ES2830777T3

ES2830777T3 - Aparato codificador

Info

Publication number: ES2830777T3
Application number: ES16766053T
Authority: ES
Inventors: Jason Slack; Richard James Bale
Original assignee: Renishaw PLC
Current assignee: Renishaw PLC
Priority date: 2015-09-09
Filing date: 2016-09-08
Publication date: 2021-06-04
Anticipated expiration: 2036-09-08
Also published as: EP3347681A1; KR20180052676A; JP2018530751A; WO2017042570A1; EP3347681B1; US20180216972A1; JP6987045B2; CN108351229B; US10670431B2; CN108351229A

Abstract

Un aparato codificador (2) que comprende una escala incremental (6), que comprende al menos una pista (10), que comprende una serie de características (14) generalmente dispuestas de forma periódica, configuradas para difractar la luz, y una cabeza lectora (4) que comprende un sensor (22), que comprende una matriz de elementos de sensor para detectar una señal de escala que cae sobre el sensor, que se utiliza para determinar la posición relativa de la escala y de la cabeza lectora, en el que la señal de escala comprende una franja de interferencia (26), en el que el aparato se configura de manera que la salida del sensor a lo largo de su longitud se pondera según una función de ventana que se configura para reducir el efecto adverso de las frecuencias no deseadas en la señal de escala, para así reducir el error de subdivisión del aparato codificador, en el que dicha ponderación se configura de manera que la influencia de la salida del sensor sobre la posición relativa determinada disminuye predominantemente hacia los extremos del sensor.

Description

DESCRIPCIÓN

Aparato codificador

Esta invención se refiere a un aparato codificador, en particular un aparato codificador de medida de la posición que comprende una escala y una cabeza lectora que se pueden mover entre sí.

Como es bien sabido, un aparato codificador de medida de la posición normalmente comprende una escala que tiene una serie de características que la cabeza lectora puede leer para determinar y medir la posición relativa (y sus derivadas como la velocidad y/o la aceleración). Los codificadores normalmente se categorizan como incrementales o absolutos. Una escala para un codificador incremental (como el codificador TONiC™ disponible en Renishaw plc y descrito con más detalle a continuación) comprende una serie de características generalmente periódicas que la cabeza lectora detecta para determinar una posición relativa y el movimiento de la escala y de la cabeza lectora. Se pueden proporcionar sobre la escala una o más marcas de referencia para proporcionar posiciones de referencia desde las cuales se puede contar la posición relativa de la escala y de la cabeza lectora. Una escala para un codificador absoluto (como el codificador RESOLUTE™ disponible en Renishaw plc y descrito con más detalle a continuación) comprende características que definen posiciones únicas a lo largo de la longitud de la escala, por ejemplo una serie de posiciones absolutas únicas, y puede permitir que una cabeza lectura determine su posición absoluta en el arranque sin requerir ningún movimiento relativo.

Nuestros inventores querían proporcionar un codificador mejorado, en particular un codificador con precisión mejorada.

Como es bien sabido en el campo de los codificadores de medida de la posición, el error de subdivisión (SDE) ocurre debido a imperfecciones en la interpolación de una lectura de las características de la escala. Dichas imperfecciones pueden ser debidas a la forma en la que se procesa la lectura, y/o debidas a que la señal detectada por la cabeza lectora es imperfecta. La señal detectada por la cabeza lectura podría ser imperfecta por numerosas razones, p. ej., debido a componentes ópticos sub-óptimos, disposición sub-óptima de los componentes ópticos, suciedad sobre la escala, y/o a las marcas de referencia, p. ej., marcas de referencia incrustadas. El SDE afecta negativamente a la precisión de la posición determinada. El SDE es también comúnmente conocido como “error de interpolación”. En este documento, los términos SDE y error de interpolación se pueden usar indistintamente. Como se entenderá, un SDE del aparato codificador puede variar a lo largo de la escala (p. ej., a lo largo de su longitud para un codificador lineal o alrededor del eje para el codificador rotatorio).

WO2010/100409 describe un aparato codificador absoluto, que comprende una escala absoluta, en particular una escala magnética, que codifica una serie de bits de datos. La cabeza lectora incluye una pluralidad de sensores, en particular una matriz de sensores de Hall. Un generador de señales incrementales genera una señal incremental a partir de la escala absoluta combinando al menos alguna de las señales del sensor, y aplica una ponderación para reducir la contribución de las señales del sensor combinadas cerca del borde de la matriz de sensores, para reducir el SDE, reduciendo el efecto de los armónicos de mayor orden.

EP2511670 describe un aparato codificador absoluto, que incluye una escala, una matriz de detectores que incluye una pluralidad de detectores, y un procesador de señal configurado para procesar y convertir en información posicional, una señal de salida de la matriz de detectores. El codificador además incluye una unidad de ponderación configurada para ponderar una señal de salida de cada uno de una pluralidad de detectores, utilizando un peso de acuerdo con la posición de la matriz.

WO2010/100407 describe un aparato magnético de medida de la posición, en el que se combinan las señales de sensor de múltiples sensores para obtener información de posición incremental. En particular, una unidad de suma combina subconjuntos selectos de señales de sensor para generar las señales de suma requeridas, para suprimir el tercer armónico (o superior).

La presente invención proporciona una configuración para mejorar la salida de un aparato codificador, por ejemplo reduciendo un SDE del aparato codificador, como por ejemplo el SDE que es causado por imperfecciones en la señal que cae sobre el sensor de la cabeza lectora. Esto se consigue configurando el aparato codificador de manera que (p. ej., la salida de) el sensor se pondera a lo largo de su longitud (p. ej., las salidas de los elementos de sensor del sensor se ponderan) según una función de ventana predeterminada que se configura para hacer el aparato codificador menos sensible a (p. ej., en algunas realizaciones para tener un efecto de filtrado en) dichas imperfecciones en la señal que cae sobre el sensor.

Por ejemplo, se describe en la presente memoria un aparato codificador que comprende una escala y una cabeza lectora, que comprende un sensor que comprende una matriz de elementos de sensor para detectar una señal de escala que cae sobre el sensor, configurado de tal manera que las salidas de los elementos de sensor que se utilizan para determinar la posición relativa de la escala y de la cabeza lectora (p. ej., dentro de un período de escala) se ponderan de manera que la influencia de los elementos de sensor sobre la posición relativa determinada de la escala y de la cabeza lectora varía a lo largo de la matriz según una función de ventana no rectangular predeterminada que se configura para reducir el efecto adverso de (p. ej., filtrar) las frecuencias no deseadas en la señal de escala para así reducir el error de subdivisión del aparato codificador.

Según un primer aspecto de la invención existe un aparato codificador que comprende una escala incremental, que comprende al menos una pista que comprende una serie de características generalmente dispuestas periódicamente, configuradas para difractar la luz y una cabeza lectora que comprende un sensor, que comprende una matriz de elementos de sensor para detectar una señal de escala que cae sobre el sensor, la cual se utiliza para determinar la posición relativa de la escala y de la cabeza lectora (p. ej., dentro de un período de escala), en el que la señal de escala comprende una franja de interferencia, en el que el aparato se configura de manera que la salida del sensor, a lo largo de su longitud, se pondera según una función de ventana (predeterminada) que se configura para reducir el efecto adverso de las frecuencias no deseadas en la señal de escala (p. ej., para reducir así el error de subdivisión del aparato codificador), en el que dicha ponderación se configura de manera que la influencia de la salida del sensor sobre la posición relativa determinada disminuye predominantemente hacia los extremos del sensor.

Se ha determinado que en lugar de utilizar una matriz rectangular / no ponderada de elementos de sensor, se puede utilizar una función de ventana no rectangular para ponderar las salidas de los elementos de sensor para reducir, significativamente, el impacto adverso que tiene la presencia de frecuencias no deseadas en el rendimiento de medida del aparato codificador. Dicha ponderación se puede configurar para filtrar sustancialmente dichas frecuencias no deseadas. En particular, se ha determinado que la utilización de dicha ponderación tiene el efecto de reducir la sensibilidad del aparato codificador a dichas frecuencias no deseadas. En consecuencia, dicha ponderación se puede utilizar para reducir el SDE del aparato codificador, lo que a su vez puede mejorar la precisión del aparato codificador. En el caso de un codificador incremental, que comprende señales en cuadratura que pueden ser utilizadas para producir un Lissajous, la reducción del SDE mejora la circularidad del Lissajous.

Como se entenderá, esas frecuencias que se consideran como “frecuencias no deseadas” variarán de un aparato codificador a otro. Sin embargo, como se entenderá, lo que se entiende por “frecuencias no deseadas” son frecuencias que contribuyen a un SDE del aparato codificador. Por ejemplo, las frecuencias no deseadas pueden comprender aquellas frecuencias que dan como resultado la presencia de un número no entero de ciclos sobre la extensión del sensor de al menos una frecuencia componente de la señal de escala. Por ejemplo, dicho número no entero de ciclos de al menos una frecuencia componente de la señal que cae sobre el sensor podría, por ejemplo, ser debido a una ampliación de la imagen (p. ej., en un sistema basado en imágenes) o a un desajuste de la franja y del período del sensor (p. ej., en un sistema basado en difracción) que puede variar con la altura de manejo, y/o deberse a la presencia de un componente no armónico en la señal. En las realizaciones en las que el sensor comprende una disposición repetida de dos o más conjuntos de elementos de sensor interdigitados/intercalados (p. ej., un detector incremental que tiene múltiples canales), las frecuencias no deseadas pueden comprender frecuencias que son múltiplos no enteros de la frecuencia de la repetición. Estas se explican con más detalle a continuación en relación con realizaciones de ejemplo específicas de la invención. En consecuencia, la ponderación según la invención puede reducir la sensibilidad del aparato codificador a la presencia de un número no entero de ciclos sobre la extensión del sensor de al menos una frecuencia componente de la señal de escala.

