DE102015209716A1 - Optical encoder with customizable resolution - Google Patents

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    • G01D5/26Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
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    • G01D5/36Forming the light into pulses
    • G01D5/38Forming the light into pulses by diffraction gratings

Abstract

Eine flexible optische Wegmesssystemkonfiguration verwendet ein Ausgangsgitter, um eine Skala mit strukturiertem Licht zu beleuchten, so dass Licht von der Skala mit einer Schwebungsfrequenzhüllkurve moduliert wird, die eine relativ grobe Teilung aufweisen kann, die mit einer gewünschten Detektorteilung übereinstimmt. Eine Bildgebungskonfiguration stellt räumliches Filtern bereit, um die hohen räumlichen Frequenzen aus der Modulationshüllkurve zu entfernen, um ein sauberes Signal in dem detektierten Streifenmuster bereitzustellen. Diese Kombination von Elementen ermöglicht ein inkrementales Skalenspurmuster mit einer relativ feineren Teilung (z. B. 4, 5, 8 Mikrometer), um Streifen mit einer gröberen Teilung (z. B. 20 Mikrometer) an einem Detektor bereitzustellen. Diverse Skalenauflösungen können ein entsprechendes Ausgangsgitter verwenden, so dass alle Kombinationen Detektorstreifen erzeugen können, die mit der gleichen kostengünstigen Detektorkomponente übereinstimmen.A flexible optical path measuring system configuration uses an output grating to illuminate a structured light scale so that light from the scale is modulated with a beat frequency envelope that may have a relatively coarse pitch that matches a desired detector pitch. An imaging configuration provides spatial filtering to remove the high spatial frequencies from the modulation envelope to provide a clean signal in the detected fringe pattern. This combination of elements allows for an incremental scale trace pattern with a relatively finer pitch (eg, 4, 5, 8 microns) to provide stripes at a coarser pitch (eg, 20 microns) to a detector. Various scale resolutions can use a corresponding output grid so that all combinations can produce detector strips that match the same inexpensive detector component.

Description

GEBIETTERRITORY

Die vorliegende Anmeldung betrifft im Allgemeinen Präzisionsmessinstrumente und genauer gesagt optische Wegmesssysteme.The present application relates generally to precision measuring instruments, and more particularly to optical path measuring systems.

HINTERGRUNDBACKGROUND

Es sind diverse optische Wegmesssysteme bekannt, die einen Lesekopf verwenden, der eine optische Anordnung aufweist, die ein Skalenmuster auf einer Photodetektoranordnung in dem Lesekopf abbildet. Das Bild des Skalenmusters verlagert sich zusammen mit dem Skalenelement, und die Bewegung oder Position des verlagerten Skalenmusterbildes wird mit einer Photodetektoranordnung detektiert. Man kann eine herkömmliche Bildgebung, Selbstbildgebung (auch Talbot-Bildgebung genannt) und/oder Schattenabbildung verwenden, um das Skalenmusterbild in diversen Konfigurationen bereitzustellen.Various optical path measuring systems are known which use a read head having an optical arrangement which images a scale pattern on a photodetector array in the read head. The image of the scale pattern displaces along with the scale element, and the movement or position of the displaced scale pattern image is detected with a photodetector array. One can use conventional imaging, self-imaging (also called Talbot imaging), and / or shadow mapping to provide the scale pattern image in various configurations.

Optische Codierer können Skalenstrukturen mit inkrementalen oder absoluten Positionen verwenden. Eine Skalenstruktur mit inkrementalen Positionen ermöglicht die Verlagerung eines Lesekopfes mit Bezug auf eine Skala, die durch Summieren inkrementaler Verlagerungseinheiten ausgehend von einem Anfangspunkt entlang der Skala bestimmt werden soll. Derartige Codierer sind für bestimmte Anwendungen geeignet, insbesondere solche, bei denen Netzstrom verfügbar ist. Bei Anwendungen mit niedrigem Stromverbrauch (z. B. batteriebetriebenen Messgeräten und dergleichen) ist es wünschenswerter, Skalenstrukturen mit absoluten Positionen zu verwenden. Skalenstrukturen mit absoluten Positionen stellen ein einzigartige Ausgangssignal oder eine Kombination von Signalen an jeder Position entlang einer Skala bereit. Sie erfordern kein ständiges Summieren von inkrementalen Verlagerungen, um eine Position zu identifizieren. Somit ermöglichen Skalenstrukturen mit absoluten Positionen diverse Energiesparmaßnahmen. Es sind diverse Absolutpositionsgeber bekannt, die diverse optische, kapazitive oder induktive Sensortechnologien verwenden. Die US-Patente Nr. 3,882,482 ; 5,965,879 ; 5,279,044 ; 5,886,519 ; 5,237,391 ; 5,442,166 ; 4,964,727 ; 4,414,754 ; 4,109,389 ; 5,773,820 und 5,010,655 offenbaren diverse Codiererkonfigurationen und/oder Signalverarbeitungstechniken, die für Absolutpositionsgeber von Bedeutung sind, und werden hiermit zur Bezugnahme vollständig übernommen.Optical encoders can use scale structures with incremental or absolute positions. A scale structure with incremental positions allows the displacement of a read head relative to a scale to be determined by summing incremental displacement units from a starting point along the scale. Such encoders are suitable for certain applications, especially those in which mains power is available. For low power applications (eg, battery powered meters and the like), it is more desirable to use absolute position scale structures. Absolute position scale structures provide a unique output signal or a combination of signals at each position along a scale. They do not require continuous summing of incremental relocations to identify a position. Thus, scale structures with absolute positions enable various energy-saving measures. Various absolute position encoders are known which use various optical, capacitive or inductive sensor technologies. The U.S. Patent Nos. 3,882,482 ; 5,965,879 ; 5,279,044 ; 5,886,519 ; 5,237,391 ; 5,442,166 ; 4,964,727 ; 4,414,754 ; 4,109,389 ; 5,773,820 and 5,010,655 disclose various encoder configurations and / or signal processing techniques that are of importance to absolute position encoders and are hereby fully incorporated by reference.

Eine Art von Konfiguration, die bei einigen optischen Codierern verwendet wird, ist eine telezentrische Anordnung. Die US-Patente Nr. 7,186,969 ; 7,307,789 und 7,435,945 , die jeweils hiermit zur Bezugnahme vollständig übernommen werden, offenbaren diverse Codiererkonfigurationen, die entweder einzeln oder doppelt telezentrische Bildgebungssysteme zur Bildgebung des periodischen Lichtmusters und zum Erfassen der Verlagerung der periodischen Skalenstruktur verwenden. Telezentrische Bildgebungssysteme stellen bestimmte wünschenswerte Merkmale bei solchen optischen Codierern bereit.One type of configuration used in some optical encoders is a telecentric arrangement. The U.S. Patents No. 7,186,969 ; 7,307,789 and 7,435,945 , which are hereby incorporated by reference in their entirety, disclose various encoder configurations employing either single or dual telecentric imaging systems for imaging the periodic light pattern and detecting the displacement of the periodic scale structure. Telecentric imaging systems provide certain desirable features in such optical encoders.

Ein Problem im Hinblick auf die Gestaltung derartiger optischer Codierer ist, dass die Benutzer im Allgemeinen bevorzugen, dass die Leseköpfe und Skalen der Codierer möglichst platzsparend sind. Ein platzsparender Codierer ist bei diversen Anwendungen praktischer zu installieren. Für bestimmte Präsizionsmessanwendungen wird auch eine hohe Auflösung benötigt. Der Stand der Technik lehrt jedoch keine Konfigurationen, die bestimmte Kombinationen von hoher Auflösung, Reichweite/Auflösung-Verhältnis, Robustheit, platzsparender Größe und Gestaltungsmerkmalen bereitstellen, die es ermöglichen, eine Reihe von Codiererauflösungen unter Verwendung gemeinsam genutzter Herstellungstechniken und Bestandteile bereitzustellen, und die geringe Kosten ermöglichen, wie sie von den Benutzern des Codierers erwünscht sind. Verbesserte Konfigurationen von Codierern, die derartige Kombinationen bereitstellen, wären wünschenswert.A problem with the design of such optical encoders is that users generally prefer that the read heads and scales of the encoders be as space efficient as possible. A space-saving encoder is more convenient to install in a variety of applications. For certain precision measurement applications, high resolution is also required. However, the prior art does not teach configurations that provide certain combinations of high resolution, range / resolution ratio, robustness, space-saving size, and design features that enable a variety of encoder resolutions to be provided using shared manufacturing techniques and components, and the low Allow costs as desired by the users of the encoder. Improved configurations of encoders that provide such combinations would be desirable.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Die vorstehenden Aspekte und viele diesbezügliche Vorteile werden ohne Weiteres erkannt werden, wenn diese mit Bezug auf die nachstehende ausführliche Beschreibung besser verständlich werden, wenn sie zusammen mit den beiliegenden Zeichnungen gesehen wird. Es zeigen:The above aspects and many advantages thereof will be readily appreciated as the same becomes better understood by reference to the following detailed description when considered in conjunction with the accompanying drawings. Show it:

1 ein teilweise schematisches auseinandergezogenes Diagramm einer Codiererkonfiguration mit einer doppelt telezentrischen Anordnung und einer Skala mit absoluten, Referenz- und inkrementalen Spurmustern unter Verwendung herkömmlicher Bildgebungstechniken; 1 a partially schematic exploded diagram of a coder configuration with a double telecentric arrangement and a scale with absolute, reference and incremental track patterns using conventional imaging techniques;

2A bis 2C Diagramme des inkrementalen Skalenspurmusters, der Bildintensität und der Detektoranordnung der Codiererkonfiguration aus 1; 2A to 2C Diagrams of the incremental scale trace pattern, the image intensity and the detector configuration of the encoder configuration 1 ;

3 ein teilweise schematisches auseinandergezogenes Diagramm einer Codiererkonfiguration mit einer doppelt telezentrischen Anordnung und einer Skala mit absoluten, Referenz- und inkrementalen Spurmustern unter Verwendung von räumlichen Filter- und Bildgebungsgrundlagen gemäß den hier offenbarten Grundlagen; 3 a partially schematic exploded diagram of a coder configuration with a double telecentric arrangement and a scale with absolute, reference and incremental track patterns using spatial filtering and imaging principles according to the principles disclosed herein;

4A bis 4D Diagramme des Beleuchtungsstreifenmusters, des inkrementalen Skalenspurmusters, der sich ergebenden Moiré-Bildintensität und der Detektoranordnung der Codiererkonfiguration aus 3; 4A to 4D Diagrams of the illumination strip pattern, the incremental scale trace pattern, the resulting moiré Image Intensity and the detector configuration of the encoder configuration 3 ;

5 eine Grafik, die Modulationsübertragungsfunktionen, die diversen Sätzen von Gestaltungsparametern entsprechen, abbildet; 5 a graph depicting modulation transfer functions corresponding to various sets of design parameters;

6 eine Grafik, welche die Abhängigkeit der Feldtiefe (%DOF), des räumlichen Oberschwingungsanteils und der optischen Signalleistung an der Dimension einer Apertur in der Messachsenrichtung abbildet; 6 a graph showing the dependence of the depth of field (% DOF), the spatial harmonic content and the optical signal power on the dimension of an aperture in the measuring axis direction;

7 ein teilweise schematisches auseinandergezogenes Diagramm eines Ausführungsbeispiels der Codiererkonfiguration aus 1; 7 a partially schematic exploded diagram of an embodiment of the encoder configuration 1 ;

8 ein teilweise schematisches auseinandergezogenes Diagramm eines Ausführungsbeispiels der Codiererkonfiguration aus 3; 8th a partially schematic exploded diagram of an embodiment of the encoder configuration 3 ;

9 ein Diagramm einer alternativen Konfiguration des Phasengitterabschnitts der Ausführungsform aus 8; 9 a diagram of an alternative configuration of the phase grating portion of the embodiment 8th ;

10A und 10B Diagramme der Skalenspurmuster-Anordnungen der Codiererkonfigurationen jeweils aus 1 und 3; 10A and 10B Diagrams of the scale track pattern arrangements of the encoder configurations respectively 1 and 3 ;

11 eine Tabelle, die Parameter für diverse Skalen- und Detektorspurkombinationen für die Codiererkonfiguration aus 3 abbildet; 11 a table containing the parameters for various scale and detector track combinations for the encoder configuration 3 maps;

12 ein schematisches Querschnittsdiagramm, das unterschiedliche Lichtwege durch eine doppelt telezentrische Bildgebungscodierer-Anordnung zeigt; 12 a schematic cross-sectional diagram showing different light paths through a double-telecentric imaging encoder arrangement;

13A und 13B eine Konfiguration, die ein anderes Ausführungsbeispiel einer praktischen Umsetzung einer Codiererkonfiguration gemäß den hier offenbarten Grundlagen ist; 13A and 13B a configuration that is another embodiment of a practical implementation of an encoder configuration according to the principles disclosed herein;

14 eine Analyse der in 13 gezeigten Konfiguration, die angibt, wie ein Phasengitter die betriebsfähigen Beugungsordnungen bereitstellt, welche die optischen Intensitätssignale an dem Detektor bereitstellen; 14 an analysis of in 13 4, which indicates how a phase grating provides the operational diffraction orders that provide the optical intensity signals at the detector;

15 ein teilweise schematisches auseinandergezogenes Diagramm einer Codiererkonfiguration, die eine erste alternative Ausführungsform eines Beleuchtungsabschnitts umfasst; 15 a partially schematic exploded diagram of an encoder configuration comprising a first alternative embodiment of a lighting section;

16 eine schematische Zeichnung einer Codiererkonfiguration, die eine zweite alternative Ausführungsform eines Beleuchtungsabschnitts umfasst, der Elemente zusätzlich zu den in 15 gezeigten umfasst und der bei einer reflektierenden Codiererkonfiguration verwendet werden kann; 16 a schematic drawing of a coder configuration, which includes a second alternative embodiment of a lighting section, the elements in addition to those in 15 and which may be used in a reflective encoder configuration;

17 eine Zeichnung eines Beleuchtungsabschnitts, der bei einer Codiererkonfiguration gemäß den hier offenbarten Grundlagen verwendet werden kann; 17 Figure 5 is a drawing of a lighting section that may be used in a coder configuration according to the principles disclosed herein;

18 eine Zeichnung eines Beleuchtungsabschnitts, der bei einer Codiererkonfiguration gemäß den hier offenbarten Grundlagen verwendet werden kann; 18 Figure 5 is a drawing of a lighting section that may be used in a coder configuration according to the principles disclosed herein;

19 eine Zeichnung eines Beleuchtungsabschnitts, der bei einer Codiererkonfiguration gemäß den hier offenbarten Grundlagen verwendet werden kann; 19 Figure 5 is a drawing of a lighting section that may be used in a coder configuration according to the principles disclosed herein;

20 eine Zeichnung eines Beleuchtungsabschnitts, der bei einer Codiererkonfiguration gemäß den hier offenbarten Grundlagen verwendet werden kann; 20 Figure 5 is a drawing of a lighting section that may be used in a coder configuration according to the principles disclosed herein;

21 eine Zeichnung eines Beleuchtungsabschnitts, der bei einer Codiererkonfiguration gemäß den hier offenbarten Grundlagen verwendet werden kann; 21 Figure 5 is a drawing of a lighting section that may be used in a coder configuration according to the principles disclosed herein;

22 eine Zeichnung eines Beleuchtungsabschnitts, der bei einer Codiererkonfiguration gemäß den hier offenbarten Grundlagen verwendet werden kann; 22 Figure 5 is a drawing of a lighting section that may be used in a coder configuration according to the principles disclosed herein;

23A eine Ausführungsform eines Skalagittermusters, das versetzte Gitterabschnitte umfasst und bei einer Codiererkonfiguration verwendet werden kann; 23A an embodiment of a scale grid pattern comprising offset grid sections that may be used in an encoder configuration;

23B schematisch die Ausrichtung kombinierter Intensitätsbeiträge jedes Skalengitterabschnitts aus 23A in einem Skalenbild; 23B schematically the alignment of combined intensity contributions of each scale grid section 23A in a scale image;

23C das Skalenbild, das die kombinierten Intensitätsbeiträge jedes der Skalenbildabschnitte aus 23B umfasst; 23C the scale image representing the combined intensity contributions of each of the scale image sections 23B includes;

24A ein schematisches Diagramm einer ersten Codiererkonfiguration 2400A, die konfiguriert ist, um einen vergrößerten Bereich des Skalengitters gemäß den hier offenbarten Grundlagen zu verwenden; 24A a schematic diagram of a first encoder configuration 2400A configured to use an enlarged area of the scale grid according to the principles disclosed herein;

24B ein schematisches Diagramm einer zweiten Codiererkonfiguration, die konfiguriert ist, um einen vergrößerten Bereich des Skalengitters gemäß den hier offenbarten Grundlagen zu verwenden; 24B 12 is a schematic diagram of a second encoder configuration configured to use an enlarged portion of the scale grid in accordance with the principles disclosed herein;

25A ein schematisches Diagramm, das eine Codiererkonfiguration zeigt, die ein Skalenelement umfasst, das in einem Rollwinkel angeordnet ist, um eventuelle Selbstbildeffekte zu mindern; 25A FIG. 3 is a schematic diagram showing an encoder configuration including a scale element disposed at a roll angle to mitigate any self-image effects; FIG.

25B ein schematisches Diagramm, das eine Codiererkonfiguration zeigt, die ein Skalenelement und ein Phasengitter eines Beleuchtungsabschnitts umfasst, die in einem Rollwinkel angeordnet sind, um eventuelle Selbstbildeffekte zu mindern; und 25B 12 is a schematic diagram showing an encoder configuration comprising a scale element and a phase grating of a lighting section arranged at a roll angle to mitigate any self-image effects; and

25C ein schematisches Diagramm, das eine Codiererkonfiguration zeigt, die ein Phasengitter eines Beleuchtungsabschnitts umfasst, das in einem Rollwinkel angeordnet ist, um eventuelle Selbstbildeffekte zu mindern. 25C 12 is a schematic diagram showing an encoder configuration including a phase grating of a lighting section arranged at a roll angle to reduce any self-image effects.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION

1 ist ein teilweise schematisches auseinandergezogenes Diagramm einer optischen Wegmesssystemkonfiguration 100 mit einer doppelt telezentrischen Anordnung und einer Skala mit absoluten, Referenz- und inkrementalen Spurmustern und unter Verwendung herkömmlicher Bildgebungstechniken. Bestimmte Aspekte der Codiererkonfiguration 100 sind ähnlich wie die Codiererkonfigurationen, die in der gleichzeitig anhängigen und gemeinsam übertragenen US-Patentanmeldung Nr. 12/535,561, eingereicht am 4. August 2009, jetzt US-Patent Nr. 8,492,703 , und der US-Patentanmeldung Nr. 12/273,400, eingereicht am 18. November 2008 (nachstehend Anmeldung '400), jetzt US-Patent Nr. 7,608,813 beschrieben werden, die hiermit zur Bezugnahme vollständig übernommen werden. Obwohl die Codiererkonfiguration 100 in der Lage ist, mit einer inkrementalen Skalenspur mit einer relativ groben Teilung (z. B. 20 Mikrometer) genau und effektiv zu funktionieren, wie es nachstehend mit Bezug auf 3 ausführlicher beschrieben wird, können die hier offenbarten Verfahren verwendet werden, um die Verwendung einer inkrementalen Skalenspur mit einer viel feineren Teilung (z. B. 4 Mikrometer) in einer ähnlichen Konfiguration zu ermöglichen. 1 FIG. 12 is a partially schematic exploded diagram of an optical path measuring system configuration. FIG 100 with a double telecentric arrangement and a scale with absolute, reference and incremental track patterns and using conventional imaging techniques. Certain aspects of the encoder configuration 100 are similar to the encoder configurations described in copending and commonly assigned U.S. Patent Application Serial No. 12 / 535,561, filed August 4, 2009, now U.S. Patent No. 8,492,703 and U.S. Patent Application No. 12 / 273,400, filed November 18, 2008 (hereinafter '400 application), now U.S. Patent No. 7,608,813 which are hereby incorporated by reference in their entirety. Although the encoder configuration 100 is able to function accurately and effectively with an incremental scale track having a relatively coarse pitch (e.g., 20 microns), as discussed below with reference to FIG 3 In more detail, the methods disclosed herein may be used to enable the use of an incremental scale trace with a much finer pitch (eg, 4 microns) in a similar configuration.

Wie in 1 gezeigt, umfasst die Codiererkonfiguration 100 ein Skalenelement 110, eine Linse 140 zum Leiten von sichtbaren oder unsichtbaren Wellenlängen von Licht aus einer Lichtquelle (nicht gezeigt) und eine doppelt telezentrische Bildgebungskonfiguration 180. Die doppelt telezentrische Bildgebungskonfiguration 180 umfasst eine erste Linse 181 auf einer ersten Linsenebene FLP, eine Apertur 182 in einer Aperturkomponente 182' auf einer Aperturebene AP, eine zweite Linse 183 an einer zweiten Linsenebene SLP und eine Detektorelektronik 120 auf einer Detektorebene DP. Bei mindestens einer Ausführungsform ist das Skalenelement 110 von der ersten Linsenebene FLP um einen Abstand d0 getrennt, die erste Linsenebene FLP ist von der Aperturebene AP um eine Brennweite f getrennt, die Aperturebene AP ist von der zweite Linsenebene SLP um eine Brennweite f' getrennt, und die zweite Linsenebene SLP ist von der Detektorebene DP um einen Abstand d0' getrennt. Die Detektorelektronik 120 kann an Schaltungen zum Generieren und Verarbeiten von Signalen 190 angeschlossen sein. Die Lichtquelle kann über Energie- und Signalverbindungen (nicht gezeigt) ebenfalls an die Schaltungen zum Generieren und Verarbeiten von Signalen 190 angeschlossen sein.As in 1 includes the encoder configuration 100 a scale element 110 , a lens 140 for directing visible or invisible wavelengths of light from a light source (not shown) and a double telecentric imaging configuration 180 , The double telecentric imaging configuration 180 includes a first lens 181 on a first lens plane FLP, an aperture 182 in an aperture component 182 ' on an aperture plane AP, a second lens 183 at a second lens plane SLP and a detector electronics 120 on a detector level DP. In at least one embodiment, the scale element is 110 separated from the first lens plane FLP by a distance d 0 , the first lens plane FLP is separated from the aperture plane AP by a focal length f, the aperture plane AP is separated from the second lens plane SLP by a focal length f ', and the second lens plane SLP is from the detector plane DP separated by a distance d 0 '. The detector electronics 120 can be used on circuits for generating and processing signals 190 be connected. The light source can also be connected to the circuits for generating and processing signals via energy and signal connections (not shown) 190 be connected.

Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform umfasst das Skalenelement 110 ein Skalenmuster 115, das drei Skalenspurmuster umfasst: ein absolutes Skalenspurmuster TABS1, ein Referenz-Skalenspurmuster TREF1 und ein inkrementales Skalenspurmuster TINC1. Das Spurmuster TABS1 wird als absolutes Skalenspurmuster bezeichnet, weil es Signale bereitstellt, die verwendbar sind, um eine absolute Position über einen absoluten Messbereich zu bestimmen. Bei mindestens einer Ausführungsform kann ein beliebiges herkömmliches absolutes Skalenmuster für das absolute Skalenspurmuster TABS1 verwendet werden. Bei mindestens einer Ausführungsform kann das absolute Skalenspurmuster TABS1 eine sehr „grobe” ABS-Auflösung etwa in der Größenordnung der Detektordimension entlang der X-Achse aufweisen.At the in 1 embodiment shown comprises the scale element 110 a scale pattern 115 comprising three scale track patterns: an absolute scale track pattern TABS1, a reference scale track pattern TREF1 and an incremental scale track pattern TINC1. The track pattern TABS1 is called an absolute scale track pattern because it provides signals usable to determine an absolute position over an absolute measurement range. In at least one embodiment, any conventional absolute scale pattern may be used for the absolute scale track pattern TABS1. In at least one embodiment, the absolute scale track pattern TABS1 may have a very "coarse" ABS resolution of about the order of the detector dimension along the X-axis.

Für das inkrementale Skalenspurmuster TINC1 kann bei mindestens einer Ausführungsform die inkrementale Teilung relativ grob sein (z. B. 20 Mikrometer). Wie es nachstehend mit Bezug auf 3 ausführlicher beschrieben wird, kann eine feinere Teilung (z. B. 4 Mikrometer) erstellt werden, um in einer ähnlich dimensionierten Codiererkonfiguration unter Verwendung der hier offenbarten Verfahren betriebsfähig zu sein. Das Referenz-Skalenspurmuster TREF1 ist derart gebildet, dass es bis auf eine Stufe aufgelöst werden kann, die es ihm ermöglicht, eine bestimmte inkrementale Wellenlänge anzugeben, so dass die inkrementale Wellenlänge (z. B. von dem inkrementalen Skalenspurmuster TINC1) mit Bezug auf eine absolute Markierung (z. B. von dem absoluten Skalenspurmuster TABS1) nicht mehrdeutig ist. Wie es nachstehend mit Bezug auf 10A ausführlicher beschrieben wird, kann bei mindestens einer Ausführungsform das Referenz-Skalenspurmuster TREF1 eine Reihe von Referenzmarkierungen umfassen. Bei mindestens einer Ausführungsform können die Referenzmarkierungen als eine Reihe von Barker-Mustern gebildet sein, die auch als Nonius-Referenzmarkierungen dienen können, und die gemäß diversen bekannten Techniken gebildet werden können.For the incremental scale trace pattern TINC1, in at least one embodiment, the incremental pitch may be relatively coarse (eg, 20 microns). As below with reference to 3 In more detail, a finer pitch (eg, 4 microns) can be made to operate in a similarly sized encoder configuration using the methods disclosed herein. The reference scale track pattern TREF1 is formed such that it can be resolved to a level that allows it to specify a particular incremental wavelength such that the incremental wavelength (eg, from the incremental scale track pattern TINC1) with respect to a absolute marking (eg of the absolute scale track pattern TABS1) is not ambiguous. As below with reference to 10A In more detail, in at least one embodiment, the reference scale track pattern TREF1 may comprise a series of reference marks. In at least one embodiment, the reference marks may be formed as a series of Barker patterns, which may also serve as vernier reference marks, and may be formed according to various known techniques.

1 zeigt orthogonale X-, Y- und Z-Richtungen gemäß einer hier verwendeten Vereinbarung. Die X- und Y-Richtungen sind parallel zur Ebene des Skalenmusters 115, wobei die X-Richtung parallel zu der beabsichtigten Messachsenrichtung MA 82 ist (z. B. rechtwinklig zu länglichen Musterelementen, die in dem inkrementalen Skalenspurmuster TINC1 enthalten sein können). Die Z-Richtung ist senkrecht zur Ebene des Skalenmusters 115. 1 shows orthogonal X, Y and Z directions according to an agreement used here. The X and Y directions are parallel to the plane of the scale pattern 115 wherein the X-direction is parallel to the intended measuring axis direction MA 82 is (for example, perpendicular to elongated pattern elements included in the incremental scale trace pattern TINC1 may be included). The Z direction is perpendicular to the plane of the scale pattern 115 ,

Die Detektorelektronik 120 umfasst eine Detektorkonfiguration 125, die drei Detektorspuren DETABS1, DETREF1 und DETINC1 umfasst, die angeordnet sind, um Licht jeweils von den drei Skalenspurmustern TABS1, TREF1 und TINC1 zu empfangen. Die Detektorelektronik 120 kann auch Signalverarbeitungsschaltungen 126 umfassen (z. B. Schaltungen für Signalversatz und/oder Verstärkungsanpassungen, Signalverstärkung und Kombination usw.). Bei mindestens einer Ausführungsform kann die Detektorelektronik 120 als eine einzige CMOS-IC hergestellt sein.The detector electronics 120 includes a detector configuration 125 comprising three detector tracks DETABS1, DETREF1 and DETINC1 arranged to receive light from the three scale track patterns TABS1, TREF1 and TINC1, respectively. The detector electronics 120 can also use signal processing circuits 126 include (eg, signal offset and / or gain adjustment circuits, signal amplification and combination circuitry, etc.). In at least one embodiment, the detector electronics 120 be made as a single CMOS IC.

Wie es durch den Bildkanal für das inkrementale Skalenspurmuster TINC1 veranschaulicht wird, wird das Licht aus der Beleuchtungsquelle im Betrieb von der Linse 140 geleitet, um das inkrementale Skalenspurmuster TINC1 mit Ausgangslicht 131 zu beleuchten. Bei einigen Ausführungsformen ist das Ausgangslicht 131 kohärentes Licht. Das inkrementale Skalenspurmuster TINC1 gibt dann Skalenlicht 132 aus. Es versteht sich, dass die begrenzende Apertur 182, die eine Aperturbreite AW in X-Richtung aufweist, als räumliches Filter dient (wie es nachstehend mit Bezug auf 2 ausführlicher beschrieben wird), um die Lichtstrahlen auszuwählen oder zu begrenzen, die durch den Bildkanal für das inkrementale Skalenspurmuster TINC1 gehen. 1 bildet drei derartige Lichtstrahlen ab, zwei äußere Strahlen und einen mittleren Strahl. Wie in 1 gezeigt, überträgt die Linse 181 die Lichtstrahlen in Richtung auf die begrenzende Apertur 182. Die begrenzende Apertur 182 überträgt die Strahlen als räumlich gefiltertes Bildlicht 133 an die zweite Linse 183, und die zweite Linse 183 überträgt und fokussiert das räumlich gefilterte Bildlicht, um eine Bild des Skalenspurmusters TINC1 auf der Detektorspur DETINC1 zu bilden.As illustrated by the image channel for the incremental scale track pattern TINC1, the light from the illumination source becomes in operation from the lens 140 passed to the incremental scale track pattern TINC1 with output light 131 to illuminate. In some embodiments, the output light is 131 coherent light. The incremental scale track pattern TINC1 then gives the scale light 132 out. It is understood that the limiting aperture 182 , which has an aperture width AW in the X direction, serves as a spatial filter (as described below with reference to FIGS 2 described in more detail) to select or limit the beams of light passing through the incremental scale track pattern TINC1. 1 forms three such light rays, two outer rays and one middle ray. As in 1 shown, transmits the lens 181 the light rays towards the limiting aperture 182 , The limiting aperture 182 transmits the rays as spatially filtered image light 133 to the second lens 183 , and the second lens 183 transmits and focuses the spatially filtered image light to form an image of the scale trace pattern TINC1 on the detector trace DETINC1.

Wenn somit das inkrementale Skalenspurmuster TINC1 beleuchtet wird, gibt es ein spurspezifisches, räumlich moduliertes Lichtmuster an die Detektorspur DETINC1 der Detektorelektronik 120 aus. Ein Bild des räumlich modulierten Lichtmusters wird auf einer Bildebene IMGP gebildet, die ausgestaltet sein kann, um zu der Detektorspur DETINC1 koplanar zu sein (wobei die Bildebene IMGP in 1 zur Erläuterung getrennt gezeigt wird). Wie in der Bildebene IMGP gezeigt, weist das Muster des Skalenbildes SI eine modulierte Skalenbildteilung PSI auf, die bei einem spezifischen Ausführungsbeispiel relativ grob sein kann (z. B. 20 Mikrometer).Thus, when the incremental scale track pattern TINC1 is illuminated, there is a track-specific spatially-modulated light pattern to the detector track DETINC1 of the detector electronics 120 out. An image of the spatially modulated light pattern is formed on an image plane IMGP, which may be configured to be coplanar with the detector trace DETINC1 (where the image plane IMGP in FIG 1 will be shown separately for explanation). As shown in the image plane IMGP, the pattern of the scale image SI has a modulated scale image pitch P SI , which may be relatively coarse in one specific embodiment (eg, 20 microns).

