JP5452533B2 - Optical encoder - Google Patents
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Description
本発明は、光学式エンコーダに関する。 The present invention relates to an optical encoder.
従来、格子状の目盛りを有するスケールと、このスケールに光を出射する光源、及びスケールにて反射される光を受光する受光素子を有するヘッドとを備え、受光素子にて受光される光に基づいて、スケールに対するヘッドの位置を測定する光学式エンコーダが知られている(例えば、特許文献1,2参照)。
特許文献1に記載の光学式エンコーダは、目盛り板(スケール)と、発光ダイオード(光源)、対物レンズ、及び受光部(受光素子)を有する反射型光学読取器(ヘッド)とを備えている。また、反射型光学読取器は、発光ダイオードと、対物レンズとの間に配設されるハーフミラーを備え、発光ダイオードから出射され、対物レンズを介して目盛り板に向かう光の光路と、目盛り板にて反射され、対物レンズを介して受光部に向かう光の光路とを分離している。
2. Description of the Related Art Conventionally, a scale having a grid-like scale, a light source that emits light to the scale, and a head that has a light receiving element that receives light reflected by the scale, and based on light received by the light receiving element An optical encoder that measures the position of the head relative to the scale is known (see, for example,
The optical encoder described in
しかしながら、特許文献1に記載の光学式エンコーダでは、受光部は、ハーフミラーを介した光を受光することになるので、十分な光量を確保することができないという問題がある。また、十分な光量を確保するために、発光ダイオードから出射される光の光量を大きくすると、発光ダイオードの消費電力が大きくなり、ひいては発光ダイオードの寿命が短くなるという問題がある。
これに対して、特許文献2に記載の光電式エンコーダ(光学式エンコーダ)は、スケールと、光源、レンズ、及び受光素子とを備えている。また、光電式エンコーダは、スケール、レンズ、及び受光素子をシャインプルーフの関係となるように配設することによって、光源から出射され、スケールに向かう光の光路と、スケールにて反射され、レンズを介して受光素子に向かう光の光路とを分離するとともに、受光素子に十分な光量を確保させている。
However, in the optical encoder described in
On the other hand, the photoelectric encoder (optical encoder) described in
しかしながら、特許文献2に記載の光電式エンコーダでは、スケール、及び受光素子を平行に配設することができないので、光電式エンコーダが大型化するという問題がある。
また、特許文献2の第5実施形態に記載の光電式エンコーダでは、スケール、及び受光素子の間に4つのレンズを配設することによって、スケール、及び受光素子を平行に配設している。しかしながら、この光電式エンコーダでは、スケール、及び受光素子の間に4つのレンズを配設するので、光電式エンコーダが大型化するという問題がある。
However, the photoelectric encoder described in
In the photoelectric encoder described in the fifth embodiment of
本発明の目的は、受光素子に十分な光量を確保させることができ、小型化することができる光学式エンコーダを提供することにある。 An object of the present invention is to provide an optical encoder that can secure a sufficient amount of light in a light receiving element and can be miniaturized.
本発明の光学式エンコーダは、格子状の目盛りを有するスケールと、前記スケールに光を出射する光源、及び前記スケールと平行に配設され、前記スケールにて反射される光を受光する受光素子を有するヘッドとを備え、前記受光素子にて受光される光に基づいて、前記スケールに対する前記ヘッドの位置を測定する光学式エンコーダであって、前記ヘッドは、前記光源から出射される光を前記スケールに伝達するとともに、前記スケールにて反射される光を前記受光素子に伝達するスケール側レンズを備え、前記光源は、前記スケール側レンズ、及び前記受光素子の間に配設されるとともに、前記光源と、前記スケール側レンズとの間の距離は、前記スケール側レンズの焦点距離とされ、前記光源の光軸は、前記目盛りの読取方向では、前記スケール側レンズの光軸と一致し、前記目盛りの読取方向と直交する直交方向では、前記スケール側レンズの光軸から所定距離だけ離間していることを特徴とする。 An optical encoder according to the present invention includes a scale having a grid-shaped scale, a light source that emits light to the scale, and a light receiving element that is disposed in parallel with the scale and receives light reflected by the scale. And an optical encoder that measures the position of the head relative to the scale based on light received by the light receiving element, the head transmitting light emitted from the light source to the scale. A scale-side lens that transmits light reflected by the scale to the light-receiving element, and the light source is disposed between the scale-side lens and the light-receiving element, and the light source And the scale-side lens is the focal length of the scale-side lens, and the optical axis of the light source is the front in the reading direction of the scale. Coincides with the optical axis of the scale-side lens in the orthogonal direction orthogonal to the reading direction of the scale, characterized in that spaced apart by a predetermined distance from the optical axis of the scale-side lens.
