CN101900578A - 用于利用光纤光学接收器通道的干涉测量微型光栅编码器读取头的参考信号产生构造 - Google Patents

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Abstract

提供一种用于利用光纤光学接收器通道的干涉测量微型光栅编码器读取头的参考信号产生构造。该读取头包括“主”光纤，该主光纤提供被处理以产生具有大约0.2微米精度的参考信号的参考标记主信号。该读取头可以包括“副”光纤，该“副”光纤用于产生被处理以产生具有大约20纳米精度的参考信号的参考标记副信号。被构造用于副光纤光学接收器通道的空间过滤掩膜提供源自于主光纤光学接收器通道的接收区域之外的干涉条纹的两个空间周期性副信号。副信号彼此异相，并且它们的空间频率高于主信号的空间频率。参考标记副信号的信号交叉点被识别为空间地邻近参考标记主参考信号的信号交叉点。

Description

用于利用光纤光学接收器通道的干涉测量微型光栅编码器读取头的参考信号产生构造
技术领域
本发明总体涉及位移感测光学编码器(displacementsensing optical encoders)，更特别地，提供用于利用光纤作为接收器元件(receiver element)的微型光纤光学编码器(miniature fiber optic encoder)的参考信号。 
背景技术
利用光纤光学接收器通道的各种微型光纤光栅编码器是已知的，包括美国专利6,906,315、7,053,362和7,126,696(下文中，称为“‘315、’362和’696专利”)，这些文献中的全部内容均通过引用的方式包含于此。这些微型编码器提供令人满意的可能包括特别小的尺寸、很高的精确度、抗电噪声性和很高速的运行的特征组合。 
很多运动控制和/或位置测量系统等包括用于输入能识别在光栅标度(grating scale)内的特定周期的参考信号的构造。通常与相对于光栅标度固定的特征相对应的参考信号提供消除位置不确定的参考点，否则在增量型位移测量系统中可能发生该位置不确定，该增量型位移测量系统计数信号周期作为远程测量的基础。 
然而，容易地且经济地组合例如包括在上述参考文献中的微型光纤光栅编码器并提供类似的所需特性的参考信号产生构造却不为人所知。这样的参考信号产生构造将是人们所需要的。 
发明内容
提供该概述以简要的形式介绍选择的构思，这些构思在下面的具体实施方式中将进一步进行说明。该概述不是想要确定要求保护的主题的关键特征，也不是想要用来辅助确定要求保护的主题的范围。 
简言之，本发明致力于提供一种用于测量位移的微型光纤光学读取头和标度配置，该微型光纤光学读取头和标度配置还包括可用于提供参考位置指示的微型光纤光学参考信号产生构造。在各个实施例中，该标度包括标度轨迹，该标度轨迹包括提供第一水平零阶反射(例如相位光栅)的第一类型轨迹部分和提供第二水平零阶反射(例如镜，mirror)的参考标记。各个光纤光学参考信号接收器通道包括各自开口(aperture)，该开口根据它们与参考标记的接近度和/或与所述参考标记的重叠度，接收可检测的不同量的零阶反射光，并且光学参考标记信号之间的关系是参考位置的指示。根据本发明的参考标记具有沿着测量轴线方向的长度或边界间隔尺寸，该长度或边界间隔尺寸基于读取头内的某些光纤光学参考信号接收器通道开口的尺寸(例如，大小和间隔)来确定，这在形成的各个参考标记信号之间建立期望的关系。 
在一些构造中，提供参考位置指示的光纤光学读取头和标度轨迹与提供周期性增量测量信号的光纤光学读取头和标度轨迹分开。在一些构造中，积分光纤光学读取头和积分标度轨迹二者都提供参考位置指示和周期性增量测量信号。 
在一些构造中，包括各自开口的各个光纤光学参考信号接收器通道被用于产生较高分辨率参考标记副信号，并且前面所提到的光学参考标记信号被用作较低分辨率参考标记主信号。特别地，几何设计规则(例如，对于大小和间隔)被用于构造用于副信号接收器通道开口的空间过滤掩膜，从而使得它们提 供与在主信号接收器通道的接收区域之外接收到的干涉条纹对应的两个空间周期性副信号。参考标记副信号的空间频率和/或变化率可以是高于参考标记主信号的有效空间频率和/或变化率的若干倍。在一些实施例中，参考标记主信号以100微米的量级在距离上从高值向低值转变。在一些实施例中，副参考标记信号的空间频率是2-4微米的量级，并且它们彼此异相180度。参考标记副信号的“副”交叉点可以被识别(identify)为空间地邻近参考标记主信号的“主”交叉点(该点为主参考标记位置)。在一些实施例中，主交叉点可以被用于以0.2微米量级的分辨率和可重复性识别主参考标记位置。由于参考标记副信号的较高空间频率和/或较高的信号变化率，副交叉点可以用于以20纳米量级的分辨率和可重复性识别副参考位置(提高10×)。 
重要的是，根据本发明的光纤光学参考信号产生构造提供与已知的提供增量测量的微型光纤光学光栅编码器(例如在’696专利中公开的微型光纤光学光栅编码器)的光纤光学参考信号产生构造相似的期望特征。重要地，例如，根据本发明的光纤光学参考信号产生构造能以与’696专利中公开的干涉测量型光纤光学编码器相似或相同的操作间隙(operating gap)使用。另外，根据本发明的光纤光学参考信号产生构造提供了相似的特别小的尺寸、很高的精确度、抗电噪声性和很高速的运行的特征。因此，根据本发明的微型光纤光学参考信号产生构造可与期望的高精确度微型光纤光学增量测量编码器容易地且经济地组合。 
因此，本发明克服了现有技术的光学位移感测装置的缺点，并提供了超小巧、高精确度、经济和高速性构造的新应用可能性。 
附图说明
通过参照下面结合附图的详细说明，本发明的上述方面和许多其它优点将更容易认识和更好地理解，其中： 
图1是包括根据本发明的参考信号产生构造的微型光纤光学读取头和标度配置的第一实施例的等距视图(isometricview)； 
图2是包括根据本发明的参考信号产生构造的微型光纤光学读取头和标度配置的第二实施例的等距视图； 
图3是包括根据本发明的参考信号产生构造的微型光纤光学读取头和标度配置的第三实施例的等距视图； 
图4是包括根据本发明的参考信号产生构造的微型光纤光学读取头和标度配置的第四实施例的等距视图； 
图5是示出根据本发明的光栅和参考标记构造的一个示例性实施例的等距视图； 
图6A和6B是示意性示出根据本发明的参考信号产生构造的第一实施例的各个方面的等距视图； 
图7是示意性示出根据本发明的参考信号产生构造的第二实施例的部分的等距视图； 
图8是示出根据图6A、6B和图7的参考信号产生构造所产生的参考信号的图； 
图9是示意性示出包括根据本发明的参考信号产生构造的第三实施例的根据本发明的第一积分参考信号和增量信号产生构造的操作的各个方面的等距视图； 
图10是示出包括附加细节的图9所示的积分参考信号和增量信号产生构造的部分的等距视图； 
图11是示出包括根据本发明的参考信号产生构造的第四实施例的根据本发明的第二积分参考信号和增量信号产生构造的 部分的等距视图； 
图12是示意性示出根据图10和图11的积分参考信号和增量信号产生构造所产生的参考信号的图； 
图13是示出根据本发明的参考信号产生构造的第五实施例的部分的等距视图； 
图14是示出根据图13的参考信号产生构造所生成的参考信号的图； 
图15是示出根据本发明的参考信号产生构造的第六实施例的部分的等距视图； 
图16是示出根据本发明的参考信号产生构造的第七实施例的部分的等距视图； 
图17A和图17B是示出可用于替换图16所示的开口掩膜构造的部分的可选开口掩膜构造的图示； 
图18是示出根据本发明的参考信号产生构造的第八实施例的部分的等距视图； 
图19是示出可能与根据本发明的主参考信号和副参考信号相关的各种信号关系的图；以及 
图20A和图20B是示出可用于替换图5所示的参考标记构造的可选参考标记构造。 
具体实施方式
图1是包括根据本发明的参考信号产生构造的微型光纤光学读取头和标度配置(miniature fiber optic readhead and scalearrangement)1000的第一实施例的等距视图。如图1所示，微型光纤光学读取头和标度配置1000包括标度构件(scalemember)81、增量读取头100和参考标记读取头200，该标度构件81包括标度光栅80。应理解的是，读取头100和200将通常被 相对于彼此刚性地安装，或形成为单一单元，从而使读取头100和200的移位同步。 
正交XYZ坐标系可以以使得y轴平行于标度光栅80的条(bar)、z轴垂直于标度光栅80表面以及x轴垂直于y-z平面的方式被定义。测量轴82平行于x轴。在操作中，标度构件81沿着测量轴82移位，从而使读取头100沿着包括标度光栅80的增量测量标度轨迹(incremental measuring scale track)86移位，并且使读取头200沿着参考标度轨迹(reference scale track)88移位。在图1中，增量测量标度轨迹86和参考标度轨迹88之间的大致边界以虚线10表示。在图1中示出的实施例中，参考标度轨道88一般包括标度光栅80。但是，重要地，参考标度轨迹88还包括一个或多个参考标记区域251，下文将对其更详细地说明。 
增量读取头100可以是包括套箍(ferrule)101的现有技术微型光纤光学读取头，该套箍101容纳并定位多根光纤130的端部，该多根光纤被包括在光纤光缆195中。在各个实施例中，增量读取头100可以包括在所引用的参考文献中描述的任意一种类型的增量读取头。在图1所示的实施例中，增量读取头100包括在所引用的’696专利中详细说明的干涉测量型读取头。简言之，在操作中，读取头100从多根光纤130中的位于中央的光纤130输出发散的相干光源(diverging coherent source)光150，该发散的相干光源光150照射位于照射点153处的标度光栅80，在该照射点153处，相干光源光150被反射和衍射以提供标度光155。在各个实施例中，标度光栅80是被构造成抑制零阶反射(zero-order reflection)的相位光栅(phase grating)。因此，标度光155包括反射到读取头100的主要+/-第一阶衍射光。该+/-第一阶衍射光形成与相位掩膜元件161的接收器面160临近的干涉条纹区域。相位掩膜元件161在接收器面160设置多个空间滤 波器，该多个空间滤波器在外光纤130端部上具有不同的空间相位，以便提供如’696专利中所述的多个光纤光学增量测量信号接收器通道。由于空间滤波，当使标度光栅80相对于读取头100移位时，光纤光学增量测量信号接收器通道可以输出具有不同空间相位的周期性光学信号(例如正交信号，quadraturesignal)。 
参考标记读取头200可以包括套箍201，该套箍201容纳并定位多根光纤230的端部，该多根光纤230被包括在光纤光缆295中。在各个实施例中，如下文更详细的描述，参考标记读取头200可以包括根据本发明的各种参考信号产生构造。简言之，在操作中，读取头200从多根光纤230的位于中央的光纤230输出发散光源光250，该发散光源光250照射位于照射点253处的标度光栅80和/或参考标记区域251。在各个实施例中，该发散光源光250有利地是单色(monochromatic)且空间相干的，在一些实施例中可是暂时相干的。一般地，标度光栅80提供反射和衍射标度光，该反射和衍射标度光以与上文参考读取头100概述的相同方式产生干涉条纹区域。然而，在各个实施例中，参考标记读取头200不包括相位掩膜元件。结果，提供多个光纤光学参考标记信号接收器通道的外光纤230的端部仅从干涉条纹区域接收大致恒定的“平均”量的光，而与位移无关。 
如前所示，在各个实施例中，标度光栅80是被构造成抑制零阶反射的相位光栅。因此，参考标记可以通过在参考标记区域251中使用至少一个镜状(mirror-like)参考标记部分来中断标度光栅80的结构和/或操作而形成。在这种情况下，如图1所示，当参考标记区域251位于照射点253时，镜状参考标记部分产生零阶反射，该零阶反射提供发散标度光254。结果，当读取头200在参考标记区域251上方移位时，“平均”条纹光的量和被 作为参考信号接收和传送(通过用作光纤光学参考标记信号接收器通道的外光纤230的任一端部)的零阶反射光的量将被调制为照射点253和参考标记区域251中的参考标记部分的重叠量的函数。多个光纤光学参考标记信号接收器通道被分别用于接收和传送这种调制的光学参考信号，从而能够精确地确定参考位置，下文将更详细地描述。 
位于参考标记区域251中的参考标记部分可以具有沿着Y轴方向的宽度WY，并且提供沿着测量轴82的方向分隔开的边界配置，下文将进行更详细地说明。只要能够足够允许对于读取头200在参考标记标度轨迹88的宽度内的所期对齐误差(alignment tolerance)，宽度WY一般对于参考标记区域251或这里说明的任意其它参考标记区域不是关键性的。在各个实施例中，包括在参考标记区域251中的参考标记部分的边界的沿着测量轴82的方向的适当间隔对于提供可靠且稳健(robust)的参考信号可能是重要的，并且该适当间隔一般根据设置在读取头200内的光纤和/或光纤光学参考标记信号接收器通道开口构造的特定尺寸而定，下文将进行更详细地说明。 
