JPH01136021A - 光学式変位検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

この発明は、光学式変位検出器に係り、特に、相対変位
する主目盛及び参照目盛の重なり合いの繰返しによって
生じる光の変化を受光素子によって電気信号に変換して
、該電気信号により前記相対変位量を検出するようにし
た光学式変位検出器の改良に関する。

【従来の技術】

従来、例えば特開昭６２−２１２５１６号に開示される
ように、光学格子からなる主目盛及び参照目盛を、光透
過性材料からなる第１部材及び第２部材に形成し、これ
ら第１部材と第２部材が相対変位するとき、主目盛と参
照目盛を照明する発光素子からの照明光が反対側の受光
素子によって受光され、電気信号に変換されて、この電
気信号に基づいて第１部材と第２部材の相対変位量を検
出するようにした、いわゆる光学式エンコーダと称され
る光学式変位検出器がある。 このような光学式変位検出器の他の例として、公知では
ないが、本出願人により特願昭６１−１４９０７３号と
して提案された、第５図及び第６図に示されるような光
学式変位検出器がある。 この光学式変位検出器は、一定ピッチの縦縞状の光学格
子からなる主目盛１が長手方向に並列して形成された第
１部材２と、この第１部材２に沿って相対変位可能に配
置され、且つ、前記主目盛１に対向して、光学格子から
なる参照目盛３が形成された第２部材４と、前記第１部
材２を間にして、第２部材４と反対側に配置された発光
ダイオード５を含む照明器６と、前記第２部材４を間に
して、第１部材２と反対側に配置された４個の受　　　
−光素子７Ａ〜７Ｄを含む受光器８と、を備えて構成さ
れている。 ここで、前記主目盛１と参照目盛３は第１部材２及び第
２部材４の相対向する面に隣接して形成されている。 又、前記照明器６における発光ダイオード５は第２部材
４の、前記“参照目盛３の面と反対側の面に、その発光
面を参照目盛３と反対方向に向けて取付けられている。 前記照明器６は、前記発光ダイオード５と、この発光ダ
イオード５を球の中心とした半球−状の光透過性樹脂モ
ールド９と、この光透過性樹脂モールド９の外側面に形
成された球面状反射膜９Ａとから構成され、発光ダイオ
ード５から放射方向へ射出された照明光が、球面状反射
Ｍ９Ａによって、前記主目盛１及び参照目盛３をこれら
の目盛面と直交する方向に照明する平行光線となるよう
に反射するものである。 ここで、前記発光ダイオード５は、その発光面にスリッ
ト状の開口部を備えた金属膜を蒸着することによりスリ
ット状発光部５Ａが形成され、発光ダイオード５はスリ
ット状発光部５Ａが前記主目盛１及び参照目盛３の高さ
方向と平行になるように配置されている（第６図参照）
、又、前記第２部材２の照明器６側の表面には前記発光
ダイオード５への電源供給ラインとして透明導電膜５Ｂ
、５Ｃが蒸着形成されている。 上記のような光学式変位検出器は、発光ダイオード５に
おけるスリット状発光部５Ｂが主目盛１及び参照目盛３
と平行に配置されているために、これら主目盛１及び参
照目盛３と垂直な方向の照明光の平行度が損われずに照
明光の光量を増加させることができ、従って、虫目！１
と参照目盛３の格子間隔Ｓを広くしてＳ／Ｎ比の良い信
号を得ることができる。又、発光ダイオード５から射出
される放射光を球面状反射ＪＡ９Ａによって平行光線と
しているので、検出器を小型化することができる。

