CN110686621B - 光学角度传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高分辨率检测宽角度范围、没有标尺且能设定参考角度的光学角度传感器。光学角度传感器包括用于发出光的光源，用于围绕作为测量轴线的预定轴线旋转并反射从光源发出的光的反射器件，用于接收从光源发出的光的光接收器件，和用于计算通过光接收器件接收的作为信号的光的计算器件。光接收器件通过反射器件接收从光源发射的光。计算器件包括用于基于通过光接收器件接收的光来设定参考角度的设定器件和用于基于被光接收器件接收的光和被设定器件设定的参考角度来计算绝对角度的角度计算单元。

Description

光学角度传感器

技术领域

本发明涉及光学角度传感器。

背景技术

通常，光学角度传感器是已知的，其包括用于发出光的光源，用于围绕作为测量轴线的预定轴线旋转并反射从光源发出的光的反射器件，用于接收从光源发出的光的光接收器件，和用于计算通过光接收器件接收的作为信号的光的计算器件。

这种光学角度传感器优选可用高分辨率检测角度，能检测1度或更大的宽角度范围，不具有标尺，且能基于参考角度来检测角度。这里，在角度计算时，参考角度是对应于用作参考的起点(绝对值)的预定角度。

作为角度检测方法，增量法(INC方法)和绝对法(ABS方法)是已知的。

在INC方法中，例如，具有在标尺上设置的恒定间距的增量图案(INC图案)被连续检测，且已经经过的INC图案的数量被加总或倒数，由此检测测量对象中的角位移

在ABS方法中，例如，用作起点的参考角度通过预定方法设定，且通过将INC方法检测的角度与参考角度组合来检测测量对象中角位移的绝对值。在另一ABS方法中，例如，通过检测随机设置在标尺上的绝对图案(ABS图案)并分析ABS图案来检测测量对象中角位移的绝对值。

例如，日本专利申请公开No.Hei6-11362所述的光学旋转编码器包括旋转狭缝板(标尺)、固定狭缝板、多个LED和多个光接收元件。旋转狭缝板包括用于A相位信号的狭缝和用于B相位信号的狭缝(这两种狭缝是用于通过INC方法计算角度的角度检测狭缝)、用于C相位信号的狭缝(其是用于检测转子磁极位置的狭缝)和用于Z相位信号的狭缝(其是用于检测预定旋转角度，即在光学旋转编码器的光学轴线的一次旋转期间的参考角度(起点)的狭缝)。光学旋转编码器可基于从用于A相位信号的狭缝和用于B相位信号的狭缝检测的信号来计算高分辨率角度，且可计算与旋转狭缝板的周长对应的角度。进一步地，可基于从用于Z相位信号的狭缝检测的信号设定参考角度。光学旋转编码器可通过将参考角度与从用于A相位信号的狭缝和用于B相位信号的狭缝检测的信号组合而在测量对象中检测角位移的绝对值。

此外，例如，日本专利公开No.2017-133892中所述的旋转角度检测装置包括测量角度的测量光接收元件。在旋转角度检测装置中，通过使得从单个波长激光光源(光源)发出发散激光准直而产生的光通量入射到安装在要被测量的对象(测量对象)反射单元(反射器件)，且从反射单元反射的测量光通量被物镜会聚。测量光接收元件设置为使得通过让测量光通量会聚而获得的光斑中心位于测量光接收元件的敏感带和非敏感带之间的边界上，且安装在定位平台(positioning stage)上。旋转角度检测装置通过定位平台控制测量光接收元件的位置，使得在测量对象旋转时光斑中心持续定位在测量光接收元件的敏感带和非敏感带之间的边界上，且基于位置控制信息获得测量对象的旋转角度。旋转角度检测装置可基于通过测量光接收元件的敏感带和非敏感带之间的边界限定的参考角度不使用标尺以高分辨率测量角度。

此外，例如，日本专利公开No.2005-274429中所述的形状测量设备包括测量头单元和信号处理单元(计算器件)，该测量头单元基本上相对于要被测量的表面(反射器件)平行地运动，且该信号处理单元对在测量头单元的相对置位置处的要被测量的表面形状随测量头单元和要被测量的表面之间的平行运动而改变的量进行测量。测量头部分包括用于发出光的照射光形成器件(光源)、干涉条纹形成器件和光接收元件阵列(光接收器件)，所述光包括朝向要被测量的表面的相同相位的多个光通量，所述涉条纹形成器件用于让从要被测量的表面反射的光衍射以形成干涉条纹，且该光接收元件阵列用于接收干涉条纹的光并输出光接收信号。信号处理单元基于从光接收元件阵列而来的光接收信号从干涉条纹的位移检测要被测量的表面的形状变化。结果，形状测量设备可检测宽角度范围，且可不使用标尺而以高分辨率执行角度测量。

发明内容

本发明要解决的问题

然而，日本已公开专利No.6-11362中所述的光学旋转编码器需要旋转狭缝板，其是盘状标尺，以便获得参考角度。结果，光学旋转编码器具有的问题是，旋转狭缝板的制造昂贵且会在旋转狭缝板附接到伺服马达的输出轴时发生不对准。进一步地，日本已公开专利No.2017-133892公开的旋转角度检测装置具有的问题是，要被测量的对象的旋转角度被允许在1度以内，且检测范围非常窄。进而，日本已公开专利No.2005-274429公开的形状测量设备具有的问题是其不能针对要被测量的表面检测参考角度。

本发明的目的是提供一种能以高分辨率检测宽角度范围、没有标尺且能设定参考角度的光学角度传感器。

解决问题的手段

本发明的光学角度传感器包括用于发出光的光源，用于围绕作为测量轴线的预定轴线旋转并反射从光源发出的光的反射器件，用于接收从光源发出的光的光接收器件，和用于计算通过光接收器件接收的作为信号的光的计算器件。在该光学角度传感器中，光接收器件通过反射器件接收从光源发射的光，且计算器件包括用于基于被光接收器件接收的光来设定参考角度的设定器件，和用于基于被光接收器件接收的光和被设定器件设定的参考角度来计算绝对角度的角度计算单元。

根据本发明，光学角度传感器可通过设定器件设定参考角度，且可基于被光接收器件接收的光和被设定器件设定的参考角度看计算绝对角度。因此，光学角度传感器可以以高分辨率检测角度，能检测宽角度范围，不具有标尺，能设定参考角度和检测绝对角度。

在这种情况下，优选的是，设置用于让从光源发射的光衍射的衍射光栅，且光接收器件接收经过反射器件和衍射光栅的光。

这里，从光源发射的经过衍射光栅的光变为衍射光，被反射器件反射，且被发射到光接收器件，同时产生干涉条纹。发射到光接收器件的干涉条纹通过反射器件的旋转而在光接收器件的光接收表面上沿与测量轴线正交的正交方向在光接收器件上运动。光接收器件基于干涉条纹的运动设定参考角度。

因此，根据这种构造，因为光接收器件基于经过反射器件和衍射光栅的光设定参考角度，所以与仅基于经过反射器件的光来设定参考角度的情况相比，计算器件中的设定器件可以以高准确性设定参考角度。

