DE102020118659A1 - Detektionsvorrichtung - Google Patents

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Abstract

Um eine kleine Detektionsvorrichtung bereitzustellen, die fähig ist, eine akkurate absolute Position mit einem einzelnen Kopf zu detektieren, wird eine Detektionsvorrichtung vorgesehen, umfassend einen Kopf, der eine Lichtquelle und eine Detektionseinheit beinhaltet, die dazu konfiguriert ist, gemultiplextes Licht (Interferenzlicht) zu empfangen von gebeugtem Licht, das erhalten wird, indem veranlasst wird, dass Licht von der Lichtquelle in zwei ersten Punkten eintritt, die sich auf einem Beugungsgitter befinden und um eine bestimmte Distanz voneinander separiert sind, und von gebeugtem Licht, das erhalten wird, indem veranlasst wird, dass das Licht von der Lichtquelle in zwei zweiten Punkten eintritt, die sich auf dem Beugungsgitter befinden, die um eine bestimmte Distanz voneinander separiert sind, und die zumindest einen Punkt beinhalten, der von den zwei ersten Punkten verschieden ist, wobei das Beugungsgitter eine erste Region zwischen den zwei ersten Punkten, die um die bestimmte Distanz voneinander separiert sind, und eine zweite Region zwischen den zwei zweiten Punkten beinhaltet, die voneinander um die bestimmte Distanz separiert sind, wobei die ersten und zweiten Regionen zumindest teilweise verschiedene Gitterintervalllängen aufweisen, und wobei eine absolute Position auf dem Beugungsgitter basierend auf dem gemultiplexten Licht (Interferenzlicht) detektiert wird, das von der Detektionseinheit empfangen wird.

Description

  • HINTERGRUND
  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Detektionsvorrichtung zum Detektieren einer Position mit einer Skala.
  • Stand der Technik
  • Es gibt eine Detektionsvorrichtung zum Detektieren einer Position auf einer Skala basierend auf Interferenzlicht, das erhalten wird, indem Licht auf die Skala gestrahlt wird, die mit einem Beugungsgitter versehen ist. Mit einer solchen Detektionsvorrichtung ist es möglich, eine Position auf der Skala basierend auf Phaseninformationen zu detektieren, die gemäß einem Gitterabstand auf dem Beugungsgitter erhalten werden. Zum Beispiel in einem Fall, in dem die Detektionsvorrichtung AN von AUS geschaltet wird, ist es jedoch unmöglich, eine initiale Position zu der Zeit zu bestimmen, wenn die Detektionsvorrichtung AN geschaltet wird, und es ist daher unmöglich eine absolute Position auf der Skala zu detektieren.
  • Um hiermit umzugehen, wurde eine Detektionsvorrichtung vorgeschlagen, die zwei Detektionseinheiten (Köpfe) für eine Verlagerung beinhaltet und die fähig ist, eine absolute Position zu jeder Zeit basierend auf einer Differenz zwischen den Stücken von Phaseninformationen zu detektieren, die durch die zwei Detektionseinheiten (Köpfe) für eine Verlagerung erhalten werden (siehe zum Beispiel JP 2014-134532 A ).
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Da jedoch die in JP 2014-134532 A beschriebene Detektionsvorrichtung zumindest zwei Detektionseinheiten (Köpfe) für eine Verlagerung erfordert, wobei jede eine Lichtquelle, eine Detektionseinheit, einen Reflexionsspiegel, und/oder desgleichen erfordert, kann die Detektionsvorrichtung kaum klein gemacht werden. Zusätzlich, in einem Fall, in dem der Gitterabstand des Beugungsgitters durch ein Polynom zweiter oder höherer Ordnung ausgedrückt wird, ist es unmöglich, eine einzelne Position basierend auf der Differenz zwischen den Stücken von Phaseninformationen zu bestimmen, die von den zwei Detektionseinheiten (Köpfen) für eine Verlagerung erhalten werden. Daher benötigt, um einen einzelnen absoluten Wert zu jeder Zeit zu bestimmen, die Detektionsvorrichtung mehr Detektionseinheiten (Köpfe) für eine Verlagerung. Dies führt zu einem Problem von einer weiteren Vergrößerung der Detektionsvorrichtung.
  • Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf das vorstehend beschriebene Problem gemacht und hat eine Aufgabe, eine kleine Detektionsvorrichtung bereitzustellen, die fähig ist, eine akkurate absolute Position mit einem einzelnen Kopf zu detektieren.
  • Um die vorstehende Aufgabe zu lösen, beinhaltet eine Detektionsvorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung einen Kopf, der eine Lichtquelle und eine Detektionseinheit beinhaltet, die dazu konfiguriert ist, gemultiplextes Licht (Interferenzlicht) zu empfangen von gebeugtem Licht, das erhalten wird, indem veranlasst wird, dass Licht von der Lichtquelle in zwei ersten Punkten eintritt, die sich auf einem Beugungsgitter befinden und um eine bestimmte Distanz voneinander separiert sind, und von gebeugtem Licht, das erhalten wird, indem veranlasst wird, dass das Licht von der Lichtquelle in zwei zweiten Punkten eintritt, die sich auf dem Beugungsgitter befinden, die um eine bestimmte Distanz voneinander separiert sind, und die zumindest einen Punkt beinhalten, der von den zwei ersten Punkten verschieden ist, wobei das Beugungsgitter eine erste Region zwischen den zwei ersten Punkten, die um die bestimmte Distanz voneinander separiert sind, und eine zweite Region zwischen den zwei zweiten Punkten beinhaltet, die voneinander um die bestimmte Distanz separiert sind, wobei die ersten und zweiten Regionen zumindest teilweise verschiedene Gitterintervalllängen aufweisen, und wobei eine absolute Position auf dem Beugungsgitter basierend auf dem gemultiplexten Licht (Interferenzlicht) detektiert wird, das von der Detektionseinheit empfangen wird.
  • Es ist möglich, eine kleine Detektionsvorrichtung bereitzustellen, die fähig ist, eine akkurate absolute Position mit einem einzelnen Kopf zu detektieren.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine Draufsicht, die ein Beispiel einer Skala schematisch zeigt, die mit einem Gitter versehen ist, das eine Verzerrung aufweist;
    • 2 ist ein Graph, der eine Korrelation zwischen einem Betrag einer Verlagerung in einer Richtung einer X-Achse der in 1 gezeigten Skala und Phaseninformationen zeigt, die gemäß einem Gitterabstand erhalten werden;
    • 3 ist eine Seitenansicht, die schematisch eine Detektionsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
    • 4 ist ein Graph, der eine Differenz zwischen Differenzen zeigt, die von Stücken von Phaseninformationen erhalten werden in Bezug auf Beträge einer Verlagerung, die durch die in 3 gezeigte Detektionsvorrichtung erhalten werden;
    • 5 ist eine Ansicht, die schematisch eine Konfiguration eines Kopfes gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und einen Weg zeigt, in dem Licht verläuft;
    • 6 ist eine Ansicht, die schematisch eine Konfiguration eines Kopfes gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und einen Weg zeigt, in dem Licht verläuft;
    • 7A ist eine Ansicht, die schematisch eine Konfiguration eines Kopfes gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und einen Weg zeigt, in dem Licht verläuft;
    • 7B ist eine Ansicht, die schematisch einen Weg zeigt, in dem P-polarisiertes Licht gemäß der in 7A gezeigten Ausführungsform verläuft;
    • 7C ist eine Ansicht, die schematisch einen Weg zeigt, in dem S-polarisiertes Licht gemäß der in 7A gezeigten Ausführungsform verläuft; und
    • 8 ist eine Ansicht, die schematisch eine Konfiguration eines Kopfes gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und einen Weg zeigt, in dem Licht verläuft.
    • 9 ist eine Ansicht, die schematisch eine Konfiguration des Kopfes gemäß einem alternativen Beispiel der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und einen Weg zeigt, in dem Licht verläuft.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Im Folgenden wird eine detaillierte Beschreibung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf Zeichnungen gegeben. In den Zeichnungen haben Elemente mit identischen Merkmalen identische Bezugszeichen. Zum Zweck einer klaren Erklärung und einem einfachen Verständnis der Hauptpunkte, werden Ausführungsformen aus Gründen der Annehmlichkeit separat präsentiert. Jedoch können Merkmale der verschiedenen Ausführungsformen teilweise miteinander ersetzt werden oder miteinander kombiniert werden. In einer zweiten und in nachfolgenden Ausführungsformen werden Gemeinsamkeiten mit einer ersten Ausführungsform nicht wiederholt beschrieben. In der zweiten und in den folgenden Ausführungsformen werden lediglich Gegenstände beschrieben, die sich von denen der ersten Ausführungsform unterscheiden. Insbesondere werden ähnliche Effekte, die durch ähnliche Merkmale erzielt werden, nicht in jeder Ausführungsform erneut beschrieben.
  • Die nachfolgenden Ausführungsformen werden gezeigt, um die technischen Ideen der vorliegenden Erfindung zu verkörpern. Wenn nicht ausdrücklich anders beschrieben, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die nachfolgenden Ausführungsformen limitiert. Die Größen, positionellen Beziehungen, und des gleichen von den Elementen in den Zeichnungen können mitunter in einer übertriebenen Weise für eine klare Erklärung gezeigt sein. In der nachfolgenden Beschreibung wird eine Oberfläche einer Skala, die auf einer horizontalen Ebene platziert ist, durch X und Y Koordinaten ausgedrückt, und eine vertikale Höhenrichtung davon wird durch eine Z-Achse ausgedrückt.
  • (Detektionsvorrichtung und Steuerungssystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung)
  • Zunächst wird unter Bezugnahme auf 1 bis 4 im Folgenden eine Detektionsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. 1 ist eine Draufsicht, die ein Beispiel einer Skala schematisch zeigt, die mit einem Gitter versehen ist, das eine Verzerrung aufweist. 2 ist ein Graph, der eine Korrelation zwischen einem Betrag einer Verlagerung in einer Richtung einer X-Achse der in 1 gezeigten Skala und Phaseninformationen zeigt, die gemäß dem Gitter erhalten werden. 3 ist eine Seitenansicht, die schematisch eine Detektionsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. 4 ist ein Graph, der eine Differenz zwischen Differenzen zeigt, die von Stücken von Phaseninformationen in Bezug auf Beträge einer Verlagerung erhalten werden, die durch die in 3 gezeigte Detektionsvorrichtung erhalten werden.
  • Eine Detektionsvorrichtung 2 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beinhaltet einen Kopf 4 und einen Bewegungsmechanismus 6, um zu veranlassen, dass sich der Kopf 4 in einer Richtung einer X-Achse bewegt. Der Kopf 4 beinhaltet eine Lichtquelle und eine Detektionseinheit. Licht, das von der Lichtquelle emittiert wird, tritt in ein Beugungsgitter ein, das auf einer Detektionsoberfläche 50a vorgesehen ist, die eine obere Oberfläche einer Skala 50 ist. Basierend auf Strahlen von gebeugtem Licht, das so erhaltene Stücke von Phaseninformationen oder gemultiplextes Licht (Interferenzlicht) davon beinhaltet, werden Phaseninformationen erhalten, die dem Gitterabstand des Beugungsgitters oder einer Differenz der Phaseninformationen entsprechen.
