DE102016015225A1

DE102016015225A1 - Codiereinrichtung

Info

Publication number: DE102016015225A1
Application number: DE102016015225.7A
Authority: DE
Inventors: Akihide Kimura
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 2015-12-22
Filing date: 2016-12-21
Publication date: 2017-06-22
Anticipated expiration: 2036-12-22
Also published as: JP2017116307A; US10190893B2; US20170176219A1; DE102016015225B4; JP6705649B2

Abstract

Eine Skala weist einen ersten Musterbereich und einen zweiten Musterbereich auf, welcher mit einem Versatz von dem ersten Musterbereich in einer Messrichtung um 1/(2 × s) eines Abstands angeordnet ist. Ein Detektionskopf detektiert Interferenzstreifen, welche durch gebeugte Strahlen positiver s-ter Ordnung und gebeugte Strahlen negativer s-ter Ordnung bewirkt werden, welche durch die Skala gebeugt werden, und gibt ein Detektionsresultat aus. Eine Signalverarbeitungseinheit detektiert eine Bezugsposition basierend auf einer Position, wo eine Lichtintensität niedriger als ein vorbestimmter Wert ist, welcher in einer Lichtintensitätsverteilung der Interferenzstreifen auftritt, und detektiert inkrementelle Positionen basierend auf den Interferenzstreifen, welche an anderen Positionen erscheinen. Der Detektionskopf beinhaltet eine Lichtquelle, eine detektierende Einheit, welche konfiguriert ist, um das Detektionsresultat der Strahlen, welche auf Licht empfangende Vorrichtungen gestrahlt werden, an die Signalverarbeitungseinheit auszugeben, und ein optisches System, welches konfiguriert ist, um gebeugte Strahlen positiver s-ter Ordnung und gebeugte Strahlen negativer s-ter Ordnung auf der detektierenden Einheit abzubilden.

Description

HINTERGRUND
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Codiereinrichtung und insbesondere auf eine optische Codiereinrichtung.
VERWANDTE TECHNIK
Es gibt nun optische lineare Codiereinrichtungen als ein Typ von Vorrichtungen für ein Messen eines Ausmaßes einer Bewegung. Eine optische lineare Codiereinrichtung weist eine Skala und einen Detektionskopf auf, welcher konfiguriert ist, um sich entlang der Skala zu bewegen. Die Skala weist ein absolutes Muster für ein Detektieren einer Referenz- bzw. Bezugsposition und ein inkrementelles bzw. zunehmendes Muster für ein Detektieren eines Ausmaßes einer relativen Bewegung zwischen der Skala und dem Detektionskopf auf. Die optische lineare Codiereinrichtung bestimmt eine Bezugsposition basierend auf einem Bezugspositionssignal, welches ein Resultat einer Detektion auf dem absoluten Muster repräsentiert, welches auf der Skala ausgebildet ist. Dann kann die optische lineare Codiereinrichtung die Positionsbeziehung zwischen der Skala und dem Detektionskopf im Hinblick auf ein Ausmaß bzw. eine Größe einer Bewegung von der Bezugsposition detektieren.
Es sind auch absolute Codiereinrichtungen mit einer einzelnen Spur bekannt, welche durch ein Integrieren eines inkrementellen Musters und eines absoluten Musters als eine einzige Skalenspur bzw. -bahn konfiguriert sind bzw. werden. In einer derartigen absoluten Codiereinrichtung einer einzigen Spur sind bzw. werden inkrementelle Spuren (ein inkrementelles Muster) und absolute Spuren (ein absolutes Muster) in einem Streifenmuster ausgebildet, und die absoluten Spuren bzw. Bahnen sind bzw. werden in einer pseudo-zufälligen Weise verteilt (Patentdokument 1). Daher detektiert die absolute Codiereinrichtung mit einer einzelnen bzw. einzigen Spur eine Kombination von Signalen entsprechend den absoluten Spuren, wodurch eine absolute Position detektiert bzw. festgestellt wird.
Es wurde auch ein Verfahren eines Messens einer absoluten Position vorgeschlagen, wo es absolute Daten (ein absolutes Muster), welche in einer Form eines diskreten Codeworts durch ein Entfernen von einigen Licht reflektierenden Linien gebildet werden, in einer inkrementellen Skala (einem inkrementellen Muster) gibt, welche durch Licht reflektierende Linien konfiguriert ist bzw. wird (Patentdokument 2).
Weiters wurde eine Messskala für ein Bestimmen eines absoluten Werts einer Leseeinrichtung relativ zu der Skala in zwei Richtungen vorgeschlagen (Patentdokument 3). In dieser Messskala wird, um Positionen in den zwei Richtungen zu detektieren, ein kariertes Muster auf der Skala ausgebildet, und Blöcke des Musters werden abgebildet und decodiert. Die Blöcke beinhalten Information-Bits, welche absolute Positionen definieren, und dieses Muster kann auch für ein Messen eines Inkrements bzw. Schritts verwendet werden.
Patentdokument 1: Japanische Patentanmeldung Offenlegung Nr. 5-71984
Patentdokument 2: Japanische Patentanmeldung Offenlegung Nr. 2004-529344
Patentdokument 3: Japanische Patentanmeldung Offenlegung Nr. 2001-194187
Gemäß der oben beschriebenen absoluten Codiereinrichtung mit einer einzelnen Spur ist es möglich, die absolute Position zu detektieren, und um die Genauigkeit der Codiereinrichtung zu verbessern, ist es erforderlich, den Abstand bzw. die Unterteilung einer Skala zu verringern bzw. abzusenken. Jedoch ist es in allen absoluten Codiereinrichtungen mit einer einzelnen Spur eines optischen Typs, eines magnetischen Typs und eines Typs einer elektrostatischen Kapazität, selbst wenn feine Skalenabstände bzw. -unterteilungen eingestellt bzw. festgelegt werden, unmöglich, Skalen bzw. Skalierungen aufgrund von Beschränkungen zu lesen, welche ihren Detektionsprinzipien zuzuschreiben sind.
ZUSAMMENFASSUNG
Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung stellen eine absolute Codiereinrichtung mit einer einzelnen Spur bzw. Bahn zur Verfügung, welche fähig ist, eine Musterperiode auf der Skala zu reduzieren.
Eine Codiereinrichtung gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung umfasst:
eine Skala, welche eine Mehrzahl von Musterbereichen aufweist, welche eine Mehrzahl von Muster aufweisen, welche in einer Messrichtung mit einem vorbestimmten Abstand bzw. einer vorbestimmten Unterteilung angeordnet sind und wenigstens einen Musterbereich beinhalten, welcher mit einem Versatz bzw. Offset von einem benachbarten Musterbereich in der Messrichtung um 1/(2 × s) des Abstands versetzt ist (wobei ”s” eine ganze Zahl von 1 oder größer ist);
einen Detektionskopf, welcher konfiguriert ist, um relativ in der Messrichtung unter Bezugnahme auf die Skala bewegbar zu sein, und Interferenzstreifen zu detektieren, welche durch gebeugte Strahlen positiver s-ter Ordnung und gebeugte Strahlen negativer s-ter Ordnung bewirkt werden, welche durch die Skala gebeugt werden, und ein Detektionsresultat auszugeben; und
eine Signalverarbeitungseinheit, welche konfiguriert ist, um eine Bezugsposition basierend auf einer Position zu detektieren, wo eine Lichtintensität geringer als ein vorbestimmter Wert ist, welcher in einer Lichtintensitätsverteilung der Interferenzstreifen auftritt, und inkrementelle Positionen basierend auf den Interferenzstreifen zu detektieren, welche an Positionen verschieden von der Position aufscheinen, wo eine Lichtintensität niedriger als der vorbestimmte Wert ist,
wobei der Detektionskopf beinhaltet:
eine Lichtquelle, welche konfiguriert ist, Strahlen auf die Skala zu strahlen bzw. auszusenden;
eine detektierende bzw. Detektionseinheit, welche eine Mehrzahl von Licht empfangenden Vorrichtungen bzw. Lichtempfangsvorrichtungen aufweist, welche in der Messrichtung angeordnet sind, und konfiguriert ist, um das Detektionsresultat der Strahlen, welche auf die Mehrzahl von Licht empfangenden Vorrichtungen gestrahlt werden, an die Signalverarbeitungseinheit auszugeben; und
ein optisches System, welches zwischen der Skala und der detektierenden Einheit angeordnet ist und konfiguriert ist, um gebeugte Strahlen positiver s-ter Ordnung und gebeugte Strahlen negativer s-ter Ordnung abzubilden, welche generiert werden, wenn die Strahlen auf die Skala auf der detektierenden Einheit gestrahlt werden.
