JP4838117B2 - 光電式エンコーダ - Google Patents
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Description
【0001】
本発明は、光電式エンコーダに係り、特に、メインスケールと受光素子の間に、レンズとアパーチャが挿入されたテレセントリック光学系を持つ光電式エンコーダの改良に関する。
【背景技術】
【0002】
特開2004−264295号公報に記載されているように、図1に示す如く、メインスケール20と、受光部30を構成する例えば受光素子アレイ34の間に、レンズ42、及び、テレセントリック光学絞りとしてのアパーチャ44からなるレンズ光学系(テレセントリック光学系)40を挿入して、図2に示す如く、レンズ42とメインスケール20のスケール21及び受光素子アレイ34上の受光素子35間の距離a、bを調整することにより、倍率設定ができるようにされた光電式エンコーダが考えられている。図1において、10は光源、fはレンズ42の焦点距離である。
【0003】
このテレセントリック光学系40を用いた光電式エンコーダでは、メインスケール20上の像をレンズ光学系(42、44)を通して受光素子アレイ34上に投影させる。ここで、アパーチャ44をレンズ42の焦点位置に配置することで、メインスケール20とレンズ42間の距離(ギャップ)が変動しても、レンズ42とアパーチャ44と受光素子アレイ34の位置関係が変動しなければ、受光素子アレイ34上に結像される像の倍率変動を抑えることができる。
【0004】
しかしながら、このようなテレセントリック光学系40を用いた光電式エンコーダにおいても、受光素子35のギャップ方向ミスアライメントによって、図3に示す如く、レンズ42とメインスケール20の距離aと、レンズ42と受光素子35間の距離bの関係が変わると、受光面31に形成される像の倍率が急激に変化してしまい、図4に示す如く、信号強度の急激な低下につながる。
【0005】
又、レンズの歪曲収差(ディストーション)やコマ収差により、周辺部の信号検出効率が低下してしまう。
[0006]
更に、光学系を小型化する場合には、焦点距離の小さい(汎用レンズの場合には径の小さい)レンズを用いなければならないが、収差を小さく保とうとする場合には、(1)非球面レンズを用いるか、(2)複数枚のレンズを組み合わせ(調整して)用いる必要があり、コストアップ及び調整工数増加につながる等の問題点を有していた。
[発明の開示]
[0007]
本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたもので、信号検出効率を改善すると共に、組立許容範囲を拡大して、調整工数を低減することを課題とする。
【0008】
本発明は、メインスケールと受光素子の間に、第1のレンズと、その焦点位置に配設されたアパーチャが挿入されたテレセントリック光学系を持つ光電式エンコーダにおいて、前記アパーチャと受光素子の間に、少なくとも第2のレンズを、その焦点がアパーチャに来るように挿入して、両側テレセントリック光学系とすると共に、前記第2のレンズを、前記第1のレンズと同じ物を逆向きにしたものとし、更に、前記アパーチャを、測定軸と垂直な方向に長いスリットとすることにより、前記課題を解決したものである。
本発明は、又、メインスケールと受光素子の間に、第1のレンズと、その焦点位置に配設されたアパーチャが挿入されたテレセントリック光学系を持つ光電式エンコーダにおいて、前記アパーチャと受光素子の間に、少なくとも第2のレンズを、その焦点がアパーチャに来るように挿入して、両側テレセントリック光学系とすると共に、該両側テレセントリック光学系を、一つの光軸中に偶数組設け、更に、前記アパーチャを、測定軸と垂直な方向に長いスリットとすることにより、前記課題を解決したものである。
【0009】
ここで、前記第2のレンズを、第1のレンズと同じ物を逆向きにしたものとして、第1のレンズで発生する収差を第2のレンズで逆補正することにより、収差をほぼ完全にキャンセルできるようにすることができる。
【0010】
又、前記第1のレンズ又は第2のレンズの少なくともいずれか一方を、歪曲収差は大きいが安価な、球状のボールレンズ、光線をレンズ媒質内で放物線状に屈折させる、屈折率分布型のGRINレンズ(セルフォックレンズとも称する)、又は、ドラムレンズとして、小型で安価に構成できるようにすることができる。
[0011]
[0013]
本発明によれば、第1のレンズで発生する収差を第2のレンズで逆補正することができるので、収差を低減し、信号検出効率を改善することができる。
【0014】
又、第2のレンズと受光素子のギャップが変化しても、光学倍率を一定に保てるため、ギャップ方向の組立許容範囲を拡大して、調整工数を低減することができる。
又、前記アパーチャを、測定軸と垂直な方向に長いスリットとして、受光素子に到達する光量を増やし、光源を低電力化して、その信頼性を高めることができる。
あるいは、前記両側テレセントリック光学系を、一つの光軸中に偶数組設けることができる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】テレセントリック光学系を用いた光電式エンコーダの要部構成を示す斜視図である。
【図2】同じく平面図である。
