(57)【要約】      （修正有）【課題】少なくとも２つの測定方向に沿って互いに相対的に移動可能な２つの物体の相対位置を決定する光学式位置測定装置を実現する。【解決手段】位置測定装置は、２つの走査ユニットを含み、これらの走査ユニットは両方の物体のいずれか一方に結合されており、それぞれ少なくとも１つの光源、１つ以上の回折格子、および検出装置を備える。さらに基準尺が設けられており、基準尺は他方の物体に結合されており、第１の測定方向に沿って延在する２つのトラックを備え、トラックは増分目盛を有し、これらの増分目盛は、それぞれ増分目盛方向に沿って周期的に配置された異なる光学特性を有する目盛範囲からなる。両方の増分目盛方向は互いに０°から９０°までの間の角度をなす。増分目盛のそれぞれには少なくとも１つの参照マークが組み込まれており、参照マークを走査することにより、それぞれの測定方向に沿った所定の参照位置で参照信号が生成可能である。【選択図】図３
2019144243.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つの測定方向（ｘ、ｙ）に沿って互いに相対的に移動可能な２つの物体の相対位置を決定するための光学式の位置測定装置において、
走査ユニット（２０）であって、両方の物体のうちのいずれか一方に結合されており、それぞれ少なくとも１つの光源（２２）、１つ以上の回折格子（２３．１，２３．２）、および検出装置を含む２つの走査ユニット（２０）、および
他方の物体に結合されており、第１の測定方向（ｘ）に沿って延在する２つのトラックを備える基準尺（１０）であって、トラックが増分目盛（１２．１，１２．２；１１２．２）を有し、該増分目盛が、それぞれ増分目盛方向（ｘ１′，ｘ２′）に沿って周期的に配置された、異なる光学特性を有する目盛範囲（１２．１ａ，１２．１ｂ，１２．２ａ，１２．２ｂ；１１２．２ａ，１１２．２ｂ）からなり、両方の増分目盛方向（ｘ１′，ｘ２′）が０°から９０°までの間の角度（β）をなし、両方の増分目盛（１２．１，１２．２；１１２．２）のそれぞれに少なくとも１つの参照マーク（１３．１，１３．２；１１３．２）が組み込まれており、該参照マークを走査することにより、それぞれの測定方向（ｘ，ｙ）に沿った所定の参照位置（ｘＲＥＦ，ｙＲＥＦ）で参照信号が生成可能であり、参照マーク（１３．１，１３．２；１１３．２）が、非周期的部分（１４．２）および周期的部分（１４．１）の両方を含む基準尺を備える光学式の位置測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光学式の位置測定装置において、
前記参照マーク（１３．１，１３．２；１１３．２）が、それぞれの前記増分目盛（１２．１，１２．２；１１２．２）の面状に制限された部分範囲に配置されており、この部分範囲内に、参照マークの前記非周期的部分（１４．２）と前記周期的部分（１４．１）とが互いに混合して形成されている位置測定装置。
【請求項３】
請求項２に記載の光学式の位置測定装置において、
前記部分範囲が長方形に形成されており、長方形の縦軸線がそれぞれの前記増分目盛（１２．１，１２．２；１１２．２）の前記増分目盛方向（ｘ１′，ｘ２′）に対して垂直方向に向けられている位置測定装置。
【請求項４】
請求項３に記載の光学式の位置測定装置において、
長方形の前記参照マーク（１３．１，１３．２；１１３．２）が、それぞれの前記増分目盛（１２．１，１２．２；１１２．２）を有するトラックの全幅（Ｂ）にわたって延在している光学式の位置測定装置。
【請求項５】
請求項１から４までのいずれか１項に記載の光学式の位置測定装置において、
それぞれの前記増分目盛方向（ｘ１′，ｘ２′）に対して垂直方向に、参照マークの前記非周期的部分（１４．２）および前記周期的部分（１４．１）が空間的に独立して形成されている位置測定装置。
【請求項６】
請求項５に記載の光学式の位置測定装置において、
