JP2009543087A - スケールおよび読み取りヘッド - Google Patents

Abstract

光学要素は、２つ以上の結果として生じるビームを生み出すように入射光と相互作用する特徴を有する部材を有する。光学要素の構成は、２つ以上の結果として生じるビームを生み出すように第１の側から前記部材を通過するとき、前記特徴と相互作用する光が、前記部材の別の側に戻らされるとき、前記特徴と相互作用しない、および／または逆もまた同様であるというようなものである。光学要素は、スケールおよび読み取りヘッド装置の読み取りヘッドに用いられるとよい。

Description

本発明はスケールおよび読み取りヘッド装置に関する。さらに特に、本発明はスケールと付加的なスケール（incremental scales）に適した読み取りヘッドに関する。

２つの部材の相対的な変位量を測るための光電式スケール読み取り装置の周知の形式は、定期的パターンを定める目盛線を有する、部材の１方の上のスケールと、他方部材の上に設けられた読み取りヘッドとを備える。読み取りヘッドは、スケールを照らすための光源と、例えば、読み取りヘッドにおいて干渉縞を生成するためのインデックス格子および分析器格子である、回折手段とを含む。スケールと読み取りヘッドとの間の相対的な動きは、干渉縞に、読み取りヘッドに対して動くことをもたらす。読み取りヘッドでの検出手段は、縞の動きに敏感であり、変位量の測定を生じさせる。

特許文献１は、スケール、レンズ、開口部および検出器を備えた光電エンコーダーを開示する。格子が開口部と検出器との間に設けられている。

欧州特許第１４４７６４８号明細書 欧州特許第０５４３５１３号明細書

本発明の第１の態様は、光学要素を提供し、該光学要素は、２つ以上の結果として生じるビームを生み出すように入射光と相互作用する特徴を有する部材を備え、この光学要素の構成は、２つ以上の結果として生じるビームを生み出すために第１の側から前記部材を通過するとき、前記特徴と相互作用する光が、前記部材の別の側に戻らされるとき、前記特徴と相互作用しない、および／または逆もまた同様であるというようなものである。

このシステムは、機械的な問題を引き起こし得る検出器の前でのモアレ格子なしに具体化され得る。

インデックス部材は、任意の２つのプラスおよびマイナスの次数を最大にするように入射光を回折するべく定められるとよい。優先的に、これらは、対称次数であるだろう。

前記部材は、平面領域が組み入れられている格子領域を備える特徴を設けられた位相格子を備えるとよい。前記部材は、零次数の光が通過することを許容するように構成された位相あるいは振幅格子構造を有するとよい。

前記部材は、該インデックス部材を通しての入射光の伝達を許容する透明な領域と、許容しない不透明な領域を交互に設けられるとよい。透明な領域は、屈折要素を備えるとよい。不透明な領域は、反射するあるいは吸収性があるとよい。

透明および不透明な領域の配置と、入射光の角度とは、前記部材の一方の側に入射する光が、透明な領域を通して前記特徴の方へ向けられ、前記部材の別の側に戻らされる光が、前記特徴間の前記透明な領域を通過するというようなものであるとよい。

前記部材は、複屈折格子を備えるとよい。前記部材は、複屈折材料で満たされている格子領域を有するとよい。前記部材は、ある偏光に対して位相格子のように機能するが、直角に偏光された光に対して平面であるようにみえるとよい。

本発明の第２の態様は、スケールおよび読み取りヘッド装置を提供し、それは、本発明の第１の態様に従う光学要素を含む。

本発明の第３の態様は、スケールおよび読み取りヘッド装置を提供し、それは、互いに対して可動である、スケールおよび読み取りヘッドと、光源と、検出器と、前記光源と前記スケールとの間に置かれ、２つ以上の結果として生じるビームを生み出す光と相互作用する特徴を有するインデックス部材とを備え、前記光が前記光源から前記スケールへのそれの路と、また前記スケールから前記検出器までのそれの路との両方で前記インデックス部材を通過し、前記インデックス部材の構成が、２つ以上の結果として生じるビームを生み出すために第１の側から前記部材を通過するとき、前記特徴と相互作用する光が、前記部材の別の側に戻らされるとき、前記特徴と相互作用しない、および／または逆もまた同様であるというようなものである。

