ES2882114T3 - Disposición del detector de marca de referencia - Google Patents
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Abstract
Un aparato codificador (202) que comprende: una escala de amplitud (206) que comprende características de escala en al menos una pista (210, 212) que definen una serie de marcas de escala incrementales y al menos una marca de referencia (216); una cabeza lectora (204) que comprende una fuente de luz (218), una rejilla de difracción (220), un fotodetector incremental (222) y un fotodetector de referencia (224) que comprende al menos dos canales de detector, estando las características que definen la al menos una marca de referencia configuradas de tal manera que la al menos una marca de referencia que puede resolverse por cada uno de los al menos dos canales de detector comprende una única característica, en el que el aparato codificador está configurado de manera que la luz de la fuente interactúa primero con las marcas de escala incrementales para producir un primer conjunto de órdenes de difracción que después interactúan con la rejilla de difracción para producir órdenes de difracción adicionales que se combinan para producir en el fotodetector incremental una franja de interferencia (26) que varía con el movimiento relativo de la escala y la cabeza lectora, y en el que la disposición óptica del codificador es tal que una representación sin imagen de al menos la pista en la que está contenida la al menos una marca de referencia incide sobre el fotodetector de referencia.
Description
DESCRIPCIÓN
Disposición del detector de marca de referencia
La presente invención se refiere a un codificador de medidas. Como se entenderá, un codificador de medición comprende típicamente una escala que comprende características y una cabeza lectora para leer las características a fin de poder determinar la posición relativa de la cabeza lectora y la escala. La escala y la cabeza lectora se pueden mover entre sí.
Como se entenderá, un codificador de medición comprende típicamente una escala que comprende características y una cabeza lectora para leer las características a fin de poder determinar la posición relativa de la cabeza lectora y la escala. La escala y la cabeza lectora se pueden mover entre sí.
Se conocen codificadores incrementales en los que la escala comprende una serie de características incrementales que la cabeza lectora puede leer para determinar y medir el movimiento relativo. Como se entenderá, se pueden utilizar diversas técnicas para leer las características incrementales, incluida la creación de imágenes simples de las características incrementales y el recuento de las características a medida que pasan por la cabeza lectora.
Muchos codificadores incrementales se basan en el uso de una combinación de rejillas dispuestas para difractar la luz a fin de producir patrones ópticos en un detector que cambia a medida que la cabeza lectora y la escala se mueven entre sí. Ejemplos de un codificador incremental típico producido por Renishaw plc están disponibles bajo las marcas TONiC ™ y SiGNUM ™. En las cabezas lectoras TONiC ™ y SiGNUM ™ se usa una lente para colimar sustancialmente la luz de la fuente. También comprenden una rejilla de difracción (que es una rejilla de fase) y una matriz de fotodetectores. En funcionamiento, la luz colimada de la fuente de luz interactúa con la escala (que es una rejilla de amplitud) para producir órdenes de difracción, que a su vez interactúan con la rejilla de difracción para producir en la matriz de fotodetectores un patrón de franjas de interferencia que se mueve con el movimiento relativo de la escala y de la cabeza lectora. Los codificadores TONiC ™ y SiGNUM ™ son lo que comúnmente se conoce como codificadores de dos rejillas porque la luz de la fuente en la cabeza lectora es difractada por dos rejillas (en este caso, la primera es la escala y la segunda una rejilla de difracción dentro de la cabeza lectora) para producir una franja de interferencia en una matriz de fotodetectores. Este tipo de codificador se describe con más detalle en el documento US7659992.
A menudo, se proporcionan una o más marcas de referencia (por ejemplo, embebidas dentro o junto a la serie de características incrementales) que se distinguen de la serie de características sustancialmente periódicas, de modo que la posición relativa se puede determinar con respecto a las posiciones de referencia conocidas definidas por las marcas de referencia. Por ejemplo, las marcas de referencia se pueden utilizar para proporcionar una posición de referencia absoluta, por ejemplo, a partir de la cual se puede "contar" la posición incremental. Tales marcas de referencia necesitan ser detectadas y, por lo tanto, una cabeza lectora comprende típicamente un detector de marca de referencia. Además, normalmente se utiliza una lente o una máscara para facilitar la detección de la marca de referencia. Por ejemplo, en el documento US7659992 se utiliza una lente para visualizar la marca de referencia en el detector. En el documento WO02/065061 se utiliza una máscara para facilitar la detección de la marca de referencia que tiene un patrón correlativo, o se proporciona un detector de luz estructurado que tiene una disposición correspondiente a la de la marca de referencia, de modo que al alinear la marca de referencia con la máscara o detector de luz estructurado se recibe un pico o valle de luz en el detector que indica la presencia de la marca de referencia.
Se conocen los denominados codificadores de "proyección de sombras" en los que una sombra de la escala (es decir, las características de escala incremental / absoluta y cualquier característica de marca de referencia) se proyecta sobre el detector o detectores de la cabeza lectora, y el detector o los detectores detectan la sombra para determinar la información de posición relativa. Como se entenderá, dichas sombras pueden ser creadas por las características de la escala reduciendo la cantidad de luz que llega al detector, lo cual se puede lograr de muchas formas, tales como bloqueando, absorbiendo y / o dispersando la luz de la fuente, de tal manera que lo que incide sobre el detector es una representación sin imagen de la escala en el detector o detectores. Como se entenderá, tales codificadores de proyección de sombras son diferentes de otros tipos de codificadores en los que, por ejemplo, se usa una lente para obtener imágenes de al menos parte de la escala en el detector (por ejemplo, como se describe en el documento US7659992 y en el documento WO2010/139964) o en el que se utiliza una máscara para facilitar la detección de la marca de referencia que tiene un patrón correlativo (por ejemplo, como se describe en los documentos WO02/065061, US6541761 y US6472658). Aunque en estos otros tipos de codificadores la escala tiene características que bloquean, absorben y / o dispersan la luz, no proyectan una sombra que sea vista y detectada por el detector para determinar la presencia de la marca de referencia; más bien, el detector ve / detecta una imagen de las características (como en US7659992), o ve / detecta un pico brillante o un valle oscuro causado por la correlación de la marca de referencia con la máscara (como en los documentos WO02/065061, US6541761 y US6472658).
El documento US2006/0267822 describe un codificador óptico que comprende una escala y un cabezal que comprende una fuente de luz y un fotodetector. La luz emitida por la fuente incide en la escala después de pasar a través de una abertura. La luz que pasa a través de la apertura se irradia en un patrón óptico formado en la escala. La luz reflejada en el patrón óptico forma un patrón claro y oscuro en el fotodetector.
Nuestros inventores querían proporcionar un codificador óptico incremental mejorado basado en rejillas y, en particular, más compacto.
