CN102308187A

CN102308187A - 编码器

Info

Publication number: CN102308187A
Application number: CN2009801559918A
Authority: CN
Inventors: 牧野内进; 渡边昭宏; 今井亨
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2009-02-06
Filing date: 2009-11-11
Publication date: 2012-01-04
Anticipated expiration: 2029-11-11
Also published as: JPWO2010089824A1; WO2010089824A1; TW201030322A; US20110272565A1; JP5343980B2; TWI463116B; KR20110121612A; CN102308187B; US8710426B2

Abstract

编码器，其具备：光调制部，用以调制从光源射出的光的至少一部分；移动构件，具有光中的多个光线射入的入射面，可于至少一方向相对移动；以及至少两个受光部，分别接受在移动构件上的至少两个区域产生的干涉条纹；以随着光调制部进行的调制使至少两个干涉条纹在移动构件上彼此移动于相反方向的方式，使光射入移动构件。

Description

编码器

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2009年2月6日申请的日本特愿2009-026425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，照射根据规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，揭示有一种技术，即对测量用标尺的移动体照射第1光，根据照射至与该移动体不同的参照标尺或中点监测器的第2光检测第1光在移动体上的照射位置相关的信息(专利文献2)。

专利文献1：美国专利第6639686号

专利文献2：国际公开第07/077855号

发明内容

在上述扫描式编码器，由于例如从光源发出的热等的影响、保持该光源与移动体等的保持构件的变动、光源的经时变动等，会有从光源射出的光的波长中心偏移的情形。

此种情形，移动体的位置检测结果含有误差，作为高分辨率传感器会有产生非常大的误差的问题。

本发明方式的目的在于提供一种降低移动体的位置检测结果所含的误差，提升移动体的位置检测结果的精度的编码器。

本发明一实施方式的编码器，其具备：光调制部，用以调制从光源部射出的光的至少一部分；移动构件，具有该光的多个光线射入的入射面，可于至少一方向相对移动；以及至少两个受光部，分别接受在该移动构件上的至少两个区域产生的干涉条纹；以随着该光调制部进行的调制使该至少两个干涉条纹在该移动构件上彼此移动于相反方向的方式，使该光射入该移动构件。

本发明另一实施方式的编码器，其具备：光调制部，用以调制从光源部射出的光的至少一部分；移动构件，具有该光的多个光线射入的至少两个区域，可移动于至少一方向；光偏向构件，使该多个光线中的至少第1光线偏向，以使该第1光线射入该至少两个区域的一者，使该多个光线中的至少第2光线偏向于与该第1光线不同的方向，以使该第2光线射入该至少两个区域的另一者；第1受光部，接受使该第1光线与该多个光线中的射入该至少两个区域的一者的第3光线产生干涉的第1干涉光；以及第2受光部，接受使该第2光线与该多个光线中的射入该至少两个区域的另一者的第4光线产生干涉的第2干涉光。

本发明另一实施方式的编码器，其具备：光调制部，用以调制从光源部射出的光的至少一部分；移动构件，可移动且具有来自该光源部的多个光线射入的入射面；以及至少两个受光部，分别检测在该移动构件上的至少两个区域产生的干涉条纹；随着该光调制部进行的调制使该至少两个干涉条纹在该移动构件上彼此移动于不同的方向。

本发明另一实施方式的编码器，其具备：光调制部，用以调制从光源部射出的光的至少一部分；移动构件，可移动且包含具有来自该光源部的多个光线射入的至少两个区域的入射面；光偏向构件，使射入该入射面中第1交叉区域的第1光线及第3光线中的一者偏向，且使射入该入射面中第2交叉区域的第2光线及第4光线中的一者偏向；第1受光部，检测该第1光线与该第3光线的第1干涉光；以及第2受光部，检测该第2光线与该第4光线的第2干涉光。

根据本发明的方式，可降低移动光栅的位置检测结果的误差，提升编码器进行的移动光栅的位置检测结果的精度。

图式简单说明

图1是显示第1实施方式的概略图。

图2是用以说明本实施方式中在移动光栅的干涉的概略图。

图3是显示第2实施方式的概略图。

图4是显示第3实施方式的概略图。

图5是显示第4实施方式的概略图。

图6是显示第5实施方式的概略图。

符号说明

1～5 编码器

11 光源部

11a 光源

11b 准直镜(准直化构件)

12 光分支构件

13 光调制部

14 玻璃块(光路长变更部)

15 索引光栅(光偏向构件)

16 移动光栅(移动构件)

17，18 受光元件(受光部)

19 移动量检测装置(位置算出部)

具体实施方式

(第1实施方式)

以下，参照图式说明本发明一实施方式。图1是显示本发明一实施方式的编码器1的构成的概略图。本实施方式中，编码器1是所谓绕射干涉方式的编码器，为检测在规定方向(例如，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。此外，以下将朝向纸面上方的方向作为Y轴的正方向、纸面右方向作为X轴的正方向、从纸面背面朝向表面的方向作为Z轴的正方向来进行说明。

如图1所示，本实施方式中，编码器1具有光源部11、光分支构件12、光调制部13、玻璃块14、索引光栅15、2个受光元件17，18、移动量检测装置19、及设成可相对此等构成构件位移的移动光栅16。

光源部11包含光源11a、准直镜11b。此外，光源部11不包含准直镜11b亦可。

光源11a是例如射出激光光的激光元件，将经光调制部13调制波长后的同调光朝向-Y轴方向侧射出。

准直镜(准直化构件)11b接受从光源11a射出的光，使其偏向成Y轴方向的平行光。

光分支构件12接受从光源部11射出的光，使接受的光分支成多个光线L1，L2，L3。亦即，光分支构件12是由例如在与光路A，B，C对应的位置使光透射过、在其它部分遮断光的部分透射率不同的光罩构成，在与从准直镜11b射出的平行光的光轴(Y轴方向)正交的位置(X轴方向)配置受光面。因此，射入光分支构件12的平行光，分支成光线L1～L3，从与光路A，B，C对应的位置射出。

