(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置の相対的に移動可能な２つの部分間の移動を決定する符号化装置であって、
検出器と、
源からの電磁放射を回折させて回折次数にする少なくとも１つの連続した回折フィーチャを備える少なくとも１つの光学要素であって、前記２つの部分間の移動とともに変動する干渉縞の前記検出器の位置における生成に寄与するためのものである、少なくとも１つの光学要素と
を備える符号化装置において、
前記少なくとも１つの連続した回折フィーチャの回折フィーチャは、名目上の規則的な間隔からシフトされており、前記検出器において前記干渉縞内の高調波を低減するように、隣接する回折フィーチャの中心間の間隔は、隣接するフィーチャの対ごとに不規則に変動し、それぞれの前記フィーチャは、少なくとも１つのｎ次の回折次数を実質的に排除し、その一方で１次および少なくとも１つの選択されたｍ次の回折次数の存在を維持するように、選択された所定の量だけシフトされており、前記１次および選択されたｍ次の回折次数は、前記干渉縞の前記検出器の位置における生成に寄与することを特徴とする符号化装置。
【請求項２】
前記符号化装置は、前記検出器と回折格子とを備える読取りヘッドを備え、前記符号化装置はスケールを備え、前記回折格子は、前記スケールからの電磁放射と相互作用して、前記検出器の位置において回折次数の再結合を達成するように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の符号化装置。
【請求項３】
前記読取りヘッドの回折格子は、前記少なくとも１つの光学要素を備えることを特徴とする請求項２に記載の符号化装置。
【請求項４】
前記少なくとも１つの光学要素を備えるスケールを含むことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の符号化装置。
【請求項５】
前記スケールは、連続した回折フィーチャの２つの連続間に基準マークを備えたことを特徴とする請求項４に記載の符号化装置。
【請求項６】
前記回折フィーチャの少なくとも１つのセットの中の前記隣接する回折フィーチャの中心間の間隔の変動の範囲は、回折格子のフィーチャの平均周期の１／２００以上であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の符号化装置。
【請求項７】
前記回折フィーチャは、１次と５次の強度の比が少なくとも１００：１となり、かつ／または１次と７次の強度の比が少なくとも１５０：１となるような態様で配置されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の符号化装置。
【請求項８】
前記検出器によって出力される信号は、高調波を実質的に含まないことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の符号化装置。
【請求項９】
前記回折フィーチャのセットは、前記光学要素の長さに沿って少なくとも１回繰り返されることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１つに記載の符号化装置。
【請求項１０】
前記回折フィーチャのセットは少なくとも５つの回折フィーチャを備えたことを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１つに記載の符号化装置。
【請求項１１】
前記隣接する回折フィーチャの中心間の間隔は、前記光学要素の全長に沿って、該隣接する回折フィーチャの対ごとに不規則に変動することを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の符号化装置。
【請求項１２】
回折次数を発生させる光学要素であって、源からの電磁放射を回折させて回折次数にする連続した回折フィーチャの少なくとも１つの連続を備える光学要素において、前記少なくとも１つの連続した回折フィーチャの中の前記回折フィーチャの位置は、名目上の規則的な間隔からシフトされており、それぞれのフィーチャが、少なくとも１つのｎ次の回折次数を実質的に排除しかつその一方で１次および少なくとも１つの選択されたｍ次の回折次数の存在を維持するために、選択された所定の量だけシフトされるように、隣接する回折フィーチャの中心間の間隔は変動し、前記１次および選択されたｍ次の回折次数は、干渉縞の検出器の位置における生成に寄与することを特徴とする光学要素。
【請求項１３】
前記連続した回折フィーチャの中の前記隣接する回折フィーチャの中心間の間隔の変動の範囲は、回折格子のフィーチャの平均周期の１／２００以上であることを特徴とする請求項１２に記載の光学要素。
【請求項１４】
符号化器読取りヘッドのための回折格子であることを特徴とする請求項１２に記載の光学要素。
【請求項１５】
前記回折フィーチャは、前記光学要素によって発生した１次と５次の強度の比が少なくとも１００：１となり、かつ／または前記光学要素によって発生した１次と７次の強度の比が少なくとも１５０：１となるような態様で配置されていることを特徴とする請求項１２に記載の光学要素。
【請求項１６】
前記隣接する回折フィーチャの中心間の間隔は、前記光学要素の全長に沿って、該隣接する回折フィーチャの対ごとに不規則に変動することを特徴とする請求項１２に記載の光学要素。
【請求項１７】
前記回折フィーチャの前記連続は少なくとも５つの回折フィーチャを備えたことを特徴とする請求項１２に記載の光学要素。
【請求項１８】
前記ｍ次は、３次であることを特徴とすることを特徴とする請求項１２に記載の光学要素。
【請求項１９】
前記ｎ次は、５次又は高調波であることを特徴とすることを特徴とする請求項１２に記載の光学要素。
【請求項２０】
検出器と、源からの電磁放射を回折させて回折次数にしおよび前記検出器において干渉縞の生成に寄与する少なくとも１つの連続した回折フィーチャを備える回折格子とを備える符号化装置のための読取りヘッドにおいて、前記少なくとも１つの連続した回折フィーチャの中の回折フィーチャは、名目上の規則的な間隔からシフトされており、前記検出器において前記干渉縞内の高調波を低減するように、隣接する回折フィーチャの中心間の間隔は、隣接するフィーチャの対ごとに選択的に不規則に変動し、それぞれの前記フィーチャは、少なくとも１つのｎ次の回折次数を実質的に排除し、その一方で１次および少なくとも１つの選択されたｍ次の回折次数の存在を維持するように、選択された所定の量だけシフトされており、前記１次および選択されたｍ次の回折次数は、前記検出器の位置における干渉信号の生成に寄与することを特徴とする読取りヘッド。
【請求項２１】
前記隣接する回折フィーチャの中心間の間隔の変動の範囲は、前記回折格子のフィーチャの平均周期の１／２００以上であることを特徴とする請求項２０に記載の読取りヘッド。
【請求項２２】
前記回折フィーチャは、前記回折格子によって発生した１次と５次の強度の比が少なくとも１００：１となり、かつ／または前記回折格子によって発生した１次と７次の強度の比が少なくとも１５０：１となるように配置されていることを特徴とする請求項２０に記載の読取りヘッド。
【請求項２３】
前記隣接する回折フィーチャの中心間の間隔は、前記回折格子の全長に沿って、該隣接する回折フィーチャの対ごとに不規則に変動することを特徴とする請求項２０に記載の読取りヘッド。
【請求項２４】
前記回折格子は、少なくとも５つの回折フィーチャからなるアレイを備えたことを特徴
とする請求項２０に記載の読取りヘッド。
【請求項２５】