前記インデックス部材の仕組みは、前記特徴が、光であって前記光源から前記スケールへのそれの路で前記インデックス部材を通過する光と相互作用するが、前記スケールから前記検出器へのそれの路で光と相互作用しないというようなものであるとよい。前記特徴は、入射光と相互作用し、前記光の回折をもたらしてよい。

好ましくは、インデックス部材は、本発明の第１の態様に従う光学要素を備える。

インデックス部材は、複屈折格子を備えてよく、４分の１波長板が、インデックス部材とスケールとの間に設けられているとよい。

レンズが、インデックス部材と検出器との間に設けられているとよい。空間フィルターが、インデックス部材と検出器との間に設けられているとよい。

ある実施例では、レンズは、インデックス部材と検出器との間に設けられたマイクロレンズアレイを備える。マイクロレンズは、第１レンズと、第２レンズと、そして、それらの間のフィルターとを備えるとよい。フィルターとレンズアレイとの周期は、検出器に形成された干渉縞の周期の整数の倍数であると好ましい。ダブルマイクロレンズアレイが、非反転イメージセグメントを生み出すように設けられているとよい。この場合、レンズアレイの周期は、干渉縞周期の整数の倍数である必要はない。

検出器は、複数の感光性要素を備える構造化検出器であってもよい。構造化検出器の感光性要素の分離は、検出器に形成された干渉縞の非線形分離に適合するとよい。分析器格子が、検出器の前に設けられているとよい。フィールド平滑化レンズが、検出器の前に設けられているとよい。

伝送可能な状態における本発明の概略図である。 図１の光源とインデックス部材との詳細図を示す。 図１のインデックス部材の詳細図を示す。 図１のインデックス部材とスケールの詳細図を示す。 図１のレンズとフィルターとの詳細図を示す。 図１のレンズとフィルターとの第２の詳細図を示す。 スケールと読み取りヘッドの第１の代わりの実施例である。 図７のインデックス部材の細部である。 スケールと読み取りヘッドの第２の代わりの実施例である。 複屈折インデックス部材を示す。 レンズとフィルターとの配置を示す。 マイクロレンズとフィルターとの配列を示す。 マイクロレンズとフィルターとの配列を組み込んだ、スケールと読み取りヘッドの反射の機構を示す。 ａ−ｃは、円筒状のレンズを備えたマイクロレンズとフィルターとの配列を組み込んだ、スケールと読み取りヘッドとの反射の機構を示す、側面図、端面図、および詳細図である。 ２つの球形の波面から作り出された縞フィールドを示す。 フィールド平滑化レンズを示す。 縞の挟まれたフィールドを生み出す、図９で示されたのに対して代わりの実施例を示す。

本発明の好ましい実施例は、添付図面を参照して、例として、説明されるだろう。

図１は、スケールと読み取りヘッドとの装置の伝送可能な実施例を示す。伝達可能な機構は、システムの光学を含むハウジング（不図示）を典型的に含み、そのハウジングは通過するためのスケール用のスロットを有する。このようにしてスケールはハウジング内で光学に対して可動である。

光源１０と源レンズ１２とは、インデックス部材１４の上に光ビームの入射を生じさせるために配置される。この場合インデックス格子を備えるインデックス部材１４は、入射光ビームを、スケール１６にそれら自身入射する回折次数（diffracted orders）に分ける。したがって、２つの支配的に重なり合っている波面は、スケールに入射し、一連の干渉縞を形成するように干渉する。結像レンズ１８が、波面を導き、そしてフィルター２０を通してそれらの焦点を合わせるために用いられる。結果として生じる干渉縞が、検出器２２において検出される。

