されていない表面24bは平面であり、表面24aの溝24cと溝24cの間の部位は、表面24bと平行である。   The surface 23b where the groove 23c of the first scale 23 is not formed is a flat surface, and a portion between the groove 23c and the groove 23c of the surface 23a is parallel to the surface 23b. Similarly, the surface 24b where the groove 24c of the second scale 24 is not formed is a flat surface, and the portion between the groove 24c and the groove 24c of the surface 24a is parallel to the surface 24b.

第1のスケール23の複数の溝23cは互いに平行であり、それらの大きさ(幅と深さ)および配列ピッチは一定である。また、溝23cと溝23cの間の部位の幅は溝23cの幅に等しい。第2のスケール24の複数の溝24cも互いに平行であり、それらの大きさおよび配列ピッチも一定である。また、溝24cと溝24cの間の部位の幅は溝24cの幅に等しい。さらに、溝23cの配列方向と溝24cの配列方向は平行である。   The plurality of grooves 23c of the first scale 23 are parallel to each other, and their size (width and depth) and arrangement pitch are constant. Further, the width of the portion between the groove 23c and the groove 23c is equal to the width of the groove 23c. The plurality of grooves 24c of the second scale 24 are also parallel to each other, and their size and arrangement pitch are also constant. Moreover, the width | variety of the site | part between the groove | channel 24c and the groove | channel 24c is equal to the width | variety of the groove | channel 24c. Furthermore, the arrangement direction of the grooves 23c and the arrangement direction of the grooves 24c are parallel.

第1のスケール23と第2のスケール24の材料としては、ガラスのほか、光学材料として一般的に用いられているポリカーボネート、アクリル、ポリスチレン、ゼオノア等の樹脂を用いることができる。溝23c、24cは、バイトによる切削加工で形成することができるし、樹脂材料を用いる場合は、相補的な形状の畝を有する金型を用いる成形により、スケール23、24の製造と同時に形成することも可能である。   As a material for the first scale 23 and the second scale 24, in addition to glass, resins such as polycarbonate, acrylic, polystyrene, and zeonore that are generally used as optical materials can be used. The grooves 23c and 24c can be formed by cutting with a cutting tool. When a resin material is used, the grooves 23c and 24c are formed at the same time as the production of the scales 23 and 24 by molding using a die having a complementary shape. It is also possible.

なお、図1においては、光学式エンコーダ1における位置検出の原理を説明するために、光源21と光センサ22を結ぶ方向が、第1のスケール23の溝23cの配列方向や第2のスケール24の溝24cの配列方向に平行になるように表してあるが、実際には、図2に示すように、光源21と光センサ22を結ぶ方向は、第1のスケール23の溝23cの配列方向や、第2のスケール24の溝24cの配列方向に対して垂直である。   In FIG. 1, in order to explain the principle of position detection in the optical encoder 1, the direction connecting the light source 21 and the optical sensor 22 is the arrangement direction of the grooves 23 c of the first scale 23 or the second scale 24. 2, the direction in which the light source 21 and the optical sensor 22 are connected is actually the direction in which the grooves 23 c of the first scale 23 are arranged, as shown in FIG. 2. Or, it is perpendicular to the arrangement direction of the grooves 24 c of the second scale 24.

光学式エンコーダ1は、位置を検出すべき可動部材(不図示)に第1のスケール23が取り付けられた形態で使用され、第1のスケール23は、光源21、光センサ22、第2のスケール24、およびレンズ25に対して相対的に可動である。第1のスケール23は、溝23cの配列方向が可動部材の移動方向(矢印Mで示す)に一致するように取り付けられる。   The optical encoder 1 is used in a form in which a first scale 23 is attached to a movable member (not shown) whose position is to be detected. The first scale 23 includes a light source 21, an optical sensor 22, and a second scale. 24 and the lens 25 are relatively movable. The first scale 23 is attached so that the arrangement direction of the grooves 23c matches the moving direction of the movable member (indicated by the arrow M).

レンズ25は、第1のスケール23と第2のスケール24との間に位置する。第2のスケール24およびレンズ25は、光源21および光センサ22が設けられた基板20に固定されており、光源21、光センサ22、第2のスケール24およびレンズ25は、単一のユニットとなっている。このユニットは、第2のスケール24の溝24cが形成されている表面24aが、第1のスケール23の溝23cが形成されている表面23aに対して平行になるように配置される。   The lens 25 is located between the first scale 23 and the second scale 24. The second scale 24 and the lens 25 are fixed to the substrate 20 provided with the light source 21 and the optical sensor 22, and the light source 21, the optical sensor 22, the second scale 24, and the lens 25 are a single unit. It has become. This unit is arranged so that the surface 24a where the groove 24c of the second scale 24 is formed is parallel to the surface 23a where the groove 23c of the first scale 23 is formed.

光源21が発する光は、斜め方向から表面23bを透過して第1のスケール23の内部に入り、溝23cが形成されている表面23aに達する。この光のうち一部は、溝23cと溝23cの間の平坦な部位に入射して透過し、残りは、溝23cの斜面に入射して全反射される。溝23cの斜面によって全反射された光は、隣の斜面に入射して再度全反射され、表面23bを透過する。   Light emitted from the light source 21 passes through the surface 23b from an oblique direction, enters the first scale 23, and reaches the surface 23a where the groove 23c is formed. Part of this light is incident on and transmitted through a flat portion between the grooves 23c, and the rest is incident on the inclined surface of the groove 23c and is totally reflected. The light totally reflected by the slope of the groove 23c enters the adjacent slope, is totally reflected again, and passes through the surface 23b.

溝23cの斜面によって全反射されて表面23bを透過した光は、レンズ25に入射し、これを透過する。レンズ25を透過した光は、表面24bを透過して第2のスケール24の内部に入り、溝24cが形成されている表面24aに達する。表面24a上には、第1のスケール23の表面23aの溝23cに対応する明部と、溝23cと溝23cの間の部位に対応する暗部が形成されることになる。   The light totally reflected by the inclined surface of the groove 23c and transmitted through the surface 23b is incident on the lens 25 and is transmitted therethrough. The light transmitted through the lens 25 passes through the surface 24b, enters the second scale 24, and reaches the surface 24a where the groove 24c is formed. On the surface 24a, a bright part corresponding to the groove 23c of the surface 23a of the first scale 23 and a dark part corresponding to a portion between the groove 23c and the groove 23c are formed.

表面24aに達した光のうち一部は、溝24cと溝24cの間の平坦な部位に入射して透過し、残りは、溝24cの斜面に入射して全反射される。溝24cの斜面によって全反射された光は、隣の斜面に入射して再度全反射され、表面24bを透過する。表面24aの溝24cと溝24cの間の部位を透過した光は光センサ22に入射して、その光量が光センサ22によって検出される。   A part of the light reaching the surface 24a is incident on and transmitted through a flat portion between the grooves 24c and 24c, and the rest is incident on the inclined surface of the groove 24c and totally reflected. The light totally reflected by the slope of the groove 24c enters the adjacent slope, is totally reflected again, and passes through the surface 24b. The light transmitted through the portion between the groove 24c and the groove 24c on the surface 24a is incident on the optical sensor 22, and the amount of light is detected by the optical sensor 22.

第2のスケール24の表面24a上の明部と暗部の位置は、第2のスケール24に対する第1のスケール23の位置によって定まり、第1のスケール23の移動に応じて変化する。したがって、表面24aの溝24cと溝24cの間の部位を透過して光センサ22に達する光の量も第1のスケール23の移動に応じて変動し、光センサ22の受光量から、第1のスケール23およびこれが取り付けられている可動部材の位置を検出することができる。受光量を表す光センサ22の出力信号の強度が第1のスケール23の移動に伴って変動する様子を図3に示す。   The positions of the bright part and the dark part on the surface 24 a of the second scale 24 are determined by the position of the first scale 23 with respect to the second scale 24 and change according to the movement of the first scale 23. Therefore, the amount of light that passes through the portion between the groove 24c and the groove 24c on the surface 24a and reaches the optical sensor 22 also varies according to the movement of the first scale 23. The position of the scale 23 and the movable member to which the scale 23 is attached can be detected. FIG. 3 shows how the intensity of the output signal of the optical sensor 22 representing the amount of received light varies as the first scale 23 moves.