Eine Codiereinrichtung gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist vorzugsweise die Codiereinrichtung, wobei das optische System beinhaltet:
einen ersten Spiegel, welcher derart angeordnet ist, dass seine Spiegeloberfläche normal auf die Messrichtung ist bzw. steht, und konfiguriert ist, um die gebeugten Strahlen positiver s-ter Ordnung in Richtung zu der detektierenden Einheit zu reflektieren; und
einen zweiten Spiegel, welcher derart angeordnet ist, dass seine Spiegeloberfläche normal auf die Messrichtung ist und zu dem ersten Spiegel gerichtet ist, und konfiguriert ist, um die gebeugten Strahlen negativer s-ter Ordnung in Richtung zu der detektierenden Einheit zu reflektieren, und
der erste Spiegel und der zweite Spiegel an Positionen für ein Abbilden der gebeugten Strahlen positiver s-ter Ordnung und der gebeugten Strahlen negativer s-ter Ordnung auf die detektierende Einheit angeordnet sind.
Eine Codiereinrichtung gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung ist vorzugsweise die Codiereinrichtung, wobei das optische System als ein bi-telezentrisches abbildendes optisches System konfiguriert ist, welches zwei oder mehr Linsen enthält.
Eine Codiereinrichtung gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung ist vorzugsweise die Codiereinrichtung, wobei das optische System ein Beugungsgitter für ein Abbilden der gebeugten Strahlen positiver s-ter Ordnung und der gebeugten Strahlen negativer s-ter Ordnung auf der detektierenden Einheit beinhaltet.
Eine Codiereinrichtung gemäß einem fünften Aspekt der Erfindung ist vorzugsweise die Codiereinrichtung, wobei die Mehrzahl von Musterbereichen bzw. -flächen derart angeordnet ist, dass eine Mehrzahl von Verbindungslinien aufgrund eines Versatzes von einem oder beiden von zwei benachbarten Musterbereichen auftritt.
Eine Codiereinrichtung gemäß einem sechsten Aspekt der Erfindung ist vorzugsweise die Codiereinrichtung, wobei die Verbindungslinien in einer zufälligen Weise oder einer pseudo-zufälligen Weise angeordnet sind.
Eine Codiereinrichtung gemäß einem siebenten Aspekt der Erfindung ist vorzugsweise die Codiereinrichtung, wobei die Verbindungslinien basierend auf einem M-Sequenz Code angeordnet sind.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine absolute Codiereinrichtung mit einer einzelnen Bahn zur Verfügung zu stellen, welche fähig ist, eine Musterperiode auf der Skala bzw. Skalierung zu reduzieren.
Die obigen und andere Gegenstände, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden vollständig aus der folgenden detaillierten Beschreibung und den beigeschlossenen Zeichnungen verständlich werden. Die beigeschlossenen Zeichnungen dienen lediglich für eine Illustration und beschränken bzw. begrenzen nicht die vorliegende Erfindung.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine perspektivische Ansicht, welche schematisch die Konfiguration einer optischen Codiereinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform illustriert.
2 ist eine perspektivische Ansicht, welche die Konfiguration der optischen Codiereinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform illustriert.
3 ist eine Draufsicht, welche schematisch die Konfiguration einer Skala gemäß der ersten Ausführungsform illustriert.
4 ist eine Ansicht, welche eine Interferenz von gebeugten Strahlen und die Lichtintensitätsverteilung von Interferenzstreifen in der optischen Codiereinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform illustriert.
5 ist eine perspektivische Ansicht, welche schematisch die Konfiguration einer optischen Codiereinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform illustriert.
6 ist eine Draufsicht, welche schematisch die Konfiguration einer Skala gemäß der zweiten Ausführungsform illustriert.
7 ist eine perspektivische Ansicht, welche schematisch die Konfiguration einer optischen Codiereinrichtung 300 gemäß einer dritten Ausführungsforme illustriert.
8 ist eine perspektivische Ansicht, welche schematisch die Konfiguration einer optischen Codiereinrichtung 400 gemäß einer vierten Ausführungsform illustriert.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigeschlossenen Zeichnungen beschrieben werden. In den Zeichnungen sind idente Komponenten durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet und eine wiederholte Beschreibung davon wird erforderlichenfalls weggelassen. Die folgenden Codiereinrichtungen gemäß den Ausführungsformen sind als optische Codiereinrichtungen für ein Detektieren von Licht von einem Gittermuster und ein Berechnen einer Position konfiguriert bzw. ausgebildet.
ERSTE AUSFÜHRUNGSFORM
Eine optische Codiereinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird beschrieben werden. 1 ist eine perspektivische Ansicht, welche schematisch die Konfiguration einer optischen Codiereinrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform illustriert. Wie dies in 1 gezeigt ist, weist die optische Codiereinrichtung 100 eine Skala 1, einen Detektionskopf 2 und eine Signalverarbeitungseinheit 3 auf. Die Skala 1 und der Detektionskopf 2 sind konfiguriert, um relativ entlang einer Messrichtung (einer X-Achsen-Richtung von 1) bewegbar zu sein, welche die longitudinale bzw. Längsrichtung der Skala 1 ist. Die Skala 1 weist ein Muster für eine Positionsdetektion auf, und wenn Strahlen auf das Muster gestrahlt bzw. bestrahlt werden, treten interferierende Strahlen auf. Der Detektionskopf 2 detektiert eine Änderung der interferierenden Strahlen in der Messrichtung und gibt ein elektrisches Signal (ein Detektionssignal DET von 1), welches das Detektionsresultat repräsentiert, an die Signalverarbeitungseinheit 3 aus. Die Signalverarbeitungseinheit 3 führt ein Signalbearbeiten an dem empfangenen bzw. erhaltenen elektrischen Signal durch, wodurch sie fähig ist, die Positionsbeziehung zwischen der Skala 1 und dem Detektionskopf 2 zu detektieren bzw. festzustellen.
Nachfolgend wird auch eine Richtung normal auf die Messrichtung (die Richtung einer X-Achse von 1) und welche die Breite der Skala 1 darstellt, als eine Y-Achse bezeichnet werden. Mit anderen Worten ist eine Hauptebene der Skala 1 eine X-Y-Ebene. Auch wird eine Richtung normal auf die Hauptebene der Skala 1 (die X-Y-Ebene), d. h. eine Richtung normal auf die X-Achse und die Y-Achse als eine Z-Achse bezeichnet werden. Auch wird in jeder perspektivischen Ansicht, auf welche unten Bezug zu nehmen ist, eine Richtung von der unteren linken Seite (eine Richtung in Richtung zu einem Betrachter) in Richtung zu der oberen rechten Seite (eine Richtung weg von dem Betrachter) auf dem Zeichnungsblatt als die positive Richtung der X-Achse bezeichnet werden. Eine Richtung von der unteren rechten Seite (eine Richtung in Richtung zu dem Betrachter) in Richtung zu der oberen linken Seite (eine Richtung weg von dem Betrachter) auf dem Zeichnungsblatt wird als die positive Richtung der Y-Achse bezeichnet werden. Eine Richtung von der unteren Seite in Richtung zu der oberen Seite auf dem Zeichnungsblatt wird als die positive Richtung der Z-Achse bezeichnet werden.