【考案が解決しようとする問題点】

しかしながら、上記のように、発光ダイオード５から射
出された光線が球面状反射Ｍ９Ａによって平行光線とし
て反射され、且つこれが主目盛１及び参照目ＴＩ！ｔ３
に入射される際に、発光ダイオード５の影が生じるので
、この影を避けるため、受光素子７の位置決め精度を高
くしなければならず、又、発光ダイオード５を光透過性
樹脂モールド９によってモールドする際に、該発光ダイ
オード５自体の歪み及びその周囲の歪みによって、球面
状反射膜９Ａによって形成されるべき平行光線の平行度
が乱れるという問題点がある。 更に、前記発光ダイオード５の電源供給ラインとして、
前述のように、第２部材４の表面に透明導電Ｉｆ！５Ｂ
、５Ｃを設けているが、この透明導電膜５Ｂ、５Ｃを形
成するための金属膜蒸着工程が必要となり、製造コスト
が増大すると共に、供給電流を大きくし難いという問題
点がある。

【発明の目的】

この発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって
、主目盛及び参照目盛を照明する平行光線に、発光ダイ
オードの影が生じないようにする゛と共に、透明導電膜
を介することなく、発光ダイオードに大量の電流を供給
することができるようにした光学式変位検出器を提供す
ることを目的とする。

【問題点を解決するための手段】

この発明は、一定ピッチの縦縞状の主目盛が形成された
光透過性材料からなる第１部材と、前記主目盛に対応す
る参照目盛が形成され、前記第１部材に対して相対移動
可能に配置された光透過性材料からなる第２部材と、発
光ダイオードを含み、前記主目盛及び参照目盛を一方か
ら照明する照明器と、前記主目盛及び参照目盛を透過し
た前記照明器からの照明光を受光して、受光量に応じた
電気信号を出力する受光器と、を有してなり、前記第１
部材と第２部材の相対変位による主目盛と参照目盛の重
なり合いの繰返しに基づく、受光器の出力信号の変化に
より、前記第１部材と第２部材の相対変位量を検出する
光学式変位検出器において、前記照明器を、前記第１部
材を間にして、前記第２部材の反対側に配置し、且つ、
リードフレームと、このリードフレーム上に、前記第１
部材と反対方向に向けて配置された前記発光ダイオード
と、この発光ダイオードを通り、前記主目盛が形成され
る目盛面と直交する直線を中心光軸とし、該発光ダイオ
ードからの射出光を平行光線として前記第１部材及び第
２部材方向に反射する凹面反射鏡と、を含んで楕成し、
前記発光ダイオードを、スリット状発光部を備えると共
に、該スリット状発光部が前記主目盛及び参照目盛と平
行になるように配置し、前記発光ダイオード及び凹面反
射鏡は、前記中心光軸が前記主目盛、参照目盛及び受光
器を通らないように配置することにより上記目的を達成
するものである。

【作用】

この発明において、凹面反射鏡によって形成された平行
光線のうち、発光ダイオードから一方にずれた部分のみ
を利用しているので、照明光中に発光ダイオードの影が
生じることがなく、従って、参照目盛の位置決め精度を
高くする必要がない。 又、照明器のモールド時等における歪みの影響を少なく
することができ、更には、透明導電膜を利用する必要が
ないので、製造コストの低減及び供給電流の増大を図る
ことができる。