Esta invención proporciona un codificador incremental que tiene al menos una marca de referencia, en el que la posición incremental se determina mediante una disposición basada en difracción, y en el que se proporciona una disposición de proyección de sombras de al menos la pista en la que está contenida la marca de referencia para detectar la marca de referencia. En otras palabras, esta invención proporciona un codificador incremental que tiene al menos una marca de referencia, en el que la posición incremental se determina mediante una disposición basada en difracción, y en el que una representación sin imagen de al menos la pista en la que se encuentra la marca de referencia está contenida en el detector de marca de referencia de modo que se pueda determinar una posición de referencia.
En otras palabras, se proporciona un aparato codificador que comprende: una escala que comprende características de escala que definen una serie de marcas de escala incrementales y una marca de referencia; una cabeza lectora que comprende una fuente de luz, una rejilla de difracción, un fotodetector incremental y un fotodetector de referencia que comprende al menos dos canales de detector, estando configuradas las características que definen la marca de referencia de modo que la marca de referencia, vista por los al menos dos canales de detector, comprenda una única característica que se puede resolver. El aparato codificador está configurado de modo que las características de la escala que definen la marca de referencia reducen la intensidad de la luz que emana de la fuente que llega al fotodetector de referencia, de modo que una sombra de al menos las características de la escala que definen la marca de referencia se proyecta sobre el fotodetector de referencia. En otras palabras, se proporciona una disposición de proyección de sombras de al menos la pista en la que está contenida la marca de referencia para detectar la marca de referencia. Esto es una sombra, o una réplica similar a una sombra de la escala, que incide sobre el fotodetector de referencia.
Según la invención, se proporciona un aparato codificador 2 de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende: una escala de amplitud que comprende características de escala en al menos una pista, que definen una serie de marcas de escala incrementales y una marca de referencia (que define una posición de referencia); una cabeza lectora que comprende una fuente de luz, una rejilla de difracción, un fotodetector incremental y un fotodetector de referencia que comprende al menos dos canales de detector, estando configuradas las características que definen la marca de referencia de tal manera que la marca de referencia como resoluble por cada uno de los al menos dos canales de detector comprende una sola característica, en la que el aparato codificador está configurado de tal manera que la luz de la fuente interactúa primero con las marcas de escala incrementales para producir un primer conjunto de órdenes de difracción que luego interactúan con la rejilla de difracción para producir órdenes de difracción adicionales que se combinan para producir en el fotodetector incremental una franja de interferencia que varía con el movimiento relativo de la escala y la cabeza lectora, y en la que la disposición óptica del codificador es tal que una representación sin imagen de al menos la pista en la que está contenida la marca de referencia incide sobre el fotodetector de referencia (cuando la cabeza lectora pasa la posición de referencia).
Por consiguiente, la cabeza lectora puede carecer de una lente que forme una imagen de la pista que contiene la marca de referencia en el fotodetector de referencia. Obtener una representación de la pista que contiene la marca de referencia sin el uso de ópticas de formación de imágenes, es decir, sin lentes utilizadas para formar una imagen en el detector, puede ser ventajoso ya que puede permitir la compacidad del aparato codificador, en particular que la cabeza lectora sea mejorada significativamente. También puede evitar la necesidad de alinear cuidadosamente una lente con el fotodetector de referencia.
El aparato codificador se puede configurar para identificar la marca de referencia analizando la salida del fotodetector de referencia. La cabeza lectora y / o un dispositivo procesador externo a la cabeza lectora se podrían configurar para analizar la salida del fotodetector de referencia.
Como se entenderá, la representación sin imagen está controlada por las características que modulan la intensidad de la luz que emana de la fuente de luz que llega al fotodetector de referencia. En consecuencia, la marca de referencia produce un cambio en la intensidad de la luz de la fuente que llega al fotodetector de referencia. Por consiguiente, la marca de referencia hace que esté presente una característica de contraste en la representación sin imagen de la escala. Por consiguiente, el aparato codificador podría estar configurado para identificar un cambio de intensidad. La marca de referencia podría producir una reducción en la intensidad de la luz que llega al fotodetector de referencia (por ejemplo, con respecto al resto de la pista que contiene la marca de referencia). Por consiguiente, la marca de referencia puede ser una marca de referencia oscura. En este caso, la salida de los al menos dos canales de detector caerá cuando pasen por encima de la marca de referencia. Opcionalmente, la marca de referencia produce un aumento en la intensidad de la luz que llega al fotodetector de referencia (por ejemplo, con respecto al resto de la pista que contiene la marca de referencia). Por consiguiente, la marca de referencia puede ser una marca de referencia brillante. En este caso, la salida de los al menos dos canales de detector aumentará a medida que pasen por encima de la marca de referencia.
El aparato codificador se puede configurar para determinar una señal de diferencia de la salida de los al menos dos canales de detector. Esto puede ayudar a determinar con precisión la marca de referencia. La cabeza lectora puede estar configurada / comprender la capacidad de utilizar las salidas de los al menos dos canales de detector para
producir la señal de diferencia. Por ejemplo, la cabeza lectora puede comprender componentes electrónicos para producir la señal de diferencia de las salidas de los al menos dos canales de detector. Sin embargo, como se entenderá, este no tiene por qué ser necesariamente el caso, y un dispositivo externo a la cabeza lectora puede estar configurado para / puede comprender la capacidad de usar las salidas de los al menos dos canales de detector para producir la señal de diferencia. La señal de diferencia se puede utilizar para determinar una posición de referencia. La cabeza lectora se podría configurar para determinar la posición de referencia. Opcionalmente, se puede configurar un dispositivo externo a la cabeza lectora para determinar la posición de referencia.
El aparato codificador se puede configurar de manera que la luz de la fuente interactúe con las marcas de escala incrementales y la al menos una rejilla de difracción para producir órdenes de difracción que se combinan para producir en el fotodetector incremental un campo resultante que varía con el movimiento relativo de la escala y la cabeza lectora. La luz de la fuente puede interactuar con las marcas de escala incrementales y con la al menos una rejilla de difracción para producir una franja de interferencia en el fotodetector incremental que cambia con el movimiento relativo de la escala y la cabeza lectora. La luz de la fuente puede interactuar primero con las marcas de escala incrementales para producir un primer conjunto de órdenes de difracción que después interactúan con la al menos una rejilla de difracción para producir órdenes de difracción adicionales que son recombinadas para producir la franja de interferencia en al menos un fotodetector. Se sabe que estos tipos de sistemas incrementales proporcionan una buena inmunidad a la suciedad.
Como se ha especificado anteriormente, las características que definen la marca de referencia están configuradas de manera que la marca de referencia, que puede resolverse por cada uno de los al menos dos canales de detector, comprende una característica única. Por consiguiente, la marca de referencia no necesita ser necesariamente uniforme ópticamente. Preferiblemente, la marca de referencia es sustancialmente ópticamente uniforme. Además, podrían proporcionarse precursores de marca de referencia (por ejemplo, que podrían indicar al aparato codificador que está cerca / acercándose a una marca de referencia), sin embargo, como se entenderá, la posición de referencia se definirá mediante una única marca de referencia (es decir, que, que se puede resolver por los al menos dos canales de detector, comprende una única característica).
