專利名稱：編碼器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要關(guān)于一種編碼器，更詳細(xì)而言，關(guān)于一種以光學(xué)方式檢測移動(dòng)體的位置信息的編碼器。本申請根據(jù)2008年10月23日申請的日本特愿2008-273166號主張優(yōu)先權(quán)，并將其內(nèi)容援引于本說明書。
背景技術(shù)：
近年來，作為掃描式編碼器，揭示一種下述編碼器，其對與移動(dòng)體一起移動(dòng)且具有沿著移動(dòng)方向周期性形成的光柵的標(biāo)尺，照射根據(jù)既定調(diào)制信號調(diào)制后的照射光，并比較其反射光或透射光與調(diào)制信號，據(jù)以檢測標(biāo)尺的位置信息(專利文獻(xiàn)1)。又，作為掃描式編碼器，揭示有使用3光柵光學(xué)系統(tǒng)，根據(jù)干涉狀態(tài)的干涉光的強(qiáng)度變化檢測移動(dòng)體的移動(dòng)量的技術(shù)，該3光柵光學(xué)系統(tǒng)，將來自光源的激光光以第1繞射光柵分離成士 1次光，以第2繞射光柵使分離后的士 1次光的方向反轉(zhuǎn)，在與移動(dòng)體一起移動(dòng)的第3繞射光柵形成干涉條紋(專利文獻(xiàn)2)。專利文獻(xiàn)1 美國專利第6639686號專利文獻(xiàn)2 日本特開2007-333722號公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
在這些掃描式編碼器，必須周期性調(diào)制照射光，例如，作為使光束物理性振動(dòng)的方法，可考慮使光源振動(dòng)的方法、或在光路配置振動(dòng)旋轉(zhuǎn)的振動(dòng)反射鏡的方法。然而，以機(jī)械方式驅(qū)動(dòng)反射鏡時(shí)，由于驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)復(fù)雜，因此有導(dǎo)致裝置成本增加的問題。又，此時(shí)，由于需要使光源振動(dòng)的構(gòu)成或配置振動(dòng)反射鏡的構(gòu)成用的設(shè)置空間，因此有裝置大型化的問題。又，作為這些機(jī)械式光束振動(dòng)構(gòu)成的支承方法，必需采取機(jī)械式安裝，例如螺桿固定、接著等的支承方法。利用上述支承方法時(shí)，有可能因溫度、濕度等的環(huán)境變化而產(chǎn)生位置變動(dòng)，使振動(dòng)中心偏移。若產(chǎn)生上述偏移，則就測定原理而言，因檢測位置偏移，作為高分辨率傳感器有可能產(chǎn)生非常大的誤差。本發(fā)明形態(tài)的目的在于提供一種可除去物理性的光調(diào)制手段，降低移動(dòng)體的位移檢測的誤差的編碼器。本發(fā)明一形態(tài)的編碼器，其具備光源部，平行射出波長周期性變化的光；第1光學(xué)構(gòu)件，接受從光源部射出的光，并射出第1光及第2光；第2光學(xué)構(gòu)件，改變該第1光或該第2光的行進(jìn)方向以使該第1光學(xué)構(gòu)件所射出的該第1光及該第2光重迭；繞射光柵構(gòu)件， 配置于該第1光及該第2光重迭的位置，相對該光源部、該第1光學(xué)構(gòu)件及該第2光學(xué)構(gòu)件位移，具有沿著位移的移動(dòng)方向周期性形成的繞射光柵；以及第1受光部，接受從該繞射光柵構(gòu)件射出的該第1光及該第2光的干涉光，并檢測該干涉光的干涉強(qiáng)度；該第1光的從該光源部至該繞射光柵構(gòu)件的第1光路的光路長、與該第2光的從該光源部至該繞射光柵構(gòu)
4件的第2光路的光路長相異。 根據(jù)本發(fā)明一形態(tài)，從光源部射出波長周期性變化的調(diào)制光，且使干涉的2個(gè)調(diào)制光的光路長相異，由此可避免物理性使光的波長變化的構(gòu)成的問題。例如，不需要在光路配置振動(dòng)旋轉(zhuǎn)的振動(dòng)反射鏡的方法那樣的、以機(jī)械方式驅(qū)動(dòng)反射鏡的復(fù)雜驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)裝置的低成本化。又，不需要用以配置振動(dòng)反射鏡的設(shè)置空間，可實(shí)現(xiàn)裝置的小型化。再者，由于不需要機(jī)械式使光束振動(dòng)的構(gòu)成，因此可降低習(xí)知問題的利用機(jī)械式安裝時(shí)的因溫度、濕度等的環(huán)境變化而產(chǎn)生的振動(dòng)中心偏移導(dǎo)致的移動(dòng)量檢測時(shí)的誤差產(chǎn)生。



圖1是顯示第1實(shí)施形態(tài)的概略圖。
圖2是顯示第2實(shí)施形態(tài)的概略立體圖。
圖3是顯示第2實(shí)施形態(tài)的概略圖。
圖4是顯示第3實(shí)施形態(tài)的概略圖。
圖5是顯示第4實(shí)施形態(tài)的概略圖。
圖6是顯示第5實(shí)施形態(tài)的概略圖。
圖7是顯示第6實(shí)施形態(tài)的概略圖。
圖8是顯示第7實(shí)施形態(tài)的概略圖。
(主要元件符號說明)
1 6編碼器
11光源部
Ila調(diào)制部
lib光源
lie準(zhǔn)直鏡
12索引光柵
13a,13b反射鏡
14移動(dòng)光柵
15受光元件
16玻璃塊
20光源部
30光源部