图2是包括根据本发明的参考信号产生构造的微型光纤光学读取头和标度配置2000的第二实施例的等距视图。微型光纤光学读取头和标度配置2000的操作在一些方面与图1的微型光纤光学读取头和标度配置1000相似，除了下文中特别地指出之外，相似编号的部件在形式和操作上可以相似或相同。如图2所示，微型光纤光学读取头和标度配置2000包括标度构件81、增量读取头100和参考标记读取头200，该标度构件81包括标度光栅80。微型光纤光学读取头和标度配置2000与微型光纤光学读取头和标度配置1000之间的主要差别在于，参考标度轨迹88’的结构不同于参考标度轨迹88的结构。特别地，参考标度轨迹 88’的至少包围参考标记区域251’的那部分包括当被发散光源光照射时提供大量零阶反射的轨迹部分(例如，镜状轨迹部分)。参考标记区域251’位于该轨迹部分之内。在这样的实施例中，参考标记区域251’包括至少一个参考标记部分，该至少一个参考标记部分提供了比周围的轨迹部分(例如，被设计成抑制零阶反射的光栅部分)显著少的零阶反射量。在一些实施例中，被包括在参考标记区域251’内的光栅参考标记部分可以在结构上与沿着增量标度轨迹86延伸的标度光栅80相同。在一个实施例中，镜状轨迹部分可以在参考标度轨迹88’的几乎整个长度上延伸。 
简言之，在操作中，读取头100被相对于读取头200固定(例如，通过把每个读取头均安装于同一个安装支架)，标度构件81沿着测量轴82移位，从而使读取头100沿着增量测量标度轨迹86移位，以及使读取头200沿着参考标度轨迹88’移位。一般地，当照射点253沿着参考标度轨迹88’位于临近但不包括参考标记区域251’的位置时(例如，位于相当于由虚线15指示的位置)，参考标度轨迹88’的镜状部分产生强烈的零阶反射。结果，提供多个光纤光学参考标记信号接收器通道的外光纤230的端部在整个位移范围从该零阶反射接收大体恒定且“大”量的光。 
参考标记可以通过中断位于参考标记区域251’中的镜状轨迹部分的结构和/或操作而形成。例如，被构造成抑制零阶反射的光栅型参考标记可以位于参考标记区域251’中。在这种情况下，当参考标记区域251’位于照射点253中时，光栅部分参考标记抑制零阶反射，并且产生如图2中参考标记区域251’上方所示出的发散标度光255中由发散虚线表示的+/-第一阶反射。结果，当读取头200在参考标记区域251’上方移位时，零阶反射光的量被显著地减小。特别地，零阶反射被抑制，相当部分的反射光 被离开读取头200地偏转，作为+/-第一和第三阶衍射光。结果，作为参考信号的被用作光纤光学参考标记信号接收器通道的外光纤230端部中的任意一个特定端部所接收和传送的光将被调制为照射点253和参考标记区域251’中的参考标记部分的重叠量的函数。多个光纤光学参考标记信号接收器通道被分别用于接收和传送这样的调制的光学参考信号，从而能够精确地确定参考位置，如下文进行的更详细地说明。 
如前所示，被包括在参考标记区域251’中的参考标记部分的边界的沿着测量轴82的方向的适当间隔对于提供可靠且稳健的参考信号是至关重要的，该适当间隔一般根据设置在读取头200中的光纤和/或光纤光学参考标记信号接收器通道开口的结构的特定尺寸而定，如下文进行的更详细地说明。 
图3是包括根据本发明的参考信号产生构造的微型光纤光学读取头和标度配置3000的第三实施例的等距视图。微型光纤光学读取头和标度配置3000的操作在一些方面与图1的微型光纤光学读取头和标度配置1000相似，并且，除了下文特别指明之外，相似编号的部件在形式和操作上可以相似或相同。如图3所示，微型光纤光学读取头和标度配置3000包括标度构件81以及积分增量和参考标记读取头300，该积分增量和参考标记读取头300也被简称为积分读取头300，该标度构件81具有单一标度轨迹，该单一标度轨迹包括标度光栅80和参考标记区域351。标度光栅80可以是被构造成抑制零阶反射的相位光栅。参考标记区域351可以包括至少一个镜状参考标记部分，如前面参照图1的参考标记区域251所概述的一样。积分读取头300包括套箍101，该套箍101容纳并定位多根光纤330的端部，该多根光纤330被包括在光纤光缆395中。在各个实施例中，积分读取头300可以包括下面参照图10、图11和图12等所述的任意一种类型的积 分读取头构造。 
简言之，在操作中，积分读取头300从多根光纤330的位于中央位置的光纤330输出发散光源光350，该发散光源光350照射位于照射点353处的标度光栅80。在各个实施例中，发散光源光350有利地是单色并且空间相干的，并且在一些实施例中可以是暂时相干的。发散光源光350一般被反射和衍射以提供标度光355。标度光355包括反射到读取头300的+/-第一阶衍射光，以形成与相位掩膜元件361的接收器面360临近的干涉条纹区域，相位掩膜元件361使用在某些外光纤330的端部上具有不同空间相位的相位掩膜部分来空间地过滤干涉条纹，从而根据前述原理提供多个光纤光学增量测量信号接收器通道。由于空间滤波，当使标度光栅80相对于读取头300移位时，积分读取头300的某些光纤光学接收器通道提供可以输出具有不同空间相位的周期性光学信号(例如正交信号)的增量测量信号接收器通道。 
在图3所示的实施例中，积分读取头300的相位掩膜元件361还包括在某些外光纤330的端部上不提供空间滤波的区域，以提供用于提供从参考标记区域351中的镜状参考标记部分发出的参考信号的多个光纤光学参考标记信号接收器通道。在各个实施例中，当参考标记区域351位于照射点353中时，镜状参考标记部分产生提供分散标度光354的零阶反射，如图3所示。结果，当使读取头300在参考标记区域351上方移位时，“平均”条纹光的量和被某些外光纤330的端部作为参考信号接收和传送的零阶反射光的量将被调制为照射点353和参考标记区域351的重叠量的函数，其中，该某些外光纤330的端部不具有空间滤波并且提供多个光纤光学参考标记信号接收器通道。多个的光纤光学参考标记信号接收器通道被分别用于接收和传送这种调制的光学参考信号，从而能够精确地确定参考位置，如下文进行的更 详细说明。 
应该理解的是，当积分读取头300的照射点353与参考标记区域351重叠时，期望的是，与输出参考标记光学信号同时地，积分读取头300持续输出用于增量位移测量的且具有不同空间相位的周期性光学信号(例如增量测量正交信号)。因此，在各个示例性实施例中，有利的是，在满足其它参考标记设计的考虑下，使被包括在参考标记区域351内的镜状参考标记部分的面积尽可能得小，如下文进行的更详细的说明。 
图4是包括根据本发明的参考信号产生构造的微型光纤光学读取头和标度配置3000’的第四实施例的等距视图。微型光纤光学读取头和标度配置3000’的操作在很多方面与图3的微型光纤光学读取头和标度配置3000相似，除了下文特别指明之外，相似编号的部件在形式和操作上可以相似或相同。一般地，下文仅说明微型光纤光学读取头和标度配置3000’与3000的操作之间的明显差别。 
如图4所示，微型光纤光学读取头和标度配置3000’包括积分读取头300和标度构件81，该标度构件81具有单一标度轨迹，该单一标度轨迹包括标度光栅80、参考标记区域451和位于端部区域89的参考标记边界区域451’。参考标记边界区域451’可以包括作为光栅部分的轨迹部分(例如，在各个实施例中与标度光栅80相同)，以提供参考标记区域451的第一边界。标度光栅80可以是被构造成抑制零阶反射的相位光栅，并且提供参考标记区域451的第二边界。应该理解的是，参考标记区域451和标度光栅80之间的边界可近似地对应于由读取头和标度配置3000’提供的增量位移测量范围的端部。在区域451和451’之外，端部区域89一般地可以包括镜状区域。 
参考标记区域451可包括镜状参考标记部分，并且因为该参 考标记区域451沿着测量轴方向以标度光栅80和参考标记边界区域451’的光栅部分为界，因此，该参考标记区域451在结构和操作方面与前面参考读取头和标度配置3000说明的参考标记区域351基本相似。读取头和标度配置3000’超过读取头和标度配置3000的一个优点在于，参考标记区域451不位于正常增量位移测量范围内，而在该范围内，可能在一定程度上干扰正常增量位移测量的精确度。 
在一个实施例中，以参考标记区域451的镜部分和端部89的镜区域为界的参考标记边界区域451’在结构方面可以与前面关于读取头和标度配置2000所述的参考标记区域251’基本相似或相同。在该实施例中，参考标记边界区域451’可以用于提供第二参考标记信号。特别地，积分读取头300一般地从镜状端部区域89和参考标记区域451中的参考标记部分接收大量零阶反射光。但是，当照射点353与参考标记边界区域451中的光栅部分重叠时，零阶反射被抑制，根据前述原理，大部分的反射光离开积分读取头300被衍射为+/-第一和第三阶衍射光。结果，被作为参考信号由不具有空间滤波的某些外光纤330的端部接收和传送的光的量将被调制为照射点353和参考标记边界区域451’的重叠量的函数。当位于参考标记边界区域451’中的光栅部分具有根据下文进一步说明的原理而确定的操作长度LETOE时，如果想要的话，则能够精确地确定副参考标记位置。 
在各个实施例中，来自参考标记区域451的信号可以用于沿着标度构件81确定参考标记位置，以及可以用于信号通知读取头和标度配置3000’的增量位移测量范围的端部。在一些实施例中，来自参考标记边界区域451’的信号可以用于触发程序或电路，用作读取头和标度配置3000’的相对位移的“限位开关”，和/或当提供相对移位的适当方向时，准备用于检测由参考标记区 域451指示的参考标记的位置的电路。 
图5是示出根据本发明的光栅和参考标记构造500的一个典型实施例的等距视图。与图1-4中示出的部件编号相似的部件可以相似或相同。光栅和参考标记构造500包括标度光栅80和位于标度构件81上的镜部分参考标记50-M。镜部分参考标记50-M作为通用示例而示出。如图5所示，标度光栅80包括沿着Y轴方向延伸的光栅元件E，该光栅元件E被凹槽元件G分隔开。光栅元件E按照光栅节距Pg沿着测量轴82被周期性地布置。每个光栅元件E沿着测量轴82的方向的宽度为WE，而每个凹槽元件G的宽度为WG。另外，光栅元件E沿着Z轴方向的凹槽高度为HE。图5中示出的标度光栅80的特定实施例被设计为抑制零阶反射光和所有偶数级衍射。用于实现此的方法在所引用的’696专利中说明，或者是本领域所已知的。简言之，在一个典型实施例中，标度光栅80可以形成为反射相位光栅，该反射相位光栅在矩形光栅元件E和凹槽元件G两者都具有反射性铬涂层，并且该反射相位光栅具有在光栅元件之间的凹槽高度HE，该凹槽高度HE可以致使零阶反射光相消干涉(destructive interference)，该凹槽高度HE例如为光栅和参考标记构造500所用的光源光的波长的1/4。50％的占空比，也就是说，WE几乎等于WG，有助于最好地抑制第0阶反射光，并且还印制其它的偶数阶衍射光。 
镜部分参考标记50-M沿着X轴方向的长度为LETOE，该镜部分参考标记50-M可以位于标度光栅80内。当然，标度光栅80应当在镜部分参考标记50-M的每一侧保持同相(in phase)。在各个示例性实施例中，镜部分参考标记50-M的尺寸和位置被构造成使得镜部分参考标记50-M的边界与光栅元件E的相似边界同相。在一些实施例中，长度LETOE可与标度光栅80的(N+1/2)周期一致，其中N是整数。在一些实施例中，N可以在标度光栅 80的10到30个周期的范围内选择。然而，该范围仅仅是示例性的，而不是限制性的。关于选择令人满意的长度LETOE的考虑在下文将更详细地说明。应该理解的是，镜部分参考标记50-M被图示为形成为与光栅元件E的平面对应，但是可替换地，可以形成为与光栅元件G的平面对应。应该理解的是，在各个实施例中，镜部分参考标记50-M可使用用于制造标度光栅80的相同步骤的子集步骤(subset)来制造。因此，图5中所示的镜部分参考标记50-M的实施例提供了设置能够被用于包括相位型标度光栅80和干涉测量型微型光纤光学读取头的微型光纤光学读取头和标度配置的参考标记的特别经济的方式。如图5所示，光栅和参考标记构造500特别地适合于图1中所示的读取头和标度配置1000的标度轨迹88，在这种情况下镜部分参考标记50-M将位于参考标记区域251，以及该光栅和参考标记构造500特别地适合于图3和4中所示的读取头和标度配置3000与3000’，在这种情况下，镜部分参考标记50-M将分别位于参考标记区域351和451。 
应该理解的是，图5所示出的和上面说明的光栅和镜特征的角色可以颠倒，以提供长度为LETOE的光栅部分参考标记，该光栅部分参考标记被嵌入沿着X轴方向延伸的镜标度轨迹部分，和/或被嵌入镜区域，例如被包括在图4中所示的端部区域89中的镜区域。应该理解的是，这种光栅部分参考标记和相关的镜标度轨迹部分或镜区域，可以利用与在标度构件81上沿着增量测量标度轨迹制造增量测量标度光栅的步骤相同的步骤来制造，从而提供了设置能够在包括相位型增量测量标度光栅和干涉测量型微型光纤光学读取头的微型光纤光学读取头和标度配置中使用的光栅型参考标记部分的特别经济的方式。包括光栅型参考标记部分的这种结构将特别适合于在图2中所示的读 取头和标度配置2000的标度轨迹88’中使用，在这种情况下，光栅型参考标记部分将位于参考标记区域251’中，以及包括光栅型参考标记部分的这种结构特别适合于在图4中所示的读取头和标度配置3000’中使用，在这种情况下，光栅型参考标记部分将位于参考标记区域451’中。 
