JP2023502079A - 位置測定器 - Google Patents
位置測定器 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2023502079A JP2023502079A JP2022528204A JP2022528204A JP2023502079A JP 2023502079 A JP2023502079 A JP 2023502079A JP 2022528204 A JP2022528204 A JP 2022528204A JP 2022528204 A JP2022528204 A JP 2022528204A JP 2023502079 A JP2023502079 A JP 2023502079A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- sensor
- scale
- emitting element
- light
- optical device
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 156
- IHIDFKLAWYPTKB-UHFFFAOYSA-N 1,3-dichloro-2-(4-chlorophenyl)benzene Chemical compound C1=CC(Cl)=CC=C1C1=C(Cl)C=CC=C1Cl IHIDFKLAWYPTKB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 28
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 6
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 5
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 4
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 3
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 3
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 2
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 description 2
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 238000002788 crimping Methods 0.000 description 2
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- QNRATNLHPGXHMA-XZHTYLCXSA-N (r)-(6-ethoxyquinolin-4-yl)-[(2s,4s,5r)-5-ethyl-1-azabicyclo[2.2.2]octan-2-yl]methanol;hydrochloride Chemical compound Cl.C([C@H]([C@H](C1)CC)C2)CN1[C@@H]2[C@H](O)C1=CC=NC2=CC=C(OCC)C=C21 QNRATNLHPGXHMA-XZHTYLCXSA-N 0.000 description 1
- ZGHQUYZPMWMLBM-UHFFFAOYSA-N 1,2-dichloro-4-phenylbenzene Chemical group C1=C(Cl)C(Cl)=CC=C1C1=CC=CC=C1 ZGHQUYZPMWMLBM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001369 Brass Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 239000010951 brass Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- MSNOMDLPLDYDME-UHFFFAOYSA-N gold nickel Chemical compound [Ni].[Au] MSNOMDLPLDYDME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 150000003071 polychlorinated biphenyls Chemical class 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
- G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
- G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
- G01D5/347—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells using displacement encoding scales
- G01D5/34746—Linear encoders
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
- G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
- G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
- G01D5/347—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells using displacement encoding scales
- G01D5/34707—Scales; Discs, e.g. fixation, fabrication, compensation
- G01D5/34715—Scale reading or illumination devices
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
- G01B11/04—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness specially adapted for measuring length or width of objects while moving
- G01B11/043—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness specially adapted for measuring length or width of objects while moving for measuring length
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optical Transform (AREA)
Abstract
エンコーダ装置は、反射スケール及び読み取りヘッドを備える。前記読み取りヘッドは、少なくとも１つの発光素子と、少なくとも１つのセンサと、少なくとも１つの光学デバイスと、を備え、前記少なくとも１つの光学デバイスは、前記スケールと共に光学系を形成し、前記光学デバイスは、前記反射スケールの照射領域の画像を前記センサ上に形成する。前記光学系の光路は、前記発光素子から前記センサに至るまで、前記スケールに向かう途中及び前記スケールからの反射の後に、前記光学デバイスを通過し、前記光学系の光路は、前記発光素子と前記光学デバイスとの間の非反射光路と、前記光学デバイスと前記センサとの間の非反射光路と、を備える。
Description
本発明は、位置測定エンコーダ、位置エンコーダ、エンコーダ装置、又は単に「エンコーダ」としても知られる位置測定器に関する。特に、本発明は、いわゆるアブソリュート位置測定器（absolute position measurement device）／アブソリュート位置エンコーダ装置（absolute position encoder apparatus）に関する。
２つの可動物体間の相対位置を測定するためのエンコーダ装置／位置測定器は周知である。典型的には、一連のスケールマーキングは、ある物体に設けられ、スケールマーキングを読み取るための読み取りヘッドは、別の物体に設けられる。スケールマーキングは、物体と一体的に形成され得るか、又は物体に固定され得るスケールに設けられ得る。
