阅读说明：本技术 光编码器和光编码器的计算方法 (Optical encoder and calculation method of optical encoder ) 是由 加藤庆显 于 2020-03-27 设计创作，主要内容包括：一种光编码器,包括：标尺；头部,其包括光源、图像捕获器和具有第一透镜和第二透镜的透镜阵列；和计算器。该计算器包括：信号生成器,其生成正弦波信号；分析区域提取器,其提取第一分析区域和第二分析区域；信号组合器,其基于区域间距离,使用第二分析区域的正弦波信号来生成延伸到第一分析区域的第一端的正弦波信号,使得生成的正弦波信号与第一分析区域的正弦波信号重叠,并且将第一分析区域的正弦波信号与该生成的正弦波信号进行组合；以及位移量计算器,其基于由信号组合器组合的正弦波信号来计算相对位移量。(An optical encoder, comprising: a scale; a head including a light source, an image capturer, and a lens array having a first lens and a second lens; and a calculator. The calculator includes: a signal generator that generates a sine wave signal; an analysis region extractor that extracts a first analysis region and a second analysis region; a signal combiner that generates a sine wave signal extending to a first end of the first analysis region using the sine wave signal of the second analysis region based on the inter-region distance such that the generated sine wave signal overlaps with the sine wave signal of the first analysis region, and combines the sine wave signal of the first analysis region with the generated sine wave signal; and a displacement amount calculator that calculates a relative displacement amount based on the sine wave signals combined by the signal combiner.)

光编码器和光编码器的计算方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2019年3月28日提交的日本申请第2019-062374号的优先权，该申请的公开内容通过整体引用明确地并入本文。

技术领域

本发明涉及一种包括透镜阵列的光编码器，以及该光编码器的计算方法。

背景技术

传统上，已知一种光编码器，其包括标尺、头部和计算器，标尺具有沿着测量方向设置的周期性标尺图案，头部面向标尺并沿着测量方向相对于标尺位移，计算器计算基于标尺和头部之间的相对位移的信号。头部包括光源、图像捕获器和透镜，光源向标尺发射光，图像捕获器捕获经由标尺到达的来自光源的光的图像，透镜布置在标尺和图像捕获器之间。计算器基于由图像捕获器捕获的来自光源的光来计算标尺和头部之间的相对位移量。

图7A和图7B是示出用常规计算器对正弦波信号进行相位分析的方法的曲线图。例如，如图7A所示，计算器从在图像捕获区域H中捕获的光生成正弦波信号，其中，该图像捕获区域H是图像捕获器中可以捕获光的区域。正弦波信号的一个周期由Λ表示。计算器通过对生成的正弦波信号进行相位分析来计算标尺和头部之间的相对位移量。此时，计算器可以在相位分析中使用傅立叶变换来执行高精度的分析。

在该示例中，光编码器的尺寸取决于光系统(透镜)的焦距。具体地，来自光源的光经由标尺和透镜被发射到图像捕获器，但是为了清晰地发射经由标尺到达的图像(光)，必须调整透镜的焦距。为了使系统聚焦，使得发射到图像捕获器的整个图像(即整个图像捕获区域H)被清晰地形成，必须在标尺和透镜之间以及在透镜和图像捕获器之间设置一定的距离量。此外，透镜的尺寸被配置为与图像捕获区域H成比例的尺寸。因此，光编码器可以与透镜的尺寸、焦距和图像捕获区域H的尺寸相关联地变大。

针对这些问题，例如，在日本未审查的专利公开第2005-522682号和日本专利公开特许公报第2012-32295号中，使用具有多个小直径透镜的透镜阵列来代替单个透镜。透镜阵列中的多个小直径透镜各自具有小的图像捕获区域和短的焦距，并且因此，与使用单个透镜时相比，光编码器可以做得更小。然而，当使用透镜阵列时，不能在多个小直径透镜之间的边界处形成图像，并且如图7B所示，发射到图像捕获器的图像在每个小直径透镜被隔离的状态下形成，例如，如在第一图像捕获区域H1和第二图像捕获区域H2中那样。

