CN112013887A - 光学编码器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种光学编码器，其包括标尺、相对于标尺移动的头部、以及基于相对移动来进行计算的计算单元。头部包括光源和具有光接收面的接收单元。标尺包括标尺面上的台阶部。台阶部在光接收面上产生具有对比度图案的干涉光，并在对比度图案中产生具有最高对比度的最暗部。光源在相对于与标尺面垂直的方向倾斜的方向上用光照射台阶部。计算单元包括原点计算单元，该原点计算单元从对比度图案中识别最暗部、并计算所识别出的最暗部作为原点位置，该原点位置是标尺和头部之间的相对移动的基准。

Description

光学编码器
技术领域
本发明涉及诸如光学编码器等的测量仪器中的原点检测装置。
背景技术
传统上，一种光学编码器，包括：标尺，其具有沿着测量方向设置的标尺图案；头部，其与标尺相对并沿着测量方向相对于标尺移动；以及计算单元，用于基于标尺和头部的相对移动来进行计算。在这种类型的光学编码器中，头部包括用于向标尺照射光的光源、以及具有用于接收来自光源的通过标尺的光的光接收面的接收单元。
这种光学编码器中的计算单元从标尺检测原点位置，并基于所检测到的原点位置来计算标尺和头部之间的相对移动量。
作为原点位置的检测方法，例如存在根据日本特开平10-2717中所描述的原点检测装置(光学编码器)的方法。
原点检测装置包括用于通过准直透镜照射平行光束的光发射元件(光源)、用于使平行光束以任意对比度图案通过的标尺、用于检测通过标尺的光量的光接收元件(光接收单元)。标尺包括由透明薄膜形成的相移层以及作为相移层的边缘的台阶。穿过标尺的光在相移层的台阶处发生干涉，并形成光接收元件所接收到的对比度图案中光接收元件所检测到的光量处于最低水平的暗区，即具有最高对比度的暗区。原点检测装置将具有最高对比度的该暗区的位置检测为原点位置。
具体地，根据通过标尺的平行光束，产生透过没有相移层的部分的基准光束和透过相移层的相移光束。由于相移光束穿过具有与标尺的折射率不同的折射率的相移层，因此相移光束的光速比基准光束的光速慢。因此，在基准光束和相移光束之间产生相位差。由于该相位差，基准光束和相移光束因在台阶处的衍射而发生干涉，并在台阶正下方的光接收元件中产生具有最高对比度的暗区。这里，当基准光束和相移光束之间的相位差是相对于光发射元件的光的波长λ的半波长λ/2时，形成具有最高对比度的暗区。因此，设置相移层的厚度，以使得基准光束和相移光束之间的相位差为半波长λ/2。
原点检测装置首先使光发射元件发射光以朝向标尺照射平行光束，并使标尺相对于光发射元件和光接收元件移动，从而检测具有最高对比度的暗区作为原点位置。接着，当标尺移动时，平行光束照射到台阶。此时，光接收元件继续观察由于接收到的干涉光而产生的信号的输出电平。当平行光束照射到台阶时，光接收元件检测具有最高对比度的暗区。由于原点检测装置检测到具有最高对比度的该暗区作为原点位置，因此原点检测装置可以容易地基于相移层和台阶来检测原点位置。
发明内容
发明要解决的问题
这里，对比度图案的对比度随着基准光束和相移光束(在下文中有时称为两个光波)之间的相位差而变化。另外，两个光波的相位差随着基准光束的光路长度和相移光束的光路长度之间的差以及光源波长的改变而改变。日本特开平10-2717中所描述的原点检测装置通过调整相移层的厚度来将基准光束和相移光束之间的相位差设置为半波长λ/2，从而形成具有最高对比度的暗区。
然而，即使通过调整相移层的厚度，两个光波的相位差也会由于例如相移层的厚度的制造误差、标尺材料的折射率的误差、因诸如热等的环境改变而引起的标尺材料的变形、以及光源的光波长的改变而波动。存在如下的问题：两个光波的相位差的波动使对比度图案的对比度劣化，从而可能使原点位置的检测精度劣化。
