(57)【要約】  エンコーダ装置は、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つの基準マークとを規定する少なくとも１つのトラックにおけるスケールフィーチャを備える、スケールと、光源と回折格子とインクリメンタル光検出器と少なくとも２つの検出器チャネルを備える基準光検出器とを備える、読取りヘッドとを備える。少なくとも１つの基準マークを規定するフィーチャは、少なくとも２つの検出器チャネルのそれぞれによって解決可能である少なくとも１つの基準マークが単一のフィーチャを備えるように構成される。エンコーダの光学配列は、少なくとも１つの基準マークが含まれる少なくともトラックの非結像画像が、検出器上に当たるようになされている。
2016536576.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンコーダ装置であって、
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つの基準マークとを規定する少なくとも１つのトラックにおけるスケールフィーチャを備える、スケールと、
光源と回折格子とインクリメンタル光検出器と少なくとも２つの検出器チャネルを備える基準光検出器とを備える、読取りヘッドと
を備え、前記少なくとも１つの基準マークを規定する前記フィーチャは、前記少なくとも２つの検出器チャネルのそれぞれによって解決可能である前記少なくとも１つの基準マークが、単一のフィーチャを備えるように構成され、
前記エンコーダの光学配列は、前記少なくとも１つの基準マークが含まれる少なくとも前記トラックの非結像画像が、前記検出器上に当たるようになされていることを特徴とするエンコーダ装置。
【請求項２】
前記エンコーダ装置は、前記少なくとも１つの基準マークが含まれる少なくとも前記トラックにおける前記スケールのフィーチャが、前記基準検出器に到達する前記光源から発する光の強度を調節して、前記基準マークが含まれる少なくとも前記トラックのシャドウキャスト配列が、前記基準マークを検出するために提供されるようにするように構成されることを特徴とする請求項１に記載のエンコーダ装置。
【請求項３】
前記エンコーダ装置は、前記少なくとも２つの検出器チャネルの出力の差信号を決定するように構成されることを特徴とする請求項１に記載のエンコーダ装置。
【請求項４】
前記エンコーダ装置は、前記光源からの光が、前記インクリメンタルスケールマークおよび前記少なくとも１つの回折格子と相互作用して、回折次数を生成し、前記回折次数が結合して、前記スケールおよび読取りヘッドの相対的移動と共に変化する合成フィールドを、前記インクリメンタル光検出器において生成するように構成されることを特徴とする請求項１に記載のエンコーダ装置。
【請求項５】
前記スケールは、反射スケールであることを特徴とする請求項１に記載のエンコーダ装置。
【請求項６】
前記インクリメンタルスケールマークおよび前記少なくとも１つの基準マークは、前記スケール上の別々のトラックに含まれることを特徴とする請求項１に記載のエンコーダ装置。
【請求項７】
前記少なくとも１つの基準マークを含む前記トラックのみの非結像画像が、前記基準光検出器に当たることを特徴とする請求項１に記載のエンコーダ装置。
【請求項８】
前記少なくとも１つの基準マークは、その範囲全体にわたって実質的に光学的に均一であることを特徴とする請求項１に記載のエンコーダ装置。
【請求項９】
前記少なくとも１つの基準マークは、比較的大きな量の光が前記基準光検出器に到達することを可能にすることを特徴とする請求項１に記載のエンコーダ装置。
【請求項１０】
スケールのフィーチャは、複数の別個の基準マークを規定し、それぞれが、異なる基準位置を規定することを特徴とする請求項１に記載のエンコーダ装置。
【請求項１１】
前記光源と前記基準光検出器との間の光学経路における任意の光学部品のジオプターでの屈折力は、−１００と１００の間であることを特徴とする請求項１に記載のエンコーダ装置。
【請求項１２】
前記光源からの光が、前記インクリメンタルスケールマークおよび前記少なくとも１つの回折格子と相互作用して、前記スケールおよび読取りヘッドの相対的移動と共に変わる干渉縞を、前記インクリメンタル光検出器において生成することを特徴とする請求項１に記載のエンコーダ装置。
【請求項１３】
前記光源からの光は、まず前記インクリメンタルスケールマークと相互作用して、回折次数の第１のセットを生成し、前記回折次数の第１のセットが次いで、少なくとも１つの回折格子と相互作用して、さらなる回折次数を生成し、前記さらなる回折次数が再結合して、前記少なくとも１つの光検出器において干渉縞を生成することを特徴とする請求項１０に記載のエンコーダ装置。
【請求項１４】
前記光源は、発散光源であることを特徴とする請求項１に記載のエンコーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定エンコーダに関する。理解されるように、測定エンコーダは、典型的には、読取りヘッドおよびスケールの相対位置を決定することができるように、フィーチャ（features  特徴となるもの）を備えるスケールと、フィーチャを読み取るための読取りヘッドとを備える。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。
【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、読取りヘッドおよびスケールの相対位置を決定することができるように、フィーチャを備えるスケールと、フィーチャを読み取るための読取りヘッドとを備える。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、相対運動を決定および測定するために読取りヘッドが読み取ることができる一連のインクリメンタルフィーチャ（incremental features）を備える、インクリメンタルエンコーダが知られている。理解されるように、インクリメンタルフィーチャの単純な結像、およびフィーチャが読取りヘッドを通過するときにそれらをカウントすることを含めて、様々な技法がインクリメンタルフィーチャを読み取るために使用され得る。
【０００４】
多くのインクリメンタルエンコーダは、光を回折させるように配列された格子の組合せの使用に依拠して、読取りヘッドとスケールが互いに対して移動するのに従って変化する検出器における光学的パターンを生成する。Ｒｅｎｉｓｈａｗ  ｐｌｃ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、商標名ＴＯＮｉＣ（商標）およびＳｉＧＮＵＭ（商標）で入手可能である。ＴＯＮｉＣ（商標）およびＳｉＧＮＵＭ読取りヘッドにおいて、（光）源からの光を実質的にコリメートするためにレンズが使用される。それらはまた、（位相格子である）回折格子、および光検出器アレイを備える。動作において、光源からのコリメートされた光が、（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、回折次数が解析格子と相互作用して、光検出器アレイにおいて、スケールおよび読取りヘッドの相対的移動と共に移動する干渉縞パターンを生成する。ＴＯＮｉＣ（商標）およびＳｉＧＮＵＭ（商標）エンコーダは、一般に２格子エンコーダと呼ばれるものであり、その理由は、読取りヘッドにおける源からの光が２つの格子（この場合、１つ目はスケールであり、２つ目は読取りヘッド内の回折格子である）によって回折されて、光検出器アレイにおいて干渉縞を生成するからである。このタイプのエンコーダは、より詳細に説明されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００５】