符号化装置のための回折格子を製造する方法であって、回折フィーチャの位置が名目上の規則的な間隔からシフトされるように回折フィーチャの選択の配置を決定するステップであって、少なくとも１つのｎ次の回折次数が実質的に排除され、その一方で１次および選択された少なくとも１つのｍ次の回折次数の存在は、前記１次および選択されたｍ次の回折次数が、符号化装置の検出器の位置における干渉信号の生成に寄与することができるようなレベルに維持されるように、隣接する回折フィーチャの中心間の間隔が変動する、該ステップと、
前記選択の配置に従って基板上に回折フィーチャを形成するステップと
を含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光学要素（optical element）に関し、詳細には、位置測定デバイス内で使用される回折格子（diffraction grating）などの光学要素に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１によって概略的に示されているとおり、装置の相対的に移動可能な２つの部分間の移動を決定するのに、符号化装置（encoder apparatus）２が使用されることができる。符号化装置２は通常、スケール（scale）４および読取りヘッド６を備える（装置の一方の部分に一方が提供され、装置のもう一方の部分に他方が提供される）。スケールは、スケールに沿った読取りヘッドの位置を測定するために読取りヘッドが読み取ることができるフィーチャ（feature）８、１０の連続（series）を備えることができる（スケールのフィーチャは例えば、装置の部分に固定された基板上に提供されることができ、または装置の部分として一体に形成されることができる）。符号化器は、例えばスケールの長さに沿ったそれの位置、例えば始点および／またはスケール上の画定された基準マーカからのスケールの長さに沿ったその位置を事実上「計数する」ことによって機能することができる。
【０００３】
理解されるように、この読取りヘッド位置の「計数」が実行される方法は符号化装置ごとに異なり得る。例えば、１つの方法は、読取りヘッドの検出器の位置に干渉縞を発生させる方法である。図２ａは、これの背後にある概念を示す略光線図である。（例えば読取りヘッド内にある）源からの光がスケールに当たり得る。スケールは、この光を回折させて、いくつかの回折次数（diffraction order）にする。それらの回折次数は次いで読取りヘッド内の回折格子に当たる。回折格子はその光を回折させて別の回折次数にする。それらの別の回折次数は、検出器（例えばフォトダイオード／センサアレイ）の位置で再結合して干渉縞を生成する。スケールおよび読取りヘッドが互いに対して移動すると干渉縞が移動する。読取りヘッドは、検出器を横切る干渉縞の移動を監視することによって、移動および位置を記録しかつ／または報告することができる。このような符号化装置が特許文献１に記載されている。理解されるように、画定された基準位置を提供するため、基準マーク、例えばスケールの回折フィーチャの中に埋め込まれた基準マークが提供されることができる。このような符号化装置が特許文献２に記載されている。
【０００４】
理解されるように、図２ａは、符号化装置内で見られる実際の光学的状況の非常に簡略化された図解である。具体的には、源からのただ１つの光線に対する状況が示されているが、実際には、スケールのエリアが源によって照明される。したがって、実際には、図２ａに示された光学的状況が、スケールの長さに沿って（すなわち源によって照明されるエリアの全体にわたって）何度も繰り返され、したがって、検出器の位置に、図２ｂに概略的に示された長い干渉パターンを生成する。また、図解のため、＋／−１次の次数だけが示されている（例えば、理解されるように、光は、多数の次数、例えば＋／−３次、＋／−５次などの回折次数に回折する）。さらに、図解を単純にするため、光線図は、透過光線図として示される（すなわち、光は、スケールおよび回折格子のそれぞれを透過しているものとして示されているが、実際には、スケールおよび回折格子のうちの少なくとも一方が反射式であることができる）。
【０００５】
インクリメンタルスケール（incremental scale）の他のタイプが特許文献３に記載されている。この文献は、干渉縞を生み出す代わりに、スケールと読取りヘッドが互いに対して移動したときに強度が変動する変調されたスポットを（例えば検出器の位置で回折次数を再結合することによって）生成するようにスケールおよび回折格子を構成することを記載している。
【０００６】
どちらの場合も、読取りヘッドとスケールの相対位置を監視するのに、読取りヘッドの検出器の出力が使用される。
【０００７】
したがって、このような符号化器は、回折した次数の再結合に依存して、検出器の位置に合成フィールド（resultant field）を生成することができる。
【０００８】
伝統的に、回折格子は、それらの回折フィーチャができるだけ等間隔に配置されるような態様で構成される。特許文献４は、代替的実施形態を記載しており、その中で、それは、等間隔に配置されるのではなく、それらの間の間隔が予測可能に、特に周期的に変動するような態様で、回折フィーチャをシフトすることを提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第５８６１９５３号明細書
【特許文献２】米国特許第７６５９９９２号明細書
【特許文献３】米国特許第４７７６７０１号明細書
【特許文献４】米国特許第５８１４８１２号明細書
【特許文献５】国際公開第２００５／１２４２８２号パンフレット
【特許文献６】米国特許出願公開第２００３／００１０９０６号明細書
【発明の概要】
【００１０】
本発明は、検出器によって検出されるフィールドの発生の際に使用される回折次数を生み出す回折フィーチャを有する改良された光学要素に関する。具体的には、本発明は、名目上の規則的間隔を有する配置からシフトされているような態様で回折フィーチャが配置された光学要素に関する。
【００１１】
具体的には、本発明は、装置の相対的に移動可能な２つの部分間の移動を決定する符号化装置であって、検出器と、源からの電磁放射を回折させて回折次数にする少なくとも１つの連続した回折フィーチャを備え、それらの２つの部分間の移動とともに信号が変動する検出器の位置における（例えば検出器の位置での回折次数の再結合による）生成に寄与するためのものである少なくとも１つの光学要素とを備える符号化装置において、この少なくとも１つの光学要素のうちの少なくとも１つの光学要素の連続した回折フィーチャが、回折フィーチャの少なくとも１つのセットを備え、この少なくとも１つのセットの中で、隣接する回折フィーチャの中心間の間隔が、隣接する回折フィーチャの対ごとに不規則に変動することを特徴とする符号化装置を提供する。
【００１２】
本出願は、装置の相対的に移動可能な２つの部分間の移動を、読取りヘッドおよびスケールによって決定する符号化装置であって、検出器と、源からの電磁放射（「ＥＭＲ」）を回折させて回折次数にする少なくとも１つの連続した回折フィーチャを備える少なくとも１つの光学要素であり、それらの２つの部分間の移動とともに信号が変動する検出器の位置における、検出器の位置での回折次数の再結合による生成に寄与するためのものである少なくとも１つの光学要素とを備える符号化装置において、この少なくとも１つの光学要素のうちの少なくとも１つの光学要素の連続した回折フィーチャが、回折フィーチャの少なくとも１つのセットを備え、この少なくとも１つのセットの中で、隣接する回折フィーチャの中心間の間隔が、隣接する回折フィーチャの対ごとに不規則に変動することを特徴とする符号化装置を記載する。
