本發(fā)明一般涉及精密測量儀器，并且特別涉及可被用作手持儀器(比如卡尺)的絕對位置編碼器。

背景技術(shù)：

可獲得各種位置傳感器，比如光學(xué)式，電容式以及電感式傳感器。這些傳感器可在讀頭中采用發(fā)射器和接收器以測量其相對于標(biāo)尺的運(yùn)動。一些類型的傳感器對污染敏感，導(dǎo)致在制造或者車間環(huán)境中使用它們是不切實(shí)際的。相比之下，電感式傳感器可免受顆粒物，油，水和其他流體的污染。美國專利號6,011,389(‘389專利)，特此將其完整地作為參考合并于此，描述了一種可用于高準(zhǔn)確度場合的感應(yīng)電流位置傳感器。美國專利號5,973,494(‘494專利)，特此將其完整地作為參考合并于此，描述了增量位置電感式卡尺以及線性標(biāo)尺，包括信號發(fā)生和處理電路。美國專利號5,886,519，5,841,274，和5,894,678，特此將其每一個完整地作為參考合并于此，描述了絕對位置電感式卡尺以及采用感應(yīng)電流傳感器的電子卷尺。如這些專利所述，采用公知的印刷電路板技術(shù)所述的感應(yīng)電流傳感器是容易制造的。

不同感應(yīng)電流傳感器(以及其它類型的傳感器)的實(shí)施例可被實(shí)施為增量或者絕對位置編碼器。一般來說，增量位置傳感器采用標(biāo)尺，所述標(biāo)尺允許讀頭相對于標(biāo)尺的位移通過位移累加增量單元來確定，沿著標(biāo)尺從初始點(diǎn)開始。然而，在特定的場合中，比如那些編碼器使用在低能耗設(shè)備中的場合，更希望的是使用絕對位置編碼器。絕對位置編碼器提供獨(dú)特的輸出信號，或者信號組合，在沿著標(biāo)尺的(讀頭的)每一個位置。它們不需要連續(xù)累加增量位移以便于識別位置。因此，絕對位置編碼器允許各種節(jié)能方案。

除了針對絕對感應(yīng)電流傳感器的上述專利‘519,‘274和‘678，美國專利號3,882,482，5,965,879，5,279,044，5,237,391，5,442,166，4,964,727，4,414,754，4,109,389，5,773,820，5,010,655，6,335,618以及美國專利公開號2015/___________(序列號14/303，266，2014年6月12日提交；2014-08)也公開了各種編碼器配置和/或絕對編碼器相關(guān)的信號處理技術(shù)，特此將其每一個完整地作為參考合并于此。然而，這些公開的系統(tǒng)中很多未能夠教導(dǎo)對測量誤差具有穩(wěn)定性的配置，所述測量誤差是由于非期望的引入到讀頭和標(biāo)尺之間的間隙變化，或者非期望的讀頭相對于標(biāo)尺軸線的橫滾，俯仰和/或偏航。比如，如圖1所示，雖然讀頭164和標(biāo)尺102之間被配置為沿著標(biāo)尺102長度方向的保持特定的設(shè)計(jì)的(期望的)均勻間隙，以允許讀頭相對于標(biāo)尺的滑移運(yùn)動，使卡尺正常運(yùn)行，但實(shí)際的間隙可比設(shè)計(jì)的間隙大或小，以及可由于比如制造缺陷沿著標(biāo)尺軸線防線不均勻。如圖1進(jìn)一步所示，雖然讀頭164的軸線被設(shè)計(jì)為處于與標(biāo)尺102的軸線平行的位置，但實(shí)際的讀頭軸線可由于比如制造缺陷繞著X，Y或者Z軸橫滾，俯仰或者偏航。在間隙，橫滾，俯仰或者偏航方面即使是微小的偏差也可導(dǎo)致在高精度絕對位置編碼器比如卡尺中不希望的測量誤差。希望的是，對這些類型的測量誤差具有穩(wěn)定性的絕對編碼器改進(jìn)構(gòu)造。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

提供這篇概要以簡化形式來介紹在下述具體實(shí)施方式中作進(jìn)一步描述的概念選項(xiàng)。該概要既不意圖識別要求保護(hù)的主題的關(guān)鍵特征，也不意圖被用作幫助來確定要求保護(hù)的主題的范圍。

電子絕對位置編碼器被設(shè)置，可被實(shí)施的，比如，在高精度卡尺中。編碼器包括標(biāo)尺，所述標(biāo)尺包括沿著測量軸線延伸的第一標(biāo)尺軌道以及包括第一信號調(diào)制標(biāo)尺圖案。第一信號調(diào)制標(biāo)尺圖案包括周期圖案部件和與周期圖案部件組合或者疊加到其上的漸進(jìn)圖案變化部件。周期圖案部件包括作為沿著第一標(biāo)尺軌道的位置函數(shù)的周期區(qū)域調(diào)制或者周期材料特征調(diào)制中的至少一個。漸進(jìn)圖案變化部件包括作為在第一范圍之上沿著第一標(biāo)尺軌道的位置函數(shù)的漸進(jìn)區(qū)域變化或者漸進(jìn)材料特征變化中的至少一個。

電子絕對位置編碼器進(jìn)一步包括探測器，探測器包括沿著第一標(biāo)尺軌道對齊的至少一個第一組傳感元件(所述第一組傳感元件形成讀頭)。第一組傳感元件被配置為提供第一組探測器信號，所述第一組探測器信號響應(yīng)包括周期和漸進(jìn)圖案部件的第一信號調(diào)制標(biāo)尺圖案，并且所述第一組探測器信號指示探測器沿著第一標(biāo)尺軌道的位置。

電子絕對位置編碼器還進(jìn)一步包括信號處理器，所述信號處理器被配置為基于來自探測器的探測器信號確定探測器沿著標(biāo)尺的絕對位置。

根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施例，探測器的第一組傳感元件包括N個空間相位傳感元件(比如，導(dǎo)電線圈)以及附加地至少第一參照傳感元件(比如，附加導(dǎo)電線圈)。N個空間相位傳感元件被配置為提供N個各自的信號，并且位于其各自的沿著探測器上的測量軸線方向的N個位置。N個位置每一個對應(yīng)于傳感周期圖案部件的獨(dú)特的第N個空間相位，以及沿著漸進(jìn)圖案變化部件對應(yīng)的第N個位置。

附加的第一參照傳感元件位于探測器上的第一參照位置，所述第一參照位置沿著測量軸線方向以第一參照距離間隔分開，所述第一參照距離對應(yīng)于相對N個空間相位傳感元件的第一空間相位傳感元件的360度的整數(shù)倍數(shù)的空間相位移動。第一空間相位傳感元件提供對應(yīng)于周期圖案部件的第一空間相位的第一信號，以及沿著漸進(jìn)圖案變化部件的第一位置。

第一參照傳感元件，位于探測器上的第一參照位置，因而提供對應(yīng)于周期圖案部件第一空間相位的第一參照信號，以及沿著漸進(jìn)圖案變化部件的對應(yīng)的第一參照位置。第一信號和第一參照信號名義上包括來自對應(yīng)于第一空間相位的周期圖案部件的類似信號貢獻(xiàn)，(因?yàn)榈谝豢臻g相位傳感元件和第一參照傳感元件是以360度的整數(shù)倍數(shù)空間相位移動的)以及第一信號和第一參照信號的差異是由于其來自漸變圖案變化部件的信號貢獻(xiàn)的差異。

第一信號和第一參照信號不是靜態(tài)地彼此相連并且它們促成信號處理器的獨(dú)立輸入信號。第一信號和第一參照信號之間的由于第一參照距離的差異是第一信號差異，所述第一信號差異指示用于通過第一組探測器信號展示出第一漸變信號變化的標(biāo)尺因子M1，其中第一漸變信號變化是由于作為沿著第一標(biāo)尺軌道探測器位置函數(shù)的漸變圖案變化部件。

