[发明专利]一种用于提供位移信号的抗污染和缺陷的光学编码器

权利要求书

1.一种用于提供位移信号的抗污染和缺陷的光学编码器，包括：

标尺，沿着测量轴方向延伸，所述标尺包括标尺光栅，所述标尺光栅包括布置在标称平行于测量轴方向的标尺平面中的光栅条，其中，所述光栅条沿着测量轴方向是窄的并且沿着横向于测量轴方向的光栅条方向伸长，并且沿测量轴方向以标尺间距P_SF周期性地布置；

照明源，包括输出光的光源和被配置为输入光并且将结构化照明输出到标尺平面处的照明区域的结构化照明产生部分，其中结构化照明包括照明条纹图案，所述照明条纹图案包括沿测量轴方向是窄的并且沿着照明条纹方向伸长的条纹，该照明条纹方向以相对于光栅条方向的非零照明条纹偏转角横向于测量轴方向；以及

光电检测器配置，包括N个空间相位检测器的集合，沿着横向于测量轴方向的检测到的条纹运动方向周期性地以检测器间距PD布置，其中，N是至少为6的整数，并且其中，每个空间相位检测器被配置为提供各自的空间相位检测器信号，并且至少大部分的各个空间相位检测器沿着测量轴方向在相对较长的尺寸上延伸，并且沿着横向于测量轴的检测到的条纹运动方向相对较窄，并且N个空间相位检测器的集合沿着检测到的条纹运动方向在空间相位序列中布置；

其中：

所述标尺光栅被配置为在照明区域处输入照明条纹图案并且输出在光电检测器配置处形成条纹图案的标尺光，所述标尺光的条纹图案包括周期性高强度带和低强度带，所述周期性高强度带和低强度带沿着测量轴方向在相对较长的尺寸上延伸，并且沿着横向于测量轴方向的检测到的条纹运动方向相对窄且周期性地具有检测到的条纹周期PDF；

所述检测到的条纹周期PDF和横向于测量轴方向的检测到的条纹运动方向至少部分取决于非零照明条纹偏转角；

当标尺光栅沿测量轴方向位移时，所述高强度带和所述低强度带沿着横向于测量轴方向的检测到的条纹运动方向移动；并且

所述光电检测器配置被配置为检测沿着横向于测量轴方向的检测到的条纹运动方向的高强度带和低强度带的位移，并提供指示标尺位移的各个空间相位位移信号。

2.根据权利要求1所述的抗污染和缺陷的光学编码器，其中，所述结构化照明产生部分包括第一照明源光衍射光栅和第二照明源光衍射光栅。

3.根据权利要求2所述的抗污染和缺陷的光学编码器，其中，所述第一照明源光衍射光栅和所述第二照明源光衍射光栅是相位光栅。

4.根据权利要求1所述的抗污染和缺陷的光学编码器，其中：

空间相位检测器沿着检测到的条纹运动方向在空间相位序列中布置，其中空间相位序列包括在沿着横向于测量轴的方向的检测到的条纹运动方向的空间相位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；

每个空间相位检测器包括标尺光接收器区域，所述标尺光接收器区域沿着检测到的条纹运动方向具有空间周期性，并且与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相对应地被定位；并且

在内部组中，每一个空间相位检测器具有与空间相位序列中前一个或后一个空间相位检测器不同的空间相位，并且前一个空间相位检测器和后一个空间相位检测器具有彼此不同的空间相位。

5.根据权利要求4所述的抗污染和缺陷的光学编码器，其中，N个空间相位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个空间相位检测器的集合中的各个空间相位的每一个。

6.根据权利要求4所述的抗污染和缺陷的光学编码器，其中，光电检测器配置包括连接，所述连接被配置为组合与相同的各个空间相位相对应的空间相位检测器信号并将每一个这样的组合输出为各个空间相位位置信号。

7.根据权利要求4所述的抗污染和缺陷的光学编码器，其中，N个空间相位检测器中的每一个包括由空间相位掩模覆盖的光电检测器，所述空间相位掩模除了通过包括在空间相位掩模中的开口之外，阻挡光电检测器接收周期性标尺光图案，所述标尺光接收器区域包括通过空间相位掩模中的开口而暴露的光电检测器的区域。