编码器制造技术

本发明专利技术涉及一种编码器。标尺包括在测量方向上布置的光栅图案。检测头可以相对于标尺在测量方向上移动，并且输出指示图案的检测结果的电信号。运算单元计算检测头相对于标尺的相对位移。检测头使光照射标尺。光接收单元包括在测量方向上布置的光接收元件阵列、并且将施加至光接收元件阵列的照射光的检测结果作为电信号输出。光学系统通过使用在测量方向上布置的透镜阵列使来自标尺的光在光接收单元的光接收表面上形成干涉条纹。透镜阵列中的邻接透镜之间的透镜阵列间距不等于光栅图案的间距的整数倍。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种编码器。
技术介绍
目前，已知如下光学线性编码器：其是用于测量位移的设备的一种类型。该光学线性编码器包括标尺和沿着该标尺移动的检测头。标尺设有：例如，用于检测基准位置的绝对图案和用于检测标尺与检测头之间的相对位移的增量图案。该光学线性编码器通过使用基准信号来确定基准位置，其中该基准信号是对标尺上的绝对图案进行检测的结果。此外，可以通过在将基准位置用作基准的同时考虑上述的位移来检测标尺与检测头之间的位置关系。光学线性编码器的示例是如下编码器：该编码器通过使用透镜阵列光学系统来检测具有连续周期性的标尺光栅(日本特表第2005-522682号)。在该编码器中，将透镜阵列的间距确定为使得在光学系统通过组成透镜阵列的每个单独的透镜来投射图像的范围的边界上，形成的图案的相位同步或者发生特定相位移位。这样，可以通过使用一个光接收元件阵列来检测由透镜阵列形成的本地图像的集合。此外，同样提出了通过使用远心光学系统来形成光栅图案的图像的编码器(日本特开第2006-284563号)。
技术实现思路
然而，本专利技术人发现在上述编码器中存在以下问题。在上述编码器中，必须准确地确定透镜阵列的间距，因此需要一种用于制造透镜阵列的精确制造技术。此外，即使可以精确地制造透镜阵列，当透镜阵列周围的环境温度在环境温度倾向于波动的环境下发生波动时，透镜阵列的间距也可能由于透镜阵列的材料的膨胀/收缩而改变。例如，在如下条件下：将塑料用作透镜阵列的材料；预期的线性膨胀系数为60×10-6(1/℃)；预期的温度变化为100℃；以及透镜间距为1mm，预期间距会波动6μm。因此，当标尺的图案的周期等于或者短于10μm时，不能忽略间距波动。尽管可设想的是使用具有较小线性膨胀系数的玻璃材料，但玻璃材料的使用增加了材料成本和制造成本。此外，透镜阵列的间距与标尺的图案同步，即，透镜阵列的间距设置为标尺的图案的整数倍。因此，由透镜阵列形成的图像周期性地受到特定透镜像差的影响。图10示意性地示出了像差在普通编码器中的影响。例如，在标尺71中，形成了增量图案，并且在测量方向(X方向)上以重复方式布置光透射部分71A和非透射部分71B。标尺71受到光PL的照射。然后，通过使用透镜阵列72来使已经穿过标尺71的光在光接收单元的光接收表面73上成像(即，干涉条纹FP)。在透镜阵列72中，在测量方向(X方向)上以间距(透镜阵列间距)AG按照重复方式布置透镜72A。在该示例中，将透镜阵列间距AG确定为：使得其等于标尺71的光栅图案的间距P的整数倍。因此，如在图10中示出的，像差ABE表现出一种倾向性，即以等于标尺71的光栅图案的间距P的整数倍(即，透镜阵列间距AG)的周期而周期性地重复。应注意，像差ABE对干涉条纹FP的峰值(其按间距P周期性地出现)的影响也按透镜阵列间距AG重复。因此，像差的固有影响也可能出现在光接收单元所输出的干涉条纹FP的检测结果中，从而使干涉条纹检测的准确性易于劣化。本专利技术是鉴于上述情况而设计的，并且其目的在于防止或者减少透镜像差在使用通过使用透镜阵列形成的光学系统的编码器中的影响。