(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのスケールマーキングを含む測定スケールデバイスであって、
前記各スケールマーキングは、スケールデバイス情報を表す少なくとも１つの周期的ナノ構造を含み、
前記各周期的ナノ構造は、レーザ誘起周期的表面構造（ＬＩＰＳＳ）を含み、
前記少なくとも１つの周期的ナノ構造によって表される前記スケールデバイス情報は、（ａ）エラー情報、（ｂ）スケール、もしくはスケール製造者識別子、及び（ｃ）スケールマーキングの関連付けられた系列におけるエラーを表すエラーマップの少なくとも一つを含む
ことを特徴とする測定スケールデバイス。
【請求項２】
少なくとも１つのスケールマーキングを含む測定スケールデバイスであって、
前記各スケールマーキングは、スケールデバイス情報を表す少なくとも１つの周期的ナノ構造を含み、
前記各周期的ナノ構造は、レーザ誘起周期的表面構造（ＬＩＰＳＳ）を含み、
前記少なくとも１つの周期的ナノ構造によって表される前記スケールデバイス情報は、認証もしくはセキュリティデータを含む
ことを特徴とする測定スケールデバイス。
【請求項３】
少なくとも１つのスケールマーキングを含む測定スケールデバイスであって、
前記各スケールマーキングは、スケールデバイス情報を表す少なくとも１つの周期的ナノ構造を含み、
前記各周期的ナノ構造は、レーザ誘起周期的表面構造（ＬＩＰＳＳ）を含み、
前記少なくとも一つのスケールマーキングは、スケールマーキングの第１の系列を形成する複数のスケールマーキングを含み、前記測定スケールデバイスは、スケールマーキングの第２の系列をさらに含み、
前記スケールマーキングの第１の系列の少なくとも１つには、前記スケールマーキングの第２の系列の少なくとも１つが重ねられる
ことを特徴とする測定スケールデバイス。
【請求項４】
前記各周期的ナノ構造は、複数の実質的に平行なラインを含む
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の測定スケールデバイス。
【請求項５】
前記少なくとも１つの周期的ナノ構造によって表される前記スケールデバイス情報は、位置情報、または前記測定スケールデバイスに関する非位置関係のデータを含む
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の測定スケールデバイス。
【請求項６】
前記各周期的ナノ構造は、前記周期的ナノ構造の配向、深さ、および周期のうちの少なくとも１つを使用して、前記スケールデバイス情報を表す
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の測定スケールデバイス。
【請求項７】
前記少なくとも一つの周期的ナノ構造によって表された前記スケールデバイス情報は、（ａ）アブソリュート位置情報、及び（ｂ）相対位置情報の少なくとも一つを含む
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の測定スケールデバイス。
【請求項８】
前記少なくとも１つの周期的ナノ構造によって表される前記スケールデバイス情報は、（ａ）境界の標識、（ｂ）基準位置の標識、及び（ｃ）方向情報の少なくとも一つを含む
ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の測定スケールデバイス。
【請求項９】
前記スケールマーキングの第１の系列および前記スケールマーキングの第２の系列は、測定の共通軸を共有する
ことを特徴とする請求項３に記載の測定スケールデバイス。
【請求項１０】
前記スケールマーキングの第１の系列は、アブソリュートスケールマーキング、インクリメンタルスケールマーキング、または基準マークのうちの１つを含み、前記スケールマーキングの第２の系列は、アブソリュートスケールマーキング、インクリメンタルスケールマーキング、および基準マークのうちの別の１つを含む
ことを特徴とする請求項３又は９に記載の測定スケールデバイス。
【請求項１１】
前記スケールマーキングの第１の系列は、前記スケールマーキングの第２の系列と交互配置される
ことを特徴とする請求項３、９、１０のいずれか１項に記載の測定スケールデバイス。
【請求項１２】
前記スケールマーキングの第１の系列によって表されるスケールデバイス情報は、前記スケールマーキングの第２の系列によって表されるスケールデバイス情報を読み取るのと独立して読取り可能である
ことを特徴とする請求項３、９乃至１１のいずれか１項に記載の測定スケールデバイス。
【請求項１３】
前記少なくとも１つのスケールマーキングは、複数のスケールマーキングを含む
ことを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の測定スケールデバイス。
【請求項１４】
前記スケールマーキングは、実質的に同一である
ことを特徴とする請求項１３に記載の測定スケールデバイス。
【請求項１５】
前記スケールマーキングは、測定軸に沿って実質的に等しく離間されている
ことを特徴とする請求項１３又は１４に記載の測定スケールデバイス。
【請求項１６】
前記各周期的ナノ構造は、前記周期的ナノ構造の偏光特性を使用して前記スケールデバイス情報を表す
ことを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の測定スケールデバイス。
【請求項１７】
各周期的ナノ構造の偏光の優先方向を含む
ことを特徴とする請求項１６に記載の測定スケールデバイス。
【請求項１８】
前記周期的ナノ構造または周期的ナノ構造の各々について、前記スケールデバイス情報を表す前記周期的ナノ構造の特性は、選択された個数の離散値の１つを有する
ことを特徴とする請求項１乃至１７のいずれか１項に記載の測定スケールデバイス。
【請求項１９】
前記周期的ナノ構造または周期的ナノ構造の各々について、前記スケールデバイス情報を表す前記周期的ナノ構造の特性は、前記測定スケールデバイスの測定軸に沿った変位とともに変化する
ことを特徴とする請求項１乃至１８のいずれか１項に記載の測定スケールデバイス。
【請求項２０】
前記少なくとも１つのスケールマーキングは、エンコーダ用の測定スケールを形成する
ことを特徴とする請求項１乃至１９のいずれか１項に記載の測定スケールデバイス。
【請求項２１】
前記少なくとも１つのスケールマーキングは、エンコーダ用の線形スケールを形成する
ことを特徴とする請求項１乃至２０のいずれか１項に記載の測定スケールデバイス。
【請求項２２】
前記少なくとも１つのスケールマーキングは、エンコーダ用の回転スケールを形成する
ことを特徴とする請求項１乃至２１のいずれか１項に記載の測定スケールデバイス。
【請求項２３】
請求項１乃至２２のいずれか１項に記載の測定スケールデバイスを備える
ことを特徴とするエンコーダ。
【請求項２４】
表面上に少なくとも１つのスケールマーキングを形成するステップを有し、
前記スケールマーキングは、スケールデバイス情報を表す周期的ナノ構造を含み、前記各周期的ナノ構造は、レーザ誘起周期的表面構造（ＬＩＰＳＳ）を含み、
前記周期的ナノ構造によって表される前記スケールデバイス情報は、（ａ）エラー情報、（ｂ）スケール、もしくはスケール製造者識別子、及び（ｃ）スケールマーキングの関連付けられた系列におけるエラーを表すエラーマップの少なくとも一つを含む
ことを特徴とする測定スケールを形成する方法。
【請求項２５】
表面上に少なくとも１つのスケールマーキングを形成するステップを有し、
前記スケールマーキングは、スケールデバイス情報を表す周期的ナノ構造を含み、前記各周期的ナノ構造は、レーザ誘起周期的表面構造（ＬＩＰＳＳ）を含み、
前記周期的ナノ構造によって表される前記スケールデバイス情報は、認証もしくはセキュリティデータを含む
ことを特徴とする測定スケールを形成する方法。
【請求項２６】
測定スケールを形成する方法であって、
表面上に少なくとも１つのスケールマーキングを形成するステップを有し、
前記スケールマーキングは、スケールデバイス情報を表す周期的ナノ構造を含み、前記各周期的ナノ構造は、レーザ誘起周期的表面構造（ＬＩＰＳＳ）を含み、
前記少なくとも一つのスケールマーキングは、スケールマーキングの第１の系列を形成する複数のスケールマーキングを含み、前記測定スケールは、スケールマーキングの第２の系列をさらに含み、
前記スケールマーキングの第１の系列の少なくとも１つには、前記スケールマーキングの第２の系列の少なくとも１つが重ねられる
ことを特徴とする測定スケールを形成する方法。
【請求項２７】
直線偏光レーザ放射の少なくとも１つのパルスを表面の領域に照射して、少なくとも１つのスケールマーキングを形成する
ことを含むことを特徴とする請求項２４乃至２６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２８】
直線偏光レーザ放射の少なくとも１つのパルスを表面に照射して、レーザ誘起周期的表面構造（ＬＩＰＳＳ）の少なくとも１つの領域を形成することを含む
ことを特徴とする請求項２４乃至２７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２９】
請求項１乃至２２のいずれか１項に記載の測定スケールデバイスのマーキングを読み取る方法であって、前記少なくとも１つの周期的ナノ構造によって反射または透過された電磁放射を検出することと、前記検出された電磁放射から前記周期的ナノ構造の前記少なくとも１つの特性を決定することと、前記少なくとも１つの特性からスケールデバイス情報を決定することとを含む
ことを特徴とする測定スケールデバイスのマーキングを読み取る方法。
【請求項３０】
電磁放射を前記測定スケールデバイスに照射することをさらに含み、
照射された前記電磁放射は、前記周期的ナノ構造の周期より大きい波長で最大強度を有する
ことを特徴とする請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記少なくとも一つの特性を決定することは、少なくとも１つの偏光特性を決定することを含む
ことを特徴とする請求項２９又は３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記測定スケールデバイスのマーキングを読み取る方法は、前記測定スケールデバイスを撮像することと、前記少なくとも１つの周期的ナノ構造によってもたらされる回折効果を検出することとの少なくとも一方を含む
ことを特徴とする請求項２９乃至３１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３３】
