專利名稱：光電式編碼器的制作方法
技術領域：
本發明涉及光電式編碼器。特別是涉及具有在主標度尺與感光元件之間插入有透鏡和孔徑光闌的遠心光學系統的光電式編碼器的改善。
背景技術：
特開2004-264295號公報中公開有如圖1所示那樣，在主標度尺20與構成感光部的例如感光元件陣列34之間插入由透鏡42和作為遠心光學光圈的孔徑光闌44構成的透鏡光學系統(遠心光學系統)40，如圖2所示，通過調整透鏡42與主標度尺20的標度尺21和感光元件陣34上感光元件35之間距離a、b，就能進行倍率設定的光電式編碼器。圖1中，10是光源，f是透鏡42的焦距。
在使用該遠心光學系統40的光電式編碼器中，其把主標度尺20上的像通過透鏡光學系統(42、44)向感光元件陣34上投影。在此，通過把孔徑光闌44配置在透鏡42的焦點位置上，即使主標度尺20與透鏡42之間的距離(間隙)有變動，但只要透鏡42、孔徑光闌44和感光元件陣34的位置關系不變動，就能抑制在感光元件陣34上成像的像的倍率變動。
在特開平10-82611號公報中公開有，利用發光校樣的條件從標線投影光學系統的側面狹窄的間隙向晶片上射入。
但在把如特開2004-264295號公報那樣使用了的遠心光學系統的光電式編碼器由反射型構成時，若如圖3所示那樣把中心部形成有孔徑光闌44的半透半反鏡46插入，則兩次通過半透半反鏡46而到達感光元件34的光量就減少到(1/2)×(1/2)＝(1/4)，若想確保到達的光量，則需要向光源10供給4倍的電流。且由于光軸對于主標度尺20的表面是垂直的，所以光學系統不能被小型化。圖中12是用于把從光源10射出的光變成平行光的準直透鏡。
另一方面，若如圖4那樣把光軸傾斜，則如圖5那樣在中心部與端部空氣間隙不同，即使在中央對焦了，在上下也產生模糊點，不能確保在整個感光面上的對比度，有信號檢測效率降低的問題點。
另外，沒有考慮把發光校樣條件用于使用了遠心光學系統的光電式編碼器上。
發明內容
本發明是為了消除所述現有的問題點而開發的，其課題是即使把光軸傾斜而把光學系統小型化，也使像面整體焦點對準，防止對比度降低。
解決所述課題的本發明光電式編碼器其在主標度尺與感光元件之間具有透鏡光學系統，其中，其配置成使所述主標度尺的表面、透鏡的主面和感光元件的像面這三者延長的面成為在一個部位相交的發光校樣關系。
且所述主標度尺表面與透鏡主面所成的角度和透鏡主面與感光元件像面所成的角度相同。
另外，把所述光學系統作為由透鏡和設置在該透鏡焦點位置的孔徑光闌構成的遠心光學系統。
另外本發明是一種光電式編碼器，在主標度尺與感光元件之間具有透鏡光學系統，其中，成為在第一透鏡與感光元件之間至少插入第二透鏡，以使其焦點向所述第一透鏡的焦點移過來的透鏡光學系統，同時，使所述主標度尺表面、包含所述第一透鏡的焦點和所述第二透鏡的焦點且相對光軸垂直的焦點面和感光元件的像面這三者延長的面成為在一個部位相交的發光校樣關系，也可以校正倍率。
另外，所述主標度尺的表面與焦點面所成的角度和焦點面與感光元件像面所成的角度相同。
另外，所述透鏡光學系統是兩側遠心光學系統。
根據本發明，如圖6所示，只要使被照體面、透鏡主面、像面這三者延長的面在一個部位相交，則滿足在像面整體焦點對準的發光校樣條件，所以在像面整體上焦點對準。因此，即使把光軸傾斜而把光學系統小型化，也能防止對比度降低。
圖6中A′點和B′的倍率不同，被照體被照得變形，但作為把第一透鏡和第二透鏡相互的焦點一致并且連接的光學系統的情況下，其進行倍率校正，能防止被照體的變形。
本發明的特定和優點通過下面的優選實施例可以更加清楚。
圖1是表示使用了遠心光學系統的光電式編碼器主要部分結構的立體圖；圖2是相同的平面圖；圖3是表示使用了半透半反鏡的現有技術的光路圖；圖4是表示設置了光軸的先進技術的光路圖；圖5是表示圖4問題點的圖；圖6是表示本發明原理的圖；圖7是表示本發明第一實施例主要部分結構的光路圖；圖8是表示本發明第一實施例的變形例的光路圖；圖9是表示本發明第二實施例主要部分結構的光路圖；圖10是表示本發明第三實施例主要部分結構的光路圖；圖11是表示本發明第三實施例的變形例的光路圖；圖12是表示本發明第四實施例主要部分結構的光路圖；圖13是表示發光校樣原理對于兩側遠心光學系統的適用法的光路圖；圖14是表示本發明第五實施例主要部分結構的光路圖；圖15是表示本發明第五實施例的變形例的光路圖。
