发明的概述
本发明的目的是提供一种用于光学编码器的发射光源装置，该装置能够制
成较小的尺寸和厚度，并仍然允许其更精确地测量。
为实现该目的，本发明提供了一种反射类型的用于光学编码器的发射光源
装置，其中光线作用于反射刻度盘，该反射刻度盘具有沿测量轴线制成的光栅，
该装置由光接收元件从刻度盘接收反射光，输出位移信号。该装置包括：一相
对于刻度盘布置的框架；一安装在框架上的光发射晶片，该光发射晶片具有一
与刻度盘的光栅表面和光栅的方向(沿测量的轴线)基本垂直的光发射表面；
一模制的密封光发射元件晶片和框架的透明树脂。透明树脂包括第一光学元件
和第二光学元件，第一光学元件提供在模制的透明树脂的端面，该端面面对光
发射元件晶片的光发射表面。第一光学元件反射来自于光发射元件晶片的光，
该反射的光基本平行于光栅表面，并处于与光栅的方向垂直的方向。第二光学
元件提供在模制的透明树脂的另一端面，该端面远离光发射元件晶片的光发射
表面。第二光学元件向光栅反射来自于第一光学元件的光，由于反射的平行光
向光栅汇集，光在光栅的方向上照射在光栅的特定区域上。
在本发明的用于光学编码器的发射光源装置中，光在基本上垂直于光栅表
面和基本上垂直于光栅的方向上从光发射晶片发射。而后，光由基本上平行于
光栅表面的第一光学元件反射并处于与光栅的方向垂直的方向。而后，由第一
光学元件反射的光由第二光学元件向光栅反射，由于光向光栅汇集，光在光栅
的方向上作用于光栅的特定区域。
为形成一使从光发射元件的顶部表面发射的光返回刻度盘的凹面镜，该凹
形表面必须制成在模制的透明树脂的距光发射晶片一定距离的顶部。在本发明
中，光在基本上与光栅表面垂直的方向和与光栅垂直的方向上从光发射晶片发
射，也就是说，如果刻度盘位于光源装置下面，将发生侧向散射；这种设计有
助于减小光源装置的厚度。
另外，来自于光发射晶片的反射的光基本上与光栅表面平行并处于与光栅
的方向垂直的方向上。因此，如果光发射晶片采用点光源，不均匀的光能够变
得均匀，另一方面，尺寸能够确实地减小而不受光源的限制。
进一步，通过采用第二光学元件，由于来自于第一光学元件的平行光向光
栅汇集，使得该光照射在光栅的一个特定区域上。另一方面，通过第二光学元
件，能够使光通量增加，该第二光学元件允许来自于第一光学元件的的平行光
向光栅汇集，并且该结构减小了光发射晶片的尺寸。
在该发射光源装置中，最好第二光学元件向光栅反射来自于第一光学元件
的的平行光，并且当反射的平行光向光栅汇集时，照射在光栅上的宽于光接收
元件的长度的区域。
由于这种设计，来自于第二光学元件的、在光栅方向上的从光栅反射的、
由光接收元件接收的平行光照射在光栅上的宽于光接收元件的长度的区域。另
一方面，接收的光包含了照射在光栅上的宽于光接收元件的长度的区域的光的
信息。同时，这些修正导致了在刻度盘上的波动、色斑以及栅距偏差能够有效
地减小，能够保证更精确地测量。
第二光学元件最好包括一由平表面和在相对的另一端侧的凹球形表面构成
的平圆柱形凸透镜，在该平表面处，来自于第一光学元件的平行光入射。最好
第一光学元件由球形或非球形透镜构成，该透镜在光发射晶片处具有焦点。通
过这样的设计，本发明的上述优点通过比较简单的结构和廉价的结构能够实现。
在更多的实施例中，一反射膜制成在第一和第二光学元件的外表面上。采
用这样的设计，外来光的影响能够备减少。
发明的详细说明
下面，参照附图对本发明的一个实施例进行说明。
图1是按照本发明的实施例中的光学编码器的平面视图，以及图2是该光学
编码器的剖视图。该光学编码器包括两个部件(第一部件1和第二部件2)，一
反射刻度盘11，一发射光源装置21，以及一光接收单元31。第一、第二部件1、2
彼此相对移动(以垂直于图2所示的纸面的方向)。反射刻度盘11提供在第一部
件1上。发射光源装置21提供在第二部件2上发射照射在刻度盘11上的光。光接
收单元31提供在第二部件2上，并且，该光接收单元31包括一光接收元件，该光
接收元件接收来自于刻度盘11的光，并输出一个位移信号。第二部件2具有两个
孔3、4。该孔3用于穿过来自于发射光源装置21的光照射在刻度盘11上。孔4
用于将光接收单元31安装在第二部件2上。
刻度盘11包括一个刻度盘基座12和一个光栅13。刻度盘基座12具有狭片，
该狭片由具有较小的线性膨胀系数的材料(例如玻璃)制成。光栅13以部件1和
2相对移动的方向(沿测量的轴线)制成在刻度盘基座12的表面上。光栅13由一
个光反射部和一个非反射部构成，光反射部和非反射部在部件1和2相对移动的
方向(沿测量的轴线)的间隔为栅距λ。
发射光源装置21包括：一框架22，一光发射晶片23，一模制的透明树脂24。光
发射晶片23以其具有的光发射表面垂直于刻度盘11的光栅13的表面和处于光栅
13的方向上的形式安装在框架22上(沿测量的轴线)。光发射晶片23在基本上
