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JP5452533B2 - Optical encoder - Google Patents
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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, Patent Documents 1 and 2).
The optical encoder described in Patent Document 1 includes a scale plate (scale), a reflective optical reader (head) having a light emitting diode (light source), an objective lens, and a light receiving unit (light receiving element). The reflective optical reader includes a half mirror disposed between the light emitting diode and the objective lens, and an optical path of light emitted from the light emitting diode and directed to the scale plate through the objective lens, and the scale plate Is separated from the optical path of the light that is reflected by the lens and travels toward the light receiving portion via the objective lens.

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 Patent Document 1, the light receiving unit receives light via the half mirror, so that there is a problem that a sufficient amount of light cannot be secured. Further, when the light amount of light emitted from the light emitting diode is increased in order to ensure a sufficient amount of light, there is a problem that the power consumption of the light emitting diode is increased and consequently the life of the light emitting diode is shortened.
On the other hand, the photoelectric encoder (optical encoder) described in Patent Document 2 includes a scale, a light source, a lens, and a light receiving element. Further, the photoelectric encoder is arranged so that the scale, the lens, and the light receiving element are in a Scheinproof relationship, so that the light path emitted from the light source and directed to the scale and reflected by the scale The light path of the light traveling toward the light receiving element is separated, and a sufficient amount of light is secured in the light receiving element.

特開2003−307440号公報JP 2003-307440 A 特開2006−284564号公報JP 2006-284564 A

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 Patent Document 2 has a problem that the scale and the light receiving element cannot be arranged in parallel, which increases the size of the photoelectric encoder.
In the photoelectric encoder described in the fifth embodiment of Patent Document 2, the scale and the light receiving element are arranged in parallel by arranging four lenses between the scale and the light receiving element. However, this photoelectric encoder has a problem that the size of the photoelectric encoder increases because four lenses are disposed between the scale and the light receiving element.

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.

本発明の第1実施形態に係る光学式エンコーダを示す模式図。The schematic diagram which shows the optical encoder which concerns on 1st Embodiment of this invention. 前記実施形態における光学式エンコーダを目盛りの直交方向に沿って見た模式図。The schematic diagram which looked at the optical encoder in the said embodiment along the orthogonal direction of the scale. 本発明の第2実施形態に係る光学式エンコーダを目盛りの読取方向に沿って見た模式図。The schematic diagram which looked at the optical encoder which concerns on 2nd Embodiment of this invention along the reading direction of a scale. 前記実施形態における光学式エンコーダを目盛りの直交方向に沿って見た模式図。The schematic diagram which looked at the optical encoder in the said embodiment along the orthogonal direction of the scale. 本発明の第3実施形態に係る光学式エンコーダを目盛りの読取方向に沿って見た模式図。The schematic diagram which looked at the optical encoder which concerns on 3rd Embodiment of this invention along the reading direction of a scale. 前記実施形態における光学式エンコーダを目盛りの直交方向に沿って見た模式図。The schematic diagram which looked at the optical encoder in the said embodiment along the orthogonal direction of the scale. 本発明の第4実施形態に係る光学式エンコーダを目盛りの読取方向に沿って見た模式図。The schematic diagram which looked at the optical encoder which concerns on 4th Embodiment of this invention along the reading direction of a scale. 本発明の第5実施形態に係る光学式エンコーダを目盛りの読取方向に沿って見た模式図。The schematic diagram which looked at the optical encoder which concerns on 5th Embodiment of this invention along the reading direction of a scale. 本発明の第6実施形態に係る光学式エンコーダの光源を示す模式図。The schematic diagram which shows the light source of the optical encoder which concerns on 6th Embodiment of this invention. 本発明の第7実施形態に係る光学式エンコーダの光源を示す模式図。The schematic diagram which shows the light source of the optical encoder which concerns on 7th Embodiment of this invention.

〔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 optical encoder 1 according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 1, the axis perpendicular to the paper surface is the X axis, the horizontal axis is the Y axis, and the vertical axis is the Z axis.
As shown in FIG. 1, the optical encoder 1 includes a scale 2 having a grid-like scale 21 that can be read along the X-axis direction, a light source 31 that emits light to the scale 2, and light emitted from the light source 31. And a head 3 having a light receiving element 33 that receives light reflected by the scale 2 through the scale side lens 32, and a scale side lens 32 that transmits the light to the scale 2. Based on the light received by the light receiving element 33, the position of the head 3 with respect to the scale 2 is measured. That is, the scale side lens 32 transmits light reflected by the scale 2 to the light receiving element 33.
The scale 2 is formed in a rectangular plate shape in which the X-axis direction is the longitudinal direction and the Y-axis direction is the short direction. FIG. 1 is a view of the optical encoder 1 as viewed along the reading direction of the scale 21.

