JP6344933B2 - 光電式エンコーダ - Google Patents

Description

本発明は、結像光学系を用いた光電式エンコーダに関する。

従来から、スケールと受光部との間に結像光学系を配置した光電式エンコーダが実現されている（例えば特許文献１を参照。）。その中でも図９に示すようなレンズを用いた両側テレセントリック光学系は、歪みが比較的少ない、スケール５１と光学系５２との間の距離変動及び受光部５３と光学系５２との間の距離変動に対して像倍率が変化しない、といった利点がある。

このようなレンズを用いた両側テレセントリック光学系では、スケールと相対するレンズは、求められる有効視野と同等以上の大きさである必要がある。ここで、小型化の要求に応えるべく有効視野を保ったまま光学系の全長を短縮しようとすると、レンズの焦点距離を短縮する必要が生じる。小型化を達成するには、レンズの数を増やさない方が有利であり、図９に示したように２個のレンズによる構成が最小構成となるが、レンズの数を増やさずに短焦点化すると、レンズ面の曲率が非常にきつく（つまり曲率半径が小さく）なる。その結果、光軸から離れた視野の領域において、光学性能の劣化（例えば各種の収差の発生）と、屈折角が大きくなることによる光量の減少が問題となる。

一方、テレセントリック光学系であることを満たす反射光学系として、図１０に示すような、２枚の平板ミラー６１及び６４、球面状の主鏡（凹面鏡）６２及び副鏡（凸面鏡）６３を用いたオフナーリレーと呼ばれる光学系が提案されている（例えば特許文献２を参照。）。オフナーリレーでは、比較的少ない構成要素で、光路を折り曲げることにより光学系の全長を短縮することができる。また、オフナーリレーでは屈折面がないため、光軸から離れた視野での光量減少を防ぐことが期待できる。

特開２００６−２８４５６３号公報 米国特許第３７４８０１５号明細書

しかし、特許文献２に記載されたオフナーリレー光学系には、鏡面が露出されているため、光学面が汚れやすいという問題がある。また、主鏡、副鏡、折り返し用のミラーがそれぞれ別体として設けられるため、高い組立精度が要求される。また、特許文献２に記載されたオフナーリレー光学系では、光学系の中間点である焦点面（図９では副鏡における反射位置）にアパーチャが配置されておらず、光学系のＮＡ（開口数）を規定していないので、入射光線のうち結像に利用する光線束を制限することができない。

本発明の目的は、反射系による両側テレセントリック光学系で結像光学系が実現された光電式エンコーダを提供することである。

（１）本発明の光電式エンコーダは、光を出射する光源部と、光源部が出射した光が入射するスケールと、スケールを透過した光が入射し、当該入射光を平行光線として出射する結像光学系と、結像光学系が出射した光を受光する受光部とを備える。結像光学系は、第１平板反射面と、球面凹面鏡である主鏡と、主鏡と中心が共通である球面凸面鏡である副鏡と、第２平板反射面とにより両側テレセントリック光学系を構成する。主鏡の球面の半径Ｒｃｃと副鏡の球面の半径Ｒｃｘとの比がＲｃｃ：Ｒｃｘ＝ｎ：ｎ−１（ただし、ｎは２以上の整数）とされる。結像光学系において、第１平板反射面は、スケールを透過した入射光の光路を主鏡に向けて反射し、主鏡と副鏡は、第１平板反射面からの光を主鏡と副鏡との間で、２ｎ−１回繰り返して反射して光路を折り畳むとともに、主鏡は２ｎ−１回目の反射光を第２平板反射面に向けて出射し、第２平板反射面は、主鏡からの２ｎ−１回目の反射光を受光部に向けて反射する。

このような構成により、反射系による両側テレセントリック光学系で結像光学系が実現された光電式エンコーダを提供することができる。したがって、レンズ系で生じていた光軸から離れた視野での光量減少や収差を防ぐことができる。

