专利名称：光电式编码器的制作方法
技术领域：
本发明涉及光电式编码器。特别是涉及具有在主标度尺与感光元件之间插入有透镜和孔径光阑的远心光学系统的光电式编码器的改善。
背景技术：
特开2004-264295号公报中公开有如图1所示那样，在主标度尺20与构成感光部的例如感光元件阵列34之间插入由透镜42和作为远心光学光圈的孔径光阑44构成的透镜光学系统(远心光学系统)40，如图2所示，通过调整透镜42与主标度尺20的标度尺21和感光元件阵34上感光元件35之间距离a、b，就能进行倍率设定的光电式编码器。图1中，10是光源，f是透镜42的焦距。
在使用该远心光学系统40的光电式编码器中，其把主标度尺20上的像通过透镜光学系统(42、44)向感光元件阵34上投影。在此，通过把孔径光阑44配置在透镜42的焦点位置上，即使主标度尺20与透镜42之间的距离(间隙)有变动，但只要透镜42、孔径光阑44和感光元件阵34的位置关系不变动，就能抑制在感光元件阵34上成像的像的倍率变动。
在特开平10-82611号公报中公开有，利用发光校样的条件从标线投影光学系统的侧面狭窄的间隙向晶片上射入。
但在把如特开2004-264295号公报那样使用了的远心光学系统的光电式编码器由反射型构成时，若如图3所示那样把中心部形成有孔径光阑44的半透半反镜46插入，则两次通过半透半反镜46而到达感光元件34的光量就减少到(1/2)×(1/2)＝(1/4)，若想确保到达的光量，则需要向光源10供给4倍的电流。且由于光轴对于主标度尺20的表面是垂直的，所以光学系统不能被小型化。图中12是用于把从光源10射出的光变成平行光的准直透镜。
另一方面，若如图4那样把光轴倾斜，则如图5那样在中心部与端部空气间隙不同，即使在中央对焦了，在上下也产生模糊点，不能确保在整个感光面上的对比度，有信号检测效率降低的问题点。
另外，没有考虑把发光校样条件用于使用了远心光学系统的光电式编码器上。
发明内容
本发明是为了消除所述现有的问题点而开发的，其课题是即使把光轴倾斜而把光学系统小型化，也使像面整体焦点对准，防止对比度降低。
解决所述课题的本发明光电式编码器其在主标度尺与感光元件之间具有透镜光学系统，其中，其配置成使所述主标度尺的表面、透镜的主面和感光元件的像面这三者延长的面成为在一个部位相交的发光校样关系。
且所述主标度尺表面与透镜主面所成的角度和透镜主面与感光元件像面所成的角度相同。
另外，把所述光学系统作为由透镜和设置在该透镜焦点位置的孔径光阑构成的远心光学系统。
另外本发明是一种光电式编码器，在主标度尺与感光元件之间具有透镜光学系统，其中，成为在第一透镜与感光元件之间至少插入第二透镜，以使其焦点向所述第一透镜的焦点移过来的透镜光学系统，同时，使所述主标度尺表面、包含所述第一透镜的焦点和所述第二透镜的焦点且相对光轴垂直的焦点面和感光元件的像面这三者延长的面成为在一个部位相交的发光校样关系，也可以校正倍率。
另外，所述主标度尺的表面与焦点面所成的角度和焦点面与感光元件像面所成的角度相同。
另外，所述透镜光学系统是两侧远心光学系统。
根据本发明，如图6所示，只要使被照体面、透镜主面、像面这三者延长的面在一个部位相交，则满足在像面整体焦点对准的发光校样条件，所以在像面整体上焦点对准。因此，即使把光轴倾斜而把光学系统小型化，也能防止对比度降低。
图6中A′点和B′的倍率不同，被照体被照得变形，但作为把第一透镜和第二透镜相互的焦点一致并且连接的光学系统的情况下，其进行倍率校正，能防止被照体的变形。
本发明的特定和优点通过下面的优选实施例可以更加清楚。
图1是表示使用了远心光学系统的光电式编码器主要部分结构的立体图；图2是相同的平面图；图3是表示使用了半透半反镜的现有技术的光路图；图4是表示设置了光轴的先进技术的光路图；图5是表示图4问题点的图；图6是表示本发明原理的图；图7是表示本发明第一实施例主要部分结构的光路图；图8是表示本发明第一实施例的变形例的光路图；图9是表示本发明第二实施例主要部分结构的光路图；图10是表示本发明第三实施例主要部分结构的光路图；图11是表示本发明第三实施例的变形例的光路图；图12是表示本发明第四实施例主要部分结构的光路图；图13是表示发光校样原理对于两侧远心光学系统的适用法的光路图；图14是表示本发明第五实施例主要部分结构的光路图；图15是表示本发明第五实施例的变形例的光路图。