Como se entenderá, dicha ponderación del sensor (p. ej., de las salidas de los elementos de sensor) según la función de ventana (no rectangular predeterminada) se puede configurar para suprimir los lóbulos laterales de la respuesta en frecuencia (p. ej., espacial) del sensor. Preferiblemente, la función de ventana está configurada (p. ej., conformada) de manera que la magnitud de, al menos, el lóbulo lateral primario de la respuesta en frecuencia (p. ej., espacial) del sensor no es más del 10% de la magnitud del lóbulo principal, más preferiblemente, no más del 5%, por ejemplo no más del 2,5%, por ejemplo no más del 1%. Como se entenderá, la respuesta en frecuencia de un sensor puede determinarse por / definirse como una Transformada de Fourier espacial de la receptividad/capacidad de respuesta del sensor.

Como se entenderá, la invención puede lograrse mediante distintos esquemas de ponderación apropiados. De manera opcional, la salida del sensor se pondera (p. ej., las salidas de los elementos de sensor se ponderan) de manera que la influencia de la salida del sensor sobre la posición determinada generalmente disminuye progresivamente hacia los extremos del sensor. De manera opcional, dicha disminución es suave, en otras palabras, continua.

De manera opcional, la ponderación se configura de manera que el centro del sensor tenga la influencia más significativa sobre la posición determinada (p. ej., los elementos de sensor hacia (p. ej., en) el centro del sensor tienen la influencia más significativa sobre la posición determinada). En otras palabras, de manera opcional, dicha influencia alcanza los picos hacia (p. ej., en) el centro del sensor. Como se entenderá, la ponderación podría estar configurada de manera que una pluralidad de elementos de sensor en, y cerca, del centro del sensor tengan la misma influencia (p. ej., de manera que la función de ventana tenga una región plana en su centro). De manera opcional, la ponderación se configura de manera que dicha ventana es sustancialmente simétrica con respecto a la línea central del sensor. De manera opcional, las salidas se ponderan de manera que hay una tendencia a la baja/decreciente en la influencia que la salida de los elementos de sensor tiene sobre la posición determinada (p. ej., desde una posición en/cerca del centro de la matriz hacia los extremos de la matriz).

De manera opcional, la salida del sensor se pondera de manera que la influencia de la salida del sensor sobre la posición determinada generalmente disminuye progresivamente hacia los extremos del sensor de manera que la influencia del sensor hacia (p. ej., en) los extremos del sensor es como máximo el 25% de la influencia del sensor hacia (p. ej., en) el centro del sensor. En otras palabras, de manera opcional, las salidas de los elementos de sensor se ponderan de manera que la influencia de la salida de los elementos de sensor sobre la posición determinada generalmente disminuye progresivamente hacia los extremos del sensor de manera que la influencia de los elementos de sensor hacia (p. ej., en) los extremos del sensor es como máximo el 25% de la influencia de los elementos de sensor hacia (p. ej., en) el centro del sensor.

El sensor podría dividirse, teóricamente, en segmentos o porciones, y la influencia del sensor sobre la posición relativa determinada podría ser diferente para diferentes segmentos o porciones a lo largo de su longitud. De manera opcional, el sensor podría dividirse, teóricamente, en tres segmentos/porciones sustancialmente iguales a lo largo de su longitud; en otras palabras, podría dividirse en tercios. De manera opcional, la influencia de la salida del sensor sobre la posición relativa determinada es mayor en el tercio central del sensor que en los tercios exteriores del sensor. Por ejemplo, la influencia de los tercios exteriores podría ser, cada una, como máximo el 50% de la influencia del tercio central. De manera opcional, el sensor podría dividirse, teóricamente, en cinco segmentos/porciones sustancialmente iguales a lo largo de su longitud; en otras palabras, podría dividirse en quintos a lo largo de su longitud. De manera opcional, la influencia de la salida del sensor sobre la posición relativa determinada es mayor en el quinto central del sensor, que en los quintos exteriores del sensor. Por ejemplo, la influencia de los quintos exteriores podría ser, cada una, como máximo el 30% de la influencia del quinto central. En este caso, de manera opcional, la influencia de la salida del sensor sobre la posición relativa determinada es mayor en el quinto central del sensor, que en los quintos adyacentes del sensor a ambos lados del quinto central.

Dicha ponderación puede efectuarse manipulando la salida de los elementos de sensor. Por ejemplo, dicha ponderación puede efectuarse utilizando uno o más atenuadores (p. ej., resistencia) y/o uno o más amplificadores (p. ej., amplificador operacional) para suprimir y/o amplificar las salidas de los elementos de sensor. De manera opcional, la ponderación puede efectuarse omitiendo elementos de sensor. Por ejemplo, en una matriz de elementos de sensor que tiene una disposición periódica de los elementos de sensor, la ponderación puede lograrse omitiendo uno o más de los elementos de sensor.

De manera opcional, dicha ponderación puede efectuarse restringiendo la señal que el sensor (p. ej., los elementos de sensor) puede detectar. Por ejemplo, la cabeza lectora puede configurarse generalmente para restringir progresivamente la señal que el sensor (p. ej., los elementos de sensor) puede detectar hacia los extremos del sensor. Esto podría lograrse configurando la huella de la señal de escala que cae sobre el sensor. De manera opcional, se proporciona un miembro de manipulación/restricción de señal que se configura para restringir la (p. ej., cantidad/potencia/intensidad/magnitud) de la señal de escala que llega a los elementos de sensor variando cantidades a lo largo de la matriz, p. ej., de manera que la extensión de dicha restricción aumenta progresivamente hacia los extremos del sensor. En otras palabras, el miembro de manipulación/restricción de señal puede configurarse de manera que la cantidad de la señal de escala que cae sobre el sensor disminuye progresivamente hacia los extremos del sensor, p. ej., hacia los extremos de la matriz de elementos de sensor. De manera opcional, esto puede lograrse proporcionando un miembro de bloqueo de señal que se configura para bloquear la señal de escala que llega al sensor (p. ej., los elementos de sensor) variando cantidades a lo largo de la matriz, p. ej., de manera que la extensión de dicho bloqueo aumenta progresivamente hacia los extremos del sensor; en otras palabras, de manera que la cantidad de la señal de escala que cae sobre el sensor disminuye progresivamente hacia los extremos del sensor, p. ej., hacia los extremos de la matriz de elementos de sensor. De manera opcional, el aparato codificador comprende una máscara (en otras palabras, una ventana física) que tiene una forma no rectangular. En otras palabras, la máscara puede tener una abertura de forma no rectangular a través de la cual la señal de escala puede pasar para llegar al sensor. En realizaciones en las que el aparato codificador es un aparato codificador óptico, la máscara puede comprender una abertura no rectangular, separada de una fuente de luz y a través de la cual puede pasar la luz que se acerca o sale de la escala, para dar forma a la huella de la señal detectable por el sensor. De manera opcional, la máscara está formada (en otras palabras provista) directamente en el sensor (p. ej., en los elementos de sensor). Por ejemplo, la máscara puede comprender una capa (p. ej., capa de metalización, de polímero) depositada encima del sensor (p. ej., encima de los elementos de sensor). De manera opcional, el aparato codificador comprende un sistema de iluminación que comprende una fuente de luz. De manera opcional, se proporciona al menos un miembro de manipulación/restricción de la luz separado de la fuente de luz y se configura de manera que la huella de luz efectiva detectable por el sensor disminuye en tamaño, predominantemente, hacia los extremos del sensor.

De manera opcional, la forma y/o el tamaño del sensor puede configurarse para generalmente restringir progresivamente la cantidad de señal que el sensor detecta hacia los extremos del sensor (p. ej., la anchura del sensor puede reducirse hacia los extremos del sensor). En otras palabras, de manera opcional, la forma y/o el tamaño de los elementos de sensor puede configurarse para generalmente restringir progresivamente la cantidad de señal que los elementos de sensor detectan hacia los extremos del sensor (p. ej., podrían hacerse más pequeños, p. ej., más cortos en longitud, hacia los extremos del sensor).

De manera opcional, la ponderación de la salida del sensor a lo largo de su longitud se configura de manera que la influencia de la salida sobre la posición determinada disminuye de manera no lineal hacia los extremos de la matriz. En otras palabras, de manera opcional la ponderación de las salidas de los elementos de sensor se configura de manera que su influencia sobre la posición determinada disminuye de forma no lineal hacia los extremos de la matriz. Por consiguiente, la forma de la función de ventana, preferiblemente, no es un triángulo de lados rectos. En otras palabras, puede darse el caso de que la velocidad general a la que la influencia de la salida del sensor sobre la posición determinada disminuye hacia los extremos del sensor no sea constante (en otras palabras, la tendencia local de la velocidad de disminución no es constante). Puede preferirse que la ponderación esté configurada de manera que la influencia de la salida del sensor sobre la posición determinada se reduzca (en otras palabras, disminuya gradualmente) hacia los extremos del sensor.

