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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】5693840
(24)【登録日】2015年2月13日
(45)【発行日】2015年4月1日
(54)【発明の名称】基準信号を検出可能な光ファイバ干渉型格子エンコーダ
(51)【国際特許分類】
G01D 5/347 20060101AFI20150312BHJP
G01D 5/38 20060101ALI20150312BHJP
【ＦＩ】
G01D5/347 110B
G01D5/347 110V
G01D5/38 A
【請求項の数】16
【全頁数】41
(21)【出願番号】特願2009-265460(P2009-265460)
(22)【出願日】2009年11月20日
(65)【公開番号】特開2010-122224(P2010-122224A)
(43)【公開日】2010年6月3日
【審査請求日】2012年10月2日
(31)【優先権主張番号】12/275,170
(32)【優先日】2008年11月20日
(33)【優先権主張国】US
(73)【特許権者】
【識別番号】000137694
【氏名又は名称】株式会社ミツトヨ
(74)【代理人】
【識別番号】100080458
【弁理士】
【氏名又は名称】高矢 諭
(74)【代理人】
【識別番号】100076129
【弁理士】
【氏名又は名称】松山 圭佑
(74)【代理人】
【識別番号】100089015
【弁理士】
【氏名又は名称】牧野 剛博
(72)【発明者】
【氏名】アブロン エム ツヴィリング
(72)【発明者】
【氏名】ジョセフ ディ トバイアソン
(72)【発明者】
【氏名】スコット ハーシラ
(72)【発明者】
【氏名】カール ジー マレリエ
【審査官】
平野 真樹
(56)【参考文献】
【文献】
特開２００９−０３１２７９（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００５−２８３３５７（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開平１０−３３２４３１（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００４−３３３４７０（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開昭５６−０１４１１２（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開平０９−０２１６５４（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００５−１０６８２７（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００７−２３２６８１（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｇ０１Ｄ ５／２６−５／３８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
測定軸方向に沿って互いに動く２つの部材間の基準位置の指示を与えるのに使用可能な光ファイバ基準信号発生構造を有する光ファイバ読取ヘッド及びスケール配置を備え、
前記光ファイバ基準信号発生構造が、
位置分解能と繰返し再現性の第１のレベルを持つ単一の基準マーク一次信号を与える基準マーク一次信号発生部と、
前記基準マーク一次信号に比べて、改良されたレベルの位置分解能と繰返し再現性を持つ基準マーク二次信号を与える基準マーク二次信号発生部と、
を備えた、基準信号を検出可能な光ファイバ干渉型格子エンコーダであって、
前記基準マーク一次信号発生部が、
第１の拡散光源光を放射する光源、及び、各基準マーク信号を与えるように構成された、少なくとも第１及び第２の光ファイバ基準マーク信号受光チャンネルを備えた少なくとも第１の光ファイバ読取ヘッドの部分と、
スケール部材上の測定軸方向に沿って伸び、前記第１の拡散光源光を反射して、スケール光を第１の光ファイバ読取ヘッドに与えるように配置された少なくとも第１のスケールトラックの部分と、
該第１のスケールトラックの部分に配置された少なくとも１つの基準マーク部とを備え、
前記第１の光ファイバ基準マーク信号受光チャンネルが、第１の基準マーク信号受光チャンネル光ファイバ及び第１の基準マーク信号受光チャンネル開口を備え、前記第２の光ファイバ基準マーク信号受光チャンネルが、第２の基準マーク信号受光チャンネル光ファイバ及び第２の基準マーク信号受光チャンネル開口を備え、該第１の光ファイバ読取ヘッドが第１のスケールトラックに対して動作するように配置された時に、前記第１及び第２の基準マーク信号受光チャンネル開口が、互いに最も近いそれらの境界が、測定軸方向に寸法ＡＰＲ１２ＳＥＰだけ離され、互いに最も遠いそれらの境界が、測定軸方向に合計開口スパン寸法ＡＰＲ１２ＳＰＡＮにわたるように構成され、
前記少なくとも１つの基準マーク部が、２つの基準マーク部の境界が、測定軸方向に沿ってエッジ間寸法ＬＥＴＯＥだけ離れると共に、該エッジ間寸法ＬＥＴＯＥだけ離された外側境界を持つ単一の基準マーク位置でなる単一の基準マーク構造、及び、前記少なくとも１つの基準マーク部が、第１及び第２の下位基準マークの最も近い境界が、エッジ間寸法ＬＥＴＯＥだけ離される構成Ａ、及び、第１及び第２の下位基準マークの最も遠い境界が、エッジ間寸法ＬＥＴＯＥだけ離される構成Ｂの一方に従って構成された第１及び第２の下位基準マークを有する２つの下位基準マーク構造の一方に従って構成され、
前記少なくとも１つの基準マーク部及び第１及び第２の光ファイバ基準マーク信号受光チャンネルが、ＡＰＲ１２ＳＥＰ＜（２＊ＬＥＴＯＥ）＜ＡＰＲ１２ＳＰＡＮとなるように構成され、
第１の光ファイバ読取ヘッドが第１のスケールトラックに対して動作するように配置された時に、前記少なくとも第１及び第２の光ファイバ基準マーク信号受光チャンネルが、それらの開口を通してスケール光の部分を入力し、入力光を伝達して、それらの各基準マーク信号を与え、これが前記少なくとも１つの基準マーク部に近い信号クロス領域内の基準位置の第１の指示を与えるようにされ、
前記基準マーク二次信号発生部が、各基準マーク信号を与えるように構成された、少なくとも第３及び第４の光ファイバ基準マーク信号受光チャンネルを備え、
前記第３の光ファイバ基準マーク信号受光チャンネルが、第３の基準マーク信号受光チャンネル光ファイバ及び第１の空間位相を有する第１の空間フィルタマスクによってマスクされた第３の基準マーク信号受光チャンネル開口を備え、
前記第４の光ファイバ基準マーク信号受光チャンネルが、第４の基準マーク信号受光チャンネル光ファイバ及び第２の空間位相を有する第２の空間フィルタマスクによってマスクされた第４の基準マーク信号受光チャンネル開口を備え、
前記単一の基準マーク構造において、第３及び第４の基準マーク信号受光チャンネル開口が、互いに最も近いそれらの境界が、測定軸方向に沿って、（２＊ＬＥＴＯＥ）以上の寸法ＡＳＲ１２ＳＥＰだけ離れるように構成され、
前記２つの下位基準マーク構造において、第３及び第４の基準マーク信号受光チャンネル開口が、互いに最も遠いそれらの境界が、測定軸方向に沿って（２＊ＬＥＴＯＥ）以下の寸法ＡＳＲ１２ＳＰＡＮだけ離れるように構成され、
前記少なくとも第１及び第２の光ファイバ基準マーク信号受光チャンネルは、基準マーク一次信号受光チャンネルであり、各基準マーク信号は、それぞれ、少なくとも１つの基準マーク部に近い信号クロス領域内で分解能の第１のレベルで一次基準位置の指示を与える基準マーク一次信号であり、
前記少なくとも第３及び第４の光ファイバ基準マーク信号受光チャンネルは、基準マーク二次信号受光チャンネルであり、各基準マーク信号は、それぞれ、基準マーク二次信号であり、第１の光ファイバ読取ヘッドが第１のスケールトラックに対して動作するように配置されたときに、少なくとも第３及び第４の光ファイバ基準マーク信号受光チャンネルは、干渉縞を含むスケール光の部分をそれらの開口を通して入射し、入射光を伝達して、少なくとも１つの基準マーク部分に近い信号クロス領域内で、分解能の第１のレベルよりも微細な分解能の第２のレベルで２次基準位置の指示を与える基準マーク二次信号を与える、基準信号を検出可能な光ファイバ干渉型格子エンコーダ。
前記光ファイバ基準信号発生構造が、
位置分解能と繰返し再現性の第１のレベルを持つ単一の基準マーク一次信号を与える基準マーク一次信号発生部と、
前記基準マーク一次信号に比べて、改良されたレベルの位置分解能と繰返し再現性を持つ基準マーク二次信号を与える基準マーク二次信号発生部と、
を備えた、基準信号を検出可能な光ファイバ干渉型格子エンコーダであって、
前記基準マーク一次信号発生部が、
第１の拡散光源光を放射する光源、及び、各基準マーク信号を与えるように構成された、少なくとも第１及び第２の光ファイバ基準マーク信号受光チャンネルを備えた少なくとも第１の光ファイバ読取ヘッドの部分と、
スケール部材上の測定軸方向に沿って伸び、前記第１の拡散光源光を反射して、スケール光を第１の光ファイバ読取ヘッドに与えるように配置された少なくとも第１のスケールトラックの部分と、
該第１のスケールトラックの部分に配置された少なくとも１つの基準マーク部とを備え、
前記第１の光ファイバ基準マーク信号受光チャンネルが、第１の基準マーク信号受光チャンネル光ファイバ及び第１の基準マーク信号受光チャンネル開口を備え、前記第２の光ファイバ基準マーク信号受光チャンネルが、第２の基準マーク信号受光チャンネル光ファイバ及び第２の基準マーク信号受光チャンネル開口を備え、該第１の光ファイバ読取ヘッドが第１のスケールトラックに対して動作するように配置された時に、前記第１及び第２の基準マーク信号受光チャンネル開口が、互いに最も近いそれらの境界が、測定軸方向に寸法ＡＰＲ１２ＳＥＰだけ離され、互いに最も遠いそれらの境界が、測定軸方向に合計開口スパン寸法ＡＰＲ１２ＳＰＡＮにわたるように構成され、
前記少なくとも１つの基準マーク部が、２つの基準マーク部の境界が、測定軸方向に沿ってエッジ間寸法ＬＥＴＯＥだけ離れると共に、該エッジ間寸法ＬＥＴＯＥだけ離された外側境界を持つ単一の基準マーク位置でなる単一の基準マーク構造、及び、前記少なくとも１つの基準マーク部が、第１及び第２の下位基準マークの最も近い境界が、エッジ間寸法ＬＥＴＯＥだけ離される構成Ａ、及び、第１及び第２の下位基準マークの最も遠い境界が、エッジ間寸法ＬＥＴＯＥだけ離される構成Ｂの一方に従って構成された第１及び第２の下位基準マークを有する２つの下位基準マーク構造の一方に従って構成され、
前記少なくとも１つの基準マーク部及び第１及び第２の光ファイバ基準マーク信号受光チャンネルが、ＡＰＲ１２ＳＥＰ＜（２＊ＬＥＴＯＥ）＜ＡＰＲ１２ＳＰＡＮとなるように構成され、
第１の光ファイバ読取ヘッドが第１のスケールトラックに対して動作するように配置された時に、前記少なくとも第１及び第２の光ファイバ基準マーク信号受光チャンネルが、それらの開口を通してスケール光の部分を入力し、入力光を伝達して、それらの各基準マーク信号を与え、これが前記少なくとも１つの基準マーク部に近い信号クロス領域内の基準位置の第１の指示を与えるようにされ、
前記基準マーク二次信号発生部が、各基準マーク信号を与えるように構成された、少なくとも第３及び第４の光ファイバ基準マーク信号受光チャンネルを備え、
前記第３の光ファイバ基準マーク信号受光チャンネルが、第３の基準マーク信号受光チャンネル光ファイバ及び第１の空間位相を有する第１の空間フィルタマスクによってマスクされた第３の基準マーク信号受光チャンネル開口を備え、
前記第４の光ファイバ基準マーク信号受光チャンネルが、第４の基準マーク信号受光チャンネル光ファイバ及び第２の空間位相を有する第２の空間フィルタマスクによってマスクされた第４の基準マーク信号受光チャンネル開口を備え、
前記単一の基準マーク構造において、第３及び第４の基準マーク信号受光チャンネル開口が、互いに最も近いそれらの境界が、測定軸方向に沿って、（２＊ＬＥＴＯＥ）以上の寸法ＡＳＲ１２ＳＥＰだけ離れるように構成され、
前記２つの下位基準マーク構造において、第３及び第４の基準マーク信号受光チャンネル開口が、互いに最も遠いそれらの境界が、測定軸方向に沿って（２＊ＬＥＴＯＥ）以下の寸法ＡＳＲ１２ＳＰＡＮだけ離れるように構成され、
前記少なくとも第１及び第２の光ファイバ基準マーク信号受光チャンネルは、基準マーク一次信号受光チャンネルであり、各基準マーク信号は、それぞれ、少なくとも１つの基準マーク部に近い信号クロス領域内で分解能の第１のレベルで一次基準位置の指示を与える基準マーク一次信号であり、
前記少なくとも第３及び第４の光ファイバ基準マーク信号受光チャンネルは、基準マーク二次信号受光チャンネルであり、各基準マーク信号は、それぞれ、基準マーク二次信号であり、第１の光ファイバ読取ヘッドが第１のスケールトラックに対して動作するように配置されたときに、少なくとも第３及び第４の光ファイバ基準マーク信号受光チャンネルは、干渉縞を含むスケール光の部分をそれらの開口を通して入射し、入射光を伝達して、少なくとも１つの基準マーク部分に近い信号クロス領域内で、分解能の第１のレベルよりも微細な分解能の第２のレベルで２次基準位置の指示を与える基準マーク二次信号を与える、基準信号を検出可能な光ファイバ干渉型格子エンコーダ。
【請求項2】
請求項１において、
前記単一の基準マーク構造において、寸法ＡＳＲ１２ＳＥＰは［（２＊ＬＥＴＯＥ）＋（２＊ＰＳＣＬＲ）］に等しく、
前記２つの下位基準マーク構造において、寸法ＡＳＲ１２ＳＰＡＮは［（２＊ＬＥＴＯＥ）−（２＊ＰＳＣＬＲ）］に等しい、基準信号を検出可能な光ファイバ干渉型格子エンコーダ。
前記単一の基準マーク構造において、寸法ＡＳＲ１２ＳＥＰは［（２＊ＬＥＴＯＥ）＋（２＊ＰＳＣＬＲ）］に等しく、
前記２つの下位基準マーク構造において、寸法ＡＳＲ１２ＳＰＡＮは［（２＊ＬＥＴＯＥ）−（２＊ＰＳＣＬＲ）］に等しい、基準信号を検出可能な光ファイバ干渉型格子エンコーダ。
【請求項3】
請求項１において、
第２の空間位相が、第１の空間位相の位相から名目上１８０°位相が外れ、
前記光ファイバ読取ヘッド及びスケール配置が、第１の光ファイバ読取ヘッドが第１のスケールトラックに対して動作し、少なくとも１つの基準マーク部を横断するように配置された時に、
第１の各基準マーク一次信号が横断に際して減少し、第２の各基準マーク一次信号が横断に際して増加し、それらが信号クロス領域内で１次信号クロス点に近い同じ信号値を与えるようにされ、
第３の各基準マーク二次信号が横断に際して周期的に増減し、第２の各基準マーク二次信号が横断に際して周期的に増減するようにされ、それらが信号クロス領域内で複数の二次信号クロス点に近い同じ信号値を与えるようにされ、
二次基準位置が、信号クロス領域内の一次信号クロス点に近い二次信号クロス点の近くの位置を指示するようにされている、基準信号を検出可能な光ファイバ干渉型格子エンコーダ。
第２の空間位相が、第１の空間位相の位相から名目上１８０°位相が外れ、
前記光ファイバ読取ヘッド及びスケール配置が、第１の光ファイバ読取ヘッドが第１のスケールトラックに対して動作し、少なくとも１つの基準マーク部を横断するように配置された時に、
第１の各基準マーク一次信号が横断に際して減少し、第２の各基準マーク一次信号が横断に際して増加し、それらが信号クロス領域内で１次信号クロス点に近い同じ信号値を与えるようにされ、
第３の各基準マーク二次信号が横断に際して周期的に増減し、第２の各基準マーク二次信号が横断に際して周期的に増減するようにされ、それらが信号クロス領域内で複数の二次信号クロス点に近い同じ信号値を与えるようにされ、
二次基準位置が、信号クロス領域内の一次信号クロス点に近い二次信号クロス点の近くの位置を指示するようにされている、基準信号を検出可能な光ファイバ干渉型格子エンコーダ。
【請求項4】
請求項１において、
前記第１の拡散光源光が、空間的にコヒーレントで単色性であり、前記トラック部分の第１のタイプが、第１の拡散光源光のゼロ次の反射を抑制して、スケール光の少なくとも一部中に干渉縞を与えるように構成された位相格子部分であり、前記少なくとも１つの基準マーク部分がゼロ次の反射部分である、基準信号を検出可能な光ファイバ干渉型格子エンコーダ。
前記第１の拡散光源光が、空間的にコヒーレントで単色性であり、前記トラック部分の第１のタイプが、第１の拡散光源光のゼロ次の反射を抑制して、スケール光の少なくとも一部中に干渉縞を与えるように構成された位相格子部分であり、前記少なくとも１つの基準マーク部分がゼロ次の反射部分である、基準信号を検出可能な光ファイバ干渉型格子エンコーダ。
【請求項5】
請求項４において、ゼロ次反射部分がミラー部分である、基準信号を検出可能な光ファイバ干渉型格子エンコーダ。
【請求項6】
請求項１において、更に、
測定軸方向に沿って伸びる反射性周期スケール格子を備え、第１のスケールトラックの近くのスケール部材上に配置された第２のスケールトラックと、
第１の光ファイバ読取ヘッドの近くに配置された第２の光ファイバ読取ヘッドを備え、
この第２の光ファイバ読取ヘッドが、
前記第２のスケールトラックが第２の拡散光源光を反射して空間的に周期的な強度パターンを含むスケール光を第２の光ファイバ読取ヘッドに与えるよう、空間的にコヒーレントな単色光を備えた第２の拡散光源光を放射するように構成された第２の光源と、
それぞれ空間的に周期的なインクリメンタル測定信号を与えるように構成された複数の各光ファイバインクリメンタル測定信号受光チャンネルであって、各光ファイバインクリメンタル測定信号受光チャンネルが、各インクリメンタル測定信号受光チャンネル光ファイバ及び光ファイバの端部近くに配置された各インクリメンタル測定信号受光チャンネル空間位相マスク部分を備え、各インクリメンタル測定信号受光チャンネル空間位相マスク部分が、各空間位相と、第２のスケールトラックから反射されたスケール光中に含まれる空間的に周期的な強度パターンを空間的に濾波するように動作するピッチで配置された光遮蔽要素を有するものを備え、
前記光ファイバ読取ヘッド及びスケール配置が、第１及び第２の光ファイバ読取ヘッドが互いに固定され、分解能の第２のレベルを持つ二次基準位置の指示が、空間的に周期的なインクリメンタル測定信号の１周期の＋／−半分より小さな位置再現性を有する、基準信号を検出可能な光ファイバ干渉型格子エンコーダ。
測定軸方向に沿って伸びる反射性周期スケール格子を備え、第１のスケールトラックの近くのスケール部材上に配置された第２のスケールトラックと、