さて、スケール読み取り装置の種々の要素は、より詳細に記述されるであろう。

図２は、より詳細に、光源１０とインデックス部材１４（この実施例ではインデックス格子）を示す。光源はＶＣＳＥＬ、点状源ＬＥＤ、レーザーダイオードまたはＲＣＬＥＤのような小エリア光源を備えることができる。この光源は、発散ビーム、収束ビームまたは平行ビームを与えるレンズ１２によって集められる光の発散ビーム３０を作る。ビーム径Ｄは、光源１０からのビームの開度θ_source、光源１０とレンズ１２との間の距離Ｓ、レンズあるいは他の開口あるいは隙間の直径、レンズ１２とインデックス部材１４との間の離隔距離、および、レンズからの平行レベル（the level of collimation）によって定められる。インデックス部材１４に入射する光ビームは、インデックス部材によって複数の次数に回折させられる。インデックス部材の、それの特徴である奥行きおよび形状、屈折率、および、入射波長のような、パラメータが、２つの対称の回折次数を最大にして、そして他のものを最小にするように選ばれる。したがって、図２は、プラスとマイナスのｍ番目の回折次数に関係する２つのビーム３２、３４のみを示す。

周期Ｐ_Iのインデックス格子に対して、ｍ番目の回折次数は、インデックス平面の法線から角度θ_Iで分散される。θ_I≒ｍλ/Ｐ_Iである。

図３は、装置のスケールを示す。２つの分散したビーム３２,３４は、スケールに入射する。これらのビームはインデックス部材からの回折対である。分散したビーム３２、３４は図３において対称的な対として示されるけれども、どんな２つの次数も用いられ得る。これらの２つの次数は非対称および／または零次数の同じ側からであることができる。ここに記述された実施例は、図解の容易さのために対称的なプラスとマイナスの次数に言及するが、任意の２つの次数が用いられ得る。インデックス部材と同じように、スケールのパラメータは、２つの対称の次数以外のすべてを最小にするように選ばれる。スケールに入射するビームは２つのキーコンポーネントの中へ回折させられる。ビーム３２、３４の各々からのプラスとマイナスの対称の回折次数は、参考のために零と共に示される。これら回折次数は、入射ビームの方向からθｓで曲げられる。θ_s≒ｎλ/Ｐ_sである。ただし、Ｐ_sは、スケール格子の周期である。この式は、入射角θ_Iが小さい場合には正確である。検出器での２つの収束次数の各々とスケール平面に対する法線との間の角度はθ_fである。干渉縞は、これら２つの収束次数の重なりに形成され、その干渉縞は、Ｐ_f≒λ/２θ_fの周期を有する。２つの収束回折次数を得るために、Ｐ_IはＰ_sよりも大きくなければならない。しかし、同じ角度（θ_f）での発散ビームは、同じ干渉縞パターンをもたらすだろう。

図４は、スケールで生み出される回折次数を示す。この図は、照射ビーム３２、３４の各々からのプラスとマイナスの回折次数を示す。干渉縞は、重なっているビーム３６、３８によって領域４４に形成され、３６は３４からの＋ｎの回折次数であり、３８は、３２からの−ｎの回折次数である。しかし、クロスハッチング４６の領域は、他の次数の重なりからの干渉縞をも含み、これらは用いられない。

図５は、結像レンズ、フィルターおよび検出器を示す。レンズ１８はスケール１６から検出器２２まで次数をリレーするために用いられる。（しかし、このレンズは、任意である。） 検出器２２における干渉縞は、スケール１６でフィルターされたビームパターンを表す。空間フィルター２０は、所定の、対称のプラスとマイナスの回折次数間の干渉からの干渉縞のみが検出されるように、望ましくない次数を除去するために働く。零次数はインデックスおよびスケール格子１４、１６によって除かれないので、空間フィルター２０が、零次数をも除去しなければならない。

フィルター２０は、源に共同的に位置付けられる。空間フィルター２０の開口の光は、光源１０のイメージとして描かれることができる。２つの次数３６、３８は、フィルター開口に焦点が合わせられ、２つの点源を効果的に形成する。これら近くの有効な源からの光は、干渉縞を形成するように重なる。検出器２２は、これら干渉縞を検出するように位置付けられる。