本发明的目的是抑制由于相位差的波动而导致的对比度劣化，从而提供能够以高精度检测到原点位置的光学编码器。
用于解决问题的方案
本发明的光学编码器包括：标尺，其具有沿着测量方向设置的标尺图案；头部，其与所述标尺相对并沿着所述测量方向相对于所述标尺移动；以及计算单元，用于基于所述标尺和所述头部的相对移动来进行计算。所述头部包括光源和光接收单元，所述光源用于向所述标尺照射光，以及所述光接收单元具有用于接收来自所述光源的通过所述标尺的光的光接收面。所述标尺包括台阶部，所述台阶部在面向所述光源和所述光接收单元中至少之一的标尺面中被形成为具有高度差的台阶。所述台阶部在从所述光源照射光时在所述光接收面上产生具有对比度图案的干涉光，并且在所述对比度图案中产生具有最高对比度的最暗部。所述光源在相对于与所述标尺面垂直的方向倾斜的方向上利用光来照射所述台阶部。所述计算单元包括原点计算单元，所述原点计算单元用于从所述光接收单元经由所述台阶部所接收到的干涉光的对比度图案中识别所述最暗部，并且计算所识别出的最暗部作为原点位置，所述原点位置是所述标尺和所述头部之间的相对移动的基准。
根据上述的本发明，通过在相对于与标尺面垂直的方向倾斜的方向上用光照射台阶部，即使存在台阶的厚度的制造误差、由于环境改变而引起的标尺的变形、以及光源的波长的改变等，光学编码器中的光源也可以减少对两个光波之间的相位差的影响。计算单元中的原点计算单元在抑制了两个光波之间的相位差的波动的情况下从由干涉光产生的具有高对比度的对比度图案中识别最暗部，并计算所识别出的最暗部作为原点位置。
因此，光学编码器可以抑制由于相位差的波动而导致的对比度劣化，并以高精度检测出原点位置。
此时，所述光源优选在沿着与所述测量方向垂直的平面倾斜的方向上利用光来照射所述台阶部。
这里，在光源在相对于任意方向倾斜的方向上用光照射台阶部的情况下，在与台阶部相对应的位置处产生的最暗部的位置可以根据光如何照射而移动。如果最暗部的位置移动，则原点计算单元所计算出的原点位置可能出现偏差，这可能导致误差。
然而，根据这种结构，通过在沿着与测量方向垂直的平面倾斜的方向上用光照射台阶部，光源可以抑制最暗部的位置的移动，并在与台阶部相对应的位置处产生最暗部。因此，光学编码器可以抑制由于光相对于台阶部的照射角度而引起的原点位置的偏差。
此时，所述台阶部优选包括所述标尺面中设置在低位置处的下段部、所述标尺面中设置在高位置处的上段部、以及用于连接所述下段部和所述上段部的连接面。此外，所述光源优选在沿着所述连接面倾斜的方向上利用光来照射所述台阶部。
根据这种结构，通过在沿着连接面倾斜的方向上用光照射台阶部，光源可以抑制上述的最暗部的位置的移动，并且可以容易地设计诸如使得在与台阶部或连接面相对应的位置处产生最暗部的光源的配置等。
此时，所述连接面优选形成在与所述测量方向垂直的平面中。
根据这种结构，通过在与测量方向垂直的平面中形成连接面，最暗部可以在较窄的范围中。例如，在台阶部以台阶形状形成在标尺面中的情况下，最暗部以直线状形成在与连接面相对应的位置处。因此，由于形成在与连接面相对应的位置处的最暗部可以形成为线或点，因此光学编码器可以以高精度生成原点位置。
此时，所述台阶部优选以所述对比度图案是伪随机的方式形成在所述标尺面上。
根据这种结构，通过以对比度图案是伪随机的方式在标尺面上形成台阶部，可以使光接收单元中的对比度图案的亮度差异显著。因此，即使在对比度劣化的原因是由于相位差的波动的情况下，光学编码器也可以以高精度容易地检测出原点位置。
此时，所述台阶部优选将来自所述光源的光朝向所述光接收单元反射。
