WO2006006342A1 - 光学式エンコーダ - Google Patents

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WO2006006342A1
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light
scale plate
receiving element
light receiving
element array
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Toru Oka
Yoichi Ohmura
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Mitsubishi Electric Corp
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    • 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
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    • 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
    • G01D5/36—Forming the light into pulses
    • G01D5/38—Forming the light into pulses by diffraction gratings
    • G—PHYSICS
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    • 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

Definitions

  • the present invention relates to an optical encoder that optically detects a relative movement amount between lattice scales.
  • an optical encoder using three lattice scale plates is known.
  • three scale plates are sequentially arranged along the light traveling direction, the main surfaces of the scale plates are parallel to each other, and the arrangement directions of the scales provided on the scale plates are the same. Is set.
  • a light source with low coherence is provided in front of the first scale plate.
  • a light receiving element that converts the amount of light into an electrical signal is provided after the third scale plate.
  • Non-Patent Document 1 discloses the operation.
  • a secondary light source having a multi-slit light distribution arranged in a certain cycle with low spatial coherence is generated.
  • the second scale plate acts as a spatial frequency filter with a certain optical transfer function (O TF), and only a specific spatial frequency component is extracted from the light intensity distribution of the secondary light source.
  • O TF optical transfer function
  • the image is formed on a plate.
  • the light transmitted through the light transmission part of the grating provided on the third scale plate is converted into an electric signal by the light receiving element.
  • the light intensity of the secondary light source generated by the first scale plate is distributed in a sine wave shape having a certain period P, and the optical transmission of the grating provided on the second scale plate
  • the function includes a spatial frequency corresponding to the period P
  • an image having a sinusoidal light intensity distribution with the period P is formed on the third scale plate.
  • the optical transfer function of the second scale plate is as follows: the grating period of the second scale plate, the aperture shape of the grating, the shape of the grating itself (in the case of the phase grating), Depends on the distance between the scale plate and the first and third scale plates.
  • the third scale The optical encoder is designed by selecting conditions that improve the contrast of the light intensity distribution imaged on the plate.
  • the optical encoder described in Patent Document 1 is an amplitude grating in which all three scale plates have rectangular openings, and the distance between the first scale plate and the second scale plate, The interval between the second and third scale plates is equal to each other.
  • P be the lattice period of the second scale plate, and the lattice period of the first and third scale plates is 2 It is set to 2P, which is equivalent to double.
  • the optical encoder described in Patent Document 2 uses a phase grating that generates a light-dark pattern by an optical interference phenomenon on the first scale plate.
  • the third scale plate and the light receiving elements arranged in the subsequent stage are the same as the opening size of the third scale plate lattice. It may be replaced with a light-receiving element array having a light-receiving portion of the size, and the functions of the two members described above may be combined.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-153408
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 10-2761
  • Non-Patent Document 1 K. Hane and C. P. Grover, Imaging with rectangul ar transmission gratings ", J. Opt. Soc. Am. A4, No. 4, 706-711, 1987
  • FIG. 24 is a schematic configuration diagram of an optical encoder according to the related art in which amplitude gratings are used for both the first and second scale plates as in Patent Document 1 and Non-Patent Document 1.
  • (a) is a front view
  • (b) is a side view.
  • the first scale plate 103 is irradiated with diffused light 102 emitted from a light source 101 having a low spatial coherence such as an LED.
  • a light source 101 having a low spatial coherence such as an LED.
  • an amplitude grating with a period P is provided on the first scale plate 103.
  • the light beams sequentially pass through the second scale plate 104 and the third scale plate 105 and then enter the light receiving element 106.
  • the amount of light reaching the third scale 105 or the light receiving element 106 is approximately dependent on the aperture ratio of the amplitude grating described above. To do. For example, if the ratio of the grating aperture width to the grating period is 1: 2 (duty ratio 50%) for both the first and second scale plates, the amount of light reaching the third scale plate 105 is The amount of light irradiating the first scale plate is 25% or less. Further, since the first scale plate is irradiated with diffused light (that is, light that has not been collimated) 102, light cannot be efficiently incident on the light receiving element 106. As a result, the amount of light detected by the light receiving element 106 is reduced, and the optical encoder characteristics such as detection resolution and detection accuracy may be degraded.
  • the diffused light 102 is diffused also in the direction (Y direction) perpendicular to the arrangement direction of the scale pattern, so that the light from the light source 101 is efficiently transmitted to the light receiving element. I can't.
  • the second light beam that has passed through the track having the first or second scale plate is the third scale. It may be incident on a track different from the corresponding track on the plate, causing detection errors.
  • Patent Document 2 a transparent phase grating is used for the first scale plate, and diffracted light from each grating interferes with each other to generate a light-dark pattern with a certain period.
  • the light / dark pattern distribution due to the phase grating uses diffraction and interference phenomena, so it depends greatly on the phase grating period, phase grating shape, and wavelength of the light source, and is limited by design margins, machining accuracy, and component management. The number of items increases.
  • the first scale plate is irradiated with the diffused light, the light cannot be efficiently incident on the light receiving element.
  • the scale of the first sheet will vary depending on the position of the diffuse light source and variations in radiation characteristics. The position, period, distortion, etc. of the light / dark pattern due to the plate may change, and the characteristics of the optical encoder may deteriorate.
  • An object of the present invention is to increase the amount of light received by a light receiving element and improve the characteristics of an optical encoder such as detection resolution and detection accuracy.
  • a further object of the present invention is to provide an optical encoder that is less affected by manufacturing variations.
  • a further object of the present invention is to provide an optical encoder with little detection error even when a scale plate having a plurality of scale patterns is used.
  • the present invention has been made to achieve the above object.
  • the optical encoder according to the present invention is
  • a first scale plate including an optical element array that collects or diffuses light from a light source via a lens in a predetermined periodic direction to generate a periodic light amount distribution;
  • a second scale plate that periodically spatially modulates the light from the first scale plate, a third scale plate having an aperture through which the light from the second scale plate passes, and a third scale plate
  • optical encoder according to the present invention is
  • a cylindrical lens that collects light of the light source power only in a direction perpendicular to a predetermined periodic direction and makes it parallel light
  • a first scale plate that converts light having a light source power through a cylindrical lens into a light quantity distribution that is periodic in the periodic direction;
  • An optical encoder that measures a relative movement distance of the first and second scale plates may include a light receiving element that receives light. Furthermore, the optical encoder according to the present invention is:
  • a first scale plate including an amplitude grating that converts light from a light source through a lens into a periodic light amount distribution, and an optical element that scatters or refracts light only in one direction, and light from the first scale plate
  • a second scale plate that periodically spatially modulates, a third scale plate having an aperture through which light from the second scale plate passes, and a light receiving element that receives light from the third scale plate. It may be an optical encoder that measures the relative movement distance of the first and second scale plates.
  • the light and dark pattern distribution does not depend greatly on the shape error, the wavelength of the light source, the position of the light source, and the like, or approximately twice the amount of light is transmitted through the amplitude grating with a duty ratio of 50%
  • the diffusion angle in the arrangement direction of the scale pattern can be controlled, and the light from the light source can be efficiently incident on the light receiving element. Further, the light from the light source can be efficiently transmitted to the light receiving element without diffusing the light in the direction perpendicular to the arrangement direction of the scale pattern.
  • FIG. 1 is a diagram showing a first scale plate, a second scale plate, and a light-receiving element array substrate in the optical encoder according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. Front view, (b) is a side view, and (c) is the light intensity distribution on the A plane.
  • FIG. 2 is a diagram showing a first scale plate, a second scale plate, and a light receiving element array substrate in the optical encoder according to Embodiment 2 of the present invention, (a) is a front view, (B) is a side view.
  • FIG. 3 is a diagram showing a first scale plate, a second scale plate, and a light receiving element array substrate in the optical encoder according to Embodiment 3 of the present invention, (a) is a front view, (B) is a side view.
  • the first scale plate, 2 It is a figure which shows the 1st scale board and a light receiving element array board
  • FIG. 5 is a diagram showing a first scale plate, a second scale plate, and a light receiving element array substrate in an optical encoder according to Embodiment 5 of the present invention, (a) is a front view, (B) is a side view
  • FIG. 6 shows a first scale plate, a second scale plate, and a light receiving element array substrate in an optical encoder according to Embodiment 6 of the present invention, (a) is a front view, (B) is a side view.
  • FIG. 7 is a diagram showing a first scale plate, a second scale plate, and a light receiving element array substrate in an optical encoder according to Embodiment 7 of the present invention, (a) is a front view, (B) is a side view.
  • FIG. 8 is a diagram showing a first scale plate, a second scale plate, and a light receiving element array substrate in an optical encoder according to an eighth embodiment of the present invention, (a) is a front view, (B) is a side view.
  • FIG. 9 is a diagram showing a first scale plate, a second scale plate, and a light receiving element array substrate among the optical encoders according to the ninth embodiment of the present invention, (a) is a front view, (B) is a side view.
  • FIG. 10 is a diagram showing a first scale plate, a second scale plate, and a light receiving element array substrate in an optical encoder according to Embodiment 10 of the present invention, (a) is a front view, (B) is a side view.
  • FIG. 11 is a diagram showing a first scale plate, a second scale plate, and a light receiving element array substrate in the optical encoder according to Embodiment 11 of the present invention, (a) is a front view, (B) is a side view.
  • FIG. 12 is a diagram showing a first scale plate, a second scale plate, and a light receiving element array substrate in the optical encoder according to Embodiment 12 of the present invention, (a) is a front view, (B) is a side view.
  • FIG. 13 is a diagram showing a first scale plate, a second scale plate, and a light receiving element array substrate in the optical encoder according to the thirteenth embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 shows the first scale plate of the optical encoder according to Embodiment 14 of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing a second scale plate and a light receiving element array substrate.
  • FIG. 15 shows the first scale plate of the optical encoder according to the fifteenth embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing a second scale plate and a light receiving element array substrate.
  • FIG. 16 is a diagram showing a first scale plate, a second scale plate, and a light receiving element array substrate in the optical encoder according to the sixteenth embodiment of the present invention.
  • (A) is a front view and
  • (b) is a side view.
  • FIG. 17 shows the first scale plate of the optical encoder according to the seventeenth embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing a second scale plate and a light receiving element array substrate.
  • FIG. 18 shows the first scale plate of the optical encoder according to the eighteenth embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a front view showing a second scale plate and a light receiving element array substrate.
  • FIG. 19 shows the first scale plate of the optical encoder according to the nineteenth embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a front view showing a second scale plate and a light receiving element array substrate.
  • FIG. 20 is a front view showing a lens, a first scale plate, a second scale plate, and a light receiving element array substrate in the optical encoder according to the twentieth embodiment of the present invention.
  • FIG. 21 shows the first scale plate of the optical encoder according to the twenty-first embodiment of the present invention.
  • FIGS. 2A and 2B are diagrams showing a second scale plate and a light-receiving element array substrate, in which (a) is a front view and (b) is a side view.
  • FIG. 22 shows the first scale plate of the optical encoder according to the twenty-second embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a front view showing a second scale plate and a light receiving element array substrate.
  • FIG. 23 shows the first scale plate of the optical encoder according to the twenty-third embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a front view showing a second scale plate and a light receiving element array substrate.
  • FIG. 24 is a schematic configuration diagram of an optical encoder according to the prior art, in which (a) is a front view and (b) is a side view.
  • Patent Document 1 In an optical encoder using three grating scale plates, a normal amplitude grating is used (Patent Document 1, Non-Patent Document 1), so that the amount of light incident on the light receiving element is small as described above.
  • the first scale plate is equipped with a cylindrical lens array. This is different from the phase grating disclosed in Patent Document 2 in that the light and dark pattern is generated by using the condensing action of each lens. In other words, it is equivalent to an array of light patterns generated by a single lens.
  • a light / dark pattern is generated by changing the curvature and shape of the lens (in the traveling direction of the light beam), the light / dark pattern
  • the shape can be changed, but it is a setting for generating the desired light and dark pattern.
  • the measured value is limited and the design margin is large.
  • the effect of the wavelength of light on the light-dark pattern is small compared to the phase grating. Therefore, the limited items such as machining accuracy and parts management are reduced, and the range of use environment is increased.
  • the first scale plate is irradiated with substantially collimated light, such as an LED, that is made from a coherent low-light source, and the scale pattern is arranged by a cylindrical lens array or a diffuser that scatters in only one direction. Can diffuse only in the direction. Furthermore, the diffusion angle in the arrangement direction of the scale pattern can be controlled by the curvature of the cylindrical lens, or the differential user pattern, and light can be incident on the light receiving element more efficiently.
  • substantially collimated light such as an LED
  • the scale pattern is arranged by a cylindrical lens array or a diffuser that scatters in only one direction. Can diffuse only in the direction.
  • the diffusion angle in the arrangement direction of the scale pattern can be controlled by the curvature of the cylindrical lens, or the differential user pattern, and light can be incident on the light receiving element more efficiently.
  • a scale plate having a plurality of scale patterns is formed.
  • the light beam that has passed through the track with the first or second scale plate is incident on a different track from the corresponding track of the second or third scale plate, causing a detection error. This can be suppressed.
  • linear encoders are illustrated in all the embodiments, but the present invention is naturally applicable to rotary encoders.
  • the light condensing direction and the scattering direction may be matched with the arc arrangement direction of the scale.
  • a light receiving element array is used in place of the third scale plate and the light receiving element arranged in the subsequent stage, but a light receiving element may be used in the third scale plate and the subsequent stage!
  • FIG. 1 is a diagram showing a first scale plate, a second scale plate, and a light receiving element array substrate in the optical encoder according to Embodiment 1 of the present invention, where (a) is a front view, (B) is a side view and (c) is the light intensity distribution on the A plane.
  • Light source (not shown) is made into parallel light with a lens etc. (not shown), and then the parallel light 1 is irradiated to the first scale plate 2 To do.
  • a cylindrical lens array 3 is arranged with a period P on the first scale plate 2. By the cylindrical lens array 3, the substantially parallel light 1 is condensed on the A surface only in the X direction.
  • the second scale plate 4 is arranged at a position Z away from this A surface force by a certain distance Z.
  • Example of chromium deposition on the second scale plate 4 For example, an amplitude grating in which rectangular openings 5 are arranged with a period P is provided.
  • the light receiving element array substrate 6 is arranged at a position separated by a certain distance Z.
  • a light receiving element array in which rectangular light receiving portions 7 are arranged with a period P is provided on the light receiving element array substrate 6, for example.
  • the value of the distance Z is intended to be an air equivalent length considering the refractive index of the second scale plate 4 (this is the same in the embodiments described later), for example, a value satisfying the following equation: Have.
  • ⁇ is the wavelength of light emitted from the light source.
  • each ray width in the X direction on the ridge surface by the cylindrical lens array 3 is The light distribution in the X direction on the A plane is a sinusoidal distribution having the same period P as the arrangement period of the cylindrical lens array 3 as shown in Fig. 1 (c).
  • the position of the A surface where the substantially parallel light 1 is collected in the X direction depends on the curvature and shape of the cylindrical lens array 3. However, if the position of the A surface is close to the cylindrical lens array 3, If the round focal length is shortened, the effect of variation in the radiation angle of the substantially parallel light 1 can be reduced, and errors such as variations in the period P of the light quantity distribution shown in FIG. However, if the focal length is shortened, the divergence angle of the directional light beam on the second scale plate 4 increases. Therefore, it is preferable to set the focal length so that the light receiving element array substrate 6 is efficiently irradiated with light. Desirably, it is set so that almost all light rays (excluding absorption and scattering by the material) irradiated to the first scale plate travel to the light receiving element array substrate 6.
  • the light irradiated to the first scale plate 2 The line can pass almost everything except the reflection on the surface of the first scale plate 2 and the cylindrical lens array 3 and the absorption inside, and the amount of light irradiated to the light receiving element array substrate 6 is increased. be able to.
  • the light beam since the light beam is not diffused in the direction (Y direction) perpendicular to the arrangement direction of the scale pattern, the light beam from the light source can be transmitted to the light receiving element more efficiently, and the detected light amount can be further increased. . Accordingly, it is possible to improve the characteristics of the optical encoder such as detection resolution and detection accuracy.
  • the distance between the A plane and the second scale plate 4 and the distance between the second scale plate 4 and the light receiving element array substrate 6 are each Z, and the first scale plate 2 Cylindrical lens array 3 array period, second scale plate 4 grating period, light receiving element array substrate 6 light receiving unit 7 array period P Absent. That is, it is sufficient that the light amount distribution on the A surface shown in FIG.
  • a cylindrical refractive lens is used as the cylindrical lens array 3, but a Fresnel lens array having a condensing function only in one direction may be used.
  • the same effect can be obtained by using an isosceles triangular prism array having the same arrangement period as the cylindrical lens 3.
  • a force reflection type in which the second scale plate 4 is a transmissive scale may be used.
  • the light receiving element array substrate 6 is arranged on the first scale plate 2 side, preferably on the A surface, with respect to the second scale plate 4, and the light intensity distribution on the A surface is the light receiving element array substrate 6. What is necessary is just to adjust the irradiation direction of the substantially parallel light 1 so as to form an image.
  • FIG. 2 is a diagram showing a first scale plate, a second scale plate, and a light receiving element array substrate in the optical encoder according to Embodiment 2 of the present invention, (a) is a front view, (B) is a side view.
  • the cylindrical lens array 3 on the first scale plate 2 is provided on the second scale plate 4 side.
  • two cylindrical lens arrays 3 are provided. It is placed on the opposite side of the eye scale plate 4, that is, on the light source side.
  • the boundary between the cylindrical lens array 3 and the first scale plate 2 is actually the first scale.
  • the light beam is refracted on the surface of the plate 2 opposite to the surface on which the cylindrical lens array 3 is disposed, but the above-described refraction is omitted for the sake of schematic description of the embodiment.
  • the light quantity distribution in the X direction on the A plane is a sinusoidal distribution having the same period P as the arrangement period of the cylindrical lens array 3 as shown in FIG.
  • the light beam applied to the first scale plate 2 is reflected on the surface of the first scale plate 2 and the cylindrical lens array 3 or is internally reflected. It can pass almost everything except absorption, and the amount of light irradiated to the light receiving element array substrate 6 can be increased.
  • the light beam is not diffused in the direction (Y direction) perpendicular to the arrangement direction of the scale pattern, the light beam from the light source can be transmitted to the light receiving element more efficiently, and the detected light amount can be further increased. . Accordingly, it is possible to improve the characteristics of the optical encoder such as detection resolution and detection accuracy.
  • the position of the A surface where the substantially parallel light 1 is collected in the X direction is not limited to the force existing in the first scale plate 2. It may exist outside the board 2.
  • the distance between the A surface and the second scale plate 4 and the distance between the second scale plate 4 and the light receiving element array substrate 6 are each Z, and the first scale plate 2 Force with the arrangement period of the cylindrical lens array 3 above, the grating period on the second scale plate 4 and the arrangement period of the light receiving section 7 on the light receiving element array substrate 6 as P, respectively. is not. In other words, any condition may be used as long as the light quantity distribution on the A surface shown in FIG. 1 (c) forms an image on the light receiving element array substrate 6.
  • a cylindrical refractive lens is used as the cylindrical lens array 3, but a Fresnel lens array having a condensing function only in one direction may be used.
  • the same effect can be obtained by using an isosceles triangular prism array having the same arrangement period as the cylindrical lens 3.
  • a force reflection type in which the second scale plate 4 is a transmission type scale may be used.
  • the light receiving element array substrate 6 may be arranged on the first scale plate 2 side, preferably on the A plane, with respect to the second scale plate 4.
  • FIG. 3 is a diagram showing a first scale plate, a second scale plate, and a light receiving element array substrate in the optical encoder according to Embodiment 3 of the present invention, where (a) is a front view, (B) is a side view.
  • the third embodiment has a force that is almost the same as that of the second embodiment.
  • a diffuser 8 that scatters light only in the X direction is provided on the opposite side of the cylindrical lens array 3 on the first scale plate 2. Is provided.
  • the substantially parallel light 1 is condensed on the A surface, that is, the diffuser 8 by the cylindrical lens array 3 to generate a secondary light source having a sine wave shape.
  • the secondary light source on the A plane is scattered by the diffuser 8 and propagates to the second scale plate 4.
  • the light beam irradiated to the first scale plate 2 is almost all except for reflection on the surfaces of the cylindrical lens array 3 and the diffuser 8 and internal absorption.
  • the amount of light applied to the light receiving element array substrate 6 can be increased. Further, since the light beam is not diffused in the direction perpendicular to the arrangement direction of the scale pattern, the light beam having the light source power can be transmitted to the light receiving element more efficiently, and the detected light amount can be further increased.
  • the coherency of the secondary light source can be sufficiently reduced by the diffuser 8, and a light amount distribution with less noise due to interference between light beams can be imaged on the light receiving element array substrate 6. Therefore, it is possible to improve the characteristics of the optical encoder, such as detection resolution and detection accuracy.
  • the substantially parallel light 1 is converted into the A plane, that is, the defocused light by the cylindrical lens array 3.
  • the A surface and the diffuser 8 surface do not need to be completely coincident with each other.
  • a force separate body in which the first scale plate 2 and the diffuser 8 are integrated may be used.
  • the distance between the A plane and the second scale plate 4 and the distance between the second scale plate 4 and the light receiving element array substrate 6 are each Z, and the first scale plate 2
  • the force with the arrangement period of the cylindrical lens array 3 above, the grating period on the second scale plate 4 and the arrangement period of the light receiving section 7 on the light receiving element array substrate 6 as P but is not limited to this. .
  • any condition may be used as long as the light quantity distribution on the A surface shown in FIG.
  • a cylindrical refractive lens is used as the cylindrical lens array 3, but a Fresnel lens array having a condensing function only in one direction may be used.
  • the same effect can be obtained by using an isosceles triangular prism array having the same arrangement period as the cylindrical lens 3.
  • the second scale plate 4 is a transmissive scale
  • the light receiving element array substrate 6 may be arranged on the first scale plate 2 side, preferably on the A plane, with respect to the second scale plate 4.
  • FIG. 4 is a diagram showing a first scale plate, a second scale plate, and a light receiving element array substrate in the optical encoder according to Embodiment 4 of the present invention, where (a) is a front view, (B) is a side view.
  • Embodiment 4 has a force substantially similar to that of Embodiment 3 described above.
  • Light is scattered only in the X direction on the opposite side of cylindrical lens array 3 on first scale plate 2 and the scattering angle thereof.
  • a diffuser 9 is provided that varies depending on the position in the X direction. In other words, the diffuser 9 is set such that the scattering angle is large at the center of the first scale plate 2 and the scattering angle is smaller than the center at the outside in the X direction.
  • Such a diffuser 9 is realized by CGH (Computer Generated Hologram) or the like.