【実施例】

以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。 この実施例は、第１図及び第２図に示されるように、一
定ピッチの８Ｍ状の光学格子からなる主目盛１６が形成
された光透過性材料からなる第１部材１８と、前記主目
盛１６に対応する光学格子からなる参照目盛２０が形成
され、前記第１部材１８に対して相対移動可能に配置さ
れた光透過性材料からなる第２部材２２と、発光ダイオ
ード２４を含み、前記主目盛１６及び参照目盛２０を一
方から照明する照明器２５と、前記主目盛１６及び参照
目盛２０を透過した前記照明器２５からの照明光゛を受
光して、受光量に応じた電気信号を出力する受光器２６
と、を有してなり、前記第１部材１８と第２部材２２の
相対変位による主目盛１６と参照目盛２０の重なり合い
の繰返しに基づく、受光器２６の出力信号の変化により
、前記第１部材１８と第２部材２２の相対変位量を検出
する光学式変位検出器において、前記照明器２５は、前
記第１部材１８を間にして、前記第２部材２２の反対側
に配置され、且つ、リードフレーム２８と、このリード
フレーム２８上に、前記第１部材１８と反対方向に向け
て配置された前記発光ダイオード２４と、この発光ダイ
オード２４を通り、前記虫目！Ａ１６が形成された目盛
面と直交するＴ！Ｌ線を中心光軸３０とし、該発光ダイ
オード２４からの射出光を平行光線として前記第１部材
１８及び第２部材２２方向に反射する凹面反射１１Ａ３
２と、を含み、前記発光ダイオード２４は、スリット状
発光部２４Ａを備えると共に、該スリット状発光部２４
Ａが前記主目盛１６及び参照目盛２０と平行になるよう
に配置され、前記発光ダイオード２４及び凹面反射鏡３
２は、前記中心光軸３０が前記主目盛１６、参照目盛２
０及び受光器２６を通らないように、第１部材１８の相
対移動方向にずれて配置されたものである。 ここで、前記発光ダイオード２４はリードフレーム２８
にグイボンディングされた状態で、光透過性樹脂３４内
にモールドされている。 この光透過性樹脂３４の前記発光ダイオード２４に対向
する側の面には円形の凹所３４Ａが形成され、この凹所
３４Ａにはレンズ部材３６が嵌合接着されている。 このレンズ部材３６の凹所３４Ａと反対側の端面ば凸球
面状とされ、前記凹面反射鏡３２は該凸球面にアルミ等
の金属膜を蒸着することにより形成されている。又、レ
ンズ部材３６の凸球面の半径Ｒは、中心光軸３０上にお
ける凹面反射鏡３２と発光ダイオード２４との距離の２
″倍となるようにされ、これによって、発光ダイオード
２４から放射方向に射出された光線が、凹面反射８３２
によって、前記主目盛１６及び参照目盛２０と直交する
方向の平行光線となるようにされている。 前記発光ダイオード２４は、第３図に示されるように、
発光面にスリット状の開口部を備えた金ｆｆＭ２４Ｂを
蒸着することにより前記スリット状発光部２４Ａを形成
したものである。 この発光ダイオード２４は、Ｐ型Ｇａ　ＡＳ基板２４ａ
とＮ型Ｇａ　Ａｓ基板２４ｂを接合して形成したもので
あり、これらは、−辺が４００μｌの正方形であって、
前記スリット状発光部２４Ａの形状は、幅Ｗ＝５０μ１
１、長さＬ＝３５０μｍであって、Ｇａ　ＡＳ基板２４
ａ　、２４ｂの対角線上に配置されている。 図の符号２４Ｃはリード線であって、電極を兼ねる金属
膜２４Ｂに接続されている０発光ダイオード２４におけ
る金属膜２４Ｂと反対側の面に接続されるべきリード線
は、該反対側の面がリードフレーム２８に接触されるこ
とにより省略されている。 前記第１部材１８は、第２図に示されるように、光学式
変位検出器におけるいわゆるメインスケールとされてい
る。 これに対して、第２部材２２は、短く形成されていわゆ
るインデ゛ソクススゲールとされ、参照目盛２０は、位
相が９０度ずつずれている４個の光学格子２０Ａ〜２０
Ｄから形成されている（第４図参照）。 これら４個の光学格子２０Ａ〜２０Ｄは、第１部材１８
における主目盛１６と重なり合うことができる位置でブ
ロック状、即ち田型に配置されている。 ス、前記照明器２５は、前記４個の光学格子２０Ａ〜２
０Ｄがレンズ部材３６の円形の照明範囲に重なり合い、
且つ、円形の照明範囲の中心に配置された発光ダイオー
ド２４が、前記４個の光学格子２０Ａ〜２０Ｄとずれる
ように配置されている。 更に、前記リードフレーム２８は、第４図に示されるよ
うに、参照目盛２０を構成する光学格子２０Ａ〜２０Ｄ
