JP2002243503A

JP2002243503A - 光学式エンコーダ

Info

Publication number: JP2002243503A
Application number: JP2001035787A
Authority: JP
Inventors: Makoto Arai; 眞新井
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2001-02-13
Filing date: 2001-02-13
Publication date: 2002-08-28

Abstract

(57)【要約】【課題】電流出力の強度およびコントラストを共に高
く維持することができ、組み立て時の厳密な傾き調整が
不要で、使用時のコントラスト低下も回避できる簡素な
構成の光学式エンコーダを提供する。【解決手段】可動物体の移動方向(ｘ方向)に沿って配
列された多数の格子を含むスケール部１４,１５と該ス
ケール部を照明する光源１１とを有し、可動物体の移動
に応じて格子から光を射出する射出手段と、この射出手
段から射出された光を受光する受光手段１６とを備え
る。射出手段は、光源からスケール部への照明光を集光
する光学系１２,１３を有し、照明光がスケール部に達
したときの断面形状を上記の移動方向と直交する方向
(ｙ方向)に関して格子より短く整形する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、可動物体の位置決
めや速度制御に用いられる光学式エンコーダに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の光学式エンコーダ５０は、図８
(ａ),(ｂ)に示すように、光源５１からコリメートレン
ズ５２を介して射出された平行光Ｌ２１によって、イン
デックススケール５３を全体的に照明する。インデック
ススケール５３には光を透過する格子５３ａが多数設け
られており、これらの格子５３ａを通過した光によって
メインスケール５４が照明される。また、メインスケー
ル５４にも同様の格子５４ａが多数設けられており、こ
れらの格子５４ａを通過した光が受光素子５５に入射す
る。受光素子５５では、入射した光を光電変換して電流
信号を出力する。

【０００３】上記した光学式エンコーダ５０の構成要素
(５１〜５５)のうち、メインスケール５４は可動物体
(不図示)に固定され、その他は互いの位置関係が固定さ
れている。このため、メインスケール５４が可動物体
(不図示)と共に移動すると、インデックススケール５３
の格子５３ａとメインスケール５４の格子５４ａとの位
置関係が変化し、受光素子５５に入射する光の光量も変
化する。

【０００４】受光素子５５は入射光量に応じた強度の電
流信号を出力するため、受光素子５５から出力される電
流信号の強度の変化に基づいて、メインスケール５４お
よび可動物体(不図示)の変位を測定することができる。
なお、図８(ａ),(ｂ)において、メインスケール５４お
よび可動物体(不図示)の移動方向はｘ方向に平行であ
り、インデックススケール５３の格子５３ａおよびメイ
ンスケール５４の格子５４ａの長手方向はｙ方向に平行
である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の光学式エンコーダ５０では、受光素子５５から
出力される電流信号の強度を高くするために、インデッ
クススケール５３の格子５３ａおよびメインスケール５
４の格子５４ａの長さ（ｙ方向）を長くしなければなら
なかった。光学式エンコーダ５０では、コリメートレン
ズ５２からの平行光Ｌ２１による照明領域が広いため、
この照明領域内で格子５３ａ,５４ａを長くすることに
よって受光素子５５に多くの光を導くことができ、結果
として、電流信号の強度を高くできる。

【０００６】また、従来の光学式エンコーダ５０では、
受光素子５５から出力される電流信号のコントラスト
（最大強度と最小強度との比）を高く維持するために、
インデックススケール５３の格子５３ａの長手方向とメ
インスケール５４の格子５４ａの長手方向とを出来るだ
け一致させることが望まれる。このような傾き調整は、
光学式エンコーダ５０の組み立て時に行われる。

