在标尺上具有长范围强度调制的绝对光学编码器

摘要

一种编码器配置包括提供用于产生周期性信号的第一强度调制分量的双重调制标尺轨道图案、以及用于产生长范围绝对信号的第二强度调制分量。双重调制标尺轨道图案在不使用会增加编码器组件宽度的附加标尺轨道的情况下增大编码器的范围与分辨率之比。所述长范围信号可通过改变包括在标尺轨道中的图案元素的某些尺寸或通过将包括沿着轨道的光密度变化的层叠加到类似区域的图案元素上而被编码在双重调制标尺轨道图案中。在任一情况下，相关联的信号的净偏移和/或振幅水平都沿着标尺轨道被修改。这些修改后的净偏移和/或振幅水平提供用于长范围绝对信号的基础。

说明书

技术领域

本发明一般地涉及精密测量仪器，并且更具体地涉及在标尺(scale)上 具有长范围强度调制的绝对光学编码器。

背景技术

增量位置编码器利用以下标尺结构，该标尺结构允许通过从沿标尺的初 始点开始累加位移的增量单位来确定读取头相对于该标尺的位移。这样的编 码器适合于某些应用，特别是可以获得线路功率(line power)的应用。然而， 在某些应用中，例如在编码器被用于低功耗设备的应用中，更希望使用绝对 位置编码器。绝对位置编码器在沿着标尺的每个位置提供唯一的输出信号、 或信号的组合。它们不需要增量位移的连续累加以识别位置。因此，绝对位 置编码器允许各种功率节约方案。已知采用各种电容性、电感性或光学感测 技术的各种绝对位置编码器。

绝对编码器的最重要的优点的指标之一是(范围/分辨率)，即，设备的 最大容许绝对测量范围与其有意义的测量分辨率和/或精度的比。这可以被称 作其“范围与分辨率之比”。

一些编码器通过采用沿着标尺平行延伸的多个二进制码轨道(binary  code track)来获得高范围与分辨率之比。该技术的范围通常受到标尺的宽度 限制，该宽度确定了可被制造的二进制轨道的数量。此外，粗略的二进制感 测通常限制分辨率。该技术对于在紧凑编码器中期望的窄标尺通常不是最佳 的。将认识到，最低有效位(LSB)二进制码轨道可以被认为是“精细波长(fine  wavelength)”增量轨道，因为它以LSB的“精细”空间分辨率重复，且仅提供 增量位移信息(即，它仅提供周期性非绝对信号)，除非它被与提供更高有效 (more significant)码比特的轨道组合使用。这是用于大多数高分辨率绝对编 码器(例如，提供微米量级上的分辨率的绝对编码器)中的精细波长轨道的 特性。因此，在许多绝对编码器中，精细波长轨道(精细轨道)也可以被称 为增量轨道。

与“全二进制”技术相比，一些编码器通过采用提供与那个波长有关的模 拟信号的技术，然后测量该模拟信号至其范围的某个部分内，来提高精细轨 道的分辨率，以提供比精细波长更精细的分辨率，从而扩大绝对编码器的范 围与分辨率之比。这典型地被称为信号插值，并且，精细波长与产生的测量 分辨率的比率典型地被称为插值比。根据所采用的技术、以及用于提供控制 信噪(S/N)比的精密元件和组件的花费水平，高达100、300或甚至1000或 更大的实际信号插值比是可能的。然而，通常来讲，大于大约100的插值比 可能需要用于所需精密元件和组件的相当多的额外花费。

一些编码器放弃二进制轨道而在比精细轨道粗的附加标尺轨道上采用信 号插值。这样的轨道可称作绝对标尺轨道(绝对轨道)。将认识到，为了消除 由精细轨道提供的周期性信号的模糊性，这样的信号插值必须具有在正负一 半精细波长内的分辨率和重复性。一些编码器采用在整个测量范围上单调(例 如，线性)变化的绝对轨道。然而，假定在20-100微米量级上的精细轨道波 长、以及在100量级上的插值比，这样的绝对轨道将单独导致仅达2-10毫米 的相关联的绝对测量范围，这具有有限的效用。

为了克服该限制，一些编码器使用具有比精细轨道长得多的空间波长的 至少两个附加绝对轨道。可以方便地将它们的波长称为绝对波长和/或中等波 长和/或粗(coarse)波长，以便将它们与精细波长区分开并且/或者强调它们 的功能以及它们的相对空间波长关系。作为一个例子，使用已知的感测技术 (例如，光学感测技术)，从具有略微不同的中等波长的两个中等波长绝对轨 道(也称作中等轨道)导出周期性模拟信号(例如，正弦信号或类似的处理 后的输出等)。根据已知关系，这两个模拟信号之间的空间相位差在与所述中 等波长的乘积成比例并且与它们的差的绝对值成反比的距离上改变360度。 该距离可称作合成波长，如果没有更粗波长的轨道，则所述合成波长近似为 设备的绝对测量范围。来自中等轨道的信号之间的相位差可与已知的合成波 长结合使用以提供达到粗分辨率的绝对位置。这可以被称为粗略位置。粗略 位置分辨率和/或精度必须在所述中等波长之一的大约正负一半之内，以便消 除由中等轨道提供的一个或多个周期性信号的模糊性，以可靠地识别与粗略 位置相对应的中等波长的特定周期。随后，可以在该中等波长的特定周期内 对来自中等轨道的一个或多个周期性信号进行插值，以提供达到比粗分辨率 好的中等分辨率的绝对位置。这可以被称为中等位置。中等位置分辨率和/或 精度必须在一个精细波长的大约正负一半之内，以便消除由精细轨道所提供 的一个或多个周期性信号的模糊性，以可靠地识别与中等位置相对应的精细 波长的特定周期。随后，可以在该精细波长的特定周期内对来自精细轨道的 周期性信号进行插值，以提供达到最终的精细分辨率和/精度的设备的绝对位 置。前述技术一般是已知的，并且与各种相关编码器配置和/或信号处理有关 的附加细节在各种绝对编码器和绝对干涉仪专利中可以容易地获得。可以将 前述技术称为合成粗波长绝对测量技术(SCWAM技术)。

美国专利No.3,882,482、5,965,879、5,279,044、5,886,519、5,237,391、 5,442,166、4,964,727、4,414,754；4,109,389；5,773,820和5,010,655公开了 包括以上概述的编码器配置和/或信号处理技术的、与绝对编码器相关的各种 编码器配置和/或信号处理技术，由此通过引用而被整体合并于此。然而，现 有技术未能教导提供绝对编码器的用户所期望的范围与分辨率之比、高分辨 率、紧凑尺寸、鲁棒性和成本的某些组合的配置。将认识到，扩大范围分辨 率之比而不增加标尺、检测器和/或其它编码器元件的宽度特别困难。期望有 能够提供这种组合的绝对编码器的改进的配置。

发明内容

提供本概述来以简化的形式介绍以下将在具体实施方式中进一步描述的 构思的选择。本概述既不意图明确所要求保护的主题的关键特征，也不意图 用作在确定所要求保护的主题的范围时的辅助。

本发明针对的是提供范围与分辨率之比、高分辨率、更长范围、紧凑尺 寸、鲁棒性及制造和组装成本的改进的组合的改进的绝对编码器配置。

根据本发明的一个方面，一种双重调制标尺轨道图案被配置为提供可用 来增大编码器的绝对测量范围的、所产生的所检测的光图案中的第一周期性 强度调制以及所检测的光图案中的附加的长范围强度调制分量。在共同转让 的名称为“Scale Track Configuration For Absolute Optical Endcoder”的美国专利 No.7,608,813(’813专利)中描述了根据此处公开的设计原理的示例标尺轨道 图案的一些示例，所述示例标尺轨道图案提供第一周期性强度调制，且可被 修改或适配以产生提供附加的长范围强度调制的双重调制标尺轨道图案 (DMST图案)，该专利通过引用而被整体合并于此。’813专利中公开的标尺 轨道图案克服了现有技术中的各种缺点，且利用SCWAM技术以提供良好的 范围与分辨率之比以及其它期望特性。换句话说，如上所述，’813专利教导 了使用具有略微不同的波长的中等波长标尺轨道图案，其可提供更长的合成 波长。从所述略微不同的波长导出的信号可被组合为绝对位置测量信号，所 述绝对位置测量信号可与已知的合成波长组合使用以确定合成波长中的绝对 位置。合成波长的长度限制了可在其上确定所述绝对位置的编码器的测量范 围。采用在’813专利中公开的标尺轨道图案可实际实现的合成波长的最大长 度仍然对编码器的最大绝对测量范围施加了限制，该编码器的最大绝对测量 范围小于对于很多应用所期望的范围。

根据本发明，可通过将长范围强度调制特征编码或叠加到也提供较短范 围强度调制的一个或多个标尺轨道图案上以便提供DMST图案，来扩展编码 器的最大绝对测量范围。在各种实施例中，通过采用根据此处公开的原理的 DMST图案，可以增大编码器的绝对测量范围和或范围与分辨率之比，而不 增加其标尺或检测器或其它编码器组件的宽度。在一个特定的具体示例实施 例中，从提供相应的较短范围强度调制的两个标尺轨道图案(例如，具有700 微米量级上的波长)导出的(如在’813专利的具体示例实施例中描述的)具 有大约25.2mm的合成波长的编码器可通过利用此处公开的DMST图案和相 关信号处理技术而将其绝对测量范围扩大至70mm或更大。