La marca de referencia / posición de referencia podría ser una marca de límite / posición de límite. Como se entenderá, una marca de límite / posición de límite identifica un límite, por ejemplo, el final deseado, de la escala.
Como se entenderá, los al menos dos canales de detector están desplazados al menos parcialmente en la dimensión de medición. Preferiblemente, los al menos dos canales de detector están desplazados en la dimensión de medición. Preferiblemente, los al menos dos canales de detector están desplazados en la dimensión de medición, pero alineados entre sí en una dimensión perpendicular a la dimensión de medición.
La escala puede ser una escala transmisiva. Opcionalmente, la escala es una escala reflectante. En este caso, la al menos una fuente de luz y los fotodetectores incrementales y de referencia se pueden colocar en el mismo lado de la escala. En consecuencia, la representación de sombra / sin imagen se puede crear mediante las características de la escala que reflejan diferentes cantidades de luz desde la fuente hacia los canales de detector de la cabeza lectora a lo largo de la escala.
La marca de referencia podría estar embebida al menos parcialmente dentro de las marcas de escala incrementales. Por ejemplo, las marcas de escala incrementales podrían estar contenidas dentro de una pista, y la marca de referencia podría estar al menos parcialmente embebida dentro de la misma pista. Opcionalmente, las marcas de escala incrementales y la marca de referencia están contenidas en pistas separadas en la escala. Las pistas de marcas incrementales y de referencia pueden estar dispuestas en diferentes sustratos. Opcionalmente, las pistas de marcas incrementales y de referencia pueden estar dispuestas en el mismo sustrato.
Opcionalmente, solo las marcas de la escala en la pista que contiene la marca de referencia proyectan una sombra / proporcionan una representación sin imagen en el fotodetector de referencia. En consecuencia, en el caso en el que la marca de referencia esté contenida en una pista separada de las marcas incrementales, el aparato codificador se puede configurar de tal manera que ninguna representación sin imagen de / sombra proyectada por las características de la escala que definen las marcas de escala incrementales incide sobre el fotodetector de referencia.
Las características de la escala pueden definir una pluralidad de marcas de referencia separadas. Cada una de las marcas de referencia independientes puede definir una posición de referencia diferente.
Como se entenderá, la fuente de luz podría comprender uno o más componentes de emisión de luz. La fuente de luz puede comprender una fuente de luz divergente (por ejemplo, puede producir un haz de luz divergente). Opcionalmente, la potencia óptica (en dioptrías, m-1) de cualquier componente óptico en la trayectoria óptica entre el componente de emisión de luz y el fotodetector de referencia (por ejemplo, en la parte de la trayectoria óptica dentro de la cabeza lectora) está entre -100 y 100, por ejemplo entre -50 y 50, por ejemplo entre - 10 y 10, en particular entre -5 y 5. Opcionalmente, la potencia óptica (en dioptrías m-1) de cualquier componente óptico en la trayectoria óptica entre el componente de emisión de luz y el fotodetector de referencia (en particular, la parte de la trayectoria dentro de la cabeza lectora) es sustancialmente 0. En consecuencia, opcionalmente, no hay lente para generar imágenes de la escala (por ejemplo, la pista que contiene la marca de referencia), y opcionalmente no hay lente, en la trayectoria
óptica (en particular dentro de la cabeza lectora) entre el componente o componentes de emisión de luz de la fuente de luz y el fotodetector de referencia.
La fuente de luz podría emitir luz en el rango visible. Como se entenderá, las fuentes de luz adecuadas incluyen aquellas que emiten luz en cualquier lugar del rango infrarrojo al ultravioleta del espectro electromagnético. Opcionalmente, la fuente de luz emite luz en el rango de infrarrojos.
La fuente de luz podría comprender una fuente de luz divergente. Esa es la luz que emana de la fuente de luz y se aleja de la fuente de luz. Opcionalmente, la divergencia del haz de luz permanece sustancialmente inalterada a lo largo de la trayectoria óptica entre el componente de emisión de luz y el fotodetector de referencia.
Según otro aspecto de la invención, se proporciona un aparato codificador incremental de dos rejillas que comprende: una escala; una cabeza lectora que comprende: una fuente de luz no colimada para producir un haz de luz (opcionalmente divergente); una rejilla de difracción; y una matriz de fotodetectores; configurada de tal manera que el haz de luz interactúa con la escala y después con la rejilla de difracción para producir una franja de interferencia en la matriz de fotodetectores que cambia con el movimiento relativo entre la escala y la cabeza lectora, y se caracteriza porque la potencia óptica (en dioptrías, m-1) de todos los componentes ópticos en la trayectoria óptica entre la fuente de luz y la matriz de fotodetectores (por ejemplo, dentro de la parte de la trayectoria óptica dentro de la cabeza lectora) está entre -100 y 100, por ejemplo entre -50 y 50, por ejemplo entre -10 y 10, en particular entre -5 y 5. Por consiguiente, en el caso de un haz de luz divergente, la divergencia del haz de luz puede permanecer sustancialmente inalterada a lo largo de dicha trayectoria.
Como se entenderá, las características descritas anteriormente en relación con el primer aspecto de la invención también son aplicables a este otro aspecto de la invención (y al aspecto adicional de la invención que sigue a continuación) y viceversa. Por ejemplo, opcionalmente, la potencia óptica (en dioptrías, m-1) de cualquier componente óptico en la trayectoria óptica entre la fuente de luz y el fotodetector de referencia (por ejemplo, dentro de la parte de la trayectoria óptica dentro de la cabeza lectora) es sustancialmente 0. Por consiguiente, opcionalmente no se proporcionan lentes de generación de imagen, y opcionalmente lentes, en la trayectoria óptica entre los componentes de emisión de luz de la fuente de luz y el fotodetector de referencia (por ejemplo, no se proporciona ninguna lente dentro de la parte de la trayectoria óptica que está dentro de la cabeza lectora).
Opcionalmente, la potencia óptica (en dioptrías, m-1) de cualquier componente óptico en la cabeza lectora está entre -100 y 100, por ejemplo entre -50 y 50, por ejemplo entre -10 y 10, en particular entre -5 y 5, por ejemplo sustancialmente 0.
Según otro aspecto de la invención, se proporciona un aparato codificador que comprende: una escala; y una cabeza lectora que comprende: una fuente de luz; una rejilla de difracción; y una matriz de fotodetectores; configurado de tal manera que el campo de luz de la fuente de luz interactúa con la escala y después con la rejilla de difracción para producir una franja de interferencia en la matriz de fotodetectores que cambia con el movimiento relativo de la escala, caracterizado porque el aparato codificador no tiene un dispositivo óptico, por ejemplo una lente, que altere la curvatura del frente de onda de la luz de la fuente de luz.