  • Eine Steuerungseinheit der Detektionsvorrichtung 2 steuert einen Aktuator des Bewegungsmechanismus 6, um eine Bewegung des Kopfes 4 zu steuern. Als der Aktuator des Bewegungsmechanismus 6 wird ein Aktuator eingesetzt, dessen Position akkurat durch die Steuerungseinheit, wie zum Beispiel ein Schrittmotor, gesteuert werden kann. Damit kann die Steuerungseinheit akkurat einen Betrag X einer Verlagerung des Kopfes 4 auf der Skala 50 erfassen.
  • In der vorliegenden Ausführungsform veranlasst der Bewegungsmechanismus 6, dass sich der Kopf 4 bewegt. Dieser ist darauf jedoch nicht limitiert. Alternativ kann der Bewegungsmechanismus 6 veranlassen, dass sich die Skala 50 bewegt. Ferner alternativ kann der Bewegungsmechanismus 6 veranlassen, dass sich sowohl der Kopf 4 als auch die Skala 50 bewegen. Die Detektionsvorrichtung 2 kann keinen Bewegungsmechanismus beinhalten. Alternativ können der Kopf 4 und die Skala 50 relativ zueinander bewegt werden durch einen Bewegungsmechanismus einer Ausrüstung, an die der Kopf 4 und die Skala 50 angebracht sind.
  • <Skala>
  • Die Detektionsoberfläche 50a der Skala 50 der vorliegenden Ausführungsform weist eine Mehrzahl von Schlitzen auf, die ein Beugungsgitter bilden. Die hierin beschriebene Skala 50 weist ein Beugungsgitter vom Reflexionstyp auf. Alternativ kann die Skala 50 ein Beugungsgitter vom Transmissionstyp aufweisen.
  • Die Detektionsoberfläche 50a der Skala 50 weist Schlitze auf, die in einem vorbestimmten Intervall in der Richtung einer X-Achse angeordnet sind. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Gitterabstand des Beugungsgitters derart eingestellt, dass der Gitterabstand durch ein Polynom zweiter Ordnung in Bezug auf Koordinaten angenähert werden kann.
  • Mit einem solchen Gitterabstand des Beugungsgitters kann eine Relation zwischen einem Betrag X einer Verlagerung des Kopfes 4 in der Richtung einer X-Achse und Phaseninformationen an dem Betrag X einer Verlagerung durch ein Polynom dritter Ordnung (S = -aX3 + bX2 + cX + d) angenähert werden (siehe 2).
  • Ein Gittermuster des Beugungsgitters der vorliegenden Ausführungsform weist eine Dichte auf, die mit zunehmender Nähe von einem Ende in der Richtung einer X-Achse in Richtung eines Zentrums zunimmt und mit zunehmender Nähe von dem Zentrum in Richtung eines anderen Endes in der Richtung einer X-Achse abnimmt. Ebenfalls können in einer Richtung einer Y-Achse, die orthogonal zu der Richtung einer X-Achse ist, Phaseninformationen durch ein Polynom dritter Ordnung in einer ähnlichen Weise angenähert werden, und das Gittermuster des Beugungsgitters weist eine Dichte auf, die mit zunehmender Nähe von einem Ende in Richtung eines Zentrums zunimmt und mit zunehmender Nähe von dem Zentrum in Richtung eines anderen Endes abnimmt. Das heißt, dass die Skala 50 gemäß der vorliegenden Ausführungsform derart angesehen werden kann, dass sie ein Gitter beinhaltet, das eine Verzerrung aufweist. Das Beugungsgitter kann alternativ ein Muster aufweisen, das eine Dichte aufweist, die mit zunehmender Nähe von einem Ende in Richtung des Zentrums abnimmt und mit zunehmender Nähe von dem Zentrum in Richtung eines anderen Endes zunimmt.
  • Im Folgenden wird eine zusätzliche Erklärung der Konfiguration des Erhaltens der Phaseninformationen gemäß dem Gitterabstand des Beugungsgitters basierend auf den Strahlen von gebeugtem Licht gegeben, die die Stücke von Phaseninformationen beinhalten, oder gemultiplextem Licht (Interferenzlicht) davon.
  • Das heißt, dass Licht zu dem Beugungsgitter emittiert wird, und ein Signal basierend auf dem resultierenden gebeugten Licht ausgegeben wird. Zum Beispiel ist es möglich von zweiphasigen Sinuswellen, die als ein Resultat einer Interferenz von gebeugtem Licht negativer erster Ordnung und von gebeugtem Licht positiver erster Ordnung erzeugt werden, ein Signalzyklus zu erhalten, der einer Hälfte des Gitterintervalls entspricht. Nach einem anderen Beispiel kann eine Verwendung eines optischen Systems ein Signalzyklus ergeben, der einem Viertel des Gitterintervalls entspricht. Durch ein Dividieren des Signals mit einer Interpolationsschaltung ist es möglich, Phaseninformationen mit einer höheren Auflösung zu erhalten.
  • <Detektion einer absoluten Position basierend auf Phaseninformationen>
  • In der vorliegenden Ausführungsform, wie in 3 gezeigt ist, ist es durch einen bestimmten Betrag X einer Verlagerung des Kopfes 4 möglich, Strahlen von gebeugtem Licht zu erhalten, die Stücke von Phaseninformationen an vier Punkten beinhalten, d.h. Punkt P1 und Punkt P2, die voneinander um eine bestimmte Distanz L1 separiert sind, und Punkt P3 und Punkt P4, die voneinander um die bestimmte Distanz L1 separiert sind. Daher ist es möglich, eine Differenz (P2 - P1) zwischen einem Stück von Phaseninformationen an Punkt P2 und einem Stück von Phaseninformationen an Punkt P1 zu erhalten und eine Differenz (P4 - P3) zwischen einem Stück von Phaseninformationen an Punkt P4 und einem Stück von Phaseninformationen an Punkt P3 zu erhalten. Ein Raum zwischen den Punkten P1 und P2, die voneinander um die Distanz L1 separiert sind, wird als eine erste Region R1 bezeichnet, wohingegen ein Raum zwischen den Punkten P3 und P4, die voneinander um die Distanz L1 separiert sind, als zweite Region R2 bezeichnet wird.
  • 4 zeigt, durch die Strichpunktlinie, eine Differenz (P2 - P1) zwischen Stücken von Phaseninformationen an den Punkten P2 und P1 in Bezug auf den Betrag X einer Verlagerung. In ähnlicher Weise zeigt 4, durch die gestrichelte Linie, eine Differenz (P4 - P3) zwischen Stücken von Phaseninformationen an den Punkten P4 und P3 in Bezug auf den Betrag X einer Verlagerung. Jede dieser Differenzen wird durch eine gekrümmte Linie angezeigt, die eine quadratische Funktion ausdrückt, die durch ein Differenzieren von Phaseninformationen erhalten wird, die durch eine kubische Funktion repräsentiert werden.
  • In der vorliegenden Ausführungsform variiert der Gitterabstand des Beugungsgitters derart, dass er eine Dichte aufweist, die mit zunehmender Nähe von einem Ende in Richtung des Zentrums zunimmt und mit zunehmender Nähe von dem Zentrum in Richtung eines anderen Endes in der Richtung einer X-Achse abnimmt, und dass er Phaseninformationen vorsieht, die durch ein Polynom dritter Ordnung ausgedrückt werden.
  • Mit einem Gittermuster, mit dem eine einzelne absolute Position basierend auf einer Differenz in einer Gitterintervalllänge bestimmt wird, selbst wenn sich zwei Regionen (eine erste Region R1 und eine zweite Region R2) an jeglichen Orten auf dem Beugungsgitter befinden, ist es möglich, eine höchst zuverlässige Detektionsvorrichtung 2 vorzusehen, die dazu fähig ist, eine absolute Position auf dem Beugungsgitter zuverlässig zu detektieren. Mit dem Beugungsgitter, dessen Gitterabstand durch ein Polynom zweiter Ordnung angenähert werden kann, ist es durch ein Erhalten von Phaseninformationen an einem bestimmten Betrag einer Verlagerung möglich zu bestimmen, ob es sich in einer Region befindet, in der sich die Dichte des Gittermusters erhöht oder in einer Region, in der sich die Dichte des Gittermusters verringert. Daher ist es basierend auf den Differenzen zwischen den Gitterintervalllängen möglich, eine einzelne absolute Position in der gesamten Region zu bestimmen. Das Gittermuster, das durch ein Polynom zweiter Ordnung angenähert werden kann, kann auf eine effiziente Weise gebildet werden, und daher ist es bevorzugt im Hinblick auf Herstellungskosten und desgleichen.
  • Wenn es jedoch unmöglich ist zu bestimmen, ob es sich in der Region befindet, in der sich die Dichte des Gittermusters erhöht oder in der Region, in der sich die Dichte des Gittermusters verringert, ist es unmöglich, eine einzelne absolute Position zu bestimmen, da Differenzen zwischen Stücken von Phaseninformationen an Punkten, die äquidistant entfernt sind von dem Zentrum des Gittermusters (d.h. Punkte an symmetrischen Positionen), einander gleich sind. Um hiermit umzugehen, erhält die vorliegende Ausführungsform ferner eine Differenz zwischen den Differenzen, wodurch ermöglicht es wird, eine absolute Position zu jeder Zeit zu detektieren.
  • 4 zeigt, durch die durchgezogene Linie, eine Differenz ((P4 - P3) - (P2 - P1)) zwischen der Differenz (P4 - P3) und der Differenz (P2 - P1) und die Differenz (P2 - P1) in Bezug auf den Betrag X einer Verlagerung. Die Differenz zwischen den Differenzen wird durch eine gerade Linie angezeigt, die eine lineare Funktion repräsentiert, die durch ein Differenzieren der Differenz zwischen den Stücken von Phaseninformationen erhalten wird, die durch eine quadratische Funktion repräsentiert werden. Daher entspricht ein Punkt, der die X-Achse durchläuft, wo die Differenz zwischen den Differenzen Null ist, dem dichtesten Punkt in dem Beugungsgitter, das eine Verzerrung aufweist. Daher ist es möglich, sowohl den Betrag einer Verlagerung und die Phaseninformationen an der Detektionsposition als auch den Betrag einer Verlagerung und die Phaseninformationen an dem dichtesten Punkt auf dem Beugungsgitter zu erfassen. Somit ist es möglich, eine absolute Position in der Richtung einer X-Achse basierend auf den Phaseninformationen zu jeder Zeit zu detektieren.
  • Wie vorstehend beschrieben, werden Stücke von Phaseninformationen auf dem Gitter basierend auf den Gitterintervalllängen bestimmt, wobei die Stücke von Phaseninformationen von Strahlen von gebeugtem Licht von zwei Punkten erhalten werden, die sich auf jeder der zwei Regionen befinden (die erste Region R1 und die zweite Region R2) und voneinander um die bestimmte Distanz L1 separiert sind, und wobei eine absolute Position auf dem Beugungsgitter basierend auf einer Differenz zwischen Differenzen detektiert werden kann, die von den Stücken von Phaseninformationen erhalten werden, die von den Strahlen von gebeugtem Licht erhalten werden. Damit ist es möglich, die absolute Position auf dem Beugungsgitter unter Verwendung des einzelnen Kopfes 4 verlässlich zu detektieren.
  • Insbesondere mit einer Konfiguration, in der jedes der Stücke von Phaseninformationen auf dem Gitter durch einen kubischen Ausdruck angenähert wird und die Differenz zwischen den Differenzen, die von den Stücken von Phaseninformationen erhalten werden, die von den Strahlen von gebeugtem Licht erhalten werden, durch einen linearen Ausdruck angenähert wird, ist es möglich, die absolute Position einfach und effizient zu bestimmen.
