专利名称：编码器的制作方法
技术领域：
本发明主要关于一种编码器，更详细而言，关于一种以光学方式检测移动体的位置信息的编码器。本申请根据2008年10月23日申请的日本特愿2008-273166号主张优先权，并将其内容援引于本说明书。
背景技术：
近年来，作为扫描式编码器，揭示一种下述编码器，其对与移动体一起移动且具有沿着移动方向周期性形成的光栅的标尺，照射根据既定调制信号调制后的照射光，并比较其反射光或透射光与调制信号，据以检测标尺的位置信息(专利文献1)。又，作为扫描式编码器，揭示有使用3光栅光学系统，根据干涉状态的干涉光的强度变化检测移动体的移动量的技术，该3光栅光学系统，将来自光源的激光光以第1绕射光栅分离成士 1次光，以第2绕射光栅使分离后的士 1次光的方向反转，在与移动体一起移动的第3绕射光栅形成干涉条纹(专利文献2)。专利文献1 美国专利第6639686号专利文献2 日本特开2007-333722号公报
发明内容
在这些扫描式编码器，必须周期性调制照射光，例如，作为使光束物理性振动的方法，可考虑使光源振动的方法、或在光路配置振动旋转的振动反射镜的方法。然而，以机械方式驱动反射镜时，由于驱动机构复杂，因此有导致装置成本增加的问题。又，此时，由于需要使光源振动的构成或配置振动反射镜的构成用的设置空间，因此有装置大型化的问题。又，作为这些机械式光束振动构成的支承方法，必需采取机械式安装，例如螺杆固定、接着等的支承方法。利用上述支承方法时，有可能因温度、湿度等的环境变化而产生位置变动，使振动中心偏移。若产生上述偏移，则就测定原理而言，因检测位置偏移，作为高分辨率传感器有可能产生非常大的误差。本发明形态的目的在于提供一种可除去物理性的光调制手段，降低移动体的位移检测的误差的编码器。本发明一形态的编码器，其具备光源部，平行射出波长周期性变化的光；第1光学构件，接受从光源部射出的光，并射出第1光及第2光；第2光学构件，改变该第1光或该第2光的行进方向以使该第1光学构件所射出的该第1光及该第2光重迭；绕射光栅构件， 配置于该第1光及该第2光重迭的位置，相对该光源部、该第1光学构件及该第2光学构件位移，具有沿着位移的移动方向周期性形成的绕射光栅；以及第1受光部，接受从该绕射光栅构件射出的该第1光及该第2光的干涉光，并检测该干涉光的干涉强度；该第1光的从该光源部至该绕射光栅构件的第1光路的光路长、与该第2光的从该光源部至该绕射光栅构
4件的第2光路的光路长相异。 根据本发明一形态，从光源部射出波长周期性变化的调制光，且使干涉的2个调制光的光路长相异，由此可避免物理性使光的波长变化的构成的问题。例如，不需要在光路配置振动旋转的振动反射镜的方法那样的、以机械方式驱动反射镜的复杂驱动机构，可实现装置的低成本化。又，不需要用以配置振动反射镜的设置空间，可实现装置的小型化。再者，由于不需要机械式使光束振动的构成，因此可降低习知问题的利用机械式安装时的因温度、湿度等的环境变化而产生的振动中心偏移导致的移动量检测时的误差产生。
图1是显示第1实施形态的概略图。
图2是显示第2实施形态的概略立体图。
图3是显示第2实施形态的概略图。
图4是显示第3实施形态的概略图。
图5是显示第4实施形态的概略图。
图6是显示第5实施形态的概略图。
图7是显示第6实施形态的概略图。
图8是显示第7实施形态的概略图。
(主要元件符号说明)
1 6编码器
11光源部
Ila调制部
lib光源
lie准直镜
12索引光栅
13a,13b反射镜
14移动光栅
15受光元件
16玻璃块
20光源部
30光源部
31a,31b反射镜
40玻璃块
50光源部
51固定绕射光栅
60半反射镜
61补偿光栅
62受光元件
具体实施例方式
5