根据这种结构，与台阶部使来自光源的光透过的情况相比，在来自光源的光朝向光接收单元反射的情况下，可以减小台阶部的厚度。因此，与台阶部使来自光源的光透过的情况相比，光学编码器可以降低成本并实现小型化。
附图说明
图1是示出根据第一实施例的光学编码器的立体图。
图2是示出光学编码器的框图。
图3A至3C是示出光学编码器的示意图。
图4A和4B是示出光学编码器中的两个光波之间的相位差的改变的图。
图5是示出根据第二实施例的光学编码器的立体图。
图6A至6C是示出光学编码器的示意图。
图7A和7B是示出根据第三实施例的光学编码器的示意图。
图8是示出根据第四实施例的光学编码器的立体图。
具体实施方式
第一实施例
以下将参考图1至4B来说明本发明的第一实施例。
在各图中，标尺2的纵向方向被示出为X方向，横向方向被示出为Y方向，并且高度方向被示出为Z方向。以下，这些方向可以简单地作为X方向、Y方向和Z方向来说明。
图1是示出根据第一实施例的光学编码器1的立体图。
如图1所示，光学编码器1包括伸长的标尺2、与标尺2相对并沿着作为测量方向的X方向相对于标尺2移动的头部3。
光学编码器1是用于作为测量装置(未示出)的线性标尺的线性编码器。光学编码器1被设置在线性标尺的内部。线性标尺通过使头部3沿着作为测量方向的X方向相对于标尺2相对移动来检测头部3相对于标尺2的位置，并将检测结果输出至诸如液晶显示器(未示出)等的显示器。
头部3包括用于向标尺2照射光的光源4、具有用于接收来自光源4的通过标尺2的光的光接收面50的光接收单元5。头部3被设置为能够在X方向上相对于标尺2进退。
标尺2例如由玻璃等形成。在标尺2的一个表面上，沿着作为测量方向的X方向设置标尺图案20。
标尺图案20是反射来自光源4的光的反射型。标尺图案20具有用于反射来自光源4的光的反射部21和不反射光的非反射部22。标尺图案20是所谓的增量图案，其中反射部21和非反射部22沿着X方向以预定间距交替布置。根据通过增量图案的光，生成作为增量信号的正弦波信号。光学编码器1通过分析正弦波信号来计算标尺2和头部3之间的相对移动量。
标尺2设置有在面向光源4和光接收单元5的标尺面200中形成为具有高度差的台阶的台阶部6。
台阶部6与标尺图案20并排设置。台阶部6包括设置在标尺面200的低位置处的下段部61、设置在标尺面200的高位置处的上段部62、用于连接下段部61和上段部62的连接面63。连接面63形成在与作为测量方向的X方向垂直的平面中。也就是说，在本实施例中，连接面形成在Y-Z平面中。标尺图案20和台阶部6将来自光源的光反射朝向光接收单元5。
当光源4照射光时，台阶部6产生使得在光接收单元5的光接收面50上产生对比度图案的干涉光，并且产生作为对比度图案中的最暗图案的最暗部(未示出)。
光源4例如是用于照射具有恒定束宽的平行光的半导体激光器。光源4以适当的角度设置，以向标尺2照射光。注意，光源4不限于半导体激光器，其可以使用任何光源。此外，光源4包括用于检测原点位置的光源4a和用于检测标尺2和头部3的相对移动的光源4b。
光源4a在相对于与标尺面200垂直的方向倾斜的方向上用光照射台阶部6。具体地，光源4a在沿着连接面63倾斜的方向上用光照射台阶部6。也就是说，光源4a沿着Y-Z平面以与标尺面200或垂直于标尺面200的方向成一定角度地照射与Y-Z平面平行的光。
光源4b用光照射标尺2的标尺图案200。
光接收单元5包括用于检测原点位置的光接收单元5a和用于检测标尺2和头部3的相对移动的光接收单元5b。使用PDA(Photo Diode Array，光电二极管阵列)作为光接收单元5。光接收单元5不限于PDA，并且可以使用诸如PSD(位置灵敏检测器)或CCD(电荷耦合器件)等的任何光接收装置。