31a,31b反射鏡
40玻璃塊
50光源部
51固定繞射光柵
60半反射鏡
61補(bǔ)償光柵
62受光元件
具體實(shí)施例方式
5
(第1實(shí)施形態(tài))以下，參照圖式說明本發(fā)明一實(shí)施形態(tài)。圖1是顯示本發(fā)明一實(shí)施形態(tài)的編碼器 1的構(gòu)成的概略圖。本實(shí)施形態(tài)中，編碼器1是所謂繞射干涉方式的編碼器，為檢測在既定方向(X軸方向)移動(dòng)的移動(dòng)體(移動(dòng)光柵)的移動(dòng)方向、移動(dòng)量、或位移的光學(xué)式編碼器。如圖1所示，本實(shí)施形態(tài)中，編碼器1具有光源部11、索引光柵12、一對反射鏡 13a, 13b、受光元件15、玻璃塊16、及設(shè)成可相對這些構(gòu)成構(gòu)件位移的移動(dòng)光柵14。光源部11包含調(diào)制部11a、光源lib、準(zhǔn)直鏡11c。調(diào)制部(調(diào)制裝置)11a，例如，通過使供應(yīng)至光源lib的電流變化，使從光源lib 射出的光的波長周期性變化。調(diào)制部11a，例如，能使從光源lib射出的光的波長λ = 850nm變化Δ λ = 士5nm的量。也即，調(diào)制部11a，能使從光源lib射出的光的波長在λ =845 855nm的范圍變化。光源11b，例如是射出激光光的激光元件，將調(diào)制部Ila調(diào)制后的同調(diào)光朝向-Y軸方向射出。準(zhǔn)直鏡11c，接受從光源lib射出的光，轉(zhuǎn)換成平行光。索引光柵(第1光學(xué)構(gòu)件)12，接受從光源部11射出的光，從不同位置射出第1光 Ll及第2光L2。例如，索引光柵12，是以既定間距形成格子狀圖案的繞射光柵，為具有沿著 X軸方向周期性形成的繞射圖案的透射型繞射光柵。索引光柵12，接受透射過準(zhǔn)直鏡Ilc 的平行光，射出多個(gè)繞射光。因索引光柵12而繞射的繞射光中，將從準(zhǔn)直鏡Ilc直接射入索引光柵12、從索引光柵12射出的光設(shè)為第1光Li，將透射過玻璃塊16后、從索引光柵12射出的光設(shè)為第2 光L2。此處，第1光Li，是從索引光柵12以既定繞射角繞射至-X軸方向側(cè)的-1次繞射光， 第2光L2，是從索引光柵12以既定繞射角繞射至+X軸方向側(cè)的+1次繞射光。反射鏡13a，13b，是以從索引光柵12射出的第1光Ll與第2光L2在移動(dòng)光柵14 重迭的方式，改變第1光Ll與第2光L2的行進(jìn)方向的光學(xué)構(gòu)件(第2光學(xué)構(gòu)件)。如圖所示，反射鏡13a，13b，配置于索引光柵12與移動(dòng)光柵14之間，各自的反射面在索引光柵 12與移動(dòng)光柵14的面方向(入射面方向或X-Z軸方向)正交的方向(Y-Z軸方向)對向配置。反射鏡13a使從索引光柵12射出的第1光Ll反射向移動(dòng)光柵14，反射鏡1 使從索引光柵12射出的第2光L2反射向移動(dòng)光柵14。作為替代方案，編碼器1也可使用以從索引光柵12射出的第1光Ll與第2光L2在移動(dòng)光柵14重迭的方式，改變第1光Ll與第2 光L2的行進(jìn)方向的透射型繞射光柵，來替代反射鏡13a，13b中至少一個(gè)。移動(dòng)光柵14，是設(shè)于配置在第1光Ll與第2光L2重迭的位置、相對光源部11、索引光柵12、反射鏡13a，13b、受光元件15、及玻璃塊16位移的移動(dòng)體的繞射光柵。移動(dòng)光柵 14，是形成有沿著該位移的移動(dòng)方向(X軸方向)周期性形成的繞射圖案的繞射光柵。射入移動(dòng)光柵14的第1光Ll與第2光L2的一部分重迭并產(chǎn)生干涉。移動(dòng)光柵14，例如，是透射型繞射光柵，使根據(jù)第1光Ll及第2光L2的干涉光繞射，朝向相同方向(-Y軸方向)、也即受光元件15射出。如上所述，索引光柵12、反射鏡13a，13b、及移動(dòng)光柵14，是以射入移動(dòng)光柵14的第1光Ll及第2光L2產(chǎn)生干涉的位置關(guān)系配置。又，索引光柵12、反射鏡13a，13b、及移動(dòng)光柵14，具有從索引光柵12射出至射入移動(dòng)光柵14為止的第1光Ll的光路長及第2光L2的光路長相等的位置關(guān)系。受光元件15，接受從移動(dòng)光柵14射出的干涉光，輸出顯示干涉光的干涉強(qiáng)度的光電轉(zhuǎn)換信號。在此受光元件15轉(zhuǎn)換的光電轉(zhuǎn)換信號，輸出至未圖示的移動(dòng)光柵14的移動(dòng)量檢測裝置。此外，移動(dòng)光柵14并不限于透射型，例如也可為反射型繞射光柵，此時(shí)，受光元件15配置于可接受反射光的位置。玻璃塊16配置于光源部11與索引光柵12之間的第1光Ll的光路上或第2光L2 的光路上的任一者，使來自準(zhǔn)直鏡Ilc的平行光的一部分透射過。玻璃塊16具有既定折射率Ni，在從準(zhǔn)直鏡Ilc射出的平行光的行進(jìn)方向(Y軸方向)具有既定厚度D。本實(shí)施形態(tài)中，玻璃塊16配置于第2光L2的光路上。由此，透射過玻璃塊16的第2光L2的光路長，依據(jù)其折射率m及厚度D的大小，相較于透射過空氣中的第1光Ll 的光路長變長。也即，第2光L2的從光源lib至移動(dòng)光柵14的第2光路的光路長，相較于第1光Ll的從光源lib至移動(dòng)光柵14的第1光路的光路長變長。