光调制部13，例如使供应至光源11a的电流变化，据以使从光源11a射出的光的波长周期性变化。光调制部13，例如使从光源11a射出的光的波长λ＝850nm变化Δλ＝±5nm。亦即，光调制部13，使从光源11a射出的光的波长在λ＝845～855nm的范围变化。

玻璃块14是使从光源部11射出的多个光线中的至少一部分光的光路长变更的光路长变更部，例如配置于光分支构件12与移动光栅16之间的光路B上，使从光分支构件12射出的光线L2透射过。玻璃块14具有规定折射率N1，在从光分支构件12射出的光线L2的行进方向(例如，Y轴方向)具有规定厚度D。

因此，透射过玻璃块14的光线L2的光路长，对应该折射率N(例如，折射率N1)及厚度D的大小，相较于例如透射过空气中的光线L1及光线L3的光路长变长。亦即，玻璃块14相对作为从光源11a至移动光栅16的光路实质上距离相等的光线L1，L2间仅配置在光线L2的光路B上，据以使光线L1，L2彼此的光路长相对变更，使光线L2的光路长相较于光线L1的光路长变长。又，同样地，在光线L2，L3间亦仅在光线L2的光路B上配置玻璃块14，通过玻璃块14使光线L2，L3的光路长相对变更。由此，光线L2的光路长相较于光线L3的光路长变长。亦即，光源L2的从光源11a至移动光栅16的光路长相较于光线L1及光线L3的从光源11a至移动光栅16的光路长变长，玻璃块14能使射入形成在移动光栅16上的交叉区域的多个光线彼此的光路长相对变更。

由此，透射过玻璃块14的光线L2的作为光路的实质距离即使与光线L1，L3相同，波面的相位在移动光栅16的入射面亦延迟。此处，光路长是空间上距离乘上折射率的光学距离。

索引光栅15是使从光分支构件12射出的多个光线L1～L3的行进方向分别变更的光偏向构件，以在移动光栅16上形成至少两个交叉区域。

索引光栅15是例如以与移动光栅16实质上相同的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15根据入射光产生多个绕射光，例如，使规定入射光绕射成±1次绕射光。

亦即，索引光栅15使射入的光线L1～L3分别绕射成±1次绕射光，射出根据光线L1的+1次绕射光Lp1(第3光线)、根据光线L2的-1次绕射光Lm2(第1光线)及+1次绕射光Lp2(第2光线)、根据光线L3的-1次绕射光Lm3(第4光线)。此外，如上述，+1次绕射光Lp1与-1次绕射光Lm3，从光源部11至移动光栅16的光路长(以下，称为第1光路长)相等，根据光线L2的-1次绕射光Lm2及+1次绕射光Lp2的从光源部11至移动光栅16的光路长(以下，称为第2光路长)相等，相较于第1光路长，第2光路长较长。又，如上述，+1次绕射光Lp1与-1次绕射光Lm3由相同光构成，且根据光线L2的-1次绕射光Lm2及+1次绕射光Lp2由相同光构成。

移动光栅16，是设于相对光源部11、光分支构件12、光调制部13、玻璃块14、索引光栅15、及受光元件17，18位移的移动体的绕射光栅。又，移动光栅16是形成有沿着该位移的移动方向(例如，X轴方向)周期性形成的绕射图案的绕射光栅。

移动光栅16具有从光源部11射出的光中的多个光线射入的入射面。又，移动光栅16，在入射面形成有索引光栅15所绕射后的绕射光重迭的多个交叉区域M1，M2，将射入多个交叉区域M1，M2的绕射光以行进方向实质上为相同方向的方式从射出面射出。亦即，射入移动光栅16上的交叉区域M1的+1次绕射光Lp1及-1次绕射光Lm2，一部分重迭产生干涉，作为干涉光L12射出至-Y轴方向侧。又，射入移动光栅16上的交叉区域M2的+1次绕射光Lp2及-1次绕射光Lm3，一部分重迭产生干涉，作为干涉光L23射出至与干涉光L12实质上为相同方向的-Y轴方向侧。此处，交叉区域是射入的多个光在移动光栅16的入射面重迭的区域，为形成干涉条纹的区域。

亦即，射入移动光栅16上的交叉区域M1的-1次绕射光Lm2与射入移动光栅16上的交叉区域M2的+1次绕射光Lp2，相对移动光栅16的入射面方向从彼此相反方向射入移动光栅16的入射面。此处，「从彼此相反方向分别射入」，意指例如射入移动光栅16上的不同交叉区域M1，M2的-1次绕射光Lm2与+1次绕射光Lp2，在与移动光栅16的入射面正交的假想面(例如，X-Y平面)，从彼此不同的方向射入移动光栅16的入射面(例如，斜向射入)，亦即，意指相对平行于与移动光栅16的入射面正交的多个光线L1～L3的光轴(Y轴方向)的任意假想线从斜方向射入，相对此假想线在X轴方向的反方向(+X方向侧与-X方向侧)具有入射角。此外，对移动光栅16的入射角可相同，亦可为不同角度，又，严格来说即使入射角不同，只要在设计上的误差范围为大致相同角度即可。

又，虽未图示，射入移动光栅16上的交叉区域M1的-1次绕射光Lm2与射入移动光栅16上的交叉区域M2的+1次绕射光Lp2，为在分别射入移动光栅16以前、相对与移动光栅16的入射面垂直的规定轴从彼此相反侧与该规定轴交叉者亦可。此时，-1次绕射光Lm2与+1次绕射光Lp2在交叉的后从彼此相反的方向射入移动光栅16上的不同交叉区域。