(第1实施形态)以下，参照图式说明本发明一实施形态。图1是显示本发明一实施形态的编码器 1的构成的概略图。本实施形态中，编码器1是所谓绕射干涉方式的编码器，为检测在既定方向(X轴方向)移动的移动体(移动光栅)的移动方向、移动量、或位移的光学式编码器。如图1所示，本实施形态中，编码器1具有光源部11、索引光栅12、一对反射镜 13a, 13b、受光元件15、玻璃块16、及设成可相对这些构成构件位移的移动光栅14。光源部11包含调制部11a、光源lib、准直镜11c。调制部(调制装置)11a，例如，通过使供应至光源lib的电流变化，使从光源lib 射出的光的波长周期性变化。调制部11a，例如，能使从光源lib射出的光的波长λ = 850nm变化Δ λ = 士5nm的量。也即，调制部11a，能使从光源lib射出的光的波长在λ =845 855nm的范围变化。光源11b，例如是射出激光光的激光元件，将调制部Ila调制后的同调光朝向-Y轴方向射出。准直镜11c，接受从光源lib射出的光，转换成平行光。索引光栅(第1光学构件)12，接受从光源部11射出的光，从不同位置射出第1光 Ll及第2光L2。例如，索引光栅12，是以既定间距形成格子状图案的绕射光栅，为具有沿着 X轴方向周期性形成的绕射图案的透射型绕射光栅。索引光栅12，接受透射过准直镜Ilc 的平行光，射出多个绕射光。因索引光栅12而绕射的绕射光中，将从准直镜Ilc直接射入索引光栅12、从索引光栅12射出的光设为第1光Li，将透射过玻璃块16后、从索引光栅12射出的光设为第2 光L2。此处，第1光Li，是从索引光栅12以既定绕射角绕射至-X轴方向侧的-1次绕射光， 第2光L2，是从索引光栅12以既定绕射角绕射至+X轴方向侧的+1次绕射光。反射镜13a，13b，是以从索引光栅12射出的第1光Ll与第2光L2在移动光栅14 重迭的方式，改变第1光Ll与第2光L2的行进方向的光学构件(第2光学构件)。如图所示，反射镜13a，13b，配置于索引光栅12与移动光栅14之间，各自的反射面在索引光栅 12与移动光栅14的面方向(入射面方向或X-Z轴方向)正交的方向(Y-Z轴方向)对向配置。反射镜13a使从索引光栅12射出的第1光Ll反射向移动光栅14，反射镜1 使从索引光栅12射出的第2光L2反射向移动光栅14。作为替代方案，编码器1也可使用以从索引光栅12射出的第1光Ll与第2光L2在移动光栅14重迭的方式，改变第1光Ll与第2 光L2的行进方向的透射型绕射光栅，来替代反射镜13a，13b中至少一个。移动光栅14，是设于配置在第1光Ll与第2光L2重迭的位置、相对光源部11、索引光栅12、反射镜13a，13b、受光元件15、及玻璃块16位移的移动体的绕射光栅。移动光栅 14，是形成有沿着该位移的移动方向(X轴方向)周期性形成的绕射图案的绕射光栅。射入移动光栅14的第1光Ll与第2光L2的一部分重迭并产生干涉。移动光栅14，例如，是透射型绕射光栅，使根据第1光Ll及第2光L2的干涉光绕射，朝向相同方向(-Y轴方向)、也即受光元件15射出。如上所述，索引光栅12、反射镜13a，13b、及移动光栅14，是以射入移动光栅14的第1光Ll及第2光L2产生干涉的位置关系配置。又，索引光栅12、反射镜13a，13b、及移动光栅14，具有从索引光栅12射出至射入移动光栅14为止的第1光Ll的光路长及第2光L2的光路长相等的位置关系。受光元件15，接受从移动光栅14射出的干涉光，输出显示干涉光的干涉强度的光电转换信号。在此受光元件15转换的光电转换信号，输出至未图示的移动光栅14的移动量检测装置。此外，移动光栅14并不限于透射型，例如也可为反射型绕射光栅，此时，受光元件15配置于可接受反射光的位置。玻璃块16配置于光源部11与索引光栅12之间的第1光Ll的光路上或第2光L2 的光路上的任一者，使来自准直镜Ilc的平行光的一部分透射过。玻璃块16具有既定折射率Ni，在从准直镜Ilc射出的平行光的行进方向(Y轴方向)具有既定厚度D。本实施形态中，玻璃块16配置于第2光L2的光路上。由此，透射过玻璃块16的第2光L2的光路长，依据其折射率m及厚度D的大�。嘟嫌谕干涔掌械牡�1光Ll 的光路长变长。也即，第2光L2的从光源lib至移动光栅14的第2光路的光路长，相较于第1光Ll的从光源lib至移动光栅14的第1光路的光路长变长。此处，光路长是在空间距离(行进路径)乘上折射率的光学距离。本实施形态中，在第1光Ll与第2光L2之间， 从光源部11至移动光栅14为止的光学距离实质上不同。本实施形态中，从光源部11至移动光栅14为止的第1光Ll的光路的介质与第2光L2的光路的介质一部分不同。