專利名稱：絕對(duì)位置測(cè)量型編碼器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有合并了絕對(duì)(也稱為ABS)圖案和增量(也稱為INC)圖案的ABS/INC合并圖案的絕對(duì)位置測(cè)量型編碼器，特別是涉及一種不使用高性能的處理電路就能夠以短的運(yùn)算時(shí)間將源于上述ABS/INC合并圖案的受光信號(hào)分離為絕對(duì)圖案信號(hào)和增量圖案信號(hào)的絕對(duì)位置測(cè)量型編碼器。
背景技術(shù)：
申請(qǐng)人:在日本特開2009-2702號(hào)公報(bào)(以下稱為專利文獻(xiàn)I)的第二實(shí)施方式、第 四實(shí)施方式中提出了合并了絕對(duì)圖案和增量圖案的ABS/INC合并圖案的絕對(duì)位置測(cè)量型編碼器。根據(jù)該ABS/INC合并圖案，能夠一個(gè)圖案兼具絕對(duì)圖案和增量圖案兩種信息，能夠使標(biāo)尺的寬度變窄。然而，ABS/INC合并圖案具有絕對(duì)圖案信號(hào)和增量圖案信號(hào)這兩種信息，因此為了分離這些信息而伴隨煩雜的分析，因此具有導(dǎo)致需要高性能的處理電路、或者需要長(zhǎng)的運(yùn)算時(shí)間這樣的問(wèn)題點(diǎn)。例如在專利文獻(xiàn)I中，如與圖8相對(duì)應(yīng)的圖I所示，使用低通濾波器從受光信號(hào)(圖8的(B))中分離出絕對(duì)圖案信號(hào)(圖I的(C))，但是當(dāng)使用低通濾波器時(shí)，信號(hào)處理費(fèi)時(shí)，無(wú)法高速進(jìn)行處理。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的問(wèn)題本發(fā)明是為了解決上述以往的問(wèn)題點(diǎn)而完成的，其目的在于，不使用高性能的處理電路就能夠高速地進(jìn)行從ABS/INC合并圖案中分離出絕對(duì)圖案信號(hào)和增量圖案信號(hào)。用于解決問(wèn)題的方案本發(fā)明是一種絕對(duì)位置測(cè)量型編碼器，具有合并了絕對(duì)圖案和增量圖案的絕對(duì)增量(ABS/INC)合并圖案，該絕對(duì)位置測(cè)量型編碼器具備攝像光學(xué)系統(tǒng)，其設(shè)計(jì)成使源于上述絕對(duì)圖案的明暗信號(hào)和源于上述增量圖案的明暗信號(hào)之間產(chǎn)生幅值差；以及信號(hào)處理系統(tǒng)，其使用上述幅值差將源于上述ABS/INC合并圖案的受光信號(hào)分離成絕對(duì)圖案信號(hào)和增量圖案信號(hào)，由此來(lái)解決上述問(wèn)題。這里，能夠?qū)⑸鲜鼋^對(duì)增量合并圖案設(shè)為在配置了偽隨機(jī)圖案的絕對(duì)圖案的位置處配置規(guī)定間距P11C的增量圖案來(lái)將絕對(duì)圖案和增量圖案合并為一個(gè)軌道的圖案。另外，能夠設(shè)為上述攝像光學(xué)系統(tǒng)包括透鏡，該透鏡設(shè)計(jì)有MTF(ModulationTransfer Function :調(diào)制傳遞函數(shù))曲線，使得源于絕對(duì)圖案的明暗信號(hào)和源于增量圖案的明暗信號(hào)之間產(chǎn)生幅值差。另外，能夠?qū)⑸鲜鐾哥R設(shè)為具有如下的MTF曲線，即對(duì)于粗的絕對(duì)圖案該MTF曲線的幅值(對(duì)比度)大而對(duì)于細(xì)的增量圖案該MTF曲線的幅值(對(duì)比度)小。另外，能夠設(shè)為上述信號(hào)處理系統(tǒng)包括A/D轉(zhuǎn)換器，該A/D轉(zhuǎn)換器將上述受光信號(hào)轉(zhuǎn)換為多值的數(shù)字信號(hào)。另外，能夠設(shè)為通過(guò)利用上述幅值差確定閾值并進(jìn)行二值化來(lái)分離上述受光信號(hào)。另外，能夠通過(guò)將上述閾值設(shè)為源于上述絕對(duì)圖案的明暗信號(hào)的最小值和源于上述增量圖案的明暗信號(hào)的最小值的中間值進(jìn)行二值化，來(lái)分離出絕對(duì)圖案信號(hào)?