图6A和6B是示意性示出根据本发明的参考信号产生构造6000的第一实施例的关于图示的尺寸关系的多个方面的等距视图。如图6A所示，参考信号产生构造6000包括可操作地相对于通用参考标记(generic reference mark)50A定位的参考标记读取头光纤配置600，通用参考标记50A可以包括镜参考标记部分或光栅参考标记部分(例如在标度构件81上，未示出)，如前所述，这根据哪个适合于特定的读取头和标度配置而定。参考标记50A具有沿着X轴或测量轴方向的尺寸LETOE、沿着Y轴方向的尺寸WY和X轴方向的中心线RMC。简言之，在操作中，参考标记读取头光纤配置600从中央光纤输出发散光源光650，该发散光源光650照射参考标记50A，如所示出的示例性的光源光线650-1、650-2和650-3。在各个实施例中，光源光650有利地是单色和空间相干的，并且在一些实施例中可以是暂时相干的。如果参考标记50A是由光栅轨迹部分和/或标度轨迹所包围的镜参考标记部分，则该参考标记会使零阶光强烈地反射回到参考标记读取头光纤配置600，如由分别与光源光线650-1，650-2和650-3对应的示例性标度光线654-1、654-2和654-3所示。在这种情况下，对应于镜参考标记部分的参考标记信号作用区域(reference mark signal effect region)50A-SE将是“信号增大”的区域，信号增大到使信号重叠由参考标记读取头光纤配置600所提供的任何光纤光学参考标记信号接收器通道的开口的程度。 
如图6A中所示，反射的零阶标度光产生临近由光纤配置600的端部所提供的光学信号接收器开口的参考标记信号作用区域50A-SE。由于反射的标度光的发散，参考标记信号作用区域50A-SE具有是参考标记50A的尺寸的两倍的“放大”尺寸。一般地，由于使用发散的光源光，这里所述的所有参考标记信号作用区域将具有是它们所对应的参考标记的尺寸的两倍的尺寸。参考标记信号作用区域50A-SE具有X轴方向的中心线RMC-SE。应该理解的是，尽管参考标记50A和参考标记信号作用区域50A-SE之间的尺寸有差异，但是它们的中心线RMC和RMC-SE沿着测量轴82可以被对齐(aligned)，并且可以以相同速率移位。 
先前说明的操作假定参考标记50A是镜参考标记部分(例如，如图1和图3所示)。如果参考标记50A是由镜区域或轨迹部分所包围的光栅参考标记部分(例如，如图2所示)，则示例性光源光线650-1、650-2和650-3和相对应的反射的示例性标度光线654-1、654-2和654-3可以被解释为通常由周围的镜区域或轨迹部分(例如标度轨迹88’的镜部分)提供的零阶光线，但是该零阶光线被光栅部分参考标记50A的零阶反射抑制和更高阶衍射特性所干扰。在这种情况中，对应的参考标记信号作用区域50A-SE将是“信号减小”的区域，信号减小到使信号重叠由参考标记读取头光纤配置600所提供的任何光纤光学参考标记信号接收器通道的开口的程度。应该理解的是，光栅部分参考标记不限于与标度光栅80对齐且与标度光栅80相同地分隔开的光栅条。更一般地，可以使用能够使大量光源光离开参考标记读取头光纤配置600地衍射和/或显著地抑制零阶反射的任何光栅部分参考标记(例如二维光栅(two-dimensional gratings)等)。 
图6B示出图6A所示的参考信号产生构造6000的部分 6000’，该部分6000’包括参考标记读取头光纤配置600和参考标记信号作用区域50A-SE。如图6B中所示，参考标记读取头光纤配置600可以包括接收光纤690R1、690R1’、690R2和690R2’，该接收光纤690R1、690R1’、690R2和690R2’具有提供参考标记信号接收器通道开口的端部，该参考标记信号接收器通道开口接收和提供如所示的光学参考标记信号REF1、REF1’、REF2和REF2’。如果需要的话，其它两个光纤690X和690X’可以是可选的伪(dummy)光纤，使用伪光纤以有助于密堆积(close-packing)的组装技术。可替换地，在一些实施例中，伪光纤可以提供被用于接收可能对于监控光学信号功率变化、污染影响或其它异常有用的光学信号的接收器开口，或者可以提供其它的光源。在一些实施例中，接收光纤690R1、690R1’、690R2和690R2’可以是多模光纤，该多模光纤的外直径为DRF，并且光承载芯区(light carrying core area)的直径为DRA，该直径为DRA的光承载芯区可以与参考标记信号接收器通道开口一致和/或提供参考标记信号接收器通道开口。中央光源光纤670提供一般发射发散光源光的光源680，在一些实施例中光源680可由光源光纤670的单模芯的端部来提供。 
在各个实施例中，可能有利的是，将读取头光纤配置构造成使位于光纤光学读取头内的所有光纤位于直径至多为1.5毫米或1.0毫米以下的筒状容积内。在参考标记读取头光纤配置600的一个示例性实施例中，光承载芯的直径DRA可以为大约200微米，该值也可以是参考标记信号接收器通道开口的直径，外直径DRF可以是大约250微米，中央光纤670的直径可以与外直径DRF相同，并且中央光纤670具有直径大约4-10微米的单模芯。因此，在该实施例中，参考标记读取头光纤配置600可以具有750微米量级的总直径。然而，应该理解的是，在其它实施例 中，可以使用更大或更小的光纤和/或其它的光纤间隔。 
在图6B中，虚线AR1L、AR1R和CAR1分别示出沿着x轴方向对应于信号REF1和REF1’的参考标记信号接收器通道开口的左边界位置、右边界位置和中心位置。虚线AR2L、AR2R和CAR2分别示出沿着X轴方向对应于信号REF2和REF2’的参考标记信号接收器通道开口的左边界位置、右边界位置和中心位置。尺寸LCAR1CAR2表示对应于信号REF1和REF1’的参考标记信号接收器通道开口的有效中心和对应于信号REF2和REF2’的参考标记信号接收器通道开口的中心之间的沿着X轴的距离。尺寸AR12SEP表示在边界AR1R和AR2L之间的间距。更一般地，如这里所使用的以及参照图10和图11所示的，尺寸AR12SEP表示包括在光纤配置中的两个参考标记信号接收器通道开口的内边界之间的沿着测量轴方向的距离，也就是沿着测量轴方向彼此最接近的边界之间的沿着测量轴方向的距离。尺寸AR12SPAN表示横跨在边界AR1L和AR2R之间的总距离。更一般的是，如这里所使用的和参照图10和11所示的，尺寸AR12SPAN表示包括在光纤配置中的两个参考标记信号接收器通道开口的外边界之间的沿着测量轴方向横跨的距离，也就是沿着测量轴方向彼此距离最远的边界之间的沿着测量轴方向的距离。 
对于参考信号产生构造6000，最一般的原则是参考标记读取头光纤配置600和参考标记50A应该被构造成满足下列关系： 
AR12SEP＜(2*LETOE)＜AR12SPAN    (公式1) 
其中，公式(1)中的符号“*”表示“×”(乘号)，下文中的含义一样，不再重复说明。从而，所形成的参考标记信号可用于在接近参考标记50A的信号交叉区域(signal crossingregion)内以期望的精度和/或可重复性限定参考位置，如下文进行更详细的说明。在各个实施例中，构造可进一步满足下列 关系： 
(2*LETOE)＞[AR12SEP+(0.25*(AR12SPAN-AR12SEP))] 
(2*LETOE)＜[AR12SEP+(0.75*(AR12SPAN-AR12SEP))] 
(公式2和3) 
满足上述关系的构造可以是有利的(例如，提供参考标记信号之间的更为稳健和/或可靠的关系)。在各个其它实施例中，构造可进一步满足下列关系： 
(2*LETOE)＞[AR12SEP+(0.4*(AR12SPAN-AR12SEP))] 
(2*LETOE)＜[AR12SEP+(0.6*(AR12SPAN-AR12SEP))] 
(公式4和5) 
满足上述关系的构造可以是更有利的。在一些实施例中，如果尺寸2*LETOE近似等于[AR12SEP+(0.5*(AR12SPAN-AR12SEP))]，或近似等于与信号REF1和REF2对应的参考标记信号接收器通道开口之间的有效中心到中心的距离LCAR1CAR2以提供大致如下面参照图8和12所述的参考标记信号，则可能是最有利的。 
图7是根据本发明的参考信号产生构造的第二实施例的部分7000’的等距视图。该部分7000’的设计和操作在很多方面与图6B的部分6000’相似，除了下文特别指明之外，附图标记为6XX和7XX序列的(例如，元件690R2和790R2)相似编号的元件可以在形式和操作上相似或相同。一般地，该部分7000’的设计和操作可以基于前面对部分6000’和参考信号产生构造6000的说明而理解。因此，下文仅对部分6000’和7000’的操作之间的显著差异进行说明。 
参考标记读取头光纤配置700和600之间的主要差异在于，光纤配置700在XY平面内具有不同的旋转定位(rotationalorientation)，允许沿着X轴方向彼此相邻的光纤的端部提供能 够接收和提供光学信号REF1、REF1’、REF2和REF2’(分别对应于光纤790R1、790R1’、790R2和790R2’)的参考标记信号接收器通道开口。可以一般地参照上面列出的公式1-5根据尺寸考虑和信号考虑来构造对应于部分7000’的参考信号产生构造。在一些实施例中，如果尺寸2*LETOE近似等于[AR12SEP+(0.5*(AR12SPAN-AR12SEP))]，或近似等于与信号REF1和REF2对应的参考标记信号接收器通道开口之间的有效中心到中心的距离LCAR1CAR2，以提供近似于如参照图8在下文中说明的参考标记信号，则是最有利的。应该注意的是，由于对于光纤配置700的尺寸LCAR1CAR2小于对于光纤配置600的尺寸LCAR1CAR2，因此，参考标记信号作用区域50B-SE的尺寸2*LETOE和相对应的参考标记(这里称为参考标记50B，未示出)的相对应尺寸LETOE被选择成小于对应于部分7000’的参考信号产生构造的相对应的尺寸。 
如图6A、图6B和图7所示，参考信号产生构造6000或对应于部分7000’的参考信号产生构造适用于图1所示读取头和标度配置1000的读取头200和标度轨迹88，在这种情况下，镜部分参考标记将位于参考标记区域251中。两结构中的任意一个也适用于图2中所示读取头和标度配置2000的读取头200和标度轨迹88’，在这种情况下，光栅部分参考标记将位于参考标记区域251’中。 
图8是示出两个示意性信号图表60和70的图，该两个示意性信号图表60和70分别对应于图6A和图6B的参考信号产生构造6000以及与图7所示的部分7000’对应的参考信号产生构造。对应于图6A和图6B的参考信号产生构造6000的信号图表60以作为在参考标记信号作用区域50A-SE(或参考标记50A)和参考标记读取头光纤配置600之间的沿着测量轴82的相对位置的函 数的形式示出了两个参考信号、组合信号(REF1+REF1’)和组合信号(REF2+REF2’)。特别地，点61对应于参考标记50A的中心线RMC与朝着AR1L的左侧移位LETOE的长度的位置相一致的位置，如图6B所示。因此，参考标记信号作用区域50A-SE不会与任何参考标记信号接收器通道开口重叠，并且在点61没有显著的信号产生。随着参考标记50A向右侧移位，参考标记信号作用区域50A-SE与REF1和REF1’参考标记信号接收器通道开口重叠增大，直到在移位距离等于参考标记信号接收器通道开口直径(例如光承载芯直径DRA)之后，在点62达到最大。随着参考标记50A继续向右侧移位，没有观察到信号的进一步变化，直到到达点63和63’才观察到信号变化，点63和63’标记了信号交叉区域的左侧极限，在该信号交叉区域，(REF1+REF1’)信号和(REF2+REF2’)信号会聚到共同值或从共同值发散。在信号交叉区域，当参考标记50A的中心线RMC向位置(AR1L+LETOE)的右侧移位时，随着参考标记信号作用区域50A-SE与REF1和REF1’参考标记信号接收器通道开口之间的重叠减小，信号(REF1+REF1’)开始减小。因为参考标记信号接收器通道开口具有相似的尺寸，并且参考标记50A的长度LETOE被选择成使得参考标记信号作用区域50A-SE的尺寸2*LETOE近似等于图6B中示出的尺寸LCAR1CAR2，因此，随着参考标记信号作用区域50A-SE与REF2和REF2’参考标记信号接收器通道开口之间的重叠增大，信号(REF2+REF2’)开始同时地在点63’增大。在点64，参考标记50A的中心线RMC对称地位于REF1/REF1’参考标记信号接收器通道开口和REF2/REF2’参考标记信号接收器通道开口之间(在图6B中示出的位置)，因此信号(REF1+REF1’)和(REF2+REF2’)名义上相等。通过与前面的说明类比，可以理解，信号(REF1+REF1’) 和(REF2+REF2’)在剩余的点65、65’、66和67的特性。与点63和63’类似，点65和65’标记了信号交叉区域的右侧极限。 
与包括并且对应于图7中示出的部分7000’的参考信号产生构造相对应的信号图表70与上述信号图表60类似。也就是，点71与点61类似，等等。因此，通过与上述说明类比，结合对图7的说明，可以理解信号(REF1+REF1’)和(REF2+REF2’)在点71-77的特性。特别地，在信号交叉区域，在参考标记50B的中心线RMC向位置(AR1L+LETOE)的右侧移位时，随着参考标记信号作用区域50B-SE与REF1和REF1’参考标记信号接收器通道开口之间的重叠减小，信号(REF1+REF1’)在点73开始减小。因为参考标记信号接收器通道开口具有相似的尺寸，并且参考标记50B的长度LETOE被选择成使得参考标记信号作用区域50B-SE的尺寸2*LETOE近似等于图7中示出的尺寸LCAR1CAR2，所以随着参考标记信号作用区域50B-SE与REF2和REF2’参考标记信号接收器通道开口之间的重叠增加，信号(REF2+REF2’)开始同时地在点73’增加。在点74，参考标记50B的中心线RMC对称地位于REF1/REF1’参考标记信号接收器通道开口和REF2/REF2’参考标记信号接收器通道开口之间(在图7中示出的位置)，因此，信号(REF1+REF1’)和(REF2+REF2’)名义上相等。应该理解的是，因为参考标记长度LETOE在对应信号图表70的参考信号产生构造中较短，并且在REF1/REF1’参考标记信号接收器通道开口和REF2/REF2’参考标记信号接收器通道开口之间的中心到中心的间隔也较小，因此信号图表70的信号(REF1+REF1’)和(REF2+REF2’)的特征沿着测量轴被分隔得比信号图表60中的更靠近。 