図６は、より詳細に、レンズ１８とフィルター２０とを示す。スケール１６から回折された高次数のいくつかは、レンズ１８を外れてしまい、それ故、フィルターの方に向けられない。フィルター２０に対してレンズ１８によって向けられた他の望まれない次数は、遮断される。この図において、ＤＣ／低次数ブロック５２が零の回折次数（不図示）を遮断するように含まれる。したがって、選択された次数のみがフィルター２０を通過する。

（所与のスケール周期のための）インデックス部材の周期の適切な選択は、モアレ格子に対する条件なしに、干渉縞が、構造化検出器によって直接的に検出されるのに十分粗いことを可能にする。好適な構造化検出器は、特許文献２に開示されている。

この機構は、スケールのピッチ角における変化が検出器にて干渉縞の周期に小さなコサインエラーだけをもたらすという利点を有する。これは、スケールが完全に平坦でないなら、干渉縞の周期に重要なエラーがないという、結果としての利点を有する。スケールが検出器に映し出される場合、干渉縞ポジションはスケール角ピッチにおける変化で不変である。

伝送において動作するスケール測定システムを用いることは常に便利とは限らない。しかし、このシステムを回折システムに変える際には、スケール照射ビーム間のよい重なりを維持するためにクリアランスをインデックスするように、小さなスケールを維持する必要性故に、光が、インデックス部材を、スケールからのそのリターン通路で通過することを妨げることは困難である。

以下の実施例は、光が、インデックス部材を、スケールへの道およびそこからの戻りの両方で通過するが、第１通過でのみ回折される、反射システムである。

インデックス部材が望まれているおよび望まれていない領域へ光を分け、検出器から離れるように望まれていない光を向けるならば、それは有利である。

図７は、反射機構におけるインデックス部材の実施例を示す。光源１０は、検出器での迷光を妨げるように、開口部１１を通過する光のビームを発射する。光のビームは、インデックス部材１４を通過し、スケール１６に至る。スケール１６からの光は、検出器システム２２に向かってインデックス部材１４を逆向きに、回折されずに通過する。（レンズとフィルターは明瞭性のために示されていない。）この実施例では、インデックス部材は、インデックス部材の頂面で反射された、望まれていない光が検出器システムから離れてそらされるように、構成されている。

図７の機構での使用に適したインデックス部材が図８でより詳細に示されている。図８は、図７において「Ａ」の印を付けられた部分に対応する。インデックス部材の下面は一連の格子領域７０を備えている。しかし、インデックス部材の上面は交互に並ぶ構造化プリズム要素７２およびコーティングされた面７４（例えばクロムあるいは単一か、あるいは多層の薄膜コーティング）を備える。構造化プリズム要素７２は透明であり、間に入れられた平らな面７４はコーティングされていて反射する。代わりに、吸収性材料が反射材料の代わりに用いられることができる。図８に見られることができるように、光源からの光はインデックス部材上に入射する。構造化プリズム要素７２に入射する光がインデックス部材を通過して、下面の格子面７０と相互作用すると共にそれによって回折させられ、そしてスケールにまで通過する間、コーティングされた面７４に入射する光は、検出器システムから離れるように反射される。スケールから戻ってくる光は、格子セグメント７０をそれ、検出器に対して通過する。したがって、構造化プリズム要素７２と格子部分７０との相対的位置は重量であり、照射角度およびプリズム角度も重要である。

図８は、構造化プリズム要素７２を含むインデックス部材１４を示すが、これらはインデックス部材から独立して設けられてもよい。

インデックス部材への入射光の角度は、入射光がプリズム要素で単に反射されないように整えられなければならない。適した単一か多層のコーティングは、伝送を最大限にするようにプリズム表面に加えられてもよい。

反射システムでの使用のために適したインデックス部材の別の実施例が図９に示されていて、それは側面図および、スケールとインデックス部材との拡大された部分を示す。前と同じようにインデックス部材１４の下面は格子セグメント７０を備えている。インデックス部材の上側は交互に光吸収領域７６と非吸収性領域７８とを備える。図９で示されるように、光源１０からの光は、インデックス部材１４の上面の吸収性領域７６あるいは非吸収性領域７８のいずれかに入射する。吸収性領域７６へ入射する光が吸収されるのに対して、非吸収性領域７８へ入射する光はインデックス部材１４内を通過させられ、それは格子セグメント７０に達し、回折させられる。スケール１６から戻る光は、格子セグメント７０間の伝送領域７９を通過し、検出器に向かって非吸収性領域７８を通過する（すなわち、スケールからの戻り通路に格子セグメントはない。）。吸収性領域は、反射領域と置き換えられてもよく、これら領域で反射される光は検出器から離れるように向けられるとよい。

