CN117824720A - 光学编码器 - Google Patents

Abstract

一种光学编码器，其能够以稳定的方式减少不想要的衍射光的影响。光学编码器1包括标尺2和检测头3。检测头3包括光源4和具有光接收表面60的光接收装置6。光接收表面60具有元件排7，元件排7具有沿着测量方向以与干涉条纹的周期相同的周期排列的多个光接收元件70。包含在从干涉条纹产生的检测信号中的误差将被称为由元件数量引起的误差，而预定的容许误差将被称为容许误差。元件排7中的光接收元件70的数量被设置为使得由元件数量引起的误差小于容许误差的数量。当光接收元件70的总数为奇数且这样的奇数个光接收元件70起作用时，或当光接收元件70的总数为偶数但比这样的偶数个光接收元件70少一个的光接收元件70起作用时，会引起这种由元件数量引起的误差。

Description

光学编码器

技术领域

本发明涉及一种光学编码器。

背景技术

包括带有刻度的标尺和相对于该标尺以可移动的方式设置的检测头的光学编码器通常是已知的。例如，第2019-012064号日本专利申请中说明的光学编码器的检测头包括：向标尺传送光的光源；以及光接收装置，其具有经由标尺接收来自光源的光的光接收表面。所述光接收装置将在光接收表面处接收的光转换成根据标尺与检测头之间的相对运动以与刻度的周期对应的方式变化的检测信号，然后输出这样的检测信号，该检测信号是具有不同相位的至少两个相的差分信号。

所述光接收表面具有沿着测量方向以与刻度的周期对应的周期排列的多个光接收元件。在光学编码器中，从光源发出的光经由刻度变成多条衍射光线。所述多条衍射光线产生具有与刻度的周期相同的周期的干涉条纹。所述光接收装置通过接收这样的干涉条纹来检测所述检测信号，并且所述检测头根据所述检测信号来检测标尺与检测头之间的相对移动量。

在这样的光学编码器中，如果产生干涉条纹的±1阶光线被作为信号光，那么其它光线是不想要的光。如果不想要的光线混入干涉条纹中，那么在干涉条纹中会出现扰动。例如，如果0阶光线被作为不想要的光混入，那么成为信号光的干涉条纹的强度会出现扰动。干涉条纹的强度的扰动会导致在对标尺与检测头之间的相对移动量进行检测时出现误差。

为此，正如在第04-184218号日本专利申请中说明的光学位置检测器(光学编码器)中那样，通常在从光源发出并经由标尺在光接收装置处被接收的光的光路上设置用于遮蔽不想要的光的物体，从而物理地遮蔽不想要的光。但是，第04-184218号日本专利申请的方法的一个问题是，必须确保用于提供遮蔽物体的空间，因此光学编码器的尺寸增大。此外，还可能存在的一个问题是，由于需要用于提供遮蔽物体的机构，因此光学编码器的结构变得更加复杂。

另一方面，在第2018-105845号和第2019-219347号日本专利申请中说明的编码器(光学编码器)中，防止了不想要的光的影响，而无需物理地遮蔽不想要的光。具体而言，通过将沿着测量方向排列的光接收元件的数量设置为偶数，能够抵消不需要的光的影响。这样，光学编码器能够通过防止不需要的光对干涉条纹的影响和/或防止发生干涉条纹强度的扰动来进行稳定的检测，其中所述影响和/或扰动导致误差。

发明内容

本发明要解决的问题

顺便说一下，即使布置的光接收元件的数量被设置为偶数，也可以有奇数个功能光接收元件，并且实际上布置的光接收元件的数量可以变成奇数。具体而言，由于所布置的任何光接收元件的故障，或者由于因标尺、光接收装置和/或光接收元件的污染等而导致光接收元件不能检测光和/或检测信号，光接收元件可能变得不起作用。

现在将参照图3至图6说明在布置的光接收元件的数量是奇数时出现的问题。

图3是示出在使用12个光接收元件检测仅包括±1阶光线的理想干涉条纹时的检测信号的曲线图。图4是示出当基于±1阶光线用12个光接收元件检测包括分别以50％和14％的强度混合的0阶光线和±2阶光线的干涉条纹时的检测信号的曲线图。所述12个光接收元件是当使用每组四个光接收元件的三组光接收元件时光接收元件的数量，当要检测四相信号作为检测信号时，每个光接收元件检测相应的相。在图3和图4中，竖轴表示检测信号的幅度，横轴表示标尺的位移。应说明的是，图4是使用在发现干涉条纹中的最大扰动的初始条件计算和绘制的曲线图。

所述光接收元件以与干涉条纹的周期相同的周期排列。此外，所述光接收元件包括：用于检测A相信号的A相元件；用于检测B相信号的B相元件；用于检测AB相信号的AB相元件；以及用于检测BB相信号的BB相元件。因此，所述光接收装置可以检测四相信号。

如图3所示，仅由信号光产生并且在其中没有混合不想要的光的干涉条纹被检测为具有特定周期和特定幅度的检测信号。另一方面，如图4所示，通过将不需要的光混入信号光中而产生的干涉条纹在检测信号的周期和/或幅度中具有扰动。

图5A是示出当使用用于检测相应相的单个光接收元件(即，总共四个光接收元件)检测仅包括±1阶光线的理想干涉条纹时的检测信号的曲线图，图5B是示出图5A中的误差的幅度的曲线图。图6A是示出当基于±1阶光线使用用于检测相应相的单个光接收元件(即，总共四个光接收元件，如图5A所示)检测包括分别以50％和14％的强度混合的0阶光线和±2阶光线的干涉条纹时的检测信号的曲线图。图6B是示出图6A中的误差的幅度的曲线图。在图5A和图6A中，竖轴示出了差分A相和差分B相的幅度(检测信号的幅度)，横轴示出了标尺的位移。具体而言，图5B和图6B示出了图5A和图6A中所示的检测信号的频率分析的曲线图。在图5B和图6B中，竖轴表示误差的幅度，横轴表示误差的空间频率。

如图5A所示，仅由信号光产生并且在其中混合没有不想要的光的干涉条纹被检测为具有特定周期和特定幅度的检测信号。然后，如图5B所示，在图5A中获得的检测信号的频率分析表明，仅存在用于检测的信号频率分量。

另一方面，如图6A所示，通过将不需要的光混入信号光中而产生的干涉条纹在检测信号的周期和/或幅度中具有扰动。然后，如图6B所示，对在图6A中获得的检测信号的频率分析表明，除了用于检测的信号频率分量之外，还存在两个信号频率分量。具体而言，存在误差分量1和误差分量2，误差分量1的周期是信号光(即，±1阶光线)的信号周期的两倍，误差分量2的周期是信号光(即，±1阶光线)的信号周期的0.677倍。

如果第2018-105845号和第2019-219347号日本专利申请中的功能光接收元件的总数是偶数，那么编码器能够获得没有误差分量的检测信号，如图3、5A和5B所示。

但是，如果第2018-105845号和第2019-219347号日本专利申请中的功能光接收元件的总数因上述故障、污染等是奇数，那么编码器会获得具有误差分量的检测信号，如图4、6A和6B所示。因此，即使当光接收元件的总数是偶数时，如果功能光接收元件的总数变成奇数，那么发生的问题是不能防止误差的出现，并且不能以稳定的方式获得检测信号，因为消除由不需要的光引起的误差的原因的有利效果降低了。

本发明的目的是提供一种能够以稳定的方式减少不需要的光的影响的光学编码器。

解决问题的方案

本发明的光学编码器包括：板状标尺，其具有沿着测量方向以预定周期形成的刻度，该刻度用作衍射入射光的衍射光栅；以及检测头，其以相对于标尺沿着测量方向可移动的方式设置。所述检测头包括：向标尺传送光的光源；以及光接收装置，其具有用于经由标尺接收来自光源的光的光接收表面。穿过刻度的光在光接收表面上形成干涉条纹，该干涉条纹根据标尺与检测头之间的相对运动以与刻度的周期对应的方式变化。所述光接收表面具有元件排，所述元件排具有沿着测量方向以与干涉条纹的周期相同的周期排列的多个光接收元件。

