本發(fā)明涉及一種位置檢測(cè)設(shè)備，尤其涉及一種光電編碼器。

背景技術(shù)：

光電編碼器已被廣泛用作為精密長(zhǎng)度測(cè)量裝置和精密位置檢測(cè)器(例如，jp5553669b)。

光電編碼器包括標(biāo)尺和被設(shè)置成可在長(zhǎng)度測(cè)量方向上沿標(biāo)尺相對(duì)移動(dòng)的檢測(cè)頭部。

在標(biāo)尺上設(shè)置明暗圖案。圖1示出標(biāo)尺20。如圖1所示，通過(guò)在玻璃基板21上配置預(yù)定圖案化的鉻膜22來(lái)形成標(biāo)尺圖案。

光電編碼器具有反射型和透過(guò)型兩種類型。

在反射型光電編碼器中，光源和光接收部被設(shè)置在標(biāo)尺的同一側(cè)，并且光接收部接收標(biāo)尺所反射的光的明暗圖案。在透過(guò)型光電編碼器中，光源和光接收部被設(shè)置在標(biāo)尺的兩側(cè)，并且光接收部接收透過(guò)標(biāo)尺的光的明暗圖案。

反射型光電編碼器中的構(gòu)成元件的配置不同于透過(guò)型光電編碼器中的構(gòu)成元件的配置，因而使得產(chǎn)品在外形大小和形狀上有所不同。根據(jù)光電編碼器的用途或者安裝空間，適當(dāng)選擇反射型光電編碼器或者透過(guò)型光電編碼器。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

反射型光電編碼器和透過(guò)型光電編碼器大體具有共通的檢測(cè)原理。也就是說(shuō)，基于接收光的明暗圖案來(lái)計(jì)算標(biāo)尺上的相對(duì)位置或者絕對(duì)位置。因此，看似僅通過(guò)改變部件的配置就可使得大部分主要結(jié)構(gòu)部件在透過(guò)型和反射型中通用。然而，這些主要結(jié)構(gòu)部件在透過(guò)型和反射型中兩者不能通用。通過(guò)例子說(shuō)明其中原因。

假定使用圖1的標(biāo)尺20作為反射型光電編碼器100的標(biāo)尺20(參考圖2a)。標(biāo)尺20被稱為絕對(duì)式(abs)檢測(cè)標(biāo)尺，并且具有隨機(jī)配置代碼“1”和代碼“0”的標(biāo)尺圖案。在代碼“1”處設(shè)置鉻膜22，并且在作為玻璃部21的代碼“0”處不設(shè)置鉻膜。在這種情況下，利用光照射標(biāo)尺20，該光通過(guò)鉻膜22被反射，并且透過(guò)玻璃部21。因此，當(dāng)在光接收部接收到標(biāo)尺20所反射的光時(shí)，獲得鉻膜22的一部分是明部分、并且玻璃部21的一部分是暗部分的明暗圖像圖案(參考圖2b)。圖2b示出在光接收部的光接收面上所形成的明暗圖像圖案的示例。利用適當(dāng)閾值二值化該圖案(圖2c)，并且進(jìn)一步將該圖案轉(zhuǎn)換成代碼“1”和“0”的代碼串(圖2d)。通過(guò)利用計(jì)算單元進(jìn)行計(jì)算處理(例如，模式匹配等)，根據(jù)該代碼串可以計(jì)算標(biāo)尺上的位置。

這里，假定如圖3a所示，污物30粘附至標(biāo)尺20的玻璃部21的一部分，或者玻璃部21的一部分有劃痕。假定在本說(shuō)明書(shū)中，鉻膜22相對(duì)更加穩(wěn)定，并且具有高于玻璃部21的防污效果。自然，明部分或暗部分中哪一部分更易缺損，這取決于標(biāo)尺的材料等，并且在本說(shuō)明書(shū)的最后說(shuō)明這一點(diǎn)。

如果如圖3a所示，污物30粘附標(biāo)尺20的玻璃部21的一部分，則如圖3b所示，玻璃部21原本是暗部分，并且明暗圖像圖案幾乎不受影響。

這里，假定使用圖1的標(biāo)尺20作為透過(guò)型光電編碼器的標(biāo)尺(參考圖4a)。在這種情況下，當(dāng)利用光照射標(biāo)尺20時(shí)，鉻膜22是非透過(guò)部，并且玻璃部21是光透過(guò)部。因此，當(dāng)在光接收部接收到透過(guò)標(biāo)尺20的光時(shí)，獲得鉻膜22的一部分是暗部分、并且玻璃部21的一部分是明部分的明暗圖像圖案(參考圖4b)。換句話說(shuō)，與反射型相比，透過(guò)型的明暗圖像中的明部分和暗部分被反轉(zhuǎn)。如果想要標(biāo)尺和電路(計(jì)算單元)通用于反射型光電編碼器和透過(guò)型光電編碼器，則必須在中途進(jìn)行反轉(zhuǎn)處理。

也就是說(shuō)，圖4b的接收光圖像圖案被反轉(zhuǎn)成圖4c的圖案。因此，二值化(圖4d)、編碼(圖4e)和計(jì)算處理中的圖案與反射型光電編碼器中的完全相同。

順便提及，假定如圖5a所示，污物30粘附至標(biāo)尺20的玻璃部21的一部分，或者玻璃部21的一部分有劃痕。然后，透過(guò)光的圖像圖案部分地缺損(參考圖5b)。假定以上述方式對(duì)圖像圖案進(jìn)行反轉(zhuǎn)處理(圖5c)、二值化(圖5d)、編碼(圖5e)。此時(shí)，圖像圖案包括反射型的情況下不會(huì)存在的、污物30部分處的代碼錯(cuò)誤。該代碼錯(cuò)誤影響計(jì)算處理(例如，模式匹配等)，因此這意為與反射型相比，透過(guò)型對(duì)于污物更加敏感。