具體實施例方式
下面參照附圖詳細說明本發明的實施例。
本發明的第一實施例，如圖7所示，使標度尺20上的被照體面、透鏡42的主面和感光元件34上的像面滿足發光校樣條件，且使被照體面與透鏡主面所成的角度θ1和透鏡主面與像面所成的角度θ2一致地來配置主標度尺20、透鏡42和感光元件34。
本實施例中由于θ1＝θ2，所以像的光學倍率M＝tanθ2/tanθ1＝1是一倍的光學系統。
特別是θ1＝θ2＝45°時，θ1+θ2＝90°，組裝容易。
另外，如圖8所示的變形例，能夠成為把孔徑光闌44設置在透鏡42的焦點位置的遠心光學系統40。
如圖9所示的第二實施例，作為θ1≠θ2，也能設定為是M光學系統。
下面參照圖10詳細說明本發明的第三實施例。
本實施例作為在焦點面46的相反側插入了與透鏡42(也叫做第一透鏡)相同的第二透鏡48、且是使其焦點朝向第一透鏡42的焦點移過來地逆向插入的光學系統50，在使被照體面、包含第一透鏡42和第二透鏡48的焦點且相對光軸垂直的面(稱為焦點面)和像面在滿足發光校樣條件的同時，使被照體面與孔徑光闌面所成的角度θ1和孔徑光闌面與像面所成的角度θ2一致地來配置主標度尺20、透鏡光學系統50和感光元件34。
本實施例中，由于入側的第一透鏡42和出側的第二透鏡48是相同的，所以在第一透鏡42產生的像差在第二透鏡48處能大致完全地被逆校正，把像差大致完全地消除，能大為改善信號檢測效率。
由于是使第二透鏡48的焦點朝向第一透鏡42的焦點移過來地插入的，所以從第二透鏡48射出的光是平行光，與第一實施例相比，其像的梯形變形(倍率)被校正。
特別是θ1＝θ2＝45°時，θ1+θ2＝90°，組裝容易。
另外，如圖11所示的變形例，能夠使透鏡光學系統50成為把孔徑光闌44設置在第一透鏡42和第二透鏡48的焦點位置的兩側遠心光學系統51。
如圖12所示的第四實施例，作為θ1≠θ2，也能設定為是M光學系統。這時，由于入側透鏡42和出側透鏡48是不相同的，所以有可能像差消除不盡，但間隙方向的組裝容許范圍能擴大。
在此，在使相互焦點一致并且把兩個透鏡連接的透鏡中，包含兩個透鏡焦點并且與光軸垂直的焦點面作為透鏡系統的主面而說明適用發光校樣原理的理由。如圖13，在入側透鏡42的焦距是f1、出側透鏡48的焦距是f2的透鏡光學系統50中，考慮物體傾斜時像的焦點位置是s2′。
根據(i)s1＝-f1(光軸上)時s2′＝f2(ii)s1≠-f1(光軸外)時(1/s1′)＝(1/s1)+(1/f1)s1′＝s1f1/(s1+f1)對于出側透鏡48的物體位置是
s2＝-(f1+f2-s1′)＝-(s1f2+f12+f1f2)/(s1+f1)因此，根據(1/s2′)＝(1/s2)+(1/f2)s2′＝{f2(s1f2+f12+f1f2)}/f12＝(f22/f12)·s1+f2+(f22/f12)·f1s2′-f2＝(f22/f12)(s1+f1)從圖13Δx′＝(f22/f12)·Δx(1)在此，把物體高度設定為是y，把像的高度設定為是y′，y′＝βy＝-(f2/f1)·y現在y＝θ1Δx，根據(1)式y′＝βy＝-(f2/f1)·y＝-(f2/f1)·θ1Δx＝-(f2/f1)·θ1·(f12/f22)·Δx′＝-θ1·(f1/f2)·Δx′因此，在把物體面傾斜θ1時，若像面傾斜θ1·(f1/f2)，則在整個面上成為對焦狀態。根據這點，物體面與像面延長線的交點朝向焦點面46移過來。
在上述實施例中都必須是感光元件34相對于標度尺20傾斜來進行組裝，這在組裝上需要注意。因此參照圖14，詳細說明能把主標度尺20和感光元件34平行構成的本發明的第五實施例。