在这种情况下优选的是光接收器件包括用于接收光和将光转换为信号的多个光接收元件，和包括多个光接收元件且在光接收器件的光接收表面上沿与测量轴线正交的正交方向平行布置的多个光接收单元。多个光接收单元可以包括预定光接收元件作为第一光接收单元，且可以包括与第一光接收单元不同的其他光接收元件作为第二光接收单元。设定器件可以包括用于检测来自第一光接收单元和第二光接收单元每一个的信号的信号检测单元，和用于基于通过信号检测单元检测的信号来确定参考角度的参考角度确定单元。在参考角度确定单元确定信号检测单元已经检测到来自第一光接收单元和第二光接收单元每一个的预定信号时，参考角度确定单元可以将检测到信号的位置设定为参考角度。

根据这种构造，光接收器件包括第一光接收单元和第二光接收单元，且参考角度确定单元可在确定信号检测单元已经检测到来自第一光接收单元和第二光接收单元每一个的预定信号时将检测到信号的位置设定为参考角度。因此，光学角度传感器可以以高分辨率检测角度，能检测宽角度范围，不具有标尺，能设定参考角度和检测绝对角度。

在这种情况下，在参考角度确定单元确定信号检测单元已经检测到来自第一光接收单元和第二光接收单元的具有相同强度的信号时，优选的是，参考角度确定单元将检测到信号的位置设定为参考角度。

这里，例如，信号检测单元检测到来自第一光接收单元和第二光接收单元的具有相同强度的信号的情况是光发射到之间第一光接收单元和第二光接收单元边界的情况。因此，根据这种构造，在参考角度确定单元确定信号检测单元已经检测到来自第一光接收单元和第二光接收单元的具有相同强度的信号时，检测到信号的位置被设定为参考角度。因此，光学角度传感器可通过参考角度确定单元容易地设定参考角度。

光接收器件可以用于接收光并将光转换为信号的多个光接收元件，和包括多个光接收元件且在光接收器件的光接收表面上沿与测量轴线正交的正交方向平行布置的多个光接收单元。优选的是，多个光接收单元包括预定光接收元件作为第一光接收单元，与第一光接收单元不同的另一光接收元件作为第二光接收单元，与第一光接收单元和第二光接收单元不同的另一光接收元件作为第三光接收单元。第一光接收单元和第三光接收单元可以设置为彼此邻近，且第二光接收单元和第三光接收单元可以设置为彼此邻近。计算器件可以包括角度信号检测单元，其基于通过多个光接收元件转换的信号检测用于计算角度的信号。设定器件可以包括：信号检测单元，用于检测来自第一光接收单元、第二光接收单元、和第三光接收单元每一个的信号；参考信号输出单元，用于基于通过信号检测单元检测的信号，在从第一光接收单元和第三光接收单元每一个检测到预定信号时输出第一参考信号，和在从第二光接收单元和第三光接收单元每一个检测到预定信号时输出第二参考信号；和参考角度计算单元，用于基于从第一参考信号和第二参考信号中之一的输出到其他参考信号的输出通过角度信号检测单元检测的信号通过计算设定参考角度。角度计算单元可以基于通过角度信号检测单元检测的信号和通过参考角度计算单元计算的参考角度来计算绝对角度。

根据这种构造，光接收器件包括第一光接收单元、第二光接收单元、和第三光接收单元。随后，基于通过参考信号输出单元输出的第一参考信号和第二参考信号，设定器件中的参考角度计算单元可从第一参考信号和第二参考信号中之一的输出到其他参考信号的输出通过计算从角度信号检测单元检测的用于计算角度的信号来设定参考角度因此，与设定参考角度而不执行计算相比，光学角度传感器可以以高准确性设定参考角度。

在这种情况下，在角度信号检测单元检测周期性信号时，第三光接收单元优选包括光接收元件，使得从参考信号输出单元输出的第一参考信号和第二参考信号之间的被角度信号检测单元检测的信号在一个周期中。

根据这种构造，在角度信号检测单元检测周期性信号，第三光接收单元包括光接收元件，使得来自参考信号输出单元的第一参考信号的输出和第二参考信号的输出之间的被角度信号检测单元检测的信号在一个周期中，使得设定器件中的参考角度计算单元能可靠地设定参考角度。

此时，优选的是，基于通过信号检测单元检测的信号，参考信号输出单元在从第一光接收单元和第三光接收单元每一个检测到具有相同强度的信号时参考信号输出单元输出第一参考信号，且在从第二光接收单元和第三光接收单元每一个检测到具有相同强度的信号时输出第二参考信号。

这里，例如，基于通过信号检测单元检测的信号从第一光接收单元和第三光接收单元每一个检测到具有相同强度的信号的情况下，光发射到第一光接收单元和第三光接收单元之间的边界。从第二光接收单元和第三光接收单元每一个检测到具有相同强度的信号，且光发射到第二光接收单元和第三光接收单元之间的边界。因此，根据这种构造，基于通过信号检测单元检测的信号，参考信号输出单元在从第一光接收单元和第三光接收单元每一个检测到具有相同强度的信号时输出第一参考信号，和在从第二光接收单元和第三光接收单元每一个检测到具有相同强度的信号时输出第二参考信号，使得可容易地测量输出第一参考信号和第二参考信号的时序。

此时，优选的是多个光接收元件沿正交方向布置成一行。

根据这种构造，因为光接收单元中的多个光接收元件沿正交方向布置成一行，所以例如，可通过沿正交方向将PDA(光电二极管阵列)布置成一行来容易地制造光接收单元。进一步地，多个光接收元件沿正交方向布置成一行，使得可从发射到光接收器件上的干涉条纹读取用于计算角度的信号。

多个光接收元件可以沿测量轴线方向并排布置在光接收器件的光接收表面上且可以按预定数量沿正交方向布置，该测量轴线方向是与测量轴线平行的方向。光接收元件可以包括在光接收表面上沿正交方向以预定间距布置成一行的多个掩模光栅。

这里，在作为多个光接收元件的PDA沿正交方向布置成一行时，有必要的是减小PDA本身的尺寸以便获得高分辨率的测量结果。

然而，根据这种构造，因为光接收元件设置有多个掩模光栅，其沿测量轴线方向并排布置、且沿正交方向具有预定尺寸、且在光接收表面上沿正交方向以预定间距布置成一行，所以即使PDA本身的尺寸不减小，掩模光栅和掩模光栅之间的光接收元件的区域也如各PDA那样工作，且因此光学角度传感器可获得高分辨率的测量结果。

在这种情况下，优选的是第一光接收单元包括沿测量轴线方向布置成一行的两个或更多光接收元件，第二光接收单元包括沿第一光接收单元的正交方向布置成一行且不同于第一光接收单元的两个或更多其他光接收元件。多个掩模光栅布置在两个或更多光接收元件每一个中，相对于其他光接收元件具有90度的相位差。

根据这种构造，在沿测量轴线方向布置成一行的第一光接收单元的两个或更多光接收元件每一个中和在沿第一光接收单元的正交方向布置成一行的第二光接收单元的两个或更多光接收元件每一个中，多个掩模光栅按移相90度的位置布置。在存在两个光接收元件时，计算器件可从两个光接收元件检测两相位信号(two-phase signal)。可从两相位信号检测用于计算角度的信号。由此，光学角度传感器可基于用于计算角度的信号和通过设定器件设定的参考角度计算绝对角度。

在这种情况下，优选的是，第一光接收单元包括沿测量轴线方向布置成一行的四的倍数的光接收元件，且第二光接收单元包括沿第一光接收单元的正交方向布置成一行且与第一光接收单元不同的四的另一倍数的光接收元件。