エンコーダ装置は、一般に、インクリメンタルエンコーダ装置（incremental encoder apparatus）又はアブソリュートエンコーダ装置（absolute encoder apparatus）のいずれかに分類される。インクリメンタルエンコーダ装置において、スケールは、インクリメンタルアップ／ダウンカウント（incremental up/down count）を提供するために、読み取りヘッドによって検出可能な複数の周期的なマーキングを有する。例えば、そのようなスケールは、特許文献１に記載されている。基準マークは、基準点を定義するために、周期的なマーキングの隣に提供され得、又は周期的なマーキングの中に埋め込まれ得る。例えば、そのようなスケールは、特許文献２に開示されている。アブソリュート位置エンコーダ装置は、典型的には、ユニークな一連のマーク、例えばコードを検出し、それらのコードをアブソリュート位置に変換する読み取りヘッドによって相対変位を測定する。そのようなスケールは、特許文献３に記載されており、そのようなエンコーダは、特許文献４に詳細に記載されている。
アブソリュートエンコーダ装置は、アブソリュートエンコーダ装置が、スケールにおける読み取りヘッドの相対運動を必要とせず、起動時にスケールに対する読み取りヘッドのアブソリュート位置を決定できる点で、インクリメンタルエンコーダ装置とは異なる。対照的に、インクリメンタルエンコーダ装置では、読み取りヘッドは、ゼロ位置を決定するために参照マークに移動しなければならない。
エンコーダ装置はまた、スケール上の特徴、例えば、光学的特徴、磁気的特徴、誘導性特徴、容量性特徴を検出するそれらの主要な手段に基づいて分類することができる。
本発明は、改良された光学エンコーダ装置に関する。
本発明の第１の態様によれば、反射スケール及び読み取りヘッドを備えるエンコーダ装置であって、前記読み取りヘッドは、少なくとも１つの発光素子と、少なくとも１つのセンサと、及び少なくとも１つの光学デバイスと、を備え、前記少なくとも１つの光学デバイスは、前記スケールと共に光学系を形成し、前記光学デバイスは、前記反射スケールの照射領域の画像を前記センサ上に形成し、前記系の光路は、前記発光素子から前記センサに至るまで、前記スケールに向かう途中及び前記スケールからの反射の後に、前記光学デバイスを通過するエンコーダ装置が提供される。
前記発光素子と前記光学デバイスとの間の前記光路は、直射／非反射であり得る。前記光学デバイスと前記センサとの間の前記光路は、直射／非反射であり得る。言い換えると、前記装置（例えば、前記読み取りヘッド）は、前記発光素子と前記光学デバイスとの間の非反射光路と、前記光学デバイスと前記センサとの間の非反射光路とを備えることができる。
好ましくは、前記発光素子と前記スケールとの間の光の光路は直射／非反射であり、前記スケールと前記センサに向かう光の光路も直射／非反射である。
前記読み取りヘッドがシェル／ハウジングと、（前記発光素子からの）光が前記読み取りヘッドから出て（前記スケールによって反射される）光が前記読み取りヘッドに入る（すなわち、存在し、前記シェル／ハウジングに入る）窓とを備える実施形態では、前記読み取りヘッド内（又は前記シェル／ハウジング内）の光路全体が直射／非反射であることが好ましい。
本発明は、光学的なアブソリュート位置測定器のための特にコンパクトな読み取りヘッドを可能にする。例えば、前記発光素子から発光された光が往路（outward path）上及び復路（return path）上の同じ光学デバイスを通過するように前記読み取りヘッドを構成することで、必要な光学部品の数を減らすことができる。また、前記発光素子と前記光学デバイスとの間の直射／非反射である光路、及び前記光学デバイスと前記センサとの間の直射／非反射である光路を確保することは、反射光学部品（ミラー及び／又はビームスプリッタなど）が必要でないことを意味する（例えば、前記読み取りヘッドは、その光路内に反射光学部品を有さないことができる）。したがって、前記読み取りヘッドの光学部品の数をさらに減らし、前記読み取りヘッドのコンパクト化を改善し、複雑さを軽減することができる。
前記発光素子は、前記センサの平面に垂直な方向（dimension）において、前記発光素子が前記センサと前記光学デバイスとの間に着座／位置するように、前記読み取りヘッドに取り付けることができる。例えば、前記発光素子は、（前記センサ及び前記光学デバイスの外縁／側面によって描かれる）前記センサと前記光学デバイスとの間の空間（又は「体積」）に位置することができる。
前記発光素子は、前記発光素子による発光が前記光学デバイスによってコリメートされるように、前記光学デバイスの焦点面に実質的に位置し得る。例えば、好ましくは、前記発光素子は、前記光学デバイスの焦点面から５００μｍ（ミクロン）以下、より好ましくは前記光学デバイスの焦点面から２５０μｍ（ミクロン）以下、特に好ましくは前記光学デバイスの焦点面から１００μｍ（ミクロン）以下に位置する。
任意選択で、前記スケールによって反射され、前記光学デバイスによって前記センサ上に撮像された光は、前記光学デバイスと前記センサとの間の特定の距離における点に向かって集束する。さらに、前記発光素子は、前記光学デバイスと前記センサとの間の前記特定の距離ぐらいに配置され得る。
任意選択で、ｉ）前記発光素子の発光面（又は発光点）の中心と前記センサの感知面との間の、前記センサの前記面に垂直な方向の距離と、ｉｉ）前記発光素子の発光面（又は発光点）の中心と前記光学デバイスとの間の、前記センサの前記面に垂直な方向の距離と、の比は、３５：６５以上、例えば４０：６０以上、任意選択で５０：５０以上、好ましくは６０：４０以上、例えば６５：３５以上である。
前記発光素子は、前記光学デバイスの光軸からオフセットされるように位置決めされ得る。例えば、前記発光素子は、前記光学デバイスの光軸から１ｍｍ以下、例えば７５０μｍ以下、例えば５００μｍ以下オフセットされ得る（例えば、前記光源の発光ゾーンの中心から測定され得る）。任意選択で、レンズの焦点距離に対するオフセットの比は、１：２．５以下、例えば、０．５：２．５以下である。
任意選択で、前記光路が前記スケールに衝突するとき及び／又は前記スケールから反射するときの前記光路の方向は、前記スケールに垂直ではない。例えば、（前記照射領域において）前記スケールに対して垂直に延びる線と、前記スケールに衝突する（及び／又はそこから反射する）光路の方向とで成す角度は、１°（度）以上、例えば２°以上、例えば５°以上であり、任意選択で２０°以下、例えば１５°以下である。言い換えると、任意選択で、光の入射方向と反射方向（すなわち、０°超）との間に、例えば少なくとも２°、例えば少なくとも４°、任意選択で少なくとも１０°、例えば４０°、例えば３０°以下の角度といった、前記スケールから反射される角度がある。
したがって、任意選択で、前記光路が前記スケールに衝突する及び／又は前記スケールから反射するときの前記光路の形状は、Ｖ字形である。任意選択で、前記系の光路は、前記発光素子から前記センサに至るまで、実質的にダイヤモンド型／菱形である。
前記スケールに向かう途中及び前記スケールからの反射の後の前記光学デバイスを通る前記光路は、横方向にオフセットされ得る。したがって、例えば、前記光学系を通る任意の所与の光線について、光線が前記スケールに向かって前記光学デバイスを出る点、及び光線が前記スケールから反射された後に前記光学デバイスに再び入る点は、横方向にオフセットされる／異なる。理解されるように、前記スケールに向かう途中及び前記スケールからの反射の後の前記光路（例えば、光ビーム）は、（例えば、部分的に、及び任意選択で、実質的に、しかし完全ではなく）重なり合うことができる。
任意選択で、前記発光素子及び前記センサは、前記光学デバイス及びスケールの両方に対向する。前記発光素子と前記センサは、両方とも同じ方向を向くことができる。言い換えると、前記発光素子及び前記センサは、前記センサ平面が前記発光素子の発光面に実質的に平行であるように、前記読み取りヘッドに取り付けられ得る。
任意選択で、前記センサ、及び前記光学デバイスによって形成される前記スケールの前記画像は、前記発光素子の後方（例えば、その真後ろ）にある。任意選択で、前記発光素子は、前記スケールによって反射された前記発光素子からの光線が、ある点に集束し、復路上の前記発光素子を迂回し、その後、分岐して前記スケールの前記画像を（前記光源の後ろの）前記センサ上に形成するように、位置決めされる。
理解されるように、前記スケールの画像は、前記スケール上の任意の所与の点からの光線が、（前記センサが位置する）画像平面における共通の固有の点に実質的に集束するときに形成される。（この点は、前記スケール上の異なる所与の点について、その点からの光線が実質的に異なる共通点に集束するという点で「固有」である）。前記画像は、空間的にフィルタリングされた画像であり得る。
