特許 6705642 光学式エンコーダのための照明部

(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】6705642

(24)【登録日】2020年5月18日

(45)【発行日】2020年6月3日

(54)【発明の名称】光学式エンコーダのための照明部

(51)【国際特許分類】

   G01D 5/347 20060101AFI20200525BHJP

   H01L 33/00 20100101ALI20200525BHJP

【ＦＩ】

   G01D5/347 110S

   G01D5/347 D

   H01L33/00 L

【請求項の数】18

【外国語出願】

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2015-223688(P2015-223688)

(22)【出願日】2015年11月16日

(65)【公開番号】特開2016-99351(P2016-99351A)

(43)【公開日】2016年5月30日

【審査請求日】2018年10月9日

(31)【優先権主張番号】14/543,739

(32)【優先日】2014年11月17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】100103894

【弁理士】

【氏名又は名称】家入 健

(72)【発明者】

【氏名】ブリン クリスティン ヒックマン マコーイ

(72)【発明者】

【氏名】ケイシー エムトマン

【審査官】 吉田 久

(56)【参考文献】

【文献】 特開平２−１２８１１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−２５３３９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２１４７９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２５６０８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１４７２８３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｄ ５／２６−５／３８

Ｈ０１Ｌ ３３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

照明部と、測定軸方向に沿って延在し、前記照明部からの光を受光するよう配置されたスケール格子と、前記スケール格子からの光を受光するよう配置された検出器構造とを有する光学式エンコーダのための前記照明部であって、
前記照明部は、アドレス指定可能な光源アレイを有し、
前記アドレス指定可能な光源アレイは、前記測定軸方向に沿って配置された複数の単一光源を有し、
前記アドレス指定可能な光源アレイは、アドレス指定可能な、少なくとも第１及び第２の単一光源の組を提供するよう構成されており、
前記第１の単一光源の組及び前記第２の単一光源の組のうちの少なくとも一組は、前記アドレス指定可能な光源アレイの単一光源のサブセットである
照明部。

【請求項2】

単一光源の前記アドレス指定可能な第１の組は、光源の周期的なアドレス指定可能なアレイの全体であり、単一光源の前記アドレス指定可能な第２の組は、光源の周期的なアドレス指定可能なアレイのサブセットである
請求項１に記載の照明部。

【請求項3】

前記単一光源の前記アドレス指定可能な第１の組は、光源の周期的なアドレス指定可能なアレイのサブセットであり、前記単一光源の前記アドレス指定可能な第２の組は、光源の周期的なアドレス指定可能なアレイのサブセットである
請求項１に記載の照明部。

【請求項4】

少なくとも前記単一光源の前記アドレス指定可能な第１の組における前記単一光源は、第１のピッチＰ_１で前記測定軸方向に沿って周期的に配置されている
請求項１に記載の照明部。

【請求項5】

前記単一光源の前記アドレス指定可能な第２の組における前記単一光源は、第２のピッチＰ_２で前記測定軸方向に沿って周期的に配置されている
請求項４に記載の照明部。

【請求項6】

前記照明部は、前記光学式エンコーダに配置され、
前記照明部は、前記測定軸方向に沿って前記検出器構造に対して略中央に置かれ、前記アドレス指定可能な光源アレイの端部に近接した少なくとも一つの単一光源を除外する、前記単一光源の動作セットを使用するよう構成されている
請求項１に記載の照明部。

【請求項7】

前記単一光源の前記動作セットは、前記アドレス指定可能な光源アレイに対して中心から外れて位置している
請求項６に記載の照明部。

【請求項8】

前記照明部は、前記光学式エンコーダに配置され、
前記照明部は、前記単一光源の動作セットを使用するよう構成されており、
前記動作セットの前記単一光源は、前記測定軸方向に沿って、照明ピッチＰ_ＭＩに従って、周期的に間隔をあけている
請求項１に記載の照明部。

【請求項9】

前記スケール格子は、前記測定軸方向に沿ったスケールピッチＰ_ＳＦを有し、前記検出器構造は、前記測定軸方向に沿った検出器ピッチＰ_ｄを有する光学式検出器部のセットを有し、
前記照明ピッチＰ_ＭＩは、式 Ｐ_ＭＩ ＝ Ｐ_ｄ×Ｐ_ＳＦ／(Ｐ_ｄ − Ｐ_ＳＦ) をほぼ満たす
請求項８に記載の照明部。

【請求項10】

前記照明部は、波長λを有する光を出力し、前記照明部は、前記測定軸方向を横断する方向に沿って、前記スケール格子から距離Ｚｓの間隔をあけており、前記距離Ｚｓは、式 Ｚｓ ＝ ２×Ｐ_ＭＩ×Ｐ_ＳＦ／λ を満たす
請求項９に記載の照明部。

