CN1979096B - 光电式编码器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种光电式编码器，其为具有形成在标尺上的第二格栅和配设在检测部侧的第一、第三格栅的三格栅型的光电式编码器，其至少将第一格栅的一部分在测定轴方向上移动P/(2n)(P：格栅节距，n：要除去的高次谐波的次数)，而除去第n次高次谐波。由此，不提高制造成本，而除去高次谐波，实现高精度化。

Description

光电式编码器 
技术领域
本发明涉及一种光电式编码器，其为具有形成在标尺上的第二格栅和配设在检测部侧的第一、第三格栅的三格栅型的光电式编码器。特别涉及可以有效削减高次谐波的光电式编码器。 
背景技术
应用于线性编码器中，例如专利文献1(日本，特开昭63-33604号公报(图1-图3))所记载的那样的、所谓的三格栅原理中，三个光栅(图1(A)所表示的透射型的情况，作为主标尺的第二光栅20和作为指示标尺的第一、第三光栅22、24，在图1(B)、(C)所表示的反射型的情况下，光两次通过被共用的第一(第三)格栅22)成为空间滤光器，因此，能够检测出接近正弦波的信号，可以进行高精度的插补。图中，26为光源，28为作为例如准直透镜的光学系统，30为感光元件，32为反射型的半反半透镜，34为相同的反射镜，36为相同的聚光透镜。 
将该三格栅原理作为反射型编码器应用的情况下，如图1(B)、(C)所示，标尺格栅成为第二格栅20。但是，标尺上的光栅，随标尺的位置不同线宽变动。因此，在该部分的输出信号上，有高次谐波的成分重叠的问题。 
在专利文献2(日本，特开平9-196706号公报，(图5))，或专利文献3(日本，特开2004-264295号公报，(图4))中，如图2所示，提出了如下方案：将感光元件30前面的第三格栅24与感光元件阵列合而成为感光元件阵列31，由该感光元件阵列的平均化效果而得到稳定化的方法。 
在图2的结构中，为更进一步除去高次谐波，还提出了对感光元件阵列给予相位差(日本，专利文献4(特开平10-122909号公报，(图2)))或线宽调制(日本，专利文献5(特开平8-145724号公报(图2)))的方法的方案。 
专利文献6(日本，特开平9-113213号公报(图3))中，提出的方案如下：使用三格栅原理的检测原理，在第一格栅和第三格栅的格栅图案上，设置相位差。 
但是，在专利文献4、5所记载的对感光元件阵列给予相位差或线宽调制的方法中，由于需要改变感光元件的图案，而增加了制造成本。 
在专利文献6所记载的第一格栅和第三格栅的格栅图案上设置相位差的方法中，若使用感光元件阵列来代替第三格栅，则由于两次通过相同格栅，而只能除去偶数次的高次谐波，而无法除去奇数次的高次谐波，特别是比二次高次谐波大的最成问题的三次高次谐波。因此，也存在有时无法使用感光元件阵列来代替第三格栅的问题。 
上述的问题点不限于反射型编码器，透射型编码器也同样存在。 
发明内容
本发明为解决所述以往的问题，通过改进第一格栅图案，不增加制造成本，除去高次谐波，实现高精度化。 
本发明为一种光电式编码器，其是三格栅式光电式编码器，其包括：光源，其输出光；第一格栅，其被设置为直接接收来自所述光源的所述输出光；第二格栅，其被设置为在所述输出光通过所述第一格栅之后反射所述输出光；第三格栅，其被设置为接收从所述第二格栅反射的所述输出光；以及检测部，其中，所述第二格栅被形成在标尺上，所述第一格栅和所述第三格栅被设置在所述检测部侧，其中，至少将第一格栅的一部分在测定轴方向上移动P/(2n)(P：格栅节距，n：要除去的高次谐波的次数)，而除去第n次高次谐波(P：格栅节距，n：要除去的高次谐波的次数)，而除去第n次高次谐波，从而解决所述问题。 
