(57)【要約】【課題】蛍光体照射源を含む変位エンコーダを提供する。【解決手段】位置を感知する光学式エンコーダは、均一に分布された蛍光体を含む比較的広範な蛍光体エリアの少なくとも一部分を飽和させる第１のレベルの強度均一性を有する一次放射線を生成することによって動作する照射源を含む。蛍光体エリアは、一次放射線を吸収し、かつ蛍光体放射線を放射して、エンコーダスケールパターンを照射する。スケールパターンは蛍光体光を空間的に調整し、および蛍光体光の空間変調されたパターンは、光検出器配列によって感知される。少なくとも部分的には、蛍光体を飽和させるため、蛍光体光は、第１のレベルの一次光強度均一性よりも均一な第２のレベルの蛍光体光強度均一性を有し、それにより、エンコーダの精度を高める。均一な蛍光体照射強度が、少数の構成要素を用いて広範囲にわたって経済的に提供され、かつ光路長を、特にスケールに対して垂直な経路長を最小にする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定軸方向に沿った２つの要素間の相対位置を測定するのに使用して適切な、位置感知装置において使用するエンコーダ構成であって、
一次発光領域から放射される一次光を発生する光発生器、および
前記一次光を受けるように配置され、かつそれに応答して、蛍光体発光領域から蛍光体光を出力する蛍光体エリア；
を含む少なくとも１つの照射系と、
前記測定軸方向に沿って延在するスケールパターンを含み、前記スケールパターンが、前記蛍光体発光領域からの蛍光体光によって照射され、かつ空間変調された蛍光体光パターンを光経路に沿って出力するように配置されている、スケール要素と、
前記光発生器に対して固定的な関係で配置され、かつ前記空間変調された蛍光体光パターンを前記光経路に沿って受光するように配置された検出器部分を含む検出器エレクトロニクスと
を含み、
前記一次光が、前記蛍光体エリアに隣接した第１のレベルの一次光強度均一性で前記蛍光体エリアに分布され、かつ前記蛍光体エリアが、第２のレベルの蛍光体光強度均一性で前記蛍光体光を出力し；および
前記第２のレベルの蛍光体光強度均一性が、前記蛍光体エリアに隣接した前記第１のレベルの一次光強度均一性よりも均一であるように構成されているエンコーダ構成。
【請求項２】
前記蛍光体エリアが、飽和強度レベルを含むように構成されており、前記飽和強度レベルを超えるレベルの一次光強度に関して、蛍光体光強度増大対一次光強度増大の比が前記飽和強度レベル未満のレベルでの比に対して減少しており；および
前記一次光が、前記蛍光体エリアに隣接する前記飽和強度レベルを超えるレベルの一次光強度で前記蛍光体エリアに、その少なくとも一部分に対して分布される、請求項１に記載のエンコーダ構成。
【請求項３】
前記一次光が、前記蛍光体エリアに隣接する前記飽和強度レベルを超えるレベルの一次光強度で前記蛍光体エリアに、その少なくとも前記蛍光体発光領域に対して分布される、請求項２に記載のエンコーダ構成。
【請求項４】
前記光発生器が、一次光パルス持続期間を有する一次光パルスとして前記一次光を発生し、かつそれに応答して、前記蛍光体エリアが、蛍光体光パルスとして前記蛍光体光を出力する、請求項１に記載のエンコーダ構成。
【請求項５】
前記一次光パルス持続期間が最大でも５マイクロ秒である、請求項４に記載のエンコーダ構成。
【請求項６】
前記一次光パルス持続期間が最大でも１マイクロ秒である、請求項４に記載のエンコーダ構成。
【請求項７】
前記一次光が、第１の波長範囲に集められた光を有し、および前記蛍光体光が、第２の波長範囲に集められた光を有しており、および前記エンコーダ構成は、前記検出器部分によって発生された信号が、前記空間変調された蛍光体光パターンに含まれる前記第２の波長範囲の光に応答し、かつ前記第１の波長範囲の一次光に比較的応答しないように構成されている、請求項１に記載のエンコーダ構成。
【請求項８】
ａ）前記第１の波長範囲の光を遮断して前記検出器部分に到達しないように配置された波長フィルタ、およびｂ）前記第１の波長範囲の光に比較的応答しない光検出器を含む検出器部分のうちの少なくともの１つを含む、請求項７に記載のエンコーダ構成。
【請求項９】
さらに、前記蛍光体エリアに前記一次光を分布させるように配置された、光偏向要素および光学散乱要素の少なくとも１つを含む、請求項１に記載のエンコーダ構成。
【請求項１０】
前記蛍光体エリアが、前記スケール要素の表面に配置され、かつ前記測定軸方向に沿って延在し、および前記蛍光体エリアの異なる部分が前記一次光を受け、かつそれに応答して、前記測定軸方向に沿った前記スケール要素と前記光発生器との間の相対位置に依存して、前記蛍光体発光領域から蛍光体光を出力する、請求項１に記載のエンコーダ構成。
【請求項１１】
前記スケールパターンが、前記測定軸方向に対して垂直な方向に沿ってスケールパターン寸法を有し、および前記蛍光体エリアが、前記測定軸方向に対して垂直な方向に沿って蛍光体エリア寸法を有し、および前記蛍光体エリア寸法が前記スケールパターン寸法と少なくとも同じ程度の大きさである、請求項１に記載のエンコーダ構成。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの照射系が複数のトラックに特有の照射系を含み、前記スケールパターンが、対応する複数のトラックに特有の空間変調された蛍光体光パターンを出力する、対応する複数のスケールトラックパターンを含み、および前記検出器部分が、複数の対応する検出器トラックを含む、請求項１に記載のエンコーダ構成。
【請求項１３】
動作中、
前記トラックに特有の照射系の各々に対して、その光発生器が、一次光パルス持続期間を有する一次光パルスとしてその一次光を発生し、かつそれに応答して、そのトラックに特有の照射系の前記蛍光体エリアが、トラックに特有の蛍光体光パルスとしてその蛍光体光を出力し；
前記トラックに特有の蛍光体光パルスが連続して生成されて、異なる対応するトラックに特有の時間に、前記トラックに特有の空間変調された蛍光体光パターンを生成し；および
前記検出器エレクトロニクスが、前記対応する検出器トラックを連続して動作させて、各検出器トラックが、前記対応するトラックに特有の時間に、その対応するトラックに特有の空間変調された蛍光体光パターンのみを検出するようにする、請求項１２に記載のエンコーダ構成。
【請求項１４】
前記スケールトラックパターンの最初の１つが、周期的な格子様パターンを備え、前記第１のスケールトラックパターンに対応する前記トラックに特有の照射系が、光源格子を生成するようにパターン化された蛍光体エリアを含み、および前記第１のスケールトラックパターンが、前記光源格子からの蛍光体光によって照射される、請求項１２に記載のエンコーダ構成。
【請求項１５】
前記エンコーダ構成が反射型構成であり、ここで、前記スケールトラックパターンの前記最初の１つが、前記対応するトラックに特有の空間変調された蛍光体光パターンを、前記光経路に沿って前記対応する検出器トラックに反射し、およびその対応する検出器トラックおよび前記光源格子を生成するようにパターン化された前記蛍光体エリアが、前記測定軸方向に対して横断する方向に沿って互いに隣接するように配置されている、請求項１４に記載のエンコーダ構成。
【請求項１６】
前記エンコーダ構成が透過型構成であり、ここで、前記スケールトラックパターンが、前記空間変調された蛍光体光パターンを、前記光経路に沿って前記検出器部分まで透過する、請求項１に記載のエンコーダ構成。
【請求項１７】
前記スケールパターンが、周期的な格子様パターンである少なくとも第１のスケールトラックパターンを含み、前記蛍光体エリアの少なくとも一部分が、光源格子を生成するようにパターン化されており、および前記第１のスケールトラックパターンが、前記光源格子からの蛍光体光によって照射されている、請求項１に記載のエンコーダ構成。
【請求項１８】
前記スケールパターンが、対応する複数のトラックに特有の空間変調された蛍光体光パターンを出力する複数のスケールトラックパターンを含むアブソリュートスケールパターンであり、および前記検出器部分が、複数の対応する検出器トラックを含む、請求項１に記載のエンコーダ構成。
【請求項１９】
前記複数の検出器トラックの第１の検出器トラックが、格子様パターンではない第１のアブソリュートスケールトラックパターンに対応し、および前記第１の検出器トラックが、前記測定軸方向に対して垂直なＹ方向に沿って寸法ＹＤＥＴＡＢＳを有する個々の光検出器エリアを含み、および
前記第１の検出器トラックが、その受光したトラックに特有の空間変調された光パターンを空間的にフィルタリングし、かつそれぞれの空間位相を有する複数のそれぞれの位置表示信号を出力するように構成されている、請求項１８に記載のエンコーダ構成。
【請求項２０】
前記第１のアブソリュートトラックパターンが、前記測定軸方向に沿って延在する幾何学的に合同なサブトラック部分を含み、前記幾何学的に合同なサブトラック部分が、
前記幾何学的に合同なサブトラック部分がＹ方向に沿って寸法ＹＣＥＮＴだけ分離されており、かつＹＣＥＮＴはＹＤＥＴＡＢＳ未満であり、
前記幾何学的に合同なサブトラック部分がそれぞれＹ方向寸法ＹＴＯＬを有し、寸法量［ＹＣＥＮＴ＋２（ＹＴＯＬ）］がＹＤＥＴＡＢＳよりも大きく、および
前記幾何学的に合同な部分の１つがＹ方向に沿って前記寸法ＹＤＥＴＡＢＳだけ平行移動される場合、前記幾何学的に合同な部分は名目上一致するように、前記幾何学的に合同なサブトラック部分が配置される
ように構成されており、および
前記第１のアブソリュートトラックパターンは、パターン化された信号変化部分を含み、前記パターン化された信号変化部分は、前記パターン化された信号変化部分のエリアが、空間波長ＬＡＢＳ１を有する第１の周期関数ｘに対応して変化するように構成されており、ここで、ｘは、前記測定軸方向に沿ったｘ軸の位置を表し、および前記第１の周期関数は矩形波ではない、請求項１９に記載のエンコーダ構成。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に精密測定装置に関し、より詳細には、蛍光体照射源を用いる変位エンコーダに関する。
【背景技術】
【０００２】
光学装置を有していてその光学装置が読取りヘッド内の光検出器配列にスケールパターンを像形成する読取りヘッドを使用した種々の光学式変位エンコーダが公知である。スケールパターン像はスケール部材と共に変位し、変位されたスケールパターン像の動きまたは位置は、光検出器配列によって検出される。従来の結像、自己結像（Talbotイメージングとも称する）、および／または陰影結像（shadow imaging）を使用して、スケールパターン像を様々な形態で提供し得る。
【０００３】