  • the light beam applied to the first scale plate 2 is almost all except for reflection on the surfaces of the cylindrical lens array 3 and the diffuser 9 and internal absorption.
  • the amount of light applied to the light receiving element array substrate 6 can be increased.
  • the light beam having the light source power can be transmitted to the light receiving element more efficiently, and the detected light amount can be further increased.
  • the coherency of the secondary light source can be sufficiently reduced by the diffuser 9, and the light quantity distribution with little noise due to interference between the light beams can be imaged on the light receiving element array substrate 6.
  • the diffuser 9 by changing the scattering angle of the light beam by the diffuser 9 depending on the position in the X direction, it becomes possible to irradiate the light beam only in the vicinity of the region where the detection unit 7 exists on the light receiving element array substrate 6, It is possible to irradiate the light receiving element with light rays from the light source more efficiently, and to further increase the amount of detected light. Therefore, the characteristics of the optical encoder such as detection resolution and detection accuracy can be improved.
  • the substantially parallel light 1 is condensed on the A surface, that is, the diffuser 9 by the cylindrical lens array 3, but the A surface and the diffuser 9 surface do not need to be completely coincident with each other.
  • a force separate body in which the first scale plate 2 and the diffuser 9 are integrated may be used.
  • the distance between the A plane and the second scale plate 4 and the distance between the second scale plate 4 and the light receiving element array substrate 6 are each Z, and the first scale plate 2
  • the force with the arrangement period of the cylindrical lens array 3 above, the grating period on the second scale plate 4 and the arrangement period of the light receiving section 7 on the light receiving element array substrate 6 as P but is not limited to this. .
  • any condition may be used as long as the light quantity distribution on the A surface shown in FIG. 1 (c) is imaged on the light receiving element array substrate 6.
  • a cylindrical refractive lens is used as the cylindrical lens array 3, but a Fresnel lens array having a condensing function only in one direction may be used. The same effect can be obtained by using an isosceles triangular prism array having the same arrangement period as the cylindrical lens 3.
  • a force reflection type in which the second scale plate 4 is a transmission type scale may be used.
  • the light receiving element array substrate 6 may be arranged on the first scale plate 2 side, preferably on the A plane, with respect to the second scale plate 4.
  • FIG. 5 is a diagram showing a first scale plate, a second scale plate, and a light receiving element array substrate among the optical encoders according to the fifth embodiment of the present invention, (a) is a front view, (B) is a side view.
  • the force in the fifth embodiment is almost the same as that in the fourth embodiment.
  • the light is refracted only in the X direction on the opposite side of the cylindrical lens array 3 on the first scale plate 2, and the inclination angle thereof.
  • a prism array 10 is provided in which varies depending on the position in the X direction. That is, the prism array 10 is set so that the inclination angle is small at the center of the first scale plate 2 and the inclination angle is larger at the outer side in the X direction than at the center.
  • FIG. 5 (a) the light beam collected by the cylindrical lens array 3 is diverged toward the upper left of the drawing by the prism array 10 provided on the right side of the first scale plate 2. Proceeding with force toward the entire area on the substrate 6 where the detector 7 exists.
  • the prism array 10 Due to the prism array 10 provided on the left side, the light collected by the cylindrical lens array 3 is diverged toward the upper right of the drawing and travels toward the entire region where the detector 7 on the light receiving element array substrate 6 exists.
  • the light beam applied to the first scale plate 2 is almost the same as the reflection on the surfaces of the cylindrical lens array 3 and the prism array 10 and the internal absorption. All light can pass through, and the amount of light applied to the light receiving element array substrate 6 is large. Can be Further, since the light beam is not diffused in the direction perpendicular to the arrangement direction of the scale pattern, the light beam having the light source power can be transmitted to the light receiving element more efficiently, and the detected light amount can be further increased.
  • the prism array 10 by changing the refraction angle of the light beam by the prism array 10 according to the position in the X direction, it becomes possible to irradiate the light beam only in the vicinity of the region where the detection unit 7 exists on the light receiving element array substrate 6. It is possible to efficiently irradiate the light receiving element with light from the light source, and to further increase the amount of detected light. Accordingly, it is possible to improve the characteristics of the optical encoder such as detection resolution and detection accuracy.
  • the substantially parallel light 1 is collected by the cylindrical lens array 3 on the A surface, that is, on the prism array 10, but the A surface and the prism array 10 surface do not have to completely coincide with each other.
  • a force separate body in which the first scale plate 2 and the prism array 10 are integrated may be used.
  • a diffuser in which the light scattering direction changes depending on the position in the X direction as described above may be used.
  • the distance between the A surface and the second scale plate 4 and the distance between the second scale plate 4 and the light receiving element array substrate 6 are each Z, and the first scale plate 2
  • the arrangement period of the cylindrical lens array 3 above, the grating period on the second scale plate 4 and the arrangement period of the light receiving section 7 on the light receiving element array substrate 6 are set to P, but the present invention is not limited to this. . That is, it is acceptable if the light intensity distribution on the A surface shown in FIG. 1 (c) is imaged on the light receiving element array substrate 6.
  • a cylindrical refractive lens is used as the cylindrical lens array 3, but a Fresnel lens array having a light collecting function only in one direction may be used.
  • the same effect can be obtained by using an isosceles triangular prism array having the same arrangement period as the cylindrical lens 3.
  • the second scale plate 4 is a transmissive scale
  • the light receiving element array substrate 6 may be arranged on the first scale plate 2 side, preferably on the A plane, with respect to the second scale plate 4.
  • FIG. 6 shows the first scale of the optical encoder according to Embodiment 6 of the present invention.
  • FIG. 4 is a view showing a plate, a second scale plate, and a light receiving element array substrate, where (a) is a front view and (b) is a side view.
  • Embodiment 6 has substantially the same configuration as that of Embodiment 1 above.
  • Lens that makes light rays from light source 11 substantially parallel to the opposite side of cylindrical lens array 3 on first scale plate 2 12 are provided as a body.
  • the light beam applied to the first scale plate 2 is almost all except for reflection on the surfaces of the lens 12 and the cylindrical lens array 3 and internal absorption.
  • the amount of light irradiated to the light receiving element array substrate 6 can be increased.
  • the light beam having the light source power can be transmitted to the light receiving element more efficiently, and the detection light amount can be further increased. Therefore, it is possible to improve the characteristics of the optical encoder such as detection resolution and detection accuracy.
  • the lens 12 is formed integrally with the first scale plate 2, the light source and the lens portion can be thinned. Furthermore, the number of parts can be reduced, and the manufacturing cost can be reduced.
  • a Fresnel lens that functions similarly to the force using a plano-convex lens as the lens 12 may be used.
  • the distance between the A surface and the second scale plate 4 and the distance between the second scale plate 4 and the light receiving element array substrate 6 are each Z, and the first scale Force with P as the arrangement period of the cylindrical lens array 3 on the plate 2, the grating period on the second scale plate 4, and the arrangement period of the light receiving section 7 on the light receiving element array substrate 6, respectively. It is not something. In other words, any condition may be used as long as the light quantity distribution on the A surface shown in FIG. 1 (c) forms an image on the light receiving element array substrate 6.
  • a cylindrical refractive lens is used as the cylindrical lens array 3, but a Fresnel lens array having a light collecting function only in one direction may be used. The same effect can be obtained by using an isosceles triangular prism array having the same arrangement period as the cylindrical lens 3.
  • the second scale plate 4 is a transmissive scale
  • the light receiving element array substrate 6 may be arranged on the first scale plate 2 side, preferably on the A plane, with respect to the second scale plate 4.
  • FIG. 7 is a diagram showing a first scale plate, a second scale plate, and a light receiving element array substrate among the optical encoders according to the seventh embodiment of the present invention, (a) is a front view, (B) is a side view.
  • Embodiment 7 has substantially the same configuration as that of Embodiment 1. Instead of the cylindrical lens array 3 on the first scale plate 2, substantially parallel light 1 is applied to the A plane only in the X direction. A diffractive optical element array 13 for condensing light is provided.
  • the diffractive optical element array 13 condenses light by using diffraction and interference of light incident on each diffractive optical element, but changes the position of the A surface by changing the shape of each diffractive optical element. Therefore, the design margin is higher than the case where a phase grating is arranged instead of the diffractive optical element array 13.
  • the light beam applied to the first scale plate 2 is reflected on the surface of the first scale plate 2 and the diffractive optical element array 13 or is internally reflected. It is possible to pass almost everything except the absorption of light, and the amount of light irradiated to the light receiving element array substrate 6 can be increased.
  • the light beam since the light beam is not diffused in the direction perpendicular to the scale pattern arrangement direction, the light beam having the light source power can be transmitted to the light receiving element more efficiently. The amount of emitted light can be further increased. Therefore, the characteristics of the optical encoder such as detection resolution and detection accuracy can be improved.
  • this embodiment can be applied to the optical encoders according to Embodiments 1 to 6 described above.
  • the distance between the A surface and the second scale plate 4 and the distance between the second scale plate 4 and the light receiving element array substrate 6 are each Z, and the first scale Force with P as the array period of the diffractive optical element array 13 on the plate 2, the grating period on the second scale plate 4, and the array period of the light receiving section 7 on the light receiving element array substrate 6 It is not a thing. That is, it is sufficient that the light quantity distribution on the A surface shown in FIG.
  • a force reflection type may be used in which the second scale plate 4 is a transmission type scale.
  • the light receiving element array substrate 6 may be arranged on the first scale plate 2 side, preferably on the A plane, with respect to the second scale plate 4.
  • FIG. 8 is a diagram showing a first scale plate, a second scale plate, and a light receiving element array substrate in the optical encoder according to Embodiment 8 of the present invention, where (a) is a front view, (B) is a side view.
  • the optical encoder according to the eighth embodiment uses an amplitude grating for the first scale plate.
  • the X-direction is long and the Y-direction is short.
  • the light beam 15 that is also emitted from the light source 14 such as an LED has a cylindrical lens 16 that collects light only in the Y-direction. It is made almost parallel.
  • the light beam that has passed through the cylindrical lens 16 generates a secondary light source on the A surface of the first scale plate 17, and the second scale plate 18 causes the light intensity distribution on the A surface on the light receiving element array substrate 19. Imaged.
  • the first scale plate 17 is provided with a track 20 and a track 21.
  • the second scale plate 18 has tracks 22 and 23.
  • the light receiving element arrays 24 and 25 are also provided on the light receiving element array substrate 19. That is, on the first scale plate 17 Of the light intensity distribution of the secondary light source generated on the track 20, only the frequency component transmitted by the grid pattern of the track 22 on the second scale plate 18 acting as a spatial frequency filter forms an image on the light receiving element array 24. Is done.
  • the optical encoder according to Embodiment 8 uses a scale plate having a plurality of tracks, but the second light beam that has passed through a certain track on the first or second scale plate.
  • the incident on the track different from the corresponding track of the scale plate or the light receiving element array substrate is suppressed. Therefore, occurrence of detection error can be suppressed.
  • the light beam since the light beam is not diffused in the direction perpendicular to the arrangement direction of the scale pattern, the light beam from the light source can be transmitted to the light receiving element more efficiently, and the amount of detected light can be increased. Therefore, it is possible to improve the characteristics of the optical encoder such as detection resolution and detection accuracy.
  • a light source is used in which the X direction is long and the Y direction is short in the dimensions of the light emitting portion, but the present invention is not limited to this. Further, a Fresnel lens having a condensing function only in one direction using a cylindrical refractive lens as the cylindrical lens 16 may be used.
  • the distance between the A plane and the second scale plate 18 and the distance between the second scale plate 18 and the light receiving element array substrate 19 are set to Z, respectively. It is not something. In other words, any condition may be used as long as the light quantity distribution on the A surface is imaged on the light receiving element array substrate 19.
  • the second scale plate 18 is a transmissive scale, but it may be a reflective type.
  • the light receiving element array substrate 19 is the second scale plate 18.
  • it may be arranged on the first scale plate 17 side, preferably on the A plane.
  • FIG. 9 is a diagram showing a first scale plate, a second scale plate, and a light receiving element array substrate in the optical encoder according to the ninth embodiment of the present invention, where (a) is a front view, (B) is a side view.
  • a force having the same configuration as that of the fourth embodiment is applied to the first scale plate 26 using an amplitude grating.
  • a diffuser 27 that scatters light only in the X direction and changes the scattering angle depending on the position in the X direction.
  • the diffuser 27 is set so that the scattering angle is large at the center of the first scale plate 26 and the scattering angle is smaller at the outer side in the X direction than at the center.
  • each scale plate and the light receiving element array substrate 29 are provided with a plurality of tracks, and in the case of this embodiment, two tracks.
  • the optical encoder according to Embodiment 9 uses a scale plate having a plurality of tracks, but the second light beam that has passed through a certain track on the first or second scale plate.
  • the incident on the track different from the corresponding track of the scale plate or the light receiving element array substrate is suppressed. Therefore, occurrence of detection error can be suppressed.
  • the light beam since the light beam is not diffused in the direction perpendicular to the arrangement direction of the scale pattern, the light beam from the light source can be transmitted to the light receiving element more efficiently, and the amount of detected light can be increased.
  • the diffuser 27 can sufficiently reduce the coherency of the secondary light source, and forms an image on the light receiving element array substrate 29 with a light amount distribution with less noise due to interference between light beams. Togashi.
  • the diffuser 27 by changing the scattering angle of the light beam by the diffuser 27 according to the position in the X direction, it becomes possible to irradiate the light beam only in the vicinity of the region where the detection unit 7 exists on the light receiving element array substrate 29.
  • the light receiving element can be irradiated with light from the light source more efficiently.
  • the detected light amount can be increased. Therefore, the characteristics of the optical encoder such as detection resolution and detection accuracy can be improved.
  • the force provided to the diffuser 27 on the opposite side of the surface on which the amplitude grating is provided on the first scale plate 26 is provided with an amplitude grating that is not limited to this. It may be provided on the surface.
  • the diffuser may be formed on the amplitude grating by a resin molding technique or the like.
  • a force separate body in which the first scale plate 26 and the diffuser 27 are integrated may be used.
  • the distance between the A surface and the second scale plate 28 and the distance between the second scale plate 28 and the light receiving element array substrate 29 are set to Z, respectively. It is not something. In other words, any condition may be used as long as the light quantity distribution on the A surface is imaged on the light receiving element array substrate 29.
  • the second scale plate 28 is a transmissive scale, but it may be a reflective type.
  • the light receiving element array substrate 29 may be disposed on the first scale plate 26 side, preferably on the A plane, with respect to the second scale plate 28.
  • FIG. 10 is a diagram showing a first scale plate, a second scale plate, and a light receiving element array substrate in the optical encoder according to the tenth embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 (a) is a front view.
  • (B) is a side view.
  • the orientation of the first diffuser 27 and the first scale plate 26 provided with the amplitude grating which is substantially the same as that of the ninth embodiment, is arranged upside down in the figure. ! That is, the diffuser 27 is disposed on the light source side, and the amplitude scale is disposed on the second scale plate 28 side. Even in such an arrangement, the same operation as in the ninth embodiment is performed.
  • the encoder according to Embodiment 10 also uses a scale plate having a plurality of tracks. Light force that has passed through the track with the first or second scale plate It can be prevented from entering a track different from the corresponding track of the second scale plate or light receiving element array substrate. Therefore, occurrence of detection error can be suppressed.
  • the light beam since the light beam is not diffused in the direction perpendicular to the arrangement direction of the scale pattern, the light beam from the light source can be transmitted to the light receiving element more efficiently, and the amount of detected light can be increased.
  • the coherency of the secondary light source can be sufficiently reduced by the diffuser 27, and a light amount distribution with less noise due to interference between light beams can be imaged on the light receiving element array substrate 29.
  • the diffuser 27 by changing the scattering angle of the light beam by the diffuser 27 according to the position in the X direction, it becomes possible to irradiate the light beam only in the vicinity of the region on the light receiving element array substrate 29 where the detection unit 7 exists.
  • the light receiving element can be irradiated with light from the light source more efficiently.
  • the detected light amount can be increased. Therefore, the characteristics of the optical encoder such as detection resolution and detection accuracy can be improved.
  • FIG. 11 is a diagram showing a first scale plate, a second scale plate, and a light receiving element array substrate in the optical encoder according to the eleventh embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 (a) is a front view.
  • (B) is a side view.
  • the eleventh embodiment has substantially the same configuration as the ninth embodiment, and the light is scattered only in the X direction on the first scale plate 26 on which the force amplitude grating is formed, and the scattering direction is the X direction.
  • the diffuser 36 provided on the left side of the first scale plate 26 scatters the light beam generated from the secondary light source generated on the left side toward the upper right side of the drawing and scatters the detection unit on the light receiving element array substrate 29. Proceed toward the entire area where 7 exists.
  • the center of the diffuser 36 scatters the light beam from the secondary light source on the A surface toward the upper side of the drawing and advances it toward the entire region where the detection unit 7 exists on the light receiving element array substrate 36.
  • Such a diffuser 36 is called CGH (Computer Generated Hologra m).
  • the optical encoder according to Embodiment 11 uses a scale plate having a plurality of tracks, but the second power scale that has passed through the track having the first or second scale plate.
  • the incident on a track different from the corresponding track of the plate or the light receiving element array substrate is suppressed. Therefore, occurrence of detection error can be suppressed.
  • the light beam since the light beam is not diffused in the direction perpendicular to the arrangement direction of the scale pattern, the light beam from the light source can be transmitted to the light receiving element more efficiently, and the amount of detected light can be increased.
  • the coherency of the secondary light source can be sufficiently reduced by the diffuser 36, and a light amount distribution with less noise due to interference between light beams can be imaged on the light receiving element array substrate 29.
  • the diffuser 36 by changing the scattering direction of the light beam by the diffuser 36 according to the position in the X direction, it becomes possible to irradiate the light beam only in the vicinity of the region where the detection unit 7 exists on the light receiving element array substrate 29.
  • the light receiving element can be irradiated with light from the light source more efficiently.
  • the detected light amount can be increased. Therefore, the characteristics of the optical encoder such as detection resolution and detection accuracy can be improved.
  • the force provided to the diffuser 36 on the opposite side of the surface on which the amplitude grating is provided on the first scale plate 26 is provided with an amplitude grating that is not limited to this. It may be provided on the surface.
  • a force separate body in which the first scale plate 26 and the diffuser 36 are integrated may be used.
  • the distance between the A surface and the second scale plate 28 and the distance between the second scale plate 28 and the light receiving element array substrate 29 are set to Z, respectively. What Absent. In other words, any condition may be used as long as the light quantity distribution on the A surface is imaged on the light receiving element array substrate 29.
  • the second scale plate 28 is a transmissive scale, but it may be a reflective type.
  • the light receiving element array substrate 29 may be disposed on the first scale plate 26 side, preferably on the A plane, with respect to the second scale plate 28.
  • FIG. 12 is a diagram showing a first scale plate, a second scale plate, and a light receiving element array substrate in the optical encoder according to the twelfth embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 (a) is a front view.
  • (B) is a side view.
  • a cylindrical lens 37 that collects light only in the X direction is provided on the light source side of the first scale plate 26 on the light source side of the first scale plate 26, a cylindrical lens 37 that collects light only in the X direction is provided. Further, on the opposite side, that is, on the second scale plate 28 side, there is provided a diffuser 38 that scatters light only in the X direction, and whose scattering direction and scattering angle are constant regardless of the position in the X direction. . The focal position of the cylindrical lens 37 is set near the light receiving element array substrate 29.
  • the substantially parallel light 1 is refracted by the cylindrical lens 37.
  • the light passes through the amplitude grating and is scattered by the diffuser 38.
  • the light beam of the secondary light source generated on the right side of the A plane is scattered toward the upper left of the drawing and travels toward the entire region where the detection unit 7 on the light receiving element array substrate 29 exists.
  • the light beam from the secondary light source generated on the left side is scattered toward the upper right of the drawing, and proceeds toward the entire region where the detection unit 7 on the light receiving element array substrate 29 exists.
  • the light beam from the secondary light source is scattered toward the upper side of the drawing and travels toward the entire region where the detection unit 7 exists on the light receiving element array substrate 36. This brings about an effect similar to that of the eleventh embodiment.
  • the tracks 32, 33 on the second scale plate 28 out of the light quantity distribution of each secondary light source on the A surface. Only the frequency component transmitted by the grating pattern is formed on the corresponding light receiving element arrays 34 and 35 on the light receiving element array substrate 29.
  • the first scale plate 26 and the second scale plate 28 are aligned along the lattice arrangement direction. As a result, the image on the light receiving element array substrate 29 is also moved, and an output signal correlated with the relative movement amount of the two scale plates is obtained from the light receiving element arrays 34 and 35 on the light receiving element array substrate 29. .
  • the optical encoder according to the twelfth embodiment uses a scale plate having a plurality of tracks, but the second power scale that passes through the track having the first or second scale plate.
  • the incident on a track different from the corresponding track of the plate or the light receiving element array substrate is suppressed. Therefore, occurrence of detection error can be suppressed.
  • the light beam since the light beam is not diffused in the direction perpendicular to the arrangement direction of the scale pattern, the light beam from the light source can be transmitted to the light receiving element more efficiently, and the amount of detected light can be increased.
  • the coherency of the secondary light source can be sufficiently reduced by the diffuser 38, and a light amount distribution with less noise due to interference between light beams can be imaged on the light receiving element array substrate 29.
  • the diffuser 38 by changing the scattering direction of the light beam by the diffuser 38 according to the position in the X direction, it becomes possible to irradiate the light beam only in the vicinity of the region where the detection unit 7 exists on the light receiving element array substrate 29.
  • the light receiving element can be irradiated with light from the light source more efficiently.
  • the detected light amount can be increased. Therefore, the characteristics of the optical encoder such as detection resolution and detection accuracy can be improved.
  • the first scale plate 26, the cylindrical lens 37, and the diffuser 38 may be integrated with each other. Further, a Fresnel lens having a condensing function only in one direction using a cylindrical refractive lens as the cylindrical lens 37 may be used.
  • the distance between the A surface and the second scale plate 28 and the distance between the second scale plate 28 and the light receiving element array substrate 29 are set to Z, respectively. It is not something. In other words, any condition may be used as long as the light quantity distribution on the A surface is imaged on the light receiving element array substrate 29.
  • the second scale plate 28 is a transmissive scale, but it may be a reflective type.
  • the light receiving element array substrate 29 may be disposed on the first scale plate 26 side, preferably on the A plane, with respect to the second scale plate 28.
  • FIG. 13 is a diagram showing a first scale plate, a second scale plate, and a light receiving element array substrate in the optical encoder according to the thirteenth embodiment of the present invention.
  • a reflective scale is applied to the second scale plate.
  • (a) and (c) are front views, but the form shown in (c) is a further improvement of the form shown in (a).