光接收单元5a被设置在能够接收来自光源4a的通过标尺2的光的位置处。光接收单元5b被设置在能够接收来自光源4b的通过标尺2的标尺图案20的光的位置处。光接收单元5b包括多个光接收元件51，该多个光接收元件51沿着作为测量方向的X方向以配置间距p布置。光接收元件51根据通过标尺图案20的光来检测标尺2和头部3之间的相对移动量。
图2是示出光学编码器1的框图。
如图2所示，光学编码器1包括计算单元7，该计算单元7基于标尺2和头部3的相对移动来进行计算。计算单元7例如是微计算机等。
计算单元7包括原点计算单元71，该原点计算单元71从光接收单元5a通过台阶部6接收到的干涉光的对比度图案中识别最暗部、并计算所识别出的最暗部作为原点位置，该原点位置是标尺2和头部3之间的相对移动的基准。
图3A至3C是示出光学编码器1的示意图。具体地，图3A是显示标尺2中的台阶部6的立体图。图3B是从X方向看的台阶部6的图。图3C是从Y方向看的台阶部6的图。
以下说明通过从光源4a以倾斜的方式用光照射台阶部6、同时抑制由于两个光波之间的相位差的改变而导致的对比度图案的对比度的劣化来形成具有最高对比度的最暗部的原理。在以下的图中，为了便于解释，来自光源4a的光的光路可以用实线箭头表示。此外，“从光源4a以倾斜的方式用光照射台阶部6”意味着光源4a沿着Y-Z平面从垂直于标尺面200的方向朝向标尺面200以一定角度用光照射台阶部6。
如图3A所示，光源4a沿着Y-Z平面从垂直于标尺面200的方向朝向标尺面200以角度θ照射与Y-Z平面平行的光。此时，从下段部61到上段部62的连接面63的长度(即，从下段部61到上段部62的Z方向上的高度)为距离d。此外，来自光源4a的通过台阶部6的光包括在下段部61反射的第一光100和在上段部62反射的第二光101。由于第一光100和第二光101分别穿过台阶部6的下段部61和上段部62，因此其中一个光的速度变慢。因此，在第一光100和第二光101之间产生相位差。
这里，如上所述，第一光100和第二光101的对比度图案的对比度因相位差而变化。此外，相位差由于第一光101的光路长度和第二光的光路长度之差的变化、来自光源4a的光的波长λ的变化以及连接面63的距离d的变化而改变。
如图3B所示，当光源4a沿着Y-Z平面以角度θ照射光时，第一光100和第二光101各自的光路长度的差可以用2d×cosθ表示，并且第一光100和第二光101之间的相位差用式(1)表示。
2π×(2d×cosθ)÷λ＝2π×(2d/λ)×cosθ···(1)
在式(1)的右式中，第一光100和第二光101之间的相位差的变化因子为2d/λ。然后，随着光源4a的光照射角度θ的增大，cosθ的值减小。也就是说，通过使光源4a的照射角度θ增大，cosθ的值减小，相应地，作为相位差的变化因子的2d/λ的值也减小。因此，即使在连接面63的距离d和来自光源4a的光的波长λ改变的情况下，由于光源4a以角度θ用光照射台阶部，因此也可以减小对相位差的影响。
然后，如图3C所示，第一光100被下段部61反射，并且第二光101被上段部62反射。由此，光接收单元5a的光接收面50(参见图1)处发生干涉，并且在对比度图案中的与连接面63相对应的部分中产生具有高对比度的最暗部。
光学编码器1首先使光源4a发射光以朝向标尺面200照射平行光束，并且使标尺2和头部3相对移动。接着，在标尺2和头部3相对移动之后，平行光照射到台阶部6。此时，原点计算单元71继续观察由于通过光接收单元5a获得的在光接收面50上产生的干涉光而导致的信号的输出电平。当平行光照射到台阶部6时，光接收单元5a检测对比度图案中的具有最高对比度的最暗部。原点计算单元71识别光接收单元5a所检测到的最暗部的位置，并计算所识别出的最暗部的位置作为原点位置，该原点位置是标尺2和头部3之间相对移动的基准。