A continuación se describirán realizaciones de la invención, únicamente a modo de ejemplo, con referencia a los siguientes dibujos en los que:
La Figura 1 es una vista isométrica esquemática de un codificador transmisivo según la presente invención;
La Figura 2 es una vista esquemática en sección transversal del codificador de la Figura 1, mirando a lo largo de la escala, que ilustra la reflexión de la luz de las pistas de marcas tanto incrementales como de referencia en la escala;
Las Figuras 3 (a) a (d) son vistas esquemáticas en sección transversal del codificador de la Figura 1 que ilustran la cabeza lectora pasando por una posición de referencia en la escala;
La Figura 4 es un gráfico que ilustra las salidas de los fotodetectores de posición de referencia de la cabeza lectora de las Figuras 1 a 3 cuando pasan sobre la posición de referencia, y su señal de diferencia;
La Figura 5 ilustra una realización alternativa de un codificador transmisivo según la presente invención;
La Figura 6 ilustra una vista en sección transversal del codificador de la Figura 5, mirando a través de la escala, cuando está posicionado sobre una posición de referencia en la escala;
La Figura 7 es un gráfico que ilustra las salidas de los fotodetectores de posición de referencia de la cabeza lectora de las Figuras 5 y 6 cuando pasan sobre la posición de referencia, y su señal de diferencia;
Las Figuras 8 y 9 son diagramas de rayos esquemáticos que ilustran esquemáticamente la generación de un campo resultante en el fotodetector incremental mediante el uso de luz difractada para facilitar la lectura incremental de la posición de la cabeza lectora;
La Figura 10 es una ilustración esquemática de una primera realización reflectante de un aparato codificador según la presente invención;
La Figura 11 es una ilustración esquemática de una segunda realización reflectante de un aparato codificador según la presente invención;
La Figura 12 es una ilustración esquemática de una tercera realización reflectante de un aparato codificador según la presente invención;
La Figura 13 es una ilustración esquemática de la fuente de luz, el detector incremental y el detector de posición de referencia dentro de la cabeza lectora de la Figura 10;
La Figura 14 es una vista esquemática en sección transversal del codificador de las Figuras 10 y 13, mirando a lo largo de la escala, que ilustra el reflejo de la luz de las pistas de marcas tanto incrementales como de referencia en la escala;
Las Figuras 15 (a) a (d) son vistas esquemáticas en sección transversal del codificador de las Figuras 10, 13 y 14, mirando a través de la escala, que ilustran la cabeza lectora pasando por una posición de referencia en la escala;
La Figura 16 es una ilustración esquemática de la fuente de luz, el detector incremental y el detector de posición de referencia dentro de la cabeza lectora de la Figura 11;
La Figura 17 es una vista esquemática en sección transversal del codificador de las Figuras 11 y 16, mirando a lo largo de la escala, que ilustra la reflexión de la luz de las pistas de marcas tanto incrementales como de referencia en la escala;
Las Figuras 18 (a) a (d) son vistas esquemáticas en sección transversal del codificador de las Figuras 10, 16 y 17, mirando a través de la escala, que ilustran la cabeza lectora pasando por una posición de referencia en la escala;
La Figura 19 es un dibujo esquemático de un tipo de detector incremental adecuado para su uso en una cabeza lectora según la invención;
La Figura 20 es un dibujo esquemático de un fotodetector de referencia según otra realización;
La Figura 21 es un gráfico que ilustra las salidas de los fotodetectores de referencia de la Figura 20 incorporados en una cabeza lectora de la Figura 16 cuando pasan sobre la posición de referencia, y sus señales de diferencia y suma; y
La Figura 22 ilustra un tipo diferente de marca de referencia adecuada para su uso con la presente invención.
Haciendo referencia a la Figura 1, se muestra un aparato codificador 2 según la presente invención. El aparato codificador comprende una cabeza lectora 4 y una escala 6. Aunque no se muestra, típicamente en la práctica, la cabeza lectora 4 estará sujeta 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 lo tanto, se puede usar para proporcionar una medida de la posición relativa de las dos partes móviles de la máquina. Normalmente, la cabeza lectora 4 se comunica con un procesador tal como un controlador 8 a través de un canal de comunicación cableado (como se muestra) y / o inalámbrico. La cabeza lectora 4 puede reportar las señales de sus detectores (descritas con más detalle a continuación) al controlador 8 que después las procesa para determinar la información de posición y / o la propia cabeza lectora 4 puede procesar las señales de sus detectores y enviar información de posición al controlador 8.
La escala 6 comprende una pluralidad de marcas de escala que definen una pista incremental 10 y una pista de referencia 12.
La pista incremental 10 comprende una serie de marcas de escala periódicas 14 que controlan la luz transmitida hacia la cabeza lectora para formar efectivamente una rejilla de difracción. La pista incremental 10 es lo que comúnmente se denomina escala de amplitud. Como se entenderá, con una escala de amplitud, las características están configuradas para controlar la amplitud de la luz transmitida hacia el detector incremental de la cabeza lectora (por ejemplo, absorbiendo, dispersando y / o reflejando selectivamente la luz). Como se explica con más detalle a continuación, la luz interactúa con las marcas de escala periódicas 14 para generar órdenes difractadas.
La pista de referencia 12 comprende una posición de referencia definida por una marca de referencia 16. Como se explicó anteriormente, las posiciones de referencia pueden ser útiles para permitir que la cabeza lectora 4 pueda determinar exactamente dónde está en relación con la escala 6. En consecuencia, la posición incremental se puede contar desde la posición de referencia. Además, tales posiciones de referencia pueden ser las que también se denominan "posiciones límite" en el sentido de que se pueden utilizar para definir los límites o extremos de la escala 6 entre los cuales se permite que la cabeza lectora 4 se desplace.
La Figura 2 ilustra esquemáticamente los componentes ópticos de la cabeza lectora 4. En esta realización, el aparato codificador es un codificador transmisivo porque comprende una fuente de radiación electromagnética (EMR) 18, por ejemplo, una fuente de luz infrarroja 18, colocada para estar en un primer lado de la escala 6 cuando está en uso, y al menos un detector en el lado opuesto de la escala 6. En general, la luz infrarroja de la fuente de luz 18 es configurada para ser transmitida a través de la escala 6 hacia el detector. Como se ilustra, la fuente de luz es divergente y la huella de iluminación de la fuente de luz incide tanto en la pista incremental 10 como en la pista de referencia 12. En la realización descrita, la fuente de luz emite EMR en el rango de infrarrojos, sin embargo, como se entenderá, este no tiene por qué ser necesariamente el caso y podría emitir EMR en otros rangos, por ejemplo, en cualquier lugar del infrarrojo al ultravioleta. Como se entenderá, la elección de una longitud de onda adecuada para la fuente puede depender de muchos factores, incluida la disponibilidad de rejillas y detectores adecuados que funcionen en la longitud de onda EMR. Como también se ilustra, en el lado de recepción de la cabeza lectora 4, se proporciona una rejilla de difracción 20 (también denominada comúnmente rejilla de índice), un fotodetector incremental 22 y un fotodetector de referencia 24.