如上所述的由電子絕對位置編碼器得出的標(biāo)尺因子M1繼而可被用于確定第一漸進(jìn)信號變化的斜率，所述斜率可被用于計(jì)算讀頭相對于標(biāo)尺的絕對位置。在現(xiàn)有技術(shù)的編碼器中，非期望的引入到讀頭和標(biāo)尺之間的間隙會引起漸進(jìn)信號變化的斜率偏離意圖的斜率，需要確定實(shí)際的斜率以便于補(bǔ)償由于間隙偏差的測量誤差。包括附加參照傳感元件電子絕對位置編碼器的新穎配置可以容易地測量讀頭具有的漸變信號變化的實(shí)際斜率，所述附加參照傳感元件提供可用于計(jì)算標(biāo)尺因子M1的冗余空間相位信號。

根據(jù)進(jìn)一步的示例性實(shí)施例，探測器包括附加的第二參照傳感元件，所述第二參照傳感元件，在與N個空間相位傳感元件的第二空間相位傳感元件的合作下，提供指示漸變信號變化標(biāo)尺因子M1的第二信號差異。更進(jìn)一步，探測器可包括第三參照傳感元件，所述第三參照傳感元件，在與N個空間相位傳感元件的第三空間相位傳感元件的合作下，提供指示漸變信號變化標(biāo)尺因子M1的第三信號差異。第一，第二和/或第三信號差異的組合繼而可被用于在提高準(zhǔn)確度的情況下確定漸變信號變化的標(biāo)尺因子M1。

根據(jù)更進(jìn)一步的示例性實(shí)施例，標(biāo)尺包括，除第一標(biāo)尺軌道之外，沿著測量軸線方向的第二標(biāo)尺軌道，所述第二標(biāo)尺軌道包括與第一標(biāo)尺軌道平行的第二信號調(diào)制標(biāo)尺圖案。第二信號調(diào)制標(biāo)尺圖案包括周期圖案部件和與周期圖案部件組合或者疊加到其上的漸進(jìn)圖案變化部件。探測器包括，除第一組傳感元件之外，沿著第二標(biāo)尺軌道對齊的域第一傳感元件平行的第二組傳感元件。第二組傳感元件被配置為提供第二組探測器信號，所述第二組探測器信號響應(yīng)第二信號調(diào)制標(biāo)尺圖案，并且所述第二組探測器信號指示探測器沿著第二標(biāo)尺軌道的位置。第二組傳感元件包括K個空間相位傳感元件和附加地至少主要參照傳感元件。主要參照傳感元件位于探測器上以一定距離間隔分開的位置，所述距離對應(yīng)于相對K個空間相位傳感元件的主要空間相位傳感元件的360度的整數(shù)倍數(shù)的空間相位移動。主要空間相位傳感元件提供對應(yīng)于第二標(biāo)尺軌道的周期圖案部件的主要空間相位的主要信號，以及沿著第二標(biāo)尺軌道的漸進(jìn)圖案變化部件的主要位置。主要參照傳感元件被配置為提供對應(yīng)于第二標(biāo)尺軌道的周期圖案部件的主要空間相位的主要參照信號，以及對應(yīng)的沿著第二標(biāo)尺軌道的漸進(jìn)圖案變化部件的主要參照位置。主要信號和主要參照信號名義上包括來自第二標(biāo)尺軌道的周期圖案部件的類似信號貢獻(xiàn)，(因?yàn)橹饕臻g相位傳感元件和主要參照傳感元件是以360度的整數(shù)倍數(shù)空間相位移動的)以及主要信號和主要參照信號的差異是由于其來自第二標(biāo)尺軌道的漸變圖案變化部件的信號貢獻(xiàn)的差異。主要信號和主要參照信號之間的差異是主要信號差異，所述主要信號差異指示第二組探測器信號具有的第二漸變信號變化的標(biāo)尺因子M2，其中第二漸變信號差異是由于沿著第二標(biāo)尺軌道作為探測器位置函數(shù)的漸變圖案變化部件。

如上所述的由電子絕對位置編碼器得出的標(biāo)尺因子M1和M2繼而可被用于補(bǔ)償(例如抵消)原本可由于讀頭相對于標(biāo)尺測量軸線的橫滾，俯仰和/或偏航出現(xiàn)的測量誤差。比如，標(biāo)尺因子M1和M2可被用于分別提供第一漸變信號變化的實(shí)際斜率和第二漸變信號變化的實(shí)際斜率，其中第一和第二漸變信號變化分別包括由于讀頭相對于標(biāo)尺測量軸線的橫滾，俯仰和/或偏航的誤差成分。當(dāng)M2倍配置為大致為等于M1的負(fù)值，M1和M2可被組合來抵消這些由于讀頭橫滾，俯仰和/或偏航的誤差成分。

附圖說明

圖1是手工工具卡尺的分解的等軸測視圖，合并包括標(biāo)尺和探測器(讀頭)的本發(fā)明的實(shí)施例。

圖2是包括以空間波長"λ"間隔分開的四個標(biāo)尺元件的標(biāo)尺部分俯視圖，包括傳感元件(導(dǎo)電線圈)的探測器被定位為相對于該標(biāo)尺產(chǎn)生探測器信號。

圖3A-3C分別是示意性示出的來自三個不同探測器(比如在讀頭中)配置的探測器信號輸出圖，和與類似的信號調(diào)制標(biāo)尺圖案組合使用時(shí)一樣。

圖4是包括四個標(biāo)尺元件的標(biāo)尺部分俯視圖，探測器被定位為相對于所述四個標(biāo)尺元件產(chǎn)生包括冗余空間相位信號的探測器信號，所述探測器包括四個包括一個參照傳感元件的傳感元件，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例所述參照傳感元件被配置為提供冗余空間相位信號。

圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電子絕對位置編碼器示例性部件的框圖。

圖6是示意性示出根據(jù)本發(fā)明的依賴于空間的DC偏移和依賴于空間的來自探測器(讀頭)的在標(biāo)尺上作為位置函數(shù)的輸出信號的相位位置的圖表。

圖7是包括六個標(biāo)尺元件的標(biāo)尺部分的俯視圖，探測器被定位為相對于所述標(biāo)尺部分包括兩個冗余空間相位信號的探測器信號，所述探測器包括六個包括兩個參照傳感元件的傳感元件，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例所述兩個參照傳感元件分別被配置為提供兩個冗余空間相位信號。

圖8是包括六個標(biāo)尺元件的標(biāo)尺部分的俯視圖，探測器被定位為相對于所述標(biāo)尺部分產(chǎn)生包括三個冗余空間相位信號的探測器信號，所述探測器包括六個包括三個參照傳感元件的傳感元件，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例所述三個參照傳感元件分別被配置為提供三個冗余空間相位信號。

圖9是包括第一標(biāo)尺軌道和第二標(biāo)尺軌道的標(biāo)尺的部分的俯視圖，探測器被定位為相對于所述標(biāo)尺部分分別產(chǎn)生第一組探測器信號和第二組探測器信號，根據(jù)本發(fā)明所述探測器包括第一組傳感元件和第二組傳感元件。

具體實(shí)施方式

圖1是手工工具型卡尺100的分解的等軸測視圖，包括具有第一標(biāo)尺軌道102a的標(biāo)尺102，所述標(biāo)尺沿著測量軸線(MA)延伸并包括信號調(diào)制標(biāo)尺圖案170?？ǔ?00是適于合并/集成根據(jù)本發(fā)明的電子絕對位置編碼器的產(chǎn)品的一個示例。如圖1所示，標(biāo)尺102可包括基底168，信號調(diào)制標(biāo)尺圖案170可被形成在或者附連至基底168上，并且所述基底168可由具有基本上矩形截面的剛性或者半剛性條狀物組成。一對橫向突出的固定爪部108和110整體地形成在標(biāo)尺102的第一端部112附近。對應(yīng)的一對橫向突出的活動爪部116和118形成在滑塊組件120上，所述滑塊組件包括讀頭(readhead)或者探測器164。在本說明書中，術(shù)語“讀頭”和“探測器”被可相互替換地以及同義地使用。