【００１３】
本発明の第１の態様によれば、装置の相対的に移動可能な２つの部分間の移動を決定する符号化装置であって、検出器と、源からの電磁放射を回折させて回折次数にする少なくとも１つの連続した回折フィーチャを備える少なくとも１つの光学要素であり、それらの２つの部分間の移動とともに変動する信号の検出器の位置における生成に寄与するためのものである少なくとも１つの光学要素とを備える符号化装置において、前記少なくとも１つの連続した回折フィーチャの中の回折フィーチャが、名目上の規則的な間隔からシフトされており、それぞれのフィーチャが、少なくとも１つのｎ次の回折次数を実質的に排除し、その一方で１次および少なくとも１つの選択されたｍ次の回折次数の存在を維持するように、選択された所定の量だけシフトされており、１次および少なくとも１つの選択されたｍ次の回折次数の存在が、前記１次および選択されたｍ次の回折次数が、それらの２つの部分間の移動とともに変動する信号の検出器の位置における生成に寄与するような態様で維持されることを特徴とする符号化装置が提供される。
【００１４】
理解されるように、また上で述べられているように、符号化器のためのスケール／回折格子は、光源／スケールから受け取られたＥＭＲを回折させて、干渉縞などの合成フィールドを発生させ、または変調されたスポットを発生させるように構成される。後により詳細に説明されるが、図２ａおよび２ｂに関して示されているとおり、合成フィールド（ＲＦ）、例えば干渉縞または変調されたスポットは主として、回折格子からの＋／−１次の回折次数を再結合することによって形成される。しかしながら、知られているスケールおよび回折格子を使用するときには、より高次の回折次数（例えば少なくとも＋／−５次以上、時には＋／−３次以上）が、合成フィールドの発生と不利に干渉することがあることが認められている。例えば、図３に示されているように、実際に＋／−５次が検出器に当たって、干渉縞の発生に不利な影響を及ぼすことがあることが認められている。これは、干渉縞に不必要な高調波（harmonic）を与えうる。このことは、例えば干渉縞の代わりに変調されたスポットを発生させる符号化装置などの符号化装置の他のタイプにも当てはまる。
【００１５】
より高次の回折次数の干渉縞の発生に対するこの不利な影響は、読取りヘッドおよび／またはスケール内の検出器、回折格子などの光学構成要素間のサイズおよび／または間隔を低減させるとき（例えば読取りヘッドのサイズを低減させようとするときに増大することが認められている。例えば、これは特に、読取りヘッド回折格子と検出器の間の距離（図２および３では「ｖ」として示されている）が、１０ｍｍ以下、特に５ｍｍ以下、例えば２ｍｍ以下、例えば１．８ｍｍ以下であるときに問題となり得る。より高次の回折次数の干渉縞の発生に対するこの不利な影響は、スケールの回折フィーチャの名目周期の増大とともに増大すること、例えば名目周期が少なくとも１０μｍ、例えば少なくとも２０μｍ、特に少なくとも３０μｍ、例えば少なくとも４０μｍであるときに増大することも認められている。
【００１６】
具体的には、より高次の回折次数の干渉縞の発生に対するこの不利な影響は特に、符号化システムのタルボット数（Talbot number）が７．２５未満、より特定的には５未満、特に２未満（例えば１．７５以下）、例えば１未満（例えば０．７５以下）であるときに問題となることが認められている。理解されるように、タルボット数（Ｔ）は、符号化システムの無次元の測定値／定義を提供し、下式によって計算されることができる。
【００１７】
【数１】
0006563813.tif 000002
【００１８】
上式で、λは照明の波長、ｕ0は、最初の格子と２番目の格子の間の距離（例えば図２ａ、２ｂおよび３のｕ）、ｐ1は、最初の格子の周期（例えば図２ａ、２ｂおよび３のスケール４の周期）、ｐ2は、２番目の格子の周期（例えば図２ａ、２ｂおよび３の回折格子１４の周期）である。
【００１９】
本発明者は、より高次の次数の合成フィールドに対するこの不利な影響を最小化する回折格子および／またはスケールが設計されることができることを認めた。
【００２０】
具体的には、知られている回折格子の場合のように、隣接する回折フィーチャ間の間隔を一定にしたり、または規則的なもしくは予想可能な（例えば周期的な）形で変動させたりするのではなしに、それらの間の間隔（例えばスケールの測定方向に沿ってとられたそれらの中心（例えばそれらの質量中心）間の間隔）が選択的に、例えば不規則に変動することができるような態様で、名目上の規則的な間隔からそれらをシフトするような自由を有することは、選択された回折次数が、それらを最小化し、さらにはそれらを実質的に排除し、その一方で別の回折次数を実質的に維持するように制御されることを可能にすることができることを、本発明者は確認した。理解されるように、隣接するフィーチャ間の間隔が変動する正確な方法は、全体としての符号化装置のタイプおよび構成、ならびにどの次数が選択的に制御されるかなど、多くの因子に依存し得る。
【００２１】
したがって、回折フィーチャは、名目上の規則的な間隔からシフトされることができ、それぞれのフィーチャは、少なくとも１つの（例えばｎ次の）回折次数（例えば奇数番号の回折次数）を実質的に最小化／排除し、その一方で１次および少なくとも１つの選択された他の（例えばｍ次の）回折次数（例えば奇数番号の回折次数）の存在を維持するように、選択された所定の量だけシフトされ、１次および少なくとも１つの選択された他の（例えばｍ次の）回折次数の存在は、前記１次および少なくとも１つの他の選択された（例えばｍ次の）回折次数が、装置の相対的に移動可能な２つの部分間の移動とともに信号の変動する検出器の位置における生成に寄与するような態様で維持される。
【００２２】
具体的には、回折格子および／またはスケールのフィーチャを、名目上の規則的な間隔を有する配置から、隣接する回折フィーチャ間の間隔がフィーチャ対ごとに不規則に変動する配置へシフトすることによって、選択の回折次数の強度は制御されることができることが認められている。このことが、検出器の位置の合成フィールド中の高調波を、（回折フィーチャ間の一定の間隔を有する回折格子を備える符号化装置と比較されたときに）低減させ、その結果、検出器によって上質の信号が出力されることが認められている。
【００２３】
理解されるように、位置を決定または監視するための検出器の出力の解析は、読取りヘッド自体の中で実行されることができる。任意選択で、検出器の未処理の（または調節された）出力が、読取りヘッドから、信号を解析して読取りヘッドとスケールの相対位置を決定または監視する外部処理デバイスへ出力されることができる。
【００２４】
理解されるように、回折フィーチャの連続は、入来ＥＭＲを協力して回折させていくつかの回折次数にする光学要素の基板上／内のフィーチャの連続とすることができる。例えば、回折フィーチャは、光学要素の基板の表面に形成されたマークとすることができる。任意選択で、フィーチャを形成するのに、光学要素の基板の組成が操作されることができる。任意選択で、さらに、回折フィーチャを形成するように、光学要素の基板の形状が構成されることができる。
【００２５】