【０００７】さらに、上記の傾き調整は、格子５３ａ,
５４ａの長さ（ｙ方向）が長いものほど、厳密に行うこ
とが要求される。したがって、受光素子５５から出力さ
れる電流信号の強度を高くするために格子５３ａ,５４
ａを長くした光学式エンコーダ５０では、電流信号のコ
ントラストを高く維持するために、格子５３ａ,５４ａ
の傾き調整を厳密に行わなければならず、調整時間が増
大するという問題が生じていた。この傾き調整を光学式
エンコーダ５０の製造時に行う場合には、調整時間の増
大によって、製造コストも増大してしまう。

【０００８】また、光学式エンコーダ５０の組み立て時
に格子５３ａ,５４ａの傾きを厳密に調整しておいて
も、実際の使用時、可動物体(不図示)やメインスケール
５４の動きにヨーイング（機械的変動）が生じると、格
子５３ａ,５４ａが傾いてしまうことがある。格子５３
ａ,５４ａが傾くと、当然、受光素子５５から出力され
る電流信号のコントラストは低下してしまう（信号劣
化）。

【０００９】上記の問題は、光学式エンコーダ５０の高
分解能化に伴って、格子５３ａ,５４ａのピッチを狭く
するにつれて、益々顕著になる。本発明の目的は、電流
出力の強度およびコントラストを共に高く維持すること
ができ、組み立て時の厳密な傾き調整が不要で、使用時
のコントラスト低下も回避できる簡素な構成の光学式エ
ンコーダを提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の光学式エンコー
ダは、可動物体の移動方向に沿って配列された多数の格
子を含むスケール部と該スケール部を照明する光源とを
有し、可動物体の移動に応じて格子から光を射出する射
出手段と、この射出手段から射出された光を受光する受
光手段とを備えている。また、射出手段は、光源からス
ケール部への照明光を集光する光学系をさらに有してい
る。この光学系によって、照明光がスケール部に達した
ときの断面形状は、上記の直交する方向に関して格子よ
り短く整形される。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
形態を詳細に説明する。本発明の実施形態は、請求項１
〜請求項４に対応する。本実施形態の光学式エンコーダ
１０は、図１(ａ),(ｂ)に示すように、光源１１と、コ
リメートレンズ１２と、シリンドリカルレンズ１３と、
インデックススケール１４と、メインスケール１５と、
受光素子１６とで構成されている。

【００１２】このうち、光源１１,コリメートレンズ１
２,シリンドリカルレンズ１３,インデックススケール１
４,受光素子１６は、互いの位置関係が固定されてい
る。これに対し、メインスケール１５は、可動物体(不
図示)に固定され、可動物体と共に移動する。この光学
式エンコーダ１０は、いわゆるスリットシャッタ方式の
エンコーダであり、また、可動物体(不図示)の直線変位
を測定するリニアエンコーダである。ここで、可動物体
(不図示)およびメインスケール１５の移動方向をｘ方向
とする。光学式エンコーダ１０の光軸方向をｚ方向とす
る。上記ｘ方向とｚ方向とは直交している。さらに、ｘ
方向およびｚ方向と直交する方向をｙ方向とする。

【００１３】光学式エンコーダ１０を構成する光源１１
には、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）が用いられる。
コリメートレンズ１２は、光源１１から発せられた拡散
光Ｌ１を平行光Ｌ２にする。シリンドリカルレンズ１３
は、コリメートレンズ１２からの平行光Ｌ２を集光光Ｌ
３にする（詳細は後述する）。これらコリメートレンズ
１２およびシリンドリカルレンズ１３は、請求項１の
「光学系」に対応する。

【００１４】上記の集光光Ｌ３によって照明されるイン
デックススケール１４（第２スケール）は、ガラス製ま
たはプラスチック製の透明基板（厚さ１.０〜１.５ｍｍ
程度）に多数の格子が刻まれたものである。各々の格子
は、光を透過する透過部であってｙ方向に細長く、光を
遮断する遮光部を挟んでｘ方向に配列されている。この
ため、上記の集光光Ｌ３のうち、インデックススケール
１４の格子を通過した光Ｌ４が、インデックススケール
１４の後段に位置するメインスケール１５に導かれる。

