JP2016167370A - 光源装置および光電式変位検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光源分布や放射指向特性の均一化を図りつつ構造を簡単化して小型化を図ることができる光源装置および光電式変位検出装置を提供。【解決手段】光源装置１０は、光透過性を有する透明な素材から中実に形成された透光部材１１と、この透光部材１１の内部に向かって一次光を入射する一次光源１２と、を備え、透光部材１１には、一次光源１２からの光を透光部材１１の内部に入射させる入射部１１Ａと、透光部材１１の内部から外部に向かって光を出射する出射部１１Ｂと、透光部材１１の表面から内部に向かって光を拡散反射する拡散部である拡散反射膜１４と、が設けられる。【選択図】図２

Description

本発明は、光を出射する光源装置および光電式変位検出装置に関する。

従来、光電式変位検出装置（光電式エンコーダ）が知られている（例えば、特許文献１参照）。この文献に記載の光電式変位検出装置は、平行光を出射する照明器（光源装置）と、この照明器から出射した平行光を透過させる一対の光学格子と、一方の光学格子が設けられる第１スケールと、他方の光学格子が設けられる第２スケールと、一対の光学格子を透過した光を受光する受光素子と、受光素子からの電気信号に基づいて一対の光学格子の相対変位を算出する演算器と、を備える。この光電式エンコーダに利用される照明器は、光源である発光ダイオード（ＬＥＤ）と、レンズ表面に形成された球面状反射膜と、を有して構成され、発光ダイオードからの光を球面状反射膜に反射させることによって平行光を形成するようになっている。

ところで、光源装置として利用されるＬＥＤは、半導体チップ上のおよそ数百μｍ大の領域が発光し、ほぼ点光源とみなせる。しかし、発光領域内には、電極とその電極にワイヤボンディングが施されていることが一般的であり、出射した光線が電極等で遮へいされてしまい、出射光の放射指向特性に大きな不均一性を生じることが一般的である。特に、コリメートレンズ等の焦点位置にＬＥＤ光源を配置して平行光を形成しようとする場合、出射光の放射指向特性が不均一であると、平行光の放射指向特性や、その平行光によって照明された面の照度などに大きな不均一性が生じてしまう。

そのような光源の不均一性を改善するものとして、図１５に示す積分球を用いた二次光源装置１００が提案されている。ここで、図１５（Ａ）は二次光源装置１００の断面図であり、図１５（Ｂ）は二次光源装置１００の側面図である。この二次光源装置１００は、積分球である中空球体１０１と、ＬＥＤからなる一次光源１０２と、中空球体１０１の内面に形成された拡散反射膜１０３と、を備える。一次光源１０２から出射された光は、中空球体１０１の入射部（入射ポート）１０１Ａから内部に入射され、拡散反射膜１０３で反射を繰り返し、中空球体１０１の内部全体にわたって光線が重畳して平均化される。このように平均化された光は、中空球体１０１の一部に設けた出射部（出射ポート）１０１Ｂから二次光源として出射され、この二次光源となる光は、光源分布および放射指向特性が均一化されたものとなる。

特開昭６３−２４１２６号公報

しかしながら、従来のような二次光源装置１００は、積分球である中空球体１０１を一般的な光電式エンコーダの検出器に内蔵しようとすると、中空球体１０１を構成するために球殻状の構造を必要とし、実際に組み立てる際には球殻を分割する必要や、分割した部品を結合、保持するための部品が別途必要であり、構造が複雑になるという問題がある。また積分球が占める体積は、球殻の厚さが必要となることから、その内部に包含される球の体積よりも小さくすることができず、小型化しにくいという問題もある。

本発明の目的は、光源分布や放射指向特性の均一化を図りつつ構造を簡単化して小型化を図ることができる光源装置および光電式変位検出装置を提供することである。

本発明の光源装置は、一次光源と、光透過性を有する素材から中実に形成された透光部材と、を備え、前記透光部材には、前記一次光源からの光を該透光部材の内部に入射させる入射部と、該透光部材の内部から外部に向かって光を出射する出射部と、該透光部材の表面から内部に向かって光を拡散反射する拡散部と、が設けられることを特徴とする。

このような本発明によれば、中実な透光部材の内部に入射部から入射された一次光源の光は、透光部材表面の拡散部で拡散反射され、この拡散反射を繰り返して透光部材の内部で光線が重畳して平均化され、平均化された光が透光部材の出射部から二次光源として外部に向かって出射される。従って、光源装置から出射される光（二次光源）の光源分布および放射指向特性を均一化することができる。また、中実な透光部材の表面に拡散部を設ければよいので、透光部材と拡散部とを一体的に形成することができ、拡散部を分割する必要がなく、それを結合、保持するための部品を省略することができ、その構造を簡単化することができる。さらに、透光部材と一体的に拡散部を形成すれば、拡散部を必要最小限の厚さで形成することができ、装置の小型化を図ることができる。

本発明では、前記拡散部は、前記透光部材の表面に形成された拡散反射皮膜を有して構成されることが好ましい。

このような構成によれば、透光部材の表面に拡散反射皮膜を一体的に形成することで、その構造をより一層簡単化することができるとともに、拡散部の厚さを薄く形成して装置をさらに小型化をすることができる。

本発明では、前記拡散部は、前記透光部材の表面に形成された複数の凹凸部と、該複数の凹凸部から前記透光部材の内部に光を反射する反射膜と、を有して構成されてもよい。

このような構成によれば、透光部材の表面に形成した複数の凹凸部の反射膜によって透光部材の内部に光を反射することで、この反射される光が凹凸部の形状に応じて拡散されることになる。従って、射出成形や型押し等によって容易に形成可能な凹凸部と、拡散反射皮膜よりも容易に皮膜形成可能な反射膜と、によって拡散反射可能な拡散部を構成することができ、製造コストを抑制することができる。