光学式エンコーダはインクリメンタル位置スケール構造またはアブソリュート位置スケール構造を用いることができる。インクリメンタル位置スケール構造は、初期点から始まってスケールに沿って変位のインクリメンタル単位を足していくことによって、スケールに対する読取りヘッドの変位を決定することを可能にする。そのようなエンコーダは、ある種の用途、特にラインパワーが利用可能である用途に好適である。しかしながら、低電力消費用途（例えば、バッテリー電源式ゲージなど）では、アブソリュート位置スケール構造を使用することがより望ましい。アブソリュート位置スケール構造は、スケールに沿った各位置において一意の出力信号、または信号の組み合わせを生成する。アブソリュート位置スケール構造は、位置を特定するためにインクリメンタル変位を連続的に足していく必要がない。それゆえ、アブソリュート位置スケール構造は様々な電力節約方式を可能とする。様々な光学式、容量式または誘導式の感知技術を使用する様々なアブソリュート位置エンコーダが公知である。米国特許第３，８８２，４８２号；同第５，９６５，８７９号；同第５，２７９，０４４号；同第５，８８６，５１９号；同第５，２３７，３９１号；同第５，４４２，１６６号；同第４，９６４，７２７号；同第４，４１４，７５４号；同第４，１０９，３８９号；同第５，７７３，８２０号；および同第５，０１０，６５５号には、アブソリュート位置エンコーダに関する様々なエンコーダ構成および／または信号処理技術が開示されている。これらの文献全体を本明細書に援用する。
【０００４】
光学式エンコーダの設計に関する１つの問題は、ユーザは一般的に、エンコーダの読取りヘッドおよびスケールが可能な限りコンパクトであることを好むことである。エンコーダがコンパクトであると、様々な用途での取り付けにより好都合である。しかしながら、光学式アブソリュートエンコーダは一般的に複数のスケールトラックを必要とするため、比較的幅広のスケール部材、照射系、および光検出器配列が要求される傾向がある。これに対する１つの解決法は、アブソリュートスケールトラックの幅を最小にすることであった。しかしながら、スケールトラックの幅、照射系、および光検出器配列を最小にすることは、一般的にアブソリュートエンコーダの信号対雑音比に悪影響を及ぼし、見込まれる精度を低下させる。さらに、幅狭のスケールトラックは、産業環境において予想され得る所定量の汚染、ミスアライメント、およびその他の変化に対して比較的感度が高く、それゆえあまりロバストではなく、動作中安定しない。それゆえ、特に光学式アブソリュートエンコーダに関して、精度を可能な限りロバストな状態に維持するためにスケールトラックの幅を比較的大きい状態に維持する一方、可能な限りコンパクトな光学式エンコーダ構成を維持することが望ましい。しかしながら、従来技術では、エンコーダのユーザが所望するロバストネス、コンパクトさ、範囲対解像度比、およびコストの一定の組み合わせを提供する構成に関する教示がない。そのような組み合わせを提供する改良型のエンコーダの構成が望ましい。
【０００５】
この要約は、詳細な説明でさらに説明される概念の選択を単純化して導入するために提供する。この要約は、特許請求された主題の重要な特徴を特定するものではなく、特許請求された主題の範囲を決定することを支援するためのものとして使用されるものでもない。概して、明確な説明または文脈により示されない限り、本明細書で用語「蛍光体」を使用する場合には、発光蛍光体分子だけでなく、蛍光体分子を取り囲みかつそれらの基板での適用および／または保護を容易にするいずれかの担体または物質も含めて言及している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第３，８８２，４８２号
【特許文献２】米国特許第５，９６５，８７９号
【特許文献３】米国特許第５，２７９，０４４号
【特許文献４】米国特許第５，８８６，５１９号
【特許文献５】米国特許第５，２３７，３９１号
【特許文献６】米国特許第５，４４２，１６６号
【特許文献７】米国特許第４，９６４，７２７号
【特許文献８】米国特許第４，４１４，７５４号
【特許文献９】米国特許第４，１０９，３８９号
【特許文献１０】米国特許第５，７７３，８２０号
【特許文献１１】米国特許第５，０１０，６５５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、コンパクトさ、ロバストネス、範囲対解像度比、高解像度、ならびに製造および組み立てコストの組み合わせを改善する、変位エンコーダ構成の改良に関する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
理想的には、光学式変位エンコーダでは、光検出器と重なり合う空間変調された光パターンの形状を決定する、移動式スケールパターンのエリアの形状は、変位信号の唯一の決定要因である必要がある。さらに、エンコーダ動作のロバストネスを高めるために、一般的に、空間変調された光パターンを調節するスケールパターンのエリアを、実質上最大となるまで増大させて、スケール上に入り得るいずれの汚染も、所望の信号発生光パターンを可能な限り壊さないようにすることが望ましい。しかしながら、照射の不均一性は、光検出器の空間変調された光パターン内において関係のない強度のばらつきの原因となるため、変位信号の精度が劣化し得る。従来、レンズおよび／または拡散体を光路に沿って軸方向に位置決めして、光源のビームを拡大し、かつ像形成されるスケールパターンの部分全体にわたって均一な強度分布をもたらしている。しかしながら、そのような要素（例えば、レンズ）を含む光路に必要とされる長さにすると、エンコーダ構成を、特に光路に含まれるスケールパターンのエリアが増大するにつれて、光学軸に沿った方向においてコンパクトにすることができなくなる。
【０００９】
本発明の一実施形態によれば、一次光源を用いて蛍光体エリアを励起しおよび飽和させ、それによりスケールパターンを均一に照射することによって、レンズを使用せずに、均一な光強度が達成される。特定の一実施形態では、一次光源は、不均一な一次放射線を生成し、この一次放射線は、一次放射線を第１の波長において吸収する均一に分布された蛍光体のエリアをほぼ飽和させる。次いで、飽和された蛍光体は、第２の波長において「二次」蛍光体放射線を生成し、この二次蛍光体放射線は、比較的均一な強度でスケールを照射して、光検出器に感知されるスケールパターン「像」を生成する（例えば、陰影像）。蛍光体の飽和に起因するため、二次放射線の強度の均一性は、蛍光体の飽和量の均一性と同様である。それゆえ、スケールパターンの平面に対して垂直な方向に沿って経路長およびエンコーダサイズを最小にする構成において、均一な照射強度を、比較的少数の構成要素を用いて、広いエリアにわたって経済的にもたらすことができる。他の利点としては、蛍光体波長を光検出器の最大感度に適合させる能力（例えば、より良好な信号対雑音比およびエネルギー効率）があること；蛍光体をパターニングして、自己結像型変位エンコーダに経済的な光源格子を提供すること；および蛍光体を使用して、一般に一次放射光源（例えば、ＬＥＤ、レーザダイオード等）によってもたらされるタイプの指向性のある照射よりも望ましいとされる用途において拡散照射を提供すること、が挙げられる。
【００１０】
蛍光体によってもたらされた強度均一性は、一次放射光源（例えば、ＬＥＤ一次光源、介在させた拡散体等）から直接得られる強度均一性よりも改善される。さらに、改善された均一性は、非常に短い光路に沿って達成される。言い換えると、高発散性の一次光源と併用される飽和された蛍光体は、大きな照射領域と非常に短い光路とを有する構成をもたらし、これは、よりコンパクトなエンコーダ構成を達成するのに望ましいことである。
【００１１】
本発明の他の態様によれば、蛍光体からの蛍光体光の均一性は、蛍光体の厚み、および発光蛍光体分子が、蛍光体容積中でどのように均一に分布されているかに依存し得る。一実施形態では、蛍光体分子を、よく混合された担体中に懸濁し（例えば、蛍光体分子が担体容積中で均一に分布されるように）、次いで平坦な基板上にスピンコーティングするか、または蛍光体を、他の公知の技術を使用して分布させて、蛍光体を均一な厚みおよび密度にするようにする。一実施形態では、アブソリュートスケールトラックを、連続的な蛍光体エリアによって照射する一方、インクリメンタルスケールトラックを、パターン化された蛍光体エリアによって照射し得る（例えば、フォトレジスト／エッチ処理またはレーザエッチによって形成され得るように）。パターン化された蛍光体は、公知の自己結像技術を使用することによって、インクリメンタルスケールトラックの被検出像の生成を容易にする光源格子としての機能を果たし得る。別の実施形態では、アブソリュートスケールトラックはまた、アブソリュートスケールトラックが従来の技術または陰影結像の技術を使用して像形成させる実施形態でも、光源格子（すなわち、格子状の光源の周期的な配列）を形成するようにパターン化された蛍光体エリアによって照射され得る。一部の実施形態では、一次光源波長は、検出器の応答の範囲外にあり得る、または光路に波長フィルタを使用して検出器応答から排除されて、蛍光体からの蛍光体光のみがエンコーダ変位信号の決定に関係するようにし得る。蛍光体応答時間を非常に短くすることができ（例えば、約マイクロ秒）、それは、ある種の用途（例えば、低パワーパルス光学式ＡＢＳエンコーダシステム）では理想的であると考えられる。
【００１２】
一部の実施形態では、本発明で使用に適したスケール構成は、微細なトラックパターンと少なくとも第１のアブソリュートトラックパターンとを含むアブソリュートスケールパターンを含むスケール要素を含む。種々のトラックパターンの配置を、蛍光体からの光を受け、かつそれぞれのトラックに特有の空間変調された光パターンを、検出器エレクトロニクス（例えば、精密なトラック検出器部分および少なくとも第１のアブソリュートトラック検出器）の種々の対応する検出器部分までそれぞれの光経路に沿って出力するような配置にする。微細なトラックパターンおよびその対応する検出器部を、公知の技術に従って（例えば、従来の結像、陰影結像、または自己結像技術、および周期的な変位信号を発生するための公知の検出器構造を使用して）構成し得る。上述のように、一部の実施形態では、微細なトラックパターンを照射するための蛍光体エリアは、光源格子としてパターン化され得る（例えば、格子様スケールパターンからスケール像を形成するために自己結像技術を使用するときに望ましいように、空間的にコヒーレントな光を生成するためにである）。
【００１３】
一部の実施形態では、アブソリュートトラック検出器部分を、測定軸方向に対して垂直なＹ方向に沿ってＹ方向エッジ間寸法ＹＤＥＴＡＢＳを有する個々の光検出器エリアによって構成し、およびこれらの光検出器エリアを、それらが受光した空間変調された光パターンを空間的にフィルタリングし、かつそれぞれの空間位相を有する複数のそれぞれの位置表示信号を出力するように構成し得る。一実施形態では、アブソリュートトラックパターンは、測定軸方向に沿って延在する幾何学的に合同なサブトラック部分を含み、および幾何学的に合同な部分の１つが寸法ＹＤＥＴＡＢＳだけＹ軸方向に沿って平行移動される場合、幾何学的に合同な部分が名目上一致するように、幾何学的に合同なサブトラック部分を配置する。さらに、幾何学的に合同なサブトラック部分をＹ方向に沿って、ＹＤＥＴＡＢＳ未満の寸法ＹＣＥＮＴだけ離隔するように構成し、および幾何学的に合同なサブトラック部分がそれぞれＹ方向寸法ＹＴＯＬを有して、寸法量［ＹＣＥＮＴ＋２（ＹＴＯＬ）］がＹＤＥＴＡＢＳよりも大きくなるようにする。それゆえ、アブソリュートトラックを感知するための検出器部分は、Ｙ方向に沿ったアブソリュートトラックパターンよりも狭くなり得るが、光検出器の端部がそれぞれ名目上幾何学的に合同なサブトラック部分に配置されているので（幾何学的に合同な光パターンを感知するために）、検出された信号は、Ｙ方向に沿った検出器部分のミスアライメントに対して感度が低い。幅狭な検出器部分はより経済的であり、かつ容易にコンパクトな装置にもなり得るものである。そのような一部の実施形態では、アブソリュートスケールパターンは３．０ミリメートル未満の幅を有しながらも、依然として、所望の範囲対解像度比をもたらすために、経済的なアブソリュートエンコーダ構成において使用される。
