JP4953660B2 - Photoelectric encoder - Google Patents
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Description
本発明は、光電式エンコーダに係る。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。 The present invention relates to a photoelectric encoder. In particular, the present invention relates to an improvement in a photoelectric encoder having a telecentric optical system in which a lens and an aperture are inserted between a main scale and a light receiving element.
特許文献1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。
As described in
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。 特に、前記レンズ42として、図3(光路図)及び図4(斜視図)に示す如く、レンズアレイ46を用いた場合には、小型化、及び、スケール上視野(FOV)の拡大を図ることができる。
In the photoelectric encoder using the telecentric
しかしながら、このようなレンズアレイ46で光電式エンコーダを構成した場合、図3及び図5に示す如く、一つのレンズ光学系毎に、像が分割され、反転してしまうという問題点を有していた。
However, when a photoelectric encoder is configured with such a
この問題点は、特に、像のパターンだけでなく、正確な形状を再現する必要があるアブソリュート型で大きな問題となる。 This problem becomes a big problem particularly in the absolute type that needs to reproduce not only the image pattern but also the accurate shape.
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、光学系を複雑化することなく、像のパターンと形状を維持することができ、インクリメンタル型だけでなく、アブソリュート型にも使用可能な光電式エンコーダを提供することを課題とする。 The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and can maintain the pattern and shape of the image without complicating the optical system, and can be used not only for the incremental type but also for the absolute type. and challenge is to provide a possible photoelectric encoder.
本発明は、メインスケールと受光素子の間にレンズアレイが挿入された光学系を持つ光電式エンコーダにおいて、前記受光素子アレイ出力の接続を入換えて、前記レンズアレイにより分割・反転された像を電気的に再反転させることにより、前記課題を解決したものである。 The present invention provides a lifting one photoelectric encoder of the optics Les Nzuarei is inserted between the main scale and a light receiving element, the light receiving element interchanged connection array outputs, divided-inverted by the lens array by electrically re-reversed image is obtained by solving the previous SL challenges.
又、前記レンズアレイを二次元レンズアレイとして、二次元測定を可能としたものである。 The lens array is a two-dimensional lens array, and two-dimensional measurement is possible.
又、各レンズアレイの焦点位置にアパーチャを設けることにより、となりのレンズからの光を遮断することができる。 Further, by providing an aperture at the focal position of each lens array, light from the adjacent lens can be blocked.
本発明によれば、レンズアレイにより反転された像を、電気的に再反転させることにより、光学系を複雑化することなく、像のパターンと形状を維持することができ、インクリメンタル型だけでなく、アブソリュート型にも使用できる。 According to the present invention, it is possible to maintain the pattern and shape of the image without complicating the optical system by electrically re-inverting the image inverted by the lens array , and not only the incremental type. , Ru can also be used in the absolute type.
以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
第1の参考形態は、図6に示す如く、レンズアレイ46を持つインクリメンタル型の光電式エンコーダにおいて、レンズアレイ46を構成する各レンズの配設ピッチ(レンズピッチと称する)Plを、メインスケール20の周期Psの自然数倍と一致させたものである。
In the first reference embodiment, as shown in FIG. 6, in an incremental photoelectric encoder having a
本参考形態においては、図7に示す如く、個々のレンズ毎に像が分割されて反転しても、パターンは保障されるため、インクリメンタル型として用いる限り、支障は無い。 In this reference embodiment, as shown in FIG. 7, be reversed image is divided for each individual lens, because the pattern is guaranteed, as long as used as an incremental type, trouble free.
また、図8に示す変形例のように、レンズアレイ46を構成する個々のレンズの焦点位置にアパーチャ44を配設したテレセントリック光学系40にすることもできる。
Further, as in the modification shown in FIG. 8, the telecentric
次に、図9(光路図)及び図10(斜視図)を参照して、第2の参考形態を詳細に説明する。 Next, the second reference embodiment will be described in detail with reference to FIG. 9 (optical path diagram) and FIG. 10 (perspective view).
