专利名称：绝对位置测量型编码器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有合并了绝对(也称为ABS)图案和增量(也称为INC)图案的ABS/INC合并图案的绝对位置测量型编码器，特别是涉及一种不使用高性能的处理电路就能够以短的运算时间将源于上述ABS/INC合并图案的受光信号分离为绝对图案信号和增量图案信号的绝对位置测量型编码器。
背景技术：
申请人:在日本特开2009-2702号公报(以下称为专利文献I)的第二实施方式、第 四实施方式中提出了合并了绝对图案和增量图案的ABS/INC合并图案的绝对位置测量型编码器。根据该ABS/INC合并图案，能够一个图案兼具绝对图案和增量图案两种信息，能够使标尺的宽度变窄。然而，ABS/INC合并图案具有绝对图案信号和增量图案信号这两种信息，因此为了分离这些信息而伴随烦杂的分析，因此具有导致需要高性能的处理电路、或者需要长的运算时间这样的问题点。例如在专利文献I中，如与图8相对应的图I所示，使用低通滤波器从受光信号(图8的(B))中分离出绝对图案信号(图I的(C))，但是当使用低通滤波器时，信号处理费时，无法高速进行处理。
发明内容
发明要解决的问题本发明是为了解决上述以往的问题点而完成的，其目的在于，不使用高性能的处理电路就能够高速地进行从ABS/INC合并图案中分离出绝对图案信号和增量图案信号。用于解决问题的方案本发明是一种绝对位置测量型编码器，具有合并了绝对图案和增量图案的绝对增量(ABS/INC)合并图案，该绝对位置测量型编码器具备摄像光学系统，其设计成使源于上述绝对图案的明暗信号和源于上述增量图案的明暗信号之间产生幅值差；以及信号处理系统，其使用上述幅值差将源于上述ABS/INC合并图案的受光信号分离成绝对图案信号和增量图案信号，由此来解决上述问题。这里，能够将上述绝对增量合并图案设为在配置了伪随机图案的绝对图案的位置处配置规定间距P11C的增量图案来将绝对图案和增量图案合并为一个轨道的图案。另外，能够设为上述摄像光学系统包括透镜，该透镜设计有MTF(ModulationTransfer Function :调制传递函数)曲线，使得源于绝对图案的明暗信号和源于增量图案的明暗信号之间产生幅值差。另外，能够将上述透镜设为具有如下的MTF曲线，即对于粗的绝对图案该MTF曲线的幅值(对比度)大而对于细的增量图案该MTF曲线的幅值(对比度)小。另外，能够设为上述信号处理系统包括A/D转换器，该A/D转换器将上述受光信号转换为多值的数字信号。另外，能够设为通过利用上述幅值差确定阈值并进行二值化来分离上述受光信号。另外，能够通过将上述阈值设为源于上述绝对图案的明暗信号的最小值和源于上述增量图案的明暗信号的最小值的中间值进行二值化，来分离出绝对图案信号。或者，能够通过将上述阈值设为源于上述增量图案的明暗信号的最大值和源于上述绝对图案的明暗信号的最大值的中间值进行二值化，来分离出绝对图案信号。另外，能够通过将上述阈值设为源于上述增量图案的明暗信号的最小值和最大值 的中间值进行二值化，来分离出增量图案信号。另外，上述信号处理系统能够具备绝对位置检测电路，其处理源于上述绝对图案的明暗信号来检测绝对位置；相对位置检测电路，其处理上述增量图案信号来检测相对位置；以及绝对位置合成电路，其合成上述绝对位置检测电路的输出和上述相对位置检测电路的输出，来输出根据相对位置进行插值所得到的绝对位置信号。另外，上述绝对位置测量型编码器是图案的信号成分为标尺上的暗部且光源和透镜相对于标尺配置在同一侧的反射型编码器。另外，上述绝对位置测量型编码器是图案的明部为信号成分且光源相对于标尺配置在透镜的相反侧的透射型编码器。根据本发明，通过使用恰当地设计的摄像光学系统拍摄ABS/INC合并图案，能够确定绝对图案的阈值和增量图案的阈值。因而，如果能够根据导出的该阈值进行二值化，则能够容易且迅速地分离出绝对图案信号、增量图案信号这两个图案信号。在该方法中，不带烦杂的运算，因此不需要高性能的处理电路，还能够缩短运算时间。从以下优选实施例的详细描述中本发明的这些以及其他新颖特征、效果是显而易见的。