請求項１乃至２２のいずれか１項に記載の測定スケールデバイスのマーキングを読み取る装置であって、電磁放射の源と、前記測定スケールデバイスの少なくとも１つの周期的ナノ構造によって反射または透過された電磁放射を検出するための検出器と、前記検出された電磁放射から周期的ナノ構造の少なくとも１つの特性を決定するための手段と、少なくとも１つの特性から前記スケールデバイス情報を決定するための手段とを備える
ことを特徴とする測定スケールデバイスのマーキングを読み取る装置。
【請求項３４】
少なくとも１つのスケールマーキングを含む測定スケールデバイスであって、前記各スケールマーキングは、スケールデバイス情報を表す少なくとも１つの周期的ナノ構造を含み、
前記少なくとも１つの周期的ナノ構造によって表される前記スケールデバイス情報は、（ａ）エラー情報、（ｂ）スケール、スケールデバイスもしくはスケール製造者識別子、及び（ｃ）スケールマーキングの関連付けられた系列におけるエラーを表すエラーマップの少なくとも一つを含む
ことを特徴とする測定スケールデバイス。
【請求項３５】
少なくとも１つのスケールマーキングを含む測定スケールデバイスであって、前記各スケールマーキングは、スケールデバイス情報を表す少なくとも１つの周期的ナノ構造を含み、
前記少なくとも１つの周期的ナノ構造によって表される前記スケールデバイス情報は、認証もしくはセキュリティデータを含む
ことを特徴とする測定スケールデバイス。
【請求項３６】
少なくとも１つのスケールマーキングを含む測定スケールデバイスであって、前記各スケールマーキングは、スケールデバイス情報を表す少なくとも１つの周期的ナノ構造を含み、
前記少なくとも一つのスケールマーキングは、スケールマーキングの第１の系列を形成する複数のスケールマーキングを含み、前記測定スケールデバイスは、スケールマーキングの第２の系列をさらに含み、
前記スケールマーキングの第１の系列の少なくとも１つには、前記スケールマーキングの第２の系列の少なくとも１つが重ねられる
ことを特徴とする測定スケールデバイス。
【請求項３７】
少なくとも１つのスケールマーキングを含む測定スケールデバイスのマーキングを読み取る方法であって、前記各スケールマーキングは、スケールデバイス情報を表す少なくとも１つの周期的ナノ構造を含み、
前記少なくとも１つの周期的ナノ構造によって反射または透過された電磁放射を検出することと、前記検出された電磁放射から前記周期的ナノ構造の前記少なくとも１つの特性を決定することと、前記少なくとも１つの特性からスケールデバイス情報を決定することとを含み、
前記少なくとも一つの特性を決定することは、少なくとも１つの偏光特性を決定することを含み、前記少なくとも１つの周期的ナノ構造によって表される前記スケールデバイス情報は、（ａ）エラー情報、（ｂ）スケール、もしくはスケール製造者識別子、及び（ｃ）スケールマーキングの関連付けられた系列におけるエラーを表すエラーマップの少なくとも一つを含む
ことを特徴とする測定スケールデバイスのマーキングを読み取る方法。
【請求項３８】
少なくとも１つのスケールマーキングを含む測定スケールデバイスのマーキングを読み取る方法であって、前記各スケールマーキングは、スケールデバイス情報を表す少なくとも１つの周期的ナノ構造を含み、
前記少なくとも１つの周期的ナノ構造によって反射または透過された電磁放射を検出することと、前記検出された電磁放射から前記周期的ナノ構造の前記少なくとも１つの特性を決定することと、前記少なくとも１つの特性からスケールデバイス情報を決定することとを含み、
前記少なくとも一つの特性を決定することは、少なくとも１つの偏光特性を決定することを含み、前記少なくとも１つの周期的ナノ構造によって表される前記スケールデバイス情報は、認証もしくはセキュリティデータを含む
ことを特徴とする測定スケールデバイスのマーキングを読み取る方法。
【請求項３９】
少なくとも１つのスケールマーキングを含む測定スケールデバイスのマーキングを読み取る方法であって、前記各スケールマーキングは、スケールデバイス情報を表す少なくとも１つの周期的ナノ構造を含み、
前記少なくとも１つの周期的ナノ構造によって反射または透過された電磁放射を検出することと、前記検出された電磁放射から前記周期的ナノ構造の前記少なくとも１つの特性を決定することと、前記少なくとも１つの特性からスケールデバイス情報を決定することとを含み、
前記少なくとも一つの特性を決定することは、少なくとも１つの偏光特性を決定することを含み、前記少なくとも一つのスケールマーキングは、スケールマーキングの第１の系列を形成する複数のスケールマーキングを含み、前記測定スケールデバイスは、スケールマーキングの第２の系列をさらに含み、
前記スケールマーキングの第１の系列の少なくとも１つには、前記スケールマーキングの第２の系列の少なくとも１つが重ねられる
ことを特徴とする測定スケールデバイスのマーキングを読み取る方法。
【請求項４０】
少なくとも１つのスケールマーキングを含む測定スケールデバイスのマーキングを読み取る方法であって、
前記各スケールマーキングは、スケールデバイス情報を表す少なくとも１つの周期的ナノ構造を含み、
前記少なくとも１つの周期的ナノ構造によって反射または透過された電磁放射を検出することと、前記検出された電磁放射から前記周期的ナノ構造の前記少なくとも１つの特性を決定することと、前記少なくとも１つの特性からスケールデバイス情報を決定することとを含み、
前記測定スケールデバイスのマーキングを読み取る方法は、前記測定スケールデバイスを撮像することと、前記少なくとも１つの周期的ナノ構造によってもたらされる回折効果を検出することとの少なくとも一方を含み、前記少なくとも１つの周期的ナノ構造によって表される前記スケールデバイス情報は、（ａ）エラー情報、（ｂ）スケール、もしくはスケール製造者識別子、及び（ｃ）スケールマーキングの関連付けられた系列におけるエラーを表すエラーマップの少なくとも一つを含む
ことを特徴とする測定スケールデバイスのマーキングを読み取る方法。
【請求項４１】
少なくとも１つのスケールマーキングを含む測定スケールデバイスのマーキングを読み取る方法であって、
前記各スケールマーキングは、スケールデバイス情報を表す少なくとも１つの周期的ナノ構造を含み、
前記少なくとも１つの周期的ナノ構造によって反射または透過された電磁放射を検出することと、前記検出された電磁放射から前記周期的ナノ構造の前記少なくとも１つの特性を決定することと、前記少なくとも１つの特性からスケールデバイス情報を決定することとを含み、
前記測定スケールデバイスのマーキングを読み取る方法は、前記測定スケールデバイスを撮像することと、前記少なくとも１つの周期的ナノ構造によってもたらされる回折効果を検出することとの少なくとも一方を含み、前記少なくとも１つの周期的ナノ構造によって表される前記スケールデバイス情報は、認証もしくはセキュリティデータを含む
ことを特徴とする測定スケールデバイスのマーキングを読み取る方法。
【請求項４２】
少なくとも１つのスケールマーキングを含む測定スケールデバイスのマーキングを読み取る方法であって、
前記各スケールマーキングは、スケールデバイス情報を表す少なくとも１つの周期的ナノ構造を含み、
前記少なくとも１つの周期的ナノ構造によって反射または透過された電磁放射を検出することと、前記検出された電磁放射から前記周期的ナノ構造の前記少なくとも１つの特性を決定することと、前記少なくとも１つの特性からスケールデバイス情報を決定することとを含み、
前記測定スケールデバイスのマーキングを読み取る方法は、前記測定スケールデバイスを撮像することと、前記少なくとも１つの周期的ナノ構造によってもたらされる回折効果を検出することとの少なくとも一方を含み、前記少なくとも一つのスケールマーキングは、スケールマーキングの第１の系列を形成する複数のスケールマーキングを含み、前記測定スケールデバイスは、スケールマーキングの第２の系列をさらに含み、
前記スケールマーキングの第１の系列の少なくとも１つには、前記スケールマーキングの第２の系列の少なくとも１つが重ねられる
ことを特徴とする測定スケールデバイスのマーキングを読み取る方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定スケール、測定スケールを形成する方法、および測定スケールを使用して測定を行う方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
２つの物体の相対位置を決定するために測定スケールを使用することが知られている。１つの物体上に取り付けられた読取りヘッドが、他の物体上に取り付けられた測定スケールから情報を読み取る。光学的読取り測定スケールの場合、読取りヘッドは、光を反射または透過する測定スケール上に光を投射する。反射または透過された光は、次いで、読取りヘッドによって検出され、読取りヘッドは、検出された光を使用して、測定の１または複数の軸に沿ってスケールと読取りヘッドの相対位置を決定することができる。
【０００３】
読取りヘッドと組み合わされたときに光学的に読み取られることが可能な測定スケールは、光学エンコーダと呼ばれることがある。２つの基本的タイプのエンコーダ、すなわち、インクリメンタルエンコーダ（incremental encoder）およびアブソリュートエンコーダ（absolute encoder）がある。
【０００４】
インクリメンタルエンコーダの場合、測定スケールは通常、測定の軸に沿ってまたはそのまわりに一定間隔で配置された同一のマーキングの系列を含む。読取りヘッドは、スケール上に光を投射し、結果の透過または反射された光を検出するために使用される。位置を決定するために結果の検出信号を処理する様々な方法がある。たとえば、読取りヘッドがスケールに沿って移動するに伴って、反射または透過された光の変化から位相情報が決定され得る。読取りヘッドが測定の方向に沿って移動されるとき、それは、相対変位を計算するために循環的に変化する位相情報を使用する。加えて、位相情報は、周期的に反復するスケール位置の間を補間して、スケール周期の数分の一の誤差で精密な読取りを達成するために使用され得る。
【０００５】
アブソリュート位置を決定するための追加的機構がない場合、インクリメンタルエンコーダは相対変位のみを決定するために使用され得る。したがって、インクリメンタルエンコーダの測定スケールは、（基準位置を示す）１または複数の基準マークの形態でスケールマーキングをさらに有してもよく、また、境界マーク（limit mark）（測定スケールの両端を示すマーク）も含まれてよい。
【０００６】
