专利名称：光学编码器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光学编码器，特别是涉及通过采用远心式光学系统而无须高的组装精度即可作低成本制作的光学编码器。
上述光学编码器的刻度板的形态在旋转式编码器的场合和直线位移式编码器的场合有所不同。在旋转式编码器的场合，作为刻度板采用了回转盘，刻度板和光学阅读器的支承使其可在圆周方向上作相对移动。在直线位移式编码器的场合，刻度板使用细长形状的板(称为“标尺”)，其刻度板和光学阅读器的支承使其可在直线方向上作相对移动。
具有刻录于刻度板上的刻度线的意义，与增量式编码器及绝对值式编码器的场合不同。在增量式编码器的场合，在刻度板上等间距地刻录有1或2列以上的刻度线。当刻度板和光学阅读器作相对移动时，从光学阅读器输出与移动距离或回转角度相对应个数的单相或多相脉冲列。在通常的例子中，从光学阅读器输出具有90°相位差的2相脉冲列。在绝对值式编码器的场合，在刻度板的各个列上刻录有显示其绝对位置的、相当于多位代码的刻度线。当刻度板和光学阅读器作相对移动时，从光学阅读器输出直接显示移动位置或回转角度的多位代码。在通常的例子中，刻录于刻度板上的多位代码采用反射码(葛莱码)。
在刻度板上刻录刻度线的方法，依据光学阅读器的形式是透射型还是反射型而不同。在透射型光学阅读器的场合，光学阅读器由在金属等遮光板上蚀刻狭缝而形成透射型。或藉由在具有遮光性的玻璃板上进行蚀刻处理，在其上形成线状透明部分。如此，在刻度板上形成刻度线。在光学阅读器形式为反射型的场合，使金属薄膜蒸镀于玻璃板上，形成镜面反射部，其后，对其进行蚀刻处理，形成线状透明部分；或者，对材料表面进行大反差的印刷处理等，由此，在刻度板上刻录刻度线。在有高精度位置检测要求的场合，刻度线的蚀刻间距为10μm-数100μm。
光学阅读器包括将来自光投射用光源的光照射至刻度板上的光投射用光学系统，和将来自刻度板的光成象至光接收部的光接收用光学系统。在透射型光学阅读器的场合，包含光投射用光源的光投射用光学系统和包含光接收部的光接收用光学系统夹持刻度板作对向配置。在反射型光学阅读器的场合，包括光投射用光源的光投射用光学系统和包括光接收部的光接收用光学系统汇总设置于刻度板的一方侧。
又，在刻度板上的刻度线间距和成为光投射用光源的半导体激光的光波长之间具有一定相关关系的高精度检测区域，也可采用利用衍射干扰的检测方式。
在上述光学编码器中，为进行高精度的位置检测，在刻度板和光学阅读器相对移动的过程中，必须通过光接收用光学系统，使在光接收面上持续形成清晰的刻度线图样。
然而，由于作为透射型光学编码器，通常使用受照区深度较浅的透镜。由此，使得在旋转式编码器中受到过大的轴负载，或回转盘产生偏离、晃动，当刻度板和光学阅读器之间的距离变动时，立即导致在光接收面上成象的刻度线图样的清晰度及大小的很大的变动，在光学阅读器的输出信号中出现噪声成分。其结果，使得绝对值式编码器或增量式编码器任一方的检测精度都低下。
又，在采用透射型光学阅读器的增量式编码器的场合，为排除来自刻度板上的邻接狭缝(刻度线)的散射光的影响，须严密管理刻度板和遮光板上的间隙，由此，需要高的组装精度，这导致成本升高。
图21所示为以往使用的透射型旋转式编码器的结构图。图22是为便于说明而将图21中点划线的圆Y所表示的主要部分放大后的说明图。在这些图中，802为发光二极管(LED)，801为发光二极管(LED)盒体，803为回转盘，804为遮光板、805为光接收元件、806为用于载放光接收元件的基板，而807为旋转式编码器的盒体。
如图22的放大图所示，由于刻度板(回转盘803)和遮光板804的间隙C极为狭窄，因此，除了上述问题之外，在旋转式编码器的场合，当加上过大的轴负载、使回转盘803发生倾斜时，则回转盘803为光接收部(遮光板804及光接收元件805)所摩擦，导致损伤。
另一方面，作为采用反射型光学阅读器的编码器，有衍射干扰反射型的直线位移式编码器。但从其检测原理，刻度线的间距不得不由于激光波长的关系而作得细小，因而，无法与多种间距(分辨能力)相对应。而且，这种编码器须要特殊的标尺，缺乏通用性。
再一方面，在采用独立具有光投射用光轴和光接收用光轴的反射型光学阅读器的编码器的场合，由于其二根光轴相对刻度板的法线作对称倾斜，因此，刻度板的偏离、晃动和倾斜所导致的刻度线的清晰度和大小的变动也大，无法实用于高精度检测用途。
本发明系着眼于上述问题而作，本发明的目的在于提供一种光学编码器，所述光学编码器无须高的组装精度，可以低成本制得。
本发明的其他目的在于提供一种光学编码器，即使刻度板和光学阅读器的距离多少发生变动，所述光学编码器也可稳定维持来自光学阅读器的输出信号。
本发明的其他目的在于提供一种通用性高的反射型光学阅读器模块(组件)，所述反射型光学阅读器模块藉由与所使用的刻度板的刻度线间距相配合地、替换为数不多的零部件，即可容易地实现与具有各种各样的刻度线间距的刻度板相对应的反射型光学阅读器。
本发明的其他目的在于提供一种透射型光学阅读器模块，所述透射型光学阅读器模块藉由与所使用的刻度板的刻度线间距相配合地、替换为数不多的零部件，即可容易地实现与具有各种各样的刻度线间距的刻度板相对应的透射型光学阅读器。
本发明的再一个目的在于提供一种刻度板，所述刻度板适用于上述光学编码器及反射型光学阅读器模块，且可容易地与高精细的间距相对应。
参照以下的说明书记载，本领域技术人员容易理解本发明的其他目的及其作用效果。
发明内容
本发明的光学编码器包括沿所定方向刻录有刻度线的刻度板，和对刻度板上的刻度线进行光学读数的光学阅读器。随着刻度板和光学阅读器的相对移动，从光学阅读器输出对应的电信号。所述光学阅读器具有将来自光投射用光源的光照射至刻度板上的光投射用光学系统，和将来自刻度板的光成象至光接收部的光接收用光学系统。再有，本发明的要点在于光接收用光学系统由远心式光学系统构成。
上述结构，不论透射型/反射型，旋转式/直线位移式，增量式/绝对式，都可适用于各种形式的光学编码器。这里，所谓“远心式光学系统”，指，众所周知的，藉由将针孔板配置于透镜的焦点位置，而仅使入射透镜的平行光形成图像的光学系统。
根据上述结构，由于采用了远心式光学系统作为光接收用光学系统，因此，即使在刻度板和光学阅读器的相对移动过程中，在如旋转式编码器中附加过大的轴负载，回转盘发生偏离、晃动；或者，刻度板和光学阅读器的距离多少发生变动时，成象于光接收面上的刻度线图样能常时维持在一定的清晰状态，从光学阅读器输出的电信号中不含有噪声成分，由此，可基于该电信号进行高可靠性的位置检测。
