專利名稱：光學(xué)編碼器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)編碼器，尤其涉及適合用在主照射線在與編碼器的讀取方向垂直的方向偏離透鏡軸的光學(xué)編碼器的緊致“離軸”讀取頭中使用的透鏡設(shè)計(jì)和安排。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中，已知光學(xué)編碼器包括具有網(wǎng)格狀或條紋狀標(biāo)尺刻度線的標(biāo)尺和讀取頭。讀取頭具有向標(biāo)尺發(fā)射光線的光源、和接收標(biāo)尺反射的光線的光接收元件，以便根據(jù)光接收元件接收的光線測(cè)量讀取頭相對(duì)于標(biāo)尺的位置。一些示范性光學(xué)編碼器公開在日本專利申請(qǐng)公開第2003-307440號(hào)(“專利文獻(xiàn)1，，)和第2006-284564號(hào)(“專利文獻(xiàn)2”)中。公開在專利文獻(xiàn)1中的光學(xué)編碼器包括標(biāo)尺刻度線(標(biāo)尺)和反射型光學(xué)閱讀器(讀取頭)，該反射型光學(xué)閱讀器具有發(fā)光二極管(光源)、物鏡、和光接收單元(光接收元件)。另外，該反射型光學(xué)閱讀器具有安排在發(fā)光二極管與物鏡之間的半透明反射鏡 (half-mirror)，以便將從發(fā)光二極管發(fā)射和通過物鏡引向標(biāo)尺刻度線的光線的光路與標(biāo)尺刻度線反射和通過物鏡引向光接收單元的光線的光路分開。但是，在公開在專利文獻(xiàn)1中的光學(xué)編碼器中，由于光接收單元接收通過半透明反射鏡的光線，所以可能存在不能獲得足夠光量的問題。另外，如果增大從發(fā)光二極管發(fā)射的光量以便獲得足夠光量，則發(fā)光二極管的功耗將增大，而且，發(fā)光二極管的壽命將縮短。另一方面，公開在專利文獻(xiàn)2中的光電編碼器(光學(xué)編碼器)包括標(biāo)尺、光源、透鏡、和光接收元件。在該光電編碼器中，通過透鏡將從光源發(fā)射和引向標(biāo)尺的光線的光路與標(biāo)尺反射和引向光接收元件的光線的光路分開，并且通過按沙伊姆弗勒(Scheimpflug)關(guān)系排列標(biāo)尺、透鏡、和光接收元件，使光接收元件獲得足夠光量。

發(fā)明內(nèi)容
但是，在公開在專利文獻(xiàn)2中的光電編碼器中，不能平行地排列標(biāo)尺和光接收元件。因此，存在光電編碼器的尺寸變大的問題。另外，在公開在專利文獻(xiàn)2的第五實(shí)施例中的光電編碼器中，通過在標(biāo)尺與光接收元件之間排列四個(gè)透鏡來平行地排列標(biāo)尺和光接收元件。但是，在這種光電編碼器中， 由于將四個(gè)透鏡排列在標(biāo)尺與光接收元件之間，所以同樣存在光電編碼器的尺寸變大的問題。本發(fā)明提供了能夠在光接收元件中獲得足夠光量以及標(biāo)尺軌道的清楚不失真圖像，以便提供高分辨率測(cè)量的小型化光學(xué)編碼器。按照本發(fā)明的光學(xué)編碼器包括標(biāo)尺，所述標(biāo)尺包括沿著所述標(biāo)尺的讀取(即，測(cè)量)方向延伸的一條或多條標(biāo)尺軌道。所述標(biāo)尺軌道包含刻度線的圖案，各種刻度線圖案在技術(shù)上是已知的。標(biāo)尺軌道可以包括，例如，網(wǎng)格狀或條紋狀標(biāo)尺刻度線的圖案，或絕對(duì)位置碼等。所述光學(xué)編碼器還可以包括讀取頭，所述讀取頭具有向所述標(biāo)尺軌道發(fā)射光線的光源。所述讀取頭包括與所述標(biāo)尺平行排列和接收所述標(biāo)尺軌道反射的光線的光接收元件，以便根據(jù)所述光接收元件接收的光線測(cè)量所述讀取頭相對(duì)于所述標(biāo)尺的位置，其中所述讀取頭具有將從所述光源發(fā)射的光線透射到所述標(biāo)尺軌道和將所述標(biāo)尺軌道反射的光線作為標(biāo)尺軌道圖像光透射到所述光接收元件的標(biāo)尺側(cè)透鏡。所述光源被安排在位于所述標(biāo)尺側(cè)透鏡的平面與所述光接收元件的平面之間的光源平面上，或定義位于所述標(biāo)尺側(cè)透鏡的平面與所述光接收元件的平面之間的光源平面。在與所述標(biāo)尺軌道的讀取(即，測(cè)量) 方向垂直的方向，所述光源的中心與所述標(biāo)尺側(cè)透鏡的光軸分開照明離軸距離Dsrc。在這種配置中，由于在與所述標(biāo)尺軌道的讀取方向垂直的方向(下文稱為與所述標(biāo)尺軌道垂直的方向)所述光源的光軸與所述標(biāo)尺側(cè)透鏡的光軸分開預(yù)定距離，所以從所述光源發(fā)射的照明光線通過所述標(biāo)尺側(cè)透鏡的第一部分透射到所述標(biāo)尺軌道，并且這種光線被所述標(biāo)尺軌道反射成為標(biāo)尺軌道圖像光，通過在與所述標(biāo)尺軌道垂直的方向關(guān)于透鏡軸與所述第一部分相反的所述標(biāo)尺側(cè)透鏡的第二部分被所述光接收元件接收。因此，按照本發(fā)明，無需使用半透明反射鏡，通過所述標(biāo)尺側(cè)透鏡就可以將從所述光源發(fā)射和引向所述標(biāo)尺軌道的光線的光路與被所述標(biāo)尺反射和引向所述光接收元件的光線的光路分開。因此，可以在所述光接收元件中獲得足夠光量。另外，所述標(biāo)尺和所述光接收元件平行排列，以及單個(gè)標(biāo)尺側(cè)透鏡被安排在所述標(biāo)尺與所述光接收元件之間。由于所述光源被安排在所述標(biāo)尺側(cè)透鏡與所述光接收元件之間，所以可以將所述光學(xué)編碼器小型化。在本發(fā)明的各種實(shí)施例中，所述光源、所述標(biāo)尺側(cè)透鏡、所述標(biāo)尺、和所述光接收元件被配置和安排成沿著所述標(biāo)尺軌道的讀取方向提供物體(標(biāo)尺)側(cè)遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)。從而增大了所述讀取頭的焦深。于是，可以增大所述標(biāo)尺與所述讀取頭之間的容許間隔或“間隙容限”。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，優(yōu)選的是所述讀取頭具有光闌，所述光闌位于所述標(biāo)尺側(cè)透鏡的平面與所述光接收元件的平面之間的光闌平面上，或定義位于所述標(biāo)尺側(cè)透鏡的平面與所述光接收元件的平面之間的光闌平面，用于向所述光接收元件透射所述標(biāo)尺反射成為標(biāo)尺軌道圖像光和通過所述標(biāo)尺側(cè)透鏡的第二部分的光線。在與所述標(biāo)尺軌道的讀取方向垂直的方向，所述光闌的中心與所述標(biāo)尺側(cè)透鏡的光軸分開光闌離軸距離Dapl，以便為到達(dá)所述光接收元件的標(biāo)尺軌道成像光定義第一透鏡離軸成像路徑。所述光闌和所述光源位于包括所述標(biāo)尺側(cè)透鏡的光軸和讀取方向二者的平面的相對(duì)側(cè)上。這里，如果僅僅依靠所述光源的寬度或位置配置按照本發(fā)明的光學(xué)編碼器，則存在所述光學(xué)編碼器的光學(xué)系統(tǒng)的性能可能隨所述光源的位置偏離造成的影響而變。按照本發(fā)明的上述實(shí)施例，由于所述光學(xué)編碼器具有透射被所述標(biāo)尺反射和通過所述標(biāo)尺側(cè)透鏡的第二部分的光線的光闌，所以除了通過設(shè)計(jì)所述光源的寬度或位置之外，還可以通過設(shè)計(jì)所述光闌的寬度或位置來實(shí)現(xiàn)物體(標(biāo)尺)側(cè)遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)。由于設(shè)計(jì)或定位所述光闌比設(shè)計(jì)或定位所述光源相對(duì)更容易，所以更容易抑制所述光學(xué)編碼器的光學(xué)系統(tǒng)的性能的變動(dòng)。按照本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例，所述光學(xué)編碼器進(jìn)一步包括光接收元件側(cè)透鏡，所述光接收元件側(cè)透鏡處在位于所述光闌平面與所述光接收元件的平面之間的第二透鏡平面上。所述光接收元件側(cè)透鏡被安排成接收通過所述標(biāo)尺側(cè)透鏡的第二部分和所述光闌透射的標(biāo)尺軌道圖像光，以便將接收的標(biāo)尺軌道圖像光成像在所述光接收元件上。所述光接收元件側(cè)透鏡與所述標(biāo)尺側(cè)透鏡類似地配置，并且這樣取向，使兩個(gè)透鏡的形狀相似表面沿著它們各自的光軸方向面朝相反方向。此外，在與所述標(biāo)尺軌道的讀取方向垂直的方向， 所述光接收元件側(cè)透鏡在與所述標(biāo)尺側(cè)透鏡的光軸相反的方向與所述光闌的中心分開光闌離軸距離Dap2。