如上所述，根据从光源lib射出的调制光的第1光Ll与第2光L2，在移动光栅14 产生干涉的状态下具有既定相位差，由此，编码器1在移动光栅14上能获得在移动方向(X 轴方向)周期性变化的干涉条纹。此外，干涉条纹的周期性变化，是根据调制部Ila调制后的波长的周期性变化的，受光元件15所获得的光电转换信号，是以调制部Ila的波长的调制信号将移动光栅14的移动信息加以调制而得到的信号来表示。因此，受光元件15所获得的光电转换信号，是根据移动光栅14的移动信息与从光源lib射出的调制光的周期性变化这双方的信号，根据此光电转换信号，利用已知的调制部Ila的调制信息，能获得移动光栅14的移动信息。接着，说明编码器1的干涉光检测方法的一例。通过调制部Ila调制了光的波长后的调制光，从光源lib射出至-Y轴方向。从光源lib射出的调制光，透射过准直镜Ilc后转换成平行光。被准直镜IlC转换的平行光的一部分直接射入索引光栅12，通过索引光栅12绕射成第1光Li。此第1光Ll从索引光栅 12偏向-X轴方向侧并射出。另一方面，从准直镜Ilc射出的平行光的另一部分，透射过玻璃块16，射入索引光栅12。经由玻璃块16透射过索引光栅12的光，通过索引光栅12绕射成第2光L2。此第 2光L2从索引光栅12偏向+X轴方向侧并射出。此外，第1光Ll及第2光L2，从索引光栅 12的不同位置射出。从索引光栅12射出的第1光Li，通过反射镜13a偏向+X轴方向侧并反射，射入移动光栅14。另一方面，从索引光栅12射出的第2光L2，通过反射镜1 偏向-X轴方向侧并反射，射入移动光栅14。射入移动光栅14的第1光Ll及第2光L2，在移动光栅14的绕射图案上一部分重迭，在移动光栅14上形成周期性变化的干涉条纹。射入移动光栅14的第1光Ll及第2光L2都通过移动光栅14绕射至-Y轴方向。 根据射出移动光栅14的第1光Ll及第2光L2的干涉光，射入受光元件15，转换成显示干
7涉光的干涉强度的光电转换信号。移动光栅14移动的情形，射入移动光栅14的第1光Ll及第2光L2的干涉状态变化，射入受光元件15的光的光量变化成正弦波状。既定移动量检测装置中，计算变化成正弦波状的受光元件15的受光光量的变化次数，检测移动光栅14的移动方向、移动量、或位移。此种移动量检测装置的移动量检测方法，与一般编码器的原理相同，例如，可利用作为先前技术的上述专利文献1的信号处理方法。上述构成中，射出移动光栅14的干涉光，除了与相位差对应的干涉条纹的周期性变化信息外，还包含与移动光栅14的绕射图案对应的移动光栅14的位移信息。因此，受光元件15所获得的干涉光的干涉强度，依据(1)调制部Ila所赋予的调制及根据第1光Li、 第2光L2的光路差的第1光Ll及第2光L2的相位差、及(2)移动光栅14的移动方向、移动量、或位移而变化。也即，通过调整(1)第1光Ll及第2光L2的相位差，可提高所欲检测的( 移动光栅14的移动信息的精度。此外，此处为了提高所欲检测的移动信息的精度而设定的相位差，可考虑装置的构造或分辨率等。此处，第1光Ll及第2光L2的相位差，通过调制部Ila将光的波长从λ 调制至 λ2时，设Ak = 2ji (1/X1-I/λ 2)，则相位差=ALX Ak0又，第1光Ll及第2光L2的光路差，因与周围折射率不同的玻璃块16配置于任一光路上、玻璃块16与周围的折射率的差所产生，设周围的折射率为nl，则透射过玻璃块16内的光的实际的距离(行进路径长)为厚度=D、光路差 AL= (DXNl)-(DXnl)。又，编码器1，即使从光源部11射出的调制光的波长可变范围小的情形，只要相较于该波长可变范围使光路差AL充分大，则能对形成于移动光栅14上的干涉条纹赋予与从光源部11射出的调制光的周期性变化对应的变化。例如，作为光源lib使用面发光激光二极管时，设从光源部11射出的调制光的中心波长为850nm，使供应至此面发光激光二极管的驱动电流在2士0. 5mA的范围变化时，从光源部11射出的光的波长，在850士 Inm的范围 (波长可变范围)变化。