本专利技术的第一示例性方面是一种编码器，包括：标尺，所述标尺上形成有在测量方向上布置的图案；检测头，所述检测头配置为相对于所述标尺在所述测量方向上移动，并且输出指示所述图案的检测结果的电信号；以及运算单元，所述运算单元配置为根据所述电信号来计算所述检测头相对于所述标尺的相对位移，其中，所述检测头包括：光源，所述光源配置为使光照射所述标尺；光接收单元，所述光接收单元包括在所述测量方向上布置的光接收元件阵列，并且配置为将施加至所述光接收元件阵列的照射光的检测结果作为所述电信号输出；以及光学系统，所述光学系统配置为正像光学系统，所述正像光学系统配置为通过使用在所述测量方向上布置的透镜阵列使来自所述标尺的光在所述光接收单元的光接收表面上形成干涉条纹，其中，所述透镜阵列中的邻接透镜之间的间距不等于所述图案的间距的整数倍。这样，由于透镜阵列的间距不等于图案的间距的整数倍，所以由于透镜阵列中的透镜导致的像差的影响被平均化，并且因此可以减少在从整个干涉条纹上进行观察时的像差的影响。本专利技术的第二示例性方面是上述编码器，其中，优选地，所述光学系统是1倍正像光学系统。这样，可以以具体的方式来实施包括能够减少像差的影响的1倍正像光学系统的编码器。本专利技术的第三示例性方面是上述编码器，其中，优选地，所述光学系统包括：第一透镜阵列，所述第一透镜阵列设置为在所述光源的照射方向上与所述标尺相邻；第二透镜阵列，所述第二透镜阵列设置在所述第一透镜阵列的设置有所述光接收单元的一侧；以及第三透镜阵列，所述第三透镜阵列设置在所述第二透镜阵列的设置有所述光接收单元的一侧，以及所述第一透镜阵列至所述第三透镜阵列所包括的透镜之间的在所述测量方向上的间距彼此相等。这样，可以以具体的方式来实施包括利用三个透镜阵列形成且能够减少像差的影响的1倍正像光学系统的编码器。本专利技术的第四示例性方面是上述编码器，其中，优选地，所述标尺与所述第一透镜阵列之间的距离、所述第一透镜阵列与所述第二透镜阵列之间的距离、所述第二透镜阵列与所述第三透镜阵列之间的距离、以及所述第三透镜阵列与所述光接收单元的所述光接收表面之间的距离分别等于所述第一透镜阵列至所述第三透镜阵列所包括的透镜的焦距的两倍。这样，可以以具体的方式来实施包括利用三个透镜阵列形成且能够减少像差的影响的1倍正像光学系统的编码器。本专利技术的第五示例性方面是上述编码器，其中，优选地，所述光学系统是缩小正像光学系统。这样，可以以具体的方式来实施包括能够减少像差的影响的缩小正像光学系统的编码器。本专利技术的第六示例性方面是上述编码器，其中，优选地，所述光学系统包括：第一透镜阵列，所述第一透镜阵列设置为在所述光源的照射方向上与所述标尺相邻；第二透镜阵列，所述第二透镜阵列设置在所述第一透镜阵列的设置有所述光接收单元的一侧；以及第三透镜阵列，所述第三透镜阵列设置在所述第二透镜阵列的设置有所述光接收单元的一侧，其中，所述第一透镜阵列所包括的透镜之间的在所述测量方向上的第一间距比所述第二透镜阵列所包括的透镜之间的在所述测量方向上的第二间距长，以及所述第二间距比所述第三透镜阵列所包括的透镜之间的在所述测量方向上的第三间距长。这样，可以以具体的方式来实施包括利用三个透镜阵列形成且能够减少像差的影响的缩小正像光学系统的编码器。本专利技术的第七示例性方面是上述编码器，其中，优选地，所述光学系统是1/2倍正像光学系统，并且满足下面示出的表达式：[表达式1]其中：D1是所述标尺与所述第一透镜阵列之间、以及所述第二透镜阵列与所述第三透镜阵列之间的第一距离；D2是所述第一透镜阵列与所述第二透镜阵列之间、以及所述第三透镜阵列与所述光接收单元的所述光接收表面之间的第二距离；并且f是所述第一透镜阵列至所述第三透镜阵列所包括的透镜的焦距。这样，可以以具体的方式来实施包括利用三个透镜阵列形成且能够减少像差的影响的1/2倍正像光学系统的编码器。本专利技术的第八示例性方面是上述编码器，其中，优选地，所述第一透镜阵列至所述第三透镜阵列所包括的透镜是柱面透镜，所述柱面透镜的长边方向垂直于所述光源的照射方向和所述测量方向。