（２）本発明では、主鏡及び副鏡におけるｎ回目の反射位置に、入射光のうち利用する部分を光軸近傍の光線に制限する光束制限手段が設けられるとよい。（３）整数ｎが２である場合には、光束制限手段は、副鏡の反射領域の直径により入射光のうち利用する部分を規定するとよい。光束制限手段を備える構成により、結像光学系のＮＡを規定することができる。

（４）本発明では、結像光学系を一体形成するとよい。このような構成により、光学面が汚れることを防ぐことができるとともに、複数のミラーを備える光学系のアライメントを組み立て時に行う必要がなくなり、組み立てを容易とすることができる。

（５）本発明では、主鏡と副鏡は、光路を入射光の光軸方向に折り畳むとよい。このような構成により、結像光学系の光軸方向の距離を短縮することができる。

（６）或いは、主鏡と副鏡は、光路を入射光の光軸方向と測長方向の双方に垂直な方向に折り畳んでもよい。このような構成により、結像光学系の光軸方向の距離をさらに短縮することができる。

（７）本発明では、上記（６）の構成の光電式エンコーダを２系統備える２トラック型の光電式エンコーダとしてもよい。この場合、第１の系統における第１平板反射面と第２の系統における第２平板反射面の少なくとも一部が重なり、第１の系統における第２平板反射面と第２の系統における第１平板反射面の少なくとも一部が重なるように配置するとよい。このような構成により、２トラック型の光電式エンコーダのサイズを抑制することができる。

（８）本発明では、光源が出射する光を平行光線とするとよい。このような構成とすることで、上記（２）で述べた光束制限手段がない構成でも光源によりＮＡを規定することができる。

本発明の第１実施形態に係る光電式エンコーダの構成を示す斜視図である。 第１実施形態の光電式エンコーダにおけるＸ−Ｚ平面での光路断面の模式図を示す。 本発明の第２実施形態に係る光電式エンコーダの構成を示す斜視図である。 第２実施形態の光電式エンコーダにおけるＸ−Ｚ平面での光路断面の模式図を示す。 本発明の第３実施形態に係る光電式エンコーダの構成を示す斜視図である。 図６（ａ）は、第３実施形態の光電式エンコーダにおけるＸ−Ｚ平面での光路断面の模式図を示す。図６（ｂ）は、第３実施形態の光電式エンコーダの結像光学素子４ｂにおけるＸ−Ｙ平面での光路断面の模式図を示す。 本発明の第４実施形態に係る光電式エンコーダの構成を示す斜視図である。 変形実施例に関し、ｎ＝３の場合の結像光学素子４ａのＸ−Ｙ平面での光路断面の模式図を示す。 従来のレンズアレイを用いた光電式エンコーダの構成の一例を示す図である。 テレセントリック光学系であることを満たす反射光学系の構成の一例を示す図である。

〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る光電式エンコーダの構成を示す斜視図である。なお、以下では、各図中に軸を示すように、スケール３に刻まれた格子の配列方向（測長方向）をＸ軸、光源部２から出射される光の光軸方向をＺ軸、Ｘ軸およびＺ軸と垂直な方向をＹ軸と規定して説明を行う。

図１に示すように、光電式エンコーダ１は、光源部２、スケール３、結像光学系４、および受光部５を備える。光電式エンコーダ１では、スケール３の像が受光部５に投影・結像され、受光部５により検出した像の変位に基づき、スケール３と受光部５との相対的な位置変動を検出する。

光源部２は、光束の主光線をＺ軸方向に向けて平行光線を出射する。なお、光源部２は、例えば発光ダイオード等の発光素子と、発光素子が出射する光を平行光線化するためのコリメートレンズとを組み合わせて構成するとよい。光源部２から射出された平行光線は、スケール３に入射する。なお、平行光線とは、結像に寄与する主光線が平行である光線を意味し、主光線とは異なる方向の成分をも含み得る。

スケール３には、測長方向であるＸ軸方向に沿って所定のピッチで格子が設けられており、光源部２からの平行光線の一部を格子で遮ることによって、透過光に格子に従った明暗のパターンを生じさせる。スケール３を透過した平行光線は、格子によって生じた明暗を伴いつつ、結像光学系４に入射される。