  • Wie vorstehend beschrieben, kann mit dem Beugungsgitter, das das Gittermuster aufweist, dessen Dichte mit zunehmender Nähe von einem Ende in Richtung des Zentrums abnimmt und mit zunehmender Nähe von dem Zentrum in Richtung eines anderen Endes zunimmt, eine Skala zum Detektieren einer absoluten Position in einer effizienten Weise gebildet werden.
  • Ebenfalls in der Richtung einer Y-Achse weist die Skala 50 ein ähnliches Gittermuster auf. Daher ist es möglich, eine absolute Position in der Richtung einer Y-Achse basierend auf den Phaseninformationen zu jeder Zeit in einer ähnlichen Weise zu detektieren. Das Vorstehende hat das Beispiel beschrieben, in dem die Skala 50 das Beugungsgitter aufweist, dessen Gitterabstand durch ein Polynom zweiter Ordnung angenähert werden kann. Alternativ kann ein Beugungsgitter, dessen Gitterabstand durch ein Polynom dritter Ordnung oder durch ein Polynom erster Ordnung angenähert werden kann, angenommen werden, so lange das Beugungsgitter eine Dichte aufweist, die variiert, insbesondere sich vergrößert und verkleinert. Ferner alternativ kann jedes Gittermuster angenommen werden, so lange das Gittermuster zumindest teilweise unterschiedliche Gitterintervalllängen aufweist, und eine absolute Position auf dem Beugungsgitter basierend auf Strahlen von gebeugtem Licht detektiert werden kann, die von zwei Regionen (einer ersten Region R1 und einer zweiten Region R2) empfangen werden.
  • Im Folgenden wird eine detaillierte Erklärung einer spezifischen Ausführungsform des Kopfes 4 zum Detektieren einer absoluten Position basierend auf einer Differenz zwischen Differenzen ((P4 - P3) - (P2 - P1)) gegeben.
  • (Kopf gemäß einer ersten Ausführungsform)
  • Als erstes wird unter Bezugnahme auf 5 im Folgenden ein Kopf gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. 5 ist eine Ansicht, die schematisch eine Konfiguration des Kopfes gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und einen Weg zeigt, in dem Licht verläuft.
  • Ein Kopf 4 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beinhaltet eine Lichtquelle 10 und eine Detektionseinheit 20 zum Empfangen von gebeugtem Licht, das erhalten wird, indem veranlasst wird, dass Licht von der Lichtquelle 10 in ein Beugungsgitter auf einer Detektionsoberfläche 50a der Skala 50 eintritt. Zusätzlich beinhaltet der Kopf 4 ein optisches System, das vier Spiegel 30a, 30b, 30c und 30d und zwei Polarisationsstrahlteiler (PBS) 40a und 40b beinhaltet.
  • Als die Lichtquelle 10 kann eine lichtemittierende Diode (LED) oder eine Laserdiode (LD) eingesetzt werden. Die Lichtquelle 10 beinhaltet ein optisches System, wie zum Beispiel eine Kollimatorlinse und/oder eine Kondenserlinse. Als die Detektionseinheit 20 kann ein Licht empfangendes Element, wie zum Beispiel eine ladungsgekoppelte Vorrichtung (CCD), ein komplementärer Metalloxid-Halbleiter (CMOS), oder ein Fotodetektor (PD) eingesetzt werden. Die Detektionseinheit 20 beinhaltet ein optisches System, wie zum Beispiel ein polarisierender Strahlteiler (PBS), ein nicht polarisierender Strahlteiler (NPBS), eine polarisierende Platte, eine Kollimatorlinse, und/oder eine Kondenserlinse.
  • Unter Verwendung des darin angeordneten optischen Systems, veranlasst in einer ersten Region R1 zwischen zwei Punkten (Punkt P1, Punkt P2), die voneinander um eine bestimmte Distanz L1 separiert sind, der Kopf 4, der die einzelne Lichtquelle 10 und die einzelne Detektionseinheit 20 beinhaltet, dass polarisiertes Licht (zum Beispiel P-polarisiertes Licht) von Licht von der Lichtquelle 10 in das Beugungsgitter an Punkt (P1) eintritt, und veranlasst, dass das resultierende gebeugte Licht positiver erster Ordnung in das Beugungsgitter an dem anderen Punkt (P2) eintritt. Dadurch wird ein erstes gebeugtes Licht, das Phaseninformationen „P2 - P1“ beinhaltet, erhalten.
  • In ähnlicher Weise veranlasst in einer zweiten Region R2 zwischen zwei Punkten (Punkt P3, Punkt P4), die voneinander um die bestimmte Distanz L1 separiert sind, der Kopf 4, dass polarisiertes Licht (zum Beispiel S-polarisiertes Licht) des Lichts von der Lichtquelle 10 in das Beugungsgitter an Punkt (P3) eintritt, und veranlasst, dass das resultierende gebeugte Licht positiver erster Ordnung in das Beugungsgitter an dem anderen Punkt (P4) eintritt. Dadurch wird ein zweites gebeugtes Licht, das Phaseninformationen „P4 - P4“ beinhaltet, erhalten.
  • Anschließend empfängt die Detektionseinheit 20 gemultiplextes Licht (Interferenzlicht) von dem ersten gebeugten Licht und dem zweiten gebeugten Licht. Basierend auf einer Differenz zwischen Differenzen, die von dadurch erhaltenen Stücken von Phaseninformationen erhalten werden, ist es möglich, eine absolute Position auf der Skala 50 zu detektieren. In der ersten Ausführungsform sind Punkt P2 und Punkt P3 voneinander um eine bestimmte Distanz L2 separiert, d.h., die erste Region R1 und die zweite Region R2 sind voneinander um die bestimmte Distanz L2 separiert.
  • <Weg, in dem Licht verläuft>
  • Im Folgenden wird eine detaillierte Erklärung eines Wegs gegeben, in dem Licht von dem Kopf 4 gemäß der ersten Ausführungsform verläuft.
  • Strahlen von P- und S-polarisiertem Licht werden von der Lichtquelle 10 in einer linken oberen Richtung in 5 emittiert (siehe den Doppelpfeil) und treten in einen Polarisationsstrahlteiler (PBS) 40a ein. Das P-polarisierte Licht durchläuft den Polarisationsstrahlteiler (PBS) 40a und verläuft gerade (siehe den Pfeil mit durchgezogener Linie). Währenddessen wird das S-polarisierte Licht von dem Polarisationsstrahlteiler (PBS) 40a reflektiert und verläuft in einer linken unteren Richtung in 5 (siehe den Pfeil mit Strichpunktlinie).
  • <Ein Verlaufen von Licht in einer ersten Region R1>
  • Das P-polarisierte Licht, das gerade verlaufen ist, wird von dem Spiegel 30a derart reflektiert, dass es in einer linken unteren Richtung in 5 verläuft, und tritt dann in die Detektionsoberfläche 50a der Skala 50 ein. Anschließend verläuft gebeugtes Licht erster Ordnung in einer Richtung positiver erster Ordnung, d.h. in einer rechten oberen Richtung in 5. Dadurch wird gebeugtes Licht positiver erster Ordnung erhalten, das Phaseninformationen an Punkt P1 beinhaltet. Es ist zu beachten, dass Licht nullter Ordnung an Punkt 1 reflektiert wird, um in einer linken oberen Richtung in 5 zu verlaufen, und zu der Außenseite des Kopfs 4 verläuft. Das heißt, dass das Licht nullter Ordnung nicht in die Detektionseinheit 20 eintreten würde.
  • Das gebeugte Licht positiver erster Ordnung, das von der Detektionsoberfläche 50a der Skala 50 in der rechten oberen Richtung in 5 verlaufen ist, tritt in den Spiegel 30b ein, der derart angeordnet ist, dass seine Reflexionsoberfläche horizontal ist, und wird reflektiert, um in einer rechten unteren Richtung in 5 zu verlaufen. Das gebeugte Licht positiver erster Ordnung, das reflektiert wurde, um in der rechten unteren Richtung in 5 zu verlaufen, tritt in die Detektionsoberfläche 50a der Skala 50 ein. Anschließend verläuft gebeugtes Licht negativer erster Ordnung des gebeugten Lichts positiver erster Ordnung in einer linken oberen Richtung in 5. Dadurch wird gebeugtes Licht erhalten, das zusätzlich Phaseninformationen an Punkt P2 beinhaltet. Das gebeugte Licht, das P-polarisiertes Licht ist und das die Phaseninformationen an Punkt P1 und die Phaseninformationen an Punkt P2 beinhaltet, wird als erstes gebeugtes Licht bezeichnet. Es ist zu beachten, dass Licht nullter Ordnung an Punkt P2 reflektiert wird, im in einer rechten oberen Richtung in 5 zu verlaufen. Das heißt, dass das Licht nullter Ordnung nicht in die Detektionseinheit 20 eintreten würde.
  • Da das erste gebeugte Licht, das von der Detektionsoberfläche 50a der Skala 50 in der linken oberen Richtung in 5 verläuft, P-polarisiertes Licht ist, durchläuft das erste gebeugte Licht den Polarisationsstrahlteiler (PBS) 40b. Dadurch wird das erste gebeugte Licht ein Teil von gemultiplextem Licht (Interferenzlicht), das in die Detektionseinheit 20 eintritt.
  • <Ein Verlaufen von Licht in einer zweiten Region R2>
  • Das S-polarisierte Licht, das von dem Polarisationsstrahlteiler (PBS) 40a reflektiert wurde, um in der linken unteren Richtung in FIG: 5 zu verlaufen, tritt in die Detektionsoberfläche 50a der Skala 50 ein. Anschließend verläuft das gebeugte Licht erster Ordnung in einer Richtung positiver erster Ordnung, d.h. in einer rechten oberen Richtung in 5. Dadurch wird gebeugtes Licht positiver erster Ordnung erhalten, das Phaseninformationen an Punkt P3 beinhaltet. Es ist zu beachten, dass Licht nullter Ordnung an Punkt P3 reflektiert wird, um in einer linken oberen Richtung in 5 zu verlaufen. Das heißt, dass das Licht nullter Ordnung nicht in die Detektionseinheit 20 eintreten würde.
  • Das gebeugte Licht positiver erster Ordnung, das von der Detektionsoberfläche 50a der Skala 50 in der rechten oberen Richtung in 5 verlaufen ist, tritt in den Spiegel 30c ein, der derart angeordnet ist, dass seine Reflexionsoberfläche horizontal ist, und wird reflektiert, um in einer rechten unteren Richtung in 5 zu verlaufen. Das gebeugte Licht positiver erster Ordnung, das reflektiert wurde, um in der rechten unteren Richtung in 5 zu verlaufen, tritt in die Detektionsoberfläche 50a der Skala 50 ein. Anschließend verläuft gebeugtes Licht negativer erster Ordnung des gebeugten Lichts positiver erster Ordnung in einer linken oberen Richtung in 5. Dadurch wird gebeugtes Licht erhalten, das zusätzlich Phaseninformationen an Punkt P4 beinhaltet. Das gebeugte Licht, das S-polarisiertes Licht ist und die Phaseninformationen an Punkt P3 und die Phaseninformationen an Punkt P4 beinhaltet, wird als zweites gebeugtes Licht bezeichnet. Es ist zu beachten, dass ein Licht nullter Ordnung an Punkt P4 reflektiert wird, um in einer rechten oberen Richtung in 5 zu derart verlaufen, dass es zu der Außenseite des Kopfes 4 verläuft. Das heißt, dass das Licht nullter Ordnung nicht in die Detektionseinheit 20 eintreten würde.