再者，射入移动光栅16上的光线之中，射入移动光栅16上的交叉区域M1的-1次绕射光Lm2与射入移动光栅16上的交叉区域M2的+1次绕射光Lp2，分别相对与移动光栅16的入射面垂直的规定轴对称。此外，成为对称轴的规定轴，与移动光栅16的入射面大致垂直亦可，包含设计上的误差范围。

又，射入移动光栅16的交叉区域M1的+1次绕射光Lp1与-1次绕射光Lm2的光路，例如，在交叉区域M1，相对与移动光栅16的移动方向(X轴方向)大致正交的大致垂直的直线(Y轴方向，亦即，从光源部11射出的光的光轴)对称，射入移动光栅16的入射角为相同角度。同样地，射入移动光栅16的交叉区域M2的+1次绕射光Lp2与-1次绕射光Lm3，亦例如在交叉区域M2相对Y轴方向对称，射入移动光栅16的入射角为相同角度。此外，大致垂直的直线包含设计上的误差范围。

本实施方式中，移动光栅16是例如透射型的绕射光栅，朝向配置于移动光栅16的射出面侧的多个受光元件17，18射出干涉光L12，L23。亦即，根据+1次绕射光Lp1与-1次绕射光Lm2的干涉光L12射入受光元件17(第1受光部)，根据+1次绕射光Lp2与-1次绕射光Lm3的干涉光L23射入受光元件18(第2受光部)。

受光元件17，18接受分别从移动光栅16的不同位置射出的干涉光L12，L23，输出表示干涉光L12，L23的干涉强度的光电转换信号。

移动量检测装置19与受光元件17，18分别连接，输入有在受光元件17，18转换后的光电转换信号。移动量检测装置19，根据受光元件17，18所检测后的光电转换信号，算出移动光栅16的移动信息(位置信息)。

此外，移动光栅16并不限于透射型，例如亦可为反射型的绕射光栅，此时，受光元件17，18配置于可接受反射光的位置(例如移动光栅16的入射面侧)。

接着，说明编码器1进行的干涉光检测方法的一例。

通过光调制部13调制光的波长后的调制光，从光源11a射出至-Y轴方向侧。从光源11a射出的调制光，透射过准直镜11b偏向成平行光。通过准直镜11b偏向后的平行光射入光分支构件12，分支成多个光线L1～L3。从光分支构件12射出，行进光路A～B的光线L1～L3，行进与通过准直镜11b偏向后的平行光的光轴平行的方向(Y轴方向)，射入索引光栅15。

该等多个光线L1～L3之中，光线L1及L3直接射入索引光栅15，通过索引光栅15分别绕射成光线Lp1或光线Lm3。另一方面，光线L2透射过玻璃块14，射入索引光栅15，绕射成光线Lm2及光线Lp2。

通过索引光栅15绕射后的光线Lp1及光线Lm2，射入移动光栅16的入射面上的交叉区域M1，通过移动光栅16进一步绕射，作为干涉光L12射出至-Y轴方向侧。同样地，光线Lp2及光线Lm3，射入移动光栅16的入射面上的交叉区域M2，通过移动光栅16进一步绕射，作为干涉光L23射出至-Y轴方向侧。在移动光栅16的交叉区域M1，形成在第1方向周期性变化的干涉条纹，在交叉区域M2，形成在与第1方向不同的第2方向周期性变化的干涉条纹。

从移动光栅16射出的干涉光L12，L23分别射入受光元件17，18，转换成表示干涉光的干涉强度的光电转换信号。

如上述，(1)从光源部11射出的光线L1～L3被调制波长，且根据从移动光栅16射出的干涉光L12，L23的光线之中、光线Lm2与光线Lp2是根据相对根据相同光线的光线L1，L3分别赋予相同光路长差的相同光线L2的光线。又，(2)从索引光栅15射出的光线Lm2与光线Lp2，相对移动光栅16的移动方向(X轴方向)射出至彼此相反方向侧。再者，从光源部11至移动光栅16的光学系统(光分支构件12、玻璃块14、索引光栅15)，相对与移动光栅16的入射面方向正交的光线L2的光轴(Y轴方向)对称，光线L1～L3的光路，相对光线L2的光轴(规定轴)或与该光轴平行的轴(规定轴)对称。

由此，(3)射入移动光栅16上的交叉区域M1的+1次绕射光Lp1与-1次绕射光Lm2的干涉产生的干涉光L12(第1干涉光)、及射入移动光栅16上的交叉区域M2的+1次绕射光Lp2与-1次绕射光Lm3的干涉产生的干涉光L23(第2干涉光)，彼此为相反相位。又，根据受光元件17，18所检测的各干涉光L12，L23的干涉强度，是以光调制部13所赋予的调制相关的数值项目彼此为相反相位的数学式表示。因此，通过使根据受光元件17，18所检测的各干涉光L12，L23的干涉强度相加，能使调制相关的数值项目彼此抵销。

此外，此处所谓干涉光L12，L23为相反相位，包含由于例如从移动光栅16射出的多个干涉光中、形成各干涉光的多个光线之中、相对一光线赋予相同光路长差的另一光线，从与移动光栅16的移动方向(X轴方向)正交的直线(Y轴方向)，朝向彼此相反方向侧射入移动光栅16，因此表示相位差的调制相关的数值项目彼此为相反相位。又，亦即，包含由于在各交叉区域M1，M2、相对构成干涉光的光线中的一光线赋予相同光路长差的另一光线，以相同入射角射入移动光栅16的入射面，且相对移动光栅16的移动方向射入相反方向侧，因此表示相位差的调制相关的数值项目彼此为相反相位。

