[发明专利]光电编码器

说明书

技术领域

本发明涉及一种光电编码器，其中光源发出的光由置于标尺上的均匀间隔的光栅调制，经过调制的光由光接收元件检测，更特别的涉及一种只检测由于光栅的均匀间隔产生的基本空间频率，而不检测来自光栅的多余谐波分量的光电编码器，由此可以提高测量位置精度。

背景技术

以往，光电编码器用于多种机床、测量仪等，光电编码器中，通过置于标尺上的均匀间隔的光栅来调制光源发出的光，并且由光接收元件检测该经过调制的光。

在专利参考文件1(JP-A-2004-264295)中公开的一种光电编码器中，例如，通过将光圈(aperture)置于透镜焦点处的远心光学系统在光接收元件的光接收表面上形成光栅的像，从而获得标尺相对于光接收元件的相对位置变化。

但是，例如专利参考文件1公开的远心光学系统中存在特定的MTF(调制传递函数)特性，该特性确定了所形成的光栅像的对比度。根据所选择的MTF特性，光栅的像可能包含由于光栅本身产生的多个高频分量，并导致光栅像的对比度降低并导致失真增加。在这种情况下，位置测量的精度降低。

发明内容

示例性实施例提供一种只检测由于光栅的均匀间隔产生的基本空间频率，而不检测来自光栅的多余谐波分量的光电编码器，由此使位置测量稳定并且可以测量位置精度提高。

根据本发明的第一方面的一种光电编码器，包括：

光源，配置用于发射光；

标尺，具有均匀间隔光栅，并被配置为通过光栅调制光源发出的光；

光接收元件，配置用于检测光栅调制过的光；以及

光学成像系统，配置用于对光栅调制过的光成像；

其中该成像光学系统包括第一光圈，部分由光栅调制过的光被允许通过该第一光圈传输，该第一光圈具有当空间截止频率的值在傅立叶变换获得的光栅基本空间频率和基本空间频率的二次谐波之间时所需要的尺寸，所述空间截止频率是表示由于光源发出的光导致的光学系统的分辨率极限的空间频率。

根据本发明的第二方面的光电编码器，进一步包括：

照明光学系统，配置为采用光源发出的光照亮标尺，

其中当光源数值孔径(numerical aperture)小于检测数值孔径时，空间截止频率具有由检测数值孔径除以光波长获得的值，所述光源数值孔径取决于光源到照明光学系统的距离和光源大小，并且所述检测数值孔径取决于光栅到光学成像系统的距离和第一光圈的大小。

光电编码器，可以进一步包括：

照明光学系统，配置为采用光源发出的光照亮标尺，

其中当取决于光源到照明光学系统的距离和光源大小的光源数值孔径为0时，空间截止频率具有通过检测数值孔径除以光波长获得的值。

根据本发明的第三方面的光电编码器，进一步包括：

照明光学系统，配置为采用光源发出的光照亮标尺，

其中当由光源到照明光学系统的距离和光源大小决定的光源数值孔径大于由光栅到光学成像系统的距离和第一光圈的大小决定的检测数值孔径时，

空间截止频率具有由检测数值孔径的2倍除以光波长获得的值。

根据本发明的第四方面的光电编码器，根据标尺相对于成像光学系统的光轴的放置误差所产生的误差角，光源到照明光学系统的距离缩小，或者光源的尺寸增大。

根据本发明的第五方面的光电编码器，照明光学系统包括第二光圈挡片，或者配置为偏转光的照明透镜，所述第二光圈挡片具有允许部分从光源发出的光可通过其中传输的第二光圈。

根据本发明的第六方面的光电编码器，光源与光学成像系统一样置于标尺的同侧，光学成像系统通过标尺反射的光成像。

根据本发明的第七方面的光电编码器，成像光学系统包括第一光圈挡片，其中放置第一光圈。

根据本发明的第八方面的光电编码器，成像光学系统包括至少一个成像透镜，配置用于使经过光栅调制的光偏转。

根据本发明的第九方面的光电编码器，成像光学系统形成为单边远心光学系统，其中的第一光圈挡片的第一光圈置于光轴上一个成像透镜焦点位置。

根据本发明的第十方面的光电编码器，光学成像系统形成为双边远心光学系统，其中的第一光圈挡片的第一光圈置于光轴上两个成像透镜之间的焦点位置。

相据本发明，只检测由于光栅的均匀间隔产生的基本空间频率而不检测来自光栅的多余谐波分量，由此使位置测量稳定并且可以提高测量位置的精度。

附图说明

图1为根据本发明第一实施例所示的光电编码器示意图；

图2为根据第一实施例所示的标尺示意图；

图3为根据第一实施例所示的光栅傅立叶变换后的空间频率分量图；