【００１４】
本発明の上述の態様および付随する利点の多くは、添付の図面と共に以下の詳細な説明を参照することにより容易に理解される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】スケールパターンを照射し、かつ対応する空間変調された光パターンを検出器上に生成するための光源を使用する代表的なエンコーダ構成の概略的な部分的な分解図である。
【図２】本発明に従って、蛍光体を含んでスケールパターンを照射し、かつ対応する空間変調された光パターンを検出器に生成する光源を使用するエンコーダ構成の第１の実施形態の概略的な部分的な分解図である。
【図３】蛍光体を含んでスケールパターンを照射する光源を使用するエンコーダ構成の第２の実施形態の切断端面図である。
【図４Ａ】図３のエンコーダ構成内の異なる層における構成要素の底面図である。
【図４Ｂ】図３のエンコーダ構成内の異なる層における構成要素の底面図である。
【図４Ｃ】図３のエンコーダ構成内の異なる層における構成要素の上面図である。
【図５】蛍光体を含んでスケールパターンを照射する光源を使用するエンコーダ構成の第３の実施形態の切断端面図である。
【図６Ａ】図５のエンコーダ構成内の異なる層における構成要素の底面図である。
【図６Ｂ】図５のエンコーダ構成内の異なる層における構成要素の上面図である。
【図６Ｃ】図５のエンコーダ構成内の異なる層における構成要素の底面図である。
【図６Ｄ】図５のエンコーダ構成内の異なる層における構成要素の上面図である。
【図７】蛍光体を含んでスケールパターンを照射する光源を使用するエンコーダ構成の第４の実施形態の切断端面図である。
【図８Ａ】図７のエンコーダ構成内の異なる層における構成要素の底面図である。
【図８Ｂ】図７のエンコーダ構成内の異なる層における構成要素の上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１に、光学式変位エンコーダ構成１００を示す概略的な部分的な分解図を示す。この光学式変位エンコーダ構成１００は、スケールパターンを照射しかつ対応する空間変調された光パターンを検出器上に生成するために光源を使用している、代表的なエンコーダ構成である。エンコーダ構成１００については、同時係属中の同一出願人による２００８年１１月１８日出願の米国特許出願公開第１２／２７３，４００号に、より詳細に説明されている（以下「’４００号出願」）（その全体が参照されることにより本明細書に含まれるものとする）。エンコーダ構成１００において使用される照射系または照射部分１６０には、ある種の欠点がある。これらの欠点は、以下で詳細に説明する新規の照射構成を使用するエンコーダ構成によって改善される。エンコーダ構成１００の設計および動作の種々の他の態様は、一部の用途では特に望ましい。設計および動作のこれらの態様は、図２〜図８を参照して以下説明する新規の照射構成の様々な有利な組み合わせにおいて保持され、それゆえ、これらの態様については、以下さらに説明する実施形態を類推して理解し得るように、ここで略述する。
【００１７】
図１に示すように、エンコーダ構成１００は、スケール要素１１０と、信号発生および処理回路１９０に接続される検出器エレクトロニクス１２０と、可視波長または不可視波長の光を放出する光源１３０、レンズ１４０、および任意選択の光源格子１５０を備える照射系または照射部分１６０とを含む。光源１３０もまた、電源および信号接続ライン（図示せず）によって信号発生および処理回路１９０に接続され得る。以下詳細に説明するように、スケール要素１１０上のスケールトラックの構成は、コンパクトな構成に形成して、ある種の利点を提供することができる。
【００１８】
図１に示す実施形態では、先に援用された’４００号出願に詳細に説明されているように、スケール要素１１０は、３つのスケールトラックパターン：インクリメンタルトラックパターンＴＩＮＣ、第１のアブソリュートトラックパターンＴＡＢＳ１、および第２のアブソリュートトラックパターンＴＡＢＳ２を含むアブソリュートスケールパターン１１５を含む。トラックパターンＴＡＢＳ１およびＴＡＢＳ２は、それらの構成によって決定されるアブソリュート測定範囲でアブソリュート位置を決定するのに使用して適切な信号（例えば、信号の組み合わせ）をもたらすので、それらＴＡＢＳ１およびＴＡＢＳ２をアブソリュートスケールトラックパターンと称する。図１にはまた、本明細書で使用される慣習に従って、直交するＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向を示している。Ｘ方向およびＹ方向は、アブソリュートスケールパターン１１５の平面に対して平行であり、Ｘ方向は、対象となる測定軸方向ＭＡに対して平行（例えば、インクリメンタルトラックパターンＴＩＮＣに含まれ得る細長い格子パターン要素に対して垂直）である。Ｚ方向は、アブソリュートスケールパターン１１５の平面に対して垂直である。
【００１９】
検出器エレクトロニクス１２０は、３つのスケールトラックパターンＴＩＮＣ、ＴＡＢＳ１およびＴＡＢＳ２からの光をそれぞれ受けるように配置された３つの検出器トラックＤＥＴＩＮＣ、ＤＥＴＡＢＳ１およびＤＥＴＡＢＳ２を備える検出器構成１２５を含む。検出器エレクトロニクス１２０はまた、信号処理回路１２６（例えば、信号オフセット調整および／または信号ゲイン調整、信号増幅回路および信号合成回路等）も含む。一実施形態では、検出器エレクトロニクス１２０を単一のＣＭＯＳ  ＩＣとして作製し得る。
【００２０】
動作中、光源１３０から放出された光１３４（例えば一次光）は、レンズ１４０によって、３つのスケールトラックパターンを照射するのに十分なビームエリアに部分的にまたは完全にコリメートされ得る。図１に、光１３４の、トラックに特有の３つの光経路１３４Ａ、１３４Ｂおよび１３４Ｃを概略的に示す。光経路１３４Ａは、スケールトラックパターンＴＩＮＣを照射する光を含む、代表的な中心の光経路である。スケールトラックパターンＴＩＮＣを照射すると、トラックに特有の空間変調された光パターンを、検出器エレクトロニクス１２０の検出器トラックＤＥＴＩＮＣに出力する。例えば約８〜４０ミクロンの微細なトラック波長を有する一部の実施形態では、エンコーダ構成１００を、検出器トラックＤＥＴＩＮＣの平面に自己像（例えば、Talbot像またはFresnel像）を生じるように公知の方法に従って構成し得る。一部の自己結像構成では、光源１３０をＬＥＤとし得る。場合によっては、光源１３０の特徴に依存して、自己結像に好適となるように光１３４を調節するために、光源格子１５０を必要とし得る。そのような場合には、代表的な光経路１３４Ａを取り囲む光は光源格子１５０の格子構造を通過して、格子開口部に空間的にコヒーレントな照射源のアレイを生成して、公知の自己結像照射原理に従ってスケールトラックパターンＴＩＮＣを照射する。なお、そのアレイは、トラックパターンＴＩＮＣのピッチまたは波長に対応するピッチ（例えば、ＴＩＮＣの２倍のピッチ）で配置され得る。図１は、代表的な光経路１３４Ｂおよび１３４Ｃが光源格子１５０の透明基板を通過するようにし、その結果、検出器トラックＤＥＴＡＢＳ１およびＤＥＴＡＢＳ２からの信号の質に寄与するそれら光の強度およびコリメーションの程度が、光源格子１５０の格子構造によって乱されないようにした、光源格子１５０の実施形態を示す。他の実施形態では、代表的な光経路１３４Ｂおよび１３４Ｃもまた光源格子１５０の格子構造を通過するが、ある特定の実施形態では、これは最適な構成ではない。
【００２１】
光経路１３４Ｂおよび１３４Ｃは、スケールトラックパターンＴＡＢＳ２およびＴＡＢＳ１をそれぞれ照射する光を含む代表的な光経路である。スケールトラックパターンＴＡＢＳ２およびＴＡＢＳ１を照射すると、それらからは、トラックに特有の空間変調された光パターン（例えば、それらのパターンに対応するパターン化光）が、検出器エレクトロニクス１２０の、トラックに特有の検出器トラックＤＥＴＡＢＳ２およびＤＥＴＡＢＳ１にそれぞれ出力する。種々の実施形態では、先に援用した’４００号出願に詳細に説明されているように、エンコーダ構成１００を、トラックパターンＴＡＢＳ２およびＴＡＢＳ１が、陰影像（例えば、レンズ１４０によって生じたコリメーションの程度に依存して、ぼやけたまたはぼやけていない陰影像）を検出器トラックＤＥＴＡＢＳ２およびＤＥＴＡＢＳ１にそれぞれ投影するように構成し得る。空間変調された光パターンの全てが、スケール要素１１０と共に動くことに注意されたい。検出器トラックＤＥＴＩＮＣ、ＤＥＴＡＢＳ１およびＤＥＴＡＢＳ２の各々に対応する光信号チャネルおよび電子信号チャネルでは、個々の光検出器エリアを、それぞれが受光した空間変調された光パターンを空間的にフィルタリングするように配置して、所望の位置表示信号（例えば、直交信号、または信号補間をもたらす空間位相関係を有する他の周期信号）を生成する。一部の実施形態では、個々の光検出器エリアよりも、個別のアパーチャを備える空間的なフィルタマスクが比較的大きな光検出器をマスクして、図示の個々の光検出器エリアに類似の受光エリアを生成し、公知の技術に従って同様な全体的な信号効果を生じる。
【００２２】
種々の用途において、公知の技術に従って、検出器エレクトロニクス１２０および照射系１６０を、例えば読取りヘッドまたはゲージ筐体（図示せず）内に互いに固定して装着して、支持装置によって測定軸に沿ってスケール１１０に対して案内する。様々な用途では、スケールを移動ステージ、またはゲージのスピンドル等に取り付けることができる。図１に示す構成は透過型の構成である。スケールパターン１１５は、遮光部、および空間変調された光パターンを透過させることによって検出器トラックへと出力する透光部（例えば、公知の薄膜パターニング技術等を使用して透明基板に作製する）を含む。同様の構成要素を反射型の実施形態にも配置し得る。その場合、公知の技術に従って、照射系１６０および検出器エレクトロニクスをスケール１１０に対して同じ側に配置し、かつ、必要に応じて角度を付けた照射および反射をするように位置決めする。透過型または反射型のスケールパターンのいずれにおいても、アブソリュート検出器トラック（例えば、ＤＥＴＡＢＳ１またはＤＥＴＡＢＳ２）によって検出される光を生成するスケールパターンの部分を、スケールパターンの信号生成部分と称することができ、かつ、スケールパターンの他の部分が検出器トラックに対して生成する光は一般的に可能な限り少なく、かつその光を信号減少部分と称し得る。種々の実施形態においては、本明細書の教示に従って、スケールパターンの信号生成部分または信号減少部分をパターン化し得る。別の言い方をすれば、互いに「ネガティブ」なスケールパターンはどちらも使用に適した信号を生成し、その結果得られる信号の変化もまた、所与の反射型または透過型の構成に対して互いにほぼ「ネガティブ」であり得る。それゆえ、スケールパターンを「信号変化部分」に関して説明し、かつ種々の実施形態においては、信号変化部分は、スケールパターンの信号生成部分または信号減少部分のいずれかを含み得ることが理解される。
【００２３】