以下将参考附图来说明这些优选实施例，其中在这些附图中，以相同的附图标记来表示相同的元件，其中图I是表示专利文献所述的现有技术的概要的时序图。图2是表示适用于反射型的本发明所涉及的绝对位置测量型编码器的第一实施方式的整体结构的截面图。图3是表示上述第一实施方式的ABS/INC合并图案的俯视图。图4是表示上述第一实施方式的摄像光学系统的MTF曲线的例子的图。图5是表示上述第一实施方式的源于绝对图案的明暗信号与源于增量图案的明暗信号之间的幅值差的例子的图。图6是表示使用图5的幅值差确定的阈值、以及利用该阈值进行二值化所获得的标尺图案信号的例子的图。图7是表示适用于透射型的本发明所涉及的绝对位置测量型编码器的第二实施方式的整体结构的截面图。图8是表示上述第一实施方式的源于绝对图案的明暗信号与源于增量图案的明暗信号的幅值差之间的例子的图。图9表示使用图7的幅值差确定的阈值、以及利用该阈值进行二值化所获得的标尺图案信号的例子的图。
具体实施例方式下面参照附图对本发明的实施方式进行详细描述。本发明的第一实施方式中，将本发明应用于如图2中表示整体结构那样例如反射型且图案的信号成分为标尺上的暗部的绝对位置测量型编码器，该绝对位置测量型编码器具备光源10 ;标尺12，其具有照射来自该光源10的光的反射型的ABS/INC合并图案12C ；透镜14,其设计有MTF(Modulation Transfer Function :调制传递函数)曲线，使得源于绝对图案的明暗信号与源于增量图案的明暗信号之间产生幅值差；受光元件(例如光电二极·管阵列)16，其通过该透镜14接收来自上述标尺12的反射光；A/D转换器18，其将该受光元件16的输出的明暗信号转换为多值(例如256值)的数字信号；比较器20，其将该A/D转换器18的输出的明暗等级信号与绝对图案的阈值Sabs和增量图案的阈值Siic进行比较；绝对位置检测电路22，其处理通过该比较器20获得的绝对(ABS)图案信号来检测绝对位置；相对位置检测电路24，其处理通过上述比较器20获得的增量(INC)图案信号来检测相对位置；以及绝对位置合成电路26，其合成上述绝对位置检测电路22和相对位置检测电路24的输出，来输出根据相对位置进行插值所得到的绝对位置信号。如图3的(C)所示，通过在例如图3的(A)所示那样配置了伪随机图案的绝对(ABS)图案12A的位置上配置如图3的⑶所示那样规定间距Plic的增量(INC)图案12B，在上述标尺12上配置有将ABS图案12A和INC图案12B合并为一个轨道的ABS/INC合并图案12C。关于上述透镜14，如在图4中以实线A例示出其MTF曲线(将能够以何种程度忠实地再现被摄体所具备的对比度表述为空间频率特性)那样，具有如对于粗的ABS图案其幅值(对比度)大而对于细的INC图案其幅值(对比度)小那样的MTF曲线。S卩，通常使用如以虚线B表示那样的MTF曲线的透镜使得连细的INC图案都获得高分辨率，与此相对，在本发明中，通过使用如以实线A表示那样的MTF曲线的透镜来只使INC图案的幅值变小(降低分辨率)。当以这种透镜14拍摄ABS/INC合并图案12C时，获得的明暗信号的幅值A如图5中例示那样在以间距Pinc配置有图案(INC图案)的地方(源于INC图案的明暗信号)为最小值A=Ainc。另一方面，在没有以间距Piic配置有图案的地方(源于ABS图案的明暗信号)中幅值为 A=Aabs (>AINC)。S卩，以下关系成立源于ABS图案的明暗信号的最小值Aabs_J源于INC图案的明暗信号的最小值A1^源于INC图案的明暗信号的最大值Ainmi〈源于ABS图案的明暗信号的最大值
Aabs-H。因而，例如，如图6所示，通过利用Ag+与A1K之差将用于分离绝对图案的ABS图案阈值Sabs设为源于绝对图案的明暗信号的最小值Aabs+和源于增量图案的明暗信号的最小值Ainc-l的中间值Sabs、S卩A紐<Sabs〈A腿进行二值化，能够获得绝对图案信号。另外，通过将用于分离增量图案的INC图案阈值Sin。设为源于增量图案的明暗信号的最小值A1^和最大值Ainmi的中间值、即Am〈SIlc〈AIlc_H进行二值化，能够获得增量图案信号。将这样获得的绝对图案信号和增量图案信号分别发送给绝对位置检测电路22和相对位置检测电路24来获得绝对位置信号和相对位置信号，通过绝对位置合成电路26对其进行合成，由此能够利用根据相对位置信号进行插值所得到的绝对位置信号获得绝对位置。此外，绝对位置检测电路22、相对位置检测电路24、绝对位置合成电路26的结构以及作用与专利文献I相同，因此省略详细的说明。另外，能够通过例如申请人在日本特开2010-48607号公报中公开的正弦波函数的拟合来弥补将增量图案只配置在绝对图案位置 所导致的精度下降。
