JP4976823B2 - 光学式エンコーダ - Google Patents

Description

本発明は、光源からの射出された光を受光素子で受光し、受光素子での光の受光状態を検出する光学式エンコーダに関する。

従来、複数の光源から射出された光をそれぞれの光源に対応する受光素子で受光する光学式エンコーダが知られている（例えば、特許文献１参照）。

この特許文献１に記載のものは、スリットと遮光部とが交互に一定間隔で繰り返して配置されて形成されたコード板と、このコード板の表側に配置される一対の光源と、コード板の裏側に設けられて、前記一対の光源から射出される光をそれぞれ受光する一対の受光アレイと、を備えた光学式エンコーダである。この光学式エンコーダでは、コード板を挟んで光源および受光アレイが互いに対向した位置に配置された構成が採られている。

特開平５−９９６９１号公報（第３頁、および図１参照）

ところで、特許文献１のような従来のエンコーダでは、一対の光源の距離が近接しすぎたり、一対の受光アレイの距離が近接しすぎたりすると、一方の光源から射出された光がこの光源に対向する受光アレイだけでなく、他方の受光アレイにも一部入射してしまう、いわゆるクロストークが発生するという問題が一例として挙げられる。

本発明は、上記のような問題に鑑みて、良好に光を受光する光学式エンコーダを提供することを１つの目的とする。

本発明の光学式エンコーダは、所定方向に沿って少なくとも２つ以上の変位測定用の光学格子が設けられるメインスケール、このメインスケールに対して前記所定方向に相対移動可能な検出ヘッド、前記メインスケールの前記光学格子のそれぞれに対して光を射出する少なくとも２つ以上の発光素子、および前記光学格子のそれぞれに対応して前記検出ヘッドに少なくとも２つ以上設けられるとともに、前記光学格子を透過または反射した前記光を受光する受光素子を備えた光学式エンコーダであって、前記発光素子は、前記メインスケールのそれぞれの前記光学格子に向かって、それぞれ波長の異なる光を射出し、前記発光素子から前記受光素子までの前記光の光路上で、前記光学格子の前記光の入射面および射出面のうち少なくともいずれか一方に、前記発光素子から射出される所定波長の光を透過するとともに、所定波長外の光を遮光するフィルタが設けられ、少なくとも２つ以上の前記光学格子は、互いに隣り合って並行に前記メインスケールに設けられ、少なくとも２つ以上の前記発光素子および少なくとも２つ以上の前記受光素子は、それぞれ、前記光学格子に対応して、１つの前記検出ヘッドに設けられることを特徴とする。
ここで、２つ以上の変位測定用の光学格子とは、例えば変位検出用の光学格子と、原点検出用の光学格子などをいう。
この発明によれば、発光素子からメインスケールに設けられる変位測定用の各光学格子に対してそれぞれ波長が異なる光を射出し、各光学格子に対応して設けられる受光素子にて、各光学格子を透過または反射した所定波長の光を受光している。これにより、受光素子では、所定波長外の光を受光せず、所定波長に対応した光のみを受光するので、例えば所定波長外の光が、所定波長に対応する受光素子に入光して受光検出精度を低下させてしまう、いわゆるクロストークを良好に防止することができる。よって、光学式エンコーダは、例えば小型化により受光素子が互いに近接して配置されたとしても、良好にクロストークを防止して所定波長の光のみを受光することができる。よって、光学式エンコーダの小型化、および光学式エンコーダの高精度化を図ることができる。

本発明の光学式エンコーダでは、前記発光素子から前記受光素子までの前記光の光路上に、前記発光素子から射出される所定波長の光を透過するとともに、所定波長外の光を遮光するフィルタが設けられることを特徴とする。
この発明によれば、フィルタにより所定波長外の光を遮断することができるので、受光素子に入光する光を、この受光素子に対応した所定波長の光のみに絞ることができ、クロストークなどの不都合をより確実に防止することができる。したがって、光学式エンコーダのさらなる高精度化を図ることができる。

本発明の光学式エンコーダでは、前記フィルタは、前記光学格子の前記光の入射面または射出面のうち少なくともいずれか一方に設けられることを特徴とする。
この発明によれば、フィルタはメインスケールの光入射面、または光射出面に設けられている。これにより、メインスケールから入射した光のうち、受光素子に対応した所定波長の光のみを射出することができる。したがって、受光素子では、良好に所定波長のみの光を受光することができる。

本発明の光学式エンコーダでは、前記発光素子は、前記光を発光する光源と、この光源から射出される前記光を平行光にする光平行化部材と、を備えることが好ましい。
この発明によれば、発光素子は、光源から射出される光を平行化する光平行化部材を備えている。このため、発光素子から射出される光は、光平行化部材により平行化されているので、光の拡散を防止することができる。したがって、射出された光が拡散して、他の受光素子に入光するクロストークを防止することができ、光学式エンコーダの高精度化を図ることができる。

また、本発明の光学式エンコーダでは、前記光平行化部材は、前記光源の前記光の射出面の周縁に連続して設けられるとともに、前記光の射出方向に軸方向が延出する略筒状に形成されることが好ましい。
この発明によれば、光平行化部材は、光源の光射出面の周縁に連続して設けられるとともに、軸方向が、射出される光の射出方向、すなわち光路軸と同方向となる略筒状に形成されている。これにより、平行化部材の筒内部に光源からの光を通すことで、筒内周面によって光の拡散を防止することができ、射出光を平行化することができる。したがって、簡単な構成で、射出された光が拡散して、他の受光素子に入光するクロストークを防止することができ、光学式エンコーダの高精度化を図ることができる。