这样本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种编码器，包括：标尺，所述标尺上形成有在测量方向上布置的图案；检测头，所述检测头配置为相对于所述标尺在所述测量方向上移动，并且输出指示所述图案的检测结果的电信号；以及运算单元，所述运算单元配置为根据所述电信号来计算所述检测头相对于所述标尺的相对位移，其中，所述检测头包括：光源，所述光源配置为使光照射所述标尺；光接收单元，所述光接收单元包括在所述测量方向上布置的光接收元件阵列，并且配置为将施加至所述光接收元件阵列的照射光的检测结果作为所述电信号输出；以及光学系统，所述光学系统配置为正像光学系统，所述正像光学系统配置为通过使用在所述测量方向上布置的透镜阵列使来自所述标尺的光在所述光接收单元的光接收表面上形成干涉条纹，其中，所述透镜阵列中的邻接透镜之间的间距不等于所述图案的间距的整数倍。

【技术特征摘要】
2015.09.08 JP 2015-1764591.一种编码器，包括：标尺，所述标尺上形成有在测量方向上布置的图案；检测头，所述检测头配置为相对于所述标尺在所述测量方向上移动，并且输出指示所述图案的检测结果的电信号；以及运算单元，所述运算单元配置为根据所述电信号来计算所述检测头相对于所述标尺的相对位移，其中，所述检测头包括：光源，所述光源配置为使光照射所述标尺；光接收单元，所述光接收单元包括在所述测量方向上布置的光接收元件阵列，并且配置为将施加至所述光接收元件阵列的照射光的检测结果作为所述电信号输出；以及光学系统，所述光学系统配置为正像光学系统，所述正像光学系统配置为通过使用在所述测量方向上布置的透镜阵列使来自所述标尺的光在所述光接收单元的光接收表面上形成干涉条纹，其中，所述透镜阵列中的邻接透镜之间的间距不等于所述图案的间距的整数倍。2.根据权利要求1所述的编码器，其中，所述光学系统是1倍正像光学系统。3.根据权利要求2所述的编码器，其中，所述光学系统包括：第一透镜阵列，所述第一透镜阵列设置为在所述光的照射方向上与所述标尺相邻；第二透镜阵列，所述第二透镜阵列设置在所述第一透镜阵列的设置有所述光接收单元的一侧；以及第三透镜阵列，所述第三透镜阵列设置在所述第二透镜阵列的设置有所述光接收单元的一侧，以及所述第一透镜阵列至所述第三透镜阵列所包括的透镜之间的在所述测量方向上的间距彼此相等。4.根据权利要求3所述的编码器，其中，所述标尺与所述第一透镜阵列之间的距离、所述第一透镜阵列与所述第二透镜阵列之间的距离、所述第二透镜阵列与所述第三透镜阵列之间的距离、以及所述第三透镜阵列与所述光接收单元的所述光接收表面之间的距离分别等于所述第一透镜阵列至所述第三透镜阵列所包括的透镜的焦距的两倍。5.根据权利要求1所述的编码器，其中，所述光学系统是缩小正像光学系统。6.根据权利要求5所述的编码器，其中，所述光学系统包括：第一透镜阵列，所述第一透镜阵列设置为在所述光的照射方向上与所述标尺相邻；第二透镜阵列，所述第二透镜阵列设置在所述第一透镜阵列的设置有所述光接收单元的一侧；以及第三透镜阵列，所述第三透镜阵列设置在所述第二透镜阵列的设置有所述光接收单元的一侧，其中，所述第一透镜阵列所包括的透镜之间的在所述测量方向上的第一间距比所述第二透镜阵列所包括的透镜之间的在所述测量方向上的第二间距长，以及所述第二间距比所述第三透镜阵列所包括的透镜之间的在所述测量方向上的第三间距长。7.根据权利要求6所述的编码器，其中，所述光学系统是1/2倍正像光学系统，并且满足下面示出的表达式：[表达式1]D1=1+22f]]>D2=(1+2)f]]>其中：D1是所述标尺与所述第一透镜阵列之间、以及所述第二透镜阵列与所...

【专利技术属性】
技术研发人员：夜久亨，
申请(专利权)人：株式会社三丰，
类型：发明
国别省市：日本;JP