しばしば、一連の実質的に周期的なフィーチャから識別可能な（たとえば、一連のインクリメンタルフィーチャの内または隣に埋め込まれた）１または複数の基準マークは、基準マークによって規定された既知の基準位置に対して相対位置が決定され得るように提供される。たとえば、基準マークは、絶対基準位置を提供するために使用することができ、そこから、たとえば、インクリメンタル位置が「カウント」され得る。そのような基準マークは検出される必要があり、したがって、読取りヘッドは典型的には基準マーク検出器を備える。加えて、典型的には、レンズまたはマスクが、基準マークの検出を容易にするために使用される。たとえば、特許文献１では、基準マークを検出器上に結像するためにレンズが使用される。たとえば、特許文献２では、相関パターンを有する基準マークの検出を容易にするためにマスクが使用される、または基準マークの配列に対応する配列を有する構造化された光検出器が提供されることにより、マスクまたは構造化された光検出器と基準マークの整合の際、光のピークまたは谷が検出器で受け取られ、基準マークの存在を示す。
【０００６】
いわゆる「シャドウキャスト（shadow-cast）」エンコーダが知られており、このエンコーダでは、スケール（すなわち、インクリメンタル／絶対（アブソリュート）スケールフィーチャおよび任意の基準マークフィーチャ）の影が、読取りヘッドの検出器上に投影され、検出器が影を検出して相対位置情報を決定する。理解されるように、そのような影は、検出器に到達する光の量を低減するスケールのフィーチャによって作ることができ、これは、光源からの光を遮断、吸収、および／または散乱するなど多くの方法で達成することができ、そうすることで、検出器に当たるものが、検出器上に結像されないスケールの画像（以下、非結像画像：non-imaged representation）となる。理解されるように、そのようなシャドウキャストエンコーダは、たとえば、検出器上にスケールの少なくとも部分を結像するためにレンズが使用される（たとえば、特許文献１および特許文献３に説明されている）、または相関パターンを有する基準マークの検出を容易にするためにマスクが使用される（たとえば、特許文献２に説明されている）他のタイプのエンコーダとは異なる。これら他のタイプのエンコーダでは、スケールが、光を遮断、吸収、および／または散乱するフィーチャを有するが、それらは、検出器によって基準マークの存在を決定するために見られ検出される影を投射せず、検出器は、（特許文献１にあるように）フィーチャの像を検知／検出する、または（特許文献２にあるように）マスクと基準マークの相関によって引き起こされる明るいピークもしくは暗い谷を検知／検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第７６５９９９２号明細書
【特許文献２】国際公開第０２／０６５０６１号パンフレット
【特許文献３】国際公開第２０１０／１３９９６４号パンフレット
【特許文献４】米国特許第５８６１９５３号明細書
【特許文献５】米国特許第７６２４５１３号明細書
【特許文献６】米国特許第７２８９０４２号明細書
【特許文献７】国際公開第２００５／１２４２８２号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明者らは、改良された特によりコンパクトな格子ベースのインクリメンタル光学エンコーダを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、少なくとも１つの基準マークを有するインクリメンタルエンコーダであって、インクリメンタル位置が、回折ベースの配列を介して決定され、少なくとも基準マークが含まれるトラックのシャドウキャスト配列が、基準マークを検出するために提供される、インクリメンタルエンコーダを提供する。言い換えれば、本発明は、少なくとも１つの基準マークを有するインクリメンタルエンコーダであって、インクリメンタル位置が、回折ベースの配列を介して決定され、少なくとも基準マークが含まれるトラック（track）の非結像画像が、基準位置が決定され得るように基準マーク検出器に当たる、インクリメンタルエンコーダを提供する。
【００１０】
言い換えれば、エンコーダ装置であって、一連のインクリメンタルスケールマークと基準マークとを規定するスケールフィーチャを備える、スケールと、光源と回折格子とインクリメンタル光検出器と少なくとも２つの検出器チャネルを備える基準光検出器とを備える、読取りヘッドとを備え、基準マークを規定するフィーチャは、少なくとも２つの検出器チャネルによって見られるような基準マークが単一の解決可能なフィーチャを備えるように構成される、エンコーダ装置が提供される。エンコーダ装置は、基準マークを規定するスケールのフィーチャが、基準光検出器に到達する源から発する光の強度を低減し、それにより、基準マークを規定する少なくともスケールのフィーチャの影が、基準光検出器に投射されるように、構成される。言い換えれば、基準マークを検出するために、少なくとも基準マークが含まれるトラックのシャドウキャスト配列が提供される。すなわち、スケールの影または影状の複製が基準光検出器に当たる。
【００１１】
本発明の第１の態様によれば、エンコーダ装置であって、一連のインクリメンタルスケールマークと（基準位置を定義する）基準マークとを規定する少なくとも１つのトラックにおけるスケールフィーチャを備える、スケールと、光源と回折格子とインクリメンタル光検出器と少なくとも２つの検出器チャネルを備える基準光検出器とを備える、読取りヘッドとを備え、基準マークを規定するフィーチャは、少なくとも２つの検出器チャネルのそれぞれによって解決可能である基準マークが単一のフィーチャを備えるように構成され、エンコーダの光学配列（optical arrangement）は、少なくとも基準マークが含まれるトラックの非結像画像が、（読取りヘッドが基準位置を通過するときに）基準光検出器に当たるようになされている、エンコーダ装置が提供される。
【００１２】
したがって、読取りヘッドは、基準光検出器上に基準マークを含むトラックの像を形成するレンズを有しないことが可能である。結像光学系の使用なしに、すなわち、検出器上に像を形成するために使用されるレンズなしに、基準マークを含むトラックの画像を得ることは、それが、エンコーダ装置のコンパクト化を可能にし、特に読取りヘッドをかなり改善することを可能にできるので有益であり得る。また、それは、基準光検出器に対してレンズを注意深く整合させる必要性を回避することができる。
【００１３】
エンコーダ装置は、基準光検出器からの出力を分析することによって基準マークを識別するように構成され得る。読取りヘッド、および／または読取りヘッドの外部のプロセッサデバイスが、基準光検出器からの出力を分析するように構成されてもよい。
