光电式编码器的制作方法

专利名称：光电式编码器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光电式编码器(optical encoder),特别是涉 及一种作为激光干涉测长仪等测长用传感器而适用的光电式编 码器，该光电式编码器具备具有沿着测长方向形成有反射型相 位光栅(reflective phase grating)的增量轨(incremental track)的 主标尺(main scale)以及与该主标尺相对位移的#企测部。
背景技术：
在增量型的光电式编码器中，在使检测器小型化而缩小检 测范围的情况下，难以分离用于检测原点(基准点)的基准标记 (reference mark)与主标尺的增量轨。即使能够在微小范围内进 行分离，检测器的配置(校准调节)也变的困难，导致损坏编码 器性能。另外，在隔开增量轨和基准标记使得能够分离的情况 下，难以将检测器构成为小型。
还有如下情况在以小型检测器结构且具有基准检测功能 的情况下，在主标尺的增量轨上实施基准标记。但是，在这种 情况下，在基准标记部分上产生增量检测中的信号变动，从而 发生主增量信号的窄范围精确度劣化、计数错误，因此难以正 确地使基准信号与增量信号同步。
作为其应对方法，在欧洲专利EP207121号公报(以下，专 利文献l)、欧洲特表2008-503745号公报(以下，专利文献2)等 中记载有利用通过扩大检测范围实现平均化的空间滤波器效果 来提高鲁棒性(robustness)。
然而，为了提高平均化效果需要扩大检测范围，从而难以 使检测器小型化。另一方面，当将标尺周期设为窄周期时，滤波器效果降低。另外，由于主增量信号失去原形，因此存在难 以进行精确的基准同步等问题点。

发明内容
发明要解决的问题
本发明是为了解决上述以往的问题点而完成的，其目的在 于提供 一 种能够以小型检测器检测基准。 用于解决问题的方案
本发明是一种光电式编码器，具备标尺，其具有沿着测 长方向形成有反射型相位光栅的增量轨；以及^r测部，其相对 于该标尺进行相对位移，该光电式编码器具备以下部分来解决 上述问题
基准标记，其被设置在上述标尺上，由形成在上述增量轨 的至少 一 个位置上的反射缝(reflection slit)构成；
被设置在上述检测部中的以下部分光照射部，其将漫射光 (diffusion light)照射到上述标尺；主受光部，其以该光照射部为 中心被配置在其周围，接收从上述光照射部照射的光在上述标尺 上衍射而形成的干涉条紋，具有沿着测长方向 一皮配置而具有90 度的相位差、且沿着与测长方向垂直的方向被配置而具有180度 的相位差的四个受光窗，并且输出相位相互不同的四个增量信 号；以及一对基准信号受光部，其以上述光照射部为点对称的中 心j皮配置在与上述测长方向垂直的方向上，并JU命出基准信号，
信号处理部，该信号处理部具有以下部分三相信号生成 部，其根据上述四个增量信号生成相位差为90度的三相信号； 两相正弦波信号生成部，其对该三相信号进行矢量合成而生成 相位差为90度的两相正弦波信号；方向辨别部，其通过辨别上 述检测部相对于上述标尺的相对位移的方向来4企测边缘；内部周期计数器，其对相对位移的周期进行计数；以及基准信号处 理部，其根据上述基准信号受光部的输出来产生基准信号。
在此，能够将上述基准标记设为由与增量轨的相位光栅平 行的反射缝构成，该反射缝形成在上述增量轨的测长范围外的、 能够由上述检测部进行检测的端部。
另外，能够将上述基准标记设为与上述增量轨的相位光栅 为一体结构。
另外，能够将上述基准标记附加(add on)到上述增量轨的相 位光栅上。
另外，能够将上述基准标记的宽度设为上述主受光部的宽 度的l/4以下，并且是上述基准信号受光部的宽度的一半左右。
另外，能够将上述光照射部设为点光源或者具有空间滤波 器的光源。
另外，能够将上述光源设为由配置在光纤线缆的中心的光 投射用光纤以及被配置在该光投射用光纤的发射端处的空间滤 波器构成的点光源。