  • (B) is an enlarged view of the vicinity of the first scale plate in the case of (a).
  • a prism array 39 ′ that refracts light only in the X direction is provided on the light source side of the first scale plate 2, and a cylindrical tube that condenses light only in the X direction on the opposite emission side.
  • a lens array 3 is provided.
  • a reflective scale plate 40 is disposed above the first scale plate 2 in the drawing, and a light receiving element array substrate 6 is provided on the left side in the X direction of the first scale plate 2.
  • the substantially parallel light 1 is refracted by the prism array 39 'and travels to the left in the drawing.
  • each of the substantially parallel light beams is collected only in the X direction by the cylindrical lens array 3, and has substantially the same period as the arrangement period of the cylindrical lens array 3, and the amount of light is A secondary light source 41 having a sinusoidal distribution is generated. Thereafter, the light beam emitted from the secondary light source 41 generated by the substantially parallel light beam travels in the left direction, is reflected by the reflective scale plate 40, and then enters the light receiving element array substrate 6. At this time, the inclination angle of the prism array 3 9 ′ is set so that the amount of light received by the light receiving element array substrate 6 is optimized.
  • the light beam applied to the first scale plate 2 is substantially reflected except for reflection on the surfaces of the prism array 39 and the cylindrical lens array 3 and absorption inside.
  • the amount of light radiated on the light receiving element array substrate 6 Can be bigger.
  • the light beam having the light source power can be transmitted to the light receiving element more efficiently, and the detected light amount can be further increased.
  • the traveling direction of the substantially parallel light 1 can be controlled by the prism array 39 ′, it is possible to irradiate light only in the vicinity of the region where the detection unit exists on the light receiving element array substrate 6, and the light source power can be more efficiently Light can be irradiated to the light receiving element, and the amount of detected light can be further increased. Therefore, the characteristics of the optical encoder such as detection resolution and detection accuracy can be improved.
  • the prism array 39 ′ is used, but the same effect can be obtained even with a single prism.
  • the period of the prism array 39 may be an arbitrary value that is not related to the period of the cylindrical lens array 3, but may be determined so that the light quantity distribution of the secondary light source 41 becomes a desired distribution.
  • the prism array 39 ′ and the first scale plate 2 are integrated, but may be separate.
  • a Fresnel lens array having a condensing function only in one force direction using a cylindrical refractive lens as the cylindrical lens array 3 may be used.
  • a prism array 39 that refracts light only in the X direction is provided on the light source side of the first scale plate 2.
  • This prism array 39 refracts substantially parallel light 1 and divides it into two substantially parallel light fluxes directed in the horizontal direction of the drawing.
  • each substantially parallel light beam is condensed only in the X direction by the cylindrical lens array 3, and has substantially the same period as the arrangement period of the cylindrical lens array 3. Generates secondary light sources 41 and 42 with a sinusoidal distribution.
  • the light beams emitted from the secondary light sources 41 and 42 generated by the above two substantially parallel light beams respectively travel in the left and right directions and are reflected by the reflective scale plate 40, and then are applied to the light receiving element array substrate 6 on the left and right sides of the drawing.
  • the two kinds of inclination angles of the prism array 39 are set so that the amount of light received by the light receiving element array substrate 6 is optimized.
  • the form shown in (d) can obtain substantially the same effect as the form shown in (a) and (b).
  • the amount of light received per unit area of the light receiving element array substrate 6 is certainly half of the cases (a) and (b) in the cases (c) and (d).
  • the configurations shown in (c) and (d) have symmetry, the error included in the signal detected by each of the left and right light receiving element arrays can be removed by the signal of the other light receiving element array. It can also be said.
  • FIG. 14 is a diagram showing a first scale plate, a second scale plate, and a light receiving element array substrate in the optical encoder according to Embodiment 14 of the present invention.
  • a reflective scale is applied to the second scale plate.
  • the force in the fourteenth embodiment is substantially the same as that in the thirteenth embodiment.
  • An array 43 ′ is provided, and a light receiving element array substrate 6 is provided on the left side in the Y direction of the first scale plate 2.
  • the substantially parallel light 1 is refracted by the prism array 43 'to become a substantially parallel light beam.
  • the secondary light source generated by the substantially parallel light flux travels in the refracted direction, is reflected by the reflective scale plate 40, and then enters the light receiving element array substrate 6.
  • the inclination angle of the prism array 43 ′ is set so that the light receiving amount of the light receiving element array substrate 6 is optimized!
  • the difference from the thirteenth embodiment is the direction in which the substantially parallel light 1 is refracted by the prism array 43 ′.
  • the light beam applied to the first scale plate 2 is substantially reflected except for reflection on the surfaces of the prism array 43 and the cylindrical lens array 3 and internal absorption.
  • the amount of light applied to the light receiving element array substrate 6 can be increased.
  • the traveling direction of the substantially parallel light 1 can be controlled by the prism array 43 ′, it becomes possible to irradiate light only in the vicinity of the region where the detection part on the light receiving element array substrate 6 exists, and the light source power can be more efficiently emitted. It is possible to irradiate the light receiving element with the light beam and further increase the amount of light detected. Therefore, the characteristics of the optical encoder such as detection resolution and detection accuracy can be improved.
  • prism array 43 ′ is used, but a similar effect can be obtained even with a single prism.
  • the period of the prism array 43 may be an arbitrary value that is not related to the period of the cylindrical lens array 3, but may be determined so that the light quantity distribution of the secondary light source becomes a desired distribution.
  • a force-coupled body including the prism array 43 ′ and the first scale plate 2 may be used.
  • a Fresnel lens array having a condensing function only in one force direction using a cylindrical refractive lens for the cylindrical lens array 3 may be used.
  • the light source side of the first scale plate 2 is provided with a prism array 43 that refracts light only in the Y direction, not in the X direction.
  • the light receiving element array substrate 6 is provided on both sides of the first scale plate 2 in the Y direction. That is, the prism array 43 refracts the substantially parallel light 1 and divides it into two substantially parallel light beams.
  • the light emitted from the secondary light source generated by these two substantially parallel light beams travels in the refracted direction and is reflected by the reflective scale plate 40, and then (divided into two locations in the Y direction). ) Incident on the light receiving element array substrate 6. At this time, the inclination angle of the prism array 43 is set so that the light receiving amount of the light receiving element array substrate 6 is optimized!
  • a reflective scale that acts as a spatial frequency filter. Only the frequency component transmitted by the light plate 40 is imaged on the light receiving element array substrate 6.
  • the image on the light receiving element array substrate 6 also moves, and the relative movement amount of the two scale plates is correlated. An output signal is obtained from the light receiving element array substrate 6.
  • the prism array 43 is used, but the same effect can be obtained even with a single prism.
  • FIG. 15 is a diagram showing a first scale plate, a second scale plate, and a light receiving element array substrate in the optical encoder according to the fifteenth embodiment of the present invention.
  • a reflective scale is applied to the second scale plate.
  • (a) and (b) are both front views.
  • the form shown in (b) is a further improvement of the form shown in (a).
  • the force in the fifteenth embodiment is almost the same as that in the thirteenth embodiment.
  • the first scale plate 26 is provided with a prism array 39 ′ that refracts light only in the X direction and an amplitude grating. .
  • the substantially parallel light 1 is refracted by the prism array 39 ′ to be a substantially parallel light beam directed to the left in the drawing.
  • the light beam emitted from the secondary light source generated by the substantially parallel light beam travels in the refracted direction (left direction in the drawing), is reflected by the reflective scale plate 40, and then enters the light receiving element array substrate 29.
  • the inclination angle of the prism array 39 ′ is set so that the light receiving amount of the light receiving element array substrate 29 is optimized!
  • the frequency component transmitted by the reflective scale plate 40 acting as a spatial frequency filter is imaged on the light receiving element array substrate 29.
  • the first scale plate 26 and the reflective scale plate 40 move relative to each other along the lattice arrangement direction. Then, the image on the light receiving element array substrate 29 is also moved, and an output signal correlated with the relative movement amount of the two scale plates is obtained from the light receiving element array substrate 29.
  • the light beam is not diffused in the direction perpendicular to the arrangement direction of the scale pattern, so that the light beam from the light source can be more efficiently transmitted to the light receiving element, and the detected light amount Can be increased. Furthermore, since the traveling direction of the substantially parallel light 1 can be controlled by the prism array 39 ′, it is possible to irradiate light only in the vicinity of the region where the detection portion on the light receiving element array substrate 29 exists, and more efficiently from the light source Can be irradiated onto the light receiving element, and the amount of detected light can be further increased. Therefore, it is possible to improve the characteristics of the optical encoder such as detection resolution and detection accuracy.
  • the prism array 39 ′ is used, but the same effect can be obtained even with a single prism.
  • the period of the prism array 39 ′ may be any value that is not related to the period of the amplitude scale on the first scale plate 26, but is determined so that the light quantity distribution of the secondary light source becomes a desired distribution. do it.
  • a force separate body in which the prism array 39 ′ and the first scale plate 26 are integrated may be used.
  • the substantially parallel light 1 is refracted in the X direction by the prism array 39 '.
  • the substantially parallel light 1 is refracted in the Y direction.
  • a light receiving element array substrate 29 may be disposed next to the eye scale plate 26 in the Y direction.
  • the prism array 39 ′ may be disposed on the power beam emitting side disposed on the light beam incident side.
  • the prism array 39 is provided on the opposite side of the amplitude grating provided in the first scale plate 26, but may be provided on the same surface.
  • the first scale plate 26 is provided with a prism array 39 that refracts light only in the X direction and an amplitude grating.
  • This prism array 39 refracts substantially parallel light 1 and divides it into two substantially parallel light fluxes directed in the horizontal direction of the drawing.
  • the light beams emitted from the respective secondary light sources generated by the two substantially parallel light beams travel in the refracted directions (the left and right directions in the drawing) and are reflected by the reflective scale plate 40, and then the light receiving element array bases on the left and right sides in the drawing. Incident on plate 29.
  • the inclination angle of the prism array 39 is the same as that of the light receiving element array substrate 29.
  • the received light level is set to be optimal.
  • the amount of light received per unit area of the light receiving element array substrate 29 is certainly half of the case of (a) in the case of (b). However, since the form shown in (b) has symmetry, it can be said that the error included in the signal detected by each of the left and right light receiving element arrays can be removed by the signal of the other light receiving element array. .
  • the prism array 39 is used, but the same effect can be obtained even with a single prism. Also, the parallel light 1 is refracted in the X direction by the prism array 39. As in Embodiment 14, the substantially parallel light is refracted in the Y direction and received by the first scale plate 26 adjacent to the Y direction. An element array substrate 29 may be disposed.
  • FIG. 16 is a diagram showing a first scale plate, a second scale plate, and a light receiving element array substrate in the optical encoder according to the sixteenth embodiment of the present invention.
  • (A) is a front view
  • (b) is a side view.
  • the cylindrical lens array 3 on the first scale plate 2 is a convex lens array.
  • a cylindrical lens array 44 serving as a concave lens array is disposed.
  • light rays are refracted on the boundary between the cylindrical lens array 44 and the first scale plate 2 and on the surface of the first scale plate 2 opposite to the surface on which the cylindrical lens array 44 is disposed.
  • the above refraction is omitted in FIG. / Speak.
  • the force that generates a secondary light source having a sinusoidal distribution is generated. Since the cylindrical lens array 44 is a concave lens array, the secondary light source is the first one. It is virtually generated on the A surface of the scale plate 2 on the light incident side. Of the sine wave distribution described above, only the frequency component transmitted by the second scale plate 4 serving as a spatial frequency filter is imaged on the light receiving element array substrate 6. When the first scale plate 2 and the second scale plate 4 move relative to each other along the grid arrangement direction, the image on the light receiving element array substrate 6 also moves, and the relative movement of the two scale plates A correlated output signal is obtained from the light receiving element array substrate 6.
  • the light irradiated to the first scale plate 2 is reflected on the surfaces of the first scale plate 2 and the cylindrical lens array 44 or absorbed inside. It is possible to pass almost everything except for the above, and the amount of light applied to the light receiving element array substrate 6 can be increased.
  • the light beam is not diffused in the direction perpendicular to the arrangement direction of the scale pattern, the light from the light source can be transmitted to the light receiving element more efficiently, and the detected light quantity can be further increased. Therefore, the characteristics of the optical encoder such as detection resolution and detection accuracy can be improved.
  • the distance between the A plane and the second scale plate 4 and the distance between the second scale plate 4 and the light receiving element array substrate 6 are each Z, and the first scale plate 2 Cylindrical lens array 44 array period, second scale plate 4 grid period, light receiving element array substrate 6 light receiving unit 7 array period P Absent. That is, it is sufficient that the light quantity distribution on the A surface shown in FIG.
  • a cylindrical refractive lens is used as the cylindrical lens array 44, but a Fresnel lens array having a diffusion function only in one direction may be used.
  • a similar effect can be obtained by using an isosceles triangular prism array having the same arrangement period as the cylindrical lens 44.
  • a force reflection type in which the second scale plate 4 is a transmissive scale may be used.
  • the light receiving element array substrate 6 may be disposed on the first scale plate 2 side, preferably on the A plane, with respect to the second scale plate 4.
  • FIG. 17 is a diagram showing a first scale plate, a second scale plate, and a light receiving element array substrate in the optical encoder according to the seventeenth embodiment of the present invention.
  • a reflective scale is applied to the second scale plate.
  • a cylindrical lens array 45 that collects light only in the X direction is provided on the first scale plate 2.
  • a reflective scale plate 40 is arranged on the light emitting side of the first scale plate 2, and a light receiving element array substrate 6 is provided on the A surface adjacent to the X direction of the first scale plate 2. It has been.
  • Each lens focal position of the cylindrical lens array 45 exists at a position where incident light refracted in the right direction of the drawing intersects on the A plane, and has almost the same period as the arrangement period of the cylindrical lens array 45. Secondary light sources with a sinusoidal distribution of light intensity are generated at these lens focal positions.
  • the light beam emitted from the secondary light source travels in the right direction in the drawing, is reflected by the reflective scale plate 40, and then enters the light receiving element array substrate 6. At this time, the inclination of the light beam traveling direction (broken arrow) by the cylindrical lens array 45 is set so that the amount of light received by the light receiving element array substrate 6 is optimized.
  • the light irradiated to the first scale plate 2 passes almost all except the reflection on the surface of the cylindrical lens array 45 and the absorption inside.
  • the amount of light irradiated to the light receiving element array substrate 6 can be increased.
  • the light beam having the light source power can be more efficiently transmitted to the light receiving element, and the detected light amount can be further increased.
  • the light beam traveling direction can be controlled by the shape of the cylindrical lens array 45, it is possible to irradiate light only in the vicinity of the area on the light receiving element array substrate 6 where the detection portion exists, and the light from the light source is more efficiently emitted. To the light receiving element Irradiation can be performed, and the amount of detected light can be further increased. Therefore, the characteristics of the optical encoder such as detection resolution and detection accuracy can be improved.
  • the distance between the A surface and the reflective scale plate 40 and the distance between the reflective scale plate 40 and the light receiving element array substrate 6 are made equal, and the cylindrical record on the first scale plate 2 is made.
  • the array period of the sensor array 45, the grating period on the reflective scale plate 40, and the array period of the light receiving elements on the light receiving element array substrate 6 are made equal.
  • the present invention is not limited to this. That is, it is sufficient that the light quantity distribution on the A surface shown in FIG.
  • a cylindrical refractive lens is used as the cylindrical lens array 45, but a Fresnel lens array having a condensing function only in one direction may be used.
  • the same effect can be obtained by using a triangular prism array V having the same arrangement period as the cylindrical lens 45 V.
  • FIG. 18 is a front view showing a first scale plate, a second scale plate, and a light receiving element array substrate in the optical encoder according to the eighteenth embodiment of the present invention.
  • a reflective scale is applied to the first scale plate.
  • a concave cylindrical mirror array 47 that condenses light only in the X direction is provided on the first scale plate 2.
  • a second scale plate 4 is disposed on the light emitting side of the first scale plate 2, and a light receiving element array substrate 6 is provided on the light traveling direction side.
  • the substantially parallel light 1 that is incident light is incident from an optical window 46 provided in the second scale plate 4.
  • Substantially parallel light 1 passes through the optical window 46 and then irradiates the concave cylindrical mirror array 47.
  • each concave mirror On the focal position A surface of each concave mirror, a secondary light source having a period substantially the same as the arrangement period of the concave cylindrical mirror array 47 and having a sinusoidal light intensity is generated.
  • the light emitted from the secondary light source described above travels in the lower left direction in the drawing, passes through the second scale plate 4, and then enters the light receiving element array substrate 6.
  • the focal length of the concave cylindrical mirror array 47 and the inclination of the reflected light traveling direction (broken arrows) from the concave cylindrical mirror array 47 are almost all of the light rays irradiated to the concave cylindrical mirror array 47. Is set to travel on the light receiving element array substrate 6.
  • the light irradiated onto the first scale plate 2 can be reflected almost entirely except for absorption and scattering by the concave cylindrical mirror array 47.
  • the amount of light applied to the light receiving element array substrate 6 can be increased.
  • the light beam from the light source can be transmitted to the light receiving element more efficiently, and the detected light amount can be further increased. Therefore, it is possible to improve the characteristics of the optical encoder such as detection resolution and detection accuracy.
  • the distance between the A surface and the second scale plate 4 and the distance between the second scale plate 4 and the light receiving element array substrate 6 are made equal to each other.
  • the array period of the concave cylindrical mirror array 47 on the scale plate 2 of the same, the lattice period of the second scale plate 4 and the array period of the light receiving element 7 on the light receiving element array substrate 6 were made equal, but it is limited to this. It is not a thing. That is, it is sufficient if the light amount distribution on the A surface is formed on the light receiving element array substrate 6 as an image having the same period as the arrangement period of the light receiving elements 7.
  • a cylindrical concave mirror array is used for the concave cylindrical mirror array 47, but a mirror array or a reflective type having a Fresnel lens structure having a condensing function only in the X direction.
  • a diffractive optical element array may be used. The same effect can be obtained by using a triangular mirror array having the same arrangement period as that of the concave cylindrical mirror array 47.
  • FIG. 19 shows the first scale of the optical encoder according to Embodiment 19 of the present invention.
  • FIG. 6 is a front view showing a steel plate, a second scale plate, and a light receiving element array substrate.
  • a force is used in which the optical element array on the first scale plate 2 is the concave cylindrical mirror array 47.
  • the convex cylindrical mirror array 48 is arranged.
  • a secondary light source having a sinusoidal distribution is generated as in the case of the above-described eighteenth embodiment.
  • the secondary light source is the first scale. It is virtually generated on the A surface on the opposite side (upper side in FIG. 19) of the beam plate 2 from the light incident side.
  • the focal length of the convex cylindrical mirror array 48 and the inclination of the reflected light traveling direction (broken arrow) from the convex cylindrical mirror array 48 are substantially the same as those irradiated to the convex cylindrical mirror array 48. All light beams are set to travel on the light receiving element array substrate 6.
  • the light irradiated on the first scale plate 2 can be reflected almost entirely except for absorption and scattering by the convex cylindrical mirror array 48.
  • the amount of light applied to the light receiving element array substrate 6 can be increased.
  • the light beam from the light source can be transmitted to the light receiving element more efficiently, and the detected light amount can be further increased. Therefore, it is possible to improve the characteristics of the optical encoder such as detection resolution and detection accuracy.
  • the distance between the A surface and the second scale plate 4 and the distance between the second scale plate 4 and the light receiving element array substrate 6 are made equal to each other.
  • the array period of the convex cylindrical mirror array 48 on the scale plate 2, the lattice period of the second scale plate 4, and the array period of the light receiving element 7 on the light receiving element array substrate 6 were made equal, but this is limited to this. It is not a thing. That is, the light quantity distribution on the A surface is the light receiving element array substrate 6 and the light receiving element 7 Any condition may be used as long as the image is formed as an image having the same period as the period.
  • a cylindrical convex mirror array is used for the convex cylindrical mirror array 48, but a mirror array or a reflective type having a Fresnel lens structure having a diffusion function only in the X direction.
  • a diffractive optical element array may be used. The same effect can be obtained by using a triangular mirror array having the same arrangement period as that of the convex cylindrical mirror array 48.
  • FIG. 20 is a front view showing the lens, the first scale plate, the second scale plate, and the light receiving element array substrate in the optical encoder according to the twentieth embodiment of the present invention.
  • a reflective scale is applied to the first scale plate.
  • the optical encoder in the present embodiment is provided with a lens 49 that makes the light emitted from the light source 11 substantially parallel on the force optical window 46 that operates in the same manner as in the eighteenth embodiment.
  • the light beam emitted from the light source 11 becomes substantially parallel light 1 by the lens 49.
  • the substantially parallel light 1 is It travels in the direction and irradiates the concave cylindrical mirror array 47.
  • a secondary light source having a period substantially the same as the arrangement period of the concave cylindrical mirror array 47 and a light amount having a sinusoidal distribution is generated.
  • the light irradiated on the first scale plate 2 can be almost regularly reflected except for absorption and scattering by the concave cylindrical mirror array 47.
  • the amount of light applied to the light receiving element array substrate 6 can be increased.
  • the light beam having the light source power can be transmitted to the light receiving element more efficiently, and the detected light amount can be further increased. Therefore, it is possible to improve the characteristics of the optical encoder, such as detection resolution and detection accuracy.
  • the lens 49 is integrally formed with the optical window 46, the light source and the lens portion can be made thinner. Furthermore, the number of parts can be reduced, and the manufacturing cost can be reduced.
  • the same effect can be obtained even if the lens 49 is arranged on the first scale plate 2 side (upper side in the drawing) with the lens 49 arranged on the light source 11 side on the optical window 46.
  • a Fresnel lens or a diffraction grating type lens having the same function as the force using a plano-convex lens as the lens 49 may be used.
  • FIG. 21 is a diagram showing a first scale plate, a second scale plate, and a light receiving element array substrate in the optical encoder according to the twenty-first embodiment of the present invention.
  • a reflective scale is applied to the first scale plate.
  • (A) is a front view and (b) is a side view.
  • Embodiment 21 has substantially the same configuration as that of the above-described Embodiment 18, but the substantially parallel light 1 is not incident on the first scale plate 2 with an inclination in the X direction, but is inclined in the Y direction. Incident.
  • a secondary light source is generated on the focal position A surface of the concave cylindrical mirror array 47 with the light quantity having a sinusoidal distribution.
  • the light emitted from the secondary light source travels in the lower left direction in FIG. 21 (b), passes through the second scale plate 4, and then enters the light receiving element array substrate 6.
  • the focal length of the concave cylindrical mirror array 47, the inclination of the reflected light traveling direction (broken arrow) from the concave cylindrical mirror array 47, the XY plane of the second scale plate 4 and the light receiving element array substrate 6 The position at is set so that almost all the light rays irradiated to the concave cylindrical mirror array 47 travel on the light receiving element array substrate 6.