考慮到實(shí)際產(chǎn)品，在反射型或者透過(guò)型中要求同等性能，并且不期望與反射型相比，透過(guò)型對(duì)于污物相對(duì)更加敏感。因此，在透過(guò)型中進(jìn)行反轉(zhuǎn)處理以使得電路(計(jì)算單元)在反射型和透過(guò)型中通用，這是不期望的。如果電路(計(jì)算單元)是通用的，則如例如圖6a和6b的例子那樣，必須反轉(zhuǎn)標(biāo)尺圖案本身?？紤]到此點(diǎn)，標(biāo)尺和電路(計(jì)算單元)不能同時(shí)通用于反射型光電編碼器和透過(guò)型光電編碼器。因此，必須管理大量部件，這極大影響了光電編碼器的成本。

本發(fā)明的目的是使得標(biāo)尺和電路(計(jì)算單元)通用于反射型光電編碼器和透過(guò)型光電編碼器兩者，并且降低部件的數(shù)量和成本。

本發(fā)明的一個(gè)方面的光電編碼器，其包括：標(biāo)尺，其沿長(zhǎng)度測(cè)量方向設(shè)置有按照偽隨機(jī)碼序列的2級(jí)代碼圖案；以及檢測(cè)頭部，其被設(shè)置成能夠沿所述標(biāo)尺相對(duì)移動(dòng)，且用于基于所述標(biāo)尺上的偽隨機(jī)碼序列來(lái)檢測(cè)所述標(biāo)尺上的絕對(duì)位置，其中，所述2級(jí)代碼圖案中的各代碼包括2位的組合，使用3種以上的位組合圖案來(lái)表現(xiàn)所述2級(jí)代碼圖案，所述2級(jí)代碼圖案中的各個(gè)代碼表示代碼“1”或代碼“0”，各個(gè)代碼包括2位，所述2位中的各個(gè)位是l或h，光反射部和光透過(guò)部中的一個(gè)被配置在所述標(biāo)尺上相當(dāng)于l的位置處，所述光反射部和所述光透過(guò)部中的另一個(gè)被配置在所述標(biāo)尺上相當(dāng)于h的位置處，以及所述檢測(cè)頭部包括：光源，用于利用光來(lái)照射所述標(biāo)尺；圖像獲取單元，用于獲取由所述標(biāo)尺反射的光或者透過(guò)所述標(biāo)尺的光所形成的明暗的檢測(cè)圖像；反轉(zhuǎn)處理單元，用于對(duì)所述檢測(cè)圖像進(jìn)行反轉(zhuǎn)處理；以及相關(guān)計(jì)算單元，用于基于所述偽隨機(jī)碼序列對(duì)所述檢測(cè)圖像的位數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)計(jì)算，并且根據(jù)相關(guān)峰值來(lái)計(jì)算所述標(biāo)尺上的絕對(duì)位置。

在本發(fā)明一個(gè)方面的所述光電編碼器中，在所述相關(guān)計(jì)算單元被設(shè)計(jì)成以由所述標(biāo)尺反射的光所形成的檢測(cè)圖像為基準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行所述相關(guān)計(jì)算、并且所述圖像獲取單元獲取透過(guò)所述標(biāo)尺的光所形成的檢測(cè)圖像的情況下，所述反轉(zhuǎn)處理單元被設(shè)置成接通，在所述相關(guān)計(jì)算單元被設(shè)計(jì)成以透過(guò)所述標(biāo)尺的光所形成的檢測(cè)圖像為基準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行所述相關(guān)計(jì)算、并且所述圖像獲取單元獲取由所述標(biāo)尺反射的光所形成的檢測(cè)圖像的情況下，所述反轉(zhuǎn)處理單元被設(shè)置成接通，在所述相關(guān)計(jì)算單元被設(shè)計(jì)成以由所述標(biāo)尺反射的光所形成的檢測(cè)圖像為基準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行所述相關(guān)計(jì)算、并且所述圖像獲取單元獲取由所述標(biāo)尺反射的光所形成的檢測(cè)圖像的情況下，所述反轉(zhuǎn)處理單元被設(shè)置成關(guān)閉，以及在所述相關(guān)計(jì)算單元被設(shè)計(jì)成以透過(guò)所述標(biāo)尺的光所形成的檢測(cè)圖像為基準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行所述相關(guān)計(jì)算、并且所述圖像獲取單元獲取透過(guò)所述標(biāo)尺的光所形成的檢測(cè)圖像的情況下，所述反轉(zhuǎn)處理單元被設(shè)置成關(guān)閉。

在本發(fā)明的一個(gè)方面中，優(yōu)選地，所述反轉(zhuǎn)處理單元包括用于改變所述反轉(zhuǎn)處理的接通/關(guān)閉設(shè)置的設(shè)置選擇器開(kāi)關(guān)。

在本發(fā)明的一個(gè)方面中，優(yōu)選地：所述2級(jí)代碼圖案中的各個(gè)代碼表示代碼“1”或“0”，各個(gè)代碼包括2位，所述2位中的各個(gè)位是l或h，所述2級(jí)代碼圖案中的連續(xù)l的數(shù)量等于或小于上限值，以及所述2級(jí)代碼圖案中的連續(xù)h的數(shù)量等于或小于上限值。

在本發(fā)明的一個(gè)方面中，優(yōu)選地：準(zhǔn)備用于表現(xiàn)代碼“0”的2位的2種以上的組合圖案，以及在代碼“0”連續(xù)的情況下，使用與相鄰的位組合圖案不同的位組合圖案。

在本發(fā)明的一個(gè)方面中，優(yōu)選地：通過(guò)作為l和h的組合的a圖案來(lái)表現(xiàn)代碼“1”，通過(guò)作為l和l的組合的b圖案或者通過(guò)作為h和h的組合的c圖案來(lái)表現(xiàn)代碼“0”，以及當(dāng)代碼“0”連續(xù)時(shí)，交替使用b圖案和c圖案。