このような構成によれば、光源の光軸は、目盛りの読取方向と直交する直交方向(以下、目盛りの直交方向とする)では、スケール側レンズの光軸から所定距離だけ離間しているので、光源から出射される光のうち、目盛りの直交方向における光源側の光は、目盛りの直交方向における光源側のスケール側レンズを介してスケールに伝達される。そして、この光は、スケールにて反射され、目盛りの直交方向における光源とは反対側のスケール側レンズを介して受光素子に受光される。したがって、本発明によれば、光源から出射され、スケールに向かう光の光路と、スケールにて反射され、スケール側レンズを介して受光素子に向かう光の光路とをハーフミラーを用いることなく分離することができるので、受光素子に十分な光量を確保させることができる。 According to such a configuration, the optical axis of the light source is separated from the optical axis of the scale side lens by a predetermined distance in an orthogonal direction (hereinafter referred to as an orthogonal direction of the scale) orthogonal to the scale reading direction. Of the light emitted from the light source, light on the light source side in the direction perpendicular to the scale is transmitted to the scale via the scale side lens on the light source side in the direction perpendicular to the scale. Then, this light is reflected by the scale, and is received by the light receiving element via the scale side lens opposite to the light source in the direction perpendicular to the scale. Therefore, according to the present invention, the optical path of light emitted from the light source and directed to the scale and the optical path of light reflected by the scale and directed to the light receiving element via the scale side lens are separated without using a half mirror. Therefore, a sufficient amount of light can be secured in the light receiving element.
また、スケール、及び受光素子は、平行に配設され、スケール、及び受光素子の間には、1つのスケール側レンズを配設している。そして、光源は、スケール側レンズ、及び受光素子の間に配設されるので、光学式エンコーダを小型化することができる。
さらに、光源と、スケール側レンズとの間の距離は、スケール側レンズの焦点距離とされているので、光学式エンコーダは、目盛りの読取方向では、物体(スケール)側テレセントリック光学系を構成することができ、焦点深度を大きくすることができる。したがって、スケール、及びヘッドの間隔の許容量を大きくすることができる。
The scale and the light receiving element are arranged in parallel, and one scale side lens is arranged between the scale and the light receiving element. And since a light source is arrange | positioned between a scale side lens and a light receiving element, an optical encoder can be reduced in size.
Furthermore, since the distance between the light source and the scale side lens is the focal length of the scale side lens, the optical encoder should constitute an object (scale) side telecentric optical system in the scale reading direction. And the depth of focus can be increased. Therefore, the allowable amount of the scale and the head interval can be increased.
本発明では、前記所定距離は、前記目盛りの読取方向と直交する直交方向における前記光源の幅の1/2以上であることが好ましい。 In the present invention, the predetermined distance is preferably ½ or more of the width of the light source in an orthogonal direction orthogonal to the reading direction of the scale.
ここで、目盛りの直交方向における光源の光軸と、スケール側レンズの光軸との間の所定距離を、目盛りの直交方向における光源の幅の1/2未満とすると、目盛りの直交方向では、光源の一部は、スケール側レンズの光軸からはみ出すことになり、受光素子にて受光されなくなるので、光源から出射される光の利用効率は低下する。
これに対して、本発明によれば、目盛りの直交方向における光源の光軸と、スケール側レンズの光軸との間の所定距離は、目盛りの直交方向における光源の幅(開口数)の1/2以上であるので、光源から出射される光の利用効率を向上させることができる。
Here, when the predetermined distance between the optical axis of the light source in the orthogonal direction of the scale and the optical axis of the scale-side lens is less than ½ of the width of the light source in the orthogonal direction of the scale, in the orthogonal direction of the scale, A part of the light source protrudes from the optical axis of the scale side lens and is not received by the light receiving element, so that the utilization efficiency of the light emitted from the light source is lowered.
On the other hand, according to the present invention, the predetermined distance between the optical axis of the light source in the direction orthogonal to the scale and the optical axis of the scale side lens is 1 of the width (numerical aperture) of the light source in the direction orthogonal to the scale. Since it is / 2 or more, the utilization efficiency of the light emitted from the light source can be improved.
本発明では、前記ヘッドは、前記スケールにて反射され、前記スケール側レンズを介した光を通過させるアパーチャを備え、前記アパーチャと、前記スケール側レンズとの間の距離は、前記スケール側レンズの焦点距離とされ、前記目盛りの読取方向と直交する平面内では、前記アパーチャの光軸と、前記光源の光軸とは、前記スケール側レンズの光軸を中心とした線対称の関係であることが好ましい。 In the present invention, the head includes an aperture that is reflected by the scale and allows light passing through the scale side lens to pass therethrough, and a distance between the aperture and the scale side lens is equal to the distance of the scale side lens. The optical axis of the aperture and the optical axis of the light source are in a line-symmetric relationship with respect to the optical axis of the scale-side lens in a plane that is a focal length and is orthogonal to the reading direction of the scale. Is preferred.
