(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの測定方向（ｘ）において相互に相対的に移動可能な２つの物体の位置を測定するための光学式位置測定装置において、
２つの物体の一方と結合された目盛本体（１０）であって、目盛本体（１０）は、測定方向（ｘ）に伸長する増分目盛（１２）と基準位置（ＸＲＥＦ）における少なくとも１つの基準マーク（１１）とを有し、基準マーク（１１）は、基準マーク対称軸（ＲＳ）に対して鏡像対称に配置された２つの基準マーク部分区域（１１Ａ，１１Ｂ）を含み、２つの基準マーク部分区域（１１Ａ，１１Ｂ）はそれぞれ、場所によって変化する目盛周期を有して測定方向（ｘ）に伸長する格子構造パターンから構成されている、目盛本体（１０）と、
２つの物体の他方と結合された走査ユニット（２０）であって、発散放射する光源（２１）と、１又は複数の格子（２３）と、基準信号検出装置（２２；２２′；１２２）と備えている走査ユニット（２０）と、
を含み、
基準信号検出装置（２２；２２′；１２２）は、複数の検出要素（２２ａ〜２２ｄ；２２ａ′〜２２ｄ′；１２２ａ〜１２２ｄ）をそれぞれ含む少なくとも４つの第１〜第４の検出器アレイ（２２．１〜２２．４；２２．１′〜２２．４′；１２２．１〜１２２．４）を有し、第１〜第４の検出器アレイ（２２．１〜２２．４；２２．１′〜２２．４′；１２２．１〜１２２．４）は、基準マーク（１１）の走査によって基準信号検出装置（２２；２２′；１２２）を介してそれぞれ逆相の信号経過を含む部分基準信号（Ｓ１＿Ｔ，Ｓ１＿Ｇ，Ｓ２＿Ｔ，Ｓ２＿ＧＴ）の第１及び第２の対が形成され、且つ第１の対の部分基準信号（Ｓ１＿Ｔ，Ｓ１＿ＧＴ）は測定方向（ｘ）に沿って第２の対の部分基準信号（Ｓ２＿Ｔ，Ｓ２＿ＧＴ）に対してオフセット値だけオフセットされて配置されていることを特徴とする光学式位置測定装置であって、
第１及び第２の検出器アレイ（２２．１，２２．４；２２．１′，２２．４′；１２２．１，１２２．４）の検出要素（２２ａ，２２ｂ；２２ａ′，２２ｂ′；１２２ａ，１２２ｂ）は、第１の検出器対称軸（ＤＳ１）から出発して、測定方向（ｘ）において、隣接する検出要素（２２ａ，２２ｂ；２２ａ′，２２ｂ′；１２２ａ，１２２ｂ）間の中心間隔が、基準マーク対称軸（ＲＳ）から出発して基準マーク部分区域（１１Ａ，１１Ｂ）内の格子構造パターンの目盛周期が変化するのと同じ方向に変化するように配置され、
第３及び第４の検出器アレイ（２２．３，２２．２；２２．３′，２２．２′；１２２．３，１２２．２）の検出要素（２２ｃ，２２ｄ；２２ｃ′，２２ｄ′；１２２ｃ，１２２ｄ）が、第２の検出器対称軸（ＤＳ２）から出発して、測定方向（ｘ）において、隣接する検出要素（２２ｃ，２２ｄ；２２ｃ′，２２ｄ′；１２２ｃ，１２２ｄ）間の中心間隔が、基準マーク対称軸（ＲＳ）から出発して基準マーク部分区域（１１Ａ，１１Ｂ）内の格子構造パターンの目盛周期が変化するのと同じ方向に変化するように配置されていることを特徴とする光学式位置測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光学式位置測定装置において、第２の検出器対称軸（ＤＳ２）は、第１の検出器対称軸（ＤＳ１）に対して、部分基準信号（Ｓ１＿Ｔ，Ｓ１＿ＧＴ，Ｓ２＿Ｔ，Ｓ２＿ＧＴ）の第１及び第２の対の間のオフセット値の２倍に対応する値（ΔＤＳ）だけオフセットされて配置されていることを特徴とする光学式位置測定装置。
【請求項３】
少なくとも１つの測定方向（ｘ）において相互に相対的に移動可能な２つの物体の位置を測定するための光学式位置測定装置において、
２つの物体の一方と結合された目盛本体（１０）であって、目盛本体（１０）は、測定方向（ｘ）に伸長する増分目盛（１２）と基準位置（ＸＲＥＦ）における少なくとも１つの基準マーク（１１）とを有し、基準マーク（１１）は、基準マーク対称軸（ＲＳ）に対して鏡像対称に配置された２つの基準マーク部分区域（１１Ａ，１１Ｂ）を含み、２つの基準マーク部分区域（１１Ａ，１１Ｂ）はそれぞれ、場所によって変化する目盛周期を有して測定方向（ｘ）に伸長する格子構造パターンから構成されている、目盛本体（１０）と、
２つの物体の他方と結合された走査ユニット（２０）であって、発散放射する光源（２１）と、１又は複数の格子（２３）と、基準信号検出装置（２２；２２′；１２２）と備えている走査ユニット（２０）と、
を含み、
基準信号検出装置（２２；２２′；１２２）は、複数の検出要素（２２ａ〜２２ｄ；２２ａ′〜２２ｄ′；１２２ａ〜１２２ｄ）をそれぞれ含む少なくとも４つの第１〜第４の検出器アレイ（２２．１〜２２．４；２２．１′〜２２．４′；１２２．１〜１２２．４）を有し、第１〜第４の検出器アレイ（２２．１〜２２．４；２２．１′〜２２．４′；１２２．１〜１２２．４）は、基準マーク（１１）の走査によって基準信号検出装置（２２；２２′；１２２）を介してそれぞれ逆相の信号経過を含む部分基準信号（Ｓ１＿Ｔ，Ｓ１＿Ｇ，Ｓ２＿Ｔ，Ｓ２＿ＧＴ）の第１及び第２の対が形成され、且つ第１の対の部分基準信号（Ｓ１＿Ｔ，Ｓ１＿ＧＴ）は測定方向（ｘ）に沿って第２の対の部分基準信号（Ｓ２＿Ｔ，Ｓ２＿ＧＴ）に対してオフセット値だけオフセットされて配置されている、
ことを特徴とする光学式位置測定装置であって、該装置は更に、
目盛本体（１０）上の基準マーク（１１）の光学式走査から得られる調節信号（ＳＡ）であって、基準信号（ＲＩ）を求めるための部分基準信号（Ｓ１＿Ｔ，Ｓ１＿ＧＴ，Ｓ２＿Ｔ，Ｓ２＿ＧＴ）の後続処理において、１又は複数のトリガ信号（ＴＳ１，ＴＳ２，ＴＳ３）を発生させるための調節信号（ＳＡ）を、発生する手段であって、検出器アレイ（２２．１〜２２．４；２２．１′〜２２．４′）の検出要素（２２ａ〜２２ｄ；２２ａ′〜２２ｄ′）間に配置されている一定光検出要素（２２ｅ；２２ｅ′）を含む、調節信号（ＳＡ）を発生する発生手段と、
を備えていることを特徴とする光学式位置測定装置。
【請求項４】
少なくとも１つの測定方向（ｘ）において相互に相対的に移動可能な２つの物体の位置を測定するための光学式位置測定装置において、
２つの物体の一方と結合された目盛本体（１０）であって、目盛本体（１０）は、測定方向（ｘ）に伸長する増分目盛（１２）と基準位置（ＸＲＥＦ）における少なくとも１つの基準マーク（１１）とを有し、基準マーク（１１）は、基準マーク対称軸（ＲＳ）に対して鏡像対称に配置された２つの基準マーク部分区域（１１Ａ，１１Ｂ）を含み、２つの基準マーク部分区域（１１Ａ，１１Ｂ）はそれぞれ、場所によって変化する目盛周期を有して測定方向（ｘ）に伸長する格子構造パターンから構成されている、目盛本体（１０）と、
２つの物体の他方と結合された走査ユニット（２０）であって、発散放射する光源（２１）と、１又は複数の格子（２３）と、基準信号検出装置（２２；２２′；１２２）と備えている走査ユニット（２０）と、
を含み、
基準信号検出装置（２２；２２′；１２２）は、複数の検出要素（２２ａ〜２２ｄ；２２ａ′〜２２ｄ′；１２２ａ〜１２２ｄ）をそれぞれ含む少なくとも４つの第１〜第４の検出器アレイ（２２．１〜２２．４；２２．１′〜２２．４′；１２２．１〜１２２．４）を有し、第１〜第４の検出器アレイ（２２．１〜２２．４；２２．１′〜２２．４′；１２２．１〜１２２．４）は、基準マーク（１１）の走査によって基準信号検出装置（２２；２２′；１２２）を介してそれぞれ逆相の信号経過を含む部分基準信号（Ｓ１＿Ｔ，Ｓ１＿Ｇ，Ｓ２＿Ｔ，Ｓ２＿ＧＴ）の第１及び第２の対が形成され、且つ第１の対の部分基準信号（Ｓ１＿Ｔ，Ｓ１＿ＧＴ）は測定方向（ｘ）に沿って第２の対の部分基準信号（Ｓ２＿Ｔ，Ｓ２＿ＧＴ）に対してオフセット値だけオフセットされて配置されている、
ことを特徴とする光学式位置測定装置であって、該装置は更に、
