CN105806372A - 编码器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种编码器。在标尺中，形成有参考检测图案和位移检测图案。检测头输出参考检测信号、相位补偿信号和位移检测信号。信号处理单元通过对相位补偿信号和参考检测信号其中之一或这两者进行放大并进行相加来生成参考信号，并且检测检测头相对于标尺的位置。复合受光光栅包括参考检测用受光光栅和被配置成相对于参考检测用受光光栅在测量方向上发生偏移的相位补偿用受光光栅。复合受光元件包括被配置为输出参考检测信号的参考检测用受光元件和被配置为输出相位补偿信号的相位补偿用受光元件。

Description

编码器

技术领域

本发明涉及编码器，并且例如涉及光学线性编码器。

背景技术

当前，作为用于测量位移的一种设备，已知有光学线性编码器。光学线性编码器包括标尺和沿着该标尺移动的检测头。标尺设置有用于检测参考位置的参考图案和用于检测标尺和检测头之间的相对位移的主图案。光学线性编码器通过在使用标尺上所形成的参考图案作为基准的情况下检测具有与主图案的间距等同的宽度的参考信号，来检测参考位置。可以通过在使用参考位置作为基准的情况下考虑到上述的位移来检测标尺和检测头之间的绝对位置关系。

作为用于确定参考位置的方法，已知有使表示主图案的检测结果的主信号的相位与参考信号的相位同步的方法。例如，提出了用于将参考图案包括在主图案中以使参考信号的相位与主信号的相位同步的技术(日本特开平10-160442)。

此外，公开了如下方法(专利申请的PCT国际公开的公布日文翻译(日本特表)2008-503745)：参考图案和主图案配置在相互不同的轨道中，并且使参考信号的相位与主信号的相位同步，以对围绕光入射方向的转动机械未对准进行微调整(即，微校正)。

发明内容

然而，本发明人在上述技术中发现了以下问题。在日本特开平10-160442所公开的方法中，在检测头与参考图案交叉的情况下，主信号可能劣化，由此导致测量精度劣化。

在专利申请的PCT国际公开的公布日文翻译(日本特表)2008-503745所公开的方法中，由于在主图案中不包括参考图案，因此不会发生上述问题。然而，在专利申请的PCT国际公开的公步日文翻译(日本特表)2008-503745所公开的方法中，在主信号的重复周期短的情况下，需要精确地调整转动方向上的对准。在转动方向上的对准的调整精度不够、因而在检测头的安装时发生转动方向上的偏差的情况下，参考位置的精度劣化。然而，很难以足够的精度进行这种对准调整。

本发明的目的是提供一种即使在检测头的安装时出现误差的情况下也能够维持参考位置的精度的编码器。

本发明的第一示例性方面是一种编码器，包括：标尺，其中在所述标尺中形成有用于检测测量方向上的参考位置的参考检测图案和用于检测所述测量方向上的位移的位移检测图案；检测头，其被配置为输出参考检测信号、相位补偿信号和位移检测信号，其中所述参考检测信号和所述相位补偿信号是所述参考检测图案的检测结果，所述位移检测信号是所述位移检测图案的检测结果；以及信号处理单元，其被配置为通过对所述相位补偿信号和所述参考检测信号其中之一或这两者进行放大并进行相加来生成参考信号，并且基于所述参考信号和所述位移检测信号来检测所述检测头相对于所述标尺的位置，其中，所述检测头包括：光源，其被配置为向所述标尺照射光；复合受光光栅，其包括参考检测用受光光栅和相位补偿用受光光栅，其中所述参考检测用受光光栅被配置为使来自所述参考检测图案的光穿过，所述相位补偿用受光光栅被配置为使来自所述参考检测图案的光穿过并且被配置成相对于所述参考检测用受光光栅在所述测量方向上发生偏移；以及复合受光元件，其包括参考检测用受光元件和相位补偿用受光元件，其中所述参考检测用受光元件被配置为对穿过所述参考检测用受光光栅的光进行光电转换以输出所述参考检测信号，所述相位补偿用受光元件被配置为对穿过所述相位补偿用受光光栅的光进行光电转换以输出所述相位补偿信号。