针对这些问题，日本未审查的专利公开第2005-522682号(光电编码器(photoelectric encoder))的光编码器被配置为平衡每个小直径透镜的布置，使得由光检测器(图像捕获器)形成的图像以坐标相位重叠，并且通过调整透镜阵列的周期性，在由光检测器形成的图像中不发生隔离。此外，当透镜阵列由例如塑料形成时，诸如每个小直径透镜的焦距的特性可能由于诸如热膨胀的温度变化而变化，但是日本专利公开特许公报第2012-32295号的光编码器使用例如最小二乘法来校正每个小直径透镜中的变化量。在如在第一图像捕获区域H1和第二图像捕获区域H2中那样的被隔离的正弦波信号中，可以使用最小二乘法以与当采用傅立叶变换时相同的精度来分析相位。

然而，在日本专利公开特许公报第2012-32295号的光编码器中，即使当通过计算能够以高精度分析相位时，当光编码器安装在例如微型计算机中时，也会发生不稳定的矩阵计算，并且由于例如舍入误差的影响，可能会出现显著的相位误差。另外，与傅立叶变换相比，使用最小二乘法的相位分析具有非常大量的计算内容，因此需要时间进行计算。

发明内容

本发明的一个优点是提供了一种即使当使用具有多个小直径透镜的透镜阵列时，也可以以高精度计算标尺和头部之间的相对位移量的光编码器。

根据本发明的光编码器是一种光编码器，其包括标尺、头部和计算器，标尺具有沿着测量方向设置的周期性标尺图案、头部面向标尺并沿着测量方向相对于标尺位移，计算器计算基于标尺和头部之间的相对位移的信号，并且头部包括：光源，其向标尺发射光；图像捕获器，其捕获经由标尺到达的、来自光源的光的图像；以及透镜阵列，其布置在标尺和图像捕获器之间。透镜阵列包括第一透镜和第二透镜，其中第一透镜在图像捕获器上形成经由标尺图案到达的图像，并且第二透镜沿着测量方向平行于第一透镜排列，并且在图像捕获器上形成经由标尺图案到达的图像。计算器包括：信号生成器，其从图像捕获器捕获的由第一透镜形成的图像和由第二透镜形成的图像生成相应的正弦波信号；分析区域提取器，其从由第一透镜形成的图像的正弦波信号中提取至少一个周期的正弦波信号，以用作第一分析区域，并且从由第二透镜形成的图像的正弦波信号中提取与第一分析区域的周期数相同的周期数的正弦波信号，以用作第二分析区域；信号组合器，其基于作为从第一分析区域的第一端到第二分析区域的第一端的距离的区域间距离，使用第二分析区域的正弦波信号来生成延伸到第一分析区域的第一端的正弦波信号，使得生成的正弦波信号与第一分析区域的正弦波信号重叠，并且将第一分析区域的正弦波信号与基于第二分析区域的正弦波信号的该生成的正弦波信号进行组合；以及位移量计算器，其基于由信号组合器组合的正弦波信号来计算标尺和头部之间的相对位移量。

根据本发明，在计算器中，基于区域间距离并使用信号组合器，从第二分析区域的正弦波信号生成延伸到第一分析区域的第一端的正弦波信号，使得生成的正弦波信号与第一分析区域的正弦波信号重叠，并且将第一分析区域的正弦波信号与基于第二分析区域的正弦波信号的该生成的正弦波信号进行组合，并且使用位移量计算器，基于由信号组合器组合的正弦波信号来计算标尺和头部之间的相对位移量。因此，不在第一透镜和第二透镜(其是多个小直径透镜)之间的边界处形成的图像的信号可以被内插，而无需任何复杂的计算或校正。因此，即使当使用具有多个小直径透镜的透镜阵列时，光编码器也可以以高精度计算标尺和头部之间的相对位移量。

