(57)【要約】  測定方向に沿った、スケールと読取りヘッド間の相対的な位置測定を可能にするためのエンコーダ装置。スケールは、一連のインクリメンタルスケールマークと少なくとも１つの基準マーク（基準位置を定める）を画定するフィーチャーを含む。読取りヘッドは、インクリメンタルスケールマークと少なくとも１つの基準マークを照明するための（例えば、共通の）光源、少なくとも一つのインクリメンタル光検出器、および、少なくとも１つの基準マーク光検出器チャネルを含む。少なくとも１つの基準マークは、少なくとも１つの基準位置（それが含まれるトラックに関する）において、共通の光源から、少なくとも１つの基準マーク光検出器チャネルに到達する、光の増加を提供するように構成される。少なくとも１つの基準マーク、および／または、少なくとも１つの基準マーク光検出器チャネルは、少なくとも１つの基準マーク光検出器チャネルによって検出される光の強度を減少させるため、測定方向に垂直な次元での拡がりにわたり、共通の光源からの光と不均一に相互作用するようにフィーチャーされ得る。
2016532096.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定方向に沿った、スケールと読取りヘッドの間の相対的な位置測定を可能にするためのエンコーダ装置であって、
上記スケールは、一連のインクリメンタルスケールマークと上記測定方向に沿った少なくとも１つの基準位置を定める少なくとも１つの基準マークとを定める、フィーチャーを含み、
上記読取りヘッドは、上記インクリメンタルスケールマークおよび少なくとも一つの基準マークを照明するための共通の光源、少なくとも１つのインクリメンタル光検出器、および、少なくとも１つの基準マーク光検出器チャネルを含み、
上記少なくとも１つの基準マークは、上記少なくとも１つの基準位置において、上記少なくとも１つの基準マーク光検出器チャネルに到達する上記共通の光源からの光の増加を提供するように構成され、
上記少なくとも１つの基準マークは、測定次元に平行および垂直な側部を有する概念的な矩形領域内において、上記側部の位置が、上記測定次元における、および、上記測定次元に垂直な、上記基準マークの拡がりによって画定され、少なくとも上記測定方向に垂直な次元において、上記少なくとも一つの基準マーク光検出器チャネルに向かう上記共通の光源からの光強度の不均一な伝播が存在するように、フィーチャーされ、および／または、
上記少なくとも一つの基準マーク光検出器チャネルは、測定次元に平行および垂直な側部を有する概念的な矩形領域内において、上記側部の位置が、測定次元における、および、測定次元に垂直な上記基準マーク光検出器チャネルの拡がりによって画定され、上記少なくとも一つの基準マーク光検出器チャネルは、少なくとも上記測定方向に垂直な次元において、不均一な感度であるように、フィーチャーされることを特徴とするエンコーダ装置。
【請求項２】
請求項１の装置であって、上記少なくとも１つの基準マーク光検出器チャネルからの出力は、少なくとも１つの基準マーク光検出器チャネルの電子回路の飽和点、または、飽和点以下であるように構成されることを特徴とする装置。
【請求項３】
請求項１の装置であって、上記少なくとも１つの基準マーク光検出器チャネルは、上記概念的な矩形領域内において、上記測定次元に垂直な方向の光感度プロファイルが不均一であるように構成され、および／または、上記少なくとも１つの基準マークは、上記概念的な矩形領域内において、上記測定次元に垂直な方向における上記少なくとも１つの基準マーク光検出器チャネルに向かう光強度伝搬プロファイルが不均一であるように構成されることを特徴とする装置。
【請求項４】
請求項１の装置であって、上記少なくとも一つの基準マーク光検出器チャネルは、上記概念的な矩形領域内において、上記測定次元に平行な方向における光感度プロファイルが均一であるように構成され、および／または、上記少なくとも１つの基準マークは、上記概念的な矩形領域内において、上記測定次元に垂直な方向における上記少なくとも１つの基準マーク光検出器チャネルに向かう光強度伝搬プロファイルが不均一であるように構成されることを特徴とする装置。
【請求項５】
請求項１の装置であって、上記少なくとも１つの基準マーク光検出器チャネルは、上記概念的な矩形領域が、相対的に低減した感度を有する少なくとも１つの分散型の光制限領域を含むように、および／または、上記少なくとも１つの基準マークが、上記少なくとも１つの基準マーク検出器に向けた相対的に低減した光強度伝搬特性を有する、少なくとも１つの分散型の光制限領域を含むように構成されることを特徴とする装置。
【請求項６】
請求項５の装置であって、上記少なくとも一つの基準マーク光検出器チャネルは、上記概念的な矩形領域が、少なくとも１つの相対的に低減した感度のバンドを含むように、および／または、上記少なくとも１つの基準マークは、少なくとも１つの光制限バンドを含むように構成されることを特徴とする装置。
【請求項７】
請求項６に記載の装置であって、上記少なくとも一つのバンドは、上記測定方向に平行に延びることを特徴とする装置。
【請求項８】
請求項５の装置であって、上記少なくとも１つの基準マーク光検出器チャネルの上記少なくとも１つの分散型の領域は、光に実質的に感度を有しないことを、および／または、上記少なくとも１つの基準マークの上記少なくとも１つの分散型の光制限領域は、光が、上記少なくとも１つの基準マーク光検出器チャネルに到達するのを実質的に防止することを特徴とする装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれかの装置であって、前記読取りヘッドは、上記測定方向にオフセットした、少なくとも２つの基準マーク検出器チャネルを含み、および、必要に応じて、上記少なくとも２つの基準マーク検出器チャネルの全感度が同じであることを特徴とする装置。
【請求項１０】
請求項５および９のいずれかの装置であって、上記少なくとも１つの分散型領域の総面積は、上記少なくとも二つの基準マーク検出器チャネルについて実質的に同じであることを特徴とする装置。
【請求項１１】
請求項１０の装置であって、上記少なくとも二つの基準マーク検出器チャネルは、上記少なくとも１つの低減した感度の分散型領域の同じ配置を有することを特徴とする装置。
【請求項１２】
請求項９の装置であって、上記基準位置を決定するために、少なくとも２つの検出器チャネルの差分信号を取得するように構成されることを特徴とする装置。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれかの装置であって、上記読取りヘッドは、回折格子を含み、上記光源からの光は、上記インクリメンタルスケールマークと上記少なくとも１つの回折格子と相互作用し、上記少なくとも１つの光検出器において、上記スケールと読取りヘッドの相対移動で変化する、結果のフィールドを生成するように結合する、回折次数を生成することを特徴とする装置。
【請求項１４】
測定方向に沿ってスケールを読取るための読取りヘッドであって、該読取りヘッドは、スケールを照明するための光源、上記スケール上のインクリメンタルスケールマークを読み取るためのインクリメンタル光検出器、および、上記スケール上の少なくとも１つの明るい基準マークを検出するための、少なくとも１つの基準マーク検出器チャネルを含み、上記少なくとも１つの基準マーク検出器チャネルは、上記読取りヘッドの測定次元に沿って延びる、少なくとも１つの低減した感度の細長いバンドを含むことを特徴とする読取りヘッド。
【請求項１５】
測定方向に沿った、スケールと読取りヘッド間の相対的な位置測定を可能にするためのエンコーダ装置であって、該エンコーダ装置は、
インクリメンタルスケールマークと少なくとも１つの明るい基準マークを含むスケール、
上記インクリメンタルおよび基準マークを照明するための光源、上記インクリメンタルスケールマークを読み取るためのインクリメンタル光検出器、および、上記少なくとも１つの基準マークを検出するための、少なくとも１つの基準マーク検出器チャネル、を含む読取りヘッド、を含み、
上記少なくとも１つの基準マーク検出器チャネルは、測定次元に沿って延びる低減した感度の少なくとも１つの細長いバンドを含むことを特徴とするエンコーダ装置。
【請求項１６】