上述のように、理想的には、光検出器に重なる空間変調された光パターンは、変位信号の唯一の決定要因であるべきスケールパターンの変位にのみ応じて変化すべきである。別の言い方をすれば、空間変調された光パターンは、変位されたスケールパターンと共に動くべきであり、そうでなければ、その空間変調された強度の変化は、安定した状態を維持するべきである。しかしながら、照射の不均一性によって、関係のない強度変化がもたらされることに注意する必要がある。その強度変化は、空間変調された光パターン内で変位されたスケールパターンに起因する強度変化と重ね合わされ、その結果、変位信号の精度を低下させる。従来は、照射系１６０によって例示したように、レンズおよび／または拡散体を光路に沿って軸方向に位置決めして、光源のビームを拡大し、かつ像形成されるスケールパターンの部分を横切って均一な強度分布をもたらしている。しかしながら、そのような要素を含む光路に必要とされる長さ（例えば、光源とレンズとの間の発散長、およびレンズ長）により、特にＺ軸に沿って、かつ特に被照射スケールパターンのエリアが増大するにつれて、エンコーダ構成をよりコンパクトにすることが妨げられる。上述のように、ロバストな動作をもたらすために、一般的に、被照射スケールパターンのエリアを増大させて、空間変調された光パターンを実質的に最大にし、スケールパターンに入り込んだ可能性のあるいかなる汚染も、空間変調された被検出光パターンを可能な限り乱さないようにすることが望ましい。
【００２４】
エンコーダ構成１００と対照的に、図２〜図８を参照して以下説明する実施形態は、スケールパターンの比較的広い照射領域にわたって均一な照射強度をもたらために蛍光体を含む一方、特にＺ軸に沿って比較的短い光路長を使用する、新規の照射構成を使用している。
【００２５】
図２に、エンコーダ構成２００の第１の実施形態の概略的な部分的な分解図を示す。エンコーダ構成２００は、本発明に従って、蛍光体を含む光源を用いて、対応する空間変調された光パターンを検出器に生成するスケールパターンを照射する。照射の均一性を高めかつ照射レンズに対する要求を排除するために蛍光体を使用することを除いて、エンコーダ構成２００の構成要素および動作原理は、図１のエンコーダ構成１００のものとほぼ同じとすることができ、かつ全体的に類推により理解し得る。例えば、図１における１ＸＸの連番と同じ「ＸＸ」の接尾語を有する、図２における２ＸＸの連番は、類似のまたは同一の要素を示し、それらは、以下で説明または暗示しない限り機能的に類似し得る。
【００２６】
図２に示すように、エンコーダ構成２００は、スケール要素２１０と、信号発生および処理回路２９０に接続される検出器エレクトロニクス２２０と、可視波長または不可視波長の光を生成するための１つ以上の一次光源２３０（例えばＬＥＤ）、光偏向および／または散乱要素２３２、蛍光体層２０５（あるいは蛍光体エリア２０５と称する）を有する透明基板２０４を備える照射系または照射部分２６０とを含む。任意選択により波長フィルタ２７０も含まれ得る。種々の実施形態では、光偏向および／または散乱要素２３２および透明基板２０４を統合してもおよび／または区別不能にしてもよく、および／または蛍光体層２０５を光偏向および／または散乱要素２３２の表面に直接適用してもよい。光源２３０を、電源および信号接続ライン（図示せず）によって信号発生および処理回路２９０に接続し得る。種々の実施形態では、公知の技術に従って、エンコーダ筐体もしくはゲージ筐体または読取りヘッド組立体（図示せず）内でスケール要素２１０をＺ方向に沿って、照射系２６０および検出器エレクトロニクス２２０（とりわけ、検出器構成２２５）から全体的に安定した距離で位置決めする。図２に示す実施形態では、スケール要素２１０の端部がブラケット２１２およびロッド２１４によって支持されているように示してある。ある種のゲージ用途（例えば、スピンドルゲージ）では、ロッド２１４は、照射部分２６０および検出器構成２２５に対して（例えば、ベアリングによって（図示せず））案内され、かつゲージの端部から突出して、被加工物に接触し得る。その場合、ロッド２１４、ブラケット２１２、および取り付けられたスケール要素２１０はゲージに対して移動し、かつ被加工物に追従して、その変位を測定する。一部の実施形態では、スペーサを使用して、Ｚ方向に沿って照射部分２６０と検出器構成２２５との間に所望の間隙または間隔をもたらし得る。図３を参照して以下詳細に説明するように、スケール要素２１０はその間隙を通って測定軸ＭＡの方向に沿って移動する。
【００２７】
図２に示す実施形態では、スケール要素２１０は、図１のスケールパターン１１５と類似の３つのスケールトラックパターン、すなわちそれぞれインクリメンタルトラックパターンＴＩＮＣ、第１のアブソリュートトラックパターンＴＡＢＳ１および第２のアブソリュートトラックパターンＴＡＢＳ２を含むアブソリュートスケールパターン２１５を含む。それらのスケールパターンは、それらの構成によって決定されたアブソリュート測定範囲にわたるアブソリュート位置の決定に使用するのに適した信号の組み合わせを生成する。そのようなトラックは、先に援用した’４００号出願で詳細に説明されている。検出器エレクトロニクス２２０は、３つのスケールトラックパターンＴＩＮＣ、ＴＡＢＳ１およびＴＡＢＳ２からの光をそれぞれ受光するように配置された３つの検出器トラックＤＥＴＩＮＣ、ＤＥＴＡＢＳ１およびＤＥＴＡＢＳ２を含む検出器構成２２５を含む。検出器エレクトロニクス２２０はまた、信号処理回路２２６（例えば、信号オフセット調整および／または信号ゲイン調整、信号増幅回路および信号合成回路等）を含み得る。一実施形態では、検出器エレクトロニクス２２０および／または信号発生および処理回路２９０を単一のＣＭＯＳ  ＩＣとして作製し得る。
【００２８】
エンコーダ構成２００の動作を簡潔に概説すると、一次光源２３０が一次光ＰＲＬを生成して放射し、その一次光ＰＲＬは光偏向および／または散乱要素２３２に入射し、それにより、透明基板２０４を通って蛍光体エリア２０５まで広範囲にわたって分散される。その蛍光体エリアは、蛍光体光ＰＨＬによって３つのスケールトラックパターンＴＩＮＣ、ＴＡＢＳ１およびＴＡＢＳ２を照射するのに十分な大きさの発光領域を有する。例えば、一部の実施形態では、蛍光体エリア２０５は、Ｙ方向に沿ったスケールパターン２１５の全体寸法と少なくとも同程度の大きさの蛍光体エリア寸法をＹ方向に沿って有する。光偏向および／または散乱要素２３２および蛍光体エリア２０５の動作を以下詳細に説明する。３つのスケールトラックパターンＴＩＮＣ、ＴＡＢＳ１およびＴＡＢＳ２からは、トラックに特有の空間変調された蛍光体光パターンＳＭＰＨＬＩＮＣ、ＳＭＰＨＬＡＢＳ１およびＳＭＰＨＬＡＢＳ２として、トラックに特有の検出器トラックＤＥＴＩＮＣ、ＤＥＴＡＢＳ１およびＤＥＴＡＢＳ２までそれぞれ蛍光体光ＰＨＬが出力される（例えば透過される）。一部の実施形態では、一次光ＰＲＬの一部が蛍光体エリア２０５を透過し、かつ空間変調された蛍光体光パターンＳＭＰＨＬを備えるスケールトラックパターンによって透過され得る。しかしながら、本明細書の他の箇所で略述しているように、これは、一次光ＰＲＬが蛍光体光ＰＨＬよりも不均一であることから望ましくない場合がある。それゆえ、一部の実施形態は、一次光ＰＲＬに対応する波長を、検出器トラック２２５に到達する信号光ＳＬから除去する波長フィルタ２７０を含み得る。あるいは、一部の実施形態では、検出器トラック２２５は、一次光ＰＲＬに関連する波長範囲に対して実質的に感度が低く、かつそのような実施形態においては波長フィルタは必要ではない。エンコーダ構成２００の照射系２６０は、スケールトラックパターンの（例えば、蛍光体エリア２０５に対応する）比較的広範囲を照射する一方、Ｚ方向に沿って非常にコンパクトである。照射系２６０は、このＺ方向においてコンパクトであるものの広範囲な照射系構成における一次光では克服することが困難である強度の不均一性の問題を、以下詳細に説明する効果および技術に基づいて、蛍光体エリア２０５を使用して光路に沿った同様の位置において有し得る一次光ＰＲＬの強度よりも均一な強度を有する蛍光体光ＰＨＬを出力することにより、克服することができる。
【００２９】
さらにエンコーダ構成２００を検討するために、図２に、蛍光体光ＰＨＬの３つのトラックに特有の光経路２３４Ａ、２３４Ｂおよび２３４Ｃを概略的に示す。光経路２３４Ａは図２において中心光線で示され、かつ一般的に、スケールトラックパターンＴＩＮＣを照射しかつ検出器エレクトロニクス２２０の検出器トラックＤＥＴＩＮＣに到達するいずれの光も含む。特に、スケールトラックパターンＴＩＮＣが光経路２３４Ａに沿って照射され、トラックに特有の空間変調された光パターンを、トラックに特有の検出器トラックＤＥＴＩＮＣに出力する。一部の実施形態では、エンコーダ構成２００は、例えば約８〜４０ミクロンの微細なトラック波長ＬＩＮＣを有する場合、検出器トラックＤＥＴＩＮＣの平面に自己像（例えば、Talbot像またはFresnel像）を生成するように構成され得る。そのような微細なトラックの自己結像構成では、蛍光体エリア２０５は、蛍光体エリア光源格子を作り出すようにパターン化される。すなわち、図２に示すように、蛍光体エリアは、スケールトラックパターンＴＩＮＣを照射しその後検出器トラックＴＩＮＣに到達する蛍光体光ＰＨＬを生成する少なくとも蛍光体エリア領域２０５−ＩＮＣにおいて、蛍光体材料の、間隔をあけられた微細な縞模様としてパターン化され得る。あるいは、均一な蛍光体をマスクして、類似の微細なスリットを通して光を放射するようにする。いずれの場合も、蛍光体エリア光源格子は、トラックパターンＴＩＮＣのピッチまたは波長にほぼ適合するピッチで配置された、空間的にコヒーレントな照射源のアレイをもたらし、公知の自己結像照射原理に従ってスケールトラックパターンＴＩＮＣを照射する。
【００３０】
トラックに特有の光経路２３４Ｂおよび２３４Ｃを図２において中心光線で示す。光経路２３４Ｃは一般的に、スケールトラックパターンＴＡＢＳ１を照射しかつ検出器トラックＤＥＴＡＢＳ１に到達するいずれの光も含み、および光経路２３４Ｂは一般的に、スケールトラックパターンＴＡＢＳ２を照射しかつ検出器トラックＤＥＴＡＢＳ２に到達するいずれの光も含む。スケールトラックパターンＴＡＢＳ２およびＴＡＢＳ１を照射すると、それらトラックパターンからはトラックに特有の空間変調された光パターン（例えば、それらに対応するパターン化光）が、トラックに特有の検出器トラックＤＥＴＡＢＳ２およびＤＥＴＡＢＳ１へとそれぞれ出力する。種々の実施形態では、先に援用した’４００号出願で説明されているように、エンコーダ構成２００を、トラックパターンＴＡＢＳ２およびＴＡＢＳ１が検出器トラックＤＥＴＡＢＳ２およびＤＥＴＡＢＳ１に陰影像（例えば、ぼやけた陰影像）を生成するように構成し得る。図２に示す実施形態では、光経路２３４Ｂおよび２３４Ｃに含まれた蛍光体光ＰＨＬは、光源格子構造である蛍光体エリア２０５の領域から生じている。しかしながら、これは、対応するトラックの信号発生動作には重要ではなく、かつ領域２０５−ＩＮＣの外側にある蛍光体エリア２０５の領域は、種々の実施形態において、均一なおよび／またはパターン化されていない蛍光体材料を含み得る。同様に、微細なトラックの空間変調された光パターンを生成するために自己結像を使用しない場合（例えば、微細なトラック波長ＬＩＮＣが、検出器トラックＤＥＴＩＮＣにおいて微細なトラックＴＩＮＣの検出可能な陰影像を生じるのに十分に大きい場合）には、領域２０５−ＩＮＣはまた、均一なおよび／またはパターン化されていない蛍光体材料を含み得る。図２におけるＹ方向に沿ったスケールトラックの配列は例示にすぎず、限定するものではないことは当然である。例えば、他の実施形態では、上記で略述した教示に従って検出器トラックおよび光源格子構造（もしあれば）を、適切な対応する光経路に沿って配置することを条件として、アブソリュートトラックパターンＴＡＢＳ１およびＴＡＢＳ２を、それらの片側に配置された微細なトラックパターンＴＩＮＣと互いに隣接させて配置し得る。