在本發(fā)明的一個(gè)方面中，優(yōu)選地：所述2級(jí)代碼圖案的各個(gè)代碼表示代碼“1”或代碼“0”，各個(gè)代碼包括2位，所述2位中的各個(gè)位是l、h或m，通過(guò)作為l和h的組合的a圖案來(lái)表現(xiàn)代碼“1”，通過(guò)從作為l和l的組合的b圖案、作為h和h的組合的c圖案和作為m和m的組合的d圖案中所選擇的兩個(gè)以上的圖案來(lái)表現(xiàn)代碼“0”，以及當(dāng)代碼“0”連續(xù)時(shí)，使用與相鄰的位組合圖案不同的位組合圖案。

在本發(fā)明的一個(gè)方面中，優(yōu)選地，代碼“1”和代碼“0”可相互替換。

本發(fā)明的一個(gè)方面的用于光電編碼器的位置檢測(cè)方法，所述位置檢測(cè)方法包括以下步驟：通過(guò)檢測(cè)頭部來(lái)獲取標(biāo)尺的檢測(cè)圖像；從所述檢測(cè)圖像中將連續(xù)l的數(shù)量超過(guò)上限值的部分作為不可靠部分而排除；從所述檢測(cè)圖像中獎(jiǎng)連續(xù)h的數(shù)量超過(guò)上限值的部分作為不可靠部分而排除；以及基于偽隨機(jī)碼序列，使用從所述檢測(cè)圖像中未被排除的位數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。

在本發(fā)明的一個(gè)方面中，優(yōu)選地：當(dāng)從所述檢測(cè)圖像未被排除的位數(shù)據(jù)的數(shù)量達(dá)到預(yù)定可計(jì)算數(shù)量時(shí)，終止對(duì)所述檢測(cè)圖像的量化處理，以及進(jìn)行所述相關(guān)計(jì)算。

在本發(fā)明的一個(gè)方面中，優(yōu)選地，將所述可計(jì)算數(shù)量設(shè)置在所述相關(guān)計(jì)算所需的理論最小數(shù)量的1.1～3.0倍的范圍內(nèi)。

在本發(fā)明的一個(gè)方面中，優(yōu)選地，當(dāng)從所述檢測(cè)圖像未被排除的位數(shù)據(jù)的數(shù)量沒(méi)有達(dá)到所述預(yù)定可計(jì)算數(shù)量時(shí)，向用戶通知所述標(biāo)尺有污物。

附圖說(shuō)明

圖1是示出通過(guò)在玻璃基板上配置預(yù)定圖案化的鉻膜所形成的標(biāo)尺的例子的圖；

圖2a～2d是示意性示出在使用標(biāo)尺作為反射型光電編碼器的標(biāo)尺時(shí)的信號(hào)處理的例子的圖；

圖3a和3b是示出粘附至標(biāo)尺的一部分的污物的例子的圖；

圖4a～4e是示意性示出在使用標(biāo)尺作為透過(guò)型光電編碼器的標(biāo)尺時(shí)的信號(hào)處理的例子的圖；

圖5a～5e是示意性示出在使用粘附了污物的標(biāo)尺作為透過(guò)型光電編碼器的標(biāo)尺時(shí)的信號(hào)處理的例子的圖；

圖6a和6b是示出在電路通用于反射型光電編碼器和透過(guò)型光電編碼器時(shí)所使用的透過(guò)型光電編碼器的標(biāo)尺的例子的圖；

圖7是示出反射型光電編碼器的結(jié)構(gòu)的圖；

圖8是示出光接收部的光接收面的圖；

圖9是示出利用本發(fā)明實(shí)施例的方法所生成的abs標(biāo)尺圖案的例子的圖；

圖10是示出表現(xiàn)代碼的位圖案的圖；

圖11是用于說(shuō)明表現(xiàn)“0”的b圖案和c圖案的配置規(guī)則的圖；

圖12a～12d是用于說(shuō)明污物判斷的圖；

圖13是示出透過(guò)型光電編碼器的結(jié)構(gòu)的例子的圖；

圖14a～14e是用于說(shuō)明污物判斷的圖；

圖15a～15c是用于說(shuō)明變形例的圖；

圖16a～16d是用于說(shuō)明變形例的圖；

圖17是信號(hào)處理單元的功能框圖；

圖18是用于說(shuō)明信號(hào)處理單元的操作過(guò)程的流程圖；

圖19是用于說(shuō)明污物判斷處理的流程圖；

圖20是示出量化、掩碼和編碼的例子的圖；

圖21是用于說(shuō)明第三典型實(shí)施例的流程圖；

圖22是用于說(shuō)明第三典型實(shí)施例的流程圖；以及

圖23是用于說(shuō)明第三典型實(shí)施例的流程圖。

具體實(shí)施方式

主要部件不能通用于透過(guò)型光電編碼器和反射型光電編碼器的原因之一是因?yàn)獒槍?duì)污物的魯棒性不高。如果存在理論上針對(duì)污物具有十分高的魯棒性的標(biāo)尺圖案和位置檢測(cè)計(jì)算算法，則在透過(guò)型光電編碼器或者反射型光電編碼器中可以具有完全相同的性能。本發(fā)明人通過(guò)他們的銳意研究，開(kāi)發(fā)出了理論上針對(duì)污物具有十分高的魯棒性的標(biāo)尺圖案和位置檢測(cè)計(jì)算算法。結(jié)果，這些部件第一次可通用于透過(guò)型光電編碼器和反射型光電編碼器。以下將具體說(shuō)明。

第一典型實(shí)施例

如圖7所示，絕對(duì)式光電編碼器100包括abs標(biāo)尺200和被設(shè)置成可在長(zhǎng)度測(cè)量方向上沿abs標(biāo)尺200相對(duì)移動(dòng)的檢測(cè)頭部300。這里，舉例說(shuō)明反射型編碼器。

檢測(cè)頭部300包括光源310、透鏡320、光接收部330、信號(hào)處理單元400和設(shè)置選擇器開(kāi)關(guān)411。光源310向abs標(biāo)尺200發(fā)射光。該光通過(guò)abs標(biāo)尺200的反射部被反射，并且透過(guò)了透過(guò)部。然后，反射光通過(guò)透鏡320入射到光接收部330的光接收面。

