CN107314743A - 定位感测装置及方法 - Google Patents

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Abstract

一种定位感测装置及方法，定位感测装置包括光源、光栅、以及多个光感测器。光源发出的光经过光栅而产生周期性光场。多个光感测器以周期性间隔排列，用以感测此周期性光场，以产生多个定位感测信号。

Description

定位感测装置及方法
技术领域
本发明涉及一种定位感测装置及方法。
背景技术
光学编码器(例如：旋转编码器、光学尺，本说明书以下将以光学尺通称光学编码器)依输出型式可分为增量型(incremental)输出以及绝对型(absolute)输出。绝对输出型光学尺具有可以直接读出位移座标的绝对值、没有累积误差等优点，但其最小单位能以增量光栅为基础，增量信号输出为正交信号(例如sin及cos)的输出，使得接收端得以进行高倍细分割(interpolation)计算，获得高于绝对输出型光学尺可提供的位移解析信息。因此，如何设计增量输出型光学尺，乃目前业界致力的课题之一。
发明内容
有鉴于上述现有技术的问题，本发明的目的在于提供一种定位感测装置及方法。
根据本发明的一实施范例，提出一种定位感测装置。定位感测装置包括光源、光栅、以及多个光感测器。光源发出的光经过该光栅而产生周期性光场。多个光感测器以周期性间隔排列，用以感测此周期性光场，以产生多个定位感测信号。
根据本发明的另一实施范例，提出一种定位感测方法，包括下列步骤。藉由光源发出的光经过光栅.产生周期性光场。以及藉由多个光感测器感测周期性光场，以产生多个定位感测信号，多个光感测器以周期性间隔排列。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1A绘示依照本发明一实施例穿透式架构的定位感测装置示意图；
图1B绘示依照本发明一实施例反射式架构的定位感测装置示意图；
图2A绘示依照本发明一实施例穿透式架构的定位感测装置示意图；
图2B绘示依照本发明一实施例反射式架构的定位感测装置示意图；
图3A绘示依照本发明一实施例穿透式架构的定位感测装置示意图；
图3B绘示依照本发明一实施例反射式架构的定位感测装置示意图；
图4绘示依照本发明一实施例以光感测器取样周期性光场的示意图；
图5绘示依照本发明一实施例多个光感测器的示意图；
图6绘示依照本发明一实施例光感测器排列、光栅影像、以及光感测器等效输出的示意图；
图7绘示依照本发明一实施例各个光感测器输出与位移量的关系示意图；
图8绘示依照本发明一实施例高频光栅影像的示意图；
图9绘示依照本发明一实施例对应于高频光栅影像，光感测器等效输出的示意图；
图10绘示依照本发明一实施例斜置光感测器的示意图；
图11A绘示依照本发明一实施例光感测器的示意图；
图11B绘示依照本发明一实施例光感测器的示意图；
图12绘示依照本发明一实施例光感测器有效反应区域的示意图；
图13绘示依照本发明一实施例的定位感测方法流程图；
图14A绘示依照本发明一实施例光感测器的示意图；
图14B绘示依照本发明一实施例光感测器的示意图；
图14C绘示依照本发明一实施例光感测器包括多个次取样光感测器的示意图。
其中，附图标记
1a、1b、1c、1d、1e、1f：定位感测装置
102a、102b、102c、102d、102e、102f：光源
103c、103d：准直镜
104a、104b、104c、104d、104e、104f：光栅
105e、105f：成像装置