Ähnlich wie die Bildgebung des räumlich modulierten Lichtmusters von dem inkrementalen Skalenspurmuster TINC1 auf der Detektorspur DETINC1, wenn die Skalenspurmuster TREF1 und TABS1 mit dem Licht von der Linse 140 beleuchtet werden, geben sie spurspezifische räumlich modulierte Lichtmuster (z. B. gemustertes Licht, das ihren Mustern entspricht) jeweils an die spurspezifischen Detektorspuren DETREF1 und DETABS1 der Detektorelektronik 120 aus. Wie zuvor angemerkt, gibt das Referenz-Skalenspurmuster TREF1 (z. B. mit Barker-Mustern) eine bestimmte inkrementale Wellenlänge an, so dass die Wellenlänge von dem inkrementalen Skalenspurmuster TINC1 mit Bezug auf die absolute Markierung von dem absoluten Skalenspurmuster TABS1 nicht mehrdeutig ist. Es versteht sich, dass sich alle räumlich modulierten Lichtmuster zusammen mit der Skala 110 bewegen.Similar to the imaging of the spatially modulated light pattern from the incremental scale track pattern TINC1 on the detector track DETINC1, when the scale track patterns TREF1 and TABS1 with the light from the lens 140 are illuminated, they give track-specific spatially modulated light patterns (eg patterned light that corresponds to their patterns) to the track-specific detector tracks DETREF1 and DETABS1 of the detector electronics 120 out. As noted previously, the reference scale track pattern TREF1 (eg, with Barker patterns) indicates a particular incremental wavelength such that the wavelength of the incremental scale track pattern TINC1 relative to the absolute mark is not ambiguous from the absolute scale track pattern TABS1. It is understood that all spatially modulated light patterns coincide with the scale 110 move.

Wie es nachstehend mit Bezug auf. 11 ausführlicher beschrieben wird, sind in jeder der Detektorspuren DETINC1, DETABS1 und DETREF1 einzelne Photodetektorflächen angeordnet, um ihre jeweiligen empfangenen räumlich modulierten Lichtmuster räumlich zu filtern, um wünschenswerte positionsangebende Signale bereitzustellen (z. B. erzeugt die inkrementale Detektorspur DETINC1 Quadratursignale oder andere periodische Signale, die eine räumliche Phasenbeziehung aufweisen, die für die Signalinterpolation förderlich ist). Bei einigen Ausführungsformen kann statt einzelnen Photodetektorflächen eine räumliche Filtermaske mit einzelnen Aperturen relativ größere Photodetektoren maskieren, um lichtempfangende Flächen ähnlich wie die einzelnen Photodetektorflächen bereitzustellen, um einen ähnlichen Gesamtsignaleffekt gemäß bekannten Techniken bereitzustellen.As below with reference to. 11 described in more detail, individual photodetector surfaces are arranged in each of the detector tracks DETINC1, DETABS1 and DETREF1 to spatially filter their respective received spatially modulated light patterns to provide desirable positional indicative signals (eg, the incremental detector trace DETINC1 generates quadrature signals or other periodic signals, having a spatial phase relationship conducive to signal interpolation). In some embodiments, rather than discrete photodetector areas, a single-aperture spatial filter mask may mask relatively larger photodetectors to provide light-receiving areas similar to the individual photodetector areas to provide a similar overall signal effect in accordance with known techniques.

Bei diversen Anwendungen sind die Detektorelektronik und die Lichtquelle mit Bezug zueinander in einer festen Beziehung eingebaut, z. B. in einem Lesekopf- oder Messgerätgehäuse (nicht gezeigt), und werden gemäß bekannten Techniken von einem Lagersystem entlang der Messachse mit Bezug auf die Skala 110 geführt. Die Skala kann bei diversen Anwendungen an einem sich bewegenden Objekttisch oder einer Messgerätspindel oder dergleichen angebracht sein. Es versteht sich, dass die in 1 gezeigte Konfiguration eine durchlässige Konfiguration ist. D. h. das Skalenmuster 115 umfasst lichtblockierende Abschnitte und lichtübertragende Abschnitte (z. B. auf einem transparenten Substrat unter Verwendung bekannter Dünnschicht-Bemusterungstechniken oder dergleichen hergestellt), welche die räumlich modulierten Lichtmuster an die Detektorspuren durch Übertragung ausgeben. Es versteht sich, dass ähnliche Komponenten bei reflektierenden Ausführungsformen angeordnet sein können, wobei die Lichtquelle und die Detektorelektronik auf der gleichen Seite der Skala 110 angeordnet sind und für eine gegebenenfalls winklige Beleuchtung und Reflexion gemäß bekannten Techniken positioniert sind.In various applications, the detector electronics and the light source are incorporated with respect to each other in a fixed relationship, e.g. In a read head or meter housing (not shown), and are used in accordance with known techniques by a storage system along the measurement axis with respect to the scale 110 guided. The scale may be attached to a moving stage or meter spindle or the like in various applications. It is understood that in 1 shown configuration is a transmissive configuration. Ie. the scale pattern 115 includes light blocking portions and light transmitting portions (eg, formed on a transparent substrate using known thin film patterning techniques or the like) which output the spatially modulated light patterns to the detector tracks by transmission. It is understood that similar components may be arranged in reflective embodiments, with the light source and detector electronics on the same side of the scale 110 are arranged and positioned for an optionally angular illumination and reflection according to known techniques.

Bei entweder durchlässigen oder reflektierenden Skalenmustern kann man die Abschnitte des Skalenmusters, die das Licht bereitstellen, das von den Detektorspuren detektiert wird (z. B. DETABS1, DETREF1 oder DETINC1), als signalerzeugenden Abschnitte des Skalenmusters bezeichnen, und es versteht sich, dass andere Abschnitte des Skalenmusters im Allgemeinen den Detektorspuren so wenig Licht wie möglich bereitstellen und als signalverringernde Abschnitte bezeichnet werden können. Es versteht sich, dass die signalerzeugenden Abschnitte oder die signalverringernden Abschnitte des Skalenmusters gemäß den vorliegenden Lehren bei diversen Ausführungsformen gemustert sein können. Mit anderen Worten können Skalenmuster, die „Negative” voneinander sind, beide brauchbare Signale erzeugen, wobei die sich ergebenden Signalvariationen ebenfalls für eine gegebene reflektierende oder durchlässige Anordnung ungefähr das „Negativ” voneinander sind. Somit können die Skalenmuster im Hinblick auf „signalvariierende Abschnitte” beschrieben werden, und es versteht sich, dass bei diversen Ausführungsformen die signalvariierenden Abschnitte entweder die signalerzeugenden Abschnitte oder die signalverringernden Abschnitte des Skalenmusters umfassen können.With either transparent or reflective scale patterns, one can see the sections of the Scale patterns that provide the light detected by the detector tracks (eg, DETABS1, DETREF1, or DETINC1) as signal generating portions of the scale pattern, and it is understood that other portions of the scale pattern generally have as little light to the detector tracks as and can be referred to as signal-reducing sections. It is understood that the signal generating portions or the signal reducing portions of the scale pattern according to the present teachings may be patterned in various embodiments. In other words, scale patterns that are "negatives" of one another can both produce useful signals, and the resulting signal variations are also approximately "negative" from one another for a given reflective or transmissive array. Thus, the scale patterns may be described in terms of "signal varying sections", and it should be understood that in various embodiments, the signal varying sections may include either the signal generating sections or the signal reducing sections of the scale pattern.

2A bis 2C bilden diverse Aspekte mit Bezug auf den optischen Signalkanal ab, der dem inkrementalen Skalenspurmuster TINC1 aus 1 entspricht. Genauer gesagt bildet 2A das inkrementale Skalenspurmuster TINC1 ab, das eine Skalenteilung PSL aufweist. 2B ist eine Grafik des sich ergebenden Bildintensitätssignals IMG1 aus dem Licht von der inkrementalen Skalenspur TINC1 auf der Detektorebene DP. Wie in 2B gezeigt, wurde die sich ergebende Bildintensität (z. B. durch die Apertur 182) räumlich gefiltert, um ein ungefähr sinusförmiges Signal zu erzeugen (z. B. im Gegensatz zu einem Rechtecksignal, wie es von einem ungefilterten Signal aus dem inkrementalen Skalenspurmuster TINC1 erzeugt würde), und weist eine Signalperiode PISC auf. 2C ist ein Diagramm der inkrementalen Detektorspur DETINC1, dem zur Erläuterung ein Bild des Bildintensitätssignals IMG1 aus 2B überlagert wurde. Wie in 2C gezeigt, ist die Detektorspur DETINC1 derart angeschlossen, dass sie Quadratursignale ausgibt, wobei sich vier Detektorelemente in einer Periode der Detektorspur-Wellenlänge λd befinden, die auch einer Periode PISC des Bildintensitätssignals IMG1 entspricht. 2A to 2C depict various aspects related to the optical signal channel corresponding to the incremental scale trace pattern TINC1 1 equivalent. More specifically, forms 2A the incremental scale track pattern TINC1 having a scale pitch P SL . 2 B FIG. 12 is a graph of the resulting image intensity signal IMG1 from the light from the incremental scale trace TINC1 at the detector plane DP. As in 2 B The resulting image intensity (for example, through the aperture 182 ) is spatially filtered to produce an approximately sinusoidal signal (eg, as opposed to a square wave signal as would be produced from an unfiltered signal from the incremental scale trace pattern TINC1), and has a signal period P ISC . 2C is a diagram of the incremental detector trace DETINC1, the explanation of an image of the image intensity signal IMG1 from 2 B was superimposed. As in 2C 4, the detector trace DETINC1 is connected to output quadrature signals, with four detector elements in a period of the detector track wavelength λ d , which also corresponds to a period P ISC of the image intensity signal IMG1.

3 ist ein teilweise schematisches auseinandergezogenes Diagramm einer Codiererkonfiguration 300 mit einer doppelt telezentrischen Anordnung und einer Skala mit absoluten, Referenz- und inkrementalen Spurmustern, die räumliche Filter- und Bildgebungstechniken gemäß den hier offenbarten Grundlagen verwendet. Einige der Komponenten und Betriebsgrundlagen der Codiererkonfiguration 300 sind ungefähr ähnlich wie die der Codiererkonfiguration 100 aus 1 und sind im Allgemeinen analog verständlich. Beispielsweise können die 3XX-Seriennummern in 3, welche die gleiche „XX-”Endung wie die 1XX-Seriennummern in 1 aufweisen, ähnliche oder identische Elemente bezeichnen, die ähnlich funktionieren können, soweit nachstehend nicht anderweitig beschrieben oder nahegelegt. 3 Figure 4 is a partially schematic exploded diagram of an encoder configuration 300 with a double telecentric arrangement and a scale with absolute, reference and incremental track patterns using spatial filtering and imaging techniques according to the principles disclosed herein. Some of the components and operating principles of the encoder configuration 300 are approximately similar to the encoder configuration 100 out 1 and are generally analogously understandable. For example, the 3XX serial numbers in 3 which have the same "XX" ending as the 1XX serial numbers in 1 , denote similar or identical elements that may function similarly unless otherwise described or suggested below.

Wie in 3 gezeigt, umfasst die Codiererkonfiguration 300 ein Skalenelement 310, ein Beleuchtungssystem oder einen Abschnitt 360 und eine doppelt telezentrische Bildgebungskonfiguration 380. Das Beleuchtungssystem bzw. der Beleuchtungsabschnitt 360 umfasst eine Lichtquelle 330 (z. B. eine LED) zum Emittieren von sichtbaren oder unsichtbaren Wellenlängen von Licht, eine Linse 340 und ein Phasengitter 350. Wie es nachstehend ausführlicher beschrieben wird, kann das Phasengitter 350 bei mindestens einer Ausführungsform verwendet werden, um strukturierte Lichtmuster zu erzeugen, und kann sich in den optischen Signalwegkanälen für die inkrementalen und Referenz-Skalenspurmuster TINC2 und TREF2 jedoch nicht für das absolute Skalenspurmuster TABS2 befinden. Die doppelt telezentrische Bildgebungskonfiguration 380 umfasst eine erste Linse 381 auf einer ersten Linsenebene FLP, eine Apertur 382 in einer Aperturkomponente 382' auf einer Aperturebene AP, eine zweite Linse 383 auf einer zweiten Linsenebene SLP und eine Detektorelektronik 320 auf einer Detektorebene DP. Die Detektorelektronik 320 kann an Schaltungen zum Generieren und Verarbeiten von Signalen 390 angeschlossen sein. Die Lichtquelle 330 kann ebenfalls über Energie- und Signalverbindungen (nicht gezeigt) an Schaltungen zum Generieren und Verarbeiten von Signalen 390 angeschlossen sein.As in 3 includes the encoder configuration 300 a scale element 310 , a lighting system or a section 360 and a double telecentric imaging configuration 380 , The lighting system or the lighting section 360 includes a light source 330 (eg, an LED) for emitting visible or invisible wavelengths of light, a lens 340 and a phase grating 350 , As will be described in more detail below, the phase grating 350 in at least one embodiment may be used to generate patterned light patterns, and may not be in the optical signal path channels for the incremental and reference scale track patterns TINC2 and TREF2, but not for the absolute scale track pattern TABS2. The double telecentric imaging configuration 380 includes a first lens 381 on a first lens plane FLP, an aperture 382 in an aperture component 382 ' on an aperture plane AP, a second lens 383 on a second lens plane SLP and a detector electronics 320 on a detector level DP. The detector electronics 320 can be used on circuits for generating and processing signals 390 be connected. The light source 330 also has power and signal connections (not shown) to circuits for generating and processing signals 390 be connected.

Bei der in 3 gezeigten Ausführungsform umfasst das Skalenelement 310 ein Skalenmuster 315, das drei Skalenspurmuster umfasst: ein absolutes Skalenspurmuster TABS2, ein Referenz-Skalenspurmuster TREF2 und ein inkrementales Skalenspurmuster TINC2. Bei mindestens einer Ausführungsform kann ein herkömmliches absolutes Skalenspurmuster für das absolute Skalenspurmuster TABS2 verwendet werden. Bei mindestens einer Ausführungsform kann das absolute Skalenspurmuster TABS2 eine relativ „grobe” ABS-Auflösung in der Größenordnung der Detektordimension entlang der X-Achse aufweisen.At the in 3 embodiment shown comprises the scale element 310 a scale pattern 315 comprising three scale track patterns: an absolute scale track pattern TABS2, a reference scale track pattern TREF2 and an incremental scale track pattern TINC2. In at least one embodiment, a conventional absolute scale track pattern may be used for the absolute scale track pattern TABS2. In at least one embodiment, the absolute scale track pattern TABS2 may have a relatively "coarse" ABS resolution on the order of the detector dimension along the X-axis.

Wie es nachstehend ausführlicher beschrieben wird, ist die Codiererkonfiguration 300 ausgelegt, um bestimmte räumliche Filter- und Bildgebungsgrundlagen zu verwenden, die es einer fein eingeteilten Skala ermöglichen, größere Teilungsstreifen bereitzustellen, die der Detektorelementteilung eines kostengünstigen Detektors entsprechen, der die Skalenverlagerung erfasst. Um die gewünschten Streifen zu erzeugen, ist das Phasengitter 350 ein Beleuchtungsgitter, das ausgelegt ist, um eine Teilung aufzuweisen, die nahe an der Teilung des inkrementalen Skalenspurmusters TINC2 und des Referenz-Skalenspurmusters TREF2 ist (z. B. eine Phasengitterteilung von 5 Mikrometer im Vergleich zu einer inkrementalen Skalenspurteilung von 4 Mikrometer und einer Referenz-Skalenspurteilung von 4,1 Mikrometer). Die sich ergebende Streifenperiode von dem Phasengitter 350 und dem inkrementalen Skalenspurmuster TINC2 kann relativ grob (z. B. 20 Mikrometer) sein und kann geringfügig anders als die Streifenperiode sein, die von dem Phasengitter 350 und dem Referenz-Skalenspurmuster TREF2 (z. B. 22,77 Mikrometer) erzeugt wird.As will be described in more detail below, the encoder configuration is 300 designed to use certain spatial filtering and imaging principles that allow a finely graduated scale to provide larger pitch stripes corresponding to the detector element pitch of a low cost detector that detects the scale displacement. To create the desired stripes, the phase grating is 350 one Illumination grating designed to have a pitch close to the pitch of the incremental scale trace pattern TINC2 and the reference scale trace pattern TREF2 (eg, a phase grating pitch of 5 microns compared to an incremental scale pitch of 4 microns and a reference scale pitch). Scale score of 4.1 microns). The resulting fringe period from the phase grating 350 and the incremental scale track pattern TINC2 may be relatively coarse (eg, 20 microns) and may be slightly different than the fringe period produced by the phase grating 350 and the reference scale track pattern TREF2 (eg, 22.77 microns) is generated.

Wie es nachstehend ausführlicher beschrieben wird, wird das detektierte Muster mit räumlichem Filtern durch die doppelt telezentrische Bildgebungskonfiguration 380 abgebildet, welche die Apertur 382 umfasst, die hohe räumliche Frequenzen, die den inkrementalen und Referenz-Skalenspurmustern TINC2 und TREF2 entsprechen, ausblendet oder entfernt. Bei bestimmten Umsetzungen werden die Parameter derart gewählt, dass die sich ergebende modulierte Bildteilung des räumlich gefilterten Musters der Teilung eines vorbestimmten gegebenen Detektors entspricht (z. B. eines Detektors, der für eine 20 Mikrometer inkrementale Skalenspurteilung ausgelegt ist). Geeignete Aperturdimensionen können gewählt werden, um die gewünschte Wirkung des räumlichen Filtern zu erreichen, welche die hohen räumlichen Frequenzen entfernt und zu der gewünschten Musterstreifenperiode führt. Gewisse Techniken mit Bezug auf derartige Aperturdimensionen zum Erreichen einer gewünschten räumlichen Wellenlängenfilterung werden in dem gemeinsam übertragenen US-Patent Nr. 7,186,969 ausführlicher beschrieben, das hiermit zur Bezugnahme vollständig übernommen wird.As will be described in more detail below, the detected pattern with spatial filtering becomes the double telecentric imaging configuration 380 pictured which the aperture 382 which hides or removes high spatial frequencies corresponding to the incremental and reference scale trace patterns TINC2 and TREF2. In certain implementations, the parameters are chosen such that the resulting modulated image split of the spatially filtered pattern corresponds to the pitch of a predetermined given detector (eg, a detector designed for 20 micron incremental scale scoring). Suitable aperture dimensions can be chosen to achieve the desired spatial filtering effect which removes the high spatial frequencies and results in the desired pattern stripe period. Certain techniques relating to such aperture dimensions to achieve desired spatial wavelength filtering are taught in the commonly assigned US Pat U.S. Patent No. 7,186,969 described in more detail, which is hereby incorporated by reference in its entirety.

Wie es nachstehend mit Bezug auf 10B ausführlicher beschrieben wird, kann bei mindestens einer Ausführungsform das Referenz-Skalenspurmuster TREF2 eine Reihe von Referenzmarkierungen umfassen, die als Barker-Muster gebildet sein können. Die Referenzmarkierungen kann auch als Nonius-Referenzmarkierungen dienen. Das Referenz-Skalenspurmuster TREF2 ist derart ausgelegt, dass es bis auf eine Stufe aufgelöst werden kann, die es ihm ermöglicht, eine bestimmte inkrementale Wellenlänge für das inkrementale Skalenspurmuster TINC2 anzugeben, so dass die inkrementalen Wellenlängen mit Bezug auf eine absolute Markierung von dem absoluten Skalenspurmuster TABS2 nicht mehrdeutig sind. Bei mindestens einer Ausführungsform kann die Kombination des Referenz-Spurmusters TREF2 (z. B. ein Barker-Muster) und des inkrementalen Spurmusters TINC2 eine synthetische Wellenlänge erstellen, deren gemessene synthetische Phase auf den richtigen Zyklus des inkrementalen Skalenspurmusters zeigt (z. B. kann eine gemessene synthetische Phase von null einen richtigen inkrementalen Zyklus angeben, der dieser Phase entspricht).As below with reference to 10B In more detail, in at least one embodiment, the reference scale track pattern TREF2 may comprise a series of reference marks that may be formed as a Barker pattern. The reference marks may also serve as vernier reference marks. The reference scale track pattern TREF2 is designed so that it can be resolved to a level that allows it to specify a particular incremental wavelength for the incremental scale track pattern TINC2 such that the incremental wavelengths with respect to an absolute mark are different from the absolute scale track pattern TABS2 are not ambiguous. In at least one embodiment, the combination of the reference track pattern TREF2 (eg, a Barker pattern) and the incremental track pattern TINC2 may produce a synthetic wavelength whose measured synthetic phase points to the correct cycle of the incremental scale track pattern (eg a measured synthetic phase of zero indicates a proper incremental cycle corresponding to that phase).

Als spezifisches Beispiel kann das Referenz-Skalenspurmuster TREF2 im Vergleich zu der Teilung des inkrementalen Skalenspurmusters TINC2 (z. B. 4,0 Mikrometer, die ein moduliertes und räumlich gefiltertes Streifenmuster mit einer Periode von 20 Mikrometer ergibt) eine geringfügig andere Teilung (z. B. 4,1 Mikrometer, die ein moduliertes und räumlich gefiltertes Streifenmuster mit einer Periode von 22,77 Mikrometer ergibt) aufweisen, so dass die Phase des Referenz-Skalenspurmusters mit der Phase des inkrementalen Skalenspurmusters nur an einem spezifischen Punkt entlang einer vorgegebenen Länge übereinstimmt (z. B. nur an einem Punkt entlang einer Barker-Musterlänge in dem Referenz-Skalenspurmuster übereinstimmt). Die Position, in der die Phasen übereinstimmen, definiert eine bestimmte inkrementale Wellenlänge für das inkrementale Skalenspurmuster TINC2.As a specific example, compared to the incremental scale trace pattern TINC2 (eg, 4.0 microns, which gives a modulated and spatially filtered fringe pattern with a period of 20 microns), the reference scale trace pattern TREF2 may have a slightly different pitch (e.g. 4.1 microns, which gives a modulated and spatially filtered fringe pattern with a period of 22.77 microns), so that the phase of the reference scale track pattern coincides with the phase of the incremental scale track pattern only at a specific point along a given length (eg, coincides only at one point along a Barker pattern length in the reference scale track pattern). The position in which the phases match defines a particular incremental wavelength for the incremental scale trace pattern TINC2.

Bei einem spezifischen Ausführungsbeispiel können in dem Referenz-Skalenspurmuster TREF2 Barker-Muster in ausgewählten Intervallen (z. B. 0,6 Millimeter) bereitgestellt werden. Die Phase jedes Barker-Musters (z. B. in der Mitte des Musters) stimmt mit der Phase des inkrementalen Skalenspurmusters TINC1 an den Stellen überein, die um den vorgegebenen Abstand (z. B. 0,6 Millimeter) beabstandet sind, (oder weist ihr gegenüber einen konstanten Phasenversatz auf). Die synthetische Wellenlänge des inkrementalen Skalenspurmusters TINC2 und des Referenz-Skalenspurmusters TREF2 ist größer als die Barker-Musterlänge. Bei mindestens einer Ausführungsform kann diese Beziehung dadurch ausgedrückt werden, dass angegeben wird, dass die synthetische Wellenlänge des inkrementalen Skalenspurmusters und des Referenz-(z. B. Barker-)Skalenspurmusters größer ist als die Barker-Musterlänge L, so dass L < pp'/(p' – p), wobei p die Teilung des inkrementalen Skalenspurmusters TINC2 ist, und p' die Teilung des Barker-Musters in dem Referenz-Skalenspurmuster TREF2 ist.In a specific embodiment, Barker patterns may be provided in the reference scale track pattern TREF2 at selected intervals (eg, 0.6 millimeters). The phase of each Barker pattern (eg in the middle of the pattern) coincides with the phase of the incremental scale trace pattern TINC1 at the locations spaced by the predetermined distance (eg, 0.6 millimeter) (or has a constant phase shift with respect to it). The synthetic wavelength of the incremental scale trace pattern TINC2 and the reference scale trace pattern TREF2 is larger than the Barker pattern length. In at least one embodiment, this relationship may be expressed by indicating that the synthetic wavelength of the incremental scale track pattern and the reference (eg, Barker) scale track pattern is greater than the Barker pattern length L such that L <pp ' / (p'-p), where p is the pitch of the incremental scale track pattern TINC2, and p 'is the pitch of the Barker pattern in the reference scale track pattern TREF2.

Wie in 3 gezeigt, umfasst die Detektorelektronik 320 eine Detektorkonfiguration 325, die drei Detektorspuren, DETABS2, DETREF2 und DETINC2, umfasst, die angeordnet sind, um jeweils von den drei Skalenspurmustern, TABS2, TREF2 und TINC2 Licht zu empfangen. Die Detektorelektronik 320 kann auch Signalverarbeitungsschaltungen 326 (z. B. Schaltungen für Signalversatz und/oder Verstärkungsanpassungen, Signalverstärkung und Kombination usw.) umfassen. Bei mindestens einer Ausführungsform kann die Detektorelektronik 320 als eine einzige CMOS-IC hergestellt sein.As in 3 shown includes the detector electronics 320 a detector configuration 325 comprising three detector tracks, DETABS2, DETREF2 and DETINC2, arranged to receive light from the three scale track patterns, TABS2, TREF2 and TINC2, respectively. The detector electronics 320 can also use signal processing circuits 326 (eg, circuitry for signal offset and / or gain adjustments, signal amplification and combination, etc.). In at least one embodiment, the detector electronics 320 be made as a single CMOS IC.

Im Betrieb kann das Licht 331 (z. B. Primärlicht), das von der Lichtquelle 330 emittiert wird, teilweise oder ganz von der Linse 340 über eine Strahlenfläche kollimiert werden, die ausreicht, um die drei Skalenspurmuster TABS2, TREF2 und TINC2 zu beleuchten. Das Phasengitter 350 ist dimensioniert, um das Ausgangslicht zu beugen, um gebeugtes strukturiertes Licht 331' für das Referenz- und das inkrementale Skalenspurmuster TREF2 und TINC2 (aber nicht für das absolute Skalenspurmuster TABS2) bereitzustellen, um die zuvor beschriebenen modulierten und räumlich gefilterten Bildgebungseffekte zu erreichen. Dann stellt, wie durch den Bildkanal für das inkrementale Skalenspurmuster TINC2 veranschaulicht, das inkrementale Skalenspurmuster TINC2 Skalenlicht 332 für die Linse 381 bereit. Es versteht sich, dass die begrenzende Apertur 382, die eine Aperturbreite AW in der X-Achsenrichtung aufweist, als räumliches Filter dient (wie es nachstehend mit Bezug auf 4 und 12 ausführlicher beschrieben wird), um die Lichtstrahlen, die durch die Bildkanäle gehen, auszuwählen oder zu begrenzen. 3 bildet drei derartige Lichtstrahlen ab, zwei äußere Strahlen und einen mittleren Strahl. Wie in 3 gezeigt, überträgt die Linse 381 die Lichtstrahlen in Richtung auf die begrenzende Apertur 382. Die begrenzende Apertur 382 überträgt die Strahlen als räumlich gefiltertes Bildlicht 333 an die zweite Linse 383, und die zweite Linse 383 überträgt und fokussiert das räumlich gefilterte Bildlicht, um ein räumlich moduliertes Lichtmuster auf der Detektorspur DETINC2 zu bilden. Wie zuvor angemerkt und wie es nachstehend mit Bezug auf 4 ausführlicher beschrieben wird, umfasst gemäß den hier offenbarten Grundlagen das räumlich modulierte Lichtmuster auf der Detektorspur DETINC ein moduliertes und räumlich gefiltertes Streifenmuster. In operation, the light can 331 (eg primary light) coming from the light source 330 is emitted, partially or completely from the lens 340 be collimated over a beam surface sufficient to illuminate the three scale track patterns TABS2, TREF2 and TINC2. The phase grating 350 is dimensioned to diffract the output light to diffracted structured light 331 ' for the reference and incremental scale track patterns TREF2 and TINC2 (but not for the absolute scale track pattern TABS2) to achieve the previously described modulated and spatially filtered imaging effects. Then, as illustrated by the image channel for the incremental scale track pattern TINC2, the incremental scale track pattern TINC2 provides scale light 332 for the lens 381 ready. It is understood that the limiting aperture 382 having an aperture width AW in the X-axis direction serves as a spatial filter (as described below with reference to FIGS 4 and 12 described in more detail) to select or limit the light rays passing through the image channels. 3 forms three such light rays, two outer rays and one middle ray. As in 3 shown, transmits the lens 381 the light rays towards the limiting aperture 382 , The limiting aperture 382 transmits the rays as spatially filtered image light 333 to the second lens 383 , and the second lens 383 transmits and focuses the spatially filtered image light to form a spatially modulated light pattern on the detector trace DETINC2. As previously noted and as discussed below with reference to 4 In more detail, according to the principles disclosed herein, the spatially modulated light pattern on the detector trace DETINC comprises a modulated and spatially filtered fringe pattern.

Wenn die Skalenspurmuster TREF2 und TABS2 beleuchtet werden, geben sie ähnlich spurspezifische räumlich modulierte Lichtmuster (z. B. gemustertes Licht, das ihren Mustern entspricht) jeweils an die spurspezifischen Detektorspuren DETREF2 und DETABS2 der Detektorelektronik 320 aus. Wie zuvor angemerkt, umfasst das räumlich modulierte Lichtmuster auf der Detektorspur DETREF2 auch ein moduliertes und räumlich gefiltertes abgebildetes Streifenmuster. Es versteht sich, dass sich alle räumlich modulierten Lichtmuster zusammen mit der Skala 310 bewegen. In optischen Signalkanälen, die jeder der Detektorspuren DETINC2, DETABS2 und DETREF2 entsprechen, sind einzelne Photodetektorflächen angeordnet, um ihre jeweiligen empfangenen räumlich modulierten Lichtmuster räumlich zu filtern, um wünschenswerte positionsangebende Signale bereitzustellen (z. B. für das inkrementale Skalenspurmuster TINC2, das Quadratursignale erzeugt, oder andere periodische Signale, die eine räumliche Phasenbeziehung aufweisen, die für die Signalinterpolation förderlich ist). Bei einigen Ausführungsformen kann statt einzelnen Photodetektorflächen eine räumliche Filtermaske mit einzelnen Aperturen relativ größere Photodetektoren maskieren, um lichtempfangende Flächen ähnlich wie die abgebildeten einzelnen Photodetektorflächen bereitzustellen, um einen ähnlichen Gesamtsignaleffekt gemäß bekannten Techniken bereitzustellen.When the scale track patterns TREF2 and TABS2 are illuminated, they respectively give track-specific spatially modulated light patterns (eg patterned light corresponding to their patterns) to the track-specific detector tracks DETREF2 and DETABS2 of the detector electronics 320 out. As noted previously, the spatially modulated light pattern on detector trace DETREF2 also includes a modulated and spatially filtered imaged fringe pattern. It is understood that all spatially modulated light patterns coincide with the scale 310 move. In optical signal channels corresponding to each of the detector tracks DETINC2, DETABS2 and DETREF2, individual photodetector areas are arranged to spatially filter their respective received spatially modulated light patterns to provide desirable positional indicative signals (eg, for the incremental scale track pattern TINC2 which generates quadrature signals , or other periodic signals having a spatial phase relationship conducive to signal interpolation). In some embodiments, rather than discrete photodetector areas, a single aperture spatial filter mask may mask relatively larger photodetectors to provide light receiving areas similar to the imaged individual photodetector areas to provide a similar overall signal effect according to known techniques.

Bei diversen Anwendungen sind die Detektorelektronik 320 und die Lichtquelle 330 mit Bezug zueinander in einer festen Beziehung eingebaut, z. B. in einem Lesekopf- oder Messgerätgehäuse (nicht gezeigt), und werden gemäß bekannten Techniken von einem Lagersystem entlang der Messachse mit Bezug auf die Skala 310 geführt. Die Skala kann bei diversen Anwendungen an einem sich bewegenden Objekttisch oder an einer Messgerätspindel oder dergleichen angebracht sein.In various applications, the detector electronics 320 and the light source 330 incorporated with respect to each other in a fixed relationship, e.g. In a read head or meter housing (not shown), and are used in accordance with known techniques by a storage system along the measurement axis with respect to the scale 310 guided. The scale may be attached to a moving stage or to a gauge spindle or the like in various applications.