複数の発光素子が提供され得る。このような場合、前記複数の発光素子は、単一の光源として作用するように共に設けられることが好ましい。任意選択で、前記読み取りヘッドは、１つの発光素子のみを備える。
任意選択で、前記発光素子は、「キャップされていない」、「パッケージ化されていない」、又は「レンズされていない」半導体ダイオード、例えば、ベアダイ（bare die）の半導体ダイオードを備える。前記発光素子は、例えば、発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）又はレーザ（例えば、垂直共振器面発光レーザ（Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser：ＶＣＳＥＬ））を備え得る。
前記少なくとも１つのセンサは、複数のセンサ素子（例えば、フォトダイオード）を備えることができる。例えば、前記読み取りヘッドは、センサ要素のアレイを備えることができる。前記アレイは、１次元であっても２次元であってもよい。
本明細書における「光」への言及は、紫外線から赤外線範囲までの任意の場所での電磁放射（Electromagnetic Radiation：ＥＭＲ）を指す。例えば、前記光は、紫外線、可視光、赤外線、又はそれらの組み合わせであり得る。
前記光学デバイスは、前記レンズ、例えば、シングレットレンズを備えることができる。任意選択で、前記光学デバイスは、フレネルゾーンプレートなどの回折光学素子を備える。任意選択で、前記光学デバイスは、ホログラフィック光学素子、例えばレンズのホログラムを備える。
前記スケールは、前記センサが前記スケール及び前記読み取りヘッドの相対運動／相対位置を決定するために検出することができる一連の特徴を備えることができる。そのような特徴は、周期的又は非周期的に配置することができる。理解されるように、特徴を前記スケールで定義することができる多くの好適な方法がある。例えば、特徴は、特定の電磁放射（ＥＭＲ）特性、例えば特定の光学特性を有するマーキング、例えば、前記スケールの一部の特定の光学透過率又は反射率によって定義され得る。したがって、特徴は、例えば、最小の反射率又は透過率値を有する前記スケールの部分によって定義され得る。任意選択で、特徴は、例えば、最大反射率又は透過率値を有する前記スケールの部分によって定義され得る。任意選択で、特徴は、例えば、それが光を反射する方法（例えば、方向）によって（例えば、前記読み取りヘッドに向かって及び前記読み取りヘッドから離れて）定義され得る。これらの機能は、ライン、ドット、又は前記センサが検出できる他の構成の形式を採ることができる。１次元スケールのための好ましい構成は、測定寸法に垂直な寸法のトラックの幅全体にわたって延在するラインを備えることができる。
前記エンコーダ装置は、インクリメンタルエンコーダ装置であってもよい。したがって、前記スケールは、インクリメンタルスケールを備え得る。前記インクリメンタルエンコーダ装置は、１つ以上の基準位置を画定するための１つ以上の基準マークを備えることができる。任意選択で、前記エンコーダ装置は、アブソリュートエンコーダ装置である。理解されるように、インクリメンタルエンコーダとは対照的に、アブソリュートエンコーダ装置は、前記読み取りヘッド及び前記スケールの相対的な移動を必要とせずに、前記スケールに対する前記読み取りヘッドのアブソリュート位置を決定することができる。前記アブソリュートエンコーダは、その長さに沿って一連の固有の位置を定義する機能を備えるアブソリュートスケール（absolute scale）を備える。一連の固有のアブソリュート位置は、複数のトラック、例えば複数の隣接するトラックの特徴によって定義され得る。任意選択で、一連の固有のアブソリュート位置は、単一のトラックにのみ含まれる特徴によって定義することができる。例えば、アブソリュート位置情報は、前記スケールの測定長に沿って取得された特徴の組み合わせから決定することができる。したがって、前記エンコーダ装置は、前記センサによって取得された画像からアブソリュート位置情報を抽出するように構成され得る。そのような抽出は、前記読み取りヘッドによって、又は前記読み取りヘッドの外部のデバイスによって実行され得る。
任意選択で、前記読み取りヘッドは、前記スケールの少なくとも１つの離散的なスナップショット（snapshot）（すなわち、スナップショット画像）を取得することによってスケールを読み取るように構成される。これは、例えば、連続した位相測定及び位相カウントの代わりに用いることができる。従って、前記読み取りヘッドが前記スケールの離散的なスナップショットを撮影することで、前記スケール画像を得ることができる。スナップショットは、一瞬で撮影することも、前記スケールの連続したセクションの小さな読み取り値を素早く連続して撮影することで構築することもできる。前記スケールのスナップショット読み取りは、いくつかの利点を提供することができる。例えば、スケールリーダの前記スケールに対する最大動作速度は、連続した位相測定及び位相カウントシステムの固有周波数制限によって制限されないため、より大きくなり得る。さらに、スナップショットを撮影する光学系では、前記発光素子は、平均消費電力を増加させることなく、又はソースの寿命を制限することなく、連続系と比較して光強度を増加させることを可能にする短い時間だけオンにする必要がある。この増加した光強度は、より多くの光子がセンサによって捕捉され得ることを意味し得、したがって、系のノイズフロアを低減し、より少ない位置ノイズをもたらす。
前記センサは、プリント基板（Printed Circuit Board：ＰＣＢ）に取り付けることができる。前記発光素子は、前記センサと同じＰＣＢに電気的に接続することができる。前記発光素子は、前記発光素子と前記センサとの間に（例えば、前記センサの平面に垂直な方向に）ギャップを提供するように、基板から離して前記発光素子を保持する支持部材によって（前記読み取りヘッドに（例えば、前記ＰＣＢに））物理的に取り付けられ得る。前記支持部材は、前記センサと前記光学デバイスとの間の空間（体積）に発光素子を保持するように構成することができる。例えば、前記発光素子と前記センサとの間の距離は、前記センサの平面に垂直な方向で測定され、少なくとも１ｍｍ、例えば少なくとも１．５ｍｍ、例えば少なくとも２ｍｍであり得る。より具体的には、前記センサの感知面に垂直な方向で、前記発光素子の発光面（又は発光点）の中心から前記センサの感知面までの距離は、少なくとも１ｍｍ、例えば少なくとも１．５ｍｍ、好ましくは少なくとも２ｍｍ、例えば約２．５ｍｍであり得る。前記距離は、２ｍｍ～３ｍｍ、例えば、約２．５ｍｍであり得る。
本発明の別の態様によれば、反射スケールを読み取り、その相対位置を決定するための読み取りヘッドであり、前記読み取りヘッドは、発光素子と、センサと、光学デバイスと、を備え、前記読み取りヘッドに隣接して位置する反射スケールの領域の画像を前記センサ上に照射して形成するための読み取りヘッドであって、前記発光素子からの光は、前記スケールに向かう途中及び前記スケールからの反射の後に前記光学デバイスを通過し、前記発光素子と前記光学デバイスとの間の前記光の経路は、直射／非反射であり、前記光学デバイスと前記センサとの間の前記光の経路は、直射／非反射である読み取りヘッドが提供される。本発明の第１の態様に関連して上述した特徴は、本発明のこの態様に等しく適用可能である。
本発明の別の態様によれば、反射スケールを読み取り、その相対位置を決定するための読み取りヘッドであって、前記読み取りヘッドは、少なくとも１つの発光素子、少なくとも１つのセンサ、及び少なくとも１つの光学デバイス（例えば、レンズなど）を備える読み取りヘッドが提供される。前記発光素子は、前記発光素子が前記センサと前記光学デバイスとの間に位置するように（例えば、前記センサの平面に垂直な寸法で）前記読み取りヘッドに取り付けられ得る。例えば、前記発光素子は、（例えば、前記センサ及び前記光学デバイスの外縁／側面によって描かれる）前記センサと前記光学デバイスとの間の空間（又は「体積」）に位置することができる。このような構成は、非常にコンパクトな読み取りヘッドを提供する。前記光学デバイスは、前記反射スケールの照射領域の画像を前記センサ上に形成するように構成され得る。任意選択で、前記発光素子から前記センサへの系の光路は、前記光学デバイスを通って前記スケールに向かう途中、及び前記スケールからの反射の後に通過することができる。任意選択で、前記系の光路は、前記発光素子と前記光学デバイスとの間の反射されていない光路を備え得る。任意選択で、前記系の光路は、前記光学デバイスと前記センサとの間の反射されていない光路を備え得る。本発明の他の態様に関連して上述した特徴は、本発明のこの態様にも適用可能である。
