[发明专利]用于提供位移信号的抗污染和缺陷的旋转光学编码器构造

说明书

提供了一种用于提供位移信号的抗污染和缺陷的旋转光学编码器构造，其包括旋转标尺、照明源和光检测器构造。照明源构造为在第一照明区域处将准直光输出到标尺，该光随后在第二照明区域处输出至标尺，标尺从该第二照明区域输出形成检测器条纹图案的标尺光，该检测器条纹图案包括周期性的高强度带和低强度带，其沿旋转测量方向在相对较长的尺寸上延伸，并且沿横向于旋转测量方向的检测到的条纹运动方向相对较窄且呈周期性。随着标尺光栅沿旋转测量方向移位，高强度带和低强度带沿检测到的条纹运动方向移动。光检测器构造被构造为检测高强度带和低强度带的位移，并且提供指示该旋转标尺位移的相应的空间相位位移信号。

相关申请的交叉引用

本申请是2018年3月30日提交的名称为“CONTAMINATION AND DEFECT RESISTANTOPTICAL ENCODER CONFIGURATION FOR PROVIDING DISPLACEMENT SIGNALS”的美国专利申请序列号15/942,135的部分继续申请，该专利申请是2017年12月29日提交的名称为“CONTAMINATION AND DEFECT RESISTANT OPTICAL ENCODER CONFIGURATION FORPROVIDING DISPLACEMENT SIGNALS”的美国专利申请序列号15/858,218的部分继续申请；该专利申请是2017年9月12日提交的名称为“CONTAMINATION AND DEFECT RESISTANTOPTICAL ENCODER CONFIGURATION FOR PROVIDING DISPLACEMENT SIGNALS”的美国专利申请序列号15/702,520的部分继续申请；该专利申请是2017年6月29日提交的名称为“CONTAMINATION AND DEFECT RESISTANT OPTICAL ENCODER CONFIGURATION FORPROVIDING DISPLACEMENT SIGNALS”的美国专利申请序列号15/637,750的部分继续申请，它们的公开内容通过引用被整体并入本文。

技术领域

本发明总体上涉及精密位置或位移测量仪器，更具体地，涉及具有信号处理的编码器构造，该编码器构造能够抵抗可与标尺的被污染或有缺陷的部分相关联的误差。

背景技术

光学位置编码器确定读取头相对于包括由读取头检测的图案的标尺的位移。通常，位置编码器使用包括具有周期性图案的至少一个标尺轨道的标尺，并且，从所述标尺轨道产生的信号作为读取头沿标尺轨道的位置或位移的函数是周期性的。绝对型位置编码器可使用多个标尺轨道，以提供在沿绝对标尺的每个位置处的信号的独一组合。

光学编码器可以使用增量式或绝对式位置标尺结构。增量式位置标尺结构允许通过累积从沿标尺的起始点开始的位移增量单元而确定读取头相对于标尺的位移。这样的编码器可适用于特定的应用，特别是线路电源可用的应用。在低功耗应用(例如，电池供电的测量计等)中，更加期望使用绝对式位置标尺结构。绝对式位置标尺结构在沿标尺的每个位置处提供独一的输出信号或信号的组合，并因此允许各种节能方案。美国专利第3,882,482、5,965,879、5,279,044、5,886,519、5,237,391、5,442,166、4,964,727、4,414,754、4,109,389、5,773,820和5,010,655号公开了与绝对式位置编码器相关的各种编码器构造和/或信号处理技术，其全部内容通过引用合并于此。

一些编码器构造通过在编码器构造的照明部分中使用照明源光衍射光栅实现了一些优点。美国专利第8,941,052、9,018,578、9,029,757和9,080,899号公开了这样的编码器构造，其每一个通过引用整体合并于此。这些专利中公开的一些构造还可特征在于使用超分辨率莫尔(moiré)成像。