絕對位置測量型編碼器的製作方法
2023-10-05 02:57:29
專利名稱：絕對位置測量型編碼器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種具有合併了絕對(也稱為ABS)圖案和增量(也稱為INC)圖案的ABS/INC合併圖案的絕對位置測量型編碼器，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算時間將源於上述ABS/INC合併圖案的受光信號分離為絕對圖案信號和增量圖案信號的絕對位置測量型編碼器。
背景技術：
申請人:在日本特開2009-2702號公報(以下稱為專利文獻I)的第二實施方式、第 四實施方式中提出了合併了絕對圖案和增量圖案的ABS/INC合併圖案的絕對位置測量型編碼器。根據該ABS/INC合併圖案，能夠一個圖案兼具絕對圖案和增量圖案兩種信息，能夠使標尺的寬度變窄。然而，ABS/INC合併圖案具有絕對圖案信號和增量圖案信號這兩種信息，因此為了分離這些信息而伴隨煩雜的分析，因此具有導致需要高性能的處理電路、或者需要長的運算時間這樣的問題點。例如在專利文獻I中，如與圖8相對應的圖I所示，使用低通濾波器從受光信號(圖8的(B))中分離出絕對圖案信號(圖I的(C))，但是當使用低通濾波器時，信號處理費時，無法高速進行處理。
發明內容
發明要解決的問題本發明是為了解決上述以往的問題點而完成的，其目的在於，不使用高性能的處理電路就能夠高速地進行從ABS/INC合併圖案中分離出絕對圖案信號和增量圖案信號。用於解決問題的方案本發明是一種絕對位置測量型編碼器，具有合併了絕對圖案和增量圖案的絕對增量(ABS/INC)合併圖案，該絕對位置測量型編碼器具備攝像光學系統，其設計成使源於上述絕對圖案的明暗信號和源於上述增量圖案的明暗信號之間產生幅值差；以及信號處理系統，其使用上述幅值差將源於上述ABS/INC合併圖案的受光信號分離成絕對圖案信號和增量圖案信號，由此來解決上述問題。這裡，能夠將上述絕對增量合併圖案設為在配置了偽隨機圖案的絕對圖案的位置處配置規定間距P11C的增量圖案來將絕對圖案和增量圖案合併為一個軌道的圖案。另外，能夠設為上述攝像光學系統包括透鏡，該透鏡設計有MTF(ModulationTransfer Function :調製傳遞函數)曲線，使得源於絕對圖案的明暗信號和源於增量圖案的明暗信號之間產生幅值差。另外，能夠將上述透鏡設為具有如下的MTF曲線，即對於粗的絕對圖案該MTF曲線的幅值(對比度)大而對於細的增量圖案該MTF曲線的幅值(對比度)小。另外，能夠設為上述信號處理系統包括A/D轉換器，該A/D轉換器將上述受光信號轉換為多值的數位訊號。另外，能夠設為通過利用上述幅值差確定閾值並進行二值化來分離上述受光信號。另外，能夠通過將上述閾值設為源於上述絕對圖案的明暗信號的最小值和源於上述增量圖案的明暗信號的最小值的中間值進行二值化，來分離出絕對圖案信號。或者，能夠通過將上述閾值設為源於上述增量圖案的明暗信號的最大值和源於上述絕對圖案的明暗信號的最大值的中間值進行二值化，來分離出絕對圖案信號。另外，能夠通過將上述閾值設為源於上述增量圖案的明暗信號的最小值和最大值 的中間值進行二值化，來分離出增量圖案信號。另外，上述信號處理系統能夠具備絕對位置檢測電路，其處理源於上述絕對圖案的明暗信號來檢測絕對位置；相對位置檢測電路，其處理上述增量圖案信號來檢測相對位置；以及絕對位置合成電路，其合成上述絕對位置檢測電路的輸出和上述相對位置檢測電路的輸出，來輸出根據相對位置進行插值所得到的絕對位置信號。