第１の光ファイバ読取ヘッドの近くに配置された第２の光ファイバ読取ヘッドを備え、
この第２の光ファイバ読取ヘッドが、
前記第２のスケールトラックが第２の拡散光源光を反射して空間的に周期的な強度パターンを含むスケール光を第２の光ファイバ読取ヘッドに与えるよう、空間的にコヒーレントな単色光を備えた第２の拡散光源光を放射するように構成された第２の光源と、
それぞれ空間的に周期的なインクリメンタル測定信号を与えるように構成された複数の各光ファイバインクリメンタル測定信号受光チャンネルであって、各光ファイバインクリメンタル測定信号受光チャンネルが、各インクリメンタル測定信号受光チャンネル光ファイバ及び光ファイバの端部近くに配置された各インクリメンタル測定信号受光チャンネル空間位相マスク部分を備え、各インクリメンタル測定信号受光チャンネル空間位相マスク部分が、各空間位相と、第２のスケールトラックから反射されたスケール光中に含まれる空間的に周期的な強度パターンを空間的に濾波するように動作するピッチで配置された光遮蔽要素を有するものを備え、
前記光ファイバ読取ヘッド及びスケール配置が、第１及び第２の光ファイバ読取ヘッドが互いに固定され、分解能の第２のレベルを持つ二次基準位置の指示が、空間的に周期的なインクリメンタル測定信号の１周期の＋／−半分より小さな位置再現性を有する、基準信号を検出可能な光ファイバ干渉型格子エンコーダ。
【請求項7】
請求項６において、
第２のスケールトラックの反射性周期スケール格子は、第２の拡散光源光のゼロ次反射を抑制するように構成された位相格子であり、
第２のスケールトラックの反射性周期スケール格子及び第１のスケールトラック中のトラック部分の第１のタイプである位相格子部分は、それぞれ、格子要素間で名目上同じ凹部高さを持つ、基準信号を検出可能な光ファイバ干渉型格子エンコーダ。
第２のスケールトラックの反射性周期スケール格子は、第２の拡散光源光のゼロ次反射を抑制するように構成された位相格子であり、
第２のスケールトラックの反射性周期スケール格子及び第１のスケールトラック中のトラック部分の第１のタイプである位相格子部分は、それぞれ、格子要素間で名目上同じ凹部高さを持つ、基準信号を検出可能な光ファイバ干渉型格子エンコーダ。
【請求項8】
請求項１において、
前記光源が光源光ファイバの端部を備え、
前記少なくとも第１及び第２の基準マーク信号受光チャンネル光ファイバ及び前記少なくとも第３及び第４の基準マーク信号受光チャンネル光ファイバが、光源光ファイバの近くで平行に配置され、
光源光ファイバ、少なくとも第１及び第２の基準マーク信号受光チャンネル光ファイバ、及び、少なくとも第３及び第４の基準マーク信号受光チャンネル光ファイバを含む、第１の光ファイバ読取ヘッド内に配置された全ての光ファイバが円筒体積内に位置されている、基準信号を検出可能な光ファイバ干渉型格子エンコーダ。
前記光源が光源光ファイバの端部を備え、
前記少なくとも第１及び第２の基準マーク信号受光チャンネル光ファイバ及び前記少なくとも第３及び第４の基準マーク信号受光チャンネル光ファイバが、光源光ファイバの近くで平行に配置され、
光源光ファイバ、少なくとも第１及び第２の基準マーク信号受光チャンネル光ファイバ、及び、少なくとも第３及び第４の基準マーク信号受光チャンネル光ファイバを含む、第１の光ファイバ読取ヘッド内に配置された全ての光ファイバが円筒体積内に位置されている、基準信号を検出可能な光ファイバ干渉型格子エンコーダ。
【請求項9】
請求項１において、
量［ＡＳＲ１２ＳＥＰ＋（０．２５＊（ＡＳＲ１２ＳＰＡＮ−ＡＳＲ１２ＳＥＰ））］が（２＊ＬＥＴＯＥ）よりも小さく、
量［ＡＳＲ１２ＳＥＰ＋（０．７５＊（ＡＳＲ１２ＳＰＡＮ−ＡＳＲ１２ＳＥＰ））］が（２＊ＬＥＴＯＥ）よりも大きい、基準信号を検出可能な光ファイバ干渉型格子エンコーダ。
量［ＡＳＲ１２ＳＥＰ＋（０．２５＊（ＡＳＲ１２ＳＰＡＮ−ＡＳＲ１２ＳＥＰ））］が（２＊ＬＥＴＯＥ）よりも小さく、
量［ＡＳＲ１２ＳＥＰ＋（０．７５＊（ＡＳＲ１２ＳＰＡＮ−ＡＳＲ１２ＳＥＰ））］が（２＊ＬＥＴＯＥ）よりも大きい、基準信号を検出可能な光ファイバ干渉型格子エンコーダ。
【請求項10】
請求項９において、
量［ＡＳＲ１２ＳＥＰ＋（０．４＊（ＡＳＲ１２ＳＰＡＮ−ＡＳＲ１２ＳＥＰ））］が（２＊ＬＥＴＯＥ）よりも小さく、
量［ＡＳＲ１２ＳＥＰ＋（０．６＊（ＡＳＲ１２ＳＰＡＮ−ＡＳＲ１２ＳＥＰ））］が（２＊ＬＥＴＯＥ）よりも大きい、基準信号を検出可能な光ファイバ干渉型格子エンコーダ。
量［ＡＳＲ１２ＳＥＰ＋（０．４＊（ＡＳＲ１２ＳＰＡＮ−ＡＳＲ１２ＳＥＰ））］が（２＊ＬＥＴＯＥ）よりも小さく、
量［ＡＳＲ１２ＳＥＰ＋（０．６＊（ＡＳＲ１２ＳＰＡＮ−ＡＳＲ１２ＳＥＰ））］が（２＊ＬＥＴＯＥ）よりも大きい、基準信号を検出可能な光ファイバ干渉型格子エンコーダ。
【請求項11】
請求項１において、前記第１及び第２の基準マーク信号受光チャンネル開口は、それぞれ、少なくとも（ａ）各基準マーク信号受光チャンネル光ファイバ端部での光伝送コア断面積、及び、（ｂ）光伝送コア領域の部分をカバーする各基準マーク信号受光チャンネル光ファイバ端部近くに位置される各開口マスクの１つによって規定され、各開口マスクは、測定軸方向に沿って空間的に周期的な構造を含まない、基準信号を検出可能な光ファイバ干渉型格子エンコーダ。
【請求項12】
測定軸方向に沿って互いに動く２つの部材間の基準位置の指示を与えるのに使用可能な光ファイバ基準信号発生構造を有する光ファイバ読取ヘッド及びスケール配置を備え、
前記光ファイバ基準信号発生構造が、
第１の拡散光源光を放射する光源、及び、各基準マーク信号を与えるように構成された、少なくとも第１及び第２の光ファイバ基準マーク信号受光チャンネルを備えた少なくとも第１の光ファイバ読取ヘッドの部分と、
スケール部材上の測定軸方向に沿って伸び、前記第１の拡散光源光を反射して、スケール光を第１の光ファイバ読取ヘッドに与えるように配置された少なくとも第１のスケールトラックの部分とを備え、
該少なくとも第１のスケールトラックの一部が、
前記第１の拡散光源光によって照明された時にゼロ次反射の第１の量を与えるトラック部分の第１のタイプと、
前記第１の拡散光源光によって照明された時に、ゼロ次反射の前記第１の量とは異なるゼロ次反射の第２の量を与える、前記トラック部分の第１のタイプ内に配置された少なくとも１つの基準マーク部とを備え、
前記第１の光ファイバ基準マーク信号受光チャンネルが、第１の基準マーク信号受光チャンネル光ファイバ及び第１の基準マーク信号受光チャンネル開口を備え、前記第２の光ファイバ基準マーク信号受光チャンネルが、第２の基準マーク信号受光チャンネル光ファイバ及び第２の基準マーク信号受光チャンネル開口を備え、該第１の光ファイバ読取ヘッドが第１のスケールトラックに対して動作するように配置された時に、前記第１及び第２の基準マーク信号受光チャンネル開口が、互いに最も近いそれらの境界が、測定軸方向に寸法ＡＰＲ１２ＳＥＰだけ離され、互いに最も遠いそれらの境界が、測定軸方向に合計開口スパン寸法ＡＰＲ１２ＳＰＡＮにわたるように構成され、
前記少なくとも１つの基準マーク部が、２つの基準マーク部の境界が、測定軸方向に沿ってエッジ間寸法ＬＥＴＯＥだけ離れるように構成され、
前記少なくとも１つの基準マーク部及び第１及び第２の光ファイバ基準マーク信号受光チャンネルが、ＡＰＲ１２ＳＥＰ＜（２＊ＬＥＴＯＥ）＜ＡＰＲ１２ＳＰＡＮとなるように構成され、
第１の光ファイバ読取ヘッドが第１のスケールトラックに対して動作するように配置された時に、前記少なくとも第１及び第２の光ファイバ基準マーク信号受光チャンネルが、それらの開口を通してスケール光の部分を入力し、入力光を伝達して、それらの各基準マーク信号を与え、これが前記少なくとも１つの基準マーク部に近い信号クロス領域内の基準位置の第１の指示を与える、基準信号を検出可能な光ファイバ干渉型格子エンコーダにおいて、
前記第１及び第２の基準マーク信号受光チャンネル開口は、それぞれ開口マスクを有し、少なくとも（ａ）各基準マーク信号受光チャンネル光ファイバ端部での光伝送コア断面積、及び、（ｂ）光伝送コア領域の部分をカバーする各基準マーク信号受光チャンネル光ファイバ端部近くに位置される各開口マスクの１つによって規定され、各開口マスクは、測定軸方向に沿って空間的に周期的な構造を含まず、
前記トラック部分の第１のタイプ及び前記少なくとも１つの基準マーク部の１つが、スケール光の少なくとも一つの部分に干渉縞を与え、
少なくとも１つの各開口マスクが、測定軸を横断する方向に伸び、測定軸に対して垂直でない少なくとも一部を含む、基準信号を検出可能な光ファイバ干渉型格子エンコーダ。
前記光ファイバ基準信号発生構造が、
第１の拡散光源光を放射する光源、及び、各基準マーク信号を与えるように構成された、少なくとも第１及び第２の光ファイバ基準マーク信号受光チャンネルを備えた少なくとも第１の光ファイバ読取ヘッドの部分と、
スケール部材上の測定軸方向に沿って伸び、前記第１の拡散光源光を反射して、スケール光を第１の光ファイバ読取ヘッドに与えるように配置された少なくとも第１のスケールトラックの部分とを備え、
該少なくとも第１のスケールトラックの一部が、
前記第１の拡散光源光によって照明された時にゼロ次反射の第１の量を与えるトラック部分の第１のタイプと、
前記第１の拡散光源光によって照明された時に、ゼロ次反射の前記第１の量とは異なるゼロ次反射の第２の量を与える、前記トラック部分の第１のタイプ内に配置された少なくとも１つの基準マーク部とを備え、
前記第１の光ファイバ基準マーク信号受光チャンネルが、第１の基準マーク信号受光チャンネル光ファイバ及び第１の基準マーク信号受光チャンネル開口を備え、前記第２の光ファイバ基準マーク信号受光チャンネルが、第２の基準マーク信号受光チャンネル光ファイバ及び第２の基準マーク信号受光チャンネル開口を備え、該第１の光ファイバ読取ヘッドが第１のスケールトラックに対して動作するように配置された時に、前記第１及び第２の基準マーク信号受光チャンネル開口が、互いに最も近いそれらの境界が、測定軸方向に寸法ＡＰＲ１２ＳＥＰだけ離され、互いに最も遠いそれらの境界が、測定軸方向に合計開口スパン寸法ＡＰＲ１２ＳＰＡＮにわたるように構成され、
前記少なくとも１つの基準マーク部が、２つの基準マーク部の境界が、測定軸方向に沿ってエッジ間寸法ＬＥＴＯＥだけ離れるように構成され、
前記少なくとも１つの基準マーク部及び第１及び第２の光ファイバ基準マーク信号受光チャンネルが、ＡＰＲ１２ＳＥＰ＜（２＊ＬＥＴＯＥ）＜ＡＰＲ１２ＳＰＡＮとなるように構成され、
第１の光ファイバ読取ヘッドが第１のスケールトラックに対して動作するように配置された時に、前記少なくとも第１及び第２の光ファイバ基準マーク信号受光チャンネルが、それらの開口を通してスケール光の部分を入力し、入力光を伝達して、それらの各基準マーク信号を与え、これが前記少なくとも１つの基準マーク部に近い信号クロス領域内の基準位置の第１の指示を与える、基準信号を検出可能な光ファイバ干渉型格子エンコーダにおいて、
前記第１及び第２の基準マーク信号受光チャンネル開口は、それぞれ開口マスクを有し、少なくとも（ａ）各基準マーク信号受光チャンネル光ファイバ端部での光伝送コア断面積、及び、（ｂ）光伝送コア領域の部分をカバーする各基準マーク信号受光チャンネル光ファイバ端部近くに位置される各開口マスクの１つによって規定され、各開口マスクは、測定軸方向に沿って空間的に周期的な構造を含まず、
前記トラック部分の第１のタイプ及び前記少なくとも１つの基準マーク部の１つが、スケール光の少なくとも一つの部分に干渉縞を与え、
少なくとも１つの各開口マスクが、測定軸を横断する方向に伸び、測定軸に対して垂直でない少なくとも一部を含む、基準信号を検出可能な光ファイバ干渉型格子エンコーダ。
【請求項13】
請求項１２において、測定軸に垂直でない部分を含む少なくとも１つの横断エッジは、近接する開口境界から測定軸方向に沿って反対側の横断開口エッジに向かって伸びる開口エッジ遷移寸法ＰＥＡＴにわたり、寸法ＰＥＡＴは、第１の光ファイバ読取ヘッドが第１のスケールトラックに対して動作するように配置された時に、開口マスク面で少なくとも１つの干渉縞ピッチにわたる、基準信号を検出可能な光ファイバ干渉型格子エンコーダ。
【請求項14】
測定軸方向に沿って互いに動く２つの部材間の基準位置の指示を与えるのに使用可能な光ファイバ基準信号発生構造を有する光ファイバ読取ヘッド及びスケール配置を備え、
前記光ファイバ基準信号発生構造が、
第１の拡散光源光を放射する光源、及び、各基準マーク信号を与えるように構成された、少なくとも第１及び第２の光ファイバ基準マーク信号受光チャンネルを備えた少なくとも第１の光ファイバ読取ヘッドの部分と、
スケール部材上の測定軸方向に沿って伸び、前記第１の拡散光源光を反射して、スケール光を第１の光ファイバ読取ヘッドに与えるように配置された少なくとも第１のスケールトラックの部分とを備え、
該少なくとも第１のスケールトラックの一部が、
前記第１の拡散光源光によって照明された時にゼロ次反射の第１の量を与えるトラック部分の第１のタイプと、
前記第１の拡散光源光によって照明された時に、ゼロ次反射の前記第１の量とは異なるゼロ次反射の第２の量を与える、前記トラック部分の第１のタイプ内に配置された少なくとも１つの基準マーク部とを備え、
前記第１の光ファイバ基準マーク信号受光チャンネルが、第１の基準マーク信号受光チャンネル光ファイバ及び第１の基準マーク信号受光チャンネル開口を備え、前記第２の光ファイバ基準マーク信号受光チャンネルが、第２の基準マーク信号受光チャンネル光ファイバ及び第２の基準マーク信号受光チャンネル開口を備え、該第１の光ファイバ読取ヘッドが第１のスケールトラックに対して動作するように配置された時に、前記第１及び第２の基準マーク信号受光チャンネル開口が、互いに最も近いそれらの境界が、測定軸方向に寸法ＡＰＲ１２ＳＥＰだけ離され、互いに最も遠いそれらの境界が、測定軸方向に合計開口スパン寸法ＡＰＲ１２ＳＰＡＮにわたるように構成され、
前記少なくとも１つの基準マーク部が、２つの基準マーク部の境界が、測定軸方向に沿ってエッジ間寸法ＬＥＴＯＥだけ離れるように構成され、
前記少なくとも１つの基準マーク部及び第１及び第２の光ファイバ基準マーク信号受光チャンネルが、ＡＰＲ１２ＳＥＰ＜（２＊ＬＥＴＯＥ）＜ＡＰＲ１２ＳＰＡＮとなるように構成され、
第１の光ファイバ読取ヘッドが第１のスケールトラックに対して動作するように配置された時に、前記少なくとも第１及び第２の光ファイバ基準マーク信号受光チャンネルが、それらの開口を通してスケール光の部分を入力し、入力光を伝達して、それらの各基準マーク信号を与え、これが前記少なくとも１つの基準マーク部に近い信号クロス領域内の基準位置の第１の指示を与える、基準信号を検出可能な光ファイバ干渉型格子エンコーダにおいて、
前記少なくとも１つの基準マーク位置が、測定軸を横断する方向に伸び、第１の横断エッジの異なる各部分が、測定軸の横断方向に沿う位置の関数として変化する測定軸方向に沿う各位置を有するように構成された、少なくとも第１の基準マーク位置横断エッジを含み、
測定軸方向に沿う各位置が、各位置が測定軸方向に沿う対応する基準マークエッジ遷移ゾーンにわたり、測定軸を横断する方向に沿って前後に繰返して変化し、
ＬＥＴＯＥを規定する目的で、この第１の横断エッジの境界が、測定軸方向に沿う対応する基準マークエッジ遷移ゾーンの中央に位置するように規定されている、基準信号を検出可能な光ファイバ干渉型格子エンコーダ。
前記光ファイバ基準信号発生構造が、
第１の拡散光源光を放射する光源、及び、各基準マーク信号を与えるように構成された、少なくとも第１及び第２の光ファイバ基準マーク信号受光チャンネルを備えた少なくとも第１の光ファイバ読取ヘッドの部分と、
スケール部材上の測定軸方向に沿って伸び、前記第１の拡散光源光を反射して、スケール光を第１の光ファイバ読取ヘッドに与えるように配置された少なくとも第１のスケールトラックの部分とを備え、
該少なくとも第１のスケールトラックの一部が、
前記第１の拡散光源光によって照明された時にゼロ次反射の第１の量を与えるトラック部分の第１のタイプと、
前記第１の拡散光源光によって照明された時に、ゼロ次反射の前記第１の量とは異なるゼロ次反射の第２の量を与える、前記トラック部分の第１のタイプ内に配置された少なくとも１つの基準マーク部とを備え、
前記第１の光ファイバ基準マーク信号受光チャンネルが、第１の基準マーク信号受光チャンネル光ファイバ及び第１の基準マーク信号受光チャンネル開口を備え、前記第２の光ファイバ基準マーク信号受光チャンネルが、第２の基準マーク信号受光チャンネル光ファイバ及び第２の基準マーク信号受光チャンネル開口を備え、該第１の光ファイバ読取ヘッドが第１のスケールトラックに対して動作するように配置された時に、前記第１及び第２の基準マーク信号受光チャンネル開口が、互いに最も近いそれらの境界が、測定軸方向に寸法ＡＰＲ１２ＳＥＰだけ離され、互いに最も遠いそれらの境界が、測定軸方向に合計開口スパン寸法ＡＰＲ１２ＳＰＡＮにわたるように構成され、
前記少なくとも１つの基準マーク部が、２つの基準マーク部の境界が、測定軸方向に沿ってエッジ間寸法ＬＥＴＯＥだけ離れるように構成され、
前記少なくとも１つの基準マーク部及び第１及び第２の光ファイバ基準マーク信号受光チャンネルが、ＡＰＲ１２ＳＥＰ＜（２＊ＬＥＴＯＥ）＜ＡＰＲ１２ＳＰＡＮとなるように構成され、
第１の光ファイバ読取ヘッドが第１のスケールトラックに対して動作するように配置された時に、前記少なくとも第１及び第２の光ファイバ基準マーク信号受光チャンネルが、それらの開口を通してスケール光の部分を入力し、入力光を伝達して、それらの各基準マーク信号を与え、これが前記少なくとも１つの基準マーク部に近い信号クロス領域内の基準位置の第１の指示を与える、基準信号を検出可能な光ファイバ干渉型格子エンコーダにおいて、
前記少なくとも１つの基準マーク位置が、測定軸を横断する方向に伸び、第１の横断エッジの異なる各部分が、測定軸の横断方向に沿う位置の関数として変化する測定軸方向に沿う各位置を有するように構成された、少なくとも第１の基準マーク位置横断エッジを含み、
測定軸方向に沿う各位置が、各位置が測定軸方向に沿う対応する基準マークエッジ遷移ゾーンにわたり、測定軸を横断する方向に沿って前後に繰返して変化し、
ＬＥＴＯＥを規定する目的で、この第１の横断エッジの境界が、測定軸方向に沿う対応する基準マークエッジ遷移ゾーンの中央に位置するように規定されている、基準信号を検出可能な光ファイバ干渉型格子エンコーダ。
【請求項15】
請求項１４において、