【００１５】メインスケール１５（第１スケール）は、
インデックススケール１４と同様の透明基板に多数の格
子が刻まれたものである。各々の格子は、インデックス
スケール１４の格子と同様の透過部であってｙ方向に細
長く、遮光部を挟んでｘ方向に配列されている。このた
め、上記の光Ｌ４のうち、メインスケール１５の格子を
通過した光Ｌ５が、メインスケール１５の後段に位置す
る受光素子１６に導かれる。

【００１６】次に、インデックススケール１４の格子お
よびメインスケール１５の格子について、それぞれ配置
を説明する。インデックススケール１４の格子は、メイ
ンスケール１５側の面（格子面）に配置されている。メ
インスケール１５の格子は、インデックススケール１４
側の面（格子面）に配置されている。インデックススケ
ール１４の格子面とメインスケール１５の格子面との間
隔は、５０μｍ〜数１００μｍ程度である。

【００１７】また、インデックススケール１４の格子
は、４つの格子群１４ａ,１４ｂ,１４ｃ,１４ｄに分け
られている。４つの格子群１４ａ,１４ｂ,１４ｃ,１４
ｄは、ｘ方向に沿って配置されている。メインスケール
１５の格子は、１つの格子群１５ａを構成している。図
２(ａ)〜(ｄ)に示すように、インデックススケール１４
の格子群１４ａ,１４ｂ,１４ｃ,１４ｄおよびメインス
ケール１５の格子群１５ａにおいて、各々の格子は、ピ
ッチＰが等しい（例えば８μｍ）。図２(ａ)〜(ｄ)にお
けるハッチング部は遮光部であり、隣り合う遮光部と遮
光部との間が格子（透過部）である。

【００１８】また、インデックススケール１４の格子群
１４ａ,１４ｂ,１４ｃ,１４ｄは、メインスケール１５
の格子群１５ａに対して、位相を９０°おきにずらして
配置されている。図２(ａ)〜(ｄ)は、格子群１４ａと格
子群１５ａの位相を一致させたとき（位相０°）の状態
を示す図である。この状態において、格子群１４ｂの位
相は格子群１５ａから９０°ずれ（図２(ｂ)）、格子群
１４ｃの位相は格子群１５ａから１８０ずれ（図２
(ｃ)）、格子群１４ｄの位相は格子群１５ａから２７０
°ずれている（図２(ｄ)）。

【００１９】このように、インデックススケール１４の
格子群１４ａ,１４ｂ,１４ｃ,１４ｄ各々とメインスケ
ール１５の格子群１５ａとの位相関係を互いにずらして
あるため、メインスケール１５から受光素子１６に導か
れる光Ｌ５（図１(ｂ)）は、その光量がｘ方向の位置に
よって異なる。図２(ａ)〜(ｄ)に示す状態での光Ｌ５の
光量は、格子群１４ａの位置において最大値となり、格
子群１４ｂの位置において最大値の半分程度となり、格
子群１４ｃの位置において最小値（ほぼ０）となり、格
子群１４ｄの位置において最大値の半分程度となる。

【００２０】次に、上記した光Ｌ５を受光する受光素子
１６（受光手段）について説明する。受光素子１６に
は、フォトダイオードなどの光電素子が用いられる。こ
の受光素子１６には、ｘ方向に沿って、４つの独立した
受光面１６ａ,１６ｂ,１６ｃ,１６ｄが配置されてい
る。受光面１６ａ,１６ｂ,１６ｃ,１６ｄの配置は、イ
ンデックススケール１４の格子群１４ａ,１４ｂ,１４
ｃ,１４ｄの配置に各々対応している。なお、メインス
ケール１５と受光素子１６との間隔は、１ｍｍ程度であ
る。