在此，包含在由从接收的光获得的干涉条纹产生的检测信号中的误差(这种误差是由光接收元件的数量是奇数这一事实引起的)将被称为由元件数量引起的误差，而预定的容许误差将被称为容许误差。具体而言，所述容许误差指在光学编码器的性能方面所容许的误差，并且所述光学编码器被设计成使得由元件数量引起的误差不超过容许误差，容许误差被设置为目标值。

所述元件排中的光接收元件的数量被设置为使得由元件数量引起的误差小于容许误差的数量。当光接收元件的总数为奇数并且这样的总数为奇数的光接收元件起作用时，或者当光接收元件的总数为偶数但是比这样的总数为偶数的光接收元件少一个的光接收元件起作用时，会引起这种由元件数量引起的误差。

根据这样的发明，在上述条件下，即使功能光接收元件的数量是奇数，通过以使得由元件数量引起的误差小于容许误差的数量布置光接收元件，所述光学编码器也能够减小误差。因此，即使功能光接收元件的总数因故障、污染等变成奇数，所述光学编码器也能够以稳定的方式减少不需要的光的影响。

在这种情况下，标尺对从光源发出的光进行衍射并将其分成至少0阶光线、±1阶光线和±2阶光线。所述光学编码器将±1阶光线作为信号光，并将其它光线作为导致由元件数量引起的误差的不需要的光，并使用由±1阶光线形成的干涉条纹来进行检测，并且，关于相对于传送至光接收装置的±1阶光线的强度的不需要的光的强度，所述光学编码器被配置成使得0阶光线的强度为50％或更小，并且±2阶光线的强度为14％或更小。当容许误差被设置为0.1％时，所述元件排中的光接收元件的数量优选被设置为1082或更多，这是使得由元件数量引起的误差为0.1％或更小的数量。

根据这种配置，在由±1阶光线形成的干涉条纹用于检测的预定配置中，即使功能光接收元件的总数因故障、污染等变成奇数，所述光学编码器也能够以稳定的方式减少不需要的光的影响。

在这种情况下，所述光接收装置将在光接收表面处接收的干涉条纹转换成根据标尺与检测头之间的相对运动以与刻度的周期对应的方式变化的检测信号，然后输出这样的检测信号，该检测信号是具有不同相位的至少两个相的差分信号。优选地，所述光接收表面包括一组元件排，其中至少两个元件排沿着与测量方向正交的方向排列。

根据这样的配置，即使任何光接收元件被污染，所述光学编码器也能够防止可能因污染而出现的误差。

在这种情况下，所述光接收装置将在光接收表面处接收的干涉条纹转换成根据标尺与检测头之间的相对运动以与刻度的周期对应的方式变化的检测信号，然后输出这样的检测信号，该检测信号是具有不同相位的两个相的差分信号。所述光接收表面包括具有沿着测量方向以与刻度的周期对应的周期排列的多个光接收元件的元件排、以及由沿着垂直于测量方向的方向排列在一起的四个这样的元件排组成的元件排组。对于两相中的每一相，所述元件排包括输出正相信号的正相信号元件排和输出负相信号的负相信号元件排。这两个相沿着测量方向以预定的相位差交错。多个元件排组在光接收表面中沿着正交方向排列。在此，所述两相的正相信号将被称为第一信号和第二信号，所述第一信号的负相信号将被称为第三信号，所述第二信号的负相信号将被称为第四信号。所述元件排组中的元件排优选沿着垂直于测量方向的方向以如下顺序排列：输出第一信号的正相信号元件排；输出第二信号的正相信号元件排；输出第三信号的负相信号元件排；以及输出第四信号的负相信号元件排。

根据这样的配置，所述光学编码器能够获得四相信号作为检测信号，同时防止可能因污染而出现的误差。

或者，所述光接收装置将在光接收表面处接收的干涉条纹转换成根据标尺与检测头之间的相对运动以与刻度的周期对应的方式变化的检测信号，然后输出这样的检测信号，该检测信号是具有不同相位的至少两个相的差分信号。所述光接收表面包括具有沿着测量方向以与刻度的周期对应的周期排列的多个光接收元件的元件排、以及由沿着垂直于测量方向的方向排列在一起的至少四个这样的元件排组成的元件排组。对于至少两相中的每一相，所述元件排包括输出作为检测信号之一的正相信号的正相信号元件排和输出作为检测信号之一的负相信号的负相信号元件排。所述至少两个相沿着测量方向以预定的相位差交错。优选地，所述元件排组中的元件排被布置在适当的位置，使得沿着正交方向从基准位置到正相信号元件排的距离与沿着正交方向从基准位置到负相信号元件排的距离之和对于所述至少两相中的所有相都是相等的。所述基准位置指接收表面上的预定位置。

在此，优选所述标尺2的布置有刻度的表面平行于光接收表面。但是，在制造和/或使用过程中，如果所述标尺的设有刻度的表面(以下简称为“标尺”)相对于光接收表面围绕旋转轴线旋转和倾斜，那么差分信号的相位差可能发生偏移，其中所述轴线与光接收表面正交。存在的问题是，相位差的这种偏移可能导致光学编码器的精度下降。

但是，根据这样的配置，能够抵消由相对于光接收表面围绕旋转轴线旋转和倾斜地布置的标尺引起的差分信号的相位差的偏移，其中所述轴线与光接收表面正交。这是通过将所述元件排组中的元件排布置在适当的位置以使得沿着正交方向从基准位置到正相信号元件排的距离与沿着正交方向从基准位置到负相信号元件排的距离之和对于所述至少两相中的所有相都相等来实现的。因此，即使标尺相对于光接收表面被布置成围绕与光接收表面正交的旋转轴线旋转和倾斜，所述光学编码器也能够防止精度降低。

在这种情况下，优选所述元件排组包括第一元件排组和在光接收表面中在正交方向上与第一元件排组相邻地布置的第二元件排组，其中所述第二元件排组包括与第一元件排组中的元件排的布置方式不同的元件排。然后，第一元件排组中的正相信号元件排优选占第一元件排组中的元件排的一半，并且相对于第一元件排组中的正交方向的中心布置在一侧，其中正相信号元件排从正交方向的一端侧向第一元件排组中的中心以用作预定基准的顺序排列。在此，例如，如果所述两个相包括A相和B相，那么“用作预定基准的顺序”可以指A相然后B相的顺序。优选地，第一元件排组中的负相信号元件排占第一元件排组中的元件排的一半，并且相对于第一元件排组中的正交方向的中心布置在另一侧，其中负相信号元件排从正交方向的另一端侧向第一元件排组中的中心以用作预定基准的顺序排列。另外，第二元件排组中的正相信号元件排优选占第二元件排组中的元件排的一半，并且相对于第二元件排组中的正交方向的中心布置在一侧，其中正相信号元件排从正交方向的一端侧向第二元件排组中的中心以与用作预定基准的顺序相反的顺序(在上述情况下，以B相然后A相的顺序)排列。优选地，第二元件排组中的负相信号元件排占第二元件排组中的元件排的一半，并且相对于第二元件排组中的正交方向的中心布置在另一侧，其中负相信号元件排从正交方向的另一端侧向第二元件排组中的中心以与用作预定基准的顺序相反的顺序排列。

根据上述配置，能够有效地抵消由相对于光接收装置围绕与光接收表面正交的旋转轴线旋转和倾斜地布置的标尺引起的差分信号的相位差的偏移，同时防止差分信号的幅度变小，其中所述差分信号基于来自光接收装置的检测信号。这可以与不提供第一元件排组和第二元件排组的情况形成对比。

或者，所述光接收装置包括面积大于光接收元件总数的总面积的光电二极管、以及布置在该光电二极管的光接收表面上的图案形成层，其中该图案形成层包括透射光的透射部分和阻挡光的非透射部分。优选地，沿着测量方向以与干涉条纹的周期相同的周期形成多个这样的透射部分，并且它们用作光接收元件。