前記少なくとも１つの基準マーク位置が、測定軸を横断する方向に沿って伸び、第２の横断エッジの異なる各部分が、測定軸と横断する方向に沿う位置の関数として変化する測定軸方向に沿う各位置を有する第２の横断エッジの異なる各部分を有するように構成された第２の基準マーク位置横断エッジを含み、
第２の基準マーク位置横断エッジが、測定軸方向に垂直な方向に沿う対称軸に関して、第１の基準マーク位置横断エッジの鏡像であるように構成されている、基準信号を検出可能な光ファイバ干渉型格子エンコーダ。
前記少なくとも１つの基準マーク位置が、測定軸を横断する方向に沿って伸び、第２の横断エッジの異なる各部分が、測定軸と横断する方向に沿う位置の関数として変化する測定軸方向に沿う各位置を有する第２の横断エッジの異なる各部分を有するように構成された第２の基準マーク位置横断エッジを含み、
第２の基準マーク位置横断エッジが、測定軸方向に垂直な方向に沿う対称軸に関して、第１の基準マーク位置横断エッジの鏡像であるように構成されている、基準信号を検出可能な光ファイバ干渉型格子エンコーダ。
【請求項16】
請求項１において、
前記光源が、光源光ファイバの端部を備え、
前記少なくとも第１及び第２の基準マーク信号受光チャンネル光ファイバが、光源光ファイバの近くで平行に配置され、
光源光ファイバ及び少なくとも第１及び第２の基準マーク信号受光チャンネル光ファイバを含む、第１の光ファイバ読取ヘッド内の全ての光ファイバが円筒体積内に配置されている、基準信号を検出可能な光ファイバ干渉型格子エンコーダ。
前記光源が、光源光ファイバの端部を備え、
前記少なくとも第１及び第２の基準マーク信号受光チャンネル光ファイバが、光源光ファイバの近くで平行に配置され、
光源光ファイバ及び少なくとも第１及び第２の基準マーク信号受光チャンネル光ファイバを含む、第１の光ファイバ読取ヘッド内の全ての光ファイバが円筒体積内に配置されている、基準信号を検出可能な光ファイバ干渉型格子エンコーダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本願は、概ね変位検知光学式エンコーダに係り、特に、光ファイバを受光要素として利用する小型光ファイバエンコーダ用の基準信号を与える構造を含む、基準信号を検出可能な光ファイバ干渉型格子エンコーダに関する。
【背景技術】
【0002】
ここで、引用して、それらの全体を取り込む、特許文献１〜３に開示された物を含む、光ファイバ受光チャンネルを用いた様々な小型の光ファイバ格子エンコーダが知られている。そのような小型のエンコーダは、極小サイズ、超高精度、耐電気雑音性、及び、超高速動作を含む、望ましい様相の組合せを提供する。
【0003】
多くの動作制御及び／又は位置測定システム等は、格子スケール内の特定周期を識別するために用いられる基準信号を入力するための手段を含んでいる。通常、格子スケールに対して固定された様相に対応する基準信号は、そうでなければ、長い範囲の測定のための基礎として信号周期を計数するインクリメント型変位測定システムで生じる位置の曖昧さを取り除くための基準点を与える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】米国特許第６９０６３１５号明細書
【特許文献2】米国特許第７０５３３６２号明細書
【特許文献3】米国特許第７１２６６９６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、上記先行文献中に含まれるような小型の光ファイバ格子エンコーダで容易且つ経済的に使用可能で、同様の望ましい様相を与える基準信号発生構造は知られていなかった。そのような基準信号発生構造が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【0006】
この要約は、以下で更に詳細に説明する、単純化された形の概念の選択を導入するために与えられる。この要約は、クレームされた主題の鍵となる様相を特定することを意図しておらず、クレームされた主題の範囲を決定する助けとして使用されるのを意図していない。
【0007】
簡単に説明すると、本発明は、基準位置指示を与えるのに用いられる小型光ファイバ基準信号発生構造も含む、変位測定用の小型の光ファイバ読取ヘッド及びスケール配置を与えるためのものである。様々な実施形態において、スケールは、ゼロ次反射の第１のレベルを与えるトラック部分の第１のタイプ（例えば位相格子）と、ゼロ次反射の第２のレベルを与える基準マーク（例えばミラー）を備えたスケールトラックを含む。各光ファイバ基準信号受光チャンネルは、基準マークに対する近さ及び／又は重なりに依存するゼロ次反射光の異なる量を検出して受光する各開口を含み、光基準マーク信号間の関係は基準位置を示す。本発明による基準マークは、結果として生じる各基準マーク信号間の望ましい関係を確立する、読取ヘッド中のある光ファイバ基準信号受光チャンネル開口寸法（例えばサイズ及び間隔）に基づいて決定される、測定軸方向に沿う長さ又は境界間隔寸法を持つ。
【0008】
いくつかの構成において、基準位置の指示を与える光ファイバ読取ヘッド及びスケールトラックは、光ファイバ読取ヘッド、及び、周期的なインクリメンタル測定信号を与えるスケールトラックから分離されている。いくつかの構成において、一体化された光ファイバ読取ヘッド及び一体化されたスケールトラックは、基準位置指示と周期インクリメンタル測定信号の両者を与える。
【0009】
いくつかの構成において、各開口を含む各光ファイバ基準信号受光チャンネルは、より高い分解能の基準マーク二次信号を発生するのに使用され、先に述べた光基準マーク信号は、より低い分解能の基準マーク一次信号として使用される。特に、一次信号受光チャンネルの受光領域の外側で受光される干渉縞に対応する２つの空間的に周期的な二次信号を与えるように、二次信号受光チャンネル開口のための空間的フィルタマスクを構成するために、（例えばサイズ及び間隔に対する）幾何学的な設計ルールが使用される。基準マーク二次信号の変化の空間周波数及び／又は変化速度は、基準マーク一次信号の有効空間周波数及び／又は変化速度よりも数倍高い。いくつかの実施形態において、高レベルの値から低レベルの値への基準マーク一次信号の遷移は１００μｍのオーダーの距離にわたる。いくつかの実施形態において、二次基準マーク信号の空間周波数は２−４μｍのオーダーにあり、それらは互いに１８０°位相がずれている。基準マーク二次信号の「二次」クロス点は、（一次基準マーク位置である）基準マーク一次信号の「一次」クロス点に空間的に近接して特定される。いくつかの実施形態において、一次クロス点は、一次基準マーク位置を０．２μｍのオーダーの分解能及び繰返し再現性で特定するのに用いられる。二次クロス点は、基準マーク二次信号の、より高い空間周波数及び／又はより高い信号変化速度のため、（１０倍に改良された）２０ｎｍのオーダーの分解能及び繰返し再現性を持つ二次基準マーク位置を特定するのに用いられる。
【発明の効果】
【0010】
本発明による光ファイバ基準信号発生構造が、（例えば特許文献３に開示されたような）インクリメンタル測定を与える公知の小型光ファイバ格子エンコーダと同様の望ましい様相を提供することが重要である。例えば、本発明による光ファイバ基準信号発生構造は、特許文献３中に開示された干渉型光ファイバエンコーダと同様又は同一の動作ギャップで用いることができることが重要である。更に、それは、同様の超小型サイズ、高精度、耐電気雑音性及び非常に高速な動作を提供する。従って、本発明による小型の光ファイバ基準信号発生構造は、望ましい高精度の小型光ファイバインクリメンタル測定エンコーダに容易に且つ経済的に使用できる。
【0011】
従って、本願発明は、先行技術の光学変位検知装置の欠点を克服し、超小型、高精度、経済的及び高速な構造を備えて、新しい適用分野の可能性を与える。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】基準信号発生構造を含む小型光ファイバ読取ヘッド及びスケール配置の第１参考形態の斜視図
【図2】基準信号発生構造を含む小型光ファイバ読取ヘッド及びスケール配置の第２参考形態の斜視図
【図3】基準信号発生構造を含む小型光ファイバ読取ヘッド及びスケール配置の第３参考形態の斜視図
【図4】基準信号発生構造を含む小型光ファイバ読取ヘッド及びスケール配置の第４参考形態の斜視図
【図5】格子及び基準マーク構造の１つの参考例を示す斜視図
【図6A】基準信号発生構造の第１参考形態の様々な側面を模式的に示す斜視図
【図6B】基準信号発生構造の第１参考形態の様々な側面を模式的に示す斜視図
【図7】基準信号発生構造の第２参考形態の一部を模式的に示す斜視図
【図9】基準信号発生構造の第３参考形態を含む、第１の一体型基準信号及びインクリメンタル信号発生構造の動作の様々な側面を模式的に示す斜視図
【図11】基準信号発生構造の第４参考形態を含む、第２の一体型基準信号及びインクリメンタル信号発生構造の一部を示す斜視図
【図13】本発明による基準信号発生構造の第１実施形態の一部を示す斜視図
【図15】本発明による基準信号発生構造の第２実施形態の一部を示す斜視図
【図16】本発明による基準信号発生構造の第３実施形態の一部を示す斜視図
【図18】本発明による基準信号発生構造の第４実施形態の一部を示す斜視図
【図19】本発明による一次及び二次基準信号と関係付けられる様々な信号の関係を示す図
【発明を実施するための形態】
【0013】
図１は、基準信号発生構造を含む小型光ファイバ読取ヘッド及びスケール配置１０００の第１参考形態の斜視図である。図１に示されるように、この小型光ファイバ読取ヘッド及びスケール配置１０００は、スケール格子８０を含むスケール部材８１と、インクリメンタル読取ヘッド１００と、基準マーク読取ヘッド２００とを含む。この読取ヘッド１００及び２００は、通常、互いに固定して取付けられるか、又は、単一のユニットとして形成され、それらの変位が同期するようにされる。
【0014】
直交ＸＹＺ座標系が、Ｙ軸がスケール格子８０の格子縞と平行で、Ｚ軸がスケール格子８０の表面に垂直で、Ｘ軸がＹ−Ｚ面に直交するように規定される。測定軸８２は、Ｘ軸に平行である。動作に際して、スケール部材８１は、スケール格子８０を含むインクリメンタル測定スケールトラック８６に沿って変位し、読取ヘッド２００は、基準スケールトラック８８に沿って変位するように、スケール部材８１は測定軸８２に沿って変位する。図１において、インクリメンタル測定スケールトラック８６と基準スケールトラック８８間の大体の境界が、破線１０で示されている。図１に示される参考形態において、基準スケールトラック８８は、通常、スケール格子８０を含む。しかしながら、以下で詳細に説明するように、基準スケールトラック８８が、１以上の基準マークゾーン２５１を含むことが重要である。
【0015】
インクリメンタル読取ヘッド１００は、光ファイバケーブル１９５中に含まれる複数の光ファイバ１３０の端部を収容して位置決めするフェルール１０１を備えた先行技術の小型光ファイバ読取ヘッドであることができる。様々な形態において、インクリメンタル読取ヘッド１００は、先に取り込んだ先行技術文献中に記載された任意のタイプのインクリメンタル読取ヘッドを備えることができる。図１に示される参考形態において、インクリメンタル読取ヘッド１００は、特許文献３中に詳細に記載された、干渉型読取ヘッドを備える。簡単に説明すると、動作に際して、読取ヘッド１００は、光ファイバ１３０の中央の一つから拡散するコヒーレント光源光１５０を放射し、これが照明スポット１５３でスケール格子８０を照明し、ここで反射され回折されて、スケール光１５５を与える。様々な形態において、スケール格子８０は、ゼロ次反射を抑制するように構成された位相格子である。従って、スケール光１５５は、読取ヘッド１００に向けて反射される第１の一次＋／−一次回折光を含む。この＋／−一次回折光は、位相マスク要素１６１の受光面１６０の近くに干渉縞の場を形成する。位相マスク要素１６１は、特許文献３に記載されたように、複数の光ファイバ・インクリメンタル測定信号受光チャンネルを与えるため、外側光ファイバ１３０の端部にわたる異なる空間位相を持つ複数の空間フィルタを受光面１６０に与える。この空間濾波の結果、光ファイバ・インクリメンタル測定信号受光チャンネルは、スケール格子８０が読取ヘッド１００に対して変位した時に、異なる空間位相を持つ周期的な光信号（例えば直角位相信号）を出力することができる。
【0016】
基準マーク読取ヘッド２００は、光ファイバ・ケーブル２９５中に含まれる複数の光ファイバ２３０の端部を収容して位置決めするフェルール２０１を備えることができる。様々な形態において、基準マーク読取ヘッド２００は、以下で詳細に説明するように、様々な基準信号発生構造を備えることができる。簡単に説明すると、動作に際して、読取ヘッド２００は、光ファイバ２３０の中央の１つから拡散する光源光２５０を放射し、これが照明スポット２５３で、スケール格子８０及び／又は基準マークゾーン２５１を照明する。様々な形態において、拡散する光源光２５０は、単色で空間的にコヒーレントであることが有利であり、いくつかの形態においては一時的にコヒーレントであっても良い。一般的に、スケール格子８０は、読取ヘッド１００を参照して上記で説明したのと同じ方法で、干渉縞の場を生成する反射され回折されたスケール光を与える。しかしながら、様々な形態において、基準マーク読取ヘッド２００は、位相マスク要素を含まない。その結果、複数の光ファイバ基準マーク信号受光チャンネルを与える、外側光ファイバ２３０の端部は、変位に拘わらず、単に干渉縞の場からの光のほぼ一定の「平均」量を受光する。
【0017】
既に示したように、様々な形態において、スケール格子８０は、ゼロ次反射を抑制するように構成された位相格子である。従って、基準マークは、基準マークゾーン２５１中の少なくとも１つのミラー状基準マーク部を用いることによって、スケール格子８０の構造及び／又は動作を中断するように形成される。そのような場合、基準マークゾーン２５１が照明スポット２５３中に位置していると、ミラー状基準マーク部は、図１に示されるように、拡散するスケール光２５４を与えるゼロ次反射を生成する。その結果、読取ヘッド２００が基準マークゾーン２５１にわたって変位すると、基準信号として（光ファイバ基準マーク信号受光チャンネルとして使用される外側光ファイバ２４０の端部の任意の１つにより）受光され伝達される「平均」縞光の量及びゼロ次反射光の量は、照明スポット２５３と基準マーク位置基準マークゾーン２５１の重なり量の関数として変調される。複数の各光ファイバ基準マーク信号受光チャンネルが、そのように変調された光基準信号を受光し伝達して、以下で詳細に説明するように、基準位置が正確に決定されるように使用される。
【0018】
基準マークゾーン２５１中の基準マーク位置は、Ｙ軸方向に幅ＷＹを持ち、以下で詳細に説明するように、測定軸８２の方向に沿って離れた境界の配置を与える。幅ＷＹは、通常、基準マークスケールトラック８８の幅内で読取ヘッド２００の望まれるアライメント公差を許容するのに十分であると仮定して、基準マークゾーン２５１、あるいは、ここに記載した他の任意の基準マークゾーンに対して臨界的でない。様々な形態において、測定軸８２の方向に沿う基準マークゾーン２５１に含まれる基準マーク位置の境界の適切な間隔は、信頼性があり且つロバストな基準信号を与えるのに臨界的であり、通常、以下で詳細に説明するように、読取ヘッド２００中に与えられるファイバの構造及び／又は光ファイバ基準マーク信号受光チャンネル開口のある寸法に依存する。
【0019】
図２は、基準信号発生構造を含む小型光ファイバ読取ヘッド及びスケール配置２０００の第２参考形態の斜視図である。小型光ファイバ読取ヘッド及びスケール配置２０００の動作は、いくつかの面において、図１の小型光ファイバ読取ヘッド及びスケール配置１０００と同様であり、同様に符号付けされた部品は、以下で示す以外は、形状及び動作において類似又は同一である。図２に示したように、小型光ファイバ読取ヘッド及びスケール配置２０００は、スケール格子８０を含むスケール部材８１と、インクリメンタル読取ヘッド１００と、基準マーク読取ヘッド２００を含む。小型光ファイバ読取ヘッド及びスケール配置２０００と小型光ファイバ読取ヘッド及びスケール配置１０００の間の一番の違いは、基準スケールトラック８８´の構成が、基準スケールトラック８８の構成と異なる点である。特に、少なくとも基準マークゾーン２５１´を囲む基準スケールトラック８８´の部分は、拡散する光源光によって照明された時にゼロ次反射のかなりの量を与えるトラック部分（例えばミラー状トラック部分）を備えている。この基準マークゾーン２５１´はトラック部分内に位置している。このような形態において、基準マークゾーン２５１´は、周囲のトラック部分（例えばゼロ次反射を抑制するように設計された格子部分）よりもかなり少ない量のゼロ次反射を与えるような少なくとも１つの基準マーク部を含む。いくつかの形態において、基準マークゾーン２５１´に含まれる格子基準マーク部は、インクリメンタル・スケールトラック８６に沿って伸びるスケール格子８０の構造と同一であることができる。一つの形態において、ミラー状トラック部は、基準スケールトラック８８´のほぼ全長にわたって伸びることができる。
【0020】
簡単に説明すると、動作に際して、読取ヘッド１００は、この読取ヘッド１００がインクリメンタル測定スケールトラック８６に沿って変位し、読取ヘッド２００が基準スケールトラック８８´に沿って移動するように、（例えば、各読取ヘッドを同じ取付ブラケットに取付けることによって）読取ヘッド２００に対して固定され、スケール部材８１は測定軸８２に沿って変位する。一般的に、照明スポット２５３が基準マークゾーン２５１´の近傍ではあるが、これを含まないようにする位置（例えば、破線１５によって示されるのに対応する位置）で、基準スケールトラック８８´に沿って位置され、基準スケールトラック８８´は強いゼロ次反射を発生する。その結果、複数の光ファイバ基準マーク信号受光チャンネルを与える外側光ファイバ２３０の端部は、変位の範囲にわたって、ゼロ次反射から、ほぼ一定で「大きな」量の光を受光する。
【0021】