続いて、図２に示した光路断面の模式図を参照しつつ、結像光学系４の構造および光学的機能を説明する。図２は、第１実施形態の光電式エンコーダにおけるＸ−Ｚ平面での光路断面の模式図を示している。結像光学系４は、本願発明における光学系に相当し、入射光を平行光線として出射する。結像光学系４は、第１平板ミラー４１、主鏡４２、副鏡４３、および第２平板ミラー４４を備え、これらにより光路が折り畳まれた反射型の両側テレセントリック光学系を構成する。

すなわち、第１平板ミラー４１は、スケール３を透過して入射する光線を主光線がＸ軸の正の方向に向くように反射する。主鏡４２は球面凹面鏡であり、副鏡４３は主鏡４２と中心を共有する球面凸面鏡である。主鏡４２の球面の半径Ｒｃｃと副鏡４３の球面の半径Ｒｃｘの比は、一般にはＲｃｃ：Ｒｃｘ＝ｎ：ｎ−１とされるが、本実施形態ではＲｃｃ：Ｒｃｘ＝２：１とされる。主鏡４２は、Ｘ軸に平行に入射する第１平板ミラー４１からの光線を、主光線が副鏡の方向に向くように光路を９０度折り曲げて反射する（主鏡４２及び副鏡４３での１回目の反射）。なお、本実施形態では、副鏡４３は、主鏡４２における１回目の反射位置よりもＺ軸方向に進んだ位置に配置される。

ここで、球面凹面鏡の焦点距離は半径の１／２となるので、主鏡４２により反射された入射光は副鏡４３に集光される。光源部２から出射された光は光軸方向に進むにつれて光軸から離れた位置まで拡散する。このため、第１平板ミラー４１、主鏡４２を経た光は広がりを持って副鏡４３の球面に到達する。副鏡４３に到達した光のうち光軸から所定範囲のみを選択的に反射すべく、副鏡４３は所定範囲に対応した直径の円形に形成される。すなわち、副鏡４３は、入射光のうち利用する部分を光軸近傍の光線に制限する機能を有し、この機能は図５に示したレンズによるテレセントリック光学系におけるアパーチャに相当する。そして、副鏡４３の直径がアパーチャの開口径に相当する。

副鏡４３は、主鏡４２からの光線のうち、光軸近傍の光線を主鏡４２に向けて反射する（主鏡４２及び副鏡４３での２回目の反射）。主鏡４２は、副鏡４３からの光線を第２平板ミラー４４に向けて反射する（主鏡４２及び副鏡４３での３回目の反射）。このように、主鏡４２と副鏡４３は、交互に反射を２ｎ−１回（本実施形態では３回）繰り返して、光路をＺ軸方向に折り畳む。この２ｎ−１回繰り返される反射では、後段の反射ほどＺ軸方向に進んだ位置で反射される。第２平板ミラー４４は、主鏡４２での２回目の反射によりスケール３を透過して入射する光線を主光線がＺ軸の正の方向に向くように光路を９０度折り曲げて反射する。第２平板ミラー４４による反射光は結像光学系４の出射光となり、受光部５に入射される。

受光部５は、例えば複数のフォトダイオードをＸ軸方向に並べて配置したフォトダイオードアレイとして構成される。受光部５の受光面には、結像光学系４から出射される光線が入射してスケール３の像が結像される。複数のフォトダイオードがスケール３の格子に応じた明暗を検出し、これによりスケール３と受光部５の相対的な位置変動が検出可能とされる。具体的には、複数のフォトダイオードが検出した受光強度に基づいて、図示せぬ演算部によって位置変動の量が求められる。

このように構成される第１実施形態に係る光電式エンコーダ１における結像光学系４は、反射系により両側テレセントリック光学系を構成する。このため、スケール３と結像光学系４との間の距離変動及び受光部５と結像光学系４との間の距離変動に対して像倍率が変化しない両側テレセントリック光学系の利点を享受しつつ、光軸から離れた視野での光量減少を防ぐことができる。また、副鏡４３の径により入射光のうち利用する部分を光軸近傍の所望の範囲の光線に制限することができ、実質的に光学系のＮＡ（開口数）を規定することができる。