参照マークの前記周期的部分（１４．１）が、それぞれの増分目盛格子定数（ＴＰＩＮＣ）と同一の第１参照マーク格子定数（ＴＰＲＭ１）を備え、
参照マークの前記非周期的部分（１４．２）が、前記増分目盛方向（ｘ１′，ｘ２′）に沿って局所的に変化する第２参照マーク格子定数（ＴＰＲＭ２）を備える複数の格子パターンをそれぞれ含む位置測定装置。
【請求項７】
請求項６に記載の位置測定装置において、
参照マークの前記非周期的部分（１４．２）が、鏡面対称的に形成された複数の格子パターンをそれぞれ含み、該格子パターンの前記第２参照マーク格子定数（ＴＰＲＭ２）が、中心の対称軸線（Ｓ）を起点として前記増分目盛方向（ｘ１′，ｘ２′）に対して垂直方向に外側に向かって対称的に増大する光学式の位置測定装置。
【請求項８】
請求項５に記載の光学式の位置測定装置において、
参照マークの前記非周期的部分（１４．２）が、前記増分目盛方向（ｘ１′，ｘ２′）に対して垂直方向に、第３参照マーク格子定数（ＴＰＲＭ３）によって周期的に配置されている光学式の位置測定装置。
【請求項９】
請求項８に記載の光学式の位置測定装置において、
前記第３参照マーク格子定数（ＴＰＲＭ３）が、走査ユニット（２０）の変位が前記増分目盛方向（ｘ１′，ｘ２′）に対して垂直方向に信号変化を誘起しないように選択されている光学式の位置測定装置。
【請求項１０】
請求項５に記載の光学式の位置測定装置において、
参照マークの前記周期的部分（１４．１）および前記非周期的部分（１４．２）が互いに１：１の面積比を有する光学式の位置測定装置。
【請求項１１】
請求項１から４までのいずれか１項に記載の光学式の位置測定装置において、
参照マークの周期的部分が周期的な上部パターンとして参照マーク（１１３．２）の非周期的部分に組み込まれて構成されている光学式の位置測定装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の光学式の位置測定装置において、
参照マークの周期的部分が参照マークの細かい格子定数（ＴＰＲＭＦ）を備え、該格子定数が、それぞれの増分目盛（１１２．２）の増分目盛格子定数（ＴＰＩＮＣ）に対応し、
参照マークの非周期的部分が、異なる２つの参照マーク範囲によって形成されており、該参照マーク範囲が、前記増分目盛方向（ｘ１′，ｘ２′）に沿って参照マークの粗い格子定数（ＴＰＲＭＧ）によって交互に配置されており、目盛範囲の幅（ｂＲＭ）と参照マークの細かい格子定数（ＴＲＦＲＭＦ）とのそれぞれ異なる比率を備える光学式の位置測定装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の光学式の位置測定装置において、
構成の異なる参照マーク範囲が、前記増分目盛方向（ｘ１′，ｘ２′）に沿って非周期的に配置されており、参照マーク範囲が、中心の対称軸線を起点として鏡面対称的に外側に向かってそれぞれ増大する参照マークの粗い格子定数（ＴＰＲＭＧ）によって配置されている光学式の位置測定装置。
【請求項１４】
請求項１から１３までのいずれか１項に記載の光学式の位置測定装置において、
前記走査ユニット（２０）内では、周期的な透過型送信回折格子（２３．１）と、隣接して配置された送信ギャップ（２３．２）とからなる送信回折格子装置が、発散性に放射する光源（２２）の前方に配置されており、
検出装置が、増分信号検出器（２５．１）と参照信号検出器（２５．２）とを含む光学式の位置測定装置。
【請求項１５】
請求項１から１４までのいずれか１項に記載の光学式の位置測定装置において、
前記基準尺（１０）が反射性の基準尺として形成されており、異なる位相シフト作用を有する交互に配置された反射性の目盛範囲を備える光学式の位置測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、互いに移動可能な２つの物体の相対位置を高精度で決定するために適した光学式の位置測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
