專利名稱：用于光學(xué)編碼器的發(fā)射光源裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種用于反射光學(xué)編碼器的發(fā)射光源裝置。
相關(guān)技術(shù)的說明兩種類型的光學(xué)編碼器是已知的；第一種是透射類型的編碼器；第二種是反射類型的編碼器。透射類型的編碼器包括一刻度盤，一光發(fā)射元件和一光接收元件。該刻度盤具有沿測量的軸線制成的光柵。光發(fā)射元件和光接收元件提供在刻度盤側(cè)面的相對部位。在透射類型的編碼器中，來自于光發(fā)射元件的光作用于刻度盤，并且光透射刻度盤由光接收元件接收。在反射類型的的編碼器中，光發(fā)射元件和光接收元件提供在刻度盤的同一側(cè)面，來自于光發(fā)射元件的光作用于刻度盤，并且光從刻度盤反射由光接收元件接收。
由于光發(fā)射元件和光接收元件能夠提供在刻度盤的同一側(cè)面，因此，反射類型的的編碼器能夠制成較透射類型的編碼器小的尺寸。然而，當(dāng)前市場上流行的可買得到的反射類型的光學(xué)編碼器具有需要光反射元件和光接收元件精確定位的結(jié)構(gòu)。另外，還需要一個形成用于這些元件的信號搭載線的電路板。由于在結(jié)構(gòu)方面的這些復(fù)雜性，反射類型的光學(xué)編碼器的尺寸不能減小到合適的水平。
為克服這些問題，申請人預(yù)先提出了采用樹脂決作為一種緊湊的傳感器頭部的思想(USP 5995229)。然而，進(jìn)一步減小尺寸和厚度的需求增加了。另外，還需要改進(jìn)發(fā)射光源，以便于能夠更精確地測量。
發(fā)明的概述本發(fā)明的目的是提供一種用于光學(xué)編碼器的發(fā)射光源裝置，該裝置能夠制成較小的尺寸和厚度，并仍然允許其更精確地測量。
為實(shí)現(xiàn)該目的，本發(fā)明提供了一種反射類型的用于光學(xué)編碼器的發(fā)射光源裝置，其中光線作用于反射刻度盤，該反射刻度盤具有沿測量軸線制成的光柵，該裝置由光接收元件從刻度盤接收反射光，輸出位移信號。該裝置包括一相對于刻度盤布置的框架；一安裝在框架上的光發(fā)射晶片，該光發(fā)射晶片具有一與刻度盤的光柵表面和光柵的方向(沿測量的軸線)基本垂直的光發(fā)射表面；一模制的密封光發(fā)射元件晶片和框架的透明樹脂。透明樹脂包括第一光學(xué)元件和第二光學(xué)元件，第一光學(xué)元件提供在模制的透明樹脂的端面，該端面面對光發(fā)射元件晶片的光發(fā)射表面。第一光學(xué)元件反射來自于光發(fā)射元件晶片的光，該反射的光基本平行于光柵表面，并處于與光柵的方向垂直的方向。第二光學(xué)元件提供在模制的透明樹脂的另一端面，該端面遠(yuǎn)離光發(fā)射元件晶片的光發(fā)射表面。第二光學(xué)元件向光柵反射來自于第一光學(xué)元件的光，由于反射的平行光向光柵匯集，光在光柵的方向上照射在光柵的特定區(qū)域上。
在本發(fā)明的用于光學(xué)編碼器的發(fā)射光源裝置中，光在基本上垂直于光柵表面和基本上垂直于光柵的方向上從光發(fā)射晶片發(fā)射。而后，光由基本上平行于光柵表面的第一光學(xué)元件反射并處于與光柵的方向垂直的方向。而后，由第一光學(xué)元件反射的光由第二光學(xué)元件向光柵反射，由于光向光柵匯集，光在光柵的方向上作用于光柵的特定區(qū)域。
為形成一使從光發(fā)射元件的頂部表面發(fā)射的光返回刻度盤的凹面鏡，該凹形表面必須制成在模制的透明樹脂的距光發(fā)射晶片一定距離的頂部。在本發(fā)明中，光在基本上與光柵表面垂直的方向和與光柵垂直的方向上從光發(fā)射晶片發(fā)射，也就是說，如果刻度盤位于光源裝置下面，將發(fā)生側(cè)向散射；這種設(shè)計(jì)有助于減小光源裝置的厚度。
另外，來自于光發(fā)射晶片的反射的光基本上與光柵表面平行并處于與光柵的方向垂直的方向上。因此，如果光發(fā)射晶片采用點(diǎn)光源，不均勻的光能夠變得均勻，另一方面，尺寸能夠確實(shí)地減小而不受光源的限制。