図７から９で記述された実施例で、インデックス部材は平坦な領域が点在している格子部材を備えた面を有する。この機構はＤＣにインデックス部材の平坦な領域を通過することを許す。格子領域は周囲の材料と比較して十分な深さ（光学的にλ/２）がある。代わりに、インデックス部材は零次数が通過することを可能にする、代わりの位相深さで形成された分割されていない位相格子構造（すなわち平面領域なしで）を有することがあり得る。

図１０は、インデックス部材１４が複屈折格子を含む実施例を示す。インデックス部材１４は、複屈折材料でうめられた格子領域８０を有する。このインデックス部材はある偏光に対して位相格子のように振る舞うが、プラスあるいはマイナス９０°で偏光された光に対して平面的であるようにみえる。

図１０に示されるように、光源８２からの直線状偏光がインデックス部材１４を通過する。光の偏光の方向と、格子領域８０における複屈折材料の方向との組み合わせは、インデックス部材の基板の屈折率が複屈折材料のそれよりも大きいあるいは小さいような具合である。したがって、インデックス部材１４は、格子として働き、光ビームは、複数の次数８４、８６へ回折する。図１０において、±１の次数だけが、明確にするために示されている。

そして、インデックス格子１４を通過した光は、ビーム８４、８６に円偏光になることをもたらすように方向付けられた４分の１波長板８８を貫通する。この偏光の方向は、スケール１６からの反射で逆にされ、回折も生じる。光８４、８６が４分の１波長板を後方へ通過するので、光は、入射ビームに対して直角の、直線偏光に転化される。したがって、光は、インデックス部材を、あたかも平面非構造化要素であるかのように、まっすぐに通過する。

したがって、インデックス部材は、光源からスケールに近づく光に対してインデックス格子として働き、インデックス部材を逆に通るスケールから反射された光に対して平面非構造化要素として働く。

インデックス部材は、深くエッチングされたフィンガを、格子フィンガに沿ってあるいは逆らって整列された複屈折材料で満たすことによって形成されることができる。代わりに、インデックス部材は、代わりに同種の複屈折層を備えてラミネートされたスタックとして作られてもよい。

上記実施例で記述された結像レンズは、大きな要素であり、平面を他の要素と分けないという不都合を有する。空間フィルターは、同じ不都合を欠点として持つ。別の機構において、レンズと空間フィルターは、マイクロレンズアレイによって置き換えられる。図１１は、第１レンズ９０、第２レンズ９２、および、それらの間に２つのレンズの焦点に位置付けられたフィルター９４を示す。空間フィルター９４は、デバイスの受け入れの角度を制限する。オブジェクトＯとイメージＩとは図１１に示される。

図１１に示された機構は、構造化停止面（空間フィルター）を備えた一対のマイクロレンズアレイを形成するために用いられる。この停止面は、例えば、一方のアレイの後方にプリントされることができる。そのような、構造化停止面９９を備えた一対のマイクロレンズアレイ９６、９８は、図１２に示されている。この図は、オブジェクトＯとそのイメージＩとを示す。オブジェクトＯは、多くの領域に分割され、それらの各々はイメージＩに転化されている。図１２に示された光学デザインにおいて、所定の２つのビームの各々は分割され、各々のセグメントは反対にされている。各ビームからの各セグメントが、結果として生じる干渉縞フィールドが位相と周期に関して連続的であるように、その近隣にそろえられる場合、その結果、全体の干渉縞フィールドが生じるだろう。これは、システム調整不良で段階的に動くセグメントに対してセグメントを維持するように、フィルターとレンズアレイの周期が、干渉縞周期の整数の倍数であるとき、成し遂げられる。したがって、干渉縞の周期および位相は、全フィールドに渡って、一定且つ連続的である。