本発明では、前記透光部材は、球面を有した球体状に形成され、前記球面に前記拡散部が設けられていることが好ましい。

このような構成によれば、透光部材が球体状に形成され、その球面に拡散部が設けられていることで、透光部材の内部における光の拡散反射を適切に繰り返させて、重畳した光線の平均化を図ることができる。

本発明では、前記透光部材は、球面と、球体の中心点を含む平面に沿った平面部と、を有した部分球体状に形成され、前記球面に前記拡散部が設けられ、前記平面部には、該透光部材の内部に光を反射する反射膜が設けられていてもよい。

このような構成によれば、球体の中心点を含む平面に沿った平面部を透光部材が有する、すなわち、平面部によって球体を切断した部分球体状に透光部材が形成されることで、透光部材を小型化することができる。ここで、部分球体状の透光部材としては、球体の中心点を通る一つの平面に沿って球体を切断した半球でもよいし、球体の中心点を通る二つの平面に沿って切断されたものでもよく、さらには三つ以上の平面に沿って切断されたものでもよい。また、球面に拡散部が設けられていることで、透光部材の内部における光の拡散反射を適切に繰り返させて、重畳した光線の平均化を図ることができる。さらに、平面部に反射膜が形成されているので、平面部を通して透光部材の外部へ光が漏れるのを防止することができる。

本発明では、前記透光部材は、円周面と、一対の底面と、を有した円柱状に形成され、前記円周面に前記拡散部が設けられ、前記一対の底面各々には、該透光部材の内部に光を反射する反射膜が設けられていてもよい。

このような構成によれば、透光部材が円柱状に形成され、その円周面に拡散部が設けられていることで、透光部材の内部における光の拡散反射を適切に繰り返させて、重畳した光線の平均化を図ることができる。また、円柱体の一対の底面に反射膜が設けられるので、底面を通して透光部材の外部へ光が漏れるのを防止することができる。さらに、円柱体の直径よりも軸方向の長さ（一対の底面間の距離）を小さく形成すれば、透光部材を小型化することができる。

この際、前記透光部材は、円周面と、一対の底面と、円柱体の中心軸を含む平面に沿った平面部と、を有した部分円柱体状に形成され、前記一対の底面各々および前記平面部には、該透光部材の内部に光を反射する反射膜が設けられていてもよい。

このような構成によれば、円柱体の中心軸を含む平面に沿った平面部を透光部材が有する、すなわち、平面部によって円柱体を切断した部分円柱体状に透光部材が形成されることで、透光部材を小型化することができる。ここで、部分円柱体状の透光部材としては、円柱体の中心軸を通る一つの平面に沿って円柱体を切断した半円柱でもよいし、円柱体の中心軸を通る二つの平面に沿って切断されたものでもよい。また、円周面に拡散部が設けられていることで、透光部材の内部における光の拡散反射を適切に繰り返させて、重畳した光線の平均化を図ることができる。さらに、一対の底面および平面部に反射膜が形成されているので、底面や平面部を通して透光部材の外部へ光が漏れるのを防止することができる。

本発明では、前記出射部は、前記入射部から入射する前記一次光源からの光が直接到達しない位置に設けられていることが好ましい。

このような構成によれば、一次光源からの光が直接到達しない位置に出射部が設けられているので、一次光源の不均一な光が出射部から直接出射されることを抑制して、出射される光をより一層均一化することができる。

本発明の光電式変位検出装置は、前記いずれかの光源装置と、前記光源装置から出射される光を透過させる一対の光学格子と、前記一対の光学格子を透過した透過光を受光する受光手段と、前記受光手段からの電気信号に基づいて前記一対の光学格子の相対変位を算出する演算手段と、を少なくとも備えることを特徴とする。

また、本発明の光電式変位検出装置は、前記いずれかの光源装置と、前記光源装置から出射される光を受けるパターンと、前記パターンを透過または反射した光を集めて前記パターンに対応した像を形成させる結像光学系と、前記結像光学系により形成された像を検出する受光手段と、前記受光手段により得られた像に基づいて前記パターンの位置を算出する演算手段と、を少なくとも備えたものでもよい。

このような本発明によれば、前述の光源装置と同様に、光源分布や放射指向特性の均一化を図りつつ、装置の構造を簡単化して小型化を図ることができる。

本発明の一実施形態に係る光電式変位検出装置の断面図 本発明の第１実施形態に係る光源装置を示す断面図および側面図 本発明の第２実施形態に係る光源装置を示す断面図および側面図 本発明の第３実施形態に係る光源装置を示す断面図および側面図 本発明の第４実施形態に係る光源装置を示す断面図および側面図 本発明の第５実施形態に係る光源装置を示す断面図および側面図 本発明の第６実施形態に係る光源装置を示す断面図および側面図 本発明の第７実施形態に係る光源装置を示す断面図および側面図 本発明の第８実施形態に係る光源装置を示す断面図および側面図 本発明の第９実施形態に係る光源装置を示す断面図および側面図 本発明の第１０実施形態に係る光源装置を示す断面図および側面図 本発明の第１１実施形態に係る光源装置を示す断面図および側面図 本発明の第１２実施形態に係る光源装置を示す断面図および側面図 本発明の変形例に係る光電式変位検出装置の概略構成図 本発明の従来技術に係る光源装置を示す断面図および側面図

