JP6690998B2 - 発光ユニット、発光受光ユニットおよび光電式エンコーダ - Google Patents

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Description

本件は、発光ユニット、発光受光ユニットおよび光電式エンコーダに関する。
特許文献１は、コリメートレンズと両側テレセントリック光学系とを備える光電式エンコーダを開示している。特許文献２は、放物面鏡を用いた照明系を備えた光電式エンコーダを開示している。
特開２０１１−０５９０５５号公報 特開平７−１５１５６５号公報
特許文献１の技術では、コリメートレンズを用いているため、照明系を小型化しようとして焦点距離を小さくすると、照度の均一度の悪化や、光線の平行度の悪化を引き起こすおそれがある。そこで、特許文献２の技術を利用することが考えられる。しかしながら、複数トラックを備える光電式エンコーダに特許文献２の技術を利用すると、２つのトラックをカバーするように放物面を大きくする必要がある。この場合、照明系の小型化が困難である。
１つの側面では、本発明は、照明系の小型化を可能とする発光ユニット、発光受光ユニットおよび光電式エンコーダを提供することを目的とする。
１つの態様では、発光ユニットは、光源と、前記光源の光軸方向で互いに離間して前記光源に焦点を有する第１部分放物面および第２部分放物面の反射面を有するリフレクタと、を備え、前記第２部分放物面は、前記光軸方向において前記光源と前記第１部分放物面との間に位置し、前記第１部分放物面とは異なる係数を有し、前記第１部分放物面を前記第１部分放物面の係数に従って前記光源側に延長した場合の面と比較して、前記光源からの光が前記第１部分放物面によって反射する方向側に位置することを特徴とする。
上記発光ユニットにおいて、前記光軸方向をＹ軸とし、前記第１部分放物面および前記第２部分放物面の反射方向をＺ軸とし、Ｙ軸およびＺ軸と直交する軸をＸ軸とし、係数をａとする場合に、前記第１部分放物面および前記第２部分放物面は、ｚ＋ａ＝（ｘ２＋ｙ２）／４ａ（ただしａ＞０）で表され、前記第２部分放物面の係数ａは、前記第１部分放物面の係数ａよりも小さくしてもよい。
上記発光ユニットにおいて、前記光軸方向をＹ軸とし、前記第１部分放物面および前記第２部分放物面の反射方向をＺ軸とし、Ｙ軸およびＺ軸と直交する軸をＸ軸とし、係数をａとする場合に、前記第１部分放物面および前記第２部分放物面は、ｚ＋ａ＝（ｘ２＋ｙ２）／４ａ＋ｃｉ（ｘ，ｙ）（ただしａ＞０）で表され、前記第２部分放物面の係数ａは、前記第１部分放物面の係数ａよりも小さくしてもよい。
１つの態様では、発光受光ユニットは、上記いずれかの発光ユニットと、前記第１部分放物面からの光を受光する第１受光素子と、前記第２部分放物面からの光を受光する第２受光素子と、を備えることを特徴とする。
１つの態様では、光電式エンコーダは、上記発光受光ユニットと、測定軸に沿って格子が形成され、前記発光受光ユニットに対して相対移動可能に設けられ、前記第１部分放物面からの光を透過する第１トラックおよび前記第２部分放物面からの光を透過する第２トラックと、を備え、前記第１受光素子は、前記第１トラックを透過した光を受光するように配置され、前記第２受光素子は、前記第２トラックを透過した光を受光するように配置されていることを特徴とする。
１つの態様では、発光ユニットは、第１光源および第２光源と、前記第１光源に焦点を有する第１部分放物面の反射面と、前記第２光源に焦点を有する第２部分放物面の反射面とを有するリフレクタと、を備え、前記第１部分放物面および前記第２部分放物面は、前記第１光源の光軸方向において互いに離間し、前記第２部分放物面は、前記第１光源の光軸方向において前記第１光源と前記第１部分放物面との間に位置し、前記第１部分放物面とは異なる係数を有し、前記第１部分放物面を前記第１部分放物面の係数に従って前記第１光源側に延長した場合の面と比較して、前記第１光源からの光が前記第１部分放物面によって反射する方向側に位置することを特徴とする。