【請求項11】

前記スケール格子は、前記測定軸方向を横断する方向に沿って、前記検出器構造から距離Ｚｉの間隔をあけており、前記距離Ｚｉは、式 Ｚｉ ＝ Ｚｓ×Ｐ_ＳＦ／(Ｐ_ＭＩ − Ｐ_ＳＦ) を満たす
請求項９に記載の照明部。

【請求項12】

前記照明部は、前記光学式エンコーダに配置され、前記光学式エンコーダは、前記アドレス指定可能な光源アレイと前記スケール格子との間に、遮光素子を含まない
請求項１に記載の照明部。

【請求項13】

第１及び第２の光学式エンコーダを提供するための方法であって、
測定軸方向に沿って延在する第１のスケール格子と、検出器構造と、前記測定軸方向に沿って配置された単一光源を有しかつ少なくとも前記単一光源のアドレス指定可能な第１の組及びアドレス指定可能な第２の組を提供するよう構成されたアドレス指定可能な光源アレイを有する第１の照明部構造の第１のインスタンスと、を備える第１の光学式エンコーダを提供し、
前記第１のスケール格子とは異なる第２のスケール格子と、検出器構造と、前記第１の照明部構造の第２のインスタンスと、を備えた第２の光学式エンコーダを提供し、
前記第１の光学式エンコーダにおける前記単一光源の前記アドレス指定可能な第１の組を用いて前記第１のスケール格子を照明するよう、前記第１の照明部構造の前記第１のインスタンスを動作させ、前記第２の光学式エンコーダにおける前記単一光源の前記アドレス指定可能な第２の組を用いて前記第２のスケール格子を照明するよう、前記第１の照明部構造の前記第２のインスタンスを動作させる
方法。

【請求項14】

前記第１の光学式エンコーダの前記第１のスケール格子は、前記測定軸方向を横断する方向に沿って、前記検出器構造から第１の距離Ｚ_１の間隔をあけており、
前記第２の光学式エンコーダの前記第２のスケール格子は、前記測定軸方向を横断する方向に沿って、前記検出器構造から第２の距離Ｚ_２の間隔をあけている
請求項１３に記載の方法。

【請求項15】

前記第１及び第２の光学式エンコーダは、前記アドレス指定可能な光源アレイと前記スケール格子との間に、遮光素子を含まない
請求項１３に記載の方法。

【請求項16】

光学式エンコーダの動作方法であって、
測定軸方向に沿って延在するスケール格子と、検出器構造と、前記測定軸方向に沿って配置された単一光源を有しかつ少なくとも前記単一光源のアドレス指定可能な第１の組及びアドレス指定可能な第２の組を提供するよう構成されたアドレス指定可能な光源アレイを有する照明部と、を備えた光学式エンコーダを提供し、前記第１の組及び前記第２の組のうちの少なくとも一組は、前記アドレス指定可能な光源アレイの単一光源のサブセットであり、
前記アドレス指定可能な光源アレイの全体よりも少ない前記単一光源の動作セットを用いて前記スケール格子を照明するよう、前記照明部を動作させる
方法。

【請求項17】

前記単一光源の前記動作セットを用いて前記照明部を動作させることは、前記測定軸方向に沿って前記検出器構造に対し略中央に置かれるよう、かつ、前記アドレス指定可能な光源アレイの端部に近接した少なくとも一つの単一光源を除外するために、前記単一光源の前記動作セットの調整又は選択を行う
請求項１６に記載の方法。

【請求項18】

前記単一光源の前記アドレス指定可能な第１の組及び前記アドレス指定可能な第２の組における前記単一光源は、異なる照明ピッチに従って配置され、前記単一光源の前記動作セットを用いて前記照明部を動作させることは、前記単一光源の照明ピッチを選択するために、前記単一光源の前記動作セットの調整又は選択を行う
請求項１６に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、一般的には精密測定機器に関し、特に、光学式変位エンコーダに関する。

【背景技術】

【0002】

リードヘッドを用いた種々の光学式変位エンコーダが知られており、このリードヘッドは、スケールパターンをこのリードヘッドのフォトディテクタアレイへ撮像する光学配置を有する。スケールパターンのイメージはスケールメンバと共に変位し、変位したスケールパターンイメージの移動又は位置はフォトディテクタアレイで検出される。光学式エンコーダは、スケール格子を含むスケールメンバの変移を検出するためにセルフイメージアレイを利用してもよい。タルボ・イメージ(Ｔａｌｂｏｔ ｉｍａｇｅｓ)としても知られる、セルフイメージの基本原理は、非特許文献１に記載されており、ここでの参照により本明細書に組み込まれるものである。セルフイメージを利用した例示的な光学式エンコーダは、特許文献１に記載されており、ここでの参照によりその全体が本明細書に組み込まれるものである。同様のエンコーダは、２又は３つの格子エンコーダアレイにおけるロー効果原理に従って生成されたセルフイメージを利用してもよい。一つの例は、非特許文献２に記載されている。他の光学式エンコーダは、モアレイメージング技術を利用してもよい。モアレイメージング技術を利用した光学式エンコーダの例は、特許文献２に記載されており、ここでの参照によりその全体が本明細書に組み込まれるものである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】米国特許第７，６０８，８１３号