本書では、読み取りヘッドに隣接して位置する反射スケールを読み取るための読み取りヘッドと、前記読み取りヘッドに隣接して位置するスケールから反射される光を検出するための1つ以上のフォトダイオードを備えるセンサと、少なくとも1つの発光素子とを備え、前記発光素子と前記センサとの間の距離が、前記センサの感知面に垂直な方向に計測されるように、前記センサの感知面から離れて保持される、エンコーダ装置について説明する。本書では、読み取りヘッドに隣接して位置する反射スケールを読み取るための読み取りヘッドと、前記読み取りヘッドに隣接して位置するスケールから反射される光を検出するための1つ以上のフォトダイオードを備えるセンサを備える回路基板と、少なくとも1つの発光素子とを備え、前記発光素子は、前記センサの感知面に垂直な方向に測定された前記発光素子と前記センサとの距離が少なくとも１ｍｍとなるように、前記発光素子を前記回路基板から離れた位置に保持する発光素子支持構造を介して前記回路基板に取り付けられる、エンコーダ装置について説明する。より具体的には、前記発光素子の発光面（又は発光点）の中心から前記センサの感知面までの前記センサの感知面に垂直な方向への距離は、少なくとも１ｍｍであり得る。前記距離は、少なくとも１．５ｍｍ、任意選択で少なくとも２ｍｍ、例えば少なくとも２．５ｍｍであり得る。前記距離は、２ｍｍ～３ｍｍ、例えば、約２．５ｍｍであり得る。
ここで、本発明の実施形態は、以下の図面を参照して、例としてのみ説明される。
本発明による位置測定器の概略等角図を示す。
図１の位置測定器の読み取りヘッドの様々な光学構成要素及び電子構成要素の概略図である。
図１及び図２の位置測定器の光学配置の概略図を示す。
図１及び図２の位置測定器の光学配置の概略図を示す。
図１の読み取りヘッドの断面図を示す。
図１の読み取りヘッドの回路基板、光源、光源支持構造、及びセンサの等角図を示す。
光源の支持構造の正面図を示す。
光源の支持構造の背面図を示す。
光源の支持構造の上面平面図を示す。
光源の接合ワイヤの支持構造の等角正面図を示す。
光源の接合ワイヤの支持構造の等角背面図を示す。
本発明の読み取りヘッドの代替実施形態を示す。
光源がセンサの真上に配置された本発明の読み取りヘッドの平面図を模式的に示す。
光源がセンサの真上に配置された本発明の読み取りヘッドの平面図を模式的に示す。
図１を参照すると、読み取りヘッド４、スケール６、及びコントローラ７を備えるエンコーダ装置２が示されている。読み取りヘッド４及びスケール６は、互いに相対的に移動可能である第１及び第２のオブジェクト（図示せず）にそれぞれ実装される。相対運動の速度は変化し得るが、本明細書に記載された実施形態では、読み取りヘッド４及びスケール６は、既知の最大相対加速度を有する。
本明細書に記載の実施形態では、スケール６はリニアスケールである。しかしながら、スケール６は、非リニアのスケール、例えば、ロータリスケール（例えば、ディスクスケール又はリングスケール）であり得ることが理解されるであろう。さらに、スケール６は、１次元でのみ測定を可能にする。しかしながら、これは必ずしもそうである必要はなく、例えば、スケールは２次元での測定を可能にすることができる。
本明細書に記載された実施形態では、スケール６は、アブソリュートスケールであり、その長さに沿って固有の位置データを符号化するように配置された一連の反射ライン８及び非反射ライン１０を備える。データは、例えば、疑似ランダム配列又は離散コードワードの形態であり得る。他の実施形態では、スケールは、（基準マークの有無にかかわらず）インクリメンタルスケール（incremental scale）であり得る。
ラインの幅は、必要な位置分解能に依存し、典型的には１μｍ～１００μｍの範囲、より典型的には５μｍ～５０μｍの範囲、例えば１０μｍ～３０μｍの範囲である。記載の実施形態では、ラインの幅は１５μｍ程度である。反射ライン８及び非反射ライン１０は、概して、所定の期間において交互に配置される。しかしながら、スケール６内のアブソリュート位置データを符号化するために、選択された非反射ライン１０はスケール６から欠落している。例えば、非反射ラインの存在は、「１」ビットを表すために使用することができ、非反射ラインの不在は、「０」ビットを表すことができる。
図２に示されるように、読み取りヘッド４は、発光素子／光源１２、光学デバイス１８、センサ２０、及び窓２２を備える。本実施形態では、発光素子／光源１２は、発光ダイオード（ＬＥＤ）を備える。また、この実施形態では、光学デバイスはレンズ１８を備えるが、他の光学デバイスを使用することができる。例えば、フレネルゾーンプレートなどの回折光学素子、及び／又はホログラフィック光学素子、例えばレンズのホログラムを使用することができる。この実施形態では、センサ２０は、相補的金属酸化物半導体（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor「ＣＭＯＳ」）センサを備える。理解されるように、ＣＭＯＳセンサの代わりに他の画像センサを使用することができる。例えば、代わりにＣＣＤ又はフォトダイオードアレイを使用することができる。
また、読み取りヘッド４は、ＣＰＵ ２４、メモリデバイス２５（例えば、電気的消去可能プログラマブル読み取り専用メモリ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory：ＥＥＰＲＯＭ）又はフラッシュメモリ）、及びインターフェース２６を備える。読み取りヘッド４はまた、センサ２０からの画像データをデジタル化するためのアナログ－デジタル変換器を含んでもよい。任意選択で、アナログからデジタルへの変換は、センサ２０又はＣＰＵ ２４内で実行され得る。
ＬＥＤ １２から発せられる光は、光学デバイス１８によってコリメートされ、次いで、窓２２を通過し、スケール６上に投射する。スケール６は、窓２２を通して光を反射し、窓２２はレンズ１８を通過し、レンズ１８は、スケールによって反射された光を使用して、センサ２０上にスケールの２次元画像を形成する。したがって、センサ２０は、ＬＥＤ １２によって照射されたスケール６の一部の２次元画像を検出する。センサは、画素の１次元又は２次元アレイを備えることができる。例えば、センサは、２５６個の細長いピクセルの１次元アレイを備えることができ、その長さは、スケール上の反射ライン８及び非反射ライン１０の長さに平行に延びる。本明細書に記載の２次元撮像装置の代わりに、１次元撮像装置を使用することができ、その代わりに、センサ上のレンズによってスケールの１次元画像が形成される。
ＬＥＤ １２は、ＣＰＵ ２４の要求に応じて操作できるようにＣＰＵ ２４に接続されている。センサ２０は、ＣＰＵ ２４が画像センサ２０を横切って投射する光の強度の画像を受信できるようにＣＰＵ ２４に接続されている。センサ２０はまた、センサ２０がＣＰＵ ２４の要求に応じてセンサ２０を横切って投射する光の強度のスナップショットを撮影するように操作され得るため、ＣＰＵ ２４に直接接続される。ＣＰＵ ２４は、メモリ２５に接続されており、処理に使用するデータを格納及び取得することができる。インターフェース２６は、ＣＰＵ ２４がライン４０を介してコントローラ７（図１に示す）などの外部デバイスから要求を受信し、結果を出力することができるように、ＣＰＵ ２４に接続される。ライン４０はまた、読み取りヘッド４が電源供給される電源ラインを備える。
理解されるように、アブソリュート位置データは、反射ライン８、ならびに非反射ライン１０を欠くことによって、又はその代わりに、スケール６において符号化され得る。さらに、アブソリュート位置データは、反射ライン８又は非反射ライン１０を追加又は除去することなく、スケール６に埋め込むことができる。例えば、ラインの幅、それらの間の距離、又はそれらの色は、スケール６にアブソリュート位置データを埋め込むために変化させることができる。さらに、スケールの測定長に沿って撮影された特徴のユニークな組み合わせによってアブソリュート位置を定義するスケールではなく、スケールの幅に沿って撮影された特徴のユニークな組み合わせによってアブソリュート位置を定義する特徴を有することができる。例えば、スケールは、その長さがスケールにわたって、例えば、スケールの測定長に実質的に垂直に延びる複数の「バーコード」を備えることができる。任意選択で、スケールは、これらのトラックの少なくとも１つ、任意選択で少なくとも２つ、及び場合によっては全てが、トラックのスケール周期が互いに異なり、スケールの幅にわたる特徴の組み合わせがスケールの測定長に沿った任意の１つの点で固有である、複数の規則的な間隔の特徴（すなわち、トラックは、異なる基本周波数のインクリメンタルスケール特徴を本質的に備えることができる）を備えることができる複数のトラックを備えることができる。