  • Second scale plate serving as a spatial frequency filter in the above sinusoidal light quantity distribution Only the frequency component transmitted by 4 is imaged on the light receiving element array substrate 6.
  • the image on the light-receiving element array substrate 6 also moves, and the relative movement of the two scale plates becomes the same.
  • a correlated output signal is obtained from the light receiving element array substrate 6.
  • the light irradiated on the first scale plate 2 can be reflected almost entirely except for absorption and scattering by the concave cylindrical mirror array 47.
  • the amount of light applied to the light receiving element array substrate 6 can be increased.
  • the light beam from the light source can be transmitted to the light receiving element more efficiently, and the detected light amount can be further increased. Therefore, it is possible to improve the characteristics of the optical encoder such as detection resolution and detection accuracy.
  • substantially parallel light 1 is incident on the first scale plate 2 with an inclination in the Y direction, and in Embodiment 18, the force is incident with an inclination in the X direction. Rather, it may be incident in both X and Y directions.
  • the positions of the second scale plate 4 and the light receiving element array substrate 6 must be set so that the amount of light received by the light receiving element array substrate 6 is optimal.
  • FIG. 22 is a front view showing a first scale plate, a second scale plate, and a light receiving element array substrate in the optical encoder according to the twenty-second embodiment of the present invention.
  • a reflective scale is applied to the first scale plate.
  • (A) is a front view
  • (b) is an enlarged view of the vicinity of the first scale plate of (a).
  • a cylindrical lens array 50 for condensing light only in the X direction and a reflector 51 are provided on the first scale plate 2.
  • a second scale plate 4 is disposed on the light emitting side of the first scale plate 2, and a light receiving element array substrate 6 is provided on the light traveling direction side.
  • the substantially parallel light 1 that is incident light is incident from an optical window 46 provided in the second scale plate 4.
  • Substantially parallel light 1 passes through the optical window 46 and then irradiates the cylindrical lens array 50.
  • the irradiated light beam is reflected by the reflector 51 while being focused by each cylindrical lens, and then is reflected again.
  • On the focal position A plane a secondary light source having a period substantially the same as the arrangement period of the cylindrical lens array 50 and a light quantity having a sinusoidal distribution is generated.
  • the optical encoder according to the twenty-second embodiment almost all of the light rays irradiated on the first scale plate 2 except for absorption and scattering by the cylindrical lens array 50 and the reflector 51 are received by the light receiving element array substrate.
  • the amount of light irradiated onto the light receiving element array substrate 6 can be increased.
  • the light beam having the light source power can be transmitted to the light receiving element more efficiently, and the detected light amount can be further increased. Therefore, the characteristics of the optical encoder such as detection resolution and detection accuracy can be improved.
  • a Fresnel lens array or a transmissive diffractive optical element array having a condensing function only in the force X direction using a cylindrical refractive lens array as the cylindrical lens array 50 may be used. ,.
  • FIG. 23 is a front view showing a first scale plate, a second scale plate, and a light receiving element array substrate in the optical encoder according to the twenty-third embodiment of the present invention.
  • a reflective scale is applied to the first scale plate.
  • the present embodiment is configured with a second scale plate having a force substantially the same as that of the eighteenth embodiment.
  • a phase grating 53 having a rectangular cross section that is not an amplitude grating is provided on 52.
  • the phase grating also works as a spatial frequency filter with the same optical transfer function (OTF) as the amplitude grating if the arrangement period, step, and scale plate spacing are set appropriately.
  • OTF optical transfer function
  • the arrangement period of the phase grating 53 is P, which is the same as the arrangement period of the concave cylindrical mirror array 47 and the arrangement period of the light receiving elements 7 on the light receiving element array substrate 6.
  • the step d is assumed to satisfy the following formula.
  • ⁇ is the wavelength of the light emitted from the light source
  • ⁇ is the refractive index of the phase grating 53
  • each concave mirror of the concave cylindrical mirror array 47 is the distance Z1 between the second scale plate 52 and the second scale plate 52. It has the value described above (Equation 1).
  • the light irradiated on the first scale plate 2 can be reflected almost entirely except for absorption and scattering by the concave cylindrical mirror array 47.
  • the amount of light applied to the light receiving element array substrate 6 can be increased.
  • the second scale plate 52 is provided with a phase grating 53 that is not an amplitude grating having a light-shielding portion, so that almost all rays other than the absorption and scattering of materials are transmitted.
  • both the first scale plate and the second scale plate can be expected to have approximately four times the amount of detected light compared to when an amplitude grating with a duty ratio of 50% is used. Therefore, it is possible to improve the characteristics of the optical encoder, such as detection resolution and detection accuracy.
  • the distance between the A plane and the second scale plate 52 and the distance between the second scale plate 52 and the light receiving element array substrate 6 are made equal, so that the concave cylindrical mirror array 4
  • the force that makes the arrangement period of 7 equal, the arrangement period of the phase grating 53, and the arrangement period of the light receiving elements 7 on the light receiving element array substrate 6 is not limited to this. That is, it is sufficient if the light amount distribution on the A surface is imaged on the light receiving element array substrate 6.
  • phase grating 53 a rectangular phase grating having a rectangular cross section is used as the phase grating 53.
  • amount of light on the A plane such as a sine wave phase grating having a sine wave cross section is not limited to this. Any distribution may be used as long as the image is formed on the light receiving element array substrate 6.

Landscapes

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Abstract

　光源と、光源からの光を周期的な光量分布に変換するための第１のスケール板と、第１のスケール板からの光を周期的に空間変調するための第２のスケール板と、第２のスケール板からの光を通過させる開口を有する第３のスケール板と、第３のスケール板からの光を受光するための受光素子とを備え、第１および第２のスケール板の相対移動距離を測定する光学式エンコーダにおいて、光源からの光を略平行に変換するレンズと第１のスケール板に上記周期方向に光を集光或いは拡散し周期的な光量分布を生成する光学素子アレイを備えたことを特徴とする光学式エンコーダを提供する。

Description

明 細 書
光学式エンコーダ
技術分野
[0001] 本発明は、格子スケール間の相対移動量を光学的に検出する光学式エンコーダ に関する。
背景技術
[0002] 光学式エンコーダの一種として、 3枚の格子スケール板を用いた光学式エンコーダ が知られている。この光学式エンコーダは、 3枚のスケール板が光進行方向に沿って 順次配置され、各スケール板の主面が互いに平行で、スケール板上に設けられた格 子の配列方向が一致するように設定されている。また、 1枚目のスケール板の前段に は、空間的に可干渉性の低い光源が設けられる。 3枚目のスケール板の後段には、 光量を電気信号に変換する受光素子が設けられる。
[0003] その動作に関しては非特許文献 1に開示されている。光源が 1枚目のスケール板を 照射すると、空間的に可干渉性が低ぐある周期で並んだマルチスリット状の光量分 布を有する 2次光源が生成される。 2枚目のスケール板は、ある光学的伝達関数 (O TF)を持った空間周波数フィルタとして働き、 2次光源の光量分布のうち特定の空間 周波数成分のみが抽出されて、 3枚目のスケール板上に結像される。 3枚目のスケー ル板に設けられた格子の光透過部を透過した光は、受光素子によって電気信号に 変換される。 1枚目のスケール板または 2枚目のスケール板が格子配列方向に沿つ て相対移動すると、この相対位置に相関のある出力信号が得られる。
[0004] 例えば、 1枚目のスケール板によって生成された 2次光源の光量がある周期 Pを持 つた正弦波状に分布しており、 2枚目のスケール板に設けられた格子の光学的伝達 関数が周期 Pに対応した空間周波数を含む場合、 3枚目のスケール板上には周期 P の正弦波状の光量分布を持つ像が結像される。
[0005] このとき 2枚目のスケール板の光学的伝達関数は、 2枚目のスケール板の格子の周 期、格子の開口形状、格子自体の形状 (位相格子の場合)、 2枚目のスケール板と 1 枚目および 3枚目のスケール板の各間隔に依存する。一般には、 3枚目のスケール 板上に結像される光量分布のコントラストが良くなるような条件を選択して、光学式ェ ンコーダを設計する。
[0006] 特許文献 1に記載されて 、る光学式エンコーダは、 3枚のスケール板とも矩形開口 を持った振幅格子であり、 1枚目のスケール板と 2枚目のスケール板の間隔と、 2枚目 のスケール板と 3枚目のスケール板の間隔とは互いに等しぐ 2枚目のスケール板の 格子周期を Pとして、 1枚目および 3枚目のスケール板の格子周期は、 2倍に相当す る 2Pに設定している。
[0007] 特許文献 2に記載されている光学式エンコーダは、 1枚目のスケール板に光干渉現 象により明暗パターンを生成する位相格子を用いて 、る。
[0008] 特許文献 1、特許文献 2に記載された光学式エンコーダにおいて、 3枚目のスケー ル板とその後段に配置された受光素子は、 3枚目のスケール板格子の開口部寸法と 同じ寸法の受光部を持つ受光素子アレイに置き換え、上述 2つの部材の機能を兼用 してちよい。
[0009] 特許文献 1：特開昭 63— 153408号公報
特許文献 2：特開平 10— 2761号公報
非特許文献 1 :K. Hane and C. P. Grover, Imaging with rectangul ar transmission gratings", J. Opt. Soc. Am. A4, No. 4, 706 - 711, 1987
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0010] 図 24は、特許文献 1や非特許文献 1のような 1枚目、 2枚目のスケール板とも振幅 格子が用いられて 、る従来技術による光学式エンコーダの概略の構成図を示す。 (a )が正面図、（b)が側面図である。例えば LEDのような空間的に可干渉性の低い光 源 101から出射した拡散光 102を 1枚目のスケール板 103に照射する。 1枚目のスケ ール板 103上には例えば周期 Pの振幅格子が備えられている。光線は順次、 2枚目 のスケール板 104、 3枚目のスケール板 105を透過したあと、受光素子 106に入射す る。
[0011] 1枚目のスケール板 103に備えられた振幅格子上に生成された 2次光源の光量分 布のうち、空間周波数フィルタとして働く 2枚目のスケール板 104が伝達する周波数 成分のみが、 3枚目のスケール板 105上に伝達され結像される。 1枚目のスケール板 103と 2枚目のスケール板 104が格子配列方向（X方向）に沿って相対移動すると、 3 枚目のスケール板 105上の像も移動し、 2枚のスケール板の相対移動量に相関のあ る出力信号が受光素子 106より得られる。
[0012] 1枚目、 2枚目のスケール板とも振幅格子が用いられているため、 3枚目のスケール 105あるいは受光素子 106に到達する光の光量は、おおよそ上述振幅格子の開口 比率に依存する。例えば 1枚目、 2枚目のスケール板共、格子の開口幅と格子周期 の比が 1： 2 (デューティ比 50%)の場合、 3枚目のスケール板 105に到達する光の光 量は、 1枚目のスケール板を照射した光量の 25%以下となる。また、 1枚目のスケー ル板に拡散光 (即ち、コリメートされていない光） 102を照射するため、効率良く受光 素子 106に光を入射させることができない。この結果、受光素子 106にて検出する光 量が小さくなり、検出分解能、検出精度など光学式エンコーダの特性が劣化する可 能性がある。
[0013] また、図 24 (b)のようにスケールパターンの配列方向と垂直な方向（Y方向）にも拡 散光 102が拡散するため、光源 101からの光線を効率良く受光素子に伝達すること ができない。
[0014] さらに、複数のスケールパターン（トラック）を持ったスケール板を用いる場合、 1枚 目あるいは 2枚目のスケール板のあるトラックを通過した光線力 2枚目ある 、は 3枚 目のスケール板の対応するトラックとは異なるトラックに入射し、検出誤差を発生させ る可能性がある。
[0015] 特許文献 2においては、 1枚目のスケール板に透明な位相格子が用いられており、 各格子からの回折光が互いに干渉することで、ある周期の明暗パターンを生成する ことを特長としているが、位相格子による明暗パターン分布は、回折、干渉現象を利 用するため、位相格子周期、位相格子形状、光源の波長に大きく依存し、設計裕度 、工作精度、部品管理など制約される項目が多くなる。また、特許文献 1と同様に、拡 散光を 1枚目のスケール板に照射するため、効率良く受光素子に光を入射させること ができない。さらに拡散光源の位置、放射特性のばらつきにより、 1枚目のスケール 板による明暗パターンの位置、周期、ひずみなどが変化し、光学式エンコーダの特 性が劣化する可能性がある。
[0016] 本発明は、受光素子にて受光する光量を増加させ、検出分解能、検出精度など光 学式エンコーダの特性を向上することを目的とする。更に本発明は、製造ばらつきの 影響が小さい光学式エンコーダを提供することを目的とする。更に本発明は、複数の スケールパターンを持つスケール板を用いた場合にも検出誤差の少な 、光学式ェン コーダを提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
[0017] 本発明は、上記の目的を達成するためになされたものである。本発明に係る光学 式エンコーダは、
光源と、
光源からの光を略平行に変換するレンズと、
レンズを介した光源からの光を所定の周期方向に集光或いは拡散して周期的な光 量分布を生成する光学素子アレイを備える第 1のスケール板と、
第 1のスケール板からの光を周期的に空間変調する第 2のスケール板と、 第 2のスケール板からの光を通過させる開口を有する第 3のスケール板と、 第 3のスケール板からの光を受光する受光素子とを含むことを特徴とする、第 1及び 第 2のスケール板の相対移動距離を測定する光学式エンコーダである。
また、本発明に係る光学式エンコーダは、
光源と、
光源力 の光を所定の周期方向と垂直な方向にのみ光を集光し平行光化するシリ ンドリカノレレンズと、
シリンドリカルレンズを介した光源力もの光を上記周期方向で周期的となる光量分 布に変換する第 1のスケール板と、
第 1のスケール板からの光を周期的に空間変調する第 2のスケール板と、 第 2のスケール板からの光を通過させる開口を有する第 3のスケール板と、 第 3のスケール板からの光を受光する受光素子とを含むことを特徴とする、第 1及び 第 2のスケール板の相対移動距離を測定する光学式エンコーダであってもよい。 更に、本発明に係る光学式エンコーダは、