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 optical encoder 1 viewed along the orthogonal direction of the scale 21. The orthogonal direction of the scale 21 is a direction (Y-axis direction) orthogonal to the reading direction of the scale 21.
As shown in FIGS. 1 and 2, the light source 31 is disposed between the scale side lens 32 and the light receiving element 33, and the distance between the light source 31 and the scale side lens 32 is the scale side lens 32. The focal length fs.
The optical axis Lsrc of the light source 31 coincides with the optical axis Ls of the scale side lens 32 in the reading direction of the scale 21 (see FIG. 2), and in the orthogonal direction of the scale 21, a predetermined distance from the optical axis Ls of the scale side lens 32. They are separated by D (see FIG. 1). Here, the predetermined distance D is set to ½ or more of the width Wsrcy (numerical aperture) of the light source 31 in the orthogonal direction of the scale 21.

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 light source 31 is separated from the optical axis Ls of the scale-side lens 32 by a predetermined distance D in the direction orthogonal to the scale 21, so that the light emitted from the light source 31 is in the direction orthogonal to the scale 21. As shown in FIG. 1, the light on the light source 31 side is transmitted to the scale 2 via the scale side lens 32 on the light source 31 side in the direction orthogonal to the scale 21. Then, this light is reflected by the scale 2 and is received by the light receiving element 33 through the scale side lens 32 opposite to the light source 31 in the direction orthogonal to the scale 21.
1 and 2, the optical path of light received by the light receiving element 33 is indicated by a solid line, and the optical paths of other light are omitted. The same applies to the following drawings.

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 light source 31 and the scale side lens 32 is the focal length fs of the scale side lens 32, the optical encoder 1 in the reading direction of the scale 21 as shown in FIG. The object (scale 2) side telecentric optical system can be constructed, and the depth of focus can be increased.
Specifically, the width of the light source 31 in the reading direction of the scale 21 is Wsrcx, the distance from the scale 21 to the scale side lens 32 is Ds (not shown), and the distance from the scale side lens 32 to the light receiving element 33. Is Dp (not shown), the numerical aperture NA of the scale side lens 32 can be expressed by the following equation (1).

Figure 0005452533
Figure 0005452533

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 light source 31 is λ, the depth of focus DOF of the optical encoder 1 can be expressed by the following equation (2).

Figure 0005452533
Figure 0005452533

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 light source 31 is decreased.

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 optical encoder 1 is a half-mirror between an optical path of light emitted from the light source 31 and directed to the scale 2 and an optical path of light reflected by the scale 2 and directed to the light receiving element 33 via the scale side lens 32. Therefore, the light receiving element 33 can ensure a sufficient amount of light.
(2) The scale 2 and the light receiving element 33 are disposed in parallel, and one scale side lens 32 is disposed between the scale 2 and the light receiving element 33. And since the light source 31 is arrange | positioned between the scale side lens 32 and the light receiving element 33, the optical encoder 1 can be reduced in size.

(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 optical encoder 1 can constitute an object (scale 2) side telecentric optical system in the reading direction of the scale 21 and can increase the depth of focus. Therefore, the allowable amount of the interval between the scale 2 and the head 3 can be increased.
(4) The predetermined distance D between the optical axis Lsrc of the light source 31 in the direction orthogonal to the scale 21 and the optical axis Ls of the scale side lens 32 is equal to or greater than ½ of the width Wsrcy of the light source 31 in the direction orthogonal to the scale 21. Therefore, the utilization efficiency of the light emitted from the light source 31 can be improved.

〔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 optical encoder 1 </ b> A according to the second embodiment of the present invention viewed along the reading direction of the scale 21. FIG. 4 is a schematic view of the optical encoder 1 </ b> A viewed along the orthogonal direction of the scale 21.
In the first embodiment, the optical encoder 1 includes the head 3 having the light source 31, the scale side lens 32, and the light receiving element 33. On the other hand, in this embodiment, the optical encoder 1A includes a head 3A having an aperture 34 in addition to the light source 31, the scale side lens 32, and the light receiving element 33, as shown in FIGS. It is different in point.