目盛本体（１０）上の基準マーク（１１）の光学式走査から得られる調節信号（ＳＡ）であって、基準信号（ＲＩ）を求めるための部分基準信号（Ｓ１＿Ｔ，Ｓ１＿ＧＴ，Ｓ２＿Ｔ，Ｓ２＿ＧＴ）の後続処理において、１又は複数のトリガ信号（ＴＳ１，ＴＳ２，ＴＳ３）を発生させるための調節信号（ＳＡ）を、発生する手段であって、検出器アレイ（２２．１〜２２．４；２２．１′〜２２．４′）の検出要素（２２ａ〜２２ｄ；２２ａ′〜２２ｄ′）間に配置されている一定光検出要素（２２ｅ；２２ｅ′）を含む、調節信号（ＳＡ）を発生する発生手段と、
部分基準信号（Ｓ１＿Ｔ，Ｓ１＿ＧＴ，Ｓ２＿Ｔ，Ｓ２＿ＧＴ）の第１及び第２の対が、入力端にそれぞれ印加される２つの差動増幅器（３０．１，３０．２）であって、出力端からそれぞれパルス状信号（Ｓ１，Ｓ２）が後続処理のために出力される２つの差動増幅器（３０．１，３０．２）と、
これら２つの差動増幅器（３０．１，３０．２）の後段に接続された加算器（３１）及び減算器（３２）であって、それぞれの差動増幅器からのパルス状信号（Ｓ１，Ｓ２）から和信号及び差信号（Ｓ１＋Ｓ２，Ｓ１−Ｓ２）を生成する加算器（３１）及び減算器（３２）と、
和信号及び差信号（Ｓ１＋Ｓ２，Ｓ１−Ｓ２）がそれぞれの第１の入力端に印加され、それぞれの第２の入力端に調節信号（ＳＡ）により生成されたトリガ信号（ＴＳ１，ＴＳ２，ＴＳ３）が印加される３つ比較器（３３．１〜３３．３）と、
これら３つの比較器（３３．１〜３３．３）の出力端に接続された論理結合要素（３５）であって、基準信号（ＲＩ）を出力する論理結合要素（３５）と、
入力増幅器（３４）を介して調節信号（ＳＡ）が印加され、利得（ａ，ｂ，ｃ）がそれぞれ制御可能な３つの増幅器（３４．１〜３４．３）であって、トリガ信号（ＴＳ１，ＴＳ２，ＴＳ３）を３つの比較器（３３．１〜３３．３）の第２の入力端に供給する３つの増幅器（３４．１〜３４．３）と、
を備えていることを特徴とする光学式位置測定装置。
【請求項５】
少なくとも１つの測定方向（ｘ）において相互に相対的に移動可能な２つの物体の位置を測定するための光学式位置測定装置において、
２つの物体の一方と結合された目盛本体（１０）であって、目盛本体（１０）は、測定方向（ｘ）に伸長する増分目盛（１２）と基準位置（ＸＲＥＦ）における少なくとも１つの基準マーク（１１）とを有し、基準マーク（１１）は、基準マーク対称軸（ＲＳ）に対して鏡像対称に配置された２つの基準マーク部分区域（１１Ａ，１１Ｂ）を含み、２つの基準マーク部分区域（１１Ａ，１１Ｂ）はそれぞれ、場所によって変化する目盛周期を有して測定方向（ｘ）に伸長する格子構造パターンから構成されている、目盛本体（１０）と、
２つの物体の他方と結合された走査ユニット（２０）であって、発散放射する光源（２１）と、１又は複数の格子（２３）と、基準信号検出装置（２２；２２′；１２２）と備えている走査ユニット（２０）と、
を含み、
基準信号検出装置（２２；２２′；１２２）は、複数の検出要素（２２ａ〜２２ｄ；２２ａ′〜２２ｄ′；１２２ａ〜１２２ｄ）をそれぞれ含む少なくとも４つの第１〜第４の検出器アレイ（２２．１〜２２．４；２２．１′〜２２．４′；１２２．１〜１２２．４）を有し、第１〜第４の検出器アレイ（２２．１〜２２．４；２２．１′〜２２．４′；１２２．１〜１２２．４）は、基準マーク（１１）の走査によって基準信号検出装置（２２；２２′；１２２）を介してそれぞれ逆相の信号経過を含む部分基準信号（Ｓ１＿Ｔ，Ｓ１＿Ｇ，Ｓ２＿Ｔ，Ｓ２＿ＧＴ）の第１及び第２の対が形成され、且つ第１の対の部分基準信号（Ｓ１＿Ｔ，Ｓ１＿ＧＴ）は測定方向（ｘ）に沿って第２の対の部分基準信号（Ｓ２＿Ｔ，Ｓ２＿ＧＴ）に対してオフセット値だけオフセットされて配置されている、
ことを特徴とする光学式位置測定装置であって、該装置は更に、
目盛本体（１０）上の基準マーク（１１）の光学式走査から得られる調節信号（ＳＡ）であって、基準信号（ＲＩ）を求めるための部分基準信号（Ｓ１＿Ｔ，Ｓ１＿ＧＴ，Ｓ２＿Ｔ，Ｓ２＿ＧＴ）の後続処理において、１又は複数のトリガ信号（ＴＳ１，ＴＳ２，ＴＳ３）を発生させるための調節信号（ＳＡ）を、発生する手段であって、検出器アレイ（１２２．１−１２２．４）の全ての部分基準信号（Ｓ１＿Ｔ，Ｓ１＿ＧＴ，Ｓ２＿Ｔ，Ｓ２＿ＧＴ）を加算する加算要素（１３６）を含む、調節信号（ＳＡ）を発生する発生手段と、
部分基準信号（Ｓ１＿Ｔ，Ｓ１＿ＧＴ，Ｓ２＿Ｔ，Ｓ２＿ＧＴ）の第１及び第２の対が、入力端にそれぞれ印加される２つの差動増幅器（３０．１，３０．２）であって、出力端からそれぞれパルス状信号（Ｓ１，Ｓ２）が後続処理のために出力される２つの差動増幅器（３０．１，３０．２）と、
これら２つの差動増幅器（３０．１，３０．２）の後段に接続された加算器（３１）及び減算器（３２）であって、それぞれの差動増幅器からのパルス状信号（Ｓ１，Ｓ２）から和信号及び差信号（Ｓ１＋Ｓ２，Ｓ１−Ｓ２）を生成する加算器（３１）及び減算器（３２）と、
和信号及び差信号（Ｓ１＋Ｓ２，Ｓ１−Ｓ２）がそれぞれの第１の入力端に印加され、それぞれの第２の入力端に調節信号（ＳＡ）により生成されたトリガ信号（ＴＳ１，ＴＳ２，ＴＳ３）が印加される３つ比較器（３３．１〜３３．３）と、
これら３つの比較器（３３．１〜３３．３）の出力端に接続された論理結合要素（３５）であって、基準信号（ＲＩ）を出力する論理結合要素（３５）と、
加算要素（１３６）を介して調節信号（ＳＡ）が印加され、利得（ａ，ｂ，ｃ）がそれぞれ制御可能な３つの増幅器（１３４．１〜１３４．３）であって、トリガ信号（ＴＳ１，ＴＳ２，ＴＳ３）を３つの比較器（１３３．１〜１３３．３）の第２の入力端に供給する３つの増幅器（１３４．１〜１３４．３）と、
を備えていることを特徴とする光学式位置測定装置。
【請求項６】
少なくとも１つの測定方向（ｘ）において相互に相対的に移動可能な２つの物体の位置を測定するための光学式位置測定装置において、
２つの物体の一方と結合された目盛本体（１０）であって、目盛本体（１０）は、測定方向（ｘ）に伸長する増分目盛（１２）と基準位置（ＸＲＥＦ）における少なくとも１つの基準マーク（１１）とを有し、基準マーク（１１）は、基準マーク対称軸（ＲＳ）に対して鏡像対称に配置された２つの基準マーク部分区域（１１Ａ，１１Ｂ）を含み、２つの基準マーク部分区域（１１Ａ，１１Ｂ）はそれぞれ、場所によって変化する目盛周期を有して測定方向（ｘ）に伸長する格子構造パターンから構成されている、目盛本体（１０）と、
２つの物体の他方と結合された走査ユニット（２０）であって、発散放射する光源（２１）と、１又は複数の格子（２３）と、基準信号検出装置（２２；２２′；１２２）と備えている走査ユニット（２０）と、
を含み、
基準信号検出装置（２２；２２′；１２２）は、複数の検出要素（２２ａ〜２２ｄ；２２ａ′〜２２ｄ′；１２２ａ〜１２２ｄ）をそれぞれ含む少なくとも４つの第１〜第４の検出器アレイ（２２．１〜２２．４；２２．１′〜２２．４′；１２２．１〜１２２．４）を有し、第１〜第４の検出器アレイ（２２．１〜２２．４；２２．１′〜２２．４′；１２２．１〜１２２．４）は、基準マーク（１１）の走査によって基準信号検出装置（２２；２２′；１２２）を介してそれぞれ逆相の信号経過を含む部分基準信号（Ｓ１＿Ｔ，Ｓ１＿Ｇ，Ｓ２＿Ｔ，Ｓ２＿ＧＴ）の第１及び第２の対が形成され、且つ第１の対の部分基準信号（Ｓ１＿Ｔ，Ｓ１＿ＧＴ）は測定方向（ｘ）に沿って第２の対の部分基準信号（Ｓ２＿Ｔ，Ｓ２＿ＧＴ）に対してオフセット値だけオフセットされて配置されていることを特徴とする光学式位置測定装置であって、
検出要素（２２ａ′〜２２ｄ′）の一部の上にカバー格子（２５）が配置され、カバー格子（２５）の格子ラインは検出要素（２２ａ′〜２２ｄ′）の縦伸長方向に対して直角に向けられていることを特徴とする光学式位置測定装置。
【請求項７】
少なくとも１つの測定方向（ｘ）において相互に相対的に移動可能な２つの物体の位置を測定するための光学式位置測定装置において、
