CN1017658B - 光学编码器 - Google Patents

Abstract

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，编码器尺寸可根紧凑，且光接收器易于定位和支撑。

Description

本发明涉及光学编码器，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）管头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。

激光二极管管头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管头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。

本发明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。

本发明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。

为了实现本发明第一个方面的目的，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是从发散光源到两光栅所引垂线与两光束所成的角度。

此外，为实现本发明的第一目的，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，为实现本发明的第一目的，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/2n，分度盘的倾斜量δ取mQ²/λ（m为自然数）。

另外，Q取P/2n，光接收器分为两个，并且位于两个接收器重心之间的分度盘倾斜量δ取mQ²/2λ（m为自然数）。

下面叙述本发明第一种情况的原理。

如果平行或发散的相干光照射到栅距为P的光栅上，根据菲涅尔衍射原理，将形成具有与原光栅相同的栅距P的几何象，和一个其栅距为原光栅的1/2，即P/2的衍射象，成象的位置在距光栅为V（光栅间距）的地方。其中几何象的S/N比随光栅间距V的改变而显著地、周期性地变化。

通常，通过制备明暗相间的条纹来构成光栅，对光栅进行付里叶分解，光栅包括许多高次谐波成分。本申请人在日本专利申请61-208554等中已清楚地表明这些高次谐波中每一个都有几何象和衍射象。

当用上述观点考虑图12的实验结果（实线A）时，可见PP/DC曲线是由第一光栅的原光栅（栅距为P）衍射象（栅距为P/2）的S/N比（图12虚线B）与第一光栅的二次谐波（栅距为P/2）的几何象（栅距为P/2）的S/N比（图12中点划线c）合成而得到的。

从图12可见，几何象的S/N比（点划线C）取决于光栅间距，其峰值G₁，G₂，G₃，G₄…位于光栅间距V为Q²/λ的整数倍处，并且在峰值G₁，G₂，G₃，G₄处位相相反。

相应地，在准直光源系统的情况下，当图13所示的分度盘20 的倾斜量δ＝mQ²/λ（m为自然数），即为波动周期的整数倍时，几何象由在其周期内S/N比变化的那部分周期合成。致使变化部分被消除，因此检测信号的S/N比对光栅间距V的依赖性实际上被消除了。

此外，在放置两个光接收器24A和24B并且这两个光接收器的输出信号被图14中的加法器28相加的情况下，分度盘20在射到接收器24A和24B的两束光的光分布区的重心之间的倾斜量δ可以为mQ²/2λ。就是说，以图12为例，R₁点的信号与峰值G₁相加，其和为一常数。

但是，当采用发散光源如激光二极管时，如果为识别方向和区分相位等，在分度盘20的横向分级设置第二光栅22和光接收器24，那么整个分度盘的倾斜将大大地增加各光接收器间的光程差，这将导致接收到的光出现不应有的不对称。而且这种方法不能用于第二光栅不能倾斜的反射型编码器。

相反，在本发明第一种情况的一个实例中，分度盘是不倾斜的，而光接收器24则偏离开由发散光源30比如激光二极管到第一光栅18和第二光栅22的中垂线的垂足Z₀，如图1所示。在度盘的横向光接收器的宽度W取为可以接收到两光束B₁和B₂的尺寸，B₁和B₂光束满足以下等式关系，这样光接收器24能同时接收到波动的部分周期。

〔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（1，2，3，…），P为第一光栅的栅距，λ为发散光源30的等效波长，U₁和U₂是从发散光源30到第一 光栅18两光线B₁、B₂的光程长度，V₁和V₂为从第一光栅到第二光栅两光线B₁、B₂的光程长度，W是两束光B₁和B₂照射到第二光栅22上的中心间距（＝Z₂-Z₁＝度盘横向上光接收器24的宽度），θ₁和θ₂为光束B₁和B₂与发散光源30到光栅18和22所引垂线的夹角。