本发明将所述第一格栅在与测定轴垂直的方向或在测定轴方向上分割、移动。 
本发明将所述第一格栅的多个部分，分别以不同的移动量进行移动。 
本发明使所述移动量连续变化，从而使格栅图案变形为正弦波形状。 
本发明的所述第三格栅的一部分也在测定轴方向进行移动。 
根据本发明，通过使第一格栅的一部分在测定轴方向移动P/(2n)，在感光元件阵列的面上合成干涉条纹，例如，在如图3所示n＝3的三次高次谐波的情况下，能够削减第n次高次谐波。 
通过将第一格栅在与测定轴垂直的方向或测定轴方向上分割、移动，使在感光元件阵列的面上的干涉条纹合成被平均化。 
通过将所述第一格栅的多个部分，分别以不同的移动量进行移动，能够削减多次的高次谐波。 
通过使所述移动量连续变化，而使格栅图案变形为正弦波形状，从而使在感光元件阵列的面上的干涉条纹合成被平均化。
更进一步，通过将所述第三格栅的一部分也在测定轴方向进行移动，能够更进一步削减高次谐波。 
附图说明
图1(A)、图1(B)、图1(C)是表示专利文献1所记载的三格栅原理的编码器的基本结构的图； 
图2是表示专利文献2、3所记载的具有感光元件阵列的三格栅原理的反射型编码器的剖面图； 
图3是表示本发明的效果的图； 
图4是表示本发明的第一实施例的基本结构图4a为平面图，图4b为侧面图； 
图5是表示本发明的第二实施例的第一格栅的平面图； 
图6是表示本发明的第三实施例的第一格栅的平面图； 
图7是表示本发明的第四实施例的第一格栅的平面图； 
图8是表示本发明的第五实施例的第一格栅的平面图； 
图9是表示本发明的第六实施例的基本结构。 
具体实施方式
以下参照附图，对本发明的实施例进行详细说明。 
其中通篇对于相同元件用相同附图标记表示。 
如图4所示，适用于反射型编码器的本发明的第一实施例，将搭载例如感光元件阵列31的制造成本低的玻璃基板上形成的第一格栅22的图案在测定轴的垂直方向分割为两份，将一份相对于另一份在测定轴方向上移动而配置。若要除去的高次谐波的次数为n，则相应的移动量为格栅节距P÷(2×n)。在要除去第三高次谐波时，移动量为P/6。 
在该第一实施例中，从光源发出的光通过第一格栅22，被第二格栅20反射，在感光元件阵列31的感光面上生成干涉条纹40。 
因此，通过第一格栅22和第二格栅20生成的n次高次谐波的干涉条纹40在感光元件阵列31的感光面上合成、抵消，而被除去。 
因此，对于感光元件阵列31上的第三格栅24(参照图2)的图案，无需特别对高次谐波实施对策。另外，也可以对第三格栅24和第一格栅22也 实施同样的高次谐波对策而构成为除去例如与第一格栅不同次数的高次谐波。 
接着，参照图5，说明本发明的第二实施例。 
本实施例，将第一格栅22在测定轴的垂直方向(图的上下方向)分割为多个，在相对于测定轴的垂直方向上，交替配置移动区域和非移动区域。另外，移动区域的宽度W在格栅节距P以上。 
这样，通过将移动区域与非移动区域在测定轴垂直方向交替配置，感光元件阵列上的干涉条纹合成被平均化。 
接着，参照图6，详细说明本发明的第三实施例。 
本实施例，在测定轴方向(图的左右方向)，将第一格栅22的移动区域，按例如每个格栅条数N，进行分割、配置。 
这样，通过将移动区域与非移动区域在测定轴方向交替配置，感光元件阵列上的干涉条纹合成被平均化。 
接着，参照图7，详细说明本发明的第四实施例。 
本实施例，将第一格栅22在测定轴的垂直方向上分割为三份以上(图中为9份)，且分别设定各区域的移动量。 