Estos componentes se explicarán con más detalle a continuación, pero en resumen, la luz infrarroja de la fuente 18 se emite desde la cabeza lectora 4 hacia la escala 6, donde parte de la huella de la fuente de luz 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 actualmente descrita, la posición de referencia está definida por una característica 16 en la pista de marca de referencia 12 que reduce la intensidad de la luz de la fuente que puede alcanzar el fotodetector de referencia 24. Esto podría lograrse, por ejemplo, si la característica absorbe, refleja y / o dispersa más luz infrarroja que el resto de la pista de referencia 12. En cualquier caso, una representación sin imagen de las marcas de la escala que definen la posición de referencia (en este caso, la propia marca de referencia 16 de una sola característica) incide sobre el detector de referencia 24 cuando la cabeza lectora pasa sobre la posición de referencia (ver la Figura 4 para más detalles). En otras palabras, se proyecta una sombra de la (s) marca (s) de la escala que definen la posición de referencia (en este caso, la marca de referencia 16 de característica única) sobre el detector de referencia 24 cuando la cabeza lectora pasa sobre la posición de referencia (ver Figura 4 para más detalles). En particular, en esta realización, la característica 16 evita sustancialmente que la luz infrarroja de la fuente 18 alcance el fotodetector de referencia 24 (por ejemplo, bloquea completamente la luz de la fuente 18). En la posición ilustrada en la Figura 2, la cabeza lectora 4 no está alineada con la posición de referencia y, por lo tanto, la luz infrarroja se muestra transmitida a través de la pista de referencia 12 hacia el fotodetector de referencia 24.
Con respecto a la pista incremental 10, la luz infrarroja de la fuente 18 incide sobre las marcas de escala periódicas 14, que definen un patrón de difracción. Por lo tanto, la luz infrarroja es difractada en múltiples órdenes, que luego inciden sobre la rejilla de difracción 20 en la cabeza lectora. En la presente realización, la rejilla de difracción 20 es una rejilla de fase. A continuación, la luz es difractada adicionalmente por la rejilla de difracción 20 en órdenes que luego interfieren en el fotodetector incremental 22 para formar un campo resultante, en este caso una franja de interferencia.
La generación de la franja de interferencia se explica con más detalle con referencia a las Figuras 8 y 9. Como se entenderá, la Figura 8 es una ilustración muy simplificada de la situación óptica real encontrada en un aparato codificador. En particular, la situación se muestra para un solo rayo de luz de la fuente mientras que, de hecho, la fuente ilumina un área de la pista incremental 10. En consecuencia, en realidad, la situación óptica que se muestra en la Figura 8 se repite muchas veces a lo largo de la escala (es decir, sobre el área que está iluminada por la fuente), produciendo así un patrón de interferencia largo en el detector, que se ilustra esquemáticamente en Figura 9. Además, con fines ilustrativos, solo se muestra el /- 1° órdenes (por ejemplo, como se entenderá, la luz se difractará en varios órdenes, por ejemplo, /- 3°, /- 5°, 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 difracción 20 donde la luz se difracta nuevamente antes de formar un campo resultante 26 (en este caso una franja de interferencia, pero podría, por ejemplo, ser un punto o puntos modulados) en el detector incremental 22. Como se muestra en la Figura 9, el campo resultante 26 se produce mediante la recombinación de órdenes de luz difractada de la rejilla de difracción 20 y la escala 6.
El detector incremental 22 detecta el campo resultante 26 (por ejemplo, las franjas de interferencia) para producir una señal que es enviada por la cabeza lectora 4 a un dispositivo externo tal como el controlador 8. En particular, el movimiento relativo de la cabeza lectora 4 y la escala 6 provoca un cambio en el campo resultante (por ejemplo, el movimiento de las franjas de interferencia con respecto al detector 22 o un cambio en la intensidad del o de los puntos modulados en el detector incremental 22), cuya salida se puede procesar para proporcionar un recuento incremental ascendente / descendente que permite una medición incremental del desplazamiento.
El detector incremental 22 puede comprender por ejemplo, una pluralidad de fotodiodos. En particular, como se entenderá, en las realizaciones en las que se produce una franja de interferencia 26 en el detector incremental 22, el detector incremental 22 puede tener la forma de una electrorejilla, que en otras palabras es una matriz de fotosensores que puede por ejemplo comprenden dos o más conjuntos de sensores fotosensibles interdigitados / entrelazados, detectando cada conjunto una fase diferente de la franja de interferencia 26 en el detector 22. En la Figura 19 se ilustra un ejemplo, en el que se muestra una parte de un detector incremental 22, y en el que los fotodiodos de cuatro conjuntos de fotodiodos A, B, C y D están interdigitados, y las salidas de cada fotodiodo en un conjunto se combinan para proporcionar una única salida, A', B', C 'y D'. Estas salidas después se utilizan para proporcionar señales en
cuadratura. Por ejemplo, A'-C' se podría utilizar para proporcionar una primera señal y B'-D' se podría utilizar para proporcionar una segunda señal que está desfasada 90 grados de la primera señal (por ejemplo, señales Cos y Sin). Como se ilustra, en cualquier instante, todos los fotodiodos de cualquier conjunto detectan la intensidad de la misma fase de la franja de interferencia (si el período de la franja y el período del sensor son los mismos). Esta disposición tiene la ventaja de que, debido a un efecto de filtrado de la óptica, la cabeza lectora 4 es en gran medida inmune a una perturbación de la periodicidad de las marcas de escala periódicas 14. Por lo tanto, la presencia de contaminación y / o una marca de referencia incrustada no afecta significativamente afectar la franja de interferencia detectada por el detector incremental 22. Más detalles de una escala y cabeza lectora de este tipo se describen en el documento US5861953, cuyo contenido completo se incorpora a esta memoria mediante esta referencia. Como se entenderá, la matriz de electrorejilla / fotosensor puede adoptar otras formas, tales como comprender solo tres conjuntos de fotodiodos que están interdigitados, y se pueden utilizar diferentes diseños.
Las Figuras 3 y 4 ilustran cómo se detecta la posición de referencia. Como se ilustra en la sucesión de las Figuras 4 (a) a 4 (d), cuando la cabeza lectora pasa la posición de referencia, la luz de la fuente de luz 18 es bloqueada por la característica 16 en la pista de referencia 12, evitando que alcance el fotodetector de referencia 24, y por lo tanto formando una representación sin imagen en forma de sombra 32 sobre el fotodetector de referencia 24. Como se ilustra, en la realización descrita el fotodetector de referencia 24 es en realidad un "detector dividido" que comprende el primer 28 y el segundo 30 canales de detector separados desplazados entre sí en la dirección de medición. Cada uno de estos dos canales de detección separados mide la intensidad de la luz que incide sobre él y proporciona una salida proporcional a la intensidad medida. La marca de referencia 16 y los primeros 28 y segundos 30 canales de detector separados están configurados de manera que la marca de referencia 16, que puede resolverse mediante los primeros 28 y segundos 30 canales de detector separados comprende una única característica. En otras palabras, la marca de referencia 16 y el primer 28 y el segundo 30 canales de detector separados están configurados de manera que la marca de referencia 16, tal como la ven los primeros 28 y los segundos 30 canales de detector separados comprende una única característica que se puede resolver. De acuerdo con lo que concierne a los primeros 28 y segundos 30 canales de detector separados, la marca de referencia 16 es una marca de referencia de "característica única". Esto asegura que (ignorando el ruido) cada uno de los primeros 28 y segundos 30 canales de detector separados emite una señal de una sola protuberancia / pico o de un solo salto. Esto conduce a una señal de diferencia mucho más limpia (explicada con más detalle a continuación) y, por lo tanto, ayuda a la determinación precisa y fiable de la posición de referencia.
