JP2018066639A - 光源装置およびこれを備えた光電式エンコーダ - Google Patents

光源装置およびこれを備えた光電式エンコーダ Download PDF

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Abstract

【課題】迷光を削減して信頼性を保つとともに高精度化を図ることができる光源装置およびこれを備えた光電式エンコーダの提供。【解決手段】光源装置2は、発光手段5を内部に収容して発光手段5から照射された光を平行光にする透光部材10を備える。透光部材10は、光軸平面11と、直交平面12と、発光手段5からの光を平行光にする反射部と、光軸平面11と直交平面12とが接続することによって形成されるとともに、透光部材10の外側の領域かつ光軸平面11と直交平面12との間の領域に中心軸AXを有する曲面状の接続部14とを備える。光源装置2は、曲面状の接続部14を備えることで迷光を削減し信頼性を保つとともに高精度化を図ることができる。【選択図】図4

Description

本発明は、光を照射する光源装置およびこれを備えた光電式エンコーダに関する。
従来、目盛を有するスケールと、光源装置および受光手段を有するとともにスケールに沿って相対移動するヘッドと、を備え、スケールとヘッドとの相対移動量から変位量を検出する光電式エンコーダが知られている。例えば、特許文献1に記載の光学式変位検出装置(光電式エンコーダ)は、平行光を照射する光照射手段(光源装置)と、光照射手段の平行光が照射されるメインスケール(スケール)と、メインスケールを介した光を受光する受光手段と、を備えている。
図7は、従来の光照射手段を示す断面図である。
図7に示すように、この光学式変位検出装置で利用される光照射手段100は、LED(発光手段)101と、内部にLED101を配置して樹脂を型に入れて成型するとともにLED101の光軸Lと直交する平面(直交平面)102を有する透明樹脂103と、この透明樹脂103に貼り合わせるとともに平面102に対して垂直な垂直面(光軸平面)104を有するレンズ体(透光部材)105と、レンズ体105の表面(放物面)にコーティングされた反射膜(反射部材)106と、垂直面104に貼りつけられた反射板107と、反射膜106によって反射された平行光を光照射手段100の外部へ出射する出射面108と、で構成されている。
レンズ体105は、略半球状体を更に半分にした形状をしており、表面には反射膜106がコーティングされて凹面鏡の役割をしている。光照射手段100は、垂直面104の延長上にLED101を配置して、レンズ体105の反射膜106に向かって照射されるLED101からの光を利用して破線矢印に示すような平行光を得ている。
光照射手段100は、レンズ体105について略半球状体を更に半分にした形にすることで、略半球状体を用いた場合に比べて小型化を図っている。
なお、反射板107は、LED101の周辺部からの光を用いて平行光の光度を上げるために設けられている。
特開平10−132612号公報
しかしながら、このような光照射手段100は、図7に示すように、レンズ体105が略半球状体を更に半分にした形状に形成されることで平面102と垂直面104とによって角部200が形成される。ここで、出射面108から光照射手段100の外部へ出射される光のうち平行光(破線矢印)ではない光を迷光(実線矢印)という。迷光は、図7の実線矢印に示すように、角部200に光が照射されることで発生する。角部200が光の散乱点となるためである。したがって、光照射手段100は、角部200が形成されることで迷光を含んだ平行光を出射面108から出射してしまい、十分な信頼性が保てないという問題がある。また、迷光は、光学式変位検出装置のスケールに照射されると変位量の検出においてノイズの原因となる。そのため、この光照射手段100を備えた光学式変位検出装置は、検出精度を十分に保てないという問題がある。
本発明の目的は、迷光を削減して信頼性を保つとともに高精度化を図ることができる光源装置およびこれを備えた光電式エンコーダを提供することである。
本発明の光源装置は、光を照射する発光手段と、前記発光手段を内部に収容するとともに前記発光手段から照射された光を平行光にする透光部材と、を備えた光源装置であって、前記透光部材は、前記発光手段の光路上に位置し、前記発光手段の光軸と平行な光軸平面と、前記光軸平面の発光手段側の端部に接続して形成されるとともに、前記発光手段の光路上に位置し、前記発光手段の光軸と直交する直交平面と、前記光軸平面の発光手段と反対側の端部に接続して前記直交平面の反対側に向かって形成されるとともに、前記発光手段からの光を平行光にする反射部と、前記光軸平面と前記直交平面とが接続することによって形成されるとともに、前記透光部材の外側の領域かつ前記光軸平面と前記直交平面との間の領域に中心軸を有する曲面状の接続部と、を備えることを特徴とする。
このような本発明によれば、透光部材の接続部は曲面状に形成されるため、図7に示す角部200のような光の散乱点が生じない。具体的には、接続部に照射された光の一部は、接続部の曲面を透過して透光部材の外部へと出射されるため、迷光を削減することができる。したがって、光源装置は、迷光を削減して信頼性を保つとともに高精度化を図ることができる。また、透光部材は、光軸平面の他端側に接続して直交平面の反対側に向かって形成される反射部を有しているため、必要な平行光を確保するとともに光源装置の小型化を図ることができる。さらに、透光部材は、曲面状の接続部を備えるため、例えば透明樹脂を金型等に入れて透光部材を成型する場合、成型後に金型等から容易に離型することができる。
この際、前記接続部は、前記発光手段からの光を吸収する反射防止部材を備えることが好ましい。
このような構成によれば、透光部材の接続部は、反射防止部材を備えるため発光手段からの光を吸収する。したがって、接続部に照射された光は反射防止部材により吸収されるため、迷光の発生を抑制することができる。
この際、前記接続部は、前記発光手段の発光面の最大長さよりも大きい半径の曲面で形成されることが好ましい。
