CN110418943A - 编码器装置 - Google Patents

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Abstract

一种投影编码器装置包括标尺和读头。该读头包括至少一个电磁辐射源，该至少一个电磁辐射源用于照射该标尺以便在检测器处产生投影条纹图案，该检测器被配置成检测该投影条纹图案。该编码器装置可以被配置成抑制该条纹图案的总谐波失真，例如使得该条纹图案的总谐波失真不大于6％。

Description

编码器装置
本发明涉及一种编码器装置，具体地涉及一种投影位置测量编码器装置，该投影位置测量编码器装置包括可相对于彼此移动的标尺和读头。
众所周知，位置测量编码器装置通常包括标尺，该标尺具有读头可以读取以确定和测量相对位置的一系列特征(及其衍生物，诸如速度和/或加速度)。编码器通常被分类为增量式或绝对式。用于增量式编码器的标尺包括读头检测以确定标尺与读头的相对位置和移动的一系列大体周期性特征。如将理解，增量式编码器可以被配置成提供正交(彼此为90度异相)的两个信号，并且通常被标记为SIN信号和COS信号(即使其可以实际上不是正弦信号或余弦信号)。正交信号可以被内插以提供将读头的位置准确测量到小于重复标尺图案的一个周期。由编码器装置提供这种正交信号是众所周知的，以便提供读头和标尺的方向以及相对移动的指示。可以在标尺上提供一个或多个参考标记以便提供参考位置，根据这些参考位置可以对标尺与读头的相对位置进行计数。用于绝对式编码器的标尺包括沿着标尺长度限定唯一位置的特征(例如，一系列唯一绝对位置)，并且可以使读头能够在启动时确定其绝对位置，而无需任何相对运动。
如将理解的，增量式编码器可以通过利用光的衍射在检测器处产生随着标尺与读头的相对运动而变化的合成场来工作。例如，可以通过标尺以及读头中的衍射光栅对光进行衍射，从而在检测器处形成干涉条纹。还已知的是，增量式编码器通过以下方式来操作：标尺特征选择性地防止(例如阻挡)光到达检测器，使得标尺特征的非成像表示(例如，阴影)被投射在增量式检测器上。这种编码器通常称为投影编码器。投影编码器可以是透射的(其中电磁辐射源和检测器位于标尺的相反侧)或反射的(其中电磁辐射源和检测器位于标尺的同一侧)。在现有技术的系统中，用于照射(衍射式编码器和投影编码器两者的)标尺的光源的常用形状包括正方形和圆形。
如在位置测量编码器领域中众所周知的，细分误差(sub-divisional error，SDE)可能由于信号的读数内插的缺陷而发生。这种缺陷可能是由于处理读数的方式、和/或由于由读头检测到的信号是有缺陷的。通常期望由读头检测到的信号在形式上是基本上正弦的(例如，落在检测器上的图案的强度变化正弦地变化)。与正弦信号的偏离可能意味着信号包括对SDE产生不利影响的不期望频率(例如，信号的一次谐波/基频的谐波)。进而，SDE对所确定位置的准确性产生不利的影响。SDE还通常被称为“内插误差”。在本文献中，术语SDE和内插误差可以互换使用。在增量式编码器包括可以用于产生利萨如曲线(Lissajous)的正交信号的情况下，减小SDE提高了利萨如曲线的圆度。
本发明提供了一种改进的编码器、具体地一种改进的投影编码器。
例如，本文描述了一种编码器装置，该编码器装置包括标尺和读头，该读头被配置成减少标尺信号中的不期望频率(谐波)以便由此减小编码器装置的细分误差。
本文描述了一种编码器装置，该编码器装置包括标尺和读头，该读头包括至少一个电磁辐射源，该至少一个电磁辐射源用于照射该标尺以便在检测器处产生条纹图案。该条纹图案可以是该标尺的非成像表示。换言之，该条纹图案可以是投影条纹图案。该编码器装置可以被配置成抑制该条纹图案的总谐波失真，例如使得该条纹图案的总谐波失真不大于6％。
根据本发明的第一方面，提供了一种投影编码器装置，该投影编码器装置包括标尺和读头，该读头包括至少一个电磁辐射源，该至少一个电磁辐射源用于照射该标尺以便在检测器处产生该标尺的非成像表示/投影条纹图案，该检测器被配置成检测该投影条纹图案。该编码器装置可以被配置成使得该标尺的非成像表示/投影条纹图案的总谐波失真(total harmonic distortion，THD)不大于6％。
已经发现，对于给定的标尺，读头的至少一个电磁辐射源的配置可以影响该标尺的非成像表示/投影条纹图案的质量。已经发现，读头的至少一个电磁辐射源可以被配置成提供改进的标尺的非成像表示/投影条纹图案，例如在这种情况下，减少了诸如谐波等不期望频率的幅度从而例如提供了具有不大于6％的THD的条纹图案。如下文更详细描述的，这可以例如通过沿着基本上与编码器的测量维度平行的轴线适当地改变电磁辐射源的辐射功率和/或通过提供(例如，沿着编码器的测量维度)适当地偏移/间隔开的多个电磁辐射源来实现。
本发明可以例如通过减小编码器装置的SDE(诸如例如，由落在读头传感器上的信号中的缺陷引起的SDE)来改进编码器装置的输出。
可选地，提供了至少两个电磁辐射源，并且该至少两个电磁辐射源被(沿着编码器的测量维度)偏移/间隔开，使得条纹图案的总谐波失真不大于6％。可选地，电磁辐射源的辐射功率曲线可以被配置为(沿着编码器的测量维度)不均匀的，使得条纹图案的总谐波失真不大于6％。
如将理解，THD是信号的谐波失真的众所周知且标准化的测量结果，并且是使用基频/一次谐波的谐波来计算的。特别地，信号/条纹图案的THD可以被定义为所有(可测量的)谐波分量的功率总和与一次谐波的功率的比值。在这种情况下，可以考虑直到并且包括十三次谐波的谐波来确定THD。
可选地，条纹图案的总谐波失真不大于3％、可选地不大于2％、可选地不大于1.5％、可选地不大于1％、可选地不大于0.7％。
可选地，条纹图案的三次谐波的幅度不大于一次谐波的幅度的3％、可选地不大于2％、可选地不大于1％。
可选地，条纹图案的五次谐波的幅度不大于一次谐波的幅度的3％、可选地不大于2％、可选地不大于1％。
投影编码器可以包括多个(例如，至少一组多个)电磁辐射源，该多个电磁辐射源用于照射标尺以产生条纹图案。
可选地，电磁辐射源被间隔开以处于一定的位置,这些位置等效于偏移/间隔开基本上等于一次谐波的(特定)谐波的周期除以电磁辐射源的数量的距离。
例如，电磁辐射源可以在装置的测量方向上被偏移/间隔开距离D，其中，
其中，
f是该标尺的间距；