；蛘撸軌蛲ㄟ^(guò)將上述閾值設(shè)為源于上述增量圖案的明暗信號(hào)的最大值和源于上述絕對(duì)圖案的明暗信號(hào)的最大值的中間值進(jìn)行二值化，來(lái)分離出絕對(duì)圖案信號(hào)。另外，能夠通過(guò)將上述閾值設(shè)為源于上述增量圖案的明暗信號(hào)的最小值和最大值 的中間值進(jìn)行二值化，來(lái)分離出增量圖案信號(hào)。另外，上述信號(hào)處理系統(tǒng)能夠具備絕對(duì)位置檢測(cè)電路，其處理源于上述絕對(duì)圖案的明暗信號(hào)來(lái)檢測(cè)絕對(duì)位置；相對(duì)位置檢測(cè)電路，其處理上述增量圖案信號(hào)來(lái)檢測(cè)相對(duì)位置；以及絕對(duì)位置合成電路，其合成上述絕對(duì)位置檢測(cè)電路的輸出和上述相對(duì)位置檢測(cè)電路的輸出，來(lái)輸出根據(jù)相對(duì)位置進(jìn)行插值所得到的絕對(duì)位置信號(hào)。另外，上述絕對(duì)位置測(cè)量型編碼器是圖案的信號(hào)成分為標(biāo)尺上的暗部且光源和透鏡相對(duì)于標(biāo)尺配置在同一側(cè)的反射型編碼器。另外，上述絕對(duì)位置測(cè)量型編碼器是圖案的明部為信號(hào)成分且光源相對(duì)于標(biāo)尺配置在透鏡的相反側(cè)的透射型編碼器。根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)使用恰當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)的攝像光學(xué)系統(tǒng)拍攝ABS/INC合并圖案，能夠確定絕對(duì)圖案的閾值和增量圖案的閾值。因而，如果能夠根據(jù)導(dǎo)出的該閾值進(jìn)行二值化，則能夠容易且迅速地分離出絕對(duì)圖案信號(hào)、增量圖案信號(hào)這兩個(gè)圖案信號(hào)。在該方法中，不帶煩雜的運(yùn)算，因此不需要高性能的處理電路，還能夠縮短運(yùn)算時(shí)間。從以下優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述中本發(fā)明的這些以及其他新穎特征、效果是顯而易見(jiàn)的。


以下將參考附圖來(lái)說(shuō)明這些優(yōu)選實(shí)施例，其中在這些附圖中，以相同的附圖標(biāo)記來(lái)表示相同的元件，其中圖I是表示專利文獻(xiàn)所述的現(xiàn)有技術(shù)的概要的時(shí)序圖。圖2是表示適用于反射型的本發(fā)明所涉及的絕對(duì)位置測(cè)量型編碼器的第一實(shí)施方式的整體結(jié)構(gòu)的截面圖。圖3是表示上述第一實(shí)施方式的ABS/INC合并圖案的俯視圖。圖4是表示上述第一實(shí)施方式的攝像光學(xué)系統(tǒng)的MTF曲線的例子的圖。圖5是表示上述第一實(shí)施方式的源于絕對(duì)圖案的明暗信號(hào)與源于增量圖案的明暗信號(hào)之間的幅值差的例子的圖。圖6是表示使用圖5的幅值差確定的閾值、以及利用該閾值進(jìn)行二值化所獲得的標(biāo)尺圖案信號(hào)的例子的圖。圖7是表示適用于透射型的本發(fā)明所涉及的絕對(duì)位置測(cè)量型編碼器的第二實(shí)施方式的整體結(jié)構(gòu)的截面圖。圖8是表示上述第一實(shí)施方式的源于絕對(duì)圖案的明暗信號(hào)與源于增量圖案的明暗信號(hào)的幅值差之間的例子的圖。圖9表示使用圖7的幅值差確定的閾值、以及利用該閾值進(jìn)行二值化所獲得的標(biāo)尺圖案信號(hào)的例子的圖。
具體實(shí)施例方式下面參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)描述。