〔第一の実施の形態〕
以下、本発明の第一の実施の形態に係る光学式エンコーダを図面を参照して説明する。

[光学式エンコーダの構成]
図１は、本発明の一実施の形態に係る光学式エンコーダの平面図である。図２は、光学式エンコーダの側面図である。図３は、原点用発光素子の拡大図であり、（Ａ）は、原点用発光素子の断面図、（Ｂ）は、原点用発光素子を光射出面側から見た正面図である。

図１ないし図３において、１００は、光学式エンコーダであり、この光学式エンコーダ１００は、測定軸に沿って光学格子１２が形成された反射型のメインスケール１０と、メインスケール１０の測定軸に沿って相対移動可能に設けられ、メインスケール１０に対して光を照射する発光素子３０、およびメインスケール１０からの反射光を受光して変位信号を出力する受光部４０を有する検出ヘッドとしてのインデックススケール２０と、を備えている。

メインスケール１０は、線膨張係数の小さい材料（例えばガラス）などによって長尺帯状に形成されたメインスケール基板１１と、このメインスケール基板１１の表面に、測定軸方向である長尺方向に沿って形成された光学格子１２とから構成されている。ここで、光学格子１２は、メインスケール１０の測定軸方向に沿う一端縁側に配置される主信号用光学格子１３と、メインスケール１０の測定軸方向に沿う他端縁側に配置される原点用光学格子１４と、を備えている。主信号用光学格子１３は、測定軸方向に略直交する方向に長手となる光反射部１３Ａと光非反射部１３Ｂとが一定のピッチで交互に配列されて形成されている。また、原点用光学格子１４は、メインスケール１０の測定軸方向に沿う他端縁側の所定位置に配設され、発光素子３０から射出された光を反射する原点用光反射部１４Ａを備えている。

インデックススケール２０は、メインスケール１０と同様に、線膨張係数の小さい材料、例えばガラスなどにより形成される略透明のインデックス基板２１を備えている。このインデックススケール２０は、前記したように、メインスケール１０に対して測定軸方向に相対移動可能に設けられている。

そして、インデックス基板２１の主信号用光学格子１３に略対向する位置には、発光素子３０から射出された光を透過する主信号用光束透過部２２が設けられている。この主信号用光束透過部２２は、測定軸に略直交する方向に長手となる複数の図示しないスリットを所定ピッチで配設することにより形成され、発光素子３０から射出された光束は、このスリットを通ってメインスケール１０の主信号用光学格子１３に向かって射出される。

また、インデックス基板２１は、メインスケール１０の原点用光学格子１４に略対向する位置に移動可能な原点用光束透過部２３が設けられている。この原点用光束透過部２３は、測定軸に略直交する方向に長手となる図示しない原点用スリットを備え、発光素子３０から射出された光束は、この原点用スリットを通ってメインスケール１０に射出される。

さらに、インデックススケール２０には、上記したように、発光素子３０と受光部４０とが固定されている。これにより、インデックススケール２０の移動に伴って、発光素子３０および受光部４０もメインスケール１０に対して相対的に移動する。ここで、発光素子３０は、インデックススケール２０のメインスケール１０から離隔する一面側に設けられ、受光部４０は、メインスケール１０と対向する面に設けられている。

発光素子３０は、主信号用発光素子３１と、原点用発光素子３２とを備えている。これらの主信号用発光素子３１および原点用発光素子３２は、図示しないフレームによりインデックススケール２０と連結されている。

主信号用発光素子３１は、赤色光（波長６６０ｎｍ）を発光する光源としての赤色ＬＥＤ（Light Emitting Diode）３１Ａを備えている。この赤色ＬＥＤ３１Ａは、図示しない制御回路部に電気的に接続され、制御回路部からの制御により所定の電力が供給されると、赤色光を射出する。また、この赤色ＬＥＤ３１Ａは、射出された赤色光が主信号用光束透過部２２を透過した後、メインスケール１０の光学格子１３の光反射部１３Ａにて反射され、インデックススケール２０の受光部４０の後述する主信号用受光素子４１に受光されるように、適宜設置角度が調整されている。

原点用発光素子３２は、赤外光（８９０ｎｍ）を発光する光源としての赤外ＬＥＤ３２Ａを備えている。この赤外ＬＥＤ３２Ａは、図示しない制御回路部に電気的に接続され、制御回路部からの制御により所定の電力が供給されると、赤外光を射出する。また、この赤外ＬＥＤ３２Ａは、射出された赤外光が原点用光束透過部２３を透過した後、メインスケール１０の原点用光学格子１４の測定軸方向の延長線上に射出され、さらに赤外光が原点用光学格子１４にて反射された際に受光部４０の後述する原点用受光素子４２に受光されるように、適宜角度が調整されている。
また、原点用発光素子３２には、図３に示すように、赤外ＬＥＤ３２Ａの赤外光の射出方向に光平行化部材としてのアパーチャ３３が設けられている。このアパーチャ３３は、内周面の系寸法が赤外ＬＥＤ３２Ａの赤外光射出面３２Ｂに略一致する略筒状に形成されている。これにより、赤外ＬＥＤ３２Ａから射出される赤外光がアパーチャ３３の内周面により拡散されず、アパーチャ３３の先端部から略平行光となる赤外光が射出される。