h是要被抵消的(特定)谐波的阶次；
s是源的数量；
ni是整数(如将理解，其是包括零的整数)；
M是编码器的放大倍数。
这种布置可以基本上减少/抑制、并且甚至基本上消除(特定)谐波。
可选地
一次谐波的(特定)谐波可以是奇数次谐波。一次谐波的(特定)谐波可以是三次、五次和/或七次谐波。
如将理解，在存在多于两个源的情况下，可能需要确定D的多个值(例如，D’和D”)，并且因此，ni针对每个间隔可以相同或不同。例如，在存在三个源(并且因此存在两个偏移量/间隔)的情况下：
该至少两个源也可以在横向于装置的测量方向的方向上被偏移/间隔开。特别地，当ni＝0时，这可能是有用的。
如下文更详细解释的，可以将源(例如，一组源)间隔开特定距离(F)，使得这些源有效地表现为如同它们是单个源(例如，它们实际形成/提供单个源)。在这种情况下，条纹图案的形式可以保持不变(并且因此谐波幅度的比值可以保持不变)。可选地：
F＝fM
其中，f是标尺的间距，并且M是编码器的放大倍数。
可选地
其中，
u是从源到标尺的距离；
v是从标尺到检测器的距离。
可选地，电磁辐射源被偏移/间隔开，使得在检测器处，它们各自的(投影)条纹图案的一次谐波的(特定)谐波基本上抵消。换言之，可选地，电磁辐射源被偏移/间隔开，使得条纹图案的(特定)谐波含量在检测器处抵消。
可选地，电磁辐射源被偏移/间隔开，使得它们各自的(投影)条纹图案之间的侧向移位等于/等效于一次谐波的(特定)谐波的周期除以电磁辐射源的数量。
可选地，该至少一个电磁辐射(electromagnetic radiation，EMR)源包括单个EMR源。可选地，该至少一个EMR源包括多于一个EMR源。可选地，该至少一个EMR源包括两个EMR源。可选地，该至少一个EMR源包括三个EMR源。如将理解(并且将在下文更详细地解释)，任何一个EMR源可以是包括多个子源的实际单个源。换言之，可选地，该至少一个EMR源或者至少一个EMR源中的每个EMR源由多于一个子源形成。可选地，该至少一个EMR源或者至少一个EMR源中的每个EMR源分布在两个或更多个等效位置之间。可选地，该至少一个EMR源或者至少一个EMR源中的每个EMR源分布在两个或更多个等效位置之间，使得在检测器处，它们各自的(投影)条纹图案的一次谐波的(特定)谐波基本上抵消。可选地，该至少一个EMR源或者至少一个EMR源中的每个EMR源分布在两个或更多个等效位置之间，使得它们的条纹图案之间的侧向移位等于一次谐波的谐波的周期除以EMR源的数量。可选地，该至少一个EMR源或者至少一个EMR源中的每个EMR源分布在两个或更多个等效位置之间，使得它们的条纹图案等效于单一EMR源。
可选地，至少一组多个电磁辐射源包括两个电磁辐射源。可选地，至少一组多个电磁辐射源包括三个电磁辐射源。可选地，至少一组多个电磁辐射源包括一个实际的电磁辐射源。可选地，该至少一组多个电磁辐射源包括两组多个电磁辐射源。可选地，该至少一组多个电磁辐射源包括三组多个电磁辐射源。
可选地，提供了第一电磁辐射源或第一组电磁辐射源以及第二电磁辐射源或第二组电磁辐射源。第一电磁辐射源或第一组电磁辐射源以及第二电磁辐射源或第二组电磁辐射源中的每一者可以基本上包括与第一电磁辐射源或第一组电磁辐射源以及第二电磁辐射源或第二组电磁辐射源中的另一者相应的部分。第一电磁辐射源或第一组电磁辐射源以及第二电磁辐射源或第二组电磁辐射源的相应部分可以被间隔开距离D。
可选地，提供了第三电磁辐射源或第三组电磁辐射源。可选地，第三电磁辐射源或第三组电磁辐射源基本上包括第一电磁辐射源或第一组电磁辐射源和/或第二电磁辐射源或第二组电磁辐射源的部分。可选地，第一电磁辐射源或第一组电磁辐射源、第二电磁辐射源或第二组电磁辐射源以及第三电磁辐射源或第三组电磁辐射源的相应部分被间隔开距离D。
可选地，一次谐波的(特定)谐波是三次谐波。可选地，两个电磁辐射源被间隔开等效于三次谐波的周期的一半的距离。可选地，三个电磁辐射源被间隔开等效于三次谐波的周期的三分之一的距离。可选地，一次谐波的(特定)谐波是五次谐波。可选地，两个电磁辐射源被间隔开等效于五次谐波的周期的一半的距离。可选地，三个电磁辐射源被间隔开等效于五次谐波的周期的三分之一的距离。
可选地，该至少一个EMR源被配置成使得其沿其平行于该装置测量方向的范围的辐射功率被配置成变化而使得实现该条纹图案的该总谐波失真。可选地，该至少一个EMR源产生三角形的辐射功率曲线。可选地，该至少一个EMR源的中间三分之一的总辐射功率大于该至少一个EMR源的两个外部三分之一中的每一个的总辐射功率(例如，使得辐射功率的峰值朝向该至少一个EMR源的中间)。可选地，该至少一个EMR源产生在检测器处产生基本上没有谐波含量的条纹图案的辐射功率曲线。可选地，该至少一个EMR源产生用于在检测器处产生具有基本上为零的总谐波失真的条纹图案的辐射功率曲线。
可选地，该至少一个EMR源被成形为使得其宽度沿着其范围变化，以便产生辐射功率的该变化。可选地，该至少一个EMR源被成形为使得其沿其平行于该装置的测量方向的范围的辐射功率曲线不是基本上均匀/恒定的。可选地，EMR源在形状上不是正方形的(并且被布置成使得其侧面平行于装置的测量维度)。可选地，EMR源在形状上不是圆形的。可选地，该至少一个EMR源被成形为使得其沿其平行于该装置的测量方向的范围的辐射功率曲线不是半椭圆的辐射功率曲线(例如，不是椭圆的短轴沿着该装置的测量维度延伸的半椭圆的辐射功率曲线)。可选地，该至少一个EMR源被成形为使得其沿其平行于该装置的测量方向的范围的辐射功率曲线不是其中长轴是短轴的两倍的半椭圆的辐射功率曲线。
可选地，该至少一个EMR源包括光源。如将理解，在本文件中，光包括在EMR频谱的红外到紫外范围内的任何位置的EMR。
可选地，检测器包括至少一个传感器元件，例如传感器元件阵列。可选地，该阵列沿着(例如，平行于)装置的测量维度延伸。可选地，检测器包括被配置成检测投影条纹图案的不同相位的传感器元件。可选地，每个传感器元件包括诸如光栅或掩模等用于选择传感器元件检测到的条纹图案的相位的选择器布置(放置在传感器元件之上或前方)。相应地，检测器可以包括一个或多个传感器元件、以及可选地其他(例如光学)部件(诸如该光栅/掩模)。可选地，传感器包括电光栅，该电光栅包括传感器阵列，该传感器阵列包括两组或更多组叉指/交织型传感器元件，每组被配置成检测干涉条纹的不同相位。每组可以被称为通道。