【００２１】また、受光素子１６の受光面１６ａ,１６
ｂ,１６ｃ,１６ｄには、電流電圧変換回路２１と波形整
形回路２２とが接続されている。電流電圧変換回路２１
は、受光素子１６の受光面１６ａ,１６ｂ,１６ｃ,１６
ｄから出力される電流信号を入力し、２つの正弦波電圧
信号を波形整形回路２２に出力する。波形整形回路２２
は、電流電圧変換回路２１からの正弦波電圧信号を入力
し、２値化または内挿を行ったのち、２つの矩形波電圧
信号（位相０°,９０°）を外部に出力する。

【００２２】ここで、本実施形態の光学式エンコーダ１
０の構成を説明するに当たり、最後に、シリンドリカル
レンズ１３についての詳細な説明を行う。シリンドリカ
ルレンズ１３は、請求項３の「光学素子」に対応する。
シリンドリカルレンズ１３は、母線をｘ方向に揃えて配
置されているため、ｘ方向とｚ方向とを含む面内では屈
折作用を持たないが、ｙ方向とｚ方向とを含む面内にお
いて屈折作用を有している。したがって、上記した集光
光Ｌ３は、進行するにつれて、ｘ方向,ｙ方向に平行な
面内での断面形状がｘ方向に細長く整形されてゆき、イ
ンデックススケール１４に達したときにはｘ方向に細長
い線状の光となる。

【００２３】その結果、インデックススケール１４は、
ｘ方向に細長い線状の集光光Ｌ３によって照明される。
図３は、インデックススケール１４が線状の集光光Ｌ３
によって照明される領域を図示したものである。図３に
示すように、線状の集光光Ｌ３による照明領域１０Ａは
ｘ方向に細長く、このｘ方向に関して、インデックスス
ケール１４の格子群１４ａ,１４ｂ,１４ｃ,１４ｄを全
て含んでいる。

【００２４】一方、ｙ方向に関して、照明領域１０Ａの
幅（照明幅）Ｌは、インデックススケール１４の格子お
よびメインスケール１５の格子の長さＤより短い（例え
ばＬ＝４００μｍ）。

【００２５】なお、シリンドリカルレンズ１３は、その
焦点がメインスケール１５の格子面（格子が配列されて
いる面）に位置するように配置されている。したがっ
て、上記した線状の集光光Ｌ３は、メインスケール１５
の格子面に集光される（図１(ｂ)）。上記のように構成
された光学式エンコーダ１０において、光源１１からコ
リメートレンズ１２とシリンドリカルレンズ１３とを介
して得られる線状の集光光Ｌ３は、まず、インデックス
スケール１４に到達する。そして、インデックススケー
ル１４の格子群１４ａ,１４ｂ,１４ｃ,１４ｄを通過し
た光がメインスケール１５に到達し、さらにメインスケ
ール１５の格子群１５ａを通過した光が受光素子１６の
受光面１６ａ,１６ｂ,１６ｃ,１６ｄに入射する。

【００２６】受光素子１６の受光面１６ａに入射する光
は、インデックススケール１４の格子群１４ａとメイン
スケール１５の格子群１５ａとを順に通過した光であ
る。同様に、受光面１６ｂに入射する光は、格子群１４
ｂと格子群１５ａとを順に通過した光である。また、受
光面１６ｃに入射する光は、格子群１４ｃと格子群１５
ａとを順に通過した光であり、受光面１６ｄに入射する
光は、格子群１４ｄと格子群１５ａとを順に通過した光
である。

【００２７】ここで、可動物体(不図示)が移動すると、
可動物体に固定されたメインスケール１５も移動し、メ
インスケール１５とインデックススケール１４とが相対
移動するため、インデックススケール１４の格子群１４
ａ,１４ｂ,１４ｃ,１４ｄとメインスケール１５の格子
群１５ａとの位置関係（位相関係）が変化する。その結
果、各々の受光面１６ａ,１６ｂ,１６ｃ,１６ｄに入射
する光の光量は、可動物体の移動に応じて変化する。