将认识到，在SCWAM技术系统中，使用“链接(chain-down)”过程来 将粗的、中等的以及精细的或增量波长测量链接在一起，以便以由精细波长 测量提供的分辨率确定粗波长范围上的绝对位置。简而言之，如果范围与分 辨率之比被增加得过大，可能会发生在链接过程中的一种潜在类型的误差是 是在确定包含在相对粗略的绝对测量中的相对精细的波长的正确数量方面的 误差。这样的误差可称作“波长跳跃”。换句话说，如果在相对粗的波长(例 如合成波长或中等波长)中的空间相位位置的测量没有被确定到适当的精度 水平，则链接过程可能将所产生的相对粗略的位置估计值链接到下一个相对 精细波长标尺轨道图案中的不正确的特定波长或周期。如果范围与分辨率之 比被增大得过多(例如接近典型的设计裕量)，则相关联的波长或周期误差典 型地为一个波长。接下来，当信号处理继续链接过程以基于由下一个相对精 细波长标尺轨道图案提供的更精确的信号提供更高分辨率测量时，这一个波 长的误差持续。短范围误差、长范围误差以及信号噪声都可以促成这种波长 跳跃误差。对于在编码器组件制造、组装和信号处理(例如特定波长中的位 置插值)中的给定精度水平，防止这种误差的实际方式是限制在绝对编码器 中使用的各种波长之间的比率。在限制比率的情况下，扩大编码器的整体范 围与分辨率之比的已知方法是增加附加的标尺轨道以提供更长或更短的波 长。然而，从大小和复杂性的观点来说，增加附加的标尺轨道是不期望的。

与通过增加附加的标尺轨道来提供更长的绝对测量范围的已知方法相 比，本发明通过提供包括根据此处公开的原理的DMST图案的至少一个标尺 轨道，来提供更长的绝对测量范围，而不增加附加的标尺轨道，所述DMST 图案提供具有第一空间波长SW1且在测量范围重复多次的第一强度调制分 量(例如产生中等波长信号)，并且还提供沿着测量轴方向以比第一强度调制 分量更慢的速率改变并且/或者在测量范围内的每个点处可以具有唯一值的 第二强度调制分量(例如产生长范围绝对测量信号)。检测第二强度调制分量 以提供更慢变化的信号，其与由现有技术设计中的附加绝对轨道提供的更长 空间波长信号相似地发挥作用。最终结果是以合理的插值水平并且在不增加 整个标尺宽度的情况下获得更高的范围与分辨率之比。

在一个实施例中，一种绝对光学编码器包括：标尺，该标尺包括沿测量 轴方向延伸的至少第一双重调制标尺轨道图案；光源，被配置用来照亮标尺 和第一双重调制标尺轨道图案；以及光电检测器装置，被配置为接收来自第 一双重调制标尺轨道图案的光。每个双重调制标尺轨道图案被配置为提供光 电检测器装置从双重调制标尺轨道图案接收的光中的第一强度调制分量(例 如产生中等波长信号)。第一强度调制分量作为沿测量轴方向的位置的函数而 变化，且沿着测量轴方向具有第一空间波长SW1。每个双重调制标尺轨道图 案还被配置为提供光电检测器装置从该双重调制标尺轨道图案接收的光中的 第二强度调制分量(例如产生附加的长范围信号)，第二强度调制分量作为沿 测量轴方向的位置的函数而变化。每个双重调制标尺轨道图案还被配置为使 得第一强度调制分量沿着测量轴方向在绝对光学编码器的测量范围上重复多 次，且第二强度调制分量沿着测量轴方向以比第一强度调制分量更慢的速率 变化。通常，第二强度调制分量变化，使得它定义在绝对光学编码器中使用 的下一个更精细的绝对波长的每个单独的空间周期中的唯一信号值或唯一信 号值范围。在某些实施例中，下一个更精细的绝对波长可以是从具有与两个 相似标尺轨道图案波长相对应的相似空间波长的两个信号导出的合成波长。 在其它实施例中，下一个更精细的绝对波长可以是标尺轨道图案波长。

在各种实施例中，第一强度调制分量由包括在图案元素中的区域变化提 供，该图案元素包括在第一双重调制标尺轨道图案中。在一个具体示例实施 例中，第一DMST图案对应于根据SCWAM技术而与另一个中等波长绝对标 尺轨道图案组合使用的中等波长绝对标尺轨道图案，第一强度调制分量对应 于其产生的中等波长信号。第一强度调制分量可由沿着DMST图案周期性布 置的图案元素提供。第二强度调制分量可由根据此处公开的各种技术而被编 码到或叠加到那些图案元素上的附加的标尺轨道图案特征来提供，且对应于 由附加的标尺轨道图案特征产生的附加的长范围信号。在某些实施例中，第 二强度调制分量还由包括在第一双重调制标尺轨道图案中的图案元素所包括 的区域变化提供。在其它实施例中，沿着测量轴方向提供光密度变化的层被 叠加到图案元素上，该光密度变化提供第二强度调制分量。

如在之前合并的’813专利中描述的，第一强度调制分量和所产生的中等 波长信号可以通过改变形成在透明基板上的不透明或反射图案元素(例如玻 璃标尺上的铬)的宽度来获得。在一个具体示例实施例中，可通过进一步改 变图案元素(例如，沿着标尺长度的图案元素的最小铬特征和/或最小间隙特 征)的具体宽度尺寸而将本发明的长范围信号编码到或叠加到中等波长标尺 轨道图案上。通过改变诸如最小铬特征和/或最小间隙特征的图案元素的具体 尺寸，可以作为沿着测量范围的位置的长范围函数而改变周期性中等波长信 号的整体偏移和/或振幅水平，可以测量这些整体偏移和/或振幅水平的改变以 便提供长范围信号。尽管被编码到或叠加到产生中等波长信号的图案变化上， 但是已经通过实验确定该附加的长范围图案变化以便产生中等波长信号中的 可接受的小(例如可忽略的)误差。沿着标尺长度的、诸如最小铬特征和/或 最小间隙特征的图案元素的具体尺寸的变化可根据对于长范围信号期望的信 号模式(例如，线性、阶梯函数、正弦函数等)来实现。

在各种实施例中，用来接收由DMST图案提供的第一和第二强度调制分 量的光电检测器装置包括第一组光电检测元件，第一组光电检测器元件被连 接为使得根据第一关系处理的来自第一组光电检测器元件的一组信号提供指 示相对于第一强度调制分量的空间波长的周期的、第一组光电检测器元件的 位置的值，且根据第二关系处理的来自第一组光电检测器元件的这组信号提 供指示相对于第二强度调制分量的、第一组光电检测器元件的长范围或粗分 辨率位置的值。在一个具体示例实施例中，第一组光电检测元件提供包括已 知的正交类型信号的一组信号，根据第一关系处理该组信号以提供沿着测量 轴方向周期性重复的位置指示值。还可根据第二关系处理包括已知的正交类 型信号的该组信号以提供对应于它们的平均DC偏移或偏置、或它们的平均 振幅等的值。在任何情况下，如上面概述且在下面更详细描述的，根据第二 关系提供的值响应第二强度调制分量，并且变化，使得它定义在绝对光学编 码器中使用的下一个更精细的绝对波长的每个单独的空间周期中的唯一信号 值或唯一信号值范围。

将认识到，尽管前面的概述强调了与在’813专利中描述的标尺轨道图案 结合使用本发明的特征的实施例，但是这样的实施例仅是示例性的，而不是 限制性的。更一般地，对于多种不同的标尺轨道图案和检测器装置，可以使 用此处公开的标尺轨道图案特征及原理来提供双重调制标尺轨道图案，该双 重调制标尺轨道图案将根据本发明的第二长范围强度调制分量编码或叠加到 第一较短范围强度调制分量上。在各种实施例中，可以与对应的检测器部分 一起使用包括根据此处公开的原理的至少一个双重调制标尺轨道图案的多个 绝对标尺轨道，以提供绝对标尺图案，并且可与此处公开的附加的长范围信 号技术组合使用所产生的信号，以提供期望的绝对测量范围和/或范围与分辨 率之比。在某些这样的实施例中，绝对标尺图案可具有小于3.0毫米的宽度， 并且在经济的编码器配置中仍然可以用来对于期望的范围(例如，具有微米 或亚微米级分辨率的70mm或更长范围)提供突出的范围与分辨率之比。

附图说明

本发明的前述方面及许多附加优点会变得更容易认识到，因为其在结合 附图阅读时通过参考以下详细说明将被更好地理解，其中：

图1是可以使用根据此处公开的原理的双重调制标尺轨道图案(DMST 图案)的绝对光学编码器配置的一个实施例的分解图；

图2是示出在图1的绝对光学编码器配置中可用的检测器和绝对标尺图 案配置的某些实施例中有利的各种几何关系、且示出可与SCWAM技术一起 使用以及被包括在根据此处公开的原理的DMST图案中的两个示例性中等波 长标尺轨道图案的图；

