[發明專利]光學編碼器

有效

• 申請號: 201210043088.6
• 申請日: 2012-02-23
• 公開（公告）號: CN102650536A
• 公開（公告）日: 2012-08-29
• 發明（設計）人: 堀口春彥;名倉千裕
• 申請（專利權）人: 佳能株式會社
• 主分類號: G01D5/347
• 分類號: G01D5/347
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 李穎

技術領域

本發明涉及檢測位置的位移(displacement)的光學編碼器。

背景技術

常規地，作為檢測要被測量的對象的位移(例如移動量和旋轉量)的位移檢測裝置，光學編碼器是已知的。光學編碼器包括光源、反射或透射從光源發射的光并可相對于光源移位的標尺(scale)、以及接收從標尺反射的光或透射通過標尺的光的光電檢測器。在標尺上形成反射或透射光的圖案。被光電檢測器接收的光的量由于標尺的相對位移而改變。基于通過光電檢測器中的光量的變化產生的檢測信號來檢測位移。

在EP2093543中，公開了這種光學編碼器。具體而言，如圖9所示，公開了這樣的方法：在該方法中，可通過在一個軌跡(track)上的標尺圖案中形成具有不同的節距(pitch)的多個調制而從少量的標尺軌跡獲得大量的信息。

除了上述的現有技術的例子以外，根據本發明的發明人的研究，還知道在通過包含多個調制節距的標尺在傳感器表面上接收的圖像中存在以下描述的不需要的空間頻率成分。具體地，所述不需要的空間頻率成分是因兩個衍射光束之間的干涉所產生的不需要的空間頻率成分和包含于標尺的透射率分布或反射率分布中的不需要的空間頻率成分。由于以上的影響，出現相對于理想的正弦(sine)波的誤差。作為結果，當通過反正切計算將正弦波轉換成位置信號時出現位置檢測誤差的問題變得明顯。

為了以高精度執行位置檢測，需要通過減少在傳感器表面上接收的圖像中的包含于標尺的透射率分布或反射率分布中的不需要的空間頻率成分以及因兩個衍射光束之間的干涉而產生的不需要的空間頻率成分，減少所檢測的波的誤差成分。圖2表示被視為用于解決該問題的方法的例子的光學編碼器的總體示意性配置。具體地，該例子是用于通過使用圖3所示的標尺以及圖6～8所示的光接收表面布置和傳感器信號處理電路來切換檢測分辨率并獲得信號的方法。以下，將作為本發明的比較例來描述該方法。

比較例

該方法使用在一個軌跡內包含細節距圖案和粗節距圖案的標尺(例如，圖3所示的標尺2)并且切換檢測分辨率以通過使用作為共同傳感器工作的光電二極管陣列來檢測細節距圖案和粗節距圖案。將描述編碼器的輸出信號。圖6和圖7表示作為光電檢測器陣列的光電二極管陣列209的光接收表面布置的例子。在圖6和圖7中，在光電二極管陣列209中沿X軸方向以50μm節距布置28個光電二極管。

一個光電二極管具有50μm的X方向寬度X_pd和800μm的Y方向寬度Y_pd。光電二極管陣列209的總寬度X_total為1400μm。雖然在本實施例中將描述Y方向寬度Y_pd為800μm的情況，但是不限于此，并且，Y_pd可以為標尺軌跡8的Y方向寬度Y0的2×n倍(n為自然數)。

通過圖6和圖7所示的開關210和圖中沒有示出的開關電路來切換來自光電二極管中的每一個的輸出。為了產生以下描述的四相位正弦波輸出，來自光電二極管中的每一個的輸出選擇性地與下一級中的4個初級(initial-stage)放大器中的一個連接。在圖8中，4個初級放大器(24、25、26、27)是IV轉換放大器，并且，來自這4個初級放大器的輸出分別與四相位正弦波輸出的S(A+)、S(B+)、-S(A-)和-S(B-)對應。

用于切換檢測分辨率的開關電路可通過從外部將信號輸入到開關210來切換連接。當輸入的信號為高電平時，如圖6所示，用于標尺圖案節距P＝100μm(反射圖像節距為200μm)的檢測節距被設定。當輸入的信號為低電平時，如圖7所示，用于標尺圖案節距X0＝700μm(反射圖像節距為1400μm)的檢測節距被設定。以這種方式，使用能夠切換檢測分辨率的配置。標尺的位置位于光源和光電二極管陣列之間的中間位置，使得光電二極管陣列上的反射圖像節距為標尺圖案節距的兩倍。

這里，如圖6所示，當以100μm的檢測節距時，與信號相關的光電二極管的總寬度為1400μm，這與700μm節距(＝X0)的標尺圖案的調制成分的反射圖像節距對應。如圖7所示，當以700μm的檢測節距時，在未使用的光電二極管保留(remain)的同時電連接每4個相鄰的光電二極管。以下將詳細描述上面的技術目的。

關于四相位正弦波相對于檢測節距的相對相位，如果S(A+)的相對相位為0度，那么，S(B+)的相對相位為+90度，S(A-)的相對相位為+180度，并且S(B-)的相對相位為+270度。通過信號處理電路101從這些輸出產生兩相位正弦曲線(sinusoidal)波信號S(A)和S(B)，并且，通過對于這些信號進一步執行反正切計算而獲得相位信號。