CN110864713B - 绝对位置检测装置和方法以及存储介质 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及绝对位置检测装置和方法以及存储介质。绝对位置检测装置包括计算器，该计算器被配置为基于检测信号生成第一信号和第二信号。刻度和传感器的相对移动范围包括第一信号中的相邻检测单位之间的边界，使得边界中的至少一个被包括在相对移动范围内的多个区域中的每个区域中。计算器被配置为基于所述多个区域中的包括边界的区域中的第二信号的每个检测单位的代码，指定第一信号中的要用于计算绝对位置的检测单位。

Description

绝对位置检测装置和方法以及存储介质
技术领域
本发明涉及绝对位置检测装置和方法，以及存储介质。
背景技术
日本专利申请公开NO.(“JP”)05-26658公开了上述绝对型位置检测装置之一。该位置检测装置通过磁传感器读取具有略微不同的间距λa和λb的两个磁刻度，并利用所获得的两个相位信号之间的相位差生成以间距λc如锯齿波形状变化的绝对位置信号。另外，通过使原点彼此一致并通过指定每个波形部分距离原点的数目，它通过光学传感器以用于磁刻度的间距λc读取格雷码作为光学刻度。
JP2013-234861公开了另一种位置检测装置。该位置检测装置通过在两个刻度轨道上交替地布置具有略微不同的长周期P1和P1′的周期性图案以及具有略微不同的短周期P2和P2′的周期性图案来进行空间复用。传感器以时分方式读取这些周期性图案。它根据具有长周期P1和P1′的周期性图案生成游标信号Sv1(＝φ1-φ1′)，并根据具有短周期P2和P2′的周期性图案生成游标信号Sv2(＝φ2-φ2′)。通过使Sv1和Sv2彼此同步，以Sv2的精度检测绝对位置。
然而，JP 05-26658中公开的位置检测装置不能精确地指定每个波形部分的数目，绝对位置信号中的两个相邻波形部分之间的边界从光学刻度之间的边界偏移。另外，随着可移动构件的可移动范围变宽，需要增加格雷码的比特数，这从节省空间的方面来看可能是不利的。
JP2013-234861中公开的位置检测装置使用具有略微不同间距的两个周期性图案来生成游标信号，因此由于在制造过程中实际上可以实现的周期性图案形状精度、间距误差等限制了用于检测绝对位置的可移动构件的移动量。
发明内容
例如，实施例的一个方面提供了一种绝对位置检测装置，该绝对位置检测装置在其绝对位置检测长度方面有利。
根据本发明的一个方面的绝对位置检测装置包括：具有周期性图案的刻度；传感器，被配置为根据刻度和传感器之间的相对移动输出对应于周期性图案的检测信号；以及计算器，被配置为基于检测信号生成具有作为刻度和传感器之间的第一相对移动量的检测单位的第一信号，以及具有作为刻度和传感器之间的小于第一相对移动量的第二相对移动量的检测单位的第二信号，并基于第一信号和第二信号获得绝对位置。刻度和传感器的相对移动范围包括第一信号中的相邻检测单位之间的边界，使得边界中的至少一个被包括在相对移动范围内的多个区域中的每个区域中。计算器被配置为基于所述多个区域中的包括边界的区域中的第二信号的每个检测单位的代码，指定第一信号中的要用于计算绝对位置的检测单位。具有该绝对位置检测装置的装置、对应于该绝对位置检测装置的绝对位置检测方法以及存储使计算机能够执行该绝对位置检测方法的程序的非暂态计算机可读存储介质也构成本发明的另一方面。
根据下面参照附图对示例性实施例的描述，本发明的其他特征将变得清楚。
附图说明
图1示出了根据本发明的第一实施例的位置检测装置的反射刻度和传感器。
图2示出了反射刻度上的周期性图案。
图3A至图3C说明了根据第一实施例的相位差信号。
图4A至图4C说明了根据第一实施例的同步计算。
图5A至图5D说明了根据第一实施例的检测单位。
图6示出了根据第一实施例的位置检测装置的配置。
图7A和图7B是根据第一实施例的位置检测装置的透视图。
图8说明了根据第一实施例的确定区域的划分。
图9说明了根据第一实施例的绝对位置计算。
图10是根据第一实施例的绝对位置计算处理的流程图。
图11说明了根据本发明的第二实施例的绝对位置计算。
图12是根据第二实施例的绝对位置计算处理的流程图。
图13A和图13B示出了根据本发明的第三实施例的位置检测装置的配置。
图14说明了根据第三实施例的绝对位置计算。
图15是根据第三实施例的绝对位置计算处理的流程图。
图16A和图16B是根据本发明的第四实施例的位置检测装置的配置的透视图。
图17说明了根据第四实施例的绝对位置计算。
图18是根据第四实施例的绝对位置计算处理的流程图。
具体实施方式
现在参照附图，将给出根据本发明的实施例的描述。
第一实施例
图1示出了构成根据本发明的第一实施例的位置检测装置的反射刻度(具有周期性图案的刻度)1和传感器头(传感器，其被配置为输出对应于周期性图案的检测信号：以下简称为传感器)。在该图中，X、Y和Z表示彼此正交的三个方向。传感器2包括作为发光元件的LED 3和两个光接收IC 4和5。光接收IC 4和5分别具有光接收元件阵列4a和5a，光接收元件阵列4a和5a包括以预定间距布置在作为反射刻度1和传感器2的相对移动方向(位置检测方向)的X方向上的多个光接收元件。LED 3和光接收IC 4和5安装在基底基板6上并用盖玻璃7覆盖。透明树脂8被填充在传感器2中(在基底基板6和盖玻璃7之间)。反射刻度1和传感器2设置成彼此面对。从LED 3发射的光束被反射刻度1反射并进入光接收元件阵列4a和5a。