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る光電式変位検出装置（光電式エンコーダ）の断面図である。
光電式エンコーダ１は、図１に示すように、後述する光源装置１０，２０と、光源装置１０，２０から出射される光を透過させるとともに反射して平行光を形成するコリメートレンズ２と、平行光を透過させる一対の光学格子３，４と、一対の光学格子３，４をそれぞれ保持する一対のスケールである第１スケール５および第２スケール６と、一対の光学格子３，４を透過した透過光を受光して電気信号を生成する受光手段７と、受光手段７からの電気信号に基づいて一対の光学格子３，４の相対変位を算出する演算手段８と、を備える。

コリメートレンズ２は、第２スケール６に固定されるとともに、光源装置１０，２０からの光を内部に入射させる入射ポート２Ａを有する。さらに、コリメートレンズ２は、入射ポート２Ａから入射した光を透過する光透過性を有するとともに、入射した光を反射する放物線状の反射面２Ｂを有して形成されている。入射ポート２Ａは、反射面２Ｂの焦点位置に設けられており、反射面２Ｂで反射した反射光は、平行光となって一対の光学格子３，４に向かうことになる。

一対の光学格子３，４は、互いに所定間隔だけ離れて平行に設けられ、一定ピッチの光学格子３からなる目盛と、光学格子３と同一ピッチで９０°ずつ位相をずらした４個の光学格子４からなる目盛を形成している。これらの光学格子３，４は、コリメートレンズ２からの平行光を透過させるとともに、第１スケール５および第２スケール６の相対移動に応じて互いの目盛の重なりが変化するようになっている。すなわち、光学格子３，４は、互いの目盛の重なりが変化した透過光を受光手段７に向かって透過させるようになっている。

第１スケール５および第２スケール６は、互いに図１中紙面直交方向に沿って平行移動可能に設けられている。これらの第１スケール５および第２スケール６は、それぞれ光透過性を有したガラス等の素材から形成されている。従って、第１スケール５は、一対の光学格子３，４を透過した透過光を受光手段７に向かって透過させ、第２スケール６は、コリメートレンズ２からの平行光を一対の光学格子３，４に向かって透過させるようになっている。

受光手段７は、４個の光学格子４に対応した４個の光電素子から構成され、一対の光学格子３，４の透過光を受光して電気信号を生成する。
演算手段８は、受光手段７からの電気信号を演算して差動信号を得るための差演算器を示し、この差動信号に基づいて、図示しない演算部により一対の光学格子３，４の相対変位を算出し、図示しない制御部や表示部に演算結果を出力する。

〔第１実施形態の光源装置〕
図２は、第１実施形態に係る光源装置１０を示す断面図および側面図であり、（Ａ）がＸ−Ｚ平面に沿った断面図、（Ｂ）がＸ方向から見た側面図である。
光源装置１０は、光透過性を有する透明な素材から中実に形成された透光部材１１と、この透光部材１１の内部に向かって一次光を入射する一次光源１２と、を備える。一次光源１２は、発光部としてのＬＥＤ１２Ａを有し、図示しない電源や発光制御部などに接続されている。

透光部材１１は、ガラスや熱可塑性樹脂などから全体球状（全球状）に形成され、その表面（球面）の一部には一次光源１２からの光を入射させる入射部１１Ａが設けられ、他の一部には該透光部材１１の内部から外部に向かって光を出射する出射部１１Ｂが設けられている。入射部１１Ａおよび出射部１１Ｂを除く透光部材１１の表面全体は、球体の球面に沿った球面部１１Ｃとなっている。

入射部１１Ａは、透光部材１１内部側に向かって凹んだ凹状に形成され、この凹みに光学接着剤からなる接着部１３を介して一次光源１２が嵌め込み固定されている。この入射部１１Ａに固定された一次光源１２のＬＥＤ１２Ａは、透光部材１１の球面上に位置するようになっている。

出射部１１Ｂは、球体の球面を削って平面かつ円形に形成され、前記光電式エンコーダ１におけるコリメートレンズ２の入射ポート２Ａに密接して設けられる。この出射部１１Ｂは、球体の中心点回りに入射部１１Ａから９０°だけ離れて設けられ、すなわち、入射部１１Ａから入射する一次光源１２からの光が直接到達しない位置に出射部１１Ｂは設けられている。

球面部１１Ｃには、透光部材１１の表面から内部に向かって光を拡散反射する拡散部としての拡散反射膜１４が形成されている。この拡散反射膜１４は、球面部１１Ｃに適宜な表面処理や塗装を施すことで皮膜形成されたものでもよいし、薄膜シート状の別部材を球面部１１Ｃに貼付することで形成されたものでもよい。拡散反射膜１４は、球面部１１Ｃとの境界面において光を反射するとともに透光部材１１の内部に向かって光を放射状に拡散させる。

このような光源装置１０によれば、入射部１１Ａから入射されたＬＥＤ１２Ａからの光（一次光）が拡散反射膜１４によって拡散反射を繰り返すことで、透光部材１１の内部で光線が重畳して平均化され、平均化された光（二次光）が出射部１１Ｂから出射される。従って、光源装置１０から出射する光の光源分布および放射指向特性を均一化することができ、均一化した光を光電式エンコーダ１におけるコリメートレンズ２に入射させることができる。

このような本実施形態によれば、以下の作用・効果を奏することができる。
（１）均一な光源分布および放射指向特性を有した光を光源装置１０から出射することができるので、光電式エンコーダ１における測定精度を向上させることができる。

（２）中実な透光部材１１の球面部１１Ｃ表面に拡散反射膜１４が一体的に形成されているので、従来の積分球に比べて光源装置１０の構造を簡単化することができるとともに、拡散反射膜１４を皮膜によって薄く形成することができ、光源装置１０の小型化を図ることができる。