又，根据从光源11a射出的调制光的光线Lp1与光线Lm2、及光线Lp2与光线Lm3分别在移动光栅16产生干涉的状态下具有规定相位差，因此编码器1在移动光栅16上例如可获得在移动方向(X轴方向)周期性变化(或移动)的干涉条纹。此外，干涉条纹的周期性变化是根据光调制部13所调制后的波长的周期性变化，受光元件17，18所获得的光电转换信号，是以将移动光栅16的位置信息赋予光调制部13的调制信号进行调制者表示。是以，受光元件17，18所获得的光电转换信号，是根据移动光栅16的位置信息与从光源11a射出的调制光的周期性变化的两者，根据该光电转换信号，利用既知光调制部13的调制信息，可获得移动光栅16的位置信息。

因此，(4)移动光栅16上的交叉区域M1(第1区域)与交叉区域M2(第2区域)的干涉条纹周期性变化，如上述，由于干涉光L12，L23彼此为相反相位，因此交叉区域M1的干涉条纹在第1方向(例如，-X轴方向)周期性变化，交叉区域M2的干涉条纹在与第1方向不同的第2方向(例如，+X轴方向)周期性变化。亦即，移动光栅16上的至少两个交叉区域M1，M2分别产生的干涉条纹，随着光调制部13的调制彼此移动于相反方向。

此外，本实施方式的各构件具有上述构成，但不限于上述记载，亦能以下述方式记载。

例如，光调制部13是用以调制从光源部11射出的光中的至少一部分的构成，例如用以调制光的波长或相位。本实施方式的光调制部13能将射入交叉区域M1的光线Lp1与光线Lm2的波长加以相对调制，将射入交叉区域M2的光线Lp2与光线Lm3的波长加以相对调制。

接着，使用图2详细说明从移动光栅16射出的干涉光L12。图2是用以说明图1所示的编码器1中光线的复相位的概略图。又，为了方便说明，图2中，将在移动光栅16的交叉区域M1产生干涉的光线Lp1及光线Lm2在X轴方向错开显示，将光线Lm2分成有无透射过玻璃块14的情形显示。

如图2所示，索引光栅15与移动光栅16，是具有沿着X轴方向周期性形成的相同光栅间距的绕射图案的透射型绕射光栅，索引光栅15将射入的光线L1绕射成+1次绕射光，将射入的光线L2绕射成-1次绕射光。

通过索引光栅15从光线L1绕射后的+1次绕射光Lp1，通过移动光栅16进一步绕射成-1次绕射光L10，射入受光元件17。此-1次绕射光L10的复相位如式1所示。式1中，「k」是波长、「L」是图2所示的索引光栅15与移动光栅16之间的光线距离、「P」是索引光栅15与移动光栅16的光栅间距、「X」是索引光栅15与移动光栅16的光栅间在X轴方向的相对位置信息。

数学式1

E1＝A·exp(jKL+2π/P ·(Lsinθ+X))…(式1)

又，同样地，通过索引光栅15从光线L2绕射后的-1次绕射光Lm2，通过移动光栅16进一步绕射成+1次绕射光L20，射入受光元件17。此+1次绕射光L20的复相位如式2所示。

数学式2

E2＝A·exp(jKL+2π/P·(Lsinθ-X))…(式2)

接着，-1次绕射光L10与+1次绕射光L20产生干涉时的干涉强度S1如式3所示。

数学式3

S1＝|E1·E2|²＝2A²+2cos(4πX/P)…(式3)

是以，索引光栅15或移动光栅16的任一者在移动方向(X轴方向)移动1个间距时，根据受光元件17的光电转换信号通过移动量检测装置19检测出2个周期(4π)的光量变化。

另一方面，如本实施方式的光线L2般，在射入索引光栅15以前透射过玻璃块14，由此相对光线L1被赋予光路长差的+1次绕射光L20的复相位如式4所示。

数学式4

E2’＝A·exp(jKL+2π/P ·(Lsinθ-X)+ΔL)…(式4)

此处，比较式2与式4，复相位E2’相较于复相位E2相位差不同ΔL，-1次绕射光L10与透射过玻璃块14的+1次绕射光L20产生干涉时的干涉强度S’1如式5所示。

数学式5

S’1＝|E1·E2’|²＝2A²+2cos(4πX/P+ΔL)…(式5)

亦即，从式3及式5可知，包含透射过玻璃块14的+1次绕射光L20的干涉光的干涉强度亦是相位差不同ΔL。此外，如式3及式5所示，受光元件17，18所获得的干涉强度，由于不包含取决于波长的变量项，因此即使波长变化干涉强度的图案亦不变化。

此处，相位差ΔL是以ΔL＝(N-1)×D×Δk表示，通过光调制部13光的波长从λ₁调制至λ₂时，设Δk＝(1/λ₁-1/λ₂)，则由于波长调制成Δλ＝λ₀-sinωt，因此Δk＝A₀×sinωt，ΔL＝(N-1)×D×A₀×sinωt。将此相位差ΔL＝(N-1)×D×A₀×sinωt代入式5，则如式6所示。此处，「N」是玻璃块14的折射率，「D」是玻璃块14的厚度，「A₀」是设计时所决定的规定设定值，「ωt」是角相位。

数学式6

S’1＝|E1·E2’|²＝2A²+2cos(4πX/P+(N-1)D A0·sinωt)

…(式6)

亦即，如式6所示，受光元件17所检测的光线Lp1与光线Lm2的干涉光L12的干涉强度，是以赋予光调制部13的调制信号将移动光栅16的位置信息X加以调制者。此外，此式6所示的干涉强度的光电转换信号输出至移动量检测装置19(位置算出部)时，通过移动量检测装置19算出移动光栅16的位置信息X。