欧州特許出願公開第１７２４５４８号明細書により、少なくとも２つの測定方向に沿って互いに相対的に移動可能な２つの物体の相対位置を決定するために適した位置測定装置が公知である。この位置測定装置は、両方の物体のうちのいずれか一方に結合された走査ヘッド、および両方の物体のうちの他方に結合された基準尺を含む。この基準尺は第１測定方向に沿って延在するトラックを備え、トラックは増分目盛を有する；以下では第１測定方向を主要測定方向と呼ぶ。両方の増分目盛のそれぞれ周期的に配置された目盛範囲は、互いに０°から９０°までの間の角度をなす。すなわち両方の増分目盛は互いに回動して配置されている。目盛範囲が第１測定方向に対して垂直方向に向けられた増分目盛を走査することによって、第１測定方向もしくは主要測定方向に沿って相対位置を決定するために周期的な増分信号が生成される。これに対して傾斜もしくは回動して配置された増分目盛を走査することによって、第２測定方向に沿って生じる場合がある移動に関して別の相対的な位置情報を測定技術的に検出することができる。欧州特許出願公開第１７２４５４８号明細書には、０°から９０°までの間であってもよい角度だけ増分目盛が回動されて配置されている；特に４５°の角度で配置することに言及している。両方の増分目盛には、さらにそれぞれ１つの参照マークが割り当てられており、第１測定方向および第２測定方向に沿って絶対位置もしくは参照位置を決定することができる。それぞれの参照マークの通過時には、例えば後続の増分測定が関係する所定の絶対位置値にカウンタを設定することができる。参照マークの構成に関して、上記文献は走査時に正確な検出を保証するために必要な寸法についてしか述べていない。増分目盛に隣接して参照マークを配置することの他に、参照マークを増分目盛に組み込む可能性にも言及している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】欧州特許出願公開第１７２４５４８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の基礎をなす課題は、少なくとも２つの測定方向に沿って高精度に位置を測定するための光学式の位置測定装置であって、互いに回動して配置された２つの増分目盛を備え、増分目盛に参照マークが組み込まれている位置測定装置を提案することである。第１測定方向に沿ってそれぞれの参照マークが通過された場合にも、特に、走査ユニットが第２測定方向に沿ってどのような位置に位置しているかに依存して、周期的な増分信号の生成が保証されていることが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この課題は、本発明によれば、請求項１の特徴を有する光学式の位置測定装置によって解決される。
【０００６】
本発明による光学式の位置測定装置の好ましい実施形態が従属請求項に記載の手段によってもたらされる。
【０００７】
本発明による光学式の位置測定装置は、少なくとも２つの測定方向に沿って互いに相対的に移動可能な２つの物体の相対位置を決定する役割を果たす。この位置測定装置は、２つの走査ユニットを含み、これらの走査ユニットは両方の物体のうちのいずれか一方に結合されており、それぞれ少なくとも１つの光源、１つ以上の回折格子、および検出装置を備える。さらに基準尺が設けられており、この基準尺は他方の物体に結合されており、第１の測定方向に沿って延在する２つのトラックを備え、トラックは増分目盛を有し、増分目盛は、それぞれ増分目盛方向に沿って周期的に配置された、異なる光学特性を有する目盛範囲からなり、両方の増分目盛方向は０°から９０°までの間の角度をなす。両方の増分目盛のそれぞれには少なくとも１つの参照マークが組み込まれており、参照マークを走査することにより、それぞれの測定方向に沿った所定の参照位置で参照信号が生成可能である。参照マークは、非周期的部分および周期的部分の両方を含む。
【０００８】