通過將物體放置在爪部108和116上的一對接合表面之間測量物體的外徑。類似地，通過將爪部110和118放置在物體內(nèi)測量物體的內(nèi)徑。爪部110和118的接合表面122被定位為接觸被測量物體上的表面。接合表面122和114被定位為使得當(dāng)爪部108和116的接合表面114彼此接觸時(shí)，爪部110和118的接合表面122彼此對齊。在這個位置，卡尺100測量的內(nèi)徑和外徑的零位置(未示出)都應(yīng)該為零。

卡尺100還包括深度條126，所述深度條附連至滑塊組件120。深度條126從標(biāo)尺102處縱長地突出(被接收在滑塊組件120中)并且終止于接合端部128。深度條126的長度使得當(dāng)卡尺100在零位置時(shí)，接合端部128與標(biāo)尺102的第二端部132平齊。通過將標(biāo)尺102的第二端部132擱在其中形成有孔的表面上并且將深度條126延伸入孔內(nèi)直至端部128觸碰到孔的底部，卡尺100可以測量孔的深度。

不論是使用外部測量爪部108和116，內(nèi)部測量爪部110和118，還是深度條126進(jìn)行測量，被測尺寸都顯示在常規(guī)的數(shù)字顯示器138上，所述數(shù)字顯示器138被安裝在滑塊組件120的覆蓋件139上。一對按鈕開關(guān)134和136也被安裝在覆蓋件139上。開關(guān)134打開和關(guān)閉滑塊組件120的信號處理和顯示電子電路166。開關(guān)136被用于將顯示器138重置為0。

如圖1所示，滑塊組件120包括具有引導(dǎo)邊緣142的基部140。當(dāng)滑塊組件120橫跨標(biāo)尺102時(shí)，引導(dǎo)邊緣142與標(biāo)尺102的側(cè)邊緣146接觸。這確保了卡尺的準(zhǔn)確操作。一對螺釘147使彈性壓力條148偏置抵靠在標(biāo)尺102的配合邊緣以消除滑塊組件120和標(biāo)尺102之間的自由游隙。

深度條126插入到形成在標(biāo)尺102底側(cè)部的深度條凹槽152中。深度條凹槽152沿著標(biāo)尺102底側(cè)部延伸為深度條126提供間隙。深度條126被端部止動件154保持在深度條凹槽152中。端部止動件154在第二端部132處附連至標(biāo)尺102的底側(cè)部。端部止動件154也防止滑塊組件在操作中在第二端部132處不經(jīng)意地從標(biāo)尺102脫離。

滑塊組件120也包括在標(biāo)尺102上方安裝在基部140上的傳感器組件(pickoff assembly)160。因而，基部140和傳感器組件160作為單元移動。傳感器組件160包括基底162，比如常規(guī)的印刷電路板?；?62在其下表面(所述下表面面對信號調(diào)制標(biāo)尺圖案170)支承渦流讀頭(探測器)164。信號處理和顯示電子電路166安裝在基底162的上表面上。彈性密封件163被壓縮在覆蓋件139和基底162之間以防止信號處理和顯示電子電路166的污染。讀頭164的底側(cè)部被薄的、耐用的絕緣涂層167(在一個特定的說明性示例中可能大約50mm厚)覆蓋。保護(hù)絕緣層172(在一個特定的說明性示例中可能至多大約100mm厚)可覆蓋信號調(diào)制標(biāo)尺圖案170。保護(hù)層172可包括印刷標(biāo)記，如圖1所示。

滑塊組件120承載探測器164使得探測器通過空氣間隙與標(biāo)尺102略微地隔開，所處空氣間隙形成在各自的絕緣涂層167和172之間。在一個特定的說明性示例中空氣間隙可以是大約0.5mm數(shù)量級的。

此外參考圖2，標(biāo)尺102的第一標(biāo)尺軌道102a沿著測量軸線(MA)方向延伸，并且包括信號調(diào)制標(biāo)尺圖案170，所述信號調(diào)制標(biāo)尺圖案170的一個區(qū)段在圖2中通過四個標(biāo)尺元件173a-173d示出。根據(jù)其信號感應(yīng)功能，信號調(diào)制標(biāo)尺圖案170包括周期圖案部件和漸進(jìn)圖案變化部件。周期圖案部件和漸進(jìn)圖案變化部件分別在探測器164所包含的傳感元件174中產(chǎn)生(或感應(yīng))信號(或信號貢獻(xiàn))。在本說明書中，術(shù)語“信號”和“信號貢獻(xiàn)”可被可相互替換地使用，并且“信號”可指示在正常操作中不會被隔離的信號，即，由于比如暫時(shí)或者永久的連接配置可與其他信號組合或混合的信號。

探測器164和信號調(diào)制標(biāo)尺圖案170可形成渦流換能器，所述渦流換能器在一個實(shí)施中通過產(chǎn)生變化的磁場來運(yùn)行。在一些實(shí)施例中可通過在傳感元件174中提供變化的電流提供變化的磁場，以在位于變化的磁場內(nèi)部的信號調(diào)制標(biāo)尺圖案170的一個或者多個相鄰標(biāo)尺元件173a-173d中產(chǎn)生循環(huán)電流(被稱為渦流)。標(biāo)尺元件173a-173d由導(dǎo)電材料形成，比如金屬(比如銅)盤。探測器164的傳感元件174的有效電感被各自的傳感元件173a-173d的各自的渦流影響，以對應(yīng)地提供絕對位置探測器信號，所述絕對位置探測器信號具有沿著第一標(biāo)尺軌道102a的絕對信號范圍變化的信號特征，以獨(dú)特地指示傳感元件174沿著絕對信號范圍的各自的位置。

如上所述，信號調(diào)制標(biāo)尺圖案170包括周期圖案部件和漸進(jìn)圖案變化部件。在圖2中，周期圖案部件指的是由沿著四個標(biāo)尺元件173a-173d測量軸線方向(MA)的周期布置提供的周期區(qū)域調(diào)制，所述四個標(biāo)尺元件以空間波長L＝λ等距地間隔分開。周期圖案部件因而產(chǎn)生指示沿著第一標(biāo)尺軌道102a的周期增量的信號貢獻(xiàn)。周期圖案部件包括作為沿著第一標(biāo)尺軌道102a位置的函數(shù)的周期區(qū)域調(diào)制。周期圖案部件可能可選地或者附加地指的是周期材料特征調(diào)制，所述周期材料特征調(diào)制通過配置標(biāo)尺元件173a-173d以在其信號響應(yīng)方面具有相同的材料特征而提供。比如，標(biāo)尺元件173a-173d可用具有相同信號響應(yīng)特征的相同金屬材料包覆，其沿著第一標(biāo)尺軌道102a周期性地出現(xiàn)?？偠灾芷趫D案部件包括作為沿著第一標(biāo)尺軌道102a位置的函數(shù)的周期區(qū)域調(diào)制或者周期材料特征調(diào)制中的至少一個。