同样地，干涉光L23的干涉强度S2如式7所示。

数学式7

S2＝|E3·E4’|²＝2A²+2cos(4πX/P-(N-1)D A0·sinωt)

…(式7)

如上述，式6所示的干涉光L12的干涉强度S’1与式7所示的干涉光L23的干涉强度S2彼此为相反相位。因此，将该等相加除以2、亦即运算(S’1+S2)/2，由此除去光调制部13所调制的调制要素，可在移动量检测装置19算出不含调制要素的移动光栅16的位置信息X。

是以，例如，即使来自光源部11的光的波长中心偏移的情形，在移动量检测装置19所算出的移动光栅16的位置信息X，在因光的波长中心偏移等产生的移动光栅16的位置检测结果不含误差，可提升编码器1进行的移动光栅16的位置检测结果的精度。

又，由于不需设置用以检测移动光栅16的位置检测结果所含误差的补偿机构等，因此能使编码器1的构成简单化，削减设置补偿机构等的成本。

此外，本实施方式中，使用玻璃块14配置于构成干涉光L12，L23任一者的光路上之例进行说明，但本发明并不限于此，例如，以在构成干涉光的光线相对赋予光路长差为条件，在构成干涉光的双方光线的光路上配置玻璃块14的构成亦可。

又，本实施方式中，以光分支构件12将来自光源部11的光分成3个光线L1～L3之例进行说明，但本发明并不限于此，分成4个以上的光线亦可。例如，根据光分支构件12分支的4个光线，使2个光线干涉产生2个干涉光的情形，在构成干涉光的任一者的2个光线的光路上分别配置玻璃块14的构成亦可。

再者，编码器1，即使在从光源部11射出的调制光的波长可变范围较小的情形，使光路差ΔL相较该波长可变范围充分大，则亦能对形成于移动光栅16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，使用发光激光二极管作为光源11a的情形，设从光源部11射出的调制光的中心波长为850nm，使供应至此发光激光二极管的驱动电流在2±0.5mA的范围变化，则从光源部11射出的光的波长在850±1nm的范围(波长可变范围)变化。此时，利用光路差ΔL为1mm的玻璃块14的情形，由于光路差ΔL相较波长可变范围充分大，因此形成于移动光栅16上的干涉条纹周期性变化，受光元件17，18可获得光电转换信号。

又，从光源11a射出的调制光的调制方法，作为上述光调制部13的电流变化者，例如，可利用以光通讯等为目的而利用的各种可变波长激光。又，从光源11a射出的调制光的调制方法，并不限于根据电流变化者，例如，可利用通过使利用为光源11a的激光元件的温度变化，使波长周期性变化的装置。

又，玻璃块14只要为使光透射、具有与周围不同的规定折射率N的介质即可，例如水晶等的透明介质亦可。

再者，本实施方式中，作为干涉光，以索引光栅15所绕射的±1次绕射光为例进行说明，但0次绕射光亦可，其它次数的绕射光亦可。

又，使用在本实施方式的移动光栅16上形成2个交叉区域M1，M2之例进行说明，但本发明并不限于此，形成至少2个以上的交叉区域M1，M2(干涉条纹)亦可。

(第2实施方式)

接着，参照图3说明本发明另一实施方式。图3是第2实施方式的编码器2的概略图。又，对与第1实施方式具有相同或同等的功能、构成的构成构件赋予相同符号以省略详细说明。

如图3所示，编码器2具有光源部11、光分支构件12、光调制部13、棱镜构件21、2个受光元件17，18、移动量检测装置19、及设成可相对此等构成构件位移的移动光栅16。本实施方式中，棱镜构件21构成光路长变更部及光偏向构件。

棱镜构件21，作为光路长变更部，使射入形成于移动光栅16上的交叉区域的多个光线彼此的光路长相对变更，且作为光偏向构件，使从光分支构件12射出的多个光线L1～L3的行进方向分别变更，据以在移动光栅16上形成至少2个交叉区域。

棱镜构件21，例如，如图3所示，在X-Y面上，具有中央部分厚度最厚、朝向两端变薄的形状，在Z轴方向具有一定厚度。又，棱镜构件21，是以与周围空间折射率不同的材料(例如玻璃、水晶等的透明介质)形成。通过此构成，棱镜构件21，使透射过厚度不同区域的光线的折射率相对变化，据以使光路长变更，且使光线的行进方向变更，将入射光分支成多个光线。

亦即，棱镜构件21，使透射过中央部的光线L2的光路长相较于透射过端部的光线L1，L3变长，且将光线L2分支为2个，使分支后的2个光线Lm2，Lp2从与移动光栅16的移动方向(X轴方向)正交的直线(Y轴方向)，朝向彼此相反方向侧射出至移动光栅16。棱镜构件21，将射入的光线L2折射至-X方向的光线Lm2朝向移动光栅16上的交叉区域M1射出，将射入的光线L2折射至+X方向的光线Lp2朝向移动光栅16上的交叉区域M2射出。又，棱镜构件21，将射入的光线L1折射至+X方向的光线Lp1朝向移动光栅16上的交叉区域M1射出，将射入的光线L3折射至-X方向的光线Lm3朝向移动光栅16上的交叉区域M2射出。

由此，从棱镜构件21射出的光线Lp1及光线Lm2在交叉区域M1产生干涉，从移动光栅16作为干涉光L12射出。又，同样地，从棱镜构件21射出的光线Lp2及光线Lm3在交叉区域M2产生干涉，从移动光栅16作为干涉光L23射出。

通过此构成，在受光元件17，18分别如式6及式7所示获得干涉强度S’1，S2。因此，通过使两者相加，除去光调制部13所调制的调制要素。因此，在移动量检测装置19所算出的移动光栅16的位置信息X，不含因光的波长中心偏移等产生的误差，因此编码器2可提升移动光栅16的位置检测结果的精度。

