[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。 

背景技术

已知一种光电绝对编码器，其通过检测位于标尺上的伪随机图案来获得绝对位置。例如可使用称为M序列码的图案作为标尺上的伪随机图案(″Absolute position measurement using optical detection of coded patterns″，J T M Stevenson et.al，J.Phys，E：Sci.Instrum.21(1988)1140-1145)。公开号为H07-286861的日本未经审查的专利申请中公开了一种绝对编码器，其利用一个透镜将标尺上的伪随机图案的图像引向探测器，并且由此检测出探测器相对于标尺的位置。进一步地，公开号为2004-317503的日本未经审查的专利申请中公开的绝对编码器使用了透镜组，而不是一个透镜。 

进一步地，还已知一种没有透镜的结构的绝对编码器。公开号为H05-71984的日本未经审查的专利申请中公开了一种绝对编码器，其使用探测元件直接检测穿过标尺上的伪随机图案的光线。 

发明内容

公开号为H07-286861的日本未经审查的专利申请中公开的绝对编码器使用了一个透镜。因此就存在装置的尺寸大并且成本高的问题。进一步地，公开号为2004-317503的日本未经审查的专利申请中公开的绝对编码器使用了透镜组代替一个透镜。虽然这样减小了装置的尺寸，但是仍然存在高成本的问题。 

另一方面，公开号为H05-71984的日本未经审查的专利申请中公开的绝对编码器不使用透镜。但是，当标尺和光探测器之间的距离很大时，穿过伪随机图案的光线就会发散，并且因此光探测器就不能检测作为伪随机图案的该伪随机图案。为了防止穿过伪随机图案的光线发散，可使用相干光源来作为光源，诸如可发射具有非常高平行度的平行光的激光器。但是，当标尺和 光探测器之间的距离很大时，即使发射了平行光，由于伪随机图案和平行光之间的交互作用，会发生光的衍射。于是，由于衍射光的干涉，与标尺上的伪随机图案不同的图案就到达了光探测器。 

因此，不能增大标尺和探测头之间的间距。因此有必要显著减小标尺和探测头之间的间距。但是，如果标尺和探测头之间的间距过小，就有如下问题，即当由于标尺弯曲造成间距变化时或当诸如金属粉末的外来物质进入时，就不能进行编码器的测量。 

本发明已经解决了上述问题并且因此本发明的目的是提供一种光电编码器，其能够在标尺和探测头之间具有很大的间距，而不需要使用透镜，并且能够检测标尺上的伪随机数据。 

根据本发明一个方面的光电编码器包括：绝对标尺，其具有基于伪随机数据的绝对图案；探测头，其包括向绝对标尺的绝对图案发射光的光源和从绝对图案接收光的光接收单元，其中光电编码器检测探测头相对于绝对标尺的绝对位置，和由以重复方式布置的光栅部和暗部组成的绝对图案；以及与光栅部联合起来产生干涉图案的干涉图案生成装置；以及干涉图案信号处理单元，其根据光接收单元接收的干涉图案来检测绝对图案的伪随机数据。 

在上述光电编码器中，干涉图案生成装置可包括在探测头中发射非相干光的光源、以及位于光路上的辅助光栅，其中光源发射的光线穿过绝对图案并且进入光接收单元。 

在根据本发明另一个方面的光电编码器中，光源可发射相干光。 

在根据本发明一个方面的光电编码器中，光源的发射强度为光源的中心轴上的发射强度50％处的半功率角θ_L、绝对图案的数据节距P_DATA、绝对标尺和辅助光栅之间的距离u、辅助光栅与光接收单元之间的距离v可满足条件表达式(1)：