【特許文献2】米国特許出願公開第２０１３／０１６１４９９号

【非特許文献】

【0004】

【非特許文献1】Cowley, J. M., and A. F. Moodie,“Fourier Images: I - The Point Source”,1957年, Proc.Phys.Soc.B, 70, 486

【非特許文献2】Crespo他、“Optical Encoder Based on the Lau Effect”,2000年3月, Opt.Eng.39(3), 817-824

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に記載されたような典型的なエンコーダ構造は、固定ピッチを有する照明格子に依存しており、従って、照明格子の異なるピッチのための交換可能な照明部コンポーネントを利用することができない。様々なエンコーダ構造において、コスト効率のよい方法で製造することができる、シンプルかつ交換可能なコンポーネントを備えるコンパクトなリードヘッドを提供することが望ましい。

【課題を解決するための手段】

【0006】

光学式エンコーダのための照明部が開示される。前記光学式エンコーダは、前記照明部と、測定軸方向に沿って延在し、前記照明部からの光を受光するよう配置されたスケール格子と、前記スケール格子からの光を受光するよう配置された検出器構造とを有する。前記照明部は、アドレス指定可能な光源アレイを有する。前記アドレス指定可能な光源アレイは、前記測定軸方向に沿って配置された複数の単一光源を有する。前記アドレス指定可能な光源アレイは、アドレス指定可能な、少なくとも第１及び第２の単一光源の組を提供するよう構成されている。

【0007】

様々な実施形態において、第１及び第２の光学式位置エンコーダを提供するための方法が提供される。前記方法は、測定軸方向に沿って延在する第１のスケール格子と、検出器構造と、前記測定軸方向に沿って配置された単一光源を有しかつ少なくとも前記単一光源のアドレス指定可能な第１の組及びアドレス指定可能な第２の組を提供するよう構成されたアドレス指定可能な光源アレイを有する第１の照明部構造の第１のインスタンスと、を備える第１の光学式エンコーダを提供し、前記第１のスケール格子とは異なる第２のスケール格子と、検出器構造と、前記第１の照明部構造の第２のインスタンスと、を備えた第２の光学式エンコーダを提供し、前記第１の光学式エンコーダにおける前記単一光源の前記アドレス指定可能な第１の組を用いて前記第１のスケール格子を照明するよう、前記第１の照明部構造の前記第１のインスタンスを動作させ、前記第２の光学式エンコーダにおける前記単一光源の前記アドレス指定可能な第２の組を用いて前記第２のスケール格子を照明するよう、前記第１の照明部構造の前記第２のインスタンスを動作させる。

【0008】

様々な実施形態において、光学式位置エンコーダの動作方法が提供される。前記方法は、測定軸方向に沿って延在するスケール格子と、検出器構造と、前記測定軸方向に沿って配置された単一光源を有しかつ少なくとも前記単一光源のアドレス指定可能な第１の組及びアドレス指定可能な第２の組を提供するよう構成されたアドレス指定可能な光源アレイを有する照明部と、を備えた光学式エンコーダを提供し、前記アドレス指定可能な光源アレイの全体よりも少ない前記単一光源の動作セットを用いて前記スケール格子を照明するよう、前記照明部を動作させる。

【0009】

前述した態様、及びこれらに付随する効果の多くは、以下の詳細な説明を図面と共に参照することにより良く理解されるものと同等のものとして、より容易に理解されるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、従来技術の光学式セルフイメージエンコーダ構造の部分的な概略分解図である。