アブソリュートエンコーダの場合、測定スケールは、一意のコードの系列、たとえば、各々のコードワードがスケールに沿って特定の位置に関連付けられているコードワードを形成するマーキングを有する。少なくとも１つの完全なコードワードを読み取ることができるように読取りヘッドを構成することが知られている。読取りヘッドは、一意のコードワードに基づいて、スケール上のアブソリュート位置を決定するためにルックアップテーブルまたはアルゴリズムを使用することができ、システムは、基準点に最初に移動する必要なしに、始動の際にその位置を一意に識別することができる。
【０００７】
インクリメンタルエンコーダは、比較的単純である場合が多く、エンコーダフィードバックシステムの中核を形成する。しかしながら、アブソリュートエンコーダは、現在位置がスケールの長さ方向に沿うことができれば、スケールの現在位置を一位に識別することができる。アブソリュートエンコーダは、移動の必要性なしに電源オン（power-on）の際に位置を識別し、周期的信号の正確なカウントを維持する必要性を緩和することができる。アブソリュートエンコーダは、電源投入（power up）の際に参照が容易でない、安全でない、または可能ですらない状況において重要であり得る。また、電源の影響または喪失による過度な加速などの故障状態の後に、アブソリュートエンコーダは、スケールと読取りヘッドの間の相対的移動を必要とせずに、位置を一意に識別する。スケールは、位置を一意に識別するのに十分な情報を読取りヘッドに提示しなければならず、これは、同時に読み取られたときに一意のワードを形成する平行データライン、または直列データストリームの十分に長い部分、または飛行時間測定法のような物理的にアブソリュートな方法を用いて行われ得る。しかしながら、並んで配置されるいくつかの直列ストリームとして提示される平行データは、幅広であるという欠点があり、したがって、ヨーアライメント（yaw alignment）許容差に敏感である。飛行時間技法は、光路の特性がよく知られていることを要求するので、経路が真空にされない限り、温度および湿度の変動ならびに乱流が測定に影響することになる。
【０００８】
通常、アブソリュートエンコーダは、有用な長さのスケールに沿って位置を一意に識別するのに必要とされる過剰に長いコードワードのため、インクリメンタルエンコーダを伴って、できる限り高い分解能を有することがなく、したがって、コードワードによって決定される位置の間を補間可能にするために、インクリメンタルマーキングをアブソリュートエンコーダに追加することが望ましい可能性がある。たとえば、インクリメンタルスケールマーキングが、平行トラック上でアブソリュートスケールマーキングに提供され得る。しかしながら、そのような平行トラックの使用は、システムを読取りヘッドおよびスケールのアライメントに対して敏感にする。読取りヘッドのヨーイングは、アブソリュート位置とインクリメンタル位置を組み合わせたときにエラーをもたらす可能性がある。
【０００９】
アブソリュートスケールマーキングとインクリメンタルスケールマーキングの両方が単一のトラック上に形成される代替的手法は、特許文献１において本出願人の名義で説明されており、その内容は本明細書で参照により組み込まれる。トラックは、互いに平行に配置され、かつ測定方向でストリップ間に固定された間隔を有する複数の反射ストリップおよび無反射ストリップからなる振幅スケールを含む。線状のバーコードと同様の様式でデータを表すために、ストリップは反復パターンから省略される。スケール上のデータはワードに分割され、読取りヘッドは、スケールに沿った読取りヘッド位置に関係なく少なくとも１つの完全なワードを含むために十分なスケールを撮像する。位置は、読取りヘッドによって読み取られるワードから一意に識別され得る。データワードは、アブソリュートスケールを表し、反射ストリップおよび無反射ストリップの反復パターンは、インクリメンタルスケールを表す。この手法では、アブソリュートスケールは、インクリメンタルスケールの要素を除去することによって形成される。
【００１０】
表面との超高速レーザパルス相互作用は、レーザ誘起周期的表面構造（Laser Induced Periodic Surface Structure：ＬＩＰＳＳ）またはナノリップル（nanoripple）構造と一般に称される周期的表面構造の形成をもたらすことができることが知られている。非特許文献１には、ルビーレーザからの光によって損傷を受けた種々の半導体の表面上に出現する「平行直線の規則的システム（regular system of parallel straight lines）」の効果が開示されている。それ以降、これらの構造は、連続波からピコ秒のレーザのいずれかを使用して生成されているが、最も一般的にはフェムト秒レーザを使用する。
【００１１】
非特許文献２および非特許文献３において、２つのグループのＬＩＰＳＳ、低空間周波数ＬＩＰＳＳ（ＬＳＦＬ）および高空間周波数ＬＩＰＳＳ（ＨＳＦＬ）が識別されていることが論じられている。
【００１２】
たとえば、非特許文献２には、物体またはドキュメントの識別、追跡可能性、または認証のために、ＬＩＰＳＳ構造を使用してデータを表すことが提案されている。この文献では、データはＬＩＰＳＳ構造の配向によって表され、配向は、構造を形成するために使用されるレーザ放射の偏光を制御することによって制御される。構造に光を照射し、構造から受け取られた結果の光の色を決定することによって、データが読み取られ、ＬＩＰＳＳ構造から受け取られた光の色は、回折効果によるＬＩＰＳＳ構造の配向に依存する。カメラのような画像取込みデバイスが、ＬＩＰＳＳ構造によりマーキングされた表面の画像を取り込むために使用されることができ、データが処理されて、現在の色、および色によって表されるデータ値を決定することができる。
【００１３】
非特許文献４、非特許文献５、および非特許文献６において、ＬＩＰＳＳ構造で表面をマーキングすることによる表面の色の制御はやはり説明されている。
【００１４】
次いで、特許文献３には包装フィルム上に浮き出され得る、物体の表面上たとえば印刷ローラ上の数字、ロゴ、絵柄などを実現するためのナノリップル構造の使用が説明されている。この文献はまた、表面の物理的特性を変更する、たとえば、その接着特性または油保持特性を改善するためのナノリップル構造の使用に言及している。
【００１５】
特許文献４には、室温またはその付近でのレーザ化学蒸着を使用して周期的サブ波長ナノ構造を作製するためのシステムおよび方法が説明されている。
【００１６】
特許文献５には、透明または半透明誘電体内部の長範囲周期的ナノ構造を作る方法が説明されている。
【００１７】
特許文献６には、基板、および基板にインプリントされた複数の光学的に検出可能なマークを有する光記憶媒体であって、マークがサブ波長幅を有する、光記憶媒体が説明されている。偏光光源がマークを読み取るために使用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】英国特許第２３９５００５号明細書
【特許文献２】国際公開第２００９／０９０３２４号パンフレット
【特許文献３】国際公開第２００７／０１２２１５号パンフレット
【特許文献４】米国特許出願公開第２００９／２１４８８５号明細書
【特許文献５】米国特許出願公開第２００６／２１９６７６号明細書
【特許文献６】米国特許出願公開第２００６／０２８９６２号明細書
【特許文献７】国際公開第２０１２／０３８７０７号パンフレット
【特許文献８】欧州特許第０２０７１２１号明細書
【非特許文献】
【００１９】
【非特許文献１】“Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｓｕｒｆａｃｅ  ｄａｍａｇｅ  ｐｒｏｄｕｃｅｄ  ｂｙ  ｒｕｂｙ  ｌａｓｅｒｓ”，  Ｂｉｒｎｂａｕｍ，  Ｍｉｌｔｏｎ，  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ，  １９６５，  Ｖｏｌｓ．  ３６，  ３６８８
【非特許文献２】Ａ．  Ｂｏｒｏｗｉｅｃ，  Ｈ．Ｋ．  Ｈａｕｇｅｎ，  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，  ２００３，  Ｖｏｌ．  ８２，  Ｎｏ．  ２５，  ｐｐ．  ４４６２−４４６４
【非特許文献３】Ｖ．Ｓ．  Ｍｉｔｋｏ，  Ｇ．Ｒ．Ｂ．Ｅ．  Ｒｏｍｅｒ，  Ａ．Ｊ．  Ｈｕｉｓ  ｉｎ  ‘ｔ  Ｖｅｌｄ，  Ｊ．Ｓ．Ｐ  Ｓｋｏｌｓｋｉ，  Ｊ．Ｖ．  Ｏｂｏｎａ，  Ｖ．  Ｏｃｅｌｉｋ，  Ｊ．Ｔ．Ｍ．  Ｄｅ  Ｈｏｓｓｏｎ，  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｐｒｏｃｅｄｉａ，  ２０１１  ，  Ｖｏｌ．  １２，  ｐｐ．  ９９−１０４
【非特許文献４】Ａｈｓａｎ  ｅｔ  ａｌ，  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｓｃｉｅｎｃｅ，  ２５７  （２０１１），  ７７７１−７７７７，  ２０１１
【非特許文献５】Ｄｕｓｓｅｒ  ｅｔ  ａｌ，  Ｌａｓｅｒ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ  ｉｎ  Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  ａｎｄ  Ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  ＶＩＩ，  Ｐｒｏｃ．  ｏｆ  ＳＰＩＥ，  Ｖｏｌ．  ７２０１，  ２００９
【非特許文献６】Ｄｕｓｓｅｒ  ｅｔ  ａｌ，  Ｏｐｔｉｃｓ  Ｅｘｐｒｅｓｓ  ２９１３，  Ｖｏｌ．  １８，  Ｎｏ．  ３，  １  Ｆｅｂｒｕａｒｙ  ２０１０
【非特許文献７】“Ｓｐｅｃｔｒａｌ  ａｎｄ  ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  ｒｅｓｐｏｎｓｅｓ  ｏｆ  ｆｅｍｔｏｓｅｃｏｎｄ  ｌａｓｅｒ−ｉｎｄｕｃｅｄ  ｐｅｒｉｏｄ  ｓｕｒｆａｃｅ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ  ｏｎ  ｍｅｔａｌｓ”，  Ａ．Ｙ．  Ｖｏｒｏｂｙｅｖ，  Ｃｈｕｎｌｅｉ  Ｇｕｏ，  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ，  ２００８，  Ｖｏｌ  １０３，  ０４３５１３
【発明の概要】
【００２０】
本発明の第１の態様では、少なくとも１つのスケールマーキングを含む測定スケールデバイスであって、そのまたは各スケールマーキングは、スケールデバイス情報を表す少なくとも１つの周期的ナノ構造を含む、測定スケールデバイスが提供される。
【００２１】