【００１４】
理解されるように、非結像画像は、フィーチャが、基準光検出器に到達する光源から発する光の強度を調節することによって制御される。したがって、基準マークは、基準光検出器に到達する源から発する光の強度の変化を引き起こす。
【００１５】
したがって、基準マークは、コントラストフィーチャがスケールの非結像画像に存在するようにさせる。したがって、エンコーダ装置は、強度の変化を識別するように構成されてもよい。基準マークは、（たとえば、基準マークを含むトラックの残部に対して）基準光検出器に到達する光の強度の低減を引き起こし得る。したがって、基準マークは、暗い基準マークであり得る。この場合、少なくとも２つの検出器チャネルの出力は、それらが基準マークを通過するときに低下する。
【００１６】
任意選択で、基準マークは、（たとえば、基準マークを含むトラックの残部に対して）基準光検出器に到達する光の強度の増大を引き起こす。したがって、基準マークは、明るい基準マークであり得る。この場合、少なくとも２つの検出器チャネルの出力は、それらが基準マークを通過するときに上昇する。
【００１７】
エンコーダ装置は、少なくとも２つの検出器チャネルの出力の差信号を決定するように構成され得る。これは、基準マークの精密な決定を支援することができる。読取りヘッドは、少なくとも２つの検出器チャネルの出力を使用して差信号を生成するように構成される／そのようにする能力を備えることができる。たとえば、読取りヘッドは、少なくとも２つの検出器チャネルの出力からの差信号を生成するための電子回路を備えることができる。しかしながら、理解されるように、このことは必ずしも必要ではなく、読取りヘッドの外部のデバイスが、少なくとも２つの検出器チャネルの出力を使用して差信号を生成するように構成される／そのようにする能力を備えることもできる。差信号は、基準位置を決定するために使用され得る。読取りヘッドが、基準位置を決定するために構成されてもよい。任意選択で、読取りヘッドの外部のデバイスが、基準位置を決定するために構成され得る。
【００１８】
エンコーダ装置は、源からの光が、インクリメンタルスケールマークおよび少なくとも１つの回折格子と相互作用して、回折次数を生成し、回折次数が結合して、スケールおよび読取りヘッドの相対的移動と共に変化する合成フィールド（resultant field）を、インクリメンタル光検出器において生成するように構成され得る。源からの光は、インクリメンタルスケールマークおよび少なくとも１つの回折格子と相互作用して、スケールおよび読取りヘッドの相対的移動と共に変わる干渉縞を、インクリメンタル光検出器において生成することが可能である。源からの光は、まずインクリメンタルスケールマークと相互作用して、回折次数の第１のセットを生成し、回折次数の第１のセットが次いで、少なくとも１つの回折格子と相互作用して、さらなる回折次数を生成し、さらなる回折次数が再結合して、少なくとも１つの光検出器において干渉縞を生成することが可能である。そのようなタイプのインクリメンタルシステムが優れた汚れ耐性を提供することが知られている。
【００１９】
上記されたように、基準マークを規定するフィーチャは、少なくとも２つの検出器チャネルのそれぞれによって解決可能である基準マークが単一のフィーチャを備えるように構成される。したがって、基準マークは、必ずしも光学的に均一である必要はない。好ましくは、基準マークは、実質的に光学的に均一である。さらに、（たとえば、エンコーダ装置に、それが基準マークに近いまたは接近中であることを信号伝達することができる）基準マーク前駆体（reference mark pre-cursors）が提供されてもよいが、理解されるように、基準位置は、単一の基準マーク（すなわち、少なくとも２つの検出器チャネルによって解決可能であり、単一のフィーチャを備える）によって規定される。
【００２０】
基準マーク／基準位置は、限界マーク（limit mark）／限界位置（limit position）であってもよい。理解されるように、限界マーク／限界位置は、スケールの境界、たとえば望ましい端部を識別する。
【００２１】
理解されるように、少なくとも２つの検出器チャネルは、少なくとも部分的に測定次元においてオフセットされる。好ましくは、少なくとも２つの検出器チャネルは、測定次元においてオフセットされる。好ましくは、少なくとも２つの検出器チャネルは、測定次元においてオフセットされるが、測定次元に垂直な次元で互いに一致する。
【００２２】
スケールは、透過スケール（transmissive scale）とすることができる。任意選択で、スケールは反射スケール（reflective scale）である。この場合、少なくとも１つの光源ならびにインクリメンタルおよび基準光検出器は、スケールの同じ側に配置され得る。したがって、スケールのフィーチャが、源からの異なる量の光をスケールの長さに沿って読取りヘッドの検出器チャネルに向けて反射し返すことによって、影／非結像画像が作られ得る。
【００２３】
基準マークは、インクリメンタルスケールマーク内に少なくとも部分的に埋め込まれてもよい。たとえば、インクリメンタルスケールマークがトラック内に含まれてもよく、基準マークが同じトラック内に少なくとも部分的に埋め込まれてもよい。任意選択で、インクリメンタルスケールマークおよび基準マークは、スケール上の別々のトラックに含まれる。インクリメンタルおよび基準マークトラックは、異なる基板の上に提供され得る。任意選択で、インクリメンタルおよび基準マークトラックは、同じ基板の上に提供され得る。
【００２４】
任意選択で、基準マークを含むトラックにおけるスケールのマーキングのみが、基準光検出器上に影を投射する／非結像画像を提供する。したがって、基準マークがインクリメンタルマークとは別個のトラック内に含まれる場合、エンコーダ装置は、インクリメンタルスケールマークを規定するスケールのフィーチャのいかなる非結像画像／それらのフィーチャによって投射される影も基準光検出器に当たらないように、構成され得る。
【００２５】
スケールのフィーチャは、複数の別個の基準マークを規定することができる。別個の基準マークのそれぞれが、異なる基準位置を規定することができる。
【００２６】
理解されるように、光源は、１または複数の発光部品を備えてよい。光源は、発散光源を備えることができる（たとえば、発散光ビームを生成することができる）。任意選択で、発光部品と基準光検出器との間の光学経路における（たとえば、読取りヘッド内の光学経路の部分における）任意の光学部品の屈折力（ジオプター単位、ｍ-1）は、−１００と１００の間、たとえば−５０と５０の間、例として−１０と１０の間、特に−５と５の間である。任意選択で、発光部品と基準光検出器との間の光学経路における（特に、読取りヘッド内の光学経路の部分における）任意の光学部品の屈折力（ジオプター単位  ｍ-1）は、実質的に０である。したがって、任意選択でスケール（たとえば、基準マークを含むトラック）を結像するためのレンズが、また任意選択でレンズが、光源の発光部品と基準光検出器との間の（特に読取りヘッド内の）光学経路において提供されない。
【００２７】
光源は、可視範囲で光を放出してよい。理解されるように、適切な光源は、電磁スペクトルの赤外線から紫外線の範囲の任意の範囲で光を放出する光源を含む。任意選択で、光源は、赤外線範囲で光を放出する。