图2示出了反射刻度1的细节。该图中的方向X、Y和Z与图1中所示的方向X、Y和Z相同。反射刻度1具有主轨道1a和副轨道1b。主轨道1a包括具有短周期或间距P1的周期性图案(以下称为第一短周期图案)101a和具有长周期或周期Q1的周期性图案(以下称为第一长周期图案)101b，周期性图案101a和101b均沿X方向延伸，Q1为间距P1的四倍长。在Y方向上，交替地布置第一短周期图案101a和第一长周期图案101b。
副轨道1b包括具有短周期或间距P2的周期性图案(以下称为第二短周期图案)102a和具有长周期或间距Q2的周期性图案(以下称为第二长周期图案)102b，周期性图案102a和102b均沿X方向延伸，间距P2比间距P1稍长，间距Q2比间距Q1稍长。在Y方向上，交替地布置第二短周期图案102a和第二长周期图案102b。
图中每个周期性图案的黑色部分是有规律地反射来自LED 3的光束的反射部分，而白色部分是不反射光束的非反射部分。图中所示的等相线是图案参考线，其中各个图案的开始位置彼此一致。稍后将详细描述第一短周期图案101a、第一长周期图案101b、第二短周期图案102a和第二长周期图案102b的间距P1、Q1、P2和Q2之间的关系。
图3A至图3C说明相位差信号，并且将描述产生相位差信号的方法。图3A示出了当周期性图案在光接收元件阵列4a和5a上移动时从光接收IC 4和5输出的信号的代表性示例。曲线图横坐标轴表示检测方向上的长度。作为示例示出了以实线和虚线示出的90°相位差的正弦波信号的五个周期。
图3B示出了通过90°相位差的正弦波信号的反正切变换产生的0°至360°的重复相位信号。曲线图横坐标轴在三个曲线图中是相同的。实线9表示图3A中所示的五个周期(五个波)的相位信号，并且虚线10表示相同检测长度的四个周期(四个波)的相位信号。换言之，它们是从五个周期的周期性图案和四个周期的周期性图案以相同的检测方向上的长度布置的相应周期性图案获得的相位信号。
图3C是通过从相位信号9中减去相位信号10而获得的相位差信号的曲线图。横坐标轴表示位置检测方向上的位置，并且纵坐标轴表示相位。实线11a是通过从相位信号9中减去相位信号10而获得的相位差信号，并且当幅度关系反转时，它变为负相位数值。虚线11b是当实线11a的相位差信号为负时通过加上360°获得的信号。该处理可以生成0°至360°的连续相位差信号。因此，可以看出，当相同检测长度中的周期性图案数目的差为“1”时，在0°至360°的范围内产生一个连续相位差信号。
图4A至图4C说明了同步计算，并且将给出用于根据与重复相位信号9的任意位置相关联的一个相位差信号最终确定绝对位置的过程的描述。图4A是图3A-3C中说明的由实线示出的相位信号9和由虚线示出的相位差信号11b的曲线图，其中横坐标轴表示检测方向上的长度，纵坐标轴表示相位，并且示出了从0°到360°的度数范围。由于示出了相位信号9的五个波并且示出了相位差信号11b的一个波，所以很明显信号斜率相差五倍。
图4B示出了纵坐标轴的从0°到1800°(＝360°×5)的放大显示范围中的通过将相位差信号11b乘以5而获得的信号11b′和相位信号9，使得上述信号斜率彼此一致。
图4C说明了用于确定相位信号9的每个波的数目(代码：以下称为波数)的计算。从信号11b′中减去相位信号9并加上180°得到由附图标记12表示的阶梯信号。虽然相位信号9和相位差信号11b由整齐的直线表示，但是相位差信号11b是图3B中所示的相位信号9和相位信号10之间的差信号，因此包含两个原始信号的误差分量。信号11b′包含较大的误差信号，因为它已被放大了五倍。阶梯信号12不是整齐的直线，例如，第一信号12a是通过将平均值设置为0°和360°之间的约180°而包括误差范围的信号。
当阶梯信号12除以360°并且仅提取其整数部分时，计算相位信号9中的五个波中的每个波的波数“ND”(＝0到4)。当包括误差的信号处于±180°或更高的状态时，不能获得正确的波数，指示两侧的波数，因此不能执行正确的同步计算。
返回参照图4A，将给出相位差信号11b的任意相位θU的位置的描述。该位置处的相位信号9的相位是θD，并且该位置处的波数“ND”通过上述同步计算表示为如下。
ND＝INT{[5×θU--θD+180]÷360} (1)
根据式(1)，ND变为2。然而，INT()是将小数点后舍去的整数转换(整数化)。因此，该位置处的绝对值(绝对位置)θ表示为如下。
θ＝360×ND+θD (2)
根据式(2)，通过将当前位置处的相位信号9的相位θD与相位信号9的两个先前相位360×2相加，基于包括绝对位置θ的大的误差的相位差信号11b，使用相位信号9作为原始信号，可以获得精确的检测(计算)。
将给出如何设置图2中所示的具有间距P1、Q1、P2和Q2的周期性图案的描述。根据该实施例，在主轨道1a上，X轴方向上的75个间距Q1和300个间距P1一样长，每个间距Q1为间距P1的四倍长。另一方面，在副轨道1b上，设置间距P2和Q2，使得290个间距P2和74个间距Q2具有相同的长度。换言之，在间距P1、Q1、P2和Q2之间下式成立。
P1×300＝Q1×75＝P2×290＝Q2×74
如参照图3B和图3C针对相位差信号所描述的，利用间距Q1和Q2产生1(＝75-74)个波的相位差信号，并且利用间距P1和P2产生10(＝300-290)个波的相位差信号。
图5A至图5D说明作为用于检测绝对位置的单位的检测单位。图5A示出了利用间距Q1和Q2产生的一个相位差信号，并且图5B示出了利用间距P1和P2产生的十个相位差信号。图5C示出了利用间距Q1产生的七十五个相位信号，并且图5D示出了利用间距P1产生的三百个相位信号。
假设图5A中的相位值是θW并且图5B中的相位值是θX。然后，通过图4A至图4C中描述的同步计算来由下式(3)的计算确定波数“NX”。
NX＝INT{[10×θW-θX+180]÷360} (3)