本发明的第二示例性方面是上述的编码器，其中，构成所述相位补偿用受光光栅的光栅在所述测量方向上的宽度是与构成所述参考检测用受光光栅的光栅在所述测量方向上的宽度相同的预定宽度，以及构成所述相位补偿用受光光栅的光栅被配置成相对于构成所述参考检测用受光光栅的光栅在所述测量方向上偏移了与所述预定宽度的一半相等的距离。

本发明的第三示例性方面是上述的编码器，其中，构成所述参考检测用受光光栅的多个光栅沿所述测量方向排成行，以及构成所述相位补偿用受光光栅的多个光栅各自被配置成相对于构成所述参考检测用受光光栅的多个光栅中的相应光栅发生偏移。

本发明的第四示例性方面是上述的编码器，其中，所述相位补偿用受光光栅被配置成在与所述标尺的形成有所述参考检测用受光光栅和所述相位补偿用受光光栅的面平行且与所述测量方向垂直的方向上远离所述参考检测用受光光栅。

本发明的第五示例性方面是上述的编码器，其中，所述信号处理单元包括：放大器，其被配置为按范围为-1～1的倍率对所述相位补偿信号的振幅值进行放大；以及相加器，其被配置为将通过放大后的相位补偿信号与所述参考信号进行相加所获得的信号输出作为所述参考信号。

本发明的第六示例性方面是上述的编码器，其中，所述光源向所述标尺照射准直光。

本发明的第七示例性方面是上述的编码器，其中，从所述光源照射的并且穿过所述标尺的光入射到所述复合受光光栅上。

本发明的第八示例性方面是上述的编码器，其中，从所述光源照射的并且在所述标尺上发生反射的光入射到所述复合受光光栅上。

本发明的第九示例性方面是上述的编码器，其中，所述复合受光光栅还包括位移检测用受光光栅，所述位移检测用受光光栅被配置为使来自所述位移检测图案的光穿过，以及所述复合受光元件还包括位移检测用受光元件，所述位移检测用受光元件被配置为对穿过所述位移检测用受光光栅的光进行光电转换以输出所述位移检测信号。

根据本发明，可以提供一种即使在检测头的安装时出现误差的情况下也能够维持参考位置的精度的编码器。

通过以下给出的详细说明和附图，将更加充分地理解本发明的上述和其它目的、特征和优点，其中，这些附图仅是通过例示方式给出的，因而不应被视为限制本发明。

附图说明

图1是示出根据第一典型实施例的光学编码器的示意结构的立体图；

图2是示出根据第一典型实施例的光学编码器的结构的立体图；

图3是示出根据第一典型实施例的复合受光光栅的平面图；

图4是示出根据第一典型实施例的信号处理单元的结构的框图；

图5是示出参考检测信号的示例的图；

图6是示出相位补偿信号的示例的图；

图7是示出通过将参考检测信号和相位补偿信号相加所获得的参考信号的示例的图；

图8是示意性示出根据比较例的光学编码器的结构的立体图；

图9是在根据比较例的光学编码器中没有出现转动偏差的状态下的标尺和复合受光光栅的平面图；

图10是在根据比较例的光学编码器中出现转动偏差的状态下的标尺和复合受光光栅的平面图；以及

图11是示出在根据比较例的光学编码器中出现转动偏差的状态下的参考信号和位移检测信号的示例的图。

具体实施方式

以下参考附图来说明根据本发明的典型实施例。在整个附图中，向相同的组件指派相同的附图标记，并且适当省略了针对这些组件的重复说明。

第一典型实施例

说明根据本发明的第一典型实施例的光学编码器。图1是示出根据第一典型实施例的光学编码器100的示意结构的立体图。如图1所示，光学编码器100包括标尺1、检测头2和信号处理单元3。标尺1和检测头2被配置成这两者可以沿着与标尺1的长边方向平行的测量方向(图1的X轴方向)相对于彼此移动。标尺1设置有位置检测所用的图案，并且在利用光照射该图案的情况下产生干涉光。检测头2检测干涉光在测量方向上的变化，并且将表示该检测结果的电气信号输出至信号处理单元3。信号处理单元3可以通过对所接收到的电气信号进行信号处理来检测标尺1和检测头2之间的位置关系。