另外，能够将上述主受光部以上述点光源为中心配置成田 字型。
另外，能够设为上述主受光部的测长方向宽度Wd、上述基 准信号受光部的测长方向开口宽度Wz以及上述基准标记的测 长方向宽度Wo满足以下式的关系，
(l/4)Wd>Wo
(l/2)Wz Wo。
另外，能够将上述基准标记的测长方向宽度设为与上述增 量轨的周期相比足够大。
另夕卜，能够将上述主受光部中的生成相位相差180度的周期 信号的主受光部配置在与测长方向垂直地偏离的位置。另外，上述信号处理部能够具有脉沖间隔检测电路，其 检测基准脉冲与相位相差90度的矩形信号之间的间隔；以及根 据所检测出的脉冲间隔将上述内部周期计数器的启动触发位置 变更的电路。
另外，上述信号处理部能够具有延迟90度相位差的倍数的 计数器开始指令值延迟电路。
另外，上述信号处理部能够具有存储基准信号的受光电平 的电路。
发明的效果
根据本发明，检测部的大小与以往的增量结构相同，因此 能够使结构较小。另外，根据增量信号合成两相正弦波信号， 因此不会产生周期计数器错误而能够检测增量。并且，通过使 用形成在增量轨内的基准标记以及辨别方向来4企测边缘的方向 辨别部，来能够区分灰尘、污浊等的光量下降原因和基准标记， 鲁棒性较高。另外，通过横向差动矢量合成法(lateral differential vector-synthesized method)的并用和使用内部周期计数器，能够 在与增量信号同步的期望(任意)的位置上输出基准脉冲。另夕卜， 不需要进行复杂的光学系统变更，能够通过电路的附加来实现， 因此能够以低成本对以往不可能实现的小型检测器附加基准检 测功能。
下面，通过对优选实施例进行详细"i兌明，^吏本发明的这些 特征和其它显著特征和优点变得清楚。


将参考附图来说明优选实施例，其中贯穿附图采用了类似 附图标记表示类似的元件。其中
图l是表示本发明的第一实施方式中的标尺与检测器的关系的立体图。
图2是表示本发明的第 一 实施方式中的标尺与检测器的关
系的俯—见图。
图3是表示第一实施方式的标尺结构的立体图。
图4是表示第 一 实施方式的光栅与缝的结构的例子的截面图。
图5是表示第 一 实施方式的检测部的受光配置的俯视图。
图6是第一实施方式的立体图。
图7是表示第 一 实施方式的基准检测部的图。
图8是表示第 一 实施方式的基准标记检测信号的图。
图9是表示第一实施方式的信号处理部的结构的框图。
图IO是表示第一实施方式的信号处理的例子的矢量图。
图ll是表示信号处理的其它例的矢量图。
图12是表示以往的光电式编码器的信号的例子的矢量图。
图13是表示以往的光电式编码器的信号的例子的利萨如波
开j(Lissajous Waveform)的图。
图14是表示第 一 实施方式的信号处理的其它例的矢量图。 图15是表示第一实施方式的信号处理的其它例的利萨如波
形的图。
图16是表示第一实施方式的基准检测的流程的图。 图17是表示第一实施方式的因安装而检测部倾斜的情况下 的图。
图18是表示本发明的第二实施方式的信号处理部的结构的 框图。
具体实施例方式
下面，参照附图详细说明本发明的实施方式。图1(立体图)以及图2(从标尺侧观察的俯视图)示出本发明 的第一实施方式中的标尺10和检测器20的结构。
在图3中详细示出那样，上述标尺10具有增量轨12,其 由反射型的相位光栅构成；以及基准标记14,其形成在上述增 量轨12的至少 一 个位置、例如测长范围外的能够利用检测器2 0 进行检测的端部上，且由与增量轨12的相位光栅平行的反射缝 构成。能够将该基准标记14例如设为图4的(a)所示那样的光牙册 一体结构或者图4的(b)所示那样的附加结构。在此，基准标记 14的宽度Wo为图2示出的基准检测用受光部32z、 32zb的受光用 差动缝33z、 33zb的宽度Wz(参照图5)的大约一半的宽度，并且 需要设为在某种程度上抑制对增量检测的影响的宽度。此外， 基准标记14的位置并不限于标尺10的端部的一个位置，还能够