ここで、光源の幅や位置を設計することのみで本発明の光学式エンコーダを構成すると、光源の位置ずれの影響によって、光学式エンコーダの光学系の性能が変化してしまう場合があるという問題がある。
本発明によれば、光学式エンコーダは、スケールにて反射され、スケール側レンズを介した光を通過させるアパーチャを備えるので、アパーチャの幅や位置を設計することで光源の幅や位置を設計する場合と同様の光学系を構成することができる。また、アパーチャの設計や位置決めは、光源の設計や位置決めと比較して容易であるので、光学式エンコーダの光学系の性能が変化してしまうことを抑制することができる。
Here, when the optical encoder of the present invention is configured only by designing the width and position of the light source, the performance of the optical system of the optical encoder may change due to the influence of the positional deviation of the light source. There is.
According to the present invention, the optical encoder includes an aperture that is reflected by the scale and allows light to pass through the lens on the scale side. Therefore, the width and position of the light source are designed by designing the width and position of the aperture. An optical system similar to the case can be configured. In addition, since the design and positioning of the aperture is easier than the design and positioning of the light source, it is possible to suppress a change in the performance of the optical system of the optical encoder.
本発明では、前記ヘッドは、前記アパーチャと、前記受光素子との間に配設される受光素子側レンズを備え、前記アパーチャと、前記受光素子側レンズとの間の距離は、前記受光素子側レンズの焦点距離とされ、前記受光素子側レンズの光軸は、前記スケール側レンズの光軸と一致していることが好ましい。
このような構成によれば、光学式エンコーダは、目盛りの読取方向では、両側テレセントリック光学系を構成することができ、焦点深度を大きくすることができる。したがって、受光素子、及び受光素子側レンズの間隔の許容量も大きくすることができる。
In the present invention, the head includes a light receiving element side lens disposed between the aperture and the light receiving element, and a distance between the aperture and the light receiving element side lens is the light receiving element side. The focal length of the lens is preferably set, and the optical axis of the light receiving element side lens preferably coincides with the optical axis of the scale side lens.
According to such a configuration, the optical encoder can configure a double-sided telecentric optical system in the scale reading direction, and can increase the depth of focus. Therefore, the allowable amount of the interval between the light receiving element and the light receiving element side lens can be increased.
本発明では、前記ヘッドは、前記アパーチャと、前記受光素子との間に配設される受光素子側レンズを備え、前記アパーチャと、前記受光素子側レンズとの間の距離は、前記受光素子側レンズの焦点距離とされ、前記受光素子側レンズの光軸は、前記目盛りの読取方向では、前記スケール側レンズの光軸と一致し、前記目盛りの読取方向と直交する直交方向では、前記スケール側レンズの光軸から前記所定距離の2倍の距離だけ離間していることが好ましい。 In the present invention, the head includes a light receiving element side lens disposed between the aperture and the light receiving element, and a distance between the aperture and the light receiving element side lens is the light receiving element side. The optical axis of the light receiving element side lens coincides with the optical axis of the scale side lens in the scale reading direction, and the scale side in the orthogonal direction perpendicular to the scale reading direction. It is preferable that the lens is separated from the optical axis of the lens by a distance twice the predetermined distance.
このような構成によれば、光学式エンコーダは、目盛りの読取方向では、両側テレセントリック光学系を構成することができる。したがって、受光素子、及び受光素子側レンズの間隔の許容量も大きくすることができる。
また、目盛りの直交方向では、スケール側レンズ、及び受光素子側レンズの光軸は、アパーチャの光軸から両側に所定距離だけ離間することになるので、アパーチャを通過する光は、スケール側レンズ、及び受光素子側レンズの同一の形状を有する位置を透過する。したがって、光学式エンコーダは、レンズ収差による影響を低減することができ、適切な測定をすることができる。
According to such a configuration, the optical encoder can configure a double-sided telecentric optical system in the scale reading direction. Therefore, the tolerance of the interval between the light receiving element and the light receiving element side lens can be increased.
Further, in the orthogonal direction of the scale, the optical axes of the scale side lens and the light receiving element side lens are separated from each other by a predetermined distance from the optical axis of the aperture, so that the light passing through the aperture is separated from the scale side lens, And the position which has the same shape of the light receiving element side lens is transmitted. Therefore, the optical encoder can reduce the influence of lens aberration and can perform appropriate measurement.
本発明では、前記ヘッドは、2つの前記光源と、2つの前記スケール側レンズと、2つの前記アパーチャとを備え、前記目盛りの読取方向と直交する平面内では、前記各光源、前記各スケール側レンズ、及び前記各アパーチャの光軸は、それぞれ受光素子側レンズの光軸を中心とした線対称の関係であることが好ましい。 In the present invention, the head includes the two light sources, the two scale-side lenses, and the two apertures, and each light source and each scale side in a plane orthogonal to the scale reading direction. It is preferable that the optical axes of the lens and each aperture have a line-symmetric relationship with respect to the optical axis of the light receiving element side lens.
このような構成によれば、2つの目盛りにて反射される光を1つの受光素子で受光することができる。したがって、例えば、スケール、及びヘッドの移動量を検出するための目盛りと、スケール、及びヘッドの原点を検出するための目盛りとの2つの目盛りを1つの受光素子で受光するように光学式エンコーダを構成することができ、2つの受光素子で受光するように光学式エンコーダを構成する場合と比較して部品点数を削減することができる。 According to such a configuration, the light reflected by the two scales can be received by one light receiving element. Therefore, for example, an optical encoder is used so that two scales, a scale for detecting the movement amount of the scale and the head, and a scale for detecting the origin of the scale and the head are received by one light receiving element. The number of components can be reduced as compared with the case where the optical encoder is configured to receive light with two light receiving elements.