【００２８】
光源は、発散光源を含んでよい。すなわち、光源から発する光が光源から発散して離れる。任意選択で、光ビームの発散は、発光部品と基準光検出器との間の光学経路全体にわたって実質的に変わらないままである。
【００２９】
本発明の別の態様によれば、スケールと、光ビーム（任意選択で発散光ビーム）を生成するための非コリメート光源（non-collimated light source）、回折格子、および光検出器アレイを備える読取りヘッドと、を備えるインクリメンタル２格子型エンコーダ装置であって、光ビームがスケールと相互作用し、次いで回折格子と相互作用して、スケールおよび読取りヘッドの相対的移動と共に変わる干渉縞を、光検出器アレイにおいて生成するように構成され、光源と光検出器アレイとの間の光学経路における（たとえば、読取りヘッド内の光学経路の部分における）すべての光学部品の屈折力（ジオプター単位、ｍ-1）は、−１００と１００の間、たとえば−５０と５０の間、例として−１０と１０の間、特に−５と５の間であることを特徴とするインクリメンタル２格子型エンコーダ装置が提供される。したがって、発散光ビームの場合、光ビームの発散は、前記経路全体にわたって実質的に変わらないままであることが可能である。
【００３０】
理解されるように、本発明の第１の態様に関連して前述された特徴は、本発明の上記他の態様（および本発明の後述のさらなる態様）にも適用可能であり、逆も同様である。たとえば、任意選択で、光源と基準光検出器との間の光学経路における（たとえば、読取りヘッド内の光学経路の部分における）任意の光学部品の屈折力（ジオプター単位、ｍ-1）は、実質的に０である。したがって、任意選択で結像レンズが、また任意選択でレンズが、光源の発光部品と基準光検出器との間の光学経路において提供されない（たとえば、読取りヘッド内の光学経路の部分内でレンズが提供されない）。
【００３１】
任意選択で、読取りヘッドにおける任意の光学部品の屈折力（ジオプター単位、ｍ-1）は、−１００と１００の間、たとえば−５０と５０の間、例として−１０と１０の間、特に−５と５の間、たとえば実質的に０である。
【００３２】
本発明のさらなる態様によれば、スケールと、光源、回折格子、および光検出器アレイを備える読取りヘッドと、を備えるエンコーダ装置であって、光源からの光フィールドがスケールと相互作用し、次いで回折格子と相互作用して、スケールの相対的移動と共に変わる干渉縞を、光検出器アレイにおいて生成するように構成され、エンコーダ装置が、光学デバイス、たとえば、光源からの光の波面曲率を変えるレンズを有していないことを特徴とするエンコーダ装置が提供される。
【００３３】
次に、本発明の実施形態が単に例として以下の図面を参照して説明される。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明による透過エンコーダの概略等角図である。
【図２】スケール上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からの光の反射を示す、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３】（ａ）〜（ｄ）は読取りヘッドがスケール上の基準位置を通過するのを示す、図１のエンコーダの概略断面図である。
【図４】図１から図３の読取りヘッドの基準位置光検出器のそれらが基準位置を通過していくときの出力およびそれらの差信号を示すグラフである。
【図５】本発明による透過エンコーダの代替的実施形態を示す図である。
【図６】図５のエンコーダの、それがスケール上の基準位置上に位置するときにスケールにわたって見る断面図である。
【図７】図５及び図６の読取りヘッドの基準位置光検出器のそれらが基準位置を通過していくときの出力およびそれらの差信号を示すグラフである。
【図８】読取りヘッド位置のインクリメンタル読取りを容易にするための、回折光の使用を介したインクリメンタル光検出器における合成フィールドの生成を概略的に示す、概略光線図である。
【図９】読取りヘッド位置のインクリメンタル読取りを容易にするための、回折光の使用を介したインクリメンタル光検出器における合成フィールドの生成を概略的に示す、概略光線図である。
【図１０】本発明によるエンコーダ装置の第１の反射型実施形態の概略図である。
【図１１】本発明によるエンコーダ装置の第２の反射型実施形態の概略図である。
【図１２】本発明によるエンコーダ装置の第３の反射型実施形態の概略図である。
【図１３】図１０の読取りヘッド内の光源、インクリメンタル検出器、および基準位置検出器の概略図である。
【図１４】スケール上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からの光の反射を示す、スケールの長さに沿って見る図１０および図１３のエンコーダの概略断面図である。
【図１５】（ａ）〜（ｄ）は読取りヘッドがスケール上の基準位置を通過するのを示す、スケールにわたって見る図１０、図１３および図１４のエンコーダの概略断面図である。
【図１６】図１１の読取りヘッド内の光源、インクリメンタル検出器、および基準位置検出器の概略図である。
【図１７】スケール上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からの光の反射を示す、スケールの長さに沿って見る図１１および図１６のエンコーダの概略断面図である。
【図１８】（ａ）〜（ｄ）は読取りヘッドがスケール上の基準位置を通過するのを示す、スケールにわたって見る図１０、図１６および図１７のエンコーダの概略断面図である。
【図１９】本発明による読取りヘッドで使用するのに適したインクリメンタル検出器の１つのタイプの概略図である。
【図２０】別の実施形態による基準光検出器の概略図である。
【図２１】図１６の読取りヘッドに組み込まれるような図２０の基準光検出器のそれらが基準位置を通過していくときの出力、ならびにそれらの差信号（difference signal）および和信号（sum signal）を示すグラフである。
【図２２】本発明で使用するのに適した基準マークの別のタイプを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
図１を参照すると、本発明によるエンコーダ装置２が示されている。エンコーダ装置は、読取りヘッド４およびスケール６を備える。図示されていないが、典型的には実施において、読取りヘッド４がマシンの一部分に固着され、スケール６がマシンの別の部分に固着され、それらは互いに対して可動である。読取りヘッド４は、それ自体とスケール６の相対位置を測定するために使用され、したがって、マシンの２つの可動部分の相対位置の測定値を提供するために使用され得る。典型的には、読取りヘッド４は、（図示されるような）有線および／または無線通信チャネルを介して、コントローラ８などのプロセッサと通信する。読取りヘッド４は、（より詳細に後述される）その検出器からの信号をコントローラ８に報告することができ、次いでコントローラ８がそれらを処理して位置情報を決定することができる、かつ／または、読取りヘッド４それ自体が、その検出器からの信号を処理し、位置情報をコントローラ８に送ることができる。
【００３６】