２つの物体の一方と結合された目盛本体（１０）であって、目盛本体（１０）は、測定方向（ｘ）に伸長する増分目盛（１２）と基準位置（ＸＲＥＦ）における少なくとも１つの基準マーク（１１）とを有し、基準マーク（１１）は、基準マーク対称軸（ＲＳ）に対して鏡像対称に配置された２つの基準マーク部分区域（１１Ａ，１１Ｂ）を含み、２つの基準マーク部分区域（１１Ａ，１１Ｂ）はそれぞれ、場所によって変化する目盛周期を有して測定方向（ｘ）に伸長する格子構造パターンから構成されている、目盛本体（１０）と、
２つの物体の他方と結合された走査ユニット（２０）であって、発散放射する光源（２１）と、１又は複数の格子（２３）と、基準信号検出装置（２２；２２′；１２２）と備えている走査ユニット（２０）と、
を含み、
基準信号検出装置（２２；２２′；１２２）は、複数の検出要素（２２ａ〜２２ｄ；２２ａ′〜２２ｄ′；１２２ａ〜１２２ｄ）をそれぞれ含む少なくとも４つの第１〜第４の検出器アレイ（２２．１〜２２．４；２２．１′〜２２．４′；１２２．１〜１２２．４）を有し、第１〜第４の検出器アレイ（２２．１〜２２．４；２２．１′〜２２．４′；１２２．１〜１２２．４）は、基準マーク（１１）の走査によって基準信号検出装置（２２；２２′；１２２）を介してそれぞれ逆相の信号経過を含む部分基準信号（Ｓ１＿Ｔ，Ｓ１＿Ｇ，Ｓ２＿Ｔ，Ｓ２＿ＧＴ）の第１及び第２の対が形成され、且つ第１の対の部分基準信号（Ｓ１＿Ｔ，Ｓ１＿ＧＴ）は測定方向（ｘ）に沿って第２の対の部分基準信号（Ｓ２＿Ｔ，Ｓ２＿ＧＴ）に対してオフセット値だけオフセットされて配置されている、
ことを特徴とする光学式位置測定装置であって、
目盛本体（１０）上の基準トラック内に、基準マーク（１１）に隣接して測定方向（ｘ）両側に、入射されたビーム束に光学的拡散作用を与える格子構造パターン（１４）が配置され、
基準トラック内の格子構造パターン（１４）は、目盛本体（１０）上における増分トラック内に配置されている増分目盛（１２）の目盛周期（ＴＰＩＮＣ）の半分に対応する目盛周期（ＴＰＧ）を有すること、
を特徴とする光学式位置測定装置。
【請求項８】
少なくとも１つの測定方向（ｘ）において相互に相対的に移動可能な２つの物体の位置を測定するための光学式位置測定装置において、
２つの物体の一方と結合された目盛本体（１０）であって、目盛本体（１０）は、測定方向（ｘ）に伸長する増分目盛（１２）と基準位置（ＸＲＥＦ）における少なくとも１つの基準マーク（１１）とを有し、基準マーク（１１）は、基準マーク対称軸（ＲＳ）に対して鏡像対称に配置された２つの基準マーク部分区域（１１Ａ，１１Ｂ）を含み、２つの基準マーク部分区域（１１Ａ，１１Ｂ）はそれぞれ、場所によって変化する目盛周期を有して測定方向（ｘ）に伸長する格子構造パターンから構成されている、目盛本体（１０）と、
２つの物体の他方と結合された走査ユニット（２０）であって、発散放射する光源（２１）と、１又は複数の格子（２３）と、基準信号検出装置（２２；２２′；１２２）と備えている走査ユニット（２０）と、
を含み、
基準信号検出装置（２２；２２′；１２２）は、複数の検出要素（２２ａ〜２２ｄ；２２ａ′〜２２ｄ′；１２２ａ〜１２２ｄ）をそれぞれ含む少なくとも４つの第１〜第４の検出器アレイ（２２．１〜２２．４；２２．１′〜２２．４′；１２２．１〜１２２．４）を有し、第１〜第４の検出器アレイ（２２．１〜２２．４；２２．１′〜２２．４′；１２２．１〜１２２．４）は、基準マーク（１１）の走査によって基準信号検出装置（２２；２２′；１２２）を介してそれぞれ逆相の信号経過を含む部分基準信号（Ｓ１＿Ｔ，Ｓ１＿Ｇ，Ｓ２＿Ｔ，Ｓ２＿ＧＴ）の第１及び第２の対が形成され、且つ第１の対の部分基準信号（Ｓ１＿Ｔ，Ｓ１＿ＧＴ）は測定方向（ｘ）に沿って第２の対の部分基準信号（Ｓ２＿Ｔ，Ｓ２＿ＧＴ）に対してオフセット値だけオフセットされて配置されている、
ことを特徴とする光学式位置測定装置であって、
目盛本体（１０）上の基準トラック内に、基準マーク（１１）に隣接して測定方向（ｘ）両側に、入射されたビーム束に光学的拡散作用を与える格子構造パターン（１４）が配置され、
基準トラック内の格子構造パターン（１４）は０．２５のライン目盛周期比を有すること、
を特徴とする光学式位置測定装置。
【請求項９】
少なくとも１つの測定方向（ｘ）において相互に相対的に移動可能な２つの物体の位置を測定するための光学式位置測定装置において、
２つの物体の一方と結合された目盛本体（１０）であって、目盛本体（１０）は、測定方向（ｘ）に伸長する増分目盛（１２）と基準位置（ＸＲＥＦ）における少なくとも１つの基準マーク（１１）とを有し、基準マーク（１１）は、基準マーク対称軸（ＲＳ）に対して鏡像対称に配置された２つの基準マーク部分区域（１１Ａ，１１Ｂ）を含み、２つの基準マーク部分区域（１１Ａ，１１Ｂ）はそれぞれ、場所によって変化する目盛周期を有して測定方向（ｘ）に伸長する格子構造パターンから構成されている、目盛本体（１０）と、
２つの物体の他方と結合された走査ユニット（２０）であって、発散放射する光源（２１）と、１又は複数の格子（２３）と、基準信号検出装置（２２；２２′；１２２）と備えている走査ユニット（２０）と、
を含み、
基準信号検出装置（２２；２２′；１２２）は、複数の検出要素（２２ａ〜２２ｄ；２２ａ′〜２２ｄ′；１２２ａ〜１２２ｄ）をそれぞれ含む少なくとも４つの第１〜第４の検出器アレイ（２２．１〜２２．４；２２．１′〜２２．４′；１２２．１〜１２２．４）を有し、第１〜第４の検出器アレイ（２２．１〜２２．４；２２．１′〜２２．４′；１２２．１〜１２２．４）は、基準マーク（１１）の走査によって基準信号検出装置（２２；２２′；１２２）を介してそれぞれ逆相の信号経過を含む部分基準信号（Ｓ１＿Ｔ，Ｓ１＿Ｇ，Ｓ２＿Ｔ，Ｓ２＿ＧＴ）の第１及び第２の対が形成され、且つ第１の対の部分基準信号（Ｓ１＿Ｔ，Ｓ１＿ＧＴ）は測定方向（ｘ）に沿って第２の対の部分基準信号（Ｓ２＿Ｔ，Ｓ２＿ＧＴ）に対してオフセット値だけオフセットされて配置されている、
ことを特徴とする光学式位置測定装置であって、
検出装置が第１〜第４の検出器アレイを含み、
第１及び第２の検出器アレイ（２２．１，２２．４；２２．１′，２２．４′；１２２．１，１２２．４）は、第１の検出器対称軸（ＤＳ１）に対して鏡像対称に形成され、第１の検出器対称軸（ＤＳ１）は検出平面内において測定方向（ｘ）に対して直角に伸長し、第１及び第２の検出器アレイ（２２．１，２２．４；２２．１′，２２．４′；１２２．１，１２２．４）は検出平面内において測定方向（ｘ）に対して直角に相互にオフセットされて配置され、
第３及び第４の検出器アレイ（２２．３，２２．２；２２．３′，２２．２′；１２２．３，１２２．２）は、第２の検出器対称軸（ＤＳ２）に対して鏡像対称に形成され、第２の検出器対称軸（ＤＳ２）は検出平面内において測定方向（ｘ）に対して直角に伸長し、かつ測定方向（ｘ）において第１の検出器対称軸（ＤＳ１）に対してオフセットされて配置され、第３及び第４の検出器アレイ（２２．３，２２．２；２２．３′，２２．２′；１２２．３，１２２．２）は、検出平面内において測定方向（ｘ）に対して直角に相互にオフセットされて配置されている、
ことを特徴とする光学式位置測定装置。
【請求項１０】
少なくとも１つの測定方向において相互に相対的に移動可能な２つの物体の位置を測定するための光学式位置測定装置において、
２つの物体の一方と結合された目盛本体であって、目盛本体は、測定方向に伸長する増分目盛と基準位置における少なくとも１つの基準マークとを有し、基準マークは、基準マーク対称軸に対して鏡像対称に配置された２つの基準マーク部分区域）を含み、２つの基準マーク部分区域はそれぞれ、場所によって変化する目盛周期を有して測定方向に伸長する格子構造パターンから構成されている、目盛本体と、