假设图5C中的相位值是θY。然后，θX的信号斜率是7.5倍，因此通过下式(4)的计算将波数“NY”确定为[0到74]。
NY＝INT{[7.5×(360×NX+θX)-θY+180]÷360} (4)
假设图5D中的相位值是θZ。然后，θY的信号斜率是4倍，并且通过下式(5)的计算将波数“NZ”确定为[0到299]。
NZ＝INT{[4×(360×NY+θY)-θZ+180]÷360} (5)
因此，作为下部信号(中间信号，下部信号和最下部信号)的相位差信号θX及相位信号θY和θZ分别与图5A中所示的作为最上部信号的一个波的相位差信号θW相关联。在这些信号中的每个信号中，检测方向上的长度(相对移动量)的分配有每个波数的一部分是一个检测单位。
图6示出了根据该实施例的位置检测装置的配置。虽然图1中所示的反射刻度1和传感器2实际上彼此面对，但是它们在图6中并排示出。反射刻度1中夹在两个等相线之间的范围是参照图5A至图5D描述的一个检测单位(在图6中标记为绝对位置检测单位)。具有间距P1、Q1、P2和Q2的周期性图案在左右两侧是连续的。
微计算机20执行包括上述同步计算的各种操作和确定。微计算机20从I/O端口21输出信号“a”，以时分方式切换光接收IC 4和5的内部电路。由此，交替切换光接收元件阵列4a和4b读取图2中所示的第一短周期图案101a和第二短周期图案102a的状态，以及光接收元件阵列4a和4b读取第一长周期图案101b和第二长周期图案102b的状态。
传感器2输出具有90°相位差的两个信号“b”，其对应于第一短周期图案101a和第二短周期图案102a的间距P1和P2或者第一长周期图案101b和第二长周期图案102b的间距Q1和Q2。微计算机20中的A/D转换器22对信号b进行A/D转换。由此，作为数字信号的信号被输入到微计算机20中的处理器23。
遮光板31固定到可移动构件上，并与可移动构件一体地移动。当遮光板31进入和离开光发出部分和光接收部分之间的空间时，与遮光板31一起构成划分器的光断路器(PI_1和PI_2)30_1和30_2在H和L之间切换输出信号。来自光断路器30_1和30_2的输出信号(以下称为划分信号)通过微计算机20中的I/O端口21输入到处理器23。
处理器23使用输入的数字信号和划分信号执行反正切变换、相位差计算、同步计算和区域确定处理，并将计算和确定结果输出到微计算机20中的绝对位置计算器24。绝对位置计算器24使用输入的计算和确定结果计算可移动构件的绝对位置。处理器23和绝对位置计算器24构成计算器。
图7A和图7B示出了根据该实施例的用于相机的可更换镜头或镜筒的位置检测装置的具体配置。镜筒具有旋转环32，作为可由用户旋转的可移动构件。旋转环32可相对于未示出的固定筒在预定旋转范围内绕光轴旋转。反射刻度1固定在旋转环32的内周部分上并沿圆周方向(位置检测方向)延伸。面向反射刻度1的传感器2固定在未示出的固定筒的外周部分上。位置检测装置检测旋转环32的旋转位置(绝对位置)。
遮光板31与旋转环32一体化。遮光板31随着旋转环32的旋转而旋转，并且移入和移出固定到固定筒上的光断路器30_1和30_2的光发出部分和光接收部分之间的空间。
现在参照图8，将给出根据该实施例的将绝对位置检测范围划分为反射刻度1和传感器2之间的相对移动范围的描述。图8是图7A和7B所示的配置中的固定到固定筒上的传感器2和光断路器30_1和30_2以及一体地设置在旋转环32上的反射刻度1和遮光板31在位置检测方向上的展开图。旋转环32的旋转位置1和4表示绝对位置检测范围的两个端部位置。作为检测部分的光断路器30_1和30_2(检测部分)在遮光板31进入光发出部分和光接收部分之间的空间的遮光状态下输出划分信号H，并且在遮光板31从光发出部分和光接收部分之间的空间离开的透光状态下输出划分信号L。
在旋转位置1和2之间，由于光断路器30_1和30_2二者都处于透光状态，因此从它们输出的划分信号分别变为L和L。从旋转位置2到旋转位置3，由于光断路器30_1处于遮光状态，因此来自光断路器30_1和30_2的划分信号分别变为H和L。从旋转位置3到旋转位置4，由于光断路器30_2也处于遮光状态，因此来自光断路器30_1和30_2的划分信号分别变为H和H。因此，通过来自光断路器30_1和30_2的划分信号的组合，绝对位置检测范围被划分成多个(在本实施例中为三个)区域。在以下描述中，每个划分区域将被称为确定区域。
作为检测部分的光断路器30_1和30_2以及作为被检测部分的遮光板31在作为位置检测方向的旋转环32的旋转方向上并排布置。
现在参照图9，将描述根据该实施例的绝对位置的计算。图9中的上侧示出了绝对位置检测范围40中的图5A中所示的作为第一信号的相位差信号(θW)41(41a至41d)。位置检测方向上的相位差信号41的相位从0°变化到360°的范围是相位差信号41的一个检测单位(第一相对移动量)。在图9中，绝对位置检测范围40的长度是相位差信号41的检测单位的2.3倍长，并且在绝对位置检测范围40内存在检测单位(第一波41a至第四波41d)之间的三个边界。假设NW是相位差信号41的波数。于是，相位差信号41的第一波41a的波数是NW＝0，第二波41b的波数是NW＝1，第三波41c的波数是NW＝2，并且第四波41d的波数是NW＝3。
叠加在相位差信号41上的、图5B中所示的作为第二信号的相位差信号(θX)中的两个相邻波之间的边界由垂直线表示。附着在边界之间或者针对相位差信号θX的每个检测单位(第二相对移动量)的数字0至9是相位差信号θX的波数NX。
图9的下侧示出了在位置检测方向上移动的遮光板31的位置(以黑色示出)，以及反射刻度1和来自光断路器(PI_1和PI_2)30_1和30_2的划分信号(H或L)。