例如要削减的高次谐波为n1次和n2次的情况下，设置至少三个区域，其中一个作为基准区域，将其它区域的光栅移动量分别设定为P/(2n1)和P/(2n2)。 
由此，能够除去n1次和n2次的多次高次谐波。 
接着，参照图8，详细说明本发明的第五实施例。 
本实施例，将第一格栅22的格栅图案在测定轴的垂直方向以周期L变形为正弦波，移动量为P/(2n)×(1+sin2π(y/L))/2，而连续变化。 
由于本实施例中，移动量连续变化，在例如n＝2的情况下，同时削减n＝3以上的高次谐波。 
本发明的适用对象不限定于上述实施例所表示的反射型编码器，如图9所示的第六实施例的透射型编码器也适用。 
在该第六实施例中，从光源发出的光通过第一格栅22，被第二格栅20反射，在感光元件阵列31的感光面上生成干涉条纹40。 
另外，在所述实施例中，使用的都是第三格栅与感光元件一体化的感光元件阵列，但分体的也可以。 
另外，也可以这样构成：不仅是第一格栅，将第三格栅的一部分也与第一格栅同样，通过在测定轴方向进行移动，而除去与第一格栅相同或者不同次数的高次谐波。 
对本领域的技术人员来说，显然上述实施例仅是代表本申请原理应用的示例。本领域技术人员容易作出很多各种各样的变形且不脱离本发明的精神和范围。 
2005年12月6日提交的日本专利申请公开No.2005-352397的内容，包括说明书、附图和权利要求书引用在此处作为参考。 

Claims (12)

1.一种光电式编码器，其是三格栅式光电式编码器，其包括：
光源，其输出光；
第一格栅，其被设置为直接接收来自所述光源的所述输出光；
第二格栅，其被设置为在所述输出光通过所述第一格栅之后反射所述输出光；
第三格栅，其被设置为接收从所述第二格栅反射的所述输出光；以及
检测部，其中，
所述第二格栅被形成在标尺上，所述第一格栅和所述第三格栅被设置在所述检测部侧，其中，
至少将第一格栅的一部分在测定轴方向上移动P/(2n)，而除去第n次高次谐波，P：格栅节距，n：要除去的高次谐波的次数。
2.如权利要求1所述的光电式编码器，其特征在于，将所述第一格栅在与测定轴垂直的方向或在测定轴方向上分割、移动。
3.如权利要求2所述的光电式编码器，其特征在于，将所述第一格栅在与测定轴垂直的方向至少分割为三个，在相对于测定轴垂直的方向上交替配置移动区域和非移动区域。
4.如权利要求2所述的光电式编码器，其特征在于，在测定轴方向上，将所述第一格栅的移动区域，按各规定的格栅条数，分割成多个，在测定轴方向上，交替配置移动区域和非移动区域。
5.如权利要求2所述的光电式编码器，其特征在于，将所述第一格栅的多个部分，分别以不同的移动量进行移动。
6.如权利要求5所述的光电式编码器，其特征在于，使所述移动量连续变化，从而使格栅图案变形为正弦波形状。
7.如权利要求1所述的光电式编码器，其特征在于，所述第三格栅的一部分也在测定轴方向进行移动。
8.如权利要求2所述的光电式编码器，其特征在于，所述第三格栅的一部分也在测定轴方向进行移动。
9.如权利要求3所述的光电式编码器，其特征在于，所述第三格栅的一部分也在测定轴方向进行移动。
10.如权利要求4所述的光电式编码器，其特征在于，所述第三格栅的一部分也在测定轴方向进行移动。
11.如权利要求5所述的光电式编码器，其特征在于，所述第三格栅的一部分也在测定轴方向进行移动。
12.如权利要求6所述的光电式编码器，其特征在于，所述第三格栅的一部分也在测定轴方向进行移动。
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