图4A和图4B是示出光学编码器1中的两个光波之间的相位差的改变的图。具体地，图4A是示出在连接面63中的距离d在纵轴表示相位差的改变并且横轴表示入射角(光的角度)的状态下改变时的相位差的改变的图。图4B是示出在来自光源4a的光的波长λ在纵轴表示相位差的改变并且横轴表示入射角(光的角度)的状态下改变时的相位差的改变的图。
在图4A和4B这两个图中，当来自光源4a的光的倾斜角度θ是30度时，与从垂直于标尺面200的方向照射光的情况相比，由于相位差引起的对比度图案的对比度劣化的影响减小至86.6％。此外，当角度θ为60度时，与从垂直于标尺面200的方向照射的情况相比，由于相位差引起的对比度图案的对比度劣化的影响减小至50％。因此，在设计光学编码器1时，光源4a的照射角度θ优选从30度到45度。顺便提及，光源4a的照射角度θ不旨在限制到30度至45度，其可被设计成任意角度。
根据本实施例，可以实现以下的功能和效果。
(1)通过以相对于与标尺面200垂直的方向倾斜的方式用光照射台阶部6，即使在存在连接面63的距离d(即，台阶部6的厚度)的制造误差、由于环境改变引起的标尺2的变形、或光源4a的光波长λ的改变的情况下，光源4a也可以减小对第一光100和第二光101之间的相位差的影响。原点计算单元71在抑制了相位差的波动的情况下从由干涉光产生的具有高对比度的对比度图案中识别最暗部，并计算所识别出的最暗部作为原点位置。
因此，光学编码器1可以抑制由于相位差的波动而引起的对比度劣化，并以高精度检测出原点位置。
(2)通过从沿着连接面63倾斜的方向用光照射台阶部6，光源4a可以抑制由于来自任意方向的光相对于台阶部6的命中状态而引起的最暗部的位置的移动，并在与连接面63相对应的位置处产生最暗部。因此，光学编码器1可以抑制由于光相对于台阶部6的照射角度而引起的原点位置的偏差。
(3)通过在沿着连接面63倾斜的方向上用光照射台阶部，光源4a可以抑制最暗部的位置的移动，并且可以容易地设计诸如使得在与连接面63相对应的位置处产生最暗部的光源4a的配置等。
(4)通过在与测量方向垂直的Y-Z平面中形成连接面63，在与连接面63相对应的位置处以直线状形成最暗部。因此，光学编码器1可以以高精度产生原点位置。
(5)由于标尺图案20和台阶部6将来自光源4的光反射朝向光接收单元5，因此与标尺透过光的情况相比，连接面63的距离d(即，台阶部6的厚度)可以形成得更薄。因此，与透过型的情况相比，光学编码器1可以降低成本并实现小型化。
第二实施例
以下将基于图5至图6C来说明本发明的第二实施例。在以下说明中，已经说明的部分用相同的附图标记表示，并且省略其说明。
图5是示出根据第二实施例的光学编码器1A的立体图。图6A至6C是示出光学编码器1A的示意图。具体地，图6A是示出标尺2中的台阶部6的立体图。图6B是从X方向看的台阶部6的图。图6C是从Y方向看的台阶部6的图。
在第一实施例中，光源4a在沿着形成在与测量方向垂直的Y-Z平面中的连接面63倾斜的方向上用光照射台阶部6。
在第二实施例中，如图5至图6C所示，头部3A中的光源4aA与第一实施例的光源4a的不同之处在于：光源4aA从沿着与标尺面200垂直且与测量方向平行的X-Z平面倾斜的方向用光照射台阶部6。
如图6A所示，光源4aA与X-Z平面平行地沿着X-Z平面以角度Ψ倾斜地照射光。如图6B所示，在光源4aA沿着X-Z平面以角度Ψ照射光的情况下，第一光100A和第二光101A各自的光路长度的差可以用2d×cosψ表示，并且相位差用式(2)表示。
2π×(2d×cosΨ)÷λ＝2π×(2d/λ)×cosΨ···(2)