De manera opcional, la ponderación de la salida del sensor a lo largo de su longitud (p. ej., la ponderación de las salidas de los elementos de sensor) se configura de manera que la velocidad de disminución en la influencia del sensor sobre la posición determinada, se reduce hacia los extremos del sensor. En otras palabras, de manera opcional, la tendencia local de la velocidad de disminución, se reduce hacia los extremos de la matriz. Preferiblemente, la ponderación de la salida del sensor a lo largo de su longitud se configura de manera que la velocidad de disminución en influencia de la salida del sensor sobre la posición determinada desde el centro del sensor hacia los extremos del sensor, inicialmente aumenta y luego se reduce hacia los extremos del sensor. En otras palabras, la tendencia local de la velocidad de disminución en la influencia, inicialmente aumenta y luego se reduce. Otra forma de expresarlo es que la pendiente/gradiente de la ponderación aumenta inicialmente alejándose del centro del sensor antes de disminuir hacia los extremos del sensor. Por ejemplo, el gradiente de la ventana/ponderación (por ejemplo la velocidad a la que los fotodiodos se bloquean cada vez más) es relativamente poco profundo en y cerca del centro del sensor, luego aumenta con la distancia desde el centro del sensor antes de volverse poco profundo de nuevo cerca de los extremos del sensor. Por consiguiente, la ponderación de la salida del sensor podría ser de manera que la forma general de la función de ventana sea, aproximadamente, en forma de campana. Por ejemplo, de manera opcional, las salidas de los elementos de sensor se ponderan según una de las siguientes funciones: Kaiser, Hann, Hamming, Welch, Chebyshev, Cosine, Slepian, Gaussian, Lanczos, Parzen, Blackman, Nuttal, Tukey o cualquier híbrido de estos.

El aparato codificador podría ser lo que comúnmente se denomina como un codificador óptico. La cabeza lectora puede comprender una fuente de luz que se configura para iluminar la escala. La señal de escala podría comprender un campo de luz. De manera opcional, el aparato codificador se configura para iluminar la escala con luz no colimada. La cabeza lectora puede comprender una fuente de luz coherente para iluminar la escala. De manera opcional, el ancho de banda espectral de la fuente de luz no es más de 1 nm, por ejemplo, no es más de 0,5 nm, por ejemplo no es más de 0,2 nm, por ejemplo, aproximadamente, de 0,1 nm.

El aparato codificador podría comprender un aparato codificador incremental. Por consiguiente, la escala podría comprender una escala incremental. La escala podría comprender al menos una pista, que comprenda una serie de características (generalmente) dispuestas periódicamente. Como se entenderá, podrían proporcionarse una o más características de referencia, próximas o incrustadas dentro de dicha al menos una pista.

De manera opcional, la señal de escala (p. ej., el campo de luz) comprende una franja (p. ej., campo de franja). La franja podría comprender una franja de interferencia. La cabeza lectora puede comprender una o más rejillas de difracción para producir dicha franja de interferencia. Por ejemplo, las una o más rejillas de difracción pueden interactuar con la luz que se dirige hacia/desde la escala para producir dicha franja de interferencia. De manera opcional, la cabeza lectora comprende una rejilla de difracción configurada para interactuar con la luz que sale de la escala para producir dicha franja de interferencia. De manera opcional, la escala comprende una serie de características configuradas para difractar la luz. De manera opcional, dicha franja de interferencia es producida por la recombinación de órdenes de luz difractadas de la escala y de la rejilla de difracción (y de manera opcional, en ese orden). Por consiguiente, de manera opcional, no hay rejilla de difracción en el camino óptico antes de la escala. Como se entenderá, la cabeza lectora no necesita comprender, necesariamente, una rejilla de difracción. Por ejemplo, la cabeza lectora podría detectar una imagen de la escala como se describe con más detalle a continuación.

De manera opcional, el sensor comprende una electro-rejilla, que comprende dos o más conjuntos de elementos de sensor interdigitados/intercalados, cada conjunto se configura para detectar una fase diferente de la franja de interferencia. Cada conjunto podría denominarse canal. Preferiblemente, el sensor (p. ej., la electro-rejilla) no es ajeno. En otras palabras, preferiblemente, la distancia entre los elementos de sensor en cada conjunto (p. ej., canal) es nominalmente un período de franja.

De manera opcional, la señal de escala comprende una imagen de la escala. Por consiguiente, la cabeza lectora se puede configurar para visualizar la escala en el sensor. De manera opcional, la cabeza lectora comprende una o más lentes configuradas para formar una imagen de la escala sobre el sensor. De manera opcional, el sensor se configura para captura dicha imagen.

De manera opcional, la señal de escala comprende características que no están alineadas con los elementos de sensor, p. ej., se extiende no paralela a los elementos de sensor. De manera opcional, la señal de escala comprende características no paralelas. De manera opcional, la señal de escala comprende características de abanico. De manera opcional, la escala comprende una escala de disco. De manera opcional, dicha escala de disco comprende características de escala dispuestas sobre una cara del disco. De manera opcional, dichas características de escala no están alineadas (p. ej., no son paralelas) con respecto a los elementos de sensor cuando la escala y la cabeza lectora están en una posición de lectura. De manera opcional, dichas características de escala son de abanico. Dichas características de escala pueden ser características de escala incrementales y/o características de escala absolutas.

El aparato codificador puede ser un aparato codificador absoluto. Por consiguiente, la escala puede comprender una escala absoluta. En otras palabras, la escala puede comprender características que definen información de posición absoluta. La escala puede comprender características que definen una serie de posiciones absolutas únicas. Las características que definen la información de posición absoluta podrían estar contenidas en al menos una pista. Además de las características que definen la información de posición absoluta, la escala puede comprender características que definen una posición incremental. Por ejemplo, la escala podría comprender una pista que comprende una serie de características generalmente dispuestas periódicamente.

El aparato codificador podría configurarse para procesar la señal de escala según al menos dos técnicas/en dos etapas. En este caso, el aparato codificador podría configurarse de manera que las salidas de los elementos de sensor utilizadas por una de dichas técnicas, se ponderan según la invención, pero no se ponderan por otra de dichas técnicas. Por ejemplo, el aparato codificador podría configurarse para determinar, a partir de una imagen de la escala, información de posición aproximada (utilizando una primera técnica) e información de posición precisa (utilizando una segunda técnica). La información de posición aproximada puede ser una medida de la posición relativa de la escala y de la cabeza lectora a una resolución de uno o más períodos de escala. La información de posición precisa puede ser una medida de la posición relativa de la escala y de la cabeza lectora a una resolución más precisa que la de la posición aproximada. Por ejemplo, podría ser una medida de la posición relativa de la escala y de la cabeza lectora a una resolución más precisa que un período de la escala. Esto podría realizarse mediante, por ejemplo, una extracción de fase. Un ejemplo de dicho método para determinar una posición se describe con más detalle en WO2010/139964, cuyo contenido completo se incorpora mediante esta referencia. En dicho caso, las mismas salidas del elemento de sensor podrían utilizarse tanto para la determinación de posición aproximada como la precisa. Sin embargo, el aparato codificador podría configurarse de manera que las salidas del elemento de sensor que se pasan al proceso para determinar la posición precisa se ponderan según la invención, mientras que las salidas de los elementos de sensor que se pasan al proceso para determinar la posición aproximada no se ponderan. Por ejemplo, esto podría lograrse dividiendo las salidas de los elementos de sensor en las señales primera y segunda, en la que para la primera señal, la salida sin procesar se pasa a un proceso y en la que para la segunda señal, se utiliza(n) atenuador(es) y/o amplificador(es) para suprimir y/o amplificar las salidas en consecuencia antes de que se pasen al otro proceso.

También se describe en la presente memoria una cabeza lectora configurada según lo anterior. Por ejemplo, se describe una cabeza lectora que comprende un sensor, que comprende una matriz de elementos de sensor para detectar una señal de escala que cae sobre el sensor, configurada de manera que las salidas de los elementos de sensor que se utilizan para determinar la posición relativa de la escala y de la cabeza lectora se ponderan de manera que la influencia de los elementos de sensor sobre la posición relativa determinada de la escala y de la cabeza lectora, varía a lo largo de la matriz según una función de ventana no rectangular predeterminada, que se configura para reducir el efecto adverso de frecuencias no deseadas en la señal de escala, para así reducir el error de subdivisión del aparato codificador. Según un ejemplo particular se proporciona una cabeza lectora que comprende un sensor, que comprende una matriz de elementos de sensor para detectar una señal de escala que cae sobre el sensor, que se utiliza para determinar la posición relativa de la escala y de la cabeza lectora, en el que la cabeza lectora está configurada de manera que la salida del sensor a lo largo de su longitud se pondera según una función de ventaja que se configura para reducir el efecto adverso de frecuencias no deseadas en la señal de escala, para así reducir el error de subdivisión del aparato codificador, en el que dicha ponderación se configura de manera que la influencia de la salida del sensor sobre la posición relativa determinada disminuye, predominantemente, hacia los extremos del sensor. Según otro ejemplo particular, se proporciona una cabeza lectora que comprende un sensor, que comprende una matriz de elementos de sensor para detectar una señal de escala que cae sobre el sensor, en el que las salidas de los elementos de sensor, que se utilizan para determinar la posición relativa de la escala y de la cabeza lectora, son de tal manera que la influencia de la salida de los elementos de sensor sobre la posición relativa determinada generalmente disminuye progresivamente hacia los extremos del sensor. De manera opcional, dicha ponderación se efectúa restringiendo la cantidad de señal que el sensor (p. ej., los elementos de sensor) puede detectar. Por ejemplo, la forma y/o el tamaño del sensor/elementos de sensor puede configurarse para generalmente restringir progresivamente la cantidad de señal que el sensor/elementos de sensor detecta hacia los extremos del sensor (p. ej., podrían hacerse más pequeños, p. ej., más cortos en longitud, hacia los extremos del sensor).

Se describe en la presente memoria una cabeza lectora que comprende un sensor, que comprende una matriz de elementos de sensor para detectar una señal de escala que cae sobre el sensor; y al menos un sensor de marca de referencia separado para detectar al menos una marca de referencia en la escala, en la que, el al menos un sensor de marca de referencia no se coloca dentro de la matriz de elementos de sensor, y en la que la anchura del sensor disminuye hacia los extremos del sensor, y/o que comprende al menos un miembro de restricción de señal, configurado para restringir la cantidad de señal de escala que llega a los elementos de sensor, de manera que la cantidad de señal de escala detectada por el sensor disminuya hacia los extremos del sensor.