因此，所述光闌被定位成向具有與所述標(biāo)尺側(cè)透鏡的第二部分相似的形狀的所述光接收元件側(cè)透鏡的第一部分以及向所述光接收元件透射所述標(biāo)尺軌道反射的和通過所述標(biāo)尺側(cè)透鏡的第二部分的標(biāo)尺軌道圖像光。在各種實(shí)施例中，所述光學(xué)編碼器可以被認(rèn)為使用“離軸”成像裝置，因?yàn)樵谂c所述標(biāo)尺軌道的讀取方向垂直的方向，光源和光闌與所述標(biāo)尺側(cè)透鏡的光軸分開，使得沿著相對(duì)于所述標(biāo)尺側(cè)透鏡的光軸“離軸”的光路將光線的中心射線提供給所述標(biāo)尺軌道，尤其，使得從所述標(biāo)尺軌道反射回來在所述光接收元件上形成標(biāo)尺軌道圖像的標(biāo)尺軌道成像光的中心射線在與所述標(biāo)尺軌道的讀取方向垂直的方向(相對(duì)于所述光源在所述透鏡的光軸的相反側(cè)上)類似地沿著相對(duì)于所述標(biāo)尺側(cè)透鏡的光軸“離軸”的光路。此外，在一些實(shí)施例中，所述光學(xué)編碼器可以被認(rèn)為使用“雙離軸”成像裝置，因?yàn)樵谘刂ㄟ^所述標(biāo)尺側(cè)透鏡的上面概括的離軸光路之后，標(biāo)尺軌道成像光的中心射線的路徑沿著與所述標(biāo)尺軌道的讀取方向垂直的方向也偏離所述光接收元件側(cè)透鏡的光軸?！半x軸”設(shè)計(jì)在實(shí)現(xiàn)緊致光學(xué)編碼器方面是有利的，并且在特別有利的實(shí)施例中，可以近似于遠(yuǎn)心設(shè)計(jì)，而“雙離軸”設(shè)計(jì)在減輕或消除所述光接收元件上的標(biāo)尺軌道圖像中的光學(xué)失真方面尤其有利，并且在特別有利的實(shí)施例中，可以近似于雙遠(yuǎn)心設(shè)計(jì)。具體地說，由于面朝相反方向的所述標(biāo)尺側(cè)透鏡和所述光接收元件側(cè)透鏡二者在如上概括的光闌的光軸(可以理解為光闌沿著與所述標(biāo)尺軌道垂直的方向的中心軸)的兩側(cè)分別分開Dapl和Dap2的光闌離軸距離，所以通過所述光闌的光線通過所述透鏡具有相同形狀但沿著和關(guān)于光路都彼此相反的部分。其結(jié)果是，“雙離軸”光學(xué)編碼器可以用于降低或消除各個(gè)透鏡像差對(duì)所述光接收元件上的標(biāo)尺軌道圖像的影響(例如，沿著光路的透鏡像差、彗形像差、和失真相互抵消)，因此提供精確的測(cè)量。在一些實(shí)施例中，光闌位于所述標(biāo)尺側(cè)透鏡的第一焦面與所述光接收元件透鏡的第二焦面之間。在一些實(shí)施例中，所述光源的光源平面沿著所述透鏡的光軸方向偏離所述光闌的光闌平面。尤其，所述光源不會(huì)在所述光闌上成像，這有助于被所述標(biāo)尺軌道反射和通過所述光闌的光線具有基本均勻強(qiáng)度。在各種實(shí)施例中，所述標(biāo)尺側(cè)透鏡和所述光接收元件側(cè)透鏡每一個(gè)都具有配置成進(jìn)一步減小或消除離軸成像裝置中的光學(xué)像差的非球面。在一些實(shí)施例中，所述讀取頭含有兩個(gè)光源、兩個(gè)標(biāo)尺側(cè)透鏡、和兩個(gè)光闌，在與所述標(biāo)尺軌道的X讀取方向垂直的H平面內(nèi)，每個(gè)光源、每個(gè)標(biāo)尺側(cè)透鏡、和每個(gè)光闌的光軸相對(duì)于光接收元件側(cè)透鏡的Z光軸方向彼此軸對(duì)稱。在這種配置中，被每一個(gè)都包含標(biāo)尺軌道刻度線的兩條標(biāo)尺軌道反射的光束 (即，標(biāo)尺軌道圖像光)可以被安排在最緊致空間中的單個(gè)光接收元件或幾個(gè)光接收元件接收。因此，例如，所述光學(xué)編碼器可以配置成將標(biāo)尺軌道刻度線的一條軌道用于檢測(cè)所述標(biāo)尺和所述讀取頭的移動(dòng)量，而將標(biāo)尺軌道刻度線的另一條軌道用于檢測(cè)所述標(biāo)尺和所述讀取頭的原點(diǎn)，來自標(biāo)尺軌道刻度線的這兩條軌道二者的光線可以由單個(gè)光接收元件接收。其結(jié)果是，與所述光學(xué)編碼器被配置成使用兩個(gè)光接收元件接收光束的情況相比，可以減少或縮小部件的數(shù)量或尺寸。但是，在一些情況下，使用單個(gè)光接收元件接收來自兩條標(biāo)尺軌道的光束可能不方便或不可行。例如，在一些情況下，操作間隙相對(duì)于標(biāo)尺軌道的變化可能引起來自兩條標(biāo)尺軌道的光束之間的光學(xué)串?dāng)_或沖突圖像位移。因此，在一些實(shí)施例中，所述讀取頭具有兩組光源、標(biāo)尺側(cè)透鏡、光闌、光接收元件側(cè)透鏡、和光接收元件(例如，一組為精細(xì)測(cè)量分辨率提供增量編碼器信號(hào)，另一組為編碼器測(cè)量范圍上的絕對(duì)位置確定提供絕對(duì)編碼器信號(hào))。這兩組被配備成基本相同(例如，在^平面內(nèi)它們的光路的對(duì)應(yīng)部分可以幾乎彼此平行)，并且被安排成沿著與所述標(biāo)尺軌道的讀取方向垂直的方向彼此相鄰。其結(jié)果是，在一些應(yīng)用中，這個(gè)實(shí)施例在構(gòu)建方面可能更可行和/或可能更抗間隙變化地工作。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述光源可以包括發(fā)射光線的發(fā)光體、和安排在從所述發(fā)光體發(fā)射的光線的光路的最后一級(jí)中并散射從所述發(fā)光體發(fā)射的光線的散射板。在這種配置中，由于可以用所述散射板的寬度代替所述光源的寬度，所以可以更容易地設(shè)計(jì)所述光學(xué)編碼器。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述光源可以包括發(fā)射光線的發(fā)光體、和安排在從所述發(fā)光體發(fā)射的光線的光路的最后一級(jí)中的發(fā)光體透鏡，并且所述標(biāo)尺側(cè)透鏡和所述發(fā)光體透鏡構(gòu)成柯勒(Kohler)照明。在這種配置中，由于可以降低從所述光源發(fā)射和通過所述標(biāo)尺側(cè)透鏡引向所述標(biāo)尺的光線的不均勻性，所以可以提高測(cè)量精度。


圖1是例示沿著標(biāo)尺的X讀取方向看過去的按照本發(fā)明第一實(shí)施例的光學(xué)編碼器的示意圖；圖2是例示沿著與標(biāo)尺的X讀取方向垂直的Y方向看過去的圖1的光學(xué)編碼器的示意圖；圖3是例示沿著標(biāo)尺的X讀取方向看過去的按照本發(fā)明第二實(shí)施例的光學(xué)編碼器的示意圖；圖4是例示沿著與標(biāo)尺的X讀取方向垂直的Y方向看過去的圖3的光學(xué)編碼器的示意圖；圖5是例示沿著標(biāo)尺的X讀取方向看過去的按照本發(fā)明第三實(shí)施例的光學(xué)編碼器的示意圖；圖6是例示沿著與標(biāo)尺的X讀取方向垂直的Y方向看過去的圖5的光學(xué)編碼器的示意圖；圖7是例示沿著標(biāo)尺的X讀取方向看過去的按照本發(fā)明第四實(shí)施例的光學(xué)編碼器的示意圖；圖8是例示沿著標(biāo)尺的X讀取方向看過去的按照本發(fā)明第五實(shí)施例的光學(xué)編碼器的示意圖；圖9是例示按照本發(fā)明第六實(shí)施例的光學(xué)編碼器的光源的示意圖；圖10是例示按照本發(fā)明第七實(shí)施例的光學(xué)編碼器的光源的示意圖；圖11是例示沿著標(biāo)尺的X讀取方向看過去的按照本發(fā)明進(jìn)一步實(shí)施例的光學(xué)編碼器的示意圖；圖12是例示沿著與標(biāo)尺的X讀取方向垂直的Y方向看過去的圖11的光學(xué)編碼器的示意圖；圖13是圖11的光學(xué)編碼器的示意性透視圖；以及圖14是例示沿著標(biāo)尺的X讀取方向看過去的本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的光學(xué)編碼器的示意圖。
具體實(shí)施例方式第一實(shí)施例在下文中，將參考附圖描述本發(fā)明的第一實(shí)施例。圖1是例示沿著按照本發(fā)明第一實(shí)施例的光學(xué)編碼器1的示意圖。在圖1中，X軸表示與紙面垂直的軸，更一般地說，在其它圖形中，沿著標(biāo)尺2上的標(biāo)尺軌道2'的讀取或測(cè)量方向的軸。Y軸表示在水平方向延伸的軸，更一般地說，在其它圖形中，沿著與X軸垂直的方向和幾乎與標(biāo)尺軌道2'的平面平行的軸。由X和Y軸定義(和包括X和Y軸)的平面或與之平行的任何平面(本文稱為XY平面)與包括標(biāo)尺軌道2'的平面一致或平行。Z 軸表示在垂直方向延伸的軸，更一般地說，在其它圖形中，沿著與XY平面垂直的方向和/或幾乎與標(biāo)尺軌道2'的平面垂直的軸。由X和Z軸定義(和包括X和Z軸)的平面或與之平行的任何平面被稱為)(Z平面，由Y和Z軸定義(和包括Y和Z軸)的平面或與之平行的任何平面被稱為H平面。如圖1所示，每個(gè)標(biāo)尺軌道2'可包括多個(gè)標(biāo)尺刻度線21。艮口， 標(biāo)尺刻度線21由光學(xué)編碼器的讀取頭3沿著X軸方向讀取。參照?qǐng)D1和2，光學(xué)編碼器1包括標(biāo)尺2和讀取頭3，標(biāo)尺2具有標(biāo)尺軌道2'，標(biāo)尺軌道2 ’包括可以沿著X軸方向讀取的網(wǎng)格狀或條紋狀標(biāo)尺刻度線21，讀取頭3具有向標(biāo)尺軌道2'發(fā)射光線的光源31、將來自光源31的光線透射到標(biāo)尺軌道2'的標(biāo)尺側(cè)透鏡