此外，在第一实施方式中，本发明应用为反射型，图案的暗部具有信号成分，但是本发明的适用对象不限于此，如图7所示的第二实施方式那样，也能够同样地适用于图案的明部为信号成分且光源10配置在透镜14的相反侧的透射型编码器。在本实施方式中，源于绝对图案的明暗信号和源于增量图案的明暗信号之间的幅值差变成如图8所示。因而，通过将用于分离绝对图案的阈值Sabs设为源于增量图案的明暗信号的最大值Ai1c_h和源于绝对图案的明暗信号的最大值Aa^h的中间值、即Ai1c_h〈Sabs〈Aabs_h，能够如图9中例示那样获得绝对图案信号。此外，关于分离增量图案信号，只要使用与第一实施方式相同的阈值Sinc即可。关于其它点与第一实施方式相同，因此使用相同的附图标记并省略说明。此外，在上述实施方式中，都按照伪随机图案配置了绝对图案，但是绝对图案的配置不限于此。另外，摄像光学系统由一片透镜构成，但是摄像光学系统的结构也不限于此。本领域的技术人员应当理解,表示本发明的原理的所应用的上述实施例仅是示例性的。本领域的技术人员在没有超出本发明的宗旨和范围的情况下可以容易地设计多种其它配置。
权利要求
1.一种绝对位置测量型编码器，具有合并了绝对图案和增量图案的绝对增量合并图案，该绝对位置测量型编码器的特征在于，具备 摄像光学系统，其设计成使源于上述绝对图案的明暗信号和源于上述增量图案的明暗信号之间产生幅值差；以及 信号处理系统，其使用上述幅值差将源于上述绝对增量合并图案的受光信号分离成绝对图案信号和增量图案信号。
2.根据权利要求I所述的绝对位置测量型编码器，其特征在于， 上述绝对增量合并图案是在配置了伪随机图案的绝对图案的位置处配置规定间距Pinc的增量图案来将绝对图案和增量图案合并为一个轨道而得到的图案。
3.根据权利要求I或2所述的绝对位置测量型编码器，其特征在于， 上述摄像光学系统包括透镜，该透镜设计有调制传递函数曲线即MTF曲线，使得源于绝对图案的明暗信号和源于增量图案的明暗信号之间产生幅值差。
4.根据权利要求3所述的绝对位置测量型编码器，其特征在于， 上述透镜具有如下的MTF曲线，即对于粗的绝对图案该MTF曲线的幅值大而对于细的增量图案该MTF曲线的幅值小，或者，对于粗的绝对图案该MTF曲线的对比度大而对于细的增量图案该MTF曲线的对比度小。
5.根据权利要求I所述的绝对位置测量型编码器，其特征在于， 上述信号处理系统包括A/D转换器，该A/D转换器将上述受光信号转换为多值的数字信号。
6.根据权利要求1飞中的任一项所述的绝对位置测量型编码器，其特征在于， 通过利用上述幅值差确定阈值并进行二值化来分离上述受光信号。
7.根据权利要求6所述的绝对位置测量型编码器，其特征在于， 通过将上述阈值设为源于上述绝对图案的明暗信号的最小值和源于上述增量图案的明暗信号的最小值的中间值进行二值化，来分离出绝对图案信号。
8.根据权利要求6所述的绝对位置测量型编码器，其特征在于， 通过将上述阈值设为源于上述增量图案的明暗信号的最大值和源于上述绝对图案的明暗信号的最大值的中间值进行二值化，来分离出绝对图案信号。
9.根据权利要求6所述的绝对位置测量型编码器，其特征在于， 通过将上述阈值设为源于上述增量图案的明暗信号的最小值和最大值的中间值进行二值化，来分离出增量图案信号。
10.根据权利要求广9中的任一项所述的绝对位置测量型编码器，其特征在于， 上述信号处理系统具备 绝对位置检测电路，其处理源于上述绝对图案的明暗信号来检测绝对位置； 相对位置检测电路，其处理上述增量图案信号来检测相对位置；以及 绝对位置合成电路，其合成上述绝对位置检测电路的输出和上述相对位置检测电路的输出，来输出根据相对位置进行插值所得到的绝对位置信号。
11.根据权利要求f10中的任一项所述的绝对位置测量型编码器，其特征在于， 上述绝对位置测量型编码器是图案的信号成分为标尺上的暗部且光源和透镜相对于标尺配置在同一侧的反射型编码器。
12.根据权利要求f 10中的任一项所述的绝对位置测量型编码器，其特征在于，上述绝对位置测量型编码器是图案的明部为信号成分且光源相对于标尺配置在透镜的相反侧的透射型编码器。
全文摘要
提供一种绝对位置测量型编码器。在具有合并了绝对图案(12A)和增量图案(12B)的ABS/INC合并图案(12C)的绝对位置测量型编码器中，具备摄像光学系统(透镜14)，其设计成使源于上述绝对图案(12A)的明暗信号和源于上述增量图案(12B)的明暗信号之间产生幅值差；以及信号处理系统(比较器20)，其使用上述幅值差将源于上述ABS/INC合并图案(12C)的受光信号分离成绝对图案信号和增量图案信号。由此，能够使用简单的处理电路高速地从ABS/INC合并图案分离出绝对图案信号和增量图案信号。
文档编号G01D5/34GK102967321SQ20121032265
公开日2013年3月13日 申请日期2012年9月3日 优先权日2011年9月1日
发明者加藤庆显 申请人:株式会社三丰