Este documento también describe un aparato codificador absoluto que comprende una escala, que tiene marcas que definen una serie de posiciones únicas, y una cabeza lectora que comprende un sensor, que comprende una matriz de elementos de sensor para detectar una señal de escala que cae sobre el sensor, en el que la anchura del sensor disminuye en tamaño hacia los extremos del sensor, y/o que comprende al menos un miembro de restricción de señal configurado para restringir la señal de escala de llegar a los elementos de sensor de manera que la cantidad de señal de escala detectada por el sensor decrece hacia los extremos de la matriz.

También se describe en la presente memoria una cabeza lectora que comprende un sensor, que comprende una matriz de elementos de sensor para detectar una señal de escala que cae sobre el sensor, en la que la cabeza lectora se configura de manera que las salidas de los elementos de sensor que se utilizan para determinar la posición relativa de la escala y de la cabeza lectora se ponderan de manera que la magnitud de, al menos, el lóbulo lateral primario de la respuesta en frecuencia del sensor no es más del 10% de la magnitud del lóbulo principal.

También se describe en la presente memoria una cabeza lectora que comprende un sensor, que comprende una matriz de elementos de sensor para detectar una señal de escala que cae sobre el sensor que se utiliza para determinar la posición relativa de la escala y de la cabeza lectora, en la que la cabeza lectora se configura de manera que la salida del sensor a lo largo de su longitud se pondera de manera que la influencia de la salida del sensor sobre la posición relativa determinada sea sustancialmente mayor en el tercio central del sensor que en los tercios exteriores del sensor.

Las realizaciones de la invención se describirán ahora, sólo a modo de ejemplo, con referencia a los siguientes dibujos, en los que:

La Figura 1 es un diagrama esquemático que ilustra un aparato codificador según la presente invención;

La Figura 2 ilustra esquemáticamente el esquema óptico del aparato codificador de la Figura 1;

Las Figuras 3 y 4 son diagramas de rayos esquemáticos que ilustran la generación de una franja de interferencia en el fotodetector incremental mediante el uso de luz difractada para facilitar la lectura incremental de la posición de la cabeza lectura en relación con la escala;

La Figura 5 es un dibujo esquemático de parte de una electro-rejilla adecuada para su utilización con el aparato codificador de las Figuras 1 y 2, con la variación de intensidad de una franja de interferencia de ejemplo superpuesta a la misma;

La Figura 6a es una gráfica que ilustra la variación de intensidad de una franja de interferencia que puede obtenerse utilizando una fuente de luz incoherente y la disposición de dos rejillas del aparato codificador de las Figuras 1 a 5; La Figura 6b ilustra la Transformada de Fourier de la franja de interferencia de la Figura 6a;

Las Figuras 7a y 7b ilustran, respectivamente, la variación de intensidad de una franja de interferencia generada, obtenida reemplazando la fuente de luz incoherente con una fuente de luz coherente, y la Transformada de Fourier de la misma;

La Figura 8 es un dibujo esquemático de parte de una electro-rejilla adecuada para su utilización con el aparato codificador de las Figuras 1 y 2, con la variación de intensidad de partes componentes de una franja de interferencia que contiene armónicos parciales superpuestos a la misma;

La Figura 9 ilustra esquemáticamente una electro-rejilla de ejemplo según la presente invención;

La Figura 10 comprende dos gráficas que ilustran, respectivamente, la estructura de electro-rejilla de la electro-rejilla de la Figura 9, junto con Función de Transferencia de Modulación (MFT) de la electro-rejilla de la Figura 9;

La Figura 11 comprende dos gráficas que ilustran, respectivamente, la estructura de electro-rejilla de una electro-rejilla no ponderada estándar, junto con la Función de Transferencia de Modulación (MFT) de dicha electro-rejilla;

La Figura 12 ilustra esquemáticamente una electro-rejilla de ejemplo según otra realización de la presente invención; La Figura 13 comprende dos gráficas que ilustran, respectivamente, la estructura de electro-rejilla de la electro-rejilla de la Figura 12, junto con la Función de Transferencia de Modulación (MFT) de la electro-rejilla de la Figura 12; La Figura 14 ilustra esquemáticamente una electro-rejilla de ejemplo según otra realización de la presente invención; La Figura 15 es un dibujo esquemático de parte de una electro-rejilla adecuada para su utilización con el aparato codificador de las Figuras 1 y 2, con la variación de intensidad de una franja de interferencia que se ha estirado (p. ej., debido a una discrepancia entre la franja y el período del sensor) superpuesta a la misma;

Las Figuras 16(a) y (b) hasta las Figuras 19(a) y (b) ilustran varias formas de ventana y sus respectivas gráficas de respuesta en frecuencia;

Las Figuras 20(a) y 20(b) ilustran, respectivamente, un sensor sin máscara y un sensor con máscara para un codificador absoluto sobre el que cae un patrón absoluto en abanico;

La Figura 21 ilustra una disposición de ejemplo de un detector incremental y un detector de marcas de referencia. Con referencia a las Figuras 1 y 2 se muestra un primer aparato codificador de ejemplo 2 según la presente invención. El aparato codificador consta de una cabeza lectora 4 y de una escala 6. Aunque no se muestra, en uso la cabeza lectora 4 se puede sujetar a una parte de una máquina y la escala 6 a otra parte de la máquina, que son móviles entre sí. La cabeza lectora 4 se utiliza para medir la posición relativa de sí misma y de la escala 6 y por tanto, puede utilizarse para proporcionar una medida de la posición relativa de las dos partes móviles de la máquina. La cabeza lectora 4 se comunica con un procesador, como un controlador 8, mediante un cable (como se muestra) y/o un canal de comunicación inalámbrico. Como se entenderá, los procesadores pueden incluir procesadores personalizados configurados para la aplicación específica (p. ej., una matriz de puertas programables de campo “FPGA”) así como más procesadores genéricos que pueden programarse (p. ej., mediante software) de acuerdo con las necesidades de la aplicación en la que se utilice. La cabeza lectora 4 puede reportar las señales de sus detectores (descritas con más detalle a continuación) al controlador 8, el cual luego las procesa para determinar la información de posición y/o la cabeza lectora 4 puede procesar ella misma las señales de sus detectores y enviar la información de posición al controlador 8. En otra realización, una unidad intermedia, p. ej., una unidad de interfaz, puede situarse entre la cabeza lectora 4 y el controlador 8. La unidad de interfaz puede facilitar la comunicación entre la cabeza lectora 4 y el controlador 8. Por ejemplo, la unidad de interfaz podría configurarse para procesar las señales de la cabeza lectora y proporcionar la información de posición al controlador 8.

La escala 6 comprende una pluralidad de marcas de escala que definen una pista incremental 10. En la realización descrita, la escala 6 también consta de una pista de referencia 12.

En esta realización, el aparato codificador es un codificador óptico, basado en difracción. En consecuencia, la pista incremental 10 consta de una serie de marcas de escala periódicas 14 que forman una rejilla de difracción. La pista incremental 10 podría ser lo que comúnmente se conoce como escala de amplitud o escala de fase. Como se entenderá, si es una escala de amplitud entonces las características se configuran para controlar la amplitud de la luz transmitida hacia el detector incremental de la cabeza lectora (p. ej., absorbiendo, dispersando y/o reflejando selectivamente la luz), mientras que si es una escala de fase entonces las características se configuran para controlar la fase de la luz transmitida hacia el detector incremental de la cabeza lectora (p. ej., retardando la fase de la luz). En la presente realización, la pista incremental 10 es una escala de amplitud, pero en cualquier caso, como se explica con más detalla a continuación, la luz interactúa con las marcas de escala periódicas 14 para generar órdenes difractadas.

La pista de referencia 12 consta de una posición de referencia definida por una marca de referencia reflectante 16. El resto de la pista consta de características 17 que absorben la luz. En consecuencia, la posición de referencia está definida por una marca que permite que, relativamente, llegue más luz al fotodetector de la marca de referencia 24 (descrito a continuación) que al resto de la pista en la que está contenida, y en este caso es, relativamente, más reflectante que el resto de la pista en la que está contenida. Las posiciones de referencia se pueden utilizar para permitir que la cabeza lectora 4 pueda determinar, exactamente, donde está en relación con la escala 6. En consecuencia, la posición incremental se puede contar desde la posición de referencia. Además, dichas posiciones de referencia pueden ser lo que también se conoce como “posiciones límite” porque se pueden utilizar para definir los límites o extremos de la escala 6 entre los cuales se permite viajar a la cabeza lectora 4.

En esta realización, el aparato codificador es un codificador óptico reflectante porque comprende una fuente de radiación electromagnética (EMR) 18, p. ej., una fuente de luz infrarroja 18, y al menos un detector (descrito con más detalle a continuación) en el mismo lado de la escala 6. En general, la luz infrarroja de la fuente de luz 18 se configura para ser reflejada por la escala 6 hacia la cabeza lectora. Como se ilustra, la fuente de luz 18 es divergente y la huella de iluminación de la fuente de luz cae tanto en la pista incremental 10 como en la pista de referencia 12. En la realización descrita, la fuente de luz 18 emite una EMR en el rango infrarrojo, sin embargo, como se entenderá, este no tiene porque ser necesariamente el caso y podría emitir una EMR en otros rangos, por ejemplo cualquiera desde el infrarrojo hasta el ultra violeta. Como se entenderá, la elección de una longitud de onda adecuada para la fuente de luz 18 puede depender de muchos factores, incluyendo la disponibilidad de rejillas y detectores adecuados que trabajen en la longitud de onda de la radiación electromagnética (EMR). Como también se ilustra, la cabeza lectora 4 también consta de una rejilla de difracción 20 (en lo sucesivo denominada “rejilla de índice” 20), un fotodetector incremental 22 y un fotodetector de referencia 24.