本发明的光学编码器也可作成透射型。此时，刻度板上的刻度线作成具有透光性。且作为光学阅读器，采用使光投射用光学系统和光接收用光学系统夹持刻度板作同轴对向而置的透射型光学阅读器。又，光投射用光学系统上含有点(spot)照射式光投射侧光源，所述光投射侧光源点照射来自光源的光，以使在刻度板的一方侧含有一组刻度线。再有，在光接收用光学系统上包括将透射光线聚焦于刻度板的另一侧面上的光接收侧透镜，和配置于光接收侧透镜前方的焦点位置的针孔板，及配置于透光针孔板后的光线成象位置上、具有与一组刻度线图样相对应的光接收(点阵)阵列图样的光接收部。如通常所知，这里的“光接收阵列图样”指将细小的线状光接收区作多个系列排列，以使其与刻度板上的刻度线排列整合。
根据上述结构，由于在光接收用光学系统中，组装有将透光于刻度板另一面的光线聚焦的光接收侧透镜，和配置于光接收侧透镜前方焦点位置的针孔板组成的远心式光学系统，因此，在刻度板和光学阅读器的相对移动过程中，在如旋转式编码器中附加过大的轴负载，或者回转盘发生偏离、晃动，即使刻度板和光学阅读器的距离有所变动时，在先前所述远心式光学系统的作用下，可作可靠性大的位置检测。又，上述针孔板可由与模块盒另成一体的零部件构成并组装入，或可作成与模块盒成一体的零部件构成，二者择一皆可。
另外，在透过刻度板的光线中，关于不与光轴平行的散射光部分，因其在远心式光学系统中对光接收面的成象不起作用，因此，即使不就光接收用光学系统和刻度板之间间隙进行严密管理，也可排除散射光对输出电信号的影响。其结果，制造时的组装精度的要求得以缓和，从而，可相应降低成本。
在上述透射型光学编码器中，光接收部包括具有与一组刻度线图样对应的狭缝图样的遮光板，和位于遮光板背后、接受透过狭缝图样的光线的光接收元件。也可使光接收元件露出于狭缝图样，由此形成光接收阵列图样。
根据上述结构，在每个制品的刻度板上的刻度线图样互异的场合，如准备具有与各个刻度板的刻度线图样对应的狭缝图样的遮光板，则仅由遮光板的替换，也可使上述编码器对应使用于各种规格制品，由此，减少零部件数，进一步降低成本。
本发明的光学编码器也可作成反射型。其时，刻度板上的刻度线作成具有反射性，且，作为光学阅读器，采用包括同轴反射型(落射型)光学系统的反射型光学阅读器。又，同轴反射型光学系统包括光投射用光源；光投射、接收兼用的物镜，所述光投射、接收兼用的物镜将来自光投射用光源的光线作平行光线的点照射，以使在刻度板上包含一组刻刻度线的同时，对来自刻度板的反射光进行聚焦；对从光投射用光源入射物镜的入射光和从物镜返回的返回光进行分离的光分离器；配置于经由光分离器分离的返回光的光程前方的物镜焦点位置上的针孔板；配置于透过针孔板后的返回光的成象位置、具有与一组刻度线图样对应的光接收阵列图样的光接收部。
根据上述结构，由于同轴反射型光学系统组装有由光投射用光源，光投射、接收兼用的物镜，所述光投射、接收兼用的物镜将来自光投射用光源的光线作平行光线的点照射，以使在刻度板上包含一组刻度线的同时，对来自刻度板的反射光进行聚焦；对从光投射用光源入射物镜的前行光和从物镜返回的返回光进行分离的光分离器；配置于经由光分离器分离的返回光的光程前方的物镜焦点位置上的针孔板组成的远心式光学系统，因此，在刻度板和光学阅读器的相对移动过程中，在如旋转式编码器中附加过大的轴负载；或者回转盘发生偏离、晃动，即使刻度板和光学阅读器的距离有所变动时，由于在先前所述远心式光学系统的作用下，可作高可靠性的位置检测。又，上述针孔板既可由与模块盒另成一体的零部件构成并组装，也可作成与模块盒成一体的零部件构成。可二者择一。
另外，在从刻度板反射的光线中，不与光轴平行的散射光部分，因其在远心式光学系统的作用下对光接收面的成象不起作用，因此，即使不就光接收用光学系统和刻度板之间的间隙进行严密管理，也可排除散射光对输出电信号的影响。其结果，制造时的组装精度的要求得以缓和，由此，相应可降低成本。又，关于光投射用光源，无须要求其一定作平行光发射。因此，不必使用以往的透射型编码器所需的点光源LED、带透镜的LED、或激光二极管(LD)等的高价的发光零部件，而是可使用普通的LED。从这点来说，也使成本的降低成为可能。再有，藉由光投射、接收兼用的物镜及光分离器(半反半透镜等)形成的光轴折向结构的采用，也可实现光学阅读器的小型化。
在上述反射型光学编码器中，光接收部包括具有与一组刻度线图样对应的狭缝图样的遮光板，和位于遮光板背后、透射狭缝图像的光线接受用的光接收元件，也可藉由使光接收元件露出于狭缝图样，形成光接收阵列图样。
根据上述结构，在各个制品的刻度板上的刻度线图样互异的场合，如准备具有可对应于各个刻度板的刻度线图样的狭缝图样的遮光板，则仅由遮光板的替换，也可使上述编码器对应使用于各种规格制品，减少零部件数，进一步降低成本。
在上述反射型光学编码器中，也可将刻度板上的刻度线区域作成镜面，而将刻度线和刻度线之间的区域作成粗糙面。
根据上述结构，在适用于采用同轴反射型光学系统的光学阅读器的场合，藉由远心式光学系统的作用，除了在刻度板的镜面部分作正反射的反射光之外，不对光接收面的成象起作用，因此，对应于刻度板上的粗糙面部分和镜面部分，可以极为清晰的刻度线在光接收面上成象。在刻度板的材料使用薄金属板的场合，藉由对其表面进行选择性的蚀刻进行粗糙面化，同时使其留有部分镜面部分。由此，可以不过渡损伤材料板的强度，形成所希望的刻度线图样。为此，根据组合所述镜面和粗糙面得到的刻度板，其优点是，比较以往的冲孔加工制造刻度板的场合，可以与更精细的刻度线的间距相对应。
又，在上述刻度板上形成镜面部分和粗糙面部分时，也可如上所述地，在镜面金属板表面进行蚀刻，形成粗糙面部分，也可以对镜面金属板进行激光磨光加工，形成粗糙面部分。
在上述透射型或反射型光学编码器中，刻度板和光学阅读器也可作成可作相对直线运动的支承。根据所述结构，可以低成本地实现小型、高精度、具有高可靠性的直线位移式编码器。
在上述透射型或反射型的光学编码器中，刻度板和光学阅读器也可作相对回转运动地被支承。根据所述结构，可以低成本地实现小型、高精度、具有高可靠性的旋转式编码器。
