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OUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
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Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der japanischen Anmeldung Nr.
JP 2019-071 201 (Offenlegungsschrift
JP 2020-169 883 A ), eingereicht am Mittwoch, 3. April 2019, deren Offenbarung hiermit ausdrücklich durch Bezugnahme in ihrer Gänze hierin einbezogen wird.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine optische Kodiervorrichtung.
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2. Stand der Technik
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Eine konventionelle optische Kodiervorrichtung umfasst einen Maßstab, der entlang einer Messrichtung ein Skalenmuster aufweist, einen Lesekopf, der dem Maßstab gegenübersteht und sich relativ zum Maßstab entlang der Messrichtung bewegt, und einen Rechner, der ein Signal in Abhängigkeit der relativen Verschiebung zwischen Maßstab und Lesekopf berechnet. Der Lesekopf weist eine Lichtquelle auf, die Licht auf den Maßstab emittiert, und eine Bildaufnahmeeinrichtung, die ein Bild des Lichts, das von der Lichtquelle über den Maßstab ankommt, aufnimmt.
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Beispielsweise sind als Verfahren zum Detektieren eines Betrags der relativen Verschiebung zwischen dem Maßstab und dem Lesekopf ein Zuwachsverfahren (im Folgenden auch INC-Verfahren) und ein Absolutverfahren (im Folgenden auch ABS-Verfahren) für optische Kodiervorrichtung bekannt. Das INC-Verfahren ist ein Verfahren, das eine Relativposition misst, indem ein Zuwachsmuster (im Folgenden auch INC-Muster), das ein Skalenmuster mit Skalenstrichen ist, die in gleichen Abständen auf einem Maßstab angeordnet sind, kontinuierlich detektiert wird, und wobei die Anzahl der detektierten Skalenstriche des INC-Musters hoch bzw. herunter gezählt wird. Das ABS-Verfahren ist ein Verfahren, bei dem ein Absolutmuster (im Folgenden auch ABS-Muster), das ein Skalenmuster mit Skalenstrichen ist, die zufällig auf einem Maßstab angeordnet sind, zu zweckmäßigen Zeitpunkten detektiert wird, wobei das ABS-Muster ausgewertet wird, um eine Absolutposition zu messen.
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Im ABS-Verfahren gibt es ein Verfahren zum Detektieren der Absolutposition aus dem durch die Bildaufnahmeeinrichtung aufgenommenen ABS-Muster, beispielsweise durch anordnen der Skalenstriche des ABS-Musters über die gesamte Länge des Maßstabs der optischen Kodiervorrichtung auf Grundlage eines Maximalfolge-Codes (Pseudozufallscode mit zwei Ebenen). Mit dem oben genannten Verfahren kann ein langes ABS-Muster entworfen werden. Da es jedoch weniger Skalenstriche zum Festlegen des Skalenmusters als beim INC-Muster gibt, kann die Detektionsgenauigkeit schlechter als beim INC-Verfahren sein.
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Im Gegensatz dazu verwendet eine in der japanischen Offenlegungsschrift Nr.
JP 2013-79 915 A beschriebene Kodiervorrichtung sowohl INC- als auch ABS-Detektionsverfahren, um die Detektionsgenauigkeit zu verbessern. Die Kodiervorrichtung umfasst einen zweispurigen Maßstab, der eine Zuwachsspur mit einem INC-Muster (im Folgenden auch INC-Spur) und eine Absolutspur mit einem ABS-Muster (im Folgenden auch ABS-Spur) aufweist. Das Licht wird von der Lichtquelle des Detektionskopfes (Lesekopf) auf die INC-Spur und die ABS-Spur emittiert. Das Licht, das über jede Spur ankommt, wird jeweils durch einen Lichtempfänger (Bildaufnahmeeinrichtung) empfangen, um das INC-Muster und das ABS-Muster zu detektieren und die Kodiervorrichtung berechnet Positionsinformationen auf Grundlage des jeweiligen Musters. Wenn jedoch eine Doppelspur verwendet wird, können aufgrund der Stellung des Lesekopfs und Unebenheiten des Maßstabs Fehler in der Positionsinformation der INC-Spur und der ABS-Spur auftreten und die Messergebnisse beeinflussen. Um solche Probleme zu vermeiden, müssen Fehler in der Positionsinformation der INC-Spur und der ABS-Spur korrigiert werden.
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Um das oben genannte Problem zu lösen verwendet eine in der japanischen Offenlegungsschrift Nr.
JP H05-71 984 A beschriebene Vorrichtung zum Messen einer Absolutposition (optische Kodiervorrichtung) eine einzelne Mischspur mit der Zuwachsspur (INC-Spur) und der Absolutspur (ABS-Spur), um die Positionsinformation zu bestimmen. Demnach verhindert die Vorrichtung zum Messen einer Absolutposition das Auftreten von Fehlern in der Positionsinformation der INC-Spur und der ABS-Spur aufgrund der Stellung des Lesekopfs und Unebenheiten des Maßstabs. Ferner behandelt die Vorrichtung zum Messen einer Absolutposition die INC-Spur und die ABS-Spur als eine Einzelspur, so dass die Anzahl der Spuren reduziert und die Vorrichtung verkleinert werden kann.
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Wenn jedoch die einzelne Mischspur aus INC-Spur und ABS-Spur (wie bei der in der japanischen Offenlegungsschrift Nr.
JP H05-71984 A beschriebene Vorrichtung zum Messen einer Absolutposition) verwendet wird, kann das INC-Muster ein unvollständiges INC-Muster mit weggelassenen Skalenstrichen sein. Demgemäß kann die Detektionsgenauigkeit im Vergleich mit der Verwendung eines herkömmlichen INC-Musters beeinträchtigt sein. Weitere gattungsgemäße optische Kodiervorrichtungen werden beispielsweise in der
US 2008/0 099 666 A1 , der
JP H08-43 133 A , der
US 2009/0 316 155 A1 und der
WO 2006/067 481 A offenbart.
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KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung stellt eine optische Kodiervorrichtung nach Anspruch 1 bereit, die eine einzelne Mischspur mit einem Absolutmuster und einem Zuwachsmuster ohne weggelassene Skalenstriche konfiguriert und erlaubt eine Verbesserung der Detektionsgenauigkeit von Positionsinformation. Weitere Aspekte der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche, der Zeichnungen und der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen.