第1のスケール23では、光を全反射する溝23cが、光を第2のスケール24の方向に進行させる導光部となり、第2のスケールで24では、溝24cと溝24cの間の部位が、光を光センサ22の方向に進行させる導光部となる。第1のスケール23と第2のスケール24のいずれにおいても、溝23cや溝24cの斜面は光を確実に全反射させる必要がある。溝23cを例にとり、図4を参照して、斜面の設定について説明する。   In the first scale 23, the groove 23c that totally reflects the light serves as a light guide unit that causes the light to travel in the direction of the second scale 24. In the second scale 24, the portion between the groove 24c and the groove 24c. However, the light guide unit advances the light in the direction of the optical sensor 22. In both the first scale 23 and the second scale 24, the inclined surfaces of the grooves 23c and the grooves 24c need to reliably totally reflect light. Taking the groove 23c as an example, the setting of the slope will be described with reference to FIG.

第1のスケール23の材料として一般的なガラスや樹脂を用いると、その屈折率は1.5程度であるから、臨界角は42゜程度である。したがって、表面23aに対して光が垂直に入射する(入射角0゜)場合は、図4に示す溝23cの2つの斜面の成す角αを90゜程度にしておけば、斜面に対する光の入射角は臨界角以上となって、全反射が生じる。実際には、光は斜め方向(図4の紙面から外れた方向)から溝23cに入射するため、斜面に対する光の入射角はさらに大きくなる。光源21からの光は発散光であり、斜面に対する入射角は光線によって多少異なるが、2つの斜面の成す角αを90゜程度にしておけば、斜面によって確実に全反射を生じさせることができる。   When a general glass or resin is used as the material of the first scale 23, its refractive index is about 1.5, so the critical angle is about 42 °. Therefore, when light is incident on the surface 23a perpendicularly (incidence angle 0 °), if the angle α formed by the two inclined surfaces of the groove 23c shown in FIG. The angle exceeds the critical angle and total reflection occurs. Actually, since the light enters the groove 23c from an oblique direction (a direction away from the paper surface of FIG. 4), the incident angle of the light with respect to the inclined surface is further increased. The light from the light source 21 is divergent light, and the incident angle with respect to the inclined surface is slightly different depending on the light beam. However, if the angle α formed by the two inclined surfaces is set to about 90 °, total reflection can be surely generated by the inclined surface. .

これらのことは、第2のスケール24の溝24cについても当てはまる。なお、第1のスケール23の表面23aや第2のスケール24の表面24aに入射する光は、溝23cや溝24cに平行な面(溝23c、24の配列方向に垂直な面)に概ね沿って進行して来るため、個々の溝23c、24cは、2つの斜面を同じ大きさとして、溝23c、24cの配列方向について対称な形状としておく。   These also apply to the groove 24c of the second scale 24. The light incident on the surface 23a of the first scale 23 and the surface 24a of the second scale 24 is generally along a plane parallel to the grooves 23c and 24c (a plane perpendicular to the arrangement direction of the grooves 23c and 24). Therefore, the individual grooves 23c and 24c have two slopes having the same size and are symmetrical with respect to the arrangement direction of the grooves 23c and 24c.

レンズ25は結像光学系として機能し、第1のスケール23の表面23a(溝23c)からの光を、第2のスケール24の表面24a上に結像させる。したがって、第2のスケール24の表面24a上に形成される明部と暗部の境界は明瞭である。表面24a上に形成される明部と暗部の像を図5に示す。図5において、斜線を付した部分が暗部であり、空白の部分が明部である。   The lens 25 functions as an imaging optical system, and images light from the surface 23 a (groove 23 c) of the first scale 23 on the surface 24 a of the second scale 24. Therefore, the boundary between the bright part and the dark part formed on the surface 24a of the second scale 24 is clear. FIG. 5 shows images of bright portions and dark portions formed on the surface 24a. In FIG. 5, the shaded portion is a dark portion, and the blank portion is a bright portion.

第1のスケール23を取り付ける可動部材の加工精度があまり高くなかったり、光源21、光センサ22、第2のスケール24およびレンズ25より成るユニットの、可動部材に対する位置設定に誤差が生じたりしたときには、第1のスケール23と第2のスケール24の間隔が設計値どおりにならなくなる。しかし、第1のスケール23と第2のスケール24の間隔が設計値から多少外れたとしても、第1のスケール23の表面23aがレンズ25の被写界深度に収まる可能性が高く、設計値からのずれが過大でない限り、明部と暗部の境界は明瞭である。   When the processing accuracy of the movable member to which the first scale 23 is attached is not so high, or an error occurs in the position setting of the unit composed of the light source 21, the optical sensor 22, the second scale 24, and the lens 25 with respect to the movable member. The interval between the first scale 23 and the second scale 24 does not become as designed. However, even if the distance between the first scale 23 and the second scale 24 slightly deviates from the design value, the surface 23a of the first scale 23 is highly likely to be within the depth of field of the lens 25, and the design value Unless the deviation from is excessive, the boundary between the bright part and the dark part is clear.

レンズ25の結像倍率は任意に定めることが可能である。第1のスケール23の溝23cの配列ピッチに対する第2のスケール24の溝24cの配列ピッチの比は、レンズ25の結像倍率に等しくする。換言すれば、第1のスケール23の溝23cの配列ピッチに対する第2のスケール24の溝24cの配列ピッチの比に応じて、レンズ25の結像倍率を設定する。これで、第1のスケール23の移動に伴う第2のスケール24の各導光部(溝24aと溝24aの間の部位)への光の入射時期が揃い、光センサ22の受光量の変動幅が最大となる。   The imaging magnification of the lens 25 can be arbitrarily determined. The ratio of the arrangement pitch of the grooves 24 c of the second scale 24 to the arrangement pitch of the grooves 23 c of the first scale 23 is made equal to the imaging magnification of the lens 25. In other words, the imaging magnification of the lens 25 is set according to the ratio of the arrangement pitch of the grooves 24c of the second scale 24 to the arrangement pitch of the grooves 23c of the first scale 23. As a result, the incident timing of light to each light guide portion (the portion between the groove 24a and the groove 24a) of the second scale 24 is aligned with the movement of the first scale 23, and the amount of light received by the optical sensor 22 varies. The width is maximum.

以下、他の実施形態について説明するが、第1の実施形態の光学式エンコーダ1の構成要素と同一または類似の機能を有する構成要素については同じ符号で示し、重複する説明は省略する。また、構成要素の一部のみが異なるときは、他の構成要素の図示を適宜省略する。   Hereinafter, other embodiments will be described. Components having the same or similar functions as those of the optical encoder 1 according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted. Further, when only some of the components are different, the illustration of other components is omitted as appropriate.

第2の実施形態の光学式エンコーダ2の第1のスケール23を図6に示す。本実施形態では、第1のスケール23の光源21から遠い側の表面23aに、溝23cに代えて、畝23dが複数形成されている。複数の畝23dは大きさが等しく、互いに平行である。また、畝23dと畝23dの間の部位の幅は畝23dの幅に等しく、畝23dの配列ピッチは一定である。光源21からの光の一部は、畝23dと畝23dの間の部位に入射して透過し、残りは、畝23dの斜面に入射して全反射され、さらに隣の斜面に入射して全反射される。本実施形態では、畝23dが光源21からの光を第2のスケール24の方向に進行させる第1のスケール23の導光部となる。   The first scale 23 of the optical encoder 2 of the second embodiment is shown in FIG. In the present embodiment, a plurality of ridges 23d are formed on the surface 23a of the first scale 23 far from the light source 21 instead of the grooves 23c. The plurality of ridges 23d are equal in size and are parallel to each other. Further, the width of the portion between the flanges 23d and 23d is equal to the width of the flanges 23d, and the arrangement pitch of the flanges 23d is constant. A part of the light from the light source 21 is incident on and transmitted through the portion between the ridges 23d and 23d, and the rest is incident on the inclined surface of the ridge 23d and totally reflected, and further incident on the adjacent inclined surface. Reflected. In the present embodiment, the eaves 23 d serve as the light guide portion of the first scale 23 that advances the light from the light source 21 in the direction of the second scale 24.

光を順に全反射する畝23dの隣り合う斜面間の距離は、前述の溝23cの光を順に全反射する斜面間の距離よりも短い。光を最初に全反射する斜面への入射角は光源21からの光に含まれる光線によって相違し、全反射後の進行方向には光線ごとに多少差異が生じる。このため、光を順に全反射する2つの斜面間の距離が長いと、一度全反射された光が隣の斜面の傍らを通過して隣の斜面では全反射されないという事態が生じ得る。しかし、本実施形態では、斜面間の距離が短いため、一度全反射された光のほとんど全てが隣の斜面に入射して全反射される。したがって、第2のスケール24に導く光をより多くすることができる。   The distance between the adjacent slopes of the flange 23d that totally reflects the light in order is shorter than the distance between the slopes that totally reflects the light in the groove 23c. The incident angle to the inclined surface that first totally reflects the light differs depending on the light beam included in the light from the light source 21, and the traveling direction after the total reflection varies somewhat for each light beam. For this reason, when the distance between the two slopes that totally reflects light in order is long, a situation may occur in which the light that has been totally reflected once passes by the neighboring slope and is not totally reflected by the neighboring slope. However, in this embodiment, since the distance between the slopes is short, almost all of the light that has been totally reflected once enters the adjacent slope and is totally reflected. Therefore, more light can be guided to the second scale 24.

