Renishaw 光學尺的運作方式
封閉型絕對式光學尺
開放型絕對式光學尺
開放型增量式光學尺
FORTiS™
什麼是 Renishaw 封閉式光學尺？
封閉式光學尺在連接至讀頭機身上的密封組件中，配備光學尺的電子和光學鏡組。密封式光學組件和光學尺均受到密封式外殼的額外保護。此設計可提供防止液體及固體碎屑污染物進入的高度防護能力。
封閉式線性光學尺具備擠型外殼，並縱向連接至互鎖式具唇邊的密封件和密封端蓋。讀頭支架以葉片連接密封的光學元件，葉片可穿過密封件並沿著光學尺長度行進。
RESOLUTE™
RESOLUTE 透過各種符合產業標準的通訊協定，以專屬或開放標準純序列格式進行雙向通訊。
製程開始......
控制器在啟動操作時會將需求訊息傳送至讀頭，指示讀頭瞬間捕捉線性或旋轉光學尺上的絕對位置。讀頭以高功率 LED 光源閃爍照亮光學尺的方式做出回應。閃光只持續 100 ns，以免在活動軸上產生模糊影像。更重要的是，閃光時機控制在幾 ns 之內，以確保所需位置與回報位置的關係，這項不可或缺的特性，使 RESOLUTE 成為符合運動系統超高規格要求的理想選擇。
單軌光學尺
此光學尺基本上是一種具備全寬對比線的單軌光學尺，標稱週期 30 µm。不採用多軌並列設計反而賦予此光學尺重要的防偏擺誤差能力，頭部位置的側向公差也有所改善。
取得影像
光學尺透過非球面鏡成像於專為 RESOLUTE 設計的客製化感測器陣列上，該非球面鏡可將失真程度減至最低。此光學尺採折疊光路與直接成像設計，輕巧且穩定，確保精密量測所需的保真度。
資料解碼與分析
感測器捕捉的影像透過類比轉數位轉換器 (ADC)，轉送至功能強大的數位訊號處理器 (DSP)。接著由特別開發的演算法從嵌入光學尺的編碼中，擷取真正絕對但相對粗略的位置。此過程中 DSP 內的其他演算法，利用光學編碼內的冗餘與故意限制進行檢驗與矯正。在此同時，其他常式計算超高解析度精密位置，此位置接著與粗略位置結合，提供真正絕對的超高解析度位置。
最後檢查與資料輸出
完成最後錯誤檢查程序後，此資訊會透過適當的通訊協定以純序列文字上傳至控制器，位置解析度精細至 1 nm 以內。循環冗餘檢查（CRC）功能提供防電氣雜訊干擾保護。整個過程在幾微秒內完成，每秒可重複多達 25,000 次。在各種技術（包括配合軸速調整閃光持續時間）的支援下，即使在 100 m/s 的速度下也能呈現如此優異的表現，而更重要的則是能在低操作速度下展現極低的定位抖動。
結果...
具備寬廣安裝公差的光學尺：RESOLUTE 的偏擺角、俯仰角及翻轉角為 ±0.5°，安裝高度為絕佳的 ±150 µm。此外，寬廣的光學覆蓋區與先進的錯誤矯正程序賦予優異的抗光汙染能力，包括微粒物質和油汙。此光學尺具備上述優點，且在速度為 100 m/s 時保持在 1 nm 的解析度：RESOLUTE 是面對最艱難絕對挑戰時的唯一選擇。
EVOLUTE™
EVOLUTE 光學尺透過各種符合產業標準的通訊協定，以專屬或開放標準純序列格式進行雙方通訊。
製程開始......
