(57)【要約】      （修正有）【課題】容易に取付けができ、回転部分の偏心、及びこの回転部分の、別の部分に対するスプリアス移動又は振動に対して比較的にさほど敏感でない、精密な光学式回折格子回転センサを提供する。【解決手段】光源１０と、光検出器９と、全体的に円筒形、及び凸面状の第１側面４を有する内側部材１と、全体的に円筒形、及び凹面状の第２側面６を有する外側部材７であって、前記第１及び第２側面の両方が、前記内側部材と前記外側部材との間で相対回転するための回転軸Ａを規定し、この相対回転の角度をこの回転センサが測定することができる同じ中心軸を有する、外側部材と、その回折格子線を前記回転軸と平行にして前記第１側面に配置された少なくとも１つの第１回折格子３、３１、３２と、その回折格子線を前記回転軸と平行にして前記第２側面に配置された少なくとも１つの第２回折格子５とを備える。【選択図】図２Ａ
2010230667.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサであって、
- 光源（１０）と、
- 光検出器（９）と、
- 内側部材（１）と、
- 外側部材（７）と、
- 前記内側部材（１）に配置されている少なくとも１つの第１回折格子（３；３１、３２）と、
- 前記外側部材（７）に配置されている少なくとも１つの第２回折格子（５；５１、５２）と
を含み、
- 前記第１回折格子と前記第２回折格子とが互いを向いているように前記内側部材と外側部材とが配置され、前記第１回折格子及び第２回折格子のうちの一方は光を透過回折し、他方の回折格子は光を反射回折し、前記光源により与えられる前記光がまず、光を透過回折する前記回折格子に入射し、該光が回折されて第１及び第２回折次数になり（第１回折事象）、その後、回折されて前記第１及び第２回折次数になった該光が、前記光をそれぞれ反射回折して第３及び第４回折次数にする他方の回折格子に入射し（第２回折事象）、最終的に、逆に回折されて前記第３及び第４回折次数になる前記光が、光を透過回折する前記回折格子に入射し、これらの第３及び第４回折次数がそれぞれ再度回折され、再結合されて再結合光を形成する（第３回折事象）ように該センサが配置されており、前記第１回折事象において同じ第１点から発生し、それぞれ第１及び第２方向に沿って伝播し、その後、前記第２回折事象の後にそれぞれ第３及び第４方向に沿って伝播する２つの光線が、実質、前記第３回折事象のときに介在する前記回折格子の同じ第２点に入射し、これらの光線が共に共通の第５方向に再結合されて干渉するように、前記第１及び第２回折格子の周期、ならびに前記第１、第２、及び第３回折事象における前記回折次数が選択されており、前記第３回折事象の後に前記共通の第５方向に沿って伝播する前記再結合光が、最終的に、前記光検出器に少なくとも部分的に入射するように前記センサが更に配置され、該再結合光の強度変化を使用して、前記内側部材と前記外側部材との間の相対運動が求められる、センサにおいて、前記内側部材（１）が、表面が全体的に円筒形、及び凸面状である、第１回折格子（３；３１、３２）を備えた第１側面（４）を有し、前記外側部材（７）が、表面が全体的に円筒形、及び凹面状である、第２回折格子（５；５１、５２）を備えた第２側面（６）を有し、前記第１及び第２側面の両方が、前記内側部材と前記外側部材との間で相対回転するための回転軸（Ａ）を規定し、該相対回転の角度を前記再結合光の強度変化によって該回転センサが測定することができる、同じ中心軸を有し、前記第１回折格子（３；３１、３２）が、回折格子線を前記回転軸と平行にして配置され、前記第２回折格子（５；５１、５２）が、回折格子線を前記回転軸と平行にして配置されていることを特徴としており、
前記回転センサが、前記光源から入来する光を前記第１回折事象前に前記回転軸に略垂直な平面内で偏向する結合手段（２）を含み、前記光が前記平面内で放射状に反射される結果、前記第１回折事象において、それらの円筒波がその前記中心軸を前記回転軸上に整列させた状態で前記第１回折格子に衝突するように、前記結合手段が配置されていることを更に特徴とするセンサ。
【請求項２】
請求項１に記載の回転センサであって、前記第３及び第４方向がそれぞれ前記第１及び第２方向と同一となり、前記第１回折事象における前記入射光と、前記第３回折事象における前記再結合光とが重なり合って放射状に伝播するように、リトロー条件において前記第１及び第２回折次数がそれぞれ＋１次及び−１次透過次数にされ、前記第３及び第４回折次数が両方とも−１次反射次数にされることを特徴とする回転センサ。
【請求項３】
請求項１及び２のいずれか１項に記載の回転センサであって、前記入射ビームが、前記結合手段に衝突する前に前記回転軸上で心合わせされ、前記円筒波は、２πの角度幅全体にわたって延びて、光ディスク又は光リングを形成することを特徴とする回転センサ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の回転センサであって、前記光を透過回折する前記回折格子が前記第１回折格子であり、前記光を反射回折する前記回折格子が前記第２回折格子であることを特徴とする回転センサ。
【請求項５】
請求項４に記載の回転センサであって、前記第１回折事象において前記第１回折格子に入射する前記光が中を伝播する透明ディスク（１）により、前記内側部材が形成されることを特徴とする回転センサ。
【請求項６】
請求項４又は５に記載の回転センサであって、前記結合手段が、前記回転軸上で心合わせされた円錐鏡（２２）により形成され、該円錐鏡が、前記回転軸との４５°の角度をほぼ規定し、前記光源が、前記円錐鏡に衝突する前に該回転軸と平行に伝播する入射ビームを発生させ、前記再結合光が、前記円錐鏡に逆に伝播し、そこで前記回転軸の方向へ反射して、ビームスプリッタ（８）により前記光検出器の方向に更に偏向することを特徴とする回転センサ。
【請求項７】
請求項４又は５に記載の回転センサであって、前記結合手段が、前記回転軸上で心合わせされた円形の線と溝である平面形回折格子（２４）により形成され、前記光源が、前記平面形回折格子に衝突する前に該回転軸と平行に伝播する入射ビームを発生させることを特徴とする回転センサ。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の回転センサであって、前記光検出器が前記第１及び第２回折格子のうちの一方に装着され、該一方の回折格子が、前記回転軸に対して直径方向に対向する少なくとも２つの構成部分を有し、他方の回折格子が、２πの角度幅全体にわたって延びる円筒形回折格子であり、前記光検出器が、少なくとも２つの別個のセグメント（９１、９２；９３ｃ、９４ｃ；９３ｓ、９４ｓ）を有し、該セグメントが、前記少なくとも２つの直径方向に対向する回折格子構成部分によりそれぞれ回折される再結合光を受光するように配置されていることを特徴とする回転センサ。
