光电编码器制造技术

一种光电编码器，其中通过光栅调制光源发出的光，调制后的光通过光接收元件检测，该光电编码器包括对光栅调制过的光成像的单边远心光学系统。成像光学系统包括一光圈，其允许部分通过光栅调制过的光可通过其中传输，该光圈具有当空间截止频率的值在傅立叶变换获得的光栅基本空间频率值和基本空间频率的二次谐波之间时所需要的尺寸，空间截止频率是表示由于光源发出的光导致的光学系统的分辨率极限的空间频率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种光电编码器，其中光源发出的光由置于标尺上的均勻间隔的光栅调制，经过调制的光由光接收元件检测，更特别的涉及一种只检测由于光栅的均勻间隔产生的基本空间频率，而不检测来自光栅的多余谐波分量的光电编码器，由此可以提高测量位置精度。
技术介绍
以往，光电编码器用于多种机床、测量仪等，光电编码器中，通过置于标尺上的均勻间隔的光栅来调制光源发出的光，并且由光接收元件检测该经过调制的光。在专利参考文件l(JP-A-2004464295)中公开的一种光电编码器中，例如，通过将光圈(aperture)置于透镜焦点处的远心光学系统在光接收元件的光接收表面上形成光栅的像，从而获得标尺相对于光接收元件的相对位置变化。但是，例如专利参考文件1公开的远心光学系统中存在特定的MTF(调制传递函数)特性，该特性确定了所形成的光栅像的对比度。根据所选择的MTF特性，光栅的像可能包含由于光栅本身产生的多个高频分量，并导致光栅像的对比度降低并导致失真增加。在这种情况下，位置测量的精度降低。
技术实现思路
示例性实施例提供一种只检测由于光栅的均勻间隔产生的基本空间频率，而不检测来自光栅的多余谐波分量的光电编码器，由此使位置测量稳定并且可以测量位置精度提尚ο根据本专利技术的第一方面的一种光电编码器，包括光源，配置用于发射光；标尺，具有均勻间隔光栅，并被配置为通过光栅调制光源发出的光；光接收元件，配置用于检测光栅调制过的光；以及光学成像系统，配置用于对光栅调制过的光成像；其中该成像光学系统包括第一光圈，部分由光栅调制过的光被允许通过该第一光圈传输，该第一光圈具有当空间截止频率的值在傅立叶变换获得的光栅基本空间频率和基本空间频率的二次谐波之间时所需要的尺寸，所述空间截止频率是表示由于光源发出的光导致的光学系统的分辨率极限的空间频率。根据本专利技术的第二方面的光电编码器，进一步包括照明光学系统，配置为采用光源发出的光照亮标尺，其中当光源数值孔径(numerical aperture)小于检测数值孔径时，空间截止频率具有由检测数值孔径除以光波长获得的值，所述光源数值孔径取决于光源到照明光学系统的距离和光源大小，并且所述检测数值孔径取决于光栅到光学成像系统的距离和第一光圈的大小。3光电编码器，可以进一步包括照明光学系统，配置为采用光源发出的光照亮标尺，其中当取决于光源到照明光学系统的距离和光源大小的光源数值孔径为0时，空间截止频率具有通过检测数值孔径除以光波长获得的值。根据本专利技术的第三方面的光电编码器，进一步包括照明光学系统，配置为采用光源发出的光照亮标尺，其中当由光源到照明光学系统的距离和光源大小决定的光源数值孔径大于由光栅到光学成像系统的距离和第一光圈的大小决定的检测数值孔径时，空间截止频率具有由检测数值孔径的2倍除以光波长获得的值。根据本专利技术的第四方面的光电编码器，根据标尺相对于成像光学系统的光轴的放置误差所产生的误差角，光源到照明光学系统的距离缩小，或者光源的尺寸增大。根据本专利技术的第五方面的光电编码器，照明光学系统包括第二光圈挡片，或者配置为偏转光的照明透镜，所述第二光圈挡片具有允许部分从光源发出的光可通过其中传输的第二光圈。根据本专利技术的第六方面的光电编码器，光源与光学成像系统一样置于标尺的同侧，光学成像系统通过标尺反射的光成像。根据本专利技术的第七方面的光电编码器，成像光学系统包括第一光圈挡片，其中放置第一光圈。根据本专利技术的第八方面的光电编码器，成像光学系统包括至少一个成像透镜，配置用于使经过光栅调制的光偏转。根据本专利技术的第九方面的光电编码器，成像光学系统形成为单边远心光学系统， 其中的第一光圈挡片的第一光圈置于光轴上一个成像透镜焦点位置。根据本专利技术的第十方面的光电编码器，光学成像系统形成为双边远心光学系统， 其中的第一光圈挡片的第一光圈置于光轴上两个成像透镜之间的焦点位置。