光源と、
光源からの光を略平行に変換するレンズと、
レンズを介した光源からの光を周期的な光量分布に変換する振幅格子、及び一方 向のみに光を散乱あるいは屈折させる光学素子を備える第 1のスケール板と、 第 1のスケール板からの光を周期的に空間変調する第 2のスケール板と、 第 2のスケール板からの光を通過させる開口を有する第 3のスケール板と、 第 3のスケール板からの光を受光する受光素子とを含むことを特徴とする、第 1及び 第 2のスケール板の相対移動距離を測定する光学式エンコーダであってもよい。 発明の効果
[0018] 本発明によれば、形状誤差、光源の波長、光源の位置などに明暗パターン分布が 大きく依存せず、デューティ比 50%の振幅格子に対し、約 2倍の光量を透過、あるい は反射し、約 2倍の光量を受光素子に伝搬する 1枚目のスケール板上に備えられた 明暗パターン生成手段を提供できる。また、 1枚目のスケール板において、スケール パターンの配列方向の拡散角度を制御でき、光源からの光を効率良く受光素子に入 射させることができる。また、スケールパターンの配列方向と垂直な方向には光線を 拡散させず、光源からの光線を効率良く受光素子に伝達することができる。
図面の簡単な説明
[0019] [図 1]本発明の実施の形態 1に係る光学式エンコーダのうち、 1枚目のスケール板、 2 枚目のスケール板、受光素子アレイ基板を示す図であり、（a)が正面図、（b)が側面 図、（c)は A面上での光量分布である。
[図 2]本発明の実施の形態 2に係る光学式エンコーダのうち、 1枚目のスケール板、 2 枚目のスケール板、受光素子アレイ基板を示す図であり、（a)が正面図、（b)が側面 図である。
[図 3]本発明の実施の形態 3に係る光学式エンコーダのうち、 1枚目のスケール板、 2 枚目のスケール板、受光素子アレイ基板を示す図であり、（a)が正面図、（b)が側面 図である。
[図 4]本発明の実施の形態 4に係る光学式エンコーダのうち、 1枚目のスケール板、 2 枚目のスケール板、受光素子アレイ基板を示す図であり、（a)が正面図、（b)が側面 図である。
[図 5]本発明の実施の形態 5に係る光学式エンコーダのうち、 1枚目のスケール板、 2 枚目のスケール板、受光素子アレイ基板を示す図であり、（a)が正面図、（b)が側面 図である
[図 6]本発明の実施の形態 6に係る光学式エンコーダのうち、 1枚目のスケール板、 2 枚目のスケール板、受光素子アレイ基板を示す図であり、（a)が正面図、（b)が側面 図である。
[図 7]本発明の実施の形態 7に係る光学式エンコーダのうち、 1枚目のスケール板、 2 枚目のスケール板、受光素子アレイ基板を示す図であり、（a)が正面図、（b)が側面 図である。
[図 8]本発明の実施の形態 8に係る光学式エンコーダのうち、 1枚目のスケール板、 2 枚目のスケール板、受光素子アレイ基板を示す図であり、（a)が正面図、（b)が側面 図である。
[図 9]本発明の実施の形態 9に係る光学式エンコーダのうち、 1枚目のスケール板、 2 枚目のスケール板、受光素子アレイ基板を示す図であり、（a)が正面図、（b)が側面 図である。
[図 10]本発明の実施の形態 10に係る光学式エンコーダのうち、 1枚目のスケール板 、 2枚目のスケール板、受光素子アレイ基板を示す図であり、（a)が正面図、（b)が側 面図である。
[図 11]本発明の実施の形態 11に係る光学式エンコーダのうち、 1枚目のスケール板 、 2枚目のスケール板、受光素子アレイ基板を示す図であり、（a)が正面図、（b)が側 面図である。
[図 12]本発明の実施の形態 12に係る光学式エンコーダのうち、 1枚目のスケール板 、 2枚目のスケール板、受光素子アレイ基板を示す図であり、（a)が正面図、（b)が側 面図である。
[図 13]本発明の実施の形態 13に係る光学式エンコーダのうち、 1枚目のスケール板 、 2枚目のスケール板、受光素子アレイ基板を示す図である。 [図 14]本発明の実施の形態 14に係る光学式エンコーダのうち、 1枚目のスケール板
、 2枚目のスケール板、受光素子アレイ基板を示す図である。
[図 15]本発明の実施の形態 15に係る光学式エンコーダのうち、 1枚目のスケール板
、 2枚目のスケール板、受光素子アレイ基板を示す図である。
[図 16]、本発明の実施の形態 16に係る光学式エンコーダのうち、 1枚目のスケール 板、 2枚目のスケール板、受光素子アレイ基板を示す図である。（a)が正面図、（b)が 側面図である。
[図 17]本発明の実施の形態 17に係る光学式エンコーダのうち、 1枚目のスケール板
、 2枚目のスケール板、受光素子アレイ基板を示す図である。
[図 18]本発明の実施の形態 18に係る光学式エンコーダのうち、 1枚目のスケール板
、 2枚目のスケール板、受光素子アレイ基板を示す正面図である。
[図 19]本発明の実施の形態 19に係る光学式エンコーダのうち、 1枚目のスケール板
、 2枚目のスケール板、受光素子アレイ基板を示す正面図である。
[図 20]本発明の実施の形態 20に係る光学式エンコーダのうち、レンズ、 1枚目のスケ ール板、 2枚目のスケール板、受光素子アレイ基板を示す正面図である。
[図 21]本発明の実施の形態 21に係る光学式エンコーダのうち、 1枚目のスケール板
、 2枚目のスケール板、受光素子アレイ基板を示す図であり、（a)が正面図、（b)が側 面図である。
[図 22]本発明の実施の形態 22に係る光学式エンコーダのうち、 1枚目のスケール板
、 2枚目のスケール板、受光素子アレイ基板を示す正面図である。
[図 23]本発明の実施の形態 23に係る光学式エンコーダのうち、 1枚目のスケール板
、 2枚目のスケール板、受光素子アレイ基板を示す正面図である。
[図 24]従来技術による光学式エンコーダの概略の構成図であり、（a)が正面図、（b) が側面図である。
符号の説明
2 1枚目のスケール板、 3 シリンドリカルレンズアレイ、 4 2枚目のスケール板 、 6 3枚目のスケール板 (受光素子アレイ基板)、 7 受光素子 (受光部）、 8 9 ディフューザ、 10 プリズムアレイ、 11 光源、 12 レンズ、 13 回折光学素子 アレイ、 14 光源、 16 シリンドリカルレンズ、 17 1枚目のスケール板、 18 2 枚目のスケール板、 19 3枚目のスケール板 (受光素子アレイ基板）、 20 21 (1 枚目のスケール板の）トラック、 22 23 (2枚目のスケール板の）トラック、 24 25 (3枚目のスケール板の）トラック、 26 1枚目のスケール板、 27 ディフューザ、 28 2枚目のスケール板、 29 3枚目のスケール板 (受光素子アレイ基板）、 30 31 (1枚目のスケール板の）トラック、 32 33 (2枚目のスケール板の）トラック、 34 35 (3枚目のスケール板の）トラック、 36 ディフューザ、 37 シリンドリカル レンズ、 38 ディフューザ、 39 39' プリズムアレイ、 40 反射型スケール板、
43 43' プリズムアレイ、 44 シリンドリカルレンズアレイ、 45 シリンドリカルレン ズアレイ、 46 光学窓、 47 凹型シリンドリカルミラーアレイ、 48 凸型シリンドリ カルミラーアレイ、 49 レンズ、 50 シリンドリカルレンズアレイ、 51 反射体、 5 2 2枚目のスケール板、 53 位相格子。
発明を実施するための最良の形態
[0021] 3枚の格子スケール板を用いた光学式エンコーダにおいては、通常振幅格子を用 いる（特許文献 1、非特許文献 1)ため、上述のとおり、受光素子に入射する光量が小 さいと言う課題があった力 これを克服するため、 1枚目のスケール板にシリンドリカル レンズアレイを備える。これは特許文献 2が開示している位相格子とは異なり、レンズ 1つ 1つの集光作用を利用して明暗パターンを生成するものである。つまり、レンズ単 体で生成された光パターンをアレイ状に配列したものに等し 、。
[0022] 本方式のエンコーダにおいては、 1枚目のスケール板において正弦波状の明喑パ ターンを生成することが望ましいが、位相格子にて正弦波状の明暗パターンを生成 する場合、位相格子の周期、深さ、照射する光の波長により、明暗パターンが生成さ れる（光線の進行方向の)位置、明暗パターンの形状あるいはひずみが大きく変化し 、所望の明暗パターンを生成するための設計裕度が小さい。結果として、工作精度、 部品管理など制約される項目が多くなり、使用環境範囲が小さくなる。
[0023] これに対し、 1枚目のスケール板にシリンドリカルレンズアレイを備える場合、レンズ の曲率、形状を変化させることで明暗パターンが生成される (光線の進行方向の)位 置、明暗パターンの形状を変更できるが、所望の明暗パターンを生成するための設 計値は限定的でなぐ設計裕度が大きい。また光の波長の明暗パターンに対する影 響は位相格子に比べ小さい。従って、工作精度、部品管理など制約される項目が少 なくなり、使用環境範囲が大きくなる。
[0024] 1枚目のスケール板には LEDなど可干渉性の低 ヽ光源を略平行にした略平行光 を照射し、シリンドリカルレンズアレイあるいは一方向にだけ散乱するディフューザに より、スケールパターンの配列方向にのみ拡散させることができる。さらに、スケール パターンの配列方向における拡散角度をシリンドリカルレンズの曲率、ある 、はディフ ユーザパターンにより制御でき、より効率良く受光素子に光を入射させることが可能と なる。
[0025] スケールパターンの配列方向と垂直な方向には光線を拡散させず、略平行にて光 線を受光素子に伝達することができるので、複数のスケールパターン（トラック）を持つ たスケール板を用いるとき、 1枚目あるいは 2枚目のスケール板のあるトラックを通過し た光線が、 2枚目あるいは 3枚目のスケール板の対応するトラックとは異なるトラックに 入射し、検出誤差を発生させることを抑制することができる。
[0026] 以下、全ての実施の形態においてはリニア型のエンコーダを図示したが、当然のこ とながら本発明はロータリー型エンコーダにも適用できる。この場合は、光の集光方 向、散乱方向を円弧状となるスケール配列方向に一致させればよい。また、 3枚目の スケール板とその後段に配置する受光素子の代わりに、受光素子アレイを用いて 、 るが、 3枚目のスケール板とその後段に受光素子を用いてもよ!、。
[0027] 実施の形態 1
図 1は、本発明の実施の形態 1に係る光学式エンコーダのうち、 1枚目のスケール 板、 2枚目のスケール板、受光素子アレイ基板を示す図であり、（a)が正面図、（b)が 側面図、（c)は A面上での光量分布である。例えば LEDのような空間的に可干渉性 の低 、光源（図示せず)をレンズなど（図示せず)で略平行光化した後、略平行光 1を 1枚目のスケール板 2に照射する。 1枚目のスケール板 2上にはシリンドリカルレンズ アレイ 3が周期 Pで配列されている。シリンドリカルレンズアレイ 3により、略平行光 1は X方向にのみ各々 A面に集光される。この A面力 ある距離 Z離れた位置に 2枚目の スケール板 4が配置されている。 2枚目のスケール板 4上には、クロム蒸着などにて例 えば周期 Pで矩形開口 5が配列された振幅格子が備えられている。さらに、ある距離 Z離れた位置に受光素子アレイ基板 6が配置されている。受光素子アレイ基板 6上に は、例えば周期 Pで矩形の受光部 7が配列された受光素子アレイが備えられている。 上述距離 Zの値は厳密には 2枚目のスケール板 4の屈折率などを考慮した空気換算 長を意図し (これは後述する実施の形態においても同様)、例えば以下の式を満たす 値を持つ。
[0028] [数 1]
—71
[0029] 上式で、 λは光源から出射される光線の波長である。
[0030] 1枚目のスケール板 2が空間的に可干渉性の低い光源から生成された略平行光 1 にて照射されるため、シリンドリカルレンズアレイ 3による Α面上 X方向の各光線幅は ある幅を持つこととなり、 A面上の X方向の光量分布は図 1 (c)のようにシリンドリカノレ レンズアレイ 3の配列周期と同じ周期 Pを持った正弦波状分布となる。
[0031] 略平行光 1が X方向に集光される A面の位置は、シリンドリカルレンズアレイ 3の曲 率、形状に依存するが、 A面の位置をシリンドリカルレンズアレイ 3に近づければ、つ まり焦点距離を短くすれば、略平行光 1の放射角ばらつきの影響を小さくでき、図 1 ( c)に示した光量分布の周期 Pのばらつきなど誤差を小さくできる。ただし、焦点距離 が短くなれば、 2枚目のスケール板 4に向力 光線の発散角が大きくなる。従って、効 率よく受光素子アレイ基板 6に光が照射されるような焦点距離を設定するのが良い。 望ましくは、 1枚目のスケール板に照射されたほぼ全ての光線 (材料による吸収、散 乱は除く）が受光素子アレイ基板 6に進行するように設定する。
[0032] 上述の正弦波状分布のうち、空間周波数フィルタとして働く 2枚目のスケール板 4が 伝達する周波数成分のみが、受光素子アレイ基板 6上に結像される。 1枚目のスケー ル板 2と 2枚目のスケール板 4が格子配列方向（X方向）に沿って相対移動すると、受 光素子アレイ基板 6上の像も移動し、 2枚のスケール板の相対移動量に相関のある 出力信号が受光素子アレイ基板 6より得られる。
[0033] 実施の形態 1に係る光学式エンコーダでは、 1枚目のスケール板 2に照射された光 線は、 1枚目のスケール板 2とシリンドリカルレンズアレイ 3の表面での反射や内部で の吸収以外ほぼすベて通過することができ、受光素子アレイ基板 6に照射される光 量を大きくすることができる。また、スケールパターンの配列方向と垂直な方向（Y方 向）には光線を拡散させないので、光源からの光線をより効率良く受光素子に伝達 することができ、検出光量をさらに増大させることができる。従って、検出分解能、検 出精度など光学式エンコーダの特性を向上することが可能となる。
[0034] 本実施の形態では、 A面と 2枚目のスケール板 4との間隔、 2枚目のスケール板 4と 受光素子アレイ基板 6との間隔を各々 Zとし、 1枚目のスケール板 2上のシリンドリカル レンズアレイ 3の配列周期、 2枚目のスケール板 4上の格子周期、受光素子アレイ基 板 6上の受光部 7の配列周期を各々 Pとした力 これに限定されるものではない。即ち 、図 1 (c)に示した A面上の光量分布が受光素子アレイ基板 6に結像される条件であ ればよい。
[0035] また、本実施の形態では、シリンドリカルレンズアレイ 3に円筒形状の屈折レンズを 用いたが、一方向にのみ集光機能を持つフレネルレンズアレイを用いても良い。ある いはシリンドリカルレンズ 3と同じ配列周期を持った 2等辺三角形状のプリズムアレイ を用いても同様の効果を得ることができる。
[0036] さらに、本実施の形態においては、 2枚目のスケール板 4を透過型のスケールとした 力 反射型でも良い。この場合、受光素子アレイ基板 6は 2枚目のスケール板 4に対 し、 1枚目のスケール板 2側、好ましくは A面上に配置し、 A面上の光量分布が受光 素子アレイ基板 6に結像されるよう略平行光 1の照射方向を調整すれば良い。
[0037] 実施の形態 2
図 2は、本発明の実施の形態 2に係る光学式エンコーダのうち、 1枚目のスケール 板、 2枚目のスケール板、受光素子アレイ基板を示す図であり、（a)が正面図、（b)が 側面図である。
[0038] 実施の形態 1においては、 1枚目のスケール板 2上のシリンドリカルレンズアレイ 3を 2枚目のスケール板 4側に備えたが、本実施の形態 2ではシリンドリカルレンズアレイ 3を 2枚目のスケール板 4とは反対側、つまり光源側に配置する。図 2において、実際 にはシリンドリカルレンズアレイ 3と 1枚目のスケール板 2との境界、 1枚目のスケール 板 2のシリンドリカルレンズアレイ 3が配置される面とは反対側の面にて光線が屈折さ れるが、実施の形態を模式的に記すため上述屈折を省略して 、る。
[0039] 実施の形態 1と同様、 A面上の X方向の光量分布は図 1 (c)のようにシリンドリカルレ ンズアレイ 3の配列周期と同じ周期 Pを持った正弦波状分布となる。
[0040] 上述の正弦波状分布のうち、空間周波数フィルタとして働く 2枚目のスケール板 4が 伝達する周波数成分のみが、受光素子アレイ基板 6上に結像される。 1枚目のスケー ル板 2と 2枚目のスケール板 4が格子配列方向に沿って相対移動すると、受光素子ァ レイ基板 6上の像も移動し、 2枚のスケール板の相対移動量に相関のある出力信号 が受光素子アレイ基板 6より得られる。
[0041] 実施の形態 2に係る光学式エンコーダでは、 1枚目のスケール板 2に照射された光 線は、 1枚目のスケール板 2とシリンドリカルレンズアレイ 3の表面での反射や内部で の吸収以外ほぼすベて通過することができ、受光素子アレイ基板 6に照射される光 量を大きくすることができる。また、スケールパターンの配列方向と垂直な方向（Y方 向）には光線を拡散させないので、光源からの光線をより効率良く受光素子に伝達 することができ、検出光量をさらに増大させることができる。従って、検出分解能、検 出精度など光学式エンコーダの特性を向上することが可能となる。
[0042] 本実施の形態では、略平行光 1が X方向に集光される A面の位置は、 1枚目のスケ ール板 2内に存在する力 これに限らず 1枚目のスケール板 2外に存在しても良い。 また、本実施の形態では、 A面と 2枚目のスケール板 4との間隔、 2枚目のスケール板 4と受光素子アレイ基板 6との間隔を各々 Zとし、 1枚目のスケール板 2上のシリンドリ カルレンズアレイ 3の配列周期、 2枚目のスケール板 4上の格子周期、受光素子ァレ ィ基板 6上の受光部 7の配列周期を各々 Pとした力 これに限定されるものではない。 即ち、図 1 (c)に示した A面上の光量分布が受光素子アレイ基板 6に結像される条件 であれば良い。
[0043] また、本実施の形態では、シリンドリカルレンズアレイ 3に円筒形状の屈折レンズを 用いたが、一方向にのみ集光機能を持つフレネルレンズアレイを用いても良い。ある いはシリンドリカルレンズ 3と同じ配列周期を持った 2等辺三角形状のプリズムアレイ を用いても同様の効果を得ることができる。 [0044] さらに、本実施の形態にお!、ては、 2枚目のスケール板 4を透過型のスケールとした 力 反射型でも良い。この場合、受光素子アレイ基板 6は 2枚目のスケール板 4に対 し、 1枚目のスケール板 2側、好ましくは A面上に配置すれば良い。
[0045] 実施の形態 3
図 3は、本発明の実施の形態 3に係る光学式エンコーダのうち、 1枚目のスケール 板、 2枚目のスケール板、受光素子アレイ基板を示す図であり、（a)が正面図、（b)が 側面図である。
[0046] 実施の形態 3は上記実施の形態 2とほぼ同様の構成である力 1枚目のスケール板 2上のシリンドリカルレンズアレイ 3と反対側に X方向のみに光を散乱させるディフュー ザ 8が備えられている。略平行光 1はシリンドリカルレンズアレイ 3により A面、つまりデ ィフューザ 8上に各々集光され、正弦波状の 2次光源が生成される。 A面上の 2次光 源はディフューザ 8で散乱しつつ、 2枚目のスケール板 4へと伝搬する。
[0047] 上述の 2次光源の正弦波状分布のうち、空間周波数フィルタとして働く 2枚目のスケ ール板 4が伝達する周波数成分のみ力 受光素子アレイ基板 6上に結像される。 1枚 目のスケール板 2と 2枚目のスケール板 4が格子配列方向に沿って相対移動すると、 受光素子アレイ基板 6上の像も移動し、 2枚のスケール板の相対移動量に相関のあ る出力信号が受光素子アレイ基板 6より得られる。
[0048] 実施の形態 3に係る光学式エンコーダでは、 1枚目のスケール板 2に照射された光 線は、シリンドリカルレンズアレイ 3とディフューザ 8の表面での反射や内部での吸収 以外ほぼすベて通過することができ、受光素子アレイ基板 6に照射される光量を大き くすることができる。また、スケールパターンの配列方向と垂直な方向には光線を拡 散させないので、光源力もの光線をより効率良く受光素子に伝達することができ、検 出光量をさらに増大させることができる。
[0049] また、ディフューザ 8により 2次光源のコヒーレンシ一を十分低下させることができ、よ り光線同士の干渉によるノイズの少ない光量分布を受光素子アレイ基板 6上に結像 することができる。従って、検出分解能、検出精度など光学式エンコーダの特性を向 上することが可能となる。
[0050] 本実施の形態では、略平行光 1はシリンドリカルレンズアレイ 3により A面、つまりデ ィフューザ 8上に集光されるが A面とディフューザ 8面は完全に一致する必要はなぐ 多少ずれていても同様の効果が得られる。また、本実施の形態では、 1枚目のスケー ル板 2とディフューザ 8を一体とした力 別体でも良い。また、本実施の形態では、 A 面と 2枚目のスケール板 4との間隔、 2枚目のスケール板 4と受光素子アレイ基板 6と の間隔を各々 Zとし、 1枚目のスケール板 2上のシリンドリカルレンズアレイ 3の配列周 期、 2枚目のスケール板 4上の格子周期、受光素子アレイ基板 6上の受光部 7の配列 周期を各々 Pとした力 これに限定されるものではない。即ち、図 1 (c)に示した A面 上の光量分布が受光素子アレイ基板 6に結像される条件であれば良い。
[0051] また、本実施の形態では、シリンドリカルレンズアレイ 3に円筒形状の屈折レンズを 用いたが、一方向にのみ集光機能を持つフレネルレンズアレイを用いても良い。ある いはシリンドリカルレンズ 3と同じ配列周期を持った 2等辺三角形状のプリズムアレイ を用いても同様の効果を得ることができる。
[0052] さらに、本実施の形態においては、 2枚目のスケール板 4を透過型のスケールとした 力 反射型でも良い。この場合、受光素子アレイ基板 6は 2枚目のスケール板 4に対 し、 1枚目のスケール板 2側、好ましくは A面上に配置すれば良い。
[0053] 実施の形態 4
図 4は、本発明の実施の形態 4に係る光学式エンコーダのうち、 1枚目のスケール 板、 2枚目のスケール板、受光素子アレイ基板を示す図であり、（a)が正面図、（b)が 側面図である。
[0054] 実施の形態 4は上記実施の形態 3とほぼ同様の構成である力 1枚目のスケール板 2上のシリンドリカルレンズアレイ 3と反対側に X方向のみに光を散乱させ、その散乱 角度が X方向の位置により変化するディフューザ 9が備えられて 、る。つまり当該ディ フューザ 9は、 1枚目のスケール板 2中央では散乱角度が大きぐ X方向外側では散 乱角度が中央に比べ小さくなるように、設定されている。このようなディフューザ 9は、 CGH (Computer Generated Hologram)などにより実現される。
[0055] 実施の形態 3と同様に A面上に生成された正弦波状光量分布のうち、空間周波数 フィルタとして働く 2枚目のスケール板 4が伝達する周波数成分のみが、受光素子ァ レイ基板 6上に結像される。 1枚目のスケール板 2と 2枚目のスケール板 4が格子配列 方向に沿って相対移動すると、受光素子アレイ基板 6上の像も移動し、 2枚のスケー ル板の相対移動量に相関のある出力信号が受光素子アレイ基板 6より得られる。
[0056] 実施の形態 4に係る光学式エンコーダでは、 1枚目のスケール板 2に照射された光 線は、シリンドリカルレンズアレイ 3とディフューザ 9の表面での反射や内部での吸収 以外ほぼすベて通過することができ、受光素子アレイ基板 6に照射される光量を大き くすることができる。また、スケールパターンの配列方向と垂直な方向には光線を拡 散させないので、光源力もの光線をより効率良く受光素子に伝達することができ、検 出光量をさらに増大させることができる。また、ディフューザ 9により 2次光源のコヒー レンシ一を十分低下させることができ、光線同士の干渉によるノイズの少な 、光量分 布を受光素子アレイ基板 6上に結像することができる。
[0057] さらに、ディフューザ 9による光線の散乱角度を X方向の位置により変化させること で、受光素子アレイ基板 6上の検出部 7が存在する領域付近にのみ光線を照射させ ることが可能となり、より効率良く光源からの光線を受光素子に照射することができ、 さらに検出光量を増大させることができる。従って、検出分解能、検出精度など光学 式エンコーダの特性を向上することが可能となる。
[0058] 本実施の形態では、略平行光 1はシリンドリカルレンズアレイ 3により A面、つまりデ ィフューザ 9上に集光されるが A面とディフューザ 9面は完全に一致する必要はなぐ 多少ずれていても同様の効果が得られる。また、本実施の形態では、 1枚目のスケー ル板 2とディフューザ 9を一体とした力 別体でも良い。また、本実施の形態では、 A 面と 2枚目のスケール板 4との間隔、 2枚目のスケール板 4と受光素子アレイ基板 6と の間隔を各々 Zとし、 1枚目のスケール板 2上のシリンドリカルレンズアレイ 3の配列周 期、 2枚目のスケール板 4上の格子周期、受光素子アレイ基板 6上の受光部 7の配列 周期を各々 Pとした力 これに限定されるものではない。即ち、図 1 (c)に示した A面 上の光量分布が受光素子アレイ基板 6に結像される条件であれば良い。