Como se muestra en la Figura 2, la fuente de luz 18 se coloca entre el fotodetector incremental 22 y el fotodetector de referencia 24, en una dirección transversal a la dirección de lectura de la cabeza lectora. Esto facilita una iluminación uniforme tanto de la pista incremental 10 como de la pista de la marca de referencia 12.

La luz de la fuente de luz 18 es emitida desde la cabeza lectora 4 hacia la escala 6, donde parte de la huella de la fuente de luz 18 interactúa con la pista de referencia 12 y parte de la huella de la fuente de luz interactúa con la pista incremental 10. En la realización descrita actualmente, la posición de referencia está definida por una característica 16 en la pista de la marca de referencia 12, que modifica la cantidad de luz de la fuente de luz 18 que es reflejada hacia el fotodetector de referencia 24 comparada con el resto de la pista en la que está contenida la marca de referencia. Esto podría lograrse, por ejemplo, por las características 17 en el resto de la pista de marca de referencia 12 que absorben, transmiten y/o dispersan más luz que la marca de referencia 16. En la posición ilustrada en la Figura 2, la cabeza lectora 4 está alineada con la posición de referencia y así, la luz se muestra como siendo reflejada hacia el fotodetector de referencia 24.

Con respecto a la pista incremental 10, la luz de la fuente de luz 18 cae sobre as marcas de escala periódicas 14 que definen una rejilla de difracción. Por lo tanto, la luz se difracta en múltiples órdenes, que luego caen sobre la rejilla de índice 20 en la cabeza lectora 4. En la presente realización, la rejilla de índice 20 es una rejilla de fase. La luz es luego además difractada por la rejilla de índice 20 en órdenes que luego interfieren en el fotodetector incremental 22 para formar un campo resultante, que en este ejemplo es una rejilla de interferencia 26.

La generación de la rejilla de interferencia se explica con más detalle con referencia a las Figuras 3 y 4. Como se entenderá, la Figura 3 es una ilustración muy simplificada de la situación óptica actual encontrada en un aparato codificador. En particular, en la Figura 3 sólo se ilustra un rayo de luz de la fuente mientras que, en realidad, un área de la pista incremental 10 es iluminada por la fuente. En consecuencia, en realidad, la situación óptica mostrada en la Figura 3 se repite muchas veces a lo largo de la longitud de la escala (es decir, sobre el área que es iluminada por la fuente), produciendo así un largo patrón de interferencia en el detector, que se ilustra esquemáticamente en la Figura 4. También, con fines ilustrativos, sólo se muestran los /- 1os órdenes (p. ej., como se entenderá la luz será difractada en múltiples órdenes, p. ej., /- 3os, /- 5os, etc. órdenes de difracción). La luz es difractada por la serie de características periódicas 14 en la pista incremental 10 de la escala 6, y los órdenes de difracción se propagan hacia la rejilla de índice 20 donde la luz es difractada de nuevo antes de formar un campo resultante 26 (en este caso una franja de interferencia, pero podría, por ejemplo, ser un punto(s) modulado(s)) en el detector incremental 22. Como se muestra en la Figura 4, el campo resultante 26 es producido por la recombinación de órdenes de luz difractados de la rejilla de índice 20 y de la escala 6.

En aras de la simplicidad de ilustración, los diagramas de rayos en las Figuras 3 y 4 se muestran como diagramas de rayos transmisivos (es decir, la luz se muestra como que se transmite a través de cada uno de la escala y de la rejilla de índice), mientras que en realidad, al menos uno de estos podría ser reflectante. Por ejemplo, los rayos podrían ser reflejados por la escala 6 como se describió anteriormente en conexión con las Figuras 1 y 2.

El detector incremental 22 detecta la franja de interferencia 26 para producir una señal que es emitida por la cabeza lectora 4 a un dispositivo externo como el controlador 8. En particular, el movimiento relativo de la cabeza lectora 4 y de la escala 6 provoca el movimiento de las franjas de interferencia 26 en relación con el detector incremental 22, cuya salida se puede procesar para proporcionar un recuento incremental ascendente/descendente que permite una medida incremental del desplazamiento. Como se entenderá, los codificadores normalmente se configuran para proporcionar dos señales en cuadratura (que están desfasadas entre sí 90 grados), y que son, comúnmente, etiquetadas como señales SIN y COS (aunque en realidad no sean señales de seno y coseno). Las señales en cuadratura se pueden interpolar para proporcionar una medida precisa de la posición de la cabeza lectora a menos de un período del patrón de escala de repetición. La provisión de dichas señales en cuadratura por un aparato codificador es bien conocida para proporcionar una indicación de la dirección así como del movimiento relativo de la cabeza lectora y de la escala.

En la realización descrita, el detector incremental 22 tiene la forma de una electro-rejilla, que en otras palabras, es una matriz de foto-sensores que comprende dos o más conjuntos de elementos de sensor foto-sensitivos interdigitados/entrelazados/intercalados (también denominados en la presente memoria como “fotodetectores” o “dedos”). Cada conjunto puede, por ejemplo, detectar una fase diferente de la franja de interferencia 26 en el detector 22. Un ejemplo de una electro-rejilla se ilustra en la Figura 5, en la que se muestra una parte de un detector incremental 22, y en la que los dedos/fotodiodos de cuatro conjuntos de fotodiodos (A, B, C y D) están interdigitados/intercalados para formar una matriz de elementos de sensor que se extiende a lo largo de la longitud “L” del sensor. Los conjuntos de fotodiodos están dispuestos en una disposición repetitiva, que tiene un período “p” (y por tanto una frecuencia “f” que es 1/“p”).

Como se muestra, en la realización descrita, los dedos/fotodiodos/elementos de sensor individuales se extienden sustancialmente perpendiculares a la longitud L del detector incremental 22. También, los dedos/fotodiodos/elementos de sensor individuales son, sustancialmente, de forma rectangular. Como se entenderá, la invención también es aplicable a otros elementos de sensor conformados y dispuestos.

La salida de cada dedo/fotodiodo en un conjunto se combina para proporcionar una sola salida, resultado así en cuatro salidas de canal; A’, B’, C’ y D’. Estas salidas se utilizan luego para obtener las señales en cuadratura SIN y COS. En particular, A’-C’ se utiliza para proporcionar una primera señal (SIN) y B’-D’ se utiliza para proporcionar una segunda señal (COS) que está 90 grados fuera de fase de la primera señal. Aunque en la realización específica la electro-rejilla consta de cuatro conjuntos de fotodiodos que proporcionan los cuatro canales A’, B’, C’ y D’, este no tiene porque ser necesariamente el caso. Por ejemplo, la electro-rejilla podría comprender dos conjuntos de fotodiodos que proporcionan solo dos canales A’ y B’. Además, en esta realización, el detector incremental 22 no es ajeno. Sin embargo, como se entenderá, la invención es igualmente aplicable a sensores ajenos (p. ej., sensores en los que la distancia entre los elementos de sensor en cada conjunto es mayor que un período de franja).

En la Figura 5, la franja de interferencia 26 se representa por una línea que ilustra, esquemáticamente, la intensidad variable de una franja de interferencia ideal a través del detector incremental 22. Como se ilustra, el aparato codificador se configura de manera que, en cualquier momento, todos los fotodiodos en cualquier conjunto detectan la misma fase de la franja de interferencia (si el período de franja p’, y el período del sensor p son el mismo).

La Figura 5 muestra un escenario ideal en el que la franja de interferencia tiene una intensidad variable de manera puramente sinusoidal y en el que el período de franja p coincide con el período “p” de la electro-rejilla (p. ej., el período de los centros de dos fotodiodos similares, como dos fotodiodos “A”), proporcionando así un número entero de repeticiones del patrón periódico de la franja de interferencia por canal. En otras palabras, la frecuencia espacial de la franja de interferencia (p. ej., 1/p’) es un múltiplo entero de la frecuencia espacial de la repetición de los conjuntos de fotodiodos (p. ej., 1/p) (y en particular, en este caso la frecuencia espacial de la franja de interferencia es igual a la frecuencia espacial de la repetición de los conjuntos de fotodiodos).

La Figura 6a ilustra esquemáticamente un perfil de intensidad de una franja de interferencia ideal y la Figura 6b muestra la Transformada de Fourier de dicha franja de interferencia. Como puede verse, la franja de interferencia consta, predominantemente, de una sola frecuencia fundamental (a veces denominada el primer armónico). Normalmente, nuestros inventores se han esforzado por dicha franja de interferencia ideal para lograr un buen rendimiento de sus aparatos codificadores, en particular para evitar el SDE que puede ser causado por una franja de interferencia impura.

Sin embargo, nuestros inventores han encontrado que el SDE que de otro modo sería causado por impurezas en una franja de interferencia que cae sobre un sensor, se puede reducir sustancialmente configurando apropiadamente el aparato codificador, de manera que la salida de los fotodiodos/dedos se pondera de manera que la influencia de la salida de los fotodiodos/dedos sobre la posición determinada disminuye progresivamente hacia los extremos del sensor. Se ha encontrado que esto es tan eficaz, que permite la utilización de esquemas ópticos que darían como resultado una franja de interferencia que, sin la utilización de dicha ponderación, proporcionaría una señal de medida de la posición inaceptable.

