JP2006250672A

JP2006250672A - 光電式エンコーダ

Info

Publication number: JP2006250672A
Application number: JP2005066700A
Authority: JP
Inventors: Miyako Mizutani; 都水谷
Original assignee: Mitutoyo Corp; Mitsutoyo Kiko Co Ltd
Current assignee: Mitutoyo Corp; Mitsutoyo Kiko Co Ltd
Priority date: 2005-03-10
Filing date: 2005-03-10
Publication date: 2006-09-21
Anticipated expiration: 2025-03-10
Also published as: JP4627666B2

Abstract

【課題】スケール上視野を拡大し、汚れやうねりに対してロバストとすると共に、光源の信頼性を向上する。
【解決手段】メインスケール２０と受光素子３４の間に、レンズ４２と、その焦点位置に配設されたアパーチャ４４が挿入されたテレセントリック光学系４０を持つ光電式エンコーダにおいて、前記アパーチャを、測定軸方向に複数個（４２、４２ａ、４２ｂ）設けて、像を重ね合わせる。
【選択図】図５

Description

本発明は、光電式エンコーダに係り、特に、メインスケールと受光素子の間に、レンズとアパーチャが挿入されたテレセントリック光学系を持つ光電式エンコーダの改良に関する。

特許文献１に記載されているように、図１に示す如く、メインスケール２０と、受光部３０を構成する例えば受光素子アレイ３４の間に、レンズ４２、及び、テレセントリック光学絞りとしてのアパーチャ４４からなるレンズ光学系（テレセントリック光学系）４０を挿入して、図２に示す如く、レンズ４２とメインスケール２０のスケール２１及び受光素子アレイ３４上の受光素子３５間の距離ａ、ｂを調整することにより、倍率設定ができるようにされた光電式エンコーダが考えられている。図１において、１０は光源、ｆはレンズ４２の焦点距離である。

このテレセントリック光学系４０を用いた光電式エンコーダでは、メインスケール２０上の像をレンズ光学系（４２、４４）を通して受光素子アレイ３４上に投影させる。ここで、アパーチャ４４をレンズ４２の焦点位置に配置することで、メインスケール２０とレンズ４２間の距離（ギャップ）が変動しても、レンズ４２とアパーチャ４２と受光素子アレイ３４の位置関係が変動しなければ、受光素子アレイ３４上に結像される像の倍率変動を抑えることができる。

特開２００４−２６４２９５号公報

しかしながら、このようなテレセントリック光学系４０を用いた光電式エンコーダにおいても、受光素子３５のギャップ方向ミスアライメントによって、図３に示す如く、レンズ４２とメインスケール２０の距離ａと、レンズ４２と受光素子３５間の距離ｂの関係が変わると、受光面３１に形成される像の倍率が急激に変化してしまい、図４に示す如く、信号強度の急激な低下につながる。

なお、アパーチャ４２の開口径を小さくして、焦点深度を深くすることも考えられるが、受光素子３５に到達する光量が低下してしまうので、これを補うため、ＬＥＤ等の光源１０を大電力化する必要があり、その寿命が短くなるという問題点を有していた。

本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたもので、スケール上視野を拡大し、汚れやうねりに対してロバストとすると共に、光源の信頼性を向上することを課題とする。

本発明は、メインスケールと受光素子の間に、レンズと、その焦点位置に配設されたアパーチャが挿入されたテレセントリック光学系を持つ光電式エンコーダにおいて、前記アパーチャを、測定軸方向に複数設けることにより、前記課題を解決したものである。

又、前記アパーチャを、測定軸方向に対して垂直な方向に長いスリットとして、受光素子に到達する光量を更に高めたものである。

又、前記アパーチャの数を奇数とし、その一つを前記レンズの焦点の中心に設けて、受光素子上に明瞭な像が得られるようにしたものである。

又、前記アパーチャと受光素子の間に、少なくとも第２のレンズを、その焦点がアパーチャに来るように挿入して、両側テレセントリック光学系として、組立許容範囲を拡大し、調整工数を低減できるようしたものである。

本発明によれば、図５に例示する如く、アパーチャを測定軸方向に複数（図では３つ）設けたので、図６に示す如く、像の重ね合わせによりスケール上視野（ＦＯＶ）を拡大し、平均化効果により、汚れやうねりに対してロバストとすることができる。又、受光素子に到達する光量が増加するので、光源を低電力化して、光源の信頼性を向上することができる。

