用于提供位移信号的抗污染和缺陷光学编码器配置制造技术

技术编号:20111247 阅读:30 留言:0更新日期:2019-01-16 10:53
一种光学编码器配置包括照明部分、标尺和光电检测器配置。照明部分将源光传输至将周期性标尺光图案输出至光电检测器配置的标尺。光电检测器配置包括沿着横向于测量轴的方向以空间相位序列布置的N个空间相位检测器的集合,并且空间相位序列包括在沿着横向于测量轴的方向的序列的开始和结束处的两个外部空间相位检测器。至少大部分的各个空间相位检测器沿着测量轴方向相对伸长并且沿着垂直于测量轴方向的方向相对较窄,并且包括对应于该空间相位检测器相对于周期性标尺光图案的各个空间相位被定位的标尺光接收器区域,并且被配置为提供各个空间相位检测器信号。

Anti-pollution and Defect Optical Encoder Configuration for Providing Displacement Signals

An optical encoder configuration includes an illumination section, a ruler and a photoelectric detector configuration. The illumination part transmits the source light to the ruler which outputs the periodic ruler pattern to the photoelectric detector configuration. The photodetector configuration includes a set of N spatial phase detectors arranged in a spatial phase sequence along the direction transverse to the measurement axis, and the spatial phase sequence includes two external spatial phase detectors at the beginning and end of the sequence along the direction transverse to the measurement axis. At least most of the spatial phase detectors are relatively elongated along the measurement axis direction and relatively narrow along the direction perpendicular to the measurement axis direction, and include a ruler optical receiver region corresponding to each spatial phase of the spatial phase detector relative to the periodic ruler optical pattern, and are configured to provide each spatial phase detector signal.