代わりに、第２マイクロレンズ部材が、分割されたイメージを再転化するために加えられ、したがって特徴周期での制限なしに、オリジナルのオブジェクトを再構成してもよい。

図１３は、マイクロレンズと停止コンポジット１００とを組み込んだ装置の実施例を示す。示される実施例において、インデックス部材１４は、前の実施例において説明されたように、吸収セグメントを備えている。インデックス部材１４、マイクロレンズアレイおよびフィルター１００は、１つのアッセンブリで作られてもよい。

図１４ａ〜ｃは、そのような機構を示す。図１４ａは側面図であり、図１４ｂは端面図であり、図１４ｃは図１４ａの細部Ｂの拡大図である。多数の円筒状レンズ９６、９８は、光が、格子フィンガに沿った方向に変化させられていないアレイをまっすぐに通過させるように用いられる。回折面において、この面に照明が直角をなすので、円筒状レンズ９６、９８はフィルター９９上にかつ検出器に対して外れて光を集中させ、頂部レンズアレイおよび底部レンズアレイの間にオフセットされた位置はない。

上記実施形態において、特に単一レンズタイプにおいて、検出器において生み出される干渉縞は、一定の周期を有さないだろう。図１５に示されているように、空間フィルターでの点源１０４、１０６からの２つの球状波面１００、１０２の干渉は、干渉縞フィールド１０８を与え、それに亘って周期が中央ラインから離れて変化する。ヤングのスリット実験のように、有効な光源が相対的に互いに近くにあり、イメージ平面が相対的に遠くにある場合、干渉縞は、近づけられ、中央領域にて一定の周期を有し得る。しかし、本発明の機構において、イメージ平面（すなわち検出器）と有効な光源（すなわち空間フィルター）との間の距離は、効果的な光源間の距離と比べて大きくないかもしれない。さらに、空間フィルターと検出器との間の距離は、検出器幅にほぼ同じである。したがって、干渉縞間隔は、一定のものとして処理されることはできない。

構造化検出器は、フィールドの幅に亘って干渉縞を合わせるように作られることができる。

代わりに、干渉縞を合わせる周期を有する検出器は、一定の周期の構造化検出器に、好適な分析器格子をフィットさせることによって作られることができる。この解決法は、干渉縞の大きさを調節する。構造化検出器の周期は、スケール周期に対して一定であり、かつ、粗いことがあり得る。

分析器格子がない場合、設計は、２つのとても近い穴を備えた空間フィルターを必要とすることができる。分析器格子は、構造化検出器に対して干渉縞周期を合わせる効果を有し、したがって、インデックス部材の周期における制約を解放する。したがって、インデックス部材の周期は、空間フィルターでスポットを分けるようにセットされることができ、それ故に、製造および開口部アッセンブリの許容範囲を平易にする。

図１６は、フィールド平滑化レンズ１１０が構造化検出器２２の前に差し込まれた別の解決策を示す。簡単な実施例において、源はある平面において一連の点に映される。これらイメージ１１２、１１４の２つは、フィルター２０の隙間と一致する。フィルター平面２０での２つの源イメージ１１２、１１４は、相対的に互いに近く、そして、フィールド平滑化レンズ１１０は明白な源からの波面を平滑化するために使われることができる。これは、一定にあるいはゆっくりと変わる周期干渉縞フィールドを生み出す結果を有する。点源１１２、１１４からの光は平行にされ、故に、平面波が干渉し、構造化検出器で一定周期の干渉縞フィールドを与える。一定周期の構造化検出器は、このフィールドを測定するために用いられることができる。

本発明のさらなる実施例は、図１７を参照して記述されるだろう。それは、その実施例の側面図、および、スケールとインデックス部材の一部の拡大部を示す。この実施例において、インデックス部材１４は、図９に示されたそれと類似し、格子７０と平面ガラス７９との交互ストライプを有する下面を備える。しかし、インデックス部材の頂面は、（図９に示される）光吸収領域７６のような特徴を有さない。