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Eine optische Kodiervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine optische Kodiervorrichtung, umfassend einen Maßstab, der entlang einer Messrichtung ein Skalenmuster aufweist, einen Lesekopf, der dem Maßstab gegenübersteht und sich relativ zum Maßstab entlang der Messrichtung bewegt, und einen Rechner, der ein Signal in Abhängigkeit der relativen Verschiebung zwischen dem Maßstab und dem Lesekopf berechnet, wobei der Lesekopf eine Lichtquelle aufweist, die Licht auf den Maßstab emittiert, und eine Bildaufnahmeeinrichtung, die ein Bild aus dem Licht der Lichtquelle, das über den Maßstab ankommt, aufnimmt. Das von der Lichtquelle emittierte Licht umfasst ein erstes Licht einer vorgegebenen Wellenlänge und zweites Licht einer von der des ersten Lichts verschiedenen Wellenlänge. Das Skalenmuster umfasst einen ersten Skalenstrich, der verhindert, dass das erste Licht zur Bildaufnahmeeinrichtung geleitet wird, und der das zweite Licht zur Bildaufnahmeeinrichtung leitet, und einen vom ersten Skalenstrich verschiedenen zweiten Skalenstrich, der das erste Licht und das zweite Licht zur Bildaufnahmeeinrichtung leitet. Der zweite Skalenstrich ist entlang der Messrichtung angeordnet und bildet ein Absolutmuster, das eine absolute Position beschreibt. Der erste Skalenstrich ist entlang der Messrichtung angeordnet und bildet ein Zuwachsmuster, das eine relative Position beschreibt, indem das durch den zweiten Skalenstrich erzeugte Absolutmuster einbezogen wird, um den ersten Skalenstrich und den zweiten Skalenstrich zu kombinieren. Die Bildaufnahmeeinrichtung umfasst einen ersten Bildaufnahmeabschnitt, der ein Bild des Absolutmusters aufnimmt, das durch das erste Licht, welches über den zweiten Skalenstrich ankommt, erzeugt wird und einen zweiten Bildaufnahmeabschnitt, der ein Bild des Zuwachsmusters aufnimmt, das durch das zweite Licht, welches über den ersten Skalenstrich und den zweiten Skalenstrich ankommt, erzeugt wird. Der Rechner umfasst einen Absolutsignalerzeuger, der ein Absolutsignal aus dem durch den ersten Bildaufnahmeabschnitt aufgenommenen Absolutmuster erzeugt, einen Zuwachssignalerzeuger, der ein Zuwachssignal aus dem durch den zweiten Bildaufnahmeabschnitt aufgenommenen Zuwachsmuster erzeugt, und einen Positionsberechner, der aus dem Absolutsignal und dem Zuwachssignal eine Position des Lesekopfs relativ zum Maßstab berechnet.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung leitet der erste Skalenstrich das zweite Licht zur Bildaufnahmeeinrichtung und der zweite Skalenstrich leitet das erste Licht und das zweite Licht zur Bildaufnahmeeinrichtung. Der zweite Skalenstrich ist entlang der Messrichtung angeordnet und bildet das Absolutmuster, das die absolute Position beschreibt und der erste Skalenstrich ist entlang der Messrichtung angeordnet und bildet das Zuwachsmuster, das die relative Position beschreibt, indem das durch den zweiten Skalenstrich erzeugte Absolutmuster einbezogen wird, um den ersten Skalenstrich und den zweiten Skalenstrich zu kombinieren, und somit wird das Absolutmuster durch das erste Licht beschrieben und das Zuwachsmuster wird durch das zweite Licht beschrieben. Der erste Bildaufnahmeabschnitt nimmt ein Bild des Absolutmusters auf, das durch das erste Licht, welches über den zweiten Skalenstrich ankommt, erzeugt wird, und der zweite Bildaufnahmeabschnitt nimmt ein Bild des Zuwachsmusters auf, das durch das zweite Licht, welches über den ersten Skalenstrich und den zweiten Skalenstrich ankommt, erzeugt wird. Ferner umfasst der Rechner den Absolutsignalerzeuger, der das Absolutsignal aus dem durch den ersten Bildaufnahmeabschnitt aufgenommenen Absolutmuster erzeugt, und den Zuwachssignalerzeuger, der das Zuwachssignal aus dem durch den zweiten Bildaufnahmeabschnitt aufgenommenen Zuwachsmuster erzeugt, und der Rechner verwendet den Positionsberechner, um aus dem Absolutsignal und dem Zuwachssignal eine Position des Lesekopfs relativ zum Maßstab zu berechnen.
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In diesem Beispiel wird ein ABS-Verfahren verwendet, das eine absolute Position berechnet, indem beispielsweise Pseudozufallscode, der eine Kombination aus „1“ und „0“ in einem Signal mit einer Vielzahl von „1“ und „0“ ist, ausgewertet wird. Abhängig von einem Auswerteverfahren und einer Sorte Code umfassen Beispiele des Pseudozufallscode den Maximalfolge-Code, Gold-Folge-Code und Barker-Folge-Code. Im ABS-Verfahren ist das Skalenmuster über die gesamte Länge einer Einzelspur angeordnet, um die absolute Position gemäß dem Pseudozufallscode auszudrücken. Das Signal aus der Vielzahl von „1“ und „0“ wird aus einem durch die Bildaufnahmeeinrichtung auf einmal aufgenommenes Bild des Skalenmusters erhalten und die Kombinationen von „1“ und „0“ im Signal unterscheiden sich an jeder Position der einzelnen Spur voneinander. Daher kann die optische Kodiervorrichtung die absolute Position des Lesekopfs relativ zum Maßstab durch Auswerten der Kombinationen von „1“ und „0“ im Signal aus der Vielzahl von „1“ und „0“ berechnen. Der Absolutsignalerzeuger erzeugt ein Absolutsignal durch Auswerten der Kombinationen von 1" und „0“ im Signal aus der Vielzahl von „1“ und „0“ (beispielsweise wird das erste Licht als „1“ und das zweite Licht als „0“ definiert).
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Somit umfasst die optische Kodiervorrichtung den ersten Skalenstrich, der verhindert, dass das erste Licht zur Bildaufnahmeeinrichtung geleitet wird, und der das zweite Licht zur Bildaufnahmeeinrichtung leitet, und den zweiten Skalenstrich, der das erste Licht und das zweite Licht zur Bildaufnahmeeinrichtung leitet; und umfasst ferner den ersten Bildaufnahmeabschnitt, der das Bild des Absolutmusters aus dem ersten Licht aufnimmt, und den zweiten Bildaufnahmeabschnitt, der das Bild des Zuwachsmusters aus dem zweiten Licht aufnimmt, wodurch es ermöglicht wird, sowohl das Absolutsignal als auch das Zuwachssignal zu erhalten und die Position des Lesekopfs relativ zum Maßstab mit der Einzelspur zu berechnen. Entsprechend kann die optische Kodiervorrichtung die Detektionsgenauigkeit der Positionsinformation verbessern und die einzelne Mischspur aus Absolutmuster und Zuwachsmuster ohne weggelassene Skalenstriche bereitzustellen. Außerdem kann die optische Kodiervorrichtung verkleinert werden und Kosten reduzieren, da es keine separaten Spuren mehr für das Absolutmuster und das Zuwachsmuster notwendig sind.
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Erfindungsgemäß verhindert der erste Skalenstrich, dass das erste Licht zur Bildaufnahmeeinrichtung geleitet wird, indem er das erste Licht absorbiert, und leitet das zweite Licht zur Bildaufnahmeeinrichtung.
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Hier absorbiert der erste Skalenstrich das erste Licht, ohne beispielsweise Reflexion oder Brechung zu bewirken, und somit kann das erste Licht zuverlässig davon abgehalten werden, zur Bildaufnahmeeinrichtung geleitet zu werden. Demgemäß kann die optische Kodiervorrichtung eine Detektionsgenauigkeit verbessern.
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Vorzugsweise hat der erste Skalenstrich eine Nanoimprint-Struktur, wobei die Struktur das erste Licht daran hindert, zur Bildaufnahmeeinrichtung geleitet zu werden, und das zweite Licht zur Bildaufnahmeeinrichtung leitet.