（３）透光部材１１が全球状に形成され、その球面部１１Ｃに拡散反射膜１４が設けられていることで、透光部材１１の内部における光の拡散反射を適切に繰り返させて、重畳した光線の平均化を図ることができ、光源装置１０から出射される光の光源分布および放射指向特性の均一化を高めることができる。

（４）入射部１１Ａから入射する一次光源１２の光が直接到達しない位置に出射部１１Ｂが設けられているので、ＬＥＤ１２Ａからの不均一な光が出射部１１Ｂから直接出射されることを抑制して、光源装置１０から出射される光をより一層均一化することができる。

〔第２実施形態の光源装置〕
図３は、第２実施形態に係る光源装置１０を示す断面図および側面図であり、（Ａ）がＸ−Ｚ平面に沿った断面図、（Ｂ）がＸ方向から見た側面図である。
この光源装置１０は、第１実施形態と同様に、光透過性を有する透明な素材から中実に形成された透光部材１１と、この透光部材１１の内部に向かって一次光を入射する一次光源１２と、を備える。

本実施形態の光源装置１０は、前記第１実施形態の拡散反射膜１４に代えて、球面部１１Ｃに形成された複数の凹凸部１５と、これら複数の凹凸部１５から透光部材１１の内部に光を反射する反射膜１５Ａと、を有して構成されている。凹凸部１５は、透光部材１１の外側に向かって凸な半球状の小突起からなり、透光部材１１と一体成形されている。反射膜１５Ａは、凹凸部１５の表面に適宜な表面処理や塗装を施すことで皮膜形成されたものが好適である。このような凹凸部１５は、透光部材１１の内部の光を反射するとともに放射状に拡散させる。

このような光源装置１０によれば、入射部１１Ａから入射されたＬＥＤ１２Ａからの光（一次光）が凹凸部１５によって拡散反射を繰り返すことで、透光部材１１の内部で光線が重畳して平均化され、平均化された光（二次光）が出射部１１Ｂから出射される。従って、光源装置１０から出射する光の光源分布および放射指向特性を均一化することができ、均一化した光を光電式エンコーダ１におけるコリメートレンズ２に入射させることができる。従って、前記第１実施形態における前記（１）、（４）と同様の作用効果を奏することができる。

さらに、本実施形態によれば、以下の作用・効果を奏することができる。
（５）中実な透光部材１１の球面部１１Ｃ表面に凹凸部１５が一体的に形成されているので、従来の積分球に比べて光源装置１０の構造を簡単化することができる。また、射出成形や型押し等によって凹凸部１５を透光部材１１と一体形成することで、光源装置１０の製造コストを抑制することができる。

（６）透光部材１１が全球状に形成され、その球面部１１Ｃに凹凸部１５が設けられていることで、透光部材１１の内部における光の拡散反射を適切に繰り返させて、重畳した光線の平均化を図ることができ、光源装置１０から出射される光の光源分布および放射指向特性の均一化を高めることができる。

〔第３実施形態の光源装置〕
図４は、第３実施形態に係る光源装置１０を示す断面図および側面図であり、（Ａ）がＸ−Ｚ平面に沿った断面図、（Ｂ）がＸ方向から見た側面図である。
この光源装置１０は、前記各実施形態と同様に、光透過性を有する透明な素材から中実に形成された透光部材１１と、この透光部材１１の内部に向かって一次光を入射する一次光源１２と、を備える。一方、透光部材１１が半球状に形成されている点が前記第１実施形態との相違点である。

本実施形態の光源装置１０において、透光部材１１は、一次光源１２と反対側（図４の上側）の略半分が切り欠かれている。この切り欠かれた部分には、球体の中心点を含む平面に沿うとともに球面部１１Ｃに交差する平面部１６が形成されている。この平面部１６には、透光部材１１の内部に光を反射する反射膜１６Ａが形成されている。このような平面部１６が形成され、平面部１６の反射膜１６Ａによって透光部材１１内部の光が反射されることで、透光部材１１は、図４に二点鎖線で示すような仮想の球体と同様に機能する。

このような光源装置１０によれば、入射部１１Ａから入射されたＬＥＤ１２Ａからの光（一次光）が平面部１６の反射膜１６Ａによって反射されるとともに、球面部１１Ｃの拡散反射膜１４によって拡散反射を繰り返すことで、透光部材１１の内部で光線が重畳して平均化され、平均化された光（二次光）が出射部１１Ｂから出射される。従って、光源装置１０から出射する光の光源分布および放射指向特性を均一化することができ、均一化した光を光電式エンコーダ１におけるコリメートレンズ２に入射させることができる。従って、前記第１実施形態における前記（１）、（２）、（４）と同様の作用効果を奏することができる。

さらに、本実施形態によれば、以下の作用・効果を奏することができる。
（７）平面部１６によって球体を切断した半球状に透光部材１１が形成されることで、全球状と比較して透光部材１１を略半分の大きさとすることができ、光源装置１０をさらに小型化することができる。また、平面部１６に反射膜１６Ａが形成されているので、平面部１６を通して透光部材１１の外部へ光が漏れるのを防止することができる。

〔第４実施形態の光源装置〕
図５は、第４実施形態に係る光源装置１０を示す断面図および側面図であり、（Ａ）がＸ−Ｚ平面に沿った断面図、（Ｂ）がＸ方向から見た側面図である。
この光源装置１０は、前記各実施形態と同様に、光透過性を有する透明な素材から中実に形成された透光部材１１と、この透光部材１１の内部に向かって一次光を入射する一次光源１２と、を備える。さらに、光源装置１０は、前記第３実施形態と同様に、透光部材１１が半球状に形成され、平面部１６を有して形成されている。

