JP6883939B2 - 光電式エンコーダ - Google Patents

光電式エンコーダ Download PDF

Info

Publication number
JP6883939B2
JP6883939B2 JP2015180529A JP2015180529A JP6883939B2 JP 6883939 B2 JP6883939 B2 JP 6883939B2 JP 2015180529 A JP2015180529 A JP 2015180529A JP 2015180529 A JP2015180529 A JP 2015180529A JP 6883939 B2 JP6883939 B2 JP 6883939B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
optical element
scale
light
aperture
lens
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2015180529A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2017058132A (ja
Inventor
林季 小野
林季 小野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitutoyo Corp
Original Assignee
Mitutoyo Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitutoyo Corp filed Critical Mitutoyo Corp
Priority to JP2015180529A priority Critical patent/JP6883939B2/ja
Priority to EP16185194.4A priority patent/EP3144641B1/en
Priority to CN201610814843.4A priority patent/CN106524903B/zh
Priority to US15/262,412 priority patent/US10088340B2/en
Publication of JP2017058132A publication Critical patent/JP2017058132A/ja
Priority to JP2020135553A priority patent/JP6903392B2/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6883939B2 publication Critical patent/JP6883939B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
    • G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
    • G01D5/347—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells using displacement encoding scales
    • G01D5/34707—Scales; Discs, e.g. fixation, fabrication, compensation
    • G01D5/34715—Scale reading or illumination devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
    • G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
    • G01D5/347—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells using displacement encoding scales
    • G01D5/34746—Linear encoders
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/22—Telecentric objectives or lens systems
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G02B3/0006—Arrays
    • G02B3/0037—Arrays characterized by the distribution or form of lenses
    • G02B3/0062—Stacked lens arrays, i.e. refractive surfaces arranged in at least two planes, without structurally separate optical elements in-between
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/18—Diffraction gratings
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/56—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof provided with illuminating means