注意，在以下说明中，将与长度测量方向(图1的X轴方向)垂直并且表示标尺1的宽度的方向定义为Y轴方向。也就是说，标尺1的主面与X-Y平面平行。此外，将与标尺1的主面(X-Y平面)垂直、即与X轴和Y轴垂直的方向定义为Z轴方向。此外，在以下说明中将参考的立体图中，将从图的左下(近)部指向右上(远)部的方向定义为X轴的正方向。将从图的右下(近)部指向左上(远)部的方向定义为Y轴的正方向。将从图的下侧指向上侧的方向定义为Z轴的正方向。

以下更详细地说明光学编码器100。图2是示出根据第一实施例的光学编码器100的结构的立体图。如图2所示，检测头2包括光源4、复合受光光栅5和复合受光元件6。如上所述，标尺1和检测头2被配置成这两者可以沿测量方向(图2的X轴方向)相对于彼此移动。

光源4包括光源元件41和光源光栅42。光源元件41配置在光源光栅42的上方(即，在图2的Z轴方向的正侧)。光源光栅42是主面与图2的Z轴方向垂直(即，与X-Y平面平行)且长边方向与X轴方向平行的板状构件。在构成光源光栅42的板状构件中，长边方向与图2的Y轴平行的多个格子状的透光部42A在X轴方向上排成行。也就是说，在光源光栅42中，透光部42A和不透光部42B沿X轴方向以交替重复方式配置。在光源元件41所发出的光穿过光源光栅42时，该光变为沿着Z轴传播的准直光。光源元件41可以使用的光源的示例包括LED(发光二极管)、半导体激光器、SLED(自扫描型发光元件)和OLED(有机发光二极管)。

标尺1是主面与图2的Z轴方向垂直(即，与X-Y平面平行)且长边方向与X轴方向平行的板状构件。标尺1配置于来自光源4的准直光沿与主面(X-Y平面)垂直的方向入射的位置。在图2中，标尺1相对于光源4配置于Z轴方向的负侧。

在构成标尺1的板状构件中，形成有位移检测图案11和参考检测图案12。在位移检测图案11中，长边方向与图2的Y轴平行的多个格子状的透光部沿X轴方向排成行。也就是说，在位移检测图案11，透光部11A和不透光部11B沿X轴方向交替重复排列。参考检测图案12被形成为长边方向与Y轴平行的一个格子状的透光部(即，一个矩形透光部)，并且配置于在Y轴的正方向上远离位移检测图案11的位置。标尺1优选由玻璃制成。然而，可以将任何材料用于标尺1，只要可以在该材料中形成允许光透过的格子状的透光部和不允许光透过的不透光部即可。

复合受光光栅5配置于来自标尺1的光、即穿过标尺1的光入射的位置。在图2中，复合受光光栅5相对于标尺1配置于Z轴方向的负侧，并且穿过标尺1的光入射到复合受光光栅5上。注意，尽管在该示例中光学编码器100是透过型光学编码器，但对于光学编码器100，也可以使用反射型光学编码器。在这种情况下，复合受光光栅5相对于标尺1配置于Z轴方向的正侧，并且在标尺1上发生反射的光入射到复合受光光栅5上。