受光部４０は、上記したように、主信号用受光素子４１と、原点用受光素子４２とを備えている。
主信号用受光素子４１は、図示しない制御回路部に電気的に接続され、主信号用発光素子３１から射出される赤色光を受光すると、所定の変位信号を生成して制御回路部に入力する。この時、主信号用受光素子４１は、原点用発光素子３２の赤外ＬＥＤ３２Ａから射出される赤外光を受光したとしても、信号を生成しない。具体的には、この主信号用受光素子４１は、複数の受光素子アレイＰＤＡ（図示省略）を備えている。受光素子アレイＰＤＡは、たとえば、メインスケール１０の光学格子１３のピッチ（λ）に対して、３λ／４のピッチで４個を１セットとして、少なくとも１セットのフォトダイオードを配列形成したものである。この受光素子アレイＰＤＡにより、メインスケール１０の変位（メインスケール１０およびインデックススケール２０の相対変位）に伴って、２７０°ずつずれた４相（Ａ，ＢＢ，ＡＢ，Ｂ相）の変位信号が得られるようになっている。

原点用受光素子４２は、図示しない制御回路部に電気的に接続され、原点用発光素子３２から射出される赤外光を受光すると、所定の変位信号を生成して制御回路部に入力する。この時、原点用受光素子４２は、赤色ＬＥＤ３１Ａから射出された赤色光が入光したとしても、信号を生成しない。この原点用受光素子４２は、例えば単一の図示しない受光素子アレイを備え、原点用発光素子３２から射出されて赤外光を受光すると、所定の原点信号が得られるようになっている。これにより、メインスケール１０の変位（メインスケール１０およびインデックススケール２０の相対変位）により、インデックススケール２０がメインスケール１０上の所定位置に移動したことを検知することにより、インデックススケール２０の原点合わせが可能となる。なお、本実施の形態では、原点用受光素子４２にて原点用光学格子にて反射された赤外光を受光することで、インデックススケール２０が原点位置に移動した際に信号を生成する構成としたが、例えばメインスケール１０にＡＢＳ（Absolute）パターンを形成するなどして、原点からの相対位置に基づいた所定の信号を生成する構成としてもよい。

上記のような光学式エンコーダ１００では、制御回路部の制御により発光素子３０の主信号用発光素子３１および原点用発光素子３２を発光させると、赤色ＬＥＤ３１Ａおよび赤外ＬＥＤ３２Ａから射出された赤色光および赤外光がそれぞれインデックススケール２０の主信号用光束透過部２２および原点用光束透過部２３を透過してメインスケール１０に射出される。そして、これらの赤色光および赤外光は、メインスケール１０の主信号用光学格子１３および原点用光学格子１４にて一部または全部の光が反射され、赤色光は、インデックススケール２０の主信号用受光素子４１に、赤外光は原点用受光素子４２に入光する。
この時、メインスケール１０およびインデックススケール２０を測定軸に沿って相対移動させると、光学格子１２にて反射される赤色光および赤外光の光量が変化し、受光部４０の主信号用受光素子４１および原点用受光素子４２は、これらの光量の変化に応じて所定の電気信号を生成し、制御回路部に出力する。この後、制御回路部は、入力された電気信号に基づいて、メインスケール１０およびインデックススケール２０の相対移動量、インデックススケール２０の原点位置を演算する。

[光学式エンコーダの作用効果]
上述したように、第一の実施の形態の光学式エンコーダ１００では、赤色光を射出する赤色ＬＥＤ３１Ａを有する主信号用発光素子３１、および赤外光を射出する赤外ＬＥＤ３２Ａを有する原点用発光素子３２を備えた発光素子３０と、赤色光を受光して所定の信号を生成する主信号用受光素子４１、および赤外光を受光して所定の信号を生成する原点用受光素子４２を備えた受光部４０と、を備えている。
このため、主信号用受光素子４１では、主信号用発光素子３１から射出された赤色光のみに対応して所定の信号を生成し、同様に原点用受光素子４２では、原点用発光素子３２から射出された赤外光のみに対応して所定の信号を生成することができる。したがって、赤外光や赤色光が対応しない受光素子に回りこんで入光したとしても、これらの光による信号の発生がなく、良好にクロストークを防止することができる。よって、光学式エンコーダ１００の測定精度を高精度化することができる。また、このようにクロストークを防止することができるため、主信号用受光素子４１および原点用受光素子４２をより近接させて配置することができ、光学式エンコーダ１００の小型化を図ることができる。

また、原点用発光素子３２の赤外ＬＥＤ３２Ａには、赤外光の射出方向側に延出する略筒状のアパーチャ３３が設けられている。このため、赤外ＬＥＤ３２Ａから射出された赤外光をアパーチャ３３の内周部に通すことにより、赤外光の主光軸から離隔する拡散成分がアパーチャ３３の内周面により外部に漏れず、アパーチャ３３の先端部から略平行化された赤外光を射出することができる。

［第二の実施の形態］
次に本発明の第二の実施の形態における光学式エンコーダ１００Ａについて、図面を参照して説明する。

図４は、本発明の第二の実施の形態に係る光学式エンコーダの正面図である。図５は、第二の実施の形態の光学式エンコーダの側面図である。

上記第一の実施の形態の光学式エンコーダ１００では、メインスケール１０にて赤色光および赤外光を反射させて主信号用受光素子４１および原点用受光素子４２にて受光させる反射型の光学式エンコーダ１００の例を示したが、本第二の実施の形態では、所定波長の光をメインスケール１１０を透過させて受光素子にて受光させる透過型の光学式エンコーダ１００Ａについて説明する。