106、106a_1、106a_2、106a_3、106a_N、106b_1、106b_2、106b_3、106b_N、106c_1、106c_2、106c_3、106c_N、106d_1、106d_2、106d_3、106d_N、106e_1、106e_2、106e_3、106e_N、106f_1、106f_2、106f_3、106f_N、106_1、106_2、106_3、106_4、106_5、106_6、106_7、106_8、106_9、106_10、106_11、106_12、106x_1、106x_2、106x_3、106x_4、106x_5、106y_1、106y_2、106y_3、106y_4、106z_1、106z_2、106z_3、106z_4、106_A、106_B、106_C、106_D、106s_1、106s_2、106s_3、106s_4：光感测器
A、B、A’、B’：定位感测信号
A1、A2、B1、B2、C1、C2、D1、D2、A3、B3：次取样光感测器
IM：等效混叠影像
LF：周期性光场
Ps：感测周期
Pg：光栅的周期
S200：藉由光源发出的光经过光栅，产生周期性光场
S202：藉由多个周期性间隔排列的光感测器感测周期性光场，以产生多个定位感测信号
具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：
叠纹图案(Moiré pattern)是常见的光学尺量测方法，将两个不等周期的光栅在光的行经路径上重叠，并藉由测定几个特定位置的叠纹光强度，经由数学运算可以推导出两光栅的相对位置。叠纹光学尺的Moiré信号周期较长，一般大于光栅周期的10倍，缺陷的尺度最多的为1～5周期大小，相对于叠纹或感测器尺寸来的微小，微小的缺陷干扰(如外界微粒、刮伤、针孔、读头与尺身间隙/角度，及玻璃表面平整度、组装误差、环境污染)可能有单一感测器的干扰，造成受干扰的感测器出现直流偏压或振幅的漂移，无法形成很好的共模(common mode)杂讯抑制，降低光学尺对环境的干扰免疫能力，造成定位不稳定的现象。而如欲藉由增加两个不等周期光栅的周期差，以降低叠纹光学尺的Moiré信号周期，则叠纹可能开始出现周期不明显的情形，即叠纹的空间频率成份混杂有两个不等周期光栅的空间频率，有低频混合高频的现象，不易进行信号判读。
本发明提出一种定位感测装置，在于设计出较短叠纹周期(例如，3倍光栅周期)的信号结构。本发明利用多个在空间中间隔排列的感测器，相当于形成叠纹计算的光栅几何尺寸之一。平行光源光场经过周期光栅形成周期性光场的分布，光栅的光场经感测器空间强度积分输出后，可以得到与叠纹计算相同的信号输出。如此，可以压低等效的叠纹周期，来增加感测器输出信号对外在干扰的共模程度，提高抗外界杂讯干扰。同时，也因为感测器与原光栅的周期差拉大了，藉此来提高对光栅尺身与读头对位的容忍度。以下详细说明实施方式。
图1A绘示依照本发明一实施例穿透式架构的定位感测装置1a的示意图。定位感测装置1a包括光源102a、光栅104a、以及多个光感测器106a_1～106a_N。在此实施例中，光源102a例如是平行光源，可发出具有单一波长的平行光，光源102a发出的光经过光栅104a而产生周期性光场LFa(周期性光场LFa的影像未绘示于图中)。多个光感测器106a_1～106a_N以周期性间隔排列，例如多个光感测器106a_1～106a_N之间可具有固定间距，用以感测此周期性光场LFa，以产生多个定位感测信号。举例而言，多个定位感测信号可以是正交的信号，但不限于此，根据多个定位感测信号的振幅及相位关系，可以计算得到增量位移的输出。
图1A所绘示的为穿透式架构，光栅104a是穿透式光栅，光源102a以及多个光感测器106a_1～106a_N设置于光栅104a的相异两侧。本发明并不限于此，亦可使用反射式架构，如图1B所示，其绘示依照本发明一实施例反射式架构的定位感测装置1b的示意图。定位感测装置1b包括光源102b、光栅104b、以及多个光感测器106b_1～106b_N，其中光栅104b是反射式光栅，或是光栅104b包括反射镜以反射光源102b所发出的光。在此实施例中，光源102b发出的光经过光栅104b反射后而产生周期性光场LFb，多个光感测器106b_1～106b_N感测此周期性光场LFb，以产生多个定位感测信号。
