[发明专利]光学编码器及其透镜固定机构

说明书

技术领域

本发明涉及一种光学编码器并且涉及一种光学编码器的透镜固定机构。特别地，本发明涉及的光学编码器通过使用包括光圈板和多个透镜的成像光学系统在光接收元件上形成轨道的像来检测标尺上的轨道，本发明涉及的透镜固定机构优选地用于这种光学编码器。

背景技术

图1示出了光学编码器的示例，该光学编码器包括具有成像光学系统（imaging optics）的检测头1。光学系统在光接收元件4上形成标尺（scale）2的像3。特别地，日本特开2011-13093号公报和特开2011-59055号公报均说明了包括双远心光学系统的光学编码器，在该双远心光学系统中，透镜5、6配置在光圈板（aperture plate）7的两侧。该编码器具有如下优点：由于标尺2和前侧的透镜5之间的间隙以及后侧的透镜6和光接收元件4之间的间隙的变化导致的像的失真小。在图1中，箭头X指标尺的纵向，箭头Z指光轴方向。

在具有双轨标尺的光学编码器中，可以平行配置一对相同的光学系统。在这种情况中，如日本特开2012-32295号公报和特开2008-3014号公报所述，使用透镜阵列以便减小光学编码器的尺寸并且简化光学编码器的组件。为了减少透镜的数量并且通过仅使用两个透镜来消除光学像差，使用非球面透镜。图2是包括双远心光学系统的光学编码器的示意图，该双远心光学系统包括双轨标尺12、入射侧透镜阵列13和出射侧透镜阵列14。在图2中，箭头X指标尺的纵向，箭头Y指横向。如日本特开2008-3421号公报和特开2008-3466号公报所述，优选地将塑料用作小型高精度非球面透镜的材料。在下文中，将假定透镜是由塑料制成的。

为了达到所需的光学特性，必须以大约百微米的相对位置精度装配这些光学元件。

然而，在具有双轨标尺的光学编码器中，为了通过使用配置在一个检测头中的两个独立的光学系统检测双轨标尺的每一条轨道，必须使得双轨标尺12的在横向（Y方向）上的轴线与连接两个光学系统的光轴的线彼此高精度地平行。平行的偏离（偏移）导致了增量式编码器的信号检测效率的降低并且引起了两条轨道之间的位置误差（轨道间误差）。

在图3A和图3B中示出的双远心光学系统中，需要将两个透镜的焦点高精度地定位在光圈板7处，并且必须将入射侧透镜阵列13高精度地固定到检测头的金属壳体15。

可以通过使用包括如下步骤的方法将透镜阵列13、14固定到壳体15：例如，凸起13A、14A以位于连接透镜阵列13、14的光轴的线上的方式形成于透镜阵列13、14，将粘接剂涂覆到凸起13A、14A，并且将凸起13A、14A插入到壳体15的凸起插入孔15A中。利用这种方法，如日本特开2004-93556号公报所建议的，能够通过使用单个模具使透镜（5或6）的面与凸起13A或14A一体地形成，使得能够以高精度简单地制造光学系统。图3A是示出了入射侧透镜阵列13和壳体15彼此接合的示意性截面图。

然而，当周围温度变化时，因为透镜阵列13、14的塑料材料的线性膨胀系数（大约60×10^-6mK^-1）是壳体15的诸如铝等的金属材料的线性膨胀系数（铝的线性膨胀系数是23×10^-6mK^-1）的三倍左右，所以如图3B所示应力被施加到入射侧透镜阵列13的粘接面13B。另外，因为在入射侧透镜阵列13的与粘接面13B相反的侧面没有产生应力，所以入射侧透镜阵列13受到由箭头A表示的弯曲力。结果，入射侧透镜阵列13的透镜5的面如虚线所示地产生变形，由此导致了像对比度的减小或者失真，这可能导致编码信号的效率的降低以及精度的降低。出射侧透镜阵列14也是一样的。

日本特开2008-3466号公报说明了通过使用金属板对塑料透镜进行机械限制来减小由于温度变化导致的透镜曲率的变化的技术。然而，该技术不够充分有效。

发明内容

因此，本发明的目的在于方便光学编码器的检测头的光学元件的装配，增加光学元件的装配精度，并且增加光学编码器的针对温度变化的性能稳定性。