照明系の小型化を可能とする発光ユニット、発光受光ユニットおよび光電式エンコーダを提供することができる。
（ａ）は第１実施形態に係る光電式エンコーダの平面図であり、（ｂ）は側面図であり、（ｃ）は正面図である。 リフレクタの斜視図である。 検出光学系を例示する図である。 （ａ）〜（ｃ）は受光領域を例示する図である。 （ａ）は比較形態に係る光電式エンコーダの側面図であり、（ｂ）は正面図である。 （ａ）は第２実施形態に係る光電式エンコーダの平面図であり、（ｂ）は側面図であり、（ｃ）は正面図である。 第２実施形態に係るリフレクタの斜視図である。 （ａ）は第３実施形態に係る光電式エンコーダの平面図であり、（ｂ）は側面図であり、（ｃ）は正面図である。 （ａ）および（ｂ）は部分放物面の焦点と光源との位置ずれの許容範囲について説明するための図である。 部分放物面の焦点と光源との位置ずれの許容範囲について説明するための図である。
以下、図面を参照しつつ、実施形態について説明する。
（第１実施形態）
図１（ａ）は、第１実施形態に係る光電式エンコーダ１００の平面図である。図１（ｂ）は、光電式エンコーダ１００の側面図である。図１（ｃ）は、光電式エンコーダ１００の正面図である。図２は、後述するリフレクタ２０の斜視図である。なお、以下の説明において、各図中に示すように、後述するスケール３０に形成された各格子の配列方向をＸ軸とし、後述する光源１０の光軸方向をＹ軸とし、Ｘ軸およびＹ軸と直交する方向をＺ軸とする。Ｚ軸は、光源１０からの出力光がリフレクタ２０によって反射される方向に対応する。
図１（ａ）〜図１（ｃ）で例示するように、光電式エンコーダ１００は、光源１０、リフレクタ２０、スケール３０、第１検出光学系４０、第２検出光学系５０、および受光素子６０を備える。
光源１０は、例えば、発光ダイオード等の点発光素子である。前述したように、光源１０は、Ｙ軸方向に光軸を有し、Ｙ軸プラス方向に光を出射する。光源１０は、リフレクタ２０の底面に形成された凹部に配置されている。
リフレクタ２０は、光源１０の出力光をコリメート光に変換するための複数の異なる部分放物面を備える凹面鏡反射体である。図１（ｂ）、図１（ｃ）および図２で例示するように、本実施形態においては、リフレクタ２０は、Ｙ軸方向の２つの異なる位置に、互いに離間して異なる係数を有する第１部分放物面２１および第２部分放物面２２を備えている。第２部分放物面２２は、Ｙ軸方向において、光源１０と第１部分放物面２１との間に位置している。また、第２部分放物面２２は、第１部分放物面２１を第１部分放物面２１の係数に従って光源１０側（Ｙ軸マイナス側）に延長した場合の面と比較して、Ｚ軸プラス側に位置する。第１部分放物面２１および第２部分放物面２２の係数は、第１部分放物面２１および第２部分放物面２２の焦点Ｏが光源１０の発光点に位置するように設定されている。それにより、第１部分放物面２１および第２部分放物面２２のそれぞれの内面は、光源１０の出力光を反射する際にコリメート光に変換する。第１部分放物面２１および第２部分放物面２２の詳細は、後述する。
スケール３０は、透明体３１と、複数のトラックとを備えている。トラック数はリフレクタ２０の部分放物面と同数であるため、本実施形態においては、第１トラック３２および第２トラック３３の２つのトラックが設けられている。第１トラック３２は、第１部分放物面２１からのコリメート光の光路に配置されている。第２トラック３３は、第２部分放物面２２からのコリメート光の光路に配置されている。