控制器在啟動操作時會將需求訊息傳送至讀頭，指示讀頭瞬間捕捉線性光學尺上的絕對位置。讀頭以高功率 LED 光源閃爍照亮光學尺的方式做出回應。閃光只持續 100 ns，以免在活動軸上產生模糊影像。更重要的是，閃光時機控制在幾 ns 之內，以確保所需位置與回報位置的關係，使 EVOLUTE 系列成為符合運動系統高規格要求的理想選擇。
單軌光學尺
此光學尺基本上是一種具備全寬對比線的單軌光學尺，標稱週期 50 µm。不採用多軌並列設計反而賦予此光學尺重要的防偏擺誤差能力，頭部位置的側向公差也有更大的改善。
取得影像
光學尺透過非球面鏡成像於客製化感測器陣列上，該非球面鏡可將失真程度減至最低。此光學尺採折疊光路與直接成像設計，輕巧且穩定，確保精密量測所需的保真度。
資料解碼與分析
感測器捕捉的影像透過類比轉數位轉換器，轉送至功能強大的數位訊號處理器 (DSP)。接著由特別開發的演算法從嵌入光學尺的編碼中，擷取真正絕對但相對粗略的位置。此過程中 DSP 內的其他演算法，利用光學編碼內的冗餘與故意限制進行檢驗與矯正。在此同時，其他常式計算超高解析度精密位置，此位置接著與粗略位置結合，提供真正絕對的超高解析度位置。
最後檢查與資料輸出
完成最後錯誤檢查程序後，位置資訊透過相關通訊協定以純序列文字上傳至控制器。循環冗餘檢查（CRC）功能提供防電氣雜訊干擾保護。整個過程在幾微秒內完成，每秒可重複多達 25,000 次。在各種技術（包括配合軸速調整閃光持續時間）的支援下，即使在 100 m/s 的速度下也能呈現如此優異的表現，且能在低操作速度下展現極低的定位抖動。
結果...
EVOLUTE 光學尺可提供充裕的安裝公差，偏擺角為 ±0.75°，俯仰角和翻轉角為 ±0.5°，而安裝高度則達優異的 ±250 µm。此外，寬廣的光學覆蓋區與先進的錯誤矯正程序提供優異的抗光汙染能力，包括微粒物質和油汙，同時還能在最高 100 m/s 的速度下維持 50 nm 的解析度。
QUANTiC™
QUANTiC 光學尺具備 Renishaw 第三代獨特過濾光學鏡組，能均化許多光學尺週期的作用，並且有效篩選非週期特徵，例如髒汙。表面方波刻距模型也經過篩選，在光感測器留下純粹正弦的干涉條紋。其中使用了一種多指結構，精細到足以產生四種對稱相位訊號形式的光電流。這些結合是為了移除 DC 元件及產生正弦與餘弦訊號輸出，具備高光譜純度與低偏移，維持高達 500 kHz 的頻寬。
完全整合的先進動態訊號調節功能（包括自動增益控制、自動平衡控制及自動偏置控制），確保能提供小型旋轉系統 < ±80 nm，大型旋轉系統 < ±150 nm 且線性系統 < ±80 nm 的低細分誤差 (SDE)。
進化的過濾光學鏡組結合精心設計的電子裝置，提供寬頻寬增量訊號，達到旋轉系統 8,800 rpm、線性系統 24 m/s 的最高速度與最低位置抖動（雜訊），遠勝於同級編碼器。讀頭內進行細分，透過額外的降噪電子工具加強高解析度版本，將抖動降低至 2.73 nm RMS。
IN-TRAC 參考原點完全整合至增量式光學尺，並由讀頭內的光感測器偵測。這樣獨特的配置歸功於自動校準程序，以電子方式定相參考原點及最佳化增量訊號。
TONiC™
TONiC 具備 Renishaw 第三代獨特過濾光學鏡組，能均化許多光學尺週期的作用，並且有效篩選非週期特徵，例如髒汙。表面方波刻距模型也經過篩選，在光感測器留下純粹正弦的干涉條紋。其中使用了一種多指結構，精細到足以產生四種對稱相位訊號形式的光電流。這些結合是為了移除 DC 元件及產生正弦與餘弦訊號輸出，具備高光譜純度與低偏移，維持高達 500 kHz 的頻寬。
完全整合的先進動態訊號調節、自動增益控制、自動平衡控制及自動偏置控制，確保能提供一般 < ±30 nm 的超低細分誤差 (SDE)。