在此，由于IC设计规则，更具体地说，由于基板的布置和/或尺寸和/或元件的尺寸过大等原因，存在不能在光学编码器中采用现成的光接收元件的情况。

但是，根据上述配置，可以通过以精细方式形成透射部分来形成伪精细光接收元件。因此，可以自由设计光接收元件，而不受IC设计规则的限制。

在这种情况下，所述检测头包括将由标尺衍射和划分的光集中到光接收表面上的光学元件。该光学元件优选布置在标尺与光接收装置之间。

根据这样的配置，由于从标尺发散的衍射光线能够被高效地收集到光接收表面上，因此信号所需的衍射光线能够被高效地收集，并且，与不使用光学元件的情况相比，能够获得更多的光功率(光量)。

在这种情况下，所述光学元件优选是衍射光栅板，该衍射光栅板具有平行于布置有刻度的标尺表面的板面，在该板面上具有沿着预定方向布置的光栅。

根据这样的配置，通过为光学元件使用衍射光栅板，很容易实现将从标尺发散的衍射光线高效地收集到光接收表面上的配置。

附图说明

图1是示出各个实施例的光学编码器的透视图。

图2是示出各个实施例的光学编码器的示意图。

图3是示出在使用12个光接收元件检测仅包括±1阶光线的理想干涉条纹时的检测信号的曲线图。

图4是示出当基于±1阶光线用12个光接收元件检测包括分别以50％和14％的强度混合的0阶光线和±2阶光线的干涉条纹时的检测信号的曲线图。

图5A是示出在使用四个光接收元件检测仅包括±1阶光线的理想干涉条纹时的检测信号的曲线图。图5B是示出图5A中的误差的幅度的曲线图。

图6A是示出当基于±1阶光线用四个光接收元件检测包括分别以50％和14％的强度混合的0阶光线和±2阶光线的干涉条纹时的检测信号的曲线图。图6B是示出图6A中的误差的幅度的曲线图。

图7是示出当元件排中的光接收元件的总数从1增加到30时的计算结果的曲线图。

图8是示出当元件排中的光接收元件的总数从1070增加到大约1090时的计算结果的曲线图。

图9是示出第一变化形式的光接收装置的示意图。

图10是示出第二变化形式的光接收装置的示意图。

图11是示出第二变化形式的光接收装置、信号输入/输出单元和操作装置的示意图。

图12是示出第三变化形式的光接收装置的示意图。

图13是示出第三变化形式的光接收装置、信号输入/输出单元和操作装置的示意图。

图14是示出第四变化形式的光接收装置的示意图。

图15是示出第一变化形式的光接收元件的示意图。

图16是示出第二变化形式的光接收元件的示意图。

具体实施方式

第一实施例

现在将参照图1至图8说明本发明的第一实施例。

图1是示出第一实施例的光学编码器1的透视图。图2是示出第一实施例的光学编码器1的示意图。由于光学编码器1的标尺2(将在后面说明)是反射型的，因此图1示出了反射型光学编码器1；但是，图2示出了在标尺2处反射的光被折回的透射型光学编码器1，以阐明来自光源4的光的光路。

如图1所示，光学编码器1是线性编码器，包括：沿着作为测量方向的X方向形成的板状标尺2；以及相对于标尺2沿着X方向以可移动的方式设置的检测头3。在下面的说明和各个附图中，标尺2的测量方向(即，长度方向)将被描述为X方向(X轴)，标尺2的宽度方向将被描述为Y方向(Y轴)，垂直于X和Y方向的高度方向将被描述为Z方向(垂直于X轴和Y轴的Z轴)。

检测头3包括：光源4；光学元件5；以及光接收装置6，其具有光接收表面60，并且被设置成使得其能够相对于标尺2在X方向上向前或向后移动。线性编码器通过沿着标尺2移动检测头3来从标尺2与检测头3之间的相对移动量获得位置信息。

首先将说明标尺2。

标尺2由玻璃或类似材料制成，并且形成为板状。在标尺2的一侧设有刻度20，该刻度20沿着X方向以预定的周期g形成。刻度20包括反射来自光源4的光的反射部分21以及吸收光而不反射光的非反射部分22。反射部分21是被形成为很薄并且被处理以反射光的金属板。非反射部分22涂有吸收光的抗反射剂，使得它不反射光。反射部分21和非反射部分22具有相等的宽度，并且以相等的间隔布置。反射部分21可以不必是金属板，只要它能够反射光。例如，反射部分21可以是反射镜等。非反射部分22可以不需要施加抗反射构件，只要它不反射光，并且它可以具有任何构造。

刻度20用作衍射入射光的衍射光栅，并且从光源4发出的光被衍射并至少分成0阶光线、±1阶光线和±2阶光线。穿过刻度20的光在光接收表面60上形成干涉条纹，该干涉条纹根据标尺2与检测头3之间的相对运动以与刻度20的周期g对应的方式变化。光学编码器1将±1阶光线作为信号光，并将其它光线作为不需要的光，并且由±1阶光线形成的干涉条纹用于检测。

接下来，将说明检测头3的光源4、光学元件5和光接收装置6。

光源4将平行光传送至标尺2的一侧。发光二极管(LED)用于光源4。但是，光源4不限于LED，可以采用任何光源，只要它能够在光接收装置6上产生干涉条纹。示例可以包括半导体激光器、氦氖激光器等。在图1中，从光源4发出的光的光路以箭头表示。

光学元件5设置在标尺2与光接收装置6之间，以将被标尺2衍射和划分的光导引到光接收装置6的光接收表面60上。

光学元件5具有平行于标尺2的布置有刻度20的表面的板面50，并且在该板面50上具有沿着X方向布置的光栅55，所述X方向是预定方向。光栅55具有凸部51和凹部52。凸部51和凹部52以交替的方式形成，并且沿着作为测量方向的X方向以预定周期g布置。光学元件5是由合成石英制成的板材形成的透射型衍射光栅板。光学元件5可以不必由合成石英制成的板材形成，可以采用任何光学元件，只要它是透明板材。

光接收装置6平行于XY平面表面设置，该XY平面表面是标尺2的板面。光接收装置6具有通过标尺2接收来自光源4的光的光接收表面60。

光接收装置6接收穿过标尺2的光，并从这种光产生的干涉条纹中检测检测信号。在这个实施例中，沿着Y方向在光接收表面60上产生干涉条纹，该Y方向是标尺2的宽度方向。光电二极管阵列(PDA)用于光接收装置6。PDA是一种能够同时测量多个干涉条纹的检测器。光接收装置6不限于PDA，可以使用任何检测器，例如电荷耦合器件(CCD)等。

光接收装置6将在光接收表面60处接收的干涉条纹转换成根据标尺2与检测头3之间的相对运动以与刻度20的周期对应的方式变化的检测信号，然后输出这样的检测信号，该检测信号是具有不同相位的至少两个相的差分信号。检测信号包括不同的两相(即，A相和B相)的检测信号。两相的检测信号都是差分信号。在这个实施例中，检测信号包括：A相信号，它是A相的正相信号；AB相信号，它是A相的负相信号；B相信号，它是B相的正相信号；以及BB相信号，它是B相的负相信号。

所述光接收表面60具有元件排7，所述元件排7具有以与干涉条纹的周期相同的周期沿着作为测量方向的X方向排列的多个光接收元件70。

如下面说明的图3所示，元件排7中的多个光接收元件70包括用于检测A相信号的元件71、用于检测B相信号的元件72、用于检测AB相信号的元件73和用于检测BB相信号的元件74。

如图3所示，在所述多个光接收元件70中，元件71至74重复地布置，使得元件沿着作为测量方向的X方向按照用于检测A相信号的元件71、用于检测B相信号的元件72、用于检测AB相信号的元件73和用于检测BB相信号的元件74的顺序排列。

在此，包含在由从接收的光获得的干涉条纹产生的检测信号中的误差(这种误差是由光接收元件70的数量是奇数这一事实引起的)将被称为由元件数量引起的误差，而预定的容许误差将被称为容许误差。具体而言，所述容许误差指在光学编码器1的性能方面所容许的误差，并且所述光学编码器1被设计成使得由元件数量引起的误差不超过容许误差，容许误差被设置为目标值。

