專利名稱：光學編碼器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及光學編碼器。
背景技術：
傳統(tǒng)上，已知有以下的光學編碼器(例如，參見日本特開2009-198318號公報)，該光學編碼器包括刻度尺(scale)，其具有沿預定方向形成的格子狀的刻度標記；光源，用于向該刻度尺射出光；光接收元件陣列，其包括沿該預定方向排列的多個光接收元件，以輸出基于經(jīng)由該刻度尺接收到的光的信號；以及測量器，用于基于從該光接收元件陣列輸出的信號測量該刻度尺的位置。日本特開2009-198318號公報公開的光電編碼器(光學編碼器)被配置成絕對式編碼器。在該光電編碼器的刻度尺上，沿預定方向形成有用于測量絕對位置的絕對圖案 (刻度標記)和用于測量相對位置的增量圖案(刻度標記)。該絕對圖案和該增量圖案是使從光源射出的光透過或擋住從光源射出的光以生成明區(qū)和暗區(qū)的圖案。該光電編碼器包括與絕對圖案和增量圖案相對應地布置的多個光電二極管陣列(光接收元件陣列)以及基于從光電二極管陣列輸出的信號測量刻度尺的位置的信號處理電路(測量器)。這里，例如，日本特開2009-198318號公報公開的光電編碼器通過將絕對圖案制成M序列隨機數(shù)的圖案來測量刻度尺的絕對位置。另一方面，日本特開2010-25879號公報公開的線性編碼器通過將上碼道(upper track)(絕對圖案)制成等間距圖案來測量刻度尺的絕對位置。在下文中，解釋通過將絕對圖案制成等間距圖案來測量刻度尺的絕對位置的光學編碼器。圖4是示出將絕對圖案制成等間距圖案的光學編碼器100的示意圖。在圖4中， 垂直于紙面的軸是Y軸，并且垂直于Y軸的兩個軸是X軸和Z軸。光學編碼器100被配置成絕對式編碼器，并且如圖4所示，光學編碼器100包括刻度尺110 ；光源120 ；透鏡130， 其使從光源120射出的光變?yōu)槠叫泄?；以及電路?40，其包括多個光接收元件陣列141 143和基于從光接收元件陣列141 143輸出的信號測量刻度尺110的位置的測量器144?？潭瘸?10包括沿X軸方向形成的、用于測量刻度尺110的絕對位置的絕對圖案 111和113以及沿X軸方向形成在絕對圖案111和113之間的、用于測量刻度尺110的相對位置的增量圖案112。與絕對圖案113的明暗周期相比，絕對圖案111的明暗周期被設置為略短。并且，與絕對圖案111和113的明暗周期相比，增量圖案112的明暗周期被設置為更短。光接收元件陣列141和143輸出基于從光源120射出并經(jīng)由絕對圖案111和113 接收到的光的信號。光接收元件陣列142輸出基于從光源120射出并經(jīng)由增量圖案112接收到的光的信號。圖5是示出光學編碼器100的電路板140的示意圖。光接收元件陣列141 143 由多個各自包括等間距排列的光接收元件的組形成，并且被配置為通過合成從各組的光接收元件輸出的信號來進行輸出。具體地，例如，如圖5所示，在光接收元件陣列141中，合成來自按每4個間隔配置的多個光接收元件141A的輸出。與光接收元件141A相同，還合成來自光接收元件141B 141D的輸出。此外，將從光接收元件141A 141D組輸出的信號經(jīng)由放大器145輸入至測量器144。也就是說，光接收元件陣列141由4個各自包括等間距排列的光接收元件的組形成。這里，光接收元件陣列141中的各組的周期T、即從光接收元件141A到光接收元件 141D作為一個周期的周期T被設置為與絕對圖案111的明暗周期相同。因此，從光接收元件陣列141輸出的信號是具有90度的相位差的四相信號。光接收元件陣列142和143的結構與光接收元件陣列141的結構相同。這里，光接收元件陣列142中的各組的周期被設置為與增量圖案112的明暗周期相同。光接收元件陣列143中的各組的周期被設置為與絕對圖案113的明暗周期相同。