【図2】図２は、光学式セルフイメージエンコーダ構造の部分的な概略分解図である。

【図3A】図３Ａは、光学式エンコーダのための照明部の実施形態の図である。

【図3B】図３Ｂは、光学式エンコーダのための照明部の実施形態の図である。

【図3C】図３Ｃは、光学式エンコーダのための照明部の実施形態の図である。

【図4】図４は、光学式エンコーダのための照明部の実施形態の図である。

【図5】図５は、光学式エンコーダのための照明部の実施形態の図である。

【図6A】図６Ａは、光学式エンコーダのための照明部の実施形態の図である。

【図6B】図６Ｂは、光学式エンコーダのための照明部の実施形態の図である。

【図6C】図６Ｃは、光学式エンコーダのための照明部の実施形態の図である。

【図7】図７は、光学式エンコーダの動作方法のフロー図である。

【図8】図８は、光学式エンコーダの動作方法のフロー図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

図１は、従来技術の光学式セルフイメージエンコーダ構造１００の部分的な概略分解図である。エンコーダ構造１００の特定の態様は、特許文献１に記載されたエンコーダ構造と同様であり、類推によって理解されうる。図１に示されるように、エンコーダ構造１００は、スケール格子１１０、照明部１６０、及び検出器構造１２５を含む。照明部１６０は、光源１３０、レンズ１４０、及び照明格子１５０を有する。スケール格子１１０は、ソースギャップ距離Ｚｓだけ、照明部１６０から離されている。検出器構造１２５は、距離Ｚｉだけスケール格子１１０から離されている。いくつかの実施形態において、光源１３０はＬＥＤである。

【0012】

図１は、本明細書で使用される、直交するＸ、Ｙ、及びＺ方向を示している。Ｘ及びＹ方向は、スケール格子１１０の平面に平行であり、Ｘ方向は、意図する測定軸方向（ＭＡ）８２と平行(例えば、スケール格子１１０の長細いパターンエレメントと垂直)である。Ｚ方向は、スケール格子１１０の平面と垂直である。

【0013】

動作において、光源１３０から発せられた光１３１は、レンズ１４０により、スケール格子１１０を照らすのに十分なビーム領域で部分的又は全体的にコリメートされる。光１３１は、周知のセルフイメージ照明原理に従ってスケール格子１１０を照明するために選択された、格子開口部で部分的にコヒーレントな照明源のアレイを提供するため、照明格子１５０の格子構造を通過する。スケール格子１１０は、照明されると、空間変調された光パターン（例えば、いくつかの実施形態においては、回折次数による干渉縞光）をスケール光１３２として検出器構造１２５へ出力する。エンコーダ構造１００は、周知の方法に従って、複数の回折された光が相互に作用して、検出器構造１２５の平面にセルフイメージ（例えば、タルボ像又はフレネル像）を作り出すよう構成される。

【0014】

多様な応用例において、検出器構造１２５及び照明部１６０は、互いに固定された関係で、例えば読取ヘッダ又はゲージ筐体(図示せず)中に実装され、周知技術に従い、ベアリングシステムによりスケール格子１１０に関連する測定軸に沿って導かれる。多様な応用例において、スケール格子１１０は、ムービングステージ又はゲージスピンドル等に取り付けられてもよい。図１に示される構成は、透過型の構成である。スケール格子１１０は、空間変調された光パターンを透過によって検出器トラックへ出力する遮光部及び光伝達部(例えば、周知の薄膜パターニング技術を用いて透明基板上に作製される)を備えている。当然のことながら、同様の構成要素が反射型の実施形態において配置され得て、周知技術に従い必要に応じて、照明部１６０及び検出器構造１２５は、スケール格子１１０と同側に配置され、角度のある照明及び反射のために設置される。

【0015】

当然のことながら、エンコーダ構造１００は、ロー効果エンコーダ構造で利用されてもよい。ロー効果エンコーダ構造を組み込んだいくつかの実施形態において、精密にコリメートされた光源を必要としない構成として、レンズ１４０は省略されてもよい。

【0016】

図２は、光学式のセルフイメージエンコーダ構造２００の部分的な概略分解図である。２ＸＸと番号付けられたエンコーダ構造２００の素子は、図１において１ＸＸと番号付けられた素子と同様又は同一であり、類推によって理解されうる。図２に示されるように、エンコーダ構造２００は、スケール格子２１０、照明部２６０、及び検出器構造２２５を含む。照明部２６０は、アドレス指定可能な光源アレイ２６５を有する。アドレス指定可能な光源アレイ２６５は、測定軸方向８２に沿って配置された複数の単一光源２６５ｎを有する。いくつかの実施形態において、単一光源２６５ｎは、ＬＥＤ光源であってもよい。スケール格子２１０は、測定軸方向８２に沿って延在し、照明部２６０からの光２３１を受光するよう配置されている。スケール格子は、スケールピッチＰ_ＳＦを有する。スケール格子２１０は、ソースギャップ距離Ｚｓだけ、照明部２６０から離されている。検出器構造２２５は、距離Ｚｉだけスケール格子２１０から離されており、スケール格子２１０からの光２３２を受光するよう配置されている。検出器構造２２５は、空間変調された光２３２のピッチに対応する検出器ピッチＰ_ｄに従って配置された検出器部２２６ｎを有する。光学式エンコーダ２００は、アドレス指定可能な光源アレイ２６５とスケール格子２１０との間に、遮光素子を含まない。