如将理解，标尺可以包括大体周期性的特征阵列。标尺可以包括两种(例如，不同的)类型特征的周期性布置。特征的周期性图案可以提供对从EMR源到检测器(例如，朝向检测器传播)的EMR的交替限制程度(以便形成该条纹图案)。相应地，当标尺包括两种类型特征的周期性布置时，一种类型特征可以(例如，均匀地)提供第一水平的限制，而另一种类型特征可以(例如，均匀地)提供第二水平的限制。限制水平之一可以基本上为零(例如，以便基本上不限制来自源的EMR朝向检测器行进)。例如，特征的周期性图案可以交替地限制(例如，防止)和促进电磁辐射朝向检测器传播(以便形成该条纹图案)。例如，特征的周期性图案可以交替地阻挡和透射电磁辐射，或者例如交替地吸收(或散射)和反射电磁辐射。阵列可以沿着(例如，平行于)编码器的测量维度延伸。这些特征可以包括长度基本上垂直于测量维度延伸的基本上细长的特征。这些特征可以是离散/相异的特征。例如，沿着装置的测量维度选取的(例如，两种类型的)标尺特征中的每一种标尺特征可以提供对来自EMR源的朝向检测器传播的EMR的均匀/恒定的限制程度。
可选地，标尺周期为至少40μm、例如至少60μm、例如至少80μm。
可选地，编码器是增量式编码器。可选地，编码器是反射编码器。可选地，编码器是透射编码器。可选地，标尺包括参考标记。可选地，参考标记是反射性的或者允许电磁辐射的透射。可选地，参考标记所在的标尺部分吸收电磁辐射。
可选地，参考标记吸收电磁辐射。可选地，参考标记所在的标尺部分反射或透射电磁辐射。可选地，标尺是反射标尺。可选地，标尺是透射标尺。
可选地，编码器装置的细分误差(SDE)小于0.15μm、可选地小于0.1μm。
可选地，条纹图案由来自多于一个间隔开的电磁辐射源的电磁辐射形成。可选地，条纹图案在检测器处形成。
如将理解，本发明的上述方面的变化和选项同样适用于本发明的以下方面，并且反之亦然。
根据本发明的另一个方面，提供了一种投影编码器装置，该投影编码器装置包括标尺和读头，该读头包括至少一个电磁辐射源，该至少一个电磁辐射源用于照射该标尺以便在检测器处产生投影条纹图案，该检测器被配置成检测该投影条纹图案；其中，该至少一个电磁辐射源被配置成使得该投影条纹图案的总谐波失真不大于6％。
根据本发明的进一步方面，提供了一种投影编码器装置，该投影编码器装置包括标尺和读头，该读头包括至少一个电磁辐射源，该至少一个电磁辐射源用于照射该标尺以便在检测器处产生投影条纹图案，该检测器被配置成检测该投影条纹图案；
其中，该至少一个电磁辐射源被配置成使得该投影条纹图案的三次谐波的幅度不大于基波/一次谐波的幅度的3％，和/或被配置成使得该投影条纹图案的五次谐波的幅度不大于基波/一次谐波的幅度的3％。
根据本发明的又进一步方面，提供了一种投影编码器装置，该投影编码器装置包括标尺和读头，该读头包括：(例如，至少一组)多个电磁辐射源，该多个电磁辐射源用于照射该标尺以便产生投影条纹图案；以及检测器，该检测器用于检测该投影条纹图案；其中，这些电磁辐射源在该装置的测量方向上被间隔开距离D，其中，
其中，
f是该标尺的间距；
h是要被抵消的谐波的阶次；
s是源的数量；
ni是整数(其针对每个间隔可以相同或不同)；
M是编码器的放大倍数。
根据本发明的进一步方面，提供了一种编码器装置，该编码器装置包括标尺和读头，该读头包括至少一个电磁辐射(EMR)源，该至少一个电磁辐射源用于照射该标尺，该标尺包括大体周期性的特征阵列，这些特征提供对从EMR源到检测器的EMR的交替限制程度以便在检测器处产生条纹图案，该检测器被配置成检测该条纹图案；其中，该条纹图案的总谐波失真(THD)不大于6％。可选地，标尺周期为至少40μm、例如至少60μm、例如至少80μm。标尺可以包括两种(例如，不同的)类型特征的周期性布置。相应地，当标尺包括两种类型特征的周期性布置时，一种类型特征可以(例如，均匀地)提供第一水平的限制，而另一种类型特征可以(例如，均匀地)提供第二水平的限制。限制水平之一可以基本上为零(例如，以便基本上不限制来自源的EMR朝向检测器行进)。例如，特征的周期性图案可以交替地限制(例如，防止)和促进电磁辐射朝向检测器传播(以便形成该条纹图案)。例如，特征的周期性图案可以交替地阻挡和透射电磁辐射，或者例如交替地吸收(或散射)和反射电磁辐射。阵列可以沿着(例如，平行于)编码器的测量维度延伸。这些特征可以包括长度基本上垂直于测量维度延伸的基本上细长的特征。这些特征可以是离散/相异的特征。例如，沿着装置的测量维度选取，(例如，两种类型的)标尺特征中的每一种标尺特征可以提供对来自EMR源的朝向检测器传播的EMR的均匀/恒定的限制程度。
根据本发明的进一步方面，提供了一种编码器装置，该编码器装置包括标尺和读头，该读头包括多个电磁辐射(EMR)源，该多个电磁辐射源用于照射该标尺以便在检测器处产生(投影)条纹图案，该检测器被配置成检测该条纹图案；其中，这些电磁辐射源被偏移/间隔开，使得在该检测器处，它们各自的(投影)条纹图案的一次谐波的(特定)谐波基本上抵消。一次谐波的(特定)谐波可以是奇数次谐波。一次谐波的(特定)谐波可以是三次、五次和/或七次谐波。
现将参考以下附图，仅通过举例来描述本发明的实施例，在附图中：
图1是示意图，展示了根据本发明的编码器装置；
图2示意性地展示了图1的编码器装置的光学方案；
图3是电光栅的示意性表示；
图4是示意性射线图，展示了由点源在增量式光电检测器处生成条纹；
图5(a)是示意性射线图，展示了由EMR源在增量式光电检测器处产生的条纹的生成，该EMR源包括多个EMR点源，该多个EMR点源之间的间距无限小；
图5(b)示出了由图5(a)的EMR源生成的梯形条纹图案；
图5(c)示出了图5(b)的梯形条纹图案的谐波含量；
图6(a)示出了根据本发明的一个实施例的EMR源的辐射功率曲线；
图6(b)示出了提供根据图6(a)的辐射功率分布的成形EMR源的实施例；
图6(c)示出了由图6(b)的EMR源生成的条纹图案；
图6(d)示出了由图6(b)的EMR源生成的条纹图案的谐波含量；
图7(a)示出了根据本发明的另一个实施例的EMR源的辐射功率曲线；
图7(b)示出了提供根据图7(a)的辐射功率分布的成形EMR源的实施例；
图7(c)示出了由图7(b)的EMR源生成的条纹图案；