[0059] また、本実施の形態では、シリンドリカルレンズアレイ 3に円筒形状の屈折レンズを 用いたが、一方向にのみ集光機能を持つフレネルレンズアレイを用いても良い。ある いはシリンドリカルレンズ 3と同じ配列周期を持った 2等辺三角形状のプリズムアレイ を用いても同様の効果を得ることができる。 [0060] さらに、本実施の形態にお!、ては、 2枚目のスケール板 4を透過型のスケールとした 力 反射型でも良い。この場合、受光素子アレイ基板 6は 2枚目のスケール板 4に対 し、 1枚目のスケール板 2側、好ましくは A面上に配置すれば良い。
[0061] 実施の形態 5
図 5は、本発明の実施の形態 5に係る光学式エンコーダのうち、 1枚目のスケール 板、 2枚目のスケール板、受光素子アレイ基板を示す図であり、（a)が正面図、（b)が 側面図である。
[0062] 実施の形態 5は上記実施の形態 4とほぼ同様の構成である力 1枚目のスケール板 2上のシリンドリカルレンズアレイ 3と反対側に X方向のみに光を屈折させ、その傾斜 角度が X方向の位置により変化するプリズムアレイ 10が備えられている。つまり当該 プリズムアレイ 10は、 1枚目のスケール板 2中央では傾斜角度が小さぐ X方向外側 では傾斜角度が中央に比べ大きくなるように設定されて 、る。図 5 (a)のように 1枚目 のスケール板 2の右側に備えられたプリズムアレイ 10により、シリンドリカルレンズァレ ィ 3により集光された光線は図面左上に向かって発散し、受光素子アレイ基板 6上の 検出部 7が存在する領域全体に向力つて進行する。左側に備えられたプリズムアレイ 10により、シリンドリカルレンズアレイ 3により集光された光線は図面右上に向力つて 発散し、受光素子アレイ基板 6上の検出部 7が存在する領域全体に向かって進行す る。プリズムアレイ 10中央においては、シリンドリカルレンズアレイ 3により集光された 光線は図面上側に向かって発散し、受光素子アレイ基板 6上の検出部 7が存在する 領域全体に向かって進行する。
[0063] 実施の形態 4と同様に A面上に生成された正弦波状光量分布のうち、空間周波数 フィルタとして働く 2枚目のスケール板 4が伝達する周波数成分のみが、受光素子ァ レイ基板 6上に結像される。 1枚目のスケール板 2と 2枚目のスケール板 4が格子配列 方向に沿って相対移動すると、受光素子アレイ基板 6上の像も移動し、 2枚のスケー ル板の相対移動量に相関のある出力信号が受光素子アレイ基板 6より得られる。
[0064] 実施の形態 5に係る光学式エンコーダでは、 1枚目のスケール板 2に照射された光 線は、シリンドリカルレンズアレイ 3とプリズムアレイ 10の表面での反射や内部での吸 収以外ほぼすベて通過することができ、受光素子アレイ基板 6に照射される光量を大 きくすることができる。また、スケールパターンの配列方向と垂直な方向には光線を拡 散させないので、光源力もの光線をより効率良く受光素子に伝達することができ、検 出光量をさらに増大させることができる。また、プリズムアレイ 10による光線の屈折角 度を X方向の位置により変化させることで、受光素子アレイ基板 6上の検出部 7が存 在する領域付近にのみ光線を照射させることが可能となり、より効率良く光源からの 光線を受光素子に照射することができ、さらに検出光量を増大させることができる。従 つて、検出分解能、検出精度など光学式エンコーダの特性を向上することが可能とな る。
[0065] 本実施の形態においては、略平行光 1はシリンドリカルレンズアレイ 3により A面、つ まりプリズムアレイ 10上に集光されるが A面とプリズムアレイ 10面は完全に一致する 必要はなぐ多少ずれていても同様の効果が得られる。また、本実施の形態では、 1 枚目のスケール板 2とプリズムアレイ 10を一体とした力 別体でも良い。また、プリズム アレイ 10の代わりに、上述と同様光線の散乱方向が X方向の位置により変化するデ ィフューザを用いても良い。また、本実施の形態では、 A面と 2枚目のスケール板 4と の間隔、 2枚目のスケール板 4と受光素子アレイ基板 6との間隔を各々 Zとし、 1枚目 のスケール板 2上のシリンドリカルレンズアレイ 3の配列周期、 2枚目のスケール板 4上 の格子周期、受光素子アレイ基板 6上の受光部 7の配列周期を各々 Pとしたが、これ に限定されるものではない。即ち、図 1 (c)に示した A面上の光量分布が受光素子ァ レイ基板 6に結像される条件であれば良!、。
[0066] また、本実施の形態では、シリンドリカルレンズアレイ 3に円筒形状の屈折レンズを 用いたが、一方向にのみ集光機能を持つフレネルレンズアレイを用いても良い。ある いはシリンドリカルレンズ 3と同じ配列周期を持った 2等辺三角形状のプリズムアレイ を用いても同様の効果を得ることができる。
[0067] さらに、本実施の形態においては、 2枚目のスケール板 4を透過型のスケールとした 力 反射型でも良い。この場合、受光素子アレイ基板 6は 2枚目のスケール板 4に対 し、 1枚目のスケール板 2側、好ましくは A面上に配置すれば良い。
[0068] 実施の形態 6
図 6は、本発明の実施の形態 6に係る光学式エンコーダのうち、 1枚目のスケール 板、 2枚目のスケール板、受光素子アレイ基板を示す図であり、（a)が正面図、（b)が 側面図である。
[0069] 実施の形態 6は上記実施の形態 1とほぼ同様の構成である力 1枚目のスケール板 2上のシリンドリカルレンズアレイ 3と反対側に光源 11からの光線を略平行にするレン ズ 12がー体となって備えられている。
[0070] 実施の形態 1と同様に A面上に生成された正弦波状光量分布のうち、空間周波数 フィルタとして働く 2枚目のスケール板 4が伝達する周波数成分のみが、受光素子ァ レイ基板 6上に結像される。 1枚目のスケール板 2と 2枚目のスケール板 4が格子配列 方向に沿って相対移動すると、受光素子アレイ基板 6上の像も移動し、 2枚のスケー ル板の相対移動量に相関のある出力信号が受光素子アレイ基板 6より得られる。
[0071] 実施の形態 6に係る光学式エンコーダでは、 1枚目のスケール板 2に照射された光 線は、レンズ 12とシリンドリカルレンズアレイ 3の表面での反射や内部での吸収以外 ほぼすベて通過することができ、受光素子アレイ基板 6に照射される光量を大きくす ることができる。また、スケールパターンの配列方向と垂直な方向には光線を拡散さ せないので、光源力もの光線をより効率良く受光素子に伝達することができ、検出光 量をさらに増大させることができる。従って、検出分解能、検出精度など光学式ェンコ ーダの特性を向上することが可能となる。
[0072] また、レンズ 12が 1枚目のスケール板 2と一体成形されるので光源、レンズ部分を薄 型化することが可能となる。さらに、部品点数を減らすことができ、製作コストを低減す ることが可能となる。
[0073] 本実施の形態ではレンズ 12に平凸レンズを用いた力 同様の働きをするフレネル レンズでも良い。
[0074] また、本実施の形態では A面と 2枚目のスケール板 4との間隔、 2枚目のスケール板 4と受光素子アレイ基板 6との間隔を各々 Zとし、 1枚目のスケール板 2上のシリンドリ カルレンズアレイ 3の配列周期、 2枚目のスケール板 4上の格子周期、受光素子ァレ ィ基板 6上の受光部 7の配列周期を各々 Pとした力 これに限定されるものではない。 即ち、図 1 (c)に示した A面上の光量分布が受光素子アレイ基板 6に結像される条件 であれば良い。 [0075] また、本実施の形態では、シリンドリカルレンズアレイ 3に円筒形状の屈折レンズを 用いたが、一方向にのみ集光機能を持つフレネルレンズアレイを用いても良い。ある いはシリンドリカルレンズ 3と同じ配列周期を持った 2等辺三角形状のプリズムアレイ を用いても同様の効果を得ることができる。
[0076] さらに、本実施の形態においては、 2枚目のスケール板 4を透過型のスケールとした 力 反射型でも良い。この場合、受光素子アレイ基板 6は 2枚目のスケール板 4に対 し、 1枚目のスケール板 2側、好ましくは A面上に配置すれば良い。
[0077] 実施の形態 7
図 7は、本発明の実施の形態 7に係る光学式エンコーダのうち、 1枚目のスケール 板、 2枚目のスケール板、受光素子アレイ基板を示す図であり、（a)が正面図、（b)が 側面図である。
[0078] 実施の形態 7は上記実施の形態 1とほぼ同様の構成である力 1枚目のスケール板 2上のシリンドリカルレンズアレイ 3の代わりに、略平行光 1を X方向にのみ各々 A面に 集光する回折光学素子アレイ 13が備えられている。
[0079] 実施の形態 1と同様に A面上に生成された正弦波状光量分布のうち、空間周波数 フィルタとして働く 2枚目のスケール板 4が伝達する周波数成分のみが、受光素子ァ レイ基板 6上に結像される。 1枚目のスケール板 2と 2枚目のスケール板 4が格子配列 方向に沿って相対移動すると、受光素子アレイ基板 6上の像も移動し、 2枚のスケー ル板の相対移動量に相関のある出力信号が受光素子アレイ基板 6より得られる。
[0080] 回折光学素子アレイ 13は、各回折光学素子に入射する光線の回折、干渉を利用 して光を集光するが、各回折光学素子の形状を変更することで A面の位置を変更す ることが可能であり、回折光学素子アレイ 13の代わりに位相格子を配置するより設計 裕度が高い。
[0081] 実施の形態 7に係る光学式エンコーダでは、 1枚目のスケール板 2に照射された光 線は、 1枚目のスケール板 2と回折光学素子アレイ 13の表面での反射や内部での吸 収以外ほぼすベて通過することができ、受光素子アレイ基板 6に照射される光量を大 きくすることができる。また、スケールパターンの配列方向と垂直な方向には光線を拡 散させないので、光源力もの光線をより効率良く受光素子に伝達することができ、検 出光量をさらに増大させることができる。従って、検出分解能、検出精度など光学式 エンコーダの特性を向上することが可能となる。
[0082] また、本実施の形態を前述の実施の形態 1から実施の形態 6に係る光学式ェンコ ーダに適用することも可能である。
[0083] また、本実施の形態では A面と 2枚目のスケール板 4との間隔、 2枚目のスケール板 4と受光素子アレイ基板 6との間隔を各々 Zとし、 1枚目のスケール板 2上の回折光学 素子アレイ 13の配列周期、 2枚目のスケール板 4上の格子周期、受光素子アレイ基 板 6上の受光部 7の配列周期を各々 Pとした力 これに限定されるものではない。即ち 、図 1 (c)に示した A面上の光量分布が受光素子アレイ基板 6に結像される条件であ れば良い。
[0084] さらに、本実施の形態にお!、ては、 2枚目のスケール板 4を透過型のスケールとした 力 反射型でも良い。この場合、受光素子アレイ基板 6は 2枚目のスケール板 4に対 し、 1枚目のスケール板 2側、好ましくは A面上に配置すれば良い。
[0085] 実施の形態 8
図 8は、本発明の実施の形態 8に係る光学式エンコーダのうち、 1枚目のスケール 板、 2枚目のスケール板、受光素子アレイ基板を示す図であり、（a)が正面図、（b)が 側面図である。
[0086] 実施の形態 8に係る光学式エンコーダは、実施の形態 1から実施の形態 7と異なり、 1枚目のスケール板に振幅格子を用いて 、る。
[0087] 発光部の寸法において、 X方向が長く Y方向が短い、例えば LEDのような光源 14 力も出射された光線 15は、 Y方向にのみ光を集光するシリンドリカルレンズ 16により 、 Y方向のみ略平行にされる。シリンドリカルレンズ 16を通過した光線により、 1枚目 のスケール板 17上の A面に 2次光源が生成され、 2枚目のスケール板 18により受光 素子アレイ基板 19上に A面上の光量分布が結像される。
[0088] 本実施の形態では、各スケール板の格子列（トラック）、受光素子アレイの列が 2列 備えられている。即ち、 1枚目のスケール板 17には、トラック 20とトラック 21が備わる。 2枚目のスケール板 18には、トラック 22とトラック 23が備わる。受光素子アレイ基板 1 9にも対応する受光素子アレイ 24、 25が備わる。つまり、 1枚目のスケール板 17上の トラック 20に生成された 2次光源の光量分布のうち、空間周波数フィルタとして働く 2 枚目のスケール板 18上のトラック 22の格子パターンが伝達する周波数成分のみが、 受光素子アレイ 24上に結像される。同様にトラック 21に生成された 2次光源の光量 分布のうち、トラック 23の格子パターンが伝達する周波数成分のみ力 受光素子ァレ ィ 25上に結像される。 1枚目のスケール板 17と 2枚目のスケール板 18が格子配列方 向に沿って相対移動すると、受光素子アレイ基板 19上の像も移動し、 2枚のスケー ル板の相対移動量に相関のある出力信号が受光素子アレイ 24、受光素子アレイ 25 より各々得られる。各トラックの格子周期と各受光素子アレイの配列周期の組合せは 、トラック 20とトラック 21上の 2次光源分布が受光素子アレイ 24、受光素子アレイ 25 上に結像される条件であれば良ぐ各像の周期は一致しなくても良い。
[0089] 実施の形態 8に係る光学式エンコーダは、複数のトラックを持ったスケール板を用 いるが、 1枚目あるいは 2枚目のスケール板の或るトラックを通過した光線力 2枚目 のスケール板あるいは受光素子アレイ基板の対応するトラックとは異なるトラックに入 射することが抑制される。従って、検出誤差の発生が抑制され得る。また、スケールパ ターンの配列方向と垂直な方向には光線を拡散させないので、光源からの光線をよ り効率良く受光素子に伝達することができ、検出光量を増大させることができる。従つ て、検出分解能、検出精度など光学式エンコーダの特性を向上することが可能となる
[0090] 本実施の形態では、発光部の寸法において X方向が長ぐ Y方向が短い光源を用 いたが、これに限定されるものではない。また、シリンドリカルレンズ 16に円筒形状の 屈折レンズを用いた力 一方向にのみ集光機能を持つフレネルレンズを用いても良 い。
[0091] また、本実施の形態では A面と 2枚目のスケール板 18との間隔、 2枚目のスケール 板 18と受光素子アレイ基板 19との間隔を各々 Zとした力 これに限定されるものでは ない。即ち、 A面上の光量分布が受光素子アレイ基板 19に結像される条件であれば 良い。
[0092] さらに、本実施の形態においては、 2枚目のスケール板 18を透過型のスケールとし たが、反射型でも良い。この場合、受光素子アレイ基板 19は 2枚目のスケール板 18 に対し、 1枚目のスケール板 17側、好ましくは A面上に配置すれば良い。
[0093] 実施の形態 9
図 9は、本発明の実施の形態 9に係る光学式エンコーダのうち、 1枚目のスケール 板、 2枚目のスケール板、受光素子アレイ基板を示す図であり、（a)が正面図、（b)が 側面図である。
[0094] 実施の形態 9は上記実施の形態 4とほぼ同じ構成である力 1枚目のスケール板 26 に振幅格子を用いて 、る。 1枚目のスケール板 26上の振幅格子を備えた面と反対側 に、 X方向のみに光を散乱させその散乱角度が X方向の位置により変化するディフユ 一ザ 27が備えられている。つまり当該ディフューザ 27は、 1枚目のスケール板 26中 央では散乱角度が大きぐ X方向外側では散乱角度が中央に比べ小さくなるように設 定されている。
[0095] また、実施の形態 8と同様に各スケール板、受光素子アレイ基板 29には複数のトラ ック、この実施の形態の場合は 2つのトラックが備えられている。
[0096] 略平行光 1が 1枚目のスケール板 26上の各トラック 30、 31に照射されると、実施の 形態 8と同様に A面上の各 2次光源の光量分布のうち、 2枚目のスケール板 28上の 各トラック 32、 33の格子パターンが伝達する周波数成分のみが、受光素子アレイ基 板 29上の対応する各受光素子アレイ 34、 35に結像される。 1枚目のスケール板 26 と 2枚目のスケール板 28が格子配列方向に沿って相対移動すると、受光素子アレイ 基板 29上の像も移動し、 2枚のスケール板の相対移動量に相関のある出力信号が 受光素子アレイ基板 29上の各受光素子アレイ 34、 35より得られる。
[0097] 実施の形態 9に係る光学式エンコーダは、複数のトラックを持ったスケール板を用 いるが、 1枚目あるいは 2枚目のスケール板の或るトラックを通過した光線力 2枚目 のスケール板あるいは受光素子アレイ基板の対応するトラックとは異なるトラックに入 射することが抑制される。従って、検出誤差の発生が抑制され得る。また、スケールパ ターンの配列方向と垂直な方向には光線を拡散させないので、光源からの光線をよ り効率良く受光素子に伝達することができ、検出光量を増大させることができる。また 、ディフューザ 27により 2次光源のコヒーレンシ一を十分低下させることができ、光線 同士の干渉によるノイズの少ない光量分布を受光素子アレイ基板 29上に結像するこ とがでさる。
[0098] さらに、ディフューザ 27による光線の散乱角度を X方向の位置により変化させること で、受光素子アレイ基板 29上の検出部 7が存在する領域付近にのみ光線を照射さ せることが可能となり、より効率良く光源からの光線を受光素子に照射することができ
、さらに検出光量を増大させることができる。従って、検出分解能、検出精度など光学 式エンコーダの特性を向上することが可能となる。
[0099] 本実施の形態では、ディフューザ 27を 1枚目のスケール板 26上の振幅格子が備え られた面と反対側に備えている力 これに限定されるものではなぐ振幅格子が備え られた面上に備えても良い。例えば、クロム蒸着で振幅格子を形成したあと、榭脂成 形技術などでディフューザを振幅格子上に成形しても良い。また、本実施の形態で は、 1枚目のスケール板 26とディフューザ 27を一体とした力 別体でも良い。
[0100] また、本実施の形態では A面と 2枚目のスケール板 28との間隔、 2枚目のスケール 板 28と受光素子アレイ基板 29との間隔を各々 Zとした力 これに限定されるものでは ない。即ち、 A面上の光量分布が受光素子アレイ基板 29に結像される条件であれば 良い。
[0101] さらに、本実施の形態においては、 2枚目のスケール板 28を透過型のスケールとし たが、反射型でも良い。この場合、受光素子アレイ基板 29は 2枚目のスケール板 28 に対し、 1枚目のスケール板 26側、好ましくは A面上に配置すれば良い。
[0102] 実施の形態 10
図 10は、本発明の実施の形態 10に係る光学式エンコーダのうち、 1枚目のスケー ル板、 2枚目のスケール板、受光素子アレイ基板を示す図であり、（a)が正面図、 (b) が側面図である。
[0103] 実施の形態 10は上記実施の形態 9とほぼ同じ構成である力 ディフューザ 27と振 幅格子を備えた 1枚目のスケール板 26の向きが図にお 、て上下逆に配置されて!ヽ る。つまり、光源側にディフューザ 27が配置され、 2枚目のスケール板 28側に振幅格 子が配置されている。このような配置であっても、上記実施の形態 9と同様の動作を する。
[0104] 実施の形態 10に係るエンコーダも、複数のトラックを持ったスケール板を用いる力 1枚目あるいは 2枚目のスケール板のあるトラックを通過した光線力 2枚目のスケー ル板あるいは受光素子アレイ基板の対応するトラックとは異なるトラックに入射するこ とが抑制される。従って、検出誤差の発生が抑制され得る。また、スケールパターン の配列方向と垂直な方向には光線を拡散させないので、光源からの光線をより効率 良く受光素子に伝達することができ、検出光量を増大させることができる。また、ディ フューザ 27により 2次光源のコヒーレンシ一を十分低下させることができ、光線同士 の干渉によるノイズの少ない光量分布を受光素子アレイ基板 29上に結像することが できる。
[0105] さらに、ディフューザ 27による光線の散乱角度を X方向の位置により変化させること で、受光素子アレイ基板 29上の検出部 7が存在する領域付近にのみ光線を照射さ せることが可能となり、より効率良く光源からの光線を受光素子に照射することができ
、さらに検出光量を増大させることができる。従って、検出分解能、検出精度など光学 式エンコーダの特性を向上することが可能となる。
[0106] 実施の形態 11
図 11は、本発明の実施の形態 11に係る光学式エンコーダのうち、 1枚目のスケー ル板、 2枚目のスケール板、受光素子アレイ基板を示す図であり、（a)が正面図、 (b) が側面図である。
[0107] 実施の形態 11は上記実施の形態 9とほぼ同じ構成である力 振幅格子を形成した 1枚目のスケール板 26上に X方向のみに光を散乱させ、その散乱方向が X方向の位 置により変化するディフューザ 36が備えられている。図 11 (a)に示すように、 1枚目の スケール板 26の右側に備えられたディフューザ 36は、 A面上の 2次光源からの光線 を図面左上に向力つて散乱させ、受光素子アレイ基板 29上の検出部 7が存在する 領域全体に向力つて進行させる。一方、 1枚目のスケール板 26の左側に備えられた ディフューザ 36は、左側に生成された 2次光源からの光線を図面右上に向力つて散 乱させ、受光素子アレイ基板 29上の検出部 7が存在する領域全体に向かって進行さ せる。ディフューザ 36中央は、 A面上の 2次光源からの光線を図面上側に向力つて 散乱させ、受光素子アレイ基板 36上の検出部 7が存在する領域全体に向かって進 行させる。このようなディフューザ 36は、 CGH (Computer Generated Hologra m)などにより実現される。
[0108] 略平行光 1が 1枚目のスケール板 26上の各トラック 30、 31に照射されると、実施の 形態 8、 9、 10と同様に、 A面上の各 2次光源の光量分布のうち、 2枚目のスケール板 28上の各トラック 32、 33の格子パターンが伝達する周波数成分のみ力 受光素子ァ レイ基板 29上の対応する各受光素子アレイ 34、 35に結像される。 1枚目のスケール 板 26と 2枚目のスケール板 28が格子配列方向に沿って相対移動すると、受光素子 アレイ基板 29上の像も移動し、 2枚のスケール板の相対移動量に相関のある出力信 号が受光素子アレイ基板 29上の各受光素子アレイ 34、 35より得られる。
[0109] 実施の形態 11に係る光学式エンコーダは、複数のトラックを持ったスケール板を用 いるが、 1枚目あるいは 2枚目のスケール板のあるトラックを通過した光線力 2枚目 のスケール板あるいは受光素子アレイ基板の対応するトラックとは異なるトラックに入 射することが抑制される。従って、検出誤差の発生が抑制され得る。また、スケールパ ターンの配列方向と垂直な方向には光線を拡散させないので、光源からの光線をよ り効率良く受光素子に伝達することができ、検出光量を増大させることができる。また 、ディフューザ 36により 2次光源のコヒーレンシ一を十分低下させることができ、光線 同士の干渉によるノイズの少ない光量分布を受光素子アレイ基板 29上に結像するこ とがでさる。
[0110] さらに、ディフューザ 36による光線の散乱方向を X方向の位置により変化させること で、受光素子アレイ基板 29上の検出部 7が存在する領域付近にのみ光線を照射さ せることが可能となり、より効率良く光源からの光線を受光素子に照射することができ
、さらに検出光量を増大させることができる。従って、検出分解能、検出精度など光学 式エンコーダの特性を向上することが可能となる。
[0111] 本実施の形態では、ディフューザ 36を 1枚目のスケール板 26上の振幅格子が備え られた面と反対側に備えている力 これに限定されるものではなぐ振幅格子が備え られた面上に備えても良い。また、本実施の形態では、 1枚目のスケール板 26とディ フューザ 36を一体とした力 別体でも良い。
[0112] また、本実施の形態では A面と 2枚目のスケール板 28との間隔、 2枚目のスケール 板 28と受光素子アレイ基板 29との間隔を各々 Zとした力 これに限定されるものでは ない。即ち、 A面上の光量分布が受光素子アレイ基板 29に結像される条件であれば 良い。
[0113] さらに、本実施の形態においては、 2枚目のスケール板 28を透過型のスケールとし たが、反射型でも良い。この場合、受光素子アレイ基板 29は 2枚目のスケール板 28 に対し、 1枚目のスケール板 26側、好ましくは A面上に配置すれば良い。