図４において、光学式エンコーダ１００Ａは、メインスケール１１０と、インデックススケール１２０と、発光素子１３０と、受光素子１４０と、などを備えている。

メインスケール１１０は、例えばガラスなどの線膨張係数の低い材料にて形成される透明な長手帯状のメインスケール基板１１１を備えている。このメインスケール基板１１１上には、長手方向に延びる測定軸に沿って、主信号用光学格子１１２と、原点用光学格子１１３とが設けられている。
主信号用光学格子１１２は、メインスケール基板１１１の測定軸の一端縁側に沿って設けられている。そして、この主信号用光学格子１１２には、主信号用の光を透過する主信号用光透過部１１２Ａと、主信号用の光を遮光する主信号用光遮光部１１２Ｂとが測定軸に沿って一定のピッチで配置される、いわゆるＩＮＣ（Incremental）パターンが形成されている。
原点用光学格子１１３は、メインスケール基板１１１の測定軸の他端縁側に沿って、設けられている。この原点用光学格子１１３には、原点信号用の光を透過する原点透過部１１３Ａと、原点信号用の光を遮光する原点遮光部１１３Ｂとが、測定軸に沿ってランダム幅で配置される、いわゆるＡＢＳ（Absolute）パターンが形成されている。

そして、メインスケール１１０の光射出面側、すなわちインデックススケール１２０と対向する面には、所定波長の光のみを透過させる主信号用光学フィルタ３５Ａ、および原点用光学フィルタ３５Ｂが設けられている。
主信号用光学フィルタ３５Ａは、主信号用光学格子１１２上に貼付されている。この主信号用光学フィルタ３５Ａは、後述する主信号用発光素子１３１から射出される赤色光を透過し、赤色光以外の波長の光を遮光する。
一方、原点用光学フィルタ３５Ｂは、原点用光学格子１１３上に貼付されている。この原点用光学フィルタ３５Ｂは、後述する原点用光学素子１３２から射出される赤外光を透過し、赤外光以外の波長の光を遮光する。

インデックススケール１２０は、線膨張係数の小さい例えば透明ガラスなどにより、メインスケール１１０の主信号用光学格子１１２および原点用光学格子１１３に対向する面を有する略板状に設けられている。また、このインデックススケール１２０は、第一の実施の形態と同様に、メインスケール１１０の測定軸に沿って、このメインスケール１１０に対して相対的に移動可能に設けられている。そして、このインデックススケール１２０には、発光素子１３０および受光素子１４０が設けられている。

発光素子１３０は、インデックススケール１２０のメインスケール１１０と対向しない一面側に設けられている。この発光素子１３０は、例えば図示しないフレームを介してインデックススケール１２０に連結され、インデックススケール１２０の移動に伴って、メインスケール１１０に対して相対的に移動可能となる。そして、この発光素子１３０は、図４および図５に示すように、主信号用発光素子１３１と、原点用発光素子１３２と、光平行化部材としての集光レンズ３４と、などを備えている。そして、これらの主信号用発光素子１３１および原点用発光素子１３２はそれぞれ図示しない制御回路部に電気的に接続され、この制御回路部により印加電圧が制御されて発光する。
主信号用発光素子１３１は、赤色光を発光する光源としての赤色ＬＥＤ１３１Ａを備え、メインスケール１１０の主信号用光学格子１１２が設けられる一端縁側に向かって赤色光を射出する。
一方、原点用発光素子１３２は、赤外光を発光する光源としての赤外ＬＥＤ１３２Ａを備え、メインスケール１１０の原点用光学格子１１３が設けられる他端縁側に向かって赤外光を射出する。
集光レンズ３４は、赤色ＬＥＤ１３１Ａおよびメインスケール１１０の間、赤外ＬＥＤ１３２Ａおよびメインスケール１１０の間にそれぞれ設けられ、赤色ＬＥＤ１３１Ａおよび赤外ＬＥＤ１３２Ａから射出された光を屈折させて平行化し、メインスケール１１０側に射出する。

受光素子１４０は、インデックススケール１２０のメインスケール１１０との対向しない反対側面に設けられている。この受光素子１４０は、主信号用光学格子１１２を通って射出された光を受光する主信号用受光素子１４１と、原点用光学格子１１３を通って射出された光を受光する原点用受光素子１４２と、を備えている。これらの主信号用受光素子１４１および原点用受光素子１４２は、それぞれ測定軸に沿って設けられている。
そして、主信号用受光素子１４１は、主信号用光学格子１１２のＩＮＣパターンにより形成される赤色光のみを受光して所定電気信号を生成する。
一方、原点用受光素子１４２は、原点用光学格子１１３のＡＢＳパターンにより形成される赤外光を受光して所定電気信号を生成する。そして、これらの主信号用受光素子１４１および原点用受光素子１４２は、それぞれ図示しない制御回路部に接続され、生成した電気信号を制御回路部に出力している。

上述したような光学式エンコーダ１００Ａでは、発光素子１３０の主信号用発光素子１３１および原点用発光素子１３２の赤色ＬＥＤ１３１Ａおよび赤外ＬＥＤ１３２Ａから射出された赤色光および赤外光は、集光レンズ３４により平行化されてメインスケール１１０に向かって射出される。
これらの赤色光および赤外光のうち、赤色光は、メインスケール１１０に形成された主信号用光学格子１１２の主信号用光透過部１１２Ａを透過した後、主信号用光学フィルタ３５Ａに入射する。そして、この主信号用光学フィルタ３５Ａは、赤色光以外の波長の光を遮光し、赤色光のみをインデックススケール１２０の主信号用受光素子１４１に向かって射出する。
一方、赤外ＬＥＤ１３２Ａから射出された赤外光は、メインスケール１１０の原点用光学格子１１３の原点用光透過部１１３Ａを透過した後、原点用光学フィルタ３５Ｂに入射する。そして、この原点用光学フィルタ３５Ｂは、赤外光以外の波長の光を遮光し、赤外光のみをインデックススケール１２０の原点用受光素子１４２に向かって射出する。