根据这种构造，例如，在设置四个光接收元件时，计算器件可从四个光接收元件检测四相位信号(four-phase signal)。因为从四相位信号检测的用于计算角度的信号比从两相位信号检测的用于检测角度的信号更敏感，所以光学角度传感器可以以更高准确性获取角度。此外，因为第一光接收单元和第二光接收单元每一个包括数量为4的倍数的光接收元件，所以可一一良好的平衡检测具有每一个相位的信号。

在这种情况下，优选的是，包括在第一光接收单元中的光接收元件的数量和包括在第二光接收单元中的光接收元件的数量相同。

根据这种构造，因为包括在第一光接收单元中的光接收元件的数量和包括在第二光接收单元中的光接收元件的数量相同，所以计算器件可从第一光接收单元和第二光接收单元获得具有相同强度的信号。

优选地，光接收器件包括位置设定传感器，用于在光接收器件的光接收表面上设定光的位置，且设定器件基于来自位置设定传感器的信号设定参考角度。

根据这种构造，设定器件可容易地基于来自位置设定传感器的信号设定参考角度，而不执行操作。

附图说明

图1是显示了根据第一实施例的光学角度传感器的透视图。

图2是显示了光学角度传感器的截面图。

图3是显示了光学角度传感器中光接收器件的图。

图4是显示了光学角度传感器中的计算器件的方块图。

图5A是显示了在光学角度传感器中设定参考角度的方法的图。

图5B是显示了在光学角度传感器中设定参考角度的方法的图。

图6是显示了根据第二实施例的光学角度传感器的方块图。

图7A是光接收器件4A的示意图。

图7B是显示了在光学角度传感器中识别参考角度的方法的图。

图8是显示了在光学角度传感器中识别参考角度的方法的流程图。

图9A是光接收器件4B的示意图。

图9B显示来自光接收器4B的被信号检测器81检测的信号。

图10是显示了根据第四实施例的在光学角度传感器中的光接收器件的图。

图11是显示了根据第一修改例的光学角度传感器的截面图。

图12是显示了根据第二修改例的光学角度传感器的透视图。

图13是显示了根据第二修改例的光学角度传感器的截面图。

具体实施方式

[第一实施例]

下文中，参考图1到5B所述的第一本发明实施例。

图1是显示了根据第一实施例的光学角度传感器的透视图。

如图1所示，光学角度传感器1包括用于发出光的光源2、用于围绕作为测量轴线的预定轴线旋转并将从光源2发出的光反射的反射器件3、用于接收从光源2发出的光的光接收器件4、和用于让从光源2发出的光衍射的衍射光栅5和6。衍射光栅5和6包括具有以预定布置间距布置的多个光栅51的第一衍射光栅5和具有以预定布置间距布置的多个光栅61的第二衍射光栅6。光学角度传感器1设置在用于测量旋转对象的测量仪器内。

光源2朝向第一衍射光栅5的一个表面发出具有恒定宽度的平行光。光源2例如是LED(发光二极管)。光源2并不限于LED，且可以是任何光源。

反射器件3附接到旋转测量对象。反射器件3具有面对光接收器件4、第一衍射光栅5、和第二衍射光栅6的反射表面31。反射器件3设置为围绕作为Y轴线的测量轴线从参考角度(起点)旋转±15度。在以下描述中，平行于测量轴线(Y轴线)的测量轴线方向可以是Y方向，在反射器件3的反射表面31中与Y轴线正交的方向可以是X轴线，且平行于X轴线的方向可以是正交方向。

图2是显示了光学角度传感器的截面图。

如图2所示，光源2和反射器件3设置为彼此面对，第一衍射光栅5插置在它们之间。反射器件3设置为面对第二衍射光栅6和光接收器件4。光接收器件4通过第一衍射光栅5、第二衍射光栅6、和反射器件3从光源2接收光，且接收通过光在光接收器件4上产生的干涉条纹C。

第一衍射光栅5和第二衍射光栅6用半透明玻璃形成。第一衍射光栅5和第二衍射光栅6设置在沿X方向形成为长形状的一个板状本体中。在该板状本体中，光源2侧是第一衍射光栅5，且光接收器件4侧是第二衍射光栅6。第一衍射光栅5和第二衍射光栅6并不限于玻璃，且可以用任何半透明的构件形成。进一步地，第一衍射光栅5和第二衍射光栅6可以不设置在一个板状本体，且第一衍射光栅5和第二衍射光栅6可以分开设置。

通过光源2照射到第一衍射光栅5的平行光被第一衍射光栅5衍射且作为衍射光照射到反射器件3，且被反射器件3反射以变为反射光。反射光进一步被第二衍射光栅6衍射为多个衍射光。被第二衍射光栅6衍射的多个衍射光被再次发射到反射器件3，以变为反射光，且被发射到光接收器件4。经过第一衍射光栅5、第二衍射光栅6和反射器件3的反射光在光接收器件4处彼此干涉，由此在光接收器件4的光接收表面上沿与测量轴线正交的正交方向(X方向)产生按与多个光栅51和61的布置间距对应的周期(cycle)明暗重复的干涉条纹C。在图2中，为了描述方便，通过箭头仅示出从光源2发出并到达光接收器件4的光。在以下描述中，“相位”意味着相对于通过第一衍射光栅5和第二衍射光栅6产生的干涉条纹C的时间段的相位，除非另有说明。

在相对于从光源2发出的平行光，反射器件3旋转且倾斜角度改变时，反射到第二衍射光栅6的反射光的方向改变。结果，在第二衍射光栅6和光接收器件4中从光源2发出的平行光的到达点改变。因为通过改变到达点来改变从第一衍射光栅5到光接收器件4的光学距离，所以光接收器件4的光接收表面上的干涉条纹C移位。即，发射到光接收器件4的干涉条纹C在光接收器件4上如图2中的箭头所示(图中的左右方向)沿X方向运动，该X方向是光接收器件4的正交方向。光学角度传感器1从干涉条纹C的运动检测反射器件3的倾斜角度的改变。

图3是显示了光学角度传感器中光接收器件的图。

光接收器件4具有比从光源2发射的平行光的宽度更宽的光接收表面，且包括多个光接收元件40，如图3所示。多个光接收元件40沿正交方向(X方向)布置成一行，且接收光以将光转换为信号。多个光接收元件40沿X方向以布置间距P(对应于多个光栅51和61(见图1和2)的布置间距)布置成一行。PDA用于多个光接收元件40。PDA是光检测器，其具有的性质是多个干涉条纹C(见图2)可被同时测量。多个光接收元件40并不限于PDA，且可以使用任何光接收装置，例如PSD(位置敏感检测器)或CCD(电荷藕合装置)。

光接收器件4包括多个光接收单元，该多个光接收单元包括多个光接收元件40且沿正交方向(X方向)布置成一行。多个光接收单元包括第一光接收单元41和第二光接收单元42。

第一光接收单元41包括预定光接收元件40，且第二光接收单元42包括与第一光接收单元41不同的另一光接收元件40。第一光接收单元41和第二光接收单元42布置为彼此邻近。

多个光接收元件40沿X方向(其是正交方向)布置成一行，且布置在彼此移相90度的位置。包括在第一光接收单元41中的光接收元件40和包括在第二光接收单元42中的光接收元件40以相同数量布置。