Description

本発明は、テレセントリックレンズを用いた光電式エンコーダに関する。
特許文献１には、メインスケールと受光素子との間に、第１のレンズとその焦点位置に配置されたアパーチャおよび第２のレンズが挿入された両側テレセントリック光学系を持つ光電式エンコーダが開示されている。この光電式エンコーダでは、信号検出効率を改善するとともに、組立許容範囲を拡大して、調整工数を低減することができる。
ＷＯ２００５／０９０９２３号公報
しかしながら、従来の光電式エンコーダにおいては、レンズとアパーチャとが別個の部品のため、レンズとアパーチャとの光軸合わせが難しいとともに、アパーチャとそれを保持する空間とをレンズ間に確保する必要がある。このため、光学系の軸合わせや小型化が困難である。
本発明は、光学系の部品点数の増加を抑制しつつ高精度で光軸を合わせることができる光電式エンコーダを提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の光電式エンコーダは、目盛格子を有するスケールと、スケールに光を照射する発光部と、スケールの目盛格子の像を検出する受光部と、スケールと受光部との間に設けられ、目盛格子の像を受光部に結像させるテレセントリック光学部と、を備え、テレセントリック光学部は、スケール側に配置される第１光学要素と、第１光学要素よりも受光部側に配置され、第１光学要素との間に間隔を開けて配置される第２光学要素と、第１光学要素の第２光学要素側の面、および第２光学要素の第１光学要素側の面の少なくとも一方に設けられたアパーチャと、を有することを特徴とする。
このような構成によれば、アパーチャが第１光学要素および第２光学要素の少なくとも一方に設けられているため、アパーチャを別部品にして光軸合わせする必要がなくなる。すなわち、第１光学要素と第２光学要素との光軸合わせを行えばアパーチャの光軸合わせも完了することになる。
本発明の光電子エンコーダにおいて、目盛格子はラインアンドスペースパターンであってもよい。これにより、ラインアンドスペースパターンで生じる回折光の一部である不要光の通過を制限し、受光部において精度よく信号を得ることができる。
本発明の光電式エンコーダにおいて、アパーチャは、遮光部と、透光部と、を有していてもよい。また、アパーチャは、光散乱部と、透光部と、を有していてもよい。これにより、テレセントリック光学部において、遮光部または光散乱部で不要な光の透過を抑制することができる。
本発明の光電式エンコーダにおいて、アパーチャは、第１光学要素の第２光学要素側の面に設けられる第１アパーチャ部と、第２光学要素の第１光学要素側の面に設けられた第２アパーチャ部と、を有していてもよい。これにより、アパーチャにおいて不要な光の透過を効果的に抑制することができる。
本発明の光電式エンコーダにおいて、アパーチャは、スケールの目盛格子で生じる回折光のうち３次回折角以上の角度を持つ光線の通過を制限するようにしてもよい。これにより、受光部では、像の光強度分布の高調波歪が抑制され精度よく正弦波を得ることができる。
本発明の光電式エンコーダにおいて、第１光学要素および第２光学要素は、一方向のみに曲率を持つレンズであってもよい。また、第１光学要素および第２光学要素は、複数の光学面を任意のピッチで平面内に並べたレンズアレイであってもよい。
本発明の光電式エンコーダにおいて、受光部で検出した像に基づく電気信号から位置を検出する信号を出力する演算部をさらに備えていてもよい。これにより、受光部で検出した電気信号から精度よく位置検出のための信号を演算することができる。
本発明の光電式エンコーダにおいて、受光部で検出した像に基づく電気信号から二相正弦波信号を出力する演算部をさらに備えていてもよい。これにより、スケールの目盛格子のピッチよりも短いピッチで位置検出を行うことができる。
第１実施形態に係る光電式エンコーダを例示する構成図である。 目盛格子で生じる回折光の模式図である。 図１に示す構成と光学的に等価な構成図である。 第２実施形態に係る光電式エンコーダを例示する構成図である。 第３実施形態に係る光電式エンコーダを例示する構成図である。 （ａ）〜（ｃ）は、第４実施形態に係る光電子エンコーダを例示する構成図である。 （ａ）および（ｂ）は、第５実施形態に係る光電子エンコーダを例示する模式図である。 （ａ）および（ｂ）は、第６実施形態に係る光電子エンコーダを例示する模式図である。 第６実施形態に係る光電式エンコーダの結像について説明する模式図である。 適用例を示す模式図である。 適用例を示す模式図である。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明では、同一の部材には同一の符号を付し、一度説明した部材については適宜その説明を省略する。
〔第１実施形態〕
図１は、第１実施形態に係る光電式エンコーダを例示する構成図である。