好ましくは、参照マークはそれぞれの増分目盛の面状に制限された部分範囲に配置されており、この部分範囲内には、参照マークの非周期的部分と周期的部分とが互いに混合して形成されている。
【０００９】
この場合、部分範囲は長方形に形成されており、長方形の縦軸線がそれぞれの増分目盛の増分目盛方向に対して垂直方向に向けられていてもよい。
【００１０】
さらに、長方形の参照マークがそれぞれの増分目盛を有するトラックの全幅にわたって延在していることも可能である。
【００１１】
実現可能な一実施形態では、それぞれの増分目盛方向に対して垂直方向に、参照マークの非周期的部分および周期的部分が空間的に独立して形成されている。
【００１２】
この場合、参照マークの周期的部分は、それぞれの増分目盛格子定数と同一の第１参照マーク格子定数を備えていてもよい；参照マークの非周期的部分は、増分目盛方向に沿って局所的に変化する第２参照マーク格子定数を備える複数の格子パターンをそれぞれ含んでいてもよい。
【００１３】
さらにこのような実施形態では、参照マークの非周期的部分は、複数の鏡面対称的に形成された格子パターンをそれぞれ含んでいてもよく、この格子パターンの第２の参照マーク格子定数は、中心の対称軸線を起点として増分目盛方向に対して垂直方向に外側に向かって対称的に増大する。
【００１４】
この場合、参照マークの非周期的部分は増分目盛方向に対して垂直方向に、第３参照マーク格子定数によって周期的に配置されていることも可能である。
【００１５】
好ましくは、第３参照マーク格子定数は、走査ユニットの変位が増分目盛方向に対して垂直方向に信号変化を誘起しないように選択されている。
【００１６】
さらに、参照マークの周期的部分と非周期的部分とが互いに１：１の面積比を有するように構成されていてもよい。
【００１７】
実現可能な別の位置実施形態では、参照マークの周期的部分が周期的な上部パターンとして参照マークの非周期的部分に組み込まれて構成されている。
【００１８】
この場合、参照マークの周期的部分は、参照マークの細かい格子定数を備えていてもよく、この格子定数は、それぞれの増分目盛の増分目盛格子定数に対応する；さらに参照マークの非周期的部分は、異なる２つの参照マーク範囲によって形成されていてもよく、これらの参照マーク範囲は、増分目盛方向に沿って参照マークの粗い格子定数によって交互に配置されており、目盛範囲の幅と参照マークの細かい格子定数とのそれぞれ異なる比率を備える。
【００１９】
さらに、構成の異なる参照マーク範囲は、増分目盛方向に沿って非周期的に配置されていてもよく、中心の対称軸線を起点として参照マーク範囲は鏡面対称的に外側に向かってそれぞれ増大する参照マークの粗い格子定数によって配置されていてもよい。
【００２０】
好ましくは、
走査ユニット内では、周期的な透過型送信回折格子と、隣接して配置された送信ギャップとからなる送信回折格子装置が発散性に放射する光源の前方に配置されており、
検出装置が、増分信号検出器と参照信号検出器とを含む。
【００２１】
さらに、基準尺が反射性の基準尺として形成されており、異なる位相シフト作用を有する交互に配置された反射性の目盛範囲を備える場合には好ましいことが明らかである。
【００２２】
本発明による光学式の位置測定装置において、それぞれの参照マークが通過される場合にも１つ以上の測定方向に沿って周期的な増分信号が基本的に使用可能であることが特に好ましいことが明らかである。
【００２３】
さらに、第１測定方向に沿った基準尺と走査ユニットとの相対移動のみによって第１および第２測定方向に沿った絶対的な位置関係を形成することが可能であることが保証されている。
【００２４】
さらに、第２測定方向に沿った走査ユニットのそれぞれの位置について第１および第２測定方向に沿った絶対的な関係が形成されることが保証されている。
【００２５】
次に本発明による装置の実施例の説明に基づいて本発明のさらなる詳細および利点を図面に関連して説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１ａ】本発明による光学式の位置測定装置の第１実施例の部分走査光路を示す概略的な断面図である。