图4是显示了光学角度传感器中的计算器件的方块图。

如图4所示，光学角度传感器1进一步包括计算器件7，其用于计算通过光接收器件4接收的作为信号的光。

计算器件7包括角度信号检测单元70、用于设定参考角度的设定器件8和用于计算反射器件3的倾斜角度的角度计算单元9。

角度信号检测单元70检测周期性信号，用于基于从干涉条纹发射到光接收器件4的光来计算角度。

设定器件8包括信号检测单元81和参考角度确定单元82，且基于通过光接收器件4接收的光来设定参考角度。

信号检测单元81检测从第一光接收单元41和第二光接收单元42而来的信号。

参考角度确定单元82基于通过信号检测单元81检测的信号确定参考角度。在确定信号检测单元81检测到从第一光接收单元41和第二光接收单元42而来的预定信号时，参考角度确定单元82将信号被检测的位置设定为参考角度。在本实施例中，在预定信号被检测的情况是信号检测单元81检测到从第一光接收单元41和第二光接收单元42而来的具有相同强度的信号的情况。

更具体地，来自第一光接收单元41和第二光接收单元42的被信号检测单元81检测的信号是基于发射到多个光接收元件40的光量的信号。参考角度确定单元82基于发射到光接收器件4的光量从信号确定在第一光接收单元41和第二光接收单元42中光被照射到何处。随后，在光发射到第一光接收单元41和第二光接收单元42两者的光接收元件40，且光发射到第一光接收单元41和第二光接收单元42之间的边界时，即，在具有相同光量的光发射到第一光接收单元41和第二光接收单元42，且具有相同接收光强度的信号被信号检测单元81检测到时，参考角度确定单元82将该位置设定为参考角度。

图5A和5B是显示了用于在光学角度传感器中设定参考角度的方法的示意图。

具体地，图5A是光接收器件4的示意图，且显示了来自光接收器件4的被角度信号检测单元70和信号检测单元81检测的信号。图5B是显示了参考角度确定单元82如何基于来自信号检测单元81的信号设定参考角度的图。在图5B中，(1)显示了被信号检测单元81检测的发射到光接收器件4的光的光强度，且(2)显示了被角度信号检测单元70检测的用于计算反射器件3的倾斜角度的信号。下文中，基于附图5A和5B描述用于在光学角度传感器1中设定参考角度的方法。

首先，在电力接通时，设置有光学角度传感器1的测量仪器执行让反射器件3倾斜的操作(见图1和2)。此时，测量仪器以完整行程让反射器件3倾斜。光学角度传感器1从光源2发射平行光以用于设定参考角度，同时通过测量仪器操作以让反射器件3倾斜。结果，光根据反射器件3的倾斜发射到光接收器件4。

接下来，设定器件8中的信号检测单元81基于通过反射器件3发射的光的光量来检测信号。

如5A所示，信号检测单元81在第一光接收单元41被光照射时检测到第一信号T，且在第二光接收单元42被光照射时检测到第二信号S。角度信号检测单元70检测来自多个光接收元件40的用于计算反射器件3倾斜角度的信号。

这里，多个光接收元件40布置为沿X方向移动1/4周期。因此，角度信号检测单元70检测到来自多个光接收元件40的移相1/4周期的信号。

具体地，例如，在从预定光接收元件40检测到A相位信号时，角度信号检测单元70从光接收元件40检测到具有移相180度的相位的a相位信号，该光接收元件40具有的相位相对于检测到A相位信号的光接收元件40移相1/2周期。进一步地，信号检测单元81从光接收元件40检测相对于A相位信号移相90度的B相位信号，该光接收元件40相对于检测到A相位信号的光接收元件40移动1/4周期；且信号检测单元81检测b相位信号，该b相位信号相对于光接收元件40移相180度，该光接收元件40相对于检测到B相位信号的光接收元件40移动1/2周期。在通过随后描述的角度计算单元9计算角度时，使用被角度信号检测单元70检测的A相位信号、a相位信号、B相位信号、和b相位信号。应注意，角度信号检测单元70任意从某一光接收元件40检测A相位信号，且从哪一个光接收元件40检测哪一种信号是设计要点。

随后，参考角度确定单元82基于第一信号T和第二信号S确定通过反射器件3反射的光位于光接收器件4的光接收表面上的哪个位置。

通过反射器件3反射的反射光根据反射器件3的倾斜在光接收器件4的光接收表面上沿测量轴线方向(X方向)运动。即，通过反射器件3反射的光根据反射器件3的倾斜在第一光接收单元41和第二光接收单元42的光接收表面上运动。

图5B的垂直轴线代表发射到光接收器件4的光的光强度，且水平轴线代表反射器件3的倾斜角度。如图5B中的(1)所示，第一信号T表示在光发射到第一光接收单元41时的大接收光强度，且随光行进到第二光接收单元42，光接收强度逐渐衰减且波动，且在光发射到第二光接收单元42时，检测不到光。在光发射到第二光接收单元42时，第二信号S表示大接收光强度，且随光行进到第一光接收单元41，光接收强度逐渐衰减且波动，且发射到第一光接收单元41时，检测不到光。

在第一信号T和第二信号S的接收光强度波动时，第一信号T的接收光强度和第二信号S的接收光强度变为相同，如图5B的(1)中的交点O所示。因而，通过信号检测单元81确定第一信号T和第二信号S之间的接收光强度为相同接收光强度时，参考角度确定单元82将交点O的位置设定为参考角度。在设定参考角度时，光学角度传感器1例如在事先提供的存储器中存储参考角度，且开始角度检测。应注意，参考角度不是必须存储在存储器中，且可以使用任何方法，只要光学角度传感器1可基于参考角度来检测角度即可。

角度计算单元9基于参考角度和通过角度信号检测单元70检测的A相位信号、a相位信号、B相位信号、和b相位信号计算反射器件3的倾斜角度，如图5B中的(2)所示。具体地，角度计算单元9从A相位信号和a相位信号计算具有一幅值的第一测量信号，从B相位信号和b相位信号计算幅值相对于第一测量信号移动的第二测量信号，和通过微分运算从第一测量信号和第二测量信号计算反射器件3的倾斜角度。因为角度计算单元9通过微分运算计算反射器件3的倾斜角度，所以与不使用微分运算计算角度的情况相比，光学角度传感器1可以以高准确性执行角度检测。

根据该实施例，可实现以下功能和效果。

(1)光学角度传感器1可通过设定器件8设定参考角度，且可基于通过光接收器件4接收的光和通过设定器件8设定的参考角度而通过角度计算单元9来计算绝对角度。因此，光学角度传感器1能以高分辨率检测角度，能检测宽角度范围，不需要标尺，且能设定参考角度和检测绝对角度。

(2)因为光接收器件4基于经过反射器件3、第一衍射光栅5和第二衍射光栅6的光来设定参考角度，所以与基于仅经过反射器件3的光设定参考角度的情况相比，计算器件7中的设定器件8可以以高准确性设定参考角度，因为在计算中使用干涉条纹C。

(3)光接收器件4包括第一光接收单元41和第二光接收单元42。在确定信号检测单元81检测来自第一光接收单元41和第二光接收单元42的预定信号时，参考角度确定单元82可将信号被检测的位置设定为参考角度。因此，光学角度传感器1可以以高分辨率检测角度，能检测宽角度范围，不需要标尺，且能设定参考角度和检测绝对角度。