此處，光路長是在空間距離(行進(jìn)路徑)乘上折射率的光學(xué)距離。本實(shí)施形態(tài)中，在第1光Ll與第2光L2之間， 從光源部11至移動(dòng)光柵14為止的光學(xué)距離實(shí)質(zhì)上不同。本實(shí)施形態(tài)中，從光源部11至移動(dòng)光柵14為止的第1光Ll的光路的介質(zhì)與第2光L2的光路的介質(zhì)一部分不同。如上所述，根據(jù)從光源lib射出的調(diào)制光的第1光Ll與第2光L2，在移動(dòng)光柵14 產(chǎn)生干涉的狀態(tài)下具有既定相位差，由此，編碼器1在移動(dòng)光柵14上能獲得在移動(dòng)方向(X 軸方向)周期性變化的干涉條紋。此外，干涉條紋的周期性變化，是根據(jù)調(diào)制部Ila調(diào)制后的波長的周期性變化的，受光元件15所獲得的光電轉(zhuǎn)換信號，是以調(diào)制部Ila的波長的調(diào)制信號將移動(dòng)光柵14的移動(dòng)信息加以調(diào)制而得到的信號來表示。因此，受光元件15所獲得的光電轉(zhuǎn)換信號，是根據(jù)移動(dòng)光柵14的移動(dòng)信息與從光源lib射出的調(diào)制光的周期性變化這雙方的信號，根據(jù)此光電轉(zhuǎn)換信號，利用已知的調(diào)制部Ila的調(diào)制信息，能獲得移動(dòng)光柵14的移動(dòng)信息。接著，說明編碼器1的干涉光檢測方法的一例。通過調(diào)制部Ila調(diào)制了光的波長后的調(diào)制光，從光源lib射出至-Y軸方向。從光源lib射出的調(diào)制光，透射過準(zhǔn)直鏡Ilc后轉(zhuǎn)換成平行光。被準(zhǔn)直鏡IlC轉(zhuǎn)換的平行光的一部分直接射入索引光柵12，通過索引光柵12繞射成第1光Li。此第1光Ll從索引光柵 12偏向-X軸方向側(cè)并射出。另一方面，從準(zhǔn)直鏡Ilc射出的平行光的另一部分，透射過玻璃塊16，射入索引光柵12。經(jīng)由玻璃塊16透射過索引光柵12的光，通過索引光柵12繞射成第2光L2。此第 2光L2從索引光柵12偏向+X軸方向側(cè)并射出。此外，第1光Ll及第2光L2，從索引光柵 12的不同位置射出。從索引光柵12射出的第1光Li，通過反射鏡13a偏向+X軸方向側(cè)并反射，射入移動(dòng)光柵14。另一方面，從索引光柵12射出的第2光L2，通過反射鏡1 偏向-X軸方向側(cè)并反射，射入移動(dòng)光柵14。射入移動(dòng)光柵14的第1光Ll及第2光L2，在移動(dòng)光柵14的繞射圖案上一部分重迭，在移動(dòng)光柵14上形成周期性變化的干涉條紋。射入移動(dòng)光柵14的第1光Ll及第2光L2都通過移動(dòng)光柵14繞射至-Y軸方向。 根據(jù)射出移動(dòng)光柵14的第1光Ll及第2光L2的干涉光，射入受光元件15，轉(zhuǎn)換成顯示干
7涉光的干涉強(qiáng)度的光電轉(zhuǎn)換信號。移動(dòng)光柵14移動(dòng)的情形，射入移動(dòng)光柵14的第1光Ll及第2光L2的干涉狀態(tài)變化，射入受光元件15的光的光量變化成正弦波狀。既定移動(dòng)量檢測裝置中，計(jì)算變化成正弦波狀的受光元件15的受光光量的變化次數(shù)，檢測移動(dòng)光柵14的移動(dòng)方向、移動(dòng)量、或位移。此種移動(dòng)量檢測裝置的移動(dòng)量檢測方法，與一般編碼器的原理相同，例如，可利用作為先前技術(shù)的上述專利文獻(xiàn)1的信號處理方法。上述構(gòu)成中，射出移動(dòng)光柵14的干涉光，除了與相位差對應(yīng)的干涉條紋的周期性變化信息外，還包含與移動(dòng)光柵14的繞射圖案對應(yīng)的移動(dòng)光柵14的位移信息。因此，受光元件15所獲得的干涉光的干涉強(qiáng)度，依據(jù)(1)調(diào)制部Ila所賦予的調(diào)制及根據(jù)第1光Li、 第2光L2的光路差的第1光Ll及第2光L2的相位差、及(2)移動(dòng)光柵14的移動(dòng)方向、移動(dòng)量、或位移而變化。也即，通過調(diào)整(1)第1光Ll及第2光L2的相位差，可提高所欲檢測的( 移動(dòng)光柵14的移動(dòng)信息的精度。此外，此處為了提高所欲檢測的移動(dòng)信息的精度而設(shè)定的相位差，可考慮裝置的構(gòu)造或分辨率等。此處，第1光Ll及第2光L2的相位差，通過調(diào)制部Ila將光的波長從λ 調(diào)制至 λ2時(shí)，設(shè)Ak = 2ji (1/X1-I/λ 2)，則相位差=ALX Ak0又，第1光Ll及第2光L2的光路差，因與周圍折射率不同的玻璃塊16配置于任一光路上、玻璃塊16與周圍的折射率的差所產(chǎn)生，設(shè)周圍的折射率為nl，則透射過玻璃塊16內(nèi)的光的實(shí)際的距離(行進(jìn)路徑長)為厚度=D、光路差 AL= (DXNl)-(DXnl)。又，編碼器1，即使從光源部11射出的調(diào)制光的波長可變范圍小的情形，只要相較于該波長可變范圍使光路差A(yù)L充分大，則能對形成于移動(dòng)光柵14上的干涉條紋賦予與從光源部11射出的調(diào)制光的周期性變化對應(yīng)的變化。例如，作為光源lib使用面發(fā)光激光二極管時(shí)，設(shè)從光源部11射出的調(diào)制光的中心波長為850nm，使供應(yīng)至此面發(fā)光激光二極管的驅(qū)動(dòng)電流在2士0. 