【0017】

図３Ａ〜３Ｃ、４、５、及び６Ａ〜６Ｃに示すように、様々な実施形態において、アドレス指定可能な光源アレイ２６５は、少なくとも、単一光源２６５ｎのアドレス指定可能な第１の組及びアドレス指定可能な第２の組を備えている。

【0018】

いくつかの実施形態において、単一光源２６５ｎは、測定軸方向を横断する方向に沿った長細いストリップ形状で構成され、測定軸方向に沿って細い寸法を有するＬＥＤと、ＬＥＤの基板に近接する反射素子とを含んでもよい。照明部２６０に適した例示的な単一光源は、アイルランドのコークのＩｎｆｉｎｉＬＥＤ社によって製造される。当然のことながら、単一光源２６５ｎのそれぞれは、連続したストリップ状の光源であってもよいし、ストリップ形状のゾーンに配置された点光源（例えば、マイクロＬＥＤ）で構成されてもよい。

【0019】

光学式セルフイメージエンコーダ構造２００は透過型エンコーダ構造であるが、当然のことながら、照明部２６０は反射型のエンコーダ構造に適切に適用することができる。また、照明部２６０は、特許文献２に記載されているような、モアレイメージング型エンコーダ構造にも適切に適用することができる。

【0020】

図３Ａ〜３Ｃは、光学式エンコーダのための照明部３６０の実施形態の図であり、３つの例示的な状態を示す。照明部３６０は、照明部２６０と同様であり、エンコーダ構造２００に組み込むことができる。照明部３６０は、アドレス指定可能な光源アレイ３６５を有する。アドレス指定可能な光源アレイ３６５は、測定軸方向（ＭＡ）８２に沿って配置された単一光源３６５ｎを有する。

【0021】

図３Ａに示される実施形態では、単一光源３６５ｎのそれぞれが、塗りつぶしパターンによって示されるように、アドレス指定可能な第１の組３６６ａとして作動する。この状態において、作動した単一光源は、照明ピッチＰ_１に従って位置している。

【0022】

図３Ｂに示される実施形態では、塗りつぶしパターンにより示されるように、単一光源３６５ｎのアドレス指定可能な第２の組３６６ｂが作動する。この状態において、アドレス指定可能な第２の組３６６ｂは、アドレス指定可能な光源アレイ３６５の単一光源のサブセットであり、照明ピッチ２×Ｐ_１に従って位置している。

【0023】

図３Ｃに示される実施形態では、塗りつぶしパターンにより示されるように、単一光源３６５ｎのアドレス指定可能な第３の組３６６ｃが作動する。この状態において、アドレス指定可能な第３の組３６６ｃは、アドレス指定可能な光源アレイ３６５の単一光源のサブセットであり、照明ピッチ３×Ｐ_１に従って位置している。

【0024】

図３Ａ〜３Ｃに示される実施形態では、照明部３６０は、図示されていない光学式エンコーダ（例えば、エンコーダ構造２００）に配置されてもよい。照明部３６０は、単一光源３６５ｎの動作セット（例えば、第１、第２、及びアドレス指定可能な第３の組３３６ａ、３３６ｂ、又は３３６ｃのうちの１つ）を使用するように構成することができる。動作セットの単一光源は、測定軸方向に沿って、照明ピッチＰ_ＭＩに従って、周期的に間隔をあけてもよい。スケール格子２１０は、測定軸方向に沿ってスケールピッチＰ_ＳＦを有してもよい。検出器構造（例えば、図２の検出器構造２２５）は、検出器構造に近接した面に位置するセルフイメージ縞のピッチに一致する測定軸方向８２に沿った検出器ピッチＰ_ｄを有する光学式検出器部のセットを備えてもよい。単一光源の組３３６ａ、３３６ｂ、及び３３６ｃのそれぞれに対し、照明ピッチＰ_ＭＩは、次の式を満たす。
Ｐ_ＭＩ ＝ Ｐ_ｄ×Ｐ_ＳＦ／(Ｐ_ｄ − Ｐ_ＳＦ) 式１

【0025】

照明部３６０は、図１に示される照明部１６０の光源１３０、レンズ１４０、及び照明格子１５０といった、光源、レンズ及び照明格子ではなく、照明部のためのよりコンパクトな単一の素子を提供し、エンコーダリードヘッド内の素子の数が減少するという利点を提供する。これは、スケールピッチなどの様々なパラメータを伴うエンコーダを製造する際の製造コストを低減する。様々なエンコーダ構造において、単一光源のアドレス指定可能な組の照明ピッチＰ_ＭＩは、式１に表されるように、検出器ピッチＰ_ｄ及びスケールピッチＰ_ＳＦの値の組み合わせに応じて選択することができる。