在各个示例性实施例中，为了以稳健的方式沿着测量轴82提供参考位置，参考位置检测电路可以将独立的信号 (REF1+REF1’)和(REF2+REF2’)交叉且相等所在的位置识别为参考位置。基于上述说明，应该理解的是，在使用光栅部分或镜部分作为参考标记的各个实施例中，根据上文关于公式1-5所列出的尺寸考虑和信号考虑而选择的边缘到边缘的长度LETOE一般能够提供如下的参考信号产生构造：该参考信号产生构造能够提供足以在靠近参考标记的信号交叉区域内限定参考位置(例如两个各自的参考信号具有相等值的位置)的参考标记信号。满足公式2和3、或4和5的关系可以提供在信号交叉区域中参考标记信号之间的特别可靠和/或稳健的关系。对应于信号图表60和70的参考信号产生构造均满足这些关系，从而确保稳健的信号交叉区域，该信号交叉区域包括在其最大值和最小值之间近似中间的信号值处名义上交叉的信号，如图8所示。应该理解的是，图8所示的信号极性可以一般地对应于由光栅区域所包围的镜部分参考标记所产生的信号的极性。对于由镜区域包围的光栅部分参考标记而言，所有的信号将一般地被反相(invert)。实际上，所有的信号将一般包括共模DC偏置(common mode DC offset)，图8中未示出。在任何情况下，根据上文参照公式1-5所列出的尺寸考虑和信号考虑而设计的如上文已披露的和下文进一步要披露的参考信号产生构造，能提供多个各自的参考标记信号，该参考标记信号在靠近参考标记的信号交叉区域内在小于期望的空间周期性增量测量信号的一半周期(one-half period)内限定可重复的参考位置，从而参考标记能够可靠地指示增量测量信号的特定周期或循环以及沿标度的相关特定波长。例如，容易地实现小于4或2微米内的可重复性，特别是当满足公式2和3，或4和5的关系时，可以实现亚微米(submicron)的可重复性。 
图9和10是示意性示出包括根据本发明的参考信号产生构 造的第三实施例的根据本发明的积分参考信号和增量信号产生构造8000(也被称为积分信号产生构造8000)的操作的各个方面的等距视图。图9所示的视图未示出作为积分信号产生构造8000的必要元件的相位掩膜元件861，以便更清晰地示出其操作的其它方面。下文将参照图10对相位掩膜元件861进行说明。 
图9示出积分信号产生构造8000的某些元件，该积分信号产生构造8000包括相对于由标度光栅80所包围的通用镜部分参考标记50C可操作地定位(例如位于未示出的标度构件81上)的积分读取头光纤配置800(少了如图10所示的相位掩膜元件861)。如图所示，参考标记50C具有中心线RMC和沿着X轴方向的尺寸LETOE。简言之，在操作中，积分读取头光纤配置800从由中央光纤所提供的光源880输出发散光源光850，发散光源光850在照射点853照射参考标记50C和周围的标度光栅80。在各个实施例中，光源光850有利地是单色和空间相干的，在一些实施例中可以是暂时相干的。标度光栅80提供反射地衍射的+/-第一阶标度光855A和855B，在图9中用它的中心光线来表示。该+/-第一阶标度光855A和855B分别照射区域855A’和855B’，区域855A’和855B’在干涉区域856重叠以形成靠近积分读取头光纤配置800的接收器面860的干涉条纹866。根据前述原理，该干涉条纹在接收光学正交信号A、-A、B和-B的光纤端部由相位掩膜元件861(图10中示出)来进行空间滤波，下文参照图10进行更详细说明。 
根据上文参照图6A所述的原理，与上文所述的正交信号产生操作同时地，当镜部分参考标记50C落入照射点853内时，镜部分参考标记50C反射发散相干光源光850，以提供参考标记信号作用区域50C-SE，该参考标记信号作用区域50C-SE的尺寸是镜部分参考标记50C的尺寸的两倍，并且具有与中心线RMC对 齐的中心线RMC-SE。下面参照图10，说明关于积分参考信号的操作和增量信号产生构造8000的其它细节。 
图10示出图9中所示的积分信号产生构造8000的部分8000’，该部分8000’包括积分读取头光纤配置800、参考标记信号作用区域50C-SE和相位掩膜元件861。为了更清晰地图示相位掩膜元件861，图10未示出在干涉区域856内的干涉条纹866，但是如前所述，应该理解的是这种条纹在操作期间是存在的。如图10所示，积分读取头光纤配置800可以包括提供光源880的中央光源光纤870以及提供接收器通道的接收器光纤890A、890A’、890B、890B’、890R1和890R2，在一些实施例中该光源880可以由光源光纤870的单模芯的端部来提供，该接收器通道分别接收如所示的光学信号A、-A、B、-B、REF1和REF2。积分读取头光纤配置800还包括相位掩膜元件861，该相位掩膜元件861包括相位掩膜820A、820B、820A’、820B’、阻断掩膜820BR1和820BR2、以及开放(open)开口掩膜820R1和820R2。虚线AR1L、AR1R和CAR1分别示出与信号REF1对应的参考标记信号接收器通道开口的左边界位置、右边界位置和有效中心位置，虚线AR2L、AR2R和CAR2分别示出与信号REF2对应的参考标记信号接收器通道开口的左边界位置、右边界位置和有效中心位置。尺寸LCAR1CAR2表示与信号REF1和REF2对应的参考标记信号接收器通道开口的有效中心之间的沿着x轴的距离。尺寸AR12SPAN表示横跨边界AR1L和AR2R之间的总距离。如上文参照图6B所概述的，一般地，这里的尺寸AR12SEP表示被包括在光纤配置中的两个参考标记信号接收器通道开口的内边界之间的沿着测量轴方向的距离，也就是它们沿着测量轴方向彼此最接近的边界之间的沿测量轴方向的距离。对于部分8000’，尺寸AR12SEP位于边界AR1R和AR2L之间并且为零，因 此在图10中没有标记出，以避免混乱。基于上述说明，应该理解的是，在可以使用光栅部分或镜部分作为参考标记的积分信号产生构造8000的各个实施例中，根据上文关于公式1-5所列出的尺寸考虑和信号考虑选择边缘到边缘的长度LETOE，特别是当满足公式2和3，或4和5的关系时，一般能够提供稳健的参考信号产生构造。 
应该理解的是，虽然前述参考标记信号接收器通道开口的光接收区由位于它们各自的参考标记信号接收器通道光纤端部的光承载芯区单独限定，但是在积分读取头光纤配置800中，参考标记信号接收器通道开口890R1和890R2的光接收区部分地由位于它们各自的接收器通道光纤端部的光承载芯区的边界限定，并且部分地由它们各自的阻断/开放开口掩膜820BR1/820R1和820BR2/820R2限定。当然，在各个其它实施例中，如果需要的话，类似的开口掩膜能完全地划界和限定参考标记信号接收器通道开口的光接收区。各自的阻挡/开放开口掩膜820BR1/820R1和820BR2/820R2不包括沿着测量轴方向在空间上呈周期性的结构，从而由参考标记信号接收器通道开口890R1和890R2接收的任何干涉条纹光将不产生干扰所需参考标记信号的显著的空间周期性信号成分。 
简言之，操作中，相位掩膜820A、820B、820A’和820B’位于接收面860处，并且对干涉区域856中的干涉条纹进行空间过滤，以分别提供正交型周期性增量测量信号A、A’、B和B’。在一个实施例中，相位掩膜820A、820B、820A’和820B’分别具有0、90、180和270度的相对空间相位。应该理解的是，测量信号A、A’、B和B’的相对位置仅是示例性的，而不是限定性的。一般地，相位掩膜可以被构造成提供用于测量信号A、A’、B和B’的任何想要的配置。与相位掩膜元件861相关的各种操作和设 计原理以及可选的空间相位配置在所引用的参考文献中进行了说明。 
阻断掩膜820BR1和820BR2以及开放开口掩膜820R1和820R2位于接收面860处，以对光纤890R1和890R2的端部进行掩膜，并且提供参考信号REF1和REF2。应该理解的是，如果缺少阻断掩膜820BR1和820BR2，沿着测量轴82的方向配置的接收光纤890R1和890R2的端部将以相同信号对参考标记信号作用区域50C-SE的不同位置进行响应。相比之下，掩膜820BR1、820BR2、820R1和820R2的配置提供了沿着测量轴82的方向偏置的参考标记信号接收器通道开口，以提供呈现所需信号交叉区域的参考信号REF1和REF2，如下文参照图12进一步的说明。 
如前所述，关于信号A、A’、B和B’，由标度光栅80产生的条纹在积分信号产生构造8000的操作期间持续存在，以持续产生如上所述的那些正交信号。一般地，当镜部分参考标记50C存在于照射点853中时，减损了衍射+/-第一阶标度光855A和855B的量，该条纹可以被减弱。另外，当参考标记信号作用区域50C-SE与相位掩膜820A、820B、820A’和820B’的位置重叠时，相位掩膜820A、820B、820A’和820B’将允许包括在参考标记信号作用区域50C-SE中的部分零阶反射光进入。结果，正交信号A、A’、B和B’的幅度和偏置将一般受参考标记50C的影响，这可能降低所形成的增量位移测量精度。因此，在一些实施例中，可以对正交信号A、A’、B和B’进行信号处理(例如自适应幅度“增益控制”和/或DC偏置补偿和/或相位补偿等)，以至少部分地抵消这种效果，和/或可以对参考标记50C的长度LETOE和/或面积进行限制，以限制其破坏性效果。 
关于参考信号REF1和REF2，如前所示，由标度光栅80产生的条纹在积分信号产生构造8000的操作期间持续地存在。然 而，开放开口掩膜820R1和820R2在接收器光纤890R1和890R2端部不提供空间滤波，来自多个条纹的光仅向参考信号REF1和REF2提供相对恒定的平均量的光，与位移无关。相比之下，当参考标记信号作用区域50C-SE与开放开口掩膜820R1和820R2的位置重叠时，其零阶反射光显著地增大作为重叠量的函数的参考信号REF1和REF2。 
在各个实施倒中，可以有利的是，将读取头光纤配置构造成使得位于光纤光学读取头内的所有光纤都位于直径至多为1.5毫米或1.0毫米以下的筒状容积内。在一个特定实施例中，光纤890的光承载芯区的直径DRA近似为200微米、光纤890的外直径DRF近似为250微米，以及中央光纤870外直径可以与DRF相同并且单模芯直径或模场直径近似为4-10微米。因此，在这种实施例中，参考标记读取头光纤配置800可以具有750微米量级的总直径。然而，应该理解的是，在其它实施例中，可以使用更大或更小的光纤和/或其它光纤间隔。 
标度光栅80可以具有近似4微米的光栅节距Pg，条纹866可以具有相似的节距。由参考标记信号接收器光纤端部和阻断/开放开口掩膜820BR1/820R1和820BR2/820R2限定的参考标记信号接收器通道开口沿着测量轴82的方向可以具有100微米量级的尺寸。在一个实施例中，参考标记50C可以具有有利地为近似38微米长度的LETOE，这提供了在充足的参考标记信号强度和对增量测量信号的最小干扰之间的期望的折衷。然而，应该理解的是，上文关于LETOE所述的尺寸关系仅仅是示例性的，而不是限制性的。在不同应用中，其它的设计考虑可能偏好更小或更大的LETOE尺寸。 
图11是示出包括根据本发明的参考信号产生构造的第四实施例的根据本发明的第二积分信号产生构造的部分9000’的等 距视图。部分9000’的设计和操作在很多方面与图10的部分8000’中的相似，除了下文特别指明之外，在附图编号为8XX和9XX序列(例如元件820R2和920R2)中的相似编号的元件可以在形式和操作上相似或相同。一般地，基于前面对部分8000’和积分信号产生构造8000的说明，可以理解部分9000’的设计和操作。因此，下文仅对部分8000’和9000’操作之间的显著差异进行说明。 
图11示出了包括积分读取头光纤配置900、参考标记信号作用区域50D-SE和相位掩膜元件961的部分9000’。部分8000’和9000’之间的主要差异在于，光纤配置800和900在XY平面内具有不同的旋转定位。在光纤配置900中，沿着x轴方向被分离开的接收器光纤990R1和990R2提供参考信号REF1和REF2。另外，参考标记信号作用区域50D-SE包括两个信号作用子区域50D1-SE和50D2-SE，该两个信号作用子区域50D1-SE和50D2-SE具有独立尺寸2LSEG并且提供内“边缘到边缘”的尺寸2*LETOE。应该理解的是，相对应的镜部分参考标记由此被指定为50D(未示出)，该镜部分参考标记包括被指定为50D1和50D2的两个镜子部分或参考标记部分，该两个镜子部分或参考标记部分具有独立的尺寸LSEG并且提供了内“边缘到边缘”尺寸LETOE，根据上文所述原理，该镜部分参考标记提供了两个分离开的信号作用子区域或参考标记部分50D1-SE和50D2-SE。尽管在如图11所示的特定实施例中，尺寸2*LETOE对应于两个信号作用子区域50D1-SE和50D2-SE的内部边界之间的距离，但是应该理解的是，在可选的实施例中，子区域50D1-SE和50D2-SE之间的关系可以被设置为，使得它们外边界(而不是它们的内边界)之间的距离对应于相同的尺寸2*LETOE。在任意一种情况下，应该理解的是，通过将参考标记构造成包括分 离开的两个参考标记子部分，与整体长度相似的单个参考标记相比，参考标记的总面积有利地被限制，从而有利地限制了对周期性增量测量信号的破坏效果。在一些实施例中，为了在充足的参考标记信号强度和对增量测量信号的最小干扰之间提供期望的折衷，两个参考标记部分中的每一个参考标记部分沿着测量轴方向的尺寸可以至少为0.25*(AR12SPAN-AR12SEP)、至多为0.75*(AR12SPAN-AR12SEP)。在其它的不同实施例中，两个参考标记部分中的每一个参考标记部分沿着测量轴方向的尺寸可以至少为0.4*(AR12SPAN-AR12SEP)、至多为0.6*(AR12SPAN-AR12SEP)。 