Die optische Codiereinrichtung 100 wird in größerem Detail beschrieben werden. 2 ist eine perspektivische Ansicht, welche die Konfiguration der optischen Codiereinrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform illustriert bzw. darstellt. Wie dies in 3 gezeigt ist, weist der Detektionskopf 2 eine Lichtquelle 4, eine detektierende bzw. Detektionseinheit 6 und ein optisches System 5 auf. Wie dies oben beschrieben ist, sind die Skala 1 und der Detektionskopf 2 konfiguriert, um relativ in der Bewegungsrichtung (der X-Achsen-Richtung von 2) bewegbar zu sein.
3 ist eine Draufsicht, welche schematisch die Konfiguration der Skala 1 gemäß der ersten Ausführungsform illustriert. Die Skala 1 ist ein plattenartiges Glied bzw. Element, welches eine Ebene (die X-Y-Ebene) normal auf die Z-Achse von 2 als ihre Hauptebene aufweist und deren longitudinale bzw. Längsrichtung in der X-Achsenrichtung ausgerichtet ist. Die Skala 1 ist an einer Position angeordnet, wo parallele Strahlen von der Lichtquelle 4 in einer Richtung normal auf die Hauptebene (die X-Y-Ebene) eintreten. In 2 ist die Skala 1 auf der negativen Richtung der Z-Achse von der Lichtquelle 4 angeordnet.
In dem plattenartigen Glied bzw. Element, welches die Skala 1 darstellt bzw. aufbaut, ist ein Muster 10 ausgebildet. In dem Muster 10 ist eine Mehrzahl von durchscheinenden bzw. durchsichtigen Teilen nebeneinander in der X-Achsen-Richtung in einem derartigen Gittermuster angeordnet, dass ihre longitudinalen bzw. Längsrichtungen in der Y-Achsen-Richtung von 2 und 3 ausgerichtet sind.
Das Muster 10 weist einen ersten Musterbereich bzw. eine erste Musterfläche 11 und einen zweiten Musterbereich bzw. eine zweite Musterfläche 12 auf, welche in der X-Achsen-Richtung angeordnet sind. In jedem des ersten Musterbereichs 11 und des zweiten Musterbereichs 12 ist eine Mehrzahl von durchsichtigen bzw. durchscheinenden Teilen nebeneinander in der X-Achsen-Richtung in einem derartigen Gittermuster angeordnet, dass ihre longitudinalen Richtungen in der Y-Achse von 2 ausgerichtet sind. Mit anderen Worten sind bzw. werden in dem ersten Musterbereich 11 durchscheinende Teile 11A und nicht-durchscheinende Teile 11B abwechselnd in der X-Achsen-Richtung mit dem Abstand bzw. der Unterteilung ”g” wiederholt. In dem zweiten Musterbereich 12 sind bzw. werden durchscheinende Teile 12A und nicht-durchscheinende Teile 12B abwechselnd in der X-Achsen-Richtung mit dem Abstand bzw. der Unterteilung ”g” wiederholt.
In der vorliegenden Ausführungsform sind, wenn die Ordnung von gebeugten Strahlen, welche durch die detektierende bzw. Detektionseinheit 6 zu detektieren sind, ”s” ist (wobei ”s” eine ganze Zahl von 1 oder größer ist), der erste Musterbereich 11 und der zweite Musterbereich 12 in der X-Achsen-Richtung mit einem Offset bzw. Versatz von [1/(2 × s)] des Abstands ”g” angeordnet, (d. h. ΔX = g/(2 × s)), mit anderen Worten mit einem Versatz einer Phase 180/s [deg] (π/s [rad]).
Auch beinhaltet der Ausdruck ”Versatz bzw. Offset” implizit einen Fall, wo die zweite Musterfläche 12 unter Bezugnahme auf die erste Musterfläche 11 bzw. relativ zu dieser um ΔX versetzt ist, einen Fall, wo die erste Musterfläche 11 unter Bezugnahme auf die zweite Musterfläche 12 um ΔX versetzt ist, und einen Fall, wo sowohl die erste Musterfläche 11 als auch die zweite Musterfläche 12 unter Bezugnahme auf die Skala 1 versetzt sind und die Summe der Offsets von diesen ΔX ist. Dies ist nicht auf die erste Musterfläche 11 und die zweite Musterfläche 12 beschränkt bzw. begrenzt und wird selbst auf zwei Musterflächen angewandt, welche benachbart zueinander in der Messrichtung (der X-Achsen-Richtung) in einem Fall sind, wo es eine Mehrzahl von (drei oder mehr) Musterflächen bzw. -bereichen gibt. Mit anderen Worten muss die Mehrzahl von (drei oder mehr) Musterflächen nur wenigstens eine Musterfläche beinhalten, welche in der Messrichtung (der X-Achsen-Richtung) versetzt ist.
Es ist bevorzugt, dass die Skala 1 aus Glas hergestellt ist. In diesem Fall sind bzw. werden beispielsweise die nicht-durchlässigen Teile durch ein Verdampfen einer Metallschicht bzw. -lage auf das Glas ausgebildet. In diesem Fall werden Flächen bzw. Bereiche, wo keine Metallschicht vorliegt, die durchlässigen Teile. Jedoch ist es möglich, jegliches andere Material zu verwenden, um die Skala 1 herzustellen, solange es möglich ist, die durchlässigen Teile, welche zu einem Transmittieren von Licht fähig sind, und die nicht-durchlässigen Teile, welche zu einem Transmittieren von Licht nicht fähig sind, in einem Gittermuster herzustellen.
Unter Bezugnahme auf 2 wird die Konfiguration des Detektionskopfs 2 beschrieben werden. Zuerst wird die Lichtquelle 4 beschrieben werden. Die Lichtquelle 4 ist eine Lichtquelle für ein Ausgeben von parallelen Strahlen CL. Die Lichtquelle 4 weist beispielsweise eine Lichtquellenvorrichtung und einen Kollimator auf. Die Lichtquellenvorrichtung gibt Licht aus, welches dann in parallele Strahlen CL durch den Kollimator kollimiert wird. Als die Lichtquellenvorrichtung kann beispielsweise eine Licht emittierende Diode (LED), ein Halbleiter-Laser, eine selbstscannende Licht emittierende Vorrichtung (SLED) oder eine organische Licht emittierende Vorrichtung (OLED) verwendet werden. Auch als der Kollimator können verschiedene kollimierende Mittel, wie beispielsweise ein optisches Linsensystem verwendet werden.