本發(fā)明的第一實(shí)施方式中，將本發(fā)明應(yīng)用于如圖2中表示整體結(jié)構(gòu)那樣例如反射型且圖案的信號(hào)成分為標(biāo)尺上的暗部的絕對(duì)位置測(cè)量型編碼器，該絕對(duì)位置測(cè)量型編碼器具備光源10 ;標(biāo)尺12，其具有照射來(lái)自該光源10的光的反射型的ABS/INC合并圖案12C ；透鏡14,其設(shè)計(jì)有MTF(Modulation Transfer Function :調(diào)制傳遞函數(shù))曲線，使得源于絕對(duì)圖案的明暗信號(hào)與源于增量圖案的明暗信號(hào)之間產(chǎn)生幅值差；受光元件(例如光電二極·管陣列)16，其通過(guò)該透鏡14接收來(lái)自上述標(biāo)尺12的反射光；A/D轉(zhuǎn)換器18，其將該受光元件16的輸出的明暗信號(hào)轉(zhuǎn)換為多值(例如256值)的數(shù)字信號(hào)；比較器20，其將該A/D轉(zhuǎn)換器18的輸出的明暗等級(jí)信號(hào)與絕對(duì)圖案的閾值Sabs和增量圖案的閾值Siic進(jìn)行比較；絕對(duì)位置檢測(cè)電路22，其處理通過(guò)該比較器20獲得的絕對(duì)(ABS)圖案信號(hào)來(lái)檢測(cè)絕對(duì)位置；相對(duì)位置檢測(cè)電路24，其處理通過(guò)上述比較器20獲得的增量(INC)圖案信號(hào)來(lái)檢測(cè)相對(duì)位置；以及絕對(duì)位置合成電路26，其合成上述絕對(duì)位置檢測(cè)電路22和相對(duì)位置檢測(cè)電路24的輸出，來(lái)輸出根據(jù)相對(duì)位置進(jìn)行插值所得到的絕對(duì)位置信號(hào)。如圖3的(C)所示，通過(guò)在例如圖3的(A)所示那樣配置了偽隨機(jī)圖案的絕對(duì)(ABS)圖案12A的位置上配置如圖3的⑶所示那樣規(guī)定間距Plic的增量(INC)圖案12B，在上述標(biāo)尺12上配置有將ABS圖案12A和INC圖案12B合并為一個(gè)軌道的ABS/INC合并圖案12C。關(guān)于上述透鏡14，如在圖4中以實(shí)線A例示出其MTF曲線(將能夠以何種程度忠實(shí)地再現(xiàn)被攝體所具備的對(duì)比度表述為空間頻率特性)那樣，具有如對(duì)于粗的ABS圖案其幅值(對(duì)比度)大而對(duì)于細(xì)的INC圖案其幅值(對(duì)比度)小那樣的MTF曲線。S卩，通常使用如以虛線B表示那樣的MTF曲線的透鏡使得連細(xì)的INC圖案都獲得高分辨率，與此相對(duì)，在本發(fā)明中，通過(guò)使用如以實(shí)線A表示那樣的MTF曲線的透鏡來(lái)只使INC圖案的幅值變小(降低分辨率)。當(dāng)以這種透鏡14拍攝ABS/INC合并圖案12C時(shí)，獲得的明暗信號(hào)的幅值A(chǔ)如圖5中例示那樣在以間距Pinc配置有圖案(INC圖案)的地方(源于INC圖案的明暗信號(hào))為最小值A(chǔ)=Ainc。另一方面，在沒(méi)有以間距Piic配置有圖案的地方(源于ABS圖案的明暗信號(hào))中幅值為 A=Aabs (>AINC)。S卩，以下關(guān)系成立源于ABS圖案的明暗信號(hào)的最小值A(chǔ)abs_J源于INC圖案的明暗信號(hào)的最小值A(chǔ)1^源于INC圖案的明暗信號(hào)的最大值A(chǔ)inmi〈源于ABS圖案的明暗信號(hào)的最大值
Aabs-H。因而，例如，如圖6所示，通過(guò)利用Ag+與A1K之差將用于分離絕對(duì)圖案的ABS圖案閾值Sabs設(shè)為源于絕對(duì)圖案的明暗信號(hào)的最小值A(chǔ)abs+和源于增量圖案的明暗信號(hào)的最小值A(chǔ)inc-l的中間值Sabs、S卩A紐<Sabs〈A腿進(jìn)行二值化，能夠獲得絕對(duì)圖案信號(hào)。另外，通過(guò)將用于分離增量圖案的INC圖案閾值Sin。設(shè)為源于增量圖案的明暗信號(hào)的最小值A(chǔ)1^和最大值A(chǔ)inmi的中間值、即Am〈SIlc〈AIlc_H進(jìn)行二值化，能夠獲得增量圖案信號(hào)。將這樣獲得的絕對(duì)圖案信號(hào)和增量圖案信號(hào)分別發(fā)送給絕對(duì)位置檢測(cè)電路22和相對(duì)位置檢測(cè)電路24來(lái)獲得絕對(duì)位置信號(hào)和相對(duì)位置信號(hào)，通過(guò)絕對(duì)位置合成電路26對(duì)其進(jìn)行合成，由此能夠利用根據(jù)相對(duì)位置信號(hào)進(jìn)行插值所得到的絕對(duì)位置信號(hào)獲得絕對(duì)位置。此外，絕對(duì)位置檢測(cè)電路22、相對(duì)位置檢測(cè)電路24、絕對(duì)位置合成電路26的結(jié)構(gòu)以及作用與專利文獻(xiàn)I相同，因此省略詳細(xì)的說(shuō)明。另外，能夠通過(guò)例如申請(qǐng)人在日本特開2010-48607號(hào)公報(bào)中公開的正弦波函數(shù)的擬合來(lái)彌補(bǔ)將增量圖案只配置在絕對(duì)圖案位置 所導(dǎo)致的精度下降。