又，本实施方式的棱镜构件21，作为光路长变更部，能使射入一个交差区域M1的光线Lp1，Lm2的光路长与射入另一个交差区域M2的光线Lp2，Lm3的光路长变更，且能进一步使所有光路长变更以使光线Lp1，Lm3的光路长与光线Lp2，Lm3的光路长成为不同光路长。

(第3实施方式)

接着，参照图4说明本发明另一实施方式。图4是第3实施方式的编码器3的概略图。又，对与第1实施方式具有相同或同等的功能、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11、光分支构件12、光调制部13、玻璃块14、索引光栅31、2个受光元件17，18、移动量检测装置19、及设成可相对此等构成构件位移的移动光栅16。

索引光栅31与第1实施方式的索引光栅15相同，是具有与移动光栅16的光栅间距相同绕射图案的绕射光栅，但配置于光线L2的光路上、未配置于光线L1，L3的光路上的点与索引光栅15不同。亦即，索引光栅31，是使从光源部11射出的多个光线中、至少一部分(例如，光线L2)偏向的光偏向构件。

由此，与上述第1及第2实施方式相同，通过玻璃块14相对赋予光路长差，通过索引光栅31，从与移动光栅16的移动方向(X轴方向)正交的直线(Y轴方向)，朝向彼此相反方向侧绕射的光线Lm2及光线Lp2分别射出至交叉区域M3，M4。

另一方面，光线L1，L3直接射入交叉区域M3，M4，光线L1与光线Lm2产生干涉，作为干涉光L31射出至受光元件17，光线L3与光线Lp2产生干涉，作为干涉光L32射出至受光元件18。

通过此构成，在受光元件17，18分别如式6及式7所示获得干涉强度S’1，S2，因此，通过使两者相加，除去光调制部13所调制的调制要素。

如上述，编码器为利用非绕射光的光与绕射光产生的干涉光的构成亦可，又，为利用非绕射光的光彼此产生的干涉光的构成亦可。

又，本实施方式中，可充分确保光线L2相对其他光线的相位差(或光路长差)的情形，无玻璃块14亦可。

(第4实施方式)

接着，参照图5说明本发明另一实施方式。图5是第4实施方式的编码器4的概略图。又，对与第1实施方式具有相同或同等的功能、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、光分支构件12、索引光栅15、电气光学元件41、调制信号产生电路42、2个受光元件17，18、移动量检测装置19、及设成可相对此等构成构件位移的移动光栅16。本实施方式中，电气光学元件41及调制信号产生电路42构成光调制部13，索引光栅15构成光偏向构件。

电气光学元件41，是例如由EOM(光电调制器：Electro-OpticModulator)等的光学调制元件构成，位于光分支构件12与索引光栅15之间，仅配置于光线L2的光路上。

调制信号产生电路42，产生将透射过电气光学元件41的光线L2加以调制的调制信号，输出至电气光学元件41。调制信号产生电路42输出将射入电气光学元件41的光的相位例如偏移相位差ΔL的调制信号。

亦即，电气光学元件41及调制信号产生电路42，是将从光源部11射出的光中的至少一部分(例如，光线L2)加以调制的光调制部，将射入交叉区域M1的光线Lp1与光线Lm2的相位加以相对调制，将射入交叉区域M2的光线Lp2与光线Lm3的相位加以相对调制。

通过此构成，电气光学元件41根据从调制信号产生电路42输入的调制信号调制相位，据以调制入射的光线L2。亦即，光线L2相对光线L1，L3调制相位。因此，编码器3，(1)对形成干涉光的多个光线之中、光线Lp1与光线Lm2的关系及光线Lp2与光线Lm3的关系相对赋予相位差，据以调制射入交叉区域M1，M2的光线，(2)构成各干涉光的一光线Lm2及光线Lp2，相对移动光栅16的移动方向，朝向彼此相反方向射入移动光栅16，(3)从交叉区域M1，M2射出的干涉光L12，L23的干涉强度中，表示相位差的调制相关的数值项目彼此为相反相位，又，(4)移动光栅16上的交叉区域M1，M2的干涉条纹彼此在不同方向周期性变化。

由此，在受光元件17，18分别如式6及式7所示获得干涉强度S’1，S2，因此，通过使两者相加，除去光调制部13所调制的调制要素。

如上述，例如，在移动光栅16的交叉区域M1，调制构成干涉光L12的光中的至少任一光线Lm2的相位，则交叉区域M1的干涉条纹周期性变化。

此外，本实施方式中，以使用由EOM构成的电气光学元件41进行调制之例进行说明，但不限于本实施方式，替代电气光学元件或与电气光学元件一起使用例如由AOM(声光调制器：Acousto-OpticModulator)等构成的音响光学元件亦可。

(第5实施方式)

本发明中，如上述，周期性调制从光源射出的光的波长。因此，调制供应至光源的电流的情形，除了波长的调制外亦伴随光量的调制。由于调制波长的比例小，因此光量的调制小，但亦考虑产生除去此种光量调制的必要性。以下，参照图6说明用以除去光量调制的实施方式。以下所述构成可适用于上述所有实施方式的编码器。此外，本实施方式的编码器5，是使用适用于第1实施方式的编码器1之例进行说明。因此，对与编码器1具有相同或同等的功能、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11、光分支构件12、光调制部13、玻璃块14、索引光栅15、2个受光元件17，18、移动量检测装置19、设成可相对此等构成构件位移的移动光栅16、光量修正部51、及GCA(增益控制放大器)52，53。GCA52，53分别与受光元件17，18连接。