(4)在确定信号检测单元81检测到来自第一光接收单元41和第二光接收单元42的具有相同强度的信号时，参考角度确定单元82可通过参考角度确定单元82容易地设定参考角度，以便将信号被检测的位置设定为参考角度。

(5)因为光接收器件4中的多个光接收元件40沿X方向布置成一行，所以可通过沿X方向将PDA布置成一行而容易地制造PDA。进一步地，多个光接收元件40沿X方向布置成一行，使得可从发射到光接收器件4的干涉条纹C读取用于计算角度的信号。

(6)因为包括在第一光接收单元41中的光接收元件40的数量和包括在第二光接收单元42中的光接收元件40的数量相同，所以计算器件7可从第一光接收单元41和第二光接收单元42获得具有相同强度的信号。

[第二实施例]

下文，参考图6到8描述本发明第二实施例。在以下描述中，已经描述的部分通过相同附图标记示出，且省略其描述。

图6是显示了根据第二实施例的光学角度传感器的方块图。

在第一实施例中，光接收器件4包括第一光接收单元41和第二光接收单元42。

在本实施例中，如图6所示，光学角度传感器1A中的光接收器件4A不同于第一实施例之处在于，其包括第一光接收单元41A、第二光接收单元42A、和第三光接收单元43A，作为多个光接收单元。

在第一实施例中，设定器件8包括参考角度确定单元82。

本实施例不同于第一实施例之处在于，计算器件7A中的设定器件8A不包括参考角度确定单元82，而是包括参考信号输出单元83A和参考角度计算单元84A。

第一光接收单元41A包括预定光接收元件40，且第二光接收单元42A包括不同于第一光接收单元41A的另一光接收元件40。第三光接收单元43A包括在第一光接收单元41A和第二光接收单元42A之间的光接收元件40，且包括不同于第一光接收单元41A和第二光接收单元42A的其他光接收元件40。第一光接收单元41A和第三光接收单元43A设置为彼此邻近，且第二光接收单元42A和第三光接收单元43A设置为彼此邻近。

信号检测单元81A检测来自第一光接收单元41A、第二光接收单元42A、和第三光接收单元43A的信号。在检测到来自第一光接收单元41A和第三光接收单元43A的预定信号时，基于通过信号检测单元81A检测的信号，参考信号输出单元83A检测第一参考信号。在检测到来自第二光接收单元42A和第三光接收单元43A的预定信号时参考信号输出单元83A检测第二参考信号。在本实施例中，预定信号的检测是指，基于通过信号检测单元81A检测的信号，检测来自第一光接收单元41A和第三光接收单元43A的具有相同强度的信号，或检测来自第二光接收单元42A和第三光接收单元43A的具有相同强度的信号。

在通过参考信号输出单元83A检测第一参考信号和第二参考信号时，参考角度计算单元84A在从第一参考信号和第二参考信号中的其中一个参考信号被检测时到另一参考信号被检测时的时间段、基于角度信号检测单元70所检测的用于计算角度的信号而通过计算来设定参考角度。

图7A和7B是显示了用于在光学角度传感器中设定参考角度的方法的示意图。

具体地，图7A是光接收器件4A的示意图，且显示了被角度信号检测单元70和信号检测单元81A检测的来自光接收器件4A的信号。图7B显示了参考信号输出单元83A和参考角度计算单元84A如何基于来自角度信号检测单元70和信号检测单元81A的信号设定参考角度。(1)在图7B中显示通过信号检测单元81A检测的发射到光接收器件4A的光的接收光强度。(2)在图7B中显示了通过角度信号检测单元70检测的用于计算反射器件3的倾斜角度的信号。图8是显示了在光学角度传感器中设定参考角度的方法的流程图。

下文中，将参考图7A、7B和8描述用于在光学角度传感器1A中设定参考角度的方法。

首先，在电力接通时，设置有光学角传感器1A的测量仪器执行让反射器件3倾斜的操作(见图1和2)。此时，测量仪器以完整行程让反射器件3倾斜。随后，光学角度传感器1A从光源2发出准直光以用于设定参考角度，同时通过测量仪器操作以让反射器件3倾斜。结果，光根据反射器件3的倾斜发射到光接收器件4A。

接下来，如图8所示，设定器件8A中的信号检测单元81A执行信号检测步骤，用于基于通过反射器件3发射的光的光量检测信号(步骤ST01)。如图7A所示，信号检测单元81A在第一光接收单元41A被光照射时检测到第一信号T，在第二光接收单元42被光照射时检测到第二信号S，且在第三光接收单元43A被光照射时检测到第三信号U。角度信号检测单元70检测来自多个光接收元件40的、用于计算反射器件3的倾斜角度的信号。

随后，参考信号输出单元83A执行参考信号确定步骤，用于基于通过信号检测单元81获得的第一信号T、第二信号S、和第三信号U来确定光是否发射到第一光接收单元41A和第三光接收单元43A两者，以及光接收器件4A的第二光接收单元42A和第三光接收单元43A两者(步骤ST02)。

被反射器件3反射的光根据反射器件3的倾斜在光接收器件4A的光接收表面上沿测量轴线方向(X方向)运动。即，通过反射器件3反射的光根据反射器件3的倾斜在第一光接收单元41A、第二光接收单元42A、和第三光接收单元43A的光接收表面上运动。

图7B的垂直轴线代表发射到光接收器件4A的光的接收光强度，且代表表示反射器件3的倾斜的角度。此时，如图7B中的(1)所示，第一信号T表示在光发射到第一光接收单元41A时的大接收光强度，且随光行进到第三光接收单元43A，光接收强度逐渐衰减且波动，且在光发射到第二光接收单元42A和第三光接收单元43A时，检测不到光。第二信号S表示在光发射到第二光接收单元42A时的大接收光强度，且随光行进到第三光接收单元43A，光接收强度逐渐衰减且波动，且在光发射到第一光接收单元41A和第三光接收单元43A时，检测不到光。第三信号U表示在光发射到第三光接收单元43A时的大接收光强度，且随光行进到第一光接收单元41A或第二光接收单元42A，光接收强度逐渐衰减且波动，且在光发射到第一光接收单元41A或第二光接收单元42A时，检测不到光。

在第一信号T和第三信号U的接收光强度波动时，第一信号T的接收光强度和第三信号U的接收光强度可以在图7B的(1)中的交点O1处变为相同。在参考信号输出单元83A确定通过信号检测单元81A获得的第三信号U的接收光强度和第一信号T的接收光强度相同(步骤ST02)时，参考信号输出单元83A输出交点O1作为第一参考信号O1。即，在光发射到第一光接收单元41A和第三光接收单元43A之间的边界时参考信号输出单元83A输出第一参考信号O1。

此外，在第二信号S和第三信号U的接收光强度波动时，第二信号S和第三信号U的接收光强度在图7B的(1)中的交点O2处变为相同。在参考信号输出单元83A确定第二信号S的接收光强度和第三信号U的接收光强度相同(步骤ST02)时，参考信号输出单元83A输出交点O2作为第二参考信号O2。即，在光发射到第二光接收单元42A和第三光接收单元43A之间的边界时，参考信号输出单元83A输出第二参考信号O2。

在通过参考信号输出单元83A输出第一参考信号O1和第二参考信号O2(步骤ST02中为是)时，参考角度计算单元84A在从输出第一参考信号O1和第二参考信号O2中之一时到输出另一参考信号时的时间段、执行基于角度信号检测单元70所检测的用于计算反射器件3的倾斜角度的信号而通过计算确定参考角度的参考角度确定步骤，如图7B中的(2)所示(步骤ST03)。