【００２８】各々の受光面１６ａ,１６ｂ,１６ｃ,１６
ｄは、入射した光を光電変換し、その光量にほぼ比例し
た電流信号を出力するため、受光面１６ａ,１６ｂ,１６
ｃ,１６ｄから出力される電流信号も、可動物体の移動
に応じて変化することになる。

【００２９】受光素子１６の受光面１６ａ,１６ｂ,１６
ｃ,１６ｄから各々出力される電流信号は、電流電圧変
換回路２１を介して２つの正弦波電圧信号となり、さら
に波形整形回路２２を介して２つの矩形波電圧信号（位
相０°,９０°）となって外部に出力される。したがっ
て、波形整形回路２２に接続された外部のコントローラ
(不図示)が矩形波電圧信号のパルス数をカウントするこ
とにより、メインスケール１５の変位すなわち可動物体
の変位が測定される。なお、波形整形回路２２から外部
には、位相０°,９０°の２つの矩形波電圧信号が出力
されるため、可動物体(不図示)の移動方向も判別でき
る。

【００３０】また、電流電圧変換回路２１において、受
光素子１６の受光面１６ａ,１６ｃから出力される２つ
の電流信号によって１つの正弦波電圧信号（位相０°）
を生成し、受光面１６ｂ,１６ｄから出力される２つの
電流信号によって１つの正弦波電圧信号（位相９０°）
を生成するため、使用環境の温度変化による影響を打ち
消すことができる。

【００３１】ところで、上記した光学式エンコーダ１０
では、図５に示すように、インデックススケール１４の
格子の長手方向とメインスケール１５の格子の長手方向
とが一致しないことがある（傾き角θ）。従来の光学式
エンコーダ５０（図８）では、インデックススケール５
３の格子とメインスケール５４の格子とが少しでも傾い
ていると電流出力のコントラストが大きく低下していた
が、本実施形態の光学式エンコーダ１０では、インデッ
クススケール１４の格子とメインスケール１５の格子と
が多少傾いても電流出力のコントラスト低下を許容範囲
内に留めることができる。

【００３２】その理由は、上述したように、ｘ方向に細
長い線状の集光光Ｌ３によってインデックススケール１
４を照明することにより、照明領域１０Ａ（図３）の照
明幅Ｌを短くしたからである（例えばＬ＝４００μ
ｍ）。

【００３３】図６は、格子の傾き角θと電流出力のコン
トラストとの関係についてシミュレーションした結果を
示す図である。横軸は格子の傾き角θ、縦軸は電流出力
のコントラストを示している。縦軸のコントラストは、
傾き角θ＝０°のときに得られる電流出力の振幅を
「１」として、任意の傾き角θのときに得られる電流出
力の振幅を規格化した相対量である。図６において、電
流出力のコントラストの許容範囲は、０.７以上であ
る。

【００３４】本実施形態の光学式エンコーダ１０のよう
に、照明領域１０Ａ（図３）の照明幅Ｌが４００μｍ
で、インデックススケール１４の格子およびメインスケ
ール１５の格子のピッチＰが８μｍの場合、ピッチＰに
対する照明幅Ｌの比（Ｌ／Ｐ）＝５０となる。この場合
の傾き角θと電流出力のコントラストとの関係は、図６
に黒い三角マークで示されている。これにより、本実施
形態の光学式エンコーダ１０では、格子の傾き角θが１
０(ｍｉｎ)まで大きくなっても、電流出力のコントラス
トを良好に維持できることが分かる。

【００３５】このように、本実施形態の光学式エンコー
ダ１０によれば、格子が多少傾いてもコントラストの良
い（信号劣化の少ない）電流出力が得られるため、組み
立て時の厳密な傾き調整が不要となり、調整時間を削減
できる。この傾き調整を光学式エンコーダ１０の製造時
に行う場合には、調整時間の削減によって、製造コスト
を低下させることができる。