构成上述反射型光学编码器的反射型光学阅读器可模块化作成通用部件。即，本发明的反射型光学阅读器模块系将光投射用光源；物镜，所述物镜将来自光投射用光源的光线作为平行光进行点照射，使刻度板上含有一组刻度线的同时，将刻度板反射的反射光返回至光投射用光源；位于刻度板和物镜之间、将刻度板反射的反射光从由光源至物镜的入射光分离的光分离器；配置于在光分离器分离的返回光的光轴前方焦点位置上的针孔板；配置于通过针孔板后的光线的成象位置、具有与一组刻度线图样对应的光接收阵列图样的光接收部一体化地收纳于具有光投射、接收兼用窗的盒体内而形成，所述模块可组装入光学编码器中。
根据上述结构，各个光学零部件定位于盒体内所定位置上时，盒体和回转盘及标尺的定位可以比较方便地进行。藉此，仅将反射型光学阅读器模块按盒安装，即可容易且迅速地制得所希望的反射型光学编码器。
在上述反射型光学阅读器模块中，光接收部包括具有与一组刻度线对应的狭缝图样的遮光板、和位于遮光板背后、用于接受通过狭缝图样的光线的光接收元件，也可使光接收元件露出狭缝图样，形成光接收阵列图样。
根据上述结构，光投射用光源、物镜、光分离器、针孔板、光接收元件等可通用地，更换为具有与遮光板对应的狭缝图样的元件。仅此，即可对应适用于具有各种精度、检测范围、尺寸的反射型光学编码器。
也可仅将构成上述透射型光学编码器的透射型光学阅读器模块化，作成通用零部件。即，本发明的透射型光学阅读器模块系将具有光投射用光源的光投射用光学系统，和具有光接收侧透镜、针孔板、光接收部的光接收侧光学系统一体化地收纳于盒体内而形成，使所述光投射光学系统收纳部和光接收光学系统收纳部夹持插入有刻度板的空隙部地作对向配置。
所述光投射用光源的光线作点照射，使在刻度板的一侧面上含有一组透光性刻度线。所述光接收侧透镜将透射光聚焦至刻度板的另一面侧，所述针孔板配置于光接收侧透镜的光轴前方的焦点位置，所述光接收部位于通过针孔板后的光线的成象位置、具有与一组刻度线图样对应的光接收阵列图样。所述模块可组装入光学编码器中。
根据上述结构，各个光学零部件定位于盒体内所定位置上时，盒体和回转盘及标尺的定位可以比较粗糙、方便地进行。藉此，仅由将透射型光学阅读器模块按盒安装，即可容易且迅速地制得所希望的透射型光学编码器。
在上述透射型光学阅读器模块中，光接收部包括具有与一组刻度线对应的狭缝图样的遮光板，和位于遮光板背后、用于接受通过狭缝图样的光线的光接收元件，也可使光接收元件露出狭缝图样，形成光接收阵列图样。
根据上述结构，光投射用光源、光接收侧透镜、针孔板、光接收元件等可通用地，更换为具有与遮光板对应的狭缝图样的元件，仅此，即可与具有各种精度、检测范围、尺寸的反射型光学编码器相对应。
构成上述透射型光学编码器的透射型光学阅读器也可仅将光接收侧光学系统模块化作成通用零部件。即，本发明的光接收侧光学系统模块系将对透过刻录有透射型刻度线的刻度板的光线进行聚焦的光接收侧透镜、位于光轴前方焦点位置上的针孔板、配置于具有通过针孔板后的光线的成象位置、具有与一组刻度线图样对应的光接收阵列图样的光接收部一体化地收纳于具有光接收用窗的盒体内而形成。藉由与反射光侧光学系统一起组装入光学编码器中，可构成透射型读数器。
根据如此的结构，各个光学零部件定位于盒体内所定位置上时，盒体和回转盘及标尺的定位，及盒体和光投射侧光学系统的定位可以比较粗略，因此，由将光接收侧光学系统模块按盒安装，即可一并组合光投射侧光学系统，容易且迅速地制得所希望的透射型光学编码器。
在上述光接收侧光学系统模块中，光接收部包括具有与一组刻度线对应的狭缝图样的遮光板，和位于遮光板背后、用于接受通过狭缝图样的光线的光接收元件。也可使光接收元件露出狭缝图样，形成光接收阵列图样。此时，在上述各模块中，可将构成光接收部的遮光板从光接收元件分离出进行安装、脱卸，可以提高通用性及组装的容易性。
本发明的光学编码器用的刻度板适用于反射型光学阅读器的编码器用刻度板，所述反射型光学阅读器含有将光投射、接收兼用透镜由物体侧远心式透镜所构成的同轴反射型光学系统，其刻度线被作为镜面反射面，而刻度线间区域被作为粗糙面。或，刻度线被作为粗糙面，而刻度线间区域被作为镜面反射面。
根据上述结构，在适用于采用同轴反射型光学系统的光学阅读器的场合，藉由远心式光学系统的作用，除了在刻度板的镜面部分作正反射的反射光以外，对光接收面的成象不起作用，因此，可与刻度板上的粗糙面部分和镜面部分相对应地，在光接收面上成象为极清晰的刻度线图样。在使用薄金属板作为刻度板的材料时，其表面留有镜面部分，有选择地进行蚀刻，粗糙面化，由此可不损伤材料板的强度而形成所希望的刻度线图样。因此，基于由所述镜面和粗糙面组成的刻度板，其优点是，可不损伤材料板的强度，对应、配合于更精细的刻度线的间距。
在上述光学编码器的刻度板中，如将刻度线作成沿圆周刻录，则适用于旋转式编码器。又，在上述光学编码器用刻度板上，如将刻度线作成沿直线刻录，则适用于直线位移式编码器。
在光学编码器中，作为远心式光学系统使用一块非球面透镜，如将透镜的厚度(T)和焦点距离(F)之间关系设定在T＞1.2F，则成象于光接收面上的刻度线图样清晰度良好。
在光学编码器中，作为远心式光学系统使用一块非球面透镜，如将透镜的厚度(T)和透镜、刻度板的距离(S)之间关系设定在1.2T＞S＞0.8T，则成象于光接收面上的刻度线图样清晰度良好。
图2所示为反射型光学阅读器模块的结构的说明图。图2(a)为主视图，图2(b)为A-A截面剖视图，图2(c)为俯视图。
图3所示为反射型光学阅读器模块的其他实施例结构说明图。
图4所示为反射型光学阅读器整个光学系统的结构说明图。
图5所示为采用第1模块安装方法的旋转式编码器的结构说明图。图5(a)为左侧视图，图5(b)为主视图，图5(c)为A-A截面剖视图。
图6所示为采用第1模块安装方法的旋转式编码器卸除盒体状态下的立体图。
图7所示为采用第2模块安装方法的旋转式编码器的结构说明图。图7(a)为主视图，图7(b)为右侧视图，图7(c)为A-A截面剖视图。
图8所示为采用第2模块安装方法的旋转式编码器卸除盒体状态下的立体图。
图9所示为直线位移式编码器用的反射型光学阅读器模块的结构说明图。图9(a)为主视图，图9(b)为A-A截面剖视图，图9(c)为俯视图。
图10所示为示意显示相对直线位移式编码器的模块安装状态的说明图。
图11所示为透射型光学阅读器整个光学系统的结构说明图。
图12所示为透射型光学阅读器模块的结构示意说明图。
图13所示为光接收侧光学系统模块的结构示意说明图。
图14为刻度板的结构说明图。图14(a)为旋转式编码器的回转盘，图14(b)为直线移动式编码器的标尺，图14(c)为由镜面/粗糙面对刻度线所作的说明图。
图15为遮光板和遮光板之最佳定位装置的说明图(其一)。
图16为遮光板和遮光板之最佳定位装置的说明图(其二)。