【請求項９】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の回転センサであって、前記第１及び第２回折格子が両方とも、２πの角度幅全体にわたって延びる円筒形回折格子であり、前記光検出器が少なくとも２つの別個のセグメント（９１、９２；９３ｃ、９４ｃ；９３ｓ、９４ｓ）を有し、該セグメントが、前記回転軸に対して直径方向に対向する２つのゾーンにおいて前記第１及び第２回折格子によりそれぞれ回折される再結合光を受光するように配置されていることを特徴とする回転センサ。
【請求項１０】
請求項９に記載の回転センサであって、前記光検出器が対向するセグメントの複数の対を規定する複数の角度セグメントを有し、対向するセグメントの各対が、前記回転軸に対して直径方向に対向する２つのゾーンにおいて前記第１及び第２回折格子により回折される再結合光を受光し、前記光検出器の対向するセグメントの任意の第１対に対応する、直径方向に対向する２つの第１ゾーンが、前記光検出器の対向するセグメントの任意の他の対に対応する、直径方向に対向する２つの第２ゾーンに対して角度的にシフトされることを特徴とする回転センサ。
【請求項１１】
請求項１０に記載の回転センサであって、対向するセグメントの前記対の数が３よりも大きいことを特徴とする回転センサ。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の回転センサであって、該回転センサが、回折格子線を前記回転軸と平行にして前記第１又は第２側面に配置されている第３回折格子（３２；５２；３６）を更に含み、該第３回折格子が、前記第１及び第２回折格子のうち、前記同じ第１又は第２側面（４又は６）に配置された他方の回折格子（３１；５１；３５）に対して位相シフトされており、前記光検出器が、前記第３回折格子により回折される再結合光と、前記同じ第１又は第２側面に配置されている前記他方の回折格子により回折される再結合光とを受光するための異なるセグメント（９１ｃ、９２ｃ、及び９１ｓ、９２ｓ）を有することを特徴とする回転センサ。
【請求項１３】
請求項１２に記載の回転センサであって、前記第３回折格子（３２；５２）と、前記同じ第１又は第２側面に配置された前記他方の回折格子（３１；５１）とが上下に配置され、前記光検出器が、前記第３回折格子及び前記他方の回折格子によりそれぞれ回折される再結合光を受光するための隣接する２つの環状領域を有することを特徴とする回転センサ。
【請求項１４】
請求項１２に記載の回転センサであって、前記第３回折格子（３６）と、前記同じ第１又は第２側面（４）に配置された前記他方の回折格子（３５）とがそれぞれ、同じレベルの２組の回折格子セグメント（３６、３５）により形成され、前記回折格子セグメントの１組が、他方の組の前記回折格子セグメントの間に交互に介挿され、直径方向に対向する２つの回折格子セグメントが、前記２組のうちの同じ組に属することを特徴とする回転センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
高分解能の光学的回転測定は普通、表面に放射状の線が規定された回転エンコーダディスクの上に、周期又は位相の異なる同心リングの形態の回折格子を配置して成る平面回折格子によって行われる。普通、透過回折又は反射回折され、入射ビームの衝突点にて接線変位方向に沿って（＋１次として）、及び接線変位方向とは反対側に（−１次として）指向される２つの回折次数が、局所的線形変位に比例する異符号の光学位相シフトを受け、位相シフトされた両方の回折ビームを少なくとも１つの共通の方向に指向する非回転である第２の放射状平面回折格子によって再結合される。
【背景技術】
【０００２】
技術の現状の２つの文献がたった今述べた方式を使用しており、更に、純粋なる回転の結果と、移動及び偏心によるスプリアスな影響とを分離することを目指している。Canonにより、完全に光学的な補償の解決策が開示された（EP 0 589 477）。標準的な回転エンコーダディスクの上方に配置された多数の微細光学素子が、第１回折事象によりエンコーダディスクリング上に生成される回折次数を、エンコーダディスクリングの、直径方向に対向する別の部分に進め、その部分で回折次数は第２回折事象を受ける。第１及び第２回折事象において使用される回折格子の回折次数は、回転方向に対して同じ方向を有する。このことは、２つの回折事象の場所でディスクに対して接線方向で移動変位が生じても何ら信号は生じないことを意味する。というのも、２度の回折ビームが、異符号である２つの位相シフトを受けるからである。ところが、提案されている解決策は非常に大掛かりで扱いにくく、予備の光学素子を全て取り付けると、製造費用及び取付け費用が非常に高くなる。
【０００３】
エンコーダディスクの上方に置かれた平面基板上で規定されている、回折格子に結合した平面導波路内で、光ビームを、１つの回折事象から、エンコーダディスク上で直径方向に対向する第２回折事象までもたらす光循環系を組み入れている、よりモノリシックな解決策が、Heidenhain（Winkelmesseinrichtung, DE 38 36 703）により開示された。提案されている解決策は、先行技術に対する進歩を表しているが、導波路内で結合している回折格子は、ディスクと光循環導波路との間の平行性に対して非常に敏感であり、使用されるレーザ源の波長に対して極めて敏感であるので、このレーザ源は波長安定化されねばならない。回折格子はディスクと導波路基板との間の間隔に対しても敏感であり、注意深い取付けを必要とし、従って取付け費用を必要とする。
【０００４】
記載されている技術の現状の解決策は両方とも、放射状回折格子ディスクの一方の位置からもう一方の位置へという光ビーム循環系のための光学的ハードウェアが、回転エンコーダの非回転物体に何らかの方法で固定されているということ、ならびに、ハウジングと回転軸との間、及び／又は回転軸と放射状回折格子トラックとの間に偏心がある場合、スプリアス移動の影響が発生すると、回転中に、回転ディスク上の符号化された回折格子トラックに対する回転軸の位置が変動することを免れない。このことは、移動の影響が厳密には補償されておらず、二重回折系の出力側にて検出器により探知される光学的干渉波面が、コントラスト減退を生じ得る干渉縞を示すことを意味する。