复合受光光栅5是主面与图2的Z轴方向垂直且长边方向与X轴方向平行的板状构件。图3是根据第一典型实施例的复合受光光栅5的平面图。在构成复合受光光栅5的板状构件中，形成有位移检测用受光光栅51、参考检测用受光光栅52和相位补偿用受光光栅53。位移检测用受光光栅51配置于穿过标尺1的位移检测图案11的光入射的位置。参考检测用受光光栅52和相位补偿用受光光栅53配置于穿过标尺1的参考检测图案12的光入射的位置。在该示例中，参考检测用受光光栅52形成于在Y轴的正方向上远离位移检测用受光光栅51的位置。相位补偿用受光光栅53形成于在Y轴的正方向上远离参考检测用受光光栅52的位置。

在位移检测用受光光栅51、参考检测用受光光栅52和相位补偿用受光光栅53各自中，长边方向与图3的Y轴平行的多个格子状的透光部沿X轴方向排成行。也就是说，在位移检测用受光光栅51中，透光部51A和不透光部51B沿X轴方向以交替重复方式配置。在参考检测用受光光栅52中，透光部52A和不透光部52B沿X轴方向以交替重复方式配置。在相位补偿用受光光栅53中，透光部53A和不透光部53B沿X轴方向以交替重复方式配置。

参考检测用受光光栅52的各透光部52A在X轴方向上的宽度Wa等于相位补偿用受光光栅53的各透光部53A的宽度Wa。然而，相位补偿用受光光栅53的透光部53A被配置成相对于参考检测用受光光栅52的透光部52A在测量方向(X轴方向)上发生偏移。在图3中，相位补偿用受光光栅53的透光部53A被配置成相对于参考检测用受光光栅52的透光部52A在X轴的正方向上偏移了与测量方向(X轴方向)上的宽度Wa的一半相等的距离。

复合受光元件6配置于穿过了复合受光光栅5的光入射的位置。在图2中，复合受光元件6相对于复合受光光栅5配置于Z轴方向的负侧。

复合受光元件6包括位移检测用受光元件61、参考检测用受光元件62和相位补偿用受光元件63。位移检测用受光元件61、参考检测用受光元件62和相位补偿用受光元件63各自优选由光电二极管阵列配置成。可选地，对于位移检测用受光元件61、参考检测用受光元件62和相位补偿用受光元件63，还可以使用诸如光电晶体管和光电阻器等的能够将入射光转换成电气信号的其它受光部件。

位移检测用受光元件61、参考检测用受光元件62和相位补偿用受光元件63配置于这三者分别接收穿过了位移检测用受光光栅51、参考检测用受光光栅52和相位补偿用受光光栅53的光的各个位置处。

位移检测用受光元件61将穿过了光源光栅42、位移检测图案11和位移检测用受光光栅51的光转换成电气信号，并且输出转换得到的电气信号作为位移检测信号Sm。参考检测用受光元件62将穿过了光源光栅42、参考检测图案12和参考检测用受光光栅52的光转换成电气信号，并且输出转换得到的电气信号作为参考检测信号S1。相位补偿用受光元件63将穿过了光源光栅42、参考检测图案12和相位补偿用受光光栅53的光转换成电气信号，并且输出转换得到的电气信号作为相位补偿信号S2。

如上所述，相位补偿用受光光栅53的透光部53A被配置成相对于参考检测用受光光栅52的透光部52A在测量方向(X轴方向)上发生偏移。结果，相位补偿信号S2成为相对于参考检测信号S1具有预定相位差的信号。在本实施例中，如图2所示，相位补偿用受光光栅53的透光部53A被配置成相对于参考检测用受光光栅52的透光部52A在X轴(+)方向上偏移了与透光部在测量方向(X轴方向)上的宽度的一半相等的距离。结果，相位补偿信号S2相对于参考检测信号S1具有90°的相位差。在本典型实施例中，可以通过对参考检测信号S1和相位补偿信号S2其中之一或这两者进行放大并进行相加来生成参考信号S_orig。