Por ejemplo, nuestros inventores han utilizado en el pasado fuentes de luz de baja coherencia, p. ej., diodos emisores de luz (LEDs) para optimizar la pureza de la franja de interferencia, pero se han encontrado que otros tipos de fuentes de luz como un Laser Emisor de Superficie (SEL), por ejemplo un Laser Emisor de Superficie de Cavidad Vertical (VCSEL) puede ser beneficioso debido a la eficiencia del sistema mejorada. Sin embargo, estos tipos de fuentes de luz son más coherentes que las tradicionales fuentes de luz utilizadas, y se ha encontrado que la utilización de fuentes de luz más coherentes tiene un efecto adverso dramático en la franja de interferencia generada. Por ejemplo, la Figura 7a ilustra esquemáticamente el perfil de intensidad de la franja de interferencia que cae sobre el sensor de la cabeza lectora de la presente invención, que consta de una fuente de luz coherente (en particular un VCSEL). La Figura 7b muestra la T ransformada de Fourier de dicha franja de interferencia, de la cual puede verse que además de tener una cantidad sustancial de frecuencia fundamental, la franja de interferencia también se compone de otras frecuencias que tienen una magnitud significativa. En particular, la franja de interferencia contiene componentes no armónicos significativos. Por ejemplo, como se muestra en la Figura 7b, en relación con la frecuencia fundamental, hay una magnitud significativa en el múltiplo 1.2 de la fundamental (así como en los otros múltiplos no enteros de la frecuencia fundamental). Como se entenderá, la presente invención también es aplicable a otros tipos de sistemas, incluyendo aquellos que utilizan fuentes de luz de baja coherencia más tradicionales como LEDs. Esto se debe a que la presente invención puede ayudar a reducir el efecto adverso de las frecuencias no deseadas causadas por otros factores, y por ejemplo, puede ayudar a mejorar la inmunidad a la suciedad y/o la tolerancia de altura de manejo del sistema codificador.

La Figura 8 ilustra esquemáticamente el componente de frecuencia fundamental 26’ de la franja de interferencia de la Figura 7a junto con el componente de frecuencia múltiplo de 1.2 26’’. Como se ilustra, el componente 26’’ que es un múltiplo de 1.2 de la fundamental ya no tiene una frecuencia espacial que coincida con la frecuencia espacial (p. ej., 1/“p”) de los conjuntos de repetición de los fotodiodos (A, B, C, D) de la electro-rejilla 22, que en este ejemplo particular también resulta en un número no entero de ciclos de esta frecuencia componente de la franja de interferencia a través de la extensión de la electro-rejilla.

Dichos componentes de frecuencia no armónicos causan SDE sustancial que afecta, de manera adversa, al rendimiento de medida del aparato codificador. El SDE también es causado cuando la frecuencia fundamental es un múltiplo no entero de la frecuencia de los conjuntos de repetición de los fotodiodos interdigitados. Por ejemplo, el SDE puede resultar incluso si la franja es sustancialmente pura de forma sinusoidal (y por tanto, sustancialmente, no comprende componentes múltiplos no enteros de la frecuencia fundamental), pero en la que la frecuencia de la señal sinusoidal (su período fundamental) es un múltiplo no entero de la frecuencia de los conjuntos de repetición de los fotodiodos interdigitados. En este caso, la ponderación de la invención puede reducir el efecto adverso de tal desajuste entre el período fundamental de la señal y el de la repetición de los conjuntos de fotodiodos interdigitados del detector incremental. (Esto es explicado con más detalle a continuación en relación con la Figura 15). En consecuencia, la invención tiene ventajas cuando al menos una frecuencia componente de la señal de escala, y por ejemplo cuando la frecuencia fundamental de la señal de escala, es un múltiplo no entero de la frecuencia de los conjuntos de repetición de los fotodiodos interdigitados.

Nuestros inventores han encontrado que esa ponderación de la salida de los fotodiodos de la electro-rejilla puede reducir, sustancialmente, el error de subdivisión debido a imperfecciones en la señal de escala (p. ej., como se explicó anteriormente cuando al menos una frecuencia espacial componente de la señal de escala, y por ejemplo cuando la frecuencia espacial fundamental de la señal de escala, es un múltiplo no entero de la frecuencia espacial “1/p” de los conjuntos de repetición de los fotodiodos interdigitados, o debido a la presencia de un número de entero de ciclos sobre la extensión del sensor de al menos una frecuencia componente de la señal de escala). Hay numerosas formas en las que esto se podría hacer. Por ejemplo, una capa opaca (p. ej., de metalización) 23 podría aplicarse sobre la electro-rejilla para bloquear, parcialmente, los fotodiodos/dedos, de una manera en la que el grado de bloqueo aumenta hacia los extremos de la electro-rejilla (de manera que la anchura efectiva “W” del sensor disminuye, predominantemente, hacia los extremos del detector incremental 22). Dicha capa podría, por ejemplo, absorber, dispersar y/o reflejar la luz para evitar que llegue a los elementos de sensor por ejemplo. La Figura 9 ilustra una de dichas configuraciones y la Figura 10 se refiere a la configuración mostrada en la Figura 9. En particular, la gráfica superior (A) de la Figura 10 ilustra cómo, a partir de la mitad de la electro-rejilla, el área de detección efectiva de los fotodiodos de cada canal disminuye progresivamente hacia los extremos de la electro-rejilla. Como se muestra, el área de detección efectiva del detector incremental 22 es un pico hacia la mitad de la electro-rejilla y se reduce progresivamente hacia los extremos de la electro-rejilla. En otras palabras, la anchura efectiva “W” del sensor disminuye hacia los extremos del detector incremental 22. En particular, como tal, si el sensor está dividido teóricamente en tercios, la capa opaca 23 se configura de manera que el tercio central del detector incremental 22 está cubierto, sustancialmente menos, que los tercios exteriores del sensor. En consecuencia, el tercero medio del detector incremental 22 tendrá una influencia sustancialmente mayor sobre la posición relativa determinada que los tercios exteriores del detector incremental 22.

En esta configuración particular, la ponderación tiene una forma sustancialmente triangular. Dicha capa opaca 23 hace, efectivamente, al detector incremental 22, y en particular a los fotodiodos, progresivamente más pequeño hacia los extremos de la matriz de fotodiodos, de manera que los fotodiodos de la electro-rejilla tienen una contribución progresivamente decreciente, y una influencia, sobre la señal utilizada para determinar la posición relativa de la escala y de la cabeza lectora. En particular, como resultado de dicho enmascaramiento, la magnitud de las señales de esos dedos/fotodiodos hacia el extremo de la matriz será menor que la magnitud de las señales de esos dedos/fotodiodos hacia el medio de la matriz. En consecuencia, la salida de esos dedos/fotodiodos hacia el extremo de la matriz tiene una influencia menor sobre las señales en cuadratura resultantes SEN y COS.

La gráfica inferior (B) de la Figura 10 ilustra la Función de Transferencia de Modulación (MFT) de los canales A-C (que es la misma que la de los canales B-D) de dicha electro-rejilla 22. Como se muestra, la electro-rejilla es altamente y más sensible a la frecuencia fundamental, pero como puede verse (especialmente cuando se compara con la MFT de una electro-rejilla regular, rectangular, no ponderada; ver Figura 11), la electro-rejilla tiene, sustancialmente, una sensibilidad reducida a los componentes de frecuencia no armónicos. En consecuencia, debido a dicha ponderación, la electro-rejilla es significativamente menos sensible a la presencia de dichos componentes de frecuencia no armónicos en la franja de interferencia que caen sobre la electro-rejilla, comparada con una electro-rejilla estándar como la ilustrada en la Figura 11. Las inserciones (C) en las gráficas inferiores de las Figuras 10 y 11 muestran una vista ampliada de la MFT de la electro-rejilla alrededor de la frecuencia fundamental; como puede verse, los lóbulos laterales alrededor de la frecuencia fundamental están sustancialmente reducidos por la ponderación de las salidas de los fotodiodos de la electro-rejilla.

Reduciendo la sensibilidad de la electro-rejilla a dichas frecuencias no armónicas, la electro-rejilla 22 pasa a través de una señal más pura a la electrónica de determinación de la posición posterior, dando como resultado que el SDE del aparato codificador se reduzca sustancialmente. En particular, dicha ponderación puede mejorar la pureza de las señales en cuadratura proporcionadas por el aparato codificador, p. ej., de manera que comprendan señales de seno y coseno más puras.

Las Figuras 12 y 13 ilustran otra configuración en la que, de nuevo, la electro-rejilla 22 se enmascara para bloquear cada vez más los fotodiodos hacia los extremos de la electro-rejilla 22, de manera que la anchura efectiva “W” del sensor disminuye hacia los extremos del detector incremental 22. En contraste con la realización de las Figuras 9 y 10, esta vez el incremento en la extensión del bloqueo no es lineal. Como se muestra en la Figura 12 y 13, la tasa a la que se bloquean los fotodiodos varía. En particular, el gradiente de la ventana/ponderación (en este caso la tasa a la que los fotodiodos se bloquean cada vez más) es relativamente poco profundo en, y cerca de, el medio de la electrorejilla (de hecho, podría haber gradiente cero en un punto en/cerca del medio), luego aumenta con la distancia desde la mitad de la electro-rejilla, antes de volverse poco profundo nuevamente cerca de los extremos de la electro-rejilla. Dicha forma podría describirse como en forma de campana. En este ejemplo particular, el enmascaramiento de los fotodiodos como se muestra en las Figuras 12 y 13, está configurado de manera que la salida de los fotodiodos de la electro-rejilla se pondera según una función de ventaja de Kaiser que, como se muestra, tiene un efecto aún mayor en la reducción de la sensibilidad de la electro-rejilla a los componentes de frecuencia no armónicos (p. ej., comparada con la ponderación lineal/triangular de las Figuras 9 y 10), y por lo tanto, elimina sustancialmente el SDE del codificador, que de otro modo sería causado por un número no entero de ciclos sobre la extensión del sensor, de al menos una frecuencia componente de la franja de interferencia que cae sobre el sensor. En la Figura 12, los diferentes canales de la electro-rejilla están representados por diferentes tonos en lugar de mediante etiquetas A, B, C, D. Como se entenderá, podrían utilizarse numerosos funciones de ventana conocidas, incluyendo por ejemplo, Hann, Hamming, Welch, Chebyshev, Cosine, Slepian, Gaussian, Lanczos, Parzen, Blackman, Nuttal, Tukey, Kaiser y cualquier híbrido de estos.