此时，利用光路差AL为Imm的玻璃块16时，由于光路差Δ L相较于波长可变范围充分大，形成于移动光栅14上的干涉条纹周期性变化，受光元件15可获得赋予相位差=士 1.35X2 π的调制的光电转换信号。因此，编码器1，从光源部11射出波长周期性变化的调制光，且使干涉的2个调制光的光路长相异，由此可避免物理性对光赋予调制的构成的问题。例如，不需要在光路配置振动旋转的振动反射镜的方法那样的、以机械方式驱动反射镜的复杂驱动机构，可实现装置的低成本化。又，不需要用以配置振动反射镜的设置空间，可实现装置的小型化。再者，由于不需要机械式使光束振动的构成，因此可降低习知问题的利用机械式安装时的因温度、 湿度等的环境变化而产生的振动中心偏移导致的移动量检测时的误差产生。此外，从光源lib射出的调制光的波长调制成Δ λ = λ0+8 ηω 的情形，设Ak = AtlSincot，则相位差ALX Ak = ALXAQSincot。因此，受光元件15所获得的干涉光的干涉强度，可表示成E|2 = A+2cos(4JiX/P+ALXA0sinWt)o此处，「X」是索引光栅12与移动光栅14的相对位置，「P」是移动光栅14的绕射图案的间距，「A」是干涉强度振幅的偏移量。此干涉光的干涉强度，可利用编码器1的信号处理，例如，作为先前技术的上述专利文献1的信号处理。
又，从光源lib射出的调制光的调制方法，作为上述调制部Ila的电流变化，可利用例如光通信等的目的所利用的各种可变波长激光。又，从光源lib射出的调制光的调制方法，并不限于根据电流变化，可利用例如使利用为光源lib的激光元件的温度变化据以使波长周期性变化的装置。再者，编码器1，是光源部11、索引光栅12、一对反射镜13a，13b、受光元件15、玻璃块16以既定位置关系固定的一体构成构件，可相对移动光栅14移动的状态下设置。也即， 编码器1，可为设成一体构成构件固定、移动光栅14可移动的构成，也可为设成移动光栅14 固定、一体构成构件可移动的构成。又，玻璃块16，只要为使光透射过、具有与周围不同的既定折射率m的介质即可， 并不限于由玻璃构成。(第2实施形态)接着，参照图2、图3说明本发明编码器的另一实施形态。图2是显示第2实施形态的编码器2的概略立体图，图3是显示第2实施形态的编码器2的概略图。又，对具有与第1实施形态相同功能、构成的构成构件赋予相同符号以省略详细说明。如图2所示，编码器2具有光源部20、索引光栅12、一对反射镜13a，13b、移动光栅 14、及受光元件15。光源部20，与光源部11相同，包含调制部11a、光源lib、准直镜11c，将调制部Ila 调制后的同调调制光平行射出。光源部20，设置于射出的调制光在相对索引光栅12的面方向(入射面方向或X-Z面方向)斜向交叉的方向射入索引光栅12的位置。本实施形态的编码器2的光源部20，如图3所示，设置于从光源部20射出的调制光从-X轴侧斜向射入索引光栅12的位置。索引光栅12，与第1实施形态相同，将根据从光源部20接受的光的第1光Ll及第 2光L2从不同位置射出。通过此构成，第2光L2的从光源部20至索引光栅12的光路长，较第1光Ll的从光源部20至索引光栅12的光路长，长AL。因此，与上述实施形态相同，编码器2能使受光元件15所获得的干涉光的干涉强度依据(1)调制部Ila所赋予的调制及根据第1光Li、第2光L2的光路差的相位差、及(2) 移动光栅14的移动方向、移动量、或位移而变化。(第3实施形态)接着，参照图4说明本发明的另一实施形态。图4是显示第3实施形态的编码器 3的概略图。又，对具有与第1实施形态相同功能、构成的构成构件赋予相同符号以省略详细说明。如图4所示，编码器3具有光源部30、索引光栅12、一对反射镜31a，3lb、移动光栅 14、及受光元件15。光源部30，包含调制部11a、光源11b，将调制部Ila调制后的同调调制光射出。反射镜31a，31b，配置于索引光栅12与移动光栅14之间，反射镜31a的反射面配置于索引光栅12与移动光栅14的面方向(入射面方向或X-Z面方向)正交的方向(Y-Z 面方向)。另一方面，反射镜31b的反射面位于索引光栅12与移动光栅14的面方向(入射面方向或X-Z面方向)斜向交叉的方向。