5mA的范圍變化時(shí)，從光源部11射出的光的波長，在850士 Inm的范圍 (波長可變范圍)變化。此時(shí)，利用光路差A(yù)L為Imm的玻璃塊16時(shí)，由于光路差Δ L相較于波長可變范圍充分大，形成于移動(dòng)光柵14上的干涉條紋周期性變化，受光元件15可獲得賦予相位差=士 1.35X2 π的調(diào)制的光電轉(zhuǎn)換信號。因此，編碼器1，從光源部11射出波長周期性變化的調(diào)制光，且使干涉的2個(gè)調(diào)制光的光路長相異，由此可避免物理性對光賦予調(diào)制的構(gòu)成的問題。例如，不需要在光路配置振動(dòng)旋轉(zhuǎn)的振動(dòng)反射鏡的方法那樣的、以機(jī)械方式驅(qū)動(dòng)反射鏡的復(fù)雜驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)裝置的低成本化。又，不需要用以配置振動(dòng)反射鏡的設(shè)置空間，可實(shí)現(xiàn)裝置的小型化。再者，由于不需要機(jī)械式使光束振動(dòng)的構(gòu)成，因此可降低習(xí)知問題的利用機(jī)械式安裝時(shí)的因溫度、 濕度等的環(huán)境變化而產(chǎn)生的振動(dòng)中心偏移導(dǎo)致的移動(dòng)量檢測時(shí)的誤差產(chǎn)生。此外，從光源lib射出的調(diào)制光的波長調(diào)制成Δ λ = λ0+8 ηω 的情形，設(shè)Ak = AtlSincot，則相位差A(yù)LX Ak = ALXAQSincot。因此，受光元件15所獲得的干涉光的干涉強(qiáng)度，可表示成E|2 = A+2cos(4JiX/P+ALXA0sinWt)o此處，「X」是索引光柵12與移動(dòng)光柵14的相對位置，「P」是移動(dòng)光柵14的繞射圖案的間距，「A」是干涉強(qiáng)度振幅的偏移量。此干涉光的干涉強(qiáng)度，可利用編碼器1的信號處理，例如，作為先前技術(shù)的上述專利文獻(xiàn)1的信號處理。
又，從光源lib射出的調(diào)制光的調(diào)制方法，作為上述調(diào)制部Ila的電流變化，可利用例如光通信等的目的所利用的各種可變波長激光。又，從光源lib射出的調(diào)制光的調(diào)制方法，并不限于根據(jù)電流變化，可利用例如使利用為光源lib的激光元件的溫度變化據(jù)以使波長周期性變化的裝置。再者，編碼器1，是光源部11、索引光柵12、一對反射鏡13a，13b、受光元件15、玻璃塊16以既定位置關(guān)系固定的一體構(gòu)成構(gòu)件，可相對移動(dòng)光柵14移動(dòng)的狀態(tài)下設(shè)置。也即， 編碼器1，可為設(shè)成一體構(gòu)成構(gòu)件固定、移動(dòng)光柵14可移動(dòng)的構(gòu)成，也可為設(shè)成移動(dòng)光柵14 固定、一體構(gòu)成構(gòu)件可移動(dòng)的構(gòu)成。又，玻璃塊16，只要為使光透射過、具有與周圍不同的既定折射率m的介質(zhì)即可， 并不限于由玻璃構(gòu)成。(第2實(shí)施形態(tài))接著，參照圖2、圖3說明本發(fā)明編碼器的另一實(shí)施形態(tài)。圖2是顯示第2實(shí)施形態(tài)的編碼器2的概略立體圖，圖3是顯示第2實(shí)施形態(tài)的編碼器2的概略圖。又，對具有與第1實(shí)施形態(tài)相同功能、構(gòu)成的構(gòu)成構(gòu)件賦予相同符號以省略詳細(xì)說明。如圖2所示，編碼器2具有光源部20、索引光柵12、一對反射鏡13a，13b、移動(dòng)光柵 14、及受光元件15。光源部20，與光源部11相同，包含調(diào)制部11a、光源lib、準(zhǔn)直鏡11c，將調(diào)制部Ila 調(diào)制后的同調(diào)調(diào)制光平行射出。光源部20，設(shè)置于射出的調(diào)制光在相對索引光柵12的面方向(入射面方向或X-Z面方向)斜向交叉的方向射入索引光柵12的位置。本實(shí)施形態(tài)的編碼器2的光源部20，如圖3所示，設(shè)置于從光源部20射出的調(diào)制光從-X軸側(cè)斜向射入索引光柵12的位置。索引光柵12，與第1實(shí)施形態(tài)相同，將根據(jù)從光源部20接受的光的第1光Ll及第 2光L2從不同位置射出。通過此構(gòu)成，第2光L2的從光源部20至索引光柵12的光路長，較第1光Ll的從光源部20至索引光柵12的光路長，長AL。因此，與上述實(shí)施形態(tài)相同，編碼器2能使受光元件15所獲得的干涉光的干涉強(qiáng)度依據(jù)(1)調(diào)制部Ila所賦予的調(diào)制及根據(jù)第1光Li、第2光L2的光路差的相位差、及(2) 移動(dòng)光柵14的移動(dòng)方向、移動(dòng)量、或位移而變化。(第3實(shí)施形態(tài))接著，參照圖4說明本發(fā)明的另一實(shí)施形態(tài)。圖4是顯示第3實(shí)施形態(tài)的編碼器 3的概略圖。又，對具有與第1實(shí)施形態(tài)相同功能、構(gòu)成的構(gòu)成構(gòu)件賦予相同符號以省略詳細(xì)說明。如圖4所示，編碼器3具有光源部30、索引光柵12、一對反射鏡31a，3lb、移動(dòng)光柵 14、及受光元件15。