在其他实施例中，亦可以使用点光源。图2A绘示依照本发明一实施例穿透式架构的定位感测装置1c的示意图。定位感测装置1c包括光源102c、准直镜103c、光栅104c、以及多个光感测器106c_1～106c_N。光源102c可以是发光二极管(Light Emitting Diode,LED)单波长光源，提供小发散角光源，准直镜103c设置于光源102c与光栅104c之间，可用以产生平行光线。光源120c发出的光通过准直镜103c以及光栅104c而产生周期性光场LFc，多个光感测器106c_1～106c_N感测此周期性光场LFc产生多个定位感测信号。
类似地，在一实施例中亦可以采用反射式架构，如图2B所示，其绘示依照本发明一实施例反射式架构的定位感测装置1d的示意图。定位感测装置1d包括光源102d、准直镜103d、光栅104d、以及多个光感测器106d_1～106d_N。其中光栅104d是反射式光栅，光源120d发出的光通过准直镜103d，经由光栅104d反射后而产生周期性光场LFd，多个光感测器106d_1～106d_N感测此周期性光场LFd产生多个定位感测信号。
在前述图1A、1B、2A、2B的实施例中，可以适当安排光栅104与光感测器106之间的距离，以使得光栅104所产生的光场分布能够重建于光感测器106的位置。以穿透式架构为例，光感测器106可以设置于靠近光栅104的位置，使得光感测器106可以感测到光栅104所产生周期性光场LF的近场分布。另一方面，对于反射式架构而言，由于光感测器106距离光栅104较远，光栅104所产生周期性光场LF的远场分布会随着距离而改变，此时为了让光栅104的光场可以重建，可以安排光感测器106与光栅104之间的距离为相关于Talbot距离ZT，其中λ为光源102发出的光波长，Pg是光栅的周期。举例而言，光栅104的周期Pg是20μm，光源102发出的光波长是650nm，则Talbot距离ZT大约为1200μm。
在与光栅104的距离为时，其中n为自然数，可以重建原始光栅的图案，但空间相位偏移180度；而当与光栅104的距离为nZT时，可以得到原始光栅的光场影像；当与光栅104的距离为时，则会呈现倍频的光栅影像。且Talbot效应具有均化瑕疵的功能，亦即对非周期信号中的非周期影像，会随着距离拉远逐渐弱化。
在穿透式架构以及反射式架构，皆可藉由设置光栅104与光感测器106之间的距离相关于Talbot距离，以重建光场分布，使得光感测器106能够成功感测周期性光场LF。在另一实施例中，则可藉由成像装置，以使得经由光栅104所产生的光栅影像，成像在光感测器106的位置。
图3A绘示依照本发明一实施例穿透式架构的定位感测装置1e的示意图。定位感测装置1e包括光源102e(此例中使用平行光源，亦可置换为点光源与准直镜的组合)、光栅104e、成像装置105e、以及多个光感测器106e_1～106e_N。成像装置105e设置于光栅104e与多个光感测器106e_1～106e_N之间，成像装置105e包括透镜，光源102e发出的光经过光栅104e以及成像装置105e，于多个光感测器106e_1～106e_N的位置形成周期性光场LFe。
图3B绘示依照本发明一实施例反射式架构的定位感测装置1f的示意图。定位感测装置1f包括光源102f(此例中使用平行光源，亦可置换为点光源与准直镜的组合)、光栅104f、成像装置105f、以及多个光感测器106f_1～106f_N。光栅104f是反射式光栅，成像装置105f设置于光栅104f与多个光感测器106f_1～106f_N之间，成像装置105f包括透镜，光源102f发出的光经过光栅104f反射后，经过成像装置105f，于多个光感测器106f_1～106f_N的位置形成周期性光场LFf。