在不需要精确的增量测量的任意的位置上设置多处。
如图l示出那样，上述检测部20具有点光源24和具备分度 图案(index pattern)31a、 31b、 31ab、 3lbb的主受光部30a、 30b、 30ab、 30bb以及一对基准信号受光部32z(z相)、32zb(zb相)，其 中，点光源24例如由被配置在光纤线缆22的中心的光投射用光 纤26以及被配置在该光投射用光纤26的发射端上的空间滤波器 28构成，在图5中详细示出那样，上述主受光部30a、 30b、 30ab、 30bb以该点光源24为中心而^皮配置成田字型，用于对在标尺IO 上衍射的干涉条紋进行检波，分别接收四个(相位0。的a相、相 位90。的b相、相位180。的ab相、相位270。的bb相)增量相位差信 号，上述一对基准信号受光部32z(z相)、32zb(zb相)以上述点光 源24为点对称的中心而^皮配置在基准标记14的长度方向上。
光投射用光纤26的另一端连接在激光源(省略图示)上，分 别将上述主受光部30a、 30b、 30ab、 30bb以及基准信号受光部 32z、 32zb设为入射端的受光用光纤29a、 29b、 29ab、 29bb、 29z、29zb的另 一端被连接在光检测器(省略图示)上。
在此，在图5中详细示出那样，在上述主受光部30a、 30b、
才企测部(30a和30ab)(30b和30bb)的斥全波相^f立相互具有1800的相 位差，在测长方向上分离的才企测部(30a和3Ob)(30ab和3Obb)相互 具有90。的相位差。
在此，当将衍射干涉条紋(增量)检波的各相受光部30a、 30b、 30ab、 30bb的测长方向宽度设为Wd、将基准检测用受光 部32z、 32zb的测长方向开口宽度设为Wz时，基准标记(缝)的测 长方向宽度Wo需要满足以下两个条件。
(l/4)Wd>Wo …(l)
即，标尺10上的增量信号才企测区域为(l/2)Wd,因此在4企测 器通过基准标记区域时，在某种程度上能够确保信号的宽度在 其 一 半以下。
(l/2)Wz Wo …(2)
这是因为，即使检测器的高度发生变化，也使得受光量比 较不容易发生变化，以此扩大校准调节的允许范围。
期望上述基准标记宽度Wo与增量轨12的周期相比足够大 (例如5 10倍)。
如图6所示，由点光源24照射的放射光在增量轨12上衍射， 在检测部中形成干涉条紋。由具有各相位差的主受光部30a、 30b、 30ab、 30bb4企测该千涉条紋。另外，由在测长方向上4晉开 而配置的基准信号受光部32z、 32zb检测在基准标记14上反射(0 级衍射)的反射光。
在图7的(a)(仰视图)、图7的(b)(侧视图)中详细示出那样， 上述基准信号受光部32z、 32zb被配置成与标尺10相向，以便对 基准标记14进行镜面反射(0级衍射)受光，并且以光源为中心点
ii对称地配置差动的受光部。另外，在测长方向上具有基准标记
(缝)宽度Wo的大约两倍的受光宽度Wz。在检测出基准标记14的 情况下，该基准信号受光部32z、 32zb输出图8示出那样的信号。 其中，受光部信号中包含来自基准标记14以外的衍射光干涉成 分的直流成分。
如图9所示，信号处理部40具有增量信号处理部42,其 才艮才居上述主受光吾卩30a、 30ab、 30b、 30bb的專餘出通过斗黄向(lateral) 差动矢量合成来处理增量信号；方向辨别部56,其辨别相对位 移的方向来检测边缘；内部周期计数器58,其对相对位移的周 期进行计数；以及基准信号处理部60,其根据上述基准信号受 光部32z、 32zb的输出来产生基准信号。
上述增量信号处理部42具有按各相中的每相设置的电流 -电压变换器44a、 44ab、 44b、 44bb;按各相中的每相设置的放 大器46a、 46ab、 46b、 46bb;由三个差动放大器48A、 48B、 48C 构成的三相信号生成部48;由两个矢量合成差动放大器50A、 50B构成的两相正弦波信号生成部50; A相、B相用的增益调节 部52A、 52B;以及用于设为方形波的比较器54A、 54B。