32、和與標(biāo)尺軌道2'平行排列的光接收元件33，光接收元件33接收被標(biāo)尺軌道2'反射和通過標(biāo)尺側(cè)透鏡32的光線，以便根據(jù)光接收元件33接收的光線測(cè)量讀取頭3相對(duì)于標(biāo)尺軌道2'的位置。也就是說，標(biāo)尺側(cè)透鏡32將標(biāo)尺軌道2'反射的光線透射到光接收元件33。標(biāo)尺2被做成具有長方形平板形狀，其縱向與X軸方向一致，其橫向與Y軸方向一致。圖1例示了沿著X軸方向，也就是說，沿著標(biāo)尺軌道2'的讀取方向看過去的光學(xué)編碼器Io圖2是例示沿著Y軸方向，也就是說，與標(biāo)尺軌道2'的讀取方向垂直的方向看過去的光學(xué)編碼器1的示意圖。在本描述中，與標(biāo)尺軌道2'的讀取方向垂直的方向(Y軸方向)可以簡稱為與標(biāo)尺軌道2'垂直的方向。如圖1和圖2所示，光源31被安排在標(biāo)尺側(cè)透鏡32與光接收元件33之間，并且光源31與標(biāo)尺側(cè)透鏡32之間的距離被設(shè)置成標(biāo)尺側(cè)透鏡32的焦距fs。光源31的光軸Lsrc在標(biāo)尺軌道2'的X讀取方向與標(biāo)尺側(cè)透鏡32的光軸Ls重合(參照?qǐng)D2)，在與標(biāo)尺軌道2'垂直的Y方向與標(biāo)尺側(cè)透鏡32的光軸Ls分開預(yù)定距離 D(參照?qǐng)D1)。這里，預(yù)定距離D被設(shè)置成等于或大于光源31在與標(biāo)尺軌道2'垂直的Y方向的寬度Wsrcy (數(shù)值孔徑)的1/2。
由于光源31的光軸Lsrc在與標(biāo)尺軌道2'垂直的Y方向與標(biāo)尺側(cè)透鏡32的光軸 Ls分開預(yù)定距離D，所以如圖1所示，對(duì)于從光源31發(fā)射的光線，在與標(biāo)尺軌道2'垂直的 Y方向在光源31這一側(cè)的光線通過在與標(biāo)尺軌道2'垂直的Y方向標(biāo)尺側(cè)透鏡32的光源 31這一側(cè)透射到標(biāo)尺軌道2'。這個(gè)光線被標(biāo)尺軌道2'反射，通過在與標(biāo)尺軌道2'垂直的Y方向，與光源31這一側(cè)相反的標(biāo)尺側(cè)透鏡32的相反側(cè)被光接收元件33接收。在圖1和圖2中，被光接收元件33接收的光線的光路用實(shí)線表示，而省略光線的其它光路。在如下附圖中，使用類似表示。關(guān)于這一點(diǎn)，由于光源31與標(biāo)尺側(cè)透鏡32之間的距離被設(shè)置成標(biāo)尺側(cè)透鏡32的焦距，所以如圖2所示，光學(xué)編碼器1可以用于在標(biāo)尺軌道2'的讀取方向構(gòu)成物體(標(biāo)尺軌道2')側(cè)遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)(至少近似地)，以便可以在反射光中沿著讀取方向不用改變標(biāo)尺軌道2'的放大率地增大焦深，這樣就維護(hù)了測(cè)量精度。具體地說，標(biāo)尺側(cè)透鏡32的數(shù)值孔徑可以表達(dá)成如下方程(1)[方程1]NA = Dp/ (Dp-f s) -ffsrcx/2Ds (1)其中，Wsrcx表示光源31在標(biāo)尺軌道2'的讀取方向的寬度，Ds (未示出)表示標(biāo)尺軌道2'的標(biāo)尺刻度線21到標(biāo)尺側(cè)透鏡32的距離，和Dp (未示出)表示標(biāo)尺側(cè)透鏡32 到光接收元件33的距離。另外，光學(xué)編碼器1的焦深DOF可以表達(dá)成如下方程⑵[方程2]DOF = λ /2ΝΑ2 = 2 λ Ds2ZWsrcx2 · ((Dp-fs) /Dp)2 (2)其中，λ表示從光源31發(fā)射的光線的波長。因此，可以通過減小光源31的寬度Wsrcx來增大焦深D0F。在本實(shí)施例中，可以獲得如下效果。(1)在光學(xué)編碼器1中，由于可以不用半透明反射鏡，而是通過標(biāo)尺側(cè)透鏡32分開從光源31發(fā)射和引向標(biāo)尺軌道2'的光線的光路以及被標(biāo)尺軌道2'反射和引向光接收元件33的光線的光路，所以可以為光接收元件33獲得足夠光量。(2)將標(biāo)尺軌道2'和光接收元件33安排成彼此平行，以及將單個(gè)標(biāo)尺側(cè)透鏡32 安排在標(biāo)尺軌道2'與光接收元件33之間。另外，將光源31安排在標(biāo)尺側(cè)透鏡32與光接收元件33之間。因此，可以將光學(xué)編碼器1小型化。(3)由于光學(xué)編碼器1可以用于在標(biāo)尺軌道2'的讀取方向構(gòu)成物體(標(biāo)尺軌道 2')側(cè)遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)，所以可以增大焦深。因此，可以增大標(biāo)尺2與讀取頭3之間的容許間隔。(4)由于在與標(biāo)尺軌道2'垂直的方向光源31的光軸Lsrc與標(biāo)尺側(cè)透鏡32的光軸Ls之間的預(yù)定距離D被設(shè)置成大于或等于光源31在與標(biāo)尺軌道2'垂直的方向的寬度 Wsrcy的1/2，所以可以提高從光源31發(fā)射的光線的使用效率。具體地說，如果預(yù)定距離D 小于光源31的寬度Wsrcy的1/2，光源31的一部分在與標(biāo)尺軌道2'垂直的方向從標(biāo)尺側(cè)透鏡32的光軸Ls伸出來，使得來自那個(gè)部分的光線未被光接收元件33接收，從而降低了從光源31發(fā)射的光線的使用效率。另一方面，將D設(shè)置成大于或等于寬度Wsrcy的1/2將提高從光源31發(fā)射的光線的使用效率。
第二實(shí)施例在下文中，將參考附圖描述本發(fā)明的第二實(shí)施例。在如下描述中，相同的標(biāo)號(hào)表示與上述實(shí)施例中相同的元件，并且不重復(fù)對(duì)它們的描述。圖3是例示按照本發(fā)明第二實(shí)施例的沿著標(biāo)尺軌道2'的讀取方向(X方向)看過去的光學(xué)編碼器IA的示意圖。圖4是例示沿著與標(biāo)尺軌道2'垂直的Y方向看過去的光學(xué)編碼器IA的示意圖。在第一實(shí)施例中，光學(xué)編碼器1包括具有光源31、標(biāo)尺側(cè)透鏡32、和光接收元件33 的讀取頭3。另一方面，在本實(shí)施例中，如圖3和圖4所示，除了光源31、標(biāo)尺側(cè)透鏡32、和光接收元件33之外，光學(xué)編碼器IA的讀取頭3A進(jìn)一步包括光闌34。光闌34被提供以透射標(biāo)尺軌道2'反射的和通過標(biāo)尺側(cè)透鏡32的光線。光闌34 與標(biāo)尺側(cè)透鏡32之間的距離被設(shè)置成接近或等于標(biāo)尺側(cè)透鏡32的焦距fs。另外，在與標(biāo)尺軌道2'的讀取方向垂直的平面(即，圖3的紙面)內(nèi)，光闌34的光軸La和光源31的光軸Lsrc相對(duì)于標(biāo)尺側(cè)透鏡32的光軸Ls彼此軸對(duì)稱。具體地說，雖然光闌34的光軸La在標(biāo)尺軌道2'的X讀取方向與標(biāo)尺側(cè)透鏡32的光軸Ls重合(參照?qǐng)D4)，但光闌34的光軸La在與標(biāo)尺軌道2'垂直的Y方向與標(biāo)尺側(cè)透鏡32的光軸Ls分開預(yù)定距離D (參照?qǐng)D3)。這里，將光闌34在與標(biāo)尺軌道2'垂直的Y方向的寬度Way (參照?qǐng)D3)設(shè)置成如下方程C3)所示的值，以便光源31在與標(biāo)尺軌道2'垂直的Y方向的定位誤差只允許是δ。[方程3]Way 彡 ffsrcy-2 δ(3)在這種設(shè)置中，即使在與標(biāo)尺軌道2'垂直的Y方向出現(xiàn)光源31的定位誤差，如果定位誤差小于等于δ，也可以使用光闌34限制從光源34發(fā)射的光線。因此，可以抑制由光源31的位置偏差引起的光學(xué)編碼器IA的光學(xué)系統(tǒng)的性能的變動(dòng)。由于光闌34與標(biāo)尺側(cè)透鏡32之間的距離被設(shè)置成接近或等于標(biāo)尺側(cè)透鏡32的焦距fs，所以如圖4所示，光學(xué)編碼器IA可以用于在標(biāo)尺軌道2'的X讀取方向構(gòu)成物體 (標(biāo)尺軌道2')側(cè)遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)。因此，可以增大焦深。具體地說，標(biāo)尺側(cè)透鏡32的數(shù)值孔徑可以表達(dá)成如下方程(4)[方程4]NA = Dp/ (Dp-fs) -ffax/2Ds (4)其中，Wax表示光闌34在標(biāo)尺軌道2'的X讀取方向的寬度，Ds (未示出)表示標(biāo)尺軌道2'的標(biāo)尺刻度線21到標(biāo)尺側(cè)透鏡32的距離，和Dp (未示出)表示標(biāo)尺側(cè)透鏡32 到光接收元件33的距離。另外，光學(xué)編碼器IA的焦深DOF可以表達(dá)成如下方程(5)[方程5] DOF = λ /2ΝΑ2 = 2 λ Ds2/Wax2 · ((Dp-fs) /Dp)2 (5)其中，λ表示從光源31發(fā)射的光線的波長。因此，可以通過減小光闌34的寬度Wax來增大焦深D0F。按照本實(shí)施例，除了上述第一實(shí)施例的功能和效果之外，還可以獲得如下功能和效果。