基準マークは、基準マークゾーン２５１´内でミラー状トラック部分の構造及び／又は動作を中断することによって形成されることができる。例えば、ゼロ次反射を抑制するように構成された格子型基準マークは、基準マークゾーン２５１内に位置されることができる。そのような場合、基準マークゾーン２５１´が照明スポット２５３内に位置されると、格子部分基準マークは、ゼロ次反射を抑制し、上記で示したように、図２中の基準マークゾーン２５１´に、拡散スケール光２５５中の拡散する破線によって示される＋／−一次の反射を生成する。その結果、読取ヘッド２００が基準マークゾーン２５１´にわたって変位すると、ゼロ次反射光の量がかなり減少する。特に、ゼロ次の反射が抑制され、反射光のかなりの部分が、＋／−一次及び三次回折光として、読取ヘッド２００から逸らされる。その結果、光ファイバ基準マーク信号受光チャンネルとして使用される外側光ファイバ２３０の端部の任意の１つにより受光され、基準信号として伝達された光は、基準マークゾーン２５１´中の照明スポット２５３と基準マーク部の重なり量の関数として変調される。複数の各光ファイバ基準マーク信号受光チャンネルは、そのように変調された光基準信号を受光し伝達して、以下に詳細に説明するように、基準位置が正確に決定されるように使用される。
【0022】
既に示したように、測定軸８２の方向に沿う基準マークゾーン２５１´中に含まれる基準マーク部の境界の適切な間隔は、信頼性がありロバストな基準信号を与えるのに臨界的であり、通常、以下で詳細に説明するように、読取ヘッド２００中に与えられるファイバ構造及び／又は光ファイバ基準マーク信号受光チャンネル開口のある寸法に依存する。
【0023】
図３は、基準信号発生構造を含む小型光ファイバ読取ヘッド及びスケール配置３０００の第３参考形態の斜視図である。小型光ファイバ読取ヘッド及びスケール配置３０００の動作は、いくつかの点において、図１の小型光ファイバ読取ヘッド及びスケール配置１０００と同様であり、以下で示す点を除き、同様の符号が付けられた部品は、形状及び動作において同様か又は同一である。図３に示したように、小型光ファイバ読取ヘッド及びスケール配置３０００は、スケール格子８０と基準マークゾーン３５１を含む単一のスケールトラックを有するスケール部材８１と、単に一体型読取ヘッド３００とも称する、一体化されたインクリメンタル及び基準マーク読取ヘッド３００を含む。スケール格子８０は、ゼロ次反射を抑制するように構成された位相格子であることができる。基準マークゾーン３５１は、図１の基準マークゾーン２５１を参照して先に説明したように、少なくとも１つのミラー状基準マーク部を含むことができる。一体型読取ヘッド３００は、光ファイバケーブル３９５中に含まれる、複数の光ファイバ３３０の端部を収容して位置決めするフェルール３０１を備えている。様々な形態において、一体型読取ヘッド３００は、図１０、１１及び１２等を参照して以下で説明する一体型読取ヘッド構造の任意のタイプを備えることができる。
【0024】
簡単に説明すると、動作に際して、一体型読取ヘッド３００は、光ファイバ３３０の中央の１つから拡散光源光３５０を放射し、これが照明スポット３５３でスケール格子８０を照明する。様々な形態において、光源光３５０は、単色で空間的にコヒーレントであることが有利であり、いくつかの形態において、一時的にコヒーレントであっても良い。光源光３５０は、通常、反射され、回折されてスケール光３５５を与える。スケール光３５５は、先に述べた原理に従って、複数の光ファイバ・インクリメンタル測定信号受光チャンネルを与えるために、外側光ファイバ３３０のある１つの端部にわたる異なる空間位相を持つ位相マスク部分を用いて、干渉縞を空間的に濾波する位相マスク要素３６１の受光面３６０の近くに干渉縞の場を形成するため、読取ヘッド３００に向けて反射される＋／−一次回折光を有する。空間濾波の結果、一体型読取ヘッド３００のある光ファイバ受光チャンネルは、スケール格子８０が読取ヘッド３００に対して変位した時に、異なる空間位相を持つ周期的な光信号（例えば直角位相信号）を出力するインクリメンタル測定信号受光チャンネルを与える。
【0025】
図３に示される参考形態において、一体型読取ヘッド３００の位相マスク要素３６１は、基準マークゾーン３５１内のミラー状基準マーク部から生じる基準信号を与えるために用いられる複数の光ファイバ基準マーク信号受光チャンネルを与えるために、外側光ファイバ３３０のある１つの端部にわたる空間濾波を与えない領域も含む。様々な形態において、基準マークゾーン３５１が照明スポット３５３内に位置すると、ミラー状基準マーク部分は、図３に示されるように、拡散スケール光３５４を与えるゼロ次反射を生成する。その結果、読取ヘッド３００が基準マークゾーン３５１上を変位すると、空間フィルタを持たず、複数の光ファイバ基準マーク信号受光チャンネルを与えるある外側光ファイバ３３０の端部によって受光信号として受光され伝達された「平均」縞光の量及びゼロ次反射光の量は、照明スポット３５３と基準マークゾーン３５１の重なりの量を関数として変調される。複数の各光ファイバ基準マーク信号受光チャンネルは、以下で詳細に示すように、そのように変調された光基準信号を受光し伝達するために用いられ、基準位置が正確に決定される。
【0026】
一体型読取ヘッド３００は、その照明スポット３５３が基準マークゾーン３５１と重なった時に、基準マーク光信号を出力すると同時に、インクリメンタル変位測定に用いられる異なる空間位相を持つ周期的な光信号（例えばインクリメンタル測定直角位相信号）を出力し続けることが望ましいことを理解されたい。従って、様々な形態において、以下で詳細に説明するように、基準マークゾーン３５１に含まれるミラー状基準マーク位置の領域を、他の基準マーク設計条件を満足しつつ、可能な限り小さくすることが有利である。
【0027】
図４は、基準信号発生構造を含む小型光ファイバ読取ヘッド及びスケール配置３０００´の第４参考形態の斜視図である。小型光ファイバ読取ヘッド及びスケール配置３０００´の動作は、多くの点で、図３の小型光ファイバ読取ヘッド及びスケール配置３０００と同様であり、以下で示す点を除き、同様に符号付けされた部品は、形状及び動作において同様又は同一である。概ね、小型光ファイバ読取ヘッド及びスケール配置３０００´と３０００の動作の大きな相違のみを以下で説明する。
【0028】
図４に示されるように、小型光ファイバ読取ヘッド及びスケール配置３０００´は、一体型読取ヘッド３００と、スケール格子８０及び基準マークゾーン４５１及び端部領域８９中に位置する基準マーク境界ゾーン４５１´を含む単一のスケールトラックを有するスケール部材８１を含む。基準マーク境界ゾーン４５１´は、基準マークゾーン４５１の第１の境界を与えるための（例えば様々な形態において、スケール格子８０と同一の）格子部分であるトラック部分を含むことができる。スケール格子８０は、ゼロ次反射を抑制し、基準マークゾーン４５１の第２の境界を与えるように構成された位相格子であることができる。基準マークゾーン４５１とスケール格子８０間の境界は、読取ヘッド及びスケール配置３０００´によって与えられるインクリメンタル変位測定範囲のほぼ端部に対応することができる。ゾーン４５１と４５１´の外側で、端部領域８９は通常、ミラー状領域を備える。
【0029】
基準マークゾーン４５１は、ミラー状基準マーク部を含むことができ、測定軸方向に沿って、スケール格子８０及び基準マーク境界ゾーン４５１´の格子部分によって拘束されているので、読取ヘッド及びスケール配置３０００を参照して既に説明した基準マークゾーン３５１と構成及び動作が実質的に同様である。読取ヘッド及びスケール配置３０００に対する読取ヘッド及びスケール配置３０００´の１つの利点は、通常のインクリメンタル変位測定の精度をある程度妨げる可能性がある基準マークゾーン４５１が、通常のインクリメンタル変位測定範囲内に位置しないことである。
【0030】
１つの参考形態において、基準マークゾーン４５１のミラー部分及び端部８９のミラー領域によって拘束される基準マーク境界ゾーン４５１´は、読取ヘッド及びスケール配置２０００を参照して既に説明した基準マークゾーン２５１´と、構成が実質的に類似又は同一であることができる。そのような参考形態において、基準マーク境界ゾーン４５１´は、二次基準マーク信号を与えるのに用いられる。特に、一体型読取ヘッド３００は、通常、基準マークゾーン４５１内のミラー状端部領域８９及び基準マーク部からのゼロ次反射光のかなりの量を受光する。しかしながら、照明スポット３５３が基準マーク境界ゾーン４５１´の格子部分と重なっていると、ゼロ次の反射が抑制され、既に説明した原理に従って、反射光のかなりの部分が、＋／−一次及び三次回折光として一体型読取ヘッド３００から逸らされる。その結果、空間フィルタを持たないある外側光ファイバ３３０の端部により基準信号として受光され伝達される光の量は、照明スポット３５３と基準マーク境界ゾーン４５１´の重なりの量の関数として変調される。望ましければ、基準マーク境界ゾーン４５１´中の格子部分が、以下で更に説明する原理によって決定される動作長ＬＥＴＯＥを持つ時、二次基準マーク位置が正確に決定される。
【0031】
様々な形態において、基準マークゾーン４５１からの信号は、スケール部材８１に沿う基準マーク位置を決定し、読取ヘッド及びスケール配置３０００´のインクリメンタル変位測定範囲の端部を合図するのに使われる。いくつかの形態において、基準マーク境界ゾーン４５１´からの信号は、読取ヘッド及びスケール配置３０００´の相対変位の「リミットスイッチ」として作用し、及び／又は、相対変位の適切な方向が与えられた時に、基準マークゾーン４５１により示された基準マークの位置を検出する回路を準備するルーチン又は回路を開始するのに用いられる。
【0032】
図５は、格子及び基準マーク構造５００の参考形態を示す斜視図である。図１−図４中で示される部品と同様に符号付けされた部品は、類似又は同一であることができる。この格子及び基準マーク構造５００は、スケール格子８０と、スケール部材８１上に位置するミラー部基準マーク５０−Ｍを備えている。このミラー部基準マーク５０−Ｍは、一般的な例として示されている。図５に示されるように、スケール格子８０は、Ｙ軸方向に伸び、凹部要素Ｇによって分離された格子要素Ｅを含む。格子要素Ｅは、測定軸８２に沿って、格子ピッチＰｇにより周期的に配置されている。各格子要素Ｅは、測定軸８２の方向に沿って幅ＷＥを有し、各凹部要素Ｇは、幅ＷＧを有する。格子要素Ｅは、Ｚ軸方向に沿って凹部高さＨＥも有する。図５中に示されるスケール格子８０の特定の形態は、ゼロ次及び全ての偶数次の反射光を抑制するように設計されている。これを達成するための方法は、ここに取り込まれた特許文献３又は他の公知技術に記載されている。簡単に説明すると、１つの形態において、スケール格子８０は、矩形格子要素Ｅ及び凹部要素Ｇの両方の上の反射性クロムコーティング、及び、ゼロ次反射光の破壊的な干渉を生じる格子要素間凹部高さＨＥ、例えば、格子及び基準マーク構造５００と共に使用される光源光の波長の１／４の高さ、を有する反射性位相格子として形成される。ＷＥがＷＧにほぼ等しい５０％のデューティ比は、ゼロ次反射光の最高の抑制、及び、残りの偶数次回折の抑制に寄与する。
【0033】
Ｘ軸方向に沿う長さＬＥＴＯＥを有するミラー部基準マーク５０−Ｍは、スケール格子８０内に位置される。勿論、スケール格子８０は、ミラー部基準マーク５０−Ｍの両側で位相が合っていなければならない。様々な形態において、ミラー部基準マーク５０−Ｍは、その境界が格子要素Ｅの同様な境界と位相が合うようなサイズ及び位置とされる。いくつかの形態において、長さＬＥＴＯＥは、Ｎを整数として、スケール格子８０の（Ｎ＋１／２）周期と一致することができる。いくつかの形態において、Ｎはスケール格子８０の１０〜３０周期の範囲内で選ばれる。しかしながら、この範囲は例示に過ぎず、本発明を限定するものではない。望ましい長さＬＥＴＯＥを選択するのに関係する考慮を、以下に詳細に説明する。ミラー部基準マーク５０−Ｍが、格子要素Ｅの面に対応して形成されたように示されているが、代わりに、格子要素Ｇの面に対応して形成されることもできる。様々な形態において、ミラー部基準マーク５０−Ｍは、スケール格子８０を製造するのに使用されたのと同じステップの下位セットを用いて製造される。従って、図５に示される基準マーク５０−Ｍの参考形態は、位相型スケール格子８０及び干渉型小型光ファイバ読取ヘッドを含む小型光ファイバ読取ヘッド及びスケール配置中で使用される基準マークを与える特に経済的な方法を与える。図５中に示されるように、格子及び基準マーク構造５００は、ミラー部基準マーク５０−Ｍが、基準マークゾーン２５１内に位置する、図１中に示される読取ヘッド及びスケール配置１０００のスケールトラック８８や、ミラー部基準マーク５０−Ｍが、それぞれ基準マークゾーン３５１及び４５１内に位置する図３及び４に示される読取ヘッド及びスケール配置３０００及び３０００´で使用されるのに特に好適である。
【0034】
図５で示され上記で説明した格子及びミラー様相の役割を逆にして、Ｘ軸方向に伸びるミラースケールトラック部分及び／又は図４に示される端部領域８９内に含まれるようなミラー領域に埋め込まれた、長さＬＥＴＯＥを持つ格子部基準マークを与えることができる。そのような格子部基準マーク及び関係するミラースケールトラック部分又はミラー領域は、スケール部材８１上にインクリメンタル測定スケールトラックに沿って、インクリメンタル測定スケール格子を製造するのに用いられると同じ手順を用いて製造され、従って、位相型インクリメンタル測定スケール格子及び干渉型小型光ファイバ読取ヘッドを含む小型光ファイバ読取ヘッド及びスケール配置中で使用される格子型基準マーク部を与える特に経済的な方法を与える。格子型基準マーク部を含む、そのような構造は、図２に示される読取ヘッド及びスケール配置２０００のスケールトラック８８´中で使用するのに特に適しており、ここで、格子型基準マーク部は、基準マークゾーン２５１´、及び、格子型基準マーク部が基準マークゾーン４５１内に位置する、図４に示される読取ヘッド及びスケール配置３０００´内に位置されるであろう。
【0035】
図６Ａ及び図６Ｂは、図示された寸法の関係に関連して、基準信号発生構造６０００の第１参考形態の様々な側面を示す模式的な斜視図である。図６Ａ中に示されるように、基準信号発生構造６０００は、一般的な基準マーク５０Ａに対して動作するように位置された基準マーク読取ヘッド光ファイバ配置６００を備えおり、基準マーク５０Ａは、特定の読取ヘッド及びスケール配置において、既に説明したように、どちらが適切であるかによって、（例えば図示しないスケール部材８１上等に）ミラー基準マーク部又は格子基準マーク部を備えることができる。この基準マーク５０Ａは、Ｘ軸又は測定軸方向の寸法ＬＥＴＯＥ、Ｙ軸方向の寸法ＷＹ、Ｘ軸方向の中心線ＲＭＣを有する。簡単に説明すると、動作に際して、基準マーク読取ヘッド光ファイバ配置６００は、例示された光源光線６５０−１、６５０−２及び６５０−３のように、基準マーク５０Ａを照明する拡散光源光６５０を中央ファイバから放射する。様々な形態において、光源光６５０は、単色で空間的にコヒーレントであることが好ましく、いくつかの形態において、一時的にコヒーレントであることができる。基準マーク５０Ａが、格子トラック部分及び／又はスケールトラックによって囲まれたミラー基準マーク部であれば、それは、光源光線６５０−１、６５０−２及び６５０−３にそれぞれ対応する例示スケール光線６５４−１、６５４−２及び６５４−３によって示されたように、強く反射されたゼロ次光を基準マーク読取ヘッド光ファイバ配置６００に戻す。そのような場合、ミラー基準マーク部に対応する基準マーク信号効果領域５０Ａ−ＳＥは、基準マーク読取ヘッド光ファイバ配置６００によって与えられる任意の光ファイバ基準マーク信号受光チャンネル開口と重なる範囲で、「信号増加」領域である。
【0036】
図６Ａに示されるように、反射されたゼロ次スケール光は、光ファイバ配置６００の端部に与えられた光信号受光開口の近くに基準マーク信号効果領域５０Ａ−ＳＥを発生する。この基準マーク信号効果領域５０Ａ−ＳＥは、反射されたスケール光の拡散のため、基準マーク５０Ａの寸法の２倍に「拡大された」寸法を有する。通常、拡散光源光の使用のため、ここで説明する全ての基準マーク信号効果領域は、対応する基準マークの寸法の２倍の寸法を有する。基準マーク信号効果領域５０Ａ−ＳＥは、Ｘ軸方向の中心線ＲＭＣ−ＳＥを有する。基準マーク５０Ａと基準マーク信号効果領域５０Ａ−ＳＥ間の大きさの違いに拘わらず、それらの中心線ＲＭＣ及びＲＭＣ−ＳＥは、測定軸８２に沿ってアラインされ、同じ速度で変位するであろう。
【0037】
これまでの動作説明は、（例えば図１及び３に示されるように）基準マーク５０Ａがミラー基準マーク部であると仮定していた。もし、基準マーク５０Ａが（例えば図２に示されるように）ミラー領域又はトラック部によって囲まれた格子基準マーク部であると、例示した光源光線６５０−１、６５０−２及び６５０−３、及び、対応する反射された例示スケール光線６５４−１、６５４−２及び６５４−３は、周囲のミラー領域又はトラック部分（例えばスケールトラック８８´のミラー部分）によって通常与えられるが、格子部基準マーク５０Ａのゼロ次反射抑制及びより高次の回折特性によって妨げられる。そのような場合、対応する基準マーク信号効果領域５０Ａ−ＳＥは、それが、基準マーク読取ヘッド光ファイバ配置６００によって与えられる任意の光ファイバ基準マーク信号受光チャンネル開口と重なる範囲で、「信号減少」領域であろう。格子部基準マークが、スケール格子８０と同じにアラインされ間隔を空けられた格子棒を持つものに限定されないことを理解されたい。より一般的には、基準マーク読取ヘッド光ファイバ配置６００から、光源光のかなりの量を逸らすか、及び／又は、ゼロ次反射をかなり抑制する任意の格子部基準マーク（例えば二次元格子等）を用いることができる。
【0038】
図６Ｂは、基準マーク読取ヘッド光ファイバ配置６００及び基準マーク信号効果領域５０Ａ−ＳＥを含む、図６Ａに示された基準信号発生構造６０００の一部６０００´を示す。図６Ｂに示すように、この基準マーク読取ヘッド光ファイバ配置６００は、図示されるように、光基準マーク信号ＲＥＦ１、ＲＥＦ１´、ＲＥＦ２及びＲＥＦ２´を受光して与える基準マーク信号受光チャンネル開口を与える端部を持つ、受光ファイバ６９０Ｒ１、６９０Ｒ１´、６９０Ｒ２、及び６９０Ｒ２´を備えている。他の２つのファイバ６９０Ｘ及び６９０Ｘ´は、望ましければ、密集組立技術で製造する際に用いられる、任意のダミーファイバである。あるいは、いくつかの形態において、それらは、光信号の出力変動、汚染効果、又は、他の異常を監視するために有用な光信号を受光したり、あるいは、追加の光源を与えるのに用いられる受光開口を与える。いくつかの形態において、受光ファイバ６９０Ｒ１、６９０Ｒ１´、６９０Ｒ２及び６９０Ｒ２´は、外径ＤＲＦを持ち、基準マーク信号受光チャンネル開口と一致するか、及び／又は、これを与える直径ＤＲＡを有するマルチモードファイバであることができる。いくつかの形態において、中央の光源ファイバ６７０は、通常、拡散光源光を放射し、光源ファイバ６７０のシングルモードコアの端部によって与えられる光源６８０を与える。
