JP2019012064A - 光学式エンコーダ - Google Patents
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Abstract
【課題】耐汚染性及び耐欠陥性を有する光学式エンコーダを提供する。【解決手段】周期的パターンを有するスケールは、照明部から光源光が入力され、スケール光を出力する。スケールと光検出器構造との間の変位に対応して周期的なスケール光パターンが光検出器構造上を移動する。光検出器構造は、空間位相列に配列されたN個の空間位相検出器からなるセットを有する。空間位相列は、2つの外側空間位相検出器とこれらの間に配置された空間位相検出器の内側の群とを含む。空間位相検出器は、周期的なスケール光パターンに応じた空間位相検出器の空間位相に対応して配置された、空間周期的なスケール光受光領域を有する。内側の群の空間位相検出器のそれぞれは、空間位相列内で、当該空間位相検出器とは異なる空間位相を有する空間位相検出器によって先行され、後続される。先行及び後続する空間位相検出器はそれぞれ異なる空間位相を有する。【選択図】図1
Description
本発明は、一般に、精密な位置又は変位の測定装置に関し、特に、スケールの汚染部分又は欠陥部分による誤差への耐性を有する信号処理を行うエンコーダに関する。
光学式位置エンコーダは、リードヘッドにより検出されるパターンを有するスケールに対する、リードヘッドの変位を決定する。典型的には、位置エンコーダは、周期的パターンを有する少なくとも1つのスケールトラックを有する。スケールから生じる信号は、スケールトラックに沿う方向のリードヘッドの変位又は位置の関数として周期的である。アブソリュート型の位置エンコーダは、複数のスケールトラックを用いることで、アブソリュートスケールに沿う方向の各位置において特定の信号の組み合わせを与えることができる。
光学式エンコーダは、インクリメンタル又はアブソリュート位置スケール構造を用いることができる。インクリメンタル位置スケール構造では、スケールに沿う方向の初期位置からスタートして、変位のインクリメンタル単位を累積することで、スケールに対するリードヘッドの変位を決定することができる。このようなエンコーダは、特定の用途、特に商用電力が使用できる場合に適している。低消費電力用途(例えば、バッテリーから電源供給を受けるゲージなど)では、アブソリュート位置スケール構造を用いことがより望ましい。アブソリュート位置スケール構造は、スケールに沿う方向の各位置において、特定の出力信号又は信号の組み合わせを与える。よって、アブソリュート位置スケール構造には、様々な電力節約方式が適用できる。特許文献1〜11には、アブソリュート位置エンコーダに関する様々なエンコーダ構造及び信号処理技術の一方又は両方が開示されている。これらの文献を参照することで、これらの文献は全体的に本明細書に取り込まれる。
照明部で照明光源回折格子を用いることで、特定の利点を実現するエンコーダ構造が存在する。特許文献12〜15には、このようなエンコーダ構造が開示されている。これらの特許で開示された構造は、超解像モアレ結像を利用するもとのとして特徴づけることができる。
様々な用途においては、スケールトラック上の埃や油などのスケールの製造欠陥又は汚染は、リードヘッドにより検出されるパターンを乱し、その結果として得られる位置又は変位測定結果には誤差が生じる。一般に、欠陥又は汚染による誤差の大きさは、欠陥又は汚染の大きさ、スケール上の周期的パターンの波長、リードヘッドの検出領域の大きさ、これらの大きさの間の関連性などの要素に依存する。エンコーダでの異常信号に対応する様々な手法が知られている。これらの方法のほぼ全ては、エンコーダ信号の無効化、ユーザに警告する「エラー信号」の提供、低レベルの信号を増幅するための光源強度の調整などに基づいている。