光源11a具备用以检测射出光的光量的光量传感器，将与此光量传感器所检测的光量对应的电气信号输出至光量修正部51。此处，从光源11a射出的光的光量根据从光调制部13供应的电流变化。例如，受光元件17所获得的干涉光的干涉强度如式8所示，相较于使电流变化从光源11a获得的调制光，产生与从光调制部13供应的电流变化对应的强度调制项＝(1+Fsinωt)。此强度调制项，是使从受光元件17输出的光电转换信号的输出电压位准不稳定者。此外，从受光元件18输出的光电转换信号亦相同。

数学式8

S’1＝|E1·E2’|²＝(1+Fsinωt){2A²+2cos(4πX/P+(N-1)DA₀·sinωt)}

…(式8)

光量修正部51与光源11a、GCA52，53分别连接，根据从光源11a的光量传感器输出的电气信号，控制从受光元件17，18输出的光电转换信号的输出电压位准。亦即，光量修正部51，为了降低与从光调制部13供应的电流变化对应的强度调制项＝(1+Fsinωt)的影响，将此强度调制项为「1」的控制信号输出至GCA52，53。

GCA52，53分别与受光元件17，18连接，根据来自光量修正部51的控制信号，调整从受光元件17，18接受的光电转换信号的输出电压位准，将修正光量变化导致的偏差后的信号输出至移动量检测装置19。

此外，本实施方式的编码器5，并不限于上述构成，例如，不是光源11a保持光量传感器的构成，而是将接受从光源部11射出的光的规定光量传感器设置于任意位置，光量修正部51根据与此设置于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GCA52，53的构成亦可。以此方式利用光量传感器，在光调制部13所供应的电流的变化与从光源11a射出的光的光量变化未完全对应的情形，在GCA52，53的控制下，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，不需光量传感器，光量修正部51接受表示从光调制部13供应的电流的变化的信号，根据表示此电流变化的信号，控制GCA52，53的构成亦可。

又，通过上述构成，可避免从受光元件17，18输出的光电转换信号的输出电压位准不稳定的情况。

此外，编码器，如上述，在受光元件17，18分别如式6及式7所示获得通过使两者相加除去光调制部13所调制的调制要素的干涉强度S’1，S2，因此虽为具备上述(1)～(4)的特征的编码器，但未满足所有该等要件者亦可。

例如，在形成于移动光栅16上的多个交叉区域M1，M2...Mk，形成干涉光的多个光线中的至少任一个光线的相位通过偏移而调制时，在交叉区域M1，M2...Mk的干涉条纹周期性变化的编码器中，从此等多个交叉区域M1，M2...Mk射出的k条干涉光的干涉强度如式9所示。此外，A_k是依据编码器的构成在设计时预先决定者，为起因于构成干涉光的光线间的相位差的设定值。

数学式9

Sk＝2A²+2cos(4πX/P-Ak·sinωt)…(式9)

此处，移动光栅16的位置信息X产生误差的情形，根据式9所示的干涉强度S_k算出的各移动光栅16的位置信息X如式10所示。又，Y＝α×P/4π表示误差量。

数学式10

[\begin{matrix} X_{1} \\ X_{2} \\ . \\ . \\ . \\ X_{k} \end{matrix}] = X + [\begin{matrix} A_{1} \\ A_{2} \\ . \\ . \\ . \\ A_{k} \end{matrix}] Y

…(式10)

因此，使用式10的信息可算出真的位置信息X。此外，干涉光的条数的变量k以2以上为佳，例如，使用最小平方法可算出可靠性高的位置信息X。

Claims

1.一种编码器，其特征在于具备：

光调制部，用以调制从光源部射出的光的至少一部分；

移动构件，具有所述光的多个光线射入的入射面，可在至少一方向相对移动；以及

至少两个受光部，分别接受在所述移动构件上的至少两个区域产生的干涉条纹；

以随着所述光调制部进行的调制使所述至少两个干涉条纹在所述移动构件上彼此移动于相反方向的方式，使所述光射入所述移动构件。

2.根据权利要求1所述的编码器，其特征在于，形成所述至少两个干涉条纹的一者的第1干涉光与形成所述至少两个干涉条纹的另一者的第2干涉光彼此相位相反。

3.根据权利要求1或2所述的编码器，其特征在于，所述多个光线中的射入所述至少两个区域的一者的至少第1光线与所述多个光线中的射入所述至少两个区域的另一者的至少第2光线，从彼此相反的方向分别射入所述入射面。

4.根据权利要求1或2所述的编码器，其特征在于，所述至少两个区域包含第1交叉区域及第2交叉区域；

所述多个光线分别射入所述第1交叉区域及所述第2交叉区域，且包含入射方向彼此相反的第1光线及第2光线。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的编码器，其特征在于，所述多个光线中的射入所述至少两个区域的一者的至少第1光线与所述多个光线中的射入所述至少两个区域的另一者的至少第2光线，相对与所述入射面垂直的规定轴从彼此相反侧与所述规定轴交叉。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的编码器，其特征在于，所述至少两个区域包含第1交叉区域及第2交叉区域；

所述多个光线包含相对与所述入射面垂直的规定轴从彼此相反侧分别斜向射入所述第1交叉区域及所述第2交叉区域的第1光线及第2光线。

7.根据权利要求3至6中任一项所述的编码器，其特征在于，所述第1光线射入所述入射面的方向与所述第2光线射入所述入射面的方向，相对与所述入射面垂直的规定轴对称。

8.根据权利要求3至7中任一项所述的编码器，其特征在于，所述第1光线射入所述入射面的入射角与所述第2光线射入所述入射面的入射角彼此角度相同。

9.根据权利要求3至8中任一项所述的编码器，其特征在于具备使至少所述第1光线与所述第2光线偏向的光偏向构件，以在所述移动构件上产生至少两个所述干涉条纹。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的编码器，其特征在于具备使所述多个光线的至少一部分偏向的光偏向构件，以在所述移动构件上产生至少两个所述干涉条纹。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的编码器，其特征在于，所述光调制部用以调制所述多个光线中的至少一部分光线的相位。