なお、第2のスケール24の光センサ22に近い側の表面24aにも、溝24cに代えて、大きさが等しく、互いに平行、かつ一定のピッチで配列された畝を形成するようにしてもよい。その場合、第2のスケール24の表面24aのうち畝と畝の間の部位が、第1のスケール23からの光を光センサ22の方向に進行させる導光部となる。   Note that, on the surface 24a of the second scale 24 on the side close to the optical sensor 22, instead of the grooves 24c, ridges of the same size, parallel to each other and arranged at a constant pitch may be formed. Good. In that case, a portion between the ridges on the surface 24 a of the second scale 24 serves as a light guide that advances the light from the first scale 23 toward the optical sensor 22.

第3の実施形態の光学式エンコーダ3の構成を図7に示す。本実施形態の光学式エンコーダ3においては、第2のスケール24が、溝24cの配列方向に垂直な方向に並ぶ第1の部分24Aと第2の部分24Bより成り、第1の部分24Aからの光を受ける光センサ22Aと第2の部分24Bからの光を受ける光センサ22Bが備えられている。   The configuration of the optical encoder 3 of the third embodiment is shown in FIG. In the optical encoder 3 of the present embodiment, the second scale 24 includes a first portion 24A and a second portion 24B arranged in a direction perpendicular to the arrangement direction of the grooves 24c. An optical sensor 22A that receives light and an optical sensor 22B that receives light from the second portion 24B are provided.

第2のスケール24の溝24cが形成された表面24aを図8に示す。溝24cの大きさおよび配列ピッチは第1の部分24Aと第2の部分24Bとで同じであるが、溝24cの位置は、第1の部分24Aと第2の部分24Bとで、配列ピッチの1/4だけずれるように設定されている。これは、第1のスケール23の移動方向(移動可能な2方向のうちのどちらに移動しているか)を検出するためである。   FIG. 8 shows the surface 24a on which the groove 24c of the second scale 24 is formed. The size and arrangement pitch of the grooves 24c are the same in the first portion 24A and the second portion 24B, but the positions of the grooves 24c are the same in the arrangement pitch of the first portion 24A and the second portion 24B. It is set to be shifted by 1/4. This is for detecting the moving direction of the first scale 23 (which of the two movable directions is moving).

光センサ22A、22Bの出力信号の強度が第1のスケール23の移動に伴って変動する様子を図9に示す。溝24cの配列ピッチをΛとすると、光センサ22Aの出力信号と光センサ22Bの出力信号には、Λ/4だけ位相差が生じる。光センサ22A、22Bの出力信号からバイアス成分を除き、一方をA相、他方をB相として直交座標系で表したリサージュ波形は、図10に示すように円を描くことになり、これが右回りであるか左回りであるかによって、第1のスケール23の移動方向が判る。   FIG. 9 shows how the intensity of the output signals of the optical sensors 22A and 22B varies as the first scale 23 moves. When the arrangement pitch of the grooves 24c is Λ, there is a phase difference of Λ / 4 between the output signal of the optical sensor 22A and the output signal of the optical sensor 22B. The Lissajous waveform obtained by removing the bias component from the output signals of the optical sensors 22A and 22B and expressing one of the A phase and the other of the B phase in the orthogonal coordinate system will draw a circle as shown in FIG. The direction of movement of the first scale 23 is known depending on whether it is counterclockwise or counterclockwise.

さらに、リサージュ波形の1周は溝24cの配列の1ピッチに相当し、A相、B相の値から1ピッチの距離を分割した距離が判るため、溝24cの配列ピッチの数倍の精度で、第1のスケール23の位置を検出することができる。   Further, one round of the Lissajous waveform corresponds to one pitch of the arrangement of the grooves 24c, and since the distance obtained by dividing the distance of one pitch from the values of the A phase and the B phase is known, the accuracy is several times the arrangement pitch of the grooves 24c. The position of the first scale 23 can be detected.

第4の実施形態の光学式エンコーダ4のレンズ25を図11に示す。図11において、(a)は断面図、(b)は正面図である。本実施形態では、レンズ25としてフレネルレンズを用いている。   A lens 25 of the optical encoder 4 of the fourth embodiment is shown in FIG. In FIG. 11, (a) is a sectional view and (b) is a front view. In the present embodiment, a Fresnel lens is used as the lens 25.

第5の実施形態の光学式エンコーダ5のレンズ25を図12に示す。図12において、(a)は断面図、(b)は正面図である。本実施形態では、レンズ25として、回折によって集光作用を生じる回折レンズを用いている。回折レンズは、透明な平板の表面に、微細な凹凸を、同心円状に、かつ配列ピッチが次第に変化するように、形成することで得られる。   A lens 25 of the optical encoder 5 of the fifth embodiment is shown in FIG. In FIG. 12, (a) is a sectional view and (b) is a front view. In the present embodiment, as the lens 25, a diffractive lens that produces a condensing action by diffraction is used. The diffractive lens is obtained by forming fine irregularities on the surface of a transparent flat plate so as to be concentric and the arrangement pitch gradually changes.

フレネルレンズや回折レンズは、一般的なレンズに比べてはるかに薄くすることが可能であり、レンズ25としてこれらを備える光学式エンコーダ4、5では、第1のスケール23と第2のスケール24の間隔を小さくすることができる。なお、フレネルレンズや回折レンズは、樹脂成形によって製造することが可能である。   The Fresnel lens and the diffractive lens can be made much thinner than a general lens. In the optical encoders 4 and 5 having these as the lens 25, the first scale 23 and the second scale 24 are provided. The interval can be reduced. The Fresnel lens and the diffractive lens can be manufactured by resin molding.

第6の実施形態の光学式エンコーダ6の構成を図13に示す。本実施形態の光学式エンコーダ6は、レンズ25を、回折レンズとするとともに、第2のスケール24の表面24bに設けて、第2のスケール24とレンズ25を一体化したものである。この構成では、第2のスケール24とレンズ25を成形によって一度に製造することができて、製造効率が向上する。また、第2のスケール24とレンズ25の相対位置に組み立て誤差が生じる可能性がなく、レンズ25の結像性能が確保される。   The configuration of the optical encoder 6 of the sixth embodiment is shown in FIG. In the optical encoder 6 of the present embodiment, the lens 25 is a diffraction lens and is provided on the surface 24b of the second scale 24 so that the second scale 24 and the lens 25 are integrated. In this configuration, the second scale 24 and the lens 25 can be manufactured at a time by molding, and the manufacturing efficiency is improved. Further, there is no possibility of an assembly error in the relative position between the second scale 24 and the lens 25, and the imaging performance of the lens 25 is ensured.

なお、図13は、第1の実施形態の光学式エンコーダ1を示す図1と同様に、異なる縦断面を組み合わせて表したものであり、光源21と光センサ22を結ぶ方向は、第1のスケール23の溝23cの配列方向や第2のスケール24の溝24cの配列方向に対して垂直、すなわち紙面に対して垂直である。以下に示す図14〜図19も同様である。   FIG. 13 shows a combination of different longitudinal sections similar to FIG. 1 showing the optical encoder 1 of the first embodiment, and the direction connecting the light source 21 and the optical sensor 22 is the first direction. It is perpendicular to the arrangement direction of the grooves 23 c of the scale 23 and the arrangement direction of the grooves 24 c of the second scale 24, that is, perpendicular to the paper surface. The same applies to FIGS. 14 to 19 shown below.