図１に示すように、本実施形態に係る光電式エンコーダは、発光部である照明系１と、スケール２と、結像光学系４と、受光部である受光素子８とを備える。照明系１は、平行光線でスケール２を照明する光を照射する。スケール２には、ラインアンドスペースパターンの目盛格子３が設けられる。
結像光学系４は、テレセントリック光学部であり、スケール２と受光素子８との間に設けられる。結像光学系４は、目盛格子３の像７を受光素子８に結像させる。受光素子８は像７に応じた電気信号を出力する。本実施形態では、図示しない演算回路が設けられる。演算回路は、受光素子８で変換した電気信号から位置を検出する信号を出力する。例えば、演算回路は、受光素子８で変換した電気信号に基づく二相正弦波信号を出力する。
本実施形態において、結像光学系４は、１倍の像倍率を有するダブルテレセントリック光学系になっている。結像光学系４の全体としては、光軸の周りに回転対称となっているとともに、全視野の光線が集中する位置１０に対して線対称な光学系となっている。
結像光学系４は、２個の光学要素である第１レンズ５Ａおよび第２レンズ５Ｂと、第１レンズ５Ａと第２レンズ５Ｂとの間に設けられるアパーチャ１３を有する。第１レンズ５Ａおよび第２レンズ５Ｂのそれぞれは、テレセントリックレンズである。第１レンズ５Ａおよび第２レンズ５Ｂは互いに同一形状であることが好ましい。
アパーチャ１３は、第１レンズ５Ａの第２レンズ５Ｂ側の面５１に設けられる第１アパーチャ１３Ａと、第２レンズ５Ｂの第１レンズ５Ａ側の面５２に設けられる第２アパーチャ１３Ｂとを有する。第１アパーチャ１３Ａおよび第２アパーチャ１３Ｂのそれぞれは、遮光部と透光部とを有する。透光部は光軸を中心とした所定の範囲で設けられ、遮光部は透光部の周囲に設けられる。遮光部としては、例えばクロム（Ｃｒ）の薄膜や、墨などの吸光度が大きな遮光性の塗膜が用いられる。
第１アパーチャ１３Ａおよび第２アパーチャ１３Ｂよりなるアパーチャ１３によって、スケール２の目盛格子３で生じる回折光のうち３次回折角以上の角度を持つ光線の通過を遮光部で遮ることができる。一方、３次回折角未満の角度を持つ光線は、透光部を介して透過することができる。
このような構成によれば、照明系１からスケール２に照射された光によってスケール２の目盛格子３で生じる回折光のうち、３次以上の回折光をアパーチャ１３で遮へいする特性を保ったまま、別部品としてのアパーチャが不要となり、構成要素の削減を図ることができる。また、第１レンズ５Ａと第２レンズ５Ｂとの光軸合わせを行うだけでアパーチャ１３の光軸合わせが完了し、組み立てが容易となる。
ここで、アパーチャ１３の開口寸法の好ましい条件について説明する。
アパーチャ１３（第１アパーチャ１３Ａおよび第２アパーチャ１３Ｂ）の開口寸法についての好ましい条件として、ラインアンドスペースパターンの目盛格子３（周期ｐ）で生じる回折光のうち、０次（透過）および１次回折光を透過させ、かつ３次以上の回折光を制限するような大きさであることが挙げられる。図２は、目盛格子３で生じる回折光の模式図である。図１に示す光路は、図２に示す０次、１次、３次の回折光の光路である。アパーチャ１３は、３次回折角以上の角度を持つ光線の通過を制限している。
光電式エンコーダにおいては、目盛格子３の像７が受光素子８で検出される。受光素子８には、９０度の位置位相差を与えたフォトダイオードアレイが設けられる。このフォトダイオードアレイの信号を基にして最終的に二相正弦波信号が得られる。
目盛格子３の透過直後の光強度分布断面１６が周期ｐの矩形波状であっても、０次および１次回折光のみが結像に寄与することにより、像７の光強度分布断面１７は周期ｐの正弦波状となる。これにより、最終的に得られる二相正弦波信号の高調波歪の発生が抑制される。
なお、矩形波状の光強度変調をもたらすような目盛格子３によって生じる回折光の強度は、１次、３次、５次、…の奇数次の成分が支配的であり、偶数次の回折強度は無視できるほど小さいと仮定し、これ以降で偶数次の回折光の影響は考慮していないものとする。
図３は、図１に示す構成と光学的に等価な構成図である。
図３では、図１に示す第１アパーチャ１３Ａおよび第２アパーチャ１３Ｂを、それぞれ第１アパーチャ１１Ａおよび第２アパーチャ１１Ｂに置き換えている。それぞれの第１アパーチャ１１Ａおよび第２アパーチャ１１Ｂは、位置１０に対して対称的な位置に配置されており、これらによって１つのアパーチャとして機能する。
第１アパーチャ１１Ａおよび第２アパーチャ１１Ｂの位置、並びに開口寸法は、視野領域全体（視野端９Ｂ〜視野中央９Ａ〜視野端９Ｃ）に渡って１次回折光を通過し、かつ不要な３次以上の回折光を遮へいする条件を満たすように設定されていればよい。
なお、図３において、第１アパーチャ１１Ａと第２アパーチャ１１Ｂを位置１０から遠ざけられる限界の位置は、視野中央９Ａより発した３次回折光と、視野端９Ｂ、９Ｃより発した１次回折光が交差する面１２Ａおよび面１２Ｂの位置であり、その時に必要なアパーチャの寸法は前記３次回折光と１次回折光の交差する点の光軸からの距離で与えられる。