4A bis 4D bilden diverse Aspekte mit Bezug auf den optischen Signalkanal ab, der dem inkrementalen Skalenspurmuster TINC2 aus 3 entspricht. Genauer gesagt bildet 4A das Beleuchtungsstreifenmuster IFP ab, das von dem Phasengitter 350 erzeugt wird. Das Beleuchtungsstreifenmuster IFP wird gezeigt, wie es eine Teilung PMI (z. B. 5 Mikrometer) aufweist. 4B bildet das inkrementale Skalenspurmuster TINC2 ab, das eine Skalenteilung PSF (z. B. 4 Mikrometer) aufweist. 4C ist eine Grafik des sich ergebenden Bildintensitätssignals IMG2 von dem Licht aus der Kombination des Streifengitters 350 und der inkrementalen Skalenspur TINC2 auf der Detektorebene DP. Wie in 4C gezeigt, umfasst die sich ergebende Bildintensität Moiré-Streifen mit einer Schwebungsfrequenz mit einem insgesamt sinusförmigen Hüllkurvenmuster, das eine modulierte Bildteilung PIMESF (z. B. 20 Mikrometer) aufweist. Wie zuvor beschrieben, wurde die Bildintensität (z. B. durch die Apertur 182) räumlich gefiltert, um die hohen Frequenzsignale HFS aus dem Phasengitter 350 und dem inkrementalen Skalenspurmuster TINC2 auszufiltern, um das ungefähr sinusförmige Hüllkurvensignal für die abgebildeten Moiré-Streifen zu mit der sich ergebenden modulierten Bildteilung PIMESF erzeugen. 4A to 4D depict various aspects related to the optical signal channel that corresponds to the incremental scale trace pattern TINC2 3 equivalent. More specifically, forms 4A the illumination strip pattern IFP from that of the phase grating 350 is produced. The illumination stripe pattern IFP is shown as having a pitch P MI (eg, 5 microns). 4B maps the incremental scale track pattern TINC2, which has a scale pitch P SF (eg, 4 microns). 4C FIG. 12 is a graph of the resulting image intensity signal IMG2 from the light from the combination of the stripe grating 350 and the incremental scale trace TINC2 at the detector level DP. As in 4C As shown, the resulting image intensity comprises moire fringes having a beat frequency with an overall sinusoidal envelope pattern having a modulated image pitch P IMESF (eg, 20 microns). As previously described, the image intensity (eg, through the aperture 182 ) spatially filtered to the high frequency signals HFS from the phase grating 350 and the incremental scale track pattern TINC2 to produce the approximately sinusoidal envelope signal for the imaged moiré fringes with the resulting modulated image pitch P IMESF .

Bei diversen Ausführungsformen ist die Apertur 350 derart konfiguriert, dass die Aperturbreite AW = F·λ·(a/(PMIPSE/(PMI – PSF))), wobei a größer als 2,0 und kleiner als 6,0 ist. Das räumlich modulierte Bildlicht umfasst Streifen (in 4C ausführlich gezeigt), die sich aus der Interferenz von zwei Beugungsordnungen bilden, die sich um einen Wert Δn unterscheiden. Falls sich bei einigen Ausführungsformen beispielsweise das Moiré-Bildintensitätssignal IMG2 aus der Überlappung einer Komponente des Skalenlichts 332 einer Beugungsordnung +1 und –1 ergibt, dann kann der Wert von Δn = 2 sein. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann der Wert von Δn 1 oder 4 sein.In various embodiments, the aperture is 350 is configured such that the aperture width AW = F · λ · (a / (P MI P SE / (P MI - P SF ))), where a is greater than 2.0 and less than 6.0. The spatially modulated image light includes stripes (in 4C shown in detail) resulting from the interference of two diffraction orders which differ by a value Δn. For example, in some embodiments, if the moiré image intensity signal IMG2 is from the overlap of a component of the scale light 332 of a diffraction order +1 and -1, then the value of Δn = 2. In other embodiments, the value of Δn may be 1 or 4.

Es versteht sich, dass bei Codiererkonfigurationen, die eine Lichtquelle umfassen, die kohärentes Licht ausgibt, die Variable a einen Wert aufweisen muss, der größer als 0,5 ist. Bei Ausführungsbeispielen, die kohärentes Licht verwenden, kann der Wert von a größer als 0,5 und kleiner als 1,5 sein. Bei einem Ausführungsbeispiel, das kohärentes Licht verwendet, ist der Wert von a gleich 1. Bei Ausführungsbeispielen, die inkohärentes Licht verwenden, kann der Wert von a größer als 1 und kleiner als 4 sein. Bei einem Ausführungsbeispiel, das inkohärentes Licht verwendet, ist der Wert von a gleich 2. It is understood that in coder configurations that include a light source that outputs coherent light, the variable a must have a value greater than 0.5. For embodiments that use coherent light, the value of a may be greater than 0.5 and less than 1.5. In one embodiment that uses coherent light, the value of a is 1. For embodiments that use incoherent light, the value of a may be greater than 1 and less than 4. In one embodiment using incoherent light, the value of a is equal to 2.

Das Bildintensitätssignal IMG2 wird mit einer Intensitätsmodulationshüllkurve moduliert, die eine räumliche Wellenlänge PIMESF aufweist, die von der Skalenteilung PSF und der Beleuchtungsstreifenteilung PMI abhängt, und PSF und PMI werden ausgewählt, um mit einer Detektorteilung Pd der Detektorspur DETINC2 derart zusammenzuwirken, dass ΔnPMIPSF/(ΔnPMI – PSF) = PIMESF = m·Pd/k, wenn die Lichtquelle inkohärentes Licht ausgibt, und ΔnPMIPSF/(2ΔnPMI – PSF) = PIMESF = m·Pd/k, wenn die Lichtquelle inkohärentes Licht ausgibt, wobei m eine Anzahl von Phasensignalen, die von der Detektorkonfiguration ausgegeben werden, ist und k eine ungerade Ganzzahl ist, wobei die räumliche Wellenlänge PIMESF größer als die Skalenteilung PSF ist.The image intensity signal IMG2 is modulated with an intensity modulation envelope having a spatial wavelength P IMESF that depends on the scale pitch P SF and the illumination stripe pitch P MI , and P SF and P MI are selected to cooperate with a detector pitch P d of the detector trace DETINC2 in that ΔnP MI P SF / (ΔnP MI -P SF ) = P IMESF = m × P d / k when the light source outputs incoherent light and ΔnP MI P SF / (2ΔnP MI -P SF ) = P IMESF = m · P d / k when the light source outputs incoherent light, where m is a number of phase signals output from the detector configuration, and k is an odd integer, where the spatial wavelength P IMESF is greater than the graduation P SF .

Eine Reihe von senkrechten Referenzlinien VRL, die zwischen 4A, 4B und 4C gezogen sind, stellen eine Angabe der Signalpegel aus dem Beleuchtungsstreifenmuster aus 4A bereit, die durch das inkrementale Skalenspurmuster TINC2 aus 4B gehen, und erscheinen als entsprechende Signalintensitäten in der sich ergebenden Moiré-Bildintensität aus 4C. 4D ist ein Diagramm der inkrementalen Detektorspur DETINC2, der zur Erläuterung ein Bild der Schwebungsfrequenzhüllkurve des Moiré-Bildintensitätssignals IMG2 aus 4C überlagert ist. Wie in 4D gezeigt, ist die Detektorspur DETINC2 derart angeschlossen, dass sie Quadratursignale ausgibt, wobei vier Detektorelemente innerhalb einer Periode der Detektorteilung Pd liegen, die auch einer Periode PIMESF des Moiré-Bildintensitätssignals IMG2 entspricht.A series of vertical reference lines VRL, between 4A . 4B and 4C are drawn, provide an indication of the signal levels from the illumination strip pattern 4A ready by the incremental scale track pattern TINC2 off 4B and appear as corresponding signal intensities in the resulting moiré image intensity 4C , 4D is a diagram of the incremental detector trace DETINC2, which is illustratively an image of the beat frequency envelope of the moiré image intensity signal IMG2 4C is superimposed. As in 4D 4, the detector trace DETINC2 is connected to output quadrature signals, four detector elements being within one period of the detector pitch P d , which also corresponds to a period P IMESF of the moiré image intensity signal IMG2.

5 und 6 zeigen grundlegende Gestaltungs-Referenzinformationen, die jeweils in 26 und 27 des zuvor übernommenen US-Patent Nr. 7,186,969 enthalten sind. Die Verwendung von 5 und 6 mit Bezug auf die Auswahl von Aperturgrößen bei diversen Ausführungsformen kann man basierend auf der Offenbarung des Patents '969 verstehen und wird hier nicht ausführlich beschrieben. Die diesbezüglichen Lehren können jedoch in Zusammenhang mit der vorliegenden Offenbarung verwendet werden. Ein Großteil der Beschreibung des Patents '969 betrifft eine inkohärente Beleuchtung. Der Fachmann wird basierend auf bekannten Überlegungen mit Bezug auf die Unterschiede zwischen inkohärenter und kohärenter Beleuchtung bei Bildgebungssystemen geeignete Anpassungen an seinen Lehren vornehmen. 5 and 6 show basic design reference information, each in 26 and 27 of the previously adopted U.S. Patent No. 7,186,969 are included. The usage of 5 and 6 With regard to the selection of aperture sizes in various embodiments, one may understand based on the disclosure of the '969 patent and will not be described in detail here. However, the teachings herein may be used in conjunction with the present disclosure. Much of the description of the '969 patent relates to incoherent illumination. One skilled in the art will make appropriate adjustments to his teachings based on known considerations regarding the differences between incoherent and coherent illumination in imaging systems.

7 ist ein teilweise schematisches auseinandergezogenes Diagramm einer Codiererkonfiguration 700, die ein Ausführungsbeispiel einer praktischen Umsetzung der Codiererkonfiguration 100 aus 1 ist. Einige der Komponenten und Betriebsgrundlagen der Codiererkonfiguration 700 sind ungefähr ähnlich wie die der Codiererkonfiguration 100 aus 1 und sind im Allgemeinen analog verständlich. Beispielsweise können die 7XX-Seriennummern in 7, welche die gleiche „XX-”Endung wie die 1XX-Seriennummern in 1 aufweisen, ähnliche oder identische Elemente bezeichnen, die ähnlich funktionieren können, soweit nachstehend nicht anderweitig beschrieben oder nahegelegt. 7 Figure 4 is a partially schematic exploded diagram of an encoder configuration 700 showing an embodiment of a practical implementation of the encoder configuration 100 out 1 is. Some of the components and operating principles of the encoder configuration 700 are approximately similar to the encoder configuration 100 out 1 and are generally analogously understandable. For example, the 7XX serial numbers in 7 which have the same "XX" ending as the 1XX serial numbers in 1 , denote similar or identical elements that may function similarly unless otherwise described or suggested below.

Wie in 7 gezeigt, umfasst die Codiererkonfiguration 700 ein Skalenelement 710, ein Beleuchtungssystem oder einen Beleuchtungsabschnitt 760 und eine doppelt telezentrische Bildgebungskonfiguration 780. Das Beleuchtungssystem bzw. der Beleuchtungsabschnitt 760 umfasst eine Lichtquelle 730 (z. B. eine LED) zum Emittieren von sichtbaren oder unsichtbaren Lichtwellenlängen, eine Linse 740 und einen Strahlenteiler 755. Die doppelt telezentrische Bildgebungskonfiguration 780 umfasst ein erstes Linsen-Array 781 auf einer ersten Linsenebene FLP, ein Apertur-Array 782 in einer Aperturkomponente 782' auf einer Aperturebene AP, ein zweites Linsen-Array 783 auf einer zweiten Linsenebene SLP und eine Detektorelektronik 720 auf einer Detektorebene DP. Die Detektorelektronik 720 kann an Schaltungen zum Generieren und Verarbeiten von Signalen (nicht gezeigt) angeschlossen sein. Die Lichtquelle 730 kann über Energie- und Signalverbindungen (nicht gezeigt) ebenfalls an die Schaltungen zum Generieren und Verarbeiten von Signalen angeschlossen sein.As in 7 includes the encoder configuration 700 a scale element 710 , a lighting system or a lighting section 760 and a double telecentric imaging configuration 780 , The lighting system or the lighting section 760 includes a light source 730 (eg, an LED) for emitting visible or invisible light wavelengths, a lens 740 and a beam splitter 755 , The double telecentric imaging configuration 780 includes a first lens array 781 on a first lens plane FLP, an aperture array 782 in an aperture component 782 ' on an aperture plane AP, a second lens array 783 on a second lens plane SLP and a detector electronics 720 on a detector level DP. The detector electronics 720 may be connected to circuits for generating and processing signals (not shown). The light source 730 may also be connected to the circuits for generating and processing signals via power and signal connections (not shown).

Mit Bezug auf die Linsen-Arrays 781 und 783 und das Apertur-Array 782, versteht es sich, dass jedes davon einzelne Elemente umfasst, die ähnlich wie die erste Linse 181, die Apertur 182 und die zweite Linse 183 der Codiererkonfiguration 100 aus 1 sind. In 7 wirkt in jedem der Arrays jedes der einzelnen Elemente ähnlich zusammen, um einen einzelnen Bildweg oder Kanal bereitzustellen, den man als Bildkanal oder Bildkanalkonfiguration bezeichnen kann. Jeder der Bildkanäle funktioniert ähnlich wie der Bildkanal für die einzelnen Linsen und die Apertur der zuvor mit Bezug auf 1 beschriebenen Codiererkonfiguration 100. Bei der Ausführungsform aus 7 werden die mehreren Bildkanäle verwendet, um zusätzliche Robustheitsstufen für das System gegenüber Verunreinigung, Defekten, Skalenwelligkeit usw. bereitzustellen, indem, falls ein einzelner Bildkanal verunreinigt oder anderweitig beeinträchtigt wird, die übrigen Bildkanäle weiter eine genaue Bildgebung des Skalenmusters bereitstellen können.With respect to the lens arrays 781 and 783 and the aperture array 782 It is understood that each of them includes individual elements that are similar to the first lens 181 , the aperture 182 and the second lens 183 the encoder configuration 100 out 1 are. In 7 In each of the arrays, each of the individual elements cooperates similarly to provide a single image path or channel, which may be referred to as an image channel or image channel configuration. Each of the image channels works in a similar way to the image channel for each lens and the aperture previously described 1 described encoder configuration 100 , In the embodiment of 7 The multiple image channels are used to provide additional robustness levels to the system against contamination, defects, scale ripple etc., in that if a single image channel is contaminated or otherwise compromised, the remaining image channels may further provide accurate imaging of the scale pattern.

Bei der in 7 gezeigten Ausführungsform umfasst das Skalenelement 710 ein Skalenmuster 715, das die drei Skalenspurmuster umfasst, die zuvor mit Bezug auf 1 beschrieben wurden, umfassend: das absolute Skalenspurmuster TABS1, das Referenz-Skalenspurmuster TREF1 und das inkrementale Skalenspurmuster TINC1. Bei mindestens einer Ausführungsform kann das absolute Skalenspurmuster TABS1 eine sehr „grobe” ABS-Auflösung in der Größenordnung der Detektordimension entlang der X-Achse aufweisen.At the in 7 embodiment shown comprises the scale element 710 a scale pattern 715 comprising the three scale track patterns previously described with reference to 1 comprising: the absolute scale track pattern TABS1, the reference scale track pattern TREF1 and the incremental scale track pattern TINC1. In at least one embodiment, the absolute scale track pattern TABS1 may have a very "coarse" ABS resolution on the order of the detector dimension along the X-axis.

Für das inkrementale Skalenspurmuster TINC1 kann bei mindestens einer Ausführungsform die inkrementale Teilung relativ grob (z. B. 20 Mikrometer) sein. Wie es nachstehend mit Bezug auf 8 ausführlicher beschrieben wird, kann eine feinere Teilung (z. B. 4 Mikrometer) bei einer ähnlich dimensionierten Codiererkonfiguration gemäß den hier offenbarten Grundlagen umgesetzt werden. Wie es nachstehend mit Bezug auf 10A ausführlicher beschrieben wird, kann bei mindestens einer Ausführungsform das Referenz-Skalenspurmuster TREF1 eine Reihe von Referenzmarkierungen umfassen, die als eine Reihe von Barker-Mustern gebildet sein können, die auch als Nonius-Referenzmarkierungen dienen können, und die gemäß diversen bekannten Techniken gebildet werden können.For the incremental scale trace pattern TINC1, in at least one embodiment, the incremental pitch may be relatively coarse (eg, 20 microns). As below with reference to 8th described in more detail, a finer pitch (eg, 4 microns) may be implemented with a similarly sized encoder configuration in accordance with the principles disclosed herein. As below with reference to 10A In more detail, in at least one embodiment, the reference scale track pattern TREF1 may comprise a series of reference marks which may be formed as a series of Barker patterns which may also serve as vernier reference marks and which may be formed according to various known techniques ,

Die Detektorelektronik 720 umfasst eine Detektorkonfiguration 725, welche die drei Detektorspuren DETABS1, DETREF1 und DETINC1 umfasst, die angeordnet sind, um Licht jeweils von den drei Skalenspurmustern TABS1, TREF1 und TINC1 zu empfangen. Die Detektorelektronik 720 kann auch Signalverarbeitungsschaltungen (z. B. Schaltungen für Signalversatz und/oder Verstärkungsanpassungen, Signalverstärkung und Kombination usw.) umfassen. Bei mindestens einer Ausführungsform kann die Detektorelektronik 720 als eine einzelne CMOS-IC hergestellt sein.The detector electronics 720 includes a detector configuration 725 comprising the three detector tracks DETABS1, DETREF1 and DETINC1 arranged to receive light from the three scale track patterns TABS1, TREF1 and TINC1, respectively. The detector electronics 720 may also include signal processing circuitry (eg, circuitry for signal offset and / or gain adjustments, signal amplification and combination, etc.). In at least one embodiment, the detector electronics 720 be made as a single CMOS IC.

Im Betrieb kann das Licht 731 (z. B. Primärlicht), das von der Lichtquelle 730 emittiert wird, teilweise oder ganz von der Linse 740 kollimiert werden und wird durch den Strahlenteiler 755 über eine Strahlenfläche geleitet, die ausreicht, um die drei Skalenspurmuster TABS1, TREF1 und TINC1 zu beleuchten. Dann stellt, wie durch den Bildkanal für das inkrementale Skalenspurmuster TINC1 veranschaulicht, das inkrementale Skalenspurmuster TINC1 Skalenlicht 732 bereit, das von dem Strahlenteiler 755 in Richtung auf das Linsen-Array 781 umgeleitet wird. Es versteht sich, dass jede begrenzende Apertur des Apertur-Arrays 782, von denen jede eine Aperturbreite AN in der X-Richtung aufweist, als räumliches Filter dient (wie zuvor mit Bezug auf 2 besprochen), um die Lichtstrahlen, die durch den gegebenen Bildkanal für das inkrementale Skalenspurmuster TINC1 gehen, auszuwählen oder zu begrenzen. Wie in 7 gezeigt, übertragen die entsprechenden Linsen des Linsen-Arrays 781 für jeden Bildkanal die Lichtstrahlen in Richtung auf die entsprechenden Aperturen des begrenzenden Apertur-Arrays 782. Die entsprechenden Aperturen des begrenzenden Apertur-Arrays 782 übertragen dann die Strahlen als räumlich gefiltertes Bildlicht 733 an die jeweiligen Linsen des zweiten Linsen-Arrays 783, und die jeweiligen Linsen des zweiten Linsen-Arrays 783 übertragen und fokussieren das räumlich gefilterte Bildlicht, um jeweilige räumlich modulierte Lichtmuster zu bilden, die den jeweiligen Abschnitten des inkrementalen Skalenspurmusters TINC1 an den jeweiligen Abschnitten der Detektorspur DETINC1 entsprechen.In operation, the light can 731 (eg primary light) coming from the light source 730 is emitted, partially or completely from the lens 740 be collimated and is through the beam splitter 755 passed over a beam surface sufficient to illuminate the three scale track patterns TABS1, TREF1 and TINC1. Then, as illustrated by the image channel for the incremental scale track pattern TINC1, the incremental scale track pattern TINC1 provides scale light 732 ready, that of the beam splitter 755 towards the lens array 781 is redirected. It is understood that any limiting aperture of the aperture array 782 , each of which has an aperture width ΔN in the X direction, serves as a spatial filter (as previously described with reference to Figs 2 discussed) to select or limit the light rays passing through the given image channel for the incremental scale trace pattern TINC1. As in 7 shown, transmit the corresponding lenses of the lens array 781 for each image channel, the light rays in the direction of the corresponding apertures of the limiting aperture array 782 , The corresponding apertures of the bounding aperture array 782 then transmit the rays as spatially filtered image light 733 to the respective lenses of the second lens array 783 , and the respective lenses of the second lens array 783 transmit and focus the spatially filtered image light to form respective spatially modulated light patterns that correspond to the respective portions of the incremental scale trace pattern TINC1 at the respective portions of the detector trace DETINC1.

Wenn somit das inkrementale Skalenspurmuster TINC1 beleuchtet wird, gibt es eine Reihe von spurspezifischen räumlich modulierten Lichtmustern an die jeweiligen Abschnitte der Detektorspur DETINC1 der Detektorelektronik 720 aus, die dem jeweiligen Bildkanal entsprechen. Ein Bild des räumlich modulierten Lichtmusters bildet sich auf einer Bildebene IMGP, die ausgestaltet sein kann, um zu der Detektorspur DETINC1 koplanar zu sein.Thus, when the incremental scale track pattern TINC1 is illuminated, there are a number of track-specific spatially modulated light patterns at the respective portions of the detector track DETINC1 of the detector electronics 720 from which correspond to the respective image channel. An image of the spatially modulated light pattern is formed on an image plane IMGP, which may be configured to be coplanar with the detector trace DETINC1.

Ähnlich wie die Bildgebung der räumlich modulierten Lichtmuster von dem inkrementalen Skalenspurmuster TINC1 auf der Detektorspur DETINC1, wenn die Skalenspurmuster TREF1 und TABS1 durch das Licht aus der Linse 740 beleuchtet werden, geben sie spurspezifische räumlich modulierte Lichtmuster (z. B. gemustertes Licht, das ihren Mustern entspricht) jeweils an die spurspezifischen Detektorspuren DETREF1 und DETABS1 der Detektorelektronik 720 aus. Wie zuvor angemerkt, kann das Referenz-Skalenspurmuster TREF1 (z. B. mit Barker-Mustern) aufgelöst werden, um eine bestimmte inkrementale Wellenlänge anzugeben, so dass die Wellenlänge von dem inkrementalen Skalenspurmuster TINC1 mit Bezug auf die absolute Markierung von dem absoluten Skalenspurmuster TABS1 nicht mehrdeutig ist. Es versteht sich, dass sich alle räumlich modulierten Lichtmuster zusammen mit der Skala 710 bewegen. Auf jeder der Detektorspuren DETINC1, DETABS1 und DETREF1 sind einzelne Photodetektorflächen angeordnet, um ihre jeweiligen empfangenen räumlich modulierten Lichtmuster zu filtern, um wünschenswerte positionsangebende Signale (z. B. die inkrementale Detektorspur DETINC1, die Quadratursignale oder andere periodische Signale, die eine räumliche Phasenbeziehung aufweisen, die für die Signalinterpolation förderlich ist, erzeugt) bereitzustellen.Similar to the imaging of the spatially modulated light patterns from the incremental scale track pattern TINC1 on the detector track DETINC1 when the scale track patterns TREF1 and TABS1 are illuminated by the light from the lens 740 are illuminated, they give track-specific spatially modulated light patterns (eg patterned light that corresponds to their patterns) to the track-specific detector tracks DETREF1 and DETABS1 of the detector electronics 720 out. As previously noted, the reference scale track pattern TREF1 (eg, with Barker patterns) may be resolved to indicate a particular incremental wavelength such that the wavelength of the incremental scale track pattern TINC1 relative to the absolute mark is different from the absolute scale track pattern TABS1 is not ambiguous. It is understood that all spatially modulated light patterns coincide with the scale 710 move. Discrete photodetector areas are arranged on each of the detector tracks DETINC1, DETABS1 and DETREF1 to filter their respective received spatially modulated light patterns to provide desirable positional indicative signals (eg, the incremental detector trace DETINC1, the quadrature signals or other periodic signals having a spatial phase relationship , which is conducive to signal interpolation).

Bei diversen Anwendungen sind die Detektorelektronik und die Lichtquelle mit Bezug zueinander in einem festen Verhältnis eingebaut, z. B. in einem Lesekopf- oder Messgerätgehäuse (nicht gezeigt), und werden gemäß bekannten Techniken von einem Lagersystem entlang der Messachse mit Bezug auf die Skala 710 bewegt. Die Skala kann bei diversen Anwendungen an einem sich bewegenden Objekttisch oder an einer Messgerätspindel oder dergleichen angebracht sein. Die in 7 gezeigte Konfiguration ist eine reflektierende Konfiguration. D. h. die Lichtquelle und die Detektorelektronik sind auf der gleichen Seite der Skala 710 angeordnet und gemäß bekannten Techniken für winkelmäßige Beleuchtung und Reflexion positioniert. Somit umfasst das Skalenmuster 715 lichtabsorbierende Abschnitte und lichtreflektierende Abschnitte (z. B. auf einem Substrat unter Verwendung bekannter Reflexionstechniken hergestellt), welche die räumlich modulierten Lichtmuster durch Reflexion an die Detektorspuren ausgeben. Es versteht sich, dass ähnliche Komponenten bei durchlässigen Ausführungsformen angeordnet sein können (siehe z. B. 1). In various applications, the detector electronics and the light source are incorporated with respect to each other in a fixed ratio, e.g. In a read head or meter housing (not shown), and are used in accordance with known techniques by a storage system along the measurement axis with respect to the scale 710 emotional. The scale may be attached to a moving stage or to a gauge spindle or the like in various applications. In the 7 The configuration shown is a reflective configuration. Ie. the light source and the detector electronics are on the same side of the scale 710 arranged and positioned according to known angular illumination and reflection techniques. Thus, the scale pattern includes 715 light absorbing portions and light reflecting portions (eg, fabricated on a substrate using known reflection techniques) which output the spatially modulated light patterns by reflection to the detector tracks. It is understood that similar components may be arranged in transmissive embodiments (see, eg, FIG. 1 ).

8 ist ein teilweise schematisches auseinandergezogenes Diagramm einer Codiererkonfiguration 800, die ein Ausführungsbeispiel einer praktischen Umsetzung der Codiererkonfiguration 300 aus 3 ist. Einige der Komponenten und Betriebsgrundlagen der Codiererkonfiguration 800 sind ungefähr ähnlich wie die der Codiererkonfiguration 300 aus 3 und sind im Allgemeinen analog verständlich. Beispielsweise können die 8XX-Seriennummern in 8, welche die gleiche „XX-”Endung wie die 3XX-Seriennummern in 3 aufweisen, ähnliche oder identische Elemente bezeichnen, die ähnlich funktionieren können, soweit nachstehend nicht anderweitig beschrieben oder nahegelegt. 8th Figure 4 is a partially schematic exploded diagram of an encoder configuration 800 showing an embodiment of a practical implementation of the encoder configuration 300 out 3 is. Some of the components and operating principles of the encoder configuration 800 are approximately similar to the encoder configuration 300 out 3 and are generally analogously understandable. For example, the 8XX serial numbers in 8th which have the same "XX" extension as the 3XX serial numbers in 3 , denote similar or identical elements that may function similarly unless otherwise described or suggested below.

Wie in 8 gezeigt, umfasst die Codiererkonfiguration 800 ein Skalenelement 810, ein Beleuchtungssystem bzw. einen Beleuchtungsabschnitt 860 und eine doppelt telezentrische Bildgebungskonfiguration 880. Das Beleuchtungssystem bzw. der Beleuchtungsabschnitt 860 umfasst eine Lichtquelle 830 (z. B. eine LED) zum Emittieren von sichtbaren oder unsichtbaren Lichtwellenlängen, eine Linse 840, ein Phasengitter 850 und einen Strahlenteiler 855. Wie es nachstehend ausführlicher beschrieben wird, kann das Phasengitter 850 bei mindestens einer Ausführungsform in die Bildkanäle für das inkrementale und Referenz-Skalenspurmuster TINC2 und TREF2 jedoch nicht für das absolute Skalenspurmuster TABS2 gesetzt und dimensioniert werden. Die doppelt telezentrische Bildgebungskonfiguration 880 umfasst ein erstes Linsen-Array 881 auf einer ersten Linsenebene FLP, ein Apertur-Array 882 auf einer Aperturebene AP, ein zweites Linsen-Array 883 auf einer zweiten Linsenebene SLP und eine Detektorelektronik 820 auf einer Detektorebene DP. Es versteht sich, dass die Linsen-Arrays 881 und 883 und das Apertur-Array 882 ähnlich angeordnet sind und funktionieren wie die Linsen-Arrays 781 und 783 und das Apertur-Array 782, die zuvor mit Bezug auf 7 beschrieben wurden. Die Detektorelektronik 820 kann an Schaltungen zum Generieren und Verarbeiten von Signalen (nicht gezeigt) angeschlossen sein. Die Lichtquelle 830 kann über Energie- und Signalverbindungen (nicht gezeigt) ebenfalls an die Schaltungen zum Generieren und Verarbeiten von Signalen angeschlossen sein.As in 8th includes the encoder configuration 800 a scale element 810 , a lighting system or a lighting section 860 and a double telecentric imaging configuration 880 , The lighting system or the lighting section 860 includes a light source 830 (eg, an LED) for emitting visible or invisible light wavelengths, a lens 840 , a phase grid 850 and a beam splitter 855 , As will be described in more detail below, the phase grating 850 however, in at least one embodiment, the image channels for the incremental and reference scale track patterns TINC2 and TREF2 are not set and dimensioned for the absolute scale track pattern TABS2. The double telecentric imaging configuration 880 includes a first lens array 881 on a first lens plane FLP, an aperture array 882 on an aperture plane AP, a second lens array 883 on a second lens plane SLP and a detector electronics 820 on a detector level DP. It is understood that the lens arrays 881 and 883 and the aperture array 882 are arranged and work like the lens arrays 781 and 783 and the aperture array 782 previously referring to 7 have been described. The detector electronics 820 may be connected to circuits for generating and processing signals (not shown). The light source 830 may also be connected to the circuits for generating and processing signals via power and signal connections (not shown).

Bei der in 8 gezeigten Ausführungsform umfasst das Skalenelement 810 ein Skalenmuster 815, das die drei Skalenspurmuster umfasst, die zuvor mit Bezug auf 3 beschrieben wurden, wozu das absolute Skalenspurmuster TABS2, das Referenz-Skalenspurmuster TREF2 und das inkrementale Skalenspurmuster TINC2 gehören. Bei mindestens einer Ausführungsform kann das absolute Skalenspurmuster TABS2 eine relativ „grobe” ABS-Auflösung in der Größenordnung der Detektordimension entlang der X-Achse aufweisen. Wie zuvor mit Bezug auf 3 beschrieben, werden das Referenz-Skalenspurmuster TREF2 und das inkrementale Skalenspurmuster TINC2 gemäß den hier offenbarten räumlichen Filter- und Bildgebungsgrundlagen verwendet und abgebildet.At the in 8th embodiment shown comprises the scale element 810 a scale pattern 815 comprising the three scale track patterns previously described with reference to 3 which includes the absolute scale track pattern TABS2, the reference scale track pattern TREF2 and the incremental scale track pattern TINC2. In at least one embodiment, the absolute scale track pattern TABS2 may have a relatively "coarse" ABS resolution on the order of the detector dimension along the X-axis. As before with reference to 3 described, the reference scale track pattern TREF2 and the incremental scale track pattern TINC2 are used and mapped in accordance with the spatial filtering and imaging principles disclosed herein.

Wie in 8 gezeigt, umfasst die Detektorelektronik 820 eine Detektorkonfiguration 825, welche die drei Detektorspuren DETABS2, DETREF2 und DETINC2 umfasst, die angeordnet sind, um Licht jeweils von den drei Skalenspurmustern TABS2, TREF2 und TINC2 zu empfangen. Die Detektorelektronik 820 kann auch Signalverarbeitungsschaltungen (z. B. Schaltungen für Signalversatz und/oder Verstärkungsanpassungen, Signalverstärkung und Kombination usw.) umfassen. Bei mindestens einer Ausführungsform kann die Detektorelektronik 820 als eine einzelne CMOS-IC hergestellt sein.As in 8th shown includes the detector electronics 820 a detector configuration 825 comprising the three detector tracks DETABS2, DETREF2 and DETINC2 arranged to receive light from the three scale track patterns TABS2, TREF2 and TINC2, respectively. The detector electronics 820 may also include signal processing circuitry (eg, circuitry for signal offset and / or gain adjustments, signal amplification and combination, etc.). In at least one embodiment, the detector electronics 820 be made as a single CMOS IC.