Das optische System 5 wird beschrieben werden. Das optische System 5 ist als ein abbildendes optisches System für ein Abbilden von gebeugten Strahlen positiver s-ter Ordnung (wobei ”s” eine ganze Zahl von 1 oder größer ist) und von gebeugten Strahlen negativer s-ter Ordnung auf der Licht empfangenden Oberfläche der detektierenden Einheit 6 konfiguriert. Auch ist das optische System 5 als ein abbildendes optisches System für ein Abbilden von einigen von gebeugten Strahlen positiver s-ter Ordnung und gebeugten Strahlen negativer s-ter Ordnung konfiguriert, welche als Detektionsobjekte bzw. -gegenstände basierend auf der Ordnung von gebeugten Strahlen, welche durch die detektierende Einheit 6 (welche unten zu beschreiben ist) zu detektieren sind, auf der Licht empfangenden Oberfläche der detektierenden Einheit 6 bestimmt werden. In der vorliegenden Ausführungsform besteht das optische System 5 aus einem ersten Spiegel 51 und einem zweiten Spiegel 52. Der erste Spiegel 51 ist derart vorgesehen, dass seine Spiegeloberfläche zu der negativen Richtung der X-Achse gerichtet ist und gebeugte Strahlen positiver s-ter-Ordnung reflektiert, welche durch die Skala 1 hindurchgetreten sind. Der zweite Spiegel 52 ist derart vorgesehen, dass seine Spiegeloberfläche zu der positiven Richtung der X-Achse gerichtet ist und gebeugte Strahlen negativer s-ter Ordnung reflektiert, welche durch die Skala 1 hindurchgetreten sind. Daher werden die gebeugten Strahlen positiver s-ter Ordnung und die gebeugten Strahlen negativer s-ter Ordnung auf der Licht empfangenden Oberfläche der detektierenden Einheit 6 abgebildet.
In der vorliegenden Ausführungsform wurde der Fall, in welchem das optische System 5 aus zwei Spiegeln besteht, beschrieben. Dies ist jedoch lediglich illustrativ. Solange es möglich ist, die gebeugten Strahlen positiver s-ter Ordnung und die gebeugten Strahlen negativer s-ter Ordnung, welche durch die Skala 1 hindurchgetreten sind, auf der Licht empfangenden Oberfläche der detektierenden Einheit 6 abzubilden, kann das optische System 5 durch Linsen konfiguriert sein bzw. werden oder kann durch ein Beugungsgitter konfiguriert sein oder kann durch andere optische Vorrichtungen konfiguriert sein oder kann durch ein Kombinieren von unterschiedlichen Arten von optischen Vorrichtungen kombiniert sein.
Die detektierende bzw. Detektionseinheit 6 wird beschrieben werden. Die detektierende Einheit 6 ist konfiguriert, um fähig zu sein, Strahlen zu detektieren, welche auf der Licht empfangenden Oberfläche der detektierenden Einheit 6 durch die Skala 1 abgebildet wurden. Die detektierende Einheit 6 führt eine fotoelektrische Konversion bzw. Umwandlung an Strahlen durch, welche durch das Muster 10 hindurchgetreten sind, wodurch ein elektrisches Signal erhalten wird, und gibt das elektrische Signal an die Signalverarbeitungseinheit 3 aus. Beispielsweise kann die detektierende Einheit 6 als ein Array bzw. Feld einer Licht empfangenden Vorrichtung einer Mehrzahl von Licht empfangenden Vorrichtungen 61 (beispielsweise Photodioden) konfiguriert sein, welche in der X-Achsen-Richtung mit einem Abstand bzw. einer Unterteilung kleiner als derjenige (diejenige) des Musters 10 (beispielsweise eine Hälfte oder ein Viertel des Abstands des Musters) angeordnet sind. Auch kann die detektierende Einheit 6 durch ein Ausbilden eines Gitters mit einem Abstand kleiner als derjenige des Musters 10 (beispielsweise eine Hälfte oder ein Viertel des Abstands des Musters) auf einer Photodiode konfiguriert sein, welche einen großen Lichtempfangsbereich bzw. eine große Lichtempfangsfläche aufweist.
Nun wird die Eigenschaft von Licht, welches durch das Muster 10 hindurchgetreten ist, beschrieben werden. 4 ist eine Ansicht, welche eine Interferenz von gebeugten Strahlen und die Lichtintensitätsverteilung von Interferenzstreifen in der optischen Codiereinrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform illustriert. In 4 sind für eine Vereinfachung der Zeichnung ein Satz von gebeugten Strahlen positiver s-ter-Ordnung und gebeugten Strahlen negativer s-ter Ordnung gezeigt. Jedoch wird die vorliegende Erfindung wirksam selbst in Bezug auf gebeugte Strahlen zweiter Ordnung oder höherer Ordnung. Daher werden nachfolgend gebeugte Strahlen positiver s-ter Ordnung (wobei ”s” eine ganze Zahl von 1 oder größer ist) und gebeugte Strahlen negativer s-ter Ordnung, welche allgemein Beugungsordnungen repräsentieren, beschrieben werden. Parallele Strahlen CL treten in das Muster 10 ein und werden durch das Muster 10 gebeugt, wodurch gebeugte Strahlen positiver s-ter Ordnung und gebeugte Strahlen negativer s-ter Ordnung auftreten.
Hier wird das Zentrum bzw. der Mittelpunkt des Musters 10, d. h. ein Punkt auf der Verbindungslinie des ersten Musterbereichs 11 und des zweiten Musterbereichs 12 als der Mittelpunkt CP bezeichnet. Ein durchlässiges Teil 11A des ersten Musterbereichs 11 am nächsten zu dem Mittelpunkt CP wird als das durchlässige Teil 11C bezeichnet. Ein durchlässiges Teil 12A des zweiten Musterbereichs 12 am nächsten zu dem Mittelpunkt CP wird als das durchlässige Teil 12C bezeichnet.
Wenn die Skala 1 eine Referenz- bzw. Bezugsposition erreicht, werden ein gebeugter Strahl P1 positiver s-Ordnung von dem durchlässigen Teil 11C des ersten Musterbereichs 11 und ein gebeugter Strahl P2 positiver s-Ordnung von dem durchlässigen Teil 12C des zweiten Musterbereichs 12 durch den Spiegel 51 reflektiert, wodurch sie zu der detektierenden Einheit 6 geführt werden. Zu dieser Zeit erreichen der gebeugte Strahl P1 positiver s-ter Ordnung und der gebeugte Strahl P2 positiver s-ter Ordnung die detektierende Einheit 6 über dieselbe Lichtpfad- bzw. -weglänge.
Ein gebeugter Strahl M1 negativer s-ter Ordnung von dem durchlässigen Teil 11C des ersten Musterbereichs 11 und ein gebeugter Strahl M2 negativer s-ter Ordnung von dem durchlässigen Teil 12C des zweiten Musterbereichs 12 werden durch den Spiegel 52 reflektiert, wodurch sie zu der detektierenden Einheit 6 geführt werden. Zu dieser Zeit erreichen der gebeugte Strahl M1 negativer s-ter Ordnung und der gebeugte Strahl M2 negativer s-ter Ordnung die detektierende Einheit 6 über dieselbe Lichtpfadlänge.
Wie dies oben beschrieben ist, sind der erste Musterbereich 11 und der zweite Musterbereich 12 in der X-Achsen-Richtung mit dem Offset bzw. Versatz [1/(2 × s)] des Abstands ”g” (d. h. ΔX = g/(2 × s)), mit anderen Worten mit einem Versatz von einer Phase 180/s [deg] (π/s [rad]) angeordnet. Mit anderen Worten tritt in einem Fall, wo die Lichtpfadlänge des gebeugten Stahls P1 positiver s-ter Ordnung und die Lichtpfadlänge des gebeugten Strahls P2 positiver s-ter Ordnung dieselben sind, eine relative Phasendifferenz, welche dem Offset bzw. Versatz zuzuschreiben ist, zwischen dem gebeugten Strahl P1 positiver s-ter Ordnung und dem gebeugten Strahl P2 positiver s-ter Ordnung auf. In ähnlicher Weise tritt in einem Fall, wo die Lichtpfadlänge des gebeugten Strahls M1 negativer s-ter Ordnung und die Lichtpfadlänge des gebeugten Strahls M2 negativer s-ter Ordnung dieselben sind, eine relative Phasendifferenz, welche dem Offset zuzuschreiben ist, zwischen dem gebeugten Strahl M1 negativer s-ter Ordnung und dem gebeugten Strahl M2 negativer s-ter Ordnung auf. Diese Phasendifferenz Δθ kann als der folgende Ausdruck bzw. die folgende Gleichung 1 ausgedrückt werden.