(5)由于光學(xué)編碼器IA具有透射標(biāo)尺軌道2'反射的和通過標(biāo)尺側(cè)透鏡32的光線的光闌34，所以與通過設(shè)計(jì)光源31的寬度或位置來提供光學(xué)系統(tǒng)類似，也可以通過設(shè)計(jì)光闌34的寬度或位置來提供光學(xué)系統(tǒng)。(6)由于設(shè)計(jì)或定位光闌34比設(shè)計(jì)或定位光源31相對(duì)更容易，所以更容易抑制光學(xué)編碼器IA的光學(xué)系統(tǒng)的性能的變動(dòng)。第三實(shí)施例圖5是例示按照本發(fā)明第三實(shí)施例的沿著標(biāo)尺軌道2'的X讀取方向看過去的光學(xué)編碼器IB的示意圖。圖6是例示沿著與標(biāo)尺軌道2'垂直的Y方向看過去的光學(xué)編碼器 IB的示意圖。在第二實(shí)施例中，光學(xué)編碼器IA包括具有光源31、標(biāo)尺側(cè)透鏡32、光接收元件33、 和光闌34的讀取頭3A。另一方面，在本實(shí)施例中，如圖5和6所示，光學(xué)編碼器IB包括除了光源31、標(biāo)尺側(cè)透鏡32、光接收元件33、和光闌34之外，還具有光接收元件側(cè)透鏡35的讀取頭3B。光接收元件側(cè)透鏡35被安排在光闌34與光接收元件33之間。光闌34與光接收元件側(cè)透鏡35之間的距離也被設(shè)置成接近或等于光接收元件側(cè)透鏡35的焦距fp。另外，光接收元件側(cè)透鏡35的光軸Lp與標(biāo)尺側(cè)透鏡32的光軸Ls重合。按照本實(shí)施例，除了上述第二實(shí)施例的功能和效果之外，還可以獲得如下功能和效果。(7)由于光學(xué)編碼器IB可以用于在標(biāo)尺軌道2'的X讀取方向構(gòu)成雙向遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)，所以可以增大焦深。于是，也可以增大光接收元件33與光接收元件側(cè)透鏡35之間的容許間隔。第四實(shí)施例圖7是例示沿著標(biāo)尺軌道2'的X讀取方向看過去的按照本發(fā)明第四實(shí)施例的光學(xué)編碼器的IC示意圖。在第三實(shí)施例中，光學(xué)編碼器IB包括讀取頭3B，以及讀取頭:3B的光接收元件側(cè)透鏡35的光軸Lp與標(biāo)尺側(cè)透鏡32的光軸Ls重合。另一方面，按照本實(shí)施例，如圖7所示，光學(xué)編碼器IC包括讀取頭3C，讀取頭3C的光接收元件側(cè)透鏡35的光軸Lp在標(biāo)尺軌道2 ‘ 的X讀取方向與標(biāo)尺側(cè)透鏡32的光軸Ls重合，而Lp在與標(biāo)尺軌道2'垂直的Y方向與標(biāo)尺側(cè)透鏡32的光軸Ls分開預(yù)定距離D的兩倍。按照本實(shí)施例，除了上述第三實(shí)施例的功能和效果之外，還可以獲得如下功能和效果。(8)在與標(biāo)尺軌道2'垂直的Y方向，標(biāo)尺側(cè)透鏡32和光接收元件側(cè)透鏡35的光軸Ls和Lp 二者在兩側(cè)與光闌34的光軸La分開預(yù)定距離D。因此，通過光闌34的光線透過標(biāo)尺側(cè)透鏡32和光接收元件側(cè)透鏡35具有相同形狀但沿著和關(guān)于它們各自的光軸相反取向的部分。其結(jié)果是，光學(xué)編碼器IC可以用于降低或消除各個(gè)透鏡中的透鏡像差的影響 (例如，各個(gè)透鏡像差可以相互抵消)，并進(jìn)行精確測(cè)量。第五實(shí)施例圖8是例示沿著標(biāo)尺軌道2'的X讀取方向看過去的按照本發(fā)明第五實(shí)施例的光學(xué)編碼器的ID示意圖。
在圖7的第四實(shí)施例中，光學(xué)編碼器IC包括讀取頭3C，讀取頭3C具有單個(gè)光源 31、單個(gè)標(biāo)尺側(cè)透鏡32、和單個(gè)光闌34。另一方面，按照本實(shí)施例，如圖8所示，光學(xué)編碼器 ID包括讀取頭3D，讀取頭3D具有兩個(gè)光源31、兩個(gè)標(biāo)尺側(cè)透鏡32、和兩個(gè)光闌34。另外， 兩個(gè)光闌34在單個(gè)構(gòu)件上形成。在圖7的第四實(shí)施例中，光學(xué)編碼器IC包括具有網(wǎng)格狀或條紋狀標(biāo)尺刻度線21 的標(biāo)尺軌道2'。另一方面，按照本實(shí)施例，標(biāo)尺2D包括第一標(biāo)尺軌道2'和第二標(biāo)尺軌道 2"，每一條標(biāo)尺軌道包括在兩條標(biāo)尺軌道之間可能不同(例如，為了提供精細(xì)分辨率增量標(biāo)尺軌道和絕對(duì)碼標(biāo)尺軌道)的一組標(biāo)尺刻度線21。而且，按照本發(fā)明，在與標(biāo)尺刻度線21的兩條軌道的X讀取方向垂直的平面(圖 8的紙面)內(nèi)，光源31、標(biāo)尺側(cè)透鏡32、和光闌34的光軸Lsrc、Ls、和La相對(duì)于光接收元件側(cè)透鏡的光軸Lp彼此軸對(duì)稱。按照本實(shí)施例，除了上述第四實(shí)施例的功能和效果之外，還可以獲得如下功能和效果。(9)在光學(xué)編碼器ID中，由于被標(biāo)尺刻度線21的兩條軌道反射的光束可以被單個(gè)光接收元件33或光接收元件的最緊致裝置接收，與光學(xué)編碼器被配置成使用兩個(gè)分開光接收元件接收光束的情況相比，可以減少部件的數(shù)量和/或尺寸。第六實(shí)施例圖9是例示按照本發(fā)明第六實(shí)施例的光學(xué)編碼器IE的光源31E的示意圖。在上述實(shí)施例中，光學(xué)編碼器1 ID的每一個(gè)包括光源31。另一方面，按照本實(shí)施例，如圖9所示，光學(xué)編碼器IE包括光源31E，并且光源31E包括發(fā)射光線的發(fā)光體311、 和安排在來自發(fā)光體311的發(fā)射的光線的光路的最后一級(jí)中和散射從發(fā)光體311發(fā)射的光線的散射板312。盡管在圖中未示出，但散射板312在標(biāo)尺側(cè)透鏡32這一側(cè)(在圖9的下側(cè))的平面與標(biāo)尺側(cè)透鏡32之間的距離被設(shè)置成標(biāo)尺側(cè)透鏡32的焦距fs。按照本實(shí)施例，除了上述功能和效果之外，還可以獲得如下功能和效果。(10)由于可以用散射板312的寬度代替光源31E的寬度，所以可以更容易地設(shè)計(jì)光學(xué)編碼器1E。第七實(shí)施例圖10是例示按照本發(fā)明第七實(shí)施例的光學(xué)編碼器IF的光源31F的示意圖。在第一至第五實(shí)施例中，光學(xué)編碼器1 ID包括光源31。另一方面，按照本實(shí)施例，如圖10所示，光學(xué)編碼器IF包括光源31F，并且光源31F包括發(fā)射光線的發(fā)光體311、 和安排在從發(fā)光體311發(fā)射的光線的光路的最后一級(jí)中的發(fā)光體透鏡313，以便標(biāo)尺側(cè)透鏡32和發(fā)光體透鏡313構(gòu)成柯勒照明。按照本實(shí)施例，除了上述功能和效果之外，還可以獲得如下功能和效果。(11)由于可以降低從光源31F發(fā)射和通過標(biāo)尺側(cè)透鏡32引向標(biāo)尺軌道2'的光線的不均勻性，所以可以進(jìn)行精度測(cè)量。實(shí)施例的變體本發(fā)明不局限于上述實(shí)施例，而是可以包括在本發(fā)明的范圍之內(nèi)的各種變體和變種。