Im Betrieb kann das Licht 831 (z. B. Primärlicht), das von der Lichtquelle 830 emittiert wird, teilweise oder ganz von der Linse 840 kollimiert werden und durch den Strahlenteiler 855 über eine Strahlenfläche geleitet werden, die ausreicht, um die drei Skalenspurmuster TABS2, TREF2 und TINC2 zu beleuchten. Das Phasengitter 850 ist dimensioniert, um das Ausgangslicht zu beugen, um gebeugtes strukturiertes Licht 831' für das Referenz- und das inkrementale Skalenspurmuster TREF2 und TINC2 (aber nicht für das absolute Skalenspurmuster TABS2) bereitzustellen. Wie durch den Bildkanal für das inkrementale Skalenspurmuster TINC2 veranschaulicht, gibt das inkrementale Skalenspurmuster TINC2 dann Skalenlicht 832 aus, das von dem Strahlenteiler 855 in Richtung auf das Linsen-Array 881 umgeleitet wird. Es versteht sich, dass jede begrenzende Apertur des Apertur-Array 882, von der jede eine Aperturbreite AW in X-Richtung aufweist, als räumliches Filter dient (wie zuvor mit Bezug auf 4 beschrieben), um die Lichtstrahlen, die durch die gegebenen Bildkanäle gehen, auszuwählen oder zu begrenzen. Mit anderen Worten, wie zuvor beschrieben, blendet das räumliche Filtern die Hochfrequenzabschnitte der Bilder, die von dem Phasengitter und den inkrementalen Skalenspurmustern erzeugt werden, effektiv aus, so dass das verbleibende Signal hauptsächlich aus der Modulation besteht, die man als Schwebungsfrequenz zwischen der Streifenteilung der strukturierten Beleuchtung und der Teilung des Skalengitters ansehen kann. Die sich ergebende modulierte Bildteilung ist ein Maß der Periode dieser Schwebungsfrequenzhüllkurve.In operation, the light can 831 (eg primary light) coming from the light source 830 is emitted, partially or completely from the lens 840 be collimated and through the beam splitter 855 over a beam surface sufficient to illuminate the three scale track patterns TABS2, TREF2 and TINC2. The phase grating 850 is dimensioned to diffract the output light to diffracted structured light 831 ' for the reference and incremental scale track patterns TREF2 and TINC2 (but not for the absolute scale track pattern TABS2). As illustrated by the image channel for the incremental scale track pattern TINC2, the incremental scale track pattern TINC2 then gives scale light 832 from the beam splitter 855 towards the lens array 881 is redirected. It is understood that any limiting aperture of the aperture array 882 , each of which has an aperture width AW in the X direction, serves as a spatial filter (as previously with reference to 4 described) to select or limit the light rays passing through the given image channels. In other words, as described above, the spatial filtering effectively fades out the high-frequency portions of the images generated by the phase grating and the incremental scale pattern patterns, so that the remaining signal consists mainly of the modulation, which is called the beat frequency between the stripe division of the structured lighting and the division of the scale grid. The resulting modulated image pitch is a measure of the period of this beat frequency envelope.

Wie in 8 gezeigt, übertragen die entsprechenden Linsen des Linsen-Arrays 881 für jeden Bildkanal die Lichtstrahlen in Richtung auf die entsprechenden Aperturen des begrenzenden Apertur-Arrays 882. Die entsprechenden Aperturen des begrenzenden Apertur-Arrays 882 übertragen die Strahlen als räumlich gefiltertes Bildlicht 833 an die jeweiligen Linsen des zweiten Linsen-Arrays 883, und die jeweiligen Linsen des zweiten Linsen-Arrays 883 übertragen und fokussieren das räumlich gefilterte Bildlicht, um jeweilige räumlich modulierte Lichtmuster zu bilden, die den jeweiligen Abschnitten des inkrementalen Skalenspurmusters TINC2 an den jeweiligen Abschnitten der Detektorspur DETINC2 entsprechen. Wie zuvor mit Bezug auf 4 beschrieben und gemäß den hier offenbarten Grundlagen, umfassen die räumlich modulierten Lichtmuster auf der Detektorspur DETINC2 modulierte und räumlich gefilterte abgebildete Streifenmuster.As in 8th shown, transmit the corresponding lenses of the lens array 881 for each image channel, the light rays in the direction of the corresponding apertures of the limiting aperture array 882 , The corresponding apertures of the bounding aperture array 882 transmit the rays as spatially filtered image light 833 to the respective lenses of the second lens array 883 , and the respective lenses of the second lens array 883 transmit and focus the spatially filtered image light to form respective spatially modulated light patterns corresponding to the respective portions of the incremental scale trace pattern TINC2 at the respective portions of the detector trace DETINC2. As before with reference to 4 and according to the principles disclosed herein, the spatially modulated light patterns on the detector trace DETINC2 comprise modulated and spatially filtered imaged fringe patterns.

Wenn die Skalenspurmuster TREF2 und TABS2 ähnlich beleuchtet werden, geben sie spurspezifische räumlich modulierte Lichtmuster jeweils an die spurspezifischen Detektorspuren DETREF2 und DETABS2 der Detektorelektronik 820 aus. Wie zuvor angemerkt, umfassen die räumlich modulierten Lichtmuster auf der Referenz-Detektorspur DETREF2 auch modulierte und räumlich gefilterte abgebildete Streifenmuster. Es versteht sich, dass sich alle räumlich modulierten Lichtmuster zusammen mit der Skala 810 bewegen. In optischen Signalkanälen, die jeder der Detektorspuren DETINC2, DETABS2 und DETREF2 entsprechen, sind einzelne Photodetektorflächen angeordnet, um ihre jeweiligen empfangenen räumlich modulierten Lichtmuster räumlich zu filtern, um wünschenswerte positionsangebende Signale (z. B. die inkrementale Detektorspur DETINC2, die Quadratursignale oder andere periodische Signale, die eine räumliche Phasenbeziehung aufweisen, die für die Signalinterpolation förderlich ist, erzeugt) bereitzustellen.If the scale track patterns TREF2 and TABS2 are similarly illuminated, they input track-specific spatially modulated light patterns respectively to the track-specific detector tracks DETREF2 and DETABS2 of the detector electronics 820 out. As previously noted, the spatially modulated light patterns on the reference detector track DETREF2 also include modulated and spatially filtered imaged fringe patterns. It is understood that all spatially modulated light patterns coincide with the scale 810 move. In optical signal channels corresponding to each of the detector tracks DETINC2, DETABS2 and DETREF2, individual photodetector areas are arranged to spatially filter their respective received spatially modulated light patterns for desirable positional indicative signals (eg, the incremental detector trace DETINC2, the quadrature signals, or other periodic signals) Signals having a spatial phase relationship conducive to signal interpolation).

Bei diversen Anwendungen sind die Detektorelektronik 820 und die Lichtquelle 830 mit Bezug zueinander in einem festen Verhältnis eingebaut, z. B. in einem Lesekopf- oder Messgerätgehäuse (nicht gezeigt), und werden gemäß bekannten Techniken von einem Lagersystem entlang der Messachse mit Bezug auf die Skala 810 geführt. Die Skala kann bei diversen Anwendungen an einem sich bewegenden Objekttisch oder an einer Messgerätspindel oder dergleichen angebracht sein. Die in 8 gezeigte Konfiguration ist eine reflektierende Konfiguration. D. h. die Lichtquelle 830 und die Detektorelektronik 820 sind auf der gleichen Seite der Skala 810 angeordnet und gemäß bekannten Techniken für eine winkelmäßige Beleuchtung und Reflexion positioniert. Somit umfasst das Skalenmuster 815 lichtabsorbierende Abschnitte und lichtreflektierende Abschnitte (z. B. unter Verwendung bekannter Techniken auf einem Substrat hergestellt), welche die räumlich modulierten Lichtmuster an die Detektorspuren durch Reflexion ausgeben. Es versteht sich, dass ähnliche Komponenten bei durchlässigen Ausführungsformen angeordnet sein können (siehe z. B. 3).In various applications, the detector electronics 820 and the light source 830 built with respect to each other in a fixed ratio, z. In a read head or meter housing (not shown), and are used in accordance with known techniques by a storage system along the measurement axis with respect to the scale 810 guided. The scale may be attached to a moving stage or to a gauge spindle or the like in various applications. In the 8th The configuration shown is a reflective configuration. Ie. the light source 830 and the detector electronics 820 are on the same side of the scale 810 arranged and positioned according to known techniques for angular illumination and reflection. Thus, the scale pattern includes 815 light absorbing portions and light reflecting portions (made, for example, on a substrate using known techniques) which output the spatially modulated light patterns to the detector traces by reflection. It is understood that similar components may be arranged in transmissive embodiments (see, eg, FIG. 3 ).

9 ist ein Diagramm einer Codiererkonfiguration 900, das eine alternative Ausführungsform des Phasengitterabschnitts der Codiererkonfiguration 800 aus 8 abbildet. Wie in 9 gezeigt, umfasst die Codiererkonfiguration 900 ein Skalenelement 910, eine Lichtquelle 930, eine Linse 940, zwei Phasengitter 950A und 950B und einen Strahlenteiler 955. Ein Hauptunterschied gegenüber der Codiererkonfiguration 800 aus 8 besteht darin, dass statt der Verwendung eines einzigen Phasengitters 850 die Codiererkonfiguration 900 zwei Phasengitter 950A und 950B verwendet. Bei einem spezifischen Ausführungsbeispiel kann das Phasengitter 950A ein 0,92-Mikrometer-Phasengitter sein, wohingegen das Phasengitter 950B ein 0,84-Mikrometer-Phasengitter mit Luftspalt (ohne Kopplung) sein kann. Diese Konfiguration ermöglicht eine platzsparende Konstruktion, indem das Phasengitter 950B nicht erfordert, dass sich die Lichtstrahlen, die von dem Phasengitter 950A ausgegeben werden, vollständig trennen. Bei einem spezifischen Ausführungsbeispiel werden nach der Übertragung des Lichts durch die Phasengitter 950A und 950B Lichtstreifen mit einer vorgegebenen Periode (z. B. 5 Mikrometer) erzeugt, die kombiniert mit der Teilung des inkrementalen Skalenspurmusters TINC2 (z. B. 4 Mikrometer) modulierte und räumlich gefilterte Streifen mit einer vorgegebenen Periode (z. B. 20 Mikrometer) erzeugt. 9 is a diagram of an encoder configuration 900 , which is an alternative embodiment of the phase grating portion of the encoder configuration 800 out 8th maps. As in 9 includes the encoder configuration 900 a scale element 910 , a light source 930 , a lens 940 , two phase grids 950A and 950B and a beam splitter 955 , A major difference over the encoder configuration 800 out 8th is that instead of using a single phase grating 850 the encoder configuration 900 two phase grids 950A and 950B used. In a specific embodiment, the phase grating 950A a 0.92 micron phase grating, whereas the phase grating 950B a 0.84 micron phase grating with air gap (without coupling) can be. This configuration allows a space-saving design by using the phase grating 950B does not require that the light rays coming from the phase grating 950A be completely discharged. In a specific embodiment, after the transmission of the light through the phase gratings 950A and 950B Generates light stripes of a predetermined period (eg, 5 microns) which, combined with the division of the incremental scale trace pattern TINC2 (eg, 4 microns) produces modulated and spatially filtered stripes having a predetermined period (eg, 20 microns) ,

10A und 10B sind Diagramme der Skalenspurmusteranordnungen der Codiererkonfigurationen jeweils aus 1 und 3. Wie in 10A gezeigt, umfasst die Skalenspurmusteranordnung 1000A das absolute Skalenspurmuster TABS1, das Referenz-Skalenspurmuster TREF1 und das inkrementale Skalenspurmuster TINC1. Wie zuvor beschrieben, stellt das absolute Skalenspurmuster TABS1 Signale bereit, die verwendbar sind, um eine absolute Position über einen absoluten Messbereich zu bestimmen, die bei der Ausführungsform aus 10A abgebildet sind, wie sie codierte Signalabschnitte umfassen, die absolute Positionen entlang dem Skalenspurmuster angeben. 10A and 10B For example, diagrams of the scale track pattern arrangements of the encoder configurations are respectively 1 and 3 , As in 10A includes the scale track pattern arrangement 1000A the absolute scale track pattern TABS1, the reference scale track pattern TREF1, and the incremental scale track pattern TINC1. As described above, the absolute scale track pattern TABS1 provides signals that are usable to to determine an absolute position over an absolute measuring range, which in the embodiment of 10A are depicted as comprising coded signal sections indicating absolute positions along the scale track pattern.

Für das inkrementale Skalenspurmuster TINC1 ist die inkrementale Teilung abgebildet, wie sie relativ grob ist (z. B. 20 Mikrometer). In dem Abschnitt des Referenz-Skalenspurmusters TREF1, das in 10A gezeigt wird, sind vier Referenz-Markierungsmuster RM1A bis RM1D abgebildet, und sind gezeigt, wie sie in vorgegebenen Intervallen vorkommen. Bei mindestens einer Ausführungsform können die Referenzmarkierungen als Barker-Muster gebildet sein, die gemäß diversen bekannten Techniken gebildet werden können. Die Referenz-Markierungsmuster können auch als Nonius-Referenzmarkierungen dienen. Wie zuvor beschrieben, kann das Referenz-Skalenspurmuster TREF1 bis auf eine Stufe aufgelöst werden, die es ihm ermöglicht, eine bestimmte inkrementale Wellenlänge anzugeben, so dass die inkrementale Wellenlänge (z. B. von dem inkrementalen Skalenspurmuster TINC1) mit Bezug auf eine absolute Markierung (z. B. von dem absoluten Skalenspurmuster TABS1) nicht mehrdeutig ist. Wie in 10A gezeigt, weist die Skala eine Gesamtbreitendimension X1 auf, während die Fläche, die von den Skalenspurmustern TABS1, TREF1 und TINC1 abgedeckt wird, eine Breitendimension X2 aufweist. Bei einem spezifischen Ausführungsbeispiel ist die Dimension X1 gleich 13 Millimeter, während die Dimension X2 gleich 3,9 Millimeter ist.For the incremental scale trace pattern TINC1, the incremental pitch is mapped as it is relatively coarse (eg, 20 microns). In the section of the reference scale trace TREF1 which is in 10A 4, four reference marker patterns RM1A to RM1D are shown and shown as occurring at predetermined intervals. In at least one embodiment, the reference marks may be formed as Barker patterns that may be formed according to various known techniques. The reference marker patterns can also serve as vernier reference marks. As described above, the reference scale track pattern TREF1 can be resolved to a level that allows it to specify a particular incremental wavelength such that the incremental wavelength (eg, from the incremental scale track pattern TINC1) with respect to an absolute mark (eg, from the absolute scale track pattern TABS1) is not ambiguous. As in 10A 4, the scale has an overall width dimension X1, while the area covered by the scale track patterns TABS1, TREF1 and TINC1 has a width dimension X2. In a specific embodiment, dimension X1 is equal to 13 millimeters while dimension X2 is equal to 3.9 millimeters.

Wie in 10B gezeigt, umfasst die Skalenspurmusteranordnung 1000B das absolute Skalenspurmuster TABS2, das Referenz-Skalenspurmuster TREF2 und das inkrementale Skalenspurmuster TINC2. Die diversen möglichen Dimensionen und Konfigurationen für die Skalenspurmuster werden nachstehend mit Bezug auf 11 ausführlicher beschrieben. Im Allgemeinen versteht es sich, dass die Skalenspurmusteranordnung 1000B ausgelegt ist, um ungefähr so groß zu sein wie die Skalenspurmusteranordnung 1000A aus 10A, so dass die Skalenspurmusteranordnung 1000B in eine Codiererkonfiguration eingesetzt werden kann, die ansonsten für die Skalenspurmusteranordnung 1000A ausgelegt ist. Wie in 10B gezeigt, stellt das absolute Skalenspurmuster TABS2 Signale bereit, die verwendbar sind, um eine absolute Position über einen absoluten Messbereich zu bestimmen, und kann codierte Abschnitte umfassen, die ähnlich wie die des absoluten Skalenspurmusters TABS1 aus 10A sind. Bei mindestens einer Ausführungsform kann das absolute Skalenspurmuster TABS2 eine sehr grobe ABS-Auflösung in der Größenordnung der Detektordimension entlang der X-Achse aufweisen.As in 10B includes the scale track pattern arrangement 1000B the absolute scale track pattern TABS2, the reference scale track pattern TREF2 and the incremental scale track pattern TINC2. The various possible dimensions and configurations for the scale trace patterns will be described below with reference to FIG 11 described in more detail. In general, it is understood that the scale track pattern arrangement 1000B is designed to be about as large as the scale track pattern arrangement 1000A out 10A so that the scale track pattern arrangement 1000B can be used in an encoder configuration otherwise for the scale track pattern arrangement 1000A is designed. As in 10B 1, the absolute scale track pattern TABS2 provides signals usable to determine an absolute position over an absolute measurement range, and may include coded portions similar to those of the absolute scale track pattern TABS1 10A are. In at least one embodiment, the absolute scale track pattern TABS2 may have a very coarse ABS resolution on the order of the detector dimension along the X-axis.

Wie in 10B gezeigt, ist das inkrementale Skalenspurmuster TINC2 abgebildet, wie es eine viel feinere Teilung (z. B. 4 Mikrometer) im Vergleich zu der Teilung des inkrementalen Skalenspurmusters TINC1 aus 10A (z. B. 20 Mikrometer) aufweist. Der in 10B gezeigte Abschnitt des Referenz-Skalenspurmusters TREF2 ist abgebildet, wie er eine Reihe von vier Referenz-Markierungsmustern RM2A bis RM2D aufweist. Die Referenz-Markierungsmuster RM2A bis RM2D können gemäß diversen bekannten Techniken als Barker-Muster gebildet sein. Die Referenz-Markierungsmuster können auch als Nonius-Referenzmarkierungen dienen. Das Referenz-Skalenspurmuster TREF2 ist ausgelegt, so dass es bis auf eine Stufe aufgelöst werden kann, die es ihm ermöglicht, eine bestimmte inkrementale Wellenlänge für das inkrementale Skalenspurmuster TINC2 anzugeben, so dass die inkrementalen Wellenlängen mit Bezug auf eine absolute Markierung von dem absoluten Skalenspurmuster TABS2 nicht mehrdeutig sind. Bei mindestens einer Ausführungsform erstellt die Kombination der modulierten und räumlich gefilterten Bilder des Referenz-Spurmusters TREF2 und des inkrementalen Spurmusters TINC2 eine synthetische Wellenlänge, für welche die gemessene synthetische Phase auf den richtigen inkrementalen Skalenspurmusterzyklus zeigt (z. B. kann eine gemessene synthetische Phase von null einen richtigen inkrementalen Zyklus angeben, der dieser Phase entspricht).As in 10B As shown, the incremental scale track pattern TINC2 is imaged as is a much finer pitch (eg, 4 microns) compared to the pitch of the incremental scale track pattern TINC1 10A (eg 20 microns). The in 10B The portion of the reference scale trace TREF2 shown is depicted as having a series of four reference mark patterns RM2A to RM2D. The reference marker patterns RM2A to RM2D may be formed as a Barker pattern according to various known techniques. The reference marker patterns can also serve as vernier reference marks. The reference scale track pattern TREF2 is designed so that it can be resolved to a level that allows it to specify a particular incremental wavelength for the incremental scale track pattern TINC2 such that the incremental wavelengths with respect to an absolute mark are different from the absolute scale track pattern TABS2 are not ambiguous. In at least one embodiment, the combination of the modulated and spatially filtered images of the reference track pattern TREF2 and the incremental track pattern TINC2 creates a synthetic wavelength for which the measured synthetic phase points to the correct incremental scale track pattern cycle (eg, a measured synthetic phase of indicate zero a correct incremental cycle corresponding to this phase).

Als Beispiel wird bei der Ausführungsform aus 10B jedes der Referenz-Markierungsmuster RM2A bis RM2D gezeigt, wie es eine entsprechende Phasenmarkierung PHS2A bis PHS2D aufweist, die einen Punkt angibt, an dem eine perfekt ausgeleitete Phase für jede Position vorkommen würde. Mit anderen Worten werden in dem Referenz-Skalenspurmuster TREF2 die Referenz-Markierungsmuster (z. B. Muster RM2A bis RM2D) in ausgewählten Intervallen (z. B. 0,6 Millimeter) bereitgestellt. Die Phase jedes Referenz-Markierungsmusters (z. B. in der Mitte jedes Muster, wo die Phasenmarkierungen PHS2A bis PHS2D vorkommen) stimmt mit der Phase des inkrementalen Skalenspurmusters TINC2 an den Stellen, die um den vorgegebenen Abstand (z. B. 0,6 Millimeter) beabstandet sind, überein (oder weist einen konstanten Phasenversatz dazu auf). Die synthetische Phase des inkrementalen Skalenspurmusters TINC2 und des Referenz-Skalenspurmusters TREF2 ist größer als die Länge des Referenz-Markierungsmusters (d. h. ist größer als die Länge jedes der einzelnen Barker-Muster).As an example, in the embodiment 10B each of the reference marker patterns RM2A to RM2D is shown as having a corresponding phase marker PHS2A to PHS2D indicating a point at which a perfectly-derived phase would occur for each position. In other words, in the reference scale track pattern TREF2, the reference mark patterns (eg, patterns RM2A to RM2D) are provided at selected intervals (eg, 0.6 millimeters). The phase of each reference marker pattern (eg, in the middle of each pattern where the PHS2A to PHS2D phase markers occur) coincides with the phase of the incremental scale trace pattern TINC2 at the locations that are spaced by the predetermined distance (eg, 0.6 Millimeter), (or has a constant phase offset thereto). The synthetic phase of the incremental scale trace pattern TINC2 and the reference scale trace pattern TREF2 is greater than the length of the reference mark pattern (ie, greater than the length of each of the individual Barker patterns).

Wie zuvor beschrieben, ist das Referenz-Skalenspurmuster TREF2 (mit den Referenz-Markierungsmustern) ausgelegt, um die gleiche Art von modulierten und räumlich gefilterten Bildern wie das inkrementale Skalenspurmuster TINC2 zu erzeugen. Um die modulierte und räumlich gefilterte Bildgebung zu erzeugen, wird ein Phasengitter verwendet, das eine Teilung aufweist, die nahe der Teilung des inkrementalen Skalenspurmusters TINC2 und des Referenz-Skalenspurmusters TREF2 ist (z. B. eine Phasengitterteilung von 5 Mikrometer im Vergleich zu einer inkrementalen Skalenspurteilung von 4 Mikrometer und einer Referenz-Skalenspurteilung von 4,1 Mikrometer). Die sich ergebende modulierte und räumlich gefilterte abgebildete Streifenperiode aus dem Phasengitter und dem inkrementalen Skalenspurmuster TINC2 kann relativ grob (z. B. 20 Mikrometer) sein und kann geringfügig anders sein als die modulierte und räumlich gefilterte abgebildete Streifenperiode, die von dem Phasengitter und dem Referenz-Skalenspurmuster TREF2 erzeugt wird (z. B. 22,77 Mikrometer).As previously described, the reference scale track pattern TREF2 (with the reference marker patterns) is designed to produce the same type of modulated and spatially filtered pictures as the incremental scale track pattern TINC2. To the modulated and spatially filtered imaging For example, a phase grating having a pitch close to the pitch of the incremental scale trace pattern TINC2 and the reference scale trace pattern TREF2 is used (e.g., a phase grating pitch of 5 microns as compared to an incremental scale pitch of 4 microns and a reference) -Scale pitch of 4.1 microns). The resulting modulated and spatially filtered imaged fringe period from the phase grating and the incremental scale trace pattern TINC2 may be relatively coarse (e.g., 20 microns) and may be slightly different than the modulated and spatially filtered imaged fringe period from the phase grating and the reference Scale trace pattern TREF2 is generated (eg 22.77 microns).

Dadurch dass das Referenz-Skalenspurmuster TREF2 eine geringfügig andere Teilung (z. B. 4,1 Mikrometer) im Vergleich zur Teilung des inkrementalen Skalenspurmusters TINC2 (z. B. 4,0 Mikrometer) erhält, stimmt die Phase des Referenz-Skalenspurmusters mit der Phase des inkrementalen Skalenspurmusters nur an einem vorgegebenen Punkt entlang einer vorgegebenen Länge überein (z. B. stimmt sie nur an einem Punkt entlang einer Barker-Musterlänge innerhalb des Referenz-Skalenspurmusters TREF2 überein, wie durch die Phasenmarkierungen PHS2A bis PHS2D angegeben). Diese Position, in der die Phasen übereinstimmen, definiert eine bestimmte inkrementale Wellenlänge für das inkrementale Skalenspurmuster TINC2.By making the reference scale track pattern TREF2 slightly different in pitch (eg, 4.1 micrometers) compared to the pitch of the incremental scale track pattern TINC2 (eg, 4.0 micrometers), the phase of the reference scale track pattern is the same Phase of the incremental scale trace pattern only at a given point along a given length (eg, it coincides only at one point along a barker pattern length within the reference scale trace TREF2 as indicated by the phase markers PHS2A to PHS2D). This position, in which the phases match, defines a particular incremental wavelength for the incremental scale trace pattern TINC2.

Wie zuvor beschrieben, kann durch die Verwendung eines inkrementalen Skalenspurmusters mit einer relativ feinen Teilung (z. B. 4 Mikrometer), die durch strukturiertes Licht abgebildet wird, das von einem Phasengitter mit einer ausgewählten Teilung (z. B. 5 Mikrometer) erzeugt wird, ein moduliertes und räumlich gefiltertes Muster mit einer relativ groben modulierten Bildteilung (z. B. 20 Mikrometer) erzeugt werden. Es versteht sich, dass bei einer derartigen Ausführungsform ein ausgewähltes Verhältnis (z. B. 5 zu 1) zwischen der modulierten Bildteilung (z. B. 20 Mikrometer) und der Teilung des inkrementalen Skalenspurmusters (z. B. 4 Mikrometer) besteht. Bei ausgewählten Ausführungsformen können Verhältnisse von ungefähr 5 zu 1 oder mehr (z. B. 10 zu 1, 20 zu 1 usw.) wünschenswert sein, um zu ermöglichen, dass ein inkrementales Skalenspurmuster mit einer höheren Auflösung in einer Codiererkonfiguration verwendet werden kann, die zuvor für eine grobe inkrementale Skalenspurteilung ausgelegt wurde.As previously described, the use of an incremental scale trace pattern with a relatively fine pitch (e.g., 4 microns) imaged by patterned light produced by a phase grating at a selected pitch (e.g., 5 microns) , a modulated and spatially filtered pattern with a relatively coarse modulated image split (eg, 20 microns) can be generated. It is understood that in such an embodiment, a selected ratio (eg, 5 to 1) exists between the modulated image split (eg, 20 microns) and the pitch of the incremental scale trace pattern (eg, 4 microns). In selected embodiments, ratios of approximately 5 to 1 or more (eg, 10 to 1, 20 to 1, etc.) may be desirable to enable an incremental scale trace pattern to be used with a higher resolution in a coder configuration previously designed for coarse incremental scale scoring.

11 ist ein Tabelle 1100, welche die Parameter für diverse Skalen- und Detektorspur-Kombinationen für die Codiererkonfiguration aus 3 abbildet. Wie in 11 gezeigt, wird für eine erste Umsetzung das inkrementale Skalenspurmuster TINC2 angegeben, wie es eine Teilung von p = 4 Mikrometer aufweist, und das verknüpfte Phasengitter erstellt strukturiertes Licht einer Streifenperiode S = 5 Mikrometer. Die abgebildete Streifenperiode, die sich aus der modulierten und räumlich gefilterten Bildgebung ergibt, ist f = 20 Mikrometer. Ein Interpolationsfaktor (der die notwendige Interpolationsstufe angibt) ist K = 40. Die Detektorelemente sind ausgelegt, um eine Teilung von d = 15 Mikrometer aufzuweisen. Es versteht sich, dass bei bestimmten Ausführungsformen die Detektorelementteilung mit 1/4, 1/3, 2/3 oder 3/4 der Streifenperiode f bezeichnet werden kann. Bei mindestens einer Ausführungsform kann die Detektorelementteilung für einen 20-Mikrometer-Streifen 3/4 betragen (wie für die Detektorelementteilung d = 15 Mikrometer bei dem vorliegenden Beispiel). 11 is a table 1100 which outputs the parameters for various scale and detector track combinations for the encoder configuration 3 maps. As in 11 For a first implementation, the incremental scale trace pattern TINC2 is indicated as having a pitch of p = 4 microns, and the associated phase grating produces structured light of a stripe period S = 5 microns. The imaged fringe period resulting from the modulated and spatially filtered imaging is f = 20 microns. An interpolation factor (indicating the necessary interpolation level) is K = 40. The detector elements are designed to have a pitch of d = 15 microns. It should be understood that in certain embodiments, the detector element pitch may be designated 1/4, 1/3, 2/3 or 3/4 of the stripe period f. For at least one embodiment, the detector element pitch for a 20 micron strip may be 3/4 (as for the detector element pitch d = 15 microns in the present example).

Für das Referenz-Skalenspurmuster TREF2 in der ersten Umsetzung beträgt die Teilung der Elemente in jedem der Barker-Muster p' = 4,1 Mikrometer, während das verknüpfte Phasengitter strukturiertes Licht mit einer Streifenperiode von S = 5 Mikrometer erstellt (ähnlich wie die für das inkrementale Skalenspurmuster). Die abgebildete Streifenperiode, die durch die Kombination des strukturierten Lichts aus dem Phasengitter durch das Referenz-Skalenspurmuster erzeugt wird, erzeugt eine modulierte und räumlich gefilterte abgebildete Streifenperiode von f' = 22,77 Mikrometer. Der Interpolationsfaktor ist K = 40. Die Teilung der Detektorelemente ist d' = 17 Mikrometer. Für die kombinierte Verwendung des inkrementalen und des Referenz-Skalenspurmusters ist die synthetische Noniuswellenlänge (f f'/(f – f')) gleich 164 Mikrometer. Die Länge jedes der Barker-Muster in dem Referenz-Skalenspurmuster ist L = 136 Mikrometer (mit 33 Linien mit der Teilung p' = 4,1 Mikrometer). Es versteht sich, dass bei bestimmten Ausführungsformen die Anzahl von Linien in dem Barker-Muster derart erforderlich sein kann, dass sie einen angemessen sichtbaren Streifen bilden (d. h. einen ausreichenden Abschnitt der Schwebungsfrequenzhüllkurve), so dass er als Teil des modulierten und räumlich gefilterten Bildes, das auf den Detektorspuren erzeugt wird, richtig detektiert werden kann. Mit Bezug auf die Anzahl von Detektorelementen in dem Bild-Array pro Spur und Bereich und ihrer Gesamtlänge für die inkrementale Detektorspur DETINC1 gibt es 8 Elemente in jedem Satz (mit einer Gesamtlänge von 120 Mikrometer), und für die Referenz-Detektorspur DETREF1 gibt es 8 Elemente in jedem Satz (mit einer Gesamtlänge von 136 Mikrometer). Die Anzahl von inkrementalen Zyklen zwischen den Barker-Mustern ist 150.For the reference scale track pattern TREF2 in the first implementation, the pitch of the elements in each of the Barker patterns p '= 4.1 microns, while the associated phase grating produces patterned light with a stripe period of S = 5 microns (similar to that for the incremental scale track pattern). The imaged fringe period produced by the combination of the patterned light from the phase grating through the reference scale track pattern produces a modulated and spatially filtered imaged fringe period of f '= 22.77 microns. The interpolation factor is K = 40. The pitch of the detector elements is d '= 17 microns. For the combined use of the incremental and reference scale track patterns, the synthetic vernier wavelength (f f '/ (f - f')) is equal to 164 microns. The length of each of the Barker patterns in the reference scale track pattern is L = 136 microns (with 33 lines with the pitch p '= 4.1 microns). It will be understood that in certain embodiments, the number of lines in the Barker pattern may be required to form an appropriately visible stripe (ie, a sufficient portion of the beat frequency envelope) to be included as part of the modulated and spatially filtered image, generated on the detector tracks can be detected correctly. With respect to the number of detector elements in the image array per track and area and their total length for the incremental detector track DETINC1, there are 8 elements in each set (with a total length of 120 microns), and for the reference detector track DETREF1 there are 8 Elements in each set (with a total length of 136 microns). The number of incremental cycles between the Barker patterns is 150.