光源部30，包含調(diào)制部11a、光源11b，將調(diào)制部Ila調(diào)制后的同調(diào)調(diào)制光射出。反射鏡31a，31b，配置于索引光柵12與移動(dòng)光柵14之間，反射鏡31a的反射面配置于索引光柵12與移動(dòng)光柵14的面方向(入射面方向或X-Z面方向)正交的方向(Y-Z 面方向)。另一方面，反射鏡31b的反射面位于索引光柵12與移動(dòng)光柵14的面方向(入射面方向或X-Z面方向)斜向交叉的方向。反射鏡31b，例如，如圖4所示，具有從以虛線所示的反射鏡31’b的面方向(入射面方向)、也即索引光柵12與移動(dòng)光柵14的面方向(入射面方向)正交的面方向朝-χ軸方向傾斜角度θ的反射面。此外，配置有反射鏡31a與以虛線所示的反射鏡31’ b的狀態(tài)，意指配置有上述反射鏡13a，13b的狀態(tài)，第1光Ll及第2光L2的從索引光柵12至移動(dòng)光柵14的光路長相等。以下，將以此方式配置成從索引光柵12至移動(dòng)光柵14的光路長相等的索引光柵12、反射鏡13a，13b、及移動(dòng)光柵14的位置關(guān)系(參照圖1)稱為第1光學(xué)位置關(guān)系。又，如圖4 所示，將配置成從索引光柵12至移動(dòng)光柵14的第1光Ll的光路長與第2光L2的光路長不同的索引光柵12、反射鏡31a，31b、及移動(dòng)光柵14的位置關(guān)系稱為第2光學(xué)位置關(guān)系。如上所述，一側(cè)的反射鏡31b設(shè)置于較假設(shè)成第1光學(xué)位置關(guān)系時(shí)的位置(以虛線所示的反射鏡31’ b)反射第2光L2的反射面朝-X軸方向傾斜的位置。通過此構(gòu)成，從索引光柵12射出、被反射鏡31a反射、射入移動(dòng)光柵14的第1光Ll的光路長，相較于從索引光柵12射出、被反射鏡31b反射、射入移動(dòng)光柵14的第2光L2的光路長變長。因此，與上述實(shí)施形態(tài)相同，編碼器3能使受光元件15所獲得的干涉光的干涉強(qiáng)度依據(jù)(1)調(diào)制部Ila所賦予的調(diào)制及根據(jù)第1光Li、第2光L2的光路差的相位差、及(2) 移動(dòng)光柵14的移動(dòng)方向、移動(dòng)量、或位移而變化。(第4實(shí)施形態(tài))接著，參照圖5說明本發(fā)明的另一實(shí)施形態(tài)。圖5是顯示第4實(shí)施形態(tài)的編碼器 4的概略圖。又，對具有與第1實(shí)施形態(tài)相同功能、構(gòu)成的構(gòu)成構(gòu)件賦予相同符號以省略詳細(xì)說明。如圖5所示，編碼器4具有光源部11、索引光柵12、一對反射鏡13a，13b、移動(dòng)光柵 14、受光元件15、及玻璃塊40。玻璃塊40，例如，位于第2光L2的光路上，配置于索引光柵12與移動(dòng)光柵14之間，例如與反射鏡Hb的反射面相接固定。玻璃塊40具有既定折射率N2，透射過玻璃塊40 內(nèi)的光的實(shí)際距離(行進(jìn)路徑長)為Lm。又，玻璃塊40內(nèi)的行進(jìn)路徑長Lm，是射入玻璃塊 40的光被反射鏡13b反射、射出玻璃塊40為止的實(shí)際距離。因此，透射過玻璃塊40的光的光路長，相較于透射過周圍(例如空氣中)的光變長。此外，光路差A(yù)L，設(shè)周圍的折射率為nl時(shí)，光路差A(yù)L = (LmX N2)-(LmXnl)0也即，與上述實(shí)施形態(tài)相同，編碼器4能使受光元件15所獲得的干涉光的干涉強(qiáng)度依據(jù)(1)調(diào)制部Ila所賦予的調(diào)制及根據(jù)第1光Li、第2光L2的光路差的相位差、及(2) 移動(dòng)光柵14的移動(dòng)方向、移動(dòng)量、或位移而變化。玻璃塊40，只要配置于第1光Ll的光路上或第2光L2的光路上的任一者即可，又， 只要為使光透射過、具有與周圍不同的既定折射率N2的介質(zhì)即可，并不限于由玻璃構(gòu)成。此外，圖5雖顯示從索引光柵12的不同位置射出第1光Ll及第2光L2的構(gòu)成的編碼器，但本實(shí)施形態(tài)并不限于此，為將射入索引光柵12的光分離成第1光Ll及第2光L2 的構(gòu)成的編碼器也可。(第5實(shí)施形態(tài))接著，參照圖6說明本發(fā)明的另一實(shí)施形態(tài)。圖6是顯示第5實(shí)施形態(tài)的編碼器 5的概略圖。又，對具有與第1實(shí)施形態(tài)相同功能、構(gòu)成的構(gòu)成構(gòu)件賦予相同符號以省略詳細(xì)說明。
如圖6所示，編碼器5具有光源部50、索引光柵12、一對反射鏡13a，13b、移動(dòng)光柵 14、受光元件15、及固定繞射光柵51。光源部50，與光源部11相同，包含調(diào)制部11a、光源lib、準(zhǔn)直鏡11c，將調(diào)制部Ila 調(diào)制后的同調(diào)調(diào)制光平行射出。光源部50配置于將相對固定繞射光柵51的受光面垂直射入的光射出的位置。固定繞射光柵51配置于光源部50與索引光柵12間的光路上，改變從光源部50 射出的光的行進(jìn)方向，且從不同位置射出第1光Ll及第2光L2。在固定繞射光柵51形成將射入的多個(gè)平行光繞射于相同方向的既定繞射圖案。固定繞射光柵51，在與光源部50對向的位置具有受光面，在與索引光柵12對向的位置具有射出面。固定繞射光柵51，其受光面系配置于與從光源部50射出的平行光正交的位置，其射出面配置于與索引光柵12的面方向(入射面方向)斜向交叉的位置。