接着，说明信号处理单元3的结构。这里，说明信号处理单元3对相位补偿信号S2进行放大的示例。图4是示出根据第一典型实施例的信号处理单元3的结构的框图。信号处理单元3包括参考信号生成单元31、位移信号处理单元32和位置检测单元33。

参考信号生成单元31通过使用从检测头2输出的参考检测信号S1和相位补偿信号S2来输出相位调整后的参考信号S_orig。参考信号S_orig在标尺1的长度测量方向上的测量参考位置处最大。

位移信号处理单元32通过使用从检测头2输出的位移检测信号Sm来检测标尺1和检测头2之间的相对位移。在标尺1和检测头2相对于彼此发生移位的情况下，在位移检测用受光元件61中所接收到的光的强度根据杨氏(Young)干涉的原理而改变。在位移检测用受光元件61中所接收到的光的强度发生改变时，位移检测信号Sm的强度发生改变。位移信号处理单元32可以通过测量位移检测信号Sm的强度的变化来测量长度测量方向(X轴方向)上的相对位移Sd。

位置检测单元33根据从参考信号生成单元31输出的参考信号S_orig和从位移信号处理单元32输出的相对位移Sd来检测标尺1和检测头2之间的绝对位置关系、即检测头2相对于标尺1的位置。位置检测单元33输出该检测结果例如作为位置检测信号Sp。

以下说明参考信号生成单元31。参考信号生成单元31通过使用从检测头2输出的参考检测信号S1和相位补偿信号S2来输出相位调整后的参考信号S_orig。如图4所示，参考信号生成单元31包括放大器311和相加器312。

放大器311对相位补偿信号S2进行放大并且将放大后的信号输出至相加器312。放大器311的增益(或放大率)可以在-1～1的范围内改变。对于放大器311，可以使用诸如晶体管和OP放大器(运算放大器)等的能够对电气信号进行放大的任何结构。此外，可以通过将模拟相位补偿信号S2转换成数字数据并对该数字数据进行数字运算来执行相位补偿信号S2的放大。

相加器312将放大后的相位补偿信号S2和参考检测信号S1相加，并且输出如此得到的信号作为参考信号S_orig。将该参考信号S_orig输出作为用作相位补偿后的参考检测信号S1的信号。相加器312可以是使用运算放大器的模拟相加器电路、或者可以是用于将要相加的模拟信号转换成数字值并且对该数字值进行运算的数字相加器电路。

如上所述，参考信号生成单元31可以通过将参考检测信号S1和放大后的相位补偿信号S2相加来调整参考信号生成单元31所输出的参考信号S_orig的相位。以下说明参考信号生成单元31所进行的参考信号S_orig的相位调整。

如上所述，相位补偿信号S2相对于参考检测信号S1具有90°的相位差。也就是说，可以利用余弦函数(如杨氏的干涉条纹所示)来表示参考检测信号S1，并且可以利用正弦函数来表示相位补偿信号S2。因此，可以通过以下的表达式(1)和(2)来分别表示参考检测信号S1和相位补偿信号S2。注意：A表示参考检测信号S1的振幅；B表示相位补偿信号S2的振幅；并且θ表示参考检测信号S1和相位补偿信号S2的相位。

[表达式1]

S1＝ACOSθ...(1)

[表达式2]

S2＝＝Bsinθ...(2)

通过以下所示的表达式(3)来表示通过将参考检测信号S1和相位补偿信号S2相加所获得的参考信号S_orig。注意，α表示相位补偿信号S2相对于参考检测信号S1的相位差。

[表达式3]

$\begin{array}{c}{S}_{orig}=A\cos +Bsin\mathrm{\θ}\\ =\sqrt{A^2+B^2}\·\sin \left(\mathrm{\θ}-\mathrm{\α}\right)\end{array}\mathrm{...}\left(3\right)$

[表达式4]