  • Das zweite gebeugte Licht, das von der Detektionsoberfläche 50a der Skala 50 in der linken oberen Richtung in 5 verläuft, wird von dem Spiegel 30d derart reflektiert, dass es in einer linken unteren Richtung in FIG: 5 verläuft, und tritt in den Polarisationsstrahlteiler (PBS) 40b ein. Da das zweite gebeugte Licht S-polarisiertes Licht ist, wird das zweite gebeugte Licht von dem Polarisationsstrahlteiler (PBS) 40b derart reflektiert, dass es ein Teil des gemultiplexten Lichts (Interferenzlicht) wird, das in die Detektionseinheit 20 eintritt.
  • In der vorstehend beschriebenen Weise treten das gemultiplexte Licht (Interferenzlicht) des ersten gebeugten Lichts, das P-polarisiertes Licht ist und das die Phaseninformationen an Punkt P1 und die Phaseninformationen an Punkt P2 beinhaltet, und des zweiten gebeugten Lichts, das S-polarisiertes Licht ist und die Phaseninformationen an Punkt P3 und die Phaseninformationen an Punkt P4 beinhaltet, in die Detektionseinheit 20 ein (siehe den Pfeil mit Doppelstrich).
  • Von dem gemultiplexten Licht (Interferenzlicht) ist es möglich, eine Differenz ((P4 - P3) - (P2 - P1)) zwischen Differenzen zu erhalten, was eine Differenz ist zwischen einer Differenz ((P4 - P3) zwischen den Phaseninformationen an Punkt 4 und den Phaseninformationen an Punkt 3 und einer Differenz (P2 - P1) zwischen den Phaseninformationen an Punkt 2 und den Phaseninformationen an Punkt 1. Unter Verwendung der Differenz zwischen den Differenzen von den Stücken von Phaseninformationen ist es möglich, eine absolute Position in der Richtung einer X-Achse in Bezug auf die Skala 50 zu detektieren.
  • In der vorliegenden Ausführungsform wird das gebeugte Licht positiver erster Ordnung und das gebeugte Licht negativer erster Ordnung eingesetzt. Dies ist jedoch ein Beispiel. Alternativ kann gebeugtes Licht zweiter oder höherer Ordnung eingesetzt werden. In der vorliegenden Ausführungsform wird das negative gebeugte Licht erhalten, indem veranlasst wird, dass das positive gebeugte Licht in das Beugungsgitter eintritt. Umgekehrt kann positives gebeugtes Licht erhalten werden, indem veranlasst wird, dass negatives gebeugtes Licht in das Beugungsgitter eintritt. Das heißt, dass gebeugtes Licht positiver oder negativer M-ter Ordnung (M ist eine ganze Zahl gleich oder größer als 1), das erhalten wird, indem veranlasst wird, dass polarisiertes Licht in das Beugungsgitter an einem Punkt (P1, P3) eintritt, veranlasst werden kann, in das Beugungsgitter an dem anderen Punkt (P2, P4) derart einzutreten, dass erstes oder zweites gebeugtes Licht negativer oder positiver M-ter Ordnung erhalten wird.
  • (Alternatives Beispiel der ersten Ausführungsform)
  • Als nächstes wird unter Bezugnahme auf 9 im Folgenden ein Kopf gemäß einem alternativen Beispiel der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. 9 ist eine Ansicht, die schematisch eine Konfiguration des Kopfes gemäß dem alternativen Beispiel der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und einen Weg zeigt, in dem Licht verläuft. Es ist zu beachten, dass ein Pfeil, der Licht nullter Ordnung zeigt, in 9 weggelassen wird. Das alternative Beispiel, das in 9 gezeigt ist, unterscheidet sich in den folgenden Punkten von der ersten Ausführungsform, die in FIG: 5 gezeigt ist.
  • In dem alternativen Beispiel werden Strahlen von P- und S-polarisiertem Licht von der Lichtquelle 10 in eine Richtung emittiert, die parallel zu der Detektionsoberfläche 50a der Skala 50a ist, d.h., in einer linken Richtung in FIG: 9 (siehe den Pfeil mit Doppellinie). Das P-polarisierte Licht durchläuft den Polarisationsstrahlteiler (PBS) 40a und verläuft gerade in einer linken Richtung. Anschließend wird das P-polarisierte Licht von dem Spiegel 30a derart reflektiert, dass es in einer unteren Richtung verläuft, die vertikal zu der Detektionsoberfläche 50a der Skala 50 ist, und tritt anschließend in den Punkt P1 der Detektionsoberfläche 50a der Skala 50 ein (siehe den Pfeil mit durchgezogener Linie). Eine Richtung positiver erster Ordnung, in der Licht positiver erster Ordnung verläuft, weist einen größeren Winkel zu der Detektionsoberfläche 50a auf im Vergleich zu der in 5 gezeigten ersten Ausführungsform. Daher weist, um zu veranlassen, dass das gebeugte Licht positiver erster Ordnung von dem Punkt P1 nochmals in den Punkt P2 der Detektionsoberfläche 50a der Skala 50 eintritt, der an einer L1 Distanz lokalisiert ist, der Kopf gemäß dem alternativen Beispiel zwei Spiegel 30b1, b2 auf, die bestimmte Winkel zu der Detektionsoberfläche 50a aufweisen, anstelle des horizontalen Spiegels der ersten Ausführungsform. Das Licht positiver erster Ordnung von dem Punkt P1 wird zweimal von den Spiegeln 30b1, b2 reflektiert und tritt anschließend in den Punkt 2 der Detektionsoberfläche 50a der Skala 50 ein. Anschließend verläuft Licht negativer erster Ordnung in einer Richtung, die vertikal zu der Detektionsoberfläche 50a der Skala 50 ist, d.h., in einer oberen Richtung in 9, und durchläuft den Polarisationsstrahlteiler (PBS) 40b und wird ein Teil von gemultiplextem Licht (Interferenzlicht), und verläuft anschließend ferner in der oberen Richtung und tritt in die Detektionseinheit 20 ein (siehe den Pfeil mit Doppellinie).
  • In den Strahlen von P- und S-polarisiertem Licht, die von der Lichtquelle 10 in einer linken Richtung in 9 emittiert werden, wird S-polarisiertes Licht von dem Polarisationsstrahlteiler (PBS) 40a reflektiert und verläuft in einer Richtung, die vertikal zu der Detektionsoberfläche 50a der Skala 50 ist, d.h. in einer unteren Richtung in 9, und tritt anschließend in den Punkt P3 der Detektionsoberfläche 50a der Skala 50 ein (siehe den Pfeil mit durchgezogener Linie). Eine Richtung positiver erster Ordnung, in der Licht positiver erster Ordnung verläuft, weist einen größeren Winkel zu der Detektionsoberfläche 50a auf im Vergleich mit der ersten Ausführungsform, die in 5 gezeigt ist. Daher weist, um zu veranlassen, dass das gebeugte Licht positiver erster Ordnung von dem Punkt P3 nochmals in den Punkt P4 auf der Detektionsoberfläche 50a der Skala 50 eintritt, der an einer L1 Distanz lokalisiert ist, der Kopf gemäß dem alternativen Beispiel zwei Spiegel 30c1, c2 auf, die bestimmte Winkel zu der Detektionsoberfläche 50a aufweisen, die den vorstehenden ähnlich sind. Das Licht positiver erster Ordnung von dem Punkt P3 wird zweimal von den Spiegeln 30c1, c2 reflektiert und tritt anschließend in den Punkt 4 der Detektionsoberfläche 50a der Skala 50 ein. Anschließend verläuft Licht negativer erster Ordnung in einer Richtung, die vertikal zu der Detektionsoberfläche 50a der Skala 50 ist, d.h., in einer oberen Richtung in 9, und wird von einem Spiegel 30d reflektiert und verläuft in einer linken Richtung in 9. Das Licht negativer erster Ordnung wird von dem Polarisationsstrahlfilter (PBS) 40b reflektiert und wird ein Teil von gemultiplextem Licht (Interferenzlicht), und verläuft anschließend ferner in der oberen Richtung und tritt in die Detektionseinheit 20 ein (siehe den Pfeil mit Doppellinie).
  • In dem in 9 gezeigten alternativen Beispiel tritt, sowohl in Strahlen von P- und S-polarisiertem Licht, Licht positiver erster Ordnung in die Detektionsoberfläche 50a der Skala 50 in einer dazu vertikalen Richtung ein, und Licht negativer erster Ordnung verläuft von der Detektionsoberfläche 50a der Skala 50 in einer dazu vertikalen Richtung. Daher verläuft, selbst wenn sich die Detektionsoberfläche 50a der Skala 50 in einer oberen oder unteren Richtung in 9 bewegt (siehe die gepunktete Linie), Licht negativer erster Ordnung von dem Punkt P2 und dem Punkt P4 in einer Richtung, die Vertikal zu der Detektionsoberfläche 50a der Skala 50 ist, d.h. in einer oberen Richtung in 9, und tritt immer in die Detektionsvorrichtung 20 ein, sofern das Licht erster Ordnung in die reflektierende Oberfläche der Spiegel 30b1, 30b2, 30c1 und 30c2 eintritt. Dem entsprechend kann es in dem alternativen Beispiel, selbst wenn sich ein Abstand der Detektionsoberfläche 50a der Skala 50 verändert, absorbiert werden und eine präzise Detektion kann sicher durchgeführt werden.
  • (Kopf gemäß einer zweiten Ausführungsform)
  • Als nächstes wird unter Bezugnahme auf 6 im Folgenden ein Kopf gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. 6 ist eine Ansicht, die schematisch eine Konfiguration des Kopfes gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und einen Weg zeigt, in dem Licht verläuft.
  • In einem Kopf 4 gemäß der zweiten Ausführungsform sind Punkte P2 und P3, die voneinander um eine Distanz L2 separiert sind, in einer Weise angeordnet, die jener der ersten Ausführungsform entgegengesetzt ist. In dieser Hinsicht unterscheidet sich der Kopf 4 der zweiten Ausführungsform von dem Kopf 4 der ersten Ausführungsform. Es ist zu beachten, dass eine Länge einer ersten Region R1 zwischen Punkten P1 und P2 und eine Länge einer zweiten Region R2 zwischen Punkten P3 und P4 in der zweiten Ausführungsform jeweils auf L1 eingestellt sind, was identisch zu jener in der ersten Ausführungsform ist. Das heißt, dass sich in der zweiten Ausführungsform die erste Region R1 und die zweite Region R2 teilweise überlappen.
  • Genauer gesagt sind in der zweiten Ausführungsform P1, P3, der von P1 um eine Distanz L1- L2 separiert ist, P2, der von P3 um eine Distanz L2 separiert ist, und P4, der von P2 um eine Distanz L1 - L2 separiert ist, in dieser Reihenfolge von links nach rechts in 6 angeordnet. Die Distanz L2 kann jeglichen Wert in einem Bereich haben, der kleiner als L1 ist. Damit wird mit L1 - L2 zu jeder Zeit ein positiver Wert erhalten. Abgesehen von diesen Punkten ist die zweite Ausführungsform ähnlich zu der ersten Ausführungsform.
  • Mit der vorstehend beschriebenen Anordnung verlaufen ein P-polarisiertes Licht, das durch einen Polarisationsstrahlteiler (PBS) 40a gelaufen ist, und S-polarisiertes Licht, das von dem Polarisationsstrahlteiler (PBS) 40a reflektiert wurde, in einer ähnlichen Weise, wie jene aus der ersten Ausführungsform. Mit dieser Anordnung würden das P-polarisierte Licht und das S-Polarisierte Licht in einer Region zwischen Punkt P2 und Punkt P3 nicht miteinander wechselwirken.