【0026】

図２に示されるソースギャップ距離Ｚｓ及び距離Ｚｉもまた、式１における値に依存する。いくつかの実施形態において、照明部２６０は、波長λを有する光を出力し、Ｚｓは、以下の式を満たす。
Ｚｓ ＝ ２×Ｐ_ＭＩ×Ｐ_ＳＦ／λ 式２

【0027】

いくつかの実施形態において、距離Ｚｉは、以下の式を満たす。
Ｚｉ ＝ Ｚｓ×Ｐ_ＳＦ／(Ｐ_ＭＩ−Ｐ_ＳＦ) 式３

【0028】

照明部３６０の状態に対する例示的な実施形態において、アドレス指定可能な第１の組３６６ａの単一光源は、２４μmである照明ピッチＰ_１の値に従って位置してもよい。スケールピッチＰ_ＳＦは８μmであってもよく、検出器ピッチＰ_ｄは１２μmであってもよく、ソースギャップは９４８μmであってもよく、距離Ｚｉは４７４μmであってもよい。照明部３６０の状態に対する他の例示的な実施形態において、アドレス指定可能な第３の組３６６ｂの単一光源は、４８μmである照明ピッチ２×Ｐ_１の値に従って位置してもよい。スケールピッチＰ_ＳＦは２０μmであってもよく、検出器ピッチＰ_ｄは３４．３μmであってもよく、ソースギャップは４．７４mmであってもよく、距離Ｚｉは３．３９mmであってもよい。

【0029】

当然のことながら、いくつかの実施形態において、単一光源の組３６６ａ、３６６ｂ、及び３６６ｃは、個々にアドレス指定可能である単一光源を備えてもよい。しかしながら、他の実施形態において、単一光源３６６ａ、３６６ｂ、及び３６６ｃの組は、グループとしてアドレス指定可能であるだけであってもよい。すなわち、それらは、導体、又はプログラマブルスイッチによって相互に接続され、簡単にするために、同じ入力を介して一緒にアドレス指定されてもよい。

【0030】

当然のことながら、代替の実施形態において、照明部は、２つの組を交互配置することにより種々のピッチで配置されたアドレス指定可能な単一光源の２つの組を備えるよう構築されてもよい。これは、単一光源の組３６６ａ、３６６ｂ、及び３６６ｃのピッチとは対照的に、単一の値の整数倍ではない２つのピッチを可能にするという点で、利点があり得る。

【0031】

図４は、光学式エンコーダのための照明部４６０の実施形態の図である。照明部４６０は、照明部２６０と同様である。照明部４６０は、アドレス指定可能な光源アレイ４６５を有する。アドレス指定可能な光源アレイ４６５は、測定軸方向８２に沿って配置された単一光源４６５ｎを有する。アドレス指定可能な光源アレイは、単一光源４６５ｎのアドレス指定可能な第１の組４６６ａ及び単一光源４６５ｎのアドレス指定可能な第２の組４６６ｂを提供するよう構成されている。アドレス指定可能な第１の組４６６ａは、照明ピッチＰ_１に従って位置する単一光源を有する。アドレス指定可能な第２の組４６６ａは、照明ピッチＰ_２に従って位置する単一光源を有する。

【0032】

図４に示される状態において、アドレス指定可能な第１の組４６６ａは、塗りつぶしパターンで示されるように、作動した単一光源で示され、アドレス指定可能な第２の組４６６ｂは、塗りつぶしパターンがないことにより示されるように、作動していない単一光源で示される。この状態において、照明部４６０は、第１のエンコーダ構造で使用するよう構成されている。代わりに、もう一つの状態において、異なるピッチでの照明を必要とする第２のエンコーダ構造で使用するよう照明部４６０を構成するために、アドレス指定可能な第１の組４６６ａは作動していない間、アドレス指定可能な第２の組４６６ｂは作動してもよい。当然のことながら、エンコーダ構造において使用されるアドレス指定可能な単一光源の組がどちらであっても、検出器構造に対して中央に配置されるよう、照明部４６０は検出器構造と一列に並べられるべきである。