$\mathrm{\α}=arctan\left(\frac{B}{A}\right)\mathrm{...}\left(4\right)$

如表达式(3)所示，将参考信号S_orig表示为相位相对于利用具有与参考信号S_orig的周期相同的周期的余弦函数所表示的参考检测信号S1偏移了相位差α的信号。如表达式(4)所示，将相位差α表示为包括参考检测信号S1的振幅A和相位补偿信号S2的振幅B作为其变量的函数。因此，可以通过改变放大器311的增益来调整相位差α。由于放大器311的增益可以在-1～1的范围内改变，因此将相位差α的可能值的范围表示为“-45°≤α≤45°”。可以通过选择放大器的适当分辨能力来适当地设置相位差α改变的间距。

如迄今为止已说明的，根据上述结构，可以输出通过使如下的参考检测信号S1的相位发生偏移所获得的信号作为参考信号S_orig，其中该参考检测信号S1是通过按预定增益放大相对于参考检测信号S1具有相位差的相位补偿信号S2的振幅值、并且将放大后的信号与参考检测信号S1相加所获得的。

注意，随着相对于参考位置处或附近的峰值在相位方向上的距离增大，参考检测信号S1和相位补偿信号S2各自的信号强度减小。图5是示出参考检测信号S1的示例的图。图6是示出相位补偿信号S2的示例的图。在图5中，横轴表示标尺1在移动方向上的位置(即，参考检测信号S1的相位)，并且纵轴表示参考检测信号S1的信号强度。在图6中，横轴表示标尺1在移动方向上的位置(即，相位补偿信号S2的相位)，并且纵轴表示相位补偿信号S2的信号强度。在图5和6中，信号强度的极大值和极小值经由直线相连接。然而，在缩短横轴方向上的采样间隔的情况下，参考检测信号S1具有接近于余弦函数的波形，并且相位补偿信号S2具有接近于正弦函数的波形。

图7是示出通过将参考检测信号S1和相位补偿信号S2进行相加所获得的参考信号S_orig的示例的图。在图7中，横轴表示标尺1在移动方向上的位置(即，参考信号S_orig的相位)，并且纵轴表示这些信号的信号强度。此外，在图7中，利用虚线表示参考检测信号S1并且利用实线表示相位补偿信号S2。如从图7可以理解，参考信号S_orig相对于参考检测信号S1在横轴方向上发生偏移。

在该结构中，在通过使标尺1定位于参考点所获得的参考信号的相位中发生偏差的情况下，调整参考信号的相位偏移量α是有效的。也就是说，可以通过在标尺1位于参考点的状态下改变相位补偿信号的增益、直到参考信号的相位的偏差变为零为止，来抵消参考信号相对于实际的参考位置的相位的偏差。这样，可以通过进行电气信号处理来容易地校准(即，抵消)由于机械未对准所引起的光学偏差。

比较例

接着，通过示出比较例来说明机械未对准所引起的光学偏差。在该比较例中，说明在光学编码器中发生围绕准直光的传播方向(上述的Z轴)的转动偏差(未对准)的情况。

图8是示意性示出根据比较例的光学编码器200的结构的立体图。光学编码器200包括标尺7、检测头8和信号处理单元9。光学编码器200的标尺7、检测头8和信号处理单元9分别与上述的光学编码器100的标尺1、检测头2和信号处理单元3相对应。

检测头8包括光源4、复合受光光栅81和复合受光元件82。光源4与上述的光学编码器100的光源4相同，因此省略了针对该光源4的说明。

在构成标尺7的板状构件中，形成有位移检测图案11和参考检测图案13。位移检测图案11与上述的光学编码器100的位移检测图案11相同，因此省略了针对该位移检测图案11的说明。参考检测图案13与上述的光学编码器100的参考检测图案12相同，因此省略了针对该参考检测图案13的说明。

复合受光光栅81与光学编码器100的复合受光光栅5相对应。在构成复合受光光栅81的板状构件中，形成有位移检测用受光光栅51和参考检测用受光光栅54。位移检测用受光光栅51与上述的光学编码器100的位移检测用受光光栅51相同，因此省略了针对该位移检测用受光光栅51的说明。参考检测用受光光栅54配置于穿过标尺7的参考检测图案13的光入射的位置。在该比较例中，参考检测用受光光栅54形成于在Y轴的正方向上远离位移检测用受光光栅51的位置。