图3是根据此处公开的原理的DMST图案的第一示例的两个部分的图；

图4是根据此处公开的原理的DMST图案的第二示例的两个部分的图；

图5是根据此处公开的原理的DMST图案的第三示例的两个部分的图， 该DMST图案包含与图2所示的标尺图案元素类似的标尺图案元素；

图6是包括两个中等波长DMST图案的图，所述图案可与SCWAM技术 一起使用，以及被配置为提供在测量范围上线性变化的长范围绝对测量信号；

图7是图6的标尺轨道和检测器装置的一组输出信号的图；

图8是标尺轨道和检测器装置的实施例的一组输出信号的图，其中，绝 对标尺轨道图案被配置为提供产生根据本发明的长范围信号的长范围强度调 制分量；以及

图9是标尺轨道和检测器装置的实施例的一组输出信号的图，其中，绝 对标尺轨道图案被配置为提供产生根据本发明的非线性长范围信号的另一实 施例的长范围强度调制分量。

具体实施方式

图1是示意性地示出可采用此处公开的双重调制标尺轨道图案特征和检 测器配置的绝对光学编码器配置100的一个实施例的分解图。编码器配置100 的某些方面在前面合并的’813专利中更详细地进行了描述。如图1所示，编 码器配置100包括：标尺元件110；检测器电子装置120，其通过电力和信号 连接192与信号生成和处理电路190连接；以及照明系统或部分160，其包 括用于发射可见波长或不可见波长的光的光源130、透镜140和可选的源光 栅150。光源130也可以通过电力和信号连接(未示出)连接至信号生成和 处理电路190。标尺元件110包括绝对标尺图案115，其包含三个标尺轨道图 案——增量轨道图案TINC、第一中等波长DMST图案TABS1、以及第二中 等波长DMST图案TABS2。轨道图案TABS1和TABS2可以根据前面概述的 SCWAM技术使用，且也可以是DMST图案，如下面详细描述的。在一个具 体的示例实施例中，可以以与下面参照图6描述的方式相似的方式配置及操 作轨道图案TABS1和TABS2。

根据在此使用的惯例，图1还示出正交的X、Y和Z方向。X和Y方向 平行于绝对标尺图案115的平面，其中X方向平行于预期的测量轴方向MA (例如，其垂直于可包括在增量轨道图案TINC中的细长的光栅(grating)图 案元素)。Z方向垂直于绝对标尺图案115的平面。

检测器电子装置120包括检测器配置125，该检测器配置125包含被布 置成分别接收来自3个标尺轨道图案TINC、TABS1和TABS2的光的3个检 测器轨道DETINC、DET1和DET2。检测器电子装置120还可以包括信号处 理电路126(例如，信号偏移和/或增益调整、信号放大和组合电路等)。在一 个实施例中，可以将检测器电子装置120作为单个CMOS IC而制造。如下面 详细描述的，此处公开的用于扩大编码器的范围与分辨率之比的标尺轨道图 案特征和检测器结构可以被适配用于与所述三个标尺轨道图案以及对应的检 测器轨道TINC/DETINC、TABS1/DET1和/或TABS2/DET2中的任意一个或 全部一起使用。

在操作中，可以由透镜140在足以照亮三个标尺轨道图案的所检测的部 分的光束区域(area)上对从光源130发出的光134部分地或全部地进行准直。 图1示意性示出光134的三个光路134A、134B和134C。光路134A是包括 照亮标尺轨道图案TINC的光的代表性中央路径。当标尺轨道图案TINC被照 亮时，其将空间调制光图案(例如，在一些实施例中，来自衍射级的干涉条 纹光)输出至检测器电子装置120的检测器轨道DETINC。光路134B和134C 是分别包括照亮标尺轨道图案TABS2和TABS1的光的代表性路径。当标尺 轨道图案TABS2和TABS1被照亮时，它们将空间调制光图案(例如与它们 的图案相对应的形成图案的光)分别输出至检测器电子装置120的检测器轨 道DETABS2和DETABS1。在各种实施例中，如以下参考图2-5更详细地说 明的，可以配置编码器配置100，使得轨道图案TABS2和TABS1产生分别投 射至检测器轨道DETABS2和DETABS1上的阴影图像(例如，模糊或不模糊 的阴影图像)。将会认识到，所有空间调制光图案随着标尺110移动。在检测 器轨道DETINC、DETABS1和DETABS2的每一个中，布置各个光电检测器 区域以对其相应的所接收到的空间调制光图案进行空间滤波，从而提供期望 的位置指示信号(例如，正交信号或具有有益于信号插值的空间相位关系的 其它周期性信号)。以下参考图2更详细地说明检测器轨道DETINC、 DETABS1和DETABS2的一个实施例。在一些实施例中，代替各个光电检测 器区域，具有各个孔径的空间滤波器遮光器(mask)可以遮蔽相对较大的光 电检测器，以提供与所示出的各个光电检测器区域类似的光接收区域，从而 提供根据已知技术的类似的整体信号效果。

在一些中等分辨率实施例(例如，具有约40微米量级或更大的精细轨道 波长)中，可以配置编码器配置100，使得轨道图案TINC产生投射至检测器 轨道DETINC上的阴影图像。在相对较高分辨率的实施例中，轨道图案TINC 通常被配置为产生衍射光。在诸如具有大约8微米或更小的精细轨道波长的 实施例之类的一些实施例中，可以根据已知方法配置编码器配置100，使得 衍射级(例如，+/1第一级)产生到达检测器轨道DETINC的干涉条纹。在这种 实施例中，通常省略源光栅150。在诸如具有大约8～40微米的精细轨道波 长的实施例之类的其它实施例中，可以根据已知方法配置编码器配置100， 使得几个衍射级相互作用，以在检测器轨道DETINC的平面处产生自身图像 (selfimage)(例如，Talbot图像或Fresnel图像)。在自成像配置中，光源130 可以是LED。在光源尺寸足够小的一些实施例中，源光栅150可省略，或是 可选的。然而，当使用扩展源时，可能需要源光栅150以便提供最需要的自 成像。在这种情况下，围绕代表性光路134A的光通过源光栅150的光栅结 构，以便在以与轨道图案TINC的间距或波长近似匹配的间距布置的光栅开 口处提供部分相干照明源的阵列，从而根据已知的自成像照明原理来照亮标 尺轨道图案TINC。图1示出了源光栅150的实施例，该源光栅150允许代表 性光路134B和134C通过源光栅150的透明基板，使得对来自检测器轨道 DETABS1和DETABS2的信号的质量有益的它们的强度和准直度不被源光栅 150的光栅结构破坏。在其它实施例中，代表性光路134B和134C也可以通 过源光栅150上的光栅结构，但这并不是最优配置。

在各种应用中，检测器电子装置120和照明系统160被以相对于彼此的 固定关系安装在例如读取头或量规外壳(未示出)中，且根据已知技术(例如， 通过采用承载系统)以距标尺110大体不变的距离而被定位或引导。在各种 应用中，可将标尺附接至移动台或量规主轴等。图1所示的配置是透射配置。 标尺图案115包括遮光部分和通过透射将空间调制光图案输出至检测器轨道 的(例如，使用已知的薄膜图案形成技术等在透明基板上制造的)光透射部分。 将会认识到，在反射实施例中，可以布置类似的元件，其中，照明系统160 和检测器电子装置被布置在标尺110的同一侧，并且在必要时根据已知技术 而被定位用于进行有角度的照明和反射。光学编码器配置100可参考’813专 利中公开的类似实施例进一步理解。

将会认识到，为了本公开的目的，图1中沿Y轴方向的标尺轨道的序列 仅是示例性的，并不是限制性的。例如，在其它实施例中，如果根据以上概 述的教导，检测器轨道(和源光栅150(如果被包括在内的话))被沿着适当的 对应光路布置，则绝对轨道图案TABS1和TABS2可以彼此相邻布置(例如， 图6示出了在这样的实施例中可用的配置)，并且精细轨道图案TINC位于它 们的一侧。

图2是图200，其示出在图1的绝对光学编码器配置100中可用的检测 器和绝对标尺图案配置的某些实施例中可能有利的各种几何关系图，并且示 出可与SCWAM技术一起使用而且也可以是如下面详细描述的DMST图案的 两个示例中等波长标尺轨道图案TABS1和TABS2。如图2所示，绝对标尺图 案115’的代表性区段包括精细轨道图案TINC、具有空间波长L1的第一中等 波长绝对标尺轨道图案TABS1和具有空间波长L2的第二中等波长绝对标尺 轨道图案TABS2。简言之，中等轨道图案TABS1和TABS2包括信号变化部 分SP(也称作图案元素(element)SP)，信号变化部分SP透射(或反射) 作为与它们的几何形状近似地对应的空间调制强度图案的光图案。在图2所 示的实施例中，如以下参考图3、4和5更详细地说明的，基于作为“x”的正 弦函数、即作为沿X方向和/或标尺图案115’的测量轴MA的位置的函数而变 化的Y方向“横截面”尺寸，来使每个信号变化部分SP定形。

每个轨道图案TINC、TABS1和TABS2的空间调制光图案(例如，基于 例如参考图1所述的整体编码器配置)被名义上(nominally)对准以分别使中 心位于相应的检测器轨道DETINC、DETABS1和DETABS2上。根据一个有 利的特征，绝对检测器轨道DETABS1和DETABS2的检测器被配置为分别在 小于对应的Y方向标尺轨道图案尺寸YTABS1和YTABS2的、相应的Y方 向检测器边缘到边缘尺寸YDETABS1和YDETABS2上感测空间调制光。如 以下参考图3更详细地说明的，这留出了在中心或名义对准中心子轨道的每 一侧上沿测量轴MA延伸的未对准容差区或子轨道TOL。为了参考并且为了 解释，图2示意性图示了分别被示出为与中等波长绝对轨道图案TABS1和 TABS2的中心子轨道对准的代表性检测器窗区域DWABS1和DWABS2。检 测器窗区域DWABS1和DWABS2分别与检测器轨道DETABS1和DETABS2 的各检测器元件的检测区域相对应，并且被图示为处于与名义操作对准相对 应的位置。