在圖2中，漸進(jìn)圖案變化部件，另一方面，指的是漸進(jìn)區(qū)域變化，所述漸進(jìn)區(qū)域變化通過在絕對信號范圍之上沿著第一標(biāo)尺軌道102a逐漸變化標(biāo)尺元件173a-173d的有效寬度尺寸W(i)提供，其中i表示沿著測量軸線MA的第i個標(biāo)尺元件。在圖2中，有效寬度尺寸W(i)從左到右，從標(biāo)尺元件173a到標(biāo)尺元件173d根據(jù)變化的占空比以恒定的空間波長L＝λ逐漸減少。在各種示例性實(shí)施例中，有效寬度尺寸W在相鄰的標(biāo)尺元件之間優(yōu)選地變化至多5％和更優(yōu)選地變化至多2％。變化的有效寬度尺寸W(i)根據(jù)W(i)提供不同的渦流響應(yīng)(或者對探測器信號的不同渦流效應(yīng))。漸進(jìn)圖案變化部件因而產(chǎn)生沿著第一標(biāo)尺軌道102a變化的信號貢獻(xiàn)。也就是說，漸進(jìn)圖案變化部件包括作為沿著第一標(biāo)尺軌道102a的位置的函數(shù)的漸進(jìn)區(qū)域變化。在其他實(shí)施例中，漸進(jìn)區(qū)域變化可由逐漸變化標(biāo)尺元件173a-173d的其他尺寸提供，比如其沿著Y軸的有效長度尺寸和/或其沿著Z軸的有效深度/高度尺寸(比如通過將標(biāo)尺元件173a-173d形成凹陷部/凸起部)。更進(jìn)一步，漸進(jìn)區(qū)域變化(比如有效寬度/長度/深度/高度尺寸的變化)中的任意一個或更多個可被結(jié)合以形成另一類型的漸進(jìn)區(qū)域變化。漸進(jìn)圖案變化部件可能可選地或者附加地指的是漸進(jìn)材料特征變化，所述漸進(jìn)材料特征變化通過配置標(biāo)尺元件173a-173d以在其對探測器信號響應(yīng)的作用方面具有變化的材料特征(比如，采用不同的金屬材料，和/或不同的厚度，或這些材料的混合物等)提供?？偠灾?，漸進(jìn)圖案變化部件包括作為沿著第一標(biāo)尺軌道102a的位置函數(shù)的漸進(jìn)區(qū)域變化或者漸進(jìn)材料特征變化中的至少一個。

在各種實(shí)施中，標(biāo)尺102和/或信號調(diào)制標(biāo)尺圖案179可采用各種技術(shù)制造。比如，在一個實(shí)施中基底168可以是導(dǎo)電塊體材料(比如鋁)。周期圖案部件和漸進(jìn)圖案變化部件因而以組合或疊加的方式被提供，通過成形機(jī)加工或者以其他方法形成基底168，以提供第一信號調(diào)制標(biāo)尺圖案170。比如，標(biāo)尺元件173a-173d通過機(jī)加工或沖壓或蝕刻基底168形成為凸起的區(qū)域，并且其被周期性地布置以提供周期圖案部件，同時(shí)標(biāo)尺元件173a-173d的一個或更多個尺寸和/或材料特征沿著絕對信號范圍變化因而提供漸進(jìn)圖案變化部件。在另一實(shí)施中，基底168可以是非導(dǎo)電印刷電路板基底，帶有沉積或疊壓到其上的導(dǎo)電(比如銅)層。周期圖案部件和漸進(jìn)圖案變化部件因而以組合或疊加的方式被提供，通過機(jī)加工或者以其他方法形成導(dǎo)電層，以提供第一信號調(diào)制標(biāo)尺圖案170。比如，標(biāo)尺元件173a-173d通過光刻膠制圖(photoresist patterning)或蝕刻形成為導(dǎo)電區(qū)域，并且其被周期性地布置以提供周期圖案部件，同時(shí)標(biāo)尺元件173a-173d的一個或更多個尺寸和/或材料特征沿著絕對信號范圍變化因而提供漸進(jìn)圖案變化部件。

圖3A-3C分別是示意性示出的來自三個不同傳感元件174(比如，和在三個讀頭探測器的不同實(shí)施例中使用時(shí)一樣)的探測器信號輸出圖，和與對于三個圖類似的信號調(diào)制標(biāo)尺圖案170組合使用時(shí)一樣。圖3A示出了來自信號傳感元件174的空間周期探測器信號輸出(由明顯的有效電感表示，單位為nH)的包絡(luò)線(envelope)，所述信號傳感元件174是包括3個線匝的導(dǎo)電線圈，其中標(biāo)尺元件173a-173d的有效寬度尺寸W(i)沿著在絕對信號范圍之上的位置(mm)沿著第一標(biāo)尺軌道102a的該示例變化1％?？臻g周期探測器信號的包絡(luò)線特征在于略微地減少的上信號峰值USP1以及沿著曲線更陡峭地減少的下信號峰值，峰間幅值(peak-to-peak amplitude)PP1在絕對信號范圍之上沿著第一標(biāo)尺軌道102a強(qiáng)烈變化(向增加的位置增加)。第一標(biāo)尺102a的該示例的由于周期圖案部件的周期探測器信號主要地促成峰間幅值PP1，所述峰間幅值包括DC偏移值DC1，所述DC偏移值DC1在絕對信號范圍之上沿著第一標(biāo)尺軌道102a變化。

圖3B示出了來自包括信號傳感元件174的探測器164的探測器信號輸出，所述信號傳感元件174是包括10個線匝的導(dǎo)電線圈，其中標(biāo)尺元件173a-173d的有效寬度尺寸W(i)沿著在第一標(biāo)尺軌道102a的該示例的絕對信號范圍之上的位置(mm)以1％變化。探測器信號輸出特征在于沿著略微彎曲的線下降的上信號峰值USP2以及類似地沿著略微彎曲的線下降的下信號峰值LSP2，峰間幅值PP2在絕對信號范圍之上沿著第一標(biāo)尺軌道102a輕微變化。第一標(biāo)尺102a的該示例的由于周期圖案部件的周期探測器信號主要地促成峰間幅值PP2，所述峰間幅值包括DC偏移值DC2，所述DC偏移值DC2沿著略微彎曲的線在絕對信號范圍之上沿著第一標(biāo)尺軌道102a變化(減少)。在圖3B中，峰間幅值PP2的變化比峰間幅值PP1的變化明顯小。然而，DC偏移值DC2以略微非線性的方式變化。

圖3C示出了來自包括信號傳感元件174的探測器164的探測器信號輸出，所述信號傳感元件174是包括7個線匝的導(dǎo)電線圈，其中標(biāo)尺元件173a-173d的有效寬度尺寸W(i)沿著在第一標(biāo)尺軌道102a的該示例的絕對信號范圍之上的位置(mm)變化0.25％。探測器信號輸出特征在于沿著基本直線下降的上信號峰值USP3以及類似地沿著基本直線下降的下信號峰值LSP3，峰間幅值PP3在絕對信號范圍之上沿著第一標(biāo)尺軌道102a僅輕微變化。第一標(biāo)尺102a的該示例的由于周期圖案部件的周期探測器信號主要地促成峰間幅值PP3，所述峰間幅值包括DC偏移值DC3，所述DC偏移值DC3沿著基本直線在絕對信號范圍之上沿著第一標(biāo)尺軌道102a變化(減少)。

已被發(fā)現(xiàn)的是，一種配置，，其中當(dāng)DC偏移值在絕對信號范圍之上沿著標(biāo)尺軌道基本線性地變化時(shí)峰間幅值PP基本恒定，這種配置對測量誤差具有高度抗性(較不敏感)，所述測量誤差是由于探測器164和標(biāo)尺102之間的非期望的間隙。更一般地，DC偏移值和峰間幅值二者可以從標(biāo)尺軌道的一端到另一端大幅地變化。仔細(xì)的傳感器設(shè)計(jì)可以減少峰間幅值變化(比如，如圖3B或3C所示)。同樣地，仔細(xì)的標(biāo)尺設(shè)計(jì)可以使DC變化高度線性(比如，如圖3C所示)。已經(jīng)被確定的是，小的峰間幅值變化和線性的DC偏移變化對于準(zhǔn)確的絕對位置測量是希望的特性。在各種布置中，DC偏移值的變化在沿著標(biāo)尺軌道102a相同位置變化之上可至少和周期探測器信號的峰間幅值的變化一樣大(優(yōu)選地至少2倍大小)。