【図3】同じく受光素子のギャップ方向ミスアライメントによる倍率変動を説明するための光路図である。
【図4】同じく信号強度変動の例を示す線図である。
【図5】第1の比較例の要部構成を示す斜視図である。
【図6】同じく光路図である。
【図7】第2の比較例の要部構成を示す光路図である。
【図8】第3の比較例の要部構成を示す光路図である。
【図9】第4の比較例の要部構成を示す光路図である。
【図10】第5の比較例の要部構成を示す光路図である。
【図11】第6の比較例の要部構成を示す光路図である。
【図12】参考例の要部構成を示す光路図である。
【図13】本発明の実施形態の要部構成を示す斜視図である。
【図14】第7の比較例の要部構成を示す光路図である。
【図15】同じく作用を示す線図である。
【図16】第8の比較例の要部構成を示す光路図である。
【0016】
以下図面を参照して、参考例及び本発明の実施形態を詳細に説明する。
【0017】
第1の比較例は、図1に示したようなテレセントリック光学系40を持つ光電式エンコーダにおいて、図5に示す如く、アパーチャ44の反対側に、第1のレンズ42と同じレンズ52を、その焦点がアパーチャ44に来るように逆向きに挿入して、両側テレセントリック光学系50としたものである。図において、fは、レンズ42、52の焦点距離である。
【0018】
本比較例においては、第1のレンズ42と第2のレンズ52が同じ物であるため、第1のレンズ42で発生する収差を第2のレンズ52でほぼ完全に逆補正することができ、収差をほぼ完全にキャンセルして、信号検出効率を大きく改善することができる。
【0019】
又、第2のレンズ52の焦点がアパーチャ44に来るように挿入されているので、図6に示す如く、第2のレンズ52を出た光は平行光となり、第2のレンズ52と受光面31のギャップが変化しても光学倍率を一定(1倍)に保てるため、ギャップ方向の組立許容範囲を広くすることができ、調整工数を低減することができる。
【0020】
なお、前記第1、第2のレンズ42、52としては、図6に示したように平凸レンズを外向きに用いるだけでなく、図7に示す第2の比較例のように、平凸レンズを内向きに用いたり、あるいは図8に示す第3の比較例のように、両凸レンズを用いたり、あるいは図9に示す第4の比較例のように、ボールレンズを用いて小型化及び低コスト化を図ったり、あるいは図10に示す第5の比較例のように、GRINレンズを用いて小型化、低コスト化を図ったり、あるいは図11に示す第6の比較例のようにドラムレンズを用いて小型化、低コスト化を図ることができる。
【0021】
又、図12に示す参考例のように、第2のレンズ54を第1のレンズ42とは異なる物として、入側と出側の光学倍率を1倍以外に変えることもできる。図において、Fは、第2のレンズ54の焦点距離である。
【0022】
この場合、収差は取り切れない恐れがあるが、ギャップ方向の組立許容範囲は拡大する。
【0023】
又、アパーチャの形状を、円形ではなく、図13に示す本発明の実施形態のように、測定軸と垂直な方向に長いスリット46として、受光面31に到達する光量を増やし、光源10を低電力化して、その信頼性を高めることができる。
【0024】
更に、両側テレセントリック光学系50のアパーチャの数を、図14に示す第7の比較例のように、測定軸方向に増やして、図15に示す如く、像の重ね合わせによりスケール上視野(FOB)を拡大し、平均化効果により、汚れやうねりに対してロバストとすると共に、受光面31に到達する光量を増やして、光源10を低電力化し、その信頼性を高めることもできる。
【0025】
又、追加するレンズの数は1つに限定されず、図16に示す第8の比較例のように、レンズ62、64、アパーチャ66からなる両側テレセントリック光学系60を、もう1組追加することもできる。ここで、レンズ62、64は、レンズ42、52と同じでも違っていても良い。又、追加する両側テレセントリック光学系の数も1組に限定されず、2組以上追加しても良い。
【0026】
本発明は、インデックス格子と受光素子が別体とされたもの、両者が一体とされた受光素子アレイを有するもの、どちらにも適用可能できる。更に、透過型のエンコーダだけでなく、反射型のエンコーダにも適用できる。
Claims (2)
- メインスケールと受光素子の間に、第1のレンズと、その焦点位置に配設されたアパーチャが挿入されたテレセントリック光学系を持つ光電式エンコーダにおいて、
前記アパーチャと受光素子の間に、少なくとも第2のレンズを、その焦点がアパーチャに来るように挿入して、両側テレセントリック光学系とすると共に、
前記第2のレンズを、前記第1のレンズと同じ物を逆向きにしたものとし、
更に、前記アパーチャを、測定軸と垂直な方向に長いスリットとしたことを特徴とする光電式エンコーダ。 - メインスケールと受光素子の間に、第1のレンズと、その焦点位置に配設されたアパーチャが挿入されたテレセントリック光学系を持つ光電式エンコーダにおいて、
前記アパーチャと受光素子の間に、少なくとも第2のレンズを、その焦点がアパーチャに来るように挿入して、両側テレセントリック光学系とすると共に、
該両側テレセントリック光学系を、一つの光軸中に偶数組設け、
更に、前記アパーチャを、測定軸と垂直な方向に長いスリットとしたことを特徴とする光電式エンコーダ。
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