上述基准信号处理部60具有电流-电压变换器62z、 62zb; 放大器64z、 64zb;差动放大器66,其用于对z相和zb相进行差 动放大，生成作为零交叉信号(zero cross signal)的差动z相信号； 具有阈值产生部的比较器68;边缘检测电路70;触发电路72， 其产生用于开始计数的启动触发信号；脉冲间隔检测电路74, 其用于检测基准斥企测脉冲和增量两相方形波之间的边缘间隔； 下位2位加法电路76,其根据所检测出的间隔，对内部周期计数 器58附加下位2位；存储器/设定电路80，其用于从外部指定并 存储基准信号的期望位置；以及z信号输出电路82,其在指定位 置输出原点(基准)脉冲。
12下面，说明作用。
图10的(a)是表示由上述主受光部30a、 30ab 、 30b、 30bb 生成的周期信号Sa、 Sab、 Sb、 Sbb的相位与强度的关系的矢量 图。另外，图10的(b)示出在三相信号生成部48中生成的信号 DSa(=Sa-Sab)、 DSb(=Sb—Sbb)、 DSc(-Sbb—Sb)的相4立与强度的 关系。图10的(c)示出在两相正弦波信号生成部50中生成的信号 A、 B的相位与强度的关系。此外，在此，设为各周期信号Sa、 Sb、 Sab、 Sbb中没有产生相位的偏差。
如上所述，主受光部30a、 30ab 、 30b、 30bb生成周期信号 Sa、 Sab、 Sb、 Sbb。周期信号Sa、 Sab通过图9的电流-电压变 换器44a、 44ab以及放大器46a、 46ab被输入到三相信号生成部 48的差动放大器48A。差动放大器48A对两个输入信号Sa、 Sab 进行差动放大，输出第一差动信号DSa。该第一差动信号DSa 是求出具有0度相位的周期信号S a和具有18 0度相位的周期信号 Sab的差而得到的，如果周期信号Sa和Sab没有相位的偏差，则 该第 一差动信号DSa是具有与基准相位相同的O度相位的信号。
同样地，周期信号Sb和Sbb通过电流-电压变换器44b、 44bb 以及放大器46b、46bb被输入到三相信号生成部48的差动放大器 48B。差动放大器48B对两个输入信号Sb、 Sbb进行差动放大， 输出第二差动信号DSb。该第二差动信号DSb是求出具有90度相 位的周期信号Sb和具有270度相位的周期信号Sbb的差而得到 的，如果周期信号Sb和Sbb没有相位的偏差，则该第二差动信 号DSb是相对于基准相位具有90度的相位差的信号。
另外，周期信号Sb和周期信号Sbb通过电流-电压变换器 44b、 44bb以及》文大器46b、 46bb还4皮專餘入到三相4言号生成部48 的差动放大器48C。差动放大器48C与差动放大器48B同样地对 两个输入信号Sb和Sbb进行差动放大，但是该差动放大器48C的输出信号DSc是作为与上述第二差动信号DSb相位相差180度的 反转差动信号而得到的。即，反转差动信号DSc是相对于基准 相位具有270度(即-90度)的相位差的信号。如图IO的(b)所示， 由三相信号生成部48得到的三相信号DSa、 DSb、 DSc分别具有 90度相位差。
之后，第一差动信号DSa和第二差动信号DSb^皮输入到两相 正弦波信号生成部50所具有的差动放大器50A。差动放大器50A 通过对被输入的两相信号DSa和DSb进行矢量合成来生成A相 信号。由于将O度相位的信号DSa与90度相位的信号DSb进行矢 量合成，因此A相信号成为相对于基准相位具有45度的相位差 的信号。
同样地，第 一差动信号DSa和反转差动信号DSc被输入到两 相正弦波信号生成部50所具有的差动放大器50B 。差动放大器 50B通过对被输入的两相信号DSa和DSc进行矢量合成来生成B 相信号。与A相信号同样地，由于将0度相位的信号DSa与270 度(-90度)相位的信号DSc进行矢量合成，因此B相信号成为相 对于基准相位具有315度(即-45度)的相位差的信号。这样，所 得到的A相信号与B相信号具有90度的相位差，其强度相等(参 照图10的(c))。