圖4是包括信號調(diào)制標(biāo)尺圖案170的標(biāo)尺軌道102a的部分的俯視圖，喜好調(diào)制標(biāo)尺圖案包括四個標(biāo)尺元件173a-173d。信號調(diào)制標(biāo)尺圖案170包括周期圖案部件和漸進(jìn)圖案變化部件，所述周期圖案部件由四個標(biāo)尺元件173a-173d周期性布置提供，所述漸進(jìn)圖案變化部件由標(biāo)尺元件173a-173d的變化的有效寬度尺寸W(i)提供。比如，四個標(biāo)尺元件173a-173d的配置可與用于產(chǎn)生如上所述的圖3C中的探測器信號輸出的配置類似。

圖4還圖示了探測器164，所述探測器包括四個傳感元件A，B，C和RA，被配置為提供一組探測器信號，所述一組探測器信號響應(yīng)信號調(diào)制標(biāo)尺圖案170，并且指示探測器164沿著標(biāo)尺軌道102a的位置。

圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電子絕對位置編碼器示例性部件的框圖。圖1中類似地公開的元件以圖1中使用的相同的附圖標(biāo)記識別，所述圖1圖示了合并電子絕對位置編碼器的卡尺100。電子絕對位置編碼器100包括標(biāo)尺102和探測器164，所述標(biāo)尺102和探測器164一起形成換能器。電子絕對位置編碼器100包括適合的用戶界面特征，比如顯示屏138和用戶可操作開關(guān)134、136。電子絕對位置編碼器可附加地包括電源165。所有這些元件聯(lián)接到信號處理器(或信號處理和控制單元)，所述信號處理器可作為信號處理和顯示電子電路(信號處理器)166被實(shí)施。信號處理器166接收來自探測器164的探測器信號并且采用接收的探測器信號來確定探測器164沿著標(biāo)尺軌道102a的絕對位置。

返回參考圖4，傳感元件包括N(在這個示例中為3)個空間相位傳感元件A，B和C，以及第一參照傳感元件RA?？臻g相位傳感元件被配置為提供N(3)個各自的信號，并且位于其各自的沿著探測器164上的測量軸線(MA)方向的N(3)個位置。N個位置每一個對應(yīng)于傳感周期圖案部件的獨(dú)特的第N個空間相位，以及沿著漸進(jìn)圖案變化部件對應(yīng)的第N個位置。

在圖4的示例中，空間相位傳感元件A，B和C分別以其間相等的間隔距離(SEP)沿著探測器測量軸線MA定位。如圖4中所示，間隔距離SEP等于(2/3)*λ?？臻g相位傳感元件A，B和C分別傳感周期圖案部件0、240和120度的空間相位，以及沿著漸進(jìn)圖案部件的對應(yīng)的第一、第二和第三位置。

簡要地，探測器164相對于信號調(diào)制標(biāo)尺圖案170的增量位置由在每個位置將探測器信號轉(zhuǎn)換為正弦和余弦分量信號繼而取反正切確定。絕對位置由對探測器信號取平均確定，所述探測器信號分別給出特定于每個位置的獨(dú)特的絕對位置值。將被理解的是這種位置計(jì)算公式可通過任意信號處理和物理電路組合的組合實(shí)施(比如，絕對位置信號，所述絕對位置信號是多個信號的和(平均)，可從信號處理和/或多個信號線的物理電路組合中確定)。

典型地，對于增量和絕對位置二者的準(zhǔn)確確定，探測器信號展示出的漸進(jìn)信號變化的斜率必須為已知。比如，斜率名義上設(shè)計(jì)為特定值并且用于糾正增量位置確定過程中空間相位之間的錯配或者用于確定特定于每個位置的獨(dú)特的絕對位置值。然而，實(shí)際的斜率可能由于制造變化性，動態(tài)變化性和環(huán)境變化性偏離名義上的設(shè)計(jì)值。雖然可以獨(dú)立校正每個編碼器單元以確定其實(shí)際斜率，但這樣會是繁瑣和昂貴的。本發(fā)明的各種實(shí)施例允許以對于用戶易懂的方式簡單確定每個編碼器單元的實(shí)際斜率。

特別地，根據(jù)各種實(shí)施例的信號調(diào)制標(biāo)尺圖案170包括至少一個參照傳感元件，所述參照傳感元件被特別地配置和定位以產(chǎn)生冗余空間相位信號，所述冗余空間相位信號可以用于計(jì)算探測器信號展示出的漸進(jìn)信號變化的標(biāo)尺因子(比如斜率)。在圖4中，第一參照傳感元件RA位于探測器164上的第一參照位置，所述第一參照位置沿著測量軸線MA方向以第一參照距離(RDim)間隔分開，所述第一參照距離(RDim)對應(yīng)于相對第一空間相位傳感元件A的360度的整數(shù)倍數(shù)的空間相位移動，提供對應(yīng)于周期圖案部件的第一空間相位(比如，0度)的第一信號和沿著漸進(jìn)圖案變化部件的第一位置。

第一參照傳感元件RA被配置為提供對應(yīng)于周期圖案部件第一空間相位的第一參照信號(比如，0度)，以及沿著漸進(jìn)圖案變化部件的對應(yīng)的第一參照位置。應(yīng)被注意的是，因?yàn)榈谝恍盘柡偷谝粎⒄招盘柮x上包括來自周期圖案部件的類似信號貢獻(xiàn)，第一信號和第一參照信號的差異是由于其來自漸變圖案變化部件的信號貢獻(xiàn)的差異。

第一信號和第一參照信號不是靜態(tài)地彼此相連并且它們促成信號處理器166的獨(dú)立輸入信號。第一信號和第一參照信號之間的由于第一參照距離RDim差異是第一信號差異，所述第一信號差異指示用于通過探測器信號展示出的第一漸變信號變化的標(biāo)尺因子M1，其中第一漸變信號變化是由于作為沿著標(biāo)尺軌道102a的探測器164位置函數(shù)的的漸變圖案變化部件。第一信號差異可由信號處理器166確定，或者通過差分放大器直接作用于第一空間相位傳感元件A和第一參照傳感元件RA的輸出。以這種方式得出的標(biāo)尺因子M1繼而可被用于直接提供探測器信號的漸進(jìn)信號變化的斜率，所述探測器信號分別由傳感元件組A，B，C和RA提供。以這種方式配置的電子絕對位置編碼器因而可以確定每次測量中的斜率。如此，不需要斜率的先驗(yàn)知識，也不需要昂貴的校準(zhǔn)過程來單獨(dú)確定每個編碼器單元的斜率。

仍然參考圖4，信號調(diào)制標(biāo)尺圖案170的周期圖案部件根據(jù)空間波長L＝λ布置，也就是說，形成周期圖案部件的標(biāo)尺元件173a-173d根據(jù)空間波長L＝λ布置。說明性實(shí)施例中的傳感元件A，B，C和RA基本彼此相同并且每一個都包括導(dǎo)電線圈，所述導(dǎo)電線圈包括多個近似于平面的線匝。導(dǎo)電線圈的電感或者電感耦合對其相對于信號調(diào)制標(biāo)尺圖案170的周期圖案部件的位置作出響應(yīng)。在各種實(shí)施例中，導(dǎo)電線圈沿著測量軸線(MA)方向的最大尺寸為至多1.4L和最小0.6L。

標(biāo)尺因子M1與依賴于空間的DC偏移量的斜率成比例，即其等于斜率乘以空間波長λ乘以第一空間相位傳感元件A和第一參照傳感元件RA之間的多個空間波長λ。DC偏移量變化可表達(dá)為DC(x)，所述DC(x)是根據(jù)以下關(guān)系式沿著測量軸線MA的位置x的線性函數(shù)：