本発明では、前記光源は、光を出射する発光体と、前記発光体から出射される光の光路後段に配設され、前記発光体から出射される光を拡散させる拡散板とを備えることが好ましい。
このような構成によれば、光源の幅は、拡散板の幅に置き換えることができるので、光学式エンコーダの設計を容易にすることができる。
In the present invention, the light source includes a light emitter that emits light, and a diffusion plate that is disposed downstream of the light path of the light emitted from the light emitter and diffuses the light emitted from the light emitter. preferable.
According to such a configuration, since the width of the light source can be replaced with the width of the diffusion plate, the design of the optical encoder can be facilitated.
本発明では、前記光源は、光を出射する発光体と、前記発光体から出射される光の光路後段に配設される発光体用レンズとを備え、前記スケール側レンズと、前記発光体用レンズとでケーラー照明を構成することが好ましい。
このような構成によれば、光源から出射され、スケール側レンズを介してスケールに向かう光のむらを低減することができ、適切な測定をすることができる。
In the present invention, the light source includes a light emitter that emits light, and a light emitter lens that is disposed downstream of the light path of the light emitted from the light emitter, the scale side lens, and the light emitter It is preferable to configure Kohler illumination with the lens.
According to such a configuration, unevenness of light emitted from the light source and directed to the scale via the scale side lens can be reduced, and appropriate measurement can be performed.
〔第1実施形態〕
以下、本発明の第1実施形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明の第1実施形態に係る光学式エンコーダ1を示す模式図である。なお、図1では、紙面垂直方向の軸をX軸とし、左右方向の軸をY軸とし、上下方向の軸をZ軸としている。
光学式エンコーダ1は、図1に示すように、X軸方向に沿って読み取り可能な格子状の目盛り21を有するスケール2と、スケール2に光を出射する光源31、光源31から出射される光をスケール2に伝達するスケール側レンズ32、及びスケール2と平行に配設され、スケール側レンズ32を介してスケール2にて反射される光を受光する受光素子33を有するヘッド3とを備え、受光素子33にて受光される光に基づいて、スケール2に対するヘッド3の位置を測定するものである。すなわち、スケール側レンズ32は、スケール2にて反射される光を受光素子33に伝達している。
スケール2は、X軸方向を長手方向とし、Y軸方向を短手方向とする矩形板状に形成されている。なお、図1は、光学式エンコーダ1を目盛り21の読取方向に沿って見た図である。
[First Embodiment]
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, a first embodiment of the invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic diagram showing an
As shown in FIG. 1, the
The
図2は、光学式エンコーダ1を目盛り21の直交方向に沿って見た模式図である。なお、目盛り21の直交方向は、目盛り21の読取方向と直交する方向(Y軸方向)である。
光源31は、図1,2に示すように、スケール側レンズ32、及び受光素子33の間に配設されるとともに、光源31と、スケール側レンズ32との間の距離は、スケール側レンズ32の焦点距離fsとされている。
光源31の光軸Lsrcは、目盛り21の読取方向では、スケール側レンズ32の光軸Lsと一致し(図2参照)、目盛り21の直交方向では、スケール側レンズ32の光軸Lsから所定距離Dだけ離間している(図1参照)。ここで、所定距離Dは、目盛り21の直交方向における光源31の幅Wsrcy(開口数)の1/2以上に設定されている。
FIG. 2 is a schematic view of the
As shown in FIGS. 1 and 2, the
The optical axis Lsrc of the
光源31の光軸Lsrcは、目盛り21の直交方向では、スケール側レンズ32の光軸Lsから所定距離Dだけ離間しているので、光源31から出射される光のうち、目盛り21の直交方向における光源31側の光は、図1に示すように、目盛り21の直交方向における光源31側のスケール側レンズ32を介してスケール2に伝達される。そして、この光は、スケール2にて反射され、目盛り21の直交方向における光源31とは反対側のスケール側レンズ32を介して受光素子33に受光される。
なお、図1,2では、受光素子33に受光される光の光路を実線で示し、他の光の光路を省略している。以下の図面においても同様である。
The optical axis Lsrc of the
1 and 2, the optical path of light received by the
また、光源31と、スケール側レンズ32との間の距離は、スケール側レンズ32の焦点距離fsとされているので、光学式エンコーダ1は、目盛り21の読取方向では、図2に示すように、物体(スケール2)側テレセントリック光学系を構成することができ、焦点深度を大きくすることができる。
具体的に、目盛り21の読取方向における光源31の幅をWsrcxとし、スケール2の目盛り21からスケール側レンズ32までの距離をDsとし(図示略)、スケール側レンズ32から受光素子33までの距離をDpとすると(図示略)、スケール側レンズ32の開口数NAは、以下の式(1)で表すことができる。
Further, since the distance between the
Specifically, the width of the
また、光源31から出射される光の波長をλとすると、光学式エンコーダ1の焦点深度DOFは、以下の式(2)で表すことができる。
Further, when the wavelength of light emitted from the
したがって、光源31の幅Wsrcxを小さくするに従って焦点深度DOFを大きくすることができる。
Therefore, the depth of focus DOF can be increased as the width Wsrcx of the
このような本実施形態によれば以下の効果がある。
(1)光学式エンコーダ1は、光源31から出射され、スケール2に向かう光の光路と、スケール2にて反射され、スケール側レンズ32を介して受光素子33に向かう光の光路とをハーフミラーを用いることなく分離することができるので、受光素子33に十分な光量を確保させることができる。
(2)スケール2、及び受光素子33は、平行に配設され、スケール2、及び受光素子33の間には、1つのスケール側レンズ32を配設している。そして、光源31は、スケール側レンズ32、及び受光素子33の間に配設されるので、光学式エンコーダ1を小型化することができる。
According to this embodiment, there are the following effects.