【０００５】
干渉コントラストを１（１．０）に近づけるために、相対回転の間、２つの放射状回折格子の相対的位置決めは、正確、及び安定していなければならない。エンコーダディスクが小さければ小さいほど、相対的な心合わせ条件が重要になる。このことは、特に、不完全な整列及び機械的衝撃又は振動に起因して偏心が存在するとき、相対回転の際に、容認できるコントラストを維持するには、放射状回折格子線の長さが短くなければならないことを意味する。このことは、エンコーダディスクに衝突する光学パワーのうち回折及び干渉を受ける割合が、エンコーダディスク直径が減少すると共に減少することを意味する。例えばマイクロモータにおけるように、ディスク直径が小さくなると、エンコーダディスクの平面に回折格子が形成されている技術の現状のセンサでは、利用可能な入射光学パワーの最適な使用の要件、及び高干渉コントラストの要件がますます矛盾する。更に、上述の文献に開示されているように、スプリアス移動又は偏心の影響を光学的に補償することを目指している技術の現状のセンサでは、測定中に排除しようとされる移動の影響が干渉コントラストを悪化させるので、回転測定というまさに最重要の目的が危険にさらされる。
【０００６】
文献DE 196 37 625 A1（発明の名称“Motor oder Generator mit zwei relativ zueinander beweglich gelagerten Teilen und einer Vorrichtung zum interferometrischen Messen eines Weges oder Drehwinkels”）から、回転棒上で円筒形回折格子を使用する回転センサが知られている。この文献は、回転棒又はシャフトの円筒形壁部に直接書き込まれた反射回折格子又はホログラムの回転を測定するための、２つの波面成形用平面回折格子を備えた外部光学式読取ヘッドを開示している。回転センサは、２つの波面成形用平面回折格子により分離して２つの収束ビームになる高発散ビームを発生させる光源を有する。その後、これらの２つの収束ビームは、円筒形回折格子の同じ地点に入射し、同じ出力方向に回折されてから前記２つの平面回折格子間に配置された光検出器に達する。"Cylindrical-type nanometer-resolution laser diffractive optical encoder", Applied Optics, Vol. 38, 1999, pp. 4743-4750では、Chi-Tang Hsieh及びChih-Kung Leeが、放射状回折格子により誘起される波面収差を補償するために、幾つかの光学素子により形成された２組の改良型望遠鏡及び波面成形手段を備えた複合型の外部読取ヘッドを開示している。この系における唯一の回折格子は、回転ディスクの側面に配置されている円筒形回折格子である。この単一の円筒形回折格子上において、２つの回折事象が相次いで起きるように、幾つかの光学素子が正確に配置されている。両方の設計とも、標準的な移動センサ読取ヘッドのデカルト幾何学形状を、円対称な回転物体の対称性に適合させているが、これにより光学系が複雑になり、光学的ハードウェアが大掛かりで非効率なものになっている。更に、両方の回転センサとも、それらの光学素子の任意の変位、特にこれらの光学素子のスプリアス移動又は微小回転、ならびに回転ディスク又は回転棒の偏心に対して非常に敏感である。
【０００７】
US 5,696,374は、請求項１の前文の特徴をもつ、線形の位置測定系のための光学式エンコーダを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】EP 0 589 477
【特許文献２】DE 38 36 703
【特許文献３】DE 196 37 625 A1
【特許文献４】US 5,696,374
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Chi-Tang Hsieh and Chih-Kung Lee, "Cylindrical-type nanometer-resolution laser diffractive optical encoder", Applied Optics, Vol. 38, 1999, pp. 4743-4750
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の狙いは、容易に取付けができ、この回転センサが装備されている装置の前記回転部分の偏心、及びこの回転部分の、別の部分に対するスプリアス移動又は振動に対して比較的にさほど敏感でない、精密な光学式回折格子回転センサを提案することである。更に、本発明の目的は、マイクロモータ等の非常に小型のユニットと共に容易に使用できるような回転センサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
このために、本発明は、回転センサであって、
- 光源と、
- 光検出器と、
- 全体的に円筒形、及び凸面状の第１側面を有する内側部材と、
- 全体的に円筒形、及び凹面状の第２側面を有する外側部材であって、前記第１及び第２側面の両方が、前記内側部材と前記外側部材との間で相対回転するための回転軸を規定し、この相対回転の角度をこの回転センサが測定することができる、同じ中心軸を有する外側部材と、
- その回折格子線を前記回転軸と平行にして前記第１側面に配置された少なくとも１つの第１回折格子と、
- その回折格子線を前記回転軸と平行にして前記第２側面に配置された少なくとも１つの第２回折格子と
を含み、
前記第１回折格子と前記第２回折格子とが互いを向いているように前記内側部材と外側部材とが配置され、前記第１回折格子及び第２回折格子のうちの一方は光を透過回折し、他方の回折格子は光を反射回折し、前記光源により与えられる前記光がまず、光を透過回折する前記回折格子に入射し、この光が回折されて第１及び第２回折次数になり（第１回折事象）、その後、回折されて前記第１及び第２回折次数になったこの光が、前記光をそれぞれ反射回折して第３及び第４回折次数にする他方の回折格子に入射し（第２回折事象）、最終的に、逆に回折されて前記第３及び第４回折次数になる前記光が、光を透過回折する前記回折格子に入射し、これらの第３及び第４回折次数がそれぞれ再度回折され、再結合されて再結合光を形成する（第３回折事象）ようにこの回転センサが配置されており、前記第１回折事象において同じ第１点から発生し、それぞれ第１及び第２方向に沿って伝播し、その後、前記第２回折事象の後にそれぞれ第３及び第４方向に沿って伝播する２つの光線が、実質、前記第３回折事象のときに介在する前記回折格子の同じ第２点に入射し、これらの光線が共に共通の第５方向に再結合して干渉するように、前記第１及び第２回折格子の周期、ならびに前記第１、第２、及び第３回折事象における前記回折次数が選択されており、前記第３回折事象の後に前記共通の第５方向に沿って伝播する前記再結合光が、最終的に、前記光検出器に少なくとも部分的に入射するように前記回転センサが更に配置され、この再結合光の強度変化を使用して、前記内側部材と前記外側部材との間の相対的角回転が求められる、回転センサに関連している。