  • Daher ist es auch in der zweiten Ausführungsform möglich, eine Differenz ((P4 - P3) - (P2 - P1)) zwischen Differenzen in einer ähnlichen Weise zu jener der ersten Ausführungsform zu erhalten. Unter Verwendung der Differenz zwischen den Differenzen ist es möglich, eine absolute Position in einer Richtung einer X-Achse in Bezug auf die Skala 50 zu detektieren. In der zweiten Ausführungsform kann eine Distanz zwischen Punkt P1, der in 6 ganz links lokalisiert ist, und Punkt P4, der in 6 ganz rechts lokalisiert ist, kürzer gemacht werden um 2 x L2, im Vergleich zu der ersten Ausführungsform.
  • (Kopf gemäß einer dritten Ausführungsform)
  • Als nächstes wird unter Bezugnahme auf 7A, 7B und 7C im Folgenden ein Kopf gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. 7A ist eine Ansicht, die schematisch eine Konfiguration des Kopfes gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und einen Weg zeigt, in dem Licht verläuft. 7B ist eine Ansicht, die schematisch einen Weg zeigt, in dem P-polarisiertes Licht gemäß der in 7A gezeigten Ausführungsform verläuft. 7C ist eine Ansicht, die schematisch einen Weg zeigt, in dem S-polarisiertes Licht gemäß der in 7A gezeigten Ausführungsform verläuft.
  • In einem Kopf 4 gemäß der dritten Ausführungsform ist eine Distanz L2 zwischen Punkten P2 und P3 Null. In diesem Punkt unterscheidet sich die dritte Ausführungsform von der ersten und zweiten Ausführungsform. Das heißt, dass in der dritten Ausführungsform eine erste Region R1 und eine zweite Region R2 derart angeordnet sind, dass sie kontinuierlich miteinander sind, d.h. Punkt P2 und Punkt P3 bilden einen einzelnen Punkt. Es ist zu beachten, dass eine Länge der ersten Region R1 zwischen Punkten P1 und P2 und eine Länge der zweiten Region R2 zwischen Punkten P3 und P4 jeweils auf L1 eingestellt sind, was identisch zu jenen in der ersten Ausführungsform ist.
  • Genauer gesagt sind in der dritten Ausführungsform Punkt P1, Punkt P2 (P3), der von P1 um eine Distanz L1 separiert ist, und Punkt P4, der von P3 (P2) um die Distanz L1 separiert ist, in dieser Reihenfolge von links nach rechts in 7 angeordnet. Abgesehen von diesen Punkten ist die dritte Ausführungsform ähnlich zu der ersten und zweiten Ausführungsform.
  • Die Anordnung von Punkten P1 bis P4 in der ersten bis dritten Ausführungsform kann wie folgt zusammengefasst werden. Das heißt, dass Punkte P1 bis P4 derart angeordnet sind, dass gebeugtes Licht erhalten werden kann, indem veranlasst wird, dass Licht von einer Lichtquelle in zwei Punkten (z.B. Punkte P1 und P2) eintritt, die sich auf einem Beugungsgitter befinden und voneinander um eine bestimmte Distanz L1 separiert sind, und gebeugtes Licht kann erhalten werden, indem veranlasst wird, dass Licht von der Lichtquelle 10 in zwei Punkten (z.B. Punkte P2 (=P3) und P4) eintritt, die sich auf dem Beugungsgitter befinden und um die bestimmte Distanz L1 voneinander separiert sind, wobei die letzteren zwei Punkte zumindest einen Punkt beinhalten, der zu den ersteren zwei Punkten unterschiedlich ist.
  • Wie vorstehend beschrieben sind in der Anordnung 2 die Weise, in der P-polarisiertes Licht verläuft, das durch den Polarisationsstrahlteiler (PBS) 40a gelaufen ist, und die Weise, in der S-polarisiertes Licht verläuft, das von dem Polarisationsstrahlteiler (PBS) 40a reflektiert wurde, ähnlich zu jenen in der ersten und zweiten Ausführungsform. In einem Fall von L2 = 0 überlappt jedoch Licht nullter Ordnung des P-polarisierten Lichts, das an Punkt P2 (P3) erzeugt wird, mit einem optischen Pfad, der ein zweites gebeugtes Licht des S-polarisierten Lichts bildet, wie in 7B gezeigt ist. Jedoch werden unter Verwendung einer Lichtquelle, die eine ausreichend kurze Kohärenz-Distanz aufweist, zwei Polarisationskomponenten erhalten, die orthogonal zueinander sind und die nicht miteinander wechselwirken. Da das Licht nullter Ordnung, das von dem Spiegel 30d reflektiert wurde, P-polarisiertes Licht ist, läuft das Licht nullter Ordnung durch den Polarisationsstrahlteiler (PBS) 40a, und würde nicht in die Detektionseinheit 20 eintreten.
  • In ähnlicher Weise überlappt Licht nullter Ordnung des S-polarisierten Lichts, das an Punkt P3 (P2) erzeugt wurde, ebenfalls einen optischen Pfad, der ein erstes gebeugtes Licht von dem P-polarisierten Licht bildet, wie in 7C gezeigt ist. Jedoch werden unter Verwendung einer Lichtquelle, die eine ausreichend kurze Kohärenz-Distanz aufweist, zwei Polarisationskomponenten erhalten, die orthogonal zueinander sind und die nicht miteinander wechselwirken. Da das Licht nullter Ordnung, das an dem Punkt P3 (P2) erzeugt wurde, S-polarisiertes Licht ist, wird das Licht nullter Ordnung von dem Polarisationsstrahlteiler (PBS) 40a reflektiert und würde nicht in die Detektionseinheit 20 eintreten.
  • Daher ist es auch in der dritten Ausführungsform möglich, eine Differenz ((P4 - P3) - (P2 - P1)) zwischen Differenzen in einer ähnlichen Weise zu jenen in der ersten Ausführungsform zu erhalten. Unter Verwendung der Differenz zwischen den Differenzen ist es möglich, eine absolute Position in einer Richtung einer X-Achse in Bezug auf die Skala 50 zu detektieren. In der dritten Ausführungsform kann eine Distanz zwischen Punkt P1, der in 7 ganz links lokalisiert ist, und Punkt P4, der in 7 ganz rechts lokalisiert ist, kürzer gemacht werden um L2, im Vergleich zu der ersten Ausführungsform.
  • (Kopf gemäß einer vierten Ausführungsform)
  • Als nächstes wird unter Bezugnahme auf 8 im Folgenden ein Kopf gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. 8 ist eine Ansicht, die schematisch eine Konfiguration des Kopfes gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und einen Weg zeigt, in dem Licht verläuft.
  • Die vorstehend beschriebenen ersten bis dritten Ausführungsformen weisen gemeinsame Bestandteile auf (die Lichtquelle 10, die Detektionseinheit 20, die Spiegel 30a, 30b, 30c und 30d, und den Polarisationsstrahlteiler (PBS) 40a und 40b). Jedoch sind Bestandteile eines Kopfes 4 gemäß der vierten Ausführungsform von jenen der ersten bis dritten Ausführungsform verschieden.
  • Der Kopf 4 gemäß der vierten Ausführungsform beinhaltet zwei Lichtquellen 10A und 10B und Detektionseinheiten 20A und 20B, die mit den Lichtquellen 10A bzw. 10B assoziiert sind. Zusätzlich beinhaltet der Kopf 4 ein optisches System, das einen Polarisationsstrahlteiler (PBS) 40, die Spiegel 30a und 30b, und reflektierende Wellenlängenplatten 32a und 32b beinhaltet, die auf einem optischen Pfad von der ersten Lichtquelle 10A zu der ersten Detektionseinheit 20A angeordnet sind. In ähnlicher Weise sind auf einem optischen Pfad von der zweiten Lichtquelle 10B zu der zweiten Detektionseinheit 20B der Polarisationsstrahlteiler (PBS) 40, die Spiegel 30c und 30d und reflektierende Wellenlängenplatten 32c und 32d angeordnet.
  • Punkte P1 bis P4, an denen Strahlen von gebeugtem Licht erhalten werden, sind in einer ähnlichen Weise zu jener der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform angeordnet. P1, P2, der von P1 um eine Distanz L1 separiert ist, P3, der von P2 um eine Distanz L2 separiert ist und P4, der von P3 um die Distanz L1 separiert ist, sind in dieser Reihenfolge von links nach rechts in 8 angeordnet. Das heißt, dass eine erste Region R1 zwischen Punkt P1 und Punkt P2, die voneinander um die bestimmte Distanz L1 separiert sind, und eine zweite Region R2 zwischen Punkt P3 und Punkt P4, die voneinander um die Bestimmte Distanz L1 separiert sind, voneinander um die bestimmte Distanz L2 separiert sind.
  • Der Kopf 4 beinhaltet die erste Lichtquelle 10A und die erste Detektionseinheit 20A, die mit der ersten Lichtquelle 10A assoziiert ist, sowie die zweite Lichtquelle 10B und die zweite Detektionseinheit 20B, die mit der zweiten Lichtquelle 10B assoziiert ist. Die erste Detektionseinheit 20A empfängt gemultiplextes Licht (Interferenzlicht) von gebeugtem Licht, das Phaseninformationen +2kxP1 beinhaltet, die erhalten werden, indem veranlasst wird, dass Licht von der ersten Lichtquelle 10A in das Beugungsgitter an Punkt P1 eintritt, und von gebeugtem Licht, das Phaseninformationen -2kxP4 beinhaltet, die erhalten werden, indem veranlasst wird, dass Licht von der ersten Lichtquelle 10A in das Beugungsgitter an Punkt P4 eintritt. In ähnlicher Weise empfängt die zweite Detektionseinheit 20B gemultiplextes Licht (Interferenzlicht) von gebeugtem Licht, das Phaseninformationen +2kxP2 beinhaltet, die erhalten werden, indem veranlasst wird, dass Licht von der zweiten Lichtquelle 10B in das Beugungsgitter an Punkt P2 eintritt, und von gebeugtem Licht, das Phaseninformationen - 2kxP3 beinhaltet, die erhalten werden, indem veranlasst wird, dass Licht von der zweiten Lichtquelle 10B in das Beugungsgitter an Punkt P3 eintritt. Anschließend ist es möglich, basierend auf einer Differenz zwischen Differenzen von den Stücken von Phaseninformationen, die von einer Differenz zwischen Detektionssignalen der ersten und zweiten Detektionseinheit 20A und 20B erhalten werden, eine absolute Position auf dem Beugungsgitter zu bestimmen.
  • <Weg, in dem Licht verläuft>
  • Als nächstes wird im Folgenden eine detaillierte Erklärung eines Wegs gegeben, in dem Licht von dem Kopf 4 gemäß der vierten Ausführungsform verläuft.
  • <Optischer Pfad von einer Lichtquelle 10A zu einer Detektionseinheit 20A>
  • Strahlen von P- und S-polarisiertem Licht werden von der Lichtquelle 10A in einer linken unteren Richtung in 8 emittiert (siehe den Pfeil mit Doppellinie), und treten in den Polarisationsstrahlteiler (PBS) 40 ein. Das P-polarisierte Licht durchläuft den Polarisationsstrahlteiler (PBS) 40 derart, dass es gerade verläuft (siehe den Pfeil mit durchgezogener Linie). In der Zwischenzeit wird das S-polarisierte Licht von dem Polarisationsstrahlteiler (PBS) 40 derart reflektiert, dass es in Richtung einer rechten unteren Seite in 8 verläuft (siehe den Pfeil mit Strichpunktlinie).