在图2所示的实施例中，检测器轨道DETINC、DETABS1和DETABS2 的每一个包括按已知的正交(quadrature)类型的检测器布局布置和连接的各 个检测器元件的阵列。简言之，在每个阵列中，四个相邻的检测器元件被均 匀间隔，以提供检测它们接收到的空间调制光图案的4个空间相位(即，0、 90、180和270度)的空间滤波。如图2所示，可以提供多组的4个这种相邻 的检测器元件，并且可以将检测相同空间相位的检测器相互连接，以对它们 的信号成分(signal contribution)求和。求和后的信号成分被显示为包括具有A 或B或者A′或B′名称(例如分别对应于0、90、180和270度的空间相位关 系的名称)的信号。更具体地，对应于增量检测器轨道DETINC的4个正交 信号为信号Ainc，Binc，Ainc′和Binc′。类似地，检测器轨道DETABS1的正 交信号的求和后的信号成分是信号Aabs1，Babs1，Aabs1′和Babs1′，而检测 器轨道DETABS2正交信号的求和后的信号成分是信号Babs2′，Aabs2′，Babs2 和Aabs2。因此，当每个空间调制光图案在其对应的检测器轨道上移动并且 检测器元件如上所述地对空间调制光图案进行空间滤波时，作为位置的函数 而提供正弦正交信号。可以根据已知的技术处理该正交信号以确定每个检测 器轨道在其对应的标尺轨道的当前局部波长中的空间相位位置。具体地，当 中等波长绝对轨道图案TABS1和/或TABS2中的一个或每一个是(例如，如 下面参考图3-5所描述的)包括根据此处公开的原理的提供具有第一周期性 强度调制分量的空间调制光图案的特征的DMST图案时，则由检测器轨道 DETABS1和DETABS2中的对应的一个或每一个提供的空间滤波提供对应于 该第一周期性强度调制分量的4个空间相位(即，0、90、180和270度)的 信号。这些确定的空间相位位置(具体地，中等波长绝对轨道图案TABS1和 TABS2中的空间相位位置)可根据之前概述的SCWAM技术来处理，以便确 定合成波长SW中的绝对位置，其中SW＝L1*L2/|L1-L2|。另外，当中等 波长绝对轨道图案TABS1和TABS2中的至少一个是(例如，如下面参考图 3-5所描述的)包括根据此处公开的原理的提供第二强度调制分量的特征的 DMST图案时，所述正交信号也可被处理以提供取决于第二强度调制分量且 指示比合成波长SW(例如，如下面参考图6-9所描述的)长的测量范围上的 绝对位置的组合信号。

在一些实施例中，标尺图案115’的整体宽度可以是约3.0毫米或更小， 尺寸YTINC、YTABS1和YTABS2各自可以是约1.0毫米或更小，并且尺寸 YDETINC、YDETABS1和YDETABS2各自可以分别小于对应的尺寸YTINC、 YTABS1和YTABS2。在一个特定示例实施例中，尺寸YTINC、YTABS1和 YTABS2各自可以是0.8毫米，尺寸YDETINC、YDETABS1和YDETABS2 各自可以是0.508毫米，并且各子轨道TOL可以沿Y方向延伸约0.146毫米 的量超过尺寸YDETINC、YDETABS1和YDETABS2，以允许未对准以及防 止模糊的空间调制光渗入相邻轨道的检测器。在很多应用(例如，线性量规等) 中，关于大小和成本两者，这种紧凑尺寸特别有优势。可基于合并的’813专 利中的类似的特征和尺寸的描述来理解与图2所示的某些特征和尺寸相关的 各种其它设计考虑。

DMST图案TABS2的波长L2可以是L2＝720微米，并且DMST图案 TABS1的波长L1可以是L1＝700微米。精细轨道图案TINC的波长可以是 20微米。使用SCWAM技术，这提供大约25.2mm的合成波长，并允许在绝 对编码器中使用合理的插值比以及波长关系比。如将在下面参考图6详细描 述的，在一个特定示例实施例中，25.2mm的合成波长可结合与(例如在各个 实施例中，由中等波长绝对轨道图案TABS1和TABS2提供的)DMST图案 的第二强度调制分量相关联的长范围信号而使用，使得可经济地提供至少 70mm或更大的绝对测量范围。

当然，以上例子中概述的配置和尺寸仅是示例性的，并不是限制性的。 例如，可以增大各个Y方向尺寸，以提供更大的信号和/或更宽的容差子轨道， 并且/或者提供附加空间以防止模糊的光在轨道之间渗透，或者，可以提供附 加绝对轨道，以增大绝对测量范围(例如，在附加绝对轨道具有较长的波长和 /或DMST图案特征的情况下使用SCWAM技术)。

图3是根据此处公开的原理的DMST图案TABS的第一示例的两个部分 300和350的图。DMST图案TABS可被适配为代替此处公开的多种DMST 轨道图案而使用。如图3所示，部分300可看作在靠近DMST图案TABS的 第一端(例如，靠近编码器的绝对测量范围的第一端)提供的代表性区段(在 长度上为一个波长Ltrack)，部分350可看作靠近DMST图案TABS的第二端 (例如，靠近编码器的绝对测量范围的第二端)提供的代表性区段(在长度上 为一个波长Ltrack)。在图3所示的实施例中，部分300和350之间的主要差 别反映在尺寸YMINCENT(x)的长范围变化中，尺寸YMINCENT(x)的 长范围变化确定尺寸YSPCENT(x)的长范围变化。尺寸YSPCENT(x)的 变化被配置为使得它提供由DMST图案TABS提供的空间调制光图案中的第 一周期性强度调制分量以及第二长范围强度调制分量二者，如下面详细描述 的那样。

DMST图案TABS包括：中央子轨道DMST-CENT，其具有相应的Y方 向尺寸YCENT；以及未对准容差子轨道STR-TOL1、STR-TOL2、STR-TOL1’ 和STR-TOL2’，其具有相应的Y方向尺寸Y-TOL1、Y-TOL2、Y-TOL1和 Y-TOL2。子轨道STR-TOL1和STR-TOL2一起构成整个容差子轨道 STR-TOL，并且子轨道STR-TOL1’和STR-TOL2’构成整个容差子轨道 STR-TOL’。将理解，每个子轨道沿测量轴MA的方向延伸。

为了解释，图3还示出名义上对准的代表性检测器窗区域DWABS，其 与将用作空间滤波器以感测由轨道图案TABS提供的空间调制光的单独的检 测器元件的检测区域相对应。在编码器应用中，YTOL2是在检测器窗区域 DWABS(和/或对应的检测器轨道)和DMST图案TABS之间沿第一Y方向容 许的未对准容差的量，YTOL1是沿相反的Y方向容许的未对准容差的量。将 中央子轨道DMST-CENT尺寸确定为具有相应的Y方向尺寸YCENT，使得 即使检测器窗区域DWABS未对准至容差子轨道STR-TOL2或STR-TOL1’的 限制，来自一个或多个图案部分SP-CENT的几乎全部光也总是落在检测器窗 区域DWABS上。因而，与未对准无关，来自SP-CENT的所得到的信号成分 以良好的保真度携带对应于第一周期性强度调制分量和第二长范围强度调制 分量二者的信息。

关于容差子轨道STR-TOL和STR-TOL′以及它们包括的图案部分的各种 设计考虑可基于所合并的’813专利中的类似的特征和尺寸的描述来理解，此 处不需要详细描述。简单来说，可以将分别限定信号变化图案部分SP-TOL2 和SP-TOL1的形状的可变尺寸YSPTOL2(x)和YSPTOL1(x)定义为如下：

$\mathrm{YSPTOL}2\left(x\right)=\mathrm{YMIN}2+[(A2-\mathrm{YMIN}2)*\sin \left(\frac{2\pi }{\mathrm{Ltrack}}(x-\mathrm{xref})\right)]$(公式1)

$\mathrm{YSPTOL}1\left(x\right)=\mathrm{YMIN}1+[(A1-\mathrm{YMIN}1)*\sin \left(\frac{2\pi }{\mathrm{Ltrack}}(x-\mathrm{xref})\right)]$(公式2)

如图3所示，如果检测器窗区域DWABS沿着Y方向未对准，则DMST 图案TABS被配置为使得从子轨道STR-TOL中的检测器窗区域DWABS“丢 失”的光始终由对于子轨道STR-TOL′中的检测器窗区域DWABS“获得”的 光补偿，反之亦然。因此，来自子轨道STR-TOL和STR-TOL′的所得到的组 合信号成分对应于它们的具有正弦保真度的图案部分SP-TOL′的正弦形状， 而与未对准无关。这是在如’813专利中更详细教导的那样容差子轨道 STR-TOL和STR-TOL′在几何上全等且在一个沿着Y方向平移YDETABS的 距离时重合的情况下实现的。

如前面概述的，尺寸YMINCENT(x)的长范围变化确定尺寸YSPCENT (x)的长范围变化。尺寸YSPCENT(x)的变化被配置为使得它提供由DMST 图案TABS提供的空间调制光图案中的第一周期性强度调制分量和第二长范 围强度调制分量二者。具体地，在图3所示的特定示例实施例中，信号变化 图案部分SP-CENT根据变化的Y方向尺寸YSPCENT(x)而被定形，使得 其包括具有最大Y方向尺寸或振幅ACENT的正弦变化区域部分、以及由可 变尺寸YMINCENT(x)表征的长范围变化区域部分。Ltrack为DMST图案 TABS的名义(nominal)波长(例如，中等波长)，并且也是第一周期性强度 调制分量的波长。定义信号变化图案部分SP-CENT的形状的可变尺寸 YSPCENT(x)可如下定义：

$\mathrm{YSPCENT}\left(x\right)=\mathrm{YMINCENT}\left(x\right)+[\left(\mathrm{ACENT}\right)*\sin \left(\frac{2\pi }{\mathrm{Ltrack}}(x-x_{\mathrm{ref}})\right)]$(公式3)

其中

$\mathrm{YMINCENT}\left(x\right)=\mathrm{YMINCENT}\left(x_{\mathrm{ref}}\right)*[1-k\frac{x}{\mathrm{RANGE}}]$(公式4)