反射镜31b，例如，如图4所示，具有从以虚线所示的反射镜31’b的面方向(入射面方向)、也即索引光栅12与移动光栅14的面方向(入射面方向)正交的面方向朝-χ轴方向倾斜角度θ的反射面。此外，配置有反射镜31a与以虚线所示的反射镜31’ b的状态，意指配置有上述反射镜13a，13b的状态，第1光Ll及第2光L2的从索引光栅12至移动光栅14的光路长相等。以下，将以此方式配置成从索引光栅12至移动光栅14的光路长相等的索引光栅12、反射镜13a，13b、及移动光栅14的位置关系(参照图1)称为第1光学位置关系。又，如图4 所示，将配置成从索引光栅12至移动光栅14的第1光Ll的光路长与第2光L2的光路长不同的索引光栅12、反射镜31a，31b、及移动光栅14的位置关系称为第2光学位置关系。如上所述，一侧的反射镜31b设置于较假设成第1光学位置关系时的位置(以虚线所示的反射镜31’ b)反射第2光L2的反射面朝-X轴方向倾斜的位置。通过此构成，从索引光栅12射出、被反射镜31a反射、射入移动光栅14的第1光Ll的光路长，相较于从索引光栅12射出、被反射镜31b反射、射入移动光栅14的第2光L2的光路长变长。因此，与上述实施形态相同，编码器3能使受光元件15所获得的干涉光的干涉强度依据(1)调制部Ila所赋予的调制及根据第1光Li、第2光L2的光路差的相位差、及(2) 移动光栅14的移动方向、移动量、或位移而变化。(第4实施形态)接着，参照图5说明本发明的另一实施形态。图5是显示第4实施形态的编码器 4的概略图。又，对具有与第1实施形态相同功能、构成的构成构件赋予相同符号以省略详细说明。如图5所示，编码器4具有光源部11、索引光栅12、一对反射镜13a，13b、移动光栅 14、受光元件15、及玻璃块40。玻璃块40，例如，位于第2光L2的光路上，配置于索引光栅12与移动光栅14之间，例如与反射镜Hb的反射面相接固定。玻璃块40具有既定折射率N2，透射过玻璃块40 内的光的实际距离(行进路径长)为Lm。又，玻璃块40内的行进路径长Lm，是射入玻璃块 40的光被反射镜13b反射、射出玻璃块40为止的实际距离。因此，透射过玻璃块40的光的光路长，相较于透射过周围(例如空气中)的光变长。此外，光路差AL，设周围的折射率为nl时，光路差AL = (LmX N2)-(LmXnl)0也即，与上述实施形态相同，编码器4能使受光元件15所获得的干涉光的干涉强度依据(1)调制部Ila所赋予的调制及根据第1光Li、第2光L2的光路差的相位差、及(2) 移动光栅14的移动方向、移动量、或位移而变化。玻璃块40，只要配置于第1光Ll的光路上或第2光L2的光路上的任一者即可，又， 只要为使光透射过、具有与周围不同的既定折射率N2的介质即可，并不限于由玻璃构成。此外，图5虽显示从索引光栅12的不同位置射出第1光Ll及第2光L2的构成的编码器，但本实施形态并不限于此，为将射入索引光栅12的光分离成第1光Ll及第2光L2 的构成的编码器也可。(第5实施形态)接着，参照图6说明本发明的另一实施形态。图6是显示第5实施形态的编码器 5的概略图。又，对具有与第1实施形态相同功能、构成的构成构件赋予相同符号以省略详细说明。
如图6所示，编码器5具有光源部50、索引光栅12、一对反射镜13a，13b、移动光栅 14、受光元件15、及固定绕射光栅51。光源部50，与光源部11相同，包含调制部11a、光源lib、准直镜11c，将调制部Ila 调制后的同调调制光平行射出。光源部50配置于将相对固定绕射光栅51的受光面垂直射入的光射出的位置。固定绕射光栅51配置于光源部50与索引光栅12间的光路上，改变从光源部50 射出的光的行进方向，且从不同位置射出第1光Ll及第2光L2。在固定绕射光栅51形成将射入的多个平行光绕射于相同方向的既定绕射图案。固定绕射光栅51，在与光源部50对向的位置具有受光面，在与索引光栅12对向的位置具有射出面。固定绕射光栅51，其受光面系配置于与从光源部50射出的平行光正交的位置，其射出面配置于与索引光栅12的面方向(入射面方向)斜向交叉的位置。也即，固定绕射光栅51，以相较于与索引光栅12之间的第1光Ll的光路长第2光L2的光路长变长的方式，使射出第1光Ll的侧相较于射出第2光L2的侧更接近索引光栅12而配置。