12.根据权利要求1至10中任一项所述的编码器，其特征在于，所述光调制部将所述多个光线中的射入所述至少两个区域的一者的至少两个光线的相位加以相对调制，将所述多个光线中的射入所述至少两个区域的另一者的至少两个光线的相位加以相对调制。

13.根据权利要求1至10中任一项所述的编码器，其特征在于，所述光调制部用以调制所述多个光线的至少一部分的波长。

14.根据权利要求1至10中任一项所述的编码器，其特征在于，所述光调制部将所述多个光线中的射入所述至少两个区域的一者的至少两个光线的波长加以相对调制，将所述多个光线中的射入所述至少两个区域的另一者的至少两个光线的波长加以相对调制。

15.根据权利要求1至14中任一项所述的编码器，其特征在于具备变更所述多个光线的至少一部分的光路长的光路长变更部。

16.根据权利要求1至14中任一项所述的编码器，其特征在于具备使所述多个光线中的射入所述至少两个区域的一者的至少一个光线的光路长与所述多个光线中的射入所述至少两个区域的另一者的至少一个光线的光路长变更的光路长变更部。

17.根据权利要求1至14中任一项所述的编码器，其特征在于具备使所述多个光线中的射入所述至少两个区域的一者的至少两个光线的光路长相对变更、使所述多个光线中的射入所述至少两个区域的另一者的至少两个光线的光路长相对变更的光路长变更部。

18.根据权利要求1至17中任一项所述的编码器，其特征在于具备根据所述至少两个受光部的检测结果算出所述移动构件的位置信息的位置算出部。

19.根据权利要求1至18中任一项所述的编码器，其特征在于具备使从所述光源部射出的所述光成为平行光的准直化构件。

20.一种编码器，其特征在于具备：

光调制部，用以调制从光源部射出的光的至少一部分；

移动构件，具有所述光的多个光线射入的至少两个区域，可移动于至少一方向；

光偏向构件，使所述多个光线中的至少第1光线偏向，以使所述第1光线射入所述至少两个区域的一者，使所述多个光线中的至少第2光线偏向于与所述第1光线不同的方向，以使所述第2光线射入所述至少两个区域的另一者；

第1受光部，接受使所述第1光线与所述多个光线中的射入所述至少两个区域的一者的第3光线产生干涉的第1干涉光；以及

第2受光部，接受使所述第2光线与所述多个光线中的射入所述至少两个区域的另一者的第4光线产生干涉的第2干涉光。

21.根据权利要求20所述的编码器，其特征在于，所述第1干涉光与所述第2干涉光彼此相位相反。

22.根据权利要求20或21项所述的编码器，其特征在于具备使所述光分支为至少所述第1光线及所述第2光线的光分支构件。

23.根据权利要求20至22中任一项所述的编码器，其特征在于，所述光偏向构件使所述第1光线与所述第2光线分别偏向，以使所述第1光线与所述第2光线从彼此相反的方向分别射入包含所述至少两个区域的入射面。

24.根据权利要求20至23中任一项所述的编码器，其特征在于，所述第1光线射入所述至少两个区域的一者的方向与所述第2光线射入所述至少两个区域的另一者的方向，相对与包含所述至少两个区域的入射面垂直的规定轴对称。

25.根据权利要求20至24中任一项所述的编码器，其特征在于，通过所述光调制部的调制使所述第1干涉光在所述移动构件上的干涉条纹移动于第1方向，使所述第2干涉光在所述移动构件上的干涉条纹移动于与所述第1方向不同的第2方向。

26.根据权利要求20至25中任一项所述的编码器，其特征在于，所述光调制部将所述第1光线与所述第3光线的相位加以相对调制，将所述第2光线与所述第4光线的相位加以相对调制。

27.根据权利要求20至25中任一项所述的编码器，其特征在于，所述光调制部将所述第1光线与所述第3光线的波长加以相对调制，将所述第2光线与所述第4光线的波长加以相对调制。

28.根据权利要求20至27中任一项所述的编码器，其特征在于，所述第1光线的光路长与所述第3光线的光路长相对不同，所述第2光线的光路长与所述第4光线的光路长相对不同。

29.根据权利要求20至28中任一项所述的编码器，其特征在于具备使所述第1光线与所述第3光线的光路长相对变更、使所述第2光线与所述第4光线的光路长相对变更的光路长变更部。

30.根据权利要求20至29中任一项所述的编码器，其特征在于具备根据所述第1受光部及所述第2受光部的检测结果算出所述移动构件的位置信息的位置算出部。

31.一种编码器，其特征在于具备：

光调制部，用以调制从光源部射出的光的至少一部分；

移动构件，可移动且具有来自所述光源部的多个光线射入的入射面；以及

至少两个受光部，分别检测在所述移动构件上的至少两个区域产生的干涉条纹；

随着所述光调制部进行的调制使所述至少两个干涉条纹在所述移动构件上彼此移动于不同的方向。

32.一种编码器，其特征在于具备：

光调制部，用以调制从光源部射出的光的至少一部分；

移动构件，可移动且包含具有来自所述光源部的多个光线射入的至少两个区域的入射面；

光偏向构件，使射入所述入射面中第1交叉区域的第1光线及第3光线中的一者偏向，且使射入所述入射面中第2交叉区域的第2光线及第4光线中的一者偏向；

第1受光部，检测所述第1光线与所述第3光线的第1干涉光；以及

第2受光部，检测所述第2光线与所述第4光线的第2干涉光。