Lo anterior describe como la configuración según la presente invención puede ayudar a reducir, sustancialmente, un SDE del aparato codificador causado por la presencia de componentes de frecuencia no armónicos en la franja de interferencia, p. ej., causado por la utilización de una fuente de luz coherente/monocromática. Sin embargo, nuestros inventores han encontrado que la configuración de la invención puede también reducir, de manera beneficiosa, el SDE causado por otros factores. Por ejemplo, incluso cuando se utiliza una fuente de luz incoherente, y una franja de interferencia que tiene una intensidad que varía de forma sinusoidal pura cae sobre el sensor, la franja de interferencia podría estar sujeta a un desajuste de la franja y del sensor/período (p. ej., estiramiento/encogimiento del período de la franja debido a cambios en la altura de manejo). Por ejemplo, como se ilustra en la Figura 15, debido a un desajuste de la franja y del período del sensor, la franja de interferencia que cae sobre la electro-rejilla se ha estirado (comparada con la franja de interferencia ilustrada en la Figura 5) de manera que ahora ya no hay un número entero de repeticiones de la intensidad que varía de forma sinusoidal. En particular, como se ilustra por la Figura 15, dicho estiramiento de la franja de interferencia conduce a que la franja de interferencia esté cada vez más desfasada con respecto a los canales de la electro-rejilla. En particular, la frecuencia espacial de la señal sinusoidal (1/p’) es ahora un múltiplo no entero de la frecuencia espacial de los conjuntos de repetición de los fotodiodos interdigitados (1/p). Esto altera la pureza de las señales en cuadratura generadas por la cabeza lectora, conduciendo así a un SDE significativo. Sin embargo, configurar el aparato codificador de manera que las salidas de los elementos de sensor que se utilizan para determinar la posición de la escala y de la cabeza lectora, se ponderan de manera que la influencia de la salida de los elementos de sensor sobre la posición determinada disminuye progresivamente hacia los extremos del sensor 22, hace la electrorejilla menos sensible a que la franja se vuelva cada vez más desfasada con respecto a la electro-rejilla hacia los extremos de la electro-rejilla, y por lo tanto, mejora sustancialmente la relación de fase de las señales en cuadratura SIN y COS, lo que a su vez reduce sustancialmente el SDE del aparato codificador.

Además, se ha encontrado que la configuración de la invención es beneficiosa en otros tipos de codificadores de medida de la posición. Por ejemplo, se ha encontrado que la configuración de la invención es beneficiosa con un aparato codificador absoluto. Por ejemplo, WO2010/139964 describe como se puede determinar una posición precisa (p. ej. una posición a una resolución más precisa que el período de las características de la escala) a partir de una imagen de una escala, que comprende características que definen una serie de posiciones absolutas únicas. En resumen, esto implicar encontrar el desplazamiento de fase de las marcas de escala de la imagen, encontrando el producto escalar de la señal emitida por el sensor de la cabeza lectora con las ondas de SENO y COSENO de referencia. El proceso de WO2010/139964 se utiliza en el codificador absoluto de marca RESOLUTE™ de Renishaw plc. En ese producto, los coeficientes de las ondas de SENO y COSENO de referencia, ponderados según una función de ventana de Hann, se almacenan previamente en tablas de búsqueda. El producto escalar de las salidas no ponderadas de los elementos de sensor y dichas ondas de SENO y COSENO de referencia se calcula para determinar el desplazamiento de fase. En contraste, nuestra invención implica la ponderación de las salidas de los elementos de sensor que se utilizan en el cálculo del producto escalar. En consecuencia, como con las realizaciones descritas anteriormente, la invención podría incorporarse en un codificador absoluto restringiendo progresivamente la fuerza/magnitud/potencia de la señal que el sensor puede detectar hacia los extremos del sensor (p. ej., moldeando/dimensionando los elementos de sensor o enmascarando regiones del sensor de imagen de manera que su anchura de detección efectiva disminuye hacia los extremos del sensor de imagen) de manera que las salidas de los píxeles se ponderan de acuerdo con la invención. Como se describe en WO2010/139964, la imagen obtenida a partir de la escala puede procesarse en dos etapas/utilizando dos técnicas para determinar tanto una posición absoluta aproximada como una posición precisa. Restringir progresivamente la fuerza/magnitud/potencia de la señal que el sensor puede detectar hacia los extremos del sensor (p. ej., moldeando/dimensionando los elementos de sensor o enmascarando regiones del sensor de imagen) podría ser beneficioso para la determinación de la posición aproximada y/o precisa.

Por ejemplo, con referencia a la Figura 20a se muestra esquemáticamente un sensor sin enmascarar 122 para un codificador absoluto que comprende una matriz de elementos de sensor 124 de igual forma y tamaño, y una escala de disco 106, que comprende una serie de características de escala 114 dispuestas en un patrón para definir palabras de código absolutas, que permitan determinar posiciones únicas. Como se muestra, debido a que las características de escala 114 están dispuestas en la cara del disco 106, están en abanico. Esto significa que hacia los extremos del sensor 122, las características 114 cruzan múltiples elementos de sensor 124. Con respecto a la determinación de la posición aproximada, esto puede hacer difícil decodificar la palabra de código definida por las características 114. Con respecto a la determinación de la posición precisa, pueden introducirse frecuencias no deseadas que afectan la precisión de la posición precisa determinada por dicha expansión en abanico (y también debido a otros factores como el error de aumento). La Figura 20b muestra la misma disposición pero configurada de manera que la fuerza/magnitud/potencia de la señal que el sensor puede detectar hacia los extremos del sensor se restringe progresivamente (en este caso haciendo la capa 123). Como puede verse, dicha disposición reduce el efecto de la expansión en abanico adversa en la determinación de la posición aproximada ya que hacia los extremos del sensor (donde la expansión en abanico es peor) las longitudes de extensión/efectivas de los elementos de sensor se restringen de manera que solo se ve una pequeña parte de las características de escala 114 y por tanto, cruza menos elementos de sensor. Como se entenderá, dicha expansión en abanico puede también ser un problema con sistemas incrementales. La ponderación según la invención también puede ayudar a suprimir el efecto adverso de dicha expansión en abanico. Como también se entenderá, si el sistema codificador (absoluto o incremental) no se ocupa de la interpolación (y por tanto, el SDE no es un problema) entonces, como se entenderá, la ponderación no necesita ser configurada para hacer el sensor menos sensible a las frecuencias no deseadas que contribuyen al SDE. En consecuencia, por ejemplo, las ponderaciones no tienen que suprimir necesariamente los lóbulos laterales de la respuesta en frecuencia espacial del sensor. En consecuencia, se podría utilizar una variedad más amplia de formas de ventana, incluyendo aquellas que comprenden bordes afilados.

Con respecto a la Figura 20(b), dicha ponderación también reduce el efecto adverso de las frecuencias no deseadas en la señal que afectan la precisión de la posición precisa determinada. Dicha ponderación podría lograrse de otras formas, como reduciendo el tamaño de los elementos de sensor 124 hacia los extremos del sensor, de manera que la anchura efectiva “W” del sensor 122 disminuye predominantemente hacia sus extremos.

De manera alternativa, podría ser deseable en algunos codificadores no restringir progresivamente la intensidad de la señal que el sensor puede detectar hacia los extremos del sensor (p. ej., no moldear/dimensionar los elementos de sensor o enmascarar el sensor). En algunas situaciones podría considerarse, a fin de cuentas, no deseable para la determinación de la posición aproximada, ponderar la señal, pero sí sería deseable ponderar la señal para la determinación de la posición precisa (ya que puede ayudar a reducir el efecto adverso de esas frecuencias no deseadas que afectan la precisión de la posición precisa determinada). En consecuencia, podría preferirse dividir las salidas de los elementos de sensor en las salidas primera y segunda, la primera se utiliza en un estado en crudo para determinar la posición aproximada, y la segunda se pondera antes de ser utilizada para determinar la posición precisa. También podría ser deseable no restringir progresivamente la intensidad de la señal que el sensor puede detectar hacia los extremos del sensor en los codificadores de tipo incremental, y como tal, podría ser deseable ponderar las señales manipulando las salidas de los elementos de sensor en su lugar (p. ej., mediante uno o más atenuadores y/o amplificadores).

La Figura 16(a) ilustra la forma de ventana rectangular estándar normalmente empleada en las cabezas lectoras conocidas (como se entenderá, algo de viñeteado natural ocurre en los codificadores existentes (p. ej., debido a la fuente de luz), pero no tiene sustancialmente efecto en la reducción del efecto adverso de las frecuencias no deseadas, p. ej., debido a la extensión y la forma del viñeteado). Como se muestra, en la Figura 16(b) la respuesta en frecuencia de dicho sensor (obtenida por una Transformada de Fourier espacial de la capacidad de respuesta de dicho sensor) consta de un lóbulo principal y una pluralidad de lóbulos laterales. Las Figuras 17(a) y (b) ilustran de manera similar la forma de la ventana del sensor y la respuesta en frecuencia de otro codificador conocido llamado TONiC™ que está disponible en Renishaw plc. La caída en el medio de la forma de la ventana es causada por la omisión de una pluralidad de elementos de sensor en la matriz, debido a un sensor de marca de referencia separado que se coloca dentro de la matriz de elementos de sensor del detector incremental. Como se muestra en este diseño, los lóbulos laterales son incluso más grandes que los de la forma de ventana rectangular estándar.

