光学编码器制造技术

本发明专利技术涉及一种根据本发明专利技术的光学编码器，包括：发光的光源；标尺，包括各具有预定的栅距的标尺光栅；光源光栅，设置在所述光源与所述标尺之间并且具有预定的栅距；以及干涉条纹检测部件，检测由所述光源光栅和所述标尺产生的干涉条纹。所述标尺光栅并排设置，并且相邻的标尺光栅彼此移位1/2周期。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种光学编码器。
技术介绍
日本未审专利申请出版物N0.63-33604描述了一种光学编码器，其通过使用三光栅原理来检测两个构件之间的相对位移。图11图示了在日本未审专利申请出版物N0.63-33604中描述的光学编码器800的结构。光学编码器800包括三个光栅:直接设置在光源I1下面的光源光栅120、设置在标尺840中的标尺光栅(scale grating) 850、以及直接设置在光电二极管152上面的光接收光栅151。包括光源光栅120和光接收光栅151的检测头170相对于标尺840移动；而检测头170的移动量根据光电二极管152所产生的信号强度变化进行检测。光源光栅120包括以周期P交替地布置的透光部121和遮光部122。标尺光栅850包括以周期P交替地布置的透光部851和遮光部852。光接收光栅151包括以周期P交替地布置的透光部153和遮光部154。根据三光栅原理，光源光栅120、标尺光栅850和光接收光栅151具有相同的光栅栅距。而且，光源光栅120与标尺840之间的间隙和标尺840与光接收光栅151之间的间隙彼此相同。图12是横截面图，图示了光源光栅120、标尺光栅850和光接收光栅151。遮光部122a至122d、852a至852e以及154a至154d的横截面被阴影化。将简要地描述由于光学编码器800的移动而导致的标尺840的移动方式和干涉条纹的产生方式。具体而言，将描述根据三光栅原理每次标尺840移动半个栅距的信号强度峰值的发生方式。描述将参考图12、13和14。图12图示了初始状态。在图12示出的状态下，光源光栅120和标尺光栅850的线彼此对准。(由此，存在零级光(0-th order light)可以通过光源光栅120和标尺光栅850的透光部的路径。)光接收光栅151设置成使得其线与光源光栅120的线对准。因此，在图12示出的状态下，光源光栅120、标尺光栅850和光接收光栅151的线彼此对准。在这种状态下，光源光栅120的透光部将被称为121a、121b、121c、…(从右侧)。同样，标尺光栅850的透光部将被称为851a、851b、851c、...(从右侧)。光接收光栅151的透光部将被称为153a、153b、153c、...(从右侧)。在这种状态下，亮的干涉条纹形成在光线已经通过光源光栅120和标尺光栅850的透光部并且沿着相同的光路长度到达光接收光栅151的位置。例如，通过121b、851c和153c的光线与通过121b、851d和153c的光线的光路长度是相同的。从而，亮的干涉条纹形成在光接收光栅151的透光部153c处。同样，通过121b、851c和153b的光线与通过121b、851a和153b的光线的光路长度是相同的。从而，亮的干涉条纹形成在光接收光栅151的透光部153b处。如上所述，在图12示出的状态下，已经通过光源光栅120和标尺光栅850的光产生干涉条纹，其包括以半个栅距周期布置在光接收光栅151位置的亮的干涉条纹。从而，所有的形成亮的干涉条纹的光线通过光接收光栅151的透光部并且到达光电二极管152。此时，光电二极管152的信号强度处于峰值。接下来，假设标尺光栅850从图12示出的状态逐渐向右移动。当标尺光栅850移动时，干涉条纹的位置逐渐变化。随着亮的干涉条纹的位置从光接收光栅151的透光部移位，光电二极管152的信号强度将逐渐降低。如图13图示的，当标尺840已经移动半个栅距时，信号强度再次达到峰值。如图13中由追踪光线可以看出的，通过121b、851d和153c的光线与通过121b、851d和153c的光线的光路长度是相同的。从而，亮的干涉条纹形成在光接收光栅151的透光部153c处。