しかし、上記したような方法は、ある種のスケールの欠陥や汚染に起因する異常信号にかかわらず正確な測定動作を継続できる手段を与えるものではない。よって、これらの方法は、用途に制限がある。スケールの汚染や欠陥による測定精度への影響を軽減する既知の手法が、特許文献16に開示されている。特許文献16は、複数の光検出器が同じ位相を有する周期的な信号を出力する手法を提案しており、これらの信号のそれぞれは、信号安定度判定手段に入力される。信号安定度判定手段は、「正常」と判定された信号のみを出力し、「正常」な信号は合成されて、位置測定の基礎となる。「異常」な信号は、位置測定演算から取り除かれる。しかし、特許文献16に開示された「正常」及び「異常」な信号を判定する手法には、特許文献16の開示の利用が制限されるという欠点を有する。
特許文献17には、汚染の影響を受けていない光検出器からの信号を選択する手段を与える、耐汚染性及び耐欠陥性を有する光学式エンコーダ構造が開示されている。しかし、特許文献17の構造は、用途によっては望ましくない複雑な信号処理に依存している。
複雑な信号処理を要することなく、ある種のスケールの欠陥や汚染に起因する異常信号を防止又は緩和する高精度な測定動作をもたらす改良手法が望まれる。
本発明は、上記の事情に鑑みて成されたものであり、耐汚染性及び耐欠陥性を有する光学式エンコーダを提供することを目的とする。
本発明の一態様である光学式エンコーダは、
光源光経路を介してスケールに光源光を送る照明部と、
測定軸方向に細く、前記測定軸方向と直交するY方向に長く、前記測定軸方向に周期的に配列されるバーで構成される周期的パターンを有し、前記光源光経路に沿う前記光源光を入力され、スケール光経路を介してスケール光を出力する、前記測定軸方向に延在するスケールと、
前記スケールから前記スケール光経路を介して周期的なスケール光パターンを受け取る光検出器構造であって、前記スケールと前記光検出器構造との間の前記測定軸方向の相対的な変位に対応して、前記周期的なスケール光パターンが前記光検出器構造上を移動する前記光検出器構造と、を有し、
前記光検出器構造は、空間位相列に測定軸と交差する方向に沿って配列されたN個の空間位相検出器からなるセットを有し、Nは6以上の整数であり、前記空間位相列は、前記測定軸と交差する方向の前記空間位相列の始まり及び終わりに位置する2つの外側空間位相検出器と、前記2つの外側空間位相検出器の間に配置された空間位相検出器の内側の群を含み、
前記空間位相検出器のそれぞれの少なくとも過半数は、相対的に前記測定軸方向に長く、相対的に前記測定軸方向に直交する方向に細く、周期的なスケール光パターンに応じた空間位相検出器の空間位相のそれぞれに対応して配置された、前記測定軸方向に沿って空間周期的なスケール光受光領域を有し、かつ、それぞれが空間位相検出器信号を与え、
前記内側の群の空間位相検出器のそれぞれは、前記空間位相列内で、当該空間位相検出器とは異なる空間位相を有する空間位相検出器によって先行され、かつ、後続され、先行及び後続する空間位相検出器は、それぞれ異なる空間位相を有する、ものである。
光源光経路を介してスケールに光源光を送る照明部と、
測定軸方向に細く、前記測定軸方向と直交するY方向に長く、前記測定軸方向に周期的に配列されるバーで構成される周期的パターンを有し、前記光源光経路に沿う前記光源光を入力され、スケール光経路を介してスケール光を出力する、前記測定軸方向に延在するスケールと、
前記スケールから前記スケール光経路を介して周期的なスケール光パターンを受け取る光検出器構造であって、前記スケールと前記光検出器構造との間の前記測定軸方向の相対的な変位に対応して、前記周期的なスケール光パターンが前記光検出器構造上を移動する前記光検出器構造と、を有し、
前記光検出器構造は、空間位相列に測定軸と交差する方向に沿って配列されたN個の空間位相検出器からなるセットを有し、Nは6以上の整数であり、前記空間位相列は、前記測定軸と交差する方向の前記空間位相列の始まり及び終わりに位置する2つの外側空間位相検出器と、前記2つの外側空間位相検出器の間に配置された空間位相検出器の内側の群を含み、