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 aperture 34 is reflected by the scale 2 and allows light passing through the scale side lens 32 to pass through. The distance between the aperture 34 and the scale side lens 32 is the focal length fs of the scale side lens 32. Has been.
Further, in a plane (paper surface) orthogonal to the reading direction of the scale 21, the optical axis La of the aperture 34 and the optical axis Lsrc of the light source 31 are axisymmetric with respect to the optical axis Ls of the scale side lens 32. It is. That is, the optical axis La of the aperture 34 coincides with the optical axis Ls of the scale side lens 32 in the reading direction of the scale 21 (see FIG. 4), and from the optical axis Ls of the scale side lens 32 in the orthogonal direction of the scale 21. They are separated by a predetermined distance D (see FIG. 3).

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 aperture 34 in the orthogonal direction of the scale 21 (see FIG. 3) is expressed by the following equation (3) so as to allow the positioning error of the light source 31 in the orthogonal direction of the scale 21 by δ. Set.

Figure 0005452533
Figure 0005452533

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 light source 31 in the orthogonal direction of the scale 21, the light emitted from the light source 31 is limited by the aperture 34 if the error is equal to or less than δ. Can do. Therefore, it is possible to suppress a change in the performance of the optical system of the optical encoder 1A due to the influence of the positional deviation of the light source 31.

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 aperture 34 and the scale side lens 32 is the focal length fs of the scale side lens 32, the optical encoder 1A in the reading direction of the scale 21 as shown in FIG. The object (scale 2) side telecentric optical system can be constructed, and the depth of focus can be increased.
Specifically, the width of the aperture 34 in the reading direction of the scale 21 is Wax, the distance from the scale 21 of the scale 2 to the scale side lens 32 is Ds (not shown), and the distance from the scale side lens 32 to the light receiving element 33. Is Dp (not shown), the numerical aperture NA of the scale side lens 32 can be expressed by the following formula (4).

Figure 0005452533
Figure 0005452533

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 light source 31 is λ, the focal depth DOF of the optical encoder 1A can be expressed by the following equation (5).

Figure 0005452533
Figure 0005452533

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 aperture 34 is reduced.

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 optical encoder 1A includes the aperture 34 that is reflected by the scale 2 and passes the light through the scale side lens 32, the width and position of the light source 31 can be designed by designing the width and position of the aperture 34. An optical system similar to the case of designing can be configured.
(6) Since the design and positioning of the aperture 34 are easier than the design and positioning of the light source 31, it is possible to suppress a change in the performance of the optical system of the optical encoder 1A.

〔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 optical encoder 1 </ b> B according to the third embodiment of the present invention viewed along the reading direction of the scale 21. FIG. 6 is a schematic view of the optical encoder 1 </ b> B viewed along the orthogonal direction of the scale 21.
In the second embodiment, the optical encoder 1A includes the head 3A having the light source 31, the scale side lens 32, the light receiving element 33, and the aperture 34. On the other hand, in this embodiment, the optical encoder 1B includes a light receiving element side lens 35 in addition to the light source 31, the scale side lens 32, the light receiving element 33, and the aperture 34, as shown in FIGS. The difference is that the head 3B is provided.

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 element side lens 35 is disposed between the aperture 34 and the light receiving element 33, and the distance between the aperture 34 and the light receiving element side lens 35 is the focal length fp of the light receiving element side lens 35. Yes.
Further, the optical axis Lp of the light receiving element side lens 35 coincides with the optical axis Ls of the scale side lens 32.

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 optical encoder 1B can constitute a double-sided telecentric optical system in the reading direction of the scale 21, and can increase the depth of focus. Therefore, the allowable amount of the interval between the light receiving element 33 and the light receiving element side lens 35 can be increased.

〔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 optical encoder 1 </ b> C according to the fourth embodiment of the present invention viewed along the reading direction of the scale 21.
In the third embodiment, the optical encoder 1B includes the head 3B, and the optical axis Lp of the light receiving element side lens 35 of the head 3B coincides with the optical axis Ls of the scale side lens 32. In contrast, in this embodiment, the optical encoder 1C includes a head 3C as shown in FIG. 7, and the optical axis Lp of the light receiving element side lens 35 of the head 3C is a scale in the reading direction of the scale 21. The optical axis Ls coincides with the optical axis Ls of the side lens 32, and the scale 21 is different in that it is separated from the optical axis Ls of the scale side lens 32 by a distance twice the predetermined distance D.

