[发明专利]光学编码器

说明书

技术领域

本发明涉及检测位置的位移(displacement)的光学编码器。

背景技术

常规地，作为检测要被测量的对象的位移(例如移动量和旋转量)的位移检测装置，光学编码器是已知的。光学编码器包括光源、反射或透射从光源发射的光并可相对于光源移位的标尺(scale)、以及接收从标尺反射的光或透射通过标尺的光的光电检测器。在标尺上形成反射或透射光的图案。被光电检测器接收的光的量由于标尺的相对位移而改变。基于通过光电检测器中的光量的变化产生的检测信号来检测位移。

在EP2093543中，公开了这种光学编码器。具体而言，如图9所示，公开了这样的方法：在该方法中，可通过在一个轨迹(track)上的标尺图案中形成具有不同的节距(pitch)的多个调制而从少量的标尺轨迹获得大量的信息。

除了上述的现有技术的例子以外，根据本发明的发明人的研究，还知道在通过包含多个调制节距的标尺在传感器表面上接收的图像中存在以下描述的不需要的空间频率成分。具体地，所述不需要的空间频率成分是因两个衍射光束之间的干涉所产生的不需要的空间频率成分和包含于标尺的透射率分布或反射率分布中的不需要的空间频率成分。由于以上的影响，出现相对于理想的正弦(sine)波的误差。作为结果，当通过反正切计算将正弦波转换成位置信号时出现位置检测误差的问题变得明显。

为了以高精度执行位置检测，需要通过减少在传感器表面上接收的图像中的包含于标尺的透射率分布或反射率分布中的不需要的空间频率成分以及因两个衍射光束之间的干涉而产生的不需要的空间频率成分，减少所检测的波的误差成分。图2表示被视为用于解决该问题的方法的例子的光学编码器的总体示意性配置。具体地，该例子是用于通过使用图3所示的标尺以及图6～8所示的光接收表面布置和传感器信号处理电路来切换检测分辨率并获得信号的方法。以下，将作为本发明的比较例来描述该方法。

比较例

该方法使用在一个轨迹内包含细节距图案和粗节距图案的标尺(例如，图3所示的标尺2)并且切换检测分辨率以通过使用作为共同传感器工作的光电二极管阵列来检测细节距图案和粗节距图案。将描述编码器的输出信号。图6和图7表示作为光电检测器阵列的光电二极管阵列209的光接收表面布置的例子。在图6和图7中，在光电二极管阵列209中沿X轴方向以50μm节距布置28个光电二极管。

一个光电二极管具有50μm的X方向宽度X_pd和800μm的Y方向宽度Y_pd。光电二极管阵列209的总宽度X_total为1400μm。虽然在本实施例中将描述Y方向宽度Y_pd为800μm的情况，但是不限于此，并且，Y_pd可以为标尺轨迹8的Y方向宽度Y0的2×n倍(n为自然数)。

通过图6和图7所示的开关210和图中没有示出的开关电路来切换来自光电二极管中的每一个的输出。为了产生以下描述的四相位正弦波输出，来自光电二极管中的每一个的输出选择性地与下一级中的4个初级(initial-stage)放大器中的一个连接。在图8中，4个初级放大器(24、25、26、27)是IV转换放大器，并且，来自这4个初级放大器的输出分别与四相位正弦波输出的S(A+)、S(B+)、-S(A-)和-S(B-)对应。

用于切换检测分辨率的开关电路可通过从外部将信号输入到开关210来切换连接。当输入的信号为高电平时，如图6所示，用于标尺图案节距P＝100μm(反射图像节距为200μm)的检测节距被设定。当输入的信号为低电平时，如图7所示，用于标尺图案节距X0＝700μm(反射图像节距为1400μm)的检测节距被设定。以这种方式，使用能够切换检测分辨率的配置。标尺的位置位于光源和光电二极管阵列之间的中间位置，使得光电二极管阵列上的反射图像节距为标尺图案节距的两倍。

这里，如图6所示，当以100μm的检测节距时，与信号相关的光电二极管的总宽度为1400μm，这与700μm节距(＝X0)的标尺图案的调制成分的反射图像节距对应。如图7所示，当以700μm的检测节距时，在未使用的光电二极管保留(remain)的同时电连接每4个相邻的光电二极管。以下将详细描述上面的技术目的。

关于四相位正弦波相对于检测节距的相对相位，如果S(A+)的相对相位为0度，那么，S(B+)的相对相位为+90度，S(A-)的相对相位为+180度，并且S(B-)的相对相位为+270度。通过信号处理电路101从这些输出产生两相位正弦曲线(sinusoidal)波信号S(A)和S(B)，并且，通过对于这些信号进一步执行反正切计算而获得相位信号。