【００１２】
本発明は、前記エンコーダディスクが非常に小さい状況であっても、高測定分解能による衝撃及び偏心に起因する干渉コントラスト減退のない前記利用可能な入射光パワーのほとんどを使用することができる。好適な変形において、本発明は、円筒波を使用することにより、円形物体の回転の円筒円対称性を十分活用する。好適な実施形態において、回転の効果とスプリアス移動に起因する影響とを分離して、唯一の回転を測定したり、必要な場合には前記スプリアス移動を特徴付けることもできる。
【００１３】
従って、第１の好適な実施形態において、上で開示した本発明の前記回転センサは更に、前記第３及び第４方向がそれぞれ前記第１及び第２方向と同一となり、前記第１回折事象における前記入射光と、前記第３回折事象における前記再結合光とが重なり合うように、リトロー条件において前記第１及び第２回折次数がそれぞれ＋１次及び−１次透過次数にされ、前記第３及び第４回折次数が両方とも−１次反射次数にされることを特徴としている。
【００１４】
別の好適な実施形態において、上で開示した本発明の前記回転センサは、この回転センサが更に、前記光源から入来する光を前記第１回折事象前に前記回転軸に略垂直な平面内で偏向する結合手段を含み、前記光源により与えられる入射ビームが前記平面内で放射状に反射される結果、前記第１回折事象において、円筒波がその中心軸を前記回転軸上に整列させた状態で前記回折格子に衝突するように、前記結合手段が配置されていることを特徴としている。好適な変形において、前記入射ビームは前記結合手段に衝突する前に前記回転軸上で心合わせされ、前記円筒波は２πの角度幅全体にわたって延びて、光ディスク又は光リングを形成する。
【００１５】
更なる好適な実施形態において、上で開示した本発明の前記回転センサは、前記光検出器が前記第１及び第２回折格子のうちの一方に装着され、この一方の回折格子が、前記回転軸に対して直径方向に対向する少なくとも２つの構成部分を有し、他方の回折格子が、２πの角度幅全体にわたって延びる円筒形回折格子であり、前記光検出器が、前記少なくとも２つの直径方向に対向する回折格子構成部分によりそれぞれ回折される再結合光を受光するように配置されている少なくとも２つの別個のセグメントを有する、ことを特徴としている。好適な変形において、前記第１及び第２回折格子は両方とも、２πの角度幅全体にわたって延びる円筒形回折格子であり、前記光検出器は前記回転軸に対して直径方向に対向する２つのゾーンにおいて前記第１及び第２回折格子によりそれぞれ回折される再結合光を受光するように配置される少なくとも２つの別個のセグメントを有する。更なる好適な変形において、前記光検出器は、対向するセグメントの複数の対を規定する複数の角度セグメントを有し、対向するセグメントの各対は、前記回転軸に対して直径方向に対向する２つのゾーンにおいて前記第１及び第２回折格子により回折される再結合光を受光し、前記光検出器の対向するセグメントの任意の第１対に対応する、直径方向に対向する２つの第１ゾーンは、前記光検出器の対向するセグメントの任意のその他の対に対応する、直径方向に対向する２つの第２ゾーンに対して角度的にシフトされている。対向するセグメントの前記対の数は特に、３よりも大きい。
【００１６】
更なる好適な実施形態において、上で開示した本発明の前記回転センサは、その回折格子線を前記回転軸と平行にして前記第１又は第２側面に配置されている第３回折格子を更に含み、この第３回折格子が、前記第１及び第２回折格子のうち、前記同じ第１又は第２側面に配置された他方の回折格子に対して位相シフトされており、前記光検出器が、前記第３回折格子により回折される再結合光と、前記同じ第１又は第２側面に配置されている他方の回折格子により回折される再結合光とを受光するための異なるセグメントを有することを特徴としている。
【００１７】
最後に言及した好適な実施形態の変形において、前記第３回折格子と、前記同じ第１又は第２側面に配置された前記他方の回折格子とは上下に配置され、前記光検出器は、前記第３回折格子及び前記他方の回折格子によりそれぞれ回折される再結合光を受光するための隣接する２つの環状領域を有する。別の特定の変形において、前記第３回折格子と、前記同じ第１又は第２側面に配置された前記他方の回折格子とはそれぞれ、同じレベルの２組の回折格子セグメントにより形成され、前記回折格子セグメントの１組が、他方の組の前記回折格子セグメントの間に交互に介挿され、直径方向に対向する２つの回折格子セグメントが、前記２組のうちの同じ組に属する。
【００１８】
前記エンコーダディスクの表面で前記回転軸に直交する平面内に平面回折格子が規定されている高分解能回折干渉センサにおけるのとは異なり、本発明の前記円筒形回折格子により相対回転中に生成される次数間の干渉条件は、偏心の影響に対してほんの僅かにしか敏感ではない。前記光及び前記２つの回折格子の円筒対称性は、波面成形素子を用いることなしに干渉波面間の自然な一致及び重複を保証し、従って波面全体にわたる高コントラスト干渉を保証する。このことは、前記利用可能な入射光学パワーのほとんど全てが干渉過程に関与することを意味する。
【００１９】
本発明の前記回転センサは前記回転軸に沿った移動対称性を有するので、前記エンコーダディスク表面と平行な平面内に前記回折格子を有する技術の現状の装置におけるのとは異なり、前記波面間の干渉条件は軸座標とは無関係であり、スプリアス偏心及び移動の影響にほとんど依存しない。
【００２０】
干渉戻りビームの軸位置により、前記エンコーダプレートの周辺で発生する全ての情報を小面積の検出器アレイに集中させることができる。更に、本発明の前記回転センサの前記光源は、高い時間的コヒーレンスを必要としない。
【００２１】
本発明の前記回転センサは、同等の直径の入射ビームを受光する直径の非常に小さい高分解能エンコーダディスクに適用することができる。この場合、前記光源は単にコリメートＬＥＤとすることができる。