一連のマーキングのグループは、微細な位置情報（例えば、スケールマーキングの期間よりも細かい解像度を有する位置情報）を決定することを可能にするために、一連のマーキングから位相情報を抽出することを可能にするために十分な情報を依然として有する一方で、固有の、すなわちアブソリュート位置情報を定義するスケール長に沿って一連の固有のバイナリコードワードを符号化するために使用することができる。したがって、このようなシステムでは、位置情報は、粗いアブソリュート位置（画像から抽出された符号語から決定される）と、微細な位置(実質的に周期的なマーキングの位相オフセットを見て決定される)とから構成することができる。かかるいわゆるハイブリッドのインクリメンタル及びアブソリュートスケールのさらなる詳細は、特許文献５を参照されたい）、その内容は、本明細書中に参照により組み込まれる。
代替の実施形態では、スケールは、アブソリュート位置情報を規定する特徴を備えるアブソリュートトラックと、規則的な間隔の特徴を備える別個のインクリメンタルトラックとを備えることができる。
図３ａ及び図３ｂを参照して、図１及び図２のリードヘッド４の光学系をより詳細に説明する。図３ａ及び３ｂは、光源１２からセンサ２０へのセンサ２０上へのスケール６の画像を形成する光学系を通る経路光を概略的に示す。
示されるように、光学デバイス１８は、光軸ＯＡ、焦点距離ｆ、及び焦点面ｆｐを有するレンズ１８を備える。示されるように、点光源１２は、レンズ１８の焦点面ｆｐに実質的に位置するが、レンズ１８の光軸ＯＡからわずかにオフセットされている。例えば、光源１２は、レンズ１８の光軸ＯＡから約４５０μｍオフセットされている（光源の発光ゾーンの中心から測定される）。特に、レンズの焦点距離に対するオフセットの比は、約０．４５：２．５である。光源１２をレンズの焦点面１８に実質的に位置付けることは、そこから放射される光が、レンズ１８がスケール６に向かうときに実質的にレンズ１８によって整列されることを確実にするのに役立つ。したがって、スケール6によって反射された光は、レンズ１８によってレンズ１８の焦点面ｆｐの点に合焦された後、発散し、光源１２の背後のセンサ２０でスケール６の２次元画像を形成する。理解されるように、光源１２の画像は、焦点面ｆｐに形成される。レンズ１８の焦点面ｆｐに光源１２を位置決めするが、レンズ１８の光軸ＯＡからオフセットすることは、光源１２がセンサ２０とレンズ１８との間の空間（又は「体積」）に位置することができ（図３ｂに示されるハッチング領域によって示される）、読み取りヘッドをコンパクトにするのに役立つが、センサ２０への復路上のスケールによって反射される光の邪魔にならないことを意味する。
示されるように、光源１２及びセンサ２０の両方は、レンズ１８（及び窓２２及びスケール６）に面する。（言い換えれば、光源１２の発光面及びセンサ２０の感知面は、レンズ１８に面する）。また、光源１２とレンズ１８との間には、反射されていない（すなわち、「直射」）光路があり、レンズ１８とセンサ２０との間には、反射されていない（すなわち、「直射」）光路がある。したがって、反射光学部品は必要なく、又は光を回したり操縦したりするために使用されない。ミラーやビームスプリッタなどの反射光学部品の使用を避けることは、リードヘッドのサイズを大幅に縮小するのに役立ち得る。
さらに、説明される特定の実施形態では、同じ光学デバイス／レンズ１８を使用して、光源１２からの光をコリメートし、センサ上にスケール６の画像を形成する。したがって、上述した読み取りヘッド4の光学配置は、1つの光学デバイス／レンズ１８のみを使用するため、特にコンパクトで安価である。記載される実施形態では、レンズ１８は単レンズであるが、異なるタイプのレンズ（例えば、二重レンズ、複合レンズ、又は勾配指数（Gradient-Index：ＧＲＩＮ）レンズ）であり得る。理解されるように、光学デバイスは、必ずしもレンズである必要はないが、フレネルゾーンプレート又はホログラム光学素子（Holographic Optical Element：ＨＯＥ）、例えばレンズのホログラムなどの別のタイプの光学デバイスであり得る。
図３ａに示されるように、光源は、センサ２０に比べてレンズ１８にはるかに近い。このような構成は、光源が通常、センサとほぼ平面上にあるセンサと同じ基板に取り付けられる従来のエンコーダ設計から逸脱する。図３ａに示すように、本実施形態では、読み取りヘッドは、ｉ）発光素子の発光面（又は発光点）の中心からセンサの感知面までの距離（Ｄ１）がセンサの面に垂直な方向にある比率、及びｉｉ）発光素子の発光面（又は発光点）の中心から光学デバイスまでの距離（Ｄ２）がセンサの面に垂直な方向にある比率が約７０：３０であるように構成される。アブソリュートの条件では（in absolute terms）、発光素子の発光面（又は発光点）の中心からセンサの感知面までのセンサの感知面に垂直な方向への距離は、約２．５ｍｍ、例えば２．６ｍｍである。
図３ｂの太い黒線によって概略的に示されるように、光源１２、レンズ１８、及びセンサ２０の構成により、光源からセンサへの光路は、実質的にダイヤモンド／菱形であり、レンズ１８とスケール６との間の光路は、実質的にＶ字形である。上述した実施形態では、スケールに対して垂直に延びる線(図３ｂの点線)と、スケールに衝突する光路の方向との角度θは、約１０°である。
示されるように、センサ２０は、それの感知面／平面がレンズの光軸に垂直でないように傾けることができる。このような傾斜は、レンズ１８の軸外部分によって形成される画像に起因して形成され得る、センサ上に形成される画像におけるキーストーン歪み（keystone distortion）を補償するのに役立つことができる。示される実施形態では、センサ２０は、それらの感知面（例えば、その感知面）に平行に延びる平面と光軸に垂直に延びる平面との間の角度αが約３°であるように傾斜する。しかしながら、必ずしもそうである必要はなく、センサの感知面がレンズの光軸に垂直に延びるように（すなわち、角度αが１°未満であるように）構成され得る。以下により詳細に説明するように、センサ２０のそのような傾斜は、ＰＣＢ ３２（センサが取り付けられる）を傾斜角度で取り付けることによって達成され得る。したがって、例えば光源１２を含むセンサ２０又はＰＣＢ １２に取り付けられた任意の他の構成要素も、機械的な利便性のためにタイトルを付けることができるが、必ずしもそうである必要はない。理解されるように、センサ要素を適切に整形すること、例えば、センサ要素自体を「キーストーニング（keystoning）」することなどによって、キーストーン歪みを補償する他の方法が利用可能である。
ここで図４および図５を参照して、読み取りヘッドが上記の光学レイアウトを達成するためにどのように構成され得るかの例示的な実施形態がここで説明される。
図４に示されるように、読み取りヘッド４は、レンズ１８、窓２２、およびプリント回路基板（ＰＣＢ）３２が（例えば、接着、機械的および／又は摩擦手段を介して）取り付けられる本体３０を備える。センサ２０、ＬＥＤ １２、及び他の電子構成要素（上述のＣＰＵ ２４、メモリ２５、及びインターフェース２６等（図４又は図５には示されていない））は、ＰＣＢ ３２に機械的及び電気的に取り付けられる。
図示されるように、ＬＥＤ １２は、ＰＣＢ ３２に取り付けられているが、ＬＥＤ １２は、ＰＣＢ ３２に取り付けられているが、ＬＥＤ １２をＰＣＢ ３２から離して保持する隆起した支持構造３４を介して取り付けられているという点で、回路基板「オフボード（off-board）」に取り付けられている。特に、支持構造３４は、センサ２０よりもＰＣＢ ３２から離れてＬＥＤ １２を保持するように、センサ２０を超えて延びる。したがって、示されるように、センサ２０は、ＰＣＢ ３２の比較的近くに取り付けられているが、ＬＥＤ １２は、ＰＣＢ ３２から比較的遠くに取り付けられている。図４に示されるように、ＬＥＤ １２は、ＰＣＢ ３２よりもレンズ１８にはるかに近いが、センサ２０は、レンズ１８よりもＰＣＢ ３２にはるかに近い。したがって、示されるように、発光素子及びセンサは、センサ／回路基板の平面に垂直に延びる寸法で分離される。特に、センサ／回路基板の平面に垂直に延びる寸法において、発光素子とセンサとの間に（自由な）空間がある。この例では、ｉ）ＬＥＤ １２発光面（又は発光点）とセンサ２０の感知面との間の、撮像部材の光軸ＯＡに平行な方向の距離と、ｉｉ）ＬＥＤ １２発光面（又は発光点）とレンズ１８との間の、撮像部材の光軸ＯＡに平行な方向の距離との比は、約７０：３０である。