在这种情况下，优选地，图像捕获器包括以放置间距p沿着测量方向平行排列的光接收器，分析区域提取器以一个周期Λ乘以整数Q的方式，从由第一透镜形成的图像的正弦波信号和由第二透镜形成的图像的正弦波信号中提取第一分析区域和第二分析区域，并且光接收器被平行排列为整数q的倍数，使得光接收器被一个周期Λ和放置间距p两者可整除。

根据这种配置，分析区域提取器以正弦波信号的一个周期Λ乘以整数Q的方式，分别对第一分析区域和第二分析区域执行提取，并且光接收器被平行排列为整数q的倍数，使得光接收器被一个周期Λ和放置间距p两者可整除，并且因此，例如，傅立叶变换可以用于分析相位。因此，即使当使用透镜阵列时，光编码器也可以使用傅立叶变换以高精度分析相位。

在这种情况下，优选地，当第一分析区域的第一端上的点被定义为n＝1时，第一分析区域的第二端上的点被定义为n＝m，第二分析区域的第一端上的点被定义为n＝m+1，第二分析区域的第二端上的点被定义为n＝N，第n个点的信号强度被定义为yn，被包含在第一分析区域和第二分析区域中的一个周期被定义为Λ，区域间距离被定义为d，光接收器的放置间距被定义为p，并且相位被定义为Φ，信号组合器和位移量计算器使用下面的实施例中提供的公式(1)来组合信号，并计算标尺和头部之间的相对位移量。

根据这样的配置，计算器可以使用公式(1)来计算标尺和头部之间的相对位移量，并且因此，本发明可以容易地安装到例如微型计算机上。

根据本发明的光编码器的计算方法是一种包括标尺、头部和计算器的光编码器的计算方法，该标尺具有沿着测量方向设置的周期性标尺图案，该头部面向标尺并沿着测量方向相对于标尺位移，该计算器计算基于标尺和头部之间的相对位移的信号，并且该头部包括光源，其向标尺发射光；图像捕获器，其捕获经由标尺到达的、来自光源的光的图像；以及透镜阵列，其布置在标尺和图像捕获器之间。透镜阵列包括第一透镜和第二透镜，其中第一透镜在图像捕获器上形成经由标尺图案到达的图像，并且第二透镜沿着测量方向平行于第一透镜排列，并且在图像捕获器上形成经由标尺图案到达的图像。该计算器包括：信号生成步骤，从图像捕获器捕获的由第一透镜形成的图像和由第二透镜形成的图像生成相应的正弦波信号；分析区域提取步骤，从由第一透镜形成的图像的正弦波信号中提取至少一个周期的正弦波信号，以用作第一分析区域，并且从由第二透镜形成的图像的正弦波信号中提取与第一分析区域的周期数相同的周期数的正弦波信号，以用作第二分析区域；信号组合步骤，基于作为从第一分析区域的第一端到第二分析区域的第一端的距离的区域间距离，使用第二分析区域的正弦波信号来生成延伸到第一分析区域的第一端的正弦波信号，使得生成的正弦波信号与第一分析区域的正弦波信号重叠，并且将第一分析区域的正弦波信号与基于第二分析区域的正弦波信号的该生成的正弦波信号进行组合；以及位移量计算步骤，基于在信号组合步骤中组合的正弦波信号来计算标尺和头部之间的相对位移量。

根据本发明，在计算器中，基于区域间距离，在信号组合步骤中从第二分析区域的正弦波信号生成延伸到第一分析区域的第一端的正弦波信号，使得生成的正弦波信号与第一分析区域的正弦波信号重叠，并且将第一分析区域的正弦波信号与基于第二分析区域的正弦波信号的该生成的正弦波信号进行组合，并且在位移量计算步骤中，基于组合的正弦波信号来计算标尺和头部之间的相对位移量。因此，不在第一透镜和第二透镜(其为多个小直径透镜)之间的边界处形成的图像的信号可以被内插，而无需任何复杂的计算或校正。因此，即使当光编码器使用具有多个小直径透镜的透镜阵列时，光编码器的计算方法也可以以高精度计算标尺和头之间的相对位移量。

