專利名稱：具有用于諧波抑制的傾斜光探測器元件的光學(xué)編碼器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光位置編碼器領(lǐng)域，并且更具體地，涉及釆用用于抑 制出現(xiàn)在編碼器內(nèi)的周期性光學(xué)干涉圖案中的不期望的諧波分量的技術(shù) 的光位置編碼器。
背景技術(shù)：
一種通常類型的光位置編碼器采用相干光源；相對于光源可活 動的衍射光柵；和探測器，用于采樣由衍射光柵衍射的來自光源的光產(chǎn) 生的干涉條紋的圖案。當(dāng)光柵隨著其位置正進行測量的物體運動時，干 涉條紋的圖案具有成比例量的明顯運動。該探測器在足夠數(shù)目的位置處 采樣圖案，以產(chǎn)生干涉條紋的空間相位的估計，其可容易地轉(zhuǎn)換成物體 的位置的估計。在一種普通結(jié)構(gòu)中，光學(xué)編碼器釆用所謂的"四槽(four-bin)"采樣和處理方法。假設(shè)條紋圖案沿運動方向的分量實質(zhì)為正 弦，其至少對于第一級近似是精確的。該探測器包括一組或更多組四個 分離單元，并且每個組的元件彼此以90度偏置布置。對分離180度的 兩個元件的輸出進行組合以得出表示條紋圖案的相位角的"正弦"值。 類似地，對其它兩個元件的輸出進行組合以得出表示相位角的"余弦" 值。然后，該位置估計得出作為與正弦和余弦值的比率的反正切成比例 的值。存在能夠采用的多種變體，包括采用諸如三槽或六槽采樣的其它 采樣結(jié)構(gòu)的變體。在衍射光學(xué)編碼器中，該條紋圖案優(yōu)選地為盡可能的正弦形狀， 以避免當(dāng)這種假設(shè)無效時必定出現(xiàn)的位置估計中的誤差。可能存在許多 噪聲源或其它信號分量，從理想正弦特征失真條紋圖案。 一種特別的問 題在于諧波失真，即出現(xiàn)其頻率為條紋圖案的基頻整數(shù)倍的周期分量。編碼器中的光柵與/或其它光學(xué)部件的特征可引入能夠?qū)е挛恢霉烙嬚`差的不期望的諧波失真。例如，釆用所謂Talbot效應(yīng)的編碼器可具有 許多衍射級，其在探測器處干涉以產(chǎn)生具有多諧波分量的復(fù)雜條紋圖 案。在許多情況中，在干涉條紋圖案中出現(xiàn)的任何諧波失真在接收探 測器輸出的信號處理器中進行濾波。雖然這種方式可能適合用于一些應(yīng) 用，而在其它應(yīng)用中則是困難的或不可能的。在其它困難中，這種濾波 可能需要不期望的大量處理資源，這能夠?qū)е略黾拥某杀竞推渌秉c。已知釆用特殊設(shè)計的探測器，所述探測器趨向于對干涉條紋圖案 的特定諧波分量更小的敏感性。例如，Thorburn等人的美國專利申請 公開2003/0047673A1示出了一種諧波抑制光學(xué)探測器，其中選擇各 個光學(xué)探測器元件的形狀、尺寸和位置，使得減小了諸如三階諧波之類 的特定諧波的級。特別地，Thorburn等人公開的應(yīng)用教授了用于第三 階諧波的探測器，其中矩形探測器元件的寬度等亍第三階諧波的空間 周期的T/3。結(jié)果，該探測器元件對干涉圖案的這種特定分量不敏感， 并且與基本分量的幅度相比，探測器輸出信號中的這種分量的幅度極 低。該探測器元件設(shè)置為使得能夠執(zhí)行四槽處理。美國專利6,018,881示出了一種磁性位置測量系統(tǒng)，采用通過對 第三階諧波進行濾波的抑磁(MR)探測器的傾斜結(jié)構(gòu)。該濾波減小了由 MR元件的高非線性響應(yīng)導(dǎo)致的失真，其主要由于所謂的"飽和區(qū)域" 中的操作。發(fā)明內(nèi)容雖然釆用諸如在Thorburn等人發(fā)布的申請中所示的諧波抑制光測 器陣列的編碼器能夠?qū)崿F(xiàn)對不期望諧波分量的良好抑制，它們可能不適 合所有應(yīng)用。在許多情況中，最關(guān)注的諧振分量是第三階分量，因為其 幅度可能實質(zhì)比諸如5th、 7'h等的更高階奇數(shù)諧波更大。