也即，索引光栅12与固定绕射光栅51配置成彼此对向且非平行。此外，编码器5，包含具有2 个光栅12，51的索引光栅也可。索引光栅12，在不同位置接受从固定绕射光栅51平行射出的第1光Ll与第2光 L2，如上所述，从不同位置射出第1光Ll与第2光L2。通过此构成，从固定绕射光栅51射出、经由索引光栅12及反射镜13a射入移动光栅14的第1光Ll的光路长，相较于从固定绕射光栅51射出、经由索引光栅12及反射镜 13b射入移动光栅14的第2光L2的光路长变短。也即，与上述实施形态相同，编码器5能使受光元件15所获得的干涉光的干涉强度依据(1)调制部Ila所赋予的调制及根据第1光Li、第2光L2的光路差的相位差、及(2) 移动光栅14的移动方向、移动量、或位移而变化。(第6实施形态)接着，参照图7说明本发明的另一实施形态。图7是显示第6实施形态的编码器 6的概略图。又，本实施形态中，编码器6可适用于上述所有实施形态的编码器，此处，使用适用于第2实施形态的编码器2的例说明。因此，对具有与编码器2相同功能、构成的构成构件赋予相同符号以省略详细说明。如图7所示，编码器6具有光源部20、索引光栅12、一对反射镜13a，13b、移动光栅 14、受光元件15、半反射镜60、补偿光栅61、及受光元件62。半反射镜60，在反射镜13a，13b与移动光栅14间的光路上，相对移动光栅14的面方向斜向交叉的位置，固定于固定有光源部20的侧。半反射镜(分歧部)60，使接受的第1 光Ll及第2光L2反射或透射，据以将第1光Ll及第2光L2分离。在索引光栅12与移动光栅14之间，第1光Ll及第2光L2经由半反射镜60被分歧。透射过半反射镜60的第1 光Ll及第2光L2，如上所述，以重迭的方式射入移动光栅14。另一方面，半反射镜60将第 1光Ll及第2光L2分别的反射光的第3光L3及第4光L4以重迭的方式朝向补偿光栅61 射出。补偿光栅(补光栅)61，是固定于从半反射镜60射出的第3光L3及第4光L4重迭的位置，为与移动光栅14的绕射图案相同的绕射图案沿着Y轴方向周期性形成的绕射光
11栅。补偿光栅61固定于射入移动光栅14的第1光Ll及第2光L2的从半反射镜60至移动光栅14的分别的光路长与射入补偿光栅61的第3光L3及第4光L4的从半反射镜60 至补偿光栅61的分别的光路长，分别相等的位置。受光元件(补受光部)62，接受从补偿光栅61射出的干涉光，输出显示干涉光的干涉强度的光电转换信号。受光元件62所输出的光电转换信号，作为对在受光元件15所输出的光电转换信号的补偿信号，可利用在未图标的既定补偿装置。此补偿装置，例如，可算出将受光元件15所输出的光电转换信号以上述专利文献1的信号处理获得的位置信息、与对受光元件62所输出的光电转换施加同样处理的补偿信号的差分，检测调制的中心波长的变动或移动光栅14在Z轴方向的位移等。通过此构成，从光源部20射出、射入半反射镜60的第1光Ll的光路长，相较于从光源部20射出、射入半反射镜60的第2光L2的光路长变短。因此，射入补偿光栅61的第 3光L3及第4光L4被调制，且在补偿光栅61产生干涉的状态下具有相位差。因此，在补偿光栅61上形成与形成在移动光栅14上的干涉条纹相等、周期性移动的干涉条纹。也即，受光元件62可透过补偿光栅61检测形成在移动光栅14上的干涉条纹的移动。因此，使用该补偿信号藉由补偿装置等施加既定信号处理，可有助于提升移动光栅14 在既定移动方向(X轴方向)的位移的测量稳定性。(第7实施形态)本发明中，已如上所述，将从光源射出的光的波长周期性调制。因此将供应至光源的电流加以调制时，除了波长的调制外还伴随光量的调制。由于波长调制的比例�。虼斯饬康髦菩。部煽悸遣ド鲜龉饬康髦频谋匾�。以下，参照图8说明本实施形态，本实施形态可适用于上述所有实施形态的编码器。此外，本实施形态的编码器7，使用适用于第1实施形态的编码器1的例说明。因此，对具有与编码器1相同功能、构成的构成构件赋予相同符号以省略详细说明。如图8所示，编码器7具有光源部11、索引光栅12、一对反射镜13a，13b、受光元件15、玻璃块16、设成可相对此等构成构件位移的移动光栅14、光量修正部63、及GCA(增益控制放大器)64。