一般而言，YMINCENT(x_ref)是与ACENT相关地选择的，以便提供第 一和第二强度调制分量之间信号强度的期望分配，k是在范围0＜k＜1内选择 的因子以提供由第二强度调制分量提供的长范围绝对测量信号中的在测量范 围上的期望的变化量。

应该认识到，由项YMINCENT(x)控制的图案区域(area)变化提供 了由DMST图案TABS提供的空间调制光图案中的第二长范围强度调制分 量，由公式3中剩余的正弦项控制的图案区域变化提供第一周期性强度调制 分量。为了说明，在图3中显著地夸大了由项YMINCENT(x)控制的变化 率或图案区域变化。实际上，尺寸RANGE可以是波长Ltrack的数倍(例如， 在某些实施例中，Ltrack的20-25倍，或在其它实施例中，Ltrack的100-300 倍或更大)。在下面参考图6详细地描述与分别导出关于第一和第二强度调制 分量的两个不同的信号有关的信号处理。

图4是根据此处公开的原理的DMST图案TABS第二示例的两个部分 400和450的图。DMST图案TABS可被适配为替代此处公开的多种DMST 轨道图案而使用。图4的图400和450与图3的对应图300和350共用某些 特征和尺寸线。因此，下面将只强调与图3的配置相比显著的差异。图3和 图4中具有相似设计考虑和/或相似功能的特征被类似地标记或编号(例如， 利用相同的参考标记和编号，或者通过添加一个或多个“’”符号)，并且可 通过类比而被理解。

如图4所示，部分400可看作在靠近编码器的绝对测量范围的第一端的 DMST图案TABS中提供的代表性区段，部分450可看作在靠近编码器的绝 对测量范围的第二端的DMST图案TABS中提供的代表性区段。在图4所示 的实施例中，部分400和450之间的主要不同反映在尺寸YMINCENT(x) 的长范围变化上，尺寸YMINCENT(x)的长范围变化受阻挡(block)元件 BLOCK的形状影响，并且确定尺寸YSPCENT(x)的长范围变化。尺寸 YSPCENT(x)的变化被配置为使得它提供由DMST图案TABS提供的空间 调制光图案中的第一周期性强度调制分量和第二长范围强度调制分量二者， 如下面详细描述的。

具体地，在图4所示的特定示例实施例中，信号变化图案部分SP-CENT 根据变化的Y方向尺寸YSPCENT(x)而被定形，使得它包括具有最大Y方 向尺寸或振幅ACENT的正弦变化区域部分、以及由可变尺寸YMINCENT(x) 表征的长范围变化区域部分。Ltrack为DMST图案TABS的名义波长(例如， 中等波长)，并且也是第一周期性强度调制分量的波长。通过增加阻挡元件 BLOCK、以及图4所示的尺寸定义(与图3所示的尺寸定义相比，由于阻挡 元件BLOCK，其被略微地修改)，定义信号变化图案部分SP-CENT的形状的 可变尺寸YSPCENT(x)可再一次基于公式3和4以及如上面参考图3所呈 现的它们的相关描述来表征和理解。

图5是根据此处公开的原理的DMST图案DMST-TABS的第三示例的两 个部分500和550的图。DMST图案TABS可被适配为替代此处公开的多种 DMST轨道图案而使用。图5的图500和550与图4的对应图400和450以 及图3的对应图300和350共用某些特征和尺寸线。因此，下面将只强调与 图5的配置相比显著的差异。图3、4和5中具有相似设计考虑和/或相似功 能的特征被类似地标记或编号(例如，利用相同的参考标记和编号，或者通 过添加一个或多个“’”符号)，并且可通过类比而被理解。如图5所示，部 分500可看作在靠近编码器的绝对测量范围的第一端的DMST图案TABS中 提供的代表性区段，部分550可看作在靠近编码器的绝对测量范围的第二端 的DMST图案TABS中提供的代表性区段。在图5所示的实施例中，部分500 和550之间的主要不同反映在尺寸YMIN(x)的长范围变化上，尺寸YMIN (x)的长范围变化受阻挡元件BLOCK的形状影响，并且确定尺寸YSPUNIV (x)的长范围变化。尺寸YSPUNIV(x)的变化被配置为使得它提供由DMST 图案TABS提供的空间调制光图案中的第一周期性强度调制分量和第二长范 围强度调制分量二者，如下面详细描述的。

与图2所示的轨道图案类似，尽管与图3和图4所示的轨道图案相反， 轨道图案DMST-TABS包括沿两个方向重复的单一类型或形状的形成图案的 信号变化部分SP-UNIV(也称为信号变化元素)。基本的形成图案的信号变化 元素SP-UNIV沿着Y方向穿过中央子轨道STR-CENT以及穿过全部容差子 轨道STR-TOL和STR-TOL′(与之前描述的那些类似)而重复，并且沿着Y 方向在每次重复中具有相同的名义尺寸。其还沿着X方向重复，或更具体地， 沿着相对于X方向的图案角度θ重复，并且作为沿着测量轴方向的位置X的 函数而较小地调整所述基本的形成图案的信号变化元素SP-UNIV，以便提供 长范围强度调制分量，如下面详细描述的。

关于容差子轨道STR-TOL和STR-TOL′以及所述基本的形成图案的信号 变化部分SP-UNIV的各种设计考虑可基于所合并的’813专利中的类似特征和 尺寸的描述来理解，此处不需要详细描述。简单来说，检测器窗区域DWABS 的尺寸YDETABS以及所述基本的形成图案的信号变化部分SP-UNIV的Y 方向重复尺寸被选择为使得尺寸YDETABS跨越整数个所述形成图案的信号 变化元素SP-UNIV(例如，图5中的三个元素)，并且容差子轨道STR-TOL 和STR-TOL′在几何上全等且在一个沿着Y方向平移YDETABS的距离时重 合，如813专利中详细教导的。因此，如图5所示，如果检测器窗区域DWABS 沿着Y方向未对准，DMST图案DMST-TABS被配置为使得从子轨道 STR-TOL中的检测器窗区域DWABS“丢失”的光始终由对于子轨道 STR-TOL′中的检测器窗区域DWABS“获得”的光补偿，反之亦然。因此， 来自通过检测器窗区域DWABS检测的所有所述基本的形成图案的信号变化 部分SP-UNIV的所得到的组合信号成分对应于它们的具有良好保真度的作为 x的函数的形状，而与未对准无关。

如前所概述的，尺寸YMIN(x)的长范围变化确定尺寸YSPUNIV(x) 的长范围变化。尺寸YSPUNIV(x)的变化被配置为使得它提供由DMST图 案DMST-TABS提供的空间调制光图案中的第一周期性强度调制分量和第二 长范围强度调制分量二者。具体地，在图5所示的特定具体实施例中，信号 变化图案部分SP-UNIV根据变化的Y方向尺寸YSPUNIV(x)而定形，使 得其包括具有最大Y方向尺寸或振幅A的正弦变化区域部分，以及由可变尺 寸YMIN(x)表征的长范围变化区域部分。Ltrack是DMST图案DMST-TABS 的名义波长(例如，中等波长)，并且也是第一周期性强度调制分量的波长。 阻挡元件BLOCK具有作为X的函数而变化的Y方向尺寸YBLOCK(x)，其 由下式给出：

$\mathrm{YBLOCK}\left(x\right)=\mathrm{YMIN}\left(\mathrm{xref}\right)*k\frac{x}{\mathrm{RANGE}}$

(公式5)

可变尺寸YSPUNIV(x)与之前关于公式3和公式4描述的可变尺寸 YSPCENT(x)类似。定义信号变化图案部分SP-UNIV的形状的可变尺寸 YSPUNIV(x)可定义如下：

$\mathrm{YSPUNIV}\left(x\right)=\mathrm{YMIN}\left(x\right)+[\left(A\right)*\sin \left(\frac{2\pi }{\mathrm{Ltrack}}(x-\mathrm{xref})\right)]$(公式6)

其中

$\mathrm{YMIN}\left(x\right)=\mathrm{YMIN}\left(\mathrm{xref}\right)-\mathrm{YBLOCK}\left(x\right)=\mathrm{YMIN}\left(\mathrm{xref}\right)*[1-k\frac{x}{\mathrm{RANGE}}]$(公式7)

一般来说，与A相关地选择YMIN(xref)，以便提供第一和第二强度调 制分量之间的信号强度的期望分配，k是在范围0＜k＜1内选择的因子，以提 供由第二强度调制分量提供的长范围绝对测量信号中的在测量范围上的期望 的变化量。

应该认识到，由项YMIN(x)控制的图案区域变化提供由DMST图案 TABS提供的空间调制光图案中的第二长范围强度调制分量，由公式6中剩 余的正弦项控制的图案区域变化提供第一周期性强度调制分量。为了说明， 在图5中显著夸大了由项YMIN(x)控制的图案区域变化的变化率。实际上， 尺寸RANGE可以是波长Ltrack的数倍(例如，Ltrack的20-25倍或更大)。 在下面参考图6详细地描述与分别导出关于第一和第二强度调制分量的两个 不同的信号有关的信号处理。

前述实施例说明了可用于提供绝对轨道图案的多种DMST图案。例 如，’813公开了一种绝对轨道图案，其基于信号变化图案部分SP-grid(x)中的 “离散”正弦区域变化，而不是如参照前面的实施例描述的连续的正弦函 数。’813专利的离散实施例包括参数Amin，其类似于上面概述的尺寸YMIN (x)。应该认识到，如果参数Amin被适配为作为x的函数而变化(例如，作 为Amin(x)，以类似于上面概述的尺寸YMIN(x)的方式)，那么可在离散 正弦DMST图案中提供第二长范围强度调制分量，所述离散正弦DMST图案 在其它情况中类似于’813专利中公开的离散正弦绝对轨道图案。因此，可以 认识到，此处公开的DMST图案以及绝对轨道配置仅仅是示例性的，而非限 制性的。