然而，對具有 寬度T/3的探測器元件的需要一定程度上與四槽釆樣方法不一致。在條 形圖案的一個周期內(nèi)不可能并排布置四個探測器元件，并且每個具有 T/3的寬度。在Thorburn等人發(fā)布的申請中，釆用交替布置，其中通常涉及采用適合的相位偏置，分布自關(guān)于條形圖案的多個周期的一組 的探測器元件。在己知的交替方案中，每組的元件沿垂直于標(biāo)尺的運動 方向的方向分離，以便例如僅兩個寬度T/3的元件并排布置。雖然在 四槽采樣范圍內(nèi)，這些布置用于提供采用相對寬的探測器元件，它們可 具有阻礙其用于任何特殊的編碼器中的其它缺點。在當(dāng)前公開中，示出了獨立于其寬度表現(xiàn)出諧波抑制的光學(xué)探測 器。該公開的光學(xué)探測器采用相對于干涉條紋的傾斜方位，用于空間積 分不期望的諧波分量，并且從而抑制其對探測器輸出的貢獻。結(jié)果，探 測器能夠采用更靈活的方式布置，以便容易釆用四槽采樣方案。特別地，公開的光學(xué)編碼器通常包括:光束源；和設(shè)置用于相對于 光束運動的光柵。該光柵結(jié)合光束操作，以在探測器處產(chǎn)生干涉條紋的 空間圖案，所述干涉條紋圖案包括不期望的諧波分量。該編碼器還包括 在探測器位置處的光探測器，所述光探測器包括多個通常伸長的探測器 元件，操作探測器元件以便以沿所述光柵的運動方向在空間上隔開的位 置處對干涉條紋圖案進行采樣。每個探測器元件實質(zhì)包括一個或多個傾 斜段，并且每個傾斜段沿光柵的運動方向傾斜不期望的諧波分量周期的 整數(shù)倍，以對不期望的諧波分量進行空間積分，并且從而實質(zhì)抑制所述 諧波分量對光探測器的輸出的貢獻。在更具體的實施例中，光學(xué)編碼器采用實質(zhì)彼此平行的多個伸長 的矩形探測器元件。這些編碼器的子類型型包括探測器，其中探測器 元件成矩形陣列布置，整個矩形陣列相對于光柵的運動方向旋轉(zhuǎn)以便將 探測器元件設(shè)置成傾斜。其它子類型包括探測器，其中探測器元件沿 光柵的運動方向并排布置，以形成非矩形平行四邊形。在其它實施例中，所公開的光學(xué)編碼器通常包括探測器，其中 每個探測器元件本身包括多個伸長的矩形段。在一個子類型中，該段以 粗略類似理發(fā)店招牌的方式彼此平行布置。在另一子類型中，該段被布 置成兩個不平行組。兩個組還能夠以交替的方式布置，以便將每個探測 器元件設(shè)置成之字型或人字型形狀。還能夠采用探測器，所述探測器包括傾斜特性(為減小一個諧 波)和寬度特性，用于減小或者相同的諧波或不同的諧波，通常更高頻率的諧波。從而，例如探測器元件可傾斜等于T/3的量，其是第三階諧 波的周期，并且具有T/5的寬度，用于抑制5"階諧波。所公開的光學(xué)編碼器實現(xiàn)的其它優(yōu)點包括在操作期間改進的對準(zhǔn) 容限和更大的污染容限。這些優(yōu)點部分地源于延伸經(jīng)過多個周期的光學(xué) 探測器的"之字型"或重復(fù)"人字型"形狀。該圖案提供了對圍繞探測 器軸的旋轉(zhuǎn)未對準(zhǔn)的相對較大的范圍，有效對諧波進行濾波。此外，因 為重復(fù)形狀的自然容余，甚至在存在可能阻塞一些段的少量污物的情況 中，探測器也能夠有效操作。附困說明從下述如附圖中所示的本發(fā)明的典型實施例的更詳細描述，本發(fā) 明的前述和其它目的、特性以及優(yōu)點將會變得明顯，其中在不同視圖 中，類似標(biāo)號表示相同的部件。附圖不一定成比例，重點在于說明本發(fā) 明的實施例、原理和概念。

圖1是根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)編碼器的示意圖；圖2是如本領(lǐng)域已知的光學(xué)編碼器中出現(xiàn)的光信號的波形圖；以及圖3-10是示出了圖1的光學(xué)編碼器中的光探測器的可選實施例的圖。
具體實施方式
