JP4493985B2 - 光ファイバ受信器チャネルを使用した絶対測定装置 - Google Patents
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Description
発明のもう1つの形態によると、絶対位置光ファイバエンコーダ読み取りヘッドは、光ファイバ検出器チャネルの入力開口サイズに基づく設計関係によって構築されて、信頼性の高い信号と改良された精度とを与える。
また、他の形態では、少なくとも前記集光領域と入力端を含んだそれぞれの円筒状体積の前記円筒半径は、最大でも2.0mm、より好ましくは最大でも1.0mmである。
また、他の形態では、全ての前記自己像読み取りヘッド部分のそれぞれの円筒状体積は、それぞれの円筒状体積に対して平行な軸を有する総合円筒状体積内に適合し、前記総合円筒状体積は、最大9mmの総合円筒半径、より好ましくは最大5mm、更に好ましくは最大2.5mm、更に好ましくは最大1.25mmである
更に他の形態では、前記読み取りヘッドとスケール格子との間に前記測定軸方向に沿った相対変位があるときに、それぞれの光出力信号は、前記相対変位の関数である正弦変化を有し、そしてそのような正弦変化は、そのような正弦変化のピーク間変化の1/32だけ最大で理想正弦変化から変化する。また、そのような正弦変化は、そのような正弦変化のピーク間変化の1/64だけ最大で理想正弦変化から変化する。
ν=0,1,2・・・、
zsは光源ギャップ、
zは像ギャップ、
λはソース光の波長である。
40…フェルール、
60,60’,60”…読み取りヘッド部分、
80,80’,80”…スケールトラック、
90…スケール。
Claims (21)
- 測定軸方向に沿った複数のトラックのそれぞれに沿って形成され互いの格子ピッチを異ならせた複数のスケール格子が形成されたスケールと、
このスケールに対して相対移動可能に配置された読み取りヘッドとを備え、
前記複数のスケール格子に対する前記読み取りヘッドの位置測定値の組み合わせにより2つの部材間の絶対位置を測定する絶対測定装置において、
前記読み取りヘッドは、前記複数のスケール格子に対応し、それぞれが前記複数のスケール格子のうちの対応する1つのスケール格子に自己像を与えると共に前記自己像を読み取る複数の自己像読取ヘッド部分を備え、
前記各自己像読取ヘッド部分は、
前記スケール格子上に照明スポットを形成するように前記スケールに対して光を照射する光源と、
前記スケール格子上の照明スポットからの光によって前記スケールから所定ギャップ離れた位置に形成される自己像を先端部で受光すると共に、少なくともそれらの先端部が前記光源と共に前記スケールに対して前記測定軸方向に相対移動可能に配置された複数の光ファイバ受信器チャネルとを備え、
前記光ファイバ受信器チャネルは、
光ファイバと、
この光ファイバの一端に形成されて前記自己像を前記光ファイバに導入する受信器チャネル開口と、
この受信器チャネル開口に形成された空間位相マスクとを有し、
前記空間位相マスクは、前記自己像に形成される明暗周期に対応する周期の格子を有し、
複数の光ファイバ受信器チャネルの空間位相マスクの格子は互いに異なる空間位相関係を有する
ことを特徴とする光ファイバ受信器チャネルを使用した絶対測定装置。 - 各自己像読み取りヘッド部分の少なくとも集光領域と受信器チャネル開口は、それぞれの円筒状体積内に完全に位置決めされていることを特徴とする請求項1に記載の絶対測定装置。
- それぞれの空間位相マスク平面は、読み取りヘッド全体に対し同じ名目空間位相マスク平面であり、
前記読み取りヘッドは、透明マスク基板を備え、
それぞれの自己像読み取りヘッド部分について、