【0039】
様々な形態において、光ファイバ読取ヘッド内に位置する全ての光ファイバが、最大で１．５ｍｍ、又は１．０ｍｍ、又はそれ以下の直径を持つ円筒体積内に位置するように読取光ファイバ配置を構成することが有利である。基準マーク読取ヘッド光ファイバ配置６００の１つの形態において、光伝送コア直径ＤＲＡは、ほぼ２００μｍで、基準マーク信号受光チャンネル開口直径でもあり、外径ＤＲＦは、ほぼ２５０μｍであり、中央ファイバ６７０は、同じ外径ＤＲＦと、ほぼ４−１０μｍのシングルモードコアを持つことができる。従って、そのような形態において、基準マーク読取ヘッド光ファイバ配置６００は、全外径を７５０μｍのオーダーで有する。しかしながら、他の形態において、より大きな又は小さなファイバ及び／又は他のファイバ間隔を用いることができることを理解されたい。
【0040】
図６Ｂにおいて、破線ＡＲ１Ｌ、ＡＲ１Ｒ及びＣＡＲ１は、Ｘ軸方向に沿う信号ＲＥＦ１及びＲＥＦ１´に対応する基準マーク信号受光チャンネル開口の左右の境界及び中央の位置をそれぞれ示す。破線ＡＲ２Ｌ、ＡＲ２Ｒ及びＣＡＲ２は、Ｘ軸方向に沿う信号ＲＥＦ２及びＲＥＦ２´に対応する基準マーク信号受光チャンネル開口の、左右の境界及び中央の位置をそれぞれ示す。寸法ＬＣＡＲ１ＣＡＲ２は、信号ＲＥＦ１及びＲＥＦ１´に対応する基準マーク信号受光チャンネル開口の有効中心間、及び、信号ＲＥＦ２及びＲＥＦ２´に対応する基準マーク信号受光チャンネル開口の中心間のＸ軸方向に沿う距離を示す。寸法ＡＲ１２ＳＥＰは、境界ＡＲ１Ｒ及びＡＲ２Ｌ間の分離距離を示す。より一般的には、ここで用いられ、図１０及び１１を参照して、寸法ＡＲ１２ＳＥＰは、光ファイバ配置中に含まれる２つの基準マーク信号受光チャンネル開口の内側境界間、即ち、測定軸方向に沿う互いに最も近い境界間の測定軸方向に沿う距離を示す。寸法ＡＲ１２ＳＰＡＮは、境界ＡＲ１Ｌ及びＡＲ２Ｒ間にわたる合計距離を表わす。より一般的には、ここで用いられ、図１０及び１１を参照して、寸法ＡＲ１２ＳＰＡＮは、光ファイバ配置間に含まれる２つの基準マーク信号受光チャンネル開口の外側境界間、即ち、測定軸方向に沿う互いに最も遠い境界間の測定軸方向に沿ってわたる距離を示す。
【0041】
基準信号発生構造６０００に対して、最も一般的なガイドラインは、基準マーク読取ヘッド光ファイバ配置６００と基準マーク５０Ａが、次の関係を満足するように構成されなければならない点である。
【0042】
ＡＲ１２ＳＥＰ＜（２＊ＬＥＴＯＥ）＜ＡＲ１２ＳＰＡＮ …（１）そして、結果として生じる基準マーク信号が、以下で詳細に説明するように、基準マーク５０Ａに近い信号クロス領域内で所望の精度及び／又は繰返し再現性で基準位置を規定するのに用いられる。様々な形態において、この構造は、更に次の関係
（２＊ＬＥＴＯＥ）
＞［ＡＲ１２ＳＥＰ＋（０．２５＊（ＡＲ１２ＳＰＡＮ−ＡＲ１２ＳＥＰ））］…（２）
（２＊ＬＥＴＯＥ）
＜［ＡＲ１２ＳＥＰ＋（０．７５＊（ＡＲ１２ＳＰＡＮ−ＡＲ１２ＳＥＰ））］…（３）を満足することが有利である（例えば、よりロバストな性質を与え、及び／又は、基準マーク信号間の信頼性のある関係を与える）。様々な他の形態において、更に次の関係
（２＊ＬＥＴＯＥ）
＞［ＡＲ１２ＳＥＰ＋（０．４＊（ＡＲ１２ＳＰＡＮ−ＡＲ１２ＳＥＰ））］…（４）
（２＊ＬＥＴＯＥ）
＜［ＡＲ１２ＳＥＰ＋（０．６＊（ＡＲ１２ＳＰＡＮ−ＡＲ１２ＳＥＰ））］…（５）
を満足する構成が、より有利である。いくつかの形態において、寸法２＊ＬＥＴＯＥが、［ＡＲ１２ＳＥＰ＋（０．５＊（ＡＲ１２ＳＰＡＮ−ＡＲ１２ＳＥＰ））］にほぼ等しいか、又は、信号ＲＥＦ１及びＲＥＦ２に対応する基準マーク信号受光チャンネル開口間の中心間距離ＬＣＡＲ１ＣＡＲ２とほぼ等しく、以下で図８及び図１２を参照して以下で説明するような基準マーク信号をほぼ与えることが最も有利である。
【0043】
図７は、基準信号発生構造の第２参考形態の一部分７０００´の斜視図である。部分７０００´の設計及び動作は、多くの点で、図６Ｂの部分６０００´と同様であり、以下で示した点を除き、一連の符号６ＸＸ及び７ＸＸで同様に符号付けた要素（例えば要素６９０Ｒ２及び７９０Ｒ２）は、形状及び動作において類似又は同一である。一般的に、部分７０００´の設計及び動作は、部分６０００´及び基準信号発生構造６０００のこれまでの説明に基づいて理解される。従って、部分６０００´と７０００´の動作間の意味のある違いについてのみ、以下で説明する。
【0044】
基準マーク読取ヘッド光ファイバ配置７００及び６００の間の第一の違いは、光ファイバ配置７００が、ＸＹ面内で異なる回転方位を有し、Ｘ軸方向に沿って互いに近接するファイバの端部が、（それぞれファイバ７９０Ｒ１、７９０Ｒ１´、７９０Ｒ２及び７９０Ｒ２´に対応する）光信号ＲＥＦ１、ＲＥＦ１´、ＲＥＦ２及びＲＥＦ２´を受光して与える基準マーク信号受光チャンネル開口を与えるのを許容することである。部分７０００´に対応する基準信号発生構造は、概ね、式（１）−式（５）を参照して上記で説明した寸法の考察及び信号の考察に従って構成される。いくつかの形態において、寸法２＊ＬＥＴＯＥが、［ＡＲ１２ＳＥＰ＋（０．５＊（ＡＲ１２ＳＰＡＮ−ＡＲ１２ＳＥＰ））］とほぼ等しいか、又は、図８を参照して以下で説明するように、基準マーク信号をほぼ与えるため、信号ＲＥＦ１及びＲＥＦ２に対応する基準マーク信号受光チャンネル開口間の有効中心間寸法ＬＣＡＲ１ＣＡＲ２にほぼ等しいことが最も有利である。寸法ＬＣＡＲ１ＣＡＲ２が光ファイバ配置６００に対してよりも光ファイバ配置７００に対しての方が小さいので、基準マーク信号効果領域５０Ｂ−ＳＥの寸法２＊ＬＥＴＯＥ及び基準マーク（ここでは基準マーク５０Ｂ、図示せず）の対応する寸法ＬＥＴＯＥが、部分７０００´に対応する基準信号発生構造に対してよりも小さく選択される。
【0045】
図６Ａ、図６Ｂ及び図７に示すように、基準信号発生構造６０００、又は、部分７０００´に対応する基準信号発生構造のいずれかは、ミラー部基準マークが基準マークゾーン２５１内に配置される、図１に示される読取ヘッド及びスケール配置１０００の読取ヘッド２００及びスケールトラック８８の中で使用するのに好適である。どちらの構造も、格子部基準マークが基準マークゾーン２５１´内に位置される、図２に示される読取ヘッド及びスケール配置２０００の読取ヘッド２００及びスケールトラック８８´中で用いるのにも好適である。
【0046】
図８は、図６Ａ及び図６Ｂの基準信号発生構造６０００、及び、図７に示される部分７０００´に対応する基準信号発生構造にそれぞれ対応する２つの模式的な信号チャート６０及び７０の図である。図６Ａ及び図６Ｂの基準信号発生構造６０００に対応する信号チャート６０は、２つの基準信号、組合せ信号（ＲＥＦ１＋ＲＥＦ１´）及び組合せ信号（ＲＥＦ２＋ＲＥＦ２´）を、基準マーク信号効果領域５０Ａ−ＳＥ（又は基準マーク５０Ａ）及び基準マーク読取ヘッド光ファイバ配置６００間の測定軸８２に沿う相対位置の関数として示している。特に、基準マーク５０Ａの中心線ＲＭＣの位置に対応する点６１は、図６Ｂに示されるように、位置ＡＲ１Ｌの左側に長さＬＥＴＯＥだけ変位した位置と一致する。従って、基準マーク信号効果領域５０Ａ−ＳＥは、どの基準マーク信号受光チャンネル開口とも重ならず、点６１で意味のある信号は何も発生されない。基準マーク５０Ａが右側に変位すると、基準マーク信号受光チャンネル開口直径（例えば光伝送コア直径ＤＲＡ）と等しい変位の後、点６２で最大値に到達するまで、ＲＥＦ１及びＲＥＦ１´と基準マーク信号受光チャンネル開口の重なりが増加する。基準マーク５０Ａが右に変位し続けると、（ＲＥＦ１＋ＲＥＦ１´）信号及び（ＲＥＦ２＋ＲＥＦ２´）信号が共通の値に集束（又は発散）する、信号クロス領域の左の限界をマークする点６３及び６３´になるまで、更なる信号変化は観測されない。信号クロス領域において、基準マーク５０Ａの中心線ＲＭＣが位置（ＡＲ１Ｌ＋ＬＥＴＯＥ）の右側に変位すると、信号（ＲＥＦ１及びＲＥＦ１´）は、基準マーク信号効果領域５０Ａ−ＳＥ及びＲＥＦ１、ＲＥＦ１´基準マーク信号受光チャンネル開口間の重なりが減少するに連れて減少し始める。基準マーク信号受光チャンネル開口は類似の寸法を有し、基準マーク５０Ａの長さＬＥＴＯＥは、図６Ｂに示される基準マーク信号効果領域５０Ａ−ＳＥの寸法２＊ＬＥＴＯＥが寸法ＬＣＡＲ１ＣＡＲ２とほぼ等価であるように選択されているので、信号（ＲＥＦ２＋ＲＥＦ２´）は、基準マーク信号効果領域５０Ａ−ＳＥ及びＲＥＦ２及びＲＥＦ２´基準マーク信号受光チャンネル開口間の重なりが増加するに連れて、（信号ＲＥＦ２＋ＲＥＦ２´）は、点６３´で同時に増加し始める。点６４で、基準マーク５０Ａの中心線ＲＭＣは、（図６Ｂに示される位置で）ＲＥＦ１／ＲＥＦ１´基準マーク信号受光チャンネル開口及びＲＥＦ２／ＲＥＦ２´基準マーク信号受光チャンネル開口及び信号（ＲＥＦ１及びＲＥＦ１´）及び（ＲＥＦ２＋ＲＥＦ２´）は従って名目上等しくなる。残りの点６５、６５´、６６及び６７での信号（ＲＥＦ１＋ＲＥＦ１´）及び（ＲＥＦ２＋ＲＥＦ２´）の動きは、これまでの説明の類推で理解できる。点６５及び６５´は、点６３及び６３´と同様に、信号クロス領域の右の限界を記す。
【0047】
図７に示される部分７０００´を含み、対応する基準信号発生構造に対応する信号チャート７０は、上記で説明した信号チャート６０と同様である。即ち、点７１は点６１と同様である等。従って、点７１−７７における信号（ＲＥＦ１＋ＲＥＦ１´）及び（ＲＥＦ２＋ＲＥＦ２´）の動きは、図７の説明との組合せで、これまでの説明と同様に理解される。特に、信号クロス領域において、基準マーク５０Ｂの中心線ＲＭＣが位置（ＡＲ１Ｌ＋ＬＥＴＯＥ）の右側に変位すると、点７３で信号（ＲＥＦ１＋ＲＥＦ１´）は、基準マーク信号効果領域５０Ｂ−ＳＥとＲＥＦ１及びＲＥＦ１´基準マーク信号受光チャンネル開口間の重なりが減少するに連れて、減少し始める。基準マーク信号受光チャンネル開口は、類似の寸法を有し、基準マーク５０Ｂの長さＬＥＴＯＥは、基準マーク信号効果領域５０Ｂ−ＳＥの寸法２＊ＬＥＴＯＥが、図７に示される寸法ＬＣＡＲ１ＣＡＲ２とほぼ等価であるように選択されているので、基準マーク信号効果領域５０Ｂ−ＳＥ及びＲＥＦ２及びＲＥＦ２´基準マーク信号受光チャンネル開口間の重なりが増えるに連れて、信号（ＲＥＦ２＋ＲＥＦ２´）は点７３´で同時に増加し始める。点７４において、基準マーク５０Ｂの中心線ＲＭＣが、（図７中に示される位置で）ＲＥＦ１／ＲＥＦ１´基準マーク信号受光チャンネル開口及びＲＦＥＦ２／ＲＥＦ２´基準マーク信号受光チャンネル開口間で対称に位置されるので、信号（ＲＥＦ１＋ＲＥＦ１´）及び（ＲＥＦ２＋ＲＥＦ２´）は名目上等しくなる。基準マーク寸法ＬＥＴＯＥが信号チャート７０に対応する基準信号発生構造中より短く、ＲＥＦ１／ＲＥＦ１´基準マーク信号受光チャンネル開口及びＲＥＦ２／ＲＥＦ２´基準マーク信号受光チャンネル開口間の中心間間隔もより少ないので、信号チャート７０の信号（ＲＥＦ１＋ＲＥＦ１´）及び（ＲＥＦ２＋ＲＥＦ２´）の様相は、信号チャート６０の様相よりも、測定軸方向に、より近く離れている。
【0048】
様々な形態において、測定軸８２に沿う基準位置をロバストな方法で与えるために、基準位置検出回路は、各信号（ＲＥＦ１＋ＲＥＦ１´）及び（ＲＥＦ２＋ＲＥＦ２´）がクロスし等しい位置を基準位置として特定することができる。格子位置又はミラー位置を基準マークとして用いる様々な形態において、図１−図５に関連して上記で説明した寸法の考察及び信号の考察によるエッジ間寸法ＬＥＴＯＥの選択は、概ね、基準マーク近くの信号クロス領域内の（例えば２つの各基準信号が同じ値を持つ）基準位置を規定するのに十分な基準マーク信号を与える基準信号発生構造を与える。式（２）と（３）又は（４）と（５）の関係を満足すれば、信号クロス領域における基準マーク信号間の、特に信頼できる及び／又はロバストな関係を与える。信号チャート６０及び７０に対応する基準信号発生構造は、それぞれ、これらの関係を満足し、従って、図８に示されるように、それらの最大値及び最小値間のほぼ中間の信号値で名目上クロスする信号を含むロバストな信号クロス領域を保証する。図８に示される信号の極性は、概ね格子領域によって囲まれたミラー部基準マークによって生ずるものに対応することを理解されたい。ミラー領域によって囲まれた格子部基準マークに対しては、全ての信号が逆となるであろう。実際上、全ての信号は、図８中に示されていない共通モードのＤＣオフセットを含む。いずれの場合も、上記で開示し、式（１）−式（５）を参照して上記で説明した寸法の考察及び信号の考察に従って設計された基準信号発生構造は、基準マークの近くの信号クロス領域内で望ましい空間的に周期的なインクリメンタル測定信号の周期の半分より小さい繰返し再現性の基準位置を規定する複数の各基準マーク信号を与えることができ、その結果、基準マークは、インクリメンタル測定信号の特定の周期又はサイクル、及び、スケールに沿う関係する特別な波長を信頼性を持って指示することができる。例えば、４又は２μｍよりも小さな繰返し再現性が容易に達成され、特に式（２）と（３）又は（４）と（５）の関係が満足された時、μｍ以下の繰返し再現性が達成される。
【0049】
図９及び図１０は、基準信号発生構造の第３参考形態を含む、一体型基準信号及びインクリメンタル信号発生構造８０００（一体型信号発生構造８０００とも称する）の動作の様々な側面を模式的に示す斜視図である。図９に示される図は、動作の他の側面をより明瞭に示すため、一体型信号発生構造８０００の本質的な要素である位相マスク要素８６１を示していない。位相マスク要素８６１を、以下で図１０を参照して説明する。
【0050】
図９は、（例えばスケール部材８１、図示せず、上で）スケール格子８０によって囲まれた一般的なミラー部基準マーク５０Ｃに対して動作するように位置された一体型読取ヘッド光ファイバ配置８００（図１０中に示される位相マスク要素８６１を除く）を含む一体型信号発生構造８０００のある要素を示す。基準マーク５０Ｃは、図示されるＸ軸方向に沿う寸法ＬＥＴＯＥ、及び、中心線ＲＭＣを有する。簡単に説明すると、動作に際して、一体型読取ヘッド光ファイバ配置８００は、中心ファイバによって与えられる光源８８０から拡散光源光８５０を放射し、これは照明スポット８５３で基準マーク５０Ｃ及び周囲のスケール格子８０を照明する。様々な形態において、光源光８５０は単色で空間的にコヒーレントであることが有利であり、いくつかの形態において一時的にコヒーレントであることができる。スケール格子８０は、図９中の中心光線によって表わされる、反射で回折された＋／−一次スケール光８５５Ａ及び８５５Ｂを与える。＋／−一次のスケール光８５５Ａ及び８５５Ｂは、それぞれ、干渉ゾーン８５６で重なり、一体型読取ヘッド光ファイバ配置８００の受光面８６０の近くに干渉縞８６６を形成する領域８５５Ａ´と８５５Ｂ´を照明する。干渉縞は、既に説明した原理に従って、以下で図１０を参照して詳細に説明するように、光直角位相信号Ａ、Ａ−、Ｂ及びＢ−を受光する光ファイバの端部上の位相マスク要素８６１（図１０中に示される）によって空間的に濾波される。
【0051】
上記で説明した直角位相信号発生動作と同時に、ミラー部基準マーク５０Ｃが照明スポット８５３内に入ると、それは拡散コヒーレント光８５０を反射し、図６Ａを参照して既に説明した原理に従って、ミラー部基準マーク５０Ｃと中心線ＲＭＣとアラインされた中心線ＲＭＣ−ＳＥの寸法の２倍の寸法を有する基準マーク信号効果領域５０Ｃ−ＳＥを与える。一体型基準信号及びインクリメンタル信号発生構造８０００の動作に関する追加の詳細を、図１０を参照して以下に説明する。
【0052】
図１０は、一体型読取ヘッド光ファイバ配置８００、基準マーク信号効果領域５０Ｃ−ＳＥ及び位相マスク要素８６１を含む、図９に示される一体型信号発生構造８０００の一部分８０００´を示す。位相マスク要素８６１をより明瞭に示すため、図１０は干渉ゾーン８５６中の干渉縞８６６を示していないが、既に説明したように、動作中はそのような縞が存在することを理解されたい。図１０に示すように、一体型読取ヘッド光ファイバ配置８００は、図示されるように、いくつかの形態において、光源ファイバ８７０のシングルモードコアの端部によって与えられる光源８８０を与える中央光源ファイバ８７０と、光信号Ａ−Ａ、−Ａ、Ｂ、−Ｂ、ＲＥＦ１及びＲＥＦ２をそれぞれ受光する受光チャンネルを与える、受光ファイバ８９０Ａ、８９０Ａ´、８９０Ｂ、８９０Ｂ´、８９０Ｒ１及び８９０Ｒ２を備えている。一体型読取ヘッド光ファイバ配置８００は、位相マスク８２０Ａ、８２０Ｂ、８２０Ａ´、８２０Ｂ´、遮蔽マスク８２０ＢＲ１及び８２０ＢＲ２、及び、開放開口マスク８２０Ｒ１及び８２０Ｒ２を備えた位相マスク要素８６１も含む。破線ＡＲ１Ｌ、ＡＲ１Ｒ及びＣＡＲ１は、信号ＲＥＦ１に対応する基準マーク信号受光チャンネル開口の左右の境界及び有効中心の位置をそれぞれ示し、破線ＡＲ２Ｌ、ＡＲ２Ｒ及びＣＡＲ２は、信号ＲＥＦ２に対応する基準マーク信号受光チャンネル開口の左右の境界及び有効中心の位置をそれぞれ示す。寸法ＬＣＡＲ１ＣＡＲ２は、信号ＲＥＦ１及びＲＥＦ２に対応する基準マーク信号受光チャンネル開口の有効中心間のＸ軸に沿う距離を表わす。寸法ＡＲ１２ＳＰＡＮは、境界ＡＲ１Ｌ及びＡＲ２Ｒ間にわたる合計距離を表わす。図６Ｂを参照して既に説明したように、寸法ＡＲ１２ＳＥＰは、概ね、光ファイバ配置中に含まれる２つの基準マーク信号受光チャンネル開口の内側境界間、即ち、Ｘ軸方向に沿う互いに最も近い境界間のＸ軸方向に沿う距離を表わす。部分８０００´に対して、寸法ＡＲ１２ＳＥＰは、境界ＡＲ１Ｒ及びＡＲ２Ｌ間にあり、ゼロであるので、混乱を避けるために、図１０において符号が付けられていない。上記の説明に基づいて、格子部又はミラー部のいずれかを基準マークとして用いる一体型信号発生構造８０００の様々な形態において、式（１）−式（５）に関して上記で説明した寸法の考察及び信号の考察に従ってエッジ間寸法ＬＥＴＯＥを選択すると、通常、特に式（２）と（３）又は（４）と（５）の関係が満足された時に、ロバストな基準信号発生構造を与える。
【0053】