也就是說，與光接收元件陣列141和143中的各組的周期相比，光接收元件陣列142中的各組的周期被設置為較短。測量器144將從光接收元件陣列141 143輸出的四相信號轉(zhuǎn)換成兩相信號，并且基于這些兩相信號，生成分別與絕對圖案111和113以及增量圖案112相對應的相位信號。與日本特開2010-25879號公報公開的線性編碼器相類似，測量器144基于與絕對圖案 111和113以及增量圖案112相對應的相位信號測量刻度尺110的位置。然而，在這種光學編碼器100中，例如，存在以下問題當由于諸如灰塵等的異物顆粒附著至刻度尺110或者刻度尺110發(fā)生損壞而導致陰影S落在光接收元件陣列141 143上時，從光接收元件陣列141 143輸出的信號可能發(fā)生異常。當從光接收元件陣列 141 143輸出的信號發(fā)生了異常時，存在光學編碼器100不能進行適當?shù)臏y量的問題。與光接收元件陣列142中的各組的周期相比，光接收元件陣列141和143中的各組的周期被設置為較長。因此，存在從光接收元件陣列141和143輸出的信號特別容易發(fā)生異常的問題。這是因為，隨著光接收元件陣列中的各組的周期越長，(由諸如灰塵等的異物顆粒附著至刻度尺110或者刻度尺110發(fā)生損壞而引起的)落在光接收元件陣列141 143上的陰影S的影響越大。

發(fā)明內(nèi)容
本公開內(nèi)容的非限制性特征在于提供一種即使當從光接收元件陣列輸出的信號發(fā)生了異常時、也能夠進行適當?shù)臏y量的光學編碼器。本發(fā)明的光學編碼器的非限制性特征包括刻度尺，其具有沿預定方向形成的格子狀的刻度標記；光源，其被配置成向所述刻度尺射出光；光接收元件陣列，其包括沿所述預定方向排列的多個光接收元件，并且被配置成輸出基于經(jīng)由所述刻度尺接收到的光的信號；以及測量器，其被配置成基于從所述光接收元件陣列輸出的信號來測量所述刻度尺的位置。所述光接收元件陣列被劃分成多個區(qū)域。所述測量器包括異常判斷器，其被配置成基于從各所述區(qū)域輸出的信號來判斷各所述區(qū)域是否發(fā)生了異常；以及位置測量器，其被配置成基于從分別被所述異常判斷器判斷為未發(fā)生異常的各區(qū)域輸出的信號，來測量所述刻度尺的位置。根據(jù)這種結構，位置測量器基于從光接收元件陣列的區(qū)域中分別被異常判斷器判斷為未發(fā)生異常的各區(qū)域輸出的信號來測量刻度尺的位置。因此，即使當由于諸如灰塵等的異物顆粒附著至刻度尺或者刻度尺發(fā)生損壞而使得從光接收元件陣列輸出的信號發(fā)生了異常時，也可以進行適當?shù)臏y量。在本發(fā)明的非限制性特征中，優(yōu)選地，在所述多個區(qū)域之間形成有間隙。這里，由諸如灰塵等的異物顆粒附著至刻度尺或者刻度尺發(fā)生損壞引起的落在光接收元件陣列上的陰影，根據(jù)刻度尺的位置而相對于光接收元件陣列移動。在本發(fā)明中，在光接收元件陣列的區(qū)域之間形成有間隙。因此，當落在光接收元件陣列上的陰影小于間隙時，可以防止陰影跨在區(qū)域之間。因此，根據(jù)本發(fā)明，即使當由于諸如灰塵等的異物顆粒附著至刻度尺或者刻度尺發(fā)生損壞而使得從光接收元件陣列輸出的信號發(fā)生了異常時，也可以進行更適當?shù)臏y量。在本發(fā)明的非限制性特征中，優(yōu)選地所述刻度標記是根據(jù)從所述光源射出的光生成等間距的明區(qū)和暗區(qū)的圖案；各所述區(qū)域由多個各自包括等間距排列的光接收元件的組形成，并且被配置為通過合成從各組的光接收元件輸出的信號來進行輸出；各所述組的周期被設置為與根據(jù)所述刻度標記生成的明暗周期相同；以及所述異常判斷器通過比較從各所述組輸出的信號來判斷各所述區(qū)域是否發(fā)生了異常。