本実施形態の光源装置１０では、一次光源１２の位置が前記第３実施形態と相違し、平面部１６の中央に一次光源１２が設けられている。従って、一次光源１２と出射部１１Ｂとが平面部１６に沿って球体の径方向（図５中、Ｘ方向）に略平行に設けられている。このような本実施形態の光源装置１０によれば、前記第３実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

〔第５実施形態の光源装置〕
図６は、第５実施形態に係る光源装置１０を示す断面図および側面図であり、（Ａ）がＸ−Ｚ平面に沿った断面図、（Ｂ）がＸ方向から見た側面図である。
この光源装置１０は、前記各実施形態と同様に、光透過性を有する透明な素材から中実に形成された透光部材１１と、この透光部材１１の内部に向かって一次光を入射する一次光源１２と、を備える。一方、透光部材１１が半球状に形成されている点が前記第２実施形態との相違点である。

本実施形態の光源装置１０では、前記第２実施形態と同様に、透光部材１１の球面部１１Ｃに複数の凹凸部１５が形成され、これら複数の凹凸部１５の表面に反射膜１５Ａが形成されている。さらに、透光部材１１は、前記第３実施形態と同様に、平面部１６を有した半球状に形成され、平面部１６には、反射膜１６Ａが形成されている。このような本実施形態の光源装置１０によれば、前記第１実施形態における前記（１）、（４）、前記第２実施形態における前記（５）、前記第３実施形態における前記（７）と同様の作用効果を奏することができる。

〔第６実施形態の光源装置〕
図７は、第６実施形態に係る光源装置１０を示す断面図および側面図であり、（Ａ）がＸ−Ｚ平面に沿った断面図、（Ｂ）がＸ方向から見た側面図である。
この光源装置１０は、前記各実施形態と同様に、光透過性を有する透明な素材から中実に形成された透光部材１１と、この透光部材１１の内部に向かって一次光を入射する一次光源１２と、を備える。さらに、光源装置１０は、前記第５実施形態と同様に、透光部材１１が半球状に形成され、複数の凹凸部１５および平面部１６を有して形成されている。

本実施形態の光源装置１０では、一次光源１２の位置が前記第５実施形態と相違し、平面部１６の中央に一次光源１２が設けられている。従って、一次光源１２と出射部１１Ｂとが平面部１６に沿って球体の径方向（図７中、Ｘ方向）に略平行に設けられている。このような本実施形態の光源装置１０によれば、前記第５実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

〔第７実施形態の光源装置〕
図８は、第７実施形態に係る光源装置２０を示す断面図および側面図であり、（Ａ）がＸ−Ｚ平面に沿った断面図、（Ｂ）がＸ方向から見た側面図である。
光源装置２０は、光透過性を有する透明な素材から中実に形成された透光部材２１と、この透光部材２１の内部に向かって一次光を入射する一次光源２２と、を備える。一次光源２２は、発光部としてのＬＥＤ２２Ａを有し、図示しない電源や発光制御部などに接続されている。

透光部材２１は、ガラスや熱可塑性樹脂などから全体円柱状（全円柱状）に形成され、円柱体の円周面に沿った円周面部２１Ｃと、円柱体の一対の底面に沿った一対の底面部２１Ｄと、を有して形成されている。円周面部２１Ｃの一部には一次光源２２からの光を入射させる入射部２１Ａが設けられ、他の一部には該透光部材２１の内部から外部に向かって光を出射する出射部２１Ｂが設けられている。すなわち、入射部２１Ａおよび出射部２１Ｂを除いた部分が円周面部２１Ｃとなっている。

入射部２１Ａは、透光部材２１内部側に向かって凹んだ凹状に形成され、この凹みに光学接着剤からなる接着部２３を介して一次光源２２が嵌め込み固定されている。この入射部２１Ａに固定された一次光源２２のＬＥＤ２２Ａは、透光部材２１の円周面上に位置するようになっている。

出射部２１Ｂは、円柱体の円周面を削って平面かつ矩形に形成され、前記光電式エンコーダ１におけるコリメートレンズ２の入射ポート２Ａに密接して設けられる。この出射部２１Ｂは、円柱体の中心軸回りに入射部２１Ａから９０°だけ離れて設けられ、すなわち、入射部２１Ａから入射する一次光源２２からの光が直接到達しない位置に出射部２１Ｂは設けられている。

円周面部２１Ｃには、透光部材２１の表面から内部に向かって光を拡散反射する拡散部としての拡散反射膜２４が形成されている。この拡散反射膜２４は、円周面部２１Ｃに適宜な表面処理や塗装を施すことで皮膜形成されたものでもよいし、薄膜シート状の別部材を円周面部２１Ｃに貼付することで形成されたものでもよい。拡散反射膜２４は、円周面部２１Ｃとの境界面において光を反射するとともに透光部材２１の内部に向かって光を放射状に拡散させる。

一対の底面部２１Ｄには、透光部材２１の表面から内部に向かって光を反射する反射膜２７が形成されている。この反射膜２７は、底面部２１Ｄに適宜な表面処理や塗装を施すことで皮膜形成されたものであり、底面部２１Ｄとの境界面において透光部材２１の内部の光を反射することで、底面部２１Ｄを通して透光部材２１の外部へ光が漏れるのを防止することができる。また、一対の底面部２１Ｄ間の距離、すなわち透光部材２１の軸方向（図８中、Ｙ方向）の幅寸法は、円柱体の直径よりも小さく（薄く）形成されている。