附图说明

在下面的详细描述中，通过本发明的示例性实施例的非限制性示例，参考所提到的多个附图，进一步描述了本发明，在贯穿附图的几个视图中，相同的附图标号表示相似的部分，其中：

图1是根据本发明实施例的光编码器的透视图；

图2是示出光编码器的框图；

图3是示出用光编码器的计算器计算相对位移量的方法的流程图；

图4A至图4C是示出用光编码器的计算器计算相对位移量的方法的曲线图；

图5D和图5E是示出用光编码器的计算器计算相对位移量的方法的曲线图；

图6A和图6B是根据修改的光编码器的透视图；和

图7A和图7B是示出用常规计算器对正弦波信号进行相位分析的方法的曲线图。

具体实施方式

本文示出的细节仅作为示例，并仅用于对本发明的实施例进行说明性讨论的目的，并且是为了提供被认为是对本发明的原理和构思各方面的最有用和最容易理解的描述而呈现的。在这点上，除了对本发明的基本理解所必需的之外，没有尝试更详细地示出本发明的结构细节，结合附图进行的描述使本领域技术人员清楚如何在实践中体现本发明的形式。

在下文中，参照图1至图4C描述本发明的实施例。在每个附图中，标尺2的长方向被示为X方向，短方向被示为Y方向，并且高度方向被示为Z方向。在下文中，可以简单地使用术语X方向、Y方向和Z方向来提供描述。图1是根据本发明实施例的光编码器1的透视图。如图1所示，光编码器1包括长标尺2和头部3，头部3面向标尺2并沿着X方向(测量方向)相对于标尺2位移。光编码器1是线性标尺中使用的线性编码器，该线性标尺是图中未示出的测量设备。光编码器1设置在线性标尺内部。线性标尺通过沿着X方向(测量方向)相对于标尺2位移头部3来检测头部3相对于标尺2的位置，并且将检测结果输出到显示器组件，诸如液晶显示器，其在图中未示出。

头部3包括向标尺2发射光的光源4，具有多个小直径透镜的透镜阵列5，以及捕获经由标尺2到达的、来自光源4的光的图像的图像捕获器6。头部3被设置为能够相对于标尺2在X方向上前进和后退。光源4、透镜阵列5和图像捕获器6被配置为相对于标尺2整***移。

标尺2由例如玻璃形成，并且在一个表面上设置有沿着X方向(测量方向)设置的周期性标尺图案20。标尺图案20是反射型的，并且包括反射来自光源4的光的反射部分21和不反射光的非反射部分22。标尺图案20具有沿着X方向以预定间距交替平行排列的反射部分21和非反射部分22：所谓的增量图案。从经由增量图案到达的光生成正弦波信号(增量信号)，该光由图像捕获器6捕获。光编码器1通过分析该正弦波信号来计算标尺2和头部3之间的相对位移量。

例如，光源4是发光二极管(light emitting diode，LED)。光源4以适当的角度安装，用于向标尺2发射光。光源4不限于LED；可以使用任何期望的光源。透镜阵列5布置在标尺2和图像捕获器6之间。透镜阵列5由例如塑料形成。透镜阵列5包括作为多个小直径透镜的第一透镜51和第二透镜52，其中第一透镜51在图像捕获器6上形成经由标尺图案20到达的图像，并且第二透镜52沿着X方向(测量方向)平行于第一透镜51布置，并且在图像捕获器6上形成经由标尺图案20到达的图像。为了便于描述，布置在透镜阵列5的中心的两个小直径透镜被视为第一透镜51和第二透镜52，但是只要透镜沿着X方向平行排列，任何小直径透镜都可以被视为第一透镜51和第二透镜52。另外，透镜阵列5可以用任何透明材料代替塑料形成，例如玻璃。