此时，第三光接收单元43A包括光接收元件40，使得被信号检测单元81A检测的第一参考信号O1和第二参考信号O2之间的信号处于一个周期中。参考角度计算单元84A例如微分计算两个正弦波信号，其是在第一参考信号O1和第二参考信号O2之间检测的第一测量信号(A相位信号-a相位信号)和第二测量信号(B相位信号-b相位信号)。随后，参考角度计算单元84A通过计算结果将提前确定的预定角度勘校作为参考角度，且设定参考角度。这里，在通过微分计算两个正弦波信号而将两个正弦波信号的一个或更多周期包括在第一参考信号O1到第二参考信号O2中时，可以两次或更多次地计算被提前确定为预定参考角度的预定值。

因此，为了唯一地设定参考角度并确保不会两次或更多几次地计算与参考角度相同的值，第三光接收单元43A包括光接收元件40，使得通过信号检测单元81A检测的第一参考信号O1到第二参考信号O2之间的信号在一个周期中。由此，参考角度计算单元84A通过使用一个周期中的信号通过不计算重复的参考角度的计算来计算和设定参考角度。

在第一参考信号O1和第二参考信号O2两者不被参考信号输出单元83A输出(步骤ST02中为否)时，执行参考信号确定过程，直到输出第一参考信号O1和第二参考信号O2(步骤ST02)。这里，第一参考信号O1和第二参考信号O2两者的信号不被输出的情况是仅第一参考信号O1或仅第二参考信号O2被输出的情况，或是第一参考信号O1和第二参考信号O2两者的信号都不被输出的情况。

在设定参考角度时，光学角度传感器1A执行例如在提前设置的存储器中存储和设定参考角度的参考角度设定步骤(步骤ST04)，且开始检测角度。

角度计算单元9基于参考角度和通过角度信号检测单元70检测的A相位信号、a相位信号、B相位信号、和b相位信号(如图7B的(2)所示)计算反射器件3的倾斜角度。

在该实施例中，可获得与第一实施例中的(1)到(6)相同的功能和效果，且可获得以下功能和效果。

(7)基于从参考信号输出单元83A输出的第一参考信号O1和第二参考信号O2，设定器件8A中的参考角度计算单元84A可在从检测到第一参考信号O1和第二参考信号O2的参考信号中之一时到检测到另一参考信号时的时间段、从角度信号检测单元70所检测的用于计算角度的信号、通过计算来设定参考角度。因此，与设定参考角度而不执行第一实施例中的计算相比，光学角度传感器1A可以以高准确性设定参考角度。

(8)因为角度信号检测单元70检测到周期性信号，所以第三光接收单元43A包括光接收元件40，使得从参考信号输出单元83A输出的第一参考信号O1到第二参考信号O2之间的被角度信号检测单元70检测的信号在一个周期中，使得设定器件8A中的参考角度计算单元84A可靠地设定参考角度。

(9)因为基于信号检测单元81A检测的信号，参考信号输出单元83A在从第一光接收单元41A和第三光接收单元43A检测到具有相同强度的信号时输出第一参考信号O1，且在从第二光接收单元42A和第三光接收单元43A检测的具有相同强度的信号时输出第二参考信号O2，所以可容易地测量输出第一参考信号O1的时序和输出第二参考信号O2的时序。

[第三实施例]

下文，参考图9A和9B描述本发明的第三实施例。在以下描述中，已经描述的部分通过相同附图标记示出，且省略其描述。

图9A和图9B是显示了根据第三实施例的光学角度传感器中的光接收器件的示意图。

具体地，图9A是光接收器件4B的示意图。图9B显示了来自光接收器件4B的被信号检测单元81检测的信号。

在第一实施例中，多个光接收元件40沿正交方向(X方向)布置成一行。

在本实施例中，如图9A所示，光学角度传感器1B中的多个光接收元件40B不同于第一实施例之处在于，它们沿测量轴线方向(其是与测量轴线平行的方向)并排布置在光接收器件4B的光接收表面上，沿正交方向具有预定尺寸，沿正交方向以预定数量布置。光接收元件40B具有以预定间距在光接收表面上沿正交方向布置成一行的多个掩模光栅(maskgrating)M。

如图9A所示，第一光接收单元41B包括四个光接收元件40B，其是沿测量轴向方向布置成一行的两个或更多个和四的倍数个。第二光接收单元42B包括四个光接收元件，其是两个或更多个且是四的倍数个。第二光接收单元42B不同于第一光接收单元41B且沿第一光接收单元41B的垂直方向并排布置。

多个掩模光栅M布置在四个光接收元件40B每一个中，以便相对于其他光接收元件40B移相90度。通过以这种方式布置多个掩模光栅M，掩模光栅M之间的光接收元件40B的每一个区域可以以与第一实施例中的多个光接收元件40同样的方式获取信号且设定参考角度，在第一实施例中光接收元件40沿第一实施例中的测量轴线方向布置成一行。

具体地，如图9B中的(1)所示，光学角度传感器1B通过计算角度信号检测单元70(见图4)所检测的A1相位信号、a1相位信号、A2相位信号、a2相位信号、B1相位信号、b1相位信号、B2相位信号、和b2相位信号这八个信号来识别交点O，且识别交点O作为参考角度。在光学角度传感器1B中，如图9B中的(2)所示，基于角度信号检测单元70所检测的A1相位信号、a1相位信号、A2相位信号、a2相位信号、B1相位信号、b1相位信号、B2相位信号、和b2相位信号这八个信号以及参考角度通过角度计算单元9计算反射器件3的倾斜角度。

掩模光栅M以与衍射光栅同样的方式发挥功能，且可在光接收元件40B上产生衍射。因此，可在光接收元件40B上产生衍射，而不需要用于设置衍射光栅的空间，使得可实现空间节约。进一步地，通过将掩模光栅M布置在光接收元件40B上，可以以拟似方式(pseudomanner)在光接收元件40B上形成小于小型化光接收元件40的光接收元件，使得可获取具有高分辨率的信号和可实现高准确性。

在该实施例中，可获得与第一实施例中的(1)到(6)相同的功能和效果，且可获得以下功能和效果。

(10)光接收元件40B沿测量轴线方向(Y方向)并排布置且沿正交方向具有预定尺寸。光接收元件40B包括在光接收表面上沿正交方向以预定间距布置成一行的多个掩模光栅M。结果，即使PDA本身的尺寸不减小，光学角度传感器1B也可计算高分辨率角度，因为掩模光栅M之间的光接收元件40B的区域以与各PDA同样的方式工作。

(11)第一光接收单元41B包括数量为四的倍数的、沿测量轴线方向并排布置的光接收元件40B，且第二光接收单元42B包括与第一光接收单元41B不同的、沿第一光接收单元41B的正交方向并排布置的、数量为四的另一倍数的光接收元件。因此，计算器件7可检测来自四个光接收元件40B的四相位信号(four-phase signal)。从四相位信号检测的用于计算角度的信号比从两相位信号检测的用于计算角度的信号更敏感。因此，光学角度传感器1B可以以更高准确性获取角度。此外，第一光接收单元41B和第二光接收单元42B每一个包括四个光接收元件40B，其为四的倍数，所以可以以良好的平衡来检测相应相位的信号。

[第四实施例]