第１トラック３２および第２トラック３３は、Ｘ軸方向に沿った所定のスケール周期の格子を備えている。すなわち、第１トラック３２および第２トラック３３は、Ｘ軸方向に格子の配列方向を有する。第１トラック３２および第２トラック３３は、Ｙ軸方向の異なる箇所で互いに離間して設けられている。第１トラック３２および第２トラック３３のスケール周期は、同一であってもよく、異なってもよい。例えば、一方のトラックを明暗の等間隔のインクリメンタルパターンからなるインクリメンタルトラックとし、他方のトラックを、擬似ランダム符号を表現したアブソリュートパターンからなるアブソリュートトラックとしてもよい。また、一方を粗いパターンとし、他方を高精細のパターンとしてもよい。第１トラック３２および第２トラック３３は、位相のみが異なる同一のパターンの格子としてもよい。例えば、第１トラック３２および第２トラック３３を、位相が９０°ずれたインクリメンタルパターンとし、受光素子６０の出力として二相正弦波信号や二相方形波信号が得られるようにしてもよい。
第１検出光学系４０は、第１トラック３２を透過したコリメート光の光路に配置されている。第２検出光学系５０は、第２トラック３３を透過したコリメート光の光路に配置されている。第１トラック３２を透過したコリメート光は、第１トラック３２の格子によって生じた明暗を伴いつつ、第１検出光学系４０に入射する。第２トラック３３を透過したコリメート光は、第２トラック３３の格子によって生じた明暗を伴いつつ、第２検出光学系５０に入射する。
第１検出光学系４０および第２検出光学系５０は、それぞれ入射したコリメート光を受光素子６０に結像する。第１検出光学系４０および第２検出光学系５０は、両側テレセントリック光学系、レンズミラーアレイなどである。図３は、第１検出光学系４０を例示する図である。図３では、両側テレセントリック光学系について例示されている。図３で例示するように、第１検出光学系４０は、第１結像レンズ４１と、開口板４２と、第２結像レンズ４３とが光路方向に順に配置された構成を有する。第１トラック３２を透過した回折光は、第１結像レンズ４１を透過し、開口板４２の開口を通過し、第２結像レンズ４３で集光され、受光素子６０において結像する。なお、第２検出光学系５０も、第１検出光学系４０と同様の構成を有する。
受光素子６０は、例えば、フォトダイオードアレイである。受光素子６０には、複数の受光領域が設けられている。受光領域は、リフレクタ２０の部分放物面と同数であるため、本実施形態においては、第１受光領域６１および第２受光領域６２の２つの受光領域が設けられている。なお、第１受光領域６１および第２受光領域６２のそれぞれにおいては、複数のフォトダイオードが所定の周期でＸ軸方向に並べて配置されている。
第１検出光学系４０は、第１トラック３２を透過するコリメート光を受光素子６０の第１受光領域６１に結像する。第２検出光学系５０は、第２トラック３３を透過するコリメート光を受光素子６０の第２受光領域６２に結像する。第１受光領域６１は、複数のフォトダイオードの出力を用いて、第１トラック３２の格子に応じた明暗を検出する。第２受光領域６２は、複数のフォトダイオードの出力を用いて、第２トラック３３の格子に応じた明暗を検出する。それにより、スケール３０と受光素子６０との相対的な位置変動を検出することができる。具体的には、複数のフォトダイオードが検出した受光強度に基づいて、位置変動の量を求めることができる。
続いて、リフレクタ２０の第１部分放物面２１および第２部分放物面２２の詳細について説明する。第１部分放物面２１および第２部分放物面２２は、焦点Ｏを共有する。第１部分放物面２１は、回転放物面の一部をなす。第２部分放物面２２は、他の回転放物面の一部をなす。第１部分放物面２１がなす回転放物面の係数と、第２部分放物面２２がなす回転放物面の係数とは、異なっている。ｉ番目の部分放物面は、焦点Ｏを原点として、下記式（１）のように表すことができる。なお、ａｉは、係数である。また、ａｉは、図１（ｃ）で例示するように、Ｙ軸マイナス側に延長した各部分放物面と焦点Ｏとの、Ｚ軸マイナス方向の距離である。前述したように、各部分放物面から出射されるコリメート光の出射方向はＺ軸プラス方向である。第２部分放物面の係数ａ２は、第１部分放物面の係数ａ１よりも小さく設定されている。また、ａｉは、ａｉ＞０を満たす値である。