在这些实施例的任意一个中，根据上文关于公式1-5所述的尺寸考虑和信号考虑来选择边缘到边缘的长度LETOE，一般地能够提供稳健的参考信号产生构造，特别是当满足公式2和3或者4和5的关系时。由对应于部分9000’的积分信号产生构造所提供的参考信号REF1和REF2在信号交叉区域中呈现出期望的信号关系，如下文参照图12进一步说明的。 
如图9、图10和图11所示，参考信号产生构造8000或对应于部分9000’的参考信号产生构造适用于如图3和4所示的读取头和标度配置3000和3000’中的读取头300。 
图12是示出两个示意性的信号图表810和910的曲线图，信号图表810和910分别对应于图9和10所示的积分信号产生构造8000和与图11所示的部分9000’对应的积分信号产生构造。信号图表810和910的竖直或水平的缩放比例不相同，实际上，所有的信号一般都包括共模DC偏置，在图12中未示出该共模DC偏置。 
对应于图9和10的参考信号产生构造8000的信号图表810示出两个参考信号，即作为参考标记信号作用区域50C-SE(或参 考标记50C)和参考标记读取头光纤配置800之间的沿着测量轴82的相对位置的函数的信号REF1和信号REF2。特别地，点811对应于如图10所示的参考标记50C的中心线RMC-SE与向位置AR1L的左侧移位参考标记50C的长度LETOE的位置相一致的位置。因此，参考标记信号作用区域50C-SE与REF1参考标记信号接收器通道开口不重叠，在点811没有产生显著的信号。随着参考标记50C向右侧移位，参考标记信号作用区域50C-SE与REF1参考标记信号接收器通道开口重叠增大，直到在点812处达到最大，该点812即中心线RMC-SE到如图10所示的位置AR1R的左侧距离为LETOE的位置。在该信号交叉区域，在参考标记50C从点812继续向右侧移位时，随着参考标记信号作用区域50C-SE和REF1参考标记信号接收器通道开口之间的重叠减少，信号REF1开始减少。随着参考标记信号作用区域50C-SE和REF2参考标记信号接收器通道开口之间的重叠增加，信号REF2开始在点812’同时地增加。在点813，参考标记50C的中心线RMC-SE沿着REF1参考标记信号接收器通道开口和REF2参考标记信号接收器通道开口对称地定位(在如图10所示的位置)，因此信号REF1和REF2名义上相等的。因为参考标记信号接收器通道开口具有相似的尺寸且参考标记50C的长度LETOE被选择成，使得参考标记信号作用区域50C-SE的尺寸2*LETOE近似等于如图10所示的尺寸LCAR1CAR2，信号REF1和REF2在近似位于信号交叉区域中的最大和最小值中间的值处交叉，这为可能由于各种各样的原因而产生的独立信号变化留下稳健的富裕。信号REF1和REF2在剩余点814、814’和815处的特性可以从前面的说明类比而理解。 
信号图表910对应于包括图11所示的部分9000’且与该部分9000’对应的参考信号产生结构。信号图表910示出两个参考信 号，即作为参考标记信号作用子区域50D2-SE的中心线RMC-SE-50D2和光纤配置900之间的沿着测量轴82的相对位置的函数的信号REF1和信号REF2。应该理解的是，中心线RMC-SE-50D2与相对应的参考标记子部分的中心线重合，由此该相对应的参考标记子部分被指定为两部分参考标记50D的子部分50D2，该两部分参考标记50D还包括被指定为50D1的子部分。点911对应于中心线RMC-SE-50D2与向如图11所示的位置AR2L的左侧移位长度为LSEG的位置相一致的位置。因此，参考标记信号作用区域50D2-SE与REF2参考标记信号接收器通道开口不重叠，在点811没有产生显著的信号。随着参考标记50D向右侧移位，参考标记信号作用区域50D2-SE与REF2参考标记信号接收器通道开口重叠增大，直到在点912达到最大值，在该点912，中心线RMC-SE-50D2到如图11所示的位置AR2R的左侧的距离为LSEG。在该信号交叉区域，在参考标记50D从点912继续向右侧移位时，随着参考标记信号作用区域50D2-SE和REF2参考标记信号接收器通道开口之间的重叠减少，信号REF2开始降低，并且同时随着参考标记信号作用区域50D1-SE和REF1参考标记信号接收器通道开口之间的重叠增加，信号REF1开始在点912’增大。在点913，参考标记50D在REF1和REF2参考标记信号接收器通道开口之间对称地定位(在如图11所示的位置)，因此，信号REF1和REF2是名义上相等的。因为参考标记信号接收器通道开口具有相似的尺寸，并且参考标记50D的长度LETOE被选择成使参考标记信号作用区域50D-SE的尺寸2*LETOE近似等于如图11中所示的尺寸LCAR1CAR2，信号REF1和REF2在近似位于信号交叉区域中的最大和最小值中间的值处交叉，这为可能由于各种各样的原因而产生的独立信号变化留下稳健的富裕。信号REF1和REF2在剩余点914、914’和 915的行为可以从前面的说明类比来理解。 
点916-918图示了随着参考标记50D继续向右侧移位由子区域50D1-SE与REF2接收器重叠而提供的副REF2信号。然而，应该理解的是，对应这些点的REF1参考标记信号接收器通道开口没有提供互补的“交叉信号”。对于向图示信号区域的左侧移位而出现的类似REF1信号未示出。由于在信号交叉区域中在REF1和REF2信号相等的位置确立参考位置，因此如同类似的副REF1信号一样，除根据移位方向，副REF1信号和对应于点916-918的副REF2信号作为正在接近参考位置的指示器的潜在应用，或作为参考位置已被检测到和参考位置正在后退的确认的潜在应用之外，副REF1信号是不相关的。 
高分辨率参考标记信号产生构造
上文所述的参考标记信号产生构造一般提供具有第一水平分辨率和可重复性的单一参考标记信号。在各个实施例中，第一水平分辨率和可重复性可以是0.2微米的量级。下文中，术语“参考标记主信号”(reference mark primary signal)可以用来表示上文所述的参考标记信号。 
在一些应用中，可能期望的是，提供与上文所述的参考标记主信号相比能提供改进水平的参考标记位置的分辨率和可重复性的参考标记信号。下文中，术语“参考标记副信号”(reference mark secondary signal)可以用来表示提供改进水平的分辨率和可重复性的参考标记信号。下文所述的参考信号产生构造提供这种参考标记副信号。简言之，下文参照图13-18所述的实施例一般地是根据公式1(和/或公式2、3、4或5)而设计的，并且利用上文参照图1-12所述的原理来产生参考标记主信号，与下文所述的产生参考标记副信号的其它特征组合。参考标记副信号是指比参考标记主信号具有更高分辨率和可重 复性的参考标记位置(例如，分辨率和/或可重复性近似好10倍，可以是20纳米的量级)。然而，参考标记副信号是周期性的。因此，从参考标记主信号所得出的主参考标记位置或主信号交叉点被用来消除与该周期性有关的任何潜在的副参考标记位置的不确定性，如下文所详细说明的。 
在只产生参考标记主信号的前面的实施例中，参考标记可以包括位于包括光栅的标度轨迹上的镜状参考标记部分(例如，见图1的参考标度轨迹88)或者包括位于镜状参考标度轨迹上的光栅型参考标记部分(例如，见图2的参考标度轨迹88’)。然而，在下文所述的还产生参考标记副信号的实施例中，由于下文所述的原因，参考标记不能包括由镜状轨迹部分包围的光栅型参考标记部分。 
应该理解的是，在下文的说明中，图中采用了上文所述的图中的一定元件与对应或相似的元件相关的的附图编号习惯，从而它们通过类比可以被理解，而不需要多加说明。根据这个编号习惯，具有相似后缀和/或形式的附图编号可以类似，并且可以具有相似的设计和操作原理(例如，1680与880类似，50G-SE与50C-SE类似等)。这与在图1-12中频繁使用的编号习惯相似。然而，另外，对于在下文所述的图中的与产生参考标记主信号相关的元件，还可以将“P”插入后缀。因此，例如，基于相似的数字后缀“20BR2”作为带有表示“主”的“P”的变型，编号为1620BPR2的元件可以与编号为820BR2的元件类似。类似地，编号为1390PR1的元件可以与编号为790R1的元件类似等等。另外，对于在下文所述的图中的与产生参考标记副信号相关的元件，对于类似的元件可以将“S”插入后缀。例如，除了被用于提供参考标记副信号的事实之外，基于相似的数字后缀“90R1”作为带有表示“副”的“S”的变型，编号为1590SR1的接收 器光纤可以与编号为890R1的接收器光纤类似。 
图13是示意性示出根据本发明的参考信号产生构造13000的第五实施例的一部分的操作的各个方面的等距视图。根据前面参照图7所述的原理，参考信号产生构造13000产生参考标记主信号，并且，除了在下文中特别指明之外，图13和图7中的以类似数字编号的元件可以在形式和操作上相似或相同。图13示出了参考信号产生构造的13000的各个元件，参考信号产生构造13000包括参考标记读取头光纤配置1300、参考标记主信号作用区50E-SE和掩膜元件1361。如图13所示，参考标记读取头光纤配置1300可以包括接收光纤1390PR1、1390PR1’、1390PR2和1390PR2’以及接收光纤1390SR1和1390SR2，该接收光纤1390PR1、1390PR1’、1390PR2和1390PR2’接收和提供参考标记主信号PREF1、PREF1’、PREF2和PREF2’，该接收光纤1390SR1和1390SR2接收和提供参考标记副信号SREF1和SREF2，如下文进一步说明的。 
参考标记主信号作用区域50E-SE可以与图7所示的参考标记信号作用区域50B-SE类似或相同。另外，接收光纤1390PR1、1390PR1’、1390PR2和1390PR2’可以与图7所示的790PR1、790PR1’、790PR2和790PR2’类似或相同。因此，根据前面说明的原理，可以理解这些元件的操作和所产生的信号。 
现在将对包括承载参考标记副信号SREF1和SREF2的接收光纤1390SR1和1390SR2的参考标记副信号接收器通道的操作进行说明。如前面所述(例如，参照图9)，当镜状参考标记部分被光栅轨迹部分包围时，光栅轨迹部分可以提供反射地衍射的+/-第一阶标度光，该+/-第一阶标度光将照射重叠而在靠近掩膜元件1361的接收器面的干涉区域中形成干涉条纹的区域。通过与前面的图类比，图13示出了这样的干涉区域1356-SSE，该 干涉区域也被称为参考标记副信号作用区域1356-SSE。应该理解的是，根据前面所述的原理，干涉条纹被参考标记主信号作用区域50E-SE附近的零阶反射光局部地破坏或支配，从而提供参考标记主信号PREF1、PREF1’、PREF2和PREF2’。 
位于掩膜元件1361的接收面的空间过滤掩膜1320SR1和1320SR2对由接收光纤1390SR1和1390SR2的端部所提供的接收器通道开口进行掩膜，并且对参考标记副信号作用区域1356-SSE中的干涉条纹进行空间过滤，以分别提供空间上的周期性信号SREF1和SREF2。在各个实施例中，空间过滤掩膜1320SR1和1320SR2具有以与干涉条纹的节距相同的节距布置的光阻断元件(light-blocking element)，并且以180度的名义空间相位差相对彼此被布置，以提供信号SREF1和SREF2，如下文参照图14更详细的说明的。应该理解的是，图13和后面的图中所示的光阻断元件的节距不必成比例地显示，并且可以为了图示的目的而被放大。 
为了提供可靠的参考标记主信号(例如，PREF1、PREF1’，PREF2和PREF2’)，与前面参照图6-11所述的相似的设计考虑可以被应用(例如，对APR12SEP和APR12SPAN进行与AR12SEP和AR12SPAN相似的处理等等)。为了提供可靠的参考标记副信号(例如，SREF1、SREF2)，参考标记主信号作用区域(例如，区域50E-SE)和参考标记副信号接收器通道开口(例如，由接收光纤1390SR1和1390SR2的端部所提供的)的尺寸和/或位置之间需要其它的设计关系。为了帮助说明这些关系，除了与前面参照图6-11所述的类似的尺寸之外，图13还示出了虚线ASR1L和ASR1R、以及ASR2L和ASR2R，该虚线ASR1L和ASR1R以及ASR2L和ASR2R标识了由接收光纤1390SR1和1390SR2所提供的示例性参考标记副信号接收器通道开口的x 轴方向的左边界和右边界。 
分隔距离ASR12SEP示出为ASR1R和ASR2L之间的距离。在根据本发明的各个实施例中，有益的是将参考标记产生构造(例如，参考信号产生构造13000)配置成： 
ASR12SEP≥2*LETOE        (公式6)