以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。

本発明の第１実施形態は、図１に示したようなテレセントリック光学系４０を持つ光電式エンコーダにおいて、図５に示した如く、レンズ４２の焦点の中心に設けられたアパーチャ４４の測定軸（Ｘ）方向の両側に、２つのアパーチャ４４ａ、４４ｂを更に設けたものである。

本実施形態においては、中心のアパーチャ４４の両側にアパーチャ４４ａ、４４ｂを設けているので、レンズ４２の焦点の中心を通過した光により像を形成することができ、明瞭な像を得ることができる。なお、アパーチャの数は３に限定されず、更に両側にもう１個ずつ追加して５個としたり、あるいは中心を通るアパーチャ４４を省略して、２個又は４個の偶数のアパーチャを設けることもできる。

又、アパーチャの形状は円形に限定されず、図７に示す第２実施形態のように、測定軸に対して垂直な（Ｙ）方向に長いスリットとして、受光素子３５への到達光量を更に増大させることができる。あるいは、アパーチャ形状は楕円形状、長穴形状でもよい。

次に、図８を参照して、本発明の第３実施形態を詳細に説明する。

本実施形態は、アパーチャ４４、４４ａ、４４ｂの反対側に、第１のレンズ４２と同じレンズ５２を、その焦点がアパーチャ４４に来るように逆向きに挿入して、両側テレセントリック光学系５０としたものである。

本実施形態においては、第１のレンズ４２と第２レンズ５２が同じ物であるため、第１のレンズ４２で発生する収差を第２のレンズ５２でほぼ完全に逆補正することができ、収差をほぼ完全にキャンセルして、信号検出効率を大きく改善することができる。

又、第２のレンズ５２の焦点がアパーチャ４４に来るように挿入されているので、図９に示す如く、第２のレンズ５２を出た光は平行光となり、第２のレンズ５２と受光面３１のギャップが変化しても光学倍率を一定（１倍）に保てるため、ギャップ方向の組立許容範囲を広くすることができ、調整工数を低減することができる。

なお、前記第１のレンズ４２や第２のレンズ５２としては、平凸レンズや両凸レンズの他、歪曲収差が大きいが安価な、球状のボールレンズ、光線をレンズ媒質内で放物線状に屈折させる、屈折率分布型のＧＲＩＮレンズ（セルフォックレンズとも称する）、又は、ドラムレンズ等を用いることもできる。

又、第２のレンズ５２を第１のレンズ４２とは異なるものとして、入側と出側の光学倍率を１以外に変えることもできる。この場合、収差は取り切れない恐れがあるが、ギャップ方向の組立許容範囲は拡大する。

本発明は、インデックス格子と受光素子が別体とされたもの、両者が一体とされた受光素子アレイを有するもの、どちらにも適用できる。更に、透過型のエンコーダだけでなく、反射型のエンコーダにも適用できる。

テレセントリック光学系を用いた光電式エンコーダの要部構成を示す斜視図同じく平面図同じく受光素子のギャップ方向ミスアライメントによる倍率変動を説明するための光路図同じく信号強度変動の例を示す線図本発明の第１実施形態の要部構成を示す斜視図本発明の原理を示す図本発明の第２実施形態の要部構成を示す斜視図本発明の第３実施形態の要部構成を示す斜視図同じく光路図

符号の説明

１０…光源
２０…メインスケール
３０…受光部
３４…受光素子アレイ
４０…テレセントリック光学系
４２、５２…レンズ
４４、４４ａ、４４ｂ…アパーチャ
５０…両側テレセントリック光学系

Claims

メインスケールと受光素子の間に、レンズと、その焦点位置に配設されたアパーチャが挿入されたテレセントリック光学系を持つ光電式エンコーダにおいて、
前記アパーチャを、測定軸方向に複数設けたことを特徴とする光電式エンコーダ。
前記アパーチャが、測定軸方向に対して垂直な方向に長いスリットであることを特徴とする請求項１に記載の光電式エンコーダ。
前記アパーチャの数が奇数とされ、その一つが前記レンズの焦点の中心に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光電式エンコーダ。
前記アパーチャと受光素子の間に、少なくとも第２のレンズを、その焦点がアパーチャに来るように挿入して、両側テレセントリック光学系としたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の光電式エンコーダ。