接着，说明在周期信号Sb、 Sbb中产生相对于周期信号Sa、 Sab的相位偏差的情况。通常，在光电式编码器中，由于光源的 位置、主标尺的标尺光栅的误差等，有时在其输出信号(周期信 号)中产生相位偏差。图ll的(a)是周期信号Sb、 Sbb在理想情况 下相对于周期信号Sa、Sab具有90度的相位差时从该90度进一步 具有相位差S的偏差的情况的矢量图。图ll的(b)示出在三相信 号生成部48中生成的三相差动信号DSa DSc的相位与强度的关 系。图11的(c)示出在两相正弦波信号生成部50中生成的信号的相位与强度的关系。
如上所述，各周期信号Sa Sbb被输入到三相信号生成部48 的差动放大器48A 48C,输出差动信号DSa DSc。在此，第二 差动信号DSb相对于第 一差动信号DSa具有相位偏差5，因此不 是90度的相位差，而是相对于第一差动信号DSa具有(90-S)度的 相位差。由差动放大器48C生成的反转差动信号DSc是对第二差 动信号DSb进行反转而得到的，因此与第二差动信号DSb具有 180度相位差，但是与第二差动信号DSb同样地相对于第一差动 信号DSa具有相位偏差3，因此相对于第 一差动信号DSa具有 (270-S)度的相位差。
如图ll的(b)所示，关于由三相信号生成部48生成的三相差 动信号DSa DSc，由于周期信号Sc、 Sd具有相位偏差5，因此相 互之间不具有90度的相位差而包含有相位偏差S。
之后，具有相位偏差5的三相差动信号DSa DSc中的第一差 动信号DSa和第二差动信号DSb被输入到两相正弦波信号生成 部50的差动放大器50A,并被进行矢量合成。由此，如图ll的 (c)所示，得到A相信号。两相正弦波信号生成部50中的处理是 矢量合成，因此A相信号的相位成为(45-5/2)度。
另外，同样地，第一差动信号DSa和反转差动信号DSc也被 输入到两相正弦波信号生成部50的差动》文大器50B，并被进行 矢量合成，由此得到B相信号。在此，B相信号的相位成为 (135-S/2)度。
这样，即使原来的周期信号Sa Sd中产生相位偏差，所得 到的两相信号A、 B也具有90度相位差。即，即使在周期信号 Sa Sd具有相位偏差的情况下，也不进行相位调节操作，而能 够得到具有90度相位差的A相信号和B相信号(参照图ll的(c))。
两相正弦波信号生成部50中的生成90度相位差的两相信号A、 B的处理是矢量合成，因此图ll的(c)所示那样两相信号A、 B各自的信号强度不同。在这种情况下，在两相正弦波信号生 成部50中，在生成两相信号A、 B之后，通过增益调节部52A、 52B分别调节各个信号A、 B的增益，由此图ll的(d)所示那样能 够生成具有90度相位差且强度相等的A相信号和B相信号。
接着，说明由于在标尺10的增量轨12上存在缺陷、不均匀 等或者在测长移动时产生动态的纵摇变动(pitching fluctuation) 而主受光部30a、 30b、 30ab、 30bb的受光量发生变化且从主受 光部30a、 30b、 30ab、 30bb输出的周期信号Sa、 Sb、 Sab、 Sbb 的强度劣化的情况。
在普通的光电式编码器中，在受光部中往往在通过光源的 照射位置的对角线上配置有生成相位相差180度的信号的主受 光部。例如，在图5中的a相的位置上配置有生成具有基准相位 (0度)的相位的周期信号Sa的主受光部30a,在bb相的位置上配 置有生成具有180度的相位的周期信号Sab的主受光部30ab。另 外，往往在b相的位置上配置有生成具有90度的相位差的周期信 号Sb的主受光部30b,在ab相的位置上配置有生成具有270度的 相位差的周期信号Sbb的主受光部30bb。
当存在标尺10的增量轨12上的缺陷、纵摇变动时，由受光 部输出的信号中，以光源为中心而配置的主受光部中的、仅一 侧(例如图5中的田字形状的左侧)的信号劣化。