スケールデバイス情報を表すための周期的ナノ構造の使用は、測定スケールデバイス上のスケールデバイス情報の知られている表現に対する特に有用な代替形態を提供することができる。
【００２２】
たとえば、周期的ナノ構造を使用してスケールデバイス情報を表すことによって、スケールマーキングが、他のタイプの他のスケールマーキングと同じスケールの領域で形成されることができるとともに、異なるスケールマーキングの近接にかかわらず、異なるスケールマーキングの実質的に独立した読取りを可能にすることが分かっている。周期的ナノ構造を含むマーキング、および他のタイプのスケールマーキングを独立して読み取る能力は、たとえば、異なるスケールマーキングが、ヨー効果を回避するように十分に接近してアライメントされることを可能にすることができる。
【００２３】
そのまたは各周期的ナノ構造は、周期的ナノ構造の配向、深さ、および周期のうちの少なくとも１つを使用して、スケールデバイス情報を表すことができる。
【００２４】
各周期的ナノ構造は、スケールの領域を含むことができ、それは領域に照射される電磁放射に対する偏光効果をもたらす。
【００２５】
そのまたは各周期的ナノ構造は、レーザ誘起周期的表面構造（ＬＩＰＳＳ）を含むことができる。
【００２６】
ＬＩＰＳＳ構造は、それらが、予め存在するスケールデバイスもしくはスケール上または新しく生成されたスケールデバイスもしくはスケール上で比較的単純かつロバストな様式で形成され得るので、スケールマーキングとして特に有用となり得ることが分かっている。さらに、ＬＩＰＳＳ構造のスケールは、他のタイプの構造、たとえば、知られた位相スケールの段階的もしくは起伏ある構造、または振幅スケールの交互のより多くおよび少なく反射するストリップで形成されるスケールマーキングの読取りと大きく干渉しないようなものであり得る。
【００２７】
そのまたは各周期的ナノ構造は、複数の実質的に平行なラインを含むことができる。
【００２８】
複数の実質的に平行なラインは、ラインの伸びに対して直角な方向において、１ｍ未満、任意選択により１０ｎｍから１μｍの間隔で規則的に離間され得る。任意選択により、間隔は、２００ｎｍから８００ｎｍの範囲にあってよく、さらに任意選択により４００ｎｍから６５０ｎｍの範囲にあってよい。ナノ構造の周期は、直接可視化または回折技法以外の用途でそれを読み取るために使用される光の波長より小さくされ得る。
【００２９】
少なくとも１つの周期的ナノ構造によって表されるスケールデバイス情報は、位置情報、またはスケールまたはスケールデバイスに関する非位置関係のデータを含むことができる。
【００３０】
スケールデバイス情報は、スケールまたはスケールデバイスの機能に関係する任意の情報を含むことができる。それは、位置情報であってよく、または、それは、位置を導き出すプロセスで、もしくはスケールの動作で使用され得る情報であってよい（たとえば、境界マークはスケールの端部を示すことができる）。
【００３１】
少なくとも１つの周期的ナノ構造によって表されるスケールデバイス情報は、アブソリュート位置情報；相対位置情報；境界の標識；基準位置の標識；方向情報；エラー情報；スケール、スケールデバイスもしくはスケール製造者識別子；認証もしくはセキュリティデータ、のうちの少なくとも１つを含むことができる。スケールマーキングは、距離コード化マークを含んでよい。
【００３２】
少なくとも１つの周期的ナノ構造によって表されるスケールデバイス情報は、スケールマーキングの関連付けられた系列におけるエラーを表すエラーマップを含むことができる。
【００３３】
少なくとも１つのスケールマーキングは、スケールマーキングの系列の部分を形成するスケールマーキングを含んでよい。系列の他のスケールマーキングは、少なくとも１つのナノ構造を含んでも含まなくてもよい。
【００３４】
少なくとも１つのスケールマーキングは、スケールマーキングの第１の系列を形成する複数のスケールマーキングを含んでよく、測定スケールは、スケールマーキングの第２の系列をさらに含んでよい。
【００３５】
スケールマーキングの第１の系列およびスケールマーキングの第２の系列は、測定の共通軸を共有することができる。測定の共通軸を共有するスケールマーキングの第１の系列および第２の系列、たとえば、アブソリュートスケールマーキングの系列およびインクリメンタルスケールマーキングの系列を提供することにより、ヨーによる脱位相（de-phasing）が防止され得る。
【００３６】
スケールマーキングの第１の系列は、アブソリュートスケールマーキング、インクリメンタルスケールマーキング、または基準マークのうちの１つを含むことができ、スケールマーキングの第２の系列は、アブソリュートスケールマーキング、インクリメンタルスケールマーキング、および基準マークのうちの別の１つを含むことができる。
【００３７】
スケールマーキングの第１の系列は、アブソリュートスケールまたはインクリメンタルスケールのうちの一方を形成することができ、スケールマーキングの第２の系列は、アブソリュートスケールまたはインクリメンタルスケールのうちの他方を形成することができる。
【００３８】
スケールマーキングの第１の系列の少なくとも１つには、スケールマーキングの第２の系列の少なくとも１つが重ねられ得る。スケールマーキングの第１の系列は、スケールマーキングの第２の系列と交互配置され得る。
【００３９】
スケールマーキングの第１の系列によって表されるスケールデバイス情報は、スケールマーキングの第２の系列によって表されるスケールデバイス情報を読み取るのと独立して読取り可能であり得る。
【００４０】
スケールデバイス情報は、光学パラメータ、磁気パラメータ、容量パラメータ（capacitive parameter）のうちの少なくとも１つによって、スケールマーキングの第２の系列において表現され得る。
【００４１】
そのまたは各スケールマーキングは、複数の周期的ナノ構造を含むことができる。スケールデバイス情報は、組み合わされた複数の周期的ナノ構造の各々の特性を使用して表され得る。スケールマーキングの周期的ナノ構造の少なくとも１つは、そのスケールマーキングの周期的ナノ構造の別の１つの特性の値と異なる特性の値を有することができる。
【００４２】
各周期的ナノ構造は、データビットを表すことができる。データビットは、２進数字を含んでよい。
【００４３】
そのまたは各スケールマーキングは、スケールデバイス情報を表すコードを表すことができる。少なくとも１つのスケールマーキングは、複数のスケールマーキングを含んでよく、各スケールマーキングは、コードを表し、各コードは、それぞれの異なる位置を表す。
【００４４】
少なくとも１つのスケールマーキングは、複数のスケールマーキングを含んでよく、スケールマーキングは、実質的に同一であってよく、および／または測定軸に沿って実質的に等しく離間されてよい。
【００４５】
スケールデバイス情報を表す各周期的ナノ構造の特性は、偏光の優先方向を含むことができる。各周期的ナノ構造は、それが偏光の第２の方向で電磁放射を反射または透過するよりも強く偏光の第１の方向で電磁放射を反射または透過することができ、それにより、偏光の優先方向を確立する。電磁放射は、可視または近紫外範囲の光であってよい。
【００４６】
周期的ナノ構造または周期的ナノ構造の各々について、スケールデバイス情報を表す周期的ナノ構造の特性は、選択された個数の離散値の１つを有することができる。任意の適切な個数の離散値が使用され得る。たとえば、選択された個数の離散値は、２、３、４、５、６、７、または８のうちの１つであってよい。選択された個数の離散値の各々は、それぞれのデータ値、たとえば、それぞれのデータビットを表すことができる。スケールデバイス情報は、データ値によって表され得る。
【００４７】
周期的ナノ構造または周期的ナノ構造の各々について、スケールデバイス情報を表す周期的ナノ構造の特性は、スケールの測定軸に沿った変位とともに変化することができる。
【００４８】
少なくとも１つの周期的ナノ構造は、複数の周期的ナノ構造を含んでよく、周期的ナノ構造は、実質的に連接してよく、および／または重なり合ってもよい。
【００４９】
スケールの測定軸に沿った各周期的ナノ構造の横方向の伸びは、５μｍから２０００μｍの範囲、任意選択で５μｍから５００μｍの範囲、さらに任意選択で１０μｍから２００μｍの範囲であってよい。
【００５０】
測定スケールおよび／または測定スケールデバイスは、金属、任意選択でステンレス鋼、金、クロム、ニッケルまたは銀、半導体材料、任意選択でＳｉ、ＩｎＰ、ＧａＰまたはＧａＡｓ、任意選択でＳｉ、Ｇｅ、ＩｎＰ、ＧａＡｓなどの基板に基づく半導体材料または材料系、ガラス、任意選択で石英ガラス、のうちの少なくとも１つで形成されてよい。
【００５１】
測定スケールデバイスは、測定の第１の軸上のスケールマーキングの第１の系列、および測定の第２の軸上のスケールマーキングの第２の系列を含むことができる。第１の軸と第２の軸は平行でなくてよい。第１の軸と第２の軸は実質的に直角であってよい。スケールデバイスは、２次元スケールを含むことができる。
【００５２】
測定スケールデバイスは、エンコーダ用の測定スケールを形成することができる。
【００５３】
エンコーダ用の測定スケールは、少なくとも１つのスケールマーキングによって形成され得る。
【００５４】
エンコーダ用の線形スケールが、少なくとも１つのスケールマーキングによって形成されてよい。
【００５５】
エンコーダ用の回転スケールが、少なくとも１つのスケールマーキングによって形成されてよい。
【００５６】
本発明のさらなる態様では、本発明の第１の態様による測定スケールデバイスを備えるエンコーダが提供される。
【００５７】
独立して提供され得る本発明のさらなる態様では、測定スケールを形成する方法であって、表面上に少なくとも１つのスケールマーキングを形成することを含み、スケールマーキングは、スケールデバイス情報を表す周期的ナノ構造を含む、方法が提供される。
【００５８】
方法は、直線偏光レーザ放射の少なくとも１つのパルスを表面の領域に照射して、少なくとも１つのスケールマーキングを形成することを含むことができる。
【００５９】
方法は、レーザ放射の少なくとも１つのパルスを表面に照射して、レーザ誘起周期的表面構造（ＬＩＰＳＳ）の少なくとも１つの領域を形成することを含むことができる。
【００６０】
方法は、複数のスケールマーキングを形成して、スケールマーキングの第１の系列を形成すること、およびスケールマーキングの第２の系列を形成することを含むことができる。
【００６１】
方法は、スケールマーキングの第１の系列およびスケールマーキングの第２の系列を、スケールの共通測定軸上に形成することを含むことができる。
【００６２】