このような本実施形態によれば、開口寸法を好ましい条件に設定したアパーチャ１３について、別部品にして光軸合わせする必要がなくなる。したがって、第１レンズ５Ａと第２レンズ５Ｂとの光軸合わせを行えばアパーチャ１３の光軸合わせも完了することになる。また、アパーチャ１３が設けられた同一形状の第１レンズ５Ａおよび第２レンズ５Ｂを用意すればよいため、アパーチャ１３を別部品にする場合に比べて部品点数の削減を図ることができる。
〔第２実施形態〕
図４は、第２実施形態に係る光電式エンコーダを例示する構成図である。
図４に示すように、本実施形態に係る光電式エンコーダは、アパーチャ１３として遮光部の代わりに光拡散部を備えている。その他の構成は第１実施形態に係る光電式エンコーダと同様である。
すなわち、結像光学系４には第１レンズ１４Ａおよび第２レンズ１４Ｂが設けられる。第１レンズ１４Ａの第２レンズ１４Ｂ側の面５１には第１アパーチャ１５Ａが設けられ、第２レンズ１４Ｂの第１レンズ１４Ａ側の面５２には第２アパーチャ１５Ｂが設けられる。第１アパーチャ１５Ａおよび第２アパーチャ１５Ｂのそれぞれは、光拡散部と透光部とを有する。透光部は光軸を中心とした所定の範囲で設けられ、光拡散部は透光部の周囲に設けられる。光拡散部は、それぞれの面５１および５２の所定領域を表面処理して粗面化した部分である。
第１アパーチャ１５Ａおよび第２アパーチャ１５Ｂのそれぞれに光拡散部を設けることで、スケール２の目盛格子３で生じる回折光のうち３次回折角以上の角度を持つ光線の通過を光拡散部で拡散させることができる。一方、３次回折角未満の角度を持つ光線は、透光部を介して透過することができる。
このような本実施形態によれば、第１レンズ１４Ａおよび第２レンズ１４Ｂの面５１おおび５２に粗面化処理を施すだけで、第１アパーチャ１５Ａおよび第２アパーチャ１５Ｂを構成することができる。
〔第３実施形態〕
図５は、第３実施形態に係る光電式エンコーダを例示する構成図である。
図５に示すように、本実施形態に係る光電式エンコーダは、第１レンズ１４Ａおよび第２レンズ１４Ｂの各１つを１組のレンズユニットＬＵとして、２組のレンズユニットＬＵが設けられている。図５に示す例では、第２実施形態に係る第１レンズ１４Ａおよび第２レンズ１４Ｂを用いているが、第１実施形態に係る第１レンズ５Ａおよび第２レンズ５ＢをレンズユニットＬＵとしてもよい。また、これらのレンズユニットＬＵを組み合わせてもよい。また、レンズユニットＬＵは３組以上設けられていてもよい。このように、複数組のレンズユニットＬＵが設けられていても、第１実施形態および第２実施形態と同様な効果を得ることができる。
〔第４実施形態〕
図６（ａ）〜（ｃ）は、第４実施形態に係る光電式エンコーダを例示する模式図である。図６（ａ）は上面構成図、図６（ｂ）は側面構成図、図６（ｃ）は斜視図である。
本実施形態で適用される結像光学系４は、第１シリンドリカルレンズ２４Ａおよび第２シリンドリカルレンズ２４Ｂを有する。その他の構成は第２実施形態に係る光電子エンコーダと同様である。
第１シリンドリカルレンズ２４Ａおよび第２シリンドリカルレンズ２４Ｂとしては、一方向のみに曲率をもつ光学面を有する。光学面は、例えば球面シリンドリカルレンズ面や、高次多項式で表される形状をもつ非球面シリンドリカルレンズ面である。
本実施形態によれば、レンズ母線方向の解像力は無くなるが、その代わりに母線方向への部品の光軸合わせが不要となり、組立が比較的容易になる。この場合でも、第２実施形体の効果と同様な効果を得ることができる。
〔第５実施形態〕
図７（ａ）および（ｂ）は、第５実施形態に係る光電子エンコーダを例示する模式図である。図７（ａ）は上面構成図、図７（ｂ）は斜視図である。
本実施形態で適用される結像光学系４は、第１レンズアレイ４４Ａおよび第２レンズアレイ４４Ｂを有する。第１レンズアレイ４４Ａおよび第２レンズアレイ４４Ｂとしては、第１実施形態、第２実施形態および第４実施形態における光学要素をレンズアレイ（複数の光学面を任意のピッチで平面内に並べたレンズ）にしたものである。
一例として、図７（ａ）および（ｂ）には、第１レンズアレイ４４Ａおよび第２レンズアレイ４４Ｂのそれぞれの光学面として、第２実施形態に係る光拡散部を備えた第１レンズ１４Ａおよび第２レンズ１４Ｂの光学面を用いた構成が示される。
本実施形態では、レンズアレイでない結像光学系４に比べて小径・短焦点距離のレンズを並べたレンズアレイに置き換えられており、結像光学系４の全体として、結像光学系の有効視野を保ったまま、光学系の全長を短くすることができる。これにより、光学系全体の小型化に有利な効果を得られるとともに、第１実施形態、第２実施形態および第４実施形態と同様の効果を得ることができる。
〔第６実施形態〕
図８（ａ）および（ｂ）は、第６実施形態に係る光電子エンコーダを例示する模式図である。図８（ａ）は上面構成図、図８（ｂ）は斜視図である。
図９は、第６実施形態に係る光電式エンコーダの結像について説明する模式図である。