于图3A以及图3B的实施例中，藉由使用成像装置105，可使得光栅104所产生的光场分布可以清楚成像在光感测器106的位置，以利于光感测器106感测周期性光场LF取得定位资料。成像装置105可以有多种实作方式，例如包括透镜组、光纤镜头、中继透镜、微透镜等等，藉由选择适当的透镜及焦距，以使得光栅影像能够清楚成像于光感测器106的位置。
图1A～图3B绘示了本发明定位感测装置的多种可能实施方式，其中包括穿透式架构以及反射式架构。以下更进一步说明关于多个光感测器106_1～106_N感测周期性光场LF，并产生多个定位感测信号。以下说明可应用至图1A～图3B的全部实施例，因此将使用元件编号106_1～106_N以较简洁的表示这些实施例当中的光感测器，并使用元件编号LF表示这些实施例当中的周期性光场。
多个光感测器106_1～106_N是周期性间隔排列，周期性间隔排列的间距为一感测周期Ps，感测周期Ps例如代表：光感测器106_1的感测中心点位置与光感测器106_2的感测中心点位置距离为Ps，光感测器106_2的感测中心点位置与光感测器106_3的感测中心点位置距离为Ps，其余以此类推。而光栅104的周期为Pg，在光感测器106_1～106_N的位置所产生的周期性光场LF的周期例如为Pg。因此，多个光感测器106_1～106_N是以空间上的感测周期Ps，取样具有空间周期Pg的周期性光场LF。
感测周期Ps不等于光栅的周期Pg，因此多个光感测器106_1～106_N能够获得周期性光场LF中不同相位的信息，藉由如此的空间取样手段，相当于光感测器106架构对周期性光场LF产生折积(convolution)积分效果，而能够直接读取光栅104所产生的光场。亦即，在空间中没有光线混叠的现象，也没有形成叠纹图形，而是在光感测器106内部产生等效混叠效果。
图4绘示依照本发明一实施例以光感测器取样周期性光场的示意图。在此图中，将周期性光场LF的直纹图形以正弦波图示表示，以清楚表现其周期特性，周期性光场LF的周期为Pg。光感测器106排列的空间周期为感测周期Ps，光感测器106取样的位置如图4中箭头所示之处。于此例中，在3个结构光周期之间安置4颗光感测器，达到空间取样的效果。
可以依据以下的关系式，根据光栅104的周期Pg而设定感测周期Ps：其中PA代表于光感测器106内部形成的等效叠纹周期nA代表光感测器106输出的定位感测信号数量，nA是正整数。举例而言，光栅104的周期Pg是20μm，若希望光感测器106输出4个定位感测信号(nA＝4)，亦即，希望产生相位差为的4个定位感测信号，则因此感测周期感测周期Ps可选择设置为15μm或25μm。若将感测周期Ps设置为15μm，则得到的等效叠纹周期PA是60μm，若选择将感测周期Ps设置为25μm，则得到的等效叠纹周期PA是100μm。
上述例子中的等效叠纹周期PA仅是光栅周期Pg的3倍，相较于使用两个不等周期光栅而产生的叠纹周期，通常叠纹周期大于光栅周期的10倍，本发明的定位感测装置能够有效的降低叠纹周期，可以减少外界杂讯(噪声)的干扰。
在另一例中，光栅104的周期Pg同样为20μm，可设置感测周期Ps为26.667μm，则得到的等效叠纹周期PA是80μm，光感测器106输出3个定位感测信号(nA＝3)，这3个定位感测信号的相位差为可分别对应输出0度、120度、240度的相位信号。依据上述的关系式可计算其他可能的组合，依照设计需求设置所需的感测周期Ps。