例如，雖然在上述每個(gè)實(shí)施例中，預(yù)定距離D被設(shè)置成等于或大于光源31、31E或 31F在與標(biāo)尺軌道2'垂直的Y方向的寬度Wsrcy的1/2，但也可以設(shè)置成其它值。而且，盡管上述實(shí)施例的一些方面具有遠(yuǎn)心特征，光源或光闌，或二者距離透鏡接近或等于焦距，但應(yīng)該懂得，將這樣的遠(yuǎn)心特征應(yīng)用于離軸照明和/或成像配置是不常見的。尤其應(yīng)該懂得，離軸成像相對(duì)而言是非常規(guī)的，并且“理想”的同軸近似可能比在一些實(shí)施例中所預(yù)計(jì)的更不可行。最希望的是與讀取頭到標(biāo)尺軌道2'的合理間隙變化無關(guān)，沿著標(biāo)尺軌道2'的讀取方向提供不變放大率和清楚成像。相反，如下更詳細(xì)所述，由于Y方向不是測(cè)量方向和光接收元件可能積分沿著Y方向的光圖像信號(hào)，所以受與標(biāo)尺軌道2 ‘ 垂直的Y方向限制的放大率變化和圖像模糊的合理水平并不重要。在下面概括的實(shí)施例中，這個(gè)事實(shí)用于尤其沿著標(biāo)尺軌道的讀取方向提高離軸圖像遠(yuǎn)心性(例如，與合理物體或圖像距離變化無關(guān)的放大率一致性)和圖像清晰度。尤其， 如下所概括，在一些實(shí)施例中，當(dāng)使用非球面透鏡形狀時(shí)，尤其當(dāng)在與傳統(tǒng)遠(yuǎn)心裝置有所不同的離軸成像裝置中，將這樣的透鏡與將光源和/或光闌放置在相對(duì)于非球面透鏡不同于焦距的其它距離上結(jié)合在一起使用時(shí)，導(dǎo)致沿讀取方向最有利的離軸照明和成像。進(jìn)一步實(shí)施例圖11、圖12、和圖13例示了按照本發(fā)明的光學(xué)編碼器IG的進(jìn)一步實(shí)施例。圖11 例示了沿著標(biāo)尺軌道2'的X讀取方向看過去的光學(xué)編碼器1G，圖12例示了沿著與標(biāo)尺軌道2'垂直的Y方向看過去的同一個(gè)光學(xué)編碼器1G，以及圖13是光學(xué)編碼器IG的示意性透視圖。光學(xué)編碼器IG包括標(biāo)尺2和讀取頭3，標(biāo)尺2包括一條或多條標(biāo)尺軌道2 ‘，每條標(biāo)尺軌道2'包括多條標(biāo)尺刻度線21。標(biāo)尺2和讀取頭3分開標(biāo)尺-讀取頭間隙G。讀取頭3包括光源31、標(biāo)尺側(cè)透鏡32、光闌34、光接收元件側(cè)透鏡35、和光接收元件33。光源 31被安排在像標(biāo)尺側(cè)透鏡32的主平面那樣的標(biāo)尺側(cè)透鏡32的平面32'與像光接收元件 33與標(biāo)尺2最接近的平面那樣的光接收元件33的平面33P之間。光源31可以安排在光源平面31'上，或定義光源平面31'。例如，光源平面31'可以是包括光源31的相對(duì)緊致發(fā)光點(diǎn)源的平面。或者，如果光源31包括發(fā)射來自光源的發(fā)散射線的透鏡，光源平面31'可以近似與那些射線被追溯到或收斂成它們最收縮截面的地點(diǎn)一致。在工作時(shí)，一般說來，標(biāo)尺側(cè)透鏡32向標(biāo)尺軌道2'透射從光源31發(fā)射通過其第一離軸部分3 的光線，并且透射經(jīng)標(biāo)尺軌道2'反射成為標(biāo)尺軌道圖像光36通過其第二離軸部分32b的光線。標(biāo)尺軌道圖像光36通過標(biāo)尺側(cè)透鏡32的第二部分32b傳播到光接收元件33。尤其，對(duì)于顯示在圖 11-13中的實(shí)施例，如下更詳細(xì)所述，標(biāo)尺側(cè)透鏡32通過光闌34、和光接收元件側(cè)透鏡35 的離軸部分35a向光接收元件33透射標(biāo)尺軌道圖像光36。光源31的有效中心(例如，如實(shí)際對(duì)起作用標(biāo)尺軌道圖像光有貢獻(xiàn)的發(fā)射射線所定義)可以定義它的光軸Lsrc，光軸Lsrc在與標(biāo)尺軌道2'的X讀取方向垂直的方向(Y) 與標(biāo)尺側(cè)透鏡32的光軸Ls分開照明離軸距離Dsrc。光闌34位于處在標(biāo)尺側(cè)透鏡32的平面32'與光接收元件33的平面33P之間， 尤其，對(duì)于顯示在圖11-13中的實(shí)施例，標(biāo)尺側(cè)透鏡32的平面32'與光接收元件側(cè)透鏡35 的平面35'之間的光闌平面34'(例如，光闌34與標(biāo)尺2最接近的表面)上，或定義處在標(biāo)尺側(cè)透鏡32的平面32'與光接收元件33的平面33P之間，尤其，對(duì)于顯示在圖11-13中的實(shí)施例，標(biāo)尺側(cè)透鏡32的平面32'與光接收元件側(cè)透鏡35的平面35'之間的光闌平面 34'(例如，光闌34與標(biāo)尺2最接近的表面)。光闌34可以定義成其光軸La的中心在Y 方向上與標(biāo)尺側(cè)透鏡32的光軸Ls分開光闌離軸距離Dapl，以便為到達(dá)光接收元件33的標(biāo)尺軌道成像光36定義第一透鏡離軸成像路徑38 (在圖11中用它的中心射線表示)。換句話說，光闌34被安排成接收通過標(biāo)尺側(cè)透鏡32包括第一透鏡離軸成像路徑38的離軸部分 32b(參見圖13中的32b部分)的標(biāo)尺軌道圖像光36。光闌34的尺寸可以做成以及光闌34可以安排成通過標(biāo)尺側(cè)透鏡32定義所希望第一透鏡離軸成像路徑38的地點(diǎn)，并且選擇沿著那條路徑準(zhǔn)直或幾乎準(zhǔn)直的成像光射線， 從而在標(biāo)尺軌道2'的讀取方向保證了所希望水平的物體(標(biāo)尺)側(cè)遠(yuǎn)心性。換句話說，將光闌34的尺寸做成這樣，使它有助于將到達(dá)光接收元件33的成像光射線約束成在標(biāo)尺側(cè)透鏡32的物體側(cè)和光接收元件側(cè)透鏡35的成像側(cè)基本上彼此平行(“準(zhǔn)直”)，以便在光接收元件33上形成的標(biāo)尺軌道圖像與間隙G的預(yù)計(jì)變化無關(guān)地呈現(xiàn)近似不變放大率。光闌 34的尺寸也可以選擇成決定為成像標(biāo)尺軌道2'提供所希望景深的光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)值孔徑。在如圖11所示的一些實(shí)施例中，可以將光吸收器41提供在接收從光接收元件33 根據(jù)標(biāo)尺軌道圖像光36形成標(biāo)尺軌道圖像的部分反射的光線42的地點(diǎn)上。在例示的實(shí)施例中，吸收器41提供在限定光闌34的結(jié)構(gòu)上，并且由吸收光接收元件33反射的光線42的材料構(gòu)成和形成，使光線42不會(huì)重新反射到形成標(biāo)尺軌道圖像的光接收元件33。因此，吸收器41有助于降低要不然可能由重新反射到光接收元件33的光線42引起的噪聲，因此有助于防止在光接收元件33上形成的標(biāo)尺軌道圖像的對(duì)比度降低。在顯示在圖11中的實(shí)施例中，相對(duì)于標(biāo)尺側(cè)透鏡32的光軸Ls近似或完全軸對(duì)稱地放置光源31的光軸Lsrc和光闌34的光軸La。更一般地說，使光闌34和光源31位于包括標(biāo)尺側(cè)透鏡32的光軸Ls的TL平面的相對(duì)側(cè)上，以便光源光被有效地反射成通過光闌 34的標(biāo)尺軌道圖像光。在一些實(shí)施例中，可以按照光闌34相對(duì)于標(biāo)尺側(cè)透鏡光軸Ls的光闌離軸距離Dapl定義光源31相對(duì)于標(biāo)尺側(cè)透鏡光軸Ls的照明離軸距離Dsrc。例如，可以將Dsrc定義成大于0. 8*Dapl但小于1. 2*Dapl，以便近似優(yōu)化沿著第一透鏡離軸成像路徑38反射的標(biāo)尺軌道成像光的光量。在一些實(shí)施例中，當(dāng)Dsrc與Dapl相同時(shí)可能是有利的，使得圍繞標(biāo)尺側(cè)透鏡32的光軸Ls軸對(duì)稱地放置光源31和光闌34，以便使沿著第一透鏡離軸成像路徑38反射的標(biāo)尺軌道成像光的光量最大化。在一些實(shí)施例中，可以針對(duì)標(biāo)尺側(cè)透鏡32的操作近似地以相互共軛關(guān)系排列光源31和光闌34的平面。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，如圖11-13所示，光源31被安排成光源平面3Γ與光闌平面34'不一致。這種配置在防止光源31的核心中的內(nèi)部結(jié)構(gòu)(例如，接線點(diǎn))和/或強(qiáng)度變化成像在光闌平面34'上這方面可能是有利的。這使標(biāo)尺軌道 2'反射的和通過光闌34的標(biāo)尺軌道圖像光在光闌34上具有基本均勻強(qiáng)度，這在光闌上提供了對(duì)標(biāo)尺軌道圖像光的更希望的空間濾波和在光接收元件33上提供了更希望的標(biāo)尺軌道圖像，這是通過光學(xué)編碼器IG實(shí)現(xiàn)精確測(cè)量的重要特征之一。在最一般情況下，光源平面31'離標(biāo)尺側(cè)透鏡32比光闌平面34'遠(yuǎn)可以提供這種效果。但是，光源平面31'與標(biāo)尺側(cè)透鏡32較接近(例如，如圖11-13所示，比光闌平面34'更接近)，這可能是有利的， 因?yàn)闃?biāo)尺軌道2'上的光強(qiáng)一般較高。例如，當(dāng)光源平面31'相對(duì)于標(biāo)尺側(cè)透鏡32的平面 32'位于距離LSP上，和光闌平面34'相對(duì)于標(biāo)尺側(cè)透鏡32的平面32'位于距離APl上時(shí)，可以用APl來定義LSP，在一些實(shí)施例中，當(dāng)LSP小于1. 