本参考形態は、レンズアレイ46(第1のレンズアレイとも称する)と同じ第2のレンズアレイ48を、その焦点が第1のレンズアレイの焦点に来るように逆向きに挿入して、光学系50としたものである。
This reference embodiment, the same
本参考形態においては、レンズアレイ46と48が同じ物であるため、入側の第1のレンズアレイ46で発生する収差を出側の第2のレンズアレイ48でほぼ完全に逆補正することができ、安価であるが収差が大きなレンズアレイを用いた場合でも、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。
In this reference embodiment, since the
又、図11と図12に示す変形例のように、光学系50を、レンズアレイ46と48を構成する個々のレンズの焦点位置にアパーチャ44を配設した両側テレセントリック光学系51にすることもできる。
Further, as in the modification shown in FIGS. 11 and 12, the
次に、図13を参照して、本発明の第1実施形態を詳細に説明する。 Next, a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG.
本実施形態は、レンズアレイ46を持つアブソリュート型の光電式エンコーダにおいて、受光素子アレイ34の出力の接続をピクセル単位で入換えることにより、像を電気的に再反転させたものである。
In this embodiment, in an absolute type photoelectric encoder having a
又、図14に示す変形例のように、レンズアレイ46を構成する個々のレンズの焦点位置にアパーチャ44を配設したテレセントリック光学系40にすることもできる。
Further, as in the modification shown in FIG. 14, the telecentric
次に、図15を参照して、本発明の第2実施形態を詳細に説明する。 Next, a second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG.
本実施形態は、レンズアレイ46、48から成る光学系50を持つアブソリュート型の光電式エンコーダにおいて、受光素子アレイ34の出力の接続をピクセル単位で入換えることにより、像を電気的に再反転させたものである。
In this embodiment, in an absolute type photoelectric encoder having an
本発明によれば、光学系を複雑化することなく、アブソリュート型を実現できる。 According to the present invention , an absolute type can be realized without complicating the optical system.
又、図16に示す変形例のように、光学系50を、レンズアレイ46と48を構成する個々のレンズの焦点位置にアパーチャ44を配設した両側テレセントリック光学系51にすることもできる。
Further, as in the modification shown in FIG. 16, the
次に、図17を参照して、本発明の第3の参考形態を詳細に説明する。 Next, a third reference embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG.
本参考形態は、レンズアレイ46、48から成る光学系50を持つアブソリュート型の光電式エンコーダにおいて、第1、第2のレンズアレイ46、48と同じ第3のレンズアレイ52を光学系50の出側に設けて、像を光学的に再反転させたものである。
This reference embodiment, the absolute type photoelectric encoder having an
又、図18に示す変形例のように、光学系50を、レンズアレイ46と48を構成する個々のレンズの焦点位置にアパーチャ44を配設した両側テレセントリック光学系51にして、且つ、レンズアレイ52を構成する個々のレンズの焦点位置にアパーチャ54を配設することもできる。
Further, as in the modification shown in FIG. 18, the
次に、図19を参照して、第4の参考形態を詳細に説明する。 Next, the fourth reference embodiment will be described in detail with reference to FIG.
本参考形態は、レンズアレイ46、48から成る光学系50を持つアブソリュート型の光電式エンコーダにおいて、光学系50と同じ構成の、第3のレンズアレイ52、及び第4のレンズアレイ56を含む光学系60を、その出側に設けて、像を再反転させたものである。
This reference embodiment is an absolute type photoelectric encoder having an
本参考形態においては、入側と出側で同じ光学系を用いているので、部品を共通化できる。 In this reference embodiment, since it uses the same optical system at the outlet side and inlet side, it can be shared components.
又、図20に示す変形例のように、光学系50をレンズアレイ46と48を構成する個々のレンズの焦点位置にアパーチャ44を配設した両側テレセントリック光学系51にして、且つ、光学系60をレンズアレイ52と56を構成する個々のレンズの焦点位置にアパーチャ54を配設した両側テレセントリック光学系61にすることもできる。
Further, as in the modification shown in FIG. 20, the
次に、図21を参照して、第5の参考形態を詳細に説明する。 Next, the fifth reference embodiment will be described in detail with reference to FIG.