(回想一下，也是在图12示出的状态下，亮的干涉条纹形成在光接收光栅151的透光部153c处。)同样，例如，通过121b、851c和153b的光线与通过121b、851b和153b的光线的光路长度是相同的。从而，亮的干涉条纹形成在光接收光栅151的透光部153b处。如上所述，在图13示出的状态下，已经通过光源光栅120和标尺光栅850的光形成干涉条纹，其包括以半个栅距周期布置在光接收光栅151位置的亮的干涉条纹。由于它们形成在图12示出的状态下(在标尺光栅850移动半个栅距之前)，这些干涉条纹是相同的。图14图示了标尺光栅850已经进一步移动半个栅距的状态，该状态基本与图12示出的状态相同。从而，在图14示出的状态下形成的干涉条纹与图12的干涉条纹相同。图15是描绘当标尺光栅850移动时发生的检测信号变化的图形。每次标尺光栅850移动半个栅距，检测信号达到峰值。虽然由于制造技术的局限性可能无法使光源光栅120、标尺光栅850和光接收光栅151每个的线间距小于栅距P，但是包括这些光栅的编码器具有半个栅距(P/2)的分辨率。这是使用三光栅原理的编码器的巨大优势。而且，使用三光栅原理的编码器具有以下优点。因为(每次标尺光栅850移动半个栅距)信号强度的相同变化以某一周期重复，分割信号一个周期的内插(interpolat1n)可以执行，以检测小于信号周期(半个栅距)的标尺光栅850的位移。注意到，内插半个周期P/2的该内插所提供的分辨率是通过执行内插周期P的内插所获得的分辨率的两倍。如上所述，根据三光栅原理，每次标尺光栅850移动半个栅距可以获得检测信号的峰值。更具体而言，峰值XII和XIV的信号强度略不同于峰值XIII的信号强度。在图15中，峰值XII对应于图12示出的状态，峰值XIII对应于图13示出的状态，而峰值XIV对应于图14示出的状态。虽然信号的峰值在每次标尺光栅850移动半个栅距时发生，但是以每半个栅距获得的信号彼此不同。这意味着，不可能正确地执行内插，这假设相同的信号可以(每次标尺光栅850移动半个栅距)以每一一定周期而获得。应肯定的是，(在图12示出的情况下的)峰值XII与(在图14示出的情况下的)峰值XIV相同，这在标尺光栅850从图12示出的状态移动一个栅距时形成。从而，为了正确地执行内插，有必要内插周期P。如果内插以周期P/2执行，则内插误差将不可避免地产生。(内插误差将具有周期P。)没有意义的是执行周期P/2的内插，用以获得高分辨率，仅以周期P产生不可避免的误差。专利技术人注意到该问题并且研宄问题的原因。结果，专利技术人发现，即使在图12(图14)情况下产生的干涉条纹位置与图13情况的干涉条纹位置相同，但是这些情况下的光路特点彼此不同。
技术实现思路
本专利技术提供了一种光学编码器，其可以获得精确地具有周期P/2的检测信号，其中P是光栅栅距。根据本专利技术的第一方面，一种光学编码器，包括:发光的光源；标尺，包括各具有预定的栅距的两个或更多个标尺光栅；光源光栅，设置在所述光源与所述标尺之间并且具有预定的栅距；以及干涉条纹检测部件，检测由所述光源光栅和所述标尺产生的干涉条纹。所述两个或更多个标尺光栅并排设置，并且任何相邻的一对标尺光栅彼此移位1/2周期。可优选地，所述两个或更多个标尺光栅具有相同的栅距。可优选地，所述干涉条纹检测部件检测由彼此移位1/2周期的所述标尺光栅产生的干涉条纹，作为一个干涉条纹。可优选地，所述标尺是细长标尺，并本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学编码器，包括：发光的光源；标尺，包括各具有预定的栅距的两个或更多个标尺光栅；光源光栅，设置在所述光源与所述标尺之间并且具有预定的栅距；以及干涉条纹检测部件，检测由所述光源光栅和所述标尺产生的干涉条纹，其中，所述两个或更多个标尺光栅并排设置，并且任何相邻的一对标尺光栅彼此移位1/2周期。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：加藤庆显，
申请(专利权)人：株式会社三丰，
类型：发明
国别省市：日本;JP