图12示出在普通的上述光电式编码器中周期信号Sa、 Sb、 Sab、 Sbb中的周期信号Sa和Sbb中产生劣化的情况下的相位与 强度的关系。在普通的光电式编码器中，在生成具有O度相位的 周期信号的主受光部30a中产生增量轨12的缺陷等的影响，具有 O度相位的周期信号Sa中产生劣化。同样地，在生成具有270度 相位的周期信号的主受光部30bb中产生缺陷等的影响，具有"0
16度相位的周期信号S b b中产生劣化。
图13示出在普通的光电式编码器中由一侧的受光部所生 成的周期信号Sa和Sbb中产生劣化的情况下的、基于信号处理 后的相位差为90度的两相信号A、 B的利萨如信号。在根据进行 差动放大处理的 一组信号的 一侧产生劣化的周期信号来生成的 相位差为90度的两相信号中产生DC变动。因此，利萨如图形的 中心偏离。由于产生DC变动而窄范围精确度劣化，对光电式编 码器的测量带来障碍。
与此相对，在本实施方式中，主受光部30a、 30b、 30ab、 30bb中的生成相位相差180度的周期信号的主受光部被配置在 与测长方向垂直地偏离的位置。因而，即使产生标尺10的增量 轨12的缺陷、纵摇变动而对 一侧的两个主受光部(例如图5中的 主受光部30a和30ab)带来影响，被进行差动放大处理的信号也 不会同时产生信号劣化而不会产生DC变动。
图14的(a)示出在增量轨12的 一部分产生缺陷等的情况下 的在主受光部30a、 30b、 30ab、 30bb中生成的各周期信号Sa、 Sb、 Sab、 Sbb的相位与强度。图14的(b)示出根据各周期信号Sa、 Sb、 Sab、 Sbb生成的差动信号DSa DSc的相位与强度。图14的 (c)表示在两相正弦波信号生成部5 0中生成的信号A 、 B的相位与 强度的关系。在此，假设周期信号Sb和Sbb相对于周期信号Sa 和Sab具有相位S的偏差，来进行说明和图示。
在本实施方式的主受光部30a、 30ab中，由于上述原因，周 期信号Sa、 Sab产生劣化(参照图14的(a))。根据周期信号Sa、 Sab 在三相信号生成部48中生成的第 一 差 动信号DSa中也产生劣 化。与此相对，由主受光部30b、 30bb输出的周期信号Sb、 Sbb 没有劣化。根据周期信号Sb、 Sbb在三相信号生成部48中生成 的第二差动信号DSb和反转差动信号DSc也没有产生劣化(参照
17图14的(b))。
从三相信号生成部48输出的三相差动信号DSa DSc分别具 有相位偏差5，并且由于第一差动信号DSa产生劣化，因此三相 差动信号DSa DSc的信号强度不同(参照图14的(b))。当将该三 相差动信号DSa DSc输入到两相正弦波信号生成部50并进行矢 量合成时，如图14的(c)所示，作为输出，输出相位差不是90度 的A相信号和B相信号。之后，在增益调节部52A、 52B中对该A 相信号和B相信号的增益进行调节，从而变成具有相等强度(参 照图14的(d))。
图15示出基于在本实施方式中生成的相位差为90度的两 相信号A、 B的利萨如信号。关于图15示出的利萨如图形，由于 所生成的A相信号和B相信号的相位差不是90度，因此其形状成 为椭圆形状，但是其中心不会偏离。
在由于标尺10的增量轨12中存在的缺陷、不均勻、纵摇变 动而周期信号产生劣化的情况下，由本实施方式所涉及的光电 式编码器生成的两相信号不会准确地具有90度相位差。但是， 在以光源为中心对角地配置了进行以往的差动处理的一组受光 部，因此与所产生的DC变动相比，利用由本实施方式所涉及的 光电式编码器得到的具有相位差的两相信号来检测的窄范围精 确度的劣化(误差)在一半以下。因此，在产生了标尺10的增量 轨12的缺陷、纵摇变动的情况下本实施方式所涉及的光电式编 码器也有效。
这样，本实施方式所涉及的光电式编码器通过在其信号处 理中使用矢量合成来调节信号。具有相位偏差的三相信号在该 处理过程中准确地具有90度相位差。由此，在具有相位偏差的 三相信号中，不需要使用可变电阻器等来进行相位调节操作， 就能够得到所期望的90度相位差的两相信号。另外，在由于存在于标尺的增量轨的缺陷、不均勻、纵摇变动而周期信号产生 劣化的情况下，本实施方式所涉及的光电式编码器也有效。