前記空間位相検出器のそれぞれの少なくとも過半数は、相対的に前記測定軸方向に長く、相対的に前記測定軸方向に直交する方向に細く、周期的なスケール光パターンに応じた空間位相検出器の空間位相のそれぞれに対応して配置された、前記測定軸方向に沿って空間周期的なスケール光受光領域を有し、かつ、それぞれが空間位相検出器信号を与え、
前記内側の群の空間位相検出器のそれぞれは、前記空間位相列内で、当該空間位相検出器とは異なる空間位相を有する空間位相検出器によって先行され、かつ、後続され、先行及び後続する空間位相検出器は、それぞれ異なる空間位相を有する、ものである。
本発明によれば、耐汚染性及び耐欠陥性を有する光学式エンコーダを提供することができる。
本発明の上述及び他の目的、特徴、及び長所は以下の詳細な説明及び付随する図面からより完全に理解されるだろう。付随する図面は図解のためだけに示されたものであり、本発明を制限するためのものではない。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。各図面においては、同一要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略される。
以下では、変位信号を与える、耐汚染性及び耐欠陥性を有する光学式エンコーダ構造が開示されている。以下では、耐汚染性及び耐欠陥性を有する光学式エンコーダ構造は、耐汚染性及び耐欠陥性を有する光学式エンコーダの構造を示すものとして理解されるべきである。
図1は、変位信号を与える耐汚染性及び耐欠陥性を有する光学式エンコーダ構造100の部分的かつ模式的な立体分解図である。エンコーダ構造100は、スケール格子110、照明部120及び光検出器構造160を有する。
図1には、慣習に則り、互いに直交するX方向、Y方向及びZ方向を表示している。X方向及びY方向はスケール格子110の面に対して平行であり、X方向は測定軸方向MAに対して平行である(例えば、X方向は、スケール格子110の細長のパターン要素に対して直交している)。Z方向は、スケール格子110の面に対して垂直である。
図1に示す実施例では、スケール格子110は透過回折格子である。スケール格子110は、測定軸方向MAに延在している。スケール格子110は、測定軸方向MAに周期的に配置された、測定軸方向MAに細く、かつ、測定軸方向MAに直交する方向(すなわち、Y方向)に長いバーで構成される周期的パターンを有する。
照明部120は、照明光源130、第1の照明格子140及び第2の照明格子150を有する。照明光源130は、光源131及びコリメートレンズ132を有する。光源131は、コリメートレンズ132へ光源光134を出力するように構成される。コリメートレンズ132は、光源光134を受け取り、コリメートされた光源光134’を第1の照明格子140へ出力するように構成される。第1の照明格子140は、光源光134’を受け取り、第2の照明格子150へ向けて光源光134’を回折させる。第2の照明格子150は、光源光134’を受け取り、光源光経路SOLPへ沿う経路を介して、スケール格子110へ向けて、光源光134’をさらに回折させる。スケール格子110は、光源光経路SOLPに沿った光源光134’を入力とし、周期的スケール光パターン135を有するスケール光を、スケール光経路SCLPに沿う経路を介して、光検出器構造160へ出力する。光検出器構造160は、スケール光経路SCLPに沿う経路を介して、スケール格子110から周期的スケール光パターン135を受け取る。周期的スケール光パターン135は、スケール格子110と光検出器構造160との間の測定軸方向MAでの相対的変位に応じて、光検出器構造160上を移動する。光検出器構造160に類似する光検出器構造の例を、図3に詳細に示す。光検出器構造160は、空間位相列に、測定軸方向MAと交差する方向(すなわち、Y方向)に沿って配列された、N個の空間位相検出器からなるセットを有する。但し、Nは、6以上の整数である。空間位相列は、測定軸方向MAと交差する方向の始まり及び終わりに位置する2つの外側空間位相検出器と、2つの外側空間位相検出器の間に位置する空間位相検出器の内側の群と、を有する。図1に示す実施例では、N個の空間位相光検出器からなるセットは、同じサブセット空間位相列を有する3つの空間位相検出器のサブセットS1、S2及びS3を有する。