本明細書に記載される実施形態では、上述の支持構造３４はまた、ＬＥＤ １２とＰＣＢ ３２との間の電気的接続を形成する／提供する。したがって、説明される実施形態では、ＬＥＤ １２をＰＣＢ ３２から離して保持するための支持構造３４は、ＬＥＤ １２とＰＣＢ ３２との間のカソード３４である。したがって、カソード３４は、ＰＣＢ ３２から立ち上がるＬＥＤ １２のための剛性の導電性支持構造を備える。図４及び図５に示されるように、支持構造／カソード３４は、センサ２０に到達するために、スケール６によって反射される光が通過することができる開口部／窓３５を備える。
この実施形態では、アノード３６はまた、ＰＣＢ ３２から立ち上がり、図４および図５に示されるように、接合ワイヤ３８を介してＬＥＤ １２にワイヤ結合される、剛性の導電性構造を備える。言い換えると、読み取りヘッドは、ＰＣＢ ３２から延在する隆起した接合線支持構造を備え、接合線３８は、それと発光素子１２との間に延在する。アノードの形状及びサイズのためにこの実施形態では必要ではないが、他の実施形態では、アノード３６はまた、ＬＥＤ １２から発せられる光がレンズ１８／スケール６に向かって通過することができ、センサ２０に到達するためにスケール６によって反射される光が通過することができる開口部／窓を有することができる。
理解されるように、アノード３６の剛性構造は省略され得、ＬＥＤ １２は、ＬＥＤ １２とＰＣＢ ３２との間に延びる接合線を介して接合され得る。しかしながら、接合線は脆弱である可能性があり、接合線が長いほど破断する可能性が高いため、接合線の長さを可能な限り短くすることが有益であり得る。
この特定の実施形態では、ＬＥＤの支持構造／カソード３４及び接合ワイヤ支持構造／アノード３６はそれぞれ、シート材料部分を備え、それぞれが折り畳まれて３次元フレームを提供し、ＰＣＢ ３２にはんだ付けされている。記載される特定の実施形態では、カソード３４は真鍮であり、アノードはバス（bass）であり、ニッケルゴールドでめっきされている。図６及び図７に示されるように、折りたたみライン３７は、折り畳みを補助するためにシート材料に化学エッチングされている。折り畳まれると、支持構造３４、３６の各々は、上面３１と、ＰＣＢ ３２にはんだ付けされた複数の側方支持体（又は「脚」）３３とを備える。理解されるように、支持構造／カソード３４は、他の方法で形成され得、例えば、それは、形状に加工／切断及び／又は形状にスタンプ／圧縮され得る。ベアダイのＬＥＤ（bare-die LED）１２は、導電性エポキシを介して支持構造／カソード３４上に直接取り付けられ、ワイヤ結合は、ＬＥＤ １２とアノード３６の上面３１との間に延在する。
図６ｃに示されるように、ＬＥＤの支持構造３４の上面３１は、センサ２０の上に延在する／部分的に覆われる（その輪郭は、ファントムラインによって図６ｃに概略的に示される）。言い換えると、センサ２０（及びＰＣＢ ３２）の平面を通って垂直に延びる線もまた、ＬＥＤの支持構造３４の上面３１を通る。このような構成により、ＬＥＤ １２は、センサ２０の非常に近くに配置され、必要に応じて、センサ２０の上に配置されることが可能になる。
読み取りヘッド４は、読み取りヘッド４の本体３０内のレンズ１８をデッドリコーンすること（dead-reckoning）によって組み立てられ、本体３０は、レンズ１８を所定の位置に保持するために圧着される（ただし、エポキシによって、及び／又はレンズ１８をレンズを保持する屈曲部に押し込むことによってなど、レンズ１８を本体に固定する他の方法を使用することができる）。その上にすでに取り付けられたＬＥＤ １２を備えるＰＣＢ ３２は、次いで、例えば、接着及び／又は圧着などの機械的手段によって、本体３０に取り付けられる。所望される場合、アライメントプロセスを使用して、レンズに対してＰＣＢ（したがって、センサ及びその上のＬＥＤ）をアライメントすることができる。そのようなアライメントプロセスは、カメラを使用して、その上のＰＣＢ／構成要素の位置を見て、カメラの出力に基づいて調整を行うこと、及び／又はその上のＰＣＢ／構成要素に接続して、センサの出力を使用して調整を行うことを備え得る。組み立てられると、蓋４６は、例えば、接着、圧着、及び／又は溶接を介して本体３０に固定される。
上述の実施形態では、接合ワイヤ支持構造３４はまた、カソードを形成するが、理解されるように、これは必ずしもそうである必要はなく、支持構造３４は、例えば、代わりにアノードを形成することができる。
説明される実施形態では、ＬＥＤ １２は、電極３４を介してＰＣＢ ３２に機械的に取り付けられるが、理解されるように、これは必ずしもそうである必要はない。例えば、ＬＥＤ １２は、１つ以上の非導電性部材を介してＰＣＢ ３２に直接機械的に取り付けられ得、別個の部材、例えば１つ以上のワイヤを介してＰＣＢ ３２に電気的に接続され得る（例えば、ワイヤ結合を介して）。さらに、ＬＥＤ １２は、必ずしもＰＣＢ ３２に直接取り付ける必要はない。例えば、ＬＥＤ １２は、本体３０に直接機械的に取り付けられ得、１つ以上のワイヤを介して（例えば、ワイヤ接合を介して）ＰＣＢ ３２に電気的に接続され得る。別の実施形態では、ＬＥＤ １２は、異なるＰＣＢ（すなわち、センサが接続されている同じＰＣＢ ３２ではない）に電気的に接続され得る。
図８は、本発明の別の実施形態による読み取りヘッド４’を示す。図８の読み取りヘッド４’は、図１～図７の実施形態と同じ多くの部分を共有し、同様の部分は、同様の参照番号を共有する。図８の実施形態では、ＬＥＤ １２は、透明支持構造５０（例えば、ガラスブロック５０）を介してセンサ２０を介して回路基板に取り付けられる。特に、ガラスブロック５０は、接着剤エポキシを介してセンサ２０に固定される。次に、ＬＥＤ １２は、レンズ１８に面し、センサ２０の遠位にあるガラスブロック５０の側面に堆積された導電性パッド５２に座る。ＬＥＤ １２は、この実施形態では、ＰＣＢ ３２から延びる隆起した接合線支持構造と、それらとＬＥＤ １２／導電性パッド５２との間に延びる接合線とをそれぞれ備える、アノード３６’及びカソード３４’を介して回路基板３２に電気的に接続される。理解されるように、この実施形態の変形例では、ＬＥＤ １２は、例えば、ガラスブロック５０の表面／側面上に堆積され、それに沿って走行するアノード及びカソードを介して、又はガラスブロック５０を通って走行するアノード及びカソードを介して、他の方法で回路基板に接続され得る。
上述のように、発光素子の支持構造３４及び／又は発光素子１２は、回路基板／センサの平面に垂直に延びる線が、発光素子の支持構造３４およびセンサ２０の両方を通過し、及び／又は発光素子１２およびセンサ２０の両方を通過するように、センサ２０の上に直接保持することができる。理解されるように、また図９に概略的に示されるように、センサ２０は、少なくとも１つ、例えば、感光素子２１の配列、ならびにセンサ２０を構成する他のサブコンポーネント及びパッケージングを備え得る。言い換えると、センサ２０は、少なくとも１つ、例えば、感光素子２１の配列を含むチップ又は構成要素であり得る。例えば、図９ａに示すように、発光素子１２は、感光素子２１の上に直接位置しない方法で、センサチップ２０の上に直接位置することができる。あるいは、図９ｂに示すように、発光素子１２が感光素子２１の真上に位置するように、例えば、回路基板／センサの平面に垂直に延びる線（すなわち、Ｙ軸に平行）が発光素子１２と感光素子２１の両方を通過するように、発光素子１２はセンサチップ２０の真上に位置することができる。
示される実施形態では、ＬＥＤ １２は、支持構造３４によって「オフボード」に取り付けられる。これは有益であり得るが（例えば、ＬＥＤ １２をレンズ１８の焦点面に配置し、コリメーションを達成するために、センサ２０によってスケールの画像を取り込むことを可能にする）、必ずしもそうである必要はない。例えば、ＬＥＤ １２は、センサ２０と実質的に平面内に（言い換えれば、センサ２０と実質的に同じ高さで）座るように、ＰＣＢ ３２上に取り付けられ得る。
示される実施形態では、スケールに衝突する光はコリメートされるが、これは必ずしもそうである必要はない。また、スケールに入射する光を直交させても、スケールによって反射される光を直交させる必要はない。たとえば、スケールが曲線である場合、たとえば、スケールがリングスケールである場合、スケールによって反射される光はコリメートされない。
Claims (15)