と重なり合わないように、透過部２８Ａが形成されてい
る。 又、リードフレーム２８は第４図において上下に分割さ
れ、前記発光ダイオード２４からのリード線２４Ｃが上
部に、又、発光ダイオード２４の裏面が下部に各々接続
されている。 前記受光器２６は前記４個の光学格子２０Ａ〜２０Ｄに
対応して設けられた４個の受光素子２６Ａ〜２６Ｄと、
これら受光素子２６Ａ〜２６Ｄがダイボンディングされ
るリードフレーム３８と、受光素子２６Ａ〜２６Ｄ及び
リードフレーム３８を一体的にモールドする光透過性樹
脂４０とから構成されている。 前記受光器２６は、接着剤２７により、第２部材２２に
おける参照目盛２０が形成された面に一体的に接着され
ている。 前記発光ダイオード２４の入力端子及び受光器２６の出
力端子は、第１図に示されるように、測定回路４２に接
続されている。この測定回路４２は、受光器２６からの
出力信号を処理して、第１部材１８と第２部材２２の相
対移動距離を算出し、表示器４４に出力して、測定値を
表示させるものである。 第１図の符号４６はスピンドル４８を介して前記第１部
材１８に連結された測定子、５０はスピンドル４８を案
内するためのガイドをそれぞれ示す。このガイド５０は
、円筒状の外筒（図示省略）内に固定保持されるもので
ある。 この実施例において、発光ダイオード２４がら射出され
た照明光は、レンズ部材３６内に入り、凹面反射鏡３２
によって反射されて、第１部材１８及び第２部材２２と
直交する方向の平行光線となる。 前記参照目盛２０の光学格子２０Ａ〜２０Ｄ及び受光器
２６における受光素子２６Ａ〜２６Ｄは、前記発光ダイ
オード２４及び凹面反射鏡３２の中心を通る中心光軸３
０からずれて配置されているので、凹面反射９Ａ３２に
よって形成され、リードフレーム２８の透過部２８Ａ、
第１部材１８、主目盛１６、参照目盛２０を通って受光
素子２６Ａ〜２６Ｄに至る照明光には、発光ダイオード
２４の影が形成されることがない。 又、発光ダイオード２４には、リードフレーム２８から
リード線２４Ｃ及び発光ダイオード２４の裏面を介して
電流が供給されるので、発光ダイオード２４に大電流を
供給して、照明光の光量を増加させることができる。 更に、透明金属膜等の蒸着工程が不要であるので、製造
コストを低減させることができる。 なお、発光ダイオード２４を中心光軸３０からずらすこ
とも考えられるが、このようにすると、凹面反射鏡３２
による反射光が中心光軸３０に対して傾斜するので、軸
外収差が発生したり、照明器の配置が複雑となると共に
、中心光軸３０上に発光ダイオード２４を設置する場合
と比較して、照明器が大型となってしまう。 又、−船釣に、リードフレームに発光ダイオードを取付
けた場合は、照明光の中に、発光ダイオード自体の影の
みならず、リードフレームの影も発生してしまうが、上
記実施例の場合は、中心光軸３０からずれた平行光線の
みを利用しているので、リードフレームの影が生じるこ
とがない。 なお、上記実施例において、第２部材２２における参照
目盛２０は、受光器２６側に形成されているが、これは
、主目盛１６と対向する位置に設けるようにしてもよい
。 更に、上記実施例において凹面反射鏡３２は光透過性樹
脂３４と別体に設けられたレンズ部材３６に形成されて
いるが、レンズ部材を光透過性樹脂に一体的に形成する
ようにしてもよい。 更に又、上記実施例における凹面反射鏡３２は、凹球面
とされているが、これは、例えばレンズ部材を円筒レン
ズ状として、断面において凹面反射鏡となるようにして
もよい。 又、上記実施例において、発光ダイオード２４はスリッ
ト状の開口を有する金属膜で発光面を被うことによりス
リット状発光部２４Ａを形成したものであるが、本発明
はこれに限定されるものでなく、例えばＮ型Ｇａ　ＡＳ
基板上にスリット状にＰ型Ｇａ　Ａｓを拡散形成したも
のであってもよい。 更に又、上記実施例において、照明器２５におけるリー
ドフレーム２８は平板状とされているが、例えば、第２
図において二点鎖線で示されるように、リードフレーム
２８における発光ダイオード２４の取付部分を図におい
て時計方向に折曲げて射出光が凹面反射鏡３２の中心光
軸３０よりも、図において右側に集中するようにして、
光の利用効率を高めるようにしてもよい。 又、上記実施例は２つの部材の直線的相対変位を検出す
るエンコーダに関するものであるが、本発明はこれに限
定されるものでなく、回転角度を検出するロータリーエ
ンコーダにも適用されるものである。