图7(d)示出了由图7(b)的EMR源生成的条纹图案的谐波含量；
图8示出了成形EMR源的进一步替代性实施例；
图9示出了针对图6和图7中所示的实施例SDE随着源侧向范围误差的变化；
图10示意性地示出了点源相对于标尺的两个等效位置；
图11示意性地示出了成形EMR源的等效分布；
图12示意性地示出了用于改变检测器处的辐射功率分布以便减少不期望的谐波的替代性布置。
图13(a)是示意性射线图，展示了由多个间隔开的点源在增量处产生的条纹的生成；
图13(b)示出了单个三角形EMR源的谐波含量；
图13(c)示出了三个间隔开的三角形EMR源的谐波含量；
图14示出了针对单个三角形EMR源和三个间隔开的三角形EMR源,SDE随源侧向范围误差的变化；并且
图15示意性地示出了被间隔开以抵消三次谐波的EMR源的布置。
参考图1和图2，示出了根据本发明的第一示例编码器装置2。该编码器装置包括读头4和标尺6’。尽管未示出，但是在使用中，读头4可以被紧固到机器的一个部件，并且标尺6’被紧固到机器的另一个部件，这些部件相对于彼此是可移动的。读头4用于测量其自身与标尺6’的相对位置，并且因此可以用于提供机器的两个可移动部件的相对位置的度量。读头4通过有线(如所示出的)和/或无线通信通道与诸如控制器8等处理器进行通信。如将理解，处理器可以包括被配置成具体应用(例如，现场可编程门阵列“FPGA”)的定制处理器以及可以根据使用其的应用的需要而被编程(例如，通过软件)的更通用的处理器。读头4可以将来自其检测器的信号上报给控制器8，该控制器然后对这些信号进行处理以便确定位置信息，和/或读头4自身可以处理来自其检测器的信号并且将位置信息发送至控制器8。在另一实施例中，中间单元(例如，接口单元)可以被定位在读头4与控制器8之间。该接口单元可以促进读头4与控制器8之间的通信。例如，该接口单元可以被配置成处理读头信号并且将位置信息提供给控制器8。
标尺6’包括限定增量式轨道10的多个标尺标记。在所描述的实施例中，标尺6’还包括参考轨道12。
在这个实施例中，编码器装置是光学的、投影编码器。因此，增量式轨道10包括一系列周期性标尺标记14，这些标记形成在细长标尺方向上延伸的标尺光栅，该标尺光栅基本上平行于读头4的移动方向延伸，如图1中的箭头E所示。在所展示实施例中，周期性标尺标记14是交替的相对反射标记和相对吸收标记。当标尺光栅的间距足够大(通常大于40μm)时，几何投影是在检测器阵列上形成条纹图案的主要机制，并且可以忽略少量衍射。
参考轨道12包括由反射参考标记16限定的参考位置。轨道的剩余部分包括吸收光的特征17。将理解，在其他实施例中，参考标记16可能吸收光，而特征17可能反射光。相应地，参考位置由标记来限定，该标记允许比包含其的轨道的剩余部分相对更多的光到达参考光电检测器24，并且在这种情况下比包含其的轨道的剩余部分相对更具反射性。参考位置对使读头4能够精确地确定其相对于标尺6’的位置可能是有用的。相应地，增量式位置可以根据参考位置来计数。此外，这种参考位置可以是还被称为“极限位置”的位置，因为其可以用于限定标尺6’的、读头4被允许在其之间行进的极限或端部。
在这种实施例中，该编码器装置是反射光学编码器，因为其包括在标尺6’的同一侧的电磁辐射(EMR)源18(例如，红外线光源18)以及至少一个检测器22、24。
然而，不一定是这种情况，并且编码器可以被配置成使得EMR源18和至少一个检测器可以位于标尺6’的相反侧。通常，来自光源18的红外线光被配置成由标尺6’反射回朝向读头。如所展示的，光源18是发散的，并且光源的照亮覆盖区落在增量式轨道10和参考轨道12两者上。在所描述的实施例中，光源18在红外范围内发射EMR，然而，将理解，这不一定必须是这种情况并且可以在其他范围内发射EMR，例如，在红外线到紫外线中的任何地方。如将理解，对光源18的合适波长的选择可能取决于多个因素，包括在电磁辐射(EMR)波长处工作的合适检测器的可用性。还如所展示的，读头4还包括增量式光电检测器22和参考光电检测器24。所展示实施例中的增量式光电检测器22包括以电光栅形式的检测器阵列。
增量式检测器22可以以电光栅的形式，这在图3中被更详细地示出。如所示出的，增量式检测器22包括包含两组或更多组叉指/交错/交织型光敏传感器元件(在本文中也被称为“光电检测器”或“指状物”)的光敏传感器阵列。每个组可以例如检测检测器22处的投影条纹图案28的不同相位。图3示出了四组光电二极管(A、B、C和D)中的指状物/光电二极管被叉指/交织以形成沿着传感器的长度“L”延伸的传感器元件阵列。多组光电二极管被布置成重复布置，具有周期“p”(并且因此频率“f”为1/“p”)。
如所示出的，在所描述的实施例中，独立指状物/光电二极管/传感器元件大体上垂直于增量式检测器22的长度L而延伸。而且，独立指状物/光电二极管/传感器元件在形状上大体上为矩形。如将理解，本发明也适用于其他形状和布置的传感器元件。
来自一组中的每个指状物/光电二极管的输出被组合以提供单个输出，从而产生四个通道输出：A’、B’、C’和D’。这些输出然后用于获得正交信号SIN和COS。具体地，A’-C’用于提供第一信号(SIN)，并且B’-D’用于提供与该第一信号具有90度异相的第二信号(COS)。尽管在特定实施例中，该电光栅包括提供四条通道A’、B’、C’和D’的四组光电二极管，但是不一定必须是这种情况。例如，该电光栅可以包括仅提供两条通道A’和B’的两组光电二极管。
在图3中，投影条纹图案28由线条表示，该线条示意性地展示了跨增量式检测器22的理想投影条纹图案(即，由增量式标尺轨道10的阴影所导致)的变化辐射功率。如所展示的，编码器装置被配置成使得在任何一个时刻任一组中的所有光电二极管都检测出投影条纹的相同相位(如果投影条纹图案周期p’和传感器周期p是相同的)。
如图2中所示，光源18在基本上横向于细长标尺方向的方向上被定位在增量式光电检测器22与参考光电检测器24之间。这促进了均匀照亮增量式轨道10和参考标记轨道12两者。
来自光源18的光从读头4发射朝向标尺6’，其中，光源18覆盖区的一部分与参考标记轨道12进行交互并且光源覆盖区的一部分与增量式轨道10进行交互。在当前所描述的实施例中，该参考位置由参考标记轨道12中的特征16来限定，该特征与其中包含参考标记的轨道的剩余部分相比修改了来自光源18的被反射回朝向参考光电检测器24的光量。例如，这可以通过在参考标记轨道12的剩余部分中的特征17吸收、透射和/或散射比参考标记16更多的光来实现。在图2所展示的位置中，读头4与参考位置对准，并且因此该光被示出为被反射回朝向参考光电检测器24。