〔第２実施形態〕
以下、本発明の第２実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態に係る光電式エンコーダ１ａの特徴は、第１実施形態における結像光学系４に代えて結像光学素子４ａを備えている点にある。なお、結像光学素子４ａを採用したことに伴う変更点以外については、上述した第１実施形態と同様なので、ここでの説明を省略する。

図３は、本発明の第２実施形態に係る光電式エンコーダ１ａの構成を示す斜視図である。また、図４は、第２実施形態の光電式エンコーダにおけるＸ−Ｚ平面での光路断面の模式図を示している。結像光学素子４ａは、本願発明における光学系に相当する。結像光学素子４ａは、ガラス、プラスチック等の透明な物質により一体形成された光学素子である。結像光学素子４ａは、入射面４０ａ、第１平板反射面４１ａ、主鏡面４２ａ、副鏡面４３ａ、第２平板反射面４４ａ、出射面４５ａを備え、これらにより光路が折り畳まれた反射型の両側テレセントリック光学系を構成する。主鏡面４２ａ及び副鏡面４３ａは反射膜が製膜されることにより形成され、第１平板反射面４１ａ及び第２平板反射面４４ａは、反射膜の製膜または全反射面とされることで形成される。

結像光学素子４ａは、入射面４０ａが入射光の光軸方向と垂直になるように配置される。また、結像光学素子４ａは、第１平板反射面４１ａが入射光をＸ軸の正の方向に光路を９０度折り曲げてＸ軸の正の方向に向けて反射するように配置される。主鏡面４２ａは球面凹面鏡であり、副鏡面４３ａは主鏡面４２ａと中心を共有する球面凸面鏡である。主鏡４２の球面の半径Ｒｃｃと副鏡４３の球面の半径Ｒｃｘの比は、一般にはＲｃｃ：Ｒｃｘ＝ｎ：ｎ−１とされるが、本実施形態ではＲｃｃ：Ｒｃｘ＝２：１とされる。主鏡面４２ａは、第１平板反射面４１ａからの光線を主光線が副鏡の方向に向くように反射する（主鏡面４２ａ及び副鏡面４３ａでの１回目の反射）。なお、本実施形態では、副鏡面４３ａは、主鏡面４２ａにおける１回目の反射位置よりもＺ軸方向に進んだ位置に配置される。

ここで、球面凹面鏡の焦点距離は半径の１／２となるので、主鏡面４２ａにより反射された入射光は副鏡面４３ａに集光される。光源部２から出射された光は光軸方向に進むにつれて主光軸から離れた位置まで拡散する。このため、第１平板反射面４１ａ、主鏡面４２ａを経た光は広がりを持って副鏡面４３ａを成す球面に到達する。副鏡面４３ａに到達した光のうち光軸から所定範囲のみを選択的に反射すべく、副鏡面４３ａは所定範囲に対応した直径の円形に形成され、当該円形の周囲は必要に応じて反射率が十分に低くなるようマスク処理がなされたマスク処理部４６ａが設けられる。すなわち、マスク処理部４６ａは、入射光のうち利用する部分を光軸近傍の光線に制限する機能を有する。

副鏡面４３ａは、主鏡面４２ａからの光線のうち、光軸近傍の光線を主鏡面４２ａに向けて反射する（主鏡面４２ａ及び副鏡面４３ａでの２回目の反射）。主鏡面４２ａは、副鏡面４３ａからの光線を第２平板反射面４４ａに向けて反射する（主鏡面４２ａ及び副鏡面４３ａでの３回目の反射）。このように、主鏡４２と副鏡４３は、交互に反射を２ｎ−１回（本実施形態では３回）繰り返して、光路をＺ軸方向に折り畳む。第２平板反射面４４ａは、主鏡面４２ａでの２回目の反射により光線を主光線がＺ軸の正の方向に向くように光路を９０度折り曲げて反射する。第２平板反射面４４ａによる反射光は出射面４５ａから結像光学素子４ａの出射光として出射され、受光部５に入射される。