[Ausdruck 1]
Wie dies durch Ausdruck 1 gezeigt ist, existiert zwischen dem gebeugten Strahl P1 positiver s-ter Ordnung und dem gebeugten Strahl P2 positiver s-ter Ordnung, welche die Licht empfangende Oberfläche der detektierenden Einheit 6 erreichen, die Phasendifferenz von π [rad] (180 [deg]). Daher interferieren der gebeugte Strahl P1 positiver s-ter Ordnung und der gebeugte Strahl P2 positiver s-ter Ordnung, welche die detektierende Einheit 6 erreichen, miteinander in der Nähe einer Grenze BP, wodurch sie aufgehoben bzw. gelöscht werden. Auch existiert zwischen dem gebeugten Strahl M1 negativer s-ter Ordnung und dem gebeugten Strahl M2 negativer s-ter Ordnung, welche die Licht empfangende Oberfläche der detektierenden Einheit 6 erreichen, die Phasendifferenz von π [rad] (180 [deg]). Daher interferieren der gebeugte Strahl M1 negativer s-ter Ordnung und der gebeugte Strahl M2 negativer s-ter Ordnung, welche die detektierende Einheit 6 erreichen, miteinander in der Nähe einer Grenze BM, wodurch sie gelöscht bzw. aufgehoben werden. Als ein Resultat erscheint in der Verteilung von Lichtintensitäten P, welche die detektierende Einheit 6 detektieren, ein dunkles Teil DS an einer Position entsprechend dem Mittelpunkt CP.
Beispielsweise kann, wenn ein Schwellwert für elektrische Signale, welche die Licht empfangenden bzw. erhaltenden Vorrichtungen ausgeben, eingestellt bzw. festgelegt wird, die Signalverarbeitungseinheit 3 leicht ein Bezugspositions-Pulssignal erzeugen bzw. generieren, welches zu einem Zeitpunkt startet, wenn die Spannung eines elektrischen Signals niedriger als der Schwellwert wird, und zu einem Zeitpunkt endet, wenn die Spannung des elektrischen Signals höher als der Schwellwert wird.
Auch erscheinen in der Lichtintensitätsverteilung naturgemäß Interferenzstreifen, welche den Abstand von g/(2 × s) aufweisen, aufgrund der durchlässigen bzw. durchscheinenden Teile des ersten Musterbereichs 11 und des zweiten Musterbereichs 12, welche mit dem Abstand ”g” auf beiden Seiten des dunklen Teils DS angeordnet sind. Da die Interferenzstreifen den konstanten Abstand aufweisen, ist es möglich, die Interferenzstreifen als inkrementelle Signale zu verwenden.
Da der zweite Musterbereich 12 von dem ersten Musterbereich 11 in der X-Achsen-Richtung um g/(2 × s) versetzt ist, wie dies oben beschrieben ist, tritt selbst in den Interferenzstreifen ein Offset bzw. Versatz auf. In diesem Fall ist ein Versatz zwischen Interferenzstreifen IP1, welche durch den ersten Musterbereich 11 bewirkt werden, und Interferenzstreifen IP2, welche durch den zweiten Musterbereich 12 bewirkt werden, derselbe wie der Abstand g/(2 × s) der Interferenzstreifen. Daraus resultierend weisen die Interferenzstreifen IP1 und die Interferenzstreifen IP2 dieselbe Phase auf. Mit anderen Worten kann verstanden werden, dass, selbst wenn der erste Musterbereich 11 und der zweite Musterbereich 12 mit dem Versatz angeordnet sind, inkrementelle Signale nicht beeinflusst werden. Daher ist es möglich, genau eine Detektion einer inkrementellen Position durchzuführen.
Auch ist es, um den Kontrast des dunklen Teils DS zu verbessern, bevorzugt, gebeugte Strahlen positiver erster Ordnung und gebeugte Strahlen negativer erster Ordnung zu verwenden, welche die größte Lichtintensitätsamplitude aufweisen. Nachfolgend wird ein bevorzugtes Beispiel mit einer Fokussierung auf gebeugte Strahlen positiver erster Ordnung und gebeugte Strahlen negativer erster Ordnung beschrieben werden. In diesem Fall wird, da ”s” 1 ist, der Versatz ΔX g/2. Auch werden die Phasendifferenz zwischen einem gebeugten Strahl P1 positiver erster Ordnung und einem gebeugten Strahl P2 positiver erster Ordnung und die Phasendifferenz zwischen einem gebeugten Strahl M1 negativer erster Ordnung und einem gebeugten Strahl M2 negativer erster Ordnung π [rad] (180 [deg]), wie dies durch Ausdruck 1 gezeigt ist. Daher erscheint, wie dies oben beschrieben ist, in der Verteilung von Lichtintensitäten P, welche die detektierende Einheit 6 detektiert, das dunkle Teil DS an einer Position entsprechend dem Mittelpunkt CP.
Auch erscheinen in der Lichtintensitätsverteilung naturgemäß bzw. natürlich Interferenzstreifen, welche den Abstand von g/2 aufweisen, aufgrund der Tatsache, dass die durchlässigen Teile des ersten Musterbereichs 11 und des zweiten Musterbereichs 12 mit dem Abstand ”g” angeordnet sind, auf beiden Seiten des dunklen Teils DS. Daher ist es in ähnlicher Weise möglich, die Interferenzstreifen als inkrementelle Signale zu verwenden.
Wie dies oben beschrieben ist, tritt der Versatz zwischen den Interferenzstreifen IP1 und den Interferenzstreifen IP2 auf; jedoch ist dieser Versatz der Interferenzstreifen derselbe wie der Abstand g/2 der Interferenzstreifen. Als ein Resultat weisen die Interferenzstreifen I21 und die Interferenzstreifen I22 dieselbe Phase auf, und, wie dies oben beschrieben ist, ist es möglich, genau eine Detektion einer inkrementellen Position bzw. eine inkrementelle Positionsdetektion durchzuführen.
Aus der obigen Beschreibung kann verstanden werden, dass es gemäß dieser Konfiguration möglich ist, eine absolute Codiereinrichtung mit einer einzelnen Bahn bzw. Spur zu implementieren. Auch weist, da diese Konfiguration eine Beugung und Interferenz von Strahlen verwendet, sie einen Vorteil auf, dass es möglich ist, eine Periode des Beugungsgitters zu reduzieren, welches in der Skala zu verwenden ist.
ZWEITE AUSFÜHRUNGSFORM
Eine optische Codiereinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird beschrieben werden. 5 ist eine perspektivische Ansicht, welche schematisch die Konfiguration einer optischen Codiereinrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform illustriert. Wie dies in 5 gezeigt ist, weist die optische Codiereinrichtung eine Konfiguration auf, welche durch ein Ersetzen der Skala 1 der optischen Codiereinrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform durch eine Skala 7 jeweils erhalten wird.
Die Skala 7 weist eine Konfiguration auf, welche durch ein Ersetzen des Musters 10 der Skala 1 durch ein Muster 20 erhalten wird. In dem Muster 10 der Skala 1 gibt es zwei Bereiche bzw. Flächen, wo die Muster angeordnet sind, und die zwei Musterbereiche bzw. -flächen sind mit dem Offset bzw. Versatz in der X-Achsen-Richtung angeordnet. Jedoch sind in dem Muster 20 drei oder mehr Musterbereiche in der X-Achsen-Richtung angeordnet und jeweils zwei benachbarte Musterbereiche sind mit einem Versatz in der X-Achsen-Richtung angeordnet.