【００２２】
前記同じ円筒形表面に、異なる周期又は異なる相対的位相ずれの幾つかの円筒形回折格子トラックを規定して、絶対符号化系、又は参照記号、又は回転信号の非退化型増分関数を得ることができる。
【００２３】
非限定的な例示である以下の詳細な説明において、本発明が更に記載される。この説明は、添付の図面を参照して行われる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の好適な第１実施形態による回転センサの上面図。
【図２Ａ】図１の回転センサの断面図。
【図２Ｂ】図１の回転センサの変形の断面図。
【図３】スプリアス移動の影響の効果的な補償を可能にする、好適な第１実施形態の光検出器の図。
【図４】本発明による回転センサの別の実施形態の部分断面図。
【図５】本発明の好適な第２実施形態による、細分化された単一の回折格子トラックの回転センサの上面図。
【図６】スプリアス移動の影響の効果的な補償を可能にする、好適な第２実施形態の光検出器の図。
【図７】本発明の別の実施形態の略断面図。
【図８】図７の回転センサの部分上面図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１〜図３は、本発明の好適な第１実施形態を示す。透明エンコーダディスク１が、装置の内側部材を規定する。このディスクは、中心Ｏ、半径Ｒｉ、及び屈折率ｎｓを有し、埋込み型反射錐体２２の形態の結合手段２を含む。このディスクは更に、その側面又はディスク壁部４に、好ましくは、回転軸Ａと平行な回折格子線を備えたバイナリ型矩形状溝プロフィルの波形回折格子３を含み、この側面又はディスク壁部は全体的に円筒形、及び凸面状である。ディスク１の平面は軸Ａに垂直である。回折格子３の周期ΛｉはΛｉ＝ＲｉΛφ、ここにΛφは角周期（単位：ラジアン）である。
【００２６】
光源１０により与えられる法線入射光ビーム又は光線Ｂが、点Ｐにて、軸Ａに対してほぼ４５°の角度を有する錐体２２の表面に衝突し、透明エンコーダディスク１内の、回転軸Ａに略垂直な平面内で放射状に反射する。エンコーダディスク壁部４上の点Ｄにて、ビームＢは第１回折事象を受け、回折されて＋１次及び−１次透過次数となる。回折されたこれらの２つの次数はそれぞれ、点Ｄから第１及び第２方向に沿って反射回折格子５へ向かって伝播する。その後、回折されたこれらの２つの＋１次及び−１次透過次数は、装置の外側部材を規定する基板７の全体的に円筒形、及び凹面状で半径Ｒｅである側面又は壁部６に配置された、周期Λｅ＝ΛｉＲｅ／（２Ｒｉ）であるこの反射回折格子に衝突し、第２回折事象を受ける。この場合、これらの透過次数は両方とも、リトロー条件において−１次反射次数を保証する。反射回折格子５も回転軸Ａと略平行な回折格子線を有し、その角周期はΛφ／２である。
【００２７】
条件Λｅ＝ΛｉＲｅ／（２Ｒｉ）は、Ｒｉ及びＲｅが何であっても、回折格子３により回折される＋１次及び−１次の入射が常に回折格子５への−１次リトロー入射であることを保証する。このことは、本発明のこの好適な実施形態の利点である。２つの回折格子の半径方向の間隔がＲｉよりもはるかに小さい場合、回折格子５の周期Λｅは、回折格子３の周期Λｉの半分に近くなる。従って、前記第１及び第２方向に沿ってそれぞれ伝播する前記回折された２つの＋１次及び−１次透過次数は、第２回折事象の後にそれぞれ第３及び第４方向に沿って帰着するが、この場合、第３及び第４方向は第１及び第２方向にそれぞれ一致する。更に、回折された２つの＋１次及び−１次透過次数は再度、回折格子３に両方とも点Ｄにて入射し、第３回折事象を受け、第５の共通の方向で共に再結合して干渉する。本実施形態の場合、再結合光は透明ディスクを錐体２２へ向かって逆に伝播する。
【００２８】
図１では、簡素化するために、ＰとＤとの間に単一のビーム又は光線が略記されていることに留意すべきである。第１の変形において、ビームＢ（図２Ａ及び図２Ｂに表す）はまず、回転軸Ａ上に心合わせされたコリメートビームである。別の変形では、ビームＢは軸Ａ上にやはり心合わせされているが、その直交方向エネルギープロファイルが光リングを規定する。錐体２２により反射した後、ディスク内を伝播する「ビーム」は、実際には、所与の厚さの、透明エンコーダディスク全体を満たす光シート又は光ディスクになる。従って、入射光は２つの回折格子３及び５により、２πにわたって均一に回折される。結合手段２が入射コリメート光ビームを透明ディスク内に反射させ、この光は中心軸が回転軸Ａ上に整列した円筒波の形態で伝播する。従って、回折格子３に入射する光はこの回折格子と同じ円筒対称性を表す。
【００２９】
ここで、基板７は機械系の固定部分に装着されており、ディスク１は可動部分に装着されていると仮定する。一方で、測定されるのは相対回転であるので、それらの役割を交換してもよい。回折格子５上での−１次反射（第２回折事象）後、２つのビームは、回折格子３上の点Ｄにて再結合し、回折されて多数の回折次数になりディスク１内へ入る（第３回折事象）。特に、回折格子３のそれぞれの＋１次及び−１次透過次数は放射状に再結合して干渉する。回折格子３の点Ｄから帰着する再結合光ビーム又は光線は、錐体２２に点Ｐにて衝突する。従って、前記第１回折事象の入射光と前記第３回折事象の再結合光とは重なり合う。
【００３０】
戻り光により透明ディスク内を伝播される干渉光の光学パワーは、２つの回折ビーム間の相対的位相の関数である。２つの回折格子３及び５間の２つの回折ビームの光路は同一であるので、それらの間の光学位相差ΔΦは、回折格子３及び５間の相対的変位によってのみ引き起こされるのであり、即ち、ΔΦは内側部材と外側部材との間の相対回転の関数である。この光学位相差は、ΔΦ＝２ＫｅＲｅΔφ＝４ＫｉＲｉΔφとして与えられ、ここにＫｅ及びＫｉは、回折格子５及び３の方位的なｋベクトルのそれぞれのモジュール（Ｋｅ＝２π／Λｅ及びＫｉ＝２π／Λｉ）であり、Δφは、２つの回折格子３及び５間の相対的角回転（単位：ラジアン）である。
【００３１】
図２Ａ及び図２Ｂに示すように、再結合された回折次数の光学パワーＰｃｏｓは、再結合されたフィールドの二乗係数ｅｘｐ（ｊΔΦ／２）＋ｅｘｐ（−ｊΔΦ／２）に比例しており、従って、（１＋ｃｏｓ（ΔΦ））／２に比例している。相対回転の方向を求めるために、回折格子３を２つのサブ回折格子３１及び３２の形態で側面又は壁部４に並べて規定し（図２Ａの変形を参照）、これらのサブ回折格子が、厳密には同じ周期Λｉを有するが、変位δΛｉだけ方位シフトされている結果、第２のサブ回折格子が、Ｐｃｏｓに対してπ／２だけ位相シフトされた再結合パワー信号Ｐｓｉｎを送出し、Ｐｓｉｎが（１＋ｓｉｎ（ΔΦ））／２に比例していることが有利である。円筒形壁部４上の２つのサブ回折格子３１及び３２間の相対的シフトは、２つのパワー信号Ｐｃｏｓ及びＰｓｉｎが９０°位相が異なることを前提とすれば、δΛｉ＝Λｉ／１６である。