图像捕获器6包括以放置间距p沿着X方向(测量方向)平行排列的光接收器61。光电二极管阵列(photo diode array，PDA)被用于光接收器61。图像捕获器6不限于PDA，并且可以使用任何检测设备，诸如位置敏感检测器(position sensitive detector，PSD)或电荷耦合器件(charge-coupled device，CCD)。图像捕获器6面向透镜阵列5的+Z方向(图纸平面上的上侧)安装，以便与透镜阵列5重叠。换句话说，标尺2和图像捕获器6被布置成彼此面对，以便与夹在它们之间的透镜阵列5彼此重叠。

图2是示出光编码器1的框图。如图2所示，光编码器1还包括计算器7，其计算基于标尺2和头部3之间的相对位移的信号。计算器7被配置为包括信号生成器71、分析区域提取器72、信号组合器73和位移量计算器74。例如，计算器7可以包括(但不限于)具有处理器和存储器的微型计算机，该存储器存储由处理器可执行的用于执行本文描述的操作的指令集。

信号生成器71从图像捕获器6捕获的由第一透镜51形成的图像和由第二透镜52形成的图像来生成相应的正弦波信号。分析区域提取器72从由第一透镜51形成的图像的正弦波信号中提取至少一个周期的正弦波信号，以用作第一分析区域，并且从由第二透镜52形成的图像的正弦波信号中提取与第一分析区域的周期数相同的周期数的正弦波信号，以用作第二分析区域。下面参照图3至图5E描述用分析区域提取器72提取分析区域的特定方法。

基于区域间距离(从第一分析区域的第一端到第二分析区域的第一端的距离)，信号组合器73使用第二分析区域的正弦波信号来生成延伸到第一分析区域的第一端的正弦波信号，使得生成的正弦波信号与第一分析区域的正弦波信号重叠，并且将第一分析区域的正弦波信号与基于第二分析区域的正弦波信号的该生成的正弦波信号进行组合。下面参照图3至图5E描述使用信号组合器73的特定信号组合方法。位移量计算器74基于由信号组合器73组合的正弦波信号来计算标尺2和头部3之间的相对位移量。

图3是示出用光编码器1的计算器7计算相对位移量的方法的流程图，并且图4A至图5E是示出使用光编码器1的计算器7计算相对位移量的方法的曲线图。附图编号被分成图4和图5，但是曲线图(A)至(E)示出了使用计算器7计算相对位移量的方法中的单个序列的流程。在下文中，参照图3至图5E描述用于计算光编码器1中的相对位移量的特定方法。

首先，如图3所示，执行信号生成步骤，在该步骤中，当图像捕获器6中的光接收器61捕获经由标尺2到达的、来自光源4的光的图像时，信号生成器71使用图像捕获器6捕获的由第一透镜51形成的图像和由第二透镜52形成的图像中的每一个来生成相应的正弦波信号(步骤ST01)。在由信号生成器71执行的信号生成步骤中，如图4A所示，从第一图像捕获区域h1中捕获的图像生成正弦波信号，该第一图像捕获区域h1是第一透镜51可以进行图像捕获的范围，并且从第二图像捕获区域h2中捕获的图像生成正弦波信号，该第二图像捕获区域h2是第二透镜52可以进行图像捕获的范围。

接下来，如图3和图4A所示，执行分析区域提取步骤，在该步骤中，分析区域提取器72从第一透镜51的第一图像捕获区域h1的图像的正弦波信号中提取两个周期的正弦波信号，以用作第一分析区域H1，并且从第二透镜52的第二图像捕获区域h2的图像的正弦波信号中提取与第一分析区域H1中的周期数相同的周期数的正弦波信号(即两个周期的正弦波信号)，以用作第二分析区域H2(步骤ST02)。

分析区域提取器72以一个周期Λ乘以整数Q(H1＝ΛQ，H2＝ΛQ)的方式，从第一透镜51的第一图像捕获区域h1的图像的正弦波信号和第二透镜52的第二图像捕获区域h2的图像的正弦波信号中提取第一分析区域H1和第二分析区域H2。此时，要求关系：(第一分析区域H1)＝(第二分析区域H2)＝ΛQ。另外，光接收器61被平行排列为整数q的倍数，使得光接收器61被一个周期Λ和放置间距p可整除。这是因为光编码器1使用傅立叶变换来分析相位。