圖8示出光接收部330的光接收面。根據(jù)abs標(biāo)尺圖案，在光接收部330的光接收面上形成明暗圖像圖案。在光接收部330的光接收面上設(shè)置光電二極管陣列340。通過(guò)以可以檢測(cè)到abs標(biāo)尺圖案的間距的間距排列光電二極管341，形成光電二極管陣列340。構(gòu)成光電二極管陣列340的每一光電二極管341均包括開(kāi)關(guān)342，并且通過(guò)開(kāi)關(guān)342與信號(hào)處理單元400連接。通過(guò)順次接通開(kāi)關(guān)342，掃描來(lái)自各光電二極管341的光接收信號(hào)。

信號(hào)處理單元400包括圖像獲取單元410和相關(guān)計(jì)算單元420。圖像獲取單元410順次掃描來(lái)自光接收部330的光電二極管陣列340的信號(hào)，并且獲取abs標(biāo)尺200的檢測(cè)圖像。

這里，在本典型實(shí)施例中，反轉(zhuǎn)處理單元412被安裝至圖像獲取單元410。反轉(zhuǎn)處理單元412根據(jù)需要對(duì)檢測(cè)圖像的正負(fù)(或者h(yuǎn)/l)進(jìn)行反轉(zhuǎn)處理。假定在這里所述的例子中使用abs標(biāo)尺200作為反射型標(biāo)尺，并且反轉(zhuǎn)處理單元412此時(shí)被設(shè)置成off(關(guān)閉)以不被使用。當(dāng)使用相同的abs標(biāo)尺200作為透過(guò)型光電編碼器的透過(guò)型標(biāo)尺時(shí)，將反轉(zhuǎn)處理單元412設(shè)置成on(接通)。在這種情況下，反轉(zhuǎn)處理單元412反轉(zhuǎn)圖像獲取單元410所獲取的檢測(cè)圖像。由于設(shè)置選擇器開(kāi)關(guān)411與反轉(zhuǎn)處理單元412連接，因而在組裝中途或者在出廠之前，可以通過(guò)設(shè)置選擇器開(kāi)關(guān)411來(lái)改變反轉(zhuǎn)處理單元412的on/off設(shè)置。

相關(guān)計(jì)算單元420預(yù)先存儲(chǔ)abs標(biāo)尺圖案的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)作為參考圖案。相關(guān)計(jì)算單元420進(jìn)行光接收部330處所獲取的信號(hào)圖案和參考圖案之間的相關(guān)計(jì)算(correlationcalculation)，并且根據(jù)相關(guān)峰值來(lái)計(jì)算位置。作為abs標(biāo)尺圖案，存在使用例如作為偽隨機(jī)碼序列之一的m序列碼的圖案。當(dāng)從通過(guò)n階移位寄存器所構(gòu)成的m序列碼圖案生成多項(xiàng)式來(lái)提取m序列碼圖案中的連續(xù)的n個(gè)代碼時(shí)，在m序列碼圖案的一個(gè)周期中，由該n個(gè)代碼所形成的圖案出現(xiàn)一次。因此，根據(jù)光接收部330處所獲取的信號(hào)圖案和參考圖案之間的相關(guān)峰值，可以獲取abs標(biāo)尺圖案上的絕對(duì)位置。

下面說(shuō)明abs標(biāo)尺200。具體地，說(shuō)明abs標(biāo)尺圖案。圖9示出abs標(biāo)尺圖案的例子。在該abs標(biāo)尺圖案中，通過(guò)2位表現(xiàn)各代碼“1”和“0”。換句話說(shuō)，當(dāng)位寬為d時(shí)，m序列碼圖案的碼寬為2×d。然而，使用圖10所例示的3位組合圖案來(lái)表現(xiàn)這兩個(gè)代碼“1”和“0”。

代碼“1”是暗部分和明部分的組合。將(暗和亮)的組合稱為a圖案。

注意，基于反射型光電編碼器的假定，將光透過(guò)部稱為暗部分(或者“l(fā)”)，并且將光反射部稱為明部分(或者“h”)。自然，如果在透過(guò)型光電編碼器中使用相同的標(biāo)尺，則該關(guān)系反轉(zhuǎn)。

說(shuō)明代碼“0”的表現(xiàn)。如圖10所示，準(zhǔn)備兩個(gè)圖案來(lái)表現(xiàn)代碼“0”。通過(guò)2位是暗部分的b圖案和2位是明部分的c圖案來(lái)表現(xiàn)代碼“0”。b圖案是(暗和暗)的組合，并且c圖案是(亮和亮)的組合。這樣，通過(guò)使用這兩個(gè)圖案來(lái)表現(xiàn)相同代碼“0”。

接著，參考圖11的例子，說(shuō)明用于判斷配置b圖案和c圖案中的哪一個(gè)來(lái)表現(xiàn)代碼“0”的設(shè)計(jì)規(guī)則。簡(jiǎn)而言之，為了表現(xiàn)代碼“0”，通過(guò)參考緊接著的前一代碼“0”(這里為左側(cè))來(lái)交替配置b圖案和c圖案。在圖11的例子中，最左邊的代碼“0”可以是這兩個(gè)圖案中的任一個(gè)，并且這里假定為c圖案。該代碼“0”右側(cè)為代碼“1”，并且配置a圖案。

說(shuō)明該代碼“1”右邊的代碼“0”。通過(guò)參考該代碼“0”的左側(cè)，緊接著的前一代碼“0”是c圖案。因此，對(duì)于該代碼“0”，使用b圖案。此外，為了表現(xiàn)該代碼“0”右邊的代碼“0”，使用不同于前一b圖案的c圖案。