ｚｉ＋ａｉ＝（ｘｉ ２＋ｙｉ ２）／４ａｉ （１）
また、上記式（１）で表される放物面は、焦点Ｏ＝原点を中心とする理想的な球面波に対しては完全に平行光化可能である形状である。しかし、実際に焦点に光源デバイスを配置する（例えばＬＥＤパッケージ部品をリフレクタ部品に接合する）場合は、光源デバイスとリフレクタの間に存在する屈折率の異なる媒質や空気との界面で光の屈折が生じるため、光源から発した波面には前記理想的な球面波からのずれ（収差）が生じ、反射光の平行性が劣化し得る。このような収差は光源から放物面までの構造によって決まるので、一般的に下記式（２）のように補正項を加えることにより収差を打消して平行性を改善することが可能である。
ｚｉ＋ａｉ＝（ｘｉ ２＋ｙｉ ２）／４ａｉ＋ｃｉ（ｘ，ｙ） （２）
ここでｃｉ（ｘ，ｙ）は、部分放物面上の座標に応じて加える任意の補正項である。補正項の設計方法としては、例えば補正項をｘとｙに関する高次多項式関数で表現して係数を最適化設計させる方法などがある。
リフレクタ２０は、透明な材質であり、例えば光学用樹脂などである。リフレクタ２０の形成方法は、特に限定されるものではない。例えば、樹脂射出成形等によりリフレクタ２０を形成することができる。第１部分放物面２１および第２部分放物面２２の外面には、高反射率の反射膜が成膜されている。例えば、高反射率の反射膜として、金属蒸着膜（アルミニウムなど）、誘電体多層膜などを用いることができる。
第１部分放物面２１のうち、光源１０の出力光を受光素子６０の第１受光領域６１に対して入射する領域を第１有効領域２３と称する。第２部分放物面２２のうち、光源１０の出力光を受光素子６０の第２受光領域６２に対して入射する領域を第２有効領域２４と称する。第１有効領域２３からのコリメート光と第２有効領域２４からのコリメート光とが互いに遮らないように、第１部分放物面２１および第２部分放物面２２の各係数が選択されている。
図４（ａ）〜図４（ｃ）は、第１受光領域６１を例示する図である。図４（ａ）で例示するように、第１受光領域６１においては、複数の受光素子６３がＸ軸方向において所定の周期で離間して配列されている。第１有効領域２３は、第１部分放物面２１において、図４（ａ）の点線で表すように全ての受光素子６３をカバーするように設定される。または、第１有効領域２３は、第１部分放物面２１において、図４（ｂ）の点線で表すようにＸ軸方向において全ての受光素子６３をカバーしていればよく、各受光素子６３のＹ軸方向の一部をカバーしなくてもよい。第２有効領域２４も、第２受光領域６２に対して同様の領域をなす。図１の例では、有効領域２３は、図４（ｃ）で例示するように、受光領域（全ての受光素子６３の最外輪郭を結ぶことで得られる領域）と第１検出光学系４０の倍率（図１では等倍）によって定められる領域に対応している。
（比較形態）
ここで、第１実施形態に係る光電式エンコーダ１００の構成の効果を説明するために、比較形態に係る光電式エンコーダ２００について説明する。図５（ａ）は、光電式エンコーダ２００の側面図である。図５（ｂ）は、光電式エンコーダ２００の正面図である。光電式エンコーダ２００が光電式エンコーダ１００と異なる点は、リフレクタ２０の代わりにリフレクタ２１０が設けられている点である。
図５（ａ）および図５（ｂ）で例示するように、リフレクタ２１０には、１つの部分放物面２０１が形成されている。上記式（１）の係数は「ａ（＞０）」である。部分放物面２０１に、第１有効領域２０２および第２有効領域２０３が位置することになる。第１有効領域２０２は、部分放物面２０１のうち、光源１０の出力光を第１受光領域６１に対して入射する領域である。第２有効領域２０３は、部分放物面２０１のうち、光源１０の出力光を第２受光領域６２に対して入射する領域である。第１有効領域２０２と第２有効領域２０３とは、Ｙ軸方向で離間している。以下、第１有効領域２０２と第２有効領域２０３とを、Ｙ軸方向で離間させる理由について説明する。