- 反射スケール及び読み取りヘッドを備えるエンコーダ装置であって、前記読み取りヘッドは、少なくとも１つの発光素子と、少なくとも１つのセンサと、少なくとも１つの光学デバイスと、を備え、前記少なくとも１つの光学デバイスは、前記スケールと共に光学系を形成し、前記光学デバイスは、前記反射スケールの照射領域の画像を前記センサ上に形成し、前記光学系の光路は、前記発光素子から前記センサに至るまで、前記スケールに向かう途中及び前記スケールからの反射の後に、前記光学デバイスを通過し、前記光学系の光路は、前記発光素子と前記光学デバイスとの間の非反射光路と、前記光学デバイスと前記センサとの間の非反射光路と、を備えること特徴とするエンコーダ装置。
- 前記発光素子は、前記センサの平面に垂直な方向において、前記発光素子が前記センサと前記光学デバイスとの間に位置するように、前記読み取りヘッドに取り付けることを特徴とする請求項１に記載のエンコーダ装置。
- 前記発光素子は、前記センサと前記光学デバイスとの間の空間に位置することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のエンコーダ装置。
- 前記発光素子は、前記発光素子による発光が前記光学デバイスによってコリメートされるように、前記光学デバイスの焦点面に実質的に位置することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のエンコーダ装置。
- 前記スケールによって反射され、前記光学デバイスによって前記センサ上に撮像された光は、前記光学デバイスと前記センサとの間の特定の距離における点に向かって集束し、前記発光素子は、前記光学デバイスと前記センサとの間の前記特定の距離ぐらいに配置されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のエンコーダ装置。
- ｉ）前記発光素子の発光面の中心と前記センサの感知面との間の、前記センサの前記面に垂直な方向の距離と、ｉｉ）前記発光素子の発光面の中心と前記光学デバイスとの間の、前記センサの前記面に垂直な方向の距離と、の比は、３５：６５以上であることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のエンコーダ装置。
- 前記発光素子は、前記光学デバイスの光軸からオフセットされるように位置決めされることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のエンコーダ装置。
- 前記光路が前記スケールに衝突するとき及び／又は前記スケールから反射するときの前記光路の方向は、前記スケールに垂直ではないことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のエンコーダ装置。
- 前記光学系の光路は、前記発光素子から前記センサに至るまで、実質的にダイヤモンド型であることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載のエンコーダ装置。
- 前記発光素子及び前記センサは、前記光学デバイス及びスケールの両方に対向することを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか一項に記載のエンコーダ装置。
- 前記センサ、及び前記光学デバイスによって形成される前記スケールの前記画像は、前記発光素子の後方にあることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載のエンコーダ装置。
- 前記光学デバイスは、レンズを備えることを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載のエンコーダ装置。
- 前記スケールは、その長さに沿って一連の固有の位置を定義する機能を備えるアブソリュートスケールを備え、前記装置は、前記センサによって取得された画像からアブソリュート位置情報を抽出するように構成されることを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載のエンコーダ装置。
- 前記センサは、プリント基板（Printed Circuit Board：ＰＣＢ）に取り付けられ、前記発光素子は、前記センサと同じＰＣＢに電気的に接続されるが、前記発光素子は、前記発光素子と前記センサとの間にギャップを提供するように、前記ＰＣＢから離して前記発光素子を保持する支持部材によって前記読み取りヘッドに物理的に取り付けられることを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載のエンコーダ装置。
- 反射スケールを読み取り、その相対位置を決定するための読み取りヘッドであり、前記読み取りヘッドは、発光素子と、センサと、光学デバイスと、を備え、前記読み取りヘッドに隣接して位置する反射スケールの領域の画像を前記センサ上に照射して形成するための読み取りヘッドであって、前記発光素子からの光は、前記スケールに向かう途中及び前記スケールからの反射の後に前記光学デバイスを通過し、前記発光素子と前記光学デバイスとの間の前記光の経路は、反射されておらず、前記光学デバイスと前記センサとの間の前記光の経路は、反射されていないことを特徴とする読み取りヘッド。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GBGB1916641.2A GB201916641D0 (en) | 2019-11-15 | 2019-11-15 | Position measurement device |
| GB1916641.2 | 2019-11-15 | ||
| PCT/EP2020/081914 WO2021094456A1 (en) | 2019-11-15 | 2020-11-12 | Position measurement device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2023502079A true JP2023502079A (ja) | 2023-01-20 |
Family
ID=69063190
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2022528204A Pending JP2023502079A (ja) | 2019-11-15 | 2020-11-12 | 位置測定器 |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20220397430A1 (ja) |
| EP (1) | EP4058756B1 (ja) |
| JP (1) | JP2023502079A (ja) |
| KR (1) | KR20220097912A (ja) |
| CN (1) | CN114729824A (ja) |
| GB (1) | GB201916641D0 (ja) |
| LT (1) | LT4058756T (ja) |
| WO (1) | WO2021094456A1 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117813481A (zh) | 2021-08-12 | 2024-04-02 | 瑞尼斯豪公司 | 位置编码器装置 |
| EP4134633A1 (en) | 2021-08-12 | 2023-02-15 | Renishaw PLC | Position encoder apparatus |
Family Cites Families (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3344700A (en) * | 1961-05-23 | 1967-10-03 | British Aircraft Corp Ltd | Displacement measuring system |
| GB8432574D0 (en) | 1984-12-22 | 1985-02-06 | Renishaw Plc | Opto-electronic scale-reading apparatus |
| DD263584A1 (de) * | 1987-08-20 | 1989-01-04 | Zeiss Jena Veb Carl | Fotoelektrische abtastanordnung zur erfassung der bewegung von strichteilungen im auflichtverfahren |
| FI902883A (fi) * | 1990-06-08 | 1991-12-09 | Partek Ab | Optisk reflexionsgivare. |
| US6310689B1 (en) * | 1996-08-23 | 2001-10-30 | Asahi Kogaku Kogyo Kabushiki Kaisha | Pattern reading apparatus |