2*AP1時(shí)可能是有利的。在其它實(shí)施例中，當(dāng)LSP小于APl以便提供更高光強(qiáng)時(shí)，甚至可能更有利。當(dāng)LSP還大于0. 7*AP1 時(shí)，可能還要有利，這可以使光源31和光闌34處在提供近似遠(yuǎn)心照明和/或成像的距離 APl和LSP上，從而提供前面概括的好處。例如，在一些實(shí)施例中，可以用標(biāo)尺側(cè)透鏡32的焦距來定義距離APl (即，光闌平面34'相對(duì)于標(biāo)尺側(cè)透鏡32的平面32'的地點(diǎn))，以便提供所希望程度的物體側(cè)成像遠(yuǎn)心性。如圖11和圖12所示，標(biāo)尺側(cè)透鏡32具有定義第一焦面39的焦距，第一焦面39位于沿著Z方向距標(biāo)尺側(cè)透鏡32的平面32'的焦距fs處。在一些實(shí)施例中，當(dāng)APl大于 0. 8*fs但小于1. 2*fs時(shí)可能是有利的。在使用非球面透鏡和離軸成像的各種實(shí)施例中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)APl大于f s而不是0. 8*f s (例如，在一些特定實(shí)施例中，可以將APl設(shè)計(jì)成至少 1.03*fs)時(shí)，甚至可能更有利。類似地，如圖11和圖12所示，光接收元件側(cè)透鏡35具有定義第二焦面40的焦距， 第二焦面40位于沿著Z方向距光接收元件側(cè)透鏡35的平面35'的焦距fp處。光闌平面 34'位于距平面35'的距離AP2處。在一些實(shí)施例中，當(dāng)用焦距fp來定義距離AP2(即，光闌平面34'相對(duì)于光接收元件側(cè)透鏡35的平面35'的地點(diǎn))，以便提供所希望程度的圖像側(cè)成像遠(yuǎn)心性時(shí)，可能還要有利。例如，在一些實(shí)施例中，將AP2設(shè)計(jì)成大于0. 8*fp但小于1. 2*fp。在使用非球面透鏡和離軸成像的各種實(shí)施例中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)AP2大于fp而不是0. 8*fp (例如，在一些特定實(shí)施例中，可以將AP2設(shè)計(jì)成至少1.03*fp)時(shí)，甚至可能更有利。在一些實(shí)施例中，可以實(shí)現(xiàn)上面概括的所希望關(guān)系的至少一種，另外，光闌平面34'可以位于兩個(gè)透鏡的第一焦面39與第二焦面40之間(例如，在光闌34的物體側(cè)和圖像側(cè)提供對(duì)稱光路)。如前面所概括，為了使標(biāo)尺刻度線21的成像放大率對(duì)標(biāo)尺軌道2'與標(biāo)尺側(cè)透鏡 32之間的間隙G不敏感，近似物體(標(biāo)尺)側(cè)遠(yuǎn)心是所希望的。類似地，為了使標(biāo)尺刻度線21的成像放大率對(duì)光接收元件33與光接收元件側(cè)透鏡35之間的間隙不敏感，近似圖像側(cè)遠(yuǎn)心是所希望的。但是，雖然最希望在標(biāo)尺刻度線21的X讀取方向達(dá)到遠(yuǎn)心，但在Y方向未必達(dá)到遠(yuǎn)心。換句話說，因?yàn)樵赮方向沿著單條標(biāo)尺刻度線21反射的成像光將被光接收元件33中沿著Y方向的單個(gè)檢測(cè)器接收(積分)，所以可以沒有影響地在Y方向移動(dòng)圖像，并且未必達(dá)到遠(yuǎn)心，或更一般地說，未必沿著Y方向減輕或消除失真。因此，主要需要沿著X讀取方向減輕或消除光學(xué)失真。于是，如圖12和圖13所示， 沿著χ讀取方向?qū)⒐庠?1、標(biāo)尺側(cè)透鏡32、光闌34、和光接收元件側(cè)透鏡35的光軸對(duì)準(zhǔn)在相同平面地點(diǎn)上。換一種說法，在)(Z平面中，沿著與Y軸垂直的方向，相對(duì)于標(biāo)尺側(cè)透鏡32 的光軸Ls對(duì)稱地放置標(biāo)尺側(cè)透鏡32的第二部分32b。這往往使沿著X讀取方向的圖像失真最小，因?yàn)檠刂@個(gè)方向，使用這些透鏡相對(duì)于包括每個(gè)透鏡的光軸的平面對(duì)稱的部分進(jìn)行成像，并且這些透鏡一般提供使用與它們的光軸接近的對(duì)稱成像射線的更好成像。另一方面，沿著Y方向未將光源31、標(biāo)尺側(cè)透鏡32、光闌34、和光接收元件側(cè)透鏡35的光軸對(duì)準(zhǔn)在相同地點(diǎn)上。換一種說法，如圖13所示，在XY平面中，沿著與Z軸垂直的方向，關(guān)于標(biāo)尺側(cè)透鏡32的光軸Ls未對(duì)稱地放置標(biāo)尺軌道2'反射的標(biāo)尺軌道圖像光36通過的標(biāo)尺側(cè)透鏡32的第二部分32b。通過標(biāo)尺側(cè)透鏡32和光接收元件側(cè)透鏡35的相關(guān)“離軸”和 “雙離軸”Y方向成像路徑對(duì)于減輕Y方向的失真并不理想，但希望實(shí)現(xiàn)光學(xué)編碼器IG的總體緊致性。而且，標(biāo)尺側(cè)透鏡32的第一和/或第二部分32a、32b不包括標(biāo)尺側(cè)透鏡32的光軸Ls，以便減輕或消除標(biāo)尺側(cè)透鏡32的分別通過第一和第二部分3 和32b的照明光和成像光的串?dāng)_。由于主要需要沿著X讀取方向減輕或消除光學(xué)失真，所以在一些實(shí)施例中，優(yōu)選的是沿著Y方向的光闌寬度Way大于沿著X方向的光闌寬度Wax。一般來說，對(duì)于較大的光吞吐量(在光接收元件33中產(chǎn)生較大信號(hào))，希望光闌較大，但這也可能縮短了景深和/ 或使光學(xué)像差更大。但是，在本發(fā)明的各種實(shí)施例中，由于無需使沿著Y方向的光學(xué)像差最小，所以可以使沿著Y方向的光闌寬度Way較大，以便透射更多的光線，而使沿著X方向的光闌寬度Wax較小，以便增大景深以及將沿著X讀取方向的遠(yuǎn)心性增大到所希望程度。光學(xué)編碼器IG可以具有“離軸”配置的特征，因?yàn)楣庠?1通過離軸部分3 透射光線，和/或通過沿著Y方向與標(biāo)尺側(cè)透鏡32的光軸Ls分開的離軸透鏡部分32b透射標(biāo)尺軌道圖像光(參見圖11和13)。此外，光學(xué)編碼器IG可以具有“雙離軸”配置的特征，因?yàn)檫M(jìn)一步通過沿著Y方向與光接收元件側(cè)透鏡35的光軸Lp分開的離軸透鏡部分3 透射標(biāo)尺軌道圖像光。如前面所概括，“離軸”配置在使光學(xué)編碼器IG的尺寸小型化方面有利。 “雙離軸”配置在減輕另外可以與孤立“離軸”配置相聯(lián)系的光學(xué)失真方面有利。在顯示在圖11-13中的具體雙離軸配置中，為了使它的優(yōu)點(diǎn)最大化，標(biāo)尺側(cè)透鏡 32和光接收元件側(cè)透鏡35類似地配置和取向成它們的形狀相似表面沿著它們各自的光軸 Ls、Lp面朝相反方向。例如，在圖11的例示性實(shí)施例中，透鏡32和35 二者被配置成具有一般凸出的第一非球面S1(S1')和第二非球面S2(S2')，并且透鏡32和35被安排成它們各自的一般凸出第一非球面Sl (Si')面對(duì)面。并且，光接收元件側(cè)透鏡35的光軸Ls在 Y方向與標(biāo)尺側(cè)透鏡32的光軸Ls分開距離DL1L2(圖11)，使得被標(biāo)尺軌道2 ‘反射并通過標(biāo)尺側(cè)透鏡32的第二部分32b和光闌34的標(biāo)尺軌道圖像光36通過光接收元件側(cè)透鏡 35的第一部分35a (圖13)，光接收元件側(cè)透鏡35的第一部分3 具有與部分32b近似或完全相似的形狀，但該形狀關(guān)于光軸Ls、Lp的方向有效地旋轉(zhuǎn)了 180°。換一種說法，光闌 34以及透鏡32和35被安排成光闌以上面所概括的方式定義第二透鏡離軸成像路徑38'， 該第二透鏡離軸成像路徑38 ‘通過補(bǔ)充標(biāo)尺側(cè)透鏡32的部分32b的光接收元件側(cè)透鏡35 的所希望部分35a。這種配置表面上消除了像彗形像差和失真那樣的像差，該像差否則可能由通過各個(gè)透鏡32和35的離軸成像和大場(chǎng)角引入。換一種說法，通過上面概括的光接收元件側(cè)透鏡35的第一部分35a的安排，可以表面上消除由通過標(biāo)尺側(cè)透鏡32的第二部分 32b的離軸成像、和大場(chǎng)角引起的這些像差。倘若透鏡的不完美性對(duì)于這兩個(gè)透鏡來說是相同的，這種配置也可以補(bǔ)償透鏡的不完美性(例如，表面形狀的變化)。于是，對(duì)于許多實(shí)際和/或稍不完美的透鏡，顯示在圖11-13中的雙離軸實(shí)施例優(yōu)于顯示在圖5中的實(shí)施例。如圖11所示，光闌34的光軸La沿著兩個(gè)透鏡32、35的光軸Ls、Lp之間的距離 DL1L2放置。