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 scale 21, the optical axes Ls and Lp of the scale side lens 32 and the light receiving element side lens 35 are separated from the optical axis La of the aperture 34 by a predetermined distance D on both sides. The light passing through 34 is transmitted through positions having the same shape of the scale side lens 32 and the light receiving element side lens 35. Therefore, the optical encoder 1C can reduce the influence of lens aberration, and can perform appropriate measurement.

〔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 optical encoder 1D according to the fifth embodiment of the present invention viewed along the reading direction of the scale 21. FIG.
In the fourth embodiment, the optical encoder 1 </ b> C includes the head 3 </ b> C, and the head 3 </ b> C includes the light source 31, the scale side lens 32, and the aperture 34. On the other hand, in this embodiment, as shown in FIG. 8, the optical encoder 1D includes a head 3D, and the head 3D includes a light source 31, a scale side lens 32, and two apertures 34 each. Is different. The two apertures 34 are formed as one member.

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 optical encoder 1 </ b> C includes the scale 2 having the grid-shaped scale 21. On the other hand, this embodiment is different in that a scale 2D having two grid-like scales 21 is provided.
Furthermore, in the present embodiment, the optical axes Lsrc, Ls, and La of the light sources 31, the scale side lenses 32, and the apertures 34 in the plane (paper surface) orthogonal to the reading direction of the scale 21 are the light receiving element side lenses. This is a line-symmetrical relationship with respect to 35 optical axes Lp.

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 optical encoder 1D can receive the light reflected by the two scales 21 by the single light receiving element 33, the optical encoder 1D is configured to receive the light by the two light receiving elements. In comparison, the number of parts can be reduced.

〔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 light source 31E of an optical encoder 1E according to a sixth embodiment of the present invention.
In each of the embodiments, the optical encoders 1 to 1D include the light source 31. On the other hand, in this embodiment, as shown in FIG. 9, the optical encoder 1E includes a light source 31E, and the light source 31E emits light 311 and light emitted from the light emitter 311. The difference is that a diffusion plate 312 is provided in the latter stage of the optical path and diffuses the light emitted from the light emitter 311.
Although not shown, the distance between the scale side lens 32 side (the lower side in FIG. 9) of the diffusion plate 312 and the scale side lens 32 is the focal length fs of the scale side lens 32. Yes.

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 light source 31E can be replaced with the width of the diffusion plate 312, the design of the optical encoder 1E can be facilitated.

〔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 light source 31F of an optical encoder 1F according to a seventh embodiment of the present invention.
In the first to fifth embodiments, the optical encoders 1 to 1D include the light source 31. On the other hand, in this embodiment, the optical encoder 1F includes a light source 31F, as shown in FIG. 10, and the light source 31F emits light and emits light from the light emitter 311. A light emitting lens 313 disposed in the latter stage of the optical path, and the scale side lens 32 and the light emitting lens 313 constitute Koehler illumination.

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 light source 31F and directed to the scale 2 via the scale side lens 32 can be reduced, and appropriate measurement can be performed.

〔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 light sources 31, 31 </ b> E, and 31 </ b> F in the orthogonal direction of the scale 21, but may be less than this.

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 ... Optical encoder 2, 2D ... Scale 3-3D ... Head 31, 31E, 31F ... Light source 32 ... Scale side lens 33 ... Light receiving element 34 ... Aperture 35 ... Light receiving element side lens 311 ... Light emitter 312 ... Diffuser 313 ... Lens for luminous body

Claims (8)

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.
請求項1に記載の光学式エンコーダにおいて、
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.
請求項2に記載の光学式エンコーダにおいて、
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.
請求項3に記載の光学式エンコーダにおいて、
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.
請求項3に記載の光学式エンコーダにおいて、
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.
請求項5に記載の光学式エンコーダにおいて、
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.
請求項1から請求項6のいずれかに記載の光学式エンコーダにおいて、
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.
請求項1から請求項6のいずれかに記載の光学式エンコーダにおいて、
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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