| GB0109057D0 (en) | 2001-04-11 | 2001-05-30 | Renishaw Plc | Absolute postition measurement |
| GB0413710D0 (en) | 2004-06-21 | 2004-07-21 | Renishaw Plc | Scale reading apparatus |
| GB2443113B (en) * | 2004-07-28 | 2008-08-13 | Caterpillar Inc | Robust barcode and reader for rod position determinaton |
| US7495583B2 (en) * | 2006-04-14 | 2009-02-24 | Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. | Flat-top reflection-based optical encoders |
| US7525085B2 (en) * | 2006-04-14 | 2009-04-28 | Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. | Multi-axis optical encoders |
| GB0819767D0 (en) * | 2008-10-28 | 2008-12-03 | Renishaw Plc | Absolute encoder setup indication |
| GB0906257D0 (en) | 2009-04-08 | 2009-05-20 | Renishaw Plc | Position encoder apparatus |
| US8476577B2 (en) * | 2010-03-29 | 2013-07-02 | Mitutoyo Corporation | Optical encoder |
| US8637805B2 (en) * | 2010-03-29 | 2014-01-28 | Mitutoyo Corporation | Optical encoder using off-axis imaging through a lens |
| US9651404B2 (en) * | 2015-09-29 | 2017-05-16 | Mitutoyo Corporation | Optical encoder having an optical portion comprising dual lenses and an aperture portion positioned in relation to a moiré grating |
| EP3150968B1 (de) * | 2015-10-02 | 2018-03-21 | SICK STEGMANN GmbH | Optoelektronischer sensor |
| JP2018072184A (ja) * | 2016-10-31 | 2018-05-10 | セイコーエプソン株式会社 | エンコーダーおよびロボット |
-
2019
- 2019-11-15 GB GBGB1916641.2A patent/GB201916641D0/en not_active Ceased
-
2020
- 2020-11-12 LT LTEPPCT/EP2020/081914T patent/LT4058756T/lt unknown
- 2020-11-12 EP EP20807001.1A patent/EP4058756B1/en active Active
- 2020-11-12 WO PCT/EP2020/081914 patent/WO2021094456A1/en unknown
- 2020-11-12 JP JP2022528204A patent/JP2023502079A/ja active Pending
- 2020-11-12 US US17/774,013 patent/US20220397430A1/en active Pending
- 2020-11-12 KR KR1020227017249A patent/KR20220097912A/ko unknown
- 2020-11-12 CN CN202080079430.0A patent/CN114729824A/zh active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP4058756B1 (en) | 2024-01-31 |
| EP4058756A1 (en) | 2022-09-21 |
| LT4058756T (lt) | 2024-03-12 |
| US20220397430A1 (en) | 2022-12-15 |
| KR20220097912A (ko) | 2022-07-08 |
| CN114729824A (zh) | 2022-07-08 |
| WO2021094456A1 (en) | 2021-05-20 |
| GB201916641D0 (en) | 2020-01-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101827180B1 (ko) | 통합 구조화된 광 프로젝터 | |
| JP3616096B2 (ja) | レリーフパターンの非接触読取り装置 | |
| JPS622689Y2 (ja) | ||
| JP4982242B2 (ja) | 位置測定装置 | |
| US7420157B2 (en) | Optical encoder having wiring substrate light source, and/or photodetector covered by light transmitting material and its manufacturing method | |
| US20050023450A1 (en) | Optical encoder and optical lens module | |
| JP2023502079A (ja) | 位置測定器 | |
| US20060032919A1 (en) | System and method of optical reading with enhanced depth of field collection | |
| CA2524828C (en) | Dual laser targeting system | |
| JP3743426B2 (ja) | 光学式エンコーダ | |
| CN112585431A (zh) | 线性和旋转多轨道绝对位置编码器及其使用方法 | |
| TW583588B (en) | Device for detecting movements of a surface of an object | |
| JP2003307440A5 (ja) | ||
| JP2002204021A (ja) | レーザ光ビーム放射装置ならびにその装置および光ビーム放射源用の保護パッケージを備えた光学式読取装置 | |
| US20220373364A1 (en) | Encoder apparatus | |
| JP2004221200A (ja) | 発光装置及び光センサ | |
| JPH0660811B2 (ja) | 反射型傾き検出素子 | |
| JP2022087326A (ja) | エンコーダ | |
| US8654425B2 (en) | Optical detection device, optical device, optical information reading device, and light source fixing method | |
| EP3637044B1 (en) | Multi-image projector and electronic device having the multi-image projector | |
| JP2001045242A (ja) | 一体型位置検出装置を備えている撮像装置 | |
| JP3222295B2 (ja) | 光学式変位センサ | |
| JP2005017023A (ja) | 光学式エンコーダ | |
| JPS58112174A (ja) | バ−コ−ド読取装置 | |
| JPH02268566A (ja) | イメージセンサ |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20230825 |