このような構成によれば、透光部材の接続部は、発光手段の発光面の最大長さよりも大きい半径の円弧で形成されることで、発光手段の発光面の最大長さよりも小さい半径の円弧で形成される場合と比べて、迷光の発生を抑制することができる。
この際、前記接続部は、粗面に形成されていることが好ましい。
このような構成によれば、透光部材の接続部は、粗面に形成されていることで、粗面が形成されていない場合と比べて迷光の発生を抑制することができる。
本発明の光電式エンコーダは、本発明の光源装置と、前記光源装置から光が照射されるスケールと、前記光源装置からの光を前記スケールを介して受光するとともに受光した光を電気信号にする受光手段と、を備えることを特徴とする。
このような本発明によれば、光電式エンコーダは、本発明における光源装置を備えることで、迷光が抑制された平行光を用いて測定を実行することができる。したがって、光電式エンコーダは、測定精度の向上を図ることができる。
本発明の第1実施形態に係るエンコーダを示す斜視図 本発明の第1実施形態に係る光源装置を示す側面図、上面図および底面図 本発明の第1実施形態に係る発光手段の配置を示す断面図 本発明の第1実施形態に係る光源装置を示す断面図 本発明の第2実施形態に係る光源装置を示す断面図 本発明の第3実施形態に係る光源装置を示す断面図 従来の光照射手段を示す断面図
〔第1実施形態〕
以下、本発明の第1実施形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明の第1実施形態に係るエンコーダを示す斜視図である。
エンコーダ1は、図1に示すように、平行光を照射する光源装置2と、光源装置2に対向して配置されるとともに光源装置2から光が照射されるスケール3と、光源装置2からの光をスケール3を介して受光するとともに受光した光を電気信号にする受光手段4と、を備える光電式エンコーダである。
スケール3は、ガラス等の透光素材で長尺状に形成され、スケール3の長手方向(X方向)に沿って透過部および非透過部を交互に有する光学格子Cを備えている。
光源装置2が平行光をスケール3に照射することでスケール3の光学格子Cを透過した平行光は、受光手段4上に光学格子Cと同じ周期の干渉縞を生成する。
なお、以下の説明および各図面において、スケール3の長手方向であり光源装置2および受光手段4の移動方向をX方向と記し、X方向に直交するスケール3の幅方向(奥行方向)をY方向と記し、X,Y方向に直交する上下方向をZ方向と記す場合がある。
受光手段4は、スケール3の光学格子Cを透過した平行光による干渉縞から光量変化を電気信号にする。エンコーダ1は、受光手段4による電気信号を演算して変位量を検出する。ここで、スケール3を透過した光の光量変化を電気信号に変換する方式を透過形光電式という。
図2は、本発明の第1実施形態に係る光源装置を示す側面図、上面図および底面図である。具体的には、図2(A)は光源装置2の側面図であり、図2(B)は光源装置2の上面図であり、図2(C)は光源装置2の底面図である。
光源装置2は、図2に示すように、光を照射する発光手段5と、発光手段5を内部に収容するとともに発光手段5から照射された光を平行光にする透光部材10と、を備えている。
発光手段5は、例えば発光ダイオード(Light Emitting Diode)が用いられる。
透光部材10は、発光手段5の光路上に位置し、発光手段5の光軸Lと平行な光軸平面11と、光軸平面11の発光手段5側(−Z方向側)の端部に接続して形成されるとともに、発光手段5の光路上に位置し、発光手段5の光軸Lと直交する直交平面12と、光軸平面11の発光手段5と反対側(+Z方向側)の端部に接続して直交平面12の反対側(+X方向側)に向かって形成されるとともに、発光手段5からの光を平行光にする放物面13と、光軸平面11と直交平面12とが接続することによって形成されるとともに、透光部材10の外側の領域かつ光軸平面11と直交平面12との間の領域にY軸と平行な中心軸AXを有する曲面状の接続部14と、光源装置2と図示しない電源とをつなぐ電源用リードフレーム15と、を備えている。
透光部材10は、例えば透明樹脂を金型等に入れて一体に成型されている。また、透光部材10の内部に収容された発光手段5は、光軸平面11の延長上に配置されている。
図3は、本発明の第1実施形態に係る発光手段の配置を示す断面図である。具体的には、図2(B)の光源装置2のA−A断面における断面図である。
図3に示すように、放物面13は、表面に発光手段5からの光を平行光として反射する反射部材16を備えている。
発光手段5は放物面13の焦点Fに配置されているため、発光手段5から放物面13に向かって照射された光は、反射部材16を反射して平行光として光源装置2から照射される。したがって、本実施形態では、放物面13と反射部材16とによって反射部が構成されている。なお、以下の実施形態においても同様である。
図4は、本発明の第1実施形態に係る光源装置を示す断面図である。具体的には、図2(B)の光源装置2のA−A断面における断面図である。
接続部14は、Y軸に平行な軸を中心軸AXとする真円柱の周面に相当する曲面で形成されている。この真円柱の半径Rは、発光手段5の発光面の最大長さdよりも大きく設定されている。発光手段5の発光面の最大長さdは、発光ダイオードの光を照射する部位である発光面の最大長さであり、例えばスリットを介して発光面の一部から光が照射された場合は、スリットを介した発光面の最大長さである。
透光部材10は、光軸平面11より+X方向側に照射された発光手段5からの光を反射部材16で反射させて平行光を出射する。また、透光部材10は、光軸平面11より−X方向側に照射された発光手段5からの光を直交平面12および接続部14を透過させて外部へと出射する。
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)光源装置2における透光部材10の接続部14は曲面状に形成されるため、図7に示す角部200のような光の散乱点が生じない。したがって、光源装置2は、迷光を削減して信頼性を保つとともに高精度化を図ることができる。