下文，参考图10描述本发明的第四实施例。在以下描述中，已经描述的部分通过相同附图标记示出，且省略其描述。

图10是显示了根据第四实施例的光学角度传感器中的光接收器件的图。

在第一到第三实施例中，设定器件8、8A、8B基于来自角度信号检测单元70的信号和来自信号检测单元81、81A的信号设定参考角度。

在本实施例中，如图10所示，光学角度传感器1C中的设定器件不同于第一实施例到第三实施例之处在于，其包括用于在光接收器件4C的光接收表面上设定光的位置的位置设定传感器8C，且基于来自位置设定传感器8C的信号设定参考角度。位置设定传感器8C例如是CCD、CMOS或PSD，且设定参考角度，该参考角度是距发射到光接收单元4C的光接收表面上的光斑的绝对位置。

通过使用位置设定传感器8C，设定器件可设定参考角度，而不管计算如何。因此，在第一到第三实施例中，设置有用于设定参考角度的光学角度传感器1C的测量仪器在电力接通时执行让反射器件3倾斜的操作(见图1和2)，但是在本实施例中，可不通过这种操作来设定参考角度。因此，与其他实施例的设定器件8、8A和8B相比可以有效地设定参考角度。

在该实施例中，可获得与第一实施例中的(1)到(6)相同的功能和效果，且可获得以下功能和效果。

(12)设定器件可基于来自位置设定传感器8C的信号而不执行算术操作来容易地设定参考角度。

[实施例的修改例]

应注意，本发明并不限于上述实施例，且在可实现本发明的目的的范围内的变化、改善等被包括在本发明中。

例如，在如上所述的实施例中，光学角度传感器1和1A～1C设置在测量仪器中，但是它们可以设置在其他仪器中(而不是测量仪器)，且对设置在什么上没有特别限制。

图11是显示了根据实施例第一修改例的光学角度传感器的截面图。

在如上所述的实施例中，光源2的光发射到第一衍射光栅5，且反射器件3反射通过第一衍射光栅5的衍射光，但是反射器件3可以反射来自光源2的光，且第一衍射光栅5可以让被反射器件3反射的反射光衍射，如图11所示的光学角度传感器1D中那样。

在上述实施例中，第一衍射光栅5和第二衍射光栅6设置作为衍射光栅，但是光学角度传感器可以包括两个或更多衍射光栅，或可以仅包括一个衍射光栅或可以不包括衍射光栅，如图11所示。

简要地说，光接收器件经由反射器件接收从光源发射光，且计算器件中的设定器件可基于被光接收器件接收的光设定参考角度，光接收器件的光路径可以是任何路径。

图12是显示了根据第二修改例的光学角度传感器的透视图。图13是显示了根据第二修改例的光学角度传感器的截面图。

在如上所述的实施例中，光学角度传感器1和1A～1D具有作为测量轴线的Y轴线，如图12所示的光学角度传感器1E那样，作为测量轴线的Y轴线以及X轴线可以用作两轴光学角度传感器。

在该例子中，光学角度传感器1E包括衍射光栅10，让从光源2发射的光分束并衍射为沿至少两个方向的光。本实施例不同于上述实施例之处在于，其包括第三衍射光栅5E、第四衍射光栅6E、光接收器件4E，该第三衍射光栅具有沿与作为测量轴线的X轴线正交的方向布置成一行的多个光栅51E，该第四衍射光栅具有沿与作为测量轴线的X轴线正交的方向布置成一行的多个光栅61E，该光接收器件接收经过第三衍射光栅5E和第四衍射光栅6E的光且具有沿与作为测量轴线的X轴线正交的方向布置成一行的多个光接收元件。

如图13所示，从光源2发出的经准直光被衍射光栅10分束并朝向第三衍射光栅5E衍射。被第三衍射光栅5E沿x方向衍射的衍射光被反射器件3反射，被第四衍射光栅6E衍射，被反射器件3反射，然后被光接收器件4E接收。结果，光学角度传感器1E仅可使用Y轴线而且可使用X轴线作为测量轴线，使得单个光学角度传感器1E可沿多个轴线检测多个角度。

在上述实施例中，反射器件3设置为可从参考角度旋转±15，但是可以不是±15度，而例如可以是±1度或±180度。

在第二实施例中，光接收器件4A的第三光接收单元43A包括光接收元件40，使得通过角度信号检测单元70检测的信号为一个周期或更少，但是可以包括光接收元件40，使得信号为一个周期或更多。

在第一实施例和第二实施例中，在光接收器件4和4A～4E中，包括在第一光接收单元41和41A中的光接收元件40的数量和包括在第二光接收单元42和42A中的光接收元件40的数量是相同的，但是可以不包括相同数量的光接收元件。简要地说，包括在第一光接收单元和第二光接收单元中的光接收元件的数量可以彼此不同，只要设定器件中的参考角度确定单元可从来自信号检测单元的信号设定参考角度，且参考信号输出单元可从来自信号检测单元的信号检测第一参考信号和第二参考信号即可。

在第二实施例中，第一光接收单元41A、第二光接收单元42A、和第三光接收单元43A中的多个光接收元件40沿测量轴线方向平行布置，但是可以是具有多个掩模光栅M的多个光接收元件40B，如第三实施例中那样。简要地说，光接收器件可以包括多个光接收元件。

在如上所述的实施例中，角度计算单元9基于角度信号检测单元70所检测的用于计算角度的信号通过微分运算计算反射器件3的倾斜角度，但是角度计算单元可以计算反射器件的倾斜角度而不使用微分运算。简要地说，角度计算单元可以通过任何方法计算角度，只要可基于通过多个光接收元件转换的信号来计算该角度即可。

在第一实施例中，第一光接收单元41和第二光接收单元42设置为彼此邻近，且在第二实施例中，第一光接收单元41A和第三光接收单元43A设置为彼此邻近，且第二光接收单元42A和第三光接收单元3A设置为彼此邻近，但是多个光接收单元可以不设置为彼此邻近。

进一步地，在信号检测单元81确定从第一光接收单元41和第二光接收单元42检测到具有相同强度的信号时，第一实施例的参考角度确定单元82将检测到信号的位置设定为参考角度。替换地，参考角度确定单元82可以在信号检测单元确定从第一光接收单元和第二光接收单元检测到不同预定信号时将检测到信号的位置设定为参考角度。简要地说，在参考角度确定单元确定已经检测到来自第一光接收单元和第二光接收单元的预定信号时，参考角度确定单元可以将检测到信号的位置设定为参考角度。

在第二实施例中，基于通过信号检测单元81A检测的信号，参考信号输出单元83A在从第一光接收单元41A和第三光接收单元43A检测的具有相同强度的信号时输出第一参考信号，且在从第二光接收单元42A和第三光接收单元43A检测到具有相同强度的信号时输出第二参考信号。替换地，参考信号输出单元83A可以在从第一光接收单元和第三光接收单元检测到不同预定信号时输出第一参考信号，且在从第二光接收单元和第三光接收单元检测到不同预定信号时输出第二参考信号。简要地说，参考信号输出单元可以基于通过信号检测单元检测的信号在从第一光接收单元和第三光接收单元检测到预定信号时输出第一参考信号，且可以在从第二光接收单元和第三光接收单元检测到预定信号时输出第二参考信号。