与形成被转换成检测信号的干涉条纹的信号光(即，±1阶光线)相反，不需要的光(例如0阶光线和/或±2阶光线)导致由元件数量引起的误差。光学编码器1试图通过调整元件排7中的光接收元件70的数量来防止由元件数量引起的误差。

具体而言，元件排7中的光接收元件70的数量被设置为使得由元件数量引起的误差小于容许误差的数量。当光接收元件70的总数为奇数并且这样的总数为奇数的光接收元件70起作用时，或者当光接收元件70的总数为偶数但是比这样的总数为偶数的光接收元件少一个的光接收元件70起作用时，会引起这种由元件数量引起的误差。这样，关于相对于传送至光接收装置6的信号光(即，±1阶光线)的强度的不需要光的强度，光学编码器1被配置成使得0阶光线的强度为50％或更小，并且±2阶光线的强度为14％或更小。当容许误差被设置为0.1％时，所述元件排7中的光接收元件70的数量优选被设置为1082或更多，这是使得由元件数量引起的误差为0.1％或更小的数量。

下面说明用于将由元件数量引起的误差设置为0.1％或更小的光学编码器1的配置、以及如何将元件排7中的光接收元件70的总数设置为1082或更大。

在图1和图2所示的光学编码器1中，光源4具有660纳米的光波长，并且被布置成使得光相对于标尺2的刻度20的入射角θ为30度(参见图1)。假设标尺2的刻度20的周期f(参见图1和图2)是2微米，光学元件5的光栅55的周期g是1.375微米(参见图1和图2)，那么光接收装置6的元件排7中的光接收元件70的周期h是2.2微米(参见图1和图2)。

在这种光学编码器1中，所得到的由标尺2衍射的衍射光仅包括0阶光线、±1阶光线和±2阶光线，并且不存在±3阶或更高阶的衍射光线。

此时，获得的信号光(即，±1阶光线)的强度是10％，获得不需要的光(即，0阶光线)的强度是25％。理论上说，不会出现±2阶光线的不需要的光；但是，基于理论值，在考虑到制造误差时，确实出现大约7％的衍射效率。相对于光学元件5的光栅55的1.375微米的周期，当凸部51在沿着测量方向的X方向上具有0.34微米的宽度j并且凹部52具有0.85微米的槽深k时，获得的信号光(即，±1阶光线)的强度是60％或更多，0阶光线的不需要的光的强度是12％或更少，而±2阶光线的不需要的光的强度是12％或更少。

在这种情况下，到达元件排7中的光接收元件70的光量可以通过将标尺2的衍射效率乘以光学元件5的衍射效率用下面的等式(1)至(3)来确定：

0阶光线 ＝ 25％ x 12％ ＝ 0.25 x 0.12 ＝ 0.03 ... (1)

±1阶光线 ＝ 10％ x 60％ ＝ 0.1 x 0.6 ＝ 0.06 ... (2)

±2阶光线 ＝ 7％ x 12％ ＝ 0.07 x 0.12 ＝ 0.0084 ... (3)

基于±1阶光线，根据等式(4)，0阶光线以50％的光量到达元件排7中的光接收元件70，根据等式(5)，±2阶光线以14％的光量到达元件排7中的光接收元件70。

0阶光线/±1阶光线 ＝ 0.03/0.06 ＝ 0.5 ＝ 50％ ... (4)

±2阶光线/±1阶光线 ＝ 0.0084/0.06 ＝ 0.14 ＝ 14％ ... (5)

上述计算公式假设产生的所有不需要的光都被注入到光接收装置的光接收表面(光接收表面的能够接收光的区域)中。在此，根据光学编码器(检测器)的机械设计，一部分不需要的光可能在到达光接收装置(光接收表面)之前被遮蔽，并且只有一部分产生的不需要的光可能被注入光接收表面中。例如，一部分不需要的光可能因设置或保持的不用于遮蔽不需要的光的部件、光学编码器的设计等被遮蔽。在这种情况下，由于只有一部分不需要的光被传送至光接收装置(光接收表面)，因此不需要的光与信号光的比率变小，由此本发明的光学编码器能够获得更好的效果。

接下来，将使用附图说明干涉条纹的示例性计算。

图3是示出当用12个光接收元件检测仅包括±1阶光线的理想干涉条纹时的检测信号的曲线图，图4是示出当基于±1阶光线用12个光接收元件检测包括分别以50％和14％的强度混合的0阶光线和±2阶光线的干涉条纹时的检测信号的曲线图。图3和图4中的竖轴和横轴如上文所述。如上文所述，由元件排7中的光接收元件70检测的检测信号是四个相的检测信号，即，A相、B相、AB相和BB相。干涉条纹中的扰动也取决于各条衍射光线之间的初始相位关系。图3和图4示出了使用发现干涉条纹中的最大扰动的初始条件以与干涉条纹的周期相同的周期布置的元件排7中的光接收元件70的情况。

图5A是示出当用四个光接收元件检测仅包括±1阶光线的理想干涉条纹时的检测信号的曲线图，图5B是示出图5A中的误差幅度的曲线图。此外，图6A是示出当基于±1阶光线用四个光接收元件检测到包括分别以50％和14％的强度混合的0阶光线和±2阶光线的干涉条纹时的检测信号的曲线图，图6B是示出图6A中的误差幅度的曲线图。每个图的竖轴和横轴如上文所述。通过计算获得的检测信号的频率分析表明，存在“误差分量1”和“误差分量2”，其中“误差分量1”是具有等于原始信号周期的两倍的周期的由元件数量引起的误差，而“误差分量2”是具有等于原始信号周期的0.667倍的周期的由元件数量引起的误差。

图7是示出当元件排7中的光接收元件70的总数从1增加到30时的计算结果的曲线图。具体而言，图7的曲线图在横轴上示出了从1到30的光接收元件的数量，并且在竖轴上示出了检测信号中剩余的误差分量。误差分量的大小被定义为当信号的幅度分量被设置为“1”时的比率。

就像上述的第2018-105845号和第2019-219347号日本专利申请中一样，如果元件排7中的功能光接收元件的总数是偶数，那么误差分量(即，由元件数量引起的误差)为零。但是，如果功能光接收元件的总数变成奇数，那么可能出现由元件数量引起的误差，并且可能无法以稳定的方式获得高精度。

图8是示出当光接收元件70的总数从1070增加到大约1090时的计算结果的曲线图。通过增加元件排7中的光接收元件70的总数并增强平均效果，即使功能光接收元件70的总数变为奇数，光学编码器1也能够将由元件数量引起的误差抑制到大约0.001(0.1％)。

具体而言，如图8所示，当光接收元件70的总数被设置为1082或更多时，误差分量1和误差分量2都小于0.001(0.1％)。在此基础上，关于相对于传送至光接收装置6的信号光(即，±1阶光线)的强度的不需要光的强度，在被配置成使得0阶光线的强度相对于信号光(即，±1阶光线)的强度为50％或更小、并且±2阶光线的强度为14％或更小的光学编码器1中，通过将光接收元件70的总数设置为1082或更多，能够以稳定的方式保持精度。

这样，通过增加光接收元件70的数量并增强平均效果，即使功能光接收元件70的总数变为奇数，也能够以稳定的方式减少不需要的光的影响，而不受各种扰动因素的影响。

根据这样的第一实施例，能够实现以下有益效果：

(1)在上述条件下，即使功能光接收元件70的数量是奇数，通过以使得由元件数量引起的误差小于容许误差的数量布置光接收元件70，光学编码器1也能够减小误差。因此，即使功能光接收元件70的总数因故障、污染等变成奇数，光学编码器1也能够以稳定的方式减少不需要的光的影响；

(2)在由±1阶光线形成的干涉条纹用于检测的预定配置中，即使功能光接收元件的总数因故障、污染等变成奇数，光学编码器1也能够以稳定的方式减少不需要的光的影响；

(3)由于从标尺2发散的衍射光线能够被高效地收集到光接收表面上，因此信号所需的衍射光线能够被高效地收集，并且，与不使用光学元件的情况相比，能够获得更多的光功率(光量)；