これまでに説明した基準マーク信号受光チャンネル開口の受光領域は、各基準マーク信号受光チャンネル光ファイバ端部の光伝送コア領域のみによって規定されていたが、一体型読取ヘッド光ファイバ配置８００において、基準マーク信号受光チャンネル開口８９０Ｒ１及び８９０Ｒ２の受光領域は、各受光チャンネル光ファイバ端部の光伝送コア領域の境界により部分的に規定され、又、各遮蔽／開放開口マスク８２０ＢＲ１／８２０Ｒ１及び８２０ＢＲ２／８２０Ｒ２によって部分的に規定される。勿論、様々な他の形態において、所望であれば、同様な開口マスクが基準マーク信号受光チャンネル開口の受光領域を完全に定めて規定することができる。各遮蔽／開放開口マスク８２０ＢＲ１／８２０Ｒ１及び８２０ＢＲ２／８２０Ｒ２は、測定軸方向に沿う空間的に周期的な構造を含まないので、基準マーク信号受光チャンネル開口８９０Ｒ１及び８９０Ｒ２によって受光された任意の干渉縞光は、所望の基準マーク信号を妨害する意味のある空間的に周期的な信号成分を発生しない。
【0054】
簡単に説明すると、動作に際して、位相マスク８２０Ａ、８２０Ｂ、８２０Ａ´及び８２０Ｂ´は、受光面８６０に位置され、干渉ゾーン８５６内の干渉縞を空間的に濾波して、直角位相の周期的なインクリメンタル測定信号Ａ、Ａ´、Ｂ、Ｂ´をそれぞれ与える。１つの形態において、位相マスク８２０Ａ、８２０Ｂ、８２０Ａ´及び８２０Ｂ´は、それぞれ０、９０、１８０及び２７０°の相対的な空間位相を持つ。測定信号Ａ、Ａ´、Ｂ及びＢ´の相対位置は、図示のためだけであり、本発明を限定するものではないことを理解されたい。一般的に、位相マスクは、測定信号Ａ、Ａ´、Ｂ及びＢ´の任意の所望の配置を与えるように構成される。位相マスク要素８６１、及び、他の空間位相配置に関する様々な動作及び設計原理が、取り込まれた特許文献中に記載されている。
【0055】
遮蔽マスク８２０ＢＲ１及び８２０ＢＲ２及び開放開口マスク８２０Ｒ１及び８２０Ｒ２は、ファイバ８９０Ｒ１及び８９０Ｒ２の端部をマスクして、基準信号ＲＥＦ１及びＲＥＦ２を与えるように受光面８６０に位置される。遮蔽マスク８２０ＢＲ１及び８２０ＢＲ２が無いと、測定軸８２の方向に沿って並置される受光ファイバ８９０Ｒ１及び８９０Ｒ２の端部は、同じ信号の基準マーク信号効果領域５０Ｃ−ＳＥの様々な位置に応答することを理解されたい。これに対して、マスク８２０ＢＲ１、８２０ＢＲ２、８２０Ｒ１及び８２０Ｒ２の配置は、以下に図１２を参照して詳細に説明するように、測定軸８２の方向に沿ってオフセットされた基準マーク信号受光チャンネル開口を与え、望ましい信号クロス領域を提示する基準信号ＲＥＦ１及びＲＥＦ２を与える。
【0056】
既に示した信号Ａ、Ａ´、Ｂ及びＢ´に関して、スケール格子８０から生じる縞は、既に説明したように、これらの直角位相信号を常に発生するために、一体型信号発生構造８０００の動作の間常に存在する。一般的に、縞は、ミラー部基準マーク５０Ｃが照明スポット８５３内に存在する時に弱められ、回折された＋／−一次スケール光８５５Ａ及び８５５Ｂの量を減らす。更に、位相マスク８２０Ａ、８２０Ｂ、８２０Ａ´及び８２０Ｂ´は、それらの位置が重なった時に、基準マーク信号効果領域５０Ｃ−ＳＥに含まれるゼロ次反射光の部分を許容する。その結果、直角位相信号Ａ、Ａ´、Ｂ、Ｂ´の振幅及びオフセットは、概ね、基準マーク５０Ｃによって影響され、結果として生じるインクリメンタル変位測定の精度を減じる。従って、いくつかの形態において、信号処理（例えば適応振幅「ゲイン制御」及び／又はＤＣオフセット補償及び／又は位相補償等）が直角位相信号Ａ、Ａ´、Ｂ及びＢ´に適用され、少なくとも部分的にそのような効果を無効とするか、及び／又は、基準マーク５０Ｃの長さＬＥＴＯＥ及び／又は面積が、その妨害効果を制限するように制限される。
【0057】
基準信号ＲＥＦ１及びＲＥＦ２に関して既に示したように、スケール格子８０から生じる縞は、一体型信号発生構造８０００の動作中常に存在する。しかしながら、開放開口マスク８２０Ｒ１及び８２０Ｒ２は、受光ファイバ８９０Ｒ１及び８９０Ｒ２の端部上に空間フィルタを与えず、複数の縞からの光は、相対的に一定な平均の光量を、変位と独立して基準信号ＲＥＦ１及びＲＥＦ２に与える。これに対して、基準マーク信号効果領域５０Ｃ−ＳＥが開放開口マスク８２０Ｒ１及び８２０Ｒ２の位置に重なると、そのゼロ次反射光は、重なり量の関数として、基準信号ＲＥＦ１及びＲＥＦ２をかなり増加させる。
【0058】
様々な形態において、読取ヘッド光ファイバ配置を、光ファイバ読取ヘッド内に位置する全ての光ファイバが、最大で１．５ｍｍ、又は１．０ｍｍ、又はそれ以下の直径を持つ円筒体積内に位置するよう読取ヘッド光ファイバ配置を構成することが有利である。ある特定の形態において、ファイバ８９０は、ほぼ２００μｍの直径ＤＲＡを持つ光伝送コア領域を有し、ほぼ２５０μｍの外径ＤＲＦを有し、中心ファイバ８７０は、同じ外径ＤＲＦと、ほぼ４−１０μｍのシングルモードコア直径、又は、モード場直径を持つことができる。従って、そのような形態において、基準マーク読取ヘッド光ファイバ配置８００は、７５０μｍのオーダーの全体直径を持つことができる。しかしながら、他の形態において、より大きな又は小さなファイバ及び／又は他のファイバ間隔を用いることができる。
【0059】
スケール格子８０は、ほぼ４μｍの格子ピッチＰｇを有し、縞８６６は同様なピッチを有することができる。基準マーク信号受光ファイバ端部及び遮蔽／開放開口マスク８２０ＢＲ１／８２０Ｒ１及び８２０ＢＲ２／８２０Ｒ２によって規定される基準マーク信号受光チャンネル開口は、測定軸８２方向に沿って１００μｍのオーダーの寸法を持つことができる。基準マーク５０Ｃは、１つの形態において、ほぼ３８μｍの寸法ＬＥＴＯＥを有利に持つことができ、これは、十分な基準マーク信号強度と、インクリメンタル測定信号への最小の妨害の間の望ましいトレードオフを与える。しかしながら、ＬＥＴＯＥに対する上記で説明した寸法の関係は、例示に過ぎず、本発明を限定するものではない。様々な適用分野において、追加の設計上の考察は、ＬＥＴＯＥのより小さな又は大きな寸法を好ましい物とする。
【0060】
図１１は、基準信号発生構造の第４参考形態を含む、２番目の一体型信号発生構造の一部分９０００´を示す斜視図である。部分９０００´の設計及び動作は、多くの観点において、図１０の部分８０００´のそれと類似しており、一連の番号８ＸＸ及び９ＸＸ（例えば要素８２０Ｒ２及び９２０Ｒ２）が同様に付された要素は、以下で示した点を除き、形状及び動作において類似又は同一である。概ね、部分９０００´の設計及び動作は、部分８０００´及び一体型信号発生構造８０００の先行する説明に基づいて理解される。従って、部分８０００´及び９０００´の動作の間の意味のある違いについて以下に説明する。
【0061】
図１１は、一体型読取ヘッド光ファイバ配置９００、基準マーク信号効果領域５０Ｄ−ＳＥ、及び、位相マスク要素９６１を含む部分９０００´を示す。部分８０００´と９０００´の間の第１の違いは、光ファイバ配置８００と９００が、ＸＹ面内で異なる回転方位を持つということである。光ファイバ配置９００において、Ｘ方向に分離された受光ファイバ９９０Ｒ１及び９９０Ｒ２は、基準信号ＲＥＦ１及びＲＥＦ２を与える。更に、基準マーク信号効果領域５０Ｄ−ＳＥは、各寸法２ＬＳＥＧを有する２つの信号効果下位領域５０Ｄ１−Ｓ１ＳＥ及び５０Ｄ２−Ｓ２ＳＥを含み、内側エッジ間距離２＊ＬＥＴＯＥを与える。各寸法ＬＳＥＧを持ち、内側エッジ間寸法ＬＥＴＯＥを与える、５０Ｄ１及び５０Ｄ２で示される２つのミラー下位部又は基準マーク部を含む、ここで５０Ｄとする（図示せず）対応するミラー部基準マークは、既に説明した原理に従って、２つの分離した信号効果下位領域、又は、基準マーク部５０Ｄ１−ＳＥ及び５０Ｄ２−ＳＥを与える。図１１に示される特定の参考形態において、寸法２＊ＬＥＴＯＥが、２つの信号効果下位領域５０Ｄ１−ＳＥ及び５０Ｄ２−ＳＥの内側境界間の距離に対応しているが、他の形態において、下位領域５０Ｄ２−ＳＥと５０Ｄ２−ＳＥ間の関係は、（それらの内側境界というよりもむしろ）外側境界間の距離が同じ寸法２＊ＬＥＴＯＥに対応することを理解されたい。いずれの場合も、分離された２つの基準マーク下位部を含むように基準マークを構成することによって、同様な全長の単一部分の基準マークに比べて、基準マークの全領域が制限され、従って、周期的なインクリメンタル測定信号に対するその妨害効果も有利に制限される。いくつかの形態において、十分な基準マーク信号強度とインクリメンタル測定信号に対する最小の妨害の間の望ましいトレードオフを与えるために、２つの基準マーク部のそれぞれが、０．２５＊（ＡＲ１２ＳＰＡＮ−ＡＲ１２ＳＥＰ）以上で、０．７５＊（ＡＲ１２ＳＰＡＮ−ＡＲ１２ＳＥＰ）以下の測定軸方向に沿う寸法を持つことができる。様々な他の形態において、２つの基準マーク部分のそれぞれが、０．４＊（ＡＲ１２ＳＰＡＮ−ＡＲ１２ＳＥＰ）以上、０．６＊（ＡＲ１２ＳＰＡＮ−ＡＲ１２ＳＥＰ）以下の測定軸方向寸法を持つことができる。
【0062】
これらの参考形態のいずれにおいても、式（１）−（５）に関係して上記で説明した寸法の考察及び信号の考察に従ってエッジ間寸法ＬＥＴＯＥを選択することにより、特に式（２）と（３）、（４）と（５）の関係が満足された時に、概ねロバストな基準信号発生構造を与える。部分９０００´に対応する一体型信号発生構造によって与えられた基準信号ＲＥＦ１及びＲＥＦ２は、図１２を参照して以下で更に説明するように、信号クロス領域の望ましい信号の関係を呈する。
【0063】
図９、図１０及び図１１で示したように、基準信号発生構造８０００、又は、部分９０００´に対応する基準信号発生構造は、いずれも、図３及び４に示した読取ヘッド及びスケール配置３０００及び３０００´の読取ヘッド３００で用いるのに好適である。
【0064】
図１２は、図９及び図１０に示した一体型信号発生構造８０００、及び、図１１中に示される部分９０００´に対応する一体型信号発生構造にそれぞれ対応する２つの模式的な信号チャート８１０及び９１０を示す図である。信号チャート８１０及び９１０は、同じ縦軸及び横軸の縮尺を持たず、実際、全ての信号は、図１２中に示されていない、共通モードのＤＣオフセットを含む。
【0065】
図９及び１０の基準信号発生構造８０００に対応する信号チャート８１０は、基準マーク信号効果領域５０Ｃ−ＳＥ（又は基準マーク５０Ｃ）と基準マーク読取ヘッド光ファイバ配置８００間の測定軸方向に沿う相対位置の関数としての２つの基準信号、信号ＲＥＦ１及び信号ＲＥＦ２を示している。特に、点８１１は、基準マーク５０Ｃの中心線ＲＭＣ−ＳＥが、図１０に示される基準マーク５０Ｃの長さＬＥＴＯＥだけ位置ＡＲ１Ｌの左側に変位した位置に一致する位置に対応する。従って、基準マーク信号効果領域５０Ｃ−ＳＥは、ＲＥＦ１基準マーク信号受光チャンネル開口と重ならず、点８１１において意味のある信号は発生されない。基準マーク５０Ｃが右側に変位すると、基準マーク信号効果領域５０Ｃ−ＳＥとＲＥＦ１基準マーク信号受光チャンネル開口の重なりは増加し、図１０に示される中心線ＲＭＣ−ＳＥが、位置ＡＲ１Ｒの左側に距離ＬＥＴＯＥだけの位置８１２に到達した時に最大となる。信号クロス領域において、基準マーク５０Ｃが点８１２から右側に変位し続けると、基準マーク信号効果領域５０Ｃ−ＳＥとＲＥＦ１基準マーク信号受光チャンネル開口の重なりが減少するので、信号ＲＥＦ１は減少し始める。基準マーク信号効果領域５０Ｃ−ＳＥとＲＥＦ２基準マーク信号受光チャンネル開口の重なりが増加するので、信号ＲＥＦ２は点８１２´で同時に増え始める。点８１３で、基準マーク５０Ｃの中心線ＲＭＣ−ＳＥがＲＥＦ１基準マーク信号受光チャンネル開口及びＲＥＦ２基準マーク信号受光チャンネル開口に沿って対称に位置し（図１０に示される位置）、信号ＲＥＦ１及びＲＥＦ２は従って名目上等しくなる。基準マーク信号受光チャンネル開口は、同様の寸法を持ち、基準マーク５０Ｃの長さＬＥＴＯＥは、図１０に示されるように、基準マーク信号効果領域５０Ｃ−ＳＥの寸法２＊ＬＥＴＯＥがほぼ寸法ＬＣＡＲ１ＣＡＲ２とほぼ等しいように選択されているので、信号ＲＥＦ１とＲＥＦ２は、信号クロス領域でのそれらの最大値及び最小値間のほぼ中央での値でクロスし、これにより、様々な場合に生じる各信号変動に対するロバストなマージンを残す。残る点８１４、８１４´及び８１５における信号ＲＥＦ１及びＲＥＦ２の動きは、これまでの説明と同様に理解される。
【0066】
信号チャート９１０は、図１１に示される部分９０００´を含み、これに対応する基準信号発生構造に対応する。信号チャート８１０は、基準マーク信号効果下位領域５０Ｄ２−ＳＥの中心線ＲＭＣ−ＳＥ−５０Ｄ２と光ファイバ配置９００間の測定軸に沿う相対位置の関数としての２つの基準信号、信号ＲＥＦ１及び信号ＲＥＦ２を示す。中心線ＲＭＣ−ＳＥ−５０Ｄ２は、ここで２部基準マーク５０Ｄの下位部分５０Ｄ２とする、対応する基準マーク下位部の中心線と一致し、これは、５０Ｄ１とした下位部も含む。点９１１は、中心線ＲＭＣ−ＳＥ−５０Ｄ２が、図１１に示される位置ＡＲ２Ｌの左側に長さＬＳＥＧだけ変位した位置と一致する位置に対応する。従って、基準マーク信号効果領域５０Ｄ２−ＳＥは、ＲＥＦ２基準マーク信号受光チャンネル開口と重ならず、点８１１では意味のある信号は生成されない。基準マーク５０Ｄが右側に移動すると、基準マーク信号効果領域５０Ｄ２−ＳＥとＲＥＦ２基準マーク信号受光チャンネル開口の重なりは、中心線ＲＭＣ−ＳＥ−５０Ｄ２が、図１１中に示される位置ＡＲ２Ｒの左側に距離ＬＳＥＧだけである点９１２に到達して最大となるまで増加する。信号クロス領域では、基準マーク５０Ｄが点９１２から右側に変位し続けるので、基準マーク信号効果領域５０Ｄ２−ＳＥとＲＥＦ２基準マーク信号受光チャンネル開口の重なりが減少するに連れて信号ＲＥＦ２が減少し始め、同時に基準マーク信号効果領域５０Ｄ１−ＳＥとＲＥＦ１基準マーク信号受光チャンネル開口の重なりが増加するに連れて、信号ＲＥＦ１は点９１２´で増加し始める。点９１３で、基準マーク５０ＤはＲＥＦ１及びＲＥＦ２基準マーク信号受光チャンネル開口間で（図１１中に示される位置で）対称に位置し、従って、信号ＲＥＦ１及びＲＥＦ２は名目上等しくなる。基準マーク信号受光チャンネル開口は、同様の寸法を有し、基準マーク５０Ｄの長さＬＥＴＯＥは、基準マーク信号効果領域５０Ｄ−ＳＥの寸法２＊ＬＥＴＯＥが、図１１中に示される寸法ＬＣＡＲ１ＣＡＲ２とほぼ等価となるように選択されているので、信号ＲＥＦ１とＲＥＦ２は信号クロス領域の最大値と最小値のほぼ中央の値でクロスし、これにより、様々な原因で生じる各信号変動に対するロバストなマージンを残す。残りの点９１４、９１４´及び９１５での信号ＲＥＦ１及びＲＥＦ２の動きは、これまでの説明と同様に理解される。
【0067】
点９１６−９１８は、基準マーク５０Ｄが右に変位し続けた時に、ＲＥＦ２受光器と重なる下位領域５０Ｄ１−ＳＥによって与えられる二次ＲＥＦ２信号を示す。しかしながら、これらの点に対応するＲＥＦ１基準マーク信号受光チャンネル開口によって与えられる相補的な「クロス信号」は無いことを理解されたい。示された信号領域の左側の変位に対して生じる同様なＲＥＦ１信号は示されていない。信号クロス領域において、ＲＥＦ１及びＲＥＦ２信号が等しくなる基準位置が確立されているので、点９１６−９１８に対応する二次ＲＥＦ信号は、変位方向によって、これらを基準位置が近付いている指示計、又は、基準位置が検出されるべきであることの確認として用いるか、又は、遠のいている指示計として用いるのでなければ、同様な二次ＲＥＦ１信号と同様に不適切である。
【0068】
より高分解能の基準マーク信号発生構造これまで説明した基準マーク信号発生構造は、概ね、分解能と繰返し再現性の第１のレベルを持つ単一の基準マーク信号を与える。様々な形態において、分解能と繰返し再現性の第１のレベルは、０．２μｍのオーダーである。以後、上記のようにして発生された基準マーク信号を引用するのに「基準マーク一次信号」という文言を用いる。
【0069】
いくつかの適用分野において、上記で説明した基準マーク一次信号に比べて、改良されたレベルの基準マーク位置分解能及び繰返し再現性を提供する基準マーク信号を与えることが望ましい。以後、分解能と繰返し再現性の改良されたレベルを提供する、そのような基準マーク信号を引用するために「基準マーク二次信号」という文言を使用する。以下で説明する基準信号発生構造は、そのような基準マーク二次信号を与える。簡単に説明すると、以下で図１３−図１８を参照して説明する本発明の実施形態は、概ね、式（１）（及び／又は式（２）、（３）、（４）又は（５））に従って設計され、図１−図１２を参照して上記で説明した原理を用いて基準マーク一次信号を発生するのに加えて、以下で説明する追加の様相との組合せで、基準マーク二次信号を発生する。基準マーク二次信号は、基準マーク一次信号よりも高い分解能及び繰返し再現性（例えば、ほぼ１０倍優れた、２０ｎｍのオーダーの分解能及び／又は繰返し再現性）で基準マーク位置を指示する。しかしながら、基準マーク二次信号は周期的である。従って、基準マーク一次信号から導き出された一次基準マーク位置又は一次信号クロス点が、以下で詳細に説明するように、その周期性に関連する二次基準マーク位置の曖昧さを取り除くのに用いられる。
【0070】
基準マーク一次信号のみを発生するこれまでの参考形態において、基準マークは、格子を含むスケールトラック上に位置するミラー状基準マーク部（例えば図１の基準スケールトラック８８参照）、又は、ミラー状基準スケールトラック上に位置する格子型基準マーク部（例えば図２の基準スケールトラック８８´参照）を備えることができる。しかしながら、以下で説明する基準マーク二次信号も発生する本発明の実施形態においては、基準マークは、以下で説明する理由により、ミラー状トラック部で囲まれる格子型基準マーク部であることはできない。
【0071】
以下の説明において、いくつかの図面は、上記の図面中で説明した対応する又は同様の要素に関連する参照符号付け手法を用いることによって、追加の説明無しに同様に理解されるようにしている。この符号付け手法によれば、同様の添え字及び／又は形式を持つ参照符号は、類似であり、同様の設計及び動作原理を有する（例えば１６８０は８８０と同様であり、５０Ｇ−ＳＥは５０Ｃ−ＳＥと同様である等）。これは、図１−図１２中でしばしば用いられた符号手法でも同様である。しかしながら、以下で説明する図面中の基準マーク一次信号を発生するのに関係する要素に対しては、添え字中に「Ｐ」が挿入されている。従って、例えば、１６２０ＢＰＲ２という符号が付けられた要素は、「一次」に対する「Ｐ」を含むように変形された同様の数字の添え字「２０ＢＲ２」に基づいて、８２０ＢＲ２と符号付けされた要素に対応する。同様に、１３９０ＰＲ１と符号付けされた要素は、７９０Ｒ１と符号付けされた要素と同様である等。更に、以下の図面中で基準マーク二次信号を発生するのに関係する要素に対しては、同様な要素に対して用いられる添え字中に「Ｓ」が挿入されている。例えば、基準マーク二次信号を与えるのに用いられているという事実を除くと、１５９０ＳＲ１と符号付けされた受光ファイバは、同様な数字の添え字「９０Ｒ１」が、「二次」のための「Ｓ」を含むように変えられている点に基づいて、８９０Ｒ１と符号付けされた受光ファイバと同様である。