【００３２】
図２Ｂの変形に示すように、シフトされた２つのサブ回折格子５１及び５２を、反射回折格子５により規定することもできる。この場合、９０°位相が異なる２つのパワー信号Ｐｃｏｓ及びＰｓｉｎを得るための相対的シフトδΛｅは、δΛｅ＝Λｅ／８である。９０°の位相シフトを有する２つのサブ回折格子ではなく、１２０°の電気位相シフトを有する、シフト済みの３つのサブ回折格子を規定することが有利なことがある。
【００３３】
回折格子３での混合回折事象（第３回折事象）から戻る干渉波は、位相シフト済みの光学パワーである重畳された少なくとも２つの光シートから成る。これらの光シートは、錐体２２により垂直に方向転換され、上部光シートに対応する中央コリメート光ビームと、下部光シートに対応する光リングとに変換されることになる。ビームスプリッタ８が、法線戻りビームを、画素アレイにより形成されている光検出器９に指向する。図３に示す光検出器９は、好ましくは、角度セグメント及びリングへと構成された多数の画素を含むという点で装置の円筒対称性を採用しており、従って、方位的、及び放射状に分解された光学パワー成分を分離測定することが可能になる。回転軸上で戻りビームが円筒対称性であることにより、２つの回折格子３及び５の相対運動についての必要な情報を全て検出できる単一の小型オプトＡＳＩＣを使用することができる。このことは、好適な第１実施形態の重要な利点である。錐体２２により反射した後の、コリメート再結合光ビームの中心軸に対応するアレイの中心に対して直径方向に対向する複数のセグメントを規定する複数の角度セグメントにより再結合光を検出することは、偏心が存在するとき、及び衝撃に起因してスプリアス移動が発生するとき、特に重要である。このことは、本発明の更なる重要な利点である。一対の対向するセグメントが、回折格子３の、直径方向に対向する２つの構成部分から入来する光、即ち、回転軸Ａに対して装置の直径方向に対向する２つのゾーンで回折格子３及び５により回折される光、を受光する。
【００３４】
回転軸に直交する平面内で回折格子が規定されている、技術の現状の高分解能回転センサにおけるのとは異なり、本装置において偏心及びスプリアス移動が発生しても、干渉コントラストは破滅的に減退しないのであり、このことは本発明の更なる重要な利点でもあるが、それでもやはり、回転測定誤差が生じる。これらの誤差は、直径方向に対向する角度セグメントにより光学パワーを同時に測定することにより求められて補償される。直径方向に対向する角度セグメントにより変位を「見る」と、回転に起因する変位の方向は同じだが、移動に起因する変位の方向は異符号となる。
図１の錐体２２上の円は、図２Ａ及び図２Ｂで規定される正弦光シートと余弦光シートとの間の分離を示す。光検出器の領域分割は、検出器アレイにおいて画素をデカルト配置にして電気的に、又は、検出エリアを専用の幾何学的レイアウトにすることにより光学的に、のいずれかで行われる一方、ディスク１は方位的に均一なままであり、セグメントのいかなる痕跡をも担持しない。外側の回折格子５及びその基板７が装置の可動部分に属する場合、ディスク１、ビームスプリッタ８、及び領域分割された検出器アレイ９の間には、良好な安定性が達成される。
【００３５】
次に、回転測定の際の、スプリアス移動誤差及び偏心誤差の影響を排除できるようにする手順を記載する。外側の回折格子５の振幅Δｓのスプリアス移動が、ψ０に直交する方向で起こると仮定する。ψ０は、円筒形座標系の角座標の原点に対して規定される。偏心とは回折格子３及び５の中心の不一致と規定される。偏心の存在は、２つの回折格子間の時間非依存型の移動を意味する。回折格子５により回折格子３へと反射される２つの回折次数間では、回折格子５のスプリアス相対移動により、パワー干渉結果の位相シフトが生じる。このパワー位相シフトは、回折格子３の全ての点にて同一には「見え」ない。このパワー位相シフトは、回折格子３が角座標ψ＝ψ０を有する点で、最大値であり２ＫｅΔｓに等しく、２つの回折格子３及び５間には相対的接線変位がないことから、回折格子３が角座標ψ＝ψ０＋π／２を有する点ではゼロである。従って、方位の横座標ψに設置された回折格子３の任意の点にて発生するスプリアス位相シフトは、２ＫｅΔｓ  ｃｏｓ（ψ−ψ０）である。９０°位相が異なるＰｃｏｓ（Δφ，Δｓ，ψ−ψ０）とＰｓｉｎ（Δφ，Δｓ，ψ−ψ０）とにおける２つの信号を考慮すると（ここにΔφは、測定されるべき回折格子３及び５間の相対的な角度位置（単位：ラジアン）、Δｓは、Ｏに置かれた円筒形座標系においてψ０に設定された直径に垂直に配向された長さ単位のスプリアス移動）、角座標ψの、１つの角度セグメント９１におけるパワー信号は、
Ｐｃｏｓα１＋ｃｏｓ（２ＫｅＲｅΔφ−２ＫｅΔｓ  ｃｏｓ（ψ−ψ０））
Ｐｓｉｎα１＋ｓｉｎ（２ＫｅＲｅΔφ−２ＫｅΔｓ  ｃｏｓ（ψ−ψ０））
に比例しており、ここに、記号「α」は「比例」を意味しており、
直径方向に対向する角度セグメント９２におけるパワー信号は
Ｐｃｏｓα１＋ｃｏｓ（２ＫｅＲｅΔφ＋２ＫｅΔｓ  ｃｏｓ（ψ−ψ０））
Ｐｓｉｎα１＋ｓｉｎ（２ＫｅＲｅΔφ＋２ＫｅΔｓ  ｃｏｓ（ψ−ψ０））
に比例している。
【００３６】
直径方向に対向する移動補償角度セグメント９１及び９２は各々、２つのフィールドを含む。フィールド９１ｃ及び９２ｃは余弦信号を検出し、フィールド９１ｓ及び９２ｓは正弦信号を検出する。セグメント９１において検出される２つのパワー信号成分Ｐｃｏｓ及びＰｓｉｎと、セグメント９２において検出される２つのパワー信号とにより、セグメント９１及び９２におけるパワー信号の位相Ξ９１＝２ＫｅＲｅΔφ＋２ＫｅΔｓ  ｃｏｓ（ψ−ψ０）、及びΞ９２＝２ＫｅＲｅΔφ＋２ＫｅΔｓ  ｃｏｓ（ψ−ψ０）をそれぞれ引き出すことができる。
【００３７】