(4)通过为光学元件5使用衍射光栅板，很容易实现将从标尺2发散的衍射光线高效地收集到光接收表面上的配置。

第二实施例

现在将说明本发明的第二个实施例。在下面的说明中，先前说明的部分由相同的附图标记表示，并且将省略其说明。

根据上述第一实施例，在图1和图2所示的光学编码器1中，光源4具有660纳米的光波长，并且被布置成使得光相对于标尺2的刻度20的入射角θ为30度，并且标尺2的刻度20的周期f为2微米，光学元件5的光栅55的周期g为1.375微米，光接收元件的周期h为2.2微米。

图1和图2所示的第二实施例的光学编码器1是如下配置的。具体而言，与上述第一实施例一样，光源4具有660纳米的光波长，并且被设置成使得光相对于标尺2的刻度20的入射角θ为30度(参见图1)。

但是，与上述第一实施例相比，第二实施例被配置成使得标尺2的刻度20的周期f(参见图1和图2)是1微米，光学元件5的光栅55的周期g是0.4微米(参见图1和图2)，并且光接收装置6的元件排7中的光接收元件70的周期h是1微米(参见图1和图2)。

对于第二实施例的光学编码器1，标尺2的刻度20的周期f是1微米，因此比上述第一实施例中的刻度的周期f(2微米)更精细。因此，所得的由标尺2衍射的衍射光仅包括0阶光线和±1阶光线，并且不包括±2阶或更高阶光线，即，不存在±2阶或更高阶衍射光线。因此，即使采用具有上述配置的光学编码器1，通过增加元件排7中的光接收元件70的总数并增强平均效果，即使功能光接收元件70的总数变为奇数，由元件数量引起的误差仍能够被抑制到大约0.001(0.1％)，并且能够以稳定的方式减少不需要的光的影响，而不受各种干扰因素的影响。

在这样的第二实施例中，能够实现与上述第一实施例相同的有益效果。

实施例的变化

应说明的是，本发明不限于上述实施例，并且任何变化、改进等都包括在本发明中，只要它们能够实现本发明的目的。

例如，在上述的各个实施例中，说明了在线性编码器型的光学编码器1中采用本发明的情况，但是编码器并不特别限制于检测器的格式、检测方法等，只要它是光学编码器即可。在上述的各个实施例中，光学编码器1的标尺2是反射型的，它反射来自光源4的光，但是标尺也可以是透射型的。如果标尺是透射型的，那么光学编码器可以相应地配置。例如，刻度20包括反射部分和非反射部分，并且所述反射部分可以是金属板等。但是，如果光学编码器的标尺是透射型的，那么刻度可以是以网格图案形成在标尺中的孔。此外，例如可以通过向刻度板施加以不透光的网格图案形成的膜等来形成刻度。

在上述的各个实施例中，容许误差为0.1％，并且光接收元件70的数量被调整为使得由元件数量引起的误差为0.1％或更小。但是，根据光学编码器的性能，可以自由地将容许误差设置为目标值。因此，容许误差不一定必须是0.1％，也可以是0.1％或更大、或者0.1％或更小，只要光学编码器被设计成使得由元件数量引起的误差不超过容许误差，其中所述容许误差被设置为目标值。

在上述第一实施例中，光源4的光波长是660纳米，从光源4到标尺2的光的入射角是30度，刻度20的周期是2微米，光学元件5的光栅55的周期是1.375微米，光接收元件70的周期是2.2微米。在上述第二实施例中，刻度20的周期是1微米，光学元件5的光栅55的周期是0.4微米，光接收元件70的周期是1微米。另外，关于相对于传送至光接收装置6的±1阶光线的强度的不需要的光的强度，光学编码器1被配置成使得0阶光线的强度为50％或更小，并且±2阶光线的强度为14％或更小。当容许误差被设置为0.1％时，所述元件排7中的光接收元件70的数量被设置为1082或更多，这是使得由元件数量引起的误差为0.1％或更小的数量。

光学编码器的光接收装置的光接收表面包括具有多个光接收元件的元件排，所述多个光接收元件沿着测量方向以与干涉条纹的周期相同的周期布置。但是，光学编码器可以具有任何配置和/或可以采用任何光接收装置，只要元件排中的光接收元件的数量被设置为使得由元件数量引起的误差小于容许误差的数量。当光接收元件的总数为奇数并且这样的总数为奇数的光接收元件起作用时，或者当光接收元件的总数为偶数但是比这样的总数为偶数的光接收元件少一个的光接收元件起作用时，会引起这种由元件数量引起的误差。

例如，所述光接收装置优选将在光接收表面处接收的干涉条纹转换成根据标尺与检测头之间的相对运动以与刻度的周期对应的方式变化的检测信号，然后输出这样的检测信号，该检测信号是具有不同相位的至少两个相的差分信号。这样，所述光接收表面优选包括一组元件排，其中至少两个元件排沿着与测量方向正交的方向排列。这是因为，根据这样的配置，即使任何光接收元件被污染，所述光学编码器也能够防止可能因污染而出现的误差。

在下文中，将说明布置有至少两个元件排的光接收装置的变化形式。

图9是示出第一变化形式的光接收装置6A的示意图。

第一变化形式的光接收装置将在光接收表面处接收的干涉条纹转换成根据标尺与检测头之间的相对运动以与刻度的周期对应的方式变化的检测信号，然后输出这样的检测信号，该检测信号是具有不同相位的两个相的差分信号。

如图9所示，光接收表面60A包括具有沿着测量方向(X方向)以与刻度(参见图1和2)的周期对应的周期布置的多个光接收元件70的元件排7a、7b、7ab和7bb、以及元件排组8，在该元件排组8中，四个这样的元件排7a、7b、7ab和7bb沿着与测量方向正交的方向(Y方向)布置在一起。

对于两相中的每一相，元件排7a、7b、7ab和7bb包括输出正相信号的正相信号元件排和输出负相信号的负相信号元件排。这两个相沿着测量方向以预定的相位差交错。多个元件排组8在光接收表面60A中沿着正交方向排列。

在此，所述两相的正相信号将被称为第一信号和第二信号，所述第一信号的负相信号将被称为第三信号，所述第二信号的负相信号将被称为第四信号。元件排组8中的元件排7a、7b、7ab和7bb沿着与测量方向正交的方向以如下顺序排列：输出第一信号的正相信号元件排7a；输出第二信号的正相信号元件排7b；输出第三信号的负相信号元件排7ab；以及输出第四信号的负相信号元件排7bb。

根据这样的配置，光接收元件6A能够获得四相信号作为检测信号，同时防止可能因污染而出现的误差。

图10是示出第二变化形式的光接收装置6B的示意图。

如图10所示，第二变化形式的光接收装置6B的光接收表面60B包括元件排7a、7b、7ab和7bb。各个元件排7a、7b、7bb和7ab包括沿着测量方向(X方向)以与刻度20的周期对应的周期布置的多个光接收元件70(参见图1和图2)。元件排7a、7b、7bb和7ab沿着与测量方向正交的方向(Y方向)排列在一起。

另外，光接收表面60B包括元件排组8B，每个组包括四个元件排7a、7b、7bb和7ab。元件排组8B包括四个元件排7a、7b、7bb和7ab。多个元件排组8B在光接收表面60B中沿着Y方向排列。

图11是示出第二变化形式的光接收装置6B、信号输入/输出单元9和操作装置10的示意图。

如图11所示，元件排组8B从+Y方向侧到-Y方向侧(在图中是从上到下)依次包括第一元件排7a、第二元件排7b、第三元件排7bb和第四元件排7ab。元件排7a、7b、7bb和7ab沿着Y方向以预定间距P排列。对于两相中的每一相，元件排7a、7b、7bb和7ab包括输出正相信号的正相信号元件排(第一元件排7a和第二元件排7b)以及输出负相信号的负相信号元件排(第三元件排7bb和第四元件排7ab)。