(1) The
(2) The
(3)光学式エンコーダ1は、目盛り21の読取方向では、物体(スケール2)側テレセントリック光学系を構成することができ、焦点深度を大きくすることができる。したがって、スケール2、及びヘッド3の間隔の許容量を大きくすることができる。
(4)目盛り21の直交方向における光源31の光軸Lsrcと、スケール側レンズ32の光軸Lsとの間の所定距離Dは、目盛り21の直交方向における光源31の幅Wsrcyの1/2以上であるので、光源31から出射される光の利用効率を向上させることができる。
(3) The
(4) The predetermined distance D between the optical axis Lsrc of the
〔第2実施形態〕
以下、本発明の第2実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明では、既に説明した部分については、同一符号を付してその説明を省略する。
図3は、本発明の第2実施形態に係る光学式エンコーダ1Aを目盛り21の読取方向に沿って見た模式図である。図4は、光学式エンコーダ1Aを目盛り21の直交方向に沿って見た模式図である。
前記第1実施形態では、光学式エンコーダ1は、光源31、スケール側レンズ32、及び受光素子33を有するヘッド3を備えていた。これに対して、本実施形態では、光学式エンコーダ1Aは、図3,4に示すように、光源31、スケール側レンズ32、及び受光素子33の他、アパーチャ34を有するヘッド3Aを備えている点で異なる。
[Second Embodiment]
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, parts that have already been described are assigned the same reference numerals and description thereof is omitted.
FIG. 3 is a schematic view of the
In the first embodiment, the
アパーチャ34は、スケール2にて反射され、スケール側レンズ32を介した光を通過させるものであり、アパーチャ34と、スケール側レンズ32との間の距離は、スケール側レンズ32の焦点距離fsとされている。
また、目盛り21の読取方向と直交する平面(紙面)内では、アパーチャ34の光軸Laと、光源31の光軸Lsrcとは、スケール側レンズ32の光軸Lsを中心とした線対称の関係である。すなわち、アパーチャ34の光軸Laは、目盛り21の読取方向では、スケール側レンズ32の光軸Lsと一致し(図4参照)、目盛り21の直交方向では、スケール側レンズ32の光軸Lsから所定距離Dだけ離間している(図3参照)。
The
Further, in a plane (paper surface) orthogonal to the reading direction of the
ここで、目盛り21の直交方向におけるアパーチャ34の幅Wayは(図3参照)、目盛り21の直交方向における光源31の位置決め誤差をδだけ許容するように、以下の式(3)に示すように設定する。
Here, the width Way of the
このような設定によれば、目盛り21の直交方向における光源31の位置決めに誤差を生じた場合であってもδ以下の誤差であれば光源31から出射される光をアパーチャ34にて制限することができる。したがって、光源31の位置ずれの影響によって、光学式エンコーダ1Aの光学系の性能が変化してしまうことを抑制することができる。
According to such setting, even if an error occurs in the positioning of the
また、アパーチャ34と、スケール側レンズ32との間の距離は、スケール側レンズ32の焦点距離fsとされているので、光学式エンコーダ1Aは、目盛り21の読取方向では、図4に示すように、物体(スケール2)側テレセントリック光学系を構成することができ、焦点深度を大きくすることができる。
具体的に、目盛り21の読取方向におけるアパーチャ34の幅をWaxとし、スケール2の目盛り21からスケール側レンズ32までの距離をDsとし(図示略)、スケール側レンズ32から受光素子33までの距離をDpとすると(図示略)、スケール側レンズ32の開口数NAは、以下の式(4)で表すことができる。
In addition, since the distance between the
Specifically, the width of the
また、光源31から出射される光の波長をλとすると、光学式エンコーダ1Aの焦点深度DOFは、以下の式(5)で表すことができる。
Further, when the wavelength of light emitted from the
したがって、アパーチャ34の幅Waxを小さくするに従って焦点深度DOFを大きくすることができる。
Therefore, the depth of focus DOF can be increased as the width Wax of the
このような本実施形態においても、前記第1実施形態と同様の作用、効果を奏することができる他、以下の作用、効果を奏することができる。
(5)光学式エンコーダ1Aは、スケール2にて反射され、スケール側レンズ32を介した光を通過させるアパーチャ34を備えるので、アパーチャ34の幅や位置を設計することで光源31の幅や位置を設計する場合と同様の光学系を構成することができる。
(6)アパーチャ34の設計や位置決めは、光源31の設計や位置決めと比較して容易であるので、光学式エンコーダ1Aの光学系の性能が変化してしまうことを抑制することができる。
In this embodiment as well, the same operations and effects as those of the first embodiment can be achieved, and the following operations and effects can be achieved.