该关系对应于如下构造：参考标记主信号作用区域50E-SE可以位于由接收光纤1390SR1和1390SR2所提供的接收器通道开口之间，从而它们从干涉条纹光中得出想要的信号，而没有受主信号作用区域50E-SE的零阶反射光显著地影响。此时，参考标记主信号作用区域50E-SE可以相对于由接收光纤1390PR1、1390PR1’、1390PR2和1390PR2’所提供的接收器通道开口位于中心，从而在期望的主信号交叉区域产生期望的参考标记主信号(例如，PREF1、PREF1’、PREF2和PREF2’)，这一切与图13所示出的近似，如下文参照图14进行的更详细的说明。为了更好地确保这种期望的信号，如图13所示可以设置间隙尺寸PSCLR。PSCLR是当参考标记主信号作用区域50E-SE沿着测量轴82名义地位于那些边界的中心时从参考标记主信号作用区域50E-SE的边缘到参考标记信号副接收器通道开口的边界之间的间隙。从而，在各个实施例中： 
ASR12SEP＝(2*LETOE)+(2*PSCLR)      (公式7)
在各个实施例中，期望的是PSCLR大于零，或者更期望的是至少为10微米，在一些实施例中至少为25微米，在其它实施例中至少为50微米。 
图14是包括示意性示出参考标记主信号的信号图表70’和示意性示出参考标记副信号的信号图表60’的图，参考标记主信号和参考标记副信号均为根据本发明所产生。在各个实施例中，信号幅度、空间周期等可以与图14所示的信号幅度和空间周期 不同，图14仅仅是示例性的而非限制性的。为了进行说明，将对应于图13的参考信号产生构造13000来对信号进行说明。特别地，图14示出了组合参考标记主信号(PREF1+PREF1’)和(PREF2和PREF2’)的信号图表70’。信号图表70’与图8的信号图表70类似，具有适于对应于图13的说明的类似的尺寸名称。因此，根据前述原理，可以理解信号图表70’，差别仅在于，由信号交叉点74’所指示的主参考位置仅仅被认为是参考位置的主指示器(primary indicator)或第一指示器。如从信号交叉点74’延伸至信号图表60’的虚线所示，信号交叉点74’和/或主参考位置对于信号图表60’所示的参考标记副信号SREF1和SREF2具有明确固定的空间关系。 
如信号图表60’所示，并且如前所说明的，当根据本发明的参考标记读取头光纤配置沿着测量轴82相对于标度上的参考标记移动时，参考标记副信号SREF1和SREF2以与条纹节距对应的周期呈现空间周期性，并且由于空间过滤掩膜1320SR1和1320SR2的布置，参考标记副信号SREF1和SREF2彼此异相180度。信号图表60’还示出当参考标记主信号作用区域50E-SE越过对应于参考标记副信号的接收器通道开口时，它一般可以贡献DC信号分量(例如，DC信号分量SREF1DC或SREF2DC)，该DC信号分量增加到对应于该接收器通道开口的空间周期性信号分量。然而，如图14所示和前面所述的，当满足根据公式6和/或7的关系并且参考标记主信号位于主信号交叉区域中时，参考标记副信号SREF1和SREF2不需要包括显著的DC信号分量，这对于可靠地确定高分辨率的副参考位置有利。 
如图14示意性地示出，一般地，参考标记副信号SREF1和SREF2的特定副信号交叉区域比主信号交叉区域显著窄。应该理解的是，为了图示清楚，图14的信号关系是示意性示出的。 实际上，在各个实施例中，副信号交叉区域可以比主信号交叉区域窄10倍的量级。因此，在实际中，副信号SREF1和SREF2的特定信号交叉点64’的位置和相对应的副参考位置可以以比主信号交叉点74’和/或主参考位置更高(例如，大约高10倍)的空间分辨率和/或精度来确定。 
应该理解的是，特定信号交叉点64’一般可能不能从发生在其附近的其它周期性信号交叉点中分辨出。然而，主信号交叉点74’对信号图表60’所示的参考标记副信号SREF1和SREF2具有明确固定的空间关系，并且主信号交叉点74’具有比副信号SREF1和SREF2的+/-二分之一周期更好的分辨率和精度。因此，主信号交叉点74’可以用于可靠地指示或识别特定副信号交叉点64’。因此，根据本发明，基于特定副信号交叉点64’，可以可重复地且可靠地确定高分辨率的副参考位置。用于确定高分辨率的副参考位置的一个示例性信号处理方法在下文中参照图19进行了说明。 
图15是示意性示出根据本发明的参考信号产生构造的15000的第六实施例的部分的操作的各个方面的等距视图。根据前面参照图13所述的原理，参考信号产生构造15000产生参考标记信号，并且可以与上述说明类比而被理解。因此，下文仅对显著的差异进行说明。除了在下文中特别指明之外，在图15和图13中具有类似附图编号的元件可以在形式和操作上相似或相同。与图13所示的参考信号产生构造13000相比，参考信号产生构造15000的主要差异在于，参考标记主信号作用区域50F-SE的尺寸2*LETOE比图13所示的主信号作用区域50E-SE的尺寸2*LETOE显著地窄，并且与参考标记主信号PREF1、PREF1’、PREF2和PREF2’有关的接收器通道开口由掩膜元件1561限定。特别地，掩膜元件1561包括阻断掩膜部分1520BPR1、 1520BPR1’、1520BPR2和1520BPR2’以及开放开口掩膜部分1520PR1、1520PR1’、1520PR2和1520PR2’，这些掩膜部分分别位于接收光纤1590PR1、1590PR1’、1590PR2和1590PR2’上。该配置提供了圆形(在不同的实施例中或者其它形状)接收器通道开口，根据前面所述的原理，该圆形接收器通道开口具有被设计成对参考标记主信号作用区域50F-SE的期望尺寸2*LETOE进行补充的尺寸和位置。与参考信号产生构造13000相比，参考信号产生构造15000可以提供更大的间隙尺寸PSCLR，由于前面所述的原因，这是有好处的。在一些实施例中，开放开口掩膜部分1520PR1、1520PR1’、1520PR2和1520PR2’可以被构造成沿着测量轴82具有较小尺寸，以在较窄的主信号交叉区域中提供陡峭的参考标记主信号变化。在一些实施例中，这可以提高主信号交叉点74’的分辨率和/或精度，这可以有助于可靠地识别特定副信号交叉区域和/或信号交叉点。当参考标记副信号的空间周期小(例如，4微米的量级)时这可能特别有用。另外，基于前面参照图13以及说明书的其它地方所述的类似设计和操作，可以理解参考信号产生构造15000的设计和操作。 
图16是示意性示出根据本发明的参考信号产生构造16000的第七实施例的部分的操作的各个方面的等距视图。可以看出的是，与图13和图15所示的实施例相比，图16所示的光纤配置1600在XY平面内具有不同的旋转定位。这使得参考标记主信号作用区域50F-SE位于四根光纤而不是两根光纤的端部，以提供参考标记副信号接收器通道开口，该参考标记副信号接收器通道开口接收和提供四个副信号SREF1、SREF1’、SREF2和SREF2’(分别对应于光纤1690SR1、1690SR1’、1690SR2和1690SR2’)。另外，对应于副信号SREF1、SREF1’、SREF2和 SREF2’的每个接收器通道的设计原理和操作与前面参照图13所述的接收器通道类似。具有与图16和图13中所示的编号类似编号的元件可以具有相似的设计原理和操作，并且除了在下文中特别指明之外，可以通过类比而被理解。在图16所示的实施例中，空间过滤掩膜1620SR1和1620SR1’被配置成相对于位于参考标记副信号作用区域1356-SSE中的干涉条纹具有相同的空间相位。因此，副信号SREF1和SREF1’具有相同的空间相位，并且可以在信号处理期间被组合(或叠加)。空间过滤掩膜1620SR2和1620SR2’也被配置成具有相同的空间相位，并且与空间过滤掩膜1620SR1和1620SR1’异相180度。因此，副信号SREF2和SREF2’具有相同的空间相位，并且可以在信号处理期间类似地被组合。组合的副信号与信号图表60’中所示的独立副信号类似，并且可以相似地进行处理。 
参考信号产生构造16000利用与前面参照图10所述的用于产生类似信号REF1和REF2的光纤和掩膜配置相似或相同的光纤和掩膜配置来产生参考标记主信号PREF1和PREF2。图16和图10中具有类似编号的元件可以具有相似或相同的设计原理和操作。因此，根据前面所述的原理，可以理解用于产生参考标记主信号PREF1和PREF2的元件的设计和操作。独立的主信号PREF1和PREF2与图14中的信号图表70’中的组合的主信号类似，并且可以相似地进行处理。 
图17A和17B分别是17000A和17000B的图示，示出了可以替换图16所示的掩膜元件1661的开口掩膜构造的部分使用的可选开口掩膜构造。特别地，图17A和图17B示出对于与产生参考标记主信号PREF1和PREF2有关的掩膜元件的那些部分的可选开口掩膜构造，也可以被称为主开口构造。图17A、图17B中的具有与图16中的编号类似的编号的元件可以具有相似的设计原 理和操作，并且除非下文特别指明之外，可以通过类比而被理解。应该理解的是，未在图17A和图17B中清楚地示出的掩膜元件部分可以与图16中对于掩膜元件1661示出的部分相似或相同。 
与图16所示的阻断掩膜1620BPR1、开放开口掩膜1620PR1、阻断掩膜1620BPR2和开放开口掩膜1620PR2的构造相比，图17A中的主要差别在于，阻断掩膜1620BPR1’、开放开口掩膜1620PR1’、阻断掩膜1620BPR2’和开放开口掩膜1620PR2’提供了相对于测量轴方向横向延伸的左开口边缘和右开口边缘，这些横向开口边缘包括锯齿部，该锯齿部相对于Y轴呈角度，从而每个横向开口边缘跨越(span)从相邻开口边界(例如，由虚线APR2R所指示的边界)沿着测量轴82的方向朝着开口的相对边缘延伸的主开口边缘过渡尺寸PAET。仅对于开放开口掩膜1620PR2’的右边缘示出了代表性的尺寸PAET，然而，应该理解的是，对于图17A中的每个左开口边缘和/或右开口边缘存在类似的尺寸PAET。尺寸PAET不必对于每个开口边缘相同，尽管在各个实施例中，它们可以是相同的。通过使各开口边缘呈角度地跨越它们各自的尺寸PAET，经过开放开口掩膜1620PR1’和/或1620PR2’的任何干涉条纹被空间地过滤，从而它们的对参考标记主信号有贡献的破坏性周期光学信号的幅度至少部分地被抑制，特别是在前面参照图14所述的主信号交叉区域附近。在各个实施例中，如果每个尺寸PAET至少是掩膜元件的接收面处的一个条纹节距FP，则可以是有利的。在一些实施例中，每个尺寸PAET可以至少是FP的三倍或更多。在一些实施例中，尽管不是必须的，如果每个尺寸PAET名义地等于掩膜元件的接收面处的条纹节距FP的整数倍，则可以是有利的。应该理解的是，图17A和17B所示的条纹节距FP不必是成比例示 出的，并且为了图示的目的可以被放大。 
根据图17A中所示构造的区别方面，在一些实施例中，尽管不是必须的，如果至少对于沿着开口边缘的沿Y轴方向的长度的大部分，主开口宽度尺寸PAW名义地等于掩膜元件的接收面处的条纹节距FP的整数倍，则可以是有利的。在这种情况下，对于越过开放开口掩膜1620PR1’或1620PR2’的任何条纹的破坏性光信号的贡献将趋于更恒定，特别是在主信号交叉区域附近，这比来自条纹的可变信号贡献对参考标记主信号交叉位置的破坏性小。主开口宽度尺寸PAW可以沿着Y轴方向变化，或者可以是恒定的。在任何情况下，可以在沿着Y轴的每个位置定义沿着测量轴82的方向的开放开口尺寸。这种设计特征可以与如图17A所示的非零主开口边缘过度尺寸PAET组合使用，或者与沿着Y轴方向对齐的直开口边缘进行组合也可以是有利的。 
图17B示出了可以通过与对前面图17A所说明的进行类比而能理解的构造。特别地，阻断掩膜1620BPR1”、开放开口掩膜1620PR1”、阻断掩膜1620BPR2”和开放开口掩膜1620PR2”提供了相对于测量轴方向横向延伸的左开口边缘和右开口边缘，并且这些横向开口边缘相对于Y轴成角度，从而每个横向开口边缘跨越从相邻开口边界(例如，由虚线APR2R所指示的边界)沿着测量轴82的方向朝着开口的相对边缘延伸的主开口边缘过渡尺寸PAET。与图17A的构造相比，主要的差别在于，图17B中所示的开口具有“旋转矩形”的特征，而不是具有锯齿边缘。无论如何，图17B所示的开口具有可以满足上面参照图17A所述的设计原理的类似的尺寸PAET和PAW。基于图17A和17B的前述示例，应该理解的是，开口边缘可选地可以在主开口边缘过渡尺寸PAET上具有弯曲的(而不是直线或成角度的)、 或者以某些其它方式蜿蜒的段(segment)，并且这种设计也可以满足前面参照图17A所述的设计原理。因此，应该理解的是，前述示例仅仅是示例性的而不是限制性的。还应该理解的是，根据参照图17A和图17B所述的原理而设计的开口可以通用地适用于本发明的各种其它实施例中(例如，替换图10或图11所示的参考信号开口等等)。 
图18是示出根据本发明的参考信号产生构造18000的第八实施例的部分的等距视图。大体基于与图11相关的参考标记信号产生示教，参考信号产生构造18000的设计和操作可以认为是组合了与上面参照图16所述的类似的四通道参考标记副信号产生构造的两通道参考标记主信号产生构造。因此，基于前面的说明，大体可以理解参考信号产生构造18000的设计和操作。除了特别指明之外，编号为18XX序列的元件在设计原理、操作和在一些情况下的形式与编号为16XX序列的元件类似或相类似。因此，下面仅对参考信号产生构造18000和16000之间的显著差异进行说明。 