第一元件排7a输出A相信号，该A相信号是A相的正相信号。第二元件排7b输出B相信号，该B相信号是B相的正相信号。第三元件排7bb输出BB相信号，该BB相信号是B相的负相信号。第四元件排7ab输出AB相信号，该AB相信号是A相的负相信号。因此，第一元件排7a和第二元件排7b与本发明中的正相信号元件排对应。另外，第三元件排7bb和第四元件排7ab与本发明中的负相信号元件排对应。

此外，元件排7a、7b、7bb和7ab以预定相位差沿着X方向交错。具体而言，基于A相信号，B相信号被布置成具有90°的相位差，AB相信号被布置成具有180°的相位差，BB相信号被布置成具有270°的相位差。因此，相对于第一元件排7a，第二元件排7b沿着X方向以90°的相位差交错，第三元件排7b沿着X方向以270°的相位差交错，第四元件排7ab沿着X方向以180°的相位差交错。

作为正相信号元件排的第一元件排7a和第二元件排7b占元件排组8B中的多个(例如四个)元件排7a、7b、7bb和7ab的一半(例如两排)，并且相对于光接收表面60B中的中心布置在一侧(+Y方向侧)，该中心是Y方向和X轴之间的交点。此外，作为负相信号元件排的第三元件排7bb和第四元件排7ab占元件排组8B中的多个(例如四个)元件排7a、7b、7bb和7ab的一半(例如两排)，并且相对于光接收表面60B中的中心布置在另一侧(即，-Y方向侧)。该中心是Y方向和X轴之间的交点。

另外，光学编码器1包括：第一信号输入/输出单元9a和第二信号输入/输出单元9b，它们使用从光接收装置6B输出的检测信号作为差分信号的输入；以及操作装置10，其基于从两个信号输入/输出单元9a和9b输出的差分信号来操作标尺2(参见图1和图2)与检测头3之间的相对移动量。

两个信号输入/输出单元9a和9b分别包括正相信号输入/输出单元91a和91b，在正相信号输入/输出单元91a和91b中输入正相信号，作为来自光接收装置6B的检测信号；并且分别包括负相信号输入/输出单元92a和92b，在负相信号输入/输出单元92a和92b中输入负相信号。

在第一信号输入/输出单元9a处，A相信号被从光接收装置6B的第一元件排7a输入至正相信号输入/输出单元91a，并且AB相信号被从第四元件排7ab输入至负相信号输入/输出单元92a。然后，第一信号输入/输出单元9a向操作装置10输出差分A相信号，该差分A相信号是A相信号与AB相信号之间的差(即，A相信号-AB相信号)。

在第二信号输入/输出单元9b处，B相信号被从光接收装置6B的第二元件排7b输入至正相信号输入/输出单元91b，并且BB相信号被从第三元件排7bb输入至负相信号输入/输出单元92b。然后，第二信号输入/输出单元9b向操作装置10输出差分B相信号，该差分B相信号是B相信号与BB相信号之间的差(即，B相信号-BB相信号)。在以下说明的附图中，关于从元件排7a、7b、7bb和7ab到两个信号输入/输出单元9a和9b的输入，正相信号用实线表示，负相信号用虚线表示。

元件排组8B中的元件排7a、7b、7bb和7ab被布置在沿着+Y方向从基准位置到正相信号元件排(第一元件排7a或第二元件排7b)的距离与沿着-Y方向从基准位置到负相信号元件排(第三元件排7bb或第四元件排7ab)的距离之和对于所有相都相等的位置。

在此，基准位置指光接收表面60B上的预定位置，并且，在这个实施例中，将使用图中的X轴作为基准位置来提供说明。

第一元件排7a位于在+Y方向上距基准位置+3P/2距离处。第二元件排7b位于在+Y方向上距基准位置+P/2距离处。第三元件排7bb位于在-Y方向上距基准位置-P/2距离处。第四元件排7ab位于在-Y方向上距基准位置-3P/2距离处。

输出A相信号的第一元件排7a与基准位置之间的距离和输出AB相信号的第四元件排7ab与基准位置之间的距离之和如下面的等式(6)所示，其中A相信号和AB相信号用作差分A相信号的输入。另外，输出B相信号的第二元件排7b与基准位置之间的距离和输出BB相信号的第三元件排7bb与基准位置之间的距离之和如下面的等式(7)所示，其中B相信号和BB相信号用作差分B相信号的输入。

(+3P/2) + (-3P/2) ＝ 0 ... (6)

(+P/2) + (-P/2) ＝ 0 ... (7)

如等式(6)和(7)所示，元件排组8B中的元件排7a、7b、7bb和7ab布置在沿着+Y方向从基准位置到正相信号元件排(第一元件排7a或第二元件排7b)的距离和沿着-Y方向从基准位置到负相信号元件排(第三元件排7bb或第四元件排7ab)的距离之和对于差分A相信号和差分B相信号相等的位置。

在此，标尺2的布置有刻度20(参见图1和图2)的表面优选平行于光接收表面60。但是，在制造和/或使用过程中，如果标尺2的设有刻度20的表面(以下简称为“标尺2”)相对于光接收表面围绕旋转轴线旋转和倾斜，那么差分信号的相位差可能发生偏移，其中所述轴线与光接收表面60B正交。存在的问题是，相位差的这种偏移可能导致光学编码器的精度下降。

但是，根据上述配置，能够抵消由相对于光接收表面60B围绕旋转轴线旋转和倾斜地布置的标尺2引起的差分信号的相位差的偏移，其中所述轴线与光接收表面60B正交。因此，即使标尺2相对于光接收表面60B被布置成围绕与光接收表面60B正交的旋转轴线旋转和倾斜，也能够防止精度降低。

图12是示出第三变化形式的光接收装置6C的示意图。

如图12所示，第三变化形式的光接收装置6C包括第一元件排组8B和第二元件排组8C，所述第二元件排组8C在光接收表面60C中在正交方向(Y方向)上与第一元件排组8B相邻地布置。

第二元件排组8C包括四个元件排7B、7A、7AB和7BB，这些元件排与第一元件排组8B中的元件排7a、7b、7bb和7aa的布置方式不同。元件排7B、7A、7AB和7BB沿着与测量方向正交的方向(Y方向)排列在一起。第一元件排组8B和第二元件排组8C组合为一组元件排组8B和8C，并且多组元件排组8B和8C在光接收表面60C中沿着Y方向布置。具体而言，第一元件排组8B和第二元件排组8C在光接收表面60C中沿着Y方向以交替和重复的方式布置。

图13是示出第三变化形式的光接收装置6C、信号输入/输出单元9和操作装置10的示意图。

如图13所示，第二元件排组8C从+Y方向侧到-Y方向侧(在图中是从上到下)依次包括第五元件排7B、第六元件排7A、第七元件排7AB和第八元件排7BB。元件排7B、7A、7AB和7BB沿着Y方向以预定间距P排列。

对于两相中的每一相，元件排7B、7A、7AB和7BB包括输出正相信号的正相信号元件排(第五元件排7B和第六元件排7A)和输出负相信号的负相信号元件排(第七元件排7AB和第八元件排7BB)。

此外，元件排7B、7A、7AB和7BB以预定相位差沿着X方向交错。具体而言，相对于第五元件排7B，第六元件排7A沿着X方向以90°的相位差交错，第七元件排7AB沿着X方向以270°的相位差交错，第八元件排7BB沿着X方向以180°的相位差交错。

第五元件排7B输出B相信号，该B相信号是B相的正相信号。第六元件排7A输出A相信号，该A相信号是A相的正相信号。第七元件排7AB输出AB相信号，该AB相信号是A相的负相信号。第八元件排7BB输出BB相信号，该BB相信号是B相的负相信号。因此，第五元件排7B和第六元件排7A与本发明中的正相信号元件排对应。另外，第七元件排7AB和第八元件排7BB与本发明中的负相信号元件排对应。