(5) Since the
(6) Since the design and positioning of the
〔第3実施形態〕
図5は、本発明の第3実施形態に係る光学式エンコーダ1Bを目盛り21の読取方向に沿って見た模式図である。図6は、光学式エンコーダ1Bを目盛り21の直交方向に沿って見た模式図である。
前記第2実施形態では、光学式エンコーダ1Aは、光源31、スケール側レンズ32、受光素子33、及びアパーチャ34を有するヘッド3Aを備えていた。これに対して、本実施形態では、光学式エンコーダ1Bは、図5,6に示すように、光源31、スケール側レンズ32、受光素子33、及びアパーチャ34の他、受光素子側レンズ35を有するヘッド3Bを備えている点で異なる。
[Third Embodiment]
FIG. 5 is a schematic view of the
In the second embodiment, the
受光素子側レンズ35は、アパーチャ34と、受光素子33との間に配設され、アパーチャ34と、受光素子側レンズ35との間の距離は、受光素子側レンズ35の焦点距離fpとされている。
また、受光素子側レンズ35の光軸Lpは、スケール側レンズ32の光軸Lsと一致している。
The light receiving
Further, the optical axis Lp of the light receiving
このような本実施形態においても、前記第2実施形態と同様の作用、効果を奏することができる他、以下の作用、効果を奏することができる。
(7)光学式エンコーダ1Bは、目盛り21の読取方向では、両側テレセントリック光学系を構成することができ、焦点深度を大きくすることができる。したがって、受光素子33、及び受光素子側レンズ35の間隔の許容量も大きくすることができる。
In this embodiment as well, the same actions and effects as those of the second embodiment can be obtained, and the following actions and effects can be obtained.
(7) The
〔第4実施形態〕
図7は、本発明の第4実施形態に係る光学式エンコーダ1Cを目盛り21の読取方向に沿って見た模式図である。
前記第3実施形態では、光学式エンコーダ1Bは、ヘッド3Bを備え、ヘッド3Bの受光素子側レンズ35の光軸Lpは、スケール側レンズ32の光軸Lsと一致していた。これに対して、本実施形態では、光学式エンコーダ1Cは、図7に示すように、ヘッド3Cを備え、ヘッド3Cの受光素子側レンズ35の光軸Lpは、目盛り21の読取方向では、スケール側レンズ32の光軸Lsと一致し、目盛り21の直交方向では、スケール側レンズ32の光軸Lsから所定距離Dの2倍の距離だけ離間している点で異なる。
[Fourth Embodiment]
FIG. 7 is a schematic view of the
In the third embodiment, the
このような本実施形態においても、前記第3実施形態と同様の作用、効果を奏することができる他、以下の作用、効果を奏することができる。
(8)目盛り21の直交方向では、スケール側レンズ32、及び受光素子側レンズ35の光軸Ls,Lpは、アパーチャ34の光軸Laから両側に所定距離Dだけ離間することになるので、アパーチャ34を通過する光は、スケール側レンズ32、及び受光素子側レンズ35の同一の形状を有する位置を透過する。したがって、光学式エンコーダ1Cは、レンズ収差による影響を低減することができ、適切な測定をすることができる。
In this embodiment as well, the same operations and effects as those of the third embodiment can be achieved, and the following operations and effects can be achieved.
(8) In the orthogonal direction of the
〔第5実施形態〕
図8は、本発明の第5実施形態に係る光学式エンコーダ1Dを目盛り21の読取方向に沿って見た模式図である。
前記第4実施形態では、光学式エンコーダ1Cは、ヘッド3Cを備え、ヘッド3Cは、光源31、スケール側レンズ32、及びアパーチャ34を各1つ有していた。これに対して、本実施形態では、光学式エンコーダ1Dは、図8に示すように、ヘッド3Dを備え、ヘッド3Dは、光源31、スケール側レンズ32、及びアパーチャ34を各2つ有している点で異なる。なお、2つのアパーチャ34は、1つの部材に形成されている。
[Fifth Embodiment]
FIG. 8 is a schematic view of the
In the fourth embodiment, the
また、前記第4実施形態では、光学式エンコーダ1Cは、格子状の目盛り21を有するスケール2を備えていた。これに対して、本実施形態では、格子状の2つの目盛り21を有するスケール2Dを備えている点で異なる。
さらに、本実施形態では、目盛り21の読取方向と直交する平面(紙面)内では、各光源31、各スケール側レンズ32、及び各アパーチャ34の光軸Lsrc,Ls,Laは、受光素子側レンズ35の光軸Lpを中心とした線対称の関係である。
In the fourth embodiment, the
Furthermore, in the present embodiment, the optical axes Lsrc, Ls, and La of the
このような本実施形態においても、前記第4実施形態と同様の作用、効果を奏することができる他、以下の作用、効果を奏することができる。
(9)光学式エンコーダ1Dは、2つの目盛り21にて反射される光を1つの受光素子33で受光することができるので、2つの受光素子で受光するように光学式エンコーダを構成する場合と比較して部品点数を削減することができる。
In this embodiment as well, the same operations and effects as those of the fourth embodiment can be achieved, and the following operations and effects can be achieved.