该实施例利用相位差信号θX的精度计算绝对位置。对于每个波，相位差信号θX使其相位从0到360°改变。绝对位置检测范围40被遮光板31以及光断路器30_1和30_2划分成三个确定区域A、B和C，如参照图8所述。每个确定区域的位置检测方向上的长度短于相位差信号41的“一个检测单位”。确定区域A、B和C各自在其两端内侧包括相位差信号41中的两个相邻检测单位(波)之间的至多一个边界。确定区域A是从图8中所示的旋转位置1到旋转位置2的区域，确定区域B是从旋转位置2到旋转位置3的区域。确定区域C是从旋转位置3到旋转位置4的区域。
现在参照图10中的流程图，将给出根据该实施例的绝对位置计算处理(位置检测方法)的描述。微计算机20(处理器23和绝对位置计算器24)根据计算机程序执行该处理。在以下描述中，S代表步骤。
已经开始绝对位置计算处理的微计算机20在S051中从传感器2获取位置信息，并且在S052中对获取的信号执行信号处理和同步计算。由此，获得相位差信号θX及其波数NX。
接下来，微计算机20在S053中从光断路器PI_1和PI_2获取划分信号，并且在S054中确定划分信号指示哪个确定区域。如图9所示，当划分信号变为L和L时，微计算机20将确定区域确定为A并且前进到S056，否则前进到S055。在S055中，如果划分信号是H和L，则确定区域被确定为B，并且流程前进到S057。否则(如果划分信号是H和H)，确定区域被确定为C并且流程前进到S058。
在S056中，微计算机20使用相位差信号θX的波数NX指定(确定)相位差信号θW的波数NW。然后，微计算机20将波数NX与预定值(预定代码)进行比较，并基于该结果指定波数NW。更具体地，如果NX是作为预定值的7或更大，或者如果指示了图9中所示的第一波41a，则微计算机20前进到S059并将NW设置为0。如果NX是作为预定值的6或更小，或者如果指示了第二波41b，则流程前进到S060并将NW设置为1。
在S057中，微计算机20使用相位差信号θX的波数NX指定相位差信号θW的波数NW。如果NX是作为预定值的5或更大，或者如果指示了第二波41b，则微计算机20前进到S061并将NW设置为1。如果NX是4或更小，或者如果指示了第三波41c，则流程前进到S062并将NW设置为2。
在S058中，微计算机20使用相位差信号θX的波数NX指定相位差信号θW的波数NW。如果NX是作为预定值的3或更大，或者如果指示了第三波41c，则微计算机20前进到S063并将NW设置为2。如果NX是2或更小，或者如果指示了第四波41d，则流程前进到S064以将NW设置为3。
这样确定了当前相位差信号θX的波数NX和相位差信号(θW)41的波数NW的微计算机20，在S065中根据下式(7)计算当前绝对位置θ，并结束该处理。
θ＝(360°×10×NW+360°×NX+θX-θX0)×30 (7)
然而，θX0是图9中所示的绝对位置检测范围40的左端的参考位置由相位差信号θX表示的位置。由于θX0包含由于反射刻度1和传感器2的附接误差等而引起的误差分量，因此在镜筒的制造过程中将θX0写入微计算机20的存储区域中。关于式(7)中的末尾项×30，当装置通电时绝对位置由θX最终确定，并且通过增大和减小从由图5D中的间距P1获得的θZ的值而获得的绝对位置θ，使用随后的位置变化来调整绝对位置θ的范围。
在该实施例中，当将间距P1设置为0.1mm时，作为中间信号的相位差信号θX的检测单位对应于3mm的检测长度。光断路器PI_1(30_1)设置为使得信号在相位差信号θX中的波数NX为5的波与波数NX为6的波之间的边界处被遮光板31改变。然而，作为不会错误地确定作为最上部信号的相位差信号θW的波数NW的条件，由于来自光断路器PI_1的信号的切换可以位于波数为5和6的波之一内，所以它可以在距离这些波之间的边界处±3mm之内。换言之，不需要光断路器PI_1和遮光板31的高的相对位置精度。这同样适用于光断路器PI_2和遮光板31之间的相对位置精度。
第二实施例
现在参照图11，将给出根据本发明第二实施例的绝对位置的计算的描述。根据该实施例的位置检测装置具有与第一实施例的配置(图6)相同的配置，并且检测参照图7A和图7B描述的镜筒的旋转环32的旋转位置。
图11示出了绝对位置检测范围140中的作为第一信号的相位信号141(141a至141d)。相位信号141是通过将图5B和图5C中获得的具有间距Q1的相位信号θY转换为波数为NY的绝对值而产生的信号。位置检测方向上的相位信号141的相位从0变化到27000°的范围是相位信号141的一个检测单位(第一相对移动量)。在图11中，绝对位置检测范围140的长度为相位信号141的检测单位的2.3倍，并且在绝对位置检测范围140中存在检测单位(第一波141a至第四波141d)之间的三个边界。假设相位信号141的波数是NF。于是，相位信号141的第一波141a的波数是NF＝0，第二波141b的波数是NF＝1，第三波141c的波数是NF＝2，第四波141d的波数是NF＝3。
叠加在相位信号141上的、对应于图5D中所示的作为第二信号的相位信号θZ的波数NZ和两侧上显示的指示波数NZ(0到299)的垂直线示出了用作从相位信号141的第一波141a到第四波141d的确定参考的边界。
该实施例利用相位信号θZ的精度计算绝对位置。与第一实施例类似，该实施例将绝对位置检测范围140划分为三个确定区域A、B和C。每个确定区域的位置检测方向上的长度短于相位差信号141的一个检测单位。确定区域A、B和C各自在其两端内侧仅包括相位差信号141中的两个相邻检测单位(波)之间的一个边界。