回折フィーチャの形状、サイズおよび／または配置は、特定の実施態様に応じて変動し得る。しかしながら、回折フィーチャの形状は、全体に細長くすることができ、例えば実質的に楕円形または長方形とすることができ、それらの長さは、符号化装置の測定方向に対して実質的に直角に延びる。回折フィーチャは、振幅回折フィーチャまたは位相回折フィーチャの形態をとることができる。すなわち、光学要素は例えば、振幅光学要素または位相光学要素とすることができ、例えば振幅スケールもしくは位相スケール、または振幅回折格子もしくは位相回折格子とすることができる。理解されるように、（例えば振幅スケールなどの）振幅光学要素の回折フィーチャは、それらが、光学要素を出て検出器に向かうＥＭＲの振幅を（例えば減衰、散乱、方向変更などによって）回折次数を生成するように制御するような態様で構成される。やはり理解されるように、（例えば位相スケールなどの）位相光学要素の回折フィーチャは、それらが、光学要素を出て検出器に向かうＥＭＲの位相を（例えば光の位相を制御するための特定の厚さ、深さ、密度、材料タイプなどを有するフィーチャを有する光学要素によって）回折次数を生成するように制御するような態様で構成される。これに注目する他の方法は、位相回折フィーチャが、光学要素を通過する／光学要素から反射する光の位相を変調して、回折次数を生成する方法である。当業者には理解されるように、位相フィーチャと振幅フィーチャの結合が使用されることができる。
【００２６】
符号化装置のスケールは、連続した回折フィーチャが、回折フィーチャの少なくとも１つのセットを備え、この少なくとも１つのセットの中で、隣接する回折フィーチャの中心間の間隔が、隣接する回折フィーチャの対ごとに不規則に変動する光学要素とすることができる。スケールは、２つの連続した回折フィーチャの間に基準マークを備えることができる。したがって、連続した回折フィーチャは、基準マークによって輪郭が画定されることができる。理解されるように、基準マークは、回折フィーチャから区別され得るフィーチャとすることができる。基準マークは、基準マーク読取り配置によって読み取られることができる。基準マークは通常、スケールの長さに沿った「既知の」位置または「基準」位置を識別するために使用される。このような基準マーク読取り配置は、上述の検出器とは別の基準マークセンサを備えていてもよい。スケールは、２つ以上の基準マークを備えることができる。スケールの回折フィーチャ内に埋め込まれるだけでなく（例えば特許文献５に記載されているものなど。この場合、基準マークは、回折フィーチャの省略によって提供されることができる）、それに加えて、および／またはその代わりに、一般的に知られているように、スケールの回折フィーチャに隣接して基準マークが提供されることもできる。同様に、光学要素が回折格子である場合には、２つの連続した回折フィーチャの間に、フレネルゾーンプレート（Fresnel zone plate）、基準マーク読取り要素（例えばレンズ）、スリット、透明な領域または他の光学要素などの光学フィーチャがあってもよい。
【００２７】
読取りヘッドは検出器を備えることができる。読取りヘッドは回折格子を備えることができる。回折格子は、（例えばスケールからの）電磁放射と相互作用して、検出器の位置において信号を、（例えば検出器の位置において回折次数の再結合を達成することによって）生成することができる。
【００２８】
読取りヘッドの回折格子は、連続した回折フィーチャが、回折フィーチャの少なくとも１つのセットを備え、この少なくとも１つのセットの中で、隣接する回折フィーチャの中心間の間隔が、隣接する回折フィーチャの対ごとに不規則に変動する光学要素とすることができる。
【００２９】
スケールと回折格子の両方が、前記少なくとも１つの光学要素を備えることができる。すなわち、スケールと回折格子はともに、連続した回折フィーチャが、回折フィーチャの少なくとも１つのセットを備え、この少なくとも１つのセットの中で、隣接する回折フィーチャの中心間の間隔が、隣接する回折フィーチャの対ごとに不規則に変動する光学要素とすることができる。
【００３０】
言い換えると、上記のことと一致して、スケールは、上で参照された少なくとも１つの光学要素とすることができ、回折格子は、上で参照された少なくとも１つの光学要素とすることができ、またはスケールおよび回折格子は、上で参照された少なくとも１つの光学要素とすることができる。
【００３１】
光学要素が読取りヘッドの回折格子である場合、回折フィーチャの前記少なくとも１つのセットの中の隣接する回折フィーチャの中心間の間隔の変動の範囲は、隣接する回折フィーチャの中心間の平均間隔の１／２００以上、例えば平均間隔の１／１００以上とすることができる。
【００３２】
理解されるように、絶対的にはこの範囲は、使用されるシステムに依存するが、例えば少なくとも５μｍ（ミクロン）、例えば少なくとも１０μｍ（ミクロン）、任意選択で少なくとも１５μｍ（ミクロン）、例えば１７μｍ（ミクロン）以上とすることができ、任意選択で３０μｍ（ミクロン）以下、例えば２０μｍ（ミクロン）以下とすることができる。
【００３３】
光学要素がスケールである場合、回折フィーチャの前記少なくとも１つのセットの中の隣接する回折フィーチャの中心間の間隔の変動の範囲は、隣接する回折フィーチャの中心間の平均間隔の１／２０以上、例えば平均間隔の少なくとも１／１０以上とすることができ、任意選択で平均間隔の１／２以下、例えば平均間隔の１／４以下とすることができる。
【００３４】
連続した回折フィーチャの中の隣接する回折フィーチャの中心間の平均間隔は例えば、２ｍｍ以下、より好ましくは１ｍｍ以下、特に好ましくは０．５ｍｍ以下とすることができ、例えば５００ｎｍ以上、例えば１μｍ（ミクロン）以上とすることができる。
【００３５】
回折フィーチャは、光学要素から生じた少なくとも＋／−５次および／もしくは７次（ならびに／またはより高次の奇数次）の回折次数の強度が、等間隔に配置された回折フィーチャまたは予測可能にもしくは周期的に変動する間隔で配置された回折フィーチャを有するスケールと比較されたときに減衰するような態様で配置されることができる。回折フィーチャは、光光学要素から生じた少なくとも＋／−５次および／もしくは７次（ならびに／またはより高次の奇数次）の回折次数の強度が実質的に排除されるような態様で配置されることができる。具体的には、回折フィーチャは、光学要素から生じた少なくとも＋／−５次の回折次数の強度が、光学要素への入射光の強度の０．７５％以下、例えば０．５％以下となり、ことによると、光学要素への入射光の強度の０．０５％以下など、これよりもいっそう低くなるような態様で配置されることができる。例えば、回折フィーチャは、光学要素から生じた少なくとも＋／−７次の回折次数の強度が、光学要素への入射光の強度の０．２５％以下、例えば０．１％以下となり、ことによると、光学要素への入射光の強度の０．０５％以下（例えば０．０２％または０．０１５％以下）など、これよりもいっそう低くなるような態様で配置されることができる。
【００３６】
さらに、回折フィーチャは、光学要素から生じた少なくとも＋／−１次の回折次数の強度が、光学要素への入射光の強度の少なくとも２０％、任意選択で少なくとも３０％、例えば３６％以上となるような態様で配置されることができる。
【００３７】
さらに、回折フィーチャは、光学要素から生じた少なくとも＋／−３次の回折次数の強度が、光学要素への入射光の強度の少なくとも１％、任意選択で少なくとも１．５％、例えば１．９％以上となるような態様で配置されることができる。しかしながら、理解されるように、このことが常に必要であるわけではなく、例えば、回折フィーチャは、光学要素から生じた少なくとも＋／−３次の回折次数の強度が１％以下となるような態様で配置されることもできる。
【００３８】