图6是图示包括两个中等波长DMST图案(TABS1X和TABS2X)的标 尺轨道和检测器装置600的一个实施例的示意图，标尺轨道和检测器装置600 可与SWAM技术一起使用，并且被配置为提供在测量范围上线性变化的长范 围信号绝对测量信号。如在下面将要详细描述的，绝对标尺轨道图案TABS1X 和TABS2X根据上面针对图2-5描述的设计原理而形成。在中等波长DMST 图案TABS1X和TABS2X的具体示例中，使用与图5的图案元素类似的图案 元素。如上所述，在这样的标尺图案中，中等波长信号和长范围信号都通过 改变形成在透明基板上的不透明“条”或图案元素(例如玻璃标尺上的铬) 的宽度来取得，使得它提供由DMST图案TABS1X和TABS2X提供的空间调 制光图案中的第一周期性强度调制分量(即，中等波长强度调制分量)和第 二长范围强度调制分量二者。

此外，在图6所示的实施例中，类似于之前参考图2概述的中等波长 DMST图案，中等波长DMST图案TABS1X和TABS2X具有略微不同的波长 L1和L2。如在前面描述并且在下面更详细地描述的，当组合来自具有略微 不同的波长的中等波长DMST图案的信号时，略微不同的波长可提供更长的 合成波长(例如中等波长之间的拍频)，根据所述合成波长可确定相对粗的分 辨率的合成波长位置。在图6所示的图案元素和尺寸的一个特定实施例中， 合成波长可约为25.2mm，且编码器的绝对测量范围可通过由DMST图案提 供的空间调制光图案中的第二长范围强度调制分量而被扩展到大约70mm或 更大。有利地，由第二长范围强度调制分量提供的信号精度和分辨率仅需要 精确到小于合成波长的大约一半，这允许鲁棒的设计裕量和操作。

如前所概述的，在图6所示的中等波长DMST图案TABS1X和TABS2X 的特定示例中，使用与图5的图案元素类似的图案元素。具体地，中等波长 DMST图案TABS1X和TABS2X每个都可以被形成以便如之前参考公式6和 7概述的那样来描述。已经确定用于对长范围信号进行编码的图案元素尺寸 分量YMIN(x)的这种改变可在某些实施例中实施，而不显著影响与第一强 度调制分量相关的测量精度，该第一强度调制分量在一个或多个中等波长 DMST图案TABS1X和/或TABS2X的特定中等波长中提供具有期望精度和分 辨率的位置信息。

如图6所示，绝对标尺图案615包括下中等波长MDST图案TABS1X和 上中等波长DMST图案TABS2X。为了说明和解释，绝对标尺图案615的各 种部分还以放大形式示出，包括左标尺图案区段615A、中央标尺图案区段 615B和右标尺图案区段615C。

标尺图案部分615A、615B、615C每个分别包括对应的下轨道图案部分 TABS1XA、TABS1XB和TABS1XC以及上轨道图案部分TABS2XA、 TABS2XB和TABS2XC。绝对标尺图案615被示出为延伸超过大约70mm的 范围，并且中心被标注为0位置。中央标尺图案区段615B因此被示出包括从 -1mm至+1mm的范围，而左标尺图案区段615A包括从-26mm至-24mm的范 围，右标尺图案区段615C包括从+24mm至+26mm的范围。

如图6所示，作为沿着标尺长度的x的函数(例如，根据公式7中表达 的函数YMIN(x))逐步改变最小铬特征和/或最小间隙(clear)特征(例如， 对应于图5中的尺寸YMIN(x)的图案元素特征)的大小的技术导致出现在 DMST图案TABS2X中从右向左或在DMST图案中从左向右的整体“阴影”量 的逐步增加。更具体地，DMST图案TABS1X从左至右看起来逐步变暗，这 是因为，对于DMST图案TABS1X，尺寸YMIN(x)遵循对应于图5和公式 7的改变模式。相反，对于DMST图案TABS2X，尺寸YMIN(x)遵循与图 5和公式7相比沿着测量轴方向相反的改变模式。即，对于DMST图案 TABS2X，我们可以将与上面参考图5和公式5所概述的阻挡元件相似的阻挡 元件描述为：

$\mathrm{YBLOCK}\left(x\right)=\mathrm{YMIN}\left(\mathrm{xref}\right)*k\frac{\mathrm{RANGE}-x}{\mathrm{RANGE}}$(公式5′)

然后，图案元素可由公式6定义，其中根据公式5’修改了尺寸YMIN(x) 的表达式。即，对于DMST图案TABS2X，在公式6中，YMIN(x)是：

$\mathrm{YMIN}\left(x\right)=\mathrm{YMIN}\left(\mathrm{xref}\right)-\mathrm{YBLOCK}\left(x\right)=\mathrm{YMIN}\left(\mathrm{xref}\right)*[1-k\frac{\mathrm{RANGE}-x}{\mathrm{RANGE}}]$(公式7′)

为了解释，公式6示出了一组检测器轨道DETABS1X和DETABS2X， 其分别与DMST图案TABS1X和TABS2X对准。在一个实施例中，检测器轨 道DETABS1X和DETABS2X可通过与图2所示的相似的检测器轨道 DETABS1和DETABS2类比而理解，且多组信号(Aabs1，Babs1，Aabs1′和 Babs1′)以及(Babs2′，Aabs2′，Babs2和Aabs2)也可以通过类比来类似地 理解。

下面概述关于前述信号组的信号和信号处理。将理解，所述信号组 (Aabs1，Babs1，Aabs1′和Babs1′)以及(Babs2′，Aabs2′，Babs2和Aabs2) 在许多方面基本类似，除了由于分别对DMST图案TABS1X和TABS2X的不 同中等波长L1和L2进行的检测导致的、来自检测器轨道DETABS1X的信 号相对于检测器轨道DETABS2X之间的整体空间相位差。在下面的讨论中， 使用惯例，其中信号组[A(x)，B(x)，A′(x)和B′(x)]可对应于来自任一检测器轨道 的信号组，即信号组[Aabs1，Babs1，Aabs1′和Babs1′]或信号组[Aabs2，Babs2， Aabs2′和Babs2′]。如也将在下面详细描述的，在各个实施例中，信号组 [A(x)，B(x)，A′(x)和B′(x)]的和指示信号偏移的整体水平，其包括第二强度调制 分量的作用且可用来确定整个测量范围上的长范围绝对测量信号。

基于在上面关于图6所概述的公式和设计原理，用于由DMST图案 TABS1X和TABS2X中的任一个产生的四个相位信号的公式可表示为：

$A\left(x\right)=N*\underset{x}{\overset{x+w}{\int }}[\mathrm{YMIN}\left(x\right)+(\left(A\right)*\sin \left(\frac{2\pi }{\mathrm{Ltrack}}(x-\mathrm{ref})\right))]\mathrm{dx}$(公式8)

$B\left(x\right)=N*\underset{x+\mathrm{Ltrack}/4}{\overset{x+\mathrm{Ltrack}/4+w}{\int }}[\mathrm{YMIN}\left(x\right)+(\left(A\right)*\sin \left(\frac{2\pi }{\mathrm{Ltrack}}(x-\mathrm{ref})\right))]\mathrm{dx}$(公式9)

$A^{\prime }\left(x\right)=N*\underset{x+\mathrm{Ltrack}/2}{\overset{X+\mathrm{Ltrack}/2+w}{\int }}[\mathrm{YMIN}\left(x\right)+(\left(A\right)*\sin \left(\frac{2\pi }{\mathrm{Ltrack}}(x-\mathrm{ref})\right))]\mathrm{dx}$(公式10)

$B^{\prime }\left(x\right)=N*\underset{x+3\mathrm{Ltrack}/4}{\overset{x+3\mathrm{Ltrack}/4+w}{\int }}[\mathrm{YMIN}\left(x\right)+(\left(A\right)*\sin \left(\frac{2\pi }{\mathrm{Ltrack}}(x-\mathrm{ref})\right))]\mathrm{dx}$(公式11)

其中N是检测器元件沿着Y轴方向跨越的图案元素的整数数目(例如， 在图2所示的实施例中N＝3)，w是检测器元件的宽度，YMIN(x)对于与 DMST图案TABS2X相关的信号由公式7′给出，而对于与DMST图案TABS1X 相关的信号由公式7给出。在一个特定实施例中，可指示在整个测量范围上 下一个更精细的波长(例如，合成波长)中的长范围绝对位置的长范围信号 LRS(x)可由这些信号的和(即净信号偏移)来确定：

LRS(x)＝A(x)+B(x)+A′(x)+B′(x)    (公式12)

对于上面参考公式5-7、5′和7′概述的特定实施例，信号LRS(x)与x 成线性，因为

$F\left(x\right)=\underset{x}{\overset{x+w}{\int }}\mathrm{YMIN}\left(x\right)\mathrm{dx}+\underset{x+\mathrm{Ltrack}/4}{\overset{x+\mathrm{Ltrack}/4+w}{\int }}\mathrm{YMIN}\left(x\right)\mathrm{dx}+\underset{x+\mathrm{Ltrack}/2}{\overset{x+\mathrm{Ltrack}/2+w}{\int }}\mathrm{YMIN}\left(x\right)\mathrm{dx}+\underset{x+3\mathrm{Ltrack}/4}{\overset{x+3\mathrm{Ltrack}/4+w}{\int }}\mathrm{YMIN}\left(x\right)\mathrm{dx}$(公式13)