图17为遮光板和遮光板之最佳定位装置的说明图(其三)。
图18为光学编码器的电气结构的示意显示的电路图。
图19所示为远心式光学系统的各个设计值的图(其一)。图19(a)为设计值与光学模型的关系，图19(b)为焦点距离与调制值的关系。
图20所示为远心式光学系统的各个设计值的图(其二)。图20(a)为设计值与光学模型的关系，图20(b)为焦点距离与调制值的关系。
图21所示为以往使用的透射型旋转式编码器的结构说明图。
图22所示为以往使用的透射型旋转式编码器的主要部分的放大说明图。
图中，1为反射型光学阅读器模块，2为刻度板，2a为直线位移式编码器，2b为线性标尺，3为光学旋转式编码器，4为反射型光学阅读器模块(光学式直线位移式编码器用)，5为透射型光学阅读器模块，6为光接收侧光学系统模块，7为发光二极管(LED)，8为刻度板，8a为镜面的刻度线区，8b为粗糙面的刻度线区，9为发光二极管(LED)，10为刻度板，11为遮光板，12a、12b，13a，13b，14a，14b为I/V变换器，15，16，17为差分放大器，18，19，20为比较器，21，22，23为输出电路，24为电源回路，101为模块盒体，102a、102b为安装用托架，103a、103b为安装用螺孔，104为光投射、接收兼用窗，105为防止树脂成形制品收缩的缺口部，106为物镜，107a为发光二极管(LED)，108为半反半透镜，109为针孔板，110为遮光板，111为光接收元件(光敏二极管(PD))，111a为光接收元件载板，1122a、112b为突起，113为前部腔室，114为中部腔室，115为后部腔室，116为内侧腔室，117为外侧腔室，118为光接收部，119为针孔，301为盒体，301a为盒体端面板，302，303为轴承，304为转轴，305为电线，306为编码器主体部，307为支承板，308为中空腔室，401为模块盒体，402a、402b为安装用托架，403a、403b为安装用螺孔，404为光投射、接收兼用窗，405为防止树脂成形制品收缩的缺口部，406为物镜，407为发射光用发光二极管(LED)，407a为发光元件载板，408为半反半透镜，409为针孔板，410为遮光板，411为光接收元件(光敏二极管(PD))，412为电线，500为模块盒体，501为发射光用发光二极管(LED)，502为光接收侧透镜。503为针孔板，504为遮光板，505为光接收用光敏二极管(PD)，506为光接收部，507为间隙，507a为反射光用窗，507b为光接收用窗，508为光投射侧光学系统收纳部，509为光接收侧光学系统收纳部，601为模块盒体，602为光接收用窗，603为反射用半反半透镜，604为光接收侧透镜，605为针孔板，606为遮光板，607为光接收用光敏二极管(PD)，608为光接收部，701为反射型光学阅读器模块，702为定位板，703为回转盘的转轴，704为发光二极管(LED)，705为光接收元件，706为针孔，707为透镜，708为半反半透镜，709为刻度板，710为插入孔，711为遮光板，801为发光二极管(LED)盒体，801为发光二极管(LED)，804为遮光板，805为光接收元件，806为光接收元件载板，807为旋转式编码器盒体。
如先前所述，本发明的光学编码器具有沿所定方向刻录有刻度线的刻度板，和用于对刻度板上的刻度线进行光学读数的光学阅读器。刻度板和光学阅读器相对移动时，从光学阅读器输出对应的电信号。光学阅读器包括将来自光投射用光源的光线照射至刻度板上的光投射用光学系统，和使来自刻度板的光线成象至光接收部的光接收用光学系统。而且，重要的是，光接收用光学系统上采用了远心式光学系统。
作为光学阅读器，有透射型和反射型二种。特别是，在该实施方式中，可以采用将构成光学阅读器的各种光学零部件等一体化地组装入盒体中的光学阅读器模块(组件)。如下所述，该光学阅读器模块仅由为数不多的零部件的替换，即可使其通用于具有各种规格的制品的光学编码器中。
作为光学阅读器模块的一例的反射型光学阅读器模块1的外观立体图示于图1。如该图所示，反射型光学阅读器模块具有合成树脂制的模块盒101。模块盒101的外形大致为矩形，其左右二侧面101a、101b上一体化地形成有具有螺孔103a、103b的凸缘状的安装用托架102a、102b。在与模块盒101的刻度板对向的前端面101c上开有光投射、接收兼用窗104。从该光投射、接收兼用窗104面下，设有内置于模块盒101内的下述物镜106。又，矩形凹部105为用于防止树脂成形品收缩用的缺口部。
反射型光学阅读器模块1的结构形式的说明示于图2。该图(a)为主视图，该图(b)为该图(a)中A-A线的剖视图，该图(c)为俯视图。
主要如图2(b)所示，在反射型光学阅读器模块1的模块盒101内，组装有用作光学阅读器的同轴反射型光学系统的各个构成零部件。即，在模块盒101内部，形成有贯通模块盒101前后方向(图中上下方向)的空腔，该空腔分割为前部腔室113和中间腔室114及后部腔室115。而且，前部腔室113上收纳有透镜106，中间腔室114上收纳有用作光分离器的半透半反镜108，后部腔室115上收纳有作为光投射用光源的发光二极管(LED)106。又，中间腔室114的侧方形成有穿过模块盒101侧面的另一空腔，该空腔分割为内侧腔室116和外侧腔室117。中间腔室114和侧方通道上的内侧腔室116的边界部分上，配置有中央设有针孔的针孔板109。在外侧腔室117上，收纳有构成光接收部的遮光板110和作为光接收元件的光敏二极管(PD)111的重合结构体。又，图中，符号107a所示为搭载发光二极管107的载板，附以符号111a的为搭载有光接收元件111的载板。
物镜106在此例中使用了由合成树脂制作的一块非球面透镜，并压入前部腔室113内，由粘结等方法固定。作为用作光投射用光源的发光二极管107，可以使用不带有透镜的、廉价的发光二极管。该发光二极管107在插入后部腔室115内的状态下，通过基板107a固定于模块盒101中。中间腔室114内收纳的半反半透镜108具有可使从发光二极管107至物镜106的光线通过、但不使从物镜106至发光二极管107的光线返回的性质。该半反半透镜108的反射面相对连接发光二极管107和物镜106的光轴作45度倾斜。针孔板109配置于物镜106的焦点位置。为此，在入射于物镜106的光线中，仅相对物镜106的光轴平行的光线成分可以通过针孔板109的针孔。换言之，在入射于物镜106的光线中，相对其光轴倾斜的成分不能通过针孔板109的针孔，因此，无法对光接收面上的成象起作用。在遮光板110上形成有狭缝列图样。该狭缝图样的狭缝间距与图中未示的刻度板上的刻度线配置间距相对应。位于遮光板110背后的光接收元件111的光接收面对应遮光板110的狭缝图样而露出。所以，由此使得构成光接收部的光接收阵列图样具体体现。光接收元件111的光接收面在与遮光板110的表面对向而置的状态下，收纳于外侧腔室117中，通过基板111a固定于盒体101上。在本例中，光接收元件搭载基板111a和盒体101的固定，系由将盒体侧的突起112a、112b嵌入于开设于基板111a上的嵌合孔。
