JP2008032530A - 光学式エンコーダ及びコリメータレンズ - Google Patents

光学式エンコーダ及びコリメータレンズ Download PDF

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Abstract

【課題】発光ダイオードＬＥＤやレーザダイオードＬＤを光源として用いた場合であっても、良好な干渉出力を得る。
【解決手段】光源１４から発生された光を、コリメータレンズ１６により平行光線化して格子（第１格子２２、第２格子３２、第３格子２６）に照射するようにされた光学式エンコーダにおいて、前記光源１４とコリメータレンズ１６の間に拡散手段（拡散板４２、拡散面４４）を設けて、光平行度を緩和し、２次、３次の高次回折光を弱める。拡散手段は、迷光防止用のアパーチャ４０に設けることができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、光源から発生された光を、コリメータレンズにより平行光線化して格子に照射するようにされた光学式エンコーダ、及び、そのためのコリメータレンズに係る。特に、光源として発光ダイオードＬＥＤやレーザダイオードＬＤ等の点光源を用いた、リニアスケール、リニアゲージ、円弧エンコーダ（ロータリエンコーダ）等の光学式エンコーダに用いるのに好適な、良好な干渉出力を得ることが可能な光学式エンコーダ、及び、そのためのコリメータレンズに関する。
リニアスケール、リニアゲージ、円弧エンコーダ（ロータリエンコーダ）等に用いる光学式エンコーダとして、図１に例示する如く、検出器１０内に配設された、光源１４、及び、該光源１４から発生された光を平行光線化するためのコリメータレンズ１６を含む光源部１２と、同じく検出器１０内の透明基板２０上に配設された、前記コリメータレンズ１６から照射される光を回折する第１格子２２と、前記検出器１０と測定軸方向に相対移動するスケール３０上に形成された第２格子３２と、前記検出器１０内に配設された、前記第１格子２２及び第２格子３２により回折された光を更に回折する、前記透明基板２０上に配設された第３格子２６、及び、前記第１乃至第３格子２２、３２、２６により回折された光を受光する受光素子２８を含む受光部２４と、を備えた３格子の反射型エンコーダが知られている（特許文献１参照）。
特開２００３−２７９３８３号公報 特開２００５−２５７５２１号公報（図１、１２、１３）
しかしながら近年、光源１４の発光源の大きさが小さくなって理想的な点光源に近付くと共に、干渉が強くなり過ぎ、図２に示す如く±１次の低次回折光だけでなく±２次、±３次の高次回折光も入ってくるため、図３に示す如く、良好な干渉出力が得られないという問題点が生じている。図において、Ｇは、第１、第３格子２２、２６と第２格子３２間のギャップである。
なお、本発明に類似するものとして、出願人は、特許文献２で、コリメータレンズ１６と第１格子２２の間に拡散板を設けたり、光源１４の表面に光拡散部を設けることを提案しているが、いずれもギャップＧの設計値からのずれの許容量を大きくしてアライメント特性を向上させるためのものであり、２次、３次の高次回折光を防いで良好な干渉出力を得るためのものではなかった。
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、格子に入射する光の平行度を緩和して、２次、３次の高次回折光を防ぎ、良好な干渉出力を得ることを課題とする。
本発明は、光源から発生された光を、コリメータレンズにより平行光線化して格子に照射するようにされた光学式エンコーダにおいて、前記光源とコリメータレンズの間に拡散手段を設けて、光平行度を緩和することにより、前記課題を解決したものである。
前記拡散手段は、迷光防止用のアパーチャに設けることができる。
又、前記アパーチャと拡散手段を一体化し、アパーチャの一部を拡散手段とすることができる。
又、前記拡散手段を、コリメータレンズの表面に設けることができる。
又、前記格子は、前記コリメータレンズから照射される光を回折する第１格子と、スケールに形成された第２格子と、第１及び第２格子により回折された光を更に回折する第３格子を含む３格子型とすることができる。
又、前記スケールを反射型とし、前記第１及び第３格子をスケールの同じ側に設けることができる。
本発明は、又、表面の少なくとも一部が拡散面とされていることを特徴とする光学式エンコーダ用のコリメータレンズを提供するものである。
前記光学式エンコーダ用のコリメータレンズは、アパーチャが形成されたケースに収容することができる。
本発明によれば、格子に入射する光の平行度が緩和され、２次、３次の高次回折光が弱められるので、±１次の低次回折光による良好な干渉出力を得ることができる。従って、高精度の変位測定が可能となる。
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４に示す如く、光源部１２の光源１４とコリメータレンズ１６の間に迷光防止用のアパーチャ４０を設け、該アパーチャ４０に拡散板４２を配設したものである。
本実施形態によれば、迷光防止と平行度緩和を同時に行なうことができる。
次に、図５を参照して本発明の第２実施形態を詳細に説明する。
本実施形態は、アパーチャ４０と拡散板４２を一体化し、アパーチャ４０の一部を拡散板４２としたものである。
本実施形態によれば、構成が極めて単純である。
次に、図６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、拡散板４２を、コリメータレンズ１６の光源１４側表面に設けたものである。
本実施形態によれば、拡散板４２を別体で設ける必要が無い。なお、拡散板を用いることなく、コリメータレンズ１６の光源１４側面自体を粗面とし、拡散面としても良い。又、コリメータレンズ１６の格子側表面を拡散面としても良い。
次に、図７を参照して、本発明の第４実施形態を詳細に説明する。
本実施形態は、コリメータレンズ１６の光源１４側表面を粗面として、拡散面４４とすると共に、アパーチャを有するケース４６に収容したものである。
本実施形態によれば、アパーチャや拡散板を別体で設ける必要が無く、構成が極めて簡略である。
なお、前記実施形態においては、いずれも本発明が反射型の光学式エンコーダに適用されていたが、本発明の適用対象はこれに限定されず、図８に基本的な構成を例示するような、透過型スケールを用いた透過型の光学式エンコーダにも同様に適用できる。
３格子の反射型光学式エンコーダの基本構成を示す断面図 従来の問題点を説明するための光路図 同じく干渉出力を示す図 本発明の第１実施形態の要部構成を示す断面図 同じく第２実施形態の要部構成を示す断面図 同じく第３実施形態の要部構成を示す断面図 同じく第４実施形態の要部構成を示す断面図 本発明が適用可能な３格子の透過型光学式エンコーダの基本構成を示す断面図
符号の説明
１０…検出器
１２…光源部
１４…光源
１６…コリメータレンズ
２０…透明基板
２２…第１格子
２４…受光部
２６…第３格子
２８…受光素子
３０…スケール
３２…第２格子
４０…アパーチャ
４２…拡散板
４４…拡散面