复合受光元件82与光学编码器100的复合受光元件6相对应。复合受光元件82包括位移检测用受光元件61和参考检测用受光元件64。位移检测用受光元件61与上述的光学编码器100的位移检测用受光元件61相同，因此省略了针对该位移检测用受光元件61的说明。参考检测用受光元件64配置于该参考检测用受光元件64接收穿过了参考检测用受光光栅54的光的位置。参考检测用受光元件64将穿过了光源光栅42、参考检测图案13和参考检测用受光光栅54的光转换成电气信号，并且输出转换得到的电气信号作为参考信号S10。

图9是在根据比较例的光学编码器200中没有出现转动偏差的状态下的标尺7和复合受光光栅81的平面图。如图9所示，在围绕Z轴没有出现转动偏差的情况下，标尺7的位移检测图案11的位置与位移检测用受光光栅51的位置一致，并且标尺7的参考检测图案13的位置与参考检测用受光光栅54的位置一致。因此，由于在位移检测图案11的检测和参考检测图案13的检测之间不存在相位差，因此可以原样使用参考检测图案13的检测结果作为参考信号。

作为与上述情况相反的情况，检查在光学编码器200中出现围绕Z轴的转动偏差的情况。图10是在根据比较例的光学编码器200中出现转动偏差的状态下的标尺7和复合受光光栅81的平面图。在该示例中，仔细检查在标尺7的参考检测图案13的中心与参考检测用受光光栅54的中心一致的状态下出现的偏差。如图10所示，在发生围绕X轴的转动偏差的情况下，在标尺7的参考检测图案13的中心与参考检测用受光光栅54的中心一致的状态下，在标尺7的位移检测图案11与位移检测用受光光栅51之间出现位置偏差Δθ。

图11是示出在根据比较例的光学编码器200中出现转动偏差的状态下的参考信号和位移检测信号的示例的图。在图11中，横轴表示标尺7的位移并且纵轴表示信号强度。在不存在转动偏差的情况下，在检测到参考信号时位移检测信号的相位为0°。然而，如图11所示，由于出现了转动偏差，因此在检测到参考信号时位移检测信号偏移了Δθ。由于在检测到参考信号时位移检测信号的相位发生偏移，因此光学编码器200所检测到的检测头8的位移包含误差。

在上述的根据本发明的结构中，即使在出现如上述那样的位置偏差Δθ的情况下，也可以通过改变相位补偿信号的增益来抵消位置偏差Δθ。结果，可以容易地校准(即，抵消)由于转动偏差所引起的相位偏差。

其它典型实施例

此外，本发明不限于上述的典型实施例，并且可以在没有背离本发明的精神的情况下适当地进行改变。例如，在假定根据本发明的光学编码器是线性编码器的情况下说明了上述典型实施例。然而，这仅是示例。也就是说，本发明还可应用于旋转编码器。

在上述典型实施例中，复合受光光栅5中的相位补偿用受光光栅53相对于参考检测用受光光栅52的偏移量等于光栅的宽度的一半。然而，偏移量不限于该量。

此外，复合受光光栅5中的位移检测用受光光栅51、参考检测用受光光栅52和相位补偿用受光光栅53的顺序仅是示例。也就是说，可以改变这三者的顺序。在这种情况下，位移检测用受光元件61、参考检测用受光元件62和相位补偿用受光元件63配置于分别与位移检测用受光光栅51、参考检测用受光光栅52和相位补偿用受光光栅53相对应的位置。

此外，对于光栅和标尺各自，可以使用形成有不透光部和透光部的材料的任何组合。也就是说，可以使用不透明玻璃并且可以在该不透明玻璃中形成格子状开口。可选地，可以使用透明玻璃并且可以通过遮蔽该玻璃的一部分来形成不透光部。此外，还可以以相同方式使用除玻璃以外的材料。