从上述结构，根据上述的反射型光学阅读器模块1，对于具有任意的刻度线间距的刻度板，可以从各基板111a除下光接收元件111之后，从外侧腔室117取出遮光板110，将其与具有与此对应的狭缝间距的遮光板进行替换，仅此即可作对应的使用。由此，可力求在具有各种规格制品的光学编码器中，通用几乎所有的零部件，降低成本。
在上述反射型光学阅读器模块1中，针孔板109与模块盒101分别构成，组装入上述反射型光学阅读器模块中。但作为本发明的上述反射型光学阅读器模块的其他实施形态，也可使针孔板109作为模块盒101的一部分，与其一体化构成。该实施例示于图3。在该图中，反射型光学阅读器模块的构成元件大致与图2(b)所示相同，因此，相同符号省略说明。图3中所示的反射型光学阅读器模块1和图2(b)所示的反射型光学阅读器模块1的不同之处在于针孔板119作为模块盒101的一部分一体化地构成。
其次，仅取出上述反射型光学阅读器模块1的整个光学系统的结构示于图4。如该图所示，该反射型光学阅读器含有同轴反射型光学系统。该同轴反射型光学系统包括用作光投射用光源的发光二极管107；光投射、接收兼用物镜106，所述光投射、接收兼用物镜106将来自发光二极管107的光线作平行光线点照射，以使在刻度板2上包含一组刻度线的同时，也对来自刻度板2的反射光进行聚焦；半反半透镜108，所述半反半透镜108用作对从发光二极管107发射至物镜106的前行光和从物镜106返回的返回光进行分离的光分离器；针孔板109，所述针孔板109配置于经由半反半透镜108分离的返回光光路前方的物镜的焦点位置；光接收部118，所述光接收部118配置于透光针孔板后的返回光的成象位置、具有对应于一组刻度线图样的光接收阵列图样。这里，如上所述，光接收部118包括具有对应于一组刻度线的狭缝列图样的遮光板110，和位于遮光板19背后、接受透过狭缝图样的光线的光接收元件111。使光接收元件111露出狭缝图样，可形成光接收阵列图样。又，光接收阵列图样也可藉由将细小的光接收元件排列配置于多个基板上而形成。
又，在上述图4所示的反射型光学阅读器的光学系统中，虽未图示，但可替换其位置关系地设置有发光二极管107、针孔板109及光接收部118。如此，藉由作为光分离器的半反半透镜108的公知特性，使从发光二极管107照射至物镜106的前行光反射，照射至物镜上，使从物镜106返回的返回光通过，通过针孔板109，成象于光接收部118，可得到同样的结果。
众所周知，刻度板2的具体形态依旋转式编码器或直线位移式编码器而有所不同。刻度板2的结构示于图14。如该图(a)所示，在使用于旋转式编码器的回转盘2a的场合，刻度线达1列或2列以上，沿同心圆作放射状设置。如该图(b)所示，在使用于直线位移式编码器2b的场合，刻度线达1列或2列以上，沿直线作平行状设置。
又，如上所述，在刻度板上刻录刻度线的方法依光学阅读器的形式是透射型或反射型而有所不同。在光学阅读器为透射型的场合，在金属等的遮光板上冲出狭缝；或者，在具有遮光性膜的玻璃板上进行蚀刻处理，现出线状透明部分，由此，在刻度板上刻录刻度线。在光学阅读器为反射型的场合，将金属膜蒸镀至玻璃板上，形成镜面反射部，其后，进行蚀刻处理，现出线状透明部分。或对材料板表面进行高反差的印刷处理等，由此，在刻度板上刻录刻度线。在要求高精度的位置检测用途的场合，刻度线的间距为数10μm-数百μm。
本发明者们开发出了可适用于采用远心式光学系统的反射型光学阅读器的反射阅读用刻度板。如图14(c)所示，在该刻度板8上，刻度线区8a的表面被作为镜面，正反射光投射用光源的光。另一方面，相邻接的刻度线区8a和刻度线区8a的中间区域8b被作成粗糙面，对光投射用光源的光作漫反射。刻度板8的材料使用表面作成镜面状态的金属薄板，藉由对其表面留有刻度线区8a，有选择地进行蚀刻加工，而进行粗糙面化。
基于上述结构的刻度板8，由于垂直照射的光线从刻度线区8a作正反射，成为与光轴平行的光线返回，因此，在远心式光学系统的作用下，对光接收面的成象作出贡献。相比之下，从刻度线区8b返回的光因漫反射而极少平行光轴的成分。所以，在远心式光学系统的作用下，几乎不对光接收面的成象起作用。其结果，不管反射型光学阅读器模块1和刻度板8的距离变动如何，在光接收面上，常使成象有清晰的刻度线图样，由此，可以得到可靠性大的电信号。而且，基于该刻度板8，不会大大损伤材料板强度，因此，可以对应于刻度线间距的更加细微化。
又，在刻度板8上形成刻度线区8a及相邻接的刻度线区8a和刻度线区8a的中间区域8b时，如上所述，即可以将刻度线区8a形成为镜面，将中间区域8b形成为粗糙面；也可以将刻度线区8a形成为粗糙面，将中间区域8b形成为镜面。再有，在用作刻度板的表面作成镜面状态的金属薄板上形成粗糙面部时，即可以藉由对镜面部进行蚀刻处理，形成所定区域的粗糙面部，也可以通过对镜面金属板施以激光加工，在所定区域形成粗糙面部。
如图1及图2所示的反射型光学阅读器模块1，可藉由数个方法组装入旋转式编码器的盒体中。采用第1模块安装方法的旋转式编码器的结构说明图显示于图5，显示卸除盒体状态下的立体图示于图6。又，图5(a)为左侧视图，图5(b)为主视图，又，图5(c)为A-A截面剖视图。
在图5(a)、(b)及(c)中，3为增量式编码器，301为金属制圆筒状盒体，301a为盒体端面板，302及303为轴承，304为转轴，305为电线，306为金属制编码器主体，307为输出电路板。又，在图6中，与图1、图2、及图5中的对应部分相同的符号省略说明。
主要从图5可明白，通过对转轴304的突出量作若干加长，即可在回转盘2a和编码器主体306之间设置空腔308，反射型光学阅读器模块1由小螺钉等固定于编码器主体部306，以收纳于所述空腔室308中。主体部306为金属制，因此，其定位精度良好，可以控制因温度变化导致的检测部位关系的变动。此时，回转盘2a的刻度线显示面向着编码器306侧(图中左侧)，反射型光学阅读器模块1的光投射、光接收轴的轴向相对回转盘2a垂直。由于在反射型光学阅读器模块1的光学系统中采用了远心式光学系统，因此，无须特别注意反射型光学阅读器模块1和回转盘2a的距离，无须高的组装精度，由此，可降低制作成本。