少なくとも１つの明るい基準マークを有するスケールと、少なくとも１つの基準マーク光検出器チャネルを含む、上記スケールを読み取るための読取りヘッドとを含む、エンコーダ装置であって、上記基準マーク、および／または、上記少なくとも１つの基準マーク光検出器チャネル検出器は、上記少なくとも１つの基準マーク光検出器チャネルによって検出される光の強度を低減するように構成された、少なくとも一つの光制限フィーチャーを含み、上記少なくとも１つの基準マーク光検出器チャネルからの出力は、上記少なくとも１つの基準マーク光検出器チャネル電子回路の飽和点または飽和点または飽和点以下であることを特徴とするエンコーダ装置。
【請求項１７】
測定方向に沿ってスケールを読み取るための読取りヘッドであって、該読取りヘッドは、スケールを照明するための光源、上記スケール上の少なくとも１つの基準マークを検出するための少なくとも１つの基準マーク検出器チャネルを含み、上記少なくとも１つの基準マーク検出器チャネルは、光が、上記少なくとも１つの基準マーク検出器チャネルの感光部に到達するのを少なくとも部分的に遮断するように、金属コーティング層が適用された、少なくとも１つの領域を含むことを特徴とする読取りヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置測定エンコーダに関し、特に、測定エンコーダの読取りヘッドに用いられる基準マーク検出器の特定の配置に関する。
【背景技術】
【０００２】
理解されるように、測定エンコーダは、典型的には、読取りヘッドとスケールの相対的な位置を決定することができるように、フィーチャーを含むスケールおよびフィーチャーを読み取るための読取りヘッドを含む。スケールと読取りヘッドは、互いに対して移動可能である。
【０００３】
スケールが、一連のインクリメンタルフィーチャーを含み、読取りヘッドが、相対的な動きを決定し、測定するために、一連のインクリメンタルフィーチャーを読み取ることができる、インクリメンタルエンコーダは知られている。理解されるように、様々な技術が、インクリメンタルフィーチャーを読み取るために使用され得、インクリメンタルフィーチャーの単純な撮像、および、それらが読取りヘッドを通過する際のフィーチャーの計数を含む。
【０００４】
多くのインクリメンタルエンコーダは、読取りヘッドとスケールが、互いに対して移動する際に変化する、検出器における光パターンを生成するために、光を回折するように配置された、回折格子の組み合わせの使用に依存する。レニショー株式会社によって製造される、典型的なインクリメンタルエンコーダの例は、「TONiC（商品商標）」および「SiGNUM（商品商標）」のブランド名で入手可能である。「TONiC（商品商標）」および「SiGNUM（商品商標）」の読取りヘッドにおいては、レンズが、光源からの光を実質的にコリメートするために使用される。それらは、また、（位相格子である）回折格子と光検出器アレイを含む。動作において、光源からのコリメートされた光は、（振幅格子である）スケールと相互作用して、回折次数を生成し、次いで、回折格子と相互作用して、光検出器アレイにおいて、スケールと読取りヘッドの相対運動で移動する干渉縞パターンを生成する。
【０００５】
しばしば、１つまたは複数の基準マークが設けられ（例えば、一連のインクリメンタルフィーチャー内に、または、一連のインクリメンタルフィーチャーの隣に組み込まれて、同一のスケール基体に、または、それに接して）、相対位置が、基準マーク（複数可）によって定められる既知の基準位置（複数可）に関連して決定され得る。基準光検出器は、基準マーク（複数可）を読み取るための読取りヘッドに設けられる。光学式エンコーダ（例えば、赤外線から紫外線の範囲の光が使用されるエンコーダ）において、基準マークは、基準光検出器で受信される光の増加または減少を提供し得る。
【０００６】
既知の光学式エンコーダは、レニショー（登録商標）株式会社から入手可能な、「TONiC（商品商標）」エンコーダである。「TONiC（商品商標）」エンコーダは、組み込まれたダークライン基準マーク（すなわち、基準マーク光検出器チャネルに到達する光の強度を減少させる基準マーク）を備えた、インクリメンタルスケールを含む。読取りヘッド電子回路、特に、インクリメンタル光検出器および基準マーク光検出器の物理的な配置により、インクリメンタル信号線が、基準マーク光検出器チャネルの制限された部分上を通過する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【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７６２４５１３号明細書
【特許文献３】米国特許第７２８９０４２号明細書
【特許文献４】国際公開０２／０６５０６１号
【特許文献５】国際公開２００５／０１２８４１号
【特許文献６】国際公開２００５／１２４２８２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、少なくとも１つの基準マークを有するスケール、および、スケールを読み取るための読取りヘッドを含むエンコーダ装置を提供し、基準マーク、および／または、読取りヘッド内の基準マーク検出器は、少なくとも１つの基準マーク光検出器チャネルによって検出される光の強度を低減するようにフィーチャーされ（例えば、光制限フィーチャーを含む）、特に、少なくとも１つの基準マーク光検出器チャネルからの出力は、少なくとも１つの基準マーク光検出器チャネルの電子回路の飽和点か、それ未満である。
【０００９】
したがって、測定方向に沿った、スケールおよび読取りヘッド間の相対的な位置測定を可能にするエンコーダ装置が提供される。スケールは、一連のインクリメンタルスケールマークと少なくとも１つの基準マーク（基準位置を定める）を画定するフィーチャーを含む。読取りヘッドは、インクリメンタルスケールマークと少なくとも１つの基準マークを照明するための（例えば、共通の）光源と、少なくとも一つのインクリメンタル光検出器と、少なくとも１つの光検出器チャネルを含む。少なくとも１つの基準マークは、（それが含まれているトラックに関する）少なくとも１つの基準位置において、少なくとも１つの基準マーク光検出器チャネルに到達する共通の光源からの光の増加を提供するように構成される。少なくとも１つの基準マークおよび／または少なくとも１つの基準マーク光検出器チャネルは、少なくとも１つの基準マーク光検出器チャネルによって検出される光の強度を減少させるため、測定方向に垂直な次元における拡がりにわたって不均一な、共通の光源からの光と相互作用するようにフィーチャーされ得る。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第一態様によれば、測定方向に沿った、スケールと読取りヘッド間の相対的な位置測定を可能にするためのエンコーダ装置が提供され、スケールは、測定方向に沿った、一連のインクリメンタルスケールマークと基準位置を定める基準マークを定めるフィーチャーを含み、読取りヘッドは、インクリメンタルおよび基準マークを照明するための共通の光源、少なくとも１つのインクリメンタル光検出器、および、少なくとも１つの基準マーク光検出器チャネルを含み、基準マークは、基準位置において、少なくとも基準マーク光検出器チャネルに到達する共通の光源からの光の増加を提供するように構成され、基準マークは、測定次元に平行および垂直な側部を有する概念的な矩形領域内において、側部の位置が、測定次元における、および、測定次元に垂直な基準マークの拡がりによって定められ、少なくとも測定方向に垂直な次元において、少なくとも一つの基準マーク光検出器チャネルに向かう共通の光源からの光強度の不均一な伝播が存在するように、フィーチャーされ、および／または、測定次元に平行および垂直な側部を有する概念的な矩形領域内において、側部の位置が、測定次元における、および、測定次元に垂直な基準マーク光検出器チャネルの拡がりによって定められ、少なくとも一つの基準マーク光検出器チャネルは、少なくとも測定方向に垂直な次元において、不均一な感度であるように、フィーチャーされる。
【００１１】
理解されるように、矩形は、４直角を備える平行四辺形（すなわち等角四辺形）を含み、したがって、正方形を含む。
【００１２】
少なくとも１つの基準マーク光検出器チャネルに到達する共通の光源からの光の強度の増加を提供するように構成された基準マーク（例えば、「明るい」基準マーク）は、少なくとも１つの基準マーク光検出器チャネルに到達する共通の光源からの光の強度を低減するように構成された基準マーク（例えば、「暗い」基準マーク）より、大きな汚れ不感受性（immunity）を提供し得ることが見出された。これは、例えば、汚れ／汚染が、光を反射するよりも光を吸収する可能性がより高いからであり得る。