【図１ｂ】本発明による光学式の位置測定装置の第１実施例の部分走査光路を示す概略的な断面図である。
【図２】図１ａ，図１ｂの第１実施例の基準尺を示す部分平面図である。
【図３】図２の基準尺を示す詳細図である。
【図４】図１ａ，図１ｂの第１実施例の走査ユニットを示す平面図である。
【図５】図４の参照信号検出装置を示す詳細図である。
【図６】本発明による光学式の位置測定装置の第２実施例の基準尺を示す部分図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
次に図１ａ〜図５に基づいて本発明による光学式の位置測定装置の第１実施例を詳細に説明する。図１ａおよび図１ｂは、部分走査光路の異なる断面図を概略的に示し、図２は基準尺の部分平面図を示し、図３は基準尺の拡大詳細図を示し、図４は走査ユニットの平面図を示し、図５は参照信号検出装置の詳細図を示す。
【００２８】
図示の実施例では、本発明による光学式の位置測定装置は入射光式長さ測定器として形成されており、同一に形成された２つの走査ユニットを有する走査ヘッドを含む。図１ａおよび図１ｂには、両方の走査ユニットのうちの一方のみが示されており、符号２０により示されている。走査ヘッド、および両方の走査ユニット２０は、基準尺１０に対して２つの測定方向ｘ，ｙに沿って移動可能に配置されている。両方の測定方向ｘ，ｙは、この実施例では相互に垂直方向に向いている。
【００２９】
以下では、測定方向ｘは「第１測定方向」または「主要測定方向」とも呼び、測定方向ｙは第２測定方向または「副次測定方向」とも呼ぶ。基準尺１０および走査ヘッドもしくは走査ユニット２０は、例えば、両方の測定方向ｘ，ｙに沿って互いに対して移動可能な２つの物体（図示しない）に結合されている。この場合、例えば互いに対して移動可能な２つの機械部分であってもよく、これらの機械部分は、まず主要測定方向ｘに沿って数メートルまでの大きい測定距離にわたって変位可能である。ガイド許容差に起因して、副次測定方向ｙに沿った相対移動も生じるが、一般に副次測定方向ｙに沿っては、検出されるべき測定距離は数ミリメートルの範囲でしか生じない。両方の測定方向ｘ，ｙに沿った本発明による光学式の位置測定装置の、増分信号および参照信号として形成された、位置に依存した出力信号を介して、下位の制御ユニットはこれらの機械部分の移動を適切に制御することができる。
【００３０】
位置測定装置の走査ユニット２０内では、キャリア要素２１に光源２２、ならびにこれに隣接して、増分信号検出器２５．１および参照信号検出器２５．２を有する検出装置が設けられている。発散性に放射する光源２２の前方には、光伝搬方向に、周期的な透過型回折格子２３．１、ならびにこれに隣接して配置された送信ギャップ２３．２を含む送信回折格子装置が配置されている。
【００３１】
走査ユニットの参照信号検出器２５．２が図５に拡大図で示されている。この参照信号検出器２５．２は、それぞれ複数の長方形の光電子式検出要素を含む全部で４つの検出器アレイ２５．２ａ〜２５．２ｄからなる。参照信号検出器２５．２を具体的に形成する場合のさらなる詳細に関しては、出願人の欧州特許出願公開第２５２５１９５号明細書の、特に図１０の実施例を参照されたい。
【００３２】
光源２２から放出された光線と、光路に設けられた回折格子、すなわち透過型送信回折格子２３．１、送信ギャップ２３．２、および基準尺１０との相互作用によって、検出装置の検出平面に、変位に依存した信号パターンが生じる。第１の走査ユニット２０によるこの信号パターンを光電子式に走査することによって、以下に「増分目盛方向ｘ１′」として定義する方向に沿って周期的な増分信号および参照信号が生成され；第２の走査ユニット（図示しない）によって、同様に以下に定義する別の増分目盛方向ｘ２′に沿って周期的な増分信号および参照信号が生成される。