接下来，执行信号组合步骤，在该步骤中，基于区域间距离d，即从第一分析区域H1的第一端(图纸上的左侧)到第二分析区域H2的第一端(图纸上的左侧)的距离，如图4B和图4C所示，信号组合器73使用第二分析区域H2的正弦波信号来生成延伸到第一分析区域H1的第一端的正弦波信号(在附图中由虚线表示)，使得生成的正弦波信号与第一分析区域H1的正弦波信号重叠，并且如图5D所示，将第一分析区域H1的正弦波信号与该生成的、基于第二分析区域H2的正弦波信号的虚线正弦波信号进行组合(步骤ST03)。图4B示出了这样的情形，在该情形中，基于第二分析区域H2的正弦波信号的虚线正弦波信号被生成，并且因此，第一分析区域H1和第二分析区域H2的位置被描绘为在图纸的平面上在垂直方向上偏移布置，但是实际上虚线正弦波信号是在图4C所示的状态下生成的。

另外，如图3所示，执行位移量计算步骤，在该步骤中，位移量计算器74基于来自信号组合器73的信号组合步骤的组合的正弦波信号来计算标尺2和头部3之间的相对位移量(步骤ST04)。具体地，当信号组合器73组合图5D中的正弦波信号时，位移量计算器74将第二分析区域H2沿着正弦波信号移动由第一透镜51和第二透镜52产生的信号之间的间隔量(即直到第一分析区域H1的第二端(图纸上的右侧)和第二分析区域H2的第一端接触)，如图5E所示，并基于分析区域H3内的正弦波信号来计算标尺2和头部3之间的相对位移量，该分析区域H3组合第一分析区域H1和第二分析区域H2。

信号组合器73和位移量计算器74使用下面的公式来组合两个正弦波信号，该公式是傅立叶变换，并且计算标尺2和头部3之间的相对位移量。具体地，当第一分析区域H1的第一端上的点被定义为n＝1时，第一分析区域H1的第二端上的点被定义为n＝m，第二分析区域H2的第一端上的点被定义为n＝m+1，第二分析区域H2的第二端上的点被定义为n＝N，第n个点的信号强度被定义为yn，被包含在第一分析区域H1和第二分析区域H2中的一个周期被定义为Λ，区域间距离被定义为d，光接收器61的放置间距被定义为p，并且相位被定义为Φ，使用公式(1)来组合信号，并且计算标尺2和头部3之间的相对位移量。

[公式1]

即使当仅仅通过隔离使用计算器7由第一透镜51和第二透镜52以这种方式生成的正弦波信号并且简单地使用第一透镜51和第二透镜52的相应属性将隔离的正弦波信号相加在一起不能获得用于寻找相位的正弦波信号时，也可以由信号组合器73将这两个隔离的信号进行组合和校正以及内插，并且因此可以以高精度计算标尺2和头部3之间的相对位移量。

以这种方式，根据本实施例可以实现以下效果和优点：

(1)在计算器7中，基于区域间距离d并使用信号组合器73，从第二分析区域H2的正弦波信号生成延伸到第一分析区域H1的第一端的正弦波信号，使得生成的正弦波信号与第一分析区域H1的正弦波信号重叠，并且第一分析区域H1的正弦波信号与基于第二分析区域H2的正弦波信号的该生成的正弦波信号组合。使用位移量计算器74，基于由信号组合器73组合的正弦波信号来计算标尺2和头部3之间的相对位移量。因此，不在第一透镜51和第二透镜52(其为透镜阵列5的多个小直径透镜)之间的边界处形成的图像的信号可以被内插，而无需任何复杂的计算或校正。因此，即使当使用透镜阵列5时，光编码器1也可以以高精度计算标尺2和头部3之间的相对位移量。