[0114] 実施の形態 12
図 12は、本発明の実施の形態 12に係る光学式エンコーダのうち、 1枚目のスケー ル板、 2枚目のスケール板、受光素子アレイ基板を示す図であり、（a)が正面図、 (b) が側面図である。
[0115] 1枚目のスケール板 26の光源側に X方向にのみ光を集光するシリンドリカルレンズ 37が備えられている。更に、反対側即ち 2枚目のスケール板 28側には、 X方向のみ に光を散乱させ、その散乱方向、散乱角度共に X方向の位置に依らず一定であるデ ィフューザ 38が備えられている。シリンドリカルレンズ 37の焦点位置は受光素子ァレ ィ基板 29付近に設定されて ヽる。
[0116] 図 12 (a)に示すように、略平行光 1はシリンドリカルレンズ 37により屈折される力 1 枚目のスケール板 26の右側では図面左上に向力つて屈折され、 1枚目のスケール 板 26の左側では図面右上に向力つて屈折される。屈折されたあと、光線は振幅格子 を通過しディフューザ 38により散乱する。このとき、 A面上右側に生成された 2次光源 力もの光線は図面左上に向かって散乱し、受光素子アレイ基板 29上の検出部 7が 存在する領域全体に向かって進行する。一方、左側に生成された 2次光源からの光 線は図面右上に向かって散乱し、受光素子アレイ基板 29上の検出部 7が存在する 領域全体に向力つて進行する。 A面中央においては、 2次光源からの光線は図面上 側に向カゝつて散乱し、受光素子アレイ基板 36上の検出部 7が存在する領域全体に 向かって進行する。このことは実施の形態 11と同様の効果をもたらす。
[0117] 本実施の形態では、実施の形態 8、 9、 10、 11と同様に A面上の各 2次光源の光量 分布のうち、 2枚目のスケール板 28上の各トラック 32、 33の格子パターンが伝達する 周波数成分のみが、受光素子アレイ基板 29上の対応する各受光素子アレイ 34、 35 に結像される。 1枚目のスケール板 26と 2枚目のスケール板 28が格子配列方向に沿 つて相対移動すると、受光素子アレイ基板 29上の像も移動し、 2枚のスケール板の 相対移動量に相関のある出力信号が受光素子アレイ基板 29上の各受光素子アレイ 34、 35より得られる。
[0118] 実施の形態 12に係る光学式エンコーダは、複数のトラックを持ったスケール板を用 いるが、 1枚目あるいは 2枚目のスケール板のあるトラックを通過した光線力 2枚目 のスケール板あるいは受光素子アレイ基板の対応するトラックとは異なるトラックに入 射することが抑制される。従って、検出誤差の発生が抑制され得る。また、スケールパ ターンの配列方向と垂直な方向には光線を拡散させないので、光源からの光線をよ り効率良く受光素子に伝達することができ、検出光量を増大させることができる。また 、ディフューザ 38により 2次光源のコヒーレンシ一を十分低下させることができ、光線 同士の干渉によるノイズの少ない光量分布を受光素子アレイ基板 29上に結像するこ とがでさる。
[0119] さらに、ディフューザ 38による光線の散乱方向を X方向の位置により変化させること で、受光素子アレイ基板 29上の検出部 7が存在する領域付近にのみ光線を照射さ せることが可能となり、より効率良く光源からの光線を受光素子に照射することができ
、さらに検出光量を増大させることができる。従って、検出分解能、検出精度など光学 式エンコーダの特性を向上することが可能となる。
[0120] 本実施の形態では、 1枚目のスケール板 26とシリンドリカルレンズ 37、ディフューザ 38を一体とした力 各々別体でも良い。また、シリンドリカルレンズ 37に円筒形状の 屈折レンズを用いた力 一方向にのみ集光機能を持つフレネルレンズを用いても良 い。
[0121] また、本実施の形態では A面と 2枚目のスケール板 28との間隔、 2枚目のスケール 板 28と受光素子アレイ基板 29との間隔を各々 Zとした力 これに限定されるものでは ない。即ち、 A面上の光量分布が受光素子アレイ基板 29に結像される条件であれば 良い。
[0122] さらに、本実施の形態においては、 2枚目のスケール板 28を透過型のスケールとし たが、反射型でも良い。この場合、受光素子アレイ基板 29は 2枚目のスケール板 28 に対し、 1枚目のスケール板 26側、好ましくは A面上に配置すれば良い。 [0123] 実施の形態 13
図 13は、本発明の実施の形態 13に係る光学式エンコーダのうち、 1枚目のスケー ル板、 2枚目のスケール板、受光素子アレイ基板を示す図である。実施の形態 13で は、 2枚目のスケール板に反射型スケールを適用する。
[0124] (a)と (c)は正面図であるが、（c)に示される形態は（a)に示される形態を更に改良 したものである。（b)は (a)の場合の 1枚目のスケール板付近の拡大図である。（d)は
(c)の場合の 1枚目のスケール板付近の拡大図である。
[0125] まず、（a)及び (b)に示される形態について説明する。
[0126] 1枚目のスケール板 2の光源側に X方向にのみ光を屈折するプリズムアレイ 39 'が 備えられており、反対側の出射側には、 X方向のみに光を集光するシリンドリカルレン ズアレイ 3が備えられて 、る。 1枚目のスケール板 2の図面上方には反射型スケール 板 40が配置され、 1枚目のスケール板 2の X方向左側には受光素子アレイ基板 6が 備えられている。
[0127] 略平行光 1はプリズムアレイ 39 'にて屈折され、図面左方向に向かう。ここで、実施 の形態 1から実施の形態 6と同様に、シリンドリカルレンズアレイ 3により各略平行光束 は X方向にのみ集光され、シリンドリカルレンズアレイ 3の配列周期とほぼ同じ周期を 持ち、光量が正弦波状分布である 2次光源 41を生成する。このあと、上述の略平行 光束により発生した 2次光源 41から出射した光線は左方向に進行し、反射型スケー ル板 40で反射したあと、受光素子アレイ基板 6に入射する。このとき、プリズムアレイ 3 9 'の傾斜角は、受光素子アレイ基板 6の受光量が最適になるように設定されている。
[0128] 上述正弦波状分布のうち、空間周波数フィルタとして働く反射型スケール板 40が 伝達する周波数成分のみが、受光素子アレイ基板 6上に結像される。 1枚目のスケー ル板 2と反射型スケール板 40が格子配列方向に沿って相対移動すると、受光素子ァ レイ基板 6上の像も移動し、 2枚のスケール板の相対移動量に相関のある出力信号 が受光素子アレイ基板 6より得られる。
[0129] 実施の形態 13に係る光学式エンコーダでは、 1枚目のスケール板 2に照射された 光線は、プリズムアレイ 39，とシリンドリカルレンズアレイ 3の表面での反射や内部での 吸収以外ほぼすベて通過することができ、受光素子アレイ基板 6に照射される光量を 大きくすることができる。また、スケールパターンの配列方向と垂直な方向には光線を 拡散させないので、光源力もの光線をより効率良く受光素子に伝達することができ、 さらに検出光量を増大させることができる。さらに、プリズムアレイ 39'により略平行光 1の進行方向を制御できるため、受光素子アレイ基板 6上の検出部が存在する領域 付近にのみ光線を照射させることが可能となり、より効率良く光源力 の光線を受光 素子に照射することができ、さらに検出光量を増大させることができる。従って、検出 分解能、検出精度など光学式エンコーダの特性を向上することが可能となる。
[0130] 本実施の形態においては、プリズムアレイ 39'を用いたが単プリズムでも同様の効 果が得られる。また、プリズムアレイ 39，の周期はシリンドリカルレンズアレイ 3の周期と 関係なぐ任意の値で良いが、 2次光源 41の光量分布が所望の分布となるように決 定すればよい。また、本実施の形態では、プリズムアレイ 39'と 1枚目のスケール板 2 を一体としたが、別体でも良い。更に本実施の形態では、シリンドリカルレンズアレイ 3 に円筒形状の屈折レンズを用いた力 一方向にのみ集光機能を持つフレネルレンズ アレイを用いても良い。
[0131] 次に、（c)及び (d)に示される形態について説明する。
[0132] (a)、 (b)に示される形態と同様に、 1枚目のスケール板 2の光源側に X方向にのみ 光を屈折するプリズムアレイ 39が備えられている。このプリズムアレイ 39は略平行光 1を屈折し、図面左右方向に向かう 2つの略平行光束に分ける。ここで、実施の形態 1から実施の形態 6と同様に、シリンドリカルレンズアレイ 3により各略平行光束は X方 向にのみ集光され、シリンドリカルレンズアレイ 3の配列周期とほぼ同じ周期を持ち、 光量が正弦波状分布である 2次光源 41、 42を生成する。このあと、上述 2つの略平 行光束により発生した 2次光源 41、 42から出射した光線は各々左右方向に進行し、 反射型スケール板 40で反射したあと、図面左右の受光素子アレイ基板 6に入射する 。このとき、プリズムアレイ 39の 2種類の傾斜角は、受光素子アレイ基板 6の受光量が 最適になるように設定されて 、る。
[0133] 上述正弦波状分布のうち、空間周波数フィルタとして働く反射型スケール板 40が 伝達する周波数成分のみが、受光素子アレイ基板 6上に結像される。 1枚目のスケー ル板 2と反射型スケール板 40が格子配列方向に沿って相対移動すると、受光素子ァ レイ基板 6上の像も移動し、 2枚のスケール板の相対移動量に相関のある出力信号 が受光素子アレイ基板 6より得られる。
[0134] (c) (d)に示される形態は、 (a) (b)に示される形態とほぼ同様の効果を得ることが できる。受光素子アレイ基板 6の単位面積当たりに受ける光量は、 (c) (d)の場合で は確かに（a) (b)の場合の半分になる。しかし、（c) (d)に示される形態は対称性を備 えるから、左右の受光素子アレイの各々により検出される信号に含まれる誤差が、もう 一方の受光素子アレイの信号により除去され得るとも言える。
[0135] (c) (d)に示される形態において、プリズムアレイ 39を用いたが単プリズムでも同様 の効果が得られる。
[0136] 実施の形態 14
図 14は、本発明の実施の形態 14に係る光学式エンコーダのうち、 1枚目のスケー ル板、 2枚目のスケール板、受光素子アレイ基板を示す図である。実施の形態 14で は、 2枚目のスケール板に反射型スケールを適用する。
[0137] (a)と (c)が正面図、 (b)と (d)が各々、 (a)と (c)に対応する側面図である。 (c) (d) に示される形態は、 (a) (b)に示される形態を更に改良したものである。
[0138] まず、（a) (b)に示される形態について説明する。
[0139] 実施の形態 14は上記実施の形態 13とほぼ同じ構成である力 1枚目のスケール板 2の光源側には X方向ではなぐ Y方向（の左方）のみに光を屈折するプリズムアレイ 43 'が備えられており、 1枚目のスケール板 2の Y方向左側に受光素子アレイ基板 6 が備えられている。
[0140] 略平行光 1はプリズムアレイ 43 'にて屈折され、略平行光束となる。略平行光束によ り発生した 2次光源力 出射した光線は屈折された方向に進行し、反射型スケール 板 40で反射したあと、受光素子アレイ基板 6に入射する。このとき、プリズムアレイ 43 'の傾斜角は、受光素子アレイ基板 6の受光量が最適になるように設定されて!、る。 実施の形態 13と異なるのは、プリズムアレイ 43 'で略平行光 1が屈折される方向であ る。
[0141] 上述 2次光源の正弦波状分布のうち、空間周波数フィルタとして働く反射型スケー ル板 40が伝達する周波数成分のみが、受光素子アレイ基板 6上に結像される。 1枚 目のスケール板 2と反射型スケール板 40が格子配列方向に沿って相対移動すると、 受光素子アレイ基板 6上の像も移動し、 2枚のスケール板の相対移動量に相関のあ る出力信号が受光素子アレイ基板 6より得られる。
[0142] 実施の形態 14に係る光学式エンコーダでは、 1枚目のスケール板 2に照射された 光線は、プリズムアレイ 43，とシリンドリカルレンズアレイ 3の表面での反射や内部での 吸収以外ほぼすベて通過することができ、受光素子アレイ基板 6に照射される光量を 大きくすることができる。さらに、プリズムアレイ 43'により略平行光 1の進行方向を制 御できるため、受光素子アレイ基板 6上の検出部が存在する領域付近にのみ光線を 照射させることが可能となり、より効率良く光源力 の光線を受光素子に照射すること ができ、さらに検出光量を増大させることができる。従って、検出分解能、検出精度な ど光学式エンコーダの特性を向上することが可能となる。
[0143] 本実施の形態においては、プリズムアレイ 43'を用いたが単プリズムでも同様の効 果が得られる。また、プリズムアレイ 43，の周期はシリンドリカルレンズアレイ 3の周期と 関係なぐ任意の値で良いが、 2次光源の光量分布が所望の分布となるように決定す ればよい。また、本実施の形態では、プリズムアレイ 43'と 1枚目のスケール板 2を一 体とした力 別体でも良い。更に、本実施の形態では、シリンドリカルレンズアレイ 3に 円筒形状の屈折レンズを用いた力 一方向にのみ集光機能を持つフレネルレンズァ レイを用いても良い。
[0144] 次に、（c) (d)に示される形態について説明する。
[0145] (c) (d)に示される形態と同様に、 1枚目のスケール板 2の光源側には X方向ではな ぐ Y方向のみに光を屈折するプリズムアレイ 43が備えられている。ここで、受光素子 アレイ基板 6は、 1枚目のスケール板 2の Y方向の両側に備えられている。つまり、プリ ズムアレイ 43は略平行光 1を屈折して 2つの略平行光束に分ける。
[0146] これら 2つの略平行光束により発生した 2次光源から出射した光線は、各々屈折さ れた方向に進行し、反射型スケール板 40で反射したあと、（Y方向で 2箇所に分かれ た)受光素子アレイ基板 6に入射する。このとき、プリズムアレイ 43の傾斜角は、受光 素子アレイ基板 6の受光量が最適になるように設定されて!、る。
[0147] 上述 2次光源の正弦波状分布のうち、空間周波数フィルタとして働く反射型スケー ル板 40が伝達する周波数成分のみが、受光素子アレイ基板 6上に結像される。 1枚 目のスケール板 2と反射型スケール板 40が格子配列方向に沿って相対移動すると、 受光素子アレイ基板 6上の像も移動し、 2枚のスケール板の相対移動量に相関のあ る出力信号が受光素子アレイ基板 6より得られる。
[0148] (c) (d)に示される形態は、 (a) (b)に示される形態とほぼ同様の効果を得ることが できる。受光素子アレイ基板 6の単位面積当たりに受ける光量は、（d)の場合では確 かに (b)の場合の半分になる。しかし、（c) (d)に示される形態は対称性を備えるから 、左右の受光素子アレイの各々により検出される信号に含まれる誤差が、もう一方の 受光素子アレイの信号により除去され得るとも言える。
[0149] 本実施の形態においては、プリズムアレイ 43を用いたが単プリズムでも同様の効果 が得られる。
[0150] 実施の形態 15
図 15は、本発明の実施の形態 15に係る光学式エンコーダのうち、 1枚目のスケー ル板、 2枚目のスケール板、受光素子アレイ基板を示す図である。実施の形態 15で は、 2枚目のスケール板に反射型スケールを適用する。
[0151] (a)と (b)はいずれも正面図である。（b)に示される形態は、（a)に示される形態を更 に改良したものである。
[0152] まず、（a)に示される形態について説明する。
[0153] 実施の形態 15は上記実施の形態 13とほぼ同じ構成である力 1枚目のスケール板 26には X方向のみに光を屈折させるプリズムアレイ 39 'と、振幅格子が備えられてい る。略平行光 1はプリズムアレイ 39 'にて屈折され、図面左方向に向かう略平行光束 とされる。その略平行光束により生成される 2次光源から出射した光線は屈折された 方向（図面左方向）に進行し、反射型スケール板 40で反射したあと、受光素子アレイ 基板 29に入射する。このとき、プリズムアレイ 39 'の傾斜角は、受光素子アレイ基板 2 9の受光量が最適になるように設定されて!、る。
[0154] 上述 2次光源の正弦波状分布のうち、空間周波数フィルタとして働く反射型スケー ル板 40が伝達する周波数成分のみが、受光素子アレイ基板 29上に結像される。 1 枚目のスケール板 26と反射型スケール板 40が格子配列方向に沿って相対移動する と、受光素子アレイ基板 29上の像も移動し、 2枚のスケール板の相対移動量に相関 のある出力信号が受光素子アレイ基板 29より得られる。
[0155] 実施の形態 15に係る光学式エンコーダでは、スケールパターンの配列方向と垂直 な方向には光線を拡散させないので、光源からの光線をより効率良く受光素子に伝 達することができ、検出光量を増大させることができる。さらに、プリズムアレイ 39'に より略平行光 1の進行方向を制御できるため、受光素子アレイ基板 29上の検出部が 存在する領域付近にのみ光線を照射させることが可能となり、より効率良く光源から の光線を受光素子に照射することができ、さらに検出光量を増大させることができる。 従って、検出分解能、検出精度など光学式エンコーダの特性を向上することが可能 となる。
[0156] 本実施の形態においては、プリズムアレイ 39'を用いたが単プリズムでも同様の効 果が得られる。また、プリズムアレイ 39'の周期は 1枚目のスケール板 26上の振幅格 子の周期とは関係なぐ任意の値で良いが、 2次光源の光量分布が所望の分布とな るように決定すればよい。また、本実施の形態では、プリズムアレイ 39'と 1枚目のス ケール板 26を一体とした力 別体でも良い。
[0157] また、本実施の形態では、プリズムアレイ 39'により X方向に略平行光 1を屈折させ ているが、実施の形態 14と同様に、 Y方向に略平行光を屈折させ、 1枚目のスケー ル板 26の Y方向隣に受光素子アレイ基板 29を配置しても良い。また、本実施の形態 においては、プリズムアレイ 39'を光線入射側に配置した力 光線出射側に配置して も良い。また、本実施の形態においては、プリズムアレイ 39，を 1枚目のスケール板 2 6に備えられた振幅格子と反対側に備えたが、同一面に備えても良い。
[0158] 次に、（b)に示される形態について説明する。
[0159] (a)に示される形態と同様に、 1枚目のスケール板 26には X方向のみに光を屈折さ せるプリズムアレイ 39と、振幅格子が備えられている。このプリズムアレイ 39は略平行 光 1を屈折し、図面左右方向に向かう 2つの略平行光束に分ける。 2つの略平行光束 により生成される各 2次光源から出射した光線は各々屈折された方向（図面左右方 向）に進行し、反射型スケール板 40で反射したあと、図面左右の受光素子アレイ基 板 29に入射する。このとき、プリズムアレイ 39の傾斜角は、受光素子アレイ基板 29の 受光量が最適になるように設定されて 、る。
[0160] 上述 2次光源の正弦波状分布のうち、空間周波数フィルタとして働く反射型スケー ル板 40が伝達する周波数成分のみが、受光素子アレイ基板 29上に結像される。 1 枚目のスケール板 26と反射型スケール板 40が格子配列方向に沿って相対移動する と、受光素子アレイ基板 29上の像も移動し、 2枚のスケール板の相対移動量に相関 のある出力信号が受光素子アレイ基板 29より得られる。
[0161] (b)に示される形態は、 (a)に示される形態とほぼ同様の効果を得ることができる。
受光素子アレイ基板 29の単位面積当たりに受ける光量は、（b)の場合には確かに（a )の場合の半分になる。しかし、（b)に示される形態は対称性を備えるから、左右の受 光素子アレイの各々により検出される信号に含まれる誤差が、もう一方の受光素子ァ レイの信号により除去され得るとも言える。
[0162] (b)に示される形態においても、プリズムアレイ 39を用いたが単プリズムでも同様の 効果が得られる。また、プリズムアレイ 39により X方向に略平行光 1を屈折させている 力 実施の形態 14と同様に、 Y方向に略平行光を屈折させ、 1枚目のスケール板 26 の Y方向隣に受光素子アレイ基板 29を配置しても良い。
[0163] 実施の形態 16
図 16は、本発明の実施の形態 16に係る光学式エンコーダのうち、 1枚目のスケー ル板、 2枚目のスケール板、受光素子アレイ基板を示す図である。（a)が正面図、 (b) が側面図である。
[0164] 実施の形態 2においては、 1枚目のスケール板 2上のシリンドリカルレンズアレイ 3を 凸レンズアレイとしたが、本実施の形態では凹レンズアレイとなるシリンドリカルレンズ アレイ 44を配置している。実際には、シリンドリカルレンズアレイ 44と 1枚目のスケー ル板 2との境界、 1枚目のスケール板 2のシリンドリカルレンズアレイ 44が配置される 面とは反対側の面にて光線が屈折される力 実施の形態を模式的に記すため図 16 では上述屈折を省略して！/ヽる。
[0165] 実施の形態 16では上記実施の形態 2と同様、正弦波状分布を持った 2次光源が生 成される力 シリンドリカルレンズアレイ 44が凹レンズアレイであるため、 2次光源は 1 枚目のスケール板 2の光線入射側の A面上に仮想的に生成される。 [0166] 上述正弦波状分布のうち、空間周波数フィルタとして働く 2枚目のスケール板 4が伝 達する周波数成分のみが、受光素子アレイ基板 6上に結像される。 1枚目のスケール 板 2と 2枚目のスケール板 4が格子配列方向に沿って相対移動すると、受光素子ァレ ィ基板 6上の像も移動し、 2枚のスケール板の相対移動量に相関のある出力信号が 受光素子アレイ基板 6より得られる。
[0167] 実施の形態 16に係る光学式エンコーダでは、 1枚目のスケール板 2に照射された 光線は、 1枚目のスケール板 2とシリンドリカルレンズアレイ 44の表面での反射や内部 での吸収以外ほぼすベて通過することができ、受光素子アレイ基板 6に照射される光 量を大きくすることができる。また、スケールパターンの配列方向と垂直な方向には光 線を拡散させないので、光源からの光線をより効率良く受光素子に伝達することがで き、さらに検出光量を増大させることができる。従って、検出分解能、検出精度など光 学式エンコーダの特性を向上することが可能となる。
[0168] さらに、正弦波状分布を持った 2次光源を 1枚目のスケール板 2の光線入射側に生 成させることができるので、設計自由度を増すことができる。
[0169] 本実施の形態では、 A面と 2枚目のスケール板 4との間隔、 2枚目のスケール板 4と 受光素子アレイ基板 6との間隔を各々 Zとし、 1枚目のスケール板 2上のシリンドリカル レンズアレイ 44の配列周期、 2枚目のスケール板 4上の格子周期、受光素子アレイ基 板 6上の受光部 7の配列周期を各々 Pとした力 これに限定されるものではない。即ち 、図 1 (c)に示した A面上の光量分布が受光素子アレイ基板 6に結像される条件であ れば良い。
[0170] また、本実施の形態では、シリンドリカルレンズアレイ 44に円筒形状の屈折レンズを 用いたが、一方向にのみ拡散機能を持つフレネルレンズアレイを用いても良い。ある いはシリンドリカルレンズ 44と同じ配列周期を持った 2等辺三角形状のプリズムアレイ を用いても同様の効果を得ることができる。さらに、本実施の形態においては、 2枚目 のスケール板 4を透過型のスケールとした力 反射型でも良い。この場合、受光素子 アレイ基板 6は 2枚目のスケール板 4に対し、 1枚目のスケール板 2側、好ましくは A面 上に配置すれば良い。
[0171] 実施の形態 17 図 17は、本発明の実施の形態 17に係る光学式エンコーダのうち、 1枚目のスケー ル板、 2枚目のスケール板、受光素子アレイ基板を示す図である。実施の形態 17で は、 2枚目のスケール板に反射型スケールを適用する。
[0172] 図 17では、 1枚目のスケール板 2上に X方向にのみに光を集光するシリンドリカルレ ンズアレイ 45が備えられている。 1枚目のスケール板 2の光線出射側には反射型スケ ール板 40が配置され、 1枚目のスケール板 2の X方向隣の A面上には受光素子ァレ ィ基板 6が備えられている。
[0173] シリンドリカルレンズアレイ 45の各レンズ焦点位置は、図面右方向に屈折された入 射光線が A面上で交差した位置に存在し、シリンドリカルレンズアレイ 45の配列周期 とほぼ同じ周期を持つ。これらのレンズ焦点位置に、光量が正弦波状分布である 2次 光源が生成される。
[0174] 上述 2次光源から出射した光線は図面右方向に進行し、反射型スケール板 40で反 射したあと、受光素子アレイ基板 6に入射する。このとき、シリンドリカルレンズアレイ 4 5による光線進行方向（破線矢印）の傾きは、受光素子アレイ基板 6の受光量が最適 になるように設定されて 、る。