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を規定する複数のスケールマーキングを備える。
【００３７】
インクリメンタルトラック１０は、回折格子を効果的に形成するように読取りヘッドに向けて伝送される光を制御する一連の周期的スケールマーク（周期的フィーチャ）１４を備える。インクリメンタルトラック１０は、振幅スケールまたは位相スケールと一般に呼ばれるものであってよい。理解されるように、それが振幅スケールである場合、フィーチャは、（たとえば、光を選択的に吸収、散乱、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伝送さ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、それが位相スケールである場合、フィーチャは、（たとえば、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伝送される光の位相を制御するように構成される。本実施形態では、インクリメンタルトラック１０は振幅スケールであるが、いずれの場合も、より詳細に後で説明されるように、光は周期的スケールマーク１４と相互作用して回折次数を生成する。
【００３８】
基準トラック１２は、基準マーク１６によって規定された基準位置を備える。先に説明されたように、基準位置は、読取りヘッド４がそのスケール６との相対的な位置を正確に決定できるようにするために有用であり得る。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、それらが、読取りヘッド４がその間を移動することを可能にされるスケール６の限界または両端を規定するために使用され得るので、「限界位置」とも呼ばれるものであり得る。
【００３９】
図２は、読取りヘッド４の光学部品を概略的に示す。この実施形態では、エンコーダ装置は、それが、使用時にスケール６の第１の側に配置される電磁放射（ＥＭＲ）源１８、たとえば、赤外光源１８と、スケール６の反対側の少なくとも１つの検出器とを備えるので、透過エンコーダである。一般に、光源１８からの赤外光は、スケール６を介して検出器に向けて伝送されるように構成される。図示されるように、光源は発散し、光源の照射フットプリントは、インクリメンタルトラック１０と基準トラック１２の両方に当たる。説明されている実施形態では、光源は、赤外線範囲のＥＭＲを放出するが、理解されるように、このことは必ずしも必要ではなく、他の範囲、たとえば赤外線から紫外線の任意の範囲におけるＥＭＲを放出し得る。理解されるように、源の適切な波長の選択は、ＥＭＲ波長で作用する適切な格子および検出器の利用性を含む多くの要因に応じて異なる可能性がある。また、図示されるように、読取りヘッド４の受信側に、（一般にインデックス格子とも呼ばれる）回折格子２０、インクリメンタル光検出器２２、および基準光検出器２４が提供されている。
【００４０】
これらの部品は後でより詳細に説明されるが、要約すると、源１８からの赤外光は、読取りヘッド４からスケール６に向けて放出され、スケール６で、光源のフットプリントの一部は基準トラック１２と相互作用し、光源のフットプリントの一部はインクリメンタルトラック１０と相互作用する。現在説明されている実施形態では、基準位置は、基準光検出器２４に到達できる源からの光の強度を低減する基準マークトラック１２内のフィーチャ１６によって規定される。これは、たとえば、フィーチャが基準トラック１２の残部よりも多くの赤外光を吸収、反射、および／または散乱することによって達成され得る。いずれの場合も、基準位置を規定するスケールのマークの非結像画像（この場合、単一フィーチャ基準マーク１６それ自体）は、読取りヘッドが基準位置を通過するときに基準検出器２４に当たる（より詳細には図４参照）。言い換えれば、基準位置を規定するスケールのマークの影（この場合、単一フィーチャ基準マーク１６それ自体）は、読取りヘッドが基準位置を通過するときに基準検出器２４に投射される（より詳細には図４参照）。特に、この実施形態では、フィーチャ１６は、源１８からの赤外光が基準光検出器２４に到達するのを実質的に防止する（たとえば、源１８からの光を完全に遮断する）。図２に示された位置において、読取りヘッド４は基準位置と合致せず、したがって、赤外光は、基準トラック１２を介して基準光検出器２４上に伝送されるように示されている。
【００４１】
インクリメンタルトラック１０に関しては、源１８からの赤外光は、周期的スケールマーク１４に当たり、それが回折パターンを規定する。したがって、赤外光は、複数の次数に回折されて、それらが読取りヘッド内の回折格子２０上に当たる。本実施形態では、回折格子２０は位相格子である。次いで、光は、回折格子２０によってさらに次数に回折されて、それらがインクリメンタル光検出器２２において干渉して、合成フィールド、この場合は干渉縞を形成する。
【００４２】
図８および図９を参照して、干渉縞の生成がより詳細に説明される。理解されるように、図８は、エンコーダ装置で起きる実際の光学的状況の非常に簡略化された図である。特に、源からのただ１つの光線に関する状況が示されているが、実際には、インクリメンタルトラック１０のエリアが源によって照射される。したがって、実際には、図８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射されるエリアにわたって）何度も繰り返され、したがって、検出器において、図９に概略的に示された長い干渉パターンを生成する。また、例示のため、＋／−１次の次数だけが示されている（たとえば、理解されるように、光は、複数の次数、たとえば、＋／−３次、＋／−５次などの回折次数に回折される）。光は、スケール６のインクリメンタルトラック１０内の一連の周期的フィーチャ１４によって回折され、回折次数が回折格子２０に向けて伝播し、光は、インクリメンタル検出器２２において合成フィールド２６（この場合は干渉縞であるが、たとえば、変調されたスポットであってもよい）を形成する前に、回折格子で再び回折される。図９に示されるように、合成フィールド２６は、回折格子２０およびスケール６からの光の回折次数の再結合によって生成される。
【００４３】
インクリメンタル検出器２２は、合成フィールド２６（たとえば干渉縞）を検出して信号を生成し、信号は、読取りヘッド４によってコントローラ８などの外部デバイスへ出力される。具体的には、読取りヘッド４とスケール６の相対的移動が、合成フィールドの変化（たとえば、検出器２２に対する干渉縞の移動、またはインクリメンタル検出器２２における変調されたスポットの強度の変化）を引き起こし、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リメンタルアップ／ダウンカウント（incremental up/down count）を提供するように処理され得る。
【００４４】