【0072】
図１３は、本発明による基準信号発生構造１３０００の第１実施形態の一部の動作の様々な側面を模式的に示す斜視図である。この基準信号発生構造１３０００は、図７を参照して既に説明した原理に従って、基準マーク一次信号を発生し、図１３と図７の中で同様な符号を有するよう符号付けされた要素は、以下で示す点を除き、形状及び動作が類似か同一である。図１３は、基準マーク読取ヘッド光ファイバ配置１３００、基準マーク一次信号効果領域５０Ｅ−ＳＥ及びマスク要素１３６１を含む基準信号発生構造１３０００の様々な要素を示している。図１３に示されるように、基準マーク読取ヘッド光ファイバ配置１３００は、基準マーク一次信号ＰＲＥＦ１、ＰＲＥＦ１´、ＰＲＥＦ２、ＰＲＥＦ２´を受光して与える受光ファイバ１３９０ＰＲ１、１３９０ＰＲ１´、１３９０ＰＲ２、１３９０ＰＲ２´、及び、以下で更に説明する基準マーク二次信号ＳＲＥＦ１及びＳＲＥＦ２を受光して与える受光ファイバ１３９０ＳＲ１及び１３９０ＳＲ２を備えることができる。
【0073】
基準マーク一次信号効果領域５０Ｅ−ＳＥは、図７中に示される基準マーク信号効果領域５０Ｂ−ＳＥと類似又は同一であることができる。更に、受光ファイバ１３９０ＰＲ１、１３９０ＰＲ１´、１３９０ＰＲ２、１３９０ＰＲ２´は、図７中に示される受光ファイバ７９０ＰＲ１、７９０ＰＲ１´、７９０ＰＲ２及び７９０ＰＲ２´と類似又は同一であることができる。従って、これらの要素の動作及び結果として生じる信号は、既に説明した原理に従って理解される。
【0074】
基準マーク二次信号ＳＲＥＦ１及びＳＲＥＦ２を持つ受光ファイバ１３９０ＳＲ１及び１３９０ＳＲ２を備えた基準マーク二次信号受光チャンネルの動作について、以下説明する。既に（例えば図９を参照して）説明したように、ミラー状基準マーク部が格子トラック部によって囲まれていると、格子トラック部は反射性の＋／−一次回折スケール光を与え、これは重なってマスク要素１３６１の受光面に近い干渉ゾーンに干渉縞を形成する領域を照明する。これまでの図面との類推により、図１３は、基準マーク二次信号効果領域１３５６−ＳＳＥとも称する、そのような干渉ゾーン１３５６−ＳＳＥを示す。既に説明した原理に従って基準マーク一次信号ＰＲＥＦ１、ＰＲＥＦ１´、ＰＲＥＦ２、ＰＲＥＦ２´を与えるため、干渉縞は基準マーク一次信号効果領域５０Ｅ−ＳＥの近くで局所的に中断されるか、ゼロ次反射光が優勢とされる。
【0075】
マスク要素１３６１の受光面の空間フィルタマスク１３２０ＳＲ１及び１３２０ＳＲ２は、受光ファイバ１３９０ＳＲ１及び１３９０ＳＲ２の端部によって与えられる受光チャンネル開口をマスクし、基準マーク二次信号効果領域１３５６−ＳＳＥの干渉縞を空間的に濾波して、空間的に周期的な信号ＳＲＥＦ１及びＳＲＥＦ２をそれぞれ与える。様々な実施形態において、空間フィルタマスク１３２０ＳＲ１及び１３２０ＳＲ２は、干渉縞と同じピッチで配列され、互いに名目上１８０°の空間位相差で配置された光遮蔽要素を有し、図１４を参照して以下で詳細に説明するように、信号ＳＲＥＦ１及びＳＲＥＦ２を与える。図１３及び以下の図に示す光遮蔽要素ピッチは、必ずしも縮尺通りではなく、図示の目的で強調されている。
【0076】
信頼できる基準マーク一次信号（例えばＰＲＥＦ１、ＰＲＥＦ１´、ＰＲＥＦ２、ＰＲＥＦ２´）を与えるために、図６−図１１を参照して既に説明したと同様の設計上の考察（例えばＡＰＲ１２ＳＥＰとＡＰＲ１２ＳＰＡＮをＡＲ１２ＳＥＰとＡＲ１２ＳＰＡＮと同様に扱う等）が適用される。信頼できる基準マーク二次信号（例えばＳＲＥＦ１、ＳＲＥＦ２）を与えるために、基準マーク一次信号効果領域（例えば領域５０Ｅ−ＳＥ）の寸法及び／又は位置と、基準マーク二次信号受光チャンネル開口（例えば受光ファイバ１３９０ＳＲ１と１３９０ＳＲ２の端部によって与えられる）間で追加の設計上の関係が望ましい。これらの関係を説明する助けとして、図６−図１１を参照して既に説明したのと同様の寸法に加えて、図１３は、受光ファイバ１３９０ＳＲ１及び１３９０ＳＲ２によって与えられる基準マーク二次信号受光チャンネル開口の例のＸ軸方向に沿う左右の境界をマークする破線ＡＳＲ１Ｌ及びＡＳＲ１Ｒ、ＡＳＲ２Ｌ及びＡＳＲ２Ｒも示す。
【0077】
ＡＳＲ１Ｒ及びＡＳＲ２Ｌ間の分離距離ＡＳＲ１２ＳＥＰも示されている。本発明による様々な実施形態において、基準信号発生構造（例えば基準信号発生構造１３０００）を、次のように配置するのが有利である。ＡＳＲ１２ＳＥＰ≧２＊ＬＥＴＯＥ …（６）
【0078】
この関係は、一次信号効果領域５０Ｅ−ＳＥのゼロ次反射光によって大きく影響されることなく、干渉縞光から望ましい信号を導き出せるように、基準マーク一次信号効果領域５０Ｅ−ＳＥが、受光ファイバ１３９０ＳＲ１及び１３９０ＳＥ２によって与えられる受光チャンネル開口の間に位置される構造に対応する。同時に、基準マーク一次信号効果領域５０Ｅ−ＳＥは、図１３中にほぼ全て示され、図１４を参照して以下で詳細に説明するように、望ましい一次信号クロス領域中で、望ましい基準マーク一次信号（例えばＰＲＥＦ１、ＰＲＥＦ１´、ＰＲＥＦ２、ＰＲＥＦ２´）を発生するために、受光ファイバ１３９０ＰＲ１、１３９０ＰＲ１´、１３９０ＰＲ２及び１３９０ＰＲ２´によって与えられる受光チャンネル開口に対して、基準マーク一次信号効果領域５０Ｅ−ＳＥが中心とされることができる。そのような望ましい信号をより良く保証するために、図１３中に示されるようなクリアランス寸法ＰＳＣＬＲが与えられる。ＰＳＣＬＲは、基準マーク一次信号効果領域５０Ｅ−ＳＥの端から基準マーク一次信号効果領域５０Ｅ−ＳＥが測定軸８２に沿うこれらの境界の名目上中央に位置した時に、基準マーク信号二次受光チャンネル開口の境界に対するクリアランスである。従って、様々な実施形態において、ＡＳＲ１２ＳＥＰ＝（２＊ＬＥＴＯＥ）＋（２＊ＰＳＣＬＲ） …（７）
である。
【0079】
様々な実施形態において、ＰＳＣＬＲは、ゼロより大きく、望ましくは１０μｍ以上であり、いくつかの実施形態では２５μｍ以上であり、他の実施形態においては、５０μｍ以上であることが望ましい。
【0080】
図１４は、全て本発明により生成された、基準マーク一次信号を模式的に示す信号チャート７０´と、基準マーク二次信号を模式的に示す信号チャート６０´を含む図である。様々な実施形態において、信号振幅、空間周期等は、例示に過ぎず、図１４中に示されるものから変化することができ、本発明を限定するものではない。説明の目的で、信号は、図１３の基準信号発生構造１３０００に対応して説明されている。特に、図１４は、組合せ基準マーク一次信号（ＰＲＥＦ１＋ＰＲＥＦ１´）及び（ＰＲＥＦ２＋ＰＲＥＤ２´）を示した信号チャート７０´を示している。信号チャート７０´は、図８の信号チャート７０と類似しており、図１３の説明に対応する同様な寸法名称が適用されている。従って、信号チャート７０´は既に説明した原理に従って理解でき、信号交差点７４´により示される一次基準位置が、基準位置の一次又は第１の指示計としてのみ見做されるという違いがある。信号交差点７４´から信号チャート６０´に伸びる破線によって示されているように、信号交差点７４´及び／又は一次基準点は、信号チャート６０´中に示される基準マーク二次信号ＳＲＥＦ１及びＳＲＥＦ２に対して特定の固定された空間的な関係を有する。
【0081】
信号チャート６０´中に示され、既に説明したように、本発明による基準マーク読取ヘッド光ファイバ配置が、測定軸８２に沿ってスケール上の基準マークに対して動いた時、基準マーク二次信号ＳＲＥＦ１及びＳＲＥＦ２は、空間フィルタマスク１３２０ＳＲ１及び１３２０ＳＲ２の配置により、縞ピッチに対応する周期で空間的に周期的であり、互いに１８０°位相がずれている。信号チャート６０´は、基準マーク一次信号効果領域５０Ｅ−ＳＥが、基準マーク二次信号に対応する受光チャンネル開口とクロスした時、受光チャンネル開口に対応する空間的に周期的な信号成分に加えられるＤＣ信号成分（例えばＤＣ信号成分ＳＲＥＦ１ＤＣ又はＳＲＥＦ２ＤＣ）にも概ね寄与することを示している。しかしながら、図１４に示し既に説明したように、式（６）及び／又は（７）の関係が満足され、基準マーク一次信号が一次信号クロス領域にあると、基準マーク二次信号ＳＲＥＦ１及びＳＲＥＦ２は、意味のあるＤＣ信号成分を含む必要が無く、これは、高分解能の二次基準位置を信頼性を持って決定するために有利である。
【0082】
図１４に模式的に示したように、一般的に、基準マーク二次信号ＳＲＥＦ１及びＳＲＥＦ２の特定の二次信号クロス領域は、一次信号クロス領域よりもかなり狭い。図１４の信号関係は、説明を解り易くするため、模式的に示したものであることに注意されたい。実際は、様々な実施形態において、二次信号クロス領域は、一次信号クロス領域よりも１０倍のオーダーで狭い。従って、実際には、二次信号ＳＲＥＦ１及びＳＲＥＦ２の特定の信号交差点６４´の位置、及び対応する二次基準位置は、一次信号交差点７４´及び／又は一次基準位置よりも良い（例えば約１０倍良い）空間的な分解能及び／又は精度で決定される。
【0083】
特定の信号交差点６４´は、通常、その近傍に発生する他の周期的な信号交差点から区別できないことに注意されたい。しかしながら、一次信号交差点７４´は、信号チャート６０´中に示される特定の固定された空間的な関係を基準マーク二次信号ＳＲＥＦ１及びＳＲＥＦ２に対して有し、二次信号ＳＲＥＦ１及びＳＲＥＦ２の周期の＋／−半分よりも良い分解能及び精度を有する。従って、一次信号交差点７４´は、特定の二次信号交差点６４´を信頼性を持って指示し又は識別するために用いられる。従って、高分解能の二次基準位置は、特定の二次信号交差点６４´に基づいて、本発明により繰返し、信頼性を持って決定される。高分解能の二次基準位置を決定するための信号処理方法の一例を、図１５を参照して以下に説明する。
【0084】
図１５は、本発明による基準信号発生構造１５０００の第２実施形態の一部の動作の様々な側面を模式的に示す斜視図である。この基準信号発生構造１５０００は、図１３を参照して既に説明した原理により基準マーク信号を発生し、先の説明と同様に理解される。従って、重要な違いのみが以下に説明される。図１５及び図１３中で同様な符号が付された要素は、以下で示した点を除き、形状及び動作が類似又は同一である。図１３に示される基準信号発生構造１３０００と比べて、基準信号発生構造１５０００の第１の違いは、基準マーク一次信号効果領域５０Ｆ−ＳＥの寸法２＊ＬＥＴＯＥが、図１３に示される一次信号効果領域５０Ｅ−ＳＥよりもかなり狭く、基準マーク一次信号ＰＲＥＦ１、ＰＲＥＦ１´、ＰＲＥＦ２、及びＰＲＥＦ２´と関係する受光チャンネル開口が、マスク要素１５６１によって規定されている点である。特に、マスク要素１５６１は、受光ファイバ１５９０ＰＲ１、１５９０ＰＲ１´、１５９０ＰＲ２及び１５９０ＰＲ２´にそれぞれわたるように位置された、遮蔽マスク部１５２０ＢＲＰ１、１５２０ＢＲＰ１´、１５２０ＢＲＲ２、及び１５２０ＢＰＲ２´、及び、開放開口マスク部１５２０ＰＲ１、１５２０ＰＲ１´、１５２０ＰＲ２及び１５２０ＰＲ２´を含む。この配置は、既に説明した原理に従って、基準マーク一次信号効果領域５０Ｆ−ＳＥの望ましい寸法２＊ＬＥＴＯＥを補うように設計された寸法及び位置を有する円形（又は様々な実施形態において他の形状）の受光チャンネル開口を与える。基準信号発生構造１３０００に比べて、基準信号発生構造１５０００は、より大きなクリアランス寸法ＰＳＣＬＲを与え、これは、既に説明した理由によって有利である。いくつかの実施形態において、開放開口マスク部１５２０ＰＲ１、１５２０ＰＲ１´、１５２０ＰＲ２及び１５２０ＰＲ２´は、より狭い一次信号交差領域で、より鋭い基準マーク一次信号変化を与えるため、測定軸８２に沿う比較的小さな寸法で構成されることができる。いくつかの実施形態において、これは一次信号交差点７４´の分解能及び／又は精度を向上し、これは、特定の二次信号交差領域及び／又は信号交差点を信頼性を持って識別するのに役立つ。これは、基準マーク二次信号の空間周期が小さい（例えば４μｍのオーダー）の場合に特に有用である。そうでなければ、基準信号発生構造１５０００の設計及び動作は、図１３を参照して既に説明した同様な設計及び動作、及び、この中の他の部分に基づいて理解される。
【0085】
図１６は、本発明による基準信号発生構造１６０００の第３実施形態の一部の動作の様々な側面を模式的に示す斜視図である。図１３及び図１５に示した実施形態に比べて、図１６に示される光ファイバ配置１６００は、ＸＹ面内で異なる回転方位を持つ。これは、基準マーク一次信号効果領域５０Ｆ−ＳＥが、２本というよりも４本のファイバの端部間に位置されるのを許容し、（ファイバ１６９０ＳＲ１、１６９０ＳＲ１´、１６９０ＳＲ２及び１６９０ＳＲ２´にそれぞれ対応する）４つの二次信号ＳＲＥＦ１、ＳＲＥＦ１´、ＳＲＥＦ２及びＳＲＥＦ２´を受光し、与える。他方、二次信号ＳＲＥＦ１、ＳＲＥＦ１´、ＳＲＥＦ２及びＳＲＥＦ２´に対応する受光チャンネルのそれぞれの設計原理及び動作は、図１３を参照して既に説明したものと同様である。図１６及び図１３で同様の番号が振られた要素は、同様の設計原理及び動作を有し、以下に示さなければ、同様に理解される。図１６の実施形態において、空間周波数マスク１６２０ＳＲ１及び１６２０ＳＲ１´が、基準マーク二次信号効果領域１３５６−ＳＳＥの干渉縞に対して同じ空間位相を持つように配置される。従って、二次信号ＳＲＥＦ１及びＳＲＥＦ１´は、同じ空間位相を持ち、信号処理に際して組合せ（例えば加え）られる。空間フィルタマスク１６２０ＳＲ１及び１６２０ＳＲ１´は、更に、空間フィルタマスク１６２０ＳＲ１及び１６２０ＳＲ１´とほぼ１８０°位相がずれた同じ空間位相を持つように配置される。従って、二次信号ＳＲＥＦ２及びＳＲＥＦ２´は、同じ空間位相を持ち、信号処理に際して組み合わせることができる。組み合わせられた二次信号は、信号チャート６０´中に示される各二次信号と同様であり、同様に処理される。
【0086】
信号処理構造１６０００は、図１０を参照して既に説明したと類似又は同一の光ファイバ及びマスク配置を用いて、同様の信号ＲＥＦ１及びＲＥＦ２を発生するために、基準マーク一次信号ＰＲＥＦ１及びＰＲＥＦ２を発生する。図１６及び図１０で類似の番号が付された要素は、類似又は同一の設計原理及び動作を持つ。基準マーク一次信号ＰＲＥＦ１及びＰＲＥＦ２を発生するのに使用した要素の設計及び動作は、従って、既に説明した原理に従って理解される。各一次信号ＰＲＥＦ１及びＰＲＥＦ２は、図１４の信号チャート７０´中の組合せ一次信号と同様であり、同様に処理される。
【0087】
図１７Ａ及び図１７Ｂは、図１６に示されるマスク要素１６６１の開口マスク構造の部分の代わりに使用可能な、他の開口マスク構造をそれぞれ示す図形１７０００Ａ及び図形１７０００Ｂである。特に、図１７Ａ及び図１７Ｂは、一次開口構造とも称する、基準マーク一次信号ＰＲＥＦ１及びＰＲＥＦ２を発生するために関係するマスク要素の部分に対する、他の開口マスク構造を示す。図１７Ａ、図１７Ｂ及び図１６中の類似の番号を持つ要素は、以下で違って示されなければ、同様の設計原理及び動作を有し、同様に理解される。図１７Ａ及び図１７Ｂ中に明示されていないマスク要素部分は、図１６中のマスク要素１６６１のために示されたものと類似又は同一である。
【0088】
図１６に示される遮蔽マスク１６２０ＢＰＲ１、開放開口マスク１６２０ＰＲ１、遮蔽マスク１６２０ＢＰＲ２及び開放開口マスク１６２０ＰＲ２の構造と比較して、図１７Ａの一番の違いは、遮蔽マスク１６２０ＢＰＲ１´、開放開口マスク１６２０ＰＲ１´、遮蔽マスク１６２０ＢＰＲ２´及び開放開口マスク１６２０ＰＲ２´が、測定軸方向に対して横断して伸びる左右の開口エッジを与え、これらの横断開口エッジが、各横断開口エッジが近接開口境界（例えば破線ＡＰＲ２Ｒで示される境界）から測定軸８２の方向に沿って開口の反対側エッジに向かって伸びる一次開口エッジ遷移寸法ＰＡＥＴにわたるように、Ｙ軸に対して角度が付けられたジグザグ部分を含むことである。代表的な寸法ＰＡＥＴが、開放開口マスク１６２０ＰＲ２´の右端に対してのみ示されているが、同様な寸法ＰＡＥＴが、図１７Ａの左及び／又は右開口エッジに存在することに注意されたい。寸法ＰＡＥＴは、様々な実施形態において、各開口エッジに対して同じであることもできるが、同じである必要は無い。各開口エッジを各寸法ＰＡＥＴにわたるように傾けることにより、開放開口マスク１６２０ＰＲ１´及び／又は１６２０ＰＲ２´を通過する任意の干渉縞が、基準マーク一次信号に対するそれらの妨害周期光信号寄与の振幅が、特に図１４を参照して先に説明した一次信号クロス領域の近傍で、少なくとも部分的に抑制されるように空間的に濾波される。各寸法ＰＡＥＴが、マスク要素の受光面のところで少なくとも１縞ピッチＦＰであれば、様々な実施形態において有利である。いくつかの実施形態において、各寸法ＰＡＥＴは、少なくともＦＰの３倍以上である。いくつかの実施形態において、そうである必要はないが、各寸法ＰＡＥＴがマスク要素の受光面で縞ピッチＦＰの整数倍に名目上等しいことが有利である。図１７Ａ及び図１７Ｂに示される縞ピッチＦＰは、縮尺どおりである必要はなく、説明の目的で強調されていることに注意されたい。
【0089】
いくつかの実施形態において、図１７Ａに示される構造の分かれた側面は、必要ではないが、一次開口幅寸法ＰＡＷが、マスク要素の受光面で縞ピッチＦＰの整数倍と名目上等しく、Ｙ軸方向に沿う開口エッジの長さの多くに少なくとも沿うことが有利である。そのような場合、開放開口マスク１６２０ＰＲ１´又は１６２０ＰＲ２´と交差する任意の縞の妨害的な光信号への寄与は、特に、一次信号交差領域の近傍で、より一定であり、これは、縞からの変化する信号の寄与よりも、基準マーク一次信号交差位置に対して、より妨害を与えない。一次開口幅寸法ＰＡＷは、Ｙ軸方向に沿って変化したり、又は一定であることができる。いずれの場合も、測定軸８２に沿う方向の開放開口寸法として、Ｙ軸に沿う各位置で規定される。この設計様相は、図１７Ａに示すように、ゼロでない一次開口エッジ遷移寸法ＰＡＥＴとの組合せで用いることができ、あるいは、Ｙ軸方向に沿ってアラインされた真直ぐな開口エッジとの組合せも有利である。
【0090】
