JP2008292406A - 光電式エンコーダ - Google Patents

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Abstract

【課題】スケール汚れに対する信頼性を向上し、信号強度を安定化して、信号検出効率を改善する。
【解決手段】相対移動するスケール（１４、１６、１８）と結像光学系（２２、２４）を備え、スケールの相対変位を検出するようにされた光電式エンコーダにおいて、スケールの格子（１５、１７、１９）側表面に、結像光学系の焦点深度（ＤＯＦ）以上の厚みｔを有する透明保護材（４０、４２）を配設する。透明保護材は、スケールの格子側表面に接着された透明テープ４０又はスケールの格子側表面に塗布された透明保護材４２とすることができる。透明保護材の表面が、親水性や親油性を持つことができる。
【選択図】図８

Description

本発明は、光電式エンコーダに係り、特に、相対移動するスケールと結像光学系を備え、光の干渉を利用してスケールの相対変位を検出するようにされた光電式エンコーダに用いるのに好適な、スケール汚れに対する信頼性を向上し、信号強度を安定化して、信号検出効率を改善することが可能な光電式エンコーダに関する。
特許文献１乃至３に記載されている如く、光の干渉を利用してスケールの相対変位を検出するようにした格子干渉型の光電式エンコーダが知られている。
この格子干渉型光電式エンコーダで透過型の場合は、図１に示す如く、光源１０によってインデックススケール１２に投影され、その格子１３で回折された光が、メインスケール（単にスケールと称する）１４上の格子１５で再び回折されて生じた明暗の干渉縞を、受光素子２０上で検出して、スケール１４の変位を検出するようにしている。
一方、反射型の場合には、図２に示す如く、図１に示した透過型と同様に、スケール１６上の位相格子１７による光の回折／干渉を利用して干渉縞を生成するか、又は、図３に示す如く、スケール１８の位相格子１９が無い部分がそのまま反射されて明部となり、位相格子１９がある部分が、位相格子１９の表面と底面による反射光の位相差が光波長／２となるようにして、干渉により暗部となるようにしている。
特開平２−１６７４２７号公報 特開平２−１６７４２８号公報 特開平２−１７６４２０号公報 特開２００４−２６４２９５号公報
しかしながら、透過型、反射型のいずれの場合も、スケール表面上に汚れが存在すると、信号強度が低下してしまうという問題点を有していた。即ち、図１、図２の場合は、図４、図５にそれぞれ示す如く、スケール表面の汚れＳにより、屈折により光路長が変化し、受光素子２０に到達する干渉縞の直流（ＤＣ）成分が増加して、干渉縞のコントラストが悪くなる。一方、図３の反射型の場合には、図６に示す如く、汚れＳにより、位相差が変化して干渉が起こらなくなり、直流（ＤＣ）成分が増加して、干渉縞のコントラストが悪くなる。
このような問題点は、特許文献４に記載されているような、結像用のレンズ光学系（結像光学系とも称する）を備えた光電式エンコーダでも同様である。
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、スケール汚れに対する信頼性を向上し、信号強度を安定化して、信号検出効率を改善することを課題とする。
本発明は、相対移動するスケールと結像光学系を備え、スケールの相対変位を検出するようにされた光電式エンコーダにおいて、スケールの格子側表面に、結像光学系の焦点深度以上の厚みを有する透明保護材を配設することにより、前記課題を解決したものである。
前記透明保護材は、スケールの格子側表面に接着された透明テープ、又は、スケールの格子側表面に塗布された透明保護材とすることができる。
又、前記透明保護材の表面が、親水性又は親油性を持つことができる。水を使う環境では親水性、工作機械のように油を使う環境では親油性を持たせることが有効である。親水性を持つ透明保護材としては、例えば酸化チタン被膜を用いることができ、親油性を持つ透明保護材としては、例えば二酸化チタン被膜を用いることができる。
又、前記透明保護材がフィルタの特性を持つようにすることができる。
又、前記結像光学系が、アパーチャを含むようにすることができる。
本発明によれば、例えば親水性や親油性を持つ透明保護材により汚れの部分が薄く拡がり、スケール汚れによる屈折力が小さくなって、干渉縞は殆ど変化しない。しかも、透明保護材が結像光学系の焦点深度（ＤＯＦ）以上の厚みを有するため、結像への影響も小さい。従って、スケール汚れに対する信頼性が向上し、信号強度が安定して、信号検出効率が改善する。
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。
まず、透明保護材の配設方法について説明する。