直径方向に対向して測定される位相Ξ９１及びΞ９２を加算することにより、２倍の回転位相シフト２ＫｅＲｅΔφを引き出すことができ、また、必要な場合、対向するセグメントの各対においてΞ９１及びΞ９２を減算することにより、Δｓ及びψ０を特徴とするスプリアス相対的変位を完全に求めることができる。このような信号処理により、唯一の回転についての基本的な情報を与えるのに加え、機械的な欠点を完全に特徴付けることができる。移動振幅Δｓが過度に大きいために生じ得るコントラスト減退を防止するために（次の段落を参照）、及びスプリアス移動の影響を求めることができるようにするために、対向するセグメントの対の数は、４個以上とすることが好ましい。実際に、角度セグメントは、有限の角度幅を有し、方位の横座標ψにて角度的に心合わせされる。角度セグメントにおけるＰｃｏｓ及びＰｓｉｎの、ψへの厳密な依存関係は、上述したＰｃｏｓ及びＰｓｉｎの式を、ψに沿ってセグメントの角度幅で積分すれば求まる。このような積分の代数的導出は以下に与えられる。一方で、セグメントの角度幅が小さく、例えば３０°以下である場合、上のＰｃｏｓ及びＰｓｉｎの式は、ψ依存関係の良好な近似を表す。
【００３８】
検出器アレイに当たるパワー全体を測定し、積分測定することにより場合によって行うことのできるものは他にもある。Ｐｃｏｓ及びＰｓｉｎを、
Ｐｃｏｓα１＋ｓｉｎ（２ＫｅＲｅΔφ）ｓｉｎ（２ＫｅΔｓ  ｃｏｓ（ψ−ψ０））＋ｃｏｓ（２ＫｅＲｅΔφ）  ｃｏｓ（２ＫｅΔｓ  ｃｏｓ（ψ−ψ０））、
Ｐｓｉｎα１＋ｃｏｓ（２ＫｅＲｅΔφ）ｓｉｎ（２ＫｅΔｓ  ｃｏｓ（ψ−ψ０））＋ｓｉｎ（２ＫｅＲｅΔφ）  ｃｏｓ（２ＫｅΔｓ  ｃｏｓ（ψ−ψ０））
と書き換え、ψに沿って２πで積分すると、以下の数学的関数に比例する、積分されたＰｃｏｓパワーΠｃｏｓと、積分されたＰｓｉｎパワーΠｓｉｎとが得られる：
Πｃｏｓα１＋Ｊ０（２ＫｅΔｓ）  ｃｏｓ（２ＫｅＲｅΔφ）
Πｓｉｎα１＋Ｊ０（２ＫｅΔｓ）  ｓｉｎ（２ＫｅＲｅΔφ）
ここに、Ｊ０は０次のベッセル関数である。
【００３９】
更に、積分された両方のパワーの式を減算及び加算すると、有用な式：
Πｓｉｎ−ΠｃｏｓαＪ０（２ＫｅΔｓ）（ｓｉｎ（２ＫｅＲｅΔφ）−ｃｏｓ（２ＫｅＲｅΔφ））＝（２）１／２Ｊ０（２ＫｅΔｓ）ｓｉｎ（２ＫｅＲｅΔφ−π／４））
Πｓｉｎ＋Πｃｏｓα２＋−Ｊ０（２ＫｅΔｓ）（ｓｉｎ（２ＫｅＲｅΔφ）＋ｃｏｓ（２ＫｅＲｅΔφ））＝２＋（２）１／２Ｊ０（２ＫｅΔｓ）ｃｏｓ（２ＫｅＲｅΔφ−π／４））
が得られる。
【００４０】
従って、回転とスプリアス移動とが、別々の明確な関数依存関係を有することから、移動の影響と回転の影響の積分測定と分離が可能である。積分測定を好適に使用できるのは、高質な技巧により移動の影響が限定され、このことにより、引数２ＫｅΔｓ＝２．４０５のときのベッセル関数Ｊ０の最初のゼロよりも２ＫｅΔｓが著しく小さいことが保証され、有用な回転信号の減退が回避されるような場合である。一例として、外側の回折格子５が１マイクロメートル周期であり、従って回折格子のｋベクトルがＫｅ＝６．２８μｍ−１であると仮定すれば、減退なしに積分検出できる移動振幅Δｓは０．２μｍよりも著しく小さくなければならず、このことで、技巧には非常に重大な要求がなされ、又は更なる進歩性が必要となる。
【００４１】
入射ビームがディスク全体を円形、及び対称的に照射している図２Ａ及び図２Ｂにおける入射構成では、好ましくは、放射状又は方位的な偏光の入射ビームが要求される。方位的偏光分布が好適である。というのも、方位的偏光分布は、浅い溝を用いて１００％の回折効率に近づけることが知られている−１次リトロー条件下に反射型回折格子５上でＴＭ偏光にするからである。大型エンコーダディスクの場合、法線入射ビームは、軸Ａを僅かに外れて結合手段２に衝突してエンコーダディスク１内に２πではなくディスクの一部の角度範囲のみに光を満たす反射ビームを引き起こすことがある。凹面状の反射回折格子５の寸法を制限し、ちょうど測定ビームの開口角と同じにすることも可能である。この場合、入力ビームの電界の偏光は、単に線形であり、好ましくは、錐体２２に反射した後はディスクの平面と平行である。
【００４２】
円筒形回折格子３及び５は、射出成形若しくはＵＶ又は熱エンボス加工により製造することができる。回折格子３は好ましくは略矩形の溝を備えるバイナリ型である。＋１次及び−１次透過次数が、２つの回折格子間の空間に伝播することを保証するために、その周期Λｉは、少なくともλ／ｎｇより大きくされる。この空間は、場合によって、屈折率ｎｇの液体で満たすことができる。＋３次及び−３次の回折次数の回折を防止するために、Λｉは、好ましくは３λ／ｎｇよりも小さくされる。従って、回折格子３は波長目盛回折格子であり、＋１次及び−１次透過次数の最大回折効率のために、この波長目盛回折格子では、深さｄ及び線／空間比ｌ／ｓを最適化しなければならない。一方で、最適化を開始するのに適切な値は、スカラー近似ｄ＝λ／（２（ｎｓ−ｎｇ））で与えられる。一例として、ｎｓ＝１．５９（ポリカーボネート）、ｎｇ＝１（空気）、赤色半導体レーザ（λ＝６５０ｎｍ）、周期Λｉ＝１μｍでは、空気中の±１次回折最大効率にとって最適な深さｄは、両方の偏光（ＴＥ４０％、及びＴＭ４５％）で約６５０ｎｍであり、ｌ／ｓ比は５０／５０である。ＴＭ５％及びＴＥ７％の偏光の場合、０次透過である。回折格子５は好ましくは、金属被覆されたバイナリ型回折格子である。回折格子３及び５間の間隔がそれらの半径よりもはるかに小さい場合、回折格子５の周期Λｅは、回折格子３の周期の半分に近い。複製技術により回折格子の製造を容易にするために、ＴＭ入射偏光を使用して、回折格子をかなり浅くして−１次リトロー入射の下に１００％の回折効率に近づけることが好ましい。上の例を続けると、ディスク半径が１２．５ｍｍであり、回折格子３及び５間の細隙が１００μｍであると仮定すれば、周期Λｅは５０４ｎｍである。線／空間の単比が５０／５０であり、回折格子深さが１４０ｎｍでありアルミニウム被覆されていれば、ＴＥ偏光の−１次効率は２０％未満にとどまるのに対して、８６％の回折効率が得られる。
【００４３】
本発明の第１実施形態を、結合手段２としての金属錐体又は金属被覆錐体２２に関して説明した。この錐体は、ディスクの基板に埋め込まれている。錐体２２は好ましくは、その基部に、ディスク１を回転軸又はシャフトに固定するための手段２３を含む。固定手段２３は、スクリュー、又はねじを備えた穴、又はその他の任意の適切な固定素子とすることができる。
【００４４】
変形において、図４に示すように、Ｏにて心合わせされた円形の線と溝である回折格子２４、及び円錐鏡２５により、より一体化された平面的な結合手段が形成される。入射ビームがコリメートの場合にディスクの外に向かう第１回折次数が特に強くなるように、回折格子溝はブレーズド型にしている。より単純な解決策としては、入射ビームを中心Ｏへと僅かに集束させて、ディスクの外へ向かう回折次数が優先されるようにするということがある。円形回折格子２４は好ましくは、反射型の種類のものであり、ディスク１の入射側とは反対側の面に規定される。このような結合回折格子は、結合した光シートを、ディスク１の表面と厳密に平行な方向で効果的に指向することができない。ディスク１内へと結合し、このディスク内にトラップされた波は、基板／空気の臨界角度よりも著しく大きい入射角度で伝播する。上述した条件下で２つの回折格子３及び５への回折を可能にするために、ディスク１の上面は、結合した光シートを回転軸に垂直な方向に方向転換するように、円錐鏡２５を規定している。このようなディスクは、射出成形及びエンボス加工により容易に複製することが簡単である。