這樣，為了表現(xiàn)代碼“0”，通過(guò)使用與左側(cè)緊接著的前一代碼“0”所使用的圖案不同的圖案，連續(xù)暗部分或者連續(xù)明部分的數(shù)量最大為3位。換句話說(shuō)，當(dāng)在光接收部330處所檢測(cè)到的信號(hào)圖案中、連續(xù)明部分的數(shù)量或連續(xù)暗部分的數(shù)量是4位以上時(shí)，超過(guò)了上限值，也就是說(shuō)，圖案偏離設(shè)計(jì)規(guī)則，并且可以判斷為圖案受到某類污物的影響。

參考圖12a～12d的例子，說(shuō)明污物判斷。如圖12a所示，污物30粘附至代碼“0”。如果所有代碼“0”表現(xiàn)為暗部分(非反射部分)，則根據(jù)該信號(hào)圖案無(wú)法判斷該圖案是“0”還是污物30。在該例子中，在單獨(dú)使用暗部分來(lái)表現(xiàn)代碼“0”的傳統(tǒng)技術(shù)中，該信號(hào)圖案結(jié)果沒(méi)有改變，但是該結(jié)果僅是巧合。相反，在根據(jù)本實(shí)施例的abs標(biāo)尺中，連續(xù)暗部分的數(shù)量小于4位，即沒(méi)有超過(guò)上限值。因此，可以判斷為連續(xù)暗部分的數(shù)量是4位以上的圖案是污物。

當(dāng)圖像獲取單元410所獲取的檢測(cè)圖像(圖12b)被二值化時(shí)，如圖12c所示，獲得明部分(h)/暗部分(l)的位串。這里，如果連續(xù)明部分(h)的數(shù)量或連續(xù)暗部分(l)的數(shù)量是4位以上，則該圖案偏離設(shè)計(jì)規(guī)則，并且判斷為圖案不是正確信號(hào)，而例如是污物30。然后，判斷為連續(xù)暗部分(l)的數(shù)量是4位以上的圖案是污物30，并且對(duì)于相關(guān)計(jì)算不使用該圖案。因此，利用正確獲取的信號(hào)來(lái)進(jìn)行相關(guān)計(jì)算，并且可以防止由于錯(cuò)誤相關(guān)計(jì)算而出現(xiàn)錯(cuò)誤的相關(guān)峰值。通過(guò)這樣防止相關(guān)計(jì)算受到污物的影響，可以提高針對(duì)污物的魯棒性。

注意，在上述說(shuō)明中，假定污物變成非反射部分，但是當(dāng)在本實(shí)施例中污物反射光時(shí)，也可以獲得相同效果。換句話說(shuō)，根據(jù)本實(shí)施例的設(shè)計(jì)規(guī)則，連續(xù)明部分的數(shù)量小于4位，并且如果連續(xù)明部分的數(shù)量是4位以上，則判斷為圖案受到污物的影響。

通過(guò)這樣使用本實(shí)施例的abs標(biāo)尺，可以防止將由于污物而造成的不正確數(shù)據(jù)用于相關(guān)計(jì)算。因此，提高位置檢測(cè)的精度(可靠性)。

此外，當(dāng)在反射型和透過(guò)型任一個(gè)中使用本典型實(shí)施例的abs標(biāo)尺200時(shí)，可以差不多等同地保持針對(duì)污物的魯棒性。圖13是示出透過(guò)型光電編碼器100t的結(jié)構(gòu)的例子的圖。除向著abs標(biāo)尺200的相反一側(cè)移動(dòng)光源310以外，使用與反射型光電編碼器100(圖7和圖8)共通的部件。注意，盡管信號(hào)處理單元400的結(jié)構(gòu)與反射型光電編碼器100(圖8)的結(jié)構(gòu)相同，但是當(dāng)在透過(guò)型光電編碼器100t中使用信號(hào)處理單元400時(shí)，通過(guò)設(shè)置選擇器開(kāi)關(guān)411將反轉(zhuǎn)處理單元412設(shè)置成on。

如圖14a所示，類似于圖12a，污物30粘附至代碼“0”。利用光照射abs標(biāo)尺200，并且在光接收部330處接收到透過(guò)abs標(biāo)尺200的光。然后，鉻膜211變成非透過(guò)部，并且玻璃部210變成光透過(guò)部，因此，獲得圖14b的明暗圖案。與反射型(圖12b)相比，除污物30以外，該圖案中的明部分和暗部分被反轉(zhuǎn)。因此，反轉(zhuǎn)處理單元412反轉(zhuǎn)該圖案(圖12c)以共通地進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。在二值化該圖案時(shí)，如圖14d所示，相當(dāng)于污物30的部分錯(cuò)誤地變成明部分(h)。

這里，如果連續(xù)明部分(h)的數(shù)量或者連續(xù)暗部分(l)的數(shù)量是4位以上，則該圖案偏離設(shè)計(jì)規(guī)則，并且判斷為該圖案不是正確信號(hào)，而是例如污物30。然后，判斷為連續(xù)暗部分(h)的數(shù)量是4位以上的圖案是污物30，并且對(duì)于相關(guān)計(jì)算不使用該圖案。利用正確獲取的信號(hào)來(lái)進(jìn)行相關(guān)計(jì)算，以防止由于錯(cuò)誤相關(guān)計(jì)算而出現(xiàn)錯(cuò)誤相關(guān)峰值。因此，提高針對(duì)污物的魯棒性。

然后，通過(guò)比較構(gòu)圖12d和圖14e，如果使用abs標(biāo)尺200作為反射型光電編碼器100的標(biāo)尺或者作為透過(guò)型光電編碼器100t的標(biāo)尺，則可以同等地消除污物的影響。根據(jù)上述觀點(diǎn)，如果在反射型和透過(guò)型任一個(gè)中使用本典型實(shí)施例的abs標(biāo)尺200，則可以同等地保持高水平的魯棒性。當(dāng)將反轉(zhuǎn)處理單元412整合在信號(hào)處理單元400中、并被用于透過(guò)型時(shí)，在產(chǎn)品出廠階段將反轉(zhuǎn)處理單元412設(shè)置成on。