也即，固定繞射光柵51，以相較于與索引光柵12之間的第1光Ll的光路長第2光L2的光路長變長的方式，使射出第1光Ll的側(cè)相較于射出第2光L2的側(cè)更接近索引光柵12而配置。也即，索引光柵12與固定繞射光柵51配置成彼此對向且非平行。此外，編碼器5，包含具有2 個(gè)光柵12，51的索引光柵也可。索引光柵12，在不同位置接受從固定繞射光柵51平行射出的第1光Ll與第2光 L2，如上所述，從不同位置射出第1光Ll與第2光L2。通過此構(gòu)成，從固定繞射光柵51射出、經(jīng)由索引光柵12及反射鏡13a射入移動(dòng)光柵14的第1光Ll的光路長，相較于從固定繞射光柵51射出、經(jīng)由索引光柵12及反射鏡 13b射入移動(dòng)光柵14的第2光L2的光路長變短。也即，與上述實(shí)施形態(tài)相同，編碼器5能使受光元件15所獲得的干涉光的干涉強(qiáng)度依據(jù)(1)調(diào)制部Ila所賦予的調(diào)制及根據(jù)第1光Li、第2光L2的光路差的相位差、及(2) 移動(dòng)光柵14的移動(dòng)方向、移動(dòng)量、或位移而變化。(第6實(shí)施形態(tài))接著，參照圖7說明本發(fā)明的另一實(shí)施形態(tài)。圖7是顯示第6實(shí)施形態(tài)的編碼器 6的概略圖。又，本實(shí)施形態(tài)中，編碼器6可適用于上述所有實(shí)施形態(tài)的編碼器，此處，使用適用于第2實(shí)施形態(tài)的編碼器2的例說明。因此，對具有與編碼器2相同功能、構(gòu)成的構(gòu)成構(gòu)件賦予相同符號以省略詳細(xì)說明。如圖7所示，編碼器6具有光源部20、索引光柵12、一對反射鏡13a，13b、移動(dòng)光柵 14、受光元件15、半反射鏡60、補(bǔ)償光柵61、及受光元件62。半反射鏡60，在反射鏡13a，13b與移動(dòng)光柵14間的光路上，相對移動(dòng)光柵14的面方向斜向交叉的位置，固定于固定有光源部20的側(cè)。半反射鏡(分歧部)60，使接受的第1 光Ll及第2光L2反射或透射，據(jù)以將第1光Ll及第2光L2分離。在索引光柵12與移動(dòng)光柵14之間，第1光Ll及第2光L2經(jīng)由半反射鏡60被分歧。透射過半反射鏡60的第1 光Ll及第2光L2，如上所述，以重迭的方式射入移動(dòng)光柵14。另一方面，半反射鏡60將第 1光Ll及第2光L2分別的反射光的第3光L3及第4光L4以重迭的方式朝向補(bǔ)償光柵61 射出。補(bǔ)償光柵(補(bǔ)光柵)61，是固定于從半反射鏡60射出的第3光L3及第4光L4重迭的位置，為與移動(dòng)光柵14的繞射圖案相同的繞射圖案沿著Y軸方向周期性形成的繞射光
11柵。補(bǔ)償光柵61固定于射入移動(dòng)光柵14的第1光Ll及第2光L2的從半反射鏡60至移動(dòng)光柵14的分別的光路長與射入補(bǔ)償光柵61的第3光L3及第4光L4的從半反射鏡60 至補(bǔ)償光柵61的分別的光路長，分別相等的位置。受光元件(補(bǔ)受光部)62，接受從補(bǔ)償光柵61射出的干涉光，輸出顯示干涉光的干涉強(qiáng)度的光電轉(zhuǎn)換信號。受光元件62所輸出的光電轉(zhuǎn)換信號，作為對在受光元件15所輸出的光電轉(zhuǎn)換信號的補(bǔ)償信號，可利用在未圖標(biāo)的既定補(bǔ)償裝置。此補(bǔ)償裝置，例如，可算出將受光元件15所輸出的光電轉(zhuǎn)換信號以上述專利文獻(xiàn)1的信號處理獲得的位置信息、與對受光元件62所輸出的光電轉(zhuǎn)換施加同樣處理的補(bǔ)償信號的差分，檢測調(diào)制的中心波長的變動(dòng)或移動(dòng)光柵14在Z軸方向的位移等。通過此構(gòu)成，從光源部20射出、射入半反射鏡60的第1光Ll的光路長，相較于從光源部20射出、射入半反射鏡60的第2光L2的光路長變短。因此，射入補(bǔ)償光柵61的第 3光L3及第4光L4被調(diào)制，且在補(bǔ)償光柵61產(chǎn)生干涉的狀態(tài)下具有相位差。因此，在補(bǔ)償光柵61上形成與形成在移動(dòng)光柵14上的干涉條紋相等、周期性移動(dòng)的干涉條紋。也即，受光元件62可透過補(bǔ)償光柵61檢測形成在移動(dòng)光柵14上的干涉條紋的移動(dòng)。因此，使用該補(bǔ)償信號藉由補(bǔ)償裝置等施加既定信號處理，可有助于提升移動(dòng)光柵14 在既定移動(dòng)方向(X軸方向)的位移的測量穩(wěn)定性。(第7實(shí)施形態(tài))本發(fā)明中，已如上所述，將從光源射出的光的波長周期性調(diào)制。因此將供應(yīng)至光源的電流加以調(diào)制時(shí)，除了波長的調(diào)制外還伴隨光量的調(diào)制。由于波長調(diào)制的比例小，因此光量調(diào)制小，也可考慮產(chǎn)生除去上述光量調(diào)制的必要性。以下，參照圖8說明本實(shí)施形態(tài)，本實(shí)施形態(tài)可適用于上述所有實(shí)施形態(tài)的編碼器。此外，本實(shí)施形態(tài)的編碼器7，使用適用于第1實(shí)施形態(tài)的編碼器1的例說明。因此，對具有與編碼器1相同功能、構(gòu)成的構(gòu)成構(gòu)件賦予相同符號以省略詳細(xì)說明。