第7の実施形態の光学式エンコーダ7の構成を図14に示す。光学式エンコーダ7は光学式エンコーダ6の第2のスケール24を修飾して、溝24cに代えて、帯状の遮光膜24eを表面24aに設けたものである。遮光膜24eは、幅が一定で、互いに平行に、かつ一定の配列ピッチで設けられている。遮光膜24eと遮光膜24eの間の部位の幅は遮光膜24eの幅に等しい。遮光膜24eと遮光膜24eの間の部位が、第1のスケール23からの光を光センサ22の方向に進行させる導光部となる。   The configuration of the optical encoder 7 of the seventh embodiment is shown in FIG. The optical encoder 7 is obtained by modifying the second scale 24 of the optical encoder 6 and providing a belt-shaped light-shielding film 24e on the surface 24a instead of the groove 24c. The light shielding films 24e have a constant width, are provided in parallel to each other, and are arranged at a constant arrangement pitch. The width of the portion between the light shielding film 24e and the light shielding film 24e is equal to the width of the light shielding film 24e. A portion between the light shielding film 24 e and the light shielding film 24 e serves as a light guide unit that causes light from the first scale 23 to travel in the direction of the optical sensor 22.

遮光膜24eの材料としては、反射率の高い金属や吸収率の高いインクを用いることができる。インクで遮光膜24eを形成する場合は印刷を、また金属で遮光膜24eを作製する場合はフォトリソグラフィを、利用することが可能である。金属を用いてフォトリソグラフィによって遮光膜24eを形成すると、遮光膜24eの配列ピッチを溝24cの配列ピッチよりもはるかに小さくすることが可能である。金属材料としては、反射率の高いものであれば何を用いてもよいが、フォトリソグラフィでの加工が容易なアルミニウム、ニッケル、クロム等が特に好ましい。   As a material for the light shielding film 24e, a metal having a high reflectance or an ink having a high absorption can be used. Printing can be used when the light shielding film 24e is formed with ink, and photolithography can be used when the light shielding film 24e is formed with metal. When the light shielding film 24e is formed by photolithography using metal, the arrangement pitch of the light shielding films 24e can be made much smaller than the arrangement pitch of the grooves 24c. Any metal material may be used as long as it has a high reflectance, but aluminum, nickel, chromium, and the like that can be easily processed by photolithography are particularly preferable.

光学式エンコーダ7では、第2のスケール24の遮光膜24eの配列ピッチを第1のスケール23の溝23cの配列ピッチよりも小さくし、レンズ25の結像倍率をその比に等しくすることができる。これにより、高い検出精度を実現しながら、第2のスケール24の小型化を図ることが可能になる。   In the optical encoder 7, the arrangement pitch of the light shielding films 24e of the second scale 24 can be made smaller than the arrangement pitch of the grooves 23c of the first scale 23, and the imaging magnification of the lens 25 can be made equal to the ratio. . This makes it possible to reduce the size of the second scale 24 while realizing high detection accuracy.

第8の実施形態の光学式エンコーダ8の構成を図15に示す。光学式エンコーダ8は第6の実施形態の光学式エンコーダ6の第1のスケール23を修飾して、溝23cに代えて、帯状の反射膜23eを表面23aに設けたものである。反射膜23eは、アルミニウム、ニッケル、クロム等の金属で作製されており、幅が一定で、互いに平行に、かつ一定の配列ピッチで設けられている。反射膜23eが、光源21からの光を第2のスケール24の方向に進行させる導光部となる。   The configuration of the optical encoder 8 of the eighth embodiment is shown in FIG. The optical encoder 8 is obtained by modifying the first scale 23 of the optical encoder 6 of the sixth embodiment, and providing a belt-like reflective film 23e on the surface 23a instead of the groove 23c. The reflection film 23e is made of a metal such as aluminum, nickel, or chromium, and has a constant width, is parallel to each other, and is provided at a constant arrangement pitch. The reflective film 23 e serves as a light guide that advances the light from the light source 21 in the direction of the second scale 24.

フォトリソグラフィや印刷によって形成することが可能な第1のスケール23の反射膜23eの配列ピッチは、機械的加工や成形によって形成する第2のスケール24の溝24cの配列ピッチよりも小さくすることが可能である。光学的エンコーダ8では、反射膜23eの配列ピッチと溝24cの配列ピッチをこのような関係に設定し、レンズ25の結像倍率を反射膜23eの配列ピッチに対する溝24cの配列ピッチの比(>1)に等しくすることによって、成形での製造が可能で量産性の高い第2のスケール24を用いながら、成形で製造するスケールだけでは達成することのできない高い精度を実現することができる。   The arrangement pitch of the reflective films 23e of the first scale 23 that can be formed by photolithography or printing may be made smaller than the arrangement pitch of the grooves 24c of the second scale 24 formed by mechanical processing or molding. Is possible. In the optical encoder 8, the arrangement pitch of the reflection films 23e and the arrangement pitch of the grooves 24c are set in such a relationship, and the imaging magnification of the lens 25 is set to the ratio of the arrangement pitch of the grooves 24c to the arrangement pitch of the reflection films 23e (> By using the second scale 24 that can be manufactured by molding and has high mass productivity, it is possible to achieve high accuracy that cannot be achieved only by the scale manufactured by molding.

第9の実施形態の光学式エンコーダ9の構成を図16に示す。光学式エンコーダ9は第6の実施形態の光学式エンコーダ6の第1のスケール23と第2のスケール24の双方を修飾して、第1のスケール23の表面23aに帯状の反射膜23eを、第2のスケール24の表面24aに帯状の遮光膜24eを設けたものである。   The configuration of the optical encoder 9 of the ninth embodiment is shown in FIG. The optical encoder 9 modifies both the first scale 23 and the second scale 24 of the optical encoder 6 of the sixth embodiment, and a band-shaped reflective film 23e is formed on the surface 23a of the first scale 23. A band-shaped light shielding film 24 e is provided on the surface 24 a of the second scale 24.

反射膜23eや遮光膜24eの配列ピッチは、前述の溝23cや溝24cの配列ピッチよりも小さくすることが可能であり、光学式エンコーダ9では、レンズ25の結像倍率を1としても、高い精度が得られる。しかも、レンズ25が第1のスケール23の表面23aからの光を第2のスケール24の表面24aに結像させることで、表面24a上の明部と暗部の境界が明瞭になるから、検出精度は一層高くなる。   The arrangement pitch of the reflection film 23e and the light shielding film 24e can be made smaller than the arrangement pitch of the groove 23c and the groove 24c, and the optical encoder 9 is high even if the imaging magnification of the lens 25 is set to 1. Accuracy is obtained. In addition, since the lens 25 forms an image of the light from the surface 23a of the first scale 23 on the surface 24a of the second scale 24, the boundary between the bright part and the dark part on the surface 24a becomes clear. Will be even higher.

第10の実施形態の光学式エンコーダ10の構成を図17に示す。光学式エンコーダ10は、第8の実施形態の光学式エンコーダ8の第2のスケール24を延長して、表面24aに斜面24fを形成し、表面24bに斜面24gを形成したものである。斜面24fは、光源21の正面に位置し、光源21の法線と斜交して、光源21からの光を、表面23aのうち光センサ22とレンズ25を結ぶ線の延長上近傍の照明対象部位に向かわせる。斜面24gは、斜面24fからの光に対して概ね直交し、その光を直進させる。   The configuration of the optical encoder 10 of the tenth embodiment is shown in FIG. In the optical encoder 10, the second scale 24 of the optical encoder 8 of the eighth embodiment is extended to form a slope 24f on the surface 24a and a slope 24g on the surface 24b. The inclined surface 24f is located in front of the light source 21, obliquely intersects with the normal line of the light source 21, and illuminates the light from the light source 21 in the vicinity of the extension of the line connecting the optical sensor 22 and the lens 25 in the surface 23a. Point to the site. The inclined surface 24g is substantially orthogonal to the light from the inclined surface 24f and causes the light to travel straight.

光源21を発光ダイオード(LED)とする場合は、光源21からの光は放射角の大きな発散光となるため、斜面24fを設けなくても、表面24aの照明対象部位に光が入射する。ところが、光源21として、レーザダイオード(LD)のように、放射角の比較的小さな発散光を発するものや、平行光を発するものを用いる場合は、光源21を、照明対象部位に向けて配置しなければ、照明対象部に光を導くことが困難になる。   When the light source 21 is a light emitting diode (LED), the light from the light source 21 becomes a divergent light having a large radiation angle, so that the light is incident on the illumination target portion of the surface 24a without providing the inclined surface 24f. However, when a light source 21 that emits divergent light with a relatively small radiation angle or a light source that emits parallel light, such as a laser diode (LD), is used, the light source 21 is disposed toward the illumination target part. Without it, it becomes difficult to guide light to the illumination target part.