在圖1中，傳感器裝置10安裝作為反射衍射光學(xué)編碼器的一部 分。光源12照射其上已產(chǎn)生周期性反射衍射光柵16的標(biāo)尺14。自光 源12的光從標(biāo)尺14反射性地衍射至傳感器裝置10，其在所示實施例 中包括光學(xué)探測器18。該衍射光柵16產(chǎn)生彼此干涉的多級衍射光，以 在探測器18上形成光學(xué)條紋圖案(未示出)。來自探測器18的樣本發(fā) 送到計算每個樣本的條紋相位的電子處理器20。該條紋圖案理想地特征為周期P正弦。概念上，當(dāng)標(biāo)尺14沿由直 線22指示的方向相對于探測器18側(cè)向運動時，條紋圖案在探測器18 的表面上運動成比例的距離。條紋圖案的相位變化的準(zhǔn)確測量值是標(biāo)尺14運動的成比例測量值。如上所述，由于許多原因出現(xiàn)，測量誤差可 能會上升，包括在條紋圖案中存在不期望的諧波分量。如在下面更詳細 地描述，探測器18配置為以下方式有助于抑制對于配置給處理器20 的探測器輸出的這種不期望的諧波分量。為了方便參照，示出了一組坐標(biāo)軸24以表示所關(guān)注的方向。運動 方向22沿X軸。該標(biāo)尺14位于沿X和Y方向延伸的平面中，光柵16 的各個元件沿Y方向延伸。該標(biāo)尺14和傳感器設(shè)備沿.Z方向分離。應(yīng) 該認(rèn)識到在探測器18上入射的干涉條紋圖案沿X和Y方向延伸，具 有沿X方向的光柵產(chǎn)生的強度變化。圖2示出了采用有些夸大形式的目前公開的諧波抑制技術(shù)解決的 問題。圖2(a)示出了一部分干涉條紋圖案的實例強度曲線。該圖案具 有如期望的確定周期T，但它也示出了實質(zhì)上的諧波失真。圖2(b)和 2(c)分別示出了這種波形的基波和第三階諧波，第三階諧波的周期指表 示為T/3。為了當(dāng)前描述的目的，省略了其它諧波。然而，應(yīng)該指出 偶數(shù)階諧波在如下所述四級釆樣結(jié)構(gòu)中以及在其它釆樣方案中得到內(nèi)在 抑制。因此，通常是這樣的情況抑制奇數(shù)階諧波是在光學(xué)編碼器的設(shè) 計中仍將解決的問題。這里公開的技術(shù)適用于其它奇數(shù)階諧波，如果需 要可應(yīng)用于偶數(shù)階諧波。此外，如果期望，這里公開的技術(shù)也可與其它 諧波抑制技術(shù)組合，以抑制多諧波分量。圖3示出了實現(xiàn)抑制入射干涉條紋圖案中的第三階諧波分量的第 —探測器18-1。該探測器18-1包括并排布置的多個伸長矩形光敏探測 器元件26 (諸如光電二極管)。整個陣列具有矩形形狀，并且旋轉(zhuǎn)使 得該探測器元件26以相對于沿X方向表示干涉條紋圖案的中央央的直 線28呈某一角度傾斜。該探測器18-1通常以沿Y方向的直線28為中 心。所述旋轉(zhuǎn)量使得每個元件26沿X方向傾斜將抑制的諧波的周期， 在這個實例中為T/3。因此，旋轉(zhuǎn)量部分地由探測器元件26的長度確 定。如果探測器元件26相對較長，則需要相對較小的旋轉(zhuǎn)以取得T/3 的期望X方向傾斜。如果探測器元件26相對較短，需要更多的旋轉(zhuǎn)。 應(yīng)該認(rèn)識到探測器18-1能夠在傳感器裝置上如所示定向，具有圍繞 Z軸的法線、非旋轉(zhuǎn)方位。即在這種實施例中，光源12 (圖1)與探測器18-1的中心之間的虛線沿Y軸的方向，并且探測器元件26的陣列相 對于該直線旋轉(zhuǎn)。可選地，該探測器元件26可平行于該直線，但該直 線本身相對于Y軸傾斜，即整個傳感器裝置10圍繞Z軸略微旋轉(zhuǎn)。在圖3中，探測器元件26采用一致的方式顯示。然而，如在本領(lǐng) 域已知，該探測器元件26可以組織成多個組，其在一個或多個周期內(nèi) 以不同的相位釆樣條紋圖案。例如，通常采用四相位釆樣，其需要探測 器元件在條紋圖案的一個或多個周期中處于0、 90、 180和270度的每 個相位。將來自連續(xù)組的相應(yīng)探測器電學(xué)連接在一起，用于空間平均并 獲得更高強度的輸出信號。