如圖8所示，編碼器7具有光源部11、索引光柵12、一對反射鏡13a，13b、受光元件15、玻璃塊16、設(shè)成可相對此等構(gòu)成構(gòu)件位移的移動(dòng)光柵14、光量修正部63、及GCA(增益控制放大器)64。光量修正部63及GCA64構(gòu)成光量補(bǔ)償系統(tǒng)。光源lib具備檢測射出光的光量的光量傳感器，將與此光量檢測器所檢測的光量對應(yīng)的電氣信號輸出至光量修正部63。此處，從光源lib射出的光的光量依據(jù)從調(diào)制部Ila供應(yīng)的電流變化。例如，受光元件15所獲得的干涉光的干涉強(qiáng)度，成為|E|2 = (Ι+Fsin ω t) X {A+2cos (4 π Χ/Ρ+ Δ LX A0sin ω t)}，相較于使電流變化從光源1 Ib射出調(diào)制光的情形，產(chǎn)生與從調(diào)制部Ila供應(yīng)的電流變化對應(yīng)的強(qiáng)度調(diào)制項(xiàng)=(1+Fsin t)。此強(qiáng)度調(diào)制項(xiàng)，使從受光元件15輸出的光電轉(zhuǎn)換信號的輸出電壓位準(zhǔn)不穩(wěn)定。光量修正部63分別與光源lib與GCA64連接，根據(jù)從光源lib的光量傳感器輸出的電氣信號，控制從受光元件15輸出的光電轉(zhuǎn)換信號的輸出電壓的位準(zhǔn)。也即，光量修正部63，以減少與從調(diào)制部Ila供應(yīng)的電流變化對應(yīng)的強(qiáng)度調(diào)制項(xiàng)=(1+Fsin t)的影響的方式，將此強(qiáng)度調(diào)制項(xiàng)成為「1」的控制信號輸出至GCA64。GCA64與受光元件15連接，根據(jù)來自光量修正部63的控制信號，調(diào)整從受光元件 15接受的光電轉(zhuǎn)換信號的輸出電壓的位準(zhǔn)，輸出修正光量變化導(dǎo)致的偏差后的信號。此外，本實(shí)施形態(tài)的編碼器7，并不限于上述構(gòu)成，例如，并非為光源lib保持光量傳感器的構(gòu)成，而為將接受從光源lib射出的光的既定光量傳感器設(shè)置在任意位置、光量修正部63根據(jù)與該設(shè)置在任意位置的光量傳感器所檢測的光量對應(yīng)的電氣信號控制 GCA64的構(gòu)成也可。如上所述，通過利用光量傳感器，在調(diào)制部Ila供應(yīng)的電流變化與從光源lib射出的光的光量變化未完全對應(yīng)的情形，在GCA64的控制，可排除上述變化導(dǎo)致的偏差。又，不考慮上述變化導(dǎo)致的偏差的情形，不需要光量傳感器，為光量修正部63接受顯示從調(diào)制部Ila供應(yīng)的電流變化的信號、根據(jù)顯示該電流變化的信號控制GCA64的構(gòu)成也可。又，通過上述構(gòu)成，可避免從受光元件15輸出的光電轉(zhuǎn)換信號的輸出電壓位準(zhǔn)不穩(wěn)定的事態(tài)。此外，本發(fā)明的編碼器，可為3光柵編碼器，也可為2光柵編碼器。作為2光柵編碼器，例如，具備接受從光源部平行射出的調(diào)制光、射出第1光Ll及第2光L2的索引光柵，及配置在該第1光Ll及第2光L2重迭的位置、相對光源部與索引光柵位移的移動(dòng)光柵。具有上述構(gòu)成的2光柵編碼器，利用不同次數(shù)的繞射光作為索引光柵分離的第1光Ll及第2 光L2，在移動(dòng)光柵可獲得干涉條紋。例如，作為第1光Ll及第2光L2，可分別利用1次繞射光及2次繞射光、或0次繞射光及1次繞射光。一實(shí)施形態(tài)中，能提供一種編碼器，其具備光源部，包含調(diào)制裝置，射出波長周期性變化的光；索引光柵，射入來自該光源部的該光，并射出第1繞射光及第2繞射光；移動(dòng)光柵，射入該第1繞射光及該第2繞射光，可相對該索引光柵位移；以及受光部，檢測從該移動(dòng)光柵射出的該第1繞射光及該第2繞射光的干涉光；在該第1繞射光與該第2繞射光之間，從該光源部至該移動(dòng)光柵的光學(xué)距離實(shí)質(zhì)上相異。上述實(shí)施形態(tài)中，該編碼器能進(jìn)一步具備配置于該光源部與該索引光柵之間、具有既定折射率、來自該光源部的該光的一部分透射過的透射性構(gòu)件。此時(shí)，該第1繞射光及該第2繞射光的一者通過該透射性構(gòu)件，另一者不通過該透射性構(gòu)件。上述實(shí)施形態(tài)中，該編碼器能進(jìn)一步具備配置于該索引光柵與該受光部之間、該第1繞射光及該第2繞射光的一者經(jīng)過而產(chǎn)生該光學(xué)距離的差的光學(xué)構(gòu)件。此時(shí)，例如，該光學(xué)構(gòu)件是該第1繞射光及該第2繞射光的一者以既定角度射入的反射鏡。又，例如，該光學(xué)構(gòu)件是具有既定折射率且該第1繞射光及該第2繞射光的一者通過的透射性構(gòu)件。上述實(shí)施形態(tài)中，來自該光源部的該光相對該索引光柵斜向入射也可。上述實(shí)施形態(tài)中，該索引光柵可包含配置成彼此對向且非平行的至少2個(gè)光柵。上述實(shí)施形態(tài)中，該編碼器能具備在該索引光柵與該移動(dòng)光柵之間、該第1繞射光及該第2繞射光經(jīng)過而分歧的分歧部，射入分歧后的該第1繞射光及該第2繞射光、相對該索引光柵實(shí)質(zhì)上固定的補(bǔ)光柵，及檢測來自該補(bǔ)光柵的該第1繞射光及該第2繞射光的干涉光的補(bǔ)受光部。