如上所述，关于由本实施方式所涉及的光电式编码器得到
的具有90度相位差的A相信号和B相信号，由于在两相正弦波信 号生成部50中对三相差动信号DSa DSc进行矢量合成，因此信 号强度大约成为V^倍。由此，改进信号噪声比3dB。
另外，在增益调节部52A、 52B中，通过对信号的增益进行 调节，在进行矢量合成之后能够得到强度相等的相位差为90度 的两相信号。
接着，参照图16说明基准检测法。
随着基准标记14的相对移动，在各受光部中产生信号变 动。如图16所示，对于相对移动方向(图中CW方向)，首先，主 受光部30a和30ab受到镜面反射的影响，干涉条紋产生受光变 动。接着，配置在a相(ab相)与b相(bb相)之间的z相(zb相)受到衍 射光量降低的影响，产生信号降低。
如以上所i^明的那样，即4吏受到受光量变动，两相正弦波 也不会变动到产生计数错误的程度。此外，由于信号纯度降低， 因此难以利用通过缝时的插值(interpolate)来进行精确的测长。
当基准标记14到达与z相受光部32z相向的位置时，因镜面 反射成分而受光量增加。在与配置在错开的位置上的zb相之间 的差动信号(差动z相信号)中，在基准检测部通过前后的变动和 通过时的变动中，差动z相信号的边缘方向不同(在图16的情况 下，前者为上升沿、后者为下降沿)，因此能够进行基准标记镜 面反射位置上的基准检测。
接着，通过差动z相信号的下降沿脉冲来对增量信号的内部 周期计数器58进行复位，使周期计数器开始，在存储器/设定电 路8 0中设定的、比边缘脉冲充分滞后的不产生受光变动的任意
19(期望)的位置上，从Z信号输出电路82与周期计数同步地输出基 准脉沖。
由此，能够与增量信号同步地且在任意的位置上输出基准 脉冲。
在存在灰尘的情况下，差动z相信号的增减方向变得相反，
因此如果已知移动方向，则能够容易地进行识别。
在本实施方式中通过进 一 步附加脉冲间隔#r测电路7 4和 下位2位加法电路76,具有防止由复位位置变动引起的周期跳跃 来确保基准检测复位脉冲的再现性的功能，其中，上述脉冲间 隔-险测电路74对基准4企测脉冲和增量两相方形波边缘的间隔进 行检测，上述下位2位加法电路76根据所检测的间隔在内部周期 计数器58上加下位2位。即，如图17所示，在由安装引起检测部 倾斜的情况下，有时导致计数周期跳跃。因此，在计数器(1/4 周期计数器)的下位加2位(bit),来错开半周期，由此利用下降 沿进行计数，能够提高重复再现性。在理论上，即使是再现性 <±1/2周期，也能够确保基准脉冲(任意位置)的再现性。这样， 通过补偿由安装引起的基准检测再现性的恶化，能够提高重复 再现性。
此外，如图18示出的第二实施方式那样，在上述z相/zb相 差动放大器66的输出上设置电平值存储电路67,将该电平使用 于比较器68的判断电平中，由此即使由于光源恶化、表面污浊/ 氧化而引起反射率变化的情况下，也能够更高精确度地检测基 准。
另外，在上述实施方式中，检测器使用光纤来进行检测， 但是本发明的应用对象并不限于此，例如也能够使用发光二极 管和光电二极管或者光电二极管阵列等来构成检测器。
本领域技术人员应清楚，表述本发明的原理的应用的上述实施例仅仅是示例性的。在不脱离本发明的范围和精神的情况 下，本领域技术人员可以容易地设计出无数且各种各样的其它 实施例。
在此通过引用来包含2008年9月19日提交的包括说明书、 附图和斥又利要求书的日本专利申请2008-240216的7>开内容。
权利要求