【００３３】
基準尺１０の側には、図２から明らかなように、基準尺キャリア１１に、第１の測定方向ｘに沿って延在する２つのトラックが配置されており、これらのトラックは増分目盛１２．１，１２．２を有する。増分目盛１２．１，１２．２は、それぞれ増分目盛格子定数ＴＰＩＮＣによって周期的に配置された、異なる光学特性を有する線状の目盛範囲１２．１ａ，１２．１ｂ，１２．２ａ，１２．２ｂからなる。反射性の基準尺１０によるこの実施例では、交互に配置された反射性の目盛範囲１２．１ａ，１２．１ｂ，１２．２ａ，１２．２ｂは異なる位相シフト作用もしくは異なる位相ずれを備える；例えば、目盛範囲１２．１ａ，１２．１ｂ，１２．２ａ，１２．２ｂは、０°の位相ずれおよび１８０°の位相ずれを交互に設けられていてもよい。目盛範囲１２．１ａ，１２．１ｂ，１２．２ａ，１２．２ｂは、図２からわかるように、以下に「増分目盛方向ｘ１′もしくはｘ２′」と呼ぶ方向に沿ってそれぞれ周期的に互いに連続して配置されている。縦方向には、目盛範囲１２．１ａ，１２．１ｂ，１２．２ａ，１２．２ｂは、図示のようにそれぞれ増分目盛方向ｘ１′，ｘ２′に対して垂直方向に向けられた方向ｙ１′，ｙ２′に沿って延在している。図示の実施例では、増分目盛方向ｘ１′，ｘ２′は両方のトラックにおいて互いに角度β＝９０°をとる；一般にこの角度βは、０°から９０°までの間の範囲で選択されるべきである。図２には両方の増分目盛１２．１，１２．２に、αによってそれぞれの増分目盛方向ｘ１′，ｘ２′と第１測定方向ｘとの間の角度が示されている。この場合、増分目盛１２．１についてはα＝４５°が有効であり、増分目盛１２．２についてはα＝−４５°が選択される。増分目盛格子定数ＴＰＩＮＣとして、この実施例ではＴＰＩＮＣ＝８μｍが設定されている。
【００３４】
さらに図２からわかるように、両方の増分目盛１２．１，１２．２のそれぞれには少なくとも１つの参照マーク１３．１，１３．２が組み込まれている。これらの参照マーク１３．１，１３．２を介して、位置測定時に絶対的な関係を形成することができる。このためには、参照マーク１３．１，１３．２の通過時に、例えばカウンタが、後続の高解像度の増分測定が関係する所定の絶対位置値に設定される。参照マーク１３．１，１３．２の光学式の走査に基づいて、両方の測定方向ｘ，ｙに沿った所定の参照位置ｘＲＥＦ，ｘＲＥＦでそれぞれ１つの参照信号を生成することができる。参照位置ｘＲＥＦ，ｘＲＥＦの大きさは、この場合、使用者によって設けられる計算値にすぎない。両方のトラックの独立したカウンタ値を参照マーク通過によってゼロにするか、または所定の絶対位置値に設定することができる。以下に詳細に説明する参照マーク１３．１，１３．２の構成によって、両方の測定方向ｘ、ｙに沿った増分目盛１２．１，１２．２を有する両方のトラックの照合を第１測定方向に沿った相対移動のみによって行うことができる。同様に両方の増分目盛方向ｘ１′，ｘ２′に沿って場合によって生じる増分信号のエラーを主要測定方向ｘに沿った基準尺１０と走査ユニット２０との相対移動のみによって補正することが可能である。
【００３５】
参照マーク１３．１，１３．２は、それぞれの増分目盛１２．１，１２．２の面状に制限された部分範囲にそれぞれ配置されている。この部分範囲内には、本発明によれば参照マーク１３．１，１３．２の周期的および非周期的部分が設けられており、互いに混合して構成されている。参照マーク１３．１，１３．２のこのような構成により、一方では参照マーク１３．１，１３．２を検出できることが保証されており、他方では、これらの参照マーク１３．１，１３．２の通過時に常に周期的な増分信号を使用できることが確保されている。
【００３６】
図２の実施例では、増分目盛１２．１，１２．２内に参照マーク１３．１，１３．２を有する部分範囲はそれぞれ長方形に構成されている。この場合、両方の部分範囲の長方形縦軸線は、増分目盛方向ｘ１′もしくはｘ２′に対して垂直方向に向けられており、それぞれの方向が図２にｙ１′もしくはｙ２′によって示されている。さらに部分範囲の寸法は、長方形の参照マーク１３．１，１３．２が、それぞれの増分目盛１２．１，１２．２を有するトラックの全福Ｂにわたって延在するように選択されている。