それぞれの受信器チャネル空間位相マスク部分は、前記透明マスク基板の表面上に組み立てられ、所定ピッチで配設された遮光要素を有し、その遮光要素は前記測定軸に沿って位置決めされ、前記スケール格子のそれぞれの1つの前記自己像の名目自己像ピッチに関し、且つその自己像読み取りヘッド部分の他の受信器チャネル空間位相マスク部分の遮光要素に関して、それぞれの受信器チャネル空間位相マスク部分のそれぞれのマスク部分の空間位相間に所望の関係が確立され、
それぞれの受信器チャネル空間位相マスク部分は、前記自己像読み取りヘッド部分のそれぞれの円筒状体積内に完全に位置決めされている請求項2に記載の絶対測定装置。 - それぞれの受信器チャネル光ファイバの前記受信器チャネル開口は、前記透明マスク基板の表面上の対応するそれぞれの受信器チャネル空間位相マスク部分に対して名目的に位置決めされている請求項3に記載の絶対測定装置。
- それぞれの自己像読み取りヘッド部分における受信器チャネルの、前記測定軸に沿った前記集光領域の寸法は、それぞれの受信器チャネル空間位相マスク部分の少なくとも3完全周期であり、
前記各光源は、シングルモードの光ファイバで構成されるソース光ファイバを備え、遠方の光源から生じた光は、前記ソース光ファイバの出力端におけるコア領域から出力されるものであり、
各ソース光ファイバの前記出力端は、前記自己像読み取りヘッド部分のそれぞれの円筒状体積内に完全に位置決めされている請求項2に記載の絶対測定装置。 - それぞれの自己像読み取りヘッド部分における前記少なくとも1つの光源は、シングルモードの光ファイバで構成され、
それぞれの受信器チャネル光ファイバは、前記ソース光ファイバの回りに密集構造で配置されている請求項5に記載の絶対測定装置。 - それぞれの自己像読み取りヘッド部分において、前記複数の光ファイバ受信器チャネルは、N対(Nは2以上の整数)の構成に配置された少なくとも2Nの光ファイバ受信器チャネルをそれぞれ備え、
各対は、前記ソース光ファイバの互いに逆側に配置された2つのそれぞれの光ファイバ受信器チャネルを備え、
これら2つのそれぞれの光ファイバ受信器チャネルに対応する前記2つのそれぞれの空間位相マスク部分は、(a)同じ空間位相および(b)名目的に180°異なる空間位相の一方を有する請求項6に記載の絶対測定装置。 - 少なくとも2つの自己像読み取りヘッド部分のそれぞれの円筒状体積の軸は、前記測定軸方向に沿って互いにオフセットされ、またそれらの軸は、前記測定軸方向に直交する方向に沿って、それらの円筒半径の合計値より少ない分だけ互いにオフセットされている請求項2に記載の絶対測定装置。
- 前記読み取りヘッドは、少なくとも3つの自己像読み取りヘッド部分を備え、少なくとも2つの自己像読み取りヘッド部分のそれぞれの円筒状体積の軸は、前記測定軸方向に沿って互いにオフセットされてはおらず、またそれらの軸は、前記測定軸方向に直交する方向に沿って、少なくともそれらの円筒半径の合計値だけ互いにオフセットされている請求項8に記載の絶対測定装置。
- 前記読み取りヘッドは、前記スケール格子に対して位置決めされ、
それぞれの自己像読み取りヘッド部分について、それぞれの合計照明円は、それぞれの空間位相平面において規定され、それにより、それぞれの自己像読み取りヘッド部分の光源部分による光パワーの少なくとも95%が前記合計照明円に含まれ、その合計照明円は対応する合計照明半径を有し、
それぞれの自己像読み取りヘッド部分のそれぞれの円筒状体積の軸は、最も近い隣のそれぞれの自己像読み取りヘッド部分のそれぞれの円筒状体積の軸から、少なくともそれらの合計照明半径の合計値と同程度に大きい距離だけ離されている請求項2に記載の絶対測定装置。 - 少なくとも2つのそれぞれの自己像読み取りヘッド部分について、各光源は、ソース光ファイバを備え、それぞれ制御可能な遠方の光源から生じた光は、前記ソース光ファイバの出力端から出力されるものであり、