このような光源装置２０によれば、入射部２１Ａから入射されたＬＥＤ２２Ａからの光（一次光）が底面部２１Ｄの反射膜２７によって反射されるとともに、拡散反射膜２４によって拡散反射を繰り返すことで、透光部材２１の内部で光線が重畳して平均化され、平均化された光（二次光）が出射部２１Ｂから出射される。従って、光源装置２０から出射する光の光源分布および放射指向特性を均一化することができ、均一化した光を光電式エンコーダ１におけるコリメートレンズ２に入射させることができる。

このような本実施形態によれば、以下の作用・効果を奏することができる。
（８）均一な光源分布および放射指向特性を有した光を光源装置２０から出射することができるので、光電式エンコーダ１における測定精度を向上させることができる。

（９）中実な透光部材２１の円周面部２１Ｃ表面に拡散反射膜２４が一体的に形成されているので、従来の積分球に比べて光源装置２０の構造を簡単化することができるとともに、拡散反射膜２４を皮膜によって薄く形成することができ、光源装置２０の小型化を図ることができる。

（１０）透光部材２１が全円柱状に形成され、その円周面部２１Ｃに拡散反射膜２４が設けられていることで、透光部材２１の内部における光の拡散反射を適切に繰り返させて、重畳した光線の平均化を図ることができ、光源装置２０から出射される光の光源分布および放射指向特性の均一化を高めることができる。

（１１）入射部２１Ａから入射する一次光源２２の光が直接到達しない位置に出射部２１Ｂが設けられているので、ＬＥＤ２２Ａからの不均一な光が出射部２１Ｂから直接出射されることを抑制して、光源装置２０から出射される光をより一層均一化することができる。

（１２）一対の底面部２１Ｄ間の距離が円柱体の直径よりも小さく形成されているので、透光部材２１を薄型化することができ、光源装置２０をさらに小型化することができる。

〔第８実施形態の光源装置〕
図９は、第８実施形態に係る光源装置２０を示す断面図および側面図であり、（Ａ）がＸ−Ｚ平面に沿った断面図、（Ｂ）がＸ方向から見た側面図である。
この光源装置２０は、第７実施形態と同様に、光透過性を有する透明な素材から中実に形成された透光部材２１と、この透光部材２１の内部に向かって一次光を入射する一次光源２２と、を備える。

本実施形態の光源装置２０は、前記第７実施形態の拡散反射膜２４に代えて、円周面部２１Ｃに形成された複数の凹凸部２５と、これら複数の凹凸部２５から透光部材２１の内部に光を反射する反射膜２５Ａと、を有して構成されている。凹凸部２５は、透光部材２１の外側に向かって凸な半円柱状の小突起からなり、透光部材２１と一体成形されている。反射膜２５Ａは、凹凸部２５の表面に適宜な表面処理や塗装を施すことで皮膜形成されたものが好適である。このような凹凸部２５は、透光部材２１の内部の光を反射するとともに放射状に拡散させる。

このような光源装置２０によれば、入射部２１Ａから入射されたＬＥＤ２２Ａからの光（一次光）が底面部２１Ｄの反射膜２７によって反射されるとともに、凹凸部２５によって拡散反射を繰り返すことで、透光部材２１の内部で光線が重畳して平均化され、平均化された光（二次光）が出射部２１Ｂから出射される。従って、光源装置２０から出射する光の光源分布および放射指向特性を均一化することができ、均一化した光を光電式エンコーダ１におけるコリメートレンズ２に入射させることができる。従って、前記第７実施形態における前記（８）、（１１）、（１２）と同様の作用効果を奏することができる。

さらに、本実施形態によれば、以下の作用・効果を奏することができる。
（１３）中実な透光部材２１の円周面部２１Ｃ表面に凹凸部２５が一体的に形成されているので、従来の積分球に比べて光源装置２０の構造を簡単化することができる。また、射出成形や型押し等によって凹凸部２５を透光部材２１と一体形成することで、光源装置２０の製造コストを抑制することができる。

（１４）透光部材２１が全円柱状に形成され、その円周面部２１Ｃに凹凸部２５が設けられていることで、透光部材２１の内部における光の拡散反射を適切に繰り返させて、重畳した光線の平均化を図ることができ、光源装置２０から出射される光の光源分布および放射指向特性の均一化を高めることができる。

〔第９実施形態の光源装置〕
図１０は、第９実施形態に係る光源装置２０を示す断面図および側面図であり、（Ａ）がＸ−Ｚ平面に沿った断面図、（Ｂ）がＸ方向から見た側面図である。
この光源装置２０は、前記各実施形態と同様に、光透過性を有する透明な素材から中実に形成された透光部材２１と、この透光部材２１の内部に向かって一次光を入射する一次光源２２と、を備える。一方、透光部材２１が半円柱状に形成されている点が前記第７実施形態との相違点である。

本実施形態の光源装置２０において、透光部材２１は、一次光源２２と反対側（図１０の上側）の略半分が切り欠かれている。この切り欠かれた部分には、円柱体の中心軸を含む平面に沿うとともに円周面部２１Ｃに交差する平面部２６が形成されている。この平面部２６には、透光部材２１の内部に光を反射する反射膜２６Ａが形成されている。このような平面部２６が形成され、平面部２６の反射膜２６Ａによって透光部材２１内部の光が反射されることで、透光部材２１は、前記第７実施形態の全円柱体と同様に機能する。