相据本专利技术，只检测由于光栅的均勻间隔产生的基本空间频率而不检测来自光栅的多余谐波分量，由此使位置测量稳定并且可以提高测量位置的精度。附图说明图1为根据本专利技术第一实施例所示的光电编码器示意图；图2为根据第一实施例所示的标尺示意图；图3为根据第一实施例所示的光栅傅立叶变换后的空间频率分量图；图4A为解释MTF特性的示意图；图4B为表示实施例中MTF特性图；图4C为表示MTF特性和实施例中光栅傅立叶变换后空间频率分量之间的关系图；图5为根据本专利技术第二实施例所示的光电编码器示意图；图6为根据本专利技术第二实施例所示的标尺示意图；图7为根据本专利技术第三实施例所示的光电编码器示意图；图8A为实施例3中MTF特性的示意图8B为根据第三实施例中光栅傅立叶变换后的空间频率分量的图；图9为根据本专利技术第四实施例所示的光电编码器的示意图；图IOA 图IOC为根据本专利技术第四实施例所示的标尺倾斜的情况下光电编码器的示意图；图11为根据本专利技术第五实施例所示的光电编码器示意图；图12为根据本专利技术第六实施例所示的光电编码器示意图；图13为根据本专利技术第七实施例所示的光电编码器示意图；图14为根据本专利技术改进实施例的光电编码器示意图，其中没有使用光圈挡片。具体实施例方式接下来将会详细介绍本专利技术的实施例。首先，参考图1和2介绍第一实施例所述的光电编码器的配置。如图1所示，光电编码器100包括光源102、起照明光学系统作用的准直透镜 104、标尺106、起成像光学系统作用的单边远心光学系统11、以及光接收元件122。如图1所示，光源102为点光源。准直透镜104(照明透镜)使置于透镜焦距fa处的光源102发出的光Rl偏转，从而形成平行光R2照到标尺106上。因此光R2中光通量完全互相平行，因此从光源102到准直透镜104延申的结构称为平行光源。因为光源102没有尺寸，取决于光源102到准直透镜104的距离fa和光源102大小的数值孔径NAlight (称之为光源数值孔径)为0 (NAlight = 0)。如图2所示，标尺106具有标尺板108和沿着测量轴方向X以均勻间隔置于标尺板108上的光栅110。标尺板108由光学透明材料制成，例如玻璃。光栅110是通过，例如， 在标尺板108上形成的薄膜上进行光刻处理成形的，由不透光的金属制成，例如络。当光R2 照在标尺106上时，因此光R2向前穿过标尺板108并透过光栅110上的间隙(光R2经过光栅110的调制形成调制光R3)。如图1所示，单边远心光学系统114具有成像透镜116和光圈挡片118。成像透镜 116将光栅110调制过的光R3偏转。光圈挡片118包括光圈118A，部分的光R4可以通过该光圈118A传输，该光R4是通过成像透镜116对由光栅110调制过的光R3进行偏转而形成的。光圈118A置于光轴0上的成像透镜116的焦距fb处。因此，在单边远心光学系统114中，即使成像透镜116和光栅110之间的距离有轻微变化，成像透镜116所成像的放大率也不会变化。也就是说，即使在安装步骤中成像透镜116和标尺106之间的距离有轻微变化，仍可保证位置测量精度。将穿过光圈118A的光R5在成像透镜116处的直径用e表示，光栅110和成像透镜116之间的距离用al表示，并且成像透镜116和光接收元件122的光接收表面之间的距离用bl表示，取决于光栅110和单边远心光学系统1本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种光电编码器，包括：光源，配置用于发射光；标尺，具有均匀间隔光栅，并被配置为通过光栅调制光源发出的光；光接收元件，配置用于检测光栅调制过的光；以及光学成像系统，配置用于对光栅调制过的光成像；其中该成像光学系统包括第一光圈，部分由光栅调制过的光被允许通过该第一光圈传输，该第一光圈具有当空间截止频率的值在傅立叶变换获得的光栅基本空间频率和基本空间频率的二次谐波之间时所需要的尺寸，所述空间截止频率是表示由于光源发出的光导致的光学系统的分辨率极限的空间频率。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：金子惠美，中村泰三，长滨龙也，宇佐美敦司，
申请(专利权)人：株式会社三丰，
类型：发明
国别省市：JP