２つの物体の他方と結合された走査ユニットであって、発散放射する光源と、１又は複数の格子と、基準信号検出装置と備えている走査ユニットと、
を含み、
基準信号検出装置は、複数の検出要素をそれぞれ含む少なくとも４つの第１〜第４の検出器アレイを有し、第１〜第４の検出器アレイは、基準マークの走査によって基準信号検出装置を介してそれぞれ逆相の信号経過を含む部分基準信号の第１及び第２の対が形成され、且つ第１の対の部分基準信号は測定方向に沿って第２の対の部分基準信号に対してオフセット値だけオフセットされて配置されている、
ことを特徴とする光学式位置測定装置であって、
検出装置が第１〜第４の検出器アレイを含み、
第１及び第２の検出器アレイは第１の検出器対称軸に対して鏡像対称に形成され、第１の検出器対称軸は検出平面内において測定方向に対して直角に伸長し、第１及び第２の検出器アレイは測定方向内において相互に隣接して配置され、
第３及び第４の検出器アレイは、第２の検出器対称軸に対して鏡像対称に形成され、第２の検出器対称軸は、測定方向に対して直角に伸長し、かつ測定方向において第１の検出器対称軸に対してオフセットされて配置され、第３及び第４の検出器アレイは測定方向において相互に隣接して配置され、
第１の検出器アレイは、第１の検出器対称軸の伸長方向において、第３の検出器アレイに対してオフセットされて配置され、第２の検出器アレイは、第２の検出器対称軸の慎重方向において、第４の検出器アレイに対してオフセットして配置されている、
ことを特徴とする光学式位置測定装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の光学式位置測定装置において、光源（２１）と目盛本体（１０）との間に、送光スリットを有するシールド（２３）が配置されていることを特徴とする光学式位置測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学式位置測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
本出願人によるドイツ特許公開第１０２００８０４４８５８ Ａ１号には、少なくとも１つの測定方向内において相互に相対的に移動可能な２つの物体の位置を測定するために適した光学式位置測定装置が開示されている。該位置測定装置は、２つの物体の位置を測定するために、その一方と結合された目盛本体を備えている。該目盛本体は、測定方向に伸長する増分目盛と、基準位置における少なくとも１つの基準マークとを有している。基準マークを介して高解像度の増分位置測定のための基準点が提供され、基準マークを通過したときに基準信号が発生され、そしてその後に、この基準点に関して増分測定が行われる。さらに、位置測定装置は、２つの物体の他方と結合された走査ユニットを含み、走査ユニットは、発散放射する光源と１又は複数の格子と基準信号検出装置とを有している。この文献には、光学式位置測定装置において、発散照明を用いた走査原理に基づき、高解像度の基準信号を発生するためのいわゆる連続変動基準マークがどのように使用可能であるかが記載されている。
【０００３】
この光学式位置測定装置においては、基準マークは、目盛本体上において、増分目盛を有する増分トラックに隣接して別個の基準トラック内に配置されている。この理由から、基準信号の増分信号に対する相対位置は、目盛本体の平面に対して垂直方向の軸の周りの、目盛本体及び走査ユニット間のねじれ角の関数である。このようなねじれに対する感度は、この場合、増分目盛の目盛周期が小さくなればなるほど、及び、測定方向に対して垂直方向の、増分トラック及び基準トラックに対する走査重心の間隔が大きくなればなるほど、それだけ大きくなる。しかしながら、基準信号の正確な後続処理のために、発生された基準信号の増分信号に関する位置及び幅がきわめて重要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】ドイツ特許公開第１０２００８０４４８５８Ａ１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記した光学式位置測定装置において、基準信号の位置は、通常、走査ユニットの費用のかかる機械的調節により設定されてきた。基準信号の幅は、基準信号の投入勾配ないしは遮断勾配を発生させるために、信号変化においてそれぞれのアナログ電流パルス又はアナログ電圧パルスが超えなければならない又は下回らなければならない、比較器のトリガしきい値の適切な変化により決定可能である。しかしながら、特に高解像度の光学式位置測定装置においては、このような機械的及び電気的調節に対する費用は著しく高いものである。
本発明の目的は、このような照明を用いた走査原理に基づき且つ増分信号に関する所定の位置及び幅を有する基準信号を発生するための簡単な手段を有する光学式位置測定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記した本発明の目的は、請求項１の特徴を有する光学式位置測定装置により達成される。また、本発明による光学式位置測定装置の有利な形態が従属請求項に記載された手段から得られる。
少なくとも１つの測定方向内において相互に相対的に可動な２つの物体の位置を測定するための本発明による光学式位置測定装置は、２つの物体の一方と結合された目盛本体を含み、目盛本体は、測定方向に伸長する増分目盛と、基準位置における少なくとも１つの基準マークとを有している。基準マークは、基準マーク対称軸に対して鏡像対称に配置された２つの基準マーク部分区域を含み、２つの基準マーク部分区域はそれぞれ場所によって変化する目盛周期を有して測定方向に伸長する格子構造パターンから構成されている。さらに、本発明による光学式位置測定装置は、２つの物体の他方と結合された走査ユニットを含み、走査ユニットは、発散放射する光源と、１又は複数の格子と、基準信号検出装置と、を有している。基準信号検出装置は、それぞれ複数の検出要素を含む少なくとも４つの検出器アレイを有している。検出器アレイは、基準マークの走査から基準信号検出装置を介してそれぞれ逆相の信号経過を含む部分基準信号の第１及び第２の対が形成され且つ部分基準信号の第１の対は測定方向に沿って部分基準信号の第２の対に対してオフセット値だけオフセットされているように形成され且つ配置されている。
【０００７】
第１及び第２の検出器アレイの検出要素は、第１の検出器対称軸から出発して、測定方向内において、隣接する検出要素間の中心間隔が、基準マーク対称軸から出発して基準マーク部分区域内の格子構造パターンの目盛周期が変化するのと同じ方向に変化するように配置されていることが好ましい。第３及び第４の検出器アレイの検出要素は、第２の検出器対称軸から出発して、測定方向内において、隣接する検出要素間の中心間隔が、基準マーク対称軸から出発して基準マーク部分区域内の格子構造パターンの目盛周期が変化するのと同じ方向に変化するように配置されていることが好ましい。
この場合、第２の検出器対称軸は、第１の検出器対称軸に対して、部分基準信号の第１及び第２の対の間のオフセット値の２倍に対応する値だけオフセットされて配置されることが好ましい。
【０００８】
さらに、目盛本体上の基準マークの光学式走査から得られる調節信号の発生手段であって、この場合、調節信号は、基準信号を求めるための部分基準信号の後続処理において、１又は複数のトリガ信号を発生するように働く、調節信号の発生手段を設けることが可能である。
この場合、例えば、調節信号の発生手段として、検出器アレイの検出要素間に一定光検出要素が配置されていてもよい。
さらに、調節信号の発生手段として、検出器アレイの全ての部分基準信号を加算するように働く加算要素を設けることが可能である。
【０００９】
また、部分基準信号の第１及び第２の対が、２つの差動増幅器の入力端に存在し、且つ両方の差動増幅器の出力端にそれぞれ、パルス状信号が後続処理のために提供され、