為了簡明起見，這種細節(jié)從圖3 (以及剩余 圖)省略。該探測器元件26操作以具有實質(zhì)線性響應(yīng)特征，即其各自的電輸 出與入射光強度線性相關(guān)。因此，應(yīng)該認(rèn)識到元件26的響應(yīng)特征本 身實質(zhì)不會有助于在探測器輸出信號中出現(xiàn)不期望的諧波分量。圖4示出了可選探測器18-2。該探測器元件30如在圖3的探測器 18-1那樣傾斜，但沿直線28并排布置以形成非矩形的平行四邊形形 狀。在探測器18-2中，將傾斜或旋轉(zhuǎn)應(yīng)用于各自探測器元件30，而不 是如在探測器18-1應(yīng)用于整個排列。因此，元件30均停留在干涉條紋 圖案的中央部分中，產(chǎn)生更高的總信號強度。該探測器18-2能夠用于 傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，其中:將光源12與探測器18-2的中心相連的直線平行于Y 軸延伸。--種變體可以是混合形式，其中元件30的傾斜部分通過整 個陣列的旋轉(zhuǎn)(即，傳感器10的旋轉(zhuǎn))并部分通過傾斜傳感器10上的 各個探測器元件完成。圖5示出了第三可選探測器18-3，其中每個探測器元件32包括 布置在中心線28上方和下方的多個分開的段34(如所示34-1和34-2)。針對給定的受關(guān)注諧波，更短的段34能夠提供比圖3和圖4的單 段元件26和30更大的傾斜。這能夠提高探測器18-3對于未對準(zhǔn)的容 限。應(yīng)該認(rèn)識到每個探測器元件32的段34-1和34-2電連接在一 起，或者對其輸出求和以形成各個元件32的輸出。圖6示出了一般原理，據(jù)此這里公開的探測器(諸如上述探測器 18-1、 18-2和18-3)用于抑制出現(xiàn)在干涉條紋圖案中諧波分量的貢獻。在圖6中示出了探測器元件26和表示在兩個任意相位的干涉條紋圖案 的第三階諧波分量的曲線。如所示，沿X方向，光強度的圖案實質(zhì)為正 弦圖案。沿Y方向，光強度實質(zhì)均勻。諸如元件26的探測器元件能夠 視為對在其表面區(qū)域上入射光強度的圖案進行空間積分。相對于入射光 圖案的基波和其它分量，當(dāng)在操作期間出現(xiàn)標(biāo)尺12與傳感器裝置10之 間的相對運動時，該空間積分產(chǎn)生隨所述相對運動變化的值。然而，相 對于第三階諧波分量，探測器元件的輸出保持恒定，盡管隨著標(biāo)尺12 運動該分量的相位變化。在圖6中示出了該分量的兩個任意相位。不考 慮相位，第三階諧波的一個周期的積分為等于平均值的恒量。因為探測 器元件確切地沿X方向延伸第三階諧波的一個周期，不管光圖案的相 位，光強度圖案的第三階諧波分量的輸出實質(zhì)恒定，并且因此能夠通過 處理器20內(nèi)的適合處理濾波出來。圖7示出了--部分可選實施例，其中探測器元件36由多個分開 的傾斜段組成，諸如在所關(guān)注諧波的給定周期內(nèi)設(shè)置的段38-1和38-2。在所示實施例中，段38-2延伸經(jīng)過諧波周期的近似2/3，并且段 38-1延伸經(jīng)過周期的剩余1/3。應(yīng)該認(rèn)識到該段38電連接在一起或 者進行求和，并且其求和的輸出將按照于單一傾斜元伸.26等效的方式 反映諧波的空間積分。圖8示出了另一可選實施例，其中探測器元件40由傾斜段42-1 和42-2組成，類似于圖7的段38-1和38-2，除了段42-1和42-2處 于與所關(guān)注的諧波的不同周期中。如果兩段42-1和42-2在由來自光源 12的光均勻照亮的區(qū)域中(圖1)，則探測器元件40采用與圖6的元 件26實質(zhì)相同的方式類似地起作用。圖9示出了第四可選探測器18-4。探測器18-4的每個元件44包 括沿相反的方向傾斜的交替段46-1和46-2，產(chǎn)生多-周期"之字型" 或"人字型"形狀。每個段46-1單向沿X方向傾斜所關(guān)注的諧波周 期，諸如所示T/3，同時每個段46-2沿相反的X方向傾斜相同的量。 