本実施形態に適用される結像光学系４は、２組のレンズアレイユニットＬＡＵを有する。それぞれのレンズアレイユニットＬＡＵにおいては、第３実施形態で適用されるレンズユニットＬＵの第１レンズ１４Ａおよび第２レンズ１４Ｂの代わりに、第１シリンドリカルレンズアレイ４４Ａおよび第２シリンドリカルレンズアレイ４４Ｂが用いられる。
本実施形態では、図９に示すように、１組目のレンズアレイユニットＬＡＵのレンズピッチに従って目盛格子３の像Ｓ１〜Ｓ１２の倒立中間像６が形成される。さらに、この倒立中間像６が１組目と同一ピッチの２組目のレンズアレイユニットＬＡＵによって結像されて正立像（像７）となる。この構成は、レンズアレイユニットＬＡＵのレンズピッチに関係なく、最終的な像の位置および方向が、元の目盛の位置および方向と等しくなるという好ましい特性を持つ。さらに、本実施形態においても他の実施形態と同様な効果を得ることができる。
なお、レンズアレイユニットＬＡＵで適用される第１シリンドリカルレンズアレイ４４Ａおよび第２シリンドリカルレンズアレイ４４Ｂは、光拡散部ではなく遮蔽部を設けたシリンドリカルレンズアレイであってもよい。
〔適用例〕
図１０および図１１は、適用例を示す模式図である。
図１０および図１１には、リニアスケール１００に本実施形態に係る光電式エンコーダを適用した例が示される。図１０に示すように、リニアスケール１００は、検出ユニット１１０と、スケール２と、を備える。スケール２は、測定基準線ＭＬに沿って配置される複数の目盛格子３を備える。目盛格子３にはラインアンドスペースパターンが用いられる。検出ユニット１１０には制御部１３０が接続される。リニアスケール１００では、検出ユニット１１０とスケール２との測定基準線ＭＬに沿った相対的な位置関係を検出する。検出ユニット１１０で取り込んだ信号は制御部１３０に送られ、検出ユニット１１０の測定基準線ＭＬに対する位置の演算が行われる。
図１１には、検出ユニット１１０の構成が示される。検出ユニット１１０には、本実施形態に係る光電式エンコーダが設けられる。リニアスケール１００では、照明系１から出射した光の目盛格子３での回折光を結像光学系４を介して受光素子８で受光し、受光量変化を検出することで変位量の測定を行う。
このようなリニアスケール１００の検出ユニット１１０の光学系として本実施形態に係る結像光学系４を用いることで、検出ユニット１１０の光学系の構成を簡素化できるとともに、良好なテレセントリシティによって精度の高い測定を行うことが可能になる。
以上説明したように、本実施形態によれば、部品点数の増加を抑制しつつ高精度で光軸を合わせることができる光電式エンコーダを提供することが可能になる。
なお、上記に本実施形態を説明したが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。例えば、上記においては第１レンズ５Ａ、１４Ａの面５１に第１アパーチャ１３Ａ、１５Ａを設け、第２レンズ５Ｂ、１４Ｂの面５２に第２アパーチャ１３Ｂ、１５Ｂを設ける例を示したが、第１アパーチャ１３Ａ、１５Ａおよび第２アパーチャ１３Ｂ、１５Ｂは少なくとも一方が設けられていればよい。また、本実施形態では、照明系１から照射され、スケール２で透過した回折光の像７を受光素子８で検出する構成を例示したが、照明系１から照射されたスケール２で反射した回折光の像を受光素子８で検出する構成でもよい。また、スケールの目盛格子としては、ラインアンドスペースパターン以外のパターン（例えば、ランダム符号系列に従って配置されたＡＢＳパターン）であってもよい。さらに、光学要素としてレンズ（第１レンズ５Ａ、１４Ａ、第２レンズ５Ｂ、１４Ｂ）を例示したが、光学要素はミラーなどの反射光学系が含まれていてもよい。また、前述の各実施形態に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除、設計変更を行ったものや、各実施形態の特徴を適宜組み合わせたものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含有される。
本発明は、リニアスケールのほか、画像測定装置などの他の測定装置、顕微鏡などの光学装置の光学系として好適に利用できる。
１…照明系
２…スケール
３…目盛格子
４…結像光学系
５Ａ…第１レンズ
５Ｂ…第２レンズ
６…倒立中間像
７…像
８…受光素子
９Ａ…視野中央
９Ｂ…視野端
９Ｃ…視野端
１１Ａ…第１アパーチャ
１１Ｂ…第２アパーチャ
１２Ａ…面
１２Ｂ…面
１３…アパーチャ
１３Ａ…第１アパーチャ
１３Ｂ…第２アパーチャ
１４Ａ…第１レンズ
１４Ｂ…第２レンズ
１５Ａ…第１アパーチャ
１５Ｂ…第２アパーチャ
１６…光強度分布断面
１７…光強度分布断面
２４Ａ…第１シリンドリカルレンズ
２４Ｂ…第２シリンドリカルレンズ
３４Ａ…第１レンズアレイ
３４Ｂ…第２レンズアレイ
４４Ａ…第１シリンドリカルレンズアレイ
４４Ｂ…第２シリンドリカルレンズアレイ
５１…面
５２…面
１００…リニアスケール
１１０…検出ユニット
１３０…制御部
ＬＵ…レンズユニット
ＬＡＵ…レンズアレイユニット
ＭＬ…測定基準線