Como se entenderá, en las realizaciones descritas, la marca de referencia es una característica de un solo bloque, ya que sustancialmente refleja / bloquea / absorbe, etc., la luz de manera uniforme. Sin embargo, esto no tiene por qué ser el caso. Por ejemplo, la marca de referencia podría comprender características que no pueden resolverse mediante los primeros 28 y los segundos 30 canales de detector separados. Por ejemplo, las marcas de referencia 16' y 16" ilustradas en la Figura 22 (en la página 8/10 de los dibujos) ilustran marcas de referencia con patrón adecuadas para su uso con la presente invención. La marca de referencia 16' de la Figura 22 comprende un dibujo a cuadros. Sin embargo, los primeros 28 y segundos 30 canales de detector separados no pueden resolver, "ver" o detectar estas características por separado, y como tal la marca de referencia 16' pasa los primeros 28 y segundos 30 canales de detector separados, la salida de los primeros 28 y los segundos 30 canales de detector separados tendrán la forma de una señal de una sola protuberancia / pico o un solo paso, como se ilustra en las Figuras 4, 7 y 21.
En consecuencia, cuando la cabeza lectora 4 se mueve con respecto a la escala 6 en la dirección de medición B, una sombra 32 de las marcas de la escala (en este caso la característica 16) que define la marca de referencia de "característica única" se proyecta primero en el primer canal de detector 28 y después en el segundo canal de detector 30. Por lo tanto, las salidas del primer 28 y el segundo 30 canales de detección descienden cuando la cabeza lectora 4 pasa la posición de referencia, que se ilustra en la parte superior del gráfico en la Figura 4. Como los primeros 28 y los segundos 30 canales de detección están desplazados en la dirección de medición, la caída en la intensidad informada por uno de los canales de detección se retrasa con respecto al otro. En esta realización, la marca de referencia 16 y los primeros 28 y segundos 30 canales de detector están configurados de manera que la posición de referencia se puede determinar determinando cuándo una señal de diferencia 38 de las salidas de los primeros 28 y segundos 30 canales de detector (por ejemplo, obtenida mediante un amplificador diferencial) cruza entre los niveles de umbral superior 41 e inferior 43. Como se ilustra, esta "zona" definida por los dos niveles de umbral 41,43 contiene el punto en el que se cruzan las dos señales 28, 30 (en el punto ilustrado por la línea 34) y, por lo tanto, también contiene el punto en el que cruza la señal de diferencia 38 un valor cero (por ejemplo, en el punto 36). En consecuencia, la posición de referencia se determina realmente como una "zona" de referencia 39 entre dos niveles de umbral 41, 43. Cuando la señal de diferencia está dentro de esta zona 39, la cabeza lectora 4 envía un pulso de referencia, ilustrado esquemáticamente por el pulso 45, al dispositivo controlador / procesador 8. La anchura del pulso de referencia no es mayor que un ciclo de Lissajous de un lissajous que se puede determinar a partir de las señales en cuadratura incremental. Más detalles sobre la detección de una posición de referencia obteniendo la diferencia entre las salidas de dos canales de detección se describen en los documentos US7624513 y US7289042.
Las Figuras 5 a 7 ilustran una segunda realización de la invención. La segunda realización es similar a la primera realización en que también es un aparato codificador transmisivo, y las partes similares comparten números de referencia similares. Una diferencia con la primera realización es que la pista de referencia 112 de la escala 106 define la posición de referencia al tener una marca de referencia 116 de "característica única" (como puede ser resuelto por los elementos del detector de marca de referencia) que permite que una cantidad de luz de la fuente 18 alcance los
primeros 28 y segundos 30 canales de detector del detector de referencia 24 en comparación con el resto de la pista de referencia. Por consiguiente, la escala 6 (y en particular la pista de referencia 112) comprende marcas en forma de marcas de restricción de luz 140 que se extienden a lo largo de la pista de referencia 112. Como en la realización de la Figura 1, estas marcas de restricción de luz 140 no tienen necesariamente que detener por completo la luz que llegue al detector de referencia 24. Más bien podrían, por ejemplo, simplemente reducir la cantidad de luz que llega al detector de referencia 24 en comparación con la marca de referencia 116 de una sola característica.
En esta realización, las marcas de escala (es decir, las marcas de restricción de luz 140) que definen la marca de referencia de característica única 116 proyectan una sombra sobre el detector de referencia 24 durante la mayor parte de la longitud de la escala 106. (En otras palabras, el detector de referencia 24 está en la sombra 140 de la marca de restricción de luz durante la mayor parte de la longitud de la escala). Sin embargo, cuando la cabeza lectora 4 pasa la posición de referencia, la marca de referencia de característica única 116 deja pasar la luz de la fuente 18 a través de la escala 6 y hacia los primeros 28 y segundos 30 canales de detector del detector de referencia 24. Se determina la posición de referencia de manera similar a la anterior, pero como se entenderá, y como se ilustra en el gráfico de la Figura 7, las señales están invertidas.
La invención también se puede utilizar en el aparato codificador reflectante 202, como se ilustra y explica a continuación en relación con las Figuras 10 a 18. En estos casos, la escala 206, 306, 406 está configurada para reflejar la luz de la fuente de luz 204 de la cabeza lectora 218 hacia atrás hacia la cabeza lectora 204. Por ejemplo, haciendo referencia a las Figuras 13 y 14, la cabeza lectora 204 comprende una fuente de luz 218, un detector incremental 222 y un detector de referencia 224 (que comprende el primer 228 y el segundo 230 canales de detector desplazados en la dirección de medición). Estos componentes de la cabeza lectora son sustancialmente los mismos que los descritos en relación con las realizaciones de las Figuras 1 a 9, y funcionan de la misma manera, con la única diferencia de que todos están colocados en el mismo lado de la escala 206. En consecuencia, una franja de interferencia (no mostrada) se crea y es detectada en el detector incremental 222 de la misma manera que se describe con relación a las Figuras 8, 9 y 16, la única diferencia es que los diagramas de rayos de las Figuras 8 y 9 (para las realizaciones de las Figuras 10 a 18) se reflejarían en la escala. Asimismo, la posición de referencia se determina de la misma manera, es decir, encontrando el punto de paso por cero de una señal de diferencia obtenida amplificando diferencialmente la salida de los primeros 228 y segundos 230 canales de detector del detector de referencia 224.
