光学编码器和包括该光学编码器的测量装置制造方法及图纸

目的：提供一种光学编码器和包括该光学编码器的测量装置，其在受光单元的检测范围内实现均匀的特性并提高测量精度的同时防止光学编码器的大小增大。解决方式：该光学编码器(2)包括：光源(3)；多个衍射光栅(4)，其包括平行布置有多个槽的光栅面；以及受光单元(5)，其接收在多个衍射光栅(4)处衍射的光。衍射光栅(4)包括作为与光源(3)相邻的第一级衍射光栅的第一衍射光栅(41)、作为与受光单元(5)相邻的最后级衍射光栅的第三衍射光栅(43)以及作为第一级衍射光栅的输出级衍射光栅和最后级衍射光栅的输入级衍射光栅的第二衍射光栅(42)。衍射光栅(4)被布置成第一间隙(G1)与第三间隙(G3)的比等于第二间隙(G2)与第四间隙(G4)的比且第一间隙(G1)的长度不同于第二间隙(G2)的长度。

Optical encoder and measuring device including the optical encoder

Objective: To provide an optical encoder and a measuring device including the optical encoder, which can achieve uniform characteristics within the detection range of the receiving unit and improve the measurement accuracy while preventing the size of the optical encoder from increasing. Solution: The optical encoder (2) includes a light source (3); a plurality of diffraction gratings (4), including a grating surface with multiple slots arranged in parallel; and a light receiving unit (5), which receives light diffracted at a plurality of diffraction gratings (4). Diffraction grating (4) includes the first diffraction grating (41) as the first-order diffraction grating adjacent to the light source (3), the third-order diffraction grating (43) as the last-order diffraction grating adjacent to the receiving unit (5), and the second-order diffraction grating (42) as the output-level diffraction grating and the input-level diffraction grating of the first-order diffraction grating. Diffraction grating (4) is arranged in a ratio of the first gap (G1) to the third gap (G3) equal to the ratio of the second gap (G2) to the fourth gap (G4), and the length of the first gap (G1) is different from that of the second gap (G2).

