光学编码器制造技术

在使用发散光源的光学编码器中，从点光源发出的发散光被聚光透镜会聚成次级点光源，且次级点光源位于分度盘第二光栅的平面上。采用这种方案，可省去准直透镜，编码器尺寸可很紧凑，且光接收器易于定位和支撑。（*该技术在2009年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光学编码器，更具体地讲，是关于一种光学编码器的改进，这种编码器根据光电信号的变化来检测两组件的位置关系，这一光电信号是由其上带有光栅的主标度盘与带有相应光栅的分度盘间的相对位移产生的。在测量机床刀具给进速度等领域中，广泛地使用一种光学编码器，此编码器中带有第一光栅的主标度盘被固定在相对着的构件之一上;带有第二光栅的分度盘、由一个光源与一个光接收器所组成的光源系统被固定在另一构件上。一个按照相对的构件之间的相对位移周期性变化的检测信号可被产生。传统的光学编码器通常采用准直光源系统，因此，第一光栅和第二光栅的光栅栅距是一样的。然而，本申请人在日本专利申请61-191532中所提出的光学编码器，第二光栅的栅距是第一光栅栅距的1/n(n为自然数)，且其中编码器的n为一偶数，如附图说明图11所示。图11表示的编码器，主要包括准直光源系统10由发光二极管(LED)12和一个准直透镜14组成，并有一个等效波长λ;一个主标度盘16带有栅距为P的第一光栅18;一个分度盘20与第一光栅相距V，带有栅距Q＝P/(2n)的光栅22(n为自然数);一个光接收器24，用来实现对准直光源系统10发出并经第一和第二光栅18和22滤光的那部分光束进行光电转换;和一个前置放大器26以放大输出信号，从而得到检测信号a。检测信号的信噪比S/N通常用幅值PP与直流分量DC之比PP/Dc来表示。图12中的实线A表示了在栅距Q＝P/2且两光栅之间的间距V改变时的实验结果。如图12所示，因为检测信号a的信噪比(＝PP/DC)随光栅间距V变化，如果在安装编码器时，把分度盘20固定在PP/DC为最小的位置上，则检测信号的S/N比值较小，使得抗噪声能力变差。因此面临定位精确度要求严格和编码器造价高的问题。此外，光学编码器包括透射型编码器和反射型编码器，前者如图11所示检测的是透过主标度盘16的光，反射型则检测由主标度盘反射的光。对后者，即反射型编码器，发光元件和光检测元件均在主标度盘一侧，所以它具有在机床上易于安装的特点。图15表示一个反射型编码器的例子，它利用传统的准直照明光线，包括有发光二极管12做光源;准直透镜14使发光二极管12发出的光成为平行光;主标度盘16带有周期性分布的第一光栅18;透射式分度盘20带有周期性分布的第二光栅22，第二光栅与第一光栅相对应，并可产生相对移动;还有一个光接收器24，用来对发自准直光源系统的经主标度盘16上的第一光栅18反射，又通过分度盘20上的第二光栅22的光R进行光电转换;由此，产生根据主标度盘16与分度盘18之间的相对位移而周期性变化的检测信号。但是采用平行光就需要一个大的高精度准直透镜14，因此编码器在厚度方向尺寸将较大，且存在着组件的定位和固定困难的问题。为了解决上述问题，本申请人在日本专利申请61-194183中已经提出一种反射型编码器，其中采用的是发散光源，如图16所示。这种反射型编码器包括由激光二极管(LD)灯头34做为发散光源(点光源)的光源系统;主标度盘16带有周期分布的第一光栅18;透射式分度盘20带有周期分布的第二光栅22，光栅22与主标度盘上的第一光栅相对应;还有一个光接收器24，用以对发自光源系统的、被主标度盘16的光栅18反射并透过分度盘20上的第二光栅22的光进行光电转换;由此产生根据主标度盘16与分度盘20在X方向的相对位移而周期变化的信号。激光二极管灯头34可装在一个备有光接收元件的盒32内。这里，设LD灯头34与第一光栅18的距离、第二光栅22与第一光栅18间的距离分别为U、V，同时设第一光栅18和第二光栅22的栅距分别为P和Q。进一步地，当采用在日本专利申请61-194183中提出的最有效的结构U＝V时，如果Q＝2P则测试信号可获得一个令人满意的S/N比。