インクリメンタル検出器２２は、たとえば、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、インクリメンタル検出器２２において干渉縞２６が生成される実施形態では、インクリメンタル検出器２２は、電子格子（electrograting）の形態をとることができ、電子格子は、言い換えれば光センサアレイであり、光センサアレイは、たとえば、インターディジタル配置された（interdigitated）／インタレースされた感光センサの２以上のセットを備えることができ、それぞれのセットは、検出器２２における干渉縞２６の異なる位相を検出する。例が図１９に示されており、そこでは、インクリメンタル検出器２２の部分が示され、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インターディジタル配置されており、セット内の各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。これらの出力は次いで、直交信号を提供するために使用される。たとえば、Ａ’−Ｃ’を使用して、第１の信号を提供することができ、Ｂ’−Ｄ’を使用して、第１の信号から９０度位相がずれた第２の信号（たとえば、余弦および正弦信号）を提供することができる。図示されるように、任意のいずれの瞬間においても、任意の１つのセット内のすべてのフォトダイオードが、（縞周期とセンサ周期が同じ場合に）干渉縞の同じ位相の強度を検出する。この配列は、光学要素のフィルタリング効果のため、読取りヘッド４が、周期的スケールマーク１４の周期性の乱れにほとんど影響され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あまり影響しない。このタイプのスケールおよび読取りヘッドのさらなる詳細は、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４に説明されている。理解されるように、電子格子／光センサアレイは、インターディジタル配置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もでき、異なるレイアウトが使用されてもよい。
【００４５】
図３および図４は、基準位置がどのように検出されるかを示す。図４（ａ）から図４（ｄ）の連続によって示されるように、読取りヘッドが基準位置を通過するとき、光源１８からの光は、基準トラック１２内のフィーチャ１６によって遮断され、それが基準光検出器２４に到達するのを防止され、それにより、基準光検出器２４上に影３２の形態で非結像画像を形成する。図示されるように、説明されている実施形態では、基準光検出器２４は、実質的に「分割検出器」であり、これは、測定方向で互いに対してオフセットされた第１の別個の検出器チャネル２８および第２の別個の検出器チャネル３０を備える。これら２つの別個の検出器チャネルのそれぞれは、それに当たる光の強度を測定し、測定された強度に比例する出力を提供する。基準マーク１６ならびに第１の別個の検出器チャネル２８および第２の別個の検出器チャネル３０は、第１の別個の検出器チャネル２８および第２の別個の検出器チャネル３０によって基準マーク１６が単一のフィーチャを備えることができるように構成される。言い換えれば、基準マーク１６ならびに第１の別個の検出器チャネル２８および第２の別個の検出器チャネル３０は、第１の別個の検出器チャネル２８および第２の別個の検出器チャネル３０によって見られる基準マーク１６が、単一の解決可能なフィーチャを備えるように構成される。したがって、第１の別個の検出器チャネル２８および第２の別個の検出器チャネル３０に関する限り、基準マーク１６は「単一フィーチャ」基準マークである。これは、（ノイズを無視して）単一バンプ（bump）／ピークまたは単一ディップ（dip）信号が第１の別個の検出器チャネル２８および第２の別個の検出器チャネル３０のそれぞれによって出力されることを確実にする。これは、非常にクリーンな差信号（より詳細に後で説明される）をもたらし、それにより、基準位置の正確で信頼できる決定を促進する。
【００４６】
理解されるように、説明されている実施形態では、基準マークは、それが実質的に光を均一に反射／遮断／吸収するので、単一ブロックフィーチャである。しかしながら、このことは必ずしも必要ではない。たとえば、基準マークは、第１の別個の検出器チャネル２８および第２の別個の検出器チャネル３０によって解決可能ではないフィーチャを備えてもよい。たとえば、（図面ページの）図２２に示される基準マーク１６’および１６’’は、本発明で使用するのに適したパターン形成された基準マークを示す。図２２の基準マーク１６’は、チェック状にされたパターンを備える。しかしながら、第１の別個の検出器チャネル２８および第２の別個の検出器チャネル３０は、これらのフィーチャを別々に解決する、「検知」、または検出することができず、そのような基準マーク１６’が第１の別個の検出器チャネル２８および第２の別個の検出器チャネル３０を通過するとき、第１の別個の検出器チャネル２８および第２の別個の検出器チャネル３０の出力は、図４、図７、および図２１に示されるように、単一バンプ／ピークまたは単一ディップ信号の形態をとる。
【００４７】
したがって、読取りヘッド４が測定方向Ｂでスケール６に対して移動していくとき、「単一フィーチャ」基準マークを規定するスケールのマーキング（この場合はフィーチャ１６）の影３２が、まず第１の検出器チャネル２８に投射され、次いで第２の検出器チャネル３０に投射される。したがって、第１の検出器チャネル２８および第２の検出器チャネル３０の出力は、読取りヘッド４が基準位置を通過するときにディップを検出し、これは、図４のグラフの上部に示されている。第１の検出器チャネル２８および第２の検出器チャネル３０が測定方向でオフセットされていると、検出器チャネルの一方によって報告される強度のディップは他方より遅れる。この実施形態では、基準マーク１６ならびに第１の検出器チャネル２８および第２の検出器チャネル３０は、（たとえば、差動増幅器を介して得られる）第１の検出器チャネル２８および第２の検出器チャネル３０の出力の差信号３８が閾値レベルの上側４１と下側４３の間を通るときを決定することによって、基準位置が決定され得るように構成される。図示されるように、２つの閾値レベル４１、４３によって規定されるこの「ゾーン」は、（線３４で示される点における）２つの信号２８、３０が通る点を含み、したがって、差信号３８が（たとえば点３６における）ゼロ値を通る点も含む。したがって、基準位置は、実際には、２つの閾値レベル４１、４３の間の基準「ゾーン」３９として決定される。差信号がゾーン３９内であるとき、パルス４５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によってコントローラ／プロセッサデバイス８へ出力される。基準パルスの幅は、インクリメンタル直交信号から決定され得るリサジュー（lissajous）の１リサジューサイクルよりも大きくない。２つの検出器チャネルの出力間の差を得ることによって基準位置を検出することのさらなる詳細は、特許文献５および特許文献６に説明されている。
【００４８】