是线性的，并且还因为A(x)的正弦部分抵消A′(x)的正弦部分，B(x) 的正弦部分抵消A′(x)的正弦部分：

$\underset{x}{\overset{x+w}{\int }}A*\sin \left(\frac{2\pi }{\mathrm{Ltrack}}(x-\mathrm{xref})\right)\mathrm{dx}+\underset{x+\mathrm{Ltrack}/2}{\overset{x+\mathrm{Ltrack}/2+w}{\int }}A*\sin \left(\frac{2\pi }{\mathrm{Ltrack}}(x-\mathrm{xref})\right)\mathrm{dx}=0$(公式14)

$\underset{x+\mathrm{Ltrack}/4}{\overset{x+\mathrm{Ltrack}/4+w}{\int }}A*\sin \left(\frac{2\pi }{\mathrm{Ltrack}}(x-\mathrm{xref})\right)\mathrm{dx}+\underset{x+3\mathrm{Ltrack}/4}{\overset{x+3\mathrm{Ltrack}/4+w}{\int }}A*\sin \left(\frac{2\pi }{\mathrm{Ltrack}}(x-\mathrm{xref})\right)\mathrm{dx}=0$

(公式15)

将认识到，在大多数实现中，由于YMIN(x)的变化率导致的信号振幅 的变化率可被选择为与由于正弦信号分量导致的变化量相比相对较小(例如， 对于每个波长在4％的量级上变化)。这种情况下，公式13-15中隐含的近似 提供可接受的实际结果。然而，在信号振幅的变化率违背这些假定的任何实 现中，可以执行附加的计算或技术以补偿在第一和第二强度调制分量的检测 之间出现的较小的附加信号干扰或串扰，如受益于本公开的本领域技术人员 所能够识别的校正的那样。

根据上述公式，从诸如图6所示的配置之类的配置提供两个长范围信号 LRS，其中从上标尺轨道图案TABS1X提供第一长范围信号LRS₁，且从下标 尺轨道图案TABS2X提供第二长范围信号LRS₂。在其中根据公式12提供两 个长范围信号LRS的类似于图6的实施例中，当x从位置零变化到对应于整 个绝对测量范围的位置“R”(例如，R大约等于如公式5、5′、7和7′所示的 RANGE)时，这两个信号具有相等且相反的斜率，

LRS₁(x)＝f₀+mx

LRS₂(x)＝f₀+m(R-x)    (公式16a和16b)

其中，f₀是标尺一端的信号偏移或偏置(bias)，m是偏移的斜率，且R是 编码器的范围。图6的曲线图650中示出了长范围信号LRS₁和LRS₂实际测 量的示例。如曲线图650所示，信号LRS₁在大约70mm的范围上，从大约 4.2的值向下线性减小到大约3.3的值，而信号LRS₂在大约70mm的范围上， 从3.3的值向上线性增大到大约4.2的值。

可从长范围信号LRS₁和LRS₂计算长范围位置信号P_LR。在某些实施例 中，长范围位置信号P_LR随着位置X线性变化且理想地很小地依赖于或不依 赖于f₀是有利的。这样计算的一个例子是：

P_LR(x)＝LRS₁(x)-LRS₂(x)＝2mx-mR  (公式17)

其中m和R通过设计、校准或实验而获知。作为用于长范围位置信号 P_LR的替代计算(例如，在用于第一和第二轨道的光源或标尺图案制造中的缺 陷导致它们各自的f₀′s的不同值的情况中)，可以使用诸如以下公式之类的公 式，其中，将理解，量2f₀代表与各个标尺轨道图案相关的各个f₀′s的更一般 的和：

$P_{\mathrm{LR}}\left(x\right)=\frac{{\mathrm{LRS}}_1\left(x\right)-{\mathrm{LRS}}_2\left(x\right)}{{\mathrm{LRS}}_1\left(x\right)+{\mathrm{LRS}}_2\left(x\right)}=\frac{2\mathrm{mx}-\mathrm{mR}}{{2f}_0+\mathrm{mR}}$(公式18)

将认识到，通常，如这些公式示出的，长范围信号LRS₁和LRS₂在x上 都是线性的，并且可一起以多种方式使用以产生随着x近似线性地变化的长 范围位置信号P_LR。在各种实现中，也可利用设定零参考点的技术或用于执行 各种补偿措施的其它技术，如本领域技术人员将知晓的那样。图6的曲线图 670中示出了长范围位置信号P_LR的示例，以及合成波长空间相位位置信号 P_S的示例，所述合成波长空间相位位置信号P_S用于链接(chain-down)过程， 如下面将详细描述的。在前面的实施例中，具有相反极性的两个DMST图案 的使用是有利的，并且与采用来自单个DMST图案的单个信号相比可能更健 壮。然而，应该认识到，在其它实施例中，可使用来自单个DMST图案的单 个信号(例如曲线图650所示的信号LRS₁或LRS₂中的一个)。还应该认识到， 替代使长范围信号基于由来自组[A(x)，B(x)，A′(x)和B′(x)]的多个信号的和展示 的净偏移信号变化，在某些实施例中，长范围信号可以是基于差[A₁(x)-A₁′(x)] 和[B₁(x)-B₁′(x)]确定的变化的净振幅信号(例如，它们的平方的和的平方根)。 在某些这样的实施例中，为了在长范围信号中提供显著的信号振幅变化，利 用参考图3-5使用的命名法，附加于或代替沿着DMST图案改变尺寸YMIN， 尺寸A可作为x的函数变化(例如，A(x)＝A(xref)-YBLOCK(x))。在任意 情况下，一旦确定长范围位置信号P_LR(x)，下一步就是链接到特定合成波长 位置信号P_S(x)。为了链接到合成波长位置信号P_S(x)，需要知道来自可分别被 指定为M₁和M₂轨道的第一和第二标尺轨道图案(例如，TABS1X和TABS2X) 的相位，所述相位的对应公式可表示为：

(公式19a和19b)

其中，上面的下标指示信号来自哪个轨道图案，例如，M₁可以是上述具 有波长Ltrack₁的中等波长绝对轨道图案TABS1X，且M₂可以是上述具有波 长Ltrack₂的中等波长绝对轨道图案TABS2X。为了标记方便，我们现在定义 λ_M1＝Ltrack₁且λ_M2＝Ltrack₁。那么合成波长位置信号P_S(x)为：

${\lambda }_s=\frac{{\lambda }_{M1}{\lambda }_{M2}}{{\lambda }_{M1}-{\lambda }_{M2}}$(公式20a和20b)

其中λ_s是合成波长。

如曲线图670所示，将理解的是，合成波长位置信号P_S在各种波长中具 有相同的值的位置指示各种合成波长中两个轨道(例如TABS1X和TABS2X) 具有相同相位的位置。图6对于信号值与x轴相交的示例位置强调这样的位 置。这些位置还可在图6上部的区段615A、615B以及615C中看到。换句话 说，当DMST图案TABS1X的图案元素沿着Y轴方向与DMST图案TABS2X 的图案元素精确地排齐时，这指示这两个图案具有相同的空间相位的区域。 这些“同相”位置被示出为近似地处于-25、0以及+25的位置，且将导致来自 它们对应的检测器轨道的基本相同相位的信号(例如，根据公式19a和19b)， 使得在那些位置P_S(x)≈0(例如，根据公式20a)。

从670清楚看到，相同的信号值P_S(x)的2或3个特定波长实例(即 合成波长中的空间相位位置)可通过信号P_LR(x)的对应的唯一值而被容易 地互相区别开。因此，一旦建立粗分辨率长范围位置信号P_LR(x)，那么特定 波长内的合成波长位置信号P_S(x)就可被加到对应于由长范围位置信号P_LR(x)指示的特定合成波长的已知波长“参考”位置上，以提供具有与合成波长 相关的更好分辨率的绝对位置测量。类似地，由下面的公式21a或21b指示 的相同信号值P_M1(x)或P_M2(x)的特定波长实例(即中等绝对波长内的空 间相位位置)可通过信号合成波长位置信号P_S(x)的对应唯一值而容易地互 相区别开。因此，一旦建立合成波长位置信号P_S(x)，那么特定中等波长内 的中等绝对波长信号P_M1(x)或P_M2(x)就可被加到对应于由合成波长位置 信号P_S(x)指示的特定中等波长的已知波长“参考”位置上，以提供具有与中 等波长相关的更好分辨率的绝对位置测量。中等绝对波长信号P_M1(x)或P_M2(x)可表示为：

(公式21a和21b)

以这样的方式，可以使用链接处理来将长范围、合成、中等、以及增量 相位链接在一起，以确定达到高分辨率的绝对位置。通过提供将第二长范围 强度调制分量编码或叠加到第一较短范围强度调制分量上的一个或多个双重 调制标尺轨道图案，此处公开的DMST图案配置允许增大编码器的绝对测量 范围和或范围与分辨率之比而不增大其标尺或检测器或其它编码器组件的宽 度。因此，以经济和紧凑的方式提供具有改善的范围与分辨率之比的编码器 系统，其可与多种不同的标尺轨道图案和检测器装置一起使用。

将认识到，尽管前面的实施例通过基本图案元素的区域(area)变化(例 如在通过YMIN(x)提供的变化中)将第二长范围强度调制分量编码或叠加 到第一较短范围强度调制分量上，但是，作为替代，可将可变强度过滤层等 层叠到仅仅展示正弦图案区域变化分量而不是YMIN(x)图案区域变化分量 的图案元素上。换句话说，在各种实施例中，沿着测量轴方向提供光密度变 化的叠加层可提供第二强度调制分量。