现在参照图12中的流程图，将给出根据该实施例的绝对位置计算处理的描述。微计算机20(处理器23和绝对位置计算器24)根据计算机程序执行该处理。
已经开始绝对位置计算处理的微计算机20在S151中从传感器2获取位置信息，并且在S152中对获取的信号执行信号处理和同步计算。由此，获得相位信号θZ及其波数NZ。
接下来，微计算机20在S153中从光断路器PI_1和PI_2获取划分信号，并且在S154中确定划分信号指示哪个确定区域。如果划分信号是L和L，则微计算机20将确定区域确定为A，并且流程前进到S156，否则前进到S155。在S155中，如果划分信号是H和L，则将确定区域确定为B并且流程前进到S157。否则(如果划分信号是H和H)，将确定区域确定为C并且流程前进到S158。
在S156中，微计算机20使用相位信号θZ的波数NZ指定(确定)相位信号141的波数NF。如果NZ是作为预定值(预定代码)的210或更大，或者如果指示了图11中所示的第一波141a，则微计算机20前进到S159并将NF设置为0。如果NZ等于或小于作为预定值的209，或者如果指示了第二波141b，则流程前进到S160并且将NF设置为1。
在S157中，微计算机20使用相位信号θZ的波数NZ指定相位信号141的波数NF。如果NZ是作为预定值的150或更大，或者如果指示了第二波141b，则微计算机20前进到S161并将NF设置为1。如果NZ是作为预定值的149或更小(如果指示了第三波141c)，则流程前进到S162以将NF设置为2。
在S158中，微计算机20使用相位信号θZ的波数NZ指定相位信号141的波数NF。如果NZ是作为预定值的90或更大，或者如果指示了第三波141c，则微计算机20前进到S163并将NF设置为2。如果NZ是作为预定值的89或更小，或者如果指示了第四波141d，则流程前进到S164以将NF设置为3。
以这样的方式确定了当前相位差信号θZ的波数NZ和相位差信号141的波数NF的微计算机20，在S165中根据下式(8)计算当前绝对位置θ，并结束该处理。
θ＝27000°×4×NF+360°×NZ+θZ-θZ0 (8)
θZ0是图11中所示的绝对位置检测范围140的左端的参考位置由相位差信号θZ表示的位置。由于θZ0包含由于反射刻度1和传感器2的附接误差等而引起的误差分量，因此在镜筒的制造过程中将θZ0写入微计算机20的存储区域中。
绝对位置计算精度是类似于第一实施例的图5C中的相位差信号θX的精度，还是类似于第二实施例的图5D中的相位信号θZ的精度，可以基于计算负荷、镜筒的绝对位置所需的精度、是否可以保证同步计算精度达到相位信号θZ等来确定。
第三实施例
接下来描述根据本发明的第三实施例的位置检测装置。第一实施例和第二实施例使用设置在保持有反射刻度1的旋转环32上的遮光板31以及固定到固定筒上的光断路器30_1和30_2来划分确定区域。另一方面，该实施例通过另一种方法划分确定区域。绝对位置计算处理与第一实施例或第二实施例中的每一个的绝对位置计算处理相同。
图13A和图13B示出了当根据本实施例的位置检测装置用于镜筒时的具体配置。该图示出了安装在可更换镜筒等上的已知透镜移动机构。附图标记210表示具有三个线性槽210a的线性移动引导筒，并且附图标记211表示具有三个凸轮槽211a的凸轮筒。镜筒212，三个凸轮从动销213在圆周方向上以相等的角度固定到镜筒212上。三个凸轮从动销213保持在三个线性槽210a和三个凸轮槽211a之间以支撑透镜，并且随着凸轮筒211旋转，镜筒向前和向后移动。
旋转驱动力经由驱动键214传递到凸轮筒211。区域检测提升部分231具有设置在凸轮筒211的后端部分的端面231b，区域检测提升部分231包括第一端面231a和第二端面231b，第二端面231b形成在第一端面231a的前面一段，并形成在与第一端面231a不同的圆周方向范围内。
微开关230_1、230_2和230_3由未示出的固定筒保持在与区域检测提升部分231相对的位置处。每个微开关在其开关引脚面向第二端面231b的情况下输出L信号(划分信号)，并且在开关引脚被第一端面231a挤压时输出H划分信号。作为至少一个检测部分的微开关230_1、230_2和230_3以及作为被检测部分的区域检测提升单元231在作为位置检测方向的凸轮筒211的旋转方向上并排布置。
现在参照图14，将给出根据该实施例的绝对位置的计算的描述。图14的上侧示出了绝对位置检测范围240中的如图5A中所示的相位差信号(θW)241(241a至241c)。位置检测方向上的相位差信号241的相位从0变化到360°的范围是相位差信号241的一个检测单位。在图14中，绝对位置检测范围240的长度是相位差信号241的检测单位的2.3倍长，并且在绝对位置检测范围240中存在检测单位(第一波241a至第三波241c)之间的两个边界。假设NW是相位差信号241的波数。那么，相位差信号241的第一波241a的波数是NW＝0，第二波241b的波数是NW＝1，并且第三波241c的波数是NW＝2。
垂直线示出了叠加在相位差信号241上的、图5B中所示的相位差信号θX中的两个相邻波之间的边界。附着在边界之间或者针对相位差信号θX的每个检测单位的数字0到9是相位差信号θX的波数NX。
图14的下侧示出了在位置检测方向上移动的区域检测提升部分231的位置(以黑色示出)，以及反射刻度1和来自微开关(SW_1，SW_2，SW_3)230_1、230_2和230_3的划分信号(H或L)。
该实施例利用相位差信号θX的精度计算绝对位置。对于每个波，相位差信号θX使其相位从0到360°改变。绝对位置检测范围240被区域检测提升部分231以及微开关230_1、230_2和230_3划分成五个确定区域A、B、C、D和E。位置检测方向上的每个确定区域短于相位差信号241的一个检测单位。确定区域B和D各自在其两端内侧仅包括相位差信号241中的两个相邻检测单位(波)之间的一个边界。
