[发明专利]光学编码器

说明书

本发明涉及光学编码器，更具体地讲，是关于一种光学编码器的改进，这种编码器根据光电信号的变化来检测两组件的位置关系，这一光电信号是由其上带有光栅的主标度盘与带有相应光栅的分度盘间的相对位移产生的。

在测量机床刀具给进速度等领域中，广泛地使用一种光学编码器，此编码器中带有第一光栅的主标度盘被固定在相对着的构件之一上;带有第二光栅的分度盘、由一个光源与一个光接收器所组成的光源系统被固定在另一构件上。一个按照相对的构件之间的相对位移周期性变化的检测信号可被产生。

传统的光学编码器通常采用准直光源系统，因此，第一光栅和第二光栅的光栅栅距是一样的。

然而，本申请人在日本专利申请61-191532中所提出的光学编码器，第二光栅的栅距是第一光栅栅距的1/n（n为自然数），且其中编码器的n为一偶数，如图11所示。

图11表示的编码器，主要包括：准直光源系统10由发光二极管（LED）12和一个准直透镜14组成，并有一个等效波长λ;一个主标度盘16带有栅距为P的第一光栅18;一个分度盘20与第一光栅相距V，带有栅距Q＝P/（2n）的光栅22（n为自然数）;一个光接收器24，用来实现对准直光源系统10发出并经第一和第二光栅18和22滤光的那部分光束进行光电转换;和一个前置放大器26以放大输出信号，从而得到检测信号a。

检测信号的信噪比S/N通常用幅值PP与直流分量DC之比PP/DC来表示。图12中的实线A表示了在栅距Q＝P/2且两光栅之间的间距V改变时的实验结果。

如图12所示，因为检测信号a的信噪比（＝PP/DC）随光栅间距V变化，如果在安装编码器时，把分度盘20固定在PP/DC为最小的位置上，则检测信号的S/N比值较小，使得抗噪声能力变差。因此面临定位精确度要求严格和编码器造价高的问题。

此外，光学编码器包括透射型编码器和反射型编码器，前者如图11所示检测的是透过主标度盘16的光，反射型则检测由主标度盘反射的光。对后者，即反射型编码器，发光元件和光检测元件均在主标度盘一侧，所以它具有在机床上易于安装的特点。

图15表示一个反射型编码器的例子，它利用传统的准直照明光线，包括有：发光二极管12做光源;准直透镜14使发光二极管12发出的光成为平行光;主标度盘16带有周期性分布的第一光栅18;透射式分度盘20带有周期性分布的第二光栅22，第二光栅与第一光栅相对应，并可产生相对移动;还有一个光接收器24，用来对发自准直光源系统的经主标度盘16上的第一光栅18反射，又通过分度盘20上的第二光栅22的光R进行光电转换;由此，产生根据主标度盘16与分度盘18之间的相对位移而周期性变化的检测信号。

但是采用平行光就需要一个大的高精度准直透镜14，因此编码器在厚度方向尺寸将较大，且存在着组件的定位和固定困难的问题。

为了解决上述问题，本申请人在日本专利申请61-194183中已经提出一种反射型编码器，其中采用的是发散光源，如图16所示。

这种反射型编码器包括：由激光二极管（LD）管头34做为发散光源（点光源）的光源系统;主标度盘16带有周期分布的第一光栅18;透射式分度盘20带有周期分布的第二光栅22，光栅22与主标度盘上的第一光栅相对应;还有一个光接收器24，用以对发自光源系统的、被主标度盘16的光栅18反射并透过分度盘20上的第二光栅22的光进行光电转换;由此产生根据主标度盘16与分度盘20在X方向的相对位移而周期变化的信号。

激光二极管管头34可装在一个备有光接收元件的盒32内。

这里，设LD灯头34与第一光栅18的距离、第二光栅22与第一光栅18间的距离分别为U、V，同时设第一光栅18和第二光栅22的栅距分别为P和Q。进一步地，当采用在日本专利申请61-194183中提出的最有效的结构U＝V时，如果Q＝2P则测试信号可获得一个令人满意的S/N比。

进一步地，如日本专利申请61-194184提出的，在点光源是相干光源的情况下，即使Q＝P，由于折射效应也可获得一检测信号。

进一步地，在Q＝2P/m（m为自然数）时，由本申请人提出的日本专利申请61-208554和61-208555可以清楚看出，一般是可得到检测信号的。

如上所述，反射型编码器，其中采用了点光源34，对缩小编码器的厚度D是有效的。