【００１３】
基準マークおよび／または少なくとも１つの基準マーク光検出器チャネルが、測定方向に垂直な次元における、その範囲にわたって不均一に、共通の光源からの光と相互作用するようにフィーチャーされる配置は、基準マーク検出器チャネル電子回路の過飽和を回避するのに役立ち、一方で、汚れ不感受性（immunity）に有意に影響を与えない。理解されるように、本発明の代替は、基準マーク、および／または、基準マーク光検出器チャネルの、縮小したサイズ／全体的なフットプリント（すなわち、概念的な矩形領域の面積）の、均一な基準マーク光検出器チャネルを提供することであろう。しかし、サイズ／全体的なフットプリント（すなわち、概念的な矩形領域の面積）を減少させることは、基準マーク検出系をより少ない汚れ不感受性とすることが見出された（一方、我々の発明に従って、過飽和を扱うことによって、基準マーク検出系の汚れ不感受性（immunity）を維持するのに役立つことが見出された）。
【００１４】
インクリメンタル光検出器と、少なくとも１つの基準マーク光検出器チャネルは、それらの出力を処理するための共通の電子回路を共有し得る。例えば、少なくとも１つの基準マーク光検出器チャネルとインクリメンタル光検出器は、インクリメンタル検出器と少なくとも１つの基準マーク光検出器チャネルからの出力を扱う、共通の集積回路（例えば、特定用途向け集積回路（ASIC））を共有し得る。理解されるように、そのような電子機器（例えば、ASIC）は、インクリメンタル光検出器、および／または、少なくとも１つの基準マーク光検出器チャネルからの信号を、処理し、組み合わせ、および／または、増幅し得る。電子回路を共有することは、例えば、共通のゲインと帯域幅が達成され得、インクリメンタルおよび基準マークチャネルのための共通の応答時間をもたらし、それらを同時性に維持することを助け、したがって、エンコーダ装置の精度を維持し得るので、有利であり得る。しかし、そのような実施形態において、特に、少なくとも１つの基準マーク光検出器チャネルの出力を処理する部分の過飽和は、より可能性のあり得ることが見出された。
【００１５】
したがって、基準マーク光検出器チャネルの場合に、例えば、チャネルの全検出領域は、測定次元における、および、測定次元に垂直な、基準マーク光検出器チャネルの範囲によって画定される概念的な矩形領域よりも小さいことがあり得る。
【００１６】
好ましくは、装置は、少なくとも１つの基準マーク光検出器チャネルからの出力が、少なくとも１つの基準マーク光検出器チャネルの電子回路（例えば、下流／処理電子回路）の飽和点、または、それ以下であるように構成される。
【００１７】
必要に応じて、フィーチャー（複数可）は、基準マークおよび／または少なくとも１つの基準マーク検出器チャネルを、少なくとも二つの部分に、必要に応じて、少なくとも三つの部分、例えば、少なくとも４つの部分に分割する。好ましくは、フィーチャー（複数可）は、基準マークおよび／または少なくとも１つの基準マーク検出器チャネルを、測定方向に垂直な方向の部分に分割する。
【００１８】
基準マークは、概念的な矩形領域内において、測定次元に平行な方向の光伝播プロファイルが、実質的に均一であるように構成され得る。したがって、基準マークは、基準マーク光検出器チャネルに向かって伝播する光の強度が、実質的に、その幅にわたって（例えば、測定次元に平行な方向において）均一であるように構成され得る。反射基準マークの場合には、基準マークは、測定次元に垂直な方向の光反射率プロファイル（つまり、少なくとも１つの基準マーク検出器に向けて反射する光の量である。）が、実質的に均一であるように構成され得る。
【００１９】
基準マークは、概念的な矩形領域内において、測定次元に垂直な方向の光伝播プロファイルが実質的に不均一であるように構成され得る。したがって、基準マークは、基準マーク光検出器チャネルに向かって伝播する光の強度が、その長さに沿って（例えば、測定次元に垂直な方向において）、実質的に不均一である（例えば、異なる）ように構成され得る。反射基準マークの場合には、基準マークは、測定次元に垂直な方向において、光反射率プロファイル（つまり、少なくとも１つの基準マーク検出器に向けて反射する光の量である）が、実質的に不均一であるように構成され得る。
【００２０】
任意に、少なくとも１つの基準マーク光検出器チャネルは、概念上の矩形領域内において、測定次元に垂直な方向における、その光感度プロファイルが、実質的に不均一（例えば、異なる）ように構成され得る。任意に、少なくとも１つの基準マーク光検出器チャネルは、測定次元に平行な方向における、その光感度プロファイルが、実質的に均一であるように構成される。
【００２１】
基準マーク、および／または、少なくとも１つの基準マーク光検出器チャネルは、少なくとも１つの基準マーク検出器チャネルによって検出される光の強度を低減させる、少なくとも一つの（例えば、分散型の）光制限領域を含み得る。換言すれば、少なくとも１つの基準マーク光検出器チャネルは、概念的な矩形領域が、比較的低下した感度を有する少なくとも１つの分散型の光制限領域を含む、および／または、少なくとも１つの基準マークが、少なくとも１つの基準マーク検出器に向けた、比較的低下した光強度伝播特性を有する少なくとも１つの分散型の光制限領域を含むように構成される。光制限領域は、基準マーク、または、少なくとも１つの基準マーク検出器チャネルの概念的な矩形領域の面積の、少なくとも１０％、好ましくは、少なくとも２５％、より好ましくは、少なくとも３５％、例えば、少なくとも４５％以上を含み得る。
【００２２】
少なくとも１つの光制限領域は、実質的に光を遮断するように（例えば、少なくとも１つの領域上に当たる光が、少なくとも一つの基準マーク光検出器チャネルによって検出されることを妨げられるように）構成され得る。理解されるように、そのような遮断は、ほんの一例として、吸収、反射、偏向を含む、多くの方法で達成され得る。例えば、少なくとも一つの領域は、それが、そこに入射する光の、少なくとも７５％、より好ましくは、少なくとも８５％、特に好ましくは、９５％以上を遮断するように構成され得る。しかし、理解されるように、必ずしもそうである必要性はなく、例えば、少なくとも一つの領域は、部分的にのみ光を遮断する、例えば、そこに入射する光の、７５％より多くない、例えば、５０％より多くない光を遮断するように構成され得る。
【００２３】
上記したように、少なくとも１つの基準マーク光検出器チャネルは、少なくとも一つの（例えば、分散型の）光制限領域を含み得る。任意に、少なくとも１つの（例えば、分散型の）光制限領域は、そこに当たる光が、基準マーク検出器チャネルによって出力される信号に寄与しないように無効化される、少なくとも１つの基準マーク検出器チャネルの領域を含む。必要に応じて、光が基準マーク検出器チャネルの領域に到達するのを防止するために、少なくとも１つの基準マーク検出器チャネルの少なくとも１つの光制限領域が、マスクされる。例えば、少なくとも部分的に、必要に応じて実質的に、光が基準マーク検出器チャネルの感光部に到達するのを遮断するために、金属コーティング層が、少なくとも１つの基準マーク検出器チャネルの領域上に適用され得る。
【００２４】
基準マーク、および／または、少なくとも１つの基準マーク光検出器チャネルは、少なくとも一つのバンド、例えば、少なくとも１つの基準マーク検出器チャネルによって検出される光の強度を低減する、細長いバンド（例えば、それは、光制限バンドである。）を含み得る。換言すれば、少なくとも１つの基準マーク光検出器チャネルは、概念的な矩形領域が、相対的に低減した感度の少なくとも一つのバンドを含む、および／または、少なくとも１つの基準マークが、少なくとも１つの光制限バンドを含むように構成される。少なくとも一つのバンドは、エンコーダ装置の測定次元において、基準マーク、および／または、少なくとも１つの基準マーク検出器チャネルに沿って延び得る。換言すれば、好ましくは、少なくとも一つの（細長い）バンドの長手方向の拡がりは、エンコーダの測定次元に対して垂直に延びない。必要に応じて、少なくとも１つのバンド（の長手方向の拡がり）は、測定次元に平行に延び得る。少なくとも一つのバンドは、平行なエッジを有すること（例えば、少なくとも一つのバンドは、実質的に矩形状であり得る。）、および、例えば、それらのエッジが、測定次元に平行に延びることが好まれ得る。少なくとも一つのバンドは、少なくとも一つの基準マーク検出チャネルにわたり実質的に幅広く延びる（例えば、端から端まで、または、左右に）ことが好まれ得る。