方法は、スケールマーキングの第１の系列の少なくとも１つに、スケールマーキングの第２の系列の少なくとも１つを重ねることを含むことができる。方法は、スケールマーキングの第１の系列をスケールマーキングの第２の系列と交互配置することを含むことができる。
【００６３】
スケールマーキングの第２の系列は、表面に沿ってピークおよび谷の系列、たとえば、段差の系列を含むことができる。方法は、各周期的ナノ構造を形成して、それぞれのデータビットを表すことを含むことができる。
【００６４】
方法は、各スケールマーキングを形成してコードを表すことを含むことができる。
【００６５】
方法は、各周期的ナノ構造を形成して、複数の離散値の選択された１つを有することを含むことができる。
【００６６】
方法は、各周期的ナノ構造を形成して、その周期的ナノ構造についてのスケールデバイス情報を表す特性がスケールの測定軸に沿った変位とともに変化するようにすることを含むことができる。
【００６７】
独立して提供され得る本発明のさらなる態様では、測定スケールを読み取る方法であって、少なくとも１つの周期的ナノ構造によって反射または透過された電磁放射を検出することと、検出された電磁放射から周期的ナノ構造の少なくとも１つの特性を決定することと、少なくとも１つの偏光特性からスケールデバイス情報を決定することとを含む方法が提供される。
【００６８】
方法は、電磁放射をスケールに照射することをさらに含むことができ、照射された電磁放射は、周期的ナノ構造の周期より大きい波長で最大強度を有する。
【００６９】
照射された電磁放射は、周期的ナノ構造の周期の少なくとも２倍、任意選択で周期的ナノ構造の周期の２倍と５倍の間の波長で最大強度を有することができる。
【００７０】
少なくとも特性の決定することは、少なくとも１つの偏光特性を決定することを含むことができる。
【００７１】
読み取る方法は、測定スケールを撮像することと、少なくとも１つの周期的ナノ構造によってもたらされる回折効果を検出することとの少なくとも一方を含むことができる。
【００７２】
独立して提供され得る本発明のさらなる態様では、電磁放射の源と、スケールの少なくとも１つの周期的ナノ構造によって反射または透過された電磁放射を検出するための検出器と、検出された電磁放射から周期的ナノ構造の少なくとも１つの特性を決定するための手段と、少なくとも１つの特性からスケールデバイス情報を決定するための手段とを備える装置が提供される。
【００７３】
また、添付の図面を参照して本明細書で説明されるような測定スケールおよび方法も実質的に提供される。
【００７４】
本発明の一態様における任意の特徴は、任意の適切な組み合わせで本発明の他の態様に適用され得る。たとえば、装置の特徴が方法の特徴として適用されてよく、逆も同様である。
【００７５】
次に、本発明の実施形態が非限定的例によって説明され、以下の図に示される。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】第１の実施形態の測定スケールデバイスの図である。
【図２】図１のデバイスのスケールの拡大された部分の図である。
【図３】測定スケールを読み取るための装置の概略図である。
【図４】図３の装置のさらなる概略図である。
【図５】図３の装置のさらなる概略図である。
【図６】図１および図２の測定スケールの読取りを概略的に示すフローチャートである。
【図７】測定スケールを形成するためのシステムの図である。
【図８】２進スケールマーキングの系列を含む測定スケールの図である。
【図９】スケールマーキングの系列を含むスケール、および基準マークのペアを含むスケールの図である。
【図１０】スケールマーキングの系列、および境界マークのペアの図である。
【図１１】ベース４にデータをエンコードするスケールマーキングの系列を含む測定スケールの図である。
【図１２】ナノ構造のラインの配向が位置とともに変化する周期的ナノ構造を含むマーキングの図である。
【発明を実施するための形態】
【００７７】
図１は、複数のスケールマーキングを含むスケール４を備える、測定スケールデバイス２の第１の実施形態を示す。アブソリュートスケールマーキング６の系列は、測定の共通軸１０に沿ってインクリメンタルスケールマーキング８の系列上に重ねられる。アブソリュートスケールマーキング６とインクリメンタルスケールマーキング８は、独立して読取り可能である。明瞭にするために、アブソリュートスケールマーキング６のみが図１に示されている。
【００７８】
図２は、図１のスケール４の拡大された部分の図であり、アブソリュートスケールマーキング６とインクリメンタルスケールマーキング８の両方を示す。
【００７９】
図１および図２の実施形態では、インクリメンタルスケールマーキング８の系列は、たとえば、参照により本明細書で組み込まれる本出願人の名義の特許文献７で説明されるように、スケールデバイスの表面のレーザ加熱によって形成される（反射の）稼働光の波長の約４分の１または（透過の）稼働光の波長の約半分の振幅のピークおよび谷の実質的に正弦波のプロファイルで構成される。デバイス２は、３０４ステンレス鋼から作製され、ピークおよび谷が３０４ステンレス鋼の表面上に形成される。ピークおよび谷は図２に示されているが、ピーク−谷の高さ（peak-to-trough height）は図面上で見ることができるように誇張されている。この実施形態では、ピーク−谷の高さは２００ｎｍであり、隣接ピーク間の間隔は８μｍである。インクリメンタルスケールマーキングの各々は、周期的表面の完全なサイクルを含むものとされ得る。
【００８０】
アブソリュートスケールマーキング６の系列は、インクリメンタルスケールマーキング８の系列上に書き込まれる。この場合、アブソリュートスケールマーキング６の各々が、複数の周期的ナノ構造、この場合、レーザ誘起周期的表面構造（ＬＩＰＳＳ）を含み、これらは、ラインの伸びに直角の方向の周期的間隔を有し、スケール４を読み取るために使用される光の波長より任意選択で短い周期を有する複数の実質的に平行のラインを含む。ＬＩＰＳＳナノ構造の形成は以下により詳細に説明される。
【００８１】
図１および図２では、ＬＩＰＳＳの各領域は、陰付けされたエリアとして描かれ、影付けの方向は、実質的に平行のラインの配向を示す。ＬＩＰＳＳの各領域は、別個の偏光フィーチャを提供する別個の周期的ナノ構造であるとされ得る。図１および図２の実施形態では、ＬＩＰＳＳの領域は、測定の軸に対して−４５度または＋４５度のいずれかで配置される実質的に平行のラインを含む。この実施形態では、ＬＩＰＳＳの領域は連接する。あるいは、それらは、重なり合ってもよくまたは空間的に分離されてもよい。
【００８２】
ＬＩＰＳＳの各領域は、２進数字を表すために使用される。ＬＩＰＳＳ領域のラインの各配向（たとえば、＋４５度および−４５度）は、２進状態の１つを表す。複数のＬＩＰＳＳ領域は、各アブソリュートスケールマーキングを形成するように配置される。各アブソリュートスケールマーキングは、測定の軸に沿って一意の位置をマーキングするために使用される離散２進コードワードである。
【００８３】
たとえば、図２では、ｎ−１、ｎ、ｎ＋１、およびｎ＋２としてラベル付けされた４つの周期的ナノ構造が全体または部分的に示されている。各周期的ナノ構造はビットを表し、この場合、それらのビットは０、１、０、および１の値を有することが分かる。それら４つのビットは、偏光フィーチャが配置されるスケールの部分を識別する単一コードワードの部分を構成する。
【００８４】
ＬＩＰＳＳなどの周期的ナノ構造は、マイクロ構造に照射される偏光された光の反射または吸収に弁別的に影響する、または構造に照射される非偏光の光の反射または透過から生じる光の偏光を引き起こす。
【００８５】
非特許文献７において提示された実験結果は、表面構造のラインに平行または直角にアライメントされた偏光された光が、どのように異なる反射率となるかを示す。８００ｎｍ（光学エンコーダでしばしば使用される波長）でその図から数を挙げると、偏光されていない光は、処理されていない表面から９５％の反射率となることを示す。これは、ＬＩＰＳＳの出現後は７７％に低減される。表面構造のラインに平行にアライメントされた偏光された光の反射率は７１％であり、これに対し、表面構造のラインに直角にアライメントされた光に関しては８７％である。
【００８６】
表面ナノ構造の異なる配向を有する領域の光反射率の差は、適切な検出器を使用して検出され得る。図１および図２の実施形態のアブソリュートスケールマーキングを読み取るために、＋４５度偏光フィーチャと−４５度偏光フィーチャを区別する必要がある。これらのフィーチャは、それらが光の異なる偏光を異なるように反射することによって区別され得るが、これは強い効果でないことがある。したがって、差動ペアの検出器が使用されることがあり、両方の偏光からの信号が、信号の共通モード成分を除去するために組み合わされ得る。
【００８７】
図１および図２の実施形態の測定スケールを読み取るための装置の概略図が図３に示されている。図３は、測定スケールデバイス２、および光源２２を備える読取りヘッド２０を示す。
【００８８】
読取りヘッドはまた、マルチチャネルインクリメンタル検出器２１ａと光源２１ｂとを備える位相スケール検出ユニットを含み、これは、従来の技法を使用してインクリメンタルスケールマーキングを読み取るように動作可能である。位相スケール検出ユニットは、読取りヘッド２０によってアブソリュートスケールを読み取るのと独立して、インクリメンタルスケールを読み取ることができる。
【００８９】
図４は、読取りヘッド２０をより詳細に示す概略図である。読取りヘッドは、４つのＬＥＤの形態の光源２２、および２つの平行アレイの偏光検出器２４ａ、２４ｂを備える。検出器は、直交偏光を検出するための差動ペアとして配置される。図４では、第１の平行アレイの偏光検出器２４ａは、Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５、Ａ６、Ａ７、Ａ８、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４、Ｂ５、Ｂ６、Ｂ７、Ｂ８としてラベル付けされた１６個の検出器を備える。第２の平行アレイの偏光検出器２４ｂは、ａ１、ａ２、ａ３、ａ４、ａ５、ａ６、ａ７、ａ８、ｂ１、ｂ２、ｂ３、ｂ４、ｂ５、ｂ６、ｂ７、ｂ８としてラベル付けされたさらなる１６個の検出器を備える。
【００９０】
偏光感知可能な光検出器が、差動ペアとして配置されることができ、ペアの各一方がその相手に対する光の直交偏光に対して敏感である。この方法によって、共通モード信号の除去により偏光測定の小さい差を確実に測定することが可能である。ペアは、偏光の場またはストリームの検出のためにアレイに配置されてもよい。
【００９１】