回折フィーチャは、１次と５次（または実際には５次の回折次数よりも高次の任意の奇数次の回折次数）の強度の比が、少なくとも１００：１、任意選択で少なくとも２００：１、例えば少なくとも３００：１となり、ことによると少なくとも７００：１など、これよりもいっそう大きくなるような態様で配置されることができる。回折フィーチャは、１次と７次（または実際にはより高次の任意の奇数次の回折次数）の強度の比が、少なくとも１５０：１、任意選択で少なくとも３００：１、例えば少なくとも５００：１となり、ことによると、少なくとも１５００：１など、これよりもいっそう大きくなり、または少なくとも３０００：１など、これよりも大きくなるような態様で配置されることができる。
【００３９】
検出器と回折格子の間の距離は例えば、５０ｍｍ以下、好ましくは１０ｍｍ以下、特に好ましくは５ｍｍ以下、例えば２ｍｍ以下、例えば１．８ｍｍ以下とすることができる。
【００４０】
読取りヘッドはＥＭＲ源（例えば光源）を備えることができる。ＥＭＲ源からのＥＭＲ（例えば光源からの光）は最初にスケールと相互作用して回折次数を生成し、その後に、回折格子と相互作用して別の回折次数を生成することができる。しかしながら、理解されるように、他の配置も可能である。例えば、ＥＭＲ源からのＥＭＲは回折格子と相互作用し、その後にスケールと相互作用することができる（任意選択で、スケールの後に、同じ回折格子または異なる回折格子と相互作用することもできる）。
【００４１】
回折格子は、（例えばスケールからの）ＥＭＲ（例えば光）と相互作用して、検出器の位置に、スケールと読取りヘッドの間の移動が生じたときに変化する干渉縞フィールドを生成するように構成されることができる。したがって、検出器は、変化するフィールドに応答して信号を出力するように構成されることができる。
【００４２】
隣接する回折フィーチャ間の間隔は、検出器によって出力される信号が高調波を実質的に含まないような態様で、隣接するフィーチャの対ごとに不規則に変動することができる。
【００４３】
光学要素は、隣接する回折フィーチャの中心間の間隔が、隣接する回折フィーチャの対ごとに不規則には変動しない、少なくとも１つの連続した回折フィーチャを備えることができる。任意選択で、隣接する回折フィーチャの中心間の間隔が、隣接する回折フィーチャの対ごとに不規則に変動するような態様で、光学要素の全ての回折フィーチャが配置される。したがって、隣接する回折フィーチャの中心間の間隔は、光学要素の全長に沿って、隣接する回折フィーチャの対ごとに不規則に変動することができる。（その中の隣接する回折フィーチャの中心間の間隔が対ごとに不規則に変動する）回折フィーチャの少なくとも１つのセットは、光学要素の長さに沿って少なくとも１回繰り返されることができる（すなわち、回折フィーチャの同じ配置の事例が少なくとも２つあるようにすることができる）。任意選択で、それは、連続した回折フィーチャの中で、少なくとも１回繰り返されることができる。
【００４４】
回折フィーチャのセットの中の回折フィーチャの幅は、隣接する回折フィーチャの中心間の平均間隔以下とすることができる。
【００４５】
連続した回折フィーチャの中の回折フィーチャの幅は同じとすることができる。理解されるように、回折フィーチャ間の間隔の幅は、それらの間の間隔の変動によって変動し得る。
【００４６】
回折フィーチャのセットは、少なくとも５つの回折フィーチャ、より好ましくは少なくとも１０個のフィーチャ、例えば少なくとも２０個のフィーチャ、例えば３０個のフィーチャを備えることができる（しかし、理解されるように、実施形態によってはこれよりもずっと多くすることができる）。光学要素がスケールである場合、回折フィーチャのセットは、少なくとも１００個など、より多くの回折フィーチャを備えることができる（しかし、理解されるように、実施形態によっては、これよりもずっと多くすることができ、例えば数千個とすることができる）。
【００４７】
本発明の第２の態様によれば、回折次数を発生させる（例えば符号化装置のための）光学要素であって、隣接する回折フィーチャの中心間の間隔が、隣接するフィーチャの対ごとに不規則に変動するような態様で配置された回折フィーチャのアレイを備える光学要素が提供される。そこにおいて隣接する回折フィーチャの中心間の間隔は、１次の回折次数と５次の回折次数の強度の比が少なくとも１００：１となり、かつ／または１次の回折次数と７次の回折次数の強度の比が少なくとも１５０：１となるような態様で、隣接するフィーチャの対ごとに不規則に変動する可能性がある。
【００４８】
上記のことと一致して、光学要素は、符号化器読取りヘッドのための回折格子とすることができる。光学要素はスケールとすることができる。
【００４９】
本発明の第３の態様によれば、検出器および回折格子を備える、符号化装置のための読取りヘッドであって、回折格子上の隣接する回折フィーチャの中心間の間隔が、隣接するフィーチャの対ごとに不規則に変動する読取りヘッドが提供される。
【００５０】
本発明の第４の態様によれば、符号化装置のための回折格子を製造する方法であって、回折次数の強度が所定の規準に従うような態様で、隣接する回折フィーチャの中心間の間隔が、隣接するフィーチャの対ごとに不規則に変動するような回折フィーチャの選択の配置を決定するステップと、前記選択の配置に従って基板上に回折フィーチャを形成するステップとを含む方法が提供される。回折次数の強度に対する所定の規準の例は、本発明の他の態様に関してここよりも前および後に示されている（例えば１次：ｎ次の強度の比）。
【００５１】
本発明の他の態様によれば、回折次数を発生させる、符号化装置のための光学要素であって、回折フィーチャのアレイを備え、この回折フィーチャのアレイが、回折フィーチャのアレイによって生み出された１次の回折次数と５次の回折次数の強度の比が少なくとも１００：１となるような態様で構成された光学要素が提供される。隣接する回折フィーチャの中心間の間隔が、隣接する回折フィーチャのそれぞれの対に対して選ばれるこの回折フィーチャのアレイは、回折フィーチャのアレイによって生み出された１次の回折次数と５次の回折次数の強度の比が少なくとも１００：１となるような態様で構成されることができる。
【００５２】
本発明の他の態様によれば、フィーチャの連続を有するスケールと、検出器および回折格子を備える読取りヘッドとを備え、回折格子が、隣接する回折フィーチャの間の間隔が、隣接するフィーチャの対ごとに不規則に変動するような態様で配置された回折フィーチャのアレイを備える符号化装置が提供される。
【００５３】
次に、添付図面を参照して、本発明の実施形態が、単なる例として説明される。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】読取りヘッドおよびスケールを備える符号化装置の略図である。
【図２ａ】符号化装置の略光線図である。
【図２ｂ】符号化装置の略光線図である。
【図３】＋／−５次の回折次数を示す符号化装置の他の光線図である。
【図４】図１に示された読取りヘッドの構成要素のうちのいくつかの構成要素の略図である。
【図５】標準回折格子上の回折フィーチャの略図である。
【図６】本発明に基づく回折格子上の回折フィーチャの略図である。
【図７】本発明に基づく例示的な回折格子上の隣接する回折フィーチャ間の離隔距離の変動を示すグラフである。
【図８】図５および６に示された回折格子によって生み出された次数の強度を示すグラフである。
【図９】繰り返すフィーチャセットを有する本発明に基づくスケール上の回折フィーチャの略図である。
【図１０】図１の読取りヘッド内で使用するのに適した検出器の１つのタイプの略図である。
【発明を実施するための形態】
【００５５】