進(jìn)一步，通過采用第二光學(xué)元件，由于來自于第一光學(xué)元件的平行光向光柵匯集，使得該光照射在光柵的一個特定區(qū)域上。另一方面，通過第二光學(xué)元件，能夠使光通量增加，該第二光學(xué)元件允許來自于第一光學(xué)元件的的平行光向光柵匯集，并且該結(jié)構(gòu)減小了光發(fā)射晶片的尺寸。
在該發(fā)射光源裝置中，最好第二光學(xué)元件向光柵反射來自于第一光學(xué)元件的的平行光，并且當(dāng)反射的平行光向光柵匯集時，照射在光柵上的寬于光接收元件的長度的區(qū)域。
由于這種設(shè)計(jì)，來自于第二光學(xué)元件的、在光柵方向上的從光柵反射的、由光接收元件接收的平行光照射在光柵上的寬于光接收元件的長度的區(qū)域。另一方面，接收的光包含了照射在光柵上的寬于光接收元件的長度的區(qū)域的光的信息。同時，這些修正導(dǎo)致了在刻度盤上的波動、色斑以及柵距偏差能夠有效地減小，能夠保證更精確地測量。
第二光學(xué)元件最好包括一由平表面和在相對的另一端側(cè)的凹球形表面構(gòu)成的平圓柱形凸透鏡，在該平表面處，來自于第一光學(xué)元件的平行光入射。最好第一光學(xué)元件由球形或非球形透鏡構(gòu)成，該透鏡在光發(fā)射晶片處具有焦點(diǎn)。通過這樣的設(shè)計(jì)，本發(fā)明的上述優(yōu)點(diǎn)通過比較簡單的結(jié)構(gòu)和廉價的結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)。
在更多的實(shí)施例中，一反射膜制成在第一和第二光學(xué)元件的外表面上。采用這樣的設(shè)計(jì)，外來光的影響能夠備減少。
附圖的簡要說明

圖1是按照本發(fā)明的光學(xué)編碼器的實(shí)施例的平面視圖；圖2是該實(shí)施例的剖視圖。
發(fā)明的詳細(xì)說明下面，參照附圖對本發(fā)明的一個實(shí)施例進(jìn)行說明。
圖1是按照本發(fā)明的實(shí)施例中的光學(xué)編碼器的平面視圖，以及圖2是該光學(xué)編碼器的剖視圖。該光學(xué)編碼器包括兩個部件(第一部件1和第二部件2)，一反射刻度盤11，一發(fā)射光源裝置21，以及一光接收單元31。第一、第二部件1、2彼此相對移動(以垂直于圖2所示的紙面的方向)。反射刻度盤11提供在第一部件1上。發(fā)射光源裝置21提供在第二部件2上發(fā)射照射在刻度盤11上的光。光接收單元31提供在第二部件2上，并且，該光接收單元31包括一光接收元件，該光接收元件接收來自于刻度盤11的光，并輸出一個位移信號。第二部件2具有兩個孔3、4。該孔3用于穿過來自于發(fā)射光源裝置21的光照射在刻度盤11上。孔4用于將光接收單元31安裝在第二部件2上。
刻度盤11包括一個刻度盤基座12和一個光柵13?？潭缺P基座12具有狹片，該狹片由具有較小的線性膨脹系數(shù)的材料(例如玻璃)制成。光柵13以部件1和2相對移動的方向(沿測量的軸線)制成在刻度盤基座12的表面上。光柵13由一個光反射部和一個非反射部構(gòu)成，光反射部和非反射部在部件1和2相對移動的方向(沿測量的軸線)的間隔為柵距λ。
發(fā)射光源裝置21包括一框架22，一光發(fā)射晶片23，一模制的透明樹脂24。光發(fā)射晶片23以其具有的光發(fā)射表面垂直于刻度盤11的光柵13的表面和處于光柵13的方向上的形式安裝在框架22上(沿測量的軸線)。光發(fā)射晶片23在基本上垂直于光柵表面并在基本上垂直于光柵13的方向上發(fā)射光。在第二部件2上的模制的透明樹脂24密封光發(fā)射晶片23和框架22。在該實(shí)施例中，光發(fā)射晶片23由半導(dǎo)體光發(fā)射裝置(LED)構(gòu)成。
第一光學(xué)元件25提供在模制的透明樹脂24的端面，該端面面對光發(fā)射元件晶片23的光發(fā)射表面。第一光學(xué)元件25反射來自于光發(fā)射元件晶片23的基本平行于光柵表面的光，并處于與光柵13的方向垂直的方向。第二光學(xué)元件26提供在模制的透明樹脂24的另一端面，該端面遠(yuǎn)離光發(fā)射晶片23的光發(fā)射表面。第二光學(xué)元件26向光柵13反射來自于第一光學(xué)元件25的光，由于反射的平行光向光柵13匯集，光在光柵13的方向上照射在光柵13的特定區(qū)域上(至少由來自于光柵13所覆蓋的光接收單元31的光接收表面的區(qū)域或較寬的區(qū)域)。