しかし、本実施形態のように、表面24fによって光源21からの光を偏向させる構成とすると、光源21を照明対象部位に向けて配置する必要がなくなり、光源21として利用し得る素子の制約もなくなる。なお、光源21としてLEDを用いる場合でも、表面24fによって光源21からの光を偏向させる構成は、照明対象部位により多くの光を導くことができて有用である。   However, when the light from the light source 21 is deflected by the surface 24f as in the present embodiment, it is not necessary to arrange the light source 21 toward the illumination target part, and there are no restrictions on the elements that can be used as the light source 21. . Even when an LED is used as the light source 21, the configuration in which the light from the light source 21 is deflected by the surface 24f is useful because more light can be guided to the illumination target part.

斜面24fや斜面24gを備えるために、第2のスケール24を延長することは必ずしも必要でなく、斜面を有する別の部材、例えばプリズムを、第2のスケール24と並べて配置するようにしてもよい。   In order to provide the inclined surface 24f and the inclined surface 24g, it is not always necessary to extend the second scale 24, and another member having an inclined surface, for example, a prism may be arranged side by side with the second scale 24. .

第11の実施形態の光学式エンコーダ11の構成を図18に示す。この光学式エンコーダ11は、レンズ25を延長して、延長した部位の表面に回折格子25fを設けたものである。回折格子25fは、光源21に正対し、光源21からの光を表面23aのうち光センサ22とレンズ25を結ぶ線の延長上近傍の照明対象部位に向かわせる。回折格子25fは、微細な帯状の凹凸より成り、一方向への回折効率を高めるために、凹凸の配列ピッチが次第に変化するように設定されている。   The configuration of the optical encoder 11 of the eleventh embodiment is shown in FIG. This optical encoder 11 is obtained by extending a lens 25 and providing a diffraction grating 25f on the surface of the extended portion. The diffraction grating 25f faces the light source 21 and directs the light from the light source 21 to a portion to be illuminated on the surface 23a near the extension of the line connecting the optical sensor 22 and the lens 25. The diffraction grating 25f is composed of fine band-shaped irregularities, and is set so that the arrangement pitch of the irregularities gradually changes in order to increase the diffraction efficiency in one direction.

なお、本実施形態では、第2のスケール24も延長されて、光源21に正対する部位を有しているが、これは、基板20への固定の便宜のためで、回折格子25fによる光の偏向には関係ない。   In the present embodiment, the second scale 24 is also extended to have a portion directly facing the light source 21, but this is for convenience of fixing to the substrate 20, and the light of the diffraction grating 25f is transmitted. It has nothing to do with deflection.

第12の実施形態の光学式エンコーダ12の構成を図19に示す。光学式エンコーダ12は、レンズ25として、直交する2方向で光学的パワーが異なるアナモフィックレンズを用いたものである。レンズ25のパワーは、第1のスケール23の反射膜23e(第2のスケール24の遮光膜24e)の配列方向に最大で、これに垂直な方向に最小である。   The configuration of the optical encoder 12 of the twelfth embodiment is shown in FIG. The optical encoder 12 uses an anamorphic lens having different optical powers in two orthogonal directions as the lens 25. The power of the lens 25 is maximum in the arrangement direction of the reflection film 23e of the first scale 23 (the light shielding film 24e of the second scale 24) and is minimum in the direction perpendicular thereto.

第2のスケール24の表面24a上の明部と暗部の境界を明瞭にして検出精度を高めるためには、反射膜23eや遮光膜24eの配列方向に対して垂直な方向に延びる境界が明瞭であればよく、したがって、レンズ25は反射膜23eや遮光膜24eの配列方向についてのみ結像機能を有すればよい。光学式エンコーダ12はこの点を考慮したものである。レンズ25を反射膜23eや遮光膜24eの配列方向に垂直な方向についてはパワーをもたないシリンドリカルレンズとすることも可能である。   In order to clarify the boundary between the bright part and the dark part on the surface 24a of the second scale 24 and improve the detection accuracy, the boundary extending in the direction perpendicular to the arrangement direction of the reflective film 23e and the light shielding film 24e is clear. Therefore, the lens 25 may have an imaging function only in the arrangement direction of the reflection film 23e and the light shielding film 24e. The optical encoder 12 takes this point into consideration. The lens 25 may be a cylindrical lens having no power in the direction perpendicular to the arrangement direction of the reflection film 23e and the light shielding film 24e.

レンズ25をシリンドリカルレンズとする場合は、第2のスケール24の幅(図19の紙面に垂直な方向の大きさ)は、第1のスケール23の幅と同程度以上にする必要がある。レンズ25を反射膜23eや遮光膜24eの配列方向に垂直な方向についてもある程度のパワーを有するアナモフィックレンズとすると、第2のスケール24の幅を第1のスケール23の幅よりも小さくすることができる。   When the lens 25 is a cylindrical lens, the width of the second scale 24 (the size in the direction perpendicular to the paper surface of FIG. 19) needs to be equal to or greater than the width of the first scale 23. If the lens 25 is an anamorphic lens having a certain level of power in the direction perpendicular to the arrangement direction of the reflection film 23e and the light shielding film 24e, the width of the second scale 24 may be made smaller than the width of the first scale 23. it can.

第13の実施形態の光学式エンコーダ13の構成を図20の(a)に示す。光学式エンコーダ13は、第1のスケール23として環状で平板のものを備えており、図20の(b)に示すように、第1のスケール23の光源21に近い側の表面には、光源21からの光を反射する反射膜23eが放射状に配列されている。   The configuration of the optical encoder 13 of the thirteenth embodiment is shown in FIG. The optical encoder 13 includes an annular flat plate as the first scale 23. As shown in FIG. 20B, the optical encoder 13 has a light source on the surface close to the light source 21 of the first scale 23. Reflective films 23e that reflect the light from 21 are arranged radially.

第14の実施形態の光学式エンコーダ14の構成を図21に示す。光学式エンコーダ14は、第1のスケール23として円筒状のものを備えており、第1のスケール23の外側の表面には、光源21からの光を反射する反射膜23eが円筒軸に平行に配列されている。   The configuration of the optical encoder 14 of the fourteenth embodiment is shown in FIG. The optical encoder 14 includes a cylindrical one as the first scale 23, and a reflection film 23 e that reflects light from the light source 21 is parallel to the cylindrical axis on the outer surface of the first scale 23. It is arranged.

光学式エンコーダ13、14は、回転運動する可動部材の位置の検出に用いられる。なお、光学式エンコーダ13、14のいずれにおいても、第1のスケール23の反射膜23eの配列方向は全体としては円周方向であるが、第2のスケール24に近い部位では第2のスケール24の溝24cの配列方向に略平行であり、移動方向も溝24cの配列方向に略平行である。   The optical encoders 13 and 14 are used to detect the position of a movable member that rotates. In any of the optical encoders 13 and 14, the arrangement direction of the reflective films 23 e of the first scale 23 is the circumferential direction as a whole, but the second scale 24 is close to the second scale 24. The groove 24c is substantially parallel to the arrangement direction of the grooves 24c, and the moving direction is also substantially parallel to the arrangement direction of the grooves 24c.

光学式エンコーダ14では、第1のスケール23の表面のうち光源21からの光を受ける領域から第2のスケール24の表面24aまで距離が一定ではない。しかし、その領域は全体がレンズ25の被写界深度内に収まり、第2のスケール24の表面24a上の明部と暗部は明瞭である。   In the optical encoder 14, the distance from the region receiving the light from the light source 21 on the surface of the first scale 23 to the surface 24 a of the second scale 24 is not constant. However, the entire region is within the depth of field of the lens 25, and the bright and dark portions on the surface 24a of the second scale 24 are clear.

第15の実施形態の光学式エンコーダ15の構成を図22に示す。図22は単一の縦断面での断面図であり、本実施形態の光学式エンコーダ15では、光源21と光センサ22を結ぶ方向は、第1のスケール23の溝23cの配列方向および第2のスケール24の遮光膜24eの配列方向と平行である。   The configuration of the optical encoder 15 of the fifteenth embodiment is shown in FIG. FIG. 22 is a sectional view in a single longitudinal section. In the optical encoder 15 of the present embodiment, the direction connecting the light source 21 and the optical sensor 22 is the arrangement direction of the grooves 23c of the first scale 23 and the second direction. This is parallel to the arrangement direction of the light shielding films 24e of the scale 24.