DC(x)＝mx+b

其中m是標(biāo)尺因子M1確定的斜率，以及b是任意但恒定的值。

在各種示例性實(shí)施例中，導(dǎo)電線圈包括至少6個和至多11個近似于平面的線匝。在進(jìn)一步的示例性實(shí)施例中，導(dǎo)電線圈包括至少7個和至多10個近似于平面的線匝。比如，至少近似于平面的線匝中一些可由窄的導(dǎo)體形成，所述窄的導(dǎo)體以印刷電路板的單層上的螺旋構(gòu)造形成。

信號處理器166被配置為，基于一組第一探測器信號之間的第一關(guān)系值，將探測器164沿著標(biāo)尺軌道102a的絕對位置確定到小于周期圖案部件空間波長L＝λ的第一分辨率，所述一組第一探測器信號展示出用于第一漸進(jìn)信號變化的第一標(biāo)尺因子M1和第一信號變化。也就是說，絕對位置確定到第一分辨率從可能包括探測器164的絕對位置的形成周期圖案部件的多個空間波長中識別一個空間波長(λ)。信號處理器166進(jìn)一步被配置為基于探測器信號之間的第二關(guān)系值將探測器164沿著第一標(biāo)尺軌道102a的絕對位置確定到小于第一分辨率的第二分辨率。第二關(guān)系值指示探測器164在周期圖案部件的一個(當(dāng)前)空間波長(λ)之內(nèi)的空間相位位置，其已經(jīng)由如上所述的第一分辨率絕對位置確定識別。

圖6是圖示確定絕對位置的概念的圖表，首先確定到第一分辨率(找到一個空間波長)，然后確定到第二分辨率(在所述一個空間波長內(nèi)找到絕對位置)。圖6示出了依賴于空間的DC偏移量(左側(cè)的垂直軸線)和來自探測器164的作為位置函數(shù)(縱向軸線)的依賴于空間的探測器信號輸出的相位位置(右側(cè)的垂直軸線)。根據(jù)各種實(shí)施例的信號處理器166可采用DC偏移位置測量，由具有斜率的線310表示，來從可能包括絕對值的多個空間波長中選擇一個空間波長。信號處理器166繼而可采用相位位置測量，由線320表示，來識別在選擇的一個波長之內(nèi)特定的相位位置從而在選擇的一個波長之內(nèi)確定絕對位置。如從線320中明顯地示出，只有在一個空間波長之內(nèi)相位位置是依賴于位置的，即第二分辨率絕對位置確定只有在一個空間波長之內(nèi)可被采用，所述一個空間波長通過第一分辨率絕對位置識別。

圖7是包括信號調(diào)制標(biāo)尺圖案170'的標(biāo)尺軌道102a'的部分的俯視圖，該信號調(diào)制標(biāo)尺圖案包括六個標(biāo)尺元件173a-173f。信號調(diào)制標(biāo)尺圖案170'包括周期圖案部件和漸進(jìn)圖案變化部件，所述周期圖案部件由六個標(biāo)尺元件173a-173f周期性布置提供，所述漸進(jìn)圖案變化部件由標(biāo)尺元件173a-173f的變化的有效寬度尺寸W(i)提供。圖7還圖示了探測器164'，所述探測器包括被配置為提供一組探測器信號的六個傳感元件A，B，C，D，RA和RC，所述探測器信號組響應(yīng)信號調(diào)制標(biāo)尺圖案170'，并且指示探測器164'沿著標(biāo)尺軌道102a'的位置。

傳感元件包括N(在這個示例中為4)個空間相位傳感元件A，B，C和D，第一參照傳感元件RA，以及第二參照傳感元件RC。空間相位傳感元件被配置為提供N(4)個各自的信號，并且位于其各自的沿著探測器164上的測量軸線(MA)方向的N(4)個位置。N個位置每一個對應(yīng)于傳感周期圖案部件的獨(dú)特的第N個空間相位，以及沿著漸進(jìn)圖案變化部件對應(yīng)的第N個位置。

在圖7的示例中，空間相位傳感元件A，B，C和D分別以其間相等的間隔距離(SEP)沿著探測器164'的測量軸線MA定位，以分別傳感周期圖案部件0、270、180和90度的空間相位，以及沿著漸進(jìn)圖案部件的對應(yīng)的第一(0)、第二(270)、第三(180)和第四(90)位置。如圖7中所示，間隔距離SEP等于(3/4)*λ。

第一參照傳感元件RA位于探測器164上的第一參照位置，所述第一參照位置沿著測量軸線MA方向以第一參照距離(RDim1)間隔分開，所述第一參照距離(RDim1)對應(yīng)于相對第一空間相位傳感元件A的360度的整數(shù)倍數(shù)的空間相位移動，所述第一空間相位傳感元件A提供對應(yīng)于周期圖案部件的第一空間相位(比如，0度)的第一信號，和沿著漸進(jìn)圖案變化部件的第一位置。第一參照傳感元件RA被配置為提供對應(yīng)于周期圖案部件第一空間相位(比如，0度)的第一參照信號，以及沿著漸進(jìn)圖案變化部件的對應(yīng)的第一參照位置。第一信號和第一參照信號名義上包括來自周期圖案部件的類似信號貢獻(xiàn)，第一信號和第一參照信號之間的差異是由于其來自漸變圖案變化部件的信號貢獻(xiàn)的差異。

第一信號和第一參照信號不是靜態(tài)地彼此相連并且它們促成信號處理器166的獨(dú)立輸入信號。第一信號和第一參照信號之間的由于第一參照距離RDim1的差異是第一信號差異，所述第一信號差異指示探測器信號具有的漸變信號變化的標(biāo)尺因子M1，其中漸變信號變化是由于作為沿著標(biāo)尺軌道102a'的探測器164'位置函數(shù)的漸變圖案變化部件。

第二參照傳感元件RC位于探測器164'上的第二參照位置，所述第二參照位置沿著測量軸線MA方向以第二參照距離(RDim2)間隔分開，所述第二參照距離(RDim2)對應(yīng)于相對第二空間相位傳感元件C的360度的整數(shù)倍數(shù)的空間相位移動，所述第二空間相位傳感元件C提供對應(yīng)于周期圖案部件的第二空間相位(比如，180度)的的第二信號，和沿著漸進(jìn)圖案變化部件的第二位置。如圖7中所示，RDim2等于4*SEP。第二參照傳感元件RC被配置為提供對應(yīng)于周期圖案部件第二空間相位的第二參照信號(比如，180度)，以及沿著漸進(jìn)圖案變化部件的對應(yīng)的第二參照位置，使得第二信號和第二參照信號名義上包括來自周期圖案部件的類似信號貢獻(xiàn)，第二信號和第二參照信號之間的差異是由于其來自漸變圖案變化部件的信號貢獻(xiàn)的差異。

第二信號和第二參照信號不是靜態(tài)地彼此相連并且它們促成信號處理器166的獨(dú)立輸入信號。第二信號和第二參照信號之間的由于第二參照距離RDim2的差異是第二信號差異，所述第二信號差異指示用于通過探測器信號展示出的漸變信號變化的標(biāo)尺因子M1，其作為沿著標(biāo)尺軌道102a'的探測器164'位置函數(shù)。

用于漸變信號變化的標(biāo)尺因子M1可至少部分基于第一和第二信號差異的組合確定，所述第一和第二信號差異分別基于第一和第二參照傳感元件RA和RC得出。

在該實(shí)施例中，探測器164'包括六個傳感元件，所述傳感元件包括兩個參照傳感元件RA和RC，分別被配置為提供兩個冗余空間相位信號，所述冗余空間相位信號用于得出第一和第二差異，所述第一和第二差異可被組合(比如，求平均)得出用于漸進(jìn)信號變化的標(biāo)尺因子M1。

比如，第一差異潛在地具有空間周期差異誤差，所述空間周期差異誤差具有作為探測器164'位置函數(shù)的空間相位E1(0相位)，以及第二差異潛在地具有類似的空間周期差異誤差，所述空間周期差異誤差具有空間相位E2(180相位)。因此，對第一和第二差異求和或求平均往往取消或抑制在作為結(jié)果的標(biāo)尺因子M1中潛在的空間周期差異誤差(比如，如圖3A所示的峰間幅值變化導(dǎo)致的誤差)。

