光学编码器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种光学编码器。
【背景技术】
[0002] 当前，用于测量移动量的设备其中之一是光学线性编码器。该光学线性编码器包 括标尺和沿着标尺移动的检测头，并且通过读取检测头沿着标尺移动时主信号用干涉条纹 的亮度的变化来测量从测量开始位置起主信号用干涉条纹的移动量。
[0003] 在该光学线性编码器中，研究了如何提高分辨率以提高测量精度。例如，考虑了可 以在光学线性编码器的标尺上形成1 ym以下的细微间距的标尺标记作为衍射光栅来以高 精度检测相对移位。将这种光学线性编码器大致分类为使用该光学线性编码器的以下四种 方法。
[0004] (1)使用偏振分束器和非偏振分束器的光学系统
[0005] 作为方法（1)，公开了日本未审查专利申请公开（日本特开平）6_5326、日 本未审查专利申请公开（日本特开平）6-5327和日本未审查专利申请公开（日本特 开）2009-257841。参考图9来说明该方法的示例。
[0006] 在图9所示的光栅干涉型移位检测设备50中，根据偏振分束器52的偏振方向将 从激光光源51发出的激光束分割成两个波。分割光束A和B入射到标尺54上的沿着测量 方向形成透过型的衍射光栅53的两个不同衍射点P1和P2上。在衍射点P1和P2中分别 生成分割光束A和B的一级衍射光A1和B1，并且一级衍射光A1和B1入射到非偏振分束器 55上。这些一级衍射光A1和B1各自聚集到非偏振分束器55上的一个点上并且被合成，结 果形成合成波MA和MB。
[0007] 利用偏振片57A对合成波ΜΑ的偏振方向进行匹配，由此使合成波ΜΑ成为干涉光。 然后，在受光元件58Α中将该干涉光转换成电气信号。在1/4波片59中使合成波MB的仅 一个偏振成分延迟90度之后，利用偏振片57B对合成波MB的偏振方向进行匹配，由此使合 成波MB成为干涉光。并且，在受光元件58B中将该干涉光转换成电气信号。
[0008] 在方法（1)中，由于需要大量昂贵的光学组件、诸如用于对光进行分割或合成的 分束器以及用于在干涉信号之间生成相位差的波片或偏振片等，因此成本增加。
[0009] ⑵使用衍射光栅的光学系统
[0010] 作为方法（2)，公开了日本未审查专利申请公开（日本特开昭）60-260813、日 本未审查专利申请公开（日本特开平）1-276020和日本未审查专利申请公开（日本特 开）2004-69702。参考图10来说明该方法的示例。
[0011] 在图10中，从光源发出的光束在折射型光栅（index grating)61中被分割成沿直 线行进的（零级衍射）光束和一级衍射光束。一级衍射光束相对于沿直线行进的光束具有 相位Ψ。
[0012] 沿直线行进的光束经由标尺光栅62发生衍射并且成为具有相位Ω的光束。衍射 光束经由标尺光栅62而发生衍射并且成为具有相位Ψ+Ω的光束。
[0013] 在折射型光栅63中，具有相位Ω的光束和具有相位Ψ+Ω的光束其中之一发生 衍射并向该光束添加相位Ψ，另一光束沿直线行进，并且将这两个光束合成。
[0014] 因而，在方法（2)中，使用相位光栅作为折射型光栅以产生具有预定相位差的多 个干涉信号。需要特殊设计该相位光栅的光栅槽深度和光栅占空比。
[0015] 因此，在方法（2)中，在细化标尺的光栅间距时，还需要细化折射型光栅的间距。 然而，由于需要在同样使折射型光栅的占空比保持相对恒定的同时细化该折射型光栅，因 此制造该折射型光栅很困难。
[0016] (3)使用在测量方向上具有物理偏移的衍射光栅的光学系统
[0017] 作为方法（3)，公开了日本未审查专利申请公开（日本特开平）6-201327、美国专 利说明书5214280和日本未审查专利申请公开（日本特开）2004-28776。参考图11来说明 该方法的示例。
[0018] 在图11中，从发光元件71发出的发散光束经由镜72发生衍射，经由透镜73成为 平行光束，入射到第一衍射光栅74上，经由第一衍射光栅74发生透过衍射，并且经由标尺 上的衍射光栅75发生反射衍射。由第三衍射光栅76以光路彼此叠加的方式合成后的衍射 光成为干涉光束，并且该干涉光入射到受光装置77A、77B、77C和77D上。