上述實(shí)施形態(tài)中，該編碼器能具備補(bǔ)償伴隨該光的波長變化的光量變化的光量補(bǔ)償系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種編碼器，其特征在于具備光源部，平行射出波長周期性變化的光；第1光學(xué)構(gòu)件，接受從光源部射出的光，并射出第1光及第2光；第2光學(xué)構(gòu)件，改變該第1光或該第2光的行進(jìn)方向以使該第1光學(xué)構(gòu)件所射出的該第1光及該第2光重迭；繞射光柵構(gòu)件，配置于該第1光及該第2光重迭的位置，相對該光源部、該第1光學(xué)構(gòu)件及該第2光學(xué)構(gòu)件位移，具有沿著位移的移動(dòng)方向周期性形成的繞射光柵；以及第1受光部，接受從該繞射光柵構(gòu)件射出的該第1光及該第2光的干涉光，并檢測該干涉光的干涉強(qiáng)度，該第1光的從該光源部至該繞射光柵構(gòu)件的第1光路的光路長、與該第2光的從該光源部至該繞射光柵構(gòu)件的第2光路的光路長相異。
2.如權(quán)利要求第1項(xiàng)的編碼器，其特征在于，該第1光學(xué)構(gòu)件從不同位置射出該第1光及該第2光；進(jìn)一步具備配置于該第1光路上或該第2光路上的任一光路上該光源部與該第1光學(xué)構(gòu)件之間，具有既定折射率的透射性構(gòu)件。
3.如權(quán)利要求第1項(xiàng)的編碼器，其特征在于，該第1光學(xué)構(gòu)件從不同位置射出該第1光及該第2光；進(jìn)一步具備配置于該光源部與該第1光學(xué)構(gòu)件之間的光路上、改變從該光源部射出的光的行進(jìn)方向且從不同位置射出該第1光與該第2光的第3光學(xué)構(gòu)件。
4.如權(quán)利要求第1項(xiàng)的編碼器，其特征在于，該第1光學(xué)構(gòu)件從不同位置射出該第1光及該第2光；從該光源部射出的光，從對該第1光學(xué)構(gòu)件的入射面方向斜向交叉的方向射入該第1 光學(xué)構(gòu)件。
5.如權(quán)利要求第1項(xiàng)的編碼器，其特征在于，該第2光學(xué)構(gòu)件，包含第1反射構(gòu)件，具有位于與該第1光學(xué)構(gòu)件的入射面方向正交的方向的反射面，反射該第1光以改變其行進(jìn)方向；以及第2反射構(gòu)件，具有位于與該第1光學(xué)構(gòu)件的入射面方向斜向交叉的方向的反射面，反射該第2光以改變其行進(jìn)方向。
6.如權(quán)利要求第1項(xiàng)的編碼器，其特征在于，該第2光學(xué)構(gòu)件包含分別具有位于與該第1光學(xué)構(gòu)件的入射面方向正交的方向的反射面，分別反射該第1光及該第2光以改變行進(jìn)方向的第1反射構(gòu)件及第2反射構(gòu)件；進(jìn)一步具備配置于該第1光路上或該第2光路上的任一光路上該第1光學(xué)構(gòu)件與該繞射光柵構(gòu)件之間，具有既定折射率的透射性構(gòu)件。
7.如權(quán)利要求第1至6項(xiàng)中任一項(xiàng)的編碼器，其特征在于進(jìn)一步具備補(bǔ)償繞射光柵構(gòu)件，具有與該繞射光柵構(gòu)件相同的繞射光柵，相對該光源部、該第1光學(xué)構(gòu)件及該第2光學(xué)構(gòu)件保持一定位置關(guān)系且相對該繞射光柵位移；配置于該第2光學(xué)構(gòu)件與該繞射光柵構(gòu)件之間的光路上，將從該第2光學(xué)構(gòu)件接受的該第1光及該第2光分別加以分離，并將分離后的根據(jù)該第1光及該第2光中一方的光以重迭于該繞射光柵構(gòu)件的方式射出，將分離后的根據(jù)該第1光及該第2光中另一方的光以重迭于該補(bǔ)償繞射光柵構(gòu)件的方式射出；以及第2受光部，從該補(bǔ)償繞射光柵構(gòu)件接受根據(jù)該第1光及該第2光的干涉光，以檢測該干涉光的干涉強(qiáng)度。
8.如權(quán)利要求第1至6項(xiàng)中任一項(xiàng)的編碼器，其特征在于具備補(bǔ)償光柵，在該第1光學(xué)構(gòu)件與該繞射光柵構(gòu)件之間，射入從該第1光分離的第3光與從該第2光分離的第4光；以及第2受光部，檢測根據(jù)該第3光與該第4光的干涉光。
9.如權(quán)利要求第1至8項(xiàng)中任一項(xiàng)的編碼器，其特征在于補(bǔ)償伴隨該光的波長變化的光量變化。
10.一種編碼器，其特征在于具備光源部，包含調(diào)制裝置，射出波長周期性變化的光；索引光柵，射入來自該光源部的該光，并射出第1繞射光及第2繞射光；移動(dòng)光柵，射入該第1繞射光及該第2繞射光，可相對該索引光柵位移；以及受光部，檢測從該移動(dòng)光柵射出的該第1繞射光及該第2繞射光的干涉光，在該第1繞射光與該第2繞射光之間，從該光源部至該移動(dòng)光柵的光學(xué)距離實(shí)質(zhì)上相異。
全文摘要
編碼器，從光源部(11)射出調(diào)制光，使從該調(diào)制光分離的第1光(L1)及第2光(L2)在移動(dòng)光柵(14)干涉。編碼器中，從光源部(11)射出的光被電氣調(diào)制，第1光(L1)的光路長與第2光(L2)的光路長相異。
文檔編號G01D5/38GK102197286SQ200980141928
公開日2011年9月21日 申請日期2009年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月23日
發(fā)明者渡邊昭宏, 牧野內(nèi)進(jìn) 申請人:株式會社尼康