图5绘示依照本发明一实施例多个光感测器的示意图。延续图4绘示的例子，在3个结构光周期中安置4颗光感测器进行空间取样(nA＝4)，可产生相位差为90度的4个定位感测信号，分别对应0度、90度、180度、270度的相位信号。如图5所示，光感测器106_1、106_2、106_3、106_4、106_5、106_6、106_7、106_8分别对应0度、90度、180度、270度、0度、90度、180度、270度的相位信号。对应到相同相位信息的光感测器，例如光感测器106_2、106_6、106_10皆是对应到相位90度，可将这些光感测器106_2、106_6、106_10产生的信号耦接在一起后经运算输出，以产生相位90度的定位感测信号B。在图5中虽是绘示将这3个信号线直接连接在一起，然而此仅为简化例示性的示意图，实作中可将这3个信号线经过适当运算后产生最终输出的定位感测信号B。同理，其他相位的定位感测信号亦能以相似的方式产生，因此此例中光感测器106可输出共4个定位感测信号A、B、A＇、B＇，这4个定位感测信号可以分别对应0度、90度、180度、270度的相位信号，例如分别是sin、cos、-sin、-cos函数。
图6绘示依照本发明一实施例光感测器排列、光栅影像、以及光感测器等效输出的示意图。图6上方第一排所示为光感测器106的排列方式，其中斜线网底的方块代表有设置光感测器，黑色区域代表没有设置光感测器，光感测器106间隔排列的感测周期为Ps。图6中间一排是光栅104产生的周期性光场LF的影像示意图，其中白色部分代表亮纹，黑色部份代表暗纹，亮纹与暗纹之间有灰色的过渡区域，光栅104的周期为Pg，与感测周期Ps不相等。图6最下方一排代表在光感测器106内部产生的等效混叠影像IM的示意图，实际上于空间中并没有光线混叠，亦即空间中并没有叠纹影像产生，此处的等效混叠影像IM代表光感测器106内部对周期性光场LF的折积积分效果。由图中可以看出，在有设置光感测器106的位置，可以感测到亮纹处的光场，因此等效混叠影像IM对应的位置会有亮纹存在，其中等效混叠影像IM的等效叠纹周期
图7绘示依照本发明一实施例各个光感测器输出与位移量的关系示意图。延续图5的实施例，光感测器106可输出定位感测信号A、B、A＇、B＇，随着光栅104相对光感测器106的位移变化，会产生不同的等效混叠影像IM，所输出的定位感测信号A、B、A＇、B＇随着光栅104位移量的变化如图7所示。横轴为光栅104的相对移动量(单位：1/30μm)，纵轴为光感测器106输出的信号强度，4种不同线条分别绘示定位感测信号A、B、A＇、B＇，这4个定位感测信号之间具有90度的相位差，为近似于弦波的正交信号。
图8绘示依照本发明一实施例高频光栅影像的示意图。在此实施例中，光栅104所产生的周期性光场LF具有较高频的频率成份，亦即周期性光场LF的影像边缘锐利度较高，与图6相较，图8的周期性光场LF在亮纹与暗纹之间有较少的灰色过渡区域。根据图8范例中所示的周期性光场LF，光感测器106所输出的定位感测信号如图9所示，其绘示依照本发明一实施例对应于高频光栅影像，光感测器等效输出的示意图。如图9所示，光感测器106输出的定位感测信号因信号振幅过大而产生输出平头的现象。如此的定位感测信号由于失去了部分的相位信息，在进行解码时可能无法正确获得位移量信息，导致定位的准确度下降。
为解决上述的问题，可将光感测器对于光感测的灵敏度设计为非均匀(non-uniform)分布。一种实作方式例如为，在各个光感测器靠近中心点的位置，对于光感测的灵敏度较高，而在各个光感测器靠近两侧边缘的位置，对于光感测的灵敏度较低。如此可以有效解决信号饱和的问题，使得光感测器输出的定位感测信号接近为正交的弦波信号。