【００３６】さらに、格子が多少傾いてもコントラスト
の良い（信号劣化の少ない）電流出力が得られるため、
実際の使用時、可動物体(不図示)やメインスケール１５
の動きにヨーイング（機械的変動）が生じても、電流出
力のコントラスト低下を極めて小さく抑えることがで
き、メインスケール１５の変位すなわち可動物体の変位
を精度良く測定できる。

【００３７】また、本実施形態の光学式エンコーダ１０
では、光源１１からインデックススケール１４への照明
光を集光し、ｘ方向に細長い線状の集光光Ｌ３によって
インデックススケール１４を照明するため、従来のよう
に格子の長さ（ｙ方向）を長くしなくても、強度の高い
電流出力が得られる。さらに、本実施形態の光学式エン
コーダ１０では、インデックススケール１４およびメイ
ンスケール１５の格子の長さＤを上記照明幅Ｌの数倍程
度に大きく確保したため、照明領域１０Ａがｙ方向に位
置ずれを起こしても、電流出力の強度およびコントラス
トを共に高く維持することができる。

【００３８】また、本実施形態の光学式エンコーダ１０
では、インデックススケール１４を照明するための線状
の集光光Ｌ３をシリンドリカルレンズ１３によって得る
ため、簡素で安価に構成できる。なお、上記した実施形
態では、照明領域１０Ａの照明幅Ｌ＝４００μｍ，格子
のピッチＰ＝８μｍの場合を例に説明したが、格子の傾
き角θと電流出力のコントラストとの関係は、ピッチＰ
に対する照明幅Ｌの比（Ｌ／Ｐ）によって決まるため、
照明幅ＬとピッチＰとがＬ／Ｐ＝５０を満足する組み合
わせであれば、全く同じ効果が得られる。

【００３９】さらに、ピッチＰに対する照明幅Ｌの比
（Ｌ／Ｐ）が他の値でも、同様の効果が得られる。図６
には、Ｌ／Ｐ＝１００の場合とＬ／Ｐ＝１５０の場合と
が示されている。Ｌ／Ｐ＝１００の場合には格子の傾き
角θが８(ｍｉｎ)以内、Ｌ／Ｐ＝１５０の場合には傾き
角θが５(ｍｉｎ)以内であれば、電流出力のコントラス
トを良好に維持できる。

【００４０】また、上記した実施形態では、透過型のメ
インスケール１５を用いた光学式エンコーダ１０を説明
したが、本発明は、反射型のメインスケールを用いた光
学式エンコーダにも適用することができる。図７に示す
光学式エンコーダ３０は、光源３１と、コリメートレン
ズ３２と、シリンドリカルレンズ３３と、インデックス
スケール３４と、反射型のメインスケール３５と、シリ
ンドリカルレンズ３６と、受光素子３７とで構成されて
いる。

【００４１】このうち、インデックススケール３４に
は、上記したインデックススケール１４の格子と同様、
透過部による格子３４ａがｘ方向に沿って配列されてい
る。隣り合う格子３４ａの間は遮光部になっている。一
方、メインスケール３５には、上記したメインスケール
１５の格子（透過部）に代えて、光を反射する反射部が
格子３５ａとして設けられている。隣り合う格子３５ａ
の間は、透過部または光を吸収する吸収部になってい
る。または、凹凸によって格子３５ａを設けることもで
きる。

【００４２】上記の光学式エンコーダ３０において、光
源３１から発せられた拡散光Ｌ１１はコリメートレンズ
３２を介して平行光Ｌ１２となり、平行光Ｌ１２はシリ
ンドリカルレンズ３３を介して集光光Ｌ１３となる。こ
の集光光Ｌ１３は、上記した集光光Ｌ３と同様、インデ
ックススケール３４に達したとき、ｘ方向に細長い線状
の光となる。そして、集光光Ｌ１３による照明領域も、
ｘ方向に細長くなる（図３参照）。一方、ｙ方向に関し
て、集光光Ｌ１３による照明領域の幅（照明幅）は、イ
ンデックススケール３４の格子３４ａおよびメインスケ
ール３５の格子３５ａの長さより短い。