采用第2模块安装方法的旋转式编码器的结构说明示于图7，其卸除盒体状态下的立体图示于图8。又，图7(a)为主视图，图7(b)为右侧视图，图7(c)为A-A截面剖视图。
在图7(a)、(b)及(c)中，其结构元素与上述图5(a)、(b)、(c)中所示结构元素相同，因此，相同的符号省略说明。又，在图8中，与图1、图2、及图7中的对应部分相同的符号省略说明。
主要从图7(c)可明白，通过对转轴304的突出量作若干减短，即可在回转盘2a和盒体端面板301a之间设置空腔308，反射型光学阅读器模块1由小螺钉等固定于支承板307上，以收纳于所述空腔室308中。此时，回转盘2a的刻度线显示面向着盒体端面板301a侧(图中右侧)，反射型光学阅读器模块1的光投射、接收轴的轴向相对回转盘2a垂直。此时，由于在反射型光学阅读器模块1的光学系统中采用了远心式光学系统，因此，无须特别注意反射型光学阅读器模块1和回转盘2a的距离，无须高的组装精度。由此，可降低制作成本。
本发明也可适用于光学式直线位移编码器。直线位移式编码器用的反射型光学阅读器模块的结构说明示于图9，模块相对于直线位移式编码器的安装状态示意说明图显示于图10。又，图9(a)为主视图，图9(b)为A-A截面剖视图，又，图9(c)为A俯视图。
在这些图中，2b为作为刻度板的直线性标尺，4为反射型光学阅读器模块，401为合成树脂制模块盒体，402a、402b为安装用托架，403a、403b为螺孔、404为光发射、光接收兼用窗、405为树脂成形制品的防收缩缺口部，406为物镜，407为发光二极管(LED)，407a为发光二极管载板，408为半反半透镜，409为针孔板，410为遮光板，411为光接收元件的光敏二极管(PD)，411a为光敏二极管载板，412为电线。
主要从图9(b)及图10可明白，在将本发明用于直线位移式编码器时，其模块盒401内的光学零部件的配置大致如同旋转式编码器的场合。如此制得的反射型光学阅读器模块4可与直线性标尺2b对向而置地作可相对移动地支承。此时，反射型光学阅读器模块4和直线性标尺2b的距离可以藉由远心式光学系统的作用，作方便、自由的决定。
本发明也可具体形成为透光性光学阅读器模块。将透光性光学阅读器模块的整体光学系统取出后显示的结构示于图11。如该图所示，在该光学系统中，包括光投射用光学系统和光接收用光学系统。光投射用光学系统包括为使刻度板(该例中刻度线由狭缝列组成)2的一方侧面上含有一组刻度线，而照射点射光的光投射侧光源501。光接收用光学系统包括为使在刻度板2的另一方侧面上聚焦通过狭缝列的透射光的光接收侧透镜502、配置于光接收侧透镜502前方焦点位置上的针孔板503、配置于通过针孔板503后的光线的成象位置上、具有与一组刻度线图像相对应的光接收阵列图样的光接收部506。盒体500的结构使光投射光学系统收纳部508和光接收光学系统收纳部509夹持插入有刻度板2的空隙部507地作对向配置。507a为光投射用窗，507b为光接收用窗。如同上述，光接收部506包括具有与一组刻度线图像对应的狭缝图样的遮光板504，和位于遮光板504背后、用于接受通过狭缝图样的光线的光接收元件505。藉由使从遮光板504的狭缝图样露出光接收元件505，形成光接收阵列图样。
基于上述结构，仅仅选择具有与刻度板(回转盘2a或直线性标尺2b)2的狭缝间距相对应的狭缝间距的遮光板504，即可使大部分零部件通用，可以对应使用于各种各样的产品规格。由此，可降低成本。另外，由于可将发光系光学系统和光接收系光学系统作一体化结合，其处理也容易。
在本发明中，可以仅将图11所示的光学系统中的光接收侧光学系统形成模块化。如此得到的光接收侧光学系统模块6的结构示意说明示于图13。
在该图中，2为回转盘及直线性标尺等的刻度板，6为光接收侧光学系统模块，7为发光二极管(LED)，601为合成树脂制模块盒体，602为光接收用窗、603为光轴折曲用镜子，604为光接收侧透镜，605为针孔板，606为遮光板，607为光接收元件，608为光接收部。
从图示可明白，所述光接收侧光学系统模块6系将对透过刻录有透光性刻度线的刻度板2的光线进行聚焦的光接收侧透镜604、位于光接收侧透镜604的光轴前方的焦点位置的针孔板605、配置于透过针孔板605后的光线的成象位置、具有对应于一组刻度线图像的光接收阵列图样的光接收部608一体化地收纳于具有光接收用窗602的盒体601内而成。藉由和光投射侧光学系统一起组装入光学编码器中，可构成透射型阅读器。又，光接收部608包括具有与一组刻度线图像对应的狭缝图样的遮光板605、位于遮光板505背后，用于接受透过狭缝图样的光线的光接收元件607。藉由使光接收元件607露出狭缝图样，形成光接收阵列图样。
基于所述光接收侧光学系统模块6，如上述理由，可以与各种各样规格的透射型光学编码器中作柔软对应，而且，藉由半反半透镜603，可折曲光轴，实现模块的薄型化。
其次，参照图15、图16及图17，说明在反射型光学阅读器中，将遮光板组装入反射型光学阅读器模块中，用于进行与刻度板的定位时的优选方法。在该图中，701为反射型光学阅读器模块，702为定位板，703为回转盘的转轴，704为发光二极管(LED)，705为光接收元件，706为针孔，707为透镜，708为半反半透镜，709为刻度板(回转盘)。
图17为定位板702的外观图。如该图所示，定位板702系将作为遮光板711的部分和具有用于插入、嵌合转轴703的插入孔710的部分一体化而构成。该插入孔710上嵌合转轴703。藉此，如图15所示，可以在将遮光板711组装入反射型光学阅读器模块701时，容易地进行和刻度板709的定位。而且，定位完成后，沿图17中点线S-S所示的切断线切断不要的部分，仅将遮光板711组装入反射型光学阅读器模块701中。切断定位板702的不要部分，仅将遮光板711组装入反射型光学阅读器模块701中的状态示于图16。
藉由采用上述定位手段，无须一边看着来自反射型光学阅读器模块的输出(光线)的电信号，一边进行反射型光学阅读器模块701和刻度板709的定位。从而，组装有遮光板711的反射型光学阅读器模块701和刻度板709的定位，可通过转轴703正确、容易地进行。