このような光源装置２０によれば、入射部２１Ａから入射されたＬＥＤ２２Ａからの光（一次光）が底面部２１Ｄおよび平面部２６の反射膜２６Ａ，２７によって反射されるとともに、円周面部２１Ｃの拡散反射膜２４によって拡散反射を繰り返すことで、透光部材２１の内部で光線が重畳して平均化され、平均化された光（二次光）が出射部２１Ｂから出射される。従って、光源装置２０から出射する光の光源分布および放射指向特性を均一化することができ、均一化した光を光電式エンコーダ１におけるコリメートレンズ２に入射させることができる。従って、前記第７実施形態における前記（８）、（９）、（１１）、（１２）と同様の作用効果を奏することができる。

さらに、本実施形態によれば、以下の作用・効果を奏することができる。
（１５）平面部２６によって円柱体を切断した半円柱状に透光部材２１が形成されることで、全円柱状と比較して透光部材２１を略半分の大きさとすることができ、光源装置２０をさらに小型化することができる。また、平面部２６に反射膜２６Ａが形成されているので、平面部２６を通して透光部材２１の外部へ光が漏れるのを防止することができる。

〔第１０実施形態の光源装置〕
図１１は、第１０実施形態に係る光源装置２０を示す断面図および側面図であり、（Ａ）がＸ−Ｚ平面に沿った断面図、（Ｂ）がＸ方向から見た側面図である。
この光源装置２０は、前記各実施形態と同様に、光透過性を有する透明な素材から中実に形成された透光部材２１と、この透光部材２１の内部に向かって一次光を入射する一次光源２２と、を備える。さらに、光源装置２０は、前記第９実施形態と同様に、透光部材２１が半円柱状に形成され、平面部２６を有して形成されている。

本実施形態の光源装置２０では、一次光源２２の位置が前記第９実施形態と相違し、平面部２６の中央に一次光源２２が設けられている。従って、一次光源２２と出射部２１Ｂとが平面部２６に沿って円柱体の径方向（図１１中、Ｘ方向）に略平行に設けられている。このような本実施形態の光源装置２０によれば、前記第９実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

〔第１１実施形態の光源装置〕
図１２は、第１１実施形態に係る光源装置２０を示す断面図および側面図であり、（Ａ）がＸ−Ｚ平面に沿った断面図、（Ｂ）がＸ方向から見た側面図である。
この光源装置２０は、前記各実施形態と同様に、光透過性を有する透明な素材から中実に形成された透光部材２１と、この透光部材２１の内部に向かって一次光を入射する一次光源２２と、を備える。一方、透光部材２１が半円柱状に形成されている点が前記第８実施形態との相違点である。

本実施形態の光源装置２０では、前記第８実施形態と同様に、透光部材２１の円周面部２１Ｃに複数の凹凸部２５が形成され、これら複数の凹凸部２５の表面に反射膜２５Ａが形成されている。さらに、透光部材２１は、前記第９実施形態と同様に、平面部２６を有した半円柱状に形成され、平面部２６には、反射膜２６Ａが形成されている。このような本実施形態の光源装置２０によれば、前記第７実施形態における前記（８）、（１１）、（１２）、前記第８実施形態における前記（１３）、前記第９実施形態における前記（１５）と同様の作用効果を奏することができる。

〔第１２実施形態の光源装置〕
図１３は、第１２実施形態に係る光源装置２０を示す断面図および側面図であり、（Ａ）がＸ−Ｚ平面に沿った断面図、（Ｂ）がＸ方向から見た側面図である。
この光源装置２０は、前記各実施形態と同様に、光透過性を有する透明な素材から中実に形成された透光部材２１と、この透光部材２１の内部に向かって一次光を入射する一次光源２２と、を備える。さらに、光源装置２０は、前記第１１実施形態と同様に、透光部材２１が半円柱状に形成され、複数の凹凸部２５および平面部２６を有して形成されている。

本実施形態の光源装置２０では、一次光源２２の位置が前記第１１実施形態と相違し、平面部２６の中央に一次光源２２が設けられている。従って、一次光源２２と出射部２１Ｂとが平面部２６に沿って円柱体の径方向（図１３中、Ｘ方向）に略平行に設けられている。このような本実施形態の光源装置２０によれば、前記第１１実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

〔実施形態の変形〕
なお、本発明は、前記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記実施形態では、光源装置１０，２０を光電式エンコーダ（光電式変位検出装置）１に利用したが、本発明の光源装置は、光電式変位検出装置に限らず、均一な光源分布や放射指向特性が必要とされる各種の測定機器や光学機器に利用可能である。

前記実施形態では、光源装置１０，２０の透光部材１１，２１が球または円柱の全部または一部を含んで形成されていたが、透光部材の形態は球や円柱に限らず、楕円球や楕円柱、円錐、円錐台、立方体、直方体、多面体など、任意の形態であってもよい。

また、前記第３〜６実施形態では、透光部材１１が半球状に形成されていたが、球体を分割した部分球体として透光部材を形成する場合は半球に限らず、球の中心点を含む複数の平面で分割した部分球体であってもよい。さらに、部分球体としては、球の中心点を含む平面で分割されたものに限らず、球体が任意の平面で分割されたものでもよい。

また、前記第９〜１２実施形態では、透光部材２１が半円柱状に形成されていたが、円柱体を分割した部分円柱体として透光部材を形成する場合は半円柱体に限らず、円柱体の中心軸を含み互いに平行でない二つの平面で分割した部分円柱体であってもよい。さらに、部分円柱体としては、円柱の中心軸を含む平面で分割されたものに限らず、円柱体が任意の平面で分割されたものでもよい。