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In diesem Beispiel gibt es Licht einer Wellenlänge mit einer Eigenschaft, dass, wenn ein vorgegebenes Nanomuster eingefügt wird, das Licht durch das Nanomuster absorbiert wird. Nanoimprint ist eine Technologie aus dem Gebiet der Halbleiter zum Übertragen eines Nanomusters durch Pressen einer Originalplatte, au der das Nanomuster eingraviert ist, auf ein Substrat. Gemäß dem Aufbau der vorliegenden Erfindung, wird ein Nanomuster durch Nanoimprint im ersten Skalenstrich gebildet, wobei das Nanomuster eine Struktur aufweist, die verhindert, dass das erste Licht zur Bildaufnahmeeinrichtung geleitet wird, und die das zweite Licht zur Bildaufnahmeeinrichtung leitet, und ist das erste Licht das Licht der Wellenlänge mit der Eigenschaft, dass, wenn das vorgegebene Nanomuster eingefügt wird, das Licht durch das Nanomuster absorbiert wird. Daher ist es möglich problemlos den ersten Skalenstrich zu bilden, der das erste Licht daran hindern kann, zur Bildaufnahmeeinrichtung geleitet zu werden. Weil das Nanomuster im ersten Skalenstrich durch Nanoimprint gebildet ist, kann das Nanomuster ohne Verwendung einer Belichtungsvorrichtung übertragen werden. Demnach kann die vorliegende Erfindung Kosten reduzieren.
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Vorzugsweise nimmt der zweite Bildaufnahmeabschnitt Bilder auf, indem er den Bildaufnahmezeitpunkt gegenüber dem Zeitpunkt, zu dem der erste Bildaufnahmeabschnitt Bilder aufnimmt, verschiebt.
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Mit diesem Aufbau kann der zweite Bildaufnahmeabschnitt Bilder des Absolutmusters und des Zuwachsmusters mittels einer einzelnen Bildaufnahmeeinrichtung aufnehmen, beispielsweise, indem der Bildaufnahmezeitpunkt gegenüber dem Zeitpunkt, zu dem der erste Bildaufnahmeabschnitt Bilder aufnimmt, verschoben wird. Demnach kann die optische Kodiervorrichtung Kosten reduzieren.
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Die Lichtquelle umfasst vorzugsweise eine erste Lichtquelle, die Licht der vorgegebenen Wellenlänge auf den Maßstab emittiert, und eine zweite Lichtquelle, die Licht einer von der des ersten Lichts verschiedenen Wellenlänge auf den Maßstab emittiert.
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Die Lichtquelle umfasst die erste Lichtquelle, die Licht der vorgegebenen Wellenlänge auf den Maßstab emittiert, und die zweite Lichtquelle, die Licht der von der des ersten Lichts verschiedenen Wellenlänge auf den Maßstab emittiert, und somit kann die Bildaufnahmeeinrichtung beispielsweise separat Bilder des Zuwachsmusters und des Absolutmusters aufnehmen. Ferner kann der erste Bildaufnahmeabschnitt ein Bild des Absolutmusters aufnehmen und der zweite Bildaufnahmeabschnitt kann ein Bild des Zuwachsmusters aufnehmen, was jeweils zuverlässig zu vorgegebenen Zeitpunkten geschieht.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die vorliegende Erfindung wird ferner in der folgenden ausführlichen Beschreibung beschrieben, wobei Bezug auf die Vielzahl der Zeichnungen genommen wird, die beispielhafte nicht einschränkende Ausführungsformen der Erfindung darstellen, in denen gleiche Bezugszeichen in den verschiedenen Ansichten der Zeichnungen ähnliche Teile bezeichnen, und wobei
- 1 ist eine perspektivische Ansicht einer optischen Kodiervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 2A und 2B sind perspektivische Ansichten, die einen ersten Skalenstrich und einen zweiten Skalenstrich der optischen Kodiervorrichtung illustrieren;
- 3 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Skalenmuster der optischen Kodiervorrichtung illustriert;
- 4 ist ein Blockschaltbild, das die optische Kodiervorrichtung illustriert;
- 5 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Berechnen einer Position der optischen Kodiervorrichtung;
- 6 ist eine perspektivische Ansicht einer optischen Kodiervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 7 ist eine perspektivische Ansicht einer optischen Kodiervorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
- 8A und 8B sind perspektivische Ansichten optischer Kodiervorrichtungen gemäß Abwandlungen.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die hierin gezeigten Einzelheiten sind beispielhaft und dienen nur dem Zweck der Veranschaulichung der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und werden mit der Absicht vorgelegt, eine als am nützlichsten erachtete und einfach zu verstehende Beschreibung der Prinzipien und konzeptionellen Aspekte der vorliegenden Erfindung zu liefern. Es wird daher nicht versucht, die strukturellen Details der vorliegenden Erfindung detaillierter darzustellen als es für das grundsätzliche Verständnis der vorliegenden Erfindung notwendig ist. Die Beschreibung und die Zeichnungen verdeutlichen dem Fachmann, wie die vorliegende Erfindung ausgeführt werden kann.
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Erstes Ausführungsbeispiel
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Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 1 bis 5 beschrieben.
In jeder der Zeichnungen wird eine lange Richtung des Maßstabs 2 einer optischen Kodiervorrichtung 1 als X-Richtung, eine kurze Richtung als Y-Richtung und eine Höhe als Z-Richtung dargestellt. Im Folgenden wird die Beschreibung lediglich die Begriffe X-Richtung, Y-Richtung und Z-Richtung verwenden. 1 ist eine perspektivische Ansicht der optischen Kodiervorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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Wie in 1 dargestellt umfasst die optische Kodiervorrichtung 1 den langen Maßstab 2 und einen Lesekopf 3, der dem Maßstab 2 gegenübersteht und sich relativ zum Maßstab 2 entlang der X-Richtung (Messrichtung bewegt) Die optische Kodiervorrichtung ist ein Lineargeber, der in einem Linearmaßstab verwendet wird, der eine nicht in den Zeichnungen gezeigte Messvorrichtung ist. Die optische Kodiervorrichtung 1 ist innerhalb des Linearmaßstabs angeordnet. Der Linearmaßstab detektiert eine Position des Lesekopfs 3 relativ zum Maßstab 2 indem der Lesekopf relativ zum Maßstab 2 entlang der X-Richtung (Messrichtung) bewegt wird und gibt das Messergebnis an eine Anzeigeeinrichtung wie beispielsweise eine Flüssigkristallanzeige (LCD) aus, die in den Zeichnungen nicht dargestellt ist. Der Lesekopf 3 weist eine Lichtquelle auf, die Licht auf den Maßstab 2 emittiert, und eine Bildaufnahmeeinrichtung 5, die ein Bild aus dem Licht der Lichtquelle 4, das über den Maßstab 2 ankommt, aufnimmt. Der Lesekopf 3 kann in X-Richtung relativ zum Maßstab vor und zurück bewegt werden. Die Lichtquelle 4 und die Bildaufnahmeeinrichtung 5 sind konfiguriert, als Ganzes relativ zum Maßstab 2 bewegt zu werden.
