[发明专利]位移检测装置和位移检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及适用于能够进行位置测量的增量型或绝对型的直线或旋转编码器等的位移检测装置、位移检测方法和计算机可读介质。

背景技术

光电式编码器是一种已知的通过读取刻度尺上的图案来进行位置测量的光学式位移检测装置(例如，参考专利文献1)。专利文献1的光电式编码器具有如下的三光栅型结构：来自光源的入射光经由三个光学光栅被输入至光接收元件，并且这三个光学光栅的其中一个相对于其它两个光学光栅可移动。

例如，三个光学光栅的其中一个、或者作为代替的光接收元件阵列被配置成如下：其光栅间距或排列间距根据投影干涉条纹的间距变化而在相对移动方向上逐渐改变，也就是说，光栅间距或排列间距随着相对于光源的距离增加而增大。通过这样的方案，防止了与刻度图案相对应的明/暗信号由于诸如透镜等的光学系统的像差而发生失真，由此抑制了位置信息的劣化。即便是干涉条纹中远离光源的部分也能够在不产生DC(直流)分量的情况下当作明/暗信号来对待，由此提高了信号检测效率。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2004-347465

然而，在专利文献1的结构中，需要针对因诸如透镜等的光学系统所引起的各失真图案来设计光接收元件阵列的排列间距以及其它各项，这意味着提高刻度尺位置信息的检测精度所用的成本非常高。

发明内容

本发明的一个或多个典型实施例提供了可以通过以低成本消除因光学系统所引起的失真来提高刻度尺位置信息的检测精度的位移检测装置、位移检测方法和计算机可读介质。

根据典型实施例的一种位移检测装置，包括：刻度尺，其具有采用特定排列间距的刻度图案；光学系统，用于形成所述刻度图案的光学图像；光接收元件阵列，其具有多个光接收元件，其中所述光接收元件被配置成能够相对于所述刻度尺移动，并且用于检测所述刻度图案的图像并输出根据所述刻度图案的图像所获得的明/暗信号；失真补偿电路，用于基于各所述光接收元件的位置信息和根据所述光学系统的失真信息所获得的失真表，通过虚拟地改变各所述光接收元件的位置以消除因所述光学系统所引起的失真，从而对从所述光接收元件阵列输出的明/暗信号进行校正；以及位置分析电路，用于使用校正后的明/暗信号来分析所述刻度尺的位置。

利用该结构，在无需物理地改变光接收元件阵列的各光接收元件的位置的情况下，可以通过从与刻度图案相对应的明/暗信号消除因光学系统所引起的失真来获得刻度尺的正确位置信息。这使得可以以低成本提高刻度尺位置信息的检测精度。

所述失真表可以是预先基于通过使用所述光学系统的设计值进行失真模拟所获得的失真信息计算得到的。

所述位移检测装置还可以包括：失真检测电路，用于基于各所述光接收元件的位置信息和从所述光接收元件阵列输出的明/暗信号，来检测与所检测到的刻度图案的图像相对应的光接收元件之间的虚拟间隔相对于光接收元件之间的间隔的偏移量Δp_k，并且基于通过对所检测到的偏移量Δp_k进行相加所获得的各失真信息Δe_i来生成所述失真表。

所述位移检测装置还可以包括：失真检测电路，用于基于各所述光接收元件的位置信息和从所述光接收元件阵列输出的明/暗信号，提取与以位于位置x_i处的各光接收元件为中心的规定区域R_i相对应的部分明/暗信号并利用光接收元件原点O_PDA计算与各所述规定区域R_i相对应的部分明/暗信号的相位φ_i；通过计算所计算出的各相位φ_i和与以位于失真基准位置x_a的无失真的光接收元件为中心的规定区域R_a相对应的部分明/暗信号的相位φ_a之间的差，来计算各失真信息Δe_i；以及基于所计算出的失真信息Δe_i来生成所述失真表。

所述刻度尺的刻度图案可以形成在多个轨道上；所述光学系统和所述光接收元件阵列可以具有与所述多个轨道相对应的多个光学系统和多个光接收元件；以及所述失真补偿电路可以使用如下失真表来校正与所述多个轨道相对应的明/暗信号，其中在该失真表中，以与所述多个轨道中的一个轨道相对应的光学系统的失真信息相等的方式来对与其它轨道相对应的光学系统的失真信息进行修正。