【００４５】
図５及び図６は、本発明の好適な第２実施形態を示す。固定部分と回転部分との間の取付け誤差、及び衝撃による影響はスプリアス移動だけではない。別の影響というのは、装置の可動部分の軸と固定部分との間の相対的な傾きである。図１〜図４に示す実施形態におけるこの傾きの影響というのは、回折格子３及び５の線間に非平行性を誘起することである。この非平行性は、コントラスト減退をもたらすことがあり、図２及び図４の正弦トラック５１と余弦トラック５２とが上下になっているので、これらのトラック間では位相シフトが９０°変化する。９０°位相が異なる条件に関する誤差を抑制するために、図５に示す単一のトラックの実施形態が提案される。図６上で示すように、この装置も、光検出器アレイを角度セグメントに領域分割することを活用している。回折格子５は、一様であり、第１実施形態の回折格子と同一である。回折格子５及びその基板７は、装置の回転部分に属する。この実施形態において、内側の回折格子３は、方位的に移動する角度セグメントからできている。回折格子セグメント３５は１つおきに、その時計回り（又は反時計回り）に隣り合う回折格子セグメント３６に近づけてΛｉ／１６だけシフトされる。従って、回折格子３は、交互に介挿された２組のセグメントから成り、１組は、他方の組に対してΛｉ／１６だけシフトされている。
【００４６】
ディスク１上の回折格子の領域分割は、図６に示す検出器アレイ９０の領域分割と方位的に整列している。この実施形態において、ディスク１、ビームスプリッタ８、及び検出器アレイ９０は、装置の固定部分に属する。検出器アレイ９０は、単一のフィールドに隣接する角度セグメント９３ｃ、９３ｓに分割されており、これらの角度セグメント９３ｃ、９３ｓは、直径方向に対向して設置されている対応する移動補償セグメント９４ｓ及び９４ｃと共に余弦関数及び正弦関数を検出する。図５では、図面を明確にするために、表されているセグメントの数は意図的に制限されている。実際の装置では、より良好に移動の影響を分解するために、セグメントの数はこれよりも多い。対向するセグメントの対の総数は、好ましくは８と等しいか又は８よりも大きい。位相シフトされたパワー信号間での干渉を防止するために、隣接する回折格子セグメントは、回折格子のない狭い死角を間に有する。この隔離は、検出器アレイ９０上で隣接するセグメント間に死角９５を規定することによっても達成することができる。２つのパワー信号間の９０°位相が異なるということは唯一のトラック設計ではなく、３組のセグメントを交互に介挿することによって、１２０位相シフトされたパワー信号を得ることもできる。
【００４７】
図７及び図８上には、本発明の更なる実施形態を示す。この実施形態は、内側部材１１１の側面に配置されている回折格子１０３が光を反射回折し、ここでは２つの素子１１７Ａ及び１１７Ｂにより形成される外側部材の側面に配置されている回折格子１０５が光を透過回折するということによって、記載された他の実施形態と基本的に相違している。従って、この所与の変形で２つの発光ユニット１１０Ａ及び１１０Ｂにより形成される光源により与えられる光が、まず透明外側素子１１７Ａ及び１１７Ｂに伝播し、上下が逆の円錐鏡１２０により、回転軸Ａに略垂直な平面内で偏向される。この平面内で、光は、中心軸が回転軸上で整列している円筒波により形成され、この円筒波は外側回折格子に向かって収束しており、この外側回折格子は、前記光を回折して＋１次及び−１次透過次数にする。その際、光は内側回折格子に衝突する。内側回折格子は、前記＋１次及び−１次透過次数に沿って伝播する入射光を回折して、リトロー条件においてこれらの両方を−１次反射次数にする。更に、帰着する２つの回折ビームは、前記外側回折格子上への更なる回折事象を受け、これらの回折ビームは、共通の放射状の方向で再結合し干渉する。再結合光は、上下が逆の円錐鏡により反射し、その後、外側素子１１７Ａ及び１１７Ｂにそれぞれ関連づけられている２つのビームスプリッタ１０８Ａ及び１０８Ｂを介して光検出器ユニット１０９Ａ及び１０９Ｂに指向される。
【００４８】
十分に広い環状セグメントにおいて光が拡張するようにするために、各発光ユニットにより与えられる光ビームは、コリメートされ、ディスク１１１に対して接線方向に拡張される。小さいモータであれば、例えば、２πの角度全体にわたって延びる、従って、回転軸上で心合わせされた上下が逆の円錐鏡を２πの角度全体にわたって規定する、単一の環状片により外側部材を形成することができよう。光源は、幾つかの発光ダイオードが環状片の上方で円形に配置されている単一のユニットにより、又は、発生した光ビームを拡張する光学的手段に関連づけられている中央ユニットにより、外側部材の上下が逆の円錐鏡の方向に伝播する環状光リングを成形することによって形成することができよう。反射後、光は、外側回折格子の方向に伝播する同心の円筒波により規定される光リングを形成する。光検出器はリングにより形成し、このリングの内側の側壁に、領域分割されたゾーンを配置することができよう。他の実施形態におけるように、２つの回折格子のうちの一方は、位相シフトされている２つのサブ回折格子により形成され、光検出器は、これらの２つのサブ回折格子からそれぞれ入来する再結合光を受光するための、分離されたセグメントを有する。光源及び光検出器の位置は上下を逆にできることに留意すべきである。
【００４９】
この最後の実施形態において、内側ディスクは、回転部分の棒又はシャフトに置換することができよう。この最後の実施形態の利点とは、内部領域が、回転センサにより使われずに残っているので、このような回転センサの中央領域にシャフトを通すできることである。
【図１】
2010230667.tif 000003
【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2010230667.tif 000009
【図７】
2010230667.tif 000010
【図８】
2010230667.tif 000011
【外国語明細書】
2010230667000001.pdf