【００４３】そして、インデックススケール３４の格子
３４ａを通過したのち、メインスケール３５の格子３５
ａで反射した光Ｌ１４は、シリンドリカルレンズ３３を
介して平行光Ｌ１５となる。さらに、この平行光Ｌ１５
はシリンドリカルレンズ３６を介して集光光Ｌ１６とな
り、受光素子３７に入射する。この光学式エンコーダ３
０によれば、ｘ方向に細長い線状の集光光Ｌ１３によっ
てインデックススケール３４を照明するため、インデッ
クススケール３４の格子３４ａとメインスケール３５の
格子３５ａとが多少傾いても電流出力のコントラスト低
下を許容範囲内に留めることができる。

【００４４】したがって、組み立て時の厳密な傾き調整
が不要となり、調整時間を削減できる。この傾き調整を
光学式エンコーダ３０の製造時に行う場合には、調整時
間の削減によって、製造コストを低下させることができ
る。また、実際の使用時、可動物体(不図示)やメインス
ケール３５の動きにヨーイング（機械的変動）が生じて
も、メインスケール３５の変位すなわち可動物体の変位
を精度良く測定できる。

【００４５】さらに、光源３１からインデックススケー
ル３４への照明光を集光し、ｘ方向に細長い線状の集光
光Ｌ１３によってインデックススケール３４を照明する
ため、従来のように格子の長さ（ｙ方向）を長くしなく
ても、強度の高い電流出力が得られる。また、インデッ
クススケール３４を照明するための線状の集光光Ｌ１３
をシリンドリカルレンズ３３によって得るため、光学式
エンコーダ３０を簡素で安価に構成できる。

【００４６】さらに、シリンドリカルレンズ３６を介し
て集光した光（Ｌ１６）を受光素子３７に入射させるた
め、受光素子３７の受光面を小さくすることができ、光
学式エンコーダ３０の小型化が可能となる。また、上記
した実施形態では、シリンドリカルレンズ１３,３３に
よって照明光をメインスケール１５,３５の格子面に集
光させる（シリンドリカルレンズ１３,３３の焦点をメ
インスケール１５,３５の格子面に位置させる）構成を
説明したが、本発明はこれに限らない。

【００４７】シリンドリカルレンズ１３,３３の焦点
は、メインスケール１５,３５の格子面の近傍でも良
い。その他、インデックススケール１４,３４の格子面
またはその近傍に位置させる構成や、インデックススケ
ール１４,３４とメインスケール１５,３５との間に位置
させる構成が考えられる。インデックススケール１４,
３４とメインスケール１５,３５の間（間隔は５０μｍ
〜数１００μｍ）に位置させる場合、ちょうど真ん中に
位置させることが好ましい。インデックススケール１
４,３４の格子面での照明幅とメインスケール１５,３５
での照明幅とを等しくできるからである。

【００４８】さらに、シリンドリカルレンズ１３,３３
の焦点は、メインスケール１５,３５と受光素子１６,３
７の間でも良いし、受光素子１６,３７の受光面でも良
い。受光素子１６,３７の受光面に照明光を集光させる
場合、受光素子１６,３７として受光面の小さなものを
用いることができ、光学式エンコーダ１０,３０の小型
化が可能となる。

【００４９】また、上記した実施形態では、シリンドリ
カルレンズ１３によって平行光Ｌ２を集光する例を説明
したが、シリンドリカルレンズ１３の代わりに、三角プ
リズムやフレネルレンズ、ゾーンプレート、トーリック
レンズ（ラグビーボール型）など、ｘ方向とｙ方向とで
屈折作用の強さが異なる光学素子なら何でも用いること
ができる。これらの光学素子を光学式エンコーダ１０に
組み込むには、屈折作用が弱い方をｘ方向（メインスケ
ール１５の移動方向）に一致させ、屈折作用が強い方を
ｘ方向と直交するｙ方向に一致させればよい。