Claims (10)

  1. 目盛格子を有するスケールと、
    前記スケールに光を照射する発光部と、
    前記スケールの前記目盛格子の像を検出する受光部と、
    前記スケールと前記受光部との間に設けられ、前記目盛格子の像を前記受光部に結像させるテレセントリック光学部と、
    を備え、
    前記テレセントリック光学部は、
    前記スケール側に配置される第１光学要素と、
    前記第１光学要素よりも前記受光部側に配置され、前記第１光学要素との間に間隔を開けて配置される第２光学要素と、
    前記第１光学要素の前記第２光学要素側の面、および第２光学要素の前記第１光学要素側の面の少なくとも一方に設けられたアパーチャと、を有することを特徴とする光電式エンコーダ。
  2. 前記目盛格子はラインアンドスペースパターンであることを特徴とする請求項１記載の光電式エンコーダ。
  3. 前記アパーチャは、遮光部と、透光部と、を有する請求項１または２に記載の光電式エンコーダ。
  4. 前記アパーチャは、光散乱部と、透光部と、を有する請求項１または２に記載の光電式エンコーダ。
  5. 前記アパーチャは、
    前記第１光学要素の前記第２光学要素側の面に設けられる第１アパーチャ部と、
    前記第２光学要素の前記第１光学要素側の面に設けられた第２アパーチャ部と、を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の光電式エンコーダ。
  6. 前記アパーチャは、前記スケールの前記目盛格子で生じる回折光のうち３次回折角以上の角度を持つ光線の通過を制限することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の光電式エンコーダ。
  7. 前記第１光学要素および前記第２光学要素は、一方向のみに曲率を持つレンズであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の光電式エンコーダ。
  8. 前記第１光学要素および前記第２光学要素は、複数の光学面を任意のピッチで平面内に並べたレンズアレイであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の光電式エンコーダ。
  9. 前記受光部で検出した前記像に基づく電気信号から位置を検出する信号を出力する演算部をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の光電式エンコーダ。
  10. 前記受光部で検出した前記像に基づく電気信号から二相正弦波信号を出力する演算部をさらに備えたことを特徴とする請求項２記載の光電式エンコーダ。
JP2015180529A 2015-09-14 2015-09-14 光電式エンコーダ Active JP6883939B2 (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015180529A JP6883939B2 (ja) 2015-09-14 2015-09-14 光電式エンコーダ
EP16185194.4A EP3144641B1 (en) 2015-09-14 2016-08-22 Photoelectric encoder
CN201610814843.4A CN106524903B (zh) 2015-09-14 2016-09-09 光电式编码器
US15/262,412 US10088340B2 (en) 2015-09-14 2016-09-12 Telecentric photoelectric encoder including aperture in face of optical element
JP2020135553A JP6903392B2 (ja) 2015-09-14 2020-08-11 テレセントリック光学系

