本發(fā)明涉及一種位置檢測設(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度測量裝置和精密位置檢測器(例如，jp5553669b)。

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

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，通過在玻璃基板21上配置預(yù)定圖案化的鉻膜22來形成標(biāo)尺圖案。

光電編碼器具有反射型和透過型兩種類型。

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

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被稱為絕對式(abs)檢測標(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，該光通過鉻膜22被反射，并且透過玻璃部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。假定在本說明書中，鉻膜22相對更加穩(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，并且在本說明書的最后說明這一點(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是非透過部，并且玻璃部21是光透過部。因此，當(dāng)在光接收部接收到透過標(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，與反射型相比，透過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型光電編碼器，則必須在中途進(jìn)行反轉(zhuǎn)處理。

也就是說，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，透過光的圖像圖案部分地缺損(參考圖5b)。假定以上述方式對圖像圖案進(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，透過型對于污物更加敏感。

考慮到實(shí)際產(chǎn)品，在反射型或者透過型中要求同等性能，并且不期望與反射型相比，透過型對于污物相對更加敏感。因此，在透過型中進(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，其沿長度測量方向設(shè)置有按照偽隨機(jī)碼序列的2級代碼圖案；以及檢測頭部，其被設(shè)置成能夠沿所述標(biāo)尺相對移動(dòng)，且用于基于所述標(biāo)尺上的偽隨機(jī)碼序列來檢測所述標(biāo)尺上的絕對位置，其中，所述2級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表現(xiàn)所述2級代碼圖案，所述2級代碼圖案中的各個(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，以及所述檢測頭部包括：光源，用于利用光來照射所述標(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所述標(biāo)尺的光所形成的明暗的檢測圖像；反轉(zhuǎn)處理單元，用于對所述檢測圖像進(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)碼序列對所述檢測圖像的位數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)計(jì)算，并且根據(jù)相關(guān)峰值來計(jì)算所述標(biāo)尺上的絕對位置。

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圖像為基準(zhǔn)來進(jìn)行所述相關(guān)計(jì)算、并且所述圖像獲取單元獲取透過所述標(biāo)尺的光所形成的檢測圖像的情況下，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)成以透過所述標(biāo)尺的光所形成的檢測圖像為基準(zhǔn)來進(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圖像為基準(zhǔn)來進(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)成以透過所述標(biāo)尺的光所形成的檢測圖像為基準(zhǔn)來進(jìn)行所述相關(guān)計(jì)算、并且所述圖像獲取單元獲取透過所述標(biāo)尺的光所形成的檢測圖像的情況下，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)置選擇器開關(guān)。

在本發(fā)明的一個(gè)方面中，優(yōu)選地：所述2級代碼圖案中的各個(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：通過作為l和h的組合的a圖案來表現(xiàn)代碼“1”，通過作為l和l的組合的b圖案或者通過作為h和h的組合的c圖案來表現(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，通過作為l和h的組合的a圖案來表現(xiàn)代碼“1”，通過從作為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方法，所述位置檢測方法包括以下步驟：通過檢測頭部來獲取標(biāo)尺的檢測圖像；從所述檢測圖像中將連續(xù)l的數(shù)量超過上限值的部分作為不可靠部分而排除；從所述檢測圖像中獎(jiǎng)連續(xù)h的數(shù)量超過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，使用從所述檢測圖像中未被排除的位數(shù)據(jù)來進(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)，終止對所述檢測圖像的量化處理，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)從所述檢測圖像未被排除的位數(shù)據(jù)的數(shù)量沒有達(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。

附圖說明

圖1是示出通過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型光電編碼器時(shí)所使用的透過型光電編碼器的標(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是用于說明污物判斷的圖；

圖13是示出透過型光電編碼器的結(jié)構(gòu)的例子的圖；

圖14a～14e是用于說明污物判斷的圖；

圖15a～15c是用于說明變形例的圖；

圖16a～16d是用于說明變形例的圖；

圖17是信號(hào)處理單元的功能框圖；

圖18是用于說明信號(hào)處理單元的操作過程的流程圖；

圖19是用于說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是用于說明第三典型實(shí)施例的流程圖；

圖22是用于說明第三典型實(shí)施例的流程圖；以及

圖23是用于說明第三典型實(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ξ畚锏聂敯粜圆桓?。如果存在理論上針對污物具有十分高的魯棒性的?biāo)尺圖案和位置檢測計(jì)算算法，則在透過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)明人通過他們的銳意研究，開發(fā)出了理論上針對污物具有十分高的魯棒性的標(biāo)尺圖案和位置檢測計(jì)算算法。結(jié)果，這些部件第一次可通用于透過型光電編碼器和反射型光電編碼器。以下將具體說明。

第一典型實(shí)施例

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

檢測頭部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)置選擇器開關(guān)411。光源310向abs標(biāo)尺200發(fā)射光。該光通過abs標(biāo)尺200的反射部被反射，并且透過了透過部。然后，反射光通過透鏡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。通過以可以檢測到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均包括開關(guān)342，并且通過開關(guān)342與信號(hào)處理單元400連接。通過順次接通開關(guān)342，掃描來自各光電二極管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)需要對檢測圖像的正負(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作為透過型光電編碼器的透過型標(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所獲取的檢測圖像。由于設(shè)置選擇器開關(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，可以通過設(shè)置選擇器開關(guān)411來改變反轉(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)尺圖案上的絕對位置。

