(57)【要約】【課題】最小限のコストアップで、且つ、比較的簡単な構成で、レンズ焦点距離の温度変化を軽減する。【解決手段】プラスチックレンズ１０又はプラスチックレンズアレイ１２と、その焦点位置Ｆの間に、焦点距離ｆの温度変化を軽減するための、２つの平行な平面を有するプラスチックブロック２０を配設してレンズ光学系を構成する。該プラスチックブロック２０の表面に遮光パターン２２を形成することができる。前記レンズ光学系を含んで片側又は両側テレセントリック光学系を構成することができる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レンズと、その焦点位置の間に、焦点距離の温度変化を軽減するための、２つの平行な平面を有するプラスチックブロックが配設されていることを特徴とするレンズ光学系。
【請求項２】
前記レンズがレンズアレイであることを特徴とする請求項１に記載のレンズ光学系。
【請求項３】
前記プラスチックブロックの表面に、遮光パターンが形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のレンズ光学系。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載のレンズ光学系を含んで片側テレセントリック光学系が構成されていることを特徴とするレンズ光学系。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれかに記載のレンズ光学系を含んで両側テレセントリック光学系が構成されていることを特徴とするレンズ光学系。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載のレンズ光学系を備えたことを特徴とする光電式エンコーダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レンズ光学系及び光電式エンコーダに係り、特に、リニアスケールや各種の光学機器に用いるのに好適な、プラスチックレンズの温度変化による焦点距離の変化を緩和することが可能なレンズ光学系、該レンズ光学系を備えた片側及び両側テレセントリック光学系、及び、これらを備えた光電式エンコーダに関する。
【背景技術】
【０００２】
光学機器に使用される光学レンズの一つに、プラスチック製のレンズ（プラスチックレンズと称する）がある。このプラスチックレンズは、比較的安価であることや、非球面形状を実現し易いという利点がある一方、温度変化に対する焦点位置の変化が大きいという欠点がある。
【０００３】
この焦点位置の変化の主な要因として、温度変化に対するレンズの屈折率の変化と、熱膨張によるレンズ曲率の変化が挙げられる。即ち、図１に示すような両凸球面レンズのプラスチックレンズ１０を例にとって説明すると、焦点距離ｆと、屈折率ｎ、入側及び出側のレンズ曲率Ｒ１、Ｒ２、レンズ厚みｄの間には、次式の関係がある。
【０００４】
１／ｆ＝（ｎ−１）×｛（１／Ｒ１）−（１／Ｒ２）
＋｛（ｎ−１）２／ｎ｝×｛ｄ／（Ｒ１×Ｒ２）｝        …（１）
【０００５】
一般に、温度が上昇すると、屈折率ｎは小さくなり、レンズ曲率Ｒ１、Ｒ２は大きくなる。よって、いずれの変化も焦点距離ｆが大きくなる方向に作用する。逆に温度が下降した場合には、焦点距離ｆが小さくなる方向に作用する。
【０００６】
一般にプラスチックレンズの屈折率の変化や熱膨張による焦点距離ｆの変化は、ガラス製のレンズ（ガラスレンズと称する）の１０倍以上になり、影響が大きいので、これを緩和する対策を採る必要がある。
【０００７】
例えば特許文献１には、凸レンズと凹レンズ等、形態の違うレンズを複数枚組合せて配列したハイブリッドレンズとすることで、屈折率の変化による焦点位置の変化を相殺することが記載されている。
【０００８】
【特許文献１】特開平９−４３５０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら特許文献１に記載されたようなハイブリッドレンズは、レンズ枚数の増大によるコストアップや光軸調整の難しさが課題となる。
【００１０】
本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたもので、最小限のコストアップで、且つ、比較的簡単な構成で、レンズ焦点距離の温度補償を可能とすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、レンズ光学系において、レンズと、その焦点位置の間に、焦点距離の温度変化を軽減するための、２つの平行な平面を有するプラスチックブロックを配設することにより、前記課題を解決したものである。
【００１２】
前記レンズはレンズアレイとすることができる。
【００１３】
又、前記プラスチックブロックの表面に、遮光パターンを形成することができる。
【００１４】
又、前記のレンズ光学系を含んで片側又は両側テレセントリック光学系を構成することができる。
【００１５】
本発明は、又、前記のレンズ光学系を備えたことを特徴とする光電式エンコーダを提供するものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、最小限のコストアップで、且つ、比較的簡単な構成で、レンズ焦点距離の温度変化を軽減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１８】
本発明の第１実施形態は、図２に示す如く、例えばレンズ曲率Ｒ１、Ｒ２を有する両凸球面レンズのプラスチックレンズ１０と、その焦点位置Ｆの間に、焦点距離の温度変化を軽減するための、２つの平行な平面を有するプラスチック製のブロック（以下プラスチックブロックと称する）２０を配設したものである。
【００１９】
該プラスチックブロック２０を用いた焦点距離の温度補償の原理を図３に示す。