透明保護材の配設は、図７に示す如く、（ａ）例えばガラス又は金属製のベース３０上に格子となる膜３２を成膜し、（ｂ）その上にレジスト３４を塗布し、（ｃ）露光してレジスト３４の一部を除去し、（ｄ）エッチングして膜３２の一部を除去し、（ｅ）レジスト３４を剥離したスケールの格子側表面に対し、（ｆ）に示す如く、例えばガラス又は樹脂（ＰＥＴフィルム等）製の透明テープ４０を、テープ自体に持たせた接着性又は接着剤により接着するか、（ｇ）に示す如く、透明保護材４２を蒸着するか、（ｈ）に示す如く、スプレー４４で塗布するか、あるいは（ｉ）に示す如く、全体を保護材槽４６に浸漬することによって行われる。
いずれも、透明保護材４０、４２の厚みｔは、結像光学系の焦点深度（ＤＯＦ）以上とされる。
図１に示したような透過型エンコーダで、レンズ２２でなる結像光学系を有するものに適用した本発明の第１実施形態を図８に示す。このように、スケール１４の格子１５側表面上に透明保護材４０又は４２を配設することにより、汚れＳは、スケール１４の格子１５面上ではなく、透明保護材４０又は４２上に付着し、且つ、その親水性や親油性により、汚れの部分が薄く拡がる。従って、屈折力が小さくなり、干渉縞はほとんど変化しない。更に、透明保護材４０又は４２の厚みｔがＤＯＦより大きいので、レンズ２２による結像への影響は小さい。
特に、図中に破線で示す如く、レンズ２２の焦点位置にアパーチャ２４を追加した場合には、ＤＯＦが小さくなるので、透明保護材４０又は４２の厚みｔを薄くできる。
次に、図２に示したような反射型エンコーダに適用した本発明の第２実施形態を図９に示す。
本実施形態においても、汚れＳが透明保護材４０又は４２上で薄く拡がるため、屈折力は小さくなり、干渉縞はほとんど変化しない。更に、透明保護材４０又は４２の厚みｔがＤＯＦより大きいので、レンズ２２による結像への影響は小さい。
次に、図３に示したような反射型エンコーダに適用した本発明の第３実施形態を図１０に示す。
本実施形態においても、汚れＳの部分が薄く拡がるため、干渉縞はほとんど変化しない。更に、透明保護材４０又は４２の厚みｔがＤＯＦより大きいので、レンズ２２による結像への影響は小さい。
なお、透明保護材を、例えば蒸着による多層膜コーティングで形成したバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）として、例えば赤外光源の場合に、外部可視光を除去する機能等を持たせることができる。
従来の格子干渉型透過型エンコーダの測定原理を示す図 従来の格子干渉型反射型エンコーダの一例の測定原理を示す図 従来の格子干渉型反射型エンコーダの他の例の測定原理を示す図 図１の透過型エンコーダにおける汚れによる干渉縞コントラストの変化を示す図 図２の反射型エンコーダにおける汚れによる干渉縞コントラストの変化を示す図 図３の反射型エンコーダにおける汚れによる位相差の変化を示す図 本発明に係る光電式エンコーダのスケールに対する透明保護材の配設方法を示す図 図１と同様の透過型エンコーダに適用した本発明の第１実施形態を示す図 図２と同様の反射型エンコーダに適用した本発明の第２実施形態を示す図 図３と同様の反射型エンコーダに適用した本発明の第３実施形態を示す図
符号の説明
１０…光源
１４、１６、１８…スケール
１５、１７、１９…格子
２０…受光素子
２２…レンズ
２４…アパーチャ
４０…透明テープ
４２…透明保護材
Ｓ…汚れ

Claims (7)

  1. 相対移動するスケールと結像光学系を備え、スケールの相対変位を検出するようにされた光電式エンコーダにおいて、
    スケールの格子側表面に、結像光学系の焦点深度以上の厚みを有する透明保護材を配設したことを特徴とする光電式エンコーダ。
  2. 前記透明保護材が、スケールの格子側表面に接着された透明テープ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。
  3. 前記透明保護材が、スケールの格子側表面に塗布された透明保護材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。
  4. 前記透明保護材の表面が親水性を持つ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。
  5. 前記透明保護材の表面が親油性を持つ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。
  6. 前記透明保護材がフィルタの特性を持つことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の光電式エンコーダ。
  7. 前記結像光学系が、アパーチャを含むことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の光電式エンコーダ。
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