此外，在第一實(shí)施方式中，本發(fā)明應(yīng)用為反射型，圖案的暗部具有信號(hào)成分，但是本發(fā)明的適用對(duì)象不限于此，如圖7所示的第二實(shí)施方式那樣，也能夠同樣地適用于圖案的明部為信號(hào)成分且光源10配置在透鏡14的相反側(cè)的透射型編碼器。在本實(shí)施方式中，源于絕對(duì)圖案的明暗信號(hào)和源于增量圖案的明暗信號(hào)之間的幅值差變成如圖8所示。因而，通過(guò)將用于分離絕對(duì)圖案的閾值Sabs設(shè)為源于增量圖案的明暗信號(hào)的最大值A(chǔ)i1c_h和源于絕對(duì)圖案的明暗信號(hào)的最大值A(chǔ)a^h的中間值、即Ai1c_h〈Sabs〈Aabs_h，能夠如圖9中例示那樣獲得絕對(duì)圖案信號(hào)。此外，關(guān)于分離增量圖案信號(hào)，只要使用與第一實(shí)施方式相同的閾值Sinc即可。關(guān)于其它點(diǎn)與第一實(shí)施方式相同，因此使用相同的附圖標(biāo)記并省略說(shuō)明。此外，在上述實(shí)施方式中，都按照偽隨機(jī)圖案配置了絕對(duì)圖案，但是絕對(duì)圖案的配置不限于此。另外，攝像光學(xué)系統(tǒng)由一片透鏡構(gòu)成，但是攝像光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)也不限于此。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解,表示本發(fā)明的原理的所應(yīng)用的上述實(shí)施例僅是示例性的。本領(lǐng)域的技術(shù)人員在沒(méi)有超出本發(fā)明的宗旨和范圍的情況下可以容易地設(shè)計(jì)多種其它配置。
權(quán)利要求
1.一種絕對(duì)位置測(cè)量型編碼器，具有合并了絕對(duì)圖案和增量圖案的絕對(duì)增量合并圖案，該絕對(duì)位置測(cè)量型編碼器的特征在于，具備 攝像光學(xué)系統(tǒng)，其設(shè)計(jì)成使源于上述絕對(duì)圖案的明暗信號(hào)和源于上述增量圖案的明暗信號(hào)之間產(chǎn)生幅值差；以及 信號(hào)處理系統(tǒng)，其使用上述幅值差將源于上述絕對(duì)增量合并圖案的受光信號(hào)分離成絕對(duì)圖案信號(hào)和增量圖案信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的絕對(duì)位置測(cè)量型編碼器，其特征在于， 上述絕對(duì)增量合并圖案是在配置了偽隨機(jī)圖案的絕對(duì)圖案的位置處配置規(guī)定間距Pinc的增量圖案來(lái)將絕對(duì)圖案和增量圖案合并為一個(gè)軌道而得到的圖案。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的絕對(duì)位置測(cè)量型編碼器，其特征在于， 上述攝像光學(xué)系統(tǒng)包括透鏡，該透鏡設(shè)計(jì)有調(diào)制傳遞函數(shù)曲線即MTF曲線，使得源于絕對(duì)圖案的明暗信號(hào)和源于增量圖案的明暗信號(hào)之間產(chǎn)生幅值差。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的絕對(duì)位置測(cè)量型編碼器，其特征在于， 上述透鏡具有如下的MTF曲線，即對(duì)于粗的絕對(duì)圖案該MTF曲線的幅值大而對(duì)于細(xì)的增量圖案該MTF曲線的幅值小，或者，對(duì)于粗的絕對(duì)圖案該MTF曲線的對(duì)比度大而對(duì)于細(xì)的增量圖案該MTF曲線的對(duì)比度小。