【００２５】
基準マーク上の少なくとも１つの光制限領域は、光が、少なくとも１つの基準マーク光検出器チャネルに向かって伝播されるのを防止し得る。任意に、少なくとも１つの基準マーク光検出器チャネル上の少なくとも１つの光制限領域は、光に対して実質的に感度を有しない。換言すれば、少なくとも１つの基準マーク光検出器チャネルの少なくとも１つの光制限領域は、光に対して実質的に感度を有さず、および／または、少なくとも１つの基準マークの少なくとも１つの光制限領域は、光が、少なくとも１つの基準マーク光検出器チャネルに到達するのを実質的に防止し得る（例えば、吸収、反射、および／または、偏向によって）。
【００２６】
読取りヘッドは、少なくとも二つの基準マーク光検出器チャネルを含み得る。少なくとも二つの基準マーク光検出器チャネルは、測定方向にオフセットされ得る。したがって、少なくとも二つの基準マーク光検出器チャネルは、測定方向に沿って、例えば、測定方向に平行に延びる、アレイに配置され得る。したがって、少なくとも二つの基準マーク検出器チャネルは、非重複であり得る。したがって、少なくとも二つの基準マーク検出器チャネルの各々によって画定される概念的な矩形領域は、非重複であり得る。
【００２７】
少なくとも二つの基準マーク検出器チャネルの全感度は、同じであり得る。少なくとも一つの（例えば、分散型の）光制限領域の全面積は、少なくとも二つの基準マーク検出器チャネルに対して、実質的に同じであり得る。理解されるように、光制限領域の配置／パターンは、同一である必要はない。しかし、少なくとも二つの基準マーク検出器チャネルが、低下した感度の少なくとも１つの領域の同じ配列を持っているなら、それは好まれ得る。したがって、必要に応じて、少なくとも１つのバンドは、アレイ内の検出器チャネルのすべてにわたって延び得る。
【００２８】
共通の光源は、可視範囲内の光を放出し得る。理解されるように、適切な光源は、電磁スペクトルの赤外から紫外領域の任意の領域で光を放出するものを含む。必要に応じて、共通の光源は、赤外領域の光を放射する。
【００２９】
装置は、基準位置を決定するために、少なくとも２つの検出器チャネルから得られる信号の差分信号を取得するように構成され得る。これは、例えば、少なくとも２つの検出器チャネルの直接の出力からの差分信号であり得る。任意に、装置は、基準位置を決定するために、複数（例えば、第一および第二の対）の検出器チャネルの、第一および第二グループ間の差分信号を得るように構成され得る。必要に応じて、検出器チャネルの異なる組合せ間の差分信号が、基準位置の識別を助けるために使用され得る、ゲート信号を決定するために使用される。
【００３０】
読取りヘッドは、回折格子を含み得る。共通の光源からの光は、インクリメンタルスケールマークと少なくとも１つの回折格子に相互作用し得、少なくとも１つの光検出器において、スケールと読取りヘッドの相対移動で変化する、結果のフィールドを生成するように結合する、回折次数を生成する。
【００３１】
理解されるように、共通の光源は、一つ以上の発光要素を含み得る。したがって、理解されるように、共通の光源は、一つ以上の発光体を含み得る。例えば、共通の光源は、一つ以上の発光ダイオード（ＬＥＤ）を含み得る。共通光源は、発散光源（例えば、発散光ビームを生成し得る）を含み得る。必要に応じて、発光要素と基準マーク光検出器チャネル間の光路内の任意の光学要素の光強度（ジオプターで、ｍ-1）は、−１００と１００の間、例えば、−５０と５０の間、例えば、−１０と１０の間、特に、−５と５の間であり得る。必要に応じて、発光要素と基準光検出器の間の光路内における任意の光学部品の（ジオプターでの）光強度は、実質的に０である。したがって、必要に応じて、共通光源の発光要素と、少なくとも１つの基準マーク光検出器チャネルの間の光路中に、レンズは設けられない。
【００３２】
装置は、少なくとも１つの基準マーク光検出器チャネルによって解像され得る基準マークが、単一のフィーチャーを含むように構成され得る。
【００３３】
したがって、この出願は、一連のインクリメンタルスケールマークと基準位置を定める基準マークを定めるフィーチャーを含むスケールと、基準マークを検出するための少なくとも１つの検出器チャネルを含む基準マーク光検出器を含む読取りヘッドであって、少なくとも１つの検出器チャネルの感度は、その範囲にわたって不均一である、読取りヘッドを含む、エンコーダ装置について説明する。
【００３４】
本発明のさらなる態様によれば、測定方向に沿ってスケールを読み取るための読取りヘッドであって、スケールを照明するための光源、スケール上のインクリメンタルスケールマークを読み取るためのインクリメンタル光検出器、および、ケール上の少なくとも１つの基準マークを検出するための、少なくとも１つの基準マーク検出器チャネルを含む読取りヘッドが提供され、少なくとも１つの基準マーク検出器チャネルは、読取りヘッドの測定次元に平行に延びる、少なくとも１つの（例えば、細長い）低減した感度のバンドを含む。
【００３５】
本発明の別の態様によれば、測定方向に沿った、スケールと読取りヘッド間の相対的な位置測定を可能にするためのエンコーダ装置が提供され、エンコーダ装置は、インクリメンタルスケールマークと少なくとも１つの基準マークを含むスケールと、インクリメンタルおよび基準マークを照明するための光源、インクリメンタルスケールマークを読み取るためのインクリメンタル光検出器、および、少なくとも１つの基準マークを検出するための、少なくとも１つの基準マーク検出器チャネルを含む、読取りヘッドとを含み、少なくとも１つの基準マーク検出器チャネルは、測定次元に平行に延びる、低下した感度の少なくとも１つの（例えば、細長い）バンドを含む。
【００３６】
この出願は、また、インクリメンタルエンコーダ装置を説明し、装置は、：一連のインクリメンタルスケールマークと、インクリメンタルスケールマークと別のトラックに含まれる基準マークを定めるフィーチャーを含むスケール、読取りヘッドであって、回折格子、インクリメンタル光検出器、基準マーク光検出器、および、読取りヘッドの読取方向を横切る方向において、インクリメンタル光検出器および基準マーク光検出器の間に位置し、一連のインクリメンタルスケールマークと基準マークを照明するための発散光ビームを生成するための非コリメート光源を含む、読取りヘッドとを含み、発散光ビームは、一連のインクリメンタルスケールマークと最初に相互作用して、回折次数の第１のセットを生成し、回折次数の第１のセットは、その後、回折格子と相互作用して、さらなる回折次数を生成し、さらなる回折次数は、結合して、インクリメンタル光検出器において、スケールと読取りヘッドの相対移動で変化する干渉縞を生成する。
【００３７】
装置は、発散光ビームがスケールに向かう途中で、回折格子の少なくとも一部を通過し得るが、回折次数を生成するためにそれと相互作用しないように構成され得る。
【００３８】
基準マーク光検出器は、少なくとも１つの検出器チャネルを含み得る。その感度は、測定方向に対して垂直な次元におけるその拡がりにわたって不均一であり得る。例えば、少なくとも１つの検出器チャネルは、低下した感度の少なくとも一つのバンドを有し得る。低減した感度の少なくとも一つのバンドは、例えば、測定方向に平行な方向において、少なくとも１つの検出器チャネルに沿って延び得る。
【００３９】
基準マーク光検出器は、アレイに配置された、一連の別個の検出器チャネルを含み得る。アレイは、測定方向に平行に延びる方向成分を含み得る。
【００４０】
インクリメンタル光検出器は、アレイに配置された一連の別個の光検出素子を含み得る。アレイは、測定方向（例えば、読取りヘッドの測定方向）に平行に延びる方向成分を含み得る。
【００４１】
好ましくは、発光要素と、読取りヘッド内の基準マーク光検出器チャネルの間の光路内の任意の光学部品の光強度（ジオプターで、ｍ-1）は、−１００〜１００の間、例えば、−５０と５０の間、例えば、−１０と１０の間、特に、−５と５の間である。必要に応じて、発光要素と、読取りヘッド内の基準マーク光検出器チャネルの間の光路内の任意の光学部品の光強度（ジオプターで、ｍ-1）は、実質的に０である。
【００４２】