与第一实施例的光学编码器1相同，在式(2)的右式中，相位差的变化因子为2d/λ。通过使光源4aA的照射角度ψ增大，cosΨ的值减小，相应地，作为相位差的变化因子的2d/λ的值也减小。因此，即使连接面63中的距离d和来自光源4aA的光的波长λ发生改变，由于光源4aA以角度Ψ用光照射台阶部，因此也可以减小对相位差的影响。然后，如图6C所示，第一光100A被下段部61反射，而第二光101A被上段部62反射。由此，光接收单元5a的光接收面50(参见图1)处发生干涉，并且在对比度图案中的与连接面63相对应的部分中产生具有高对比度的最暗部。
在这样的第二实施例中，也可以获取与第一实施例中的(1)、(4)和(5)相同的功能和效果。另外，可以获取以下功能和效果。
(6)光学编码器1A可以改善设计方面的自由度，因为即使光源4aA沿着与标尺面200垂直且与测量方向平行的X-Z平面倾斜地用光照射台阶部6，也可以基于抑制了由于相位差的改变而引起的对比度劣化的光来产生最暗部。
第三实施例
以下将基于图7A和7B来说明本发明的第三实施例。在以下说明中，已经说明的部分用相同的附图标记来表示，并且省略其说明。
图7A和7B是示出根据第三实施例的光学编码器的示意图。具体地，图7A是示出标尺2B中的台阶部6B的立体图。图7B是从X方向看的台阶部6B的图。
在第一实施例中，标尺2中的台阶部6反射来自光源4a的光，并且光接收单元5a接收台阶部6所反射的光。
如图7A和7B所示，第三实施例与第一实施例的不同之处在于：标尺2B中的台阶部6B使来自光源4a(参见图1)的光透过，并且光接收单元5a(未示出)接收透过台阶部6B的光。
如图7A所示，光源4a(参见图1)沿着Y-Z平面、从与标尺面200B垂直的方向朝向标尺面200B以角度α平行于Y-Z平面地朝向标尺面200B照射光。然后，如图7B所示，照射到台阶部6B的光透过标尺2B，并且光从与设置有台阶部6B的标尺面200B相对的标尺面64以角度α出射。
当光源4a沿着Y-Z平面以角度α照射光时，在标尺2B的折射率为n并且折射率n为n＝sinα/sinβ的条件下，第一光100B和第二光101B之间的光路长度的差可以用ndcosβ-dcosα表示。
在根据第三实施例的光学编码器1B中，如根据第一实施例的光学编码器1那样，通过使光源4a的照射角度α增大，cosα的值减小，相应地，作为相位差的变化因子的2d/λ的值也减小。因此，即使连接面63的距离d和来自光源4a的光的波长λ发生改变，由于光源4a以角度α用光照射台阶部，因此也可以减小对相位差的影响。
在这样的第三实施例中，也可以获取与第一实施例中的(1)至(4)相同的功能和效果。另外，可以获取以下作用和效果。
(7)光学编码器1B可以改善设计方面的自由度，因为即使台阶部6使来自光源4a的光透过，也可以基于抑制了由于相位差的改变而引起的对比度劣化的光来产生最暗部。
第四实施例
以下将基于图8来说明本发明的第四实施例。在以下说明中，已经说明的部分用相同的附图标记表示，并且省略其说明。
图8是示出根据第四实施例的光学编码器的立体图。
在上述的各实施例中，通过从光源(4a、4aA)照射光，台阶部6在光接收单元5a的光接收面50上产生具有对比度图案的干涉光，并且作为对比度图案中的最暗图案的最暗部形成在与原点位置相对应的位置处。
如图8所示，第四实施例与上述的各实施例的不同之处在于：标尺2C中的台阶部6C形成在标尺面200C上，以使得头部3C的光接收单元5aC上的对比度图案是伪随机的。
这里，作为光学编码器中的标尺和头部的相对移动量的检测方法，已知诸如各实施例中所述的增量方法(在下文中有时称为INC方法)以及绝对方法(在下文中有时称为ABS方法)。