凸轮筒211的旋转位置1和6指示绝对位置检测范围240的两个端部位置。从旋转位置1到旋转位置2(在确定区域A中)，从微开关230_1、230_2和230_3输出的划分信号分别是H、H和L。从旋转位置2到旋转位置3(在确定区域B中)，来自微开关230_3的划分信号由L变为H，并且来自微开关230_1、230_2和230_3的划分信号分别变为H、H和H。从旋转位置3到旋转位置4(在确定区域C中)，来自微开关230_1的划分信号由H变为L，并且来自微开关230_1、230_2和230_3的划分信号分别变为L、H和H。从旋转位置4到旋转位置5(在确定区域D中)，来自微开关230_2的划分信号由H变为L，并且来自微开关230_1、230_2和230_3的划分信号分别变为L、L和H。从旋转位置5到旋转位置6(在确定区域E中)，来自微开关230_3的划分信号由H变为L，并且来自微开关230_1、230_2和230_3的划分信号分别变为L、L和L。
现在参照图15中的流程图，将给出根据该实施例的绝对位置计算处理的描述。微计算机20(处理器23和绝对位置计算器24)根据计算机程序执行该处理。
已经开始绝对位置计算处理的微计算机20在S251中从传感器获取位置信息，并且在S252中对获取的信号执行信号处理和同步计算。由此，获得相位差信号θX及其波数NX。
接下来，微计算机20在S253中从微开关230_1、230_2和230_3获取划分信号，并且在S254中确定划分信号指示哪个确定区域。如果划分信号是H、H和L，则微计算机20确定确定区域是A并且前进到S260，否则前进到S255。微计算机20在S260中将NW设置为0。
在S255中，如果划分信号是H、H和H，则微计算机20前进到S258，否则前进到S256。在S256中，如果划分信号是L、H和H，则微计算机20将确定区域确定为C并前进到S263以将NW设置为1，否则前进到S257。在S257中，如果划分信号是L、L和H，则微计算机20前进到S259。否则，微计算机20将确定区域确定为E并前进到S266以将NW设置为2。
在S258中，微计算机20使用相位差信号θX的波数NX指定(确定)相位差信号θW的波数NW。如果NX是作为预定值(预定代码)的5或更大，或者如果指示了图11中所示的第一波241a，则微计算机20前进到S261并将NW设置为0。如果NX是作为预定值的4或更小，或者如果指示了第二波241b，则流程前进到S262并将NW设置为1。
在S259中，微计算机20使用相位差信号θX的波数NX指定相位差信号θW的波数NW。如果NX是作为预定值的5或更大，或者如果指示了第二波241b，则微计算机20前进到S264并将NW设置为1。如果NX是4或更小，或者如果指示了第三波241c，则流程前进到S265以将NW设置为2。
已经这样确定了当前相位差信号0X的波数NX和相位差信号(θW)241的波数NW的微计算机20，在S267中通过第一实施例中描述的式(7)计算当前绝对位置θ，并结束该流程。类似于第一实施例，式(7)中的θX0是图14中所示的绝对位置检测范围240的左端的参考位置由相位差信号θX表示的位置。
与第一实施例相比，该实施例将相同长度的检测范围的划分数目从3增加到5，并且相对于作为用于确定包括上部信号的边界的第二区域和第四区域的预定值的波数NX 5，将确定区域两侧的边界设置为波数NX 7和2。由于在边界位置处存在比第一实施例更宽的空间，因此可以放松设置精度。如图7A和图7B所示，第一实施例通过与固定有反射刻度1的旋转环32成一体的遮光板31以及光断路器30_1和30_2来确定区域。当由于空间原因在旋转环32上没有设置遮光板31和光断路器30_1和30_2，并且如本实施例中那样由另一部分确定区域时，由于介入构件的机械精度、后冲等，精度变得低于第一实施例中的示例的精度。然而，由于该实施例放松了区域确定精度，所以即使在不是附着有反射刻度的构件的部分处划分区域，也可以充分地防止错误检测。
第四实施例
现在将描述本发明的第四实施例。图16A和图16B示出了根据该实施例的位置检测装置用于相机的可更换镜头或镜筒的具体配置。镜筒包括：透镜保持框架312，被配置为保持透镜300；引导杆310，被配置为沿光轴方向引导透镜保持框架312；以及防旋转杆311，被配置为防止透镜保持框架312围绕引导杆310旋转。
反射刻度301固定到透镜保持框架312上以沿光轴方向延伸。传感器302固定在未示出的固定筒中面向反射刻度301的位置处。反射刻度301和传感器302类似于第一实施例那样配置。
光断路器(PI)330固定到固定筒上，并且遮光板331与透镜保持框架312成一体。在图16A中，遮光板331没有插入到光断路器330的光发出部分和光接收部分之间的空间中，并且处于透光状态。在图16B中，当透镜保持框架312沿着光轴方向在箭头方向上移动时，遮光板331进入光断路器330的光发出部分和光接收部分之间的空间并且处于遮光状态。
现在参照图17，将给出根据该实施例的绝对位置的计算的描述。图17中的上侧示出了绝对位置检测范围340中的如图5A所示的相位差信号(θW)341(341a至341c)。位置检测方向上的相位差信号341的相位从0变化到360°的范围是相位差信号341的一个检测单位。在图17中，绝对位置检测范围340的长度是相位差信号341的检测单位的1.5倍长，并且在绝对位置检测范围340内存在检测单位(第一波341a至第三波341c)之间的两个边界。绝对位置检测范围340中包括相位差信号341的三个检测单位。假设NW是相位差信号341的波数。于是，相位差信号341的第一波341a的波数是NW＝0，第二波341b的波数是NW＝1，并且第三波341c的波数是NW＝2。