在本發(fā)明的非限制性特征中，刻度標記是根據(jù)從光源射出的光生成等間距的明區(qū)和暗區(qū)的圖案。因此，由光接收元件陣列經(jīng)由刻度尺接收到的光在該光接收元件陣列的受光面上沿預定方向形成正弦形式的明暗區(qū)。這里，光接收元件陣列中的各組的周期被設置為與根據(jù)刻度標記生成的明暗周期相同。因此，基于從光接收元件陣列中的各組輸出的信號，可以再現(xiàn)形成在該光接收元件陣列的受光面上的正弦形式的明暗區(qū)。此外，在本發(fā)明的非限制性特征中，從光接收元件陣列中的各組輸出的信號是通過合成基于由以下的光接收元件接收到的光的信號而得到的信號這些光接收元件布置在與形成在光接收元件陣列的受光面上的正弦形式的明暗區(qū)具有相同的相位的位置處。因此，異常判斷器可以通過比較從光接收元件陣列中的各組輸出的信號，容易地判斷各個區(qū)域是否發(fā)生了異常。


在下文中，參考多個附圖，利用關于本發(fā)明的典型實施方式的非限制性示例來進一步詳細說明本發(fā)明，其中，在這些附圖中的幾幅圖中，相同的附圖標記表示相同的部分， 并且其中圖1示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的光學編碼器；圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的光學編碼器的板的示意圖；圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的可選例中使用三相信號的異常判斷的方法的示意圖；圖4是示出將絕對圖案制成等間距圖案的光學編碼器的示意圖；以及圖5是示出光學編碼器的板的示意圖。
具體實施例方式這里所述的具體示例是舉例，并且僅是為了說明性地論述本發(fā)明的實施例，并且提供這些具體示例是為了提供本發(fā)明的原理和概念方面的、被認為最有用和容易理解的描述。在這方面，沒有更詳細地示出基本理解本發(fā)明所需的結構細節(jié)以外的結構細節(jié)，其中， 參考附圖來進行說明以使本領域的技術人員清楚在實踐中能夠?qū)嵤┍景l(fā)明的實施方式。
以下基于附圖來解釋本發(fā)明的實施例。圖1示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的光學編碼器1。在圖1中，垂直于紙面的軸是Y軸，并且垂直于Y軸的兩個軸是X軸和Z軸。光學編碼器1被配置成絕對式編碼器，并且如圖1所示，光學編碼器1包括以X軸方向作為長邊方向的矩形板狀的刻度尺2 ；光源3，其向刻度尺2射出光；透鏡4，其將從光源3射出的光轉(zhuǎn)換成平行光；以及板5，其配置在從光源3射出的光通過透鏡4和刻度尺2的光路后段?？潭瘸?由透光性材料制成，并且形成有沿X軸方向的格子狀的刻度標記。具體地，刻度尺2包括作為用于測量絕對位置的刻度標記的絕對圖案21和23以及形成在絕對圖案21和23之間的、作為用于測量相對位置的刻度標記的增量圖案22。絕對圖案21和 23以及增量圖案22是使從光源3射出的光透過或擋住從光源3射出的光以生成等間距的明區(qū)和暗區(qū)的圖案。此外，與絕對圖案23的明暗周期相比較，絕對圖案21的明暗周期被設置為略短。并且，與絕對圖案21和23的明暗周期相比較，增量圖案22的明暗周期被設置為更短。圖2是示出光學編碼器1的板5的示意圖。如圖2所示，板5具有多個光接收元件陣列51 53和基于從光接收元件陣列51 53輸出的信號測量刻度尺2的位置的測量器M。將光接收元件陣列51劃分成兩個區(qū)域511和512，并且在區(qū)域511和512之間形成間隙。與光接收元件陣列511相同，將光接收元件陣列53劃分成兩個區(qū)域531和532，并且在區(qū)域531和532之間形成間隙。