对于非均匀分布灵敏度的光感测器有多种可能实作方式，以下说明几种例子。图10绘示依照本发明一实施例斜置光感测器的示意图，在此例中，光感测器106x_1～106x_5是相对斜置于周期性光场LF的直纹方向排列。例如光感测器106x_1靠近中心点的位置，灵敏度较高，光感测器106x_1靠近边缘的位置，灵敏度较低。另外，图11A绘示依照本发明一实施例光感测器的示意图，在此例中，光感测器106y_1～106y_4可以分别是由多个光感测器的区块组合而成。图11B绘示依照本发明一实施例光感测器的示意图，在此例中，光感测器160z_1～160z_1可以采用菱形的光感测器。如图10、图11A、以及图11B所示的这些实施例中，藉由调整光感测器的外型或摆设方向，可以使得光感测器表面对于光感测的灵敏度为非均匀分布。
光感测器可具有一开口比(duty ratio)，决定光感测器的有效反应区域大小。图12绘示依照本发明一实施例光感测器有效反应区域的示意图，此图中以感测周期Ps＝15μm为例，图中所示的斜线网底部份代表光感测器的有效反应区域。光感测器对于光场的分布积分，于此实施例中，可以对于积分的对比度做开口比的优化设计。以弦波光场为例，光感测器对周期性光场LF(具有周期Pg)的积分结果可以表示为：其中κ为开口比。为了得到最好的积分对比度，找出可使得{P(x)|max-P(x)|min}值为最大的开口比κ，经计算可得到最佳对比度的开口比例如，对于感测周期Ps＝15μm的光感测器，有10μm的有效反应区域。
对于光感测器106的硬件实作，可以有多种方式，例如包括光电二极管、光敏电阻、感光板、感光耦合元件(Charge Coupled Device,CCD)等等。以CCD为例，CCD积体电路上包括多个排列整齐的电容，能感应光线将光信号转换为数位信号。由于CCD本身即具有周期性间隔排列的特性，因此可适用于本发明实施例的光感测器。CCD的单位像素大小例如是3.75μm*3.75μm。如前述图4的实施例中，感测周期Ps可设置为15μm，亦即可使用4个CCD的单位像素作为1个光感测器(3.75μm*4＝15μm)，将这4个单位像素的输出信号经适当处理可作为1个光感测器的输出信号，如此即可完成以CCD实作的光感测器。
本发明并提出一种定位感测方法，图13绘示依照本发明一实施例的定位感测方法流程图，包括下列步骤。步骤S200:藉由光源发出的光经过光栅，产生周期性光场。以及步骤S202:藉由多个周期性间隔排列的光感测器感测周期性光场，以产生多个定位感测信号。其相关的说明可见前述实施例，于此不再重复赘述。
对于光栅104的周期Pg＝20μm，可以将感测周期Ps设置为15μm或25μm，前述例示性说明了感测周期Ps＝15μm的范例。以下更提出另一实施例，将感测周期Ps设置为25μm，得到的等效叠纹周期PA是100μm，此例中即为在5个结构光周期中安置4颗光感测器进行空间取样。如前所述，光感测器具有一开口比(duty ratio)，在此实施例中，当开口比为100％时，如图14A所示，并无法输出四个正交信号。请参考图14A，其中光感测器106_A与光感测器106_B的光场积分输出结果相同，光感测器106_C与光感测器106_D的光场积分输出结果相同，因此如此的设置下仅能得到两种相位输出的感测信号。
而如图14B所示，当设置开口比则可以成功输出四个正交信号，4个定位感测信号可以分别对应0度、90度、180度、270度的相位信号。而与图12的实施例相较，使用等效叠纹周期PA为100μm时，利用率偏低(开口比较低)，提高了所需的硬件成本。因此，在一实施例中，更提出各光感测器可以包括第一次取样光感测器以及第二次取样光感测器，其中第一次取样光感测器用以产生多个定位感测信号的其中的一者，第二次取样光感测器用以产生多个定位感测信号的其中的另一者。藉由在一个光感测器设置多个次取样光感测器，且同一个光感测器内的多个次取样光感测器用以产生不同的定位感测信号，如此可以提高空间使用率，亦即可以使用较高的开口比，并能够成功输出四个正交信号。以下使用图14C作为范例说明。