相对于增量式轨道10，来自源18的光落在周期性标尺标记14上。当读头4相对于标尺6’(在箭头E所示的方向上)移动时，一些光被标尺标记14吸收、透射和/或散射，并且一些光被反射回朝向读头4并到达增量式光电检测器22上。理想地，来自增量式光电检测器22(其包括如上所述的电光栅)的输出随着相对运动正弦地变化(即，在空间上是正弦的)。
将理解，虽然已经结合电光栅描述了当前实施例，但是其他实施例可以使用不同的设备和/或方法来监测读头4的位置。例如，增量式光电检测器22可以包括具有对应(例如，铬)掩模的一个或多个光电二极管，以允许检测相位信息。
图4示意性地示出了来自点源26的光与标尺6相互作用并在增量式光电检测器22处产生投影条纹图案28。为了清楚起见，图4示出了透射布置，其中，来自点源26的光穿过标尺6’而不是被标尺6’反射，将理解，反射布置和透射布置两者都是可能的。
如在图4中可以看出的，来自点源26的EMR(在这个实施例中为红外光，在其他实施例中，EMR可以是紫外到红外光谱中的任何波长)被引导朝向标尺6。标尺6允许光在一些区中沿着该标尺通过/传播，但防止在其他区中的这种通过/传播。在图4中，阴影区域表示光的通过/传播已经被标尺6阻挡的区域。由于标尺6的间距(在这个实施例中该间距为大约80μm，但通常可以是大于40μm的任何长度)，几何投影是在增量式光电检测器22上形成条纹图案的主要机制，并且检测到方波条纹图案28。最小标尺间距由衍射使条纹的可见度降低到可接受的水平以下的程度确定。使用针对可见性的瑞利判据(Rayleigh criterion)，标尺间距(f)的下限由等式(1)给出：
其中，
λ是EMR波长；
u是从EMR源到标尺的距离。
增量式光电检测器22(图4中未示出)检测条纹图案28以产生信号(如上文结合图1至图3所描述的)，该信号由读头4输出到外部设备(诸如控制器8)。将理解，来自增量式光电检测器22的针对由单个点源产生的方波投影条纹图案28的输出基本上偏离理想的纯粹的正弦信号。检测到的投影条纹图案28与理想的正弦投影条纹图案的偏离导致增量式光电检测器22的输出偏离纯粹的正弦，这导致SDE。
在实际应用中，EMR源不是诸如图4中所示的点源26的点源，但是会具有有限的范围。这里所涉及的范围是EMR源的基本上平行于细长标尺方向的范围。具有有限范围的EMR源可以被认为是具有无限小的间隔的无限数量的点源26。图5(a)示出了这种具有有限范围的EMR源，并且为了清楚起见仅示出了三个点源26。来自每个点源26的光被引导朝向标尺6，该标尺允许光在一些区中沿着该标尺通过，但防止在其他区中的这种通过。每个点源将产生单独的方波条纹图案28i，这些图案彼此偏移并且产生组合条纹图案28d，该组合条纹图案被增量式光电检测器22检测到。如可以看出的，组合条纹图案28d是梯形的。将理解，组合条纹图案28d的形状将根据EMR源的范围而变化，并且例如可以是三角形的。与理想的正弦变化(例如，如图3中示意性地展示的)相比，这些图案具有相当高次的谐波(即，基波的倍数)含量。
图5(b)示出了示例梯形组合条纹图案28d，图5(c)示出了图5(b)中示出的条纹图案的相关联谐波含量。图5(c)具有对数刻度并且示出了基频31(也称为一次谐波)、三次谐波33、五次谐波35、七次谐波37和九次谐波39。这些高次谐波33、35、37、39在插值期间导致误差，即，谐波33、35、37、39导致SDE，并且因此导致读头4相对于标尺6的所测得位置的误差。幅度以对数刻度示出并且已经被归一化，其中，基频/一次谐波被设置为值1。
已经认识到，通过改变EMR源沿其范围(该范围基本上平行于细长标尺方向)的辐射功率，可以调整由增量式光电检测器22检测到的投影条纹图案28d并且通过这样做减小了SDE，这从而提高了读头4相对于标尺6的所测得位置的准确性。
改变EMR源沿其范围的辐射功率可以通过配置EMR源的形状使得在EMR源的中心存在更多的发射区域而在边缘处存在更少的发射区域来实现，如下文更详细描述的。然而，将理解，本发明不限于通过使EMR源成形来改变EMR源沿其范围的辐射功率，并且改变EMR源沿其范围的辐射功率的其他方式也是可能的，诸如对较大的源应用掩模(或以其他方式将掩模定位在EMR源与标尺之间)，该掩模可以是具有清晰窗口的不透明掩模、或者可以是具有分级中性密度滤光器的掩模，该滤光器的密度根据所期望的分布而变化。还可以通过控制源内电流密度的分布来改变EMR源沿其基本上平行于细长标尺方向的范围的辐射功率。如对本领域技术人员显而易见的，改变EMR源沿其基本上平行于细长标尺方向的范围的辐射功率的其他方法是可能的。
图6(a)示出了用于减少条纹图案中的谐波含量(与其中使用具有均匀/正方形辐射功率曲线的光源的等效系统相比)的一种可能的辐射功率曲线(其展示了EMR源的辐射功率沿着该EMR源的范围如何变化)。图6(b)中示出了具有图6(a)中示出的辐射功率曲线的EMR源的一个可能实施例的形状。在使用中，具有图6(b)中示出的形状的EMR源将被对准成使得x轴基本上平行于细长标尺方向延伸，并且如图6(b)所示的y轴将基本上正交于细长标尺方向延伸。图6(a)的辐射功率曲线可以被描述为被配置成使得光源的辐射功率朝向EMR源的中心最大而在边缘处较小(其中，边缘是曲线图沿着图6(a)的x轴的极值，而中心位于这些边缘之间)。如果EMR源在其表面上均匀地发射，则可以通过物理地使光源成形使得光源的横向范围与I(x)成比例来实现所期望的辐射功率分布。图6(a)的辐射功率曲线的形状(并且因此图6(b)中示出的在其表面上均匀地发射的EMR源的形状的宽度)可以由等式(2)描述。
其中，
I(x)是源在基本上横向于细长标尺方向的方向上的辐射功率(即，由EMR源在给定点处沿着其在使用中基本上平行于细长标尺方向的范围发射的辐射功率)；
f是该标尺的间距；
x是在基本上平行于细长标尺方向的方向上的位置；
k是比例常数。
如果EMR源在其表面上的发射存在任何不均匀性(例如，由于该源的表面上的不透明电极、非均匀电流注入或者出于任何其他原因)，则可以修改EMR源的物理形状以提供与图6(a)的辐射功率曲线基本上相同的辐射功率曲线。