應(yīng)該認(rèn)識到每個段46實現(xiàn)了空間積分，并且從而抑制了如上述元件 26、 30、 32、 36和42那樣的第三階諧波。另外，元件44的多-周期人 字形形狀具有相對于那些其它探測器的形狀的至少一個優(yōu)點。例如，當(dāng)釆用諸如18-1、 18-2或18-3的探測器時，由于由離開Y軸方向的元件 的傾斜導(dǎo)致的信號調(diào)制的減小，來自基波分量的信號強度消失。如果探 測器圍繞Z軸旋轉(zhuǎn)使得該元件與Y軸對準(zhǔn)，這種信號強度能夠得以改 進。這種旋轉(zhuǎn)將趨向于使這些探測器的諧波抑制特性失效，并且從而從 該觀點不是期望的。然而，在采用這種探測器的編碼器的組裝和調(diào)諧期 間，簡單的裝配器可能錯誤地輕松地設(shè)置這種旋轉(zhuǎn)，更高信號強度對由 例如第三諧波的出現(xiàn)導(dǎo)致的信號質(zhì)量降級是有益和明顯的。這種問題利用探測器18-4得以避免，因為由于段46-1和46-2的 交替方向，它實現(xiàn)了沿相同方向最大信號強度和最大諧波抑制。來自段 46-1的信號強度的任何增加將從沿一個方向的旋轉(zhuǎn)引起，將偏置自段 46-2的相應(yīng)減小，并且反之亦然。在編碼器的組裝和調(diào)諧期間，對離 開這種最佳方位的任何Z軸旋轉(zhuǎn)的靈敏性能夠?qū)嶋H用于輔助對準(zhǔn)傳感器 裝置10。圖10示出了也采用人字型形狀的元件48的可選探測器18-5。交 鋝段50-1和50-2的Y軸間隙比對于探測器18-4的段46-1和46-2的 更大。通常，諸如探測器18-5之類的更高間距的探測器具有平均許多 更小段的優(yōu)點，并且從而對光束照射的不規(guī)則性不敏感。更高間距的探 測器也可具有在關(guān)于編碼對準(zhǔn)方面的優(yōu)點。然而，還可能出現(xiàn)施加實際 限制的困難增加。這些困難包括其中兩個段50-1和50-2相遇處的相當(dāng) 尖的"角"，其在探測器制造過程中可能難以精確產(chǎn)生。另外，更髙間 距的探測器可具有對沿入射光圖案的Y軸分量的任何變化更大或更不敏 感。人字形形狀的這些方面可以影響在任何特定實施例中的間距值的選 擇。在上面描述的探測器中，探測器元件的寬度不會對正抑制的諧波 分量的周期或任何其它諧波分量的周期具有任何必要的關(guān)系。實際上， 通過實現(xiàn)取得所需程度的諧波抑制的具有緊密間隔元件的相對較小的探 測器的設(shè)計，這種與元件寬度的獨立性是非常有利的。然而，可以釆用 探測器元件26的特定寬度，以便獲得額外的諧波抑制。特別地，它可 能優(yōu)選地釆用探測器元件，所述探測器元件具有相對于一個諧波周期X 軸傾斜的量，并且具有關(guān)于更高階諧波周期的X軸寬度。例如，在具有T/3傾斜的探測器18-1到18-5中，其各自寬度能夠被設(shè)置為T/5或 T/7，用于抑制第五階或第七階諧波。利用這種結(jié)構(gòu)，它仍可以在單個 基波周期內(nèi)，安裝四個探測器元件，導(dǎo)致探測器的輪廓中的所需緊湊 性。在可選實施例中，可能期望地使每個元件的寬度等于或大于傾斜 量，例如以使探測器18-1中每個元件的寬度等于T/3的一些倍數(shù)。雖然前述描述是關(guān)于衍射反射編碼器的，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù) 人員很明顯的是所公開的技術(shù)可以采用許多其它典型的編碼器類型。 所公開的技術(shù)通?？捎糜诎ㄏ率龅乃蓄愋偷墓鈱W(xué)編碼器衍射和幾 何編碼器以及基于波紋的編碼器、反射和透射編碼器、具有附加光學(xué)器 件(例如，瞄準(zhǔn)儀、孔徑、衍射束校正器、棱鏡、透鏡、偏振光器件) 的編碼器和沒有這種附加光學(xué)器件(例如Talbot編碼器)的編碼器、 旋轉(zhuǎn)和線性編碼器、采用輔助或中間掩膜的編碼器和采用激光源以外的 LED光源的編碼器。