尤其是，在反射型编码器U₂＝V₂和U₁＝V₁的情况下，做替换U₂＝V₂＝d₂和U₁＝V₁＝d₁时，前述等式（1）、（2）可表示为下面等式：

（d₂-d₁）/2＝mp²/λ （5）

W≈2n（d₂Sinθ₂-d₁Sinθ₁） （6）

几何象对光栅间距依赖关系的因式为Cos（πλ·UV/〔P²（U+V）〕），因此，当从发散光源30发出的两束光B₁和B₂的光程U₁、U₂和V₁、V₂满足前述（1）（2）或（5）（6）等式时，波动的部分周期被同时收到，导致几何象基本上能被抵消，这点已被实验所证实。

因此分度盘不需要倾斜了。即使采用发散光源或反射型编码器，检测信号的S/N比对光栅间距的依赖也被减小了。

于是在本发明第一种情况下上述实例中重要的是，光接收器24接收满足上述等式（1）和（2）的两束光线B₁和B₂。如果这一条件能满足，则光接收器24的位置不必偏离上述垂线的垂足Z₀，光接收器可以放在包含垂线垂足Z₀在内的位置上。此外，光束之一如B₁可以与垂线一致。当光接收器24完全偏离垂线的垂足Z₀时，如图1所示，另一组第二光栅22和具有基本上相同的信号强度的光接收器24可以放在对称的位置上。这将在下面的第一实施例中 表示出，这样两组彼此存在着相位差的第二光栅22能容易地辨别方向和区分相位等等。

进一步地，光接收器24的尺寸不一定要使光线B₁和B₂同时被单一接收器24接收到，以图2为例，两光接收器（24A和24B）以预定的中心间距（L）安放，分别用来接收光线C₁和C₂，而光线C₁和C₂对光栅间距的依赖关系彼此相差半个周期，并满足下面的等式关系，然后两信号的和形成单一的检测信号。

（U₂V₂）/（U₂+V₂）-（U₁V₁）/（U₁+V₁）≈mp²/2λ （3）

L≈n〔（U₂+V₂）Sinθ₂-（U₁+V₁）Sinθ₁〕 （4）

这里L为第二光栅22上光束C₁和C₂的中心间距（≈光接收器24A和24B的中心间距），其它符号与等式（1）和（2）的情况相同。

尤其是反射型编码器，与前面所述的情况相似，上述等式（3）和（4）可表示为下列等式：

d₂-d₁＝mp²/λ （7）

L≈2n（d₂Sinθ₂-d₁Sinθ₁） （8）

相应地，在上述情况下，两接收器24A和24B彼此相差半个周期的输出信号之和构成一个检测信号，可以使几何象基本上被抵消。

如上所述，在本发明的第一种情况下，而且在采用发散光源和反射型编码器时，检测信号中由几何象产生的信号可以被消除，致使光栅间距对检测信号S/N比的影响可以消除。这样对定位精确度的要求不那么严格、检测器的成本减少就成为显著的优点。

为实现本发明第二个方面的目的，在一个反射型编码器中包括：

一个光源系统;

一个带有周期性的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;

一个光接收器，用来对光源系统发出的经第一光栅反射，透过第二光栅的光进行光电转换;

其中产生一个根据两度盘之间的相对位移周期性变化的检测信号;

光源系统包括一个点光源和一个用来会聚发自点光源的光束以形成一个次级点光源的会聚透镜;

次级点光源位于分度盘第二光栅所处的平面上。

具体地，在本发明的第二种情况下，采用反射型编码器时，用的是点光源且光束不是准直的。从初级点光源发出的发散光经会聚透镜会聚以形成次级点光源，且次级点光源位于分度盘的第二光栅所在的平面。由于直径比准直透镜要小的聚光镜被用于反射型编码器中，所以编码器的体积不仅在厚度方向而且在平行于主标度盘的刻度平面方向上得以减小。而且不必把点光源倾斜放置，这样相应组件的安排也容易了。