垂直线示出了叠加在相位差信号341上的、图5B中所示的作为中间信号的相位差信号θX中的两个相邻波之间的边界。附着在边界之间或者针对相位差信号θX的每个检测单位的数字0到9是相位差信号θX的波数NX。
图17的下侧示出了遮光板331在位置检测方向上移动的位置(以黑色示出)，以及反射刻度1和来自光断路器330的划分信号(H或L)。
该实施例利用相位差信号θX的精度计算绝对位置。对于每个波，相位差信号θX使其相位从0到360°改变。绝对位置检测范围340被遮光板331和光断路器330划分成两个确定区域A和B。位置检测方向上的每个确定区域短于相位差信号341的一个检测单位。确定区域A和B各自在其两端内侧仅包括相位差信号341中的两个相邻检测单位(波)之间的一个边界。
现在参照图18中的流程图，将给出根据该实施例的绝对位置计算处理的描述。微计算机20(处理器23和绝对位置计算器24)根据计算机程序执行该处理。
已经开始绝对位置计算处理的微计算机20在S451中从传感器302获取位置信息，并且在S452中对获取的信号执行信号处理和同步计算。由此，获得相位差信号θX及其波数NX。
接下来，微计算机20在S453中从光断路器330获得划分信号，并且在随后的S454中确定划分信号指示哪个确定区域。如图17所示，当划分信号是L时，微计算机20将确定区域确定为A并且前进到S455，否则将确定区域确定为B并且前进到S456。
在S455中，微计算机20使用相位差信号θX的波数NX指定(确定)相位差信号θW的波数NW。如果NX是作为预定值(预定代码)的7或更大，或者如果指示了图17中所示的第一波341a，则微计算机20前进到S457并将NW设置为0。如果NX是作为预定值的6或更小，或者如果指示了第二波341b，则流程前进到S458并将NW设置为1。
在S456中，微计算机20使用相位差信号θX的波数NX指定相位差信号θW的波数NW。如果NX是作为预定值的5或更大，或者如果指示了第二波341b，则微计算机20前进到S459并将NW设置为1。如果NX是4或更小，或者如果指示了第三波341c，则流程前进到S460以将NW设置为2。
已经这样确定了当前相位差信号θX的波数NX和相位差信号(θW)341的波数NW的微计算机20，在S461中通过第一实施例中描述的式(7)计算当前绝对位置θ，并结束该处理。类似于第一实施例，式(7)中的θX0是图17中所示的绝对位置检测范围340的左端的参考位置由相位差信号θX表示的位置。
上述第一实施例至第四实施例可以高精度地检测可移动构件的绝对位置，而不限制可移动构件(32，211，312)的移动量。
第一实施例至第四实施例将刻度固定到可移动构件上并将传感器固定到固定构件上，但是可以将刻度固定到固定构件上，并且可以将传感器固定到可移动构件上。第一实施例至第四实施例描述了使用反射刻度作为刻度，但是可以使用透射刻度。划分器不限于第一实施例至第四实施例中例示的划分器，并且可以使用任何配置，只要它可以生成用于将绝对位置检测范围划分为多个确定区域的划分信号即可。
虽然第一实施例至第四实施例将数目(波数)描述为添加到第二信号的每个检测单位(波)的代码，但是代码可以不是数字，并且对于每个检测单位可以是不同的。
虽然第一实施例至第四实施例已经描述了用于光学装置(诸如可更换镜头和相机)的镜筒，但是本发明的其他实施例可应用于除光学装置之外的各种装置。
每个实施例可以高精度地检测可移动构件的绝对位置，而不限制可移动构件的移动量。
其它实施例
本发明的(一个或多个)实施例也可以通过如下实现：一种系统或装置的计算机，该系统或装置读出并执行在存储介质(其也可被更充分地称为“非暂态计算机可读存储介质”)上记录的计算机可执行指令(例如，一个或多个程序)，以执行上述(一个或多个)实施例中的一个或多个实施例的功能，并且/或者，该系统或装置包括用于执行上述(一个或多个)实施例中的一个或多个实施例的功能的一个或多个电路(例如，专用集成电路(ASIC))；以及由该系统或者装置的计算机执行的方法，例如，从存储介质读出并执行计算机可执行指令，以执行上述(一个或多个)实施例中的一个或多个实施例的功能，并且/或者，控制所述一个或多个电路执行上述(一个或多个)实施例中的一个或多个实施例的功能。计算机可以包括一个或更多处理器(例如，中央处理单元(CPU)、微处理单元(MPU))，并且可以包括分开的计算机或分开的处理器的网络，以读出并执行计算机可执行指令。计算机可执行指令可以例如从网络或存储介质被提供给计算机。例如，存储介质可以包括如下中的一个或多个：硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、分布式计算系统的存储器、光盘(例如，压缩盘(CD)、数字多功能光盘(DVD)或蓝光光盘(BD)TM)、闪速存储器装置、存储卡，等等。
本发明的实施例还可以通过如下的方法来实现，即，通过网络或者各种存储介质将执行上述实施例的功能的软件(程序)提供给系统或装置，该系统或装置的计算机或是中央处理单元(CPU)、微处理单元(MPU)读出并执行程序的方法。
虽然针对示例性实施例描述了本发明，但是，应该理解，本发明不限于公开的示例性实施例。下述权利要求的范围应当被赋予最宽的解释，以便涵盖所有这类修改以及等同的结构和功能。

Claims (7)

1.一种绝对位置检测装置，所述绝对位置检测装置包括：
具有多种类型的周期性图案的刻度，每种类型具有不同的间距；