Wie in 11 gezeigt, wird für eine zweite Umsetzung das inkrementale Skalenspurmuster TINC2 angegeben, wie es eine Teilung von p = 8 Mikrometer aufweist, und das verknüpfte Phasengitter erstellt strukturiertes Licht mit einer Streifenperiode von S = 10 Mikrometer. Die abgebildete Streifenperiode, die sich aus der modulierten und räumlich gefilterten Bildgebung ergibt, ist f = 40 Mikrometer. Der Interpolationsfaktor ist K = 27,6. Die Detektorelemente sind bezeichnet, um eine Teilung von d = 10 Mikrometer aufzuweisen. Bei mindestens einer Ausführungsform kann die Detektorelementteilung für einen 40-Mikrometerstreifen 1/4 sein (wie für die Detektorelementteilung d = 10 Mikrometer bei dem vorliegenden Beispiel).As in 11 For a second conversion, the incremental scale trace pattern TINC2 is indicated as having a pitch of p = 8 microns, and the associated phase grating produces structured light with a stripe period of S = 10 microns. The pictured stripe period, resulting from the modulated and spatially filtered imaging yields f = 40 microns. The interpolation factor is K = 27.6. The detector elements are designated to have a pitch of d = 10 microns. In at least one embodiment, the detector element pitch for a 40 micron strip may be 1/4 (as for the detector element pitch d = 10 microns in the present example).

Für das Referenz-Skalenspurmuster TREF2 bei der zweiten Umsetzung ist die Teilung des Elemente in jedem der Barker-Muster p' = 8,3 Mikrometer, während das verknüpfte Phasengitter strukturiertes Licht mit einer Streifenperiode S = 10 Mikrometer erstellt (ähnlich wie die für das inkrementale Skalenspurmuster). Die abgebildete Streifenperiode, die durch die Kombination des strukturierten Lichts von dem Phasengitter durch das Referenz-Skalenspurmuster erzeugt wird, erzeugt eine modulierte und räumlich gefilterte abgebildete Streifenperiode von f' = 48,8 Mikrometer. Der Interpolationsfaktor ist K = 27,6. Die Teilung der Detektorelemente ist d' = 12,2 Mikrometer. Für die kombinierte Verwendung des inkrementalen und des Referenz-Skalenspurmusters ist die synthetische Noniuswellenlänge (f f'/(f – f')) gleich 221,3 Mikrometer. Die Länge jedes der Barker-Muster in dem Referenz-Skalenspurmuster ist L = ungefähr 195 Mikrometer (mit ungefähr 23 Linien mit der Teilung p' = 4,1 Mikrometer). Mit Bezug auf die Anzahl von Detektorelementen in dem Bild-Array pro Spur und Bereich und ihrer Gesamtlänge gibt es für die inkrementale Detektorspur DETINC2 16 Elemente in jedem Satz (mit einer Gesamtlänge von 160 Mikrometer), und für die Referenz-Detektorspur DETREF2 gibt es 16 Elemente in jedem Satz (mit einer Gesamtlänge von 195 Mikrometer). Die Anzahl von inkrementalen Zyklen zwischen den Barker-Mustern ist 75.For the reference scale track pattern TREF2 at the second conversion, the pitch of the element in each of the Barker patterns is p '= 8.3 microns, while the associated phase grating produces structured light with a stripe period S = 10 microns (similar to that for the incremental scale track pattern). The imaged fringe period produced by the combination of the patterned light from the phase grating through the reference scale track pattern produces a modulated and spatially filtered imaged fringe period of f '= 48.8 microns. The interpolation factor is K = 27.6. The pitch of the detector elements is d '= 12.2 microns. For the combined use of the incremental and reference scale track patterns, the synthetic vernier wavelength (f f '/ (f-f')) is equal to 221.3 microns. The length of each of the Barker patterns in the reference scale trace pattern is L = approximately 195 microns (with approximately 23 lines with the pitch p '= 4.1 microns). With respect to the number of detector elements in the image array per track and area and their total length, for the incremental detector track DETINC2 there are 16 elements in each set (with a total length of 160 microns), and for the reference detector track DETREF2 there are 16 Elements in each set (with a total length of 195 microns). The number of incremental cycles between the Barker patterns is 75.

12 ist im Wesentlichen eine Kopie einer Figur, die in der US-Patentanmeldung Nr. 12/535,561 (Anmeldung '561) enthalten ist, die als US-Vorveröffentlichung Nr. US 2011/0031383 (Veröffentlichung '383) veröffentlicht wurde, und die hiermit zur Bezugnahme vollständig übernommen wird. 12 ist basierend auf der Offenbarung der Anmeldung '561 zu verstehen und wird hier nicht ausführlicher beschrieben. Die verwandten Techniken können jedoch in Zusammenhang mit den hier offenbarten Grundlagen verwendet werden. 12 is essentially a copy of a figure contained in U.S. Patent Application No. 12 / 535,561 ('561 application), which is referred to as U.S. Prior Publication No. US Pat. US 2011/0031383 (Publication '383), which is hereby incorporated by reference in its entirety. 12 is to be understood based on the disclosure of the '561 application and will not be described in more detail here. However, the related techniques may be used in conjunction with the principles disclosed herein.

Kurz gesagt ist 12 ein schematisches Querschnittsdiagramm 1200, das verschiedene Lichtwege durch einen Bildkanal 1280-1 einer doppelt telezentrischen Codierer-Bildgebungsanordnung 1270-1 zeigt, die ähnlich wie die hier gezeigten doppelt telezentrischen Bildgebungskonfigurationen 380, 880 und 1380 ist. Das US-Patent Nr. 7,307,789 (Patent '789), das hiermit zur Bezugnahme übernommen wird, offenbart diverse Ausführungsformen von doppelt telezentrischen Codiererkonfigurationen, die eine zweite Linse (oder Linsen-Array) verwenden, deren Form ähnlich wie die einer ersten Linse (oder Linsen-Array) ist, und die mit Bezug auf die erste Linse entlang einer optischen Achse derart umgekehrt ist, dass sich Linsenaberrationen der beiden ähnlichen Linsen ungefähr ausgleichen, um Aberrationen in dem sich ergebenden Bild zu reduzieren. Es versteht sich, dass die Lehren des Patents '789 nur das Ausgleichen von Linsenaberrationen angehen, die räumliche Verzerrungen in einem Bild eines Skalenmusters verursachen; d. h. eine Verzerrung der Stelle von Mustermerkmalen in dem Bild. Die in 12 gezeigte Ausführungsform kann eine ähnliche Art von Korrektur von räumlichen Verzerrungen in einem Bild bereitstellen, wenn die erste Linse 1210-1 und die zweite Linse 1210-1' ähnliche Aberrationen aufweisen. Es kann jedoch ein subtileres Problem vorkommen, das mit Interferenzeffekten zusammenhängt, die in dem Bild auf Grund der Linsenaberrationen auftreten können. Das Patent '789 geht dieses Problem nicht an. Die Anmeldung '561 geht dieses Problem an und ihre Lehren sind bei diversen vorliegenden Ausführungsformen anwendbar, insbesondere solche Lehren, die die Beugungsordnungs-Strahlblockierung und Aperturdimensionen betreffen, die mit geeigneten Anpassungen bei einigen Ausführungsformen gemäß den hier offenbarten Grundlagen angewendet werden können.Short is 12 a schematic cross-sectional diagram 1200 , the different light paths through a picture channel 1280-1 a double telecentric encoder imaging arrangement 1270-1 shows similar to the double telecentric imaging configurations shown here 380 . 880 and 1380 is. The U.S. Patent No. 7,307,789 ('789 patent), which is hereby incorporated by reference, discloses various embodiments of dual telecentric encoder configurations employing a second lens (or lens array) whose shape is similar to that of a first lens (or lens array) and which is reversed with respect to the first lens along an optical axis such that lens aberrations of the two similar lenses approximately balance each other to reduce aberrations in the resulting image. It will be understood that the teachings of the '789 patent address only the compensation of lens aberrations that cause spatial distortions in an image of a scale pattern; ie a distortion of the location of pattern features in the image. In the 12 The illustrated embodiment may provide a similar type of spatial distortion correction in an image when the first lens 1210-1 and the second lens 1210-1 ' have similar aberrations. However, there may be a more subtle problem associated with interference effects that can occur in the image due to lens aberrations. The '789 patent does not address this problem. The '561 application addresses this problem and its teachings are applicable to various present embodiments, particularly those concerning the diffraction order beam blocking and aperture dimensions that may be applied with appropriate adjustments in some embodiments according to the principles disclosed herein.

13A und 13B zeigen eine Konfiguration 1300, die ein anderes Ausführungsbeispiel einer praktischen Umsetzung der Codiererkonfiguration gemäß den hier offenbarten Grundlagen ist. Einige des Komponenten und Betriebsgrundlagen der Codiererkonfiguration 1300 sind ungefähr ähnlich wie die der Codiererkonfiguration 300 aus 3 und/oder 800 aus 8 und sind im Allgemeinen analog verständlich. Beispielsweise können die 13XX-Seriennummern in 13, welche die gleiche „XX-”Endung wie die 3XX-Seriennummern in 3 aufweisen, ähnliche oder identische Elemente bezeichnen, die ähnlich funktionieren können, soweit nachstehend oder in 13A und 133 nicht anderweitig beschrieben oder nahegelegt. Bei mindestens einer Ausführungsform werden die Dimensionsbeziehungen der in 13A und 13B gezeigten Anordnung in realistischen beispielhaften Proportionen mit Bezug zueinander gezeigt, obwohl derartige Beziehungen bei diversen anderen Ausführungsformen geändert werden können. Bei mindestens einer Ausführungsform kann zur Bezugnahme die Dimension DIMZ ungefähr 26,5 mm betragen, und die Dimension DIMY kann ungefähr 48 mm betragen. Die Dimension GAP kann ungefähr 1 mm betragen. Andere geeignete Dimensionen können bei einem Ausführungsbeispiel basierend auf diesen Dimensionen skaliert werden. Es versteht sich, dass diese Ausführungsform rein beispielhaft und nicht einschränkend ist. 13A and 13B show a configuration 1300 , which is another embodiment of a practical implementation of the encoder configuration according to the principles disclosed herein. Some of the components and operating fundamentals of the encoder configuration 1300 are approximately similar to the encoder configuration 300 out 3 and or 800 out 8th and are generally analogously understandable. For example, the 13XX serial numbers in 13 which have the same "XX" extension as the 3XX serial numbers in 3 denote similar or identical elements that may function similarly as far as below or below 13A and 133 not otherwise described or suggested. In at least one embodiment, the dimensional relationships of in 13A and 13B shown in realistic exemplary proportions with respect to each other, although such relationships may be changed in various other embodiments. In at least one embodiment, for reference, the dimension DIMZ may be approximately 26.5 mm, and the dimension DIMY may be approximately 48 mm. The dimension GAP can be about 1 mm. Other suitable dimensions may be scaled in one embodiment based on these dimensions. It is understood that this embodiment is purely exemplary and not restrictive.

Wie in 13A gezeigt, umfasst die Codiererkonfiguration 1300 bei einem Ausführungsbeispiel ein Skalenelement 1310, ein Beleuchtungssystem bzw. einen Beleuchtungsabschnitt 1360 und eine doppelt telezentrische Bildgebungskonfiguration 1380. Das Beleuchtungssystem bzw. der Beleuchtungsabschnitt 1360 umfasst eine Lichtquelle 1330 (z. B. eine Laserdiode, LED, oder dergleichen) zum Emittieren von sichtbaren oder unsichtbaren Lichtwellenlängen 1331 (z. B. eine Wellenlänge von 655 Mikrometer für einen Laser bei mindestens einer Ausführungsform), eine Apertur 1335, eine kollimierende (oder ungefähr kollimierende, mindestens in der XY-Ebene) Linse 1340, einen polarisierenden Strahlenteiler 1390, eine Strahlfalle 1392, einen Reflektor 1342, ein Aperturelement 1345, einen Reflektor 1344, ein Phasengitter 1350 und einen Strahlenteiler 1355. Die doppelt telezentrische Bildgebungskonfiguration 1380 umfasst eine erste Linse 1381 auf einer ersten Linsenebene, eine Apertur 1382 in einer Aperturkomponente 1382' auf einer Aperturebene, eine zweite Linse 1383 auf einer zweiten Linsenebene und eine Detektorelektronik 1320 auf einer Detektorebene. Die Detektorelektronik 1320 kann an Schaltungen zum Generieren und Verarbeiten von Signalen (nicht gezeigt) angeschlossen sein. Die Lichtquelle 1330 kann über Energie- und Signalverbindungen (nicht gezeigt) an die Schaltungen zum Generieren und Verarbeiten von Signalen angeschlossen sein. As in 13A includes the encoder configuration 1300 in one embodiment, a scale element 1310 , a lighting system or a lighting section 1360 and a double telecentric imaging configuration 1380 , The lighting system or the lighting section 1360 includes a light source 1330 (eg, a laser diode, LED, or the like) for emitting visible or invisible wavelengths of light 1331 (eg, a wavelength of 655 microns for a laser in at least one embodiment), an aperture 1335 , a collimating (or approximately collimating, at least in the XY plane) lens 1340 , a polarizing beam splitter 1390 , a jet trap 1392 , a reflector 1342 , an aperture element 1345 , a reflector 1344 , a phase grid 1350 and a beam splitter 1355 , The double telecentric imaging configuration 1380 includes a first lens 1381 on a first lens plane, an aperture 1382 in an aperture component 1382 ' on an aperture plane, a second lens 1383 on a second lens level and detector electronics 1320 on a detector level. The detector electronics 1320 may be connected to circuits for generating and processing signals (not shown). The light source 1330 may be connected to the circuits for generating and processing signals via power and signal connections (not shown).

Im Betrieb wird Licht 1331 (z. B. Primärlicht), das von der Lichtquelle 1330 emittiert wird, durch die Apertur 1335 übertragen, die vereinzelte Abschnitte des Lichts 1331 blockieren kann. Bei mindestens einer Ausführungsform kann die Apertur 1335 einen Durchmesser von 4 mm aufweisen. Das übertragene Licht kann von der Linse 130 fast oder ganz kollimiert werden und wird durch den Strahlenteiler 1390 geleitet. Z-polarisiertes Licht wird von dem polarisierenden Strahlenteiler 1390 als Licht 1331Z durchgelassen. Der polarisierende Strahlenteiler 1390 ist konfiguriert, um zu verhindern, dass Streulicht in die Lichtquelle 1330 zurück reflektiert wird. Derartiges Streulicht wird von dem polarisierenden Strahlenteiler 1390 als Strahl 1391 reflektiert, der zu einer Strahlfalle 1392 geleitet wird.In operation becomes light 1331 (eg primary light) coming from the light source 1330 is emitted through the aperture 1335 transferred, the isolated sections of the light 1331 can block. In at least one embodiment, the aperture 1335 have a diameter of 4 mm. The transmitted light can be from the lens 130 be almost or completely collimated and is through the beam splitter 1390 directed. Z polarized light is emitted from the polarizing beam splitter 1390 as light 1331Z pass through. The polarizing beam splitter 1390 is configured to prevent stray light in the light source 1330 is reflected back. Such scattered light is from the polarizing beam splitter 1390 as a ray 1391 which turns into a ray trap 1392 is directed.

Das Licht 1331Z geht durch ein Viertelwellenlängenplättchen 1393, das Z-polarisiertes einfallendes Licht in R-kreispolarisiertes Licht 1331C umwandelt. Licht, das von anschließend angetroffenen Elementen entlang dem Lichtweg reflektiert werden kann, kehrt als L-kreispolarisiertes Licht zurück und wird X-polarisiert, wenn es wieder durch das Viertelwellenlängenplättchen 1393 geht. Derartiges X-polarisiertes reflektiertes Licht wird von dem polarisierenden Strahlenteiler 1390 blockiert und zu der Strahlfalle 1392 geleitet, so dass es nicht zurückkehrt, um die Lichtquelle 1330 zu stören oder andere Fremdlichtstrahlen zu erstellen.The light 1331Z goes through a quarter wave plate 1393 , the Z-polarized incident light in R-circle polarized light 1331C transforms. Light that can be reflected by subsequently encountered elements along the optical path returns as L-polarized light and becomes X-polarized as it travels through the quarter wavelength plate 1393 goes. Such X-polarized reflected light is from the polarizing beam splitter 1390 blocked and to the jet trap 1392 directed so that it does not return to the light source 1330 to disturb or create other extraneous light rays.

Das Licht 1331C wird von dem Reflektor 1342 reflektiert und durch das Aperturelement 1345 geleitet, das den Lichtstrahl 1331C derart formt, dass er einen gewünschten Abschnitt (z. B. einen gewünschten Spurabschnitt) der Skala 1310 beleuchtet, nachdem es von dem Reflektor 1344 reflektiert wurde und durch das Phasengitter 1350 gegangen ist, um zum gebeugten strukturierten Licht 1331' zu werden. Bei mindestens einer Ausführungsform kann die Apertur 1345 eine X-Dimension von 6 mm und eine Y-Dimension von 1,5 mm aufweisen.The light 1331C is from the reflector 1342 reflected and through the aperture element 1345 directed the light beam 1331C shaped to have a desired portion (eg, a desired track portion) of the scale 1310 Illuminates after removing it from the reflector 1344 was reflected and through the phase grating 1350 gone to the diffracted structured light 1331 ' to become. In at least one embodiment, the aperture 1345 have an X dimension of 6 mm and a Y dimension of 1.5 mm.

Bei mindestens einer Ausführungsform, bei der die Lichtquelle 1330 eine Laserdiode ist, die Licht auf einer Wellenlänge von 655 Mikrometer emittiert, kann das Skalenelement eine Gitterteilung von 4,00 Mikrometer aufweisen, und das Phasengitter 1350 kann eine Gitterteilung von 4,44 Mikrometer aufweisen und kann konfiguriert sein, um Licht nullter Ordnung zu blockieren. Die sich ergebende Amplitudenmodulation kann eine Periode von ungefähr 20 Mikrometer aufweisen.In at least one embodiment wherein the light source 1330 For example, if a laser diode emits light at a wavelength of 655 microns, the scale element may have a grating pitch of 4.00 microns, and the phase grating 1350 may have a 4.44 micron grating pitch and may be configured to block zeroth-order light. The resulting amplitude modulation may have a period of approximately 20 microns.

Dann reflektiert das Skalenelement 1310 das gebeugte strukturierte Licht von seinen Skalengitterelementen, um das Skalenlicht 1332 bereitzustellen, das die zuvor beschriebene Modulation umfasst, und wird durch den Strahlenteiler 1355 geleitet, um auf den Detektor 1320 durch die doppelt telezentrische Bildgebungskonfiguration 1380 abgebildet zu werden, die gemäß den zuvor angesprochenen Grundlagen funktionieren kann, um das Skalenlicht 1332 derart räumlich zu filtern, dass die Periode der Amplitudenmodulation, die ungefähr der räumlichen Filterperiode der Detektorelemente des Detektors 1320 entspricht, die primäre Intensitätsmodulation des Skalenlichts 1332 ist, die schließlich die Signalvariation der Signale des Detektors 1320 bewirkt. Bei mindestens einer Ausführungsform kann die Apertur 1382 der doppelt telezentrischen Bildgebungskonfiguration 1380 einen Durchmesser von ungefähr 1 mm aufweisen, um Komponenten nullter Ordnung des Skalenlichts 1332 zu blockieren und das gewünschte Filtern der räumlichen Frequenzkomponenten des Skalenlichts 1332 bereitzustellen, die eine höhere räumliche Frequenz aufweisen als die Amplitudenmodulationskomponente. Eine andere Möglichkeit, dies zu beschreiben, besteht darin, dass die Apertur 1382 konfiguriert ist, um eine Bildgebung des Phasengitters und/oder des Skalengitters zu verhindern.Then the scale element reflects 1310 the diffracted structured light from its scale grid elements around the scale light 1332 to provide the modulation described above, and is provided by the beam splitter 1355 headed to the detector 1320 through the double telecentric imaging configuration 1380 to be imaged, which according to the above-mentioned principles can work to the scale light 1332 spatially filter such that the period of the amplitude modulation, approximately the spatial filter period of the detector elements of the detector 1320 corresponds to the primary intensity modulation of the scale light 1332 That is, finally, the signal variation of the signals of the detector 1320 causes. In at least one embodiment, the aperture 1382 the double telecentric imaging configuration 1380 have a diameter of about 1 mm to zeroth-order components of the scale light 1332 to block and the desired filtering of the spatial frequency components of the scale light 1332 to provide a higher spatial frequency than the amplitude modulation component. Another way to describe this is to use the aperture 1382 is configured to prevent imaging of the phase grating and / or the scale grating.

14 zeigt ein Referenzdiagramm von diversen Strahlwegen bei einem Ausführungsbeispiel einer Codiererkonfiguration 1400, die eine kohärente Lichtquelle umfasst. Einige der Komponenten und Betriebsgrundlagen der Codiererkonfiguration 1400 sind ungefähr ähnlich wie die der Codiererkonfiguration 300 aus 3 und/oder 800 aus 8 und sind im Allgemeinen analog verständlich. Beispielsweise können die 14XX-Seriennummern in 14, welche die gleiche „XX-”Endung wie die 3XX-Seriennummern in 3 aufweisen, ähnliche oder identische Elemente bezeichnen, die ähnlich funktionieren können, soweit nachstehend oder in 14 nicht anderweitig beschrieben oder nahegelegt. Wie in 14 gezeigt, emittiert die Lichtquelle Ausgangslicht 1431. Ein Phasengitter 1450 teilt das Ausgangslicht in eine strukturierte Beleuchtung 1431', die Strahlenbündel diverser Beugungsordnungen umfasst. 14 zeigt das Strahlenbündel 1431p der Ordnung +1 und das Strahlenbündel 1431n der Ordnung –1, die interferieren, um eine Beleuchtungsstreifenteilung Pi bereitzustellen. Es versteht sich, dass zusätzliche Ordnungen von Strahlenbündeln in der strukturierten Beleuchtung 1431' vorliegen. Der Übersichtlichkeit halber sind in 14 jedoch nur die Ordnung +1 und die Ordnung –1 gezeigt. Die Skala 1410 umfasst eine Skalenteilung Pg. Die Skala 1410 empfängt die strukturierte Beleuchtung 1431' und gibt Skalenlicht 1432 aus, das Streifen mit einer Hüllkurve umfasst, die eine Periode Pe umfasst. Die Periode Pe kann im Hinblick auf die Skalenstreifenteilung Pi und die Skalenteilung Pg mit Pe = PgPi/(2Pi – Pg) abgeleitet werden. Es versteht sich, dass der Nenner einen Term 2Pi umfasst, der Pi für den Fall von inkohärentem Licht ist. 14 shows a reference diagram of various beam paths in one embodiment of an encoder configuration 1400 which comprises a coherent light source. Some of the components and operating principles of the encoder configuration 1400 are approximately similar to the encoder configuration 300 out 3 and or 800 out 8th and are generally analogously understandable. For example, the 14XX serial numbers in 14 , Which the same "XX" extension as the 3XX serial numbers in 3 denote similar or identical elements that may function similarly as far as below or below 14 not otherwise described or suggested. As in 14 As shown, the light source emits output light 1431 , A phase grid 1450 divides the output light into a structured lighting 1431 ' comprising beams of various diffraction orders. 14 shows the beam 1431p of order +1 and the beam 1431N of order -1, which interfere to provide a lighting stripe division P i . It is understood that additional orders of bundles of rays in the structured illumination 1431 ' available. For the sake of clarity, in 14 however, only the order +1 and the order -1 are shown. The scale 1410 comprises a graduation P g . The scale 1410 receives the structured lighting 1431 ' and gives the scale light 1432 which comprises stripes with an envelope comprising a period P e . The period P e can be derived with respect to the graduation scale P i and the graduation P g with P e = P g P i / (2P i -P g ). It should be understood that the denominator includes a term 2P i that is P i for the case of incoherent light.

15 ist ein teilweise schematisches auseinandergezogenes Diagramm einer Codiererkonfiguration 1500, die eine alternative Ausführungsform eines Beleuchtungsabschnitts 1560 umfasst. Mit Ausnahme des Beleuchtungsabschnitts 1560 sind die Komponenten und Betriebsgrundlagen der Codiererkonfiguration 300 ungefähr ähnlich wie die der Codiererkonfiguration 300 aus 3 und sind im Allgemeinen analog verständlich. Beispielsweise können die 15XX-Seriennummern in 15, welche die gleiche „XX-”Endung wie die 3XX-Seriennummern in 3 aufweisen, ähnliche oder identische Elemente bezeichnen, die ähnlich funktionieren können, soweit nachstehend nicht anderweitig beschrieben oder nahegelegt. Bei der in 15 gezeigten Ausführungsform ist die Codiererkonfiguration 1500 derart konfiguriert, dass der Beleuchtungsabschnitt 1560 (genauer gesagt die Aperturkonfiguration 1572) die Übertragung von unerwünschten Ordnungen von Licht auf das Skalengitter 1510 unterdrückt oder eliminiert und nur die erwünschten Ordnungen (z. B. nur ±1-Ordnungen) zulässt. Dies verbessert die Signalqualität der Codiererkonfiguration 1500 im Vergleich mit zuvor offenbarten Konfigurationen. Die Erfinder haben bestimmt, dass für die hier offenbarten Codiererkonfigurationen residuale Ordnungen von Licht zu periodischen Unregelmäßigkeiten in den sich ergebenden Signalen an den Detektoren führen, wozu Unregelmäßigkeiten gehören, die mit Licht nullter Ordnung in der strukturierten Beleuchtung zusammenhängen, die mit dem Skalengitter interagiert. Es hat sich herausgestellt, dass derartige Unregelmäßigkeiten in abwechselnden Perioden der Signale an den Detektoren auftreten können, statt in jeder Periode des Signals aufzutreten, was die Möglichkeit reduziert, die sich ergebenden Signale genau zu kompensieren und/oder zu interpolieren. Die nachstehend offenbarten Beleuchtungskonfigurationen sind daher kombiniert mit den hier gelehrten Codiererkonfigurationen von besonderem Wert, obwohl ihre Nützlichkeit nicht auf derartige Konfigurationen eingeschränkt ist. 15 Figure 4 is a partially schematic exploded diagram of an encoder configuration 1500 , which is an alternative embodiment of a lighting section 1560 includes. With the exception of the lighting section 1560 are the components and operating principles of the encoder configuration 300 similar to the encoder configuration 300 out 3 and are generally analogously understandable. For example, the 15XX serial numbers in 15 which have the same "XX" extension as the 3XX serial numbers in 3 , denote similar or identical elements that may function similarly unless otherwise described or suggested below. At the in 15 The embodiment shown is the encoder configuration 1500 configured such that the lighting section 1560 (more specifically, the aperture configuration 1572 ) the transmission of unwanted orders of light onto the scale grid 1510 suppressed or eliminated and allows only the desired orders (eg, only ± 1 orders). This improves the signal quality of the encoder configuration 1500 in comparison with previously disclosed configurations. The inventors have determined that, for the encoder configurations disclosed herein, residual orders of light result in periodic irregularities in the resulting signals at the detectors, including irregularities associated with zeroth-order light in the structured illumination that interacts with the scale grid. It has been found that such irregularities can occur in alternating periods of the signals at the detectors, rather than occurring in each period of the signal, reducing the possibility of accurately compensating and / or interpolating the resulting signals. The illumination configurations disclosed below are therefore of particular value in combination with the encoder configurations taught herein, although their utility is not limited to such configurations.

Zusätzlich zu den Komponenten 1530, 1540 und 1550, deren Funktionsweise basierend auf der vorhergehenden Beschreibung analoger Komponenten verständlich ist, umfasst der Beleuchtungsabschnitt 1560 ferner eine erste Filterlinse 1571, eine räumliche Filteraperturkonfiguration 1572, die ungefähr auf einer Brennebene der ersten Filterlinse 1571 positioniert ist, eine zweite Filterlinse 1573, die auf einer Ebene positioniert ist, die sich ungefähr in einem Abstand gleich ihrer Brennweite von der räumlichen Filteraperturkonfiguration 1572 befindet. Im Betrieb gibt das Beleuchtungsgitter 1550 gebeugtes strukturiertes Licht 1531' ähnlich wie in 3 aus. Das gebeugte strukturierte Licht 1531' wird von der ersten Beleuchtungslinse 1571 auf einer Ebene der räumlichen Filteraperturkonfiguration 1572 fokussiert. Die räumliche Filteraperturkonfiguration 1572 ist konfiguriert, um gebeugtes Licht nullter Ordnung aus dem gebeugten strukturierten Licht 1531' unter Verwendung eines mittleren Abschnitts 1572c zu blockieren, und um gebeugtes Licht höherer Ordnung mit Kanten der Aperturkonfiguration 1572 zu blockieren und eine räumlich gefilterte strukturierte Beleuchtung 1531'', die nur gebeugte Lichtkomponenten der Ordnung +1 und –1 umfasst, unter Verwendung eines offenen Aperturabschnitts 1572op zu übertragen. Bei der in 15 gezeigten Ausführungsform ist die räumliche Filteraperturkonfiguration 1572 mit dem mittleren Abschnitt 1572c konfiguriert, der von dem offenen Aperturabschnitt 1572op umgeben ist, der symmetrisch angeordnete Schlitze umfasst. Bei einigen alternativen Ausführungsformen kann eine räumliche Filteraperturkonfiguration eine mittlere kreisförmige Blende umfassen, die von einer ringförmigen Apertur umgeben ist. Die zweite Beleuchtungslinse 1573 empfängt das räumlich gefilterte strukturierte Licht 1531 und gibt die räumlich gefilterte strukturierte Beleuchtung 1531'', die aus den gebeugten Lichtkomponenten der Ordnung +1 und –1 besteht, an das Skalenmuster 1515 auf der Ebene aus, die mit dem Skalengitter 1510 zusammenfällt. Die Dimensionen in der Messachsenrichtung des mittleren Abschnitts 1572c und des offenen Aperturabschnitts 1572op können durch Analyse oder Versuche bestimmt werden und werden im Allgemeinen ausgewählt, um bei diesem bestimmten Beispiel jeweils wie zuvor angesprochen Licht nullter Ordnung zu blockieren und gebeugtes Licht einer ersten Ordnung +/– zu übertragen.In addition to the components 1530 . 1540 and 1550 , whose operation is understandable based on the foregoing description of analogous components, includes the lighting section 1560 Further, a first filter lens 1571 , a spatial filter aperture configuration 1572 at about a focal plane of the first filter lens 1571 is positioned, a second filter lens 1573 positioned on a plane approximately at a distance equal to its focal length from the spatial filter aperture configuration 1572 located. In operation, the lighting grid gives 1550 diffracted structured light 1531 ' similar to in 3 out. The diffracted structured light 1531 ' is from the first illumination lens 1571 at a level of spatial filter aperture configuration 1572 focused. The spatial filter aperture configuration 1572 is configured to diffract zero order diffracted light from the diffracted structured light 1531 ' using a middle section 1572c and diffracted light of higher order with edges of the aperture configuration 1572 to block and a spatially filtered structured lighting 1531 '' comprising only + 1 and -1 diffracted light components using an open aperture section 1572op transferred to. At the in 15 The embodiment shown is the spatial filter aperture configuration 1572 with the middle section 1572c configured from the open aperture section 1572op surrounded, which comprises symmetrically arranged slots. In some alternative embodiments, a spatial filter aperture configuration may include a central circular aperture surrounded by an annular aperture. The second illumination lens 1573 receives the spatially filtered structured light 1531 and gives the spatially filtered structured lighting 1531 '' , which consists of the diffracted light components of order +1 and -1, to the scale pattern 1515 on the level, with the scale grid 1510 coincides. The dimensions in the measuring axis direction of the middle section 1572c and the open aperture section 1572op may be determined by analysis or experimentation and are generally selected to block zero-order light in each particular example, as previously discussed, and transmit +/- first-order diffracted light.