6 ist eine Draufsicht, welche schematisch die Konfiguration der Skala 7 gemäß der zweiten Ausführungsform illustriert. In 6 wird ein Beispiel, in welchem das Muster 20 vier Musterbereiche aufweist, beschrieben werden. In der Skala 7 sind ein erster bis vierter Musterbereich 21 bis 24 in einer Reihenfolge in einer Richtung von der negativen Seite der X-Achse in Richtung zu der positiven Seite angeordnet.
In jedem des ersten bis vierten Musterbereichs 21 bis 24 ist, ähnlich wie in dem ersten Musterbereich 11 und dem zweiten Musterbereich 12 gemäß der ersten Ausführungsform, eine Mehrzahl von durchlässigen bzw. durchscheinenden Teilen nebeneinander in der X-Achsen-Richtung in einem derartigen Gittermuster angeordnet, dass ihre longitudinalen bzw. Längsrichtungen in der Y-Achse von 6 ausgerichtet sind. Mit anderen Worten sind bzw. werden in dem ersten bis vierten Musterbereich 21 bis 24 durchlässige Teile 21A bis 24A und nicht-durchlässige Teile 21B bis 24B jeweils abwechselnd in der X-Achsen-Richtung mit dem Abstand bzw. der Unterteilung ”g” wiederholt. Auch kann die Anzahl von durchlässigen Teilen und nicht-durchlässigen Teilen des ersten bis vierten Musterbereichs 21 bis 24 dieselbe sein oder kann verschieden sein. Auch kann die Anzahl von durchlässigen Teilen und nicht-durchlässigen Teilen von einigen der Musterbereiche dieselbe sein und es kann die Anzahl von durchlässigen Teilen und nicht-durchlässigen Teilen der anderen Musterbereiche verschieden sein.
In diesem Beispiel sind bzw. werden ein Versatz zwischen dem ersten Musterbereich 21 und dem zweiten Musterbereich 22, ein Versatz zwischen dem zweiten Musterbereich 22 und dem dritten Musterbereich 23 und ein Versatz zwischen dem dritten Musterbereich 23 und dem vierten Musterbereich 24 jeweils durch ΔX1, ΔX2 und ΔX3 repräsentiert. Die Offsets ΔX1 bis ΔX3 können ein Offset von [1/(2 × s)] des Abstands ”g” ebenso wie in der ersten Ausführungsform sein.
Für eine Erleichterung einer Erläuterung ist in 6 die Lichtintensitätsverteilung der Interferenzstreifen der gebeugten Strahlen positiver erster Ordnung und der gebeugten Strahlen negativer erster Ordnung gezeigt. Da der erste bis vierte Musterbereich 21 bis 24 mit den Offsets angeordnet sind, wie dies oben beschrieben ist, treten in den Lichtintensitäten P der Interferenzstreifen auf der Licht empfangenden Oberfläche der detektierenden Einheit 6 auf demselben Prinzip, wie dies in der ersten Ausführungsform beschrieben wurde, dunkle Teile DS1 bis D3 an Positionen entsprechend den Verbindungslinien der Musterbereiche auf. Auch können Positionen, wo die dunklen Teile DS1 bis D3 erscheinen, basierend auf einem Design der Skala 7 und dem Abstand von der Skala 7 zu der detektierenden Einheit 6 bestimmt werden. Die Signalverarbeitungseinheit 3 kann die dunklen Teile DS1 bis D3 detektieren, welche sich mit einer Bewegung der Skala 7 in der X-Achsen-Richtung bewegen, und einen detektierten Wert als eine Referenz- bzw. Bezugsposition detektieren.
In der vorliegenden Ausführungsform können mehrere Licht empfangende Vorrichtungen in der detektierenden Einheit derart vorgesehen sein bzw. werden, dass es möglich ist, eine genauere Bezugspositions-Detektion beispielsweise durch ein Mitteln von Bezugspositions-Detektionsresultaten der individuellen bzw. einzelnen Licht empfangenden Vorrichtungen durchzuführen. Auch kann die detektierende Einheit durch ein Anordnen von Mustern konfiguriert sein bzw. werden, welche durchlässige Teile (Schlitze) an Intervallen von Abständen basierend auf den Positionen, wo die dunklen Teile DS21 bis D23 erscheinen, auf einer Licht empfangenden Vorrichtung aufweisen, welche eine große Fläche aufweist. In diesem Fall ist es möglich, die Menge eines Lichtempfangs der Licht erhaltenden bzw. empfangenden Vorrichtung an Nicht-Bezugspositionen zu erhöhen. Auch steigt, da die Lichtintensität jedes durchlässigen Teils an einer Bezugsposition abnimmt, zwischen der Bezugsposition und den Nicht-Bezugspositionen ein Unterschied in der Lichtintensität an, welche die Licht empfangende Vorrichtung detektiert. Daher wird eine Detektion der Bezugsposition leichter bzw. einfacher.
Auch wurde in der vorliegenden Ausführungsform das Beispiel, in welchem das Muster 20 vier Musterbereiche aufweist (die Anzahl der Verbindungslinien der Musterbereiche drei ist), beschrieben. Jedoch kann die Anzahl von Musterbereichen drei sein (kann die Anzahl der Verbindungslinien von Musterbereichen zwei sein), oder kann fünf oder mehr sein (kann die Anzahl der Verbindungslinien von Musterbereichen vier oder mehr sein).
Auch können die Positionen der Verbindungslinien von Musterbereichen in einer zufälligen Weise angeordnet sein bzw. werden oder können basierend auf einem Pseudo-Zufallscode, wie beispielsweise einem M-Sequenz Code angeordnet sein. Wenn ein M-Sequenz Code verwendet wird, ist es möglich, weiter die Differenz in der Lichtintensität, welche die Licht empfangende Vorrichtung detektiert, zwischen der Bezugsposition und den Nicht-Bezugspositionen zu erhöhen. Es ist offensichtlich bzw. augenscheinlich, dass, wenn ein längerer M-Sequenz Code verwendet wird, es möglich ist, den Unterschied in der Lichtintensität, welche die Licht empfangende Vorrichtung detektiert, zwischen der Bezugsposition und den Nicht-Bezugspositionen zu verbessern.
Daher ist es gemäß dieser Konfiguration möglich, eine Codiereinrichtung zu implementieren, welche fähig ist, leichter bzw. einfacher eine Bezugsposition mit einer höheren Genauigkeit zu detektieren.
DRITTE AUSFÜHRUNGSFORM
Eine optische Codiereinrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird beschrieben werden. 7 ist eine Ansicht, welche schematisch die Konfiguration einer optischen Codiereinrichtung gemäß der dritten Ausführungsform illustriert. Wie dies in 7 gezeigt ist, weist die optische Codiereinrichtung eine Konfiguration auf, welche durch ein Ersetzen des optischen Systems 5 der optischen Codiereinrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform durch ein optisches System 30 erhalten wird.
Ähnlich zu dem optischen System 5 ist das optische System 30 als ein abbildendes optisches System für ein Abbilden der gebeugten Strahlen (P1 und P2) positiver erster Ordnung und der gebeugten Strahlen (M1 und M2) negativer erster Ordnung konfiguriert, welche durch die Skala 1 auf die Licht empfangende Oberfläche der detektierenden Einheit 6 hindurchgetreten sind. In der vorliegenden Ausführungsform weist das optische System 30 eine Linse 31 und eine Linse 32 auf und ist als ein bi-telezentrisches abbildendes optisches System konfiguriert bzw. aufgebaut. In der vorliegenden Ausführungsform weisen die Linsen 31 und 32 eine Brennweite ”f” auf.