(2)透光部材10は、光軸平面11の+X方向側に向かって形成される放物面13を有しているため、必要な平行光を確保するとともに光源装置2の小型化を図ることができる。
(3)透光部材10は、曲面状の接続部14を備えるため、透明樹脂を金型等に入れて透光部材10を成型する場合、成型後に金型等から容易に離型することができる。
(4)透光部材10の接続部14は、発光手段5の発光面の最大長さdよりも大きい半径Rの円弧で形成されることで、発光手段5の発光面の最大長さdよりも小さい半径Rの円弧で形成される場合と比べて、迷光の発生を抑制することができる。
〔第2実施形態〕
以下、本発明の第2実施形態を図面に基づいて説明する。
なお、以下の説明では、既に説明した部分については、同一符号を付してその説明を省略する。
図5は、本発明の第2実施形態に係る光源装置を示す断面図である。具体的には、図2(B)の光源装置2のA−A断面における断面図である。
前記第1実施形態の光源装置2において接続部14に照射された光は、接続部14の曲面を透過して透光部材10の外部へと出射されていた。ここで、接続部14に照射された光の一部は、接続部14を透過せずに放物面13へ反射することがある。これに対して、本実施形態では、光源装置2Aの透光部材10Aは、光軸平面11、直交平面12および接続部14の表面に、さらに反射防止部材17を備えている点で前記第1実施形態と異なる。
図5に示すように、反射防止部材17は、発光手段5からの光のうち光軸平面11、直交平面12および接続部14に向かって照射された光について、放物面13に向かって反射することを防止するとともにその光を吸収する。なお、反射防止部材17は、例えば、光軸平面11、直交平面12および接続部14に反射防止膜を蒸着させたり、光軸平面11、直交平面12および接続部14を黒く塗ること等により形成される。
このような本実施形態においても、前記第1実施形態における(1)〜(4)と同様の作用、効果を奏することができる他、以下の作用、効果を奏することができる。
(5)透光部材10Aの接続部14は、反射防止部材17を備えるため発光手段5からの光を吸収する。したがって、接続部14に照射された光は反射防止部材17により吸収されるため、迷光の発生を抑制することができる。
〔第3実施形態〕
以下、本発明の第3実施形態を図面に基づいて説明する。
なお、以下の説明では、既に説明した部分については、同一符号を付してその説明を省略する。
図6は、本発明の第3実施形態に係る光源装置を示す断面図である。具体的には、図2(B)の光源装置2のA−A断面における断面図である。
前記第1実施形態の光源装置2および前記第2実施形態の光源装置2Aでは、光軸平面11および直交平面12は滑らかな表面の平面を備え、接続部14も同様に滑らかな表面の曲面を備えていた。これに対して、本実施形態の光源装置2Bにおける光軸平面11Bおよび直交平面12Bは粗面を備え、さらに、接続部14Bの曲面も同様に粗面を備えている点で前記第2実施形態と異なる。
図6に示すように、光源装置2Bの光軸平面11B、直交平面12Bおよび接続部14Bは、粗面を備えているため、発光手段5からの光を前記第1実施形態および前記第2実施形態における光軸平面11、直交平面12および接続部14に比べて、迷光の発生を抑制する。なお、粗面は、例えば透光部材10Bを金型等に入れて成型する際、金型の光軸平面11B、直交平面12Bおよび接続部14Bに相当する部分を予めサンドブラスト等で荒らしておくこと等により成型される。
このような本実施形態においても、前記第1実施形態および前記第2実施形態と同様の作用、効果を奏することができる他、以下の作用、効果を奏することができる。
(6)透光部材10Bの接続部14Bは、粗面に形成されていることで、粗面が形成されていない場合と比べて迷光の発生を抑制することができる。
〔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、前記各実施形態では、エンコーダ1に本発明である光源装置2,2Bを用いる場合を説明したが、その他の測定器等においても利用可能であり、光源装置2,2Bを何に実装するかについては、特に限定されるものではない。
また、エンコーダ1は、光源装置2,2Bからの光を透過させる透過形光電式として記載したが、受光手段4が光学格子Cから反射した光を受光する反射形光電式であってもよい。
前記各実施形態において、接続部14,14Bは、光軸平面11,11Bおよび直交平面12,12Bと中心軸AXまでの長さが同じ真円柱の周面に相当する曲面が設けられていたが、光軸平面11,11Bおよび直交平面12,12Bと中心軸AXまでの長さがそれぞれ異なる円柱の周面に相当する曲面が設けられていてもよい。
前記第1実施形態において、反射部材16は放物面13に設けられていたが、放物面13に加えて光軸平面11にも設けられていてもよい。
前記第2実施形態において、光軸平面11および直交平面12には反射防止部材17が設けられていたが、反射防止部材17は接続部14に設けられていればよく、光軸平面11および直交平面12には反射防止部材17は設けられていなくてもよい。
前記第3実施形態において、光軸平面11Bおよび直交平面12Bには粗面が形成されていたが、粗面は接続部14Bに形成されていればよく、直交平面12Bには粗面は形成されていなくてもよい。また、光軸平面11B、直交平面12Bおよび接続部14Bには反射防止部材17が設けられていたが、光軸平面11B、直交平面12Bおよび接続部14Bには反射防止部材17は設けられていなくてもよい。
前記各実施形態において、反射部は放物面13を有して構成されていたが、反射部は放物面13に限らず、他の形状の面を備えていてもよい。すなわち、反射部は、発光手段5からの光を平行光にすることができればどのような構成でもよい。
以上のように、本発明は、光源装置およびこれを備えた光電式エンコーダに好適に利用できる。
1 エンコーダ
2 光源装置
3 スケール
4 受光手段
5 発光手段
10 透光部材
11,11B 光軸平面
12,12B 直交平面
13 放物面(反射部)
14,14B 接続部
17 反射防止部材
AX 中心軸
d 発光手段の発光面の最大長さ
L 光軸
R 中心軸AXを有する真円柱の半径