【００３１】
図１に図示したエンコーダ構成１００のスケールトラックを照射するのに使用された光とは対照的に、エンコーダ構成２００では、スケールを照射する蛍光体光ＰＨＬはかなり拡散し得る。それゆえ、陰影像が、空間変調された被検出蛍光体光パターンを生じる場合、陰影像は著しくぼやけ得る。ぼやける程度は、蛍光体エリア２０５とスケールパターン２１５との間のＺ方向の間隔または間隙、および特にスケールパターン２１５と検出器構成２２５との間のＺ方向の間隔または間隙に依存する。図２は、Ｚ方向の間隔をかなり誇張して描いている分解図であることに注意する必要がある。種々の実施形態では、Ｚ方向の間隔または間隙を、所望の信号の特徴に対応してぼやける程度をもたらすように選択する。ある程度ぼやけることは、空間変調された被検出蛍光体光パターンから、より高い空間周波数を除去して、一部の実施形態においてより理想的な正弦波変位信号をもたらし得る点で、有利であると考えられる。’４００号出願にほぼ例示されおよび／または教示されている本発明によるアブソリュートトラックパターンの１つの利点は、得られる検出器信号における空間高調波成分は、照射系２６０と、アブソリュートスケールパターン２１５と、検出器構成２２５との間の様々なＺ方向の間隔においてそれほど変化せず、それゆえ、単一のアブソリュートトラックパターン設計は、追加的な設計上の制約を課すことなく、様々な微細なトラック技術および調整に適応できることである。
【００３２】
図２に示すように、種々の実施形態では、図２のアブソリュートトラック検出器部分を、測定軸方向に対して垂直なＹ方向に沿ったＹ方向エッジ間寸法ＹＤＥＴＡＢＳを有する個々の光検出器エリアを備えて構成することができ、およびこれらの光検出器エリアを、それらが受光した空間変調された光パターンを空間的にフィルタリングし、かつ個々の空間位相を有する複数の個々の位置表示信号を出力するように構成し得る。アブソリュートトラックパターンは、測定軸方向に沿って延在する幾何学的に合同なサブトラック部分を含み、かつ、幾何学的に合同な部分の１つがＹ方向に沿って寸法ＹＤＥＴＡＢＳだけ平行移動する場合、幾何学的に合同な部分が名目上一致するように、幾何学的に合同なサブトラック部分を配置し得る。さらに、幾何学的に合同なサブトラック部分を、Ｙ方向に沿って、ＹＤＥＴＡＢＳ未満である寸法ＹＣＥＮＴだけ離隔されるように構成し、幾何学的に合同なサブトラック部分がそれぞれＹ方向寸法ＹＴＯＬを有し、寸法量［ＹＣＥＮＴ＋２（ＹＴＯＬ）］をＹＤＥＴＡＢＳよりも大きくなるようにし得る。それゆえ、アブソリュートトラックを検出するための検出器部分は、Ｙ方向に沿ったアブソリュートトラックパターンよりも狭いが、（幾何学的に合同な光パターンを感知するために）光検出器の端部はそれぞれ名目上幾何学的に合同なサブトラック部分に位置しているため、検出された信号は、Ｙ方向に沿った検出器部分のミスアライメントに対して感度が高くない。幅狭な検出器部分はより経済的であり、かつよりコンパクトな装置にすることを容易にもし得る。エンコーダ構成２００のこれらの態様、ならびに使用され得る代替的なスケールパターントラック構成は、先に援用した’４００号出願において詳細に説明されている。
【００３３】
一部の実施形態では、スケールパターン２１５の全幅を、６．０ミリメートルまたはそれよりも著しく小さく（例えば、一部の実施形態では約３．０ミリメートル以下）することができ、スケールパターントラックＴＩＮＣ、ＴＡＢＳ１およびＴＡＢＳ２のＹ方向寸法を、それぞれ２．０ミリメートルもしくは１．０ミリメートル未満またはそれよりも著しく小さく（例えば、一部の実施形態では０．８ミリメートル）することができ、および検出器トラックＤＥＴＩＮＣ、ＤＥＴＡＢＳ１およびＤＥＴＡＢＳ２のＹ方向寸法を、それぞれスケールパターントラック寸法未満（例えば、スケールパターントラック寸法が０．８ミリメートルであるときには０．５ミリメートル）とすることができる。Ｙ方向寸法ＹＴＯＬはＹ方向に沿って、ミスアライメントと、ぼやけた空間変調された光が隣接するトラック検出器に流れ込まないようにすることとの双方を可能にする量だけ（例えば、０．１５〜０．５０ミリメートル、または一部の実施形態では必要に応じて）検出器トラックＤＥＴＩＮＣ、ＤＥＴＡＢＳ１およびＤＥＴＡＢＳ２のＹ方向寸法を越えて延在する。さらに一般的には、種々の実施形態では、以下詳細に説明するように、「像のクロストーク」を回避するように構成要素を配置することが望ましい（すなわち、一般的に１つのトラックからの透過光が、異なるトラックからの光を検出するための検出器にあまり到達しないことが望ましい）。アブソリュートトラックパターンＴＡＢＳ２の波長ＬＡＢＳ２をＬ２＝７２０ミクロンとし、およびアブソリュートトラックパターンＴＡＢＳ１の波長ＬＡＢＳ１をＬ１＝７００ミクロンとし得る。微細なトラックパターンＴＩＮＣの波長ＬＩＮＣを２０ミクロンとし得る。ＬＡＢＳ１信号の位相とＬＡＢＳ２信号の位相とを比較する信号処理技術を使用することにより、約２５．２ｍｍのアブソリュート範囲がもたらされ、かつ適当な補間比率を使用することを可能にする。このようなコンパクトな寸法は、サイズおよびコストの双方に関して多数の用途（例えば、リニアゲージなど）において特に有利である。上述の例で略述した構成および寸法は例示にすぎず、限定するものではないことに注意が必要である。
【００３４】
空間変調された光パターンの全てがスケール２１０と共に動き得る。検出器トラックＤＥＴＩＮＣ、ＤＥＴＡＢＳ１およびＤＥＴＡＢＳ２の各々に対応する光信号チャネルおよび電子信号チャネルでは、個々の光検出器エリア、または光検出器のマスクされたエリアを、それらがそれぞれ受光した空間変調された光パターンを空間的にフィルタリングして所望の位置表示信号（例えば、直交信号、または信号補間をもたらす空間位相関係を有する他の周期信号）をもたらすように配置する。
【００３５】
さらに照射系２６０を検討すると、上述のように、一次光ＰＲＬは、第１の波長範囲に集められる光を含み、かつ比較的小さな発光領域を有する光源２３０（例えば、ＬＥＤのレーザダイオード）から放射され得る。光偏向および／または散乱要素２３２を使用して、比較的小さな発光領域から、蛍光体エリア２０５の大きな、比較的広範な発光領域を覆うように一次光ＰＲＬを拡大する一方、比較的短い光路長、特に、Ｚ方向に沿って小さな寸法内（例えば、Ｚ方向に沿って５、４または３ｍｍ未満）のみを横断するようにする。一実施形態では、光偏向および／または散乱要素２３２は、米国特許第６，３４７，８７４号（その全体を本願明細書に援用する）に記載のものと類似の楔形の拡散導光板を含み得る。任意選択の波長フィルタ２７０は（使用される場合には）、一般的に蛍光体エリア２０５と検出器部分２２５の検出器トラックとの間のいずれの位置にも配置することができる。一部の実施形態では、任意選択の波長フィルタ２７０は、（蛍光体光ＰＨＬをフィルタリングおよび出力するために）蛍光体エリア２０５に隣接させて配置され、かつ照射系２６０の一部とし得る。一部の実施形態では、蛍光体エリア２０５は、透明基板２０４と光偏向および／または散乱要素２３２との間の境界面に配置することができ、その境界面において保護され、および任意選択の波長フィルタ２７０を透明基板２０４の出力面に適用することができる。種々の実施形態では、光偏向および／または散乱要素２３２および透明基板２０４を統合するおよび／または区別不能にすることができ、および／または蛍光体層２０５を、光偏向および／または散乱要素２３２の表面に直接適用することができる。上述のように、一部の実施形態では、光偏向および／または散乱要素２３２および透明基板２０４を統合するおよび／または区別不能にすることができ、および／または蛍光体層２０５を、光偏向および／または散乱要素２３２の表面に直接適用することができる。他の実施形態では、光源２３０、光偏向および／または散乱要素２３２、および蛍光体エリア２０５を含む照射系は、干渉フィルタ（例えば、フィルタ２７０）および／または反射器を含み、および／または米国特許第７，３５７，５５４号（その全体を本願明細書に援用する）に記載される構成と類似の方法で配置することができる。
【００３６】
上述のように、照射系（例えば、照射系２６０）が、蛍光体エリア２０５がない場合に一次光ＰＲＬによってもたらされるものよりも良好な強度均一性を有してスケールトラックパターンを照射する蛍光体光ＰＨＬを生成することは、本発明によるエンコーダ構成の望ましい特徴である。例えば、具体的には、照射系は、蛍光体エリア２０５に隣接する一次光ＰＲＬによりもたらされるものよりも良好な強度均一性を有してスケールトラックパターンを照射する蛍光体光ＰＨＬを生成する。本発明による構成で蛍光体エリア（例えば、蛍光体エリア２０５）を使用することの１つの利点は、一次光ＰＲＬが蛍光体媒体内で散乱され、蛍光体エリア内でその強度均一性を改善することである。さらに、蛍光体によって放射された蛍光体光ＰＨＬは、蛍光体分子によって全方向的に放射され、蛍光体光の一次光ＰＲＬは空間的に平均化された拡散光となり、その強度均一性を、特に蛍光体エリア２０５から少し離れた箇所で（例えば、スケールパターン２１５の位置において）、一次光ＰＲＬの強度均一性よりも改善するようにする。
【００３７】
蛍光体エリア（例えば、蛍光体エリア２０５）の別の利点は、蛍光体エリアが「飽和」強度レベルを含むように構成され、かつ一次光ＰＲＬが、蛍光体エリアの少なくとも一部分に対して、蛍光体エリアに隣接する飽和強度レベルを超えるレベルの一次光強度で蛍光体エリアに分布するときに、もたらされる。飽和強度レベルとは、飽和強度レベル超における蛍光体光強度の増大対一次光強度の増大の比が、飽和強度レベル未満における比に対して著しく減少することを意味する。この非線形の蛍光体エリア応答は、例えば、公知の濃度消光プロセスおよび／またはルミネセンス飽和プロセス、例えば基底状態空乏化（ground state depletion）および励起蛍光体イオン間でのエネルギー伝達などの、追加的な消光経路エネルギー伝達、および／または蛍光体材料の放射緩和遅速性（例えば、一次光の励起パルスに対して緩慢）を含む１つ以上の基本的なメカニズムから生じ得る。
【００３８】
上述の蛍光体エリアにおける非線形応答のために、蛍光体エリアにおいて飽和強度レベルを超えるレベルの一次光ＰＲＬの強度分布の強度ピークは、蛍光体光ＰＨＬの波長範囲にある蛍光体エリアから出力されて得られる蛍光体光ＰＨＬの強度分布において、相対的に低減されるかまたは排除される。その結果、蛍光体光ＰＨＬの強度均一性は、蛍光体エリアに隣接した一次光ＰＲＬの強度均一性のレベルよりも著しく均一となり得る。種々の実施形態では、蛍光体エリアの大部分または全てが、その飽和強度レベルを超えるレベルの一次光強度で照射されると、望ましい。この効果を最大限に利用して蛍光体光ＰＨＬに均一な強度を達成するために、蛍光体エリア材料の発光領域の密度および厚さを実質的に均一に、または可能な限り均一にすることが有利であることに注意する必要がある。