Como se muestra en la realización de la Figura 13, la posición de referencia está definida por una marca de referencia 216 que está configurada para reflejar menos luz hacia el detector de referencia 224 que el resto de la pista de referencia 212. La marca de referencia de característica única 216 podría lograr esto, por ejemplo, absorbiendo o dispersando la luz (o incluso, por ejemplo, permitiendo que viaje a través del sustrato de la escala de modo que no se refleje hacia el detector de referencia 224).
En consecuencia, como se ilustra en la sucesión de las Figuras 15 (a) a (d), para la mayor parte de la longitud 206 de la escala, la luz de la fuente se refleja en la dirección de la cabeza lectora 204. Sin embargo, cuando la cabeza lectora 204 pasa la posición de referencia, se crea una sombra debido a las marcas de la escala que definen la marca de referencia (por ejemplo, en esta realización la propia marca de referencia) y se proyecta sobre el detector de referencia 224, de modo que una representación sin imagen de la pista de la marca de referencia 212 incide sobre el detector de referencia 224. Esta representación de sombra / sin imagen se crea por medio de la marca de referencia de característica única 216 que no refleja tanta luz (por ejemplo, no refleja sustancialmente ninguna luz) hacia la cabeza lectora 204. Esta representación de sombra / sin imagen de la marca de la escala recorre el primero 228 y segundo 230 canales de detector y la posición de referencia se detecta analizando la señal de diferencia obtenida amplificando diferencialmente las salidas del primer 228 y segundo 230 canales de detector para determinar cuándo cruza entre el primer 41 y el segundo 43 umbrales como se describió anteriormente.
En las realizaciones descritas, la fuente de luz 18, 218 es un diodo emisor de luz ("LED") infrarroja.
Como se muestra, la fuente de luz 218 está situada entre el fotodetector incremental 222 y el fotodetector de referencia 224, en una dirección (ilustrada por la flecha A) transversal a la dirección de lectura (ilustrada por la flecha B) de la cabeza lectora. Esto facilita una buena iluminación uniforme tanto de la pista incremental 210 como de la pista de marca de referencia 212. En particular, en esta realización, la fuente de luz 218 está situada de manera sustancialmente equidistante entre el fotodetector incremental 222 y el fotodetector de referencia 224, y está contenida dentro de un área 225 definida por las extensiones externas de los fotodetectores 204 incrementales 222 y de la marca de referencia 224 de la cabeza lectora (ilustrados esquemáticamente por la línea discontinua 227).
En las Figuras 16 a 18 se muestra una realización alternativa. Al igual que en la realización de las Figuras 13 a 15, esta realización es un aparato codificador reflectante y funciona de la misma manera. Sin embargo, en este caso, la marca de referencia 316 está definida por marcas de escala en forma de características de restricción de luz 340 que absorben (o podrían dispersar o permitir la transmisión de) luz de la fuente de luz 218. En consecuencia, el detector de referencia 224 (y en particular, el primer 228 y el segundo 230 canales de detector) se ubican en la sombra de las marcas de la escala que definen la marca de referencia de característica única (es decir, se ubican en la sombra de las características restrictivas de luz 340) para la mayor parte de la longitud de la escala, desde el momento en que pasa la posición de referencia, haciendo de nuevo que una representación sin imagen de la pista de marca de referencia 312 caiga sobre el fotodetector de referencia 224. De nuevo, una señal de diferencia obtenida amplificando
diferencialmente las salidas del primer 228 y segundo 230 canales de detector se puede utilizar para identificar la posición de referencia.
En las realizaciones anteriores, la posición de referencia se define mediante marcas de escala que están contenidas en una pista separada de las marcas de escala que definen la escala incremental. Sin embargo, este no tiene por qué ser necesariamente el caso. Por ejemplo, la Figura 12 muestra una marca de referencia de característica única 416 "embebida", que está contenida en la misma pista que las marcas de escala incrementales. La posición de referencia se puede determinar de la misma manera que en las otras realizaciones descritas.
En las realizaciones descritas en relación con los codificadores reflectantes en las Figuras 13 a 18, se muestra que la fuente de luz 218 está ubicada en un plano que contiene los fotodetectores incrementales 224 y de referencia 224. Sin embargo, como se entenderá, este no tiene por qué ser necesariamente el caso. Por ejemplo, la fuente de luz 218 podría estar situada por encima o por debajo de un plano que contenga los fotodetectores incrementales 224 y / o de referencia 224 (los fotodetectores incrementales 224 y de referencia 224 no necesitan estar necesariamente en el mismo plano).
Por consiguiente, todas las realizaciones anteriores describen sistemas codificadores en los que se usa una disposición de proyección de sombras de la pista de marca de referencia para proporcionar una representación sin imagen de al menos la pista de la marca de referencia en el fotodetector de referencia.
Como se observará, en las realizaciones descritas anteriormente, no se proporcionan lentes ni otros componentes ópticos que alteren la curvatura del frente de onda de la luz de la fuente de luz 18 en la cabeza lectora. Como se entenderá, se podrían utilizar lentes o componentes ópticos pequeños, muy débiles, pero preferiblemente la potencia óptica (en dioptrías, m-1) de dichos componentes ópticos no es mayor que entre -100 a 100, por ejemplo no mayor que entre -50 a 50, por ejemplo no mayor que entre -10 a 10 y en particular no mayor que entre -5 a 5. La omisión de tales componentes ópticos (o el uso de solo componentes ópticos muy débiles) permite proporcionar una cabeza lectora muy compacta. En particular, nuestros inventores han podido proporcionar una cabeza lectora para su uso en un codificador reflectante, la cabeza lectora tiene una altura total de no más de 10 mm y, por ejemplo, no más de 6,7 mm, con una altura total del sistema (parte superior de la cabeza lectora hasta superficie superior de la escala) de menos de 14 mm y, por ejemplo, no más de 7,8 mm. En particular, ha permitido a los inventores reducir la altura entre el fotodetector incremental 22 y la rejilla de difracción / de índice 20 a no más de 2,3 mm.