本実施形態では結像光学素子４ａは、第１平板反射面４１ａが入射光をＸ軸の正の方向に反射するように配置したが、入射面４０ａが入射光の光軸と垂直となっていれば、第１平板反射面４１ａは必ずしも入射光をＸ軸の正の方向に反射しなくてもよく、配置スペースの制約等の条件に応じて任意の配置としてよい。

このように構成される第２実施形態に係る光電式エンコーダ１ａにおける結像光学素子４ａは、第１実施形態と同様、反射系により両側テレセントリック光学系を構成する。このため、スケール３と結像光学素子４ａとの間の距離変動及び受光部５と結像光学素子４ａとの間の距離変動に対して像倍率が変化しない両側テレセントリック光学系の利点を享受しつつ、光軸から離れた視野での光量減少を防ぐことができる。また、副鏡面４３ａにおける反射領域の径により入射光のうち利用する部分を光軸近傍の所望の範囲の光線に制限することができ、実質的に光学系のＮＡ（開口数）を規定することができる。また、結像光学素子として反射面を露出せずに一体形成されるので、光学面が汚れやすいという問題が生じにくい。また、主鏡、副鏡、折り返し用の平板反射面が一体形成されるので、組み立てが容易となる。

〔第３実施形態〕
以下、本発明の第３実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態に係る光電式エンコーダ１ｂの特徴は、第２実施形態における結像光学素子４ａに代えて結像光学素子４ｂを備えている点にある。なお、結像光学素子４ｂを採用したことに伴う変更点以外については、上述した第２実施形態と同様なので、ここでの説明を省略する。

図５は、本発明の第３実施形態に係る光電式エンコーダ１ｂの構成を示す斜視図である。また、図６（ａ）は、第３実施形態の光電式エンコーダにおけるＸ−Ｚ平面での光路断面の模式図を示しており、図６（ｂ）は、第３実施形態の光電式エンコーダの結像光学素子４ｂにおけるＸ−Ｙ平面での光路断面の模式図を示している。結像光学素子４ｂは、本願発明における光学系に相当する。結像光学素子４ｂは、ガラス、プラスチック等の透明な物質により一体形成された光学素子である。結像光学素子４ｂは、入射面４０ｂ、第１平板反射面４１ｂ、主鏡面４２ｂ、副鏡面４３ｂ、第２平板反射面４４ｂ、出射面４５ｂを備え、これらにより光路が折り畳まれた反射型の両側テレセントリック光学系を構成する。主鏡面４２ｂ及び副鏡面４３ｂは反射膜が製膜されることにより形成され、第１平板反射面４１ｂ及び第２平板反射面４４ｂは、反射膜の製膜または全反射面とされることで形成される。図６（ａ）及び（ｂ）では図示していないが、副鏡面４３ｂには、第２実施形態と同様、マスク処理部を設けてもよい。

結像光学素子４ｂは、入射面４０ｂが入射光の光軸方向と垂直になるように配置される。また、本例では結像光学素子４ｂは、第１平板反射面４１ｂが入射光をＸ軸の正の方向に光路を９０度折り曲げてＸ軸の正の方向に向けて反射するように配置される。主鏡面４２ｂは球面凹面鏡であり、副鏡面４３ｂは主鏡面４２ｂと中心を共有する球面凸面鏡である。主鏡４２の球面の半径Ｒｃｃと副鏡４３の球面の半径Ｒｃｘの比は、一般にはＲｃｃ：Ｒｃｘ＝ｎ：ｎ−１とされるが、本実施形態ではＲｃｃ：Ｒｃｘ＝２：１とされる。主鏡面４２ｂは、第１平板反射面４１ｂからの光線を主光線が副鏡の方向に向くように反射する（主鏡面４２ｂ及び副鏡面４３ｂでの１回目の反射）。なお、本実施形態では、副鏡面４３ｂは、主鏡面４２ｂにおける１回目の反射位置よりもＹ軸に関し正の方向に進んだ位置に配置される。