図５から図７は、本発明の第２の実施形態を示す。第２の実施形態は、それがやはり透過エンコーダ装置であるという点で第１の実施形態と同様であり、同様の部分は同様の参照番号を共用している。第１の実施形態との違いは、スケール１０６の基準トラック１１２が、（基準マーク検出器の要素によって解決できるような）「単一フィーチャ」基準マーク１１６を有することによって基準位置を規定し、「単一フィーチャ」基準マーク１１６は、基準トラックの残部と比較して比較的大きい量で源１８からの光が基準検出器２４の第１の検出器チャネル２８および第２の検出器チャネル３０に到達することを可能にすることである。したがって、スケール６（具体的には基準トラック１１２）は、基準トラック１１２の長さに沿って延びる光制限マーキング（light restrictor markings）１４０の形態でマーキングを備える。図１の実施形態のように、これらの光制限マーキング１４０は、基準検出器２４に光が到達するのを必ずしも完全に阻止する必要はない。むしろ、それらは、たとえば、単一フィーチャ基準マーク１１６と比べて、基準検出器２４に到達する光の量を低減するだけであり得る。
【００４９】
この実施形態では、単一フィーチャ基準マーク１１６を規定するスケールマーキング（すなわち光制限マーキング１４０）が、スケール１０６の長さの大部分について基準検出器２４上に影を投射する。（言い換えれば、基準検出器２４は、スケールの長さの大部分について光制限マーキングの１４０の影の中にある）。しかしながら、読取りヘッド４が基準位置を通過するとき、単一フィーチャ基準マーク１１６は、源１８からの光をスケール６を介して基準検出器２４の第１の検出器チャネル２８および第２の検出器チャネル３０上に行かせる。基準位置は、前述と同様に決定されるが、理解されるように、また図７のグラフに示されるように、信号が反転される。
【００５０】
本発明はまた、図１０から図１８に関連して図示され以下に説明されるように、反射エンコーダ装置２０２で利用され得る。これらの場合、スケール２０６、３０６、４０６は、読取りヘッド２０４の光源２１８からの光を読取りヘッド２０４に向けて反射し返すように構成される。たとえば、図１３および図１４を参照すると、読取りヘッド２０４は、光源２１８、インクリメンタル検出器２２２、ならびに（測定方向にオフセットされた第１の検出器チャネル２２８および第２の検出器チャネル２３０を備える）基準検出器２２４を備える。これらの読取りヘッド部品は、図１から図９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、同じ方法で動作するが、わずかな違いとして、それらがすべてスケール２０６の同じ側に配置される。したがって、干渉縞（図示せず）が、図８、図９および図１６に関連して説明されたのと同様に作られてインクリメンタル検出器２２２において検出されるが、わずかな違いとして、図８および図９の光線図が（図１０から図１８の実施形態では）スケールで反射される。同様に、基準位置は、同じ方法で、すなわち、基準検出器２２４の第１の検出器チャネル２２８および第２の検出器チャネル２３０の出力を差動増幅することにより得られる差信号のゼロ交差点を発見することによって、決定される。
【００５１】
図１３の実施形態に示されるように、基準位置は、基準トラック２１２の残部よりも少ない光を基準検出器２２４に向けて反射し返すように構成された基準マーク２１６によって規定される。単一フィーチャ基準マーク２１６は、これを、たとえば、光を吸収または散乱することによって（またはさらに、たとえば、それが基準検出器２２４に向けて反射し返されないように、それがスケール基板を通過することを可能にすることによって）、達成することができる。
【００５２】
したがって、図１５（ａ）から図１５（ｄ）の連続によって示されるように、スケール２０６の長さの大部分について、源からの光は、読取りヘッド２０４の方向に反射し返される。しかしながら、読取りヘッド２０４が基準位置を通過するとき、影が、基準マークを規定するスケールマーキング（この実施形態では基準マークそれ自体）によって作られ、基準検出器２２４上に投射されて、基準マークトラック２１２の非結像画像が基準検出器２２４に当たるようにされる。この影／非結像画像は、読取りヘッド２０４に向けてあまり光を反射し返さない（たとえば、実質的に光を反射しない）単一フィーチャ基準マーク２１６によって作られる。スケールのマーキングのこの影／非結像画像は、第１の検出器チャネル２２８および第２の検出器チャネル２３０を横切り、基準位置については、上述されたように、第１の検出器チャネル２２８および第２の検出器チャネル２３０の出力を差動増幅することによって得られた差信号を分析して、それが第１の閾値４１と第２の閾値４３との間を通るときを決定することによって検出される。
【００５３】
説明されている実施形態では、光源１８、２１８は赤外線発光ダイオード（「ＬＥＤ」）である。
【００５４】
示されるように、光源２１８は、読取りヘッドの（矢印Ｂで示される）読取り方向に対して横方向の（矢印Ａで示される）方向でインクリメンタル光検出器２２２と基準光検出器２２４との間に配置される。これは、インクリメンタルトラック２１０と基準マークトラック２１２の両方の良好な均等な照射を容易にする。具体的には、この実施形態では、光源２１８は、インクリメンタル光検出器２２２と基準光検出器２２４との間で実質的に等距離に配置され、（破線２２７で概略的に示される）読取りヘッド２０４のインクリメンタル光検出器２２２および基準マーク光検出器２２４の外側範囲によって規定されるエリア２２５内に含まれる。
【００５５】
代替的実施形態が図１６から図１８に示されている。図１３から図１５の実施形態と同様に、この実施形態は反射エンコーダ装置であり、同様に動作する。しかしながら、この場合、基準マーク３１６は、光源２１８からの光を吸収する（または散乱し得るもしくはその光の伝達を可能にする）光制限フィーチャ３４０の形態のスケールマーキングによって規定される。したがって、基準検出器２２４（また具体的には、第１の検出器チャネル２２８および第２の検出器チャネル２３０）は、それが基準位置を通過するときを別として、スケールの長さの大部分について、単一フィーチャ基準マークを規定するスケールのマーキングの影の内に位置し（すなわち、光制限フィーチャ３４０の影の内に位置し）、それにより、やはり、基準マークトラック３１２の結像画像が基準光検出器２２４に当たるようにする。やはり、第１の検出器チャネル２２８および第２の検出器チャネル２３０の出力を差動増幅することによって得られた差信号は、基準位置を識別するために使用され得る。
【００５６】
上記の実施形態では、基準位置は、インクリメンタルスケールを規定するスケールマーキングとは別のトラックに含まれるスケールマーキングによって規定される。しかしながら、このことは必ずしも必要ではない。たとえば、図１２は、インクリメンタルスケールマークと同じトラックに含まれる「埋め込まれた」単一フィーチャ基準マーク４１６を示している。基準位置は、他の説明された実施形態と同じ方法で決定され得る。
【００５７】
図１３から図１８の反射エンコーダに関連して説明されている実施形態では、光源２１８は、インクリメンタル光検出器２２２および基準光検出器２２４を含む平面に配置されるように示されている。しかしながら、理解されるように、このことは必ずしも必要ではない。たとえば、光源２１８は、インクリメンタル光検出器２２２および／または基準光検出器２２４の上方または下方に配置されてもよい（インクリメンタル光検出器２２２および／または基準光検出器２２４は、必ずしも同じ平面にある必要はない）。
【００５８】
したがって、上記実施形態すべては、基準マークトラックのシャドウキャスト配列が、少なくとも基準光検出器上の基準マークトラックの非結像画像を提供するために使用される、エンコーダシステムを説明している。