INC方法是通过连续检测作为以恒定间距配置在标尺上的标尺图案的增量图案(在下文中有时称为INC图案)并且对所检测到的INC图案的刻度数进行向上或向下计数来检测相对位置的方法。
ABS方法是通过在适当的定时检测作为刻度被随机地配置在标尺上的标尺图案的绝对图案(在下文中有时称为ABS图案)并分析该ABS图案来检测绝对位置的方法。
作为ABS方法，存在如下的方法：在光学编码器的标尺的整个长度上基于作为两级伪随机码的M序列码来配置ABS图案的标尺，并且根据光接收单元所接收到的ABS图案来确定绝对值。具体地，例如，通过分析作为由多个“1”和“0”组成的信号的“1”和“0”的组合的伪随机码来计算绝对位置。伪随机码根据分析方法和码的类型而包括M序列码、Gold序列码和Barker序列码。
在第四实施例中，光学编码器1C中的台阶部6C被配置在标尺面200C中，以根据伪随机码来表示绝对位置。通过台阶部6C的对比度图案被光接收单元5aC接收作为由多个“1”和“0”组成的信号。对比度图案中的“1”和“0”的组合在一个轨道的各位置处都是不同的。因此，光学编码器1C可以通过分析由多个“1”和“0”组成的信号中的“1”和“0”的组合来计算头部相对于标尺的绝对位置，并指定预定绝对位置作为原点位置。
另外，可以通过组合使用INC法和ABS方法这两者来提高检测精度。这是因为，在仅使用ABS方法的情况下，与INC图案相比，构成标尺图案的刻度数较少，因此检测精度可能不如INC方法好。
光学编码器1C的标尺2C是双轨道类型，其中设置了包括INC图案20aC的增量轨道T1(在下文中有时称为INC轨道)和包括ABS图案20bC的绝对轨道T2(在下文中有时称为ABS轨道)。光学编码器1C将来自光源(4aA、4b)的光朝向INC轨道T1和ABS轨道T2照射。光接收单元(5aC、5b)接收通过各轨道T1、T2的光，以检测INC图案20aC和ABS图案20bC。然后，光学编码器基于各个图案(20aC，20bC)来计算位置信息。
在这样的第四实施例中，也可以获取与第一实施例中的(1)至(4)相同的功能和效果。另外，可以获取以下作用和效果。
(8)通过以使得对比度图案是伪随机的方式在标尺面200C上形成台阶部，可以使光接收单元5aC中的对比度图案的亮度差异显著。因此，即使在对比度劣化的原因是由于相位差的波动的情况下，光学编码器1C也可以以高精度容易地检测出原点位置。
[实施例的变形]
注意，本发明不限于以上的各实施例，并且包括在本发明的精神和范围内的变形和改进等。
例如，在上述的实施例中，尽管光学编码器(1、1A～1C)在线性标尺中用作测量装置，但是光学编码器也可用于诸如千分表(测试指示器)或测微计等的其它测量装置。也就是说，光学编码器对于所使用的测量仪器的类型和方法不作特别限制，并且可用于其它测量仪器等。安装有本发明的光学编码器的设备不作特别限制。光学编码器可用于除诸如传感器等的测量装置以外的装置。
在上述的实施例中，光学编码器(1、1A～1C)是线性编码器，但可以是旋转编码器。此外，在上述的各实施例中，计算单元7是微计算机等，但可以不是微计算机。计算单元7可以是外部连接的个人计算机等，并且可以由任何种类的部件构成，只要该计算单元可以进行计算即可。
在上述的各实施例中，尽管光源4设置有用于检测原始位置的光源(4a、4aA)以及用于检测标尺2和头部3的相对移动的光源4b，但光源(4a、4aA)和光源4b可以是相同的光源。此外，光接收单元5设置有与光源相对应的多个光接收单元(5a、5aC、5b)，但是光接收单元可以是单个光接收单元。简而言之，光源只需要能够向标尺照射光，并且光接收单元只需要能够接收来自光源的通过标尺的光。