(9) Since the
〔第6実施形態〕
図9は、本発明の第6実施形態に係る光学式エンコーダ1Eの光源31Eを示す模式図である。
前記各実施形態では、光学式エンコーダ1〜1Dは、光源31を備えていた。これに対して、本実施形態では、光学式エンコーダ1Eは、図9に示すように、光源31Eを備え、光源31Eは、光を出射する発光体311と、発光体311から出射される光の光路後段に配設され、発光体311から出射される光を拡散させる拡散板312とを備えている点で異なる。
なお、図示は省略するが、拡散板312におけるスケール側レンズ32側(図9中下方側)の面と、スケール側レンズ32との間の距離は、スケール側レンズ32の焦点距離fsとされている。
[Sixth Embodiment]
FIG. 9 is a schematic diagram showing a
In each of the embodiments, the
Although not shown, the distance between the
このような本実施形態においても、前記5実施形態と同様の作用、効果を奏することができる他、以下の作用、効果を奏することができる。
(10)光源31Eの幅は、拡散板312の幅に置き換えることができるので、光学式エンコーダ1Eの設計を容易にすることができる。
In this embodiment as well, the same actions and effects as those in the fifth embodiment can be obtained, and the following actions and effects can be obtained.
(10) Since the width of the
〔第7実施形態〕
図10は、本発明の第7実施形態に係る光学式エンコーダ1Fの光源31Fを示す模式図である。
前記第1実施形態から前記第5実施形態では、光学式エンコーダ1〜1Dは、光源31を備えていた。これに対して、本実施形態では、光学式エンコーダ1Fは、図10に示すように、光源31Fを備え、光源31Fは、光を出射する発光体311と、発光体311から出射される光の光路後段に配設される発光体用レンズ313とを備え、スケール側レンズ32と、発光体用レンズ313とでケーラー照明を構成する点で異なる。
[Seventh Embodiment]
FIG. 10 is a schematic diagram showing a
In the first to fifth embodiments, the
このような本実施形態においても、前記第5実施形態と同様の作用、効果を奏することができる他、以下の作用、効果を奏することができる。
(11)光源31Fから出射され、スケール側レンズ32を介してスケール2に向かう光のむらを低減することができ、適切な測定をすることができる。
In this embodiment as well, the same operations and effects as those of the fifth embodiment can be achieved, and the following operations and effects can be achieved.
(11) Unevenness of light emitted from the
〔実施形態の変形〕
なお、本発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記各実施形態では、所定距離Dは、目盛り21の直交方向における光源31,31E,31Fの幅Wsrcyの1/2以上としていたが、これ以下であってもよい。
[Modification of Embodiment]
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and modifications, improvements, and the like within the scope in which the object of the present invention can be achieved are included in the present invention.
For example, in each of the above-described embodiments, the predetermined distance D is set to 1/2 or more of the width Wsrcy of the
本発明は、光学式エンコーダに好適に利用することができる。 The present invention can be suitably used for an optical encoder.
1〜1F…光学式エンコーダ
2,2D…スケール
3〜3D…ヘッド
31,31E,31F…光源
32…スケール側レンズ
33…受光素子
34…アパーチャ
35…受光素子側レンズ
311…発光体
312…拡散板
313…発光体用レンズ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1-1F ...
Claims (8)
前記ヘッドは、
前記光源から出射される光を前記スケールに伝達するとともに、前記スケールにて反射される光を前記受光素子に伝達するスケール側レンズを備え、
前記光源は、前記スケール側レンズ、及び前記受光素子の間に配設されるとともに、前記光源と、前記スケール側レンズとの間の距離は、前記スケール側レンズの焦点距離とされ、
前記光源の光軸は、前記目盛りの読取方向では、前記スケール側レンズの光軸と一致し、前記目盛りの読取方向と直交する直交方向では、前記スケール側レンズの光軸から所定距離だけ離間していることを特徴とする光学式エンコーダ。 A scale having a grid-like scale, a light source that emits light to the scale, and a head that is arranged in parallel with the scale and receives a light that is reflected by the scale. An optical encoder that measures the position of the head relative to the scale based on light received by an element,
The head is
A scale-side lens that transmits light emitted from the light source to the scale and transmits light reflected by the scale to the light receiving element;
The light source is disposed between the scale side lens and the light receiving element, and a distance between the light source and the scale side lens is a focal length of the scale side lens.