另外，上述絕對位置測量型編碼器是圖案的信號成分為標尺上的暗部且光源和透鏡相對於標尺配置在同一側的反射型編碼器。另外，上述絕對位置測量型編碼器是圖案的明部為信號成分且光源相對於標尺配置在透鏡的相反側的透射型編碼器。根據本發明，通過使用恰當地設計的攝像光學系統拍攝ABS/INC合併圖案，能夠確定絕對圖案的閾值和增量圖案的閾值。因而，如果能夠根據導出的該閾值進行二值化，則能夠容易且迅速地分離出絕對圖案信號、增量圖案信號這兩個圖案信號。在該方法中，不帶煩雜的運算，因此不需要高性能的處理電路，還能夠縮短運算時間。從以下優選實施例的詳細描述中本發明的這些以及其他新穎特徵、效果是顯而易見的。
以下將參考附圖來說明這些優選實施例，其中在這些附圖中，以相同的附圖標記來表示相同的元件，其中圖I是表示專利文獻所述的現有技術的概要的時序圖。圖2是表示適用於反射型的本發明所涉及的絕對位置測量型編碼器的第一實施方式的整體結構的截面圖。圖3是表示上述第一實施方式的ABS/INC合併圖案的俯視圖。圖4是表示上述第一實施方式的攝像光學系統的MTF曲線的例子的圖。圖5是表示上述第一實施方式的源於絕對圖案的明暗信號與源於增量圖案的明暗信號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、以及利用該閾值進行二值化所獲得的標尺圖案信號的例子的圖。圖7是表示適用於透射型的本發明所涉及的絕對位置測量型編碼器的第二實施方式的整體結構的截面圖。圖8是表示上述第一實施方式的源於絕對圖案的明暗信號與源於增量圖案的明暗信號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、以及利用該閾值進行二值化所獲得的標尺圖案信號的例子的圖。
具體實施例方式下面參照附圖對本發明的實施方式進行詳細描述。本發明的第一實施方式中，將本發明應用於如圖2中表示整體結構那樣例如反射型且圖案的信號成分為標尺上的暗部的絕對位置測量型編碼器，該絕對位置測量型編碼器具備光源10 ;標尺12，其具有照射來自該光源10的光的反射型的ABS/INC合併圖案12C ；透鏡14,其設計有MTF(Modulation Transfer Function :調製傳遞函數)曲線，使得源於絕對圖案的明暗信號與源於增量圖案的明暗信號之間產生幅值差；受光元件(例如光電二極·管陣列)16，其通過該透鏡14接收來自上述標尺12的反射光；A/D轉換器18，其將該受光元件16的輸出的明暗信號轉換為多值(例如256值)的數位訊號；比較器20，其將該A/D轉換器18的輸出的明暗等級信號與絕對圖案的閾值Sabs和增量圖案的閾值Siic進行比較；絕對位置檢測電路22，其處理通過該比較器20獲得的絕對(ABS)圖案信號來檢測絕對位置；相對位置檢測電路24，其處理通過上述比較器20獲得的增量(INC)圖案信號來檢測相對位置；以及絕對位置合成電路26，其合成上述絕對位置檢測電路22和相對位置檢測電路24的輸出，來輸出根據相對位置進行插值所得到的絕對位置信號。如圖3的(C)所示，通過在例如圖3的(A)所示那樣配置了偽隨機圖案的絕對(ABS)圖案12A的位置上配置如圖3的⑶所示那樣規定間距Plic的增量(INC)圖案12B，在上述標尺12上配置有將ABS圖案12A和INC圖案12B合併為一個軌道的ABS/INC合併圖案12C。