1.一种光电式编码器，具备标尺，其具有沿着测长方向形成有反射型相位光栅的增量轨；以及检测部，其相对于该标尺进行相对位移，该光电式编码器的特征在于，具备基准标记，其被设置在上述标尺上，由形成在上述增量轨的至少一个位置上的反射缝构成；被设置在上述检测部中的以下部分光照射部，其将漫射光照射到上述标尺；主受光部，其以该光照射部为中心被配置在其周围，接收从上述光照射部照射的光在上述标尺上衍射而形成的干涉条纹，具有沿着测长方向被配置而具有90度的相位差、且沿着与测长方向垂直的方向被配置而具有180度的相位差的四个受光窗，并且输出相位相互不同的四个增量信号；以及一对基准信号受光部，其以上述光照射部为点对称的中心，被配置在与上述测长方向垂直的方向上，并且输出基准信号，信号处理部，该信号处理部具有以下部分三相信号生成部，其根据上述四个增量信号生成相位差为90度的三相信号；两相正弦波信号生成部，其对该三相信号进行矢量合成而生成相位差为90度的两相正弦波信号；方向辨别部，其通过辨别上述检测部相对于上述标尺的相对位移的方向来检测边缘；内部周期计数器，其对相对位移的周期进行计数；以及基准信号处理部，其根据上述基准信号受光部的输出来产生基准信号。
2. 根据权利要求l所述的光电式编码器，其特征在于， 上述基准标记由与增量轨的相位光栅平行的反射缝构成，该反射缝形成在上述增量轨的测长范围外的、能够由上述检测 部进行检测的端部。
3. 根据权利要求2所述的光电式编码器，其特征在于， 上述基准标记与上述增量轨的相位光栅为一体结构。
4. 根据权利要求2所述的光电式编码器，其特征在于，上述基准标记被附加到上述增量轨的相位光栅上。
5. 根据权利要求l所述的光电式编码器，其特征在于，上述基准标记的宽度为上述主受光部的宽度的1/4以下，并且是上述基准信号受光部的宽度的一半左右。
6. 根据权利要求l所述的光电式编码器，其特征在于， 上述光照射部为点光源或者具有空间滤波器的光源。
7. 根据权利要求6所述的光电式编码器，其特征在于， 上述光源为由配置在光纤线缆的中心的光投射用光纤以及被配置在该光投射用光纤的发射端处的空间滤波器构成的点光 源。
8. 根据权利要求7所述的光电式编码器，其特征在于， 上述主受光部以上述点光源为中心被配置成田字型。
9. 根据权利要求l所述的光电式编码器，其特征在于， 上述主受光部的测长方向宽度Wd、上述基准信号受光部的测长方向开口宽度Wz以及上述基准标记的测长方向宽度Wo满 足以下式的关系，(l/4)Wd>Wo(l/2)Wz Wo。
10. 根据权利要求l所述的光电式编码器，其特征在于， 上述基准标记的测长方向宽度与上述增量轨的周期相比足够大。
11. 根据权利要求l所述的光电式编码器，其特征在于， 上述主受光部中的生成相位相差180度的周期信号的主受光部被配置在与测长方向垂直地偏离的位置。
12. 根据权利要求l所述的光电式编码器，其特征在于， 上述信号处理部具有脉冲间隔纟企测电路，其检测基准脉冲与相位相差90度的矩形信号之间的间隔；以及根据所检测出的脉冲间隔将上述内部周期计数器的启动触 发位置变更的电路。
13. 根据权利要求l所述的光电式编码器，其特征在于，上述信号处理部具有延迟90度相位差的倍数的计数器开始指令值延迟电路。
14. 根据权利要求l所述的光电式编码器，其特征在于， 上述信号处理部具有存储基准信号的受光电平的电路。
全文摘要
提供一种光电式编码器，在测量相对位移的光电式编码器中，标尺(10)具有由形成在增量轨(12)的至少一个位置上的反射缝构成的基准标记(14)，检测部(20)具有光照射部(24)、以该光照射部为中心被配置在其周围的输出相位不同的四个增量信号的主受光部(30a、30b、30ab、30bb)以及以上述光照射部为点对称的中心被配置在与测长方向垂直的方向上的一对基准信号受光部(32z、32zb)，信号处理部(40)具有三相信号生成部(48)、两厢正弦波信号生成部(50)、方向辨别部(56)、内部周期计数器(58)以及基准信号处理部(60)。由此，能够以超小型结构检测基准。
文档编号G01B11/02GK101676692SQ20091017219
公开日2010年3月24日 申请日期2009年9月21日 优先权日2008年9月19日
发明者高桥知隆 申请人:株式会社三丰