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015180529A JP6883939B2 (ja) 2015-09-14 2015-09-14 光電式エンコーダ

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020135553A Division JP6903392B2 (ja) 2015-09-14 2020-08-11 テレセントリック光学系

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2017058132A JP2017058132A (ja) 2017-03-23
JP6883939B2 true JP6883939B2 (ja) 2021-06-09

Family

ID=56787342

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015180529A Active JP6883939B2 (ja) 2015-09-14 2015-09-14 光電式エンコーダ

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10088340B2 (ja)
EP (1) EP3144641B1 (ja)
JP (1) JP6883939B2 (ja)
CN (1) CN106524903B (ja)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10520710B2 (en) * 2015-05-28 2019-12-31 Mitutoyo Corporation Telecentric optical apparatus
JP7063743B2 (ja) * 2018-06-19 2022-05-09 株式会社ミツトヨ エンコーダ

Family Cites Families (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5340464B2 (ja) * 1973-05-02 1978-10-27
US4385234A (en) * 1980-11-25 1983-05-24 Bei Electronics, Inc. Optical systems for optical encoders
DE3275657D1 (en) * 1982-12-20 1987-04-16 Ibm Deutschland Interferential measuring method for surfaces
JPS62232611A (ja) * 1986-04-02 1987-10-13 Dainippon Screen Mfg Co Ltd 画像走査記録装置のレ−ザ露光装置
JPH0228311A (ja) * 1988-07-18 1990-01-30 Nikon Corp アライメント装置
JPH08179202A (ja) * 1994-12-22 1996-07-12 Asahi Optical Co Ltd 紫外線結像光学システム
US6072511A (en) * 1997-12-12 2000-06-06 Presstek, Inc. Method and apparatus for diode-laser imaging with compensation for output variations
JP3710724B2 (ja) * 2001-05-14 2005-10-26 大日本スクリーン製造株式会社 結像光学装置
US7186969B2 (en) * 2003-02-12 2007-03-06 Mitutoyo Corporation Optical configuration for imaging-type optical encoders
US7286246B2 (en) * 2003-03-31 2007-10-23 Mitutoyo Corporation Method and apparatus for non-contact three-dimensional surface measurement
US7126696B2 (en) * 2003-09-30 2006-10-24 Mitutoyo Corporation Interferometric miniature grating encoder readhead using fiber optic receiver channels
EP1701138B1 (en) * 2005-03-11 2016-02-17 Mitutoyo Corporation Photoelectric encoder
JP4953660B2 (ja) * 2005-03-11 2012-06-13 株式会社ミツトヨ 光電式エンコーダ
JP2007248302A (ja) * 2006-03-16 2007-09-27 Mitsutoyo Corp 光電式インクリメンタル型エンコーダ
JP2009258022A (ja) * 2008-04-18 2009-11-05 Sony Corp 変位検出装置
SG164292A1 (en) * 2009-01-13 2010-09-29 Semiconductor Technologies & Instruments Pte System and method for inspecting a wafer
US9007586B2 (en) * 2009-04-20 2015-04-14 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Collection optics for a color sensor
US8492703B2 (en) * 2009-08-04 2013-07-23 Mitutoyo Corporation Lens aberration correction in a doubly telecentric displacement sensor
JP2011059055A (ja) * 2009-09-14 2011-03-24 Mitsutoyo Corp 光電式エンコーダ
US8658964B2 (en) * 2009-10-23 2014-02-25 Mitutoyo Corporation Photoelectric encoder with optical grating
JP5484980B2 (ja) * 2010-03-24 2014-05-07 株式会社ミツトヨ 光学式エンコーダ
EP2381222A1 (de) * 2010-04-22 2011-10-26 Schneeberger Holding AG Führungssystem mit relativ zueinander bewegbaren Körpern und Vorrichtung zur Bestimmung einer Position mittels optischem Abtasten einer Massskala.
JP2012032295A (ja) * 2010-07-30 2012-02-16 Mitsutoyo Corp 光電式エンコーダ
US9029757B2 (en) * 2011-12-23 2015-05-12 Mitutoyo Corporation Illumination portion for an adaptable resolution optical encoder
JP6002458B2 (ja) * 2012-06-11 2016-10-05 株式会社ミツトヨ 光学式エンコーダ、及び、そのレンズ固定機構
JP2014119446A (ja) * 2012-12-17 2014-06-30 Mitsutoyo Corp 光学エンコーダ用の照明部
EP2743650B1 (en) * 2012-12-17 2017-05-31 Mitutoyo Corporation Illumination portion for an adaptable resolution optical encoder
CN204405543U (zh) * 2014-11-04 2015-06-17 湖南科技大学 旋转可变多角度激光光散射仪