また、前記実施形態では、光電式エンコーダ（光電式変位検出装置）１が一対の光学格子の相対変位を検出するものであったが、必ずしもこの検出方式の光電式エンコーダに限らない。光源装置の出射する光がその検出方式に適する限り、どのような検出方式の光電式エンコーダであってもよい。例えば、図１４に示す光電式エンコーダ１Ａは、前記実施形態の光源装置１０（２０）と、その出射光を平行光にするコリメートレンズ３１と、平行光を透過させるスケール３２と、スケール３２を透過した光を集める結像光学系３３と、結像光学系３３からの光（像）を受光する受光手段３４と、受光手段３４により検出した像に基づき算出する演算手段３５と、を備えて構成されている。

スケール３２は、平行光と直交する図１４中上下方向に移動自在に設けられるとともに、その表面に所定のパターン３６が設けられている。結像光学系３３は、複数のレンズ３８，３９を有し、パターン３６を透過した光を集めてパターン３６に対応した像３７を受光手段３４に結像させる。受光手段３４は、受光した像３７を検出して電気信号を演算手段３５に出力する。演算手段３５は、像３７に基づき、スケール３２（パターン３６）の変位を算出する。すなわち、光電式エンコーダ１Ａは、結像光学系３３により結像されたパターン３６の像３７を検出し、その像３７に基づきパターン３６の位置を算出する方式の光電式エンコーダである。ここで、パターン３６は、同一ピッチの目盛に限らず、絶対位置情報を含んだ符号など、任意のパターンであってもよい。さらに、パターン３６は透過型に限らず、反射型であってもよい。さらに、結像光学系３３は、レンズ３８，３９のような屈折光学系に限らず、反射光学系であってもよいし、その組み合わせであってもよい。

以上のように、本発明は、一次光源の光の光源分布や放射指向特性を均一にして出射する二次光源としての光源装置、この光源装置を備えた光電式変位検出装置に好適に利用できる。

１，１Ａ 光電式エンコーダ（光電式変位検出装置）
３，４ 光学格子
７ 受光手段
８ 演算手段
１０，２０ 光源装置
１１，２１ 透光部材
１１Ａ，２１Ａ 入射部
１１Ｂ，２１Ｂ 出射部
１１Ｃ 球面部
１２，２２ 一次光源
１４，２４ 拡散反射膜（拡散部）
１５，２５ 凹凸部（拡散部）
１５Ａ，２５Ａ 反射膜
１６，２６ 平面部
１６Ａ，２６Ａ 反射膜
２１Ｃ 円周面部
２１Ｄ 底面部
２７ 反射膜
３３ 結像光学系
３４ 受光手段
３５ 演算手段
３６ パターン
３７ 像

Claims (10)

1. 一次光源と、
   光透過性を有する素材から中実に形成された透光部材と、を備え、
   前記透光部材には、
   前記一次光源からの光を該透光部材の内部に入射させる入射部と、
   該透光部材の内部から外部に向かって光を出射する出射部と、
   該透光部材の表面から内部に向かって光を拡散反射する拡散部と、
   が設けられることを特徴とする光源装置。
2. 請求項１に記載された光源装置において、
   前記拡散部は、前記透光部材の表面に形成された拡散反射皮膜を有して構成されることを特徴とする光源装置。
3. 請求項１に記載された光源装置において、
   前記拡散部は、前記透光部材の表面に形成された複数の凹凸部と、該複数の凹凸部から前記透光部材の内部に光を反射する反射膜と、を有して構成されることを特徴とする光源装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載された光源装置において、
   前記透光部材は、球面を有した球体状に形成され、前記球面に前記拡散部が設けられていることを特徴とする光源装置。
5. 請求項１から請求項３のいずれかに記載された光源装置において、
   前記透光部材は、球面と、球体の中心点を含む平面に沿った平面部と、を有した部分球体状に形成され、前記球面に前記拡散部が設けられ、前記平面部には、該透光部材の内部に光を反射する反射膜が設けられていることを特徴とする光源装置。
6. 請求項１から請求項３のいずれかに記載された光源装置において、
   前記透光部材は、円周面と、一対の底面と、を有した円柱状に形成され、前記円周面に前記拡散部が設けられ、前記一対の底面各々には、該透光部材の内部に光を反射する反射膜が設けられていることを特徴とする光源装置。
7. 請求項１から請求項３のいずれかに記載された光源装置において、
   前記透光部材は、円周面と、一対の底面と、円柱体の中心軸を含む平面に沿った平面部と、を有した部分円柱体状に形成され、前記一対の底面各々および前記平面部には、該透光部材の内部に光を反射する反射膜が設けられていることを特徴とする光源装置。
8. 請求項１から請求項７のいずれかに記載された光源装置において、
   前記出射部は、前記入射部から入射する前記一次光源からの光が直接到達しない位置に設けられていることを特徴とする光源装置。
9. 請求項１から請求項８のいずれかに記載された光源装置と、
   前記光源装置から出射される光を透過させる一対の光学格子と、
   前記一対の光学格子を透過した透過光を受光する受光手段と、
   前記受光手段からの電気信号に基づいて前記一対の光学格子の相対変位を算出する演算手段と、
   を少なくとも備えることを特徴とする光電式変位検出装置。
10. 請求項１から請求項８のいずれかに記載された光源装置と、
    前記光源装置から出射される光を受けるパターンと、
    前記パターンを透過または反射した光を集めて前記パターンに対応した像を形成させる結像光学系と、
    前記結像光学系により形成された像を検出する受光手段と、
    前記受光手段により得られた像に基づいて前記パターンの位置を算出する演算手段と、
    を少なくとも備えることを特徴とする光電式変位検出装置。

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