[0175] 上述正弦波状分布のうち、空間周波数フィルタとして働く反射型スケール板 40が 伝達する周波数成分のみが、受光素子アレイ基板 6上に結像される。 1枚目のスケー ル板 2と反射型スケール板 40が格子配列方向に沿って相対移動すると、受光素子ァ レイ基板 6上の像も移動し、 2枚のスケール板の相対移動量に相関のある出力信号 が受光素子アレイ基板 6より得られる。
[0176] 実施の形態 17に係る光学式エンコーダでは、 1枚目のスケール板 2に照射された 光線は、シリンドリカルレンズアレイ 45の表面での反射や内部での吸収以外ほぼす ベて通過することができ、受光素子アレイ基板 6に照射される光量を大きくすることが できる。また、スケールパターンの配列方向と垂直な方向には光線を拡散させないの で、光源力もの光線をより効率良く受光素子に伝達することができ、さらに検出光量 を増大させることができる。さらに、シリンドリカルレンズアレイ 45の形状により光線進 行方向を制御できるため、受光素子アレイ基板 6上の検出部が存在する領域付近に のみ光線を照射させることが可能となり、より効率良く光源からの光線を受光素子に 照射することができ、さらに検出光量を増大させることができる。従って、検出分解能 、検出精度など光学式エンコーダの特性を向上することが可能となる。
[0177] 本実施の形態では、 A面と反射型スケール板 40との間隔、反射型スケール板 40と 受光素子アレイ基板 6との間隔を等しくし、 1枚目のスケール板 2上のシリンドリカルレ ンズアレイ 45の配列周期、反射型スケール板 40上の格子周期、受光素子アレイ基 板 6上の受光素子の配列周期を等しくしたが、これに限定されるものではない。即ち 、図 1 (c)に示した A面上の光量分布が受光素子アレイ基板 6に結像される条件であ れば良い。
[0178] また、本実施の形態では、シリンドリカルレンズアレイ 45に円筒形状の屈折レンズを 用いたが、一方向にのみ集光機能を持つフレネルレンズアレイを用いても良い。ある いはシリンドリカルレンズ 45と同じ配列周期を持った三角形状のプリズムアレイを用 V、ても同様の効果が得られる。
[0179] 実施の形態 18
図 18は、本発明の実施の形態 18に係る光学式エンコーダのうち、 1枚目のスケー ル板、 2枚目のスケール板、受光素子アレイ基板を示す正面図である。実施の形態 1 8では、 1枚目のスケール板に反射型スケールを適用する。
[0180] 図 18では、 1枚目のスケール板 2上に X方向にのみに光を集光する凹型シリンドリ カルミラーアレイ 47が備えられている。 1枚目のスケール板 2の光線出射側には 2枚 目のスケール板 4が配置され、さらに光線進行方向側に受光素子アレイ基板 6が備 えられている。入射光である略平行光 1は、 2枚目のスケール板 4に備わる光学窓 46 から入射される。
[0181] 略平行光 1は光学窓 46を通過後、凹型シリンドリカルミラーアレイ 47を照射する。
各凹面ミラーの焦点位置 A面上には、凹型シリンドリカルミラーアレイ 47の配列周期 とほぼ同じ周期を持ち、光量が正弦波状分布である 2次光源が生成される。
[0182] 上述 2次光源から出射した光線は図面左下方向に進行し、 2枚目のスケール板 4を 通過したあと、受光素子アレイ基板 6に入射する。このとき、凹型シリンドリカルミラー アレイ 47の焦点距離、凹型シリンドリカルミラーアレイ 47からの反射光線進行方向（ 破線矢印）の傾きは、凹型シリンドリカルミラーアレイ 47に照射されたほぼ全ての光線 が受光素子アレイ基板 6上に進行するように設定されて!ヽる。
[0183] 上述正弦波状光量分布のうち、空間周波数フィルタとして働く 2枚目のスケール板 4が伝達する周波数成分のみ力 受光素子アレイ基板 6上に結像される。 1枚目のス ケール板 2と 2枚目のスケール板 4が格子配列方向に沿って相対移動すると、受光素 子アレイ基板 6上の像も移動し、 2枚のスケール板の相対移動量に相関のある出力 信号が受光素子アレイ基板 6より得られる。
[0184] 実施の形態 18に係る光学式エンコーダでは、 1枚目のスケール板 2上に照射され た光線は、凹型シリンドリカルミラーアレイ 47による吸収や散乱以外ほぼすベて正反 射することができ、受光素子アレイ基板 6に照射される光量を大きくすることができる。 また、スケールパターンの配列方向と垂直な方向には光線を拡散させないので、光 源からの光線をより効率良く受光素子に伝達することができ、さらに検出光量を増大 させることができる。従って、検出分解能、検出精度など光学式エンコーダの特性を 向上することが可能となる。
[0185] 図 18に示す形態においては、 A面と 2枚目のスケール板 4との間隔、 2枚目のスケ ール板 4と受光素子アレイ基板 6との間隔を等しくし、 1枚目のスケール板 2上の凹型 シリンドリカルミラーアレイ 47の配列周期、 2枚目のスケール板 4の格子周期、受光素 子アレイ基板 6上の受光素子 7の配列周期を等しくしたが、これに限定されるもので はない。即ち、 A面上の光量分布が受光素子アレイ基板 6に受光素子 7の配列周期 と同じ周期を持った像として結像される条件であれば良い。
[0186] また、本実施の形態では、凹型シリンドリカルミラーアレイ 47に円筒形状の凹面ミラ 一アレイを用いたが、 X方向にのみ集光機能を持つフレネルレンズ構造を持ったミラ 一アレイや反射型回折光学素子アレイを用いても良 、。ある 、は凹型シリンドリカルミ ラーアレイ 47と同じ配列周期を持った三角形状のミラーアレイを用いても同様の効果 が得られる。
[0187] また、図 18では光学窓 46を記した力 これがなくても上述と同様の動作が可能であ る。
[0188] 実施の形態 19
図 19は、本発明の実施の形態 19に係る光学式エンコーダのうち、 1枚目のスケー ル板、 2枚目のスケール板、受光素子アレイ基板を示す正面図である。
[0189] 実施の形態 18においては、 1枚目のスケール板 2上の光学素子アレイを凹型シリン ドリカルミラーアレイ 47とした力 本実施の形態では凸型シリンドリカルミラーアレイ 48 を配置している。
[0190] 本実施の形態では上記実施の形態 18と同様、正弦波状分布を持った 2次光源が 生成されるが、シリンドリカルミラーアレイが凸型であるため、 2次光源は 1枚目のスケ ール板 2の光線入射側とは反対側（図 19の上側）の A面上に仮想的に生成される。
[0191] このとき、凸型シリンドリカルミラーアレイ 48の焦点距離、凸型シリンドリカルミラーァ レイ 48からの反射光線進行方向（破線矢印）の傾きは、凸型シリンドリカルミラーァレ ィ 48に照射されたほぼ全ての光線が受光素子アレイ基板 6上に進行するように設定 されている。
[0192] 上述正弦波状分布のうち、空間周波数フィルタとして働く 2枚目のスケール板 4が伝 達する周波数成分のみが、受光素子アレイ基板 6上に結像される。 1枚目のスケール 板 2と 2枚目のスケール板 4が格子配列方向に沿って相対移動すると、受光素子ァレ ィ基板 6上の像も移動し、 2枚のスケール板の相対移動量に相関のある出力信号が 受光素子アレイ基板 6より得られる。
[0193] 実施の形態 19に係る光学式エンコーダでは、 1枚目のスケール板 2上に照射され た光線は、凸型シリンドリカルミラーアレイ 48による吸収や散乱以外ほぼすベて正反 射することができ、受光素子アレイ基板 6に照射される光量を大きくすることができる。 また、スケールパターンの配列方向と垂直な方向には光線を拡散させないので、光 源からの光線をより効率良く受光素子に伝達することができ、さらに検出光量を増大 させることができる。従って、検出分解能、検出精度など光学式エンコーダの特性を 向上することが可能となる。
[0194] 図 19に示される形態においては、 A面と 2枚目のスケール板 4との間隔、 2枚目のス ケール板 4と受光素子アレイ基板 6との間隔を等しくし、 1枚目のスケール板 2上の凸 型シリンドリカルミラーアレイ 48の配列周期、 2枚目のスケール板 4の格子周期、受光 素子アレイ基板 6上の受光素子 7の配列周期を等しくしたが、これに限定されるもの ではない。即ち、 A面上の光量分布が受光素子アレイ基板 6に受光素子 7の配列周 期と同じ周期を持った像として結像される条件であれば良い。
[0195] また、本実施の形態では、凸型シリンドリカルミラーアレイ 48に円筒形状の凸面ミラ 一アレイを用いたが、 X方向にのみ拡散機能を持つフレネルレンズ構造を持ったミラ 一アレイや反射型回折光学素子アレイを用いても良 、。ある 、は凸型シリンドリカルミ ラーアレイ 48と同じ配列周期を持った三角形状のミラーアレイを用いても同様の効果 が得られる。
[0196] また、図 19では光学窓 46を記した力 これがなくても上述と同様の動作が可能であ る。
[0197] 実施の形態 20
図 20は本発明の実施の形態 20に係る光学式エンコーダのうち、レンズ、 1枚目の スケール板、 2枚目のスケール板、受光素子アレイ基板を示す正面図である。本実施 の形態では、 1枚目のスケール板に反射型スケールを適用する。
[0198] 本実施の形態における光学式エンコーダは上述実施の形態 18と同様の動作をす る力 光学窓 46上に光源 11から出射した光線を略平行にするレンズ 49が備えられ ている。
[0199] 光源 11から出射した光線はレンズ 49により略平行光 1となるが、光源 11の出射光 軸とレンズ 49の中心軸が意図的にずらされているため、略平行光 1は図面左上方向 に進行し、凹型シリンドリカルミラーアレイ 47を照射する。各凹面ミラーの焦点位置 A 面上には、凹型シリンドリカルミラーアレイ 47の配列周期とほぼ同じ周期を持ち、光 量が正弦波状分布である 2次光源が生成される。
[0200] 上述正弦波状光量分布のうち、空間周波数フィルタとして働く 2枚目のスケール板 4が伝達する周波数成分のみ力 受光素子アレイ基板 6上に結像される。 1枚目のス ケール板 2と 2枚目のスケール板 4が格子配列方向に沿って相対移動すると、受光素 子アレイ基板 6上の像も移動し、 2枚のスケール板の相対移動量に相関のある出力 信号が受光素子アレイ基板 6より得られる。
[0201] 本実施の形態に係る光学式エンコーダでは、 1枚目のスケール板 2上に照射された 光線は、凹型シリンドリカルミラーアレイ 47による吸収や散乱以外ほぼすベて正反射 することができ、受光素子アレイ基板 6に照射される光量を大きくすることができる。ま た、スケールパターンの配列方向と垂直な方向には光線を拡散させないので、光源 力もの光線をより効率良く受光素子に伝達することができ、さらに検出光量を増大さ せることができる。従って、検出分解能、検出精度など光学式エンコーダの特性を向 上することが可能となる。
[0202] また、レンズ 49が光学窓 46と一体成形されるので光源、レンズ部分を薄型化するこ とが可能となる。さらに、部品点数を減らすことができ、製作コストを低減することが可 能となる。
[0203] 図 20に示される形態では、レンズ 49を光学窓 46上の光源 11側に配置した力 1枚 目のスケール板 2側（図面上側）に配置しても同様の効果が得られる。
[0204] また、本実施の形態では、レンズ 49に平凸レンズを用いた力 同様の働きをするフ レネルレンズや回折格子型レンズでも良 、。
[0205] 実施の形態 21
図 21は、本発明の実施の形態 21に係る光学式エンコーダのうち、 1枚目のスケー ル板、 2枚目のスケール板、受光素子アレイ基板を示す図である。実施の形態 21で は、 1枚目のスケール板に反射型スケールを適用する。（a)が正面図、（b)が側面図 である。
[0206] 実施の形態 21は上記実施の形態 18とほぼ同じ構成である力 略平行光 1は 1枚目 のスケール板 2に対し、 X方向に傾いて入射するのではなぐ Y方向に傾いて入射す る。
[0207] 実施の形態 18と同様、凹型シリンドリカルミラーアレイ 47の焦点位置 A面上に光量 が正弦波状分布である 2次光源が生成される。この 2次光源から出射した光線は図 2 1 (b)の左下方向に進行し、 2枚目のスケール板 4を通過したあと、受光素子アレイ基 板 6に入射する。このとき、凹型シリンドリカルミラーアレイ 47の焦点距離、凹型シリン ドリカルミラーアレイ 47からの反射光線進行方向（破線矢印）の傾き、 2枚目のスケー ル板 4と受光素子アレイ基板 6の XY平面上における位置は、凹型シリンドリカルミラ 一アレイ 47に照射されたほぼ全ての光線が受光素子アレイ基板 6上に進行するよう に設定されている。
[0208] 上述正弦波状光量分布のうち、空間周波数フィルタとして働く 2枚目のスケール板 4が伝達する周波数成分のみ力 受光素子アレイ基板 6上に結像される。 1枚目のス ケール板 2と 2枚目のスケール板 4が格子配列方向に沿って相対移動すると、受光素 子アレイ基板 6上の像も移動し、 2枚のスケール板の相対移動量に相関のある出力 信号が受光素子アレイ基板 6より得られる。
[0209] 実施の形態 21に係る光学式エンコーダでは、 1枚目のスケール板 2上に照射され た光線は、凹型シリンドリカルミラーアレイ 47による吸収や散乱以外ほぼすベて正反 射することができ、受光素子アレイ基板 6に照射される光量を大きくすることができる。 また、スケールパターンの配列方向と垂直な方向には光線を拡散させないので、光 源からの光線をより効率良く受光素子に伝達することができ、さらに検出光量を増大 させることができる。従って、検出分解能、検出精度など光学式エンコーダの特性を 向上することが可能となる。
[0210] 実施の形態 21では略平行光 1が 1枚目のスケール板 2に対し、 Y方向に傾いて入 射し、実施の形態 18では X方向に傾いて入射する力 これらに限られることはなく X、 Y両方向に傾いて入射させても良い。ただし、 2枚目のスケール板 4、受光素子アレイ 基板 6の位置は、受光素子アレイ基板 6の受光量が最適になるように設定する必要が ある。
[0211] 実施の形態 22
図 22は、本発明の実施の形態 22に係る光学式エンコーダのうち、 1枚目のスケー ル板、 2枚目のスケール板、受光素子アレイ基板を示す正面図である。実施の形態 2 2では、 1枚目のスケール板に反射型スケールを適用する。（a)が正面図、（b)は（a) の 1枚目のスケール板付近の拡大図である。
[0212] 図 22では、 1枚目のスケール板 2上に X方向にのみに光を集光するシリンドリカルレ ンズアレイ 50と、反射体 51が備えられている。 1枚目のスケール板 2の光線出射側に は 2枚目のスケール板 4が配置され、さらに光線進行方向側に受光素子アレイ基板 6 が備えられている。入射光である略平行光 1は、 2枚目のスケール板 4に備わる光学 窓 46から入射される。
[0213] 略平行光 1は光学窓 46を通過後、シリンドリカルレンズアレイ 50を照射する。照射 された光線は各シリンドリカルレンズにより集束されつつ反射体 51で反射し、再度シ リンドリカルレンズにて集束され 2枚目のスケール板 4に向かう。焦点位置 A面上には 、シリンドリカルレンズアレイ 50の配列周期とほぼ同じ周期を持ち、光量が正弦波状 分布である 2次光源が生成される。
[0214] 上述 2次光源から出射した光線は図面左下方向に進行し、 2枚目のスケール板 4を 通過したあと、受光素子アレイ基板 6に入射する。このとき、シリンドリカルレンズァレ ィ 50の焦点距離、シリンドリカルレンズアレイ 50からの反射光線進行方向（破線矢印 )の傾きは、シリンドリカルレンズアレイ 50に照射されたほぼ全ての光線が受光素子 アレイ基板 6上に進行するように設定されて!、る。
[0215] 上述正弦波状光量分布のうち、空間周波数フィルタとして働く 2枚目のスケール板 4が伝達する周波数成分のみ力 受光素子アレイ基板 6上に結像される。 1枚目のス ケール板 2と 2枚目のスケール板 4が格子配列方向に沿って相対移動すると、受光素 子アレイ基板 6上の像も移動し、 2枚のスケール板の相対移動量に相関のある出力 信号が受光素子アレイ基板 6より得られる。
[0216] 実施の形態 22に係る光学式エンコーダでは、 1枚目のスケール板 2上に照射され た光線は、シリンドリカルレンズアレイ 50、反射体 51による吸収や散乱以外ほぼすベ て受光素子アレイ基板 6上に進行することができ、受光素子アレイ基板 6に照射され る光量を大きくすることができる。また、スケールパターンの配列方向と垂直な方向に は光線を拡散させな 、ので、光源力 の光線をより効率良く受光素子に伝達すること ができ、さらに検出光量を増大させることができる。従って、検出分解能、検出精度な ど光学式エンコーダの特性を向上することが可能となる。
[0217] また、本実施の形態では、シリンドリカルレンズアレイ 50に円筒形状の屈折レンズァ レイを用いた力 X方向にのみ集光機能を持つフレネルレンズアレイや透過型回折 光学素子アレイを用いても良 、。
[0218] 実施の形態 23
図 23は、本発明の実施の形態 23に係る光学式エンコーダのうち、 1枚目のスケー ル板、 2枚目のスケール板、受光素子アレイ基板を示す正面図である。実施の形態 2 3では、 1枚目のスケール板に反射型スケールを適用する。
[0219] 本実施の形態は、実施の形態 18とほぼ同様の構成である力 2枚目のスケール板 52上には振幅格子ではなぐ矩形断面を持つ位相格子 53が備えられている。位相 格子においても配列周期、段差、各スケール板間隔を適当に設定すれば振幅格子 と同様にある光学的伝達関数 (OTF)を持った空間周波数フィルタとして働く。本実 施の形態の場合、位相格子 53の配列周期は、凹型シリンドリカルミラーアレイ 47の 配列周期、受光素子アレイ基板 6上の受光素子 7の配列周期と同じ Pである。また、そ の段差 dは以下の式を満たす値として 、る。
[0220] [数 2] λ
2("一 1)
[0221] 上式にて、 λは光源から出射される光線の波長、 ηは位相格子 53の屈折率である
[0222] さらに、凹型シリンドリカルミラーアレイ 47の各凹面ミラーの焦点位置 Α面と 2枚目の スケール板 52の間隔 Zl 2枚目のスケール板 52と受光素子アレイ基板 6の間隔 Z2 は等しぐ前述 (数 1)に記載した値を持つ。
[0223] 凹型シリンドリカルミラーアレイ 47の焦点位置 A面上に生成された正弦波状光量分 布のうち、空間周波数フィルタとして働く 2枚目のスケール板 52が伝達する周波数成 分のみが、受光素子アレイ基板 6上に結像される。 1枚目のスケール板 2と 2枚目のス ケール板 52が格子配列方向に沿って相対移動すると、受光素子アレイ基板 6上の 像も移動し、 2枚のスケール板の相対移動量に相関のある出力信号が受光素子ァレ ィ基板 6より得られる。
[0224] 実施の形態 23に係る光学式エンコーダでは、 1枚目のスケール板 2上に照射され た光線は、凹型シリンドリカルミラーアレイ 47による吸収や散乱以外ほぼすベて正反 射することができ、受光素子アレイ基板 6に照射される光量を大きくすることができる。 また、スケールパターンの配列方向と垂直な方向には光線を拡散させないので、光 源からの光線をより効率良く受光素子に伝達することができ、さらに検出光量を増大 させることができる。さらに 2枚目のスケール板 52には遮光部を持つ振幅格子ではな ぐ位相格子 53を備えているため、材料の吸収や散乱以外ほぼすベての光線を透 過することができ、検出光量が増大する。例えば、 1枚目のスケール板、 2枚目のスケ ール板共にデューティ比 50%の振幅格子を用いた場合と比べると約 4倍の検出光 量が期待できる。従って、検出分解能、検出精度など光学式エンコーダの特性を向 上することが可能となる。
[0225] 本実施の形態においては、 A面と 2枚目のスケール板 52との間隔、 2枚目のスケー ル板 52と受光素子アレイ基板 6との間隔を等しくし、凹型シリンドリカルミラーアレイ 4 7の配列周期、位相格子 53の配列周期、受光素子アレイ基板 6上の受光素子 7の配 列周期を等しくした力 これに限定されるものではない。即ち、 A面上の光量分布が 受光素子アレイ基板 6上に結像される条件であれば良い。
[0226] また、本実施の形態では、位相格子 53に矩形断面を持つ矩形位相格子を使用し たが、これに限られることなぐ正弦波状断面を持つ正弦波位相格子など、 A面上の 光量分布が受光素子アレイ基板 6上に結像される条件であれば良い。

Claims

請求の範囲
[1] 光源と、
光源からの光を略平行に変換するレンズと、
レンズを介した光源からの光を所定の周期方向に集光或いは拡散して周期的な光 量分布を生成する光学素子アレイを備える第 1のスケール板と、
第 1のスケール板からの光を周期的に空間変調する第 2のスケール板と、 第 2のスケール板からの光を通過させる開口を有する第 3のスケール板と、 第 3のスケール板からの光を受光する受光素子とを含むことを特徴とする、第 1及び 第 2のスケール板の相対移動距離を測定する光学式エンコーダ。
[2] 上記光学素子アレイが上記周期方向のみに光を集光或いは拡散するシリンドリカ ルレンズアレイである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] 上記光学素子アレイが上記周期方向のみに光を集光あるいは拡散するシリンドリカ ルミラーアレイであることを特徴とする請求項 1に記載の光学式エンコーダ。
[4] 上記光学素子アレイが第 1のスケール板の光線入射側に備えられ、反対側に上記 周期方向に光を散乱させるディフューザを備え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] ディフューザの光散乱角度が、上記周期方向の位置によって変化することを特徴と する請求項 4に記載の光学式エンコーダ。
[6] ディフューザの光散乱方向が、上記周期方向の位置によって変化することを特徴と する請求項 4に記載の光学式エンコーダ。
[7] 上記光学素子アレイが備えられた第 1のスケール板上の面とは反対側に、一方向 のみに光を屈折させるプリズムを備えたことを特徴とする請求項 1に記載の光学式ェ ンコーダ。
[8] 上記光学素子アレイが第 1のスケール板の光線入射側に備えられ、反対側に上記 周期方向に光を屈折させ、その屈折方向が上記周期方向の位置によって変化する プリズムアレイを備えたことを特徴とする請求項 7に記載の光学式エンコーダ。
[9] 上記光源からの光を略平行に変換するレンズを第 1のスケール板の光線入射側に 備え、反対側に上記光学素子アレイを備え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。
[10] 光源と、
光源力 の光を所定の周期方向と垂直な方向にのみ光を集光し平行光化するシリ ンドリカノレレンズと、
シリンドリカルレンズを介した光源力もの光を上記周期方向で周期的となる光量分 布に変換する第 1のスケール板と、
第 1のスケール板からの光を周期的に空間変調する第 2のスケール板と、 第 2のスケール板からの光を通過させる開口を有する第 3のスケール板と、 第 3のスケール板からの光を受光する受光素子とを含むことを特徴とする、第 1及び 第 2のスケール板の相対移動距離を測定する光学式エンコーダ。
[11] 光源と、
光源からの光を略平行に変換するレンズと、
レンズを介した光源からの光を周期的な光量分布に変換する振幅格子、及び一方 向のみに光を散乱あるいは屈折させる光学素子を備える第 1のスケール板と、 第 1のスケール板からの光を周期的に空間変調する第 2のスケール板と、 第 2のスケール板からの光を通過させる開口を有する第 3のスケール板と、 第 3のスケール板からの光を受光する受光素子とを含むことを特徴とする、第 1及び 第 2のスケール板の相対移動距離を測定する光学式エンコーダ。
[12] 上記光学素子が、上記周期方向のみに光を散乱させるディフューザであることを特 徴とする請求項 11に記載の光学式エンコーダ。
[13] ディフューザの散乱角度が、上記周期方向の位置によって変化することを特徴とす る請求項 12に記載の光学式エンコーダ。
[14] ディフューザの散乱方向が、上記周期方向の位置によって変化することを特徴とす る請求項 12に記載の光学式エンコーダ。
[15] 上記ディフューザが第 1のスケール板の光線出射側に備えられ、反対側に上記周 期方向のみに光を集光するシリンドリカルレンズを備えたことを特徴とする請求項 12 に記載の光学式エンコーダ。
[16] 上記光学素子が、一方向のみに光を屈折させるプリズムであることを特徴とする請 求項 11に記載の光学式エンコーダ。
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