図１７Ｂは、図１７Ａの先の説明と同様に理解される構造を示す。特に、遮蔽マスク１６２０ＢＰＲ１″、開放開口マスク１６２０ＰＲ１″、遮蔽マスク１６２０ＢＰＥ２″及び開放開口マスク１６２０ＰＲ２″は、測定軸方向に対して横断する方向に伸びる左右の開口エッジを与え、これらの開口エッジはＹ軸方向に対して角度がつけられて、各横断開口エッジが、近接する開口境界（例えば破線ＡＰＲ２Ｒで示された境界）から測定軸８２の方向に開口の反対側エッジに向かって伸びる一次開口エッジ遷移寸法ＰＡＥＴにわたるようにされる。図１７Ａの構造と比べて、一番の違いは、図１７Ｂに示される開口が、ジグザグエッジというよりも、むしろ「回転された矩形」の性質を有することである。それにも拘わらず、図１７Ｂに示される開口は、図１７Ａを参照して既に説明した設計原理を満足する同様な寸法ＰＡＥＴ及びＰＡＷを有する。図１７Ａ及び図１７Ｂの先行例に基づいて、開口エッジが、一次開口エッジ遷移寸法ＰＡＥＴにわたって、（真直ぐ又は傾いているというよりもむしろ）曲がったり、何か他の方法でうねったセグメントを持つことができ、そのような設計は、図１７Ａを参照して既に説明した設計原理を満足する。従って、これまでの例は、例示に過ぎず、本発明を限定するものではないことを理解されたい。図１７Ａ及び図１７Ｂを参照して説明した原理により設計された開口は、概ね、本発明の様々な他の形態中で（例えば図１０又は１１中に示される基準信号開口等の代わりに）使用できることに注意されたい。
【0091】
図１８は、本発明による基準信号発生構造１８０００の第４実施形態の一部を示す斜視図である。この基準信号発生構造１８０００の設計及び動作は、概ね、図１１と関係する基準マーク信号発生の教えに基づく２チャンネル基準マーク一次信号発生構造と、図１６を参照して既に説明したと同様の４チャンネル基準マーク二次信号発生構造の組合せと考えることができる。従って、基準信号発生構造１８０００の設計及び動作は、概ね、先の説明に基づいて理解される。１８ＸＸシリーズの数が付けられた要素は、以下で示す点を除き、１６ＸＸシリーズの番号で同様に番号が付された要素と、設計原理、動作及びいくつかの場合は形状も同様又は類似である。従って、基準信号発生構造１８０００と１６０００間の意味のある違いのみを以下に説明する。
【0092】
前記基準信号発生構造１８０００は、一体型読取ヘッド光ファイバ配置１８００、基準マーク信号効果領域５０Ｈ−ＳＥ及び位相マスク要素１８６１を含む。基準マーク信号効果領域５０Ｈ−ＳＥは、２つの部分５０Ｈ１−ＳＥ及び５０Ｈ２−ＳＥを含むことに注意されたい。概して、基準マーク信号効果領域５０Ｈ−ＳＥは、図１１に示した２部基準マーク信号効果領域５０Ｄ−ＳＥと類似しており、同様に理解される。基準マーク信号効果領域５０Ｈ−ＳＥに関する追加の設計上の考察を以下に説明する。図１６に示される実施形態と比較して、図１８に示される光ファイバ配置１８００は、ＸＹ面内で異なる回転方位を有し、Ｘ軸方向に沿って互いに最も離れた２本のファイバ１８９０ＰＲ１及び１８９０ＰＲ２によって与えられる基準マーク一次信号ＰＲＥＦ１及びＰＲＥＦ２、及び、Ｘ軸方向に沿って互いに最も近い４本のファイバ１８９０ＳＲ１、１８９０ＳＲ１´、１８９０ＳＲ２及び１８９０ＳＲ２´によって与えられる４つの基準マーク二次信号ＳＲＥＦ１、ＳＲＥＦ１´、ＳＲＥＦ２及びＳＲＥＦ２´を備えている。そうでなければ、二次信号ＳＲＥＦ１、ＳＲＥＦ１´、ＳＲＥＦ２及びＳＲＥＦ２´に対応する各受光チャンネルの設計原理及び動作は、図１６を参照して既に説明したものと同様である。特に、空間フィルタマスク１８２０ＳＲ１及び１８２０ＳＲ１´は、基準マーク二次信号効果領域１８５６−ＳＳＥの干渉縞に対して同じ空間位相を持つように配置される。従って、二次信号ＳＲＥＦ１及びＳＲＥＦ１´は、同じ空間位相を持ち、信号処理に際して組合せ（例えば加え）ることができる。空間フィルタマスク１８２０ＳＲ１及び１８２０ＳＲ１´は、又、空間フィルタマスク１８２０ＳＲ１及び１８２０ＳＲ１´とほぼ１８０°位相がずれた同じ空間位相を持つように配置される。従って、二次信号ＳＲＥＦ２及びＳＲＥＦ２´は、同じ空間位相を持ち、信号処理に際して同様に組み合わせることができる。組合された二次信号は、信号チャート６０´に示される各二次信号と同様であり、同様に処理される。
【0093】
基準信号発生構造１８０００は、図１７Ａを参照して先に説明した設計原理により構成された、遮蔽マスク１８２０ＢＰＲ１、開放開口マスク１８２０ＰＲ１、遮蔽マスク１８２０ＢＰＲ２及び開放開口マスク１８２０ＰＲ２を含む開口マスク構造を用いて、基準マーク一次信号ＰＲＥＦ１及びＰＲＥＦ２を発生する。この開口マスク構造は、各寸法２ＬＳＥＧ及び内側エッジ間寸法２＊ＬＥＴＯＥを有する信号効果下位領域５０Ｈ１−ＳＥ及び５０Ｈ２−ＳＥと共同して働く。信号効果下位領域は、ここで５０Ｈ（図示せず）とされ、対応するミラー部反射マーク、各寸法ＬＳＥＧを有し、内側エッジ間寸法ＬＥＴＯＥを与える、５０Ｈ１及び５０Ｈ２とされる２つのミラー下位部又は基準マーク部を含むことに注意されたい。図１８に示される特定の実施形態において、寸法２＊ＬＥＴＯＥは、２つの信号効果下位領域５０Ｈ１−ＳＥ及び５０Ｈ２−ＳＥの内側境界間の距離に対応しているが、他の実施形態において、下位領域５０Ｈ１−ＳＥと５０Ｈ２−ＳＥの間の関係は、同じ寸法２＊ＬＥＴＯＥに対応する（それらの内側境界というよりもむしろ）それらの外側境界間の距離であるようにすることができることに注意されたい。いずれの場合も、式（１）−（５）に関連して上記で説明した寸法の考察及び信号の考察に従ってエッジ間長さＬＥＴＯＥを選択することにより、特に式（２）と（３）又は（４）と（５）の関係が満足された時に、ロバストな基準マーク一次信号発生構造が与えられることに注意されたい。一体型信号発生構造１８０００によって与えられる基準マーク一次信号ＰＲＥＦ１及びＰＲＥＦ２は、図１４及び図１２を参照して既に説明したように、信号クロス領域で、望ましい基準マーク一次信号の関係を呈する。
【0094】
基準信号発生構造１６０００と比較して、基準信号発生構造１８０００では、基準マーク二次信号受光チャンネル開口が、Ｘ軸方向に沿って、基準マーク一次信号受光チャンネル開口の間に位置される。そのような場合、信頼できる基準マーク二次信号（例えばＳＲＥＦ１、ＳＲＥＦ１´、ＳＲＥＦ２及びＳＲＥＦ２´）を与えるため、（例えば空間フィルタマスク１８２０ＳＲ１、１８２０ＳＲ１´、１８２０ＳＲ２及び１８２０ＳＲ２´と関連して、ファイバ１８９０ＳＲ１、１８９０ＳＲ１´、１８９０ＳＲ２、１８９０ＳＲ２´の端部として与えられる）基準マーク一次信号効果下位領域５０Ｈ１−ＳＥ及び５０Ｈ２−ＳＥ、基準マーク二次信号受光チャンネル開口の寸法及び／又は位置の間の追加の設計上の関係が望ましい。特に、この場合、式（６）及び（７）は適用されない。代わりに、この場合、基準信号発生構造（例えば基準信号発生構造１８０００）を次のように配置することが有利である。ＡＳＲ１２ＳＰＡＮ≦２＊ＬＥＴＯＥ …（８）
【0095】
この関係は、一次信号効果下位領域５０Ｈ１−ＳＥ及び５０Ｈ２−ＳＥのゼロ次反射光によって大きく影響されることなく、干渉縞光から望ましい信号が導き出されるように、基準マーク一次信号効果下位領域５０Ｈ１−ＳＥ及び５０Ｈ２−ＳＥが基準マーク二次信号受光チャンネル開口の外側に位置される構造に対応する。同時に、基準マーク一次信号効果下位領域５０Ｈ１−ＳＥ及び５０Ｈ２−ＳＥのエッジは、望ましい基準マーク一次信号（例えばＰＲＥＦ１及びＰＲＥＦ２´）を、既に説明した原理に従って、望ましい一次信号クロス領域に発生するために、（例えば図１８中に示されるように）開放開口マスク１８２０ＰＲ１及び１８２０ＰＲ２によって与えられる受光チャンネル開口に対して中心とされる。そのような望ましい信号をより良く保証するために、クリアランス寸法ＰＳＣＬＲが図１８に示されるように与えられる。先の説明と同様に、ＰＳＣＬＲは、基準マーク一次信号効果領域（例えば領域５０Ｈ−ＳＥ）が、測定軸８２に沿って、近接する基準マーク二次信号受光チャンネル開口の境界に対して名目上の中心となった時の、近接する基準マーク二次信号受光チャンネル開口の境界に対する基準マーク一次信号効果領域（又は下位領域）のエッジからのクリアランスである。従って、図１８に示されるものと類似する様々な実施形態において、ＡＳＲ１２ＳＰＡＮ＝（２＊ＬＥＴＯＥ）−（２＊ＰＳＣＬＲ） …（９）
である。
【0096】
図１８に示されるものと類似する様々な実施形態において、ＰＳＣＬＲがゼロより大きく、より望ましくは１０μｍ以上であり、いくつかの実施形態においては２５μｍ以上であり、他の実施形態においては５０μｍ以上であることが望ましい。
【0097】
図１９は、本発明による一次及び二次基準信号と関係する様々な信号の関係、及び、関係する信号処理の１つの方法のある側面を模式的に示す図である。特に、図１９の特に下の部分及び上の部分は、それぞれ信号チャート６０´及び７０´の信号チャート部分１４３０及び１４４０を再生するものであり、先の説明に基づいて理解される。図１９は、更に、以下で詳細に説明する、導き出された信号チャート１９４０及び１９３０、及び、模式的に表わした論理信号１９４５及び１９３５も示す。
【0098】
信号チャート１９４０は、チャート１４４０の信号から導き出された、組合せ基準マーク一次信号（ＰＲＥＦ１＋ＰＲＥＦ１´）及び（ＰＲＥＦ２＋ＰＲＥＦ２´）間の違いと等価な信号処理差信号ＰＤＩＦＦを示す。信号チャート１９４０は、更に、一次信号差ＰＤＩＦＦと比較して、上方及び下方基準信号レベルを規定するＰＤＩＦＦ上方閾値ＰＵＴＲ及びＰＤＩＦＦ下方閾値ＰＬＴＲも示す。信号処理方法の一例において、ＰＵＴＲおよびＰＬＴＲは、信号交差点７４´に対応する、ＰＤＩＦＦゼロ信号レベル１９２１に対して同じ間隔とされ、一次基準位置とされる。信号処理方法の１つの例において、ＰＤＩＦＦの値がＰＬＴＲとＰＵＴＲの間にあると、一次基準位置指示計信号１９４５が高レベルの状態１９４５´に切換えられ、これは本発明による読取ヘッドが、ＰＬＴＲとＰＵＴＲ間の範囲にほぼ対応する第１の不確実範囲及び／又は第１の分解能レベル内の本発明による基準マークに近い一次基準位置に位置することを示す。
【0099】
信号チャート１９３０は、チャート１４３０の信号から導き出された、基準マーク二次信号ＳＲＥＦ１とＳＲＥＦ２間の差に等価な信号処理差信号ＳＴＩＦＦを示す。信号チャート１９３０は、又、二次信号差ＳＤＩＦＦと比較される上方及び下方基準信号レベルを規定するＳＤＩＦＦ上方閾値ＳＵＴＲ及びＳＤＩＦＦ下方閾値ＳＬＴＲも示す。信号処理方法の１つの例において、ＳＵＴＲ及びＳＬＴＲは信号交差点６４に対応するＳＤＩＦＦゼロ信号レベル１９２０に対して同じ間隔とされ、二次基準位置とされる。信号処理方法の１つの例において、ＳＤＩＦＦの値がＳＬＴＲとＳＵＴＲの間にあると、二次基準位置指示計信号１９３５は高レベル状態１９３５´に切換えられる。本発明による読取ヘッド及び基準マークスケールは、一次基準位置指示計信号の高レベル状態１９３５´の単一の例１９３６に曖昧なく対応するように、十分な分解能及び繰返し再現性を持って、一次基準位置指示計信号高レベル状態１９４５´を与えるように構成される。高レベル状態１９３５´のそのような単一の例は、本発明による読取ヘッドが、本発明によりＰＬＴＲとＰＵＴＲ間の範囲にほぼ対応する第２の不確実範囲及び／又は第２の分解能レベルで、基準マークの近くの二次基準位置に位置することを示す。この第２の不確実範囲及び／又は第２の分解能レベルは、先に説明した原理に従って、第１の不確実範囲及び／又は第１の分解能レベルよりもかなり良い。様々な実施形態において、高レベル状態１９３５´の単一の例１９３６の特定は、公知の技術を用いて、信号１９４５と１９３５の状態に基づく論理演算によって確立される。１つの実施形態において、この対応は、図１９中に示したように、両方の信号が同時に高レベル状態にあることによって単純に示される。しかしながら、他の実施形態において、この対応は、（例えば信号１９４５と１９３５の立上り及び立下りエッジ間の関係に基づく処理等を含む）より複雑な処理に基づいて確立することもできる。従って、図１９中に示される方法及び信号は、例示にすぎず、本発明を限定するものではない。
【0100】
１つの実施形態において、一次基準位置は、信号１９４５のみに基づいて、０．２μｍのオーダーの分解能及び精度で確立される。二次基準位置は、上記で説明したように、それから、信号１９４５と関連して信号１９３５を使用して、２０ｎｍのオーダーの分解能及び精度で確立される。
【0101】
図２０Ａ及び図２０Ｂは、他の基準マーク５０−Ｍ´及び５０−Ｍ″をそれぞれ含む図形２００００Ａ及び図形２００００Ｂをそれぞれ示す。基準マーク構造５０−Ｍ´及び５０−Ｍ″は、様々な実施形態において、図５に示される基準マーク５０−Ｍの代わりに用いることができ、概ね同様に理解される。しかしながら、基準マーク５０−Ｍに対して、測定軸方向を横断して伸びる基準マーク５０−Ｍ´及び５０−Ｍ″の横断エッジは、横断エッジが真直ぐでないように、Ｙ軸方向に対して角度が付けられた部分を含む。言い換えると、各基準マーク５０−Ｍ´及び５０−Ｍ″の横断エッジは、横断エッジの異なる各部分が、測定軸方向を横断する方向の位置の関数として変化する測定軸方向に沿う各位置を有するように構成されている。特に、測定軸方向を横断する方向に沿う位置の関数として変化する、測定軸方向に沿う各位置は、測定軸方向に沿う基準マークエッジ遷移ゾーンＲＭＥＴに対応してわたっている。様々な実施形態において、測定軸方向に沿う各位置が、測定軸を横断する方向に沿って繰返し前後するように変化すると有利である。動作に際して、そのようなエッジ構造は、そうでなければ真直エッジと関連して生じるエッジ回折効果を抑制するのに役に立つ。そのようなエッジ回折効果は、基準マーク一次信号及び／又は基準マーク二次信号に望ましくない不規則性を加える。そのようなエッジ構造が用いられた時、寸法ＬＥＴＯＥを第１の基準マークエッジ遷移ゾーンＲＥＭＥＴの中央から、動作時に対応する（例えば図２０Ａ及び図２０Ｂ中で寸法ＬＥＴＯＥ´及びＬＥＴＯＥ″によってほぼ示される）第２の基準マークエッジ遷移ゾーンＲＭＥＴの中央までの距離として寸法ＬＥＴＯＥを規定するのが便利である。そのように規定した寸法ＬＥＴＯＥにより、基準マークは、式（１）−（９）を参照して上記で説明した望ましい条件を満足するように設計される。様々な実施形態において、そのような第１及び第２の基準マークエッジ遷移ゾーン内の横断エッジを、測定軸方向と垂直な方向に沿う対称軸に関して第１の基準マーク位置横断エッジの鏡像として構成し、信号クロス領域でクロスする結果として生じる基準マーク一次信号が、比較的ロバストな鏡像対称性を持つようにすることが有利である。
【0102】
上記の実施形態に関して本発明が説明されてきたが、上記で説明した実施形態及び設計要因は、当業者にとって自明である追加の他の実施形態、変形及び変化を示唆することは明らかである。第１の例として、これまでの検討は、平面鏡を含むミラー型基準マーク部分を含む実施形態を述べているが、より一般的には、「十分なゼロ次反射」の基準マーク部をミラー基準マーク部の代わりに用いることができる。そのような「十分なゼロ次反射」部分は、対応する基準マーク信号レベルが、近接する「ゼロ次反射抑制」部分（例えば、インクリメンタル測定スケール格子の部分又は格子トラック部分）から生じる信号レベルから消滅することができるように、十分な量のゼロ次反射光、及び／又は、＋／−一次回折光の十分な量を妨害する表面の任意の配置を備えることができる。例えば、様々な形態において、「十分なゼロ次反射」部分は、８０−２０デューティ比（例えば図５に示される位相格子と同様に、ＷＥ＝８＊Ｐｇ及びＷＧ＝２＊Ｐｇ）、又は７０−３０デューティ比等の位相格子を備えることができる。様々な他の形態において、ゼロ次反射部分は、５０−５０デューティ比位相格子であるが、ゼロ次反射を抑制しない格子縞高さ（例えば図５中に示される位相格子でＨＥ＝５＊照明波長又はＨＥ＝１＊照明波長等）を備えることができる。他の実施形態において、ゼロ次反射部分の１以上の格子要素は、スケールの他の部分と異なる反射率を持つように製造することができる。
【0103】
第２の例として、図６Ａ、図６Ｂ及び図７中に示されるような参考形態において、各基準信号ＲＥＦ１及びＲＥＦ１´は冗長であり、各基準信号ＲＥＦ２及びＲＥＦ２´は冗長であることに注意されたい。そのような冗長性から、信号強度及び／又はアライメント感度に関して、一定の利益が得られるが、一般的に、ここに開示された冗長信号（冗長な基準マーク一次又は二次信号を用いるものを含む）を用いた任意の実施形態において、冗長信号を取り除いて、関係する光ファイバ配置が、ここに示したものよりもより少ない光ファイバ及び／又は基準マーク信号受光チャンネルでなるようにすることができる。
【0104】
本発明の様々な実施形態が真直なスケールトラックを用いて示されていたが、第３の例として、曲線又は円形のスケールトラックを備えた同一又は類似の実施形態を用いることができる。従って、様々な実施形態において、スケールトラック及び測定軸方向という文言は、例えば、円形又は曲線トラック又は測定軸と解釈でき、関係する図面も、そのような円形又は曲線トラック又は測定軸の接線部分を示すものとして解釈できる。
【符号の説明】
【0106】
５０−Ｍ…ミラー部基準マーク５０Ａ−ＳＥ…基準マーク信号効果領域
８０…スケール格子
８１…スケール部材
８２…測定軸
８８、８８´…基準マークスケールトラック
８９…端部領域
１００…インクリメンタル読取ヘッド
１３０、２３０…光ファイバ
１５３、２５３…照明スポット
１５５、２５５…拡散スケール光
１６０、３６０…受光面
１６１、８６１…位相マスク要素
２００…基準マーク読取ヘッド
２５１、２５１´、４５１…基準マークゾーン
３００…一体型読取ヘッド
３５０…拡散光源光
３５５…スケール光
４５１´…基準マーク境界ゾーン
５００…格子及び基準マーク構造
６９０Ｒ１、６９０Ｒ１´、６９０Ｒ２、６９０Ｒ２´、８９０Ａ、８９０Ａ´、８９０Ｂ、８９０Ｂ´、８９０Ｒ１、８９０Ｒ２、１３９０ＳＲ１、１３９０ＳＲ２…受光ファイバ
６９０Ｘ、６９０Ｘ´…ファイバ
８２０Ａ、８２０Ｂ、８２０Ａ´、８２０Ｂ´…位相マスク
８２０ＢＲ１、８２０ＢＲ２…遮蔽マスク
８２０Ｒ１、８２０Ｒ２…開放開口マスク
８７０…中央光源ファイバ
８８０…光源
１０００、２０００、３０００、３０００´…小型光ファイバ読取ヘッド及びスケール配置
１３２０ＳＲ１、１３２０ＳＲ２…空間フィルタマスク
１３５６−ＳＳＥ…干渉ゾーン（基準マーク二次信号効果領域）
１３６１…マスク要素
８０００…一体型基準信号及びインクリメンタル信号発生構造
Ｅ…格子要素
Ｇ…凹部要素
ＲＥＦ１、ＲＥＦ１´、ＲＥＦ２、ＲＥＦ２´…基準マーク信号
ＳＲＥＦ１、ＳＲＥＦ２…基準マーク二次信号