图14C绘示依照本发明一实施例光感测器包括多个次取样光感测器的示意图。在此实施例中，在等效叠纹周期PA＝100μm内，光感测器包括接续的第一光感测器106s_1、第二光感测器106s_2、第三光感测器106s_3、以及第四光感测器106s_4。其中第一光感测器106s_1包括第一次取样光感测器A1以及第二次取样光感测器B1，第三光感测器106s_3包括第三次取样光感测器B2以及第四次取样光感测器A2。如图14C所示，第一次取样光感测器A1以及第四次取样光感测器A2所得到的光场积分结果相同，可用以产生多个定位感测信号的其中的一者，而第二次取样光感测器B2以及第三次取样光感测器B2所得到的光场积分结果相同，可用以产生多个定位感测信号的其中的另一者。
类似地，在第二光感测器106s_2以及第四光感测器106s_4当中，次取样光感测器C1与次取样光感测感C2可用以产生多个定位感测信号的其中的一者，而次取样光感测器D1与次取样光感测感D2可用以产生多个定位感测信号的其中的另一者。请同时参考图5，如图14C所示的例子，次取样光感测器A1以及次取样光感测器A2可连接用以产生定位感测信号A，次取样光感测器B1以及次取样光感测器B2可连接用以产生定位感测信号A＇，次取样光感测器C1以及次取样光感测器C2可连接用以产生定位感测信号B，次取样光感测器D1以及次取样光感测器D2可连接用以产生定位感测信号B＇。
图14C所绘示的次取样光感测器A1以及次取样光感测器B1紧密贴合为示意图，于实作中感测器边缘可能存在宽度不等于零的绝缘层。而使用如图14C所示的实施例，在不考虑感测器绝缘层宽度的影响下，光感测器的开口比为(如考虑感测器绝缘层宽度，开口比约为72％)，藉由非等距次取样技术(一个光感测器包括多个次取样光感测器，次取样光感测器A1到A2的距离，不等于次取样光感测器B1到B2的距离)，使得可以在光感测器具有较高开口比的情况下，亦能达成输出四个正交信号。
根据本发明提出的定位感测装置以及定位感测方法，仅需设置一个光栅，即可以计算出光栅与光感测器之间的相对位移量。亦即，藉由周期性间隔排列的光感测器，可以直接读取光栅所产生的周期性光场，不需设置副光栅，能够得到等效的叠纹计算信号输出。由于仅需单一光栅，定位感测装置的结构简单，且可以减少因光学元件的组装误差而产生的问题。
此外，使用本发明提出的定位感测装置以及定位感测方法，可以压低等效的叠纹周期。降低了等效叠纹周期，即可以减少外界杂讯的干扰。这是因为当叠纹周期变小，等效而言缺陷尺寸就相对变大，一个缺陷同时对于多个光感测器的输出信号造成影响，例如同时对于定位感测信号A、B、A＇、B＇造成影响，形成共模杂讯。在定位感测装置后端解码时，可利用差分运算，例如将A信号与A＇信号相减，即可以去除此杂讯成份。因此，本发明的定位感测装置及方法，能够增加对外在干扰的共模程度，提高抗外界杂讯干扰的能力。此外，也因为光感测器与光栅的周期差拉大，对于光栅尺身与读头相对运动的误差，可以有更高的误差容忍度。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (22)

1.一种定位感测装置，其特征在于，包括：
一光源；
一光栅，该光源发出的光经过该光栅而产生一周期性光场；以及
多个光感测器，该些光感测器以周期性间隔排列，用以感测该周期性光场，以产生多个定位感测信号。
2.根据权利要求1所述的定位感测装置，其特征在于，该光栅是一穿透式光栅，该光源以及该多个光感测器设置于该光栅的相异两侧。
3.根据权利要求1所述的定位感测装置，其特征在于，该光栅是一反射式光栅，该光源发出的光由该光栅反射后，形成该周期性光场。
4.根据权利要求1所述的定位感测装置，其特征在于，该光栅与该些光感测器之间具有一距离，该光源发出的光经过该光栅后，于该些光感测器的位置形成该周期性光场，其特征在于，该距离相关于该光栅的周期以及该光源发出的光波长。
5.根据权利要求1所述的定位感测装置，其特征在于，更包括一成像装置，设置于该光栅与该些光感测器之间，该成像装置包括一透镜，该光源发出的光经过该光栅以及该成像装置，于该些光感测器的位置形成该周期性光场。