區(qū)域511和512、光接收元件陣列52以及區(qū)域531和532由多個各自包括等間距排列的光接收元件的組形成，并且被配置為通過合成從各組的光接收元件輸出的信號來進行輸出。具體地，例如，在區(qū)域511中，合成來自相互隔開4個間隔的兩個光接收元件511A 的輸出。與光接收元件511A相同，還合成來自光接收元件511B 511D的輸出。此外，將從光接收元件511A 511D組輸出的信號經(jīng)由由運算放大器等構成的放大器55輸入至測量器M。也就是說，區(qū)域511由4個各自包括等間距排列的光接收元件的組形成。這里，將區(qū)域511中的各組的周期T、即從光接收元件511A到光接收元件511D作為一個周期的周期T設置為與絕對圖案21的明暗周期相同。因此，從區(qū)域511輸出的信號是具有90度的相位差的四相信號。光接收元件陣列52以及區(qū)域512、531和532的結構與區(qū)域511的結構相同。這里，將區(qū)域512中的各組的周期設置為與絕對圖案21的明暗周期相同。將光接收元件陣列52中的各組的周期設置為與增量圖案22的明暗周期相同。將區(qū)域531和532中的各組的周期均設置為與絕對圖案23的明暗周期相同。測量器M包括異常判斷器M1，其基于從區(qū)域511、512、531和532輸出的信號判斷區(qū)域511、512、531和532是否發(fā)生了異常；以及位置測量器M2，其基于從光接收元件陣列51 53輸出的信號測量刻度尺2的位置。異常判斷器541通過比較從區(qū)域511、512、 531和532的組輸出的信號，來判斷區(qū)域511、512、531和532是否發(fā)生了異常。這里，絕對圖案21和23是用于根據(jù)從光源3射出的光生成等間距的明區(qū)和暗區(qū)的圖案。因此，光接收元件陣列51和53經(jīng)由刻度尺2接收到的光在光接收元件陣列51和 53的各自受光面處沿預定方向形成正弦形式的明暗區(qū)。如上所述，從區(qū)域511、512、531和 532輸出的信號是具有90度的相位差的四相信號。因此，將諸如從例如光接收元件511A和光接收元件511C輸出的信號等的、具有 180度的相位差的信號相加的結果為0。因此，在本實施例中，當將(從區(qū)域511、512、531和532的組輸出的四相信號中)具有180度的相位差的信號相加的結果不是0時，異常判斷器541判斷為區(qū)域511、512、531或532發(fā)生了異常。使用諸如運算放大器和比較器等的硬件可容易地構造出用于進行信號的相加及與閾值的比較等的電路。當判斷為區(qū)域511和512均未發(fā)生異常時，異常判斷器541合成從區(qū)域511和512輸出的信號并輸出合成后的信號。當判斷為區(qū)域531和532均未發(fā)生異常時，異常判斷器541合成從區(qū)域531和532輸出的信號并輸出合成后的信號。位置測量器542將從(異常判斷器541判斷為未發(fā)生異常的)區(qū)域511、512、531 和532以及光接收元件陣列52輸出的四相信號轉(zhuǎn)換成兩相信號，并且基于這些兩相信號生成分別與絕對圖案21和23以及增量圖案22相對應的相位信號。與日本特開2010-25879 號公報公開的線性編碼器相同，位置測量器542基于與絕對圖案21和23以及增量圖案22 相對應的相位信號，來測量刻度尺2的位置。如上所述的本實施例提供了以下效果。(1)位置測量器542基于從光接收元件陣列51和53的區(qū)域511、512、531和532中的、異常判斷器Ml判斷為未發(fā)生異常的區(qū)域511、 512、531和532輸出的信號，來測量刻度尺2的位置。因此，即使當由于諸如灰塵等的異物顆粒附著至刻度尺2或者刻度尺2發(fā)生損壞而使得從光接收元件陣列51和53輸出的信號發(fā)生了異常時，也可以進行適當?shù)臏y量。