そして、主信号用受光素子１４１で赤色光を受光すると、受光した光量に応じて所定の電気信号が制御回路部に入力され、メインスケール１１０およびインデックススケール１２０の相対移動量の絶対値が演算される。また、原点用受光素子１４２にて赤外光を受光すると、受光した光の光量に応じて所定の電気信号が制御回路部に入力され、インデックススケール１２０の原点からの移動量が演算される。

[第二の実施の形態の光学式エンコーダの作用効果]
上記のような構成の光学式エンコーダでも、第一の実施の形態と同様に、主信号用発光素子１３１から赤色光を射出し、原点用発光素子１３２から赤外光を射出している。そして、主信号用受光素子１４１では赤色光のみを受光し、原点用受光素子１４２では、赤外光のみを受光している。このため、例えば主信号用受光素子１４１に赤外光が入光したとしても、この赤外光の入光により電気信号が生成されず、赤色光によってのみ電気信号を生成される。同様にして、原点用受光素子１４２は、赤外光の入光によってのみ電気信号を生成する。したがって、主信号用受光素子１４１および原点用受光素子１４２は、それぞれ主信号用発光素子１３１および原点用発光素子１３２から射出された光のみを受光して所定の電気信号を生成することができ、良好にクロストークを防止することができる。よって、光学式エンコーダ１００Ａの高精度化を図ることができる。また、主信号用受光素子１４１および原点用受光素子１４２をより近接して配置してもクロストークの発生を防止できるため、光学式エンコーダ１００Ａの小型化をも図ることができる。

また、メインスケール１１０のＩＮＣパターン上に主信号用光学フィルタ３５Ａを設け、ＡＢＳパターン上に原点用光学フィルタ３５Ｂを設けている。このため、主信号用発光素子１３１から射出された赤色光に、赤色光以外の波長の光が混入していたとしても、主信号用光学フィルタ３５Ａにより、これらの赤色光以外の波長の光がカットされる。したがって、メインスケール１１０のＩＮＣパターン側から射出された光が原点用受光素子１４２側に回りこんで入光したとしても、原点用受光素子１４２にて受光可能な赤外光が主信号用光学フィルタ３５Ａによりカットされているため、原点用受光素子１４２での不良信号の発生を防止することができる。同様にして、メインスケール１１０のＡＢＳパターン側から射出された光が主信号用受光素子１４１側に回りこんで入光したとしても、主信号用受光素子１４１にて受光可能な赤色光が原点用光学フィルタ３５Ｂによりカットされているため、主信号用受光素子１４１での不良信号の発生を防止することができる。したがって、受光素子１４０でのクロストークをより確実に防止することができ、光学式エンコーダ１００Ａのさらなる高精度化を図ることができる。

さらに、発光素子１３０は、主信号用発光素子１３１および原点用発光素子１３２から射出された光を平行化する集光レンズ３４を備えている。このため、各発光素子から射出された光が拡散されない。したがって、良好にクロストークを防止でき、光学式エンコーダ１００Ａの高精度化を図ることができる。

[第三の実施の形態]
次に、本発明の第三の実施の形態における光学式エンコーダについて、図面を参照して説明する。
図６は、第三の実施の形態における光学式エンコーダの側断面図である。図７は、第三の実施の形態の光学式エンコーダのメインスケールの一部を示す平面図である。図８は、第三の実施の形態の光学式エンコーダのインデックススケールおよび受光素子の一部を示す平面図である。

第三の実施の形態の光学式エンコーダ１００Ｄは、メインスケール２１０およびインデックススケール２２０を２次元方向に相対的に移動させる構成としたものである。

すなわち、図６ないし図８において、光学式エンコーダ１００Ｄは、メインスケール２１０と、インデックススケール２２０と、インデックススケール２２０に設けられる発光素子２３０と、インデックススケール２２０に設けられる受光素子２４０と、を備えている。

メインスケール２１０は、線膨張係数の小さい例えばガラスなどにより形成される略板状のメインスケール基板２１１を備えている。このメインスケール基板２１１には、図６に示すように、縦横方向にそれぞれ一定のピッチで反射セル２１３および透明部２１４が配置された光学格子２１２が設けられている。

インデックススケール２２０は、線膨張係数の小さい例えばガラスなどにより形成され、図６および図８に示すように、メインスケール２１０に対向して配置される透明なインデックス基板２２１を備えている。このインデックス基板２２１のメインスケール２１０と対向しない側には、発光素子２３０が設けられている。また、インデックス基板２２１には、発光素子２３０から射出された光をメインスケール２１０側に透過させる光透過孔２２２が設けられている。また、インデックス基板２２１には、メインスケール２１０の光学格子２１２にて反射した光を受光する受光素子２４０が設けられている。

発光素子２３０は、赤色光を発光する赤色ＬＥＤを備えた赤色発光素子２３１と、赤外光を発光する赤外ＬＥＤを備えた赤外発光素子２３２とを備えている。また、発光素子２３０の光照射方向には、赤色発光素子２３１および赤外発光素子２３２から射出された光を集光する分布屈折率型レンズ２３６が設けられている。