Es versteht sich, dass Licht nullter Ordnung, das von dem Skalengitter 1510 ausgegeben wird, von dem Bildgebungsabschnitt 1580 unterdrückt oder eliminiert werden kann oder genauer gesagt die Apertur 1582, welche die Aperturkonfiguration begrenzt, konfiguriert sein kann, um Licht nullter Ordnung räumlich zu filtern. Bei Ausführungsbeispielen kann die erste Filterlinse 1571 jedoch Licht auf die räumliche Filteraperturkonfiguration 1572 in einem Winkel (z. B. 1°) fokussieren, der etwa zehnmal so groß ist wie der Winkel an der begrenzenden Apertur 1582 (z. B. 0,1°). Bei derartigen Ausführungsformen ist die begrenzende Apertur 1582 viel empfindlicher für eine Fehlausrichtung als die räumliche Filteraperturkonfiguration 1572. Daher ist es vorteilhafter, Licht nullter Ordnung in dem Beleuchtungsabschnitt 1560 statt in dem Bildgebungsabschnitt 1580 zu blockieren. Ferner kann bei der in 15 gezeigten Ausführungsform das Beleuchtungsgitter 1550 ein Amplitudengitter sein (im Gegensatz zu dem Phasengitter 350), was die Kosten der Herstellung der Codiererkonfiguration 1500 reduziert. Bei der in 3 gezeigten Ausführungsform weist die Codiererkonfiguration 300 eine praktische Grenze auf, wie weit das Skalenmuster 315 von dem Phasengitter 350 angeordnet sein kann. Falls das Skalenmuster 315 zu weit von dem Phasengitter 350 entfernt angeordnet ist, dann können sich zwei Beugungsordnungen (z. B. die Ordnungen +1 und –1) nicht überlappen und interferieren nicht, um gebeugtes strukturiertes Licht 331' bereitzustellen. Der Beleuchtungsabschnitt 1560 ist jedoch konfiguriert, um gebeugtes strukturiertes Licht 1531' von einer Ebene abzubilden, die ungefähr mit dem Beleuchtungsgitter 1550 zusammenfällt. Dies ermöglicht einen größeren Betriebsspalt als die Codiererkonfiguration 300. Dies ermöglicht auch, dass der Beleuchtungsabschnitt 1560 Ausgangslicht effizienter bereitstellt, weil sich die interferierenden Ordnungen am meisten auf der Ebene des Beleuchtungsgitters 1550 überlappen. Soweit erwünscht kann die modulierte Bildteilung PIMESF angepasst werden, indem eine geeignete Kombination der ersten Filterlinse 1571 und der zweiten Filterlinse 1573 mit Brennweiten ausgewählt wird, die ausgewählt werden, um eine gewünschte Teilung PMI des beleuchteten Streifenteilungsmusters IFP zu ergeben. Im Vergleich zu der Konfiguration, die in der US-Patentanmeldung Nr. 13/717,586 offenbart wird, stellt dies einen zusätzlichen Gestaltungsfreiheitsgrad zum Konfigurieren des Codierers 1500 bereit, so dass die sich ergebende modulierte Bildteilung des räumlich gefilterten Musters mit der Teilung eines vorbestimmten gegebenen Detektors übereinstimmt. Die modulierte Bildteilung PMI kann beispielsweise gewählt werden, um gewünschte Beziehungen zwischen der Skalenteilung PSF und der modulierten Bildteilung PIMESF gemäß den in 4A bis 4D angesprochenen Grundlagen bereitzustellen.It is understood that zeroth-order light, that of the scale grid 1510 is issued by the imaging section 1580 can be suppressed or eliminated, or more precisely, the aperture 1582 , which limits the aperture configuration, may be configured to spatially filter zero-order light. In embodiments, the first filter lens 1571 however, light on the spatial filter aperture configuration 1572 focus at an angle (eg 1 °) that is about ten times the angle at the limiting aperture 1582 (eg 0.1 °). In such embodiments, the limiting aperture is 1582 much more sensitive to misalignment than the spatial filter aperture configuration 1572 , Therefore, it is more advantageous to have zero order light in the illumination section 1560 instead of in the imaging section 1580 to block. Furthermore, at the in 15 embodiment shown, the illumination grid 1550 be an amplitude grating (in contrast to the phase grating 350 ), which costs the production of the encoder configuration 1500 reduced. At the in 3 The embodiment shown has the encoder configuration 300 a practical limit on how far the scale pattern 315 from the phase grating 350 can be arranged. If the scale pattern 315 too far from the phase grid 350 is removed, then two diffraction orders (eg, orders +1 and -1) can not overlap and do not interfere with diffracted structured light 331 ' provide. The lighting section 1560 however, is configured to diffract structured light 1531 ' from a plane that approximates the illumination grid 1550 coincides. This allows for a larger operating gap than the encoder configuration 300 , This also allows the lighting section 1560 Output light provides more efficient, because the interfering orders most at the level of the illumination grid 1550 overlap. If desired, the modulated image pitch P IMESF can be adjusted by using an appropriate combination of the first filter lens 1571 and the second filter lens 1573 is selected with focal lengths selected to give a desired pitch P MI of the illuminated stripe division pattern IFP. Compared to the configuration disclosed in U.S. Patent Application No. 13 / 717,586, this provides additional design freedom for configuring the encoder 1500 so that the resulting modulated image division of the spatially filtered pattern matches the pitch of a given given detector. The modulated image pitch P MI may, for example, be chosen to provide desired relationships between the scale pitch P SF and the modulated image pitch P IMESF, according to the methods of FIG 4A to 4D provided basics.

16 ist eine Zeichnung eines Beleuchtungsabschnitts 1660, der bei einer reflektierenden Codiererkonfiguration 1600 gemäß den hier offenbarten Grundlagen verwendet werden kann. Die Komponenten und Betriebsgrundlagen der Codiererkonfiguration 1600 sind ungefähr ähnlich wie die der Codiererkonfiguration 1500 aus 15 und sind im Allgemeinen analog verständlich. Beispielsweise können die 16XX-Seriennummern in 16, welche die gleiche „XX-”Endung wie die 15XX-Seriennummern in 15 aufweisen, ähnliche oder identische Elemente bezeichnen, die ähnlich funktionieren können, soweit nachstehend nicht anderweitig beschrieben oder nahegelegt. Bei der in 16 gezeigten Ausführungsform umfasst der Beleuchtungsabschnitt 1660 zusätzlich einen Polarisator 1676, einen polarisierenden Strahlenteiler 1677 und ein Viertelwellenlängenplättchen 1678. Im Gegensatz zu der Codiererkonfiguration 1500, die eine durchlässige Konfiguration ist, ist die Codiererkonfiguration 1600 eine reflektierende Konfiguration. Die durchlässige Konfiguration 1500 kann ohne Weiteres an eine reflektierende Konfiguration angepasst werden, ähnlich wie diejenige, die mit Bezug auf 16 beschrieben wird, oder ähnlich wie andere hier offenbarte reflektierende Konfigurationen. Das Hinzufügen des Polarisators gemäß den Grundlagen, die mit Bezug auf 16 gelehrt werden, stellt jedoch eine effizientere Verwendung von Licht bereit, wie es nachstehend ausführlicher beschrieben wird. Eine derartige Verwendung von Polarisatoren kann zur Verwendung in Verbindung mit einer beliebigen hier beschriebenen kompatiblen Ausführungsform angepasst werden. 16 is a drawing of a lighting section 1660 in the case of a reflective encoder configuration 1600 can be used according to the principles disclosed herein. The components and operating principles of the encoder configuration 1600 are approximately similar to the encoder configuration 1500 out 15 and are generally analogously understandable. For example, the 16XX serial numbers in 16 which have the same "XX" extension as the 15XX serial numbers in 15 , denote similar or identical elements that may function similarly unless otherwise described or suggested below. At the in 16 In the embodiment shown, the lighting section comprises 1660 in addition a polarizer 1676 , a polarizing beam splitter 1677 and a quarter wave plate 1678 , In contrast to the encoder configuration 1500 , which is a transmissive configuration, is the encoder configuration 1600 a reflective configuration. The permeable configuration 1500 can readily be adapted to a reflective configuration similar to that described with reference to FIG 16 or similar to other reflective configurations disclosed herein. Adding the polarizer according to the basics, with reference to 16 however, provides more efficient use of light, as described in more detail below. Such use of polarizers may be adapted for use in conjunction with any compatible embodiment described herein.

Im Betrieb gibt der Polarisator 1676 kohärentes kollimiertes Licht 1631 aus einer Linse 1640 ein und gibt kollimiertes Licht aus, das linear polarisiert ist. Der polarisierende Strahlenteiler 1677 reflektiert eine räumlich gefilterte strukturierte Beleuchtung 1631'' von der zweiten Filterlinse 1673 auf das Viertelwellenlängenplättchen 1678. Das Viertelwellenlängenplättchen 1678 kreispolarisiert die räumlich gefilterte strukturierte Beleuchtung 1631'' aus der zweiten Filterlinse 1673 und gibt sie an das Skalenmuster 1615 aus. Das Skalenmuster 1615 reflektiert räumlich moduliertes Bildlicht 1632 mit einer Kreispolarisation auf das Viertelwellenlängenplättchen 1678. Das Viertelwellenlängenplättchen 1678 gibt das räumlich modulierte Bildlicht 1632 mit einer Kreispolarisation ein und gibt das räumlich modulierte Bildlicht 1632 an den polarisierenden Strahlenteiler 1677 mit einer linearen Polarisation aus, die im Verhältnis zu der strukturierten Beleuchtung 1631'', die von der zweiten Filterlinse 1673 eingegeben wird, um 90 Grad gedreht ist. Der polarisierende Strahlenteiler 1677 überträgt das räumlich modulierte Bildlicht 1632 mit einer linearen Polarisation auf den Bildgebungsabschnitt 1680. Da das Viertelwellenlängenplättchen 1678 das räumlich modulierte Bildlicht 1632 an den polarisierenden Strahlenteiler 1677 mit einer Polarisation zurückgibt, die um 90 Grad gedreht ist (und somit mit der Polarisationsrichtung übereinstimmt, die durch den Strahlenteiler 1677 zu übertragen ist), erhöht dies die Lichtmenge, die an den Bildgebungsabschnitt 1680 ausgegeben wird, um einen Faktor vier im Vergleich zu einer Konfiguration ohne Viertelwellenlängenplättchen 1678.In operation, the polarizer gives 1676 coherent collimated light 1631 from a lens 1640 and outputs collimated light that is linearly polarized. The polarizing beam splitter 1677 reflects a spatially filtered structured lighting 1631 '' from the second filter lens 1673 on the quarter wave plate 1678 , The quarter wave plate 1678 circularly polarizes the spatially filtered structured illumination 1631 '' from the second filter lens 1673 and give it to the scale pattern 1615 out. The scale pattern 1615 reflects spatially modulated picture light 1632 with a circular polarization on the quarter wave plate 1678 , The quarter wave plate 1678 gives the spatially modulated picture light 1632 with a circular polarization and gives the spatially modulated image light 1632 at the polarizing beam splitter 1677 with a linear polarization out in proportion to the structured lighting 1631 '' coming from the second filter lens 1673 is entered, rotated 90 degrees. The polarizing beam splitter 1677 transmits the spatially modulated picture light 1632 with a linear polarization on the imaging section 1680 , Because the quarter wave plate 1678 the spatially modulated picture light 1632 at the polarizing beam splitter 1677 with a polarization rotated 90 degrees (and thus coincident with the direction of polarization passing through the beam splitter 1677 is to be transferred), this increases the amount of light that goes to the imaging section 1680 is output by a factor of four compared to a configuration without quarter wavelength plates 1678 ,

17 ist eine Zeichnung eines Beleuchtungsabschnitts 1760, der bei einer Codiererkonfiguration 1700 gemäß den hier offenbarten Grundlagen verwendet werden kann. Die Komponenten und Betriebsgrundlagen der Codiererkonfiguration 1700 sind ungefähr ähnlich wie die der Codiererkonfiguration 300 aus 3 und sind im Allgemeinen analog verständlich. Beispielsweise können die 17XX-Seriennummern in 17, welche die gleiche „XX-”Endung wie die 3XX-Seriennummern in 3 aufweisen, ähnliche oder identische Elemente bezeichnen, die ähnlich funktionieren können, soweit nachstehend nicht anderweitig beschrieben oder nahegelegt. 17 is a drawing of a lighting section 1760 which is at a coder configuration 1700 can be used according to the principles disclosed herein. The components and operating principles of the encoder configuration 1700 are approximately similar to the encoder configuration 300 out 3 and are generally analogously understandable. For example, the 17XX serial numbers in 17 which have the same "XX" extension as the 3XX serial numbers in 3 , denote similar or identical elements that may function similarly unless otherwise described or suggested below.

Bei der in 17 gezeigten Ausführungsform ist die Codiererkonfiguration 1700 derart konfiguriert, dass der Beleuchtungsabschnitt 1760 nur erwünschte Ordnungen (z. B. nur ±1-Ordnungen) an einen Abschnitt einer Skalenspur 1715 überträgt, der von einer Bildgebungskonfiguration 1780 auf eine Detektorkonfiguration 1725 abgebildet wird. Wie in 17 gezeigt, ist eine Lichtquelle 1730 konfiguriert, um Ausgangslicht 1731 mit einer Wellenlänge λ auszugeben. Bei einigen Ausführungsformen kann die Lichtquelle 1730 eine von einer Laserdiode, einer räumlich kohärenten LED und einer Reihe von unabhängigen linearen Quellen, die rechtwinklig zur Messachsenrichtung 82 angeordnet sind (z. B. eine LED-Punktquelle, die mit Schlitzen maskiert ist, oder ein Gitter mit Beabstandung, oder eine Periode, die räumlich kohärentes Ausgangslicht 1731 bereitstellt, lineare Quellen, die kumulativ zu einem Interferenz-Streifenmuster IFP beitragen), umfassen. Ein Kollimationsabschnitt 1740 (d. h. eine Kollimationslinse) ist angeordnet, um das Ausgangslicht 1731 zu kollimieren. Ein eine strukturierte Beleuchtung generierender Abschnitt 1770 ist konfiguriert, um das Ausgangslicht 1731 einzugeben und eine strukturierte Beleuchtung 1731' bereitzustellen, wobei die strukturierte Beleuchtung 1731' ein Beleuchtungsstreifenmuster IFP umfasst, das quer zur Messachsenrichtung 82 orientiert ist und in die die Skalenspur 1715 eingegeben wird. Die Skalenspur 1715 ist konfiguriert, um das eingegebene Beleuchtungsstreifenmuster IFP räumlich zu modulieren und Skalenlicht auszugeben, das räumlich moduliertes Bildlicht umfasst. Die Detektorkonfiguration 1725 und die Bildgebungskonfiguration 1780 sind derart konfiguriert, dass nur Skalenlicht, das aus einem abgebildeten Bereich IR der Skalenspur 1715 stammt, auf die Detektorkonfiguration 1780 abgebildet wird. Die Funktionsweisen der Bildgebungskonfiguration 1780 und der Detektorkonfiguration 1725 sind analog zu denen der Bildgebungskonfiguration 380 und der Detektorkonfiguration 325 und sind analog zu den Beschreibungen derselben verständlich. Der eine strukturierte Beleuchtung generierende Abschnitt 1770 umfasst einen strahlentrennenden Abschnitt 1771 und ein Beleuchtungsgitter 1750. Der strahlentrennende Abschnitt umfasst einen Strahlteiler 1777 und einen Reflektor 1778. Bei der in 17 gezeigten bestimmten Ausführungsform befindet sich der Kollimationsabschnitt 1740 zwischen der Lichtquelle 1730 und dem strahlentrennenden Abschnitt 1771, doch bei anderen Ausführungsformen kann sich ein Kollimationsabschnitt in anderen Positionen zwischen einer Lichtquelle und einem Beleuchtungsgitter befinden. Beispielsweise kann sich bei alternativen Ausführungsformen der Kollimationsabschnitt 1740 zwischen dem strahlentrennenden Abschnitt 1771 und dem Beleuchtungsgitter 1750 befinden. Bei einigen Ausführungsformen kann ein Kollimationsabschnitt angeordnet sein, um den ersten Ausgangslichtabschnitt und den zweiten Ausgangslichtabschnitt zu kollimieren, die an das Beleuchtungsgitter ausgegeben werden. Der strahlentrennende. Abschnitt 1771 ist angeordnet, um das Ausgangslicht 1731 einzugeben, und ist konfiguriert, um einen ersten Ausgangslichtabschnitt 1731A und einen zweiten Ausgangslichtabschnitt 1731B an das Beleuchtungsgitter 1750 auszugeben, so dass der erste Ausgangslichtabschnitt 1731A und der zweite Ausgangslichtabschnitt 1731B Strahlen bilden, die in der Messachsenrichtung 82 voneinander beabstandet sind. Genauer gesagt ist eine strahlenteilende Oberfläche 1775 des Strahlteilers 1777 konfiguriert, um das Ausgangslicht 1731 zu empfangen und den ersten Ausgangslichtabschnitt 1731A entlang einem ersten Strahlenweg zu empfangen und den zweiten Ausgangslichtabschnitt 1731B in Richtung auf den Reflektor 1778 zu übertragen. Der Reflektor 1778 ist konfiguriert, um den zweiten Ausgangslichtabschnitt 1731B entlang einem zweiten Strahlenweg, der von dem ersten Strahlenweg beabstandet ist, zu reflektieren. Bei der in 17 gezeigten Ausführungsform sind die strahlenteilende Oberfläche 1775 und der Reflektor 1778 parallel und sind Oberflächen von getrennten Elementen. Da sie parallel sind, sind der erste Ausgangslichtabschnitt 1731A und der zweite Ausgangslichtabschnitt 1731B parallel auf einer Ebene in der Nähe des Beleuchtungsgitters 1750. Bei einigen Ausführungsformen (z. B. der in 19 gezeigten Ausführungsform) können die strahlenteilende Oberfläche 1775 und der Reflektor 1778 Oberflächen desselben strahlenteilenden Elements sein. Bei der in 17 gezeigten Ausführungsform sind die ersten und zweiten Strahlwege ungefähr rechtwinklig zum Beleuchtungsgitter. Das Beleuchtungsgitter 1750 ist konfiguriert, um die ersten und zweiten Ausgangslichtabschnitte 1731A und 1731B über einen Betriebsspalt auf die Skalenspur 1715 zu beugen, so dass sich nur zwei Ordnungen von gebeugtem Licht (d. h. ein gebeugter Lichtabschnitt 1731A' einer ersten +-Ordnung von dem ersten Ausgangslichtabschnitt 1731A und ein gebeugter Lichtabschnitt 1731B' einer ersten –-Ordnung von dem zweiten Ausgangslichtabschnitt 1731B bei der in 17 gezeigten Ausführungsform) in einem abgebildeten Bereich IR auf einer Ebene, die mit der Skalenspur 1715 zusammenfällt, überlappen, und um das Beleuchtungsstreifenmuster IFP in dem abgebildeten Bereich IR bereitzustellen. Im Gegensatz zu den in 15 und 16 gezeigten Ausführungsformen gibt der Beleuchtungsabschnitt 1760 Lichtabschnitte 1731ZA' und 1731ZB' nullter Ordnung aus, welche die Skalenspur 1715 erreichen. Die Lichtabschnitte 1731ZA' und 1731ZB' nullter Ordnung fallen jedoch ganz außerhalb des abgebildeten Bereichs IR, der auf die Detektorkonfiguration 1725 abgebildet wird. Daher tragen die Lichtabschnitte 1731ZA' und 1731ZB' nullter Ordnung, obwohl sie nicht blockiert sind, kein unerwünschtes Licht nullter Ordnung zu den Betriebssignalen bei, die mit dem Beleuchtungsstreifenmuster IFP in dem abgebildeten Bereich der Skalenspur 1715 verknüpft sind, die von der Bildgebungskonfiguration 1780 auf die Detektorkonfiguration 1725 abgebildet wird.At the in 17 The embodiment shown is the encoder configuration 1700 configured such that the lighting section 1760 only desired orders (eg, only ± 1 orders) to a section of a scale track 1715 that transmits from an imaging configuration 1780 on a detector configuration 1725 is shown. As in 17 shown is a light source 1730 configured to output light 1731 output at a wavelength λ. In some embodiments, the light source 1730 one of a laser diode, a spatially coherent LED and a series of independent linear sources perpendicular to the measuring axis direction 82 are arranged (eg, an LED point source masked with slits, or a grating with spacing, or a period, the spatially coherent output light 1731 providing linear sources cumulatively contributing to an interference fringe pattern IFP). A collimation section 1740 (ie, a collimating lens) is arranged around the output light 1731 to collapse. A structured lighting generating section 1770 is configured to the output light 1731 to enter and a structured lighting 1731 ' to provide the structured lighting 1731 ' an illumination strip pattern IFP, which is transverse to the measuring axis direction 82 is oriented and in which the scale trace 1715 is entered. The scale track 1715 is configured to spatially modulate the input illumination strip pattern IFP and output scale light comprising spatially modulated image light. The detector configuration 1725 and the imaging configuration 1780 are configured so that only scale light, which consists of an imaged area IR of the scale track 1715 comes to the detector configuration 1780 is shown. The modes of operation of the imaging configuration 1780 and the detector configuration 1725 are analogous to those of the imaging configuration 380 and the detector configuration 325 and are analogous to the descriptions of the same understandable. The a structured lighting generating section 1770 includes a beam separating section 1771 and a lighting grid 1750 , The beam separating section comprises a beam splitter 1777 and a reflector 1778 , At the in 17 the particular embodiment shown is the Kollimationsabschnitt 1740 between the light source 1730 and the beam-separating section 1771 However, in other embodiments, a collimating section may be in other positions between a light source and a lighting grid. For example, in alternative embodiments, the collimation section 1740 between the beam-separating section 1771 and the lighting grid 1750 are located. In some embodiments, a collimating section may be arranged to collimate the first output light section and the second output light section output to the illumination grid. The beam-separating. section 1771 is arranged to the output light 1731 and is configured to generate a first output light section 1731A and a second output light portion 1731B to the lighting grid 1750 output, so that the first output light section 1731A and the second output light section 1731B Forming rays in the measuring axis direction 82 spaced apart from each other. More specifically, it is a beam splitting surface 1775 of the beam splitter 1777 configured to the output light 1731 to receive and the first output light section 1731A along a first beam path and the second output light section 1731B towards the reflector 1778 transferred to. The reflector 1778 is configured to the second output light section 1731B along a second beam path, which is spaced from the first beam path to reflect. At the in 17 Shown embodiment, the beam splitting surface 1775 and the reflector 1778 parallel and are surfaces of separate elements. Being parallel, they are the first output light section 1731A and the second output light section 1731B parallel on a plane near the lighting grid 1750 , In some embodiments (eg, the in 19 shown embodiment), the beam-splitting surface 1775 and the reflector 1778 Be surfaces of the same beam-splitting element. At the in 17 In the embodiment shown, the first and second beam paths are approximately perpendicular to the illumination grating. The lighting grid 1750 is configured to the first and second output light sections 1731A and 1731B over an operating gap on the scale track 1715 to bow so that only two orders of diffracted light (ie a diffracted light section 1731A ' a first + order of the first output light portion 1731A and a diffracted light section 1731B ' a first order of the second output light portion 1731B at the in 17 in an imaged region IR on a plane corresponding to the scale trace 1715 coincides, overlap, and to provide the illumination strip pattern IFP in the imaged region IR. Unlike the in 15 and 16 the embodiments shown, the lighting section 1760 light sections 1731ZA ' and 1731ZB ' zeroth order off which the scale trace 1715 to reach. The light sections 1731ZA ' and 1731ZB ' However, zeroth order drops entirely outside the imaged IR range, which depends on the detector configuration 1725 is shown. Therefore, carry the light sections 1731ZA ' and 1731ZB ' 0th order, though not blocked, does not contribute zero order undesired light to the operating signals associated with the illumination fringe pattern IFP in the imaged area of the scale trace 1715 linked by the imaging configuration 1780 on the detector configuration 1725 is shown.

Bei der in 17 gezeigten Ausführungsform kann der strahlentrennende Abschnitt 1771 zusätzlich ein optionales Zweistrahl-Aperturelement 1772 umfassen. Das Zweistrahl-Aperturelement 1772 umfasst zwei Aperturen, die konfiguriert sind, um den ersten Ausgangslichtabschnitt 1731A und den zweiten Ausgangslichtabschnitt 1731B zu übertragen, wohingegen das Zweistrahl-Aperturelement 1772 unerwünschtes Streulicht reduziert und auch den Standort und die Beabstandung des ersten Ausgangslichtabschnitts 1731A und des zweiten Ausgangslichtabschnitts 1731B, welche die Skalenspur 1715 erreichen, reduzieren kann.At the in 17 In the embodiment shown, the beam-separating section 1771 in addition an optional double-jet aperture element 1772 include. The two-beam aperture element 1772 includes two apertures configured to the first output light portion 1731A and the second output light portion 1731B whereas the two-beam aperture element 1772 unwanted stray light and also reduces the location and the spacing of the first output light section 1731A and the second output light portion 1731B showing the scale track 1715 reach, can reduce.

Wie in 17 gezeigt, weist der abgebildete Bereich IR eine Dimension D in der Messachsenrichtung auf, der erste Ausgangslichtabschnitt 1731A und der zweite Ausgangslichtabschnitt 1731B sind in der Messachsenrichtung 82 auf der Ebene in der Nähe des Beleuchtungsgitters 1750 um einen Trennabstand B voneinander beabstandet, und der Trennabstand B ist gleich oder größer als die Dimension D des abgebildeten Bereichs. Der erste Ausgangslichtabschnitt 1731A weist eine Breite W1 auf, und der zweite Ausgangslichtabschnitt 1731B weist eine Breite W2 auf der Ebene in der Nähe des Beleuchtungsgitters 1750 auf. Sowohl W1 als auch W2 sind größer als die Dimension des abgebildeten Bereichs. Dadurch kann der abgebildete Bereich mit einem räumlich modulierten Beleuchtungsstreifenmuster gemäß den zuvor beschriebenen Grundlagen gefüllt sein, wohingegen die Lichtabschnitte nullter Ordnung 1732ZA und 1732ZB um einen ausreichenden Abstand auf einer Ebene in der Nähe der Skalenspur 1715 getrennt sind, so dass sie sich nicht mit dem Abschnitt der Ordnung +1 1732A und dem Abschnitt der Ordnung –1 1732B nicht überlappen können, und was noch wichtiger ist, außerhalb des abgebildeten Bereichs fallen.As in 17 1, the imaged area IR has a dimension D in the measuring axis direction, the first output light portion 1731A and the second output light section 1731B are in the measuring axis direction 82 at the level near the lighting grid 1750 spaced apart by a separation distance B, and the separation distance B is equal to or greater than the dimension D of the imaged area. The first output light section 1731A has a width W1, and the second output light portion 1731B has a width W2 on the plane near the illumination grating 1750 on. Both W1 and W2 are larger than the dimension of the imaged area. Thereby, the imaged area can be filled with a spatially modulated illumination strip pattern according to the above-described principles, whereas the zero order light sections 1732ZA and 1732ZB by a sufficient distance on a plane near the scale track 1715 are separated, so they do not +1 with the section of the order 1732A and the section of order -1 1732B can not overlap, and more importantly, fall outside of the pictured range.

Bei der in 17 gezeigten Ausführungsform sind der erste Ausgangslichtabschnitt 1731A und der zweite Ausgangslichtabschnitt 1731B parallel zu einer Ebene in der Nähe des Beleuchtungsgitters. Es versteht sich, dass bei einigen Ausführungsformen beide nicht parallel sind, sondern ein Spaltabstand zwischen dem Beleuchtungsgitter 1750 und der Skalenspur 1715 und/oder Perioden des Beleuchtungsgitters 1750 oder der Gitter der Skalenspur 1715 entsprechend angepasst werden können, um eine gewünschte Streifenperiode des Interferenz-Streifenmusters IFP zu erzielen, das auf die Detektorkonfiguration 1725 abgebildet wird.At the in 17 the embodiment shown are the first output light section 1731A and the second output light section 1731B parallel to a plane near the lighting grid. It is understood that in some embodiments, both are not parallel, but a gap distance between the illumination grid 1750 and the scale track 1715 and / or periods of the illumination grid 1750 or the grid of the scale track 1715 can be adjusted to achieve a desired fringe period of the interference fringe pattern IFP that is sensitive to the detector configuration 1725 is shown.

18 ist eine Zeichnung eines Beleuchtungsabschnitts 1860, der bei einer Codiererkonfiguration 1800 gemäß den hier offenbarten Grundlagen verwendet werden kann. Die Komponenten und Betriebsgrundlagen der Codiererkonfiguration 1800 sind ungefähr ähnlich wie die der Codiererkonfiguration 1700 aus 17 und sind im Allgemeinen analog verständlich. Beispielsweise können die 18XX-Seriennummern in 18, welche die gleiche „XX-”Endung wie die 17XX-Seriennummern in 17 aufweisen, ähnliche oder identische Elemente bezeichnen, die ähnlich funktionieren können, soweit nachstehend nicht anderweitig beschrieben oder nahegelegt. 18 is a drawing of a lighting section 1860 which is at a coder configuration 1800 can be used according to the principles disclosed herein. The components and operating principles of the encoder configuration 1800 are approximately similar to the encoder configuration 1700 out 17 and are generally analogously understandable. For example, the 18XX serial numbers in 18 which have the same "XX" ending as the 17XX serial numbers in 17 , denote similar or identical elements that may function similarly unless otherwise described or suggested below.

Bei der in 18 gezeigten Ausführungsform ist eine Lichtquelle 1830 konfiguriert, um Ausgangslicht 1831 an eine Kollimationslinse 1840 auszugeben, die konfiguriert ist, um das Ausgangslicht 1831 zu kollimieren. Der Beleuchtungsabschnitt 1860 umfasst einen strahlentrennenden Abschnitt 1871, der aus einem Aperturelement 1872 besteht, das einen offenen doppelten Aperturabschnitt 1872op umfasst. Das Aperturelement 1872 ist konfiguriert, um einen ersten Ausgangslichtabschnitt 1831A und einen zweiten Ausgangslichtabschnitt 1831B des Ausgangslichts 1831 zu trennen und sie an das Beleuchtungsgitter 1850 auszugeben, so dass sie Strahlen bilden, die in der Messachsenrichtung 82 voneinander beabstandet sind, gemäß den zuvor besprochenen Grundlagen. Insbesondere sind sie derart konfiguriert, dass sich nur zwei Ordnungen von gebeugtem Licht (d. h. ein Abschnitt der Ordnung +1 1831A' und ein Abschnitt der Ordnung –1 1831B') in dem abgebildeten Bereich IR auf einer Ebene überlappen, die mit der Skalenspur 1815 zusammenfällt. Die Lichtabschnitte nullter Ordnung 1832ZA und 1832ZB tragen kein unerwünschtes Licht nullter Ordnung zu den Betriebssignalen bei, die mit Beleuchtungsstreifenmuster IFP an dem abgebildeten Bereich der Skalenspur 1815 verknüpft sind.At the in 18 embodiment shown is a light source 1830 configured to output light 1831 to a collimating lens 1840 output, which is configured to the output light 1831 to collapse. The lighting section 1860 includes a beam separating section 1871 made of an aperture element 1872 consists of an open double aperture section 1872op includes. The aperture element 1872 is configured to be a first output light section 1831a and a second output light portion 1831B of the output light 1831 disconnect and attach it to the lighting grid 1850 output so that they form rays in the measuring axis direction 82 spaced apart, according to the previously discussed bases. In particular, they are configured such that only two orders of diffracted light (ie, a +1 order portion 1831a ' and a section of the order -1 1831B ' ) in the mapped area overlap IR on a plane that aligns with the scale track 1815 coincides. The light sections of zero order 1832ZA and 1832ZB do not contribute unwanted zeroth-order light to the operating signals that illuminate with stripe pattern IFP at the imaged area of the scale track 1815 are linked.