【0033】

図５は、光学式エンコーダのための照明部５６０の実施形態の図である。アドレス指定可能な光源アレイ５６５は、測定軸方向８２に沿って配置された単一光源５６５ｎを有する。照明部５６０は、照明部２６０に類似しているが、異なるスケール格子ピッチを有する第１のスケール格子及び第２のスケール格子を備えたマルチトラックエンコーダシステムで使用するように構成されている。照明部５６０は、アドレス指定可能な光源アレイ５６５を有する。アドレス指定可能な光源アレイ５６５は、測定軸方向８２に沿って配置された単一光源５６５ｎを有する。アドレス指定可能な光源アレイは、単一光源５６５ｎのアドレス指定可能な第１の組５６６ａ及び単一光源５６５ｎのアドレス指定可能な第２の組５６６ｂを提供するよう構成されている。アドレス指定可能な第１の組５６６ａは、照明ピッチＰ_１に従って位置する単一光源を有する。アドレス指定可能な第２の組５６６ａは、照明ピッチＰ_２に従って位置する単一光源を有する。

【0034】

図５に示される状態において、アドレス指定可能な第１の組５６６ａは、塗りつぶしパターンで示されるように、作動した単一光源で示され、アドレス指定可能な第２の組５６６ｂは、塗りつぶしパターンがないことにより示されるように、作動していない単一光源で示される。この状態において、照明部５６０は、第１のスケール格子で使用するよう構成されている。もう一つの状態において、アドレス指定可能な第２の組５６６ｂは、第２のスケール格子での使用のため、作動してもよい。照明部５６０は、例えば、エンコーダ構造の光学的なレイアウトに依存して、時間変調又は連続的に、第１及び第２のスケール格子のための照明を提供するよう動作してもよい。

【0035】

図６Ａ〜６Ｃは、光学式エンコーダのための照明部６６０の実施形態の図であり、３つの例示的な状態を示す。照明部６６０は、図示されていない光学式エンコーダに配置される。照明部６６０は、照明部２６０と同様である。照明部６６０は、アドレス指定可能な光源アレイ６６５を有する。アドレス指定可能な光源アレイ６６５は、測定軸方向８２に沿って配置された単一光源６６５ｎを有する。照明部６６０は、単一光源６６５ｎの全体を使用する状態と、測定軸方向に沿って検出器構造に対して略中央に置かれ、アドレス指定可能な光源アレイの端部に近接した少なくとも一つの単一光源を除外した、単一光源６６５ｎの動作セットを使用する他の状態で構成される。

【0036】

図６Ａに示される実施形態では、単一光源６６５ｎのそれぞれが、塗りつぶしパターンによって示されるように、第１の動作セット６６６ａとして作動する。この状態において、第１の動作セット６６６ａの作動した単一光源は、測定軸方向８２に沿った検出器構造の視野の寸法に対応する寸法Ｗ_１内に位置している。

【0037】

図６Ｂに示される実施形態では、塗りつぶしパターンにより示されるように、単一光源６６５ｎの第２の動作セット６６６ｂが作動する。この状態において、第２の動作セット６６６ｂは、アドレス指定可能な光源アレイ６６５の単一光源のサブセットであり、測定軸方向８２に沿った検出器構造の視野の寸法に対応する寸法Ｗ_２内に位置している。寸法Ｗ_２は、図６Ａに示される寸法Ｗ_１よりも小さい。したがって、以下でさらに詳細に説明されるように、照明部６６０のこの状態を利用するエンコーダ構造によって提供されるセルフイメージは、検出器構造の外にあるセルフイメージの一部からの迷光を除去又は低減しながらより効率的に検出器構造をカバーする、測定軸方向に沿ったより小さな寸法を有するであろうことから、図６Ｂに示される状態は、図６Ａの視野よりも小さい視野を有する検出器構造により適している。これは、そのようなエンコーダ構造で低消費電力の利点を提供する。照明部６６０は、したがって、測定軸方向８２に沿った視野の異なるサイズを有する検出器構造を備える様々なエンコーダ構造で使用することができ、様々な構成を製造する際の製造コストの低減もできる。モアレイメージング技術を利用した従来のエンコーダ構造は、検出器構造のより大きな視野を満たすため、より大きなソースギャップ距離を必要とする。照明部６６０は、より小さなソースギャップ距離を有する検出器構造のより大きな視野を満たす性能を可能にする。

【0038】

図６Ｃに示される実施形態では、塗りつぶしパターンにより示されるように、単一光源６６５ｎの第３の動作セット６６６ｃが作動する。この状態において、第３の動作セット６６６ｃは、アドレス指定可能な光源アレイ６６５の単一光源のサブセットであり、寸法Ｗ_２内に位置し、図６Ｂに示される動作セット６６６ｂと同じサイズである。単一光源の動作セット６６６ｃは、アドレス指定可能な光源アレイに対して中心から外れて位置している。具体的には、図６Ｃにおける作動した単一光源は、図６Ｂに示される第２の動作セット６６６ｂの“中心”位置に対して、測定軸方向に沿って値Δｘだけオフセットされている。組み立ての際に照明部６６０全体を機械的に整列する代わりに、検出器構造に対する配列を補正するための必要性に応じて測定軸方向に沿って単一光源の組を作動させ又は作動させないことができるので、組み立てコストを低減することができる。