如圖14所示，本實施例是在與圖10所示的第三實施例相同的光電式編碼器中，在主標度尺20側的透鏡光學系統50(也叫做第一透鏡光學系統)上，在感光元件34側追加由第三、第四透鏡62、68構成的第二透鏡光學系統60，在標度尺20的表面、第一透鏡光學系統50的焦點面46和第三實施例中是感光元件34的面(叫做假想面)這三者，以及該假想面、第二透鏡光學系統60的焦點面66和感光元件34的像面這三者分別滿足發光校樣關系。
本實施例特別是θ1＝θ2＝θ3＝θ4＝45°時，能把主標度尺20和感光元件34平行構成，組裝容易，同時由于主標度尺20和感光元件34是偏置的，所以光源10的場所也容易取得。
另外，如圖15所示的變形例，在光軸與焦點面46交叉的位置設置孔徑光闌44，還有在光軸與焦點面66交叉的位置設置孔徑光闌64，也能夠成為兩側遠心光學系統51、61。
由于在第一孔徑光闌44數值口徑NA被規定了，所以第二孔徑光闌64也能省略。
作為所述透鏡42、48、62、68，其除了高精度高價格的平凸透鏡和兩凸透鏡之外，把畸變大但便宜的球狀球透鏡、使光線在透鏡介質內拋物線狀彎曲的折射率分布型的筒狀GRIN透鏡(也叫做自聚焦透鏡)或鼓透鏡等的相同透鏡成對地使用，也能把像差抵消。
本發明中對于分度光柵和感光元件是分體的，或具有兩者被一體了的感光元件陣的，都能適用。
顯然，上述描述的所述優選實施例僅是說明了本發明的原理，在不脫離本發明的精神和范圍的情況下本領域的人員可以容易地改變設計。
本發明參考引用了2005年3月11日公開的日本專利申請No.2005-69281的說明書、說明書附圖和權利要求書的全部內容。
權利要求
1.一種光電式編碼器，其在主標度尺與感光元件之間具有透鏡光學系統，其特征在于，其配置成使所述主標度尺的表面、透鏡的主面和感光元件的像面這三者延長的面成為在一個部位相交的發光校樣關系。
2.如權利要求1所述的光電式編碼器，其特征在于，所述主標度尺表面與透鏡主面所成的角度和透鏡主面與感光元件像面所成的角度相同。
3.如權利要求2所述的光電式編碼器，其特征在于，所述主標度尺表面與透鏡主面所成的角度和透鏡主面與感光元件像面所成的角度是45°。
4.如權利要求1-3中任意一項的所述的光電式編碼器，其特征在于，所述光學系統是由透鏡和設置在該透鏡焦點位置的孔徑光闌構成的遠心光學系統。
5.一種光電式編碼器，在主標度尺與感光元件之間具有透鏡光學系統，其特征在于，形成在第一透鏡與感光元件之間至少插入第二透鏡，以使其焦點向所述第一透鏡的焦點移過來的透鏡光學系統，同時使所述主標度尺表面、包含所述第一透鏡的焦點和所述第二透鏡的焦點且相對光軸垂直的焦點面和感光元件的像面這三者延長的面成為在一個部位相交的發光校樣關系。
6.如權利要求5所述的光電式編碼器，其特征在于，所述主標度尺的表面與所述焦點面所成的角度和所述焦點面與感光元件像面所成的角度相同。
7.如權利要求6所述的光電式編碼器，其特征在于，所述主標度尺的表面與所述焦點面所成的角度和所述焦點面與感光元件像面所成的角度是45°。
8.一種光電式編碼器，其在主標度尺與感光元件之間插入多個透鏡光學系統，其特征在于，主標度尺側的透鏡光學系統和感光元件側的透鏡光學系統分別滿足發光校樣關系。
9.如權利要求8所述的光電式編碼器，其特征在于，所述主標度尺的表面與感光元件的像面是平行的。
10.如權利要求5-9中任意一項的所述的光電式編碼器，其特征在于，所述透鏡光學系統是兩側遠心光學系統。
11.如權利要求5-10中任意一項的所述的光電式編碼器，其特征在于，構成所述透鏡光學系統的透鏡是成對相同的球透鏡、GRIN透鏡或鼓透鏡。
全文摘要
一種光電式編碼器，其具有遠心透鏡光學系統，該遠心透鏡光學系統在主標度尺與感光元件之間插入透鏡和設置在其焦點位置的孔徑光闌，其中，配置成使所述主標度尺的表面、透鏡的主面和感光元件的像面這三者延長的面在一個部位相交的發光校樣關系。這樣，即使把光軸傾斜而把光學系統小型化，也使像面整體對焦，防止對比度降低。
文檔編號G01D5/36GK1831483SQ200610067879
公開日2006年9月13日 申請日期2006年3月13日 優先權日2005年3月11日
發明者水谷都, 長濱龍也 申請人:三豐株式會社