前記それぞれ制御可能な遠方の光源から生じた光は、間欠的にオン/オフされるように制御され、それにより、前記2つのそれぞれの自己像読み取りヘッド部分の一方がそれぞれの光出力信号を出力するときの少なくとも一部の期間について、前記2つのそれぞれの自己像読み取りヘッド部分の他方は、光を出力しないものである請求項2に記載の絶対測定装置。 - 少なくとも2つのそれぞれの自己像読み取りヘッド部分について、
前記それぞれの自己像読み取りヘッド部分の第1の部分の光源部分は、第1のそれぞれの波長の光を与え、
前記それぞれの自己像読み取りヘッド部分の第2の部分の光源部分は、前記第1のそれぞれの波長の光とは異なる第2のそれぞれの波長の光を与え、
前記それぞれの自己像読み取りヘッド部分の前記第1および第2の部分のそれぞれは、それぞれの波長の光に一致するそれぞれの光波長帯域通過フィルタを有し、
それぞれの帯域通過フィルタは、それぞれの読み取りヘッド部分のそれぞれの集光領域に対して位置決めされ、それぞれの波長の光とは異なる波長を有する光が前記それぞれの集光領域へ到達することを実質的に阻止するものである請求項2に記載の絶対測定装置。 - 少なくとも2つのそれぞれの自己像読み取りヘッド部分について、
前記それぞれの自己像読み取りヘッド部分の第1の部分の光源部分は、第1のそれぞれの波長の光を与え、
前記それぞれの自己像読み取りヘッド部分の第2の部分の光源部分は、前記第1のそれぞれの波長の光とは異なる第2のそれぞれの波長の光を与えるものである請求項2に記載の絶対測定装置。 - それぞれのスケール格子は、反射性要素を有し、
それぞれの光源部分は、1つの方向に沿ってそれぞれのスケール格子と交差するように指向されたソース光中心軸を有するそれぞれのソース光路に沿ってソース光を発生するものであり、前記1つの方向は、交差の点においてそれぞれのスケール格子の平面と名目的に直交するものであり、
それぞれのソース光から生じたそれぞれのスケール光は、前記読み取りヘッドが前記スケール格子に対して名目的に整合されたときに、それぞれのソース光中心軸に対して名目的に整合されるスケール光中心軸を有したそれぞれのスケール光路に沿って反射されるものである請求項1に記載の絶対測定装置。 - 反射性表面を更に備え、
前記反射性表面は、それぞれのソース光中心軸およびそれぞれのスケール光中心軸を、前記読み取りヘッドと前記スケール格子の間の軸に沿った位置で約90°だけ偏向させるように配置され、
前記読み取りヘッドおよび前記反射性表面は、前記スケールに対して配置され、それにより、前記それぞれの空間位相マスク平面および前記スケール格子の前記自己像は、前記スケール格子の平面に対して名目的に直交する請求項14に記載の絶対測定装置。 - 前記スケールは、平面的な円形スケールであり、前記測定軸は前記スケールの平面に平行な円形路に追従している請求項1に記載の絶対測定装置。
- 前記スケールは、円筒状のスケールであり、前記測定軸は前記円筒状のスケールの円周に沿った円形路に追従している請求項1に記載の絶対測定装置。
- 前記スケールは、前記測定軸に沿ったそれぞれの第3のトラックに沿って形成された第3のスケール格子を少なくとも備え、前記第3のスケール格子は、前記第1のスケール格子の格子ピッチと同じそれぞれの格子ピッチを有し、前記第1および第3のスケール格子は、前記第2のスケール格子を挟んでほぼ対称的に前記スケール上に配置されており、
前記読み取りヘッドは、第3の自己像読み取りヘッド部分を少なくとも備え、前記第3の自己像読み取りヘッド部分は、前記第1の自己像読み取りヘッド部分とほぼ同様であり、そして前記第1および第3の自己像読み取りヘッド部分は、前記名目測定軸方向に平行に延び且つ前記第2の自己像読み取りヘッド部分の有効中心を通る線を挟んでほぼ対称的に前記読み取りヘッド内に配置されており、