【００５０】さらに、上記した実施形態では、相対移動
する２枚のスケール（メインスケール,インデックスス
ケール）を備えたスリットシャッタ方式の光学式エンコ
ーダを例に説明したが、本発明は、１枚のスケールを備
えた干渉式の光学式エンコーダにも適用できる。干渉式
の光学式エンコーダでは、スケールの格子より細かい精
度での測定が可能である。

【００５１】また、上記した実施形態では、可動物体の
直線変位を測定するリニアエンコーダを例に挙げて説明
したが、本発明は、可動物体の回転方向の変位を測定す
るロータリーエンコーダにもそのまま適用できる。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の光学式エ
ンコーダによれば、可動物体の移動方向と直交する方向
に関し、スケール部に対する照明領域を格子の長さより
短く限定したため、スケール部の格子が多少傾いても電
流出力のコントラスト低下を許容範囲内に留めることが
できる。したがって、組み立て時の厳密な傾き調整が不
要で、使用時のコントラスト低下も回避できる。

【００５３】また、光源からスケール部への照明光を集
光して得られた集光光によってスケール部を照明するた
め、強度の高い電流出力が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】光学式エンコーダ１０の構成を示す斜視図(ａ)
および側面図(ｂ)である。

【図２】格子群１４ａ,１４ｂ,１４ｃ,１４ｄ,１５ａの
位相関係を説明する図である。

【図３】線状の集光光(Ｌ３)による照明領域１０Ａを説
明する図である。

【図４】受光素子１６から出力される電流信号を処理す
る回路の一例を示す図である。

【図５】インデックススケール１４の格子とメインスケ
ール１５の格子とが傾いた状態を説明する図である。

【図６】格子の傾き角θと電流出力のコントラストとの
関係についてシミュレーションした結果を示す図であ
る。

【図７】光学式エンコーダ３０の構成を示す側面図であ
る。

【図８】従来の光学式エンコーダ５０の斜視図(ａ)およ
び側面図(ｂ)である。

【符号の説明】

１０光学式エンコーダ１１，３１光源１２，３２コリメートレンズ１３，３３，３６シリンドリカルレンズ１４，３４インデックススケール１５，３５メインスケール１６，３７受光素子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】可動物体の移動方向に沿って配列された
多数の格子を含むスケール部と該スケール部を照明する
光源とを有し、前記可動物体の移動に応じて前記格子か
ら光を射出する射出手段と、前記射出手段から射出された光を受光する受光手段とを
備えた光学式エンコーダであって、前記射出手段は、前記光源から前記スケール部への照明
光を集光する光学系をさらに有し、該光学系によって、
前記照明光が前記スケール部に達したときの断面形状を
前記移動方向と直交する方向に関して前記格子より短く
整形することを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項２】請求項１に記載の光学式エンコーダにお
いて、前記光学系は、前記照明光を前記スケール部の前記格子
の近傍または前記格子と前記受光手段との間に集光する
ことを特徴とする光学式エンコーダ。
【請求項３】請求項１または請求項２に記載の光学式
エンコーダにおいて、前記光学系は、前記移動方向を含む面内での屈折作用に
比べて前記直交する方向を含む面内での屈折作用の方が
強い光学素子を有することを特徴とする光学式エンコー
ダ。
【請求項４】請求項１から請求項３の何れか１項に記
載の光学式エンコーダにおいて、前記スケール部は、前記可動物体に固定される第１スケ
ールと、前記光源および前記光学系との位置関係が固定
された第２スケールとを有し、前記射出手段は、前記可動物体の移動に応じて光量が変
化する光を前記格子から射出することを特徴とする光学
式エンコーダ。