【発明の効果】

本発明は、上記のように構成したので、主目盛及び参照
目盛を照明する平行光線の中に、発光ダイオードの影が
生じることがなく、更に、発光ダイオードにリードフレ
ームから電力を供給することができるので、大電流とし
て照明光の光量を増大させることができ、且つ、透明導
電膜等を設ける必要がないので製造コストを低減させる
ことができるという優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る光学式変位検出器の実施例を示す
４部ブロック図を含む斜視図、第２図は第１図の■−■
線に沿う拡大断面図、第３図は同実施例における発光ダ
イオードを拡大して示す斜視図、第４図は第２図のＩＶ
−ＩＶ線に沿う断面図、第５図は本出願人により先に提
案された光学式変位検出器を示す断面図、第６図は第５
図のＶｌ　−Ｖｌ線に沿う断面図である。 １６・・・主目盛、 １８・・・第１部材、 ２０・・・参照目盛、 ２２・・・第２部材、 ２４・・・発光ダイオード、 ２４Ａ〜２４Ｄ・・・スリット状発光部、２５・・・照
明器、 ２６・・・受光器、 ２６Ａ〜２６Ｄ・・・受光素子、 ２８・・・リードフレーム、 ３０・・・中心光軸、 ３２・・・凹面反射鏡、 ３４・・・光透過性樹脂。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）一定ピッチの縦縞状の主目盛が形成された光透過
   性材料からなる第１部材と、前記主目盛に対応する参照
   目盛が形成され、前記第１部材に対して相対移動可能に
   配置された光透過性材料からなる第２部材と、発光ダイ
   オードを含み、前記主目盛及び参照目盛を一方から照明
   する照明器と、前記主目盛及び参照目盛を透過した前記
   照明器からの照明光を受光して、受光量に応じた電気信
   号を出力する受光器と、を有してなり、前記第１部材と
   第２部材の相対変位による主目盛と参照目盛の重なり合
   いの繰返しに基づく、受光器の出力信号の変化により、
   前記第１部材と第２部材の相対変位量を検出する光学式
   変位検出器において、前記照明器は、前記第１部材を間
   にして、前記第２部材の反対側に配置され、且つ、リー
   ドフレームと、このリードフレーム上に、前記第１部材
   と反対方向に向けて配置された前記発光ダイオードと、
   この発光ダイオードを通り、前記主目盛が形成される目
   盛面と直交する直線を中心光軸とし、該発光ダイオード
   からの射出光を平行光線として前記第１部材及び第２部
   材方向に反射する凹面反射鏡と、を含み、前記発光ダイ
   オードは、スリット状発光部を備えると共に、該スリッ
   ト状発光部が前記主目盛及び参照目盛と平行になるよう
   に配置され、前記発光ダイオード及び凹面反射鏡は、前
   記中心光軸が前記主目盛、参照目盛及び受光器を通らな
   いように配置されてなる光学式変位検出器。