【００３９】
蛍光体エリア２０５からの均一な拡散光は、上述のスケール概念および検出概念と協同してうまく働く。上述の特徴は、個別におよび組み合わせて、比較的小さな一次発光領域が、比較的短い照射経路長において比較的大きな蛍光体光照射領域に拡大し、かつ依然として、比較的大きなエリアにわたってスケールトラックパターンに比較的均一な照射強度（蛍光体光照射強度）をもたらして、コンパクトな構成でのロバストネスおよび精度を高めることができるようにする。一部の実施形態では、空間変調された光パターンの被検出部分をもたらすスケールパターンの部分に隣接した蛍光体光ＰＨＬの強度は１０％、５％または１％未満変化し得る。
【００４０】
蛍光体エリアの別の利点は、蛍光体が非常に短い一次光ＰＲＬパルス（例えば、一部の実施形態では５マイクロ秒以下、または１マイクロ秒以下のパルス持続期間）に対して応答でき、かつ蛍光体光ＰＨＬを非常に迅速に（例えば、蛍光体組成および一次光パルス持続期間に依存してマイクロ秒未満〜数百マイクロ秒程度）出力して、かなりエネルギー効率を良くすることができることである。それゆえ、所望により各パルスが、蛍光体エリアの一部または全てにわたって飽和レベルを超え得る低パルスパワー（例えば、バッテリー電源式）光学式エンコーダ構成（例えば、アブソリュートエンコーダゲージの動作）に適合する一方、平均パワーレベルを低く維持する。蛍光体を使用することに関する設計上の全般的な考察は、米国特許出願公開第２００８／０２３１９１１号、および同第２００９／０１０１９３０号に説明されており、それぞれが、全体として参照されることにより本明細書に含まれるものとする。
【００４１】
図３に、スケールパターンを照射するために蛍光体エリアを含む光源を使用するエンコーダ構成３００の第２の実施形態の切断端面図を示し、図４Ａ〜図４Ｃは、図３のエンコーダ構成３００内の異なる層において選択された構成要素の上面図および底面図を示し、これらの全ての図にわたってＹ方向に沿ってほぼ整列されている。一実施形態では、エンコーダ構成３００は図２のエンコーダ構成２００と類似しており、３ＸＸの参照符号を有する要素は、全体的に図２の２ＸＸの参照符号を有する要素と類似しており、かつ全体的に、説明または文脈において明示しない限り同様に理解されかつ同様に構成される。図３に示すように、エンコーダ構成３００は、スケールパターン３１５を含むスケール部材３１０と、検出器エレクトロニクス３２０を含む回路アセンブリ３９５（例えば、プリント回路基板および関連の信号処理回路）と、照射系または照射部分３６０とを含み、照射系または照射部分３６０は、この実施形態では、可視波長または不可視波長の光を生成するための１つ以上の一次光源３３０（例えば、ＬＥＤ）と、光偏向要素３３２と、蛍光体層または蛍光体エリア３０５を備える透明基板３０４とを含む。
【００４２】
光源３３０を電源および信号接続ライン３３１によって回路アセンブリ３９５の信号発生および処理回路に接続し得る。種々の実施形態では、公知の技術に従って、スケール要素３１０を、エンコーダ筐体またはゲージ筐体内でＺ方向に沿って、照射系３６０および検出器エレクトロニクス３２０（特に検出器構成３２５）から全体的に安定的な距離だけ離して位置決めし、かつ案内する。図３に示す実施形態では、スペーサ３１８を用いて、Ｚ方向に沿って照射部分３６０と検出器構成３２５との間に所望の間隙または間隔を生じさせ、スケール要素３１０はそこを通って測定軸ＭＡの方向に移動し得る。
【００４３】
エンコーダ構成３００の動作を簡潔に概説すると、一次光源３３０は、光偏向要素３３２に入射する一次光ＰＲＬを生成して放射し、それにより、透明基板３０４を通って蛍光体エリア３０５に広範囲にわたって分布される。蛍光体エリア３０５は、スケールパターン３１５に含まれたスケールトラックパターンを蛍光体光ＰＨＬによって照射するのに十分大きな発光領域を有する。上述のように、一次光ＰＲＬは第１の波長範囲を有し、および蛍光体光ＰＨＬは、第１の波長範囲とは異なる第２の波長範囲を有し得る。図２を参照して上述した原理に従って、スケールパターン３１５からは、検出器構成３２５の検出器トラックまで、空間変調された蛍光体光パターンとして蛍光体光ＰＨＬを出力する（例えば、透過させる）。一部の実施形態では、上述の原理に従って、エンコーダ構成は、光路に沿って蛍光体エリア３０５と検出器構成３２５との間の好都合な位置に配置された波長フィルタ（図示せず）を含み、検出器構成３２５に到達する信号光ＳＬから、一次光ＰＲＬに対応する波長を除去し得る。あるいは、一部の実施形態では、検出器構成３２５の検出器は、一次光ＰＲＬに関連した波長範囲に対して実質的に感度が低く、およびそのような実施形態では波長フィルタは必要とされない。いずれの場合も、上述の原理に従って、検出器構成３２５の検出器トラックの各々に対応する光信号チャネルおよび電子信号チャネルを、それらがそれぞれ受光した空間変調された光パターンを空間的にフィルタリングして、所望の位置表示信号（例えば、直交信号、または信号補間を生じる空間位相関係を有する他の周期信号）を生成するように配置する。
【００４４】
図４Ａは、照射系３６０に関連した要素の底面図を示す図である。図４Ａは、透明基板３０４がスペーサ３１８（図３に示す）に締結されて、エンコーダ構成３００の様々な要素間に所望の間隙を確立する接合部３１８’のフットプリント（footprint）を示す。図４Ａに示すように、蛍光体エリア３０５は、トラックに特有の蛍光体エリア３０５Ａ、３０５Ｂおよび３０５Ｃを含み得る。しかしながら、他の実施形態では、これらのトラックに特有のエリアは統合されるおよび／または区別不能であり得る。一実施形態では、蛍光体エリア３０５Ａを、トラックＴＩＮＣの自己結像を支持するために光源格子構造であるインクリメンタル照射部分として形成することができ、および他の蛍光体エリア３０５Ｃおよび３０５Ｂは、それらからの蛍光体光ＰＨＬがスケールのインクリメンタルトラックおよびインクリメンタル検出器アレイに到達するかどうかに依存して、光源格子構造であってもそうでなくてもよい（全て、図２を参照して上述した原理に従う）。一実施形態では、環境および／または摩耗保護のために蛍光体エリア３０５をカバー３０８（例えば、材料シートまたはカプセル材）が覆って取り囲む。一実施形態では、そのカバー３０８は、一次光ＰＲＬを遮断する波長フィルタを含み得る。より一般的には、種々の実施形態では、照射系３６０は、図２を参照して上述した種々の代替的な照射系の特徴のいずれかの適合可能な組み合わせを含む代替的な構成を有し得る。上述のように、一般的に蛍光体エリア３０５を可能な限り均一にすることが有利である。上述の原理に従って、蛍光体エリア３０５を、「飽和」強度レベルを含むように構成し、かつ一次光ＰＲＬを、蛍光体エリア３０５の少なくとも一部分に対して、蛍光体エリア３０５に隣接する飽和強度レベルを超えるレベルの一次光強度で蛍光体エリアに分布させる場合もまた有利である。上述の要因の双方とも、スケールパターン３１５を照射しかつ信号光ＳＬを生成する蛍光体光ＰＨＬの均一性を改善する傾向があり、それは、全体的にエンコーダ構成３００に見込まれる精度を改善する。エンコーダ構成３００は、スケールパターン３１５に隣接した強度均一性が、蛍光体エリア３０５に隣接した一次光強度均一性よりも良好な蛍光体光ＰＨＬを生成する。種々の実施形態では、信号光ＳＬに含まれた空間変調された光パターンの被検出部分をもたらすスケールパターン３１５の部分に隣接した蛍光体光強度は１０％、５％または１％未満変化し得る。
【００４５】
図４Ｂは、スケール部材３１０の底面図を示す。図４Ｂに示すように、スケール部材３１０は、インクリメンタルトラックＴＩＮＣと、２つのアブソリュートトラックＴＡＢＳ１およびＴＡＢＳ２とを含むスケールパターン３１５を含む。一実施形態では、スケールパターン３１５は、図２のスケールパターン２１５と類似している。
【００４６】
図４Ｃに、回路アセンブリ３９５の上面図を示す。図４Ｃに示すように、回路アセンブリ３９５（例えば、プリント回路基板）は、検出器エレクトロニクス３２０（例えば、検出器エレクトロニクス１２０および／または２２０を参照して上述したような集積回路）を含む。検出器エレクトロニクス３２０は、信号処理回路３２６（例えば、信号オフセット調整および／または信号ゲイン調整、信号増幅回路および信号合成回路等）と、３つのスケールトラックパターンＴＩＮＣ、ＴＡＢＳ１およびＴＡＢＳ２からそれぞれ光を受けかつ所望の信号を生成するように配置された３つの検出器トラックＤＥＴＩＮＣ、ＤＥＴＡＢＳ１およびＤＥＴＡＢＳ２を含み得る検出器構成３２５とを含む（全て、上述の原理に従う）。上述の要素は全て、回路接続３２７および３２９（例えば、記号で示す回路トレースおよびワイヤボンド）によって相互に接続され得る。回路アセンブリ３９５は、光源およびホストシステムの動作、ディスプレイ等を支援するのに必要な追加的な信号処理および／またはインターフェース回路（図示せず）を含み得る。図４Ｃはまた、上述のように、回路アセンブリ３９５がスペーサ３１８（図３に図示）に締結されてエンコーダ構成３００の種々の要素間に所望の間隙を確立する接合部３１８”のフットプリントを示す。
【００４７】
上述のように、種々の実施形態では、図示した上述の種々の要素を、種々のトラック間での「像のクロストーク」を回避するように配置することが望ましい（すなわち、一般的に、１つのトラックからのかなりの量の光が、異なるトラックからの光を検出するための検出器に到達しないことが望ましい）。さらに、光路に沿って、検出器構成３２５によって検出される信号光ＳＬを生成する空間変調された蛍光体光で過剰にぼやけることを回避するように、間隔を設定することが望ましい。図３および図４Ａ〜図４Ｃの種々の寸法は、例示を目的として必要に応じて誇張していること、および所望の構成および／または間隔は、本明細書で略述した原理に基づいた分析または実験によって確立され得る。それゆえ、本明細書に図示した構成は例示にすぎず、限定するものではないことに注意が必要である。
【００４８】
図５に、蛍光体エリアを含んでスケールパターンを照射する光源を用いるエンコーダ構成５００の第３の実施形態の切断端面図を示し、および図６Ａ〜図６Ｄは、図５のエンコーダ構成内の異なる層において選択された構成要素の上面図および底面図を示し、これら全ての図にわたってＹ方向に沿ってほぼ整列されている。一実施形態では、説明または文脈において明示しない限り、エンコーダ構成５００の構成要素は、図３および図４Ａ〜図４Ｃのエンコーダ構成３００のそれらの対応物と類似しており、５ＸＸの参照符号を有する要素は、図３および図４Ａ〜図４Ｃの３ＸＸの参照符号を有する要素に全体的に類似し、かつ全体的に同様に理解されおよび同様に構成され得ることが確かである。図５に示すように、エンコーダ構成５００は、スケールパターン５１５を含むスケール部材５１０と、検出器エレクトロニクス５２０を含む回路アセンブリ５９５（例えば、プリント回路基板および関連の信号処理回路）と、照射系または照射部分５６０とを含み、照射系または照射部分５６０は、この実施形態では、可視波長または不可視波長の光を生成するための１つ以上の一次光源５３０（例えばＬＥＤ）および蛍光体エリア５０５を含む一次光源アセンブリ５６５を含む。光源５３０を電源および信号接続ライン５３１によって回路アセンブリ５９５の信号発生および処理回路に接続し得る。上述の照射系とは対照的に、本実施形態では、以下詳細に説明するように、蛍光体エリア５０５をスケール部材５１０の面５１０Ａに配置する。公知の技術に従って、スケール要素５１０を、エンコーダ筐体またはゲージ筐体内で検出器エレクトロニクス５２０（特に、検出器構成５２５）から全体的に安定的な距離だけ離してＺ方向に沿って案内し得る。スペーサ５１８が、一次光源アセンブリ５６５と検出器構成５２５との間にＺ方向に沿って所望の間隙をもたらし、そこを通って、スケール要素５１０は測定軸ＭＡの方向に沿って移動し得る。