図１を参照すると、上に簡単に記載されているとおり、参照符号２によって全体が示された符号化装置はスケール４および読取りヘッド６を備える。読取りヘッド６は、スケール４に対して移動可能である（これが反対であること、または実際に両方ともに移動可能であることも可能である）。例えば、スケール４が機械の静止部分に装着され、読取りヘッド６が機械の可動部分に装着されることができる。スケール４は、例えば示された直線スケールまたは（例えばリングの周縁もしくはリングの平らな面に提供された）回転スケールを含む多くの異なる形態をとることができる。
【００５６】
記載された実施形態では、スケール４が、（スケールを出て読取りヘッドに向かう光の振幅をそれが制御するという点で）振幅スケールであり、スケール４は、周期的なフィーチャ１０を有する基板を備え、周期的なフィーチャ１０は、相対的に反射性の基板上に、スケールの周期的なフィーチャ１０間が相対的に反射性８となるような態様で形成された暗い線／相対的に非反射性の線１０の形態をとる。当然ながら、スケールの周期的なフィーチャは、例えば、相対的に非反射性の基板上に相対的に反射性の線を形成することによる方法、相対的に反射性の線と相対的に非反射性の線の両方を基板上に形成することによる方法など、他の方法で形成されることができる。やはり理解されるように、周期的なマーキング１０は他の方法で提供されることができ、例えば、スケールのフィーチャまたはマークは、読取りヘッドに近づく方向および読取りヘッドから遠ざかる方向へ光を反射する小平面（facet）または線の形態で提供されることができる。さらに、スケール４は位相スケールとすることができ、位相スケールでは、スケールの峰および凹みが、スケールを出て読取りヘッドに向かう光の位相を変調する。記載された実施形態ではスケールの基板が金属だが、理解されるように、例えばガラスなど他の材料が使用されることもできる。周期的なマーク１０は、Ｘ軸（「測定次元」）に沿った測定を容易にするインクリメンタルスケールを形成する。理解されるように、インクリメンタルスケールを構成する周期的なマークの隣に、またはインクリメンタルスケールを構成する周期的なマーク内に埋め込まれて、基準マークが提供されることができる。このような基準マークの詳細はよく知られており、例えば、この参照によってその内容が本明細書に組み込まれる特許文献２に記載されている。
【００５７】
図４に示されているように、読取りヘッド６は、電磁放射（electromagnetic radiation）（「ＥＭＲ」）源、特に光源１２、例えば発光ダイオード（「ＬＥＤ」）と、回折格子１４と、検出器１６とを備える。理解されるように、読取りヘッド内に、特定の実施態様に応じた他の構成要素が存在してもよい。例えば、例えば源からのＥＭＲ／光を平行にするために、レンズが存在してもよい。読取りヘッド６が、基準マークを備えるスケールとともに使用される場合、読取りヘッド６はさらに、レンズ、他の検出器など、基準マークを検出するための構成要素を備えることができる。特許文献２にはこのような構成も記載されている。
【００５８】
図２ａ、２ｂおよび４を参照すると、光源１２からの光は、読取りヘッドのハウジング１１の窓１８を通して読取りヘッド６から放出され、スケール４の方へ向かう。この実施形態では、光の波長が８５０ｎｍの領域にあるが、当然ながら、これは、特定の実施態様に応じて異なることができ、可視光である必要は必ずしもなく、例えば３００ｎｍから２０００ｎｍまでの任意の波長を有するＥＭＲとすることができる。理解されるように、源に対する適当な波長の選択は、そのＥＭＲ波長で機能する適当な格子および検出器の可用性を含む多くの因子に依存し得る。光は、スケール４によって回折し、反射され、窓１８を通って回折格子１４の方へ進み、回折格子１４で光は再び回折し、その後、検出器１６の位置に合成フィールド４０（図２ｂを参照）（この場合には干渉縞だが、例えば変調されたスポットとすることもできる）を形成する。理解されるように、他の変形構成も可能であり、例えば、別個の窓１８が必要なく、その代わりに、読取りヘッドの最も外側の表面に回折格子１４が提供され、回折格子１４が、光がそこから読取りヘッドに入る構成要素となるような態様で、読取りヘッドが構成されることができる。
【００５９】
検出器１６は、合成フィールド（例えば干渉縞）を検出して信号を生成し、この信号は、読取りヘッドにより、インタフェース２０およびケーブル２２を介して外部デバイスへ出力される。具体的には、読取りヘッド６とスケール４の相対的な移動が、検出器１６の位置にある合成フィールドの変化（例えば検出器１６に対する干渉縞の移動または変調されたスポットの強度の変化）を引き起こす。検出器１６の出力は、変位のインクリメンタル測定を可能にするインクリメンタルアップ／ダウン計数（incremental up/down count）を提供するように処理されることができる。図２ｂに示されているように、合成フィールド４０は、回折格子１４およびスケール４からの光の回折した次数の再結合によって生成される。
【００６０】
検出器１６は例えば複数のフォトダイオードを備えることができる。具体的には、理解されるように、検出器１６の位置に干渉縞１７が生成される実施形態では、検出器１６が、電子格子の形態をとることができる。電子格子は、言い換えると光センサアレイであり、これは例えば、交互配置で組み合わされた／インタレースされた（interlaced）感光性センサの２つ以上のセットを備えることができ、それらのセットはそれぞれ、検出器１６の位置の干渉縞１７の異なる位相を検出する。図１０に例が示されており、図１０には、検出器１６の部分が示されており、図１０では、フォトダイオードＡ、Ｂ、ＣおよびＤの４つのセットのフォトダイオードが交互配置で組み合わされており、セットの中のそれぞれのフォトダイオードからの出力は結合されて、単一の出力Ａ’Ｂ’Ｃ’およびＤ’を提供する。示されているように、１つのセットの中の全てのフォトダイオードは、あらゆる瞬間に、干渉縞の同じ位相の強度を検出する（縞周期とセンサ周期が同じ場合）。この配置は、この光学部品のフィルタリング効果のため、読取りヘッド６が、スケールの反射性の線８または非反射性の線１０の存在の有無の影響をほとんど受けないという利点を有する。したがって、汚染および／または基準マークの存在は、検出器１６によって検出される干渉縞にあまり影響を及ぼさない。このタイプのスケールおよび読取りヘッドのこれ以上の詳細は、この参照によってその内容の全体が本明細書に組み込まれる特許文献１に記載されている。理解されるように、電子格子／光センサアレイは、交互配置で組み合わされたフォトダイオードの３つのセットだけを備えるなど、他の形態をとることができ、異なるレイアウトが使用されることもできる。
【００６１】
図５は、知られている回折格子１１４の略平面図である。理解されるように、回折格子１１４は、回折格子１１４を光が通過するときに（または回折格子から光が反射するときに）光が回折し／多数の次数に分割されるような態様で周期的に配置された連続した回折フィーチャ１３０の連続１５０を備える。図５に示されているように、回折フィーチャ１３０は、同じフィーチャタイプの隣接する対の中心間の距離が回折格子の長さに沿って一定である（すなわち常に「ｓ」である）ような態様で周期的に配置されている。すなわち、それらは、周期「ｐ」で出現する。
【００６２】