【００５９】
注目されるように、上述された実施形態では、光源１８からの光の波面曲率を変えるレンズまたは他の光学部品が読取りヘッドに提供されていない。理解されるように、小さい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屈折力（ジオプター単位、ｍ-1）は、−１００と１００の間を超えない、たとえば−５０と５０の間を超えない、例として−１０と１０の間を超えない、特に−５と５の間を超えない。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）により、非常にコンパクトな読取りヘッドが提供できるようになる。具体的には、本発明者らは、反射エンコーダで使用するための読取りヘッドであって、全高が１０ｍｍ以下、たとえば６．７ｍｍ以下であり、全システム高（読取りヘッドの上部からスケールの上面まで）が１４ｍｍ未満、たとえば７．８ｍｍ以下である、読取りヘッドを提供することが可能になっている。具体的には、それにより、本発明者らは、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との間の高さを２．３ｍｍ以下に低減することが可能になっている。
【００６０】
上記の実施形態では、基準位置が、（１又は複数の基準光検出器によって決められる）単一フィーチャ基準マークによって規定され、第１の検出器チャネルおよび第２の検出器チャネルの出力を差動増幅することによって得られる差信号が、基準位置を識別するために使用される。理解されるように、様々な他の技法が基準位置を識別するために使用されてもよい。たとえば、第１の閾値４１および第２の閾値４３によって規定されたゾーンを通る差信号の交差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内にあるときを識別するゲート信号が使用されてもよい。エンコーダ装置は、ゲート信号のアクティブ化時に、第１の閾値４１および第２の閾値４３によって規定されたゾーン内に差信号３８があるかどうかを決定するだけのように構成されてもよい。ゲート信号は、追加の検出器チャネルを使用し、特許文献５により詳細に説明されるように和信号を得ることによって得られてもよい。たとえば、図２０は、第１の検出器チャネル２２８ａ、第２の検出器チャネル２２８ｂ、第３の検出器チャネル２３０ａ、および第４の検出器チャネル２３０ｂを備える、基準光検出器２２４の代替的実施形態を示す。この場合、ゲート信号は、以下のように「和」および「差」信号を得ることによって得られてよい。
【００６１】
“和”＝（“２２８ｂ”＋“２３０ａ”）−（“２２８ａ”＋“２３０ｂ”）
“差”＝（“２２８ａ”＋“２２８ｂ”）−（“２３０ａ”＋“２３０ｂ”）
見られるように、差信号を得ることは、本質的に、第１のチャネル２２８ａおよび第２のチャネル２２８ｂの出力を（図１６の実施形態の第１のチャネル２２８と等価な）１つのチャネルとして結合し、第３のチャネル２３０ａおよび第４のチャネル２３０ｂの出力を（図１６の実施形態の第２のチャネル２３０と等価な）１つのチャネルとして結合する。したがって、差信号は、図７に示される差信号３８と同様である。和信号４４は、図２１に示されており、和信号４４が（線４６で示される）予め定めた閾値レベルよりも大きい間に得られたゼロ交差のみにより基準位置が決定されることを確実にするために使用され得る。これは、たとえば、基準検出器２２４から得られた信号におけるノイズおよび／またはエラーにより、第１の閾値４１および第２の閾値４３によって規定されたゾーンを差信号が交差する場合の、誤ったトリガーを回避するために役立つ。
【００６２】
任意選択で、追加のフィーチャが、読取りヘッドにそれが基準位置の領域内であることを信号伝達するためにスケール上に提供されてもよく、読取りヘッドは単に、それがそのようなプライミング（priming）信号を受け取ったときに基準位置を示す信号を探すように構成されてよい。そのようなフィーチャは、スケール上の別のトラックに含まれてもよく、非光学フィーチャ（たとえば、読取りヘッド内のホールセンサによって検出可能な磁気フィーチャ）によって提供されてもよく、または単一フィーチャ基準マークと同じトラックに含まれる光学フィーチャであってもよい。しかしながら、後者の場合、基準位置を実際に規定するために使用され、かつ読取りヘッドが基準位置を決定するために探す、単一の単独で解決可能なフィーチャがやはりあることは理解されよう。さらに、基準位置は、必ずしも、差信号を得て分析することにより決定される必要はない。たとえば、読取りヘッドは、出力が分析される単一の検出器チャネルのみを備えて、予め定めた閾値をそれが交差するときに基準位置が識別されたとみなされるようにしてもよい。
【００６３】
上述された実施形態では、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射するために使用される。具体的には、エンコーダ装置のインクリメンタルシステムまたは基準マークシステムの光学経路においてレンズが使用されない。具体的には、光源の発光部品とインクリメンタルまたは基準光検出器との間でレンズが使用されない。このことは、それが読取りヘッドのサイズを、特に高さをかなり低減できるので、有益であり得る。レンズが存在しないことは、基準マークシステムが提供されない（たとえば、スケールおよび／または基準マーク光検出器上に基準マークが無い）エンコーダ装置においても有益であり得る。通常、源からの光が、まずスケールによって回折され、次いで読取りヘッドにおける回折格子によって回折されて、インクリメンタル光検出器において干渉縞を形成する、インクリメンタルエンコーダでは、光源は、スケールに向けて投影される光の発散を著しく低減するために、コリメートレンズなどのレンズを備える。実際、これは、Ｒｅｎｉｓｈａｗ  ｐｌｃによって販売されているＳｉＧＮＵＭおよびＴＯＮｉＣエンコーダにおける状況、たとえば、特許文献７で説明されている状況である。しかしながら、本発明者らは、たとえば読取りヘッドをよりコンパクトにするために、そのようなシステムでレンズを使用しない（または、わずかな度数のレンズのみを使用する）ことが有益であり得ることを見出した。これは、エンコーダ装置が基準マークを使用するかどうかに関わらず当てはまる。
【図１】
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【図２】
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【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】
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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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【国際調査報告】
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