  • [Punkt P1]
  • Das P-polarisierte Licht, das gerade verlaufen ist, wird von dem Spiegel 30a derart reflektiert, dass es nach unten in 8 verläuft, und tritt anschließend in die Detektionsoberfläche 50a der Skala 50 ein. Anschließend verläuft gebeugtes Licht erster Ordnung in einer Richtung positiver erster Ordnung, d.h. in einer rechten oberen Richtung in 8. Daher wird gebeugtes Licht positiver erster Ordnung erhalten, das Phaseninformationen an Punkt P1 beinhaltet. Das gebeugte Licht positiver erster Ordnung, das von der Detektionsoberfläche 50a der Skala 50 in der rechten oberen Richtung in FIG: 8 verläuft, tritt in die reflektierende Wellenlängenplatte 32a derart ein, dass es reflektiert wird, um entgegengesetzt zu verlaufen, d.h., in einer linken unteren Richtung in FIG: 8. Die Polarisationsrichtung des P-polarisierten Lichts, das in die reflektierende Wellenlängenplatte 32a eingetreten ist, wird um 90 Grad von der reflektierenden Wellenlängenplatte 32a verändert, so dass das P-polarisierte Licht in S-polarisiertes Licht umgewandelt wird, und wird reflektiert.
  • Gebeugtes Licht positiver erster Ordnung des S-polarisierten Lichts, das von der reflektierenden Wellenlängenplatte 32a reflektiert wurde, um in der linken unteren Richtung in 8 zu verlaufen, tritt in die Detektionsoberfläche 50a der Skala 50 ein. Anschließend verläuft gebeugtes Licht positiver erster Ordnung des gebeugten Lichts positiver erster Ordnung in einer Richtung positiver erster Ordnung, d.h. nach oben in 8. Daher wird gebeugtes Licht erhalten, das die Phaseninformationen an Punkt P1 beinhaltet. Das gebeugte Licht, das von der Skala 50 nach oben in 8 verläuft, tritt in den Spiegel 30a ein. Das gebeugte Licht, das von dem Spiegel 30a reflektiert wird, um in einer rechten oberen Richtung in 8 zu verlaufen, tritt in den Polarisationsstrahlteiler (PBS) 40 ein. Das heißt, dass das S-polarisierte Licht, das von der reflektierenden Wellenlängenplatte 32a reflektiert wurde, entgegengesetzt entlang des optischen Pfads verläuft, entlang dessen das P-polarisierte Licht durch den Polarisationsstrahlteiler (PBS) 40 gelaufen ist.
  • Zusätzlich, da das gebeugte Licht, das in den Polarisationsstrahlteiler (PBS) 40 eingetreten ist, das S-polarisierte Licht ist, wird das gebeugte Licht von dem Polarisationsstrahlteiler (PBS) 40 reflektiert, um in einer linken oberen Richtung in 8 derart zu verlaufen, dass es in Richtung der Detektionseinheit 20A verläuft. Daher wird das gebeugte Licht ein Teil von gemultiplextem Licht (Interferenzlicht), das in die Detektionseinheit 20A eintritt (siehe die Doppellinie).
  • [Punkt P4]
  • Das S-polarisierte Licht, das von dem Polarisationsstrahlteiler (PBS) 40 in Richtung der rechten unteren Seite in 8 reflektiert wurde, wird von dem Spiegel 30b derart reflektiert, dass es nach unten in 8 verläuft, und tritt anschließend in die Detektionsoberfläche 50a der Skala 50 ein. Anschließend verläuft gebeugtes Licht negativer erster Ordnung in einer Richtung negativer erster Ordnung, d.h. in einer linken oberen Richtung in 8. Daher wird das gebeugte Licht negativer erster Ordnung erhalten, das Phaseninformationen an Punkt P4 beinhaltet. Das gebeugte Licht negativer erster Ordnung, das von der Detektionsoberfläche 50a der Skala 50 in der linken oberen Richtung in 8 verläuft, tritt in die reflektierende Wellenlängenplatte 32b derart ein, dass es reflektiert wird, um entgegengesetzt zu verlaufen, d.h. in einer rechten unteren Richtung in FIG: 8. Die Polarisationsrichtung des S-polarisierten Lichts, das in die reflektierende Wellenlängenplatte 32b eingetreten ist, wird um 90 Grad von der reflektierenden Wellenlängenplatte 32b verändert, so dass das S-polarisierte Licht in P-polarisiertes Licht umgewandelt wird, und wird reflektiert.
  • Gebeugtes Licht negativer erster Ordnung des P-polarisierten Lichts, das von der reflektierenden Wellenlängenplatte 32b reflektiert wurde, um in der rechten unteren Richtung in 8 zu verlaufen, tritt in die Detektionsoberfläche 50a der Skala 50 ein. Anschließend verläuft gebeugtes Licht negativer erster Ordnung des gebeugten Lichts negativer erster Ordnung in einer Richtung negativer erster Ordnung, d.h. nach oben in 8. Daher wird gebeugtes Licht erhalten, das die Phaseninformationen an Punkt P4 beinhaltet. Das gebeugte Licht, das von der Skala 50 nach oben in 8 verläuft, tritt in den Spiegel 30b ein. Das gebeugte Licht, das von dem Spiegel 30b reflektiert wird, um in einer linken oberen Richtung in 8 zu verlaufen, tritt in den Polarisationsstrahlteiler (PBS) 40 ein. Das heißt, dass das P-polarisierte Licht, das von der reflektierenden Wellenlängenplatte 32b reflektiert wurde, entgegengesetzt entlang eines optischen Pfads verläuft, entlang dessen das S-polarisierte Licht verlaufen ist, das durch den Polarisationsstrahlteiler (PBS) 40 gelaufen ist.
  • Da das gebeugte Licht, das in den Polarisationsstrahlteiler (PBS) 40 eingetreten ist, das P-polarisierte Licht ist, durchläuft das gebeugte Licht den Polarisationsstrahlteiler (PBS) 40 derart, dass es in Richtung der Detektionseinheit 20A verläuft. Daher wird das gebeugte Licht ein Teil des gemultiplexten Lichts (Interferenzlicht), das in die Detektionseinheit 20A eintritt (siehe die Doppellinie).
  • <Optischer Pfad von einer Lichtquelle 10B zu einer Detektionseinheit 20B>
  • Ein optischer Pfad von der zweiten Lichtquelle 10B zu der Detektionseinheit 20B ist ähnlich zu jenen, die vorstehend beschrieben wurden.
  • Strahlen von P- und S-polarisiertem Licht werden von der Lichtquelle 10B in einer linken unteren Richtung in 8 emittiert (siehe den Pfeil mit Doppellinie), und treten in den Polarisationsstrahlteiler (PBS) 40 ein. Das P-polarisierte Licht durchläuft den Polarisationsstrahlteiler (PBS) 40 derart, dass es gerade verläuft (siehe den Pfeil mit durchgezogener Linie). Währenddessen wird das S-polarisierte Licht von dem Polarisationsstrahlteiler (PBS) 40 derart reflektiert, dass es in Richtung einer rechten unteren Seite in 8 verläuft (siehe den Pfeil mit Strichpunktlinie).
  • [Punkt P2]
  • Das p-polarisierte Licht, das gerade verlaufen ist, wird von dem Spiegel 30c derart reflektiert, dass es nach unten in 8 verläuft, und anschließend in die Detektionsoberfläche 50a der Skala 50 eintritt. Anschließend verläuft gebeugtes Licht positiver erster Ordnung in einer Richtung positiver erster Ordnung, d.h. in einer rechten oberen Richtung in 8. Daher wird das gebeugte Licht positiver erster Ordnung erhalten, das die Phaseninformationen an Punkt P2 beinhaltet. Das gebeugte Licht positiver erster Ordnung, das von der Detektionsoberfläche 50a der Skala 50 in einer rechten oberen Richtung in 8 verläuft, tritt in die reflektierende Wellenlängenplatte 32c derart ein, dass es reflektiert wird, um entgegengesetzt in einer linken unteren Richtung in 8 zu verlaufen. Die Polarisationsrichtung des P-polarisierten Lichts, das in die reflektierende Wellenlängenplatte 32c eingetreten ist, wird um 90 Grad von der reflektierenden Wellenlängenplatte 32c verändert, so dass das P-polarisierte Licht in S-polarisiertes Licht umgewandelt wird, und wird reflektiert.
  • Gebeugtes Licht positiver erster Ordnung des S-polarisierten Lichts, das von der reflektierenden Wellenlängenplatte 32c reflektiert wurde, um in der linken unteren Richtung in 8 zu verlaufen, tritt in die Detektionsoberfläche 50a der Skala 50 ein. Anschließend verläuft gebeugtes Licht positiver erster Ordnung von dem gebeugten Licht positiver erster Ordnung in einer Richtung positiver erster Ordnung, d.h. nach oben in 8. Daher wird gebeugtes Licht erhalten, das die Phaseninformationen an Punkt P1 beinhaltet. Das gebeugte Licht, das von der Skala 50 nach oben in 8 verläuft, tritt in den Spiegel 30a ein. Das gebeugte Licht, das von dem Spiegel 30a reflektiert wird, um in einer rechten oberen Richtung in 8 zu verlaufen, tritt in den Polarisationsstrahlteiler (PBS) 40 ein. Das heißt, dass das S-polarisierte Licht, das von der reflektierenden Wellenlängenplatte 32a reflektiert wurde, entgegengesetzt entlang eines optischen Pfads verläuft, entlang dessen das P-polarisierte Licht verlaufen ist, das durch den Polarisationsstrahlteiler (PBS) 40 gelaufen ist.
  • Zusätzlich, da das gebeugte Licht, das in den Polarisationsstrahlteiler (PBS) 40 eingetreten ist, das S-polarisierte Licht ist, wird das gebeugte Licht von dem Polarisationsstrahlteiler (PBS) 40 reflektiert, um in einer linken oberen Richtung in 8 derart zu verlaufen, dass es in Richtung der Detektionseinheit 20B verläuft. Daher wird das gebeugte Licht ein Teil von gemultiplextem Licht (Interferenzlicht), das in die Detektionseinheit 20B eintritt (siehe die Doppellinie).
  • [Punkt P3]
  • Das S-polarisierte Licht, das von dem Polarisationsstrahlteiler (PBS) 40 in Richtung einer rechten unteren Seite in 8 reflektiert wurde, wird von dem Spiegel 30d derart reflektiert, dass es nach unten in 8 verläuft, und tritt anschließend in die Detektionsoberfläche 50a der Skala 50 ein. Anschließend verläuft das gebeugte Licht negativer erster Ordnung in einer Richtung negativer erster Ordnung, d.h. in einer linken oberen Richtung in 8. Daher wird gebeugtes Licht negativer erster Ordnung erhalten, das Phaseninformationen an Punkt P3 beinhaltet. Das gebeugte Licht negativer erster Ordnung, das von der Detektionsoberfläche 50a der Skala 50 in einer linken oberen Richtung in 8 verläuft, tritt in die reflektierende Wellenlängenplatte 32d derart ein, dass es reflektiert wird, um entgegengesetzt in einer rechten unteren Richtung in 8 zu verlaufen. Die Polarisationsrichtung des S-polarisierten Lichts, das in die reflektierende Wellenlängenplatte 32d eingetreten ist, wird um 90 Grad von der reflektierenden Wellenlängenplatte 32d verändert, so dass das S-polarisierte Licht in P-polarisiertes Licht umgewandelt wird, und wird reflektiert.