２個以上の異なるトラックを利用する光電式エンコーダにおいては、例えば、一般的な等間隔の目盛格子トラックによる高精度な位置情報と、絶対位置情報を記録したトラックの情報を合成し、全体として高精度な絶対位置を検出することができる。これらのトラックは、測長方向に対して垂直方向（Ｙ軸方向）に配置される。光電式エンコーダにおいては、通常、トラックは垂直方向（Ｙ軸方向）にある程度の高さを持っている。これは、受光素子上の受光部(ＩＣ上に形成されたフォトダイオードアレイが一般的)の高さに加えて、部品の組立や、検出器の移動などに伴う高さ方向の相互ずれを許容できるだけ、受光領域よりも大きな高さを持たせる必要が有るからである。
また、２個の異なるトラックを隣合せて配置するため、トラック間が近いほど、隣のトラックを経由して本来意図していない光線（迷光）が混入する確率が高まる。この場合、たとえばノイズの増加などの、意図しない性能悪化のリスクが高まる。これらの理由により、２個のトラックはそれぞれ実用上妥当な高さと、トラック間の距離を設けて配置されることが望まれる。一例として、トラック間の離間距離として、３ｍｍ程度が望まれる。以上の理由から、第１有効領域２０２と第２有効領域２０３とを、Ｙ軸方向において離間させる必要がある。
１つの部分放物面内に第１有効領域２０２と第２有効領域２０３とを設けようとすると、第１有効領域２０２と第２有効領域２０３とをＹ軸方向において離間させる必要があることから、第１有効領域２０２と第２有効領域２０３とがＺ軸方向においても離間することになる。図５（ｂ）においては、離間距離として、リフレクタ２１０に余分な厚みＴが必要となる。この場合、リフレクタ２１０がＺ軸方向に厚くなる。その結果、光源とリフレクタを備える照明系の小型化が困難となる。
これに対して、第１実施形態に係る光電式エンコーダ１００においては、１種類の部分放物面を利用したものと比較して、第１有効領域２３と第２有効領域２４との間の不要な厚みを無くすことが可能になる。具体的には、第１部分放物面２１を自身の係数に従ってＹ軸マイナス側に延長した場合の面と比較して、第２部分放物面２２をＺ軸プラス側にシフトさせることができる。それにより、リフレクタ２０の不要な厚みをなくすことができるのである。その結果、照明系を小型化することができる。また、第１有効領域２３および第２有効領域２４を十分に覆う範囲を均一な平行光で照明できる。また、内面反射とすることで、反射面が外部からの汚染などから保護される。また、同一部品に反射面および光源１０用の凹部が形成されていることから、光源１０を高精度に位置決めして組み立てることが容易になる。
（第２実施形態）
図６（ａ）は、第２実施形態に係る光電式エンコーダ１００ａの平面図である。図６（ｂ）は、光電式エンコーダ１００ａの側面図である。図６（ｃ）は、光電式エンコーダ１００ａの正面図である。光電式エンコーダ１００ａが第１実施形態に係る光電式エンコーダ１００と異なる点は、リフレクタ２０の代わりにリフレクタ２０ａが設けられている点である。図７は、リフレクタ２０ａの斜視図である。
リフレクタ２０ａがリフレクタ２０と異なる点は、リフレクタ２０ａの形状が限定されている点である。図６（ａ）〜図６（ｃ）および図７で例示するように、リフレクタ２０ａにおいては、第１有効領域２３および第２有効領域２４をＸＺ平面に投影した場合に、第１有効領域２３の最小Ｚ座標Ｚ１ＭＩＮと第２有効領域２４の最大Ｚ座標Ｚ２ＭＡＸとが一致するように、第１部分放物面２１および第２部分放物面２２の係数ａ１，ａ２（＞０）が設定されている。
このような構成によれば、リフレクタ２０ａの金型を旋盤加工などで加工する際の工具のニゲが大きくなり、加工し易くなるという好ましい効果が得られる。
（第３実施形態）
第１実施形態および第２実施形態においては、光源の数を１としたが、それに限られない。例えば、光源を複数設けてもよい。図８（ａ）は、第３実施形態に係る光電式エンコーダ１００ｂの平面図である。図８（ｂ）は、光電式エンコーダ１００ｂの側面図である。図８（ｃ）は、光電式エンコーダ１００ｂの正面図である。