空間位相検出器のそれぞれの少なくとも過半数は、測定軸方向MAに比較的長く、測定軸方向MAに直交する方向(すなわちY方向)に比較的細い。空間位相検出器のそれぞれの少なくとも過半数は、周期的なスケール光パターンに応じた空間位相検出器の空間位相のそれぞれに対応して配置された、測定軸方向MAに沿って空間周期的なスケール光受光領域を有し、かつ、それぞれ空間位相検出器信号を与えるように構成される。空間位相列内では、内側の群の空間位相検出器のそれぞれは、当該空間位相検出器とは異なる空間位相を有する空間位相検出器によって先行され、かつ、後続される。先行及び後続する空間位相検出器は、それぞれ異なる空間位相を有する。換言すれば、1つの空間位相検出器に注目した場合、注目した空間位相検出器は、測定軸方向MAと交差する方向で、後続する1又は複数の空間位相検出器と、先行する1又は複数の空間位相検出器とによって挟まれている。但し、内側の群において測定軸方向MAと交差する方向の端部に設けられた空間位相検出器に注目した場合、注目した空間位相検出器は、1つの外側位相検出と、内側の群に属するその他の空間位相検出器とによって挟まれることとなる。
様々な用途においては、光検出器構造160及び照明部120は、例えばリードヘッド又はゲージハウジング(不図示)内で、互いに固定的な関係を有するように実装されてもよい。既知の技術により、光検出器構造160及び照明部120は、ベアリングシステムによってスケール格子110に対して測定軸方向MAにガイドされる。スケール格子110は、様々な用途において、可動ステージやゲージスピンドルなどに取り付けられてもよい。
耐汚染性及び耐欠陥性を有する光学式エンコーダ構造100は、本明細書で開示する原理に応じた耐汚染性及び耐欠陥性を有する光学式エンコーダ構造の一例に過ぎないことは、言うまでもない。変形例においては、テレセントリック結像システム及び開口絞りなどの各種の光学部品を利用してもよい。変形例においては、照明部は、1つの照明格子のみを有していてもよい。
図2は、変位信号を与える耐汚染性及び耐欠陥性を有する光学式エンコーダ構造200の部分模式図である。耐汚染性及び耐欠陥性を有する光学式エンコーダ構造200は、エンコーダ構造100と同様である。近似した符号である図2の2XX及び図1の1XXは、特に断らない限り、同様の要素を示すものとする。図2に示すエンコーダ構造200は、反射型構造である。スケール210は、反射型スケール格子である。
図3は、耐汚染性及び耐欠陥性を有する光学式エンコーダ構造300の光検出器構造360の部分模式図である。耐汚染性及び耐欠陥性を有する光学式エンコーダ構造300は、耐汚染性及び耐欠陥性を有する光学式エンコーダ構造100又は耐汚染性及び耐欠陥性を有する光学式エンコーダ構造200と同様であってもよい。光検出器構造360は、空間位相列に、測定軸方向MAと交差する方向に沿って配列された、N個の空間位相検出器からなるセットを有する。但し、Nは、6以上の整数である。空間位相列は、測定軸方向MAと交差する方向の始まり及び終わりに位置する2つの外側空間位相検出器と、2つの外側空間位相検出器の間に位置する空間位相検出器の内側の群と、を有する。空間位相検出器のそれぞれの過半数は、測定軸方向MAに比較的長く、測定軸方向MAに直交する方向に比較的細い。空間位相検出器のそれぞれの少なくとも過半数は、周期的なスケール光パターンに応じた空間位相検出器の空間位相のそれぞれに対応して配置された、測定軸方向MAに沿って空間周期的なスケール光受光領域を有し、かつ、それぞれ空間位相検出器信号を与えるように構成される。空間位相列内では、内側の群の空間位相検出器のそれぞれは、当該空間位相検出器とは異なる空間位相を有する空間位相検出器によって先行され、かつ、後続される。先行及び後続する空間位相検出器は、それぞれ異なる空間位相を有する。換言すれば、1つの空間位相検出器に注目した場合、注目した空間位相検出器は、測定軸方向MAと交差する方向で、後続する1又は複数の空間位相検出器と、先行する1又は複数の空間位相検出器とによって挟まれている。但し、内側の群において測定軸方向MAと交差する方向の端部に設けられた空間位相検出器に注目した場合、注目した空間位相検出器は、1つの外側位相検出と、内側の群に属するその他の空間位相検出器とによって挟まれることとなる。