【００４９】
エンコーダ構成５００の動作を簡潔に概説すると、一次光源５３０は、広範囲にわたって一次光ＰＲＬを生成して放射し、介在する間隙を通って、スケール面５１０Ａの測定軸方向に沿って延在している蛍光体エリア５０５まで照射する。蛍光体エリア５０５は、蛍光体光ＰＨＬによって透明スケール部材５１０を通して、スケールパターン５１５に含まれたスケールトラックパターンを照射するのに十分に大きい発光領域を有する。上述のように、一次光ＰＲＬは第１の波長範囲を有し、かつ蛍光体光ＰＨＬは第２の波長範囲を有し得る。図２および図３を参照して上述した原理に従って、スケールパターン５１５からは、検出器構成５２５の検出器トラックまで、空間変調された蛍光体光パターンとして蛍光体光ＰＨＬを出力する（例えば、透過させる）。一部の実施形態では、上述の原理に従って、エンコーダ構成は、光路に沿って蛍光体エリア５０５と検出器構成５２５との間に好都合な位置に配置された波長フィルタ（図示せず）を含み、検出器構成５２５に到達する信号光ＳＬから、一次光ＰＲＬに対応する波長を除去し得る。あるいは、一部の実施形態では、検出器構成５２５の検出器は、一次光ＰＲＬに関連する波長範囲に実質的に感度が低く、およびそのような実施形態では、波長フィルタは必要とされない。上述の原理に従って、検出器構成５２５の検出器トラックの各々に対応する光信号チャネルおよび電子信号チャネルを、それらがそれぞれ受光した空間変調された光パターンを空間的にフィルタリングして所望の位置表示信号（例えば、直交信号、または信号補間を生じる空間位相関係を有する他の周期信号）をもたらすように配置する。
【００５０】
図６Ａに、プリント回路基板とし得る、一次光源アセンブリ５６５に関連する要素の底面図を示す。図６Ａに、一次光源アセンブリ５６５をスペーサ５１８（図５に図示）に締結して、エンコーダ構成５００の種々の要素間に所望の間隙を確立する接合部５１８’のフットプリントを示す。一次光源５３０を、蛍光体エリア５０５を上述の原理に従って照射することを条件として、いずれかの所望のパターンに配置し得る。より一般的に、種々の実施形態では、一次光源アセンブリ５６５は、図２または図３等を参照して上述した、機能的に類似の照射系の特徴のいずれかの適合可能な組み合わせを含む代替的な構成を有し得る。例えば、代替的な一実施形態では、一次光源アセンブリ５６５は、構成要素３３０および３３２のエンコーダ構成３００（図３に図示）内での配置とほぼ同じ配置の構成要素を含み得る。
【００５１】
図６Ｂは、蛍光体エリア５０５を含むスケール部材５１０の上面５１０Ａの図である。この実施形態では、蛍光体エリア５０５は、スケールパターン５１５と同等の長さにわたってスケール部材５１０の測定軸方向に沿って延在し、かつスケール部材５１０のどの部分が一次光ＰＲＬおよび検出器構成５２５に隣接して配置されているかに依存して、蛍光体エリア５０５の異なる部分が照射されて光を放出する。図６Ｂに示すように、蛍光体エリア５０５は、トラックに特有の蛍光体エリア５０５Ａ、５０５Ｂおよび５０５Ｃを含み得る。しかしながら、他の実施形態では、これらのトラックに特有のエリアは統合されるおよび／または区別不能である。一実施形態では、蛍光体エリア５０５Ａを、光源格子構造であるインクリメンタル照射部分として形成してトラックＴＩＮＣの自己結像を支持し、および他の蛍光体エリア５０５Ｃおよび５０５Ｂは、それらからの蛍光体光ＰＨＬがスケールおよびインクリメンタル検出器アレイのインクリメンタルトラックに到達するかどうかに依存して、光源格子構造であってもそうでなくてもよい（全て、図２を参照して上述した原理に従う）。一実施形態では、環境および／または摩耗保護のために、蛍光体エリア５０５をカバー５０８（例えば、材料シートまたはカプセル材）が覆って取り囲む。上述のように、一般的に、蛍光体エリア５０５を可能な限り均一にすることが有利である。上述の原理に従って、蛍光体エリア５０５を「飽和」強度レベルを含むように構成し、かつ蛍光体エリア５０５の少なくとも一部分に対して、一次光ＰＲＬが、蛍光体エリア５０５に隣接した飽和強度レベルを超えるレベルの一次光強度で蛍光体エリアに分布される場合もまた有利である。上述の要因の双方とも、スケールパターン５１５を照射しかつ信号光ＳＬを生成する蛍光体光ＰＨＬの均一性を改善する傾向があり、それにより、全体的にエンコーダ構成５００に見込まれる精度を改善する。
【００５２】
図６Ｃに、スケール部材５１０の底面図を示す。図６Ｃに示すように、スケール部材５１０は、インクリメンタルトラックＴＩＮＣと、２つのアブソリュートトラックＴＡＢＳ１およびＴＡＢＳ２とを含み得るスケールパターン５１５を含む。一実施形態では、スケールパターン５１５は、図２のスケールパターン２１５と類似している。
【００５３】
図６Ｄに、回路アセンブリ５９５、および関連の要素の上面図を示す。図６Ｄの要素は、図４Ｃに示す対応物と類似しており、かつ同様に理解され得る。
【００５４】
上述のように、種々の実施形態では、種々のトラック間での「像のクロストーク」を回避するために種々の要素を配置することが望ましい。さらに、検出器構成５２５によって検出される信号光ＳＬを生成する、空間変調された蛍光体光で過剰にぼやけることを回避するために、光路に沿って間隔を設定することが望ましい。図５および図６Ａ〜図６Ｄにおける種々の寸法は、例示を目的として必要に応じて誇張していること、および所望の構成および／または間隔は、本明細書に略述した原理に基づいた分析または実験によって確立されることに注意が必要である。それゆえ、本明細書に図示した構成は例示にすぎず、限定するものではないことに注意する必要がある。
【００５５】
図７に、蛍光体エリアを含んでスケールパターンを照射する光源を使用するエンコーダ構成７００の第４の実施形態の切断端面図を示し、図８Ａおよび図８Ｂに、図７のエンコーダ構成内の異なる層における選択された構成要素の上面図および底面図を示し、これらの全ての図にわたってＹ方向に沿ってほぼ整列されている。以下詳細に説明するように、エンコーダ構成７００は反射型構成を示す。上述の実施形態とはこの点が異なるが、エンコーダ構成７００の構成要素は、図３および図４Ａ〜図４Ｃのエンコーダ構成３００のそれらの対応物と類似しており、および７ＸＸの参照符号を有する要素は、全体的に図３および図４Ａ〜図４Ｃの３ＸＸの参照符号を有する要素と類似しており、および全体的に、説明または文脈において明示しない限り、同様に理解されかつ同様に構成されることは確かである。
【００５６】
図７に示すように、エンコーダ構成７００は、スケールパターン７１５を含むスケール部材７１０と、検出器エレクトロニクス７２０を含む回路アセンブリ７９５（例えば、プリント回路基板および関連の信号処理回路）と、照射系または照射部分７６０とを含む。この実施形態では、照射系７６０は、以下詳細に説明するように、３つのトラックに特有の照射系７６０Ａ、７６０Ｂおよび７６０Ｃを含む。トラックに特有の照射系の各々は、可視波長または不可視波長の光を生成するための一次光源７３０Ａ、７３０Ｂまたは７３０Ｃ（例えば、ＬＥＤ）と、対応する蛍光体エリア７０５Ａ、７０５Ｂまたは７０５Ｃとをそれぞれ含む。蛍光体エリア７０５Ａ、７０５Ｂまたは７０５Ｃを、回路アセンブリ７９５に締結されている１つ以上の透明基板に作製し得る。光源７３０を回路アセンブリ７９５の信号発生および処理回路に、電源および信号接続ライン（図示せず）によって接続し得る。公知の技術に従って、スケール要素７１０を、エンコーダ筐体またはゲージ筐体内で回路アセンブリ７９５（特に、照射系７６０および検出器構成７２５）から全体的に安定的な距離だけ離してＺ方向に沿って案内し得る。
【００５７】
エンコーダ構成７００の動作を簡潔に概説すると、各一次光源７３０は、それらの対応する蛍光体エリア７０５の比較的広範囲を覆うように一次光ＰＲＬを生成して放射する。例えば、一次光ＰＲＬは、一次光源７３０の比較的小さな発光領域から非常に強力に発散して、小型レンズ（図示せず）を用いてまたは用いずに、その対応する蛍光体エリア７０５を照射する。図７、図８Ａおよび図８Ｂに示す実施形態では、一次光源７３０を回路アセンブリ７９５の回路基板に実装し、回路アセンブリ７９５は、一次光源と蛍光体エリア７０５との間にポケット７３２（図８Ｂに破線で示す）を含んで、一次光ＰＲＬにクリアランス経路を与え得る。一実施形態では、ポケット７３２は、散乱または拡散要素（例えば、成形された散乱もしくは拡散要素または散乱もしくは拡散媒体）を含んで（例えば、それで埋められて）、必要な場合には、一次光ＰＲＬの発散を支援し得る。他の実施形態では、複数の一次光源７３０（例えば、複数の一次光源７３０Ａ）は、トラックに特有の蛍光体エリア７０５（例えば、蛍光体エリア７０５Ａ）の１つを照射して、一次光ＰＲＬに必要とされる発散量を低減し得る。
【００５８】
各蛍光体エリア７０５は、その対応する近くのスケールトラックパターンを蛍光体光ＰＨＬによって照射するのに十分に大きい発光領域を有し、そのスケールトラックパターンは、透明スケール部材７１０上のスケールパターン７１５に含まれる。蛍光体光ＰＨＬは全体的に拡散するため、各照射系７０５は、対応する近くのスケールトラックに斜めに到達して、次いで斜めに反射して、検出器構成７２５の対応する近くの検出器トラックに到達する光を含む。上述のように、一次光ＰＲＬは第１の波長範囲を有し、および蛍光体光ＰＨＬは第２の波長範囲を有し得る。図１〜図３を参照して上述した原理に従って、スケールパターン７１５からは、検出器構成７２５の検出器トラックまで蛍光体光ＰＨＬを空間変調された蛍光体光パターンとして出力する（反射する）反射パターン部分を含む。一部の実施形態では、上述の原理に従って、エンコーダ構成７００は、検出器構成７２５の検出器トラックを覆うように配置された波長フィルタ（図示せず）を含み、検出器構成７２５に到達する信号光ＳＬから一次光ＰＲＬに対応する波長を除去し得る。あるいは、一部の実施形態では、検出器構成７２５の検出器は、一次光ＰＲＬに関連する波長範囲に実質的に感度が低く、そのような実施形態では波長フィルタを必要としない。上述の原理に従って、検出器構成７２５の検出器トラックＤＥＴＩＮＣ、ＤＥＴＡＢＳ１およびＤＥＴＡＢＳ２の各々に対応する光信号チャネルおよび電子信号チャネルを、それらがそれぞれ受光した空間変調された光パターンを空間的にフィルタリングするように配置して、所望の位置表示信号（例えば、直交信号、または信号補間を生じる空間位相関係を有する他の周期信号）を生成する。
【００５９】