第2のスケール24に並べて、光源21に正対する位置に三角プリズム26が配置されており、三角プリズム26は、光源21からの光を、第1のスケール23の表面23aのうち、光源21と光センサ22の間に対向する部位に向かわせる。第1のスケール23の表面23aに入射する光は溝23cの配列方向に少し傾くことになり、溝23cは、光を全反射し得るように、配列方向について非対称な形状とされている。   A triangular prism 26 is arranged on the second scale 24 so as to face the light source 21. The triangular prism 26 transmits light from the light source 21 to the light source 21 on the surface 23 a of the first scale 23. It is made to face to the part which opposes between optical sensors 22. The light incident on the surface 23a of the first scale 23 is slightly inclined in the arrangement direction of the grooves 23c, and the groove 23c has an asymmetric shape with respect to the arrangement direction so that the light can be totally reflected.

本実施形態の光学式エンコーダ15では、溝23cの設定がやや複雑になるものの、全体として幅の狭い(図22の紙面に対して垂直な方向に小さい)小型の構成とすることができる。   In the optical encoder 15 of the present embodiment, the setting of the groove 23c is slightly complicated, but the overall configuration can be small (small in the direction perpendicular to the paper surface of FIG. 22).

第16の実施形態の光学式エンコーダ16の構成を図23に示す。光学式エンコーダ16では、第1のスケール23と第2のスケール24が平行ではなく、両者の表面23a、24aの延長面が交差する。レンズ25は、その中心を通り光軸に対して垂直な平面が、表面23aと表面24aの延長面が交差して形成する直線を含むように配置されている。したがって、シャインプルーフの法則が成り立ち、第1のスケール23の表面23a(反射膜23e)からの光は第2のスケール24の表面24a上に結像する。   The configuration of the optical encoder 16 of the sixteenth embodiment is shown in FIG. In the optical encoder 16, the first scale 23 and the second scale 24 are not parallel, and the extended surfaces of the surfaces 23a and 24a intersect each other. The lens 25 is arranged so that a plane passing through the center and perpendicular to the optical axis includes a straight line formed by intersecting the extended surfaces of the surface 23a and the surface 24a. Therefore, Scheinproof's law is established, and light from the surface 23 a (reflection film 23 e) of the first scale 23 forms an image on the surface 24 a of the second scale 24.

ただし、表面24a上の明部と暗部のピッチは一定ではなくなり、レンズ25から遠いほど次第に大きくなる。このため、表面24aに設けられた遮光膜24eの配列ピッチは、表面24a上に形成される明部と暗部のピッチに一致するように設定されている。   However, the pitch between the bright part and the dark part on the surface 24 a is not constant, and gradually increases as the distance from the lens 25 increases. For this reason, the arrangement pitch of the light shielding films 24e provided on the surface 24a is set to coincide with the pitch of the bright part and the dark part formed on the surface 24a.

第17の実施形態の光学式エンコーダ17の構成を図24に示す。光学式エンコーダ17では、光源21が光センサ22に正対する位置に配置されており、これらの間に、第1のスケール23、レンズ25、第2のスケール24が位置する。第1のスケール23の光源21から遠い側(光センサ22に近い側)の表面23aには溝23cが形成されており、第2のスケール24の光センサ22に近い側の表面24aにも溝24cが形成されている。   The configuration of the optical encoder 17 of the seventeenth embodiment is shown in FIG. In the optical encoder 17, the light source 21 is disposed at a position facing the optical sensor 22, and the first scale 23, the lens 25, and the second scale 24 are positioned therebetween. A groove 23c is formed on the surface 23a of the first scale 23 far from the light source 21 (closer to the optical sensor 22), and the groove 24c is also formed on the surface 24a of the second scale 24 closer to the optical sensor 22. 24c is formed.

この構成では、第1のスケール23については、光源21からの光を第2のスケール24の方向に進行させる導光部は、溝23cではなく、溝23cと溝23cの間の部位となる。なお、溝23cに代えて遮光膜を備える構成としてもよいし、溝24cに代えて遮光膜24eを備える構成としてもよい。   In this configuration, with respect to the first scale 23, the light guide unit that causes the light from the light source 21 to travel in the direction of the second scale 24 is not the groove 23c but a portion between the grooves 23c and 23c. In addition, it is good also as a structure provided with the light shielding film instead of the groove | channel 23c, and good also as a structure provided with the light shielding film 24e instead of the groove | channel 24c.

第18の実施形態の光学式エンコーダ18の構成を図25に示す。光学式エンコーダ18は、第1のスケール23を、レンズ25と共に、光源21および光センサ22を設けた基板20に固定して、これらを1つのユニットとし、第2のスケール24を可動としたものである。第2のスケール24が、位置検出の対象である可動部材に取り付けられる。   The configuration of the optical encoder 18 of the eighteenth embodiment is shown in FIG. The optical encoder 18 fixes the first scale 23 together with the lens 25 to the substrate 20 on which the light source 21 and the optical sensor 22 are provided, and these are used as one unit, and the second scale 24 is movable. It is. The second scale 24 is attached to a movable member that is a position detection target.

光学式エンコーダ18における第2のスケール24の位置の検出の原理は、第1の実施形態の光学式エンコーダ1における第1のスケール23の位置の検出の原理と同じである。光学式エンコーダ18と光学式エンコーダ1の構成の相違から明らかなように、上述の第2〜第17の実施形態の各光学式エンコーダ2〜17についても、第1のスケール23を固定とし、第2のスケール24を可動とすることができる。   The principle of detecting the position of the second scale 24 in the optical encoder 18 is the same as the principle of detecting the position of the first scale 23 in the optical encoder 1 of the first embodiment. As is apparent from the difference in configuration between the optical encoder 18 and the optical encoder 1, the first scale 23 is fixed in each of the optical encoders 2 to 17 in the second to seventeenth embodiments described above. Two scales 24 can be movable.

第19の実施形態である撮像装置19の構成を図26に模式的に示す。撮像装置19は、光を電気信号に変換することにより画像を撮影する撮像素子32、撮影対象からの光を撮像素子32上に結像させる撮像光学系31、撮像素子32の出力信号に、デジタル化、ホワイトバランス調整、γ補正等の諸処理を施して、撮影された画像を表す画像データを生成する画像処理部33、生成された画像データを記録媒体に記録する記録部34、撮像光学系31に含まれる焦点調節用およびズーミング用の可動レンズを駆動するレンズ駆動部35、その可動レンズの位置を検出する光学式エンコーダ36、ならびに制御部37より成る。   FIG. 26 schematically shows the configuration of an imaging apparatus 19 that is the nineteenth embodiment. The image pickup device 19 converts an image pickup device 32 that takes an image by converting light into an electrical signal, an image pickup optical system 31 that forms an image of light from a shooting target on the image pickup device 32, and outputs an output signal from the image pickup device 32 to Image processing unit 33 for generating image data representing a captured image by performing various processes such as conversion, white balance adjustment, and γ correction, a recording unit 34 for recording the generated image data on a recording medium, and an imaging optical system 31 includes a lens driving unit 35 that drives a movable lens for focus adjustment and zooming included in the lens 31, an optical encoder 36 that detects the position of the movable lens, and a control unit 37.

制御部37は、マイクロコンピュータより成り、撮像素子32、画像処理部33、および記録部34の動作を制御する。制御部37はまた、光学式エンコーダ36の出力に基づいて撮像光学系31に含まれる可動レンズの位置を検出ながら、レンズ駆動部35を介して可動レンズの位置を調節する。   The control unit 37 is composed of a microcomputer and controls the operations of the image sensor 32, the image processing unit 33, and the recording unit 34. The control unit 37 also adjusts the position of the movable lens via the lens driving unit 35 while detecting the position of the movable lens included in the imaging optical system 31 based on the output of the optical encoder 36.

撮像光学系31の可動レンズ、レンズ駆動部35、および光学式エンコーダ36を図27に示す。撮像光学系31は2つの可動レンズ41、42を有しており、可動レンズ41、42はそれぞれレンズ保持枠43、44に固定されている。   FIG. 27 shows the movable lens, the lens driving unit 35, and the optical encoder 36 of the imaging optical system 31. The imaging optical system 31 has two movable lenses 41 and 42, and the movable lenses 41 and 42 are fixed to lens holding frames 43 and 44, respectively.