图6(c)示出了由当前实施例形成的在投影条纹图案28落在检测器22上时该投影条纹图案的辐射功率曲线。
图6(d)示出了当使用具有如图6(a)中示出的辐射功率曲线的光源时产生的图6(c)中示出的条纹图案的谐波含量。基频/一次谐波31已经被归一化为值1。如在图6(d)中可以看出的，在与图5(c)中示出的谐波相比时，高次谐波33、35、37、39被消除。来自EMR源的、在与标尺6交互之后到达检测器22的EMR射线具有多种角度和辐射功率，使得在光电检测器22处形成基本上纯粹的正弦条纹图案，该正弦条纹图案具有与光电检测器22的检测元件的周期p基本上匹配的条纹周期p’。这导致较低的SDE，并且因此得到改进的编码器。可以将图6(c)中示出的条纹图案的总谐波失真(使用图6(d)中的信息)计算为高次谐波的幅度的均方根与基波/一次谐波31的幅度的均方根的比值。可以使用一次谐波/基频31的直到十三次谐波的所有谐波来计算总谐波失真。在其他实施例中，可以使用一次谐波/基频31的更多或更少的谐波来计算总谐波失真。图6(c)中示出的条纹图案的总谐波失真为零。
图7(a)示出了用于减少条纹图案中的谐波含量(与其中使用具有均匀/正方形辐射功率曲线的光源的等效系统相比)的进一步可能的辐射功率曲线(其展示了EMR源的辐射功率沿着该EMR源的范围如何变化)。图7(a)中示出的辐射功率曲线是三角形的。图7(b)中示出了具有图7(a)中示出的辐射功率曲线的EMR源的一个可能实施例的形状。在图7(b)中示出的示例中，EMR源是三角形的。在使用中，具有图7(b)中示出的形状的EMR源将被对准成使得x轴基本上平行于细长标尺方向延伸，并且如图7(b)所示的y轴将基本上正交于细长标尺方向延伸。图7(a)的辐射功率曲线可以被描述为被配置成使得光源的辐射功率朝向EMR源的中心最大而在边缘处较小(其中，边缘是曲线图沿着图7(a)的x轴的极值，而中心位于这些边缘之间)。如果EMR源在其表面上均匀地发射，则可以通过物理地使光源成形使得光源的横向范围与I(x)成比例来实现所期望的辐射功率分布。图7(a)的辐射功率曲线的形状(并且因此图7(b)中示出的在其表面上均匀地发射的EMR源的形状的宽度)可以由等式(3)描述。
其中，
I(x)是源在基本上横向于细长标尺方向的方向上的辐射功率(即，由EMR源在给定点处沿着其在使用中基本上平行于细长标尺方向的范围发射的辐射功率)；
f是该标尺的间距；
x是在基本上平行于细长标尺方向的方向上的位置；
k是比例常数。
与图6中示出的实施例一样，如果EMR源在其表面上的发射存在任何不均匀性，则可以将EMR源的物理形状修改成脱离图7(b)的三角形形状，以提供图7(a)的三角形辐射功率曲线。
图7(c)示出了由当前实施例形成的在投影条纹图案28落在检测器22上时该投影条纹图案的辐射功率。
图7(d)示出了在使用具有如图7(a)中示出的辐射功率曲线的EMR源时产生的谐波含量，幅度已经被归一化(其中，基频/一次谐波31被设置为值1)并且以对数刻度绘制。如在图7(d)中可以看出的，在与图5(c)中示出的谐波相比时，高次谐波33、35、37、39与基波31相比大大减小。图7(c)中示出的条纹图案的总谐波失真为1.8％。这导致较低的SDE，并且因此得到改进的编码器。
将理解，图6(b)和7(b)中示出的EMR源的形状仅仅是示例，并且如对于本领域技术人员显而易见的是，可以使用提供所期望的辐射功率曲线(诸如图6(a)和7(a)中示出的辐射功率曲线)的其他EMR形状。图8示出了进一步替代性EMR源形状的示例。图8(a)和8(b)示出了可以提供图6(a)中示出的辐射功率曲线的形状。应当注意，图8(a)示出了与由图6(a)中示出的辐射功率曲线(如等式(1)中定义的)和x轴形成的形状相对应的形状。图8(b)展示了可能实现所期望的辐射功率曲线的更进一步形状。
图8(c)示出了实现图7(a)中示出的所期望辐射功率曲线(如等式(2)中定义的)的形状。图8(d)展示了可能实现所期望的辐射功率曲线的更进一步形状。将理解，本发明不限于所披露的形状，并且EMR源的形状可以被配置成使得EMR源的辐射功率曲线在基本上平行于细长标尺方向的方向上变化，以便与使用具有均匀/正方形辐射功率曲线的光源的等效系统相比，基本上减小或消除图5(c)中示出的谐波信号中的至少一些。
在通过物理地使光源成形来实现变化辐射功率曲线的实施例中，成形EMR源可以是例如发光二极管(“LED”)，并且LED发射分布可以通过蚀刻外延半导体结构(和/或通过对发射表面应用成形掩模)来实现。然而，可以使用任何成形方法，例如可以将源(例如，LED，其可以是有机LED“OLED”)印刷成所期望的形状。
虽然上文所描述的EMR源已经被描述为单个源，但不一定是这种情况，并且诸如图6、图8或图10中示出的那些EMR源等EMR源可以由被连续布置以形成单个复合EMR源的多个不同源来形成。
如上所述，具有如图6(a)中示出的形状的辐射功率曲线的EMR源在检测器22处提供具有图6(d)中示出的谐波含量的投影条纹图案28d，即，存在基波31而没有高次谐波33、35、37、39。如果所发射的辐射功率曲线存在偏离，则高次谐波33、35、37、39不会从条纹图案28d中完全消除。图9示出了在80μm标尺的情况下SDE如何随着源侧向范围误差(可能由于制造公差等而存在)而变化，其中，曲线40针对成形为如图6(b)中的形状的EMR源，并且曲线42针对成形为如图7(b)中的形状的EMR源。如从图9(其示出了源侧向误差对SDE)中可以看出的，虽然在EMR源被成形为如图6(b)中示出的形状的情况下可以实现较低的最小SDE，但是如由曲线40所示出的，这种形状对EMR源的侧向范围误差非常敏感。如果EMR源被成形为如图7(b)中示出的形状，则如由曲线42所示出的，当与曲线40相比时，SDE的变化对于EMR源的侧向范围误差相对稳定。
现在将参考图10至图14对实施本发明的其他实施例和方法进行描述。首先参考图10(a)，示出了第一种情况，在这种情况下，点源26相对于标尺6位于第一位置。点源26在检测器(未示出)处产生投影条纹图案28。图10(b)示出了第二种情况，在这种情况下，对于相同的标尺和检测器布置，已经将点源26在细长标尺方向上移动了距离F。如可以看出的，图10(b)的投影条纹图案28与图10(a)的投影条纹图案完全相同并且同相，即，这两个位置是等效的。