図８Ａに、スケール部材７１０の底面図を示す。図８Ａに示すように、スケール部材７１０は、インクリメンタルトラックＴＩＮＣと、２つのアブソリュートトラックＴＡＢＳ１およびＴＡＢＳ２とを含み得るスケールパターン７１５を含む。一実施形態では、スケール部材７１０上での互いに対するそれらの位置を除いて、個々のスケールトラックＴＩＮＣ、ＴＡＢＳ１およびＴＡＢＳ２は、図２を参照して上述したスケールトラックと類似し得る。スケールトラックＴＡＢＳ１、ＴＡＢＳ２およびＴＩＮＣは、空間変調された光パターンを反射によって検出器トラックＤＥＴＡＢＳ１、ＤＥＴＡＢＳ２およびＤＥＴＩＮＣまでそれぞれ出力する高反射率部分（例えば、光沢クロム）を含み、かつ蛍光体光ＰＨＬを吸収するかまたはそれを透過させて検出器トラックから離れるようにする低反射率部分または透過性部分を有し得る。
【００６０】
図８Ｂに、回路アセンブリ７９５、および関連の要素の上面図を示す。図８Ｂの要素７２０、７２５、７２６、７２７、および７２９は、図４Ｃに示す対応物と類似しており、かつ同様に理解され得る。要素および動作照射系７６０Ａ〜７６０Ｃは、上述の説明に基づいて理解され得る。一実施形態では、蛍光体エリア７０５Ａを、トラックＴＩＮＣの自己結像を支持するために光源格子構造であるインクリメンタル照射部分として形成し、および他の蛍光体エリア７０５Ｃおよび７０５Ｂは、それらからの蛍光体光ＰＨＬがスケールのインクリメンタルトラックＴＩＮＣおよびインクリメンタル検出器アレイＤＥＴＩＮＣに到達するかどうかに依存して、光源格子構造であってもそうでなくてもよい（全て、図２を参照して上述した原理に従う）。一実施形態では、環境および／または摩耗保護のために、各蛍光体エリア７０５Ａ〜７０５Ｃをカバー（例えば、材料シートまたはカプセル材（図示せず））が覆うかまたは取り囲む。上述のように、一般的に蛍光体エリア７０５Ａ〜７０５Ｃのそれぞれを可能な限り均一にすることが有利である。上述の原理に従って、蛍光体エリア７０５Ａ〜７０５Ｃのそれぞれを、「飽和」強度レベルを含むように構成し、かつ一次光ＰＲＬが、蛍光体エリアに隣接する飽和強度レベルを超えるレベルの一次光強度で蛍光体エリアに分布される場合がまた好都合である。上述の要因の双方とも、スケールパターン７１５を照射しかつ信号光ＳＬ生成する蛍光体光ＰＨＬの均一性を改善する傾向があり、それにより、全体的にエンコーダ構成７００に見込まれる精度を改善する。
【００６１】
上述のように、エンコーダ構成７００のトラックの全体的な配置に関して、種々の実施形態では、種々のトラック間での「像のクロストーク」を回避するように種々の要素を配置することが望ましい。照射系７６０Ａは、蛍光体光によってスケールトラックＴＩＮＣを照射し、蛍光体は、Ｙ方向に沿って（すなわち、測定軸方向ＭＡに対して垂直に、かつスケールトラックＴＩＮＣの格子バーに対して平行に）動く重要な成分によってスケールトラックＴＩＮＣに入射し、かつそこから反射することに注意が必要である。それゆえ、スケールトラックＴＩＮＣおよび検出器トラックＤＥＴＩＮＣは、スケールトラックＴＩＮＣからＹ方向に沿って反射された光のかなりの量を受光しないような距離だけ、他の検出器トラックからＹ方向に沿って離隔されている。当然のことながら、これはまた、スケールトラックＴＡＢＳ１およびＴＡＢＳ２からの光が検出器ＤＥＴＩＮＣに到達しないようにする。スケールトラックＴＩＮＣをＹ方向（例えば、図７および図８Ａ〜図８Ｂにおおよそ示す）に沿って照射することにより、反射型構成ならびに角度を付けた照射および反射にも関わらず、検出器トラックＤＥＴＩＮＣの照射長に沿って比較的均一に照射できるようになる。一実施形態では、蛍光体エリア７０５Ａは光源格子構造であり、かつ透明基板上に作製され得る。透明基板の縁部を、光源格子構造のバーに対して垂直に作製し得る。同様に、検出器エレクトロニクス７２０の隣接縁部を、検出器トラックＤＥＴＩＮＣ（例えば図２に図示）の個々の細長い感知領域に対して垂直に作製し得る。次いで蛍光体エリア７０５Ａおよび検出器エレクトロニクス７２０の透明基板の隣接縁部を互いに当接するように組み立て、それにより、光源格子構造を検出器構造に対して整列させるので、その双方がスケールトラックＴＩＮＣの格子構造に対して整列され、検出器トラックＤＥＴＩＮＣ上でのスケールトラックＴＩＮＣの自己結像を最適にする。検出器トラックＤＥＴＩＮＣからの信号は、エンコーダ構成７００に最高の解像度および精度をもたらすため、これらの特徴は、個別または組み合わせのいずれにおいても有利であり得る。
【００６２】
対照的に、図７および図８Ａ〜図８Ｂに示す実施形態では、蛍光体光によって照射系７６０Ｃおよび７６０ＢはスケールトラックＴＡＢＳ１およびＴＡＢＳ２をそれぞれ照射し、その蛍光体光は、Ｘ方向に沿って動く一次成分（およびＹ方向に沿って動く比較的小さな構成分）によってスケールトラックに入射し、かつそこから反射する。それゆえ、例えば図８Ａ〜図８Ｂに示すように、像のクロストークを回避するためには、照射系７６０Ｃと検出器トラックＤＥＴＡＢＳ１（スケールトラックＴＡＢＳ１に関連する）とを、照射系７６０Ｂおよび検出器トラックＤＥＴＡＢＳ２（スケールトラックＴＡＢＳ２に関連する）から主にＸ方向に沿って分離させることで十分である。図７および図８Ａ〜図８Ｂの種々の寸法は、例示を目的として必要に応じて変更または誇張できること、および本明細書で略述した原理に基づいた分析または実験によって望ましい構成および／または間隔を確立できることに注意が必要である。
【００６３】
図７および図８Ａ〜図８Ｂに示すエンコーダ構成７００は、全ての信号チャネルを同時に動作させるのに好適であり、これは、高速動作を測定する用途において有利であり得る。しかしながら、種々の信号チャネルからの信号（例えば、検出器トラックＤＥＴＩＮＣ、ＤＥＴＡＢＳ１およびＤＥＴＡＢＳ２からの信号）が、測定精度に悪影響を及ぼさずに連続して得られる多数の用途がある。そのような用途では、照射系７６０Ａ、７６０Ｂおよび７６０Ｃを異なるときに動作させ、その場合、種々の照射系（例えば、個々の光パルスを生成する）を起動させかつ種々の検出器トラックから信号を獲得するために、像のクロストークを、排他的な回路のタイミングを使用することによって回避し得る。それゆえ、個々の照射系を起動させかつ連続して信号を獲得する実施形態では、照射系、スケールトラック、および検出器トラックの構成は、像のクロストークに関して考慮する必要がなく、そのため、図示の上述の構成よりもかなりコンパクトに作製することができる。それゆえ、本明細書に図示した構成は例示にすぎず、限定するものではないことに注意が必要である。
【００６４】
本発明の好ましい実施形態を例示し説明してきたが、例示し説明した機能の配置および動作順序の多数の変形例は、本明細書に基づいて当業者に明白である。それゆえ、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、様々な変更をなすことができることを理解されたい。
【符号の説明】
【００６５】
１００・・・光学式変位エンコーダ構成、１１０・・・スケール要素、１１５・・・アブソリュートスケールパターン、１２０・・・検出器エレクトロニクス、１２５・・・検出器構成、１２６・・・信号処理回路、１３０・・・光源、１３４・・・一次光、１３４Ａ・・・トラックに特有の光経路、１３４Ｂ・・・トラックに特有の光経路、１３４Ｃ・・・トラックに特有の光経路、１４０・・・レンズ、１５０・・・光源格子、１６０・・・照射系、１９０・・・信号発生および処理回路、２００・・・エンコーダ構成、２０４・・・透明基板、２０５・・・蛍光体エリア、２０５−ＩＮＣ・・・蛍光体エリア領域、２１０・・・スケール要素、２１２・・・ブラケット、２１４・・・ロッド、２１５・・・アブソリュートスケールパターン、２２０・・・検出器エレクトロニクス、２２５・・・検出器構成、２３０・・・一次光源、２３２・・・光偏向および／または散乱要素、２３４Ａ・・・トラックに特有の光経路、２３４Ｂ・・・トラックに特有の光経路、２３４Ｃ・・・トラックに特有の光経路、２３２・・・光偏向および／または散乱要素、２６０・・・照射系、２７０・・・波長フィルタ、２９０・・・信号発生および処理回路、３００・・・エンコーダ構成、３０４・・・透明基板、３０５・・・蛍光体エリア、３０５Ａ・・・トラックに特有の蛍光体エリア、３０５Ｂ・・・トラックに特有の蛍光体エリア、３０５Ｃ・・・トラックに特有の蛍光体エリア、３０８・・・カバー、３１０・・・スケール部材、３１５・・・スケールパターン、３１８・・・スペーサ、３１８’・・・接合部、３１８”・・・接合部、３２０・・・検出器エレクトロニクス、３２５・・・検出器構成、３２６・・・信号処理回路、３２７・・・回路接続、３２９・・・回路接続、３３０・・・一次光源、３３１・・・電源および信号接続ライン、３３２・・・光偏向要素、３６０・・・照射系、３９５・・・回路アセンブリ、５００・・・エンコーダ構成、５０５・・・蛍光体エリア、５０５Ａ・・・トラックに特有の蛍光体エリア、５０５Ｂ・・・トラックに特有の蛍光体エリア、５０５Ｃ・・・トラックに特有の蛍光体エリア、５０８・・・カバー、５１０・・・スケール部材、５１０Ａ・・・スケール部材の面、５１５・・・スケールパターン、５１８・・・スペーサ、５１８’・・・接合部、５２０・・・検出器エレクトロニクス、５２５・・・検出器構成、５３０・・・一次光源、５３１・・・電源および信号接続ライン、５６０・・・照射系、５６５・・・一次光源アセンブリ、５９５・・・回路アセンブリ、７００・・・エンコーダ構成、７０５・・・蛍光体エリア、７０５Ａ・・・蛍光体エリア、７０５Ｂ・・・蛍光体エリア、７０５Ｃ・・・蛍光体エリア、７１０・・・スケール部材、７１５・・・スケールパターン、７２０・・・検出器エレクトロニクス、７２５・・・検出器構成、７２６・・・要素、７２７・・・要素、７２９・・・要素、７３０・・・一次光源、７３０Ａ・・・一次光源、７３０Ｂ・・・一次光源、７３０Ｃ・・・一次光源、７３２・・・ポケット、７９５・・・回路アセンブリ、７６０・・・照射系、７６０Ａ・・・トラックに特有の照射系、７６０Ｂ・・・トラックに特有の照射系、７６０Ｃ・・・トラックに特有の照射系、ＴＩＮＣ・・・インクリメンタルトラックパターン、ＴＡＢＳ１・・・第１のアブソリュートトラックパターン、ＴＡＢＳ２・・・第２のアブソリュートトラックパターン、ＤＥＴＩＮＣ・・・検出器トラック、ＤＥＴＡＢＳ１・・・アブソリュート検出器トラック、ＤＥＴＡＢＳ２・・・アブソリュート検出器トラック、ＬＡＢＳ１・・・アブソリュートトラックパターンＴＡＢＳ１の波長、ＬＡＢＳ２・・・アブソリュートトラックパターンＴＡＢＳ２の波長、ＬＩＮＣ・・・トラックパターンＴＩＮＣの波長、ＭＡ・・・測定軸、ＰＨＬ・・・蛍光体光、ＰＲＬ・・・一次光、ＳＬ・・・信号光、ＳＭＰＨＬ・・・空間変調された蛍光体光パターン、ＳＭＰＨＬＩＮＣ・・・トラックに特有の空間変調された蛍光体光パターン、ＳＭＰＨＬＡＢＳ１・・・トラックに特有の空間変調された蛍光体光パターン、ＳＭＰＨＬＡＢＳ２・・・トラックに特有の空間変調された蛍光体光パターン、ＹＣＥＮＴ・・・Ｙ方向の寸法、ＹＤＥＴＡＢＳ・・・Ｙ方向エッジ間寸法、ＹＴＯＬ・・・Ｙ方向寸法、
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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