【００３７】
適切な参照マークの第１実施例の具体的な構成に関しては、図３の参照マーク１３．２の詳細部分図を参照されたい。この実施例では、増分目盛方向ｘ２′に対して垂直方向に、参照マーク１３．２の非周期的部分１４．２および周期的部分１４．１が空間的に互いに独立して構成されている。これに対して以下にさらに説明する実施例では、代替的に、参照マークの周期的部分が非周期的部分に組み込まれている。
【００３８】
周期的な格子パターンを有するストリップ状の範囲が参照マーク１３．２の周期部分１４．１としての役割を果たし、これらの周期的部分１４．１は第１参照マーク格子定数ＴＰＲＭ１を有する。この場合、第１参照マーク格子定数ＴＰＲＭ１は、それぞれのトラックの周辺の増分目盛１２．２の増分目盛格子定数ＴＰＩＮＣと同一である。ストリップ状の範囲は、増分目盛方向ｘ２′に沿って参照マーク１３．２内に延在している。したがって、ストリップ状の範囲内には、増分目盛１２．２の構成と同様に、異なる光学特性、すなわち、ここでは異なる位相ずれを有する目盛範囲１４．１ａ，１４．１ｂが、第１の参照マーク格子定数ＴＰＲＭ１＝ＴＰＩＮＣを有する増分目盛方向ｘ２′に沿って周期的に配置されている。
【００３９】
周期的部分１４．１から空間的に独立した参照マーク１３．２の非周期的部分１４．２は別のストリップ状の範囲に形成される。この範囲には、増分目盛方向ｘ２′に沿って局所的に変化する第２参照マーク格子定数ＴＰＲＭ２を備える格子パターンが配置されている；この関連で、対称的にチャープした格子パターンについても述べる。具体的には、ストリップ状の範囲には、中心の対称軸線Ｓに対して鏡面対称的に形成された格子パターンが設けられており、この格子パターンは、異なる光学特性を有する交互に配置された目盛範囲１４．１ａ，１４．２ｂからなる。これらの範囲の内部では、格子パターンの第２参照マーク格子定数ＴＰＲＭ２が対称軸線Ｓを起点として増分目盛方向ｘ２′に対して垂直方向に外側に向かって対称的に増大する。
【００４０】
このような格子パターンにおける適切なチャープパターンの選択、およびチャープの正確な数学的特性に関しては、その開示内容をここに明示的に引き合いに出す欧州特許出願第２３１８８１２号明細書を補足的に参照されたい。
【００４１】
増分目盛方向ｘ２′に対して垂直に、すなわち方向ｙ２′に沿って、参照マーク１３．２の周期的部分１４．１および非周期的部分１４．２を有するストリップ状の範囲は、この実施例では等しい幅ｂｐ，ｂａｐを備える；したがって、参照マーク１３．２の周期的部分１４．１と非周期的部分１４．２とは互いに１：１の面積比を有する。基本的にはこの面積比の選択によって、生成される増分信号および参照信号の信号比を明確に設定することができる。したがって、参照マーク１３．２の周期的部分１４．１および非周期的部分１４．２はいずれも図示の実施例では方向ｙ２′に沿って、すなわち第３参照マーク格子定数ＴＰＲＭ３によって周期的に配置されている。実現可能な一実施形態では、周期的部分１４．２の幅ｂｐおよび非周期的部分１４．２の幅ｂａｐについて、それぞれ１２８μｍが選択され、したがって第３参照マーク格子定数ＴＰＲＭ３＝２５６μｍである。
【００４２】
適切な第３参照マーク格子定数ＴＰＲＭ３の選択によって、さらに、増分目盛方向ｘ２′に対して垂直方向に、すなわち方向ｙ２′に沿って走査ユニットが変位された場合にも、生成された増分信号および参照信号に変化が生じないことが確保される。この場合、第３参照マーク格子定数ＴＰＲＭ３ができるだけ細かい周期で選択された場合には基本的には有利であることが明らかである。
【００４３】