在第一元件排组8B中，正相信号元件排(第一元件排7a和第二元件排7b)占第一元件排组8B中的多个(例如四个)元件排7a、7b、7bb和7ab的一半(例如两排)，并且在第一元件排组8B中相对于Y方向的中心布置在+Y方向侧。另外，正相信号元件排(第一元件排7a和第二元件排7b)在第一元件排组8B中从Y方向的一端侧向中心(在图中是从下到上)以用作预定基准的顺序排列。在第三变化形式中，“用作正相信号元件排的预定基准的顺序”与A相然后B相的顺序对应。

另外，在第二元件排组8C中，正相信号元件排(第五元件排7B和第六元件排7A)占第二元件排组8C中的多个(例如四个)元件排7B、7A、7AB和7BB的一半(例如两排)，并且在第二元件排组8C中相对于Y方向的中心布置在+Y方向侧。另外，正相信号元件排(第五元件排7B和第六元件排7A)在第二元件排组8C中从Y方向的一端侧向中心(在图中是从上到下)以与用作预定基准的顺序相反的顺序排列。

具体而言，由于“用作正相信号元件排的预定基准的顺序”与A相然后B相的顺序对应，“与用作正相信号元件排的预定基准的顺序相反的顺序”与B相然后A相的顺序对应。因此，如果第一元件排组8B的正相信号元件排从Y方向的一端侧向中心(在图中是从下到上)按照输出A相信号的第一元件排7a和输出B相信号的第二元件排7b的顺序排列，那么第二元件排组8C的正相信号元件排从Y方向的一端侧向中心(在图中是从上到下)按照输出B相信号的第五元件排7B和输出A相信号的第六元件排7A的顺序排列，从而两相的排列顺序相反。

在第一元件排组8B中，负相信号元件排(第三元件排7bb和第四元件排7ab)占第一元件排组8B(例如四排)中的多个元件排7a、7b、7bb和7ab的一半(例如两排)，并且在第一元件排组8B中相对于Y方向的中心布置在-Y方向侧。另外，负相信号元件排(第三元件排7bb和第四元件排7ab)在第一元件排组8B中从Y方向的另一端侧向中心(在图中是从下向上)以用作预定基准的顺序排列。在第三变化形式中，“用作负相信号元件排的预定基准的顺序”与AB相然后BB相的顺序对应。

另外，在第二元件排组8C中，负相信号元件排(第七元件排7AB和第八元件排7BB)占第二元件排组8C中的多个(例如四个)元件排7B、7A、7AB和7BB的一半(例如两排)，并且在第二元件排组8C中相对于Y方向的中心布置在-Y方向侧。此外，负相信号元件排(第七元件排7AB和第八元件排7BB)在第二元件排组8C中从Y方向的另一端侧向中心(在图中是从下向上)以与用作预定基准的顺序相反的顺序排列。

具体而言，由于“用作负相信号元件排的预定基准的顺序”与AB相然后BB相的顺序对应，因此“与用作负相信号元件排的预定基准的顺序相反的顺序”与BB相然后AB相的顺序对应。因此，如果第一元件排组8B的负相信号元件排从Y方向的另一端侧向中心(在图中是从下向上)以输出AB相信号的第四元件排7ab和输出BB相信号的第三元件排7bb的顺序排列，那么第二元件排组8C的负相信号元件排从Y方向的另一端侧向中心(在图中是从下向上)以输出BB相信号的第八元件排7BB和输出AB相信号的第七元件排7AB的顺序排列，从而两相的排列顺序相反。

换句话说，第一元件排组8B中的元件排7a、7b、7bb和7ab从+Y方向侧向-Y方向侧布置，从而它们的检测信号以用作预定基准的顺序输出；即，按照A相信号、B相信号、BB相信号和AB相信号的顺序输出。然后，第二元件排组8C中的元件排7B、7A、7AB和7BB从+Y方向侧向-Y方向侧布置，从而它们的检测信号以与用作预定基准的顺序相反的顺序输出；即，按照B相信号、A相信号、AB相信号和BB相信号的顺序输出。

关于两个信号输入/输出单元9a和9b，在第一信号输入/输出单元9a处，A相信号被从光接收装置6C的第一元件排7a和第六元件排7A输入至正相信号输入/输出单元91a，而AB相信号被从第四元件排7ab和第七元件排7AB输入至负相信号输入/输出单元92a。然后，第一信号输入/输出单元9a向操作装置10输出差分A相信号，该差分A相信号是A相信号与AB相信号之间的差(即，A相信号-AB相信号)。

在第二信号输入/输出单元9b处，B相信号被从光接收装置6C的第二元件排7b和第五元件排7B输入至正相信号输入/输出单元91b，而BB相信号被从第三元件排7bb和第八元件排7BB输入至负相信号输入/输出单元92b。然后，第二信号输入/输出单元9b向操作装置10输出差分B相信号，该差分B相信号是B相信号与BB相信号之间的差(即，B相信号-BB相信号)。

第一元件排组8B和第二元件排组8C中的元件排7a、7b、7bb、7ab、7B、7A、7AB和7BB布置在沿着Y方向从基准位置到正相信号元件排(第一元件排7a、第二元件排7b、第五元件排7B、或第六元件排7A)的距离和沿着Y方向从基准位置到负相信号元件排(第三元件排7bb、第四元件排7ab、第七元件排7AB、或第八元件排7BB)的距离之和对于两相中的所有相相等的位置。

第一元件排7a位于在+Y方向上距基准位置+7P/2距离处。第二元件排7b位于在+Y方向上距基准位置+5P/2距离处。第三元件排7bb位于在+Y方向上距基准位置+3P/2距离处。第四元件排7ab位于在+Y方向上距基准位置+P/2距离处。第五元件排7B位于在-Y方向上距基准位置-P/2距离处。第六元件排7A位于在-Y方向上距基准位置-3P/2距离处。第七元件排7AB位于在-Y方向上距基准位置-5P/2距离处。第八元件排7BB位于在-Y方向上距基准位置-7P/2距离处。

输出A相信号的第一元件排7a与基准位置之间的距离、输出A相信号的第六元件排7A与基准位置之间的距离、输出AB相信号的第四元件排7ab与基准位置之间的距离、以及输出AB相信号的第七元件排7AB与基准位置之间的距离之和由下面的等式(8)表示，其中A相信号和AB相信号用作差分A相信号的输入。此外，输出B相信号的第二元件排7b与基准位置之间的距离、输出B相信号的第五元件排7B与基准位置之间的距离、输出BB相信号的第三元件排7bb与基准位置之间的距离、以及输出BB相信号的第八元件排7BB与基准位置之间的距离之和如下面的等式(9)所示，其中B相信号和BB相信号用作差分B相信号的输入。

(+7P/2) + (-3P/2) + (+P/2) + (-5P/2) ＝ 0 ... (8)

(+5P/2) + (-P/2) + (+3P/2) + (-7P/2) ＝ 0 ... (9)

如等式(8)和(9)所示，元件排被布置在沿着Y方向从基准位置到正相信号元件排(第一元件排7a、第二元件排7b、第五元件排7B或第六元件排7A)的距离和沿着Y方向从基准位置到负相信号元件排(第三元件排7bb、第四元件排7ab、第七元件排7AB或第八元件排7BB)的距离之和对于差分A相信号和差分B相信号相等的位置。

根据上述配置，能够有效地抵消由相对于光接收装置6C围绕与光接收表面60C正交的旋转轴线旋转和倾斜地布置的标尺2引起的差分信号的相位差的偏移，同时防止差分信号的幅度变小，其中所述差分信号基于来自光接收装置6C的检测信号。这可以与不提供第一元件排组8B和第二元件排组8C的情况形成对比。

图14是示出第四变化形式的光接收装置的示意图。

如图14所示，第四变化形式的光接收装置包括：面积大于全部数量的光接收元件70的总面积的光电二极管600；以及布置在光电二极管600的光接收表面60D上的图案形成层700，该图案形成层700包括透射光的透射部分61和阻挡光的非透射部分62。多个这样的透射部分61沿着测量方向(X方向)以与干涉条纹的周期相同的周期形成，并且它们用作光接收元件70。

如上文所述，由于布置形式和/或尺寸，存在不能使用现成的光接收元件的情况；但是，根据上述配置，可以通过以精细方式形成透射部分61来形成伪精细光接收元件70。因此，可以自由设计光接收元件，而不受IC设计规则的限制。