理解されるように、回折格子１１４は一定の比率では示されておらず、本発明の図解を助けるため単に概略的に示されている。記載された実施形態では回折格子が位相格子である。これは、回折フィーチャ１３０が、回折次数を生み出すために、回折格子を通過する光／回折格子から反射される光の位相を操作する（言い換えると変調する）ことを意味する。これは例えば、格子の深さが回折フィーチャの位置で異なることによって達成されることができる（例えば暗いバー１３０によって示されたフィーチャの位置の回折格子基板の深さが、明るいバー１３２によって示されたフィーチャの位置の回折格子基板の深さよりも浅いことができる）。したがって、図５の暗いバー１３０および明るいバー１３２は単に、それを通過する光の位相に異なる程度に影響する領域を表し、例えば、暗いバー１３０および明るいバー１３２は、回折格子１１４の基板の異なる深さを表す。回折フィーチャ１３０の不透明度／反射率が回折格子１１４の他方の領域１３２と同じであることができ、例えばその方が好ましいことがある。理解されるように、回折格子の他のタイプは、回折次数を生み出すために、回折格子を通過する光／回折格子から反射される光の振幅をフィーチャが操作／変調する振幅格子を含む。
【００６３】
図６は、本発明に基づく回折格子１４の略平面図である。この場合も、回折格子１４は、回折格子１４を光が通過するときに光が回折し／多数の次数に分割されるような態様で配置され構成された連続した回折フィーチャ３０の連続５０を備える。しかしながら、回折フィーチャ３０は、隣接する回折フィーチャ３０間の間隔「ｓn」が回折フィーチャの対ごとに異なるような態様で、それらの名目上の周期的な「ｐ」位置から、故意にかつ選択的にシフトされている。例えば、暗い線よって表された回折フィーチャ３０の最初の対間の距離はｓ1であり、次の対間の距離はｓ2である。本発明に基づくこの実施形態では、回折フィーチャ３０のこのような隣接する対間の間隔ｓnが、スケールの長さに沿って不規則に変動する。すなわち、間隔ｓnの変動は、周期的にも、またはいかなる種類の認識可能なパターンに従っても変化しない。
【００６４】
記載された例では、回折格子１４の回折フィーチャ３０の幅「ｗ」（すなわち回折フィーチャの連続の広がりに対して平行な次元で測定されたそれらのサイズ）が、全ての回折フィーチャ３０について一定である。しかしながら、このことが必ず必要であるというわけではなく、それらの幅は異なることができる。
【００６５】
図６に関して上に記載された実施形態では、暗いバー３０が回折フィーチャとして選択／記載される。しかしながら、理解されるように、明るいバー３２よって表された回折格子１４の部分が回折フィーチャとして選択／記載されている場合にも、本発明は等しく適用可能である。これは、見て分かるとおり、明るいバー３２の中心間の間隔も対ごとに不規則に変動するためである。上の段落と一致して、これはさらに、回折フィーチャの幅が異なることができることを示す。
【００６６】
図６に関して上に記載された実施形態では、連続した回折フィーチャの連続５０が、そのセットの中で、隣接する回折フィーチャの中心間の間隔が、隣接する回折フィーチャの対ごとに不規則に変動する回折フィーチャのセットを１つだけ備える。すなわち、セットの長さが、連続５０の長さと同じであり、また回折格子１４の長さでもある。しかしながら、このことが必ず必要であるというわけではなく、例えば、連続した回折フィーチャの連続５０が、回折フィーチャの繰り返す１または複数のセットを備え、そのセットの中で、隣接する回折フィーチャの中心間の間隔が、隣接する回折フィーチャの対ごとに不規則に変動してもよい。このことは、図９の実施形態に関して後にさらに詳細に記載される。
【００６７】
図７は、（約４３μｍの平均フィーチャ間隔を有する）図６に示された回折格子１４の回折フィーチャ３０の隣接する対間の間隔の変動を示すグラフである。見て分かるとおり、間隔の変動は一定ではなく、コンスタントに増大または低減するわけでもなく、ある周期関数に従って変動するわけでもない。むしろ、この変動は不規則であり、認識可能なパターンはない。後に説明されるとおり、これは、その名目上の周期的な位置からのそれぞれのフィーチャの位置シフトが、必要に応じて（例えば＋／−５次の強度を最小化にするために）それらが回折次数を操作するように独立して選ばれ、ある所定の関数に従って選ばれるのではないためである。図７には、隣接する回折フィーチャ間の間隔の変動の範囲「Ｒ」も示されている。このケースではＲが１７μｍ（ミクロン）である（示された例では最大間隔が５１μｍ（ミクロン）、最小間隔が３４μｍ（ミクロン）である）。
【００６８】
下表は、本発明に基づく位相回折格子の別の実施形態の例を示す。この場合、表は、４０μｍ（ミクロン）の振幅スケールを有する符号化器内で使用するのに適していると考えられる４６．６７μｍ（ミクロン）の名目フィーチャ間隔（したがって幅は２３．３４μｍ（ミクロン）である）からのそれぞれのフィーチャのシフトを表す。
【００６９】
【表１】
0006563813.tif 000003
【００７０】
上記の実施形態において、回折フィーチャの隣接する対間の間隔が変動するのは、回折格子よって生成される回折次数を制御するように、回折フィーチャが、それらの名目上の周期的な／規則的な位置から、選択の量だけ故意に／意図的にシフトされるプロセスに従って、回折格子が生成されているためである。その名目上の周期的な／規則的な位置からのそれぞれのフィーチャのシフトがそれによって決定されることができるこのプロセスは例えば、例えばダイレクトバイナリサーチ（Direct Binary Search）などの反復アルゴリズムを含むことができる。このようなプロセスは、符号化システムの振る舞いをモデル化すること、および最小化プロセスによって最適解にたどり着くために多数の構成を反復的に調べることを含むことができる。
【００７１】
理解されるように、回折格子１４上の回折フィーチャ３０の特定の配置は、回折格子が使用される符号化器のタイプ、ならびに／またはどの回折次数が制御されるのかおよび／もしくは回折次数がどのように制御されるのかを含む多くの因子に依存する。例えば、ある状況では、＋／−３次の回折次数を減衰させることが望ましく、別の状況では、＋／−５次の回折次数を強化することが望ましい。したがって、これらの異なるシナリオを提供するのに必要とされる回折フィーチャの特定の配置は異なる。
【００７２】
理解されるように、図６では、本発明の図解を助けるために、シフトの程度が著しく誇張されている。例えば、回折フィーチャの周期的な名目間隔「ｐ」は２０μｍ（ミクロン）とすることができ、その周期的な名目位置からの回折フィーチャのシフトは、最大＋／−ｐ／２とすることができ、例えば、与えられた例では例えば最大＋／−１０μｍ（ミクロン）とすることができる。符号化器読取りヘッドのための典型的な回折格子の長さは２または３ｍｍであり、そのため、典型的な回折フィーチャの数は１００〜１５０個程度であることができる。特に好ましい実施形態では、特に、読取りヘッドができるだけ小さくなるように設計されているときに、回折格子をよりいっそう小さくすることができ、例えば、長さを１ｍｍから２ｍｍの間、例えば１．４ｍｍから１．５ｍｍの間にすることができる。この場合、回折フィーチャの数は、２５から３５個の間、例えば３０個などよりいっそう少なくすることができる。
【００７３】