19 ist eine Zeichnung eines Beleuchtungsabschnitts 1960, der bei einer Codiererkonfiguration 1900 gemäß den hier offenbarten Grundlagen verwendet werden kann. Die Komponenten und Betriebsgrundlagen der Codiererkonfiguration 1900 sind ungefähr ähnlich wie die der Codiererkonfiguration 1700 aus 17 und sind im Allgemeinen analog verständlich. Beispielsweise können die 19XX-Seriennummern in 19, welche die gleiche „XX-”Endung wie die 17XX-Seriennummern in 17 aufweisen, ähnliche oder identische Elemente bezeichnen, die ähnlich funktionieren können, soweit nachstehend nicht anderweitig beschrieben oder nahegelegt. 19 is a drawing of a lighting section 1960 which is at a coder configuration 1900 can be used according to the principles disclosed herein. The components and operating principles of the encoder configuration 1900 are approximately similar to the encoder configuration 1700 out 17 and are generally analogously understandable. For example, the 19XX serial numbers in 19 which have the same "XX" ending as the 17XX serial numbers in 17 , denote similar or identical elements that may function similarly unless otherwise described or suggested below.

Bei der in 19 gezeigten Ausführungsform umfasst ein eine strukturierte Beleuchtung generierender Abschnitt 1970 einen strahlentrennenden Abschnitt 1971, der eine Brechplatte 1977 umfasst. Die Brechplatte 1977 ist konfiguriert, um einen ersten Ausgangslichtabschnitt 1931A an einem ersten Bereich einer ersten Oberfläche 1977A zu reflektieren und einen zweiten Ausgangslichtabschnitt 1931B zu übertragen, der von einer zweiten Oberfläche 1977B reflektiert wird, und an einem zweiten Bereich der ersten Oberfläche 1977A auszugeben. Ein Beleuchtungsgitter 1950 ist konfiguriert, um den ersten Ausgangslichtabschnitt 1931A und den zweiten Ausgangslichtabschnitt 1931B derart einzugeben, dass der erste Ausgangslichtabschnitt 1931A und der zweite Ausgangslichtabschnitt 1931B Strahlen bilden, die in der Messachsenrichtung 82 voneinander beabstandet sind, gemäß den zuvor besprochenen Grundlagen. Die Reflexionsvermögenswerte der ersten Oberfläche 1977A und der zweiten Oberfläche 1977B können angepasst werden, um ungefähr gleiche Intensitäten in dem ersten Ausgangslichtabschnitt 1931A und dem zweiten Ausgangslichtabschnitt 1931B zu ergeben. Beispielsweise kann die erste Oberfläche 1977A ungefähr 25% Reflexionsvermögen aufweisen und die zweite Oberfläche 1977B kann ungefähr 100% Reflexionsvermögen aufweisen. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann die erste Oberfläche 1977A 50% Reflexionsvermögen aufweisen, die zweite Oberfläche 1977B kann 100% Reflexionsvermögen aufweisen, und eine vordere Oberfläche 1977C kann 0% Reflexionsvermögen aufweisen, wo der zweite Ausgangslichtabschnitt 1931B die Brechplatte 1977 verlässt. Der strahlentrennende Abschnitt 1971 ist derart konfiguriert, dass sich nur zwei Ordnungen von gebeugtem Licht (d. h. ein erster Abschnitt der +-Ordnung 1931A' und ein erster Abschnitt der –-Ordnung 1931B') in dem abgebildeten Bereich IR auf einer Ebene überlappen, die mit der Skalenspur 1915 zusammenfällt. Die Lichtabschnitte nullter Ordnung 1931ZA' und 1931ZB' tragen kein unerwünschtes Licht nullter Ordnung zu den Betriebssignalen bei, die mit dem Beleuchtungsstreifenmuster IFP an dem abgebildeten Bereich der Skalenspur 1915 verknüpft sind.At the in 19 The illustrated embodiment includes a structured illumination generating section 1970 a beam separating section 1971 that a crushing plate 1977 includes. The crushing plate 1977 is configured to be a first output light section 1931A at a first area of a first surface 1977a to reflect and a second output light section 1931B to transfer that from a second surface 1977b is reflected, and at a second area of the first surface 1977a issue. A lighting grid 1950 is configured to the first output light section 1931A and the second output light portion 1931B to input such that the first output light section 1931A and the second output light section 1931B Forming rays in the measuring axis direction 82 spaced apart, according to the previously discussed bases. The reflectance values of the first surface 1977a and the second surface 1977b can be adjusted to approximately equal intensities in the first output light section 1931A and the second output light portion 1931B to surrender. For example, the first surface 1977a have about 25% reflectance and the second surface 1977b may have about 100% reflectivity. In another embodiment, the first surface 1977a 50% reflectivity, the second surface 1977b can have 100% reflectivity, and a front surface 1977c can have 0% reflectivity, where the second output light section 1931B the crushing plate 1977 leaves. The beam-separating section 1971 is configured to have only two orders of diffracted light (ie, a first portion of the + order 1931A ' and a first section of the order 1931B ' ) in the mapped area overlap IR on a plane that aligns with the scale track 1915 coincides. The light sections of zero order 1931ZA ' and 1931ZB ' do not contribute zero order undesired light to the operating signals associated with the illumination strip pattern IFP at the imaged area of the scale track 1915 are linked.

20 ist eine Zeichnung eines Beleuchtungsabschnitts 2060, der bei einer Codiererkonfiguration 1900 gemäß den hier offenbarten Grundlagen verwendet werden kann. Die Komponenten und Betriebsgrundlagen der Codiererkonfiguration 1900 sind ungefähr ähnlich wie die der Codiererkonfiguration 1900 aus 19 und sind im Allgemeinen analog verständlich. Beispielsweise können die 20XX-Seriennummern in 20, welche die gleiche „XX-”Endung wie die 19XX-Seriennummern in 19 aufweisen, ähnliche oder identische Elemente bezeichnen, die ähnlich funktionieren können, soweit nachstehend nicht anderweitig beschrieben oder nahegelegt. 20 is a drawing of a lighting section 2060 which is at a coder configuration 1900 can be used according to the principles disclosed herein. The components and operating principles of the encoder configuration 1900 are approximately similar to the encoder configuration 1900 out 19 and are generally analogously understandable. For example, the 20XX serial numbers in 20 which have the same "XX" extension as the 19XX serial numbers in 19 , denote similar or identical elements that may function similarly unless otherwise described or suggested below.

Bei der in 20 gezeigten Ausführungsform umfasst der Beleuchtungsabschnitt 2060 einen strahlentrennenden Abschnitt 2071, der ein erstes strahlenleitendes Element 2077 und ein zweites strahlenleitendes Element 2078 umfasst. Das erste strahlenleitende Element 2077 ist konfiguriert, um einen ersten Ausgangslichtabschnitt 2031A von einer ersten Oberfläche 2077A zu reflektieren und einen zweiten Ausgangslichtabschnitt 2031B zu übertragen, der von einer zweiten Oberfläche 2077B reflektiert wird und an das zweite strahlenleitende Element 2078 ausgegeben wird. Das zweite strahlenleitende Element 2078 ist konfiguriert, um den zweiten Ausgangslichtabschnitt 2031B von einer Oberfläche 2078A auf das Beleuchtungsgitter 2050 zu reflektieren und den ersten Ausgangslichtabschnitt 2031A von einer Oberfläche 2078C auf das Beleuchtungsgitter 2050 zu reflektieren. Bei einigen Ausführungsformen ist das erste strahlenleitende Element 2077 eine Brechplatte. Bei einigen Ausführungsformen ist das zweite strahlenleitende Element 2078 eine Brechplatte. Bei einigen Ausführungsformen umfasst die Oberfläche 2078A eine reflektierende Beschichtung, die bei Ausführungsformen nützlich ist, bei denen das strahlenleitende Element 2078 eine Brechplatte ist, da dies verhindert, dass ein zusätzlicher Ausgangslichtabschnitt durch die Oberfläche 2078A übertragen wird, und somit verhindert, dass sich der zweite Ausgangslichtabschnitt 2031B in zwei Ausgangslichtabschnitte teilt. Bei einigen Ausführungsformen ist das zweite strahlenleitende Element 2078 konfiguriert, um den ersten Ausgangslichtabschnitt 2031A durch eine entspiegelte Oberfläche 2078B zu übertragen. Bei einigen Ausführungsformen können die Oberfläche 2078A und die entspiegelte Oberfläche 2078B gemäß ähnlichen Kombinationen von Reflexionsvermögenswerten wie diejenigen, die mit Bezug auf die erste Oberfläche 1977A und die zweite Oberfläche 1977B in 19 beschrieben wurden, konfiguriert sein. Die entspiegelte Oberfläche 2078B ist nützlich, wenn das strahlenleitende Element 2078 eine Brechplatte ist, da dies vermeidet, dass ein zusätzlicher Ausgangslichtabschnitt von dem strahlenleitenden Element 2078 reflektiert wird, und somit verhindert, dass sich der erste Ausgangslichtabschnitt 2031A in zwei Ausgangslichtabschnitte teilt. Anstelle einer 100% reflektierenden Beschichtung auf der entspiegelten Oberfläche 2078B kann eine Apertur ähnlich wie das Zweistrahl-Aperturelement 1772 aus 17 verwendet werden, um unerwünschtes Licht aus einem geteilten Lichtabschnitt zu blockieren. Der Beleuchtungsabschnitt 2060 ist dadurch vorteilhaft, dass der erste Ausgangslichtabschnitt 2031A und der zweite Ausgangslichtabschnitt 2031B gleiche optische Weglängen und Wellenlängenabhängigkeit aufweisen.At the in 20 In the embodiment shown, the lighting section comprises 2060 a beam separating section 2071 , which is a first radiation-conducting element 2077 and a second radiation-conducting element 2078 includes. The first radiation-guiding element 2077 is configured to be a first output light section 2031a from a first surface 2077A to reflect and a second output light section 2031 B to transfer that from a second surface 2077B is reflected and the second radiation-conducting element 2078 is issued. The second radiation-guiding element 2078 is configured to the second output light section 2031 B from a surface 2078A on the lighting grid 2050 to reflect and the first output light section 2031a from a surface 2078C on the lighting grid 2050 to reflect. In some embodiments, the first radiation-guiding element is 2077 a crushing plate. In some embodiments, the second radiation-guiding element is 2078 a crushing plate. In some embodiments, the surface comprises 2078A a reflective coating useful in embodiments in which the radiation-conducting element 2078 is a crushing plate, as this prevents an additional exit light portion from passing through the surface 2078A is transmitted, and thus prevents the second output light section 2031 B divides into two output light sections. In some embodiments, the second radiation-guiding element is 2078 configured to the first output light section 2031a through an anti-reflective surface 2078B transferred to. In some embodiments, the surface may be 2078A and the anti-reflective surface 2078B according to similar combinations of reflectivity values as those with respect to the first surface 1977a and the second surface 1977b in 19 be configured. The anti-reflective surface 2078B is useful if the radiating element 2078 a crushing plate is because this avoids that one additional output light section from the radiating element 2078 is reflected, and thus prevents the first output light section 2031a divides into two output light sections. Instead of a 100% reflective coating on the anti-reflective surface 2078B may have an aperture similar to the two-ray aperture element 1772 out 17 be used to block unwanted light from a split light section. The lighting section 2060 is advantageous in that the first output light section 2031a and the second output light section 2031 B have the same optical path lengths and wavelength dependence.

Bei einigen Ausführungsformen kann das zweite strahlenleitende Element 2078 die reflektierende Oberfläche 2078A und ein Kompensationsprisma 2078D umfassen (gestrichelt gezeigt). Bei derartigen Ausführungsformen kann die reflektierende Oberfläche 2078A ein Spiegel sein, und die Kompensation kann derart konfiguriert sein, dass der erste Ausgangslichtabschnitt 2031A und der zweite Ausgangslichtabschnitt 2031B gleiche optische Weglängen und Wellenlängenabhängigkeit aufweisen.In some embodiments, the second radiation-guiding element 2078 the reflective surface 2078A and a compensation prism 2078D include (shown in phantom). In such embodiments, the reflective surface 2078A be a mirror, and the compensation may be configured such that the first output light portion 2031a and the second output light section 2031 B have the same optical path lengths and wavelength dependence.

21 ist eine Zeichnung eines Beleuchtungsabschnitts 2160, der bei einer Codiererkonfiguration 2100 gemäß den hier offenbarten Grundlagen verwendet werden kann. Die Komponenten und Betriebsgrundlagen der Codiererkonfiguration 2100 sind ungefähr ähnlich wie die der Codiererkonfiguration 1700 aus 17 und sind im Allgemeinen analog verständlich. Beispielsweise können die 21XX-Seriennummern in 21, welche die gleiche „XX-”Endung wie die 17XX-Seriennummern in 17 aufweisen, ähnliche oder identische Elemente bezeichnen, die ähnlich funktionieren können, soweit nachstehend nicht anderweitig beschrieben oder nahegelegt. 21 is a drawing of a lighting section 2160 which is at a coder configuration 2100 can be used according to the principles disclosed herein. The components and operating principles of the encoder configuration 2100 are approximately similar to the encoder configuration 1700 out 17 and are generally analogously understandable. For example, the 21XX serial numbers in 21 which have the same "XX" ending as the 17XX serial numbers in 17 , denote similar or identical elements that may function similarly unless otherwise described or suggested below.

Bei der in 21 gezeigten Ausführungsform umfasst der Beleuchtungsabschnitt 2160 einen strahlentrennenden Abschnitt 2171, der ein erstes Gitter 2190, ein zweites Gitter 2191, ein Blockierelement 2192 und ein Aperturelement 2193 umfasst. Das erste Gitter 2190 ist konfiguriert, um das Ausgangslicht 2131 in einen ersten Ausgangslichtabschnitt 2131A und einen zweiten Ausgangslichtabschnitt 2131B zu teilen, welche die Ordnungen +1 und –1 (oder höhere symmetrisch passende Ordnungen) von Licht aufweisen, das von dem ersten Gitter 2190 gebeugt wird. Das Blockierelement 2192 ist konfiguriert, um eventuelle Komponenten nullter Ordnung aus dem ersten Gitter 2190 zu blockieren. Das zweite Gitter 2191 (das bei einigen Ausführungsformen die gleiche Periode wie das erste Gitter 2190 umfasst) ist konfiguriert, um den ersten Ausgangslichtabschnitt 2131A und den zweiten Ausgangslichtabschnitt 2131B zu empfangen und einen ersten parallel kollimierten Lichtabschnitt 2131A und einen zweiten parallel kollimierten Lichtabschnitt 2131B' auszugeben, die zueinander parallel sind. Das Aperturelement 2193 ist konfiguriert, um den ersten parallel kollimierten Lichtabschnitt 2131A' und den zweiten parallel kollimierten Lichtabschnitt 2131B' zu empfangen und sie an das Beleuchtungsgitter 2150 zu übertragen, wohingegen eventuelle zusätzliche Ordnungen von Licht, das von dem zweiten Gitter 2191 gebeugt wird, ausgefiltert werden. Bei einigen Ausführungsformen können das erste Gitter 2190 und das zweite Gitter 2191 für die höchste Effizienz Phasengitter sein.At the in 21 In the embodiment shown, the lighting section comprises 2160 a beam separating section 2171 who has a first grid 2190 , a second grid 2191 , a blocking element 2192 and an aperture element 2193 includes. The first grid 2190 is configured to the output light 2131 in a first output light section 2131A and a second output light portion 2131b to divide, which have the orders +1 and -1 (or higher symmetric matching orders) of light, that of the first grid 2190 is bent. The blocking element 2192 is configured to identify any zeroth order components from the first grid 2190 to block. The second grid 2191 (In some embodiments, the same period as the first grid 2190 is) configured to the first output light section 2131A and the second output light portion 2131b to receive and a first parallel collimated light section 2131A and a second parallel collimated light section 2131b ' output, which are parallel to each other. The aperture element 2193 is configured to be the first parallel collimated light section 2131A ' and the second parallel collimated light section 2131b ' to receive them and to the lighting grid 2150 whereas any additional orders of light transmitted by the second grid 2191 is bent, filtered out. In some embodiments, the first grid 2190 and the second grid 2191 be for the highest efficiency phase grating.

22 ist eine Zeichnung eines Beleuchtungsabschnitts 2260, der bei einer reflektierenden Codiererkonfiguration 2200 gemäß den hier offenbarten Grundlagen verwendet werden kann. Die Komponenten und Betriebsgrundlagen der Codiererkonfiguration 200 sind ungefähr ähnlich wie die der Codiererkonfiguration 2100 aus 21 und sind im Allgemeinen analog verständlich. Beispielsweise können die 22XX-Seriennummern in 22, welche die gleiche „XX-”Endung wie die 21XX-Seriennummern in 21 aufweisen, ähnliche oder identische Elemente bezeichnen, die ähnlich funktionieren können, soweit nachstehend nicht anderweitig beschrieben oder nahegelegt. 22 is a drawing of a lighting section 2260 in the case of a reflective encoder configuration 2200 can be used according to the principles disclosed herein. The components and operating principles of the encoder configuration 200 are approximately similar to the encoder configuration 2100 out 21 and are generally analogously understandable. For example, the 22XX serial numbers in 22 which have the same "XX" extension as the 21XX serial numbers in 21 , denote similar or identical elements that may function similarly unless otherwise described or suggested below.

Der Beleuchtungsabschnitt 2260 umfasst viele der gleichen Elemente des in 21 gezeigten Beleuchtungsabschnitts 2160 in einer platzsparenden optischen Anordnung, die reflektierende statt durchlässige Gitterelemente verwendet.The lighting section 2260 includes many of the same elements of the 21 shown illumination section 2160 in a space-saving optical arrangement using reflective rather than transmissive grating elements.

Bei der in 22 gezeigten Ausführungsform umfasst der Beleuchtungsabschnitt 2260 eine Lichtquelle 2230, eine Kollimationslinse 2240 und einen eine strukturierte Beleuchtung generierenden Abschnitt 2270, der einen strahlentrennenden Abschnitt 2271 umfasst, der ein erstes Gitter 2290, ein zweites Gitter 2291, ein Blockierelement 2292, ein Aperturelement 2293 und einen Reflektor 2241 umfasst. Die Lichtquelle 2230 ist konfiguriert, um Ausgangslicht 2231 an die Kollimationslinse 2240 auszugeben. Die Kollimationslinse 2240 ist konfiguriert, um das Ausgangslicht 2231 zu kollimieren und es an den Reflektor 2241 auszugeben. Der Reflektor 2241 ist konfiguriert, um das Ausgangslicht 2231 auf das erste Gitter 2290 zu reflektieren. Das erste Gitter 2290 ist konfiguriert, um das Ausgangslicht 2231 in einen ersten Ausgangslichtabschnitt 2231A und einen zweiten Ausgangslichtabschnitt 2231B zu teilen, die Ordnungen +1 und –1 (oder höhere symmetrisch passende Ordnungen) von Licht, das von dem ersten Gitter 2290 gebeugt wird, aufweisen. Das Blockierelement 2292 ist konfiguriert, um eventuelle Komponenten nullter Ordnung aus dem ersten Gitter 2290 zu blockieren. Das zweite Gitter 2291 ist konfiguriert, um den ersten Ausgangslichtabschnitt 2231A und den zweiten Ausgangslichtabschnitt 2231B zu empfangen und einen ersten parallelen kollimierten Lichtabschnitt 2231AP und einen zweiten parallelen kollimierten Lichtabschnitt 2231BP auszugeben, die zueinander parallel sind. Das Aperturelement 2293 ist konfiguriert, um den ersten parallelen kollimierten Lichtabschnitt 2231AP und den zweiten parallelen kollimierten Lichtabschnitt 2231BP zu empfangen und sie an das Beleuchtungsgitter 2250 zu übertragen, wohingegen eventuelle zusätzliche Ordnungen von Licht, das von dem zweiten Gitter 2291 gebeugt wird, ausgefiltert werden.At the in 22 In the embodiment shown, the lighting section comprises 2260 a light source 2230 , a collimation lens 2240 and a structured lighting generating section 2270 , which is a beam-separating section 2271 which includes a first grid 2290 , a second grid 2291 , a blocking element 2292 , an aperture element 2293 and a reflector 2241 includes. The light source 2230 is configured to output light 2231 to the collimating lens 2240 issue. The collimation lens 2240 is configured to the output light 2231 to collapse and attach it to the reflector 2241 issue. The reflector 2241 is configured to the output light 2231 on the first grid 2290 to reflect. The first grid 2290 is configured to the output light 2231 in a first output light section 2231A and a second output light portion 2231B to divide the orders +1 and -1 (or higher symmetric matching orders) of light coming from the first grid 2290 is bent. The blocking element 2292 is configured to identify any zeroth order components from the first grid 2290 to block. The second grid 2291 is configured to the first output light section 2231A and the second output light portion 2231B to receive and a first parallel collimated light section 2231AP and a second parallel collimated light section 2231BP output, which are parallel to each other. The aperture element 2293 is configured to be the first parallel collimated light section 2231AP and the second parallel collimated light section 2231BP to receive them and to the lighting grid 2250 whereas any additional orders of light transmitted by the second grid 2291 is bent, filtered out.

Die Bildgebungskonfiguration 2280 umfasst eine erste Linse 2281, eine Apertur 2282, eine zweite Linse 2283 und einen Reflektor 2284. Der Reflektor 2284 ist konfiguriert, um Skalenlicht 2232 auf die Bildgebungskonfiguration 2280 zu reflektieren.The imaging configuration 2280 includes a first lens 2281 , an aperture 2282 , a second lens 2283 and a reflector 2284 , The reflector 2284 is configured to scale light 2232 on the imaging configuration 2280 to reflect.

23A zeigt eine Ausführungsform eines Skalenmusters 2315, das Versatzgitterabschnitte umfasst, die bei einer Codiererkonfiguration verwendet werden können, gemäß den hier offenbarten Grundlagen. Es wurde bestimmt, dass eine suboptimale Herstellung und/oder Ausrichtung der optischen Komponenten bei diversen hier offenbarten Ausführungsformen zu einer uneinheitlichen Amplitude von abwechselnden Streifen am Detektor führen kann bzw. können. Das Skalenmuster 2315 mindert dieses Problem, wie zuvor mit Bezug auf 23B und 23C besprochen. Das Skalenmuster 2315 umfasst ein Skalengitter 2310. Das Skalengitter 2310 umfasst einen ersten Skalengitterabschnitt 2310A und einen zweiten Skalengitterabschnitt 2310B, die in der Messachsenrichtung MA parallel zueinander angeordnet sind. Der erste Skalengitterabschnitt 2310A und der zweite Skalengitterabschnitt 2310B weisen jeweils eine Skalenteilung PSF auf. Der zweite Skalengitterabschnitt 2310B weist einen räumlichen Phasenversatz von 0,5·PSF mit Bezug auf den ersten Skalengitterabschnitt auf. Das Skalengitter 2310 umfasst auch einen dritten Skalengitterabschnitt 2310C und einen vierten Skalengitterabschnitt 2310D. Der dritte Skalengitterabschnitt 2310C und der vierte Skalengitterabschnitt 2310D weisen jeweils eine Skalenteilung PSF auf und sind auch mit einem räumlichen Phasenversatz von 0,5·PSF angeordnet. Der dritte Skalengitterabschnitt 2310C weist die gleiche Phase in der Messachsenrichtung MA auf wie der erste Skalengitterabschnitt 2310A. Jeder der Skalengitterabschnitte 2310A bis D kann für eine einzige Positionsmessung gleichzeitig beleuchtet und abgebildet werden, z. B. ähnlich wie das in 3 gezeigte inkrementale Spurmuster TINC2. 23A shows an embodiment of a scale pattern 2315 comprising offset grid sections that may be used in an encoder configuration according to the principles disclosed herein. It has been determined that suboptimal fabrication and / or alignment of the optical components in various embodiments disclosed herein may result in a nonuniform amplitude of alternating stripes on the detector. The scale pattern 2315 mitigates this problem, as previously with reference to 23B and 23C discussed. The scale pattern 2315 includes a scale grid 2310 , The scale grid 2310 includes a first scale grating section 2310A and a second scale grating section 2310B which are arranged in the measuring axis direction MA parallel to each other. The first scale grid section 2310A and the second scale grating section 2310B each have a scale pitch P SF . The second scale grid section 2310B has a spatial phase offset of 0.5 * P SF with respect to the first scale grating section. The scale grid 2310 also includes a third scale grid section 2310C and a fourth scale grating section 2310D , The third scale grid section 2310C and the fourth scale grid section 2310D each have a scale pitch P SF and are also arranged with a spatial phase offset of 0.5 · P SF . The third scale grid section 2310C has the same phase in the measuring axis direction MA as the first scale grating section 2310A , Each of the scale grid sections 2310A to D can be illuminated and mapped simultaneously for a single position measurement, z. B. similar to that in 3 shown incremental track pattern TINC2.

23B zeigt schematisch die Ausrichtung von kombinierten Intensitätsbeiträgen jedes Skalengitterabschnitts aus 23A zu einem Skalenbild SI. Die Skalengitterabschnitte 2310A bis D (oder ein beliebiges Einzelphasengitter) können einzeln unregelmäßige Skalenbildintensitäts-Beitragsabschnitte SIA bis D wie zuvor angesprochen beitragen, die zu Verlagerungsmessfehlern führen können, falls sie für Verlagerungsmessungen allein verwendet werden. 23C zeigt die Intensität in einem Skalenbild SI, das die kombinierten Intensitätsbeiträge jedes des Skalenbildabschnitte SIA bis D umfasst. Wie in 23C gezeigt, erstellt die Ausrichtung der Beiträge der Skalenbildabschnitte SIA bis D eine zusammenhängende Intensitätsamplitude in dem Skalenbild SI trotz der Unregelmäßigkeit der diversen Beiträge. 23B schematically shows the alignment of combined intensity contributions of each scale grating section 23A to a scale image SI. The scale grid sections 2310A to D (or any single-phase grid) may individually contribute irregular scale image intensity contribution sections SIA to D as previously discussed, which may result in displacement measurement errors if used alone for displacement measurements. 23C shows the intensity in a scale image SI that includes the combined intensity contributions of each of the scale image sections SIA through D. As in 23C 4, the alignment of the contributions of the scale image sections SIA to D produces a contiguous intensity amplitude in the scale image SI despite the irregularity of the various contributions.

Es versteht sich, dass bei einer besonders einfachen Ausführungsform gemäß den Grundlagen, die mit Bezug auf 23A beschrieben wurden, ein ähnliches Skalengitter, das Versatzabschnitte aufweist, nur einen ersten und einen zweiten Skalengitterabschnitt (oder zusätzlich einen dritten Skalengitterabschnitt) mit einem Phasenversatz von 0,5·PSF mit Bezug zueinander umfassen kann. Alternativ kann ein ähnliches Skalengitter mehr als zwei Paare von Skalengitterabschnitten umfassen (z. B. die entlang der Y-Richtung schmaler sind), wobei jedes Paar einen Phasenversatz von 0,5·PSF mit Bezug zueinander aufweist. Auf jeden Fall ist die Y-Richtungsdimension der Abschnitte derart anzupassen, dass die Versatzintensitätsbeiträge aus den abgebildeten Bereichen der Versatzgitterabschnitte ungefähr den gleichen Betrag beitragen, um das ungefähr konstante Amplitudensignal zu erzeugen, das in 23C gezeigt wird.It is understood that in a particularly simple embodiment according to the principles made with reference to 23A have been described, a similar scale grating having offset portions may comprise only first and second scale grating portions (or additionally a third scale grating portion) having a phase offset of 0.5 * P SF with respect to each other. Alternatively, a similar scale grid may include more than two pairs of scale grid sections (eg, narrower along the Y direction), each pair having a phase offset of 0.5 * P SF with respect to each other. In any event, the y-direction dimension of the sections is to be adjusted such that the offset intensity contributions from the imaged regions of the offset grating sections contribute approximately the same amount to produce the approximately constant amplitude signal that is present in FIG 23C will be shown.

24A und 24B zeigen ein schematisches Diagramm von ersten und zweiten Codiererkonfigurationen 2400A und 2400B, die konfiguriert sind, um einen vergrößerten Bereich des Skalengitters zu verwenden, um eine eventuelle Fehlerquelle zu mindern. Außer wie zuvor besprochen, können die in 24A und 24B gezeigten Ausführungsformen ähnliche Elemente und Dimensionen wie die Ausführungsformen umfassen, die in den vorhergehenden Figuren gezeigt werden. 24A and 24B show a schematic diagram of first and second encoder configurations 2400A and 2400B which are configured to use an enlarged area of the scale grid to mitigate any source of error. Except as discussed above, the in 24A and 24B In the embodiments shown, similar elements and dimensions as the embodiments shown in the preceding figures.

Mikroskopische Variationen einer Skalenperiode PSF können sich aus diversen Herstellungsprozessfehlern ergeben. Dies kann zu Fehlern von Verlagerungsmessungen im mittleren Bereich entlang einem Skalenelement führen, wie etwa dem Skalenelement 2410A (oder 2410B). Eine Lösung, um diese Art von Fehler zu mindern, besteht darin, den Bereich des Skalengitters zu vergrößern, der zu dem signalgenerierenden Bild einer Bildgebungskonfiguration beiträgt, um solche Fehler besser auszumitteln, wie bei den ersten und zweiten Codiererkonfigurationen 2400A und 2400B. Zum Vergleich ist bei der in 3 gezeigten Ausführungsform das Skalenelement 110 von der ersten Linsenebene FLP um einen Abstand d0 getrennt, der nominal gleich der Brennweite f der ersten Linse 181 sein kann, was bewirkt, dass Skalenlichtstrahlen, die der Dimension FR entsprechen, in dem signalgenerierenden Bild der Codiererkonfiguration aus 3 enthalten sind. Dagegen ist die Bildgebungskonfiguration 2480A (2480B) derart konfiguriert, dass ein Skalenelement 2410A (2410B) von der ersten Linsenebene FLP um einen Abstand d0 getrennt ist, der von der Brennweite f der ersten Linse 2481A (2481B) abweicht. Genauer gesagt wird das Skalenelement 2410A (2410B) in einer Position entlang einer optischen Achse der Bildgebungskonfiguration 2480A (2480B) angeordnet, die kleiner als die Brennweite f der Bildgebungskonfiguration 2480A (2480B) ist. Im Vergleich zu der in 3 gezeigten Konfiguration kann dies dazu führen, dass zusätzliche Skalenlichtstrahlen, die den Dimensionen ER entsprechen, in dem signalgenerierenden Bild der Codiererkonfiguration 2400A (2400B) enthalten sind.Microscopic variations of a scale period P SF can result from various manufacturing process errors. This can lead to errors in mid-range displacement measurements along a scale element, such as the scale element 2410A (or 2410B ). One solution to mitigating this type of error is to increase the area of the scale grid that contributes to the signal generating image of an imaging configuration to better average such errors, as in the first and second encoder configurations 2400A and 2400B , For comparison, at the in 3 embodiment shown, the scale element 110 separated from the first lens plane FLP by a distance d 0 , nominally equal to the focal length f of the first lens 181 which causes scale light rays corresponding to the dimension FR to be in the signal generating image of the Encoder configuration off 3 are included. In contrast, the imaging configuration 2480A ( 2480B ) configured such that a scale element 2410A ( 2410B ) is separated from the first lens plane FLP by a distance d 0 , that of the focal length f of the first lens 2481A ( 2481B ) deviates. More specifically, the scale element becomes 2410A ( 2410B ) in a position along an optical axis of the imaging configuration 2480A ( 2480B ), which is smaller than the focal length f of the imaging configuration 2480A ( 2480B ). Compared to the in 3 This may result in additional scale light beams corresponding to the dimensions ER in the signal generating image of the encoder configuration 2400A ( 2400B ) are included.