根据如此描述的本发明，显而易见，可以以多种方式来改变本发明的实施例。这些变形例不应被视为背离本发明的精神和范围，并且本领域技术人员显而易见的所有这些变形例意图包括在所附权利要求书的范围内。

Claims (9)

1.一种编码器，包括：

标尺，其中在所述标尺中形成有用于检测测量方向上的参考位置的参考检测图案和用于检测所述测量方向上的位移的位移检测图案；

检测头，其被配置为输出参考检测信号、相位补偿信号和位移检测信号，其中所述参考检测信号和所述相位补偿信号是所述参考检测图案的检测结果，所述位移检测信号是所述位移检测图案的检测结果；以及

信号处理单元，其被配置为通过对所述相位补偿信号和所述参考检测信号其中之一或这两者进行放大并进行相加来生成参考信号，并且基于所述参考信号和所述位移检测信号来检测所述检测头相对于所述标尺的位置，

其中，所述检测头包括：

光源，其被配置为向所述标尺照射光；

复合受光光栅，其包括参考检测用受光光栅和相位补偿用受光光栅，其中所述参考检测用受光光栅被配置为使来自所述参考检测图案的光穿过，所述相位补偿用受光光栅被配置为使来自所述参考检测图案的光穿过并且被配置成相对于所述参考检测用受光光栅在所述测量方向上发生偏移；以及

复合受光元件，其包括参考检测用受光元件和相位补偿用受光元件，其中所述参考检测用受光元件被配置为对穿过所述参考检测用受光光栅的光进行光电转换以输出所述参考检测信号，所述相位补偿用受光元件被配置为对穿过所述相位补偿用受光光栅的光进行光电转换以输出所述相位补偿信号。

2.根据权利要求1所述的编码器，其中，

构成所述相位补偿用受光光栅的光栅在所述测量方向上的宽度是与构成所述参考检测用受光光栅的光栅在所述测量方向上的宽度相同的预定宽度，以及

构成所述相位补偿用受光光栅的光栅被配置成相对于构成所述参考检测用受光光栅的光栅在所述测量方向上偏移了与所述预定宽度的一半相等的距离。

3.根据权利要求1或2所述的编码器，其中，

构成所述参考检测用受光光栅的多个光栅沿所述测量方向排成行，以及

构成所述相位补偿用受光光栅的多个光栅各自被配置成相对于构成所述参考检测用受光光栅的多个光栅中的相应光栅发生偏移。

4.根据权利要求1或2所述的编码器，其中，所述相位补偿用受光光栅被配置成在与所述标尺的形成有所述参考检测用受光光栅和所述相位补偿用受光光栅的面平行且与所述测量方向垂直的方向上远离所述参考检测用受光光栅。

5.根据权利要求1或2所述的编码器，其中，所述信号处理单元包括：

放大器，其被配置为按范围为-1～1的倍率对所述相位补偿信号的振幅值进行放大；以及

相加器，其被配置为将通过放大后的相位补偿信号与所述参考信号进行相加所获得的信号输出作为所述参考信号。

6.根据权利要求1或2所述的编码器，其中，所述光源向所述标尺照射准直光。

7.根据权利要求1或2所述的编码器，其中，从所述光源照射的并且穿过所述标尺的光入射到所述复合受光光栅上。

8.根据权利要求1或2所述的编码器，其中，从所述光源照射的并且在所述标尺上发生反射的光入射到所述复合受光光栅上。

9.根据权利要求1或2所述的编码器，其中，

所述复合受光光栅还包括位移检测用受光光栅，所述位移检测用受光光栅被配置为使来自所述位移检测图案的光穿过，以及

所述复合受光元件还包括位移检测用受光元件，所述位移检测用受光元件被配置为对穿过所述位移检测用受光光栅的光进行光电转换以输出所述位移检测信号。