Also Published As

Publication number Publication date
JP2017058132A (ja) 2017-03-23
EP3144641A1 (en) 2017-03-22
US20170074686A1 (en) 2017-03-16
CN106524903A (zh) 2017-03-22
US10088340B2 (en) 2018-10-02
EP3144641B1 (en) 2017-12-27
CN106524903B (zh) 2022-06-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7307789B2 (en) Photoelectric encoder
EP1729097B1 (en) Photoelectric encoder
US20140270060A1 (en) X-ray talbot interferometer and x-ray talbot imaging system
GB1592705A (en) Optical travel measuring device
JP6344933B2 (ja) 光電式エンコーダ
JP5562202B2 (ja) 光電式エンコーダ
US10458781B2 (en) Sample shape measuring method and sample shape measuring apparatus
JP5562076B2 (ja) 光学式エンコーダおよび変位計測装置
US9024251B2 (en) Encoder having a scale that includes block patterns
US7329859B2 (en) Photoelectric encoder
JP6883939B2 (ja) 光電式エンコーダ
JP4843342B2 (ja) 光電式インクリメンタル型エンコーダ
JP6903392B2 (ja) テレセントリック光学系
JP2011059055A (ja) 光電式エンコーダ
JP5112797B2 (ja) 光電式インクリメンタル型エンコーダ
JP2011203273A (ja) 光電式インクリメンタル型エンコーダ
JP2011043438A (ja) 反射型光電式エンコーダ
Spiga et al. Modelling diffractive effects in silicon pore optics for the ATHENA X-ray Telescope
JP4791811B2 (ja) 光電式ロータリエンコーダ
JP2015081793A (ja) 光電式エンコーダ
JP2017211327A (ja) 発光ユニット、発光受光ユニットおよび光電式エンコーダ
JP2015081794A (ja) 光電式エンコーダ
JP2020188414A (ja) 画像取得装置
JP2015010928A (ja) レーザー走査装置、レーザー走査システム、及びレーザー走査方法
JP2006266778A (ja) コリメート光の指向性評価装置

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20180807

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20190515

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20190604

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190719

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20191203

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20200512

C60 Trial request (containing other claim documents, opposition documents)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C60

Effective date: 20200811

C22 Notice of designation (change) of administrative judge

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C22

Effective date: 20201208

C13 Notice of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C13

Effective date: 20210202

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20210215

C302 Record of communication

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C302

Effective date: 20210325

C23 Notice of termination of proceedings

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C23

Effective date: 20210406

C03 Trial/appeal decision taken

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C03

Effective date: 20210511

C30A Notification sent

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C3012

Effective date: 20210511

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20210511

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6883939

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150