圖8是包括信號調(diào)制標(biāo)尺圖案170”的標(biāo)尺軌道102a”的部分的俯視圖，該信號調(diào)制標(biāo)尺圖案包括四個標(biāo)尺元件173a-173f。信號調(diào)制標(biāo)尺圖案170”包括周期圖案部件和漸進(jìn)圖案變化部件，所述周期圖案部件由六個標(biāo)尺元件173a-173f周期性布置提供，所述漸進(jìn)圖案變化部件由標(biāo)尺元件173a-173f的變化的有效寬度尺寸W(i)提供。圖8還圖示了探測器164，所述探測器包括被配置為提供探測器信號組的六個傳感元件A，B，C，D，RA，RB和RC，所述探測器信號組響應(yīng)信號調(diào)制標(biāo)尺圖案170”，并且指示探測器164”沿著標(biāo)尺軌道102a”的位置。

傳感元件包括N(在這個示例中為3)個空間相位傳感元件A，B和C，第一參照傳感元件RA，第二參照傳感元件RB，以及第三參照傳感元件RC。空間相位傳感元件被配置為提供N(3)個各自的信號，并且位于其各自的沿著探測器164”上的測量軸線(MA)方向的N(3)個位置。N個位置每一個對應(yīng)于傳感周期圖案部件的獨(dú)特的第N個空間相位，以及沿著漸進(jìn)圖案變化部件對應(yīng)的第N個位置。

在圖8的示例中，空間相位傳感元件A，B和C分別以其間相等的間隔距離(SEP)沿著探測器164”的測量軸線MA定位，以分別傳感周期圖案部件0，240和120度的空間相位，以及沿著漸進(jìn)圖案部件的對應(yīng)的第一，第二和第三位置。如圖8中所示，間隔距離SEP等于(2/3)*λ。

第一參照傳感元件RA位于探測器164”上的第一參照位置，所述第一參照位置沿著測量軸線MA方向以第一參照距離(RD1)間隔分開，所述第一參照距離(RDim1)對應(yīng)于相對第一空間相位傳感元件A的360度的整數(shù)倍數(shù)的空間相位移動，所述第一空間相位傳感元件A提供對應(yīng)于周期圖案部件的第一空間相位(比如，0度)的第一信號，和沿著漸進(jìn)圖案變化部件的第一位置。第一參照傳感元件RA被構(gòu)造為提供對應(yīng)于周期圖案部件第一空間相位(比如，0度)的第一參照信號，以及沿著漸進(jìn)圖案變化部件的對應(yīng)的第一參照位置。第一信號和第一參照信號名義上包括來自周期圖案部件的類似信號貢獻(xiàn)，第一信號和第一參照信號之間的差異是由于其來自漸變圖案變化部件的信號貢獻(xiàn)的差異。

第一信號和第一參照信號不是靜態(tài)地彼此相連并且它們促成信號處理器166的獨(dú)立輸入信號。第一信號和第一參照信號之間的由于第一參照距離RD1的差異是第一信號差異，所述第一信號差異指示探測器信號具有的漸變信號變化的標(biāo)尺因子M1，其中漸變信號變化是由于作為沿著標(biāo)尺軌道102a”的探測器164”位置函數(shù)的漸變圖案變化部件。

第二參照傳感元件RB位于探測器164”上的第二參照位置，所述第二參照位置沿著測量軸線MA方向以第二參照距離(RD2)間隔分開，所述第二參照距離(RD2)對應(yīng)于相對第二空間相位傳感元件B的360度的整數(shù)倍數(shù)的空間相位移動，所述第二空間相位傳感元件B提供對應(yīng)于周期圖案部件的第二空間相位(比如，240度)的第二信號和沿著漸進(jìn)圖案變化部件的第二位置。第二參照傳感元件RB被配置為提供對應(yīng)于周期圖案部件第二空間相位的第二參照信號(比如，240度)，以及沿著漸進(jìn)圖案變化部件的對應(yīng)的第一參照位置，使得第二信號和第二參照信號名義上包括來自周期圖案部件的類似信號貢獻(xiàn)，第二信號和第二參照信號之間的差異是其來自漸變圖案變化部件的信號貢獻(xiàn)的差異造成的。

第二信號和第二參照信號不是靜態(tài)地彼此相連并且它們促成信號處理器166的獨(dú)立輸入信號。第二信號和第二參照信號之間的由于第二參照距離RD2的差異是第二信號差異，所述第二信號差異指示用于通過探測器信號展示出的沿著標(biāo)尺軌道102a”的探測器164”位置函數(shù)的漸變信號變化的標(biāo)尺因子M1。

第三參照傳感元件RC位于探測器164”上的第三參照位置，所述第三參照位置沿著測量軸線MA方向以第三參照距離(RD3)間隔分開，所述第三參照距離(RD3)對應(yīng)于相對第三空間相位傳感元件C的360度的整數(shù)倍數(shù)的空間相位移動，所述第三空間相位傳感元件C提供對應(yīng)于周期圖案部件的第三空間相位(比如，120度)的第三信號和沿著漸進(jìn)圖案變化部件的第三位置。第三參照傳感元件RC被配置為提供對應(yīng)于周期圖案部件第三空間相位的第三參照信號(比如，120度)，以及沿著漸進(jìn)圖案變化部件的對應(yīng)的第三參照位置，第三信號和第三參照信號名義上包括來自周期圖案部件的類似信號貢獻(xiàn)，第三信號和第三參照信號之間的差異是由于其來自漸變圖案變化部件的信號貢獻(xiàn)的差異。

第三信號和第三參照信號不是靜態(tài)地彼此相連并且它們促成信號處理器166的獨(dú)立輸入信號。第三信號和第三參照信號之間的由于第三參照距離RD3的差異是第三信號差異，所述第三信號差異指示用于通過探測器信號展示出的作為沿著標(biāo)尺軌道102a”的探測器164”位置函數(shù)的漸變信號變化的標(biāo)尺因子M1。

標(biāo)尺因子M1可至少部分基于第一，第二和第三信號差異的組合確定，所述第一和第二信號差異分別基于第一，第二和第三參照傳感元件RA，RB和RC得出。

在該實(shí)施例中，探測器164”包括六個傳感元件，所述傳感元件包括三個參照傳感元件RA，RB和RC，分別被配置為提供三個冗余空間相位信號，所述冗余空間相位信號用于得出第一，第二和第三差異，所述第一，第二和第三差異可被組合(比如，求平均)得出漸進(jìn)信號變化的標(biāo)尺因子M1。

比如，第一差異潛在地具有空間周期差異誤差，所述空間周期差異誤差具有作為探測器164”位置函數(shù)的空間相位E1(0相位)，第二差異潛在地具有類似的空間周期差異誤差，所述空間周期差異誤差具有空間相位E2(240相位)，以及第三差異潛在地具有類似的空間周期差異誤差，所述空間周期差異誤差具有空間相位E3(120相位)。因此，對第一，第二和第三差異求和或求平均往往取消或抑制作為結(jié)果的標(biāo)尺因子M1中潛在的空間周期差異誤差(比如，如圖3A所示的峰間幅值變化導(dǎo)致的誤差)。

圖9是包括第一標(biāo)尺軌道102A和第二標(biāo)尺軌道102B的標(biāo)尺102的部分的俯視圖，包括第一組傳感元件(A，B，C，RA)和第二組傳感元件(A'，B'，C'，RA')的探測器164A相對于該標(biāo)尺的部分被定位為分別產(chǎn)生第一組探測器信號和第二組探測器信號。