在第三实施例中，第一光接收单元41B包括沿测量轴线方向平行布置的四个光接收元件40B，且第二光接收单元42B包括与第一光接收单元41B不同的且沿第一光接收单元41B的正交方向平行布置的四个光接收元件。替换地，包括在第一光接收单元和第二光接收单元每一个中的光接收元件的数量可以是两个，或可以是八个(其是四的倍数)，或可以是两个或更多。例如，在第一光接收单元和第二光接收单元每一个包括两个光接收元件时，光学角度传感器可从两个光接收元件检测到两相位信号。光学角度传感器可基于用于计算角度的信号和通过设定器件设定的参考角度计算绝对角度。

简要地说，第一光接收单元可以包括沿测量轴线方向并排布置的两个或更多光接收元件，且第二光接收单元可以包括与第一光接收单元不同且沿第一光接收单元的正交方向并排布置的两个或更多其他光接收元件。

工业应用性

如上所述，本发明的可适当地应用于光学角度传感器。

Claims (11)

1.一种光学角度传感器，包括：

光源，用于发出光；

反射器件，用于围绕作为测量轴线的预定轴线旋转并反射从光源发出的光；

光接收器件，用于接收从光源发出的光；和

计算器件，用于计算通过光接收器件接收的作为信号的光，

其中光接收器件通过反射器件接收从光源发射的光，

计算器件包括：

设定器件，用于基于通过光接收器件接收的光来设定参考角度；和

角度计算单元，基于通过光接收器件接收的光和通过设定器件设定的参考角度来计算绝对角度；

衍射光栅，用于对从光源发射的光进行衍射，

其中光接收器件接收经过反射器件和衍射光栅的光；

其中光接收器件包括：

多个光接收元件，用于接收光并将光转换为信号；和

多个光接收单元，每一个包括多个光接收元件且沿与测量轴线正交的正交方向在光接收单元的光接收表面上布置成一行，

其中多个光接收单元包括：

第一光接收单元，其包括预定光接收元件；和

第二光接收单元，其包括与第一光接收单元不同的其他光接收元件，

其中设定器件包括：

信号检测单元，用于检测来自第一光接收单元和第二光接收单元的信号；和

参考角度确定单元，基于通过信号检测单元检测的信号确定参考角度，其中参考角度确定单元在信号检测单元检测到来自第一光接收单元和第二光接收单元的预定信号时将信号被检测的位置确定为参考角度。

2.如权利要求1所述的光学角度传感器，其中参考角度确定单元在信号检测单元已经从第一光接收单元和第二光接收单元检测到具有相同强度的信号时确定信号被检测的位置是参考角度。

3.如权利要求1所述的光学角度传感器，其中多个光接收元件沿正交方向布置成一行。

4.如权利要求1所述的光学角度传感器，其中多个光接收元件沿测量轴线方向并排设置在光接收器件的光接收表面上、具有沿正交方向的预定尺寸、且沿正交方向按预定数量布置，测量轴线方向是与测量轴线平行的方向，

且其中光接收元件包括在光接收表面上沿正交方向以预定间距布置成一行的多个掩膜光栅。

5.如权利要求4所述的光学角度传感器，其中第一光接收单元包括沿测量轴线方向并排布置的两个或更多光接收元件，且第二光接收单元包括与第一光接收单元不同且沿与第一光接收单元正交的方向并排布置的两个或更多其他光接收元件，

且其中多个掩膜光栅布置为相对于两个或更多光接收元件每一个中的其他光接收元件移相90度。

6.如权利要求5所述的光学角度传感器，其中第一光接收单元包括沿测量轴线方向并排布置的光接收元件，该光接收元件数量为四的倍数；

且其中第二光接收单元包括光接收元件，该光接收元件数量为四的倍数、与第一光接收单元不同且沿第一光接收单元的正交方向并排布置。

7.如权利要求1所述的光学角度传感器，其中第一光接收单元中包括的光接收元件的数量和第二光接收单元中包括的光接收元件的数量是相同的。

8.一种光学角度传感器，包括：

光源，用于发出光；

反射器件，用于围绕作为测量轴线的预定轴线旋转并反射从光源发出的光；

光接收器件，用于接收从光源发出的光；和

计算器件，用于计算通过光接收器件接收的作为信号的光，

其中光接收器件通过反射器件接收从光源发射的光，

计算器件包括：

设定器件，用于基于通过光接收器件接收的光来设定参考角度；和

角度计算单元，基于通过光接收器件接收的光和通过设定器件设定的参考角度来计算绝对角度；

衍射光栅，用于对从光源发射的光进行衍射，

其中光接收器件接收经过反射器件和衍射光栅的光；

其中光接收器件包括：

多个光接收元件，用于接收光并将光转换为信号：和

多个光接收单元，每一个包括多个光接收元件且沿与测量轴线正交的正交方向在光接收单元的光接收表面上布置成一行，

其中多个光接收单元包括：

第一光接收单元，其包括预定光接收元件；

第二光接收单元，其包括与第一光接收单元不同的其他光接收元件；

第三光接收单元，其包括与第一光接收单元和第二光接收单元不同的其他光接收元件，

其中第一光接收单元和第三光接收单元布置为彼此邻近，且第二光接收单元和第三光接收单元布置为彼此邻近，

其中计算器件包括角度信号检测单元，用于检测信号，用于基于通过多个光接收元件转换的信号来计算角度，

其中设定器件包括：

信号检测单元，用于检测来自第一光接收单元、第二光接收单元、和第三光接收单元的信号；

参考信号输出单元，在基于被信号检测单元检测的信号从第一光接收单元和第三光接收单元检测到预定信号时输出第一参考信号，和在从第二光接收单元和第三光接收单元检测到预定信号时输出第二参考信号；和

参考角度计算单元，在第一参考信号和第二参考信号从参考信号输出单元输出时，通过在从第一参考信号和第二参考信号中之一被输出时到另一参考信号被输出时的时间段期间、基于被角度信号检测单元检测的信号通过计算来设定参考角度，

且其中，角度计算单元基于通过角度信号检测单元检测的信号和通过参考角度计算单元计算的参考角度来计算绝对角度。

9.如权利要求8所述的光学角度传感器，其中第三光接收单元包括光接收元件，使得在角度信号检测器检测到周期性信号时，在第一参考信号和第二参考信号之间的通过信号检测单元检测的信号在一个周期中。

10.如权利要求8所述的光学角度传感器，其中参考信号输出单元在基于通过信号检测单元检测的信号从第一光接收单元和第三光接收单元检测到具有相同强度的信号时输出第一参考信号，且在从第二光接收单元和第三光接收单元检测到具有相同强度的信号时输出第二参考信号。

11.一种光学角度传感器，包括：

光源，用于发出光；

反射器件，用于围绕作为测量轴线的预定轴线旋转并反射从光源发出的光；

光接收器件，用于接收从光源发出的光；和

计算器件，用于计算通过光接收器件接收的作为信号的光，

其中光接收器件通过反射器件接收从光源发射的光，

计算器件包括：

设定器件，用于基于通过光接收器件接收的光来设定参考角度；和

角度计算单元，基于通过光接收器件接收的光和通过设定器件设定的参考角度来计算绝对角度；

衍射光栅，用于对从光源发射的光进行衍射，

其中光接收器件接收经过反射器件和衍射光栅的光；

其中光接收器件包括位置设定传感器，用于在光接收器件的光接收表面上设定光的位置，且设定器件基于来自位置设定传感器的信号确定参考角度。

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