実施例においては、N個の空間位相光検出器からなるセットは、少なくとも空間位相検出器のM個のサブセットを有してもよい。但し、Mは、2以上の整数である。M個のサブセットのそれぞれは、それぞれの空間位相を与える、N個の空間位相光検出器からなるセットに含まれる空間位相検出器を有する。実施例においては、Mは3以上としてもよい。実施例においては、Mは6以上としてもよい。実施例においては、空間位相検出器のM個のサブセットのそれぞれは、同じ空間位相列サブセットに配列された、同じ空間位相を与える空間位相検出器を含んでもよい。図3は、S1〜SMで示される空間位相検出器のM個のサブセットの実施例を示す。サブセットS1は、空間位相検出器SPD1A、SPD1B、SPD1C及びSPD1Dを有する。サブセットS2は、空間位相検出器SPD2A、SPD2B、SPD2C及びSPD2Dを有する。サブセットSMは、空間位相検出器SPDMA、SPDMB、SPDMC及びSPDMDを有する。図3の空間位相検出器のそれぞれは、K個のスケール光受光領域を有するものとして表されている。スケール光受光領域の例として、空間位相検出器SPDMDは、スケール光受光領域SLRAM1及びSLRAMKでラベルリングされている。実施例においては、Kは偶数値であってもよい。
図3に示す実施例においては、空間位相列は、下付文字A、B、C及びDを含む空間位相検出器(例えば、空間位相検出器SPD1A、SPD1B、SPD1C及びSPD1D)で表されている。下付文字A及びDが付された空間位相検出器は、空間位相列の各例の始まり及び終わりに位置する2つの外側空間位相検出器である。下付文字B及びCが付された空間位相検出器は、内側の群である。
空間位相検出器SPD1A、SPD1B、SPD1C及びSPD1Dは、それぞれ空間位相検出器信号A1、B1、C1及びD1を出力する。空間位相検出器SPD2A、SPD2B、SPD2C及びSPD2Dは、それぞれ空間位相検出器信号A2、B2、C2及びD2を出力する。空間位相検出器SPDMA、SPDMB、SPDMC及びSPDMDは、それぞれ空間位相検出器信号AM、BM、CM及びDMを出力する。
本明細書に開示された原理にかかる耐汚染性及び耐欠陥性を有する光学式エンコーダ構造は、100μmの大きさの汚染(例えば、ワイヤボンディング汚染)や300μmの大きさのスケール欠陥を許容できる、単純な設計を提供する。スケール上の汚染又は欠陥は、典型的には、信号処理(例えば、直交処理)で相殺し得る、隣接する空間位相検出器でのコモンモード誤差成分を生じる。測定軸方向MAに比較的長く、測定軸方向MAに直交する方向に比較的細い空間位相検出器は、より良好な耐汚染性及び耐欠陥性をもたらす。測定軸方向MAでの空間位相検出器の構造周波数を減少させることで、信号レベルの変化をより緩やかにすることができる。また、このようなエンコーダは、耐汚染性及び耐欠陥性を与えるための複雑な信号処理を行う必要が無い。N個の空間位相検出器からなるセットにより与えられる信号は、当業者に知られている標準的な技術に基づいて処理してもよい。
図3に示すような実施例においては、Nは8以上であり、空間位相検出器サブセットのそれぞれは、それぞれ90度ずつ離れた空間位相を有する4つの空間位相検出器を有してもよい。変形例においては、空間位相検出器サブセットのそれぞれは、それぞれ120度ずつ離れた空間位相を有する3つの空間位相検出器を有してもよい。