受光素子２４０は、メインスケール２１０に対向して設けられ、図８に示すように、メインスケール２１０の光学格子２１２の反射セル２１３の縦横方向に沿って、Ｙ方向受光素子２４１と、Ｘ方向受光素子２４２とを備えている。Ｙ方向受光素子２４１は、発光素子２３０から射出される光のうち、赤色光のみを受光可能であり、赤色光を受光することにより所定の電気信号を図示しない制御回路部に入力する。一方、Ｘ方向受光素子２４２は、発光素子２３０から射出される光のうち、赤外光のみを受光可能であり、赤外光を受光することにより所定の電気信号を図示しない制御回路部に入力する。そして、制御回路部は、Ｙ方向受光素子２４１およびＸ方向受光素子２４２から入力される電気信号に基づいて、インデックススケール２２０のメインスケール２１０に対する２次元方向の相対移動量を演算する。

〔第三の実施の形態の光学式エンコーダの作用効果〕
上記のような第三の実施の形態では、上記第一および第二の実施の形態に加えて、次のような効果が得られる。
すなわち、第三の実施の形態の光学式エンコーダ１００Ｄでは、インデックススケール２２０のＹ方向の移動を赤色光により検出し、インデックススケール２２０のＸ方向の移動を赤外光により検出しているため、Ｙ方向受光素子２４１およびＸ方向受光素子２４２におけるクロストークがなく、良好にメインスケール２１０およびインデックススケール２２０の相対移動量を測定することができる。したがって、メインスケール２１０に対するインデックススケール２２０の相対的な２次元方向の移動量を良好に測定することができる。

[第四の実施の形態]
次に、本発明の第四の実施の形態に係る光学式エンコーダを図面に基づいて説明する。
第四の実施の形態の光学式エンコーダは、上記第三の実施の形態の光学式エンコーダ１００Ｄを変形したものであり、同一構成については、上記第三の実施の形態と同符号を付し、その説明を簡略もしくは省略する。
第四の実施の形態の光学式エンコーダ１００Ｄは、第三の光学式エンコーダ１００Ｄの発光素子２３０を改良したものである。すなわち、第三の光学式エンコーダ１００Ｄでは、発光素子２３０から射出された光束を分布屈折率型レンズ２３６で集光し、メインインデックス２１０に照射したが、第四の実施の形態では、図９ないし図１１に示すような発光素子２３０Ａを用いる。図９は、第四の実施の形態に係る光学式エンコーダを構成する発光素子を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図である。図１０は、前記第三の実施の形態の発光素子の一部を示す斜視図である。図１１は、前記第三の実施の形態の発光素子から射出された光の照射分布を示す図である。
この発光素子２３０Ａは、インデックススケール２２０の光透過孔２２２に設けられ、メインスケール２１０に対して、赤色光および赤外光を射出する。
具体的には、発光素子２３０Ａは、図９および図１０に示すように、略筒状のアパーチャ２３３を備えている。このアパーチャ２３３の一端縁には、底部２３３Ａが設けられ、この底部２３３Ａに、赤色発光素子２３１と、赤外発光素子２３２と、が設けられている。これらの赤色発光素子２３１および赤外発光素子２３２は、それぞれ制御回路部に電気的に接続され、制御回路部からの制御により所定の電力が供給されて、赤色光や赤外光を射出する。そして、赤色発光素子２３１および赤外発光素子２３２から射出された光は、アパーチャ２３３の内周面により広範囲に拡散されず、アパーチャ２３３の先端部から所定方向にのみ射出される。

また、赤色発光素子２３１および赤外発光素子２３２は、それぞれ例えば透明樹脂にて形成される照射誘導レンズ２３１Ａ，２３２Ａを備えている。
照射誘導レンズ２３１Ａは、底部２３３Ａに当接する略平行する長手状底面を有している。また、この照射誘導レンズ２３１Ａの長手略中央部には、アパーチャ２３３の先端側に向かって突出する突出先端部２３１Ｂが設けられ、長手状底面の長手両端縁から突出先端部２３１Ｂに向かって傾斜面２３１Ｃが形成されて、略山形に形成されている。また、長手状底面の長手方向と略平行する側縁、傾斜面２３１Ｃ、および突出先端部２３１Ｂにより囲われる側面は、長手状底面と略直交して立上形成されている。さらに、長手状底部の略中央部には、ＬＥＤ設置部が設けられ、このＬＥＤ設置部に、赤色光を発光する赤色ＬＥＤ２３１Ｄが配置されている。この照射誘導レンズ２３１Ａにより、赤色ＬＥＤ２３１Ｄから射出される光は、図１１に示すように、略楕円形状の照射分布領域２３４に広がって射出される。

照射誘導レンズ２３２Ａも、照射誘導レンズ２３１Ａと同様に、底部２３３Ａに当接する略平行する長手状底面を有しており、この長手略中央部にアパーチャ２３３の先端側に向かって突出する突出先端部２３２Ｂ、長手状底面の長手両端縁を突出先端部２３２Ｂとを結ぶ傾斜面２３２Ｃを備えた略山形に形成されている。また、長手状底面の長手方向と略平行する側縁、傾斜面２３２Ｃ、および突出先端部２３２Ｂにより囲われる側面は、長手状底面と略直交して立上形成されている。さらに、長手状底部の略中央部には、ＬＥＤ設置部が設けられ、このＬＥＤ設置部に、赤外光を発光する赤外ＬＥＤ２３２Ｄが配置されている。この照射誘導レンズ２３１Ａにより、赤外ＬＥＤ２３２Ｄから射出される光は、図１１に示すように、略楕円形状の照射分布領域２３５に広がって射出される。