両方の差動増幅器の後方に加算器及び減算器が配置され、加算器及び減算器を介してパルス状信号から和信号及び差信号が形成され、
和信号及び差信号が複数の比較器の第１の入力端に入力され、複数の比較器のそれぞれ第２の入力端に調節信号から導かれたトリガ信号が入力され、
複数の比較器の後段に論理結合要素が配置され、論理結合要素の出力端において基準信号が形成されるように、構成されてもよい。
【００１０】
可能な一実施形態においては、調節信号が入力増幅器を介して増幅され且つ次に増幅された調節信号は可変の異なる利得を有する３つの増幅器に供給され、及び調節信号から導かれた３つの異なる増幅信号がトリガ信号として３つの比較器の第２の入力端に供給される。
さらに、加算から形成された調節信号が、可変の異なる利得を有する３つの増幅器に供給され、調節信号から導かれた３つの異なる増幅信号がトリガ信号として３つの比較器の第２の入力端に供給されるように設計されてもよい。
さらに、光源と目盛本体との間に、送光スリットを有するシールドが配置されていることが可能である。
さらに、検出要素の一部上にカバー格子が配置され、カバー格子の格子ラインは検出要素の縦伸長方向に対して直角に向けられていてもよい。
【００１１】
目盛本体上の基準トラック内に、基準マークに隣接して測定方向両側に格子構造パターンが配置され、格子構造パターンは、それに入射したビーム束に光学的拡散作用を与えることが好ましい。
この場合、基準トラック内の格子構造パターンは、目盛本体上における増分トラック内に配置されている増分目盛の目盛周期の半分に対応する目盛周期を有していてもよい。
基準トラック内の格子構造パターンは０．２５のライン目盛周期比を有していることが有利である。
【００１２】
さらに、検出装置が４つの検出器アレイを含み、
第１及び第２の検出器アレイは第１の検出器対称軸に対して鏡像対称に形成され、第１の検出器対称軸は検出平面内において測定方向に対して直角に伸長し、この場合、第１及び第２の検出器アレイは検出平面内において測定方向に対して直角に相互にオフセットされて配置され、
第３及び第４の検出器アレイは第２の検出器対称軸に対して鏡像対称に形成され、第２の検出器対称軸は検出平面内において測定方向内に対して直角に伸長し且つ測定方向において第１の検出器対称軸に対してオフセットされて配置され、この場合、第３及び第４の検出器アレイは検出平面内において測定方向に対して直角に相互にオフセットされて配置されている、
ように設計されていてもよい。
【００１３】
この代替態様として、検出装置が４つの検出器アレイを含み、
第１及び第２の検出器アレイは第１の検出器対称軸に対して鏡像対称に形成され、第１の検出器対称軸は検出平面内において測定方向に対して直角に伸長し、この場合、第１及び第２の検出器アレイは測定方向内において相互に隣接して配置され、
第３及び第４の検出器アレイは第２の検出器対称軸に対して鏡像対称に形成され、第２の検出器対称軸は測定方向に対して直角に伸長し且つ測定方向内において第１の検出器対称軸に対してオフセットされて配置され、この場合、第３及び第４の検出器アレイは測定方向内において相互に隣接して配置され、
第１及び第２の検出器アレイは、検出器対称軸の伸長方向内において、第３及び第４の検出器アレイに対してオフセットされて配置されている
ように設計されていてもよい。
【００１４】
本発明により、発散照明を用いた走査原理に基づき且つ発生された基準信号の電子式調節を可能にする光学式位置測定装置が提供される。増分信号に関する基準信号の位置のみならずその幅もまた、費用のかかる機械的調節を必要としないで、電子式方法で設定可能である。
特に、それぞれ逆相の信号経過を有する部分基準信号の２つの対を発生することにより、極端な妨害に対してきわめて感度の低い信号処理が得られる。
基準信号の位置及び幅の所定の設定のために必要な比較器のトリガしきい値は、基準マークの光学式走査から得られる調節信号から導かれる。このようにして、例えば、汚れ、光源の劣化又は温度変化により信号振幅が変化してしまう可能性があったが、本発明によれば、基準信号発生の高い安定性が得られる。
【００１５】
本発明による光学式位置測定装置は、直線運動を測定するための距離測定装置として形成可能であるのみならず、回転軸の周りの回転運動を測定するための回転位置測定装置としてもまた形成可能である。
さらに、本発明による光学式位置測定装置は、透過光方式のみならず入射光方式としても形成することが可能である。
本発明のその他の詳細及び利点は、本発明による光学式位置測定装置の実施例の図面に関する以下の記載により明瞭となるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明による位置測定装置の一実施例における基準パルス信号を発生させるための走査ビーム通路のきわめて簡略化した図を示す。
【図２】増分目盛及び基準マークを有する、図１の光学式位置測定装置の目盛本体の平面図を示す。
【図３ａ】適切な基準信号検出装置の第１の実施例による本発明の光学式位置測定装置の検出平面の概略部分図を示す。
【図３ｂ】図３ａの拡大図を示す。
【図４ａ】図３ａの検出平面を備えた基準信号検出装置により発生された、基準位置の範囲内における部分基準信号の第１の対を示すグラフである。
【図４ｂ】図３ａの検出平面を備えた基準信号検出装置を介して発生された、基準位置の範囲内における部分基準信号の第２の対を示すグラフである。
【図５ａ】部分基準信号の第１の対から導かれた信号を示すグラフである。
【図５ｂ】部分基準信号の第２の対から導かれた信号を示すグラフである。
【図６ａ】図５ａ、５ｂの信号から導かれた和信号を示すグラフである。
【図６ｂ】図５ａ、５ｂの信号から導かれた差信号を示すグラフである。
【図７】図６ａ、６ｂの和信号及び差信号から導かれた基準信号を示すグラフである。
【図８】図３ａの検出平面を備えた基準信号検出装置により発生された光学式調節信号を示すグラフである。
【図９】図３ａの検出平面を備えた基準信号検出装置からの部分基準信号を処理するための回路装置を示すブロック図である。
【図１０】図３ａの検出平面の一変更態様を示す図である。
【図１１】適切な基準信号検出装置の第２の実施例による本発明の光学式位置測定装置の検出平面の概略部分図を示す。
【図１２】図１１の検出平面を備えた基準信号検出装置による部分基準信号を処理するための回路装置を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、図１−９を参照して、本発明による光学式測定装置の第１の実施形態を詳細に説明する。なお、図１は、基準パルス信号を発生するための走査ビーム通路をきわめて簡略化した形で示し、図２は、基準マークの範囲内の目盛本体の平面図を示し、図３ａは、検出平面の部分図を示し、図３ｂは、図３ａからの拡大図を示し、図４ａ−８は、信号処理を説明するための種々の信号経過を示し、図９は、基準信号を発生するための適切な回路装置を示す。
【００１８】
図示の実施例において、本発明による光学式位置測定装置は透過光方式の距離測定装置として形成され、走査ユニット２０を含み、該走査ユニット２０は、測定方向ｘにおいて目盛本体１０（図２）に対して移動可能に配置されている。目盛本体１０及び走査ユニット２０は、例えば測定方向ｘにおいて相互に移動可能に配置された２つの物体と結合されている。これら２つの物体は、例えば相互に可動な２つの機械部分であってもよい。本発明による光学式位置測定装置の、発生された位置の関数としての出力信号（増分信号、基準パルス信号）を介して、従属の制御ユニットが、これらの機械部分の運動を既知のように適切に制御可能である。
【００１９】