第一光學(xué)元件25由在模制的透明聚酯24的一端面的第一透鏡(球形或非球形透鏡)構(gòu)成，該透鏡在光發(fā)射晶片23上具有焦點(diǎn)。第二光學(xué)部件26由包括由平表面(垂直)和在相對的另一端側(cè)的凹球形表面組成的平圓柱形凸透鏡構(gòu)成，在該平表面處，來自于第一光學(xué)元件25的平行光入射(在模制的透明樹脂24的外表面)。這些透鏡的外表面涂有反射薄膜。
光接收單元31包括一光接收元件陣列PDA(未示出)。在刻度盤11上給出了光柵13的柵距(λ)，PDA陣列至少包括一套光電二極管，每套包括四個以3λ/4間距布置的光電二極管。當(dāng)刻度盤11被移動時(由于第一、第二部件1、2的移動)，陣列PDA將產(chǎn)生相差270°四個階段(A、BB、AB和B)的位移信號。
在該實(shí)施例中，光發(fā)射晶片23在基本上垂直于光柵表面和光柵13的方向上發(fā)射光。從光發(fā)射晶片23發(fā)射的光由第一光學(xué)元件25反射，反射的光基本上平行于光柵表面并處于與光柵13垂直的方向。而后，由第一光學(xué)元件25反射的光由第二光學(xué)元件26向光柵13反射，并當(dāng)光向光柵13匯集時，該光在光柵13上在光柵的方向上覆蓋一個較光接收單元31的光接收表面寬的區(qū)域。
為形成一使從光發(fā)射元件的頂部表面發(fā)射的光返回刻度盤的凹面鏡，該凹形表面必須制成在距光發(fā)射晶片一定距離的模制的透明樹脂的頂部。在本實(shí)施例中，光在基本上與光柵13表面垂直的方向和與光柵13的方向垂直的方向上從光發(fā)射晶片23發(fā)射，這種設(shè)計(jì)有助于減小光源裝置的厚度。值得注意的是，模制的透明樹脂的厚度能夠減小到約4mm。
另外，來自于光發(fā)射晶片23的反射的光基本上與光柵表面平行并處于與光柵13的方向垂直的方向上。因此，如果光發(fā)射晶片23采用點(diǎn)光源，不均勻的光能夠變得均勻。另一方面，尺寸能夠確實(shí)地減小而不受光源的限制。
進(jìn)一步，通過采用第二光學(xué)元件26，由于來自于第一光學(xué)元件25的平行光向光柵13匯集，使得該光照射在光柵13的一個特定區(qū)域上。另一方面，通過第二光學(xué)元件26，能夠使光通量增加，該第二光學(xué)元件26允許來自于第一光學(xué)元件25的的平行光向光柵13匯集，并且該結(jié)構(gòu)減小了光發(fā)射晶片23的尺寸。
進(jìn)一步，第二光學(xué)元件26使得來自于第一光學(xué)元件25的的平行光照射在光柵13上，在光柵13上的覆蓋區(qū)域?qū)捰诠饨邮赵?1(特別是光接收元件31的光接收表面)的長度。另一方面，接收的光包含了照射在光柵上的寬于光接收元件31(特別是光接收元件31的光接收表面)的長度的區(qū)域的光的信息。同時，這些修正導(dǎo)致了在刻度盤上的波動、色斑以及柵距偏差能夠有效地減小，能夠保證更精確地測量。
第一光學(xué)元件25包括一球形或非球形透鏡，該透鏡在光發(fā)射晶片23處具有焦點(diǎn)。另外，第二光學(xué)元件26包括一由平表面和在相對的另一端側(cè)的凹球形表面構(gòu)成的平圓柱形凸透鏡，在該平表面處，來自于第一光學(xué)元件25的平行光入射。通過這樣的設(shè)計(jì)，本發(fā)明的上述優(yōu)點(diǎn)通過比較簡單和廉價的結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)。
另外，在第一光學(xué)元件25或第二光學(xué)元件26的外表面上制成一反射膜。采用這樣的設(shè)計(jì)，能夠有效地減少外來光的影響。
作為進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)，光發(fā)射晶片23和框架22都可以用模制的透明樹脂密封，這樣的結(jié)構(gòu)能夠增加產(chǎn)品質(zhì)量的緊湊性。