【技术实现步骤摘要】
光学编码器和包括该光学编码器的测量装置
本专利技术涉及光学编码器和包括该光学编码器的测量装置。
技术介绍
已知如下的光学编码器，该光学编码器包括：光源，其被配置为发射平行光；多个衍射光栅(标尺)，其各自具有平行地布置有使平行光发生衍射的多个槽(groove)的光栅面；以及受光单元(头部)，其被配置为接收在衍射光栅处发生衍射的光。在该光学编码器中，从光源发射的平行光在衍射光栅的槽处被衍射成多个衍射光束。这些衍射光束生成具有与衍射光栅的周期相同的周期的干涉图案。受光单元从该干涉图案检测信号。光学编码器根据受光单元所检测到的结果(信号)来计算标尺和头部的相对移动量。衍射光束包括沿与从光源发射的光的光轴相同的方向行进的衍射光、在光轴的两侧按预定衍射角度行进的衍射光、以及在光轴的两侧按比预定衍射角度大的衍射角度行进的衍射光。在衍射光束中，将沿与光轴相同的方向行进的衍射光束定义为0阶衍射光束。将其它衍射光束以0阶衍射光束为基准按衍射角度增大的顺序定义为±1阶衍射光束和±2阶衍射光束。受光单元主要从根据±1阶衍射光生成的干涉图案检测信号。结果，将±1阶衍射光定义为信号衍射光，并且将0阶衍射光和比±1阶衍射光高的阶次的衍射光定义为噪声衍射光。在信号衍射光和噪声衍射光入射到受光单元上的情况下，根据信号衍射光生成的干涉图案因噪声衍射光而失真。结果，受光单元所检测到的信号包含噪声。因而存在如下问题：根据利用受光单元的信号所计算出的相对移动量的精度低，并且光学编码器不太可靠。相反，专利文献1中描述的干涉型位置测量装置(光学编码器)包括光学块，并由此利用0阶衍射光遮蔽装置和一体型棱镜去除噪声衍射光，以仅利用±1阶衍射光(信号衍射光)照射标尺。然而，这种光学编码器设置有一体型棱镜和/或用于遮挡除±1阶衍射光外的衍射光的衍射光遮蔽装置。因而，在光源和标尺之间需要供衍射光束的反射和折射用的空间。因而，存在光学编码器的结构变大的问题。图8是已知光学编码器的立体图。图9A和9B分别示出理想的干涉图案和包含噪声衍射光的干涉图案。根据专利文献2的平均衍射摩尔纹位置检测器(光学编码器)通过以下结构来解决光学编码器的大小增大的问题。参考图8，平均衍射摩尔纹位置检测器包括：光电倍增管(光源)300；扩散器400，其具有槽线S；第一衍射光栅401；第二衍射光栅402，其与第一衍射光栅401的光栅面平行布置，并且在与槽线(槽)垂直的方向上移位；以及单元500(受光单元)，用于从源自两个衍射光栅401和402(多个衍射光栅)的衍射摩尔纹信号(干涉图案)来获取检测结果(信号)。来自光电倍增管300的光束在扩散器400处发生扩散，穿过第一衍射光栅401，并且在第二衍射光栅402处彼此相交。两个衍射光栅401和402以在二者之间存在间隙的状态配置(该间隙是在布置第一衍射光栅401和第二衍射光栅402时产生的)，使得衍射光栅401和402之间的间隙中的光路长度在相当于菲涅耳数或2的整数倍的光路的范围内改变。具体地，例如，在扩散器400以及两个衍射光栅401和402沿着自由选择的轴按等间隔u布置的情况下，在自由选择的轴的一侧从第一衍射光栅401起的光路长度在与光栅面平行且与槽线S垂直的方向上为u-Δu。在自由选择的轴的另一侧的光路长度是u+Δu并且偏移到相反方向。因而，第二衍射光栅402相对于第一衍射光栅401倾斜。如图9A所示，通过衍射光栅在受光单元上生成的干涉图案理想地是条纹图案。不包含噪声衍射光并且仅根据信号衍射光生成的干涉图案是如图9A所示的条纹图案。受光单元读取例如沿着读取范围C的干涉图案以检测信号。由于干涉图案是条纹图案，因此即使在干涉图案与衍射光栅未对准的情况下，受光单元也可以沿着任何读取范围检测理想信号。然而，实际上，穿过衍射光栅的光包含噪声衍射光，因而不能生成诸如图9A所示的干涉图案等的干涉图案。相反，图9B示出即使在存在噪声的情况下也可以检测到理想信号的干涉图案。图9B所示的干涉图案是例如响应于以下而生成的：来自光电倍增管300的光在扩散器400处发生扩散，并且在穿过第一衍射光栅401之后在第二衍射光栅402处彼此相交。受光单元500读取沿着例如读取范围C2的干涉图案并对读取结果进行预定计算处理，以获取与通过读取图9A所示的干涉图案所获取到的理想信号相似的信号。尽管读取范围C2需要比读取图9A所示的条纹干涉图案所用的读取范围C宽，但可以通过预定计算处理从图9B所示的干涉图案获取到理想信号。在专利文献2中描述的平均衍射摩尔纹位置检测器中，第二衍射光栅402相对于第一衍射光栅401倾斜。因而，可以在受光单元上生成与图9B所示的干涉图案相似的干涉图案。也就是说，可以在受光单元上生成与即使在存在噪声的情况下也可以获取到理想信号的干涉图案相似的干涉图案。因而，平均衍射摩尔纹位置检测器可以通过使第二衍射光栅402相对于第一衍射光栅401倾斜，在无需利用一体型棱镜和/或用于遮挡除±1阶衍射光外的衍射光的衍射光遮蔽装置去除噪声的情况下，生成与可获取到理想信号的干涉图案相似的干涉图案。这样防止了检测器的大小的增大。引文列表专利文献专利文献1：专利第2619566号公报专利文献2：特开昭61-17016号公报
技术实现思路
专利技术要解决的问题在根据专利文献2的光学编码器中，第二衍射光栅402相对于第一衍射光栅401倾斜。结果，如图8所示，从光电倍增管300发射并在扩散器400处发生扩散的光可以在第二衍射光栅402处没有彼此相交的情况下穿过第二衍射光栅402，或者可以在到达第二衍射光栅402之前彼此相交。在第二衍射光栅402处没有彼此相交的光以附加的噪声衍射光的形式入射到受光单元500上。因而，所生成的干涉图案不是诸如图9B所示的干涉图案等的均匀干涉图案，并且因由于光在第二衍射光栅402处没有彼此相交所产生的噪声衍射光而失真。由于干涉图案(光学特性)不均匀，因此受光单元500根据读取范围的位置而检测到不同的信号。因而，不能获取到稳定的信号。因而，存在如下问题：根据受光单元所检测到的信号而计算出的相对移动量的精度低，并且光学编码器不太可靠。本专利技术的目的是提供一种光学编码器，该光学编码器在防止光学编码器的大小增大的情况下在受光单元的检测范围内实现均匀的光学特性，并且提高测量精度。用于解决问题的方案根据本专利技术的一种光学编码器，包括：光源，其被配置为发射平行光；多个衍射光栅，其包括具有平行布置的多个槽的光栅面，所述多个槽被配置为使所述平行光发生衍射；以及受光单元，其被配置为接收在所述多个衍射光栅处发生衍射的光，其中，所述光学编码器被配置为沿着长度测量方向进行测量，其中所述长度测量方向是平行布置的所述多个槽的方向且是与所述平行光垂直的方向，并且深度方向是与所述长度测量方向和所述平行光垂直的方向，第一轴沿与所述长度测量方向和所述深度方向垂直的方向延伸，第二轴沿与所述第一轴平行的方向延伸并且相对于所述深度方向发生偏移，所述多个衍射光栅包括：第一级衍射光栅，其布置在与所述光源相邻的第一级；以及最后级衍射光栅，其布置在与所述受光单元相邻的最后级，以及所述第一级衍射光栅和所述最后级衍射光栅被布置成：第一间隙与第三间隙的比等于第二间隙与第四间隙的比，并且所述第一间隙的长度不同于所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光学编码器，包括：光源，其被配置为发射平行光；多个衍射光栅，其包括具有平行布置的多个槽的光栅面，所述多个槽被配置为使所述平行光发生衍射；以及受光单元，其被配置为接收在所述多个衍射光栅处发生衍射的光，其中，所述光学编码器被配置为沿着长度测量方向进行测量，其中所述长度测量方向是平行布置的所述多个槽的方向且是与所述平行光垂直的方向，并且深度方向是与所述长度测量方向和所述平行光垂直的方向，第一轴沿与所述长度测量方向和所述深度方向垂直的方向延伸，第二轴沿与所述第一轴平行的方向延伸并且相对于所述深度方向发生偏移，所述多个衍射光栅包括：第一级衍射光栅，其布置在与所述光源相邻的第一级；以及最后级衍射光栅，其布置在与所述受光单元相邻的最后级，以及所述第一级衍射光栅和所述最后级衍射光栅被布置成：第一间隙与第三间隙的比等于第二间隙与第四间隙的比，并且所述第一间隙的长度不同于所述第二间隙的长度，其中，所述第一间隙是所述第一级衍射光栅和所述第一级衍射光栅的输出级衍射光栅之间的沿着所述第一轴的间隙，所述第二间隙是所述第一级衍射光栅和所述第一级衍射光栅的所述输出级衍射光栅之间的沿着所述第二轴的间隙，所述第三间隙是所述最后级衍射光栅和所述最后级衍射光栅的输入级衍射光栅之间的沿着所述第一轴的间隙，并且所述第四间隙是所述最后级衍射光栅和所述最后级衍射光栅的所述输入级衍射光栅之间的沿着所述第二轴的间隙。...