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Der Maßstab 2 ist beispielsweise aus Glas gefertigt und weist ein periodisches Skalenmuster 20 auf, das entlang der X-Richtung (Messrichtung) auf einer Oberfläche angeordnet ist. Das Skalenmuster 20 ist reflektierender Sorte. Das Skalenmuster 20 ist ein reflektierender Abschnitt, der Licht der Lichtquelle 4 reflektiert. Eine Basis 200 des Maßstabs 2, die nicht zusammen mit dem Skalenmuster 20 bereitgestellt wird, ist ein nicht reflektierender Teil, der das Licht nicht reflektiert. Das Skalenmuster 20 umfasst einen ersten Skalenstrich 21 und einen zweiten Skalenstrich 22 und der erste Skalenstrich 21 und der zweite Skalenstrich 22 sind parallel zueinander entlang der X-Richtung in vorgegebenen Abständen p angeordnet.
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Die Lichtquelle 4 emittiert das Licht auf den Maßstab 2, wobei das Licht ein erstes Licht einer vorgegebenen Wellenlänge und zweites Licht einer von der des ersten Lichts verschiedenen Wellenlänge umfasst. Die Lichtquelle 4 umfasst eine erste Lichtquelle 41, die das erste Licht auf den Maßstab 2 emittiert, und eine zweite Lichtquelle 42, die das zweite Licht auf den Maßstab 2 emittiert. Das erste Licht ist beispielsweise infrarotes Licht einer bestimmten Wellenlänge λ und die erste Lichtquelle 41 eine beispielsweise Infrarot-Lichtquelle, die Licht der bestimmten Wellenlänge λ emittiert. Das zweite Licht ist beispielsweise Licht einer anderen Wellenlänge als die bestimmte Wellenlänge λ und die zweite Lichtquelle 42 ist beispielsweise eine Leuchtdiode (LED). Die erste Lichtquelle 41 und die zweite Lichtquelle 42 sind mit geeigneten Winkeln zum Emittieren von Licht auf den Maßstab 2 angeordnet. Die erste Lichtquelle 41 kann eine beliebige Lichtquelle sein, die Licht der bestimmten Wellenlänge emittieren kann. Die zweite Lichtquelle 42 ist nicht auf LED beschränkt und es kann stattdessen eine beliebige Lichtquelle verwendet werden, die Licht der Wellenlänge, die sich von der Wellenlänge der ersten Lichtquelle 41 unterscheidet, emittieren kann.
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Eine Photodiodenanordnung („photo diode array“, PDA) wird als Bildaufnahmeeinrichtung 5 (auch bezeichnet als Kamera, Bildgeber, Bilddetektor, Detektor, und/oder Aufnahmevorrichtung) verwendet. Die Bildaufnahmeeinrichtung 5 ist nicht auf eine PDA beschränkt und kann jede beliebige geeignete Aufnahmevorrichtung wie beispielsweise einen positionsempfindlichen Detektor (PSD), einen „Complementary Metal Oxide Semiconductor“ (CMOS) Sensor, einen „Charge-Coupled Device“ (CCD) und dergleichen verwenden. Die Bildaufnahmeeinrichtung 5 umfasst einen ersten Bildaufnahmeabschnitt 51 (auch als erste Bilderfassungsregion, -bereich, -element, und/oder -sektion bezeichnet), der ein Bild des Absolutmusters (Skalenmuster 20) aufnimmt, das durch das erste Licht, welches über den zweiten Skalenstrich 22 ankommt, erzeugt wird, und einen zweiten Bildaufnahmeabschnitt 52 (auch als zweite Bilderfassungsregion, -bereich, -element, und/oder -sektion bezeichnet), der ein Bild des Zuwachsmusters (Skalenmuster 20) aufnimmt, das durch das zweite Licht, welches über den ersten Skalenstrich 21 und den zweiten Skalenstrich 22 ankommt, erzeugt wird. Das Verhältnis zwischen dem ersten Skalenstrich 21 und dem zweiten Skalenstrich 22 und zwischen dem Absolutmuster und dem Zuwachsmuster wird später beschrieben.
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Die Bildaufnahmeeinrichtung 5 ist in einer +Z-Richtung (nach oben in der Papierebene der Zeichnung) des Maßstabs 2 überlappend mit dem Maßstab 2 angeordnet. Der erste Bildaufnahmeabschnitt 51 und der zweite Bildaufnahmeabschnitt 52 sind in X-Richtung (Messrichtung) parallel zu einander angeordnet. In anderen Worten, der erste Bildaufnahmeabschnitt 51 ist an einer Position angeordnet, wo das Licht der ersten Lichtquelle 41, das über den Maßstab 2 ankommt, aufgenommen werden kann, und der zweite Bildaufnahmeabschnitt 52 ist an einer Position angeordnet, wo das Licht der zweiten Lichtquelle 42, das über den Maßstab 2 ankommt, aufgenommen werden kann. Der erste Bildaufnahmeabschnitt 51 und der zweite Bildaufnahmeabschnitt 52 können auch in Y-Richtung parallel zueinander angeordnet werden oder in Z-Richtung versetzt zueinander angeordnet werden, solange der erste Bildaufnahmeabschnitt 51 das Licht der ersten Lichtquelle 41 aufnehmen kann und der zweite Bildaufnahmeabschnitt 52 das Licht der zweiten Lichtquelle 42 aufnehmen kann. Wie der erste Bildaufnahmeabschnitt 51 und der zweite Bildaufnahmeabschnitt 52 im Lesekopf 3 angeordnet sind ist ein konstruktiver Aspekt.
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2A und 2B sind perspektivische Ansichten, die den ersten Skalenstrich 21 und den zweiten Skalenstrich 22 der optischen Kodiervorrichtung 1 illustrieren. Insbesondere ist 2a eine perspektivische Ansicht des ersten Skalenstrichs 21 und 2B eine perspektivische Ansicht des zweiten Skalenstrichs 22. Der erste Skalenstrich 21 verhindert, dass das erste Licht zur Bildaufnahmeeinrichtung 5 geleitet wird, und leitet das zweite Licht zur Bildaufnahmeeinrichtung 5. Wie in 2A gezeigt ist der erste Skalenstrich 21 mit einem Nanomuster N mit winzigen unebenen Strukturen ausgebildet. Das Nanomuster N wir durch ein Nanoimprint-Verfahren gebildet. Das Nanomuster N hat eine Eigenschaft, dass es Licht der bestimmten Wellenlänge λ, das im Licht der Lichtquelle 4 enthalten ist, absorbiert. Insbesondere hat das Nanomuster N gemäß Berechnung auf Basis von elektromagnetischer Optik eine Struktur mit einer Eigenschaft, dass es Licht der bestimmten Wellenlänge λ durch Mie-Resonanz absorbiert.