这根据等式(4)发生
其中，
f是标尺间距；
u是从EMR源到标尺的距离；
v是从标尺到检测器的距离。
现在转到图11，示出了多种EMR源配置，在此(在(a)和(b)中)示出了三角形源，尽管所展示的原理也同样适用于其他成形EMR源。图11(a)示出了成形源的两个可能位置，这两个位置是等效的(即，如上文结合图10所解释的)。在图11中，阴影/黑色区域表示成形EMR源(或其一部分)(非阴影区域指示不存在EMR源)。图11(a)示出了单个三角形源，当标尺6被定位在成形EMR源与光电检测器22之间的路径中时，该三角形源将在光电检测器22处产生投影条纹图案。图11(b)示出了相对于图11(a)的三角形源移位了距离F的等效放置的单个三角形EMR源。图11(b)的成形EMR源将在光电检测器22处产生与图11(a)的成形EMR源所产生的基本上相同的投影条纹图案。
图11(c)至图11(e)示出了EMR源的布置，这些EMR源也将在光电检测器22处产生与图11(a)的成形EMR源所产生的基本上相同的投影条纹图案(即，这些EMR源等效于如(a)或(b)中示出的单个成形源)。在这些示例中，投影条纹图案由被布置成等效于单个三角形EMR源的两个成形EMR源产生。图11(f)示出了这不限于将成形EMR源分割成两个部分，而是在将单个EMR源分割成三个或更多个部分的情况下，仍可以在光电检测器22处实现等效的EMR分布。图11(g)示出了这不限于在两个等效位置之间分割单个成形EMR源，并且可以在三个(或更多个)等效位置之间分割成形EMR源。
在图11(a)至(g)中示出的每种情况下，EMR源的总表面积是相同的。进一步地，等效位置之间的分布使得在来自等效位置的EMR源被放置在单个等效位置的情况下(即，在等效位置被叠加的情况下)，EMR源基本上不会重叠。然而，如将理解，不一定需要是这种情况。图11(h)示出了位于等效位置的第一三角形源和第二三角形源，如果每个源的辐射功率是图11(a)中示出的源的一半(例如)，则将实现相同的辐射功率分布。图11(h)中示出的第一源和第二源中的每一个可以由如上文关于图11(c)至(g)所描述的多个间隔开的源形成。图11(i)示出了如下情况：已经将理论上三角形的第二源(诸如图11(h)中的第二源)的一部分在朝向理论上三角形的第一源的方向上移动了距离F。图11(i)中示出的源处于产生等效于图11(h)的辐射功率分布的辐射功率分布的配置。图11(j)示出了如下情况：已经将理论上三角形的第一源的一部分在朝向理论上三角形的第二源的方向上移动了距离F，并且已经将理论上三角形的第二源的一部分在朝向理论上三角形的第一源的方向上移动了距离F。图11(j)中示出的源处于产生等效于图11(h)的辐射功率分布的辐射功率分布的配置。
现在将关于图12描述由多个源形成辐射功率曲线的进一步示例。图12(a)展示了示出三个等效位置(如上文结合图10所描述的)实施例。与图11一样，阴影/黑色区域表示存在EMR源(非阴影区域指示不存在EMR源)。对于图12(a)中示出的布置，在来自等效位置的EMR源被放置在单个等效位置的情况下(即，在等效位置被叠加的情况下)，EMR源将会重叠。将理解，图12(a)中展示的EMR源的布置提供了在检测器处产生与提供如图12(b)中示出的辐射功率曲线的单个成形EMR源所产生的相同的条纹图案的布置。
许多其他分布对于本领域技术人员来说是显而易见的，例如，成形EMR源可以分布在间隔开nF的等效位置之间，其中，n是整数并且可以大于1。
图13(a)展示了显著降低投影编码器装置的SDE的另一种方式。在这个实施例中，基本上完全相同的三个离散的EMR点源26a、26b、26c间隔开有限间隔D’和D”。(将理解，间隔开有限间隔的两个、三个、四个、五个或更多个点源也将产生所展示的效果)。为了清楚起见，图13(a)示出了透射布置，其中，来自EMR点源26a、26b、26c的光穿过标尺6而不是被标尺6反射，将理解，反射布置和透射布置两者都是可能的。
如可以看出的，各个点源26a、26b、26c可以被布置成使得即使每个点源自身在检测器处产生基本上相同的方波条纹图案28a、28b、28c，也可以将点源26a、26b和26c的间隔D’和D”选择为(如下文更详细解释的)使得检测器处的方波条纹图案28a、28b、28c相对于彼此稍微相移，从而使得由间隔开的EMR源26a、26b、26c生成的所检测到的条纹图案28d(其为各个条纹图案28a、28b、28c的总和)示出远离方波条纹图案朝向理想正弦图案的移动。
在图13(a)中，源26b与源26a间隔开距离D’并且与源26c间隔开距离D”。
距离D’和D”由等式(5)定义。在图13(a)中示出的示例中，对于间隔D’，ni＝1，而对于间隔D”，ni＝2。将理解，在其他实施例中，D’和D”两者都可以具有相同的值ni。
或者
其中，
f是该标尺的间距；
h是要被抵消的谐波的阶次；
s是源的数量；
ni是整数(其针对每个间隔可以相同或不同)；
M是放大倍数。
放大倍数M由下式给出：
其中，
u是从源到标尺的距离；
v是从标尺到电光栅的距离。
应当注意，Mf＝F(如上文等式(4)中定义的)。
源26a、26b、26c的间隔使得这些源的条纹图案28a、28b、28c之间的侧向移位等于三次谐波33’的周期的三分之一，这导致组合条纹图案28d的三次谐波33的幅度减小到零。
这个效果不限于使用三个间隔开的源。例如，通过具有两个间隔开的源可以实现类似的效果。如果这两个源的间隔D使得它们的条纹图案之间的侧向移位等于三次谐波33的周期的一半，则组合条纹图案的三次谐波33的幅度可以减小到零，因为三次谐波分量处于完美反相。
类似地，可以针对其他高次谐波实现该效果。例如，使三个分离的源间隔开以使得它们单独形成的条纹图案侧向移位五次谐波35的周期的三分之一，然后将发生五次谐波35的抵消。
图13(c)示出了使用图7(b)中示出的类型的三个三角形源的示例。
图13(b)示出了图7(b)中示出的类型的单个三角形源的条纹图案的谐波含量(并且示出了与上文所描述的图7(d)相同的信息)。
在图13(a)和图13(b)中，图中的值已经被归一化，其中，基频/一次谐波31具有被定义为1的值。