将认识到，在某些实现中，如果可以在没有合成波长位置信号P_S(x) 的情况下获得期望的范围和设计裕量(margin)，则对于链接处理，可不需要 合成波长位置信号P_S(x)。在这种情况下，长范围位置信号P_LR能够被插值 到精确和可靠地指示中等图案波长中特定的一个的程度(例如，在图6的特 定示例中，这将需要线性信号，该线性信号可被精确地插值到期望水平以精 确地链接到来自中等标尺轨道图案TABS1X或TABS2X的信号之一等等)。

图7是由图6的标尺轨道和检测器轨道DETABS2X产生的信号的图700。 如上所述，当检测器轨道DETABS2X和各个检测器元件A2、B2、A2′和B2′ 在上轨道图案TABS2X上移动时，信号Aabs2、Babs2、Aabs2′和Babs2′(分 别作为来自检测器元件A2、B2、A2′和B2′的输出)根据位置振荡。当检测 器轨道DETABS2X在从大约-10mm到+10mm的范围上移动时，整个长范围 信号LRS₂(即偏移量)增加大约0.25V(其对应于图6所示的类似范围上的 相同的增加量)。

如上面关于图6和图7所描述的，长范围信号LRS₁和LRS₂根据标尺轨 道图案TABS1X和TABS2X中的渐进长范围图案变化而线性变化。该长范围 信号LRS₁和LRS₂的线性变化允许确定合成波长位置信号P_S的合适的波长， 使得可以执行链接处理达到对于期望标尺长度的期望精度水平。如下面将参 照图8和图9详细描述的，在替代实施例中，代替线性改变长范围信号LRS₁和LRS₂，也可以使用不同类型的长范围图案变化。例如，在各种实施例中， 长范围信号(例如偏移水平)可根据阶梯函数(例如，如下面参照图8详细 描述的)或其它非线性函数(例如，如下面参照图9详细描述的)而变化。

图8是图示标尺轨道和检测器配置的实施例中的输出信号的图800，其 中，绝对标尺轨道图案被配置为提供长范围强度调制分量，该长范围强度调 制分量产生根据本发明的阶梯函数长范围信号。如图8所示，曲线图850示 出长范围信号LRS₁′和LRS₂′，曲线图870示出了合成波长位置信号P_S′和长 范围位置信号P_LR′。如曲线图850所示，长范围信号LRS₁′和LRS₂′遵循一种 类型的阶梯函数，并且在标尺的长度上有三种不同的信号电平(level)。如曲 线图870所示，因为合成波长位置信号P_S′仅仅重复有限的次数(例如在图8 的例子中，大约2.5次)，因此通过适当的构造和信号处理，长范围信号LRS₁′ 和LRS₂′的三个不同的电平足以指示适当的合成波长，使得可以以期望的精 度水平执行链接过程。换句话说，只要长范围信号LRS₁′和LRS₂′中的阶梯数 目(例如3个)可用于清楚地识别恰当的合成波长，那么就可以实现链接过 程的期望的绝对测量操作和精度水平。在图8的示例中，尽管合成波长位置 信号P_S′在各种位置上近似相同，但是长范围位置信号P_LR′的阶梯每个均在那 些位置具有不同的信号值，因此它们充分消除了合成波长中的模糊性。

将认识到，在图8的实施例中，长范围信号LRS₁′和LRS₂′中的阶梯数目， 特别是对应的长范围位置信号P_LR′中(例如，P_LR′＝LRS₁′-LRS₂′)中的阶梯 数目可在各种实施例中根据合成波长位置信号P_S′的长度以及它重复多少次 而变化。通常，用于每个合成波长位置信号P_S′的波长数目和每个长范围位置 信号P_LR′的变化被基于对每个进行插值的能力而加以平衡，以便提供最有利 的范围和健壮的信号裕量。在某些实现中，如果可以在没有合成波长位置信 号P_S′的情况下获得期望的范围，那么甚至可以不需要合成波长位置信号P_S′。 在这种情况下，长范围位置信号将需要能够被指示和/或插值到将精确指示中 等图案波长之一的程度。在图8的特定示例中，这将很可能需要长范围位置 信号P_LR′中的相当数量的阶梯。

在用于产生图8的输出信号的编码器系统的一个具体示例实现中，可通 过在施加标尺轨道图案之前在三个部分中向标尺施加不同厚度的大部分透明 的铬层来形成用于产生长范围信号LRS₁′和LRS₂′的标尺轨道图案。将认识 到，还可利用根据标尺轨道图案的其它可能的区别特性提供期望的阶梯函数 的其它方法。

还将认识到，在某些实现中，图8的编码器系统可能需要能够适应从标 尺的一个部分到另一部分的突然转变的某些处理技术。这样的突然转变需要 技术以便确保对于具有横跨两个不同的部分同时仍然提供可被精确处理以确 定正确位置的输出信号的检测器，所述编码器是健壮的。另外，当检测器横 跨在两个部分之间时将会出现的偏移和振幅变化可能在系统中引起附加的短 范围误差，可能需要对其进行附加的补偿，如本领域技术人员所知的。

图9是图示标尺轨道和检测器装置的实施例中的输出信号的图900，其 中，绝对标尺轨道图案被配置为提供产生与图8所示的阶梯函数长范围信号 类似的阶梯函数长范围信号的长范围强度调制分量，除了图9所示的信号包 括与图8所示信号相比更高的阶梯变化率以外。如图9所示，曲线图950示 出了长范围信号LRS₁′和LRS₂′，曲线图970示出了合成波长位置信号P_S′和 长范围位置信号P_LR′。如曲线图950所示，长范围信号LRS₁′和LRS₂′每个都 遵循一种阶梯函数，并且在标尺长度上具有三个不同的信号电平，但是与图 8所示的类似信号相比，信号LRS₁′和LRS₂′不是彼此的简单翻转。相反，它 们的阶梯沿着测量轴方向相对于彼此而被交错，以提供更大数量的离散信号 电平阶梯(例如，在图9所示的示例中，五个信号电平阶梯)。如曲线图970 所示，因为合成波长位置信号P_S′仅仅重复有限次数(例如，在图9中的示例 中，大约2.5次)，因此由长范围信号LRS₁′和LRS₂′提供的长范围位置信号 P_LR′(例如，P_LR′＝LRS₁′-LRS₂′)的5个不同的信号电平健壮地指示适当的合 成波长，使得可实现链接过程的期望的绝对测量操作和精度水平。例如，在 图9中，尽管合成波长位置信号P_S′在很多位置近似相同，但是P_LR′的阶梯每 个都在那些位置具有不同的信号值，因此他们充分消除了合成波长中的模糊 性。

将认识到，图9所示的实施例示出了长范围信号LRS₁′和LRS₂′的阶梯数 目，特别是对应的长范围位置信号P_LR′(例如，P_LR′＝LRS₁′-LRS₂′)中的阶 梯数量可根据合成波长位置信号P_S′的长度和其重复多少次而进一步变化。通 常，通常，用于每个合成波长位置信号P_S′的波长数目和在长范围位置信号 P_LR′中提供的所述类型的变化基于对每个进行插值的能力而加以平衡，以便提 供最有利的范围和健壮的信号裕量。更一般地，如基于此公开将理解的，长 范围信号LRS₁′和LRS₂′等以及对应的长范围位置信号P_LR′等可配置为提供任 意期望数目的阶梯或连续的非线性信号变化(例如，正弦波类型的变化或其 区段，或任意其它期望的非线性信号变化)。

提供长范围位置信号(P_LR)的信号处理可采取任何方便的形式，且不限 于各种实施例中的简单的差分信号处理。作为一个示例，这样的信号处理可 包括对于照明强度的正规化等。作为另一示例，可配置绝对标尺轨道图案， 使得长范围信号(LRS₁和LRS₂)提供正交信号(即，具有比测量范围略长 的波长的正弦和余弦信号)，所述正交信号可根据已知方法进行处理以提供长 范围位置信号(P_LR)。在这样的实施例中，可以期望使得正交信号的偏移近 似相同，或者测量和/或采用适当的信号处理消除偏移，使得长范围位置信号 (P_LR)的信噪比得到改善。在一个这样的实施例中，正交信号的导数(即斜 率)可通过处理而不是使用信号本身来确定。这样的正弦信号的导数本身是 正弦曲线但是没有偏移。这种实现中的重要的考虑是噪声的水平，如果噪声 变得太高，其会变得占优势且使得导数信号相对无用，在该情况下，替代实 现可能是优选的。

将认识到，在某些实现中，如果可以在没有合成波长位置信号P_S′的情况 下获得期望的范围，则甚至可以不需要合成波长位置信号P_S′。在这种情况下， 长范围位置信号将需要能够被指示和/或插值到将精确指示中等图案波长之 一的程度。

将认识到，相对于图8的陡变阶梯图案技术，图9的平滑阶梯过渡技术 提供了更平滑的变化，其中没有突然的转变。在某些实现中，通常期望所述 转移足够平缓以便在中等波长信号中不引起明显的误差。

在用于产生图9的输出信号的编码器系统的一个具体示例实现中，可通 过在施加标尺轨道图案之前向标尺施加不同厚度的大部分透明的铬层来形成 用于产生长范围信号LRS₁′和LRS₂′的标尺轨道图案。将认识到，还可利用根 据标尺轨道图案的其它可能的区别特性提供期望的阶梯函数的其它方法。

尽管已经图示和说明了本发明的优选实施例，但基于该公开，对于本领 域的技术人员而言，在所图示和说明的特征配置和操作序列中的很多变化将 是显而易见的。因而，将认识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可 以对本发明进行各种改变。