最後に図６の参照マーク１１３．２の部分図に基づいて適切な参照マークの第２実施例を説明する；図面には全ての参照マークが示されていないことを指摘しておく。この実施例では、参照マークの周期的部分が周期的な上部パターンとして参照マークの非周期的部分に組み込まれて構成されている。
【００４４】
参照マーク１１３．２は、上記実施例の場合と同様に、増分目盛格子定数ＴＰＩＮＣを有する増分目盛１１２．２に組み込まれて配置されている；実現可能な実施例では、ＴＰＩＮＣ＝８μｍが選択される。参照マーク１１３．２を有する長方形の目盛範囲の相対配置および向きに関しては、上記説明を参照されたい。
【００４５】
周期的な上部パターンの形式の参照マークの周期的部分は、増分目盛方向ｘ２′に沿って参照マーク１１３．２の全幅にわたって一様な、参照マークの細かい格子定数ＴＰＲＭＦによって形成される。この場合、参照マークの細かい格子定数ＴＰＲＭＦは、格子定数ＴＰＩＮＣの増分目盛に対応している。
【００４６】
参照マークの非周期的部分は、この実施例では増分目盛方向ｘ２′に沿って参照マークの粗い格子定数ＴＰＲＭＦによって交互に配置された異なる２つの参照マーク範囲ＲＭ１，ＲＭ２によって形成される。この場合、異なる参照マーク範囲ＲＭ１，ＲＭ２ではそれぞれ目盛範囲の幅ｂＲＭと参照マークの細かい格子定数ＴＰＲＭＦとの比率Ｖが異なる。したがって参照マーク範囲ＲＭ１では、例えば幅ｂＲＭ＝１．６μｍであり、これにより比率Ｖ＝ｂＲＭ／ＴＰＲＭＦ＝０．２が設定される。参照マーク範囲ＲＭ２では、例えば幅ｂＲＭ＝６．４μｍであり、これにより比率Ｖ＝ｂＲＭ／ＴＰＲＭＦ＝０．８が選択される。
【００４７】
構成の異なる参照マーク範囲ＲＭ１，ＲＭ２は、参照マーク１１３．２内に増分目盛方向ｘ２′に沿って非対称的に配置されている。中心の対称軸線（図６には示さない）を起点として、参照マーク範囲ＲＭ１，ＲＭ２は鏡面対称的に外側に向かってそれぞれ増大する参照マークの粗い格子定数ＴＰＲＭＧによって配置されている。
【００４８】
具体的に説明した実施例の他に、本発明の範囲内でさらに当然ながら他の構成可能性が存在する。
【００４９】
したがって、本発明にしたがって回転式の位置測定装置を構成することも当然ながら可能である。この場合、第２トラックの参照マークは第１トラックの参照マークの回転に対応していない。すなわち、この場合には両方のトラックに設けられた参照マークは異なるように構成されている。走査半径に依存して、少なくとも両方の参照マークの周期的部分の目盛周期を異なるように選択する必要がある。
【符号の説明】
【００５０】
１０  基準尺
１１  基準尺キャリア
１２．１，１２．２  増分目盛
１２．１ａ，１２．１ｂ，１２．２ａ，１２．２ｂ  目盛範囲
１３．１，１３．２  参照マーク
１４．１  周期的部分
１４．１ａ，１４．１ｂ  目盛範囲
１４．２  非周期的部分
１４．２ａ，１４．２ｂ  目盛範囲
２０  走査ユニット
２１  キャリア要素
２２  光源
２３．１  透過型送信回折格子
２３．２  送信ギャップ
２５．１  増分信号検出器
２５．２  参照信号検出器
２５．２ａ，２５．２ｂ，２５．２ｃ，２５．２ｄ  検出器アレイ
１１．２  増分目盛
１１３．２  参照マーク
Ｂ  全幅
ｂＰ，ｂａｐ  幅
ｂＲＭ  目盛範囲の幅
ｘ，ｙ  測定方向
ｘ１′，ｘ２′  増分目盛方向
ｙ１′，ｙ２′  方向
ｘＲＥＦ，ｘＲＥＦ  参照位置
Ｓ  対称軸線
ＴＰＩＮＣ  増分目盛格子定数
ＴＰＲＭＦ  参照マークの細かい格子定数
ＴＰＲＭＧ  参照マークの粗い格子定数
ＴＰＲＭ１  第１参照マーク格子定数
ＴＰＲＭ２  第２参照マーク格子定数
ＴＰＲＭ３  第３参照マーク格子定数
ＲＭ１  参照マーク範囲
ＲＭ２  参照マーク範囲
Ｖ  比率
β  角度
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2019144243.tif 000008
【図６】
2019144243.tif 000009
【外国語明細書】
2019144243000001.pdf