6.根据权利要求1所述的定位感测装置，其特征在于，该些光感测器周期性间隔排列的间距为一感测周期，该感测周期不等于该光栅的周期。
7.根据权利要求6所述的定位感测装置，其特征在于，该感测周期Ps与该光栅的周期Pg关系如下：其中nA是正整数。
8.根据权利要求1所述的定位感测装置，其特征在于，该些光感测器是相对斜置于该周期性光场的直纹方向排列。
9.根据权利要求1所述的定位感测装置，其特征在于，该些光感测器对于光感测的灵敏度为非均匀分布。
10.根据权利要求1所述的定位感测装置，其特征在于，各该些光感测器包括一第一次取样光感测器以及一第二次取样光感测器，该第一次取样光感测器用以产生该些定位感测信号的其中的一者，该第二次取样光感测器用以产生该些定位感测信号的其中的另一者。
11.根据权利要求1所述的定位感测装置，其特征在于，该些光感测器包括接续的一第一光感测器、一第二光感测器、以及一第三光感测器，其中该第一光感测器包括一第一次取样光感测器以及一第二次取样光感测器，该第三光感测器包括一第三次取样光感测器以及一第四次取样光感测器，该第一次取样光感测器以及该第四次取样光感测器用以产生该些定位感测信号的其中的一者，该第二次取样光感测器以及该第三次取样光感测器用以产生该些定位感测信号的其中的另一者。
12.一种定位感测方法，其特征在于，包括：
藉由一光源发出的光经过一光栅，产生一周期性光场；以及
藉由多个光感测器感测该周期性光场，以产生多个定位感测信号，该些光感测器以周期性间隔排列。
13.根据权利要求12所述的定位感测方法，其特征在于，该光栅是一穿透式光栅，该光源以及该多个光感测器设置于该光栅的相异两侧。
14.根据权利要求12所述的定位感测方法，其特征在于，该光栅是一反射式光栅，该光源发出的光由该光栅反射后，形成该周期性光场。
15.根据权利要求12所述的定位感测方法，其特征在于，该光栅与该些光感测器之间具有一距离，该光源发出的光经过该光栅于该些光感测器的位置形成该周期性光场，其中该距离相关于该光栅的周期以及该光源发出的光波长。
16.根据权利要求12所述的定位感测方法，其特征在于，产生该周期性光场的步骤更包括提供一成像装置，该成像装置包括一透镜，该光源发出的光经过该光栅以及该成像装置，于该些光感测器的位置形成该周期性光场。
17.根据权利要求12所述的定位感测方法，其特征在于，该些光感测器周期性间隔排列的间距为一感测周期，该感测周期不等于该光栅的周期。
18.如申请专利范围第17项所述的定位感测方法，其特征在于，该感测周期Ps与该光栅的周期Pg关系如下：其中nA是正整数。
19.根据权利要求12所述的定位感测方法，其特征在于，该些光感测器是相对斜置于该周期性光场的直纹方向排列。
20.根据权利要求12所述的定位感测方法，其特征在于，该些光感测器对于光感测的灵敏度为非均匀分布。
21.根据权利要求12所述的定位感测方法，其特征在于，各该些光感测器包括一第一次取样光感测器以及一第二次取样光感测器，该第一次取样光感测器用以产生该些定位感测信号的其中的一者，该第二次取样光感测器用以产生该些定位感测信号的其中的另一者。
22.根据权利要求12所述的定位感测方法，其特征在于，该些光感测器包括接续的一第一光感测器、一第二光感测器、以及一第三光感测器，其中该第一光感测器包括一第一次取样光感测器以及一第二次取样光感测器，该第三光感测器包括一第三次取样光感测器以及一第四次取样光感测器，该第一次取样光感测器以及该第四次取样光感测器用以产生该些定位感测信号的其中的一者，该第二次取样光感测器以及该第三次取样光感测器用以产生该些定位感测信号的其中的另一者。
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