值得注意的是，本發(fā)明不局限于上述實(shí)施例所述的結(jié)構(gòu)，并且還可以包括下列的變化。
對于第一光學(xué)元件25，在實(shí)施例中所述的透鏡并不是唯一的例子，其他的照準(zhǔn)儀透鏡也可以采用。
對于第二光學(xué)元件26，在實(shí)施例中所述的透鏡并不是唯一的例子，其他的光學(xué)元件也可以采用，如采用散射板、分光鏡光柵以及衍射光柵。
在該實(shí)施例中，光接收單元31是一個與發(fā)射光源裝置21分離的部件，如果需要，光接收單元31可以裝配在發(fā)射光源裝置21上，作為整體部件的一部分。這些優(yōu)點(diǎn)減少了在安裝過程中的步驟的數(shù)量，以及在安裝期間的光接收單元31與發(fā)射光源裝置21所需要的照射調(diào)整。
還值得注意的是，對于光發(fā)射晶片23，實(shí)施例中所述的半導(dǎo)體光發(fā)射裝置(LED)并不是唯一的例子，激光光源也可以采用。
本發(fā)明的用于光學(xué)編碼器的發(fā)射光源裝置作為一種光源裝置能夠?qū)嵱茫撗b置能夠制成較小的尺寸并能夠用于更精確的測量。
權(quán)利要求
1.一種用于光學(xué)編碼器的反射類型的發(fā)射光源裝置，該光學(xué)編碼器將光作用于反射刻度盤，該反射刻度盤具有沿測量的軸線制成的光柵，并且該光學(xué)編碼器用光接收元件接收來自于刻度盤的反射光，以輸出一個位移信號，所述裝置包括一相對于所述刻度盤布置的框架；一安裝在所述框架上的光發(fā)射晶片，所述光發(fā)射晶片具有一與所述刻度盤的光柵表面基本垂直并處于光柵的方向的光發(fā)射表面；一密封該光發(fā)射元件晶片和所述框架的模制的透明樹脂，其特征在于所述透明樹脂包括提供在模制的透明樹脂的端面的第一光學(xué)元件，該端面面對所述光發(fā)射晶片的光發(fā)射表面，和提供在所述模制的透明樹脂的另一端面的第二光學(xué)元件，該端面遠(yuǎn)離光發(fā)射晶片的光發(fā)射表面，所述第一光學(xué)元件反射來自所述光發(fā)射晶片的光所述光發(fā)射晶片基本平行于光柵表面，并處于與光柵方向垂直的方向，第二光學(xué)元件向光柵反射來自所述第一光學(xué)元件的平行光，由于反射的平行光向光柵匯集，光在光柵的方向上照射在光柵的特定區(qū)域上。
2.按照權(quán)利要求1所述的發(fā)射光源裝置，其特征在于所述第二光學(xué)元件向光柵反射來自于第一光學(xué)元件的光，由于反射的平行光向光柵匯集，光在光柵的方向上照射在光柵的區(qū)域?qū)捰谒龉饨邮赵拈L度。
3.按照權(quán)利要求1所述的發(fā)射光源裝置，其特征在于所述第二光學(xué)元件包括由透鏡一側(cè)的平表面和透鏡相對側(cè)的凹球形表面構(gòu)成的平凸柱形透鏡，在該平表面處，來自于第一光學(xué)元件的平行光入射。
4.按照權(quán)利要求1所述的發(fā)射光源裝置，其特征在于所述第一光學(xué)元件包括一球形或非球形透鏡，該透鏡在光發(fā)射晶片處具有焦點(diǎn)。
5.按照權(quán)利要求1所述的發(fā)射光源裝置，還包括在第一光學(xué)元件或第二光學(xué)元件的外表面上制成一反射膜。
6.按照權(quán)利要求1所述的發(fā)射光源裝置，其特征在于所述光接收元件與所述發(fā)射光源裝置制成一個整體。
全文摘要
一安裝在所述框架上的光發(fā)射晶片,該光發(fā)射晶片具有一與刻度盤的光柵表面基本垂直并處于光柵的方向的光發(fā)射表面。一密封光發(fā)射元件晶片和框架的模制的透明樹脂,第一光學(xué)元件反射來自于光發(fā)射元件晶片的光,該反射的光基本平行于光柵表面,并處于與光柵的方向垂直的方向,第二光學(xué)元件向光柵反射來自于第一光學(xué)元件的平行光,由于反射的平行光向光柵匯集,光在光柵的方向上照射在光柵的特定區(qū)域上。
文檔編號G01D5/26GK1369687SQ0210650
公開日2002年9月18日 申請日期2002年2月4日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月5日
發(fā)明者小見利洋 申請人:株式會社三豐