図４の実施形態では、検出器アレイ２４ａの各検出器は、検出器アレイ２４ｂの対応する検出器とペアにされて検出器ペアを形成する。図４の実施形態では、検出器Ａ１とａ１、Ａ２とａ２、Ｂ１とｂ１、Ｂ１とｂ２などが検出器ペアを形成する。
【００９２】
検出器の各ペアの各検出器（たとえば検出器Ａ１およびａ１）は、検出器上に置かれた偏向されたフィルム２６ａ、２６ｂによって、偏光された光に敏感にされる。ペアの第１の検出器（たとえばＡ１）は、第１の偏光方向（この場合、測定軸に対して＋４５度）に敏感にされ、ペアの第２の検出器（たとえばａ１）は、第２の直交偏光方向（この場合、測定軸に対して−４５度）に敏感にされる。
【００９３】
図５は、デバイス２に隣接した読取り位置の読取りヘッドを側面から示す、さらなる簡略化された概略図である。読取りヘッドは、各検出器ペアのためのＩ−Ｖ変換器２８ａ、２８ｂのペアを含む。各Ｉ−Ｖ変換器２８ａ、２８ｂは、検出器ペアの検出器の対応する１つの出力に接続される。各Ｉ−Ｖ変換器２８ａ、２８ｂの出力は差動増幅器３０に接続され、差動増幅器３０はプロセッサ３２に接続される。
【００９４】
次に、図１および図２の測定スケールの読取りが、図６に示されるフローチャートを参照して説明される。
【００９５】
プロセッサ５０の第１の段で、光源２２からの光がスケールへ照射され、スケールから反射される。この場合、スケールは、複数の周期的ナノ構造から光が反射されるように位置付けられ、各周期的ナノ構造は、データを表す偏光フィーチャを有し、周期的ナノ構造のそれぞれ１つからの光は、検出器ペアの対応する１つの検出器によって受け取られるようにされる。
【００９６】
次の段５２で、反射された光は、２つの検出器アレイ２４ａ、２４ｂの検出器によって検出される。アレイの一方２４ａの検出器は、測定の軸に対して＋４５度で偏光された光を選択的に検出し、検出器アレイの他方２４ｂの検出器は、−４５度で偏光された光を選択的に検出する。
【００９７】
段５４で、各検出器からの結果の信号は、それぞれのＩ−Ｖ変換器２８ａ、２８ｂによって電圧に変換される。次いで、各検出器ペアに関する２つの変換された信号は、そのペアに対する差動増幅器３０に入力され、差動増幅器３０は、検出器信号の（ＤＣ成分を含む）共通モード成分が除去されている差信号を出力する。結果の信号は、プロセッサ３２によって受け取られ、プロセッサ３２は、信号を処理して、その検出器ペアが反射された信号を受け取った偏光フィーチャが測定の軸に対して＋４５度または−４５度で配向されたラインを有したかどうか、したがって、それが２進コードで０または１を表したかどうかを決定する。
【００９８】
検出器アレイ２４ａ、２４ｂは、１６個の検出器ペアを含み、各々が、それぞれの周期的ナノ構造から反射された光を検出し、プロセッサ３２は、読取りヘッド２０の所与の位置について、スケールの最大１６個の周期的ナノ構造に関して、配向および結果として関連付けられた２進コード値を決定することができる。
【００９９】
図３から図５の実施形態では、測定スケールに対する読取りヘッド２０の位置に関わらず、それが、少なくとも１つの完全なコードワードを構成するために読取りヘッドの所与の位置において十分な偏光フィーチャを常に読み取ることができるように、読取りヘッド２０のサイズおよび検出器の個数が選ばれる。
【０１００】
段５６で、プロセッサは、偏光フィーチャから決定された２進値によって表されるコードワードを決定し、たとえば、決定されたコードワードを、ルックアップテーブルに記憶されたコードワードと比較すること、またはアルゴリズムをコードワードに適用することによって、アブソリュート位置を決定する。
【０１０１】
アブソリュートスケールが読取りヘッド２０によって読み取られている間、位相スケール検出ユニット２１ａ、２１ｂが、特許文献において知られている技法を使用してインクリメンタルスケールマーキング８を読み取る。動作に際して、位相スケール検出ユニット２２の光源によって照射された偏光されていない光は、インクリメンタルスケールの複数のピークおよび谷から反射し、位相スケール検出ユニット２２は、スケールに対する読取りヘッド２０の位置に応じて、反射された光の建設的および相殺的干渉パターンに基づいて、知られている技法を使用して検出することができる。インクリメンタルスケールは、読取りヘッドによって読み取られる周期的領域の平均精度、およびノイズによってのみ制限される多数回にわたって補間され得る。
【０１０２】
次いで、アブソリュート位置マーキング間を補間するために、位相スケール検出ユニット２２を使用してプロセッサ３２によって決定されたインクリメンタルスケール情報とアブソリュート位置が組み合わされ得る。
【０１０３】
次いで、読取りヘッド２０が新しい位置に移動され、段５０から５６が繰り返される。
【０１０４】
アブソリュートスケールマーキング６およびインクリメンタルスケールマーキング８は、図１および図２の実施形態において単一の測定軸上に重ねられて提供されるので、両方のセットのスケールマーキングは、同じ読取りヘッド２０を使用して測定されることができ、ヨー効果によるエラーが低減または除去されることができる。
【０１０５】
インクリメンタルスケールマーキング８の谷およびピーク上に重ねられた偏光フィーチャ１２の存在は、偏光されていない光についても、インクリメンタルスケールマーキングの反射率のいくらかの変動を引き起こし得る。（ナノ構造の±４５°のアライメントを有する）示された対称的設計は、状態間の反射率差を最小限にする。ナノ構造は、全体的反射率を低減させ、全体的反射率を許容レベルに維持しながら、ロバストな検出（適切なＳＮＲ）のために状態間の十分な差異を可能にする深さで生成されなければならない。
【０１０６】
代替的実施形態では、スケールデバイス情報を表す周期的ナノ構造の特性は、偏光を決定するとともにまたはその代わりに、代替的技法を使用して読み取られ得る。たとえば、測定スケールは、適切な波長の光を使用して直接撮像されてよく、および／または、少なくとも１つの周期的ナノ構造によって生成された回折効果が検出されて、周期的ナノ構造の特性がそれらの回折効果から決定されてもよい。
【０１０７】
前述のように、図１および図２の測定スケールの周期的ナノ構造はＬＩＰＳＳ構造である。そのようなＬＩＰＳＳ構造は、測定スケール上のスケールデバイス情報を表すために特に有用であり、それらは、表面へのレーザパルスの照射によってロバストかつ精密な様式で形成され得ることが分かっている。ＬＩＰＳＳは、比較的大きなエリア（単体の検出器または複数（断片もしくは非断片）の検出器のエリア、たとえば、照射に適する幅たとえば３ｍｍを有するビット発生方向において１０μｍより大きい）上で、レーザパルス、任意選択で超高速レーザパルスによって形成されてよく、配置分解能は、単一のインクリメンタル周期を識別するために十分なインクリメンタルとアライメントすることのみ必要であり、典型的には、そのようなアライメント精度は、インクリメンタル周期の１／２以下である。
【０１０８】
図７は、スケールマーキングがＬＩＰＳＳの領域からなる図１および図２の測定スケールのような測定スケールを形成するためのシステムを示す。
【０１０９】
システムは、スケール４が形成されるべき基板材料２が実装される梁（beam）６０を備える。図１および図２の測定スケールの場合、基板材料は、３０４ステンレス鋼である。システムはまた、書込みヘッド７０を備えるキャリッジ６６と、キャリッジ６６の書込みヘッドに光路６４によってリンクされたレーザユニット６２と、コントローラ６８とを備える。レーザユニット６２は、ＬＩＰＳＳ構造の形成のための超高速レーザを含む。
【０１１０】
動作に際して、レーザユニット６２からのレーザ放射は、光路６４を経由して書込みヘッドに供給され、書込みヘッド７０は、レーザ放射を基板２上の位置へ向ける。コントローラ６８は、梁６０に対するキャリッジの位置を制御し、レーザユニットの動作を制御し、それにより、選択された特徴のレーザ放射を、基板２上の任意の選択された位置に照射する。
【０１１１】
図１および図２の測定スケール４は、２つの異なるレーザプロセスを使用して図７のシステムによって形成される。まず、インクリメンタルスケールマーキングが形成され、次いで、ＬＩＰＳＳ偏光フィーチャを書き込むことによって、アブソリュートスケールマーキングが形成される。
【０１１２】
第１のプロセスにおいて、特許文献７で説明されるように基板の表面を溶融することによって、インクリメンタルスケールが形成される。数十ナノ秒の期間のレーザパルスが、書込みヘッド７０を介してレーザユニット６２によって照射される。レーザパルスは、レーザをキャリッジ６６にリンクする光路６４によって書込みのポイントへ送達され、あるいは、レーザ６２がキャリッジ６６とともに移動する。キャリッジ６６は、梁の長さに沿った移動をすることができ、溶融された領域が所望される精度で正確に配置されることを確実にするために（コントローラ６８を介して）精密な位置フィードバックを装備される。インクリメンタルスケールの形成は、スケールの長さに沿ってキャリッジ６６の１または複数の移動を行うことがある。たとえば、たとえば４μｍまたは８μｍの周期、およびたとえば１９０ｎｍまたは２００ｎｍのピークから谷の平均距離を有する滑らかに起伏する表面プロファイルが、数十ナノ秒の期間のレーザパルスによる溶融によって３０４ステンレス鋼上で作られ得る。
【０１１３】
第２のプロセスにおいて、アブソリュートスケールマーキングを構成するＬＩＰＳＳ構造が、次いで、インクリメンタルスケールマーキング上に書き込まれる。
【０１１４】
ＬＩＰＳＳ構造を作成するために、材料表面が、適切なパルス長およびフルーエンスの偏光レーザパルス（典型的には、表面のアブレーション閾値に近いフルーエンスの超高速パルス）にさらされる。表面構造のラインは、レーザ光の偏光に直交するようにみえ、したがって、書込みレーザビームの偏光の回転が、スケール表面上の２進ビットの形成を促進する。ラインの周期は、表面材料、およびレーザの波長の特徴を示す。
【０１１５】
図７の実施形態では、超高速パルスレーザユニット６２が、キャリッジ６６の１または複数の移動の間に使用されて、測定の軸に対して＋４５度で配向されたＬＩＰＳＳの領域を形成し、したがって、すべての正の２進状態を書き込む。キャリッジ６６の次の移動において、超高速レーザの偏光が、−９０度だけ（測定の軸に対して−４５度に）回転され、スケール上に負のデータ領域を書き込む。
【０１１６】
図７の実施形態におけるＬＩＰＳＳ構造を作成するために使用されるレーザは、アブレーション閾値近く、単一パルス書込みのためのアブレーション閾値のすぐ上、マルチパルス書込みのためのすぐ上またはすぐ下のエネルギーを有する、超高速レーザである。パルスの連続が表面に照射される。各パルスは、４ｍｍ幅および１０μｍ長を作り出すように成形され、基板は、レーザ繰返し率、影響される表面の幅、および要求されるパルスの数によって決定される速度で、レーザに対して移動される。あるいは、典型的にはφ１０μｍのレーザビームが、周期的ナノ構造の幅を与えるためにスキャンされるラスターであり得る。