必要に応じて、読取りヘッド内の任意の光学要素の光強度（ジオプターで、ｍ-1）は、−１００〜１００の間、例えば、−５０と５０の間、例えば、−１０と１０の間、特に、−５と５の間、例えば、実質的に０である。
【００４３】
必要に応じて、スケールは、光源からの光を、インクリメンタルおよび基準マーク光検出器に向けて反射する。
【００４４】
基準マークは、基準マークトラックの非基準マーク部分に比べて、比較的多くの光が基準マーク光検出器に到達することを可能にするフィーチャーを含み得る。例えば、基準マークは、トラックに含まれ得、トラックの他の部分よりも、より反射性であり得る。
【００４５】
必要に応じて、読取りヘッドは、スケールとインクリメンタル光検出器との間の距離が、６ｍｍ以下、例えば、５ｍｍ以下、例えば、４．５ｍｍ以下、特に、４．２ｍｍ以下で、動作するように構成される。必要に応じて、インクリメンタル光検出器と回折格子の間の距離は、３ｍｍ以下、例えば、２．８ｍｍ以下、例えば、２．３ｍｍ以下である。
【００４６】
インクリメンタルおよび基準マーク光検出器、および、光源は、全て、共通の平面上に実装され得る。例えば、それらは、全て、共通のプリント回路基板（ＰＣＢ）上に実装され得る。
【００４７】
この出願は、また、インクリメンタル（例えば、２格子）エンコーダ装置を説明し、装置は、スケール、発散光ビームを生成するための非コリメート光源を含む、読取りヘッド、回折格子、および、光検出器アレイを含み、発散光ビームが、スケールと、その後、回折格子と相互作用し、スケールと読取りヘッドの相対移動で変化する、光検出器アレイにおける干渉縞を生成するよう構成され、光源と光検出器アレイ間の光路内のすべての光学要素の光強度（ジオプターで、ｍ-1）は、−１００と１００の間、例えば、−５０と５０の間、例えば、−１０と１０の間、例えば、特に、−５と５の間であることを特徴とする。
【００４８】
したがって、発散ビームの場合には、光ビームの発散は、光路を通して、実質的に不変のままであり得る。
【００４９】
この出願は、さらに、エンコーダ装置を説明し、装置は、スケールと、光源、回折格子および光検出器アレイを含む読取りヘッドとを含み、光源からの光照射野が、スケールと、その後、回折格子と相互作用して、スケールの相対移動で変化する、光検出器アレイにおける干渉縞を生成するよう構成され、エンコーダ装置は、光源からの光の波面曲率を変化させる、光学装置、例えば、レンズを備えないことを特徴とする。
【００５０】
次いで、本発明の実施形態が、以下の図面を参照して、単なる例として、説明される。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明に係る反射型エンコーダの概略等角図である。
【図２】スケールの長さに沿って見る、図１のエンコーダの概略断面図である。
【図３ａ】図１のエンコーダの基準位置の検出を示すグラフである。
【図３ｂ】基準マーク検出器が、基準マークからの光によって飽和している、エンコーダの基準位置の検出を示すグラフである。
【図４】読取りヘッドの位置のインクリメンタル読み取りを容易にするために、回折光の使用を介して、インクリメンタル検出器における、結果のフィールドの生成を概略的に示す、概略線図である。
【図５】読取りヘッドの位置のインクリメンタル読み取りを容易にするために、回折光の使用を介して、インクリメンタル検出器における、結果のフィールドの生成を概略的に示す、概略線図である。
【図６】本発明の他の実施形態に係る、透過型エンコーダの概略等角図である。
【図７】スケールの長さに沿って見る、図６のエンコーダの概略断面図である。
【図８】本発明による、読取りヘッドでの使用に適したインクリメンタル検出器の一つのタイプの概略図である。
【図９】本発明の別の実施形態による、基準光検出器の概略的な平面図である。
【図１０】本発明のさらに別の実施形態による、基準光検出器の概略的な平面図である。
【図１１】本発明のさらなる実施形態による、基準光検出器の概略的な平面図である。
【図１２】ＸおよびＹ次元の両方における基準光検出器の第１チャネルの光感度プロファイルを概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００５２】
図１および図２を参照すると、本発明に係るエンコーダ装置２が示される。エンコーダ装置は、読取りヘッド４とスケール６を含む。図示されないが、実際上、典型的に、読取りヘッド４は、機械の一方の部分に固定され、スケール６は、機械の他方の部分に固定されて、これらは、互いに対して移動可能である。読取りヘッド４は、それ自身とスケール６の相対的位置を測定するために使用され、したがって、機械の二つの可動部の相対的位置の測定を提供するように使用され得る。典型的には、読取りヘッド４は、有線（図示される）および／または無線通信チャネルを介して、処理装置、例えば、制御装置８と通信する。読取りヘッド４は、その検出器（以下でより詳細に説明される）からの信号を、その後位置情報を決定するためにそれらを処理する制御装置８に報知し、および／または、読取りヘッド４自身が、その検出器からの信号を処理し、制御装置８に位置情報を送る。
【００５３】
スケール６は、インクリメンタルトラック１０および基準トラック１２を画定する、複数のスケールマーキングを含む。
【００５４】
インクリメンタルトラック１０は、効果的に回折格子を形成するために、読取りヘッドに向けて送られる光を制御する、一連の周期的なスケールマーク１４を含む。インクリメンタルトラック１０は、一般的に、振幅スケールまたは位相スケールと呼ばれるものであり得る。理解されるように、もし、それが、振幅スケールであるなら、フィーチャーは、（例えば、選択的に、光を吸収すること、散乱すること、および／または、反射することによって）読取りヘッドのインクリメンタル検出器に向けて送られる光の振幅を制御するように構成される。理解されるように、もし、それが、位相スケールであるなら、フィーチャーは、（例えば、光の位相を遅らせることによって）読取りヘッドのインクリメンタル検出器に向けて送られる光の位相を制御するように構成される。本実施形態において、インクリメンタルトラック１０は、振幅スケールであるが、以下でより詳細に説明されるように、いずれにしても、光は、回折次数を生成するために、周期的なスケールマーク１４と相互作用する。
【００５５】
基準トラック１２は、反射基準マーク１６によって定められる基準位置を含む。トラックの残りの部分は、光を吸収するフィーチャー５９を含む。したがって、基準位置は、それが含まれるトラックの残りの部分よりも、相対的に、多くの光が、基準マーク光検出器２４（後述される）に到達することを可能にするマーク、この場合、それが含まれるトラックの残りの部分よりも、相対的に、より多く反射するマークによって定められる。基準位置は、読取りヘッド４が、スケール６に対して相対的である箇所を、読取りヘッド４が、正確に決定することを可能にすることを容易にするために使用され得る。したがって、インクリメンタル位置は、基準位置からカウントされ得る。さらに、そのような基準位置は、読取りヘッド４が移動を可能とされる間の、スケール６の限界または終端を定めるために使用され得る、「限界位置」と、また、呼ばれるものであり得る。
【００５６】
本実施形態において、エンコーダ装置は、電磁放射（ＥＭＲ）源１８、例えば、赤外光源１８と、スケール６の同じ側に、（以下でより詳細に説明される）少なくとも１つの検出器を含む、反射型エンコーダである。一般的に、光源１８からの赤外光は、スケール６で反射され、読取りヘッドに向かって戻るように構成される。図示されるように、光源１８は、発散し、光源の照明フットプリントは、インクリメンタルトラック１０および基準トラック１２の両方に当たる。説明された実施形態において、光源１８は、赤外域においてＥＭＲを放射するが、理解されるとおり、これは、必ずしもそうである必要性はなく、他の範囲内で、例えば、赤外から紫外の任意の範囲で、ＥＭＲを放射し得るであろう。理解されるように、光源１８のための適切な波長の選択は、電磁放射（ＥＭＲ）波長で動作する適切な格子および検出器の利用可能性を含む、多くの要因に依存し得る。また、図示されるように、読取りヘッド４は、また、回折格子２０（また、一般に、インデックス格子と呼ばれる）、インクリメンタル光検出器２２、および、基準光検出器２４を含む。
【００５７】
説明された実施形態において、光源１８は、発光ダイオード（「ＬＥＤ」）である。