另外，探測器的每個元件的多個段無需具有相同的 長度或彼此平行。重要特征在于探測器元件的傾斜等于所關(guān)注諧波周期 的整數(shù)倍。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)編碼器，包括光束源；設(shè)置用于相對于光束運動的光柵，所述光柵結(jié)合所述光束操作，以在探測器位置處產(chǎn)生干涉條紋的空間圖案，所述干涉條紋圖案包括不期望的諧波分量；以及在探測器位置處的光探測器，所述光探測器包括多個伸長的探測器元件，操作探測器元件以便沿所述光柵的相對運動方向在空間上隔開的位置處對干涉條紋圖案進行采樣，每個探測器元件包括一個或更多個段，每個段在干涉條紋圖案上傾斜不期望的諧波分量的周期的整數(shù)倍，以便按照實質(zhì)抑制所述諧波分量對光探測器的位置相關(guān)輸出的貢獻的方式，對不期望的諧波分量進行空間積分。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)編碼器，其中每個探測器元件包 括一個伸長段，并且其中所述探測器元件的各個段實質(zhì)上彼此平行。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學(xué)編碼器，其中所述探測器元件的段成矩形陣列布置，整個矩形陣列相對于光柵的運動方向旋轉(zhuǎn)以便將探 測器元件的段設(shè)置成傾斜。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學(xué)編碼器，其中所述探測器元件的段采用傾斜并排形式布置，以形成非矩形的平行四邊形。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的光學(xué)編碼器，其中所述平行四邊形相對于光柵的運動方向不旋轉(zhuǎn)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的光學(xué)編碼器，其中所述平行四邊形相抵與光柵的運動方向旋轉(zhuǎn)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)編碼器，其中每個探測器元件包 括多個伸長段。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的光學(xué)編碼器，其中所述每個探測器元 件的所述伸長段彼此平行。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的光學(xué)編碼器，其中每個探測器元件的 所述伸長段包括彼此不平行的多個段。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的光學(xué)編碼器，其中每個探測器元件的 所述伸長段布置成兩個不平行的組。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的光學(xué)編碼器，其中每個探測器元件的 所述伸長段采用交替的方式布置，以便將每個探測器元件設(shè)置成多周期 之字型形狀。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的光學(xué)編碼器，其中每個探測器元件 的伸長段布置成兩個不平行的組。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)編碼器，其中每個伸長探測器元 件具有實質(zhì)小于探測器元件傾斜的量的寬度。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)編碼器，其中不期望的諧波分量 是第一不期望諧波分量；所述干涉條紋圖案包括第二不期望的諧波分 量，并且每個伸長探測器元件具有實質(zhì)等于第二不期望諧波分量周期整粉,立的舍審狄1口 H、J見bc 。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的光學(xué)編碼器，其中第二不期望的諧 波分量具有比第一不期望的諧波分量更高的頻率。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)編碼器，其中每個伸長探測器元 件具有比探測器元件傾斜的量更大的寬度。