【0039】

図７は、光学式エンコーダの動作方法のフロー図７００である。ブロック７１０で、測定軸方向に沿って延在する第１のスケール格子と、検出器構造と、測定軸方向に沿って配置された単一光源を有しかつ少なくとも単一光源のアドレス指定可能な第１の組及びアドレス指定可能な第２の組を提供するよう構成されたアドレス指定可能な光源アレイを有する第１の照明部構造の第１のインスタンスと、を備えた第１の光学式エンコーダが提供される。ブロック７２０で、第１のスケール格子とは異なる第２のスケール格子と、検出器構造と、第１の照明部構造の第２のインスタンスと、を備えた第２の光学式エンコーダが提供される。ブロック７３０で、第１の照明部構造の第１のインスタンスは、第１の光学式エンコーダにおける単一光源のアドレス指定可能な第１の組を用いて第１のスケール格子を照明するよう動作し、第１の照明部構造の第２のインスタンスは、第２の光学式エンコーダにおける単一光源のアドレス指定可能な第２の組を用いて第２のスケール格子を照明するよう動作する。例えば、照明部３６０は、照明ピッチＰ_１を必要とする第１のエンコーダにおいて、アクセス指定可能な単一光源の第１の組３６６ａを用いて動作してもよく、照明ピッチ２×Ｐ_１を必要とする第２のエンコーダにおいて、アクセス指定可能な単一光源の第２の組３６６ｂを用いて動作してもよい。もう一つの例として、照明部６６０は、単一光源のアドレス指定可能な第１の組６６６ａにより提供される幅Ｗ_１を有する照明に対応する視野を必要とする第１のエンコーダにおいて動作してもよく、単一光源のアドレス指定可能な第２の組６６６ｂにより提供される幅Ｗ_２を有する照明に対応する視野を必要とする第２のエンコーダにおいて動作してもよい。

【0040】

いくつかの実施形態において、第１の光学式エンコーダの第１のスケール格子は、測定軸方向を横断する方向に沿って、検出器構造から第１の距離Ｚ_１の間隔をあけてもよく、第２の光学式エンコーダの第２のスケール格子は、測定軸方向を横断する方向に沿って、検出器構造から第２の距離Ｚ_２の間隔をあけてもよい。いくつかの実施形態において、ソースギャップ距離も同様に、第１と第２の光学式エンコーダの間で、変化してもよい。

【0041】

いくつかの実施形態において、第１及び第２の光学式エンコーダは、アドレス指定可能な光源アレイとスケール格子との間に、遮光素子を含まなくてもよい。

【0042】

図８は、光学式エンコーダの動作方法のフロー図８００である。ブロック８１０で、測定軸方向に沿って延在するスケール格子と、検出器構造と、測定軸方向に沿って配置された単一光源を有しかつ少なくとも単一光源のアドレス指定可能な第１の組及びアドレス指定可能な第２の組を提供するよう構成されたアドレス指定可能な光源アレイを有する照明部と、を備えた光学式エンコーダが提供される。ブロック８２０で、照明部は、アドレス指定可能な光源アレイの全体よりも少ない単一光源の動作セットを用いて、スケール格子を照明するよう動作する。

【0043】

いくつかの実施形態において、ブロック８２０で、単一光源の動作セットを用いた照明部の動作は、測定軸方向に沿って検出器構造に対し略中央に置かれるよう、かつ、アドレス指定可能な光源アレイの端部に近接した少なくとも一つの単一光源を除外するために、単一光源の動作セットの調整又は選択を有してもよい。例えば、図６Ｃに関連して説明したように、単一光源の動作セット（例えばアドレス指定可能な第３の組３６６ｃ）は、組み立ての際に照明部全体を機械的に整列する代わりに、検出器構造に対する配列を補正するための必要性に応じて測定軸方向に沿って、作動させられ又は作動させられなくてもよい。

【0044】

いくつかの実施形態において、ブロック８２０で、単一光源のアドレス指定可能な第１の組及びアドレス指定可能な第２の組における単一光源は、異なる照明ピッチに従って配置されてもよく、単一光源の動作セットを用いた照明部の動作は、単一光源の照明ピッチを選択するために、単一光源の動作セットの調整又は選択を有してもよい。

【0045】

種々の実施形態を示して説明したが、示し且つ説明した特徴の構成及び動作のシーケンスにおける非常に多くのバリエーションは、本開示に基づき当業者にとって明らかであろう。よって、当然のことながら、本発明の精神と範囲から逸脱すること無く種々の変更が成され得る。

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図4】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図6C】

【図7】

【図8】