垂直于光栅表面并在基本上垂直于光栅13的方向上发射光。在第二部件2上的模
制的透明树脂24密封光发射晶片23和框架22。在该实施例中，光发射晶片23由
半导体光发射装置(LED)构成。
第一光学元件25提供在模制的透明树脂24的端面，该端面面对光发射元件
晶片23的光发射表面。第一光学元件25反射来自于光发射元件晶片23的基本平
行于光栅表面的光，并处于与光栅13的方向垂直的方向。第二光学元件26提供
在模制的透明树脂24的另一端面，该端面远离光发射晶片23的光发射表面。第
二光学元件26向光栅13反射来自于第一光学元件25的光，由于反射的平行光向
光栅13汇集，光在光栅13的方向上照射在光栅13的特定区域上(至少由来自于
光栅13所覆盖的光接收单元31的光接收表面的区域或较宽的区域)。
第一光学元件25由在模制的透明聚酯24的一端面的第一透镜(球形或非球
形透镜)构成，该透镜在光发射晶片23上具有焦点。第二光学部件26由包括由
平表面(垂直)和在相对的另一端侧的凹球形表面组成的平圆柱形凸透镜构成，
在该平表面处，来自于第一光学元件25的平行光入射(在模制的透明树脂24的
外表面)。这些透镜的外表面涂有反射薄膜。
光接收单元31包括一光接收元件阵列PDA(未示出)。在刻度盘11上给出
了光栅13的栅距(λ)，PDA阵列至少包括一套光电二极管，每套包括四个以3
λ/4间距布置的光电二极管。当刻度盘11被移动时(由于第一、第二部件1、2
的移动)，阵列PDA将产生相差270°四个阶段(A、BB、AB和B)的位移信号。
在该实施例中，光发射晶片23在基本上垂直于光栅表面和光栅13的方向上
发射光。从光发射晶片23发射的光由第一光学元件25反射，反射的光基本上平
行于光栅表面并处于与光栅13垂直的方向。而后，由第一光学元件25反射的光
由第二光学元件26向光栅13反射，并当光向光栅13汇集时，该光在光栅13上在
光栅的方向上覆盖一个较光接收单元31的光接收表面宽的区域。
为形成一使从光发射元件的顶部表面发射的光返回刻度盘的凹面镜，该凹
形表面必须制成在距光发射晶片一定距离的模制的透明树脂的顶部。在本实施
例中，光在基本上与光栅13表面垂直的方向和与光栅13的方向垂直的方向上从
光发射晶片23发射，这种设计有助于减小光源装置的厚度。值得注意的是，模
制的透明树脂的厚度能够减小到约4mm。
另外，来自于光发射晶片23的反射的光基本上与光栅表面平行并处于与光
栅13的方向垂直的方向上。因此，如果光发射晶片23采用点光源，不均匀的光
能够变得均匀。另一方面，尺寸能够确实地减小而不受光源的限制。
进一步，通过采用第二光学元件26，由于来自于第一光学元件25的平行光
向光栅13汇集，使得该光照射在光栅13的一个特定区域上。另一方面，通过第
二光学元件26，能够使光通量增加，该第二光学元件26允许来自于第一光学元
件25的的平行光向光栅13汇集，并且该结构减小了光发射晶片23的尺寸。
进一步，第二光学元件26使得来自于第一光学元件25的的平行光照射在光
栅13上，在光栅13上的覆盖区域宽于光接收元件31(特别是光接收元件31的光
接收表面)的长度。另一方面，接收的光包含了照射在光栅上的宽于光接收元
件31(特别是光接收元件31的光接收表面)的长度的区域的光的信息。同时，
这些修正导致了在刻度盘上的波动、色斑以及栅距偏差能够有效地减小，能够
保证更精确地测量。
第一光学元件25包括一球形或非球形透镜，该透镜在光发射晶片23处具有
焦点。另外，第二光学元件26包括一由平表面和在相对的另一端侧的凹球形表
面构成的平圆柱形凸透镜，在该平表面处，来自于第一光学元件25的平行光入
射。通过这样的设计，本发明的上述优点通过比较简单和廉价的结构能够实现。
另外，在第一光学元件25或第二光学元件26的外表面上制成一反射膜。采
用这样的设计，能够有效地减少外来光的影响。
作为进一步的优点，光发射晶片23和框架22都可以用模制的透明树脂密
封，这样的结构能够增加产品质量的紧凑性。
值得注意的是，本发明不局限于上述实施例所述的结构，并且还可以包括
下列的变化。
对于第一光学元件25，在实施例中所述的透镜并不是唯一的例子，其他的
照准仪透镜也可以采用。
对于第二光学元件26，在实施例中所述的透镜并不是唯一的例子，其他的
光学元件也可以采用，如采用散射板、分光镜光栅以及衍射光栅。
在该实施例中，光接收单元31是一个与发射光源装置21分离的部件，如果
需要，光接收单元31可以装配在发射光源装置21上，作为整体部件的一部分。
这些优点减少了在安装过程中的步骤的数量，以及在安装期间的光接收单元31
与发射光源装置21所需要的照射调整。
还值得注意的是，对于光发射晶片23，实施例中所述的半导体光发射装置
(LED)并不是唯一的例子，激光光源也可以采用。
本发明的用于光学编码器的发射光源装置作为一种光源装置能够实用，该
装置能够制成较小的尺寸并能够用于更精确的测量。