図3に示す実施例では、光検出器構造360は、同じ空間位相に対応する空間位相検出器信号を合成し、かつ、合成した信号のそれぞれを空間位相位置信号として出力するように構成された接続部を有する。光検出器構造360は、90度ずつ離れた空間位相に対応する4つの空間位相位置信号を出力するように構成される。同じ文字表記が付された空間位相信号(例えば、A1、A2及びAM)は、空間位相信号ΣA、ΣB、ΣC及びΣDを与えるように合成(例えば加算)される。変形例においては、光検出器構造は、120度ずつ離れた空間位相に対応する3つの空間位相位置信号を出力するように構成されてもよい。他の場合においては、更に、空間位相位置信号は、例えば直交信号処理又は三相信号処理よって変位信号を決定するのに用いられてもよい。
変形例においては、空間位相検出器のそれぞれは、測定軸方向MAに比較的長く、測定軸方向MAに直交する方向に比較的細い。空間位相検出器のそれぞれの少なくとも過半数は、周期的なスケール光パターンに応じた空間位相検出器の空間位相のそれぞれに対応して配置された、測定軸方向MAに沿って空間周期的なスケール光受光領域を有し、かつ、それぞれ空間位相検出器信号を与えるように構成される。
実施例においては、N個の空間位相検出器それぞれのスケール光受光領域のY方向の寸法YSLRAは、最大で250μmとすることができる。実施例においては、YSLRAは、5μm以上であってもよい。
実施例においては、N個の空間位相検出器の隣接ペアにおけるスケール光受光領域間のY方向の距離YSEPは、最大で25μmとすることができる。
実施例においては、N個の空間位相検出器のそれぞれのスケール光受光領域の寸法YSLRAは、Y方向で同じである。実施例においては、N個の空間位相検出器の隣接ペアにおけるスケール光受光領域間のY方向の距離YSEPは、同じである。
Nの値を大きくすることで汚染に対してより耐性が増す一方で、Nの値を大きくすることで空間位相検出器のそれぞれの信号レベルが小さくなってしまうトレードオフの関係が存在することは、言うまでもない。
図4Aは、耐汚染性及び耐欠陥性を有する光学式エンコーダ構造400Aの光検出器構造460Aの部分模式図である。簡略化のため、図4Aは、2つの空間位相検出器SPD1A及びSPD1Bを有する、1つの空間位相検出器サブセットS1のみを示している。光検出器構造460Aは、本明細書で開示される原理に基づいた少なくとも6つの空間位相検出器を有しているが、簡略化のため2つしか表されていないことは、言うまでもない。図4Aに示す実施例では、N個の空間位相検出器(例えば、空間位相検出器SPD1A及びSPD1B)のそれぞれは、空間位相マスク(例えば、位相マスクPM1A及びPM1B)で覆われた光検出器(例えば、破線で示されるPD1A及びPD1B)を有する。空間位相マスクは、空間位相マスクに設けられた開口を通るものを除いて、光検出器が周期的なスケール光パターンを受光しないように、スケール光パターンを遮断する。この場合、スケール光受光領域は、空間位相マスク(例えば、空間位相マスクPM1A及びPM1B)のそれぞれの開口を通じて暴露された光検出器(例えば、光検出器PD1A及びPD1B)を有する。図4Aに示す実施例では、位相マスクPM1Bのスケール光受光領域(すなわち、開口)は、位相マスクPM1Aのスケール光受光領域に対して、測定軸方向MAに90度オフセットされている。図4Aでは空間位相マスクPM1A及びPM1Bが模式的に離隔した部分として表示されているが、実施例においては、潜在的な位置決め誤差を無くすため、適宜、同じ材料及び同じ工程で作製されてもよいことは、言うまでもない。