通过将由单个三角形源所产生的条纹图案(图13(b))中的高次谐波的幅度与由三个三角形源(这三个三角形源被间隔开，使得每个三角形源产生相移了三次谐波33的周期的三分之一的条纹图案)所产生的组合条纹图案(图13(c))进行比较，可以看出通过组合来自三个间隔开的三角形EMR源的EMR，可以将三次谐波33的幅度减小到零并且减小五次谐波的幅度。图13(c)中示出的条纹图案的总谐波失真为0.7％。
由于一些高次谐波分量35、39保留在光电检测器22上形成的条纹图案中，因此对源的侧向范围的优化需要考虑电光栅结构的谐波滤波效应。通过电光栅结构的这种谐波滤波是来自采样理论的众所周知的结果。由于不同的电光栅配置可以抑制不同的谐波，因此对源范围的优化需要考虑到这一点。
图14比较了针对单个三角形EMR源(曲线42)与针对三个间隔开的三角形EMR源(曲线44)的SDE随源侧向范围误差的变化。如可以看出的，制造公差对单个源的性能的影响是显著的，而三个间隔开的源44的性能对源大小的合理可能误差(由于制造公差等)几乎不敏感。
如将理解，本发明的这个方面不限于使用三个间隔开的EMR源，并且例如，可以使用两个、三个、四个、五个、十个或更多个源。类似地，将理解，本发明的这个方面不限于三角形的EMR源和/或被成形为如图6(b)或图8中示出的形状的源。
此外，图11或图12的实施例的概念可以与图13(a)的实施例的概念结合。例如，图15(a)示出了间隔开根据等式(5)的距离D’的两个三角形源26a、26b。在所示出的示例中，ni＝1，h＝3并且s＝2。在这个示例中，三次谐波分量将处于完美反相，并且投影条纹图案将不具有三次谐波分量。
在图15(b)中，与图11和图12中的情况一样，阴影/黑色区域表示成形EMR源(或其一部分)(非阴影区域指示不存在EMR源)。
图15(b)示出了如下示例，在该示例中，如同图15(a)，三次谐波分量处于完美反相，并且投影条纹图案不具有三次谐波分量。在图15(b)中，三角形源26b已经由两个子源26b(i)和26b(ii)形成。子源26b(i)和26b(ii)间隔开如由等式(4)定义的距离F。如关于图11所描述的，这两个子源26b(i)和26b(ii)一起等效于单个源并且提供一个有效源(其等效于图15(a)的布置)。如图15(b)中示出的，源26a与使源26b为单一源(如图15(a)中的情况)的位置间隔开根据等式(5)的距离D’。由于子源26b(i)和26b(ii)等效于单个源(图15(b)中示出的布置)，因此阴影条纹图案的三次谐波分量将处于完美反相，并且投影条纹图案将不具有三次谐波分量。
虽然图15(b)示出了两个源：单一源26a和由子源26b(i)、26b(ii)形成的源，但是将理解，多于一个源可以由多个子源形成。将进一步理解，不需要使用单一源，并且所有源都可以由多个子源形成。
将理解，可以如关于图12所描述的由多个子源形成一个或多个单个源，以便通过将多于一个源间隔开如由等式(5)定义的距离D来实现对一次谐波/基频31的谐波(诸如，三次谐波33或五次谐波35)的抵消。

Claims (15)

1.一种投影编码器装置，所述投影编码器装置包括标尺和读头，所述读头包括至少一个电磁辐射源，所述至少一个电磁辐射源用于照射所述标尺以便在检测器处产生投影条纹图案，所述检测器被配置成检测所述投影条纹图案；
所述投影编码器装置被配置成使得所述投影条纹图案的总谐波失真不大于6％。
2.根据权利要求1所述的投影编码器，其中，所述投影条纹图案的总谐波失真不大于3％。
3.根据权利要求1所述的投影编码器，其中，所述投影条纹图案的三次谐波的幅度不大于所述条纹图案的一次谐波的幅度的3％，和/或所述投影条纹图案的五次谐波的幅度不大于所述一次谐波的幅度的3％。
4.根据权利要求1所述的投影编码器装置，包括：多个电磁辐射源，所述多个电磁辐射源用于照射所述标尺以便产生所述投影条纹图案，其中，所述电磁辐射源在所述装置的测量方向上被间隔开距离D，其中：
其中，
f是所述标尺的间距；
h是要被抵消的谐波的阶次；
s是源的数量；
ni是整数，如果存在多于两个源，则其针对每个间隔可以相同或不同；
M是放大倍数。
5.根据权利要求4所述的投影编码器，其中，所述多个电磁辐射源包括两个电磁辐射源或三个电磁辐射源。
6.根据权利要求4或5所述的投影编码器，其中，所述一次谐波的谐波是三次谐波或五次谐波。
7.根据任一前述权利要求所述的投影编码器，其中，所述电磁辐射源被配置成使得其沿其平行于所述装置测量方向的范围的辐射功率被配置成变化而使得实现所述投影条纹的所述总谐波失真。
8.根据任一前述权利要求所述的投影编码器，其中，所述至少一个电磁辐射源被成形为使得其宽度沿着其范围变化，以便产生辐射功率的这种变化。
9.根据权利要求9或权利要求10所述的投影编码器，其中，所述至少一个电磁辐射源产生三角形的辐射功率曲线。
10.根据任一前述权利要求所述的投影编码器，其中，所述标尺周期为至少40μm。
11.根据任一前述权利要求所述的投影编码器，其中，所述编码器是增量式编码器。
12.根据任一前述权利要求所述的投影编码器，其中，细分误差(SDE)小于0.15μm。
13.根据任一前述权利要求所述的投影编码器，其中，所述至少一个电磁辐射源被配置成使得所述投影条纹图案的总谐波失真不大于6％。
14.一种投影编码器装置，所述投影编码器装置包括标尺和读头，所述读头包括至少一个电磁辐射源，所述至少一个电磁辐射源用于照射所述标尺以便在检测器处产生投影条纹图案，所述检测器被配置成检测所述投影条纹图案；
其中，所述至少一个电磁辐射源被配置成使得所述投影条纹图案所包含的三次谐波的幅度不大于所述投影条纹图案的一次谐波的幅度的3％，和/或所述投影条纹图案的五次谐波的幅度不大于所述一次谐波的幅度的3％。
15.一种投影编码器装置，所述投影编码器装置包括标尺和读头，所述读头包括：至少一组多个电磁辐射源，所述至少一组多个电磁辐射源用于照射所述标尺以便产生投影条纹图案；以及检测器，所述检测器用于检测所述投影条纹图案；
其中，所述电磁辐射源在所述装置的测量方向上被间隔开距离D，其中，
其中，
f是所述标尺的间距；
h是要被抵消的谐波的阶次；
s是源的数量；
ni是整数，如果存在多于两个源，则其针对每个间隔可以相同或不同；
M是放大倍数。
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