又，为便于说明，上述遮光板和刻度板的定位手段是就适用于反射型光学阅读器模块的定位手段进行了说明，但不言而喻的是，上述遮光板和刻度板的定位手段也可具体用于透射型光学阅读器模块的定位。
以下，就对构成光学阅读器的光接收元件的输出信号的电处理作一简单的说明。众所周知，在如增量式编码器的场合，从光接收元件输出的单相或多相脉冲列，作放大处理及波形整形处理之后，变换为矩形脉冲列。对此矩形进行适当的计算，由此，可以得到与移动量和位置相当的信息。
图18为概略表示光学编码器(本例中为透射型)电结构电路图的一例。发射自光投射用光源的发光二极管(LED)9的光透过刻度板10上的狭缝列及遮光板11上的狭缝列之后，照射至光接收元件的光敏二极管(PD)的光接收面上。在该例中，刻度板10上形成有互为平行或同心圆状的6列狭缝。最初的2列与A相对应，由相位相差180度的2列狭缝列构成。其次的2列与B相对应，也由相位相差180度的2列狭缝列构成。最后的2列与Z相对应，也由相位相差180度的2列狭缝列构成。构成A相的2列狭缝列的透射光分别由光敏二极管25a、25b光接收。构成B相的2列狭缝列的透射光分别由光敏二极管26a、26b光接收，构成Z相的2列狭缝列的透射光分别由光敏二极管27a、27b光接收。分担A相的2个光敏二极管25a、25b的输出电流由I/V变换器12a、12b作I/V变换之后，通过差分放大器15，强调变化部分。分担B相的2个光敏二极管26a、26b的输出电流由I/V变换器13a、13b分别作I/V变换之后，通过差分放大器16，强调(放大)变化部分。分担Z相的2个光敏二极管27a、27b的输出电流由I/V变换器14a、14b分别作I/V变换之后，通过差分放大器17，强调变化部分。差分放大器15、16、17的各个输出分别由配置于其后段的比较器18、19、20作二进制代码化之后，通过输出电路21、22、23，调整至驱动电平，作为A相信号、B相信号、Z相信号输出至外部。又，符号24为对各个电路供给电源的电源回路。
最后，展示适用于本发明的编码器用光学阅读器的远心式光学系统的具体例子。对于光学系统来说，最重要的一点是，刻度板上的刻度线图样清晰地成象至光接收面上。光接收面上的刻度线图样的鲜明度可基于来自光接收元件的输出电信号波形求出调制值M。由此进行定性评价。即，可以说，调制值M的数值越大(最大为“1”)，鲜明度越高。这里，设来自光接收元件的输出电信号波形的峰值为Emax、底值为Emin，则调制值M可以下式表示。
M＝(Emax-Emin)/(Emax+Emin)如图19(a)的光学模式所示，使用一块非球面透镜(倍率＝1)作为透镜，以此为前提，设透镜和针孔的距离(焦点距离)为F，设透镜厚度为T，透镜和刻度板的距离为S，考察焦点距离F和调制值M之关系。
于是，如表1及图19(c)所示，固定透镜和刻度板的距离S，并将透镜厚度T固定为5mm，焦点距离增加为3.2、3.6、4.0、5.0，则调制值M在焦点距离F为一定程度时不变，当越过F＝3.6附近时，则该值降低。
表1
表1中，调制值取弧矢、切向面的较小值。
如图20(a)的光学模式所示，使用一块非球面透镜(倍率＝1)作为透镜，以此为前提，设透镜和针孔的距离(焦点距离)为F，设透镜厚度为T，透镜和刻度板的距离为S，考察透镜厚度T和调制值M之关系。
于是，如表2及图20(c)所示，设透镜和刻度板的距离S为5mm，并将焦点距离固定为4.7mm，增加透镜厚度T为4.0、5.0、6.0，则调制值M在透镜厚度T＝5.0附近时，达最大。
表2
表2中，调制值取弧矢、切向面的较小值。
设定采用如图1-图4所示的同轴反射型光学系统的光学阅读器模块1，由于与半反半透镜108的配置空间的关系，焦点距离F无法作得太小。
根据上述，实现采用如图1-图4所示的同轴反射型光学系统的光学阅读器模块1，而且使用一块非球面透镜(倍率＝1)作为透镜，以此为前提，可得出结论最佳条件为F＝3.6，即，S＝T＝1.4F。
又，根据图19中的考察可以明白，在S及T为5mm的场合，较好的是F≤4mm。从而，在光学编码器中，使用一块非球面透镜作为远心式光学系统，则在透镜厚度(T)和焦点距离(F)的关系中，如设定T＞1.2F的关系，则成象在光接收面上的刻度线图样的鲜明度良好。
再有，根据图20中的考察，可以明白，在S为5mm，且F为4.7mm的场合，较好的是T为5mm。从而，在光学编码器中，使用一块非球面透镜作为远心式光学系统，则在透镜厚度(T)和透镜、刻度板的距离(S)的关系中，如设定1.2T＞S＞0.8T的关系，则成象在光接收面上的刻度线图样的鲜明度良好。
从以上说明可以明白，根据本发明，可以提供一种无须高的组装精度、可低成本制作的光学编码器。
又，根据本发明，可以提供一种光学编码器，所述光学编码器即使在刻度板和光学阅读器的距离有所变动时，也可稳定地维持来自光学阅读器的输出信号。
又，根据本发明，可以提供一种反射型光学编码器，所述反射型光学编码器无须使用平行光作为光投射用光源，藉此，无须使用如点光源LED、带透镜的LED、或激光二极管(LD)等高价发光部件，而用普通的LED，也可低成本地进行制作。
又，根据本发明，可以提供一种通用性大的反射型光学阅读器模块，所述反射型光学阅读器模块仅藉由替换与所用刻度板的刻度线间距相对应的、为数不多的零部件，也可容易地实现与所用刻度板的刻度线间距相对应的光学阅读器。
又，根据本发明，可以提供一种透射型光学阅读器模块，所述透射型光学阅读器模块仅藉由替换具有与所用刻度板的刻度线间距的刻度板相对应的为数不多的零部件，也可容易地实现与各种各样的刻度线间距相对应的透射型光学阅读器。
又，根据本发明，可以提供一种光接收侧光学系统模块，所述光接收侧光学系统模块仅藉由替换具有与所用刻度板的刻度线间距的刻度板相对应的为数不多的零部件，也可容易地实现与各种各样的刻度线间距相对应的透射型光学阅读器。
再有，根据本发明，可以提供一种适用于上述光学编码器及反射型光学阅读器模块、容易与高精度间距相对应的刻度板。
权利要求
1.一种光学编码器，所述光学编码器包括沿所定方向刻录有刻度线的刻度板，和对刻度板上的刻度线进行光学读数的光学阅读器，随着刻度板和光学阅读器的相对移动，从光学阅读器输出对应的电信号，其特征在于所述光学阅读器具有将来自光投射用光源的光照射至刻度板上的光投射用光学系统，和将来自刻度板的光成象至光接收部的光接收用光学系统，所述光接收用光学系统由远心式光学系统构成。