図１は、著しく簡略化されており、特に、透過光方式の装置に対して必要な走査ユニット２０による目盛本体は、単に原理的に、走査ユニット２０の光源側部分と検出側部分との鎖線結合によって示され、同様に、図１では、目盛本体の側には走査される基準マークのみが略図で示されている。
この例においては、図２に示すように、目盛本体１０は測定方向ｘに延在する線形増分目盛１２を含み、増分目盛１２は目盛ホルダ１３上に配置されている。増分目盛１２は測定方向ｘに目盛周期ＴＰＩＮＣ＝８μｍで周期的に配置された、異なる光学特性を有する部分領域から構成され、この部分領域は目盛平面内においてｙ方向に伸長する。図示の例においては、増分目盛１２は、１８０°の位相偏差及び１：１の目盛比を有する透過光位相格子として形成されている。
【００２０】
増分目盛１２を有するトラックに隣接して、目盛本体１０の側面に、基準トラックが設けられ、基準トラック内において目盛ホルダ１３上の特定の基準位置ＸＲＥＦに基準マーク１１が配置されているが、基本的には、複数の基準位置において対応する基準マークが配置されてもよいことは明らかである。基準マーク１１は、増分目盛１２と同様に、１８０°の位相偏差を有する位相格子として形成され、左右に配置された部分領域１１Ａ、１１Ｂを有する構造パターンとして構成され、部分領域１１Ａ、１１Ｂは入射ビーム束に対して異なる位相シフト作用を行う。
【００２１】
さらに、基準トラック内に、基準マーク１１に隣接して測定方向ｘの両側にそれぞれ、周期的格子構造パターン１４が配置されている。図示の実施例においては、格子構造パターン１４は基準トラックの全長にわたり存在し、すなわち基準トラック内全てにわたり配置されているが、格子構造パターン１４には、基準マーク１１は設けられていない。基準トラック内の格子構造パターン１４は目盛周期ＴＰＧを有し、目盛周期ＴＰＧは増分目盛１２の目盛周期ＴＰＩＮＣとは異なり、例えば格子構造パターン１４の目盛周期ＴＰＧは増分目盛ＴＰＩＮＣの目盛周期の半分に等しく選択される。ライン目盛周期比は、格子構造パターン１４に対して値０．２５を有している。格子構造パターン１４は、類似の回折効率を有する複数の回折次数（０、±１、±２）が得られるように形成されている。即ち、格子構造パターン１４は、それに入射するビーム束に対して光学的分散作用を与える。この結果、場合によって、目盛本体１０上の汚れが検出平面内に不鮮明状態に形成され、このようにして、僅かではあるが基準信号発生に悪影響を与える。さらに、格子構造パターン１４の与えられた寸法を介して、増分トラック及び基準トラックから形成された信号の相互間の影響がきわめて少ないことが保証される。
【００２２】
図１及び２に示されているように、基準マーク１１は、基準位置ＸＲＥＦにおいて基準マーク対称軸ＲＳに鏡像対称に配置された２つの基準マーク部分区域１１Ａ、１１Ｂを含む。２つの基準マーク部分区域１１Ａ、１１Ｂの各々は、それぞれ場所によって変化する目盛周期を有して測定方向ｘに延在する構造パターンすなわち格子目盛構造パターンから構成されている。図示の例においては、基準マーク対称軸ＲＳに隣接する構造パターンは、それぞれ最小目盛周期を有し、測定方向ｘに対称軸ＲＳから外方に向かってそれぞれ、次第に大きくなる目盛周期が設けられている。この結果、基準マーク１１の２つの基準マーク部分区域１１Ａ、１１Ｂ内の構造パターンはいわゆる連続変動目盛構造パターンとして形成され、基準マーク対称軸ＲＳに対して鏡像対称の連続変化状態が２つの基準マーク部分区域１１Ａ、１１Ｂ内に設けられている。連続変化の基準マーク部分区域１１Ａ、１１Ｂの詳細な形成に関しては、さらに、冒頭に既に記載された本出願人によるドイツ特許公開第１０２００８０４４８５８Ａ１号を参照されたい。この文献中、式１．１、１．２により、目盛本体側の目盛周波数ｆＭＳ（ｘ）に関する基準マーク１１内の連続変化が示されている。
−Ｌ／２≦ｘ＜０の場合、ｆＭＳ（ｘ）＝２ｆ０（２ｘ／Ｌ＋１）      （式１．１）
０≦ｘ＜Ｌ／２の場合、  ｆＭＳ（ｘ）＝２ｆ０（２ｘ／Ｌ−１）      （式１．１）
この文献での実施例においては、式１．１及び１．２内の特性変数として、ｆ０＝７．２  １／ｍｍ及びＬ＝１．２５ｍｍが選択されている。なお、ｆ０は平均目盛本体側目盛周波数を与え、Ｌは測定方向ｘにおける基準マーク部分区域１１Ａ、１１Ｂ内の構造パターンの長さを示している。
【００２３】
周期的増分信号及び少なくとも１つの特定の基準位置ＸＲＥＦにおける少なくとも１つの基準パルス信号ＲＩの形の変位の関数としての出力信号を発生させるために、走査ユニット２０内に１組の構成要素が配置され、この１組の構成要素は図面を簡単にするためにまとめて走査手段として表わされている。基準パルス信号ＲＩを発生させるために必要な走査手段に、この例においては、目盛本体１０の方向に発散放射する光源２１と、１又は複数の格子並びに特殊に形成され且つ基準マーク１１に同調された基準信号検出装置２２とが備えられている。基準信号を発生させるための走査ビーム経路を示している図１に示す実施例においては、走査ユニット２０内の格子として、送光スリットを有するシールド２３が設けられ、シールド２３は光源２１と測定本体１０との間に配置されている。
【００２４】
図３ａの平面図に示されている基準信号検出装置２２は、本発明において、少なくとも４つの検出器アレイ２２．１〜２２．４から構成されている。４つの検出器アレイ２２．１〜２２．４は、それぞれ、測定方向ｘに伸長するように配置されている、ホトダイオードからなる複数の長方形の光電検出要素２２ａ〜２２ｅを含む。検出要素２２ａ−２２ｅの長方形縦軸は、与えられたｙ方向に、即ち検出平面内の測定方向ｘに対して直交方向に向けられている。
【００２５】
図３ａに示されているように、基準信号検出装置２２の第１の検出器アレイ２２．１及び第２の検出器アレイ２２．４は、第１の検出器対称軸ＤＳ１に関して鏡像対称に形成され、第１の検出器対称軸ＤＳ１は、検出平面内において測定方向ｘに対して直角に伸長している。第１の検出器アレイ２２．１及び第２の検出器アレイ２２．４は、検出平面内において、測定方向ｘに対して直角に即ちｙ方向内において相互にオフセットされて配置されている。図３ｂに示す検出装置２２の中央範囲の拡大図からわかるように、第１の検出器対称軸ＤＳ１がその中を通過する検出要素を除いて、第２の検出器アレイ２２．４の全ての検出要素２２ａ、２２ｂ、２２ｅは、第１の検出器アレイ２２．１に対して、ｙ方向にオフセットされて配置されている。
【００２６】
これと同様に、図３ａに示す基準信号検出装置２２の第３の検出器アレイ２２．３及び第４の検出器アレイ２２．２が配置されている。即ち、第４の検出器アレイ２２．２は、第２の検出器対称軸ＤＳ２に関して、第３の検出器アレイ２２．３に対して鏡像対称に形成され、第２の検出器対称軸ＤＳ２は、同様に、検出平面内において測定方向ｘに対して直交して伸長しているが、第１の検出器対称軸ＤＳ１に対して測定方向に値ΔＤＳだけオフセットされている。第３の検出器アレイ２２．３及び第４の検出器アレイ２２．２は、検出平面内において、同様に測定方向ｘに対して直交して即ちｙ方向に相互にオフセットされて配置されている。同様に、図３ｂ内の検出装置２２の中央範囲の拡大図からわかるように、第２の検出器対称軸ＤＳ２がその中を通過する検出要素を除いて、第４の検出器アレイ２２．２の全ての検出要素２２ｃ、２２ｄ、２２ｅは、第３の検出器アレイ２２．３に対して、ｙ方向にオフセットされて配置されている。
【００２７】
このように、この実施形態においては、本発明による基準信号検出装置２２内において、鏡像対称に形成された第１及び第２の検出器アレイ２２．１、２２．４、並びに、第３及び第４の検出器アレイ２２．３、２２．２の交差配置が形成される。この交差配置は、例えば発散照明を用いた走査において存在するような、特に検出平面内の不均一光強度分布において有利であることがわかる。
【００２８】