此外，在本實(shí)施例中，通過(guò)交替配置表現(xiàn)代碼“0”的b圖案和c圖案，明部分的出現(xiàn)頻率與暗部分的出現(xiàn)頻率大體相等。這樣便于根據(jù)接收光強(qiáng)度進(jìn)行閾值設(shè)置以進(jìn)行量化，并且可以降低信號(hào)處理單元400的負(fù)荷或者簡(jiǎn)化信號(hào)處理單元400。此外，當(dāng)在透過(guò)型或者在反射型中使用abs標(biāo)尺200時(shí)，光接收部330所接收到的光量大體相同，這表示信號(hào)處理單元400適于通用。

變形例1

下面說(shuō)明變形例1。圖15a～15c是用于說(shuō)明變形例1的圖。在上述實(shí)施例中，必須交替配置表現(xiàn)“0”的b圖案和c圖案。在變形例1中，可以增強(qiáng)選擇b圖案或者c圖案時(shí)的靈活性，只要連續(xù)暗部分的數(shù)量或者連續(xù)明部分的數(shù)量小于4位即可。

例如，如圖15a和15b所示，當(dāng)代碼“0”分開(kāi)孤立時(shí)，也就是說(shuō)，當(dāng)代碼“0”兩側(cè)都是代碼“1”時(shí)，可以使用b圖案和c圖案中的任一個(gè)來(lái)表現(xiàn)代碼“0”。在任一情況下，連續(xù)明部分的數(shù)量或者連續(xù)暗部分的數(shù)量小于4位。然而，如圖15c所示，當(dāng)兩個(gè)以上的代碼“0”連續(xù)時(shí)，必須使得b圖案和c圖案交替。只要至少符合該設(shè)計(jì)規(guī)則，連續(xù)明部分的數(shù)量或者連續(xù)暗部分的數(shù)量就小于4位。

變形例2

下面說(shuō)明變形例2。變形例2的特征是使用3個(gè)圖案來(lái)表現(xiàn)兩個(gè)代碼“1”和“0”。因此，例如，這些圖案可以是如圖16a所示的圖案。在圖16a中，使用兩個(gè)圖案來(lái)表現(xiàn)代碼“0”；2位都是暗部分(b圖案)，并且2位都是半色調(diào)部分。將2位都是半色調(diào)部分的圖案稱為d圖案。換句話說(shuō)，交替使用b圖案和d圖案來(lái)表現(xiàn)代碼“0”。

將明部分和暗部分分別稱為“h”和“l(fā)”，并且將半色調(diào)部分(中間部分)稱為“m”。在其它附圖中通過(guò)陰影標(biāo)記暗部分，但是在圖16a～16d中，通過(guò)實(shí)心黑來(lái)標(biāo)記暗部分以使得理解與半色調(diào)的不同。

可選地，這些圖案可以是圖16b所示的圖案。換句話說(shuō)，通過(guò)具有約50％的反射率(透過(guò)率)的層不能實(shí)現(xiàn)由2位構(gòu)成的半色調(diào)部分，但是可以通過(guò)分別利用暗部分和明部分形成上半部分和下半部分來(lái)實(shí)現(xiàn)。

圖16a和16b所示的圖案還可以被變形成圖16c和16d所示的圖案。為了表現(xiàn)代碼“1”，圖案的順序不是暗部分和明部分，而可以是明部分和暗部分。將該圖案稱為a’圖案。此外，為了表現(xiàn)代碼“0”，代替b圖案，可以使用c圖案。

注意，在上述說(shuō)明中，不必說(shuō)，代碼“1”和代碼“0”可以相互替換。

第二典型實(shí)施例

接著，下面說(shuō)明本發(fā)明的第二典型實(shí)施例。作為第二典型實(shí)施例，說(shuō)明使用污物判斷的信號(hào)處理操作。圖17是第二典型實(shí)施例的信號(hào)處理單元500的功能框圖。信號(hào)處理單元500包括圖像獲取單元510、量化單元520、污物判斷單元530、掩碼單元540、編碼單元550、相關(guān)計(jì)算單元560和中央處理單元570。

此外，反轉(zhuǎn)處理單元412被安裝至圖像獲取單元510。如第一典型實(shí)施例所述，當(dāng)被用作透過(guò)型光電編碼器時(shí)，反轉(zhuǎn)處理單元412被設(shè)置成on。在第二典型實(shí)施例中，假定如下內(nèi)容：基于反射型光電編碼器的情況的假設(shè)來(lái)將反轉(zhuǎn)處理單元412設(shè)置成off。然而，是否進(jìn)行反轉(zhuǎn)處理，這與污物判斷的算法沒(méi)有直接關(guān)系，并且不管反轉(zhuǎn)處理如何，同樣都可以應(yīng)用第二典型實(shí)施例的算法。因此，用于實(shí)現(xiàn)第二典型實(shí)施例的信號(hào)處理單元500可以通用于反射型光電編碼器和透過(guò)型光電編碼器中的任一個(gè)。

信號(hào)處理單元500主要由cpu、rom和ram構(gòu)成，并且通過(guò)裝載計(jì)算程序來(lái)作為功能單元進(jìn)行工作。

參考圖18的流程圖，說(shuō)明功能單元的操作。

圖18是用于說(shuō)明信號(hào)處理單元500的操作過(guò)程的流程圖。首先，圖像獲取單元510順次掃描來(lái)自光接收部330的光電二極管陣列340的信號(hào)，并且獲取abs標(biāo)尺200的檢測(cè)圖像(st110)。然后，量化單元520順次量化所獲取的檢測(cè)圖像(st120)。這里，假定對(duì)于接收光強(qiáng)度已經(jīng)設(shè)置了適當(dāng)閾值。通過(guò)與該閾值進(jìn)行比較，使得暗部分和明部分相互區(qū)分開(kāi)來(lái)，并且進(jìn)行二值化。這里，為了下面的說(shuō)明，將暗部分稱為“l(fā)”，并且將明部分稱為“h”。

然后，圖像如圖20的第二行所示被量化。在圖20的例子中，污物30粘附至abs標(biāo)尺200的一部分。當(dāng)光電二極管341處的接收光強(qiáng)度低于閾值時(shí)，其量化值自然是“l(fā)”。