インデックス部材１４とスケール１６は、斜め入射の光源１１０からの光１１２によって照らされる。光１１２は、インデックス部材１４を通過し、スケール１６に至る。光源１１０は、インデックス部材１４を通る、格子ストライプ７０を第１通路で通過した光が、インデックス部材１４の、平面ガラス７９のストライプをその戻りで通過するように、角度を付けられている。逆もまた同様である。したがって、２セットの干渉縞は、「インデックス−スケール」の干渉縞ＩＳ（すなわち、光がインデックス部材と相互に作用し、次にスケールと相互に作用する）および「スケール−インデックス」の干渉縞ＳＩ（すなわち、光がスケールと相互に作用し、次にインデックス部材と相互に作用する）という結果になるだろう。

これら２セットの干渉縞は、同じ強さを有し、これは、部分的に阻害するデザインを超えて、光度測定を改善する。それらは、また、同じ周期および位置を有し、横に分けられる。それらの間の干渉はないだろう。

ここで干渉縞フィールドは２つの種類の干渉縞が交錯する部分を含むので、そのシステムのエラー感度は、各干渉縞フィールドの２つの個々のエラー感度の平均であるだろう。

このシステムは、光源からの光の全てが、検出され得るという利点を有する。

Claims (32)

1. ２つ以上の結果として生じるビームを生み出すように入射光と相互作用する特徴を有する部材を備え、
   該光学要素の構成が、２つ以上の結果として生じるビームを生み出すために第１の側から前記部材を通過するとき前記特徴と相互作用する光が、前記部材の別の側に戻らされるとき、前記特徴と相互作用しない、および／または逆もまた同様であるというようなものであることを特徴とする光学要素。
2. 前記特徴は、回折であることを特徴とする請求項１に記載の光学要素。
3. 前記特徴は、任意の２つの対称のプラスおよびマイナスの次数を最大にするように入射光を回折するべく定められていることを特徴とする請求項２に記載の光学要素。
4. 前記インデックス部材は、格子領域および平面領域を備える特徴を設けられている位相格子を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光学要素。
5. 前記インデックス部材は、零次数の光が通過することを許容する位相深さを備えて構成されている位相格子構造を有することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光学要素。
6. 前記インデックス部材は、該インデックス部材を通しての入射光の伝達を許容する透明な領域と、許容しない不透明な領域を交互に設けられていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の光学要素。
7. 前記透明な領域は、屈折要素を備えることを特徴とする請求項６に記載の光学要素。
8. 前記不透明な領域は、反射することを特徴とする請求項６または７に記載の光学要素。
9. 前記不透明な領域は、吸収性があることを特徴とする請求項６または７に記載の光学要素。
10. 前記透明および不透明な領域は、前記部材の一方の側に入射する光が、前記透明な領域によって前記特徴の方へ向けられていて、前記部材の別の側に戻らされる光が、前記特徴間の前記透明な領域を通過するように、定められていることを特徴とする請求項６から９のいずれかに記載の光学要素。
11. 前記インデックス部材は、複屈折格子を備えることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の光学要素。
12. 前記インデックス部材は、複屈折材料で満たされている格子領域を有することを特徴とする請求項１１に記載の光学要素。
13. 前記インデックス部材は、ある偏光に対して位相格子のように機能するが、プラスまたはマイナス９０°で偏光された光に対して平面であるようにみえることを特徴とする請求項１１または１２に記載の光学要素。
14. 前記光学要素の構成は、前記部材を第１の側から通過するとき特徴と相互作用する光が前記部材の別の側に戻らされるとき前記特徴と相互作用しないでそして第１の一連の干渉縞を形成し、前記部材を第１の側から通過するとき前記特徴と相互作用しない光が前記部材の前記別の側に戻らされるとき前記特徴と相互作用してそして第２の一連の干渉縞を形成するようであることを特徴とする請求項１から１３のいずれかに記載の光学要素。
15. 請求項１から１４のいずれかに記載の光学要素を含む、スケールおよび読み取りヘッド装置。