光電式エンコーダ１００ｂにおいては、リフレクタ２０の代わりにリフレクタ２０ｂが設けられている。図８（ａ）〜図８（ｃ）で例示するように、第１実施形態および第２実施形態と同様に、リフレクタ２０ｂは、Ｙ軸方向の２つの異なる位置に、互いに離間して２つの異なる第１部分放物面２１および第２部分放物面２２を備えている。第２部分放物面２２は、Ｙ軸方向において、第１光源１１と第１部分放物面２１との間に位置している。また、第２部分放物面２２は、第１部分放物面２１を第１部分放物面２１の係数に従って第１光源１１側（Ｙ軸マイナス側）に延長した場合の面と比較して、Ｚ軸プラス側に位置する。
例えば、Ｚ軸方向において異なる２箇所のそれぞれに、第１光源１１と第２光源１２とを設けてもよい。第１光源１１および第２光源１２は、リフレクタ２０ｂの底面に形成された２つの凹部のそれぞれに設けられている。第１部分放物面２１の係数は、第１部分放物面２１の第１焦点Ｏ１が第１光源１１の発光点に位置するように設定されている。第２部分放物面２２の係数は、第２部分放物面２２の第２焦点Ｏ２が第２光源１２の発光点に位置するように設定されている。
第１部分放物面２１の第１焦点Ｏ１を原点とするＸＹＺ軸をＸ１Ｙ１Ｚ１軸とし、第２部分放物面２２の第２焦点Ｏ２を原点とするＸＹＺ軸をＸ２Ｙ２Ｚ２軸とする。この場合に、Ｘ１軸とＸ２軸、Ｙ１軸とＹ２軸、Ｚ１軸とＺ２軸とは平行をなすが、必ずしも同軸を形成しなくてもよい。すなわち、Ｙ軸方向の２つの異なる位置に、互いに離間して２つの異なる第１部分放物面２１および第２部分放物面２２が備わり、第２部分放物面２２がＹ軸方向において第１光源１１と第１部分放物面２１との間に位置し、第２部分放物面２２が第１部分放物面２１を自身の係数に従って第１光源１１側（Ｙ軸マイナス側）に延長した場合の面と比較してＺ軸プラス側に位置していれば、どのような位置に複数の光源を配置してもよい。
（ 部分放物面焦点と光源との位置ずれの許容範囲）
続いて、部分放物面の焦点と光源との位置ずれの許容範囲について説明する。図９（ａ）は、部分放物面と、光源の位置（焦点Ｏ）と、トラックの位置（物体Ａ）とを含む模式図である。図９（ａ）で例示するように、焦点Ｏから出射された光線が、部分放物面で反射されて物体Ａに到達し、その後、光取り込み角±θを持つ検出光学系で透過光が取り込まれ、結像する。
ここで、角度±αで示した２本の光線は、格子ピッチｐを持つ回折格子(トラック)によって得られる光波長λの１次回折光（α＝ｓｉｎ−１（±λ／ｐ））に相当する。これらの回折光と０次透過光とが、格子ピッチｐの結像に寄与する光線である。通常、格子ピッチｐの像を十分なコントラストで結像させるためには、θはαより十分大きくなるように設計される。
仮に、焦点Ｏが光軸と垂直方向にεずれた場合、物体Ａに対する入射角度に、焦点と光源の中心との間の誤差εを光源から部分放物面までの焦点距離ｆで割った程度の光線の傾き(ε／ｆ)の誤差が生じることになる。この場合、図９（ｂ）で例示する±αの２本の回折光も等しく傾くようになる。しかしながら、これらの２本の回折光が検出光学系の光取り込み角±θの範囲内にあれば、光線の傾きによる光学収差等を無視すると、これらの２本の回折光もまた結像に寄与する。
ここまで、光源が大きさのない仮想的な光源点が部分放物面の焦点に完全に一致しているという理想的な条件を仮定して説明を行ってきた。しかしながら、実際の光源は、有限の大きさｗを持っている。したがって、理想的な平行光のまわりに光線が広がりを持つ。この広がり角は、光源の開口数ＮＡｓ＝ｓｉｎ（ｗ／２ｆ）として特徴付けられる（部分放物面の焦点距離ｆ）。したがって、焦点近傍にある有限の大きさの光源の出力光は、ｗ／２ｆの角度の広がりを持つようになる。そのため、この角度に応じた分だけ、光源の中心位置の誤差の許容範囲が広がると考えられる。