  • Gebeugtes Licht negativer erster Ordnung des P-polarisierten Lichts, das von der reflektierenden Wellenlängenplatte 32d reflektiert wurde, um in einer rechten unteren Richtung in 8 zu verlaufen, tritt in die Detektionsoberfläche 50a der Skala 50 ein. Anschließend verläuft ein gebeugtes Licht negativer erster Ordnung des gebeugten Lichts negativer erster Ordnung in einer Richtung negativer erster Ordnung, d.h. nach oben in 8. Daher wird gebeugtes Licht erhalten, das die Phaseninformationen an Punkt P3 beinhaltet. Das gebeugte Licht, das von der Skala 50 nach oben in 8 verläuft, tritt in den Spiegel 30d ein. Das gebeugte Licht, das von dem Spiegel 30d reflektiert wird, um in einer linken oberen Richtung in 8 zu verlaufen, tritt in den Polarisationsstrahlteiler (PBS) 40 ein. Das heißt, dass das P-polarisierte Licht, das von der reflektierenden Wellenlängenplatte 32d reflektiert wurde, entgegengesetzt entlang eines optischen Pfads verläuft, entlang dessen das S-polarisierte Licht verlaufen ist, das durch den Polarisationsstrahlteiler (PBS) 40 gelaufen ist.
  • Da das gebeugte Licht, das in den Polarisationsstrahlteiler (PBS) 40 eingetreten ist, das P-polarisierte Licht ist, durchläuft das gebeugte Licht den Polarisationsstrahlteiler (PBS) 40 derart, dass es in Richtung der Detektionseinheit 20B verläuft. Daher wird das gebeugte Licht ein Teil des gemultiplexten Lichts (Interferenzlicht), das in die Detektionseinheit 20B eintritt (siehe die Doppellinie).
  • Mit der vorstehend beschriebenen Konfiguration, in der vierten Ausführungsform, erzeugt die erste Detektionseinheit 20A ein Detektionssignal „P1 + P4“ beim Empfang des gemultiplexten Lichts (Interferenzlicht), das die Phaseninformationen an Punkt P1 und die Phaseninformationen an Punkt P4 beinhaltet. In ähnlicher Weise erzeugt die zweite Detektionseinheit 20B ein Detektionssignal „P2 + P3“ beim Empfang des gemultiplexten Lichts (Interferenzlicht), das die Phaseninformationen an Punkt P2 und die Phaseninformationen an Punkt P3 beinhaltet. Durch ein Berechnen einer Differenz zwischen diesen Detektionssignalen ist es möglich, eine Information „(P1 + P4) - (P2 + P3)“ zu erhalten.
  • Dies kann umgeschrieben werden zu „(P4 - P3) - (P2 - P1)“. Daher ist es möglich, ähnlich zu der vorstehend beschriebenen ersten bis dritten Ausführungsform, die Differenz „(P4 - P3) - (P2 - P1)“ zwischen den Differenzen von den Stücken von Phaseninformationen zu erhalten, was eine Differenz zwischen der Differenz (P4- P3) in der zweiten Region und der Differenz (P2 - P1) in der ersten Region ist. Unter Verwendung hiervon ist es möglich, eine absolute Position in der Richtung einer X-Achse in Bezug auf die Skala 50 zu detektieren.
  • In der vorliegenden Ausführungsform werden das gebeugte Licht positiver erster Ordnung und das gebeugte Licht negativer erster Ordnung eingesetzt. Dies ist jedoch ein Beispiel. Alternativ kann gebeugtes Licht zweiter oder höherer Ordnung eingesetzt werden. Die Ordnung von gebeugtem Licht, das in dem optischen Pfad zwischen der ersten Lichtquelle 10A und der ersten Detektionseinheit 20A verwendet wird, und die Ordnung von gebeugtem Licht, das in dem optischen Pfad zwischen der zweiten Lichtquelle 10B und der zweiten Detektionseinheit 20B verwendet wird, können unterschiedlich sein.
  • Das heißt, dass die erste Detektionseinheit 20A gebeugtes Licht positiver oder negativer M-ter Ordnung empfängt (M ist eine ganze Zahl gleich oder größer als 1), das erhalten wird, indem veranlasst wird, dass polarisiertes Licht von Licht von der ersten Lichtquelle 10A in das Beugungsgitter an einem Punkt (P1) eintritt, sowie gebeugtes Licht negativer oder positiver M-ter Ordnung empfängt, das erhalten wird, indem veranlasst wird, dass polarisiertes Licht von dem Licht von der ersten Lichtquelle 10A in das Beugungsgitter an dem anderen Punkt (P4) eintritt, wohingegen die zweite Detektionseinheit 20B gebeugtes Licht positiver oder negativer N-ter Ordnung empfängt (N ist eine ganze Zahl gleich oder größer als 1), das erhalten wird, indem veranlasst wird, dass polarisiertes Licht von Licht von der zweiten Lichtquelle 10B in das Beugungsgitter an einem Punkt (P2) eintritt, sowie gebeugtes Licht negativer oder positiver N-ter Ordnung empfängt, das erhalten wird, indem veranlasst wird, dass polarisiertes Licht von dem Licht von der zweiten Lichtquelle 10B in das Beugungsgitter an dem anderen Punkt (P3) eintritt.
  • (Zusammenfassung von Ausführungsformen)
  • Die verschiedenen vorstehend beschriebenen Ausführungsformen können wie folgt zusammengefasst werden.
  • Die Detektionsvorrichtung 2 beinhaltet den einzelnen Kopf 4, der die Lichtquelle 10 (10A, 10B: in der vierten Ausführungsform) und die Detektionseinheit 20 (20A, 20B: in der vierten Ausführungsform) beinhaltet zum Empfangen von gemultiplextem Licht (Interferenzlicht) von gebeugtem Licht, das erhalten wird, indem veranlasst wird, dass Licht von der Lichtquelle in zwei ersten Punkten eintritt, die sich auf dem Beugungsgitter befinden und um eine bestimmte Distanz voneinander separiert sind, und von gebeugtem Licht, das erhalten wird, indem veranlasst wird, dass das Licht von der Lichtquelle in zwei zweiten Punkten eintritt, die sich auf dem Beugungsgitter befinden, die um die bestimmte Distanz voneinander separiert sind, und die zumindest einen Punkt beinhalten, der von den zwei ersten Punkten verschieden ist.
  • Hier entsprechen die ersten zwei Punkte, die sich auf dem Beugungsgitter befinden und voneinander um die bestimmte Distanz separiert sind, dem Punkt P1 und Punkt P2, die voneinander um die Distanz L1 separiert sind. Währenddessen entsprechen die zwei zweiten Punkte, die sich auf dem Beugungsgitter befinden, die voneinander um die bestimmte Distanz separiert sind, und die zumindest einen Punkt beinhalten, der von den ersten zwei Punkten verschieden ist, dem Punkt P3 (oder P2: in der dritten Ausführungsform) und Punkt P4, die voneinander um die bestimmte Distanz L1 separiert sind.
  • Das Beugungsgitter beinhaltet zwei Regionen (die erste Region R1 zwischen P1 und P2 und die zweite Region zwischen P3 (P2) und P4, wobei alle voneinander um die bestimmte Distanz L1 separiert sind und alle zumindest teilweise Gitterintervalllängen aufweisen. Damit ist es möglich, eine absolute Position auf dem Beugungsgitter basierend auf dem gemultiplexten Licht (Interferenzlicht) zu detektieren, das von der Detektionseinheit 20 empfangen wurde.
  • Mit dieser Konfiguration ist es möglich, eine kleine Detektionsvorrichtung 2 vorzusehen, die fähig ist, eine akkurate absolute Position mit einem einzelnen Kopf zu detektieren. Dies ermöglicht eine platzsparende Anordnung, die frei von Problemen ist, wie zum Beispiel dem Auftreten von elektrischem Rauschen und einer Limitierung auf einer Installationsposition.
  • Insbesondere, da die bestimmte Detektionseinheit 20 (20A, 20B) gemultiplextes Licht von Strahlen von Licht empfängt, die Stücke von Phaseninformationen beinhalten, die an den Beugungspunkten P1, P2, P3 und P4 (P1 und P4, P2 und P3) erhalten werden, ist es möglich, die absolute Position mit dem einzelnen Kopf 4 zu detektieren.
  • Die Detektionsvorrichtung 2 gemäß jeder der ersten bis dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist wie folgt konfiguriert.
  • Das heißt, dass der Kopf 4 die Lichtquelle 10, deren Anzahl eins ist, und die Detektionseinheit 20, deren Anzahl eins ist, beinhaltet, und eine absolute Position auf dem Beugungsgitter kann basierend auf gemultiplextem Licht (Interferenzlicht) eines ersten gebeugten Lichts und eines zweiten gebeugten Licht detektiert werden, wobei das erste gebeugte Licht ein erstes gebeugtes Licht negativer oder positiver M-ter Ordnung ist, das erhalten wird, indem veranlasst wird, dass polarisiertes Licht von Licht der Lichtquelle 10 in einer ersten Region, die sich zwischen den zwei ersten Punkten (P1, P2) befindet, die voneinander um die bestimmte Distanz L1 separiert sind, des Beugungsgitters an einem (P1) der zwei ersten Punkte eintritt, und indem veranlasst wird, dass das resultierende gebeugte Licht positiver oder negativer M-ter Ordnung (M ist eine ganze Zahl gleich oder größer als 1) an dem anderen (P2) der zwei ersten Punkte in das Beugungsgitter eintritt, wobei das zweite gebeugte Licht ein zweites gebeugtes Licht negativer oder positiver M-ter Ordnung ist, das erhalten wird, indem veranlasst wird, dass polarisiertes Licht des Lichts von der Lichtquelle 10 in der zweiten Region, die sich zwischen zwei zweiten Punkten (P3(P2), P4) befindet, die voneinander um die bestimmte Distanz L1 separiert sind, des Beugungsgitters an einem (P3 (P2)) der zwei zweiten Punkte eintritt, und indem veranlasst wird, dass das resultierende gebeugte Licht positiver oder negativer M-ter Ordnung in das Beugungsgitter an dem anderen (P4) der zwei zweiten Punkte eintritt.
  • Mit einer solchen Konfiguration ist es möglich, eine absolute Position auf dem Beugungsgitter mit dem kompakten Kopf 4 zu detektieren, der die einzelne Lichtquelle 10 und die einzelne Detektionseinheit 20 beinhaltet.
  • Die Detektionsvorrichtung 2 gemäß der vierten Ausführungsform ist wie folgt konfiguriert.