进而，当用柱状折射率分布的透镜做聚光透镜时，这个聚光镜可以做得较小，于是编码器的尺寸可以缩小。

当第二光栅分为彼此相位相差90°的四段，且使次级点光源形成在第二光栅四个分段的中心时，这四个分段的第二光栅可被均匀地照射，并且编码器可缩小尺寸。

进而，当次级点光源位于第二光栅所成平面的窗口处时，这些适度发散的光线照射在光栅上，使产生一个有令人满意的S/N比的检测信号。

本发明的实质和其它目的以及优点，很容易从有关附图的如下说明中清楚地看出，在附图中，同样的标号在全部附图中代表相同或相似的部分：

图1和图2是解释本发明第一种情况的原理图;

图3是表示本发明第一实施例整个结构的透视图;

图4是图3中Ⅳ-Ⅳ截面的剖视图;

图5是图4中Ⅴ-Ⅴ截面的剖视图;

图6是表示本发明第二实施例的整体结构的剖面图;

图7是表示本发明第三实施例整体结构的透视图;

图8是图7中Ⅷ-Ⅷ截面的剖视图;

图9是图8中Ⅸ-Ⅸ截面的剖视图;

图10是表示本发明第四实施例整体结构的透视图;

图11是表示本申请人在日本专利申请61-191532中提出的相关技术的结构平面图;

图12是表示上述相关技术中光栅间距与检测信号S/N比之间关系的曲线图;

图13是图10中箭头ⅩⅢ所指方向上的剖视图;

图14是表示本发明第一种情况下另一实例的理论结构的剖视图;

图15是表示应用传统准直光束的反射型编码器的一实例的结构剖视图;

图16是一剖视图，表示了本申请人在日本专利申请61-194183中提出的用发散光源的反射型编码器的一个结构实例。

本发明所提出的反射型编码器的实施例，将在下面结合附图详 细说明。

根据图3至图5所示的本发明第一个实施例，在反射型线性编码器中包括：

一个装在外壳32内包含激光二极管灯头34（参见图4）的发散光源30;

一个主标度盘16带有栅距为P的第一光栅18;

一个透光的分度盘20，带有四个相应的第二光栅22A、22B、22C、22D（参见图5）;

四个光接收器24（参见图4），它将对由发散光源30发出的、经第一光栅反射并透过各个第二光栅22A-22D的光进行光电转换，其中根据主标度盘16与分度盘20的相对位移获得了两检测信号a和b;

在度盘的横向上每个光接收器24的尺寸被确定为在这个尺寸范围内中心间距为W并满足上述等式（5）（6）的两束光线B₁和B₂（参见图1）被相应的第二光栅22A-22D接收到。

如图4所示，发散光源30包括有：作为初级点光源的激光二极管灯头34;一个折射率柱状分布的透镜40作为一聚光透镜，用来把从LD灯头34发出的发散光会聚以形成一个次级点光源。而且，次级点光源宜落在平面42（镀铬面）上，该平面为第二光栅22A-22D所在的位置。

主标度盘16由玻璃板构成，如图3所示，并在一个表面（外表面）形成了栅距为P的周期性条纹状的第一光栅18。

如图5所示，在分度盘20内具有彼此相等栅距的第二光栅22A、22B、22C、22D，形成对应相位为0°，90°， 180°和270°的四个分段，镀铬面42上构造一个中心窗口52，开口处有次级点光源并且可以通光。

例如，中心开口的高为0.4mm，宽为0.1mm。激光二极管灯头34发出的发散光被变折射率透镜40（如Solfoclens（商标），日本玻璃板有限公司的产品）聚集在中心开口52内，形成一个次级点光源54（参见图4）。

如图4所示，分别与第二光栅22A-22D对应的四个光接收器24被安装在光接收板56上。第二光栅22A-22D位于图5虚线所示的位置上，由此两个第二光栅分别构成一对，由差分放大器60和62产生检测信号a和b。