レンズ保持枠43の上部には、V字状に切り欠かれた溝43aを有する突出部が設けられており、下部には、壁面が平行な溝43bを有する突出部が設けられている。また、レンズ保持枠43の側面には、板ばね43cが取り付けられている。板ばね43cは、溝43aの下方においてレンズ保持枠43に固定されており、溝43aの上方に達する。溝43aと板ばね43cの間には、レンズ駆動部35からの駆動力を伝達する駆動軸45が挿入されており、駆動軸45は溝43aの壁面と板ばね43に接する。駆動軸43は撮像光学系31の光軸に平行である。   A protrusion having a groove 43a cut out in a V shape is provided on the upper portion of the lens holding frame 43, and a protrusion having a groove 43b having parallel wall surfaces is provided on the lower portion. A leaf spring 43 c is attached to the side surface of the lens holding frame 43. The leaf spring 43c is fixed to the lens holding frame 43 below the groove 43a and reaches above the groove 43a. A drive shaft 45 that transmits a driving force from the lens drive unit 35 is inserted between the groove 43 a and the plate spring 43 c, and the drive shaft 45 contacts the wall surface of the groove 43 a and the plate spring 43. The drive shaft 43 is parallel to the optical axis of the imaging optical system 31.

溝43bにはレンズ保持枠43の移動を案内するガイド軸47が挿入されており、ガイド軸47は、溝43bの壁面に接している。ガイド軸47も撮像光学系31の光軸に平行である。   A guide shaft 47 for guiding the movement of the lens holding frame 43 is inserted into the groove 43b, and the guide shaft 47 is in contact with the wall surface of the groove 43b. The guide shaft 47 is also parallel to the optical axis of the imaging optical system 31.

レンズ保持枠44も同様の構成である。ただし、ここでは、V字状の溝44a、板ばね44c、および駆動軸46のみを示し、溝43bに相当する溝、およびガイド軸47に相当するガイド軸は図示していない。   The lens holding frame 44 has the same configuration. However, only the V-shaped groove 44a, the leaf spring 44c, and the drive shaft 46 are shown here, and the groove corresponding to the groove 43b and the guide shaft corresponding to the guide shaft 47 are not shown.

レンズ駆動部35は、レンズ保持枠43、44を個別に駆動するために、2つのアクチュエータ48、49を備える。ここでは、構成の小型化を図るために、アクチュエータ48、49として、印加電圧に応じて伸縮する圧電素子を用いている。   The lens driving unit 35 includes two actuators 48 and 49 for individually driving the lens holding frames 43 and 44. Here, in order to reduce the size of the configuration, as the actuators 48 and 49, piezoelectric elements that expand and contract according to the applied voltage are used.

アクチュエータ48、49は、一端をそれぞれ基台に固定されており、他端をそれぞれ駆動軸45、46に固定されている。アクチュエータ48、49の伸縮に応じて駆動軸45、46は各々の軸方向に移動する。溝43aおよび板ばね43cが駆動軸45に接しているに過ぎないレンズ保持枠43は、駆動軸45が比較的低速で移動するときは、摩擦力によって駆動軸45の動きに追従する。一方、駆動軸45が比較的高速で移動するときは、駆動軸45と溝43aおよび板ばね43cとに滑りが生じて、レンズ保持枠43は移動しない。   One end of each of the actuators 48 and 49 is fixed to the base, and the other end is fixed to the drive shafts 45 and 46, respectively. The drive shafts 45 and 46 move in the respective axial directions according to the expansion and contraction of the actuators 48 and 49. The lens holding frame 43 in which the groove 43a and the leaf spring 43c are merely in contact with the drive shaft 45 follows the movement of the drive shaft 45 by frictional force when the drive shaft 45 moves at a relatively low speed. On the other hand, when the drive shaft 45 moves at a relatively high speed, the drive shaft 45, the groove 43a, and the leaf spring 43c slip, and the lens holding frame 43 does not move.

したがって、波形が鋸歯状の電圧をアクチュエータ48に印加することで、レンズ保持枠43を光軸に沿う一方向に移動させることができ、波形の向きが逆の印加電圧をアクチュエータ48に印加することで、レンズ保持枠43を逆方向に移動させることができる。移動に際しては、溝43bがガイド軸47に接しているため、駆動軸45の回りにレンズ保持枠43が回動することはない。レンズ保持枠44の駆動も同様にして行われる。   Therefore, by applying a sawtooth voltage to the actuator 48, the lens holding frame 43 can be moved in one direction along the optical axis, and an applied voltage having a reverse waveform direction is applied to the actuator 48. Thus, the lens holding frame 43 can be moved in the reverse direction. During movement, the lens holding frame 43 does not rotate around the drive shaft 45 because the groove 43 b is in contact with the guide shaft 47. The driving of the lens holding frame 44 is performed in the same manner.

光学式エンコーダ36は、2つの可動レンズ41、42それぞれに対して設けられている。ここでは、光学式エンコーダ36として、レンズ25と第2のスケール24を一体化した第6の実施形態の光学式エンコーダ6を用いており、第1のスケール23がレンズ保持枠43、44に取り付けられている。なお、可動レンズ41用の光学式エンコーダ32については、第1のスケール23のみを図示している。   The optical encoder 36 is provided for each of the two movable lenses 41 and 42. Here, as the optical encoder 36, the optical encoder 6 of the sixth embodiment in which the lens 25 and the second scale 24 are integrated is used, and the first scale 23 is attached to the lens holding frames 43 and 44. It has been. For the optical encoder 32 for the movable lens 41, only the first scale 23 is shown.

このような構成の撮像装置19は、小型でありながら、可動レンズ41、42の位置を高い精度で検出することが可能である。したがって、例えば、撮像機能を有する携帯式電話機に適する。なお、ここでは、第6の実施形態の光学式エンコーダ6を備える構成を例として掲げたが、回転運動を検出する第13、第14の実施形態の光学式エンコーダ13、14を除き、他の実施形態の光学式エンコーダを備えることも可能である。   Although the imaging device 19 having such a configuration is small, it can detect the positions of the movable lenses 41 and 42 with high accuracy. Therefore, for example, it is suitable for a mobile phone having an imaging function. Here, the configuration including the optical encoder 6 of the sixth embodiment is taken as an example, but other than the optical encoders 13 and 14 of the thirteenth and fourteenth embodiments for detecting rotational motion, other configurations are provided. It is also possible to include the optical encoder of the embodiment.

撮像装置19では、アクチュエータ48、49への印加電圧からレンズ41、42の移動方向が判るため、光学式エンコーダ36で移動方向を判別する必要はない。しかし、第3の実施形態の光学式エンコーダ3を備えれば、検出精度を一層高くすることができる。   In the imaging device 19, since the moving direction of the lenses 41 and 42 can be determined from the voltages applied to the actuators 48 and 49, it is not necessary to determine the moving direction with the optical encoder 36. However, if the optical encoder 3 of the third embodiment is provided, the detection accuracy can be further increased.

本実施形態では、可動レンズ41、42の光軸方向への移動を検出するようにしているが、ぶれ補正のために一部のレンズを光軸に対して垂直方向に移動させる撮像装置においては、その補正用レンズの位置を、本発明の光学式エンコーダによって検出するようにすることもできる。また、本発明の光学式エンコーダは、撮像装置に限らず、可動の光学部材を有するあらゆる光学装置に採用可能である。   In the present embodiment, the movement of the movable lenses 41 and 42 in the optical axis direction is detected. However, in an imaging apparatus that moves some lenses in a direction perpendicular to the optical axis for blur correction. The position of the correction lens can be detected by the optical encoder of the present invention. Further, the optical encoder of the present invention is not limited to an imaging device, and can be employed in any optical device having a movable optical member.