【００５８】
示されるように、光源１８は、読取りヘッドの読取方向（矢印Ｂによって示される）に対して横断方向（矢印Ａによって示される）の、インクリメンタル光検出器２２および基準光検出器２４の間に配置される。これは、インクリメンタルトラック１０と基準マークトラック１２の、両方の良い均一な照明を容易にする。特に、本実施形態において、光源１８は、インクリメンタル光検出器２２および基準光検出器２４の間で、実質的に等距離に配置され、読取りヘッド４の、インクリメンタル光検出器２２、基準マーク光検出器２４の外側の範囲（破線２７によって概略的に示される）によって画定される領域２５内に含まれる。
【００５９】
これらのコンポーネントは、以下でより詳細に説明されるが、要約すると、光源１８からの光は、スケール６に向かって読取りヘッド４から出射され、光源１８のフットプリントの一部が、基準トラック１２と相互作用し、光源のフットプリントの一部が、インクリメンタルトラック１０と相互作用する。現在説明される実施形態において、基準位置は、基準マークが含まれるトラックの他の部分に比べて、反射されて基準光検出器２４に向かって戻る光源１８からの光の強度を増加させる、基準マークトラック１２内のフィーチャー１６によって定められる。このことは、例えば、基準マーク１６よりも多くの光を、吸収し、移送し、および／または、散乱させる、基準マークトラック１２内の他の部分のフィーチャー５９によって達成され得る。この場合において、光フィーチャー５９は、光源からの光を吸収する。いずれにしても、基準位置を定めるスケールのマーク（複数可）の暗部（この場合においてフィーチャー５９）は、したがって、読取りヘッドが、基準位置上に存在しないとき、基準検出器２４でキャストである。特に、本実施形態において、フィーチャー１６は、そこに入射する、光源１８からの光を反射し、光検出器２４に向けて戻す。図２に示される位置において、読取りヘッド４は、基準位置に整合させられ、光は、反射され、基準光検出器２４に向かって戻るように示される。
【００６０】
インクリメンタルトラック１０に関して、光源１８からの光は、回折パターンを定める周期的なスケールマークを照射する。光は、多重の次数で回折し、したがって、その後、読取りヘッド４内の回折格子２０を照射する。本実施形態では、回折格子２０は、位相格子である。光は、その後、さらに、複数の次数に、回折格子２０によって回折され、その後、インクリメンタル検出器２２で干渉して、結果のフィールド、この場合、干渉縞を形成する。
【００６１】
干渉縞の生成が、図４および図５を参照して、より詳細に説明される。理解されるように、図４は、エンコーダ装置で直面される、実際の光の状況の非常に簡略化した図である。具体的には、状況は、光源からの唯一の光線に対して示され、実際には、インクリメンタルトラック１０の領域が、光源によって照明される。したがって、実際には、図４に示された光学状況は、スケールの長さに沿って何度も繰り返され（すなわち、光源によって照明される領域上で）、よって、図５に概略的に示されている、検出器における長い干渉パターンを生成する。また、例示の目的のために、＋／−の１次数だけが示される（例えば、理解されるように、光は、複数の次数、例えば、＋／−３次数、＋／−５次数などの回折次数に回折されるであろう。）。光は、スケール６のインクリメンタルトラック１０の、一連の周期的なフィーチャー１４によって回折され、回折次数は、回折格子２０に向かって伝播され、そこで、光は、インクリメンタル検出器２２における結果のフィールド２６（この場合において、干渉縞であるが、例えば、変調されたスポット（Ｓ）であり得る。）を形成する前に再び回折される。図５に示されるように、結果のフィールド２６は、回折格子２０とスケール６からの光の回折次数の再結合によって生成される。
【００６２】
説明の簡略化のために、図４および図５における線図は、透過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介して移送されるように示される。）が、実際には、スケールおよび回折格子の少なくとも一つは、反射性である。例えば、図１および図２の実施形態において、光は、スケール６から反射されるであろう。
【００６３】
インクリメンタル検出器２２は、制御装置８等の外部装置へ、読取りヘッド４によって出力される信号を生成するために、結果のフィールド２６（例えば、干渉縞）を検出する。具体的には、読取りヘッド４とスケール６の相対運動は、結果のフィールド２６に変化を引き起こし（例えば、インクリメンタル検出器２２において、検出器２２に対する干渉縞の移動、または、変調されたスポット（複数可）の強度変化）、その出力は、変位のインクリメンタル測定を可能にする、インクレイメンタルのアップ／ダウンカウントを提供するように処理され得る。
【００６４】
インクリメンタル検出器２２は、例えば、複数のフォトダイオードを含み得る。具体的には、理解されるように、干渉縞２６が、インクリメンタル検出器２２で生成される実施形態において、インクリメンタル検出器２２は、電気格子（electrograting）の形態であり得、それは、換言すれば、例えば、２つ以上の互いに組み合わされた／組み合わされた感光センサのセットであって、各セットが、検出器２２における干渉縞２６の異なる位相を検出する、感光センサのセットを含み得る、光センサアレイである。図８に、インクリメンタル検出器２２の一部が示されており、フォトダイオードＡ、Ｂ、ＣおよびＤの４組のフォトダイオードが、互いに組み合わされ、セット内の各フォトダイオードからの出力は、単一の出力であるＡ’、Ｂ’、Ｃ’およびＤ’を提供するように組み合わされる、一例が示される。これらの出力は、その後、直角位相信号を提供するために使用される。例えば、Ａ’−Ｃ’は、第１の信号を提供するために使用され得、Ｂ’−Ｄ’は、第１の信号から９０度位相を異にする、第２の信号を提供するために使用され得る（例えば、余弦と正弦信号）。図示されるように、（もし、縞の周期とセンサの期間が同じであるなら）時間の任意の瞬間において、いずれか一つのセット内の全てのフォトダイオードは、干渉縞の同じ位相強度を検出する。この配置は、光学系のフィルタ効果のために、読取りヘッド４が、周期的なスケールマーク１４の周期性の崩壊に、大きく影響を受けないという利点を有する。したがって、汚染および／または埋め込まれた基準マークの存在は、インクリメンタル検出器２２によって検出される干渉縞に有意の影響を与えない。このタイプのスケールと読取りヘッドの詳細は、特許文献１に記載されており、その全体の内容は、参照として、本明細書に組み込まれる。理解されるように、電気格子（electrograting）／光センサアレイは、互いに組み合わされた、フォトダイオードの３つのセットだけを含むような、他の形態を取り得、および、異なるレイアウトが使用され得る。
【００６５】
基準位置の検出を参照すると、読取りヘッド４が基準位置上を通過するときに、フィーチャー１６が、より多くの光が反射させられて、基準光検出器２４に向かって戻ることをもたらすということが理解されるであろう。したがって、読取りヘッド４、および／または、制御装置８は、基準光検出器２４で受光される光の強度の変化（この場合においては増加）を見るように構成され得る。図示されるように、本実施形態において、基準光検出器２４は、実際には、測定方向において互いに対してオフセットした、第１検出器チャネル２８および第２検出器チャネル３０の、別個の検出器チャネルを含む、「スプリット検出器」である。これらの二つの別個の検出器チャネルの各々は、それに当たる光の強度を測定し、測定された強度に比例した出力を提供する。説明された実施形態において、画像光学系が含まれず、したがって、単純に、暗部−キャスト型の配置が、基準マークの存在を検出するために存在する。すなわち、基準マークトラック１２の暗部は、第１検出器チャネル２８および第２検出器チャネル３０に向かって戻る光の反射を防止する（または少なくとも低減する）基準トラックのせいで、２つの別個の検出チャネル２８、３０に入射する。換言すれば、基準光検出器２４（および、特に、第１検出器チャネル２８および第２検出器チャネル３０）は、スケールの長さの大部分に対して、基準マークフィーチャー１６を定めるスケールマーキングの暗部に位置し（すなわち、光を吸収する、基準マークトラック１２のフィーチャー５９の暗部に位置し）、それが、基準位置を通過するときに、暗部から離れる。基準マーク１６上を読取りヘッド４が通過するとき、反射されて読取りヘッドに戻る光の量の増加が生ずる。進行方向に応じて、第１検出器２８および第２検出器３０の一方が、他方の前に、この増加に遭遇する。第１検出チャネル２８および第２検出チャネル３０の出力は、したがって、読取りヘッド４が基準位置を通過すると、上昇、または、降下し、これは、図３ａのグラフの一番上の部分に示される。