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Daher wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Beschreibung gegeben, in der das Licht der bestimmten Wellenlänge λ, die durch das Nanomuster absorbiert wird, als das erste Licht definiert wird, und in der das Licht der von der bestimmten Wellenlänge λ verschiedenen Wellenlänge als das zweite Licht definiert wird. Der erste Skalenstrich 21 ist beispielsweise ein Metallfilm, der Licht reflektiert. Der erste Skalenstrich 21 absorbiert das erste Licht mit dem Nanomuster N, während er das zweite Licht reflektiert und zur Bildaufnahmeeinrichtung 5 leitet. Der zweite Skalenstrich 22 ist beispielsweise ein Metallfilm, der Licht reflektiert, und hat kein Nanomuster N, wie es der erste Skalenstrich 21 aufweist, wie in 2B gezeigt ist. Da der zweite Skalenstrich 22 kein Nanomuster N aufweist, leitet der zweite Skalenstrich 22 Licht zur Bildaufnahmeeinrichtung 5, indem er das erste Licht und das zweite Licht reflektiert, ohne das erste Licht zu absorbieren. Der erste Skalenstrich 21 und der zweite Skalenstrich 22 müssen keine Metallfilme sein und können jede beliebige Komponente sein, die Licht reflektieren kann.
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3 ist eine perspektivische Ansicht, die das Skalenmuster 20 der optischen Kodiervorrichtung 1 illustriert. Insbesondere zeigt (A) in 3 eine Darstellung der ersten Skalenstriche 21 und der zweiten Skalenstriche 22, (B) in 3 das Skalenmuster 20, das durch den ersten Bildaufnahmeabschnitt 51 aufgenommen wird, und (C) in 3 das Skalenmuster 20, das durch den zweiten Bildaufnahmeabschnitt 52 aufgenommen wird. Wie in (A) der 3 gezeigt sind die zweiten Skalenstriche 22 entlang der X-Richtung (Messrichtung) angeordnet, um ein Absolutmuster (ABS-Muster) zu bilden, das absolute Positionen im Skalenmuster 20 beschreibt. Die ersten Skalenstriche 21 sind entlang der X-Richtung (Messrichtung) angeordnet, um ein Zuwachsmuster (INC-Muster) zu bilden, das relative Positionen im Skalenmuster 20 beschreibt, indem das durch die zweiten Skalenstriche 22 erzeugte ABS-Muster einbezogen wird, um die ersten Skalenstriche 21 und die zweiten Skalenstriche 22 zu kombinieren.
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Insbesondere, wie in (B) der 3 gezeigt, definiert das ABS-Muster für die ersten Skalenstriche 21 und die zweiten Skalenstriche 22, die im vorgegebenen Abstand p angeordnet sind, die ersten Skalenstriche 21 als nicht reflektierende Abschnitte, die das erste Licht (Licht der bestimmten Wellenlänge λ) absorbieren und die zweiten Skalenstriche 22 als reflektierende Abschnitte, die das erste Licht reflektieren. Entsprechend wird das erste Licht nur von den zweiten Skalenstrichen 22 reflektiert, wenn das erste Licht der bestimmten Wellenlänge λ emittiert wird. Zum Beispiel, wenn die ersten Skalenstriche 21 als „0“ definiert sind und die zweiten Skalenstriche 22 als „1“, sind die ersten Skalenstriche 21 und die zweiten Skalenstriche 22 über die ganze Länge des Maßstabs 2 entlang der X-Richtung angeordnet, um das ABS-Muster zu bilden, das absolute Positionen gemäß dem Maximalfolge-Code (Pseudozufallscode) beschreibt.
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Der erste Bildaufnahmeabschnitt 51 nimmt ein Bild vom Maximalfolge-Code (Pseudozufallscode) aus dem ersten Licht als ABS-Muster auf. Der Maximalfolge-Code ist im Vergleich mit den anderen Codes in der Sequenz, die aus vom ersten Bildaufnahmeabschnitt 51 (Bildaufnahmeeinrichtung 5) aufgenommenen Signalen von „0“ und „1“ erzeugt werden, der Code mit der längsten Periodizität. Entsprechend können die ersten Skalenstriche 21 und die zweiten Skalenstriche 22, die zum Ausdrücken der absoluten Position gemäß dem Maximalfolge-Code angeordnet sind, ein Skalenmuster 20 bilden, das länger ist als jene, bei denen ein anderer Pseudozufallscode verwendet wird.
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Wie in (C) von 3 gezeigt, definiert das INC-Muster die ersten Skalenstriche 21 und die zweiten Skalenstriche 22 als reflektierende Abschnitte, die das zweite Licht (Licht einer anderen Wellenlänge als die bestimmte Wellenlänge λ) reflektieren, und definiert die Basis 200 des Maßstabs 2 als nicht-reflektierenden Abschnitt. Entsprechend wird das zweite Licht, das über die ersten Skalenstriche 21 und die zweiten Skalenstriche 22 reflektiert wird, als das INC-Muster durch den zweiten Bildaufnahmeabschnitt 52 aufgenommen.
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4 ist ein Blockschaltbild, das die optische Kodiervorrichtung 1 illustriert. Wie in 4 gezeigt umfasst die optische Kodiervorrichtung 1 einen Rechner 6, der ein Signal in Abhängigkeit der relativen Verschiebung zwischen Maßstab 2 und Lesekopf 3 berechnet. Der Rechner 6 umfasst einen Absolutsignalerzeuger 61, einen Zuwachssignalerzeuger 62 und einen Positionsberechner 63. Der Rechner 6 ist beispielsweise in Mikrocomputer. Der Absolutsignalerzeuger 61 erzeugt ein Absolutsignal (ABS-Signal) aus dem durch den ersten Bildaufnahmeabschnitt 51 aufgenommenen Absolutmuster (ABS-Muster). Der Zuwachssignalerzeuger 62 erzeugt ein Zuwachssignal (INC-Signal) aus dem durch den ersten Bildaufnahmeabschnitt 52 aufgenommenen Zuwachsmuster (INC-Muster). Der Positionsberechner 63 berechnet die Position des Lesekopfs 3 relativ zum Maßstab 2 aus dem Absolutsignal und dem Zuwachssignal.
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5 ist ein Flussdiagramm eines Positionsberechnungsverfahrens für die optische Kodiervorrichtung 1. Im Folgenden wird das Verfahren zum Berechnen der Position des Lesekopfs 3 relativ zum Maßstab 2 der optischen Kodiervorrichtung gemäß 5 beschrieben. Zuerst nimmt die Bildaufnahmeeinrichtung 5 ein Bild aus dem Licht der Lichtquelle 4 auf, das über den Maßstab 20 ankommt. Insbesondere nimmt der erste Bildaufnahmeabschnitt 51 das Bild des ABS-Musters auf, das durch das erste von den zweiten Skalenstrichen 22 reflektierte Licht (Licht der Wellenlänge λ) erzeugt wird, und der zweite Bildaufnahmeabschnitt 52 nimmt das Bild des INC-Musters auf, das durch das zweite von den ersten Skalenstrichen 21 und zweiten Skalenstrichen 22 reflektierte Licht (Licht einer von der bestimmten Wellenlänge λ verschiedenen Wellenlänge) erzeugt wird.