在量化(st120)之后，通過(guò)污物判斷單元530進(jìn)行污物判斷(st130)。下面參考圖19的流程圖，說(shuō)明污物判斷處理(st130)。圖19是用于說(shuō)明污物判斷處理(st130)的過(guò)程的流程圖。為了進(jìn)行污物判斷處理(st130)，首先，初始化參數(shù)n以對(duì)各個(gè)位進(jìn)行計(jì)數(shù)。為了下面的處理，參數(shù)n被初始化成n＝4。這里，假定圖20中的量化值從左端開(kāi)始依次被編號(hào)為1、2、3、……。

污物判斷單元530獲取第n位的量化值(st132)。這里假定n等于4。第四位的量化值為“l(fā)”。接著，污物判斷單元530獲取第(n-3)位、第(n-2)位和第(n-1)位的量化值、即連續(xù)4位的量化值(st133)。這里，n等于4，并且污物判斷單元530獲取第一位、第二位和第三位的量化值(st133)。

然后，污物判斷單元530判斷這連續(xù)4位的量化值是否相同。在abs標(biāo)尺圖案的設(shè)計(jì)規(guī)則中，具有相同值的連續(xù)量化值的上限數(shù)是3位，并且具有相同值的連續(xù)量化值(l或h)的數(shù)量小于4位。因此，將要判斷的第n位與緊接著的前3位的量化值進(jìn)行比較。

當(dāng)所有量化值并非相同時(shí)(st134為“否”)，該圖案可以至少符合設(shè)計(jì)規(guī)則并且是可靠的，并且不對(duì)第n位的量化值進(jìn)行掩碼(st135)。另一方面，當(dāng)所有量化值相同時(shí)(所有均為h或者所有均為l)(st134為“是”)，則第n位的量化值偏離設(shè)計(jì)規(guī)則并是不可靠的，并且判斷為該圖案受到污物的影響。在這種情況下，對(duì)第n位的量化值進(jìn)行掩碼以不被使用(st136)。

重復(fù)st132～st138的處理，直到參數(shù)n達(dá)到獲取圖像的所有位的數(shù)量為止。當(dāng)參數(shù)n達(dá)到獲取圖像的所有位的數(shù)量時(shí)，終止污物判斷(st137為“是”)。圖20的第三行示出掩碼的on/off。

當(dāng)污物判斷(st130)終止時(shí)，接著通過(guò)編碼單元550進(jìn)行編碼(st150)。為了進(jìn)行編碼，使用未掩碼位的量化值。通過(guò)2位來(lái)表現(xiàn)一個(gè)代碼。將(l，h)的組合轉(zhuǎn)換成代碼“1”。將(l，l)和(h，h)的組合轉(zhuǎn)換成代碼“0”。圖20的第四行示出編碼結(jié)果的例子。

通過(guò)進(jìn)行掩碼(st136)，量化值在一些部分中是未知的。自然，在這些掩碼位的一部分中，代碼是未知的。在圖20中，通過(guò)“？”來(lái)表現(xiàn)未知值。

這樣進(jìn)行編碼數(shù)據(jù)和參考圖案之間的相關(guān)計(jì)算(st160)。計(jì)算表示相關(guān)計(jì)算中最高相關(guān)的位置，作為當(dāng)前絕對(duì)位置(st170)。

通過(guò)進(jìn)行第二典型實(shí)施例的處理，可以區(qū)分由污物所造成的不可靠代碼。此外，對(duì)于相關(guān)計(jì)算，可以不使用不可靠代碼。因此，提高了位置檢測(cè)的精度(可靠性)。這同樣可以適用于被用作反射型或透過(guò)型的abs標(biāo)尺，因此，這些部件可通用于反射型光電編碼器和透過(guò)型光電編碼器。

第三典型實(shí)施例

下面參考圖21～23的流程圖，說(shuō)明本發(fā)明的第三典型實(shí)施例。在上述第二典型實(shí)施例中，說(shuō)明了可以通過(guò)污物判斷(st130)來(lái)區(qū)分可靠量化值和不可靠量化值。由于通過(guò)污物判斷(st130)可以區(qū)分可靠量化值和不可靠量化值，因而當(dāng)獲得預(yù)定數(shù)量的可靠量化值時(shí)，可以終止量化處理和污物判斷處理。為了避免重復(fù)說(shuō)明，在圖21～23的流程圖中，向與第二典型實(shí)施例中的處理步驟相同的處理步驟添加相同步驟編號(hào)。下面依次簡(jiǎn)要說(shuō)明該處理。

在st110，從光接收部330獲取檢測(cè)圖像。然后，量化單元520量化檢測(cè)圖像。在本典型實(shí)施例中，不是一次量化檢測(cè)圖像的所有位，而是順次量化檢測(cè)圖像的必要位。為了進(jìn)行污物判斷(st130a)，首先，從第一位到第四位，進(jìn)行量化(st111～st123)。然后，當(dāng)對(duì)第四位進(jìn)行量化時(shí)(st122)，對(duì)第四位進(jìn)行污物判斷(st130a)。

污物判斷的過(guò)程與第二典型實(shí)施例的相同，但是當(dāng)再次如圖22所示對(duì)目標(biāo)位(第n位)進(jìn)行污物判斷時(shí)，臨時(shí)終止該污物判斷。

返回至圖21，在污物判斷(st130a)之后，判斷是否滿足終止條件(st140)。圖23的流程圖示出終止條件判斷(st140)。作為終止條件，判斷未掩碼位的數(shù)量是否等于或者大于預(yù)定數(shù)量(這里為k)(st141)。預(yù)定數(shù)量(這里為k)是用于相關(guān)計(jì)算所需的位數(shù)。將該預(yù)定數(shù)量稱為可計(jì)算數(shù)量。這里，當(dāng)m序列碼圖案生成多項(xiàng)式由n階移位寄存器構(gòu)成時(shí)，用于獲得絕對(duì)位置所需的最小數(shù)量的代碼是連續(xù)n個(gè)代碼。因此，必要最小可計(jì)算數(shù)量至少是連續(xù)2×n位。然而，由于隨機(jī)插入了由污物引起的掩碼，因而不能獲得該數(shù)量的連續(xù)位的可能性極高。因此，由于掩碼而造成不連續(xù)的位的總數(shù)為2×n位。然而，考慮到污物判斷(st130a)的錯(cuò)誤率，優(yōu)選對(duì)可計(jì)算數(shù)量進(jìn)行設(shè)置，以使最小數(shù)量具有余量。