第１及び第２の検出器アレイ２２．１、２２．４の検出要素２２ａ、２２ｂ、２２ｅは、図３ａに示すように、測定方向ｘに沿って、第１の検出器対称軸ＤＳ１から出発して、測定方向ｘ内において、隣接する検出要素２２ａ、２２ｂ、２２ｅ間の中心間隔が、基準マーク対称軸ＲＳから出発して両方の基準マーク部分区域１１Ａ、１１Ｂ内の構造パターンの目盛周期が変化するのと同じ方向に変化するように配置されている。その結果、基準信号検出装置２２の第１及び第２の検出器アレイ２２．１、２２．４は、基準マーク１１と同様に、対応する検出要素２２ａ、２２ｂ、２２ｅの配置に関して対称連続変動構造パターンを有している。
【００２９】
基準信号検出装置２２内の第３及び第４の検出器アレイ２２．３、２２．２の形成もまたこれと同様に行われ、第２の検出器対称軸ＤＳ２に関して検出要素２２ｃ、２２ｄ、２２ｅの対称的かつ連続変動構造パターンすなわち配置が形成されている。既に記載したように、第２の検出器対称軸ＤＳ２は、第１の検出器対称軸ＤＳ１に対して値ΔＤＳだけ測定方向にオフセットされて配置されている。
【００３０】
第１及び第２の検出器アレイ２２．１、２２．４内において、及び第３及び第４の検出器アレイ２２．３、２２．２内において、検出要素２２ａ〜２２ｅの対称連続変動配置が、目盛本体１０上の基準マーク１１の対称連続変動形成に同調されて行われる。これは、検出器アレイ２２．１〜２２．４内の隣接する検出要素２２ａ〜２２ｅの間の間隔が、基準マーク部分区域１１Ａ、１１Ｂ内の目盛構造パターンの間隔と類似して変化することを意味する。両方の検出器アレイ対内の、位相シフト部分基準信号を検出するための個々の検出要素２２ａ〜２２ｄの具体的な配置に関しては、再び本出願人によるドイツ特許公開第１０２００８０４４８５８ Ａ１号、特にその中の式２．１及び２．２を参照されたい。特性変数として、検出器アレイ２２．１〜２２．４のこのような形成に対して、式２．１及び２．２において、ｆ０＝７．２  １／ｍｍ、Ｌ＝１．２５ｍｍ及びｋ＝１が選択される。ここで、ｆ０は平均目盛本体側目盛周波数を与え、Ｌは測定方向ｘにおける基準マーク部分区域１１Ａ、１１Ｂ内の構造パターンの長さを与え、ｋは光学式走査のタイプ（ｋ＝１：±１の回折次数に関する信号ゲイン；ｋ＝２：０、±１の回折次数に関する信号ゲイン）を示している。
【００３１】
図３ａにそれぞれ同じように示されている検出要素２２ａ〜２２ｄから、基準トラックの走査の結果としてそれぞれ同じ部分基準信号が得られ、これらの部分基準信号はそれに続いて基準信号ＲＩを発生するために後続処理される。即ち、第１及び第２の検出器アレイ２２．１、２２．４の検出要素２２ａは、以下において符号Ｓ１＿Ｔで表わされる部分基準信号を提供し、第１及び第２の検出器アレイ２２．１、２２．４の検出要素２２ｂは部分基準信号Ｓ１＿ＧＴを提供する。第３及び第４の検出器アレイ２２．３、２２．２の検出要素２２ｃは部分基準信号Ｓ２＿Ｔを提供し、第３及び第４の検出器アレイ２２．３、２２．２の検出要素２２ｄは部分基準信号Ｓ２＿ＧＴを提供する。したがって、図示された基準信号検出装置を介して、全体として４つの部分基準信号Ｓ１＿Ｔ、Ｓ１＿ＧＴ、Ｓ２＿Ｔ、Ｓ２＿ＧＴが発生され、４つの部分基準信号Ｓ１＿Ｔ、Ｓ１＿ＧＴ、Ｓ２＿Ｔ、Ｓ２＿ＧＴは、次に最後に形成される基準信号ＲＩを得るために後続処理される。
【００３２】
異なる部分基準信号Ｓ１＿Ｔ、Ｓ１＿ＧＴ及びＳ２＿Ｔ、Ｓ２＿ＧＴを提供する検出器アレイ２２．１〜２２．４の種々の検出要素２２ａ〜２２ｄの間に、この実施例においては、基準信号検出装置２２内にそれぞれさらに一定光検出要素２２ｅが配置されている。一定光検出要素２２ｅから、ほとんど変調されていない調節信号が得られる信号が発生され、且つこの信号は信号の後続処理において基準信号ＲＩを発生するように働く。具体的な信号処理に関しては、以下の説明を参照されたい。
【００３３】
基準信号検出装置２２の図示の実施例においては、部分基準信号Ｓ１＿Ｔ、Ｓ１＿ＧＴ、Ｓ２＿Ｔ、Ｓ２＿ＧＴを発生する検出要素２２ａ〜２２ｄは、測定方向ｘにおいてそれぞれ、それぞれの検出器アレイ２２．１〜２２．４の局部目盛周期の約１／３に対応する幅を有している。図３ａ、３ｂに示されているように、検出器アレイ２２．１〜２２．４の局部目盛周期当たりそれぞれ２つの一定光検出要素２２ｅが設けられ、２つの一定光検出要素２２ｅはそれぞれ、測定方向ｘにおいて、それぞれの検出器アレイ２２．１〜２２．４の局部目盛周期の約１／６に対応する幅を有している。
【００３４】
基準信号検出装置２２のこのような構成により、基準マーク１１の走査から基準信号検出装置２２を介して部分基準信号Ｓ１＿Ｔ及びＳ１＿ＧＴの第１の対、並びに、局部基準信号Ｓ２＿Ｔ及びＳ２＿ＧＴの第２の対が形成されている。部分基準信号Ｓ１＿Ｔ、Ｓ１＿ＧＴの第１の対は、測定方向ｘに沿って、部分基準信号Ｓ２＿Ｔ、Ｓ２＿ＧＴの第２の対に対してオフセット値だけオフセットされている。通常、部分基準信号Ｓ１＿Ｔ、Ｓ１＿ＧＴの第１の対及び部分基準信号Ｓ２＿Ｔ、Ｓ２＿ＧＴの第２の対の間のオフセット値は、増分トラック１２の走査から得られる増分信号の信号周期の数倍を有している。１つの対の部分基準信号Ｓ１＿Ｔ、Ｓ１＿ＧＴ又は、Ｓ２＿Ｔ、Ｓ２＿ＧＴの信号はそれぞれ逆相であり相互に反転している。このことは、基準位置ＸＲＥＦの範囲内における第１の対の部分基準信号Ｓ１＿Ｔ又は第２の対の部分基準信号Ｓ２＿Ｔが信号値が最大値の場合、ここでは、付属の部分基準信号Ｓ１＿ＧＴ又はＳ２＿ＧＴは、最小の信号値を有するか又は反転している。このように発生された４つの異なる部分基準信号Ｓ１＿Ｔ、Ｓ１＿ＧＴ、Ｓ２＿Ｔ、Ｓ２＿ＧＴの基準位置ＸＲＥＦの範囲内における経過状態が、図４ａ及び４ｂに示されている。
【００３５】
検出器アレイ２２．１、２２．４の第１の対の対称軸ＤＳ１、並びに、検出器アレイ２２．３、２２．２の第２の対の対称軸ＤＳ２の所定のオフセットΔＤＳに基づき、部分基準信号Ｓ１＿Ｔ、Ｓ１＿ＧＴは、部分基準信号Ｓ２＿Ｔ、Ｓ２＿ＧＴに対して、上記のように、測定方向ｘにおいて、使用された光学的走査原理から得られるオフセット値ΔＤＳ／２を有している。
出力側に形成される高解像度の基準信号ＲＩを得るための、このように発生された部分基準信号Ｓ１＿Ｔ、Ｓ１＿ＧＴ、Ｓ２＿Ｔ、Ｓ２＿ＧＴの後続処理は、図９及び５ａ−８を参照して以下に説明する。なお、図９は信号処理のための適切な回路装置を示し、図５ａ−８は、信号処理の経過中に形成される種々の信号を示す。
【００３６】
検出要素２２ａ〜２２ｄを介して発生された部分基準信号Ｓ１＿Ｔ、Ｓ１＿ＧＴ、Ｓ２＿Ｔ、Ｓ２＿ＧＴは、図９に示されているように、対をなして２つの差動増幅器３０．１、３０．２に供給される。この場合、相互に逆相の部分基準信号Ｓ１＿Ｔ、Ｓ１＿ＧＴ、又は、Ｓ２＿Ｔ、Ｓ２＿ＧＴはそれぞれ、両方の差動増幅器３０．１、３０．２の対応する入力端に入力される。両方の差動増幅器３０．１、３０．２の出力端からそれぞれ、パルス状信号Ｓ１、Ｓ２が得られる。基準位置ＸＲＥＦの範囲内におけるパルス状信号Ｓ１、Ｓ２の経過が図５ａ、５ｂに表わされている。
【００３７】
両方の差動増幅器３０．１、３０．２の後方に配置されている加算器３１及び減算器３２を介して、パルス状信号Ｓ１、Ｓ２から、このとき、和信号Ｓ１＋Ｓ２並びに差信号Ｓ１−Ｓ２が形成される。基準位置ＸＲＥＦの範囲内における和信号Ｓ１＋Ｓ２が図６ａに示され、差信号Ｓ１−Ｓ２が図６ｂに示されている。
【００３８】