具体实施例方式
下面参照附图详细说明本发明的实施例。
本发明的第一实施例，如图7所示，使标度尺20上的被照体面、透镜42的主面和感光元件34上的像面满足发光校样条件，且使被照体面与透镜主面所成的角度θ1和透镜主面与像面所成的角度θ2一致地来配置主标度尺20、透镜42和感光元件34。
本实施例中由于θ1＝θ2，所以像的光学倍率M＝tanθ2/tanθ1＝1是一倍的光学系统。
特别是θ1＝θ2＝45°时，θ1+θ2＝90°，组装容易。
另外，如图8所示的变形例，能够成为把孔径光阑44设置在透镜42的焦点位置的远心光学系统40。
如图9所示的第二实施例，作为θ1≠θ2，也能设定为是M光学系统。
下面参照图10详细说明本发明的第三实施例。
本实施例作为在焦点面46的相反侧插入了与透镜42(也叫做第一透镜)相同的第二透镜48、且是使其焦点朝向第一透镜42的焦点移过来地逆向插入的光学系统50，在使被照体面、包含第一透镜42和第二透镜48的焦点且相对光轴垂直的面(称为焦点面)和像面在满足发光校样条件的同时，使被照体面与孔径光阑面所成的角度θ1和孔径光阑面与像面所成的角度θ2一致地来配置主标度尺20、透镜光学系统50和感光元件34。
本实施例中，由于入侧的第一透镜42和出侧的第二透镜48是相同的，所以在第一透镜42产生的像差在第二透镜48处能大致完全地被逆校正，把像差大致完全地消除，能大为改善信号检测效率。
由于是使第二透镜48的焦点朝向第一透镜42的焦点移过来地插入的，所以从第二透镜48射出的光是平行光，与第一实施例相比，其像的梯形变形(倍率)被校正。
特别是θ1＝θ2＝45°时，θ1+θ2＝90°，组装容易。
另外，如图11所示的变形例，能够使透镜光学系统50成为把孔径光阑44设置在第一透镜42和第二透镜48的焦点位置的两侧远心光学系统51。
如图12所示的第四实施例，作为θ1≠θ2，也能设定为是M光学系统。这时，由于入侧透镜42和出侧透镜48是不相同的，所以有可能像差消除不尽，但间隙方向的组装容许范围能扩大。
在此，在使相互焦点一致并且把两个透镜连接的透镜中，包含两个透镜焦点并且与光轴垂直的焦点面作为透镜系统的主面而说明适用发光校样原理的理由。如图13，在入侧透镜42的焦距是f1、出侧透镜48的焦距是f2的透镜光学系统50中，考虑物体倾斜时像的焦点位置是s2′。
根据(i)s1＝-f1(光轴上)时s2′＝f2(ii)s1≠-f1(光轴外)时(1/s1′)＝(1/s1)+(1/f1)s1′＝s1f1/(s1+f1)对于出侧透镜48的物体位置是
s2＝-(f1+f2-s1′)＝-(s1f2+f12+f1f2)/(s1+f1)因此，根据(1/s2′)＝(1/s2)+(1/f2)s2′＝{f2(s1f2+f12+f1f2)}/f12＝(f22/f12)·s1+f2+(f22/f12)·f1s2′-f2＝(f22/f12)(s1+f1)从图13Δx′＝(f22/f12)·Δx(1)在此，把物体高度设定为是y，把像的高度设定为是y′，y′＝βy＝-(f2/f1)·y现在y＝θ1Δx，根据(1)式y′＝βy＝-(f2/f1)·y＝-(f2/f1)·θ1Δx＝-(f2/f1)·θ1·(f12/f22)·Δx′＝-θ1·(f1/f2)·Δx′因此，在把物体面倾斜θ1时，若像面倾斜θ1·(f1/f2)，则在整个面上成为对焦状态。根据这点，物体面与像面延长线的交点朝向焦点面46移过来。
在上述实施例中都必须是感光元件34相对于标度尺20倾斜来进行组装，这在组装上需要注意。因此参照图14，详细说明能把主标度尺20和感光元件34平行构成的本发明的第五实施例。