进一步地，如日本专利申请61-194184提出的，在点光源是相干光源的情况下，即使Q＝P，由于折射效应也可获得一检测信号。进一步地，在Q＝2P/m(m为自然数)时，由本申请人提出的日本专利申请61-208554和61-208555可以清楚看出，一般是可得到检测信号的。如上所述，反射型编码器，其中采用了点光源34，对缩小编码器的厚度D是有效的。但是，在采用激光二极管的情况下，尽管LD灯头34自身尺寸很小，由于考虑辐射热等因素，装LD灯头34的盒32相对较大，特别是在取U＝V的情况下，把光源和接收器24彼此挨在一起是困难的，并且在平行于主标度盘光栅(第一光栅18)平面的方向上编码器的尺寸也不能做得很小。此外，斜着放置点光源是必要的，通常还需要制作数对第二光栅22和光接收器24对应于检测信号的0°，90°，180°，270°等相位点。但是，这种类型的编码器在放置和支撑上述组件的方法上存在困难。本专利技术是为克服上述相关技术中的缺点而提出的，其第一个目的是提供一个光学编码器，其中检测信号的S/N比对光栅间距的依赖较已有技术减小了。本专利技术的第二个目的是提供一个反射型编码器。其结构不仅能使编码器厚度尺寸小，而且在平行于主标度盘光栅平面方向的尺寸也较小。为了实现本专利技术第一个方面的目的，光学编码器包括一个等效波长为λ的相干发散光源;一个带有栅距为P的第一光栅的主标度盘，它被放置在距发散光源为U的地方;一个带有第二光栅的分度盘，它被放置在距第一光栅为V的位置;还有一个光接收器，以实现对由发散光源发出并经第一、第二光栅滤光的光束进行光电转换，其中产生根据主标度盘与分度盘间的相对位置而周期性变化的检测信号。光接收器适于接收满足下述等式的两束光，以消除检测信号中第一光栅的几何象随光栅间距V而造成的波动，〔U2V2/(U2+V2)〕-〔U1V1/(U1+V1)〕≈mp2/λ (1)W≈n〔(U2+V2)Sinθ2-(U1+V1)Sinθ1〕 (2)这里m和n为整数，U1和U2为发散光源到第一光栅的两束光的光程长度，V1和V2为第一光栅到第二光栅的两束光的光程长度，W为投射在第二光栅上的两束光的中心间隔，θ1和θ2是从发散光源到光栅的垂线与两光束所成的角度。此外，为实现本专利技术的第一目的，在与上述编码器相似的光学编码器中使用两个上述的光接收器，分别用来接收两束光，这两束光满足以下等式关系，并且两光接收器输出信号的和构成检测信号。(U2V2)/(U2+V2)-(U1V1)/(U1+V1)≈mp2/2λ (3)L≈n〔(U2+V2)Sinθ2-(U1+V1)Sinθ1〕 (4)这里m和n为整数，U1和U2为发散光源到第一光栅的两束光光程长度，V1和V2为第一光栅到第二光栅的两束光光程长度;L为投射到第二光栅上两光束的中心间距，θ1和θ2为发散光源到光栅上的垂线与两光束所夹的角。进一步地，为实现本专利技术的第一目的，在光学编码器中包括一个等效波长为λ的相干准直光源系统;一个带有栅距为P的第一光栅的主标度盘;一个带有栅距为Q的第二光栅的分度盘，其中第二光栅对应于第一光栅的2n次谐波(n为自然数);还有一光接收器，以对光源系统发出的并经第一、第二光栅滤波的光束进行光电转换，由此产生随主标度盘与分度盘的相对位移周期变化的检测信号。分度盘相对于主标度盘是倾斜的，为的是消除检测信号中第一光栅的几何象随光栅间距而造成的波动。此外，栅距Q取为P/2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种反射型编码器，包括：一个光源系统；一个带有周期性第一光栅的主标度盘；一个带有相应的周期性第二光栅的透射分度盘；及一个光接收器，以对光源系统发出的经第一光栅反射并透过第二光栅的光进行光电转换，其中产生一个根据主标度盘与分度 盘间的相对位移周期变化的检测信号，其特征在于，所述的光源系统包括一个点光源和一个把从该点光源发出的发散光会聚成次级点光源的聚光透镜，所述的次级点光源被形成在分度盘第二光栅的平面上。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：市川宗次，冈英树，寺尾直义，坂上征司，
申请(专利权)人：株式会社三丰，
类型：发明
国别省市：JP[日本]