一般說來，DL1L2 = Dapl+Dap2。在一個(gè)有利實(shí)施例中，距離Dapl和距離Dap2 表面上是相等的，使得部分32b和3 可以在形狀上近似相同。盡管已經(jīng)針對(duì)光學(xué)編碼器IG的雙離軸配置描述了上面所概括的各種設(shè)計(jì)關(guān)系， 但應(yīng)該懂得，更一般地說，如果需要，上文的教導(dǎo)和設(shè)計(jì)關(guān)系可以適用于和應(yīng)用于本文所公開的各種其它編碼器實(shí)施例(例如，本文公開的其它“離軸”和“雙離軸”配置)。下表1示出了可以用在光學(xué)編碼器IG的示范性實(shí)施例中的一組示范性設(shè)計(jì)尺寸。例如，當(dāng)標(biāo)尺軌道2'具有l(wèi)_2mm(毫米)的Y方向高度時(shí)，這些尺寸是適用的。標(biāo)尺軌道 2'可以包括增量標(biāo)尺刻度線21 (例如，網(wǎng)格)或絕對(duì)標(biāo)尺刻度線21。如果使用球面透鏡， 可以得到可接受結(jié)果地成像X方向間距(例如，網(wǎng)格間距)小至近似140或100微米的標(biāo)尺刻度線21。對(duì)于適當(dāng)設(shè)計(jì)的非球面透鏡，如下面更詳細(xì)所述，可以得到可接受結(jié)果地成像 X方向間距(例如，網(wǎng)格間距)小至近似20微米(或更大)的標(biāo)尺刻度線21。在一些實(shí)施例中，從光源31發(fā)射的光線的波長可以具有600-900nm(納米)的數(shù)量級(jí)。該組設(shè)計(jì)尺寸可以提供沿著Z方向具有21nm數(shù)量級(jí)的緊致讀取頭尺寸，以及可以提供具有近似+/_200 微米數(shù)量級(jí)的所希望間隙容限。[表1]
特性值FOVX (受接收單元33限制)3. OmmFOVY (受接收單元33限制)0. 8mm透鏡直徑近似6. 5mm透鏡厚度“T”4. Omm透鏡-光闌距離近似3. 5mm光闌尺寸(X，Y)(0. 27mm, 0. 54mm)Dapl0.875mmDL1L21.75mm標(biāo)尺到讀取頭間隙“G”，接收單元到透鏡間隙近似2. 6mm放大率-IX焦距&，fp近似4. 5mm后焦距近似3. 2mmAPl，AP2近似4. 75mm有關(guān)“F0VX”和“F0VY”的值(成像到光接收元件33上、標(biāo)尺軌道2 ‘分別沿著X 方向和Y方向的視場(chǎng))可以通過光接收元件的尺寸來限制，而不是通過標(biāo)尺軌道2'或其它光學(xué)元件來限制，以便提供所希望的組件和對(duì)準(zhǔn)容限。對(duì)于緊致讀取頭設(shè)計(jì)，可能希望相對(duì)短的焦距。在一個(gè)實(shí)施例中，對(duì)于這樣的短焦距，以及在0. 75到1. 25范圍內(nèi)放大率，可能希望相對(duì)厚的透鏡設(shè)計(jì)，以便提供不失真成像。例如，表1示出了對(duì)于4. 5mm的焦距，發(fā)現(xiàn)4. Omm的透鏡厚度T可以提供可接受的性能。在一些實(shí)施例中，在0. 7到1. 1范圍內(nèi)的透鏡厚度T與焦距之比可以提供可接受的性能。雖然本發(fā)明的上述“雙離軸”設(shè)計(jì)在減輕由“離軸”設(shè)計(jì)和大場(chǎng)角引起的光學(xué)失真和彗形像差方面是有利的，但其它光學(xué)像差可能還存在。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)標(biāo)尺側(cè)透鏡32和光接收元件側(cè)透鏡35具有適當(dāng)設(shè)計(jì)的非球面Sl (Si')時(shí)，至少沿著X讀取方向，可以基本消除其余的光學(xué)像差。顯示在圖11-12中的非球面Sl (和類似表面Sl')和S2(和類似表面 S2')近似代表一組示范性表面。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在一些示范性實(shí)施例中，當(dāng)表面Sl是在透鏡的光軸附近凸出、并且沿著徑向具有從透鏡的光軸開始作為半徑“r”的函數(shù)單調(diào)增大的斜率的第一非球面，和表面S2是在透鏡的光軸附近凸出、并且沿著徑向具有在包括透鏡的光軸的第一半徑范圍RRl (參見圖12)上作為半徑“r”的函數(shù)增大、而在圍繞第一半徑范圍RRl 的第二半徑范圍RR2上作為半徑“r”的函數(shù)減小的斜率的第二非球面時(shí)，導(dǎo)致所希望性能。 當(dāng)標(biāo)尺側(cè)透鏡32和光接收元件側(cè)透鏡35被配置成光接收元件33上的標(biāo)尺軌道圖像的放大率M大于0. 75但小于1. 25時(shí)，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在一些示范性實(shí)施例中，當(dāng)接近透鏡的光軸的第二非球面S2的半徑R2與接近透鏡的光軸的第一非球面Sl的半徑Rl之比，即，R2/R1大于1. 1但小于1. 7時(shí)，導(dǎo)致所希望性能。此外，如前面所概括，在一些示范性實(shí)施例中，當(dāng)沿著透鏡的光軸第一非球面Sl與第二非球面S2之間的透鏡厚度“T”與透鏡(fs，fp)的焦距 F之比，S卩，T/F大于0. 7但小于1. 1時(shí)，導(dǎo)致所希望性能。對(duì)于這樣的實(shí)施例落在這些準(zhǔn)則的一條或多條所指的設(shè)計(jì)范圍內(nèi)的各組非球面可以由本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)分析和/ 或?qū)嶒?yàn)來確定。應(yīng)該懂得，這些準(zhǔn)則只是示范性的，而非限制性的。例如，盡管當(dāng)具有上面所概括的特征的標(biāo)尺側(cè)透鏡32的第一非球面Sl被安排成更遠(yuǎn)離標(biāo)尺2，而具有上面所概括的特征的標(biāo)尺側(cè)透鏡32的第二非球面S2被安排成更接近標(biāo)尺2 (例如，如圖12所示)時(shí)，導(dǎo)致極好性能，并且在一些實(shí)施例中，這樣的配置是優(yōu)選的，但已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，如果將表面Sl和S2的表面形狀顛倒過來(例如，如沿著它們的光軸的方向?qū)⑼哥R32和35顛倒過來所觀察到的那樣)，則在一些應(yīng)用中，仍然可以獲得合理性能。標(biāo)尺側(cè)透鏡32和光接收元件側(cè)透鏡35可以由塑料制成，塑料相對(duì)較便宜，輕質(zhì)， 和易于處理(例如，注模)，但對(duì)像溫度變化和濕度那樣的環(huán)境條件相對(duì)較敏感?？商娲?， 這些透鏡可以由光學(xué)玻璃形成，光學(xué)玻璃對(duì)環(huán)境條件較不敏感。圖14是綜合本發(fā)明的方方面面的光學(xué)編碼器的進(jìn)一步實(shí)施例1H，它包括具有讀取標(biāo)尺軌道2'的第一裝置1H-I、和讀取標(biāo)尺軌道2"的第二裝置IH-A的讀取頭。在一個(gè)實(shí)施例中，第一標(biāo)尺軌道2'包含可以成像到增量光接收元件33上的增量標(biāo)尺刻度線，和第二標(biāo)尺軌道2"包含可以成像到絕對(duì)光接收元件33'上的絕對(duì)標(biāo)尺刻度線。換一種說法， 該讀取頭具有兩組光源、標(biāo)尺側(cè)透鏡、光闌、光接收元件側(cè)透鏡、和光接收元件(例如，一組為精細(xì)測(cè)量分辨率提供增量編碼器信號(hào)，而另一組為編碼器測(cè)量范圍上的絕對(duì)位置確定提供絕對(duì)編碼器信號(hào))。這兩組可以配置在基本相同的裝置中(例如，在YZ平面內(nèi)它們的光路的對(duì)應(yīng)部分可以幾乎彼此平行)，并且可以安排成沿著與標(biāo)尺軌道的讀取方向垂直的方向彼此相鄰。如圖所示，裝置IH-I和裝置IH-A的每一個(gè)都是上面針對(duì)顯示在圖11-13中的光學(xué)編碼器IG概括的雙離軸配置。第一和第二軌道2'和2"沿著與X讀取方向垂直的Y 方向彼此偏離。增量光接收元件33和絕對(duì)光接收元件33'沿著Y方向同樣彼此偏離。按照本實(shí)施例，實(shí)現(xiàn)了增量編碼器IH-I和絕對(duì)編碼器IH-A的緊致組合。在顯示在圖8中的雙標(biāo)尺軌道實(shí)施例的一些應(yīng)用中，使用單個(gè)光接收元件接收來自兩條標(biāo)尺軌道的光束可能不方便或不可行。例如，在一些情況下，在那個(gè)實(shí)施例中操作間隙相對(duì)于標(biāo)尺軌道的變化可能引起來自兩條標(biāo)尺軌道的光束之間的光學(xué)串?dāng)_或沖突圖像位移。在這樣的應(yīng)用中，由于與其平行光路相聯(lián)系的好處，圖14的雙標(biāo)尺軌道實(shí)施例IH在構(gòu)建方面可能更可行和/或可能更抗間隙變化地工作。