[發明專利]一種用于提供位移信號的抗污染和缺陷的光學編碼器

有效

• 申請號: 201810695514.1
• 申請日: 2018-06-29
• 公開（公告）號: CN109211285B
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發明（設計）人: J.D.托比亞森;N.拉曼;木村彰秀;平田州
• 申請（專利權）人: 株式會社三豐
• 主分類號: G01D5/26
• 分類號: G01D5/26;G01D5/34;G01D5/38;G01D5/30;G01D3/032;G01B11/02
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 陳金林

1.一種用于提供位移信號的抗污染和缺陷的光學編碼器，包括：

標尺，沿著測量軸方向延伸，所述標尺包括標尺光柵，所述標尺光柵包括布置在標稱平行于測量軸方向的標尺平面中的光柵條，其中，所述光柵條沿著測量軸方向是窄的并且沿著橫向于測量軸方向的光柵條方向伸長，并且沿測量軸方向以標尺間距P_SF周期性地布置；

照明源，包括輸出光的光源和被配置為輸入光并且將結構化照明輸出到標尺平面處的照明區域的結構化照明產生部分，其中結構化照明包括照明條紋圖案，所述照明條紋圖案包括沿測量軸方向是窄的并且沿著照明條紋方向伸長的條紋，該照明條紋方向以相對于光柵條方向的非零照明條紋偏轉角橫向于測量軸方向；以及

光電檢測器配置，包括N個空間相位檢測器的集合，沿著橫向于測量軸方向的檢測到的條紋運動方向周期性地以檢測器間距PD布置，其中，N是至少為6的整數，并且其中，每個空間相位檢測器被配置為提供各自的空間相位檢測器信號，并且至少大部分的各個空間相位檢測器沿著測量軸方向在相對較長的尺寸上延伸，并且沿著橫向于測量軸的檢測到的條紋運動方向相對較窄，并且N個空間相位檢測器的集合沿著檢測到的條紋運動方向在空間相位序列中布置；

其中：

所述標尺光柵被配置為在照明區域處輸入照明條紋圖案并且輸出在光電檢測器配置處形成條紋圖案的標尺光，所述標尺光的條紋圖案包括周期性高強度帶和低強度帶，所述周期性高強度帶和低強度帶沿著測量軸方向在相對較長的尺寸上延伸，并且沿著橫向于測量軸方向的檢測到的條紋運動方向相對窄且周期性地具有檢測到的條紋周期PDF；

所述檢測到的條紋周期PDF和橫向于測量軸方向的檢測到的條紋運動方向至少部分取決于非零照明條紋偏轉角；

當標尺光柵沿測量軸方向位移時，所述高強度帶和所述低強度帶沿著橫向于測量軸方向的檢測到的條紋運動方向移動；并且

所述光電檢測器配置被配置為檢測沿著橫向于測量軸方向的檢測到的條紋運動方向的高強度帶和低強度帶的位移，并提供指示標尺位移的各個空間相位位移信號。

2.根據權利要求1所述的抗污染和缺陷的光學編碼器，其中，所述結構化照明產生部分包括第一照明源光衍射光柵和第二照明源光衍射光柵。

3.根據權利要求2所述的抗污染和缺陷的光學編碼器，其中，所述第一照明源光衍射光柵和所述第二照明源光衍射光柵是相位光柵。

4.根據權利要求1所述的抗污染和缺陷的光學編碼器，其中：

空間相位檢測器沿著檢測到的條紋運動方向在空間相位序列中布置，其中空間相位序列包括在沿著橫向于測量軸的方向的檢測到的條紋運動方向的空間相位序列的開始處和結束處的兩個外部空間相位檢測器以及位于所述兩個外部空間相位檢測器之間的空間相位檢測器的內部組；

每個空間相位檢測器包括標尺光接收器區域，所述標尺光接收器區域沿著檢測到的條紋運動方向具有空間周期性，并且與該空間相位檢測器相對于周期性標尺光圖案的各個空間相位相對應地被定位；并且

在內部組中，每一個空間相位檢測器具有與空間相位序列中前一個或后一個空間相位檢測器不同的空間相位，并且前一個空間相位檢測器和后一個空間相位檢測器具有彼此不同的空間相位。

5.根據權利要求4所述的抗污染和缺陷的光學編碼器，其中，N個空間相位檢測器的集合包括空間相位檢測器的至少M個子集，其中M是至少為2的整數，并且其中M個子集中的每一個包括空間相位檢測器，所述空間相位檢測器提供包括在N個空間相位檢測器的集合中的各個空間相位的每一個。

6.根據權利要求4所述的抗污染和缺陷的光學編碼器，其中，光電檢測器配置包括連接，所述連接被配置為組合與相同的各個空間相位相對應的空間相位檢測器信號并將每一個這樣的組合輸出為各個空間相位位置信號。

7.根據權利要求4所述的抗污染和缺陷的光學編碼器，其中，N個空間相位檢測器中的每一個包括由空間相位掩模覆蓋的光電檢測器，所述空間相位掩模除了通過包括在空間相位掩模中的開口之外，阻擋光電檢測器接收周期性標尺光圖案，所述標尺光接收器區域包括通過空間相位掩模中的開口而暴露的光電檢測器的區域。