Die Linse 31 und die Linse 32 sind nebeneinander in der Richtung der Lichtachse (d. h. der Z-Achse) der parallelen Strahlen CL angeordnet. Zu dieser Zeit ist die Linse 31 an einer Position beabstandet von der Skala 1 in Richtung zu der detektierenden Einheit 6 (eine Seite der Z-Achse) um die Brennweite ”f” angeordnet. Die Linse 32 ist an einer Position beabstandet von der Linse 31 in Richtung zu der detektierenden Einheit 6 (eine Seite der Z-Achse) um das Doppelte der Brennweite ”f” (2f) und beabstandet von der detektierenden Einheit 6 in Richtung zu der Linse 31 (eine Seite der Z-Achse) um die Brennweite ”f” angeordnet.
Da das optische System 30 ein bi-telezentrisches abbildendes optisches System ist, werden der gebeugte Strahl P1 positiver erster Ordnung, der gebeugte Strahl P2 positiver erster Ordnung, der gebeugte Strahl M1 negativer erster Ordnung und der gebeugte Strahl M2 negativer erster Ordnung, welche durch das Muster 10 bewirkt werden, durch die Linse 31 gebeugt, wodurch ihre Lichtachsen parallel zu der Z-Achse werden. Danach werden der gebeugte Strahl P1 positiver erster Ordnung, der gebeugte Strahl P2 positiver erster Ordnung, der gebeugte Strahl M1 negativer erster Ordnung und der gebeugte Strahl M2 negativer erster Ordnung durch die Linse 32 gebeugt und auf der Licht empfangenden Oberfläche der detektierenden Einheit 6 abgebildet.
Daher kann, ähnlich zu dem optischen System 5, das optische System 30 die gebeugten Strahlen (P1 und P2) positiver erster Ordnung und die gebeugten Strahlen (M1 und M2) negativer erster Ordnung auf der Licht empfangenden Oberfläche der detektierenden Einheit 6 abbilden. Daher ist es gemäß der optischen Codiereinrichtung, ähnlich wie in der optischen Codiereinrichtung 100, möglich, zu veranlassen, dass die gebeugten Strahlen (P1 und P2) positiver erster Ordnung und die gebeugten Strahlen (M1 und M2) negativer erster Ordnung miteinander interferieren, wodurch die Referenz- bzw. Bezugsposition detektiert wird und eine inkrementelle Positionsdetektion durchgeführt wird.
Auch wurde in der vorliegenden Ausführungsform der Fall, wo das optische System 30 aus zwei Linsen besteht, beschrieben. Jedoch ist dies lediglich illustrativ. Solange es möglich ist, ein bi-telezentrisches abbildendes optisches System zu konfigurieren, kann ein optisches System unter Verwendung von drei oder mehr Linsen konfiguriert sein bzw. werden. Auch können, solange es möglich ist, die gebeugten Strahlen (P1 und P2) positiver erster Ordnung und die gebeugten Strahlen (M1 und M2) negativer erster Ordnung, welche durch die Skala 1 hindurchgetreten sind, auf der Licht empfangenden Oberfläche der detektierenden Einheit 6 abzubilden, neben bi-telezentrischen abbildenden optischen Systemen, welche unter Verwendung von Linsen konfiguriert bzw. aufgebaut sind, andere optische Systeme verwendet werden.
VIERTE AUSFÜHRUNGSFORM
Eine optische Codiereinrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird beschrieben werden. 8 ist eine Ansicht, welche schematisch die Konfiguration einer optischen Codiereinrichtung gemäß der vierten Ausführungsform illustriert. Wie dies in 8 gezeigt ist, weist die optische Codiereinrichtung eine Konfiguration auf, welche durch ein Ersetzen des optischen Systems 5 der optischen Codiereinrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform durch ein optisches System 40 erhalten wird.
Ähnlich zu dem optischen System 5 ist das optische System 40 als ein abbildendes optisches System für ein Abbilden der gebeugten Strahlen (P1 und P2) positiver erster Ordnung und der gebeugten Strahlen (M1 und M2) negativer erster Ordnung, welche durch die Skala 1 hindurchgetreten sind, auf der Licht empfangenden Oberfläche der detektierenden Einheit 6 konfiguriert bzw. ausgebildet. In der vorliegenden Ausführungsform wird das optische System 40 durch ein Beugungsgitter 41 konfiguriert.
Das Beugungsgitter 41 ist ein plattenartiges Glied, welches eine Ebene (die X-Y-Ebene) normal auf die Z-Achse von 8 als seine Hauptebene aufweist und dessen longitudinale bzw. Längsrichtung in der X-Achsen-Richtung ausgerichtet ist. Das Beugungsgitter 41 ist an einer Position angeordnet, wo die gebeugten Strahlen (P1 und P2) positiver erster Ordnung und die gebeugten Strahlen (M1 und M2) negativer erster Ordnung, welche durch die Skala 1 hindurchgetreten sind, in die Hauptebene (die X-Y-Ebene) eintreten.
In dem plattenartigen Glied, welches das Beugungsgitter 41 aufbaut bzw. darstellt, sind durchscheinende bzw. durchlässige Teile 41A und nicht-durchscheinende Teile 41B abwechselnd in der X-Achsen-Richtung mit einem konstanten Abstand in einem derartigen Gittermuster wiederholt, dass ihre Längsrichtungen in der Y-Achse von 8 ausgerichtet sind. Hier ist der Abstand bzw. die Unterteilung des Beugungs- bzw. Strichgitters 41 derart ausgebildet bzw. konstruiert, dass die gebeugten Strahlen (P1 und P2) positiver erster Ordnung und die gebeugten Strahlen (M1 und M2) negativer erster Ordnung, welche durch das Beugungsgitter 41 gebeugt werden und die detektierende Einheit 6 erreichen, Interferenzstreifen auf der Licht empfangenden Oberfläche der detektierenden Einheit 6 bilden können.
Es ist bevorzugt, dass das Beugungsgitter 41 aus Glas hergestellt ist. In diesem Fall sind bzw. werden beispielsweise die nicht-durchlässigen Teile durch ein Verdampfen einer Metallschicht bzw. -lage auf dem Glas ausgebildet. In diesem Fall werden Flächen bzw. Bereiche, wo keine Metallschicht vorliegt, die durchlässigen Teile. Jedoch ist es möglich, jegliches andere Material für eine Herstellung des Beugungsgitters 41 zu verwenden, solange es möglich ist, die durchlässigen Teile, welche zu einem Transmittieren bzw. Durchlassen von Licht fähig sind, und die nicht-durchlässigen Teile herzustellen, welche nicht zu einem Transmittieren von Licht in ein Gittermuster fähig sind.
In der vorliegenden Ausführungsform werden, wenn das Beugungsgitter 41 wie oben beschrieben ausgebildet bzw. aufgebaut ist, die gebeugten Strahlen (P1 und P2) positiver erster Ordnung und die gebeugten Strahlen (M1 und M2) negativer erster Ordnung, welche durch das Muster 10 bewirkt werden, durch das Beugungsgitter 41 gebeugt, wodurch sie auf der Licht empfangenden Oberfläche der detektierenden Einheit 6 abgebildet werden. Daher kann, ähnlich zu dem optischen System 5, das optische System 40 die gebeugten Strahlen (P1 und P2) positiver erster Ordnung und die gebeugten Strahlen (M1 und M2) negativer erster Ordnung auf der Licht empfangenden Oberfläche der detektierenden Einheit 6 abbilden. Daher ist es gemäß der optischen Codiereinrichtung 400, ähnlich wie in der optischen Codiereinrichtung 100, möglich zu veranlassen, dass die gebeugten Strahlen (P1 und P2) positiver erster Ordnung und die gebeugten Strahlen (M1 und M2) negativer erster Ordnung miteinander interferieren, wodurch die Bezugsposition detektiert wird und eine inkrementelle Positionsdetektion bzw. Detektion einer inkrementellen Position durchgeführt wird.