第1の実施形態の光学式エンコーダの構成を示す組み合わせ縦断面図。The combination longitudinal cross-sectional view which shows the structure of the optical encoder of 1st Embodiment. 第1の実施形態の光学式エンコーダの構成を示す斜視図。The perspective view which shows the structure of the optical encoder of 1st Embodiment. 光センサの出力信号の強度が第1のスケールの移動に伴って変動する様子を示す図。The figure which shows a mode that the intensity | strength of the output signal of an optical sensor fluctuates with the movement of a 1st scale. スケールに設けられた溝の斜面の設定を説明するための断面図。Sectional drawing for demonstrating the setting of the slope of the groove | channel provided in the scale. レンズによって第2のスケールの表面上に形成される明部と暗部の像を示す図。The figure which shows the image of the bright part and dark part which are formed on the surface of a 2nd scale with a lens. 第2の実施形態の光学式エンコーダの第1のスケールの縦断面図。The longitudinal cross-sectional view of the 1st scale of the optical encoder of 2nd Embodiment. 第3の実施形態の光学式エンコーダの構成を示す斜視図。The perspective view which shows the structure of the optical encoder of 3rd Embodiment. 第3の実施形態の光学式エンコーダの第2のスケールの表面を示す正面図。The front view which shows the surface of the 2nd scale of the optical encoder of 3rd Embodiment. 第3の実施形態の光学式エンコーダにおける光センサの出力信号の強度が第1のスケールの移動に伴って変動する様子を示す図。The figure which shows a mode that the intensity | strength of the output signal of the optical sensor in the optical encoder of 3rd Embodiment fluctuates with the movement of a 1st scale. 図9の出力信号から得られるリサージュ波形を示す図。The figure which shows the Lissajous waveform obtained from the output signal of FIG. 第4の実施形態の光学式エンコーダのレンズの縦断面図(a)および正面図(b)。The longitudinal cross-sectional view (a) and front view (b) of the lens of the optical encoder of 4th Embodiment. 第5の実施形態の光学式エンコーダのレンズの縦断面図(a)および正面図(b)。The longitudinal cross-sectional view (a) and front view (b) of the lens of the optical encoder of 5th Embodiment. 第6の実施形態の光学式エンコーダの構成を示す組み合わせ縦断面図。The combination longitudinal cross-sectional view which shows the structure of the optical encoder of 6th Embodiment. 第7の実施形態の光学式エンコーダの構成を示す組み合わせ縦断面図。The combination longitudinal cross-sectional view which shows the structure of the optical encoder of 7th Embodiment. 第8の実施形態の光学式エンコーダの構成を示す組み合わせ縦断面図。The combination longitudinal cross-sectional view which shows the structure of the optical encoder of 8th Embodiment. 第9の実施形態の光学式エンコーダの構成を示す組み合わせ縦断面図。The combination longitudinal cross-sectional view which shows the structure of the optical encoder of 9th Embodiment. 第10の実施形態の光学式エンコーダの構成を示す組み合わせ縦断面図。The combination longitudinal cross-sectional view which shows the structure of the optical encoder of 10th Embodiment. 第11の実施形態の光学式エンコーダの構成を示す組み合わせ縦断面図。The combination longitudinal cross-sectional view which shows the structure of the optical encoder of 11th Embodiment. 第12の実施形態の光学式エンコーダの構成を示す組み合わせ縦断面図。The combination longitudinal cross-sectional view which shows the structure of the optical encoder of 12th Embodiment. 第13の実施形態の光学式エンコーダの構成を示す斜視図(a)、およびその第1のスケールの正面図(b)。The perspective view (a) which shows the structure of the optical encoder of 13th Embodiment, and the front view (b) of the 1st scale. 第14の実施形態の光学式エンコーダの構成を示す斜視図。The perspective view which shows the structure of the optical encoder of 14th Embodiment. 第15の実施形態の光学式エンコーダの構成を示す縦断面図。The longitudinal cross-sectional view which shows the structure of the optical encoder of 15th Embodiment. 第16の実施形態の光学式エンコーダの構成を示す縦断面図。The longitudinal cross-sectional view which shows the structure of the optical encoder of 16th Embodiment. 第17の実施形態の光学式エンコーダの構成を示す縦断面図。The longitudinal cross-sectional view which shows the structure of the optical encoder of 17th Embodiment. 第18の実施形態の光学式エンコーダの構成を示す斜視図。The perspective view which shows the structure of the optical encoder of 18th Embodiment. 第19の実施形態の撮像装置の構成を模式的に示すブロック図。FIG. 25 is a block diagram schematically illustrating the configuration of an imaging device according to a nineteenth embodiment. 第19の実施形態の撮像装置の主要部を示す斜視図。The perspective view which shows the principal part of the imaging device of 19th Embodiment. 従来の光学式エンコーダの構成を示す縦断面図。The longitudinal cross-sectional view which shows the structure of the conventional optical encoder.

符号の説明Explanation of symbols

1〜18 光学式エンコーダ
19 撮像装置
20 基板
21 光源
22 光センサ
23 第1のスケール
23a スケール表面
23b スケール表面
23c 溝
23d 畝
23e 反射膜
24 第2のスケール
24a スケール表面
24b スケール表面
24c 溝
24e 遮光膜
24f 斜面
24g 斜面
24A 第1の部分
24B 第2の部分
25 レンズ
25f 回折格子
26 三角プリズム
31 撮像光学系
32 撮像素子
33 画像処理部
34 記録部
35 レンズ駆動部
36 光学式エンコーダ
37 制御部
41、42 可動レンズ
43、44 レンズ保持枠
43a、44a 溝
43b 溝
43c、44c 板ばね
45、46 駆動軸
47 ガイド軸
48、49 アクチュエータ
1-18 Optical encoder 19 Imaging device 20 Substrate 21 Light source 22 Optical sensor 23 First scale 23a Scale surface 23b Scale surface 23c Groove 23d 23 23e Reflective film 24 Second scale 24a Scale surface 24b Scale surface 24c Groove 24e Light-shielding film 24f Slope 24g Slope 24A First part 24B Second part 25 Lens 25f Diffraction grating 26 Triangular prism 31 Imaging optical system 32 Imaging element 33 Image processing part 34 Recording part 35 Lens drive part 36 Optical encoder 37 Control part 41, 42 Movable lens 43, 44 Lens holding frame 43a, 44a Groove 43b Groove 43c, 44c Leaf spring 45, 46 Drive shaft 47 Guide shaft 48, 49 Actuator

Claims (7)

光を発する光源、光源からの光を所定方向に進行させる離間して配列された複数の導光部を有する第1のスケール、第1のスケールの導光部からの光を所定方向に進行させる離間して配列された複数の導光部を有する第2のスケール、および、第2のスケールの導光部からの光を受けて受光量を検出する光センサを備え、第1のスケールおよび第2のスケールの一方がその導光部の配列方向に可動で、そのスケールの移動による光センサの受光量の変化に基づいて、そのスケールの位置を検出する光学式エンコーダにおいて、
第1のスケールと第2のスケールとの間に、第1のスケールの導光部からの光を第2のスケール上に結像させる結像光学系を備えることを特徴とする光学式エンコーダ。
A light source that emits light, a first scale that has a plurality of light guides that are spaced apart to advance light from the light source in a predetermined direction, and light from the light guide unit of the first scale is advanced in a predetermined direction A second scale having a plurality of light guides arranged apart from each other, and an optical sensor for detecting the amount of light received by receiving light from the light guides of the second scale. One of the two scales is movable in the arrangement direction of the light guides, and the optical encoder detects the position of the scale based on the change in the amount of light received by the optical sensor due to the movement of the scale.
An optical encoder comprising: an imaging optical system that forms an image of light from the light guide of the first scale on the second scale between the first scale and the second scale.
第1のスケールおよび第2のスケールのうちの非可動のスケール、光源、ならびに光センサが同一の部材に固定されていることを特徴とする請求項1に記載の光学式エンコーダ。   The optical encoder according to claim 1, wherein the non-movable scale of the first scale and the second scale, the light source, and the optical sensor are fixed to the same member. 光源と第1のスケールとの間に、光源からの光の光路を曲げて、光源からの光を第1のスケールに向かわせる偏向光学系を備えることを特徴とする請求項1に記載の光学式エンコーダ。   The optical system according to claim 1, further comprising a deflection optical system that bends an optical path of light from the light source and directs light from the light source toward the first scale between the light source and the first scale. Type encoder. 結像光学系がフレネルレンズおよび回折レンズのいずれかであることを特徴とする請求項1に記載の光学式エンコーダ。   2. The optical encoder according to claim 1, wherein the imaging optical system is one of a Fresnel lens and a diffractive lens. 結像光学系の光学的パワーが、第2のスケールの導光部の配列方向に平行な方向と垂直な方向とで、異なることを特徴とする請求項1に記載の光学式エンコーダ。   2. The optical encoder according to claim 1, wherein the optical power of the imaging optical system is different between a direction parallel to an arrangement direction of the light guide portions of the second scale and a direction perpendicular thereto. 第1のスケールおよび第2のスケールのうちの非可動のスケールと結像光学系が、同一の透明な部材の対向する表面に設けられていることを特徴とする請求項1に記載の光学式エンコーダ。   2. The optical type according to claim 1, wherein the non-movable scale of the first scale and the second scale and the imaging optical system are provided on opposing surfaces of the same transparent member. Encoder. 可動の光学部材を含む光学装置において、
請求項1から請求項6までのいずれか1項に記載の光学式エンコーダを、第1のスケールおよび第2のスケールのうちの可動のスケールが可動の光学部材に取り付けられた形態で備え、光学式エンコーダによって可動の光学部材の位置を検出することを特徴とする光学装置。
In an optical device including a movable optical member,
The optical encoder according to any one of claims 1 to 6 is provided in a form in which a movable scale of the first scale and the second scale is attached to a movable optical member. An optical apparatus, wherein the position of a movable optical member is detected by an encoder.
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