(2)分析区域提取器72以正弦波信号的一个周期Λ乘以整数Q的方式，分别对第一分析区域H1和第二分析区域H2执行提取，并且光接收器61被平行排列为整数q的倍数，使得光接收器61被一个周期Λ和放置间距p可整除。因此，傅立叶变换可以用于分析相位。因此，即使当使用透镜阵列5时，光编码器1也可以使用傅立叶变换以高精度分析相位。

(3)计算器7可以使用公式(1)来计算标尺2和头部3之间的相对位移量，并且因此，本发明可以容易地安装到例如微型计算机上。

(4)在计算器7中，在信号组合步骤中，基于区域间距离d，从第二分析区域H2的正弦波信号生成延伸到第一分析区域H1的第一端的正弦波信号，使得生成的正弦波信号与第一分析区域H1的正弦波信号重叠，并且第一分析区域H1的正弦波信号与基于第二分析区域H2的正弦波信号的该生成的正弦波信号组合，并且在位移量计算步骤中，基于组合的正弦波信号来计算标尺2和头部3之间的相对位移量。因此，不在第一透镜51和第二透镜52之间的边界处形成的图像的信号可以被内插，而无需任何复杂的计算或校正。因此，即使当光编码器1使用透镜阵列5时，光编码器1的计算方法也可以以高精度计算标尺2和头部3之间的相对位移量。

修改

此外，本发明不限于上述实施例，并且包括在能够实现本发明的优点的范围内的修改和改进。例如，在上述实施例中，光编码器1在用作测量设备的线性标尺中使用，但是光编码器也可以在另一测量设备中使用，诸如度盘式指示器(测试指示器)或千分尺。也就是说，光编码器在其所用于的测量设备的形式、方法等方面没有特别限制，并且也可以在其他测量设备中使用等。本发明的光编码器在其可安装的方面没有特别限制。另外，光编码器可以在除测量设备之外的设备(诸如传感器)中使用。

在上述实施例中，光编码器1是线性编码器，但是光编码器也可以是旋转编码器。另外，在上述实施例中，图像捕获器6包括光接收器61，但是图像捕获器不需要包括光接收器。可以使用任何组件，只要可以捕获经由标尺到达的来自光源的光。在上述实施例中，计算器7是例如微型计算机，但是计算器不必是微型计算机，而是可以是例如外部连接的个人计算机。计算器可以由任何组件配置，只要该组件能够执行计算。

在上述实施例中，分析区域提取器72执行分析区域提取步骤，其中从第一透镜51的第一图像捕获区域h1的图像的正弦波信号中提取两个周期的正弦波信号，以用作第一分析区域H1，并且类似地从第二透镜52的第二图像捕获区域h2的图像的正弦波信号中提取两个周期的正弦波信号，以用作第二分析区域H2。然而，分析区域提取器不需要将两个周期的正弦波信号指定为第一分析区域和第二分析区域，并且可以提取至少一个周期的正弦波信号作为第一分析区域和第二分析区域。也就是说，分析区域提取器可以从由第一透镜形成的图像的正弦波信号中提取至少一个周期的正弦波信号，以用作第一分析区域，并且可以从由第二透镜形成的图像的正弦波信号中提取与第一分析区域的周期数相同的周期数的正弦波信号，以用作第二分析区域。

在上述实施例中，在图4A至图5E中，第一分析区域H1被示出在图纸的左侧，并且第二分析区域H2被示出在右侧，但是图纸的左侧可以被视为第二分析区域H2，并且图纸的右侧可以被视为第一分析区域H1。并且，基于区域间距离d，即从第一分析区域H1的第一端(图纸上的左侧)到第二分析区域H2的第一端(图纸上的左侧)的距离，如图4B和4C所示，信号组合器73使用第二分析区域H2的正弦波信号来生成延伸到第一分析区域H1的第一端的正弦波信号(在附图中由虚线表示)，使得生成的正弦波信号与第一分析区域H1的正弦波信号重叠。然而，只要第二分析区域的正弦波信号能够用于生成延伸到第一分析区域的第一端以便与第一分析区域的正弦波信号重叠的正弦波信号，则图纸的左或右方向可以被视为第一端。