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的絕對(duì)位置測(cè)量型編碼器，其特征在于， 上述信號(hào)處理系統(tǒng)包括A/D轉(zhuǎn)換器，該A/D轉(zhuǎn)換器將上述受光信號(hào)轉(zhuǎn)換為多值的數(shù)字信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1飛中的任一項(xiàng)所述的絕對(duì)位置測(cè)量型編碼器，其特征在于， 通過(guò)利用上述幅值差確定閾值并進(jìn)行二值化來(lái)分離上述受光信號(hào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的絕對(duì)位置測(cè)量型編碼器，其特征在于， 通過(guò)將上述閾值設(shè)為源于上述絕對(duì)圖案的明暗信號(hào)的最小值和源于上述增量圖案的明暗信號(hào)的最小值的中間值進(jìn)行二值化，來(lái)分離出絕對(duì)圖案信號(hào)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的絕對(duì)位置測(cè)量型編碼器，其特征在于， 通過(guò)將上述閾值設(shè)為源于上述增量圖案的明暗信號(hào)的最大值和源于上述絕對(duì)圖案的明暗信號(hào)的最大值的中間值進(jìn)行二值化，來(lái)分離出絕對(duì)圖案信號(hào)。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的絕對(duì)位置測(cè)量型編碼器，其特征在于， 通過(guò)將上述閾值設(shè)為源于上述增量圖案的明暗信號(hào)的最小值和最大值的中間值進(jìn)行二值化，來(lái)分離出增量圖案信號(hào)。
10.根據(jù)權(quán)利要求廣9中的任一項(xiàng)所述的絕對(duì)位置測(cè)量型編碼器，其特征在于， 上述信號(hào)處理系統(tǒng)具備 絕對(duì)位置檢測(cè)電路，其處理源于上述絕對(duì)圖案的明暗信號(hào)來(lái)檢測(cè)絕對(duì)位置； 相對(duì)位置檢測(cè)電路，其處理上述增量圖案信號(hào)來(lái)檢測(cè)相對(duì)位置；以及 絕對(duì)位置合成電路，其合成上述絕對(duì)位置檢測(cè)電路的輸出和上述相對(duì)位置檢測(cè)電路的輸出，來(lái)輸出根據(jù)相對(duì)位置進(jìn)行插值所得到的絕對(duì)位置信號(hào)。
11.根據(jù)權(quán)利要求f10中的任一項(xiàng)所述的絕對(duì)位置測(cè)量型編碼器，其特征在于， 上述絕對(duì)位置測(cè)量型編碼器是圖案的信號(hào)成分為標(biāo)尺上的暗部且光源和透鏡相對(duì)于標(biāo)尺配置在同一側(cè)的反射型編碼器。
12.根據(jù)權(quán)利要求f 10中的任一項(xiàng)所述的絕對(duì)位置測(cè)量型編碼器，其特征在于，上述絕對(duì)位置測(cè)量型編碼器是圖案的明部為信號(hào)成分且光源相對(duì)于標(biāo)尺配置在透鏡的相反側(cè)的透射型編碼器。
全文摘要
提供一種絕對(duì)位置測(cè)量型編碼器。在具有合并了絕對(duì)圖案(12A)和增量圖案(12B)的ABS/INC合并圖案(12C)的絕對(duì)位置測(cè)量型編碼器中，具備攝像光學(xué)系統(tǒng)(透鏡14)，其設(shè)計(jì)成使源于上述絕對(duì)圖案(12A)的明暗信號(hào)和源于上述增量圖案(12B)的明暗信號(hào)之間產(chǎn)生幅值差；以及信號(hào)處理系統(tǒng)(比較器20)，其使用上述幅值差將源于上述ABS/INC合并圖案(12C)的受光信號(hào)分離成絕對(duì)圖案信號(hào)和增量圖案信號(hào)。由此，能夠使用簡(jiǎn)單的處理電路高速地從ABS/INC合并圖案分離出絕對(duì)圖案信號(hào)和增量圖案信號(hào)。
文檔編號(hào)G01D5/34GK102967321SQ20121032265
公開日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2012年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月1日
發(fā)明者加藤慶顯 申請(qǐng)人:株式會(huì)社三豐