下面說明abs標(biāo)尺200。具體地，說明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2位表現(xiàn)各代碼“1”和“0”。換句話說，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，如果在透過型光電編碼器中使用相同的標(biāo)尺，則該關(guān)系反轉(zhuǎn)。

說明代碼“0”的表現(xiàn)。如圖10所示，準(zhǔn)備兩個(gè)圖案來表現(xiàn)代碼“0”。通過2位是暗部分的b圖案和2位是明部分的c圖案來表現(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，通過使用這兩個(gè)圖案來表現(xiàn)相同代碼“0”。

接著，參考圖11的例子，說明用于判斷配置b圖案和c圖案中的哪一個(gè)來表現(xiàn)代碼“0”的設(shè)計(jì)規(guī)則。簡而言之，為了表現(xiàn)代碼“0”，通過參考緊接著的前一代碼“0”(這里為左側(cè))來交替配置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。

說明該代碼“1”右邊的代碼“0”。通過參考該代碼“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，當(dāng)在光接收部330處所檢測到的信號(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)，超過了上限值，也就是說，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)使用暗部分來表現(xiàn)代碼“0”的傳統(tǒng)技術(shù)中，該信號(hào)圖案結(jié)果沒有改變，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，即沒有超過上限值。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。通過這樣防止相關(guān)計(jì)算受到污物的影響，可以提高針對污物的魯棒性。

注意，在上述說明中，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，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，提高位置檢測的精度(可靠性)。

此外，當(dāng)在反射型和透過型任一個(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污物的魯棒性。圖13是示出透過型光電編碼器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)在透過型光電編碼器100t中使用信號(hào)處理單元400時(shí)，通過設(shè)置選擇器開關(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abs標(biāo)尺200的光。然后，鉻膜211變成非透過部，并且玻璃部210變成光透過部，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，并且對于相關(guān)計(jì)算不使用該圖案。利用正確獲取的信號(hào)來進(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，提高針對污物的魯棒性。

然后，通過比較構(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)荷或者簡化信號(hào)處理單元400。此外，當(dāng)在透過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

下面說明變形例1。圖15a～15c是用于說明變形例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”分開孤立時(shí)，也就是說，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

下面說明變形例2。變形例2的特征是使用3個(gè)圖案來表現(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，交替使用b圖案和d圖案來表現(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”。在其它附圖中通過陰影標(biāo)記暗部分，但是在圖16a～16d中，通過實(shí)心黑來標(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，通過具有約50％的反射率(透過率)的層不能實(shí)現(xiàn)由2位構(gòu)成的半色調(diào)部分，但是可以通過分別利用暗部分和明部分形成上半部分和下半部分來實(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，在上述說明中，不必說，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，并且通過裝載計(jì)算程序來作為功能單元進(jìn)行工作。

參考圖18的流程圖，說明功能單元的操作。

圖18是用于說明信號(hào)處理單元500的操作過程的流程圖。首先，圖像獲取單元510順次掃描來自光接收部330的光電二極管陣列340的信號(hào)，并且獲取abs標(biāo)尺200的檢測圖像(st110)。然后，量化單元520順次量化所獲取的檢測圖像(st120)。這里，假定對于接收光強(qiáng)度已經(jīng)設(shè)置了適當(dāng)閾值。通過與該閾值進(jìn)行比較，使得暗部分和明部分相互區(qū)分開來，并且進(jìn)行二值化。這里，為了下面的說明，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，說明污物判斷處理(st130)。圖19是用于說明污物判斷處理(st130)的過程的流程圖。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2位來表現(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“？”來表現(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)前絕對位置(st170)。

通過進(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，提高了位置檢測的精度(可靠性)。這同樣可以適用于被用作反射型或透過型的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，說明了可以通過污物判斷(st130)來區(qū)分可靠量化值和不可靠量化值。由于通過污物判斷(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)。下面依次簡要說明該處理。

在st110，從光接收部330獲取檢測圖像。然后，量化單元520量化檢測圖像。在本典型實(shí)施例中，不是一次量化檢測圖像的所有位，而是順次量化檢測圖像的必要位。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)對第四位進(jìn)行量化時(shí)(st122)，對第四位進(jìn)行污物判斷(st130a)。

污物判斷的過程與第二典型實(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，并且省略對其的說明。

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?？梢允褂帽硎靖呖煽啃曰蛘卟豢煽啃缘臉?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，如果以透過型編碼器為標(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型，但是標(biāo)尺的材料沒有限制。例如，可以將反射部配置在由透明樹脂所制成的加長標(biāo)尺基板上。反射部的材料沒有限制，并且可以適當(dāng)?shù)厥歉鞣N金屬、無機(jī)材料或者有機(jī)材料。那么，難以確定光透過部和光反射部中的哪一個(gè)具有更高的防污特性，但是這對于本發(fā)明來說沒有區(qū)別。盡管反射部的一部分缺損、或者透過部的一部分缺損，但是只要應(yīng)用本發(fā)明，就可以通過相關(guān)計(jì)算來消除由于缺損圖案所造成的錯(cuò)誤檢測信號(hào)。

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