【技术实现步骤摘要】
用于提供位移信号的抗污染和缺陷光学编码器配置
本专利技术总体上涉及精确位置或位移测量仪器,并且更具体地涉及一种具有信号处理的编码器配置,该信号处理能够抵抗可能与标尺的污染或缺陷部分相关联的错误。
技术介绍
光学位置编码器确定读数头相对于标尺的位移,该标尺包括由读数头检测到的图案。典型地,位置编码器采用包括至少一个具有周期性图案的标尺轨道的标尺,并且从标尺轨道产生的信号作为读取头沿着标尺轨道的位移或位置的函数而是周期性的。绝对式位置编码器可以使用多个标尺轨道在沿着绝对标尺的每一个位置提供独特的信号组合。光学编码器可以使用增量或绝对位置标尺结构。增量位置标尺结构允许读数头相对于标尺的位移通过沿着标尺从初始点开始累积位移的增量单位来确定。这种编码器适用于某些应用,特别是那些线路功率可用的应用。在低功耗应用(例如,电池供电仪表等)中,更希望使用绝对位置标尺结构。绝对位置标尺结构在沿标尺的每一个位置提供独特的输出信号或信号组合,因此允许各种节能方案。美国专利3,882,482;5965879;5279044;5886519;5237391;5442166;4964727;4414754;4109389;5773820和5,010,655公开了与绝对位置编码器相关的各种编码器配置和/或信号处理技术,并且因此通过引用将其全部内容合并于此。一些编码器配置通过在编码器配置的照明部分中利用照明源光衍射光栅而实现某些优点。其中的每一个通过引用整体并入本文的美国专利号8,941,052;9018578;9029757和9,080,899公开了这样的编码器配置。这些专利中公开的一些配置也可以表征为利用超分辨率莫尔成像。在各种应用中,制造缺陷或污染(如标尺轨道上的灰尘或油)的标尺可能会干扰读数头检测到的图案,从而在结果位置或位移测量中造成误差。一般来说,由缺陷或污染引起的误差大小可能取决于这样的因素,诸如缺陷或污染的大小、标尺上的周期性图案的波长、读数头检测器区域的大小、这些尺寸之间的关系等等。已知用于响应编码器中的异常信号的各种方法。几乎所有这些方法都基于禁用编码器信号,或提供警告用户的“错误信号”,或调整光源强度以增强低信号等。然而,尽管由于某些类型的标尺缺陷或污染而产生的异常信号,但这种方法不能提供继续精确测量操作的手段。因此这些方法的效用有限。在日本专利申请JP2003-065803('803申请)中公开了确实减轻标尺污染或缺陷对测量精度的影响的一种已知方法。'803申请教导了一种方法,其中两个或多个光电检测器输出具有相同相位的周期性信号,这些信号分别输入到各自的信号稳定性判断装置。信号稳定性判断装置仅输出被判断为“正常”的信号,并且“正常”信号被组合作为位置测量的基础。位置测量计算中排除了“异常”的信号。然而,在'803申请中公开的判断“正常”和“异常”信号的方法具有某些缺点,限制了'803申请的教导的实用性。美国专利第8,493,572号('572专利)公开了一种抗污染和缺陷光学编码器配置,其提供了一种从不受污染的光电检测器元件中选择信号的手段。然而,'572专利依赖于复杂的信号处理,在某些应用中可能不太理想。将期望避免或减轻由某些类型的标尺缺陷或污染引起的异常信号而无需复杂信号处理的提供精确测量操作的改进方法。
技术实现思路
公开了一种用于提供位移信号的抗污染和缺陷光学编码器配置。该抗污染和缺陷光学编码器配置包括照明部分、标尺和光电检测器配置。照明部分沿着源光路径将源光传输到标尺。标尺沿着测量轴方向延伸,并且包括周期性图案,所述周期性图案包括条,所述条沿着测量轴方向是窄的并且沿着与测量轴方向垂直的Y方向伸长,并且沿测量轴方向周期性排列。标尺沿源光路径输入源光并沿标尺光路径输出标尺光。光电检测器配置沿着标尺光路径从标尺接收周期性标尺光图案。周期性标尺光图案沿着所述测量轴方向对应于标尺和光电检测器配置之间的相对位移,移位经过光电检测器配置。光电检测器配置包括沿着横向于测量轴的方向以空间相位序列布置的N个空间相位检测器的集合,其中N是至少为6的整数,并且空间相位序列包括在沿着横向于测量轴的方向的序列的开始和结束处的两个外部空间相位检测器以及位于所述两个外部空间相位检测器之间的空间相位检测器的内部组。至少大部分的各个空间相位检测器沿着测量轴方向相对伸长并且沿着垂直于测量轴方向的方向相对较窄,并且包括沿着测量轴方向在空间上周期性的并且对应于该空间相位检测器相对于周期性标尺光图案的各个空间相位被定位的标尺光接收器区域,并且被配置为提供各个空间相位检测器信号。内部组中的每一个空间相位检测器在空间相位序列中在具有与所述空间相位检测器不同并且彼此不同的各自空间相位的空间相位检测器之前和之后。附图说明前述方面和伴随的许多优点将变得更容易理解,因为通过结合附图参考以下详细描述,其变得更好理解,其中:图1是用于提供位移信号的抗污染和缺陷光学编码器配置的局部示意性分解图。图2是用于提供位移信号的抗污染和缺陷光学编码器配置的部分示意图。图3是抗污染和缺陷光学编码器配置的光电检测器配置的部分示意图。图4A是抗污染和缺陷光学编码器配置的光电检测器配置的部分的示意图。图4B是抗污染和缺陷光学编码器配置的光电检测器配置的部分的示意图。具体实施方式图1是用于提供位移信号的抗污染和缺陷光学编码器配置100的部分示意性分解图。编码器配置100包括标尺光栅110、照明部分120和光电检测器配置160。图1示出了根据这里使用的惯例的正交X、Y和Z方向。X方向和Y方向平行于标尺光栅110的平面,其中X方向平行于测量轴方向MA(例如,垂直于标尺光栅110的细长图案元件)。Z方向垂直于标尺光栅110的平面。在图1所示的实施中,标尺光栅110是透射光栅。标尺光栅110沿着测量轴方向MA延伸,并且包括条的周期性图案,该条沿着测量轴方向MA是窄的并且沿着与测量轴方向MA垂直的方向(即,Y方向)伸长,并且沿测量轴方向MA周期性排列。照明部分120包括照明源130、第一照明光栅140和第二照明光栅150。照明源130包括光源131和准直透镜132。光源131被配置为输出源光134到准直透镜132。准直透镜132被配置为接收源光134并将准直的源光134'输出到第一照明光栅140。第一照明光栅140接收源光134'并且将源光134'向第二照明光栅150衍射。第二照明光栅150接收源光134'并进一步沿源光路径SOLP向标尺光栅110衍射源光134'。标尺光栅110沿源光路径SOLP输入源光134',并将包括周期性标尺光图案135的标尺光沿着标尺光路径SCLP输出到光电检测器配置160。光电检测器配置160沿着标尺光路SCLP从标尺光栅110接收周期性标尺光图案135。周期性标尺光图案135沿着测量轴方向MA对应于标尺光栅110和光电检测器配置160之间的相对位移,移位经过光电检测器配置160。图3详细示出了类似于光电检测器160的光电检测器配置的示例。光电检测器配置160包括N个空间相位检测器的集合,其沿着横向于测量轴方向MA的方向(即,Y方向)以空间相位序列布置,其中N是至少为6的整数,并且空间相位序列包括在沿着横向于测量轴的方向的序列的开始和结束处的两个外部空间相位检本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种用于提供位移信号的抗污染和缺陷光学编码器配置,包括:照明部分,沿着源光路径将源光传输到标尺;标尺,沿着测量轴方向延伸,所述标尺包括周期性图案,所述周期性图案包括条,所述条沿着测量轴方向是窄的并且沿着与测量轴方向垂直的Y方向伸长,并且沿测量轴方向周期性排列,所述标尺沿源光路径输入源光并沿标尺光路径输出标尺光;以及光电检测器配置,沿着标尺光路径从标尺接收周期性标尺光图案,所述周期性标尺光图案沿着所述测量轴方向对应于标尺和光电检测器配置之间的相对位移,移位经过光电检测器配置,其中:所述光电检测器配置包括沿着横向于测量轴的方向以空间相位序列布置的N个空间相位检测器的集合,其中N是至少为6的整数,并且空间相位序列包括在沿着横向于测量轴的方向的序列的开始处和结束处的两个外部空间相位检测器以及位于所述两个外部空间相位检测器之间的空间相位检测器的内部组;至少大部分的各个空间相位检测器沿着测量轴方向相对伸长并且沿着垂直于测量轴方向的方向相对较窄,并且包括沿着测量轴方向在空间上周期性的并且对应于该空间相位检测器相对于周期性标尺光图案的各个空间相位被定位的标尺光接收器区域,并且被配置为提供各个空间相位检测器信号;和内部组中的每一个空间相位检测器在空间相位序列中在具有与所述空间相位检测器不同并且彼此不同的各个空间相位的空间相位检测器之前和之后。...