Ein Ausführungsbeispiel, wie etwa das in 3 gezeigte, kann ein effektives Sehfeld auf der Skala von 4 mm abbilden, wohingegen ein Ausführungsbeispiel, wie etwa das in 24A (24B) gezeigte, ein effektives Sehfeld auf der Skala von 5 mm abbilden kann. Zusätzlich ermöglicht das Verringern der Trennung zwischen der Bildgebungskonfiguration 2480A (2480B) und dem Skalenelement 2410A (2410B) eine platzsparendere Codiererkonfiguration.An embodiment such as that in FIG 3 can display an effective field of view on the 4 mm scale, whereas an embodiment such as the one shown in FIG 24A ( 24B ), can image an effective field of view on the 5 mm scale. In addition, decreasing the separation between the imaging configuration allows 2480A ( 2480B ) and the scale element 2410A ( 2410B ) a more space-saving encoder configuration.

24A zeigt eine durchlässige Skalenkonfiguration. Bei diversen Ausführungsformen, die eine durchlässige Skalenkonfiguration verwenden, ist das Skalenelement 2410A derart angeordnet, dass es von dem Phasengitter 2450A um einen Abstand d1 getrennt ist, der höchstens 2 mm beträgt. Bei alternativen Konfigurationen, die eine reflektierende Skala verwenden, kann ein Skalenelement derart angeordnet sein, dass es von einem Phasengitter eines Beleuchtungsabschnitts entlang einem Lichtweg einer Bildgebungskonfiguration um einen Abstand d1 getrennt ist, der höchstens 6 mm beträgt. Bei einigen Ausführungsformen der in 24A gezeigten Konfiguration kann das Skalenelement 2410A eine Skalenteilung umfassen, die 4 Mikrometer beträgt, und das Phasengitter 2450A kann eine Teilung umfassen, die 4,444 Mikrometer beträgt. Bei einigen Ausführungsformen der in 24B gezeigten Konfiguration kann ein Skalenelement 2410B eine Skalenteilung umfassen, die 4 Mikrometer beträgt, und ein Phasengitter 2450B eines Beleuchtungsabschnitts 2460B kann eine Teilung umfassen, die 3,635 Mikrometer beträgt. Das Auswählen einer kleineren Teilung für das Phasengitter 2450A als die des Phasengitters 2460B ermöglicht einen kleineren Abstand d0 zwischen dem Phasengitter 2460B und dem Skalenelement 2410B für einen gegebenen Wert einer Bildteilung PIMESF. 24A shows a transmissive scale configuration. In various embodiments that use a transmissive scale configuration, the scale element is 2410A arranged so that it from the phase grating 2450A separated by a distance d 1 , which is at most 2 mm. In alternative configurations using a reflective scale, a scale element may be arranged to be separated from a phase grating of a lighting section along a light path of an imaging configuration by a distance d 1 that is at most 6 mm. In some embodiments, the in 24A shown configuration, the scale element 2410A comprise a scale division, which is 4 microns, and the phase grating 2450A may include a pitch that is 4,444 microns. In some embodiments, the in 24B configuration shown may be a scale element 2410B comprise a graduation of 4 microns and a phase grating 2450B a lighting section 2460B may include a pitch that is 3,635 microns. Selecting a smaller pitch for the phase grating 2450A as that of the phase grating 2460B allows a smaller distance d 0 between the phase grating 2460B and the scale element 2410B for a given value of image division P IMESF .

25A bis 25C zeigen schematische Diagramme von Ausführungsformen von Codiererkonfigurationen 2500A, 2500B und 2500C. Konzeptuell ist bei jeder der Codiererkonfigurationen 2500A, 2500B und 2500C ein Skalenelement in einem Rollwinkel α um die Messachse herum angeordnet, und ein Phasengitter eines Beleuchtungsabschnitts ist in einem Rollwinkel β um die Messachse herum angeordnet, mit Bezug auf eine Ebene zur Messachse parallel und zu einer optischen Achse des Bildgebungsabschnitts senkrecht ist. Bei diversen Ausführungsformen, wie mit Bezug auf frühere Figuren besprochen, kann unerwünschtes residuales Licht nullter Ordnung, das von einem Bildgebungsabschnitt empfangen wird, Effekte bewirken, die mit den gewünschten Positionssignalen interferieren und Nahbereichsfehler verursachen. Eine Möglichkeit, wie sich dies zeigen kann, ist durch schwache Selbstbildebenen, die ein Bild des Skalengitters tragen, das auf einen Detektorabschnitt einfällt. Ein Mittel, um diesen Effekt zu mindern, besteht darin, ein Skalenelement oder ein Phasengitter eines Beleuchtungsabschnitts mit einer kleinen Umdrehung oder Teilung mit Bezug auf eine Messachse anzuordnen. Dies bewirkt, dass mehrere Selbstbildebenen auf den Detektorabschnitt mit einem Phasenversatz mit Bezug zueinander fallen, was ihre Nahbereichsfehler ausmitteln kann. Dazu kann es bei einigen Ausführungsformen wünschenswert sein, einen Umdrehungs- oder Teilungswinkel ungleich null einzuführen, so dass mindestens eine Selbstbildebene und eine umgekehrte Bildebene auf den Detektorabschnitt fallen, wie es nachstehend besprochen wird. Bei Ausführungsbeispielen kann das Skalengitter mit Bezug auf den Bildgebungsabschnitt derart positioniert sein, dass der Lichtweg des Bildgebungsabschnitts um die Messachse mit einem Umdrehungs- oder Teilungswinkel, der im Verhältnis zu einer Ebene, die zu dem Skalengitter senkrecht und zu der Messachse parallel ist, mindestens 0,1 Grad beträgt, gedreht wird. Bei einigen Ausführungsformen kann das Phasengitter des Beleuchtungsabschnitts mit Bezug auf das Skalengitter derart positioniert sein, dass ein Rollwinkel zwischen der Ebene des Phasengitters und der Ebene des Skalengitters in einer Ebene senkrecht zum Skalengitter und parallel zur Messachse gleich (2·B·M·PPG^2)/(H·λ) ist, wobei B eine Zahl zwischen 0,75 und 1,25 ist, M ist eine Vergrößerung des Bildgebungsabschnitts ist, PPG eine Teilung des Phasengitters des Beleuchtungsabschnitts ist, H eine Höhe des Sehfelds des Detektorabschnitts rechtwinklig zur Messachsenrichtung ist, und λ eine Wellenlänge der Beleuchtung ist. Bei einem Ausführungsbeispiel kann eine Codiererkonfiguration eine Phasengitterteilung PPG umfassen, die 4,444 Mikrometer beträgt, eine Vergrößerung M, die 1X beträgt, und eine Höhe H, die 1000 Mikrometer beträgt, und daher kann ein Rollwinkel 3,5 Grad betragen. Bei einigen Ausführungsformen kann das Phasengitter des Beleuchtungsabschnitts mit Bezug auf das Skalengitter derart positioniert sein, dass ein Teilungswinkel zwischen der Ebene des Phasengitters und der Ebene des Skalengitters in einer Ebene senkrecht zum Skalengitter und parallel zur Messachse gleich (2·B·M·PPG^2)/(V·λ) ist, wobei V eine Länge eines Sehfelds des Detektorabschnitts in der Messachsenrichtung ist und B eine Zahl zwischen 0,75 und 1,25 ist. 25A to 25C show schematic diagrams of embodiments of encoder configurations 2500A . 2500B and 2500C , Conceptually, with each of the encoder configurations 2500A . 2500B and 2500C a scale member is disposed at a roll angle α about the measurement axis, and a phase grating of an illumination portion is disposed at a roll angle β around the measurement axis, parallel with respect to a plane to the measurement axis and perpendicular to an optical axis of the imaging portion. In various embodiments, as discussed with reference to previous figures, undesired zero order residual light received by an imaging section may cause effects that interfere with the desired position signals and cause near-field errors. One way in which this can be shown is by weak self-image planes that carry an image of the scale grid that is incident on a detector section. One means to mitigate this effect is to arrange a scale element or a phase grating of a lighting section with a small revolution or pitch with respect to a measuring axis. This causes multiple self-image planes to fall onto the detector section with a phase offset with respect to each other, which may average out their near-field errors. To do so, in some embodiments, it may be desirable to introduce a non-zero rotational or pitch angle such that at least one self-image plane and one reverse image plane fall on the detector section, as discussed below. In embodiments, the scale grating may be positioned with respect to the imaging section such that the light path of the imaging section about the measurement axis is at least 0 at a rotation or pitch angle that is in relation to a plane parallel to the scale grating and parallel to the measurement axis , 1 degree, is rotated. In some embodiments, the phase grating of the illumination section may be positioned with respect to the scale grating such that a roll angle between the plane of the phase grating and the plane of the scale grating in a plane perpendicular to the scale grating and parallel to the measurement axis is equal to (2 * B * M * P PG ^ 2) / (H · λ), where B is a number between 0.75 and 1.25, M is an enlargement of the imaging section, P PG is a pitch of the phase grating of the illumination section, H is a height of the field of view of the detector section is perpendicular to the measuring axis direction, and λ is a wavelength of illumination. In one embodiment, an encoder configuration may include a phase grating pitch P PG that is 4.444 microns, a magnification M that is 1X, and a height H that is 1000 microns, and therefore, a roll angle may be 3.5 degrees. In some embodiments, the phase grating of the illumination section may be positioned with respect to the scale grating such that a pitch angle between the plane of the phase grating and the plane of the scale grating in a plane perpendicular to the scale grating and parallel to the measurement axis is equal to (2 * B * M * P PG ^ 2) / (V · λ), where V is a length of a field of view of the Detector section in the measuring axis direction and B is a number between 0.75 and 1.25.

Beispielsweise zeigen 25A bis 25C drei Ausführungsbeispiele, die einen 3,5-Grad-Rollwinkel zwischen dem Phasengitter und dem Skalenelement umfassen. Die Codiererkonfigurationen 2500A, 2500B und 2500C umfassen jeweils die Skalenelements 2510A, 2510B und 2510C, die in einem Rollwinkel α um die Messachse herum angeordnet sind, mit Bezug auf eine Ebene, die zur Messachse MA (d. h. der X-Richtung) parallel und zur optischen Achse der jeweiligen Bildgebungsabschnitte 2580A, 2580B und 2580C senkrecht ist. Die Beleuchtungsabschnitte 2560A, 2560B und 2560C umfassen die jeweiligen Phasengitter 2550A, 2550B und 2550C, die in einem Rollwinkel β um die Messachse herum angeordnet sind, mit Bezug auf eine Ebene, die zur Messachse MA (d. h. der X-Richtung) parallel und zur optischen Achse der Bildgebungsabschnitte 2580A, 2580B und 2580C senkrecht ist. Bei der Codiererkonfiguration 2500A ist α 3,5 Grad und β ist null Grad. Bei der Codiererkonfiguration 2500B ist α 1,75 Grad und β ist –1,75 Grad. Bei der Codiererkonfiguration 2500C ist α null Grad und β ist 3,5 Grad. Auf jeden Fall ist der Nettorollwinkel zwischen den Elementen 3,5 Grad, so dass eine selbstabbildende Ebene SIMG und eine umgekehrte (Umkehrphase) Bildebene IIMG auf einen Detektorabschnitt fallen, der von einer Detektorebene DP angegeben wird, um Selbstbildeffekte, die sich aus unerwünschtem residualen Licht nullter Ordnung ergeben, ungefähr aufzuheben. Jede der Codiererkonfigurationen 2500A, 2500B und 2500C umfasst Sehfelder mit einer Höhe H rechtwinklig zur Messachsenrichtung und einer Länge V in der Messachsenrichtung, die einen optimalen Rollwinkel oder Teilungswinkel bestimmen, wie zuvor beschrieben. Die Länge V ist nicht gezeigt, da ihre Richtung in die Seite hineingeht, d. h. in die X-Richtung.For example, show 25A to 25C three embodiments comprising a 3.5 degree roll angle between the phase grating and the scale element. The encoder configurations 2500A . 2500B and 2500C each include the scale element 2510A . 2510B and 2510C which are arranged at a roll angle α around the measurement axis with respect to a plane parallel to the measurement axis MA (ie, the X direction) and to the optical axis of the respective imaging sections 2580A . 2580B and 2580C is vertical. The lighting sections 2560A . 2560B and 2560C include the respective phase gratings 2550A . 2550B and 2550C which are arranged at a roll angle β around the measurement axis with respect to a plane parallel to the measurement axis MA (ie, the X direction) and to the optical axis of the imaging sections 2580A . 2580B and 2580C is vertical. In the encoder configuration 2500A is α 3.5 degrees and β is zero degrees. In the encoder configuration 2500B α is 1.75 degrees and β is -1.75 degrees. In the encoder configuration 2500C α is zero degrees and β is 3.5 degrees. In any event, the net rolling angle between the elements is 3.5 degrees, such that a self-imaging plane SIMG and reverse (reversal phase) image plane IIMG fall on a detector section indicated by a detector plane DP for self-image effects resulting from undesirable residual light zeroth order, about to pick up. Each of the encoder configurations 2500A . 2500B and 2500C includes visual fields having a height H perpendicular to the measuring axis direction and a length V in the measuring axis direction, which determine an optimum roll angle or pitch angle, as described above. The length V is not shown because its direction goes into the page, ie in the X direction.

Obwohl die in 25A bis 25C gezeigten Ausführungsformen einen Rollwinkel zwischen einem Skalenelement und einem Phasengitter eines Beleuchtungsabschnitts zeigen, versteht es sich, dass ein Teilungswinkel (um eine Achse herum, die zur Messachse rechtwinklig und zum Skalengitter parallel ist, z. B. die Y-Achse) ebenfalls den gewünschten Effekt bereitstellen kann. Bei diversen Ausführungsformen ist entweder das Skalengitter oder ein Phasengitter des Beleuchtungsabschnitts oder beide in einem Teilungswinkel im Verhältnis zu einer Ebene angeordnet, die zur Messachse parallel und zu einer optischen Achse des Bildgebungsabschnitts senkrecht ist, um ungefähr 0,1 Grad einer relativen Teilung zwischen den Elementen oder mehr bereitzustellen. Auf jeden Fall sind die relativen Teilungswinkel derart zu wählen, dass mindestens eine selbstabbildende Ebene SIMG und eine umgekehrte (Umkehrphase) Bildebene IIMG auf einen Detektorabschnitt auf einer Detektorebene DP fallen, um Selbstbildeffekte, die sich aus unerwünschtem residualen Licht nullter Ordnung ergeben, ungefähr aufzuheben.Although the in 25A to 25C It should be understood that a pitch angle (around an axis that is perpendicular to the measurement axis and parallel to the scale grid, eg, the Y axis) also provides the desired effect can provide. In various embodiments, either the scale grating or a phase grating of the illumination section or both is arranged at a pitch angle relative to a plane that is parallel to the measurement axis and perpendicular to an optical axis of the imaging section by about 0.1 degrees of relative pitch between the elements or to provide more. In any event, the relative pitch angles should be chosen such that at least one self-imaging plane SIMG and reverse (reversal phase) image plane IIMG fall on a detector section on detector plane DP to cancel out approximately self-image effects resulting from undesirable zero-order residual light.

Obwohl diverse Ausführungsformen abgebildet und beschrieben wurden, werden dem Fachmann basierend auf der vorliegenden Offenbarung zahlreiche Variationen der abgebildeten und beschriebenen Anordnungen von Merkmalen und Arbeitsgängen ersichtlich sein. Es versteht sich somit, dass diverse Änderungen daran vorgenommen werden können, ohne den Erfindungsgedanken und den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.While various embodiments have been illustrated and described, many variations of the illustrated and described arrangements of features and operations will be apparent to those skilled in the art based on the present disclosure. It is therefore to be understood that various changes may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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  • US 2011/0031383 [0099] US 2011/0031383 [0099]

Claims (25)

Die Ausführungsformen der Erfindung, in denen eine exklusive Eigenschaft oder ein Privileg beansprucht wird, sind folgendermaßen definiert: 1. Vorrichtung zum Messen der relativen Verlagerung zwischen zwei Elementen, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst: ein Skalengitter, das sich entlang einer Messachsenrichtung erstreckt und eine Skalenteilung PSF aufweist; eine Beleuchtungsquelle, die eine Lichtquelle umfasst, die Licht ausgibt, das eine Wellenlänge λ aufweist, und einen eine strukturierte Beleuchtung generierenden Abschnitt, der das Licht eingibt und eine strukturierte Beleuchtung an das Skalengitter ausgibt, wobei die strukturierte Beleuchtung ein Beleuchtungsstreifenmuster umfasst, das quer zur Messachsenrichtung orientiert ist und das eine Beleuchtungsstreifenteilung PMI in der Messachsenrichtung auf einer Ebene aufweist, die mit dem Skalengitter zusammenfällt; einen Bildgebungsabschnitt, der positioniert ist, um betriebsfähiges räumlich moduliertes Bildlicht zu empfangen, das von dem Skalengitter ausgegeben wird, und ein betriebsfähiges periodisches Bild des räumlich modulierten Bildlichts auszugeben, wenn das Skalengitter von der strukturierten Beleuchtung aus der Beleuchtungsquelle beleuchtet wird; und einen Detektorabschnitt, der einen Satz von jeweiligen optischen Detektoren umfasst, die positioniert sind, um jeweils verschiedene Phasen des betriebsfähigen periodischen Bildes zu empfangen, wobei der Satz von jeweiligen optischen Detektoren eine Detektorteilung Pd in der Messachsenrichtung aufweist, wobei die Detektorteilung Pd einer Teilung zwischen den Detektorelementen entspricht, die einer bestimmten Detektorsignalphase entsprechen, wobei: der Bildgebungsabschnitt Folgendes umfasst: den Detektorabschnitt, der in einem Abstand Z von dem Bildgebungsabschnitt entlang einem Lichtweg des Bildgebungsabschnitts positioniert ist; eine erste Linse, die positioniert ist, um das räumlich modulierte Bildlicht zu empfangen, das von dem Skalengitter übertragen wird, wobei die erste Linse eine Brennweite F aufweist, die einen Brennpunkt definiert, der sich zwischen der ersten Linse und dem Detektorabschnitt befindet; und eine Apertur, die ungefähr an der Brennweite F zwischen der ersten Linse und dem Detektorabschnitt positioniert ist; das räumlich modulierte Bildlicht Streifen umfasst, die sich aus der Interferenz von zwei Beugungsordnungen bilden, die sich um eine Wert Δn unterscheiden; die Apertur mit einer Dimension W entlang der Messachsenrichtung derart konfiguriert ist, dass AN = Z·λ·(a·(Δn + 1)/(PMIPSF/((PMI – PSF)·M)), wobei M ein Vergrößerungswert des Bildgebungsabschnitts ist, und der Wert von a größer als 0,5 und kleiner als 4,0 ist; und das Skalengitter die strukturierte Beleuchtung eingibt und das räumlich modulierte Bildlicht ausgibt, das die strukturierte Beleuchtung umfasst, die mit einer Intensitätsmodulationshüllkurve moduliert wird, die eine räumliche Wellenlänge PIMESF aufweist, die von der Skalenteilung PSF und der Beleuchtungsstreifenteilung PMI abhängt, und PSF und PMI ausgewählt werden, um mit der Detektorteilung Pd derart zusammenzuwirken, dass ΔnPMIPSF/(ΔnPMI – PSF) = PIMESF = m·Pd/k, wenn die Lichtquelle inkohärentes Licht ausgibt, und ΔnPMIPSF/(2ΔnPMI – PSF) = PIMESF = m·Pd/k, wenn die Lichtquelle kohärentes Licht ausgibt, wobei m eine Anzahl von Phasensignalen ist, die von dem Detektorabschnitt ausgegeben werden, und k eine ungerade Ganzzahl ist, und wobei die räumliche Wellenlänge PIMESF größer als die Skalenteilung PSF ist.The embodiments of the invention claiming exclusive property or privilege are defined as follows: 1. Apparatus for measuring the relative displacement between two elements, the apparatus comprising: a scale grating extending along a measuring axis direction and a graduation P SF ; an illumination source comprising a light source emitting light having a wavelength λ; and a structured illumination generating portion for inputting the light and outputting structured illumination to the scale grating, the structured illumination including an illumination stripe pattern transverse to the light source Oriented measuring axis direction and having a illumination strip pitch P MI in the measuring axis direction on a plane coincident with the scale grid; an imaging section positioned to receive operative spatially modulated image light output from the scale grating and to output an operable periodic image of the spatially modulated image light as the scale grating is illuminated by the structured illumination from the illumination source; and a detector section including a set of respective optical detectors positioned to respectively receive different phases of the operable periodic image, the set of respective optical detectors having a detector pitch P d in the measuring axis direction, the detector pitch P d of one Corresponds to division between the detector elements corresponding to a particular detector signal phase, wherein: the imaging section comprises: the detector section positioned at a distance Z from the imaging section along a light path of the imaging section; a first lens positioned to receive the spatially modulated image light transmitted from the scale grating, the first lens having a focal length F defining a focal point located between the first lens and the detector portion; and an aperture positioned approximately at the focal length F between the first lens and the detector section; the spatially modulated image light comprises stripes resulting from the interference of two diffraction orders which differ by a value Δn; the aperture having a dimension W along the measuring axis direction is configured such that AN = Z · λ · (a · (Δn + 1) / (P MI P SF / ((P MI - P SF ) · M)), where M is an enlargement value of the imaging section, and the value of a is greater than 0.5 and less than 4.0, and the scale grating inputs the structured illumination and outputs the spatially modulated image light comprising the structured illumination modulated with an intensity modulation envelope having a spatial wavelength P IMESF , which depends on the scale pitch P SF and the illumination stripe pitch P MI , and P SF and P MI are selected to cooperate with the detector pitch P d such that ΔnP MI P SF / (ΔnP MI -) P SF ) = P IMESF = m × P d / k when the light source outputs incoherent light and ΔnP MI P SF / (2ΔnP MI -P SF ) = P IMESF = m × P d / k when the light source is coherent light where m is a number of phase signals received from the Detector section are output, and k is an odd integer, and wherein the spatial wavelength P IMESF is greater than the scale pitch P SF . Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei Δn = 2.Apparatus according to claim 1, wherein Δn = 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei Δn = 1.Apparatus according to claim 1, wherein Δn = 1. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei Δn = 4.Apparatus according to claim 1, wherein Δn = 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Bildgebungsabschnitt ferner eine zweite Linse umfasst, die eine Brennweite Fs aufweist, wobei die zweite Linse zwischen der Apertur und dem Detektorabschnitt an der Brennweite Fs von der Apertur und in dem Abstand Z von dem Detektorabschnitt positioniert ist und konfiguriert ist, um Licht von der Apertur zu empfangen und das betriebsfähige periodische Bild zu formen.The device of claim 1, wherein the imaging section further comprises a second lens having a focal length Fs, the second lens being positioned and configured between the aperture and the detector section at the focal length Fs from the aperture and at the distance Z from the detector section to receive light from the aperture and form the operable periodic image. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die zweite Linse die gleichen nominalen optischen Eigenschaften aufweist wie die erste Linse, Fs = F, Z = Fs, und die ersten und zweiten Linsen symmetrisch um die Position der Apertur herum orientiert sind.The device of claim 5, wherein the second lens has the same nominal optical properties as the first lens, Fs = F, Z = Fs, and the first and second lenses are symmetrically oriented about the position of the aperture. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei sich die Apertur in dem Abstand Z von dem Detektorabschnitt befindet.The device of claim 1, wherein the aperture is at the distance Z from the detector section. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei m gleich einem von 3 und 4 und k gleich einem von 1, 3 und 5 ist.The device of claim 1 wherein m is equal to one of 3 and 4 and k is equal to one of 1, 3 and 5. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Skalenteilung PSF kleiner als 8 Mikrometer ist.The device of claim 1, wherein the graduation P SF is less than 8 microns. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Beleuchtungsstreifenteilung PMI kleiner als 8 Mikrometer ist.The device of claim 1, wherein the illumination stripe pitch P MI is less than 8 microns. Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend einen Strahlteiler, der sich zwischen dem Beleuchtungsabschnitt und dem Skalengitter befindet, der konfiguriert ist, um die strukturierte Beleuchtung an das Skalengitter zu übertragen, räumlich moduliertes Bildlicht zu empfangen, das von dem Skalengitter ausgegeben wird, und das räumlich modulierte Bildlicht an den Bildgebungsabschnitt auszugeben.The apparatus of claim 1, further comprising a beam splitter located between the illumination portion and the scale grating. which is configured to transmit the structured illumination to the scale grid, to receive spatially modulated image light output from the scale grid, and to output the spatially modulated image light to the imaging section. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der interferenzstreifengenerierende Abschnitt ein erstes Phasengitter umfasst, das Licht nullter Ordnung in der strukturierten Beleuchtung blockiert oder unterdrückt.The device of claim 1, wherein the interference fringe generating portion comprises a first phase grating which blocks or suppresses zero order light in the structured illumination. Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei der interferenzstreifengenerierende Abschnitt ferner ein zweites Phasengitter umfasst, das konfiguriert ist, um Licht einzugeben, das von dem ersten Gitter ausgegeben wird, und strukturiertes Licht auszugeben, das konvergierende Strahlen umfasst.The apparatus of claim 12, wherein the interference fringe-generating portion further comprises a second phase grating configured to input light output from the first grating and output structured light including converging rays. Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Referenz-Skalenspur, die konfiguriert ist, um die strukturierte Beleuchtung zu empfangen und Referenz-Interferenzstreifen an den Detektorabschnitt auszugeben.The apparatus of claim 1, further comprising a reference scale track configured to receive the structured illumination and output reference interference fringes to the detector section. Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Referenz-Skalenspur Referenzmarkierungen umfasst, die Nonius-Referenzmarkierungen sind.The apparatus of claim 14, wherein the reference scale track comprises reference marks that are vernier reference marks. Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Referenz-Skalenspur Referenzmarkierungsmuster mit Phasen umfasst, die eine synthetische Wellenlänge mit Bezug auf das Skalengitter bereitstellen.The apparatus of claim 14, wherein the reference scale track comprises reference mark patterns having phases that provide a synthetic wavelength with respect to the scale grid. Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend eine absolute Skalenspur, die ein absolutes Skalenspurmuster umfasst, das konfiguriert ist, um die strukturierte Beleuchtung zu empfangen und absolutes Skalenlicht an den Detektorabschnitt auszugeben, um Signale bereitzustellen, die verwendbar sind, um eine absolute Position über einen absoluten Messbereich zu bestimmen.The apparatus of claim 1, further comprising an absolute scale trace comprising an absolute scale trace pattern configured to receive the structured illumination and output absolute scale light to the detector portion to provide signals useable to an absolute position over an absolute one To determine the measuring range. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei: der Bildgebungsabschnitt ferner eine zweite Linse umfasst, die eine Brennweite Fs aufweist, wobei die zweite Linse zwischen der Apertur und dem Detektorabschnitt an der Brennweite Fs von der Apertur positioniert ist und konfiguriert ist, um Licht von der Apertur zu empfangen und das betriebsfähige periodische Bild zu formen; und eine Vergrößerung M des betriebsfähigen periodischen Bildes in der Messachsenrichtung ungefähr M = Fs/F ist, und nur durch Auswählen der Abstände Fs und F eingestellt wird.Apparatus according to claim 1, wherein: the imaging portion further comprises a second lens having a focal length Fs, the second lens positioned between the aperture and the detector portion at the focal length Fs of the aperture and being configured to receive light from the aperture and to acquire the operable periodic image to shape; and an enlargement M of the operable periodic image in the measuring axis direction is approximately M = Fs / F, and is set only by selecting the distances Fs and F. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Lichtquelle kohärentes Licht ausgibt und der Wert von a größer als 0,5 und kleiner als 1,5 ist.The device of claim 1, wherein the light source outputs coherent light and the value of a is greater than 0.5 and less than 1.5. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Skalengitter einen ersten Skalengitterabschnitt und einen zweiten Skalengitterabschnitt umfasst, die parallel in der Messachsenrichtung angeordnet sind, wobei der zweite Skalengitterabschnitt einen räumlichen Phasenversatz von 0,5·PSF relativ zum ersten Skalengitterabschnitt in der Messachsenrichtung aufweist, und sowohl der erste Skalengitterabschnitt als auch der zweite Skalengitterabschnitt zu dem betriebsfähigen räumlich modulierten Bildlicht beitragen, das von dem Skalengitter und dem betriebsfähigen periodischen Bild ausgegeben wird.The apparatus of claim 1, wherein the scale grating comprises a first scale grating portion and a second scale grating portion arranged in parallel in the measuring axis direction, the second scale grating portion having a spatial phase offset of 0.5 * P SF relative to the first scale grating portion in the measuring axis direction, and both the first scale grating portion and the second scale grating portion contribute to the operable spatially modulated image light output from the scale grating and the operable periodic image. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Skalengitter von dem Bildgebungsabschnitt in einem Abstand positioniert ist, der kleiner als die Brennweite F ist.The device of claim 1, wherein the scale grating is positioned by the imaging section at a distance less than the focal length F. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Skalengitter relativ zum Bildgebungsabschnitt derart positioniert ist, dass der Lichtweg des Bildgebungsabschnitts um die Messachse herum in einem Rollwinkel gedreht wird, der mit Bezug auf eine Ebene, die zu dem Skalengitter senkrecht und zur Messachse parallel ist, mindestens 0,1 Grad beträgt.The device of claim 1, wherein the scale grating is positioned relative to the imaging section such that the light path of the imaging section is rotated about the measurement axis at a roll angle that is at least zero with respect to a plane that is perpendicular to the scale grid and parallel to the measurement axis , 1 degree. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Skalengitter relativ zum Bildgebungsabschnitt derart positioniert ist, dass der Lichtweg des Bildgebungsabschnitts um eine Achse, die zur Messachse rechtwinklig und zum Skalengitter parallel ist, in einem Teilungswinkel gedreht ist, der mit Bezug auf eine Ebene, die zu den Skalengittern parallel ist, mindestens 0,1 Grad beträgt.The device of claim 1, wherein the scale grating is positioned relative to the imaging portion such that the light path of the imaging portion is rotated about an axis parallel to the measurement axis and parallel to the scale grating at a pitch angle with respect to a plane that is opposite to that of FIG Scale grids parallel, is at least 0.1 degrees. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Phasengitter des Beleuchtungsabschnitts mit Bezug auf das Skalengitter derart positioniert ist, dass ein Rollwinkel zwischen der Ebene des Phasengitters und der Ebene des Skalengitters in einer Ebene, die zur Messachse rechtwinklig ist, gleich (2·B·M·PPG^2)/(H·λ) ist, wobei B eine Zahl zwischen 0,75 und 1,25 ist, M der Vergrößerungswert des Bildgebungsabschnitts ist, PPG eine Teilung des Phasengitters des Beleuchtungsabschnitts ist, und H eine Höhe eines Sehfelds des Detektorabschnitts ist, der zur Messachsenrichtung rechtwinklig ist.The apparatus of claim 1, wherein the phase grating of the illumination section is positioned with respect to the scale grating such that a roll angle between the plane of the phase grating and the plane of the scale grating in a plane perpendicular to the measurement axis equals (2 · B · M · P PG ^ 2) / (H · λ), where B is a number between 0.75 and 1.25, M is the magnification value of the imaging section, P PG is a pitch of the phase grating of the illumination section, and H is a height of a field of view of the detector section which is perpendicular to the measuring axis direction. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Phasengitter des Beleuchtungsabschnitts relativ zum Skalengitter derart positioniert ist, dass ein Teilungswinkel zwischen der Ebene des Phasengitters und der Ebene des Skalengitters in einer Ebene, die zum Skalengitter senkrecht und zur Messachse parallel ist, gleich (2·B·M·PPG^2)/(V·λ) ist, wobei B eine Zahl zwischen 0,75 und 1,25 ist, M der Vergrößerungswert des Bildgebungsabschnitts ist, PPG eine Teilung des Phasengitters des Beleuchtungsabschnitts ist, und V die Länge eines Sehfelds des Detektorabschnitts in der Messachsenrichtung ist.The device of claim 1, wherein the phase grating of the illumination section is positioned relative to the scale grating such that a pitch angle between the plane of the phase grating and the plane of the scale grating in a plane perpendicular to the scale grating and parallel to the measurement axis equals (2 · B · M × P PG ^ 2) / (V × λ), where B is a number between 0.75 and 1.25, M is the magnification value of the imaging section, P PG is a pitch of the phase grating of the illumination section, and V is the length of a field of view of the detector section in the measuring axis direction.
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