【００６６】
第１検出チャネル２８と第２検出チャネル３０は測定方向にオフセットしているので、検出チャネルの一つによって報告される強度の上昇と下降は、他よりも遅れる。本実施形態において、フィーチャー１６ならびに第１検出器チャネル２８および第２検出器チャネル３０は、第１検出器チャネル２８および第２検出器チャネルの出力の差分信号３８（例えば、差動増幅器によって得られる）が、上方しきい値レベル４３と下方しきい値レベル４５の間と交差するときを決定することにより、基準位置が決定され得るように構成される。示されるように、２つのしきい値レベル４３、４５によって画定される、この「ゾーン」は、（ライン３４によって示されている時点で）２つの信号２８、３０が交差する点を含み、したがって、また、差分信号３８が、（例えば、点３６で）ゼロの値と交差する点を含む。したがって、基準位置は、実際には２つのしきい値レベル４１、４３との間の基準「ゾーン」３９として決定される。差分信号が、このゾーン３９内であるとき、パルス４７によって概略的に示される、基準パルスが、読取りヘッド４によって、制御装置／プロセッサ装置８に出力される。基準パルスの幅は、インクリメンタル直角位相信号から決定され得る、リサジューのリサジュー周期よりも大きくない。２つの検出チャネルの出力間の差を求めることにより基準位置を検出することの詳細は、特許文献２および特許文献３に記載される。
【００６７】
図３ｂは、第１基準マーク検出器チャネル２８および第２基準マーク検出器チャネル３０が、それらが基準マーク１６から受信する光によって飽和状態になったときに発生する問題を示す。この場合において、示されるように、第１および第２基準マーク検出器チャネルからの信号は、非常に急激に上昇および下降し、非常に幅の広い基準パルスを提供するフラットなピークを有し、インクリメンタル信号から決定されるリサジュー信号の複数のリサジューサイクルをカバーし、したがって、はるかに少ない、正確な基準マーク決定を提供する。本発明は、また、図６および図７に関連して、以下に図示され、および、説明されるように、透過型のエンコーダ装置２０２において利用され得る。この場合、スケール２０６は、読取りヘッド２０４の光源１８からの光が、それを通って、光源１８に対して、スケール２０６の反対側に配置される読取りヘッド２０４のインクリメンタル光検出器２２および基準光検出器２４に向かうことを可能にするように構成される。例えば、図７を参照すると、読取りヘッド２０４は、光源１８、インクリメンタル検出器２２、および、（測定方向にオフセットした第１検出器チャネル２８および第２検出器チャネル３０を含む（図示せず））基準検出器２４を含む。これらの読取りヘッドの構成要素は、図１〜図５の実施形態に関連して説明されたものと実質的に同じであり、同じように動作するが、唯一の違いは、インクリメンタル検出器２２および基準検出器２４は、光源１８に対して、へスケール２０６の反対側に配置されることである。したがって、干渉縞（図示せず）は、図４および図５に関連して説明されたと同様に、インクリメンタル検出器２２で生成され、検出される。同様に、基準位置は、基準検出器２４の第１検出器チャネル２８および第２検出器チャネル３０の出力を差動増幅して得られた差分信号のゼロクロス点を見出すことにより、同様に決定される。示されるように、遮光フィーチャー２４０が、基準マーク２１６を画定する。遮光フィーチャー２４０は、例えば、光を吸収し、光を反射し、または、基準検出器２４から離れるように光の方向を変え得る。
【００６８】
我々の発明者らは、上述のような配置において、基準光検出器２４、特に、第１検出器チャネル２８および第２検出器チャネル３０が、光を受光しすぎ、それらが飽和状態となることを引き起こすということを見出した。このことは、基準位置の決定に誤差をもたらし得る。基準光検出器２４の一部、特に、第１検出器チャネル２８および第２検出器チャネルの特定の部分の感度を低下させることは、基準位置が決定される精度を向上させ得る。例えば、図１に示されるように、低減した感受性を有する（この場合において、細長いバンドの形態である）第１光制限領域４０および第２光制限領域４２が、第１検出器チャネル２８および第２検出器チャネル３０の各々に設けられる。説明される実施形態において、第１の低減した感受性のバンド４０および第２の低減した感受性のバンド４２は、実際に、第１チャネル２８および第２チャネル３０が、それらに当たる光に対して実質的に光を感じないバンドである。したがって、第１チャネル２８の全検出領域は、第１チャネル２８の全物理的面積未満である（および、同じことは、第２チャネル３０に対してもあてはまる。）。このことは、例えば、光検出器の感光層の上に金属コーティング層を沈着させることによって、達成され得る。任意選択的に、このことは、複数の別個の離間した光検出器チャネルの出力を一緒につなぎ合わせることによって形成される、各々の光検出器チャネルによって達成され得る。
【００６９】
図１２を参照すると、２つのグラフが、ＸおよびＹ次元の両方における第１チャネル２８の光感度プロファイルを示す（同じことが、第２チャネル３０に対しても当てはまるであろう。）。図から分かるように、光感度プロファイルは、第１チャネル２８の光に対する感度「Ｓ」が、Ｙ次元に沿って変化するという点で、Ｙ次元において（すなわち、エンコーダ／読取りヘッドの測定次元に対して垂直な次元において）不均一である。しかし、光感度プロファイルは、第１チャネル２８の光に対する感度「Ｓ」が、Ｘ次元に沿って変化しないという点で、Ｘ次元において（すなわち、エンコーダ／読取りヘッドの測定次元に平行な次元において）、実質的に均一である。そのような配置は、汚れが存在する場合であっても、それが、第１チャネル２８および第２チャネル３０の信号出力における、不要で不利な変動／間隔を回避するのに役立ち得るので、第１チャネル２８および第２チャネル３０から得られる信号を処理するときに役立ち得る。
【００７０】
上述の実施形態において、第１バンド４０および第２バンド４２は、光が、光検出器の感光部／層に到達するのを完全に遮断する。しかし、このことは、必ずしもそうである必要はなく、減少した感度のバンドは、例えば、光が、光検出器の感光部／層に到達するのを部分的にのみ遮断することによって、それを完全に光を感じなくするのとは対照的に、単に、検出器チャネルの感度を低下させ得る。
【００７１】
理解されるように、様々な他の技術が、基準位置を特定するために使用され得る。例えば、ゼロクロスの検出を支援するために、読取りヘッドが基準位置の領域にあるときを識別するゲート信号が使用され得、エンコーダ装置は、ただ、ゲート信号の起動でゼロクロス信号を見るように構成される。特許文献２および特許文献３に、より詳細に説明されるように、ゲート信号は、追加の検出器チャネルを使用して、和信号を得ることによって得られ得る。例えば、図９は、第１検出器チャネル２８ａ、第２検出器チャネル２８ｂ、第３検出器チャネル３０ａおよび第４検出器チャネル３０ｂを含む、基準光検出器２４の代替実施形態を示す。この場合において、ゲート信号は、以下のように、「和」信号と「差」信号を得ることによって得られ得る。
【００７２】
「和」＝（「２８ｂ」＋「３０ａ」）−（「２８ａ」＋「３０ｂ」）
「差」＝（「２８ａ」＋「２８ｂ」）−（「３０ａ」＋「３０ｂ」）
理解されるように、差信号の取得は、一つのチャネルとしての（図１〜図８の実施形態の第１チャネル２８と同等）、第１チャネル２８ａおよび第２チャネル２８ｂの出力と、一つのチャネルとしての（図１〜図８の実施形態の第２チャネル３０と同等）第３チャネル３０ａと第４チャネル３０ｂの出力を、本質的に、合成する。和信号４４は、図３ａに示され、ただゼロクロスが得られることを保証するために使用され得、一方で、（ライン４６によって示された）所定のしきい値レベルよりも大きい和信号４４は、基準位置が決定されることをもたらす。これは、ゼロクロス信号が、基準検出器２２４から得られる信号のノイズおよび／またはエラーによって生成されるとき、誤ったトリガを回避するのに役立つ。