それにより、バランスされた第1および第3の自己像読み取りヘッド部分の対に対応するそれぞれの前記絶対位置の測定よりも細かい分解能の漸増位置測定値を平均化して、前記読み取りヘッドの偏揺れ不整合によって、前記第2の自己像読み取りヘッド部分の前記漸増位置測定値とほぼ同じ程度まで影響されるバランスされた対の前記漸増位置測定値を与えるものである請求項1に記載の絶対測定装置。 - 前記スケールは、前記測定軸に沿ったそれぞれの第3のトラックに沿って形成された第3のスケール格子を少なくとも備え、
前記読み取りヘッドは、第3の自己像読み取りヘッド部分を少なくとも備え、
前記絶対位置の測定よりも細かい分解能の漸増位置測定値の第2の対の間の第2の関係は、前記複数の第1の関係波長よりも長いそれぞれの第2の関係波長に対して、前記測定軸方向に沿った各位置における独特な値を有し、これにより、前記測定軸に沿った各位置における独特な値に基づいて、前記漸増位置測定値よりも粗い第2の分解能の絶対位置測定値が、前記第2の関係波長に対して決定されるものであり、
前記第2の分解能の絶対位置測定値を、前記漸増位置測定値よりも粗い第1の分解能の絶対位置測定値と、少なくとも1つの前記漸増位置測定値と組み合わせて、複数の第1の関係波長よりも長い前記第2の関係波長の少なくとも一部分に対し、前記第1および第2の分解能の絶対位置測定値よりも細かい分解能の絶対位置測定値を与えることが可能である請求項1に記載の絶対測定装置。 - 前記スケールは、独特な2値符号語のシーケンスを含んで前記測定軸方向に沿って延びる少なくとも1つの2値符号トラックを更に備え、
前記読み取りヘッドは、前記2値符号トラックの位置決めされた隣接する部分に含まれる独特な2値符号語の決定に使用可能な複数の2値検出器を含んだ2値符号部分を更に備え、各独特な2値符号語は、前記スケールに対する前記読み取りヘッドの絶対位置を、前記2値符号トラックの長さの少なくとも1部分に対して、符号トラック分解能で示し、
前記2値符号トラックと前記2値符号部分は、前記符号トラック分解能が前記第2の関係波長の各周期を独特に識別するに十分となるように構成され、
決められた独特な2値符号語を、対応する前記第2の分解能の絶対位置測定値と、前記第1の分解能の絶対位置測定値と、少なくとも前記漸増位置測定値と組み合わせて、複数の第2の関係波長よりも長い前記2値符号トラックの少なくとも一部分に対し、前記第1および第2の分解能の絶対位置測定値よりも細かい分解能の絶対位置測定値を与えることが可能である請求項19に記載の絶対測定装置。 - 少なくとも2つのそれぞれの自己像読み取りヘッド部分について、
前記それぞれの自己像読み取りヘッド部分の第1の部分の光源部分は、第1のそれぞれの波長の光を与え、
前記それぞれの自己像読み取りヘッド部分の第2の部分の光源部分は、前記第1のそれぞれの波長の光とは異なる第2のそれぞれの波長の光を与え、
前記それぞれの自己像読み取りヘッド部分の前記第1および第2の部分のそれぞれは、それぞれの光信号光を、(a)それぞれの波長の光に一致するそれぞれの光波長帯域通過フィルタおよび(b)実効的にそれぞれの波長の光に一致する光波長応答を有するそれぞれの検出器デバイスの少なくとも一方に出力し、それにより、それぞれの光波長帯域通過フィルタおよびそれぞれの検出器デバイスの少なくとも一方は、それぞれの波長の光とは異なる波長を有する光が、それぞれの光出力信号から生ずるそれぞれの電子信号の一因になることを実質的に阻止するものである請求項1に記載の絶対測定装置。
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