2.如权利要求1所述的光学编码器，其特征在于所述刻度板上的刻度线作成具有透光性，且作为光学阅读器，采用使光投射用光学系统和光接收用光学系统夹持刻度板作同轴对向配置的透射型光学阅读器；所述光投射用光学系统含有光投射侧光源，所述光投射侧光源点照射来自光源的光，以使在刻度板的一方侧面上含有一组刻度线；且，光接收用光学系统包括将透射光线聚焦于刻度板的另一侧面上的光接收侧透镜，配置于光接收侧透镜前方的焦点位置的针孔板，及配置于透过针孔板后的光线的成象位置上、具有与一组刻度线图样相对应的光接收阵列图样的光接收部。
3.如权利要求2所述的光学编码器，其特征在于所述光接收部包括具有与一组刻度线图样对应的狭缝图样的遮光板，和位于遮光板背后、接受透过狭缝图样的光线的光接收元件，籍由使光接收元件露出于狭缝图样，可形成光接收阵列图样。
4.如权利要求1所述的光学编码器，其特征在于所述刻度板上的刻度线作成具有反射性，且，作为光学阅读器，采用包括同轴反射型光学系统的反射型光学阅读器；所述同轴反射型光学系统包括光投射用光源；光投射、接收兼用的物镜，所述光投射、接收兼用的物镜将来自光投射用光源的光线作平行光线的点照射，以使在刻度板上包含一组刻度线的同时，对来自刻度板的反射光进行聚焦；对从光投射用光源入射物镜的入射光和从物镜返回的返回光进行分离的光分离器；配置于经由光分离器分离的返回光的光程前方的物镜焦点位置上的针孔板；配置于透过针孔板后的返回光的成象位置、具有与一组刻度线图样对应的光接收阵列图样的光接收部。
5.如权利要求4所述的光学编码器，其特征在于所述光接收部包括具有与一组刻度线图样对应的狭缝图样的遮光板，和位于遮光板背后、接受透过狭缝图像的光线用的光接收元件，藉由使光接收元件露出于狭缝图样，形成光接收阵列图样。
6.如权利要求4或5所述的光学编码器，其特征在于将刻度板上的刻度线区域作成镜面，而将刻度线和刻度线之间区域作成粗糙面。
7.如权利要求1-5之任一项所述的光学编码器，其特征在于刻度板和光学阅读器作成可相对直线运动地被支承，刻度板上沿移动直线刻录有刻度线。
8.如权利要求1-5之任一项所述的光学编码器，其特征在于刻度板和光学阅读器作成可相对回转运动地被支承，刻度板上沿移动圆周刻录有刻度线。
9.一种反射型光学阅读器模块，其特征在于所述反射型光学阅读器模块系将光投射用光源、物镜、光分离器、针孔板和光接收部一体化地收纳于具有光投射、接收兼用窗的盒体内而形成，所述物镜将来自光投射用光源的光线作为平行光进行点照射，使刻度板上含有一组刻度线的同时，将刻度板反射的反射光返回至光投射用光源；所述光分离器位于刻度板和物镜之间、将刻度板反射的反射光从由光源至物镜的入射光分离；所述针孔板配置于由光分离器分离的返回光的光轴前方焦点位置上；所述光接收部配置于通过针孔板后的光线的成象位置、具有与一组刻度线图样对应的光接收阵列图样；所述模块可组装入光学编码器中。
10.如权利要求9所述的反射型光学阅读器模块，其特征在于所述光接收部包括具有与一组刻度线对应的狭缝图样的遮光板和位于遮光板背后、用于接受通过狭缝图样的光线的光接收元件，使光接收元件露出狭缝图样，形成光接收阵列图样。
11.一种透射型光学阅读器模块，其特征在于所述透射型光学阅读器模块系将具有光投射用光源的光投射用光学系统和具有光接收侧透镜、针孔板、光接收部的光接收侧光学系统一体化地收纳于盒体内而形成，使所述光投射光学系统收纳部和光接收光学系统收纳部夹持插入有刻度板的空隙部地对向配置；所述光投射用光源的光线作点照射，使在刻度板的一侧面上含有一组透光性刻度线，所述光接收侧透镜将透射光聚焦至刻度板的另一面侧，所述针孔板配置于光接收侧透镜的光轴前方的焦点位置，所述光接收部位于通过针孔板后的光线的成象位置、具有与一组刻度线图样对应的光接收阵列图样；所述模块可组装入光学编码器中。
12.如权利要求11所述的透射型光学阅读器模块，其特征在于所述光接收部包括具有与一组刻度线对应的狭缝图样的遮光板和位于遮光板背后、用于接受通过狭缝图样的光线的光接收元件，可使光接收元件露出狭缝图样，形成光接收阵列图样。
13.一种光接收侧光学系统模块，其特征在于所述光接收侧光学系统模块系将对透过刻录有透光性刻度线的刻度板的光线进行聚焦的光接收侧透镜、位于光轴前方焦点位置上的针孔板、配置于具有通过针孔板后光线成象位置的具有与一组刻度线图样对应的光接收阵列图样的光接收部一体化地收纳于具有光接收用窗的盒体内而形成；藉由与光投射侧光学系统一起组装入光学编码器中，可构成透射型光学阅读器。
14.如权利要求13所述的光接收侧光学系统模块，其特征在于所述光接收部包括具有与一组刻度线对应的狭缝图样的遮光板和位于遮光板背后、用于接受通过狭缝图样的光线的光接收元件，使光接收元件露出狭缝图样，形成光接收阵列图样。
15.如权利要求10、12、14之任一项所述的模块，其特征在于可将构成光接收部的遮光板从光接收元件分离出进行安装、脱卸。
16.一种光学编码器用的刻度板，所述刻度板系适用于反射型光学阅读器的编码器用刻度板，所述反射型光学阅读器含有将光投射、接收兼用透镜由物体侧远心式透镜所构成的同轴反射型光学系统，其特征在于刻度线被作为镜面反射面，而刻度线间区域被作为粗糙面；或，刻度线被作为粗糙面，而刻度线间区域被作为镜面反射面。
17.如权利要求16所述的光学编码器用的刻度板，其特征在于将刻度线作成沿圆周刻录。
18.如权利要求16所述的光学编码器用的刻度板，其特征在于将刻度线作成沿直线刻录。
19.如权利要求2或4所述的光学编码器，其特征在于作为远心式光学系统使用一块非球面透镜，透镜的厚度(T)和焦点距离(F)之间关系设定在T＞1.2F。
20.如权利要求2或4所述的光学编码器，其特征在于作为远心式光学系统使用一块非球面透镜，透镜的厚度(T)和透镜、刻度板的距离(S)之间关系设定在T＞S＞0.8T。
全文摘要
本发明提供一种光学编码器，所述光学编码器无须高的组装精度即可进行低成本制作。所述光学编码器包括沿所定方向刻录有刻度线的刻度板，和对刻度板上的刻度线进行光学读数的光阅读器，随着刻度板和光阅读器的相对移动，从光阅读器输出对应的电信号，其特征在于，所述光阅读器具有将来自光投射用光源的光照射至刻度板上的光投射用光学系统，和将来自刻度板的光成象至光接收部的光接收用光学系统，所述光接收用光学系统由远心式光学系统构成。
文档编号G01D5/26GK1438532SQ03104198
公开日2003年8月27日 申请日期2003年2月13日 优先权日2002年2月13日
发明者井口裕司, 武田郁夫, 矢内宏和, 中村新 申请人:欧姆龙株式会社