關於上述透鏡14，如在圖4中以實線A例示出其MTF曲線(將能夠以何種程度忠實地再現被攝體所具備的對比度表述為空間頻率特性)那樣，具有如對於粗的ABS圖案其幅值(對比度)大而對於細的INC圖案其幅值(對比度)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的INC圖案都獲得高解析度，與此相對，在本發明中，通過使用如以實線A表示那樣的MTF曲線的透鏡來只使INC圖案的幅值變小(降低解析度)。當以這種透鏡14拍攝ABS/INC合併圖案12C時，獲得的明暗信號的幅值A如圖5中例示那樣在以間距Pinc配置有圖案(INC圖案)的地方(源於INC圖案的明暗信號)為最小值A=Ainc。另一方面，在沒有以間距Piic配置有圖案的地方(源於ABS圖案的明暗信號)中幅值為 A=Aabs (>AINC)。S卩，以下關係成立源於ABS圖案的明暗信號的最小值Aabs_J源於INC圖案的明暗信號的最小值A1^源於INC圖案的明暗信號的最大值Ainmi〈源於ABS圖案的明暗信號的最大值
Aabs-H。因而，例如，如圖6所示，通過利用Ag+與A1K之差將用於分離絕對圖案的ABS圖案閾值Sabs設為源於絕對圖案的明暗信號的最小值Aabs+和源於增量圖案的明暗信號的最小值Ainc-l的中間值Sabs、S卩A紐<Sabs〈A腿進行二值化，能夠獲得絕對圖案信號。另外，通過將用於分離增量圖案的INC圖案閾值Sin。設為源於增量圖案的明暗信號的最小值A1^和最大值Ainmi的中間值、即Am〈SIlc〈AIlc_H進行二值化，能夠獲得增量圖案信號。將這樣獲得的絕對圖案信號和增量圖案信號分別發送給絕對位置檢測電路22和相對位置檢測電路24來獲得絕對位置信號和相對位置信號，通過絕對位置合成電路26對其進行合成，由此能夠利用根據相對位置信號進行插值所得到的絕對位置信號獲得絕對位置。此外，絕對位置檢測電路22、相對位置檢測電路24、絕對位置合成電路26的結構以及作用與專利文獻I相同，因此省略詳細的說明。另外，能夠通過例如申請人在日本特開2010-48607號公報中公開的正弦波函數的擬合來彌補將增量圖案只配置在絕對圖案位置 所導致的精度下降。
此外，在第一實施方式中，本發明應用為反射型，圖案的暗部具有信號成分，但是本發明的適用對象不限於此，如圖7所示的第二實施方式那樣，也能夠同樣地適用於圖案的明部為信號成分且光源10配置在透鏡14的相反側的透射型編碼器。在本實施方式中，源於絕對圖案的明暗信號和源於增量圖案的明暗信號之間的幅值差變成如圖8所示。因而，通過將用於分離絕對圖案的閾值Sabs設為源於增量圖案的明暗信號的最大值Ai1c_h和源於絕對圖案的明暗信號的最大值Aa^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圖案信號。此外，關於分離增量圖案信號，只要使用與第一實施方式相同的閾值Sinc即可。關於其它點與第一實施方式相同，因此使用相同的附圖標記並省略說明。此外，在上述實施方式中，都按照偽隨機圖案配置了絕對圖案，但是絕對圖案的配置不限於此。另外，攝像光學系統由一片透鏡構成，但是攝像光學系統的結構也不限於此。本領域的技術人員應當理解,表示本發明的原理的所應用的上述實施例僅是示例性的。本領域的技術人員在沒有超出本發明的宗旨和範圍的情況下可以容易地設計多種其它配置。
權利要求
1.一種絕對位置測量型編碼器，具有合併了絕對圖案和增量圖案的絕對增量合併圖案，該絕對位置測量型編碼器的特徵在於，具備 攝像光學系統，其設計成使源於上述絕對圖案的明暗信號和源於上述增量圖案的明暗信號之間產生幅值差；以及 信號處理系統，其使用上述幅值差將源於上述絕對增量合併圖案的受光信號分離成絕對圖案信號和增量圖案信號。