図4Bは、耐汚染性及び耐欠陥性を有する光学式エンコーダ構造400Bの光検出器構造460Bの部分模式図である。簡略化のため、図4Bは、2つの空間位相検出器SPD1A’及びSPD1B’を有する、1つの空間位相検出器サブセットS1’のみを示している。光検出器構造460Bは、本明細書で開示される原理に基づいた少なくとも6つの空間位相検出器を有しているが、簡略化のため2つしか表されていないことは、言うまでもない。図4Bに示す実施例では、N個の空間位相検出器(例えば、空間位相検出器SPD1A’及びSPD1B’)のそれぞれは、周期的なスケール光パターンを受け取る電気的かつ相互的に接続された光検出器領域の周期的なアレイを有する。この場合、スケール光受光領域は、光検出器の周期的なアレイである光検出器領域を有する。図4Bに示す実施例では、空間位相検出器 SPD1B’の光検出器領域は、空間位相検出器 SPD1A’の光検出器領域に対して、測定軸方向MAに90度オフセットされている。
本開示の望ましい実施例について図示、説明したが、図示、説明した構成要素の配置及びプロセスの順序の様々な変形については、本開示に基づいて当業者にとって明らかであろう。ここで開示した原理を実現するため、様々な変形形態を用いてもよい。さらに、上述した様々な実施例を組み合わせて、更なる実施例を与えることが可能である。本明細書で参照する特許文献は、参照することにより、その全体が本明細書に組み込まれる。必要に応じて、実施例の態様は、様々な特許及び特許出願の概念を適用して、さらなる実施例を与えるために変形することができる。
これらの及び他の変形は、上記の詳細な説明に照らして、実施例に適用することができる。一般に、以下の特許請求の範囲では、用いられる用語は、明細書及び特許請求の範囲に開示された特定の実施例に特許請求の範囲が限定されるものとして解釈されるべきではなく、クレームの均等物と解される全ての範囲と共に、すべての可能な実施例を含むと解釈されるべきである。
100、200、300、400A、400B 光学式エンコーダ構造
110 スケール格子
120 照明部
130 照明光源
131 光源
132 コリメートレンズ
134 光源光
135 周期的スケール光パターン
140 第1の照明格子
150 第2の照明格子
160、360、460A、460B 光検出器構造
210 スケール
A1〜AM 空間位相検出器信号
MA 測定軸方向
S1〜SM サブセット
SCLP スケール光経路
SOLP 光源光経路
110 スケール格子
120 照明部
130 照明光源
131 光源
132 コリメートレンズ
134 光源光
135 周期的スケール光パターン
140 第1の照明格子
150 第2の照明格子
160、360、460A、460B 光検出器構造
210 スケール
A1〜AM 空間位相検出器信号
MA 測定軸方向
S1〜SM サブセット
SCLP スケール光経路
SOLP 光源光経路
Claims (19)
- 光源光経路を介してスケールに光源光を送る照明部と、
測定軸方向に細く、前記測定軸方向と直交するY方向に長く、前記測定軸方向に周期的に配列されるバーで構成される周期的パターンを有し、前記光源光経路に沿う前記光源光が入力され、スケール光経路を介してスケール光を出力する、前記測定軸方向に延在するスケールと、
前記スケールから前記スケール光経路を介して周期的なスケール光パターンを受け取る光検出器構造であって、前記スケールと前記光検出器構造との間の前記測定軸方向の相対的な変位に対応して、前記周期的なスケール光パターンが前記光検出器構造上を移動する前記光検出器構造と、を備え、
前記光検出器構造は、空間位相列に測定軸と交差する方向に沿って配列されたN個の空間位相検出器からなるセットを有し、Nは6以上の整数であり、前記空間位相列は、前記測定軸と交差する方向の前記空間位相列の始まり及び終わりに位置する2つの外側空間位相検出器と、前記2つの外側空間位相検出器の間に配置された空間位相検出器の内側の群を含み、
前記空間位相検出器のそれぞれの少なくとも過半数は、相対的に前記測定軸方向に長く、相対的に前記測定軸方向に直交する方向に細く、周期的なスケール光パターンに応じた空間位相検出器の空間位相のそれぞれに対応して配置された、前記測定軸方向に沿って空間周期的なスケール光受光領域を有し、かつ、それぞれが空間位相検出器信号を与え、
前記内側の群の空間位相検出器のそれぞれは、前記空間位相列内で、当該空間位相検出器とは異なる空間位相を有する空間位相検出器によって先行され、かつ、後続され、先行及び後続する空間位相検出器は、それぞれ異なる空間位相を有する、