上述のとおり、隣接する回折フィーチャ間の間隔のこのような不規則な変動を提供することは、このような回折フィーチャの配置が、回折格子よって生み出される回折次数を制御するように選択されることができることを意味することが認められている。したがって、例えば、上に記載されているとおり、検出器１６の位置において生成される合成フィールドの質を向上させるために、例えば検出器１６よって生成される信号中の高調波を除去するために、＋／−５次の回折次数が最小化されることが好ましいことがある。本発明に基づく回折格子は、これを達成するのに使用されることができることが認められている。例えば、図８は、回折フィーチャの隣接する対間の間隔がスケールの長さに沿って一定である標準回折格子から生成されたさまざまな次数の強度、および本発明に基づく回折格子から生成されたさまざまな次数の強度を（入射光の百分率として）示す棒グラフを示す。見て分かるとおり、＋／−５次以上の次数の強度は、標準格子と比較されたときに、かなり低減されている。記載された実施形態では、＋／−３次および＋／−１次がかなり存在するような態様で、回折格子１４が設計されている。これは、ある状況では、＋／−３次が、検出器１６の位置での干渉縞の形成に肯定的に寄与し得ることが認められているためである。しかしながら、理解されるように、このことが必ず必要であるというわけではなく、例えば、回折格子１４は、＋／−３次も実質的に排除されるような態様で設計されることができる。図８の棒グラフは、本発明に基づく回折格子から実際に測定された値および標準回折格子から実際に測定された値を用いて描かれている。標準回折格子が「標準」であるのは、（本発明の回折格子の場合のように）隣接する回折フィーチャ間の間隔が対ごとに不規則に変動するのではなしに、回折フィーチャが規則的な間隔を置いて配置されている点を除いて、それが、本発明に基づく回折格子と同じ（すなわち同じ材料、同じフィーチャサイズ、同じタイプ（例えば両方が位相格子である）、同じ名目フィーチャ周期など）であることによる。次数および入射光の強度は、回折格子を保持ジグ（holding jig）の中に置くことよって測定される。レーザ光（この場合８５０ｎｍ（ナノメートル））は、格子上に入射するように配置され、格子は、ある距離だけ離れたところに回折次数のセットを生成する。回折次数は、回転ステージに接続された電力計を使用して測定される。ステージが移動すると、電力計から測定値がとられ、コンピュータに記録される。ステージは０．００３度ごとに測定値をとる。これは、与えられた角度範囲にわたる電力測定値の大きなセットを生成する。測定値のノイズを低減させるのに役立てるため、データの局所化された平均算出が使用されることができる。例えば０．０３度にわたって１０点の平均がとられる。さらに、入射光の強度は、電力計によって、上記を繰り返すことによって測定されるが、レーザ光は、回折フィーチャのない格子のブランク領域に光を通すように配置される。理解されるように、強度を測定するのに他の構成が使用されることができる。例えば、電力計の代わりに／電力計に加えて、格子／ジグが移動させることができる。任意選択で、���数の電力計が使用されることができる（例えば、移動を提供しなければならないことを回避するために、それぞれの回折次数に対して１つ）。任意選択で、多数の回折次数が、（例えばそれらが同時に測定されることができるように）単一のＣＣＤに同時に当たることができる。
【００７４】
見て分かるとおり、この場合、本発明に基づく回折格子は、８００：１よりも大きい１次と５次の強度の測定された比を提供し、３０００：１よりも大きい１次と７次の強度の測定された比を提供する。
【００７５】
上に記載された実施形態では、検出器によって出力される信号を改良するために回折フィーチャの間隔が不規則に変動するような態様で配置されているのは、回折格子の回折フィーチャである。しかしながら、このことが必ず必要であるというわけではなく、その代わりにまたはそれに加えて、例えばスケールの回折フィーチャ１０（または８）などの他の光学要素が、検出器１６の位置において生成される合成フィールドの質を向上させるために、例えば検出器１６によって生成される信号中の高調波を除去するために、回折格子によって生み出される回折次数を制御するように、回折フィーチャの間隔が不規則に変動するような態様で、構成されることができる。この場合も、これは、フィーチャの間隔を決定するための上に記載された反復プロセスを使用することによって達成されることができる。
【００７６】
したがって、図６に示された配置は、回折格子１４ではなくスケール４とすることができる。しかしながら、スケール４は通常、回折格子よりもはるかに長く（すなわち、たとえそれらの長さが数ミリメートルという小さいものであり得るとしても、それらの長さは、数メートル、さらには数十メートルにもなることがある）、したがって、より多数のフィーチャの位置が決定される必要がある。この負担は、光学要素（例えばスケール４）のセット長に沿った回折フィーチャのセット数の位置を、上に記載された反復プロセスを使用して決定し、次いで、そのプロセスの結果を、例えば図９に示されているように、光学要素（例えばスケール４）の長さに沿って複数回使用することによって低減されることができる。具体的には、図９に示されているように、スケール４は、示されているように基準マーク１０２、１０３によって輪郭が画定された、連続した回折フィーチャの連続１００を備える。連続した回折フィーチャの連続１００の中には、回折フィーチャのセット１０４があり、そのセットの中で、隣接する回折フィーチャの中心間の間隔は、隣接する回折フィーチャの対ごとに不規則に変動する。示されているように、連続した回折フィーチャの連続１００の中で、この同じセット１０４がさらに２回繰り返されている。示されているように、（示された第２の基準マーク１０３に続く）連続した回折フィーチャの異なる連続の中でも、同じセット１０４が使用されている。理解されるように、このことが必ず必要であるというわけではなく、それぞれのセットの中で、隣接する回折フィーチャの中心間の間隔が、隣接する回折フィーチャの対ごとに不規則に変動する、回折フィーチャの異なるセットが使用されることができる。さらに、連続したフィーチャの連続１００の中で同じセット１０４が３回使用されているが、異なるセットが使用されることもできる。例えば、連続した回折フィーチャの連続１００の中で回折フィーチャのセット１０４が２回使用されることができ、これらの２つの同一のセットは、回折フィーチャの異なるセットによって分離されることができる。
【００７７】
上に記載された実施形態では、符号化装置が、読取りヘッド内に回折格子を備えるが、このことが必ず必要であるというわけではない。実際、回折格子が全く必要とされないことも可能である。この場合、本発明に基づく唯一の光学要素はスケールである。このような符号化器は例えば特許文献６に記載されている。
【００７８】
さらに、上に記載された実施形態では、源からの光が、読取りヘッド内の回折格子の前にスケールと相互作用するが、理解されるように、このことが必ず必要であるというわけではない。例えば、符号化装置は、源からの光が（例えば読取りヘッド内の）回折格子と相互作用し、その後に、スケールと相互作用する（任意選択でさらに、スケールの後に、（例えば読取りヘッド内の）別の回折格子または同じ回折格子と相互作用する）ような態様で、構成されることができる。
【００７９】
上に記載された実施形態では、回折格子の全ての回折フィーチャおよび／またはスケールの全ての回折フィーチャが、隣接する回折フィーチャの中心間のそれらの間隔が、隣接する回折フィーチャの対ごとに不規則に変動するような態様で配置される。このことが常に必要であるわけではない。例えば、それらのうちの一部だけがそのように配置される必要があり、残りは、不規則でない間隔で、例えば一定の間隔を置いて配置される。
【図１】
0006563813.tif 000004
【図２ａ】
0006563813.tif 000005
【図２ｂ】
0006563813.tif 000006
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0006563813.tif 000011
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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