本参考形態は、図18に示した第3の参考形態と同様の光電式エンコーダにおいて、第3のレンズアレイ52の焦点距離f’を第1、第2のレンズアレイ46、48の焦点距離fより小として、光学全長を短くし、メインスケール20と入側レンズアレイ46間のエアギャップを確保しつつ小型化を可能としたものである。
This reference embodiment is the same photoelectric encoder as the third reference embodiment shown in FIG. 18, and the focal length f ′ of the
即ち、メインスケール20と入側レンズアレイ46間の距離(エアギャップに相当)=入側レンズアレイ46の焦点距離fとすると、第3の参考形態のように、第1〜第3レンズアレイを同じレンズで構成すると光学全長L≒8fとなるのに対し、本参考形態では光学全長L’=4f+4f’<8fとなり、光学全長を短くすることができる。
That is, if the focal length f of the
次に、図22を参照して、第6の参考形態を詳細に説明する。 Next, the sixth reference embodiment will be described in detail with reference to FIG.
本参考形態は、図20に示した第4の参考形態と同様の光電式エンコーダにおいて、第3、第4のレンズアレイ52、56の焦点距離f’を第1、第2のレンズアレイ46、48の焦点距離fより小として、光学全長を短くし、メインスケール20と入側レンズアレイ46間のエアギャップを確保しつつ小型化を可能としたものである。
This reference embodiment is the same photoelectric encoder as the fourth reference embodiment shown in FIG. 20, and the focal lengths f ′ of the third and
即ち、メインスケール20と入側レンズアレイ46間の距離(エアギャップに相当)=入側レンズアレイ46の焦点距離fとすると、第4の参考形態のように、第1〜第4レンズアレイを同じレンズで構成すると光学全長L≒8fとなるのに対し、本参考形態では光学全長L’=4f+4f’<8fとなり、光学全長を短くすることができる。
That is, if the focal length f of the
次に、図23を参照して、第7の参考形態を詳細に説明する。 Next, the seventh reference embodiment will be described in detail with reference to FIG.
本参考形態は、レンズアレイ46、48から成る光学系50を持つアブソリュート型の光電式エンコーダにおいて、配設ピッチが前記レンズアレイ46、48の各レンズと同じ小ミラー70を複数設けて、像を光学的に再反転したものである。
In this reference embodiment, an absolute type photoelectric encoder having an
又、図24に示す変形例のように、光学系50を、レンズアレイ46と48を構成する個々のレンズの焦点位置にアパーチャ44を配設した両側テレセントリック光学系51にすることもできる。
Further, as in the modification shown in FIG. 24, the
次に、図25を参照して、第8の参考形態を詳細に説明する。 Next, the eighth reference embodiment will be described in detail with reference to FIG.
本参考形態は、レンズアレイ46、48から成る光学系50を持つアブソリュート型の光電式エンコーダにおいて、出側のレンズアレイ48を出た光を前記光学系50に再入射させるためのミラー80と、前記光学系50を2回通った光を受光素子アレイ34の方向に取り出すためのハーフミラー82とを備えることにより、像を光学的に再反転させたものである。
In this reference embodiment, in an absolute photoelectric encoder having an
又、図26に示す変形例のように、光学系50を、レンズアレイ46と48を構成する個々のレンズの焦点位置にアパーチャ44を配設した両側テレセントリック光学系51にすることもできる。
Further, as in the modification shown in FIG. 26, the
なお、前記実施形態は、いずれも、アブソリュート型だけでなく、インクリメンタル型にも適用できる。 Note that all of the above embodiments can be applied not only to the absolute type but also to the incremental type.
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。 The present invention can be applied to both an index grating and a light receiving element that are separated, and a light receiving element array in which both are integrated. Furthermore, the present invention can be applied not only to a transmission type encoder but also to a reflection type encoder.
10…光源
20…メインスケール
30…受光部
31…受光面
34…受光素子アレイ
40…テレセントリック光学系
44、54…アパーチャ
46、48、52、56…レンズアレイ
50、60…光学系
51、61…両側テレセントリック光学系
70…小ミラー
80…ミラー
82…ハーフミラー
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記受光素子アレイの出力の接続を入換えて、前記レンズアレイにより分割・反転された像を電気的に再反転させたことを特徴とする光電式エンコーダ。 In a photoelectric encoder having an optical system Les Nzuarei is inserted between the main scale and a light receiving element,
The light receiving element interchanged connection of the output of the array, photoelectric encoder is characterized in that electrically re invert the split-inverted image by the previous sharp Nzuarei.
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