光学式エンコーダ。 - 前記N個の空間位相光検出器からなるセットは、空間位相検出器の少なくともM個のサブセットを有し、Mは2以上の整数であり、前記M個のサブセットのそれぞれは、前記N個の空間位相光検出器からなるセットに含まれる空間位相のそれぞれを与える空間位相検出器を有する、
請求項1に記載の光学式エンコーダ。 - Mは、3以上である、
請求項2に記載の光学式エンコーダ。 - Mは、6以上である、
請求項2に記載の光学式エンコーダ。 - 前記空間位相検出器のM個のサブセットのそれぞれは、同じサブセット空間位相列に配列された同じ空間位相を与える空間位相検出器を有する、
請求項2に記載の光学式エンコーダ。 - 前記空間位相検出器のサブセットのそれぞれは、120度ずつ離れた空間位相を有する3つの空間位相検出器を有する、
請求項5に記載の光学式エンコーダ。 - Nは、8以上であり、
前記空間位相検出器のサブセットのそれぞれは、90度ずつ離れた空間位相を有する4つの空間位相検出器を有する、
請求項5に記載の光学式エンコーダ。 - 前記光検出器構造は、同じ空間位相に対応する空間位相検出器信号を合成する接続部を有し、合成した信号のそれぞれを空間位相位置信号として出力する、
請求項1に記載の光学式エンコーダ。 - 前記光検出器構造は、120度ずつ離れた空間位相に対応する3つの空間位相位置信号を出力する、
請求項8に記載の光学式エンコーダ。 - 前記光検出器構造は、90度ずつ離れた空間位相に対応する4つの空間位相位置信号を出力する、
請求項8に記載の光学式エンコーダ。 - 前記空間位相検出器のそれぞれは、相対的に前記測定軸方向に長く、相対的に前記測定軸方向と直交する方向に細く、周期的なスケール光パターンに応じた空間位相検出器の空間位相のそれぞれに対応して配置された、前記測定軸方向に沿って空間周期的なスケール光受光領域を有し、かつ、それぞれが空間位相検出器信号を与える、
請求項1に記載の光学式エンコーダ。 - 前記N個の空間位相検出器からなるセットのそれぞれの前記スケール光受光領域の前記Y方向の寸法YSLRAは、250μm以下である、
請求項1に記載の光学式エンコーダ。 - 前記N個の空間位相検出器からなるセットの前記スケール光受光領域の各隣接ペアの前記Y方向の離隔距離YSEPは、25μm以下である、
請求項11に記載の光学式エンコーダ。 - 前記N個の空間位相検出器からなるセットのそれぞれの前記スケール光受光領域の前記Y方向の寸法YSLRAは、5μm以下である、
請求項1に記載の光学式エンコーダ。 - 前記N個の空間位相検出器からなるセットのそれぞれの前記スケール光受光領域の前記Y方向の寸法YSLRAは、同一である、
請求項1に記載の光学式エンコーダ。 - 前記N個の空間位相検出器からなるセットの前記スケール光受光領域の各隣接ペアの前記Y方向の離隔距離YSEPは、同一である、
請求項15に記載の光学式エンコーダ。 - 前記N個の空間位相検出器のそれぞれは、空間位相マスクで覆われた光検出器を有し、
前記空間位相マスクは、前記空間位相マスクに設けられた開口を通るものを除いて、前記光検出器が前記周期的なスケール光パターンを受光しないように前記周期的なスケール光パターンを遮断し、
前記スケール光受光領域は、前記空間位相マスクの前記開口を通じて暴露された光検出器領域を有する、
請求項1に記載の光学式エンコーダ。 - 前記N個の空間位相検出器のそれぞれは、前記周期的なスケール光パターンを受け取る電気的かつ内部的に接続された光検出器領域の周期的なアレイを有し、
前記スケール光受光領域は、前記周期的な光検出器のアレイの前記光検出器領域を含む、
請求項1に記載の光学式エンコーダ。 - 前記N個の空間位相検出器のそれぞれは、偶数個の前記スケール光受光領域を有する、
請求項1に記載の光学式エンコーダ。
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