(2)在光接收元件陣列51和53的區(qū)域511、512、531和532之間形成間隙。因此， 當落在光接收元件陣列51和53上的陰影S小于這些間隙時，可以防止陰影S跨在區(qū)域511、 512,531和532之間。因此，即使當由于諸如灰塵等的異物顆粒附著至刻度尺2或者刻度尺 2發(fā)生損壞而使得從光接收元件陣列51和53輸出的信號發(fā)生了異常時，光學編碼器1也可以進行更適當?shù)臏y量。(3)當將(從區(qū)域511、512、531和532的各組輸出的四相信號中)具有180度的相位差的信號相加的結果不是0時，異常判斷器541判斷為區(qū)域511、512、531或532發(fā)生了異常。因此，可以容易地判斷區(qū)域511、512、531和532是否發(fā)生了異常。本發(fā)明不限于上述實施例。在實現(xiàn)本發(fā)明的目的的范圍內(nèi)的設計改變和改進等均包括在本發(fā)明內(nèi)。例如，在上述實施例中，未將光接收元件陣列52劃分成多個區(qū)域。然而， 還可以將光接收元件陣列52劃分成多個區(qū)域。在上述實施例中，在區(qū)域511和512之間以及區(qū)域531和532之間形成有間隙。然而，還可以不形成間隙。在上述實施例中，當將(從區(qū)域511、512、531和532的各組輸出的四相信號中) 具有180度的相位差的信號相加的結果不是0時，異常判斷器541判斷為區(qū)域511、512、531 和532發(fā)生了異常。關于該點，例如，異常判斷器541還可以通過將從各區(qū)域中的各組輸出的所有的四相信號相加來判斷是否發(fā)生了異常。此外，例如，異常判斷器541還可以通過將從各區(qū)域中的各組輸出的四相信號與閾值進行比較來判斷是否發(fā)生了異常。其要點是異常判斷器541通過比較從各區(qū)域中的各組輸出的信號來判斷各區(qū)域是否發(fā)生了異常。在本實施例中，使用從區(qū)域511、512、531和532的各組輸出的四相信號來判斷區(qū)域511、512、531 和532的異常。然而，本發(fā)明不限于以上實施例。例如，可以實現(xiàn)以下的配置在該配置中， 從區(qū)域511、512、531和532各自輸出包括2 3個信號的組(即，具有180度的相位差的兩相信號或具有120度的相位差的三相信號)。在這種情況下，使用兩相信號或三相信號來判斷區(qū)域511、512、531和532的異常。當根據(jù)兩相信號判斷異常時，可以使用與本實施例相同的方法。當根據(jù)三相信號判斷異常時，異常判斷器可以通過檢查以下公式是否能夠成立來判斷是否發(fā)生了異常，在該公式中，如圖3所示，將具有120度的相位差的三相信號標識為信號1、信號2和信號3。信號1 =(信號 2) /2+ (信號 3) /2換言之，當不存在灰塵或刻度尺損壞時，以上公式能夠成立。因此，可以通過檢查以上公式是否能夠成立來判斷是否發(fā)生了異常。在上述實施例中，將光接收元件陣列51 53中的各組的周期設置為與刻度尺2 的刻度標記的明暗周期相同。在上述實施例中，絕對圖案21和23以及增量圖案22是使從光源3射出的光透過或擋住從光源3射出的光以生成等間距的明區(qū)和暗區(qū)的圖案。光接收元件陣列51 53由多個各自包括等間距排列的光接收元件的組形成，并且被配置為通過合成從各組的光接收元件輸出的信號來進行輸出。然而，還可以將其它結構的光學編碼器應用于本發(fā)明。在這種情況下，異常判斷器541可以根據(jù)光學編碼器的結構來判斷異常。其要點是異常判斷器基于從光接收元件陣列的各區(qū)域輸出的信號來判斷各區(qū)域是否發(fā)生了異常。在上述實施例中，光學編碼器1被配置成絕對式編碼器。