また、これらの照射誘導レンズ３３１Ａおよび照射誘導レンズ２３２Ａは、長手状底面部の長手方向が互いに略直交する状態に底部２３３Ａに配置されている。これにより、赤色光の照射分布領域２３４および赤外光の照射分布領域２３５は、それぞれ楕円の長径（または短径）が互いに略直交する状態となる。このような発光素子２３０Ａを、図８における光透過孔２２２に設けることにより、Ｘ方向に対して赤外光を射出し、Ｙ方向に対して赤色光を射出することが可能となる。
また、Ｙ方向受光素子２４１は、光透過孔２２２からＹ方向に所定寸法変位した位置に配置され、Ｘ方向受光素子２４２は、光透過孔２２２からＸ方向所定寸法変位した位置に配置されている。具体的には、Ｙ方向受光素子２４１は、図１１における照射分布領域２３４内でかつ、照射分布領域２３５と重ならない位置２３４Ａに射出された赤色光がメインスケール２１０にて反射されて進行する光路上に設けられている。一方、Ｘ方向受光素子２４２は、照射分布領域２３５内でかつ、照射分布領域２３４と重ならない位置２３５Ａに射出された赤外光がメインスケール２１０にて反射されて進行する光路上に設けられている。

〔第四の実施の形態の光学式エンコーダの作用効果〕
上記のような第四の実施の形態の光学式エンコーダ１００Ｄの発光素子２３０Ａでは、上記第一ないし第三の実施の形態の作用効果に加えて、次のような効果が得られる。
すなわち、第四の実施の形態の光学式エンコーダ１００Ｄでは、単一の略筒状のアパーチャ２３３内に赤色発光素子２３１および赤外発光素子２３２が設けられている。
このため、複数の発光素子をそれぞれ個別にインデックススケール２２０に取り付ける必要がない。したがって、構成を簡単にすることができ、発光素子２３０のインデックススケール２２０への取り付け作業も容易に実施できる。

また、略山形の照射誘導レンズ２３１Ａ，２３２Ａが、長手状底面の長手方向が略直交する状態に配置されている。このため、赤色発光素子２３１から射出される赤色光をＹ方向に長手となる略楕円形状の照射分布領域２３４に照射することができ、赤外発光素子２３２から射出される赤外光をＸ方向に長手となる略楕円形状の照射分布領域２３５に照射することができる。

そして、Ｙ方向受光素子２４１は、発光素子２３０Ａから照射分布領域２３４内でかつ、照射分布領域２３５と重ならない位置２３４Ａに射出された赤色光がメインスケール２１０にて反射されて進行する光路上に設けられている。また、Ｘ方向受光素子２４２は、照射分布領域２３５内でかつ、照射分布領域２３４と重ならない位置２３５Ａに射出された赤外光がメインスケール２１０にて反射されて進行する光路上に設けられている。
このため、Ｙ方向受光素子２４１では、発光素子２３０Ａから射出される光のうち赤色光のみを良好に受光することができ、Ｘ方向受光素子２４２では、発光素子２３０Ａから射出される光のうち、赤外光のみを良好に受光することができる。

〔他の実施の形態〕
なお、本発明は、上記実施形態で説明した構成に限定されるものでなく、次のような変形例も含む。

例えば、第二の実施の形態において、光学フィルタ３５Ａ，３５Ｂをメインスケール１１０のインデックススケール１２０との対向面に貼付する例を示したが、メインスケール１１０の発光素子１３０との対向面に貼付する構成としてもよく、また、図１２に示すように、インデックススケール１２０に貼付する構成としてもよい。
すなわち、図１２において、光学式エンコーダ１００Ｂは、第二の実施の形態と略同様の透過型の光学式エンコーダであり、メインスケール１１０、インデックススケール１２０、発光素子１３０、および受光素子１４０を備えている。そして、この光学式エンコーダ１００Ｂでは、インデックススケール１２０のメインスケール１１０との対向面に主信号用光学フィルタ３５Ａおよび原点用光学フィルタ３５Ｂが貼付されている。すなわち、主信号用光学フィルタ３５Ａは、主信号用光学格子１１２に対向するとともに、インデックススケール１２０の主信号用受光素子１４１が設けられる面部の反対側の面部に貼付されている。また、原点用光学フィルタ３５Ｂは、原点用光学格子１１３に対向するとともに、インデックススケール１２０の原点用受光素子１４２が設けられる面部の反対側の面部に貼付されている。
この構成では、光学フィルタ３５Ａ，３５Ｂと、受光素子１４１，１４２との距離が短くなるため、各受光素子１４１，１４２に対応波長外の光が入光するのをより確実に防止することができる。したがって、各受光素子１４１，１４２におけるクロストークをより良好に防止でき、光学式エンコーダ１００Ｂの高精度化を図ることができる。

また、第二の実施の形態の光学式エンコーダ１００Ｂに、第一の実施の形態にて例示したアパーチャ３３を用いる構成としてもよい。また、第一の実施の形態において、第二の実施の形態にて示したような集光レンズ３４を用いる構成としてもよい。

また、第一の実施の形態において、原点用発光素子３２の赤外ＬＥＤ３２Ａにアパーチャ３３を取り付ける構成を示したが、主信号用発光素子３１の赤色ＬＥＤ３１Ａにアパーチャ３３を取り付けてもよく、赤色ＬＥＤ３１Ａおよび赤外ＬＥＤ３２Ａの双方にアパーチャ３３を取り付ける構成としてもよい。

さらに、光平行化部材としては、上記のようなアパーチャ３３、集光レンズ３４に限らず、例えば凹状の光平行化ミラーにて射出光を反射させて光を平行化する構成としてもよく、その他いかなる構成を用いてもよい。