The optical axis of the light source coincides with the optical axis of the scale side lens in the reading direction of the scale, and is separated from the optical axis of the scale side lens by a predetermined distance in the orthogonal direction perpendicular to the reading direction of the scale. An optical encoder characterized by that.
前記所定距離は、前記目盛りの読取方向と直交する直交方向における前記光源の幅の1/2以上であることを特徴とする光学式エンコーダ。 The optical encoder according to claim 1,
The optical encoder is characterized in that the predetermined distance is ½ or more of the width of the light source in an orthogonal direction orthogonal to a reading direction of the scale.
前記ヘッドは、
前記スケールにて反射され、前記スケール側レンズを介した光を通過させるアパーチャを備え、
前記アパーチャと、前記スケール側レンズとの間の距離は、前記スケール側レンズの焦点距離とされ、
前記目盛りの読取方向と直交する平面内では、前記アパーチャの光軸と、前記光源の光軸とは、前記スケール側レンズの光軸を中心とした線対称の関係であることを特徴とする光学式エンコーダ。 The optical encoder according to claim 2, wherein
The head is
An aperture that is reflected by the scale and allows light to pass through the scale side lens;
The distance between the aperture and the scale side lens is the focal length of the scale side lens,
In an optical plane perpendicular to the scale reading direction, the optical axis of the aperture and the optical axis of the light source are in a line-symmetric relationship with respect to the optical axis of the scale-side lens. Type encoder.
前記ヘッドは、
前記アパーチャと、前記受光素子との間に配設される受光素子側レンズを備え、
前記アパーチャと、前記受光素子側レンズとの間の距離は、前記受光素子側レンズの焦点距離とされ、
前記受光素子側レンズの光軸は、前記スケール側レンズの光軸と一致していることを特徴とする光学式エンコーダ。 The optical encoder according to claim 3, wherein
The head is
A light receiving element side lens disposed between the aperture and the light receiving element;
The distance between the aperture and the light receiving element side lens is the focal length of the light receiving element side lens,
An optical encoder, wherein an optical axis of the light receiving element side lens coincides with an optical axis of the scale side lens.
前記ヘッドは、
前記アパーチャと、前記受光素子との間に配設される受光素子側レンズを備え、
前記アパーチャと、前記受光素子側レンズとの間の距離は、前記受光素子側レンズの焦点距離とされ、
前記受光素子側レンズの光軸は、前記目盛りの読取方向では、前記スケール側レンズの光軸と一致し、前記目盛りの読取方向と直交する直交方向では、前記スケール側レンズの光軸から前記所定距離の2倍の距離だけ離間していることを特徴とする光学式エンコーダ。 The optical encoder according to claim 3, wherein
The head is
A light receiving element side lens disposed between the aperture and the light receiving element;
The distance between the aperture and the light receiving element side lens is the focal length of the light receiving element side lens,
The optical axis of the light receiving element side lens coincides with the optical axis of the scale side lens in the reading direction of the scale, and in the orthogonal direction perpendicular to the reading direction of the scale, the optical axis of the scale side lens An optical encoder characterized by being separated by a distance twice as long as the distance.
前記ヘッドは、
2つの前記光源と、2つの前記スケール側レンズと、2つの前記アパーチャとを備え、
前記目盛りの読取方向と直交する平面内では、前記各光源、前記各スケール側レンズ、及び前記各アパーチャの光軸は、それぞれ受光素子側レンズの光軸を中心とした線対称の関係であることを特徴とする光学式エンコーダ。 The optical encoder according to claim 5, wherein
The head is
Two light sources, two scale-side lenses, and two apertures,
In a plane perpendicular to the scale reading direction, the optical axes of the light sources, the scale-side lenses, and the apertures are in a line-symmetric relationship with respect to the optical axis of the light-receiving element-side lens. An optical encoder characterized by the following.
前記光源は、
光を出射する発光体と、
前記発光体から出射される光の光路後段に配設され、前記発光体から出射される光を拡散させる拡散板とを備えることを特徴とする光学式エンコーダ。 The optical encoder according to any one of claims 1 to 6,
The light source is
A light emitter that emits light;
An optical encoder comprising: a diffusing plate that is disposed downstream of an optical path of light emitted from the light emitter and diffuses light emitted from the light emitter.
前記光源は、
光を出射する発光体と、
前記発光体から出射される光の光路後段に配設される発光体用レンズとを備え、
前記スケール側レンズと、前記発光体用レンズとでケーラー照明を構成することを特徴とする光学式エンコーダ。 The optical encoder according to any one of claims 1 to 6,
The light source is
A light emitter that emits light;
A light emitter lens disposed downstream of the light path of the light emitted from the light emitter,
An optical encoder, wherein the scale side lens and the light emitting lens constitute Koehler illumination.
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