ここで、結像に寄与する回折光が結像系に取り込まれる条件で、光源の中心位置の誤差εに許される限界を考える。図１０は、限界の場合の、物体Ａ近傍における光線の関係を、角度を誇張して例示している。図左から、光線の傾きε／ｆ、広がり角ｗ／２ｆで照明されている。最も傾きが小さい光線の角度は、ε／ｆ−ｗ／２ｆである。
一方、物体Ａより右側では、光取り込み角θ以内に、結像に寄与する回折光（±αで挟まれる光線）を示しており、それらの０次透過光に相当する光線の角度はθ−αである。したがって、角度が十分小さい（近軸）近似においてε／ｆ−ｗ／２ｆ≦θ−α、すなわちε≦ｆ・（θ−α）＋ｗ／２（ただしθ−α≧０）を得ることができる。すなわち、光源の中心位置の誤差εに許される許容は、最も厳しい条件においても光源自体の幅の半分程度ｗ／２であり、結像系の取り込み角の余裕度(θ−α)と部分放物面の焦点距離ｆとによって許容が増えるだけだと考えられる。
従って、本光学部品において、光源の発光点の中心を必ずしも焦点に一致させる必要はない。光源中心位置の誤差は、近似的な上式にあたえられている条件であることが望ましい。
さらに、照明系の構成に関して、今までは０次透過光を直接結像系へ導く明視野照明を前提としてきたが、例えば物体からの散乱光を検出する暗視野照明の構成や、拡散板などにより照明光を拡散させて使用する構成などに本照明部品を使用しても何ら問題ない。
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
１０ 光源
２０ リフレクタ
２１ 第１部分放物面
２２ 第２部分放物面
２３ 第１有効領域
２４ 第２有効領域
３０ スケール
３２ 第１トラック
３３ 第２トラック
４０ 第１検出光学系
５０ 第２検出光学系
６０ 受光素子
６１ 第１受光領域
６２ 第２受光領域
１００ 光電式エンコーダ

Claims (6)

  1. 光源と、
    前記光源の光軸方向で互いに離間して前記光源に焦点を有する第１部分放物面および第２部分放物面の反射面を有するリフレクタと、を備え、
    前記第２部分放物面は、前記光軸方向において前記光源と前記第１部分放物面との間に位置し、前記第１部分放物面とは異なる係数を有し、前記第１部分放物面を前記第１部分放物面の係数に従って前記光源側に延長した場合の面と比較して、前記光源からの光が前記第１部分放物面によって反射する方向側に位置することを特徴とする発光ユニット。
  2. 前記光軸方向をＹ軸とし、
    前記第１部分放物面および前記第２部分放物面の反射方向をＺ軸とし、Ｙ軸およびＺ軸と直交する軸をＸ軸とし、係数をａとする場合に、前記第１部分放物面および前記第２部分放物面は、ｚ＋ａ＝（ｘ２＋ｙ２）／４ａ（ただしａ＞０）で表され、
    前記第２部分放物面の係数ａは、前記第１部分放物面の係数ａよりも小さいことを特徴とする請求項１記載の発光ユニット。
  3. 前記光軸方向をＹ軸とし、
    前記第１部分放物面および前記第２部分放物面の反射方向をＺ軸とし、Ｙ軸およびＺ軸と直交する軸をＸ軸とし、係数をａとする場合に、前記第１部分放物面および前記第２部分放物面は、ｚ＋ａ＝（ｘ２＋ｙ２）／４ａ＋ｃｉ（ｘ，ｙ）（ただしａ＞０）で表され、
    前記第２部分放物面の係数ａは、前記第１部分放物面の係数ａよりも小さいことを特徴とする請求項１記載の発光ユニット。
  4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の発光ユニットと、
    前記第１部分放物面からの光を受光する第１受光素子と、
    前記第２部分放物面からの光を受光する第２受光素子と、を備えることを特徴とする発光受光ユニット。
  5. 請求項４に記載の発光受光ユニットと、
    測定軸に沿って格子が形成され、前記発光受光ユニットに対して相対移動可能に設けられ、前記第１部分放物面からの光を透過する第１トラックおよび前記第２部分放物面からの光を透過する第２トラックと、を備え、