En contraste, las Figuras 18(a) y (b) y las Figuras 19(a) y (b) ilustran nuevas formas de la ventana del sensor del codificador (ventanas diamante y Kaiser respectivamente), cuyas respuestas en frecuencia han suprimido sustancialmente los lóbulos laterales. Dichas formas aseguran que el sensor es, sustancialmente, insensible a esas frecuencias no deseadas que contribuyen al SDE.

La Figura 21 ilustra una disposición de ejemplo por la cual un detector de marcas de referencia separado 25 (en este caso un detector de división que comprende al menos dos, y por ejemplo, tres de cuatro fotodiodos) para detectar la marca de referencia 16 se proporciona adyacente al detector incremental 22 de manera que no se coloca dentro del detector incremental. En consecuencia, el detector de marcas de referencia no se coloca dentro de la matriz de elementos de sensor del detector incremental, sino que está al lado del detector incremental. Como se entenderá, son posibles otras disposiciones, por ejemplo, el detector de marcas de referencia se proporciona por separado al final del detector incremental.

Como se describe y muestra anteriormente, en las Figuras 9 y 12, grandes áreas de la electro-rejilla están cubiertas por una sola máscara continua. Sin embargo, este no tiene porque ser necesariamente el caso y el mismo efecto se puede lograr con cada fotodiodo que comprende una pluralidad de características de enmascaramiento individuales. Dicha realización se ilustra esquemáticamente en la Figura 14, en la que el nivel de enmascaramiento aumenta hacia los extremos de la matriz de manera que las salidas se ponderan según una función de ventana de Kaiser. En consecuencia, una gráfica de la estructura de la electro-rejilla para la Figura 14 sería la misma que se muestra en la Figura 13(a).

Como se entenderá, en lugar de aplicar una máscara directamente sobre el sensor, se podría proporcionar una máscara con la forma/configuración adecuada a una distancia del sensor de manera que arroje una sombra sobre el sensor, de manera que los fotodiodos estén progresivamente bajo una mayor proporción de sombra hacia los extremos de la matriz. Por ejemplo, en las realizaciones descritas dicha máscara podría aplicarse a la rejilla de índice 20.

Otra forma alternativa de alcanzar dicha ponderación incluye la utilización de un sistema/disposición de iluminación configurado de manera que la huella de luz que cae sobre el sensor tiene una forma y un tamaño que restringe la luz que llega a los fotodiodos para ponderar las salidas según la invención (p. ej., de modo que los fotodiodos generalmente reciben, progresivamente, menos luz hacia los extremos del sensor).

Otra forma alternativa de implementar la invención puede comprender uno o más manipuladores de señal configurados para manipular las salidas de los fotodiodos para ponderar las salidas según la invención. Por ejemplo, se pueden utilizar uno o más atenuadores y/o uno o más amplificadores para suprimir y/o amplificar las salidas de los fotodiodos. Si es necesario, se pueden proporcionar uno o más atenuadores y/o uno o más amplificadores para los fotodiodos individuales. Dichos manipuladores de señal se pueden colocar antes de la electrónica posterior configurada para procesar y/o combinar las salidas. Por ejemplo, en un aparato codificador que consta de una electro-rejilla, dichos manipuladores se pueden configurar para actuar antes de que las salidas se combinen para formar una señal de canal, p. ej., A’, B’, C’ o D’.

Las realizaciones anteriores describen los sensores 22, 122 que constan de una matriz unidimensional de elementos de sensor. Como se entenderá, los sensores 22, 122 podrían comprender una matriz bidimensional de elementos de sensor. Si es así, entonces la ponderación podría lograrse utilizando menos píxeles hacia los extremos del sensor.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un aparato codificador (2) que comprende una escala incremental (6), que comprende al menos una pista (10), que comprende una serie de características (14) generalmente dispuestas de forma periódica, configuradas para difractar la luz, y una cabeza lectora (4) que comprende un sensor (22), que comprende una matriz de elementos de sensor para detectar una señal de escala que cae sobre el sensor, que se utiliza para determinar la posición relativa de la escala y de la cabeza lectora, en el que la señal de escala comprende una franja de interferencia (26), en el que el aparato se configura de manera que la salida del sensor a lo largo de su longitud se pondera según una función de ventana que se configura para reducir el efecto adverso de las frecuencias no deseadas en la señal de escala, para así reducir el error de subdivisión del aparato codificador, en el que dicha ponderación se configura de manera que la influencia de la salida del sensor sobre la posición relativa determinada disminuye predominantemente hacia los extremos del sensor.

2. Un aparato codificador (2) según lo reivindicado en la reivindicación 1, en el que la ponderación según la función de ventana está configurada para suprimir los lóbulos laterales de la respuesta en frecuencia espacial del sensor (22).

3. Un aparato codificador (2) según lo reivindicado en la reivindicación 1, en el que la magnitud de al menos el lóbulo lateral primario de la respuesta en frecuencia espacial del sensor no es más del 10% de la magnitud del lóbulo principal de la respuesta en frecuencia espacial del sensor.

4. Un aparato codificador (2) según lo reivindicado en cualquier reivindicación precedente, en el que la ponderación se configura de manera que la influencia de la salida del sensor sobre la posición relativa determinada generalmente disminuye progresivamente hacia los extremos del sensor (22).

5. Un aparato codificador (2) según lo reivindicado en cualquier reivindicación precedente, en el que la influencia de la salida del sensor sobre la posición relativa determinada es sustancialmente mayor en el tercio central del sensor (22) que en los tercios exteriores del sensor.

6. Un aparato codificador (2) según lo reivindicado en cualquier reivindicación precedente, configurado de manera que la influencia del sensor (22) hacia los extremos del sensor es como máximo el 25% de la influencia del sensor hacia el centro del sensor.

7. Un aparato codificador (2) según lo reivindicado en cualquier reivindicación precedente, en el que dicha ponderación se ve afectada al restringir la señal (26) que llega al sensor (22), y opcionalmente, en el que dicha ponderación se ve afectada por al menos un miembro de restricción de señal, configurado para restringir la señal de escala (26) que llega a los elementos de sensor de manera que la señal de escala detectable por el sensor disminuye hacia los extremos del sensor (22).

8. Un aparato codificador (2) según lo reivindicado en cualquier reivindicación precedente, en el que la anchura del sensor disminuye predominantemente hacia los extremos del sensor (22).

9. Un aparato codificador (2) según lo reivindicado en cualquier reivindicación precedente, en el que dicha ponderación se ve afectada al bloquear parcialmente la señal de escala que llega al sensor (22).

10. Un aparato codificador (2) según lo reivindicado en cualquier reivindicación precedente, en el que dicha ponderación se ve afectada por una máscara (23) que tiene una forma no rectangular, y que opcionalmente comprende una fuente de luz (18) separada de la máscara, y en el que la luz que se acerca y/o que sale de la escala (6) se configura para atravesar dicha máscara para dar forma a la huella de la señal (26) detectable por el sensor (22).

11. Un aparato codificador (2) según lo reivindicado en la reivindicación 10, en el que la máscara se forma directamente sobre el sensor.

12. Un aparato codificador (2) según lo reivindicado en cualquier reivindicación precedente, configurado de manera que las salidas se ponderan según una función de ventana en forma de campana, por ejemplo según una de: una función de Kaiser; y una función de Hamming.

13. Un aparato codificador (2) según lo reivindicado en cualquier reivindicación precedente, en el que la cabeza lectora comprende una fuente de luz (18) que se configura para iluminar la escala, y opcionalmente, se configura para iluminar la escala con luz no colimada.

14. Un aparato codificador (2) según lo reivindicado en cualquier reivindicación precedente, en el que la cabeza lectora comprende una fuente de luz coherente para iluminar la escala, opcionalmente en el que el ancho de banda espectral de la fuente luz no es más de 1 nm.

15. Un aparato codificador (2) según lo reivindicado en cualquier reivindicación precedente, en el que las frecuencias no deseadas comprenden aquellas frecuencias que resultan en la presencia de un número no entero de ciclos sobre la extensión del sensor, de al menos una frecuencia componente de la señal que cae sobre el sensor.

16. Un aparato codificador (2) según lo reivindicado en cualquier reivindicación precedente, en el que las frecuencias no deseadas son debidas a componentes de frecuencia no armónicos en la franja de interferencia.

17. Un aparato codificador (2) según lo reivindicado en cualquier reivindicación precedente, en el que la cabeza lectora (4) comprende una o más rejillas de difracción (20) para producir dicha franja de interferencia.

18. Un aparato codificador (2) según lo reivindicado en cualquier reivindicación precedente, en el que el sensor (22) comprende una electro-rejilla, que comprende dos o más conjuntos de elementos de sensor interdigitados, cada conjunto se configura para detectar una fase diferente de la franja de interferencia, opcionalmente en el que la electrorejilla comprende una disposición repetida de dos o más conjuntos de elementos de sensor interdigitados, y en el que dichas frecuencias no deseadas son múltiplos no enteros de la frecuencia de dicha repetición, y opcionalmente en el que la frecuencia fundamental de la señal de escala es un múltiplo no entero de la frecuencia de la repetición.

19. Un aparato codificador (2) según lo reivindicado en cualquier reivindicación precedente, en el que la cabeza lectora (4) además comprende al menos un sensor de marcas de referencia separado (24) para detectar al menos una marca de referencia (16) en la escala, en el que, el al menos un sensor de referencia no se coloca dentro de la matriz de elementos de sensor.

20. Un aparato codificador (2) según lo reivindicado en cualquier reivindicación precedente, en el que la matriz de elementos de sensor es una matriz continúa de elementos de sensor.

21. Un aparato codificador (2) según lo reivindicado en cualquier reivindicación precedente, en el que la forma de la función de ventana es sustancialmente triangular o en forma de campana.