主鏡面４２ｂ及び副鏡面４３ｂは、実施形態２の主鏡面４２ａ及び副鏡面４３ａと同様に反射を２ｎ−１回（本実施形態では３回）繰り返す。第２平板反射面４４ｂは、主鏡面４２ｂでの２ｎ−１回目の反射光を、Ｚ軸の正の方向に向くように光路を９０度折り曲げて反射する。第２平板反射面４４ｂによる反射光は出射面４５ａから結像光学素子４ｂの出射光として出射され、受光部５に入射される。このとき、結像光学素子４ｂの出射光の光軸は、入射光の光軸からＹ軸方向にオフセットされる。このように、主鏡面４２ｂと副鏡面４３ｂは、交互に反射を２ｎ−１回繰り返して、光路をＹ軸方向に折り畳む。この２ｎ−１回繰り返される反射では、後段の反射ほどＹ軸方向に進んだ位置で反射される。

第２平板反射面４４ｂは、主鏡面４２ｂでの２回目の反射によりスケール３を透過して入射する光線を主光線がＺ軸の正の方向に向くように反射する。第２平板反射面４４ｂによる反射光は結像光学素子４ａの出射光となり、受光部５に入射される。

このように構成される第３実施形態に係る光電式エンコーダ１ｂにおける結像光学素子４ｂは、第２実施形態と同様、反射面を露出せずに反射系により両側テレセントリック光学系を構成する。このため、スケール３と結像光学素子４ｂとの間の距離変動及び受光部５と結像光学素子４ｂとの間の距離変動に対して像倍率が変化しない両側テレセントリック光学系の利点を享受しつつ、光軸から離れた視野での光量減少を防ぐことができる。また、副鏡面４３ｂにおける反射領域の径により入射光のうち利用する部分を光軸近傍の所望の範囲の光線に制限することができ、実質的に光学系のＮＡ（開口数）を規定することができる。また、光学面が汚れやすいという問題が生じにくい。また、主鏡、副鏡、折り返し用の平板反射面が一体形成されるので、組み立てが容易となる。さらに、主鏡面４２ｂと副鏡面４３ｂが光路をＹ軸方向に折り畳むことにより、第２実施形態と比較して、結像光学系の全長（Ｚ軸方向の長さ）を短縮することができる。

〔第４実施形態〕
以下、本発明の第４実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態に係る光電式エンコーダ１ｃの特徴は、第３実施形態における光電式エンコーダ１ｂを２個組み合わせて、２トラックの光電式エンコーダとした点にある。なお、各トラックを構成する光源部２、スケール３、結像光学素子４ｂ、および受光部５については上述した第３実施形態と同様なので、ここでの説明を省略する。図中で各トラックを構成する光源部２、スケール３、結像光学素子４ｂ、および受光部５は、それぞれ参照番号に−１または−２を付して区別して示す。

図７に示したように、２つのトラックは、第１トラックの結像光学素子４ｂ−１の第１平板反射面と第２トラックの結像光学素子４ｂ−２の第２平板反射面とが隣接し、第１トラックの結像光学素子４ｂ−１の第２平板反射面と第２トラックの結像光学素子４ｂ−２の第１平板反射面とが隣接するように配置される。結像光学素子（４ｂ−１、４ｂ−２）よりも光源部側では第１トラックが第２トラックの上に位置するが、結像光学素子４ｂ−１及び４ｂ−２により光路の上下が入れ替わって受光部側では第１トラックは第２トラックの下に位置する。

このように構成される第４実施形態に係る光電式エンコーダ１ｃでは、２つの結像光学素子４ｂの平板反射面を重ね合わせた配置により、ＸＹ平面及びＸＺ平面への投影面積を抑制し、光学系を小型化することができる。また、各トラックは実施形態３と同様の構成となるため、実施形態３と同様の効果が得られることは言うまでもない。