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Als nächstes führt der Absolutsignalerzeuger 61 wie in 5 gezeigt, einen Schritt des Erzeugens des ABS-Signals aus dem vom ersten Bildaufnahmeabschnitt 51 aufgenommenen ABS-Muster durch (Schritt ST01). Im Verfahren zum Erzeugen des ABS-Signals nimmt der erste Bildaufnahmeabschnitt 51 beispielsweise das Bild des ersten Lichts, das über acht der ersten Skalenstriche 21 und der zweiten Skalenstriche 22 ankommt. Der Absolutsignalerzeuger 61 erzeugt beispielsweise ein Signal, das aus einem binären Muster „01110100“ der linken Seite der Zeichnungsebene wie in (B) der 3 gezeigt besteht. Wenn der Lesekopf 3 relativ zum Maßstab 2 in +X-Richtung (rechte Seite der Zeichnungsebene) bewegt wird, erzeugt der Absolutsignalerzeuger 61 ein Signal mit einem anderen Code, wie beispielsweise „11101001“ und „11010010“ jedes Mal, dass sich der Lesekopf 3 um einen Betrag eines einzeln Skalenstrichs der ersten Skalenstriche 21 oder der zweiten Skalenstriche 22 bewegt.
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Dann führt der Absolutsignalerzeuger 62 einen Schritt des Erzeugens des Zuwachssignals aus, bei dem das INC-Signal aus dem INC-Muster erzeugt wird, das aus dem vom zweiten Bildaufnahmeabschnitt 52 aufgenommenen zweiten Licht erzeugt wird (Schritt ST02). Zu diesem Zeitpunkt führt der Zuwachssignalerzeuger 62 den Schritt des Erzeugens des Zuwachssignals aus, indem der Zeitpunkt zum Durchführen des Schritts gegen den Zeitpunkt, zu dem der Schritt des Erzeugens des Absolutsignals durch den Absolutsignalerzeuger 61 (Schritt ST02) durchgeführt wird, verschoben wird. Im ersten Ausführungsbeispiel ist der erste Bildaufnahmeabschnitt 51 entsprechend der ersten Lichtquelle 41 angeordnet und der zweite Bildaufnahmeabschnitt 52 ist entsprechend der zweiten Lichtquelle 42 angeordnet, und daher kann der Zuwachssignalerzeuger 62 den Schritt des Erzeugens des Zuwachssignals auch zur selben Zeit ausführen wie der Schritt des Erzeugens des Absolutsignals durch den Absolutsignalerzeuger 61.
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Als nächstes führt der Positionsberechner 63 den Schritt des Berechnens der Position (Schritt ST03) durch, bei dem die Position des Lesekopfs 3 relativ zum Maßstab 2 berechnet wird auf Grundlage des im Schritt des Erzeugens des Absolutsignals erzeugten ABS-Signals und auf Grundlage des im Schritt des Erzeugens des Zuwachssignals erzeugten INC-Signals. Entsprechend kann die optische Kodiervorrichtung 1 Fehler in der Positionsinformation in der INC-Spur und der ABS-Spur unterdrücken, die aus der Stellung des Lesekopfs 3 und Unebenheiten des Maßstabs 2 herrühren, und die Position des Lesekopfs 3 relativ zum Maßstab 2 mit einer einzelnen Spur berechnen und eine ähnliche Genauigkeit erreichen wie ein Doppelspursystem.
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Gemäß dem oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel können die folgenden Wirkungen und Vorteile erreicht werden.
- (1) Die optische Kodiervorrichtung 1 umfasst den ersten Skalenstrich 21, der verhindert, dass das erste Licht zur Bildaufnahmeeinrichtung geleitet wird, und der das zweite Licht zur Bildaufnahmeeinrichtung reflektiert, und den zweiten Skalenstrich 22, der das erste Licht und das zweite Licht zur Bildaufnahmeeinrichtungen 5 reflektiert; und umfasst ferner den ersten Bildaufnahmeabschnitt 51, der das Bild des Absolutmusters aus dem ersten Licht aufnimmt, und den zweiten Bildaufnahmeabschnitt 52, der das Bild des Zuwachsmusters aus dem zweiten Licht aufnimmt, wodurch es ermöglicht wird, sowohl das Absolutsignal als auch das Zuwachssignal zu erhalten und die Position des Lesekopfs 3 relativ zum 2 Maßstab mit der Einzelspur zu berechnen. Daher kann die optische Kodiervorrichtung 1 die Detektionsgenauigkeit der Positionsinformation verbessern und die einzelne Mischspur aus Absolutmuster und Zuwachsmuster ohne weggelassene Skalenstriche bereitzustellen.
- (2) Es gibt keine Notwendigkeit für jeweils eine individuelle Spur für das Absolutmuster und das Zuwachsmuster, so dass die optische Kodiervorrichtung 1 verkleinert werden kann und Kosten gespart werden können.
- (3) Der erste Skalenstrich 21 absorbiert das erste Licht beispielsweise ohne Reflexionen oder Brechung zu bewirken, und daher ist es möglich, das erste Licht zuverlässig daran zu hindern, in die Bildaufnahmeeinrichtung 5 reflektiert zu werden. Demgemäß kann die optische Kodiervorrichtung 1 eine Detektionsgenauigkeit verbessern.
- (4) Der erste Skalenstrich 21 weist das durch Nanoimprint gebildete Nanomuster N auf, wobei das Nanomuster N eine Struktur aufweist, die verhindert, dass das erste Licht zur Bildaufnahmeeinrichtung 5 geleitet wird, und die das zweite Licht zur Bildaufnahmeeinrichtung 5 reflektiert, und wobei das erste Licht das Licht der bestimmten Wellenlänge λ mit der Eigenschaft ist, dass, wenn das vorgegebene Nanomuster N eingefügt wird, das Licht durch das Nanomuster N absorbiert wird. Daher ist es möglich problemlos den ersten Skalenstrich 21 zu bilden, der das erste Licht daran hindern kann, zur Bildaufnahmeeinrichtung 5 reflektiert zu werden. Weil das Nanomuster N im ersten Skalenstrich 21 durch Nanoimprint gebildet ist, kann das Nanomuster N beispielsweise ohne Verwendung einer Belichtungsvorrichtung übertragen werden. Demnach kann die vorliegende Erfindung Kosten reduzieren.
- (5) Die Lichtquelle 4 umfasst die erste Lichtquelle 41, die Licht der vorgegebenen Wellenlänge auf den Maßstab emittiert, und die zweite Lichtquelle 42, die Licht einer von einer anderen als der vorgegebenen Wellenlänge auf den Maßstab emittiert, und somit kann die Bildaufnahmeeinrichtung 5 beispielsweise separat Bilder des Zuwachsmusters und des Absolutmusters aufnehmen. Zusätzlich können der erste Bildaufnahmeabschnitt 51 ein Bild des Absolutmusters und der zweite Bildaufnahmeabschnitt 52 ein Bild des Zuwachsmusters zuverlässig und zu jeweils vorgegebenen Zeitpunkten aufnehmen.
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Zweites Ausführungsbeispiel
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Im Folgenden wird ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 6 beschrieben. In der folgenden Beschreibung werden für zuvor beschriebene Gegenstände dieselben Bezugszeichen wie zuvor verwendet und eine Beschreibung davon wird übersprungen. 6 ist eine perspektivische Ansicht, die eine optische Kodiervorrichtung 1A gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung illustriert. Die optische Kodiervorrichtung 1A des zweiten Ausführungsbeispiels hat einen im Wesentlichen ähnlichen Aufbau wie die optische Kodiervorrichtung 1 des ersten Ausführungsbeispiels, außer dass die optische Kodiervorrichtung 1A den Lesekopf 3A aufweist.