第一標(biāo)尺軌道102A沿著測量軸線(MA)延伸并且包括，包括有周期圖案部件和漸變圖案變化部件的第一信號調(diào)制標(biāo)尺圖案170A，所述周期圖部件由五個標(biāo)尺元件273a-273e的周期布置提供，所述漸進(jìn)圖案變化部件由沿著第一標(biāo)尺軌道102A作為位置函數(shù)的標(biāo)尺元件273a-273e的變化有效寬度尺寸W(i1)提供。第二標(biāo)尺軌道102B沿著測量軸線(MA)延伸并且包括，包括有周期圖案部件和漸變圖案變化部件的第二信號調(diào)制標(biāo)尺圖案170B，所述周期圖部件由五個標(biāo)尺元件373a-373e的周期布置提供，所述漸進(jìn)圖案變化部件由沿著第二標(biāo)尺軌道102B作為位置函數(shù)的標(biāo)尺元件373a-373e的變化有效寬度尺寸W(i2)提供。

探測器164A包括第一組傳感元件A，B，C，RA，以其間相等的間隔距離(SEP)定位并且沿著第一標(biāo)尺軌道102A對齊，所述第一組傳感元件被配置為提供第一組探測器信號，所述第一組探測器信號響應(yīng)第一信號調(diào)制標(biāo)尺圖案170A，并且所述第一組探測器信號指示探測器164A沿著第一標(biāo)尺軌道102A的位置。探測器164A包括第二組傳感元件A'，B'，C'，RA'，以其間相等的間隔距離(SEP)定位并且沿著第二標(biāo)尺軌道102A'對齊，所述第二組傳感元件被配置為提供第二組探測器信號，所述第二組探測器信號響應(yīng)第二信號調(diào)制標(biāo)尺圖案170B，并且所述第二組探測器信號指示探測器164A沿著第一標(biāo)尺軌道102B的位置。如圖9中所示，間隔距離SEP等于(2/3)*λ。

信號處理器166被配置為基于由第一組和第二組傳感元件提供的第一組和第二組探測器信號確定探測器164A沿著標(biāo)尺102a的絕對位置。第一組傳感元件包括N(比如3)個空間相位傳感元件A，B，和C，以及附加地至少主要參照傳感元件RA，其中：第二組傳感元件包括K(比如3)個空間相位傳感元件A'，B'和C'，和附加地至少主要參照傳感元件RA'。

第一組傳感元件A，B，C和RA被類似于上述圖4中圖示的傳感元件A，B，C和RA配置和布置。

第二組傳感元件的K(3)個空間相位傳感元件A'，B'和C'被配置為提供K個各自的信號并且位于其各自的沿著探測器164A的測量軸線(MA)的K個位置(比如，0、240和120相位移動的位置)。K個位置每一個對應(yīng)于傳感周期圖案部件的獨(dú)特的第K個空間相位，以及沿著漸進(jìn)圖案變化部件對應(yīng)的第K個位置。

主要參照傳感元件RA'位于探測器164A上的主要參照位置，所述主要參照位置沿著測量軸線方向以主要參照距離(RD2)間隔分開，所述主要參照距離(RD2)對應(yīng)于相對K個空間相位傳感元件的主要空間相位傳感元件A'的360度的整數(shù)倍數(shù)的空間相位移動，所述主要空間相位傳感元件A'提供對應(yīng)于周期圖案部件的主要空間相位的主要信號和漸進(jìn)圖案變化部件的主要位置；

主要參照傳感元件RA'被配置為提供對應(yīng)于周期圖案部件主要空間相位的主要參照信號以及沿著漸進(jìn)圖案變化部件的對應(yīng)的主要參照位置，使得主要信號和主要參照信號名義上包括來自第二標(biāo)尺軌道102B的周期圖案部件的類似信號貢獻(xiàn)，并且主要信號和主要參照信號的差異是由于其來自第二標(biāo)尺軌道102B的漸變圖案變化部件的信號貢獻(xiàn)的差異。

主要信號和主要參照信號不是靜態(tài)地彼此相連并且它們促成信號處理器166的獨(dú)立輸入信號，以及主要信號和主要參照信號之間的由于主要參照距離RD2的差異是主要信號差異，所述主要信號差異指示第二組探測器信號具有的第二漸變信號變化的標(biāo)尺因子M2，其中第二漸變信號差異是由于漸變圖案變化部件沿著第二標(biāo)尺軌道102B作為探測器164A位置函數(shù)。

根據(jù)各種實(shí)施例，第二組探測器信號具有的第二漸進(jìn)信號變化的標(biāo)尺因子M2大約等于第一組探測器信號具有的第一漸進(jìn)信號變化的標(biāo)尺因子M1的負(fù)值。這可被實(shí)現(xiàn)，比如，通過設(shè)置K＝N并且使第一和第二組傳感元件彼此相類似，并且進(jìn)一步使第一信號調(diào)制標(biāo)尺圖案170A的漸進(jìn)圖案變化部件和第二信號調(diào)制標(biāo)尺圖案170B的漸進(jìn)圖案變化部件彼此相類似但沿著測量軸線(MA)的方向極性相反。在圖9的說明性示例中，兩個信號調(diào)制標(biāo)尺圖案170A和170B的漸進(jìn)圖案變化部件極性相反，使得第一組標(biāo)尺元件273a-273e的有效寬度尺寸W(i1)從左到右減少，同時(shí)第二組標(biāo)尺元件373e-373a的有效寬度尺寸W(i1)朝相反的方向從右到左減少。

第一和第二信號調(diào)制標(biāo)尺圖案170A和170B中每一個的周期圖案部件根據(jù)空間波長L＝λ布置；根據(jù)進(jìn)一步的實(shí)施例，第一組傳感元件(A，B，C，RA)與第二組傳感元件(A'，B'，C'，RA')沿著測量軸線(MA)方向以等于空間波長L＝λ的一半的距離，即以λ/2錯開。

信號處理器166被配置為將探測器164A沿著標(biāo)尺102的絕對位置確定到小于空間波長L＝λ的第一分辨率，基于第三組探測信號之間的第三關(guān)系值，所述第三組探測信號具有依賴于第一和第二漸進(jìn)信號變化的第三信號變化，以及第三漸進(jìn)信號變化的第三標(biāo)尺因子M3，所述第三標(biāo)尺因子至少部分基于第一信號差異和主要信號差異確定。比如，標(biāo)尺因子M3可由組合(比如，求平均)第一信號差異和主要信號差異得出，并且可用作從多個空間波長中選擇一個空間波長，所述多個空間波長形成第一和第二信號調(diào)制標(biāo)尺圖案170A和170B中一者或者二者的周期圖案部件，如果可能包括探測器164的絕對位置。

信號處理器166進(jìn)一步被配置為基于對應(yīng)的探測器信號之間的第四關(guān)系值將探測器164A沿著標(biāo)尺的絕對位置確定到小于第一分辨率的第二分辨率。第四關(guān)系值指示在第一和第二信號調(diào)制標(biāo)尺圖案170A和170B中至少一個的周期圖案部件的當(dāng)前空間波長之內(nèi)的探測器164A的空間相位位置，其已由如上所述的第一分辨率絕對位置識別。參考圖6如上所述，信號處理器166繼而可以將絕對位置首先確定到第一分辨率(找到一個空間波長)，然后確定到第二分辨率(在所述一個空間波長內(nèi)找到絕對位置)。

上述的各種實(shí)施例可以被組合來提供進(jìn)一步的實(shí)施例。本說明書中涉及的所有美國專利和美國專利申請都完整地作為參考合并于此。這些實(shí)施例的方面可以被修改，如果有必要使用各種專利和申請的概念以提供更進(jìn)一步的實(shí)施例。

鑒于以上具體化的描述可以對實(shí)施例做出這些和其他變化。一般地，在以下權(quán)利要求中，采用的術(shù)語不應(yīng)該被解釋為將權(quán)利要求限制于說明書和權(quán)利要求中公開的特定實(shí)施例，而應(yīng)該被解釋為包括所有可能的實(shí)施例，連同這些權(quán)利要求給定權(quán)利的全范圍的等價(jià)物。