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)編碼器，包含標(biāo)尺和讀取頭，所述標(biāo)尺具有沿著讀取方向延伸和包含標(biāo)尺刻度線的標(biāo)尺軌道，所述讀取頭包括向所述標(biāo)尺軌道發(fā)射光線的光源、和安排成接收所述標(biāo)尺軌道反射的光線的光接收元件，以便根據(jù)所述光接收元件接收的光線測(cè)量所述讀取頭相對(duì)于所述標(biāo)尺的位置，其中所述讀取頭包含將從所述光源發(fā)射的光線透射到所述標(biāo)尺軌道和將所述標(biāo)尺軌道反射的光線作為標(biāo)尺軌道圖像光透射到所述光接收元件的第一透鏡；所述光源被安排在位于所述第一透鏡的平面與所述光接收元件的平面之間的光源平面上；在與所述標(biāo)尺軌道的讀取方向垂直的方向，所述光源的中心與所述第一透鏡的光軸分開照明離軸距離Dsrc ；以及所述光學(xué)編碼器包含光闌，所述光闌位于所述第一透鏡的平面與所述光接收元件的平面之間的光闌平面上，其中在與讀取方向垂直的方向，所述光闌的中心與所述第一透鏡的光軸分開光闌離軸距離Dapl，并且被配置成定義到達(dá)所述光接收元件的標(biāo)尺軌道成像光的第一透鏡離軸成像路徑，以便所述光闌被安排成接收通過所述第一透鏡包括所述第一透鏡離軸成像路徑的部分的標(biāo)尺軌道圖像光，其中所述光闌和所述光源位于包括所述第一透鏡的光軸和讀取方向的平面的相對(duì)側(cè)上。
2.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)編碼器，其中，0.8*Dapl < Dsrc < 1. 2*Dapl。
3.如權(quán)利要求2所述的光學(xué)編碼器，其中，所述光闌平面沿著所述第一透鏡的光軸的方向，位于距所述第一透鏡的平面的距離APl處，和所述光源平面沿著所述第一透鏡的光軸的方向，位于距所述第一透鏡的平面的距離LSP處，并且LSP < 1. 2*AP1。
4.如權(quán)利要求3所述的光學(xué)編碼器，其中，0.7*AP1 < LSP < API。
5.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)編碼器，其中，所述第一透鏡具有定義第一焦面的第一焦距，所述第一焦面沿著所述第一透鏡的光軸的方向，位于距所述第一透鏡的平面的距離fs 處，所述光闌平面沿著所述第一透鏡的光軸的方向，位于距所述第一透鏡的平面的距離APl 處，并且 1. 2*fs > API > 0. 8*fs。
6.如權(quán)利要求5所述的光學(xué)編碼器，其中，API> 1.03*fs。
7.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)編碼器，進(jìn)一步包含第二透鏡，所述第二透鏡處在位于所述光闌平面與所述光接收元件的平面之間的第二透鏡平面上，所述第二透鏡被安排成接收通過所述光闌透射的標(biāo)尺軌道圖像光，并且將接收的標(biāo)尺軌道圖像光成像在所述光接收元件上，其中所述第二透鏡與所述第一透鏡類似地配置，并且這樣取向，使所述第一和第二透鏡的形狀相似表面沿著它們各自的光軸方向面朝相反方向，并在與讀取方向垂直的方向， 所述光闌的中心與所述第二透鏡的光軸分開光闌離軸距離Dap2，并且被配置成定義到達(dá)所述光接收元件的標(biāo)尺軌道成像光的第二透鏡離軸成像路徑，以便所述光闌被安排成透射通過所述第二透鏡包括所述第二透鏡離軸成像路徑的部分的標(biāo)尺軌道圖像光。
8.如權(quán)利要求7所述的光學(xué)編碼器，其中，所述第一透鏡的光軸和所述第二透鏡的光軸沿著與讀取方向垂直的方式分開距離DL1L2，和所述光闌的中心沿著所述第一和第二透鏡的光軸之間的距離DL1L2放置。
9.如權(quán)利要求8所述的光學(xué)編碼器，其中，所述距離Dap2和Dapl表面上是相等的。
10.如權(quán)利要求8所述的光學(xué)編碼器，其中，0.8*Dapl < Dsrc < 1. 2*Dapl。
11.如權(quán)利要求8所述的光學(xué)編碼器，其中，所述第一透鏡具有定義第一焦面的第一焦距，所述第一焦面沿著所述第一透鏡的光軸的方向，位于距所述第一透鏡的平面的距離fs 處，所述第二透鏡具有定義第二焦面的第二焦距，所述第二焦面沿著所述第二透鏡的光軸的方向，位于距所述第二透鏡的平面的距離fp處，所述光闌平面沿著所述第一透鏡的光軸的方向，位于距所述第一透鏡的平面的距離APl處，和沿著所述第二透鏡的光軸的方向，位于距所述第二透鏡的平面的距離AP2處，并且1. 2*fs > API > 0. 8*fs。
12.如權(quán)利要求11所述的光學(xué)編碼器，其中，所述光闌平面離所述第一透鏡的平面比所述第一焦面遠(yuǎn)。
13.如權(quán)利要求11所述的光學(xué)編碼器，其中，所述光闌平面位于所述第一和第二焦面之間。
14.如權(quán)利要求11所述的光學(xué)編碼器，其中，1.2*fp > AP2 > 0. 8*fp。
15.如權(quán)利要求11所述的光學(xué)編碼器，其中，所述光源平面沿著所述第一透鏡的光軸的方向，位于距所述第一透鏡的平面的距離LSP處，并且LSP < 1. 2*AP1。
16.如權(quán)利要求15所述的光學(xué)編碼器，其中，0.7*AP1 < LSP < API。
17.如權(quán)利要求11所述的光學(xué)編碼器，其中，API> 1. 03*fs。
18.如權(quán)利要求8所述的光學(xué)編碼器，其中，所述第一透鏡和所述第二透鏡每一個(gè)都包含非球面透鏡，其中所述第一透鏡和所述第二透鏡的第一非球面是在其透鏡的光軸附近凸出、并且沿著徑向具有從其透鏡的光軸開始作為半徑的函數(shù)單調(diào)增大的斜率的曲面，和所述第一透鏡和所述第二透鏡的第二非球面是在其透鏡的光軸附近凸出、并且沿著徑向具有在包括其透鏡的光軸的第一半徑范圍上作為半徑的函數(shù)增大、而在圍繞第一半徑范圍的第二半徑范圍上作為半徑的函數(shù)減小的斜率的曲面。
19.如權(quán)利要求18所述的光學(xué)編碼器，其中，所述第一透鏡的第一非球面被安排成離所述標(biāo)尺軌道較遠(yuǎn)，而所述第一透鏡的第二非球面被安排成離所述標(biāo)尺軌道較近。
20.如權(quán)利要求18所述的光學(xué)編碼器，其中，所述第一和第二透鏡被配置成使得所述光接收元件上的標(biāo)尺軌道圖像的放大率M是0. 75 <M< 1.25，接近其光軸的所述第二非球面的半徑R2與接近其光軸的所述第一非球面的半徑Rl之比是1.1 < [R2/R1] < 1. 7，以及沿著它們的光軸所述第一和第二非球面之間的透鏡厚度T與它們的透鏡的焦距F之比是 0. 7 < [T/F] < 1. 1。
21.如權(quán)利要求8所述的光學(xué)編碼器，其中，所述標(biāo)尺進(jìn)一步包括沿著讀取方向延伸的第二標(biāo)尺軌道，所述第二標(biāo)尺軌道包含標(biāo)尺刻度線并沿著與讀取方向垂直的方向偏離所述第一標(biāo)尺軌道，以及所述讀取頭包含按照權(quán)利要求8所述的所述光源、所述第一透鏡、所述光闌、所述第二透鏡、和所述光接收元件的第一裝置；以及配置成與所述第一裝置類似地工作的第二裝置，所述第二裝置包含第二光源、與所述第一透鏡類似的第三透鏡、第二光闌、與所述第二透鏡類似的第四透鏡、和第二光接收元件，其中所述第二裝置沿著與讀取方向垂直的方向偏離所述第一裝置，以便將第二標(biāo)尺軌道成像在所述第二光接收元件上。
22.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)編碼器，進(jìn)一步包含光吸收器，所述光吸收器被放置成接收從所述光接收元件形成標(biāo)尺軌道圖像的部分反射的光線，并且被配置成吸收從所述光接收元件的所述部分反射的接收光。
全文摘要
提供了一種能夠在光接收元件中獲得足夠光量的小型化光學(xué)編碼器。光學(xué)編碼器1包括具有標(biāo)尺軌道2′的標(biāo)尺2、和讀取頭3，讀取頭3具有向標(biāo)尺軌道2′發(fā)送光線的光源31、將從光源31發(fā)射的光線透射到標(biāo)尺軌道2′的標(biāo)尺側(cè)透鏡32、和接收由標(biāo)尺軌道2′反射通過標(biāo)尺側(cè)透鏡32的光線的光接收元件33。光源31被安排在標(biāo)尺側(cè)透鏡32與光接收元件33之間。光源31的光軸Lsrc在標(biāo)尺2的讀取方向與標(biāo)尺側(cè)透鏡32的光軸Ls重合，而在與標(biāo)尺2的讀取方向垂直的方向與標(biāo)尺側(cè)透鏡32的光軸Ls分開預(yù)定距離D。
文檔編號(hào)G01D5/347GK102279009SQ201110075828
公開日2011年12月14日 申請(qǐng)日期2011年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月29日
發(fā)明者埃里克.H.阿爾滕多夫, 夜久亨, 水谷都, 長濱龍也 申請(qǐng)人:株式會(huì)社三豐