如图14所示，本实施例是在与图10所示的第三实施例相同的光电式编码器中，在主标度尺20侧的透镜光学系统50(也叫做第一透镜光学系统)上，在感光元件34侧追加由第三、第四透镜62、68构成的第二透镜光学系统60，在标度尺20的表面、第一透镜光学系统50的焦点面46和第三实施例中是感光元件34的面(叫做假想面)这三者，以及该假想面、第二透镜光学系统60的焦点面66和感光元件34的像面这三者分别满足发光校样关系。
本实施例特别是θ1＝θ2＝θ3＝θ4＝45°时，能把主标度尺20和感光元件34平行构成，组装容易，同时由于主标度尺20和感光元件34是偏置的，所以光源10的场所也容易取得。
另外，如图15所示的变形例，在光轴与焦点面46交叉的位置设置孔径光阑44，还有在光轴与焦点面66交叉的位置设置孔径光阑64，也能够成为两侧远心光学系统51、61。
由于在第一孔径光阑44数值口径NA被规定了，所以第二孔径光阑64也能省略。
作为所述透镜42、48、62、68，其除了高精度高价格的平凸透镜和两凸透镜之外，把畸变大但便宜的球状球透镜、使光线在透镜介质内抛物线状弯曲的折射率分布型的筒状GRIN透镜(也叫做自聚焦透镜)或鼓透镜等的相同透镜成对地使用，也能把像差抵消。
本发明中对于分度光栅和感光元件是分体的，或具有两者被一体了的感光元件阵的，都能适用。
显然，上述描述的所述优选实施例仅是说明了本发明的原理，在不脱离本发明的精神和范围的情况下本领域的人员可以容易地改变设计。
本发明参考引用了2005年3月11日公开的日本专利申请No.2005-69281的说明书、说明书附图和权利要求书的全部内容。
权利要求
1.一种光电式编码器，其在主标度尺与感光元件之间具有透镜光学系统，其特征在于，其配置成使所述主标度尺的表面、透镜的主面和感光元件的像面这三者延长的面成为在一个部位相交的发光校样关系。
2.如权利要求1所述的光电式编码器，其特征在于，所述主标度尺表面与透镜主面所成的角度和透镜主面与感光元件像面所成的角度相同。
3.如权利要求2所述的光电式编码器，其特征在于，所述主标度尺表面与透镜主面所成的角度和透镜主面与感光元件像面所成的角度是45°。
4.如权利要求1-3中任意一项的所述的光电式编码器，其特征在于，所述光学系统是由透镜和设置在该透镜焦点位置的孔径光阑构成的远心光学系统。
5.一种光电式编码器，在主标度尺与感光元件之间具有透镜光学系统，其特征在于，形成在第一透镜与感光元件之间至少插入第二透镜，以使其焦点向所述第一透镜的焦点移过来的透镜光学系统，同时使所述主标度尺表面、包含所述第一透镜的焦点和所述第二透镜的焦点且相对光轴垂直的焦点面和感光元件的像面这三者延长的面成为在一个部位相交的发光校样关系。
6.如权利要求5所述的光电式编码器，其特征在于，所述主标度尺的表面与所述焦点面所成的角度和所述焦点面与感光元件像面所成的角度相同。
7.如权利要求6所述的光电式编码器，其特征在于，所述主标度尺的表面与所述焦点面所成的角度和所述焦点面与感光元件像面所成的角度是45°。
8.一种光电式编码器，其在主标度尺与感光元件之间插入多个透镜光学系统，其特征在于，主标度尺侧的透镜光学系统和感光元件侧的透镜光学系统分别满足发光校样关系。
9.如权利要求8所述的光电式编码器，其特征在于，所述主标度尺的表面与感光元件的像面是平行的。
10.如权利要求5-9中任意一项的所述的光电式编码器，其特征在于，所述透镜光学系统是两侧远心光学系统。
11.如权利要求5-10中任意一项的所述的光电式编码器，其特征在于，构成所述透镜光学系统的透镜是成对相同的球透镜、GRIN透镜或鼓透镜。
全文摘要
一种光电式编码器，其具有远心透镜光学系统，该远心透镜光学系统在主标度尺与感光元件之间插入透镜和设置在其焦点位置的孔径光阑，其中，配置成使所述主标度尺的表面、透镜的主面和感光元件的像面这三者延长的面在一个部位相交的发光校样关系。这样，即使把光轴倾斜而把光学系统小型化，也使像面整体对焦，防止对比度降低。
文档编号G01D5/36GK1831483SQ200610067879
公开日2006年9月13日 申请日期2006年3月13日 优先权日2005年3月11日
发明者水谷都, 长滨龙也 申请人:三丰株式会社