[0019] 在该方法（3)中，使用与上述方法（2)的结构大致相同的结构作为用于对光波进 行分割和合成的结构，并且使用在测量方向上存在物理偏移的衍射光栅作为用于生成具有 预定相位差的多个干涉信号的结构。
[0020] 因而，在方法（3)中，不同于方法（2)，没有限制光栅类型（振幅光栅/相位光栅）， 并且不必设计光栅参数（光栅槽深度和光栅占空比）以向干涉信号提供预定相位差。在这 方面，方法（3)可以相对容易地应用于光栅干涉型编码器。
[0021] 另一方面，在方法（3)中，采用从标尺上的不同位置获得具有预定相位差的多个 干涉信号各自的结构。因此，在如图12所示在标尺上的衍射光栅75上存在利用78所表示 的局部缺陷的情况下，仅在受光装置77C所接收到的干涉信号中出现变化。结果，干涉信号 的强度的平衡被破坏，因而位置检测精度有可能劣化。
[0022] (4)利用受光装置阵列来检测干涉条纹的光学系统
[0023] 在方法（4)中，通过使用光学元件和标尺来生成两个光束的干涉条纹，并且利用 受光装置阵列来检测干涉条纹。在日本专利申请公开（日本特表平）10-501334和日本未 审查专利申请公开（日本特开）2002-350191中公开了该方法。参考图13来说明该方法的 示例。
[0024] 在图13中，将利用激光二极管81和透镜82进行准直后的相干光发出。然后，将 在波前校正结构83中经由光栅发生衍射的两个光束84和85入射到光栅86上。
[0025] 在这两个光束经由光栅86发生衍射之后，利用检测器87检测如此得到的干涉图 案。
[0026] 由于方法（4)中的结构简单，因此不必设计光栅的参数以限制光栅的形式和获得 干涉信号之间的预定相位差。此外，由于方法（4)中的受光装置的阵列结构具有使所接收 到的光的强度平均化的效果，因此即使在标尺的光栅的一部分中存在缺陷，也不太可能仅 在特定干涉信号中发生大的变化。
[0027] 然而，在方法（4)中，为了检测正确的信号，需要干涉条纹的间距与受光装置阵列 的间距之间高度相关。由于该相关，因此在出于某些原因而导致干涉条纹受到干扰的情况 下，测量精度劣化。例如，光学元件（在图12的情况下为波前校正结构79)的形状误差和 标尺上所存在的平面膨胀与干涉条纹干扰的原因相对应。
[0028] 此外，标尺间距越细微，这些容忍越严格，因而该结构很难应用于光栅干涉型光学 编码器。此外，尽管需要缩短检测器87的阵列间距，但存在难以制造具有短阵列间距的检 测器的问题。
【发明内容】
[0029] 因而，在传统的光学编码器中，存在如下问题：难以满足与部件数量、衍射光栅的 制约、标尺缺陷的影响和小型化有关的所有要求。
[0030] 本发明的目的是提供一种满足与部件数量、衍射光栅的制约、标尺缺陷的影响和 小型化有关的所有要求的光学编码器。
[0031] 根据本发明的第一方面的光学编码器，包括：光源；分割器，用于对来自所述光源 的光进行分割；受光单元；标尺，其配置在光路上并且能够沿测量方向移动，其中在所述标 尺的主面上配置光栅；以及偏移衍射光栅，其包括配置在从所述分割器到所述受光单元的 光路中的多个衍射光栅，其中所述多个衍射光栅使分割后的光以不同的相位发生衍射，其 中，所述偏移衍射光栅中的所述多个衍射光栅配置在与所述标尺的所述主面平行的一面 中，并且在与所述测量方向垂直的偏移方向上彼此偏移，以及所述受光单元包括沿所述偏 移方向配置的多个受光元件。
[0032] 根据本发明的第二方面的光学编码器的特征在于，所述分割器是第一非偏振分束 器，以及所述光学编码器还包括第二非偏振分束器，所述第二非偏振分束器配置在从所述 标尺到所述受光单元的光路中。
[0033] 根据本发明的第三方面的光学编码器的特征在于，所述偏移衍射光栅配置在从所 述标尺到所述第二非偏振分束器的光路中。
[0034] 根据本发明的第四方面的光学编码器的特征在于，所述偏移衍射光栅配置在