参考信号产生构造18000包括积分读取头光纤配置1800、参考标记信号作用区域50H-SE和相位掩膜元件1861。应该理解的是，参考标记信号作用区域50H-SE包括两部分50H1-SE和50H2-SE。一般地，参考标记信号作用区域50H-SE与图11所示的两部分参考标记信号作用区域50D-SE类似，并且可以类似地被理解。下面将对与参考标记信号作用区域50H-SE有关的其它设计考虑进行说明。与图16所示的实施例相比，可以看出的是，图18所示的光纤配置1800在XY平面具有不同的旋转定位，具有由沿着X轴方向彼此距离最远的两根光纤1890PR1和1890PR2提供的参考标记主信号PREF 1和PREF2以及由沿着X轴方向彼此最靠近的四根光纤1890SR1、1890SR1’、1890SR2和1890SR2’ 提供的四个参考标记副信号SREF1、SREF1’、SREF2和SREF2’。另外，对应于副信号SREF1、SREF1’、SREF2和SREF2’的每个接收器通道的设计原理和操作与前面参照图16所述的类似。特别地，空间过滤掩膜1820SR1和1820SR1’被布置成相对于参考标记副信号作用区域1856-SSE中的干涉条纹具有相同的空间相位。从而，副信号SREF1和SREF1’具有相同的空间相位，并且可以在信号处理期间被组合(例如，叠加)。空间过滤掩膜1820SR2和1820SR2’也被配置成具有相同的空间相位，与空间过滤掩膜1820SR1和1820SR1’异相180度。因此，副信号SREF2和SREF2’具有相同的空间相位，并且可以在信号处理期间类似地被组合。组合的副信号与信号图表60’中所示的独立的副信号类似，并且可以相似地进行处理。 
参考信号产生构造18000利用包括阻断掩膜1820BPR1、开放开口掩膜1820PR1、阻断掩膜1820BPR2和开放开口掩膜1820PR2的开口掩膜构造来产生参考标记主信号PREF1和PREF2，这些掩膜是根据前面参照图17A所述的设计原理构造而成。开口掩膜构造与信号作用子区域50H1-SE和50H2-SE协同工作，该信号作用子区域50H1-SE和50H2-SE具有独立的尺寸2LSEG和内“边缘到边缘”尺寸2*LETOE。应该理解的是，信号作用子区域由相对应的镜部分参考标记(未示出)来提供，该镜部分参考标记由此被指定为50H，该镜部分参考标记包括具有独立尺寸LSEG并且提供内“边缘到边缘”尺寸LETOE的被指定为50H1和50H2的两个镜子部分或参考标记部分。尽管在图18所示出的特定实施例中，尺寸2*LETOE对应于两个信号作用子区域50H1-SE和50H2-SE的内边界之间的距离，但是应该理解的是，在可选的实施例中，子区域50H1-SE和50H2-SE之间的关系可以被设置成，使它们的外边界(而不是内边界)之间的距离 对应于相同的尺寸2*LETOE。在两种情况中的任意一种情况下，应该理解的是，通过根据上文关于公式1-5所述的尺寸考虑和信号考虑来选择边缘到边缘的长度LETOE，能够提供稳健的参考标志主信号产生构造，特别是当满足公式2和3或者4和5的关系时。如前面参照图14以及参照图12所述的，由积分信号产生构造18000所提供的参考标记主信号PREF1和PREF2在信号交叉区域中呈现期望的参考标记主信号关系。 
与参考信号产生构造16000相比，在参考信号产生构造18000中，参考标记副信号接收器通道开口沿着X轴方向位于参考标记主信号接收器通道开口之间。在这种情况下，为了提供可靠的参考标记副信号(例如，SREF1、SREF1’、SREF2和SREF2’)，参考标记主信号作用子区域50H1-SE和50H2-SE以及参考标记副信号接收器通道开口(例如，由光纤1890SR1、1890SR1’、1890SR2和1890SR2’结合空间过滤掩膜1820SR1、1820SR1’、1820SR2和1820SR2’所提供的)的尺寸和/或位置之间需要其它的设计关系。特别地，公式6和7不适用于这种情况。在这种情况下，取而代之，有利地是将参考信号产生构造(如信号产生构造18000)配置成： 
ASR12SPAN≤2*LETOE        (公式8)
这种关系对应于如下构造：参考标记主信号作用子区域50H1-SE和50H2-SE可以位于参考标记副信号接收器通道开口之外，从而它们从干涉条纹光中得出期望的信号，而不会受主信号作用子区域50H1-SE和50H2-SE的零阶反射光的显著影响。此时，参考标记主信号作用子区域50H1-SE和50H2-SE的边缘可以相对于由开放开口掩膜1820PR1和1820PR2提供的接收器通道开口位于中心(如图18所示)，从而根据前面所述的原理在期望的主信号交叉区域产生期望的参考标记主信号(例如，PREF1 和PREF2’)。为了更好地确保这种期望的信号，如图18所示，可以设置间隙尺寸PSCLR。通过与前面的说明类比，PSCLR是当参考标记主信号作用区域(例如，区域50H-SE)名义地相对于沿着测量轴82的那些边界位于中心时从参考标记主信号作用区域(或者子区域)的边缘到相邻的参考标记副信号接收器通道开口的边界的间隙。从而，在与图18所示的实施例类似的各个实施例中： 
ASR12SPAN＝(2*LETOE)-(2*PSCLR)     (公式9)
在与图18所示的实施例相似的各个实施例中，期望的是PSCLR大于零，或者更期望的是至少为10微米，在一些实施例中至少为25微米，在其它实施例中至少为50微米。 
图19是示意性示出与根据本发明的主参考信号和副参考信号有关的各种信号关系，以及相关的一种信号处理方法的某些方面的图。特别地，图19的最下部和最上部分别再现了信号图表60’和70’的信号图表部分1430和1440，并且可以基于前面的说明而理解。如下面更详细说明的图19还示出了得出的信号图表1940和1930，以及示意性地表示的逻辑信号1945和1935。 
信号图表1940示出信号处理后的差值信号PDIFF，该差值信号是从图表1440的信号得出的，并且等于组合的参考标记主信号(PREF1+PREF1’)和(PREF2+PREF2’)之间的差值。信号图表1940还示出PDIFF的上阈值PUTR和PDIFF的下阈值PLTR，该PDIFF的上阈值PUTR和PDIFF的下阈值PLTR限定了与主信号差值PDIFF相比的上参考信号水平和下参考信号水平。在一个示例性信号处理方法中，PUTR和PLTR相对于PDIFF零信号水平1921彼此相等地间隔开，该PDIFF零信号水平1921对应于信号交叉点74’，该信号交叉点74’被取为主参考位置。在一个示例性信号处理方法中，当PDIFF的值位于PLTR和PUTR之间 时，主参考位置指示器信号1945将被切换为高状态1945’，这指示根据本发明的读取头在与PLTR和PUTR之间的范围大致对应的第一不确定范围和/或第一分辨率水平内位于靠近根据本发明的参考标记的主参考位置的位置。 
信号图表1930示出了信号处理后的差值信号SDIFF，该差值信号SDIFF是从图表1430的信号得出的，并且等于参考标记副信号SREF1和SREF2之间的差值。信号图表1930还示出SDIFF的上阈值SUTR和SDIFF的下阈值SLTR，该SDIFF的上阈值SUTR和SDIFF的下阈值SLTR限定了与副信号差值SDIFF相比的上参考信号水平和下参考信号水平。在一个示例性信号处理方法中，SUTR和SLTR相对于SDIFF零信号水平1920彼此相等地间隔开，该SDIFF零信号水平1920对应于信号交叉点64，该信号交叉点64被取为副参考位置。在一个示例性信号处理方法中，当SDIFF的值位于SLTR和SUTR之间时，副参考位置指示器信号1935将被切换为高状态1935’。应该理解的是，根据本发明的读取头和参考标记标度可以被构造成能够以足够的分辨率和可重复性提供主参考位置指示器信号高状态1945’，从而可以明确地对应于主参考位置指示器信号的高状态1935’的单一情况(single instance)1936。高状态1935’的这种单一情况可以指示，根据本发明的读取头在与PLTR和PUTR之间的范围大致对应的第二不确定范围和/或第二分辨率水平内位于靠近根据本发明的参考标记的副参考位置的位置。根据前面说明的原理，该第二不确定范围和/或第二分辨率水平可以显著地好于第一不确定范围和/或第一分辨率水平。在各种实施例中，可以利用已知的技术基于信号1945和1935的状态的逻辑操作来建立对于高状态1935’的单一情况1936的识别。在一个实施例中，对应关系correspondence)可以简单地通过两信号同时地处于它们的高状 态来指示，如图19所示。然而，在其它实施例中，对应关系可以基于更复杂的处理(例如，包括基于信号1945和1935的上升边和下降边之间的关系的处理等)来建立。因此，图19所示的方法和信号仅仅是示例性的，而不是限制性的。 
在一个实施例中，仅基于信号1945，可以以0.2微米的量级的分辨率和精度确定主参考位置。如上所述，基于利用信号1935与信号1945结合，则可以以20纳米量级的分辨率和精度来确定副参考位置。 
图20A和图20B分别示出图示20000A和20000B，图示20000A和20000B分别包括可选参考标记50-M’和50-M”。在各个实施例中，参考标记构造50-M’和50-M”可替换图5所示的参考标记50-M来使用，并且可以通过类比大体被理解。然而，与参考标记50-M相比，相对于测量轴方向横向延伸的参考标记50-M’和50-M”的横向边缘包括相对于Y轴方向成角度的部分，使得横向边缘不是直的。换种说法，即，每个参考标记50-M’和50-M”的横向边缘被构造成，使得横向边缘的不同的各个部分沿着测量轴方向具有各个位置，该各个位置作为沿着相对于测量轴方向横向的方向的位置的函数而变化。特别地，沿着测量轴方向的各个位置，沿着测量轴方向跨越对应的参考标记边缘过渡区域RMET，该各个位置作为沿着相对于测量轴方向横向的方向的位置的函数而变化。在各个实施例中，如果沿着测量轴方向的各个位置沿着测量轴的横向方向反复地来回(backand forth)改变，则可以是有利的。在操作中，这种边缘构造可以有助于抑制边缘衍射效果，否则对于直边缘可能出现该边缘衍射效果。这种边缘衍射效果可能向参考标记主信号和/或参考标记副信号增加不想要的不规则性。当使用这种边缘构造时，方便的是，将尺寸LETOE定义为从第一参考标记边缘过渡区域 RMET的中间到可操作地对应的第二参考标记边缘过渡区域RMET的中间的距离(例如，近似如图20A和图20B示出的尺寸LETOE’和LETOE”)。利用这样定义的尺寸LETOE，参考标记则可以被设计成满足上面参照公式1-9所述的想要条件。在各个实施例中，如果在这种第一和第二参考标记边缘过渡区域中的横向边缘被构造成是第一参考标记部分横向边缘的相对于沿着与测量轴方向垂直的方向的对称轴的镜像，从而所形成的在信号交叉区域内交叉的参考标记主信号也可以趋于具有相对稳健的镜像对称性。 
尽管已经结合如上所述的示例性实施例对本发明进行了说明，然而，显然的是上述的实施例和设计因素是其它可选的实施例、修改和变化的指示，这些对于本领域普通技术人员来说是显而易见的。作为第一个例子，尽管上述说明叙述了包括镜型参考标记部分的实施例，该镜型参考标记部分包括平面镜，更一般地“显著的零阶反射”参考标记部分可用于代替镜参考标记部分。这种“显著的零阶反射”部分可以包括如下这样的任何表面配置：该表面配置提供大量的零阶反射光，和/或干扰大量的+/-第一阶反射光，从而使对应的参考标记信号水平能够从相邻的“零阶反射抑制”部分(例如，增量测量标度光栅的部分或光栅轨迹部分)所形成的信号水平区分开。例如，在各个实施例中，“显著的零阶反射”部分可以包括具有80-20占空比(例如，类似于图5所示的相位光栅，但是具有WE＝0.8*Pg和WG＝0.2*Pg)或70-30占空比等相位光栅。在各个其它的实施例中，零阶反射部分可以包括50-50占空比相位光栅，但具有不抑制零阶反射的光栅条高度(例如，类似于图5所示的相位光栅，但是具有HE＝0.5*照射波长或HE＝0.1*照射波长等等)。在其它的实施例中，零阶反射部分的一个或多个光栅元件可以被制造成具有与 标度的其它部分不同的反射率。 
作为第二个例子，应该理解的是，在例如图6A、图6B和图7所示的实施例中，独立参考信号REF1和REF1’是冗余的，并且独立参考信号REF2和REF2’是冗余的。尽管关于信号强度和/或对齐灵敏度(alignment sensitivity)的某些优点可以从这种冗余中得到，一般地，在这里公开的使用冗余信号的任何实施例中(包括使用冗余参考标记主信号或冗余参考标记副信号)，冗余信号可以被去除，并且相关的光纤配置可由比这里所图示得更少的光纤和/或参考标记信号接收器通道组成。 
作为第三个例子，尽管本发明的各个实施例使用直标度轨迹来进行了图示，但是相同或相似的实施例可以使用曲线或圆形标度轨迹。因此，在各个实施例中，术语标度轨道和测量轴方向例如可以解释为是指圆形或曲线轨迹或测量轴，并且相关的图示可以解释为示出这种圆形或曲线轨迹或测量轴的切线部分。 
另外，诸如用于开口的成角度的横向边缘和/或参考标记的各种特征已经在同时提供参考标记主信号和参考标记副信号的构造的上下文中进行了说明。然而，当用于只提供参考标记主信号的构造中时，这些特征也可以提供好处(例如，参照图6A-12所述的各种构造)。因此，如上所述的本发明实施例的本意是说明性的，而不是限定性的。在没有背离本发明的精神和范围的情况下可以进行多种改变。 
本发明的实施例所要求保护的排他性产权或特权如随附的权利要求所限定。 
相关申请的交叉参考
本申请是2007年3月24日提交的专利申请号为11/782,608的专利申请的部分继续申请，该申请的内容通过引用的方式清楚地包含在此。 

Claims (20)

1.一种光纤光学读取头和标度配置，其包括光纤光学参考信号产生构造，该光纤光学参考信号产生构造可用于提供沿着测量轴方向彼此相对移动的两个构件之间的参考位置的指示，该光纤光学参考信号产生构造包括：
第一光纤光学读取头的至少一部分，第一光纤光学读取头的该至少一部分包括输出第一发散光源光的光源及被构造成提供各自的参考标记信号的至少第一和第二光纤光学参考标记信号接收器通道，所述第一光纤光学参考标记信号接收器通道包括第一参考标记信号接收器通道光纤和第一参考标记信号接收器通道开口，所述第二光纤光学参考标记信号接收器通道包括第二参考标记信号接收器通道光纤和第二参考标记信号接收器通道开口；以及