そして、光源として赤色ＬＥＤ３１Ａ、赤外ＬＥＤ３２ＡなどのＬＥＤを用いる例を示したが、半導体レーザによりレーザ光を射出する構成としてもよい。この構成では、半導体レーザから射出されるレーザ光には他の波長成分が含まれないため、受光素子にて各波長の光のみを受光する構成とすれば、光平行化部材や、フィルタなどがなくとも良好に所定発光素子から射出されたレーザ光のみを受光することができる。

また、主信号用受光素子４１，１４１およびＹ方向受光素子２４１にて受光させる光として赤色光を例示し、原点用受光素子４２，１４２およびＸ方向受光素子２４２にて受光させる光として赤外光を例示したが、これに限られず、互いに波長の異なる他の波長の光であってもよい。例えば、主信号用発光素子３１，１３１にて青色光を発光させて主信号用受光素子４１，１４１にて受光させ、原点用発光素子３２，１３２にて赤色光を発光させて原点用受光素子４２，１４２にて受光させる構成などとしてもよい。

また、上記第一および第二の実施の形態では、赤色ＬＥＤ３１Ａ，１３１Ａから赤色光を発光させ、赤外ＬＥＤ３２Ａ，１３２Ａから赤外光を発光させる構成としたが、例えば第四の実施の形態のように、１つの光源から２波長の光を発光させる構成としてもよい。

さらに、２つの波長の異なる光をそれぞれ対応する受光素子にて受光させる例を示したが、例えば３つ以上の波長の異なる光をそれぞれ対応する受光素子にて受光させる構成としてもよい。

その他、本発明の実施の際の具体的な構造および手順は、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造などに適宜変更できる。

〔発明の効果〕
本発明の光学式エンコーダによれば、良好にクロストークを防止でき、より高精度な検出が可能となるうえ、受光素子をより近接させる配置が可能となるため装置の小型化をも促進することができる。

本発明は、光源からの射出された光を受光素子で受光し、受光素子での光の受光状態を検出する光学式エンコーダに利用できる。

本発明の一実施の形態に係る光学式エンコーダの平面図である。 前記第一の実施の形態の光学式エンコーダの側面図である。 （Ａ）は、原点用発光素子の断面図、（Ｂ）は、原点用発光素子を光射出面側から見た正面図である。 本発明の第二の実施の形態に係る光学式エンコーダの正面図である。 前記第二の実施の形態の光学式エンコーダの側面図である。 第三の実施の形態における光学式エンコーダの側断面図である。 第三の実施の形態における光学式エンコーダのメインスケールの一部を示す平面図である。 第三の実施の形態における光学式エンコーダのインデックススケールおよび受光素子の一部を示す平面図である。 第四の実施の形態の光学式エンコーダを構成する発光素子を示す図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は断面図である。 第四の実施の形態の発光素子の一部を示す斜視図である。 第四の実施の形態の発光素子から射出された光の照射分布を示す図である。 他の実施の形態における光学式エンコーダの側面図である。部を示す平面図である。

符号の説明

１０，１１０，２１０…メインスケール
２０，１２０，２２０…インデックススケール
３１，１３１…主信号用発光素子
３２，１３２…原点用発光素子
３１Ａ，１３１Ａ，２３１Ｄ…光源としての赤色ＬＥＤ
３２Ａ，１３２Ａ，２３２Ｄ…光源としての赤外ＬＥＤ
３３，２３３…光平行化部材としてのアパーチャ
３４…光平行化部材としての集光レンズ
３５Ａ…主信号用光学フィルタ
３５Ｂ…原点用光学フィルタ
４１，１４１…主信号用受光素子
４２，１４２…原点用受光素子
１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，２００…光学式エンコーダ
２３１…赤色光発光素子
２３２…赤外光発光素子
２４１…Ｙ方向受光素子
２４２…Ｘ方向受光素子

Claims (3)

1. 所定方向に沿って少なくとも２つ以上の変位測定用の光学格子が設けられるメインスケール、このメインスケールに対して前記所定方向に相対移動可能な検出ヘッド、前記メインスケールの前記光学格子のそれぞれに対して光を射出する少なくとも２つ以上の発光素子、および前記光学格子のそれぞれに対応して前記検出ヘッドに少なくとも２つ以上設けられるとともに、前記光学格子を透過または反射した前記光を受光する受光素子を備えた光学式エンコーダであって、
   前記発光素子は、前記メインスケールのそれぞれの前記光学格子に向かって、それぞれ波長の異なる光を射出し、
   前記発光素子から前記受光素子までの前記光の光路上で、前記光学格子の前記光の入射面および射出面のうち少なくともいずれか一方に、前記発光素子から射出される所定波長の光を透過するとともに、所定波長外の光を遮光するフィルタが設けられ、
   少なくとも２つ以上の前記光学格子は、互いに隣り合って並行に前記メインスケールに設けられ、
   少なくとも２つ以上の前記発光素子および少なくとも２つ以上の前記受光素子は、それぞれ、前記光学格子に対応して、１つの前記検出ヘッドに設けられる
   ことを特徴とした光学式エンコーダ。
2. 請求項１に記載の光学式エンコーダであって、
   前記発光素子は、前記光を発光する光源と、この光源から射出される前記光を平行光にする光平行化部材と、を備えた
   ことを特徴とした光学式エンコーダ。
3. 請求項２に記載の光学式エンコーダであって、
   前記光平行化部材は、前記光源の前記光の射出面の周縁に連続して設けられるとともに、前記光の射出方向に軸方向が延出する略筒状に形成された
   ことを特徴とした光学式エンコーダ。

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