光學(xué)編碼器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光學(xué)編碼器。
【背景技術(shù)】
[0002]日本未審專利申請出版物N0.63-33604描述了一種光學(xué)編碼器，其通過使用三光柵原理來檢測兩個構(gòu)件之間的相對位移。圖11圖示了在日本未審專利申請出版物N0.63-33604中描述的光學(xué)編碼器800的結(jié)構(gòu)。光學(xué)編碼器800包括三個光柵:直接設(shè)置在光源I1下面的光源光柵120、設(shè)置在標(biāo)尺840中的標(biāo)尺光柵(scale grating) 850、以及直接設(shè)置在光電二極管152上面的光接收光柵151。包括光源光柵120和光接收光柵151的檢測頭170相對于標(biāo)尺840移動；而檢測頭170的移動量根據(jù)光電二極管152所產(chǎn)生的信號強度變化進行檢測。
[0003]光源光柵120包括以周期P交替地布置的透光部121和遮光部122。標(biāo)尺光柵850包括以周期P交替地布置的透光部851和遮光部852。光接收光柵151包括以周期P交替地布置的透光部153和遮光部154。根據(jù)三光柵原理，光源光柵120、標(biāo)尺光柵850和光接收光柵151具有相同的光柵柵距。而且，光源光柵120與標(biāo)尺840之間的間隙和標(biāo)尺840與光接收光柵151之間的間隙彼此相同。
[0004]圖12是橫截面圖，圖示了光源光柵120、標(biāo)尺光柵850和光接收光柵151。遮光部122a至122d、852a至852e以及154a至154d的橫截面被陰影化。
[0005]將簡要地描述由于光學(xué)編碼器800的移動而導(dǎo)致的標(biāo)尺840的移動方式和干涉條紋的產(chǎn)生方式。具體而言，將描述根據(jù)三光柵原理每次標(biāo)尺840移動半個柵距的信號強度峰值的發(fā)生方式。描述將參考圖12、13和14。圖12圖示了初始狀態(tài)。在圖12示出的狀態(tài)下，光源光柵120和標(biāo)尺光柵850的線彼此對準(zhǔn)。(由此，存在零級光(0-th order light)可以通過光源光柵120和標(biāo)尺光柵850的透光部的路徑。)光接收光柵151設(shè)置成使得其線與光源光柵120的線對準(zhǔn)。因此，在圖12示出的狀態(tài)下，光源光柵120、標(biāo)尺光柵850和光接收光柵151的線彼此對準(zhǔn)。在這種狀態(tài)下，光源光柵120的透光部將被稱為121a、121b、121c、…(從右側(cè))。同樣，標(biāo)尺光柵850的透光部將被稱為851a、851b、851c、...(從右側(cè))。光接收光柵151的透光部將被稱為153a、153b、153c、...(從右側(cè))。
[0006]在這種狀態(tài)下，亮的干涉條紋形成在光線已經(jīng)通過光源光柵120和標(biāo)尺光柵850的透光部并且沿著相同的光路長度到達光接收光柵151的位置。例如，通過121b、851c和153c的光線與通過121b、851d和153c的光線的光路長度是相同的。從而，亮的干涉條紋形成在光接收光柵151的透光部153c處。同樣，通過121b、851c和153b的光線與通過121b、851a和153b的光線的光路長度是相同的。從而，亮的干涉條紋形成在光接收光柵151的透光部153b處。如上所述，在圖12示出的狀態(tài)下，已經(jīng)通過光源光柵120和標(biāo)尺光柵850的光產(chǎn)生干涉條紋，其包括以半個柵距周期布置在光接收光柵151位置的亮的干涉條紋。從而，所有的形成亮的干涉條紋的光線通過光接收光柵151的透光部并且到達光電二極管152。此時，光電二極管152的信號強度處于峰值。
[0007]接下來，假設(shè)標(biāo)尺光柵850從圖12示出的狀態(tài)逐漸向右移動。當(dāng)標(biāo)尺光柵850移動時，干涉條紋的位置逐漸變化。隨著亮的干涉條紋的位置從光接收光柵151的透光部移位，光電二極管152的信號強度將逐漸降低。如圖13圖示的，當(dāng)標(biāo)尺840已經(jīng)移動半個柵距時，信號強度再次達到峰值。
[0008]如圖13中由追蹤光線可以看出的，通過121b、851d和153c的光線與通過121b、851d和153c的光線的光路長度是相同的。從而，亮的干涉條紋形成在光接收光柵151的透光部153c處。(回想一下，也是在圖12示出的狀態(tài)下，亮的干涉條紋形成在光接收光柵151的透光部153c處。)同樣，例如，通過121b、851c和153b的光線與通過121b、851b和153b的光線的光路長度是相同的。從而，亮的干涉條紋形成在光接收光柵151的透光部153b處。
[0009]如上所述，在圖13示出的狀態(tài)下，已經(jīng)通過光源光柵120和標(biāo)尺光柵850的光形成干涉條紋，其包括以半個柵距周期布置在光接收光柵151位置的亮的干涉條紋。由于它們形成在圖12示出的狀態(tài)下(在標(biāo)尺光柵850移動半個柵距之前)，這些干涉條紋是相同的。