第一标度轨迹的至少一部分，第一标度轨迹的该至少一部分沿着测量轴方向在标度构件上延伸并且被配置成反射所述第一发散光源光以向所述第一光纤光学读取头提供标度光，第一标度轨迹的该至少一部分包括：
第一类型轨迹部分，该第一类型轨迹部分被构造成当由所述发散光源光照射时在参考标记信号作用区域之外提供第一量的零阶反射光；
至少一个参考标记部分，该至少一个参考标记部分位于所述第一类型轨迹部分内，该至少一个参考标记部分被构造成当由所述发散光源光照射时在所述参考标记信号作用区域中提供第二量的零阶反射光，其中，所述参考标记信号作用区域和所述至少一个参考标记部分沿着所述测量轴方向对齐，并且所述第一量的零阶反射光和所述第二量的零阶反射光不同，使得所述第一参考标记信号接收器通道开口和所述第二参考标记信号接收器通道开口根据它们与至少一个参考标记的接近度接收可检测的不同量的零阶反射光，
其中：
对于沿着所述测量轴方向彼此相对移动的所述两个构件之间的至少一个位置，所述标度光包括干涉条纹；
所述第一和第二参考标记信号接收器通道开口均包括位于靠近它们的参考标记信号接收器通道光纤的端部的位置、覆盖该参考标记信号接收器通道光纤的光承载芯区的一部分的各自开口掩膜，并且所述各自开口掩膜包括至少第一横向开口边缘，该至少第一横向开口边缘包括不与所述测量轴方向垂直的部分并且跨越从相邻的开口边界沿着所述测量轴方向朝向相对的横向开口边缘延伸的开口边缘过渡尺寸PAET；
所述第一和第二参考标记信号接收器通道开口被构造成，使得当所述第一光纤光学读取头相对于所述第一标度轨迹可操作地定位时，所述第一和第二参考标记信号接收器通道开口的沿着所述测量轴方向彼此最接近的开口边界沿着所述测量轴方向分离开尺寸AR12SEP，并且所述第一和第二参考标记信号接收器通道开口的沿着所述测量轴方向彼此最远离的开口边界沿着所述测量轴方向跨越总开口跨越尺寸AR12SPAN；
所述至少一个参考标记部分被构造成，使得参考标记部分的两边界沿着所述测量轴方向分离开边缘到边缘尺寸LETOE；
所述至少一个参考标记部分及所述第一和第二光纤光学参考标记信号接收器通道被构造成使得AR12SEP＜(2*LETOE)＜AR12SPAN；以及
当所述第一光纤光学读取头相对于所述第一标度轨迹可操作地定位时，所述至少第一和第二光纤光学参考标记信号接收器通道通过它们的开口输入部分所述标度光，并且传送所述标度光的该输入部分以提供它们各自的参考标记信号，该各自的参考标记信号提供位于靠近所述至少一个参考标记部分的信号交叉区域内的参考位置的第一指示。
2.根据权利要求1所述的光纤光学读取头和标度配置，其特征在于，所述光纤光学参考信号产生构造是根据单一部分参考标记构造和两子部分参考标记构造中的一种而构造的，其中：
在所述单一部分参考标记构造中，所述至少一个参考标记部分由单一参考标记部分构成，并且该单一参考标记部分的外边界沿着所述测量轴方向被分离开从边缘到边缘尺寸LETOE；以及
在所述两子部分参考标记构造中，所述至少一个参考标记部分包括根据构造A和构造B中的一种而构造的第一和第二参考标记子部分，其中，在构造A中，所述第一和第二参考标记子部分的沿着所述测量轴方向最接近的边界被分离开所述边缘到边缘尺寸LETOE，在构造B中，所述第一和第二参考标记子部分的沿着所述测量轴方向最远离的边界被分离开所述边缘到边缘尺寸LETOE。
3.根据权利要求2所述的光纤光学读取头和标度配置，其特征在于，
当所述第一光纤光学读取头相对于所述第一标度轨迹可操作地定位时，所述干涉条纹在所述各自开口掩膜的平面具有条纹节距FP，并且所述开口边缘过渡尺寸PAET跨越所述各自开口掩膜的平面处的至少一个干涉条纹节距FP。
4.根据权利要求3所述的光纤光学读取头和标度配置，其特征在于，所述开口边缘过渡尺寸PAET名义上等于所述各自开口掩膜的平面处的干涉条纹节距FP的整数倍。
5.根据权利要求3所述的光纤光学读取头和标度配置，其特征在于，所述相对的横向开口边缘包括所述各自开口掩膜的第二横向开口边缘，并且所述第一和第二开口边缘沿着所述测量轴方向在所述第一和第二开口边缘之间限定开口宽度尺寸PAW，在沿着相对于所述测量轴方向横向的方向的每个位置限定所述尺寸PAW。
6.根据权利要求5所述的光纤光学读取头和标度配置，其特征在于，至少沿着所述第一和第二开口边缘的大部分长度所述尺寸PAW名义上等于所述各自开口掩膜的平面处的干涉条纹节距FP的整数倍。
7.根据权利要求6所述的光纤光学读取头和标度配置，其特征在于，所述开口边缘过渡尺寸PAET名义上等于所述各自开口掩膜的平面处的干涉条纹节距FP的整数倍。
8.根据权利要求7所述的光纤光学读取头和标度配置，其特征在于，沿着所述第一和第二开口边缘的长度所述尺寸PAW名义上恒定。
9.根据权利要求3所述的光纤光学读取头和标度配置，其特征在于，
所述第一发散光源光是空间相干且单色的；
所述第一类型轨迹部分是相位光栅部分；以及
所述至少一个参考标记部分是零阶反射部分，该零阶反射部分是镜部分和具有第一占空比的相位光栅中的一个，其中该相位光栅的升高面和凹槽面的尺寸沿着所述测量轴方向不相等。
10.根据权利要求9所述的光纤光学读取头和标度配置，其特征在于，所述零阶反射部分是具有所述第一占空比的相位光栅。
11.根据权利要求9所述的光纤光学读取头和标度配置，其特征在于，
所述第一标度轨迹包括沿着所述测量轴方向遍布位移测量范围的反射周期性标度光栅，所述反射周期性标度光栅是被构造成反射所述第一发散光源光、抑制包含在所形成的标度光中的零阶反射光并且在整个所述位移测量范围在所形成的标度光中提供空间周期性强度图案的相位光栅，其中，所述空间周期性强度图案包括具有干涉条纹节距FP的干涉条纹；
所述第一光纤光学读取头还包括多个各自的光纤光学增量测量信号接收器通道，该多个各自的光纤光学增量测量信号接收器通道被构造成提供各自的空间周期性增量测量信号，每个光纤光学增量测量信号接收器通道包括各自的增量测量信号接收器通道光纤和靠近该光纤的端部配置的各自的增量测量信号接收器通道空间相位掩膜部分，所述增量测量信号接收器通道空间相位掩膜部分具有各自的空间相位并且具有用于空间地过滤包含在从所述第一标度轨迹反射的所述标度光中的所述空间周期性强度图案的、以可操作的节距配置的光阻断元件，
其中：
所述光纤光学读取头和标度配置被构造成，使得所述各自的参考标记信号以小于所述空间周期性增量测量信号的+/-二分之一周期的位置可重复性提供位于靠近所述至少一个参考标记部分的信号交叉区域内的参考位置的指示。
12.根据权利要求11所述的光纤光学读取头和标度配置，其特征在于，
所述第一光源包括光源光纤的端部；
至少第一和第二参考标记信号接收器通道光纤以及每个所述各自的增量测量信号接收器通道光纤被定位成平行于所述光源光纤并且靠近所述光源光纤；以及
位于所述第一光纤光学读取头内的所有光纤，包括所述光源光纤、至少第一和第二参考标记信号接收器通道光纤以及每个所述各自的增量测量信号接收器通道光纤，都位于直径为至多1.5mm的筒状容积内。
13.根据权利要求11所述的光纤光学读取头和标度配置，其特征在于，所述反射周期性标度光栅的光栅节距为至少2微米，且至多8微米。
14.根据权利要求11所述的光纤光学读取头和标度配置，其特征在于，被构造成在所述参考标记信号作用区域之外提供第一量的零阶反射光的所述第一类型轨迹部分是由靠近所述至少一个参考标记部分的所述反射周期性标度光栅的部分来提供的。
15.根据权利要求11所述的光纤光学读取头和标度配置，其特征在于，
所述光纤光学参考信号产生构造是根据所述单一部分参考标记构造而构造的；
所述相对的横向开口边缘包括所述各自开口掩膜的第二横向开口边缘，并且所述第一和第二开口边缘沿着所述测量轴方向在所述第一和第二开口边缘之间限定开口宽度尺寸PAW，其中，在沿着相对于所述测量轴方向横向的方向的每个位置限定所述尺寸PAW，并且至少沿着所述第一和第二开口边缘的大部分长度所述尺寸PAW名义上等于所述各自开口掩膜的平面处的干涉条纹节距FP的整数倍；以及
所述开口边缘过渡尺寸PAET名义上等于所述各自开口掩膜的平面处的干涉条纹节距FP的整数倍。
16.根据权利要求9所述的光纤光学读取头和标度配置，其特征在于，
所述第一类型轨迹部分是被构造成反射所述第一反射光源光、抑制包含在所形成的标度光中的零阶反射光并且在至少一部分的所形成的标度光中提供具有干涉条纹节距FP的干涉条纹的相位光栅部分；以及
所述光纤光学参考信号产生构造包括被构造成提供各自的参考标记信号的至少第三和第四光纤光学参考标记信号接收器通道，
其中：
所述第三光纤光学参考标记信号接收器通道包括第三参考标记信号接收器通道光纤和由具有第一空间相位的第一空间过滤掩膜进行掩膜的第三参考标记信号接收器通道开口；
所述第四光纤光学参考标记信号接收器通道包括第四参考标记信号接收器通道光纤和由具有第二空间相位的第二空间过滤掩膜进行掩膜的第四参考标记信号接收器通道开口；
在所述单一部分参考标记构造中，所述第三和第四参考标记信号接收器通道开口被构造成，使得所述第三和第四参考标记信号接收器通道开口的彼此最接近的边界沿着所述测量轴方向分离开尺寸ASR12SEP，并且ASR12SEP为至少(2*LETOE)；
在所述两子部分参考标记构造中，所述第三和第四参考标记信号接收器通道开口被构造成，使得所述第三和第四参考标记信号接收器通道开口的沿着所述测量轴方向彼此最远离的边界沿着所述测量轴方向分离开尺寸ASR12SPAN，并且ASR12SPAN为至多(2*LETOE)；
至少第一和第二光纤光学参考标记信号接收器通道是参考标记主信号接收器通道，并且它们各自的参考标记信号是各自的参考标记主信号，该各自的参考标记主信号利用第一水平分辨率提供位于靠近所述至少一个参考标记部分的信号交叉区域内的主参考位置的指示；以及
至少第三和第四光纤光学参考标记信号接收器通道是参考标记副信号接收器通道，并且它们各自的参考标记信号是各自的参考标记副信号，当所述第一光纤光学读取头相对于所述第一标度轨迹可操作地定位时，至少第三和第四光纤光学参考标记信号接收器通道通过它们的开口输入包括所述干涉条纹的部分所述标度光并传送该输入光以提供它们各自的参考标记副信号，该各自的参考标记副信号利用比所述第一水平分辨率更精细的第二水平分辨率提供位于靠近所述至少一个参考标记部分的信号交叉区域内的副参考位置的指示。
17.根据权利要求16所述的光纤光学读取头和标度配置，其特征在于，
在所述单一部分参考标记构造中，所述尺寸ASR12SEP等于[(2*LETOE)+(2*PSCLR)]；
在所述两子部分参考标记构造中，所述尺寸ASR12SPAN等于[(2*LETOE)-(2*PSCLR)]；以及
PSCLR为至少10微米。
18.根据权利要求16所述的光纤光学读取头和标度配置，其特征在于，
所述第二空间相位与所述第一空间相位名义上180度异相；
所述光纤光学读取头和标度配置被构造成，使得当所述第一光纤光学读取头相对于所述第一标度轨迹可操作地定位并且所述第一光纤光学读取头横穿所述至少一个参考标记部分时：
第一参考标记主信号在横穿期间降低，并且第二参考标记主信号在横穿期间增大，使得第一和第二参考标记主信号在所述信号交叉区域内靠近主信号交叉点提供相等信号值；
第三参考标记副信号在横穿期间周期性地降低和增大，并且第四参考标记副信号在横穿期间周期性地增大和降低，使得第三和第四参考标记副信号在所述信号交叉区域内靠近多个副信号交叉点中的每个交叉点提供相等信号值；以及
所述副参考位置被指示在靠近副信号交叉点的位置处，该副信号交叉点靠近所述信号交叉区域内的所述主信号交叉点。
19.根据权利要求16所述的光纤光学读取头和标度配置，其特征在于，
所述光纤光学参考信号产生构造是根据所述单一部分参考标记构造而构造的；
所述相对的横向开口边缘包括所述各自开口掩膜的第二横向开口边缘，并且所述第一和第二开口边缘沿着所述测量轴方向在所述第一和第二开口边缘之间限定开口宽度尺寸PAW，其中，在沿着相对于所述测量轴方向横向的方向的每个位置限定所述尺寸PAW，并且至少沿着所述第一和第二开口边缘的大部分长度所述尺寸PAW名义上等于所述各自开口掩膜的平面处的干涉条纹节距FP的整数倍；以及
所述开口边缘过渡尺寸PAET名义上等于所述各自开口掩膜的平面处的干涉条纹节距FP的整数倍。
20.根据权利要求1所述的光纤光学读取头和标度配置，其特征在于，
所述至少一个参考标记部分包括沿着相对于所述测量轴方向横向的方向延伸的参考标记部分第一横向边缘，并且所述至少一个参考标记部分被构造成，使得该第一横向边缘的不同的各个部分具有沿着所述测量轴方向的各自位置，该各自位置作为沿着相对于所述测量轴方向横向的方向的位置的函数而变化，
沿着所述测量轴方向的所述各自位置沿着相对于所述测量轴方向横向的方向重复地来回改变，所述各自位置沿着所述测量轴方向跨越相对应的参考标记边缘过渡区域，
为了限定LETOE，所述第一横向边缘的边界被限定成位于所述相对应的参考标记边缘过渡区域沿着所述测量轴方向的中间的位置；
所述至少一个参考标记部分包括沿着相对于所述测量轴方向横向的方向延伸的参考标记部分第二横向边缘，并且所述至少一个参考标记部分被构造成使得该第二横向边缘的不同的各个部分具有沿着所述测量轴方向的各自位置，该各自位置作为沿着相对于所述测量轴方向横向的方向的位置的函数而变化；以及
所述参考标记部分第二横向边缘被构造成是所述参考标记部分第一横向边缘的相对于沿着与所述测量轴方向垂直的方向的对称轴的镜像。
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