变折射率的透镜40也被插在光接收板56中心。

例如，在第一实施例中，当栅距P＝8μm，光源的波长λ≈0.8μm，m＝n＝1，U＝V＝d＝5mm，θ₁＝8°时，d₁、d₂和θ₂可由前述等式（5）（6）得到：

d₁＝d/Cosθ₁≈5.049mm

d₂＝2P²/λ+d₁≈5.209mm

θ₂＝16.3°因为Cosθ₂≈5/5.209

当把这些数值代入等式（6）时，W≈1.518≈1.5mm，因此，如果在度盘的横向上每个光接收器24的尺寸都确定为可接收到两束中心距离W≈1.5mm的光线B₁和B₂的宽度，或确定为第二光栅22A-22D处的整数倍，则几何象可被抵消。

在这个实施例中，次级点光源54是用非均匀折射率透镜40来形成的，可得到基本上理想的发散光。形成发散光源30的方法不必局限于此，激光二极管可直接作为发散光源，除激光二极管外， 钨丝灯和发光二极管可以被采用。

下面详细说明本发明的第二实施例。

根据第二实施例，在与第一实施例相似的反射型编码器中，与各第二光栅22A-22D相对应装有两个光接收器24（24A和24B），如图6所示，在标度盘横向上光接收器24A和24B的中心间距定为等式（8）中的L，以使满足前述等式（7）（8）的两光线C₁、C₂（参见图2）在第二光栅22A-22D相应处被接收到。光接收器24A和24B各自的输出信号之和由加法器64A-64D得到，借助于与第一实施例相似的差分放大器60和62，输出信号被差分放大，进而得到能辨别方向和区分相位等的检测信号a和b。

比如，在第二实施例中，如果栅距P＝8μm，光源的波长λ≈0.8μm，m＝n＝1，U＝V＝d＝5mm，且θ₁＝8°，则等式（7）（8）中的d₁、d₂和θ₂为：

d₁≈5.049mm

d₂≈5.129mm

θ₂≈12.9°

若将d₁、d₂和θ₂代入（8）式中，则L≈0.884≈0.9mm。因此，在第二光栅22A-22D处，在度盘的横向上，光接收器24A和24B的中心间距大约为0.9mm或在第二光栅22A-22D处为0.9mm的整数倍，则经对输出信号求和使几何象基本上被抵消。

以下为本发明第三实施例的详细说明。

如图7所示，第三实施例的主标度盘16带有：与第一实施例 相似的第一光栅18;一个作为第一绝对零点标记的标记带43，标记带43包含不规则图形构成的第一绝对零点标记44和分布于其间的镀铬段;以及一个镀铬表面46以产生绝对零点信号的参考信号。

进而，如图9所示，第三实施例的分度盘20带有：第二光栅22A、22B、22C和22D，以及与第一实施例相似的开口52;对第一绝对零点标记44倍乘得到的图形构成了第二绝对零点标记48;在垂直于第二光栅22A-22D的方向上有一条纹状绝对零点参考标记50，由此透光率被减小以与透过绝对零点标记44和48的光平衡。

如图8所示，按照图9虚线表示的位置，光接收板56上安置分别与四个第二光栅22A-22D、第二绝对零点标记48及绝对零点参考标记50对应的6个光接收器24，二光接收器24组成一对。在比较器58中，由第二绝对零点标记48产生的信号与绝对零点参考标记50产生的信号相比较，以转换成绝对零点信号Z，并且依靠差分放大器60和62，把第二光栅22A-22D产生的信号转换成两个信号a和b。

这里，第一光栅所处的平面和第二光栅所处的平面（镀铬平面42）之间的间距V与次级点光源54和第一光栅18所处的平面之间的间距U重合。在实验中，当U（V）＝6mm，P＝8μm，和Q＝8μm时，检测信号a和b的节距为4μm，并且信噪比S/N满足要求。