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Der Lesekopf 3 der optischen Kodiervorrichtung 1 des ersten Ausführungsbeispiels umfasst die Lichtquelle 4 und die Bildaufnahmeeinrichtung 5 und, wie in 1 gezeigt, umfasst die Lichtquelle 4 die erste Lichtquelle 41 und die zweite Lichtquelle 42. Der Lesekopf 3A der optischen Kodiervorrichtung 1A des zweiten Ausführungsbeispiels unterscheidet sich vom ersten Ausführungsbeispiel darin, dass der Lesekopf 3A ferner eine einzelne Lichtquelle 4A und eine dispersive Komponente 10, die das Licht von der Lichtquelle 4A, das über das Skalenmuster 20 ankommt, in das erste Licht und das zweite Licht zerstreut, aufweist. Die dispersive Komponente 10 ist beispielsweise ein Prisma, das Licht von der Lichtquelle 4A, das über das Skalenmuster 20 ankommt, in das erste Licht, welches das Licht der bestimmten Wellenlänge λ ist, und das zweite Licht, welches das Licht der anderen als der bestimmten Wellenlänge λ ist, zerstreut. In der Bildaufnahmeeinrichtung 5 nimmt der erste Bildaufnahmeabschnitt 51 das Bild des ersten Lichts auf, das durch die dispersive Komponente 10 gestreut wird, und der zweite Bildaufnahmeabschnitt 52 nimmt das Bild des zweiten Lichts auf, das durch die dispersive Komponente 10 gestreut wird.
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Im zweiten oben beschriebenen Ausführungsbeispiel können zusätzlich zu den Wirkungen und Vorteilen, die ähnlich wie die unter (1) bis (4) gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel sind, die folgenden Wirkungen und Vorteile erreicht werden. (6) Der Lesekopf 3A umfasst die dispersive Komponente 10, die das Licht der Lichtquelle 4A, das über das Skalenmuster 20 ankommt, in das erste Licht und das zweite Licht streut, und daher kann der erste Bildaufnahmeabschnitt 51 ein Bild des Absolutmusters aufnehmen und der zweite Bildaufnahmeabschnitt 52 kann ein Bild des Zuwachsmusters aufnehmen, was jeweils zuverlässig zu vorgegebenen Zeitpunkten geschieht.
(7) Der Lesekopf 3A umfasst die dispersive Komponente 10, so dass die Bildaufnahmeeinrichtung 5 Bilder sowohl vom Zuwachsmuster als auch vom Absolutmuster aufnehmen kann, selbst wenn die einzelne Lichtquelle 4A verwendet wird. Ferner kann die optische Kodiervorrichtung 1A verkleinert werden, da die einzelne Lichtquelle 4A verwendet werden kann.
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Drittes Ausführungsbeispiel
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Im Folgenden wird ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 7 beschrieben. In der folgenden Beschreibung werden für zuvor beschriebene Gegenstände dieselben Bezugszeichen wie zuvor verwendet und eine Beschreibung davon wird übersprungen. 7 ist eine perspektivische Ansicht, die eine optische Kodiervorrichtung 1B gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert.
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Die optische Kodiervorrichtung 1b des dritten Ausführungsbeispiels hat einen im Wesentlichen ähnlichen Aufbau wie die optische Kodiervorrichtung 1A des zweiten Ausführungsbeispiels, außer dass die optische Kodiervorrichtung 1B den Lesekopf 3B aufweist.
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Der Lesekopf 3A der optischen Kodiervorrichtung 1A des zweiten Ausführungsbeispiels umfasst die Lichtquelle 4A und die dispersive Komponente 10 wie in 6 gezeigt ist. Der Lesekopf 3B des dritten Ausführungsbeispiels unterscheidet sich vom zweiten Ausführungsbeispiel darin, dass der Lesekopf 3B keine dispersive Komponente 10 umfasst, und darin, dass ein erster Bildaufnahmeabschnitt 51B und zweiter Bildaufnahmeabschnitt 52B für eine Bildaufnahmeeinrichtung 5B innerhalb derselben Bildaufnahmeeinrichtung 5B bereitgestellt werden, die Bilder des ersten Lichts, das über den Maßstab 2 ankommt, aufnehmen, indem jeweils die Zeitpunkte der Bildaufnahme versetzt werden. Der erste Bildaufnahmeabschnitt 51B und der zweite Bildaufnahmeabschnitt 52B nehmen das Bild des Lichts beispielsweise mittels Versetzens des Zeitpunkts der Bildaufnahme und Schaltfunktionen auf. Wenn der erste Bildaufnahmeabschnitt 51B ein Bild aufnimmt, wird das Bild des Absolutmusters aufgenommen nachdem die Funktion des zweiten Bildaufnahmeabschnitts 52B abgeschaltet ist. Wenn der zweite Bildaufnahmeabschnitt 52B ein Bild aufnimmt, wird das Bild des Zuwachsmusters aufgenommen nachdem die Funktion des ersten Bildaufnahmeabschnitts 51B abgeschaltet ist. Zu diesem Zeitpunkt kann die Lichtquelle 4A auch die Farbe des Lichts ändern und der erste Bildaufnahmeabschnitt 51B und der zweite Bildaufnahmeabschnitt 52B können ein Bild des Absolutmusters oder des Zuwachsmusters auf Grundlage der unterschiedlichen Farbe aufnehmen.
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Im dritten oben beschriebenen Ausführungsbeispiel können zusätzlich zu den Wirkungen und Vorteilen, die ähnlich wie die unter (1) bis (4) gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel sind, die folgenden Wirkungen und Vorteile erreicht werden.
(8) Der erste Bildaufnahmeabschnitt 51B und der zweite Bildaufnahmeabschnitt 52B sind innerhalb derselben Bildaufnahmeeinrichtung 5B angeordnet, und nehmen Bilder des ersten Lichts, das über den Maßstab 2 ankommt, auf, indem jeweils die Zeitpunkte der Bildaufnahme versetzt werden, wodurch es möglich wird Platz zu sparen und Kosten zu reduzieren. Ferner kann der Freiheitsgrad beim Entwerfen der optische Kodiervorrichtung vergrößert werden.
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Abwandlungen
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebene Ausführungsformen beschränkt und umfasst Abwandlungen und Verbesserungen innerhalb des Geltungsbereichs, welche die Vorteile der vorliegenden Erfindung erreichen. Beispielsweise werden die optischen Kodiervorrichtungen 1, 1A und 1B der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele in einem Linearmaßstab verwendet, der als Messvorrichtung dient, aber die optische Kodiervorrichtung kann auch in einer anderen Messvorrichtung verwendet werden, wie zum Beispiel einer Messuhr, einem Messschieber oder einer Messschraube. Das bedeutet, dass eine optische Kodiervorrichtung nicht besonders eingeschränkt ist in Hinblick auf Form, Verfahren oder Art der Messvorrichtung, in der sie verwendet wird und kann auch in anderen Messvorrichtungen oder dergleichen verwendet werden. Die optische Kodiervorrichtung der vorliegenden Erfindung ist nicht besonders eingeschränkt darauf woran sie angebracht werden kann. Ferner kann die optische Kodiervorrichtung in einer anderen Vorrichtung als einer Messvorrichtung, wie zum Beispiel einem Sensor, verwendet werden.