光量修正部63及GCA64构成光量补偿系统。光源lib具备检测射出光的光量的光量传感器，将与此光量检测器所检测的光量对应的电气信号输出至光量修正部63。此处，从光源lib射出的光的光量依据从调制部Ila供应的电流变化。例如，受光元件15所获得的干涉光的干涉强度，成为|E|2 = (Ι+Fsin ω t) X {A+2cos (4 π Χ/Ρ+ Δ LX A0sin ω t)}，相较于使电流变化从光源1 Ib射出调制光的情形，产生与从调制部Ila供应的电流变化对应的强度调制项=(1+Fsin t)。此强度调制项，使从受光元件15输出的光电转换信号的输出电压位准不稳定。光量修正部63分别与光源lib与GCA64连接，根据从光源lib的光量传感器输出的电气信号，控制从受光元件15输出的光电转换信号的输出电压的位准。也即，光量修正部63，以减少与从调制部Ila供应的电流变化对应的强度调制项=(1+Fsin t)的影响的方式，将此强度调制项成为「1」的控制信号输出至GCA64。GCA64与受光元件15连接，根据来自光量修正部63的控制信号，调整从受光元件 15接受的光电转换信号的输出电压的位准，输出修正光量变化导致的偏差后的信号。此外，本实施形态的编码器7，并不限于上述构成，例如，并非为光源lib保持光量传感器的构成，而为将接受从光源lib射出的光的既定光量传感器设置在任意位置、光量修正部63根据与该设置在任意位置的光量传感器所检测的光量对应的电气信号控制 GCA64的构成也可。如上所述，通过利用光量传感器，在调制部Ila供应的电流变化与从光源lib射出的光的光量变化未完全对应的情形，在GCA64的控制，可排除上述变化导致的偏差。又，不考虑上述变化导致的偏差的情形，不需要光量传感器，为光量修正部63接受显示从调制部Ila供应的电流变化的信号、根据显示该电流变化的信号控制GCA64的构成也可。又，通过上述构成，可避免从受光元件15输出的光电转换信号的输出电压位准不稳定的事态。此外，本发明的编码器，可为3光栅编码器，也可为2光栅编码器。作为2光栅编码器，例如，具备接受从光源部平行射出的调制光、射出第1光Ll及第2光L2的索引光栅，及配置在该第1光Ll及第2光L2重迭的位置、相对光源部与索引光栅位移的移动光栅。具有上述构成的2光栅编码器，利用不同次数的绕射光作为索引光栅分离的第1光Ll及第2 光L2，在移动光栅可获得干涉条纹。例如，作为第1光Ll及第2光L2，可分别利用1次绕射光及2次绕射光、或0次绕射光及1次绕射光。一实施形态中，能提供一种编码器，其具备光源部，包含调制装置，射出波长周期性变化的光；索引光栅，射入来自该光源部的该光，并射出第1绕射光及第2绕射光；移动光栅，射入该第1绕射光及该第2绕射光，可相对该索引光栅位移；以及受光部，检测从该移动光栅射出的该第1绕射光及该第2绕射光的干涉光；在该第1绕射光与该第2绕射光之间，从该光源部至该移动光栅的光学距离实质上相异。上述实施形态中，该编码器能进一步具备配置于该光源部与该索引光栅之间、具有既定折射率、来自该光源部的该光的一部分透射过的透射性构件。此时，该第1绕射光及该第2绕射光的一者通过该透射性构件，另一者不通过该透射性构件。上述实施形态中，该编码器能进一步具备配置于该索引光栅与该受光部之间、该第1绕射光及该第2绕射光的一者经过而产生该光学距离的差的光学构件。此时，例如，该光学构件是该第1绕射光及该第2绕射光的一者以既定角度射入的反射镜。又，例如，该光学构件是具有既定折射率且该第1绕射光及该第2绕射光的一者通过的透射性构件。上述实施形态中，来自该光源部的该光相对该索引光栅斜向入射也可。上述实施形态中，该索引光栅可包含配置成彼此对向且非平行的至少2个光栅。上述实施形态中，该编码器能具备在该索引光栅与该移动光栅之间、该第1绕射光及该第2绕射光经过而分歧的分歧部，射入分歧后的该第1绕射光及该第2绕射光、相对该索引光栅实质上固定的补光栅，及检测来自该补光栅的该第1绕射光及该第2绕射光的干涉光的补受光部。上述实施形态中，该编码器能具备补偿伴随该光的波长变化的光量变化的光量补偿系统。