【００７３】
示された実施形態において、低減した感度の第１バンド４０および第２バンド４２が設けられる。しかし、理解されるように、基準光検出器２４、および、特に、検出器チャネルの感度を低減するために、他の構成が可能である。例えば、必ずしも、検出器／チャネルの幅全体にわたって延びない、低減した感度の少なくとも１つのパッチが、設けられ得る。代替的な配置の例が、図１０に示され、第１検出器チャネル２８および第２検出器チャネル３０が、複数の傾斜した光制限領域４９、それ故に、複数の傾斜した基準感度領域５１（または、言い換えると、一組の比較的高い感度領域５１と一組の比較的低い感度領域４９）を含む。別の代替的な配置の一例が、図１１に示され、第１検出器チャネル２８および第２検出器チャネル３０が、比較的高い感度領域５１および比較的低い感度領域４９の市松模様の配置を含む。
【００７４】
理解されるように、これらの実施形態のそれぞれにおいて、基準マーク検出チャネル２８、３０のそれぞれは、測定次元「Ｂ」に平行および垂直である側部を有する、概念的な矩形（すなわち等角四辺形）領域を定め、側部の位置は、測定次元における、および、計測次元に垂直な基準マークの拡がりによって定められる。図９、図１０および図１１の実施形態の場合において、各チャネルのための概念的な矩形領域は、太字の破線５３によって見分けられる。
【００７５】
理解されるように、これらの実施形態の全てにおいて、少なくとも１つの基準マーク光検出器チャネルは、測定方向に対して垂直に延びる任意のライン／断面に沿って、測定方向に垂直な次元において均一な感度ではない。更に、理解されるように、全相互作用領域（例えば、基準マーク光検出器チャネルの全感度領域または反射基準マークの全反射領域）は、測定方向内の、および、測定方向に対して垂直な、相互作用の広がり（例えば、チャネルの拡がりまたは基準マークの拡がり）によって画定される、概念的な矩形領域よりも小さい。
【００７６】
説明された実施形態において、基準位置は、単一のフィーチャーの基準マークによって定められる。しかし、このことは、必ずしも必要でないことが理解されるであろう。例えば、基準マークは、フィーチャーのパターンによって定められ得る。この場合には、基準位置の検出は、パターンを探すことによって決定され得る。必要に応じて、特許文献４または特許文献５に記載されているような相関技術が、基準位置の存在を決定するために使用され得る。
【００７７】
また、上述の実施形態とは対照的に、基準位置は、必ずしも、差分信号を取得し、分析することによって、決定される必要はない。例えば、読取りヘッドは、その出力が分析される、単一の検出器チャネルのみを含み得、それが所定のしきい値を超えるとき、基準位置が特定されたと考えられる。
【００７８】
必要に応じて、付加的なフィーチャーは、それが、基準位置の領域にあることを、読取りヘッドに知らせるために、スケール上に設けられ得、読取りヘッドは、それが、そのようなプライミング信号を受けたとき、基準位置を示す信号を見るだけのように構成され得る。そのようなフィーチャーは、スケール上の別のトラックに含まれ得、非光学フィーチャー（例えば、読取りヘッド内のホールセンサによって検出され得る磁気的フィーチャー）によって提供され得、または、基準マーク１６と同じトラックに含まれる光学的フィーチャーであり得る。
【００７９】
図１〜図５における反射エンコーダに関連して説明された実施形態において、光源１８は、インクリメンタル光検出器２２および基準光検出器２４を含む平面に配置されるように示される。しかし、理解されるように、このことは、必ずしもそうである必要ない。例えば、光源１８は、インクリメンタル光検出器２２および／または基準光検出器２４（インクリメンタル光検出器２２および基準光検出器２４は、必ずしも同一平面内にある必要はない）を含む平面の上または下に配置され得る。
【００８０】
さらに、図１〜図５において、反射エンコーダに関連して説明された実施形態において、光源１８は、インクリメンタル光検出器２２と基準光検出器２４との間に配置されるように示される。これは、（特に、計量的なパフォーマンスを向上させ得る、インクリメンタルトラック１０および基準トラック１２を横切る光の均一な分布を容易にするために）特に有利な位置であると判明しているが、理解されるように、このことは、必ずしもそうである必要はない。例えば、光源１８は、読取りヘッドの測定方向に対する横方向において、インクリメンタル光検出器２２および基準光検出器２４の側部に位置し得る。
【００８１】
注目されるように、上述の実施形態において、光源１８からの光の波面曲率を変化させる、レンズまたは他の光学部品は、読取りヘッド内に設けられない。理解されるように、小さな、非常に弱いレンズまたは光学部品が使用され得るが、好ましくは、そのような光学部品の光強度（ジオプターで、ｍ-1）は、−１００〜１００の間より大きくなく、例えば、−５０〜５０の間より大きくなく、例えば、−１０〜１０の間より大きくなく、特に、−５〜５の間より大きくない。そのような光学部品の省略（または、非常に弱い光学部品のみの使用）は、非常にコンパクトな読取りヘッドが設けられることを可能にする。特に、我々の発明者らは、反射型エンコーダにおける使用のための読取りヘッドを提供することを可能とし、読取りヘッドは、１４ｍｍ未満、例えば、７．８ｍｍ未満のシステム全体高さ（読取りヘッドの頂部からスケールの表面まで）を備えて、１０ｍｍ未満、例えば、６．７ｍｍ未満の全高を有する。特に、本発明者は、インクリメンタル光検出器２２と回折／インデックス格子２０の間の高さを、２．３ｍｍ未満に減少することを可能にした。
【００８２】
理解されるように、このことは、必ずしもそうである必要はないけれども、例えば、レンズは、例えば、インクリメンタル光学系と基準光学系のいずれかまたは両方に関連して用いられ得る。例えば、レンズは、光が、スケールのインクリメンタルフィーチャーを照射する前に、光源からの光を実質的にコリメートするために使用され得る。さらに、レンズは、基準光検出器上に、スケール、ひいては、基準マークの画像を提供するために使用され得る。
【００８３】
上述の実施形態において、発散光源が、スケールのインクリメンタルトラックおよび基準マークトラックの両方を照らすために使用される。特に、いかなるレンズも、エンコーダ装置のインクリメンタル系または基準マーク系の光路中に使用されない。特に、いかなるレンズも、光源の発光部分と、インクリメンタル光検出器または基準光検出器との間に使用されない。これは、それが、大幅に、読取りヘッドの寸法、特に高さを減らし得るので、有利であり得る。レンズの不存在は、基準マーク系が設けられていない（例えば、スケール上の基準マーク、および／または、基準マーク光検出器（複数可）がない）、エンコーダ装置においてさえ有利であり得る。通常は、光源からの光が、インクリメンタル光検出器で干渉縞を形成するために、最初にスケールによって、その後、読取りヘッドの回折格子によって、回折される、インクリメンタルエンコーダにおいて、光源は、スケールに向けて投射される光の発散を有意に減少させるために、コリメートレンズのような、レンズを含む。確かに、これは、レニショー株式会社によって販売される、「SiGNUM」および「TONiC」エンコーダにおける状況であり、例えば、特許文献６に説明される状況である。しかし、我々の発明者らは、例えば、読取りヘッドをよりコンパクトにするため、そのようなシステムにおいて、レンズを使用しない（または、重要でない力のレンズのみを使用する）ことが有利であることを見出した。これは、エンコーダ装置が、基準マークを利用しようとしまいと、事情はこの通りである。
【００８４】
上述の実施形態において、基準マーク光検出器２４は、それが検出する光の強度を減少させるためのフィーチャーを含む。しかしながら、基準マークは、それ自体が、基準マーク光検出器の代わりに、または、基準マーク光検出器のみならず、基準マーク光検出器に向けて通過した光の強度を低減するためのフィーチャーを含み得る。例えば、本発明の他の態様に係るエンコーダ装置は、基準マークが、さもなければ一般的に反射性の基準マーク内に含まれる非反射フィーチャーを含む、読取りヘッドとスケールを含み得る。
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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