【技术特征摘要】
2017.06.29 US 15/637,7501.一种用于提供位移信号的抗污染和缺陷光学编码器配置,包括:照明部分,沿着源光路径将源光传输到标尺;标尺,沿着测量轴方向延伸,所述标尺包括周期性图案,所述周期性图案包括条,所述条沿着测量轴方向是窄的并且沿着与测量轴方向垂直的Y方向伸长,并且沿测量轴方向周期性排列,所述标尺沿源光路径输入源光并沿标尺光路径输出标尺光;以及光电检测器配置,沿着标尺光路径从标尺接收周期性标尺光图案,所述周期性标尺光图案沿着所述测量轴方向对应于标尺和光电检测器配置之间的相对位移,移位经过光电检测器配置,其中:所述光电检测器配置包括沿着横向于测量轴的方向以空间相位序列布置的N个空间相位检测器的集合,其中N是至少为6的整数,并且空间相位序列包括在沿着横向于测量轴的方向的序列的开始处和结束处的两个外部空间相位检测器以及位于所述两个外部空间相位检测器之间的空间相位检测器的内部组;至少大部分的各个空间相位检测器沿着测量轴方向相对伸长并且沿着垂直于测量轴方向的方向相对较窄,并且包括沿着测量轴方向在空间上周期性的并且对应于该空间相位检测器相对于周期性标尺光图案的各个空间相位被定位的标尺光接收器区域,并且被配置为提供各个空间相位检测器信号;和内部组中的每一个空间相位检测器在空间相位序列中在具有与所述空间相位检测器不同并且彼此不同的各个空间相位的空间相位检测器之前和之后。2.根据权利要求1所述的抗污染和缺陷光学编码器配置,其中,所述N个空间相位光电检测器的集合包括空间相位检测器的至少M个子集,其中M是至少为2的整数,并且其中M个子集中的每一个包括空间相位检测器,所述空间相位检测器提供包括在N个空间相位光电检测器的集合中的各个空间相位的每一个。3.根据权利要求2所述的抗污染和缺陷光学编码器配置,其中,所述空间相位检测器的M个子集中的每一个包括空间相位检测器,所述空间相位检测器提供布置在相同的子集空间相位序列中的相同的各个空间相位...

【专利技术属性】
技术研发人员:JD托比亚森木村彰秀平田州
申请(专利权)人:株式会社三丰
类型:发明
国别省市:日本,JP

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