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In den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen sind die optischen Kodiervorrichtungen 1, 1A, und 1B Lineargeber, aber die optische Kodiervorrichtung kann auch ein Drehgeber sein. In den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen ist der Rechner 6 ein Mikrocomputer mit einem Prozessor und einem Speicher, der einen Satz Anweisungen speichert, die durch den Prozessor ausgeführt werden können, um beispielsweise die hierin beschriebenen Verfahrensschritte durchzuführen, aber der Rechner muss kein Mikrocomputer sein und kann stattdessen auch beispielsweise ein Spezialcomputer oder ein Personal Computer (PC) sein, der extern angeschlossen ist. Zusammenfassend muss der Rechner lediglich in der Lage sein, ein Signal in Abhängigkeit der relativen Verschiebung zwischen Maßstab und Lesekopf zu berechnen.
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8A und 8B sind jeweils perspektivische Ansichten optischer Kodiervorrichtungen 1C und 1D gemäß Abwandlungen. Insbesondere illustriert 8A eine erste Abwandlung und 8B eine zweite Abwandlung. In dem oben beschriebenen Ausführungsbeispielen verhindert der erste Skalenstrich 21, dass das erste Licht zu den Bildaufnahmeeinrichtungen 5 und 5B geleitet wird, und reflektiert das zweite Licht zu den Bildaufnahmeeinrichtungen 5 und 5B. Der zweite Skalenstrich 22 reflektiert das erste Licht und das zweite Licht zu den Bildaufnahmeeinrichtungen 5 und 5B. In der ersten Abwandlung unterscheidet sich die optische Kodiervorrichtung 1C wie in 8A gezeigt von den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen darin, dass die optische Kodiervorrichtung 1C einen Maßstab 2C, der ein transparentes Skalenmuster 20C umfasst, und einen Lesekopf 3C, welcher dem transparenten Maßstab 2C entspricht, aufweist. Insbesondere blockiert ein erster Skalenstrich 21C die Übertragung des ersten Lichts zur Bildaufnahmeeinrichtung 5 und erlaubt es dem zweiten Licht zur Bildaufnahmeeinrichtung 5C zu gelangen. Ein vom ersten Skalenstrich verschiedener zweiter Skalenstrich 22C erlaubt es dem ersten Licht und dem zweiten Licht zur Bildaufnahmeeinrichtung 5C zu gelangen. Der erste Bildaufnahmeabschnitt 51C nimmt ein Bild vom ABS-Muster auf, das durch das erste Licht erzeugt wird, welches den Maßstab 2C durchquert, und der zweite Bildaufnahmeabschnitt 52C nimmt ein Bild vom INC-Muster auf, das durch das zweite Licht erzeugt wird, welches den Maßstab 2C durchquert.
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Ferner unterscheidet sich in der zweiten Abwandlung, wie in 8B dargestellt, ein Lesekopf 3D der optischen Kodiervorrichtung 1D von der ersten Abwandlung darin, dass die optische Kodiervorrichtung 1D ferner eine reflektierende Komponente 11 umfasst, die das Licht von der Lichtquelle 4A auf den Maßstab 2C reflektiert. Die reflektierende Komponente 11 ist beispielsweise ein Spiegel aber kann auch eine beliebige andere Komponente sein, die Licht von der Lichtquelle 4A zum Maßstab 2C reflektieren kann. Die optische Kodiervorrichtung 1D kann eine Emissionsrichtung des Lichts der Lichtquelle 4A mittels der reflektierenden Komponente 11 anpassen, so dass der Freiheitsgrad beim Entwerfen der optischen Kodiervorrichtung 1D erhöht werden kann. Ferner können die erste und zweite Abwandlung die dispersive Komponente 10 wie im zweiten Ausführungsbeispiel umfassen und ferner einen ersten Bildaufnahmeabschnitt und einen zweiten Bildaufnahmeabschnitt aufweisen, die jeweils unabhängig voneinander sind oder zwei Lichtquellen wie im ersten Ausführungsbeispiel umfassen. Kombinationen der Ausführungsbeispiele und Abwandlungen sind innerhalb des Rahmens von Konstruktionsänderungen.
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In dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel absorbiert der erste Skalenstrich 21 das erste Licht (Licht der bestimmten Wellenlänge λ). Der erste Skalenstrich muss jedoch nicht das erste Licht absorbieren und kann mittels einem anderen Verfahren das erste Licht daran hindern in die Bildaufnahmeeinrichtung geleitet zu werden, wie zum Beispiel durch Reflexion oder Streuung des Lichts in einer Richtung, welche die Bildaufnahmeeinrichtung nicht beeinträchtigt. Das erste Licht muss zudem nicht das Licht der bestimmten Wellenlänge λ sein und kann Licht der vorgegebenen Wellenlänge sein. In dem oben beschriebenen Ausführungsbeispielen wird das Nanomuster N mit winzigen, unebenen Strukturen im ersten Skalenstrich 21 gebildet und das Nanomuster N wird durch Nanoimprint gebildet. Der erste Skalenstrich muss jedoch nicht durch Nanoimprint gebildet werden und kann stattdessen beispielsweise durch Befestigen winziger, unebener Strukturen auf einem Metallfilm geformt werden, und man muss auch kein Nanomuster verwenden, das unebene Strukturen aufweist, um das Weiterleiten des ersten Lichts zu verhindern. Zusammenfassend kann der ersten Skalenstrich in beliebiger Art und Weise ausgebildet sein, solange der erste Skalenstrich verhindern kann, dass das erste Licht (Licht der vorgegebenen Wellenlänge) zur Bildaufnahmeeinrichtung geleitet wird, und das zweite Licht (Licht einer anderen Wellenlänge als die vorgegebene Wellenlänge) zur Bildaufnahmeeinrichtung leitet.
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Wie oben angemerkt kann die vorliegende Erfindung vorteilhaft mit einer optischen Kodiervorrichtung verwendet werden.
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Es wird angemerkt, dass die obenstehenden Beispiele lediglich für den Zweck der Beschreibung dienen und in keiner Weise als Beschränkung der vorliegenden Erfindung zu verstehen sind. Während die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die beispielhaften Ausführungsformen beschrieben wurde, ist zu verstehen, dass die Begriffe, die hierin verwendet wurden, lediglich beschreibend und erklärend gemeint sind, und keine beschränkende Wirkung haben. Änderungen können innerhalb des Schutzbereichs der angefügten Ansprüche, wie eingereicht oder in geänderter Fassung, gemacht werden, ohne dass vom Geltungsbereich oder Geist der vorliegenden Erfindung und ihrer Aspekte abgewichen wird. Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte Strukturen, Materialien und Ausführungsformen beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die hier offenbarten Einzelheiten beschränkt; vielmehr erstreckt sich die vorliegende Erfindung auf alle funktionell äquivalenten Strukturen, Verfahren und Verwendung, die innerhalb des Geltungsbereichs der angehängten Ansprüche liegen.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt, und verschiedene Modifizierungen können sein, ohne vom Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