Demgemäß ist bzw. wird eine Skala geoffenbart, welche einen ersten Musterbereich bzw. eine erste Musterfläche und zweite Musterbereiche bzw. -flächen aufweist, welche mit einem Offset bzw. Versatz von bzw. zu dem ersten Musterbereich in einer Messrichtung um einen Abstand von 1/(2 × s) angeordnet sind. Ein Detektionskopf detektiert Interferenzstreifen, welche durch gebeugte Strahlen positiver s-ter Ordnung und gebeugte Strahlen negativer s-ter Ordnung bewirkt werden, welche durch die Skala gebeugt werden, und gibt ein Detektionsresultat aus. Eine Signalverarbeitungseinheit detektiert eine Referenz- bzw. Bezugsposition basierend auf einer Position, wo eine Lichtintensität geringer als ein vorbestimmter Wert ist, welcher in einer Lichtintensitätsverteilung der Interferenzstreifen erscheint, und detektiert inkrementelle Positionen basierend auf den Interferenzstreifen, welche an anderen Positionen auftreten. Der Detektionskopf beinhaltet eine Lichtquelle, eine detektierende bzw. Detektionseinheit, welche konfiguriert ist, um das Detektionsresultat der Strahlen, welche auf Licht empfangende Vorrichtungen gestrahlt werden, an die Signalverarbeitungseinheit auszugeben, und ein optisches System, welches konfiguriert ist, gebeugte Strahlen positiver s-ter Ordnung und gebeugte Strahlen negativer s-ter Ordnung auf der detektierenden Einheit abzubilden.
ANDERE AUSFÜHRUNGSFORMEN
Weiters ist die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt bzw. begrenzt, sondern kann geeignet bzw. entsprechend modifiziert werden, ohne von dem Rahmen bzw. Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Beispielsweise wurden die oben beschriebenen Codiereinrichtungen gemäß den Ausführungsformen als transmissive bzw. durchlässige optische Codiereinrichtungen beschrieben, wobei sie jedoch selbst auf reflektierende optische Codiereinrichtungen angewandt werden können. In diesem Fall ist es erforderlich, die durchlässigen Teile und nicht-durchlässigen Teile des Gittermusters der Skala durch reflektierende bzw. nichtreflektierende Teile zu ersetzen. Auch ist es erforderlich, eine Licht empfangende Einheit auf der Seite der Lichtquelle (4) von der Skala anzuordnen.
Darüber hinaus ist selbstverständlich, dass die oben beschriebenen Codiereinrichtungen gemäß den Ausführungsformen nicht auf lineare Codiereinrichtungen beschränkt sind und als rotierende Codiereinrichtungen konfiguriert bzw. aufgebaut sein können.
Für eine Erleichterung einer Erläuterung wurden die erste bis vierte Ausführungsform mit einem Fokus auf die gebeugten Strahlen positiver erster Ordnung und die gebeugten Strahlen negativer erster Ordnung beschrieben. Jedoch ist ähnlich wie in der ersten Ausführungsform selbstverständlich, dass es möglich ist, Interferenzstreifen unter Verwendung von gebeugten Strahlen einer zweiten oder höheren Ordnung zu bilden, wodurch die Skalenposition detektiert wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 5-71984 [0005]
JP 2004-529344 [0005]
JP 2001-194187 [0005]

Claims

Codiereinrichtung, umfassend: eine Skala, welche eine Mehrzahl von Musterbereichen aufweist, welche eine Mehrzahl von Muster aufweisen, welche in einer Messrichtung mit einem vorbestimmten Abstand angeordnet sind und wenigstens einen Musterbereich beinhalten, welcher mit einem Versatz von einem benachbarten Musterbereich in der Messrichtung um 1/(2 × s) des Abstands versetzt ist, wobei ”s” eine ganze Zahl von 1 oder größer ist; einen Detektionskopf, welcher konfiguriert ist, um relativ in der Messrichtung unter Bezugnahme auf die Skala bewegbar zu sein, und Interferenzstreifen zu detektieren, welche durch gebeugte Strahlen positiver s-ter Ordnung und gebeugte Strahlen negativer s-ter Ordnung bewirkt werden, welche durch die Skala gebeugt werden, und ein Detektionsresultat auszugeben; und eine Signalverarbeitungseinheit, welche konfiguriert ist, um eine Bezugsposition basierend auf einer Position zu detektieren, wo eine Lichtintensität geringer als ein vorbestimmter Wert ist, welcher in einer Lichtintensitätsverteilung der Interferenzstreifen auftritt, und inkrementelle Positionen basierend auf den Interferenzstreifen zu detektieren, welche an Positionen verschieden von der Position aufscheinen, wo eine Lichtintensität niedriger als der vorbestimmte Wert ist, wobei der Detektionskopf beinhaltet: eine Lichtquelle, welche konfiguriert ist, Strahlen auf die Skala zu strahlen; eine detektierende Einheit, welche eine Mehrzahl von Licht empfangenden Vorrichtungen aufweist, welche in der Messrichtung angeordnet sind, und konfiguriert ist, um das Detektionsresultat der Strahlen, welche auf die Mehrzahl von Licht empfangenden Vorrichtungen gestrahlt werden, an die Signalverarbeitungseinheit auszugeben; und ein optisches System, welches zwischen der Skala und der detektierenden Einheit angeordnet ist und konfiguriert ist, um gebeugte Strahlen positiver s-ter Ordnung und gebeugte Strahlen negativer s-ter Ordnung abzubilden, welche generiert werden, wenn die Strahlen auf die Skala auf der detektierenden Einheit gestrahlt werden.
Codiereinrichtung nach Anspruch 1, wobei: das optische System beinhaltet: einen ersten Spiegel, welcher derart angeordnet ist, dass seine Spiegeloberfläche normal auf die Messrichtung ist, und konfiguriert ist, um die gebeugten Strahlen positiver s-ter Ordnung in Richtung zu der detektierenden Einheit zu reflektieren; und einen zweiten Spiegel, welcher derart angeordnet ist, dass seine Spiegeloberfläche normal auf die Messrichtung ist und zu dem ersten Spiegel gerichtet ist, und konfiguriert ist, um die gebeugten Strahlen negativer s-ter Ordnung in Richtung zu der detektierenden Einheit zu reflektieren, und der erste Spiegel und der zweite Spiegel an Positionen für ein Abbilden der gebeugten Strahlen positiver s-ter Ordnung und der gebeugten Strahlen negativer s-ter Ordnung auf die detektierende Einheit angeordnet sind.
Codiereinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei: das optische System als ein bi-telezentrisches abbildendes optisches System konfiguriert ist, welches zwei oder mehr Linsen enthält.
Codiereinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei: das optische System ein Beugungsgitter für ein Abbilden der gebeugten Strahlen positiver s-ter Ordnung und der gebeugten Strahlen negativer s-ter Ordnung auf der detektierenden Einheit beinhaltet.
Codiereinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei: die Mehrzahl von Musterbereichen derart angeordnet ist, dass eine Mehrzahl von Verbindungslinien aufgrund eines Versatzes von einem oder beiden von zwei benachbarten Musterbereichen auftritt.
Codiereinrichtung nach Anspruch 5, wobei: die Verbindungslinien in einer zufälligen Weise oder einer pseudo-zufälligen Weise angeordnet sind.
Codiereinrichtung nach Anspruch 5 oder 6, wobei: die Verbindungslinien basierend auf einem M-Sequenz Code angeordnet sind.