[0010]圖14圖示了標(biāo)尺光柵850已經(jīng)進一步移動半個柵距的狀態(tài)，該狀態(tài)基本與圖12示出的狀態(tài)相同。從而，在圖14示出的狀態(tài)下形成的干涉條紋與圖12的干涉條紋相同。
[0011]圖15是描繪當(dāng)標(biāo)尺光柵850移動時發(fā)生的檢測信號變化的圖形。每次標(biāo)尺光柵850移動半個柵距，檢測信號達到峰值。雖然由于制造技術(shù)的局限性可能無法使光源光柵120、標(biāo)尺光柵850和光接收光柵151每個的線間距小于柵距P，但是包括這些光柵的編碼器具有半個柵距(P/2)的分辨率。這是使用三光柵原理的編碼器的巨大優(yōu)勢。
[0012]而且，使用三光柵原理的編碼器具有以下優(yōu)點。因為(每次標(biāo)尺光柵850移動半個柵距)信號強度的相同變化以某一周期重復(fù)，分割信號一個周期的內(nèi)插(interpolat1n)可以執(zhí)行，以檢測小于信號周期(半個柵距)的標(biāo)尺光柵850的位移。注意到，內(nèi)插半個周期P/2的該內(nèi)插所提供的分辨率是通過執(zhí)行內(nèi)插周期P的內(nèi)插所獲得的分辨率的兩倍。
[0013]如上所述，根據(jù)三光柵原理，每次標(biāo)尺光柵850移動半個柵距可以獲得檢測信號的峰值。更具體而言，峰值XII和XIV的信號強度略不同于峰值XIII的信號強度。在圖15中，峰值XII對應(yīng)于圖12示出的狀態(tài)，峰值XIII對應(yīng)于圖13示出的狀態(tài)，而峰值XIV對應(yīng)于圖14示出的狀態(tài)。雖然信號的峰值在每次標(biāo)尺光柵850移動半個柵距時發(fā)生，但是以每半個柵距獲得的信號彼此不同。這意味著，不可能正確地執(zhí)行內(nèi)插，這假設(shè)相同的信號可以(每次標(biāo)尺光柵850移動半個柵距)以每一一定周期而獲得。
[0014]應(yīng)肯定的是，(在圖12示出的情況下的)峰值XII與(在圖14示出的情況下的)峰值XIV相同，這在標(biāo)尺光柵850從圖12示出的狀態(tài)移動一個柵距時形成。從而，為了正確地執(zhí)行內(nèi)插，有必要內(nèi)插周期P。如果內(nèi)插以周期P/2執(zhí)行，則內(nèi)插誤差將不可避免地產(chǎn)生。(內(nèi)插誤差將具有周期P。)沒有意義的是執(zhí)行周期P/2的內(nèi)插，用以獲得高分辨率，僅以周期P產(chǎn)生不可避免的誤差。
[0015]發(fā)明人注意到該問題并且研宄問題的原因。結(jié)果，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，即使在圖12(圖14)情況下產(chǎn)生的干涉條紋位置與圖13情況的干涉條紋位置相同，但是這些情況下的光路特點彼此不同。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016]本發(fā)明提供了一種光學(xué)編碼器，其可以獲得精確地具有周期P/2的檢測信號，其中P是光柵柵距。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，一種光學(xué)編碼器，包括:發(fā)光的光源；標(biāo)尺，包括各具有預(yù)定的柵距的兩個或更多個標(biāo)尺光柵；光源光柵，設(shè)置在所述光源與所述標(biāo)尺之間并且具有預(yù)定的柵距；以及干涉條紋檢測部件，檢測由所述光源光柵和所述標(biāo)尺產(chǎn)生的干涉條紋。所述兩個或更多個標(biāo)尺光柵并排設(shè)置，并且任何相鄰的一對標(biāo)尺光柵彼此移位1/2周期。
[0018]可優(yōu)選地，所述兩個或更多個標(biāo)尺光柵具有相同的柵距。
[0019]可優(yōu)選地，所述干涉條紋檢測部件檢測由彼此移位1/2周期的所述標(biāo)尺光柵產(chǎn)生的干涉條紋，作為一個干涉條紋。
[0020]可優(yōu)選地，所述標(biāo)尺是細長標(biāo)尺，并且所述標(biāo)尺光柵呈兩排或呈四排布置在所述標(biāo)尺的橫向方向上。
[0021 ] 可優(yōu)選地，所述標(biāo)尺在二維方向上延伸，并且所述標(biāo)尺光柵布置成2N排，其中N是整數(shù)。
[0022]可優(yōu)選地，所述光源光柵的橫向方向上的寬度大于設(shè)置有所述兩個或更多個標(biāo)尺光柵的區(qū)域的橫向方向的寬度。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，一種光學(xué)編碼器，包括:發(fā)光的光源；ΧΥ_標(biāo)尺，包括具有預(yù)定的柵距并且在二維方向上延伸的交錯光柵；χ軸方向光源光柵，設(shè)置在所述光源與所述XY-標(biāo)尺之間并且包括在X軸方向上具有預(yù)定的柵距的光柵；Υ軸方向光源光柵，設(shè)置在所述光源與所述XY-標(biāo)尺之間并且包括在橫跨X軸方向的Y軸方向上具有預(yù)定的柵距的光柵；χ軸方向干涉條紋檢測部件，檢測由所