〔実施形態の変形〕
なお、本発明は、前記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。

例えば、上記の各実施形態半径で主鏡４２の球面の半径Ｒｃｃと副鏡４３の球面の半径Ｒｃｘの比は、Ｒｃｃ：Ｒｃｘ＝２：１としたが、半径の比は２：１に限られず、ｎ：ｎ−１であればよい。図８は、半径の比をＲｃｃ：Ｒｃｘ＝３：２とした場合（つまりｎ＝３の場合）の結像光学素子４ａのＸ−Ｙ平面での光路断面の模式図を示している。半径の比をｎ：ｎ−１とした場合、結像光学系に入射した光は、主鏡でｎ回、副鏡でｎ−１回反射される。入射した光線は、光路の中間点である主鏡及び副鏡での通算ｎ回目の反射位置に集光される。ｎが偶数の場合には、上記の各実施形態と同様に副鏡が集光位置となり、ｎが奇数の場合には、図８に示したように主鏡が集光位置となる。この集光位置に、マスク処理部４６ａのような入射光のうち利用する部分を光軸近傍の光線に制限する構成を設けることで、レンズによる光学系におけるアパーチャと同様に、光学系のＮＡを規定することができる。

以上のように、本発明は、光電式エンコーダに好適に利用できる。

１、１ａ、１ｂ、１ｃ 光電式エンコーダ
２ 光源部
３ スケール
４ 結像光学系
４ａ、４ｂ、 結像光学素子
５ 受光部

Claims (7)

1. 光を出射する光源部と、
   前記光源部が出射した光が入射するスケールと、
   前記スケールを透過した光が入射し、当該入射光を平行光線として出射する結像光学系と、
   前記結像光学系が出射した光を受光する受光部と
   を備える光電式エンコーダであって、
   前記結像光学系は、
   第１平板反射面と、
   球面凹面鏡である主鏡と、
   前記主鏡と中心が共通である球面凸面鏡である副鏡と、
   第２平板反射面と
   により両側テレセントリック光学系を構成し、
   前記主鏡の球面の半径Ｒｃｃと前記副鏡の球面の半径Ｒｃｘとの比がＲｃｃ：Ｒｃｘ＝ｎ：ｎ−１（ただし、ｎは２以上の整数）であり、
   前記結像光学系において、
   前記第１平板反射面は、前記スケールを透過した入射光の光路を前記主鏡に向けて反射し、
   前記主鏡と前記副鏡は、前記第１平板反射面からの光を前記主鏡と前記副鏡との間で、２ｎ−１回繰り返して反射して光路を折り畳むとともに、前記主鏡は２ｎ−１回目の反射光を前記第２平板反射面に向けて出射し、
   前記第２平板反射面は、前記主鏡からの２ｎ−１回目の反射光を前記受光部に向けて反射し、
   前記主鏡及び前記副鏡におけるｎ回目の反射位置に、入射光のうち利用する部分を光軸近傍の光線に制限する光束制限手段を備え、
   前記結像光学系が前記光束制限手段とともに一体形成される
   ことを特徴とする光電式エンコーダ。
2. 前記２以上の整数ｎは２であり、
   前記光束制限手段は、前記副鏡の反射領域の直径により入射光のうち利用する部分を規定す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. 前記結像光学系が一体形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の光電式エンコーダ。
4. 前記主鏡と前記副鏡は、光路を前記入射光の光軸方向に折り畳むことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光電式エンコーダ。
5. 前記主鏡と前記副鏡は、光路を前記入射光の光軸方向と前記スケールに刻まれた格子の配列方向である測長方向の双方に垂直な方向に折り畳むことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光電式エンコーダ。
6. 請求項５に記載の光電式エンコーダを２系統備える２トラック型の光電式エンコーダであって、
   第１の系統における第１平板反射面と第２の系統における第２平板反射面の少なくとも一部が重なり、第１の系統における第２平板反射面と第２の系統における第１平板反射面の少なくとも一部が重なるように配置されることを特徴とする光電式エンコーダ。
7. 光源が出射する光が平行光線であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の光電式エンコーダ。

Images