【技术特征摘要】
2017.11.01 JP 2017-2119271.一种光学编码器，包括：光源，其被配置为发射平行光；多个衍射光栅，其包括具有平行布置的多个槽的光栅面，所述多个槽被配置为使所述平行光发生衍射；以及受光单元，其被配置为接收在所述多个衍射光栅处发生衍射的光，其中，所述光学编码器被配置为沿着长度测量方向进行测量，其中所述长度测量方向是平行布置的所述多个槽的方向且是与所述平行光垂直的方向，并且深度方向是与所述长度测量方向和所述平行光垂直的方向，第一轴沿与所述长度测量方向和所述深度方向垂直的方向延伸，第二轴沿与所述第一轴平行的方向延伸并且相对于所述深度方向发生偏移，所述多个衍射光栅包括：第一级衍射光栅，其布置在与所述光源相邻的第一级；以及最后级衍射光栅，其布置在与所述受光单元相邻的最后级，以及所述第一级衍射光栅和所述最后级衍射光栅被布置成：第一间隙与第三间隙的比等于第二间隙与第四间隙的比，并且所述第一间隙的长度不同于所述第二间隙的长度，其中，所述第一间隙是所述第一级衍射光栅和所述第一级衍射光栅的输出级衍射光栅之间的沿着所述第一轴的间隙，所述第二间隙是所述第一级衍射光栅和所述第一级衍射光栅的所述输出级衍射光栅之间的沿着所述第二轴的间隙，所述第三间隙是所述最后级衍射光栅和所述最后级衍射光栅的输入级衍射光栅之间的沿着所述第一轴的间隙，并且所述第四间隙是所述最后级衍射光栅和所述最后级衍射光栅的所述输入级衍射光栅之间的沿着所述第二轴的间隙。2.根据权利要求1所述的光学编码器，其中，所述多个衍射光栅被形成为平面状，以及从所述多个衍射光栅的光栅面延伸出的...

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