【０１１７】
ＬＩＰＳＳ構造が１または複数のレーザパルスによって形成されると、同じ領域に照射される同じ偏光の後続のパルスが、既存のパターンにロックされ、元の構造の周期性および位相を維持し、それにより、ＬＩＰＳＳの拡張された領域が複数のパルスから組み立てられることを可能にする。ＬＩＰＳＳ形成のそのフィーチャは、スケールフィーチャとして使用される適切なサイズおよび均一性の偏光フィーチャが、簡単で信頼性のある様式で形成されることを可能にする。
【０１１８】
パルス化レーザプロセスは、任意の適切な表面上でＬＩＰＳＳを形成するために使用され得る。図１および図２の実施形態では、ＬＩＰＳＳ構造は、特許文献７で説明されたプロセスを使用して形成されたインクリメンタルスケールの表面上で形成される。しかしながら、代替的実施形態では、ＬＩＰＳＳスケールマーキングは、スケール上の単なるスケールマーキングとして形成され、または多種多様なスケールマーキングのいずれかに対して上書きされ得る。ＬＩＰＳＳ構造は、任意の適切な既存のスケール上に書き込まれ得る。
【０１１９】
代替的実施形態では、スケールデバイス情報は、周期的ナノ構造の偏光特性以外の周期的ナノ構造の特性を使用して表される。たとえば、そのまたは各周期的ナノ構造は、周期的ナノ構造の配向、深さ、および周期のうちの少なくとも１つを使用して、スケールデバイス情報を表すように形成され得る。
【０１２０】
任意の代替的実施形態による測定スケールが図８に示される。図８は、インクリメンタルスケールマーキング８が測定の軸１０に沿って配置された偏光フィーチャ１２である、インクリメンタルスケールマーキングの系列を含む測定スケールの簡略化された図である。＋４５度および−４５度の配向のＬＩＰＳＳの領域は、交互の順序で使用され、隣接領域間の距離はインクリメンタル周期となっている。
【０１２１】
偏光特性を使用してスケールデバイス情報を表す偏光フィーチャを含むスケールマーキングは、アブソリュートスケールマーキングに限定されず、代わりに代替的実施形態では、任意の所望されるタイプのスケールマーキングを表す。
【０１２２】
種々の実施形態では、少なくとも１つのナノ構造を含むスケールマーキングが、位置情報、またはスケールに関する非位置関係のデータを表すことができる。いくつかの実施形態では、スケールマーキングは、たとえば、スケールのシリアル番号、製造者もしくは他の識別子、または認証もしくはセキュリティデータを表す。
【０１２３】
特定の実施形態では、スケールデバイス情報は、境界の標識である。境界マークは、スケールの端部を示すために使用される。特定の実施形態での境界マークは、偏光フィーチャ、たとえば、ＬＩＰＳＳ構造を含み、スケールの端部をマーキングする。いくつかの実施形態では、どの境界が読み取られているかを示すために、異なる偏光の境界パターンがスケールの各端部で使用される。代替的実施形態では、境界が、（測定軸に直角の）スケールを横切って書き込まれた異なる偏光によって実装され、測定軸の第１の側に対する１つの偏光、第２の側に対する別の偏光を有し、２つの偏光がスケールの反対端で逆にされる。
【０１２４】
図１０は、（偏光フィーチャを含むことも含まないこともある）スケールマーキング８の系列を含むスケール、ならびに境界マーク４４ａおよび４４ｂのペアの簡略化された図を示す。第１の境界マーク４４ａは、測定の軸１０に対して＋４５度で配向されたＬＩＰＳＳの領域であり、第２の境界マーク４４ｂは、測定の軸に対して−４５度で配向されたＬＩＰＳＳの領域である。したがって、スケールの端部は、マークの異なる配向を決定するために、偏光された光の差動検出によって区別され得る。
【０１２５】
他の実施形態では、偏光特性によって表されるスケールデバイス情報は、基準位置の標識である。インクリメンタルスケールにおいて、基準マークは、そのような知られている位置を参照して、インクリメンタル位置の決定を可能にする知られている位置を示すために使用される。実施形態による基準マークは、スケール上に書き込まれた直交偏光の２つの領域の間の遷移を含む。この場合、差動読取り器の分割ペアが、基準マークの検出のために、通常の方法で和および差信号を生成するために使用される。他の実施形態では、偏光フィーチャを含む基準マークがより複雑であり、いくつかの場合、発散自己相関パターンもしくは相互相関パターンを含み、またはコードワードを含み、および／または、基準マークの線形の伸びに沿って回転する偏光特性を有する。基準マークが偏光フィーチャを含む実施形態では、基準マークは、スケールマーキングの系列から分離していることが可能であり、または、スケールマーキングの系列上に重ねられる、スケールマーキングの系列と重なり合う、もしくはスケールマーキングの系列と交互配置されることが可能である。
【０１２６】
図９は、（偏光フィーチャを含むことも含まないこともある）スケールマーキング８の系列の簡略化された図を示す。基準マーク４２ａは、スケールの片側または両側に描かれる。基準マークは基準位置を示す。それは、ヨーアライメントの範囲にわたる精密な基準位置付けのためにスケールの反対側の別の基準マーク４２ｂとペアにされ得る。基準マークは、＋４５度または−４５度のナノ構造フィーチャのアライメントの角度を有する周期的ナノ構造にエンコードされた領域を含むが、代替的実施形態では、任意の他の適切な偏光特性、たとえば、漸進的に回転する偏光アライメントが使用され得る。または、周期的ナノ構造化された表面を読み取る他の方法。
【０１２７】
他の実施形態では、少なくとも１つのナノ構造を含むスケールマーキングが、方向マーカを表し、方向マーカは、スケールフィーチャに対する方向、たとえば、スケールの一端に対する方向、または位置マークもしくは基準マークに対する方向を示す。
【０１２８】
他の実施形態では、少なくとも１つの周期的ナノ構造を含むマークは、エラー情報、たとえば、エラーマップまたはエラーコードをエンコードするために使用される。特定の実施形態そのような実施形態では、マークは、インクリメンタルまたはアブソリュートスケールマーキングの既存の系列の上または近くに重ねられる。スケールマーキングのインクリメンタルまたはアブソリュート系列は、形成中のエラーによるいくつかの位置エラーを含み得る。エラーは、知られている技法に従って真空中で行われる干渉計測定によって決定される。次いで、少なくとも１つの周期的ナノ構造を含むエラーマークは、スケールに沿った位置の系列で書き込まれ、それらの位置の各々に関するインクリメンタルまたはアブソリュートスケールにおけるエラーを表す。いくつかのそのような実施形態では、エラーは、周期的ナノ構造の偏光角度または配向の角度によって表され、その角度は、角度の連続系列の任意の１つを取ることが可能にされる。したがって、エラーは、アナログ信号として読み取られることができ、そのため、処理要件を低減することができる。
【０１２９】
図１および図２の実施形態では、インクリメンタルスケールは、知られているプロセスを使用して形成され、次いで、アブソリュートスケールマーキングがインクリメンタルスケールマーキング上に重ねられる。実施形態はそのような配置に限定されず、ＬＩＰＳＳまたは他の技法が、任意の所望される配置において偏光フィーチャを含むスケールマークを形成するために使用され得る。たとえば、代替的実施形態では、アブソリュートスケールマーキングがインクリメンタルスケールマーキングに重なり合うように、またはアブソリュートスケールマーキングとインクリメンタルスケールマーキングが交互配置されるもしくは空間的に分離されるように、アブソリュートスケールマーキングが配置される。これらの場合のいずれでも、アブソリュートスケールマーキングとインクリメンタルスケールマーキングは、それらが測定の共通の軸を共有するように形成され得る。
【０１３０】
前述のように、代替的実施形態では、偏光フィーチャを含むスケールマーキングは、アブソリュートスケールマーキングでなく、インクリメンタルスケールマーキングまたは基準マークである。いくつかの実施形態では、スケールはまた、任意の所望されるタイプのスケールマーキングの第２の系列、たとえば、アブソリュートスケールマーキング、インクリメンタルスケールマーキング、または基準マークを含む。そのような実施形態では、スケールマーキングの第２の系列は、光学的に読み取られることに限定されない。スケールマーキングの第２の系列は、任意の適切な方法、たとえば、スケールマーキングの第１の系列に対して独立して読取り可能な任意の方法で、スケールデバイス情報を表すことができる。たとえば、いくつかの実施形態では、スケールマーキングの第２の系列は、光学パラメータ、磁気パラメータ、または容量パラメータを有するスケールデバイス情報を表す。
【０１３１】
スケールフィーチャの第２の系列に使用され得るスケールマーキングのタイプの例は、エッチングされたガラス、エッチングされた金属、レーザーアブレーションされた金属、鍛造された金属、背面ミラー付きガラス上のクロムめっきされた領域、ガラスロンキ上のクロム（chrome on glass Ronchi）、磁気領域、容量（誘電率領域）を含む。これらのスケールの各々は、周期的ナノ構造たとえばＬＩＰＳＳ構造の追加によって選択的に修正され得る表面を有する。
【０１３２】
一実施形態では、アブソリュートスケールマーキングを表すＬＩＰＳＳまたは他の偏光フィーチャは、ガラスにエッチングされ金めっきされた矩形プロファイルスケール格子に追加される。既存のスケール設計、たとえば、レニショー（Renishaw）（登録商標）ＲＧ、スパー、リング、またはリボンスケールは、基準マークまたはアブソリュートデータを形成するために追加されるＬＩＰＳＳまたは他の偏光フィーチャの領域を有することができる。
【０１３３】
図１から図２の実施形態では、各偏光フィーチャは、それが偏光の第２の方向で電磁放射を反射するよりも強く偏光の第１の方向で電磁放射を反射する。代替的実施形態では、偏光フィーチャ、たとえばＬＩＰＳＳまたは他の周期的ナノ構造は、好ましい偏光方向で、照射された電磁放射を反射するのではなく透過する。いずれの場合も、偏光の優先方向が確立されることができ、この偏光の優先方向は、スケールデバイス情報を表すために使用される。特定の実施形態では、当該の電磁放射は、可視または近紫外線または近赤外線の範囲の光である。
【０１３４】