  • Das heißt, dass der Kopf 4 die erste Lichtquelle 10A und die erste Detektionseinheit 20A beinhaltet, die mit der ersten Lichtquelle 10A assoziiert ist, und die zweite Lichtquelle 10B und die zweite Detektionseinheit 20B beinhaltet, die mit der zweiten Lichtquelle 10B assoziiert ist, und eine absolute Position auf dem Beugungsgitter basierend auf einer Differenz zwischen Detektionssignalen der ersten Detektionseinheit 20A und der zweiten Detektionseinheit 20B detektiert werden kann, wobei das Detektionssignal der ersten Detektionseinheit 20A ein Detektionssignal ist, das die erste Detektionseinheit 20A generiert beim Empfang von gemultiplextem Licht (Interferenzlicht) von gebeugtem Licht positiver oder negativer M-ter Ordnung (M ist eine ganze Zahl, die gleich oder größer als 1 ist), das erhalten wird, indem veranlasst wird, dass polarisiertes Licht von Licht von der ersten Lichtquelle 10A in die erste Region, die sich zwischen zwei ersten Punkten (P1, P4) befindet, die voneinander um eine bestimmte Distanz (2L1 + 1) separiert sind, des Beugungsgitters an einem (P1) der zwei ersten Punkte eintritt, und von gebeugtem Licht negativer oder positiver M-ter Ordnung, das erhalten wird, indem veranlasst wird, dass polarisiertes Licht des Lichts von der ersten Lichtquelle 10A an dem anderen (P4) der zwei ersten Punkte in das Beugungsgitter eintritt, wobei das Detektionssignal der zweiten Detektionseinheit 20B ein Detektionssignal ist, das die zweite Detektionseinheit 20B generiert beim Empfang von gemultiplextem Licht (Interferenzlicht) von gebeugtem Licht positiver oder negativer N-ter Ordnung (N ist eine ganze Zahl, die gleich oder größer 1 ist), das erhalten wird, indem veranlasst wird, dass polarisiertes Licht von Licht von der zweiten Lichtquelle 10B in eine zweite Region, die sich zwischen zwei zweiten Punkten (P2, P3) befindet, die voneinander um eine bestimmte Distanz (L2) separiert sind, des Beugungsgitters an einem (P2) der zwei zweiten Punkte eintritt, und von gebeugtem Licht negativer oder positiver N-ter Ordnung, das erhalten wird, indem veranlasst wird, dass polarisiertes Licht des Lichts von der zweiten Lichtquelle 10B in das Beugungsgitter an dem anderen (P3) der zwei zweiten Punkte eintritt.
  • Mit dieser Konfiguration, die die Lichtquellen 10A, 10B und die Detektionseinheiten 20A, 20B beinhalten, die individuell vorgesehen sind, ist es möglich, eine höchst zuverlässige Detektionsvorrichtung 2 bereitzustellen, ohne eine Notwendigkeit eines optischen Elements, wie zum Beispiel eines Spiegels, zum Veranlassen, dass gebeugtes Licht von dem Beugungsgitter erneut in das Beugungsgitter eintritt.
  • Das vorstehend beschriebene alternative Beispiel kann nicht nur auf die in 5 gezeigte erste Ausführungsform angewendet werden, sondern auch auf die in 6 gezeigte zweite Ausführungsform. In diesem Fall tritt, sowohl in Strahlen von P- und S-polarisiertem Licht, ein Licht positiver erster Ordnung in die Detektionsoberfläche 50a der Skala 50 in einer dazu vertikalen Richtung ein, und ein Licht negativer erster Ordnung verläuft von der Detektionsoberfläche 50a der Skala 50 in einer dazu vertikalen Richtung. Daher tritt, selbst wenn sich die Detektionsoberfläche 50a der Skala 50 in einer oberen oder unteren Richtung in der Zeichnung bewegt, ein Licht negativer erster Ordnung immer in die Detektionseinheit 20 ein.
  • Entsprechend kann es, selbst wenn sich ein Abstand der Detektionsoberfläche 50a der Skala 50 verändert, absorbiert werden und eine präzise Detektion kann sicher durchgeführt werden.
  • Im Vorstehenden wurden die Ausführungsformen und Aspekte der vorliegenden Erfindung erklärt. Details der Inhalte der vorliegenden Offenbarung können jedoch modifiziert werden. Die Elemente der Ausführungsformen und Aspekte können in verschiedenen Weisen kombiniert werden und die Reihenfolgen davon können modifiziert werden, ohne von dem Umfang und den Ideen der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
  • Bezugszeichenliste
    • 2
    Detektionsvorrichtung
    4
    Kopf
    6
    Bewegungsmechanismus
    10
    Lichtquelle
    10A
    erste Lichtquelle
    10B
    zweite Lichtquelle
    20
    Detektionseinheit
    20A
    erste Detektionseinheit
    20B
    zweite Detektionseinheit
    30a bis 30d
    Spiegel
    30b1, b2, c1, c2
    Spiegel
    32a bis 32d
    reflektierende Wellenlängenplatte
    40, 40a, 40b
    Polarisationsstrahlteiler (PBS)
    50
    Skala
    50a
    Detektionsoberfläche
    R1
    erste Region
    R2
    zweite Region
  • 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 2014134532 A [0003, 0004]

Claims (8)

  1. Detektionsvorrichtung, umfassend einen Kopf, der eine Lichtquelle und eine Detektionseinheit beinhaltet, die dazu konfiguriert ist, gemultiplextes Licht (Interferenzlicht) zu empfangen von gebeugtem Licht, das erhalten wird, indem veranlasst wird, dass Licht von der Lichtquelle in zwei ersten Punkten eintritt, die sich auf einem Beugungsgitter befinden und um eine bestimmte Distanz voneinander separiert sind, und von gebeugtem Licht, das erhalten wird, indem veranlasst wird, dass das Licht von der Lichtquelle in zwei zweiten Punkten eintritt, die sich auf dem Beugungsgitter befinden, die um eine bestimmte Distanz voneinander separiert sind, und die zumindest einen Punkt beinhalten, der von den zwei ersten Punkten verschieden ist, wobei das Beugungsgitter eine erste Region zwischen den zwei ersten Punkten, die um die bestimmte Distanz voneinander separiert sind, und eine zweite Region zwischen den zwei zweiten Punkten beinhaltet, die voneinander um die bestimmte Distanz separiert sind, wobei die ersten und zweiten Regionen zumindest teilweise verschiedene Gitterintervalllängen aufweisen, und wobei eine absolute Position auf dem Beugungsgitter basierend auf dem gemultiplexten Licht (Interferenzlicht) detektiert wird, das von der Detektionseinheit empfangen wird.
  2. Detektionsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Detektionseinheit, die ein bestimmtes einzelnes Element ist, das gemultiplexte Licht von Lichtstrahlen empfängt, die Stücke von Phaseninformationen beinhalten, die an entsprechenden Beugungspunkten erhalten werden.
  3. Detektionsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Kopf die Lichtquelle, deren Anzahl eins ist, und die Detektionseinheit, deren Anzahl eins ist, beinhaltet, und eine absolute Position auf dem Beugungsgitter basierend auf gemultiplextem Licht (Interferenzlicht) eines ersten gebeugten Lichts und eines zweiten gebeugten Lichts detektiert wird, wobei das erste gebeugte Licht ein erstes gebeugtes Licht negativer oder positiver M-ter Ordnung ist, das erhalten wird, indem veranlasst wird, dass polarisiertes Licht von Licht der Lichtquelle in einer ersten Region, die sich zwischen den zwei ersten Punkten befindet, die voneinander um eine bestimmte Distanz separiert sind, des Beugungsgitters an einem der zwei ersten Punkte eintritt, und indem veranlasst wird, dass ein resultierendes gebeugtes Licht positiver oder negativer M-ter Ordnung an einem anderen der zwei ersten Punkte in das Beugungsgitter eintritt, wobei das zweite gebeugte Licht ein zweites gebeugtes Licht negativer oder positiver M-ter Ordnung ist, das erhalten wird, indem veranlasst wird, dass polarisiertes Licht des Lichts von der Lichtquelle in einer zweiten Region, die sich zwischen zwei zweiten Punkten befindet, die voneinander um eine bestimmte Distanz separiert sind, des Beugungsgitters an einem der zwei zweiten Punkte eintritt, und indem veranlasst wird, dass ein resultierendes gebeugtes Licht positiver oder negativer M-ter Ordnung in das Beugungsgitter an einem anderen der zwei zweiten Punkte eintritt, wobei M eine ganze Zahl ist, die gleich oder größer als 1 ist.
  4. Detektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Kopf die Lichtquelle beinhaltet, die eine erste Lichtquelle und eine zweite Lichtquelle beinhaltet, und die Detektionseinheit beinhaltet, die eine erste Detektionseinheit beinhaltet, die mit der ersten Lichtquelle assoziiert ist, und die eine zweite Detektionseinheit beinhaltet, die mit der zweiten Lichtquelle assoziiert ist, und eine absolute Position auf dem Beugungsgitter basierend auf einer Differenz zwischen Detektionssignalen der ersten Detektionseinheit und der zweiten Detektionseinheit detektiert wird, wobei das Detektionssignal der ersten Detektionseinheit ein Detektionssignal ist, das die erste Detektionseinheit generiert beim Empfang von gemultiplextem Licht (Interferenzlicht) von gebeugtem Licht positiver oder negativer M-ter Ordnung, das erhalten wird, indem veranlasst wird, dass polarisiertes Licht von Licht von der ersten Lichtquelle in eine erste Region, die sich zwischen zwei ersten Punkten befindet, die voneinander um eine bestimmte Distanz separiert sind, des Beugungsgitters an einem der zwei ersten Punkte eintritt, und von gebeugtem Licht negativer oder positiver M-ter Ordnung, das erhalten wird, indem veranlasst wird, dass polarisiertes Licht des Lichts von der ersten Lichtquelle an einem anderen der zwei ersten Punkte in das Beugungsgitter eintritt, wobei das Detektionssignal der zweiten Detektionseinheit ein Detektionssignal ist, das die zweite Detektionseinheit generiert beim Empfang von gemultiplextem Licht (Interferenzlicht) von gebeugtem Licht positiver oder negativer N-ter Ordnung, das erhalten wird, indem veranlasst wird, dass polarisiertes Licht von Licht von der zweiten Lichtquelle in eine zweite Region, die sich zwischen zwei zweiten Punkten befindet, die voneinander um eine bestimmte Distanz separiert sind, des Beugungsgitters an einem der zwei zweiten Punkte eintritt, und von gebeugtem Licht negativer oder positiver N-ter Ordnung, das erhalten wird, indem veranlasst wird, dass polarisiertes Licht des Lichts von der zweiten Detektionseinheit in das Beugungsgitter an einem anderen der zwei zweiten Punkte eintritt, wobei M und N ganze Zahlen sind, die gleich oder größer als 1 sind.
  5. Detektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Beugungsgitter ein Gittermuster aufweist, mit dem eine einzelne absolute Position basierend auf einer Differenz in einer Gitterintervalllänge bestimmt wird, sogar in einem Fall, in dem sich die zwei ersten und zweiten Regionen an jeglichen Orten auf dem Beugungsgitter befinden.
  6. Detektionsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei das Gittermuster des Beugungsgitters eine Dichte aufweist, die mit zunehmender Nähe von einem Ende in Richtung eines Zentrums zunimmt und mit zunehmender Nähe von dem Zentrum in Richtung eines anderen Endes abnimmt.
  7. Detektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei Stücke von Phaseninformationen auf dem Gitter basierend auf den Gitterintervalllängen bestimmt werden, wobei die Stücke von Phaseninformationen aus Strahlen von gebeugtem Licht an zwei Punkten erhalten werden, die sich auf jeder der zwei ersten und zweiten Regionen befinden und voneinander um die bestimmte Distanz separiert sind, und wobei eine absolute Position auf dem Beugungsgitter basierend auf einer Differenz zwischen Differenzen detektiert wird, die von den Stücken von Phaseninformationen erhalten werden, die von den Strahlen von gebeugtem Licht erhalten werden.
  8. Detektionsvorrichtung nach Anspruch 7, wobei jedes der Stücke von Phaseninformationen auf dem Gitter durch einen kubischen Ausdruck angenähert wird, und wobei die Differenz zwischen den Differenzen, die von den Stücken von Phaseninformationen erhalten werden, die von den Strahlen gebeugtem Licht erhalten werden, durch einen linearen Ausdruck angenähert wird.
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