17. —種光學(xué)編碼器，包括 光束源；設(shè)置用于相對于光束運動的光柵，所述光柵結(jié)合所述光束操作，以 在探測器位置處產(chǎn)生干涉條紋的空間圖案，所述干涉條紋圖案包括不期望的諧波分量；以及在探測器位置處的光探測器，所述光探測器包括多個伸長的探測 器元件，操作探測器元件以便沿所述光柵的相對運動方向在空間上隔開 的位置處對干涉條紋圖案進行采樣，每個探測器元件包括多個傾斜的不 鄰接段，共同在干涉條紋圖案上延伸不期望的諧波分量的周期的整數(shù) 倍，以便按照實質(zhì)抑制所述諧波分量對光探測器的位置相關(guān)輸出的貢獻 的方式，對不期望的諧波分量進行空間積分。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的光學(xué)編碼器，其中每個探測器元件的所述段位于所述千涉條紋圖案的各個單獨的周期內(nèi)。
19. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的光學(xué)編碼器，其中每個探測器元件 的所述段位于所述干涉條紋圖案的各個不同的周期內(nèi)。
20. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的光學(xué)編碼器，其中每個探測器元件 的所述段是平行的。
21. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的光學(xué)編碼器，其中每個探測器元件 的所述段是不平行的。
22. —種光學(xué)編碼器，包括光束源；設(shè)置用于相對于光束運動的光柵，所述光柵結(jié)合所述光束操作，以 在探測器處產(chǎn)生干涉條紋的空間圖案，所述干涉條紋圖案包括不期望的諧波分量；以及在探測器位置處的光探測器，所述光探測器包括多個伸長的探測 器元件，操作探測器元件以便沿所述光柵的相對運動的方向，在空間上 隔開的位置處對干涉條紋圖案進行采樣，每個探測器元件包括采用交替 方式布置在兩個非平行組中的多個伸長段，以便將每個探測器元件設(shè)置 成多周期的之字型形狀；每個探測器元件的每個段在干涉條紋圖案上傾 斜不期望諧波分量周期的整數(shù)倍，以便按照實質(zhì)抑制所述諧波分量對光 探測器的位置相關(guān)輸出的貢獻的方式，對不期望的諧波分量進行空間積 分。
全文摘要
一種光學(xué)編碼器包括光束源；產(chǎn)生干涉條紋的空間圖案的光柵；以及光學(xué)探測器，包括通常伸長的探測器元件，其沿光柵的運動方向，在空間分離的位置處對干涉條紋圖案進行采樣。每個探測器元件具有一個或多個段，其沿光柵的運動方向傾斜條形圖案的不期望諧波分量的周期的整數(shù)倍，從而對諧波分量進行空間積分，并且抑制其對探測器的輸出的貢獻。一種具體的探測器類型包括圍繞Z軸略微旋轉(zhuǎn)的成矩形陣列的平行伸長矩形元件；另一類型包括布置以形成非矩形的平行四邊形的探測器元件。另一種類型的探測器包括探測器元件，每個具有可布置成兩個不平行組的多個伸長矩形段。兩個組還能夠以交替的方式布置，以便將之字型或人字型形狀傳遞給每個探測器元件。
文檔編號G01B11/02GK101268330SQ200680034293
公開日2008年9月17日 申請日期2006年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月26日
發(fā)明者唐納德·K·邁克爾, 威廉·G·索伯恩 申請人:Gsi集團公司