在本实施例中，非均匀折射率的透镜40被用作聚光透镜，因此检测器的尺寸变得紧凑了。此外，聚光透镜的结构并不限于此，也可采用普通玻璃透镜。将聚光透镜这样使用时，编码器乍看上去变厚了，然而聚光透镜可以很小，因此这种结构的尺寸可以比借助于传统的准直透镜获得平行光的情况要小。

由于在本实施例中，在第二光栅22A-22D四段的中心处设有次级点光源54，所以对应的第二光栅基本上能被光均匀照射，从而使编码器的尺寸变小。此外，第二光栅分段的数目和形成次级点光源的位置不必局限于此。

进一步地，因为在本实施例中次级点光源54会聚在第二光栅所处平面上的小矩形开口52处，所以没有过多的发散光线照在光栅18上，并且可以获得信噪比S/N满意的检测信号a和b。此外，透过光线的开口52的形状和大小不必局限于此。

进而，因为在本实施例中，主标度盘16由玻璃构成，第一光栅18等形成在主标度盘16的外表面上，所以设定主标度盘16的厚度可使编码器的尺寸变得紧凑。主标度盘的结构不必局限于此，也可采用金属反射型标度盘。

进一步，因为在本实施例中，绝对零点标记44和48共同被用来获得绝对零点信号Z，所以通过检测绝对零点可进行校正。获得绝对零点信号Z的机构如绝对零点标记也可省去。

以下详细说明本发明的第四个实施例。

如图10所示，依据第四个实施例，光学编码器包括：

一个具有等效波长λ的相干准直光源系统10，包含一个发光二极管12和一个准直透镜14;

一个带有栅距为P的第一光栅的主标度盘16;

一个带有两个栅距为Q的第二光栅22的分度盘20，这两光 栅的Q值对应于第一光栅18的2n次谐波（n为自然数），两个第二光栅相位彼此差90°;

光接收器24对准直光源系统发出的经第一光栅18和第二光栅22滤光的光线进行光电转换;

一个前置放大器26，它对光接收器24输出的信号分别进行放大，以获得相位彼此相差90°的检测信号a和b。

如图13所示，分度盘20相对于主标度盘16倾斜放置，倾斜量为δ＝mQ²/λ（m是自然数），因此在检测信号a和b中由第一光栅18几何象随光栅间距V所产生的波动分量可以被消除。

激光二极管是理想的准直光源系统10，在本实施例中也可采用钨丝灯或发光二极管12。

当第一光栅18的栅距P为20μm时，第二光栅22的栅距Q可为10μm（m＝1）或5μm（m＝2）…。

在本实施例中，由于在图12实线A表示的因光栅间距V产生波动分量的检测信号中消除了由几何象造成的波动（在图12中用点划线C表示），所以可以获得图12中虚线B所示的检测信号，且具有由衍射象导致的高信噪比S/N，衍射象基本上是与光栅间距无关的常量。

下面详细说明本发明的第五实施例。

如图14所示，在第五实施例中，光接收器可分为上下两部分24A和24B，且在加法器28中相加后，获得一个检测信号，例如检测信号b。作为两光接收器的和，另一检测信号a可同样地获得。

在第五实施例中，倾斜量为δ＝mQ²/2λ，此倾斜量为在分 度盘20上对光接收器24A和24B照射的光分布区的重心之间的距离。

其它方面的结构与作用与第四实施例相似，故不详述。

顺便说一下，在上述所有实施例中，本发明均被用于包含玻璃标度盘的编码器。但是，本发明申请的范围不必局限于此，本发明还可用于含有金属标度盘的编码器和旋转式编码器。

Claims (4)

1、一种反射型光学编码器，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。

2、如权利要求1所述的反射型编码器，其特征在于聚光透镜是柱状折射率分布的透镜。

3、如权利要求1所述的反射型编码器，其特征在于第二光栅被分为相位彼此相差90的四个分段，次级点光源形成在第二光栅四个分段的中心。

4、如权利要求1所述的反射型编码器，其特征在于所述的次级点光源位于第二光栅所处平面的一个开口处。

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