然而，還可以將本發(fā)明應用于增量式編碼器。此外，在上述實施例中，光學編碼器1被配置成線性編碼器。然而，還可以將本發(fā)明應用于旋轉(zhuǎn)式編碼器。在上述實施例中，光學編碼器1被配置成利用光接收元件陣列51 53來接收透過刻度尺2的光。關于該點，還可以將光學編碼器配置成利用光接收元件陣列來接收刻度尺反射的光。本發(fā)明可適用于作為光學編碼器。注意，僅是為了解釋目的而提供前述實施例，并且前述實施例決不應被解讀為限制本發(fā)明。盡管已經(jīng)參考典型實施例說明了本發(fā)明，但要理解這里所使用的詞語是說明性和示例性的詞語，而不是限制性的詞語。在不背離本發(fā)明在特征方面的范圍和精神的情況下，如目前所陳述和所修改的，可以在所附權利要求書的范圍內(nèi)進行改變。盡管這里已經(jīng)參考特定結構、材料和實施例說明了本發(fā)明，但本發(fā)明不限于這里所公開的具體示例；相反， 本發(fā)明延伸至諸如屬于所附權利要求書的范圍內(nèi)的功能上等同的所有結構、方法和用途。本發(fā)明不限于上述實施例，并且可以在不背離本發(fā)明的范圍的情況下進行各種改變和修改。
權利要求
1.一種光學編碼器，包括刻度尺，其具有沿預定方向形成的格子狀的刻度標記； 光源，其被配置成向所述刻度尺射出光；光接收元件陣列，其包括沿所述預定方向排列的多個光接收元件，并且被配置成輸出基于經(jīng)由所述刻度尺接收到的光的信號，其中，所述光接收元件陣列被劃分成多個區(qū)域；以及測量器，其被配置成基于從所述光接收元件陣列輸出的信號來測量所述刻度尺的位置，所述測量器包括異常判斷器，其被配置成基于從各所述區(qū)域輸出的信號來判斷各所述區(qū)域是否發(fā)生了異常；以及位置測量器，其被配置成基于從分別被所述異常判斷器判斷為未發(fā)生異常的各區(qū)域輸出的信號，來測量所述刻度尺的位置。
2.根據(jù)權利要求1所述的光學編碼器，其特征在于，在所述多個區(qū)域之間形成有間隙。
3.根據(jù)權利要求1所述的光學編碼器，其特征在于，所述刻度標記是根據(jù)從所述光源射出的光生成等間距的明區(qū)和暗區(qū)的圖案， 各所述區(qū)域由多個各自包括等間距排列的光接收元件的組形成，并且被配置為通過合成從各組的光接收元件輸出的信號來進行輸出，各所述組的周期被設置為與根據(jù)所述刻度標記生成的明暗周期相同，以及所述異常判斷器通過比較從各所述組輸出的信號來判斷各所述區(qū)域是否發(fā)生了異常。
4.根據(jù)權利要求2所述的光學編碼器，其特征在于，所述刻度標記是根據(jù)從所述光源射出的光生成等間距的明區(qū)和暗區(qū)的圖案， 各所述區(qū)域由多個各自包括等間距排列的光接收元件的組形成，并且被配置為通過合成從各組的光接收元件輸出的信號來進行輸出，各所述組的周期被設置為與根據(jù)所述刻度標記生成的明暗周期相同，以及所述異常判斷器通過比較從各所述組輸出的信號來判斷各所述區(qū)域是否發(fā)生了異常。
全文摘要
一種光學編碼器，包括刻度尺；光源；多個光接收元件陣列(三個光接收元件陣列)，用于經(jīng)由所述刻度尺接收從所述光源射出的光；以及測量器。第一光接收元件陣列和第三光接收元件陣列分別被劃分成兩個區(qū)域。所述測量器包括異常判斷器，用于基于從所述區(qū)域輸出的信號判斷所述區(qū)域是否發(fā)生了異常；以及位置測量器，用于基于從(異常判斷器判斷為未發(fā)生異常的)區(qū)域和第二光接收元件陣列輸出的信號，來測量刻度尺的位置。
文檔編號G01D3/028GK102288202SQ20111010926
公開日2011年12月21日 申請日期2011年4月28日 優(yōu)先權日2010年4月28日
發(fā)明者小林博和, 川床修 申請人:株式會社三豐