16. 互いに対して可動である、スケールおよび読み取りヘッドと、
    光源と、
    検出器と、
    前記光源と前記スケールとの間に置かれ、２つ以上の結果として生じるビームを生み出す光と相互作用する特徴を有するインデックス部材であって、前記光が前記光源から前記スケールへのそれの路と、また前記スケールから前記検出器までのそれの路との両方で前記インデックス部材を通過する、インデックス部材と
    を備え、
    前記インデックス部材の構成が、２つ以上の結果として生じるビームを生み出すために第１の側から前記部材を通過するとき、前記特徴と相互作用する光が、前記部材の別の側に戻らされるとき、前記特徴と相互作用しない、および／または逆もまた同様であるというようなものであることを特徴とする、スケールおよび読み取りヘッド装置。
17. 前記インデックス部材の仕組みは、
    前記特徴が、光であって前記光源から前記スケールへのそれの路で前記インデックス部材を通過する光と相互作用するが、前記スケールから前記検出器へのそれの路で光と相互作用しない
    というようなものであることを特徴とする請求項１６に記載のスケールおよび読み取りヘッド装置。
18. 前記特徴は、入射光と相互作用し、前記光の回折をもたらすことを特徴とする請求項１６または１７に記載のスケールおよび読み取りヘッド装置。
19. 前記インデックス部材は、請求項１から１３のいずれかに記載の光学要素を備えることを特徴とする請求項１６から１８のいずれかに記載のスケールおよび読み取りヘッドシステム。
20. 前記インデックス部材は、複屈折格子を備え、
    ４分の１波長板が、前記インデックス部材と前記スケールとの間に設けられていることを特徴とする請求項１６から１９のいずれかに記載のスケールおよび読み取りヘッド。
21. レンズが、前記インデックス部材と前記検出器との間に設けられていることを特徴とする請求項１５から１９のいずれかに記載のスケールおよび読み取りヘッド装置。
22. 空間フィルターが、前記インデックス部材と前記検出器との間に設けられていることを特徴とする請求項１６から２１のいずれかに記載のスケールおよび読み取りヘッド装置。
23. 前記レンズは、前記インデックス部材と検出器との間に設けられたマイクロレンズアレイを備えることを特徴とする請求項２１に記載のスケールおよび読み取りヘッド。
24. 前記マイクロレンズは、第１レンズと、第２レンズと、そして、それらの間のフィルターとを備えることを特徴とする請求項２３に記載のスケールおよび読み取りヘッド。
25. 前記フィルターと前記レンズアレイとの周期は、前記検出器に形成された干渉縞の周期の整数の倍数であることを特徴とする請求項２４に記載のスケールおよび読み取りヘッド。
26. ダブルマイクロレンズアレイが、非反転イメージセグメントを生み出すように設けられていることを特徴とする請求項２３から２５のいずれかに記載のスケールおよび読み取りヘッド。
27. 前記検出器は、複数の感光性要素を備える構造化検出器であることを特徴とする請求項１６から２６のいずれかに記載のスケールおよび読み取りヘッド。
28. 前記構造化検出器の前記感光性要素の分離は、前記検出器に形成された干渉縞の非コンスタント周期に適合することを特徴とする請求項２７に記載のスケールおよび読み取りヘッド。
29. 分析器格子が、前記検出器の前に設けられていることを特徴とする請求項１６から２８のいずれかに記載のスケールおよび読み取りヘッド。
30. フィールド平滑化レンズが、前記検出器の前に設けられていることを特徴とする請求項１６から２９のいずれかに記載のスケールおよび読み取りヘッド。
31. 前記入射光の角度および前記インデックス部材の構成は、
    前記部材を第１の側から通過するとき特徴と相互作用する光が前記部材の別の側に戻らされるとき前記特徴と相互作用しないでそして第１の一連の干渉縞を形成し、前記部材を第１の側から通過するとき前記特徴と相互作用しない光が前記部材の前記別の側に戻らされるとき前記特徴と相互作用してそして第２の一連の干渉縞を形成するようであることを特徴とする請求項１６から３０のいずれかに記載のスケールおよび読み取りヘッドシステム。
32. 前記第１および第２の一連の干渉縞は、交互に挟まれていることを特徴とする請求項３１に記載のスケールおよび読み取りヘッドシステム。

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