En las realizaciones anteriores, una posición de referencia se define mediante una marca de referencia de característica única (que se puede resolver mediante el fotodetector o fotodetectores de referencia) y se usa una señal de diferencia obtenida amplificando diferencialmente la salida del primer y segundo canales de detector para identificar la posición de referencia. Como se entenderá, se pueden utilizar otras técnicas diversas para identificar la posición de referencia. Por ejemplo, para ayudar a la detección del paso de la señal de diferencia a través de la zona definida por el primer 41 y el segundo 43 umbrales, se podría utilizar una señal de activación que identifique cuándo la cabeza lectora está en la región de la posición de referencia. El aparato codificador podría estar configurado para determinar únicamente si la señal de diferencia 38 está dentro de la zona definida por el primer 41 y el segundo 43 umbrales en la activación de la señal de activación. La señal de activación se puede obtener mediante el uso de canales de detector adicionales y la obtención de una señal de suma como se explica con más detalle en el documento US7624513. Por ejemplo, la Figura 20 ilustra una realización alternativa de un fotodetector de referencia 224 que comprende el primer 228a, el segundo 228b, el tercer 230a y el cuarto 230b canales de detector. En este caso, se puede obtener una señal de activación obteniendo una señal de "suma" ("sum") y una señal de "diferencia" ("difference") de la siguiente manera:
“sum” = (“228b” “230a”) -(“228a” “230b”)
Como se puede observar, la obtención de la señal de diferencia combina esencialmente las salidas del primer 228a y segundo 228b canales como un canal (equivalente al primer canal 228 de las realizaciones de la Figura 16) y combina las salidas del tercer 230a y el cuarto 230b canales como un canal (equivalente al segundo canal 230 de las realizaciones de las Figuras 16). En consecuencia, la señal de diferencia sería similar a la señal de diferencia 38 que se muestra en la Figura 7. La señal de suma 44 se ilustra en la Figura 21 y se puede utilizar para asegurar que solo un paso por cero obtenido mientras la señal de suma 44 es mayor que un nivel de umbral predeterminado (ilustrado por la línea 46) hace que se determine una posición de referencia. Esto ayuda a evitar falsos disparos cuando las señales de diferencia atraviesan la zona definida por el primer 41 y el segundo 43 umbrales, debido por ejemplo al ruido y / o a errores en la señal obtenida del detector de referencia 224.
Opcionalmente, se pueden proporcionar características adicionales en la escala para indicar a la cabeza lectora que está en la región de una posición de referencia y la cabeza lectora se podría configurar para que solo busque una señal indicativa de una posición de referencia cuando haya recibido tal señal de cebado. Dichas características podrían estar contenidas en otra pista en la escala, podrían ser proporcionadas por una característica no óptica (por ejemplo, características magnéticas detectables por sensores de corredor en la cabeza lectora), o podrían ser características ópticas contenidas en la misma pista que la marca de referencia de característica única. Sin embargo, se entenderá que en este último caso, todavía hay solo una característica que se puede resolver de manera singular que se usa
para definir realmente la posición de referencia y que la cabeza lectora busca para determinar la posición de referencia. Además, no es necesario determinar la posición de referencia obteniendo y analizando una señal de diferencia. Por ejemplo, la cabeza lectora podría comprender solo un único canal de detector cuya salida se analiza, de modo que cuando cruza un umbral predeterminado, se considera que la posición de referencia ha sido identificada.
En las realizaciones descritas anteriormente, se usa una fuente de luz divergente para iluminar las pistas de marcas tanto incrementales como de referencia de la escala. En particular, no se usa ninguna lente en la trayectoria óptica de los sistemas de marcas incrementales o de referencia del aparato codificador. En particular, no se usa ninguna lente entre el componente de emisión de luz de la fuente de luz y los fotodetectores incrementales o de referencia. Esto puede ser ventajoso porque puede reducir significativamente el tamaño y, en particular, la altura de la cabeza lectora. La ausencia de una lente puede ser ventajosa incluso en un aparato codificador en el que no se proporciona ningún sistema de marca de referencia (por ejemplo, ninguna marca de referencia en la escala y / o fotodetector (es) de marca de referencia). Normalmente, en los codificadores incrementales en los que la luz de la fuente es inicialmente difractada por la escala y después por la rejilla de difracción en la cabeza lectora para formar una franja de interferencia en el fotodetector incremental, la fuente de luz comprende una lente, tal como una lente colimadora, para reducir significativamente la divergencia de la luz proyectada hacia la escala. De hecho, esta es la situación en los codificadores SiGNUM y TONiC vendidos por Renishaw plc y, por ejemplo, es la situación descrita en el documento WO2005/124282. Sin embargo, nuestros inventores han descubierto que puede ser ventajoso no utilizar una lente en tal sistema (o utilizar solo una lente de potencia insignificante), por ejemplo, para hacer que la cabeza lectora sea más compacta. Este es el caso, tanto si el aparato codificador utiliza una marca de referencia como si no.
Claims (11)
1. Un aparato codificador (202) que comprende:
una escala de amplitud (206) que comprende características de escala en al menos una pista (210, 212) que definen una serie de marcas de escala incrementales y al menos una marca de referencia (216);
una cabeza lectora (204) que comprende una fuente de luz (218), una rejilla de difracción (220), un fotodetector incremental (222) y un fotodetector de referencia (224) que comprende al menos dos canales de detector, estando las características que definen la al menos una marca de referencia configuradas de tal manera que la al menos una marca de referencia que puede resolverse por cada uno de los al menos dos canales de detector comprende una única característica,
en el que el aparato codificador está configurado de manera que la luz de la fuente interactúa primero con las marcas de escala incrementales para producir un primer conjunto de órdenes de difracción que después interactúan con la rejilla de difracción para producir órdenes de difracción adicionales que se combinan para producir en el fotodetector incremental una franja de interferencia (26) que varía con el movimiento relativo de la escala y la cabeza lectora, y
en el que la disposición óptica del codificador es tal que una representación sin imagen de al menos la pista en la que está contenida la al menos una marca de referencia incide sobre el fotodetector de referencia.
2. Un aparato codificador de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el aparato codificador está configurado de modo que las características de la escala al menos en la pista en la que está contenida la al menos una marca de referencia modulan la intensidad de la luz que emana de la fuente que llega al detector de referencia de manera que se proporciona una disposición de proyección de sombras de al menos la pista en la que está contenida la marca de referencia para detectar la marca de referencia.
3. Un aparato codificador de acuerdo con la reivindicación 1, estando configurado el aparato codificador para determinar una señal de diferencia (38) de la salida de los al menos dos canales de detector.
4. Un aparato codificador de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la escala es una escala reflectante.
5. Un aparato codificador de acuerdo con la reivindicación 1, en el que las marcas de escala incrementales y la al menos una marca de referencia están contenidas en pistas separadas en la escala.
6. Un aparato codificador según la reivindicación 1, en el que una representación sin imagen de solo la pista que contiene la al menos una marca de referencia incide sobre el fotodetector de referencia.
7. Un aparato codificador de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la al menos una marca de referencia es sustancialmente ópticamente uniforme en toda su extensión.
8. Un aparato codificador de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la al menos una marca de referencia permite que una cantidad de luz relativamente mayor alcance el fotodetector de referencia.
9. Un aparato codificador de acuerdo con la reivindicación 1, en el que las características de la escala definen una pluralidad de marcas de referencia separadas, cada una de las cuales define una posición de referencia diferente.
10. Un aparato codificador de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la potencia óptica, en dioptrías, de cualquier componente óptico en la trayectoria óptica entre la fuente de luz y el fotodetector de referencia está entre -100 y 100.
11. Un aparato codificador según la reivindicación 1, en el que la fuente de luz comprende una fuente de luz divergente.
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