Claims (5)

  1. 光を照射する発光手段と、前記発光手段を内部に収容するとともに前記発光手段から照射された光を平行光にする透光部材と、を備えた光源装置であって、
    前記透光部材は、
    前記発光手段の光路上に位置し、前記発光手段の光軸と平行な光軸平面と、
    前記光軸平面の発光手段側の端部に接続して形成されるとともに、前記発光手段の光路上に位置し、前記発光手段の光軸と直交する直交平面と、
    前記光軸平面の発光手段と反対側の端部に接続して前記直交平面の反対側に向かって形成されるとともに、前記発光手段からの光を平行光にする反射部と、
    前記光軸平面と前記直交平面とが接続することによって形成されるとともに、前記透光部材の外側の領域かつ前記光軸平面と前記直交平面との間の領域に中心軸を有する曲面状の接続部と、を備え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、
    前記接続部は、
    前記発光手段からの光を吸収する反射防止部材を備えることを特徴とする光源装置。
  3. 請求項1または請求項2に記載された光源装置において、
    前記接続部は、
    前記発光手段の発光面の最大長さよりも大きい半径の曲面で形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、
    前記接続部は、粗面に形成さ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4のいずれかに記載された光源装置と、
    前記光源装置から光が照射されるスケールと、
    前記光源装置からの光を前記スケールを介して受光するとともに受光した光を電気信号にする受光手段と、を備えることを特徴とする光電式エンコーダ。
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