    前記第１受光素子は、前記第１トラックを透過した光を受光するように配置され、
    前記第２受光素子は、前記第２トラックを透過した光を受光するように配置されていることを特徴とする光電式エンコーダ。
  6. 第１光源および第２光源と、
    前記第１光源に焦点を有する第１部分放物面の反射面と、前記第２光源に焦点を有する第２部分放物面の反射面とを有するリフレクタと、を備え、
    前記第１部分放物面および前記第２部分放物面は、前記第１光源の光軸方向において互いに離間し、
    前記第２部分放物面は、前記第１光源の光軸方向において前記第１光源と前記第１部分放物面との間に位置し、前記第１部分放物面とは異なる係数を有し、前記第１部分放物面を前記第１部分放物面の係数に従って前記第１光源側に延長した場合の面と比較して、前記第１光源からの光が前記第１部分放物面によって反射する方向側に位置することを特徴とする発光ユニット。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11474311B1 (en) * 2021-05-27 2022-10-18 Applied Optoelectronics, Inc. Parabolic lens device for use in optical subassembly modules
CN116136496B (zh) * 2023-04-04 2023-07-21 中国科学院光电技术研究所 一种基于抛物面反射镜的brdf测量系统

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BE1007513A3 (nl) * 1993-09-13 1995-07-18 Philips Electronics Nv Meetinrichting voor het bepalen van de verplaatsing van een beweegbaar voorwerp.
JP2690680B2 (ja) * 1993-11-26 1997-12-10 株式会社ミツトヨ 光電式エンコーダ
JPH10132612A (ja) * 1996-10-28 1998-05-22 Mitsutoyo Corp 光学式変位検出装置
DE69900267T2 (de) * 1999-12-15 2002-06-27 Brown & Sharpe Tesa S.A., Renens Positionsgeber
JP2003106871A (ja) 2001-09-28 2003-04-09 Mitsutoyo Corp 発光ユニット、発光受光ユニットおよび光学式変位検出装置
JP2004340929A (ja) * 2003-04-21 2004-12-02 Mitsubishi Electric Corp 光学式ロータリーエンコーダ
JP5068050B2 (ja) * 2006-09-28 2012-11-07 スタンレー電気株式会社 光学式アブソリュート形ロータリエンコーダ
JP2011059055A (ja) 2009-09-14 2011-03-24 Mitsutoyo Corp 光電式エンコーダ
CN101713687B (zh) * 2009-11-17 2011-03-16 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 一种太赫兹波段的无线发射接收装置及其发射接收方法
DE102012202290B4 (de) * 2012-02-15 2014-03-27 Automotive Lighting Reutlingen Gmbh Lichtmodul für ein blendungsfreies Kraftfahrzeug-Fernlicht

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