さらなる代替的実施形態では、スケールマーキングが、中間偏光および直交偏光でスケール上に書き込まれる。中間偏光を読み取る検出器が提供される。あるいは、プロセッサまたは関連付けられた回路が、検出器の差動ペアによって測定を補間し、それにより、ペアの検出器のいずれかの偏光と完全にはアライメントされていないスケールの領域によって反射または透過された光の偏光を測定する。このようにして、何らかのセンサとアライメントされているかどうかにかかわらず、スケールの領域の偏光を表すアナログ信号が生成され得る。そのような手段により、３つ以上の偏光が、スケール上でスケールデバイス情報をエンコードするために使用され得る。
【０１３５】
アブソリュートスケールマーキングの場合、先行の段落で説明されたような実施形態が、アブソリュート位置を２進コード化する代わりに、アブソリュート距離コードが３以上の基数で実装されることを可能にする。これは、コードのロバストネス、または利用可能な一意のコードの個数を増大させる利点があり、これは、所与の最大コード長について検査されるより長いスケール長またはより小さいスケールの部分をもたらし、ひいては、より小さい読取りヘッドを可能にすることができる。
【０１３６】
４つの異なる配向を有し、したがって基数４のデータのエンコードを可能にする、周期的ナノ構造を含むマーキングが、例として図１１に概略的に示されている。０°、＋４５°、−４５°、および９０°のＬＩＰＳＳの領域が、データをエンコードするために交代の順序で使用される。
【０１３７】
図１および図２の実施形態では、各偏光フィーチャは、すべての平行ラインが単一配向であるＬＩＰＳＳの領域である。ＬＩＰＳＳのこの領域は、異なる配向のＬＩＰＳＳの領域に連接して、それらの間の境界で不連続が発生したようにされてもよい。
【０１３８】
代替的実施形態では、偏光フィーチャは、ラインの配向が偏光フィーチャの横方向の伸びでの変位とともに変動するＬＩＰＳＳの拡張された領域または他のナノ構造を含む。１つのそのような実施形態が、図１２に概略的に示されている。このタイプの単一の偏光フィーチャは、たとえば基準マーカとして使用され得る。検出器は、偏光の優先方向を検出するように構成され得る。基準位置は、偏光の優先方向がＬＩＰＳＳまたは他のナノ構造の拡張された領域の部分の配向と一致するポイントとして定義され得る。あるいは、検出器は、基準マークの長さに沿って偏光の変化に一致した偏光感度、偏光がエンコードされた領域全体が明確な相関出力を与えるようにアライメントするときの基準位置、偏光がエンコードされたデータのための自己相関器を有する。そのようなエンコードされた領域は、（修正されたバーカーコード（modified Barker code）のような）相関、またはフィーチャおよび一致された検出器に沿った距離とともに偏光の角度が連続的もしくは単調に増大する偏光の角度に特に適合されたエンコードされたワードであり得る。
【０１３９】
先行の段落で説明された実施形態の変形では、変化する偏光の偏光フィーチャの系列が連接して書き込まれて、拡張された領域を形成する。位置の系列が決定されることができ、各位置は、偏光の優先方向が平行なラインの配向と一致するときに決定され、したがって、等しく離間されたマークの配列を決定する。
【０１４０】
ＬＩＰＳＳが、周期的ナノ構造を含むスケールマーキングを作成するための有利な技法を提供することが分かっているが、代替的実施形態では、周期的ナノ構造を作成するための他の方法、たとえば、複製、電子ビームリソグラフィ、収束イオンビーム描画、エッチングたとえば（紫外線の）フォトエッチング、または半導体製造リソグラフィが使用され得る。たとえば、ナノ構造は、ロバストな基板に結合された薄い非ロバストなコーティングで複製され得る。
【０１４１】
測定スケールのいくつかの実施形態では、偏光フィーチャが連接する。他では、それらは分離しているまたは重なり合う。
【０１４２】
スケールマーキングの第１の系列の部分を形成する各偏光フィーチャの横方向の伸びが、特定の実施形態では、スケールマーキングの第２の系列のパラメータに応じて選択される。たとえば、スケールマーキングの第２の系列が振幅スケールである実施形態では、ＬＩＰＳＳ構造の領域が、スケールマーキングの第２の系列が存在するエリア全体にわたって書き込まれ得る。それは、重ねられたＬＩＰＳＳ構造または他のナノ構造の存在または不在によって引き起こされる偏光されていない光に関するスケールの反射率の変動を低減させるために役立つことができる。
【０１４３】
スケールマーキングの第２の系列がインクリメンタルスケールである場合、偏光フィーチャの横方向の伸びは、特定の実施形態では、スケールマーキングの第２の系列のインクリメンタル周期に応じて選択される。たとえば、各偏光フィーチャの横方向の伸びは、いくつかの実施形態では、インクリメンタル周期の非整数倍、たとえば、インクリメンタル周期のサイズの１．５倍に選択される。または、さらには３．７倍のような基本倍数（prime multiple）が選択される。
【０１４４】
測定軸に沿った方向の各偏光フィーチャの横方向の伸びは、任意の適切な値、たとえば、１μｍと１００μｍの間で選ばれ得る。複数のレーザパルスが、ＬＩＰＳＳの拡張されたエリアを構築するために使用され得る。
【０１４５】
ＬＩＰＳＳまたは他の偏光フィーチャを含むスケールマーキングは、多くの表面上に書き込まれることができ、表面は、第１の実施形態に関係して説明されたようなステンレス鋼に限定されない。銀およびステンレス鋼はいずれも、多くの他の材料と同様にＬＩＰＳＳを形成するように示されている。ＬＩＰＳＳの最初の報告は、表面損傷が１または複数のルビーレーザパルスによって引き起こされた後、種々の半導体上に周期的構造を観察した。その報告以来、Ｓｉ、Ｇｅ、ＩｎＰ、ＧａＰ、ＧａＡｓ他の化合物半導体を含む半導体の多くの研究が存在する。ＬＩＰＳＳは溶融石英上に作られており、したがって、アブソリュートデータが、ガラスにエッチングされ金めっきされた高効率の矩形プロファイルスケール格子に追加され得る。しかしながら、ＬＩＰＳＳはまた、金属、誘電体、または半導体であるかにかかわらず、多種多様な他の材料から形成され得る。実際、ＬＩＰＳＳは、たとえば、材料のアブレーション閾値近くのレーザパルスからの強い電磁場のような強い電磁場への露出中に見られる条件の下で、表面プラズモンを形成することができる任意の材料上で形成され得る。
【０１４６】
通常の作製プロセス中の追加ステップとして、ＬＩＰＳＳ領域が、スケールマーキングの系列を含む測定スケールに追加され得る。あるいは、ＬＩＰＳＳは、スケールマーキングの第２の系列が形成された後にいつでも追加され得る。ＬＩＰＳＳ領域は、任意の適切な既存スケールに付加され得る。
【０１４７】
ＬＩＰＳＳは、連続波からピコ秒レーザの範囲のレーザを使用して作成されている。第１の実施形態が、アブレーション閾値のすぐ上のレーザ強度を使用して説明された。しかしながら、これは、他の形態を軽視するものではない。任意のレーザおよび適切な表面上にＬＩＰＳＳを形成できる動作条件の関連付けられたセットが使用され得る。
【０１４８】
測定スケールは、単一の測定軸に沿った測定のための線形スケールに限定されない。代替的実施形態の測定スケールは、たとえば、回転スケールを含む。特定の実施形態におけるスケールは、２つの実質的に直交する測定の軸を有する２次元スケールであり、偏光フィーチャを含むスケールマーキングが、一方または両方の測定の軸に沿って配置される。
【０１４９】
任意の適切な方法が測定スケールを読み取るために使用され得る。たとえば、２つの偏光光源からの光が、交互の様式で偏光フィーチャに照射され得る。あるいは、単一の光源からの光が、２つの光の偏光を提供するために偏光ビームスプリッタを通過させられ得る。偏光されていない検出器が、第１の偏光の光によって照明され、次いで第２の偏光の光によって照明されたとき、反射された光を検出するために使用される。検出された信号は、前述のように差動様式で比較され得る。
【０１５０】
光の直交偏光に対して異なる感度を有する検出器が、任意の適切な方法によって、たとえば、ブルースター効果、ワイヤグリッド、または直接表面構造化を使用して偏光フィルタを適合させることによって作成され得る。２つの同一の読取りチップが、偏光ビームスプリッタの２つの面に取り付けられることができ、２つの読取りチップからの出力が比較されることができる。
【０１５１】
偏光フィルタは、偏光配向をブロックする際に光の良好な減衰をもたらすことができる一般的な廉価な部品であるが、プラスチックバージョンは感湿性を有する可能性があり、ガラスバージョンは切断するのが難しい可能性がある。検出器または検出器の前の光学要素を配向して、ブルースター効果を利用して１つの偏光配向の通路を支持することが可能である。これらの方法のすべては、エンコーダにおける光路への１または複数の要素の追加を必要とし、これが、サイズおよび複雑さの増大を引き起こす可能性がある。
【０１５２】
精巧な金属グリッドが、検出器表面に適用されたフォトレジストに書き込むために電子ビームを使用して検出器上に直接形成され得る。これらの格子は、周期で光の波長の何分の１かであり、したがって、電子ビームが、この空間分解能での書込みのために必要である。次いで、金属層の堆積および過剰レジストの除去が、偏光された光の特定の配向の透過を支持する精巧なグリッドまたは格子を形成することができる。この方法は、検出器製造で使用される半導体作製方法によく適合する。
【０１５３】
ＬＩＰＳＳそれら自体は、格子の表面上で使用されてよく、ワイヤグリッドのように無視できる厚さである。グリッドおよびＬＩＰＳＳは、好まれない偏光配向の大きな減衰をもたらさず、したがって、高度な信号弁別のために差動検出が推奨される。
【０１５４】
特定の実施形態では、周期的構造が、検出器の表面上に直接形成されることができ、それにより、入射光の直交偏光の差動吸収を実現する。
【０１５５】
本発明は単に例として上記に説明されており、本発明の範囲内で細部の修正が行われ得ることは理解されよう。
【０１５６】
本明細書で開示された各特徴ならびに（適切な場合）特許請求の範囲および図面は、独立してまたは任意の適切な組み合わせで提供され得る。
【図１】
0006557148.tif 000002
【図２】
0006557148.tif 000003
【図３】
0006557148.tif 000004
【図４】
0006557148.tif 000005
【図５】
0006557148.tif 000006
【図６】
0006557148.tif 000007
【図７】
0006557148.tif 000008
【図８】
0006557148.tif 000009
【図９】
0006557148.tif 000010
【図１０】
0006557148.tif 000011
【図１１】
0006557148.tif 000012
【図１２】
0006557148.tif 000013