Claims (8)

  1. 光源から発生された光を、コリメータレンズにより平行光線化して格子に照射するようにされた光学式エンコーダにおいて、
    前記光源とコリメータレンズの間に拡散手段を設けて、光平行度を緩和したことを特徴とする光学式エンコーダ。
  2. 前記拡散手段を、迷光防止用のアパーチャに設けたことを特徴とする請求項１に記載の光学式エンコーダ。
  3. 前記アパーチャと拡散手段が一体化され、アパーチャの一部が拡散手段とされていることを特徴とする請求項２に記載の光学式エンコーダ。
  4. 前記拡散手段を、コリメータレンズの表面に設けたことを特徴とする請求項１に記載の光学式エンコーダ。
  5. 前記格子が、前記コリメータレンズから照射される光を回折する第１格子と、スケールに形成された第２格子と、第１及び第２格子により回折された光を更に回折する第３格子を含む３格子型であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の光学式エンコーダ。
  6. 前記スケールが反射型とされ、前記第１及び第３格子がスケールの同じ側に設けられていることを特徴とする請求項５に記載の光学式エンコーダ。
  7. 表面の少なくとも一部が拡散面とされていることを特徴とする光学式エンコーダ用のコリメータレンズ。
  8. アパーチャが形成されたケースに収容されていることを特徴とする請求項７に記載の光学式エンコーダ用のコリメータレンズ。
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