過濾光學鏡組的進化與精選電子裝置結合，提供寬頻寬增量訊號，達到 10 m/s 的最高速度與最低位置抖動（雜訊），遠勝於市場上其他同級光學尺。由內建於 TONiC Ti 介面的 CORDIC 演算機制進行細分，透過額外的降噪電子工具加強高解析度版本，將抖動降為極低的 0.5 nm RMS。
IN-TRAC 參考原點完全整合至增量式光學尺，並由讀頭內二側的光感測器偵測。如圖所示，參考原點分割偵測器直接嵌入增量槽刻度線性光電二極體陣列，確保能增強抗偏航失相性能。產生參考原點輸出，此輸出可在任何速度下雙向重現至解析度單位。獨特的安排歸功於自動校正程序，以電子方式定相參考原點及優化動態訊號調節
VIONiC™
VIONiC 光學尺具備 Renishaw 第三代獨特過濾光學鏡組，能均化許多光學尺週期的作用，並有效篩除非週期特徵，例如髒汙。表面方波刻距模型也經過篩選，在光感測器留下純粹正弦的干涉條紋。其中使用了一種多指結構，精細到足以產生四種對稱相位訊號形式的光電流。這些結合是為了移除 DC 元件及產生正弦與餘弦訊號輸出，具備高光譜純度與低偏移，維持高達 500 kHz 的頻寬。
完全整合的先進動態訊號調節、自動增益控制、自動平衡控制及自動偏置控制，確保能提供一般 < ±15 nm 的超低細分誤差 (SDE)。
過濾光學鏡組的進化與精選電子裝置結合，提供寬頻寬增量訊號，達到 12 m/s 的最高速度與最低位置抖動（雜訊），遠勝於市場上其他同級光學尺。讀頭內進行細分，透過額外的降噪電子工具加強高解析度版本，將抖動降為極低的 1.6 nm RMS。
IN-TRAC™ 參考原點已完全整合至增量式光學尺，可由讀頭內二側的光感測器偵測。如圖所示，參考原點分割偵測器直接嵌入增量槽刻度線性光電二極體陣列，確保能增強抗偏航失相性能。這樣獨特的配置歸功於自動校準程序，以電子方式定相參考原點及最佳化增量訊號。
ATOM DX™
ATOM DX 光學尺採用的過濾光學鏡組，也應用於 TONiC 及 VIONiC 等 Renishaw 增量式光學尺，是獲得市場肯定的過濾光學鏡組。ATOM DX 讀頭採用的非準直 LED 光源，位於增量及參考原點感測器正中央：這組高發散 LED 的高度較低，且在光學尺上的體積比 LED 大，能讓增量與參考原點區域發亮。未同調的 LED 會產生高純度的簡諧波長訊號，提供高解析度分割。高效率的測光法也會產生低抖動的輸出訊號。這種過濾光學鏡組還有另一項重大優勢，就是 ATOM DX 不會因光學尺不平或污染而導致量測錯誤。
完全整合的先進動態訊號調節方法（包括自動增益控制、自動平衡控制及自動偏置控制），確保能提供一般 < ±15 nm 的超低細分誤差 (SDE)。
結合過濾光學鏡組與精選電子裝置，提供寬頻寬增量位置回饋訊號，達到 12 m/s 的最高速度與最低位置抖動 (雜訊)，遠勝於同級光學尺。數位訊號細分於讀頭內進行，透過額外的降噪電子工具加強高解析度版本，將抖動降為極低的 1.6 nm RMS。
ATOM DX 光學尺系列運用大型單一功能偏離光學參考原點，擁有良好的抗污效果。定向參考原點是以簡單直覺的自動校正例行程序達成，也應用於 QUANTiC™ 及 VIONiC™ 系列光學尺。
ATOM™
ATOM 採用的非準直 LED 位於增量與參考原點感測器正中央。這組高發散 LED 的高度較低，且在光學尺上的體積比 LED 大，能讓增量與參考原點區域發亮。
ATOM 採用 Renishaw 所有增量式光學尺採用的過濾光學鏡組機構。未同調的 LED 會產生高純度的簡諧波長訊號，提供高解析度分割。此外，高效率的測光法也會產生少量抖動訊號。ATOM 使用的過濾光學鏡組還有另一個優勢，就是它不會因光學尺污染與不平而導致量測錯誤。
ATOM 運用大型單一功能偏離光學參考原點，擁有良好的抗污效果。定向參考原點就和運用 TONiC 作業同樣簡便。