权利要求
1.一种编码器，其特征在于具备光源部，平行射出波长周期性变化的光；第1光学构件，接受从光源部射出的光，并射出第1光及第2光；第2光学构件，改变该第1光或该第2光的行进方向以使该第1光学构件所射出的该第1光及该第2光重迭；绕射光栅构件，配置于该第1光及该第2光重迭的位置，相对该光源部、该第1光学构件及该第2光学构件位移，具有沿着位移的移动方向周期性形成的绕射光栅；以及第1受光部，接受从该绕射光栅构件射出的该第1光及该第2光的干涉光，并检测该干涉光的干涉强度，该第1光的从该光源部至该绕射光栅构件的第1光路的光路长、与该第2光的从该光源部至该绕射光栅构件的第2光路的光路长相异。
2.如权利要求第1项的编码器，其特征在于，该第1光学构件从不同位置射出该第1光及该第2光；进一步具备配置于该第1光路上或该第2光路上的任一光路上该光源部与该第1光学构件之间，具有既定折射率的透射性构件。
3.如权利要求第1项的编码器，其特征在于，该第1光学构件从不同位置射出该第1光及该第2光；进一步具备配置于该光源部与该第1光学构件之间的光路上、改变从该光源部射出的光的行进方向且从不同位置射出该第1光与该第2光的第3光学构件。
4.如权利要求第1项的编码器，其特征在于，该第1光学构件从不同位置射出该第1光及该第2光；从该光源部射出的光，从对该第1光学构件的入射面方向斜向交叉的方向射入该第1 光学构件。
5.如权利要求第1项的编码器，其特征在于，该第2光学构件，包含第1反射构件，具有位于与该第1光学构件的入射面方向正交的方向的反射面，反射该第1光以改变其行进方向；以及第2反射构件，具有位于与该第1光学构件的入射面方向斜向交叉的方向的反射面，反射该第2光以改变其行进方向。
6.如权利要求第1项的编码器，其特征在于，该第2光学构件包含分别具有位于与该第1光学构件的入射面方向正交的方向的反射面，分别反射该第1光及该第2光以改变行进方向的第1反射构件及第2反射构件；进一步具备配置于该第1光路上或该第2光路上的任一光路上该第1光学构件与该绕射光栅构件之间，具有既定折射率的透射性构件。
7.如权利要求第1至6项中任一项的编码器，其特征在于进一步具备补偿绕射光栅构件，具有与该绕射光栅构件相同的绕射光栅，相对该光源部、该第1光学构件及该第2光学构件保持一定位置关系且相对该绕射光栅位移；配置于该第2光学构件与该绕射光栅构件之间的光路上，将从该第2光学构件接受的该第1光及该第2光分别加以分离，并将分离后的根据该第1光及该第2光中一方的光以重迭于该绕射光栅构件的方式射出，将分离后的根据该第1光及该第2光中另一方的光以重迭于该补偿绕射光栅构件的方式射出；以及第2受光部，从该补偿绕射光栅构件接受根据该第1光及该第2光的干涉光，以检测该干涉光的干涉强度。
8.如权利要求第1至6项中任一项的编码器，其特征在于具备补偿光栅，在该第1光学构件与该绕射光栅构件之间，射入从该第1光分离的第3光与从该第2光分离的第4光；以及第2受光部，检测根据该第3光与该第4光的干涉光。
9.如权利要求第1至8项中任一项的编码器，其特征在于补偿伴随该光的波长变化的光量变化。
10.一种编码器，其特征在于具备光源部，包含调制装置，射出波长周期性变化的光；索引光栅，射入来自该光源部的该光，并射出第1绕射光及第2绕射光；移动光栅，射入该第1绕射光及该第2绕射光，可相对该索引光栅位移；以及受光部，检测从该移动光栅射出的该第1绕射光及该第2绕射光的干涉光，在该第1绕射光与该第2绕射光之间，从该光源部至该移动光栅的光学距离实质上相异。
全文摘要
编码器，从光源部(11)射出调制光，使从该调制光分离的第1光(L1)及第2光(L2)在移动光栅(14)干涉。编码器中，从光源部(11)射出的光被电气调制，第1光(L1)的光路长与第2光(L2)的光路长相异。
文档编号G01D5/38GK102197286SQ200980141928
公开日2011年9月21日 申请日期2009年10月21日 优先权日2008年10月23日
发明者渡边昭宏, 牧野内进 申请人:株式会社尼康
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