【００２０】
図３（Ａ）に示すように、温度上昇時のプラスチックレンズ１０の屈折率変化と曲率変化による焦点距離変化Δｆ１は、次式に示す如く、いずれも（＋）方向の変化となる。
【００２１】
Δｆ１＝（＋の変化）          …（２）
【００２２】
一方、図３（Ｂ）に示すように、温度上昇時のプラスチックブロック２０の屈折率変化による焦点距離変化Δｆ２は、次式に示す如く、（−）方向の変化となる。
【００２３】
Δｆ２＝（−の変化）          …（３）
【００２４】
上記（２）（３）式から、図２に示したレンズ光学系の温度上昇時の焦点距離変化Δｆは次式で示され、（２）式で発生した変化が（３）式の変化で緩和される。
【００２５】
Δｆ＝Δｆ１−Δｆ２          …（４）
【００２６】
即ち、プラスチックレンズ１０と焦点位置Ｆの間に配置した、２つの平行な平面を有するプラスチックブロック２０の温度変化時の屈折率変化を利用することで、プラスチックレンズ１０の焦点位置Ｆの温度補償を行なうことが可能となる。
【００２７】
なお、プラスチックブロック２０の寸法（厚み）や材質は、プラスチックレンズ１０の寸法や材質に合わせて、できる限りΔｆ＝０に近づけるように選択することが好ましいが、その補償範囲は、用途に合わせて任意に設定される。ここで、プラスチックブロック２０の材質は、プラスチックレンズ１０と同じである必要は無い。又、プラスチックブロック２０を光軸と垂直に配置する必要も無く、光軸に対して傾いていても良い。
【００２８】
又、図２では両凸球面レンズを示しているが、プラスチックレンズ１０の種類はこれに限定されず、平凸球面レンズや、両凸、平凸の非球面レンズであっても良い。
【００２９】
次に、プラスチックブロックと遮光機能を一体化した本発明の第２実施形態を説明する。
【００３０】
この第２実施形態は、図４（Ａ）（光路図）、（Ｂ）（プラスチックブロックの側面図）に示す如く、プラスチックブロック２０の焦点位置Ｆ側表面に、例えば銀やアルミニウム等の遮光パターン２２を成膜することで、プラスチックレンズ１０の有効範囲以外から入る光を遮光するようにしたものである。これにより、プラスチックブロック２０の追加による収差の影響を減らすことができる。
【００３１】
なお、図４では、プラスチックブロック２０の焦点位置Ｆ側の一面のみに遮光パターン２２を成膜しているが、反対側のプラスチックレンズ１０側の面や側面にも成膜することで、効果を高めることができる。
【００３２】
次に、本発明をレンズアレイに適用した第３実施形態を図５に示す。
【００３３】
本実施形態は、プラスチック製のレンズアレイ（以下プラスチックレンズアレイと称する）１２と焦点位置Ｆの間に、２つの平行な平面を有するプラスチックブロック２０を配設し、このプラスチックブロック２０の温度変化時の屈折率変化を利用することで、プラスチックレンズアレイ１２の焦点位置の温度補償を行なう。
【００３４】
温度補償の原理は第１実施形態と同じであるので説明は省略する。
【００３５】
次に、第３実施形態のレンズアレイを結像用の片側テレセントリック光学系に適用した本発明の第４実施形態を図６に示す。
【００３６】
この片側テレセントリック光学系３０は、第３実施形態と同様のプラスチックレンズアレイ１２及びプラスチックブロック２０と、プラスチックレンズアレイ１２の各レンズの焦点位置に配設されたアパーチャアレイ３２を含む。
【００３７】
このような結像光学系（３０）では、レンズ（１２）の焦点距離変化が解像度変化に直結するが、第３実施形態のレンズアレイを用いることで、温度変化による解像度変化が緩和される。
【００３８】
なお、図６は片側のテレセントリック光学系３０を示すが、これは第３実施形態のレンズアレイを用いた結像用の両側テレセントリック光学系でも同様である。又、レンズアレイのみでなく、第１、第２実施形態の単レンズを用いた結像用の片側テレセントリック光学系や両側テレセントリック光学系でも同様である。
【００３９】
次に、第３実施形態のレンズアレイを光電式エンコーダに適用した本発明の第５実施形態を図７に示す。図において、４０はスケール、４２は受光アレイ素子である。
【００４０】
温度変化により焦点位置が変化するとエンコーダの出力が劣化するが、本発明に係るレンズやレンズアレイを用いた光電式エンコーダでは、これが緩和される。
【００４１】
なお、前記実施形態においては、本発明がプラスチックレンズに適用されていたが、本発明の適用対象はこれに限定されず、温度変化による焦点距離の変化が問題となるレンズ一般に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】温度変化による焦点位置の変化を説明するための光路図
【図２】本発明の第１実施形態の構成を示す光路図
【図３】本発明の原理を説明するための（Ａ）プラスチックレンズによる焦点位置の温度変化及び（Ｂ）プラスチックブロックによる焦点位置の温度変化を示す光路図
【図４】プラスチックブロックと遮光機能を一体化した本発明の第２実施形態の構成を示す（Ａ）光路図及び（Ｂ）プラスチックブロックの側面図
【図５】レンズアレイに適用した本発明の第３実施形態を示す光路図
【図６】片側テレセントリック光学系に適用した本発明の第４実施形態を示す光路図
【図７】光電式エンコーダに適用した本発明の第５実施形態を示す光路図
【符号の説明】
【００４３】
１０…プラスチックレンズ
１２…プラスチックレンズアレイ
２０…プラスチックブロック
２２…遮光パターン
３０…片側テレセントリック光学系
３２…アパーチャアレイ
４０…スケール
４２…受光アレイ素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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