在除第三实施例之外的各实施例中，标尺图案(20、20aC、20bC)反射光，但标尺图案可以使光透过。在这种情况下，与第一实施例、第二实施例和第四实施例的标尺(2、2C)中一样，标尺可以包括反射光的标尺图案(20、20aC、20bC)和台阶部(6、6C)。与第三实施例的标尺2B中一样，标尺可以包括标尺图案以及使光透过的台阶部6B。可选地，标尺图案和台阶部中的一个可被配置为反射光，而另一个可被配置为使光透过，并且可以进行组合。简而言之，台阶部在从光源照射光时产生具有对比度图案的干涉光，并在对比度图案中产生具有最高对比度的最暗部。
在第一实施例中，光源4a在沿着形成在与测量方向垂直的Y-Z平面中的连接面63倾斜的方向上用光照射台阶部6。在第二实施例中，光源4aA在沿着与测量方向平行的X-Z平面倾斜的方向上用光照射台阶部。光源的照射模式不限于这些，并且光可以以任意方式照射，只要光能够以相对于与标尺面垂直的方向倾斜的方式照射到台阶部即可。
在上述的各实施例中，标尺图案(20,20aC)是增量图案，但可以是绝对图案或其它图案，并且图案的类型不受限制。
在上述的各实施例中，台阶部(6、6B)与标尺(2、2B)中的标尺图案20并排设置，但台阶部可以不与标尺图案并排设置。台阶部可以设置在诸如标尺的端部或标尺的中间部分等的任意位置，只要其设置在原点位置处即可。
在上述的各实施例中，尽管连接面63形成在与测量方向垂直的平面上，但连接面可以不是形成在与测量方向垂直的平面上。例如，连接面可以存在倾斜，或者可以以曲面形状或波浪形状形成。简而言之，连接面只需要连接下段部和上段部。台阶部可以没有连接面。台阶部可以以任意方式形成，只要其在从光源照射光时在光接收面上产生具有对比度图案的干涉光、并且在对比度图案中产生具有最高对比度的暗区即可。
产业上的可利用性
如上所述，本发明可以适用于光学编码器。

Claims (6)

1.一种光学编码器，包括：
标尺，其具有沿着测量方向设置的标尺图案；
头部，其与所述标尺相对并沿着所述测量方向相对于所述标尺移动；以及
计算单元，用于基于所述标尺和所述头部的相对移动来进行计算，
其中，所述头部包括光源和光接收单元，所述光源利用光照射所述标尺，所述光接收单元具有用于接收来自所述光源的通过所述标尺的光的光接收面；
所述标尺包括台阶部，所述台阶部在面向所述光源和所述光接收单元中至少之一的标尺面中被形成为具有高度差的台阶；
所述台阶部在从所述光源照射光时在所述光接收面上产生具有对比度图案的干涉光，并且在所述对比度图案中产生具有最高对比度的最暗部；
所述光源从相对于与所述标尺面垂直的方向倾斜的方向利用光来照射所述台阶部；以及
所述计算单元包括原点计算单元，所述原点计算单元用于从所述光接收单元经由所述台阶部所接收到的干涉光的对比度图案中识别所述最暗部，并且计算所识别出的最暗部作为原点位置，所述原点位置是所述标尺和所述头部之间的相对移动的基准。
2.根据权利要求1所述的光学编码器，其中，所述光源从沿着与所述测量方向垂直的平面倾斜的方向利用光来照射所述台阶部。
3.根据权利要求1所述的光学编码器，其中，所述台阶部包括所述标尺面中设置在低位置处的下段部、所述标尺面中设置在高位置处的上段部、以及用于连接所述下段部和所述上段部的连接面，以及
所述光源从沿着所述连接面倾斜的方向利用光来照射所述台阶部。
4.根据权利要求3所述的光学编码器，其中，所述连接面形成在与所述测量方向垂直的平面中。
5.根据权利要求1所述的光学编码器，其中，所述台阶部以所述对比度图案是伪随机的方式形成在所述标尺面上。
6.根据权利要求1所述的光学编码器，其中，所述台阶部将来自所述光源的光朝向所述光接收单元反射。
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