當(dāng)不使用本實(shí)施例時(shí)，通常具有約為理論最小數(shù)量的四倍的冗余。在本實(shí)施例中，可以將可計(jì)算數(shù)量設(shè)置在理論最小數(shù)量的一倍～三倍的范圍內(nèi)。優(yōu)選地，可計(jì)算數(shù)量為理論最小數(shù)量的1.5～2.5倍，并且更優(yōu)選地，為1.5～2.0倍。自然，當(dāng)污物判斷的精度非常高時(shí)，可以將可計(jì)算數(shù)量設(shè)置在理論最小數(shù)量的1.1～1.3倍的范圍內(nèi)。

當(dāng)準(zhǔn)備了相關(guān)計(jì)算所需的數(shù)據(jù)時(shí)(st141為“是”)，終止量化(和污物判斷)(st140為“是”)，并且處理進(jìn)入編碼(st150)。另一方面，當(dāng)未掩碼位的數(shù)量沒(méi)有達(dá)到預(yù)定數(shù)量(st141為“否”)，判斷參數(shù)n是否達(dá)到位的上限數(shù)(st142)。

當(dāng)位數(shù)達(dá)到了上限數(shù)時(shí)，終止該處理(st142為“是”)。當(dāng)沒(méi)有獲得相關(guān)計(jì)算所需的數(shù)據(jù)時(shí)(st141為“否”)、并且位數(shù)達(dá)到了上限數(shù)(st142為“是”)時(shí)，標(biāo)尺太臟，并且不能進(jìn)行可靠的相關(guān)計(jì)算。因此，向用戶通知標(biāo)尺臟的警告(st143)。

當(dāng)參數(shù)n未達(dá)到位的上限數(shù)時(shí)(st142為“否”)，順次進(jìn)行量化(st121)和污物判斷(st130a)(st140為“否”，st145)。在編碼(st150)之后，相關(guān)計(jì)算(st160)與第二典型實(shí)施例中的相同，并且省略對(duì)其的說(shuō)明。

根據(jù)第三典型實(shí)施例，當(dāng)獲得相關(guān)計(jì)算所需的具有高可靠性的量化值時(shí)，終止量化和編碼的處理。因此，可以加速計(jì)算處理并降低信號(hào)處理單元的負(fù)荷。此外，相關(guān)計(jì)算所使用的代碼數(shù)減少，加速計(jì)算處理和降低信號(hào)處理單元的負(fù)荷的效果非常大。

注意，本發(fā)明不局限于上述實(shí)施例，并且可以在不偏離本范圍的情況下進(jìn)行改變。已經(jīng)說(shuō)明了：當(dāng)量化值的可靠性高時(shí)，不進(jìn)行掩碼(off)(st135)，并且當(dāng)量化值不可靠時(shí)，進(jìn)行掩碼(on)(st136)，但是這僅是一個(gè)例子。可以使用表示高可靠性或者不可靠性的標(biāo)志，但也可以使用任何部件，只要獲得相同效果即可。

在上述實(shí)施例中，舉例說(shuō)明了線性標(biāo)尺和編碼器，但是本發(fā)明可應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)編碼器。

已經(jīng)說(shuō)明了：在上述實(shí)施例中，當(dāng)被用于反射型光電編碼器中時(shí)，將反轉(zhuǎn)處理單元設(shè)置成off，并且當(dāng)被用于透過(guò)型光電編碼器中時(shí)，將反轉(zhuǎn)處理單元設(shè)置成on。自然，這涉及相關(guān)計(jì)算單元的設(shè)置。如果以反射型編碼器為標(biāo)準(zhǔn)來(lái)制造相關(guān)計(jì)算單元，則如上所述設(shè)置反轉(zhuǎn)處理單元。然而，如果以透過(guò)型編碼器為標(biāo)準(zhǔn)，則相反地設(shè)置反轉(zhuǎn)處理單元。換句話說(shuō)，如果以透過(guò)型編碼器為標(biāo)準(zhǔn)，則當(dāng)被用于反射型光電編碼器中時(shí)，將反轉(zhuǎn)處理單元設(shè)置成on，并且當(dāng)被用于透過(guò)型光電編碼器中時(shí)，將反轉(zhuǎn)處理單元設(shè)置成off。

在上述實(shí)施例中，通過(guò)在玻璃基板上設(shè)置鉻膜反射部，使得標(biāo)尺可以通用于反射型和透過(guò)型，但是標(biāo)尺的材料沒(méi)有限制。例如，可以將反射部配置在由透明樹(shù)脂所制成的加長(zhǎng)標(biāo)尺基板上。反射部的材料沒(méi)有限制，并且可以適當(dāng)?shù)厥歉鞣N金屬、無(wú)機(jī)材料或者有機(jī)材料。那么，難以確定光透過(guò)部和光反射部中的哪一個(gè)具有更高的防污特性，但是這對(duì)于本發(fā)明來(lái)說(shuō)沒(méi)有區(qū)別。盡管反射部的一部分缺損、或者透過(guò)部的一部分缺損，但是只要應(yīng)用本發(fā)明，就可以通過(guò)相關(guān)計(jì)算來(lái)消除由于缺損圖案所造成的錯(cuò)誤檢測(cè)信號(hào)。

本申請(qǐng)基于2016年3月25日提交的日本專利申請(qǐng)2016-062643的優(yōu)先權(quán)，在此通過(guò)引用包含其全文。