在上述实施例中，信号组合器73和位移量计算器74使用公式(1)来组合两个正弦波信号(经由第一透镜51获取的第一分析区域H1的正弦波信号和经由第二透镜52获取的第二分析区域H2的正弦波信号)，并计算标尺2和头部3之间的相对位移量。然而，可以进一步提供沿着X方向(测量方向)平行于第二透镜52排列的第三透镜，其在图像捕获器6上形成经由标尺图案到达的图像，并且信号组合器73和位移量计算器74可以使用经由第三透镜获取的第三分析区域的正弦波信号来组合三个正弦波信号，并且计算标尺和头部之间的相对位移量。在这种情况下，由于第三正弦波信号，类似于公式(1)的第二项的第三项必须被使用，并且区域间距离不是从第一分析区域H1的第一端到第二分析区域H2的第一端的距离，而是必须计算为从第二分析区域H2的第一端到第三分析区域的第一端的区域间距离d’。也就是说，信号组合器不限于两个正弦波信号，而是可以组合根据透镜阵列中存在的多个小直径透镜的数量生成的正弦波信号的信号。

并且，信号组合器73和位移量计算器74使用作为傅立叶变换的公式(1)来执行组合，并且计算标尺2和头部3之间的相对位移量。然而，使用公式(1)或另一傅立叶变换来执行计算不是必须的，并且该计算可以用另一种方法来执行。也就是说，基于区域间距离，即从第一分析区域的第一端到第二分析区域的第一端的距离，信号组合器可以使用第二分析区域的正弦波信号来生成延伸到第一分析区域的第一端的正弦波信号，使得生成的正弦波信号与第一分析区域的正弦波信号重叠，并且可以组合第一分析区域的正弦波信号和基于第二分析区域的所生成的正弦波信号的正弦波信号。位移量计算器可以基于由信号组合器组合的正弦波信号来计算标尺和头部之间的相对位移量。

图6A和图6B是根据修改的光编码器的透视图。具体地，图6A是根据第一修改的光编码器1A的透视图，并且图6B是根据第二修改的光编码器1B的透视图。在上述实施例中，光编码器1的标尺2包括反射型标尺图案20。

在第一修改中，光编码器1A的标尺2A与上述实施例的不同之处在于，标尺2A具有透明型标尺图案20A，如图6A所示。标尺图案20A包括来自光源4的光穿过的透明部分21A和光不穿过的不透明部分22A，并且光编码器1A通过分析由经由标尺图案20A到达的光生成的正弦波信号来计算标尺和头部之间的相对位移量，类似于标尺图案是反射型时的情况。通过这样做，即使当光编码器1A具有透明型标尺图案时，也可以使用透镜阵列5使光编码器1A做得更小，并且还可以以高精度计算标尺2A和头部3之间的相对位移量。

在第二修改中，如图6B所示，光编码器1B与第一修改的不同之处在于，光编码器1B还包括反射来自光源4的光的反射组件10。反射组件10是例如镜子，但是可以是能够将来自光源4的光向标尺2A反射的任何组件。因此，光源4在光编码器1B中的位置可以自由设计，并且因此可以提高设计光编码器1B的自由度。

如上所述，本发明可以有利地用于包括透镜阵列的光编码器，以及光编码器的计算方法。

应该注意的是，前面的示例仅仅是为了解释的目的而提供的，并且不应解释为对本发明的限制。虽然已经参照示例性实施例描述了本发明，但是应当理解，本文使用的词语是描述性和说明性的词语，而不是限制性的词语。在不脱离本发明的范围的情况下，在所附权利要求书的范围内，可以进行改变，如目前陈述的和修改的。尽管本文已经参考特定的结构、材料和实施例描述了本发明，但是本发明并不意图限于本文公开的细节；相反，本发明扩展到所有功能等同的结构、方法和用途，诸如在所附权利要求的范围内的结构、方法和用途。

本发明不限于上述实施例，并且在不脱离本发明的范围的情况下，各种变化和修改是可能的。