2.根據權利要求I所述的絕對位置測量型編碼器，其特徵在於， 上述絕對增量合併圖案是在配置了偽隨機圖案的絕對圖案的位置處配置規定間距Pinc的增量圖案來將絕對圖案和增量圖案合併為一個軌道而得到的圖案。
3.根據權利要求I或2所述的絕對位置測量型編碼器，其特徵在於， 上述攝像光學系統包括透鏡，該透鏡設計有調製傳遞函數曲線即MTF曲線，使得源於絕對圖案的明暗信號和源於增量圖案的明暗信號之間產生幅值差。
4.根據權利要求3所述的絕對位置測量型編碼器，其特徵在於， 上述透鏡具有如下的MTF曲線，即對於粗的絕對圖案該MTF曲線的幅值大而對於細的增量圖案該MTF曲線的幅值小，或者，對於粗的絕對圖案該MTF曲線的對比度大而對於細的增量圖案該MTF曲線的對比度小。
5.根據權利要求I所述的絕對位置測量型編碼器，其特徵在於， 上述信號處理系統包括A/D轉換器，該A/D轉換器將上述受光信號轉換為多值的數位訊號。
6.根據權利要求1飛中的任一項所述的絕對位置測量型編碼器，其特徵在於， 通過利用上述幅值差確定閾值並進行二值化來分離上述受光信號。
7.根據權利要求6所述的絕對位置測量型編碼器，其特徵在於， 通過將上述閾值設為源於上述絕對圖案的明暗信號的最小值和源於上述增量圖案的明暗信號的最小值的中間值進行二值化，來分離出絕對圖案信號。
8.根據權利要求6所述的絕對位置測量型編碼器，其特徵在於， 通過將上述閾值設為源於上述增量圖案的明暗信號的最大值和源於上述絕對圖案的明暗信號的最大值的中間值進行二值化，來分離出絕對圖案信號。
9.根據權利要求6所述的絕對位置測量型編碼器，其特徵在於， 通過將上述閾值設為源於上述增量圖案的明暗信號的最小值和最大值的中間值進行二值化，來分離出增量圖案信號。
10.根據權利要求廣9中的任一項所述的絕對位置測量型編碼器，其特徵在於， 上述信號處理系統具備 絕對位置檢測電路，其處理源於上述絕對圖案的明暗信號來檢測絕對位置； 相對位置檢測電路，其處理上述增量圖案信號來檢測相對位置；以及 絕對位置合成電路，其合成上述絕對位置檢測電路的輸出和上述相對位置檢測電路的輸出，來輸出根據相對位置進行插值所得到的絕對位置信號。
11.根據權利要求f10中的任一項所述的絕對位置測量型編碼器，其特徵在於， 上述絕對位置測量型編碼器是圖案的信號成分為標尺上的暗部且光源和透鏡相對於標尺配置在同一側的反射型編碼器。
12.根據權利要求f 10中的任一項所述的絕對位置測量型編碼器，其特徵在於，上述絕對位置測量型編碼器是圖案的明部為信號成分且光源相對於標尺配置在透鏡的相反側的透射型編碼器。
全文摘要
提供一種絕對位置測量型編碼器。在具有合併了絕對圖案(12A)和增量圖案(12B)的ABS/INC合併圖案(12C)的絕對位置測量型編碼器中，具備攝像光學系統(透鏡14)，其設計成使源於上述絕對圖案(12A)的明暗信號和源於上述增量圖案(12B)的明暗信號之間產生幅值差；以及信號處理系統(比較器20)，其使用上述幅值差將源於上述ABS/INC合併圖案(12C)的受光信號分離成絕對圖案信號和增量圖案信號。由此，能夠使用簡單的處理電路高速地從ABS/INC合併圖案分離出絕對圖案信號和增量圖案信號。
文檔編號G01D5/34GK102967321SQ20121032265
公開日2013年3月13日 申請日期2012年9月3日 優先權日2011年9月1日
發明者加藤慶顯 申請人:株式會社三豐