图15示出了第一变化形式的光接收元件，图16示出了第二变化形式的光接收元件。

在上述的各个实施例中，检测头3包括光学元件5，并且该光学元件是衍射光栅板，该衍射光栅板具有平行于布置有刻度的标尺表面的板面，并且在该板面上具有沿着预定方向的光栅。但是，所述检测头可以不必包括光学元件，并且，即使它包括光学元件，这种光学元件也可以不必是衍射光栅板，而可以是任何光学元件，只要它设置在标尺与光接收装置之间并且将被标尺衍射和划分的光导引到光接收表面上。例如，所述光学元件可以是布置在标尺2与光接收装置6之间的透镜5A，就如图15所示的光学编码器1A的检测头3A那样。所述光学元件也可以是垂直于光接收表面60布置的两个反射镜5B，就如图16所示的光学编码器1B的检测头3B那样。此外，所述光学元件不限于上述的各个变化形式，并且可以组合使用多个透镜而不是单个透镜5A，可以使用不同形状和布置形式的透镜，或者可以使用不同于反射镜5B的形状和布置形式的反射镜。所述光学元件可以是半反射镜、分束器或这两者的组合。

工业应用性

如上文所述，本发明可以适用于光学编码器。

Claims (9)

1.一种光学编码器，包括：板状标尺，其具有沿着测量方向以预定周期形成的刻度，该刻度用作衍射入射光的衍射光栅；以及检测头，其以相对于标尺沿着测量方向可移动的方式设置，其中：

所述检测头包括：

向标尺传送光的光源；以及

光接收装置，其具有用于经由标尺接收来自光源的光的光接收表面；

穿过刻度的光在光接收表面上形成干涉条纹，该干涉条纹根据标尺与检测头之间的相对运动以与刻度的周期对应的方式变化；

所述光接收表面具有元件排，所述元件排具有沿着测量方向以与干涉条纹的周期相同的周期排列的多个光接收元件；并且

当将包含在由从接收的光获得的干涉条纹产生的检测信号中的误差称为由元件数量引起的误差，这种误差是由光接收元件的数量是奇数这一事实引起的，并将预定的容许误差称为容许误差时，

元件排中的光接收元件的数量被设置为使得由元件数量引起的误差小于容许误差的数量，所述由元件数量引起的误差是在光接收元件的总数为奇数并且这样的总数为奇数的光接收元件起作用时或者在光接收元件的总数为偶数但比这样的总数为偶数的光接收元件少一个的光接收元件起作用时导致的。

2.如权利要求1所述的光学编码器，其中：

所述标尺对从光源发出的光进行衍射并将其分成至少0阶光线、±1阶光线和±2阶光线；

所述光学编码器将±1阶光线作为信号光，并将其它光线作为导致所述由元件数量引起的误差的不需要的光，并且使用由±1阶光线形成的干涉条纹进行检测；

关于相对于传送至所述光接收装置的±1阶光线的强度的所述不需要的光的强度，所述光学编码器被配置成使得0阶光线的强度为50％或更小，并且使得±2阶光线的强度为14％或更小；并且

当容许误差被设置为0.1％时，所述元件排中的光接收元件的数量被设置为1082或更多，这是使得由元件数量引起的误差为0.1％或更小的数量。

3.如权利要求1或2所述的光学编码器，其中：

所述光接收装置将在光接收表面处接收的干涉条纹转换成根据标尺与检测头之间的相对运动以与刻度的周期对应的方式变化的检测信号，然后输出这样的检测信号，该检测信号是具有不同相位的至少两个相的差分信号；并且

所述光接收表面包括一组元件排，其中至少两个元件排沿着与测量方向正交的方向排列。

4.如权利要求3所述的光学编码器，其中：

所述光接收装置将在光接收表面处接收的干涉条纹转换成根据标尺与检测头之间的相对运动以与刻度的周期对应的方式变化的检测信号，然后输出这样的检测信号，该检测信号是具有不同相位的两个相的差分信号；

所述光接收表面包括具有沿着测量方向以与刻度的周期对应的周期排列的多个光接收元件的元件排、以及由沿着垂直于测量方向的方向排列在一起的四个这样的元件排组成的元件排组；

对于两相中的每一相，所述元件排包括：

输出作为检测信号之一的正相信号的正相信号元件排，以及

输出作为检测信号之一的负相信号的负相信号元件排；

所述两相沿着测量方向以预定的相位差交错；

多个元件排组在光接收表面中沿着正交方向排列；并且

在将所述两相的正相信号称为第一信号和第二信号时，以及

在将第一信号的负相信号称为第三信号并将第二信号的负相信号称为第四信号时，

所述元件排组中的元件排沿着垂直于测量方向的方向以如下顺序排列：输出第一信号的正相信号元件排；输出第二信号的正相信号元件排；输出第三信号的负相信号元件排；以及输出第四信号的负相信号元件排。

5.如权利要求3所述的光学编码器，其中：

所述光接收装置将在光接收表面处接收的干涉条纹转换成根据标尺与检测头之间的相对运动以与刻度的周期对应的方式变化的检测信号，然后输出这样的检测信号，该检测信号是具有不同相位的至少两个相的差分信号；

所述光接收表面包括具有沿着测量方向以与刻度的周期对应的周期排列的多个光接收元件的元件排、以及由沿着垂直于测量方向的方向排列在一起的至少四个这样的元件排组成的元件排组；

对于两相中的每一相，所述元件排包括：

输出正相信号的正相信号元件排，以及

输出负相信号的负相信号元件排；

所述至少两个相沿着测量方向以预定的相位差交错；并且

所述元件排组中的元件排被布置在使得沿着正交方向从基准位置到正相信号元件排的距离与沿着正交方向从基准位置到负相信号元件排的距离之和对于所述至少两相中的所有相都是相等的位置。

6.如权利要求5所述的光学编码器，其中：

所述元件排组包括第一元件排组和在光接收表面中在正交方向上与第一元件排组相邻地布置的第二元件排组，其中所述第二元件排组包括与第一元件排组中的元件排的布置方式不同的元件排；

第一元件排组中的正相信号元件排占第一元件排组中的元件排的一半，并且相对于第一元件排组中的正交方向的中心布置在一侧，其中正相信号元件排从正交方向的一端侧向第一元件排组中的中心以用作预定基准的顺序排列；

第一元件排组中的负相信号元件排占第一元件排组中的元件排的一半，并且相对于第一元件排组中的正交方向的中心布置在另一侧，其中负相信号元件排从正交方向的另一端侧向第一元件排组中的中心以用作预定基准的顺序排列；

第二元件排组中的正相信号元件排占第二元件排组中的元件排的一半，并且在第二元件排组中相对于正交方向的中心布置在一侧，其中正相信号元件排从正交方向的一端侧向第二元件排组的中心以与用作预定基准的顺序相反的顺序排列；并且

第二元件排组中的负相信号元件排占第二元件排组中的元件排的一半，并且相对于第二元件排组中的正交方向的中心布置在另一侧，其中负相信号元件排从正交方向的另一端侧向第二元件排组中的中心以与用作预定基准的顺序相反的顺序排列。

7.如权利要求1或2所述的光学编码器，其中：

所述光接收装置包括：

面积大于全部数量的光接收元件的总面积的光电二极管；以及

布置在光电二极管的光接收表面上的图案形成层，该图案形成层包括透射光的透射部分和阻挡光的非透射部分；并且

沿着测量方向以与干涉条纹的周期相同的周期形成多个这样的透射部分，并且所述透射部分用作光接收元件。

8.如权利要求1或2所述的光学编码器，其中：

所述检测头包括将由标尺衍射和划分的光朝向光接收表面集中的光学元件；并且

所述光学元件布置在标尺与光接收装置之间。

9.如权利要求8所述的光学编码器，其中所述光学元件是衍射光栅板，该衍射光栅板具有平行于布置有刻度的标尺表面的板面，在该板面上具有沿着预定方向布置的光栅。