和信号Ｓ１＋Ｓ２は次に、第１の比較器３３．１の第１の入力端に供給される。差信号Ｓ１−Ｓ２は、第２及び第３の比較器３３．２、３３．３のそれぞれの第１の入力端に供給される。比較器３３．１、３３．２、３３．３のそれぞれの第２の入力端にトリガ信号ＴＳ１、ＴＳ３、ＴＳ２が供給される。該トリガ信号ＴＳ１、ＴＳ３、ＴＳ２は、一定光検出要素２２ｅを介して得られる調節信号から導かれている。一定光検出要素２２ｅから発生された信号は、増幅器要素３４を介して調節信号ＳＡに増幅される。図８に、基準位置ＸＲＥＦの範囲内における調節信号ＳＡのほとんど変調されていない経過が示されている。調節信号ＳＡは次に、他の異なる増幅係数ａ、ｃ、ｂを有する他の増幅器要素３４．１、３４．２、３４．３を介して、３つのトリガ信号ＴＳ１＝ａ・ＳＡ、ＴＳ２＝ｂ・ＳＡ、ＴＳ３＝ｃ・ＳＡに増幅され、３つのトリガ信号ＴＳ１＝ａ・ＳＡ、ＴＳ２＝ｂ・ＳＡ、ＴＳ３＝ｃ・ＳＡは、３つの比較器３３．１、３３．３、３３．２のそれぞれの第２の入力端に供給される。比較器３３．１、３３．２、３３．３の後方に論理結合要素３５がＡＮＤ回路として形成されている。論理結合要素３５の出力端に、種々のトリガ信号ＴＳ１、ＴＳ２、ＴＳ３の適切な設定において、基準位置ＸＲＥＦの対応する位置に、図７に示されている基準信号ＲＩが形成される。
【００３９】
基準信号ＲＩの出力は、この場合、次の３つの条件
ｉ）        Ｓ１＋Ｓ２＞ＴＳ１
ｉｉ）      Ｓ１−Ｓ２＞ＴＳ３
ｉｉｉ）    Ｓ１−Ｓ２＜ＴＳ２
の全てが満たされているとき、論理結合要素（ＡＮＤ回路）３５を介して行われる。
したがって、トリガ信号ＴＳ２、ＴＳ３の所定の設定を介して、即ち、増幅器要素３４．３、３４．２の増幅係数ｂ、ｃの選択により、本発明による光学式位置測定装置における基準信号ＲＩの位置及び幅が電子式に定義されて設定可能である。
このために、トリガ信号ＴＳ１は、０付近に存在するが正の値を有するように選択されることが好ましい。図６ａには、対応するトリガ信号ＴＳ１が和信号Ｓ１＋Ｓ２と共に示されている。このようにすることにより、光源のスイッチを切ったときに基準信号ＲＩが誤って発生されることはないことが保証される。
【００４０】
本発明による光学式位置測定装置の第１の実施例とは僅かに異なる実施態様の基準信号検出装置２２′が、図１０に略図で示されている。種々の検出器アレイ２２．１′〜２２．４′の配置及び形成並びに検出要素２２ａ′〜２２ｅ′の配置は、この場合、図３ａに示されたものと対応している。しかしながら、検出要素２２ａ′〜２２ｅ′の一部にカバー格子２５が追加して配置され、カバー格子２５の格子ラインは、ｘ方向に、即ち検出要素２２ａ′〜２２ｅ′の縦伸長方向に対して直角に向けられている。この場合、対称軸に関して外方に存在する基準信号検出装置２２′の検出要素２２ａ′〜２２ｅ′のみに、このようなカバー格子２５が設けられている。検出要素２２ａ′〜２２ｅ′の光検知面のマスキング率は約５０％の値である。このようにして、検出器アレイ２２．１′〜２２．４′の外方に存在する検出要素２２ａ′〜２２ｅ′の信号発生における機能は低減される。これは、例えば目盛本体上の基準マークの範囲内において汚れがある場合に有利であることを示し、その理由は、この場合には、外方の検出要素２２ａ′〜２２ｅ′の信号部分が非対称に削除され且つ信号処理が悪影響を受けないからである。
【００４１】
カバー格子２５は、例えば、走査ユニット内の基準信号検出装置２２′の上方に配置されている走査プレート上に配置されていてもよい。さらに、カバー格子２５を、メタル構造として、対応する範囲内の基準信号検出装置２２′上に直接装着することが可能である。さらに、この範囲内の検出要素２２ａ′〜２２ｅ′を縦方向に形成し、これにより同様にカバー格子２５の光学的効果を達成するように設計してもよい。
【００４２】
最後に、図１１及び１２を参照して、本発明による光学式位置測定装置の第２の実施形態を説明する。図１１は基準信号検出装置の平面図を示し、図１２は基準信号ＲＩを発生するための回路装置を示す。
以下においては、第１の実施例との本質的な相違のみを説明する。この相違は、本質的に、調節信号を発生する形式及び方法にある。第１の実施例においては、調節信号を発生するための手段として、種々の検出器アレイ内に分離する一定光検出要素が設けられてきたが、この例においては、調節信号は、検出器アレイからの検出要素の全ての部分基準信号を加算することにより得られる。
【００４３】
図１１に示されている基準信号検出装置に対しては、４つの検出器アレイ１２２．１〜１２２．４内に分離する一定光検出要素が設けられてなく、部分基準信号Ｓ１＿Ｔ、Ｓ１＿ＧＴ、Ｓ２＿Ｔ、Ｓ２＿ＧＴを発生する検出要素１２２ａ〜１２２ｄのみが設けられている。一定光検出要素が設けられていない結果として、部分基準信号Ｓ１＿Ｔ、Ｓ１＿ＧＴ、Ｓ２＿Ｔ、Ｓ２＿ＧＴを発生する検出要素１２２ａ〜１２２ｄはそれぞれ、測定方向ｘにおいて、それぞれの検出器アレイ１２２．１〜１２２．４の局部目盛周期の半分に対応する幅を有している。
【００４４】
調節信号ＳＡの発生手段として、図１２の回路装置内に加算要素１３６が設けられ、調節信号ＳＡを求めるべく加算するために、加算要素１３６に４つの部分基準信号Ｓ１＿Ｔ、Ｓ１＿ＧＴ、Ｓ２＿Ｔ、Ｓ２＿ＧＴが供給される。第１の実施例に類似して、増幅器要素１３４．１〜１３４．３を介しての調節信号ＳＡの後続処理及び増幅されたトリガ信号ＴＳ１〜ＴＳ３としての種々の信号の３つの比較器１３３．１〜１３３．３のそれぞれ第２の入力端への供給が行われる。
【００４５】
検出要素１２２ａ〜１２２ｄから発生される４つの部分基準信号Ｓ１＿Ｔ、Ｓ１＿ＧＴ、Ｓ２＿Ｔ、Ｓ２＿ＧＴは、増幅器要素１３０．１−１３０．４を介して増幅され、且つそれに続いて図示されているように減算器１３７．１、１３７．２を介して一対の差信号が形成され、両方の減算器１３７．１、１３７．２の出力端にパルス状信号Ｓ１、Ｓ２が形成される。パルス状信号Ｓ１、Ｓ２は、次に、第１の実施例と同様に、加算器１３１及び減算器１３２を介して処理され、その後に、図示されているように、和信号Ｓ１＋Ｓ２及び差信号Ｓ１−Ｓ２が３つの比較器１３３．１〜１３３．３の第１の入力端に入力される。論理結合要素（ＡＮＤ回路）１３５の出力端に、同様に基準信号ＲＩが形成される。
【００４６】
具体的に説明された実施例のほかに、本発明の範囲内において、さらに他の実施形態が可能であることは当然である。
即ち、代替実施態様として、例えばトリガ信号ＴＳ１〜ＴＳ３が完全に静的な電圧源から発生されていてもよい。さらに、上記のように調節信号からトリガ信号ＴＳ１のみを発生し且つ他の両方のトリガ信号ＴＳ２、ＴＳ３を静的電圧源から発生することもまた可能である。
さらに、基準信号検出装置内において、４つの検出器アレイの上記の交差的な配置の代わりに、代替配置を選択することもまた可能である。即ち、この場合、同様に、第１及び第２の検出器アレイは、検出平面内において、測定方向に対して垂直に伸長する第１の検出器対称軸に対して鏡像対称に形成されてもよい。しかしながら、この場合、第１及び第２の検出器アレイは、上記の実施例とは異なり、測定方向において相互に隣接して配置され且つｙ方向にはオフセットされていない。さらに、第３及び第４の検出器アレイは、検出平面内において、測定方向に対して直角に伸長し且つ測定方向において第１の検出器対称軸に対してオフセットされて配置されている第２の検出器対称軸に対して鏡像対称に形成される。第３及び第４の検出器アレイもまた、上記の実施例とは異なり、測定方向において相互に隣接して配置され、即ち、同様にｙ方向にオフセットされていない。第１及び第２の検出器アレイは、この変更態様においては、検出器対称軸の伸長方向内において、第３及び第４の検出器アレイに対してオフセットされて配置される。
【図１】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１２】
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【図２】
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【図１１】
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