传感器，被配置为根据刻度和传感器之间的相对移动，输出具有90°相位差的两个正弦波检测信号，每个检测信号对应于所述多种类型的周期性图案中的每一种；以及
计算器，被配置为：
基于对应于所述相对移动并通过具有90°相位差的两个正弦波检测信号的反正切变换获得的相位信息，生成具有设置为刻度和传感器之间的第一相对移动量的检测单位的第一信号以及具有设置为刻度和传感器之间的比第一相对移动量小的第二相对移动量的检测单位的第二信号，其中第一信号和第二信号中的每个的检测单位根据刻度和传感器之间的相对移动而重复，以及其中第一信号的检测单位包括多个第二信号的检测单位；
通过比较第一信号和第二信号将第一信号的检测单位和所述多个第二信号的检测单位之间的关系确定为与所述多个第二信号的检测单位中的每一个检测单位对应的代码；并且
基于第一信号和第二信号获得刻度和传感器的相对移动方向上的绝对位置，
其中，刻度和传感器的相对移动范围包括作为第一信号中的相邻检测单位的重复部分的边界，
其中，所述绝对位置检测装置还包括光断路器，光断路器被配置为输出用于确定在相对移动范围中设置的多个区域的信号，
其中，光断路器被设置为使得在所述多个区域中的每个区域的两端内侧包括第一信号的各个边界中的至多一个边界，
其中，在所述多个区域中的每个区域中，第二信号的每个检测单位的代码彼此不同，以及
其中，计算器被配置为基于所述多个区域中的在两端内侧包括第一信号的边界的区域中的第二信号的每个检测单位的代码，指定要用于计算绝对位置的第一信号的检测单位。
2.根据权利要求1所述的绝对位置检测装置，其特征在于，所述多个区域中的每个区域在相对移动的方向上比第一信号的检测单位短。
3.根据权利要求1所述的绝对位置检测装置，其特征在于，计算器被配置为基于所述代码与预定代码的比较来指定第一信号中的检测单位。
4.根据权利要求1所述的绝对位置检测装置，还包括至少一个检测设备，所述至少一个检测设备被配置为输出划分信号以将相对移动范围划分为所述多个区域。
5.一种装置，其特征在于，所述装置包括：
绝对位置检测装置；以及
可移动构件，所述可移动构件的绝对位置由绝对位置检测装置来检测，
其中，所述绝对位置检测装置包括：
具有多种类型的周期性图案的刻度，每种类型具有不同的间距；
传感器，被配置为根据刻度和传感器之间的相对移动，输出具有90°相位差的两个正弦波检测信号，每个检测信号对应于所述多种类型的周期性图案中的每一种；以及
计算器，被配置为：
基于对应于所述相对移动并通过具有90°相位差的两个正弦波检测信号的反正切变换获得的相位信息，生成具有设置为刻度和传感器之间的第一相对移动量的检测单位的第一信号以及具有设置为刻度和传感器之间的比第一相对移动量小的第二相对移动量的检测单位的第二信号，其中第一信号和第二信号中的每个的检测单位根据刻度和传感器之间的相对移动而重复，以及其中第一信号的检测单位包括多个第二信号的检测单位；
通过比较第一信号和第二信号将第一信号的检测单位和所述多个第二信号的检测单位之间的关系确定为与所述多个第二信号的检测单位中的每一个检测单位对应的代码；并且
基于第一信号和第二信号获得刻度和传感器的相对移动方向上的绝对位置，
其中，刻度和传感器的相对移动范围包括作为第一信号中的相邻检测单位的重复部分的边界，
其中，所述绝对位置检测装置还包括光断路器，光断路器被配置为输出用于确定在相对移动范围中设置的多个区域的信号，
其中，光断路器被设置为使得在所述多个区域中的每个区域的两端内侧包括第一信号的各个边界中的至多一个边界，
其中，在所述多个区域中的每个区域中，第二信号的每个检测单位的代码彼此不同，以及
其中，计算器被配置为基于所述多个区域中的在两端内侧包括第一信号的边界的区域中的第二信号的每个检测单位的代码，指定要用于计算绝对位置的第一信号的检测单位。
6.一种绝对位置检测方法，所述绝对位置检测方法使用刻度以及传感器，所述刻度具有多种类型的周期性图案，每种类型具有不同的间距，所述传感器被配置为根据刻度与传感器之间的相对移动，输出具有90°相位差的两个正弦波检测信号，每个检测信号对应于所述多种类型的周期性图案中的每一种，所述绝对位置检测方法包括以下步骤：
基于对应于所述相对移动并通过具有90°相位差的两个正弦波检测信号的反正切变换获得的相位信息，生成具有设置为刻度和传感器之间的第一相对移动量的检测单位的第一信号以及具有设置为刻度和传感器之间的比第一相对移动量小的第二相对移动量的检测单位的第二信号，其中第一信号和第二信号中的每个的检测单位根据刻度和传感器之间的相对移动而重复，以及其中第一信号的检测单位包括多个第二信号的检测单位；
通过比较第一信号和第二信号将第一信号的检测单位和所述多个第二信号的检测单位之间的关系确定为与所述多个第二信号的检测单位中的每一个检测单位对应的代码；以及
基于第一信号和第二信号获得刻度和传感器的相对移动方向上的绝对位置，
其中，刻度和传感器的相对移动范围包括作为第一信号中的相邻检测单位的重复部分的边界，
其中，所述绝对位置检测方法还包括输出用于确定在相对移动范围中设置的多个区域的信号，使得在所述多个区域中的每个区域的两端内侧包括第一信号的各个边界中的至多一个边界，
其中，在所述多个区域中的每个区域中，第二信号的每个检测单位的代码彼此不同，以及
其中，获得步骤基于所述多个区域中的在两端内侧包括第一信号的边界的区域中的第二信号的每个检测单位的代码，指定要用于计算绝对位置的第一信号的检测单位。
7.一种非暂态计算机可读存储介质，其特征在于，所述非暂态计算机可读存储介质存储用于使计算机执行如权利要求6中所限定的绝对位置检测方法的计算机程序。
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